CN103967629A - 用于发动机控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在被配置为以多种燃料运转的发动机系统中用于在高发动机负荷的情况下降低排气温度的方法和系统。通过气体燃料，诸如CNG的喷射来提供化学计量汽缸运转。响应于升高的排气温度，通过喷射液体燃料，诸如汽油使汽缸富化，同时维持CNG的喷射，并且同时将火花正时维持在MBT。

Description

用于发动机控制的方法和系统

技术领域

本申请涉及利用压缩天然气来调整双燃料的车辆中的发动机运转。

背景技术

为了缓解传统燃料的价格上涨，并且为了减少排气排放，替代燃料已经被开发。例如，天然气已经被认为是有吸引力的替代燃料。对于汽车应用而言，天然气可以被压缩，并且作为气体在高压下被存储在汽缸中。利用适合于CNG燃料的特定物理和化学性质的各种发动机技术和喷射技术，各种发动机系统可以用于CNG燃料。例如，单一燃料的发动机系统可以被配置为仅以CNG允许，而多种燃料的系统可以被配置为以CNG和一种或更多种其它燃料（诸如汽油或汽油混合液体燃料）运转。基于发动机工况，发动机控制系统可以使这样的多种燃料的系统以各种运转模式运转。

Surnilla等人在US7,703,435中描述了一种示例多种燃料的系统。其中，发动机被配置为以CNG、汽油或两者的混合物运转。在特定工况下，基于每个燃料存储箱中可用的燃料量，以及基于可用燃料的类型和特性，选择燃料用于使发动机运转。例如，通过在高驾驶者需求期间选择特定燃料可以延长车辆里程。作为另一示例，通过针对发动机启动情况储存特定燃料可以改善发动机排放。

然而，发明人在此已经认识到‘435的方法不能利用可用燃料的所有特性。例如，该方法没有考虑可用燃料的可燃性极限。由于每种燃料的可燃性极限对燃料的辛烷、扭矩输出和爆燃解决能力有影响，所选燃料喷射曲线可能具有扭矩损失问题、抗爆燃问题，和/或可能需要使用很大程度的火花延迟。因此，这些中的任一都会导致燃料经济性降低。

发明内容

在一个示例中，通过利用可用燃料包括可燃性极限的所有特性的发动机方法可以解决上述问题中的一些。该方法包括，在高负荷的情况下，当以第一气体燃料运转时，响应于升高的排气温度，通过第二液体燃料的喷射使发动机富化，同时维持火花正时。

作为一个示例，发动机可以被配置为以第一气体燃料，诸如CNG和第二液体燃料，诸如汽油运转。在高负荷的情况下，发动机可以以至少一些CNG运转，从而提供最小化液体燃料的消耗同时满足扭矩需求的益处。换句话说，系统可以被配置为优先使用低成本、高辛烷的气体燃料。例如，CNG可以被进气道喷射到发动机汽缸内，进气道喷射基于汽缸中接收的进气，以便使汽缸以大致在化学计量或化学计量附近的燃烧空燃比运转。响应于经历的升高的排气温度同时在高发动机负荷下运转，可以通过经由增加液体燃料的喷射而使发动机汽缸富化来实现排气冷却。例如，当排气温度增加至阈值温度之上时，汽油可以被直接喷射到汽缸内，从而提供比化学计量更富的燃烧空燃比。同时，可以维持CNG的喷射，同时还将火花正时维持在MBT。例如，当为满足扭矩需求使汽缸以100%CNG（即，供给对应于进气量的100%的CNG）运转时，可以利用多达15%的汽油（即，供给对应于进气量的15%的额外的汽油）使汽缸富化。尽管示例作为100%CNG和15%汽油被提及，可代替地，相同的示例也可以被表示为在15%总富化程度下87%CNG和13%汽油的燃料比例。

这种方法提供各种益处。首先，CNG的辛烷可以被用来满足扭矩需求而不需要火花延迟，而汽油的更宽的可燃性极限（例如，在0.6至1.5λ的范围内）被有利地用来冷却排气。通过利用CNG为发动机提供动力以及利用汽油来冷却发动机，需要比在发动机仅以汽油运转的情况下所要求的更小程度来富化冷却发动机。因此，这改善了燃料经济性。通过减少对火花延迟（要不然将会在发动机仅以汽油运转的情况下被需要）的需要，减少了扭矩损失和功率损失。还通过减少对节气门调整（要不然将会被需要以降低排气温度）的需要，同样减少了由于更低的进气充气而导致的扭矩损失。总的来说，在没有遭受功率损失的情况下以及在没有使燃料经济性退化的情况下实现排气冷却。

在另一示例中，以第一气体燃料运转包括，基于汽缸中的进气调整喷射到汽缸内的第一燃料的量，以便使发动机以大致化学计量的燃烧空燃比运转。

在另一示例中，使发动机富化包括，维持以第一气体燃料运转，同时增加喷射到汽缸内的第二燃料的量，以便以总体富燃的空燃比运转，基于升高的排气温度调整第二燃料的量。

在另一示例中，不响应于升高的排气温度调整第一燃料的量，并且其中响应于升高的排气温度仅调整第二燃料的量，所述调整包括基于升高的排气温度与阈值温度之间的差值调整第二燃料的量。

在另一示例中，基于升高的排气温度调整第二燃料的量包括，当排气温度与阈值温度之间的差值增加时，增加喷射到汽缸内的第二燃料的量，同时维持喷射到汽缸内的第一燃料的量。

在另一示例中，增加喷射到汽缸内的第二燃料的量包括，响应于升高的排气温度增加第二燃料的量，直至总体富燃空燃比处在阈值富燃空燃比。

在另一示例中，该方法还包括，响应于在到达阈值富燃空燃比之后仍超过阈值温度的排气温度，减小进气节气门的打开，同时维持喷射的第一燃料的量以提供化学计量燃烧空燃比，并且同时维持第二燃料的量以提供富燃空燃比。

