用于混合燃料发动机的点火能量控制的制作方法

专利名称：用于混合燃料发动机的点火能量控制的制作方法
用于混合燃料发动机的点火能量控制
技术领域：
本发明涉及一种用于混合燃料发动机的点火能量控制系统及其方法。背景技术：
一些发动机可配置以利用包括不同燃料成份混合物的燃料。作为一个例子， 一些发动 机可利用包括大约85y。的乙醇和15y。的汽油混合物的E85。另外其他发动机可配置为柔性燃
料发动机，从而发动机可使用多种不同燃料混合物。例如，柔性燃料发动机可配置以利用
乙醇和汽油的多种不同混合物，其包括上至iooy。的汽油、包括大约ioy。乙醇和9oy。汽油的
EIO、 E85以及上至100y。的乙醇。因此，发动机可利用多种不同燃料混合物。可替代地，可
以使用其他生物燃料，如甲醇。
这里的发明人已经认识到在低温情况下使用包括乙醇或其他生物燃料(例如甲醇) 的燃料混合物可能导致燃烧质量降低。发明人已经注意到乙醇具有比汽油更高的汽化温 度。因此，混合燃料的汽化速度随着燃料中的乙醇相对浓度增加而降低。在例如从可被称 为冷启动的环境温度情况下启动发动机时，由于增加的乙醇浓度而造成的混合燃料的汽化 降低可会不充分地燃烧并且可导致发动机失火或停转。因此，在这些情况下，采用一种方 法去增加输送至发动机的总燃料量以确保发生燃料充分燃烧。然而，使用额外的燃料作为 混合燃料的汽化降低的补救会导致发动机排出的未燃烧的燃料和燃烧产物的水准增加。

发明内容
'
为了至少解决上面问题中一些，发明人已经提出(作为一个例子)一种用于车辆的发 动机系统,其包括具有至少一个汽缸的内燃发动机、配置以将燃料提供至汽缸的燃料系统、 包括至少一个火花塞的点火系统以及配置以响应由燃料系统提供至汽缸的燃料组份而通 过火花塞改变提供至汽缸的点火能量的水准的控制系统。作为一个例子，控制系统可响应 具有相对量改变的汽油和醇类(例如乙醇)的混合物的燃料。也提供一种通过在启动之后 改变提供至所述发动机的点火能量水准的运转发动机系统的方法，从而可响应发动机温度 和/或自启动后已经发生的燃烧事件的数目调节点火能量的水准。在一些例子中，对点火 能量的调节可伴随着对于特定进气量对输送至发动机的燃料量的调节。
这样，在低发动机温度情况时无论发动机可用的燃料组份如何都可改善燃烧质量。 此外，通过在选定运转情况下操作点火系统以提供增加的点火能量的水准，可减少或最小 化由于增加的点火能量导致的点火系统的加速劣化。此外，这样的方法也可延伸至选定的 情况下的热启动。

图l显示了示例发动机系统的示意图。
图2显示了描绘用于运转发动机系统的示例方法的流程图。
图3显示了描绘用于调节在工作循环期间提供给发动机系统的示例汽缸的点火能量 水准的示例方法的流程图。
图4显示了描绘用于在工作循环期间选择提供至发动机系统的示例汽缸的点火能量 水准的示例方法的流程图。
图5显示了描绘如何响应发动机温度和燃料中乙醇浓度以改变提供至发动机汽缸的 点火能量的图示。
图6A至6J显示了描绘用于增加提供至发动机系统的汽缸的点火能量的多种方法的示 例时间轴。
图7A至7B显示了描绘在发动机系统启动之后如何改变点火能量水准的示例时间轴。
具体实施方式
图1显示了多汽缸发动机系统10的示例燃烧室或汽缸30的示意图。作为一个例子， 发动机系统10可配置在车辆推进系统中。汽缸30可由带有可移动地定位在其中的活塞 36的燃烧室壁32限定。活塞36可连接至曲轴40,该曲轴40经由变速器可运转地连接至 车辆的驱动轮。在一些例子中，起动机马达可经过飞轮连接至曲轴40以开始发动机系统 IO的启动运转。
汽缸30可经由进气道42从进气歧管44接收进气并经由排气道48排出燃烧气体。 进气歧管44和排气道48可选择性地经由各自进气门52和排气门54与汽缸30连通。在 一些实施例中，汽缸30可包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。
以可被称为双顶置凸轮轴的配置，进气门52的位置可通过进气凸轮51控制且排气 门54的位置可通过排气凸轮53控制。凸轮51和53可连接至各自的包括可由发动机控制 系统控制的可变气门正时装置的凸轮轴。在其他例子中，气门52和54可响应发动机控制 系统由电磁气门驱动(EVA)控制。注意的是在一些例子中汽缸30可包括两个或多个进气
门和/或两个或多个排气门。
