喷射正时的制作方法
【专利摘要】本发明涉及喷射正时，并且公开了用于确定内燃发动机中包括气体燃料的燃料喷射的开始的各种系统和方法。在一个实施例中，基于一个或更多个运行参数来确定内燃发动机的汽缸的进气管中的气体喷射的结束、气体喷射的持续时间和气体喷射的开始。进一步确定最早可能的气体喷射的开始，并且如果气体喷射的开始在所述最早可能的气体喷射的开始之前，则改变一个或更多个运行参数中的至少一个，使得气体喷射的开始不发生在所述最早可能的气体喷射的开始之前。
【专利说明】喷射正时
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2012年8月17日提交的德国专利申请N0.102012214676.8的优先权，其全部内容作为参考结合于此以用于全部目的。
【技术领域】
[0003]本发明涉及内燃发动机中的燃料喷射正时的确定。
【背景技术】
[0004]在灵活性燃料车辆中，内燃发动机可以用多于一种燃料类型运行。例如，这种内燃发动机可以用汽油和乙醇的混合物供能。其他的混合物也是可行的，在这些混合物中利用两种类型的液体燃料，或利用液体和气体燃料的混合物，例如汽油和压缩的天然气(GNG)的混合物。确定的液体和气体燃料的混合物的喷射正时必需考虑这些燃料的差别(例如，密度)。
[0005]在一些方法中，喷射正时由发动机控制单元依据曲轴角度来计算。更具体地说，对应于燃料喷射开始的曲轴角度除了根据发动机的负荷之外还可以根据发生燃料喷射的发动机的旋转速率来确定。
[0006]本文的发明人已经认识到这些方法的问题。具体说，对于气体燃料的喷射或包括液体和气体燃料的燃料混合物的喷射，基于发动机旋转速率和发动机负荷计算燃料喷射正时的例程可能是不足够的，同样地燃料可能需要更长的喷射持续时间。影响喷射正时的其他参数(例如，点火装置、进气歧管的物理尺寸等)不另外考虑。
【发明内容】
[0007]本发明提供用于在内燃发动机中确定包括气体燃料的燃料喷射的开始的系统和方法。
[0008]在一个示例中，根据一个或更多个运行参数来确定内燃发动机的汽缸的进气管中的气体喷射的结束、气体喷射的持续时间和气体喷射的开始。进一步确定最早可能的气体喷射的开始，并且如果气体喷射的开始在最早可能的气体喷射的开始之前，则改变一个或更多个运行参数中的至少一个，使得气体喷射的开始不发生在最早可能的气体喷射的开始之前。
[0009]以这种方式，促进了适合于包括至少一种气体燃料的燃料的燃料喷射。
[0010]从下面单独的或结合附图的【具体实施方式】将容易明白本发明的上述优点以及其他优点和特征。
[0011]应当理解，提供上面的概述是为了以简单的形式介绍选择的概念，所述概念在【具体实施方式】中进一步描述。这并不意味着确认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由【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任意部分中指出的任何缺点的实施方式。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1示出了涡轮增压发动机的方块图。
[0013]图2示意地示出了图1的发动机的汽缸的局部图。
[0014]图3示出了说明用于确定图1的发动机中的燃料喷射的开始的方法的流程图。【具体实施方式】
[0015]一些内燃发动机利用气体燃料，或如在灵活性燃料车辆中利用液体和气体燃料的组合(例如汽油和压缩的天然气)产生扭矩。在一些方法中，喷射正时根据诸如发动机旋转速率和发动机负荷等内燃发动机的运行参数来确定。但是，对于合适的气体燃料的喷射，由于通常需要较长的喷射时期，因此这种例程可能是不足够的。而且，这些例程不考虑影响燃料喷射的其他参数，包括诸如燃料喷射器和燃烧室之间的距离等发动机的物理特性。
[0016]本发明提供了用于确定内燃发动机中包括气体燃料的燃料喷射的开始的各种系统和方法。在一个实施例中，根据一个或更多个运行参数来确定内燃发动机的汽缸的进气管中的气体喷射的结束、气体喷射的持续时间和气体喷射的开始。进一步确定最早可能的气体喷射的开始，并且如果气体喷射的开始在最早可能的气体喷射的开始之前，则改变一个或更多运行参数中的至少一个，使得气体喷射的开始不发生在最早可能的气体喷射的开始之前。图1是涡轮增压发动机的方块图。图2示意地示出了图1中的发动机的燃烧室的局部图。图1中的发动机还包括构造成执行图3所示方法的控制器。
