專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法
發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中使用不同燃料的方法和系統(tǒng)。背景技術(shù)：
已經(jīng)研究替代燃料以減輕常規(guī)燃料的價(jià)格上漲以及減少排放。例如，醇和含有醇的混合燃料已經(jīng)被認(rèn)為具有吸引力的替代燃料，特別是對(duì)于機(jī)動(dòng)車輛應(yīng)用。利用多種發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和噴射技術(shù)，多種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可使用醇類燃料。此外，多種方法可用于控制這種醇類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以利用高辛烷值醇類燃料的充斥冷卻效應(yīng)，特別是解決發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法可包括根據(jù)醇類燃料和多種其它發(fā)動(dòng)機(jī)工況調(diào)節(jié)增壓或火花正時(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)可配置用于直接噴射爆震控制液(例如水)至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)。所噴射的水的冷卻效應(yīng)和稀釋效應(yīng)可用于解決汽缸爆震，以及減少發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放。美國專利US 6，415，745顯示了這種系統(tǒng)的一個(gè)示例。其中，基本上在進(jìn)氣沖程期間將一定量的水直接噴射進(jìn)汽缸內(nèi)。基于需要減少的NOx和發(fā)動(dòng)機(jī)工況調(diào)節(jié)噴射的開始以及噴射量。然而，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種系統(tǒng)的潛在問題。如一個(gè)示例，基于水噴射正時(shí)和噴射量會(huì)出現(xiàn)不希望的扭矩變化。具體地，基于噴射開始和結(jié)束的時(shí)間，在噴射水的時(shí)間汽缸溫度會(huì)改變，從而導(dǎo)致水蒸發(fā)效應(yīng)的變化。例如，如果噴射正時(shí)在汽缸較熱時(shí)，所噴射的水會(huì)蒸發(fā)越多，導(dǎo)致取代更多的空氣-燃料充氣且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩影響更大。相比較，如果噴射正時(shí)在汽缸較冷時(shí)，則所噴射的水會(huì)蒸發(fā)更少，導(dǎo)致取代更少的空氣_燃料充氣且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩影響較小。此外，如果噴射正時(shí)為在進(jìn)氣門關(guān)閉之前幾乎不發(fā)生蒸發(fā)時(shí)，則基本上不取代捕集的空氣_燃料混合物并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩幾乎不產(chǎn)生影響。因此，盡管充分地解決了發(fā)動(dòng)機(jī)NOx，然而該方法可能不能夠提供所需的扭矩。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)來至少部分地解決上面的問題。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過直接噴射爆震控制液進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，可解決爆震。通過基于直接噴射的正時(shí)、量和成分調(diào)節(jié)節(jié)氣門位置，并且因此可更好地解決所噴射水的蒸發(fā)和空氣-燃料充氣置換效應(yīng)、由液體噴射引起的扭矩變化，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。根據(jù)本發(fā)明一方面，提供一種運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括調(diào)節(jié)直接噴射液體(例如水)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)。該方法還包括在第一液體噴射正時(shí)期間，基于液體噴射量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門第一量；及在第二、后液體噴射正時(shí)期間，基于液體噴射量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門第二、 較小量。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況直接噴射一定量爆震控制液至發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)；及基于噴射量、噴射正時(shí)和液體成分調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置。