CN103726936A - 用于控制排气再循环的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制排气再循环的方法。公开了涉及控制发动机中的EGR的各种实施方式。在一个实施方式中，在第一温度以及第一发动机速度和负荷下将第一EGR量供应至汽缸。此外，在第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从第一温度增加至第二温度，在排气门关闭后并且在进气门打开前喷射第一燃料量，同时将大于第一EGR量的第二EGR量供应至汽缸。

Description

用于控制排气再循环的方法
背景技术
发动机可配置有排气再循环(EGR)系统，以将至少一些排气从发动机排气道转移至发动机进气道。通过控制EGR来提供期望的发动机稀释，可减少发动机泵气运转、发动机爆震以及NOx排放。例如，在部分节气门运行条件下，提供EGR至发动机的汽缸允许对于相同的发动机负荷使节气门更大程度地被打开。通过减少发动机的节流，可减少泵气损失，从而改进燃料效率。此外，通过提供EGR至发动机，可降低燃烧温度(特别是在其中EGR在被提供至汽缸之前冷却的实施中)。更冷的燃烧温度提供发动机抗爆震性能，并且因而增加发动机热效率。仍进一步地，EGR降低燃烧火焰温度，其减少在燃烧过程中产生的NOx的量。在一个实例中，在燃烧循环过程中，在进气门打开之后，将所有EGR和燃料提供至发动机的汽缸。
但是，本文发明人已经确认了这种方法的潜在问题。例如，提供至发动机汽缸的EGR的量可能受到其中燃烧稳定性下降的发动机稀释极限限制。
发明内容
因而，在一个实例中，以上问题中的一些可至少部分地通过包括下列步骤的方法解决：在第一温度以及第一发动机速度和负荷下，供应第一EGR量至汽缸；并且在第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从第一温度增加至第二温度，在排气门关闭后并且在进气门打开前喷射第一燃料量，以及在进气门打开后将大于第一EGR量的第二EGR量供应至汽缸。
通过在排气门关闭后并且在进气门打开前喷射一定量的燃料，燃料可与汽缸内的热的/温的条件相互作用。这种相互作用使至少一些燃料转化为化学自由基。然后，那些化学自由基担当催化剂，来增强在压缩行程和作功膨胀行程期间的燃烧。换句话说，通过在排气门关闭后并且在进气门打开前喷射燃料形成的额外的化学自由基减少了发动机稀释，相对于燃料仅在进气门打开后被喷射的方法，促进了具有增加量的EGR的稳定燃烧。增加的EGR浓度可降低发动机温度，减少排放并增加效率和发动机抗爆震性能。
在另一实施方式中，发动机系统包括：连接至发动机进气口和发动机排气口的汽缸；配置来将燃料直接喷射至汽缸的喷油器；用于将一定量的排气从发动机排气口再循环至发动机进气口的EGR系统；控制器，其包括处理器和保存指令的计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时：在第一发动机温度以及第一发动机速度和负荷下，通过EGR系统将第一EGR量供应至汽缸；并且在第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从第一发动机温度增加至第二发动机温度时，在排气门关闭后并且在进气门打开前通过喷油器喷射第一燃料量，同时在进气门打开后通过EGR系统将大于第一EGR量的第二EGR量供应至汽缸。
在另一实施方式中，在排气门关闭后在20度曲轴转角内喷射第一燃料量，并且在进气门打开后在20度曲轴转角内喷射第二燃料量。
在另一实施方式中，计算机可读介质进一步具这样的指令，当其由处理器执行时：在喷射第一燃料量和喷射第二燃料量之间基本上不喷射燃料。
在另一实施方式中，计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：在第一温度和第一发动机速度和负荷下，在进气门打开后喷射基本上等于第一燃料量和第二燃料量的总和的第三燃料量。
在另一实施方式中，计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：在大于第一发动机速度和负荷的第二发动机速度和负荷下，将小于第一EGR量的第三EGR量供应至汽缸。
在另一实施方式中，计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：在低于第一温度的第三温度下，将小于第一EGR量的第三EGR量供应至汽缸。
在另一实施方式中，第三温度低于相应于催化剂起燃温度的温度阈值，并且第三EGR量基本上是零。
在另一实施方式中，方法包括：在第一发动机温度下，在进气门打开后将第一燃料量喷射至汽缸，同时将第一EGR量供应至汽缸；并且在高于第一发动机温度的第二发动机温度下，在排气门关闭后并且在进气门打开前将第二燃料量喷射至汽缸，以及在进气门打开后将第三燃料量喷射至汽缸，同时将大于第一EGR量的第二EGR量供应至汽缸。
在另一实施方式中，方法进一步包括在喷射第二燃料量和喷射第三燃料量之间基本上不喷射燃料。
