CN103256128A

CN103256128A - 发动机稀释控制的方法和系统

Info

Publication number: CN103256128A
Application number: CN2013100512787A
Authority: CN
Inventors: G·苏尼拉; T·G·莱昂内; B·A·范德韦格; C·豪斯; M·H·谢白
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-02-16
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-16
Also published as: CN103256128B; DE102013202654A1; US20130218438A1; DE102013202654B4; RU2013107529A; RU2598118C2; US9038580B2

Abstract

本申请提供了一种能够进行发动机稀释控制的方法和系统。可组合一种或更多发动机稀释剂，以提供期望的发动机稀释，所述各种稀释剂基于它们各自的燃烧稳定极限选择。进一步基于发动机运行限制调整所述各种稀释剂的比例。

Description

发动机稀释控制的方法和系统

技术领域

本申请涉及在内燃机中控制各种稀释剂（diluent），诸如EGR的使用的方法和系统。

背景技术

发动机可能构造有排气再循环（EGR）系统，以将至少一些来自发动机排气歧管的排气转移到发动机进气歧管。通过提供期望的发动机稀释（dilution），该系统减少发动机爆震、节流损失和NOx排放物。仍可使用其他稀释。例如，可通过直接注水或执行贫燃燃烧实现发动机稀释。

Surnilla等人在US2011/0174267中示出通过使用不同的稀释剂调整发动机稀释控制的一种例子方法。其中，通过EGR流量调整直接注水，以提供期望的发动机稀释，同时解决EGR瞬变现象。具体地，响应发动机稀释（诸如在踏入（tip-in）期间）的突然要求，EGR流量增大，同时直接喷射水，以基本立即提供期望的稀释。然后，随着EGR流量增加到期望的稀释水平，水的喷射下降。另外，可在预期的负荷变化中以不同稀释剂执行负荷水平调整。

然而，本文的发明人已认识到关于该系统的潜在问题。特别地，发动机稀释可能减少发动机燃烧稳定性，其中燃烧稳定极限（limit）对使用的每种稀释剂不同。也就是说，发动机可能对EGR具有燃烧容限、对贫燃具有等效容限、并且另外对水蒸汽具有等效燃烧限制。因此，当使用稀释剂组合时，每种稀释剂的燃烧稳定性可能受已经处于适当位置的稀释剂的量以及已经在使用的稀释剂的性质影响。换句话说，能够直接喷射以提供发动机稀释的水量可能不仅受直接喷射的水的燃烧稳定极限的影响，而且也受适当位置的EGR的量的燃烧稳定极限、适当位置的贫燃量等等的影响。

发明内容

因而，在一个例子中，上述一些问题可能至少部分由一种运行发动机的方法解决，其包括通过结合多于一种发动机稀释剂提供期望的发动机稀释，基于各自燃烧稳定极限选择这些稀释剂。通过该方式，可能通过考虑所使用的每种稀释剂的燃烧稳定极限和相互作用更好地控制发动机稀释。

例如，发动机控制器可将每种可用的稀释剂翻译为元素构成，并且基于每种元素构成的浓度（concentration of each elemental constituent）确定该稀释剂的燃烧稳定性。也可基于稀释剂的元素构成确定其他燃烧相关参数，诸如点火时间、排气温度、原料气排放等等。作为例子，可作为二氧化碳浓度、氮浓度和可用EGR的水浓度的函数确定基于EGR的稀释的燃烧稳定极限。作为另一例子，可作为可用贫燃燃烧氧浓度和氮浓度的函数确定基于贫燃的稀释的燃烧稳定极限。然后，控制器可基于各自燃烧稳定极限从可用的稀释剂中选择一种或更多发动机稀释剂。例如，可选择具有最高燃烧稳定极限的第一稀释剂以提供至少一些所期望的稀释。在第一稀释剂达到其燃烧稳定极限后，然后，可通过具有下一最高稳定极限的第二稀释剂提供剩余的期望稀释，等等。

通过该方式，控制器可选择一种或更多发动机稀释剂，以提供发动机稀释，从而减少发动机爆震的可能性。通过基于可用稀释剂的燃烧稳定极限绘制发动机运行图，可提供发动机稀释控制。特别地，可增加发动机性能和稀释剂用法，同时提供发动机稀释的所有解决爆震的收益，并且不影响燃烧稳定性。

在另一例子中，一种运行发动机的方法包括：再循环来自发动机排气的第一量排气到发动机进气门；并且喷射第二量发动机稀释剂，该第二量基于第一量排气的燃烧稳定极限，第一和第二量经调整以提供期望的发动机稀释。

在另一例子中，再循环包括再循环第一量排气，以提供至少一些期望的发动机稀释，直到达到排气再循环的第一燃烧稳定极限；以及，在达到第一燃烧稳定极限后，喷射第二量稀释剂，以提供剩余的期望发动机稀释。

在另一例子中，第一燃烧稳定极限高于第二燃烧稳定极限。

在另一例子中，第一燃烧稳定极限的燃烧稳定极限范围比第二燃烧稳定极限更宽。

在另一例子中，第二发动机稀释剂（diluent）包括直接喷射的水和可变凸轮正时其中之一。

在另一例子中，期望的发动机稀释基于爆震的前馈指示，该方法还包括：响应于爆震的反馈指示，喷射爆震控制液和基于喷射的爆震控制液调整EGR和发动机稀释剂的燃烧稳定极限。

在另一例子中，发动机系统包括：发动机，其包括进气门和排气门；喷射器，其经构造以将流体直接喷射到发动机气缸中；EGR通道，其用于将来自发动机排气门的排气量再循环至发动机进气门；控制器，其具有计算机可读指令，其用于：响应爆震的可能性，通过EGR通道再循环第一量的排气，直到达到EGR的第一燃烧稳定极限；以及，在达到第一燃烧稳定性后，向发动机气缸中直接喷射第二量的水，直到达到直接喷射的第二燃烧稳定极限，其中第一和第二量基于爆震的可能性和每个第一和第二燃烧稳定极限。

