CN105089826B - 用于改善高稀释发动机的运转的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于改善高排气稀释的发动机中的燃烧的系统和方法。可以在被供应两种不同类型燃料的发动机中提供该方法和系统。

Description

用于改善高稀释发动机的运转的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于改善以高水平的排气再循环(EGR)运转的发动机运转的系统和方法。该方法可以对包括向其他发动机汽缸提供外部EGR的专用EGR汽缸的发动机特别有用。

背景技术

发动机可以EGR稀释地运转，以改善发动机燃料经济性和排放。当到发动机汽缸的EGR流增加时，发动机可以更少节流地运转；然而，发动机的燃烧稳定性可能退化。由于更缓慢地燃烧、降低的可燃性、向发动机汽缸供应的EGR量的变化以及当前EGR流速被确定的发动机工况的变化，发动机燃烧稳定性可能退化。例如，进气温度可以增加或降低，环境湿度可以增加或降低，燃料辛烷值可以变化，以及命令的EGR流速可以不精确地为产生的EGR流速。因此，可能希望开发一种在存在高水平稀释的情况下即使当工作变量可能变化时也能提供稳定的发动机燃烧的方法。

发明内容

本发明人在此已经认识到上面提到的使高稀释的发动机运转的缺点，并且已经开发了一种发动机运转方法，其包含：向一组汽缸喷射较低的氢气浓度燃料；以及响应于所述一组汽缸中的燃烧稳定性小于期望的燃烧稳定性，向一个或更多个专用EGR汽缸增加较高氢气浓度燃料的燃料喷射量。

通过增加被喷射到向其他发动机汽缸供应排气的汽缸中的较高氢气浓度燃料量，对于以较高水平的排气稀释运转的发动机来说，能够改善发动机燃烧稳定性。例如，专用EGR汽缸(例如，在没有来自其他汽缸的排气的情况下，引导其排气流的至少一部分以向发动机汽缸提供外部EGR的汽缸)的空燃比可以富至比产生专用EGR汽缸的排气中的过量氢气而在专用EGR汽缸中燃烧的气态空气燃料混合物的化学计量空燃比更富的空燃比。可以向其他发动机汽缸提供来自专用EGR汽缸的排气，其中过量氢气可以改善燃烧稳定性。并且，由于向专用EGR汽缸供应的燃料具有较高氢气浓度，因此相比于在专用EGR汽缸中燃烧与在发动机的其余汽缸中燃烧的较低氢气浓度燃料相同的较低氢气浓度燃料的情况下，可以在排气中供应较高水平的过量氢气。以此方式，能够使高EGR稀释的发动机以期望水平的燃烧稳定性运转。

本发明可以提供若干优点。具体地，该方法可以改善高EGR稀释的发动机的燃烧稳定性。另外，该方法可以提供改善发动机燃烧稳定性的简化的成本有效的方式。此外，该方法可以允许发动机在轻负荷与低发动机转速下更有效和稳定地运转。

当单独参照以下说明书或连同结合附图参照以下说明书时，本发明的上述优点和其他优点以及特征将是显而易见的。

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必要特征，要求保护的主题的范围被所附权利要求唯一限定。此外，要求保护的主题不限于解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

当单独或参照附图考虑时，通过阅读实施例的示例(在本文中也被称为具体实施方式)，将会更充分地理解本文中所描述的优点，其中：

图1是发动机的示意图；

图2-4示出了可以在较高EGR流速下表现出改善的燃烧稳定性的发动机的示例性变化；

图5和6示出了用于向在图1-4中示出的发动机供应燃料的示例性燃料系统的示意图；

图7和8示出了用于当使发动机以较高汽缸充气稀释运转时改善发动机的燃烧稳定性的示例性方法。

具体实施方式

本发明涉及使发动机以高稀释的汽缸混合物运转。发动机汽缸混合物可以使用作为燃烧空气燃料混合物的副产物的再循环排气而被稀释。再循环的排气可以被称为EGR。图1-4示出了可以在较高汽缸充气稀释水平下运转的示例性发动机构造。在图5和6中的燃料系统可以使发动机能够在较高的汽缸充气稀释水平下运转。图7和8的方法可以允许发动机在较高的汽缸充气稀释水平下以期望水平的发动机燃烧稳定性运转。

参照图1，内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，其中发动机10包含如在图2-4中示出的多个汽缸，在图1中示出了多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36被设置在汽缸壁32中并被连接至曲轴40。飞轮97和环形齿轮99被耦连至曲轴40。启动器96包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮95以啮合环形齿轮99。启动器96可以被直接安装到发动机的前面或发动机的后面。在一些示例中，启动器96可以通过带或链向曲轴40选择性地供应扭矩。在一个示例中，当不与发动机曲轴接合时，启动器96处于基本状态。

燃烧室30被示为经由各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53独立地运转。进气门调整器85相对于曲轴40的位置提前或延迟进气门52的相位。此外，进气门调整器85可以增加或减小进气门升程量。排气门调整器83相对于曲轴40的位置提前或延迟排气门54的相位。另外，排气门调整器83可以增加或减小排气门升程量。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55来确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57来确定。在燃烧室30是专用EGR汽缸的一部分的情况下，可以独立于其他发动机汽缸来调整气门52和54的正时和/或升程量，使得可以相对于其他发动机汽缸增加或减小专用EGR汽缸的汽缸空气充气。以此方式，向发动机汽缸供应的外部EGR可以超过汽缸充气质量的25％。外部EGR是从汽缸的排气门泵送出来并经由汽缸进气门返回到汽缸的排气。另外，通过调整那些相应汽缸的气门正时，可以独立于专用EGR汽缸来调整除EGR汽缸之外的汽缸的内部EGR量。内部EGR是在燃烧事件之后留在汽缸中并且是汽缸中用于随后的燃烧事件的混合物的一部分的排气。