根據(jù)本發(fā)明再一方面，提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括帶有進(jìn)氣和排氣的發(fā)動(dòng)機(jī)；配置用于直接噴射爆震控制液進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的直接噴射器；包括壓縮器和渦輪的渦輪增壓器；連接在渦輪下游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和壓縮器上游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣之間的EGR管道；用于調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)凸輪的正時(shí)的可變凸輪正時(shí)機(jī)構(gòu)(VCT)；及控制系統(tǒng)，配置用于響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震；直接噴射一定量爆震控制液至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)；響應(yīng)直接噴射的正時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)氣門；及響應(yīng)直接噴射的量調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)VCT和EGR的量。在一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可配置有用于直接噴射爆震控制液(例如水)至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的直接噴射器。響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，可直接噴射水進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)以解決爆震?？苫诎l(fā)動(dòng)機(jī)工況(例如爆震強(qiáng)度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷狀況等)并且進(jìn)一步基于所需發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋和EGR瞬變的出現(xiàn)來調(diào)節(jié)直接噴射水。這可包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況、爆震和/或所需稀釋來調(diào)節(jié)直接噴射水的正時(shí)和量。因此，可相對(duì)于汽缸的進(jìn)氣門關(guān)閉(IVC)事件來調(diào)節(jié)直接噴射的正時(shí)。例如，當(dāng)爆震增加時(shí)，和/或當(dāng)所需發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋增加時(shí)可從IVC延遲噴射正時(shí)。基于直接噴射的正時(shí)，可執(zhí)行節(jié)氣門調(diào)節(jié)以補(bǔ)償不需要的扭矩變化。例如，在從 IVC延遲更多的第一水噴射正時(shí)期間，可基于水噴射量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門第一、較小量。在另一示例中，在從IVC延遲較少的第二水噴射期間，可基于水噴射量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門第二、較大量。在一個(gè)示例中，第一噴射正時(shí)在IVC之后而第二噴射正時(shí)在IVC之前，或至少部分第二噴射正時(shí)在IVC之前。其中，在第一噴射正時(shí)處，基本上所有直接噴射的水會(huì)在進(jìn)氣門已經(jīng)關(guān)閉之后蒸發(fā)，從而不能夠置換捕集在汽缸內(nèi)的空氣-燃料充氣，而在第二噴射正時(shí)處，一些或所有直接噴射的水會(huì)在進(jìn)氣門關(guān)閉之前蒸發(fā)，占據(jù)汽缸內(nèi)空氣-燃料充氣的更多空間。因此，在第一噴射正時(shí)處，噴射的水對(duì)進(jìn)氣空氣-燃料充氣的量產(chǎn)生較小的效應(yīng)。因此，可要求更少和/或更小的節(jié)氣門調(diào)節(jié)來解決較小的扭矩變化。相比較，在第二噴射正時(shí)處，噴射的水對(duì)進(jìn)氣空氣-燃料充氣的量產(chǎn)生較大的影響。因此，可要求更多和/或更大的節(jié)氣門調(diào)節(jié)來解決較大的扭矩變化。在一些狀況下，可以多次噴射來執(zhí)行直接噴射的水，其中基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況調(diào)節(jié)多次噴射的正時(shí)之間的轉(zhuǎn)換。在一個(gè)示例中，可基于爆震(例如爆震正時(shí)、爆震強(qiáng)度、爆震特性)來調(diào)節(jié)正時(shí)。因此，當(dāng)爆震強(qiáng)度增加時(shí)(例如超過相應(yīng)于預(yù)點(diǎn)火的閾值)，可增加水噴射的執(zhí)行次數(shù)，并且進(jìn)一步地在IVC之前可執(zhí)行較大次數(shù)的這些噴射以減少空氣充氣溫度并且加速爆震減輕。在這里，節(jié)氣門調(diào)節(jié)可基于多次噴射的次數(shù)和正時(shí)。在替代示例中，也可基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況(例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷狀況、可用增壓、所需稀釋等)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的正時(shí)。節(jié)氣門調(diào)節(jié)也可基于所噴射的水的稀釋效應(yīng)。