CN101139948A - 促进内燃发动机汽缸中的燃料蒸发的方法 - Google Patents

Abstract

一种操作包括至少一个汽缸及位于汽缸内的活塞的发动机的方法，该方法包括在第一工况期间，将燃料喷射到汽缸中，随后在燃烧喷射的燃料之前操作活塞执行一个压缩行程，及在第二工况期间，将燃料喷射到汽缸中，随后在燃烧喷射的燃料之前操作活塞执行至少两个压缩行程。

Description

促进内燃发动机汽缸中的燃料蒸发的方法

技术领域

本发明涉及促进内燃发动机汽缸中的燃料蒸发的方法。

背景技术

某些内燃发动机使用允许将燃料直接喷射到发动机的一个或多个汽缸中的燃料供给系统。直喷式发动机可以在范围很广的环境条件中工作，包括在相对低的温度下工作。然而，因为直接喷射的燃料在进气过程期间吸收的热能与例如进气道喷射相比较少，所以在冷起动或发动机暖机工况期间，直接喷射到汽缸中的燃料的蒸发在燃烧事件之前会减少或不发生。

在一种方法中，为了解决较冷温度下蒸发减少的问题，将额外的燃料直接喷射到汽缸中，以使蒸发的燃料可以提供接近化学计量空燃比的空燃比或其他适合的空燃比。在燃烧之后，汽缸中未参与燃烧过程的额外燃料在排气行程期间作为碳氢化合物(HC)排放而排出。因此，在这些工况及其他工况期间，排放会增加且/或燃料经济性会降低。

在另一种方法中，如美国专利4,641,613号和5,657,730号所述，在一个或多个循环中压缩汽缸内的空气而进气门和/或排气门或节气门保持关闭这样的操作期间，停止燃料供给系统，从而提高汽缸内空气的温度。在通过压缩操作将空气加热到适合的温度时，开始燃料喷射以使空燃混合气燃烧。

发明人在此认识到这些方法的一个缺点。具体来说，由于将热能从热空气传输到喷射的燃料所需的附加时间，以此方式加热燃烧室内的空气不能对较晚喷射的燃料提供足够的蒸发。换句话说，取决于蒸发速率，在加热汽缸内的空气之后进行的直接燃料喷射可能仍然不能提供所需的空燃比。因此，上述方法可能还会向汽缸添加附加的燃料来实现适合的空燃比。

发明内容

在本文中公开的另一种方法中，可以通过一种操作包括至少一个汽缸及位于汽缸中的活塞的发动机的方法解决上述问题，该方法包括在第一工况期间，将燃料喷射到汽缸中，随后在燃烧喷射的燃料之前操作活塞执行一个压缩行程，及在第二工况期间，将燃料喷射到汽缸中，随后在燃烧喷射的燃料之前操作活塞执行至少两个压缩行程。

以此方式，可以选择性地增加汽缸内的燃料蒸发，因为燃料至少在每个压缩行程期间可以得到加热并至少部分地蒸发。例如，在压缩行程期间，进气温度和/或进气的焓升高，这允许喷射的燃料在第一次压缩期间至少部分地蒸发。然后，至少部分蒸发的燃料可以在膨胀行程期间保持处于蒸发状态。在再次执行压缩时，可以实现更多的燃料蒸发。取决于所需的蒸发量，可以调整压缩次数，从而实现例如改进的起动排放。

注意，虽然在上述方法中使用的是直接燃料喷射，也可以使用其他方法，且实际上可能更加有利。例如，多个压缩行程可以结合进气道燃料喷射，以及开启气门喷射使用。此外，也可以使用两个以上的压缩行程来实现所需的燃料蒸发、空气燃料混合，和/或空燃比。

附图说明

图1示意性地示出多汽缸发动机的一个汽缸。

图2示出描述示例控制例程的流程图。

图3和图4示出示例多行程情景的正时图。

图5A-图5D示出示例四汽缸发动机的正时表，其中在汽缸1和汽缸4的活塞向上(朝向汽缸盖)运动时，汽缸2和汽缸3的活塞向下(远离汽缸盖)运动。

具体实施方式

图1是示出可包括在客车推进系统中的多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图。发动机10至少部分地由包括控制器12的控制系统及经输入装置130来自汽车操作者132的输入控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板及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包括燃烧室壁32，活塞36位于其中。活塞36连接到曲轴40，以将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。曲轴40通过传动系统连接到客车的至少一个驱动轮。此外，起动电动机可以通过飞轮连接到曲轴40，以允许发动机10的起动操作。

燃烧室30可以通过进气歧管42从进气道44接收进气并通过排气道48排出燃烧气体。进气道44和排气道48可以通过相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在某些实施例中，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。