低氢气浓度燃料喷射器66被示为设置为将低氢气浓度燃料直接喷射到汽缸30内，其是本领域技术人员公知的直接喷射。可替代地，低氢气浓度燃料可以被喷射至进气道，本领域技术人员称之为进气道喷射。低氢气浓度燃料喷射器66向燃烧室30供应具有相对低的氢气原子数量的燃料(例如，汽油)。较高氢气浓度燃料喷射器68向燃烧室30供应具有相对高的氢气原子数量的燃料(例如，CH₄)。高氢气浓度燃料喷射器68可以向燃烧室30供应液体或气体燃料。在本文中示出的一些示例性发动机构造中，一些发动机汽缸可以仅从一个低氢气浓度燃料喷射器66或仅从一个高氢气浓度燃料喷射器68接收燃料。在其他示例发动机构造中，发动机汽缸可以从两种类型的燃料喷射器66和68接收燃料。

进气歧管44被显示为与可选电子节气门62连通，电子节气门62调整节流板64的位置，以控制从进气装置42到进气歧管44的空气流量。在一些示例中，节气门62和节流板64可以被设置在进气门52与进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。驾驶员要求的扭矩可以根据由加速器踏板传感器134感测的加速器踏板130的位置来确定。当驾驶员的足部132操作加速器踏板130时，从加速器踏板传感器134输出表示驾驶员要求的扭矩的电压或电流。

响应于控制器12，无分电器点火系统88经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126被显示为耦接至催化转化器70上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧传感器可以替代UEGO传感器126。

在一个示例中，转化器70可以包括多块催化剂砖。在另一示例中，可以使用每个均具有多块砖的多个排放控制装置。在一个示例中，转化器70可以是三元型催化剂。

控制器12在图1中被示为传统的微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读(非临时性)存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和传统的数据总线。控制器12被示为接收来自耦接至发动机100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：来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。大气压力也可以被感测(传感器未示出)，以由控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴的每次旋转产生预定数量的等间隔脉冲，根据其可以确定发动机转速(RPM)。

在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四个冲程循环：循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般来说，在进气冲程期间，排气门54关闭，而进气门52打开。空气经由进气歧管44引入燃烧室30，并且活塞36移动至汽缸的底部，以便增加燃烧室30内的容积。活塞36靠近汽缸的底部并在其冲程结束的位置(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程结束并最靠近汽缸盖的点(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。

在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文中被称为点火的过程中，被喷射的燃料通过已知的点火装置如火花塞92点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回至BDC。曲轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开，以便将已燃烧的空气-燃料混合物释放至排气歧管48，并且活塞返回至TDC。注意，上述内容仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以改变，诸如以提供正或负气门重叠、进气门延迟关闭或各种其他示例。

图2示出了发动机10的第一示例的示意图，其示出了汽缸1-4，汽缸1-4中的一个汽缸包括图1的燃烧室30。图2的示例发动机构造可以包括在图1中示出的用于每个发动机汽缸的装置。可以经由在图5和6中示出的燃料系统中的一个向在图2中示出的发动机构造供应燃料。另外，图2的发动机构造可以根据图7和8的方法运转。

节气门62调节到进气歧管44中的气流，并且进气歧管44向每个汽缸1-4供应空气。经由相应的燃料喷射器66和68向每个汽缸供应燃料。在这个示例中，汽缸号4仅仅经由高氢气浓度燃料喷射器68接收燃料，而汽缸1-3仅仅经由低氢气浓度燃料喷射器66接收燃料。在被催化剂处理之前，来自汽缸1-3的排气被引导到排气歧管48。来自汽缸4的排气经由阀205和通道209被输送到进气歧管44，或可替代地，经由阀205和通道206被输送到排气歧管48。在一些示例中，阀205和通道206可以被省略。

通过捕集来自相应汽缸中的燃烧事件的排气并允许排气在随后的燃烧事件期间留在相应汽缸中，汽缸1-4中的每一个都可以包括内部EGR。经由调整进气门和/或排气门打开和/或关闭时间，可以改变内部EGR的量。例如，通过增加进气门与排气门重叠，额外的EGR可以在随后的燃烧事件期间被留在汽缸中。仅仅经由来自汽缸4和通道209的排气流向汽缸1-4提供外部EGR。在另一示例中，可以仅向汽缸1-3而不向汽缸4提供外部EGR。不通过来自汽缸1-3的排气流提供外部EGR。因此，在这个示例中，汽缸4是用于发动机10的外部EGR的唯一来源。经由使在汽缸4中燃烧的空气燃料混合物变富，可以增加来自汽缸4的外部EGR中的氢气浓度。

现在参照图3，示出了发动机10的第二示例的示意图，该发动机10示出了汽缸1-4。汽缸1-4中的一个包括图1的燃烧室30，并且其余汽缸可以包括类似的装置。图3的示例发动机构造可以包括在图1中示出的用于每个发动机汽缸的装置。可以经由在图5和图6中示出的燃料系统中的一个向在图3中示出的发动机构造供应燃料。另外，图3的发动机构造可以根据图7和8的方法运转。

图3包括在图2中描述的许多相同的装置和部件。因此，为了简便起见，省略了相同的装置和部件的描述。然而，装置和部件如在图2中描述的那样运转以及执行。

在图3的示例中，发动机10包括用于汽缸1-4中的每一个的两个燃料喷射器。具体地，每个汽缸包括高氢气浓度燃料喷射器68和低氢气浓度燃料喷射器66。从燃料喷射器68和燃料喷射器66向每个汽缸喷射的燃料之比可以根据发动机转速、扭矩需求及其他工况来调整。在一些示例中，为了降低发动机爆震的可能性或为了在感测到发动机爆震后减少发动机爆震，可以喷射高氢气浓度燃料。此外，通过经由燃料喷射器68将在汽缸4中燃烧的空气燃料混合物变富至富于化学计量比状况，可以增加外部EGR中的氢气浓度。

