專利名稱：用于控制先導(dǎo)噴射的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于操作渦輪增壓的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及一種系統(tǒng)和方法，其用于減少機(jī)車中的渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)中的燃料消耗率和發(fā)動機(jī)廢氣排放。
背景技術(shù)：
在壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)(如柴油發(fā)動機(jī))中，噴油系統(tǒng)將燃料(例如，柴油燃料)噴射到每個發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的壓縮空氣中，以生成由于壓縮的熱量和壓力而點(diǎn)火的空氣燃料混合物。不幸的是，發(fā)動機(jī)效率、動力輸出、燃料消耗、廢氣排放、和其他操作特性小于理想情況。 此外，用于改進(jìn)一個操作特性的各傳統(tǒng)方法經(jīng)常惡化一個或更多其他的操作特性。例如，降低特定燃油消耗的嘗試經(jīng)常導(dǎo)致各種廢氣排放的增加。車輛廢氣排放包括由于燃燒室內(nèi)燃料的不完全燃燒而產(chǎn)生的污染物質(zhì)，如一氧化碳、氮氧化物(NOx)、顆粒物質(zhì)(PM)和煙。這些污染物質(zhì)的量依賴于燃料空氣混合物、壓縮比、噴射正時(timing)、環(huán)境情況等而變化。因此，需要一種用于減少渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)中燃料消耗率而不增加某些廢氣排放(如NOx)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本技術(shù)的一個方面，一種方法包括在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。該方法還包括在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，當(dāng)活塞被提前預(yù)定的提前值時， 在第一預(yù)定時間后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。根據(jù)本技術(shù)的另一方面，一種方法包括將燃料噴射提前預(yù)定的提前值，以減少機(jī)車的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)中的燃料消耗率。該方法還包括在壓縮沖程的第二半程期間，并且在壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，將預(yù)定量燃料的燃料噴射劃分為先導(dǎo)(Pilot) 燃料量和主燃料量，以減少與提前燃料噴射相關(guān)聯(lián)的氮氧化物排放。根據(jù)本技術(shù)的另一方面，一種系統(tǒng)包括控制器，其被配置為在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中，并且被配置為在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，當(dāng)活塞被提前預(yù)定的提前值時，在第一預(yù)定時間后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。根據(jù)本技術(shù)的另一方面，一種機(jī)車包括渦輪增壓器；壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)；控制器， 其連接到壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，并且被配置為在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中，并且被配置為在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，當(dāng)活塞被提前預(yù)定的提前值時，在第一預(yù)定時間后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。根據(jù)本技術(shù)的另一方面，一種方法包括提供控制器，該控制器被配置為在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中，并且被配置為在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前， 當(dāng)活塞被提前預(yù)定的提前值時，在第一預(yù)定時間之后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。根據(jù)本技術(shù)的另一方面，一種計算機(jī)程序包括有形介質(zhì)；以及位于該有形介質(zhì)上的各編程指令，其中各編程指令包括在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前， 在壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中的指令；以及在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，當(dāng)活塞被提前預(yù)定的提前值時，在第一預(yù)定時間之后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中的指令。


