用於提前點火控制的方法和系統的製作方法
2023-11-06 03:21:42
專利名稱：用於提前點火控制的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及用於響應提前點火檢測而控制車輛發動機的方法和系統。
背景技術：
在一些工況下，具有高壓縮比或者被增壓以增加比輸出的發動機可能易於發生低速提前點火燃燒事件。由於提前點火所導致的過早燃燒能夠產生非常高的汽缸壓力，並且能夠導致類似於燃燒爆震但是具有更大的強度的燃燒壓力波動。已經研發出根據發動機的工況預測和/或較早檢測提前點火的對策。此外，在檢測之後，可以採取各種提前點火減輕步驟。
例如，可以調節燃料噴射正時(例如，提前)以減輕提前點火。在一個例子中，通過較早地噴射至少一些燃料，可以實現汽缸進氣冷卻，這減少非正常汽缸燃燒事件的可能性。但是，提前噴射正時可以使噴射的燃料碰撞汽缸壁並且使汽缸壁潮溼。從汽缸壁落下的燃料微滴又能夠在燃燒混合物中產生低辛烷物質，其作為汽缸提前點火的點火源。因此，可能不能實現希望的提前點火減輕。
發明內容
因此，在一個例子中，通過操作包括燃料噴射器的發動機的方法可以至少部分地解決至少一些以上問題。一個示例實施例包括，根據提前點火的指示(indication)調節噴射到汽缸的燃料噴射的角度。以這種方式，可以控制每個發動機汽缸的射束樣型，以減輕燃料對汽缸壁的碰撞，並且改進充氣冷卻，因而減少汽缸中提前點火的發生。在一個例子中，該方法還包括根據提前點火指示調節射束方向。在另一個例子中，發動機控制系統可以從汽缸提前點火計數估計汽缸提前點火的可能性。根據汽缸提前點火計數，汽缸可以在給定的發動機循環中通過一次或多次噴射的富噴射或稀噴射提供燃料。在給定的發動機循環中噴射的次數和每次噴射的正時可以根據汽缸提前點火計數來調節。響應較早噴射正時(例如，比較接近BDC的噴射正時)，發動機控制器可以減小由燃料噴射器噴射的燃料的射束角，以減少汽缸壁碰撞。比較而言，響應較遲的噴射正時(例如，比較接近TDC的噴射正時)，控制器可以增加射束角，以增加噴射在活塞頭部上的燃料並改善空氣燃料混合。控制器同樣可以調節燃料噴射器的射束方向(或取向)。以這種方式，可以調節噴射在汽缸中的燃料的射束樣型以提供對流冷卻而不增加非正常燃燒事件的可能性。通過根據相應的汽缸提前點火計數調節每個發動機汽缸的射束樣型，可以減少發動機提前點火，即使不同的發動機汽缸具有不同的提前點火的可能性。而且，通過調節燃料噴射的射束角，可以改善汽缸空氣燃料混合以減少排氣排放並且增加功率輸出。以這種方式，能夠減少由於提前點火引起的發動機衰退(degradation),同時改善發動機燃料經濟性和排氣排放。在另一個例子中,操作包括具有第一較高的提前點火計數的第一汽缸和具有第二較低的提前點火計數的第二汽缸的發動機的方法包括根據第一提前點火計數以第一射束角在第一汽缸中噴射燃料；和根據第二提前點火計數，以不同的第二射束角在同一個發動機循環中在第二汽缸中噴射燃料；其中在第一汽缸中噴射燃料包括在該發動機循環中以較大的噴射次數噴射燃料，在第一汽缸中噴射的次數和每次噴射的正時基於第一提前點火計數，並且其中在第二汽缸中噴射燃料包括在該發動機循環中以較小的噴射次數噴射燃料，在第二汽缸中噴射的次數和每次噴射的正時基於第二提前點火計數。在另一個例子中，調節第一汽缸的燃料噴射和第二汽缸的燃料噴射，以使第一和第二提前點火計數變成共同的點火計數，同時保持排氣空氣燃料比在化學計量或接近化學計量。在另一個例子中，該方法還包括響應第一汽缸中提前點火的發生調節第一射束角而不調節第二射束角，和響應第二汽缸中提前點火的發生調節第二射束角而不調節第一射束角。·在另一個例子中，發動機系統包括發動機；具有第一較高的提前點火計數的第一發動機汽缸；具有第二較低的提前點火計數的第二發動機汽缸；構造成將燃料和/或稀釋劑噴射到第一汽缸中的第一燃料噴射器；構造成將燃料和/或稀釋劑噴射到第二汽缸中的第二燃料噴射器；構造成識別第一和/或第二汽缸中的提前點火的爆震傳感器；和具有計算機可讀指令的控制器，該控制器用於在第一汽缸中分流(split)噴射燃料以使第一汽缸富化，該分流噴射的噴射正時和次數基於第一提前點火計數；根據該分流噴射調節第一燃料噴射器的第一射束角；在第二汽缸中單次噴射燃料以使第二汽缸稀化，該單次噴射的正時基於第二提前點火計數；以及根據該單次噴射調節第二燃料噴射器的第二射束角。