CN101251055A - 直喷式发动机的多次喷射混合 - Google Patents

Abstract

提供一种用于直接燃料喷射发动机的燃料喷射系统。所述系统包括喷射模式模块，它在发动机运行时选择燃料喷射模式为单喷射模式和双喷射模式中之一，和燃料喷射控制模块，它根据曲轴位置、燃料喷射模式和燃料百分比混合表来控制燃料喷射事件。

Description

直喷式发动机的多次喷射混合

技术领域

本发明涉及用于直接燃料喷射发动机的方法和系统。

背景技术

在本部分中的陈述仅提供涉及本公开内容的背景信息并可能未构成现有技术。

对供给四冲程内燃机的每缸的燃料量和空气量进行控制对于实现其最佳性能是非常重要的。合适的进气阀和排气阀正时也提供更优的性能。传统的发动机包括调节阀的正时的凸轮轴。可以控制凸轮轴的旋转来保证每个阀的恰当的正时。此外可以用凸轮移相器来改变凸轮轴相对于曲轴的位置，这提供了正确调节每个阀的正时的其它机会。

喷油器在发动机内的位置和对燃料喷射正时的控制也会对反动机的性能产生影响。火花点火的直喷式发动机(SIDI)为每个气缸设置一个喷油器，其直接安装在气缸头上。每个喷油器被单独地控制以将燃料直接喷入气缸。

在SIDI发动机处于怠速工况下的控制燃料的传统方法包括有意地延迟点火正时以获得储备扭矩。当扭矩请求被激活时则点火正时被提前。这允许发动机在空转时能够响应载荷需求。怠速时的延迟点火提供的效率不是最佳的。

燃料喷射控制的其它方法包括为每缸每燃烧循环提供多次燃料喷射事件。直喷式发动机可以在特殊工况下采用每缸每燃烧循环两次喷射事件，以便为转化器起燃提供额外的能量、进行平稳的怠速运行和减少敲缸。不幸的是，双喷射的运行模式会产生很高的碳氢化合物排放物和颗粒物。因此，从排放物的角度考虑，发动机控制可以主要包括每气缸每燃烧循环提供一次喷射事件。双喷射方法可以节制地用于特殊运行工况。

对于同一个发动机，在相似的工况下，每气缸每燃烧循环的双喷射相对于单喷射模式会产生或多或少的扭矩。因此，在燃料供给模式从单喷射模式转变为多次喷射模式和反向进行转变期间，驾驶性会受到突然的发动机输出扭矩变化的影响。

发明内容

因此，提供一种用于直接燃料喷射发动机的燃料喷射系统。该系统包括用于选择燃料喷射模式为单喷射模式和双喷射模式中之一的喷射模式模块，和燃料喷射控制模块，它根据曲轴位置、燃料喷射模式和燃料百分比混合表来控制燃料喷射事件。

此外，还提供了一种用于直接燃料喷射发动机的燃料喷射方法。该方法包括使发动机运行在单喷射模式，使得每气缸每燃烧循环喷射一次燃料；在进气循环期间将燃料控制在第一比率下；接受改变燃料供给模式的请求；通过在进气和压缩循环期间将燃料控制在第二和第三比率下而转换到双喷射模式，其中在随后的循环中第二比率被降低和第三比率被升高，直到达到第二和第三目标比率。

通过上述描述，该发明在其它领域的可应用性将变得很明显。应该理解的是上述描述和具体的示例只是用于说明目的，而非用于限制本发明的范围。

附图说明

以下对附图的描述是用于说明，而不是要以任何方式限制本公开的范围。

图1是用于说明一个包括燃料直接喷射硬件的内燃机系统的功能方框图；

图2是说明燃料喷射系统的数据流图；

图3是说明在单喷射模式和双喷射模式之间转换的方法的流程图；

图4是说明在单喷射模式和双喷射模式期间燃料喷射事件的时序安排的正时图；和

图5是燃料百分比混合表

具体实施方式

接下来的说明本质上只是示例性的，而不是以任何方式限制本公开内容、它的应用或用途。为了表述的更清楚，在附图中采用相同附图标记来表示相同的元件。正如此处用到的用语模块和/或装置是指用来执行一个或多个软件或韧件程序的特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享，专用，或组)和存储器，组合逻辑电路和/或实现所述功能的其他合适的组成部件。