當(dāng)參照附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中貫穿附圖相同的符號表示相同的部件，附圖中圖1是渦輪增壓發(fā)動機(jī)(如機(jī)車動力單元)的示意表示，該渦輪增壓發(fā)動機(jī)具有根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例的發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率控制特征；圖2是根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例的發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率控制邏輯特征的示意表示；圖3是多氣缸內(nèi)燃機(jī)的示意表示，該多氣缸內(nèi)燃機(jī)具有根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例的發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率控制特征；圖4是并入渦輪增壓發(fā)動機(jī)(如機(jī)車動力單元)的系統(tǒng)的示意表示，該渦輪增壓發(fā)動機(jī)具有根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例的發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率控制特征；圖5是圖示根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例、控制在渦輪增壓發(fā)動機(jī)中的發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率的過程的流程圖；圖6是圖示根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例、在壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的壓縮沖程期間、相對曲柄角(并且具體地，上死點(diǎn))的第一和第二燃料噴射量的燃料噴射速度的變化的圖；圖7是圖示根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例、相對于壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的燃料消耗率的 NOx排放的相對變化的圖；圖8是圖示根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例、控制在渦輪增壓發(fā)動機(jī)中的發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率的過程的流程圖；以及圖9是圖示制造渦輪增壓發(fā)動機(jī)(如機(jī)車動力單元)的示例性過程的流程圖，該渦輪增壓發(fā)動機(jī)具有根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例的發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率控制特征。
具體實施例方式參照圖1，根據(jù)本技術(shù)的某些實施例圖示了具有發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率減少邏輯11的渦輪增壓系統(tǒng)10。在圖示的實施例中，渦輪增壓系統(tǒng)10是機(jī)車動力單元。在其他實施例中，動力單元可以用于如對本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他中速發(fā)動機(jī)應(yīng)用。機(jī)車動力單元10包括渦輪增壓器12和壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，例如柴油發(fā)動機(jī)14。如下面更詳細(xì)討論的，本技術(shù)的各實施例提供監(jiān)視和控制特征(如傳感器和控制邏輯)，以控制機(jī)車動力單元10內(nèi)的發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率(SFC)。例如，基于發(fā)動機(jī)14的操作狀況(如發(fā)動機(jī)速度、曲柄角、共軌壓力等)，通過在壓縮沖程的第二半程期間，并且在發(fā)動機(jī)14的壓縮沖程的上死點(diǎn)位置之前，將預(yù)定量的燃料噴射劃分為先導(dǎo)燃料噴射和提前的主燃料噴射， 控制發(fā)動機(jī)廢氣排放并且減少燃料消耗率。根據(jù)本技術(shù)的各實施例，壓縮沖程的第二半程與在壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的90度的曲柄角相關(guān)。噴射操作包括將燃料噴射劃分為先導(dǎo)燃料噴射和主燃料噴射；在主噴射事件中提供更大的燃料量；將主噴射事件提前預(yù)定值； 并且調(diào)整先導(dǎo)噴射和主噴射之間的正時。