现在参照图4，示出了发动机10的第三示例的示意图，该发动机10示出了汽缸1-4。汽缸1-4中的一个包括图1的燃烧室30。图4的示例发动机构造可以包括在图1中示出的用于每个汽缸的装置。可以经由在图5和6中示出的燃料系统中的一个向在图4中示出的发动机构造供应燃料。另外，图4的发动机构造可以根据图7和8的方法运转。

图4包括在图2中描述的许多相同的装置和部件。因此，为了简便起见，省略了相同的装置和部件的描述。然而，装置和部件如在图2中描述的那样运转以及执行。

在图4的示例中，发动机10包括用于汽缸4的两个燃料喷射器和用于汽缸1-3中的每一个的一个燃料喷射器。具体地，汽缸1-3包括低氢气浓度燃料喷射器66，而汽缸4包括高氢气浓度燃料喷射器68和低氢气浓度燃料喷射器66。在汽缸1-3中喷射的燃料量基于发动机转速、驾驶员要求的扭矩及其他工况。从燃料喷射器68和燃料喷射器66向汽缸4喷射的燃料之比可以根据发动机转速、扭矩需求及其他工况来调整。在一些示例中，当发动机燃烧稳定性小于期望的燃烧稳定性时，可以向汽缸4喷射高氢气浓度燃料。这种动作增加外部EGR中的氢气浓度，并且尤其是在较低的发动机转速与负荷(例如，怠速)下，它可以改善发动机燃烧稳定性。

现在参照图5，示出了用于向图1-4的发动机10供应燃料的示例燃料系统。图5的燃料系统可以根据图7和8的方法运转。

燃料系统500包括液体燃料箱501和气体燃料箱554。液体燃料箱501可以存储汽油、醇、或汽油与醇的混合物。气体燃料箱554可以存储压缩天然气(CNG)、液化石油气(在喷射后LPG改变状态为气体)、氢气或其他气体燃料。

液体燃料箱501包括燃料水平传感器511和燃料泵502。燃料泵502可以经由来自控制器12的命令被电动地驱动。燃料泵502可以是低压燃料泵，并且它经由管道504向高压燃料泵506供应燃料。高压燃料泵506向燃料导轨508供应燃料，并且它向燃料喷射器66分配燃料。高压燃料泵506可以由发动机10来驱动。响应于燃料导轨压力，控制器12可以调整由高压燃料泵306泵送的燃料量。

气体燃料箱554包括压力传感器558，用于判断存储在燃料箱554中的燃料量。当燃料箱554中燃料压力大于阈值压力时，调节器552将来自燃料箱554的燃料压力调整为恒定的压力。调节器552将气体燃料引导到燃料喷射器68。

现在参照图6，示出了用于向图1的发动机10供应燃料的第二示例燃料系统。图6的燃料系统可以根据图7和8的方法运转。图6的燃料系统包括许多与图5的燃料系统相同的部件。图5与图6之间的相同部件被包括在图6中，使用相同的参考标记。因此，为了简便起见，从图6的描述中省略了相同部件的描述。然而，相同部件如在图5中描述的那样运转。

燃料系统600包括第二液体燃料箱610。第二液体燃料箱610可以存储汽油、醇(诸如甲醇、乙醇或丁醇)、或汽油与醇的混合物、或具有比汽油更高的氢气浓度的一些其他液体燃料。第二液体燃料箱610包括燃料水平传感器621和燃料泵612。燃料泵612可以经由来自控制器12的命令被电动地驱动。燃料泵612可以是低压燃料泵，并且它经由管道614向高压燃料泵616供应燃料。高压燃料泵616向燃料导轨628供应燃料，并且它向燃料喷射器68分配燃料。高压燃料泵616可以由发动机10来驱动。响应于燃料导轨压力，控制器12可以调整由高压燃料泵616泵送的燃料量。

因此，图1-6的系统提供了一种车辆系统，其包含：发动机；第一燃料箱，其存储低氢气浓度燃料；第二燃料箱，其存储高氢气浓度燃料；一组燃料喷射器，其向一组汽缸供应低氢气浓度燃料；燃料喷射器，其向不在所述汽缸组中的一个或更多个专用的EGR汽缸供应高氢气浓度燃料；以及控制器，其包括非临时性指令，非临时性指令用于：经由增加向一个或更多个专用的EGR汽缸供应的高氢气浓度燃料量来增加向所述汽缸组供应的排气(EGR)中的氢气浓度。该车辆系统包括，其中一个或更多个专用的EGR汽缸是向所述汽缸组外部地供应排气的专用的EGR汽缸，所述排气不包括来自除专用的EGR汽缸之外的其他汽缸的排气。

在一些示例中，该系统包括，其中经由向一个或更多个专用的EGR汽缸增加喷射的燃料量，增加排气中的氢气浓度。该车辆系统进一步包含，用于响应于排气中的氢气浓度而调整火花正时的指令。该车辆系统进一步包含，被耦接至发动机的进气歧管和允许一个或更多个专用的EGR汽缸之间的气动连通的通道，并且所述通道不允许进气歧管与所述汽缸组之间的气动连通。该车辆系统进一步包含，用于响应于向所述汽缸组供应的排气中的氢气浓度而调整所述汽缸组中的内部排气再循环的指令。

现在参照图7和8，示出了用于改善在高水平的EGR稀释的情况下运转的发动机的燃烧稳定性的方法。图7和8的方法可以被包括在图1-6中的一个或更多个中描述的系统中。图7和8的方法可以作为可执行指令存储在图1中示出的控制器12的非临时性存储器中。