现在参照图1，发动机系统10包括发动机12，所述发动机燃烧空气和燃料的混合物以产生驱动扭矩。空气通过节气阀16被吸入进气歧管14。节气阀16控制进入进气歧管14的质量空气流量。进气歧管14中的空气被分配到多个气缸18中。尽管示出的是单气缸18，可以理解的是，发动机还可以包括多个气缸，如气缸数为2，3，4，5，6，8，10，12和16，但并非限制为以上的气缸数。

电控喷油器20将燃料喷入气缸18。燃料在通过进气口吸入气缸18的过程中与空气混合。进气阀22选择性的打开和闭合使得空气能够进入气缸18。进气阀的位置由进气凸轮轴24调节。活塞(图中未画出)压缩气缸18内的空气/燃料混合物。火花塞26点燃空气/燃料混合物，驱动在气缸18中的活塞。活塞驱动曲轴(图中未画出)产生驱动扭矩。当排气阀30处于打开位置时，气缸18内的燃烧废气通过排气歧管28排出气缸。排气阀的位置由排气凸轮轴32调节。排出的废气可以在排气系统(图中未画出)中被处理。尽管解释说明了单进气阀22和排气阀30的情况，可以理解的是发动机12还可以在每个气缸18中包括多个进气阀22和排气阀30。

曲轴传感器34探测曲轴的位置并产生曲轴信号。控制模块36接受曲轴信号，将该信号解读为旋转角度并根据该信号制定燃料喷射事件的时序。控制模块36向喷油器发送燃料喷射信号，以控制燃料供给的量和定时。燃料喷射信号可以是脉宽调制信号，其中脉宽控制输送给该气缸的燃料量。

现在参照图2，本发明提供了一种控制在单喷射模式和双喷射模式之间转换的控制方法和系统。数据流图说明了可以在控制模块36内嵌入的燃料喷射系统。根据本发明的燃料喷射系统的各种实施例可以包括任何数量的嵌入在模块36内的子模块。这些子模块可以组合在一起或者进一步分割，以便按照相似的方式在发动机工作期间控制单喷射模式和双喷射模式之间的转换。

在各实施例中，图2中的模块36包括喷射模式模块50和燃料喷射控制模块52。喷射模式模块50接收发动机和机动车运行数据54作为输入。可以理解的是，喷射模式模块50的输入信号可以是由系统10探测的、是由该系统中的其他子模块(图中未画出)接收的，或者由控制模块36内的其他子模块确定的。图3提供了包括在单喷射模式和双喷射模式之间转换的示例性方法的流程图，其中机动车运行数据54包括冷却剂温度、发动机速度和机动车运行速度。接下来详细描述该示例性方法。

根据运行数据54，喷射模式模块50选择喷射模式56为单喷射模式和双喷射模式中的一种。燃料喷射控制模块52接收喷射模式56和曲轴位置58作为输入。燃料喷射控制模块52基于喷射模式56、曲轴位置58和混合表62制定燃料喷射事件的时序和提供燃料命令60。

在双喷射模式期间，为每气缸每燃烧循环设置两个喷射事件。这使扭矩产生变化而不增加燃料消耗。混合表62被实施用于使发动机的运行在单喷射运行模式和双喷射运行模式之间平稳地转换。在运行模式转换期间的扭矩变化或“波动”被减至最小。混合表62在下面将做详细说明并且显示在图4中。

