CN102265015A - 发动机系统 - Google Patents

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Abstract

一种发动机系统，包括：混合箱(21)等，能够将水以预定的混合比例与作为主燃料的轻油混合；发动机(100)，在轻油中混合了水的混合燃料从混合箱(21)被输送给发动机(100)；以及ECU17，基于发动机(100)的运转状态来控制混合箱(21)中的混合燃料的混合比例，ECU17基于混合燃料从混合箱(21)输送到发动机(100)的输送期间T对混合比例进行控制。通过基于混合燃料的输送期间T对混合比例进行控制，能够将具有优选混合比例的混合燃料在与发动机(100)的运转状态相适合的定时供应到发动机(100)。

Description

发动机系统
技术领域
本发明涉及发动机系统。
背景技术
已知有使用在燃料中混有水的混合燃料的发动机。专利文献1公开了根据加速器开度将水相对于燃料的混合比例控制为目标混合比例的技术。通过根据加速器开度来控制混合比例，从而兼顾了驾驶性能和排放。
专利文献1：日本专利文献特开2002-138905号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
但是，即使将混合比例控制为目标混合比例，以目标混合比例混合了的燃料也并非被直接供应到发动机。因此，即使将混合比例控制为目标混合比例，驾驶性能和排放也可能会恶化。
本发明的目的在于提供一种发动机系统，其能够将具有优选混合比例的混合燃料在适于发动机的运转状态的定时供应到发动机。
为了解决问题的手段
上述目的通过以下的发动机系统达到，所述发动机系统的特征在于，包括：混合部，所述混合部能够将第二液体以预定的混合比例与作为主燃料的第一液体混合；发动机，在所述第一液体中混合了所述第二液体的混合燃料从所述混合部被输送到所述发动机；以及控制部，所述控制部基于所述发动机的运转状态将所述混合燃料的所述混合比例控制为目标混合比例，所述控制部基于所述混合燃料从所述混合部输送到所述发动机的输送期间对所述目标混合比例进行控制。
通过基于混合燃料的输送期间对目标混合比例进行控制，能够将具有优选混合比例的混合燃料在与发动机的运转状态相适合的定时供应到发动机。
发明的效果
根据本发明，能够提供可将具有优选混合比例的混合燃料在与发动机的运转状态相适合的定时供应到发动机的发动机系统。
附图说明
图1是发动机系统的结构图；
图2是规定了混合比例的映射图；
图3是表示ECU执行的燃料供应控制的一个例子的流程图；
图4是在加速时的时序图的例示图；
图5是规定了目标燃料压力的映射图的例示图；
图6是表示ECU执行的燃料供应控制的第一变形例的流程图；
图7是表示在齿轮比不同的情况下的ECU计算的过渡目标转矩、目标发动机转速的时序图；
图8是表示ECU执行的燃料供应控制的第二变形例的时序图；
图9是规定了混合比例的映射图；
图10是表示ECU执行的燃料供应控制的第五变形例的流程图；
图11是表示ECU执行的燃料供应控制的第六变形例的流程图；
图12是表示在道路坡度不同的情况下的ECU计算的过渡目标转矩的时序图；
图13是表示ECU执行的燃料供应控制的第七变形例的流程图；
图14是表示在道路的曲率R不同的情况下的ECU计算的目标发动机转速的时序图；
图15是表示ECU执行的燃料供应控制的第八变形例的流程图；
图16是用于计算修正系数的映射图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的内燃机的进气装置进行说明。
图1是发动机系统的结构图。发动机系统包括发动机100。发动机100是四气缸的柴油发动机。
发动机100不仅能够通过单一燃料驱动，还能够通过混有水的混合燃料驱动。例如，主燃料采用轻油，在该轻油中混入了水的混合燃料也被称为乳化燃料。在本实施例中，第一液体采用轻油，第二液体采用水。此外，第二液体也可以是作为乙醇的酒精。第二液体还可以是在酒精中混入了水的液体。第一液体也可以是汽油。
发动机100具有发动机主体100a。在发动机主体100a上设置有进气歧管2和排气歧管3。发动机主体100a具有用于向各气缸喷射燃料的燃料喷射阀4。另外，设置有向各燃料喷射阀4供应高压燃料的共轨5。进气歧管2经由进气节流阀6、中间冷却器7、排气涡轮增压器8的压缩器8a与空气滤清器9连结，排气歧管3经由排气涡轮增压器8的排气涡轮8b与排气净化装置10连结。
