专利名称：用于防止爆震的系统以及对该系统进行控制的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于防止爆震的系统以及对该系统进行控制的方法。更加具体而言，本发明涉及这样一种用于防止爆震的系统以及对该系统进行控制的方法，其通过在发生爆震的情况下将包含了具有高辛烷量的乙醇的副燃料喷射到燃烧室中，从而防止了爆震。
背景技术：
大体而言，可以通过在高压缩比下操作发动机或者减小发动机的尺寸来提高火花点火式汽油发动机的效率。然而，如果在压缩比下操作发动机或者减小了发动机尺寸的话， 可能会发生爆震并且爆震的发生可能会恶化发动机的性能。在燃烧冲程的末尾，燃烧室中的尾气区域的压力和温度可能会增大并且燃料可能会自燃。由于燃料的自燃可能会发生爆震。如果发生了爆震，则燃料迅速燃烧并且活塞可能会由于振动而被损坏。此外，由于在达到了最大压力之后燃烧力迅速降低，使用可能会使发动机的性能恶化。根据现有技术，为了防止爆震的发生，降低了发动机的压缩比或者延迟了点火定时。在这种情况下，发动机的性能可能会恶化并且可能会降低燃料的经济性。此外，已经发展出了，将具有较高辛烷量的乙醇而不是汽油直接喷射到燃烧室，并且乙醇被适配成通过利用强烈的漩涡流而移动到尾气区域。然而，利用漩涡流来喷射乙醇的方法无法应用于漩涡流很微弱的汽油直喷式的发动机。此外，如果通过利用漩涡流而将乙醇移动至尾气区域的话，则可能无法确保操作的精密度。公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面提供了一种用于防止爆震的系统，其具有的优点是通过在漩涡流薄弱的汽油直喷式发动机中喷射乙醇而防止了爆震的发生。在各个实施方案中，提供了一种用于防止爆震的系统，其通过将乙醇直接喷射到尾气区域而具有很高的操作可靠性。在各个实施方案中，提供了一种能够对用于最佳地防止爆震的系统进行控制的控制方法。根据本发明的各个实施方案的用于防止爆震的系统可以包括汽缸；活塞，该活塞在所述汽缸内进行往复运动，所述活塞与汽缸形成了燃烧室，并且该活塞具有中心轴线；第一喷射器，该第一喷射器安装在所述汽缸的上表面，并且与所述活塞的中心轴线相距一定距离，且该第一喷射器将包含了汽油的主燃料直接喷射到所述燃烧室内；第二喷射器，该第二喷射器在所述活塞的中心轴线上安装在所述汽缸的上表面，且该第二喷射器将包含了乙醇的副燃料直接喷射到所述燃烧室内；以及火花塞，该火花塞布置在所述汽缸的上表面并邻近所述第二喷射器。所述第二喷射器可以被适配成将所述副燃料喷射成中空的直圆锥形状。所述直圆锥形状的面对面的母线之间的夹角可以为150° -160°。所述第二喷射器可以被适配成在所述第一喷射器喷射所述主燃料之前喷射所述副燃料。所述第二喷射器可以是向外开口类型的喷射器。所述第一喷射器可以倾斜于所述活塞的中心轴线来喷射所述主燃料。根据本发明的其他方面的对用于防止爆震的系统进行控制的方法可以包括检测发动机的状态变量；根据所述发动机的状态变量来控制所述主燃料的喷射；控制点火；确定是否发生了爆震；并且在发生爆震的情况下控制所述副燃料的喷射。所述副燃料可以被喷射成中空的直圆锥形状。所述直圆锥形状的面对面的母线之间的夹角可以为150° -160°。在控制所述副燃料的喷射的周期的过程中，所述副燃料可以被适配成在喷射所述主燃料之前进行喷射。在发生爆震的情况下，可以对所述副燃料的喷射的控制进行重复，直到所述副燃料的喷射量达到了目标喷射量。在所述副燃料的喷射量达到所述目标喷射量的情况下，如果发生爆震的话，则可以对发动机的操作进行控制。对所述发动机的操作进行控制可以包括如下步骤中的至少一个减少空气-燃料混合物的压缩比和延迟点火定时。本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式
中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式
中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式
共同用于解释本发明的特定原理。