图3显示了用于说明在单喷射模式和双喷射模式之间转换的方法的流程图。例如，可以有利的是从单喷射模式转换为双喷射模式以实施催化转化器起燃。催化转化器起燃可以在发动机启动后马上实施，以便快速加热催化转化器中的催化剂，以减少发动机的排放物。如图3所示，控制块66确定发动机冷却剂的温度。决策块68确定所述冷却剂温度是否低于预定的常数K₁。K₁可以选择代表发动机启动时的温度或者只是运转了很短时间时的温度。如果冷却剂温度大于或等于K₁，控制返回到决策块66。如果冷却剂温度小于K₁，由控制块70确定发动机的运转速度。

控制块72确定发动机运转速度是否低于预定的常量K₂。如发动机以接近于怠速的相对低速运转时，就需要起燃催化转化器。如果发动机以较高的速度运转时，足够的能量和额外的燃料就可能已经提供给了催化转化器，因此就不需要提供额外的燃料了。因此，如果发动机的运转速度大于或等于常量K₂，控制返回到控制块66。如果发动机的运转速度小于常量K₂，由控制块74确定机动车的速度。如果机动车以高于预定的速度运动，就不需要引燃催化转化器，因为希望发动机对扭矩的请求作出立即的响应。例如，决策块76确定机动车速度是否小于预定的常量K₃。如果机动车的速度大于或等于常量K₃，控制返回到控制块66。如果机动车速度小于常量K₃，控制块78将发动机喷射由单喷射模式转变为双喷射模式。转换过程中的具体步骤会在以后的细节描述中具体说明。当由单喷射模式到双喷射模式的转变完成时，决策块80确定发动机在双喷射模式下已经运转的时间量。决策块82确定发动机在双喷射模式下运转的时间是否大于预定的常量K₄。如果发动机在双喷射模式下运转的时间没有超过K₄，控制返回到控制块80。如果双喷射模式的运转时间超过K₄，控制块84计算双喷射模式运行下加入到催化转化器的能量数量。

决策块86确定加入的能量是否超过预定的阈值K₅。如果没有达到能量阈值，控制返回到控制块84。如果已经超过能量阈值K₅，控制块88实现由双喷射模式向单喷射模式的转变。

现在参照图4，图中示出了用于设置本发明的燃料喷射事件的时序的正时图。在发动机运转期间，在单喷射模式中的控制开始于整体上示为100之处。在单喷射模式期间，为每气缸每燃烧循环设置一个喷射事件。如果喷射模式模块50确定合适的条件已经具备时，就将控制转变到整体上示为200之处的双喷射模式。

喷射模式模块50通过评估运行数据54可以确定是否由于发动机系统10运行在特殊工况而应该进入双喷射模式。涉及对于进行模式转换是有利的发动机的特殊工况的例子包括提供平稳的怠速，减少发动机敲缸和在上死点后提供点火时通过延迟点火提前而实现快速转化器起燃。因此，在发动机运转中的实际上的任何时候和在发动机的任何速度下都可以发生在单喷射模式和双喷射模式之间的转换。

可以根据由曲柄转角表示的曲轴位置设置燃料喷射事件的时序。曲轴信号可以解释为以曲柄转角表示的位置。每个图都说明了在进气和压缩循环中由曲柄转角表示的曲轴位置。活塞在110处的上死点前的360度的曲柄转角处开始一个进气冲程。活塞在120处的上死点前180度的曲柄转角(也称为下死点(BDC))处开始一个压缩冲程。活塞在130处所示的上死点或0度曲柄转角处结束压缩冲程。单喷射模式100和双喷射模式200的火花点火均发生在接近压缩冲程的上死点处，如140所示。在一个示例性的实施实例中，点火发生在上死点前的曲柄转角10度和0度之间。

在单喷射模式100下，单喷射事件的时刻设置在进气循环早期。该单喷射事件的时刻被设置为早期并且可被安排在火花点火前250度到380度曲柄转角之间的任何位置。燃料供给时刻的一个示例性范围为在火花点火前的270度到330度曲柄转角之间，如150处所示。在同样的条件下，单喷射模式100会比双喷射模式提供或多或少的扭矩，但是可使点火正时接近最小最佳扭矩(MBT)或敲缸边界极限(KBL)以提高效率。

