用于减少发动机爆震的系统和方法
【专利说明】用于减少发动机爆震的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请关于并且要求于2012年7月31日提交的题为SYSTEM AND METHOD FORREDUCING ENGINE KNOCK(用于减少发动机爆震的系统和方法)的第61/677，671号美国临时专利申请的优先权，该申请出于所有目的通过引用整体地并入本文。
[0003]背景
[0004]本申请涉及发动机控制系统，更具体但非排他性地，涉及用于对火花点火汽油发动机内的爆震进行控制的发动机控制系统。
[0005]内燃发动机大致分为以下两类:火花点火和压缩点火发动机。火花点火发动机通常通过将气体和燃料的化学计量混合物引入发动机的汽缸来进行操作。活塞随后压缩该混合物，并且在预定的机轴角混合物与火花塞无关地点火时，并且可以导致发动机受损。因此，火花点火发动机通常具有8至11的压缩比。
[0006]另一方面，压缩点火发动机操作在较高压缩比下，该压缩比通常为15至22。该高压缩比增加了压缩点火发动机的机械效率。压缩点火发动机通过将未节流的空气引入汽缸来进行操作，以通过减少泵送损失来使效率增加超过被节流的火花点火发动机的效率。在传统压缩点火发动机中，点火时机通过当燃烧室内的滞留空气的温度足以点燃燃料时约在压缩冲程结束时向汽缸注入柴油燃料来进行控制。在燃烧过程中释放的热量导致汽缸内压力的增加，该压力的增加随后以与火花点火发动机相同的方式迫使活塞向下运动。
[0007]虽然比火花点火发动机更加有效，但压缩点火发动机产生更多的某些类型的排放物，这常常需要昂贵的后期处理。因此，需要对火花点火发动机进行改进以控制、最小化或以其他方式防止发动机内爆震的发生。
【发明内容】
[0008]本发明的一个实施方式是用于控制发动机的操作的独特系统。其他实施方式包括控制、最小化或以其他方式防止火花点火发动机内爆震的发生的独特方法、系统、设备和装置。通过附图和结合附图提供的描述，本发明的其他实施方式、形式、目的、方面、益处、特征和优点将变得更明显。
【附图说明】
[0009]图1是交通工具内所包含的系统的示意图。
[0010]图2是根据一个实施方式的发动机控制系统的示意图。
[0011]图3是根据一个实施方式的发动机的部分示意图。
[0012]图4是根据一个实施方式的图1中所示的进气系统的示意图。
[0013]图5是根据另一实施方式的发动机控制系统的部分示意图。
[0014]图6是图2的实施方式中使用的排气系统的实施方式的示意图。
[0015]图7是图2的实施方式中可用的废气再循环系统的实施方式的示意图。
[0016]图8至图11是图2的实施方式中可用的燃料输送系统的某些实施方式的示意图。
[0017]图12是图2的实施方式中可用的废气再循环系统的替代性实施方式的示意图。
[0018]图13是图2的实施方式中可用的废气再循环系统的另一替代性实施方式的示意图。
[0019]图14是用于控制EGR系统的多个方面的系统的示意图。
[0020]图15是可控CAC系统的示意图。
[0021]图16是可控CAC系统的另一实施方式的示意图。
[0022]图17是可控CAC系统的另一实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了促进对本发明原理的理解，下面将参照图中示出的实施方式，具体语言将被用于描述这些实施方式。然而，应理解，不打算对本发明的范围进行限制。对本发明相关的领域技术人员来说，所述实施方式中的任何替换和进一步的修改，以及文中所述的本发明原理的任何其他应用都被认为是通常能够想到的。
[0024]图1是设置在具有燃料罐12的交通工具11内的发动机10的视图。虽然交通工具11示出为中型卡车，但交通工具11可替代性地可以是任何其他交通工具类型，诸如轻型或重型卡车、半牵引车、公共汽车、轿车、SUV、大客车或不同类型的陆上行驶交通工具。在其他实施方式中，交通工具11可以是潜水艇或飞行器类型的。在某些实施方式中，发动机10被用于非交通工具应用的应用中。如将更加详细地描述，发动机控制系统可设置为控制、最小化或以其他方式防止发动机10内的爆震的产生。
[0025]参照图2，示例性发动机控制系统100包括发动机10，发动机10具有进气歧管1a和排气歧管10b。在所示实施方式中，发动机控制系统100包括流体地联接至进气歧管1a的进气系统102，该进气系统从压缩机104接收压缩的进气。示例性系统100包括EGR系统108，EGR系统108通过第一气门109a和/或通过第二气门109b接收排气，并使废气返回至压缩机104上游的位置。任何压缩机104或每个压缩机都可以使直接驱动压缩机104(例如，增压器)、和/或涡轮增压器的压缩机侧(例如，见参照图5的描述)。
[0026]本领域技术人员应认识到，系统100可布置为低压EGR系统108。相对于高压EGR系统(未示出)，低压EGR系统108提供较低的泵送损失，并且进一步在发动机排气侧提供较低的反压，从而减少汽缸中的剩余气体并因此减少发动机经历爆震的倾向。在某些实施方式中，EGR系统108输送压缩机104 (高压EGR系统)的下游处的返回的废气，使该废气返回至位于第一压缩机上游且位于第二压缩机(未示出)下游的位置，或使该废气返回至这两个压缩机(未示出)上游的位置。在某些实施方式中，EGR系统108的返回位置可通过E⑶116选择，并且EGR系统108的返回位置是能够由E⑶116控制以减少发动机爆震的可能性的示例性发动机操作参数。