圖示的發(fā)動機(jī)14包括進(jìn)氣歧管(manifold) 16和排氣歧管18。渦輪增壓器12包括壓氣器20和渦輪22，并且被操作來將壓縮空氣提供給進(jìn)氣歧管16用于氣缸24內(nèi)的燃燒。渦輪22被連接到排氣歧管18。從排氣歧管18排出的廢氣通過渦輪22擴(kuò)散，從而迫使連接到壓氣器20的渦輪增壓器軸26旋轉(zhuǎn)。壓氣器20通過空氣過濾器28吸入環(huán)境空氣， 并將壓縮的空氣提供給熱交換器30?？諝獾臏囟扔捎谕ㄟ^壓氣器20的壓縮而增加。壓縮空氣流過熱交換器30，使得空氣的溫度在傳遞到發(fā)動機(jī)14的進(jìn)氣歧管16之前被減少。在一個實施例中，熱交換器30是空氣到水熱交換器，其利用制冷劑來便利從壓縮空氣中去除熱量。在另一實施例中，熱交換器30是空氣到空氣熱交換器，其利用環(huán)境空氣來便利從壓縮空氣中去除熱量。在另一實施例中，熱交換器30利用制冷劑和環(huán)境空氣的組合來便利從壓縮空氣中去除熱量。動力單元10還包括控制器32。在一個實施例中，控制器32是可由用戶編程的電子邏輯控制器。在另一實施例中，控制器32是用于發(fā)動機(jī)14的電子燃料噴射控制器。控制器32從曲柄角傳感器36接收曲柄角信號34，該曲柄角傳感器提供來檢測發(fā)動機(jī)14的曲柄軸(未示出)的曲柄角(按度數(shù))?？刂破?2可以操作來產(chǎn)生壓力信號38以控制多個燃料噴射泵40的操作。泵40驅(qū)動多個燃料噴射器42，用于將燃料噴射到發(fā)動機(jī)14的多個氣缸24中。在圖示的實施例中，燃料噴射器42是電致動的燃料噴射器。燃料噴射器42典型地將燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸24中，作為從控制器32接收的燃料噴射信號39的函數(shù)。燃料噴射信號39可以包括表示期望的噴射速率、期望的燃料噴射正時、要噴射到氣缸24的燃料量等的波形?；钊?4可滑動地置于每個氣缸24中，并且如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的在上死點(diǎn)和底死點(diǎn)位置之間往復(fù)運(yùn)動?？刂破?2還從配置來檢測發(fā)動機(jī)14的速度(按曲柄軸的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))的速度傳感器48接收速度信號46?？刂破?2被配置來產(chǎn)生燃料噴射信號39，以基于曲柄角信號34和發(fā)動機(jī)速度信號46控制多個燃料噴射器42的操作。參照圖2，根據(jù)本技術(shù)的各實施例圖示具有發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率控制邏輯11的控制器32。如所示，控制器32從多個傳感器(如曲柄角傳感器36、速度傳感器48、 動力傳感器50、進(jìn)入空氣溫度傳感器52、排氣溫度傳感器54、氧氣傳感器56、C0傳感器58、 和NOx傳感器60)接收傳感信號。動力傳感器50可被配置為檢測發(fā)動機(jī)動力(按馬力)。 進(jìn)入空氣溫度傳感器52可以被配置為檢測提供給進(jìn)氣歧管的空氣的溫度(按度或開氏溫度)。廢氣溫度傳感器54可以被配置為檢測從排氣歧管排出的廢氣的溫度(按度或開氏溫度)。氧傳感器56、CO傳感器58、和NOx傳感器60可以分別被配置為檢測廢氣中的氧、一氧化碳和氮氧化物的量?？刂破?2包括劃分燃料噴射量和比例控制邏輯62，其使得控制器 32能夠在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)位置前，將第一數(shù)量的燃料(例如，先導(dǎo)燃料噴射)64 噴射到發(fā)動機(jī)氣缸24中。例如，在壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，在全部燃料噴射量的1 %到5% 范圍內(nèi)的先導(dǎo)燃料噴射量可以被噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。在活塞位于壓縮沖程的上死點(diǎn)位置附近時，劃分燃料噴射量和比例控制邏輯62還使得控制器32能夠?qū)⒌诙?shù)量的燃料(例如，多數(shù)/主燃料噴射)66噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。例如，當(dāng)活塞位置在壓縮沖程的上死點(diǎn)附近時，在全部燃料噴射量的95%到99%的范圍內(nèi)的主燃料噴射可以被噴射到發(fā)動機(jī)氣缸 24中。