用于爆震控制的方法和系统的制作方法

用于爆震控制的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本申请涉及用于爆震控制的方法和系统。提供了用于改善发动机爆震容限，特别当LP-EGR从低水平的EGR快速突变的方法和系统。直到达到希望的LP-EGR，燃料可以以至少具有进气冲程喷射和压缩冲程喷射的多次喷射的方式输送，以补偿填充进气系统的EGR的输送延迟。之后可以重新开始单一燃料喷射。
【专利说明】用于爆震控制的方法和系统

【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及用于改善机动车辆中的发动机爆震容限的方法和系统。

【背景技术】
[0002]排气再循环(EGR)系统使一部分排气转向返回到进气装置以冷却燃烧温度并且减少节流损耗，因此改善车辆排放物和燃料经济性。在涡轮增压发动机中，EGR系统可以包括冷却的低压EGR(LP-EGR)回路，其中在气体通过涡轮增压器的涡轮之后该排气被转向并且在通过EGR冷却器时在压缩机之前被喷射。在发动机运行期间通过EGR系统路由的LP-EGR的量被测量并且基于发动机转速和负荷来调节，以保持发动机的希望的燃烧稳定性并提供排放物和燃料经济性益处。
[0003]一种示例EGR系统由Styles等人在US 201200023937中示出。其中，在发动机图的大范围内，包括从中等负荷下降到最小的发动机负荷，甚至当发动机负荷变化时，LP-EGR以新鲜空气流的固定的EGR百分比比率提供。在较高的发动机负荷下，EGR百分比比率基于发动机工况而改变。此外，在非常低的发动机负荷和/或发动机怠速状态下，无EGR(0%EGR)可以被输送。这种方法在工况的宽范围内改善瞬态控制并且扩大EGR的使用。
[0004]然而，本文的发明人已经认识到用这种方法的潜在问题。具体说，可能有诸如加速或节流给油(tip-1n)的瞬时调遣,其中发动机可以从低或0% EGR的区域进入高负荷运行区。在本文中，发动机可以足够快进入高负荷运行区，使得填充进气系统的EGR的输送延迟能够延迟EGR以足够的浓度进入燃烧室以提供所要求的爆震减轻。因此，能够发生过量的发动机爆震或预点火。为了减轻爆震或预点火，可以要求火花延迟或燃烧混合物变浓的低效率使用，从而使燃料经济性变差，并且补偿在先的EGR使用的燃料经济性益处。不正常的燃烧事件也可以减少行驶周期燃料效率并潜在地损害发动机。


【发明内容】

[0005]在一个例子中，上面的一些问题可以至少通过一种用于发动机的方法部分地解决，该方法包括:响应在较低EGR情况下运行时增加负荷，增加EGR，并且在每个循环多次燃料喷射(split fuel inject1n)的情况下为发动机供燃料直到EGR高于阈值。以这种方式，能够较好地减轻在瞬时给油期间的爆震和预点火。
[0006]作为例子，发动机系统可以经配置有低压EGR(LP-EGR)系统，其经配置以再循环经由EGR阀从排气涡轮下游的排气歧管到进气压缩机上游的进气歧管的一部分排气。当输送至进气装置之前通过EGR冷却器的通道，该排气可以被冷却。基于发动机工况，例如发动机转速-负荷条件，可以确定目标EGR比率，并且可以调节包括EGR阀的各种发动机致动器以提供目标EGR比率。如果具有输送希望的发动机稀释的输送延迟，该发动机可能成为爆震限制的。为了改进对任何这种将发动机转变成爆震限制的体系的机动的爆震控制，其中当EGR比率增加到阈值比率时，实际的EGR比率小于用于适当的爆震减轻所希望的EGR比率，发动机可以在多次燃料喷射情况下瞬时地运行。具体说，直到EGR比率达到目标EGR比率，燃料可以至少以第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射的形式输送。该第一进气冲程喷射可以调节到稀并且处在火花正时或其周围，以便减少汽缸爆震或预点火的倾向。然后该第二压缩冲程喷射可以调节到浓并且在火花正时之后，以便使总的燃烧空气-燃料比处在化学计量比或其附近。多次燃料喷射可以继续直到达到该阈值EGR比率，其后可以重新开始单一燃料喷射。多次燃料喷射可以改善爆震控制的示范性策略包括对高负荷和来自低负荷条件(例如，从零EGR状态到相对于空气流条件的固定的EGR比率)的高EGR比率条件给油，从高负荷和低EGR比率条件到高负荷和高EGR比率条件的给油，以及任何EGR输送误差和发动机运行变成爆震限制的延迟。
[0007]以这种方式，在LP-EGR被突变(ramp in)以减少不正常燃烧事件时，可以临时使用多次燃料喷射。通过在火花正时周围利用至少稀进气冲程喷射和浓压缩冲程喷射，可以减少爆震和预点火的可能性，同时保持燃烧空气-燃料比处在化学计量比处。通过延迟在解决爆震或预点火中对火花延迟或变浓的需要，实现燃料经济性的明显改善。
[0008]应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式引进一些概念，其在【具体实施方式】中进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键的或基本的特征，所要求保护的主题范围由【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。而且，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1示出具有涡轮增压器和排气再循环系统的发动机的实施例的示意图。
[0010]图2示出在爆震或燃烧稳定性被限制时的条件期间在多次燃料喷射的情况下操作图1的排气再循环系统的高级别流程图。
[0011]图3示出说明当从O % EGR条件突变到LP-EGR时利用多次燃料喷射增加爆震容限的示范性方法的流程图。
[0012]图4示出说明当从固定比率的EGR模式突变到LP-EGR之外时利用多次燃料喷射增加稀释容限的示范性方法的流程图。
[0013]图5示出用于图3-4的多次燃料喷射的示范性分段比和喷射正时。
[0014]图6说明根据本公开的在给油期间所用的示范性多次燃料喷射。
[0015]图7说明根据本公开的在不给油期间所用的示范性多次燃料喷射。
[0016]图8和图10不出说明根据本公开的在利用多次燃料喷射以改善爆震和EGR容限时突变到LP-EGR内和外的示范性曲线图。
[0017]图9示出用于选择LP-EGR运行模式的示范性曲线图。

【具体实施方式】
[0018]本说明书涉及联接于机动车辆中的涡轮增压发动机的EGR系统。在一个非限制性的示例中，该发动机可以构造成图1所示系统的部件，其中该发动机包括至少一个汽缸、控制系统、涡轮增压器以及排气再循环系统，包括其他特征。发动机控制器可以经配置执行诸如图2-4的程序的控制程序，当突变到LP-EGR中时以瞬时地转变到多次燃料喷射，以减轻从延迟的EGR输送引起的爆震问题，并且当突变到LP-EGR之外时瞬时地转变到多次燃料喷射以改善发动机稀释容限。该多次燃料喷射可以至少包括进气冲程喷射和压缩冲程喷射，如图5-7所示。在突变到LP-EGR内或LP-EGR外的期间的示范性发动机调节示于图8和图10。以这种方式，用EGR可以改善的发动机运行。
[0019]图1示出多个汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，该发动机可以包括在汽车的推进系统中，如所图示。发动机10可以由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作者132的输入至少部分地控制。在这个例子中，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的燃烧室(即，汽缸)30可以包括具有活塞36被设置其中的燃烧室壁32。在一些实施例中，在汽缸30内部的活塞36的面可以具有凹腔。活塞36可以联接于曲轴40以便将该活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统联接于车辆的至少一个驱动轮。而且，起动器马达可以经由飞轮联接于曲轴40以能够起动发动机10的运行。
[0020]燃烧室30可以经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气并且可以经由排气通道48排出燃烧的气体。进气歧管44和排气通道48可以经由各自的进气门52和排气门54选择地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
[0021]进气门52可以经由进气凸轮51由控制器12控制。同样，排气门54可以经由排气凸轮53由控制器12控制。可替代地，可变气门致动器可以是电、电子液力或任何其他可能的机构以使得气门致动。在一些条件期间，控制器12可以改变提供给致动器51和53的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。进气门52和排气门54的位置可以分别由气门位置传感器55和57确定。在可替代实施例中，进气门和排气门的一个或更多个可以由一个或更多个凸轮致动，并且可以利用凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门提升(VVL)系统中的一个或更多个，以改变气门运行。例如，汽缸30可以可替代地包括经由电子气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。