在另一示例中，维持火花正时包括将火花正时维持在峰值扭矩正时或MBT。

在另一示例中，发动机方法包括：将第一气体燃料的第一量进气道喷射到发动机汽缸内，以提供化学计量燃烧空燃比；以及响应于升高的排气温度，同时维持第一燃料的第一量的喷射，并且同时维持火花正时，将第二液体燃料的第二量直接喷射到汽缸内，以提供比化学计量更富的燃烧空燃比。

在另一示例中，第二燃料的第二量基于升高的排气温度，第二量随着排气温度与阈值温度之间的差值的增加而增加，直至到达比化学计量燃烧空燃比更富的阈值。

在另一示例中，该方法还包括，在到达比化学计量燃烧空燃比更富的阈值之后，维持第一燃料的第一量以及第二燃料的第二量的喷射，并且利用节气门调整解决升高的排气温度。

在另一示例中，维持火花正时包括将火花正时维持在峰值扭矩正时。

在另一示例中，提供了一种发动机系统。该系统包括：发动机汽缸；第一进气道喷射器，其被配置为将第一气体燃料进气道喷射到汽缸内；第二直接喷射器，其被配置为将第二液体燃料直接喷射到汽缸内；火花塞，用于点燃汽缸中的燃料混合物；以及控制器，其具有如下计算机可读指令，用于：通过喷射第一燃料与第二燃料的可变比例使汽缸在化学计量运转；以及响应于升高的排气温度，通过选择性地增加第二燃料的喷射同时维持第一燃料的喷射，同时还将维持火花点火正时在MBT而富化汽缸，所述富化基于升高的排气温度。

在另一示例中，基于升高的排气温度的富化包括，当排气温度超过阈值温度时，增加富化的程度，直至到达富化的阈值程度。

在另一示例中，在富化期间喷射的第二燃料的量基于第二燃料的可燃性极限、第二燃料的辛烷率和第二燃料的醇含量中的一个或更多个。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地确定主题的范围。此外，要求保护的主题不限于解5决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了被配置为以液体燃料和气体燃料运转的多种燃料的发动机系统的示意绘图。

图2示出了用于响应于升高的排气温度调整多种燃料的发动机系统10中的燃料喷射曲线的示例流程图。

图3-4示出了在高发动机负荷下响应于升高的排气温度对第一液体燃料和第二气体燃料的燃料喷射曲线的示例调整。

图5示出了描述了（用CNG和汽油）共同供给燃料的方法与仅供给CNG或仅供给汽油的方法相比在不同发动机转速-负荷区域处的扭矩益处的示例映射图。

具体实施方式

提供了用于在多种燃料的发动机系统（诸如图1的系统）中冷却排气的方法和系统。控制器可以被配置为，通过增加第二液体燃料的喷射，使在高发动机负荷下以第一气体燃料运转的发动机汽缸富化，从而降低排气温度。例如，控制器可以执行诸如在图2中描述的控制程序，以便增加已经以CNG运转的汽缸的汽油喷射，同时维持火花正时，从而在发动机负荷下冷却发动机排气。在本文中，参照图3-4描述了多种燃料的系统中的示例调整。在图5处详尽阐述了通过共同供给燃料的使用而实现的扭矩和冷却益处。以此方式，可以解决升高的排气温度，而不减少发动机输出。

图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以至少部分地被包括控制器12的控制系统以及被经由输入装置132来自车辆操作者130的输入控制。在这个示例中，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（即燃烧室）14可以包括燃烧室壁136，活塞138被设置在其中。活塞138可以被联接至曲轴140，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统联接至客车的至少一个驱动轮。此外，启动马达可以经由飞轮联接至曲轴140，以实现发动机10的启动运转。

汽缸14可以经由一系列进气道142、144和146接收进气。除了汽缸14外，进气道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气道可以包括增压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置为具有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括在进气道142与144之间布置的压缩机174和沿排气道148布置的涡轮176。压缩机174可以通过轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力，其中增压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他示例中，例如在发动机10装备有机械增压器的示例中，排气涡轮176可以被选择性地省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门162沿发动机的进气道设置，以便改变提供给发动机汽缸的进气流速和/或进气压力。例如，节气门162可以被布置在压缩机174的下游，如在图1中所示的，或可替代地，可以被提供在压缩机174的上游。

除了汽缸14外，排气道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。氧传感器128被显示为联接至排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，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、各种其他排放控制装置或其组合。发动机10可以包括在194处大致指示的排气再循环（EGR）系统。EGR系统194可以包括沿EGR管道198布置的EGR冷却器196。另外，EGR系统可以包括沿EGR管道198布置的EGR阀197，以便调节被再循环至进气歧管144的排气量。

发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸14被显示为包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升气门150和至少一个排气提升气门156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸（包括汽缸14）可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。

进气门150可以由控制器12通过致动器152控制。类似地，排气门156由控制器12通过致动器154控制。在一些情况下，控制器12可以改变提供给致动器152和154的信号，从而控制各个进气门和排气门的打开与关闭正时和/或升程量。进气门150和排气门156的位置可以由各自的气门位置传感器（未示出）确定。气门致动器可包括电子气门致动或凸轮致动，或者它们的组合。在凸轮致动的示例中，每个凸轮致动系统可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用由控制器12操作的凸轮轮廓线变换（CPS）、可变凸轮正时（VCT）、可变气门正时（VVT）和/或可变气门升程（VVL）系统中的一个或更多个，以改变气门运转。例如，汽缸14可以可替代地包括通过电子气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其他实施例中，进气和排气门可以由共同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。

