CN105275635B

CN105275635B - 双燃料发动机系统的方法和系统

Info

Publication number: CN105275635B
Application number: CN201510283952.3A
Authority: CN
Inventors: G·苏尔尼拉; M·H·谢尔比
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: RU2015121213A3; RU2692158C2; DE102015108455A1; RU2015121213A; US10100773B2; CN105275635A; US20150354492A1

Abstract

本发明涉及双燃料发动机系统的方法和系统。提供用于在利用不同燃料和不同喷射系统运转的多燃料发动机系统中精确估计发动机容积效率的方法和系统。基于总燃料喷射量中的每种燃料的部分以及基于每种燃料的喷射类型修正容积效率。容积效率估计补偿每种燃料以及每种喷射类型的局部压力效果和增压中冷效果。

Description

双燃料发动机系统的方法和系统

技术领域

本申请涉及在双燃料系统中调节容积效率估计的方法和系统。

背景技术

发动机可以配置有直接燃料喷射器和/或进气道燃料喷射器，直接燃料喷射器将燃料直接喷射入燃烧汽缸(直接喷射)，进气道燃料喷射器将燃料喷射入汽缸进气道(进气道燃料喷射)。多燃料发动机系统能够使用进气道喷射和直接喷射二者，其中不同的燃料类型被提供至不同的喷射器。例如，乙醇燃料的直接喷射可以与汽油燃料的进气道喷射连用。其中，醇燃料的直接喷射可以利用醇燃料的较高蒸发热的增加的增压中冷效果和增加的辛烷。这帮助解决爆震限制，尤其是在升压状况下。另外，汽油燃料的进气道喷射可以利用汽油燃料的较高功率输出。

因此，喷射入发动机的燃料的组成影响发动机的容积燃料经济性和效率。如由Surnilla等人认识到的(US8387591)，直接喷射燃料的容积组成和燃料的辛烷值之间的非线性关系能够使得发动机控制调整的计算变得复杂。本文发明人已经认识到，在多燃料系统(诸如双燃料系统)中，涉及更进一步程度的复杂性。这是因为发动机的容积效率取决于喷射入发动机的燃料类型的净效果、喷射的每种燃料的量以及用于喷射燃料的喷射系统。也就是说，进气道喷射汽油燃料和直接喷射乙醇燃料对容积效率的影响可能不同于直接喷射汽油燃料和进气道喷射乙醇燃料对容积效率的影响。因此，如果发动机的容积效率不调节以校正这些燃料效果，汽缸中的空气的量可能被错误估计。这进而将导致发动机扭矩估计误差、燃料系统监控误差等。总之，发动机性能将退化。

发明内容

上述问题的至少一些可以至少部分由一种用于在运转多燃料系统时精确估计发动机容积效率的方法解决。该方法包括：在汽缸循环期间，响应于到汽缸的进气道喷射的燃料和直接喷射的燃料，调节发动机容积效率估计；以及响应于发动机容积效率估计调节驱动器。以此方式，汽缸空气充气估计误差能够减小。

如一示例，发动机可以经由进气道喷射加注第一燃料(例如，主要燃料，诸如汽油)。发动机还可以经由直接喷射加注第二不同的燃料(例如，辅助燃料，诸如乙醇)。可以基于两种燃料的每种的喷射量以及它们的喷射系统确定双燃料发动机的发动机容积效率。具体地，随着汽油燃料的进气道喷射增加，容积效率估计会降低，而随着乙醇燃料的直接喷射增加，容积效率估计会增加。发动机的总体容积效率被计算为由于汽油燃料部分(fraction)的进气道喷射而容积效率降低和由于乙醇燃料部分的直接喷射而容积效率增加的净效果。因此，当歧管或汽缸(进气冲程中)中的燃料蒸发时，其贡献的压力是燃料的局部压力(partial pressure)。因此，进气道喷射的汽油部分的效果可以基于进气道中汽油燃料的局部压力确定。直接喷射的乙醇燃料的效果类似地可以基于汽缸中的乙醇燃料的局部压力确定。具体地，由于直接喷射的乙醇燃料的冷却效果仅在进气门打开时的进气冲程期间实现，该调节可以基于IVO事件期间汽缸中的局部压力。在一种示例中，控制器可以基于发动机工况(诸如发动机转速-负荷状况)确定初始或基础容积效率估计，并且可以进一步基于不同燃料的燃料部分和它们的喷射类型更新基础估计。基于更新的容积效率估计，汽缸空气充气估计可以被校正。可以相应地对一个或更多个发动机驱动器进行调节。例如，可以调节节气门开度、凸轮正时、气门正时、火花正时、喷射燃料数量和EGR流率中的一者或更多者。