进气歧管2与排气歧管3通过EGR通路11连接。在该EGR通路11上配置有EGR控制阀12和EGR冷却器13。
发动机系统包括储存轻油的油箱18和储存水的水箱22。发动机系统包括将油和水混合而生成混合燃料的混合箱21。混合箱21和油箱18通过第一供应管19连通。混合箱21和水箱22通过第二供应管23连通。在第一供应管19上设置有第一过滤器20、流量控制阀41。在第二供应管23上设置有第二过滤器24、电动泵25、流量控制阀42。油箱18、水箱22、混合箱21、流量控制阀41、42相当于能够将第二液体以预定的混合比例与作为主燃料的第一液体混合的混合部。混合比例是在混合箱21内被混合的轻油和水的体积比例。
另外，也可以将储存乳化剂的箱与混合箱21连结。乳化剂具有提高燃料和水的亲和力的作用。另外，也可以在混合箱21内设置用于搅拌燃料和水的机构。
混合箱21和共轨5通过第三供应管26连通。在第三供应管26上设置有高压燃料泵27。高压燃料泵27以发动机100的曲轴作为驱动源。高压燃料泵27将在混合箱21内生成的混合燃料压送到共轨5内。第三供应管26具有将混合燃料输送供应到发动机100的功能。
在共轨5和高压燃料泵27之间设置有返回管28。在各燃料喷射阀4和高压燃料泵27之间设置有返回管29。返回管28、29在中途合流。来自共轨5和各燃料喷射阀4的返回燃料通过高压燃料泵27返回到混合箱21。
发动机系统具有进入空气通过的空气滤清器9和用于检测进入空气量的空气流量计16。
ECU(Electronic control unit电子控制单元)17包括CPU(CentralProcessing Unit中央处理器)、ROM(Read Only Memory只读存储器)、RAM(Random Access Memory随机存取存储器)等，对发动机系统的整体动作进行控制。
进气节流阀6、电动泵25、空气流量计16与ECU17电连接。此外，加速器开度传感器32、增压传感器33、发动机转速传感器34、齿轮比检测传感器35、大气压传感器36与ECU17电连接。齿轮比检测传感器35用于检测变速器(未图示)的变速比。此外，变速器也可以是变速比自动地变化的自动变速器。变速器还可以是能够通过操作换档杆来变换变速比的变速器。
导航装置50与ECU17电连接。ECU17基于来自导航装置50的输出信号，能够获取与道路坡度及道路曲率相关的信息。导航装置50基于导航装置50接收的GPS信号来计算与道路坡度及道路曲率相关的信息。
ECU17通过控制流量控制阀41、42的动作，能够控制供应到混合箱21的轻油和水的量。即，ECU17能够控制水相对于轻油的混合比例。因此，混合燃料以由ECU17设定的混合比例在混合箱21内被生成。
图2是规定了目标混合比例的映射图。该映射图预先存储在ECU17的ROM中。根据发动机的运转状态、具体地说是根据发动机转速及发动机负荷来控制目标混合比例。如图2所示，目标混合比例被规定为随着发动机负荷和发动机转速的增大而增加。
对ECU17所执行的燃料供应控制的一个例子进行说明。图3是表示ECU17执行的燃料供应控制的一个例子的流程图。图4是在加速时的时序图的例示图。图4按自上开始的顺序依次表示了加速器开度、目标发动机转速Ne_trg、过渡目标转矩Tq_trg、目标燃料压力P_trg、q_trg、目标混合比例x0_trg、目标混合比例x1_trg。
ECU17获取发动机100的负荷信息和发动机转速Ne(步骤S1)。负荷信息基于从加速器开度传感器32、增压传感器33、空气流量计16等获取的值而计算出。发动机转速Ne从发动机转速传感器34获取。
ECU17基于Ne和负荷信息计算过渡目标转矩Tq_trg和目标发动机转速Ne_trg(步骤S2)。例如，如图4所示，在加速时，随着加速器开度的增大，过渡目标转矩Tq_trg、目标发动机转速Ne_trg逐渐增大。实际发动机转速及实际发动机转矩马上收敛于与加速器开度相应的过渡目标转矩Tq_trg和目标发动机转速Ne_trg。
接着，ECU17基于过渡目标转矩Tq_trg和目标发动机转速Ne_trg、来计算目标燃料压力P_trg(步骤S3)。具体地说，ECU17基于图5所示的映射图计算目标燃料压力P_trg。图5是规定了目标燃料压力的映射图的例示图。目标燃料压力根据发动机转速和发动机负荷而规定。该映射图预先存储在ECU17的ROM中。计算出过渡目标转矩Tq_trg作为发动机负荷。设定为随着发动机转速及负荷的增大，燃料压力也增大。另外，燃料压力是共轨5内储存的燃料的压力，并且是从燃料喷射阀4喷射的燃料的压力。
