用于改善的稀释耐受度的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于改善的稀释耐受度的系统和方法。提供了用于改善燃烧稳定性的方法和系统，特别是在例如松加速器踏板到较低负荷条件的瞬态操作期间，当EGR被吹扫时。直到实现期望的LP-EGR速率，燃料可以作为至少带有进气冲程喷射和压缩冲程喷射的多次喷射被输送。随后，可以恢复单一燃料喷射。
【专利说明】用于改善的稀释耐受度的方法和系统
【技术领域】
[0001]本申请涉及在轻负荷操作期间用于改善发动机排气再循环稀释耐受度的方法和系统。
【背景技术】
[0002]排气再循环(EGR)系统将发动机排气的一部分排气再循环到发动机进气系统，以通过降低节流损耗和燃烧温度来改善燃料经济性和车辆排放。在涡轮增压直喷发动机中，可以实施低压EGR(LP-EGR)回路。LP-EGR回路将在涡轮下游的排气通道的排气再循环到在涡轮增压器压缩机上游的进气通道。为了在宽范围工况上提供EGR，LP-EGR系统可以利用平坦EGR方案，其中可以保持新鲜气流的固定EGR百分比。
[0003]用于提供期望的EGR稀释的一个示例方法由Ma等人在美国专利6014959中示出。其中，在EGR节气门与主空气进气节气门之间提供刚性连接，EGR节气门的链接运动作为主节气门运动的函数，使得EGR稀释总是在对进气空气流的固定比例。
[0004]然而，发明人在此已经意识到这种方法的潜在问题。由于过量的EGR稀释，输送EGR会在瞬态操作期间引起燃烧不稳定和发动机失火事件(如Ma等人公开)。特别地，在涡轮增压系统中，通过LP-EGR回路提供EGR会产生长传输延迟，这是由于排气在到达燃烧室之前，必须行进通过涡轮增压器压缩机、高压空气感应管路、增压空气冷却器和进气歧管。在选定的瞬态操作期间，例如在松加速器踏板操作期间，发动机从高负荷和高EGR速率条件进入低负荷和低EGR速率条件，EGR会需要快速降低。然而，EGR可能无法如所需要的从进气歧管快速地吹扫。因此，在低负荷条件期间，存在上升的进气空气EGR稀释，直到EGR从空气进气系统被吹扫。在低负荷的增加进气空气稀释的存在会增加燃烧稳定性问题和发动机失火的倾向。
【发明内容】
[0005]在一个示例中，一些上述问题可以至少部分由用于发动机的方法解决，该方法包括:在操作带有EGR的发动机时，响应于减少负荷来减少EGR，以及在每个周期通过多次燃料喷射(split fuel inject1n)给发动机加燃料,直到EGR少于阀值。通过这种方式,在低负荷下的发动机的EGR耐受度得以改善。
[0006]作为示例，发动机系统可以配置有低压EGR(LP-EGR)系统，以经由EGR阀将在排气涡轮下游的排气歧管的排气的一部分再循环到进气压缩机上游的进气歧管。排气在输送到进气口之前可以穿过EGR冷却器被冷却。基于发动机工况，例如发动机速度-负荷条件，可以调整EGR输送。
[0007]在从较高负荷操作发动机到非常低负荷的变换期间，例如在松加速器踏板操作期间，节气门可以被关闭以减少气流，并且EGR阀也可以相应关闭(或开口减小)，以提供在较低负荷下的较低EGR。因此，在低负荷条件下，可能不需要发动机稀释。然而，由于LP-EGR系统的传输延迟，EGR的吹扫会比期望的更慢发生。比所需要的稀释更多的稀释的存在会使燃烧稳定性降低并引起失火。在EGR从进气系统被吹扫时，为了改善低负荷发动机燃烧稳定性和EGR耐受度，发动机可以以多次燃料喷射瞬态操作。具体地，直到EGR达到期望的速率(例如，零EGR条件)，可以作为第一稀均质进气冲程喷射和第二局部富分层压缩冲程喷射输送燃料，同时保持在化学计量比下的总燃烧空燃比。接着，当EGR已被吹扫并且期望的EGR速率达到时，可以恢复单一燃料喷射。
[0008]通过这种方式，在存在比所需要的稀释更多的EGR稀释时，通过在低负荷操作发动机时暂时执行多次燃料喷射，发动机的EGR耐受度可以得到改善。通过在进气冲程期间输送较大部分的燃料和压缩冲程期间大约火花事件时输送剩余的燃料，可以在火花塞附近产生富的空气-燃料混合物，这会加快混合物的燃烧时间。此外，多次喷射使得在后的火花正时得以利用，这进一步改善燃烧稳定性。
[0009]应当理解，提供上述概述是以简化形式介绍在【具体实施方式】中进一步描述的一些概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围由紧随【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1示出带有涡轮增压器和排气再循环系统的发动机的实施例的示意图。
[0011]图2示出在爆震或燃烧稳定性受限时的条件期间，用于操作图1的带有多次燃料喷射的排气再循环系统的高级别流程图。
[0012]图3示出当从0%的EGR条件缓变增加(ramp in) LP-EGR时，描述针对增加的爆震耐受度使用多次燃料喷射的示例方法的流程图。
[0013]图4示出当从固定速率的EGR模式缓变减少(ramp out) LP-EGR时，描述针对增加的稀释耐受度使用多次燃料喷射的示例方法的流程图。
[0014]图5不出用于图3-4的多次燃料喷射的不例分割比率和喷射正时。
[0015]图6示出根据本公开的在踩加速器踏板期间所使用的示例多次燃料喷射。
[0016]图7示出根据本公开的在松加速器踏板期间所使用的示例多次燃料喷射。
[0017]图8和图10不出根据本公开的在使用多次燃料喷射以改善爆震和EGR耐受度时，描述缓变增加和缓变减少LP-EGR的示例图。
[0018]图9示出用于选择操作的LP-EGR模式的示例图。
【具体实施方式】
[0019]本描述涉及联接到机动车辆中的涡轮增压发动机的EGR系统。在一个非限制性示例中，发动机可以被配置为在图1中示出的系统的一部分，其中除了其他特征之外，发动机包括至少一个汽缸、控制系统、涡轮增压器和排气再循环系统。发动机控制器可以经配置执行控制例程，例如图2-4的例程，以在缓变增加LP-EGR时瞬时变换到多次燃料喷射，从而减轻由于延迟的EGR输送而上升的爆震问题，以及在缓变减少LP-EGR时瞬时变换到多次燃料喷射，从而改善发动机稀释耐受度。多次燃料喷射可以包括至少进气冲程喷射和压缩冲程喷射，如图5-7所示。在缓变增加或缓变减少LP-EGR期间的示例发动机调整在图8和图10被示出。通过这种方式，可以改善带有EGR的发动机操作。
[0020]图1示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，其可以包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置130来自车辆操作者132的输入进行控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可以包括将活塞36安置在其中的燃烧室壁32。在一些实施例中，汽缸30内的活塞36的面可以具有碗状。活塞36可以联接于曲轴40，以便活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器联接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动机马达可以经由飞轮联接到曲轴40，以能够实现发动机10的起动操作。
[0021]燃烧室30可以经由进气通道42接收进气歧管44的进气空气，以及可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
[0022]排气门52可以经由进气凸轮51由控制器12控制。同样，排气门54可以经由排气凸轮53由控制器12控制。可替代地，可变气门致动器可以是电动、电液压或任何其他可想到的能够实现气门致动的机构。在一些条件期间，控制器12可以改变提供给致动器51和53的信号，以控制相应进气门和排气门的打开和关闭。进气门52和排气门54的位置可以分别由气门位置传感器55和57确定。在替代实施例中，一个或更多个进气门和排气门可以由一个或更多个凸轮致动，并且可以利用凸轮轮廓变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个，以改变阀操作。例如，汽缸30可以替代地包括经由电动气门致动来控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动来控制的排气门。
[0023]燃料喷射器66被示出直接联接到燃烧室30，用于将与信号FPW的脉冲宽度成比例的燃料直接喷射到燃烧室30中，其中所述信号FPW经由电子驱动器68从控制器12接收。通过这种方式，燃料喷射器66将燃料提供到燃烧室30中，其被称为直接喷射。燃料喷射器可以装设在例如燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未不出)输送到燃料喷射器66。
