本发明大体涉及用于控制可变压缩比发动机中的燃料喷射的方法和系统。
背景技术
内燃发动机的压缩比被定义为当活塞在汽缸内处于下止点(bdc)时的汽缸容积与当活塞处于上止点(tdc)时的汽缸容积的比。一般来说，压缩比越高，内燃发动机的热效率越高。这反过来导致改善的燃料经济性和更高的发动机的输出能量与输入能量的比。在常规发动机中，压缩比是固定的，并且因此，发动机效率不能在不同的工况期间被优化以便改善燃料经济性和发动机功率性能。然而，在可变压缩比(vcr)发动机中，发动机可以被装备有各种机构来机械地改变活塞tdc与bdc之间的容积比，从而允许压缩比随着发动机工况改变而改变。作为一非限制性示例，vcr发动机可以被配置有移动活塞更靠近或进一步远离汽缸盖由此改变燃烧室的尺寸的机械活塞移位改变机构(例如，偏心轮)。其他发动机可以机械地改变汽缸盖容积。
vcr发动机可以通过直接喷射(在下文也被称为“di”)被至少部分地供给燃料，其中燃料被直接喷射到发动机汽缸内。直接喷射的正时可以根据曲轴位置来选择，并且可以针对持续时间进行安排。另外，直接喷射可以在进气冲程、压缩冲程或其组合期间进行安排，被称为分段喷射(splitinjection)。在常规发动机中，曲轴位置对应于活塞相对于汽缸盖的特定位置。然而，在vcr发动机中，由于活塞相对于汽缸盖的位置可以基于压缩比改变，因此如果基于曲轴位置来选择，实际喷射正时可以不同于预期的喷射正时。例如，在当活塞正在向下移动时的进气冲程期间，相对于较低压缩比，活塞在较高压缩比下在汽缸孔中将会更高，并且因此，对于两个压缩比，处于相同曲轴位置的直接喷射将会导致不同的实际喷射正时。如果当燃料喷射发生时活塞靠近燃料喷射器，则更多燃料可以粘附到活塞，导致增加的微粒物质排放。
kurashima等人在u.s.9,291,108中示出了一种用于基于vcr发动机中的压缩比调整燃料直接喷射的示例方法。其中，燃料以进气冲程直接喷射或压缩冲程直接喷射的方式进行喷射。当进气冲程喷射被应用时，随着压缩比增加，进气冲程喷射正时被延迟。否则，如果压缩冲程喷射被应用，则随着压缩比增加，压缩冲程喷射正时被提前。此外，随着压缩比增加，压缩冲程喷射被分成更多次数的分段喷射。因此，每个喷射的喷射时段被缩短，减少了燃料喷雾的贯穿并且由此减少了排放。
技术实现要素：
然而，本发明人在此已经认识到，燃烧性能的更进一步的改善能够通过当使发动机在不同的压缩比下运转时利用所喷射的燃料的不同汽化性质来实现。例如，燃料可以在压缩冲程中更容易地汽化，需要更少的燃料质量被输送。此外，燃烧稳定性在更高压缩比下被改善。不同的燃料汽化性质能够在通过相对于压缩冲程在进气冲程中喷射燃料实现的不同的充气冷却效果下被进一步利用，以降低异常燃烧事件的倾向，如由于在更高压缩比中延长的发动机运转而能够发生的。此外，在更高压缩比下，更少的压缩冲程喷射可以被使用，因为在tdc处相对于较小压缩比的较小汽缸容积在火花塞附近产生足够富的空燃比以促进燃烧。
在一个示例中，vcr发动机的性能可以通过一种用于发动机的方法来改善，所述方法包含：致动汽缸的可变压缩比机构以提供基于发动机工况选择的压缩比；以及基于选择的压缩比调整相对于压缩冲程在进气冲程中直接喷射到所述汽缸内的燃料量。以此方式，燃料可以在进气冲程和压缩冲程内以分段喷射的方式被输送，其中分段比针对给定压缩比来调整，由此改善燃料汽化和燃烧稳定性。
作为一个示例，发动机运转的压缩比以及要被输送的总燃料质量可以基于发动机工况来选择，该发动机工况包括发动机转速-负荷和操作者扭矩需求。基于选择的压缩比，可变压缩比机构可以被致动以改变活塞间隙容积。此外，总燃料质量可以以分段直接喷射的方式被输送，其中总燃料质量的第一部分在进气冲程中被输送，并且总燃料质量的第二其余部分在压缩冲程中被输送。随着压缩比增加，第一进气冲程部分与第二压缩冲程部分的分段比可以被改变，使得总燃料质量的更大部分在进气冲程中被输送。在本文中，在压缩冲程中输送的燃料质量可以被减少，以利用在压缩冲程中以更高压缩比喷射的燃料的改善的汽化。同时，通过当在更高压缩比下运转时在进气冲程中输送更大的燃料质量，当在更高压缩比下运转时，进气冲程喷射的增加的充气冷却效果能够被用来降低异常燃烧事件(诸如爆震和提前点火(pre-ignition))的倾向。另外，多次短持续时间的进气冲程喷射可以被用来降低燃料贯穿，尤其是当滚动(tumble)最高时，由此避免汽缸壁和活塞的顶部上的冲击，并且进而减少碳烟形成。分段比可以基于所喷射的燃料的醇含量或辛烷值而进一步被调整，诸如通过随着燃料的醇含量增加而进一步减少在压缩冲程中输送的燃料部分而进一步被调整。除了调整燃料分段比外，喷射的正时也可以诸如通过随着压缩比增加而延迟进气冲程喷射的正时开始同时提前压缩冲程喷射的正时开始来调整。另外，进气冲程喷射和压缩冲程喷射中的每一个可以被分成多次喷射。
以此方式，燃料喷射分布图(包括燃料分段比、喷射正时和喷射次数)可以基于选择的压缩比来调整以改善发动机性能。随着压缩比增加而减少在压缩冲程中喷射的燃料质量同时相应地增加在进气冲程中喷射的燃料质量的技术效果是，压缩冲程中在较高压缩比下增加的燃料汽化可以被用来改善燃烧稳定性。同时，进气冲程燃料喷射的较高充气冷却效果可以被用来降低爆震和提前点火发生率。通过降低异常燃烧的倾向，燃料经济性由于对于火花延迟或汽缸加富的减少的需求而被改善，并且发动机部件寿命被延长。另外，发动机可以以更大燃料效率的压缩比运转更长的持续时间。通过基于压缩比调整喷射正时，同时考虑提供选择的压缩比的vcr机构的性质，燃料可以在汽缸内的最佳活塞高度处被喷射，从而减少到活塞的燃料粘附并且进而减少微粒物质排放。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围被所附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。
附图说明
图1图示了被配置有可变压缩比机构的示例发动机系统。
图2示出了一种用于基于可变压缩比发动机中的选择的压缩比调整燃料直接喷射分段比和正时的示例方法。
图3示出了一种用于响应于可变压缩比发动机中的异常燃烧的指示而进一步调整燃料直接喷射分段比和正时的示例方法。
图4是图示汽缸压缩比与在进气冲程和压缩冲程期间喷射的燃料的比例之间的关系的示例曲线图。
图5是图示对于高压缩比与低压缩比发动机如何相对于曲柄转角调整燃料喷射正时的示例曲线图。
图6描绘了发动机运转期间的压缩比和燃料分段比调整的预测示例。
具体实施方式
以下描述涉及用于调整被装备有可变压缩比(vcr)机构的发动机系统(诸如图1的示例发动机系统)中的燃料直接喷射分段比和喷射正时的系统和方法。通过致动vcr机构，活塞在发动机的汽缸内的位置并且因此发动机的压缩比能够被改变，从而允许热效率的改善。控制器可以被配置为执行控制程序(诸如图2的示例程序)来基于发动机的压缩比改变燃料分段比和喷射正时，诸如分别在图4和图5的示例曲线图中图示的。响应于异常燃烧的指示(诸如爆震或提前点火)，控制器可以执行缓解措施以例如根据图3的方法防止进一步的异常燃烧。在图6处示出了利用压缩比、燃料分段比和燃料喷射正时调整的示例性发动机运转。以此方式，喷射正时和量可以针对给定压缩比进行优化，由此增加燃烧稳定性并且最大化发动机工况的范围内的发动机效率。