进气门52可以由控制器12通过电动气门驱动器(EVA)51控制。类似地，排气门54可以由控制器12通过EVA 53控制。在某些工况期间，控制器12可以改变向驱动器51和53提供的信号来控制相应的进气门和排气门的开启和关闭。进气门52和排气门54的位置分别可以通过气门位置传感器55和57确定。在可选实施例中，一个或多个进气门和排气门可以由一个或多个凸轮驱动，并可以使用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个来改变气门操作。例如，汽缸30可以替换地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。

燃料喷射器66如图所示直接连接到燃烧室30，与通过电子驱动器68从控制器12接收的信号脉冲宽度FPW成比例地将燃料直接喷射至其中。以此方式，燃料喷射器66提供进入燃烧室30中的燃料，称为直接喷射。燃料喷射器可以安装在例如燃烧室的侧面或顶部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵及燃料导管的燃料系统(未示出)向燃料喷射器66供给。在某些实施例中，在提供进入燃烧室30上游的进气口的燃料，称为进气道喷射的配置中，燃烧室30可以替换地或附加地包括位于进气道44中的燃料喷射器。

在某些实施例中，发动机10可以配置为用不同的燃料类型或一种或多种燃料类型的不同混合物操作。例如，通过燃料喷射器向汽缸提供的燃料可以包括汽油、乙醇、甲醇、柴油或其他燃料和/或水中的一种或多种。在某些实施例中，发动机的一个或多个汽缸可以配置为以火花点火模式、均质进气压缩点火(HCCI)模式，和/或柴油压缩点火模式操作，并可以配置为在这些模式中的两个或多个之间转换。

进气歧管42可以包括具有节流板64的节气门62。在该具体示例中，节流板64的位置可以通过向与节气门62配套的电动机或制动器提供的信号由控制器12改变，这一配置通常称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62可用于改变向其他发动机汽缸的燃烧室30提供的进气。可以通过节气门位置信号TP向控制器12提供节流板64的位置。进气歧管42可以包括质量空气流量传感器120和/或歧管空气压力传感器122，用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。

点火系统88可以在选择的工作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然图1示出了火花点火组件，但在某些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可以按压缩点火模式工作，其中可以使用或不使用点火火花。

排气传感器126如图所示连接到排放控制装置70上游的排气道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何适合的传感器，如线性氧传感器或UEGO(通用或大范围排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC，或CO传感器。排放控制装置70如图所示沿着排气传感器126下游的排气道48排列。装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。在某些实施例中，在发动机10的操作期间，可以通过在特定的空燃比内操作发动机的至少一个汽缸来周期性地重置排放控制装置70。

控制器12如图1所示为微计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质，在此具体示例中如图所示为只读存储器芯片106、随机存取存储器108、保活存储器110，及数据总线。除了上述的那些信号，控制器12还可以接收来自连接到发动机10的传感器的各种信号，包括来自质量空气流量传感器120的吸入质量空气流量(MAF)测量值、来自连接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、来自连接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型的传感器)的齿面点火传感器信号(PIP)、来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)，及来自传感器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通过信号PIP得出。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，如使用MAF传感器而不使用MAP传感器，或相反。在化学计量的操作期间，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。此外，此传感器和检测到的发动机转速一起可以提供吸入汽缸中的进气(包括空气)的估计。在一个示例中，传感器118也被用作发动机转速传感器，它在曲轴每旋转一周时产生预定数量的等距脉冲。

如本文中所述，可以控制发动机燃烧室内的空燃混合气，使其比化学计量空燃比稀、比化学计量空燃比浓、接近化学计量空燃比，或处于化学计量空燃比。比化学计量空燃比稀的混合气包括比化学计量空燃比下汽缸的空气进气对应的燃料量少的燃料。类似地，比化学计量空燃比浓的混合气包括比化学计量空燃比下汽缸的空气进气对应的燃料量多的燃料。在某些燃烧模式，如使用混合气的火花点火来实现燃烧的操作期间，在汽缸中燃烧的混合气可以响应于发动机的工况，在比化学计量空燃比浓、比化学计量空燃比稀、接近化学计量空燃比，及处于化学计量空燃比之间变化。在实现混合气的自燃而不要求点火火花的其他燃烧模式的操作期间，如在均质进气压缩点火模式的操作期间，可以控制混合气，使其比化学计量空燃比稀，以增加燃料效率并减少发动机产生的排气中的NOx和/或碳氢化合物。

如上所述，图1仅示出了多汽缸发动机的一个汽缸，且每个汽缸都可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。发动机10可以配置为在某些工况期间作为四行程发动机操作。在其他工况期间，发动机10可以增加或减少每燃烧事件中发动机的一个或多个汽缸执行的行程数量。例如，在某些工况期间，发动机可以使用多行程方法，其中在开始燃烧之前通过两个或多个压缩行程来压缩空气和燃料进气，以改进燃料蒸发和/或空气和燃料的混合。