燃料喷射器66显示为沿汽缸30上游的进气道连接用于与通过电子驱动器68从控制 器12接收FPW信号脉冲宽度成比例地喷射燃料。这样，燃料喷射器66提供已知的进气道 燃料喷射(PFI)。然而，在其他例子中，燃料喷射器66可连接至汽缸壁32以被称之为燃 料直喷(DI )的配置使燃料能直接喷射进汽缸30内。可通过一个或多个燃料泵(未图示) 从例如燃料箱190的燃料存储装置中将燃料提供至燃料喷射器66。燃料系统可带有燃料 传感器192以使控制器能够识别燃料的组份。作为一个非限制性例子，燃料传感器l92 可提供燃料中含有的醇类(例如乙醇或甲醇)的浓度的指示。例如，控制器12可识别至 少包括汽油和乙醇的混合燃料的乙醇浓度(例如。/。乙醇)。这样，发动机系统10可被看作为柔性燃料车辆，其可以一种或多种不同燃料组份运转，该燃料组分包括例如EIO (例如 大约10%乙醇和90%汽油)或E85 (例如大约85%乙醇和15%汽油)。然而，应该明白的是
也可使用包括上至10oy。的汽油和上至iooy。的乙醇的多种其他燃料混合物，以及其他适当 的乙醇和汽油的混合物。
进气道42可包括具有节流板64的节气门62。在这个具体例子中，节流板64的位 置可通过提供至包括在节气门62中的节气门驱动器的信号由控制器12改变,该种配置通 常被称为电子节气门控制(ETC)。这样，可运转节气门62以改变提供至汽缸30和其他发 动机汽缸的进气。节流板64的位置指示可通过节气门位置信号TP提供至控制器12。进 气歧管42可包括质量空气流量传感器120和/或歧管空气压力传感器122用于将各自的 MAF和MAP信号提供至控制器12。
发动机系统10可包括点火系统，所述点火系统包括通过点火装置88将电能提供至 点火源92 (其可为火花塞)的能量源，例如电池180。点火装置88可包括一个或多个点 火线圈、电容器、电开关和分电器。点火装置88也可从曲轴转角传感器118接收输入用 于在它们各自点火正时将点火火花提供至各个发动机汽缸。在一些例子中，电池180可包 括可将电池荷电状态(SOC)的指示提供至控制器12的电池传感器182。与点火装置88 通讯连接的控制器12可导致点火装置去改变点火火花被提供至汽缸(例如通过火花塞92) 的相对正时、在循环期间提供至汽缸的点火火花事件的数目、点火火花或火花事件被提供 至汽缸的频率、由各个点火火花提供的电能的大小、和/或在正时或曲轴转角基础上的每 个火花事件的持续时间或停留时间。注意的是在一些例子中，点火装置88可被认为发动 机控制系统的一部分并且可与控制器12结合。
排气传感器126显示为连接至排放控制装置70上游的排气道48。传感器126可为 用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域 排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO (排气氧传感器)、HEGO (加热型EGO)、 NOx、 HC或 CO传感器。排放控制装置70显示为沿排气传感器126下游的排气道48设置。装置70可 包括三元催化剂(TWC)、 NOx捕集器或其他适合的排放控制装置。在一些实施例中，在发 动机10运转期间，可通过在特殊的空燃比下运转发动机的至少一个汽缸来周期性重置或 净化排放控制装置70。
在图1中控制器12显示为微处理器，其包括微处理器单元102、输入/输出端口 l(M、 在这个具体例子中显示为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介 质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器12可从连接至发动机10 的传感器接收多种信号，除了那些上面讨论的信号外还包括来自质量空气流量传感器uo 的引入质量空气流量(MAF)的测量值、来自连接至冷却套管114的温度传感器112的发 动机冷却剂的温度(ECT)、来自连接至曲轴40的霍尔效应传感器US (或其他类型)的 表面点火感测信号(PIP)、来自节气门传感器的节气门位置信号(TP)和来自歧管空气压 力传感器122的歧管绝对压力信号MAP。发动机转速信号RPM可由控制器器l2从信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管内的真空或压力的指 示。注意的是可以使用上面的传感器的多种组合，例如MAF传感器而不具有MAP传感器， 或者反之亦然。在化学计量运转期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。此外，这个 传感器与检测的发动机转速一起可提供引入汽缸内的充填物(包括空气)的估值。在一个 例子中，曲轴每旋转一次，霍尔效应传感器118 (其也可以用作发动机转速传感器)可产 生预定数目的等间隔脉冲。
