用于产生点火助剂液滴的反馈受控系统的制作方法

本发明总体涉及一种反馈受控系统，并且更具体地涉及一种用于产生点火助剂液滴的反馈受控系统。

背景技术：

内燃机产生作为发动机内燃料燃烧的副产物的排气。发动机排气尤其是包含未燃尽燃料、诸如烟尘之类的颗粒物质以及诸如一氧化碳和氮氧化物之类的气体。为了遵守监管排放控制要求，期望减少发动机排气中的未燃尽燃料、烟尘以及其它气体的量。由于液体燃料(例如，柴油燃料)的上升成本并且为了遵守排放控制要求，发动机制造商已开发了双燃料发动机和/或气态燃料发动机。

在这些发动机中，使用较低成本的燃料、例如气态燃料连同或者不连同液体燃料一起有助于改进发动机的成本效率。使用气态燃料来完全地或部分地替代诸如汽油或柴油燃料之类的传统液体燃料也可有助于降低排气中的烟尘和/或其他不期望气体的量。为了遵守日益严格的排放控制要求，这些发动机可在稀薄空气-燃料比下操作，该稀薄空气-燃料比会阻碍燃料在燃烧室内完全地燃烧。

燃料的不完全燃烧可导致形成非期望量的未燃烧烃和NOx。另外，任何依然是未燃烧的并从燃烧室逸出的燃料并没有参与到燃烧中，从而降低了发动机的热效率。所逸出的未燃烧燃料也增加了由发动机产生的不希望的排放物的总量。虽然未燃烧的燃料和NOx可在一个或多个后处理装置中从排气中去除，但是实现这些装置增加了操作发动机的成本。因此，理想的是减少离开燃烧室的排气中的未燃烧燃料和NOx的量。

在于2014年7月22日发布的Kim等人的美国专利第8,783,229B2号(“'229专利”)中公开了一种用于改进燃料在燃烧室中的燃烧的技术。'229专利公开了一种气体燃料内燃机，其包括气体燃料输送机构和分布式点火促进机构。点火促进机构包括配置为提供点火促进材料(诸如发动机润滑油)的液珠的液珠提供装置。'229专利说明了在操作期间，通过进气通道的气体将液珠从液珠提供装置移走并将点火促进材料运送到汽缸中。点燃分布在汽缸内的点火促进材料，有助于确保气体燃料在燃烧室中的燃烧。'229专利公开的是：'229专利的系统是依靠进气来移动点火促进材料并使其分布在燃烧室中，而不是试图将点火促进材料注入到进气通道中。

尽管'229专利公开了使用润滑油液珠来促进气体燃料在燃烧室中的燃烧，但是仍可以对所公开的方法进一步加以改进。特别地，'229专利的方法没有对与进气一起进入燃烧室的润滑油的液滴的数量或油滴的液滴尺寸进行控制。润滑油添加得过少或者润滑油在燃烧室内未充分地分布都可能不足以使得燃料在燃烧室中燃烧。润滑油添加得过多可能会增加润滑油的消耗，并且还可能由于燃烧室中燃烧了过量的润滑油而使得颗粒物质的产生增多。

本发明的发动机系统解决了上述一个或多个问题和/或本领域中的其它问题。

技术实现要素：

在一个方面，本发明涉及一种发动机系统。该发动机系统可包括发动机。该发动机可包括至少一个汽缸。该发动机系统还可包括配置为供给用于在发动机中燃烧的燃料的第一源。该发动机系统可包括配置为供给用于在发动机中燃烧的点火助剂材料的第二源。该发动机系统还可包括配置为产生点火助剂材料的液滴的液滴产生器。进一步地，该发动机系统可包括控制器。该控制器可配置为确定发动机参数。该控制器还可配置为基于发动机参数确定液滴的数量。此外，该控制器可配置为基于发动机参数确定液滴的液滴尺寸。该控制器还可配置为控制液滴产生器来产生确定数量的具有确定的液滴尺寸的液滴。

在另一方面，本发明涉及一种操作发动机的方法。该方法可包括将用于燃烧的空气输送到发动机的至少一个汽缸。该方法可进一步包括将燃料供给到汽缸以用于燃烧。该方法还可包括将点火助剂材料供给到液滴产生器。此外，该方法可包括基于从与发动机相关联的至少一个传感器接收的信号确定发动机参数。该方法可包括基于发动机参数确定点火助剂材料的液滴的数量。该方法还可包括基于发动机参数确定液滴的液滴尺寸。进一步地，该方法可包括使用液滴产生器产生确定数量的具有确定的液滴尺寸的液滴。该方法还可包括在汽缸中燃烧液滴和燃料。

在又一方面，本发明涉及一种发动机。该发动机可包括多个汽缸。该发动机还可包括配置为将用于燃烧的空气输送到汽缸的进气歧管。该发动机可进一步包括配置为从汽缸中排放排气的排气歧管。该发动机可包括配置为供给用于在汽缸中燃烧的燃料的第一源。该发动机还可包括配置为供给点火助剂材料的第二源。进一步地，该发动机可包括配置为从第二源接收点火助剂材料并产生点火助剂材料的液滴的液滴产生器。该发动机还可包括控制器。该控制器可配置为确定发动机参数。该控制器还可配置为基于发动机参数确定液滴的数量。进一步地，该控制器可配置为基于发动机参数确定液滴的液滴尺寸。此外，该控制器可配置为控制液滴产生器来产生确定数量的具有确定的液滴尺寸的液滴。

