CN101892921A - 基于燃料的喷射控制 - Google Patents

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Abstract

运行发动机的系统以及方法，该发动机包括被配置为直接向发动机气缸内喷射燃料的喷射器。一个示例方法包括，在发动机冷启动过程中，实施压缩直接燃料喷射，并且随着该燃料的燃料酒精含量的增加而延迟压缩喷射的正时(timing)。

Description

基于燃料的喷射控制
技术领域
本申请涉及在运行变化成分燃料的内燃发动机中控制燃料喷射正时(timing)的方法以及系统。
背景技术
已经开发出替代燃料来缓和传统燃料上升的价格并且减少常规排放物例如CO2。例如，酒精以及基于酒精的燃料混合物被认为是有吸引力的可替代燃料，尤其是在汽车的应用中。多种发动机系统可以使用酒精燃料，并利用多种发动机技术如涡轮增压器、超增压器等。此外，多种方法可以被用来控制这种酒精燃料发动机，包括根据该发动机燃料的酒精含量以及多种其他发动机运行状态来调整助力器或者火花定时器。
控制酒精燃料发动机的一个示例方法由Brehob在美国专利US7,287,509中描述。在该专利中，直接喷射酒精燃料的喷射正时被调整以利用该酒精燃料的较高汽化热的增强充气冷却效应和增加的辛烷。具体地说，一个或多于一个直接喷射的喷射正时通过燃料中增加的酒精被提前，以利用酒精的较高汽化潜焓并且允许更多的汽化时间。通过提前喷射正时，该进气系统被冷却，以使得可以被压入燃烧室中的充气密度能够增加。总之，酒精燃料的充气冷却效应被用来改进发动机的最大转矩输出。
然而，本发明者们已经认识到关于这种方法的潜在问题。在一个示例中，在发动机冷起动过程中，当发动机的温度条件尚未达到足以高效燃烧的热度时，响应于燃料酒精含量的增加而提前喷射正时有可能进一步冷却该系统并且显著地降低燃料蒸发率和均质空燃混合物的形成。使燃料蒸发所需要的更多时间量可能降低发动机的起动能力。另外，酒精燃料对进气系统的充气冷却效应可能进一步降低在冷起动条件下的充气温度，由此进一步降低燃烧的稳定性并且增加发动机缺火(misfire)的可能性。就此而言，这可能导致降低燃料经济性以及退化的冷起动排气排放。
发明内容
因此，在一个示例中，上述问题中的一些有可能通过一种运行发动机的方法来解决，该发动机包括被配置为直接向发动机气缸内喷射燃料的喷油器。一个示例性方法包括，在发动机冷起动过程中，实施压缩直接燃料喷射，以及随着燃料的燃料酒精含量增加而延迟压缩喷射的正时。
在一个示例中，该发动机可以是配置有直接燃料喷射的车辆的可变燃料发动机。在发动机的冷起动过程中，当用混合酒精的燃料运行该发动机时，例如在从发动机旋转起动起的第一数量燃烧事件过程中，可以实施压缩直接燃料喷射。另外，该压缩喷射的正时可以随着所喷射燃料的燃料酒精含量的增加而被延迟。在一个特别的示例中，在发动机的第一冷起动过程中，压缩喷射可以从发动机起动起被用于第一加满燃料气缸(fuelled cylinder)，其中该压缩喷射正时是该燃料具有第一酒精含量时的第一正时。在该发动机的第二冷起动过程中，例如在第二天，当燃料箱中的燃料混合物不同时，压缩喷射可以从发动机起动起被用于第一加满燃料气缸，其中该压缩喷射正时是第二正时(比第一正时更延迟)，其中该燃料具有第二酒精含量(高于第一酒精含量，例如第二燃料比第一燃料具有更大的按重量计算的酒精量)。
在一个示例中，当使用具有较低百分比的酒精的混合燃料(例如E10，其具有10％的乙醇以及90％的汽油)运行时，该压缩喷射正时可以被较少地延迟(即，该喷射正时可以比压缩冲程的BDC更少接近TDC)。在另一示例中，当使用具有较高百分比的酒精的混合燃料(例如E85，其具有85％的乙醇以及15％的汽油)运行时，该压缩喷射正时可以被较多地延迟(即，该正时可以被移到更接近压缩行程的TDC)。另外，为了改进基于酒精的燃料的雾化，燃料管路压力可以随着该燃料的酒精含量的增加而升高。此外，为了减小潜在的关于过度压力的问题，可以实施多次压缩燃料喷射，喷射的次数随着该燃料的酒精含量的增加而增加。
通过实施压缩直接燃料喷射，在压缩行程中发动机气缸的更高充气温度以及更高阀温度可以被有利地用来更有效地汽化直接喷射的酒精燃料。因为酒精是相对低挥发性的燃料，通过随着燃料酒精含量的增加而延迟压缩喷射正时，该酒精可以受到更高的充气温度，由此更好地使得有效的汽化以及均质空燃混合物的形成可用。以此方式，酒精燃料发动机的起动能力可以被改进。另外，通过汽化大部分喷射燃料，在发动机运行过程中可能损失更少的燃料，并且可以减小在发动机冷起动时对更多燃料或引燃燃料喷射的需要。就此而言，这可以提供燃料经济性的好处以及减小的冷起动排气排放。