在另一例子中，控制器包括进一步指令，其用于基于发动机运行限制调整第一和第二量的比例，该限制包括一个或更多排气PM含量、排气温度、提前点火的可能性和扭矩限制。

在另一例子中，调整包括增加第二量，同时响应提前点火限制减少第一量，并且增加第一量，同时响应排气温度限制减少第二量。

在另一例子中，控制器进一步经构造，以响应爆震的反馈指示，直接向气缸中喷射第三量的爆震控制流体；以及基于该第三量调整第一和第二燃烧稳定极限。

应理解，提供上述发明内容，以通过简化形式引入在详细说明中进一步描述的概念集合。无意确定要求的主旨的关键或必要特征，其范围由详细说明后的权利要求唯一限定。此外，要求的主旨不限于解决上述任何缺点或本公开中任何部分中的实施。

附图说明

图1示出发动机燃烧室的例子实施例；、

图2A-2B示出用于基于每种稀释剂的燃烧稳定极限，组合用于解决发动机爆震的一种或更多稀释剂的例程的高级流程图；

图3示出用于基于每种稀释剂的燃烧稳定极限选择稀释剂组合的高级流程图；

图4示出用于调整EGR和直接喷射的水的比率以提供期望的发动机稀释的高级流程图；

图5示出用于基于发动机运行限制进一步调整稀释剂组合的比例的高级流程图；

图6示出EGR和直接喷射水的例子使用以提供发动机稀释的图。

具体实施方式

下文说明涉及增加灵活燃料发动机，诸如图1的发动机中的稀释控制的系统和方法。基于发动机工况，包括发动机爆震的可能性，发动机控制器可确定发动机稀释的期望量。然后，控制器可组合一种或更多稀释剂，以提供期望的稀释。控制器可经构造，以执行控制程序，诸如图2-4的那些程序，从而基于它们的燃烧稳定极限选择稀释剂。控制器还可基于发动机运行限制，诸如图5所示，调整所选择的稀释剂的比例。本文中在图6示出组合不同稀释剂的例子。通过该方式，可实现稀释控制。

图1示出内燃机10的燃烧室和气缸的例子实施例。发动机10可从包括控制器12的控制系统接收控制参数和通过输入装置132从车辆操作员130接收输入。在该例子中，输入装置132包括油门踏板和用于产生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的气缸（本文也称为“燃烧室”）14可能包括其中定位的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可被耦合至曲轴140，以便活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可被通过传动系统耦合至乘用车辆的至少一个驱动轮。此外，起动电动机可被通过飞轮耦合至曲轴140，以能够开始运行发动机10。

气缸14能够通过一系列进气空气通道142、144和146接收进气空气。除了气缸14，进气空气通道146还可与发动机10的其他气缸连通。在一些实施例中，一个或更多通道可包括增压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出发动机10，其构造有涡轮增压器，其包括布置在进气通道142和144之间的压缩机174和沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可至少部分由排气涡轮178动力推动，其中增压装置被构造为涡轮增压器。然而，在其他例子中，诸如发动机10具有机械增压器的例子中，可任选地省略排气涡轮176，其中压缩机174可由来自电动机或发动机的机械输入动力推动。可沿发动机的进气通道提供包括节流板164的节气门20，用于改变提供给发动机气缸的流速和/或进气空气的压力。例如，如图1中所示，节气门20可布置在压缩机174的下游，或者作为替换方式，在压缩机174的上游提供。

除了气缸14，排气通道148还可从发动机10的其他气缸接收排气。示出排气传感器128被耦合至排放物控制装置178的上游的排气通道148。传感器128可从用于提供排气空气/燃料比的指示的各种适当传感器中选择，诸如直线氧传感器或UEGO（通用或宽域排气氧传感器）、双态氧传感器或EGO（如图所示）、HEGO（加热的EGO）、NO_x、HC或CO传感器。排放物控制装置178可能为三元催化器（TWC）、NO_x阱、各种其他排放物控制装置或其组合。

可由位于排气通道148中的一个或更多温度传感器（未示出）测量排气温度。作为替换方式，可基于发动机工况，诸如速度、负荷、空气-燃料比（AFR）、点火延迟等等推断排气温度。此外，可由一个或更多排气传感器128计算排气温度。应明白，作为替换方式，排气温度可由本文所列的温度评估方法的任何组合评估。

每个发动机10的气缸都可包括一个或更多进气门和一个或更多排气门。例如，示出气缸14包括位于气缸14的上部区域的至少一个进气提升门150和至少一个排气提升门156。在一些实施例中，每个发动机10的气缸，包括气缸14，都可包括位于气缸上部区域的至少两个进气提升门和至少两个排气提升门。

可通过凸轮致动由控制器12通过凸轮致动系统151控制进气门150。类似地，可由控制器12通过凸轮致动系统153控制排气门156。凸轮致动系统151和153可能每个都包括一个或更多凸轮并且可利用一个或更多凸轮轮廓变换（CPS）、可变凸轮正时（CVT）、可变气门正时（VVT）和/或可变气门提升（VVL）系统，其可由控制器12操作，以改变气门运行。可分别通过气门位置传感器（未示出）和/或凸轮轴位置传感器155和157确定进气门150和排气门156的运行。在替换实施例中，进气和/或排气门可由电动气门致动控制。例如，作为替换方式，气缸14可包括通过电动气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在仍其他实施例中，进气和排气门可由公共气门致动器或致动系统，或者可变气门正时致动器或致动系统控制。如参考图6-12详述，凸轮正时可经调整（例如，提前或推迟VCT系统），以协调EGR流量和/或爆震控制液的直接喷射调整发动机稀释，因此减少EGR瞬时现象和增加发动机性能。

气缸14可具有这样的压缩比，其为活塞138处于下止点与上止点的体积比。通常，压缩比在9:1-10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些例子中，压缩比可能增加。例如，当使用更高辛烷燃料或具有更高汽化潜热的燃料时，其可能发生。由于其对发动机爆震的影响，如果使用直接射油，也可能增加压缩比。