[0017]图1是示出示范性发动机10的示意图，发动机10可以包括在汽车的推进系统中。发动机10被示出具有四个汽缸30。但是，根据本发明可以使用其他数目的汽缸。发动机10可以由包括控制器12的控制系统以及来自车辆操作者132经由输入装置130的输入而被至少部分地控制。在这个示例中，输入装置130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的每个燃烧室(例如，汽缸)30可以包括具有设置在其中的活塞(未示出)的燃烧室壁。活塞可以连接到曲轴40，以便将活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统(未示出)连接到车辆的至少一个驱动轮。而且，起动机马达可以经由飞轮连接到曲轴40，以实现发动机10的起动操作。
[0018]燃烧室30可以经由进气道42接收来自进气歧管44的进气，并且可以经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管46可以经由相应的进气门和排气门(未示出)与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。
[0019]燃料喷射器50被示出位于进气歧管44中的每个燃烧室30的上游，并且构造成与从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地将燃料喷射到每个燃烧室的上游的进气口中，即为公知的进气道喷射构造，其中燃料喷射器是进气道喷射器。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的燃料系统(未示出)传输到燃料喷射器50。在一些实施例中，燃料喷射器可以可替换地或额外地直接连接到燃烧室30，以用于以直接喷射构造将燃料直接喷射到其中。在这个实施例中，例如，燃料喷射器可以安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。
[0020]进气道42可以包括分别具有节流板22和24的节气门21和23。在这个具体的示例中，节流板22和24的位置可以经由提供给包括节气门21和23的执行器的信号由控制器12改变。在一个示例中，执行器可以是电子执行器(例如电子马达)，通常称为电子节气门控制器(ETC)的结构。以这种方式，节气门21和23可以被操作以改变在其他发动机汽缸之中提供给燃烧室30的进气。节流板22和24的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气道42还可以包括用来为控制器12提供相应的信号MAF (质量空气流量)和MAP (歧管空气压力)的质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122。
[0021]排气道48可以接收来自汽缸30的排气。排气传感器128被示出在涡轮62和排放控制装置78的上游连接于排气道48。传感器128可以从用于提供排气空气/燃料比的指示的各种合适的传感器中选择，例如，线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、NOx, HC或CO传感器。排放控制装置78可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他的排放控制装置或其组合。
[0022]排气温度可以用位于排气道48中的一个或更多个温度传感器(未示出)测量。可替换地，排气温度可以根据诸如速度、负荷、空气燃料比(AFR)、点火延迟等发动机工况而推断。
[0023]在图1中控制器12被显示为微型计算机，包括:微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O) 104、在这个具体示例中被示为只读存储器芯片(ROM) 106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和数据总线。控制器12可以接收来自连接于发动机10的传感器的各种信号，除了前面提到的那些信号之外，还包括:来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自示意性地显示为在发动机10内的一个位置中的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接于曲轴40的霍尔效应传感器118 (或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);如所讨论的来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及如所讨论的来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管44中的真空或压力的指示。应当注意，可以用上述传感器的各种组合，例如没有MAP传感器的MAF传感器，或反之亦然。在按化学计量运行期间，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。而且，这个传感器与检测的发动机转速一起能够提供引进汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也能够用作发动机转速传感器的传感器118可以在曲轴40的每一转产生预定数量的等间隔的脉冲。在一些示例中，存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据和可以预计但未具体列出的其他变量编程，所述计算机可读数据表示由处理器102可执行的用于实施下面描述的方法的指令。