虽然以上示例针对汽油和乙醇液体燃料描绘，应当理解，基于燃料类型和喷射类型的容积效率估计模型可以类似地应用于各种其他燃料和喷射组合。例如，相同的模型可以用于精确地调节使用液体燃料和气体燃料运转的多燃料发动机系统中的容积效率，该多燃料发动机系统诸如具有进气道喷射的CNG和直接喷射的汽油的发动机系统。

以此方式，可以更好地获悉多燃料发动机系统的每种燃料和每种燃料喷射类型的冷却和局部压力的净效果并将其用于校正容积效率估计。通过提高容积效率估计的准确性，能够减小汽缸空气充气估计误差。因此，这改善了发动机驱动器控制并减少扭矩扰动。此外，基于空气流量估计的一个或更多个其他发动机运转参数的估计误差也被减小。通过减小空气-燃料误差，提高了发动机性能。

应当理解，提供以上概述是为了以简化形式介绍一些概念，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由随附于具体实施方式的权利要求唯一限定。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示出用于多燃料发动机的一个示例燃烧室。

图2示出一种用于基于直接喷射和进气道喷射的燃料调节多燃料系统中的容积效率估计的高级流程图。

图3示出根据本公开的一种基于调节的容积效率估计的示例驱动器调节。

具体实施方式

以下描述涉及用于提高多燃料发动机系统中(诸如图1中的发动机系统中)的容积效率估计的精确性的系统和方法。发动机控制器可以执行诸如图2的例程的控制例程，以基于多燃料发动机系统的每种燃料的燃料部分以及用于输送每种燃料的喷射类型而估计发动机容积效率。基于修正的容积效率估计，可以调节一个或更多个发动机驱动器的设置以提高发动机性能。图3示出示例调节。

图1描绘内燃发动机10的燃烧室或汽缸的一个示例实施例。发动机10可以至少部分由包括控制器12的控制系统和经由输入装置132、来自车辆操作者130的输入控制。在该示例中，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，其中活塞138位于燃烧室壁中。活塞138可以耦接至曲轴140，以便活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统耦接至客运车辆的至少一个驱动轮。此外，启动器马达可以经由飞轮耦接至曲轴140以使发动机10能够启动运转。

汽缸14能够经由一系列进气道142、144和146接收进气空气。除了汽缸14之外，进气道146能够与发动机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升压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出发动机10配置有涡轮增压器，该涡轮增压器包括布置在进气道142和进气道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可以至少部分地通过排气涡轮176经由轴180而驱动，其中升压装置被配置为涡轮增压器。然而，在另一些示例中，诸如其中发动机10被提供有机械增压器的情况，排气涡轮176可以选择性地省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入驱动。包括节流板164的节气门162可以沿着发动机的进气道提供以用于改变提供至发动机汽缸的进气空气的流率和/或压力。例如，如图1所示，节气门162可以设置在压缩机174下游，或替代地提供在压缩机174的上游。

排气道148能够接收来自除了汽缸14之外的发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器128被示出耦接至排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可以是用于提供排气空燃比的指示的任意合适的传感器，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(如所描绘的)、HEGO(加热型EGO)、NO_x、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NO_x捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。