在另一实施方式中，第一燃料量基本上等于第二燃料量和第三燃料量的总和。
在另一实施方式中，方法进一步包括：在低于第一温度的第三温度下，将小于第一EGR量的第三EGR量供应至汽缸。
在另一实施方式中，方法包括：对于给定条件，在较低温度下，以较低的EGR量运行，并且在进气行程中在进气门打开后开始喷射单一直接燃料；并且对于给定条件，在较高温度下，以较高的EGR量运行，在排气门关闭后但是在进气门打开前开始喷射第一直接燃料，以及在进气门打开后开始喷射第二直接燃料。
在另一实施方式中，给定条件是给定的发动机速度和负荷，方法进一步包括在发动机汽缸内燃烧作为混合物的第一和第二喷射物，其中较低的EGR量大于零，其中仅在进气行程过程中喷射第二直接燃料，并且其中仅在进气门和排气门打开之间负气门重叠的过程中喷射单一直接燃料，其中第一和第二喷射包括用于燃烧循环——在其中它们燃烧——的所有喷射，并且其中对于在较低温度下的给定条件，在进气门和排气门打开之间负气门重叠的过程中不直接喷射至汽缸。
将理解，提供以上发明内容以简化形式介绍概念的选择——其随后在具体实施方式中进一步描述。不意味着确定所要求保护的主题的关键或实质特征，所述主题的范围通过所附权利要求限定。此外，所要求保护的主题不限制于解决本公开以上或任何部分指出的任何缺点的实施。
附图简述
图1显示了根据本公开实施方式的发动机系统。
图2显示了根据本公开实施方式用于控制发动机中的燃料喷射和EGR的方法的流程图。
图3显示了图解在第一发动机温度下控制燃料喷射的实例的图表。
图4显示了图解在第一发动机温度下控制EGR的实例的图表。
图5显示了图解在大于第一发动机温度的第二发动机温度下控制燃料喷射的实例的图表。
图6显示了图解在第二发动机温度下控制EGR的实例的图表。
图7显示了图解在大于第二发动机温度的第三发动机温度下控制燃料喷射的实例的图表。
图8显示了图解在第三发动机温度下控制EGR的实例的图表。
图9显示了图解由于不同燃料喷射事件产生的一氧化碳自由基的实例的图表。
图10显示了图解由于不同燃料喷射事件产生的二氢自由基的实例的图表。
具体实施方式
本说明涉及在一些条件下控制发动机以较高的EGR浓度运行，同时维持燃烧稳定性。特别地，方法包括在可被称为负气门重叠的接近排气门关闭的时间并且在进气门打开前喷射少量的燃料，随后喷射第二更大量用于燃烧。当第一喷射的燃料量与热汽缸中的残余排气混合时，至少一些燃料转化为化学自由基，其在随后的燃烧循环中担当用于燃烧的催化剂。换句话说，由负气门重叠过程中初始喷射形成的化学自由基促进稳定燃烧，甚至当汽缸中的EGR浓度增加时。在一个实例中，该控制方法可应用至包括EGR系统的直喷式发动机、火花点火式发动机，如图1中显示的。但是，本说明也可为柴油和可选燃料的发动机提供益处。因此，本公开不限于具体的发动机类型或具体的EGR系统构造。图2显示了用于控制发动机以较高的EGR浓度运行同时维持燃烧稳定性的方法的流程图。图3-8显示了当发动机和EGR系统根据图2的方法运行时所模拟的关注的信号。图9-10显示了由于不同燃料喷射事件产生的化学自由基水平的实例。
图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例性实施方式。发动机10可接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数和来自车辆驾驶员130通过输入装置132的输入。在该实例中，输入装置132包括加速器踏板和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的汽缸(本文也称为“燃烧室”)14可包括具有活塞138定位在其中的燃烧室外壁136。活塞138可连接至曲轴140，以使活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可通过传输系统连接至乘客车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机可通过飞轮连接至曲轴140，以使得发动机10能够开始运行。
汽缸14可通过一系列的进气道142、144和146接收进气。进气道146可与除汽缸14以外的发动机10的其它汽缸连通。在一些实施方式中，进气道中的一个或多个可包括增压装置如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1显示了配置有涡轮增压器的发动机10，所述涡轮增压器包括布置在进气道142和144之间的压缩机174和沿着排气道148布置的排气涡轮176。压缩机174可至少部分地经由轴180通过排气涡轮176供以能量，其中增压装置被配置为涡轮增压器。但是，在其它实例中，如在发动机10提供有机械增压器的情况下，排气涡轮176可任选地被省略，其中压缩机174可通过来自马达或发动机的机械输入供以能量。包括节流板164的节气门20可沿着发动机的进气道设置，用于改变提供至发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，节气门20可置于压缩机174的下游，如图1中显示的，或可选地可设置在压缩机174的上游。
