專利名稱：用于確定燃料內(nèi)乙醇含量的系統(tǒng)及方法
用于確定燃料內(nèi)乙醇含量的系統(tǒng)及方法 對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求申請(qǐng)日為2006年8月11日的美國臨時(shí)申請(qǐng)第 60/837,033號(hào)的權(quán)益。上述申請(qǐng)的公開通過引用而結(jié)合于此。
領(lǐng)域
本公開涉及發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于確定燃料內(nèi)乙 醇含量的系統(tǒng)及方法。
背景
該部分的陳述僅僅提供了與本公開有關(guān)的背景技術(shù)信息并且可 能沒有構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)通過燃燒氣缸內(nèi)的空氣與燃料的混合物而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng) 扭矩。更具體地，空氣被吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)并被分配到氣缸中?？諝?與燃料混合，從而形成燃燒混合物，其具有所需要的空氣/燃料比值， 該混合物在氣缸內(nèi)燃燒。燃燒過程往復(fù)地驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞，活塞 轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)曲軸，以便提供驅(qū)動(dòng)扭矩。
近來，備選燃料，比如基于酒精的燃料已被開發(fā)出，以便用于 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)?；诰凭娜剂习ū热缂状寂c乙醇?，F(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)能夠使用汽油、基于酒精的燃料或其任意混合而運(yùn)行。然而， 當(dāng)在不同的燃料情況下運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行必需被修改，因?yàn)槊?種燃料的不同特性的緣故。比如，由于不同化學(xué)成份的緣故，使用 乙醇或乙醇與汽油的混合物，比如E85(即，85%的乙醇與15%的汽 油的混合物)的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，要求乙醇相對(duì)于汽油在化學(xué)計(jì)量上的 數(shù)量增加。
一些發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括使用燃料傳感器的乙醇含量直接測(cè)量。這種燃料傳感器的執(zhí)行增加了綜合成本及發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性。
其它發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括對(duì)乙醇含量的間接測(cè)量。更具體地，使用 空氣/燃料比值計(jì)算來確定乙醇/汽油燃料的含量。這通過在化學(xué)計(jì)量 的排放條件下，將質(zhì)量空氣流量(MAF)與預(yù)定的噴射的燃料數(shù)量進(jìn)行 比較而獲得，從而提供空氣/燃料比值。使用空氣/燃料比值來確定燃 料含量具有良好的精度，從而獲知以化學(xué)計(jì)量的乙醇的空氣/燃料比
值接近9:1，而汽油要求的空氣/燃料比值接近14.5:1。
雖然當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平的虛擬(virtual)傳感器能夠提供對(duì)燃料含 量的精確測(cè)量，但其耗時(shí)并且易于錯(cuò)誤讀取，因?yàn)槎鄠€(gè)不相關(guān)的發(fā) 動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件的影響的緣故。
概要
因此，本公開提供一種用于確定燃料中的乙醇含量的系統(tǒng)及方 法，該燃料為燃料與空氣的混合物的一部分，該混合物在內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)內(nèi)燃燒。，燃料軌的壓力特性在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中被監(jiān)視。燃料 的有效體積才莫量(bulk modulus)中的至少一個(gè)與壓力擾動(dòng)信號(hào)基于壓 力特性而被確定。乙醇含量基于有效體積模量中的至少一個(gè)與壓力 擾動(dòng)信號(hào)而被確定。
在另一個(gè)特征中，壓力特性包括以下組中的至少一個(gè)，該組包 括由噴射活動(dòng)引起的壓力減小和由泵送活動(dòng)引起的壓力增加。
在另一個(gè)特征中，壓力擾動(dòng)信號(hào)包括對(duì)應(yīng)于多個(gè)噴射/泵送活動(dòng) 上的壓力幅度的平均值。
在另一個(gè)特征中，乙醇含量基于壓力特性而計(jì)算出。