在一些实施例中，每个发动机10的气缸都包括用于开始燃烧的火花塞192。在选择运行模式下，点火系统190能够响应来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可省略，诸如可通过自动点火或通过喷射燃料开始燃烧的发动机10，或者可能为一些柴油发动机的情况。

在一些实施例中，每个发动机10的气缸都可构造有一个或更多用于向其提供爆震控制液的喷射器。在一些实施例中，爆震控制液可能为燃料，其中喷射器也被称为燃料喷射器。作为非限制性例子，示出气缸14包括一个燃料喷射器166。示出燃料喷射器166被直接耦合至气缸14，用于与通过电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。通过该方式，燃料喷射器166向燃烧气缸14提供所谓的直接喷射燃料（下文中也称为“DI”）。虽然图1示出喷射器166为侧喷射器，但是其也可能位于活塞顶部，诸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料的较低挥发性，当发动机以醇基燃料运行时，该位置可增加混合和燃烧。作为替换方式，喷射器可位于进气门顶部并且与其靠近，以增加混合。燃料可被从包括燃料箱、燃料泵和燃料管的高压燃料系统8传送至燃料喷射器166。作为替换方式，可通过单级燃料泵以较低压力传送燃料，在该情况下，在压缩冲程期间，与使用高压燃料系统相比，直接燃料喷射的时间可能更有限。此外，虽然未示出，燃料箱可具有压力换能器，其向控制器12提供信号。应明白，在替换实施例中，喷射器166可能为端口喷射器，其向气缸上游的进气端口中提供燃料。

也应明白，虽然在一个实施例中，可经单个直接喷射器喷射可变燃料或爆震控制液混合液运行发动机；但是在替换实施例中，可使用两个喷射器（直接喷射器166和端口喷射器）和改变来自每个喷射器的相对喷射量运行发动机。

在气缸的单一循环中，可通过喷射器将燃料传送给气缸。此外，从喷射器传送的燃料或爆震控制液的分配和/或相对量可随工况变化，诸如下文所述的充量空气温度。此外，对于单次燃烧事件，每一循环都可执行传送燃料的多次喷射。可在压缩冲程、进气冲程或其任何适当的组合期间执行多次喷射。

如上所述，图1示出多个气缸发动机的仅一个气缸。同样地，每个气缸都类似地包括其自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。

燃料系统8中的燃料箱可保持具有不同质量，诸如不同组分的燃料或爆震控制液。这些差异可能包括不同的醇浓度、不同的水浓度、不同的辛烷值、不同的蒸发热、不同的燃料混合、不同的水浓度、和/或其组合等等。在一个例子中，具有不同纯浓度的爆震控制液能够包括一种燃料为汽油，而另一种为乙醇或甲醇。在另一例子中，发动机可使用汽油作为第一物质，而含燃料混合物诸如E85（约85%的乙醇和15%的汽油）或M85（约85%的甲醇和15%的汽油）的醇作为第二物质。包括燃料的其他醇能够为醇和水的混合物、醇、水和汽油的混合物等等。在仍另一例子中，燃料可能都为醇混合物，其中第一燃料可能为汽油醇混合物，其具有比第二燃料的汽油醇混合物更低的醇比例，第二燃料具有更高的醇比例，诸如E10（约10%的乙醇）作为第一燃料和E85（约85%的乙醇）作为第二燃料。另外，第一和第二燃料也可能在其他燃料质量方面不同，诸如温度、粘性、辛烷值、蒸发潜热等等不同。

此外，储存在燃料箱中的燃料或爆震控制液的燃料特性可能非常频繁地变化。在一个例子中，驾驶员可能一天以E85再充满燃料箱，下一天为E10，并且下一天为E50。因而，燃料箱再充满的每天变化能够导致频繁变化的燃料组分，因此影响喷射器166传送的燃料组分。

发动机还可能包括一个或更多排气再循环通道，其用于将来自发动机的一部分排气再循环到发动机进气门。同样地，通过再循环一些排气，可能影响发动机稀释，其可通过减少发动机爆震、峰值气缸燃烧温度和压力、节流损失和NO_x排放物增加发动机性能。在所示实施例中，排气可通过EGR通道141从排气通道148再循环到进气通道144。可通过控制器12经EGR气门143改变提供给进气通道148的EGR量。此外，EGR传感器145可布置在EGR通道内，并且可提供排气的压力、温度和浓度其中一种或更多种的指示。

应明白，虽然图1的实施例示出通过被耦合在涡轮增压器压缩机上游的发动机进气门和涡轮下游的发动机排气门之间的LP-EGR通道提供低压EGR（LP-EGR），但是在替换实施例中，发动机也可经构造，以通过被耦合在压缩机下游的发动机进气门和涡轮上游的发动机排气门之间的HP-EGR通道提供高压EGR（HP-EGR）。在一个例子中，可在如图缺乏涡轮增压器提供的增压的状况下提供HP-EGR流，而可在诸如存在涡轮增压的状况期间和/或排气温度超过阈值时提供LP-EGR流。当包括独特的HP-EGR和LP-EGR通道时，可通过向各自EGR气门的调整控制各自EGR流。

同样地，EGR是一种稀释剂，其可用于提供一定量的发动机稀释。可在发动机系统中包括仍其他发动机稀释剂，其中每种稀释剂经配置，以稀释气缸中的空气和燃料充量。作为非限制性例子，发动机系统可经构造，以直接喷射稀释剂，诸如能够占用气缸中的空间并且吸收燃烧热的水或其他不燃物质。在仍另一例子中，控制器可经构造，以通过调整气门正时（例如，通过对VVT或VCT设置的调整）提供发动机稀释，因此调整排气残余量。特别地，经调整的气门正时设置可改变固定在或节流在气缸中的一部分燃烧气体，因此影响气缸稀释。其他稀释剂能够包括醇和水，诸如含水乙醇（例如，挡风玻璃清洗器清洗液）或湿气（来自空气的水）或燃料富集。如图2-3中详示，基于发动机工况控制器可使用一种或更多种稀释剂，以提供期望的发动机稀释量。可基于各种稀释剂的燃烧稳定极限选择稀释剂的组合。同样地，稀释剂的燃烧稳定极限可涉及这样的限制，超过该限制时，可能存在更高可能性的退化燃烧，包括部分燃烧、不点火、更高排气排放和/或来自气缸的较低扭矩输出。

