专利名称：发动机系统及其控制方法
发动机系统及其控制方法本申请是于2010年6月12日提交的名称为“发动机系统及其控制方法”的中国专利申请201010203973.7的分案申请。
技术领域：
本发明涉及一种发动机系统及其控制方法。
背景技术：
在发动机起动期间，可使用多种方法在汽缸内使空气和燃料充分混合以便提供更充分的燃烧以及由此更少的多种排气成分的排放。例如，一些车辆可通过液体燃料或者气体燃料运转或者通过二者运转。在这些系统中，现有方法教导特别是在发动机起动期间，相较大于液体燃料，气体燃料可优选地用于改善混合，特别是在发动机冷起动(未暖机)状况期间。例如参考美国专利US5，566，653。然而，本发明的发明人已经认识到这种方法带来的一些问题。如一个示例，当使用火花延迟以促进排气温度提高并且从而催化剂起燃更快时，火花延迟的量值可由气体燃料的燃料特性限定。即，当新鲜空气与气体燃料的空燃比设定为轻微稀化学计量(以减少NOx形成)，部分因为气体燃料的充分混合状态而基本不具有富况包(rich pockets)(富况包可辅助点火)，可限制火花延迟的量值。换句话说，使用气体燃料用于发动机起动存在矛盾局面，即由于更充分的燃烧，气体燃料的改善混合有助于减小发动机排放，然而其劣化了发动机增加排气热量(其用于更快速地提升用于与发动机排放反应的排气催化剂的温度)的能力。
发明内容根据本发明一个方法，提供一个至少部分解决上述矛盾的示例方法为控制具有带有火花塞的汽缸的发动机的方法。该方法包括在发动机起动期间，至少在发动机循环的进气冲程期间或之前喷射气体燃料至汽缸以形成充分混合的总体稀化的空气-燃料混合物，并且随后至少在发动机循环的压缩冲程和膨胀冲程中一个期间直接地喷射液体燃料至汽缸以在火花塞附近形成富化空气-燃料云；及经由火花点火发动喷射的燃料燃烧。在一个示例中，所有燃烧的燃料中大部分可为气体燃料。这样，能够因为大部分燃料为气体并且充分混合(并且为稀化学计量)而实现低发动机排放，也能够进一步延迟火花正时并且通过由液体燃料喷射形成的富况云实现可靠的燃烧。注意的是可以多种方式提供气体燃料喷射，例如直接喷射或进气道喷射或中央喷射(进气歧管喷射)。此外，取决于工况，液体燃料可以多种比例提供至新鲜空气喷射以及至气体燃料喷射。 根据本发明另一方面，提供一个至少部分解决上述矛盾的示例方法为控制具有汽缸的发动机的方法，该方法包括:对于第一燃烧事件，向汽缸喷射气体燃料而不喷射液体燃料并且输送第一火花延迟量以燃烧气体燃料；及对于后续燃烧事件，喷射气体燃料并且喷射液体燃料至汽缸并且输送第二火花延迟量以燃烧气体燃料和液体燃料，第二火花延迟量大于第一火花延迟量。这样，该第一燃烧事件(其可为从停止开始的初始燃烧事件，其中汽缸在前一个循环未燃烧)能够可靠地实现低发动机排放的燃烧，但随后一个或多个后续燃烧事件(例如在多个气体燃料的燃烧事件之后)能够利用增加的火花延迟以更快速地增加催化剂温度。特别地，在后续燃烧事件期间已经转动的发动机进一步改善了以富况云实现可靠燃烧的能力，其中第二火花正时比本来可能的火花正时延迟很多。此外，在一个示例中，通过以气体燃料起动发动机，并且特别地不需要对第一燃烧事件过度加注燃料(即以化学计量或稀化学计量燃烧)，仍然能够实现减少排放的可靠燃烧。因此，由于避免了燃料蒸发问题能够减少燃料过度加注，例如对从停止开始的第一燃烧事件。根据本发明又一方面，提供一种系统，包含:具有至少第一汽缸和第二汽缸的发动机；第一汽缸和第二汽缸均具有连接至其上的液体燃料喷射器和气体燃料喷射器；连接至发动机的涡轮增压器；及连接至发动机的控制系统，控制系统具有在其上编码的指令的计算机存储介质，指令包含:以在从发动机起动的停止开始的第一燃烧事件期间至少在第一汽缸的发动机循环的进气冲程期间或之前从气体燃料喷射器喷射气体燃料至第一汽缸以形成充分混合的总体稀化空气-燃料混合物的指令；在第一汽缸内发动至少喷射的气体燃料的火花燃烧的指令；及以在发动机的点火顺序上紧接着第一燃烧事件的第二燃烧事件期间至少在第二汽缸的发动机循环的进气冲程期间或之前喷射气体燃料至第二汽缸以形成充分混合的总体稀化空气-燃料混合物，并且至少在第二汽缸的发动机循环的压缩冲程和膨胀冲程中一个期间从液体燃料喷射器直接地喷射液体燃料至第二汽缸以至少在火花塞附近形成富化空气-燃料云；及在第二汽缸内发动喷射的燃料的火花燃烧的指令。
图1描绘了内燃发动机的一个汽缸的示例实施例。图2显示了在燃烧事件期间PFI和DI喷射的示意图。图3-6显示了在 多种发动机工况下的燃料共同加注系统控制的方法。图7显示了由驾驶员的踩加速踏板发动的涡轮增压器增压的示例。
