用於控制排氣再循環的方法
2023-12-03 16:03:01
用於控制排氣再循環的方法
【專利摘要】本發明涉及用於控制排氣再循環的方法。公開了涉及控制發動機中的EGR的各種實施方式。在一個實施方式中，在第一溫度以及第一發動機速度和負荷下將第一EGR量供應至汽缸。此外，在第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從第一溫度增加至第二溫度，在排氣門關閉後並且在進氣門打開前噴射第一燃料量，同時將大於第一EGR量的第二EGR量供應至汽缸。
【專利說明】用於控制排氣再循環的方法
【背景技術】
[0001]發動機可配置有排氣再循環(EGR)系統，以將至少一些排氣從發動機排氣道轉移至發動機進氣道。通過控制EGR來提供期望的發動機稀釋，可減少發動機泵氣運轉、發動機爆震以及NOx排放。例如，在部分節氣門運行條件下，提供EGR至發動機的汽缸允許對於相同的發動機負荷使節氣門更大程度地被打開。通過減少發動機的節流，可減少泵氣損失，從而改進燃料效率。此外，通過提供EGR至發動機，可降低燃燒溫度(特別是在其中EGR在被提供至汽缸之前冷卻的實施中)。更冷的燃燒溫度提供發動機抗爆震性能，並且因而增加發動機熱效率。仍進一步地，EGR降低燃燒火焰溫度，其減少在燃燒過程中產生的NOx的量。在一個實例中，在燃燒循環過程中，在進氣門打開之後，將所有EGR和燃料提供至發動機的汽缸。
[0002]但是，本文發明人已經確認了這種方法的潛在問題。例如，提供至發動機汽缸的EGR的量可能受到其中燃燒穩定性下降的發動機稀釋極限限制。
【發明內容】
[0003]因而，在一個實例中，以上問題中的一些可至少部分地通過包括下列步驟的方法解決:在第一溫度以及第一發動機速度和負荷下，供應第一 EGR量至汽缸；並且在第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從第一溫度增加至第二溫度，在排氣門關閉後並且在進氣門打開前噴射第一燃料量，以及在進氣門打開後將大於第一 EGR量的第二 EGR量供應至汽缸。
[0004]通過在排氣門關閉後並且在進氣門打開前噴射一定量的燃料，燃料可與汽缸內的熱的/溫的條件相互作用。這種相互作用使至少一些燃料轉化為化學自由基。然後，那些化學自由基擔當催化劑，來增強在壓縮行程和作功膨脹行程期間的燃燒。換句話說，通過在排氣門關閉後並且在進氣門打開前噴射燃料形成的額外的化學自由基減少了發動機稀釋，相對於燃料僅在進氣門打開後被噴射的方法，促進了具有增加量的EGR的穩定燃燒。增加的EGR濃度可降低發動機溫度，減少排放並增加效率和發動機抗爆震性能。
[0005]在另一實施方式中，發動機系統包括:連接至發動機進氣口和發動機排氣口的汽缸；配置來將燃料直接噴射至汽缸的噴油器；用於將一定量的排氣從發動機排氣口再循環至發動機進氣口的EGR系統；控制器，其包括處理器和保存指令的計算機可讀介質，當所述指令由處理器執行時:在第一發動機溫度以及第一發動機速度和負荷下，通過EGR系統將第一 EGR量供應至汽缸；並且在第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從第一發動機溫度增加至第二發動機溫度時，在排氣門關閉後並且在進氣門打開前通過噴油器噴射第一燃料量，同時在進氣門打開後通過EGR系統將大於第一 EGR量的第二 EGR量供應至汽缸。
[0006]在另一實施方式中，在排氣門關閉後在20度曲軸轉角內噴射第一燃料量，並且在進氣門打開後在20度曲軸轉角內噴射第二燃料量。
[0007]在另一實施方式中，計算機可讀介質進一步具這樣的指令，當其由處理器執行時:在噴射第一燃料量和噴射第二燃料量之間基本上不噴射燃料。[0008]在另一實施方式中，計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:在第一溫度和第一發動機速度和負荷下，在進氣門打開後噴射基本上等於第一燃料量和第二燃料量的總和的第三燃料量。
[0009]在另一實施方式中，計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:在大於第一發動機速度和負荷的第二發動機速度和負荷下，將小於第一 EGR量的第三EGR量供應至汽缸。
[0010]在另一實施方式中，計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:在低於第一溫度的第三溫度下，將小於第一 EGR量的第三EGR量供應至汽缸。
[0011]在另一實施方式中，第三溫度低於相應於催化劑起燃溫度的溫度閾值，並且第三EGR量基本上是零。
[0012]在另一實施方式中，方法包括:在第一發動機溫度下，在進氣門打開後將第一燃料量噴射至汽缸，同時將第一 EGR量供應至汽缸；並且在高於第一發動機溫度的第二發動機溫度下，在排氣門關閉後並且在進氣門打開前將第二燃料量噴射至汽缸，以及在進氣門打開後將第三燃料量噴射至汽缸，同時將大於第一 EGR量的第二 EGR量供應至汽缸。
[0013]在另一實施方式中，方法進一步包括在噴射第二燃料量和噴射第三燃料量之間基本上不噴射燃料。