在702处，方法700确定发动机和燃料箱工况。发动机状况可以包括但不限于驾驶员要求的扭矩、发动机转速、环境温度、环境湿度、发动机温度和空气充气温度。燃料箱状况可以包括但不限于存储在低氢气浓度燃料存储箱中的燃料量、存储在高氢气浓度燃料存储箱中的燃料量、存储在高和低氢气浓度燃料箱中的燃料的类型、以及存储在低和高氢气浓度燃料箱中的燃料的成本。在一个示例中，驾驶员可以经由键盘或其他装置将燃料成本和类型信息输入到控制器中。在一些示例中，可以经由来自燃料站或互联网的无线发射器接收关于燃料类型、成本以及成分的信息。发动机和燃料箱信息被确定之后，方法700进入到704。

在704处，方法700确定发动机空燃比、汽缸空气充气、EGR流速以及向发动机汽缸喷射的燃料量。在一个示例中，驾驶员要求的扭矩经由加速器踏板位置传感器来确定。驾驶员要求的扭矩可以被解释为期望的发动机扭矩，或可替代地，被解释为期望的车轮扭矩，并且经由将车轮扭矩乘以变速器与车轴齿轮比，可以将期望的车轮扭矩转换为期望的发动机扭矩。期望的发动机扭矩和当前的发动机转速被用来检索输出在每个汽缸循环中每个汽缸中的预定的发动机空气流速或汽缸空气量的表格或函数。汽缸空气量是提供期望的发动机扭矩所需的空气量。

类似地，发动机空燃比经由检索输出期望的空燃比的表格和/或函数来确定。针对发动机温度和空气温度可以倍增的方式更改期望的空燃比，以改善发动机运转。发动机空气流速或汽缸空气量除以期望的空燃比，以确定向每个发动机汽缸喷射的燃料量。如果向发动机供应两种不同燃料，那么可以调整向发动机喷射的燃料总量中每种燃料的量或分数，以实现期望的空燃比(例如，化学计量空燃比)，因为组合的空气燃料混合物的化学计量空燃比可以不同于相应燃料的化学计量空燃比。

基本发动机EGR流速通过基于发动机转速、发动机负荷以及发动机温度检索存储预定的发动机EGR流速的表格或函数来确定。基本发动机EGR流速可以是用于使发动机在选择的发动机转速与负荷下以高EGR稀释(例如，用于燃烧循环的汽缸质量大于EGR质量的20％)运转的EGR流速。在每个汽缸循环中的发动机空燃比、EGR流速、汽缸空气量以及燃料量被确定之后，方法700进入到706。

在706处，方法700确定由专用的EGR汽缸提供的EGR气体中的期望的过量氢气量。在一个示例中，表格或函数存储用于可以为期望水平的发动机燃烧稳定性提供在704处确定的EGR流速的标称发动机状况的经验确定的氢气水平。发动机燃烧稳定性可以被定义为指示平均有效汽缸压力的标准偏差。自均值多于5％的变化可以表示燃烧稳定性问题。表格或函数可以输出氢气浓度，并且经由检索基于期望的氢气浓度和燃料类型(例如，汽油、氢气、醇)输出汽缸空燃比的表格或函数并向专用的EGR汽缸供应燃料用于燃烧，可以提供来自专用的EGR汽缸的EGR中的氢气浓度。在期望的过量氢气被确定之后，方法700进入到708。

在708处，方法700判断使发动机以高EGR稀释水平(例如，基本EGR流速)运转的燃料经济性增加是否通过在发动机中燃烧较高氢气浓度燃料的成本而被抵消以允许较高的EGR稀释水平。在一个示例中，估计用于使车辆以较高的EGR稀释水平(例如，基本EGR流速)运转的车辆燃料经济性。如果当前工况下的基本EGR流速足够低，其中燃烧稳定性处于期望的水平并且不需要使用较高氢气浓度燃料，那么回答为是，并且方法700进入到712。然而，如果在当前公开工况下喷射较高氢气浓度燃料以提供期望水平的燃烧稳定性，那么确定发动机以较高浓度氢气运转的增长的成本。

具体地，基于将燃料的成本(例如，美元每加仑，包括向发动机供应的一种或更多种燃料的成本)乘以当前的燃料经济性(例如，加仑每英里)，确定在当前状况下使车辆运转的成本。基于将燃料的成本(例如，美元每加仑，包括向发动机供应的一种或更多种燃料的成本)(包括增长的燃料增量)乘以估计的使发动机以较大的EGR流速运转的燃料经济性(例如，加仑每英里)，确定使用增加的燃料量来增加专用的EGR汽缸中的氢气浓度而使车辆运转的成本。估计的燃料经济性可以基于包含基于当前车速、驾驶员要求的扭矩以及EGR流速经验确定的车辆燃料经济性估计的表格或功能。如果使车辆以较高的EGR稀释水平运转的成本比使发动机以较低的EGR稀释水平运转的成本高于预定量，那么回答为否，并且方法700进入到710。否则，回答为是，并且方法700进入到712。

在710处，如果燃烧不稳定，那么方法700将EGR流速降低到更低的EGR流速。EGR流速可以降至发动机以期望水平的燃烧稳定性运转而无需使用较高氢气浓度燃料的水平。例如，以EGR的25％运转的发动机可以被调整为以EGR的15％运转。例如，EGR的减少可以通过将来自专用的EGR汽缸的一部分排气引导到排气歧管而非引导到进气歧管来实现。可以调整阀(诸如阀205)的位置，以改变或减少外部EGR量。在每个汽缸循环中汽缸中的基本EGR流速或EGR量降至维持期望水平的燃烧稳定性而无需发动机以较高氢气浓度燃料运转的EGR量之后，方法700退出。