如果要求转变喷射模式，控制机构就切换到双喷射模式200并且命令每气缸每进气和压缩循环中进行两次喷射事件。第一喷射事件的时刻被设置在进气循环的早期并且可以设置在火花点火前的250度到380度曲轴角度之间的任何位置上。设置第一次燃料供给时刻的一个示例性范围是在160处所示的火花点火前的270度到330度曲柄转角之间。在第一喷射事件期间供给的燃料量基于混合表进行变化。在一个示例性的实施例中，在第一喷射事件期间供给的燃料量在燃烧冲程所需燃料总量的百分之五十到百分之百之间变化。

第二喷射事件的时刻被设置在压缩循环中并且可以设置在火花点火前的0度到180度曲轴角度之间的任何位置。第二次燃料供给时刻设置的一个示例性范围是在170处所示的火花点火前的20度到90度曲柄转角之间。第二喷射事件喷射燃烧循环所需的剩余燃料。一个示例性的燃料供给范围是燃烧冲程所需总燃料的百分之零到百分之五十。

现在参照图5，混合表62示出了在第一喷射事件和第二喷射事件期间每个气缸每个进气和压缩循环中提供的燃料总量的百分比。特别地，提供了由单喷射模式向双喷射模式转换时的混合表300。每个发动机事件涉及在进气和压缩冲程部分期间运行的特定的发动机气缸。一旦燃料喷射控制模块52接收到一个要求从单喷射模式转换到双喷射模式的信号时，单喷射模式继续进行四个发动机事件，其中在第一喷射事件中提供百分之百的燃料，而在第二喷射事件中不提供或提供百分之零的燃料。在第五发动机事件下，在第一喷射事件期间提供的总燃料量的百分比减少了百分之五至百分之九十五，而在第二喷射事件期间提供的燃料总量百分比增加百分之五，以开始混合过程。在发动机的第六至第十一事件中，在第一喷射事件期间提供的总燃料量的百分比依次减少百分之五，而在第二喷射事件期间提供的总燃料量的百分比依次增加百分之五，直到在第十一发动机事件时在第一喷射事件期间提供百分之六十五的总燃料和在第二喷射事件期间提供百分之三十五的总燃料的目标分配值。在发动机的第十二到第十五事件中继续进行双喷射模式，其中保持百分之六十五对百分之三十五的比例。可以理解的是，百分之六十五对百分之三十五的比例只是示范性的，也可以考虑希望的百分之五十对百分之五十的分配值。根据发动机构件的配置情况，在其之间的其他的比例也可能是有用的。

类似地，混合表350(图5)可以在由双喷射模式向单喷射模式转变时实施。一旦燃料喷射控制模块52接收到喷射模式56以由双喷射模式向单喷射模式转变时，混合表350即被调用，其中发动机的第一至第五事件保持在第一喷射事件期间供给百分之六十五的总燃料量和在第二喷射事件期间供给百分之三十五的总燃料量的目标比例。在放动机的第六事件中，在第一喷射事件期间供给的总燃料量百分比增加百分之五和在第二喷射事件期间供给的总燃料量百分比减少百分之五。以百分之五的增量继续逐步地增加在第一喷射事件期间供给的总燃料量百分比直到在发动机的第十二事件中达到百分之百。相应的，在第二喷射事件期间供给的总燃料量百分比在接下来的每个发动机事件中减少百分之五，直到在步骤12处的第二喷射事件期间供给百分之零的燃料。此时已经进入单喷射模式。单喷射模式一直持续运行到发动机的第十五事件。当发动机的第十五事件完成时，燃料喷射控制模块52可以接收并响应喷射模式56，以决定继续保持在单喷射模式下的运行还是再一次通过混合表300转变到双喷射模式。

通过上述描述，本领域的技术人员可以理解还可以以多种形式实施本发明的宽广的教导。因此，尽管本公开的内容是结合上述特定的示例进行说明的，但是本发明的真正范围不限于上述所公开的实施例，因为本领域的技术人员通过研究附图、说明书和后面的权利要求书可以清楚地理解还可对本发明进行其它修改。