[0014]在另一實施方式中，第一燃料量基本上等於第二燃料量和第三燃料量的總和。
[0015]在另一實施方式中，方法進一步包括:在低於第一溫度的第三溫度下，將小於第一EGR量的第三EGR量供應至汽缸。
[0016]在另一實施方式中，方法包括:對於給定條件，在較低溫度下，以較低的EGR量運行，並且在進氣行程中在進氣門打開後開始噴射單一直接燃料；並且對於給定條件，在較高溫度下，以較高的EGR量運行，在排氣門關閉後但是在進氣門打開前開始噴射第一直接燃料，以及在進氣門打開後開始噴射第二直接燃料。
[0017]在另一實施方式中，給定條件是給定的發動機速度和負荷，方法進一步包括在發動機汽缸內燃燒作為混合物的第一和第二噴射物，其中較低的EGR量大於零，其中僅在進氣行程過程中噴射第二直接燃料，並且其中僅在進氣門和排氣門打開之間負氣門重疊的過程中噴射單一直接燃料，其中第一和第二噴射包括用於燃燒循環一在其中它們燃燒——的所有噴射，並且其中對於在較低溫度下的給定條件，在進氣門和排氣門打開之間負氣門重疊的過程中不直接噴射至汽缸。
[0018]將理解，提供以上
【發明內容】
以簡化形式介紹概念的選擇——其隨後在【具體實施方式】中進一步描述。不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或實質特徵，所述主題的範圍通過所附權利要求限定。此外，所要求保護的主題不限制於解決本公開以上或任何部分指出的任何缺點的實施。
[0019]附圖簡述
[0020]圖1顯示了根據本公開實施方式的發動機系統。
[0021]圖2顯示了根據本公開實施方式用於控制發動機中的燃料噴射和EGR的方法的流程圖。
[0022]圖3顯示了圖解在第一發動機溫度下控制燃料噴射的實例的圖表。
[0023]圖4顯示了圖解在第一發動機溫度下控制EGR的實例的圖表。[0024]圖5顯示了圖解在大於第一發動機溫度的第二發動機溫度下控制燃料噴射的實例的圖表。
[0025]圖6顯示了圖解在第二發動機溫度下控制EGR的實例的圖表。
[0026]圖7顯示了圖解在大於第二發動機溫度的第三發動機溫度下控制燃料噴射的實例的圖表。
[0027]圖8顯示了圖解在第三發動機溫度下控制EGR的實例的圖表。
[0028]圖9顯不了圖解由於不同燃料噴射事件產生的一氧化碳自由基的實例的圖表。
[0029]圖10顯示了圖解由於不同燃料噴射事件產生的二氫自由基的實例的圖表。
【具體實施方式】
[0030]本說明涉及在一些條件下控制發動機以較高的EGR濃度運行，同時維持燃燒穩定性。特別地，方法包括在可被稱為負氣門重疊的接近排氣門關閉的時間並且在進氣門打開前噴射少量的燃料，隨後噴射第二更大量用於燃燒。當第一噴射的燃料量與熱汽缸中的殘餘排氣混合時，至少一些燃料轉化為化學自由基，其在隨後的燃燒循環中擔當用於燃燒的催化劑。換句話說，由負氣門重疊過程中初始噴射形成的化學自由基促進穩定燃燒，甚至當汽缸中的EGR濃度增加時。在一個實例中，該控制方法可應用至包括EGR系統的直噴式發動機、火花點火式發動機，如圖1中顯示的。但是，本說明也可為柴油和可選燃料的發動機提供益處。因此，本公開不限於具體的發動機類型或具體的EGR系統構造。圖2顯示了用於控制發動機以較高的EGR濃度運行同時維持燃燒穩定性的方法的流程圖。圖3-8顯示了當發動機和EGR系統根據圖2的方法運行時所模擬的關注的信號。圖9-10顯示了由於不同燃料噴射事件產生的化學自由基水平的實例。
[0031]圖1描述了內燃發動機10的燃燒室或汽缸的示例性實施方式。發動機10可接收來自包括控制器12的控制系統的控制參數和來自車輛駕駛員130通過輸入裝置132的輸入。在該實例中，輸入裝置132包括加速器踏板和用於產生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的汽缸(本文也稱為「燃燒室」)14可包括具有活塞138定位在其中的燃燒室外壁136。活塞138可連接至曲軸140，以使活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動。曲軸140可通過傳輸系統連接至乘客車輛的至少一個驅動輪。此外，起動機可通過飛輪連接至曲軸140，以使得發動機10能夠開始運行。
[0032]汽缸14可通過一系列的進氣道142、144和146接收進氣。進氣道146可與除汽缸14以外的發動機10的其它汽缸連通。在一些實施方式中，進氣道中的一個或多個可包括增壓裝置如渦輪增壓器或機械增壓器。例如，圖1顯示了配置有渦輪增壓器的發動機10，所述渦輪增壓器包括布置在進氣道142和144之間的壓縮機174和沿著排氣道148布置的排氣渦輪176。壓縮機174可至少部分地經由軸180通過排氣渦輪176供以能量，其中增壓裝置被配置為渦輪增壓器。但是，在其它實例中，如在發動機10提供有機械增壓器的情況下，排氣渦輪176可任選地被省略，其中壓縮機174可通過來自馬達或發動機的機械輸入供以能量。包括節流板164的節氣門20可沿著發動機的進氣道設置，用於改變提供至發動機汽缸的進氣的流速和/或壓力。例如，節氣門20可置於壓縮機174的下遊，如圖1中顯示的，或可選地可設置在壓縮機174的上遊。
