CN104838113A - 多燃料内燃机中的燃料系统保护 - Google Patents

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Abstract

保护多燃料发动机中的直接喷射燃料喷射器的方法，所述方法包括：用第二燃料和通过直接喷射燃料喷射器导入的直接喷射燃料中的至少一种选择性地操作所述多燃料发动机；当用所述第二燃料向所述多燃料发动机加燃料时，在确定下列中的至少一项时选择性地指挥燃料系统保护技术：所述直接喷射燃料喷射器需要冷却、直接喷射燃料的经时超过预定值、传动状态已经改变，发动机关停事件已经发生以及驱动模式识别预测将发生关停事件；其中所述燃料系统保护技术包括，指挥所述直接喷射燃料为总消耗燃料的一部分以及减少喷射的所述第二燃料的量，以使得总消耗燃料等于在能量基础上测量的期望的燃料量。

Description

多燃料内燃机中的燃料系统保护
技术领域
本申请涉及一种多燃料系统内燃机中的燃料系统保护技术，该多燃料系统内燃机以多个加燃料方式操作。
背景技术
天然气作为一种用于车辆的可替代燃料被采用以代替传统的液体燃料，如汽油和柴油。促使使用天然气的因素有很多，其中两个是费用和排放。在能量等效基础上，天然气不如基于石油的燃料昂贵。由于产量持续超过新的油储量的发现，原油的价格持续增长。相反，由于产量落后于新储量的发现，天然气的储量持续增长，保持其价格远低于油。用天然气做燃料的发动机比用汽油或柴油做燃料的发动机产生更少的排放物。由于越来越严格的排放标准，发动机制造商正期待天然气来满足这些新的标准。然而用于天然气车辆的续燃料基础设施没有用于传统液体燃料的续燃料基础设施广泛，这是影响采用天然气车辆尤其消费者车辆的一个因素。对续燃料站的接触渠道目前限于城市地区和主要的运输通道，这限制了行驶的范围并且要求车辆操作者进行计划的续燃料行程。由于这些原因，在重型柴油卡车运输业中已经更多地采用了天然气，因为这些车辆通常沿天然气通道运行和/或使用私有的续燃料设备。然而，由于上述促使使用天然气的因素，车辆制造商开始将天然气燃料系统与现有汽油燃料系统相结合并且开始使内燃机适于采用多于一种的燃料做燃料，这些内燃机在本公开内容中被称为“多燃料发动机”。在本公开内容中，术语“天然气”和“气”可交替地使用并且被理解为气体燃料的优选实施例，但是也可以采用其他气体燃料，例如乙烷、甲烷、丙烷、生物气、填埋气体、二甲醚、氢气以及它们的混合物来取代天然气。
在这样的一个多燃料发动机中，具有将液体燃料直接导入到燃烧室的直接喷射燃料系统，以及将天然气导入到进气阀上游的进气空气中的天然气端口喷射燃料系统。在此发动机中，当直接燃料喷射器运行在端口喷射天然气加燃料的方式中未被致动时，液体燃料在直接燃料喷射器中保持闲置(dormant)。以这种方式，因为直接燃料喷射器的喷嘴位于燃烧室内，因此来自端口喷射的燃料燃烧的热量可能将直接燃料喷射器内的液体燃料的温度升高至超过阈温，使得喷射器损坏或者碳沉积开始形成。这些碳沉积的形成导致直接燃料喷射器的污损，影响液体燃料喷射的性能。
在另一个发动机系统中具有液体燃料直接喷射系统和端口燃料喷射系统二者。根据当前的操作方式，可以通过直接喷射系统或端口喷射系统或同时通过两者给发动机加燃料。如果发动机是多燃料发动机，则用于给发动机做燃料并且输送到直接燃料喷射系统和端口燃料喷射系统的液体燃料可以是相同的燃料或不同的燃料。例如，当发动机启动时，以分层装载方式从直接喷射系统获得燃料是有利的，而当处于高负荷或高速度时，可以以预先混合的方式从端口喷射系统向发动机加燃料。当用来自端口喷射系统的燃料操作发动机、同时液体燃料在内部保持闲置时，直接燃料喷射器会变得被污损。
属于Pott等人的于2010年12月14日授权的第7853397号美国专利(‘397专利)公开了一种操作内燃机的方法，该内燃机通过经过高压直接喷射器喷射的传统液体燃料(例如汽油或柴油)，以及通过导入到进气歧管或端口的气体燃料(例如天然气或液化石油气)来操作。在气体燃料操作中有风险：由于液体燃料的通过量不足所述高压直接喷射器变热并且随之，或者位于内部的燃料形成对喷射器的表现有不利影响的沉积。为避免这些问题，确定高压燃料喷射器的负荷特性并且如果该负荷超过某一极限值那么执行向液体燃料操作的切换，或者液体燃料操作挂钩到气体操作使得高压喷射器中的液体燃料被清出并且喷射器被冷却。基于发动机温度(操作参数)，负荷从权重特征图得到燃料喷射器上的热负荷，该权重特征图对时间积分来确定负荷特征值。‘397专利的方法没有确定高压喷射器的温度，而是确定了表示喷射器上经验热负荷的储能。因此，在气体操作过程中，即使燃料喷射器的温度低于一个超过其沉积开始形成的临界值，基于储能值会不必要地消耗液体燃料。‘397专利的方法仅在气体操作过程中确定高压喷射器上的热负荷，而不对所有做燃料方式(气体操作，液体燃料操作和混合燃料操作)连续地确定热负荷。即，在气体操作过程中，当确定热负荷超过所述极限值时，液体燃料流经高压燃料喷射器以清出燃料并且冷却所述喷射器。流经所述喷射器的液体燃料的量基于预定的最小容积(该容积预计冷却所述喷射器)，而不是基于为将燃料喷射器温度减小低于沉积开始形成的临界值所需要的容积。此外，在气体操作过程中，这导致不必要的和增加的液体燃料操作。