应该理解的是，提供上述概要以便以简化的形式介绍在详细说明书中进一步描述的概念的选择。它不是意味着指出要求保护的主题的关键或重要特征，要求保护的主题的范围仅由随附于详细说明书的权利要求限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上提到的或者在本公开的任何部分中指出的任何缺点。
附图说明
图1示出通过直接燃料喷射器运行的燃烧室的一个示例性实施例；
图2示出说明示例性压缩直接燃料喷射运行的一个图表；
图3-图4示出两个高级流程图，这些流程图说明可以被执行以便响应于燃料成分调整压缩燃料喷射的设定值的程序；
图5示出描绘喷射正时随燃料酒精含量变化的图表；以及
图6示出燃料喷射正时图，其显示了燃料的压缩喷射正时随不同酒精含量的示例性变化。
具体实施方式
以下说明涉及用于改进酒精燃料发动机在冷起动时的起动能力的系统以及方法。通过在酒精燃料发动机(例如图1的发动机)中实施压缩直接燃料喷射(如在图2中展示的)，并且另外通过随该喷射燃料的酒精含量的增加延迟该压缩喷射的正时，该酒精燃料在冷起动时的汽化可以被改进。发动机控制器可以被配置为在发动机冷起动过程中实施控制程序(例如图3-图4所示的那些程序)，以响应于燃料成分(例如燃料酒精含量)调整压缩直接燃料喷射的燃料喷射设定值(包括喷射正时)。如图4至图5所示，通过随燃料酒精含量的增加延迟压缩喷射正时，在冷起动时的燃料汽化和均质空燃混合物的形成可以在不需要引燃燃料喷射的情况下被改进。通过减小在冷起动过程中所遭受的燃料损失，车辆冷起动排气排放的燃料效率和质量可以被显著地改进。
图1描绘了内燃发动机10的燃烧室或气缸的一个示例性实施例。发动机10可以从包括控制器12的控制系统接收控制参数并且从车辆驾驶员130经由输入装置132接收输入。在此示例中，输入装置132包括加速踏板以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的气缸(此处也称为“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136，该燃烧室壁中放置活塞138。活塞138可以联接到曲轴140上，从而该活塞的往复运动被转化为该曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统联接到该客运车辆的至少一个驱动轮。此外，一个起动电机可以经由飞轮联接到曲轴140上，以能够起动发动机10的运转。
气缸14可以经由一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146可以连通包括气缸14在内的发动机10的其他气缸。在一些实施例中，一个或多于一个进气通道可以包括助力装置，例如涡轮增压器或者超增压器。例如，图1展示了用涡轮增压器配置的发动机10，该涡轮增压器包括布置在进气通道142和144之间的压缩机174以及沿排气通道148布置的排气涡轮机176。压缩机174可以通过轴180由排气涡轮机176至少部分地提供动力，其中助力装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他的示例中，例如在发动机10配备有超增加器的情况下，排气涡轮机176可以被选择性地省略，其中压缩机174可以由来自电机或者发动机的机械输入提供动力。可以沿该发动机的进气通道提供包括节流阀片164的节流阀20，以改变提供到发动机气缸的进气的流动速率和/或压力。例如，节流阀20可以如图1所示被设置在压缩机174的下游，或者可替代地被提供在压缩机174的上游。
排气通道148可以从包括气缸14在内的发动机10的其他气缸接收排气。排气传感器128被显示为在排放控制装置178的下游联接到排气通道148上。传感器128可以从多种合适的传感器中选择，以提供排气空/燃比的一个指示，例如可以从线性氧传感器或者UEGO(通用或宽范围的排气氧传感器)、二态氧传感器或者EGO(如图所示)、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化转化器(TWC)、NOx捕集器、多种其他排放控制装置或者它们的组合。
排气温度可以由位于排气通道148中的一个或多于一个温度传感器(未示出)估计。可替代地，可以基于发动机运行状态例如速度、负载、空燃比(AFR)、点火延迟等等来推导排气温度。此外，可以由一个或多于一个排气传感器128来计算排气温度。可以理解的是，该排气温度可以可替代地由在此列出的温度估计方法的任何组合来估计。