[0022]燃料喷射器66被示出直接联接于燃烧室30，用于将与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例的燃料直接喷射到燃烧室中。以这种方式，燃料喷射器66提供通常所说的燃料直接喷射到燃烧室30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。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器66。
[0023]在选择的运行模式中，点火系统88可以响应来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92为燃烧室30提供点火火花。虽然示出火花点火部件，但是在一些实施例中，燃烧室30或发动机10的一个或更多个其他燃烧室可以以压缩点火模式运行而利用或不利用点火火花。
[0024]进气通道42可以包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在这个具体的例子中，节流板64和65的位置可以经由提供给电动马达或包括有节气门62和63的致动器(一种通常叫做电子节气门控制(ETC)的结构)的信号，由控制器12改变。以这种方式，可以操作节气门62和63，以连同其他的发动机汽缸一起改变提供给燃烧室30的进气空气。节流板64和65的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。在沿着进气通道42和进气歧管44各个点处可以测量压力、温度和质量空气流。例如，进气通道42可以包括用于测量通过节气门63进入的清洁空气质量流的质量空气流传感器120。该清洁空气质量流可以经由MAF信号与控制器12连通。
[0025]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，该压缩装置包括设置在进气歧管44的上游的至少一个压缩机162。对于涡轮增压器，压缩机162可以至少部分地由沿排气通道48设置的涡轮164(例如，经由轴)驱动。对于机械增压器，压缩机162可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，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由控制器12改变。增压空气冷却器154可以被包括在压缩机162的下游且在进气门52的上游。例如，增压空气冷却器154可以构造成冷却经由压缩机162被压缩而已被加热的气体。在一个实施例中，增压空气冷却器154可以在节气门62的上游。压力、温度和质量空气流可以在压缩机162的下游测量，例如，用传感器145或147。测量的结果可以分别经由信号148和149从传感器145和147传输给控制器12。压力和温度可以在压缩机162的上游测量，例如用传感器153,并且经由信号155传输给控制器12。
[0026]而且，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从排气通道48路由至进气歧管44。图1示出高压EGR(HP-EGR)系统和低压EGR(LP-EGR)系统，但是可替代的实施例可以只包括LP-EGR系统。HP-EGR通过HP-EGR通道140从涡轮164的上游路由到压缩机162的下游。提供给进气歧管44的HP-EGR的量可以由控制器12经由HP-EGR阀142改变。LP-EGR通过LP-EGR通道150从涡轮164的下游路由到压缩机162的上游。提供给进气歧管44的LP-EGR的量可以由控制器12经由LP-EGR阀152改变。例如，HP-EGR系统可以包括HP-EGR冷却器146并且LP-EGR系统可以包括LP-EGR冷却器158，以将热从EGR气体排出到发动机冷却液中。
[0027]在一些条件下，EGR系统可以用来调节燃烧室30内的空气和燃料混合物的温度。因此，测量或估计EGR质量流可以是希望的。EGR传感器可以设置在EGR通道内并且可以提供氧气的质量流、压力、温度、浓度和排气的浓度中的一个或更多个的指示。例如，HP-EGR传感器144可以设置在HP-EGR通道140内。
[0028]在一些实施例中，一个或更多个传感器可以设置在LP-EGR通道150中，以提供再循环通过LP-EGR通道的排气的压力、温度和空气-燃料比中的一个或更多个的指示。通过LP-EGR通道150转向的排气可以在位于LP-EGR通道150和进气通道42的接合处的混合点处利用新鲜进气空气稀释。具体地，通过与第一空气进气节气门63(位于在压缩机的上游的发动机进气装置的空气进气通道中)配合调节LP-EGR阀152，可以调节EGR流的稀释。
[0029]LP-EGR流的百分比稀释可以从发动机进气流中的传感器145的输出推知。具体地，传感器145可以设置在第一进气节气门63的下游、LP-EGR阀152的下游和第二主进气节气门62的上游，使得可以精确地确定在主进气节气门或接近主进气节气门的LP-EGR稀释。传感器145，例如，可以是诸如UEGO传感器的氧传感器。
[0030]排气传感器126被不出在联接于润轮164的下游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适的传感器，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、HEGO (加热的EGO)、NOx, HC或CO传感器。
[0031]排放控制装置71和72被示出在排气传感器126的下游沿着排气通道48设置。装置71和72可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。例如，装置71可以是TWC并且装置72可以是微粒过滤器(PF)。在一些实施例中，PF72可以设置在TWC71的下游(如图1所示)，而在其他的实施例中，PF72可以设置在TWC71的上游(图1中未示出)。
[0032]在图1中控制器12被示出为微型计算机，包括:微处理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O) 104、在这个具体的例子中示为只读存储芯片(ROM) 106的用于可执行的程序和校正值的电子存储介质、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可以接收来自联接于发动机10的传感器的各种信号，除了上面提到的那些信号之外，还包括:来自质量空气流传感器120的所引入的质量空气流(MAF)的测量；来自联接于冷却套筒114的温度传感器112发动机冷却液温度(ECT);来自联接于曲轴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);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及来自传感器122的绝对歧管压力信号、MAP。发动机的转速信号、RPM可以从信号PIP由控制器12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中的真空或压力的指示。应当指出，可以用上述传感器的各种组合，例如，有MAF传感器而没有MAP传感器，反之亦然。在化学计量比运行期间，MAP传感器可以给出发动机转矩的指示。而且，这个传感器连同检测的发动机转速一起可以提供引进至汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个例子中，也可以用作发动机转速传感器的传感器118在曲轴的每一转产生预定数量的等间隔脉冲。
[0033]存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据以及参与但未列出的其他变量编程，该计算机可读数据表示用于执行下面描述的方法由处理器102可执行的指令。
[0034]如上所述，图1仅示出多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以同样包括其自己的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