在另一個例子中，調節該第一射束角包括，當分流噴射的正時接近TDC時，增大第一射束角，其中調節第二射束角包括，當單次噴射的正時接近BDC時，減小第二射束角。在另一個例子中，調節富化和稀化以使第一和第二汽缸變成共同的提前點火計數。在另一個例子中，控制器包括指令，用於根據第一燃料噴射器的出口幾何形狀進一步調節第一射束角，並且根據第二燃料噴射器的出口幾何形狀進一步調節第二射束角。在另一個例子中，調節第一射束角包括調節第一燃料噴射器的佔空比以調節第一燃料噴射器的軸針(pintle)高度，並且其中調節第二射束角包括調節第二燃料噴射器的佔空比以調節第二燃料噴射器的軸針高度。應當理解，提供上面的概述是以簡單的形式介紹選擇的構思，這種構思在具體實施方式
中進一步描述。這並不意味著視為指出所要求保護的主題的關鍵的或本質特徵，所要求保護的主題的範圍由權利要求唯一地限定。而且，所要求保護的主題不限於解決上面或本發明的任何部分指出的任何缺點的實施方式。
圖I是內燃發動機的示意圖。圖2A示出圖I的燃燒室和燃料系統的詳細視圖。圖2B示出圖2A的燃料噴射器的詳細視圖。圖3示出響應於提前點火的指示調節燃料噴射的射束角的高級流程圖。
圖4示出根據本發明的示例射束角調節。
具體實施例方式下面的描述涉及響應於提前點火的指示而調節噴射到發動機(例如圖I和2的發動機系統)的每個汽缸的燃料射束角的方法和系統。根據每個發動機汽缸的提前點火的傾向性，發動機控制器可以以分流噴射(在一個發動機循環中有多次噴射)的形式將燃料噴射到一些發動機汽缸中，而到其他汽缸中的燃料噴射為單次噴射。每次噴射的正時和次數可以基於汽缸提前點火的計數。於是，基於該噴射的正時和次數，可以調節噴射的射束角以減少噴射的燃料對汽缸壁的碰撞。控制器可以運行示例程序，如圖3所示，以根據汽缸的提前點火歷史調節噴射的噴射模式、正時和次數，以及射束角，以便減少其他提前點火的發生。射束角也可以根據噴射器出口幾何形狀來調節。示例射束角調節示於圖4。以這種方式，提前點火可以被減輕並且可以改善發動機性能。圖I是示出多汽缸發動機10的一個汽缸的示意圖，該發動機可以包括在汽車的推進系統中。發動機10可以由包括控制器12的控制系統和來自車輛操作者130通過輸入裝 置132的輸入至少部分地控制。在這個例子中，輸入裝置132包括加速器踏板和用於產生成正比的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的燃燒室(即汽缸)30可以包括燃燒室壁136和設置在其中的活塞138。活塞138可以連接於曲軸140以便使活塞的往復運動轉變成曲軸的旋轉運動。曲軸140可以經由中間傳動系統連接於車輛的至少一個主動輪。而且，啟動馬達可以經由飛輪連接於曲軸140以能夠啟動發動機10的運行。汽缸30可以經由一系列進氣通道142、144和146接收進氣。除了汽缸30之外進氣通道146可以與發動機10的其他汽缸連通。在一些實施例中，一個或多個進氣通道可以包括諸如渦輪增壓器或機械增壓器的增壓裝置。例如，圖I示出構造成具有渦輪增壓器的發動機10，該渦輪增壓器包括設置在進氣通道142和144之間的壓縮機174，和沿著排氣通道148設置的排氣渦輪176。壓縮機174可以經由軸180至少部分地由排氣渦輪176推動，其中增壓裝置構造成渦輪增壓器。但是，在例如發動機10具有機械增壓器的另一些例子中，排氣渦輪176可以選擇地省去，其中壓縮機174可以由來自馬達或發動機的機械輸入推動。包括節流板164的節氣門20可以沿著發動機的進氣通道設置，用於改變提供給發動機汽缸的進氣的流速和/或壓力。例如，節氣門20可以設置在壓縮機174的下遊，如圖I所示，或可以替換地設置在壓縮機174的上遊。排氣通道148可以接收除了汽缸30之外來自發動機10的其他汽缸的排氣。排氣傳感器128被示出在排放控制裝置178的上遊連接於排氣通道148。傳感器128可以從用於提供排氣空氣/燃料比的指示的各種合適的傳感器選擇，例如，諸如線性氧傳感器或UEGO (通用或寬域排氣氧傳感器)、雙態氧傳感器或EGO (如所描述的)、HEG0(加熱的EG0)、N0x、HC或CO傳感器。排氣控制裝置178可以是三元催化器(TWC)、N0X捕集器、各種其他排放控制裝置或其組合。排氣溫度可以通過設置在排氣通道148中的一個或多個溫度傳感器(未示出)估計。可替換地，排氣溫度可以根據諸如速度、負荷、空氣燃料比(AFR)、點火延遲等發動機工況推知。而且，排氣溫度可以通過一個或多個排氣傳感器128計算。應當明白，排氣溫度可以可替代地通過這裡列出的溫度估計方法的任何組合來估計。