排气道148可接收除汽缸14以外的发动机10的其它汽缸的排气。显示排气传感器128连接至排放控制装置178的排气道148的上游。传感器128可选自用于提供排气空/燃比的指示的各种适合传感器，例如，如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如所述的)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其它排放控制装置或它们的组合。
排气温度可通过位于排气道148内的一个或多个温度传感器(未显示)测量。可选地，可基于发动机运行条件如速度、负荷、空燃比(AFR)、点火延迟等推出排气温度。此外，排气温度可通过一个或多个排气传感器128计算。可理解，排气温度可以可选地通过本文列出的温度评估方法的任何组合评估。
发动机10的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，显示了汽缸14包括位于汽缸14的上部区域处的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施方式中，发动机10的每个汽缸——包括汽缸14——可包括位于汽缸的上部区域处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门150可经由凸轮驱动系统151通过凸轮驱动被控制器12控制。类似地，排气门156可经由凸轮驱动系统153通过控制器12控制。凸轮驱动系统151和153可每个包括一个或多个凸轮并且可利用可通过控制器12操作以改变阀门操作的凸轮轮廓转换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变阀门升程(VVL)系统中的一个或多个。进气门150和排气门156的操作可分别通过气门位置传感器155(未显示)和/或凸轮轴位置传感器157确定。在可选的实施方式中，进气门和/或排气门可通过电动气门驱动控制。例如，汽缸14可以可选地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动控制的排气门。在仍其它实施方式中，进气门和排气门可通过普通气门驱动器或驱动系统或可变气门正时驱动器或驱动系统控制。
汽缸14可具有压缩比，其是当活塞138处于底部中心与顶部中心时的体积的比。常规地，压缩比在9:1至10:1的范围内。但是，在其中使用不同燃料的一些实例中，可增加压缩比。例如，当使用更高的辛烷燃料或具有更高的蒸发潜热函(latent enthalpy)的燃料时，这可发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的作用，压缩比也可增加。
在一些实施方式中，发动机10的每个汽缸可包括用于引发燃烧的火花塞192。点火系统190可在选择的运行模式下响应来自控制器12的点火提前信号SA通过火花塞192提供点火火花至燃烧室14。但是，在一些实施方式中，火花塞192可省略，如当可能是一些柴油发动机的情况时，发动机10可通过自动点火或通过喷射燃料开始燃烧。
显示了直接连接至汽缸14的喷油器166，用于与经由电子驱动器168接收自控制器12的信号FPW的脉宽成比例地直接在其中喷射燃料。以此方式，喷油器166提供被认为是燃料至燃烧汽缸14的直接喷射(下文也称为“DI”)。尽管图1显示了喷射器166为侧面喷射器，但是其也可位于活塞的顶部，如火花塞192的位置附近。当以醇型燃料运行发动机时，由于一些醇型燃料的较低挥发性，这种活塞可增加混合和燃烧。可选地，喷射器可位于进气门的顶部和附近，以增加混合。可将燃料从包括燃料箱、燃油泵和燃料轨(rail)的高压燃料系统8输送至喷油器166。可选地，燃料可在较低压力下通过单级燃料泵输送。此外，燃料箱可具有将信号提供至控制器12的压力传感器。
应理解，尽管在一个实施方式中，发动机可经由单个直接喷射器通过喷射燃料运行；但在可选的实施方式中，发动机可通过使用两个喷射器(直接喷射器166和进气道喷射器)和改变每个喷射器的相对喷射量运行。
可在汽缸的单个循环期间将燃料通过喷射器输送至汽缸。此外，从喷射器输送的燃料的分布和/或相对量可随着运行条件，如发动机温度、环境温度等改变，如以下本文所述的。此外，对于单一燃烧事件，可每个循环执行所输送燃料的多次喷射。多次喷射可在压缩行程、进气行程或它们的任何适当组合的过程中执行。
如上所述，图1显示了多缸发动机的仅一个汽缸。因此，每个汽缸可类似地包括其自己的一组进气门/排气门、喷油器(一个或多个)、火花塞等。
发动机10可进一步包括EGR系统194，其包括一个或多个排气再循环通道，用于将来自发动机排气口的一部分排气再循环至发动机进气口。因此，通过再循环一些排气，可影响发动机稀释，其可通过减少发动机爆震、峰值汽缸燃烧温度和压力、节流损失和NOx排放，提高发动机性能。在所述的实施方式中，排气可经由EGR通道141从排气道148再循环至进气道144。提供至进气道148的EGR的量可经由EGR阀143通过控制器12改变。此外，EGR传感器145可在EGR通道内布置，并且可提供排气的一个或多个压力、温度和浓度的指示。