发动机10的每个气缸可以包括一个或多于一个进气阀以及一个或多于一个排气阀。例如，气缸14被显示为包括位于气缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个气缸(包括气缸14)可以包括位于该气缸上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气阀150可以由控制器12通过凸轮致动系统151的凸轮致动来控制。类似地，排气阀156可以由控制器12通过凸轮致动系统153的凸轮致动来控制。凸轮致动系统151和153均可以包括一个或多于一个凸轮并且可以利用可以由控制器12操作来改变阀运行的凸轮轮廓转换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变阀正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多于一个。进气阀150和排气阀156的位置可以分别通过阀位置传感器155和157确定。在可替代的实施例中，进气和/或排气阀可以通过电动阀致动来控制。例如，气缸14可以可替代地包括经由电动阀致动控制的进气阀以及经由凸轮致动(包括CPS和/或VCT系统)控制的排气阀。在其他的实施例中，这些进气阀和排气阀可以通过共同的阀致动器或致动系统或者可变阀正时致动器或致动系统来控制。
气缸14可以具有压缩比，该压缩比是活塞138在底部中心时与活塞138在顶部中心时的容积比率。常规地，该压缩比在9∶1到10∶1的范围内。然而，在使用不用燃料的一些示例中，压缩比可能增加。这可能在例如使用更高辛烷燃料或具有更高汽化潜焓的燃料时发生。如果使用直接喷射，由于它对发动机爆震的影响，该压缩比也可能增加。
在一些实施例中，发动机10的每个气缸可以包括用于启动燃烧的火花塞192。在选择运行模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞192提供点火火花到燃烧室14。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，例如在发动机10可以通过自动点火或者燃料喷射而启动燃烧的情况下(如在一些柴油发动机的情况下)。
在一些实施例中，发动机10的每个气缸可以配置向其提供燃料的一个或多于一个燃料喷射器。作为非限定性示例，气缸14被显示为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被显示为直接联接气缸14以向其中直接喷射燃料，所喷射的燃料量与通过电子驱动器168从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例。以此方式，燃料喷射器166提供了到燃烧气缸14内的燃料的所谓直接喷射(此后也被称作“DI”)。虽然图1显示了作为侧喷射器的喷射器166，但它也可以位于该活塞的顶部，例如在火花塞192的附近位置。由于一些基于酒精的燃料的较低挥发性，这样一种位置可以改进当使用基于酒精的燃料运行发动机时的混合以及燃烧。可替代地，该喷射器可以位于顶部并且在进气阀附近，以改进混合。可以从包括燃料箱、燃料泵和燃料管路的高压燃料系统8输送燃料到燃料喷射器166。可替代地，燃料可以由单级燃料泵以更低压力输送，在此情况下，直接燃料喷射的正时在压缩冲程过程中可以比使用高压燃料系统时受到更多的限制。此外，虽然未示出，但该燃料箱可以具有提供信号到控制器12的压力传感器。应该理解的是，在可替代的实施例中，喷射器166可以是端口喷射器，该端口喷射器向气缸14上游的进气口提供燃料。
还应该理解的是，虽然在一个实施例中，该发动机可以通过经由单个直接喷射器喷射可变燃料混合物来运转；但在可替代实施例中，该发动机可以通过使用两个喷射器(一个直接喷射器和一个端口喷射器)并且改变每个喷射器的相对喷射量来运转。
燃料可以由喷射器在气缸的单个循环过程中输送到气缸。此外，从喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可以随运行状态(如下文所述的充气温度)改变。此外，对于单一燃烧事件，可以在每个循环实施所输送的燃料的多次喷射。这些多次喷射可以在压缩冲程、进气冲程或其任何适当的组合过程中实施。
如上所述，图1仅显示了多气缸发动机的一个气缸。就此而言，每个气缸可以类似地包括其自身的一组进气/排气阀、(多个)燃料喷射器、火花塞等。