控制器12也可通过一个或多个用户输入装置接收来自车辆操作者132的输入。例如， 指示为PP的加速踏板130的位置指示可通过踏板位置传感器134提供至控制器12以控制 发动机系统10的曲轴输出。此外，点火开关133可将来自车辆操作者的指示提供至控制 器12以启动发动机系统IO。
如上所述，图1仅显示了多缸发动机系统10的一个汽缸，并且每一个其他汽缸可类 似地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器、点火源等。例如，点火装置88可将 点火能量提供至与其他发动机汽缸相关联的点火源。类似地，燃料箱190可将燃料提供至 与其他发动机汽缸相关联的燃料喷射器。注意的是在一些例子中，每个汽缸也可包括两个 点火源和/或两个燃料喷射器。
图2显示了描绘基于运转状况选择提供至发动机汽缸的点火能量的水准的方法的流 程图。特别参考在210-220处指示的运转，在210处识别的运转状态可用于在214处选择 在218处提供至的发动机每个汽缸的点火能量的适当水准。210处识别的运转状态可包括 下列状态中的一个或多个发动机曲轴转角、发动机转速、包括冷却剂温度(例如通过传 感器112)的发动机温度、排气温度、进气歧管温度、汽缸温度、燃料组份(例如燃料中 的乙醇浓度)、燃料温度、在燃料箱内含有的燃料量、电池荷电状态、自第一汽缸事件(例 如燃烧)起的汽缸事件数目(例如燃烧事件数目)、气门正时和排气空燃比。此外，控制 系统可获得与控制系统已经发布或将要发布至发动机的指令相关联的运转状况信息。例 如，控制系统可识别由控制器12发布的储存在存储器内的指令。更进一步地，控制系统 可通过参考图1前述的多种传感器识别这些运转状况。
在212处，可基于在210处识别的运转状况选择包括要输送至发动机每个汽缸的燃 料量的燃料输送参数。例如，控制系统可响应从排气传感器(例如传感器126)接收到的 反馈而调节输送至发动机的每个汽缸的燃料量以达到指定的空燃比。作为一个具体例子， 在发动机暖机时，例如在冷启动之后，在较低温度下可控制提供至发动机的空燃比至富态 设定，从而相对于空气量增加了燃料量。例如，可增加相对于空气量的燃料量以增加燃料 可靠性。此外，在一些例子中，可基于燃料中乙醇或其他醇类的浓度选择这种相对于空气 的燃料量增加。例如，具有较高浓度乙醇的燃料可具有较高的汽化热量，其可减少燃料的 可燃性。因此，在较高浓度乙醇的情况下，在暖机时可增加燃料质量以增加燃烧稳定性。 因此，控制系统可响应燃料中的乙醇浓度的指示指定空燃比以在多种不同乙醇浓度状况下 将合适热值的燃料输送至发动机。提供至在214处选择的发动机的每个汽缸的点火能量的水准可基于在210处识别的 一个或多个运转状况和/或在212处选择的燃料输送参数。例如，控制系统可基于储存在 存储器中的查值表或图表选择在每一个循环或每一个燃烧事件的基础上由每个汽缸的点 火源提供的点火能量的水准。同样参考图5，图表显示为描绘示例点火控制图，其可用于 基于包括发动机温度和燃料中的乙醇浓度的运转状况选择提供至发动机的适当的点火能 量。特别地，图5显示了如在510、 520和530处指示的代表不同乙醇浓度的一系列曲线。 作为一个非限制性例子，曲线510代表低于在520和530处指示的浓度的第一乙醇浓度， 曲线530代表大于在510和520处指示的浓度的乙醇第二浓度。如参考图1所述，乙醇浓 度可从燃料组份传感器例如传感器192获得。可替代地，燃料中的乙醇或其他醇类的浓度 指示可响应已知燃料喷射数量(例如在212处选择的)和进气从由排气传感器126提供的 反馈获得。此外，包括乙醇浓度的燃料的组份可通过控制系统从之前发动机运转获得或知 悉，其可在发动机后续启动时用于调节点火能量。
如图5所显示的，随着发动机温度的增加，例如在发动机从冷启动状况至暖机时， 对于给定乙醇浓度的燃料可减小点火能量或保持其为恒量。例如，在510处指示的乙醇浓 度低于阈值时，在发动机低温状况下可不增大点火能量。然而，在乙醇浓度(例如在520 和530处指示的浓度)大于阈值时，在较低发动机温度状况下可增大点火能量并在较热发 动机状况下减小点火能量。这样，控制系统可基于在210处指示的运转状况选择提供至发 动机的每个汽缸的适当的点火能量的水准。注意的是在一些状况下，例如当燃料包括低浓 度乙醇时，在所有温度状况下可控制提供至发动机的点火能量至恒定水准。