图1中示出控制器12为微型计算机，其包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序和标度值的电子存储媒体，在该具体例子中示出为只读存储器芯片110、随机存取存储器112、不失效存储器114和总线。除了上述那些信号以外，控制器12还可从被耦合至发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流传感器122的感应质量空气流（MAF）的测量值；来自被耦合至冷却套管118的温度传感器116的发动机冷却液温度（ECT）；来自被耦合至曲轴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）；以及来自传感器124的歧管绝对压力信号（MAP）。可由控制器12从信号PIP产生发动机速度信号RPM。可使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP，以提供进气歧管中的真空或压力的指示。仍其他传感器可包括被耦合至燃料系统的燃料箱的燃料液位传感器和燃料组分传感器。

能够以代表可由处理器106执行的指令的计算机可读数据编程存储媒体只读存储器110，用于执行下文所述的方法，以及预期但未特别列举的其他变体。

通过该方式，图1的系统能够进行一种操作发动机的方法，其中通过组合多种发动机稀释剂提供期望的发动机稀释，基于各自燃烧稳定极限选择该稀释剂。

限制参考图2A-2B，示出例子方法200，其用于组合一种或更多稀释剂，以基于每种稀释剂的燃烧稳定极限解决发动机爆震。特别地，本方法使得能够选择稀释剂组合，以解决前馈爆震，并且然后以爆震控制液调整反馈爆震。

在202，本方法包括评估和/或测量发动机工况。这些状况例如包括发动机速度、期望扭矩、MAP、BP、ECT、催化剂温度、进气门温度、点火时间、增压等等。在204，可基于经评估的发动机工况确定发动机爆震的前馈可能性。在206，可基于经评估的发动机工况和确定的爆震前馈的可能性确定期望的发动机稀释。也就是说，确定解决预期爆震所需的发动机稀释。

在208，本方法包括确定在给定发动机工况下可用的稀释剂。这可包括确定可用稀释剂的性质和每种可用稀释剂的量。在一个例子中，可基于发动机速度-负荷状况将可用稀释剂绘制和存储在控制器中。如上详述，例如，发动机稀释剂可涉及不燃物质，其占用气缸中的空间并且能够吸收燃烧热。可用的各种稀释剂例如可能包括再循环排气（EGR）、水、一种或更多醇，诸如甲醇和乙醇、可变凸轮正时（VCT）的变化、气门正时的变化、贫燃等等。

在210，可确定每种可用稀释剂的燃烧稳定极限。每种稀释剂的燃烧稳定极限可基于该稀释剂的类型。例如，基于该稀释剂是否为液态稀释剂或气态稀释剂。作为另一例子，可确定稀释剂为EGR或直接喷射的水，或经调整的VCT设置。此外，稀释剂的燃烧稳定极限可基于稀释剂的每种要素元素的浓度。例如，稀释剂EGR的燃烧稳定极限基于再循环排气中的二氧化碳浓度、氮浓度和水浓度每种浓度。作为另一例子，来自贫燃的发动机稀释的燃烧稳定极限基于贫燃的氮浓度和氧浓度每种浓度。作为仍另一例子，湿度的燃烧稳定极限基于水含量。因而，如下详述，当使用稀释剂组合时，可基于组合中存在的各种要素元素的总浓度计算该组合的燃烧稳定极限。

在一个例子中，可基于发动机速度-负荷状况绘制第一稀释剂（或第一组稀释剂），并且可基于第一稀释剂（或第一组稀释剂）的绘制数据（包括燃烧稳定极限和其他燃烧参数）推论或推断剩余稀释剂的燃烧稳定极限（或容限）以及其他燃烧参数。同样地，这可减少发动机绘制的量和所需的标定工作。

在212，本方法包括选择第一稀释剂，以提供期望的发动机稀释。然后，在214，可确定提供期望的稀释所需的第一稀释剂的量。如参考图3详述，选择第一稀释剂可包括选择这样的第一稀释剂，其具有最高的燃烧稳定极限，以提供至少一些期望的发动机稀释。然后，在第一稀释剂达到其第一燃烧稳定极限后，或者如果第一稀释剂不能提供所有的期望发动机稀释时，可选择具有比第一燃烧稳定极限更低的第二燃烧稳定极限的第二稀释剂（例如，具有下一最高燃烧稳定极限的稀释剂），以提供剩余的期望发动机稀释。同样地，为了减少燃烧稳定极限（或范围），可选择另外的稀释剂，直到提供期望的稀释。

在216，可确定为了提供期望的发动机稀释，是否可获得所需的第一稀释剂量。例如，如果选择的第一稀释剂为EGR，可确定提供期望稀释（例如，量“X”）所需的EGR量，并且可证实是否可获得所需的EGR量。如果为是，然后在218，可通过传送（例如，喷射）确定量（例如，量“X”）的第一稀释剂提供期望的稀释。其中，仅由所选择的第一稀释剂提供期望的稀释。也就是说，通过以第一稀释剂稀释发动机解决爆震的前馈指示。然后，本方法继续至230，以确定是否存在爆震的前馈指示，并且因此采取下文详述的减缓步骤。

如果不可获得所需量的稀释剂，就可传送（例如，喷射）第一稀释剂可用量（例如，量“Y”）。其中，部分通过所选择的第一稀释剂提供期望稀释。然后可通过一种或更多其他稀释剂提供相应于剩余量（例如，“Y-X”）的发动机稀释。因此，在224，可选择一种或更多另外的稀释剂，以提供期望的稀释。如参考图3详述，这可包括为了减少燃烧稳定性选择稀释剂和/或在第一稀释剂已达到其燃烧稳定极限后选择第二稀释剂、在第二稀释剂已达到其燃烧稳定极限后选择第三稀释剂等等。然后，在226，可基于组合中的每种稀释剂的燃烧稳定极限以及基于第一稀释剂的传送（或喷射）量调整每种选择的（另外的）稀释剂的量。