[0024]在选定的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA点火系统88可以经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然火花点火部件被示出，但是在一些实施例中，燃烧室30或发动机10的一个或更多个其他燃烧室可以在具有或不具有点火火花的情况下，以压缩点火模式操作。
[0025]进气通道42可以包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在这个特定示例中，节流板64和65的位置可以经由提供给电动马达或包含节气门62和63的致动器的信号由控制器12改变，该配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。通过这种方式，节气门62和63可以被操作以改变提供给其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气空气。节流板64和65的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。压力、温度和质量空气流(MAF)可以在沿进气通道42和进气歧管44在不同点处测量。例如，进气通道42可以包括用于测量通过节气门63进入的清洁空气质量流的质量空气流传感器120。清洁空气质量流可以经由MAF信号与控制器12通信。
[0026]发动机10可以进一步包括压缩装置，例如至少包括布置在进气歧管44上游的压缩机162的涡轮增压器或机械增压器。对于涡轮增压器，压缩机162可以至少部分由沿排气通道48布置的涡轮164(例如，经由轴)驱动。对于机械增压器，压缩机162可以至少部分由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或更多个汽缸的压缩量可以由控制器12改变。增压空气冷却器154可以被包括在压缩机162的下游和进气门52的上游。增压空气冷却器154可以经配置冷却例如经由压缩机162通过压缩已被加热的气体。在一个实施例中，增压空气冷却器154可以在节气门62的上游。压力、温度和质量空气流可以用例如传感器145或147在压缩机162的下游测量。测量结果可以分别经由信号148和149从传感器145和147传到控制器12。压力和温度可以用例如传感器153在压缩机162的上游测量，并经由信号155传送到控制器12。
[0027]进一步地，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以使排气的期望部分从排气通道48路由(route)到进气歧管44。图1示出高压EGR(HP-EGR)系统和低压EGR(LP-EGR)系统，但是替代实施例可以只包括LP-EGR系统。HP-EGR从涡轮164上游通过HP-EGR通道140路由到压缩机162下游。提供给进气歧管44的HP-EGR的量可以由控制器12经由HP-EGR阀142改变。LP-EGR从涡轮164下游通过LP-EGR通道150路由到压缩机162上游。提供给进气歧管44的LP-EGR的量可以由控制器12经由LP-EGR阀152改变。例如，HP-EGR系统可以包括HP-EGR冷却器146，以及LP-EGR系统可以包括LP-EGR冷却器158，以抵制从EGR气体到发动机冷却液的热量。
[0028]在一些情况下，EGR系统可以用于调节燃烧室30内空气和燃料混合物的温度。因此，测量或估计EGR质量流会是可取的。EGR传感器可以布置在EGR通道内，并可以提供质量流、压力、温度、02浓度和排气浓度中的一个或更多个的指示。例如，HP-EGR传感器144可以布置在HP-EGR通道140内。
[0029]在一些实施例中，一个或更多个传感器可以定位在LP-EGR通道150内，以提供通过LP-EGR通道再循环的排气的压力、温度和空燃比中的一个或更多个的指示。通过LP-EGR通道150分流的排气可以在位于LP-EGR通道150与进气通道42的接合点处的混合点与新鲜进气空气稀释。具体地，通过调整与第一空气进气节气门63配合的LP-EGR阀152 (位于压缩机上游的发动机进气装置的进气通道中)，可以调整EGR流的稀释。
[0030]LP-EGR流的稀释百分比可以从发动机进气气流中的传感器145的输出推断。具体地，传感器145可以定位在第一进气节气门63的下游、LP-EGR阀152的下游以及第二主进气节气门62的上游，使得在主进气节气门处或靠近主进气节气门的LP-EGR稀释可以精确地确定。传感器145可以是例如氧传感器(如UEGO传感器)。
[0031]排气传感器126被示出联接到在涡轮164下游的排气通道48。传感器126可以是提供排气空燃比的指示的任何合适传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO (加热的EGO)、NOx, HC或CO传感器。
[0032]排放控制装置71和72被示出沿排气传感器126下游的排气通道48布置。装置71和72可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催化剂(TWC) ,NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。例如，装置71可以是TWC，以及装置72可以是微粒过滤器(PF)。在一些实施例中，PF 72可以位于TWC 71的下游(如图1所示)，而在其他实施例中，PF 72可以被定位在TWC 72的上游(图1中未示出)。
[0033]控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O) 104、在这个特定示例中被示为只读存储器芯片(ROM) 106的用于可执行程序和校验值的电子储存介质、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和数据总线。除了之前讨论的那些信号以外，控制器12可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，其包括:来自质量空气流传感器120的感应的质量空气流(MAF)的测量；来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT);来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的轮廓点火拾取信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及来自传感器122的绝对歧管压力信号，MAP。发动机速度信号RPM可以由控制器12从信号PIP生成。歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。需要指出，以上传感器的各种组合可以被使用，例如没有MAP传感器的MAF传感器，或反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可以给出发动机转矩的指示。进一步地，这种传感器以及被检测出的发动机速度可以提供被引入到汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也用作发动机速度传感器的传感器118可以在曲轴每转一圈时产生预定数量的等间隔的脉冲。
[0034]存储介质只读存储器106可以用表示由处理器102可执行的指令的计算机可读数据程序化，用以执行下面描述的方法以及可以预期但是没有具体列出的其他变体。
[0035]如上所述，图1只示出多汽缸发动机中的一个汽缸，以及每个汽缸可以同样包括其自己的进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等的组。