ECU17基于过渡目标转矩Tq_trg、目标发动机转速Ne_trg、目标燃料压力P_trg，来计算目标燃料喷射量q_trg(mm3/st)(步骤S4)。
ECU17基于过渡目标转矩Tq_trg、目标发动机转速Ne_trg来计算目标混合比例x0_trg(步骤S5)。具体地说，ECU17基于图2所示的映射图来计算。
ECU17基于目标发动机转速Ne_trg、目标燃料喷射量q_trg来计算被混合的燃料的输送期间T(sec)(步骤S6)。所谓输送期间T是指将燃料从混合箱21输送到燃料喷射阀4所需要的期间。输送期间T通过以下公式计算。
T＝V/(q_trg×2×cyl/2×Ne_trg/60)…(1)
V表示从混合箱21到燃料喷射阀4之间的通路所填充的燃料的体积(mm3)。cyl表示气缸数。所述式(1)适用于四冲程发动机的情况。在二冲程发动机的情况下，将由所述式(1)计算出的输送期间T除以2，而能够计算出二冲程发动机中的输送期间。
ECU17计算出从当前时间点经过了输送期间T后的时间点的目标混合比例(步骤S7)。具体地说，ECU17估计从当前时间点经过了输送期间T后的时间点的估计发动机转速及估计发动机负荷。接着，ECU17根据图2的映射图计算出与估计发动机转速及估计发动机负荷相应的混合比例，并将该计算出的混合比例作为目标混合比例x1_trg。换言之，ECU17基于未加入输送期间T的目标混合比例x0_trg，来计算加入了输送期间T的目标混合比例x1_trg。
接着，ECU17以所述目标混合比例x1_trg进行混合(步骤S8)。具体地说，ECU17通过控制流量控制阀41、42的开度，将在混合箱21内生成的混合燃料的混合比例控制为目标混合比例x1_trg。
如图5所示，表示了目标混合比例x1_trg的曲线与将表示了目标混合比例x0_trg的曲线平行移动输送期间T部分后所得的曲线相同。
这样，ECU17能够加入输送期间T来控制目标混合比例。即，ECU17考虑输送燃料的输送期间T部分，估计从当前时间点经过了输送期间T后的时间点的发动机100的运转状态，并将混合比例控制为与估计出的发动机100的运转状态相适合的目标混合比例。由此，能够将具有优选混合比例的混合燃料在与发动机的运转状态相适合的定时供应到发动机100。由此，能够防止驾驶性能和排放的恶化。
接着，对ECU17执行的燃料供应控制的第一变形例进行说明。图6是表示了ECU执行的燃料供应控制的第一变形例的流程图。
ECU17在执行步骤S11的处理后，基于来自齿轮比检测传感器35的输出信号获取当前的齿轮比(步骤S12a)。ECU17基于该齿轮比来计算过渡目标转矩Tq_trg和目标发动机转速Ne_trg(步骤S12)。以后，ECU17执行步骤S13～S18的处理。另外，步骤S13～S18的处理与所述的步骤S3～S8的处理大体相同。
对基于齿轮比来计算过渡目标转矩Tq_trg、目标发动机转速Ne_trg的理由进行说明。图7是表示在齿轮比不同的情况下的由ECU17计算出的过渡目标转矩Tq_trg、目标发动机转速Ne_trg的时序图。在图7中，实线表示在齿轮比大的情况下的过渡目标转矩Tq_trg和目标发动机转速Ne_trg，虚线表示在齿轮比小的情况下的过渡目标转矩Tq_trg和目标发动机转速Ne_trg。所谓齿轮比大的情况，换言之就是换档杆的位置处于低位的情况。所谓齿轮比小的情况，换言之就是换档杆的位置处于高位的情况。
在齿轮比大的情况下相比于齿轮比小的情况，即使是加速器开度相同，发动机转速及发动机负荷也会更容易上升。发动机转速及发动机负荷越大，如图2所示，目标混合比例被控制得越大。该情况下的目标混合比例，无论是未考虑输送期间T的目标混合比例x0_trg，还是考虑了输送期间T的目标混合比例x1_trg，均是发动机转速及发动机负荷越大，其被控制得越大。
因此，在齿轮比以外的运转条件相同的情况下，齿轮比越大，ECU17将混合比例控制得越大。由此，考虑发动机100的运转状态来控制混合比例，能够防止排放等的恶化等。
此外，在燃料供应控制的第一变形例中，也可以通过检测换档杆的位置的传感器来检测齿轮比。
接着，对ECU17执行的燃料供应控制的第二变形例进行说明。图8是表示了ECU执行的燃料供应控制的第二变形例的流程图。
ECU17基于来自齿轮比检测传感器35的输出来获取齿轮位置(步骤S31)，并判定变速器是否处于倒档状态(步骤S32)。在否定判定的情况下，允许所述的混合控制(步骤S34)。