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被示出包括位于汽缸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可以由控制器12经由驱动器152控制。类似地，排气门156可以由控制器12经由驱动器154控制。在一些状况期间，控制器12可以改变提供至驱动器152和驱动器154的信号以控制各自的进气门和排气门的打开和关闭。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。气门驱动器可以是电动气门驱动类型或凸轮驱动类型或其组合。进气门正时和排气门正时可以被同时控制或可以使用任意可能的可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时控制。每个凸轮驱动系统可以包括一个或更多个凸轮并且可以利用可以由控制器12运转的凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或更多者，以改变气门运转。例如，汽缸14可以替代地包括经由电动气门驱动装置控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮驱动装置控制的排气门。在另一些实施例中，进气门和排气门可以由共同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能够具有压缩比，该压缩比是活塞138在下止点时的容积与活塞138在上止点时的容积的比。常规上，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，压缩比可以增加。这可以发生在，例如，当使用较高辛烷燃料或具有较高潜在蒸发焓的燃料时。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，压缩比也可以增加。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于发起燃烧的火花塞192。在选定运转模式下，点火系统190能够响应于来自控制器12的火花提前信号SA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可以省去，诸如其中发动机可以通过自动点火或通过燃料的喷射发起燃烧，如可以是对于一些柴油发动机的情况。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配置有一个或更多个燃料喷射器以用于向汽缸提供燃料。作为一个非限制性示例，汽缸14被示出包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166被示出直接耦接至汽缸14，以用于将与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地直接喷射燃料到汽缸14中。以此方式，燃料喷射器166提供所谓的燃料直接喷射(以下称为“DI”)到燃烧汽缸14中。虽然图1示出喷射器166为侧喷射器，其也可以位于活塞的上方，诸如靠近火花塞192的位置。当使用醇基燃料运转发动机时，由于一些醇基燃料的低挥发性，这种位置可以改善混合和燃烧。替代地，喷射器可以位于进气门的上方并靠近进气门以改善混合。燃料可以从包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的高压燃料系统-1172输送至燃料喷射器166。替代地，燃料可以通过单级燃料泵在较低压力下输送，在这种情况下，与在使用高压燃料系统时相比，压缩冲程期间直接燃料喷射的正时会更受限。另外，尽管未示出，燃料箱可以具有提供信号至控制器12的压力变换器。

燃料喷射器170被示出以一种配置布置在进气道146而不是汽缸14中，这种配置提供所谓的燃料进气道喷射(以下称为“PFT”)到汽缸14上游的进气道中。燃料喷射器170可以与经由电子驱动器171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。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的燃料系统-2173输送至燃料喷射器170。注意，如所描绘的，对于这两种燃料喷射系统，可以使用单个驱动器168或171，或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)。

燃料喷射器166和170可以具有不同的特性。这些特性包括尺寸的不同，例如，一个喷射器可以具有比另一个喷射器的喷射孔大的喷射孔。其他不同点包括，但不限于，不同的喷雾角、不同的工作温度、不同的导向、不同的喷射正时、不同的喷雾特性、不同的位置等。此外，根据喷射器170和166之间喷射的燃料的分配比，可以实现不同的效果。

燃料系统172和173中的燃料箱可以保持具有不同燃料品质(诸如不同的燃料成分)的燃料。这些不同点可以包括不同的醇含量、不同的辛烷、不同的蒸发热、不同的燃料混合物、不同的燃料挥发性和/或其组合等。具有不同的醇含量的燃料的一个示例可以包括作为第一燃料、具有较低醇含量的汽油和作为第二燃料、具有较高醇含量的乙醇燃料混合物(诸如E85)。在另一个示例中，发动机可以使用不同醇含量的乙醇燃料混合物作为第一燃料和第二燃料，例如E10(其大约10％乙醇和90％汽油)作为第一燃料，其被进气道喷射并且E85(其大约85％乙醇和15％汽油)作为第二燃料，其被直接喷射。其他可行物质包括水、醇和水的混合物、醇的混合物等。作为另一个示例，具有不同挥发性的燃料可以包括不同醇含量的燃料或不同季节级或区域级的燃料(例如，冬季级燃料和夏季级燃料、或北方级燃料和南方级燃料)。此外，第一和第二燃料也可以在诸如温度、黏度、辛烷值等的其他燃料品质方面不同。