另外，如参考图5详述，可基于组合中每种稀释剂的燃烧稳定极限和各种发动机运行限制调整每种所选择的稀释剂的比例。例如，这些限制可包括排气排放物限制（例如，颗粒物质排放物）、发动机组件温度限制（例如，排气温度限制）、关于反常燃烧事件（例如，提前点火）的限制等等。基于那些限制，可调整所选择的稀释剂的比例。例如，最初选择稀释剂的量可能减少，而替换稀释剂的量可能增加，以减少给定发动机速度-负荷状况下的颗粒物质排放。在228，可通过传送一种或更多选择稀释剂的调整量（和比例）提供期望的发动机稀释。

同样地，期望的发动机稀释基于爆震的前馈指示并且响应爆震的前馈指示，控制器可进一步喷射爆震控制液和基于喷射的爆震控制液调整EGR和发动机稀释剂的燃烧稳定极限。特别地，在230，在提供期望的稀释（在218仅通过第一稀释剂、或者在228通过稀释剂组合）后，可确定是否存在前馈爆震的指示。也就是说，可能确定发动机当前是否爆震。在一个例子中，可通过被耦合至发动机的爆震传感器确定反馈爆震。如果未发生反馈爆震，程序可终止。也就是说，如果指示无反馈爆震，发动机可继续以被传送的一种或更多发动机稀释剂运行，以解决预期的爆震量。如果确定反馈爆震，然后在232，就可推迟火花点火时间和/或可喷射爆震控制液，以解决爆震。爆震控制液可包括具有高效辛烷值含量，例如醇的燃料。图1的发动机系统使用的各种爆震控制液可包括，例如乙醇、甲醇、汽油、水及其组合。爆震控制液的有效辛烷值含量可基于流体的内在辛烷值、流体的稀释效果和流体的蒸发效果。因而，例如可响应反馈爆震将乙醇燃料混合液（诸如E85）直接喷射到气缸中，以利用燃料的内在高辛烷值（内在高辛烷值含量）以及乙醇燃料的充量冷却效果（高蒸发辛烷含量）。

使用的火花延迟量、喷射的爆震控制液的量和火花延迟与喷射的爆震控制液的比例可基于有效辛烷成分和喷射的爆震控制液的稀释效果以及火花延迟导致的燃料减少。例如，基于发动机工况，可能在一些状况期间仅以火花延迟解决反馈爆震更有燃料效率，但是在其他状况期间仅以爆震控制液喷射解决反馈爆震更有燃料效率。在仍其他状况下，可能将火花延迟到火花延迟的阈值，并且然后喷射爆震控制液更有燃料效率。

在234，使用确定量的火花延迟和/或爆震控制液以解决反馈爆震后，可调整可用稀释剂的燃烧稳定极限。例如，可调整用作稀释剂的EGR的燃烧稳定极限，以补偿潜在的EGR瞬时现象和扭矩瞬时现象。

通过该方式，可使用基于稀释剂的燃烧稳定极限选择的一种或更多发动机稀释剂、稀释剂的组合解决发动机爆震。这可能允许提供期望的稀释，而不发生燃烧约束或扭矩瞬时现象。此外，可简化发动机绘图和标定。

现在参考图3，其中示出例子方法300，其用于基于它们的燃烧稳定极限选择和组合一种或更多稀释剂，以提供期望的发动机稀释量。

在302，本方法包括确定每种可用稀释剂的燃烧稳定极限。如上文参考图2详述，这包括基于稀释剂的性质以及稀释剂的元素组成确定每种稀释剂的燃烧稳定极限。例如，可作为EGR的CO₂、N₂和水的函数确定EGR的燃烧稳定极限。

然后，在304，可作为第一稀释剂选择具有最高燃烧稳定极限的稀释剂，用于在提供期望的发动机稀释时使用。因而，对于任何两种稀释剂，都可选择具有较高（或最高）燃烧稳定极限的稀释剂作为第一稀释剂，而选择具有较低（或下一较高）燃烧稳定极限的稀释剂作为第二稀释剂。此外，所选择的稀释剂也可具有最宽燃烧稳定性范围。例如，对于具有相同燃烧稳定极限的两种稀释剂，可选择具有较宽燃烧稳定极限的稀释剂作为第一稀释剂，而选择具有较窄燃烧稳定极限的稀释剂作为第二稀释剂。

在306，可确定是否能够完全由第一选择稀释剂提供期望的发动机稀释。例如，如参考图2详述，提供期望稀释所需的第一稀释剂的量（在给定发动机工况下）可与可用的第一稀释剂的量（在给定发动机工况下）比较。如果可获得所需量的第一稀释剂，然后就能够仅以第一稀释剂提供期望稀释。如果是，程序就可继续至312，其中可基于发动机运行限制进一步调整选择的稀释剂的量。例如，如参考图5详述，可确定第一稀释剂的初始量，并且然后可基于下列发动机工况调整该量，诸如颗粒物质（PM）含量、排气温度、提前点火的可能性和扭矩限制的一种或更多种。然后，可将经调整量的第一稀释剂提供给发动机。

返回到306，如果不能仅由第一稀释剂提供期望的稀释，然后在308，可组合一种或更多稀释剂。特别地，本方法包括，在选择具有第一更高燃烧稳定极限的第一稀释剂以提供至少一些期望的发动机稀释后，可选择另外的稀释剂。作为例子，在第一稀释剂达到第一燃烧稳定极限后，控制器可选择具有比第一燃烧稳定极限更低的第二燃烧稳定极限的第二稀释剂，以提供剩余的期望发动机稀释。如果剩余的期望发动机稀释不能由第二稀释剂提供和/或如果第二稀释剂变得燃烧稳定性有限，然后可选择具有比第一和第二燃烧稳定极限每种都低的第三燃烧稳定极限的第三稀释剂，等等。