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。在选择的运转模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统190可以经由火花塞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可以被省略，例如在发动机10可以通过自动点火或燃料喷射开始燃烧的示例中，如在一些柴油发动机的情况。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有一个或更多个燃料喷射器，其用于将燃料提供至汽缸内。作为非限制性的示例，汽缸14被示出为包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166被示出为直接联接至汽缸14，以便经由电子致动器168与从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进的汽缸14中。以此方式，燃料喷射器166提供了到汽缸14的燃烧室内的所谓的燃料直接喷射（在下文中被称为“DI”）。尽管图1将喷射器166示为侧喷射器，但其也可以位于活塞的上部，诸如靠近火花塞192的位置。燃料可以从第一燃料系统172输送至燃料喷射器166，第一燃料系统172可以是液体（例如，汽油、乙醇或其组合）燃料系统，包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。在图1所示的一个示例中，燃料系统172可以包括燃料箱182和检测燃料箱182中的存储量的燃料传感器184（例如，液位传感器）。可替代地，燃料在较低压力下通过但级燃料泵输送，在此情况下，燃料直接喷射的正时在压缩行程期间会比使用高压燃料系统的情况下更受限制。

燃料喷射器170被显示为以如下构造布置在进气道146中，而非布置在汽缸14中，该构造提供了到汽缸14上游的进气道的所谓的燃料的进气道喷射（在下文中被成为“PFI”）。燃料喷射器170可以经由电子致动器171与从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射燃料。燃料可以通过第二燃料系统173输送至燃料喷射器170，第二燃料系统173可以是高压燃料系统，包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道。在图1所示的一个示例中，燃料系统173包括加压气体燃料箱183和检测燃料箱183中的燃料压力的燃料压力传感器185。注意，单个驱动器168或171可以用于两个燃料喷射系统，或如所描述的，可以使用多个驱动器，例如用于燃料喷射器166的驱动器168和用于燃料喷射器170的驱动器171。燃料系统173可以是气体燃料系统。例如，气体燃料可以包括CNG、氢气、LPG、LNG等或其组合。应认识到，在本文中所提及的气体燃料是这样的燃料，该燃料在大气条件下是气体，但在燃料系统中的高压（具体地，超过饱和压力）下可以是液体形式。与之相比，在本文中所提及的液体燃料是在大气条件下为液体的燃料。

应认识到，尽管所描述的实施例被配置为，通过直接喷射输送一种燃料，而通过进气道喷射输送另一种燃料，但在另一实施例中，发动机系统可以包括多个进气道喷射器，其中气体燃料和液体燃料的每个通过进气道喷射输送至汽缸。同样，在其他实施例中，发动机系统可以包括多个直接喷射器，其中气体燃料和液体燃料的每个通过直接喷射输送至汽缸。

不同燃料的输送可以被称为燃料类型，因此可以通过相比于气体燃料相对更多或更少地喷射液体燃料来改变燃料类型，或反之亦然。

控制器12在图1被示为微型计算机，包括微处理单元（CPU）106、输入/输出端口（I/O）108、在这个具体示例中作为只读存储片（ROM）110示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器（RAM）112、保活存取器（KAM）114和数据总线。控制器12可以接收来自联接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括来自质量空气流量传感器124的进气质量空气流量计（MAF）的测量；来自联接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却液温度（ECT）；来自联接至曲轴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122的歧管绝对压力信号MAP。发动机转速信号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内的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，例如有MAF传感器而没有MAP传感器，反之亦然。在化学计量运转期间，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器连同所检测的发动机转速可以提供进入气缸内的充气（包括空气）的估算。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的传感器120可以在曲轴的每次旋转产生预定数量的等间距脉冲。

如上所述，图1仅示出了多缸发动机中的一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气/排气门、燃料喷射器（多个燃料喷射器）、火花塞等。

如在本文中参照图2所描述的，发动机控制器可以将第一气体燃料中的一种或更多种（诸如CNG）喷射至发动机汽缸（例如，经由进气道喷射器170），而将第二液体燃料（诸如汽油）喷射至发动机汽缸（例如，经由直接喷射器166），从而满足发动机扭矩需求。另外，在发动机排气温度（或燃烧室温度）升高时的情况下，诸如在高发动机负荷的情况下，可以通过利用增加液体燃料的喷射而使汽缸富化来实现汽缸冷却。具体地，气体燃料喷射（例如，100%CNG，其中CNG到汽缸内的供给对应于汽缸进气量的100%）可以被用来满足发动机功率需求，而液体燃料喷射（例如，0-15%汽油，其中CNG到汽缸内的供给对应于汽缸进气量的0-15%）被用来冷却汽缸。这允许在不需要节气门或火花正时调整以及不损害发动机功率的情况下实现排气冷却。通过利用气体燃料来满足扭矩需求，液体燃料的可燃性限制能够被扩大（例如，至0.6-1.5λ值），从而允许在燃烧稳定性问题出现之前容忍更大程度的富化。这种与直觉相反的效果是因为由于气体燃料的更高辛烷而将火花基本维持在MBT的能力。当空气的基本燃料需要被气体燃料所涵盖时，与仅汽油运转相关的极端火花延迟的“负的/消极的”燃烧稳定性由此被消除。另外，该组合平衡了两种燃料的好处，使得能够通过利用在使用任何一种燃料本来所需的非常小的富化量实现排气冷却。在本文中参照图3-4详细阐述了在排气冷却期间使用的示例燃料喷射曲线。