在又一個(gè)特征中，乙醇含量基于壓力擾動(dòng)信號(hào)而從查詢表中確定。
在再一個(gè)特征中，乙醇含量進(jìn)一步基于燃料軌的體積、所噴射 的燃料的體積、所泵送的燃料的體積、汽油的體積模量與乙醇的體 積模量中的至少一個(gè)而被確定。燃料軌的體積、汽油的體積模量與乙醇的體積模量作為預(yù)存儲(chǔ)的常量而提供。
本公開提供一種改進(jìn)的虛擬的燃料含量傳感器，其通過提供快 速響應(yīng)的燃料系統(tǒng)特定的測(cè)量而改善了現(xiàn)有的感應(yīng)方法，以獲得額
外的邏輯減少(即，較少的計(jì)算需求)和改善的穩(wěn)定性(robustness)。
從文中所提供的描述出發(fā)，進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊们宄?yīng) 當(dāng)理解描述及特定的實(shí)施例僅用于解釋的目的，而并不用于限制 本公開的范圍。
附圖
文中所描述的附圖僅用于解釋的目的，而絕不用于以任何方式 限制本公開的范圍。


圖1為示例性的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能方框圖2為圖形，解釋了根據(jù)本公開的乙醇含量確定控制而使用的 示例性的運(yùn)行參數(shù)軌跡；
圖3為流程圖，解釋了由本公開的乙醇含量確定控制所執(zhí)行的 示例性步驟；及
圖4為示例性模塊的功能方框圖，該模塊執(zhí)行本公開的乙醇含 量確定控制。
詳細(xì)描述
優(yōu)選實(shí)施例的以下描述在本質(zhì)上僅僅為示例性的，而絕不用于 限制本發(fā)明、本發(fā)明的應(yīng)用或使用。為清晰起見，附圖中將使用相 同的標(biāo)號(hào)標(biāo)示類似的元件。如在文中所使用的那樣，術(shù)語模塊指的 是專用集成電路、電子電路、處理器(共享的、專用的或成組的)與存 儲(chǔ)器，其執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序、組合邏輯電路或提供所 迷功能的其它適當(dāng)?shù)臉?gòu)件。
現(xiàn)在參考圖1,其展示了示例性的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。示例性的發(fā) 動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括具有進(jìn)氣歧管14與排氣歧管16的發(fā)動(dòng)機(jī)12。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10進(jìn)一步包括具有燃料軌(fuel rail)20和多個(gè)與相應(yīng)的氣缸24 相關(guān)聯(lián)的燃料噴射器22的燃料噴射器系統(tǒng)18。空氣通過節(jié)氣門26 而被吸入到進(jìn)氣歧管14內(nèi)，并且分配到氣缸24中?？諝馀c借助相 應(yīng)的燃料噴射器22而噴射的燃料混合起來，從而在氣缸24內(nèi)形成 燃燒混合物。燃燒混合物具有所需要的空氣/燃料比值，并且在氣缸 內(nèi)燃燒，從而往復(fù)地驅(qū)動(dòng)活塞(圖未示)，活塞又驅(qū)動(dòng)曲軸28。廢氣經(jīng) 由排氣歧管16而從發(fā)動(dòng)機(jī)12中排出。燃料系統(tǒng)30為噴射系統(tǒng)18提供了燃料。更具體地，燃料系統(tǒng)30 包括燃料箱32與燃料泵34。燃料泵34可以為定排量泵或變排量泵， 并且為燃料軌20提供壓縮后的燃料。當(dāng)燃料噴射器22將燃料噴射 到相應(yīng)的氣缸24中的時(shí)候，燃料泵34將壓縮后的燃料補(bǔ)充到燃料 軌20內(nèi)。控制模塊40基于本公開的乙醇含量確定控制而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 10的運(yùn)行。更具體地，壓力傳感器42監(jiān)視燃料軌.20內(nèi)的燃料壓力。 控制模塊40基于壓力特性而確定燃料的乙醇含量，如以下進(jìn)一步的 描述。在確定乙醇含量后，控制模塊40可基于乙醇含量而適當(dāng)?shù)卣{(diào) 節(jié)空氣/燃料比值與其它燃燒控制參數(shù)。本公開使用預(yù)定的直接噴射燃料系統(tǒng)內(nèi)容而確定燃料內(nèi)的乙醇 含量。該內(nèi)容包括已知的燃料軌的體積、及燃料軌壓力傳感器，燃 料軌壓力傳感器作為快速響應(yīng)傳感器而提供。此內(nèi)容可用于基于壓 力特性而確定燃料內(nèi)的乙醇含量。圖2提供了圖形，展示了示例性 的運(yùn)行參數(shù)軌跡，包括燃料軌壓力與噴射活動(dòng)。優(yōu)選地，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和/或燃料軌壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)確定乙醇含 量。更具體地，穩(wěn)定狀態(tài)為發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模式，在該模式中平均燃 料壓力幾乎恒定。