图1描述了内燃发动机10的燃烧室(在本文中也被称为“汽缸”)14的示例实施例，所述内燃发动机10可以被包括在客车中。发动机10可以接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数和经由输入装置132来自车辆操作者130的输入。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号pp的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸14可以包括燃烧室壁136，活塞138被设置在燃烧室壁136中。活塞138可以被耦接至曲轴140，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统耦接至客车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮耦接至曲轴140，以实现发动机10的起动运转。
发动机10可以被配置为vcr发动机，其中每个汽缸的压缩比(cr)-当活塞处于下止点(bdc)时的汽缸容积与当活塞处于上止点(tdc)时的汽缸容积的比-能够被机械地改变。发动机的cr可以经由vcr致动器192致动vcr机构194来改变。在一些示例实施例中，cr可以在第一较低cr(其中当活塞处于bdc时的汽缸容积与当活塞处于tdc时的汽缸容积的比较小)与第二较高cr(其中该比较高)之间改变。在其他示例实施例中，第一较低cr与第二较高cr之间可以存在预定数量的步进压缩比。此外，cr可以在第一较低cr与第二较高cr(至两者之间的任何cr)之间连续可变。
在所描绘的示例中，vcr机构194被耦接至活塞138，使得vcr机构可以改变活塞tdc位置。例如，活塞138可以经由vcr机构194被耦接至曲轴140，所述vcr机构194可以是移动活塞更靠近或更远离汽缸盖因此改变活塞的位置并且由此改变燃烧室14的尺寸的活塞位置改变机构。位置传感器196可以被耦接至vcr机构194，并且可以被配置为向控制器12提供关于汽缸的vcr机构194(并且由此cr)的位置的反馈。
在一个示例中，改变活塞在燃烧室内的位置也改变了活塞在汽缸内的相对移位。活塞位置改变vcr机构可以被耦接至常规曲轴系(cranktrain)或非常规曲轴系。可以耦接有vcr机构的非常规曲轴系的非限制性示例包括可变距离顶置曲轴(headcrankshaft)和可变运动长度曲轴。在一个示例中，曲轴140可以被配置为偏心轴。在另一示例中，偏心轴可以被耦接至活塞销或在活塞销的区域中，其中所述偏心轴改变活塞在燃烧室内的位置。偏心轴的移动可以通过活塞杆的油道来控制。
应认识到，机械地改变压缩比的其他vcr机构可以被使用。例如，发动机的cr可以经由改变汽缸盖容积(即，汽缸盖中的间隙容积)的vcr机构来改变。在另一示例中，vcr机构可以包括液压压力反应活塞、空气压力反应活塞、或机械反应活塞。此外，vcr机构可以包括多连杆机构、弯曲杆机构、或其他vcr机械化结构。
应认识到，如本文中使用的，vcr发动机可以被配置为经由改变活塞位置或汽缸盖容积的机械调整来调整发动机的cr。因此，vcr机构不包括经由对气门正时或凸轮正时的调整实现的cr调整。
通过调整活塞在汽缸内的位置，发动机的有效(静态)压缩比(例如，tdc时相对于bdc时汽缸容积之间的差)能够被改变。在一个示例中，减小压缩比包括通过增加活塞的顶部相距汽缸盖之间的距离来减小活塞在燃烧室内的移位。例如，通过控制器向vcr致动器192发送信号以将vcr机构194致动到活塞在燃烧室内具有较小有效移位的第一位置，发动机可以以第一较低压缩比运转。作为另一示例，通过控制器向vcr致动器192发送信号以将vcr机构194致动到活塞在燃烧室内具有较大有效移位的第二位置，发动机可以以第二较高压缩比运转。发动机压缩比的改变可以被有利地用来改善燃料经济性。例如，较高压缩比可以被用来在轻发动机负荷至中等发动机负荷下改善燃料经济性，直至从早期爆震开始的火花延迟损害燃料经济效益。发动机然后能够被切换为较低压缩比，由此针对燃烧相位效率权衡(tradingoff)热效率。连续vcr系统可以连续优化燃烧相位和热效率，以在给定工况下提供较高压缩比极限与较低压缩比极限之间的最佳压缩比。
返回到图1，汽缸14可以经由一系列进气通道142、144和146接收进气。除了汽缸14外，进气通道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气通道可以包括升压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括在进气通道142与144之间布置的压缩机174和沿排气通道148布置的排气涡轮176。如图所示，压缩机174可以通过轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力。然而，在其他示例中，例如在发动机10被配置有机械增压器的情况下，排气涡轮176可以被选择性地省略，并且压缩机174可以改为由来自发动机的马达的机械输入提供动力。
包括节流板164的节气门20可以被提供在进气通道144与进气通道146之间，以便改变提供给发动机汽缸的进气流速和/或进气压力。例如，节气门20可以被设置在压缩机174的下游(如在图1中所示的)，或可以可替代地被提供在压缩机174的上游。
除了汽缸14外，排气通道148可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器128被显示为耦接至排放控制装置178上游的排气通道148。排气传感器128可以是用于提供排气空燃比(afr)指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或uego传感器(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或ego传感器(如所描述的)、hego(加热型ego)传感器、nox传感器、hc传感器或co传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(twc)、nox捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
可以通过位于排气通道148中的一个或更多个温度传感器(未示出)估计排气温度。可替代地，可以基于发动机工况推断排气温度，发动机工况诸如发动机转速、发动机负荷、afr、火花正时等。另外，排气温度可以根据一个或多个排气氧传感器128来确定。应认识到，可替代地，可以通过在本文中列出的温度估计方法中的任意组合来估计排气温度。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸14被显示为包括位于汽缸14的上部区域的一个进气提升阀150和一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门150可以由控制器12通过凸轮致动系统151的凸轮致动来控制。类似地，排气门156可以由控制器12通过凸轮致动系统153控制。凸轮致动系统151和153均可以包括一个或多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12运转的凸轮廓线变换(cps)系统、可变凸轮正时(vct)系统、可变气门正时(vvt)系统和/或可变气门升程(vvl)系统中的一个或多个，以改变气门运转。进气门150和排气门156的位置可以分别由气门位置传感器155和157确定。在可替代的实施例中，进气门和/或排气门可以由电气门致动控制。例如，汽缸14可以可替代地包括通过电气门致动控制的进气门和通过包括cps系统和/或vct系统的凸轮致动控制的排气门。在其他实施例中，进气门和排气门可以由共同的气门致动器或者致动系统或可变气门正时致动器或者致动系统控制。
