用于改善高稀释发动机的运转的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于改善以高水平的排气再循环(EGR)运转的发动机运转的系统和方法。该方法可以对包括向其他发动机汽缸提供外部EGR的专用EGR汽缸的发动机特别有用。
【背景技术】
[0002]发动机可以EGR稀释地运转，以改善发动机燃料经济性和排放。当到发动机汽缸的EGR流增加时，发动机可以更少节流地运转；然而，发动机的燃烧稳定性可能退化。由于更缓慢地燃烧、降低的可燃性、向发动机汽缸供应的EGR量的变化以及当前EGR流速被确定的发动机工况的变化，发动机燃烧稳定性可能退化。例如，进气温度可以增加或降低，环境湿度可以增加或降低，燃料辛烷值可以变化，以及命令的EGR流速可以不精确地为产生的EGR流速。因此，可能希望开发一种在存在高水平稀释的情况下即使当工作变量可能变化时也能提供稳定的发动机燃烧的方法。
【发明内容】
[0003]本发明人在此已经认识到上面提到的使高稀释的发动机运转的缺点，并且已经开发了一种发动机运转方法，其包含:向一组汽缸喷射较低的氢气浓度燃料；以及响应于所述一组汽缸中的燃烧稳定性小于期望的燃烧稳定性，向一个或更多个专用EGR汽缸增加较高氢气浓度燃料的燃料喷射量。
[0004]通过增加被喷射到向其他发动机汽缸供应排气的汽缸中的较高氢气浓度燃料量，对于以较高水平的排气稀释运转的发动机来说，能够改善发动机燃烧稳定性。例如，专用EGR汽缸(例如，在没有来自其他汽缸的排气的情况下，引导其排气流的至少一部分以向发动机汽缸提供外部EGR的汽缸)的空燃比可以富至比产生专用EGR汽缸的排气中的过量氢气而在专用EGR汽缸中燃烧的气态空气燃料混合物的化学计量空燃比更富的空燃比。可以向其他发动机汽缸提供来自专用EGR汽缸的排气，其中过量氢气可以改善燃烧稳定性。并且，由于向专用EGR汽缸供应的燃料具有较高氢气浓度，因此相比于在专用EGR汽缸中燃烧与在发动机的其余汽缸中燃烧的较低氢气浓度燃料相同的较低氢气浓度燃料的情况下，可以在排气中供应较高水平的过量氢气。以此方式，能够使高EGR稀释的发动机以期望水平的燃烧稳定性运转。
[0005]本发明可以提供若干优点。具体地，该方法可以改善高EGR稀释的发动机的燃烧稳定性。另外，该方法可以提供改善发动机燃烧稳定性的简化的成本有效的方式。此外，该方法可以允许发动机在轻负荷与低发动机转速下更有效和稳定地运转。
[0006]当单独参照以下说明书或连同结合附图参照以下说明书时，本发明的上述优点和其他优点以及特征将是显而易见的。
[0007]应当理解，提供以上概述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】
[0008]当单独或参照附图考虑时，通过阅读实施例的示例(在本文中也被称为【具体实施方式】)，将会更充分地理解本文中所描述的优点，其中:
[0009]图1是发动机的示意图；
[0010]图2-4示出了可以在较高EGR流速下表现出改善的燃烧稳定性的发动机的示例性变化；
[0011]图5和6示出了用于向在图1-4中示出的发动机供应燃料的示例性燃料系统的示意图；
[0012]图7和8示出了用于当使发动机以较高汽缸充气稀释运转时改善发动机的燃烧稳定性的示例性方法。
【具体实施方式】
[0013]本发明涉及使发动机以高稀释的汽缸混合物运转。发动机汽缸混合物可以使用作为燃烧空气燃料混合物的副产物的再循环排气而被稀释。再循环的排气可以被称为EGR。图1-4示出了可以在较高汽缸充气稀释水平下运转的示例性发动机构造。在图5和6中的燃料系统可以使发动机能够在较高的汽缸充气稀释水平下运转。图7和8的方法可以允许发动机在较高的汽缸充气稀释水平下以期望水平的发动机燃烧稳定性运转。
[0014]参照图1，内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，其中发动机10包含如在图2-4中示出的多个汽缸，在图1中示出了多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36被设置在汽缸壁32中并被连接至曲轴40。飞轮97和环形齿轮99被耦连至曲轴40。启动器96包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮95以啮合环形齿轮99。启动器96可以被直接安装到发动机的前面或发动机的后面。在一些示例中，启动器96可以通过带或链向曲轴40选择性地供应扭矩。在一个示例中，当不与发动机曲轴接合时，启动器96处于基本状态。