[0035]因此，发动机10可以包括HP-EGR和LP-EGR系统以路由排气返回到进气装置。在一些实施例中，LP-EGR系统可以基于发动机运行参数在各种模式下控制以运行。在一些实施例中，LP-EGR模式可以由储存在控制器12的存储器中的转速-负荷表来确定。描述两种LP-EGR运行模式(即，固定模式和可变模式)的一种示范性发动机转速-负荷曲线图在图9的曲线图900中示出。作为特定的情况，LP-EGR系统可以以固定的或较低的EGR比率模式运行，其中从中等负荷降到最小发动机负荷，LP-EGR以新鲜空气流的固定的EGR百分比比率提供，即使在负荷变化并且因此空气流或空气充入变化时。高于中等负荷区，该LP-EGR系统可以以可变的或较高的EGR比率模式运行，其中LP-EGR比率相对于空气不断地变化。在固定模式中，LP-EGR回路可以具有通过该转速/负荷曲线图的区域的新鲜空气流的固定的EGR百分比比率，包括对应于关闭节气门的最小的发动机负荷(例如，由于驱动踏板不给油)。例如，当在最小的发动机负荷条件下，或在发动机怠速条件下空气流减少时，LP-EGR可以相应地减小到基本上零EGR条件。在0% EGR条件期间，经由LP-EGR系统从涡轮的下游到压缩机的上游无排气再循环被提供。在一个实施例中，在最可能经受LP-EGR的可能的瞬变控制的区域中，例如在驾驶员踏板不给油事件期间遇到的最小的负荷的区域，可以提供恒定的LP-EGR百分比。
[0036]在特定的发动机转速-负荷条件下固定的EGR比率的利用可以提供若干优点。由于瞬态控制问题可以减少转速-负荷曲线图的区域，在其下可以有效的利用EGR，以便在更多的运行条件下改善瞬态控制可以扩大EGR的利用，减少节流损耗并且改善燃料经济性。而且，EGR降低汽缸峰值温度，减少NOx的产生。因此，扩大EGR的利用到更多的转速-负荷曲线图的区域可以减少发动机排出的排放。还有，运行具有新鲜空气流的固定的百分比比率的LP-EGR回路可以改善部件的寿命。例如，在不给油和给油期间不接通而是关闭LP-EGR减少EGR冷却器上的热循环的数目，改善其耐久性。此外，可以减少EGR阀的关闭事件的数目，改善阀耐久性。其次，由于运行一致的LP-EGR量能够允许最优化EGR和空气流管道的尺寸以产生EGR到空气中的均匀的扩散，可以改善EGR混合。最后，运行固定的LP-EGR可以减少EGR阀和传感器的动态范围的要求，并且简化EGR节气门的控制策略，减少系统成本和复杂性。
[0037]正如在本文中详细说明的，在EGR输送期间，可以存在EGR误差的情况。具体地，EGR误差可以反映希望的或目标的EGR和实际输送的EGR之间的差。因此，当EGR要求快速增加时在增加发动机负荷的条件期间和/或当EGR要求快速减少时减小发动机负荷的条件期间，能够产生EGR误差。如果在增加发动机负荷期间存在EGR误差，该发动机可以至少临时具有比所要求的较少的稀释，并且可以进入爆震限制运行区(例如，在发动机以爆震限制或超过该爆震限制运行的情况下)。同样，如果在减少发动机负荷期间具有EGR误差，该发动机可以至少临时具有比所要求的较多的稀释，并且可以进入燃烧稳定性限制运行区(例如，在发动机以燃烧稳定性限制或超过燃烧稳定性限制运行的情况下)。正如在下面详细说明的，在两种情况的任何一种情况下，可以通过从单一燃料喷射转变到多次燃料喷射来改善发动机爆震容限和稀释容限。
[0038]现在转向图2的方法200，图2示出在当EGR输送(或移除)被延迟并且发动机临时变成爆震或燃烧稳定性限制的期间利用多次燃料喷射操作低压EGR系统的方法。方法200可以由控制器12执行。
[0039]在202处，方法200包括确定发动机工况。诸如发动机转速、发动机负荷、车辆速度、大气压力(BP)、歧管压力(MAP)、发动机温度等的发动机工况可以从包括节气门位置传感器、踏板位置传感器等的传感器测量和/或估计。
[0040]在204处，可以判断发动机负荷是否增加。在一个例子中，响应驾驶员踏板给油可以增加该负荷。如果发动机负荷增加，在206处，可以基于发动机工况和增加的负荷可以确定目标EGR比率。在208处，可以基于该目标EGR比率调节一个或更多个发动机致动器。例如，响应增加负荷，可以增加目标EGR比率并且可以增加EGR阀的开度以提供该目标比率。
[0041]但是，由于EGR输送的延迟，发动机可以临时变得爆震限制的。EGR输送的延迟可以是由于EGR通道的长度引起的。在210处，可以判断发动机是否是爆震限制的。例如，可以判断在单一燃料喷射的情况下发动机当前是否是爆震限制的。作为另一个例子，可以判断发动机是否以爆震限制或超过爆震限制运行。如果确认，在212处，可以判断输送的EGR比率是否低于要求的目标EGR比率。如果是，在214处，该程序包括利用多次燃料喷射，直到EGR比率处在目标比率。然后，一旦实现要求的发动机稀释并且发动机不是爆震限制的，可以重新开始单一燃料喷射。
[0042]返回到204，如果发动机负荷不增加，在214处，可以判断发动机负荷是否减少。在一个例子中，响应驾驶员踏板不给油该负荷可以减少。如果发动机负荷减少，那么在216处，可以基于发动机工况和减少的负荷确定目标EGR比率。在218处，可以基于该目标EGR比率调节一个或更多个发动机致动器。例如，响应减少负荷，可以减少该目标EGR比率并且可以减少EGR阀的开度以提供该目标比率。
[0043]但是，由于EGR净化的延迟，发动机可以临时变得燃烧稳定性限制的。EGR净化的延迟可以是由于通道的长度引起的，由于关闭EGR阀该通道的长度引起时间延迟。在220处，可以判断发动机是否是燃烧稳定性限制的。例如，可以判断发动机是否在燃烧稳定性限制或超过燃烧稳定性限制而运行。如果是，在222处，可以判断输送的EGR比率是否高于要求的目标EGR比率。如果是，在224处，该程序包括利用多次燃料喷射，直到EGR比率处在目标比率。然后，一旦实现所要求的发动机稀释并且发动机不是燃烧稳定性限制的，可以重新开始单一燃料喷射。
[0044]以这种方式，在EGR比率输送误差和延迟的事件中，多次燃料喷射有利地用于改善发动机爆震和稀释容限。因此，延迟和误差可以是由于控制或制动器等引起的。通过当输送的EGR比率高于稳定燃烧的阈值时利用多次喷射，改善发动机稀释容限。多次喷射可以用来改善稀释容限的示范性条件包括从高负荷和高EGR比率条件到低负荷和低EGR比率条件的不给油。同样，在将发动机转变成爆震限制体系的发动机的任何机动期间，多次燃料喷射可以有利地用来改善发动机爆震容限，在爆震限制体系输送的EGR比率少于用于爆震减轻所希望的EGR比率。因此，EGR输送误差可以是由于控制或制动器等引起的。多次喷射可以用来改善爆震容限的示范性条件包括从低负荷和低EGR比率条件到高负荷和高EGR比率条件的给油，以及从高负荷和低EGR比率条件到高负荷和高EGR比率条件的给油。
[0045]在一个例子中，当发动机是爆震限制时响应EGR误差高于阈值，通过转变成多次燃料喷射，控制器可以改善爆震容限和稀释容限。控制器可以保持使用多次喷射直到EGR误差小于阈值(例如，输送的EGR在目标EGR的阈值内)或发动机移出爆震限制体系(如果当发动机是爆震限制时产生EGR误差)或燃烧稳定性限制体系(如果当发动机是燃烧稳定性限制时产生EGR误差)。EGR误差包括输送的EGR和目标EGR之间的差，该目标EGR基于发动机转速-负荷条件(例如，在不给油期间要求的最终的较低的负荷或在给油期间要求的最终的较高的负荷)。
[0046]控制器可以经配置以一种或更多种模式运行发动机，以改善发动机的爆震容限。例如，在第一模式期间，响应EGR误差高于阈值并且发动机在爆震限制区运行，控制器可以保持单一燃料喷射并且延迟火花正时。比较之下，在第二模式中，响应EGR误差高于阈值并且发动机在爆震限制区运行，控制器可以转变成多次燃料喷射。通过转变成多次燃料喷射，可以减少所要求的火花延迟的量以减轻爆震，提供燃料经济性益处。例如，在第一模式期间延迟火花正时可以包括延迟火花正时达第一量，并且在第二模式期间，控制器可以延迟火花正时达第二量，其中该第二量小于第一量。在一个例子中，在当多次燃料喷射用来解决爆震时的第二模式期间可以不要求火花延迟。而是可以保持点火正时。此外，利用多次喷射也可以减少预点火和失火的倾向。
[0047]同样，在发动机是燃烧稳定性限制时，响应EGR误差高于阈值，控制器可以转换成多次燃料喷射。然后可以保持该多次喷射直到EGR误差低于阈值或发动机移出燃烧稳定限制体系。同样在本文中，该EGR误差包括输送的EGR和目标EGR之间的差，该目标EGR基于发动机转速-负荷条件。
[0048]图3-4示出用于将发动机转变到零EGR条件内和外的机动所特定的图2的程序的示范性实施例。具体地，图3-4的实施例与发动机系统有关，其中在从中等负荷降到最小的负荷的所有发动机负荷下，低压EGR系统以固定比率EGR模式运行，并且在中等负荷以上的所有发动机负荷下以可变比率EGR模式运行。应当明白，图3-4的例子表示特定的、非限制性的实例并且同样的多次燃料喷射可以同样用于包括转变EGR比率并且其中EGR输送或净化延迟可以导致爆震和燃烧稳定性问题的其他车辆机动中。