[0036]因此，发动机10可以包括将排气路由回进气装置的HP-EGR和LP-EGR系统。在一些实施例中，LP-EGR系统可以被控制以基于发动机操作参数在各种模式下操作。在一些实施例中，LP-EGR模式可由储存在控制器12的存储器中的速度-负荷表来确定。描述两种LP-EGR操作模式(固定和可变)的一个示例发动机速度-负荷图在图9的图900中示出。作为特例，LP-EGR系统可以在固定或较低EGR速率模式中操作，其中在从中等负荷下降到最小发动机负荷时，LP-EGR被设置为新鲜气流的固定EGR百分比，即使负荷随着气流或空气充气改变而改变。在中等负荷区域之上，LP-EGR系统可以以可变或更高EGR速率模式操作，其中LP-EGR速率相对空气是不断变化的。在固定模式，LP-EGR回路可以具有横跨速度/负荷图区域的新鲜空气流的固定EGR百分比，所述速度/负荷图包括对应于关闭节气门的最小发动机负荷(例如，由于松驱动踏板)。例如，当在最小发动机负荷条件或在发动机怠速条件空气流降低时，LP-EGR可以相应降低到大致零EGR条件。在O %的EGR条件期间，没有排气再循环从涡轮下游经由LP-EGR系统被提供到压缩机上游。在一个实施例中，LP-EGR的恒定百分比可以在最有可能经历LP-EGR的有问题的瞬时控制的区域中提供，例如在驾驶员松加速器踏板事件期间遇到的最小负荷。
[0037]在指定发动机速度-负荷条件下的固定EGR速率的使用可以提供几个优点。因为瞬时控制问题会减小速度-负荷图的区域，在此情况下，EGR可以有效利用，改善瞬时控制，可以扩展EGR在更多工况下的使用，降低节流损耗和改善燃料经济性。进一步地，EGR降低峰值汽缸温度，减少NOx的产生。因此，扩展EGR在速度-负荷图的更多面积的使用可以降低发动机排放。而且，用固定百分比的新鲜气流操作LP-EGR回路可以改善部件耐用性。例如，在松加速器踏板和踩加速器踏板期间不接通LP-EGR或断开LP-EGR降低在EGR冷却器上的热循环的数量，从而改善其耐用性。此外，EGR阀的关闭事件的次数可以降低，从而改善阀的耐用性。接着，可改善EGR混合，这是由于运行连续LP-EGR量可以允许EGR和空气流导管的优化尺寸，以产生到空气中的EGR均匀分散。最后，运行固定LP-EGR可以减小EGR阀和传感器需求的动态范围并简化EGR节气门的控制策略，从而降低系统成本和复杂性。
[0038]如本文所详述的，在EGR的输送期间，可以有存在EGR误差的情况。具体地，EGR误差可以反映期望或目标EGR与实际输送EGR之间的差异。因此，在当EGR需要快速增加时的增加发动机负荷的条件期间，和/或在当EGR需要快速减少时的减少发动机负荷的条件期间，会发生EGR误差。如果在增加发动机负荷期间存在EGR误差，发动机可以具有，至少临时具有比需求更少的稀释，并且可以进入爆震受限的操作区(例如，发动机在爆震限值或超出爆震限值操作)。同样，如果在减少发动机负荷期间存在EGR误差，发动机可以具有，至少临时具有比需求更多的稀释，并且可以进入燃烧稳定性受限的操作区(例如，发动机在燃烧稳定性限值或超出燃烧稳定性限值操作)。在任一情况下，发动机爆震耐受度和稀释耐受度可以通过如下面所详述的从单一燃料喷射变换到多次燃料喷射进行改善。
[0039]现转向图2的方法200，其示出在当EGR输送(或清除)被延迟和发动机临时变成爆震或燃烧稳定性受限的条件期间，通过使用多次喷射来操作低压EGR系统的方法。方法200可以由控制器12执行。
[0040]方法200包括，在202处确定发动机工况。发动机工况，例如发动机速度、发动机负荷、车辆速度、大气压力(BP)、歧管压力(MAP)、发动机温度等，可以从包括节气门位置传感器、踏板位置传感器等的传感器测量和/或估计。
[0041]在204处，可以确定发动机负荷是否增加。在一个示例中，负荷会响应于驾驶员踩加速器踏板而增加。在206处，如果发动机负荷增加，目标EGR速率可以基于发动机工况和增加负荷来确定。在208处，一个或更多个发动机致动器可以基于目标EGR速率进行调整。例如，响应于增加负荷，目标EGR速率可以增加并且EGR阀开口可以增加，以提供目标速率。
[0042]然而，由于EGR输送的延迟，发动机会临时变成爆震受限的。EGR输送的延迟可能是由于EGR通道的长度。在210处，可以确定发动机是否是爆震受限的。例如，可以确定发动机是否当前爆震受限于单一燃料喷射。作为进一步示例，可以确定发动机是否在爆震限值或超出爆震限值操作。如果确认，那么在212处，可以确定输送的EGR速率是否低于所需要的目标EGR速率。如果是，那么在214处，例程包括使用多次燃料喷射，直到EGR速率在目标速率。接着，一旦所需要的发动机稀释得以实现，并且发动机不是爆震受限的，那么可以恢复单一燃料喷射。
[0043]返回204，如果发动机负荷未增加，那么在214处，可以确定发动机负荷是否减少。在一个示例中，负荷可以响应于驾驶员松加速器踏板而减少。如果发动机负荷在减少，那么在216处，目标EGR速率可以基于发动机工况和减少负荷来确定。在218处，一个或更多个发动机致动器可以基于目标EGR速率进行调整。例如，响应于减少负荷，目标EGR速率可以减少并且EGR阀开口可以减小，以提供目标速率。
[0044]然而，由于EGR吹扫的延迟，发动机会临时变成燃烧稳定性受限的。EGR吹扫的延迟可能是由于通道的长度，从而导致EGR阀关闭时间的延迟。在220处，可以确定发动机是否是燃烧稳定性受限的。例如，可以确定发动机是否在燃烧稳定性限值或超出燃烧稳定性限值操作。如果是，那么在222处，可以确定输送的EGR速率是否高于所需要的目标EGR速率。如果是，那么在224处，例程包括使用多次燃料喷射，直到EGR速率在目标速率。接着，一旦所需要的发动机稀释得以实现，并且发动机不是燃烧稳定性受限的，那么可以恢复单一燃料喷射。
[0045]通过这种方式，多次燃料喷射可以有利地用于改善在EGR速率输送误差和延迟的情况下的发动机爆震和稀释耐受度。因此，延迟和误差可能是由于控制装置或致动器等。当输送的EGR速率在稳定燃烧的阀值之上时，通过使用多次喷射，发动机的稀释耐受度得以改善。多次喷射可以用于改善稀释耐受度的示例条件包括从高负荷和高EGR速率条件松加速器踏板到较低负荷和低EGR速率条件。同样，多次燃料喷射可以有利用于改善在任何操纵，即发动机变换到输送的EGR速率少于减轻爆震所期望的EGR速率的爆震受限状况时的发动机爆震耐受度。因此，EGR输送误差可能是由于控制装置或致动器等。多次喷射可以用于改善爆震耐受度的示例条件包括从低负荷和低EGR速率条件踩加速器踏板到较高负荷和较高EGR速率条件以及从高负荷和低EGR速率条件踩加速器踏板到高负荷和高EGR速率条件。
[0046]在一个示例中，响应于EGR误差高于在发动机是爆震受限时的阀值，控制器可以通过变换到多次燃料喷射来改善爆震耐受度和稀释耐受度。控制器可以保持多次喷射的使用，直到EGR误差低于阀值(例如，输送的EGR在目标EGR的阀值内)或发动机从爆震受限的状况移出(如果当发动机是爆震受限时，发生EGR误差)或从燃烧稳定性受限的状况移出(如果当发动机是燃烧稳定性受限时，发生EGR误差)。EGR误差包括输送的EGR与目标EGR之间的差异，目标EGR基于发动机速度-负荷条件(例如，在松加速器踏板期间所需要的最终较低负荷或在踩加速器踏板期间所需要的最终较高负荷)。
[0047]控制器可以经配置以一个或更多个模式操作发动机，以改善发动机的爆震耐受度。例如，在第一模式期间，响应于EGR误差高于阀值和发动机在爆震受限区操作，控制器会保持单一燃料喷射并延迟火花正时。相比之下，在第二模式期间，响应于EGR误差高于阀值和发动机在爆震受限区操作，控制器可以变换到多次燃料喷射。通过变换到多次燃料喷射，可以减少减轻爆震所需要的火花延迟量，从而提供燃料经济性益处。例如，在第一模式期间延迟火花正时可以包括延迟火花正时第一量，以及在第二模式期间，控制器可以延迟火花正时第二量，其中第二量小于第一量。在一个示例中，在第二模式期间，当多次燃料喷射用于解决爆震时，可以不需要火花延迟。例如，可以在第二模式期间保持点火正时。此外，多次喷射的使用还可以降低预点火和失火的倾向。
[0048]同样，响应于EGR误差高于发动机是燃烧稳定性受限时的阀值，控制器可以变换到多次燃料喷射。然后可以保持多次喷射，直到EGR误差低于阀值或发动机从燃烧稳定性受限的状况移出。在此，EGR误差还包括输送的EGR与目标EGR之间的差异，目标EGR基于发动机速度-负荷条件。
[0049]图3-4示出图2的例程的示例实施例，指定用于发动机变换到零EGR条件和从零EGR条件变出的操纵。特别地，图3-4的实施例从属于发动机的所有负荷从中等负荷下降到最小负荷时以固定速率EGR模式操作和发动机所有负荷在中等负荷之上时以可变速率EGR模式操作低压EGR系统的发动机系统。应当明白，图3-4的示例表示特定的非限制性实例，并且相同的多次燃料喷射可以同样用于其他车辆操纵，其涉及变换EGR速率以及EGR输送或吹扫延迟会导致爆震或燃烧不稳定问题。
[0050]现转向图3，示例例程300示出经配置发动机所有负荷从中等负荷下降到最小负荷时以固定速率LP-EGR操作的发动机中，在踩加速器踏板的操纵期间，如何使用多次燃料喷射的一个示例。描述在操作不带有LP-EGR的发动机时，响应于踩加速器踏板而调整燃料喷射。在踩加速器踏板期间，通过瞬时变换到多次燃料喷射，直到空气进气系统充入足够的EGR，改善在高发动机负荷下的发动机爆震耐受度。此外，火花延迟的使用或用于减轻爆震的燃料富集度被延迟，从而改善发动机燃料经济性。