具体实施方式图1中描述了车辆发动机系统，其可以单独喷射和/或同时喷射进燃烧室内的气体燃料和液体燃料运转。在一个示例中，气体燃料可包括天然气(CNG)，并且液体燃料可包括直接喷射(DI)的汽油。如图2的示例图表所说明，在发动机起动期间，可使用充分混合的气体燃料喷射与在靠近火花塞处形成的富化云的液体燃料一起以使得能够获得增加的火花正时延迟。图3描述了控制发动机的燃料喷射和其它运转参数的示例方法，其中调节液体和/或气体燃料喷射的量和正时彼此协调以在发动机起动期间实现可靠的燃烧，并且减小发动机排放和更快的催化剂起燃。另外地，可经由图4中描述的液体燃料和气体燃料喷射的协调解决催化剂过热保护。如图5-6的程序所述以及图7的图表所说明，液体和气体燃料喷射的协调控制还可用于更快地控制发动机扭矩，例如解决涡轮增压器延迟。现参考附图，图1描绘了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可至少部分由包括控制器12的控制系统和由车辆操作者132经过输入装置130的输入控制。在这个例子中，输入装置130包括加速踏板和用于成比例地产生踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(例如汽缸)30可包括带有定位于其内的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可连接至曲轴140以便使活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可经由中间传动系统连接至车辆的至少一个驱动轮。而且，起动马达可经由飞轮连接至曲轴140以开始发动机10的起动运转。汽缸14能够经由多个进气道142、144和146接收进气。进气道166能够与除了汽缸14之外的发动机10的其它汽缸连通。在一些实施例中，进气道中一个或多个可包括增压装置例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1显示了发动机10配置有包括设置在进气道142和144之间的压缩器174和沿排气道148设置的排气涡轮176的涡轮增压器。压缩器174可为至少部分地经由轴180由排气涡轮176驱动，在这里增压装置配置为涡轮增压器。然而，在其它示例中，例如在发动机10设有涡轮增压器的情况下，可选地省略排气涡轮176，其中压缩器174可由来自马达或发动机的机械输入驱动。可沿发动机的进气道设有包括节流板164的节气门162用于改变提供至发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图1所示，节气门162可设置在压缩器174的下游，或者可替代地提供在压缩器174上游。排气通道148能够从除汽缸14之外的发动机10的其它汽缸接收排气。排气传感器128显示为连接至排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可为用于提供排气空燃比指示的任何适合的传感器，例如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO (排气氧传感器)、HEG0 (加热型EGO)、氮氧化物、碳氢化合物或一氧化碳传感器。排放控制装置178可为三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、多种其他排放控制装置或其组合。发动机10可包括总体上在194处指示的排气再循环(EGR)系统。EGR系统194可包括沿EGR管道198设置的EGR冷却器196。引外，EGR系统可包括沿EGR管道198设置的EGR阀197以调节再循环至进气歧管144的排气量。发动机10的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸14显示为包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可包括位于该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可经由驱动器152同控制器12控制。类似地，排气门156可经由驱动器154由控制器12控制。在一些状况期间，控制器12可改变提供至驱动器152和154的信号以控制各自进气门和排气门的打开和关闭正时和/或提升量。进气门150和排气门156的位置可由各自的气门位置传感器(未显示)确定。气门驱动器可包括电动气门驱动或凸轮驱动，或它们的组合。