[0024]发动机10还可以包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，其至少包括沿进气歧管44设置的压缩机60。对于涡轮增压器，该压缩机60可以经由例如轴或其他连接装置至少部分地由涡轮62驱动。涡轮62可以沿着排气道48设置。可以提供各种布置以驱动压缩机。对于机械增压器，压缩机60可以至少部分地由发动机和/或电动机器驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或更多个汽缸的压缩量可以通过控制器12改变。在一些情况下，涡轮62可以驱动例如发电机64，以经由涡轮驱动器68向电池66提供电力。来自电池66的电力然后可以用来经由马达70驱动压缩机60。而且，传感器123可以设置在进气歧管44中，用来向控制器12提供BOOST(升压)信号。
[0025]进一步地，排气道48可以包括用来使排气转向离开涡轮62的废气门26。在一些实施例中，废气门26可以是多级废气门，例如两级废气门，其中第一级构造成控制升压压力，而第二级构造成增加至排放控制装置78的热通量。废气门26可以用执行器150操作，该执行器例如可以是电动执行器。在一些实施例中，执行器150可以是电动马达。进气道42可以包括压缩机旁通阀27，其构造成使压缩机60周围的进气转向。例如，废气门26和/或压缩机旁通阀27可以经由执行器(例如，执行器150)由控制器12控制，从而当希望更低的升压压力时，所述废气门26和/或压缩机旁通阀27被打开。
[0026]进气道42还可以包括增压空气冷却器(CAC) 80 (例如，中间冷却器)，以降低涡轮增压的或机械增压的进气的温度。在一些实施例中，增压空气冷却器80可以是空气对空气热交换器。在其他实施例中，增压空气冷却器80可以是空气对液体热交换器。
[0027]进一步地，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以将希望的排气部分经由EGR通道140从排气道48传输到进气道42。提供给进气道42的EGR的量可以经由EGR阀142由控制器12改变。而且，EGR传感器(未示出)可以设置在EGR通道中并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。可替换地，EGR可以根据来自MAF传感器(上游)、MAP (进气歧管)、MAT (歧管气体温度)和曲轴速度传感器的信号通过计算的值而被控制。而且，EGR可以根据排气O2传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)而被控制。在一些条件下，EGR系统可以用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出了将EGR从涡轮增压器的涡轮的上游发送到涡轮增压器的压缩机的下游的高压EGR系统。在其他实施例中，发动机可以额外地或可替换地包括将EGR从涡轮增压器的涡轮的下游发送到涡轮增压器的压缩机的上游的低压EGR系统。
[0028]现在转向图2，图2示出了图1的发动机10中的汽缸200的局部视图。汽缸200包括燃烧室30、进气门202、排气门204以及具有活塞密封圈208的活塞206。燃烧室30可以接收来自流体地连接于燃烧室的进气管210的空气燃料混合物。进气管210可以是例如进气歧管(例如图1的进气歧管44)的流道，并且因此叫做进气通道。空气燃料混合物可以包括从燃料喷射器50喷射的液体燃料(例如，汽油)、气体燃料(例如，气态氢、CNG等)或其组合，该燃料喷射器构造成以进气道喷射配置将空气燃料混合物喷射到进气管210中并且进入汽缸200的进气口的上游。因此，发动机10可以用液体燃料、气体燃料(例如，气体供能的)或其组合运行。距离S使燃料喷射器50的尖端和燃烧室30的进气开口 212分离，其中该进气开口可以是当进气门完全关闭时面对进气管210的进气门202的侧面设置于其中的区域。第二距离D使进气开口 212和排气开口 214分离，当排气门完全关闭时，面对排气管216的排气门204的侧面设置在该排气开口 214处。参数A表示在所示区域中的进气管210的横截面积，所述区域例如是在非常靠近燃料喷射器50和进气门202的进气口的区域。在进气管210的这个区域是圆柱形的实施例中，A可以是这个区域中的进气管的直径。参数A、D和S可以用作方法300的一部分，以确定如下参考图3进一步详细描述的燃料喷射的开始。应当明白，汽缸200的进气门202和排气门204以及图1所示的发动机10的其他汽缸可以用构造成实施可变气门正时(VVT)的凸轮轴(未示出)来控制。