附图说明

图1是示例性披露发动机的示意图；

图2是可用于图1所示发动机的示例性发动机系统的示意图；

图3是说明由图2所示发动机系统执行的示例性披露方法的流程图；

图4是示出在图1所示发动机的热效率与点火助剂材料的液滴数量之间的示例性关系的图表；

图5是示出在图1所示发动机的汽缸之间与点火助剂材料的液滴数量和液滴尺寸之间的示例性关系的图表；

图6是示出点火助剂材料的液滴的液滴尺寸和图1所示发动机的发动机速度之间的示例性关系的图表；

图7是示出点火助剂材料的液滴上的电荷变化和图1所示发动机的发动机速度之间的关系的图表；

图8是示出在燃烧持续期间和点火助剂材料的液滴上的电荷变化之间的关系的图表；以及

图9是示出燃烧持续期间和液滴喷射定时之间的关系的图表。

具体实施方式

图1说明示例性的内燃机10。发动机10可以是四冲程的气态燃料发动机。然而，可设想的是，发动机10可以是任何其它类型的内燃机，例如气态燃料的两冲程发动机、双燃料的两冲程或四冲程发动机或者两冲程或四冲程柴油或汽油发动机。也可设想的是，发动机10可以是火花点火式发动机或压缩点火式发动机。发动机10还可包括至少部分地限定汽缸14的发动机缸体12。活塞16能可滑动地设置在汽缸14内。汽缸盖18可连接于发动机缸体12，以闭合汽缸14的端部。活塞16连同汽缸盖18一起可限定燃烧室20。可设想的是，发动机10可包括任何数量的燃烧室20。此外，发动机10中的燃烧室20可设置成“直列式”配置、“V”型配置、相对的活塞配置或者任何其它合适的配置。

活塞16可配置成在下死点(BDC)或汽缸14内的最下方位置和上死点(TDC)或最上方位置之间往复运动。例如也在图1中示出，发动机10可包括曲柄轴22，该曲柄轴在与汽缸盖18相对的位置处可转动地设置在发动机缸体12内。连接杆24能在一端处经由销26可枢转地连接于活塞16而在另一端处连接于曲柄轴22。活塞16在汽缸14内从相邻的汽缸盖18朝向曲柄轴22并且反之亦然的往复运动可由连接杆24转换成曲柄轴22的转动运动。类似地，曲柄轴22的转动可由连接杆24转换成活塞16在汽缸14内的往复运动。随着曲柄轴22转过约180度，活塞16和连接杆24可移动通过下死点和上死点之间的一个完整冲程。

随着活塞从上死点移动至下死点位置，空气可从进气歧管28经由一个或多个进气阀30抽吸到燃烧室20中。具体地说，随着活塞16远离汽缸盖18在汽缸14内向下移动，一个或多个进气阀30可打开并且允许空气从进气歧管28流入到燃烧室20中。当进气阀30打开并且空气在进气端口32处的压力高于燃烧室20内的压力时，空气将经由进气端口32进入燃烧室20。进气阀30可随后，例如在活塞16从下死点向上移动至上死点期间闭合。

例如在图1中进一步示出，发动机10可包括第一源34，其可经由通道36连接于进气歧管28。第一源34可以是配置成将用于燃烧的燃料供给至汽缸14的燃料箱。例如，第一源34可与一个或多个泵(未示出)、一个或多个阀(未示出)和/或本领域已知的其它燃料输送部件相关联，以将用于燃烧的燃料供给至汽缸14。虽然图1说明了将燃料供给至进气歧管28的第一源34，但可设想的是，第一源34和通道36可附加地或替代地配置成将燃料直接地输送至燃烧室20。第一源34可供给诸如柴油、汽油等的液体燃料或诸如天然气之类的气态燃料。也可设想的是，当将气态燃料供给至发动机10时，第一源34可配置成存储液化形式的气态燃料。

发动机10可包括液滴喷射器40，其可设置在进气歧管28中。液滴喷射器40可经由通道44连接于第二源42。第二源42可配置成存储点火助剂材料的储箱，该点火助剂材料启动和/或促进燃料在燃烧室20内的燃烧。点火助剂材料可包括润滑油或能促进在燃烧室内的燃烧的任何其它类型的液体。液滴喷射器40可配置成从第二源42抽吸点火助剂材料并且将点火助剂材料以液滴46的形式排放到进气歧管28中。在一个示例性实施例中，液滴喷射器40可配置成将点火助剂材料的预定量液滴46排放到进气歧管28中。由液滴喷射器40排出的一定量的液滴46可具有均匀的液滴尺寸或不均匀的液滴尺寸。在一个示例性实施例中，液滴46的液滴尺寸可由液滴46的平均直径表示。在另一个示例性实施例中，液滴46的液滴尺寸可由液滴46中点火助剂材料的容积表示。然而，本领域普通技术人员会认识到，液滴46的平均直径的增大或减小会导致液滴46中点火助剂材料的容积的对应增大或减小。

虽然在图1中示出了仅仅一个液滴喷射器40设置在进气歧管28中，但可设想的是，任何数量的液滴喷射器40可设置在进气歧管28中。此外，虽然图1将液滴喷射器40说明成设置在进气歧管28中，但可设想的是，一个或多个液滴喷射器40可附加地或替代地设置在由图1中虚线示出的汽缸盖18中。因此，一个或多个液滴喷射器40可将点火助剂材料的液滴46输送至进气歧管28和燃烧室20的一个或两个。液滴喷射器40可在进气从进气歧管28进入到燃烧室20之前、期间或之后输送液滴46。当液滴喷射器40将点火助剂材料的液滴46输送到进气歧管28中时，液滴46可随着包括空气和燃料的进气行进，通过进气歧管28流入到燃烧室20中。

随着活塞16从相邻的曲柄轴22朝向汽缸盖18从下死点向上移动至上死点位置，活塞16可将存在于燃烧室20中的空气、燃料以及点火助剂材料的液滴46混合并压缩。随着燃烧室20内的混合物被压缩，混合物的压力和温度会升高。最后，混合物的压力和温度会到达能点燃点火助剂材料的液滴46的点。液滴46的燃烧可进一步升高燃烧室20内的压力和温度。燃烧室20中升高的温度可有助于启动空气燃料混合物在燃烧室20中的燃烧。点火助剂材料的液滴46和空气燃料混合物在燃烧室20中的燃烧可导致燃烧室20中压力升高，这会导致活塞16远离汽缸盖18朝向曲柄轴22滑动地移动。活塞16在汽缸14内的平移运动可通过连接杆24转换成曲柄轴22的转动运动。虽然上文已描述了点火助剂材料和/或空气燃料混合物的压缩式点火，但也可设想的是，可使用火花、电热塞、引燃火焰或者通过本领域已知的其它方法来启动点火助剂材料的液滴46和/或空气燃料混合物在燃烧室20中的燃烧。