在216处，可通过至不同汽缸的燃料直接喷射和/或进气道喷射协同汽缸点火次序和 各自汽缸的气门正时将由在212处选择的燃料输送参数指定的燃料量输送至发动机。例 如，参考图1的汽缸30,控制系统可激活驱动器68以导致燃料喷射器66将指定的燃料 量输送至汽缸30。应该明白的是在一些例子中，每个汽缸可从两个独立的喷射器接收燃 料，从而控制系统可控制每个喷射器以将指定的总燃料量提供至汽缸。对于进气道燃料喷 射器,控制系统可调节进气道喷射器以提供开启进气门喷射或关闭进气门喷射的一个或两 个，并基于点火能量水准和/或乙醇浓度改变使用的开启或关闭进气门喷射类型。
在218处，可通过它们各自的点火源将选择的点火能量提供至每个发动机汽缸以点 燃和燃烧其中含有的空气和燃料混合物。例如，控制系统可控制点火系统88以将在214 处选择的点火能量以指定的点火次序和点火正时提供至每个汽缸。注意的是每个汽缸可接 收不同水准的点火能量，例如在发动机的运转状况很短暂的情况下(例如在发动机暖机阶 段)。经过例如显示在图6A-6J和图7A与7B中的多个循环可减小提供至发动机的点火能 量的水准。
如将参考图3更详细描述，可通过利用在汽缸的循环期间的一个、两个或多个离散 的点火火花事件，通过控制在循环期间执行的每个点火火花事件的持续时间或停留时间， 和/或通过控制在循环期间由每个执行的点火火花事件提供的电能大小，可将在2"处选择用于特定汽缸的点火能量提供至那个汽缸。因此，控制系统可通过增加或减小火花事件 的次数、每个火花事件的持续时间和/或由火花事件提供的电能的大小而增加或减小提供 至发动机的特定汽缸的点火能量。
程序随后前进至220,在该处可以评估对前述在210-218处完成的动作的发动机响 应。作为一个非限制性的例子，控制系统可基于来自多种发动机传感器的反馈得知在212 和214处选择的点火能量的水准和燃料喷射量的误差。例如，控制系统可基于来自排气传 感器和/或不良燃烧质量的指示而校正燃料喷射或点火能量。如将参考图3所描述，在排 气传感器指示相对于进气大量未燃烧的碳氢化合物的情况下,控制系统可增大点火能量以 在后续汽缸点火事件时使空气和燃料混合物更完全燃烧。最后，程序可返回210用于后续 发动机循环。
图3显示了描绘用于调节在循环期间输送至发动机汽缸的点火能量大小的方法的流 程图。在310处，可识别发动机系统的运转状况。注意的是这些运转状况可包括那些之前 在210处描述的运转状况以及在212处选择的燃料输送参数。在312处，如果需增加点火 能量，则程序可进入至314处。可替代地，如果在312处不需增加点火能量，则程序可进 入至324处。作为一个例子，控制系统可判断是否响应在310处识别的运转状况或从220 处得知的发动机性能响应而增大点火能量。
作为一个具体的例子，控制系统可在较冷发动机状况时增大点火能量并可在较热发 动机状况时减小点火能量。作为另一个例子，控制系统可在发动机使用包括高浓度的乙醇 或其他醇类的燃料时增大点火能量并可在燃料包括低浓度的乙醇或其他醇类时减小点火 能量。作为又一个例子，控制系统可在启动后的第一时间周期增大点火能量，随后可如在 图7A和7B中显示的减小点火能量。
在316、 318和320处，可调节一个或多个点火参数以增加在汽缸循环期间提供至汽 缸的点火能量。然而，在执行点火参数调节之前，在314处可评估点火系统限制。例如， 在314处控制系统可识别储存在存储器中的指定的硬件限制以确定可调节哪些点火参数 以及他们可调节的程度以增大点火能量。作为一个例子，发动机点火能量可在在单个火花 事件上可提供的最小点火功率上施加限制。作为另一个例子，点火装置或电池可能限制在 单个事件期间可由点火系统输送的功率的最大值。作为又一个例子，点火系统可由在连续 点火事件之间的最小时间段限制。因此，通过识别点火系统的多种限制，可将输送至发动 机各个燃烧室的点火能量控制至指定值。注意的是在一些例子中，像这里描述的其他特征， 可忽略在314处的运转,例如在控制系统利用已经考虑到多种点火系统限制的用于增大点
火能量的预定的方法。
在316处，可增加在每个循环每个汽缸内执行的点火事件的数目以增加输送至汽缸
内的点火能量。例如，控制器可命令点火装置通过汽钲点火源连续地输送两个或多个火花 事件。如果汽缸包括两个点火源，控制系统可使点火源同时点火或顺序点火。这样，控制 系统可增加提供至汽缸内的火花事件数目以增大点火能量，其可用于促进包含在其中的空气和燃料混合物更充分地燃烧。
在318处，可增加一些或所有点火事件的持续时间以增加输送至发动机的每个汽缸 的点火能量。例如，控制器可命令点火装置对一些或所有汽缸增加点火火花停留时间。火 花停留时间的增加也可包括在发动火花之前由点火装置保持的总体电能的增加。此外，应 该明白的是当点火装置在循环期间输送多个火花事件至汽缸时,可指令点火装置减少由点 火源执行的一些或所有火花事件的停留时间。