在又一些示例中，储存在每个燃料箱中的燃料可以相同，经由进气道喷射器和直接喷射器输送到汽缸的燃料可以是共同燃料。

在所描绘的实施例中，发动机10是多燃料发动机系统，从而储存在燃料系统-1172中并由燃料喷射器166输送的燃料不同于储存在燃料系统-2173中并由燃料喷射器170输送的燃料。作为一个非限制性示例，进气道喷射输送的第一燃料可以是具有较低醇含量的第一燃料，而由直接喷射输送的第二燃料可以是具有较高醇含量的第二燃料。如以下所阐述的，发动机控制器可以在发动机启动、曲轴转动(crank)和怠速控制期间调节燃料喷射分布(injection profiles)，以协调燃料系统中可用的不同燃料的燃料性能以及进气道喷射和直接喷射的益处，从而降低排气气体和PM排放。

在汽缸的单个循环期间，可以通过两种喷射器向汽缸输送燃料。例如，每个喷射器可以输送在汽缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。另外，从每个喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可以随工况(诸如发动机转速、负荷、排气温度、PM排放等)变化。由喷射器170进气道喷射的第一燃料的总量和由直接喷射器166直接喷射(如一次或更多次喷射的)的第二燃料的总量的相对分配可以被称为喷射比。例如，经由(进气道)喷射器170喷射用于燃烧事件的较大量的第一燃料可以是进气道喷射-直接喷射的较高第一比例的一个例子，而经由(直接)喷射器166喷射用于燃烧事件的较大量的第二燃料可以是进气道喷射-直接喷射的较低第一比例。注意，这些仅仅是不同喷射比的示例，并且可以使用各种其他喷射比。

此外，应当理解，可以在打开进气门事件期间、关闭进气门事件(例如，基本上在进气冲程之前，诸如排气冲程期间)期间、以及在打开和关闭进气门运转二者期间，输送进气道喷射的燃料。类似地，可以在进气冲程期间以及部分在先前排气冲程期间(例如，在进气冲程期间以及部分在压缩冲程期间)，输送直接喷射的燃料。另外，直接喷射的燃料可以在单次喷射或多次喷射时输送。这些喷射可以包括进气冲程期间的多次喷射、压缩冲程期间的多次喷射、或进气冲程期间的一些直接喷射和压缩冲程期间的一些喷射的组合。当执行多次直接喷射时，进气冲程(直接)喷射和压缩冲程(直接)喷射之间直接喷射的第二燃料的总量的相对分配可以被称为分流比(split ratio)。例如，在进气冲程期间直接喷射用于燃烧事件的较大量的第二燃料可以是进气冲程直接喷射的较高分流比的一个示例，而在压缩冲程期间喷射用于燃烧事件的较大量的第二燃料可以是进气冲程直接喷射的较低分流比的一个示例。注意，这些仅仅是不同喷射比的示例，且可以使用各种其他喷射比。

因此，即使对于单个燃烧事件，喷射的燃料可以在不同正时从进气道喷射器和直接喷射器喷射。此外，对于单个燃烧事件，可以在每个循环执行输送的燃料的多次喷射。所述多次喷射可以在进气冲程、压缩冲程或其任意合适的组合期间执行。

如关于图2所阐述的，控制器可以响应于汽缸循环期间至汽缸的进气道喷射的燃料和直接喷射的燃料而调节发动机容积效率估计，并然后响应于发动机容积效率估计而调节驱动器。例如，控制器可以考虑主要燃料(诸如汽油)的进气道燃料喷射而调节容积效率估计，降低发动机的容积效率，同时直接进气喷射辅助燃料(诸如乙醇)，增加容积效率。因而，发动机的整体容积效率被确定为由于汽油的进气道喷射而容积效率降低和由于乙醇的直接喷射而容积效率增加的净效果。