然而，如果使用基于活動(dòng)的算法的話，那么發(fā)動(dòng) 機(jī)和/或燃料軌壓力不需要處于穩(wěn)定狀態(tài)，其中有效的體積模量計(jì)算 用于任何特定的泵送活動(dòng)或噴射活動(dòng)。然而，考慮更長期或更筒化 的壓力信號(hào)特性(即，從峰值到峰值)可能更切實(shí)際。在這種簡化的執(zhí)行中，對(duì)乙醇含量的相關(guān)性將被僅僅映射到穩(wěn)定狀態(tài)基準(zhǔn)的尺寸中。在一個(gè)特征中，乙醇含量確定控制基于噴射活動(dòng)而確定乙醇含 量。更具體地，預(yù)定體積的燃料從具有已知體積的燃料軌中直接地 噴射到氣缸內(nèi)。作為噴射活動(dòng)的結(jié)果，液壓能量從燃料軌耗盡，在 燃料軌中，能量以累積器的形式存儲(chǔ)。此能量以壓力與所噴射的體 積的形式而從燃料軌耗盡，從而引起了噴射活動(dòng)之后的較低的燃料 軌壓力。燃料軌內(nèi)的壓力減小與流體的體積才莫量(即，流體的彈性)和預(yù)定 的燃料軌體積(即，存儲(chǔ)能力)有關(guān)。由于乙醇的體積模量顯著地小于 汽油的體積模量的緣故，所引起的燃料軌內(nèi)的壓力減小將小于汽油 單獨(dú)引起的壓力減小。當(dāng)由噴射活動(dòng)所引起的燃料軌內(nèi)的壓力減小 時(shí)，燃料壓力傳感器可用于測(cè)量壓力特性。乙醇含量基于噴射活動(dòng)并使用下列關(guān)系式而被確定<formula>formula see original document page 9</formula>(2)其中VRAm為燃料軌的已知體積； APtn為作為噴射活動(dòng)結(jié)果的壓力減?。?Vin;為所噴射的燃料的體積； BMEFFIW為噴射活動(dòng)的有效的體積模量； BMQAS為汽油的已知體積模量； BMETH為乙醇的已知體積模量；而ERATIo為以百分比提供的乙醇比值。 V肌可根據(jù)下列關(guān)系式而被控制模塊作為用于燃料噴射器或用于穩(wěn) 定狀態(tài)條件的開環(huán)控制項(xiàng)而計(jì)算出<formula>formula see original document page 9</formula>其中VPUMP為用于噴射活動(dòng)的已知泵排量；及%為示例性的轉(zhuǎn)換，顯示了對(duì)三次泵送活動(dòng)的四次噴射 活動(dòng)。%項(xiàng)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的配置與燃并十泵的配置而在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)之間變化。vPUMP可作為固定的體積而提供，比如當(dāng)燃料泵為定排量泵的情況時(shí)，或可由控制模塊作為開環(huán)控制項(xiàng)而計(jì)算出，其在噴射活動(dòng)之前 提供，比如當(dāng)泵為變排量泵的情況時(shí)。在另一個(gè)特征中，乙醇含量基于泵送活動(dòng)而確定。更具體地， 每個(gè)泵送活動(dòng)將預(yù)定數(shù)量的燃料壓縮到燃料軌內(nèi)，從而引起壓力增 加，其又與燃料的體積模量及已知的壓力軌體積成正比。乙醇含量基于泵送活動(dòng)使用下列關(guān)系式而確定<formula>formula see original document page 10</formula> (5)其中APpuMp為作為泵送活動(dòng)結(jié)果的壓力增加；及 BMEFFPUMP為泵送活動(dòng)的有效體積模量。 在另一個(gè)特征中，多個(gè)噴射活動(dòng)與泵送活動(dòng)通常在時(shí)間上交疊， 從而產(chǎn)生壓力擾動(dòng)(pressure perturbation)信號(hào)。擾動(dòng)信號(hào)的幅度又與 燃料的體積模量成正比。因此，燃料的體積才莫量及乙醇/汽油含量的有效體積模量可以在該信號(hào)內(nèi)通過測(cè)量壓力擾動(dòng)幅度而被評(píng)估。此 測(cè)量然后可與控制模塊內(nèi)的預(yù)定且預(yù)先存儲(chǔ)的查詢表進(jìn)行比較，并 以所期望的幅度作為所噴射的體積和/或發(fā)動(dòng)機(jī)速度的函數(shù)，從而確 定燃料的乙醇含量。比如，多個(gè)燃燒活動(dòng)的平均最小幅度與最大幅 度可被確定，并與查詢表中的數(shù)值進(jìn)行比較，從而提供乙醇含量?，F(xiàn)在參考圖3，由乙醇含量確定控制所執(zhí)行的示例性步驟將被詳 細(xì)地描述。在步驟300中，控制確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否正在運(yùn)行。如果發(fā) 動(dòng)機(jī)沒有運(yùn)行，則控制向后循環(huán)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行，則控制在 步驟302中確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否運(yùn)行于穩(wěn)定狀態(tài)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)沒有運(yùn)行 于穩(wěn)定狀態(tài)，則控制向后循環(huán)到步驟300。