控制器32還包括劃分燃料噴射正時/提 前控制邏輯68，其使得控制器32能夠在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)位置之前的第一預(yù)定時間70，將先導(dǎo)燃料噴射量噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。例如，當(dāng)活塞位置在壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的20到90度的范圍內(nèi)時執(zhí)行先導(dǎo)燃料噴射。劃分燃料噴射正時/提前控制邏輯68還使得控制器32在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)位置之前的第二預(yù)定時間72，將主燃料噴射量噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。例如，當(dāng)活塞位置在壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的小于5度的范圍內(nèi)時，可以執(zhí)行主燃料噴射。在圖示的實施例中，控制器32還包括劃分燃料噴射壓力和脈沖持續(xù)時間控制邏輯74，其使得控制器32能夠控制先導(dǎo)燃料噴射76的壓力和脈沖持續(xù)時間。劃分燃料噴射壓力和脈沖持續(xù)時間控制邏輯74還使得控制器32能夠控制主燃料噴射78的壓力和脈沖持續(xù)時間。如在圖示的實施例中所討論的，控制器32被配置為基于多個傳感器的輸出，控制燃料噴射量、正時、壓力和脈沖持續(xù)時間。盡管在圖示的實施例中關(guān)于一個發(fā)動機(jī)氣缸24 解釋了控制器操作，但是在其他實施例中，控制器操作可應(yīng)用到多個發(fā)動機(jī)氣缸24。參照圖3，根據(jù)本技術(shù)的某些實施例圖示了具有多氣缸排列的發(fā)動機(jī)14的機(jī)車動力單元10。各燃料噴射器每個包括與各自的氣缸24流體相通地放置的燃料噴射閥80。在圖示的實施例中，發(fā)動機(jī)14分別包括四個氣缸24和四個燃料噴射閥80。然而，其他數(shù)量 (例如，6、8、10、12等)和配置的氣缸24和燃料噴射閥80在本技術(shù)的范圍內(nèi)。燃料噴射閥 80被提供來將燃料噴射到每個氣缸24的燃燒室中。燃料噴射閥80連接到高壓共軌82，其被配置為將燃料加壓到預(yù)先選擇的壓力。高壓共軌82經(jīng)由燃料供應(yīng)管道84連接到燃料噴射閥40。共軌82可以被提供有壓力傳感器(未示出)，用于檢測共軌82中的燃料壓力并傳輸對應(yīng)于檢測的燃料壓力的壓力信號81到控制器32。通過致動燃料噴射泵40，依賴于發(fā)動機(jī)14的操作狀況，共軌中的燃料壓力被維持在預(yù)定值。在某些實施例中，控制器32被配置為產(chǎn)生燃料噴射信號39，以基于曲柄角信號34、發(fā)動機(jī)速度信號46控制多個燃料噴射器的操作。在其他的實施例中，動力單元可具有多個共軌82和燃料噴射泵40。在一個實例中，機(jī)車發(fā)動機(jī)14可包括下面的規(guī)格，如在80到240巴(bar)范圍內(nèi)的最大氣缸內(nèi)壓力； 四沖程；階梯式操作，即，節(jié)流閥槽；在每分鐘300到1500轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)的中速；在每氣缸5到 20公升的范圍內(nèi)的排量；以及共軌燃料噴射系統(tǒng)。進(jìn)氣歧管16連接到各個氣缸24的燃燒室。進(jìn)氣歧管16連接到進(jìn)氣管86。可以給進(jìn)氣管86提供進(jìn)入空氣溫度傳感器(未示出)?？梢栽谶M(jìn)氣管86中提供熱交換器88， 以冷卻通過進(jìn)氣管86的進(jìn)入空氣。排氣歧管18連接到各個氣缸24的燃燒室。排氣歧管 18連接到排氣管90。如排出氣體溫度傳感器、氧傳感器、CO傳感器和NOx傳感器的多個傳感器(未示出)，可以連接到排氣管90。如上所述，控制器32從提供來檢測發(fā)動機(jī)14的曲柄角的曲柄角傳感器36接收曲柄角信號34?？刂破?2可以操作來產(chǎn)生燃料噴射信號39以控制燃料噴射器的操作?？刂破?2還從配置為檢測發(fā)動機(jī)14的速度的速度傳感器48接收速度信號46。如上所述，在圖示的實施例中，控制器32被配置為基于多個傳感器的輸出，控制燃料噴射量、正時、壓力和脈沖持續(xù)時間。與電致動的燃料噴射器一起使用高壓共軌82，使得控制器32能夠在燃料噴射速率、燃料噴射次數(shù)、燃料噴射量、正時、壓力和脈沖持續(xù)時間上提供靈活性。根據(jù)本技術(shù)的各實施例，燃料噴射操作對從發(fā)動機(jī)的中間負(fù)載到完 全負(fù)載狀況可應(yīng)用。對單點(diǎn)燃料噴射，如果提前了燃料噴射正時，則減少了燃料消耗率并且增加了廢氣排放。根據(jù)本技術(shù)，在發(fā)動機(jī)14的壓縮沖程的上死點(diǎn)位置之前，燃料噴射被劃分為先導(dǎo)燃料噴射和具有提前的正時的主燃料噴射。燃料的霧化由于劃分的噴射而增強(qiáng)，并且通過增加燃料的噴射壓力可以進(jìn)一步提升。燃料在燃燒室中均勻分布，并且增強(qiáng)了燃燒室內(nèi)的空氣利用率。更小量的先導(dǎo)噴射幫助防止燃料粘到氣缸壁。