现有技术欠缺用于保护多燃料系统发动机中直接喷射燃料系统的技术，即减少或最小化导入的保护所述直接喷射燃料系统的直接喷射燃料的量的技术。于是，对于可以通过直接喷射系统以及通过另一个燃料系统加燃料的发动机，当以其他燃料系统操作时，需要一种保护直接喷射燃料系统的改进方法。
发明内容
保护多燃料发动机中的直接喷射燃料喷射器的改进方法，所述方法包括：用第二燃料和通过直接喷射燃料喷射器导入的直接喷射燃料中的至少一种选择性地操作所述多燃料发动机；当用所述第二燃料向所述多燃料发动机加燃料时，在确定下列中的至少一项时选择性地指挥(command)燃料系统保护技术：直接喷射燃料喷射器需要冷却、直接喷射燃料的经时(age)超过预定值、传动状态已经改变、发动机关停事件已经发生、以及驱动模式识别预测将发生发动机关停事件；其中所述燃料系统保护技术包括：指挥所述直接喷射燃料为总消耗燃料的一部分以及减少喷射的第二燃料的量，以使得总消耗燃料等于在能量基础上测量的期望的燃料量。所述第二燃料可以是第二直接喷射燃料，或者可以是熏蒸燃料。所述第二燃料可以包括甲烷和天然气中的至少一种。所述直接喷射燃料可以包括汽油和汽油-乙醇混合物中的一种。
当所述多燃料发动机包括多个缸时，所述燃料系统保护技术包括：(a)用所述直接喷射燃料和所述第二燃料向对应于一个点火启动事件的一个缸共同加燃料；(b)用所述第二燃料向对应于预定数目的后续点火启动事件的多个缸加燃料；以及(c)重复步骤(a)和(b)。
当所述多燃料发动机包括多个缸时，所述方法进一步包括：用所述第二燃料和所述直接喷射燃料向所述多个缸的至少一部分共同加燃料；当在喷射事件中要导入的直接喷射燃料的量在预定值以下时，延迟直接喷射燃料的导入；对所述直接喷射燃料的量进行累计；以及当累计量大于预定值时导入所述直接喷射燃料。当所述直接喷射燃料导入到所述多燃料发动机中被延迟时，可以调节要导入到所述缸的所述第二燃料的量。
当所述多燃料发动机至少以所述第二燃料操作时，所述燃料系统保护技术包括：选择增浓的空气-燃料比；选择共同加燃料的燃料比；以及将一定量的所述直接喷射燃料导入到所述缸内或增加一定量的所述直接喷射燃料到所述缸内，以在所述增浓的空气-燃料比下操作。
用于保护多燃料发动机中的燃料系统的改进装置，包括：直接燃料喷射器，用于将直接喷射燃料导入到所述多燃料发动机的燃烧室；第二喷射器，用于导入第二燃料；电子控制器，被编程以：用所述直接喷射燃料和所述第二燃料中的至少一种选择性地操作所述多燃料发动机；当用所述第二燃料向所述多燃料发动机加燃料时，在确定下列中的至少一项时选择性地指挥燃料系统保护技术：所述直接喷射燃料喷射器需要冷却、直接喷射燃料的经时超过预定值、传动状态已经改变、发动机关停事件已经发生、以及驱动模式识别预测将发生发动机关停事件；其中所述燃料系统保护技术包括：所述电子控制器指挥所述直接喷射燃料为总消耗燃料的一部分并且减少喷射的第二燃料的量，以使得总消耗燃料等于在能量基础上测量的期望的燃料量。所述直接喷射燃料可以是汽油和乙醇中的至少一种，并且所述第二燃料可以是甲烷和天然气中的至少一种。
当所述第二燃料为熏蒸燃料且所述第二喷射器导入所述熏蒸燃料时，所述装置可以包括熏蒸系统，用于在所述燃烧室进气阀上游导入熏蒸燃料。
当所述多燃料发动机包括多个缸且每个缸与一个燃烧室相关联时，所述电子控制器还被编程以：(a)用所述直接喷射燃料和所述第二燃料向对应于一个点火启动事件的一个缸共同加燃料；(b)用所述第二燃料向对应于预定数目的后续点火启动事件的多个缸加燃料；以及(c)重复步骤(a)和(b)。
当所述多燃料发动机包括多个缸时，所述电子控制器还被编程以：用所述第二燃料和所述直接喷射燃料向所述多个缸的至少一部分共同加燃料；当在喷射事件中要导入的所述直接喷射燃料的量在预定值以下时，延迟所述直接喷射燃料的导入；对所述直接喷射燃料的所述量进行累计；以及当累计量大于所述预定值时导入所述直接喷射燃料。
当所述多燃料发动机至少以所述第二燃料操作时，所述电子控制器还被编程以：选择增浓的空气-燃料比；选择共同加燃料的燃料比；以及将一定量的所述直接喷射燃料导入到所述缸内或增加一定量的所述直接喷射燃料到所述缸内，以在所述增浓的空气-燃料比下操作。
附图说明
图1是根据本燃料系统保护技术的一个实施方案的内燃机的示意图。
图2是根据用于图1的内燃机的第一实施方案的燃料系统保护技术的流程图。
图3是用于例示图2的燃料系统保护技术的实施例的四缸发动机的示意图。
图4是用于确定图2的燃料系统保护技术的缸跳过参数的算法的流程图。
图5是根据图2的燃料系统保护技术的一个实施例用于图3的内燃机的点火启动事件顺序的图解视图。
图6是图5的图解视图的表格视图，示出每个发动机点火启动循环过程中共同加燃料的缸。
图7是根据图2的燃料系统保护技术的另一个实施例的用于图3的内燃机的点火启动事件顺序的图解视图。
图8是图7的图解视图的表格视图，示出每个发动机点火启动循环过程中共同加燃料的缸。
图9是根据用于图1的内燃机的第二实施方案的燃料系统保护技术的流程图。
图10是根据用于图1的内燃机的第三实施方案的燃料系统保护技术的流程图。
图11是根据用于图1的内燃机的第四实施方案的燃料系统保护技术的流程图。
图12是根据用于图1的内燃机的第五实施方案的燃料系统保护技术的流程图。
具体实施方式