[0051]在302处，如同在202处，可以估计和/或测量发动机工况。除了转矩需求、BP、升压、MAP、发动机温度等以外，这些工况包括发动机速度-负荷条件。在304处，基于所估计的条件，确定EGR速率。这可以包括至少确定基于所估计的条件所需要的LP-EGR的量和/或速率。此外，也可以确定所需要或可用的HP-EGR的量和/或速率。
[0052]在306处，可以确定零EGR条件是否存在。如参照图2所详述的，在选定的发动机负荷条件期间，例如在最小负荷条件下，或当发动机速度低于阀值时，例如在怠速速度下，到发动机的空气流可以处于最小或降低的程度。由于在这些条件下LP-EGR以相对于气流的固定速率被提供，LP-EGR可以成比例地减少到零EGR水平。此外，在这些条件期间，由于没有从可变气门正时提供的EGR稀释的益处，EGR可以是不需要的。
[0053]如果零EGR条件未被确认，那么在308处，该例程基于工况调整EGR阀，以提供期望的EGR速率。这可以包括当发动机速度-负荷条件在固定LP-EGR模式范围时，基于气流调整EGR阀，以提供相对于气流的固定速率的EGR。可替代地，当发动机速度-负荷条件在可变LP-EGR模式范围时，EGR阀可以基于速度-负荷条件进行调整，以改变EGR。
[0054]如果零EGR条件被确认，该例程进行到310，以确认踩加速器踏板到高负荷。如果踩加速器踏板到高负荷未被确认，那么在312处，该例程包括保持没有EGR(0% EGR)和以单一(进气冲程)燃料喷射提供燃料的发动机操作。在314处，在操作不带EGR的发动机时，响应于踩加速器踏板到更高负荷，该例程包括增加EGR。增加EGR包括在发动机负荷增加时，缓变打开LP-EGR阀，以增加相对于气流是固定EGR速率的LP-EGR的输送。如本文所用，增加EGR包括增加低压EGR。S卩，LP-EGR阀的开口可以增加，以增加冷却排气残留从排气涡轮下游的排气歧管到进气压缩机上游的进气歧管的再循环。
[0055]在316处，该例程进一步包括，响应于踩加速器踏板，在每个循环用多次燃料喷射给发动机加燃料，同时保持在化学计量比附近的燃烧空燃比。具体地，在318处，每个循环的多次燃料喷射包括至少第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射。第一进气冲程喷射的正时可以被调整成是稀均质进气冲程喷射，而第二压缩冲程喷射的正时可以被调整成是富分层压缩冲程喷射。然而，如多次喷射输送的燃料总量可以基于空气流来调整，以保持在化学计量比附近的总汽缸燃烧空燃比。此外，在每个循环用多次燃料喷射给发动机加燃料时，点火正时可以保持当输送目标EGR速率时所安排的正时。包括分割比率和相对于在汽缸中的活塞位置的每个喷射的正时的示例多次燃料喷射在图5的燃料喷射轮廓图530示出。如本文所详述的，在火花时间之前的进气冲程期间，总燃料喷射的更大比例(例如，80-85%)可以作为第一稀均质进气冲程喷射被输送。接着，在火花时间或即将火花时间之前的在压缩冲程期间，总燃料喷射的更小比例(例如，15-20%)可以作为富分层压缩冲程喷射被输送。这类分割不仅保持整个化学计量比的空燃比，而且保持排气排放控制装置(例如排气TWC)的最佳后处理效率。这种策略也确保多次喷射策略的燃烧效率和单一进气喷射策略没有明显不同。
[0056]在320处，可以确定是否已缓变增加LP-EGR并且LP-EGR的阀值(或期望)速率是否已达到。如果没有，每个发动机循环的多次燃料喷射的使用可以保持在322处。S卩，发动机汽缸的分割加燃料可以继续，直到达到LP-EGR的阀值速率。LP-EGR的阀值速率可以基于踩加速器踏板。例如，阀值速率可以基于在踩加速器踏板时所要求的更高负荷，并且可以响应于在更高负荷条件所需要的EGR(或发动机稀释)的量，以减轻爆震和预点火问题。
[0057]如果LP-EGR阀值速率已经达到，那么在324处，该例程包括恢复在每个循环用单一燃料喷射向发动机加燃料。因此，一旦空气进气系统已用LP-EGR充分充气，可以恢复作为单一进气冲程喷射的燃料喷射。此外，LP-EGR阀可以基于气流进行调整，以保持相对于气流是固定EGR速率的LP-EGR的输送，如在踩加速器踏板之前所提供的。
[0058]通过这种方式，具有第一均质稀进气冲程喷射的多次燃料喷射被使用，直到可以提供足够的EGR，以减轻爆震。通过使用随后的分层富压缩冲程喷射，第二喷射中的额外燃料可以(从第一喷射)补足控制爆震所需要的过量空气稀释。因此，这种方案也提供富运行以控制爆震的替代方案的排放优点。具体地，可以降低CO排放。除了爆震以外，该方案也协同解决预点火，从而改善车辆驱动循环燃料经济性。更进一步，该方案延迟火花延迟以解决爆震的需要，从而改善发动机燃料经济性。
[0059]转向图4，其示出例程400，该例程用于在每个低负荷工况(例如在最小负荷，或在怠速发动机速度)期间执行多次燃料喷射，直到进气歧管达到期望的LP-EGR量。特别地，例程400可以在松加速器踏板操作期间执行，当发动机操作从高/中等负荷操作区中的以固定EGR速率操作改变到非常低的操作区，直到过量的LP-EGR从进气系统被吹扫，从而改善燃烧稳定性和EGR耐受度。
[0060]在402处，控制器可以估计和/或测量发动机工况。发动机工况可以包括，例如，发动机速度、负荷、质量空气流、歧管绝对压力、歧管温度、发动机冷却液温度、大气压力、催化剂温度等。在404处，基于一个或更多个确定的发动机工况，可以确定期望的EGR速率和/或量。例如，如果确定发动机在高负荷条件操作，相对于空气流在可变速率的LP-EGR会是期望的。在另一示例中，如果确定发动机在中等到包括最小负荷条件的非常低负荷条件操作，相对于空气流在固定速率的LP-EGR会是期望的。在一些示例中，例如在最小负荷条件或发动机怠速条件期间，无(0% )EGR会是期望的。
[0061]在406处，可以基于期望的EGR速率调整LP-EGR阀的开口。这可以包括当发动机速度-负荷条件在固定LP-EGR模式范围时，基于气流调整EGR阀，以提供相对于气流是固定速率的EGR(图9)。通过在低到中等负荷条件期间使用固定EGR百分比，瞬态控制得以改善。可替代地，当发动机速度-负荷条件在可变LP-EGR模式(图9)范围时，可以基于速度-负荷条件调整EGR阀，以改变EGR。
[0062]接着，在408处，可以确定是否已发生松加速器踏板操作。例如，可以确定操作者是否已经释放加速器踏板。在一个示例中，响应于松加速器踏板操作，所要求的发动机负荷可以从在踩加速器踏板之前所要求的更高负荷下降到最小负荷条件。响应于松加速器踏板，在410处，控制器可以发送信号以关闭节气门并降低进气气流。因此，在低负荷条件期间，发动机可以以相对于气流的固定EGR速率来操作。因此，响应于在松加速器踏板期间进气气流的下降，EGR速率也可以减小，例如在最小发动机负荷下减小到零EGR条件。因此，在412处，控制器也可以关闭LP-EGR阀。
[0063]如果松加速器踏板操作未被确认，控制器可以基于所确定的发动机工况继续调整EGR阀，以提供期望的EGR速率，并且该例程可以结束。
[0064]在关闭节气门和EGR阀后，在414处，响应于松加速器踏板到较低负荷条件，可以执行多次燃料喷射。具体地，在LP-EGR回路中，由于长EGR环路传输延迟，LP-EGR会继续保持在进气歧管中，即使在关闭EGR阀后。这会产生由进气装置中的EGR的进气空气稀释比期望的更高，从而导致燃烧不稳定性。为了改善燃烧不稳定性，可以执行多次喷射，直到已经发生EGR的充分吹扫，例如，直到进气歧管中的LP-EGR的速率少于或等于阀值速率(例如，在零EGR)。
[0065]在415处，可以在至少两个阶段，即在进气冲程期间发生第一发动机加燃料事件和在压缩冲程期间发生第二发动机加燃料事件，执行多次燃料喷射，同时保持化学计量比的整个空燃比。第一进气冲程喷射的正时和量可以被调整，以提供稀均质混合物。接着，燃料的剩余量可以在压缩冲程中以基于火花正时进行调整的正时被输送，以提供富分层燃烧，同时保持化学计量比的最终燃烧的气体。通过保持整个化学计量比的空燃比，可以获得在多次喷射期间与单一进气喷射策略无明显不同的燃烧效率。
[0066]因此，多次燃料喷射比率(即，在第一喷射期间所喷射的燃料量/百分比与在第二喷射期间所喷射的燃料量/百分比的比率)可以被调整，使得在第一进气冲程喷射期间所喷射的燃料量大于在第二压缩冲程喷射期间所喷射的燃料量。在一个示例中，多次燃料喷射速率可以被调整，使得在压缩冲程期间输送最小燃料质量。这可以包括，例如，95%进气冲程喷射与5%压缩冲程喷射的分割比率。在另一个例中，在第二压缩冲程燃料喷射期间，少于5%的燃料可以被喷射。