在320处，可增加每个火花电能以增加提供至发动机的每个汽缸的点火能量。例如， 控制器可指令点火装置以增加经由一个或多个火花事件被提供至燃烧室的电能大小。注意 的是点火系统可增加每个循环期间在汽缸内执行的一些或所有火花事件的电能大小。
可通过控制系统一起或单独调节在316、318和320处描述的每个点火参数以增加输 送至汽缸的点火能量。注意的是在一些例子中，这些点火参数中的一些可被减少，而其他 点火参数可被增加以增加在循环期间输送至每个汽缸的点火能量。例如，为了避免点火系 统限制，控制系统可通过在减少持续时间和/或在每个事件中供应给燃烧室的电能的同时 增加火花事件的数目来增大点火能量。作为另一个例子，控制系统可通过在减小在火花持 续时间输送的电能大小的同时增加火花停留时间来增大点火能量。图6H至6J显示了这种 方法的一些例子。
在322处，控制系统可响应点火能量的增加相对于进气量调节输送至燃烧室的燃料 量。例如，相对于进气中含有的空气量可减少或增加输送至燃烧室的燃料量同时增加点火 能量。这样，通过响应点火能量增加或减少输送至燃烧室的燃料量，可增加燃烧质量同时 也确保稳定燃烧。
现参考324处，如果点火能量将要被减小，程序可进入至326处。否则，程序可返 回。在326处，可根据输送至一些或所有发动机汽缸的点火能量的减小评估点火系统限制。 注意的是在326处的运转可相似于在314处描述的运转，从而控制系统可根据将要被调节 的多种点火参数评估点火系统的多种限制。同样，应该明白的是在一些例子中可省略在 326处的运转。
在328处，可减少在每个循环期间每个汽缸内执行的点火事件的数目以减小点火能 量。在330处，可减少一些或所有火花事件的持续时间或停留时间以减小点火能量。在 332处，可减少通过一些或所有火花事件输送的电能大小以减小点火能量。然而，如参照 在316、 318和320处用于增大点火能量的运转的描述，在一些例子中，可反向调节一个 或多个点火参数以避免点火系统限制。例如，可在增加每个火花的停留时间和/或功率的 同时减少火花事件的数目以降低每个循环期间提供至汽缸的点火能量的总体水准。作为另 一个例子，可在增加每个火花的停留时间的同时减小由每个火花提供的电能大小以降低每 个循环期间提供至汽缸的点火能量的总体水准。因此，可配置控制系统以调节点火系统参 数以增大或减小在每个循环期间提供至汽缸的总体点火能量。
在334处，当减小点火能量时，可相对于进气量增加或减少输送至每个汽缸的燃料量。这样，可响应点火能量调节输送至汽缸的空燃比以改善燃烧质量，从而减少由发动机 排出的未燃烧燃料的量。
图4显示了描绘另 一种用于控制输送至发动机汽缸的点火能量的水准的方法。在410 处开始，可识别发动机的运转状况，例如，如前面在210和310处所述。例如控制系统可 识别燃料的状况(例如乙醇浓度)、在循环期间输送至燃烧室的燃料量、电池SOC和发动 机和/或环境的温度等等。
在412处，判断电池SOC是否大于阔值SOC。如果电池SOC在阈值SOC之上，则程 序可进入"4处。可替代地，程序可进入至412处。作为一个非限制性例子，控制系统可 经由传感器182在接通或发动机启动时评估电池SOC。如果电池SOC低于阈值，如422 处指示控制系统可指令在每个循环基础上提供给一些或所有汽缸的第一水准的点火能量。 在一些例子中，可配置控制系统以基于电池SOC选择将会确保发动机成功启动的点火能 量。这样，通过限制点火能量的增大，即使在电池SOC为低时发动机仍然可以启动。
在4H处，判断醇浓度是否大于阈值浓度。如果燃料中的乙醇浓度不大于阈值浓度， 可如在424处指示将第二水准的点火能量提供至发动机的一些或所有汽缸。例如，控制系 统可通过传感器192识别燃料中含有的乙醇浓度。这样，当燃料没有含有高浓度的乙醇时 控制系统可减小点火能量，从而增加发动机系统的效率并增加点火系统的寿命周期。注意 的是在"2处和424处提供的点火能量水准可以相同或不同。例如，在422处提供的点火 能量可大于或小于在424提供的点火能量。
可替代地，如果燃料中的乙醇浓度大于阈值浓度，程序则进入至416处来判断发动 机温度是否低于阈值温度。如果发动机温度低于阈值温度，程序则可进入至418处。可替 代地，如果发动机的温度不低于阈值温度，程序可进入至420处。例如，控制系统可从传 感器112识别发动机温度。作为另一个例子，控制系统可使用其他的温度指示，例如环境 温度、燃料温度、进气温度等。在420处，经由它们各自的点火源可将第三水准的点火能 量提供至一些或所有发动机汽缸并在418处可将第四水准的点火能量提供至一些或所有 汽缸。因此，在这个具体例子中，在418处提供的点火能量可大于在420处提供的点火能 量。然而，在420处提供的点火能量可以相同或不同于在422和424处提供的点火能量。 例如,在420处提供的点火能量可大于在424处提供的点火能量并且在424处提供的点火 能量可大于在422处提供的点火能量。这样，控制系统可通过调节提供至一些或所有发动 机汽缸的点火能量响应多种运转状况。
