CN102748152A - 用于提前点火控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于通过响应提前点火的指示调节喷射到汽缸中的燃料的射束角来解决汽缸提前点火的方法和系统。喷射到汽缸中的燃料的射束样型根据汽缸提前点火计数改变，以减少喷射的燃料对汽缸壁的碰撞同时改善汽缸中的空气燃料混合。

Description

用于提前点火控制的方法和系统

技术领域

本发明总的涉及用于响应提前点火检测而控制车辆发动机的方法和系统。

背景技术

在一些工况下，具有高压缩比或者被增压以增加比输出的发动机可能易于发生低速提前点火燃烧事件。由于提前点火所导致的过早燃烧能够产生非常高的汽缸压力，并且能够导致类似于燃烧爆震但是具有更大的强度的燃烧压力波动。已经研发出根据发动机的工况预测和/或较早检测提前点火的对策。此外，在检测之后，可以采取各种提前点火减轻步骤。

例如，可以调节燃料喷射正时(例如，提前)以减轻提前点火。在一个例子中，通过较早地喷射至少一些燃料，可以实现汽缸进气冷却，这减少非正常汽缸燃烧事件的可能性。但是，提前喷射正时可以使喷射的燃料碰撞汽缸壁并且使汽缸壁潮湿。从汽缸壁落下的燃料微滴又能够在燃烧混合物中产生低辛烷物质，其作为汽缸提前点火的点火源。因此，可能不能实现希望的提前点火减轻。

发明内容

因此，在一个例子中，通过操作包括燃料喷射器的发动机的方法可以至少部分地解决至少一些以上问题。一个示例实施例包括，根据提前点火的指示(indication)调节喷射到汽缸的燃料喷射的角度。以这种方式，可以控制每个发动机汽缸的射束样型，以减轻燃料对汽缸壁的碰撞，并且改进充气冷却，因而减少汽缸中提前点火的发生。

在一个例子中，该方法还包括根据提前点火指示调节射束方向。

在另一个例子中，发动机控制系统可以从汽缸提前点火计数估计汽缸提前点火的可能性。根据汽缸提前点火计数，汽缸可以在给定的发动机循环中通过一次或多次喷射的富喷射或稀喷射提供燃料。在给定的发动机循环中喷射的次数和每次喷射的正时可以根据汽缸提前点火计数来调节。响应较早喷射正时(例如，比较接近BDC的喷射正时)，发动机控制器可以减小由燃料喷射器喷射的燃料的射束角，以减少汽缸壁碰撞。比较而言，响应较迟的喷射正时(例如，比较接近TDC的喷射正时)，控制器可以增加射束角，以增加喷射在活塞头部上的燃料并改善空气燃料混合。控制器同样可以调节燃料喷射器的射束方向(或取向)。

以这种方式，可以调节喷射在汽缸中的燃料的射束样型以提供对流冷却而不增加非正常燃烧事件的可能性。通过根据相应的汽缸提前点火计数调节每个发动机汽缸的射束样型，可以减少发动机提前点火，即使不同的发动机汽缸具有不同的提前点火的可能性。而且，通过调节燃料喷射的射束角，可以改善汽缸空气燃料混合以减少排气排放并且增加功率输出。以这种方式，能够减少由于提前点火引起的发动机衰退(degradation)，同时改善发动机燃料经济性和排气排放。

在另一个例子中，操作包括具有第一较高的提前点火计数的第一汽缸和具有第二较低的提前点火计数的第二汽缸的发动机的方法包括根据第一提前点火计数以第一射束角在第一汽缸中喷射燃料；和根据第二提前点火计数，以不同的第二射束角在同一个发动机循环中在第二汽缸中喷射燃料；其中在第一汽缸中喷射燃料包括在该发动机循环中以较大的喷射次数喷射燃料，在第一汽缸中喷射的次数和每次喷射的正时基于第一提前点火计数，并且其中在第二汽缸中喷射燃料包括在该发动机循环中以较小的喷射次数喷射燃料，在第二汽缸中喷射的次数和每次喷射的正时基于第二提前点火计数。