将明白，尽管图1的实施方式显示了通过在涡轮增压器压缩机上游的发动机进气口和涡轮下游的发动机排气口之间连接的LP-EGR通道提供低压力(LP-EGR)，但在可选的实施方式中，发动机可配置来经由在压缩机下游的发动机进气口和涡轮上游的发动机排气口之间连接的HP-EGR通道也提供高压EGR(HP-EGR)。在一个实例中，HP-EGR流可在如没有通过涡轮增压器提供的升压的条件下提供，同时LP-EGR流可在如在涡轮增压器升压的存在下和/或当排气温度在阈值以上时的条件中提供。当不同的HP-EGR和LP-EGR通道被包括时，各个EGR流可通过调整各个EGR阀控制。
控制器12在图1中显示为微型计算机，其包括微处理器单元106、输入/输出端108、用于可执行程序和校准值的电子存储介质——其在该具体实例中显示为只读存储器芯片110、随机存取存储器112、保持记忆体元件(keep alive memory)114和数据总线。例如，ROM110、RAM112或KAM114单独地或组合地可代表计算机可读介质，其是可编程的以保存通过处理器106可执行的指令，从而控制发动机10的运行。除了先前讨论的那些信号以外，控制器12可接收来自连接至发动机10的传感器的各种信号，包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量计(MAF)的测量；来自连接至曲轴140的霍尔传感器120(或其它类型)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)；和来自传感器124的歧管绝对压力信号(MAP)。发动机速度信号RPM可从信号PIP通过控制器12产生。在进气歧管中，来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供真空或压力的指示。其它传感器可包括连接至燃料系统的燃料箱(一个或多个)的燃料水平传感器和燃料组成传感器。
此外，控制器12可接收可指示涉及发动机10的各种温度的信号。例如，可将来自连接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却液温度(ECT)发送至控制器12。在一些实施方式中，传感器128可将排气温度的指示提供至控制器12。传感器181可将油温或油粘度的指示提供至控制器12。传感器182可将环境温度的指示提供至控制器12。一个或多个这些传感器可提供可由控制器12使用的发动机温度的指示，以控制发动机的操作。例如，在一些条件下，发动机温度和/或环境温度可用于与EGR阀143联合控制喷油器166，以提供增加的EGR，同时维持稳定燃烧，如将在以下进一步细节中讨论的。
在一个实例中，控制器12包括处理器和具有指令的计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时：在第一发动机温度和第一发动机速度和负荷下通过EGR系统194将第一EGR量供应至汽缸14。此外，在第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从第一发动机温度增加至第二发动机温度，在排气门关闭后并且在进气门打开前通过喷油器166喷射第一燃料量，同时在进气门打开后通过EGR系统194将大于第一EGR量的第二EGR量供应至汽缸。
通过在负气门重叠期间喷射第一燃料量，燃料可在汽缸中被加热，并且转化为化学自由基，其担当用于燃烧的催化剂。额外的化学自由基降低汽缸中的稀释水平，其允许在没有减少燃烧的情况下增加额外的EGR。以此方式，可减少燃料消耗，并且可增加发动机效率和发动机抗爆震性能。
在一些实施方式中，控制器12的计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：在第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从第一温度增加至第二温度，在进气门打开后喷射大于第一燃料量的第二燃料量。在一些情况中，在排气门关闭后并且在进气门打开前所喷射的第一燃料量可称为预喷射，并且在进气门打开后所喷射的第二燃料量可称为主喷射。在一个具体实例中，在排气门关闭后在20度曲轴转角内喷射第一燃料量，并且在进气门打开后在20度曲轴转角内喷射第二燃料量。将明白，主喷射的正时可基于运行条件如发动机速度和负荷变化。
在一些实施方式中，控制器12的计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：在喷射第一燃料量和喷射第二燃料量之间基本上不喷射燃料。通过在第一燃料量和第二燃料量之间不使用喷油器166，允许第一燃料量与汽缸中的残余排气相互作用，以适宜地转化为有助于稳定燃烧的化学自由基。将明白，喷射之间的正时可基于运行条件如发动机速度和负荷变化。