因此，基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況，并且進(jìn)一步基于發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的可能性，可確定所需的發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋。可使用影響發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)(例如EGR 量、VCT正時(shí)、氣門升程、增壓量等)的稀釋來提供所需稀釋。所噴射的水也具有稀釋效應(yīng)， 該效應(yīng)基于所噴射水的量。因此，當(dāng)響應(yīng)爆震增加噴射的水的量時(shí)，可基于水噴射調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)以提供所需稀釋。例如，當(dāng)所噴射的水的量增加時(shí)，可相應(yīng)地減少 EGR的量以使得提供所需稀釋。盡管上面的示例說明了基于水的稀釋效應(yīng)的節(jié)氣門的調(diào)節(jié)，應(yīng)了解這不意味限制，并且在替代示例中所噴射的液體可為替代的爆震控制液，例如燃料、燃料混合物、水、其它惰性液體、乙醇、甲醇、其它醇類、汽油或它們的組合。在這里，節(jié)氣門調(diào)節(jié)不僅基于爆震控制液的直接噴射正時(shí)和量，還基于該液體的容積和蒸發(fā)效應(yīng)。在一個(gè)示例中，可根據(jù)所噴射液體的摩爾成分推斷效應(yīng)的組合。例如，在所噴射液體為包括醇類燃料的混合物，摩爾成分可基于混合物中的醇類成分的容積比，以及它們的分子量和密度。因此，當(dāng)所噴射液體的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)和/或醇含量增加時(shí)，可減小空氣-燃料充氣溫度并且增加密度，并且因此節(jié)氣門補(bǔ)償可用于減小歧管壓力以實(shí)現(xiàn)所需扭矩。在另一示例中，在所噴射液體為包括水或其它惰性液體的混合物中，空氣-燃料混合物可在IVC之前部分地由所噴射的水置換，并且從而節(jié)氣門補(bǔ)償可用于增加進(jìn)氣歧管壓力以實(shí)現(xiàn)所需扭矩。在再一示例中，蒸發(fā)冷卻效應(yīng)和惰性蒸汽的置換可彼此部分抵消。另外地，可能需要在火花提前量、增壓量、VCT量和/或 EGR量上調(diào)節(jié)。這樣，通過直接噴射爆震控制液進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，可解決爆震。通過基于直接噴射的正時(shí)、量和成分調(diào)節(jié)節(jié)氣門位置，并且因此可更好地解決所噴射水的蒸發(fā)和空氣-燃料充氣置換效應(yīng)、由液體噴射引起的扭矩變化，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。應(yīng)理解上面的概述提供用于以簡(jiǎn)化的形式引入將在詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的選擇的概念。不意味著確認(rèn)所保護(hù)的本發(fā)明主題的關(guān)鍵的或?qū)嵸|(zhì)的特征，本發(fā)明的范圍將由本申請(qǐng)的權(quán)利要求唯一地界定。此外，所保護(hù)的主題不限于克服上文或本公開的任何部分中所述的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。

圖1顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的示例實(shí)施例。圖2顯示了描繪燃料經(jīng)濟(jì)性損失和扭矩比隨著變化的火花延遲而變化。圖3顯示了通過比較由火花延遲導(dǎo)致的燃料經(jīng)濟(jì)性損失與由乙醇燃料噴射導(dǎo)致的燃料經(jīng)濟(jì)性損失可用于識(shí)別調(diào)節(jié)閾值點(diǎn)的圖。圖4顯示了用于多種成本函數(shù)比較由火花延遲導(dǎo)致的損失和由乙醇燃料噴射導(dǎo)致的損失的圖。圖5A-B顯示了說明可執(zhí)行用于調(diào)節(jié)火花延遲量和燃料噴射量以解決發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的例程的高級(jí)流程圖。圖6顯示了用于基于爆震控制液的可用性調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋和發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒速度的高級(jí)流程圖。圖7顯示了可用于基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度負(fù)荷狀況調(diào)節(jié)使用火花延遲和高辛烷值燃料噴射的閾值點(diǎn)的圖。圖8顯示了說明可執(zhí)行用于基于多種發(fā)動(dòng)機(jī)工況限制調(diào)節(jié)使用火花延遲和高辛烷值燃料噴射的閾值點(diǎn)的例程的高級(jí)流程圖。圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明說明使用火花延遲和乙醇燃料直接噴射以解決爆震的示例的圖。圖10-11顯示了說明使用火花延遲和基于噴射的燃料量直接噴射爆震控制液的示例調(diào)節(jié)的圖。圖12顯示了說明響應(yīng)EGR瞬間直接噴射水的示例變化的圖。圖13顯示了說明響應(yīng)直接噴射水的正時(shí)的示例節(jié)氣門調(diào)節(jié)的圖。
具體實(shí)施方式下面的描述涉及用于改善柔性燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(如圖1內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī))內(nèi)的燃料使用效