汽缸14可以具有相关联的压缩比，如上面描述的，该压缩比为活塞138处于bdc时与处于tdc时的容积之比。通常，压缩比在9：1至10：1的范围内。然而，在一些使用不同燃料的示例中，可以增大压缩比。例如，当使用较高的辛烷燃料或具有较高的潜在热函的燃料时，这种情况可以发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，也可以增大压缩比。压缩比也可以基于驾驶员需求经由对致动vcr机构194从而改变活塞138在燃烧室14内的有效位置的vcr致动器192的调整而被改变。压缩比可以基于来自传感器196的关于vcr机构194的位置的反馈而被推断。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于启动燃烧的火花塞192。在选择性的运转模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号sa，点火系统190可以经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，例如在发动机10可以通过自动点火或燃料喷射启动燃烧的情况下，如一些柴油发动机的情况。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置有一个或多个燃料喷射器，其用于将燃料提供至汽缸内。作为非限制性的示例，汽缸14被示出为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示出为直接耦接至汽缸14，以便经由电子驱动器168与从控制器12接收的信号fpw的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到汽缸14中。以此方式，燃料喷射器166提供了到燃烧室14内的所谓的燃料的直接喷射(“di”)。尽管图1将喷射器166示为侧喷射器，但是喷射器166也可以位于活塞的上面，例如靠近火花塞192的位置。当使发动机以醇基燃料运转时，由于一些醇基燃料的较低的挥发性，这样的位置可以改善混合以及燃烧。可替代地，可以在顶部并靠近进气门布置喷射器以便改善混合。燃料可以从高压燃料系统8输送至燃料喷射器166，所述高压燃料系统8可以包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。可替代地，燃料可以在较低压力下通过单级燃料泵输送，燃料直接喷射的正时在这种情况下在压缩冲程期间可以比使用高压燃料系统的情况下更受限制。另外，尽管未示出，但是一个或多个燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力换能器。应认识到，在替代的实施例中，喷射器166可以是进气道喷射器，其将燃料提供到汽缸14上游的进气道内。
还应认识到，尽管所描述的实施例图示说明了发动机通过经由单个直接喷射器喷射燃料来运转；但在替代的实施例中，发动机可以通过使用两个或更多个喷射器(例如每个汽缸的直接喷射器和进气道喷射器、或每个汽缸的两个直接喷射器/两个进气道喷射器、等等)并改变从每个喷射器到汽缸内的相对喷射量来运转。
在汽缸的单个循环期间，燃料可以通过喷射器输送至汽缸。另外，自喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可以随着工况而变化。此外，对于单个燃烧事件，可以在每个循环执行所输送的燃料的多次喷射。可以在所谓分段喷射中的压缩冲程、进气冲程、或其任何适当的组合期间执行多次喷射。例如，随着压缩比增加，进气冲程喷射与压缩冲程喷射的分段比可以增加，如关于图2和图4进一步描述的。而且，可以在循环期间喷射燃料，以调整燃烧的空燃比(afr)。例如，可以喷射燃料以提供化学计量afr。可以包括afr传感器，以提供缸内afr的估计。在一个示例中，afr传感器可以是排气传感器，诸如ego传感器128。通过测量排气中的氧量(稀混合物的氧量较高而富混合物的氧量较低)，传感器可以确定afr。因此，afr可以被提供为拉姆达(λ)值，其为经确定的afr与给定混合物的化学计量的afr之比。因此，1.0的λ值表示化学计量的混合物(例如，发生完全燃烧反应的afr)，而小于1.0的λ值表示比化学计量的混合物更富并且大于1.0的λ值表示比化学计量的混合物更稀。
如上面所描述的，图1仅示出了多缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、(一个或多个)火花塞、等等。
燃料系统8中的燃料箱可以容纳具有不同燃料性质(诸如不同的燃料成分)的燃料。这些差别可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料混合物和/或其组合等。
发动机10可以进一步包括被耦接至每个汽缸14的爆震传感器90，其用于识别异常汽缸燃烧事件。在可替代的实施例中，一个或多个爆震传感器90可以被耦接至选择的汽缸体的位置。爆震传感器可以是汽缸体上的加速度计、或被配置在每个汽缸的火花塞中的离子传感器。爆震传感器的输出可以与曲轴加速度传感器的输出相结合，以指示汽缸中的异常燃烧事件。在一个示例中，基于一个或多个限定的窗口(例如，曲柄转角正时窗口)中的爆震传感器90的输出，可以识别并区分由于爆震和提前点火中的一个或多个而引起的异常燃烧。例如，爆震可以响应于在爆震窗口中获得的爆震传感器输出高于爆震阈值而被识别，而提前点火可以响应于在提前点火窗口中获得的爆震传感器输出高于提前点火阈值而被识别。例如，提前点火阈值可以高于爆震阈值，并且提前点火窗口可以早于爆震窗口。另外，一旦被识别并且被区分，异常燃烧事件就因此可以被解决。例如，爆震可以通过调整燃料分段比和喷射正时和/或延迟火花正时来解决，而提前点火可以通过加富燃烧的afr和/或减小压缩比来解决，如关于图3进一步描述的。
返回到图1，控制器12在图1中被示为微型计算机，包括微处理器单元106、输入/输出端口108、在这个具体示例中作为只读存储器芯片110示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。除了之前讨论的那些信号外，控制器12还可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量计(maf)的测量值、来自耦接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ect)、来自耦接至曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(pip)、来自节气门位置传感器的节气门位置(tp)、来自map传感器124的绝对歧管压力信号(map)、来自ego传感器128的汽缸afr、来自爆震传感器90和曲轴加速度传感器的异常燃烧、以及来自位置传感器196的vcr机构位置。发动机转速信号rpm可以由控制器12根据信号pip产生。来自map传感器124的信号map可以被用来提供进气歧管内的真空或压力的指示。控制器12从图1的各种传感器接收信号，并基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令采用图1的各种致动器来调整发动机运转。例如，基于发动机转速与负荷，控制器可以通过向vcr致动器192发送信号来调整发动机的压缩比，所述vcr致动器192致动vcr机构194以机械地移动活塞更靠近或更远离汽缸盖，由此改变燃烧室的容积。