[0067]进一步，第一进气冲程喷射的正时可以被调整成是稀均质进气冲程喷射，而第二压缩冲程喷射的正时可以被调整成是富分层压缩冲程喷射。然而，所喷射的燃料总量可以基于空气流被调整，以保持化学计量比的整个空燃比。此外，在每个循环用多次燃料喷射给发动机加燃料时，点火正时可以被保持在当输送目标EGR速率时所安排的正时。
[0068]包括分割比率和相对于在汽缸中的活塞位置的每个喷射的正时的示例多次燃料喷射在图5的燃料喷射轮廓图525示出。如本文所详述的，在火花时间之前的进气冲程期间，总燃料喷射的较大比例(例如，90%)可以作为第一稀均质进气冲程喷射被输送。接着，在火花时间或即将火花时间之前的压缩冲程期间，总燃料喷射的较小剩余比例(例如，10% )可以作为富分层压缩冲程喷射被输送。
[0069]在这里，当以高的稀释程度操作时，在火花塞附近的富分层压缩冲程混合物改善(例如，加速)在前的燃烧时间(例如，通过提供0-10%质量分数燃烧，或0-10MFB)，这改善轻负荷燃烧稳定性，这是由于这些条件的整个燃烧时间往往是很长的。高稀释混合物的很长燃烧时间通常需要非常在前的火花正时以用于最佳燃烧阶段，这对燃烧稳定性具有加重的不利影响，这除了是由于较长的整个燃烧的稳定性下降以外，还由于在点火时间的汽缸中压力和温度条件与在后的火花正时相比是下降的。在这里，多次喷射的富分层混合物缩短在前的0-10MFB时间，从而允许在后的火花正时和改善的燃烧稳定性。多次喷射的使用也保持排气排放控制装置(例如排气TWC)的最佳后处理效率。
[0070]返回到图4，在416处，可以确定LP-EGR是否已经从进气歧管被充分吹扫，使得LP-EGR处在阀值速率或低于阀值速率。LP-EGR的阀值速率可以基于松加速器踏板。在一个示例中，在松加速器踏板到最小负荷条件时，可以确定EGR是否已被吹扫至0% EGR0如果是，该例程可以终止多次燃料喷射并恢复单一燃料喷射。具体地，控制器可以恢复单一进气冲程燃料喷射。在单一燃料喷射期间，LP-EGR可以以相对于气流的固定速率被输送。这可以包括保持LP-EGR在零EGR条件，直到发动机负荷增加到在最小负荷之上，或直到发动机速度增加到在怠速速度之上。如果LP-EGR还未被充分吹扫到阀值水平，那么在420处，可以保持多次燃料喷射，直到达到期望的LP-EGR速率。
[0071]通过这种方式，多次燃料喷射可以被使用，直到EGR从进气系统被吹扫，以改善在低负荷条件的燃烧稳定性。通过在进气冲程期间输送较大比例的燃料和在压缩冲程期间保持部分的燃料，可以在火花塞附近生成富混合物，从而允许在后火花正时的使用，以及减少在汽缸中的燃烧时间。在低负荷、高稀释条件的更短燃烧时间增加燃烧稳定性。通过增进非常稀释混合物的更完整燃烧，多次喷射的使用也可以改善排气排放。
[0072]现转到图5，图500示出当从无EGR条件缓变增加固定速率LP-EGR时，可以用于改善发动机爆震耐受度的示例多次燃料喷射正时，以及当缓变减少固定速率LP-EGR到低EGR条件或朝向低EGR条件时，可以用于改善燃烧稳定性的多次燃料喷射正时。图500示出在曲线502处的排气门正时，在曲线504处的进气门正时，在曲线508处的活塞位置，在525处的在从固定LP-EGR百分比松加速器踏板期间所使用的示例燃料喷射轮廓图(包括相对于火花事件514的燃料喷射条510-512)，以及在530处的在从无EGR踩加速器踏板期间所使用的示例燃料喷射轮廓图(包括相对于火花时间520的燃料喷射条516-518)。
[0073]在发动机操作期间，发动机内的每个汽缸通常经受四冲程循环:所述循环包括进气冲程、压缩冲程、做功(或膨胀)冲程和排气冲程。通常地，在进气冲程期间，排气门关闭(曲线502，虚线)并且进气门打开(曲线504，实线)。空气经由进气歧管被引入到汽缸中，并且汽缸活塞运动到汽缸的底部，以便增加在燃烧室内的容积(曲线508)。活塞接近汽缸的底部并在其冲程结束的位置(例如，当燃烧室在其最大容积时)通常被本领域的技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门和排气门关闭。活塞朝向汽缸盖运动，以便压缩汽缸内的空气。在活塞在其冲程结束处并最接近汽缸盖的点(例如，当燃烧室在其最小容积时)通常被本领域的技术人员称为上止点(TDC)。
[0074]在下文称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在下文称为点火或火花的过程中，喷射的燃料通过已知的点火手段(例如火花塞)进行点火，从而引起燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体推动活塞返回到BDC。联接到活塞的曲轴将活塞运动转换为旋转轴的旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气门打开，将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管，并且活塞返回到TDC。
[0075]需要指出，上述仅仅作为示例示出，并且进气和排气门打开和/或关闭正时可以改变，以便例如提供正的或负的气门重叠、迟的进气门关闭或各种其他示例。
[0076]因此，在直喷发动机(例如图1的发动机)中，将燃料喷射划分为可以在720曲柄角度(CAD)发动机循环的任何时间点进行的多个脉冲。在高负荷发动机操作期间的燃料喷射通常在进气的TDC与BDC之间的进气冲程期间，其中汽缸中燃料的汽化冷却空气-燃料混合物，从而产生发动机爆震的降低的倾向。通常的燃料喷射策略在火花时间产生相对于燃料、空气、内部燃烧气体残留以及EGR几乎是均质的易燃空气-燃料混合物。
[0077]在以比期望更少的EGR操作时，为了降低踩加速器踏板条件期间的爆震倾向，根据燃料喷射轮廓图530的多次喷射可以被使用，同时延迟延迟火花的需要。踩加速器踏板燃料喷射轮廓图530包括第一进气冲程喷射516 (实线条)和第二压缩冲程喷射518 (阴影条)。多次燃料喷射的分割比率可以被调整，以便最多(大约80-85%)的燃料在进气冲程期间被喷射，以提供充气冷却益处。剩下的15-20%燃料在压缩冲程期间被喷射，以便保持化学计量比的整个空燃比。这种分割比率使得最佳的三元催化剂(TWC)后处理效率能够被保持。
[0078]多次喷射也可以用于改善在带有EGR的非常轻负荷时的燃烧稳定性，例如在松加速器踏板条件期间同时以相对于存在于燃烧室中的空气流的固定LP-EGR速率操作期间，如在燃料喷射轮廓图525处所示。松加速器踏板燃料喷射轮廓图525包括第一进气冲程喷射510(实线条)和第二压缩冲程喷射512(阴影条)。多次燃料喷射的分割比率可以被调整，以便最多(大约95%)的燃料在进气冲程期间被喷射。剩下的5%燃料在压缩冲程期间被喷射，以便保持化学计量比的整个空燃比。
[0079]第二喷射512的正时被调整为与火花事件514 —致或在火花事件514前或后稍微偏移，以便在火花塞附近产生富空气-燃料混合物。这产生稀均质进气冲程喷射和富分层压缩冲程喷射。具体地，初始的进气冲程喷射可以在420处CAD执行，而剩下的燃料在680处CAD的压缩冲程期间被添加。在一个示例中，进气冲程喷射正时可以保持与对应的单一喷射正时相同，并且很可能不从松加速器踏板改变到松加速器踏板。喷射正时也可以在踩加速器踏板与松加速器踏板之间不同。
[0080]在这里，当以高程度的稀释操作时，在火花塞附近的富分层压缩冲程混合物会改善(例如，加速)在前的燃烧时间(例如，通过提供0-10%质量分数燃烧，或0-10 MFB)，这改善轻负荷燃烧稳定性，这是由于这些条件的整个燃烧时间往往是很长的。高稀释混合物的很长燃烧时间通常需要非常在前的火花正时以用于最佳燃烧阶段，这对燃烧稳定性具有加重的不利影响，这除了是由于更长的整个燃烧时间的稳定性下降以外，还由于在点火时间的汽缸中压力和温度条件与在后的火花正时相比是下降的。在这里，多次喷射的富分层混合物缩短在前的0-10 MFB时间，从而允许在后的火花正时和改善的燃烧稳定性。
[0081]因此，在松加速器踏板燃料喷射轮廓图525中，第二压缩冲程喷射会需要保持在由燃料喷射器所输送的最小可行燃料质量。这是因为，与化学计量比燃烧的单一喷射策略相比，由于在火焰前端传入稀混合物时的降低燃烧效率和变差的10% -90% MFB时间，采用近乎相等分割比率的类似策略(例如，50%进气喷射和50%压缩喷射)不会改善燃烧稳定性。由于压缩喷射，50/50策略的变差的10-90 MFB时间会补偿0-10 MFB中的任何改善。因此，燃料喷射轮廓图525的优选分割比率包括在第二压缩冲程喷射时所喷射的10% (或更少)燃料和在第一进气冲程喷射时所喷射的90% (或更多)燃料。