图2示出一种可用于在燃烧之前增加发动机汽缸内的燃料蒸发和/或改进空气与燃料的混合的非限制性示例方法。在210，控制系统评估发动机的工况，包括过去、现在和/或将来预测的工况。工况可以包括环境条件，如气温、气压、湿度、发动机扭矩、发动机转速、起动后的燃烧事件数量、起动后的行程或循环数量、起动后的时间、包括起动转动(cranking)的发动机起动期、起动电动机的接合状态、发动机温度、燃料类型、燃料挥发性、燃料温度、燃料喷射量、发动机汽缸数、发动机的工作汽缸数、涡轮增压或机械增压状态、排气后处理装置状态、进气门和排气门的位置、节气门位置、噪声振动平稳性(NVH)，及其他工况和其组合。

在某些实施例中，在评估工况之前和/或之后，控制系统可以选择至少一种初始燃烧策略用于随后的循环。作为一个示例，控制系统可以基于对工况的评估初始选择多行程操作，其中在每下一个燃烧事件前执行两个或多个压缩行程。此外，控制系统可以初始选择在下一个燃烧事件之前(即，在下一个循环内)执行的压缩行程及对应的膨胀行程的数量、向汽缸供给的燃料量和/或执行的燃料喷射的次数。例如，可以改变燃料的喷射量和/或喷射次数，使其随着每循环执行的压缩行程数量的变化而增加和/或减少。

例如，如果发动机的温度低于阈值，则控制系统可以选择这样的操作模式，其中使用两个或多个压缩行程来压缩空气和燃料进气以改进开始燃烧之前的燃料蒸发。控制系统还可以基于工况选择燃料喷射次数和/或燃料喷射量。

在212，可以通过例如直接喷射器将燃料喷射到汽缸中。212处的燃料喷射量可以根据前面选择的初始燃烧策略确定。例如，如果要在循环期间执行多次燃料喷射，则在212只喷射总的燃料进气中的一部分。此外，燃料喷射量可以响应于在开始燃烧之前需要对燃料进气执行的压缩行程数量而变化。在214，可以响应于在216执行的压缩行程操作进气门和排气门，以实现所需的对空气和燃料进气的压缩。例如，如果需要使燃料蒸发有较大增加，这可以借助于压缩进气而增加进气温度和/或进气的焓来实现，则进气门和/或排气门可以在整个压缩行程或压缩行程的至少一部分期间保持关闭或基本上关闭。或者，如果需要较少的燃料蒸发，或需要较少的进气压缩，则进气门和/或排气门可以在压缩行程的至少一部分期间至少部分地开启。

换句话说，可以在214改变进气门和/或排气门的开启和关闭正时，以改变在216处的压缩行程期间对进气提供的压缩。作为替换或补充，可以在214改变进气门和/或排气门在压缩行程期间的位置(如，开启、关闭或部分开启)，以改变在216处的压缩行程期间对进气提供的压缩。以此方式，可以调节对进气提供的压缩来实现所需的燃料蒸发、峰值汽缸压力、峰值汽缸温度等。

在218，控制系统判断是否开始燃烧。如果控制系统响应于评估得到的工况初始选择执行多压缩行程循环，则218处的回答判别为否。或者，如果控制系统初始选择执行一个压缩行程，但一个或多个工况在压缩操作期间已改变，则218处的回答可以判别为是。

如果218处的回答为否，则在220，可以用活塞使空气和燃料进气在随后的行程期间膨胀而不开始燃烧。在222，判断是否执行附加的燃料喷射。如果控制系统初始选择单次喷射策略或选择多次燃料喷射策略，但一个或多个工况已改变，则222处的回答可以判别为否。或者，如果控制系统初始选择多次喷射策略或选择单次喷射策略，但一个或多个工况已改变，则222处的回答可以判别为是。

如果222处的回答为是，则可以在212通过例如直接喷射执行附加或补充的燃料喷射。或者，如果发动机包括进气道喷射器和直接喷射器两者，则至少一部分燃料可以由进气道喷射器喷射(如，在第一个加燃料操作期间)，而补充的一部分燃料可以由直接喷射器喷射(如，在对空气和进气道喷射的燃料进行第一次压缩之后)。在某些实施例中，喷射可以至少部分地在220处执行的膨胀行程期间和/或随后的压缩行程期间开始。或者，如果222处的回答为否，则可以执行第二压缩行程并分别在216和214操作进气门和/或排气门来实现所需的对空气和燃料进气的压缩。