[0033]排氣道148可接收除汽缸14以外的發動機10的其它汽缸的排氣。顯示排氣傳感器128連接至排放控制裝置178的排氣道148的上遊。傳感器128可選自用於提供排氣空/燃比的指示的各種適合傳感器，例如，如線性氧傳感器或UEGO (通用或寬域排氣氧)、雙態氧傳感器或EGO (如所述的)、HEG0(加熱型EGO) >NOx,HC或CO傳感器。排放控制裝置178可以是三元催化劑(TWC)、NOx捕集器、各種其它排放控制裝置或它們的組合。
[0034]排氣溫度可通過位於排氣道148內的一個或多個溫度傳感器(未顯示)測量。可選地，可基於發動機運行條件如速度、負荷、空燃比(AFR)、點火延遲等推出排氣溫度。此外，排氣溫度可通過一個或多個排氣傳感器128計算。可理解，排氣溫度可以可選地通過本文列出的溫度評估方法的任何組合評估。
[0035]發動機10的每個汽缸可包括一個或多個進氣門和一個或多個排氣門。例如，顯示了汽缸14包括位於汽缸14的上部區域處的至少一個進氣提升閥150和至少一個排氣提升
閥156。在一些實施方式中，發動機10的每個汽缸-包括汽缸14-可包括位於汽缸的
上部區域處的至少兩個進氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。
[0036]進氣門150可經由凸輪驅動系統151通過凸輪驅動被控制器12控制。類似地，排氣門156可經由凸輪驅動系統153通過控制器12控制。凸輪驅動系統151和153可每個包括一個或多個凸輪並且可利用可通過控制器12操作以改變閥門操作的凸輪輪廓轉換(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變閥門升程(VVL)系統中的一個或多個。進氣門150和排氣門156的操作可分別通過氣門位置傳感器155 (未顯示)和/或凸輪軸位置傳感器157確定。在可選的實施方式中，進氣門和/或排氣門可通過電動氣門驅動控制。例如，汽缸14可以可選地包括通過電動氣門驅動控制的進氣門和通過包括CPS和/或VCT系統的凸輪驅動控制的排氣門。在仍其它實施方式中，進氣門和排氣門可通過普通氣門驅動器或驅動系統或可變氣門正時驅動器或驅動系統控制。
[0037]汽缸14可具有壓縮比，其是當活塞138處於底部中心與頂部中心時的體積的比。常規地，壓縮比在9:1至10:1的範圍內。但是，在其中使用不同燃料的一些實例中，可增加壓縮比。例如，當使用更高的辛燒燃料或具有更高的蒸發潛熱函(latent enthalpy)的燃料時，這可發生。如果使用直接噴射，由於其對發動機爆震的作用，壓縮比也可增加。
[0038]在一些實施方式中，發動機10的每個汽缸可包括用於引發燃燒的火花塞192。點火系統190可在選擇的運行模式下響應來自控制器12的點火提前信號SA通過火花塞192提供點火火花至燃燒室14。但是，在一些實施方式中，火花塞192可省略，如當可能是一些柴油發動機的情況時，發動機10可通過自動點火或通過噴射燃料開始燃燒。
[0039]顯示了直接連接至汽缸14的噴油器166，用於與經由電子驅動器168接收自控制器12的信號FPW的脈寬成比例地直接在其中噴射燃料。以此方式，噴油器166提供被認為是燃料至燃燒汽缸14的直接噴射(下文也稱為「DI」)。儘管圖1顯示了噴射器166為側面噴射器，但是其也可位於活塞的頂部，如火花塞192的位置附近。當以醇型燃料運行發動機時，由於一些醇型燃料的較低揮發性，這種活塞可增加混合和燃燒。可選地，噴射器可位於進氣門的頂部和附近，以增加混合。可將燃料從包括燃料箱、燃油泵和燃料軌(rail)的高壓燃料系統8輸送至噴油器166。可選地，燃料可在較低壓力下通過單級燃料泵輸送。此夕卜，燃料箱可具有將信號提供至控制器12的壓力傳感器。
[0040]應理解，儘管在一個實施方式中，發動機可經由單個直接噴射器通過噴射燃料運行；但在可選的實施方式中，發動機可通過使用兩個噴射器(直接噴射器166和進氣道噴射器)和改變每個噴射器的相對噴射量運行。
[0041]可在汽缸的單個循環期間將燃料通過噴射器輸送至汽缸。此外，從噴射器輸送的燃料的分布和/或相對量可隨著運行條件，如發動機溫度、環境溫度等改變，如以下本文所述的。此外，對於單一燃燒事件，可每個循環執行所輸送燃料的多次噴射。多次噴射可在壓縮行程、進氣行程或它們的任何適當組合的過程中執行。
[0042]如上所述，圖1顯示了多缸發動機的僅一個汽缸。因此，每個汽缸可類似地包括其自己的一組進氣門/排氣門、噴油器(一個或多個)、火花塞等。
[0043]發動機10可進一步包括EGR系統194，其包括一個或多個排氣再循環通道，用於將來自發動機排氣口的一部分排氣再循環至發動機進氣口。因此，通過再循環一些排氣，可影響發動機稀釋，其可通過減少發動機爆震、峰值汽缸燃燒溫度和壓力、節流損失和NOx排放，提高發動機性能。在所述的實施方式中，排氣可經由EGR通道141從排氣道148再循環至進氣道144。提供至進氣道148的EGR的量可經由EGR閥143通過控制器12改變。此夕卜，EGR傳感器145可在EGR通道內布置，並且可提供排氣的一個或多個壓力、溫度和濃度的指示。