在活塞16从上死点朝向下死点向下行进的特定位点处，位于汽缸盖18内的一个或多个排气端口48可打开，以允许燃烧室20内的加压排气能离开到排气歧管50中。具体地说，随着活塞16在汽缸14内向下移动，活塞16可最终到达如下位置：在该位置处，排气阀52移动至使得燃烧室20与排气端口48流体地连通。当燃烧室20与排气端口48流体连通并且燃烧室20中排气的压力高于排气汽缸50内的压力时，排气将离开燃烧室20而通过排气端口48进入排气歧管50。在所披露的实施例中，进气阀30和排气阀52的运动可以是周期性地并且借助机械地连接于曲柄轴22的一个或多个凸轮(未示出)控制。然而，可设想的是，进气阀30和排气阀52的运动能根据需要以任何其它传统的方式控制。此外，虽然上文参照图1描述了四冲程发动机的操作，但可设想的是，发动机10可替代地是两冲程发动机。

图2说明可结合发动机10使用的示例性发动机系统54。发动机系统54可包括如下部件：这些部件协配以确定并控制能输送至燃烧室20的点火助剂材料的量。如图2中所示，发动机系统54可包括液滴喷射器40、传感器布置56以及控制器58。液滴喷射器40可包括液滴产生器60和电荷产生器62。液滴产生器60可配置成产生点火助剂材料的液滴46并且将液滴46输送至进气歧管28和/或燃烧室20。液滴产生器60可装配有一个或多个机械装置，例如喷嘴、阀、压缩器、加压气体供源等等，它们可协配以将从第二源42接收的点火助剂材料的流(参见图1)转换成一个或多个液滴46。也可设想的是，液滴产生器可采用电气或电磁装置来形成液滴46。

电荷产生器62可与液滴产生器60相关联并且可配置成将预定的电荷量施加在由液滴产生器60形成的液滴46上。电荷产生器62可例如采用感应充电、弥散充电、电晕充电、充静电、场充电或本领域已知的任何其它充电技术来用于将一定电荷量施加于液滴46。在一个示例性实施例中，电荷产生器62可配置成在液滴产生器60的各部分和电气接地之间施加电场，以将预定的电荷量施加在液滴46上。预定的电荷量能以库仑为单位测量或者可间接地以液滴46相对于电气接地的电势来表示。

传感器布置56可包括温度传感器64、66、压力传感器68、速度传感器70、载荷传感器72、流量传感器74、76、曲柄角度传感器78以及排放传感器80。可设想的是，传感器布置56可包括较少或附加的传感器。例如，传感器布置56可包括附加的温度和压力传感器，以监测点火助剂材料、第一源34、第二源42、排气歧管50等等的温度和压力。还可设想的是，传感器布置56可包括附加的传感器，以例如监测润滑剂压力和温度、排气歧管温度、冷却剂温度和压力以及本领域已知的用于监测发动机10的功能的任何其它发动机参数。

温度传感器64可设置在进气歧管28中并且可配置成监测通过进气歧管28的进气的温度。类似地，温度传感器66可设置在燃烧室20内并且可配置成监测空气燃料混合物在燃烧室20内的温度。在一个示例性实施例中，温度传感器66可设置在汽缸14的壁上或者汽缸盖18中，并且可配置成监测燃烧室20的温度。温度传感器64、66可包括二极管温度计、热敏电阻器、热电偶、红外传感器或本领域已知的任何其它类型温度传感器。

压力传感器68可设置在汽缸14的壁上或汽缸盖18中。压力传感器68可配置成随着活塞16在汽缸14内往复运动监测燃烧室20内的压力。压力传感器68可包括压阻应变仪、电容元件、压电型传感器、位移型传感器或本领域已知的任何其它类型的压力传感器。在一个示例性实施例中，压力传感器68可配置成确定燃烧室20内的指示平均有效压力(IMEP)。指示平均有效压力可表示随着活塞16在上死点和下死点之间行进在燃烧室20中的平均压力。也可设想的是，用于发电机10的指示平均有效压力可基于其它发动机参数，例如发动机10的转矩输出(不管发动机10是两冲程还是四冲程发动机)、汽缸14的容积排量等来确定。

速度传感器70可设置在相邻的曲柄轴22上并且可配置成监测与发动机10相关联的发动机速度。在一个示例性实施例中，发动机速度可以是曲柄轴22的转动速度。速度传感器70可实施成传统的转动速度探测器，该转动速度探测器具有刚性地连接于发动机组12的静止元件(参见图1)，并且该转动速度探测器配置成感测曲柄轴22的相对转动运动。静止元件可以是磁性或光学元件，其配置成探测连接于曲柄轴22的一部分、埋设在该一部分内或者以其他方式形成该部分的分度元件(例如，带齿定调轮、嵌入式磁体、校准磁条、定时齿轮的齿、凸轮凸耳等等)的转动。速度传感器70可邻近于分度元件定位并且可配置成在每次分度元件(或其一部分，例如齿)通过静止元件附近时产生信号。曲柄轴22的转动速度可以基于由速度传感器70产生的信号来确定。也可或者替代地可采用其他类型的传感器和/或策略来确定与发动机10相关联的发动机速度。