回到218，如果回答判别为是，则可以在224开始空气和燃料进气的燃烧。在一种方法中，可以通过火花点火开始燃烧，例如通过火花塞产生火花。或者，如果汽缸以压缩点火燃烧模式操作(如，HCCI或柴油循环)，则不一定产生火花，且可以通过随后的燃料喷射或通过用气门操作控制峰值汽缸压力和/或峰值汽缸温度来进行点火。例如，可以执行这样的柴油循环，其中使用一次或多次初始燃料喷射，使燃料经两个或多个压缩行程压缩，随后通过最后一次燃料喷射进行燃烧。

作为另一个示例，可以执行这样的均质进气压缩点火循环，其中使用一次或多次初始燃料喷射，使燃料经两个或多个压缩行程压缩，而峰值汽缸压力和/或峰值汽缸温度保持低于发生自燃的条件，直到需要对进气进行点火。在需要点火时，可以在最后一个压缩行程期间控制气门，以使汽缸压力和/或汽缸温度在诸如上止点附近满足燃料进气发生自燃的条件。在某些实施例中，可以在发动机起动期间或冷机工况期间以均质进气压缩点火模式操作发动机或其部分汽缸，其中使至少经两次压缩的混合气自燃来实现燃烧。例如，通过在汽缸内多次压缩空气进气和/或至少部分燃料以使空气进气升温，发动机或部分汽缸可以用HCCI模式在冷机工况下起动。自燃的发生可以通过在后续的压缩行程和膨胀行程期间改变气门操作以控制进气温度和压力，和/或通过改变最后一次燃料喷射的正时来控制。以HCCI模式用基本上均质的空燃混合气进行起动的一个优点是可以在催化剂温度低于暖机操作温度的冷起动期间，使排气中的NOx和碳氢化合物水平较低。

在226，可以操作进气门和/或排气门以使汽缸为随后的循环做好准备，这包括从汽缸中排出排气并将进气吸入汽缸中。最后，例程回到210进行随后的循环。以此方式，可以使用一个或多个压缩行程在汽缸内实现所需的进气加热、进气混合和/或燃料蒸发。

如上参考图2所述，可以对每个燃烧事件的燃料进气执行两个或多个压缩行程，以在不同工况下促进燃料蒸发。下面的情景提供压缩行程数量如何响应于这些工况中的某些发生改变的非限制性示例。应理解，在某些情况下可以组合下面的示例，以在这些工况中的两个或多个发生变化时提供改进的燃料蒸发。

作为第一个示例情景，对空气和燃料进气执行的压缩行程数量可以响应于发动机的温度和/或向汽缸提供的进气温度而改变。例如，在发动机从冷机工况起动时，一个或多个汽缸可以对每燃烧事件执行两个或多个压缩行程以促进燃料蒸发。随着发动机的温度升高，每燃烧事件执行的压缩行程数量减少。作为另一个示例，在第一温度的工况(如，热起动或重起动)期间起动的发动机在起动后的至少一个或多个循环中与在温度较低的第二工况(如，冷起动)期间起动的发动机相比每循环使用数量较少的压缩行程。在又一个示例中，每循环使用多个压缩行程的汽缸的数量可以随着发动机温度而改变。

作为第二个示例情景，每循环执行的压缩行程数量可以响应于一个或多个燃料工况而改变，这些工况包括燃料挥发性、燃料能量密度、燃料类型、燃料混合(如，汽油和乙醇)、燃料温度、燃料喷射量等。例如，与使用至少包括汽油的第二燃料类型的发动机相比，使用至少包括乙醇或甲醇的第一燃料类型的发动机每循环会使用更多数量的压缩行程。以此方式，可以响应于燃料工况改变一个或多个发动机汽缸的多行程模式，以提供所需的燃料蒸发。

在某些实施例中，可以通过一种或多种方法确定这些燃料工况中的一部分。在一种方法中，位于燃料系统中(如，位于油箱中)的燃料传感器可用于提供燃料工况的测量值，这些工况如燃料温度或燃料类型，包括混合物中两种或多种燃料的相对比例(如，包括约85％的乙醇和15％的汽油的E85)。在另一种方法中，氧传感器或其他排气传感器可用于通过检测到的空燃比与已知值或获知值的偏移来确定燃料工况。在又一种方法中，可以通过发动机在起动事件期间的输出(如，转速、扭矩等)获知燃料工况，如燃料挥发性、燃料品质、燃料类型，和/或混合物中两种或多种燃料类型的比例。例如，控制系统可以基于发动机转速在起动期间如何改变来获知第一起动事件期间的燃料工况。在随后的起动期间，通过例如改变燃料喷射量和/或改变每循环中对喷射的燃料执行的压缩行程数量，可以使用获知的燃料工况来改进发动机起动。