在712处，方法700判断存储在车辆上的较高氢气浓度燃料量是否大于燃料阈值量。存储在较高氢气浓度燃料箱中的燃料量可以经由用于气体燃料的压力传感器或经由用于液体燃料的浮子传感器来确定。如果方法700判断存储在车辆上的较高氢气浓度燃料量大于阈值水平，那么回答为是，并且方法700进入到714。否则，回答为否，并且方法700进入到710。

在714处，方法700判断较高和较低氢气浓度燃料是否被输送到所有发动机汽缸或可用于所有发动机。在一个示例中，如果可以向所有汽缸供应较高和较低氢气浓度燃料，那么可以设定存储器中的二进制位。如果方法700判断可以向所有发动机汽缸供应两种燃料(例如，经由图3的构造)，那么回答为是，并且方法700进入到716。否则，回答为否，并且方法700进入到730。

在716处，方法700基于映射的燃料计划表向发动机供应较低和较高氢气浓度燃料。在一个示例中，燃料映射图基于发动机扭矩、发动机转速以及EGR流速。燃料映射图规定了向汽缸喷射的较高氢气浓度燃料的总燃料的分数与较低氢气浓度燃料的分数。可以向每个汽缸供应不同分数的较高和较低氢气浓度燃料。在一些示例中，较高氢气燃料喷射分数量可以随着发动机负荷增加而增加以抑制发动机爆震。经由打开燃料喷射器并以在704处确定的燃料量向汽缸供应映射的燃料分数，向发动机的汽缸供应燃料。在向发动机汽缸供应燃料之后，方法700进入到718。

在718处，方法700判断当根据在704处确定的基本计划表供应燃料和EGR时燃烧稳定性是否退化。在一个示例中，可以基于发动机转速变化或基于汽缸压力传感器的输出来估计燃烧稳定性。如果汽缸压力或发动机转速改变多于阈值量，那么可以确定燃烧稳定性已经退化。如果方法700判断燃烧稳定性退化，那么回答为是，并且方法700进入到720。否则，回答为否，并且方法700退出。

在720处，方法700判断对于目前的发动机转速和扭矩需求来说向专用的EGR汽缸喷射的较低氢气浓度燃料分数是否大于阈值量。例如，较低氢气浓度燃料的分数限制可以是在当前的发动机工况下喷射的燃料的总质量的60％。较低氢气浓度燃料的分数限制被方法700用来确定可以喷射多少较低氢气浓度燃料，以在向专用的EGR汽缸增加供应的较高氢气浓度燃料量之前增加排气氢气浓度。因此，在这个示例中，增加较低氢气浓度燃料直至其到达总质量的60％，并且然后增加总燃料质量中的较高氢气浓度燃料的分数。以此方式，对于具有较高EGR汽缸内容物的燃烧提供更少燃烧稳定性的状况，可以节约较高氢气浓度燃料。如果方法700判断向专用的EGR汽缸喷射的较低氢气浓度燃料的分数大于阈值量，那么回答为是，并且方法700进入到724。否则，回答为否，并且方法700进入到722。

在可替代的示例中，可以增加较低氢气浓度燃料的质量，直至阈值质量的较低氢气浓度燃料被喷射，然后增加所喷射的较高氢气浓度燃料的质量。

在722处，对于每个汽缸循环来说，方法700都增加向专用的EGR汽缸供应的较低氢气浓度燃料的分数(fuel fraction)。通过增加向专用的EGR汽缸供应的总燃料量中的向专用的EGR汽缸供应的较低氢气浓度燃料的分数，能够通过富于化学计量空燃比地运行来增加专用的EGR汽缸的排气中的氢气量。含有更高氢气浓度的排气可以被引导到发动机的其余汽缸作为EGR。排气中的额外的氢气可以改善发动机的其余汽缸中的燃烧稳定性。方法700通过加使专用的EGR汽缸中燃烧的空气燃料混合物变富来增加专用的EGR汽缸中的排气的氢气浓度。专用的EGR汽缸中的空气燃料混合物可以每次被加富预定量(例如，0.05空燃比)，燃烧不稳定性在预定的时间段内被确定。专用的EGR汽缸中的空燃比可以富于化学计量比状况。在向专用的EGR汽缸供应的低氢气燃料的分数量被增加之后，方法700进入到756。

在756处，调整除专用的EGR汽缸之外的汽缸的空燃比，以抵消专用的EGR汽缸的变富。具体地，接收来自专用的EGR汽缸的EGR的发动机汽缸的空燃比被稀化对应于被再循环到除专用的EGR汽缸之外的发动机汽缸的排气中的过量氢气(和一氧化碳)量的分数量。

例如，对于具有单个专用的EGR汽缸的四汽缸发动机，如果专用的EGR汽缸中的燃料和其余汽缸中的燃料具有等同的化学计量空燃比，并且专用的EGR汽缸中的空燃比自化学计量空燃比被加富1.5倍的空燃比，则其余汽缸中的空燃比被稀化1.5/3倍的空燃比。通过稀化接收来自专用的EGR汽缸的被再循环的排气的汽缸的空气燃料混合物，其余汽缸的空气燃料混合物可以接近相应其余汽缸的期望空燃比(例如，化学计量比)。

在向专用的EGR汽缸供应较高氢气浓度燃料并且向其余发动机汽缸供应较低氢气浓度燃料的示例中，基于自较高氢气浓度燃料的化学计量空燃比和包括较高和较低氢气浓度燃料的燃料混合物的化学计量空燃比的较高氢气浓度燃料的富程度来减少向其余汽缸喷射的燃料的燃料喷射量。在除专用的EGR汽缸之外的汽缸的相应空燃比被调整之后，方法700进入到758。