载荷传感器72可以是本领域已知的能够产生指示施加在发动机10上的载荷量的载荷信号的任何类型传感器。载荷传感器72可以例如是与发动机10相关联的转矩传感器或者加速度计。当载荷传感器72实施为转矩传感器时，载荷信号可以与由发动机10所经受的转矩输出的变化相对应。在一个示例性实施例中，转矩传感器可以与发动机10物理地相关联。在另一示例性实施例中，转矩传感器可以是用于基于一个或多个其它所感测参数(例如，发动机的加燃料、发动机的速度和/或变速器或最终驱动件的传动比)来计算发动机10的转矩输出的虚拟传感器。当载荷传感器72实施为加速度计时，加速度计可实施为沿如下定向刚性地连接于发动机组12或发动机10的其它部件的传统加速度探测器，该定向允许在发动机10的前进和后退方向上感测加速度变化。

流量传感器74可设置在进气歧管28中并且可配置成确定进气歧管28中的空气流率。类似地，流量传感器76可设置在通道36中并且可配置成确定从第一源34至汽缸14的燃料流率。流量传感器74、76可包括热或冷线传感器、小孔传感器、叶片传感器、隔膜传感器、基于压力差的传感器或任何其它类型的本领域已知的流量传感器。

曲柄角度传感器78可位于发动机组12上。曲柄角度传感器78可以是霍尔效应传感器、光学传感器、磁性传感器或者任何其它类型的本领域已知的曲柄角度传感器。曲柄角度传感器78可配置成发送指示连接杆24的纵向轴线82(参见图1)和汽缸14的纵向轴线84(参见图1)之间的曲柄角度θ(参见图1)的信号。在一个示例性实施例中，曲柄角度传感器78也可配置成发送指示曲柄轴22的转动速度的信号。

排放传感器80可配置成确定流过排气歧管50的排气中的排放量。在一个示例性实施例中，排放传感器80可以是物理的氮氧化物排放传感器，其可测量排气歧管50中的排气中的氮氧化物排放水平。在另一示例性实施例中，排放传感器80可基于其它测得的或计算出的参数，例如压缩比、涡轮增压器效率、后冷却器特征、温度数值、压力数值、环境条件、燃料比以及发动机速度等等来提供氮氧化物排放水平的计算数值。可设想的是，排放传感器80可实施为本领域已知的其它类型传感器，以确定来自发动机10的排气的烟尘量、氮氧化物量或其他排放组分的量。

虽然图2仅仅说明一个温度传感器64、66、压力传感器68、速度传感器70、载荷传感器72、流量传感器74、76、曲柄角度传感器78以及排放传感器80，但可设想的是，发动机系统54可具有任何数量的温度传感器64、66、压力传感器68、速度传感器70、载荷传感器72、流量传感器74、76、曲柄角度传感器78以及排放传感器80。也可设想的是，发动机10可包括其他类型的传感器，例如温度传感器、流率传感器、压力传感器、氧气传感器、定时探测器、定时器和/或任何其它类型的本领域已知的传感器。

控制器58可实施为微型处理器86，用以响应于从传感器布置56中的传感器接收的信号来控制发动机系统54的操作。虽然图2说明一个微型处理器86，但可设想的是，控制器58可包括任何数量的微型处理器86、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等等。多个商业上可购买的微型处理器86能配置成执行控制器58的功能。应理解的是，控制器58会容易地实施为微型处理器86，与控制其他发动机系统功能的控制器分开，或者控制器58会与通用发动机系统微型处理器成一体并且能够控制多个发动机系统功能和操作模式。如果与通用发动机系统微型处理器分开，则控制器58可经由数据链路或其他方法来与通用发动机系统微型处理器通信。各种其他已知的电路可与控制器58相关联，包括电源电路、信号调节电路、致动器驱动电路(即，为螺线管、电动机或压电致动器供电的电路)、通信电路以及其它合适的电路。

控制器58也可包括存储设备88。存储设备88可配置成存储数据或一个或多个指令和/或软件程序，它们在由一个或多个微型处理器86执行时执行功能或操作。存储在存储设备88中的数据可例如包括对应于从传感器布置56中的一个或多个传感器接收的信号的原始数据、和/或源自从传感器布置56的一个或多个传感器接收的信号的其它数据。存储设备88可实施为非易失性计算机可读介质，例如随机存取存储器(RAM)设备、NOR或NAND闪存设备、只读存储器(ROM)设备、CD-ROM、硬盘、软盘驱动器、光学介质、固态存储介质等等。虽然图2将控制器58说明为具有一个存储设备88，但可设想的是，控制器58可实施为任何数量的存储设备88。

控制器58可配置成从温度传感器64、66、压力传感器68、速度传感器70、载荷传感器72、流量传感器74、76、曲柄角度传感器78、排放传感器80和/或与发动机10相关联的任何其它传感器接收信号。控制器58可配置成基于从传感器布置56中的传感器接收的信号来确定一个或多个发动机参数。例如，控制器58可配置成基于从流量传感器74、76接收的，分别对应于空气流率和燃料流率的信号来确定空气-燃料比。作为另一示例，控制器58可配置成基于从压力传感器68、速度传感器70以及曲柄角度传感器78接收的信号来确定发动机10的转矩或功率输出。控制器58也可配置成基于从传感器布置56中的传感器和/或与发动机10相关联的其它传感器接收的信号来确定其它发动机参数，例如载荷量、指示平均有效压力、燃料效率、排气中的氮氧化物量等等。

控制器58可配置成基于从各种传感器接收的信号来确定点火助剂材料的液滴46的数量、液滴46的液滴尺寸、施加于液滴46的电荷量以及液滴46放电的定时和持续期间。控制器58也可配置成控制液滴喷射器40的液滴产生器60，以调节由液滴喷射器40产生的液滴46的数量和液滴46的液滴尺寸。类似地，控制器58可配置成控制液滴喷射器40的电荷产生器62，以调节由电荷产生器62施加于液滴46的电荷量。控制器58可进一步配置成确定第一曲柄角度θ₁，液滴喷射器40可在该第一曲柄角度下开始将液滴46喷射到进气歧管28和/或燃烧室20中。控制器58也可配置成确定第二曲柄角度θ₂，液滴喷射器40可在该第二曲柄角度下停止将液滴46喷射到进气歧管28和/或燃烧室20中。第一曲柄角度θ₁可表示液滴喷射的定时，且第二曲柄角度θ₂和第一曲柄角度θ₁之间的差值可表示液滴喷射的持续期间。因此，控制器58可通过控制液滴喷射器40的操作来控制液滴46的数量、液滴46的液滴尺寸、液滴46上的电荷量、液滴喷射的定时以及液滴喷射的持续期间。