Claims (21)

1.一种用于直接燃料喷射发动机的燃料喷射系统，包括：

喷射模式模块，它在发动机运行时选择燃料喷射模式为单喷射模式和双喷射模式中之一，和

燃料喷射控制模块，它根据曲轴位置、燃料喷射模式和燃料百分比混合表来控制燃料喷射事件。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：在单喷射模式期间，当曲轴位置在第一预定范围内时，燃料喷射控制模块在第一比率下控制燃料。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：燃料喷射控制模块根据燃料百分比混合表将燃料控制转变为在第二比率和第三比率下进行。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：在双喷射模式期间，当曲轴位置信号显示曲轴位置分别在第二和第三预定范围内时，燃料喷射控制模块在第二和第三比率下控制燃料。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述第一预定范围是在接近上死点进行火花控制之前的250度至380度曲柄转角之间。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述第二预定范围是在接近上死点进行火花控制之前的250度至380度曲柄转角之间。

7.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述第三预定范围是在接近上死点进行火花控制之前的0度至180度曲柄转角之间。

8.如权利要求3所述的系统，其特征在于：燃料喷射控制模块根据每个进气和压缩循环所需的总燃料确定第二比率和第三比率。

9.如权利要求3所述的系统，其特征在于：第二和第三比率是以进气和压缩循环所需要的总燃料的第一和第二预定百分比为基础的，其中第一预定百分比为百分之五十至百分之一百之间，第二预定百分比为百分之五十至百分之一百之间。

10.一种用于直接燃料喷射发动机的燃料喷射方法，包括：

使发动机在单喷射模式下运行；

在进气循环期间在第一比率下控制燃料；

接受从单喷射模式向双喷射模式转换的请求；和

在进气和压缩循环期间通过在第二比率和第三比率下控制燃料而转换到双喷射模式，其中在随后的循环中第二比率被降低和第三比率被升高，直到达到第二和第三目标比率。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：在第一比率下控制燃料和在第二比率和第三比率下控制燃料是以曲轴位置为基础的。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：在第一比率下控制燃料还包括当在发动机气缸的进气循环期间曲轴位置在第一预定范围内时在第一比率下控制燃料。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于：在第二比率和第三比率下控制燃料还包括在发动机气缸的进气和压缩循环期间当曲轴位置在第二预定范围内时在第二比率下控制燃料和当曲轴位置在第三预定范围内时在第三比率下控制燃料。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括在单喷射模式和双喷射模式期间当曲轴位置接近上死点时控制火花。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于：在第一比率下控制燃料还包括当发动机曲轴位置位于上死点前250度至380度曲柄转角的范围内时在第一比率下控制燃料。

16.如权利要求10所述的方法，其特征在于：在第二比率下控制燃料还包括当发动机曲轴位置位于上死点前250度至380度曲柄转角的范围内时在第二比率下控制燃料和其中在第三比率下控制燃料还包括当曲轴位置位于上死点前0度至180度曲柄转角的范围内时在第三比率下控制燃料。

17.如权利要求10所述的方法，其特征在于：在第二比率下控制燃料是以用于进气和压缩循环所希望的总燃料的预定百分比为基础的。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：在第二比率下控制燃料是以所希望的总燃料的预定百分比为基础的，该预定百分比以百分之一百开始和在转变为双喷射模式期间减小到低至百分之五十的值。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：在第三比率下控制燃料是以总燃料的预定百分比为基础的，该预定百分比以百分之零开始和在转变为双喷射模式期间增加到高至百分之五十的值。

20.如权利要求10所述的方法，其特征在于：在第三比率下控制燃料是以用于进气和压缩循环所希望的总燃料的预定百分比为基础的。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：在第三比率下控制燃料是以用于进气和压缩循环所希望的总燃料的百分之零到百分之五十之间的预定百分比为基础的。

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