在一些实施方式中，控制器12的计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：在第一温度以及第一发动机速度和负荷下，在进气门打开后喷射基本上等于第一燃料量和第二燃料量的总和的第三燃料量。例如，在更小量的EGR提供至汽缸14的一些条件下，可免除预喷射以利于可以更小量的EGR提供稳定燃烧的更大的主喷射。
在一些实施方式中，控制器12的计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：在大于第一发动机速度和负荷的第二发动机速度和负荷下，将小于第一EGR量的第三EGR量供应至汽缸。例如，在更高发动机速度和负荷条件下，如在节气门全开(例如，踩下(tip-in)加速器)下，可将提供至汽缸14的EGR量减少，以利于增加发动机输出，满足高发动机负荷。
在一些实施方式中，控制器12的计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：在小于第一温度的第三温度下，将小于第一EGR量的第三EGR量供应至汽缸。例如，在一些条件下，如在低环境温度条件下，可减少提供至汽缸14的EGR量，因为EGR可将汽缸冷却至影响发动机运行的程度。在一个实例中，第三温度小于相应于催化剂起燃的温度阈值，并且第三EGR量基本上是零。换句话说，在冷的发动机条件下，可关闭EGR阀143，因此基本上没有EGR通过EGR系统194提供至汽缸14。以此方式，排气可提供至排放控制装置178，以将其更迅速地加热至催化剂起燃温度。
在以上所述的实施方式中，对于给定的发动机速度和负荷随着温度变化，燃料喷射和EGR被不同地控制，以当适时提供额外的EGR，同时维持稳定燃烧。特别地，在较低温度下，可在进气门打开后将较低的EGR量提供至汽缸，同时执行单一主燃料喷射。主喷射可提供适合量的化学自由基，以稳定燃烧较低的EGR量。此外，在较高温度下，可提供较高的EGR量，并且当将较高的EGR量提供至汽缸时，可将燃料喷射分为在负气门重叠期间执行的预喷射和在进气门打开后执行的主喷射。预喷射增加汽缸中的化学自由基的量，其降低允许较高的EGR量被稳定燃烧的汽缸中的稀释水平。
以上所述的实施方式控制给定的发动机速度和负荷的燃料喷射和EGR。应当明白，这仅仅是在给定条件下随着温度变化可控制燃料喷射和EGR的一个实例。在另一实施方式中，控制器12包括处理器和具有指令的计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时：对于给定条件，在较低温度下，以较低的EGR量运行，并且在进气行程过程中在进气门打开后单一直接燃料喷射开始。此外，对于给定条件，在较高温度下，以较高的EGR量运行，在排气门关闭后但在进气门打开前第一直接燃料喷射开始，并且在进气门打开后第二直接燃料喷射开始。
在一些实施方式中，控制器12的计算机可读介质进一步具有这样的指令，当其由处理器执行时：燃烧发动机汽缸中的作为混合物的第一和第二喷射物。在一些实施方式中，较低的EGR量大于零。在一些实施方式中，第二直接燃料喷射仅在进气行程过程中。在一些实施方式中，仅在进气门和排气门打开之间的负气门重叠过程中进行单一直接燃料喷射。在一些实施方式中，第一和第二喷射物包括在其中燃烧的用于燃烧循环的所有喷射物。在一些实施方式中，对于给定条件，在较低温度下，在进气门和排气门打开之间的负气门重叠过程中，不发生至汽缸的直接喷射。
注意，EGR和燃料喷射可基于燃烧稳定性极限控制，超过该极限可能存在增加的降低燃烧的可能性，其包括局部燃烧、熄火、增加的排气排放和/或降低的来自汽缸的扭矩输出。
以此方式，图1的系统使得运行发动机的方法能够进行，其中期望的发动机稀释通过结合多种发动机稀释剂提供，所选择的稀释剂基于各自的燃烧稳定性极限。
图2显示了在不同运行条件下用于控制燃料喷射和EGR的方法200的示例性实施方式。特别地，在一些运行条件下，调节燃料喷射以适应增加的EGR量，同时维持燃烧稳定性。在一个实例中，方法200可通过图1中显示的控制器12执行。在202，方法200可包括确定运行条件。确定运行条件可包括接受来自发动机10各种组件的信息。例如，控制器12可接收各种阀包括进气门150、排气门156、EGR阀143等的运行状态信息。此外，确定运行条件可包括监控发动机10的各种运行参数或接收来自连接至发动机10的各种传感器的信号。所监控的参数可包括，例如，发动机/汽缸温度、环境温度、排气温度、空/燃比、发动机稀释、发动机负荷、发动机速度等。
在204，方法200可包括确定发动机速度和负荷是否在指定的运行范围内。在一些实施方式中，所指定的运行范围包括节气门部分开启运行范围，其中可提供EGR以增加发动机效率。在一些实施方式中，所指定的运行范围可具有上阈值，其中EGR可被减少或未被提供，以利于提供增加的发动机输出以满足高发动机负荷。在一些实施方式中，所指定的运行范围可具有下阈值，其中EGR可被减少或未被提供，如在发动机怠速时。如果确定发动机速度和负荷在所指定的运行范围内，那么方法200移向206。否则，方法200移向218。
在206，方法200可包括确定发动机温度是否大于发动机温度阈值。在一个实例中，温度阈值响应于催化剂起燃温度。通常地，该确定可用于决定排气是否应当引导至排放控制装置加热或排气再循环。如果确定发动机温度大于温度阈值，那么方法200移向208。否则，方法200移向220。