燃料系统8中的燃料箱可以保持具有不同燃料品质的燃料，例如不同的燃料成分。这些差异可能包括不同的酒精含量、不同的辛烷、不同的汽化热、不同的燃料混合和/或其组合等。在一个示例中，具有不同酒精含量的燃料可以包括一种燃料是汽油而另一种燃料是乙醇或者甲醇。在另一示例中，该发动机可以使用汽油作为第一物质并且使用含酒精的燃料混合物例如E85(它是大约85％的乙醇和15％的汽油)或者M85(它是大约85％的甲醇和15％的汽油)作为第二物质。其他含酒精的燃料可以是酒精和水的混合物或者酒精、水和汽油的混合物等。在另一示例中，两种燃料可以是酒精混合物，其中第一燃料可以是具有较低酒精比率的汽油酒精混合物，第二燃料可以是具有较高酒精比率的汽油酒精混合物，例如使用E10(它是大致10％的乙醇)作为第一燃料的以及使用E85(它是大致85％的乙醇)作为第二燃料。另外，该第一燃料和第二燃料也可以在其他燃料品质方面不同，例如在温度、粘度、辛烷值、汽化潜焓等方面不同。
此外，该燃料箱的燃料特征可以频繁地改变。在一个示例中，驾驶员可以在一天使用E85再填充该燃料箱，在下一天再填充E10，并且在下一天再填充E50。因此，油箱再次填充的每天变化可能导致燃料成分的频繁改变，由此影响由喷射器166输送的燃料成分。
控制器12在图1中被显示为微处理器，其包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特别示例中被显示为只读存储芯片110)、随机存取存储器112、磨损修正系数存储器(keep alive memory)114和数据总线。控制器12可以从联接到发动机10上的传感器接收各种信号，除了以前讨论的那些信号外，这些信号还包括：来自质量空气流动传感器122的感应质量空气流动(MAF)；来自联接到冷却套管118上的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到曲轴140上的霍尔效应传感器120(或其他类型传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节流阀位置传感器的节流阀位置(TP)；以及来自传感器124的歧管绝对压力信号(MAP)的测量值。发动机速度信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管中真空或者压力的指示。
存储媒介只读存储器110可以用计算机可读数据进行编程，该计算机可读数据代表可由处理器106执行以实施下述方法和预测到但未具体列出的其他变体的指令。
压缩喷射的各种示例在图2中显示，该图包括图表200。就此而言，压缩喷射可以包括喷射正时完全在发动机的压缩冲程内的喷射(如参考示例A-B更详细描述的)以及喷射正时至少部分在发动机的压缩冲程内的喷射(如参考示例C-E更详细描述的)。
图表200以曲轴角度(CAD)描绘了沿x轴线的发动机位置。曲线202描绘了活塞位置，从上止点(TDC)和/或下止点(BDC)参考它们的位置，并且进一步在该发动机循环的四个冲程(进气、压缩、作功和排气)内参考它们的位置。如正弦曲线202所示，活塞从TDC逐渐向下移动，在进气冲程结束时降至最低点BDC。进气阀(未示出)可以在进气冲程开始或者开始之前打开，并且可以仍然保持打开至少直到随后的压缩冲程已经开始。然后，活塞在压缩冲程结束时返回顶部TDC处。就此而言，在压缩冲程的主要部分过程中，该活塞可以在气缸中移动，同时气缸的进气阀和排气阀(未示出)被关闭。然后，该活塞在作功冲程过程中再次朝向BDC返回移动，在排气冲程结束时返回到它的原始顶部位置。排气阀可以只在该活塞在例如作功冲程结束降至最低点时打开。然后，该排气阀可以例如随着该活塞完成排气冲程而关闭，保持开放至少直到随后的进气冲程已经开始。
示例A-E描绘了在压缩喷射运行中的变化。在一个示例中，如在A处所示，压缩喷射可以包括喷射正时完全在压缩冲程内的单次压缩喷射。在此，该喷射正时包括喷射开始正时、喷射结束正时以及喷射平均正时。在一个示例中，如在A处所示，该喷射平均正时(如由箭头所示)可以处在该喷射的中间点处。
在另一示例中，如在B处所示，该压缩喷射可以包括多次压缩喷射(在此为两次喷射)，其中该多次压缩喷射中的每次喷射的喷射正时完全在压缩冲程内。也就是说，每次喷射的喷射开始正时以及喷射结束正时完全位于压缩冲程内。此外，该喷射平均正时也可以位于压缩冲程内。在所述示例中，该喷射平均正时可以是两次喷射的中间点处的正时。虽然所述示例示出对称的多次喷射，但在可替代的实施例中，这些多次喷射本质上可以是不对称的。在一个示例中，燃料的更大部分可以在后一喷射中被喷射，以利用在压缩冲程的稍后部分的更热的充气。就此而言，对于非对称的多次喷射，该平均正时可以不是中间点正时，而相反可以朝向具有更大燃料部分的喷射倾斜。