[0044]將明白，儘管圖1的實施方式顯示了通過在渦輪增壓器壓縮機上遊的發動機進氣口和渦輪下遊的發動機排氣口之間連接的LP-EGR通道提供低壓力(LP-EGR)，但在可選的實施方式中，發動機可配置來經由在壓縮機下遊的發動機進氣口和渦輪上遊的發動機排氣口之間連接的HP-EGR通道也提供高壓EGR(HP-EGR)。在一個實例中，HP-EGR流可在如沒有通過渦輪增壓器提供的升壓的條件下提供，同時LP-EGR流可在如在渦輪增壓器升壓的存在下和/或當排氣溫度在閾值以上時的條件中提供。當不同的HP-EGR和LP-EGR通道被包括時，各個EGR流可通過調整各個EGR閥控制。
[0045]控制器12在圖1中顯示為微型計算機，其包括微處理器單元106、輸入/輸出端108、用於可執行程序和校準值的電子存儲介質——其在該具體實例中顯示為只讀存儲器晶片110、隨機存取存儲器112、保持記憶體元件(keep alive memory) 114和數據總線。例如，ROMl 10, RAM112或KAM114單獨地或組合地可代表計算機可讀介質，其是可編程的以保存通過處理器106可執行的指令，從而控制發動機10的運行。除了先前討論的那些信號以夕卜，控制器12可接收來自連接至發動機10的傳感器的各種信號，包括來自質量空氣流量傳感器122的進氣質量空氣流量計(MAF)的測量；來自連接至曲軸140的霍爾傳感器120 (或其它類型)的表面點火感測信號(PIP);來自節氣門位置傳感器的節氣門位置(TP);和來自傳感器124的歧管絕對壓力信號(MAP)。發動機速度信號RPM可從信號PIP通過控制器12產生。在進氣歧管中，來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可用於提供真空或壓力的指示。其它傳感器可包括連接至燃料系統的燃料箱(一個或多個)的燃料水平傳感器和燃料組成傳感器。
[0046]此外，控制器12可接收可指示涉及發動機10的各種溫度的信號。例如，可將來自連接至冷卻套筒118的溫度傳感器116的發動機冷卻液溫度(ECT)發送至控制器12。在一些實施方式中，傳感器128可將排氣溫度的指示提供至控制器12。傳感器181可將油溫或油粘度的指示提供至控制器12。傳感器182可將環境溫度的指示提供至控制器12。一個或多個這些傳感器可提供可由控制器12使用的發動機溫度的指示，以控制發動機的操作。例如，在一些條件下，發動機溫度和/或環境溫度可用於與EGR閥143聯合控制噴油器166，以提供增加的EGR，同時維持穩定燃燒，如將在以下進一步細節中討論的。
[0047]在一個實例中，控制器12包括處理器和具有指令的計算機可讀介質，當所述指令由處理器執行時:在第一發動機溫度和第一發動機速度和負荷下通過EGR系統194將第一EGR量供應至汽缸14。此外，在第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從第一發動機溫度增加至第二發動機溫度，在排氣門關閉後並且在進氣門打開前通過噴油器166噴射第一燃料量，同時在進氣門打開後通過EGR系統194將大於第一 EGR量的第二 EGR量供應至汽缸。
[0048]通過在負氣門重疊期間噴射第一燃料量，燃料可在汽缸中被加熱，並且轉化為化學自由基，其擔當用於燃燒的催化劑。額外的化學自由基降低汽缸中的稀釋水平，其允許在沒有減少燃燒的情況下增加額外的EGR。以此方式，可減少燃料消耗，並且可增加發動機效率和發動機抗爆震性能。
[0049]在一些實施方式中，控制器12的計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:在第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從第一溫度增加至第二溫度，在進氣門打開後噴射大於第一燃料量的第二燃料量。在一些情況中，在排氣門關閉後並且在進氣門打開前所噴射的第一燃料量可稱為預噴射，並且在進氣門打開後所噴射的第二燃料量可稱為主噴射。在一個具體實例中，在排氣門關閉後在20度曲軸轉角內噴射第一燃料量，並且在進氣門打開後在20度曲軸轉角內噴射第二燃料量。將明白，主噴射的正時可基於運行條件如發動機速度和負荷變化。
[0050]在一些實施方式中，控制器12的計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:在噴射第一燃料量和噴射第二燃料量之間基本上不噴射燃料。通過在第一燃料量和第二燃料量之間不使用噴油器166，允許第一燃料量與汽缸中的殘餘排氣相互作用，以適宜地轉化為有助於穩定燃燒的化學自由基。將明白，噴射之間的正時可基於運行條件如發動機速度和負荷變化。
[0051]在一些實施方式中，控制器12的計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:在第一溫度以及第一發動機速度和負荷下，在進氣門打開後噴射基本上等於第一燃料量和第二燃料量的總和的第三燃料量。例如，在更小量的EGR提供至汽缸14的一些條件下，可免除預噴射以利於可以更小量的EGR提供穩定燃燒的更大的主噴射。
[0052]在一些實施方式中，控制器12的計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:在大於第一發動機速度和負荷的第二發動機速度和負荷下，將小於第一EGR量的第三EGR量供應至汽缸。例如，在更高發動機速度和負荷條件下，如在節氣門全開(例如，踩下(tip-1n)加速器)下，可將提供至汽缸14的EGR量減少，以利於增加發動機輸出，滿足高發動機負荷。