在208，方法200可包括确定发动机温度是否正在增加。发动机温度的增加可指示更大量的EGR将被提供至发动机的汽缸以减少发动机爆震等的可能性的机会。如果确定发动机温度正在增加时，那么方法200移向210。否则，方法200移向216。
在210，方法200可包括在排气门关闭后并且在进气门打开前将第一量的燃料喷射至发动机的汽缸。在一个实例中，在排气门关闭后在20度曲轴转角内喷射第一燃料量。注意，第一量的燃料可接近于排气门关闭时被喷射，以允许燃料被加热，使得适合量的燃料转化为化学自由基，以增强燃烧。
在212，方法200可包括在进气门打开后将第二量的燃料喷射至汽缸。第二量的燃料可大于第一量的燃料。换句话说，第一次喷射可以是相对小量的燃料的预喷射，以担当用于燃烧的催化剂，并且第二次喷射可以是用于燃烧的充足量燃料的主喷射。在一个实例中，在进气门打开后对于给定的发动机速度和负荷在20度曲轴转角内喷射第二燃料量。但是，将明白，在一些情况中，第二次喷射的正时可随着发动机速度和负荷变化而变化。
在一些实施方式中，方法200可包括在喷射第一燃料量和喷射第二燃料量之间基本上不喷射燃料。换句话说，燃料喷射在两个喷射事件之间不是连续的。可在两个喷射事件之间不喷射燃料，以允许来自第一次喷射事件的燃料加热并转化为化学自由基，其担当催化剂以增强燃烧。
在214，方法200可包括在进气门打开后将第一量的EGR供应至发动机的汽缸。在一个实例中，第一EGR量可通过驱动图1中显示的EGR阀143供应。在一些实施方式中，将第一EGR量提供至汽缸，同时将第二燃料量喷射至汽缸。
在216，方法200可包括在进气门打开后将第三量的燃料喷射至汽缸。在一些实施方式中，第三量基本上等于第一燃料量和第二燃料量的总和。换句话说，对于给定的发动机速度和负荷，在燃烧循环过程中所喷射的燃料的量可能未改变，但是喷射燃料时的正时可基于温度和供应至汽缸的EGR的量改变。
在218，方法200可包括在进气门打开后将第二量的EGR供应至发动机的汽缸。第二量的EGR可小于第一量的EGR。可将较少量的EGR提供至汽缸，因为温度不是正在增加，并且因此可能需要较少的EGR用于抗爆震性能等。在一些实施方式中，可将第二量的EGR供应至汽缸，同时将第三量的燃料喷射至汽缸。
在220，方法200可包括在进气门打开后将第三量的EGR供应至发动机的汽缸。第三量的EGR可小于第二量的EGR。在一些实施方式中，第三EGR量基本上为零。例如，在排放控制装置在起燃温度以下时的冷的环境条件中，可关闭EGR，以利于将排气引导通过排放控制装置，用于加热目的。
在一些实施方式中，可在大于第一发动机速度和负荷的第二发动机速度和负荷下将第三量的EGR提供至汽缸。例如，在全节气门或高发动机负荷条件下，EGR量可相对于节气门部分开启条件而降低，以增加发动机输出，满足高发动机负荷。
对于给定的发动机速度和负荷，当温度正在增加时，通过在排气门关闭后并且在进气门打开前喷射燃料，燃料可转化为化学自由基。然后，那些化学自由基可担当催化剂，以在压缩和作功膨胀行程期间增强主燃烧。这种燃烧增强可增加燃烧稳定性，并且使得发动机能够在较高的EGR浓度下运行，用于更高的燃料效率和更低的排放，同时提高发动机抗爆震性能。
在另一实施方式中，方法可包括，对于给定条件，在较低温度下，以较低的EGR量运行并且在进气行程期间在进气门打开后开始单一直接燃料喷射。方法进一步包括，对于给定条件，在较高温度下，以较高的EGR量运行，在排气门关闭后但是在进气门打开前开始第一直接燃料喷射，并且在进气门打开后第二直接燃料喷射开始。在一些实施方式中，给定条件是给定的发动机速度和负荷。在一些实施方式中，方法进一步包括燃烧发动机汽缸内的作为混合物的第一和第二喷射物。在一些实施方式中，较低的EGR量大于零。在一些实施方式中，仅在进气行程过程中进行第二直接燃料喷射。在一些实施方式中，仅在进气门和排气门打开之间的负气门重叠过程中进行单一直接燃料喷射。在一些实施方式中，第一和第二喷射物包括在其中燃烧于用燃烧循环的所有喷射物。在一些实施方式中，对于给定条件，在较低温度下，在进气门和排气门打开之间的负气门重叠过程中不发生至汽缸的直接喷射。
将理解，本文公开的实例控制和评估程序可与各种系统配置一起使用。这些程序可表示一个或多个不同的处理策略如事件驱动、中断驱动、多重任务、多线程等。因此，所公开的工艺步骤(操作、功能和/或活动)可表示待被编程至电子控制系统中的计算机可读存储介质的代码。
将理解，在不脱离本公开范围的情况下，本文所描述和/或图解的工艺步骤中的一些可在一些实施方式中被省去。同样地，为了达到预期结果，可能不一定要求所指示的工艺步骤的顺序，但是被提供用于容易图解和描述。所图解的活动、功能或操作中的一个或多个可重复地执行，这取决于正被使用的具体策略。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标记，并且不意欲在它们的对象或元件上施加数字要求或具体位置顺序。