工业实用性

本发明的发动机系统在各种发动机类型上均具有广泛的应用，这些发动机类型例如包括双燃料柴油机和汽油发动机和/或气体燃料发动机。所披露的发动机系统可实施到任何发动机中，其中，该发动机系统可有利地控制输送至发动机的燃烧室的点火助剂材料点火助剂材料的液滴的数量和液滴尺寸。所披露的发动机系统也可实施到任何发动机中，其中，该发动机系统可通过控制施加于液滴的电荷量来有利地控制燃烧室内点火助剂材料的液滴的分布。此外，所披露的发动机系统可实施到任何发动机中，其中，该发动机系统可有利地控制液滴喷射器的定时和持续期间。下文将描述发动机系统54的操作的示例性方法。

图3说明使用发动机系统54将液滴46输送至燃烧室20的示例性方法300。方法300可包括将用于燃烧的空气和燃料输送至燃烧室20(步骤302)的步骤。例如，随着活塞16从上死点移动至下死点，控制器58可引导与汽缸14相关联的一个或多个进气阀30，以打开一个或多个进气端口32，从而允许空气从进气歧管28进入以流入到燃烧室20中。控制器58也可控制与第一源34相关联的一个或多个泵或阀，以允许燃料经由通道36从第一源34流至燃烧室20。可设想的是，控制器58能以任何顺序按序地或同时地将空气和燃料输送至燃烧室20。

方法300可包括从与发动机10相关联的一个或多个传感器接收信号的步骤(步骤304)。例如，控制器58可从温度传感器64、66、压力传感器68、速度传感器70、载荷传感器72、流量传感器74、76、曲柄角度传感器78、排放传感器80和/或与发动机10相关联的任何其它传感器的一个或多个接收信号。虽然在图3中将步骤304说明为在步骤302之后，但可设想的是，控制器58可在步骤302的执行之前、期间或之后从与发动机10相关联的一个或多个传感器接受信号。也可设想的是，在一些示例性实施例中，控制器58可例如在预定时间间隔之后物理地从与发动机10相关联的一个或多个传感器接收信号。进一步可设想的是，控制器58可从少于与发动机10相关联的所有传感器的传感器接收信号。在一些示例性实施例中，控制器58可在活塞16于汽缸14内从上死点至下死点的移动期间的不同时刻从传感器接收信号并且反之亦然。控制器58可将从与发动机10相关联的传感器接收的信号所相关联的数据存储在存储设备88中。在一个示例性实施例中，与信号相关联的数据可包括表示一个或多个发动机参数、电压、信号幅值和/或频率的数值。

方法300可包括基于从温度传感器64、66、压力传感器68、速度传感器70、载荷传感器72、流量传感器74、76、曲柄角度传感器78、排放传感器80和/或与发动机10相关联的任何其它传感器的一个或多个接收的信号来确定一个或多个发动机参数的步骤(步骤306)。控制器58还可在从与发动机10相关联的传感器接收的信号上执行一个或多个操作。例如，控制器58可执行各种数学操作来确定数据，例如与信号相关联数据在预定时间段上的平均值、移动平均值、最大和最小数值、比值、乘积等等。在一个示例性实施例中，预定时间段可以是活塞16在汽缸14内从上死点移动至下死点和/或从下死点移动至上死点所花费的时间。

控制器可基于从与发动机10相关联的传感器接收的信号来确定发动机参数，例如进气温度、燃烧室温度、指示平均有效压力、空气流率、燃料流率、发动机速度等等。控制器58也可将来自一个或多个传感器的信号进行组合，以确定发动机参数，例如指示平均有效压力、发动机10的转矩输出、发动机10的功率输出、燃烧室20中的空气-燃料比、在燃烧室20中产生的排气中的烟尘量、氮氧化物量或其他气体量。控制器58可通过使用校准方程或表格、通过执行表示发动机10的物理操作模式的指令、通过使用经验地得出的各种发动机参数之间的关系或者通过使用存储在存储设备88中的查询表来确定各种发动机参数。

方法300可包括基于例如在步骤306确定的发动机参数来确定用于喷射到燃烧室20中的点火助剂材料的液滴46的数量的步骤(步骤308)。控制器58能以许多方式确定燃烧周期所需的液滴46的数量。在一个示例性实施例中，控制器58可执行实施为一个或多个算法的指令，这些算法确定确保阈值量的空气燃料混合物在燃烧室20中燃烧所需的点火助剂的量。该阈值量可例如是在燃烧室20中空气燃料混合物的总量的约80％至约90％之前的范围。如本文所使用的，术语“约”和“大体上”指示典型公差和尺寸取整。因此，例如术语约和大体上可表示±0.1％的百分比变化、±0.1℃的温度变化等等。

由控制器58所采用的算法可包括从燃烧室20内的一个或多个位置的一个或多个火焰前沿的点火和传播的基于物理模型。控制器可确定燃烧室20内离散位置的数量和位置，可需要这些位置来启动火焰前沿，从而确保可在燃烧室20中燃烧阈值量的空气燃料混合物。离散位置的数量可对应于点火助剂材料的液滴46的数量。在确定液滴46的数量时，控制器58也可确定由于点火助剂材料的确定数量的液滴46点火助剂材料的燃烧而可能产生的烟尘量。控制器58可确定燃烧阈值量的空气燃料混合物所需的液滴46的数量，以使得由于上述数量的液滴46燃烧而产生的烟尘量保持低于阈值烟尘量。