[0049]现在转向图3，示范性程序300示出在从中等负荷降到最小负荷的所有发动机负荷下，在被构造成以固定比率LP-EGR运行的发动机中的给油期间如何利用多次燃料喷射的一个例子，用于在无LP-EGR情况下运行发动机时响应给油调节燃料喷射。在给油期间，通过瞬时地转变到多次燃料喷射直到利用EGR实现空气进气系统的足够的充入，改善在高发动机负荷下的发动机爆震容限。此外，火花延迟或燃料变浓的使用被延迟，用于减轻爆震，改善发动机燃料经济性。
[0050]在302处，如在202处一样，可以估计和/或测量发动机工况。除了转矩要求、BP、升压、MAP、发动机温度等之外，这些工况可以包括发动机转速-负荷条件。在304处，基于估计的条件，确定EGR比率。这可以包括基于估计的条件确定需要的LP-EGR的量和/或比率。此外，还可以确定需要的或可获得的HP-EGR的量和/或比率。
[0051]在306处，可以判断是否存在零EGR条件。正如参考图2所详细说明的，在选择的发动机负荷条件期间，例如在最小的负荷条件，或当发动机转速低于阈值时，例如在怠速下，到发动机的空气流可以是最小的或减少的水平。由于在这些条件下LP-EGR以相对空气流的固定的比率提供，LP-EGR可以成比例地减少到零EGR水平。此外，在这些条件期间，由于对于从可变的气门正时提供的稀释没有EGR的好处，可以不需要EGR。
[0052]如果零EGR条件未被确认，那么在208处，该程序基于工况调节EGR阀，以提供希望的EGR比率。这可以包括当发动机转速-负荷条件处在固定的LP-EGR模式范围内时，基于空气流调节EGR阀以相对于空气流的固定的比率提供EGR。可替代地，当发动机转速-负荷条件处在可变的LP-EGR模式范围内时，可以基于转速-负荷条件调节EGR阀，以改变EGR。
[0053]如果零EGR条件被确认，该程序进行到310以确认对高负荷给油。如果对高负荷给油未被确认，那么在312处，该程序包括在无EGR(0%EGR)的情况下并且在以单一(进气冲程)燃料喷射的形式提供燃料的情况下保持发动机运行。在314处，在无EGR的情况下运行发动机时响应对高负荷给油，该程序包括增加EGR。增加EGR包括当发动机负荷增加时突变打开LP-EGR阀，以相对于空气流的固定的EGR比率增加LP-EGR的输送。如在本文中所用的，增加EGR包括增加低压EGR。也就是，可以增加LP-EGR阀的开度，以增加从排气涡轮下游的排气歧管到进气压缩机上游的进气歧管的冷却的排气剩余物的再循环。
[0054]在316处，该程序还包括，响应该给油，在将燃烧空气-燃料比保持在化学计量比周围的同时在每个循环以多次燃料喷射的情况下为发动机供燃料。具体地，在318处，每个循环的多次燃料喷射包括至少第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射。第一进气冲程喷射的正时可以被调节成稀的均匀的进气冲程喷射，而第二压缩冲程喷射的正时可以被调节成浓的分层的压缩冲程喷射。但是，以多次喷射的形式所输送的燃料总量可以基于空气流来调节，以将总的汽缸燃烧空气-燃料比保持在化学计量比周围。此外，在每个循环的多次燃料喷射的情况下为发动机供燃料时，可以将点火正时保持在点火正时等于在输送目标EGR比率时的预定的正时。包括分段比率和相对于汽缸中的活塞位置的每个喷射的正时的示范性多次燃料喷射在图5中的燃料喷射分布图530示出。正如在本文中详细说明的，总的燃料喷射的较大的部分(例如，80-85% )可以在火花正时之前的进气冲程期间以第一稀的均匀的进气冲程喷射的形式输送，而总的燃料喷射的较小的剩余部分(例如，15-20% )然后在压缩冲程期间或者在立即火花正时处或之前不久以第二浓分层的压缩冲程喷射的形式输送。这种分段不仅保持总的空气-燃料比为化学计量比，而且还保持诸如排气TWC的排气排放控制装置的最优后处理效率。这种策略也确保多次喷射策略的燃烧效率不是明显地不同于单一进气喷射策略。
[0055]在320处，可以判断LP-EGR是否已经突变并且已经达到LP-EGR的阈值(或希望的)比率。如果否，在322处可以保持每个发动机循环的多次燃料喷射的利用。也就是，发动机汽缸的多次供燃料可以继续，直到达到LP-EGR的阈值比率。LP-EGR的阈值比率可以基于给油。例如，该阈值比率可以基于在给油时要求的较高的负荷并且可以对应于在较高的负荷条件下要求的EGR(或发动机稀释)的量，以减轻爆震和预点火问题。
[0056]如果已经达到阈值LP-EGR比率，那么在324处，该程序包括重新开始每个循环用单一燃料喷射为发动机供燃料。因此，一旦空气进气系统已经用LP-EGR充分充入，可以重新开始以单一进气冲程喷射的形式燃料喷射。此外，可以基于空气流调节LP-EGR阀，保持以相对于空气流的固定的EGR比率输送LP-EGR，正如在给油之前被提供的。
[0057]以这种方式，利用第一均匀的稀进气冲程喷射的多次燃料喷射，直到能够提供足够的EGR，以减轻爆震。通过利用随后的分层的浓压缩冲程喷射，第二喷射中的额外的燃料可以补偿控制爆震所需要的过量的空气稀释(来自第一喷射)。因此这种方法在浓运行的选择上还提供排放物优点以控制爆震。具体地，可以降低CO排放物。除了爆震之外，该方法还协同解决预点火，改善车辆运行周期燃料效率。还有，该方法延迟对火花延迟的需要，以解决爆震，因此改善发动机燃料效率。
[0058]转向图4，其示出在每个低负荷工况(例如，在最小负荷或怠速发动机转速)期间用于进行多次燃料喷射直到在进气歧管处达到希望的LP-EGR量的程序400。具体地，当发动机运行从在高/中等负荷运行区中用固定的EGR比率计划(schedule)的运行改变到非常低的负荷运行区时，在不给油运行期间可以执行程序400，直到过量的LP-EGR从进气系统中被净化，因此改善燃烧稳定性和EGR容限。
[0059]在402处，控制器可以估计和/或测量发动机工况。发动机工况可以包括，例如，发动机转速、负荷、质量空气流、歧管绝对压力、歧管温度、发动机冷却液温度、大气压力、催化剂温度等。在404处，基于一个或更多个确定的发动机工况，可以确定希望的EGR比率和/或量。例如，如果该程序确定发动机在高负荷条件下运行，相对于空气流的可变比率的LP-EGR可以是希望的。在另一个例子中，如果该程序确定发动机在中等到非常低的负荷条件下运行(包括中等负荷条件)，相对于空气流的固定比率的LP-EGR可以是希望的。在一些例子中，例如在最小负荷条件或发动机怠速条件期间，无(0% )EGR可以是希望的。
[0060]在406处，基于希望的EGR比率，可以调节EGR阀的开度。这可以包括当发动机转速-负荷条件处在固定的LP-EGR模式范围内(图9)时，基于空气流调节EGR阀，以相对于空气流的固定的比率提供EGR。在低到中等负荷条件期间通过利用固定的EGR百分比，改善瞬时控制。可选地，当发动机转速-负荷条件处在可变的LP-EGR模式(图9)范围内时，可以基于转速-负荷条件调节EGR阀，以改变EGR。
[0061]其次，在408处，该程序可以判断是否发生不给油运行。例如，可以判断操作者是否已经松开加速器踏板。在一个例子中，响应该不给油运行，命令的发动机负荷可以从给油之前的命令的高负荷下降到最小负荷条件。在410处，响应该不给油，控制器可以发送信号以关闭节气门并且减少进气空气流。因此，在低负荷条件期间，发动机可以在相对于该空气流的固定的EGR比率情况下运行。因此，响应在不给油期间进气空气流的下降，也可以减少EGR比率，例如，在最小发动机负荷下减少到零EGR条件。因此，在412处，控制器也可以关闭该LP-EGR阀。
[0062]如果不给油运行未被确认，控制器可以继续基于确定的发动机工况调节EGR阀，以提供希望的EGR比率并且可以结束该程序。
[0063]在414处，当关闭节气门和EGR阀时，响应对较低的负荷条件不给油，可以进行多次燃料喷射。具体地，在LP-EGR回路中，由于长EGR回路输送延迟，LP-EGR可以继续保持在进气歧管中，即便在关闭EGR阀之后。这可引起进气装置中的进气空气被EGR稀释高于希望的稀释，导致燃烧不稳定性。为了改善燃烧稳定性，可以进行多次喷射直到已经发生充分的EGR净化，例如直到进气歧管中的LP-EGR的比率低于或等于阈值比率(例如，零EGR)。
[0064]在415处，多次燃料喷射可以在至少两个阶段进行，其中在进气冲程期间发生第一发动机供燃料事件和在压缩冲程期间发生第二发动机供燃料事件，同时将总的空气-燃料比保持在化学计量比。可以调节第一进气冲程喷射的正时和量，以提供稀的均匀的混合物。然后在压缩冲程期间可以输送其余量的燃料，其中基于火花正时调节正时以提供浓的分层的燃烧，同时最终的燃烧过的气体保持在化学计量比。通过保持总的化学计量比的空气-燃料比，在不明显地不同于单一进气喷射策略的多次喷射期间，可以获得燃烧效率。
[0065]因此，可以调节多次燃料喷射比率(即，在第一喷射期间喷射的燃料的量/百分比与第二喷射期间喷射的燃料的量/百分比之间的比)，使得在第一进气冲程喷射期间喷射的燃料的量大于第二压缩冲程期间喷射的燃料的量。在一个例子中，可以调节多次燃料喷射的比例，以便在压缩冲程期间输送最小的燃料质量。这可以包括，例如，95%进气冲程喷射与5%压缩冲程喷射的分段比。在另一个例子中，在第二压缩冲程燃料喷射期间可以喷射少于5%的燃料。
