用于减少来自涡轮增压直喷式汽油发动机的颗粒的进气口喷射系统的制作方法_3

文档序号:9252116阅读:来源:国知局
料性质的信息也可以用于调节直接喷射的燃料与进气口喷射的燃料之比。如果燃料具有大量饱和碳氢化合物或者含氧化合物(醇类),那么可以对直接喷射的燃料与进气口燃料喷射的燃料之比进行调节,以提供最佳的排放。可以通过车辆的过去史来确定燃料的性质。例如,当燃料含有很大成分的醇类时,与具有相同燃料的进气口燃料喷射的情况相比较,可以使用燃料的直接喷射,来同时降低碳氢化合物排放和颗粒排放,该进气口燃料喷射在冷启动和热重启期间产生少量的颗粒物质但却产生大量的碳氢化合物蒸气。
[0026]另外,如上面所描述的,可以采用使用了颗粒质量和数量测量的闭环控制。燃料管理系统可以控制通过进气口燃料喷射引入的燃料成分,以便最大限度地降低颗粒质量或者数量或者颗粒质量和数量这两者的一些组合。
[0027]输入至控制系统的参数可以包括发动机温度、点火后的时间、发动机燃料变化率、发动机速度变化率、转矩变化率、发动机速度和发动机转矩、燃料组成。控制系统还可以考虑是否使用分层直接喷射。
[0028]这些各种实施例,诸如在图1至图6中所示出的,可以用于降低在各种临界时间期间的颗粒排放。已知颗粒排放过多的一些时候是发动机冷启动和发动机停机。由此,本文所描述的发动机控制单元可以用于调节发动机操作工况,诸如,当颗粒排放可以为高的时候,控制系统将调节进气口燃料喷射的燃料与直接喷射的燃料之比,以便使用比不用考虑颗粒排放时将使用的进气口喷射的燃料成分更大的进气口喷射的燃料成分。
[0029]冷启动
例如,当在冷启动期间在其他方面需要大量直接喷射的燃料来防止爆震的转矩值下操作发动机时,在不导致爆震的情况下,可以引入一种或多种补偿技术来减少直接喷射的燃料的相对量。
[0030]这类补偿技术中的一种是火花延迟。火花延迟的增加导致效率降低。然而,对于大多数驱动循环而言,在冷启动和其他瞬态期间利用降低的燃料效率进行的操作大体上并不影响总燃料效率。而且,在短冷启动瞬态期间的更低发动机操作效率可以具有增加发动机和后处理部件的温升(warm-up )速率的有益效果。
[0031]在冷启动期间,可以通过与用于最大限度地减少碳氢化合物产生的相似的方法来实现颗粒控制,这可导致发动机和催化剂的快速温升。由此,可以使用超出控制爆震所需的火花延迟的火花延迟、最大限度地增加残留物和汽缸中的压力的气门正时调节、以及通过直接喷射器可能喷射的少量燃料成分,来最大限度地减少在冷启动期间形成颗粒。可以通过操作系统来调节进气门、排气门或者进气门和排气门两者的正时,以便最大限度地减少颗粒的产生。效果可以是调节修改了在汽缸中的压力、组成或者流量动态。在流量动态的情况下,可以通过在稳态条件期间(无论是滚流、旋流还是静流)的流量来修改流量,使得在瞬态期间产生的流量最大限度地减小了壁润湿和颗粒的产生。在多个进气门或者多个排气门的情况下,可以单独地调节每个气门的正时,以便修改在汽缸中的流量。
[0032]用于减少在冷启动期间的颗粒排放的另一种控制特征是减少所使用的直接喷射的量,以便最大限度地减少碳氢化合物蒸气排放。在冷启动周期的最初时间的发动机的燃料供给可以通过直接喷射单独进行或者主要通过直接喷射进行,并且通过进气口燃料喷射的相对燃料供给量可以随发动机和催化剂温升基于时间而增加。可以使用有关燃料组成(主要为醇类含量)的信息来调节直接喷射的燃料的量。
[0033]可通过在使用直接喷射以通过精确喷射接近化学计量燃烧所需的燃料量来实现更好的燃料控制的益处和空气燃料混合物的更不均匀的损害之间的权衡,来确定基于时间而增加的进气口喷射的作用。进气口燃料喷射引起了混合物的均匀性的改善,同时使对燃料喷射的控制较不精确,这是因为燃料运输是通过接近一个或多个进气门建立的膜而发生的。可基于在已经点燃燃料之后的时间,对进气口燃料喷射和直接燃料喷射的相对量进行优化,以便最大限度地减少颗粒排放。当需要时,可以通过增加火花延迟而允许进气口燃料喷射的更大的相对量,来促进该优化。