結(jié)果，廢氣排放基本被控制，并且燃料消耗率減少。參照圖4，圖示了機(jī)車動力單元10的一個實施例。如上所示，動力單元10包括渦輪增壓器12和柴油發(fā)動機(jī)14。動力單元10可以用于驅(qū)動系統(tǒng)92.系統(tǒng)92可包括高海拔機(jī)車發(fā)動機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)、船用發(fā)動機(jī)等。動力單元10包括控制器32?？刂破?2從提供來檢測發(fā)動機(jī)14的曲柄角的曲柄角傳感器36接收曲柄角信號34?？刂破?2可操作來產(chǎn)生燃料噴射信號39以控制多個燃料噴射器42的操作。控制器32還從配置為檢測發(fā)動機(jī)14 的速度的速度傳感器48接收速度信號46。在圖示的實施例中，控制器34還可包括數(shù)據(jù)庫94、算法96和數(shù)據(jù)分析塊98。數(shù)據(jù)庫94可以被配置為存儲關(guān)于動力單元10的預(yù)先定義的信息。例如，數(shù)據(jù)庫94可以存儲關(guān)于曲柄角、發(fā)動機(jī)速度、發(fā)動機(jī)功率、進(jìn)入空氣溫度、廢氣溫度、廢氣組成等的信息。數(shù)據(jù)庫94還可以包括指令集、映射、查找表、變量等。這樣的映射、查找表、指令集可操作來使先導(dǎo)噴射和主噴射的特性與特定的發(fā)動機(jī)操作參數(shù)(如發(fā)動機(jī)速度、曲柄角、共軌壓力、期望燃料量等)相關(guān)。此外，數(shù)據(jù)庫94可以配置來存儲從上述傳感器實際讀出/檢測的信息。 算法96便利來自上述多個傳感器的信號的處理。數(shù)據(jù)分析塊98可以包括各種電路類型，如微處理器、可編程邏輯控制器、邏輯模塊等。數(shù)據(jù)分析塊98與算法96結(jié)合可以用于執(zhí)行各種計算操作，該各種計算操作涉及燃料噴射速率、燃料噴射次數(shù)、燃料噴射量、正時、壓力和脈沖持續(xù)時間、先導(dǎo)噴射和主噴射之間的時間間隔、噴射器波形的電流、或其組合。上述參數(shù)的任何可相對于時間選擇性地和/ 或動態(tài)地適配或更改。控制器34被配置為通過在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前、在第一預(yù)定時間執(zhí)行先導(dǎo)噴射，并且進(jìn)一步在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前、在第一預(yù)定時間后的第二預(yù)定時間執(zhí)行提前的主燃料噴射，控制發(fā)動機(jī)廢氣排放和燃料消耗率。參照圖5，該圖是圖示操作圖1的渦輪增壓系統(tǒng)10的方法的一個實施例的流程圖。 在圖示的實施例中，如步驟100所示確定曲柄角和發(fā)動機(jī)速度。曲柄角傳感器36被提供來檢測發(fā)動機(jī)的曲柄角，而速度傳感器48被提供來檢測發(fā)動機(jī)速度(例如，曲柄軸的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))。如步驟102所示，控制器32基于曲柄角和/或發(fā)動機(jī)速度，在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前確定先導(dǎo)燃料噴射的第一預(yù)定時間。如步驟104所示，控制器32致動燃料噴射泵40以將先導(dǎo)燃料量噴射到發(fā)動機(jī)氣缸24中。在某些實施例中，在壓縮沖程的上死點(diǎn)之前當(dāng)活塞為20到90度時，噴射在到5%的范圍內(nèi)的先導(dǎo)燃料量。先導(dǎo)燃料霧化并且與氣缸24中的殘余空氣混合。當(dāng)活塞朝上死點(diǎn)移動時，先導(dǎo)燃料和空氣的混合物的溫度和壓力由于壓縮而增加。當(dāng)先導(dǎo)燃料和空氣的混合物達(dá)到點(diǎn)火溫度(自點(diǎn)火溫度)時，先導(dǎo)燃料和空氣的混合物點(diǎn)火，以在主噴射事件之前和期間形成燃燒產(chǎn)物。如步驟106所示，控制器32基于曲柄角和/或發(fā)動機(jī)速度，確定壓縮沖程的上死點(diǎn)的附近主燃料噴射的第二預(yù)定時間。如步驟108所示，控制器32致動燃料噴射泵40，以將主燃料量噴射到發(fā)動機(jī)氣缸24中。在某些實施例中，當(dāng)活塞小于壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的5度時，噴射在95%到99%的范圍內(nèi)的主燃料量。主燃料霧化并且與氣缸24內(nèi)的殘余氣體混合。主燃料還與空氣和先導(dǎo)燃料的殘余燃燒混合物混合?？諝夂拖葘?dǎo)燃料的殘余燃燒混合物用作具有高比熱的稀釋劑，以減少主噴射事件的溫度，由此減少廢氣排放。將燃料噴射劃分為先導(dǎo)燃料噴射和提前的主燃料噴射改進(jìn)燃料消耗，同時將發(fā)動機(jī)廢氣排放維持在預(yù)定的限度內(nèi)。參照圖6，根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例，圖示了表示在壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)14的壓縮沖程期間、相對于曲柄角(由X軸表示)(并且具體地，上死點(diǎn)110)的燃料噴射速度(由Y 軸表示)的變化的圖。