在凸轮驱动的示例中，每个凸轮驱动系统可包括一个或多个凸轮并且可利用由控制器12运转以改变气门运转的轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中一个或多个。例如，汽缸14可替代地包括经由电动气门驱动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。在其它实施例中，进气门和排气门可由共用气门驱动或驱动系统，或可变气门正时驱动器或驱动系统控制。在一 些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于发动燃烧的火花塞192。点火系统190能够响应在选定运转模式下来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例下，可省略火花塞192，例如在这样的情况下发动机10可由自动点火或在一些柴油发动机的情况下通过燃料喷射发动燃烧。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置有提供燃料至其上的一个或多个用燃料喷射器。如一个非限制性示例，汽缸14显示为包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166显示为直接地连接至汽缸14用于将燃料与经由电子驱动器168从控制器12接收的FPW信号的脉冲宽度成比例地喷射进其内。这样，燃料喷射器166将燃料以称为燃料直接喷射的方式提供至燃烧汽缸14内。尽管图1显示了喷射器166为侧面喷射器，其也可位于活塞的顶部，例如靠近火花塞192的位置处。可通过第一燃料系统(其可为包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的液体(例如汽油、乙醇，或它们的组合)燃料系统)将燃料输送至燃料喷射器166。在如图1所示的一个示例中，燃料系统172可包括燃料箱182和燃料传感器184 (例如液面高度传感器)以探测燃料箱182内的存储量。可替代地，可通过处于较低压力的单级燃料泵输送燃料，在这样的情况下，在压缩冲程期间可比如果在使用高压燃料系统时更多地限制直接燃料喷射正时。燃料喷射器170显示为设置在进气道146内，而非汽缸14内，在这样的配置下其提供了称之为燃料进气道喷射(下文称为PFI)进汽缸14的进气道上游。燃料喷射器170可与经由电子驱动器171从控制器12接收的信号脉冲宽度FPW-2成比例地喷射燃料。可通过第二燃料系统(其可为高压燃料系统，包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道)173将燃料输送至燃料喷射器170。在如图1所示的一个示例中，燃料系统173可包括加压的气体燃料箱183和燃料压力传感器185以探测燃料箱183内的燃料压力。注意的是如所描述的单个驱动器168或171可用于两个燃料喷射系统，或者可使用多个驱动器，例如驱动器168用于燃料喷射器166并且驱动器171用于燃料喷射器170。燃料系统173可为气体燃料系统。例如，气体燃料可包括CNG、氢气、LPG、LNG等，或它们的组合。不同燃料的输送可称为燃料类型，这样可通过相对于气体燃料喷射相对较多或较少的液体燃料来改变燃料类型，反之亦然。图1中控制 器(或控制系统)12显示为微型计算机，包括微处理器单元106、输入/输出端口 108、用于可执行的程序和检定值的电子存储介质(在本具体例子中显示为只读存储器芯片110)、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。控制器12可从连接至发动机10的传感器接收多种信号，除了之前论述的那些信号，还包括:来自质量空气流量传感器124的引入质量空气流量(MAF)测量值、来自连接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)、来自连接至曲轴140霍尔效应传感器120 (或其他类型)的脉冲点火感测信号(PIP)、来自节气门位置传感器的节气门位置TP和来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可由控制器12从脉冲点火感测PIP信号生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管内的真空或压力指示。注意的是可使用上述传感器的多种组合，例如不具有MAP传感器而具有MAF传感器，反之亦然。在化学计量运转期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器与检测到的发动机转速一起可提供进入汽缸内的充气(包括空气)的估算。在一个例子中，也可用作为发动机转速传感器的传感器120可在曲轴每转产生预定数目的等距脉冲。如上所述，图1仅显示了多缸发动机的一个汽缸。同样，每个汽缸可类似地包括其自有组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