现在参考图6A至6J,举例显示对于发动机的示例汽缸如何在多个循环中减小点火 能量。例如在图7中显示，在发动机启动时，可对于一个或多个循环向发动机汽缸提供增 大的点火能量水准，并且随后可向它们提供有减小的点火能量水准。注意的是参照图6A 至6J描述的运转也可反过来执行以增加点火能量。
在图6A至6J中显示的每一个例子，水平轴线提供了时间的指示并包括活塞位置的 进一步指示。在每一个这些例子中，发动机配置为运转在四冲程循环下，从而对于特定汽缸每四个冲程点燃空气和燃料混合物。垂直轴线提供了如在610处指示的处于随时间降低 状态的点火能量的指示。注意的是尽管图6A至6J中每一个显示多种不同水准的点火能量， 在其他例子中，点火能量仅可在两个不同水准之间调节或者可在一系列不同的点火水准间 调节。
特别参考图6A,如在612处指示，执行第一点火事件，随后执行在614处指示的第 二点火事件和在616处指示的第三点火事件。每个一个点火事件612、 614和616可在做 功行程的上止点(TDC)附近执行。如可从点火事件的对比可以看出，点火事件612具有 比具有相似的火花大小的点火事件614和616长的火花停留时间，从而导致在特定循环期 间较高水准的点火能量。类似地，点火事件614具有比点火事件616长的火花停留时间， 从而导致较高水准的点火能量。注意的是对于不同的点火能量水准可保持火花的点火正时 为恒量或者可随着增大或减小点火能量而提前或延迟点火正时。更进一步地，在一些例子 中，可调节在每个循环期间引发火花的正时以使得以恒定的火花正时输送平均点火能量。
图6B显示了如何通过减少在每个点火事件期间执行的独立火花事件数目而减小点 火能量。例如，点火事件618包括三个火花事件且点火事件620包括两个相似大小(例如 电能)和停留时间的火花事件。点火事件622包括一个相似大小和停留时间的火花事件。 因此，点火事件618提供比点火事件620大的点火能量至汽缸，点火事件620依次提供比 点火事件622大的点火能量至汽缸。
图6C显示如何通过减小在每个火花事件期间提供至汽缸的电能的大小而减小点火 能量。例如，点火事件624具有大小比点火事件626大的电能且包括相似的火花停留时间。 类似地，点火事件626具有大小比点火事件628大的电能且也包括相似的火花停留时间。 因此，点火事件624提供比点火事件626大的点火能量至汽缸，点火事件626依次提供比 点火事件628大的点火能量至汽缸。
图6D至6G显示了显示在图6A至6C中的方法是如何结合使用以经过多个点火事件 调节点火能量的水准。例如，图6D显示了如何通过相对于前次点火事件减少使用在每个 点火事件中的火花停留时间和大小而在630、 632和634指示的多个点火事件中减小点火 能量。
图6E显示了如何通过相对于前次点火事件减少每个循环期间单个火花事件的数目 和/或每个火花事件的大小而在636、 638和640处指示的多个点火事件中减小点火能量。 此外，其可显示在单个点火事件期间由两个或多个火花事件使用的电能大小如何与显示在-638处不同或与显示在636处的相同。
图6F显示了如何通过相对于前次点火事件减少每个循环单个火花事件的数目和/或 每个火花事件的停留时间而在642、 644和646处指示的多个点火事件中减小点火能量。 此外，其可显示在单个点火事件时两个或多个火花事件的停留时间的大小如何与显示在 644处不同或与显示在642处的相同。
图6G显示了如何通过减少每个循环单个火花事件的数目、 一些或所有火花事件的停留时间和/或一些或所有火花事件的大小而在648、 650和652处指示的多个点火事件中减 小点火能量。
图6H至6J显示如何在以某一方向调节特定点火参数的同时在多个点火事件中减小 点火能量，而对于其它方式这种方向的调节会增大点火能量。显示在图6H至6J中的示例 方法可用于避免如参照图3中的314和326描述的一些点火参数施加的限制。例如，如图 SH中所示参考点火事件654、 656和658,即使由每个火花事件提供的电能大小增加，可 通过充分减少点火停留时间减小在每个循环期间提供至汽缸的总的点火能量。
如图61中所示参照点火事件660、 662和664,即使由每个火花事件提供的电能大 小增加，可通过减少在每个循环期间执行的火花事件的数目减小在每个循环期间提供至汽 缸的总的点火能量。