参照图1的示意图，示出内燃机100，包括：直接喷射系统110以及熏蒸系统120。直接喷射系统110包括至少一个直接燃料喷射器130以及燃料供给系统140。直接燃料喷射器130显示为居中地位于缸盖220中，而在其他实施方案中所述直接燃料喷射器130可以侧面安装在缸体230的壁中。尽管仅例示了一个燃烧室240，但在通常的实施方案中有多个燃烧室，并且对于每个燃烧室有各自的直接燃料喷射器130。燃料供给系统140向喷射器130供给燃料并且包括设立在直接喷射系统中的常规部件，所述常规部件可以根据直接喷射的燃料是液体燃料还是气体燃料而不同。气体燃料被定义为在标准温度和压力下处于气相的燃料。熏蒸系统120包括用以将燃料导入进气阀190上游的常规部件。在图1的例示中，熏蒸系统120包括至少一个端口燃料喷射器150以及燃料供给系统160。在有多于一个燃烧室240的实施方案中，可以对于每个缸有一个端口燃料喷射器150，或位于进气歧管170的更远的上游的一个燃料喷射器可以为多于一个的缸提供燃料。在另一实施方案中，熏蒸系统120可以包括除了用于将燃料导入进气阀190上游的燃料喷射器之外的常规部件，例如混合器。燃料供给系统160向喷射器150供给燃料并且包括设立在熏蒸系统中的常规部件，所述常规部件可以根据熏蒸的燃料是液体燃料还是气体燃料而不同。发动机100还包括排气歧管180。对于每个缸都有进气阀190和排气阀200。活塞210在缸体230限定的缸壁内行进。燃烧室240是通过由缸壁、活塞210和缸盖220封闭的空间形成的。发动机100还包括一个点火源(未示出)。在一个优选实施方案中，发动机100是火花点火的。在其他实施方案中，根据系统需要可以采用其他常规点火源。电子控制器250与直接喷射系统110和熏蒸系统120通信并且指挥直接喷射系统110和熏蒸系统120二者以便为发动机100中的燃烧输送燃料。由具有双箭头、例如在电子控制器250左侧上的那些符号表示的信号线传输测量的参数并且发送用于控制各个部件操作的指令信号。电子控制器250可以包括硬件部件和软件部件二者。所述硬件部件可以包括数字的和/或模拟电子部件。在本实施例中电子控制器250包括处理器和存储器，包括：一个或多个永久存储器，例如闪存(FLASH)、电可擦除只读存储器(EEPROM)和硬盘；以及暂时存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)，用于存储和执行程序。在另一个优选实施方案中，电子控制器250是用于发动机100的发动机控制单元(ECU)。如本文所用，控制器250也称为“所述控制器”。如本文所用，术语“算法”、“模块”、“监视器”和“步骤”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的，或群组的)和存储器、组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其他合适的部件。在优选实施方案中，本文的所述算法、模块和步骤是电子控制器250的部分。
发动机100可以以多个加燃料方式操作，包括：直接喷射方式、熏蒸方式以及共同加燃料(co-fuelling)方式。在所述直接喷射方式，发动机100中用于燃烧的燃料由直接喷射系统110提供。在所述熏蒸方式中，发动机100中用于燃烧的燃料由熏蒸系统120提供，然而根据发动机操作状况，燃料也可能由直接喷射系统120提供(如下文详细解释)。在所述共同加燃料方式中，用于燃烧的燃料由直接喷射系统110以及熏蒸系统120二者同时提供。在每个循环基础上发动机100以能够在这些方式之间选择性地切换的方式操作是可能的。可以响应于发动机操作状况预先确定喷射时序，所述发动机操作状况由输入到电子控制器250的测量参数确定，并且这些参数(及其他)的输入由箭头260表示。
现参照图2，示出了根据第一实施方案减少且优选地防止短期和长期损害直接燃料喷射器130的燃料系统保护算法。当确定燃料系统保护技术对于保护直接喷射系统110是需要的或期望的时，在步骤310进入算法300。可以以若干方法做出所述确定，例如通过采用用于直接燃料喷射器130的温度模型、通过对熏蒸燃料方式中燃烧循环的数目或花费的时间进行积分，以及通过发动机速度和/或负荷。所述温度模型允许对直接燃料喷射器130的温度作出估计，该温度与喷射器中的短期和长期损害二者具有直接相关性。例如，所述温度模型可以是在申请人的共同待决的第61/659,704号美国临时专利申请中公开的温度模型。也可基于其他确定来执行所述燃料系统保护技术，例如通过燃料供给系统140中用于直接喷射燃料的燃料监视器、检测传动状态的变化、发动机关停事件以及驱动模式识别。传动状态的变化可以包括选择倒档、停档、空档和以标准的传动分开离合(de-clutching)。驱动模式识别可以使某一驱动模式与关停事件关联。例如，全球定位系统(GPS)信号的使用允许识别车辆何时接近发动机正常关停的位置。这允许采取积极措施来保护直接喷射系统110。