图1是根据本发明各个实施方案的示例性的用于防止爆震的系统的横截面图。图2是根据本发明的示例性的第二喷射器的局部横截面图。图3是框图，其显示了用于根据本发明的示例性的用于防止爆震的系统的示例性控制方法中使用的控制部分的输入和输出的关系。图4是用于控制根据本发明的示例性的用于防止爆震的系统的示例性方法的流程图。图5是根据本发明的乙醇和汽油的示例性喷射定时的示意图。
具体实施例方式接下来将具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的实例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施方案。如图1所示，根据本发明各个实施方案的用于防止爆震的系统安装在发动机的汽缸11的上表面14。活塞10安装在汽缸11内，该活塞10由于空气-燃料混合物的燃烧而在汽缸11内往复运动。燃烧室12形成在活塞10的上表面和汽缸11的上表面14之间。汽缸11的上表面14上形成了一对进气孔16，每个进气孔16上安装了进气气门 18，从而开启或者关闭进气孔16。此外，汽缸11的上表面14上形成有一对排气孔，并且每个排气孔上安装有排气气门，从而开启或者关闭所述排气孔。所述一对进气孔16和一对排气孔分别对称于包含了活塞10的中心轴线χ的平面而形成。第一喷射器20安装在汽缸11的上表面14并与活塞10的中心轴线χ相距一定距离。该第一喷射器20将包含了汽油的主燃料直接喷射到燃烧室12当中。第一喷射器20 倾斜于活塞10的中心轴线χ而朝活塞10的上表面喷射主燃料。从第一喷射器20中喷射出的主燃料在活塞10的上表面处反射并移动至汽缸11的上表面14。为了对主燃料的移动进行导向，可以在活塞10的上表面处形成凹进。第二喷射器22在活塞10的中心轴线χ上安装于汽缸11的上表面14。该第二喷射器22将包含了乙醇的副燃料喷射到燃烧室12中。特别而言，该第二喷射器22将副燃料直接喷射到燃烧室12内的尾气区域。为此，第二喷射器22将副燃料喷射成中空的直圆锥形状。亦即，从第二喷射器22中喷射的副燃料根据直圆锥的母线而被伸展至尾气区域(靠近汽缸套)。由于喷射到尾气区域的副燃料具有比主燃料更高的辛烷量，因此不会发生爆震。此外，由于副燃料的蒸汽压力很高，因此当副燃料的蒸汽和热点的产生被压制的时候， 周围温度降低。火花塞M布置在汽缸11的上表面14并靠近第二喷射器22。在活塞10的上表面处进行反射的主燃料靠近火花塞M而移动。参考图2，将会进一步详细地描述第二喷射器22的结构。如图2所示，第二喷射器22包括壳体30和针状物32，且该第二喷射器22是向外开口类型的喷射器。壳体30为圆柱形，倾斜于活塞10的中心轴线χ的第一倾斜表面36形成在壳体30 的下端部分的内圆周处。用于使得针状物32往复运动的电磁体安装在壳体30的上部。针状物32在壳体30内往复运动并且喷射副燃料。在针状物32和壳体30之间具有间隙，从而形成了副燃料通道，副燃料穿过该副燃料通道而移动。针状物头部34形成在针状物32的下端部，并且对应于第一倾斜表面36的第二倾斜表面38形成在针状物头部34 的上端部。因此，如果第一倾斜表面36和第二倾斜表面38相接触的话，则不会喷射副燃料， 并且如果第二倾斜表面38与第一倾斜表面36分开的话，则副燃料被喷射到燃烧室12。此外，第一倾斜表面36和第二倾斜表面38限定了从第二喷射器22中喷射的副燃料的喷射方向。如果在电磁铁上施加电流，则针状物32向下移动并从壳体30中向下突出。在这种情况下，第一倾斜表面36和第二倾斜表面38互相分离，并且副燃料以中空的直圆锥形状沿着第一倾斜表面36和第二倾斜表面38而被喷射。如果并未在电磁铁上施加电流，则针状物32向上移动，并且第一倾斜表面36和第二倾斜表面38互相接触。因此，副燃料并未喷射到燃烧室12。如上所述，从第二喷射器22中喷射出的副燃料以中空的直圆锥形状而被喷射到燃烧室12中。此时，该直圆锥的面对面的母线之间的夹角可以是150° -160°。从第二喷射器22中喷射出的副燃料由于该夹角而被直接喷射到燃烧室12内的尾气区域(亦即， 靠近汽缸套)。因此，可以防止主要在尾气区域附近发生的爆震。在各个实施方案中，第二喷射器22定位在活塞10的中心轴线χ上。同时，喷射到燃烧室12的副燃料的压力可以是 50-200巴(bar)。该压力与主燃料的压力类似。