發動機10的每個汽缸可以包括一個或多個進氣門和一個或多個排氣門。例如，汽缸30被示出包括設置在汽缸30的上部區域的至少一個進氣提升閥150和至少一個排氣提升閥156。在一些實施例中，包括汽缸30的發動機10的每個汽缸可以包括在汽缸的上部區域的至少兩個進氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。進氣門150可以通過經由凸輪致動系統151的凸輪致動被控制器12控制。同樣，排氣門156可以經由凸輪致動系統153被控制器12控制。凸輪致動系統151和153每個可以包括一個或多個凸輪並且可以利用如下系統中的一個或多個凸輪廓線變換系統(CPS)，可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門提升(VVL)系統，其可以由控制器12操作以改變氣門的運行。進氣門150和排氣門156的位置可以分別由氣門位置傳感器155和157確定。在可替代實施例中，進氣和/或排氣門可以通過電動氣門致動系統來控制。例如，汽缸30可以可替代地包括經由電動氣門致動系統控制的進氣門和經由包括CPS和/或VCT系統的凸輪致動控制的排氣門。在又一些其他實施例中，進氣門和進氣門可以經由共同的氣門致動器或致動系統、或可變氣門正時致動器或致動系統來控制。汽缸30可以具有壓縮比，是當活塞138處在下止點和上止點時容積比。常規上， 壓縮比在9 I到10 I的範圍內。但是在一些使用不同燃料的實施例中，壓縮比可以增力口。例如當利用較高的辛烷燃料或具有較高蒸氣潛焓的燃料時這可能發生。如果利用直接噴射，由於其對發動機爆震的影響壓縮比也可以增加。在一些實施例中，發動機10的每個汽缸可以包括用於開始燃燒的火花塞192。在選擇的運行模式下，點火系統190可以響應來自控制器12的火花提前信號SA通過火花塞192為燃燒室30提供點火火花。但是，在一些實施例中，火花塞192可以被省去，例如在發動機10可以通過自動點火或通過噴射燃料啟動燃燒的情況下，這可以是在一些柴油發動機的情況下。在一些實施例中，發動機10的每個汽缸可以構造成具有一個或多個用於為其提供燃料的燃料噴射器。作為非限制性的例子，汽缸30被示出包括一個燃料噴射器166。燃料噴射器166被示出直接連接於汽缸30，為了與經由電子驅動器168從控制器12所接收的信號FPW的脈衝寬度成正比將燃料直接噴射在其中。以這種方式，燃料噴射器166提供所謂的燃料直接噴射(以下也叫做「DI」)到燃燒室30中。雖然圖I將噴射器166示出為側面噴射器，但是它也可以設置在活塞的頂上，例如靠近火花塞192的位置。當用醇基的燃料運行發動機時，由於這種以醇基的燃料的較低揮發性，這樣的位置可以改進混合和燃燒。可替代地，噴射器可以靠近進氣門設置在進氣門頂上以改善混合。燃料可以經由高壓燃料系統80提供給燃料噴射器166，燃料系統80包括圖2A示意地示出並且在這裡詳細地討論的燃料箱、燃料泵和燃料導軌。可替代地，燃料可以通過單級燃料泵以較低的壓力提供，其中直接燃料噴射正時的情況在壓縮衝程期間比如果利用高壓燃料系統可能被更多地限制。而且，雖然沒有示出，但是燃料箱可以具有向控制器12提供信號的壓力傳感器。應當明白，在可替代實施例中，噴射器166可以是將燃料提供給汽缸30上遊的進氣道的進氣道燃料噴射器。正如上面所述，圖I僅僅示出多汽缸發動機的一個汽缸。因此每個汽缸可以同樣包括其自己的一組進氣/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。燃料系統80中的燃料箱可以儲存具有不同燃料質量的燃料，例如不同的燃料組分。這些不同可以包括不同的醇含量、不同的辛烷、不同的蒸發熱、不同的燃料混合物、和/或其組合等。示例燃料包括E85 (其包括約85%的醇和15%的汽油的混合物)、ElO (其包括約10%的醇和90%的汽油的混合物)、100%汽油或它們之間的混合物。又一些燃料包括甲醇、柴油、氫、生物柴油等。圖I中的控制器12被示出為微型計算機，其包括微處理單元(CPU) 106、輸入/輸出埠(I/O) 108、在這個具體的例子中示為只讀存儲器晶片(ROM) 110的用於可執行程序和校準值的電子存儲介質、隨機存取存儲器(RAM) 112、保活存儲器(KAM) 114和數據總線。