在另一个例子中，调节第一汽缸的燃料喷射和第二汽缸的燃料喷射，以使第一和第二提前点火计数变成共同的点火计数，同时保持排气空气燃料比在化学计量或接近化学计量。

在另一个例子中，该方法还包括响应第一汽缸中提前点火的发生调节第一射束角而不调节第二射束角，和响应第二汽缸中提前点火的发生调节第二射束角而不调节第一射束角。

在另一个例子中，发动机系统包括发动机；具有第一较高的提前点火计数的第一发动机汽缸；具有第二较低的提前点火计数的第二发动机汽缸；构造成将燃料和/或稀释剂喷射到第一汽缸中的第一燃料喷射器；构造成将燃料和/或稀释剂喷射到第二汽缸中的第二燃料喷射器；构造成识别第一和/或第二汽缸中的提前点火的爆震传感器；和具有计算机可读指令的控制器，该控制器用于在第一汽缸中分流(split)喷射燃料以使第一汽缸富化，该分流喷射的喷射正时和次数基于第一提前点火计数；根据该分流喷射调节第一燃料喷射器的第一射束角；在第二汽缸中单次喷射燃料以使第二汽缸稀化，该单次喷射的正时基于第二提前点火计数；以及根据该单次喷射调节第二燃料喷射器的第二射束角。

在另一个例子中，调节该第一射束角包括，当分流喷射的正时接近TDC时，增大第一射束角，其中调节第二射束角包括，当单次喷射的正时接近BDC时，减小第二射束角。

在另一个例子中，调节富化和稀化以使第一和第二汽缸变成共同的提前点火计数。

在另一个例子中，控制器包括指令，用于根据第一燃料喷射器的出口几何形状进一步调节第一射束角，并且根据第二燃料喷射器的出口几何形状进一步调节第二射束角。

在另一个例子中，调节第一射束角包括调节第一燃料喷射器的占空比以调节第一燃料喷射器的轴针(pintle)高度，并且其中调节第二射束角包括调节第二燃料喷射器的占空比以调节第二燃料喷射器的轴针高度。

应当理解，提供上面的概述是以简单的形式介绍选择的构思，这种构思在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着视为指出所要求保护的主题的关键的或本质特征，所要求保护的主题的范围由权利要求唯一地限定。而且，所要求保护的主题不限于解决上面或本发明的任何部分指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1是内燃发动机的示意图。

图2A示出图1的燃烧室和燃料系统的详细视图。

图2B示出图2A的燃料喷射器的详细视图。

图3示出响应于提前点火的指示调节燃料喷射的射束角的高级流程图。

图4示出根据本发明的示例射束角调节。

具体实施方式

下面的描述涉及响应于提前点火的指示而调节喷射到发动机(例如图1和2的发动机系统)的每个汽缸的燃料射束角的方法和系统。根据每个发动机汽缸的提前点火的倾向性，发动机控制器可以以分流喷射(在一个发动机循环中有多次喷射)的形式将燃料喷射到一些发动机汽缸中，而到其他汽缸中的燃料喷射为单次喷射。每次喷射的正时和次数可以基于汽缸提前点火的计数。于是，基于该喷射的正时和次数，可以调节喷射的射束角以减少喷射的燃料对汽缸壁的碰撞。控制器可以运行示例程序，如图3所示，以根据汽缸的提前点火历史调节喷射的喷射模式、正时和次数，以及射束角，以便减少其他提前点火的发生。射束角也可以根据喷射器出口几何形状来调节。示例射束角调节示于图4。以这种方式，提前点火可以被减轻并且可以改善发动机性能。

图1是示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，该发动机可以包括在汽车的推进系统中。发动机10可以由包括控制器12的控制系统和来自车辆操作者130通过输入装置132的输入至少部分地控制。在这个例子中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成正比的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸)30可以包括燃烧室壁136和设置在其中的活塞138。活塞138可以连接于曲轴140以便使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由中间传动系统连接于车辆的至少一个主动轮。而且，启动马达可以经由飞轮连接于曲轴140以能够启动发动机10的运行。

汽缸30可以经由一系列进气通道142、144和146接收进气。除了汽缸30之外进气通道146可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可以包括诸如涡轮增压器或机械增压器的增压装置。例如，图1示出构造成具有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括设置在进气通道142和144之间的压缩机174，和沿着排气通道148设置的排气涡轮176。压缩机174可以经由轴180至少部分地由排气涡轮176推动，其中增压装置构造成涡轮增压器。但是，在例如发动机10具有机械增压器的另一些例子中，排气涡轮176可以选择地省去，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入推动。包括节流板164的节气门20可以沿着发动机的进气通道设置，用于改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，节气门20可以设置在压缩机174的下游，如图1所示，或可以替换地设置在压缩机174的上游。

排气通道148可以接收除了汽缸30之外来自发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器128被示出在排放控制装置178的上游连接于排气通道148。传感器128可以从用于提供排气空气/燃料比的指示的各种合适的传感器选择，例如，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(如所描述的)、HEGO(加热的EGO)、NO_X、HC或CO传感器。排气控制装置178可以是三元催化器(TWC)、NO_X捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。