图3-8显示了当根据上述方法200运行EGR系统时，关注的模拟信号的图表。注意，对于所有图表，运行条件可包括相同的操作条件，如相同的发动机速度和负荷。图3和4显示了在第一发动机温度下在燃烧循环中对曲轴的曲轴转角度数绘出的燃料喷射和EGR阀控制信号的图表。图5和6显示了在大于第一发动机温度的第二发动机温度下在燃烧循环中对曲轴的曲轴转角度数绘出的燃料喷射和EGR阀控制信号的图表。图7和8显示了在大于第二发动机温度的第三发动机温度下在燃烧循环中对曲轴的曲轴转角度数绘出的燃料喷射和EGR阀控制信号的图表。
图3显示了在第一温度下喷油器(例如，图1的喷油器166)的控制指令信号。X-轴表示曲轴转角度数，并且曲轴转角度数从左至右增加。Y-轴表示喷油器指令信号。当信号在较高水平(例如，1)下时激发喷油器，以喷射燃料，并且在较低水平(例如，0)下时去激发以便不喷射燃料。特别地，对于给定条件在三个温度中的该最低温度下，在进气门打开后将第一燃料量喷射。在所图解的实例中，燃料量在390度曲轴转角下喷射。第一燃料量可以是用于燃烧循环所喷射的总燃料量。
图4显示了在第一温度下EGR阀(例如，图1的EGR阀143)的控制指令信号。X-轴表示曲轴转角度数，并且曲轴转角度数从左至右增加。Y-轴表示EGR阀指令信号。当信号在较高水平(例如，1)下时激发EGR阀，以将EGR打开并供应至汽缸，并且在较低水平(例如，0)下去激发以便关闭EGR并且不将EGR供应至汽缸。特别地，对于给定条件在三个温度中的该最低温度下，供应第一EGR量，同时第一量的燃料正被喷射至汽缸。在较低温度下，第一EGR量可以更小，或在一些情况中可以没有，因为太多EGR可超过期望地冷却汽缸。此外，排气可被转移至排放控制装置，用于加热而不是用于再循环为EGR。
图5显示了在第二温度下喷油器(例如，图1的喷油器166)的控制指令信号。X-轴表示曲轴转角度数，并且曲轴转角度数从左至右增加。Y-轴表示喷油器指令信号。当信号在较高水平(例如，1)下时激发喷油器，以喷射燃料，并且当在较低水平(例如，0)下时去激发以便不喷射燃料。特别地，对于给定条件在大于第一温度的第二温度下，在进气门打开后喷射第一燃料量。换句话说，对于第一温度和第二温度，同时喷射相同量的燃料。
图6显示了在第二温度下EGR阀(例如，图1的EGR阀143)的控制指令信号。X-轴表示曲轴转角度数，并且曲轴转角度数从左至右增加。Y-轴表示EGR阀指令信号。当信号在较高水平(例如，1)下时激发EGR阀，以将EGR打开并供应至汽缸，以及在较低水平(例如，0)下去激发以便关闭EGR并且不将EGR供应至汽缸。特别地，对于给定条件在第二温度下，在进气门打开后供应大于第一EGR量的第二EGR量。例如，随着温度从第一温度增加至第二温度，供应至汽缸的EGR的量可从第一EGR量增加至第二EGR量，因为EGR降低汽缸温度，并降低发动机爆震的可能性。可增加EGR量而不增加燃料喷射量至稀释极限——在该极限下燃烧下降。在所图解的实例中，将第二EGR量供应至汽缸，同时将第一量的燃料喷射至汽缸。此外，在所图解的实施方式中，第二EGR量是第一EGR量的两倍，但仅仅是一个非限制性实例，并且在不脱离本公开范围的情况下，可随着温度增加将任何适合增加的EGR供应至汽缸。
图7显示了在第三温度下喷油器(例如，图1的喷油器166)的控制指令信号。X-轴表示曲轴转角度数，并且曲轴转角度数从左至右增加。Y-轴表示喷油器指令信号。当信号在较高水平(例如，1)下时激发喷油器，以喷射燃料，并且当在(例如，0)较低水平下时去激发以便不喷射燃料。特别地，对于给定条件在大于第一温度和第二温度的第三温度下，在排气门关闭后并在进气门打开前喷射第二燃料量。第二量的燃料担当预喷射，其增加化学自由基，这降低了汽缸中的稀释水平以适应额外的EGR，同时维持稳定燃烧。在所图解的实施方式中，在排气门关闭(例如，333度曲轴转角)后，稍微喷射第二燃料量。第二燃料量可在接近于排气门关闭时喷射，以允许燃料与所加热的汽缸更大的相互作用，从而促进燃料向化学自由基的转化。
此外，在进气门打开后喷射第三燃料量。第三燃料量是主喷射，以促进在燃烧循环的压缩和点火行程过程中燃烧。在所图解的实例中，第三燃料量在390度曲轴转角下喷射。在一些实施方式中，第一燃料量(图3和5中显示的)可基本上等于第二燃料量和第三燃料量的总和。换句话说，在每个不同温度下所喷射的燃料量可能不变。而是，喷射总燃料量的部分的正时变化。
图8显示了在第三温度下EGR阀(例如，图1的EGR阀143)的控制指令信号。X-轴表示曲轴转角度数，并且曲轴转角度数从左至右增加。Y-轴表示EGR阀指令信号。当信号在较高水平(例如，1)下时激发EGR阀以将EGR打开并供应至汽缸，并且在较低水平(例如，0)下去激发以便关闭EGR以及不将EGR供应至汽缸。特别地，对于给定条件在第三温度下，在进气门打开后供应大于第一EGR量和第二EGR量的第三EGR量。例如，随着温度从第二温度增加至第三温度，供应至汽缸的EGR的量可从第二EGR量增加至第三EGR量，因为EGR降低汽缸温度，并且降低发动机爆震的可能性。在未增加燃料喷射量的情况下，通过将总燃料量分为预喷射和主喷射，EGR量可从第二EGR量增加至第三EGR量。在燃烧时预喷射增加汽缸中的化学自由基的数目，其降低汽缸的稀释水平，以适应额外的EGR，同时维持稳定燃烧。
