选择性汽缸停用的系统和方法
【专利说明】选择性汽缸停用的系统和方法
[0001]本申请要求于2014年7月7日提交的美国临时专利申请案N0.62/021，621 “SYSTEM AND METHOD FOR SKIP FIRE”的优先权，该申请案的全部内容通过引用为所有目的而并入本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及内燃机中的跳转点火(skip fire)操作。
【背景技术】
[0003]为了提高在低负荷状况期间的燃料经济性，一些发动机可以被配置为以选择汽缸停用模式来操作，其中发动机的一个或多个汽缸经由例如禁用进气和/或排气门致动、中断燃料喷射和/或禁止对停用的汽缸火花点火来停用。在以选择汽缸停用模式(也被称为“跳转点火”)操作期间，总的发动机的燃料量可以被重新分配给点火的汽缸，这增加了每个汽缸负荷并且减小栗送工作，从而增加燃料经济性并且改善排放。被选择用于停用的汽缸可以随着每个发动机的循环而变化，使得每个发动机的循环中有不同的汽缸或汽缸组合被停用。此外，每个发动机循环中所停用的汽缸数量可以随着发动机工况的变化而变化。
[0004]在具有进气道燃料喷射(PFI)系统的发动机中，跳转点火期间的空燃比控制由于燃料被喷射的时间与充气被计算的时间之间的延迟而可能会受到挑战。具体地，在PFI系统中，通常在气缸的燃料被喷射的同时，该汽缸的进气门被关闭，以提供所需的燃料的蒸发和混合。然而，在进气门再次打开和关闭之后，在该汽缸中捕集的空气量随后被确定为至多两个发动机转数。在跳转点火策略下，进气歧管动力可以在该时间中显著变化(例如，发动机可以转换进或离开跳转点火操作)，从而产生与最初预计的充气不同的充气，并且因此产生与预期不同的空燃比。
[0005]一种用于提高跳转点火发动机中的空燃比控制的方法包括经由直接喷射(DI)系统喷射燃料，因为当更新的充气计算可用时，DI喷射可以在很久之后发生。然而，在此，发明者已经认识到，在部分负荷状况下，由于提高的空燃混合，较低的栗送工作以及较低的燃料栗寄生损失，PFI提供比DI更好的效率。因此，仅借助DI来操作可以导致燃料经济性的降低。
【发明内容】
[0006]由于以上的问题，发明人在此已经设计了一种在维持进气道喷射的燃料经济性利益的同时在发动机的跳转点火操纵期间提供增加的空燃比控制的方法。在一个实施例中，一种方法包括，在跳转点火模式期间，进气道喷射第一燃料量到发动机的汽缸，该第一燃料量基于汽缸的第一预定充气量并且使期望空燃比稀化，以及直接喷射第二燃料量至该汽缸，第二燃料量基于第一燃料量和汽缸的第二计算充气量。
[0007]以这种方式，提供给汽缸的大部分燃料可以经由进气道喷射而被喷射，从而提供增强的燃料蒸发和混合以及较低的栗送功。经由进气道喷射所喷射的燃料量可以有意地使期望空燃比稀化(lean)，其中该期望空燃比基于该汽缸的估计充气量来计算。随后，在发动机循环之后，当汽缸中捕集的充气的实际量可以被计算时，燃料的附加量可以经由直接喷射来提供以使整体空燃比达到期望空燃比。
[0008]本公开可以提供几个优点。例如，经由进气道喷射来喷射大多数燃料，可以保持期望的燃料经济性。通过随后在发动机循环中经由直接喷射而提供燃料的“补足(make-up)”喷射，可以保持期望空燃比，即使是当由于以跳转点火模式来操作而使进气歧管压力和增压空气流变化时。
[0009]根据以下单独或结合随附附图而进行的详细描述，本描述的以上优点、其他优点以及特征将变得显而易见。
[0010]应了解，以上概述被提供以便以简化的形式引入概念的选择，这些概念进一步在详细的描述中被描述。这不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由详细说明书随附权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题不限于解决以上所提到的任何缺点或本公开的任何部分中的实施例。
【附图说明】
[0011]图1示出多汽缸发动机中的单个汽缸的示意图。
[0012]图2示出根据原发动机点火顺序的在无跳转点火情况下的发动机操作的示例性汽缸点火图。
[0013]图3示出根据控制的点火顺序的在跳转点火情况下的发动机操作的示例性汽缸点火图。
[0014]图4是被配置为通过跳转点火来操作发动机的高阶流程图。
[0015]图5是示出用于在跳转点火模式期间调整燃料喷射的方法的流程图。
[0016]图6是根据图5的方法的发动机操作的示例性发动机操作图。
[0017]图7是示出用于在跳转点火期间感测燃烧事件的方法的流程图。
[0018]图8是根据图7的方法的发动机操作的示例性汽缸点火图。
【具体实施方式】
[0019]通过跳转点火来操作发动机可以提高在诸如低发动机负荷的某些工况期间的燃料经济性和排放，其中在每个发动机循环期间发动机的至少一个汽缸被跳转(skipped)并且不被点火。图1示出被配置为通过跳转点火来操作的发动机，并且图2-3示出图1的发动机以非跳转点火模式(图2)和跳转点火模式(图3)的汽缸点火图。相应地，图1的发动机可以包括控制器以执行一个或多个用于进行跳转点火操作的方法，诸如图4所示的方法。
[0020]在跳转点火操作的某个时间段期间，诸如，在转换进或者转换离开跳转点火期间，进气歧管动力可以改变，这使得汽缸的空燃比控制变得困难，尤其是针对进气道燃料喷射系统。如以下更详细描述的，在跳转点火期间可以执行分离喷射/多次喷射(splitinject1n)程序，其中某些燃料在汽缸循环的早期部分期间(当气缸充气的精确估计更具挑战性时)经由进气道喷射而被喷射，并且燃料的补足脉冲在汽缸循环的稍后部分(当捕集的气缸充气被更精确地测量时)期间经由直接喷射器而被喷射。图5示出用于进行分离喷射/多次喷射程序的方法，而图6示出在图5的执行期间示例性发动机操作图。