步骤320至360包括“缸游走的共同加燃料”(cylinder roamingco-fuelling)的燃料系统保护技术，该技术可以与本文公开的其他燃料系统保护技术一起操作，以将直接燃料喷射器130的温度保持在预定值以下，并且通过使得直接喷射燃料从供给系统140经过喷射器130流动到燃烧室240来清出燃料喷射器130内闲置的燃料和来自燃料供给系统140的旧燃料。所述技术包括针对一个点火启动事件向一个发动机缸共同加燃料，以及在跳过预定数目的多个点火启动事件后重复地向其他多个发动机缸共同加燃料。通过向之前仅用熏蒸燃料做燃料的缸共同加燃料，可以通过将喷射器130中闲置的直接喷射燃料导入到发动机100的燃烧室中来清出喷射器130中闲置的直接喷射燃料，使得较冷的燃料从燃料系统140进入喷射器，从而提供冷却效果并且使燃料循环经过燃料系统140。发动机100中的共同加燃料的缸是与其他缸交替的，使得随着时间推移每个缸在某个点被共同加燃料。缸游走的共同加燃料技术要求熏蒸燃料向特定缸的导入是能够被控制的。在本实施方案中，熏蒸系统120通过利用端口燃料喷射器实现这种方法。
根据发动机操作状况，步骤320中选择的共同加燃料的燃料比(CFFR)表示熏蒸燃料(fumigated fuel)或直接喷射燃料(directly injected fuel)相对于总燃料的比，且可以被表述为熏蒸燃料的质量分数或直接喷射燃料的质量分数。所述共同加燃料的燃料比(co-fuelling fuel ratio)限定了共同加燃料的缸中熏蒸燃料占总燃料的百分比和直接喷射燃料占总燃料的百分比。在步骤330中选择的缸跳过(CS)参数表示在向另一个缸共同加燃料之前跳过的点火启动事件的数目。如熟悉技术的人员所理解的，点火启动事件是缸内燃料的点火。控制器250产生连续的点火信号流，根据预定的启动次序选择性地点燃发动机100的缸中的燃料，如下文将详细描述。在其他实施方案中，共同加燃料的燃料比CFFR和缸跳过参数CS可以根据发动机操作状况和/或根据期望的叶尖温度从发动机控制参数图(enginemap)中选择。在运行缸游走的共同加燃料技术的同时，控制器250持续地检查在步骤340中发动机操作状况是否已经改变，以及何时可以相应地调整步骤320和330中选择的参数，或具有在发动机控制参数图中查阅的新参数。在步骤350，控制器确定燃料系统保护是否仍然是需要的或期望的，若不需要或不期望燃料系统保护，则在步骤360结束缸游走的共同加燃料技术。对结束燃料系统保护的确定可以归因于多个因素，其中有直接燃料喷射器130的温度、自从步骤310开始的燃料系统保护起导入的直接喷射燃料的累积量、在燃料系统保护中花费的时间累积量以及发动机操作状况的改变。
现参照图3，图5和图6，但首先参照图3，描述了用于四缸发动机的缸游走的共同加燃料顺序的实施例。发动机101包括可操作地与缸CN1，CN2，CN3和CN4连接的曲轴102，使得缸的启动次序是CN1(F1)，CN3(F2)，CN4(F3)，CN2(F4)。也即，以此缸次序，控制器重复地启动缸(致动点火源)，一个这样的循环在本公开内容中称为发动机点火启动循环(EIFC)。对于第一实施例，选择的缸跳过(CS)参数是2。参照图5和图6，在发动机点火启动循环EIFC1的点火启动事件F1过程中，第一个共同加燃料的缸是CN1。在吸入和压缩冲程过程中，熏蒸燃料和直接喷射燃料按照共同加燃料的燃料比CFFR被导入到缸CN1中。直接喷射燃料的具体时序取决于应用和发动机负荷/速度，并且可以仅发生在吸入冲程过程中，发生在吸入和压缩冲程二者过程中，或仅发生在压缩冲程过程中。根据缸跳过参数，为了共同加燃料，跳过接下来的两个点火启动事件(F2，F3)，并且在发动机循环EIFC1的点火启动事件F4过程中下一个共同加燃料的缸是CN2。相似地，在发动机点火启动循环EIFC2的点火启动事件F3过程中下一个共同加燃料的缸是CN4，接着在发动机点火启动循环EIFC3的点火启动事件F2过程中是缸CN3。在本实施例中，所述共同加燃料循环在发动机点火循环EIFC4中开始自我重复，使得所有缸在三个发动机点火启动循环过程中都被共同加燃料。
现参照图7和图8，例示了用于发动机101的另一个共同加燃料顺序，其中选择的缸跳过CS参数是1。如图可见，在每个发动机点火启动循环(EIFC1,EIFC2,EIFC3,EIFC4)中仅缸CN1和CN4被共同加燃料，而缸CN3和CN2没有被共同加燃料。为避免这种情况，根据图4中表示的算法，每个共同加燃料事件后，可以修改缸跳过CS参数。经修改的缸跳过参数CSmod是通过向缺省缸跳过参数CSdefault加上选自集合{-1，0，1}的随机整数来确定的。通过以这种方法随机地修改缸跳过CS参数，可以消除任何偏向于一些缸却不偏向于另一些缸的周期性缸游走共同加燃料顺序。修改缸跳过参数的此技术对于如图5和图6例示的共同加燃料顺序也是有益的，在图5和图6的共同加燃料顺序中，即使所有的缸在某一点被共同加燃料，也存在具有可以增加发动机噪声和振动的相关共振频率的启动模式。通过随机地修改缸变换参数，效果是将噪声导入到启动模式，从而使得共振频率的影响减少。
当发动机在开环方式下(其中反馈环路中的空气-燃料比(AFR)没有被严格地控制)操作时，缸游走的共同加燃料技术尤其有利。可以由于各种原因进入开环方式，例如部件保护(涡轮或催化剂)，或当发动机在发动机控制参数图的排放控制区域以外。在闭环方式中，导入到共同加燃料缸的直接喷射燃料和熏蒸燃料的量被选择以使得燃烧后剩余的残余氧气在预定的误差范围内等于其他没有共同加燃料的缸内存留的残余氧气，使得排气路径中的氧气传感器向AFR反馈控制算法提供一致的信号。