在758处，方法700基于被再循环到发动机汽缸的排气中的氢气来调整发动机火花正时和凸轮正时。具体地，当增加从专用的EGR汽缸流向其他发动机汽缸的排气中的氢气浓度时，可以增加除专用的EGR汽缸之外的汽缸中的内部EGR。可以通过增加汽缸的进气门与排气门重叠来增加汽缸的内部EGR。以此方式，可以增加内部EGR，使得可以提供甚至更高的总EGR稀释水平。类似地，如果较高氢气浓度燃料的供应变低，当减少在专用的EGR汽缸中燃烧的氢气燃料量时，可以减少除专用的EGR汽缸之外的汽缸的内部EGR。另外，当增加通过专用的EGR汽缸供应的外部EGR中的氢气浓度时，可以增加外部EGR量。经由将专用的EGR中的充气量增加至比其他发动机汽缸中更大的充气量，可以增加外部EGR量。

向发动机汽缸供应具有较高氢气浓度的EGR可以增加发动机汽缸的指示平均有效压力(IMEP)。因此，可能希望增加自最大扭矩最小点火提前角(MBT)的火花延迟，以将发动机扭矩维持在期望的水平。例如，如果发动机在怠速下以较高水平的EGR充气稀释运转，那么可以延迟一个或更多个汽缸的火花正时，使得当增加从专用的EGR汽缸向其他发动机汽缸供应的EGR中的氢气浓度时，不增加发动机转速。同样，如果降低从专用的EGR汽缸向其他汽缸供应的EGR气体中的氢气浓度，当降低IMEP时，朝向MBT火花正时提前除专用的EGR汽缸之外的汽缸的火花正时以维持发动机扭矩。在针对从专用的EGR汽缸向其他发动机汽缸供应的EGR气体中的氢气浓度调整发动机气门/凸轮正时和火花正时之后，方法700退出。

应当注意，EGR气体中的氢气浓度可以经由进气氢气传感器来确定，或根据在专用的EGR汽缸中燃烧的燃料的燃料类型和空燃比来推测。在一个示例中，表格存储被输出的经验确定的EGR氢气浓度值，以确定EGR气体中的氢气浓度。基于专用的EGR汽缸的空燃比和被燃烧的燃料的类型来检索表格。

在724处，对于每个汽缸循环来说，方法700都增加向专用的EGR汽缸供应的较高氢气浓度燃料的分数。通过增加向专用的EGR汽缸供应的总燃料量中的向专用的EGR汽缸供应的较高氢气浓度燃料的分数，相比于当向专用的EGR汽缸供应较低氢气浓度燃料时，能够以更快的速率增加专用的EGR汽缸的排气中的氢气量。含有更高氢气浓度的排气可以被引导到发动机的其余汽缸作为外部EGR。排气中的额外的氢气可以改善发动机的其余汽缸中的燃烧稳定性。方法700通过使在专用的EGR汽缸中燃烧的空气燃料混合物变富来增加专用的EGR汽缸中的排气的氢气浓度。通过向专用的EGR汽缸供应较高氢气浓度燃料，专用的EGR汽缸中的空气燃料混合物可以被加富预定量(例如，0.05倍的空燃比)。在向专用的EGR汽缸供应的低氢气燃料的分数量被增加之后，方法700进入到756。

在730处，方法700判断是否向专用的EGR汽缸供应两种燃料(例如，较高氢气浓度燃料和较低氢气浓度燃料)。在一个示例中，方法700可以基于存储器中的二进制位或变量的值或状态来判断是否向专用的EGR汽缸供应两种燃料。如果发动机包括两种燃料向专用的EGR汽缸的供应，那么二进制位或变量可以被设定为值1。如果方法700判断向发动机的专用的EGR汽缸供应两种燃料，那么回答为是，并且方法700进入到732。否则，回答为否，并且方法700进入到750。

在732处，方法700基于映射的燃料计划表向专用的EGR汽缸供应较低和较高氢气浓度燃料。燃料映射图可以基于发动机扭矩、发动机转速以及EGR流速。燃料映射图规定了向汽缸喷射的总燃料的较高氢气浓度燃料的分数与较低氢气浓度燃料的分数。在一些示例中，较高氢气燃料喷射分数量可以随着发动机EGR流速增加而增加。方法700向发动机除专用的EGR汽缸之外的汽缸供应低浓度氢气燃料。向除专用的EGR汽缸之外的发动机汽缸供应的较低氢气浓度燃料量可以基于发动机转速、扭矩需求以及期望的空燃比。经由打开燃料喷射器并以在704处确定的燃料量向相应汽缸供应映射的燃料分数，向发动机的汽缸供应燃料。在向发动机汽缸供应燃料之后，方法700进入到734。

在734处，方法700判断当根据在704处确定的基本计划表供应燃料和EGR时燃烧稳定性是否退化。如果汽缸压力或发动机转速改变多于阈值量，那么可以确定燃烧稳定性已经退化。如果方法700判断燃烧稳定性退化，那么回答为是，并且方法700进入到736。否则，回答为否，并且方法700退出。

在736处，方法700判断对于目前的发动机转速和扭矩需求来说向专用的EGR汽缸喷射的较低氢气浓度燃料分数是否大于阈值量。较低氢气浓度燃料的分数限制被方法700用来首先经由较低氢气浓度燃料来增加由专用的EGR汽缸产生的EGR气体中的氢气。以此方式，对于具有较高EGR汽缸内容物的燃烧提供更少燃烧稳定性的状况，可以节约较高氢气浓度燃料。如果方法700判断向专用的EGR汽缸喷射的较低氢气浓度燃料的分数大于阈值量，那么回答为是，并且方法700进入到740。否则，回答为否，并且方法700进入到738。