以此方式，图1的系统能实现这样使发动机运转的方法，其中在高负荷的情况下，当以第一气体燃料运转时，响应于升高的排气温度，通过第二液体燃料的喷射使发动机富化，同时充分维持MBT火花正时。例如，通过利用CNG使汽缸以化学计量运转，而利用汽油使汽缸富化，可以通过燃烧CNG来满足发动机扭矩需求，而汽油喷射被用来冷却排气。

现在转向图2，示出了示例程序200，其用于调整多种燃料的发动机系统（诸如图1的发动机系统）中的燃料喷射曲线，以便降低排气温度，而不会使发动机性能退化，特别是在高发动机负荷的情况下。

在202处，程序包括估计和/或测量发动机工况。这些可以包括，例如，发动机转速、发动机温度、排气催化剂温度、升压水平、MAP、MAF等。在204处，多种燃料的发动机系统的燃料箱中的燃料的性质和可用性可以被确定。例如，燃料箱燃料水平传感器的输出可以被用来估计每个燃料箱中的燃料的可用性。作为另一示例，可以确定可用的气体燃料是否是CNG、LPG、氢气等。作为另一示例，可以估计液体燃料的醇含量，以便确定可用液体燃料的成分（例如，液体燃料是否是E10、E50、E85、M85等）。

在206处，基于估计的发动机工况和确定的发动机的燃料系统中的燃料的可用性，燃料喷射曲线可以被确定。具体地，燃料喷射曲线可以包括被喷射到发动机汽缸内的第一气体燃料（诸如CNG）量和/或第二液体燃料（诸如汽油）量，以便使汽缸在化学计量运转。在一个示例中，可以通过仅第一气体燃料的喷射使发动机运转，其中基于汽缸中接收的进气调整喷射到发动机汽缸内的第一燃料量，以便使发动机以化学计量燃烧空燃比运转。在本文中，第一气体燃料可以作为进气道喷射被输送至汽缸。在另一示例中，通过仅第二液体燃料的喷射使发动机运转，其中基于汽缸中接收的进气调整喷射到发动机汽缸内的第二燃料量，以便使发动机以化学计量燃烧空燃比运转。在本文中，第二液体燃料可以作为直接喷射被输送至汽缸。在另一示例中，可以为发动机汽缸共同供给以基于汽缸中接收的进气进行调整的第一和第二燃料量喷射到汽缸内的第一气体燃料中的至少一些和第二液体燃料中的至少一些以便使发动机以化学计量燃烧空燃比运转。在本文中，第一气体燃料可以作为进气道喷射被输送至汽缸，而第二液体燃料作为直接喷射被输送至汽缸。

在208处，可以确定发动机是否以至少一些CNG运转。例如，可以确定是否通过仅CNG或至少一些CNG的喷射提供化学计量发动机运转。如果发动机以至少CNG运转，那么在212处，可以确定升高的排气温度情况是否存在。在一个示例中，当在高发动机负荷下运转时，排气温度会变高，从而导致不正常燃烧事件（诸如爆燃、失火或发动机材料损害）的倾向增加。如果排气温度（Texh）不高于阈值温度，那么在214处，可以维持在206处确定的喷射曲线。

如果排气温度高于阈值温度，那么在220处，可以确定第二液体燃料是否可用于解决升高的排气温度。如果是，那么在224处，当以第一气体燃料运转时，响应于升高的排气温度（例如，在高负荷的情况下），程序包括通过第二液体燃料的喷射使发动机富化，同时维持火花正时。具体地，基于汽缸中的进气可以先确定喷射到汽缸内的第一燃料量，以便使发动机以化学计量燃烧空燃比运转。那么，当维持以第一气体燃料运转时，喷射到汽缸内的第二液体燃料量可以增加，以便使汽缸以整体富燃空燃比运转。此外，火花正时可以被维持在大致MBT处。例如，火花正时可以被维持在峰值扭矩正时处。

应认识到，在替代的示例中，维持火花正时包括将火花正时维持在不是MBT的正时处。即，应用的火花延迟或火花提前量可以被维持。例如，可以存在这样的情况，其中即使具有有限的辛烷，火花提前角不基于汽缸爆燃被提前，而是基于燃烧压力上升速率被提前。在这些示例中，发动机可以处在这样的运转点，在此基于压力上升速率考虑自MBT延迟火花。其中，火花延迟设定可以被维持，同时调整第一气体燃料和第二液体燃料的喷射。

在本文中，基于升高的排气温度调整第二燃料量。调整可以包括基于升高的排气温度与阈值温度之间的差值调整第二燃料量。例如，当排气温度（测得的或推测的）与阈值温度之间的差值增加时，喷射到汽缸内的第二燃料量可以增加，同时喷射到汽缸内的第一燃料量被维持。换句话说，更多的液体第二燃料在更高的排气温度下被额外地喷射到汽缸内，更少的液体第二燃料在更低的排气温度下被额外地喷射到汽缸内，始终维持第一气体燃料的喷射。应认识到，不响应于升高的排气温度调整第一气体燃料量，并且响应于升高的排气温度的仅调整第二液体燃料量。还应认识到，始终喷射第二燃料，以使汽缸富化并冷却排气，第一气体燃料的喷射被维持在与汽缸中的新鲜进气有关的化学计量。在一个示例中，燃料喷射曲线可以包括100%CNG以及用于冷却排气的多达15%的汽油。在本文中，汽油被用来加宽可燃性极限，而CNG被用来消除爆燃极限。不仅两种燃料的使用改善了燃烧稳定性极限（通过加宽可燃性极限），而且经由燃料的组合的使用而实现的功率增益高于通过单独使用任一燃料而实现的功率增益。以此方式，排气冷却被实现，而不会引起扭矩损失。