非临时性存储介质只读存储器110可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据代表可由微处理器单元106执行的指令，以用于执行以下所述方法以及期望但没有具体列出的其他变体。
以此方式，图1的部件提供了一种系统，其包含：发动机，所述发动机具有汽缸；可变压缩比机构，所述可变压缩比机构用于机械地改变所述汽缸内的活塞位置；位置传感器，所述位置传感器被耦接到所述可变压缩比机构；火花塞，所述火花塞用于为所述汽缸提供火花；燃料喷射器，所述燃料喷射器用于将燃料直接喷射到所述汽缸内；爆震传感器；以及控制器，所述控制器被配置有被存储在非临时性存储器上用于以下操作的计算机可读指令：致动所述可变压缩比机构以提供基于发动机工况选择的压缩比；以及基于所述选择的压缩比，在第一模式和第二模式中的一种模式下运转，所述第一模式具有较高的进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的分段比，所述第二模式具有较低的进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的分段比。作为一示例，当所述压缩比较高时，所述第一模式可以被选择，并且当所述压缩比较低时，所述第二模式可以被选择。所述较高的进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的分段比可以包括，相对于所述较低的进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的分段比在进气冲程期间输送更大部分的燃料，并且在压缩冲程期间输送更小部分的燃料。作为另一示例，相对于所述第二运转模式，对于所述第一运转模式，燃料在进气冲程期间可以被延迟地直接喷射，并且在压缩冲程期间被更早地直接喷射。作为进一步的示例，在所述第一模式下执行的进气冲程直接喷射的次数可以高于在所述第二模式下执行的进气冲程直接喷射的次数。作为又一示例，在所述第一模式下执行的压缩冲程直接喷射的次数可以低于在所述第二模式下执行的压缩冲程直接喷射的次数。
现在转向图2，示出了一种用于基于发动机工况调整vcr发动机(诸如图1的发动机10)的压缩比并且基于压缩比调整燃料喷射正时和分段比的示例方法200。例如，在进气冲程期间喷射的燃料与在压缩冲程期间喷射的燃料量的比可以被调整。用于执行方法200和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器(例如，图1的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图1描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据在下面描述的方法采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机运转。
在202处，方法200包括估计和/或测量发动机工况。发动机工况可以包括例如(例如，如基于被耦接至操作者踏板的踏板位置传感器的输出的)驾驶员功率需求；环境温度，压力和湿度；发动机温度；歧管压力(map)；歧管空气流量(maf)；催化剂温度；进气温度；升压水平；燃料箱中可用的燃料的燃料辛烷值；等等。
在204处，方法200包括基于估计的发动机工况选择用于使发动机运转的压缩比。发动机可以被配置有在第一较高压缩比设置与第二较低压缩比设置之间机械地改变发动机压缩比的vcr机构(例如，图1的vcr机构194)。vcr机构可以通过响应于从发动机控制器接收的命令而机械地改变活塞在汽缸内的位置来实现此操作。因此，使发动机以第一较高压缩比运转可以包括使发动机在第一模式下运转，并且使发动机以第二较低压缩比运转可以包括使发动机在第二模式下运转。可替代地，第一压缩比与第二压缩比之间的多个压缩比可以是可行的。控制器可以在给定的驾驶员功率需求下比较发动机的每个压缩比下的燃料效率，并且选择提供最高燃料效率的压缩比。例如，控制器可以通过比较每个压缩比下的发动机的制动器比燃料消耗(bsfc)来比较每个压缩比下的燃料效率。发动机在每个压缩比下的燃料效率每个均可以经由根据工况(例如，发动机转速、扭矩、温度、湿度、推断的燃料辛烷值等)被存储的表格、映射图、算法和/或方程式来确定。
在206处，方法200包括致动vcr机构以提供选择的压缩比。例如，控制器可以向被耦接至vcr机构的vcr致动器(例如，图1的vcr致动器192)发送信号以将该机构致动到提供选择的压缩比的位置。在一个示例中，控制器可以在低至中等发动机转速与负荷下发送信号以将vcr机构致动到较高压缩比设置。作为另一示例，控制器可以在中等至高发动机转速与负荷下发送信号以将vcr机构致动到较低压缩比设置。
在208处，方法200包括基于选择的压缩比调整燃料分段比。例如，在压缩冲程期间，由于对于高压缩比在tdc处的更小容积，在高压缩比下比在低压缩比下耗费更少燃料来使afr变得足够富以用于火花塞附近的燃烧。因此，火花塞附近的afr可以在高压缩比下利用更少燃料来控制。此外，燃料可以在高压缩比下更好地汽化。作为另一示例，在压缩冲程期间以高压缩比喷射更少燃料量可以帮助避免活塞冲击以及因而产生的烟和碳烟形成。因此，在更高压缩比下，在压缩冲程期间喷射的燃料量可以相对于在进气冲程期间喷射的燃料量被减少。例如，控制器可以参考查找表、映射图、算法和/或方程式以针对给定的压缩比输入而输出燃料分段比。因此，当发动机在第一模式下运转时，进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的更高分段比可以被使用，并且当发动机在第二模式下运转时，进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的更低分段比可以被使用。控制器可以在调整燃料分段比中进一步考虑燃料的醇含量。例如，随着燃料的醇含量增加，由于增加的醇挥发性，在压缩冲程期间喷射的燃料量可以被进一步减少。
除了更新分段比外，分段喷射的喷射次数也可以被调整。例如，总喷射次数可以随着压缩比增加而增加，尤其是在滚动最高的情况下。这包括随着多个更短的进气冲程喷射输送经调整的分段比的增加的进气冲程喷射。另外，经调整的分段比的减少的压缩冲程喷射也可以随着多个更短的压缩冲程喷射被输送。在一个示例中，在调整分段比之后，进气冲程喷射的次数可以高于压缩冲程喷射的次数。多个更短的进气冲程喷射和压缩冲程喷射更不可能足够贯穿空气-燃料混合物，由此降低了汽缸壁或活塞顶部上的冲击，减少了碳烟形成。
应认识到，在更进一步的示例中，发动机控制器可以维持燃料分段比，同时基于压缩比选择而调整进气冲程喷射和压缩冲程喷射的次数。例如，随着压缩比增加，进气冲程喷射和压缩冲程喷射的次数可以增加，所述喷射中的每一次具有低于阈值脉冲宽度的脉冲宽度，同时分段比被维持。