控制器12可以接收來自連接於發動機10的傳感器的各種信號，除了前面討論過的那些信號之外，還包括來自質量空氣流量傳感器122的對吸入的質量空氣流量(MAF)的測量值；來自連接於冷卻套118的溫度傳感器116的發動機冷卻劑溫度(ECT);來自連接於曲軸140的霍爾效應傳感器120 (或其他類型)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);來自傳感器124的絕對歧管壓力信號(MAP);來自EGO傳感器128的汽缸AFR ；以及來自爆震傳感器和曲軸加速度傳感器的非正常燃燒。控制器12可以從信號PIP產生發動機轉速信號、RPM。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可以用來提供進氣歧管中真空或壓力的指示。 存儲介質只讀存儲器110可以用表示由處理器106可執行的指令的計算機可讀數據編程，用於執行下面所描述的方法以及預先考慮到但是沒有列出的其他變型。圖2A示出包含在圖I所示的內燃發動機10中的燃燒室30和相關燃料系統80的詳細視圖。燃料系統80可以包括至少部分地封裝泵204的燃料箱202。在一些例子中，泵204可以是電子致動的提升泵。但是，在其他示例中泵204可以是另一種合適類型的泵，例如機械驅動的泵、旋轉動力泵等。泵204可以電子地連接於圖I所示控制器12。繼續參考圖2A，燃料過濾器206可以經由燃料管線208連接於泵。燃料過濾器可以構造成從燃料中除去不想要的顆粒物。燃料導軌210可以經由燃料管線212連接於燃料過濾器。同樣，燃料噴射器166可以連接於燃料導軌。應當明白，燃料導軌210可以構造成向包含在多汽缸發動機中的多個直接燃料噴射器提供燃料。燃料噴射器166可以構造成在某些工況期間直接向汽缸提供燃料射束213。燃料系統中可以包括附加的或替代的部件。這些部件可以包括但不限於設置在提升泵下遊的機械地致動的泵(未示出)、設置在提升泵下遊的一個或多個止回閥(未示出)、連接於提升泵下遊的一個或多個電磁閥(未示出)，流體地連接於提升泵的下遊並連接於燃料箱的無回流燃料管路(未示出)等。圖2B示出燃料噴射器166的詳細視圖。在所示的例子中，燃料噴射器包括主體214、噴嘴216和閥218。噴嘴可以構造成直接向燃燒室30提供燃料射束213。該燃料射束具有射束角9。燃料噴射器166構造成具有可變的噴射器目標，其中噴嘴的射束角和/或方向(取向)被改變，以改變燃料在燃燒室中噴射的區域。也就是說，噴射器可以被操縱以產生寬或窄的燃料散射。此外，燃料噴射器噴嘴形狀、孔口形狀或幾何形狀以及噴嘴容量可以產生不同的射束樣型。在一個例子中，噴嘴216可以是產生圓錐形形狀的燃料射束的圓錐形噴嘴，其中射束角e也可以叫做圓錐角e。也可以使用具有其他射束樣型的替換噴嘴向燃燒室提供燃料。例子包括扁平形射束形樣型、完全圓錐射樣型、空心圓錐形射束樣型、多圓錐射束樣型等。在一些實施例中，射束角0可以通過改變燃料噴射器兩側的壓差而改變。例如，通過減小壓差，射束角可以減小。噴射器兩側的壓差可以根據諸如燃料組分、進氣門位置、發動機溫度、環境溫度、噴射正時等車輛工況通過調節MAP和/或燃料導軌壓力而改變。在一些工況下，例如在燃料噴射期間當進氣門在打開位置時，可以調節節氣門以改變MAP從而調節射束角e。可替代地，可以通過調節燃料供給系統部件(例如，提升泵和/或一個或多個閥)來調節燃料導軌壓力以改變射束角e。燃料的溫度可以影響射束角0 ,因此燃料噴射器的溫度也可以影響射束角0。在一些實施例中，燃料噴射器加熱系統可以用於調節射束角0。但是，燃料噴射加熱系統可以增加發動機系統的部件和操作成本。如圖3詳細描述的，通過響應提前點火的指示(例如，根據汽缸提前點火計數)調節射束角，可以減少汽缸壁潮溼同時提供汽缸進氣的對流冷卻。通過調節由燃料噴射器向 燃燒室散射的燃料的射束樣型，可以降低排氣排放，經由對流冷卻增加功率輸出，並且可以增加邊緣點火公差(borderline spark tolerance)。因此,這能夠減少發生汽缸提前點火。圖3示用於基於提前點火的指示調節噴射到發動機汽缸中的燃料的射束角的示例程序300。在本文中，具有較高提前點火可能性的汽缸可以用分流(split)噴射模式操作，其中在發動機的一個循環中燃料通過多次噴射提供，以降低汽缸提前點火的可能性。而且，每次噴射的射束角至少可以根據噴射正時來調節。相比較而言，具有較低提前點火可能性的汽缸，在同一發動機循環中可以以單次噴射模式操作，通過單次噴射提供燃料，該單次噴射的射束角至少基於該單次噴射的正時調節。