如上所述，图1仅示出多缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括其自身的进气/排气门组、燃料喷射器(一个或更多)、火花塞等。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括：微处理器单元(CPU)106、输入/输出(I/O)端口108、在该具体示例中被示出为只读存储器芯片(ROM)110的用于可执行程序和校准值的电子储存介质、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114和数据总线。控制器12可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除之前讨论的那些信号之外，所述信号包括：来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量计(MAF)的测量值；来自耦接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接至曲轴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124的绝对歧管压力信号(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可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。

存储介质只读存储器110能够使用计算机可读数据编程，其中计算机可读数据代表由处理器106可执行以用于执行以下描述的方法以及想到的但是没有具体列举的其他变体的指令。图2描述可以由控制器执行的一种示例性例程。

图2示出用于基于向发动机汽缸的燃料喷射调节发动机容积效率估计的示例例程200。具体地，容积效率估计可以基于发动机转速-负荷状况从初始估计修正以补偿不同燃料和燃料喷射类型的效果。

在202处，发动机工况可以被估计和/或测量。这些发动机工况可以包括，例如，发动机转速、发动机负荷、发动机温度、操作者扭矩需求、催化剂温度、每个燃料箱中的燃料水平、可用燃料等。在204处，可以基于估计的发动机工况确定燃料喷射量。在205处，确定燃料喷射量包括确定经由直接喷射提供作为第一燃料的总燃料的部分。此外，可以在206处确定经由进气道喷射提供作为第二燃料的总燃料的部分。第一燃料可以不同于第二燃料并可以具有不同的成分、物质状态(state of matter)、不同的辛烷值等。在一种示例中，直接喷射的第一燃料包括诸如E85的液体醇基燃料，而进气道喷射的第二燃料包括液体汽油燃料。在另一个示例中，第一燃料和第二燃料中的每者可以是不同乙醇含量的液体醇燃料，诸如E10(经由进气道喷射输送)和E85(经由直接喷射输送)。在又一个示例中，第一燃料是诸如汽油的液体燃料而第二燃料是诸如CNG的气体燃料。在再一个示例中，直接喷射的第一燃料可以具有比第二燃料低的醇含量或辛烷值。另外，在一些示例中，可以经由直接喷射器和进气道喷射器中的每者输送共同燃料。在这种情况下，确定燃料喷射量包括确定经由直接喷射输送的给定燃料的燃料部分和经由进气道喷射输送的剩余燃料部分。

除了确定经由进气道喷射和直接喷射输送的燃料量，也可以确定喷射正时。在直接喷射燃料的情况中，可以确定燃料是在单个或多个进气冲程(一次或更多次)喷射、单个或多个压缩冲程喷射，还是至少一个进气冲程喷射和至少一个压缩冲程喷射时输送。同样，在进气道喷射燃料的情况中，可以确定燃料是在关闭气门事件(例如，排气冲程期间)还是打开气门事件(例如，进气冲程期间)时输送。

在208处，可以基于估计的发动机工况确定基础容积效率估计。例如，可以基于发动机转速、可变凸轮正时设置、进气歧管温度、进气歧管压力、涡轮增压器废气门设置、排气背压、充气运动(charge motion)控制装置设置以及进气调谐装置设置确定基础容积效率估计。

在210处，可以基于汽缸循环期间(例如，在下一个即将点火的汽缸中)至汽缸的进气道喷射的燃料和直接喷射的燃料调节基础容积效率估计。这样，由于容积效率受蒸发的燃料的局部压力的影响，如以下所解释的，基于进气道喷射的燃料的调节可以包括响应于进气道喷射的燃料的局部压力而调节。同样，基于直接喷射的燃料的调节可以包括响应于直接喷射的燃料的局部压力而调节。

例如，修正的容积效率可以按照以下等式计算：

Vol_eff＝1.0+(1-di_frac)*pfi_fuel_vol_eff_pp+di_frac*di_fuel_vol_eff_pp+di_frac*di_fuel_vol_eff_cool，

其中，di_frac是通过直接喷射系统喷射的总燃料的部分，以及其中Pfi_fuel_vol_eff_pp是由于主要燃料(例如，汽油)的进气道喷射的“局部压力”导致的容积效率变化，假定所有燃料都是通过进气道喷射而喷射的。由于在进气道喷射中，燃料的局部压力贡献效果减小容积效率，Pfi_fuel_vol_eff的值是负的。