短暂地转向图4，示出了图示发动机的压缩比与经由直接喷射输送的燃料的分段比之间的关系的示例曲线图400。x-轴表示压缩比，其中数值从左向右增加，并且y-轴表示所喷射的燃料的百分比，其中数值从底部向顶部增加。在曲线402中示出了进气冲程燃料喷射，并且在曲线404中示出了压缩冲程燃料喷射。
随着压缩比增加，进气冲程喷射与压缩冲程喷射的分段比增加。例如，在最低压缩比下，总燃料量的70％在进气冲程期间被喷射(曲线402)，并且总燃料量的30％在压缩冲程期间被喷射(曲线404)。在最高压缩比下，总燃料量的90％在进气冲程期间被喷射(曲线402)，并且总燃料量的10％在压缩冲程期间被喷射(曲线404)。在图4的示例中，曲线402和404是线性的。然而，在其他示例中，曲线402和404可以是非线性曲线，诸如指数曲线，具有进气冲程燃料喷射(曲线402)随着压缩比增加而增加并且压缩冲程燃料喷射(曲线404)随着压缩比增加而减少的大致趋势，其中在发动机循环内以给定压缩比喷射的总燃料质量(例如，在进气冲程期间喷射的燃料的百分比与在压缩冲程期间喷射的燃料的百分比的总和)等于100％。注意，分段喷射比不限定所喷射的燃料量，所喷射的燃料量可以基于发动机工况来计算以便实现期望的afr。此外，燃料的辛烷值和醇含量可以影响曲线402和404的形状。
返回到图2，在210处，方法200包括基于选择的压缩比调整燃料喷射正时。例如，随着压缩比增大，进气冲程喷射正时(例如，喷射的开始)可以被延迟，并且压缩冲程喷射正时可以被提前。每个冲程期间的喷射的开始被提前或被延迟的曲柄转角度数可以与活塞在汽缸中的相对位置相关，所述活塞在汽缸中的相对位置可以通过vcr机构的位置来限定。例如，控制器可以参考查找表，在查找表中，vcr机构位置(或选择的压缩比)作为输入并且进气冲程喷射正时和压缩冲程喷射正时作为输出。另外，喷射正时可以被所使用的vcr机构的类型(例如，改变活塞位置的机构与移动汽缸盖的机构)影响。例如，如果vcr机构包括压力反应活塞，则进气冲程喷射正时和压缩冲程喷射正时可以不基于压缩比来调整，因为活塞偏转在燃料喷射和燃烧两者已经结束之后发生。作为另一示例，由于燃料喷射器的对准随着头部被倾斜而改变，使用倾斜头部的vcr机构可以利用替代性喷射正时调整。通过基于压缩比改变燃料喷射正时，燃料直接喷射可以在特定的活塞位置而非设置的曲柄转角处开始。
短暂地转向图5，示出了描绘基于发动机压缩比如何改变燃料直接喷射正时和分段比的示例曲线图500。在502处示出了用于使发动机在第一模式下以高压缩比(hcr)运转的燃料喷射命令，并且在504处示出了用于使发动机在第二模式下以低压缩比(lcr)运转的燃料喷射命令。每个曲线的y-轴表示标记的参数，其中数值从底部向顶部增加。以上所有的x-轴表示以曲柄转角度数为单位的发动机位置，其中每个燃烧循环中的每个冲程被标记。对于给定的曲柄转角，随着发动机压缩比增加，活塞位置变得更高(例如，相比于hcr发动机，lcr发动机具有减小的活塞移位)。示出了三个燃烧循环以说明三种示例燃料加注策略，其中“x”标记火花正时(例如，在压缩冲程的tdc之前)。例如，在燃烧循环1中，对于总共两次喷射，一次燃料喷射在进气冲程期间被执行，而一次燃料喷射在压缩冲程期间被执行。在燃烧循环2中，总共四次喷射在进气冲程和压缩冲程之间被分割。在燃烧循环3中，相比于lcr发动机，在每个冲程期间执行的喷射次数对于hcr发动机被增加。因此，对于每个燃烧循环，总燃料质量的第一部分在进气冲程中被输送，并且总燃料质量的第二其余部分在压缩冲程中被输送，其中输送第一部分和第二部分的喷射次数发生改变。
在燃烧循环1的进气冲程期间，由于在更高压缩比下实现的更好燃料汽化，对于在hcr下运转的发动机(曲线502)比在lcr下运转的发动机(曲线504)喷射更大质量的燃料(例如，使用更大的fpw)。由于lcr发动机相比于hcr发动机的减小的活塞移位，随着活塞从tdc向bdc行进，lcr发动机的活塞可以在比hcr发动机更小的曲柄转角度数处到达特定的汽缸高度。因此，针对进气冲程，lcr发动机(曲线504)的喷射的开始比hcr发动机(曲线502)的喷射的开始更早。
在燃烧循环1的压缩冲程期间，对于lcr发动机(曲线504)比hcr发动机(曲线502)喷射更多的燃料，使得在火花点火之前在每个发动机中喷射相同的总燃料质量。此外，由于lcr发动机相比于hcr发动机的减小的活塞移位，对于lcr发动机内的活塞，随着活塞从bdc向tdc行进，它会花费更多曲柄转角度数以到达与hcr发动机内的活塞相同的汽缸中的位置。因此，针对压缩冲程，hcr发动机(曲线502)的喷射的开始比lcr发动机(曲线504)的喷射的开始更早。
在燃烧循环2期间，与燃烧循环1中相同的总燃料量被喷射，分段比保持相同，并且对于hcr发动机和lcr发动机两者，喷射的开始在与燃烧循环1中相同的发动机位置处发生。然而，燃料在每个冲程期间经由多次喷射被输送。执行一系列更短持续时间的喷射可以促进燃料汽化，因为每次喷射输送更少的燃料。另外，燃料贯穿可以通过多个更短持续时间的爆发(burst)输送相同量的燃料而被减小，这进而可以减少对活塞的燃料粘附。在燃烧循环2的示例中，对于hrc发动机(曲线502)，进气冲程喷射被分段成三个更短持续时间的喷射，而对于lcr发动机(曲线504)，进气冲程喷射被分段成两个更短持续时间的喷射，并且对于lcr发动机，压缩冲程喷射被分段成两个更短持续时间的喷射。如图所示，每个进气冲程喷射或压缩冲程喷射输送的燃料量可以是一致的，其中预定的持续时间在每次喷射之间逝去。然而，在其他示例中，每次喷射的燃料量可以是不一致的和/或每次喷射之间的持续时间可以是截然不同的。应认识到，在更进一步的示例中，发动机校准可以基于特定的发动机设计和vcr构造来更新。
在燃烧循环3期间，与燃烧循环1和2中相同的总燃料量被喷射，分段比保持相同，并且对于hcr发动机和lcr发动机两者，喷射的开始在与燃烧循环1和2中相同的发动机位置处发生。如同燃烧循环2，燃料在每个冲程期间经由多次喷射被输送。然而，在燃烧循环3期间，喷射次数基于压缩比来调整，如关于图2描述的，而非对于hcr发动机和lcr发动机两者执行(例如，与燃烧循环1和2中)相同的总喷射次数。虽然用于燃烧循环3的燃料加注策略对于lcr发动机(曲线504)保持与燃烧循环2相同，但是在进气冲程和压缩冲程两者期间执行的喷射次数对于hcr发动机(曲线502)被增加。在燃烧循环3的示例中，八个短进气冲程喷射和两个短压缩冲程喷射针对hcr发动机被执行，进一步降低了汽缸壁或活塞顶部上的燃料冲击，并且减少了碳烟形成。
返回到图2，在212处，确定是否检测到异常燃烧。例如，异常燃烧可以基于爆震传感器(例如图1的爆震传感器90)和曲轴加速度传感器的输出而被检测。如关于图1描述的，异常燃烧可以响应于在爆震窗口中获得的爆震传感器输出高于爆震阈值而被区分为爆震，或响应于在提前点火窗口中获得的爆震传感器输出高于提前点火阈值(其高于爆震阈值)而被区分为提前点火。用于汽缸的爆震窗口可以包括在汽缸中的火花事件之后的曲柄转角窗口，而用于汽缸的提前点火窗口可以包括在汽缸中的火花事件之前的曲柄转角窗口。爆震窗口和提前点火窗口可以不重叠或部分重叠。
如果未检测到异常燃烧，方法200进入到214，并且包括维持发动机设置。例如，发动机的压缩比、燃料喷射正时和量、以及火花正时可以继续基于发动机工况(包括变化的操作者扭矩需求和压缩比选择)被标称地调整。在214后，方法200结束。
如果检测到异常燃烧，方法200进入到216，并且包括基于异常燃烧的类型执行缓解措施，如将会在下面关于图3描述的。例如，响应于爆震的指示可以执行与响应于提前点火的指示不同的缓解措施。在216后，方法200结束。