通過調節射束角能夠調節該噴射的射束樣型，以減少燃料對汽缸壁的碰撞同時改善汽缸中的空氣燃料混合。在步驟302，程序包括估計和/或測量發動機工況。這些工況包括，例如，發動機轉速和負荷、轉矩需求、增壓、歧管壓力(MAP)、歧管進氣溫度(MCT)、空氣燃料比(拉姆達)、燃料醇含量等。在步驟304，可以確定每個汽缸的提前點火計數。在一個例子中每個汽缸的提前點火計數可以存儲在發動機控制器的資料庫的查找表中。該查找表可以以固定的間隔(例如每個發動機循環、每50英裡、每小時等)，或響應汽缸提前點火的發生而被更新。每個汽缸的提前點火(PI)計數可以包括,例如汽缸行程PI計數(trip PI count)和汽缸壽命PI計數。汽缸行程PI計數可以表示在當前行程或發動機循環中該汽缸中總的提前點火的次數。汽缸壽命PI計數可以表示在發動機運行的整個壽命期間該汽缸中的總的提前點火事件的次數。而且，各個汽缸壽命PI計數和行程PI計數可以用來確定整個發動機壽命和行程PI計數。因此，每個汽缸的PI計數可以表示給定的汽缸的提前點火歷史，並且可以與每個汽缸的將來的提前點火事件的傾向相關。在步驟306，每個汽缸的燃料噴射可以根據發動機工況和汽缸提前點火計數確定。具體說，該程序包括在單個發動機循環中，根據前點火計數和發動機工況調節燃料噴射的噴射正時和次數。此外，可以根據提前點火計數調節噴射的分流比率(也就是，在多次噴射的次噴射中的燃料量的比率)。因此，在另外的相同發動機的工況下，不同汽缸中提前點火的發生率由於製造的差異、以及由於壓縮比、有效熱損耗、燃料噴射的不同等而不同。由於至少一些相同的原因，爆震發生率也可以在汽缸之間不同。具有較高提前點火和爆震可能性的汽缸由於其中經受較高的燃燒壓力可能會較早地衰退。因此，通過基於汽缸的提前點火計數調節單個發動機循環中噴射到每個汽缸的燃料噴射的噴射正時和次數，可以降低給定的汽缸中非正常燃燒事件的高發生率，並且由於提前點火引起的汽缸衰退可以被抑制。調節單個發動機循環中燃料噴射的噴射次數包括當汽缸提前點火計數增加至高於閾值時在同一發動機循環中增加噴射次數。在一個例子中，發動機可以包括具有第一較高的提前點火計數(例如高於閾值)的第一汽缸和具有第二較低的提前點火計數(例如低於閾值)的第二汽缸。在第一汽缸中燃料可以作為分流噴射被噴射，也就是，在一個發動機循環中多次噴射。比較而言，在這個發動機循環中，在第二汽缸中燃料可以作為單次噴射來噴射。在另一個例子中，兩個汽缸都可以接收分流噴射，其中在該發動機循環中在第一汽缸中燃料以較大的噴射次數噴射，並且在該發動機循環中，在第二汽缸中燃料以較小噴射次數噴射。在兩個例子中在第一汽缸中噴射的次數和每次噴射的正時可以基於第一提前點火計數，而在第二汽缸中噴射的次數和每次噴射的正時基於第二提前點火計數。
在又一個例子中，在第一汽缸中燃料可以分流噴射以使第一汽缸富化，而在第二汽缸中燃料單次噴射以使第二汽缸稀化。第一汽缸的富化(例如，富化的持續時間、富化的量等)可以根據第一提前點火計數來調節，而第二汽缸的稀化(例如，稀化的持續時間、稀化的量等)可以根據第二提前點火計數來調節。可以調節富化和稀化以將整個排氣的空氣燃料比保持在化學計量配比或接近化學計量。通過在一個發動機循環中提供作為多次噴射而不是單次噴射的燃料噴射，可以改進燃料噴射的提前點火減輕作用，並且可以降低該汽缸中的提前點火的可能性。調節燃料噴射的正時包括將每次噴射的正時調節成提前點火減少的噴射正時。因此，提前點火減少的噴射正時，或正時窗口可以基於汽缸提前點火計數。具體說，窗口可以對應於正時範圍，在該範圍內可以在該汽缸中噴射燃料以減少將來提前點火的可能性。如果當前的噴射正時(例如，多次噴射的平均噴射正時)相對於該提前點火減少的噴射正時被提前，則該多次噴射的一個或多個正時可以延遲，以引起希望的正時窗口內的噴射正時。比較而言，如果當前噴射正時相對於提前點火減少的噴射正時被延遲，則多次噴射的一次或多次噴射的正時可以提前，以使噴射正時處於希望的正時窗口內。因此，調節正時可以包括調節噴射正時的開始、噴射正時的結束、平均的噴射正時和多次噴射之間的持續時間。在另一例子中，當在給定的發動機循環中多次噴射的次數增加時，可以調節多次噴射中的每一次的正時使得平均的噴射正時保持與對應的單次噴射相同。調節燃料噴射的分流比可以包括調節多次噴射的每一次噴射的燃料量(例如對稱分布或非對稱分布)。在一個例子中，可以調節多次噴射的分流比使得第一噴射是富的，而後面的噴射是稀的或化學計量的。