在圖示的實施例中，曲線112表示在發(fā)動機(jī)氣缸14內(nèi)的上死點(diǎn)110 之前的第一角度114開始的先導(dǎo)燃料噴射量(例如，1%、3%和5%)。在壓縮沖程期間，先導(dǎo)燃料噴射的第一角度114可以在上死點(diǎn)110之前的20到90度的范圍內(nèi)。曲線116表示在相對于上死點(diǎn)110的第二角度118開始的主燃料噴射量(例如，99%、97%和95%)。在壓縮沖程期間，主燃料噴射的第二角度118可以在上死點(diǎn)110之前的小于5度的范圍內(nèi)。 “停留”是在先導(dǎo)噴射的結(jié)束和主噴射的開始之間的時間段。在圖示的實施例中，停留可在上死點(diǎn)110之前的大約10到80度的范圍內(nèi)變化。 參照圖7，根據(jù)本技術(shù)的示例性實施例，圖示了表示相對于壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)14的燃料消耗率(由X軸表示)的NOx排放(Y軸)的變化的圖。X軸表示相對于SFC基線119 的燃料消耗率的百分比的變化。Y軸表示相對于NOx基線121的NOx排放的百分比的變化。 曲線120表示對于3%的先導(dǎo)燃料噴射，NOx排放和燃料消耗率的減少。在先導(dǎo)噴射和主噴射之間的停留可以在上死點(diǎn)之前的10到80度的范圍內(nèi)變化。曲線112表示對于3%的先導(dǎo)燃料排放、上死點(diǎn)之前的60度的停留、和相對較高的燃料噴射速率，燃料消耗率的減少和NOx排放的增加。曲線124表示對于3%的先導(dǎo)燃料噴射、上死點(diǎn)之前的60度的停留、相對較高的燃料噴射速率、和提前上死點(diǎn)之前2度的主燃料噴射正時，燃料消耗率的減少和 NOx排放的增加。如上所述，通過基于發(fā)動機(jī)14的操作狀況(如發(fā)動機(jī)速度、曲柄角、共軌壓力等)，在發(fā)動機(jī)14的壓縮沖程的上死點(diǎn)位置之前，將預(yù)定量的燃料噴射劃分為先導(dǎo)燃料噴射和提前的主燃料噴射，發(fā)動機(jī)廢氣排放被控制并且燃料消耗率減少。在一個實例中， 可以獲得多于2%的燃料消耗率收益，同時將NOx排放維持在預(yù)定限度內(nèi)。參照圖8，該圖是圖示操作圖1的渦輪增壓系統(tǒng)10的方法的另一實施例的流程圖。 在圖示的實施例中，如步驟126所示，基于曲柄角和發(fā)動機(jī)速度致動發(fā)動機(jī)14的燃料噴射系統(tǒng)。燃料噴射系統(tǒng)包括連接到高壓共軌82的多個燃料噴射器，該高壓共軌82被配置為將燃料加壓到預(yù)先選擇的壓力。如上所述，高壓共軌82與電致動燃料噴射器一起使用，使得控制器32能夠在燃料噴射速率、燃料噴射次數(shù)、燃料噴射量、正時、壓力和脈沖持續(xù)時間上提供靈活性。如由步驟128所示，通過在發(fā)動機(jī)14的壓縮沖程的上死點(diǎn)位置之前，將燃料噴射劃分為先導(dǎo)燃料噴射和主燃料噴射，發(fā)動機(jī)廢氣排放被減少或維持在預(yù)定限度內(nèi)。當(dāng)活塞在壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的20到90度時，噴射1到5%的范圍內(nèi)的先導(dǎo)燃料量。先導(dǎo)燃料霧化并且與氣缸24內(nèi)的殘余氣體混合。當(dāng)活塞朝上死點(diǎn)移動時，先導(dǎo)燃料和空氣的混合物的壓力和溫度由于壓縮而增加。當(dāng)先導(dǎo)燃料和空氣的混合物達(dá)到點(diǎn)火溫度時，先導(dǎo)燃料和空氣的混合物點(diǎn)火，以在主噴射事件之前和期間形成燃燒產(chǎn)物。如步驟130所示，通過在壓縮沖程的上死點(diǎn)附近提前主燃料噴射，減少了燃料消耗率。主燃料霧化并且與氣缸24內(nèi)的殘余空氣混合。主燃料還與空氣和先導(dǎo)燃料的殘余燃燒的混合物混合。先導(dǎo)燃料和空氣的殘余燃燒混合物用作具有高比熱的稀釋劑，以減少主噴射事件的溫度，從而減少廢氣排放。 主噴射事件的提前使得燃料能夠更好地霧化，導(dǎo)致改進(jìn)的燃料消耗。因此更小量的先導(dǎo)燃料噴射和提前的主燃料噴射的組合提供了減少的燃料消耗，同時將廢氣排放維持在安全限度內(nèi)。參照圖9，該圖是圖示根據(jù)本技術(shù)的各實施例、制造動力單元10的方法的流程圖。如由步驟132所示，該方法包括提供劃分燃料噴射量和比例控制邏輯62，其使得控制器32能夠在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)位置之前，將第一數(shù)量的燃料(例如，先導(dǎo)燃料噴射)64噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中，并且當(dāng)活塞在壓縮沖程的上死點(diǎn)位置附近時，將第二數(shù)量的燃料(例如，主要/主燃料噴射)66噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。