现参照图9，根据第二实施方案，示出了减少且优选地防止短期和长期损害直接燃料喷射器130的燃料系统保护算法。与图2的实施方案相似，当确定需要或期望燃料系统保护技术来保护直接喷射系统110时，在步骤510进入算法500。步骤520至步骤595包括具有“跳过切换(skipswitching)”的燃料系统保护技术。所述技术涉及用熏蒸燃料和直接喷射燃料向缸共同加燃料，如同在缸游走的共同加燃料技术中。然而，在目前的技术中，当直接喷射燃料的喷射量低于预定的最小值时，例如由于操作在发动机控制参数图的特定区域，那么直接喷射燃料的导入被延迟并且导入量随着循环累积直到累积大于预定的最小值，之后将预定的最小值的直接喷射燃料导入到燃烧室。在本公开内容中，直接喷射燃料的累积量(accumulated quantity)称为累计量(integrated quantity)。在步骤520中根据发动机操作状况选择共同加燃料的燃料比(CFFR)。在步骤530中根据发动机操作状况和共同加燃料的燃料比(CFFR)确定熏蒸燃料量(QFF)和直接喷射燃料量(QDIF)。根据现在描述的技术，这些量的燃料将被导入到如图2的实施方案所讨论的共同加燃料的缸内。在步骤540中，直接喷射燃料量QDIF被加到累计量(QI)，累计量(QI)表示向缸的导入被延迟的直接喷射燃料的累积量。步骤540中的符号“+＝”是通用编程符号，其在步骤540中指的是将存储在名为QDIF的变量中的值加到存储在名为QI的变量的值上并且将该值存储在名为QI的变量中。累计量(QI)在其第一次使用前被初始化为零。
在步骤550，累计量(QI)与预定的最小量(QM)比较，预定的最小量表示在一个喷射事件中可以被喷射到燃烧室内的直接喷射燃料的最小量。由于多种因素，燃料喷射器在操作的低加燃料区域(low fuellingregion)通常不太准确。如果直接喷射燃料量(QDIF)在低加燃料区域，则有利地经过若干发动机循环将其储存起来直到导入燃烧室之前累计量(QI)超过预定的最小量(QM)。在步骤550中，当累计量(QI)小于预定的最小量(QM)时，在当前的发动机循环过程中不喷射直接喷射燃料并且控制转到步骤560，在步骤560，在能量等效基础上将熏蒸燃料量(QFF)调整到等于燃料总量(QFF,Adjusted＝QFF+QDIF)，这是因为在当前的发动机循环中仅熏蒸燃料将被导入到燃烧室中。在步骤570，熏蒸燃料调整量(QFF,Adjusted)被导入到燃烧室，然后控制返回到步骤520用于下一个发动机循环。
返回步骤550，当累计量(QI)不小于预定的最小量(QM)时，那么在当前的发动机循环过程中熏蒸燃料和直接喷射燃料二者都被导入到共同加燃料的缸。在步骤580，确定累计量(QI)是表示针对当前共同加燃料的发动机循环的累积的总量(QI＝QDIF)还是表示针对若干共同加燃料的发动机循环的累积的总量(QI>QDIF)。当累计量(QI)表示针对若干共同加燃料的发动机循环的累积的总量(QI>QDIF)时，控制转到步骤590，在步骤590熏蒸燃料的量被调整，使得在能量等效基础上(QM+QFF,Adjusted)＝(QDIF+QFF)。在步骤595，直接喷射燃料的最小量(QM)和熏蒸燃料的调整量(QFF,Adjusted)被导入到燃烧室。累计量(QI)被重新初始化为其当前值和预定最小值之间的差值(QI-QM)并且控制返回至步骤320。步骤595中的符号“-＝”是通用编程符号，其在步骤595指的是从存储在名为QI的变量的值减去存储在名为QM的变量中的值并且将该值存储在名为QI的变量中。通过将累计量重新初始化为总量和最小量之间的差值，根据步骤595熏蒸燃料和直接喷射燃料的周期性导入偏向于相同缸的可能性减少，增大下次用不同缸执行步骤595的可能性。
再次返回步骤580，当累计量(QI)表示针对当前共同加燃料的发动机循环的总量(QI＝QDIF)时，控制转到步骤585，在步骤585熏蒸燃料量(QFF)和直接喷射燃料的累计量(QI)被导入到燃烧室。累计量(QI)被重新初始化为零并且控制返回步骤520。尽管上述算法作为缸游走的共同加燃料技术的细化而被描述，但所述跳过切换技术可以适应和应用到传统的共同加燃料技术。所述跳过切换燃料系统保护技术的结束与图2中的实施方案相似。当控制器250确定不再需要燃料系统保护时，跳过切换技术结束。
现参照图10，根据第三实施方案，示出了减少且优选地防止短期和长期损害直接燃料喷射器130的燃料系统保护算法。与图2的实施方案相似，当确定保护直接喷射系统110需要或期望燃料系统保护技术时，在步骤710进入算法700。步骤720至760包括“选择性增浓”的燃料系统保护技术。在“选择性增浓”中采用直接喷射燃料降低空气-燃料比(AFR)并且增加当量比(EQR)。例如，为了保护部件，例如催化剂保护和涡轮保护，可以以增浓(enriched)方式运行发动机100。当猛烈驱动时，用直接喷射燃料来增浓具有增加发动机100中熏蒸燃料范围的优点。在步骤720，根据发动机操作状况选择增浓的空气-燃料比。在一些情况下，已经选择了增浓的空气-燃料比，这是因为发动机可能在步骤710之前已经以增浓方式运行。在步骤730，根据增浓的空气-燃料比和发动机操作状况确定共同加燃料的燃料比(CFFR)。例如，针对每个燃烧循环选择的要导入到缸的熏蒸燃料的量等于当发动机100不是以增浓方式运行时在当前发动机操作状况下所需的总的加燃料量。在选择空气-燃料比(AFR)和共同加燃料的燃料比(CFFR)后，以按照这些比例向缸共同加燃料开始“选择性增浓”的技术。在步骤740，监视发动机操作状况，且一旦变化控制就将转回到步骤720。在步骤750，控制器确定燃料系统保护是否仍然是需要和期望的，如果不是，在步骤760结束本技术。