在另一個例子中，可以調節多次噴射的分流比使得每次噴射同樣富或同樣稀。附加地或選擇地，多次噴射中的一次或多次噴射的正時可以至少根據噴射的次數以及噴射的分流比來調節，使得平均噴射正時相對於的相應的單次噴射被延遲或提前。例如，如果在第一噴射中噴射較少量的燃料(例如，低於閾值量)，那麼該噴射正時可以提前。在這裡，在該發動機循環中較早噴射的少量燃料可以提供汽缸冷卻作用，該冷卻作用能夠降低非正常燃燒事件的可能性。比較而言，如果在第一次噴射中噴射較大量的燃料(例如，高於閾值量)，那麼噴射正時可以被延遲。在這裡，在該發動機循環中後來噴射的較大量的燃料可以減少燃料對汽缸壁的碰撞。直接噴射到汽缸中的燃料比例相對於進氣道噴射到該汽缸中的燃料的比例也可以根據該汽缸的提前點火計數來調節。例如，當汽缸提前點火計數增加到高於閾值時直接噴射的分流的濃噴射的比例可以增加，而其餘部分作為進氣道噴射提供。還有，為了將噴射的燃料的進氣冷卻性質和其對非正常汽缸燃燒事件的影響考慮在內，分流噴射的噴射的正時和次數也可以基於所噴射的燃料中的醇含量來進一步調節。在一些實施例中，燃料噴射器還可以構造成將稀釋劑(例如水、甲醇或其組合等)噴射到汽缸中。當從噴射中存在稀釋劑時，分流噴射的噴射的正時和次數可以根據該稀釋劑中的辛烷含量來進一步調節。例如，當噴射的燃料中的醇的含量增加和/或稀釋劑中的辛烷的含量增加時，噴射的次數可以增加。同樣，噴射正時可以進一步調節(例如延遲或提前)，以利用燃料和/或稀釋劑的冷卻性質。稀釋劑的噴射的正時、分布和次數也可以根據汽缸提前點火計數來調節。例如，稀釋劑噴射可以響應於提前點火在閉環中被安排，響應於提前點火在開環或前饋中被安排，或其他適用的方式被安排。這使得稀釋劑噴射能夠與燃料噴射相配合，並且實現協同的冷卻利益。 在步驟308，燃料噴射的射束角至少根據噴射的正時和次數來調節。調節射束角包括當燃料噴射正時接近BDC時減少射束角，並且當燃料噴射正時接近TDC時增加射束角。通過當燃料噴射正時接近BDC時減少射束角，特別是在較早噴射正時的情況下，碰撞汽缸壁的噴射燃料部分可以減少，同時能夠有益於較早噴射的對流進氣冷卻性質。通過當燃料噴射正時接近TDC時增射束角，能夠改善該汽缸中的空氣燃料混合(特別是在活塞頭部)，因而改進功率輸出。示例射束角調節參考圖4示出。射束角也可以根據噴射器的出口幾何形狀來調節。例如，射束角可以根據該噴射器的孔口尺寸、孔口形狀、噴嘴形狀等而改變。應當明白，除了射束角之外，噴射的射束方向也可以根據提前點火的指示來調節。在一個例子中，可以用多個射束樣型噴射器，並且射束樣型和/或角度可以通過在不同的條件下選擇不同的孔口來調節。作為一個例子，噴射器可以是壓電致動噴射器，其中噴射器的佔空比可以改變以調節噴射器軸針的位置(例如高度)。在這裡，軸針的高度可以確定流動路徑，因此確定在噴射期間使用的一組噴射器孔口(不同組的孔口產生不同射束樣型和/或角度)。射束角還可以根據噴射的燃料中的醇的含量來調節。例如，當燃料的醇含量增加時射束角可以減小。在一些發動機工況下，例如在冷啟動期間，當在燃料系統中使用具有較高醇濃度的燃料時，燃燒室壁和/或進氣歧管的潮溼可能加重。在這裡，由醇引起的增加的壁潮溼可以通過減小射束角來減輕。具體說，在發動機啟動期間，當發動機在一些氣門重疊的情況下運行時，通過減小射束角發可以減小氣門重疊時的燃料損失和發動機部件的磨損。同樣，射束角還可以根據噴射的稀釋劑的辛烷含量進行調節。在一個例子中，當噴射的稀釋劑的辛烷含量增加時射束角可以減小。在一些實施例中，射束角還可以根據直接噴射的燃料與進氣道噴射的燃料比來調節。正如前面詳細描述的，汽缸的一部分燃料噴射可以直接噴射而其餘部分為進氣道噴射，其中當汽缸提前點火計數增加至高於閾值時，燃料直接噴射的燃料相對於進氣道噴射的燃料比增加。在這裡，當直接噴射的燃料比例增加時，射束角可以減小以利用直接噴射的進氣冷卻作用。在一個例子中，可以對發動機的每個汽缸逐個地進行燃料噴射調節，使提前點火計數相互接近，例如，達到共同的提前點火計數，而將排氣的空氣燃料比保持在化學計量或接近化學計量。在一個例子中 ，共同的提前點火計數可以是發動機所有汽缸的提前點火計數的加權平均值。可替代地，共同的提前點火計數可以是所有汽缸的提前點火計數的替代統計函數(例如，平均、模式、中值等)。燃料噴射調節可以基於提前點火計數高於共同提前點火計數的汽缸的數目、提前點火計數低於共同提前點火計數的汽缸的數目、以及每個汽缸與共同提前點火計數的偏離程度。