此外，副燃料的目标喷射量可以是主燃料喷射量的3^-5 ^如图3所示，发动机速度传感器42、进气传感器44、节气门开度传感器46、进气温度传感器48和爆震传感器50电连接至控制部分60。发动机速度传感器42通过曲柄轴的相位改变而检测发动机的转速，并且将与该转速对应的信号传送至控制部分60。进气传感器44对从外部流入的新鲜空气的流量进行检测，并且将对应于该流量的信号传送至控制部分60。节气门开度传感器46检测根据油门踏板的操作而进行操作的节气气门的开度， 并将对应于该开度的信号传送至控制部分60。可以使用油门踏板位置传感器来取代节气门开口传感器46，但是应当理解，在本说明书和权利要求书当中，节气门开度传感器46包括油门踏板位置传感器。进气温度传感器48检测从外部流入的新鲜空气的温度，并且将与其对应的信号传送至控制部分60。爆震传感器50安装在汽缸盖或者汽缸体上，该爆震传感器50从燃烧时产生的振动来确定是否发生了爆震，并将与其对应的信号传送至控制部分60。控制部分60基于从上述传感器中接收的发动机的状态变量而确定主燃料的喷射量和喷射定时、副燃料的喷射量和喷射定时、以及点火定时。发动机的状态变量包括发动机速度、新鲜空气的流量和温度以及节气气门的开度。此外，控制部分60根据主燃料的喷射量和喷射定时、副燃料的喷射量和喷射定时以及点火定时来控制第一喷射器20、第二喷射器22和火花塞M的操作。参考图4，将会详细描述根据本发明各个实施方案的用于防止爆震的系统的控制方法。如图4所示，在步骤SlOO中，在发动机进行工作的状态下，传感器42、44、46、48和 50检测发动机的状态变量。在步骤SllO中，控制部分60基于传感器42、44、46、48和50所检测到的发动机的状态变量来确定主燃料的喷射量和喷射定时，并且该控制部分60根据主燃料的喷射量和喷射定时来控制汽油(主燃料)的喷射。如果通过控制部分60的控制，第一喷射器20将汽油喷射到燃烧室，则在步骤S120 中，控制部分60通过火花塞M来控制点火定时。之后，在步骤S130中，控制部分60从爆震传感器50中确定是否发生了爆震。当燃烧时产生的振动量大于预定振动量的时候，爆震传感器50确定发生了爆震。如果在步骤S130中并未发生爆震，则控制部分60返回至步骤SlOO并检测发动机的状态变量。如果在步骤S130中发生了爆震，则在步骤S140中，控制部分60控制通过第二喷射器22所进行的乙醇(副燃料)喷射。如上所述，乙醇被喷射为中空的直圆锥形状，并且被直接喷射到尾气区域。此外，乙醇并未被喷射了目标喷射量，而是在一个周期的过程中喷射了小于所述目标喷射量的预定量。将喷射了预定量的乙醇量相加。在步骤S150中，控制部分60确定相加的乙醇喷射量是否达到了目标喷射量。如果在步骤S150中相加的乙醇喷射量并未达到目标喷射量，则控制部分60返回到步骤S110，对汽油喷射和点火进行控制，并在发生爆震时控制乙醇喷射。如果在步骤S150中相加的乙醇喷射量达到了目标喷射量，则在步骤S160中，控制部分60确定那时是否发生了爆震。如果在步骤S160中并未发生爆震，则控制部分60完成了对用于防止爆震的系统进行控制的方法，并正常地控制发动机。如果在步骤S160中发生了爆震，则在步骤S170中，控制部分60对发动机的操作进行控制，以防止爆震的发生，而并不是增大乙醇的喷射量。如果乙醇喷射量大于目标喷射量的话可能会影响燃料的燃烧。因此，如果在乙醇已经喷射了目标喷射量的情况下发生了爆震的话，则对发动机的操作进行控制以防止爆震的发生，而不考虑发动机的输出损失。对发动机的操作的控制包括如下步骤中的至少一个降低空气-燃料混合物的压缩比和延迟点火定时。之后，控制部分60返回到步骤S160并确定是否发生了爆震。如图5所示，在喷射汽油之前来喷射乙醇。如果在喷射了汽油之后进行乙醇喷射， 则乙醇移动到尾气区域可能会受到汽油流动的阻碍。因此，在乙醇被喷射到燃烧室的尾气区域之后再进行汽油喷射。之后，对点火进行控制，从而防止发生爆震。如上所述，由于乙醇被喷射为中空的直圆锥形，因此根据本发明的各个实施方案， 乙醇被直接喷射到尾气区域。因此，本发明的示例性实施方案适于用于漩涡流薄弱的汽油直喷式发动机当中，并且可以提高操作的可靠性。此外，由于在汽油喷射之前对乙醇进行了喷射，因此可以利用最小的乙醇喷射量来获得最大的效果。为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语上或下等是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导， 可以进行很多改变和变化。对示例性实施方案进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。
