用于控制内燃机中的燃料供给和点火的预测壁温度建模制造技术

编号:201680012436 阅读:280 评论( 0 )

当前主题的实施方案包括有助于在工作条件范围内控制燃料喷射和点火正时的系统、方法和技术。例如,可以利用预测的技术来预测燃烧汽缸壁和内部金属温度随时间的变化,从而能评估使所计算的温度中的一个对气流可能产生的影响,以及因此对燃烧产生的影响。所获得的信息可以根据来自稳态条件的预测温度变化来调节燃料流量或点火正时。

Predictive wall temperature modeling for fuel supply and ignition control in internal combustion engines

The implementation of the current topic includes systems, methods and techniques that help control fuel injection and ignition timing within the operating conditions. For example, we can predict the combustion cylinder wall and internal metal temperature changes over time using prediction technology, which can make an assessment of the possible influence of the air temperature in the calculation, and therefore influence on combustion. The information obtained can be used to adjust fuel flow or ignition timing according to the predicted temperature change from steady state conditions.

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1 技术实现步骤摘要

【国外来华专利技术】用于控制内燃机中的燃料供给和点火的预测壁温度建模相关申请的交叉引用本申请要求2015年1月23日提交的题目为“用于控制内燃机中的燃料供给和点火的预测壁温度建模(PredictiveWallTemperatureModelingforControlofFuelDeliveryandIgnitioninInternalCombustionEngines)”的美国专利申请第62/107,311号、以及2015年2月17日提交的题目为“用于控制内燃机中的燃料供给和点火的预测壁温度建模(PredictiveWallTemperatureModelingforControlofFuelDeliveryandIgnitioninInternalCombustionEngines)”的美国专利申请第62/117,331号的优先权,所述申请公开的全部内容通过引用的方式结合于此。
本专利技术所描述的主题涉及一种控制用于内燃机操作的燃料供给和点火(火花)正时的系统和方法。
技术介绍
在内燃机中,燃料流通常映射于电子燃料喷射(electronicfuelinjection,EFI)系统,以在加热的发动机的稳定状态下获得所需的发动机空燃(空气/燃料)比。由发动机控制单元(enginecontrolunit,ECU)使用一系列的表或者“映射”和一系列的编辑器(modifier),以在贯穿速度和负载的工作范围的周期内确定和控制燃料的喷射。根据从各种用于应当被传递的燃料喷射量以及点火(点火正时)的传感器获取的数据(其可以包括环境压力、环境温度、发动机温度、制冷剂温度、启动特性、电池电压、气流传感器等等),通常存在有各种编辑器。通常,根据温度传感器的加热映射将处理由冷至热的转换所需的燃料修正。该曲线通常是平滑的并且能够更正由于影响吸入空气的发动机温度而导致的气流差异。温度的改变直接影响空气密度并因此影响用于燃烧的可用氧气量,该用于燃烧的可用氧气量进而影响喷射器期望供应的燃料的最佳量。发动机温度传感器可以设置在诸如冷却剂的液体中(例如,水或者机油),或者诸如壁或者进气口的其他结构的金属中。所述传感器在发动机中的物理位置可能与影响气流的位置不一致。虽然这些传感器能够获取稳定状态特性,但是由于用于测量气流的传感器的位置欠佳,因此传感器的位置的温度会导致错误的燃料修正。这种传感器将不能测量影响气流的物理特性,例如在吸入期间与气流接触的金属温度。在工作期间,发动机会在其金属表面中具有热梯度,其区别于稳定状态的温度分布(例如,从冷开始的短暂但快速的加速后)。这将会导致一些表面与由传感器进行测量并且用于确定燃料供给量的均衡状态相比过冷或过热。在金属温度梯度未知的情况下,发动机燃料系统持续地供应固定映射的质量流体。在一些方法中,在排气中的氧传感器的输出能够用于缓解上面所描述的温度检测问题,但是不是在所有发动机应用中均可以使用氧传感器。此外,需求更准确或者更快速的燃料变化。在这些以及其他环境中,更准确的温度测量或者计算将会很有用。