在步驟310，可以按照每個發動機循環確定的次數，以確定的正時並且以確定射束角將燃料噴射到發動機汽缸中。從對汽缸燃料噴射調節產生的轉矩擾動可以補償使用相應的點火火花正時調節(例如使用火花延遲)。在一個例子中，可以以第一射束角將燃料噴射到具有第一較高的提前點火計數的汽缸中，該第一射束角基於第一提前點火計數。同時，可以以不同的第二射束角將燃料噴射到具有第二較低的提前點火計數的汽缸中，該第二射束角基於第二點火計數。可以調節對第一汽缸的燃料噴射和對第二汽缸的燃料噴射，以使第一和第二提前點火計數成為共同的提前點火計數，同時保持排氣的空氣燃料比在化學計量或接近化學計量。以這種方式，可以基於每個汽缸的提前點火傾向以不同的射束角樣型將燃料噴射到每個汽缸中，以在任何給定的汽缸中減少提前點火的發生。在步驟312，可以判斷汽缸提前點火事件是否已經發生。如果是，則在步驟314，響應汽缸提前點火事件的發生，受影響的汽缸的汽缸提前點火計數會增加，該汽缸可以富化一段時間，並且燃料噴射的射束角也可以基於該富化進一步調節。在一個例子中，響應提前點火的發生，可以增加分流噴射中的多次噴射的次數。在這裡，通過更多次數的噴射提供富化，可以改善提前點火減輕。作為另一個例子，可以調節分流的富噴射中的多次噴射的正時，以進一步提前或延遲點火正時和/或增加多次噴射之間的持續時間。作為又一個例子，可以調節多次噴射的分流比以增加第一噴射相對於後面噴射的富化(例如，通過增加第一噴射的持續時間或量)。可替代地，可以增加多次噴射中的每一次的富化。也可以調節噴射分布，使被直接噴射的燃料與進氣道噴射的比例相比具有較大比例。在一個示例中，基本所有的富燃料噴射可經由直接噴射器輸送。還有，可以調節替代的較高辛烷燃料和/或稀釋劑的噴射(例如可以增加噴射的次數，可以增加每次噴射的持續時間，可以增加噴射的燃料或稀釋劑的量等)以提供可以降低提前點火傾向的對流汽缸進氣冷卻。在另一個例子中，響應提前點火的發生而汽缸以單次噴射運行，汽缸運行可以從單次噴射模式改變到分流噴射模式，以改善噴射的燃料的提前點火減輕作用。在這裡，通過以分流噴射而不是單次噴射提供燃料噴射量，可以減輕提前點火。以這種方式，通過根據汽缸的提前點火計數對每個汽缸調節噴射正時和次數以及燃料噴射的射束角，提前點火減輕因素可以用來平衡和抵消提前點火促進因數。例如，基於空氣和燃料的提前點火減輕和對流進氣冷卻作用可以用來抵消燃料對汽缸壁的碰撞和煙霧產生。換句話說，可以根據發動機工況調節噴射安排以平衡一些屬性，從而利用另一些屬性，因而減少發動機的總的提前點火趨勢。
下面參考圖4描述示例射束角調節。具體說，圖4示出射束角調節的第一示例400和第二示例450，射束角按照圖3的程序確定。因此，圖4的示例可以反映汽缸的進氣衝程期間進行的燃料噴射。第一示例400示出具有第一較高的提前點火計數的第一發動機汽缸330，和構造成將燃料和/或稀釋劑噴射到該第一汽缸中的第一燃料噴射器366。第二示例450示出具有第二較低的提前點火計數的第二發動機汽缸430，和構造成將燃料和/或稀釋劑噴射到該第二汽缸中的第一燃料噴射器466。發動機控制器可以將燃料分流噴射到第一汽缸中從而使第一汽缸330富化。分流噴射的噴射正時和次數可以基於第一提前點火計數。控制器也可以將燃料單次噴射到第二汽缸中以使第二汽缸430稀化。單次噴射的噴射正時和次數可以基於第二提前點火計數。在所述的例子中，分流噴射的至少一個噴射(例如多次噴射的第一次)的正時可以提前以便當活塞338接近於BDC而不是TDC時發生噴射。通過利用至少一次較早噴射，能夠實現汽缸進氣冷卻。比較而言，當活塞438接近TDC而不是BDC可以發生時單次噴射的正時。控制器可以根據分流噴射調節第一燃料噴射器366的第一射束角0 1，同時基於單次噴射調節第二燃料噴射器466的第二射束角0 2。在這裡，響應接近TDC的第一汽缸330中的分流噴射的正時，增大第一射束角0 1。也就是,對於較早進氣衝程噴射,可以用較寬的射束樣型。以這種方式，能夠改善該汽缸中的活塞頭附近的空氣燃料混合。比較而言，響應接近BDC的第二汽缸430中單次噴射的正時，可以減小第二射束角0 2。也就是說，對於較晚的進氣衝程噴射，可以用較窄的射束樣型。而且，較窄的射束樣型可以指向活塞頂部 的碗形，使得它在火花塞附近濃縮成比較濃的混合物(與較寬的射束樣型噴射相比)。這能夠改進點火併且便於比較稀的剩餘的進氣的燃燒。通過減小射束角，可以減少碰撞汽缸壁並使汽缸壁變溼的燃料的量。