现参考图2，显示了发动机燃烧循环200的示例燃烧事件的进气道燃料喷射器和直接喷射器喷射脉冲的示意图。在一个示例中，在循环200期间的燃烧事件可为发动机起动期间从停止开始的第一燃烧事件，例如在发动机转动起动运转期间，其中发动机经由起动马达旋转。在另一个示例中，燃烧事件可为从停止开始的第一燃烧事件之后的后续燃烧事件，例如从停止开始的汽缸内的第二、第三、第四或后面的燃烧事件。在又一个示例中，燃烧事件可为在发动机RPM提高至速度阈值之上之后，但在达到催化剂起燃烧温度之前的燃烧事件。图表202显示了在燃烧循环200期间的燃烧室14的进气门(即150)的进气门曲线(206)和排气门(即156)的排气门曲线(204)。图表202的x轴显示曲柄角，说明了活塞的上止点(TDC)和下止点(BDC)。火花事件在212处发生，其显示为刚好在压缩冲程的TDC之后。尽管图表202显示了示例气门正时、气门升程和火花正时，可包括多种修改，例如在这里描述的那些。例如，尽管图表202显示了火花正时刚好在压缩冲程的TDC之后，也可将火花正时调节得更早或更迟，例如在压缩冲程的结束时。图表214显示了在循环200期间汽缸的进气冲程期间(即在进气门打开期间喷射)的CNG进气道燃料喷射器(PFI)喷射脉冲218的示例正时。可替代地，PFI喷射可在进气门打开之前(在关闭进气门期间喷射)，由虚线216显示。尽管说明了关闭和打开气门喷射两种，也可使用多种可替代的正时，例如部分在关闭进气门期间喷射而部分打开进气门期间喷射。取决于工况，除了可变喷射正时(即喷射正时的可变开始)，也可以使用可变喷射量(即持续时间)。此外， 可调节燃料喷射量以维持汽缸/排气内的化学计量空燃比。在发动机运转期间，在进气冲程期间或之前的气体燃料(例如CNG)的进气道燃料喷射与流进燃烧室内的新鲜空气混合，从而使得气体燃料和新鲜空气能够形成充分混合的混合物。图表220显示了燃烧循环200内的直接喷射器(DI)脉冲222的示例正时。DI喷射液体燃料(例如汽油、乙醇、或它们的组合)至燃烧室14内。可基于发动机转速、发动机温度(例如由ECT传感器测量)和/或其它发动机工况调节DI液体燃料脉冲222的正时。具体地，在发动机运转期间，设置DI喷射的正时以使得燃料在点火所需的正时在靠近火花塞处形成富况包。当所述火花正时延迟时，可相应地延迟DI燃料喷射以使得火花塞附近的富况包的形成与火花正时一致。参考图3-7描述了控制多种喷射和正时的额外的细节。图3显示了在发动机起动期间用于开始以进气道喷射气体燃料(例如CNG)和直接地喷射液体燃料(例如汽油、汽油-乙醇混合物等)共同向发动机10的汽缸供应燃料的示例控制程序300。首先，在302处，程序确定发动机冷起动状况(例如发动机从非暖机状况起动)是否出现。可基于发动机关闭持续时间、发动机冷却剂与环境温度的对比、和/或多种其它参数识别这些状况。当302处的回答为否时，程序继续至304。在304期间，在发动机起动期间，发动机以单燃料喷射(例如气体燃料喷射)运转。例如，在暖机发动机起动、发动机再起动等期间，可使用单燃料喷射。当发动机在302处在冷起动状况下起动时，程序继续至306。在306处，程序确定是否已经完成从停止(例如从发动机起动的停止开始的第一燃烧事件)开始初始燃烧。例如，起始燃烧可允许发动机转速超过阈值，例如发动机RPM>600。如果这样，程序继续至308。如果不是，即使在发动机冷起动期间也可依照304为第一燃烧事件加注燃料。因此，在一个示例中，在发动机冷起动期间在从停止开始的起始燃烧事件期间直至发动机完成起始燃烧和/或直至发动机RPM大于给定阈值可执行304处的运转。继续参考图3，在308处程序确定是否能够共同加注燃料。可监测多种工况以限定开始燃料共同加注的范围，例如环境温度在选择的范围内、环境压力处于选择的范围内等。如果308处的回答为否，程序再次继续至304。否则，程序继续至310以基于发动机工况(例如RPM、催化转化器温度、火花延迟等)确定进气道喷射气体燃料(例如CNG)的量以及直接喷射液体燃料(例如乙醇、汽油，或它们的混合物)的量。接下来，在312处基于燃料喷射的量和正时以及发动机工况确定直接喷射的液体燃料的喷射正时和火花延迟。