[0015]燃烧室30被示为经由各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53独立地运转。进气门调整器85相对于曲轴40的位置提前或延迟进气门52的相位。此外，进气门调整器85可以增加或减小进气门升程量。排气门调整器83相对于曲轴40的位置提前或延迟排气门54的相位。另外，排气门调整器83可以增加或减小排气门升程量。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55来确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57来确定。在燃烧室30是专用EGR汽缸的一部分的情况下，可以独立于其他发动机汽缸来调整气门52和54的正时和/或升程量，使得可以相对于其他发动机汽缸增加或减小专用EGR汽缸的汽缸空气充气。以此方式，向发动机汽缸供应的外部EGR可以超过汽缸充气质量的25%。外部EGR是从汽缸的排气门栗送出来并经由汽缸进气门返回到汽缸的排气。另外，通过调整那些相应汽缸的气门正时，可以独立于专用EGR汽缸来调整除EGR汽缸之外的汽缸的内部EGR量。内部EGR是在燃烧事件之后留在汽缸中并且是汽缸中用于随后的燃烧事件的混合物的一部分的排气。
[0016]低氢气浓度燃料喷射器66被示为设置为将低氢气浓度燃料直接喷射到汽缸30内，其是本领域技术人员公知的直接喷射。可替代地，低氢气浓度燃料可以被喷射至进气道，本领域技术人员称之为进气道喷射。低氢气浓度燃料喷射器66向燃烧室30供应具有相对低的氢气原子数量的燃料(例如，汽油)。较高氢气浓度燃料喷射器68向燃烧室30供应具有相对高的氢气原子数量的燃料(例如，CH4)。高氢气浓度燃料喷射器68可以向燃烧室30供应液体或气体燃料。在本文中示出的一些示例性发动机构造中，一些发动机汽缸可以仅从一个低氢气浓度燃料喷射器66或仅从一个高氢气浓度燃料喷射器68接收燃料。在其他示例发动机构造中，发动机汽缸可以从两种类型的燃料喷射器66和68接收燃料。
[0017]进气歧管44被显示为与可选电子节气门62连通，电子节气门62调整节流板64的位置，以控制从进气装置42到进气歧管44的空气流量。在一些示例中，节气门62和节流板64可以被设置在进气门52与进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。驾驶员要求的扭矩可以根据由加速器踏板传感器134感测的加速器踏板130的位置来确定。当驾驶员的足部132操作加速器踏板130时，从加速器踏板传感器134输出表示驾驶员要求的扭矩的电压或电流。
[0018]响应于控制器12，无分电器点火系统88经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126被显示为耦接至催化转化器70上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧传感器可以替代UEGO传感器126。
[0019]在一个示例中，转化器70可以包括多块催化剂砖。在另一示例中，可以使用每个均具有多块砖的多个排放控制装置。在一个示例中，转化器70可以是三元型催化剂。
[0020]控制器12在图1中被示为传统的微型计算机，其包括:微处理器单元102、输入/输出端口 104、只读(非临时性)存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和传统的数据总线。控制器12被示为接收来自耦接至发动机100的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括:来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);来自耦接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。大气压力也可以被感测(传感器未示出)，以由控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴的每次旋转产生预定数量的等间隔脉冲，根据其可以确定发动机转速(RPM)。
[0021]在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四个冲程循环:循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般来说，在进气冲程期间，排气门54关闭，而进气门52打开。空气经由进气歧管44引入燃烧