排气温度可以通过设置在排气通道148中的一个或多个温度传感器(未示出)估计。可替换地，排气温度可以根据诸如速度、负荷、空气燃料比(AFR)、点火延迟等发动机工况推知。而且，排气温度可以通过一个或多个排气传感器128计算。应当明白，排气温度可以可替代地通过这里列出的温度估计方法的任何组合来估计。

发动机10的每个汽缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸30被示出包括设置在汽缸30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，包括汽缸30的发动机10的每个汽缸可以包括在汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。

进气门150可以通过经由凸轮致动系统151的凸轮致动被控制器12控制。同样，排气门156可以经由凸轮致动系统153被控制器12控制。凸轮致动系统151和153每个可以包括一个或多个凸轮并且可以利用如下系统中的一个或多个：凸轮廓线变换系统(CPS)，可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门提升(VVL)系统，其可以由控制器12操作以改变气门的运行。进气门150和排气门156的位置可以分别由气门位置传感器155和157确定。在可替代实施例中，进气和/或排气门可以通过电动气门致动系统来控制。例如，汽缸30可以可替代地包括经由电动气门致动系统控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在又一些其他实施例中，进气门和进气门可以经由共同的气门致动器或致动系统、或可变气门正时致动器或致动系统来控制。

汽缸30可以具有压缩比，是当活塞138处在下止点和上止点时容积比。常规上，压缩比在9∶1到10∶1的范围内。但是在一些使用不同燃料的实施例中，压缩比可以增加。例如当利用较高的辛烷燃料或具有较高蒸气潜焓的燃料时这可能发生。如果利用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响压缩比也可以增加。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于开始燃烧的火花塞192。在选择的运行模式下，点火系统190可以响应来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞192为燃烧室30提供点火火花。但是，在一些实施例中，火花塞192可以被省去，例如在发动机10可以通过自动点火或通过喷射燃料启动燃烧的情况下，这可以是在一些柴油发动机的情况下。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以构造成具有一个或多个用于为其提供燃料的燃料喷射器。作为非限制性的例子，汽缸30被示出包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示出直接连接于汽缸30，为了与经由电子驱动器168从控制器12所接收的信号FPW的脉冲宽度成正比将燃料直接喷射在其中。以这种方式，燃料喷射器166提供所谓的燃料直接喷射(以下也叫做“DI”)到燃烧室30中。虽然图1将喷射器166示出为侧面喷射器，但是它也可以设置在活塞的顶上，例如靠近火花塞192的位置。当用醇基的燃料运行发动机时，由于这种以醇基的燃料的较低挥发性，这样的位置可以改进混合和燃烧。可替代地，喷射器可以靠近进气门设置在进气门顶上以改善混合。

燃料可以经由高压燃料系统80提供给燃料喷射器166，燃料系统80包括图2A示意地示出并且在这里详细地讨论的燃料箱、燃料泵和燃料导轨。可替代地，燃料可以通过单级燃料泵以较低的压力提供，其中直接燃料喷射正时的情况在压缩冲程期间比如果利用高压燃料系统可能被更多地限制。而且，虽然没有示出，但是燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。应当明白，在可替代实施例中，喷射器166可以是将燃料提供给汽缸30上游的进气道的进气道燃料喷射器。

正如上面所述，图1仅仅示出多汽缸发动机的一个汽缸。因此每个汽缸可以同样包括其自己的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

燃料系统80中的燃料箱可以储存具有不同燃料质量的燃料，例如不同的燃料组分。这些不同可以包括不同的醇含量、不同的辛烷、不同的蒸发热、不同的燃料混合物、和/或其组合等。示例燃料包括E85(其包括约85％的醇和15％的汽油的混合物)、E10(其包括约10％的醇和90％的汽油的混合物)、100％汽油或它们之间的混合物。又一些燃料包括甲醇、柴油、氢、生物柴油等。

图1中的控制器12被示出为微型计算机，其包括微处理单元(CPU)106、输入/输出端口(I/O)108、在这个具体的例子中示为只读存储器芯片(ROM)110的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114和数据总线。控制器12可以接收来自连接于发动机10的传感器的各种信号，除了前面讨论过的那些信号之外，还包括来自质量空气流量传感器122的对吸入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自连接于冷却套118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接于曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)；来自EGO传感器128的汽缸AFR；以及来自爆震传感器和曲轴加速度传感器的非正常燃烧。控制器12可以从信号PIP产生发动机转速信号、RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管中真空或压力的指示。