以此方式，图2提供了一种用于基于发动机的压缩比调整燃料的分段比和直接喷射正时的方法。例如，由于在更高压缩比下增加的燃料汽化，在进气冲程期间相对于压缩冲程喷射的燃料量可以随着发动机的压缩比增加而增加，如同样关于图4和图5描述的。另外，在每个冲程期间喷射的开始可以被调整，使得燃料在汽缸内的相同活塞位置处被输送，所述相同活塞位置可以基于压缩比相对于曲轴位置而改变，如同样关于图5描述的。
转向图3，提供了一种用于响应于vcr发动机中的异常燃烧的指示而执行缓解措施的示例方法300，这可以降低随后的异常燃烧事件的倾向。例如，方法300可以作为图2的方法200的一部分(例如，在216处)被执行。
方法300在302处开始，并且包括确定是否检测到提前点火。如关于图1描述的，响应于在提前点火曲柄转角正时窗口期间获得的爆震传感器(例如，图1的爆震传感器90)的输出高于提前点火阈值，可以检测到提前点火。
当方法300响应于异常燃烧的指示而被执行时，如果未检测到提前点火，则可以假设检测到爆震。因此，如果在302处未检测到提前点火，方法300进入到304，并且包括调整燃料分段比来增加进气冲程燃料喷射的分数。即，响应于爆震的指示，在进气冲程和压缩冲程期间喷射的燃料的分段比可以被调整，使得在进气冲程期间喷射比针对给定压缩比的标称(例如，如在图2的208处确定的)更大量的燃料。增加量的进气冲程喷射用于增加汽缸充气冷却，由此减少进一步爆震的发生。在一个示例中，如果针对给定压缩比的标称分段比是90％进气喷射和10％压缩喷射，则分段比可以被调整为95％进气喷射和5％压缩喷射。进气喷射的分数增加的程度可以基于爆震事件的强度和/或数量来确定，其中进气喷射的分数随着爆震事件的强度和/或数量的增加而进一步增加。
在306处，方法300包括提前进气冲程燃料喷射的正时。由于在进气冲程期间输送比针对给定压缩比的标称更多的燃料，喷射的开始可以被提前使得喷射例如通过预定的正时来完成。
在308处，方法300包括延迟火花正时。例如，火花正时可以从基于压缩比和发动机工况设置的标称正时被延迟。标称正时可以由控制器(例如，图1的控制器12)通过参考压缩比(或vcr机构位置)、发动机转速、进气温度、map、maf和空燃比作为输入并且火花正时作为输出的映射图、算法或查找表来选择。然后，控制器可以例如响应于爆震的指示(例如，如在302处确定的)而延迟该正时。火花正时被延迟的程度可以基于爆震事件的强度和/或数量来确定，其中从标称设置的火花延迟量随着爆震事件的强度和/或数量的增加而增加，直至到达火花延迟使用极限。此外，当在较高压缩比中运转时，较大量的火花延迟使用(并且因此较大的火花延迟极限)可以被容忍，而当在较低压缩比中运转时，较少量的火花延迟使用(并且因此较小的火花延迟极限)可以被容忍。极限可以限定火花延迟量，超过该火花延迟量则发动机功率损失、过热倾向和高排放可能在命令的压缩比下发生，并且因此火花不会从极限被进一步延迟。
另外，所使用的火花延迟量可以基于经确定的燃料分段比来调整。例如，通过增加在进气冲程中输送的燃料量，爆震缓解所要求的火花延迟量可以被减少。在308后，方法300结束。
返回到302，如果检测到提前点火，方法300进入到310，并且包括加富提前点火的汽缸。相对于空气量增加向提前点火汽缸输送的燃料量(例如，使汽缸以比化学计量比更富的afr运转)导致降低提前点火汽缸内的温度的充气冷却效果。通过冷却提前点火汽缸，提前点火的进一步发生被缓解。由于燃料加富可以使燃料经济性劣化，使排气排放劣化，并且导致可能的扭矩减少，因此(一个或多个)提前点火汽缸可以被选择性地加富而非加富发动机的每一个汽缸。另外，燃料加富可以在多个发动机循环内被执行，在此之后，燃料加注可以返回到标称量，如下面进一步描述的。
在312处，方法300包括调整分段比以增加进气冲程燃料喷射的分数。即，相比于针对发动机的压缩比设置的标称，在进气冲程期间输送的燃料的比例被增加，并且在压缩冲程期间输送的燃料的比例被减小，如在304处描述的。
在314处，确定压缩比是否处于阈值比。例如，阈值比可以指可以被应用的最小压缩比，在所述最小压缩比之下，发动机性能会劣化。另外，阈值比可以是由vcr机构(例如，由于偏心轴上的活塞的特定构造导致的)限定的硬极限。
如果压缩比处于阈值，则方法300进入到316，并且包括基于加富而提前火花正时。例如，火花正时可以基于加富并且进一步基于当前工况下的界线(bdl)火花极限从最大制动扭矩(mbt)被提前。具体地，可以确定显著的充气冷却效益可以通过加富来实现，并且火花可以被提前(例如，更靠近mbt运转)以恢复由于在比最佳扭矩的富度(rbt)更富的汽缸运转导致的扭矩损失中的一些。在316后，方法300结束。
如果在314处压缩比不在阈值处，则方法300进入到318，并且包括基于提前点火历史而减小压缩比。例如，发动机提前点火计数可以被检索。发动机提前点火计数可以包括发动机的总提前点火计数。此外，各汽缸的提前点火计数也可以被检索。因此，发动机(或汽缸)的提前点火计数可以反映其提前点火的倾向。因此，随着提前点火计数增加，发动机(或给定汽缸)中的提前点火发生的可能性可以更高。使用提前点火计数，压缩比可以被减小(或被削减)至反馈水平。具体地，压缩比可以从针对给定发动机转速与负荷的标称水平被减小至反馈水平(低于标称水平)，其中减小的程度基于提前点火历史。因此，随着发动机的提前点火计数增加(并且发动机提前点火的倾向增加)，反馈压缩比水平可以从标称压缩比水平被进一步降低。所述减小可以是逐渐的，或可替代地，随着提前点火计数增加阈值量，压缩比可以被(逐步)减小预定量。
除了确定反馈压缩比水平外，对应于反馈压缩比水平的活塞移位也可以被确定。在一个示例中，对应于反馈压缩比的活塞移位可以包括小于最大活塞移位，其中活塞在燃烧室中移动靠近(但不是一直靠近)汽缸盖。换言之，随着反馈压缩比水平减小，空间量可以在汽缸盖与活塞的最终位置(例如，tdc)之间被增加。
在320处，方法300包括减少燃料加注量和进气冲程燃料喷射的分数。由于压缩比被减小，提前点火的可能性也被降低。因此，不再需要燃料加富来缓解提前点火，并且针对发动机工况的诸如为实现化学计量的afr的标称燃料量可以被提供。另外，燃料的分段比可以针对减小的压缩比来调整，其中进气喷射的分数被相应地减小(并且压缩喷射的分数被增加)。例如，分段比可以基于反馈压缩比来确定，如关于图2(例如，在208处)描述的。另外，喷射正时可以基于反馈压缩比来调整(例如，如在图2的210处)。
在322处，方法300包括确定是否即使在提前点火缓解加富被执行之后也继续检测提前点火。如果提前点火被检测到，诸如当存在持续的提前点火时发生，则方法300进入到324，并且包括进一步减小压缩比，调整喷射正时并且相应地减小进气冲程燃料喷射的分数。例如，由于活塞的移位随着压缩比减小而减小，相比于之前的较高压缩比设置，进气冲程喷射正时可以被提前，并且压缩冲程喷射可以被延迟。另外，由于在较低压缩比下减少的燃料汽化，相对于进气冲程在压缩冲程期间喷射的燃料量可以被增加。在一个示例中，压缩比可以被逐步减小，其中燃料喷射正时和分段比针对每个减小的压缩比被相应地调整，直至提前点火不再被检测到。在324后，方法300结束。
如果在322处未检测到提前点火，则方法300进入到326，并且包括逐步增加压缩比，调整喷射正时，并且相应地增加进气冲程燃料喷射的分数。例如，由于活塞的移位随着压缩比增加而增加，相比于之前的较低压缩比设置，进气冲程喷射正时可以被延迟，并且压缩冲程喷射可以被提前。另外，由于在较高压缩比下增加的燃料汽化，相对于压缩冲程在进气冲程期间喷射的燃料量可以被增加。在326后，方法300结束。