在一个例子中，如参考图4的例子进一步详述，第一稀释剂可包括EGR，而第二稀释剂可包括直接喷射的水。其中，第一稀释剂的第一燃烧稳定极限臂第二稀释剂的第二燃烧稳定极限高。另外，第一稀释剂的第一燃烧稳定极限可能燃烧稳定性范围比第二稀释剂的第二燃烧稳定极限更宽。

然后，程序可继续至312，其中可基于发动机工况进一步调整选择的稀释剂的量和比例。例如，如参考图5详述，可确定第一稀释剂相对于第二稀释剂的初始比例，并且然后可基于组合中的每种稀释剂的燃烧稳定极限和基于发动机运行限制调整第一稀释剂和第二稀释剂的比例。这些限制例如可包括排气颗粒物质（PM）含量、排气温度、提前点火的可能性和扭矩限制其中一种或更多种。调整该比例可包括，例如在第一状况期间，诸如低负荷运行期间，作为稀释剂的更多空气（也就是说，贫燃运行发动机）或通过作为发动机的VCT机构的更多内部EGR在低负荷状况下对贫燃和热EGR具有更高容限。作为比较，在中间负荷状况下，该调整可包括减少贫燃（例如，减少作为稀释剂的空气）或减少内部EGR和增加经冷却的EGR。在高负荷状况下，该调整可包括减少EGR和增加作为稀释剂的水喷射或燃料富集（例如，增加燃料喷射），以减少爆震性，并且以冷却排气和燃烧温度。

通过该方式，可组合多种发动机稀释剂，以提供期望的发动机稀释。在图4的例子方法中示出组合不同稀释剂的一个例子。其中，组合EGR和直接喷射的水，以提供期望的发动机稀释从而解决发动机爆震。

在402，可评估和/或测量发动机工况。在404，可基于发动机工况确定期望的发动机稀释。如上文在图2详述，这包括基于发动机工况确定发动机爆震的前馈可能性，并且确定解决发动机爆震的前馈可能性所需的发动机稀释。

在所示方法中，可选择EGR作为第一稀释剂，并且选择直接喷射的水作为第二稀释剂。因此，在406，可确定能够经提供以满足期望的发动机稀释的第一量的EGR。可基于经评估的发动机工况和EGR的第一燃烧稳定极限确定第一量的EGR。然后，在408，可确定第一量的EGR是否足以提供期望的稀释。如果是，程序可终止，并且可通过第一量的EGR提供期望的稀释。如果否，然后在410，可确定第二量的直接喷射的水，以提供剩余的期望稀释。第二量可基于第一量的EGR和EGR的燃烧稳定极限以及水的燃烧稳定极限。

因而，在所示方法中，控制器可将来自发动机排气的第一量排气再循环到发动机进气门，并且喷射第二量的发动机稀释剂（此处为水），以提供期望的发动机稀释。其中，第二量可基于第一量的排气的燃烧稳定极限，并且第一和第二量可经调整，以提供期望的发动机稀释。在一个例子中，控制器可再循环第一量的排气，以提供至少一些期望的发动机稀释，直到达到排气再循环的第一燃烧稳定极限。然后，在达到第一燃烧稳定极限后，控制器可喷射第二量的下一发动机稀释剂，以提供剩余的期望发动机稀释。其中，EGR的第一燃烧稳定极限臂第二稀释剂（直接喷射的水）的第二燃烧稳定极限高。在替换例子中，第一燃烧稳定极限也具有比第二燃烧稳定极限更宽的范围。

应明白，虽然所示例子使用直接喷射的水作为第二稀释剂，但是在替换例子中，第二发动机稀释剂可包括可变凸轮正时。可使用仍其他发动机稀释剂，诸如贫燃、可变气门正时、湿气等等。

应进一步明白，在所示方法中，选择的稀释剂组合提供的期望发动机稀释可基于爆震的前馈指示。控制器可进一步经构造，以响应爆震的反馈指示喷射爆震控制液，并且基于喷射的爆震控制液调整EGR和发动机稀释剂的燃烧稳定极限。

现在参考图5，其中示出例子方法500，其调整用于基于一种或更多发动机运行限制提供期望的发动机稀释的各种稀释剂量的比例。通过基于限制调整比例，可提供期望的稀释，而不影响排气排放并且同时减少EGR和/或扭矩瞬时现象的可能性。

在502，可选择一种或更多发动机稀释剂的初始组合，以提供期望的发动机稀释。初始组合可包括基于发动机工况和各自燃烧稳定极限（稀释剂的）从可用稀释剂集合中选择稀释剂。

在503，可确定是否存在任何扭矩限制。在一个例子中，扭矩限制可能在低速度和低负荷状况下出现。为了在低速度（RPM）状况下增加扭矩性能，控制器可减少使用贫燃运行、内部EGR和经冷却的EGR作为稀释剂，并且以水喷射作为代替，用于发动机稀释。其中，水喷射将提供这样的稀释剂，其用于减少燃烧温度、减少爆震倾向、并且增加容积效率，从而获得更高扭矩。为了减少扭矩，控制器可通过VCT调整增加贫燃空气/燃料运行或增加内部EGR。同样地，这两种动作允许通过稀释剂管理快速调整扭矩。如果出现扭矩限制，然后在510，可调整稀释剂的比例。例如，可提供EGR的量，同时可减少直接喷射的水的量。

在504，可确定是否存在任何排气温度限制。在一个例子中，更高排气温度可在高和非常高的速度和负荷状况下发生。在该状况下，使用内部EGR/残余作为稀释剂可导致更高排气温度。相反，直接喷射的水可提供导致更低排气温度的充量冷却效果。由于更高涡轮进气温度，更高排气温度问题也可导致涡轮增压器问题。如果经验证，就可通过基于排气温度限制，调整在510使用的稀释剂的比例解决排气温度限制。例如，可减少EGR的量，同时可增加直接喷射的水的量。