虽然示例A-B显示了正时完全处于压缩冲程内的压缩喷射，但示例C-E显示了正时部分处于压缩冲程内的压缩喷射。在此，部分处于压缩冲程内的喷射正时包括喷射开始正时、结束正时以及平均正时的至少之一处于压缩冲程内。如在C处所示，压缩喷射可以包括单次压缩喷射，其中喷射开始正时处于压缩冲程之前的进气冲程中，但喷射结束正时处于压缩冲程中，从而喷射平均正时完全处于压缩冲程内。在另一示例中，如在D处所示，压缩喷射可以包括单次压缩喷射，其中喷射开始正时处于压缩冲程中而喷射结束正时处于压缩冲程之后的作功冲程中，从而喷射平均正时完全处于压缩冲程内。在又一示例中，如在E处所示，压缩喷射可以包括跨越进气冲程和压缩冲程的多次压缩喷射，从而喷射平均正时完全处于压缩冲程内。在所述示例中，这些多次喷射是不对称的，其中在较早喷射中喷射更大部分的燃料。该较早喷射可以具有处于进气冲程中的开始正时以及处于压缩冲程中的结束正时，而随后的喷射可以完全处于压缩冲程内。这些喷射可以被正时，从而平均正时处于压缩冲程内。在可替代示例中，这些多次喷射本质上可以是对称的。虽然所述示例显示了跨越进气冲程和压缩冲程的多次压缩喷射，但应该理解的是，在其他示例中，这些多次压缩喷射(对称或者不对称)可以跨越压缩冲程和作功冲程。应该理解的是，在所有示例中，压缩喷射可以先于点火事件。
如参考图6更详细说明的，该喷射正时可以随着被喷射燃料的燃料酒精含量的增加而被延迟。在此，延迟该喷射正时包括延迟喷射开始正时、喷射结束正时以及喷射平均正时的至少之一，被延迟的正时移动到与压缩冲程的BDC相比更接近于TDC。
图3描述了用于响应于燃料成分调整压缩燃料喷射的示例性控制系统程序300。通过响应于该燃料的酒精含量调整压缩喷射的正时，该燃料的汽化以及该燃料与空气的混合可以被改进，由此改进燃烧事件的品质。
在302处，可以确定发动机是否处于冷起动状态。如果不是，则该程序可以结束。在304处确定之后，可以测量和/或估计发动机运行状态。这些状态可以包括发动机速度、充气温度、歧管压力、大气压力等。在306处，可以被确定燃料酒精含量和/或燃料成分。在一个示例中，燃料成分可以基于先前的发动机运行而确定。在另一示例中，燃料成分可以基于燃料箱填充事件而确定。可替代地，燃料成分可以基于燃料成分传感器如燃料酒精传感器的输出而确定。
在308处，可以确定发动机是否已经能够用于压缩喷射，例如，基于在304处估计的发动机运行状态来确定。在一个示例中，在非常低的发动机温度状态(例如，发动机温度低于阈值温度)下可以不使用压缩喷射。在另一示例中，可以不使用压缩喷射，直到从发动机起动起经过阈值数量个燃烧事件(例如，4个燃烧事件)。在又一示例中，可以不使用压缩喷射，直到喷射压力处于阈值水平。例如，在6缸发动机中，对于从发动机起动起的第一喷射和第二喷射，可以不使用压缩喷射，因为喷射压力是较低的(并且因此，不能克服增加的气缸压力)。在此，压缩喷射可以仅在前两次喷射过去之后使用，即由于已经由第三次喷射建立起喷射压力，对于从发动机起动起的第三、第四、第五和第六喷射可以使用压缩喷射。在一个示例中，在第六喷射之后，可以不使用压缩喷射，因为到那时，每个气缸可能已经具有至少一个燃烧事件并且因此在该气缸中的残余热量可以足够有效地汽化酒精燃料，甚至在较高酒精量时。
如果没有使用压缩喷射，则在310处，该程序可以进行到在进气冲程中实施直接喷射，并且这种进气冲程喷射的喷射设定值可以基于发动机运行状态而确定。也就是说，可以实施进气直接燃料喷射。
相反，如果在308处确定了使用压缩喷射，则在312处，可以至少基于燃料成分确定期望的燃料管路压力设定值(Pfuelrail)。在一个示例中，该燃料管路压力可以随着燃料的燃料酒精含量的增加而增加，以在压缩喷射过程中增强相对低挥发性燃料的雾化。在另一示例中，当燃料的酒精含量较低时，可以选择较低的燃料管路压力。
在314处，单次压缩喷射的初始压缩喷射设定值可以基于燃料酒精含量以及所估计的发动机运行状态而确定。就此而言，这些设定值可以包括喷射正时以及喷射量。如前所述，对于较低酒精含量的燃料可以选择较少的延迟的压缩喷射正时，而对于较高酒精含量的燃料可以选择更多延迟的压缩喷射正时。在一个示例中，发动机控制器可以被配置查找表，以便基于燃料酒精含量确定初始延迟的单次压缩喷射正时。该压缩喷射正时还可以响应于发动机温度而被调整。例如，在较低的温度下，可以确定较多延迟的喷射正时。在316处，初始压缩喷射设定值(例如喷射的次数)可以基于预定的阈值而被调整。如参考图4更详细说明的，这些阈值可以包括燃料管路压力阈值、压缩喷射量阈值、发动机速度阈值等。响应于这些阈值，初始设定值可以被调整以改变喷射的次数(例如，通过切换到两次、三次或者多次压缩喷射)，并且对应地调整多次喷射中每一次的喷射量和多次喷射的正时以及这些喷射的频率(即，在喷射之间的正时)。在318处，燃料管路压力设定值可以调整到312处确定的数值。在320处，可以基于如在316处确定的调整设定值来实施燃料的压缩喷射。在一个示例中，实施压缩喷射可以包括针对从发动机旋转开始起预定次数的燃烧事件(例如，四个燃烧事件)实施压缩喷射。在此，在前四个燃烧事件之后，气缸充气温度可以足够高以能使得燃料(包括高酒精含量的燃料)的汽化。