6率的系統(tǒng)和方法。響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震，火花延遲量和爆震控制液噴射可用于解決爆震。 具體地，可延遲火花直至預(yù)定的延遲量(例如預(yù)定的正時(shí)或閾值點(diǎn))，直至其使用火花延遲可更有利(例如更具有燃料經(jīng)濟(jì)性)，并且超過該延遲量噴射爆震控制液以解決發(fā)動(dòng)機(jī)爆震可更有利。如在圖2-5中所示，基于駕駛員選擇的成本函數(shù)，控制器可調(diào)節(jié)火花延遲的使用以及直接噴射和/或進(jìn)氣道噴射燃料、或爆震控制液的使用以解決爆震。該使用可進(jìn)一步基于固有的辛烷含量、稀釋效應(yīng)和可用爆震控制液的充氣冷卻效應(yīng)，例如從噴射的爆震控制液的成分(摩爾或容積)所推斷的。如在圖7-8中所示，在所選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)工況(例如轉(zhuǎn)速負(fù)荷狀況)下，可確定發(fā)動(dòng)機(jī)限制(例如扭矩、溫度和排放限制)，并且可進(jìn)一步相應(yīng)地調(diào)節(jié)預(yù)定的正時(shí)。如在圖9中所示，響應(yīng)爆震，控制器可使用火花延遲直至預(yù)定正時(shí)以解決爆震，在這之后，控制器可使用噴射爆震控制液以解決爆震。如在圖10-11中所示，與噴射器的脈沖寬度噴射限制相比，使用火花延遲和爆震控制液噴射之間的調(diào)節(jié)也可基于噴射的爆震控制液的量。如在圖6和12中所示，可基于噴射的爆震控制液的稀釋效應(yīng)執(zhí)行額外的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)以便更好地協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋優(yōu)點(diǎn)和噴射液體的爆震抑制優(yōu)點(diǎn)。此外，如圖 13所示，可基于直接噴射相對(duì)于進(jìn)氣門關(guān)閉的正時(shí)進(jìn)行節(jié)氣門調(diào)節(jié)以便更好地補(bǔ)償扭矩瞬變。這樣，通過在解決爆震中改善火花延遲的使用和燃料或爆震控制液的噴射，可更明智地使用爆震控制液同時(shí)改善了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。圖1描繪了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室或汽缸的示例實(shí)施例。發(fā)動(dòng)機(jī)10可接收來自包括控制器12的控制系統(tǒng)的控制參數(shù)和經(jīng)由輸入裝置132接收來自車輛操作者130的輸入。在這個(gè)例子中，輸入裝置132包括加速踏板和用于成比例地產(chǎn)生踏板位置信號(hào)PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸(在這里也稱為燃燒室)14可包括帶有定位于其內(nèi)的活塞138的燃燒室壁136?；钊?38可連接至曲軸140以便使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸140可經(jīng)由中間傳動(dòng)系統(tǒng)連接至車輛的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。而且，起動(dòng)馬達(dá)可經(jīng)由飛輪連接至曲軸140以開始發(fā)動(dòng)機(jī)10的起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。汽缸14能夠經(jīng)由多個(gè)進(jìn)氣道142、144和146接收進(jìn)氣。進(jìn)氣道146能夠與除了汽缸14之外的發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它汽缸連通。在一些實(shí)施例中，進(jìn)氣道中一個(gè)或多個(gè)可包括增壓裝置例如渦輪增壓器或機(jī)械增壓器。例如，圖1顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)10配置有包括設(shè)置在進(jìn)氣道142和144之間的壓縮器174和沿排氣道148設(shè)置的排氣渦輪176。壓縮器174可為至少部分地經(jīng)由軸180由排氣渦輪176驅(qū)動(dòng)，在這里增壓裝置配置為渦輪增壓器。然而，在其它示例中，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)10設(shè)有渦輪增壓器的情況下，可選地省略排氣渦輪176，其中壓縮器174可由來自馬達(dá)或發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械輸入驅(qū)動(dòng)?？裳匕l(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道設(shè)有包括節(jié)流板164 的節(jié)氣門162用于改變提供至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的進(jìn)氣的流速和/或壓力。例如，如圖1所示，節(jié)氣門162可設(shè)置在壓縮器174的下游，或者可替代地提供在壓縮器174上游。排氣通道148能夠從除汽缸14之外的發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它汽缸接收排氣。排氣傳感器128顯示為連接至排放控制裝置178上游的排氣道148。