存储介质只读存储器110可以用表示由处理器106可执行的指令的计算机可读数据编程，用于执行下面所描述的方法以及预先考虑到但是没有列出的其他变型。

图2A示出包含在图1所示的内燃发动机10中的燃烧室30和相关燃料系统80的详细视图。

燃料系统80可以包括至少部分地封装泵204的燃料箱202。在一些例子中，泵204可以是电子致动的提升泵。但是，在其他示例中泵204可以是另一种合适类型的泵，例如机械驱动的泵、旋转动力泵等。泵204可以电子地连接于图1所示控制器12。继续参考图2A，燃料过滤器206可以经由燃料管线208连接于泵。燃料过滤器可以构造成从燃料中除去不想要的颗粒物。燃料导轨210可以经由燃料管线212连接于燃料过滤器。同样，燃料喷射器166可以连接于燃料导轨。应当明白，燃料导轨210可以构造成向包含在多汽缸发动机中的多个直接燃料喷射器提供燃料。燃料喷射器166可以构造成在某些工况期间直接向汽缸提供燃料射束213。

燃料系统中可以包括附加的或替代的部件。这些部件可以包括但不限于：设置在提升泵下游的机械地致动的泵(未示出)、设置在提升泵下游的一个或多个止回阀(未示出)、连接于提升泵下游的一个或多个电磁阀(未示出)，流体地连接于提升泵的下游并连接于燃料箱的无回流燃料管路(未示出)等。

图2B示出燃料喷射器166的详细视图。在所示的例子中，燃料喷射器包括主体214、喷嘴216和阀218。喷嘴可以构造成直接向燃烧室30提供燃料射束213。该燃料射束具有射束角θ。燃料喷射器166构造成具有可变的喷射器目标，其中喷嘴的射束角和/或方向(取向)被改变，以改变燃料在燃烧室中喷射的区域。也就是说，喷射器可以被操纵以产生宽或窄的燃料散射。

此外，燃料喷射器喷嘴形状、孔口形状或几何形状以及喷嘴容量可以产生不同的射束样型。在一个例子中，喷嘴216可以是产生圆锥形形状的燃料射束的圆锥形喷嘴，其中射束角θ也可以叫做圆锥角θ。也可以使用具有其他射束样型的替换喷嘴向燃烧室提供燃料。例子包括扁平形射束形样型、完全圆锥射样型、空心圆锥形射束样型、多圆锥射束样型等。

在一些实施例中，射束角θ可以通过改变燃料喷射器两侧的压差而改变。例如，通过减小压差，射束角可以减小。喷射器两侧的压差可以根据诸如燃料组分、进气门位置、发动机温度、环境温度、喷射正时等车辆工况通过调节MAP和/或燃料导轨压力而改变。在一些工况下，例如在燃料喷射期间当进气门在打开位置时，可以调节节气门以改变MAP从而调节射束角θ。可替代地，可以通过调节燃料供给系统部件(例如，提升泵和/或一个或多个阀)来调节燃料导轨压力以改变射束角θ。

燃料的温度可以影响射束角θ，因此燃料喷射器的温度也可以影响射束角θ。在一些实施例中，燃料喷射器加热系统可以用于调节射束角θ。但是，燃料喷射加热系统可以增加发动机系统的部件和操作成本。

如图3详细描述的，通过响应提前点火的指示(例如，根据汽缸提前点火计数)调节射束角，可以减少汽缸壁潮湿同时提供汽缸进气的对流冷却。通过调节由燃料喷射器向燃烧室散射的燃料的射束样型，可以降低排气排放，经由对流冷却增加功率输出，并且可以增加边缘点火公差(borderline spark tolerance)。因此，这能够减少发生汽缸提前点火。

图3示用于基于提前点火的指示调节喷射到发动机汽缸中的燃料的射束角的示例程序300。在本文中，具有较高提前点火可能性的汽缸可以用分流(split)喷射模式操作，其中在发动机的一个循环中燃料通过多次喷射提供，以降低汽缸提前点火的可能性。而且，每次喷射的射束角至少可以根据喷射正时来调节。相比较而言，具有较低提前点火可能性的汽缸，在同一发动机循环中可以以单次喷射模式操作，通过单次喷射提供燃料，该单次喷射的射束角至少基于该单次喷射的正时调节。通过调节射束角能够调节该喷射的射束样型，以减少燃料对汽缸壁的碰撞同时改善汽缸中的空气燃料混合。

在步骤302，程序包括估计和/或测量发动机工况。这些工况包括，例如，发动机转速和负荷、转矩需求、增压、歧管压力(MAP)、歧管进气温度(MCT)、空气燃料比(拉姆达)、燃料醇含量等。在步骤304，可以确定每个汽缸的提前点火计数。在一个例子中每个汽缸的提前点火计数可以存储在发动机控制器的数据库的查找表中。该查找表可以以固定的间隔(例如每个发动机循环、每50英里、每小时等)，或响应汽缸提前点火的发生而被更新。