现参照图11，根据第四实施方案，示出了减少且优选地防止短期和长期损害直接燃料喷射器130的燃料系统保护算法。与图2的实施方案相似，当确定保护直接喷射系统110需要或期望燃料系统保护技术时，在步骤810进入算法800。除了图2的实施方案，采用直接喷射燃料监视器来确定在步骤810中何时需要燃料系统保护技术。所述燃料监视器追踪供给系统140的燃料容器中的直接喷射燃料的经时。如本文所用，“经时”是燃料存在于容器中的时段。在容器中的燃料到达预定的经时后，无论直接喷射器130的温度如何，该燃料被发动机100消耗的可能性增大(更多是共同加燃料)。燃料的经时是花费在燃料容器中的时间和周围温度等参数的函数。所述燃料监视器追踪燃料容器的填充和放空、蒸汽管理清出算法(当燃料是液体燃料时)，以及周围温度并且相应地对燃料的经时作出确定。所述燃料监视器还可以估计直接燃料喷射器130内的直接喷射燃料的退化。喷射器130中的直接喷射燃料的退化是喷射器温度的函数。此外，所述燃料监视器可以采用一种模型，该模型基于喷射器温度估计喷射器130内部或尖端上沉积物的积聚。一旦喷射器内部的燃料退化超过预定的品质或一旦沉积物积聚超过预定的量，则所述燃料监视器可以向控制器发信号用于增加直接喷射燃料的消耗。当信号是由于直接喷射器130内或直接喷射器130上的沉积物的积聚时，可以增加用于直接喷射燃料的喷射压力以便帮助移除沉积物。
在步骤820，根据直接喷射燃料的经时以及发动机操作状况选择所述共同加燃料的燃料比(CFFR)，之后所有缸共同加燃料。在其他实施方案中，可以采用本文描述的其他燃料系统保护技术。作为对步骤820中选择共同加燃料的燃料比的替代，可以选择倍增因数应用到现有的共同加燃料控制参数图，以增加汽油消耗将它移动到一个控制带(control band)，在该控制带规定了特定的汽油消耗指标。在步骤830监视发动机操作状况，并且一旦变化控制就转回到步骤820。在步骤840，控制器确定是否仍然需要和期望燃料系统保护，如果不是，在步骤850结束本技术。
现参照图12，根据第五实施方案，示出了减少且优选地防止短期和长期损害直接燃料喷射器130的燃料系统保护算法。当确定保护直接喷射系统110需要或期望燃料系统保护技术时，在步骤910进入算法900。在步骤920，确定关停事件或传动状态的改变是否触发从步骤910进入算法900。所述传动状态的改变包括倒档、停档、空档的选择以及以标准的传动分开离合。其他可以触发进入算法900的信号包括使某一驱动模式与关停事件关联的驱动模式识别。例如，全球定位系统(GPS)信号的采用可以允许就车辆何时接近发动机正常关停的位置做出识别。这允许采取积极措施以保护直接喷射系统110。在步骤940，根据触发进入算法900的特定事件(关停事件、模式识别、传动状态改变)选择共同加燃料的燃料比。在步骤950监视发动机操作状况，使得一旦变化就将控制转回到步骤920。在步骤960控制器确定是否仍然需要和期望燃料系统保护，如果不是，在步骤970结束本技术。
本公开内容的实施方案中描述的燃料系统保护技术可以在其他实施方案中选择性地组合。在组合的算法中，用于燃料系统保护的不同技术可以在发动机操作参数控制图的预定区域实施，或者可以基于其他发动机操作参数例如燃料等级或排放等级来实现。本文实施的技术完全覆盖了各种加燃料方式中的规则。
尽管已经示出和描述了本发明的特定元件、实施方案以及应用，但应当理解的是本发明不限于此，因为本领域技术人员在不背离本公开内容的范围特别是根据前述教导的情况下可以作出修改。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种保护多燃料发动机中的直接喷射燃料喷射器的方法，所述方法包括：
用通过直接喷射燃料喷射器导入的直接喷射燃料以及第二燃料中的至少一种选择性地操作所述多燃料发动机；
当用所述第二燃料向所述多燃料发动机加燃料时，在确定下列中的至少一项时选择性地指挥燃料系统保护技术：基于用于所述直接喷射燃料喷射器的温度模型所述直接喷射燃料喷射器需要冷却、直接喷射燃料的经时超过预定值、传动状态已经改变，发动机关停事件已经发生、以及驱动模式识别预测将发生关停事件；
其中所述燃料系统保护技术包括：指挥所述直接喷射燃料为总消耗燃料的一部分以及减少喷射的所述第二燃料的量，使得总消耗燃料等于在能量基础上测量的期望的燃料量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多燃料发动机包括多个缸，所述燃料系统保护技术包括：
(a)用所述直接喷射燃料和所述第二燃料向对应于一个点火启动事件的一个缸共同加燃料；
(b)用所述第二燃料向对应于预定数目的后续点火启动事件的多个缸加燃料；以及
(c)重复步骤(a)和(b)。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括选择共同加燃料的燃料比。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括选择缸跳过参数。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
选择一个随机数；以及