因此，使汽缸以100%CNG和15%汽油运转，意味着为汽缸供给对应于进气量的100%的CNG，以满足扭矩需求，同时以对应于进气量的15%的额外汽油使汽缸富化。应认识到，可替代地，作为参考的100%CNG和15%汽油的示例可以被表示为在15%总富化程度下87%CNG和13%汽油的燃料比例。

在替代的示例中，燃料喷射曲线可以包括60%CNG和用于冷却排气的多达10%汽油（即，为汽缸供给对应于进气量的60%的CNG，并且为汽缸供给对应于进气的15%的汽油）。这里，同样，汽油被用来加宽可燃性极限，而CNG被用来消除爆燃极限。然而，在这些示例中，由于减少的燃料使用，会引起一些扭矩损失。

因此，历史上，在CNG产业中，汽油运转被称为“最佳功率/最佳扭矩”模式。所描述的燃料供给算法在显著燃料经济性提高方面比仅在汽油模式中实现功率的增加。换句话说，这种认知可燃性极限效果的共同供给燃料的新颖形式在特定的燃料消耗下获得比单独汽油更好的最大功率和更好的最大扭矩。

应认识到，在不需要最大功率或最大扭矩的某些情况下，为了降低排气温度、燃料经济性或减少NOx排放，控制器可以使发动机稀运转。在这些情况下，相比于单独汽油的使用，汽油的使用可以扩展稀可燃性极限。

在一些实施例中，喷射的第二燃料量可以进一步基于第二燃料的醇含量。因此，醇和醇溶液具有比相等能量含量的汽油具有更大的汽缸和排气冷却效果。因此，对于任一给定的目标λ（λ被定义为实际AFR/化学计量AFR），为实现相同的冷却，需要比汽油更少的醇燃料。喷射的第二燃料量可以进一步基于第二燃料的可燃性极限。因此，如果燃料的稀可燃性超过汽油的稀可燃性，总的混合物可以被运行为甚至更稀，因此实现更多的前述的稀的益处。

维持以第一燃料运转同时增加喷射到汽缸内的第二燃料量可以包括，进气道喷射第一燃料同时直接喷射第二燃料到汽缸内。第二燃料和第一燃料的混合物然后可以通过火花点火在汽缸中进行燃烧。

因此，如果液体燃料在220处不可用，程序可以进入到222，其中通过仅使用第一气体燃料限制排气温度。这可以通过调整通过第一燃料的喷射量（相对于进气充气）而被实现，以便使汽缸富化或变稀。作为一个示例，其中第一燃料是CNG，可以通过比化学计量富10%或比化学计量稀20%来限制排气温度。富化可以通过有限的扭矩损失提供一些冷却。变稀可以以更大的扭矩损失提供相对更多的冷却。在替代的示例中，可以通过节流来降低排气温度。在本文中，减小进气节气门的打开减少了汽缸中接收的进气，从而实现冷却。然而，引起更大扭矩损失。

返回至224，在使汽缸中的第二燃料和第一燃料的混合物燃烧之后，在226处，可以确定排气温度是否已经被控制。具体地，可以确定排气温度（Texh）是否仍超过阈值温度。如果否，程序可以结束，并且基于发动机工况供给燃料的汽缸可以恢复。然而，如果排气温度（Texh）仍是升高的（例如，超过阈值温度），那么在228处，可以确定汽缸燃烧比是否已经到达阈值富空燃比。

在232处，如果汽缸燃烧比还未到达阈值富空燃比，则可以响应于升高的排气温度而增加喷射到汽缸内的第二燃料量。因此，响应于升高的排气温度，控制器可以继续使汽缸富化，以便通过第二液体燃料的喷射的增加来冷却排气，直至到达阈值富燃空燃比。该阈值空燃比可以基于燃烧稳定性极限，并且因此会受到正使用的液体燃料的可燃性极限的影响。

与之相比，在230处，响应于排气温度即使在到达阈值富燃空燃比之后仍超过阈值温度，程序包括使用代替的方法限制排气温度。具体地，程序包括减小进气节气门的打开，同时维持喷射的第一燃料量（以维持第一燃料与汽缸进气充气之间的化学计量关系），并且同时维持第二燃料量（以维持比第二燃料与汽缸进气充气之间的化学计量关系更富）。通过减小进气节气门的打开，可以减少汽缸中接收的进气量，并且即使发动机功率输出相应地下降，也可以解决排气过热。

返回至208，如果发动机不以至少CNG运转，在210处，可以确认发动机仅以液体燃料运转。例如，可以确认发动机以包括仅汽油的喷射或仅汽油-醇混合燃料的喷射的燃料喷射曲线运转。其次，在216处，如在212处，可以确定排气温度（Texh）是否高于阈值温度。如果否，那么程序返回至214以维持喷射曲线。否则，如果排气过热情况存在，那么在218处，程序通过仅使用第二液体燃料限制排气温度。这可以通过调整通过第二燃料的喷射量（相对于进气充气）而被实现，以便使汽缸富化或变稀。作为一个示例，其中第二燃料是汽油，可以通过比化学计量富40%、比化学计量稀30%或经由使用充分火花延迟来限制排气温度。富化或火花延迟可提供一些冷却但伴有大量的扭矩损失。变稀也可以提供冷却但伴有对应的扭矩损失。在替代的示例中，可以通过节流来降低排气温度。在本文中，减小进气节气门的打开减少了汽缸中接收的进气，从而实现冷却。然而，引起更大扭矩损失。

在图5处详尽阐述了共同供给燃料的方法（其中为汽缸供给汽油和CNG中的每一种）的使用而实现的扭矩比、当量比和扭矩益处相对于传统的供给仅CNG或仅汽油的方法的详细比较。