[0066]而且，第一进气冲程喷射的正时可以调节成稀的均匀的进气冲程喷射，而在第二压缩冲程喷射的正时可以调节成浓的分层的压缩冲程喷射。但是，可以基于空气流调节喷射的总的燃料量，以将总的空气-燃料比保持在化学计量比。此外，在每个循环用多次燃料喷射为发动机供燃料，同时可以将点火正时保持在等于当输送目标EGR比率时的预定的正时的正时。
[0067]包括每个喷射的分段比率和相对于汽缸中的活塞位置的每个喷射的正时的示范性多次燃料喷射在图5中的燃料喷射分布图525示出。正如在本文中详细说明的，总的燃料喷射的较大的部分(例如，90% )可以在火花正时之前的进气冲程期间，以第一稀的均匀的进气冲程喷射的形式输送。总的燃料喷射的较小的剩余部分(例如，10%)然后可以在压缩冲程期间或者火花正时处或火花正时之间不久以第二浓的分层的压缩冲程喷射的形式输送。
[0068]在本文中，火花塞周围的浓的分层的压缩冲程混合物改善(例如，加速)早的燃烧时间(例如，通过提供0-10%质量分数燃烧，或0-10MFB)，当在较高水平的稀释的情况下运行时这改善燃烧稳定性，因为用于这些条件的总的燃烧时间通常往往会很长。为了最佳的燃烧逐步进行，用于高稀释混合物的这种很长的燃烧时间通常要求很早的火花正时，这对燃烧稳定性具有复合的负面作用，因为除了由于调节较长的总的燃烧引起的稳定变差之夕卜，与较迟的火花正时相比在点火时汽缸内压力和温度条件变差。在这里，来自多次喷射的浓的分层的混合物缩短早的O-1OMFB时间，允许较迟的火花正时并且改善燃烧稳定性。利用多次喷射还保持诸如排气TWC的排气排放控制装置的最佳后处理效率。
[0069]返回到图4，在416处，可以判断LP-EGR是否已经从进气歧管充分地净化，使得LP-EGR处在阈值比率或低于阈值比率。LP-EGR的阈值比率可以基于不给油。在一个例子中，在不给油是最小负荷条件的情况下，可以判断EGR是否已经被净化到0%EGR。如果是，该程序可以终止多次燃料喷射并且重新开始单一燃料喷射。具体地，控制器可以重新开始单一进气冲程燃料喷射。在单一燃料喷射期间，可以以相对于空气流的固定的比率输送LP-EGR。这可以包括将LP-EGR保持在零EGR条件，直到发动机负荷增加高于最小负荷或直到发动机转速增加高于怠速转速。如果LP-EGR尚未被充分地净化到阈值水平，在420处，可以保持多次燃料喷射，直到达到希望的LP-EGR比率。
[0070]以这种方式，可以利用多次燃料喷射策略，直到EGR从进气系统被净化，以改善在低负荷条件下的燃烧稳定性。通过在进气冲程期间输送较大部分燃料并且在压缩冲程期间输送剩余部分的燃料，在火花塞周围可以产生浓混合物，允许利用较迟的火花正时，并且减少汽缸中的燃烧时间。该缩短的燃烧时间增加在低负荷、高稀释条件下的燃烧稳定性。利用多次喷射通过促进非常稀的混合物的更完全的燃烧还改善排气排放。
[0071 ] 现在转向图5，曲线图500示出当从无EGR条件突变到固定的比率的EGR时可以用来改善发动机爆震容限的示范性多次燃料喷射正时，以及当突变到固定比率的LP-EGR之外或朝着低EGR条件突变时可以用来改善燃烧稳定性的多次燃料喷射正时。曲线图500用曲线502示出排气门正时，用曲线504示出进气门正时，用曲线508示出活塞位置，用525示出来自固定的LP-EGR百分比的不给油期间所用的示范性燃料喷射分布图，(包括与火花事件514有关的燃料喷射块(bar)510-512)以及用530示出在来自无EGR的给油期间所用的示范性燃料喷射分布图(包括与火花事件520有关的燃料喷射块516-518)。
[0072]在发动机运行期间，发动机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、做功(或膨胀)冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般而言，排气门关闭(曲线502，虚线)而进气门打开(曲线504，实线)。空气经由进气歧管引进到汽缸中，并且汽缸活塞运动到该汽缸底部以便增大燃烧室内的容积(曲线508)。在接近汽缸底部并且在其冲程的结束(例如，当燃烧室在其最大容积时)的位置通常被本领域的技术人员叫做下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门和排气门都关闭。活塞朝着汽缸盖运动以便压缩汽缸内的空气。在活塞处在其冲程结束并且最接近汽缸盖(例如，当燃烧室在其最小容积时)的点通常被本领域的技术人员叫做上止点(TDC)。
[0073]在下文被叫做喷射的过程中，燃料被引进燃烧室。在下文被叫做点火或火花的过程中，喷射的燃料通过诸如火花塞的已知点火装置被点火，导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞推回到BDC。联接于活塞的曲轴将活塞的移动转换成旋转轴的旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气门打开以将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管并且活塞返回到TDC。
[0074]注意，上面仅作为例子示出，并且进气和排气门的打开和/或关闭正时可以变化，例如，提供正的或负的气门重叠、延迟进气门关闭或各种其他例子。
[0075]因此，在对于诸如图1所示的发动机的直接喷射发动机，能够将燃料喷射分成多个脉冲，该脉冲能够定时在720度曲轴角(CAD)发动机循环的任何位置。在高负荷发动机运行期间的燃料喷射通常是在TDC和BCD之间的进气冲程期间，其中汽缸中的燃料汽化冷却空气-燃料混合物，导致减小发动机爆震的趋势。典型的燃料喷射策略在火花的正时处产生可燃烧的空气-燃料混合物，该混合物关于燃料、空气、内部燃烧气体剩余物和EGR是接近均匀的。
[0076]在少于希望的EGR的情况下运行时，为了在给油条件期间减少爆震趋势，可以利用根据燃料喷射分布图530的多次喷射，同时延迟对延时的火花的需要。给油燃料喷射分布图530包括第一进气冲程喷射516 (实线块)和第二压缩冲程喷射518 (影线块)。可以调节多次燃料喷射的分段比使得大部分(近似80-85% )燃料可以在进气冲程期间喷射以提供充气的冷却益处。剩余的15-20%的燃料，在压缩冲程期间喷射，使得总的空气-燃料比保持为化学计量比。该分段比能够实现有待被保持的最优的三元催化剂(TWC)后处理效率。
[0077]多次喷射还能够用来在非常轻的负荷下用EGR改善燃烧稳定性，例如，在相对于燃烧室中存在的空气流以固定比率的LP-EGR运行时，在不给油条件期间，如燃料喷射分布图525所示。不给油燃料喷射分布图525包括第一进气冲程喷射510 (实线块)和第二压缩冲程喷射512 (影线块)。可以调节多次燃料喷射的分段比使得到大部分燃料(近似95%)在进气冲程期间喷射。剩余的5 %的燃料在压缩冲程期间喷射，使得总的空气-燃料比保持为化学计量比。
[0078]调节第二喷射512的正时，使得与火花事件514之前或之后的正时一致或稍稍偏离，以便在火花塞周围形成浓空气-燃料混合物。这导致稀的均匀的进气冲程喷射和浓的分层的压缩冲程喷射。具体地，在420CAD可以进行初始的进气冲程喷射，而在680CAD在压缩冲程期间添加剩余的燃料。在一个例子中，进气冲程喷射正时可以与对应的单一喷射正时保持相同并且可能从不给油到给油不改变。该喷射正时也可以在给油和不给油之间不同。
[0079]在本文中，火花塞周围的浓的分层的压缩冲程混合物改善(例如，加速)早的燃烧时间(例如，通过提供0-10%质量分数燃烧，或0-10MFB)，当在较高水平的稀释的情况下运行时这改善轻负载燃烧稳定性，因为用于这些条件的总的燃烧时间通常往往会很长。为了最优的燃烧逐步进行，用于高稀释混合物的这种很长的燃烧时间通常需要很早的火花正时，这对燃烧稳定性具有复合的负面作用，因为除了由于调节较长的总的燃烧引起的稳定变差之外，与较迟的火花正时相比在点火时汽缸内压力和温度条件变差。在这里，来自多次喷射的浓的分层的混合物缩短早的0-10MFB时间，允许较迟的火花正时并且改善燃烧稳定性。
[0080]因此，在不给油燃料喷射分布图525中，可以需要第二压缩冲程喷射以被保持在能够由燃料喷射器输送的最小可行的燃料质量。这是因为采用接近相等的分段比(例如，50%进气喷射和50%压缩喷射)的类似策略将不改善由于降低的燃烧效率而引起的燃烧稳定性，并且与具有化学计量比燃烧的单一喷射策略相比，随着火焰向前传播到稀混合物，降低10% -90% MFB时间。对于50/50的策略，该降低的10% -90% MFB时间将抵消由于压缩喷射引起的O-1OMFB的任何改善。因此，用于燃料喷射分布图525的优选的分段比包括以第二压缩冲程喷射的形式喷射的10% (或以下)的燃料和以第一进气冲程喷射的形式喷射的90% (或以上)的燃料。
[0081]现在转向图6，曲线图600示出响应从低EGR比率条件到较高的EGR比率条件对高负荷的给油的示范性的燃料喷射调节。曲线图600示出用曲线602示出操作者踏板位置(PP)的变化，用曲线604示出LP-EGR流，用曲线608示出燃料喷射，并且用曲线610示出总的燃烧空气-燃料比(AFR)。