如图6J中所示参照点火事件666、 668和670,即使每个循环中火花事件的数目和/ 或停留时间增加，可通过减少由每个火花供应的电能大小减小在每个循环期间提供至汽缸 的总的点火能量。
因此，如可由图6H至6J中的例子证明，可在以多种不同方向调节点火参数的同时 仍然减小(可增大)在每个循环基础上输送至发动机的特定汽缸的总体点火能量。注意的 是在显示在图6A至6J中的每个例子中，点火能量的减小(或增大)不需要在单个循环完 成，而是可经过多个循环实现。例如，如在图7中显示，可将每个循环期间提供至各个汽 缸的点火能量在调节至后续水准之前在指定的一段时间(例如在发动机启动之后)内基本 上保持为恒量。
图7A至7B显示描绘启动之后如何将最初的高水准点火能量及随后的低水准点火能 量提供至发动机的每个汽缸的时间轴。具体地，图7A显示了如何在如710处指示的两个 不同水准之间调节点火能量的水准。在710处显示的运转可代表包括第一浓度的乙醇的燃 料而在720处显示的运转可代表包括大于第一浓度的第二浓度乙醇的燃料。因此，从710 和720处的对比可看出，可响应运转状况例如燃料中的乙醇浓度调节在高点火水准与低点 火水准间的差异和/或高点火水准的持续时间。图7B通过对比显示对于不同乙醇浓度的 730和740处是如何运转的，从而高点火能量水准逐渐地降低至低点火能量水准。因此， 在这个具体的例子中，多个不同点火水准可用于逐渐地将发动机从冷温度状况转变至热温 度状况。显示在图7A和7B中的例子可应用至发动机冷启动。当发动机从热状况下重新启 动时，例如在热重新启动时，点火能量在启动之后可以暂时增加或不增加，而是可替代为 被控制至低水准点火能量。
注意的是在这里包括控制和估计程序的示例可与多种发动机和/或车辆系统配置一 起使用。这里描述的具体程序可代表任何处理策略(例如，事件驱动、中断驱动、多任务、 多线程等)中的一个或多个。这样，可以以说明的顺序执行或并行执行说明的多种行为、 搡作或功能，或在一些情况下有所省略。同样地，处理的顺序并不是完成本文描述的特征 和优点所必要，而是为了易于说明和描述而提供。取决于具体使用的策略，可重复地执行一个或多个说明的动作或功能。而且所描述的动作可清楚地用代码表示，这些代码可编程 于发动机控制系统的计算机可读存储介质中。
应该明白地是，这里揭示的配置和程序实际上为范例性的，并且这些具体实施例不 可认为具有限制意义，因为有许多可能的变化。例如，上面的技术也可应用于V形6缸、 直列4缸、V形12缸、对置4缸以及其他的发动机类型。本发明主题包括所有多种系统 和配置以及本文揭示的其他特征、功能和/或特性的新颖和非显而易见的组合和次组合。
下面的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和次组合。这 些权利要求可涉及"一个"元件或"第一"元件或其等同物。这些权利要求应该了解为包 括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。揭示的特征、功 能、元件和/或特性的其他组合和次组合可通过修正现有权利要求或通过在这个或关联申 请中提出新的权利要求得到主张。这些权利要求，无论宽的、窄的、合适的或不同于原始 权利要求范围的，也被认为包括在本发明主题内。
权利要求
1. 一种在发动机启动之后运转发动机系统的方法，所述方法包括在所述发动机启动之后的所述发动机的第一系列循环的每一个循环期间，将包括至少汽油和醇类的混合物的燃料输送至所述发动机并将第一水准的点火能量提供至所述发动机以点燃所述燃料；在所述第一系列循环之后的所述发动机的第二系列循环的每一个循环期间，将所述燃料输送至所述发动机并将第二水准的点火能量提供至所述发动机以点燃所述燃料；其中第一水准的点火能量大于所述第二水准的点火能量。
2. 如权利要求l所述的方法，进一步包括响应在第一系列循环期间输送至所述发动机的燃料中的醇类的浓度调节第一水准的点火能量，其中所述醇类包括乙醇。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于当所述燃料包括高浓度的乙醇时所述第 一水准的点火能量被调高并且当所述燃料包括低浓度的乙醇时所述第一水准点火能量被 调低。
4. 如权利要求l所述的方法，进一步包括响应车载电池的荷电状态调节第一水准 的点火能量。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于在所述第一系列循环期间输送至所述发 动机的燃料量大于在所述第二系列循环期间输送至所述发动机的燃料量。