每个汽缸的提前点火(PI)计数可以包括，例如汽缸行程PI计数(tripPI count)和汽缸寿命PI计数。汽缸行程PI计数可以表示在当前行程或发动机循环中该汽缸中总的提前点火的次数。汽缸寿命PI计数可以表示在发动机运行的整个寿命期间该汽缸中的总的提前点火事件的次数。而且，各个汽缸寿命PI计数和行程PI计数可以用来确定整个发动机寿命和行程PI计数。因此，每个汽缸的PI计数可以表示给定的汽缸的提前点火历史，并且可以与每个汽缸的将来的提前点火事件的倾向相关。

在步骤306，每个汽缸的燃料喷射可以根据发动机工况和汽缸提前点火计数确定。具体说，该程序包括在单个发动机循环中，根据前点火计数和发动机工况调节燃料喷射的喷射正时和次数。此外，可以根据提前点火计数调节喷射的分流比率(也就是，在多次喷射的次喷射中的燃料量的比率)。

因此，在另外的相同发动机的工况下，不同汽缸中提前点火的发生率由于制造的差异、以及由于压缩比、有效热损耗、燃料喷射的不同等而不同。由于至少一些相同的原因，爆震发生率也可以在汽缸之间不同。具有较高提前点火和爆震可能性的汽缸由于其中经受较高的燃烧压力可能会较早地衰退。因此，通过基于汽缸的提前点火计数调节单个发动机循环中喷射到每个汽缸的燃料喷射的喷射正时和次数，可以降低给定的汽缸中非正常燃烧事件的高发生率，并且由于提前点火引起的汽缸衰退可以被抑制。

调节单个发动机循环中燃料喷射的喷射次数包括当汽缸提前点火计数增加至高于阈值时在同一发动机循环中增加喷射次数。在一个例子中，发动机可以包括具有第一较高的提前点火计数(例如高于阈值)的第一汽缸和具有第二较低的提前点火计数(例如低于阈值)的第二汽缸。在第一汽缸中燃料可以作为分流喷射被喷射，也就是，在一个发动机循环中多次喷射。比较而言，在这个发动机循环中，在第二汽缸中燃料可以作为单次喷射来喷射。在另一个例子中，两个汽缸都可以接收分流喷射，其中在该发动机循环中在第一汽缸中燃料以较大的喷射次数喷射，并且在该发动机循环中，在第二汽缸中燃料以较小喷射次数喷射。在两个例子中在第一汽缸中喷射的次数和每次喷射的正时可以基于第一提前点火计数，而在第二汽缸中喷射的次数和每次喷射的正时基于第二提前点火计数。

在又一个例子中，在第一汽缸中燃料可以分流喷射以使第一汽缸富化，而在第二汽缸中燃料单次喷射以使第二汽缸稀化。第一汽缸的富化(例如，富化的持续时间、富化的量等)可以根据第一提前点火计数来调节，而第二汽缸的稀化(例如，稀化的持续时间、稀化的量等)可以根据第二提前点火计数来调节。可以调节富化和稀化以将整个排气的空气燃料比保持在化学计量配比或接近化学计量。通过在一个发动机循环中提供作为多次喷射而不是单次喷射的燃料喷射，可以改进燃料喷射的提前点火减轻作用，并且可以降低该汽缸中的提前点火的可能性。

调节燃料喷射的正时包括将每次喷射的正时调节成提前点火减少的喷射正时。因此，提前点火减少的喷射正时，或正时窗口可以基于汽缸提前点火计数。具体说，窗口可以对应于正时范围，在该范围内可以在该汽缸中喷射燃料以减少将来提前点火的可能性。如果当前的喷射正时(例如，多次喷射的平均喷射正时)相对于该提前点火减少的喷射正时被提前，则该多次喷射的一个或多个正时可以延迟，以引起希望的正时窗口内的喷射正时。比较而言，如果当前喷射正时相对于提前点火减少的喷射正时被延迟，则多次喷射的一次或多次喷射的正时可以提前，以使喷射正时处于希望的正时窗口内。因此，调节正时可以包括调节喷射正时的开始、喷射正时的结束、平均的喷射正时和多次喷射之间的持续时间。在另一例子中，当在给定的发动机循环中多次喷射的次数增加时，可以调节多次喷射中的每一次的正时使得平均的喷射正时保持与对应的单次喷射相同。