如果發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于穩(wěn)定狀態(tài)，則控制在步驟304中繼續(xù)進(jìn)行。在步驟304中，控制監(jiān)視燃料系統(tǒng)的壓力特性。壓力特性可包 括由噴射活動(dòng)引起的壓力減小、由泵送活動(dòng)引起的壓力增加，和/或 包括但不限于最小與最大幅度值的壓力擾動(dòng)信號(hào)?？刂圃诓襟E306 中基于壓力特性而確定燃料中的乙醇含量。更具體地，乙醇含量可 基于壓力增加或減小和/或基于壓力擾動(dòng)信號(hào)而使用查詢表直接算 出。在步驟308中，控制系統(tǒng)基于乙醇含量而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。 比如，控制系統(tǒng)基于乙醇含量而調(diào)整空氣/燃料比值、點(diǎn)火提前及閥 正時(shí)的計(jì)算。現(xiàn)在參考圖4，由乙醇含量確定控制系統(tǒng)執(zhí)行的示例性模塊將被 詳細(xì)地描述。示例性地模塊包4舌在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中監(jiān)視燃料軌 的壓力特性的第一模塊400，及基于壓力特性確定燃料的有效體積模 量與壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少一個(gè)的第二模塊402。第三模塊404基于 燃料的有效體積模量與壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少 一個(gè)而確定燃料中的 乙醇含量，如上詳細(xì)所述。第四模塊406基于乙醇含量而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng) 機(jī)的運(yùn)行。那些熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在可從前面的描述中理解本發(fā) 明的寬泛的教導(dǎo)可以多種形式才丸行。因此雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合其特 定的實(shí)施例而被描述，本發(fā)明的真正范圍不應(yīng)當(dāng)受到如此限制，因 為根據(jù)對(duì)附圖、說明書及下列權(quán)利要求的研究，其它的修改對(duì)具有 一定技術(shù)的從業(yè)者將顯而易見。
權(quán)利要求
1.一種確定燃料內(nèi)乙醇含量的方法，所述燃料為燃料與空氣的混合物的一部分，所述混合物在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒，所述方法包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中監(jiān)視燃料軌的壓力特性；基于所述壓力特性而確定所述燃料的有效體積模量和壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少一個(gè)；及基于所述有效體積模量和所述壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少一個(gè)而確定所述乙醇的含量。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓力特性包括 以下組中的至少 一個(gè)，所述組包括由噴射活動(dòng)引起的壓力減小和由 泵送活動(dòng)引起的壓力增加。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓力擾動(dòng)信號(hào)
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量基于 所述壓力特性而計(jì)算出。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量基于 所述壓力擾動(dòng)信號(hào)而從查詢表中確定。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量進(jìn)一 步基于燃料軌的體積、所噴射的燃料的體積、所泵送的燃料的體積、 汽油的體積模量與乙醇的體積模量中的至少一個(gè)而被確定。
7. 如權(quán)利要求6所迷的方法，其特征在于，所述燃料軌的體積、 所述汽油的體積模量和所述乙醇的體積模量作為預(yù)存儲(chǔ)的常量而提 供。
8. —種用于確定燃料的乙醇含量的系統(tǒng)，所述燃料為燃料與空 氣的混合物的一部分，所述混合物在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒，所述系統(tǒng) 包括第 一模塊，其在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中監(jiān)視燃料軌的壓力特性；第二模塊，其基于所述壓力特性而確定所述燃料的有效體積模 量和壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少一個(gè)；及第三模塊，其基于所述有效體積模量和所述壓力擾動(dòng)信號(hào)中的 至少一個(gè)而確定所述乙醇含量。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力特性包括以下組中的至少 一個(gè)，所述組包括由噴射活動(dòng)引起的壓力減小和由 泵送活動(dòng)引起的壓力增加。
10. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力擾動(dòng)信號(hào) 包括對(duì)應(yīng)于多個(gè)燃燒活動(dòng)上的壓力幅度的平均值。
11. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述乙醇含量基于 所述壓力特性而計(jì)算出。
12. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述乙醇含量基于 所述壓力擾動(dòng)信號(hào)而從查詢表中確定。
13. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述乙醇含量進(jìn)一 步基于燃料軌的體積、所噴射的燃料的體積、所泵送的燃料的體積、 汽油的體積模量與乙醇的體積模量中的至少一個(gè)而被確定。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料軌的體 積、所述汽油的體積模量和所述乙醇的體積模量作為預(yù)存儲(chǔ)的常量 而提供。
15. —種確定燃料的乙醇舍量的方法，所述燃料為燃料與空氣混 合物的一部分，所述混合物在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒，所述方法包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中監(jiān)視燃料軌的壓力特性；評(píng)估所述發(fā)動(dòng)機(jī)是否運(yùn)行于穩(wěn)定狀態(tài)模式；當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于所述穩(wěn)定狀態(tài)模式時(shí)，基于所述壓力特性 而確定所述燃料的有效體積才莫量與壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少 一 個(gè)；基于所述有效體積模量與所述壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少 一 個(gè)而確 定所述乙醇的含量；及基于所述乙醇含量而調(diào)節(jié)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述壓力特性包 括以下組中的至少 一個(gè)，所述組包括由噴射活動(dòng)引起的壓力減小和 由泵送活動(dòng)引起的壓力增加。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述壓力擾動(dòng)信號(hào)包括對(duì)應(yīng)于多個(gè)燃燒活動(dòng)上的壓力幅度的平均值。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量基 于所述壓力特性而計(jì)算出。
19. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量基 于所述壓力擾動(dòng)信號(hào)而從查詢表中確定。
20. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述乙醇含量進(jìn) 一步基于燃料軌的體積、所噴射的燃料的體積、所泵送的燃料的體 積、汽油的體積模量與乙醇的體積模量中的至少一個(gè)而被確定。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述燃料軌的體 積、所述汽油的體積模量和所述乙醇的體積模量作為預(yù)存儲(chǔ)的常量 提供。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于確定燃料中的乙醇含量的系統(tǒng)及方法，該燃料為燃料與空氣的混合物的一部分，該混合物在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒。燃料軌的壓力特性在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中被監(jiān)視。燃料的有效體積模量和壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少一個(gè)基于壓力特性而被確定。乙醇含量基于有效體積模量和壓力擾動(dòng)信號(hào)中的至少一個(gè)而被確定。
文檔編號(hào)G01N7/06GK101231225SQ20071016976
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者C·D·馬里奧特, M·A·威爾斯 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司