在所图解的实例中，供应第三EGR量，同时将第三量的燃料喷射汽缸。此外，在所图解的实施方式中，第三EGR量多于第二EGR量的量的三分之一，但这仅仅是一个非限制性实例，并且在不脱离本公开的范围的情况下随着温度增加可将任何适合增加的EGR供应至汽缸。
注意，在上述实例中，进气门和排气门的正时仅仅是一个非限制性实例，并且可采用其它打开和关闭正时。此外，在一些实施方式中，气门正时可随着温度变化或随着发动机速度和负荷变化而变化。
图9和10显示了图解由于在排气门关闭后并且在进气门打开前执行预喷射产生的化学自由基的增加的图表。参照图9，图表的X-轴表示曲轴转角度数，并且曲轴转角度数从左至右增加。Y-轴表示残留在发动机的汽缸中的一氧化碳(CO)化学自由基，以份每百万(PPM)计。由在排气门关闭后并在进气门打开前执行的预喷射产生的CO微粒水平由实线表示。由没有预喷射产生的CO微粒水平由虚线表示。参照图10，图表的X-轴表示曲轴转角度数，并且曲轴转角度数从左至右增加。Y-轴表示残留在发动机的汽缸中的二氢(H2)化学自由基，以份每百万(PPM)计。由在排气门关闭后并在进气门打开前执行的预喷射产生的H2微粒的水平由实线表示。由没有预喷射产生的H2微粒的水平由虚线表示。
从排气门关闭(例如，330度曲轴转角)开始，因为排气门是打开的，汽缸中的CO和H2水平在该段时期都降低。从排气门关闭(例如，330度曲轴转角)至进气门打开(例如，380度曲轴转角)，因为汽缸是关闭的，CO和H2水平几乎都未改变。在进气门打开后，因为更多的空气进入汽缸，总的汽缸中的质量增加，并且CO和H2可与空气反应，并且因而以份每百万计的CO和H2在主喷射(例如，390度曲轴转角)之前都减少。在一定时期的喷射后，所蒸发的燃料蒸汽被汽缸壁加热，并且使化学动力学过程加速以产生更多的CO和H2。在预喷射的情况中，可看出与没有预喷射的情况相比产生更多的CO和H2化学自由基。通过在汽缸内产生更多的化学自由基，可增加下次燃烧循环的燃烧速率，其允许EGR增加，同时维持稳定燃烧。
最后，将理解，本文描述的物品、系统和方法本质上是示例性的，并且这些具体实施方式或实例不以限制意义被考虑，因为考虑许多变化。因此，本公开包括本文公开的各种系统和方法的所有新颖和非显而易见的组合和子组合以及其任何和所有等价形式。

Claims (10)

1.一种方法，其包括：
在第一温度以及第一发动机速度和负荷下，将第一EGR量供应至汽缸；并且
在所述第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从所述第一温度增加至第二温度，在排气门关闭后并且在进气门打开前喷射第一燃料量，以及在进气门打开后将大于所述第一EGR量的第二EGR量供应至所述汽缸。
2.权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从所述第一温度增加至所述第二温度，在进气门打开后喷射大于所述第一燃料量的第二燃料量。
3.权利要求2所述的方法，其中在排气门关闭后在20度曲轴转角内喷射所述第一燃料量，并且在进气门打开后在20度曲轴转角内喷射所述第二燃料量。
4.权利要求2所述的方法，进一步包括：
在喷射所述第一燃料量和喷射所述第二燃料量之间，基本上不喷射燃料。
5.权利要求2所述的方法，进一步包括：
在所述第一温度以及所述第一发动机速度和负荷下，在进气门打开后喷射基本上等于所述第一燃料量和所述第二燃料量的总和的第三燃料量。
6.权利要求1所述的方法，进一步包括：
在大于所述第一发动机速度和负荷的第二发动机速度和负荷下，将小于所述第一EGR量的第三EGR量供应至所述汽缸。
7.权利要求1所述的方法，进一步包括：
在小于所述第一温度的第三温度下，将小于所述第一EGR量的第三EGR量供应至所述汽缸。
8.权利要求7所述的方法，其中所述第三温度小于相应于催化剂起燃温度的温度阈值，并且所述第三EGR量基本上为零。
9.发动机系统，其包括：
汽缸，其连接至发动机进气口和发动机排气口；
喷油器，其配置为直接将燃料喷射至所述汽缸；
EGR系统，其用于将一定量的排气从所述发动机排气口再循环至所述发动机进气口；
控制器，其包括指令，当所述指令执行时：
在第一发动机温度以及第一发动机速度和负荷下，经由所述EGR系统将第一EGR量供应至所述汽缸；并且
在所述第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从所述第一发动机温度增加至第二发动机温度，在排气门关闭后并且在进气门打开前通过所述喷油器喷射第一燃料量，同时在进气门打开后将大于所述第一EGR量的第二EGR量通过所述EGR系统供应至所述汽缸。
10.权利要求9所述的发动机系统，其中进一步具有这样的指令，当其被执行时：
在所述第一发动机速度和负荷下，随着发动机温度从所述第一温度增加至所述第二温度，在进气门打开后喷射大于所述第一燃料量的第二燃料量。
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