调节燃料喷射的分流比可以包括调节多次喷射的每一次喷射的燃料量(例如对称分布或非对称分布)。在一个例子中，可以调节多次喷射的分流比使得第一喷射是富的，而后面的喷射是稀的或化学计量的。在另一个例子中，可以调节多次喷射的分流比使得每次喷射同样富或同样稀。附加地或选择地，多次喷射中的一次或多次喷射的正时可以至少根据喷射的次数以及喷射的分流比来调节，使得平均喷射正时相对于的相应的单次喷射被延迟或提前。例如，如果在第一喷射中喷射较少量的燃料(例如，低于阈值量)，那么该喷射正时可以提前。在这里，在该发动机循环中较早喷射的少量燃料可以提供汽缸冷却作用，该冷却作用能够降低非正常燃烧事件的可能性。比较而言，如果在第一次喷射中喷射较大量的燃料(例如，高于阈值量)，那么喷射正时可以被延迟。在这里，在该发动机循环中后来喷射的较大量的燃料可以减少燃料对汽缸壁的碰撞。

直接喷射到汽缸中的燃料比例相对于进气道喷射到该汽缸中的燃料的比例也可以根据该汽缸的提前点火计数来调节。例如，当汽缸提前点火计数增加到高于阈值时直接喷射的分流的浓喷射的比例可以增加，而其余部分作为进气道喷射提供。还有，为了将喷射的燃料的进气冷却性质和其对非正常汽缸燃烧事件的影响考虑在内，分流喷射的喷射的正时和次数也可以基于所喷射的燃料中的醇含量来进一步调节。

在一些实施例中，燃料喷射器还可以构造成将稀释剂(例如水、甲醇或其组合等)喷射到汽缸中。当从喷射中存在稀释剂时，分流喷射的喷射的正时和次数可以根据该稀释剂中的辛烷含量来进一步调节。例如，当喷射的燃料中的醇的含量增加和/或稀释剂中的辛烷的含量增加时，喷射的次数可以增加。同样，喷射正时可以进一步调节(例如延迟或提前)，以利用燃料和/或稀释剂的冷却性质。稀释剂的喷射的正时、分布和次数也可以根据汽缸提前点火计数来调节。例如，稀释剂喷射可以响应于提前点火在闭环中被安排，响应于提前点火在开环或前馈中被安排，或其他适用的方式被安排。这使得稀释剂喷射能够与燃料喷射相配合，并且实现协同的冷却利益。

在步骤308，燃料喷射的射束角至少根据喷射的正时和次数来调节。调节射束角包括当燃料喷射正时接近BDC时减少射束角，并且当燃料喷射正时接近TDC时增加射束角。通过当燃料喷射正时接近BDC时减少射束角，特别是在较早喷射正时的情况下，碰撞汽缸壁的喷射燃料部分可以减少，同时能够有益于较早喷射的对流进气冷却性质。通过当燃料喷射正时接近TDC时增射束角，能够改善该汽缸中的空气燃料混合(特别是在活塞头部)，因而改进功率输出。示例射束角调节参考图4示出。

射束角也可以根据喷射器的出口几何形状来调节。例如，射束角可以根据该喷射器的孔口尺寸、孔口形状、喷嘴形状等而改变。应当明白，除了射束角之外，喷射的射束方向也可以根据提前点火的指示来调节。

在一个例子中，可以用多个射束样型喷射器，并且射束样型和/或角度可以通过在不同的条件下选择不同的孔口来调节。作为一个例子，喷射器可以是压电致动喷射器，其中喷射器的占空比可以改变以调节喷射器轴针的位置(例如高度)。在这里，轴针的高度可以确定流动路径，因此确定在喷射期间使用的一组喷射器孔口(不同组的孔口产生不同射束样型和/或角度)。

射束角还可以根据喷射的燃料中的醇的含量来调节。例如，当燃料的醇含量增加时射束角可以减小。在一些发动机工况下，例如在冷启动期间，当在燃料系统中使用具有较高醇浓度的燃料时，燃烧室壁和/或进气歧管的潮湿可能加重。在这里，由醇引起的增加的壁潮湿可以通过减小射束角来减轻。具体说，在发动机启动期间，当发动机在一些气门重叠的情况下运行时，通过减小射束角发可以减小气门重叠时的燃料损失和发动机部件的磨损。同样，射束角还可以根据喷射的稀释剂的辛烷含量进行调节。在一个例子中，当喷射的稀释剂的辛烷含量增加时射束角可以减小。

在一些实施例中，射束角还可以根据直接喷射的燃料与进气道喷射的燃料比来调节。正如前面详细描述的，汽缸的一部分燃料喷射可以直接喷射而其余部分为进气道喷射，其中当汽缸提前点火计数增加至高于阈值时，燃料直接喷射的燃料相对于进气道喷射的燃料比增加。在这里，当直接喷射的燃料比例增加时，射束角可以减小以利用直接喷射的进气冷却作用。