现在转向图3，映射图300示出了使用在汽缸中燃烧的第一气体燃料和第二液体燃料中的一种或更多种的示例空气-燃料混合物。映射图300还描述了可以与各种燃烧混合物同时使用的进气节气门调整，以便在高发动机负荷情况下降低排气温度。具体地，针对给定量的进气示出了在第一气体燃料（诸如CNG）的第一量与第二液体燃料（诸如汽油）的第二量之间的汽缸燃烧混合物中的燃料的示例分布。在所有描述的示例中，不同的分布被用来实现汽缸冷却，以及降低传递给排气的热量。

对于每种汽缸燃烧混合物，可以确定汽缸进气量（在本文中由相应的斜线条表示）。用于汽缸燃烧混合物的进气量可以基于发动机工况，包括例如，涡轮增压器的升压设定和进气和排气门设定（例如，气门打开、气门关闭、气门打开的持续时间、气门重叠的持续时间等）。然后基于排气温度调整汽缸燃烧混合物中的相应使用的燃料量。汽缸燃烧混合物中的第一气体燃料的使用由实心白色条进行描绘，而汽缸燃烧混合物中的第二液体燃料的使用由交叉斜线条进行描绘。在所描绘的示例中，第一燃料是CNG，而第二燃料是汽油。应认识到，在下面的示例中，汽缸中的燃料和空气的1：1使用被用来描绘大致的化学计量燃烧混合物。被包括在超过1：1（λ）比例的混合物中的任何额外的燃料被用来描述比化学计量更富的燃烧混合物，其中富化随着额外的燃料量的增加而增加。如在本文中使用的，与空气量成比例的燃料量并不是意指1：1空燃比。而是，其指产生化学计量混合物所需的比例（例如，用于汽油的空燃比14.6：1）。然而，在替代的示例中，基于每种混合物的期望空燃比，空燃比可以是不同的（例如，1：1比例）。

示例I描述了当排气温度低于阈值温度时可以在低至中等发动机负荷情况下使用的第一燃料喷射曲线。在本文中，第一燃料的第一喷射量（实心条）被调整为与汽缸进气量（斜线条）成比例，以便产生大致的化学计量汽缸燃烧混合物。在所描述的示例中，为满足发动机扭矩需求，仅喷射第一燃料，并不喷射第二燃料。另外，由于排气温度在阈值温度内，不需要额外的节气门调整，并且可以维持进气节气门位置。

示例II描述了响应于排气温度超过阈值温度可以在高发动机负荷的情况下而使用的第二燃料喷射曲线。在本文中，第一燃料的第一喷射量（实心条）被维持与汽缸进气量（斜线条）成比例，以便通过空气和第一燃料产生大致的化学计量汽缸燃烧混合物。然后，通过第二燃料的第二量（交叉斜线条）的喷射提供汽缸富化。具体地，基于升高的排气温度与阈值温度之间的差值增加第二燃料量，以便在汽缸中产生比化学计量更富的燃烧混合物。在本文中，增加至汽缸的液体燃料提供减少排气热的冷却效果。此外，维持MBT火花正时，同时还维持节气门位置。这减少了由于使用火花延迟而导致的排气热。因此，在所描述的示例中，为满足发动机扭矩需求，喷射第一燃料，而为冷却排气，喷射第二燃料。通过利用第二燃料的喷射来提供冷却，排气温度可以处在阈值温度内，而不需要额外的进气节气门调整。

示例III描述了响应于排气温度超过阈值温度同样可以在高发动机负荷的情况下而使用的第三燃料喷射曲线。在本文中，第一燃料的第一喷射量（实心条）被维持与汽缸进气量（斜线条）成比例，以便通过空气和第一燃料产生大致的化学计量汽缸燃烧混合物。然后，通过第二燃料的第二量（交叉斜线条）的喷射提供汽缸富化。具体地，响应于比示例II中的差值更大的升高的排气温度与阈值温度之间的差值，增加更大的第二燃料量（与示例II中增加的第二燃料量相比）。因此，示例III在汽缸中产生的燃烧混合物具有比示例II在汽缸中产生的燃烧混合物更高程度的富化。通过利用第二燃料的喷射来提供冷却，排气温度可以处在阈值温度内，而不需要额外的进气节气门调整。

示例IV描述了响应于排气温度超过阈值温度同样可以在高发动机负荷的情况下而使用的第四燃料喷射曲线。在本示例中，即使通过第二燃料的增加，排气温度仍会保持升高。而且，由于燃烧稳定性极限，第二燃料的进一步增加是可不能的。具体地，增加的第二燃料量可以是引起汽缸燃烧空燃比处在富化的阈值上限的阈值量。进一步的富化会引起燃烧稳定性问题。因此，为解决即使在增加第二燃料的阈值量之后以及即使在到达阈值富燃空燃比之后仍存在的升高的排气温度问题，节气门调整可以被用来冷却排气。具体地，为冷却排气，可以减小进气节气门的打开。

现在转向图4，映射图400描述了多种燃料的发动机系统中的响应于升高的排气温度的示例燃料喷射调整。调整包括，通过选择性地增加液体燃料的喷射暂时使汽缸富化，同时维持气体燃料的喷射以限制排气温度。调整能实现汽缸排气冷却，而无扭矩输出的损失。映射图400在曲线402处描绘了第一气体燃料（在本文中为CNG）向汽缸的供给，在曲线403处描绘了第二液体燃料（在本文中为汽油）向汽缸的供给，在曲线404处描绘了被输送至汽缸的进气充气，在曲线406处描绘了汽缸燃烧空燃比（AFR）的变化，在曲线408处描绘了排气温度的变化，并且在曲线410处描绘了火花点火正时的变化。