在另一示例性实施例中，控制器58可基于燃烧室20的空气燃料混合物的空气-燃料比来确定液滴的数量。控制器58可使用分别使用来自流量传感器74、76的信号所确定的空气流率和燃料流率来确定空气-燃料比。随着燃烧室20中的空气-燃料比增大，由于在较稀薄空气燃料混合物中减少的燃料量，会变得难以启动和完成燃料在燃烧室20中的燃烧。因此，随着空气-燃料比增大，会需要较大数量的点火助剂材料的液滴46来启动较大数量的火焰前沿，这可有助于确保阈值量的空气燃料混合物在燃烧室20中燃烧。具体地说，当点燃更多的点火助剂材料的液滴46时，可产生更多热量，以使得燃烧室20中空气燃料混合物的温度充分地升高，以启动和完成燃烧室20中阈值量的空气燃料混合物的燃烧。相反，当空气燃料混合物较浓厚(即，空气-燃料比减小)时，会需要较少量的点火助剂材料的液滴46来启动和完成阈值量的空气燃料混合物在燃烧室20中的燃烧。控制器58可随着空气-燃料比增大而增大输送至燃烧室20的点火助剂材料的液滴46的数量并且随着空气-燃料比减小而减少液滴的数量。例如，控制器可在空气-燃料比具有第一数值时确定第一数量的液滴46，并且当空气-燃料比具有大于第一数值的第二数值时确定大于第一数量的第二数量的液滴46。

在又一示例性实施例中，控制器58可基于期望的热效率来确定点火助剂材料的液滴46的数量。例如，图4说明发动机10的热效率与液滴46的数量之间的示例性关系。如图4中所示，发动机10的热效率可随着存在于燃烧室20中的点火助剂材料的液滴46的数量增大而增大。燃烧室20中的较大数量液滴46可有助于启动燃烧室20内的更多火焰前沿，这可有助于确保更多的空气燃料混合物在燃烧室20中燃烧，从而产生更大的热效率。

在另一示例性实施例中，控制器58可至少部分地基于汽缸14的直径来确定液滴46的数量。图5说明在汽缸14的直径和在燃烧室20中燃烧阈值量的空气燃料混合物所需的点火助剂材料的液滴46的数量之前的示例性关系。如图5中所示，随着汽缸14的直径增大，会需要点火助剂材料的较大数量液滴46和/或较大液滴尺寸来在燃烧室20中燃烧阈值量的空气燃料混合物。汽缸14的较大直径可对应于在燃烧室20中的空气燃料混合物的较大容积。较大数量液滴46和/或较大液滴尺寸的液滴46可有助于启动较大数量的火焰前沿并且可产生更多热量，从而有助于确保可在较大直径的汽缸14中燃烧阈值量的空气燃料混合物。

控制器58也可基于一个或多个其它发动机参数，例如进气温度、燃烧温度、指示平均有效压力、发动机10的转矩输出、排气中的烟尘或氮氧化物量等来确定在燃烧室20中的每个燃烧周期所需的点火助剂材料的液滴46的数量。控制器58可基于执行表示燃烧室20内的物理燃烧模式、发动机参数和液滴46的数量之间的经验关系的指令，或者通过使用使得液滴46的数量与一个或多个发动机参数相关联的查询表来确定液滴46的数量。

返回至图3，方法300可包括确定点火助剂材料的液滴46的液滴尺寸的步骤(步骤310)。在一个示例性实施例中，控制器58可确定所有液滴46均具有相同的均匀液滴尺寸。在另一示例性实施例中，控制器58可确定液滴46具有不均匀的液滴尺寸。还可设想的是，控制器58可确定第一组液滴46可具有第一液滴尺寸并且第二组液滴可具有不同于第一液滴尺寸的第二液滴尺寸。控制器58能以许多方式确定液滴46的液滴尺寸。例如，控制器58可执行体现如下算法的指令，该算法确定确保阈值量的空气燃料混合物在燃烧室20中燃烧所需的点火助剂材料的量。控制器58可基于所需的点火助剂材料的量和例如在步骤308中确定的液滴数量来确定液滴46的液滴尺寸。

在另一示例性实施例中，控制器58可基于发动机速度确定液滴尺寸。图6说明在发动机10的发动机速度和液滴46的液滴尺寸之间的示例性关系。如图6中所示，随着发动机速度增大，液滴46的液滴尺寸增大。例如，控制器可在发动机速度具有第一数值时确定液滴46的第一液滴尺寸，并且当发动机速度具有大于第一数值的第二数值时确定液滴46的大于第一液滴尺寸的第二液滴尺寸。随着发动机速度增大，较大的空气量能以较高的速率流过进气歧管28的同一横截面。较大的速率会导致其中一些液滴46破裂成较小大小的液滴46。因此，随着发动机速度增大，控制器58可确定液滴产生器40应产生具有较大液滴尺寸的液滴46，以补偿液滴46中至少一些破裂成及较小大小液滴46的可能性。

随着空气-燃料比变得越来越稀薄，控制器58也可增大液滴尺寸。例如，控制器58可在空气-燃料比具有第一数值时确定液滴46的第一液滴尺寸，并且当空气-燃料比具有大于第一数值的第二数值时确定大于第一液滴尺寸的第二液滴尺寸。液滴46的较大液滴尺寸可有助于确保随着液滴46在燃烧室20内燃烧时释放更多热量。当燃烧较大大小的液滴时，产生较大的热量可有助于将燃烧室20中的稀薄空燃混合物的温度充分地升高，以确保燃烧阈值量的空燃混合物。相反，当空燃混合物相对较浓厚时(即，存在更多燃料)，启动空燃混合物燃烧所需的热量会较小，从而需要较小液滴尺寸的点火助剂材料的液滴46。