作为第三示例情景，可以响应于相对于发动机起动的工况改变每循环执行的压缩行程数量，这些工况包括起动后的时间、起动后的循环或行程的数量、起动的阶段，如是在起动转动或暖机期间，和/或是在起动电动机与发动机接合的工况期间。例如，基于起动电动机是否与发动机接合，可以改变每循环执行的压缩行程数量和/或多行程汽缸的数量。作为另一个示例，每循环执行的压缩行程数量可以随着起动后的时间而减少，或可以在起动转动期和暖机期，及已暖机期之间变化。此外，在起动转动期间，可以使用一个或多个单压缩行程循环来实现发动机的可持续旋转，然后执行具有两个或多个压缩行程的一个或多个循环，以实现发动机的暖机，同时减少向汽缸供给的燃料量，从而减少碳氢化合物排放。随着发动机开始升温，每循环执行的燃烧行程数量减少，直到每循环执行一个压缩行程。另一个示例情景包括在起动转动和/或起动期间使用每个都具有多个压缩行程的一个或多个循环，然后逐渐减少每循环的压缩行程数量，直至达到四行程循环。

作为第四个示例，可以响应于其他汽缸的工况改变特定汽缸每循环执行的压缩行程数量。例如，可以基于发动机的一个或多个其他汽缸执行的压缩行程数量增加或减少特定汽缸执行的压缩行程数量。作为另一个示例，可以响应于汽缸的燃烧模式(如，火花点火、均质进气压缩点火、柴油压缩点火等)改变特定汽缸执行的压缩行程数量。作为又一个示例，可以响应于工作汽缸或停用汽缸的数量改变特定汽缸执行的压缩行程数量。

图3是示出上文中参考图2所述方法的非限制性示例的正时图。图中的横轴表示时间。具体来说，为便于说明，用标签示出进气行程(I)、压缩行程(C)、膨胀行程(X)(即，不包括燃烧)或动力行程(P)(即，包括燃烧)，及排气行程(E)。

从图的左侧开始首先是第一个进气行程，在312，操作一个或多个进气门以将进气(和/或燃料，如果使用进气道喷射系统的话)吸入汽缸。在310，执行直接进入汽缸的燃料喷射。可能在进气行程发生燃料喷射和/或在由虚线所示的替代喷射正时的压缩行程期间发生燃料喷射。可以在压缩行程期间压缩汽缸内的空气和燃料进气，以促进燃料和空气的蒸发，而进气门和排气门在部分或所有行程期间保持基本上关闭。在该示例中，在314处实现点火之前(如，通过火花点火或自燃)执行随后的两个压缩行程来促进附加的燃料蒸发，然后在动力行程期间燃烧空气和燃料。

在随后的排气行程和进气行程期间，分别可以在316和318操作排气门和进气门，以允许排出前一燃烧事件产生的排气并吸入下一个燃烧事件的进气。在320，可以通过将燃料直接喷射到汽缸中再次对汽缸加燃料。在该示例中，在322处实现点火以开始燃烧空燃混合气之前，执行两个压缩行程来促进蒸发。

在随后的排气行程和进气行程期间，分别可以在324和326操作排气门和进气门，以允许排出前一燃烧事件产生的排气并吸入下一个燃烧事件的进气。在328，可以通过直接喷射器再次将燃料喷射到汽缸中。在该示例中，在330处实现点火以开始燃烧空燃混合气之前执行一个压缩行程，然后在332处执行随后的排气门操作。

图3所示的示例多行程操作可用在例如起动期间，其中每循环执行的压缩行程数量随着汽缸和/或发动机变暖而逐渐减少。例如，汽缸可以在一个或多个循环中使用每循环三个压缩行程来压缩燃料进气的至少一部分，然后在一个或多个循环中使用两个压缩行程，直到发动机回到四行程操作模式时每循环执行一个压缩行程。在某些实施例中，汽缸对每个燃烧事件可以执行1、2、3、4、5、6或更多个压缩行程。

虽然图3示出每循环执行单次燃料喷射的示例，但在某些实施例中，可以在多行程操作期间执行多次燃料喷射。图4示出使用多次燃料喷射的图3的示例情景。例如，可以在一些或每个压缩行程期间执行喷射310a、310b和310c。在该示例中，控制系统可以基于发动机的工况选择对特定的燃烧事件执行的压缩行程数量。可以使用多次较少的喷射来实现用于该燃烧事件的燃料喷射总量。例如，可以在开始火花点火或自燃之前执行喷射310a、310b和310c。此外，每个压缩行程可以包括多次燃料喷射。例如，可以将喷射310a分解为两次或多次喷射。

在随后的发动机事件期间，可以基于每燃烧事件执行的压缩行程数量执行更少或更多次喷射。例如，可以在每个压缩行程中执行喷射320a和320b，从而将图3中320处的单次喷射分解为两次或多次喷射。最后，在执行一个压缩行程时，可以在328执行包括一次或多次喷射的一个加燃料操作。以此方式，可以喷射并压缩第一部分燃料，而可以在随后的行程期间喷射并压缩第二部分燃料来补充第一部分燃料。