在505，可确定是否存在任何颗粒物质（PM）限制。在一个例子中，更高颗粒排放可在一些选择速度、负荷和温度状况的组合下发生。在该状况下，使用燃料富集作为稀释剂可增加PM排放。相反，直接喷射的水或醇燃料可内在地产生较低水平的PM。在510，可通过基于PM限制调整选择的稀释剂的比例解决PM限制。例如，可减少燃料富集的量，同时增加直接喷射的水量。

在506，可确定是否存在提前点火的可能性。在一个例子中，提前点火可在低速度和高负荷状况下发生。在该状况下，使用EGR作为稀释剂可增加提前点火的发生。相反，直接喷射的水和/或醇燃料可产生充量冷却效果，其可减少提前点火的发生。因而，在510，可通过基于提前点火限制调整选择的稀释剂的比例解决提前点火限制。例如，可减少内部EGR的量，同时增加直接喷射的水量。

在507，可确定在发动机冷启动（诸如当排气催化剂低于点燃温度时）时是否需要稀释。在该状况下，为了解决发动机冷起动排放，可期望热内部EGR的少量增加。可在510通过调整选择的稀释剂的比例解决发动机冷起动限制。例如，可增加内部EGR的量，同时减少水或含水乙醇喷射的量。

在508，可确定是否存在冷却EGR限制。在一个例子中，冷却EGR可能在低速度和中负荷状况下变得受限。在该状况下，直接喷射流体诸如乙醇燃料、水或清洗器清洗液可产生这样的稀释效果，其可快速提供期望的稀释，而冷却EGR受限。特别地，如果在低速度-中负荷状况下，冷却EGR水平不像要求的一样高，然后通过直接喷射水（或乙醇），可基本立即提供期望的稀释，同时增加EGR流量。因而，在510，可基于冷却器EGR限制调整选择的稀释剂的比例。例如，可减少EGR的量，同时可增加所直接喷射的水量。

在一个例子中，响应爆震的可能性，控制器可使用EGR作为第一选择稀释剂，并且通过EGR通道再循环第一量的排气，直到达到EGR的第一燃烧稳定极限。在达到第一燃烧稳定极限后，控制器可使用直接喷射的水作为第二稀释剂，并且直接喷射第二量的水到发动机气缸，直到达到直接喷射物的第二燃烧稳定极限。其中，第一和第二量可基于爆震的可能性和每种第一和第二燃烧稳定极限。

然后，控制器可基于发动机运行限制调整第一和第二量的比例，该限制包括排气PM含量、排气温度、提前点火的可能性和扭矩限制其中一种或更多种。作为例子，该调整可包括响应提前点火限制增加第二量，同时减少第一量。作为另一例子，该调整可包括响应排气温度限制，增加第一量同时减少第二量。

控制器可进一步经构造，以响应爆震的反馈指示，将第三量的爆震控制液直接喷射到气缸中。然后，控制器可基于第三量的经喷射爆震控制液，分别调整EGR和直接喷射的水的第一和第二燃烧稳定极限。

通过该方式，通过基于它们各自的燃烧稳定极限和发动机运行限制调整选择的稀释剂的比例，发动机可更好地具有较短发动机瞬时现象和较少排气排放。

图6示出在解决发动机爆震和在图600提供发动机稀释时使用各种发动机稀释剂的图。具体地，图600在图表602改变直接喷射水量，在图表604改变从发动机排气门再循环到发动机进气门的排气量，并且随着期望的发动机稀释在图606随着时间变化在608改变可变凸轮正时（VCT）设置。通过与EGR流量协调地调整直接喷射，可提供期望的稀释，同时可减少EGR瞬时现象控制问题。应明白，虽然示出所示例子使用水作为稀释剂，但是在替换例子中，稀释剂可能为乙醇、甲醇、其他醇、雨刷液、其组合，或替换不燃液体。

在t1以前，基于发动机工况（诸如，发动机速度和负荷状况），可确定期望稀释。基于期望稀释，可确定EGR流量、VCT设置和水喷射量。在t1，可能要求发动机稀释的突然增加。由于发动机爆震的前馈预期，可能要求EGR流量增大。例如，由于发动机爆震可能性的突然增加，可能在踏板踏入（tip-in）（其继而导致节气门开大（tip-in））期间要求更高稀释。因此，在t1，可选择EGR作为第一稀释剂（由于其最高燃烧稳定限制），并且可增加EGR流量。在一个例子中，EGR流可能为通过被耦合在涡轮增压器压缩机上游的发动机进气门和涡轮增压器涡轮下游的发动机排气门之间的LP-EGR通道接收的LP-EGR流。然而，在替换例子中，EGR流可能为通过被耦合在涡轮增压器压缩机下游的发动机进气门和涡轮增压器涡轮上游的发动机排气门之间的HP-EGR通道接收的HP-EGR流。可通过致动LP-EGR通道中的LP-EGR气门增加LP-EGR流。

然而，可能存在来自致动LP-EGR气门的时间和在气缸实现和接收更高EGR流的时间的延迟。特别地，混合EGR气体和进气空气以实现期望的EGR量/流量的延迟和混合EGR流抵达气缸可能导致EGR瞬时现象，其可能瞬时退化发动机效率。因而，为了补偿EGR瞬时现象和相关的发动机稀释瞬时现象，在t1，在EGR流（诸如，从第一EGR量至第二、更高EGR量）增大期间，可能将水喷射的直接喷射增加至第一水喷射量。其中，基于其燃烧稳定极限，使用直接喷射的水作为第二稀释剂。直接喷射的水的基本立即蒸发可能在气缸中提供基本立即蒸发效果，其补偿EGR瞬时现象并且允许基本立即提供期望的稀释。直接喷射的水量可能基于EGR流中的EGR量和期望的发动机稀释。因而，随着EGR流逐渐增大，水喷射可能减少（例如，减少至低于第一量的第二水喷射量），以便基本保持期望的发动机稀释水平。如图602中所示，水喷射的增大速度可能比水喷射的减少速度更快。通过调整和协调水喷射和EGR流，可立即提供期望的稀释。