以此方式，图3提供了一种用于执行缓解措施的方法，包括在vcr发动机中响应于异常燃烧(诸如爆震和提前点火)的指示而进一步调整燃料直接喷射正时和分段比，以便减少异常燃烧的额外发生。减少爆震和提前点火的发生可以帮助延长发动机部件的寿命。
现在转向图6，示出了发动机运转期间的压缩比和燃料分段比调整的示例曲线图600。在曲线602中描绘了发动机负荷，在曲线604中示出了爆震信号，在曲线610中示出了压缩比(cr)，并且在曲线612中描绘了燃料喷射量。另外，相对于爆震阈值(通过虚线606示出)和提前点火阈值(通过虚线608示出)示出了爆震信号。此外，燃料喷射量被分成通过经由冲程直接喷射(斜线阴影区域)输送的量和经由压缩冲程喷射(无阴影区域)输送的量。对于以上所有，x-轴表示时间，其中时间从左向右增加。每个曲线的y-轴表示标记的参数，其中数值从底部向顶部增加。
在t1之前，响应于较低的操作者扭矩需求和相应的低发动机负荷(曲线602)，发动机在高压缩比下运转，如在曲线610中示出的。例如，发动机可以在第一模式下运转，其中vcr机构(例如，图1的vcr机构194)的位置被致动到对应于高压缩比的第一位置。在发动机循环内喷射的总燃料量(曲线612)对应于发动机负荷(曲线602)，其中燃料量随着发动机负荷增加而增加。如在曲线612中示出的，在高压缩比下，燃料的一小部分(例如，10％)在压缩冲程期间被喷射(无阴影区域)，其中其余部分(例如，90％)在进气冲程期间被输送(斜线阴影区域)。由于发动机以相对低的发动机负荷运转，因此爆震未发生，如通过爆震信号(例如，爆震传感器(诸如图1的爆震传感器90)的输出)保持在爆震阈值(虚线606)之下示出的。
在t1与t2之间，发动机负荷(曲线602)响应于操作者需求而增加，并且所喷射的燃料量(曲线612)相应地增加。发动机保持处于高压缩比(曲线610)。在高压缩比下较高的发动机负荷的情况下，爆震发生，如通过爆震信号(曲线604)超过爆震阈值(虚线606)示出的。响应于爆震的发生，燃料分段比被调整以增加在进气冲程期间喷射的燃料的分数并且减小在压缩冲程期间喷射的燃料的分数，如通过在t1与t2之间的相比于在t1之前的曲线612的压缩冲程喷射(无阴影区域)的较小比例示出的。另外，进气冲程喷射的开始可以被提前(未示出)，并且火花正时可以被延迟(未示出)。
在t2处开始，发动机负荷(曲线602)响应于操作者踏板位置的进一步增加而继续增加。如果发动机被维持在高压缩比，则发动机的爆震倾向将会增加，导致对于火花延迟的进一步需要。火花延迟燃料惩罚将会抵消较高压缩比的燃料效率。发动机因此被转变为第二运转模式。
在t2与t3之间，发动机在第二模式下运转，其中vcr机构被致动到对应于低压缩比的位置(曲线610)。所喷射的燃料量(曲线612)响应于发动机负荷而增加，并且分段比被调整。在低压缩比下，在压缩冲程期间(无阴影区域)比当发动机正在高压缩比下运转时(例如，诸如在t1之前)喷射更高比例(例如，30％)的燃料。此外，在低压缩比下，爆震的倾向被降低，并且爆震信号(曲线604)保持在爆震阈值(虚线606)之下。另外，相比于在高压缩比下运转，进气冲程喷射的开始被提前，并且压缩冲程喷射的开始被延迟，如关于图5示出的。
在t3处，响应于发动机负荷(曲线602)的降低，例如，由于操作者踩加速器踏板，发动机被转变回到第一运转模式，其中发动机在高压缩比下运转(曲线610)。相应地，vcr机构被致动到对应于高压缩比的位置。燃料分段比被调整，使得相比于在低压缩比下的运转，在进气冲程期间喷射的燃料的比例被增加，并且在压缩冲程期间喷射的燃料的比例被减小，如通过在t3与t4之间的曲线612的条柱的无阴影区域的比例减少示出的。另外，相比于在低压缩比下运转，进气冲程喷射的状态被再次提前，并且压缩冲程喷射的开始被延迟，以便相对于活塞位置维持喷射正时，如关于图2和图5进一步描述的。
在t4处，提前点火发生，如通过爆震信号(曲线604)超过提前点火阈值(虚线608)所示的。例如，提前点火可以由于增加的缸内温度和压力而发生，增加的缸内温度和压力可以通过高压缩比而加剧。响应于提前点火的指示，提前点火汽缸被加富，其中分段比被调整以进一步增加在进气冲程期间输送的燃料的分数(曲线612)。例如，在进气冲程期间输送的燃料的分数可以从90％增加到95％。在第一加富事件后，压缩比(曲线610)被逐步减小，直至提前点火不再发生或压缩比到达阈值比，如关于图3描述的。当提前点火不再发生时(例如，在t5之前)，诸如对于化学计量的afr，燃料量(曲线612)被减少至标称量。另外，在进气冲程期间喷射的燃料的分数被减小，并且喷射正时可以针对实际的(例如，测量的)压缩比被优化。
响应于没有提前点火的进一步指示(例如，在阈值持续时间内未检测到提前点火)，压缩比可以被逐渐升高，以便针对给定的发动机工况(诸如转速与负荷)提供标称压缩比。因此，在t5之后，压缩比(曲线610)通过致动vcr机构被逐渐升高至中间压缩比。在没有提前点火的进一步指示后，压缩比被进一步升高，直至到达标称压缩比(例如，高压缩比)。随着压缩比被升高，压缩冲程喷射的分数被减小，如通过减小曲线612的条柱的无阴影区域的比例示出的。因此，燃料喷射正时和分段比可以被返回到诸如图4和图5的示例中描绘的针对给定压缩比的标称值。
以此方式，燃料直接喷射正时和分段比可以基于vcr发动机的压缩比来优化。由于活塞移位基于压缩比而不同，因此调整相对于曲轴位置的喷射的开始确保燃料在活塞处于相距汽缸盖的适当距离时被喷射，由此减少粘附到活塞冠部的燃料量，并且进而减少排放。另外，燃料在不同的压缩比下具有不同的汽化性质，其中较高压缩比增加燃料汽化。由此，在压缩冲程期间，可以在较高压缩比下比在较低压缩比下喷射更少的燃料。通过基于压缩比优化直接喷射的燃料的分段比，良好的燃烧稳定性可以被维持。此外，在爆震或提前点火的情况下，燃料喷射正时和分段比可以被进一步调整，通过减少异常燃烧的进一步发生来延长发动机部件寿命。
作为一个示例，一种用于发动机的方法包含：致动汽缸的可变压缩比机构以提供基于发动机工况选择的压缩比；以及基于选择的压缩比调整相对于压缩冲程在进气冲程中直接喷射到所述汽缸内的燃料量。在前述示例中，额外地或可选地，致动所述可变压缩比机构机械地改变所述汽缸内的活塞移位。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，基于选择的压缩比调整相对于所述压缩冲程在所述进气冲程中直接喷射到所述汽缸内的燃料的分段比包括：随着选择的压缩比增加，相对于在所述压缩冲程期间喷射的燃料量增加在所述进气冲程期间喷射的燃料量。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，基于选择的压缩比调整相对于所述压缩冲程在所述进气冲程中直接喷射到所述汽缸内的燃料的分段比包括：调整相对于压缩冲程燃料喷射的进气冲程燃料喷射的次数。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，调整相对于压缩冲程燃料喷射的进气冲程燃料喷射的次数包括：随着选择的压缩比增加，增加进气冲程喷射的次数，同时减少压缩冲程喷射的次数。在前述示例中的任一个或全部中，所述方法额外地或可选地包含基于选择的压缩比调整到所述汽缸内的燃料直接喷射的正时。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，基于选择的压缩比调整到所述汽缸内的燃料直接喷射的正时包括：随着选择的压缩比增加，延迟进气冲程直接喷射的喷射的开始并且提前压缩冲程直接喷射的所述喷射的开始。在前述示例中的任一个或全部中，所述方法额外地或可选地包含，响应于爆震的指示，从基于所述选择的压缩比确定的分段比增加相对于所述压缩冲程在所述进气冲程中直接喷射到所述汽缸内的燃料的所述分段比，从基于选择的压缩比确定的正时提前所述进气冲程直接喷射的所述正时，并且延迟火花正时。在前述示例中的任一个或全部中，所述方法额外地或可选地包含，响应于提前点火的指示，将所述压缩比减小至反馈水平，基于所述反馈压缩比调整相对于所述压缩冲程在所述进气冲程中直接喷射到所述汽缸内的燃料的分段比，并且基于所述反馈压缩比调整到所述汽缸内的燃料直接喷射的正时。