虽然图3和图4提供的示例示出每燃烧事件的压缩行程数量随着每个随后的燃烧事件减少，但应理解，在某些工况期间，压缩行程数量可以随着每个汽缸所需的每个随后的燃烧事件保持不变、增加，或减少。

本文中所述促进燃烧室内的燃料蒸发的多行程方法可以应用于发动机的一个或多个汽缸。在某些实施例中，至少在某些工况期间，每个发动机汽缸可以每燃烧事件使用两个或多个压缩行程。在某些实施例中，在某些工况期间，只有一部分发动机汽缸每燃烧事件使用两个或多个压缩行程，而其他部分汽缸可以每燃烧事件仅使用一个压缩行程。

作为一个示例，通过改变以每燃烧事件两个或多个压缩行程操作的汽缸的数量，可以控制和/或减少噪声振动平稳性(NVH)。例如，如果在特定的汽缸/多行程模式下会产生不期望或不适合的NVH水平，则可以避免这些模式，或可以减少以这些模式操作的时间。如果例如在所有汽缸都以每燃烧事件两个或多个压缩行程的方式操作的情景期间会产生不期望的高水平NVH，则一个或多个汽缸可以增加或减少每燃烧事件执行的压缩行程数量。以此方式，可以调度燃烧事件，使其发生在NVH水平足够低的时间。

图5A、5B、5C和5D示出描述具有直列四汽缸发动机所执行的示例多行程情景的正时表，然而，应理解，图5的示例是非限制性的，且本文中描述的方法可以应用于其他发动机类型及配置。在每个表中，汽缸标识符1-4用于描述在具有直列配置的发动机中的汽缸的物理顺序，然而其他顺序也是可能的。纵轴上所示的汽缸标识符基于汽缸在四行程操作期间的点火顺序排列。因此，至少在四行程操作期间的点火顺序包括汽缸1，然后是汽缸3，然后是汽缸4，然后是汽缸2，其中该顺序可以重复。在该示例中，各汽缸的定相为在总的四行程循环持续期720度中相隔180度曲轴角。因此，在汽缸1和汽缸4的活塞朝向上止点运动时，汽缸3和汽缸2的活塞朝向下止点运动。

图5A-图5D所示表格的横轴表示每个汽缸从基准时间以来执行的行程数量。如下文中详述，基准时间可以包括发动机起动、发动机起动转动，或其他适合的事件。行程类型在表格中表示为进气行程(I)、压缩行程(C)、膨胀行程(X)(即，不包括燃烧)或动力行程(P)(即，包括燃烧)，及排气行程(E)。在四行程操作期间，循环包括进气行程、压缩行程、膨胀行程，及排气行程。在多行程操作期间，循环可以包括至少两个或多个压缩行程，其中每个压缩行程之后都可以跟随有膨胀行程或动力行程中的一个。对图5A-图5D中所示的每个示例，循环的开始由进气行程的开始定义，且循环在排气行程终止时结束。

在图5A所示的示例中，每个汽缸在转换至四行程循环之前都以相同数量的多行程循环操作。例如，汽缸1如图所示初始在行程1处以进气行程操作，随后汽缸1以多行程模式操作，其中至少一部分燃料被喷射到汽缸中，并在行程2处压缩，随后在行程5处的动力行程期间进行燃烧之前膨胀并再次压缩。燃烧的燃料和空气随后可以在行程6处排出。行程7到行程12可以例如重复行程1-行程6，以实现增加的燃料蒸发。此后，汽缸1如图所示在行程13处转换至其中每循环只执行一个压缩行程的四行程模式。

类似地，顺序操作汽缸3、汽缸4和汽缸2(如，相隔180度或一个行程)以执行相同的多行程操作，其中每循环包括与汽缸1相同的压缩行程数量。以此方式，可以操作发动机的每个汽缸，以实现改进的燃料进气蒸发，同时保持顺序的燃烧定相，以使每个汽缸顺序地在所需的时间从多行程操作转换至四行程操作(如，开始时汽缸1在行程13处执行进气行程，然后是汽缸3在行程14处执行进气行程，汽缸4在行程15处执行进气行程，汽缸2在行程16处执行进气行程)。