可以基于燃料的进气道喷射是在打开进气门事件还是关闭进气门事件上执行进一步调节进气道喷射的容积效率的效果。因此，容积效率在打开燃料的进气门进气道喷射时增加。换句话说，当燃料在打开进气门时(例如，在进气冲程中)被进气道喷射时与关闭进气门(例如，在排气冲程)相比，容积效率的降低量会较低。

Di_fuel_vol_eff_pp是由于直接喷射辅助燃料(例如，乙醇)的局部压力效果导致的容积效率变化，假定在直接进气冲程喷射(与压缩冲程喷射相比)时喷射燃料的100％。因此，局部压力效果仅在DI喷射的进气喷射部分有效。因而，响应于直接喷射的燃料的局部压力的调节包括响应于进气冲程期间以及具体地在进气门打开(IVO)期间直接喷射的燃料部分的局部压力的调节。燃料的压缩喷射部分不影响发动机的容积效率，因为在这种情况下发动机进气门是闭合的。Di_fuel_vol_eff_cool被计算为直接喷射辅助燃料的发动机的容积效率的变化，假定100％的燃料在直接进气喷射时输送。

因此，给定燃料喷射的容积效率取决于喷射系统。使用燃料的进气道喷射，容积效率受歧管中蒸发的燃料的局部压力影响。蒸发的燃料不利于空气充气的冷却，因为用于燃料蒸发的大部分热在标称喷射时从气门抽吸。在非常大的燃料喷射(其中，一些燃料将热量从空气充气中带走)时，一些空气充气冷却效果是可能的，降低空气充气温度。然而，出于所有实践目的，进气道喷射的冷却效果假定为零。

相比之下，对于直接喷射，存在两个抵触效果确定容积效率增加或损失。第一个是当进气门打开时由于蒸发的燃料的压力导致的局部压力效果。在这种情况下，进气冲程直接喷射期间蒸发的燃料增加压力并使得状况类似于在较高歧管压力下运转。由于该增加的压力，能够积聚在汽缸中的空气充气的量将减少。这导致较低的容积效率。容积效率的减少量将取决于直接喷射的燃料的分子量、燃料的密度和经由直接喷射器喷射的燃料量。

与第一效果抵触的第二效果是由于空气充气中直接喷射的燃料的蒸发导致的冷却效果。空气充气的冷却增加空气密度，从而导致容积效率增加。容积效率的增加是充气温度降低量的函数。充气温度降低量进而是燃料的蒸发热的函数。

在一个示例中，汽油经由进气道喷射输送以及E85经由直接喷射输送。这样，当歧管或汽缸中(在进气冲程期间)的燃料蒸发时，其贡献的压力是燃料的局部压力。由于乙醇相对于汽油的分子量(MW＝105)的较低分子量(MW＝46)，乙醇较汽油贡献更多的局部压力。由于E85相对于汽油的标称空燃比(标称AFR＝14.6)的较低的标称空燃比(标称AFR＝9.8)，更多质量的乙醇将被喷射以用于化学计量比加注燃料。因而，乙醇将贡献更多局部压力。总的来说，局部压力对容积效率的净效果是乙醇(E85)与汽油相比将降低容积效率。同样，进气道喷射的乙醇具有比进气道喷射的汽油发动机更低的容积效率。

现在对比分析汽油和乙醇的容积效率来讨论E85燃料相对于汽油的增压中冷效果的分析。汽油的蒸发热约为150Btu/磅(Btu为英制热量单位，1Btu＝1Btu/lb＝2326J/kg)，而乙醇的蒸发热约为506Btu/lb。在进气门打开时的进气冲程期间，燃料的冷却效果仅对于直接喷射有效。乙醇的冷却效果远远大于汽油，如这能够从蒸发热(HoV)的值中看出。这对容积效率提高贡献显著。冷却后的空气充气的温度能够被写为如下等式：