[0053]在一些實施方式中，控制器12的計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:在小於第一溫度的第三溫度下，將小於第一 EGR量的第三EGR量供應至汽缸。例如，在一些條件下，如在低環境溫度條件下，可減少提供至汽缸14的EGR量，因為EGR可將汽缸冷卻至影響發動機運行的程度。在一個實例中，第三溫度小於相應於催化劑起燃的溫度閾值，並且第三EGR量基本上是零。換句話說，在冷的發動機條件下，可關閉EGR閥143，因此基本上沒有EGR通過EGR系統194提供至汽缸14。以此方式，排氣可提供至排放控制裝置178，以將其更迅速地加熱至催化劑起燃溫度。[0054]在以上所述的實施方式中，對於給定的發動機速度和負荷隨著溫度變化，燃料噴射和EGR被不同地控制，以當適時提供額外的EGR，同時維持穩定燃燒。特別地，在較低溫度下，可在進氣門打開後將較低的EGR量提供至汽缸，同時執行單一主燃料噴射。主噴射可提供適合量的化學自由基，以穩定燃燒較低的EGR量。此外，在較高溫度下，可提供較高的EGR量，並且當將較高的EGR量提供至汽缸時，可將燃料噴射分為在負氣門重疊期間執行的預噴射和在進氣門打開後執行的主噴射。預噴射增加汽缸中的化學自由基的量，其降低允許較高的EGR量被穩定燃燒的汽缸中的稀釋水平。
[0055]以上所述的實施方式控制給定的發動機速度和負荷的燃料噴射和EGR。應當明白，這僅僅是在給定條件下隨著溫度變化可控制燃料噴射和EGR的一個實例。在另一實施方式中，控制器12包括處理器和具有指令的計算機可讀介質，當所述指令由處理器執行時:對於給定條件，在較低溫度下，以較低的EGR量運行，並且在進氣行程過程中在進氣門打開後單一直接燃料噴射開始。此外，對於給定條件，在較高溫度下，以較高的EGR量運行，在排氣門關閉後但在進氣門打開前第一直接燃料噴射開始，並且在進氣門打開後第二直接燃料噴射開始。
[0056]在一些實施方式中，控制器12的計算機可讀介質進一步具有這樣的指令，當其由處理器執行時:燃燒發動機汽缸中的作為混合物的第一和第二噴射物。在一些實施方式中，較低的EGR量大於零。在一些實施方式中，第二直接燃料噴射僅在進氣行程過程中。在一些實施方式中，僅在進氣門和排氣門打開之間的負氣門重疊過程中進行單一直接燃料噴射。在一些實施方式中，第一和第二噴射物包括在其中燃燒的用於燃燒循環的所有噴射物。在一些實施方式中，對於給定條件，在較低溫度下，在進氣門和排氣門打開之間的負氣門重疊過程中，不發生至汽缸的直接噴射。
[0057]注意，EGR和燃料噴射可基於燃燒穩定性極限控制，超過該極限可能存在增加的降低燃燒的可能性，其包括局部燃燒、熄火、增加的排氣排放和/或降低的來自汽缸的扭矩輸出。
[0058]以此方式，圖1的系統使得運行發動機的方法能夠進行，其中期望的發動機稀釋通過結合多種發動機稀釋劑提供，所選擇的稀釋劑基於各自的燃燒穩定性極限。
[0059]圖2顯示了在不同運行條件下用於控制燃料噴射和EGR的方法200的示例性實施方式。特別地，在一些運行條件下，調節燃料噴射以適應增加的EGR量，同時維持燃燒穩定性。在一個實例中，方法200可通過圖1中顯示的控制器12執行。在202，方法200可包括確定運行條件。確定運行條件可包括接受來自發動機10各種組件的信息。例如，控制器12可接收各種閥包括進氣門150、排氣門156、EGR閥143等的運行狀態信息。此外，確定運行條件可包括監控發動機10的各種運行參數或接收來自連接至發動機10的各種傳感器的信號。所監控的參數可包括，例如，發動機/汽缸溫度、環境溫度、排氣溫度、空/燃比、發動機稀釋、發動機負荷、發動機速度等。
[0060]在204，方法200可包括確定發動機速度和負荷是否在指定的運行範圍內。在一些實施方式中，所指定的運行範圍包括節氣門部分開啟運行範圍，其中可提供EGR以增加發動機效率。在一些實施方式中，所指定的運行範圍可具有上閾值，其中EGR可被減少或未被提供，以利於提供增加的發動機輸出以滿足高發動機負荷。在一些實施方式中，所指定的運行範圍可具有下閾值，其中EGR可被減少或未被提供，如在發動機怠速時。如果確定發動機速度和負荷在所指定的運行範圍內，那麼方法200移向206。否則，方法200移向218。
[0061]在206，方法200可包括確定發動機溫度是否大於發動機溫度閾值。在一個實例中，溫度閾值響應於催化劑起燃溫度。通常地，該確定可用於決定排氣是否應當引導至排放控制裝置加熱或排氣再循環。如果確定發動機溫度大於溫度閾值，那麼方法200移向208。否則，方法200移向220。
[0062]在208，方法200可包括確定發動機溫度是否正在增加。發動機溫度的增加可指示更大量的EGR將被提供至發動機的汽缸以減少發動機爆震等的可能性的機會。如果確定發動機溫度正在增加時，那麼方法200移向210。否則，方法200移向216。