图5B示出这样的示例，其中部分汽缸(如，汽缸3和汽缸2)以四行程模式操作(即，每循环一个压缩行程)，而余下的汽缸(如，汽缸1和汽缸4)在转换至四行程模式之前以多行程模式操作。例如，汽缸1如图所示初始在行程1处以进气行程操作，其中至少部分燃料被喷射到汽缸中，并在汽缸中压缩、膨胀、再压缩，然后点火以实现动力行程，最终被排出汽缸。如果需要的话，这可以在一个或多个循环中重复(如，在行程7和行程12之间)并包括更多个压缩行程。类似地，可以操作汽缸4，使其执行与汽缸1数量相同的多行程循环，只是定相不同。或者，汽缸4可以执行与汽缸1数量不同的压缩行程。同时，汽缸3和汽缸2可以用四行程模式操作，其中每循环执行一个压缩行程。因此，在至少部分工况期间，部分汽缸可以用与其他汽缸数量不同的行程进行操作。晚些时候，每个汽缸都可以转换至四行程模式，从而可以保持所需的燃烧定相。例如，从汽缸2的行程12开始，每个汽缸都以四行程模式顺序操作，并与点火顺序中的前一个汽缸相隔180度定相。

此外，可以基于其他汽缸执行的行程数量改变一个或多个汽缸每循环执行的行程数量，以减少NVH并提供所需的燃烧定相、负荷均衡，及改进的燃料蒸发。

图5A和图5B示出部分汽缸在某些未定义行程的工况期间开始操作。例如，图5A和图5B中所示的表格不包括汽缸2在行程1、2和3期间的具体行程描述。因为在该工况期间，这些汽缸的气门可以保持至少部分开启或可以保持关闭，以便例如在发动机起动或其他工况期间改变旋转发动机所需的扭矩。作为一个示例，一个或多个进气门和一个或多个排气门可以保持开启，允许空气流过汽缸。或者，所有进气门和/或所有排气门可以保持关闭，以防止空气流过汽缸。或者，如图5C所示，可以将这些行程用作压缩行程以进一步改进燃料蒸发。

图5C示出起动工况期间在包括行程1-4的起动转动期中如何操作汽缸的示例。在该示例中，在起动转动期中，可以在相同的行程期间将至少部分燃料喷射到一个或多个汽缸中，且在燃烧之前在该行程中将燃料压缩至少两次。例如，可以在行程1期间将用于汽缸1的至少部分燃料喷射到汽缸1中，并将用于汽缸4的至少部分燃料喷射到汽缸4中。喷射到汽缸1中的燃料可以在执行第一动力行程之前经第一数量的压缩行程(如，在起动转动期间经两个压缩行程)压缩，而汽缸4可以在执行动力行程之前对至少部分喷射的燃料执行不同数量的压缩行程(如，三个压缩行程)。以此方式，可以增加燃料蒸发，并使汽缸对随后的动力行程排队。

在随后的行程中，可以改变每个汽缸每循环执行的压缩行程数量，直到每个或部分汽缸实现四行程模式。例如，汽缸1在行程13处转换至四行程循环，随后是汽缸3、汽缸4和汽缸2。因此，可以控制每个汽缸的每循环压缩行程数量，以实现所需的燃烧定相和燃料蒸发。

图5D示出这样的示例，其中部分汽缸以四行程模式操作，部分汽缸以多行程或多压缩行程模式操作，而部分汽缸在一个或多个循环中停用。例如，汽缸1如图所示在行程1-行程16期间以四行程模式操作。汽缸3和汽缸2如图所示在两个循环中以每循环执行两个压缩行程的多行程模式操作。汽缸4如图所示在行程1-行程14期间以停用模式操作。在停用模式期间，汽缸的气门可以保持关闭(如，造成空气进气的压缩和膨胀)或一个或多个进气门和排气门保持开启以减少向汽缸提供的压缩功。晚些时候，一个或多个汽缸可以改变每循环执行的行程数量来开始四行程操作及所需的燃烧定相。例如，汽缸3和汽缸2分别在行程14和行程16处转换至四行程模式，而汽缸4在行程15处以四行程模式启用。以此方式，可以起动或操作发动机而仅使部分汽缸执行燃烧，其中在晚些时候，例如在发动机已由工作汽缸加热时，停用的汽缸可以开始燃烧而不必执行多个压缩行程来促进燃料的蒸发。虽然图5A-图5D的示例中仅示出16个行程，但应理解，一个或多个汽缸的多行程模式可以在16个行程以上中执行，或在比上述示例中所示的一个、两个或三个循环更多的循环中执行。

注意，本文中包括的示例控制和估值例程可用于各种发动机和/或汽车系统配置。本文所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种步骤、操作或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或在某些情况下略去。类似地，处理的顺序并非实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必须，而是为了便于演示和说明而提供。取决于所使用的具体策略，可以重复执行所示步骤和功能中的一个或多个。此外，示例例程可以用图形表示编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒体中的代码。

应理解，在本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12，对置4，及其它发动机类型。本发明的主题包括在本文中公开的各种系统和配置，及其它特征、功能，和/或属性的所有新颖和非易见的组合及子组合。