[0021]此外，虽然一些跳转点火操作可以包括进气门/排气门致动、燃料喷射和火花点火的停用，但是其他跳转点火操作可以保持火花，甚至在停用的汽缸中。此外，气门停用机制可能不完全可靠。在跳转点火操作期间，如果燃料蒸气存在于增压空气(例如，其来自于燃料蒸气罐净化，或者来自于强制的正曲轴箱通风系统)中，并且停用的气缸的进气和排气门意外被致动时，在停用的汽缸中可能发生非计划的燃烧事件，从而导致扭矩扰动。为了最小化在跳转点火期间非计划的汽缸事件所带来的影响，可以经由电离传感来监测燃烧状态，并且如果非计划的燃烧事件发生在预定要跳转的气缸，则发动机的点火顺序可以被动态地更新以跳转下一个预定被点火的汽缸，从而保持所要求的扭矩。图7示出用于监测在跳转点火期间燃烧的方法。图8示出包括动态更新的点火顺序的示例性汽缸点火图。
[0022]图1描述了内燃发动机10的燃烧室或气缸的示例实施例。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统和通过来自车辆操作者130经由输入设备132的输入来控制。在这个示例中，输入设备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(即，燃烧室)14可以包括与位于其内的活塞138接触的燃烧室壁136。活塞138可以被耦接到曲轴140，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由传输系统而被耦接到载客车辆中的至少一个驱动轮。进一步，起动电动机可以经由飞轮而被耦接到曲轴140，以使发动机10能够起动操作。
[0023]汽缸14可以经由一系列的进气通道142、144以及146接收进气。进气通道146 (其另外被称为进气歧管)可以与除汽缸14外的发动机10的其它汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可以包括升压装置，诸如，涡轮增压器或机械增压器(supercharger)。例如，图1示出被配置为具有涡轮增压器的发动机10，该发动机包括设置在进气通路142和
144之间的压缩机174和沿排气通道148设置的排气涡轮176。压缩机174可以至少部分地通过排气涡轮176经由轴180供电，其中升压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其它示例中，诸如，在其中发动机10被设置具有机械增压器的示例中，排气涡轮176可以被可选择地省略，其中压缩机174可以通过由来自电机电动机或发动机的机械输入来供电。包括节气板164的节气门162可以沿发动机的进气通道而被设置，用于改变提供给发动机汽缸的进气的流率和/或压力。例如，节气门162可以被设置在如图1所示的压缩机174的下游，或者可替代地设置在压缩机174的上游。
[0024]排气通道148可以接收来自除汽缸14以外的发动机10的其他汽缸的排气。示出的排气传感器128被耦接到排放控制装置178的排气通道148的上游。传感器128可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适传感器，诸如线性氧传感器或UEG0(通用或宽范围排气氧)、双态氧传感器或EG0(如所述)、HEG0(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、Ν0χ阱、各种其它排放控制装置或它们的组合。
[0025]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，示出的汽缸14包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升气门150和至少一个排气提升气门156。在一些实施例中，包括汽缸14的发动机10的每个汽缸可以包括位于汽缸上部区域的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。
[0026]进气门150可以通过控制器12经由致动器152来控制。类似地，排气门156可以通过控制器12经由致动器154来控制。在某些状况期间，控制器12可以改变提供给致动器152和154的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和闭合。进气门150和排气门156的位置可以通过相应的气门位置传感器(未示出)来确定。气门致动器可以是电动气门致动式或凸轮致动式或它们的组合。进气门正时和排气门正时可以同时被控制或者任何可能的可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时可以被使用。每个凸轮致动系统可以包括一个或多个凸轮，并且可以利用凸轮轮廓切换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可以由控制器12操作以改变气门操作的可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。例如，汽缸14可替换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。在其他实施例中，进气门和排气门可以通过共同的气门致动器或致动系统，或可变气门正时致动器或致动系统来控制。
[0027]在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四个冲程循环:该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常，排气门156关闭并且进气门150打开。空气经由进气歧管146被引入到燃烧室14，并且活塞138移动到汽缸的底部，以便增加燃烧室14内的体积。活塞138靠近汽缸底部且处于其冲程的结束(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)的位置通常被本领域技术人员称作下止点(