在t2，虽然保持了发动机稀释要求，但是EGR可能变得燃烧稳定性受限。因而，在t2后，可将EGR水平保持在或者稍微低于燃烧稳定性受限水平。可通过响应调整VCT设置提供发动机稀释中的缺乏。如其中所示，在t2和t3之间，发动机稀释要求保持充分高。在该时间段期间，保持EGR水平，并且同时水直接喷射水平减少，VCT设置可能增加，以便满足所需的稀释。

在t3，响应发动机工况中的变化，所要求的稀释可能下降。在一个例子中，可能在踏板抬起（tip-out）期间要求更低稀释。响应所要求的发动机稀释减少，水喷射可能立刻减少（以允许发生稀释立即减少），其后，水喷射量可逐渐增加。在一个例子中，由于爆震关系，可能期望将直接喷射的水量保持在上部阈值601和下部阈值603之间。同时，在t2，EGR流量也可能减少。此外，可基于水直接喷射中的变化并且进一步基于EGR流的变化调整VCT设置。例如，在t3开始的EGR流减少期间，当要求的水喷射量小于下部阈值603时，水喷射量可恢复至t3和t4之间的下部阈值（或者如点段607所示，对于t3和t4之间的时间量，瞬时保持在下部阈值），同时对于相同时间量（t3和t4之间），VCT设置延迟（曲线608）。其中，通过基于直接喷射量调整VCT，可将水喷射报纸在维持爆震的阈值，同时至少部分并且由VCT临时提供期望的发动机稀释。

在替换例子（未示出）中，当要求发动机稀释并且当EGR流增加时，当所需的水喷射量大于上部阈值时，VCT可能提前。其中，可将水喷射以上部阈值量保持一定时间量（例如，瞬时），同时对相同时间段，VCT提前。应明白，使用的VCT调整（例如，VCT延迟或提前）可能基于VCT类型。因而，当VCT为第一类型时，可使用VCT提前，并且当VCT为第二、不同类型时，可使用VCT延迟，以实现期望的稀释效果。

在t5，响应发动机负荷比阈值低，并且EGR流比阈值高，可逐渐增大直接喷射的水量。其中，在较低发动机负荷，预期发动机负荷增加（诸如，由于突然tip-in），以及更高发动机稀释的响应需求，并且进一步预期更高EGR流延迟产生的潜在EGR瞬时现象（或者，稀释瞬时现象），直接喷射的水可能增多，即使只有较小量，以至少部分提供一些可能在发动机负荷预期增加期间要求的发动机稀释。因而，可在负荷变化的预期中有效地执行负荷水平调整。

通过该方式，可更好地预期和解决发动机稀释中的变化。通过基于预期发动机爆震确定发动机稀释要求，以及基于发动机负荷状况确定预期发动机负荷，以及通过调整可用于基于它们各自的燃烧稳定极限提供期望的发动机稀释的稀释剂的组合，可更好地解决爆震。通过基于可用稀释剂的燃烧稳定极限绘制发动机图，可增加发动机稀释控制。特别地，可增加发动机性能和稀释剂用途，同时增加发动机稀释的所有爆震解决收益。

注意，能够和各种发动机和/或车辆系统构造一起使用本文包括的例子控制和评估程序。本文所示的特定程序可能代表一种或更多任何数目的处理策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。同样地，可按照所示的顺序、并列或者在一些情况下省略执行所示的各种步骤、操作或功能。同样地，为了实现本文所述的例子实施例的特征和优点，不必要求该方法顺序，而是为了易于例证和说明提供该方法顺序。取决于使用的具体策略，可重复执行一个或更多例证动作或功能。此外，所述的步骤可能为图形表示代码，其将被变成到发动机控制系统中的计算机可读存储媒体中。

应进一步明白，本文公开的构造和方法本质上为例示性的，并且不应将这些特定实施例视为限制意义，因为可能有许多变体。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4和其他发动机类型。本公开的主旨包括本文公开的各种系统和构造以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖和非明显组合和子组合。

下文权利要求特别指出视为新颖和非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应将该权利要求理解为包括一个或更多该元件，而不需要或排除两个或更多该元件。可通过本权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中出现的新权利要求而要求公开特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合。该权利要求，无论范围上与原始权利要求是否更宽、更窄、相同或不同，都应被视为被包括在本公开的主旨之内。

Claims

1.一种运行发动机的方法，其包括：

通过组合多于一种的发动机稀释剂提供期望的发动机稀释，所述稀释剂基于各自燃烧稳定极限而被选择。

2.根据权利要求1所述的方法，其中每种稀释剂的燃烧稳定极限都基于所述稀释剂的类型。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述稀释剂的燃烧稳定极限基于所述稀释剂中的每种元素构成的浓度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述组合包括：选择具有第一更高燃烧稳定极限的第一稀释剂以提供至少一些期望的发动机稀释；以及

在所述第一稀释剂达到所述第一燃烧稳定极限后，选择具有比所述第一燃烧稳定极限低的第二燃烧稳定极限的第二稀释剂，以提供剩余的所述期望的发动机稀释。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一稀释剂包括EGR，并且其中所述第二稀释剂包括直接喷射的水。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述EGR的所述第一燃烧稳定极限基于再循环排气的二氧化碳浓度、氮浓度和水浓度中的每种浓度。

7.根据权利要求4所述的方法，其中基于所述组合中的每种稀释剂的所述燃烧稳定极限调整所述第一稀释剂和第二稀释剂的比例。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述调整包括，

在第一状况期间，增加所述第一稀释剂的第一量，同时减少所述第二稀释剂的第二量；以及

在第二状况期间，减少所述第一稀释剂的所述第一量，同时增加所述第二稀释剂的第二量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一状况包括发动机爆震状况，并且在所述第一状况期间，增加冷却的EGR或水喷射的第一量，而减少内部EGR或热EGR的第二量，并且其中，所述第二状况包括冷起动和低负荷发动机工况，并且在所述第二状况期间，增加热EGR或内部EGR的所述第二量，而减少冷却的EGR或水喷射的所述第一量。

10.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述组合中的每种稀释剂的所述燃烧稳定极限调整每种选择的稀释剂的量。