在一个例子中，可以对发动机的每个汽缸逐个地进行燃料喷射调节，使提前点火计数相互接近，例如，达到共同的提前点火计数，而将排气的空气燃料比保持在化学计量或接近化学计量。在一个例子中，共同的提前点火计数可以是发动机所有汽缸的提前点火计数的加权平均值。可替代地，共同的提前点火计数可以是所有汽缸的提前点火计数的替代统计函数(例如，平均、模式、中值等)。燃料喷射调节可以基于提前点火计数高于共同提前点火计数的汽缸的数目、提前点火计数低于共同提前点火计数的汽缸的数目、以及每个汽缸与共同提前点火计数的偏离程度。

在步骤310，可以按照每个发动机循环确定的次数，以确定的正时并且以确定射束角将燃料喷射到发动机汽缸中。从对汽缸燃料喷射调节产生的转矩扰动可以补偿使用相应的点火火花正时调节(例如使用火花延迟)。

在一个例子中，可以以第一射束角将燃料喷射到具有第一较高的提前点火计数的汽缸中，该第一射束角基于第一提前点火计数。同时，可以以不同的第二射束角将燃料喷射到具有第二较低的提前点火计数的汽缸中，该第二射束角基于第二点火计数。可以调节对第一汽缸的燃料喷射和对第二汽缸的燃料喷射，以使第一和第二提前点火计数成为共同的提前点火计数，同时保持排气的空气燃料比在化学计量或接近化学计量。以这种方式，可以基于每个汽缸的提前点火倾向以不同的射束角样型将燃料喷射到每个汽缸中，以在任何给定的汽缸中减少提前点火的发生。

在步骤312，可以判断汽缸提前点火事件是否已经发生。如果是，则在步骤314，响应汽缸提前点火事件的发生，受影响的汽缸的汽缸提前点火计数会增加，该汽缸可以富化一段时间，并且燃料喷射的射束角也可以基于该富化进一步调节。

在一个例子中，响应提前点火的发生，可以增加分流喷射中的多次喷射的次数。在这里，通过更多次数的喷射提供富化，可以改善提前点火减轻。作为另一个例子，可以调节分流的富喷射中的多次喷射的正时，以进一步提前或延迟点火正时和/或增加多次喷射之间的持续时间。作为又一个例子，可以调节多次喷射的分流比以增加第一喷射相对于后面喷射的富化(例如，通过增加第一喷射的持续时间或量)。可替代地，可以增加多次喷射中的每一次的富化。也可以调节喷射分布，使被直接喷射的燃料与进气道喷射的比例相比具有较大比例。在一个示例中，基本所有的富燃料喷射可经由直接喷射器输送。还有，可以调节替代的较高辛烷燃料和/或稀释剂的喷射(例如可以增加喷射的次数，可以增加每次喷射的持续时间，可以增加喷射的燃料或稀释剂的量等)以提供可以降低提前点火倾向的对流汽缸进气冷却。

在另一个例子中，响应提前点火的发生而汽缸以单次喷射运行，汽缸运行可以从单次喷射模式改变到分流喷射模式，以改善喷射的燃料的提前点火减轻作用。在这里，通过以分流喷射而不是单次喷射提供燃料喷射量，可以减轻提前点火。

以这种方式，通过根据汽缸的提前点火计数对每个汽缸调节喷射正时和次数以及燃料喷射的射束角，提前点火减轻因素可以用来平衡和抵消提前点火促进因数。例如，基于空气和燃料的提前点火减轻和对流进气冷却作用可以用来抵消燃料对汽缸壁的碰撞和烟雾产生。换句话说，可以根据发动机工况调节喷射安排以平衡一些属性，从而利用另一些属性，因而减少发动机的总的提前点火趋势。

下面参考图4描述示例射束角调节。具体说，图4示出射束角调节的第一示例400和第二示例450，射束角按照图3的程序确定。因此，图4的示例可以反映汽缸的进气冲程期间进行的燃料喷射。

第一示例400示出具有第一较高的提前点火计数的第一发动机汽缸330，和构造成将燃料和/或稀释剂喷射到该第一汽缸中的第一燃料喷射器366。第二示例450示出具有第二较低的提前点火计数的第二发动机汽缸430，和构造成将燃料和/或稀释剂喷射到该第二汽缸中的第一燃料喷射器466。发动机控制器可以将燃料分流喷射到第一汽缸中从而使第一汽缸330富化。分流喷射的喷射正时和次数可以基于第一提前点火计数。控制器也可以将燃料单次喷射到第二汽缸中以使第二汽缸430稀化。单次喷射的喷射正时和次数可以基于第二提前点火计数。在所述的例子中，分流喷射的至少一个喷射(例如多次喷射的第一次)的正时可以提前以便当活塞338接近于BDC而不是TDC时发生喷射。通过利用至少一次较早喷射，能够实现汽缸进气冷却。比较而言，当活塞438接近TDC而不是BDC可以发生时单次喷射的正时。