技术实现思路
当前的主题的各个方面可以包括一种控制用于内燃机操作的燃料供给和点火(火花)正时的系统和方法。在一个方面,当前主题的方法可以包括确定发动机的汽缸的一部分的热侧温度边界条件和冷侧温度边界条件。此外,该方法可以包括映射所述的汽缸的一部分的热侧温度边界条件,以反映燃烧的热能贡献。此外,该方法可以包括运行有限元热传递模型,以计算在热侧温度边界和冷侧温度边界之间的多个节点中的第一节点的第一温度。该方法可以进一步包括根据计算的所述第一温度,补偿一个或多个发动机工作参数,该补偿导致燃料效率和/或发动机爆震的改变。在一些变化中,一个或多个如下特征可以可替选地包括在任何可行的组合中。所述热侧可以包括有至少部分地包含在汽缸中的燃烧室。所述冷侧可以包括一个或多个汽缸体,来自燃烧的热消散入所述汽缸体。所述冷侧温度边界条件可以利用直接金属温度传感器和液体温度传感器中的一个或多个来确定。所述第一节点可以沿燃烧室的汽缸壁设置。所述发动机工作参数可以包括点火正时、燃料供给量、节气门位置和冷却剂流量中的一个或多个。所述发动机工作参数可以包括供给至燃烧室的燃料量,该燃料量在第一温度高于稳定状态温度时减少。所述发动机工作参数可以包括点火提前,该点火提前在第一温度低于稳定状态温度时提前。所述发动机工作参数可以包括点火提前,该点火提前在第一温度高于稳定状态温度时延迟。所述有限元模型可以是一维的并且呈放射状设置。所述有限元模型可以使用多种发动机材料。所述有限元模型可以是多维的并且沿着感兴趣的组件设置,并且使用多种发动机材料。在另一方面,当前的主题可以包括一种发动机,该发动机具有汽缸和发动机控制器,该发动机控制器包括可编程处理器。所述发动机控制器可以配置为执行以下步骤:确定汽缸的一部分的热侧温度边界条件和冷侧温度边界条件并且映射所述的汽缸的一部分的热侧温度边界条件,以反映燃烧的热能贡献。此外,该执行的步骤可以包括:运行有限元热传递模型,以计算在热侧温度边界和冷侧温度边界之间的多个节点中的第一节点的第一温度。此外,该执行的步骤可以包括:根据计算的所述第一温度,补偿一个或多个发动机工作参数,该补偿导致燃料效率和/或发动机爆震的改变。所述发动机可以进一步包括汽缸体,该汽缸体包括冷侧,来自燃烧的热消散入该冷侧。所述发动机可以进一步包括确定所述冷侧温度边界条件的直接金属温度传感器和液体温度传感器中的一个或多个。本文描述的主题的一个或更多个变形的细节在下面的附图和描述中阐述。本文所述主题的其它特征和优点将体现在说明书和附图中以及权利要求中。附图说明这些结合在说明书中并且组成说明书一部分的所附附图示出了所公开的主题的一些方面,并且这些附图与说明书一起并结合所公开的实施方案,用来帮助解释一些技术原理。在这些附图中:图1示出了一些发动机参数随着时间而变化的图形表现;图2示出了发动机与控制单元的平面示意图,其虽然没有示出点火控制,但其也能够被控制。图3示出了与当前主题的一个实施方案相一致的热模型的1D实施方案的示意图;图4示出了与当前主题的实施方案相一致的计算步骤的示例;图5示出了并入有图4所示出的计算的计算过程的第一阶段;图6示出了图5所示出的计算过程的第二阶段;图7示出了与当前主题的一个实施方案相一致的热模型的准2D/双1D的扩展的实施方案的表示的示意图;图8A示出了汽缸壁与汽缸壁附近的机油的横截面的示例;图8B示出了对于图8A所示出的横截面能够生成的1D有限元网格的示例,该1D有限元网能够解决各种温度,该温度包括在截面中示出的汽缸壁的温度和/或任意节点的温度;图9示出了包括燃料时间和每分钟旋转的热通量查询表的示例;图10示出了有限差分模型与用户输入的示例;图11示出了在每个节点(例如在从T1到T9的节点)更新温度的过程的示例;图12示出了图11中所示出的过程的矩阵形式的示例;图13示出了展示了随时间变化的预估金属温度、实际金属温度以及机油温度的示例图;以及图14示出了展示了具有与当前主题的实施方案相一致的一个或多个特征的方法的各个方面的流程图。根据实际需要,类似的附图标记指代类似的结构、特征或者元件。具体实施方式本文描述的主题的一个或更多个变形的细节在下面的附图和描本文档来自技高网
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<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/44/201680012436.html" title="用于控制内燃机中的燃料供给和点火的预测壁温度建模原文来自X技术">用于控制内燃机中的燃料供给和点火的预测壁温度建模</a>
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2 技术保护点