在变速器处于倒档状态的情况下，ECU17使混合比例为零(步骤S33)。即，在换档杆的位置处于倒档位置的情况下，ECU17不将水与轻油混合。下面就其理由进行说明。
变速器在倒档状态下行驶距离比较短。因此，通过向轻油中混合水而得到的排放的改善效果小。另外，变速器在倒档状态下，有可能之后发动机100被停止。在变速器处于倒档状态并且之后发动机100停止了的情况下，在发动机100即将停止之前，不再向气缸内喷射混合燃料。因此，能够缩短在发动机100即将停止之前进行的冲洗控制的时间。由此能够防止伴随着冲洗控制的耗油率的恶化。所谓冲洗控制是在发动机停止前仅利用主燃料使发动机运转预定期间、以去除气缸内残留的混合燃料的控制。
此外，在燃料供应控制的第二变形例中，也能够通过检测换档杆位置的传感器来检测变速器是否处于倒档状态。
接着，对ECU17执行的燃料供应控制的第三变形例进行说明。图9是规定了混合比例的映射图。如图9所示，在发动机负荷为无负荷的情况下，ECU17将目标混合比例控制为零。換言之，在发动机100减速的情况下，ECU17使目标混合比例为零。这是因为，在减速后，发动机100被停止的可能性高。由此能够缩短冲洗控制的时间。
接着，对ECU17执行的燃料供应控制的第四变形例进行说明。
在估计出燃料切断的情况下，ECU17使目标混合比例为零。由此，在即将燃料切断前向发动机100输送的燃料不含水。燃料切断后，发动机被停止的可能性高，能够缩短发动机停止时进行的冲洗控制的时间。ECU17基于发动机转速及发动机负荷、加速度、加速器开度的变化等对燃料切断进行估计。
接着，对ECU17执行的燃料供应控制的第五变形例进行说明。图10是表示了ECU执行的燃料供应控制的第五变形例的流程图。
ECU17获取每预定时间的加速度(步骤S41)。具体地说，ECU17基于来自加速器开度传感器32的输出信号获取加速度。ECU17判定加速度是否超过了预定值(步骤S42)。在加速度小于预定值的情况下，ECU17允许所述的混合控制(步骤S44)。
在加速度超过了预定值的情况下，ECU17使目标混合比例为零(步骤S43)。这是基于如下理由。在加速度超过了预定值的突然加速的情况下，通过使目标混合比例为零，能够防止在突然加速时转矩的下降。另外，在突然加速时，发动机负荷上升快，因此目标发动机转矩、目标发动机转速的计算精度可能会降低。因此，对目标混合比例进行高精度的控制恐怕会变得困难。
此外，也能够使用加速度传感器检测加速度。
接着，对ECU17执行的燃料供应控制的第六变形例进行说明。图11是表示了ECU执行的燃料供应控制的第六变形例的流程图。
ECU17在执行步骤S51的处理后，基于来自导航装置50的信息获取道路坡度θ(步骤S52a)。接着，ECU17基于道路坡度θ、发动机转速Ne以及负荷信息来计算过渡目标转矩Tq_trg、目标发动机转速Ne_trg(步骤S52)。以后，ECU17执行步骤S53～S58的处理。
图12是表示在道路坡度θ不同的情况下的ECU17计算出的过渡目标转矩Tq_trg的时序图。另外，图12表示道路坡度θ为上升坡的情况。在图12中，实线表示道路坡度θ大的情况，虚线表示道路坡度θ小的情况。这样，道路坡度θ越大，过渡目标转矩Tq_trg被计算得越大。被计算出的过渡目标转矩Tq_trg越大，ECU17将目标混合比例控制得越大。这样通过加入道路坡度θ计算过渡目标转矩Tq_trg，提高了过渡目标转矩Tq_trg的计算精度。由此，也提高了目标混合比例的计算精度，能够防止排放的恶化。此外，在下降坡的情况下，道路坡度θ越大，ECU17将过渡目标转矩Tq_trg计算得越小。
接着，对ECU17执行的燃料供应控制的第七变形例进行说明。图13是表示了ECU17执行的燃料供应控制的第七变形例的流程图。
ECU17在执行步骤S61的处理后，基于来自导航装置50的信息获取道路的曲率R(步骤S62a)。接着，ECU17基于道路的曲率R、发动机转速Ne和负荷信息来计算过渡目标转矩Tq_trg、目标发动机转速Ne_trg(步骤S62)。以后，ECU17执行步骤S63～S68的处理。
图14是表示在道路的曲率R不同的情况下的ECU17计算的目标发动机转速Ne_trg的时序图。在图14中，实线表示道路的曲率R大的情况，虚线表示道路的曲率R小的情况。这样，道路的曲率R越大，ECU17将目标发动机转速Ne_trg计算得越小。被计算出的目标发动机转速Ne_trg越小，ECU17将目标混合比例控制得越小。这样通过加入道路的曲率R来计算目标发动机转速Ne_trg，提高了目标发动机转速Ne_trg的计算精度。由此，也提高了目标混合比例的计算精度，能够防止排放的恶化。