基于所述随机数的函数修改所述缸跳过参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在共同加燃料的点火启动事件后修改所述缸跳过参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多燃料发动机包括多个缸，所述方法还包括：
用所述第二燃料和所述直接喷射燃料向所述多个缸的至少一部分共同加燃料；
当在喷射事件中要导入的所述直接喷射燃料的量在预定值以下时，延迟所述直接喷射燃料的导入；
对所述直接喷射燃料的所述量进行累计；以及
当累计量大于所述预定值时导入所述直接喷射燃料。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括当所述直接喷射燃料导入到所述多燃料发动机中被延迟时，调节要导入到所述缸内的第二燃料的量。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括当所述直接喷射燃料的至少所述最小量被导入到所述缸内时，调节要导入到所述缸内的第二燃料的量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中当所述多燃料发动机至少用所述第二燃料操作时，所述燃料系统保护技术包括：
选择增浓的空气-燃料比；
选择共同加燃料的燃料比；以及
将一定量的所述直接喷射燃料导入到所述缸内或增加一定量的所述直接喷射燃料到所述缸内，以在所述增浓的空气-燃料比下操作。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二燃料是第二直接喷射燃料。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二燃料是熏蒸燃料。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二燃料包括甲烷和天然气中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述直接喷射燃料包括汽油和汽油-乙醇混合物中的一种。
15.一种用于保护多燃料发动机中的燃料系统的装置，包括：
直接燃料喷射器，用于将直接喷射燃料导入到所述多燃料发动机的燃烧室内；
第二喷射器，用于导入第二燃料；
电子控制器，被编程以：
用所述直接喷射燃料和所述第二燃料中的至少一种选择性地操作所述多燃料发动机；
当用所述第二燃料向所述多燃料发动机加燃料时，在确定下列中的至少一项时选择性地指挥燃料系统保护技术：基于用于所述直接喷射燃料喷射器的温度模型所述直接喷射燃料喷射器需要冷却、直接喷射燃料的经时超过预定值、传动状态已经改变、发动机关停事件已经发生以及驱动模式识别预测将发生发动机关停事件；
其中所述电子控制器指挥所述燃料系统保护技术，所述燃料系统保护技术包括：所述直接喷射燃料为总消耗燃料的一部分以及减少喷射的所述第二燃料的量，以使得总消耗燃料等于在能量基础上测量的期望的燃料量。
16.根据权利要求15所述的装置，还包括：熏蒸系统，用于在所述燃烧室的进气阀的上游导入熏蒸燃料；其中所述第二燃料是所述熏蒸燃料并且所述第二喷射器导入所述熏蒸燃料。
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述多燃料发动机包括多个缸且每个缸具有燃烧室，所述电子控制器还被编程以：
(a)用所述直接喷射燃料和所述第二燃料向对应于一个点火启动事件的一个缸共同加燃料；
(b)用所述第二燃料向对应于预定数目的后续点火启动事件的多个缸加燃料；以及
(c)重复步骤(a)和(b)。
18.根据权利要求15所述的装置，其中所述多燃料发动机包括多个缸，所述电子控制器还被编程以：
用所述第二燃料和所述直接喷射燃料向所述多个缸的至少一部分共同加燃料；
当在喷射事件中要导入的所述直接喷射燃料的量在预定值以下时，延迟所述直接喷射燃料的导入；
对所述直接喷射燃料的所述量进行累计；以及
当累计量大于所述预定值时导入所述直接喷射燃料。
19.根据权利要求15所述的装置，其中当所述多燃料发动机至少用所述第二燃料操作时，所述电子控制器还被编程以：
选择增浓的空气-燃料比；
选择共同加燃料的燃料比；以及
将一定量的所述直接喷射燃料导入到所述缸内或增加一定量的所述直接喷射燃料到所述缸内，以在所述增浓的空气-燃料比下操作。
20.根据权利要求15所述的装置，其中所述直接喷射燃料是汽油和乙醇中的至少一种，以及所述第二燃料是甲烷和天然气中的至少一种。

Claims (20)

1.一种保护多燃料发动机中的直接喷射燃料喷射器的方法，所述方法包括：
用通过直接喷射燃料喷射器导入的直接喷射燃料以及第二燃料中的至少一种选择性地操作所述多燃料发动机；
当用所述第二燃料向所述多燃料发动机加燃料时，在确定下列中的至少一项时选择性地指挥燃料系统保护技术：所述直接喷射燃料喷射器需要冷却、直接喷射燃料的经时超过预定值、传动状态已经改变，发动机关停事件已经发生、以及驱动模式识别预测将发生关停事件；
其中所述燃料系统保护技术包括：指挥所述直接喷射燃料为总消耗燃料的一部分以及减少喷射的所述第二燃料的量，使得总消耗燃料等于在能量基础上测量的期望的燃料量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多燃料发动机包括多个缸，所述燃料系统保护技术包括：