在t1之前，为满足发动机扭矩需求，发动机可以仅以喷射到汽缸内第一气体燃料（在本文中为CNG（曲线402））运转。喷射的CNG量可以被调整为与汽缸中接收的进气充气量（曲线404）成比例，以便使汽缸以大致在化学计量（虚线405）或化学计量（虚线405）附近的燃烧空燃比（曲线406）运转。例如，基于汽缸中接收的进气量，发动机控制器可以将第一气体燃料（诸如CNG）的第一量进气道喷射到发动机汽缸内，从而提供化学计量燃烧空燃比。此外，火花正时可以被调整为在峰值扭矩正时或MBT（曲线410）。

在t0与t1之间，发动机负荷可以增加，并且同时CNG被用来满足发动机负荷，排气温度可以逐渐增加（曲线408），直至在t1处排气温度超过阈值温度407。响应于升高的排气温度，同时维持第一燃料（在本文中为CNG）的第一量的喷射，并且同时将火花正时维持在峰值扭矩正时，发动机控制器可以增加第二液体燃料（在本文中为汽油）的喷射，以限制排气温度（曲线403）。例如，控制器可以将在t1与t2之间的汽油的第二量直接喷射到汽缸内，从而提供比化学计量更富的燃烧空燃比。在本文中，喷射到汽缸内的汽油第二量基于升高的排气温度，第二量的增加时由于排气温度与阈值温度407之间的差值。应认识到，不响应于升高的排气温度调整第一CNG燃料量，但其被维持在提供与汽缸中的空气充气有关的化学计量的量。另外，响应于升高的排气温度仅调整第二汽油燃料量（喷射的除第一燃料喷射量之外的燃料量），以便提供比与汽缸中的空气充气有关的（总燃料的）化学计量更富的（量）。换句话说，仅通过第二燃料提供额外的富化。通过增加汽油的喷射同时维持CNG的喷射，气体燃料被用来满足发动机功率需求，而液体燃料被用来冷却排气。这种方法允许排气温度被限制，而不引起扭矩损失，并且不需要火花延迟。在一个示例中，可以使用100%CNG与0-15%汽油的组合，同时将火花正时在MBT。

在t1与t2之间，通过液体汽油燃料的额外喷射的汽缸富化被用来冷却排气，以便在t2处排气温度低于阈值温度407。因此，在t2处，可以停止汽油的富喷射，并且可以继续CNG的化学计量喷射。应认识到，尽管所描述的示例在t1与t2之间示出了恒定的富化曲线，但在替代的实施例中，在t1与t2之间使用的富化曲线可以基于排气温度的变化而改变。例如，富化曲线可以基于排气温度与阈值温度之间的初始差值调整的第二燃料量开始。然后，随着排气冷却，喷射的汽油量可以随排气温度与阈值温度之间的差值逐渐减小而逐渐降低。这可以导致在t1与t2之间向下逐渐减小的富化曲线。

在一些实施例中（未示出），即使具有富化，排气温度不能被充分地限制。尽管控制器可以继续第二燃料喷射以及随后的汽缸富化以限制排气加热，但在到达比化学计量燃烧空燃比更富的阈值之后，燃烧稳定性会被影响，并且进一步的富化是不可能的。在这些实施例中，在到达比化学计量燃烧空燃比更富的阈值之后，控制器可以维持第一燃料的（化学计量的）第一量以及第二燃料的（比化学计量更富的）第二量的喷射，并且利用节气门调整解决持续升高的排气温度。例如，控制器可以减小进气节气门的打开，以减少汽缸空气充气。尽管这降低了排气加热，但其导致暂时的扭矩损失。因此，这可以是仅在用尽富化选项之后的方法。

在一个示例中，发动机系统可以包括具有被配置为将第一气体燃料进气道喷射到汽缸内的第一进气道喷射器和被配置为将第二液体燃料直接喷射到汽缸内的第二直接喷射器的发动机汽缸以及用于点燃汽缸中的燃料混合物的火花塞。具有计算机可读指令的控制器可以被配置为通过喷射第一燃料与第二燃料的可变比例而使汽缸在化学计量运转。响应于升高的排气温度，通过选择性地增加第二燃料的喷射，控制器可以使汽缸富化，同时维持第一燃料的喷射，并且同时还将火花点火正时维持在MBT，富化基于升高的排气温度。富化可以包括，当排气温度超过阈值温度时增加富化的程度，直至到达富化的阈值程度。另外，在富化期间喷射的第二燃料量可以基于第二燃料的可燃性极限、第二燃料的辛烷率和第二燃料的醇含量中的一个或更多个。

现在转向图5，通过共同供给燃料的方法的使用而在不同的发动机转速-负荷区域处实现的扭矩益处（其中为汽缸供给汽油和CNG（在表500处描述的）中的每一种）与传统的仅供给汽油的方法（在表510处描述的）以及仅供给CNG的方法（在表520处描述的）进行比较。

每个表在第一列中列出了关于发动机转速-负荷区域的细节。下两列描会了包括被汽油与CNG之间的燃料比例的燃料供给方法，其中该方法包括共同供给燃料。第四列描绘了当量比（这由1/λ确定）。第五列描述了扭矩比，其为火花正时的表示。最后一列描绘了相对于仅汽油实现的扭矩。因此，这是通过相应的燃料供给方法的使用而实现的扭矩益处或扭矩损失的表示。

如通过比较表500与510可以看出的，在低发动机转速（在1000-1500rpm的范围内）和高负荷的情况下，当发动机冷却液温度升高（例如，比阈值温度更热）时，并且当空气充气温度升高（例如，比阈值温度更热）时，传统的仅供给汽油的方法依赖于火花延迟的使用，以实现排气冷却（在表510处，参见扭矩比0.8，其表示火花被延迟，以提供80%的可用扭矩）。与之相比，共同供给燃料的方法在不使用火花延迟的情况下能使相同的冷却效果被实现（在表500处，参见扭矩比1.0，其表示火花基本在MBT）。