液体燃料喷射的量和正时可依赖于火花延迟量。在一个示例中，随着液体燃料喷射量的增加可增加火花正时的延迟量。液体燃料喷射量的增加改善了实现与富况云可靠燃烧的能力，允许比其它可能情况更显著地延迟火花正时。在其它示例中，如果火花延迟增加，可增加直接喷射的燃料量以维持富况云以实现可靠的燃烧。可替代地，可相对于火花延迟而延迟直接喷射的正时。此外，取决于燃烧事件(例如在从停止开始的第二或后续燃烧事件期间)，至少在发动机循环的进气冲程期间或之前将进气道喷射的燃料喷射至汽缸以形成发动机循环的进气冲程期间或之前将进气道喷射的燃料喷射进汽缸以形成充分混合的总体稀况的空气-燃料混合物，并且至少在发动机循环的压缩冲程和膨胀冲程中一个期间将直接喷射的燃料喷射至汽缸以在火花塞附近形成富况空气-燃料云，并且火花点燃喷射的燃料。因此，当在起动期间执行共同加注燃料时，相对于在304处的单燃料加注，可提供额外的火花延迟。在一个示例中，例如在从开始的后续燃烧事件期间或在发动机转速已经维持阈值转速(例如600RPM)之后，总燃料中的大部分为气体燃料，并且进一步地经由富况云可额外地延迟火花正时同时仍然维持足够的燃烧稳定性。这样，能够在大部分燃烧的燃料为气体时实现低的发动机排放以及充分混合时(及稀化学计量)，并且当开始共同加注燃料时也能够进一步延迟火花正时并且经由液体燃料喷射形成的富况云实现可靠的燃烧。在发动机转速达到阈值转速之后开始燃料共同加注的示例中，起始燃烧事件在后面的燃烧事件期间可考虑已知转动的发动机以进一步通过富况云和比其它可能的情况更显著延迟的火花正时改善实现可靠燃烧的能力。如一个示例，在从停止开始第一燃烧事件期间，可将气体燃料而不是液体燃料喷射(304处)至汽缸。可输送第一火花延迟量值以燃烧气体燃料。随后，如果对于后续燃烧事件(例如在没有气体燃料的多个燃烧事件之后，或紧接着第一燃烧事件)开始共同加注燃料，可提供进气道喷射的气体燃料和直接喷射的液体燃料。可在具有第一燃烧事件的汽缸之后(根据汽缸点火顺序)的第二汽缸内发生后续的燃烧事件。可替代地，其可为在具有第一燃烧事件的汽缸内的后续(例如第二、第三等)燃烧事件。继续后续的燃烧事件运转，可将气体燃料和液体燃料都喷射至汽缸内并且第二火花延迟量(其可不同于并且比第一火花 延迟量更延迟)用于在后续的燃烧事件期间燃烧气体燃料和液体燃料。此外，在后续燃烧事件期间喷射的气体燃料量可少于在前次燃烧事件期间喷射的燃料量。这样，前次事件(没有气体燃料)能够以低发动机排放实现可靠的燃烧，而随后后面的燃烧事件能够利用增加的火花延迟以更快速地增加催化剂温度，同时实现低发动机排放。例如，喷射充分混合的气体燃料(例如CNG)能够导致相对于液体燃料更充分地燃烧，还喷射一些液体燃料喷射以改善燃烧稳定性，通过增加的火花延迟能够以更快地速度增加排气温度导致更快的催化剂起燃。此外，对于更后面的燃烧事件，仅可使用液体燃料(例如汽油)，因为汽油具有比气体燃料(例如CNG)更低的催化剂起燃温度。在这个示例中，在达到催化剂起燃之前，使用气体燃料和液体燃料喷射(连同例如进一步延迟的火花正时)，并且随后一旦催化剂接近液体燃料起燃温度，燃烧可被转换至大部分(例如全部)的液体燃料喷射。图4显示了当发动机在402处以至少CNG运转时用于降低催化剂温度的示例控制程序400。在这个示例中，如果催化转化器的温度和/或排气温度高于在404处预定的温度阈值(其在一个示例中为催化转化器的耐用性相关的最大运转温度)，则在406处增加后DI喷射(例如在排气冲程期间)以减小排气温度。液体燃料的蒸发为吸热的，吸取热量以蒸发从而减小了排气温度。例如，在暖机状况期间，如果发动机为涡轮增压并且在峰值扭矩正时(MBT)对于进气道喷射的CNG以火花运转，通过增加液体燃料喷射可冷却发动机的排气温度。在一个示例中，响应排气温度上升至上温度阈值可增加液体燃料喷射的量同时继续喷射气体燃料并且无需延迟火花正时。可替代地，如果在402处发动机没有以CNG运转或者如果催化转化器和/或排气的温度低于预定阈值，则在408处维持当前的直接喷射、进气道燃料喷射和/或后直接喷射(如果需要)。现参考图5- 7，描述了有利地通过气体燃料喷射操纵新鲜空气的置换量的多种运转。具体地，图5-7描述了调节喷射至发动机的汽缸的液体燃料和气体燃料用于快速地瞬时扭矩控制。当发动机正以增压或开始增压运转时，可使用“快速作用”(fast acting)扭矩储备同时“较慢作用”(slower-acting)扭矩出现(在这个例子中为增压)。在一些工况或配置中，经由维持过度增压结合节流提供扭矩储备。尽管该方法在一些总部下可提供可接受的结果，在其它状况下这种过度增压的维持会减小燃料效率。