T_冷却＝T_空气–[(1/AFR)*HoV/Cp_空气]

然后，由于冷却而容积效率提高能够被写为等式：[1–(T_冷却/T_空气)]；其中T_冷却是增压中冷后的空气充气的温度，以及其中T_空气是增压中冷之前的空气的温度，其中AFR是燃料的空燃比，以及其中Cp_空气是恒定压力下的空气的比热。因而，冷却和局部压力效果的净结果是容积效率的净增加。

如上所述，由于冷却导致的容积效率是充气温度的函数。需要使用的充气温度应当是内部EGR温度和歧管增压的加权平均值。在低MAP状况下，由于较高的内部EGR空气部分，充气温度较高。因而随后由于增压中冷导致的容积效率提高量将较低。当乙醇在进气冲程中通过直接喷射喷射时，由于蒸发导致的空气充气的冷却降低由于较低温度导致的乙醇的压力。存在蒸汽压力和缸内充气温度的均衡的交会点(intercept point)。在蒸汽压力限制处能够蒸发的燃料量在较低MAP处较高且在较高MAP处较低。对于内部EGR，充气温度在较低MAP处较高并因此具有较高蒸汽压力限制。结果，对于给定的空气充气温度，容积效率随着直接喷射的燃料(例如，E85)的量增加。然而，针对较低的环境温度，最大容积效率可能较低。因而，对于给定的空气充气温度和歧管压力，存在能够用于增加容积效率的辅助直接喷射的燃料的量的限制。也就是说，对于容积效率而言，喷射比必要的更多的直接喷射的燃料没有益处。

返回210，如上所讨论的，可以基于每种燃料的燃料部分、燃料类型(其成分、分子量等)和用于每种燃料的喷射类型修正容积效率估计。在一个示例中，控制器可以基于以上讨论的等式确定容积效率校正因子。然后控制器可以使用校正因子校正基础容积效率估计。在一个示例中，校正因子可以是乘法器。在另一个示例中，校正因子可以是加法器。在另一个示例中，该校正可以是多个容积效率估计的加权平均值(基于燃料部分)。

因而，容积效率的调节包括两部分。第一部分是IVC时蒸发的燃料的局部压力，该燃料替换新鲜空气，从而降低容积效率。第二部分是IVC之前燃料的蒸发导致的增压中冷，其增加充气密度并且还增加容积效率。如果使用气体燃料(例如，CNG)，仅局部压力的第一效果发生并且如果可能在IVC之后有利于喷射CNG(因为气体燃料喷射需要高喷射压力和良好的混合)。

在一个示例中，发动机容积效率可以与每种燃料类型和/或喷射系统独立地映射。然后，加权平均值可以用于对应到燃料部分。

在212处，在修正容积效率估计后，该例程包括基于修正的容积效率估计校正汽缸空气充气估计。如一个示例，修正的容积效率估计可以用于调节歧管填充模型，该模型然后被用于计算汽缸空气充气量。因此，如果基础容积效率估计未修正，汽缸空气充气量会被高估或低估，从而导致空气-燃料误差。此外，会导致发动机扭矩误差。另外，误差会被引入所有驱动器的位置，该驱动器根据空气充气估计被调节。

在214处，该例程包括响应于修正的容积效率估计调节驱动器。该调节也可以基于修正的汽缸空气充气估计执行。同样，可以调节一个或更多个驱动器。如一个示例，驱动器可以包括进气节气门位置、火花点火正时和可变凸轮正时中的一者或更多者。该调节可以包括，例如，随着容积效率估计增加，针对调节的容积效率修改火花正时、将节气门移动至更加闭合的位置、降低目标升压压力、调节进气调谐装置以及调节凸轮正时以补偿容积效率变化。修改火花正时可以包括当容积效率提高时在一些情况期间延迟火花正时并在另一些情况期间提前火花正时。因此，增加的增压中冷允许在临界条件下承受更多火花提前。如一个替代示例，较高的发动机负荷通常允许较迟的火花正时。