當(dāng)活塞位置在壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的20到90度的范圍內(nèi)時，執(zhí)行先導(dǎo)燃料噴射。如步驟134所示，該方法還包括提供劃分燃料噴射正時/提前控制邏輯68，其使得控制器32在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)位置之前的第二預(yù)定時間72，將主燃料噴射量噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。主燃料噴射被提前到小于或等于壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的5度。如由步驟136所示，該方法還包括提供劃分燃料噴射壓力和脈沖持續(xù)時間控制邏輯74，其使得控制器32能夠控制先導(dǎo)燃料噴射76和主燃料噴射78的壓力和脈沖持續(xù)時間。劃分燃料噴射壓力和脈沖持續(xù)時間控制邏輯74還可以使得控制器32能夠控制先導(dǎo)和主噴射事件之間的停留。盡管只有本發(fā)明的某些特定實施例已經(jīng)在此圖示和描述，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員將出現(xiàn)許多修改和變化。因此，要理解的是，權(quán)利要求書意圖覆蓋落入本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有這樣的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括將燃料噴射提前預(yù)定的提前值，以減少機(jī)車的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)中的燃料消耗率；以及在壓縮沖程的第二半程期間、以及在壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，將預(yù)定量燃料的燃料噴射劃分為先導(dǎo)燃料量和主燃料量，以減少與提前燃料噴射相關(guān)聯(lián)的氮氧化物排放；其中提前和劃分包括修改壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)，以減少燃料消耗率而不增加污染物排放水平。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中提前燃料噴射包括在壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的大約 20到90度的曲柄角噴射先導(dǎo)燃料量，并且在小于壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的大約5度的曲柄角噴射主燃料量。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中修改燃料噴射系統(tǒng)包括提供具有多個燃料噴射器的高壓共軌。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中劃分包括提供預(yù)定燃料數(shù)量的大約到5%作為先導(dǎo)燃料量，并且提供預(yù)定燃料數(shù)量的大約95%到99%作為主燃料量。
5.一種系統(tǒng)，包括控制器，其被配置為在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中，并且被配置為在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前、當(dāng)活塞提前預(yù)定的提前值時，在第一預(yù)定時間后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中；其中控制器被配置為在第一預(yù)定時間噴射第一數(shù)量的燃料、以及在第二預(yù)定時間噴射第二數(shù)量的燃料到發(fā)動機(jī)氣缸中，以減少燃料消耗率而不增加污染物排放水平。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括曲柄角傳感器和發(fā)動機(jī)速度傳感器，其連接到控制器并且分別被配置為檢測曲柄角和發(fā)動機(jī)速度。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中控制器被配置為基于曲柄角和發(fā)動機(jī)速度的各個值，控制將第一數(shù)量的燃料和第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，還包括具有控制器的柴油發(fā)動機(jī)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括具有柴油發(fā)動機(jī)和連接到柴油發(fā)動機(jī)的控制器的車輛。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中柴油發(fā)動機(jī)包括多個規(guī)范，其包括在80到240巴范圍內(nèi)的最大汽缸內(nèi)壓力、4沖程、步進(jìn)操作、300到1500轉(zhuǎn)每分鐘范圍內(nèi)的速度、5到20升每缸范圍內(nèi)的排量、以及共軌燃料噴射系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中控制器被配置為控制多個燃料噴射器，以基于曲柄角和發(fā)動機(jī)速度調(diào)整燃料噴射的數(shù)量和正時。