[0082]在tl之前，发动机可以在以较低的比率输送的EGR的情况下运行。在一个例子中，该较低的比率可以是相对于空气流的固定的比率。具体地，随着tl之前踏板位置的变化(曲线602)，可以相应地调节LP-EGR阀的开度，以提供目标EGR流。此外，还可以调节燃料喷射量(曲线608)，以便将燃烧空气-燃料比(AFR)保持在化学计量比附近(曲线610)。因此，在tl之前，燃料可以以单一进气冲程喷射被输送，如实线块所示出的。因此，在tl之前，发动机可以在不是爆震限制的体系中运行。
[0083]在tl处，虽然在较低的EGR比率下运行，但是可以发生对高负荷条件的瞬时机动。在该所示的例子中，转变到高负荷条件可以是响应操作者对高负荷和/或高转速给油。响应高负荷条件，可以基本上立即要求较高的EGR比率。响应快速增加发动机负荷，可以增加LP-EGR阀的开度，以增加LP-EGR的输送以提供在较高的负荷下所要求的目标增加的发动机稀释。但是，在将EGR输送给进气系统时可能存在输送延迟。具体地，该希望的稀释(EGR)可以是比较高的，如短划线段606所示。由于输送延迟，稀释的实际的输送可以是较低的，如曲线604所示，使得在tl处发动机临时变得爆震限制的。因此，在tl和t2之间，虽然LP-EGR的输送向上突变以提供较高的目标EGR比率，可以有比所要求的少的可获得的稀释，从而致使发动机变易于爆震和/或预点火。
[0084]在LP-EGR突变的情况下为了改善在高负荷条件下的发动机爆震容限，在tl和t2之间可以以多次燃料喷射的形式输送燃料。具体地，该多次燃料喷射可以包括至少输送较大部分燃料的第一进气冲程喷射(实线块)和输送较小的燃料剩余部分的第二压缩冲程喷射(影线块)。因此，输送的总的燃料量可以与相应的单一燃料喷射相同。也就是，不进行总的变稀或变浓来解决爆震的可能性。此外，也可以保持火花正时。也就是，不立即要求火花延迟来解决爆震可能性。而且，可以相对于汽缸火花事件调节进气冲程喷射和压缩冲程喷射的正时，以提供稀的均匀的进气冲程喷射和浓的分层的压缩冲程喷射。正如在图5详细说明的(例如，在给油燃料喷射分布图530)，进气冲程喷射可以在火花之前进行并且可以以稀的均匀的喷射的形式来输送，以提供充气冷却好处。然后可以在火花处或火花之后进行压缩冲程喷射并且可以以浓的分层的喷射的形式来输送，以便将总的燃烧空气-燃料比保持在化学计量比附近，同时还保持排气催化剂后处理效率。
[0085]在t2处，输送的LP-EGR流可以充分高并且在目标LP-EGR比率处或其周围。换句话说，可以得到希望的稀释。因此，在t2处，可以重新开始单一进气冲程燃料喷射。在t2之后，如在tl之前，可以基于踏板位置调节LP-EGR流以满足要求的转矩同时保持单一燃料喷射。
[0086]以这种方式，当在较低的EGR情况下运行时并且在转变到较高的EGR比率时多次燃料喷射用来在对高负荷给油期间改善爆震容限。
[0087]在一个例子中，在第一模式期间，发动机可以在相对于空气流的固定的EGR比率的情况下运行，并且响应对较高负荷给油，可以保持每个循环单一燃料喷射。在这里，提供较高EGR的输送延迟可以较低，因为至少一些EGR已经可以得到。相比之下，在第二模式期间，发动机可以在无低压EGR的情况下运行，并且响应对较高负荷给油，发动机可以在每个循环多次燃料喷射的情况下运行，同时还增加LP-EGR。在这里，提供较高EGR的输送延迟可以较高，因为无EGR已经可以得到。
[0088]而且，在第一模式期间，响应给油，可以增加LP-EGR，同时在给定的固定EGR比率的情况下保持发动机运行。因此，在第一和第二模式两者期间，燃烧空气-燃料比可以保持在化学计量比处或其附近。而且在在第一和第二模式两者期间，点火正时可以保持在正常的正时(例如，在MBT处或自MBT延迟)。正如在这里所用的，在每个循环多次燃料喷射的情况下运行包括以第一稀的均匀的进气冲程喷射和第二浓的分层的压缩冲程喷射的形式输送燃料。
[0089]在另一个例子中，车辆发动机系统包括涡轮增压器、包含有低压排气再循环(LP-EGR)阀的LP-EGR系统、包含有计算机可读存储介质的控制系统。该控制系统或控制器构造成具有计算机可读指令，用于控制LP-EGR阀的运行，以在第一较低的负荷范围内的所有的发动机负荷下保持无EGR ;并且响应对第二较高的负荷范围给油，增加LP-EGR阀的开度并且每个循环以多次燃料喷射的形式输送燃料直到达到阈值EGR比率。该控制系统可以包括其他的指令，用于在达到阈值EGR比率之后，每个循环以单一喷射的形式输送燃料并且控制LP-EGR阀的运行以在第二负荷范围内的所有的发动机负荷下保持通过该LP-EGR系统的新鲜空气流的固定的EGR百分比比率。每个循环以单一喷射的形式输送燃料包括以单一进气冲程喷射的形式输送燃料，并且其中每个循环以多次喷射的形式输送燃料包括以第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射的形式输送燃料。而且，当每个循环以多次喷射的形式输送燃料时，第一较大部分的燃料以第一进气冲程喷射的方式输送，而第二剩余部分的燃料以第二压缩冲程喷射的方式输送。该车辆系统还可以包括包含有高压排气再循环(HP-EGR)阀的HP-EGR系统，其中在第一和第二负荷范围中的每一个期间，可以基于LP-EGR阀的开度调节该HP-EGR阀的开度。
[0090]转向图7，曲线图700示出响应对较低的负荷不给油同时在以较高的EGR比率提供EGR的情况下运行发动机时的示范性燃料喷射调节。具体地，操作者加速器踏板位置的变化用曲线702示出，LP-EGR流用曲线704示出，燃料喷射用曲线708示出，总的燃烧空气-燃料比用曲线712示出。
[0091]在tl之前，发动机可以在以较高的比率输送EGR的情况下运行。在一个例子中，较高比率可以是相对于空气流的EGR的固定比率。当踏板位置变化时(曲线702)，转矩需求可以改变，并且当转矩需求改变时控制器可以调节LP-EGR阀的位置以便LP-EGR流可以变化(曲线704)以满足希望的稀释。在一个例子中，LP-EGR可以以相对于总的空气流的固定的比率提供。此外，可以调节燃料喷射量(曲线708)以便保持燃烧空气-燃料比(AFR)在化学计量比附近(曲线712)。因此，在tl之前，燃料可以以单一进气冲程喷射形式来输送，如实线块所示。
[0092]在tl处，可以发生对最小发动机负荷条件或怠速发动机条件的瞬时运行。在所示的例子中，转变到最小负荷可以由于车辆操作者在tl处不给油而发生。因此，在tl之后，踏板位置可以改变到完全松开位置(曲线702)，并且可以关闭进气节气门，以响应松开的加速器踏板而减少空气流。响应快速减少的发动机负荷，目标EGR比率可以下降到较低的比率，并且可以减少LP-EGR阀的开度以减少输送的EGR。具体地，LP-EGR流的立即下降可以是希望的LP-EGR，如短划线段703所示。但是，由于长的输送延迟，LP-EGR流不与空气流发生的变化那样快而变化到希望的LP-EGR流。换句话说，可以从空气进气系统净化EGR比希望的慢。因此，由于系统中存在过量的EGR，高度稀释的空气-燃料混合物可以进入汽缸中，并且可以使发动机变成燃烧稳定性限制。为了改善在普遍非常低的负荷条件下的高度稀释的空气-燃料混合物的燃烧稳定性，可以进行瞬时转变到以多次燃料喷射的形式输送燃料(曲线708)。具体地，在tl和t2之间，燃料可以以输送较大量燃料的第一进气冲程喷射(如实线块所示)和输送剩余燃料量的第二压缩冲程喷射(如影线块所示)。因此，在多次喷射期间输送的总的燃料量可以与相应的单一燃料喷射量相同。
[0093]可以相对于汽缸火花调节喷射正时，使得第一燃料喷射以稀的均匀的进气冲程喷射的形式输送，而第二喷射以浓的分层的压缩冲程喷射输送。如图5所示(例如在燃料不给油喷射分布图525)，进气冲程喷射可以在火花之前进行并且燃料可以以稀的均匀的喷射的形式输送。之后可以调节压缩冲程喷射以与火花正时之前或火花正时之后的稍稍偏离一致，并且可以以浓的分层的喷射的形式输送，以将总的燃烧空气-燃料比保持在化学计量比处或其附近(曲线712)，同时还保持排气催化剂后处理效率。
[0094]在t2处，LP-EGR可以减少到目标EGR比率的阈值范围内(曲线704)，该阈值取决于在不给油时的发动机负荷条件。因此，在t2处，当达到希望的EGR稀释并且改善发动机燃烧稳定性时，可以重新开始单一进气冲程燃料喷射(曲线708)。在t2之后，如在tl之前，在保持单一燃料喷射的同时可以基于踏板位置调节LP-EGR流以满足需求的转矩。以这种方式，在不给油瞬间直到EGR从进气系统充分地净化期间，多次燃料喷射可以用来改善稀释容限和燃烧稳定性，并且减少汽缸失火的机会。