[0063]在210，方法200可包括在排氣門關閉後並且在進氣門打開前將第一量的燃料噴射至發動機的汽缸。在一個實例中，在排氣門關閉後在20度曲軸轉角內噴射第一燃料量。注意，第一量的燃料可接近於排氣門關閉時被噴射，以允許燃料被加熱，使得適合量的燃料轉化為化學自由基，以增強燃燒。
[0064]在212，方法200可包括在進氣門打開後將第二量的燃料噴射至汽缸。第二量的燃料可大於第一量的燃料。換句話說，第一次噴射可以是相對小量的燃料的預噴射，以擔當用於燃燒的催化劑，並且第二次噴射可以是用於燃燒的充足量燃料的主噴射。在一個實例中，在進氣門打開後對於給定的發動機速度和負荷在20度曲軸轉角內噴射第二燃料量。但是，將明白，在一些情況中，第二次噴射的正時可隨著發動機速度和負荷變化而變化。
[0065]在一些實施方式中，方法200可包括在噴射第一燃料量和噴射第二燃料量之間基本上不噴射燃料。換句話說，燃料噴射在兩個噴射事件之間不是連續的。可在兩個噴射事件之間不噴射燃料，以允許來自第一次噴射事件的燃料加熱並轉化為化學自由基，其擔當催化劑以增強燃燒。
[0066]在214,方法200可包括在進氣門打開後將第一量的EGR供應至發動機的汽缸。在一個實例中，第一 EGR量可通過驅動圖1中顯示的EGR閥143供應。在一些實施方式中，將第一 EGR量提供至汽缸，同時將第二燃料量噴射至汽缸。
[0067]在216，方法200可包括在進氣門打開後將第三量的燃料噴射至汽缸。在一些實施方式中，第三量基本上等於第一燃料量和第二燃料量的總和。換句話說，對於給定的發動機速度和負荷，在燃燒循環過程中所噴射的燃料的量可能未改變，但是噴射燃料時的正時可基於溫度和供應至汽缸的EGR的量改變。
[0068]在218，方法200可包括在進氣門打開後將第二量的EGR供應至發動機的汽缸。第二量的EGR可小於第一量的EGR。可將較少量的EGR提供至汽缸，因為溫度不是正在增加，並且因此可能需要較少的EGR用於抗爆震性能等。在一些實施方式中，可將第二量的EGR供應至汽缸，同時將第三量的燃料噴射至汽缸。
[0069]在220，方法200可包括在進氣門打開後將第三量的EGR供應至發動機的汽缸。第三量的EGR可小於第二量的EGR。在一些實施方式中，第三EGR量基本上為零。例如，在排放控制裝置在起燃溫度以下時的冷的環境條件中，可關閉EGR，以利於將排氣引導通過排放控制裝置，用於加熱目的。
[0070]在一些實施方式中，可在大於第一發動機速度和負荷的第二發動機速度和負荷下將第三量的EGR提供至汽缸。例如，在全節氣門或高發動機負荷條件下，EGR量可相對於節氣門部分開啟條件而降低，以增加發動機輸出，滿足高發動機負荷。[0071]對於給定的發動機速度和負荷，當溫度正在增加時，通過在排氣門關閉後並且在進氣門打開前噴射燃料，燃料可轉化為化學自由基。然後，那些化學自由基可擔當催化劑，以在壓縮和作功膨脹行程期間增強主燃燒。這種燃燒增強可增加燃燒穩定性，並且使得發動機能夠在較高的EGR濃度下運行，用於更高的燃料效率和更低的排放，同時提高發動機抗爆震性能。
[0072]在另一實施方式中，方法可包括，對於給定條件，在較低溫度下，以較低的EGR量運行並且在進氣行程期間在進氣門打開後開始單一直接燃料噴射。方法進一步包括，對於給定條件，在較高溫度下，以較高的EGR量運行，在排氣門關閉後但是在進氣門打開前開始第一直接燃料噴射，並且在進氣門打開後第二直接燃料噴射開始。在一些實施方式中，給定條件是給定的發動機速度和負荷。在一些實施方式中，方法進一步包括燃燒發動機汽缸內的作為混合物的第一和第二噴射物。在一些實施方式中，較低的EGR量大於零。在一些實施方式中，僅在進氣行程過程中進行第二直接燃料噴射。在一些實施方式中，僅在進氣門和排氣門打開之間的負氣門重疊過程中進行單一直接燃料噴射。在一些實施方式中，第一和第二噴射物包括在其中燃燒於用燃燒循環的所有噴射物。在一些實施方式中，對於給定條件，在較低溫度下，在進氣門和排氣門打開之間的負氣門重疊過程中不發生至汽缸的直接噴射。
[0073]將理解，本文公開的實例控制和評估程序可與各種系統配置一起使用。這些程序可表示一個或多個不同的處理策略如事件驅動、中斷驅動、多重任務、多線程等。因此，所公開的工藝步驟(操作、功能和/或活動)可表示待被編程至電子控制系統中的計算機可讀存儲介質的代碼。
[0074]將理解，在不脫離本公開範圍的情況下，本文所描述和/或圖解的工藝步驟中的一些可在一些實施方式中被省去。同樣地，為了達到預期結果，可能不一定要求所指示的工藝步驟的順序，但是被提供用於容易圖解和描述。所圖解的活動、功能或操作中的一個或多個可重複地執行，這取決於正被使用的具體策略。此外，術語「第一」、「第二」和「第三」等僅僅用作標記，並且不意欲在它們的對象或元件上施加數字要求或具體位置順序。
[0075]圖3-8顯示了當根據上述方法200運行EGR系統時，關注的模擬信號的圖表。注意，對於所有圖表，運行條件可包括相同的操作條件，如相同的發動機速度和負荷。圖3和4顯示了在第一發動機溫度下在燃燒循環中對曲軸的曲軸轉角度數繪出的燃料噴射和EGR閥控制信號的圖表。圖5和6顯不了在大於第一發動機溫度的第二發動機溫度下在燃燒循環中對曲軸的曲軸轉角度數繪出的燃料噴射和EGR閥控制信號的圖表。圖7和8顯示了在大於第二發動機溫度的第三發動機溫度下在燃燒循環中對曲軸的曲軸轉角度數繪出的燃料噴射和EGR閥控制信號的圖表。