在738处，对于每个汽缸循环来说，方法700都增加向专用的EGR汽缸供应的较低氢气浓度燃料的分数。通过增加向专用的EGR汽缸供应的总燃料量中的向专用的EGR汽缸供应的较低氢气浓度燃料的分数，能够通过增加该汽缸中的燃料富程度来增加专用的EGR汽缸的排气中的氢气量。含有更高氢气浓度的排气可以被引导到发动机的其余汽缸作为EGR。排气中的额外的氢气可以改善发动机的其余汽缸中的燃烧稳定性。方法700通过加富在专用的EGR汽缸中燃烧的空气燃料混合物来增加专用的EGR汽缸中的排气的氢气浓度。专用的EGR汽缸中的空气燃料混合物可以被加富预定量。在向专用的EGR汽缸供应的低氢气燃料的分数量被增加之后，方法700进入到756。

在740处，对于每个汽缸循环来说，方法700都增加向专用的EGR汽缸供应的较高氢气浓度燃料的分数。通过增加向专用的EGR汽缸供应的总燃料量中的向专用的EGR汽缸供应的较高氢气浓度燃料的分数，相比于当向专用的EGR汽缸供应较低氢气浓度燃料时，能够以更快的速率增加专用的EGR汽缸的排气中的氢气量。含有更高氢气浓度的排气可以被引导到发动机的其余汽缸作为外部EGR。排气中的额外的氢气可以改善发动机的其余汽缸中的燃烧稳定性。方法700通过加富在专用的EGR汽缸中燃烧的空气燃料混合物来增加专用的EGR汽缸中的排气的氢气浓度。当检测到燃烧不稳定性时，可以通过向发动机供应较高氢气浓度燃料而将专用的EGR汽缸中的空气燃料混合物加富预定量(例如，0.05倍的空燃比)。在向专用的EGR汽缸供应的低氢气燃料的分数量被增加之后，方法700进入到756。

在750处，方法700基于映射的燃料计划表仅向专用的EGR汽缸供应较高氢气浓度燃料。燃料映射图可以基于发动机扭矩、发动机转速以及EGR流速。燃料映射图规定了向专用的EGR汽缸喷射的较高氢气浓度燃料量。向专用的EGR汽缸供应的较高氢气浓度燃料量可以基于发动机转速、期望的发动机扭矩以及期望的汽缸空燃比。方法700向发动机除专用的EGR汽缸之外的汽缸供应较低氢气浓度燃料。向除专用的EGR汽缸之外的发动机汽缸供应的较低氢气浓度燃料量可以基于发动机转速、扭矩需求以及期望的空燃比。经由打开燃料喷射器并以在704处确定的燃料量向相应汽缸分数供应映射的燃料分数，向发动机的汽缸供应燃料。在向发动机汽缸供应燃料之后，方法700进入到734。

在752处，方法700判断当向发动机供应较高氢气浓度燃料时燃烧稳定性是否退化。如果汽缸压力或发动机转速改变多于阈值量，那么可以确定燃烧稳定性已经退化。如果方法700判断燃烧稳定性退化，那么回答为是，并且方法700进入到754。否则，回答为否，并且方法700退出。

在754处，对于每个汽缸循环来说，方法700都增加向专用的EGR汽缸供应的较高氢气浓度燃料的分数。通过增加向专用的EGR汽缸供应的较高氢气浓度燃料量，能够增加专用的EGR汽缸的排气中的氢气量，使得当向其他发动机汽缸提供来自专用的EGR汽缸的排气时，可以改善其他发动机汽缸中的燃烧稳定性。含有更高氢气浓度的排气(例如，专用的EGR汽缸)可以被引导到发动机的其余汽缸作为EGR。排气中的额外的氢气可以改善发动机的其余汽缸中的燃烧稳定性。方法700通过加富在专用的EGR汽缸中燃烧的空气燃料混合物来增加专用的EGR汽缸中的排气的氢气浓度。通过向发动机供应较高氢气浓度燃料，专用的EGR汽缸中的空气燃料混合物可以被加富预定量(例如，0.05倍的空燃比)。专用的EGR汽缸中的空燃比可以富于化学计量的空燃比。在向专用的EGR汽缸供应的低氢气燃料的分数量增加之后，方法700进入到756。

因此，图7和8的方法提供了一种发动机运转方法，其包含：向一组汽缸喷射较低氢气浓度燃料；以及响应于所述一组汽缸中的燃烧稳定性小于期望的燃烧稳定性，增加较高氢气浓度燃料向一个或更多个专用的EGR汽缸的燃料喷射量。该方法包括，其中较低氢气浓度燃料具有比较高氢气浓度燃料更低的氢气浓度。

在一些示例中，该方法包括，其中仅仅向一个或更多个专用的EGR汽缸供应较高氢气浓度燃料。该方法包括，其中仅仅向所述一组汽缸供应较低氢气浓度。该方法进一步包含，仅仅从一个或更多个专用的EGR汽缸向所述一组汽缸外部地供应排气。该方法进一步包含，响应于仅仅从一个或更多个专用的EGR汽缸向所述一组汽缸供应的排气中的氢气浓度，调整所述一组汽缸的排气再循环量。

在另一示例中，图7和8的方法提供了一种发动机运转方法，其包含：向一组汽缸喷射较低氢气浓度燃料；使来自不在所述一组汽缸中的一个或更多个专用的EGR汽缸的排气流向所述一组汽缸；响应于所述一组汽缸中的汽缸的燃烧稳定性，经由向一个或更多个专用的EGR汽缸喷射较高氢气浓度燃料，增加来自一个或更多个专用的EGR汽缸的排气中的氢气浓度；以及响应于来自一个或更多个专用的EGR汽缸的排气中的氢气浓度，调整所述一组汽缸的火花正时。该方法进一步包含，响应于氢气浓度，增加所述一组汽缸中的每个汽缸中的内部排气再循环量。