[0095]在一个例子中，车辆发动机系统包括涡轮增压器、包含有低压排气再循环(LP-EGR)阀的LP-EGR系统和控制系统，该控制系统包含有计算机可读存储介质并且构造成控制LP-EGR阀的运行，以在第一较高的负荷范围内的所有的发动机负荷下保持新鲜空气流的固定的EGR百分比。而且，响应于第二较低的负荷范围内不给油，减少LP-EGR阀的开度并且每个循环以多次燃料喷射的形式输送燃料直到达到阈值EGR比率。该控制系统还包括其他的指令，用于在达到阈值EGR比率之后，每个循环以单一喷射的形式输送燃料并且控制EGR阀的运行以在第二负荷范围内的所有的发动机负荷下保持通过该LP-EGR系统的新鲜空气流的固定的EGR百分比比率。每个循环以单一喷射的形式输送燃料包括以单一的进气冲程喷射的形式输送燃料，并且每个循环以分段喷射的形式输送燃料包括以第一稀的均匀的进气冲程喷射和第二浓的分层的压缩冲程喷射的形式输送燃料。
[0096]现在转向图8，曲线图800示出在平坦的EGR计划情况下运行发动机时响应来自无EGR的对高负荷给油，并且在平坦的EGR计划的情况下运行时响应对低负荷不给油的示范性燃料调节。曲线图800用曲线802示出操作者踏板位置(PP)、用曲线804示出LP-EGR流、用曲线806示出总的发动机空气流、用曲线808示出燃料喷射、用曲线810示出EGR的百分比以及用曲线812示出总的燃烧空气-燃料比(AFR)。
[0097]在tl之前，发动机可以在以相对于空气流的固定的比率提供EGR的情况下运行。具体地，当踏板位置变化时(曲线802)，可以调节节气门位置以改变到发动机的总的空气流(曲线806)。同时，可以相应地调节LP-EGR阀的位置以便还调节LP-EGR流(曲线804)。因此，这能够保持恒定的EGR百分比(曲线810)。此外，可以调节燃料喷射量(曲线808)以便保持燃烧空气-燃料比(AFR)在化学计量比附近(曲线812)。因此，在tl之前，燃料可以以单一进气冲程喷射的形式来输送，如实线块所示。
[0098]在tl处，在以固定的EGR模式运行时，可以发生对低负荷操作者踏板不给油。该不给油可以引起发动机负荷立即减少。响应该不给油，可以减少节气门开度(例如，可以关闭节气门)，引起发动机空气流下降。此外，可以关闭LP-EGR阀，以使LP-EGR下降成比例的量，例如到零EGR条件。这是因为减少的发动机负荷可以不需要任何发动机稀释。在LP-EGR中的立即下降是希望的，如虚线803所示，由于长LP-EGR回路以及得到的输送延迟，LP-EGR在tl和t2之间实际上以实线804所示的较慢的比率衰减的情况下，从进气系统净化EGR可以需要较长的时间。在低负荷条件下发动机稀释的这种缓慢的净化能够使燃烧稳定性变差。
[0099]因此，为了改善燃烧稳定性，在tl和t2之间，在低负荷条件下净化LP-EGR时，燃料喷射可以从单一进气冲程喷射瞬间转变到多次燃料喷射。具体地，该多次燃料喷射可以包括至少输送较大部分燃料的第一进气冲程喷射(实线块)和输送较少的剩余部分燃料的第二压缩冲程喷射(影线块)。因此，输送的总的燃料量可以与相应的单一燃料喷射相同。也就是，可以不进行总的变稀或变浓来解决爆震的可能性。此外，也可以保持火花正时。此夕卜，正如之前在图5 (在不给油燃料喷射分布图525)所讨论的和图6的例子，可以相对于汽缸火花事件调节进气冲程喷射和压缩冲程喷射的正时，以提供稀的均匀的进气冲程喷射和浓的分层的压缩冲程喷射
[0100]在t2处，充分的LP-EGR净化可以被确认。例如，LP-EGR可以低于阈值。因此，在t2处，可以重新开始单一进气冲程燃料喷射。此外，由于发动机仍然在最小负荷条件下将LP-EGR保持在零EGR水平直到t3。
[0101]在t3处，虽然在零EGR条件，但是可以发生操作者对高负荷条件给油。响应该给油，在发动机空气流相应的增加的情况下可以增加节气门开度。LP-EGR阀的开度也可以相应地增加，以增加LP-EGR的输送，以在较高的负荷下提供要求的增加的发动机稀释。因此，可以立即希望较高的LP-EGR，如短划线段805所示。然而，由于输送给进气系统的EGR的输送延迟，实际的EGR输送可能较慢，如实线804所示。因此，在t3和t4之间，虽然LP-EGR的输送突变增加以便以相对于空气流的固定的比率提供EGR，但是可以有比要求的少的可获得的稀释，使发动机具有爆震和/或预点火的倾向。
[0102]为了在从无EGR条件突变的LP-EGR情况下的高负荷条件下改善发动机爆震容限，在t3和t4之间燃料可以以多次燃料喷射的方式输送。具体地，该多次燃料喷射可以包括至少输送较大量燃料的第一进气冲程喷射(实线块)和输送较少的剩余燃料量的第二压缩冲程喷射(影线块)。因此，输送的总的燃料量可以与相应的单一燃料喷射相同。也就是，不进行总的变稀或变浓来解决爆震的可能性。此外，也可以保持火花正时。也就是，不立即要求火花延迟来解决爆震可能性。而且，可以相对于汽缸火花事件调节进气冲程喷射和压缩冲程喷射的正时，以提供稀的均匀的进气冲程喷射和浓的分层的压缩冲程喷射，如在之前图5 (在给油燃料喷射分布图530)和图6的例子详细说明的。
[0103]在t4处，LP-EGR流可以充分地高并且LP-EGR比率可以是总空气流的固定百分比的阈值比率。因此，在t4处，可以重新开始单一进气冲程燃料喷射，并且发动机可以返回到如固定的LP-EGR模式提供的LP-EGR的情况下运行。
[0104]以这种方式，当在无EGR的情况下运行时并且在转变成固定的比率的LP-EGR时，响应对高负荷给油，多次燃料喷射可以用来改善爆震容限，以及响应对低负荷不给油并且在固定的LP-EGR比率的情况下运行，多次燃料喷射可以用来改善燃烧稳定性。
[0105]在一个例子中，响应在无EGR情况下对来自发动机运行的高负荷给油和对相对于空气流的固定比率的EGR情况下对来自发动机运行的低负荷不给油，控制器可以将发动机运行从单一燃料喷射瞬间地转变到多次燃料喷射。响应给油，可以通过打开LP-EGR阀增加LP-EGR，同时响应不给油，可以通过关闭LP-EGR阀减少LP-EGR。在给油期间，在EGR达到第一阈值比率之后可以重新开始单一燃料喷射，并且之后EGR被保持在相对于空气流的固定的比率。该第一阈值比率可以基于对高负荷给油。在不给油期间，在EGR达到第二阈值比率(第二阈值比率低于第一阈值比率)之后可以重新开始单一燃料喷射，并且其后EGR被保持在相对于空气流的固定的比率。该第二阈值比率可以基于对低负荷的不给油。
[0106]响应给油和不给油中的每一个的多次燃料喷射可以包括第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射。响应给油的多次燃料喷射的分段比可以基于汽缸燃烧稳定性限制，而响应不给油的多次燃料喷射的分段比可以基于汽缸爆震限制。例如，响应给油的多次燃料喷射的分段比可以包括比响应不给油的多次燃料喷射的分段比更高的压缩喷射量。
[0107]现在转向图10，曲线图1000示出响应发动机机动的示范性燃料喷射调节，该机动将发动机转变到爆震限制体系中和爆震限制体系之外。曲线图1000用曲线1002(实线)示出希望的EGR、用曲线1004(虚线)示出输送的EGR、用曲线1006示出是否提供发动机在爆震限制体系中运行的指示、用曲线1008示出指示单一燃料喷射或多次燃料喷射的使用。
[0108]在tl之前，在较低的EGR比率的情况下使发动机运行。在tl处，由于增加发动机负荷，希望的EGR比率增加(曲线1002)。由于输送延迟，输送的EGR迹线在下面，并且直到tl之后的一段时间不是可用的(曲线1004)。在这个时间期间，燃料以单一燃料喷射的形式喷射给发动机。因此，在增加发动机负荷和延迟的EGR输送的情况下在tl处的机动可以不将发动机推向爆震限制体系中(曲线1006)。因此，保持单一燃料喷射。
[0109]在t2和t3之间，由于发动机工况的变化，发动机可以瞬间地移动到爆震限制运行区。然而，由于输送的EGR在目标EGR比率处或其周围(例如在目标EGR比率的阈值内)，不需要利用多次燃料喷射而保持单一燃料喷射。在t3之后，并直到t4，由于发动机工况的变化，发动机可以瞬间地移出爆震限制运行区。
[0110]在t4处，由于减少发动机负荷，希望的EGR比率减小。由于输送延迟，输送的EGR轨迹在下面并且不能被充分地净化直到t4之后一段时间。因此，在减少发动机负荷和延迟EGR净化的情况下在t4的机动可以不将发动机推到爆震限制体系中。因此，保持单一燃料喷射。
[0111]在t4和t5之间，由于发动机工况的变化，发动机可以瞬间地移动到爆震限制运行区。在t5处，虽然在爆震限制运行区，但是由于增加发动机负荷，希望的EGR比率增加同时输送的EGR轨迹在下面并且直到t5之后的一段时间是不可用的。由于在增加发动机负荷且延迟的EGR输送的情况下在t5处的机动引起发动机在爆震限制体系中运行，燃料喷射从单一燃料喷射转变到多次燃料喷射。具体地，利用多次燃料喷射直到在t6处输送的EGR比率在目标EGR比率的阈值内。然后，一旦足够的稀释是可用的，可以重新开始单一燃料喷射。