傳感器128可為用于提供排氣空燃比指示的多種適合的傳感器，例如線性氧傳感器或UEGO (通用或?qū)捰蚺艢庋鮽鞲衅?、 雙態(tài)氧傳感器或EGO (排氣氧傳感器)、HEG0(加熱型EGO)、氮氧化物、碳?xì)浠衔锘蛞谎趸紓鞲衅鳌Ｅ欧趴刂蒲b置178可為三元催化劑(TWC)、Ν0χ捕集器、多種其他排放控制裝置或其組合?？赏ㄟ^位于排氣通道148內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器(未顯示)測(cè)量排氣溫度?？商娲兀苫诎l(fā)動(dòng)機(jī)工況(例如轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、空燃比(AFR)、火花延遲等)推斷排氣溫度。 此外，可通過一個(gè)或多個(gè)排氣傳感器128計(jì)算排氣溫度。應(yīng)了解排氣溫度可替代地通過這里列出的任何溫度估算的組合來估算。發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸可包括一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)或多個(gè)排氣門。例如，汽缸 14顯示為包括位于汽缸14的上部區(qū)域的至少一個(gè)進(jìn)氣提升閥150和至少一個(gè)排氣提升閥 156。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸(包括汽缸14)可包括位于該汽缸的上部區(qū)域的至少兩個(gè)進(jìn)氣提升閥和至少兩個(gè)排氣提升閥。進(jìn)氣門150通過經(jīng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)151的凸輪驅(qū)動(dòng)通過控制器12控制。類似地，排氣門156可經(jīng)由凸輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)153通過控制器12控制。凸輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)151和153可均包括一個(gè)或多個(gè)凸輪并且可利用由控制器12運(yùn)轉(zhuǎn)以改變氣門運(yùn)轉(zhuǎn)的輪廓線變換(CPS)、可變凸輪正時(shí)(VCT)、可變氣門正時(shí)(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)。進(jìn)氣門 150和排氣門156的運(yùn)轉(zhuǎn)可分別通過氣門位置傳感器(未顯示)和/或凸輪軸傳感器155 和157確定。在可替代實(shí)施例中，可通過電動(dòng)氣門驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)氣門和/或排氣門。例如，汽缸14可替代地包括經(jīng)由電動(dòng)氣門驅(qū)動(dòng)控制的進(jìn)氣門和經(jīng)由包括CPS和/或VCT的凸輪驅(qū)動(dòng)控制的排氣門。在其它實(shí)施例中，進(jìn)氣門和排氣門可由共用氣門驅(qū)動(dòng)或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，或可變氣門正時(shí)驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制。如參考圖6和12所詳述，可(通過提前或延遲VCT系統(tǒng)) 調(diào)節(jié)凸輪正時(shí)以及協(xié)同EGR流量和/或爆震控制液的直接噴射來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋，從而減少EGR瞬變并且改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。汽缸14能夠具有壓縮比，其為在活塞138位于下止點(diǎn)和上止點(diǎn)的體積比。常規(guī)地， 壓縮比在9 1至10 1的范圍內(nèi)。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可增加壓縮比。 例如這會(huì)在使用高辛烷值燃料或具有高汽化比潛熱的燃料時(shí)會(huì)發(fā)生。如果使用直接噴射由于其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的效果也可增加壓縮比。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸可包括用于發(fā)動(dòng)燃燒的火花塞192。點(diǎn)火系統(tǒng)190能夠響應(yīng)在選定運(yùn)轉(zhuǎn)模式下來自的控制器12的火花提前信號(hào)SA經(jīng)由火花塞192 向燃燒室14提供點(diǎn)火火花。然而，在一些實(shí)施例下，可省略火花塞192，例如在這樣的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)10可由自動(dòng)點(diǎn)火或在一些柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下通過燃料噴射發(fā)動(dòng)燃燒。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸可配置有提供燃料至其上的一個(gè)或多個(gè)用燃料噴射器。在一些實(shí)施例中，爆震控制液可為燃料，其中噴射器也稱為燃料噴射器。如一個(gè)非限制性示例，汽缸14顯示為包括一個(gè)燃料噴射器166。燃料噴射器166顯示為直接地連接至汽缸14用于將燃料與經(jīng)由電子驅(qū)動(dòng)器168從控制器12接收的FPW信號(hào)的脈沖寬度成比例地噴射進(jìn)其內(nèi)。