(a)用所述直接喷射燃料和所述第二燃料向对应于一个点火启动事件的一个缸共同加燃料；
(b)用所述第二燃料向对应于预定数目的后续点火启动事件的多个缸加燃料；以及
(c)重复步骤(a)和(b)。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括选择共同加燃料的燃料比。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括选择缸跳过参数。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
选择一个随机数；以及
基于所述随机数的函数修改所述缸跳过参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在共同加燃料的点火启动事件后修改所述缸跳过参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多燃料发动机包括多个缸，所述方法还包括：
用所述第二燃料和所述直接喷射燃料向所述多个缸的至少一部分共同加燃料；
当在喷射事件中要导入的所述直接喷射燃料的量在预定值以下时，延迟所述直接喷射燃料的导入；
对所述直接喷射燃料的所述量进行累计；以及
当累计量大于所述预定值时导入所述直接喷射燃料。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括当所述直接喷射燃料导入到所述多燃料发动机中被延迟时，调节要导入到所述缸内的第二燃料的量。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括当所述直接喷射燃料的至少所述最小量被导入到所述缸内时，调节要导入到所述缸内的第二燃料的量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中当所述多燃料发动机至少用所述第二燃料操作时，所述燃料系统保护技术包括：
选择增浓的空气-燃料比；
选择共同加燃料的燃料比；以及
将一定量的所述直接喷射燃料导入到所述缸内或增加一定量的所述直接喷射燃料到所述缸内，以在所述增浓的空气-燃料比下操作。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二燃料是第二直接喷射燃料。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二燃料是熏蒸燃料。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二燃料包括甲烷和天然气中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述直接喷射燃料包括汽油和汽油-乙醇混合物中的一种。
15.一种用于保护多燃料发动机中的燃料系统的装置，包括：
直接燃料喷射器，用于将直接喷射燃料导入到所述多燃料发动机的燃烧室内；
第二喷射器，用于导入第二燃料；
电子控制器，被编程以：
用所述直接喷射燃料和所述第二燃料中的至少一种选择性地操作所述多燃料发动机；
当用所述第二燃料向所述多燃料发动机加燃料时，在确定下列中的至少一项时选择性地指挥燃料系统保护技术：所述直接喷射燃料喷射器需要冷却、直接喷射燃料的经时超过预定值、传动状态已经改变、发动机关停事件已经发生以及驱动模式识别预测将发生发动机关停事件；
其中所述电子控制器指挥所述燃料系统保护技术，所述燃料系统保护技术包括：所述直接喷射燃料为总消耗燃料的一部分以及减少喷射的所述第二燃料的量，以使得总消耗燃料等于在能量基础上测量的期望的燃料量。
16.根据权利要求15所述的装置，还包括：熏蒸系统，用于在所述燃烧室的进气阀的上游导入熏蒸燃料；其中所述第二燃料是所述熏蒸燃料并且所述第二喷射器导入所述熏蒸燃料。
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述多燃料发动机包括多个缸且每个缸具有燃烧室，所述电子控制器还被编程以：
(a)用所述直接喷射燃料和所述第二燃料向对应于一个点火启动事件的一个缸共同加燃料；
(b)用所述第二燃料向对应于预定数目的后续点火启动事件的多个缸加燃料；以及
(c)重复步骤(a)和(b)。
18.根据权利要求15所述的装置，其中所述多燃料发动机包括多个缸，所述电子控制器还被编程以：
用所述第二燃料和所述直接喷射燃料向所述多个缸的至少一部分共同加燃料；
当在喷射事件中要导入的所述直接喷射燃料的量在预定值以下时，延迟所述直接喷射燃料的导入；
对所述直接喷射燃料的所述量进行累计；以及
当累计量大于所述预定值时导入所述直接喷射燃料。
19.根据权利要求1所述的装置，其中当所述多燃料发动机至少用所述第二燃料操作时，所述电子控制器还被编程以：
选择增浓的空气-燃料比；
选择共同加燃料的燃料比；以及
将一定量的所述直接喷射燃料导入到所述缸内或增加一定量的所述直接喷射燃料到所述缸内，以在所述增浓的空气-燃料比下操作。
20.根据权利要求15所述的装置，其中所述直接喷射燃料是汽油和乙醇中的至少一种，以及所述第二燃料是甲烷和天然气中的至少一种。
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