12.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中控制器被配置為噴射燃料數(shù)量的大約到5%作為第一燃料量，以及噴射燃料數(shù)量的大約95%到99%作為第二燃料量。
13.一種機(jī)車，包括渦輪增壓器；壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，其包括多個規(guī)范，該多個規(guī)范包括在80到MO巴范圍內(nèi)的最大汽缸內(nèi)壓力、4沖程、步進(jìn)操作、300到1500轉(zhuǎn)每分鐘范圍內(nèi)的速度、5到20升每缸范圍內(nèi)的排量、以及共軌燃料噴射系統(tǒng)；控制器，其連接到壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，并且被配置為在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中，并且被配置為在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前、當(dāng)活塞提前預(yù)定的提前值時， 在第一預(yù)定時間后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。
14.如權(quán)利要求13所述的機(jī)車，還包括曲柄角傳感器和發(fā)動機(jī)速度傳感器，其連接到控制器并且分別配置為檢測曲柄角和發(fā)動機(jī)速度。
15.如權(quán)利要求14所述的機(jī)車，其中控制器被配置為基于曲柄角和發(fā)動機(jī)速度的各個值，將第一數(shù)量的燃料和第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。
16.如權(quán)利要求13所述的機(jī)車，其中控制器被配置為噴射燃料數(shù)量的大約到5%作為第一燃料量，以及噴射燃料數(shù)量的大約95%到99%作為第二燃料量。
17.一種方法，包括提供控制器，該控制器被配置為在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前的壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中，并且被配置為在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前、當(dāng)活塞提前預(yù)定的提前值時，在第一預(yù)定時間之后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中；其中控制器被配置為在第一預(yù)定時間噴射第一數(shù)量的燃料、以及在第二預(yù)定時間噴射第二數(shù)量的燃料到發(fā)動機(jī)氣缸中，以減少燃料消耗率而不增加污染物排放水平。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括提供具有控制器的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括提供具有壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)和連接到壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的控制器的車輛。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中提供車輛包括提供機(jī)車。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中控制器被配置為噴射燃料數(shù)量的大約到5%作為第一燃料量，以及噴射燃料數(shù)量的大約95%到99%作為第二燃料量。
全文摘要
在某些實施例中，提供了一種操作渦輪增壓系統(tǒng)的方法，該方法包括在發(fā)動機(jī)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預(yù)定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。該方法還包括在活塞到達(dá)壓縮沖程的上死點(diǎn)之前，當(dāng)活塞被提前預(yù)定的提前值時，在第一預(yù)定時間后的第二預(yù)定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機(jī)氣缸中。
文檔編號F02D41/40GK102155318SQ201110077759
公開日2011年8月17日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者巴斯卡·塔馬, 羅伊·J·普賴默斯, 邁克爾·K·奎曼 申請人:通用電氣公司