[0029]现在转向图3，其示出了用于确定燃料喷射的开始(SOI)(例如，正时、曲轴转角等)的方法300，在该燃料喷射的开始处，燃料可以通过图1和图2所示的发动机10的燃料喷射器50喷射到每个燃烧室30中。由于方法300考虑到增加数目的运行和预定参数，因此该方法可以特别适合于气体燃料(例如，气态H2),或液体和气体燃料的混合物(例如，汽油和CNG)的喷射，由于与液体燃料的喷射相比，气体燃料的喷射通常要求增加的喷射持续时间以防止不可接受的碳氢化合物的释放。
[0030]在步骤302，确定多个发动机运行参数(例如，变量)，以便确定SOI。该运行参数可以包括发动机10的旋转速率的指示,所述指示可以表示为例如由上面所述的霍尔效应传感器118产生的PIP信号所生成的RPM值。所述运行参数还可以包括提供给燃烧室30的空气燃料混合物的密度的指示，该指示可以例如根据上面所述的MAP、FPff和MAF信号中的一个或更多个来确定。由燃料喷射器50喷射的燃料的质量流动速率(例如，在一些实施例中为最大的流动速率)的指示也可以根据例如MAP、FPW和MAF信号来确定。进气管210中的空气燃料混合物的速度的指示还可以同样根据例如MAP、FPW和MAF信号来确定。所述运行参数还可以包括进气管210中的空气燃料混合物的温度的指示，该指示可以例如部分地根据如上所述的温度传感器112提供的ECT读数来确定。最后，该运行参数可以包括进气管210中的压力的指示，该指示可以根据MAP、FPff和MAF信号中的一个或更多个来确定。但是，应当明白，上面列举的运行参数可以根据上面所述的信号之外的其他信号来确定。这些信号可以由上面参考图1示出和说明的传感器之外的其他传感器输出，或由图1所示位置之外的其他位置中的这种所述传感器输出。而且，所列举的运行参数中的一个或更多个可以至少部分地根据所列举的其他运行参数来确定。例如，空气燃料混合物的速度可以部分地根据之前确定的进气管210中的压力和其中的空气燃料混合物的温度来确定。所述运行参数还可以包括预定的参数，例如A、S、各种物理常数(例如，理想的气体常数R)以及燃料喷射器50的一个或更多个尺寸(例如，燃料移动通过的喷射器的长度)。这些预定的参数例如可以存储在图1的控制器12的RAM108中。本文中所述的运行参数的一个或更多个也可以用同样储存在RAM108中的之前阐述的查找表来确定。
[0031]接下来，在步 骤304，确定燃料喷射的结束(Ε0Ι)，其可以用例如图1中的发动机10的曲轴40的曲轴转角来表示。EOI可以例如通过下面的关系式来确定:
【权利要求】
1.一种用于控制气体供能的内燃发动机的方法，该方法包括: 基于一个或多个运行参数确定所述内燃发动机的汽缸的进气管中的气体喷射的结束、气体喷射的持续时间和气体喷射的开始； 确定最早可能的气体喷射的开始；以及 如果气体喷射的开始在所述最早可能的气体喷射的开始之前，则改变所述一个或多个运行参数中的至少一个，使得气体喷射的开始不发生在所述最早可能的气体喷射的开始之N /.刖。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体喷射的结束是基于发动机旋转速率、所述进气管中的空气速度、喷射的气体燃料的速度以及进气门关闭中的一个或多个确定的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述进气管中的所述空气速度是基于所述发动机旋转速率、所述进气管中的压力、空气燃料混合物的温度以及所述进气门关闭中的一个或多个确定的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述喷射的气体燃料的所述速度是基于燃料供给系统中的压力、所述进气管中的所述压力以及所述进气管中的所述空气速度中的一个或多个确定的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述气体喷射的持续时间是基于所述气体燃料的流动速率、所述发动机旋转速率、所述燃料供给系统中的所述压力以及所述进气管中的所述压力中的一个或多个确定的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体喷射的开始是通过确定所述确定的气体喷射的结束和所述确定 的气体喷射的持续时间之间的差而确定的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体喷射的开始是基于下述项目中的一个或多个确定的:空气湿度、所述喷射的气体燃料的一个或多个特性、排气中的剩余气体燃料的含量、冷却剂温度、排气再循环系统的设置、拉姆达传感器的信号以及可切换的进气系统的切换状态。