在另一示例性实施例中，控制器58可基于在离开燃烧室20的排气中氮氧化物的量来确定点火助剂材料的液滴46的液滴尺寸。随着排气中氮氧化物的量增大，控制器58可增大液滴46的液滴尺寸。例如，控制器58可在排气中氮氧化物的量具有第一数值时确定液滴46的第一液滴尺寸，并且当排气中氮氧化物的量具有大于第一数值的第二数值时确定大于第一液滴尺寸的第二液滴尺寸。增大液滴46的液滴尺寸可有助于确保燃烧室20中更多空燃混合物燃烧，以减小或消除燃烧室20中氮氧化物的产生。

在又一示例性实施例中，控制器58可基于曲柄角度θ改变由液滴产生器60产生的点火助剂材料的液滴46的液滴尺寸。随着活塞16从上死点移动至下死点，控制器58可开始调节液滴产生器60，以产生具有较大液滴尺寸的液滴46并且随着曲柄角度θ增大减小液滴46的液滴尺寸。例如，控制器58可确定第一曲柄角度下的液滴46的第一液滴尺寸，以及在大于第一曲柄角度的第二曲柄角度下的小于第一液滴尺寸的第二液滴尺寸。通过以此方式改变液滴尺寸，控制器58可有助于确保液滴46在汽缸盖18和活塞16在汽缸14中的位置之间更均匀地分布。

较大大小的液滴46可由于其与较小大小液滴46相比的较大液滴尺寸而具有较大的动量。由于较大的动量，随着活塞16从上死点移动至下死点，较大大小的液滴46可沿从汽缸盖18朝向曲柄轴22的方向进一步行进到燃烧室20中。通过开始产生较大大小的液滴46，开始产生的液滴46可与之后产生的较小大小液滴46相比能够从汽缸盖18朝向活塞16行进较长距离。因此，通过产生不同大小的液滴46，控制器58可有助于确保液滴46可在汽缸盖18和活塞16之间分布在燃烧室20中。液滴46的燃烧均匀地分布在燃烧室20的不同部分中可有助于产生从多个位置在燃烧室20内传播的火焰前沿，这进一步有助于确保在燃烧室20中燃烧阈值量的空燃混合物。

控制器58也可基于一个或多个其它发动机参数，例如进气温度、燃烧温度、指示平均有效压力、发动机10的转矩输出、排气中的烟尘或氮氧化物量来确定点火助剂材料的液滴46的液滴尺寸。控制器58可基于执行表示燃烧室20内的物理燃烧模式、发动机参数和液滴46的液滴尺寸之间的经验关系的指令，或者使用使得液滴46的液滴尺寸与一个或多个发动机参数相关联的查询表来确定液滴46的液滴尺寸。

参照图3，方法300可包括确定施加于点火助剂材料的液滴46的电荷量的步骤(步骤312)。可使得液滴46带电，以使得相邻液滴彼此排斥，以防止相邻液滴聚结。带电的液滴46也可有助于将液滴46分布在燃烧室20内。例如，电荷产生器62可使得液滴46带电有与汽缸14、活塞16和汽缸盖18的极性相同的极性。这可有助于确保汽缸14、活塞16以及汽缸盖18也可使得液滴46排斥，以防止点火助剂材料粘接至汽缸14、活塞16和汽缸盖18的表面。施加于每个液滴46的电荷量可以是均匀的或不均匀的。

由于相邻液滴46之间的距离取决于施加于液滴46的电荷量，因而将相同的电荷量施加于液滴46也导致燃烧室20中的液滴能近似等距地隔开。然而，为了确保液滴46和燃料与空气在燃烧室20内适当地混合，会期望具有相对于彼此以不同的距离隔开的液滴46。控制器58可通过将不同的电荷量施加于不同的液滴46来实现上述目的。控制器58可基于各种发动机参数来确定液滴46的液滴电荷变化。如在本发明中所使用的那样，液滴电荷变化可表示施加于不同液滴46的电荷量之差。在一个示例性实施例中，液滴电荷变化可以是施加于液滴46的最大电荷量和最小电荷量之间的差值。在其他示例性实施例中，液滴电荷变化可由统计数据，例如施加于液滴46的电荷量的标准偏差、方差等表示。可设想的是，本领域已知的其它数学描述可用于将液滴电荷变化量化。

图7说明在发动机速度和液滴电荷变化之间的示例性关系。如图7中所示，在较高的发动机速度下可需要较大的液滴电荷变化。控制器58可控制电荷产生器62来将不同的电荷量施加于液滴46，以使得液滴46可在第一发动机速度下具有第一液滴电荷变化并且在大于第一发动机速度的第二发动机速度下具有大于第一液滴电荷变化的第二液滴电荷变化。较高的发动机速度可伴随着较大的空气量进入到燃烧室20中。较高发动机速度下的较高液滴电荷变化可有助于确保液滴46以彼此不同的距离隔开，这进而可促进液滴46在燃烧室20中混合且更均匀分布。液滴46的更均匀分布可有助于确保在每个燃烧周期期间、在燃烧室20中燃烧阈值量的空燃混合物。

图8说明在液滴46的燃烧持续期间和液滴电荷变化之间的示例性关系。如在本发明中所使用的，燃烧持续期间指代在燃烧室20中燃烧预定量空燃混合物所需的时间量。在一个示例性实施例中，预定量可以是约10％。因此，燃烧持续期间表示在燃烧室20中燃烧燃料的速度。如图8中所示，随着液滴电荷变化增大，燃烧持续期间缩短。燃烧持续期间缩短可表示燃料更快地燃烧。如上所述，这是由于增大液滴电荷变化有助于增大液滴46的相对间隔的变化，这进而促进液滴46在燃烧室20内的混合和分布。液滴46在燃烧室20中的更均匀分布和改进混合物可有助于在较短的时间段中在燃烧室20中燃烧更多的空燃混合物。因此，当第一速度大于第二速度时，控制器58可控制电荷产生器62，以助于确保在第一速度下液滴46中的第一液滴电荷变化大于第二速度下液滴46中的第二液滴电荷变化。