[0112]以这种方式，在将发动机转变成爆震限制或燃烧稳定性限制区的发动机机动期间可以瞬间利用多次燃料喷射策略。通过在增加发动机负荷(例如，来自低EGR条件的给油)期间利用多次燃料喷射用EGR补偿充气空气进气系统的输送延迟，改善发动机的爆震容限。同样，通过在减少发动机负荷(例如，来自高EGR条件的不给油)期间利用多次燃料喷射补偿从空气进气系统净化EGR的输送延迟，改善发动机的稀释容限。通过在给油期间进行第一稀的均匀的进气冲程燃料喷射，能够实现基本上汽缸充气冷却好处。然后通过利用在火花事件正时的周围的浓的分层的压缩冲程燃料喷射，燃烧空气-燃料比可以保持在化学计量比，同时改善排气催化剂后处理效率。从而当希望的发动机稀释缓慢地突变时的高负荷条件，多次燃料喷射改善发动机爆震容限。改善的爆震容限也延迟对火花延迟或变浓的需要，用于爆震或预点火的减轻，改善发动机燃料经济性。在不给油期间通过进行多次燃料喷射，可以延迟火花正时，同时火花塞周围的浓混合物减少汽缸燃烧时间。因此，这改善点火时的汽缸内压力和温度条件，改善燃烧稳定性和发动机EGR容限。
[0113]应当指出，这里包括的示范性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统结构一起应用。这里公开的控制方法和程序可以作为非瞬变存储器中的可执行指令而被存储。这里所描述的具体程序可以表示任何数目处理策略的其中一个或更多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序进行、并行进行或在一些情况下可以省略而进行。同样，为了实现这里所述的示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易示出和描述而提供。一个或更多个所示的动作、操作和/或功能取决于所用的特定策略可以重复地进行。而且，所述的动作、操作和/或功能可以图示地表示有待被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的非瞬变存储器中的代码。
[0114]应当明白，本文所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0115]下面的权利要求具体指出认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或更多个这种要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种要素。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或在本申请和相关申请中提出新权利要求来要求保护。这些权利要求，比原权利要求在范围上无论是更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种方法，其包括: 响应在较低的EGR的情况下运行发动机时增加发动机负荷， 增加EGR;并且 每个循环用多次燃料喷射为所述发动机供燃料直到EGR高于阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在较低的EGR情况下运行包括在无低压EGR(LP-EGR)情况下运行，并且其中增加EGR包括增加LP-EGR，所述增加LP-EGR包括增加从排气涡轮下游的排气歧管到进气压缩机上游的进气歧管的冷却的排气剩余物的再循环。
3.根据权利要求2所述的方法，其中增加EGR还包括当发动机负荷增加时，以相对于空气流的固定比率输送LP-EGR。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括，在EGR高于所述阈值之后，每个循环用单一燃料喷射为所述发动机供燃料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述阈值基于在所述增加发动机负荷时的所述发动机的爆震容限。
6.根据权利要求1所述的方法，其中每个循环的所述多次燃料喷射包括至少第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述增加发动机负荷是响应操作者踏板给油。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一进气冲程喷射的正时调节成稀的均匀的进气冲程喷射，并且其中所述第二压缩冲程喷射的正时调节成浓的分层的压缩冲程喷射。
9.根据权利要求8所述的方法，其中用多次燃料喷射为所述发动机供燃料包括将总的汽缸燃烧空气-燃料比保持在化学计量比附近。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括，在每个循环用多次燃料喷射为所述发动机供燃料时，同时保持点火正时。
11.一种发动机方法，其包括: 在第一模式期间，在较低的EGR比率情况下运行，并且响应对较高负荷给油，保持每个循环单一燃料喷射并且增加LP-EGR ；以及 在第二模式期间，在较低的EGR比率情况下运行，并且响应对较高负荷给油，每个循环以多次燃料喷射运行，并且增加LP-EGR。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第一模式期间，在所述较高负荷下，所述发动机不是爆震限制的，并且其中在所述第二模式期间，在所述较高负荷下，所述发动机是爆震限制的。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第一和第二模式两者期间，燃烧空气-燃料比被保持在化学计量比处或其附近。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第一模式期间，EGR误差低于阈值，并且其中在所述第二模式期间，所述EGR误差高于所述阈值，所述EGR误差基于目标EGR和输送的EGR之间的差。
15.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第一模式期间所述较低的EGR比率是相对于空气流的固定的EGR比率，并且其中在所述第二模式期间所述较低的EGR比率是零EGR比率。
16.—种车辆发动机系统,其包括: 涡轮增压器； 包含低压排气再循环(LP-EGR)阀的LP-EGR系统；和 包含计算机可读存储介质的控制系统，所述计算机可读存储介质包含指令，用于: 控制所述LP-EGR阀的运行，以在第一较低的负荷范围内的所有的发动机负荷下保持无EGR ;并且 响应对第二较高的负荷范围给油，增加所述LP-EGR阀的开度并且每个循环以多次喷射输送燃料，直到达到阈值EGR比率。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制系统包括其他的指令，用于:在达到所述阈值EGR比率之后，每个循环以单一喷射输送燃料并且控制所述LP-EGR阀的运行，以在所述第二负荷范围内的所有的发动机负荷下，保持通过所述LP-EGR系统的新鲜空气流的固定的EGR百分比比率。
18.根据权利要求17所述的系统，其中每个循环以单一喷射输送燃料包括以单一的进气冲程喷射输送燃料，并且其中每个循环以多次喷射输送燃料包括以第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射输送燃料。
19.根据权利要求18所述的系统，其中当每个循环以多次喷射输送燃料时，所述燃料的第一较大部分以第一进气冲程喷射的方式输送，并且所述燃料的第二剩余部分以第二压缩冲程喷射的方式输送。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括，包含高压排气再循环(HP-EGR)阀的HP-EGR系统，其中在所述第一和第二负荷范围的每一个期间，基于所述LP-EGR阀的开度调节所述HP-EGR阀的开度。
21.—种用于发动机的方法,其包括: 在所述发动机是爆震限制时，响应EGR误差大于阈值，转变成多次燃料喷射。
22.根据权利要求21所述的方法，其中保持所述多次燃料喷射直到所述EGR误差小于所述阈值或所述发动机移出爆震限制体系。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述EGR误差包括输送的EGR和目标EGR之间的差，所述目标EGR基于发动机转速-负荷状况。
24.—种用于发动机的方法,其包括: 在第一模式期间，响应EGR误差大于阈值并且所述发动机在爆震限制区内运行，保持单一燃料喷射并延迟火花正时；以及 在第二模式期间，响应所述EGR误差大于所述阈值并且所述发动机在所述爆震限制区内运行，转变到多次燃料喷射。
25.根据权利要求24所述的方法，其中在所述第一模式期间延迟火花正时包括延迟火花正时达第一量，所述方法还包括，在所述第二模式期间，延迟火花正时达第二量，所述第二量小于所述第一量。
【文档编号】F02M25/07GK104421019SQ201410419590
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】S·伍尔德里奇, G·苏尼拉, B·A·博伊尔, J·A·希尔迪奇, M·H·谢尔比, C·P·格卢格拉, B·R·彼得森 申请人:福特环球技术公司