一种方法,其包括:确定发动机的汽缸的一部分的热侧温度边界条件和冷侧温度边界条件;映射所述的汽缸的一部分的热侧温度边界条件,以反映燃烧的热能贡献;运行有限元热传递模型,以计算在热侧温度边界和冷侧温度边界之间的多个节点中的第一节点的第一温度;根据计算的所述第一温度,补偿一个或多个发动机工作参数,该补偿导致燃料效率和/或发动机爆震的改变。

3 技术保护范围摘要

【国外来华专利技术】2015.01.23 US 62/107,311;2015.02.17 US 62/117,3311.一种方法,其包括:确定发动机的汽缸的一部分的热侧温度边界条件和冷侧温度边界条件;映射所述的汽缸的一部分的热侧温度边界条件,以反映燃烧的热能贡献;运行有限元热传递模型,以计算在热侧温度边界和冷侧温度边界之间的多个节点中的第一节点的第一温度;根据计算的所述第一温度,补偿一个或多个发动机工作参数,该补偿导致燃料效率和/或发动机爆震的改变。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述热侧包括有至少部分地包含在汽缸中的燃烧室。3.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,所述冷侧包括一个或多个汽缸体,来自燃烧的热消散入所述汽缸体。4.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,所述冷侧温度边界条件利用直接金属温度传感器和液体温度传感器中的一个或多个来确定。5.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,所述第一节点沿燃烧室的汽缸壁设置。6.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,所述发动机工作参数包括点火正时、燃料供给量、节气门位置和冷却剂流量中的一个或多个。7.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,所述发动机工作参数包括供给至燃烧室的燃料量,该燃料量在第一温度高于稳定状态温度时减少。8.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,所述发动机工作参数包括点火提前,该点火提前在第一温度低于稳定状态温度时提前。9.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,所述发动机工作参数包括点火提前,该点火提前在第一温度高于稳定状态温度时延迟。10.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,有限元模型是一维的并且呈放射状设置。11.根据上述权利要求任意一项所述的方法,其中,所述有限元模型使用多种发动机材料。12.根据上述权利要求1至9中任意一项所述的方法,其中,所述有限元模型是多维的并且沿着感兴趣的组件设置。13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述有限元模型使用多种发动机材料。14.一种发动机,其包括:汽缸;发动机控制器,其包括可编程处理器,所述发动机控制器配置为执行以下步骤:确定汽缸的一部分的热侧温度边界条件和冷侧温度边界条件;映射所述汽缸的一部分的热侧温度边界条件,以反映燃烧的热能贡...

4 专利技术属性

发明(设计)人:M·A·威尔克斯B·科尔斯鲁德J·M·克利夫斯
申请(专利权)人:品纳科动力有限公司
专利类型:发明
专利号:201680012436
国别省市:美国,US

5 专利技术项目评估

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