控制器58能以许多方式确定施加于每个液滴46的电荷量。例如，控制器58可确定每个液滴46在燃烧室20中的期望位置，以促进空燃混合物在燃烧室20中的燃烧。控制器58可基于物理点火模式和火焰前沿在燃烧室20内的传播来确定期望的位置。在一些示例性实施例中，控制器58可基于使得各种发动机参数与液滴46的期望位置相关联的经验相关性或查询表来确定液滴46的期望位置。控制器58可确定确保液滴46彼此排斥并且与汽缸14、活塞16以及汽缸盖18排斥以到达液滴46在燃烧室20内的期望位置所需的电荷量。

在一个示例性实施例中，控制器58可控制液滴产生器40的电荷产生器62，以随着液滴尺寸增大施加增大的电荷量。例如，控制器58可确定施加于第一液滴尺寸的第一液滴46的第一电荷量以及施加于具有大于第一液滴尺寸的第二液滴尺寸的第二液滴46的大于第一电荷量的第二电荷量。如之前描述，具有较大液滴尺寸的液滴46可能具有较大的动量，以使得这些较大大小的液滴46更可能在燃烧室20内行进地更远。这些较大大小的液滴46上的较大第一电荷量可有助于确保在活塞16于汽缸14内移动时这些液滴46不会与汽缸14和/或活塞16碰撞。

在另一示例性实施例中，控制器58可随着发动机速度增大而在液滴46上施加更大的电荷量。例如，控制器58可在发动机10以第一发动机速度操作时确定施加于液滴46的第一电荷量，并且在发动机10以第二发动机速度操作时确定施加于液滴46的第二电荷量。当第一发动机速度超过第二发动机速度时，第一电荷量可大于第二电荷量。与在较小的发动机速度在相比，在较高的发动机速度下，液滴46可具有较大的动量并且可更远地行进到燃烧室20中。因此，在较高的发动机速度下，液滴46可能更容易与汽缸14、活塞16以及汽缸盖18碰撞。因此，控制器58可控制电荷产生器62，以与较低的发动机速度相比在较高的发动机速度下将较大的电荷量施加于液滴46，以有助于防止液滴46与汽缸14、活塞16以及汽缸盖18碰撞和粘接。

在又一示例性实施例中，控制器58可确定随着空气-燃料比增大须在液滴46上施加更大的电荷量。例如，控制器58可在发动机10以具有第一数值的空气-燃料比操作时确定施加于液滴46的第一电荷量，并且在发动机10以大于第一数值的第二数值的空气-燃料比操作时确定施加于液滴46的第二电荷量。随着空气-燃料比增大，燃烧室中的空燃混合物变得更稀薄。当空燃混合物更稀薄时将较大的电荷量施加于液滴46可有助于改进点火助剂材料的液滴46在燃烧室20中的分布。具体地说，较大的电荷量可导致液滴46彼此排斥，以使得液滴46之间的距离增大，从而可使得液滴46能以距汽缸盖18并且距汽缸14的壁更大的距离分布。使液滴46彼此间并且与燃烧室20的壁隔开较大距离可允许火焰前沿在燃烧室20内的许多不同位置处点燃，从而有助于确保空燃混合物在燃烧室20内的改进燃烧。

控制器58也可基于一个或多个其它发动机参数，例如进气温度、燃烧温度、指示平均有效压力、发动机10的转矩输出、排气中的烟尘或氮氧化物量等来确定点火助剂材料的液滴46的电荷量。控制器58可基于执行表示燃烧室20内的物理燃烧模式、发动机参数和电荷量之间的经验关系的指令，或者使用使得电荷量与一个或多个发动机参数相关联的查询表来确定每个液滴46的电荷量。

参照图3，方法300可包括产生液滴46的步骤(步骤314)。控制器58可控制液滴产生器60以产生例如在步骤308中确定的液滴46的数量。控制器58也可控制液滴产生器60，以产生具有例如在步骤310中确定的液滴46的液滴尺寸的液滴46。此外，控制器58可控制电荷产生器62，以在每个液滴46上施加例如在步骤312中所确定的电荷量。因此，控制器58可控制液滴喷射器40以产生期望数量的液滴46，其具有例如由控制器58基于发动机参数所确定的期望液滴尺寸和期望电荷量。

方法300也可包括将液滴46输送至燃烧室20的步骤(步骤316)。例如，控制器58可确定由液滴喷射器40喷射到进气歧管28和/或燃烧室20中的液滴的定时和持续时间。控制器58可确定第一曲柄角度θ₁，控制器58可在该第一曲柄角度下导引液滴喷射器40，以开始将液滴46喷射到进气歧管28和/或燃烧室20中。类似地，控制器58可确定第二曲柄角度θ₂，控制器58可在该第二曲柄角度下导引液滴喷射器40，以停止将液滴46喷射到进气歧管28和/或燃烧室20中。因此，控制器58可控制液滴喷射的定时和液滴喷射的持续期间，以有助于确保在燃烧室20中可燃烧阈值量的空燃混合物。

在一个示例性实施例中，控制器58可基于期望的燃烧持续期间来确定第一曲柄角度θ₁，以开始液滴喷射。图9说明在由第一曲柄角度θ₁表示的液滴喷射定时和燃烧持续期间之间的示例性关系。如图9中所示，随着液滴喷射定时或第一曲柄角度θ₁增大，燃烧持续期间增大。换言之，通过以较大的第一曲柄角度θ₁喷射液滴46来延迟将液滴46喷射到燃烧室20中延长在燃烧室20中燃烧预定量空燃混合物所花费的时间量。这可能由于延迟液滴46的喷射会阻碍液滴46在燃烧室20内适当地分布，这会延长燃烧持续期间。参照图3，方法300可在完成步骤316之后终止。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不会偏离本发明精神的情况下，对于所披露的反馈受控系统可进行各种修改和变型。在考虑说明书和这里所披露的反馈受控系统的实践后，反馈受控系统的其它实施例对于本领域技术人员是显而易见的。所考虑的说明书和示例旨在仅仅是示例性的，而本领域的真实精神由以下权利要求和它们的等同物所指示。