[0082]现转向图6，图600示出响应于踩加速器踏板从低EGR速率条件到更高EGR速率条件的高负荷所进行的示例燃料喷射调整。图600示出在曲线602处的操作者踏板位置(PP)的变化，在曲线604处示出LP-EGR流，在曲线608处示出燃料喷射，以及在曲线610处示出整个燃烧空燃比(AFR)。
[0083]在11之前，发动机可以以较低速率输送的EGR操作。在一个示例中，较低速率可以是相对于气流的固定速率。具体地，在tl之前，在踏板位置改变(曲线602)时，LP-EGR阀开口可以相应进行调整，以提供目标EGR流。此外，燃料喷射量(曲线608)也可以进行调整，以便保持在化学计量比附近的燃烧空燃比(AFR)(曲线610)。因此，在tl之前，燃料可以作为单一进气冲程喷射被输送，如实线条所示。因此，在tl之前，发动机可以以未受爆震限制的状况操作。
[0084]在tl处，在以较低EGR速率操作时，会发生到高负荷条件的瞬时操纵。在所述示例中，到高负荷条件的变换可以是响应于操作者踩加速器踏板到高负荷和/或高速度。响应于高负荷条件，几乎会立即要求更高EGR速率。响应于快速增加发动机负荷，可以增加LP-EGR阀开口，以增加LP-EGR的输送，以便提供在更高负荷所需要的目标增加的发动机稀释。然而，输送EGR到进气系统会存在传输延迟。具体地，期望的稀释(EGR)会更高，如虚线段605所示。由于传输延迟，稀释的实际输送会更慢，如曲线604所示，从而导致发动机在tl处临时变成爆震受限的。因此，在tl与t2之间，在LP-EGR的输送缓变增加以提供目标更高EGR速率，会有比所需要更少的可用稀释，从而致使发动机容易爆震和/或预点火。
[0085]为了改善在高负荷条件时缓变增加LP-EGR的发动机爆震耐受度，燃料在tl与t2之间可以作为多次燃料喷射被输送。具体地，多次燃料喷射可以至少包括其中较大部分的燃料被输送(实线条)的第一进气冲程喷射和其中较少剩下部分的燃料被输送(阴影条)的第二压缩冲程喷射。因此，所输送的燃料总量可以与对应的单一燃料喷射相同。即，没有整个减稀或加浓可以被执行，以解决爆震的可能性。此外，火花正时也可以被保持。即，可以不立即要求火花延迟以解决爆震的可能性。同样，进气冲程喷射和压缩冲程喷射的正时可以相对于汽缸火花事件被调整，以提供稀均质进气冲程喷射和富分层压缩冲程喷射。如图5所详述的(例如，在踩加速器踏板燃料喷射轮廓图530处)，进气冲程喷射可以在火花之前执行，并且可以作为均质稀喷射被输送，以提供充气冷却的益处。接着，压缩冲程喷射可以在火花或火花之后执行，并且可以作为分层富喷射被输送，以便保持在化学计量比或其附近的整体燃烧空燃比，同时也保持排气催化剂后处理效率。
[0086]在t2处，输送的LP-EGR流可以充分高并在目标LP-EGR速率或其周围。换句话说，期望的稀释是可能的。因此，在t2处，可以恢复单一进气冲程燃料喷射。在t2后，如在tl前，LP-EGR流可以基于踏板位置进行调整，以满足所需求的转矩，同时保持单一燃料喷射。
[0087]通过这种方式，多次燃料喷射用于当以较低EGR操作时，踩加速器踏板到高负荷期间并变换到更高EGR速率时，改善爆震耐受度。
[0088]在一个示例中，在第一模式期间，发动机可以以相对于气流的固定EGR速率操作，并且响应于踩加速器踏板到更高负荷，每个循环的单一燃料喷射可以被保持。在这里，由于至少一些EGR已是可用的，提供更高EGR的传输延迟可以更低。相比之下，在第二模式期间，发动机可以以无低压EGR来操作，并且响应于踩加速器踏板到更高负荷，发动机可以每个循环以多次燃料喷射来操作，同时也增加LP-EGR。在这里，由于没有EGR是可用的，提供更高EGR的传输延迟可以更高。
[0089]进一步地，在第一模式期间，响应于踩加速器踏板，LP-EGR可以增加，同时以给定的固定EGR速率保持发动机的操作。因此，在第一和第二模式期间，可以在化学计量比或其周围保持燃烧空燃比。而且，在第一和第二模式期间，点火正时可以保持在标称正时(例如在MBT处或从MBT延迟)。如本文所用，每个循环以多次燃料喷射操作包括作为第一稀均质进气冲程喷射和第二富分层压缩冲程喷射输送燃料。
[0090]在另一示例中，车辆发动机系统包括涡轮增压器，包括LP-EGR阀的低压排气再循环(LP-EGR)系统以及包括计算机可读存储介质的控制系统。控制系统或控制器经配置具有计算机可读指令，用于控制LP-EGR阀的操作，以保持没有EGR的所有发动机负荷在第一、较低负荷范围内；并且响应于踩加速器踏板到第二、更高负荷范围，增加LP-EGR阀的开口并作为每个循环的多次喷射输送燃料，直到阀值EGR速率得以实现。控制系统可以进一步包括用于在阀值EGR速率达到后，作为每个循环单一喷射输送燃料的指令，并且该指令控制LP-EGR阀的操作，以保持在所有发动机负荷通过LP-EGR系统的新鲜气流的固定EGR百分比在第二负荷范围内。作为每个循环单一喷射的输送燃料包括作为单一进气冲程喷射输送燃料，以及其中作为每个循环多次喷射的输送燃料包括作为第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射输送燃料。进一步地，当作为每个循环多次喷射输送燃料时，第一较大部分的燃料在第一进气冲程喷射中被输送，并且第二、剩余部分的燃料在第二压缩冲程喷射中被输送。车辆系统可以进一步包括包括HP-EGR阀的高压排气再循环(HP-EGR)系统，其中在第一和第二负荷范围的每个负荷范围期间，HP-EGR阀的开口基于LP-EGR阀的开口进行调整。
[0091]转向图7，图700示出在以更高EGR速率所提供的EGR操作发动机时，响应于松加速器踏板到更低负荷的示例燃料喷射调整。具体地，操作者加速器踏板位置的变化在曲线702处示出，LP-EGR流在曲线704处示出，燃料喷射在曲线708处示出，以及整个燃烧空燃比在曲线712处示出。
[0092]在11之前，发动机可以以较高速率输送的EGR操作。在一个示例中，较高速率可以是相对于空气流的固定EGR速率。在踏板位置变化(曲线702)时，转矩需求可以改变，并且控制器可以调整LP-EGR阀的位置，以便LP-EGR流可以被改变，以便在转矩需求变化时满足期望的稀释(曲线704)。在一个示例中，LP-EGR可以以相对于总空气流的固定速率被提供。此外，燃料喷射量(曲线708)可以被调整，以便保持在化学计量比附近的燃烧空燃比(AFR)(曲线712)。因此，在tl之前，燃料可以作为单一进气冲程喷射被输送，如实线条所示。
[0093]在tl处，会发生到最小发动机负荷条件或怠速发动机条件的瞬变操作。在所述的示例中，由于车辆操作者在tl处的松加速器踏板，会发生到最小负荷的变换。结果，在tl后，踏板位置可以改变到完全释放位置(曲线702)，并且进气节气门可以响应于所释放的加速器踏板被关闭，以减少空气流。响应于快速增加发动机负荷，目标EGR速率可以下降到较低速率，并且LP-EGR阀的开口可以减小，以减少输送的EGR。特别地，LP-EGR流的立即下降会是期望的LP-EGR，如虚线段703所示。然而，由于长传输延迟，LP-EGR流不会如气流中那么快发生变化来改变到期望的LP-EGR流。换句话说，EGR会比期望的更慢从进气系统被吹扫。结果，由于系统中存在的过量EGR，高稀释的空气-燃料混合物可以进入汽缸并会使发动机燃烧稳定性受限。为了改善在普遍非常低负荷条件的高稀释空气-燃料混合物的燃烧稳定性，到作为多次燃料喷射的输送燃料的瞬时变换可以被执行(曲线708)。具体地，在tl与t2之间，燃料可以作为较大量的燃料被输送(实线条)的第一进气冲程喷射和较少的剩余量的燃料被输送(阴影条)的第二压缩冲程喷射被输送。因此，在多次喷射期间所输送的燃料总量可以与对应的单一燃料喷射量相同。
[0094]喷射正时可以相对于汽缸火花被调整，使得第一燃料喷射作为稀均质进气冲程喷射被输送，以及第二喷射作为富分层压缩冲程喷射被输送。如在图5处所述(例如，在燃料松加速器踏板喷射轮廓图525处)，进气冲程喷射可以在火花之前被执行，并且燃料可以作为稀均质喷射被输送。随后，压缩冲程可以与火花正时一致或稍微偏离在火花正时之前或之后进行调整，并且可以作为富分层喷射被输送，以保持在化学计量比或其附近的整个燃烧空燃比(曲线712)，同时也保持排气催化剂后处理效率。
[0095]在t2处，LP-EGR可以减少到在目标EGR速率的阀值(曲线704)内，该阀值取决于在松加速器踏板时的发动机负荷条件。因此，在t2处，当实现期望的EGR稀释并且改善发动机的燃烧稳定性时，可以恢复单一进气冲程燃料喷射(曲线708)。在t2后，如在tl前，LP-EGR流可以基于踏板位置进行调整，以满足所需求的转矩，同时保持单一燃料喷射。通过这种方式，多次燃料喷射可用于改善稀释耐受度和燃烧稳定性，并降低在松加速器踏板瞬变期间汽缸失火的可能性，直到EGR从空气进气系统被充分吹扫。