控制器可以根据分流喷射调节第一燃料喷射器366的第一射束角θ1，同时基于单次喷射调节第二燃料喷射器466的第二射束角θ2。在这里，响应接近TDC的第一汽缸330中的分流喷射的正时，增大第一射束角θ1。也就是，对于较早进气冲程喷射，可以用较宽的射束样型。以这种方式，能够改善该汽缸中的活塞头附近的空气燃料混合。比较而言，响应接近BDC的第二汽缸430中单次喷射的正时，可以减小第二射束角θ2。也就是说，对于较晚的进气冲程喷射，可以用较窄的射束样型。而且，较窄的射束样型可以指向活塞顶部的碗形，使得它在火花塞附近浓缩成比较浓的混合物(与较宽的射束样型喷射相比)。这能够改进点火并且便于比较稀的剩余的进气的燃烧。通过减小射束角，可以减少碰撞汽缸壁并使汽缸壁变湿的燃料的量。因此，减少在汽缸燃烧事件期间从汽缸壁落下的燃料的量，降低碰撞的燃料用作未来提前点火事件的点火源的危险。

以这种方式，通过响应提前点火指示调节喷射到汽缸中的燃料的射束角，该汽缸中射束样型可以改变以减轻提前点火。具体说，通过改变该汽缸中射束样型，较早燃料喷射的对流进气冷却作用可以用来减少提前点火的可能性。同时，可以调节射束角以减少喷射的燃料对汽缸壁的碰撞并且改善汽缸的空气燃料混合。以这种方式，能够减少在提前点火期间的发动机衰退同时改善发动机燃料经济性和排气排放物。

应当指出，这里包括的控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统结构一起应用。这里描述的具体的程序可以表示任何数目的处理对策的其中一个或多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序进行，同时进行，或在一些情况下可以省略。同样，为了实现这里所述的示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易示出和描述而提供。一个或多个所示的动作或功能根据所用的特定策略可以重复地进行。而且，所述的动作可以图示地表示被编程为发动机控制系统中的计算机可读储存介质中的编码。

应当明白，这里所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本发明的主题包括这里公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

权利要求具体指出认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、供能、元件和/或性质的组合或子组合可以通过对这些权利要求进行修改或在这个或相关申请中提出新权利要求来主张。这些权利要求，比原权利要求在范围上无论是更宽、更窄、等同或不同都被认为包含在本发明的主题内。

Claims (10)

1.一种操作包括燃料喷射器的发动机的方法，包括：

根据提前点火的指示调节汽缸的燃料喷射的射束角。

2.根据权利要求1的方法，其中所述提前点火的指示包括所述汽缸的提前点火计数，所述方法进一步包括根据所述提前点火计数，在单个发动机循环中，调节所述汽缸的燃料喷射的喷射正时和次数，其中调节燃料喷射的所述射束角是基于所述喷射正时和次数。

3.根据权利要求2的方法，其中调节所述射束角包括当燃料喷射的正时接近BDC时减小射束角，并且当燃料喷射的正时接近TDC时增大射束角。

4.根据权利要求3的方法，其中调节所述喷射正时和次数包括当所述提前点火计数增加至高于阈值时增加所述发动机循环中的所述喷射次数，并且将每次喷射正时调节成提前点火减少的喷射正时，所述提前点火减少的喷射正时基于所述汽缸的所述提前点火计数。

5.根据权利要求4的方法，其中根据喷射的燃料的醇含量进一步调节所述射束角。

6.根据权利要求5的方法，其中所述燃料喷射器构造成将稀释剂喷射到所述汽缸中，并且其中根据所喷射的稀释剂的辛烷含量进一步调节所述射束角。

7.根据权利要求1的方法，其中根据所述燃料喷射器的出口几何形状进一步调节所述射束角。

8.根据权利要求1的方法，其中对发动机的每个汽缸逐个地进行所述调节，以使每个汽缸的提前点火计数变成共同的提前点火计数，同时将排气的空气燃料比保持在化学计量或接近化学计量。

9.根据权利要求1的方法，进一步包括响应汽缸提前点火的发生，增加所述汽缸的所述提前点火计数，使所述汽缸富化一段时间，并且基于所述富化进一步调节所述射束角。

10.根据权利要求1的方法，其中所述燃料喷射器具有圆锥形的喷嘴，并且其中调节所述射束角包括调节所述燃料喷射的锥角。

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