在一个示例中，在第一次发动机冷起动过程中，例如，在第一天燃料箱填充较低酒精含量的第一燃料混合物时，可以在第一(较少延迟的)压缩喷射正时处实施压缩直接燃料喷射。然后，在第二次发动机冷起动过程中，例如，在第二天该燃料箱填充相对于第一发动机冷起动过程中喷射的第一燃料具有增加的酒精量的第二燃料时，可以在第二压缩喷射正时处实施压缩直接燃料喷射，该第二正时相对于该第一正时被延迟。另外，该第二压缩喷射可以包括多次压缩喷射，每次喷射的正时都相对该第一喷射正时被延迟。在另一示例中，在第三次发动机冷起动过程中，例如，在第三天该燃料箱仅填充汽油时，当发动机温度低于温度阈值、喷射压力低于阈值和/或在从发动机起动起过去阈值数量个燃烧事件之前，实施进气直接燃料喷射。
以此方式，这些燃料喷射的相对正时可以响应于燃料酒精含量而被调整，以改进在发动机冷起动状态过程中的燃料的汽化并且因此改进发动机的起动能力。
现转向图4，其描述一种用于调整图3中的压缩喷射的初始设定值的示例程序400。就此而言，程序400可以被实施为图3的程序的一部分，特别是在316处。
在402处，可以读取如在314(图3)处确定的初始压缩喷射设定值。在404处，可以确定初始单次压缩喷射量是否大于喷射阈值。在一个示例中，该初始喷射量可以大于喷射器在单次喷射中能够分配的最大量。在另一示例中，该量可以在发动机燃烧稳定性限制内大于阈值量。如果喷射量的初始设定值大于该阈值，则在410处，这些压缩喷射的次数可以增加并且发动机控制器可以确定在每个气缸将要实施多次压缩喷射。通过增加喷射的次数，可以在没有不利地影响发动机的性能的情况下多次分期喷射该初始喷射量。
如果喷射量不大于阈值，则在406处，可以确定燃料管路压力设定值(如在312处确定的，图3)是否大于压力阈值。如前所述，该燃料管路压力可以随着燃料酒精含量的增加而增加，以改进被喷射燃料在压缩冲程过程中的雾化。然而，如果该燃料管路压力增加到超过压力阈值，则燃料可能碰撞气缸壁或者活塞表面，潜在地导致燃料损失和/或烟的产生。如果该燃料管路压力大于该压力阈值，则该程序可以进行到410处，其中控制器可以确定在每个气缸将要实施多次压缩喷射。通过随着该燃料管路压力增加到超过该压力阈值而增加喷射次数，可以减少关于燃料管路过度压力状态的潜在问题。
如果燃料管路压力不大于阈值，则在408处，可以确定发动机速度(Ne)是否低于速度阈值。就此而言，当发动机速度低于该阈值时，更多时间可以用来实施燃料喷射。因此，当发动机速度低于该速度阈值时，压缩喷射的次数可以被增加并且可使用多次压缩喷射。相应地，如果发动机速度在408处低于该速度阈值，那么程序进行到410处并且控制器可以确定在每个气缸将要实施多次喷射。以此方式，可以至少基于燃料管路压力、发动机速度以及喷射量调整这些压缩喷射的次数。
在412处，可以基于在410处确定的多次喷射的次数来调整喷射量、正时和频率(即，多次喷射之间的时间)。如果在408处发动机速度没有低于阈值，那么在414处，控制器可以保持单次压缩喷射的初始设定值。
在一个示例中，如果在410处确定了双对称压缩喷射(例如，响应于增加的管路压力设定值)，则每次喷射的喷射量可以被调整到初始单次压缩喷射设定值的一半。另外，这两次喷射的正时可以参考该初始单次压缩喷射设定值被调整(例如被延迟)。更进一步地，基于在312处确定的燃料管路压力设定值，该燃料喷射器的工作周期和频率可以被调整。具体地说，该燃料喷射器的开放和关闭的时间可以被减小并且这些喷射之间的正时可以随着燃料管路压力设定值的增加而增加。如参考图6的示例性喷射设定值进一步显示的，随着喷射燃料的燃料酒精含量的增加，对于给定的发动机速度，控制器可以被配置为实施在压缩冲程中进一步延迟的多次喷射(即，比压缩冲程的BDC更接近于TDC)，其中工作周期更短且这些多次喷射之间的正时更长。
以此方式，通过响应于燃料管路压力设定值、发动机速度设定值、以及燃烧稳定性限制来调整压缩喷射的设定值(确切地说，压缩喷射的次数、量以及正时)，可以在使用低挥发性燃料的发动机起动过程中实现改进的燃料汽化。
现参见图5，它描绘了响应于燃料成分变化(沿X轴线)的压缩喷射正时(沿Y轴线)变化的示例图500。具体地，直线502描绘了在发动机温度T1下压缩喷射正时随燃料酒精含量的变化，同时直线504描绘了在发动机温度T2下的相应变化。如图所示，这两条直线502和504显示了相似的趋势，其中压缩喷射正时随着燃料酒精含量的增加而被更多地延迟。因此，更多延迟的喷射正时可以对应于更接近喷射燃料时的压缩冲程的TDC的喷射正时，而更少延迟的喷射正时可以对应于更接近该压缩冲程的BDC的喷射正时。直线502与504的比较进一步表明当使用给定酒精含量的燃料运行时，随着气缸温度下降(如虚线箭头所示)，该压缩喷射正时可以被更多地延迟。因此，在发动机冷起动过程中，当气缸阀和气缸充气的温度更低时，压缩喷射正时可以被延迟，以增强燃料的汽化以及燃烧事件的效率。