下面的权利要求特别指出视为新颖和非易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其它组合及子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本发明的主题之内。

Claims (28)

1.一种操作包括至少一个汽缸及位于所述汽缸中的活塞的发动机的方法，其特征在于，所述方法包括：

在第一工况期间，将燃料喷射到所述汽缸中，随后在燃烧喷射的燃料之前操作所述活塞执行一个压缩行程；及

在第二工况期间，将燃料喷射到所述汽缸中，随后在燃烧喷射的燃料之前操作所述活塞执行至少两个压缩行程。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括至少在所述第二工况期间，保持所述汽缸的至少一个进气门和至少一个排气门在所述至少两个压缩行程期间处于基本上关闭的位置。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工况包括第一燃料类型，所述第二工况包括不同于所述第一燃料类型的第二燃料类型。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一燃料类型至少包括第一含量的汽油，所述第二燃料类型至少包括第二含量的乙醇。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工况包括第一燃料挥发性，所述第二工况包括低于所述第一燃料挥发性的第二燃料挥发性。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一燃料挥发性和第二燃料挥发性中的至少一个是从先前的发动机起动中获知的。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工况包括第一发动机温度，所述第二工况包括低于所述第一发动机温度的第二发动机温度。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二工况出现在所述发动机的冷起动后第一数量的循环期间，所述第一工况出现在所述第二工况之后。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工况出现在从部分加热的发动机工况起动后的第一数量的循环期间，所述第二工况出现在从比所述第一工况温度更低的发动机工况起动后的第二数量的循环期间。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括至少在所述第二工况期间，在完成第一压缩行程之前将第一部分燃料喷射到所述汽缸中，及在完成所述第一压缩行程之后并在完成所述第二压缩行程之前，将第二部分燃料喷射到所述汽缸中。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在第三工况期间，将燃料喷射到所述汽缸中，随后操作所述活塞以在燃烧喷射的燃料之前执行至少三个压缩行程。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二工况包括第二燃料，所述第一工况包括与所述第二燃料相比具有更高挥发性的第一燃料。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少部分地连接到所述汽缸内的燃料喷射器将所述燃料直接喷射到所述汽缸中。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述第二工况期间，基于由所述活塞执行的压缩行程数量改变所述燃料喷射的正时。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在第二工况期间，响应于所述燃料喷射的正时改变由所述活塞执行的压缩行程数量。

16.一种操作至少包括具有第一活塞的第一汽缸及具有第二活塞的第二汽缸的发动机的方法，其特征在于，所述方法包括：

将燃料喷射到所述第一汽缸中，随后在所述第一汽缸内燃烧所述燃料之前操作所述第一活塞执行第一数量的压缩行程；及

将燃料喷射到所述第二汽缸中，随后在所述第二汽缸内燃烧所述燃料之前操作所述第二活塞执行第二数量的压缩行程。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，响应于所述第二压缩行程数量改变所述第一压缩行程数量。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，响应于发动机温度和发动机起动后的燃烧事件数量中的至少一个，改变所述第一压缩行程数量和第二压缩行程数量中的至少一个。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一压缩行程数量小于所述第二压缩行程数量。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在相同的行程期间将所述燃料喷射到所述第一汽缸和所述第二汽缸中。

21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在发动机起动后的若干循环期间，所述第二压缩行程数量至少是二，而所述第一压缩行程数量是一。

22.一种操作包括具有至少一个进气门和至少一个排气门的至少一个汽缸的内燃发动机的方法，其特征在于，包括：

将燃料直接喷射到所述汽缸中；

在第一压缩行程期间压缩至少由空气和燃料组成的混合气；

在至少第二压缩行程期间至少压缩所述混合气；及

在所述汽缸内对所述混合气进行点火，所述混合气至少经两次压缩。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括在发动机起动后，在所述第一压缩行程和第二压缩行程的至少大部分期间基本上关闭进气门和排气门，并在随后的燃烧事件中减少所执行的压缩行程数量。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述进行点火包括使至少经两次压缩的混合气实现自燃。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述经两次压缩的混合气基本上是均质的，并具有比化学计量空燃比稀的空燃比。

26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在发动机起动和冷机工况中的至少一个期间实现所述自燃。

27.一种操作包括具有至少一个进气门和至少一个排气门的至少一个汽缸的内燃发动机的方法，其特征在于，包括：

在发动机起动期间，

在至少两个压缩行程期间压缩所述汽缸中的气体，以升高所述气体的温度；

在所述压缩期间调节气门正时，以调节所述气体的压缩温度；

将燃料直接喷射到所述汽缸中；及

使至少经两次压缩的所述气体在所述汽缸内实现自燃，以起动所述发动机。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述气体包括吸入的空气，且调节所述气门正时来逐渐升高温度，并控制直接喷射的燃料的所述自燃的正时。

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