這樣，燃料噴射器166將燃料以稱為燃料直接噴射的方式提供至燃燒汽缸14內(nèi)。盡管圖1顯示了噴射器166為側(cè)面噴射器，其也可位于活塞的頂部，例如靠近火花塞192的位置處。當(dāng)以醇基的燃料運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)由于一些醇類燃料的低揮發(fā)性，這種位置可改善混合和燃燒?？商娲?，噴射器可位于頂部或靠近進(jìn)氣門處以改善混合。可將燃料從包括燃料箱、燃料泵和燃料導(dǎo)軌的高壓燃料系統(tǒng)8輸送至燃料噴射器166?？商娲兀赏ㄟ^單級(jí)燃料泵在低壓下輸送燃料，在這種情況下，在壓縮沖程期間可比如果在使用高壓燃料系統(tǒng)時(shí)更多地限制直接燃料噴射正時(shí)。此外，盡管未顯示，在可替代實(shí)施例中，噴射器166可為將燃料提供至汽缸14上游的進(jìn)氣道內(nèi)的進(jìn)氣道噴射器。應(yīng)了解盡管在一個(gè)實(shí)施例中，可通過單個(gè)直接噴射器噴射可變?nèi)剂匣虮鹂刂埔夯旌衔镞\(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，在可替代實(shí)施例中，可使用兩個(gè)噴射器(直接噴射器166和進(jìn)氣道噴射器)并且改變來自每個(gè)噴射器的噴射量來運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。在汽缸的單個(gè)循環(huán)期間可通過噴射器將燃料輸送至汽缸。此外，從噴射器輸送的燃料或爆震控制液的分配和/或相對(duì)量可隨著工況(例如空氣充氣溫度)變化，如下面所述。而且，對(duì)于單個(gè)燃燒事件，每個(gè)循環(huán)可執(zhí)行輸送的燃料的多次噴射。多次噴射可在壓縮沖程、進(jìn)氣沖程或它們的任何合適的組合期間執(zhí)行。如上所述，圖1僅顯示了多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)汽缸。同樣，每個(gè)汽缸可類似地包括其自有組進(jìn)氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。燃燒系統(tǒng)8內(nèi)的燃料箱可保存不同性質(zhì)(例如不同成分)的燃料或爆震控制液。 這些差別可包括不同的醇含量、不同的水含量、不同的辛烷值、不同的汽化熱、不同的燃料混合和/或它們的組合等。在一個(gè)示例中，帶有不同醇含量的爆震控制液可包括一種燃料為汽油而另一種為乙醇或甲醇。在其它示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可使用汽油作為第一物質(zhì)并且含有燃料混合物例如E85 (其大約為85%的乙醇和15%的汽油)或M85 (其大約為85%的甲醇和 15%的汽油)的醇類作為第二物質(zhì)。其它含有醇的燃料可為醇類和水的混合物、醇類的混合物、水和汽油等。在又一示例中，兩種燃料全部為醇混合物，其中第一燃料為醇類比例比醇類比例較高第二燃料的汽油醇類混合物低的汽油醇類混合物，例如ElO(其為大約10% 的乙醇)作為第一燃料并且E85(其大約為85%的乙醇)作為為第二燃料。另外，第一燃料和第二燃料也可在其它燃料性質(zhì)(例如溫度、粘度、辛烷值、汽化比潛熱等)上不同。此外，存儲(chǔ)在燃料箱內(nèi)的燃料或爆震控制液的燃料特性可經(jīng)常變化。在一個(gè)示例中，駕駛員可在燃料箱內(nèi)一天加E85、下一天加ElO并且再下一天E50。燃料箱加注的每天變化因此能夠?qū)е陆?jīng)常變化的燃料成分，從而影響由噴射器166輸送的燃料成分。盡管未顯示，應(yīng)了解發(fā)動(dòng)機(jī)可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)排氣再循環(huán)通道用于從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣輸送至少一部分排氣至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。同樣，通過再循環(huán)一些排氣，可影響發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋，其可通過減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震、峰值汽缸燃料溫度和壓力、節(jié)流損失和NOx排放來改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。一個(gè)或多個(gè)EGR通道可包括連接在渦輪增壓器壓縮器上游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和渦輪下游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣之間并且配置用于提供低壓(LP)EGR的LP-EGR通道。一個(gè)或多個(gè)EGR通道可包括連接在壓縮器下游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和渦輪上游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣之間并且配置用于提供高壓(HP)EGR的HP-EGR通道。在一個(gè)示例中，可在例如缺少由渦輪增壓器提供的增壓的狀況下提供HP-EGR流量，并且在例如出現(xiàn)渦輪增壓器增壓和/或當(dāng)排氣溫度高于閾值時(shí)的狀況期間提供LP-EGR?？山?jīng)由LP-EGR閥門調(diào)節(jié)通過LP-EGR通道的LP-EGR流量且可經(jīng)由 HP-EGR閥門(未顯示)調(diào)節(jié)通過HP-EGR通道的HP-EGR流量。