如下面所述，临时地从气体燃料切换至液体燃料(或者调节喷射至汽缸的气体燃料和液体燃料量)可用于在发动机未节流时(稳态效率)时提供必备的快速作用扭矩。从其它参数的改变(例如气门正时)也可得到额外的快速作用扭矩储备。在气体燃料CNG的示例中，其能够置换高达13%的进气导致高达13%的较少峰值扭矩。然而，液体燃料实质上没有置换空气。从而通过在增加液体燃料喷射的同时减少气体燃料喷射，即使没有调节节流、增压、发动机转速、气门正时等时也能够提供额外的新鲜空气。具体地，减少气体燃料能够增加吸入至汽缸内的新鲜空气汽缸充气。同样，额外的液体燃料喷射(以补偿减少的气体燃料并且补偿额外的新鲜空气)能够实现增加的新鲜空气以产生相应增加的发动机扭矩(例如当从仅CNG燃料转换至仅液体燃料时提升高达额外的13%)。尽管调节燃料喷射能够影响扭矩，也可结合采取额外的措施以进一步调节扭矩，例如减小节流、增加增压等。此外，除了通过减少喷射至汽缸的气体燃料(并且增加喷射至该汽缸的液体燃料)增加汽缸新鲜空气充气，通过增加喷射至汽缸的气体燃料(并且减少喷射至该汽缸的液体燃料)能够减少汽缸充气。因此，该调节不仅能够调节汽缸充气，也能够维持汽缸和排气空燃比。而且，这种汽缸内空气量的调节能够提供快速的瞬时扭矩效应，因为它们受歧管填充效率限制较少。当应用液体燃料和气体燃料喷射的调节以提供瞬时扭矩控制时，其也可有利地考虑调节的授权范围。例如，如果提供了发动机扭矩的大部分瞬时增加，随后在稳态状况期间，燃料加注可偏向更多气体燃料喷射(以使得能够减少气体燃料)。因此，在一个示例中，程序(例如图5中)可提供用于在可有利地应用瞬时扭矩增加的状况(例如低转速、低增压水平)期间平衡液体燃料和气体燃料的相对量。现参考图5，其显示了示例程序500，其用于通过调节进气道喷射的燃料和直接喷射的液体燃料喷射量调节瞬时扭矩。在这个示例中，在502处基于发动机工况(例如，扭矩要求、发动机RPM、催化转化器温度、火花延迟)确定进气道喷射的气体燃料和直接喷射的液体燃料喷射之间的基础分离。该基础分离代表了对于给定工况稳态所需的液体燃料和气体燃料喷射的相对量。如上所述，在摩尔基础上，在低转速、低负载状况期间，会有相对高的气体燃料量(例如80%)，而在高转速和/或高负载状况期间，会有相对低的气体燃料量(例如50%)。如果在504处没有识别瞬时扭矩要求，则在506处维持基础水平而无需进一步调节。然而，如果在504处识别瞬时扭矩要求并且在508处当前气体/液体燃料量提供至少一些授权范围，随后基于510处的瞬时扭矩和授权范围调节进气道喷射的气体燃料和直接喷射的液体燃料喷射量，如在图6中进一步详述。对气体燃料和液体燃料量进行调节使得维持化学计量的空燃比，例如调节气体燃料喷射量以调节至汽缸的新鲜空气的置换量并且调节液体燃料喷射量以匹配汽缸内所调节的新鲜空气。如果需要，在512处进一步调节扭矩驱动器(例如节气门)以便维持化学计量空燃比，和/或进一步调节汽缸充气/发动机扭矩。一个瞬时扭矩要求的具体示例包括，在怠速运转和/或低车辆速度和低发动机转速状况(其中涡轮增压器转速相对较低) 期间和/或当增压水平低于阈值量时。例如，在怠速控制期间可响应所需发动机怠速转速和实际发动机怠速转速之间的差值调节汽缸的扭矩。在这些状况下，基础分离可设置为基本上全部是气体燃料喷射。随后，响应驾驶员要求(例如驾驶员踩加速踏板)和相应的所需发动机扭矩增加，可显著地减少气体燃料喷射并且增加液体燃料喷射(以不仅补偿减少的气体燃料，也补偿增加的新鲜充气)。这种操作能够在涡轮增压器响应驾驶员踩加速踏板而加速的同时填补发动机扭矩。这样，能够实现更快的车辆响应，提供改善的客户满意度。图6显示了示例程序600，其用于通过基于在504处的瞬时扭矩要求调节气体燃料和液体燃料喷射的量增加或减小发动机扭矩。如果在602处要求的扭矩增加，例如响应增压水平或驾驶员需求，则在604处减小气体喷射量并且增加液体喷射量。如果在606处需要减小扭矩，例如在怠速控制期间响应超速状况，则在608处减少液体燃料喷射量并且增加气体燃料喷射量。在一个示例中，至少通过进气道喷射的气体燃料(例如CNG)运转并且在较低的发动机转速下以涡轮增压器运转以及减小的增压状况运转的发动机能够显示对驾驶员踩加速踏板的改善的响应。例如，如果发动机正仅以CNG运转，随后大约13%的汽缸新鲜空气充气可由气体燃料置换。在这个示例中，可通过增加液体燃料喷射量同时减少气体燃料喷射量增加汽缸新鲜空气充气以维持化学计量空燃比。增加喷射至汽缸的液体燃料同时减少(例如停止)喷射至汽缸的气体燃料从而可以增加汽缸空气充气以及发动机的扭矩。