图6描绘了示例性燃料喷射正时图600，该图示出具有不同酒精含量的燃料的压缩喷射设定值(包括喷射正时)的示例性变化。如前面参考图3至图4所述，初始压缩喷射设定值可以基于发动机运行状态以及燃料成分而被确定，并且然后根据燃料管路压力、发动机速度以及燃烧稳定性而被进一步调整。
在一个示例中，当仅使用汽油运行发动机时，燃料可以仅在进气冲程中被喷射(实心柱)。因为汽油是一种高挥发性燃料，较低的发动机温度就足以汽化该燃料。因此，进气冲程喷射可以允许有效的空燃混合。然而，在可替代的示例中，该汽油燃料的部分或者全部可以在压缩冲程过程中被喷射(阴影柱)。
相反，当使用较低酒精含量的乙醇燃料混合物(例如E10)运行发动机时，可以实施单次压缩喷射(实心柱)。因为乙醇是一种较低挥发性燃料，可能需要较高的发动机温度以汽化该燃料，特别是在冷起动时。在此，喷射正时可以从进气冲程到压缩冲程被延迟，以利用该压缩冲程的较高气缸阀温度和充气温度。
当使用较高酒精含量的乙醇混合物(例如E50)运行该发动机时，燃料喷射可以在压缩冲程内被进一步延迟(即，被延迟为更接近于该压缩冲程的TDC)，从而该燃料被喷射到较热的充气中。另外，燃料管路压力可以被增加，以改进该燃料在压缩冲程过程中的雾化。为了减少与增加燃料管路压力相关的潜在问题，例如燃料碰撞气缸壁和/或活塞表面，可以实施多次压缩喷射。在所述示例中，当使用E50运行时，可以实施两次压缩喷射，这两次喷射的正时从汽油以及E10的喷射正时被延迟。每次喷射的喷射量可以被调整到初始单次压缩喷射设定值的一半，以允许对称的两次压缩喷射(虽然可以可替代地实施不对称的喷射)。更进一步地，响应于较高的燃料管路压力设定值(与E10相比基于更高酒精含量的E50)，可以调整该燃料喷射器的工作周期和频率。在所述示例中，响应于较高的燃料管路压力设定值，该燃料喷射器的开放和关闭时间可以减少(如由更窄的实心柱所示)并且这两次喷射之间的正时可以增加。
以相同方式，当使用仍然较高的酒精含量的乙醇混合物(例如E85)运行发动机时，喷射正时可以在压缩冲程内被进一步延迟(即，被延迟到更接近于压缩冲程的TDC)，从而该燃料被喷射到更热的充气中。在此，响应于较高的燃料酒精含量，燃料管路压力还可以被进一步增加，以帮助该燃料的的雾化。在所述示例中，当使用E85运行时，可以实施三次压缩喷射，这三次喷射的正时从汽油、E10以及E50的喷射正时被延迟。每次喷射的喷射量可以被调整为初始单次压缩喷射设定值的三分之一，以允许对称的多次喷射(虽然可以可替代地实施非对称的喷射)。更进一步地，响应于较高燃料管路压力设定值，可以调整燃料喷射器的工作周期和频率。在所述示例中，响应于较高燃料管路压力设定值，该燃料喷射器的开放和关闭的时间可以被进一步减少(如由更窄的实心柱所示)并且这三次喷射之间的正时可以被增加。应该理解的是，在所有描述的示例中，该燃料喷射可以优先于点火事件。
以此方式，通过响应于该燃料的酒精含量来调整压缩喷射的正时，能够改进燃料的汽化和雾化，并且可以减少在发动机冷起动时的燃料损失。通过增强可变燃料发动机在冷温条件下的起动能力，可以减小对额外硬件(如加热喷射器)或额外步骤(如引燃燃料喷射)的需要。另外，可以改进冷起动排气排放的质量。通过改进在燃烧事件过程中空气和燃料的混合，可以改进燃烧的效率，从而导致潜在燃料经济效益。
应注意在此包括的示例性控制和估计程序可以用于不同的发动机和/或车辆系统配置。在此描述的具体程序可以代表一个或多于一个任意数量的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。就此而言，各种步骤、操作或功能可以以所示的顺序实施、并行实施或者在一些情况下被省略。类似地，该处理的顺序并不是实现在此所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，只不过被提供以便于展示和说明。根据所使用的特别策略可以重复实施一个或多于一个所示的步骤或者功能。此外，所述步骤可以图表性地代表有待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒介内的代码。