因此，減少在汽缸燃燒事件期間從汽缸壁落下的燃料的量，降低碰撞的燃料用作未來提前點火事件的點火源的危險。以這種方式，通過響應提前點火指示調節噴射到汽缸中的燃料的射束角，該汽缸中射束樣型可以改變以減輕提前點火。具體說，通過改變該汽缸中射束樣型，較早燃料噴射的對流進氣冷卻作用可以用來減少提前點火的可能性。同時，可以調節射束角以減少噴射的燃料對汽缸壁的碰撞並且改善汽缸的空氣燃料混合。以這種方式，能夠減少在提前點火期間的發動機衰退同時改善發動機燃料經濟性和排氣排放物。應當指出，這裡包括的控制和估計程序可以與各種發動機和/或車輛系統結構一起應用。這裡描述的具體的程序可以表示任何數目的處理對策的其中一個或多個，例如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。因此，所示的各種動作、操作或功能可以以所示的順序進行，同時進行，或在一些情況下可以省略。同樣，為了實現這裡所述的示例性實施例的特徵和優點，處理的次序不是必需要求的，而是為了容易示出和描述而提供。一個或多個所示的動作或功能根據所用的特定策略可以重複地進行。而且，所述的動作可以圖示地表示被編程為發動機控制系統中的計算機可讀儲存介質中的編碼。應當明白，這裡所公開的結構和程序在性質上是示範性的，並且這些具體的實施例不被認為是限制性的，因為許多變化是可能的。例如，上述技術可以用於V-6、1-4、1-6、V-12、對置4缸以及其他發動機類型。本發明的主題包括這裡公開的各種系統和結構、以及其他特徵、功能和/或性質的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
權利要求具體指出認為新穎的和非顯而易見的一些組合和子組合。這些權利要求可能涉及「一」元件或「第一」元件或其等同物。這些權利要求應當理解為包括一個或多個這種元件的結合，既不要求也不排除兩個或更多個這種元件。所公開的特徵、供能、元件和/或性質的組合或子組合可以通過對這些權利要求進行修改或在這個或相關申請中提出新權利要求來主張。這些權利要求，比原權利要求在範圍上無論是更寬、更窄、等同或不同都被認為包含在本發明的主題內。·
權利要求
1.一種操作包括燃料噴射器的發動機的方法，包括 根據提前點火的指示調節汽缸的燃料噴射的射束角。
2.根據權利要求I的方法，其中所述提前點火的指示包括所述汽缸的提前點火計數，所述方法進一步包括根據所述提前點火計數，在單個發動機循環中，調節所述汽缸的燃料噴射的噴射正時和次數，其中調節燃料噴射的所述射束角是基於所述噴射正時和次數。
3.根據權利要求2的方法，其中調節所述射束角包括當燃料噴射的正時接近BDC時減小射束角，並且當燃料噴射的正時接近TDC時增大射束角。
4.根據權利要求3的方法，其中調節所述噴射正時和次數包括當所述提前點火計數增加至高於閾值時增加所述發動機循環中的所述噴射次數，並且將每次噴射正時調節成提前點火減少的噴射正時，所述提前點火減少的噴射正時基於所述汽缸的所述提前點火計數。
5.根據權利要求4的方法，其中根據噴射的燃料的醇含量進一步調節所述射束角。
6.根據權利要求5的方法，其中所述燃料噴射器構造成將稀釋劑噴射到所述汽缸中，並且其中根據所噴射的稀釋劑的辛烷含量進一步調節所述射束角。
7.根據權利要求I的方法，其中根據所述燃料噴射器的出口幾何形狀進一步調節所述射束角。
8.根據權利要求I的方法，其中對發動機的每個汽缸逐個地進行所述調節，以使每個汽缸的提前點火計數變成共同的提前點火計數，同時將排氣的空氣燃料比保持在化學計量或接近化學計量。
9.根據權利要求I的方法，進一步包括響應汽缸提前點火的發生，增加所述汽缸的所 述提前點火計數，使所述汽缸富化一段時間，並且基於所述富化進一步調節所述射束角。
10.根據權利要求I的方法，其中所述燃料噴射器具有圓錐形的噴嘴，並且其中調節所述射束角包括調節所述燃料噴射的錐角。
全文摘要
本發明公開一種用於通過響應提前點火的指示調節噴射到汽缸中的燃料的射束角來解決汽缸提前點火的方法和系統。噴射到汽缸中的燃料的射束樣型根據汽缸提前點火計數改變，以減少噴射的燃料對汽缸壁的碰撞同時改善汽缸中的空氣燃料混合。
文檔編號F02D41/30GK102748152SQ20121011662
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月19日 優先權日2011年4月20日
發明者C·P·格魯格拉, R·S·巴斯肯斯 申請人:福特環球技術公司