具体地，液体燃料喷射增加不仅补充气体燃料的减少，而且进一步包括额外的燃料以匹配减少的气体燃料喷射。汽缸新鲜空气充气的增加以及相应的汽缸扭矩能够“填补”(fill-1n)通常在等待涡轮增压器响应踩加速踏板而加速旋转时经历的涡轮增压延迟。注意的是多种其它调节可进一步包括在图5-6的程序内，例如在这里描述的瞬时运转期间经由EGR阀197对EGR系统194的调节。例如，在出现踩加速踏板涡轮延迟的状况期间可减少排气再循环，从而扩大了经由气体燃料喷射调节的新鲜空气充气调节的授权范围，因为EGR也置换新鲜空气并且能够稀释扭矩授权范围。如另一个示例，爆震的考虑也可包括在调节喷射至发动机汽缸的气体燃料和液体燃料的相对量，因为一些气体燃料喷射会比一些液体燃料喷射具有较高的爆震消除。例如，在怠速期间的踩加速踏板的示例情况下，如上所述有利地减少气体燃料喷射。然而，这种操作会增加发动机爆震的可能性。因此，在发动机爆震更加可能的状况(例如，增加的环境温度和减小的环境湿度)期间，在图6中采用的瞬时扭矩增加量(例如在踩加速踏板涡轮增压器加速旋转状况期间)与不大可能发生发动机爆震的状况(例如减小的环境温度和增加的环境湿度)相比可有所减小。此外，可基于来自发动机爆震反馈采用对气体燃料和液体燃料喷射的瞬时扭矩调节的多种修改，其中尽管扭矩要求会要求减少气体燃料喷射，当已经探测到发动机爆震时可取代这样的要求。同样，可允许主要为液体燃料喷射，但是要求从MBT延迟火花以考虑到爆震抑制燃料。这倾向于增加排气能量，其可有利于涡轮增压器涡轮增压加速旋转。火花延迟部分弥补了由于燃料置换空气减少的扭矩增加。现参考图7，显示了说明在从减小的增压状况的踩加速踏板的示例中的图5-6的进一步详细示例运转的示例。图表说明了能够瞬时实现并且从而掩饰涡轮增压器延迟的增加的发动机扭矩响应。在这个示例中，在700处发生驾驶员踩加速踏板，其可导致在702处的相位进入点704处打开节气门。在702处打开节气门增加输送至汽缸的进气。由于在相位进入点704处的歧管压力706低于第一阈值量708，响应于驾驶员踩加速踏板700在712处减少喷射气体燃料(例如CNG)的进气道燃料喷射器。在点716处增加直接喷射器(其可在714处喷射使得维持化学计量汽缸空燃比的液体燃料量)以便在点712处的进气道喷射的气体燃料减少时维持化学计量汽缸空燃比。进气道喷射的气体燃料量的减少导致如曲线730所示的部分空气压力的增加。当从气体燃料切换至液体燃料，例如在相位点704处，部分空气压力接近MAP (虚线732所示)并且部分喷射的燃料的压力(所虚线734所示)接近零。在一个示例中，其中进气道喷射的气体燃料为CNG，在712处减少CNG可导致如在718处所示并且相对于气流本来情况(没有气体燃料调节720)更多的新鲜空气充气。在718处的额外的新鲜充气可导致涡轮增压器延迟效应722的减小。在这个示例中，一旦涡轮增压器已经加速旋转，燃料喷射可切换回CNG，尽管处于比相位进入更慢的改变速度。在图7的示例中，当歧管空气压力达到第二阈值724时，进气道喷射的气体燃料在728 (相位离 开点)处逐渐地增加。相应地在726处减少直接喷射的液体燃料喷射以便维持化学计量汽缸空燃比。在相位离开点728和726处，进气道喷射的气体燃料和直接喷射的液体燃料喷射量的增加和减少分别地增加以维持所需授权范围。在这个场景下，增加的液体燃料喷射提供了比气体燃料等同减少更多的额外的液体燃料以考虑到不再由气体燃料置换的增加的汽缸新鲜空气。注意的是包括在这里的多种程序可一起使用或单独使用，如需要可与多种发动机和/或车辆系统配置一起使用。例如，在发动机冷起动期间使用进气道喷射的气体燃料而不用液体燃料喷射，另使用气体燃料和液体燃料的协调以控制发动机扭矩和/或解决涡轮增压器延迟仍然落入本发明的范围内。这里描述的具体程序可代表任意数量处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。同样，可以以所说明的顺序执行、并行执行所说明的各种步骤或功能，或在一些情况下有所省略。同样，处理的顺序也并非实现此处所描述的实施例所必需的，而只是为了说明和描述的方便。尽管没有明确说明，可根据使用的具体策略，可重复实现一个或多个说明的步骤或功能。此外，这些附像化表示了编程入控制器12中的计算机可读存储介质的编码。应进一步了解，此处公开的配置与例程实际上为示例性，且这些具体实施例不应认定为是限制性，因为可能存在多种变形。例如，上述技术可应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸、和其他发动机类型。