作为另一示例，一种用于发动机的方法包含：随着被应用于发动机汽缸的压缩比增加，增加相对于压缩冲程直接喷射经由进气冲程直接喷射向所述汽缸输送的燃料的分段比，同时延迟所述进气冲程直接喷射并且提前所述压缩冲程直接喷射。在前述示例中，所述方法额外地或可选地包含：响应于提前点火的指示，在多个发动机循环内加富所述发动机，同时维持所述压缩比，并且此后，减小所述压缩比，直至到达阈值压缩比，同时使所述发动机以化学计量比运转；以及响应于爆震的指示，进一步增加相对于所述压缩冲程直接喷射经由所述进气冲程直接喷射输送的燃料的分段比，进一步提前所述进气冲程直接喷射，并且延迟火花正时。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，加富所述发动机包括：在所述多个发动机循环内，增加相对于所述压缩冲程直接喷射经由所述进气冲程直接喷射输送的燃料的所述分段比。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，减小所述压缩比包括通过致动可变压缩比机构机械地减小对应汽缸内的活塞移位。在前述示例中的任一个或全部中，所述方法额外地或可选地包含：响应于在所述加富和所述减小压缩比之后没有接收到提前点火的进一步指示，通过在持续时间内增加所述燃烧室内的活塞移位而在持续时间内增加所述压缩比。
作为另一示例，一种系统包含：发动机，所述发动机具有汽缸；可变压缩比机构，所述可变压缩比机构用于机械地改变所述汽缸内的活塞位置；位置传感器，所述位置传感器被耦接到所述可变压缩比机构；火花塞，所述火花塞用于为所述汽缸提供火花；燃料喷射器，所述燃料喷射器用于将燃料直接喷射到所述汽缸内；爆震传感器；以及控制器，所述控制器被配置有存储在非临时性存储器上用于以下操作的计算机可读指令：致动所述可变压缩比机构以提供基于发动机工况选择的压缩比；以及基于所述选择的压缩比，在第一模式和第二模式中的一种模式下运转，所述第一模式具有较高的进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的分段比，所述第二模式具有较低的进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的分段比。在前述示例中，额外地或可选地，当所述压缩比较高时，第一模式被选择，并且当所述压缩比较低时，第二模式被选择。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，较高的进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的分段比包括：相对于所述较低的进气冲程直接喷射的燃料与压缩冲程直接喷射的燃料的分段比在进气冲程期间输送较大部分的燃料，并且在压缩冲程期间输送较小部分的燃料。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，相对于所述第二运转模式，对于所述第一运转模式，燃料在进气冲程期间被延迟地直接喷射，并且在压缩冲程期间被更早地直接喷射。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，在所述第一模式下执行的进气冲程直接喷射的次数高于在所述第二模式下执行的进气冲程直接喷射的次数。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，在所述第一模式下执行的压缩冲程直接喷射的次数低于在所述第二模式下执行的压缩冲程直接喷射的次数。
在进一步的表示中，一种用于发动机的方法包含：致动汽缸的可变压缩比机构以提供基于发动机工况选择的压缩比，以分段喷射将一燃料量输送到所述汽缸内，所述分段喷射具有相对于压缩冲程在进气冲程中输送的燃料的分段比，所述分段比基于所述发动机工况，以及调整喷射的次数，在所述喷射的次数内，在所述进气冲程和所述压缩冲程中的每一个中基于选择的压缩比输送燃料。在前述示例中，所述调整包括在所述进气冲程中以多次燃料喷射输送所述燃料，并且在所述压缩冲程中以多次燃料喷射输送所述燃料，同时维持所述分段比。在前述示例中的任一个或全部中，所述进气冲程和所述压缩冲程中的所述多次燃料喷射的每次喷射具有低于阈值脉冲宽度的脉冲宽度。在前述示例中的任一个或全部中，进气冲程中的多次燃料喷射的次数高于所述压缩冲程中的所述多次燃料喷射的次数。在前述示例中的任一个或全部中，所述方法进一步包含：基于选择的压缩比调整所述分段比，在进气冲程中输送的所述燃料量随着选择的压缩比的增加而增加，在所述压缩冲程中输送的所述燃料量随着选择的压缩比增加而减少，以维持向所述汽缸输送的总燃料质量。
注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文中公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件相结合的控制器的控制系统执行。在本文中描述的具体例程可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的、等等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以所示顺序执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。同样，所述处理顺序不是实现本文中描述的本发明的示例实施例的特征和优点所必须要求的，而是为了便于图释和说明而提供。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码，其中通过结合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令而实施所描述的动作。
应认识到，本文中公开的配置和例程本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造以及其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
以下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子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的并入，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。