[0096]在一个示例中，车辆发动机系统包括涡轮增压器、包括LP-EGR阀的低压排气再循环(LP-EGR)系统、以及控制系统，该控制系统包括计算机可读存储介质，并经配置控制LP-EGR阀的操作，以保持在所有发动机负荷的新鲜空气流的固定EGR百分比在第一、更高负荷范围内。进一步地，响应于松加速器踏板到第二、更低负荷范围，减小LP-EGR阀的开口并作为每个循环分割输送燃料，直到实现阀值EGR速率。该控制系统进一步包括用于在实现阀值EGR速率后，作为每个循环单一喷射输送燃料的指令，并且该指令控制LP-EGR阀的操作，以保持在所有发动机负荷通过LP-EGR系统的新鲜空气流的固定EGR百分比在第二负荷范围内。作为每个循环单一喷射的输送燃料包括作为单一进气冲程喷射输送燃料，以及其中作为每个循环多次喷射的输送燃料包括作为第一稀均质进气冲程喷射和第二富分层压缩冲程喷射输送燃料。
[0097]现转向图8，图800示出当以平坦EGR安排操作发动机时响应于踩加速器踏板从无EGR条件到高负荷，以及当以平坦EGR安排操作时响应于松加速器踏板到低负荷条件时的示例燃料喷射调整。图800示出在曲线802处的操作者踏板位置(PP)的变化，LP-EGR流在曲线804处示出，总发动机空气流在曲线806处示出，燃料喷射在曲线808处示出，EGR%在曲线810处示出，以及整个燃烧空燃比(AFR)在曲线812处示出。
[0098]在tl之前，发动机可以以相对于气流的固定速率所输送的EGR操作。具体地，在踏板位置改变(曲线802)时，可以调整节气门位置，以改变到发动机的总空气流(曲线806)。同时，LP-EGR阀的位置可以相应地被调整，以便LP-EGR流(曲线804)也被调整。因此，这使得恒定的EGR百分比得以保持(曲线810)。此外，燃料喷射量(曲线808)也可以被调整，以便保持燃烧空燃比(AFR)在化学计量比附近(曲线812)。因此，在tl之前，燃料可以作为单一进气冲程喷射被输送，如实线条所示。
[0099]在tl处，在以固定EGR模式操作时，会发生操作者松加速器踏板到较低负荷。该松加速器踏板会引起发动机负荷立即减少。响应于松加速器踏板，节气门开口可以减小(例如，节气门被关闭)，从而产生发动机空气流的下降。此外，LP-EGR阀可以被关闭以引入一定比例量的LP-EGR，例如到零EGR条件。这是因为，降低的发动机负荷可能不需要任何发动机稀释。在LP-EGR的立即下降是期望的时，如在虚线803处所示，由于长LP-EGR环路，以及由此产生的传输延迟，LP-EGR从空气进气系统的吹扫会花费更长时间，而LP-EGR实际上在tl与t2之间以更慢的速率衰减，如在实线804处所示。这种在低负荷条件的发动机稀释的慢吹扫会使燃烧稳定性变差。
[0100]因此，为了改善在低负荷条件LP-EGR在tl与t2之间被吹扫时的燃烧稳定性，燃料喷射可以从单一进气冲程喷射瞬变到多次燃料喷射。具体地，多次燃料喷射可以至少包括其中较大部分的燃料被输送(实线条)的第一进气冲程喷射和其中较少剩下部分的燃料被输送(阴影条)的第二压缩冲程喷射。因此，输送的燃料总量可以与对应的单一燃料喷射相同。即没有整个减稀或加浓可以被执行，以解决爆震的可能性。此外，火花正时也可以被保持。而且，进气冲程喷射和压缩冲程喷射的正时可以相对于汽缸火花事件被调整，以提供稀均质进气冲程喷射和富分层压缩冲程喷射，如之前在图5处(在松加速器踏板燃料喷射轮廓图525处)和在图6的示例所讨论的。
[0101]在t2处，充分LP-EGR吹扫可以被确认。例如，LP-EGR可以低于阀值。因此，在t2处，恢复单一进气冲程燃料喷射。此外，由于发动机保持在最小负荷条件直到t3，LP-EGR保持在无EGR水平。
[0102]在t3处，在零EGR条件时，会发生操作者踩加速器踏板到高负荷条件。响应于踩加速器踏板，节气门开口可以随着发动机气流的相应增加而增加。LP-EGR阀开口也可以相应增加，以增加LP-EGR的输送，从而提供在更高负荷下所需要的增加发动机稀释。因此，更高LP-EGR可以立即是所期望的，如虚线段805所示。然而，由于输送EGR到进气系统的传输延迟，EGR的实际输送可以更慢，如实线804所示。因此，在t3与t4之间，在缓变增加LP-EGR的输送从而以相对于气流的固定速率提供EGR时，会有比所需要的更少的可用稀释，从而致使发动机容易爆震和/或预点火。
[0103]为了改善在高负荷条件下从无EGR条件缓变增加LP-EGR的发动机爆震耐受度，燃料在t3与t4之间可以作为多次燃料喷射被输送。具体地，多次燃料喷射可以至少包括其中较大部分的燃料被输送(实线条)的第一进气冲程喷射和其中较少剩下部分的燃料被输送(阴影条)的第二压缩冲程喷射。因此，输送的燃料总量可以与对应的单一燃料喷射相同。即，没有整个减稀或加浓可以被执行，以解决爆震的可能性。此外，火花正时也可以被保持。即，可以不立即要求火花延迟以解决爆震的可能性。同样，进气冲程喷射和压缩冲程喷射的正时可以相对于汽缸火花事件进行调整，以提供稀均质进气冲程喷射和富分层压缩冲程喷射，如之前在图5处(在踩加速器踏板燃料喷射轮廓图530处)和在图6的示例所详述的。
[0104]在t4处，LP-EGR流可以足够高，以及LP-EGR速率可以是在总气流的固定百分比的阀值速率。因此，在t4处，可以恢复单一进气冲程燃料喷射，并且发动机可以返回，以按照固定LP-EGR模式所提供的LP-EGR操作。
[0105]通过这种方式，多次燃料喷射用于在以无EGR操作时响应于踩加速器踏板到高负荷并在变换到固定速率LP-EGR时，改善爆震耐受度，以及在以固定LP-EGR速率操作时响应于松加速器踏板到低负荷，改善燃烧稳定性。
[0106]在一个示例中，控制器可以响应于从无EGR的发动机操作踩加速器踏板的高负荷和从带有相对于气流的固定速率的EGR的发动机操作松加速器踏板到低负荷中的每一个，从单一燃料喷射瞬变到多次燃料喷射。响应于踩加速器踏板，可以通过打开LP-EGR阀增加LP-EGR，而响应于松加速器踏板，通过关闭LP-EGR阀减少LP-EGR。在踩加速器踏板期间，在EGR达到第一阀值速率后，恢复单一燃料喷射，并且此后，EGR以相对于气流的固定速率被保持。第一阀值速率可以基于踩加速器踏板到高负荷。在松加速器踏板期间，在EGR达到第二阀值速率(低于第一阀值速率)后，恢复单一燃料喷射，并且此后，EGR以相对于气流的固定速率被保持。第二阀值速率可以基于松加速器踏板到低负荷。
[0107]响应于踩加速器踏板和松加速器踏板中的每一个的多次燃料喷射可以包括第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射。响应于踩加速器踏板的多次燃料喷射的分割比率可以基于汽缸燃烧稳定性限值，而响应于松加速器踏板的多次燃料喷射的分割比率可以基于汽缸爆震限值。例如，响应于踩加速器踏板的多次燃料喷射的分割比率可以包括比响应于松加速器踏板的多次燃料喷射的分割比率更高的压缩喷射量。
[0108]现转向图10，图1000示出响应于发动机变换进和变换出爆震受限状况的发动机操纵的示例燃料喷射调整。图1000示出相对于在曲线1004处(虚线)的输送EGR的在曲线1002处(实线)的期望EGR，在曲线1006处提供发动机是否操作在爆震受限状况的指示，以及在曲线1008处指示单一或多次燃料喷射的使用。
[0109]在tl之前，发动机以较低EGR速率操作。在tl处，由于增加发动机负荷，期望的EGR速率增加(曲线1002)。由于传输延迟，输送的EGR拖后并且是不可用的，直到tl后的某个时间(曲线1004)。在这个时期期间，燃料作为单一燃料喷射被喷射到发动机中。因此，在tl处增加发动机负荷的操纵和延迟的EGR输送不会将发动机推入到爆震受限的状况(曲线1006)。因此，保持单一燃料喷射。
[0110]在t2与t3之间，由于发动机工况的变化，发动机会瞬时移动到爆震受限的操作区。然而，由于输送的EGR处在目标EGR速率或其附近(例如，目标EGR速率的阀值内)，不需要使用多次燃料喷射并且保持单一燃料喷射。在t3后，并且直到t4，由于发动机工况的变化，发动机会瞬时移出爆震受限的操作区。
[0111]在t4处，由于减少发动机负荷，期望的EGR速率减少。由于传输延迟，输送的EGR拖后并且未被充分吹扫直到t4后的某个时间。因此，在t4处减少发动机负荷的操纵和延迟的EGR吹扫不会将发动机推入到爆震受限的状况。因此，保持单一燃料喷射。
[0112]在t4与t5之间，由于发动机工况的变化，发动机会瞬时移动到爆震受限的操作区。在t5处，当在爆震受限操作区时，由于增加发动机负荷，期望的EGR速率增加，而输送的EGR拖后并且不可用直到t5后的某个时间。由于在t5处增加发动机负荷的操纵和延迟的EGR输送导致发动机在爆震受限的状况中操作，燃料喷射从单一燃料喷射变换到多次燃料喷射。特别地，多次燃料喷射被使用，直到在t6处输送的EGR速率在目标EGR速率的阀值内。接着，一旦足够的稀释是可用的，可以恢复单一燃料喷射。