更进一步应该理解的是，在此公开的这些配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体的实施例不应从限定的角度进行解释，因为可能存在多种变体。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4(opposed4)以及其他发动机类型。本公开的主题包括多种系统和配置以及在此公开的其他特征、功能和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合。
随附的权利要求特别指出了被认为是新颖的和非显而易见的某些组合以及子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这种权利要求应该被理解为包括一个或多于一个这种元件的结合，既不必需也不排除两个或多于两个这种元件。所公开的这些特征、功能、元件和/或特性的其他组合以及子组合可能通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。不管是否比原始权利要求的范围更宽、更窄、相等或者不同，这种权利要求均被视为包括在本公开的主题内。

Claims (14)

1.一种运行发动机的方法，所述发动机包括被配置为直接向发动机气缸内喷射燃料的喷射器，所述方法包括：
在发动机冷启动过程中，实施压缩直接燃料喷射；以及
随着所述燃料的燃料酒精含量增加而延迟压缩喷射的正时。
2.如权利要求1所述的方法，其中，实施压缩直接燃料喷射包括从发动机旋转开始起实施多次燃烧事件的压缩喷射，或者实施压缩直接燃料喷射包括实施喷射正时完全在发动机的压缩冲程内的压缩直接燃料喷射。
3.如权利要求1所述的方法，其中，实施压缩直接燃料喷射包括实施喷射正时至少部分在发动机的压缩冲程内的直接燃料喷射，并且喷射正时至少部分在压缩冲程喷射内包括喷射起始正时、喷射结束正时以及喷射平均正时中的至少之一在所述压缩冲程内。
4.如权利要求1所述的方法，其中，延迟所述压缩喷射的正时包括延迟喷射起始正时、喷射结束正时以及喷射平均正时中的至少之一，经延迟的正时比压缩冲程的下止点即BDC更接近上止点即TDC。
5.如权利要求1所述的方法，其进一步包括，随着燃料的燃料酒精含量的增加而增加发动机燃料管路压力，基于燃料管路压力、发动机速度以及喷射量中的至少之一调整压缩喷射的次数，并且调整压缩喷射的次数包括，如果所述燃料管路压力高于一压力阈值，则增加压缩喷射的次数；如果所述喷射量高于一阈值，则增加压缩喷射的次数；和/或如果所述发动机速度低于一速度阈值，则增加压缩喷射的次数。
6.一种运行发动机的方法，所述发动机包括被配置为直接向发动机气缸中喷射燃料的喷射器，所述方法包括：
在第一发动机冷启动过程中，在第一压缩喷射正时处实施压缩直接燃料喷射；
在第二发动机冷启动过程中，在从所述第一压缩喷射正时延迟的第二压缩喷射正时处实施压缩直接燃料喷射，其中在所述第二发动机冷启动过程中喷射的燃料相对于在所述第一发动机冷启动过程中喷射的燃料具有增加的酒精量。
7.如权利要求6所述的方法，其进一步包括，随着所喷射燃料的酒精含量的增加调整发动机燃料管路压力，并且实施压缩直接燃料喷射包括实施多次压缩直接燃料喷射，多次喷射响应于经调整的燃料管路压力、发动机速度和/或喷射量而被调整。
8.如权利要求6所述的方法，其进一步包括，响应于发动机温度来调整所述压缩喷射正时。
9.如权利要求6所述的方法，其中，实施压缩直接燃料喷射包括从发动机旋转开始起实施多次燃烧事件的压缩喷射。
10.如权利要求6所述的方法，其进一步包括，在第三发动机冷启动过程中，实施进气直接燃料喷射，所述第三发动机冷启动包括发动机温度低于一阈值，喷射压力低于一阈值和/或从发动机起动起燃烧事件的一阈值次数之前的状态。
11.如权利要求6所述的方法，其中，所述第二压缩喷射正时从所述第一压缩喷射正时延迟包括所述第二压缩喷射正时比压缩冲程的下止点即BDC更接近上止点即TDC。
12.一种用于车辆中的发动机的系统，所述系统包括：
联接到所述发动机的气缸上的直接喷射器；以及
控制器，其被配置为：
从发动机旋转开始起实施多次燃烧事件的压缩直接燃料喷射；
随着所述燃料的燃料酒精含量增加而延迟压缩喷射的正时；
随着所述燃料的所述燃料酒精含量增加而增加燃料管路压力；以及
基于所述燃料管路压力、发动机速度和/或喷射量调整所述压缩直接燃料喷射的喷射次数。
13.如权利要求12所述的系统，其中，延迟正时包括延迟喷射起始正时、喷射结束正时以及喷射平均正时之一，经延迟的正时比压缩冲程的下止点即BDC更接近上止点即TDC，并且进一步包括用于基于发动机温度调整经延迟的正时。
14.如权利要求12所述的系统，其中，调整喷射次数包括：如果所述燃料管路压力高于一压力阈值、所述喷射量高于一阈值和/或所述发动机速度低于一速度阈值，则增加压缩喷射的次数。
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