本发明的主题包括多种系统与配置以及其它特征、功能和/或此处公开的性质的所有新颖和非显而易见的组合与子组合。本申请的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次组合。这些权利要求可引用“一个”元素或“第一”元素或其等同物。这些权利要求应该理解为包括一个或多个这种元素的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元素。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和次组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求得到主张。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，也被认为包括在本发明主题内。
权利要求
1.一种控制具有汽缸的发动机的方法，所述方法包含 对于第一燃烧事件，向所述汽缸喷射气体燃料而不喷射液体燃料并且输送第一火花延迟量以起动所述气体燃料的燃烧；及 对于后续燃烧事件，向所述汽缸喷射气体燃料并且喷射液体燃料并且输送第二火花延迟量以起动所述气体燃料和液体燃料的燃烧，所述第二火花延迟量大于所述第一火花延迟量。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一燃烧事件和后续燃烧事件处于发动机起动期间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述后续燃烧事件在所述发动机的发动机点火顺序上紧接在所述第一燃烧事件之后，所述发动机具有多个汽缸；在所述后续燃烧事件中喷射的气体燃料量少于在所述第一燃烧事件中喷射的气体燃料量。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一燃烧事件为从停止开始的所述第一燃烧事件，并且所述后续燃烧事件为所述第一燃烧事件之后的多个燃烧事件。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述后续燃烧事件在所述第一燃烧事件之后并且在发动机转速提升高于速度阈值之后。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包含基于发动机转速和发动机冷却剂温度中一个或多个对于所述第一燃烧事件调节液体燃料喷射正时不同于所述后续燃烧事件。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述后续燃烧事件的液体燃料喷射正时随着火花正时延迟而延迟，所述后续燃烧事件的所述液体燃料喷射的延迟量基于所述后续燃烧事件的液体燃料喷射量。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包含调节所述后续燃烧事件的液体燃料喷射的量，其中所述量随着第二火花延迟量增加而增加。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包含响应排气温度上升至上温度阈值，增压所述发动机的进气，并且在暖机状况期间，增加液体燃料喷射的量同时继续喷射气体燃料而不延迟火花正时。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一燃烧事件为从停止开始的所述第一燃烧事件，并且所述后续燃烧事件是在达到催化剂起燃温度之前；所述方法进一步包含对于在所述后续燃烧事件之后的第三燃烧事件，一旦达到所述催化剂起燃温度喷射液体燃料而不喷射气体燃料。
全文摘要
本发明描述了多种示例方法，其中一个包括在发动机起动期间控制喷射气体燃料和液体燃料至汽缸的方法。具体地，至少在发动机循环的进气冲程期间或之前喷射气体燃料至汽缸以形成充分混合的总体稀化空气-燃料混合物，并且随后至少在发动机循环的压缩冲程和膨胀冲程中一个期间直接地喷射液体燃料至汽缸以在火花塞附近形成富化空气-燃料云；经由火花点火发动喷射的燃料燃烧。在一个示例中，富况云使得实现额外的火花延迟，并且从而实现更快的催化剂起燃，同时维持可接受的气体燃料的燃烧稳定性。
文档编号F02D43/00GK103256136SQ201310182980
公开日2013年8月21日 申请日期2010年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者G·苏尼拉, R·D·珀西富尔 申请人:福特环球技术公司