6. 如权利要求l所述的方法，其中，响应所述燃料组份调节所述第一系列循环的数百。
7. 如权利要求l所述的方法，其中，响应在启动时所述发动机的温度调节所述第一 系列循环的数目。
8. —种用于车辆的发动机系统，包括 具有至少一个汽缸的内燃发动机；配置以将燃料提供至所述汽缸的燃料系统； 包括至少一个点火源的点火系统；控制系统，其配置为响应通过燃料系统提供至所述汽缸的所述燃料的组份而改变经 由点火源提供至所述汽缸的点火能量的水准。
9. 如权利要求8所述的系统，进一步包括配置用以将燃料组份的指示提供至所述 控制系统的燃料传感器,并且其中通过所述燃料传感器提供至所述控制系统的燃料组份的 指示包括乙醇浓度的指示。
10. 如权利要求8所述的系统，其特征在于所述发动机系统进一步包括与所述点火系统电连接的电池，并且其中所述控制系统进一步配置为响应所述电池的荷电状态改变通 过所述点火源提供至所述汽缸的点火能量,所述控制系统响应生物燃料组份量改变所述点 火能量的水准。
11. 如权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制系统配置为响应燃料中的乙醇 浓度增加通过所述点火源提供至所述汽缸的所述点火能量的水准。
12. 如权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制系统进一步配置为响应所述内 燃发动机的温度改变通过所述点火源提供至所述汽缸的所述点火能量的水准。
13. 如权利要求12所述的系统，其特征在于所述控制系统配置为响应所述内燃发 动机的温度增加而减小所述点火能量的水准。
14. 如权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制系统进一步配置为随着在所述 发动机启动之后的时间增加减小通过所述点火源提供至所述汽缸的所述点火能量的水准。
15. 如权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制系统配置为通过调节点火源执 行的点火火花的持续时间调节点火能量的水准。
16. 如权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制系统配置为通过调节在所述汽 缸的循环期间由所述点火源执行的点火火花事件的数目而调节所述点火能量的水准。
17. 如权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制系统配置为通过调节由所述点 火源执行的点火火花的电能大小而调节所述点火能量的水准。
18. —种运转用于车辆的内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括至少一个汽缸、 配置以将燃料提供至汽缸的燃料系统以及配置以将点火火花提供至所述汽缸的点火系统， 所述方法包括将包括至少汽油和乙醇的燃料通过所述燃料系统提供至所述发动机； 通过所述点火系统提供点火能量至所述汽缸以点燃所述燃料；响应发动机温度和从所述发动机启动后燃烧事件的数目调节提供至所述汽缸的所述 点火能量的水准。
19. 如权利要求18所述的方法，进一步包括响应从前面发动机运转得知的乙醇浓度 进一步改变提供给汽缸的所述点火能量的水准，并且其中当所述乙醇浓度为高时将高水准 的点火能量提供至所述汽缸，以及当所述乙醇浓度为低时将低水准的点火能量提供至所述 汽缸。
20. 如权利要求18所述的方法，其特征在于当所述发动机温度为低时将高水准的 点火能量提供至所述汽缸，以及当所述发动机温度为高时将低水准的点火能量提供至所述 汽缸。
全文摘要
本发明涉及用于混合燃料发动机的点火能量控制。作为一个例子，本发明提供一种用于车辆的发动机系统，其包括具有至少一个汽缸、配置以将燃料提供至汽缸的燃料系统、包括至少一个火花塞的点火系统、以及配置以响应通过所述燃料系统提供至所述汽缸的所述燃料的组份改变通过所述火花塞提供至所述汽缸的点火能量的水准的控制系统。本发明也提供一种在启动之后通过改变提供至所述发动机的点火能量水准的运转发动机系统的方法。本发明提供的系统和方法在低发动机温度情况下可改善燃烧质量。
文档编号F02P5/15GK101429916SQ200810175340
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月5日 优先权日2007年11月7日
发明者约翰·M·罗斯, 约翰·黑吉斯, 詹森·尤金·迪弗里斯, 马克·威廉·彼得斯 申请人:福特环球技术公司