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述最早可能的气体喷射的开始是基于所述进气管中的空气速度和被喷射的气体燃料的速度中的一个或两个确定的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述一个或多个运行参数中的至少一个包括下述中的一个或多个:限制被喷射的气体燃料的最大流动速率、增加气体供给系统中的压力、更晚地关闭进气门以及更早地关闭排气门。
10.一种方法，其包括: 基于发动机转速、空气燃料混合物密度、进气通道横截面积、燃料喷射器和汽缸阀之间的距离以及被喷射的气体燃料的质量流动速率而调节对发动机的气体燃料的燃料喷射开始正时。
11.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述燃料喷射开始正时进一步基于所述空气燃料混合物的速度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中调节所述燃料喷射开始正时进一步基于所述空气燃料混合物的温度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中调节所述燃料喷射开始正时进一步基于所述进气通道中的压力。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括基于所述发动机转速、所述空气燃料混合物密度、所述进气通道横截面积、所述燃料喷射器和所述汽缸阀之间的所述距离以及被喷射的气体燃料的所述质量流动速率而确定燃料喷射的持续时间。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括基于所述发动机转速、所述空气燃料混合物密度、所述进气通道横截面积、所述燃料喷射器和所述汽缸阀之间的所述距离以及被喷射的气体燃料的所述质量流动速率而确定燃料喷射结束正时。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括: 基于所述发动机转速、所述空气燃料混合物密度、所述进气通道横截面积、所述燃料喷射器和所述汽缸阀之间的所述距离以及被喷射的气体燃料的所述质量流动速率而确定最早的燃料喷射开始正时；并且 如果所述燃料喷射开始正时不在所述最早的燃料喷射开始正时之前，则在所述燃料喷射开始正时处喷射所述气体燃料。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括:如果所述燃料喷射开始正时在所述最早的燃料喷射开始正时之前，则改变所述发动机的一个或更多个运行参数，改变所述发动机的一个或更多个运行参数包括:延迟进气门的关闭、提前排气门的关闭、限制被喷射的气体燃料的所述质量流动速率以及增加所述气体燃料的供给系统中的压力。
18.—种内燃发动机,其包括: 一个或多个汽缸； 至少一个燃料喷射器，其 构造成从供给系统喷射至少气体燃料； 控制器，其包括用于基于一个或多个变量确定至少所述气体燃料的喷射的开始的指令，所述变量包括:所述内燃发动机的旋转速率、空气燃料混合物的密度、进气管的横截面积、燃料喷射器和燃烧室的进气开口之间的距离、由所述至少一个燃料喷射器喷射的至少所述气体燃料的质量流动速率、空气燃料混合物的速度、所述空气燃料混合物的温度以及进气管中的压力。
19.根据权利要求18所述的内燃发动机，其中所述至少一个燃料喷射器是进气道喷射器。
20.根据权利要求18所述的内燃发动机，其中所述控制器还包括指令，所述指令用于: 基于所述一个或更多个变量确定至少所述气体燃料的喷射的持续时间； 基于所述一个或更多个变量确定至少所述气体燃料的喷射的结束； 确定至少所述气体燃料的最早的喷射的开始；并且 如果至少所述气体燃料的喷射的开始在至少所述气体燃料的最早的喷射的开始之前，则改变所述内燃发动机的一个或多个运行参数，改变所述内燃发动机的一个或多个运行参数包括延迟进气门的关闭、提前排气门的关闭、限制至少所述气体燃料的所述质量流动速率以及增加所述气体燃料的供给系统中的压力。
【文档编号】F02D41/30GK103590914SQ201310352420
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月14日 优先权日:2012年8月17日
【发明者】U·克莱默, R·克莱因, K·格瑞瑟 申请人:福特环球技术公司