在中等发动机转速（在1500-3000rpm的范围内）和高负荷的情况下，共同供给燃料的方法在解决排气加热的方面与传统的仅供给CNG的方法基本相同。

在扭矩带（其中发动机转速在3000-4500rpm的范围内）和高负荷的情况下，如通过比较表500、510和520可以看出，共同供给燃料的方法提供相当多的扭矩益处。具体地，传统的仅供给CNG的方法以相对于大的扭矩损失的代价（参见表520处的相对于汽油的75%的扭矩输出）提供排气冷却，而传统的仅供给汽油的方法以火花延迟（在表510处，参见扭矩比0.8）的代价实现相同的排气冷却。共同供给燃料的方法使用少量的汽油以满足扭矩不足，同时允许火花被维持在MBT。此外，共同供给燃料的方法提供相对于仅汽油的110%扭矩输出，从而允许排气冷却被实现，而不影响发动机扭矩输出。

在功率带（其中发动机转速在4500-6000的范围内）和高负荷的情况下，如通过比较表500、510和520可以看出，共同供给燃料的方法再次提供相当多的扭矩益处。具体地，传统的仅供给CNG的方法以在CNG的富（混合比）极限（在表520处，由当量比1.10指示的10%富（混合比））处运行同时引起扭矩损失（在表520处，参见相对于汽油的90%的扭矩输出）为代价提供排气冷却。传统的仅供给汽油的方法以运行30%富（混合比）（在表510处，参见当量比1.30）为代价以及以火花延迟（在表510，参见扭矩比0.8）为代价实现相同的排气冷却。除了CNG外，共同供给燃料的方法在更小量的富化处使用少量的汽油，以恢复全部功率，同时将火花维持在MBT。即，通过少的汽油消耗不引起扭矩损失。

在功率带（其中发动机转速在4500-6000的范围内）和高负荷的情况下，并且当催化剂需要被保护时，如通过比较表500、510和520可以看出的，共同供给燃料的方法再次提供相当多的扭矩益处。具体地，传统的仅供给CNG的方法以在CNG的稀（混合比）极限（在表520处，由当量比0.70指示的30%稀（混合比））处运行同时引起扭矩损失（在表520处，参见相对于汽油的70%的扭矩输出）为代价提供排气冷却。传统的仅供给汽油的方法以运行30%富（混合比）（在表510处，参见当量比1.30）为代价以及以火花延迟（在表510，参见扭矩比0.8）为代价实现相同的排气冷却。除了CNG外，共同供给燃料的方法在更小量的富化处使用少量的汽油，以恢复全部功率，同时将火花维持在MBT。即，通过少的汽油消耗不引起扭矩损失。

以此方式，可以影响多种燃料的发动机系统中的气体燃料和液体燃料中的每一种的特性。通过利用气体燃料（诸如CNG）提供化学计量汽缸运转同时利用液体燃料（诸如汽油）使汽缸富化，可以解决排气过热，而不引起扭矩损失，而不需要火花延迟。通过利用气体燃料和液体燃料的组合，可以加宽燃料的可燃性极限，同时还改善了爆燃极限。通过利用更宽的可燃性极限，可以在富化期间增加燃烧稳定性极限。

注意，本文中包括的示例控制和估算程序能够与各种系统构造一起使用。本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样地，实现本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、功能或操作中的一个或多个可以被重复执行。此外，所描述的操作、功能和/或动作可以图形地表示被编入控制系统中的计算机可读存储介质的代码。

此外，应理解，本文中所描述的构造和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例或示例不被认为是限制性的，因为多种变体是可预期的。因此，本公开包括在本文中所公开的各种系统和方法以及其任何和所有等同物的所有新颖和非显而易见的组合。

Claims (10)

1.一种用于发动机的方法，其包含：

在高负荷的情况下，当以第一气体燃料运转时，响应于升高的排气温度，通过第二液体燃料的喷射使所述发动机富化，同时维持火花正时。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一气体燃料是CNG，并且其中所述第二液体燃料是汽油或汽油-醇燃料混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中以所述第一气体燃料运转包括，基于所述汽缸中的进气调整喷射到所述汽缸内的第一燃料的量，以便使所述发动机以大致化学计量的燃烧空燃比运转。

4.根据权利要求3所述的方法，其中使所述发动机富化包括，维持以所述第一气体燃料运转，同时增加喷射到所述汽缸内的第二燃料的量，以便以总体富的空燃比运转，所述第二燃料的量基于所述升高的排气温度被调整。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述喷射的第二燃料的量进一步基于所述第二燃料的醇含量。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述喷射的第二燃料的量进一步基于所述第二燃料的可燃性极限。

7.根据权利要求4所述的方法，其还包含，通过火花点火使所述汽缸中的所述第二燃料和所述第一燃料的混合物燃烧。

8.根据权利要求4所述的方法，其中维持以所述第一燃料运转同时增加喷射到所述汽缸内的第二燃料的量包括，将所述第一燃料进气道喷射到所述汽缸内同时将所述第二燃料直接喷射到所述汽缸内。

9.根据权利要求4所述的方法，其中不响应于所述升高的排气温度调整所述第一燃料的量，并且其中响应于所述升高的排气温度仅调整所述第二燃料的量，所述调整包括基于所述升高的排气温度与阈值温度之间的差值调整所述第二燃料的量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中基于所述升高的排气温度调整所述第二燃料的量包括，当所述排气温度与所述阈值温度之间的差值增加时，增加喷射到所述汽缸内的所述第二燃料的量，同时维持喷射到所述汽缸内的所述第一燃料的量。