[0027]EGR系统108的入口位置可处于排气系统106上游的位置，可处于排气系统106下游的位置，和/或可处于排气节流器114上游的位置。在某些实施方式中，排气节流器114是可控的(但不限于)以为EGR系统108提供反压和流控制。在某些实施方式中，系统100不包括排气节流器114。示例性系统100示出第一气门109a作为设置在EGR系统108上游的EGR气门。在某些实施方式中，第一气门109a设置在EGR系统108的下游但处在EGR流返回至发动机10的入口侧之前。在某些实施方式中，省略了第二气门109b。在某些实施方式中，EGR系统108的入口位置能够通过E⑶116选择，并且EGR系统108的入口位置是能够由ECU 116控制以减少发动机爆震的可能性的示例性发动机操作参数。
[0028]在某些实施方式中，控制器构造为功能地执行控制器的操作。本文中包括ECU 116的描述强调ECU 116的多个方面的结构独立性，并示出ECU 116的操作和职责的一个分组。执行类似整体操作的其他分组应理解为落入本申请的范围内。ECU 116元件可被实施为硬件和/或非瞬态计算机可读存储媒介上的计算机指令，并且ECU 116元件可分布在各种硬件或基于计算机的部件上。
[0029]示例性和非限制性ECU 116实施元件包括提供本文中确定的任何值的传感器、提供为本文中确定的值的先导(precursor)的任何值的传感器、数据链路和/或网络硬件，网络硬件包括通信芯片、振荡晶体、通信链路、线缆、双绞线、同轴线、屏蔽线、发射器、接收器、和/或收发器、逻辑电路、硬接线逻辑电路、根据ECU 116规格配置的处于具体非瞬态的可重新配置逻辑电路、至少包括电致动器、液压致动器或其他致动器的任何致动器、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、除法器、增益元件)、和/或数字控制元件。
[0030]系统100还包括燃料输送系统110，燃料输送系统110可操作地联接至发动机10。燃料输送系统110包括任何本领域已知的燃料输送系统110以输送发动机10可用的燃料类型。示例性燃料输送系统110包括具有端口燃料喷射和/或直接喷射的汽油系统、汽油可通过端口燃料喷射和/或直接喷射进行输送的汽油和柴油系统、通过端口燃料喷射和/或直接喷射输送化学计量的燃料的燃料输送系统110、以及输送化学计量的燃料和压缩点火燃料的燃料输送系统110、其中化学计量的燃料能够通过端口燃料喷射和/或直接喷射进行输送。如本文中所使用，化学计量的燃料是在正常操作中用于与化学计量量的氧气充分结合的燃料，虽然非化学计量方程也可用于瞬时或甚至扩展的操作。对于某些应用，化学计量的80%、90%和95%的下限的示例性氧气量，以及化学计量的105%、110%和120%的上限的示例性氧气量基本是化学计量的，本发明对此并没有限制。
[0031]示例性系统100还包括可变气门正时(VVT)系统112。系统100中示出的部件是示例性且非限制性的，并且各种部件在某些实施方式中可以存在或可被省去。
[0032]系统100还包括E⑶116。通常，E⑶116与发动机控制系统100的部件可通信地联接。示例性连接在图2中示出，然而，在任何给定实施方式中，可以不存在所示连接，和/或可以存在额外的连接。ECU116形成处理子系统的一部分，该处理子系统包括一个或多个计算设备，该一个或多个计算设备包括存储、处理以及通信硬件。ECU 116可以是单个设备或分布式设备，并且控制器的功能可以通过硬件或软件来实现。
[0033]图2中示出的示例性、非限制性的连接通过虚线表示。虚线上的背离E⑶116的箭头表示ECU 116构造为将控制信号发送至各种部件以控制部件的操作。虚线上朝向ECU116的箭头表示ECU 116构造为从各部件接收表示与部件的操作相关的参数的操作信号。任何示出的连接都可附加地或可替代性地可通过数据链路或网络被ECU 116利用，或者可被提供至为可由ECU 116读取的存储位置。
[0034]示例性E⑶116包括处理器(未示出)，处理器构造为执行定义各控制、管理和/或调节功能的操作逻辑。这种操作逻辑可具有专用硬件的形式，诸如硬接线状态机、编程指令、和/或本领域技术人员将会想到的不同形式。处理器可被设置为单个部件、或一组可操作地联接的部件；并且可包括数字电路、模拟电路、或这些类型的混合。当具有多部件形式时，该处理器可具有相对于彼此远程定位的一个或多个部件。该处理器可包括多个处理单元，这些处理单元布置为独立地、以流水线处理布置、以并行处理布置、和/或以本领域技术人员将会想到的不同布置进行操作。
[0035]在某些实施方式中，该处理器是固态、集成电路型可编程微处理设备，该设备包括一个或多个处理单元和存储器。该处理器可包括一个或多个信号调节器、调制器、解调器、运算逻辑单元(ALU)、中央处理单元(CPU)、限幅器、振荡器、控制时钟、放大器、信号调节器、滤波器、格式转换器、通信端口、钳位器、延时设备、存储设备、和/或本领域技术人员可以想到的不同电路或功能部件以执行期望的控制、管理、和/或调节功能。存储设备可包括一个或多个部件并且可以是任何易失性或非易失性类型，包括固态型、光学媒介型、磁性型、这些类型的任何组合、或本领域技术人员可想到的不同布置。在一种形式中，处理器包括计算