[0076]圖3顯示了在第一溫度下噴油器(例如，圖1的噴油器166)的控制指令信號。X-軸表示曲軸轉角度數，並且曲軸轉角度數從左至右增加。Y-軸表示噴油器指令信號。當信號在較高水平(例如，I)下時激發噴油器，以噴射燃料，並且在較低水平(例如，O)下時去激發以便不噴射燃料。特別地，對於給定條件在三個溫度中的該最低溫度下，在進氣門打開後將第一燃料量噴射。在所圖解的實例中，燃料量在390度曲軸轉角下噴射。第一燃料量可以是用於燃燒循環所噴射的總燃料量。
[0077]圖4顯示了在第一溫度下EGR閥(例如，圖1的EGR閥143)的控制指令信號。x-軸表示曲軸轉角度數，並且曲軸轉角度數從左至右增加。Y-軸表示EGR閥指令信號。當信號在較高水平(例如，D下時激發EGR閥，以將EGR打開並供應至汽缸，並且在較低水平(例如，O)下去激發以便關閉EGR並且不將EGR供應至汽缸。特別地，對於給定條件在三個溫度中的該最低溫度下，供應第一 EGR量，同時第一量的燃料正被噴射至汽缸。在較低溫度下，第一 EGR量可以更小，或在一些情況中可以沒有，因為太多EGR可超過期望地冷卻汽缸。此外，排氣可被轉移至排放控制裝置，用於加熱而不是用於再循環為EGR。
[0078]圖5顯示了在第二溫度下噴油器(例如，圖1的噴油器166)的控制指令信號。X-軸表示曲軸轉角度數，並且曲軸轉角度數從左至右增加。Y-軸表示噴油器指令信號。當信號在較高水平(例如，I)下時激發噴油器，以噴射燃料，並且當在較低水平(例如，O)下時去激發以便不噴射燃料。特別地，對於給定條件在大於第一溫度的第二溫度下，在進氣門打開後噴射第一燃料量。換句話說，對於第一溫度和第二溫度，同時噴射相同量的燃料。
[0079]圖6顯示了在第二溫度下EGR閥(例如，圖1的EGR閥143)的控制指令信號。X-軸表示曲軸轉角度數，並且曲軸轉角度數從左至右增加。Y-軸表示EGR閥指令信號。當信號在較高水平(例如，D下時激發EGR閥，以將EGR打開並供應至汽缸，以及在較低水平(例如，O)下去激發以便關閉EGR並且不將EGR供應至汽缸。特別地，對於給定條件在第二溫度下，在進氣門打開後供應大於第一 EGR量的第二 EGR量。例如，隨著溫度從第一溫度增加至第二溫度，供應至汽缸的EGR的量可從第一 EGR量增加至第二 EGR量，因為EGR降低汽缸溫度，並降低發動機爆震的可能性。可增加EGR量而不增加燃料噴射量至稀釋極限——在該極限下燃燒下降。在所圖解的實例中，將第二 EGR量供應至汽缸，同時將第一量的燃料噴射至汽缸。此外，在所圖解的實施方式中，第二 EGR量是第一 EGR量的兩倍，但僅僅是一個非限制性實例，並且在不脫離本公開範圍的情況下，可隨著溫度增加將任何適合增加的EGR供應至汽缸。
[0080]圖7顯示了在第三溫度下噴油器(例如，圖1的噴油器166)的控制指令信號。X-軸表示曲軸轉角度數，並且曲軸轉角度數從左至右增加。Y-軸表示噴油器指令信號。當信號在較高水平(例如，I)下時激發噴油器，以噴射燃料，並且當在(例如，O)較低水平下時去激發以便不噴射燃料。特別地，對於給定條件在大於第一溫度和第二溫度的第三溫度下，在排氣門關閉後並在進氣門打開前噴射第二燃料量。第二量的燃料擔當預噴射，其增加化學自由基，這降低了汽缸中的稀釋水平以適應額外的EGR，同時維持穩定燃燒。在所圖解的實施方式中，在排氣門關閉(例如，333度曲軸轉角)後，稍微噴射第二燃料量。第二燃料量可在接近於排氣門關閉時噴射，以允許燃料與所加熱的汽缸更大的相互作用，從而促進燃料向化學自由基的轉化。
[0081]此外，在進氣門打開後噴射第三燃料量。第三燃料量是主噴射，以促進在燃燒循環的壓縮和點火行程過程中燃燒。在所圖解的實例中，第三燃料量在390度曲軸轉角下噴射。在一些實施方式中，第一燃料量(圖3和5中顯示的)可基本上等於第二燃料量和第三燃料量的總和。換句話說，在每個不同溫度下所噴射的燃料量可能不變。而是，噴射總燃料量的部分的正時變化。
[0082]圖8顯示了在第三溫度下EGR閥(例如，圖1的EGR閥143)的控制指令信號。X-軸表示曲軸轉角度數，並且曲軸轉角度數從左至右增加。Y-軸表示EGR閥指令信號。當信號在較高水平(例如，D下時激發EGR閥以將EGR打開並供應至汽缸，並且在較低水平(例如，O)下去激發以便關閉EGR以及不將EGR供應至汽缸。特別地，對於給定條件在第三溫度下，在進氣門打開後供應大於第一 EGR量和第二 EGR量的第三EGR量。例如，隨著溫度從第二溫度增加至第三溫度，供應至汽缸的EGR的量可從第二 EGR量增加至第三EGR量，因為EGR降低汽缸溫度，並且降低發動機爆震的可能性。在未增加燃料噴射量的情況下，通過將總燃料量分為預噴射和主噴射，EGR量可從第二 EGR量增加至第三EGR量。在燃燒時預噴射增加汽缸中的化學自由基的數目，其降低汽缸的稀釋水平，以適應額外的EGR，同時維持穩定燃燒。
[0083]在所圖解的實例中，供應第三EGR量，同時將第三量的燃料噴射汽缸。此外，在所圖解的實施方式中，第三EGR量多於第二 EGR量的量的三分之一，但這僅僅是一個非限制性實例，並且在不脫離本公開的範圍的情況下隨著溫度增加可將任何適合增加的EGR供應至汽缸。