圖1中控制器(或控制系統(tǒng))12顯示為微型計(jì)算機(jī)，包括微處理器單元106、輸入 /輸出端口 108、用于可執(zhí)行的程序和檢定值的電子存儲(chǔ)介質(zhì)(在本具體例子中顯示為只讀存儲(chǔ)器芯片110)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器112、?；畲鎯?chǔ)器114和數(shù)據(jù)總線?？刂破?2可從連接至發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器接收多種信號(hào)，除了之前論述的那些信號(hào)，還包括來自質(zhì)量空氣流量傳感器122的引入質(zhì)量空氣流量(MAF)測(cè)量值、來自連接至冷卻套筒118的溫度傳感器 116的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT)、來自連接至曲軸140霍爾效應(yīng)傳感器120(或其他類型)的脈沖點(diǎn)火感測(cè)信號(hào)(PIP)、來自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置TP和來自傳感器124的絕對(duì)歧管壓力信號(hào)MAP。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)RPM可由控制器12從脈沖點(diǎn)火感測(cè)PIP信號(hào)生成。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號(hào)MAP可用于提供進(jìn)氣歧管內(nèi)的真空或壓力指示。存儲(chǔ)介質(zhì)只讀存儲(chǔ)器110能夠編程有代表由處理器106可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)用于執(zhí)行下面所述的方法以及預(yù)見但未具體列出的變形。在所選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)工況期間，例如在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和在高負(fù)荷狀況下，會(huì)發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。在一個(gè)示例中，可通過延遲點(diǎn)火火花正時(shí)(這里也稱為火花延遲)來解決發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。通過從MBT延遲點(diǎn)火火花正時(shí)，可減小汽缸峰值壓力和溫度，從而減少爆震的發(fā)生。 然而，從MBT延遲火花也減小了發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和扭矩輸出。因此，為了在延遲火花時(shí)滿足駕駛員要求的扭矩，可增加空氣和燃料流量以補(bǔ)償扭矩?fù)p失。因此，額外的空氣和燃料消耗導(dǎo)致下降的燃料經(jīng)濟(jì)性。相應(yīng)的燃料經(jīng)濟(jì)性懲罰SPARKfe MSS可如下計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包含調(diào)節(jié)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的直接液體噴射；在第一液體噴射正時(shí)期間，基于所述液體噴射量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門第一量；及在第二、后液體噴射正時(shí)期間，基于所述液體噴射量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門第二、較小量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述直接噴射液體包括調(diào)節(jié)所述直接噴射液體的正時(shí)和/或量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所述直接噴射液體是基于爆震、所需發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋和EGR瞬變中一個(gè)或多個(gè)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，相對(duì)于進(jìn)氣門關(guān)閉(IVC)調(diào)節(jié)所述正時(shí)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)包括當(dāng)爆震增加時(shí)從IVC延遲所述噴射正時(shí)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)包括當(dāng)所述所需稀釋增加時(shí)從IVC 延遲所述噴射正時(shí)。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一噴射正時(shí)比所述第二噴射正時(shí)從 ICV延遲得更多。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二噴射正時(shí)在IVC之前。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，至少部分所述第二噴射正時(shí)在IVC之前。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述液體為水、其它惰性液體、擋風(fēng)玻璃清洗液、乙醇、甲醇、其它醇類、汽油或它們組合中至少一個(gè)。