在一些示例中，该方法进一步包含，响应于氢气浓度，延迟所述一组汽缸中的每个汽缸中的火花正时。该方法包括，其中仅仅向一个或更多个专用的EGR汽缸喷射较高氢气浓度燃料。该方法包括，其中向所有发动机汽缸喷射较高氢气浓度燃料。该方法包括，其中所述一组汽缸接收所述一组汽缸外部的仅仅来自一个或更多个专用的EGR汽缸的排气。该方法包括，其中一个或更多个专用的EGR汽缸的新鲜充气大于所述一组汽缸中的汽缸中的新鲜充气。该方法包括，其中向所述一组汽缸供应的外部排气仅仅经由不在所述一组汽缸中的汽缸来供应，并且大于一组汽缸中的每个汽缸中的充气的30％。

本领域技术人员应认识到，在图4和5中所描述的方法可以表示任何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。因此，所描述的各种步骤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，实现本文中所描述的本发明的示例实施例的目的、特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图示和说明而提供了所述处理顺序。尽管没有明确地示出，但本领域技术人员将意识到，一个或多个所图示的步骤或功能可以根据所用的特定策略而重复地执行。另外，所描述的动作、运转、方法和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码。

在此结束本说明书。本领域技术人员阅读本说明书将会想到不违背本发明的精神实质和范围的许多变化和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或可替代的燃料配置运行的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可以利用本说明书以受益。

Claims (17)

1.一种发动机运转方法，其包含：

向一组汽缸喷射低氢气浓度燃料；

使排气从一个或多个专用的EGR汽缸流动到所述一组汽缸；

响应于所述一组汽缸中的燃烧稳定性小于期望的燃烧稳定性，向所述一个或多个专用的EGR汽缸增加高氢气浓度燃料的燃料喷射量；以及

响应于被供应到所述一组汽缸的所述排气中的氢气浓度的增加，调整所述一组汽缸内的内部排气再循环；

其中仅仅向所述一个或多个专用的EGR汽缸喷射所述高氢气浓度燃料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述低氢气浓度燃料具有比所述高氢气浓度燃料低的氢气浓度，并且其中所述专用的EGR汽缸不在所述一组汽缸中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中仅仅向所述一组汽缸供应所述低氢气浓度。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，向所述一组汽缸外部地供应仅仅来自所述一个或多个专用的EGR汽缸的排气。

5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含，响应于向所述一组汽缸供应仅仅来自所述一个或多个专用的EGR汽缸的所述排气中的氢气浓度，调整所述一组汽缸的排气再循环量。

6.一种发动机运转方法，其包含：

向一组汽缸喷射低氢气浓度燃料；

使排气从一个或多个专用的EGR汽缸流向所述一组汽缸；

响应于所述一组汽缸中的汽缸的燃烧稳定性小于期望值，经由向所述一个或多个专用的EGR汽缸喷射高氢气浓度燃料，增加来自所述一个或多个专用的EGR汽缸的所述排气中的氢气浓度；

响应于来自所述一个或多个专用的EGR汽缸的所述排气中的氢气浓度增加，调整所述一组汽缸的火花正时；以及

响应于所述氢气浓度增加，增加所述一组汽缸中的每个汽缸中的内部排气再循环量，并且其中所述一个或多个专用的EGR汽缸不在所述一组汽缸中。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包含，响应于所述氢气浓度，延迟所述一组汽缸中的每个汽缸中的火花正时。

8.根据权利要求6所述的方法，其中仅仅向所述一个或多个专用的EGR汽缸喷射所述高氢气浓度燃料。

9.根据权利要求6所述的方法，其中向所有发动机汽缸喷射所述高氢气浓度燃料。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述一组汽缸接收所述一组汽缸外部的仅仅来自所述一个或多个专用的EGR汽缸的排气。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述一个或多个专用的EGR汽缸的新鲜充气大于所述一组汽缸中的汽缸中的新鲜充气。

12.根据权利要求11所述的方法，其中向所述一组汽缸供应的外部排气仅仅经由所述一个或多个专用的EGR汽缸来供应，并且大于所述一组汽缸中的每个汽缸中的充气的20％。

13.一种车辆系统，其包含：

发动机；

第一燃料箱，其存储低氢气浓度燃料；

第二燃料箱，其存储高氢气浓度燃料；

一组燃料喷射器，其向一组汽缸供应所述低氢气浓度燃料；

一个或多个燃料喷射器，其向不在所述一组汽缸中的一个或多个专用的EGR汽缸供应所述高氢气浓度燃料；以及

控制器，其包括非临时性指令，所述非临时性指令用于：

经由增加向所述一个或多个专用的EGR汽缸供应的所述高氢气浓度燃料的量来增加向所述一组汽缸供应的排气中的氢气的浓度；以及

响应于向所述一组汽缸供应的所述排气中的所述氢气的浓度增加而调整所述一组汽缸中的内部排气再循环；其中所述一个或多个专用的EGR汽缸的新鲜充气大于所述一组汽缸中的汽缸的新鲜充气。

14.根据权利要求13所述的车辆系统，其中所述一个或多个专用的EGR汽缸是向所述一组汽缸外部地供应排气再循环的唯一方式。

15.根据权利要求13所述的车辆系统，其中经由增加向所述一个或多个专用的EGR汽缸喷射的燃料量，增加所述排气中的所述氢气的浓度。

16.根据权利要求13所述的车辆系统，其进一步包含用于响应于所述排气中的所述氢气的浓度增加而调整火花正时的指令。

17.根据权利要求13所述的车辆系统，其进一步包含，被耦接至所述发动机的进气歧管和允许所述一个或多个专用的EGR汽缸之间的气动连通的通道，所述通道不允许所述进气歧管与所述一组汽缸之间的气动连通。

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