[0084]注意，在上述實例中，進氣門和排氣門的正時僅僅是一個非限制性實例，並且可採用其它打開和關閉正時。此外，在一些實施方式中，氣門正時可隨著溫度變化或隨著發動機速度和負荷變化而變化。
[0085]圖9和10顯示了圖解由於在排氣門關閉後並且在進氣門打開前執行預噴射產生的化學自由基的增加的圖表。參照圖9，圖表的X-軸表示曲軸轉角度數，並且曲軸轉角度數從左至右增加。Y-軸表示殘留在發動機的汽缸中的一氧化碳(CO)化學自由基，以份每百萬(PPM)計。由在排氣門關閉後並在進氣門打開前執行的預噴射產生的CO微粒水平由實線表示。由沒有預噴射產生的CO微粒水平由虛線表示。參照圖10，圖表的X-軸表示曲軸轉角度數，並且曲軸轉角度數從左至右增加。Y-軸表示殘留在發動機的汽缸中的二氫(H2)化學自由基，以份每百萬(PPM)計。由在排氣門關閉後並在進氣門打開前執行的預噴射產生的H2微粒的水平由實線表示。由沒有預噴射產生的H2微粒的水平由虛線表示。
[0086]從排氣門關閉(例如，330度曲軸轉角)開始，因為排氣門是打開的，汽缸中的CO和H2水平在該段時期都降低。從排氣門關閉(例如，330度曲軸轉角)至進氣門打開(例如，380度曲軸轉角)，因為汽缸是關閉的，CO和H2水平幾乎都未改變。在進氣門打開後，因為更多的空氣進入汽缸，總的汽缸中的質量增加，並且CO和H2可與空氣反應，並且因而以份每百萬計的CO和H2在主噴射(例如，390度曲軸轉角)之前都減少。在一定時期的噴射後，所蒸發的燃料蒸汽被汽缸壁加熱，並且使化學動力學過程加速以產生更多的CO和H2。在預噴射的情況中，可看出與沒有預噴射的情況相比產生更多的CO和H2化學自由基。通過在汽缸內產生更多的化學自由基，可增加下次燃燒循環的燃燒速率，其允許EGR增加，同時維持穩定燃燒。
[0087]最後，將理解，本文描述的物品、系統和方法本質上是示例性的，並且這些【具體實施方式】或實例不以限制意義被考慮，因為考慮許多變化。因此，本公開包括本文公開的各種系統和方法的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合以及其任何和所有等價形式。
【權利要求】
1.一種方法，其包括: 在第一溫度以及第一發動機速度和負荷下，將第一 EGR量供應至汽缸；並且在所述第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從所述第一溫度增加至第二溫度，在排氣門關閉後並且在進氣門打開前噴射第一燃料量，以及在進氣門打開後將大於所述第一 EGR量的第二 EGR量供應至所述汽缸。
2.權利要求1所述的方法，進一步包括: 在所述第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從所述第一溫度增加至所述第二溫度，在進氣門打開後噴射大於所述第一燃料量的第二燃料量。
3.權利要求2所述的方法，其中在排氣門關閉後在20度曲軸轉角內噴射所述第一燃料量，並且在進氣門打開後在20度曲軸轉角內噴射所述第二燃料量。
4.權利要求2所述的方法，進一步包括: 在噴射所述第一燃料量和噴射所述第二燃料量之間，基本上不噴射燃料。
5.權利要求2所述的方法，進一步包括: 在所述第一溫度以及所述第一發動機速度和負荷下，在進氣門打開後噴射基本上等於所述第一燃料量和所述第二燃料量的總和的第三燃料量。
6.權利要求1所述的方法，進一步包括: 在大於所述第一發動機速度和負荷的第二發動機速度和負荷下，將小於所述第一 EGR量的第三EGR量供應至所述汽缸。
7.權利要求1所述的方法，進一步包括: 在小於所述第一溫度的第三溫度下，將小於所述第一 EGR量的第三EGR量供應至所述汽缸。
8.權利要求7所述的方法，其中所述第三溫度小於相應於催化劑起燃溫度的溫度閾值，並且所述第三EGR量基本上為零。
9.發動機系統，其包括: 汽缸，其連接至發動機進氣口和發動機排氣口 ； 噴油器，其配置為直接將燃料噴射至所述汽缸； EGR系統,其用於將一定量的排氣從所述發動機排氣口再循環至所述發動機進氣口 ； 控制器，其包括指令，當所述指令執行時: 在第一發動機溫度以及第一發動機速度和負荷下，經由所述EGR系統將第一 EGR量供應至所述汽缸；並且 在所述第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從所述第一發動機溫度增加至第二發動機溫度，在排氣門關閉後並且在進氣門打開前通過所述噴油器噴射第一燃料量，同時在進氣門打開後將大於所述第一 EGR量的第二 EGR量通過所述EGR系統供應至所述汽缸。
10.權利要求9所述的發動機系統，其中進一步具有這樣的指令，當其被執行時: 在所述第一發動機速度和負荷下，隨著發動機溫度從所述第一溫度增加至所述第二溫度，在進氣門打開後噴射大於所述第一燃料量的第二燃料量。
【文檔編號】F02D21/08GK103726936SQ201310466846
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月9日 優先權日:2012年10月10日
【發明者】易建文, S·伍爾德裡奇, B·A·范德韋格, 楊世友, T·A·麥卡錫 申請人:福特環球技術公司