[0034]在这些时间,使用多个点和多种形式将燃料引入汽缸是有用的。例如,在冷启动操作期间,为了对燃料进行精密计量,针对在启动期间的几个循环,控制系统可以要求直接喷射,随后,增加可以减少颗粒排放的进气口燃料的使用。可以使用来自直接喷射器的多个喷射,以最大限度地减少颗粒的产生。
[0035]发动机停机
还可以在发动机停机期间采用进气口燃料喷射和直接喷射的优化组合。在不使用进气口喷射的发动机停机之后的几个循环的操作可以减少在气门处的膜,并且减少在接近进气门的池(puddle)中的燃料量,用于随后的启动。
[0036]其他瞬杰
上述控制方法也可以适用于在剩余的驱动循环期间的特定瞬态工况。
[0037]该策略也可以用于在具有直接喷射式火花点火发动机的车辆中进行瞬态操作,该直接喷射式火花点火发动机使用发动机停机和重启来提高效率;在车辆加速和空转期间使用该停止-启动操作,通过在发动机操作非常低效时不使用该发动机来提高效率。该策略也可以用于具有全混合动力系统的车辆。
[0038]除了在冷启动和发动机停机时使用之外,上文所讨论的优化的进气口燃料喷射-直接喷射系统对于在发动机速度或者转矩存在快速变化的特定瞬态下的操作也可能是有用的。在高发动机速度下,这可能是尤为重要。在高发动机速度下,虽然在汽缸中存在的湍流增加,但是由于时间缩短了,所以存在混合物形成的问题。因为混合物形成问题导致颗粒排放,所以应该最大限度地减少直接喷射。然而,由于高速操作通常与温度增加相关联,所以通过增加在这些工况下发生的颗粒物质氧化,可以减少此需要。
[0039]其他抟术
虽然直接喷射对于控制在冷启动和其他瞬态期间的碳氢化合物蒸气排放有用,但是可以按照常规方法来控制这些排放。相反,颗粒排放,如果没有通过燃料管理得到充分减少,可以要求使用汽油颗粒过滤器(GPF),这可以导致明显额外的复杂度和成本。由此,对于控制系统而言,可能更具吸引力的是改变进气口喷射的燃料和直接喷射的燃料的相对量,以便以更多碳氢化合物排放为代价减少颗粒排放。
[0040]燃料供给系统技术的进步可以使喷射到每个汽缸中的燃料的控制成为可能。由此,可以单独地控制每个汽缸的燃料喷射条件,而不是命令所有喷射器引入相同的燃料量以及相同的喷射器正时和其他条件。已知的是,不同汽缸的性能有所不同,并且计算机现在可以单独地控制每个汽缸。例如,可以以与其他汽缸不同的化学计量来运行一些汽缸,而空气/燃料混合物的总化学计量是正确的。还可以在瞬态期间,诸如在冷启动或者硬加速期间,临时改变总化学计量。
[0041]另一种选择是在冷启动和瞬态期间使用不同的燃料,如果车上可得到。可以使用可易于蒸发的燃料(具有高蒸气压力(诸如,醇)和低蒸发热的燃料、或者具有低蒸发温度的燃料、或者具有几乎饱和的碳键的燃料),来最大限度地减少颗粒产生。在这些情况下,可以使用易于蒸发的燃料或者具有低造烟倾向的燃料(诸如,甲醇或者乙醇),以最大限度地减少颗粒物质。虽然甲醇和乙醇都具有较高的蒸发热,但是它们都具有较低的造烟倾向,并且它们都具有高蒸气压力。易于蒸发的燃料或者具有低造烟倾向的燃料可以通过外部机构提供到单独的容器(例如,外部装填),或者可以在车上从作为汽油和醇的混合物的单个燃料分离并且储存在单独的容器中。由于仅需要少量燃料,所以燃料箱的大小和/或车载分离系统的能力可以较小。
[0042]根据与汽油混合的醇(乙醇或者甲醇)(如果存在)的量,进气口燃料喷射的燃料量与直接喷射的燃料量之比可以有所不同。使用醇可以减
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