[0113]通过这种方式，在将发动机变换到爆震受限或燃烧稳定性受限区的发动机操纵期间，多次燃料喷射策略可以瞬时使用。通过在增加发动机负荷(例如，从低EGR条件的踩加速器踏板)期间使用多次燃料喷射以补偿用EGR对空气进气系统充气的传输延迟，改善发动机的爆震耐受度。同样，通过在减少发动机负荷(例如，从高EGR条件的松加速器踏板)期间使用多次燃料喷射以补偿从空气进气系统吹扫EGR的传输延迟，改善发动机的稀释耐受度。通过在踩加速器踏板期间执行燃料的第一稀均质进气冲程喷射，可以实现实质的汽缸充气冷却益处。接着，通过在火花事件的时间附近使用燃料的富分层压缩冲程喷射，可以在化学计量比保持燃烧空燃比同时改善排气催化剂后处理效率。从而在缓慢地缓变增加期望发动机稀释时，多次燃料喷射改善在高负荷条件下的发动机的爆震耐受度。改善的爆震耐受度也延迟火花延迟的需要或爆震的富集度或预点火的减轻，从而改善发动机燃料经济性。通过在松加速器踏板期间执行燃料的多次喷射，火花正时可以被延迟，而在火花塞附近的富混合物减少汽缸燃烧时间。因此，这改善在点火时的汽缸中压力和温度条件，从而改善燃烧稳定性和发动机EGR耐受度。
[0114]应当指出，本文所包括的示例控制和估计例程可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令储存在非临时存储器中。本文描述的具体例程可以表示若干处理策略中的一个或更多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，示出的各个动作、操作和/或功能可以以示出的顺序执行，并行执行，或在某些情况下被省略。同样，处理次序不必要求实现本文描述的示例性实施例的特征和优势，而仅仅是为了便于说明和描述提供在本文中。根据所采用的特定策略，一个或更多个示出的动作、操作和/或功能可以被重复执行。进一步地，描述的动作可以图形化表示被程序化到发动机控制系统的计算机可读存储介质中的代码。
[0115]应该清楚，在此公开的配置和程序实际上是示例性的，且因为可能有各种变化，所以这些具体的实施例不以限制意义来考虑。例如，以上技术可应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸和其它的发动机类型。本公开的主题包括各种系统与配置以及在此公开的其它特征、功能、和/或性质的所有新颖且非显著的组合和子组合。
[0116]随附权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等价物。此类权利要求应理解成包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。所公开的特征、功能、元件、和/或性质的其它组合和子组合可通过本权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中呈现的新权利要求加以要求。此类权利要求，无论比原始权利要求范围更宽、更窄、相同、或不同，仍被视为包括在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种方法，其包括: 在操作带有EGR的发动机时，响应于减少发动机负荷， 减少EGR;并且 在每个循环用多次燃料喷射给所述发动机加燃料，直到EGR少于阀值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中带有EGR的操作包括以相对于气流的固定速率的低压EGR(LP-EGR)操作，并且其中减少EGR包括减少低压EGR，所述减少LP-EGR包括减少从排气涡轮下游的排气歧管到在进气压缩机上游的进气歧管的冷却排气残留的再循环。
3.根据权利要求2所述的方法，其中减少EGR进一步包括当发动机负荷处在或低于阀值负荷时，不输送LP-EGR。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括，当EGR少于所述阀值时，在每个循环用单一燃料喷射给所述发动机加燃料，并且其中多次加燃料包括每个循环的至少两个喷射，所述至少两个喷射经由火花点火一起燃烧。
5.根据权利要求4所述的方法，其中LP-EGR的阀值速率基于在低发动机负荷条件下的所述发动机的EGR耐受度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中每个循环的所述多次燃料喷射至少包括第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述减少发动机负荷响应于操作者松加速器踏板。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一进气冲程喷射的正时被调整成是稀均质进气冲程喷射，并且其中所述第二压缩冲程喷射的正时被调整成是富分层压缩冲程喷射。
9.根据权利要求1所述的方法，其中用多次燃料喷射给所述发动机加燃料包括保持总汽缸燃烧空燃比在化学计量比附近。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括，在每个循环用多次燃料喷射给所述发动机加燃料时，保持点火正时。
11.一种用于发动机的方法，其包括: 响应于从带有较低EGR的发动机操作踩加速器踏板到高负荷和从带有较高EGR的发动机操作松加速器踏板到低负荷中的每一个，从单一燃料喷射瞬变到多次燃料喷射。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括，响应于所述踩加速器踏板，通过打开LP-EGR阀增加LP-EGR，并且响应于所述松加速器踏板，通过关闭所述LP-EGR阀减少LP-EGR。
13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括，在所述踩加速器踏板期间，基于所述踩加速器踏板到高负荷，在EGR达到第一阀值速率后，恢复单一燃料喷射，以及在所述松加速器踏板期间，基于所述松加速器踏板到低负荷，在EGR达到第二阀值速率后，恢复单一燃料喷射。
14.根据权利要求11所述的方法，其中响应于所述踩加速器踏板和所述松加速器踏板中的每一个的所述多次燃料喷射包括第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射。
15.根据权利要求14所述的方法，其中响应于所述松加速器踏板的所述多次燃料喷射的分割比率基于汽缸燃烧稳定性限值，并且其中响应于所述踩加速器踏板的所述多次燃料喷射的分割比率基于汽缸爆震限值。
16.根据权利要求11所述的方法，其中具有较低EGR的发动机操作包括以相对于气流的固定EGR速率的发动机操作，并且其中具有较高EGR的发动机操作包括以相对于进气气流的可变EGR速率的发动机操作。
17.根据权利要求11所述的方法，其中具有较低EGR的发动机操作包括无EGR的发动机操作，并且其中具有较高EGR的发动机操作包括以相对于进气气流的固定EGR速率的发动机操作。
18.—种车辆发动机系统,其包括: 涡轮增压器； 包括LP-EGR阀的低压排气再循环(LP-EGR)系统；以及 包括计算机可读存储介质的控制系统，所述计算机可读存储介质包括指令，所述指令用于: 控制所述LP-EGR阀的操作，以保持在第一、较高负荷范围内的所有发动机负荷的新鲜空气流的固定EGR百分比；并且 响应于松加速器踏板到第二、较低负荷范围，减小所述LP-EGR阀的开度并每个循环多次喷射输送燃料，直到达到阀值BGR速率。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制系统进一步包括指令，所述指令用于:在达到所述阀值EGR速率后，每个循环单一喷射输送燃料，并且控制所述LP-EGR阀的操作，以保持在所述第二负荷范围内的所有发动机负荷通过所述LP-EGR系统的新鲜空气流的固定EGR百分比。
20.根据权利要求19所述的系统，其中每个循环单一喷射输送燃料包括作为单一进气冲程喷射输送燃料，以及其中每个循环多次喷射输送燃料包括作为第一稀均质进气冲程喷射和第二局部富分层压缩冲程喷射输送燃料。
【文档编号】F02M25/07GK104421056SQ201410419259
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】S·伍尔德里奇, G·苏尼拉, 易建文, B·A·波伊尔, J·A·希尔迪奇, M·H·谢尔比, B·R·彼得森 申请人:福特环球技术公司