接着，对ECU17执行的燃料供应控制的第八变形例进行说明。图15是表示了ECU执行的燃料供应控制的第八变形例的流程图。
ECU17在执行步骤S71的处理后，基于来自大气压传感器36的输出信号来获取大气压Pa(步骤S72a)。接着，ECU17执行步骤S72～S77的处理。
接着，ECU17基于大气压Pa来计算修正系数K，并计算目标混合比例x2_trg(步骤S78a)。修正系数K是用于修正目标混合比例x1_trg的系数。图16是用于计算修正系数K的映射图。该映射图预先存储在ECU17的ROM中。在该映射图中，纵轴表示修正系数K，横轴表示大气压。该映射图规定大气压越低修正系数K越大。
目标混合比例x2_trg是将目标混合比例x1_trg乘以K而得到的。因此，目标混合比例x2_trg是加入了大气压的值。这样，大气压越低，ECU17越增大目标混合比例x2_trg。其理由如下。大气压越低，大气中的氧浓度越低。如果氧浓度低，则无法和氧结合的燃料就会增加，进而容易产生烟度。因此通过增大混合比例，能够促进燃料的氧化，进而防止烟度的产生。
所述实施例仅仅是实施本发明的例子，本发明并不仅限于此，对这些实施例进行各种变形处于本发明的范围内，并且，在本发明的范围内能够以其他的各种实施例实施基于上述记载是显而易见的。

Claims (12)

1.一种发动机系统，其特征在于，包括：
混合部，所述混合部能够将第二液体以预定的混合比例与作为主燃料的第一液体混合；
发动机，在所述第一液体中混合了所述第二液体的混合燃料从所述混合部被输送到所述发动机；以及
控制部，所述控制部基于所述发动机的运转状态将所述混合燃料的所述混合比例控制为目标混合比例，
所述控制部基于所述混合燃料从所述混合部输送到所述发动机的输送期间对所述目标混合比例进行控制。
2.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
所述控制部在所述发动机加速时增大所述目标混合比例。
3.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
所述控制部基于变速器的齿轮比对所述目标混合比例进行控制。
4.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
所述变速器的齿轮比越大，所述控制部越增大所述目标混合比例。
5.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
当所述变速器处于倒档状态时，所述控制部使所述目标混合比例为零。
6.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
当所述发动机减速时，所述控制部使所述目标混合比例为零。
7.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
当估计出执行燃料切断时，所述控制部使所述目标混合比例为零。
8.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
当所述发动机的加速度大于或等于预定值时，所述控制部使所述目标混合比例为零。
9.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
所述控制部基于从导航装置发送的与道路的坡度相关的信息以及与道路的曲率相关的信息中的至少一者对所述目标混合比例进行控制。
10.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，
大气压越低，所述控制部越增大所述目标混合比例。
11.如权利要求1至10中任一项所述的发动机系统，其特征在于，
所述发动机具有燃料喷射阀，
所述控制部基于所述混合燃料从所述混合部输送到所述燃料喷射阀的所述输送期间对所述目标混合比例进行控制。
12.如权利要求1至10中任一项所述的发动机系统，其特征在于，
所述控制部基于发动机转速及发动机负荷来计算目标发动机转速及目标燃料喷射量，并基于所述目标发动机转速及所述目标燃料喷射量来计算所述输送期间。
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