权利要求
1.一种用于防止爆震的系统，包括 汽缸；活塞，该活塞在所述汽缸内进行往复运动，所述活塞在该汽缸内限定了燃烧室，并且所述活塞具有中心轴线；第一喷射器，该第一喷射器安装在所述汽缸的上表面，并且与所述活塞的中心轴线相距预定距离，且该第一喷射器将包含了汽油的主燃料直接喷射到所述燃烧室内；第二喷射器，该第二喷射器在所述活塞的中心轴线上安装在所述汽缸的上表面，且该第二喷射器将包含了乙醇的副燃料直接喷射到所述燃烧室内；以及火花塞，该火花塞布置在所述汽缸的上表面并邻近所述第二喷射器。
2.根据权利要求1所述的用于防止爆震的系统，其中所述第二喷射器将所述副燃料喷射成中空的直圆锥形状。
3.根据权利要求2所述的用于防止爆震的系统，其中所述直圆锥形状的面对面的母线之间的夹角为150° -160°。
4.根据权利要求1所述的用于防止爆震的系统，其中在所述第一喷射器喷射所述主燃料之前所述第二喷射器喷射所述副燃料。
5.根据权利要求1所述的用于防止爆震的系统，其中所述第二喷射器是向外开口的喷射器。
6.根据权利要求5所述的用于防止爆震的系统，其中所述第一喷射器与所述活塞的中心轴线呈一定角度来喷射所述主燃料。
7.根据权利要求1所述的用于防止爆震的系统，其中所述第二喷射器将所述副燃料直接喷射到所述燃烧室的尾气区域中。
8.一种对用于防止爆震的系统进行控制的方法，包括设置第一喷射器和第二喷射器，使得所述第一喷射器安装在汽缸的上表面并与活塞的中心轴线相距预定距离，且该第一喷射器将包含了汽油的主燃料喷射到燃烧室内，并且使得所述第二喷射器在所述活塞的中心轴线上安装于所述汽缸的上表面，且该第二喷射器将包含了乙醇的副燃料喷射到所述燃烧室内； 检测发动机的状态变量；根据所述发动机的状态变量来控制所述主燃料的喷射； 控制点火；确定是否发生了爆震；并且在发生爆震的情况下控制所述副燃料的喷射。
9.根据权利要求8所述的对用于防止爆震的系统进行控制的方法，其中所述副燃料被喷射成中空的直圆锥形状。
10.根据权利要求9所述的对用于防止爆震的系统进行控制的方法，其中所述直圆锥形状的面对面的母线之间的夹角为150° -160°。
11.根据权利要求8所述的对用于防止爆震的系统进行控制的方法，其中在控制所述副燃料的喷射的周期的过程中，在喷射所述主燃料之前喷射所述副燃料。
12.根据权利要求8所述的对用于防止爆震的系统进行控制的方法，其中在发生爆震的情况下，对所述副燃料的喷射的控制进行重复，直到所述副燃料的喷射量达到了目标喷射量。
13.根据权利要求12所述的对用于防止爆震的系统进行控制的方法，其中在所述副燃料的喷射量达到所述目标喷射量的情况下，如果发生爆震的话，则对发动机的操作进行控制。
14.根据权利要求13所述的对用于防止爆震的系统进行控制的方法，其中对所述发动机的操作进行控制包括如下步骤中的至少一个减少空气-燃料混合物的压缩比和延迟点火定时。
全文摘要
本发明公开了一种用于防止爆震的系统以及对该系统进行控制的方法，其通过在发生爆震的情况下将包含了具有高辛烷量的乙醇的副燃料喷射到燃烧室中，从而防止了爆震。所述用于防止爆震的系统可以包括汽缸；活塞，该活塞在所述汽缸内进行往复运动，所述活塞与汽缸形成了燃烧室，并且该活塞具有中心轴线；第一喷射器，该第一喷射器安装在汽缸的上表面，并且与活塞的中心轴线相距一定距离，且该第一喷射器将包含了汽油的主燃料直接喷射到燃烧室内；第二喷射器，该第二喷射器在活塞的中心轴线上安装在所述汽缸的上表面，且该第二喷射器将包含了乙醇的副燃料直接喷射到所述燃烧室内；以及火花塞，该火花塞布置在所述汽缸的上表面并邻近所述第二喷射器。
文档编号F02B69/02GK102486124SQ20111030223
公开日2012年6月6日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年12月3日
发明者李济珩 申请人:现代自动车株式会社