11.一種運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包含基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況直接噴射一定量爆震控制液至所述發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)；及基于所述噴射量、噴射正時(shí)和液體成分調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，基于所述噴射的液體的固有辛烷效應(yīng)、稀釋效應(yīng)和蒸發(fā)效應(yīng)的組合調(diào)節(jié)所述液體噴射量。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)包括當(dāng)所述噴射的液體的所述稀釋效應(yīng)增加時(shí)增加噴射液體量。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，基于所述噴射的液體的所述稀釋效應(yīng)和所述直接噴射的正時(shí)進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述噴射的液體包括水。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述噴射的液體包括擋風(fēng)玻璃清洗液、乙醇、甲醇、其它醇類、汽油、其它惰性液體或它們的組合。
17.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包含帶有進(jìn)氣和排氣的發(fā)動(dòng)機(jī)；配置用于直接噴射爆震控制液進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的直接噴射器；包括壓縮器和渦輪的渦輪增壓器；連接在所述渦輪下游的所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和所述壓縮器上游的所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣之間的 EGR管道；用于調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)凸輪的正時(shí)的可變凸輪正時(shí)機(jī)構(gòu)(VCT)；及控制系統(tǒng)，配置用于響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)爆震直接噴射一定量爆震控制液至所述發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)；響應(yīng)于所述直接噴射的正時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)氣門；及響應(yīng)于所述直接噴射的量調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)VCT和EGR的量。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述爆震控制液體噴射的量基于爆震強(qiáng)度，并且進(jìn)一步基于所述噴射的液體的摩爾成分。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)節(jié)氣門包括當(dāng)所述直接噴射的正時(shí)進(jìn)一步從IVC延遲時(shí)減小節(jié)氣門開啟。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)VCT和EGR的量包括當(dāng)直接噴射的量增加時(shí)減小VCT和/或EGR的量。
21.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述爆震控制液為水。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，基于水的稀釋效應(yīng)進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述VCT和 /或EGR的量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況和噴射的液體的成分調(diào)節(jié)使用火花延遲和直接噴射液體來改善燃料使用同時(shí)解決爆震的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法。一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如EGR、VCT、增壓、節(jié)氣門位置，與直接噴射協(xié)調(diào)以減少扭矩和EGR瞬變。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過直接噴射爆震控制液進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，可解決爆震。通過基于直接噴射的正時(shí)、量和成分調(diào)節(jié)節(jié)氣門位置，并且因此可更好地解決所噴射水的蒸發(fā)和空氣-燃料充氣置換效應(yīng)、由液體噴射引起的扭矩變化，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
文檔編號(hào)F02D43/00GK102345530SQ20111022001
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者G·蘇尼拉, J·N·阿勒瑞, T·G·利昂 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司