应当理解，虽然以上针对其中较高乙醇含量燃料被直接喷射和较低乙醇含量燃料被进气道喷射的示例描述容积效率估计，但是也可以针对其中较高乙醇含量燃料被进气道喷射和较低乙醇含量燃料被直接喷射的示例类似地应用和调节该估计。另外，该估计可以用于其中相同燃料被进气道喷射和直接喷射的示例。

以此方式，所提供的模型能够用于调节燃料和喷射系统的不同组合的任意多燃料系统的容积效率估计。如一个示例，提供的模型可以用于双燃料发动机系统中，其中控制器经由进气道喷射器和直接喷射器的一者将第一燃料喷射入发动机汽缸而经由进气道喷射器和直接喷射器的另一者将第二燃料喷射入发动机汽缸。这里，第一燃料和第二燃料中的一者可以是气体燃料而第一燃料和第二燃料中的另一者可以是液体燃料。例如，CNG可以被进气道喷射，而汽油被直接喷射。在另一个示例中，喷射的燃料可以是不同于直接喷射的燃料的液体燃料，其中直接喷射的燃料的辛烷值高于进气道喷射的燃料的辛烷值。例如，汽油可以被进气道喷射，而E85被直接喷射。在一个替代示例中，汽油可以被直接喷射，而E85被进气道喷射。发动机控制器可以基于燃料部分和每种燃料的喷射系统类型调节估计的发动机容积效率。估计的发动机容积效率可以进一步基于直接喷射(进气冲程或压缩冲程)的正时和进气道喷射(打开进气门或闭合进气门)的正时。控制器然后可以基于调节的估计调节发动机运转参数。

如上所述，基于燃料部分的调节可以包括基于作为第一燃料的输送的总燃料喷射量的部分并进一步基于作为第二燃料的输送的总燃料喷射量的部分的调节。另外，该调节可以基于每种燃料的喷射系统，具体是基于第一燃料是经由进气道喷射器还是经由直接喷射器输送，并且进一步基于第二燃料是经由进气道喷射器还是经由直接喷射器输送。例如，其中第一燃料被进气道喷射且第二燃料被直接喷射，该调节包括：在进气冲程期间，基于进气道喷射的第一燃料的局部压力并进一步基于直接喷射的第二燃料的一部分的局部压力而调节估计的发动机容积效率。发动机运转参数调节可以包括火花点火正时、气门重叠、进气门正时、排气门正时以及可变凸轮正时中的一者或更多者。如一个示例，该调节可以包括随着估计的发动机容积效率增加，降低火花点火正时延迟量。

在另一个示例中，发动机系统包含包括发动机汽缸的发动机；被配置为进气道喷射第一燃料至发动机汽缸的第一进气道喷射器；被配置为直接喷射第二不同的燃料至发动机汽缸的第二直接喷射器；和用于在发起汽缸中发起火花点火的火花塞。发动机系统可以进一步包括具有计算机可读指令的控制器，该指令储存在永久性存储器中以用于：基于发动机工况，进气道喷射第一量的第一燃料至发动机汽缸，同时直接喷射第二量的第二燃料至发动机汽缸，第二量的直接喷射包括进气冲程直接喷射和压缩冲程直接喷射。控制器可以进一步将发动机容积效率从基于发动机工况的初始估计调节到基于第一量的第一燃料、第二量的第二燃料、第一燃料的局部压力和第二燃料的局部压力中的每者的最终估计。控制器然后可以基于发动机容积效率的最终估计调节发动机火花点火正时。这里，第二直接喷射器可以被配置为在进气冲程直接喷射和压缩冲程直接喷射中的每者时直接喷射第二燃料。由于压缩冲程喷射对燃料喷射的容积效率贡献不显著，基于第二燃料的局部压力调节发动机容积效率可以包括基于在进气冲程直接喷射时输送的第二燃料的局部压力而调节但不基于在压缩冲程直接喷射时输送的第二燃料的局部压力而调节。

在以上示例中，调节发动机火花正时可以包括在发动机容积效率超过初始估计时，将火花正时从用于初始估计的第一火花正时修改为用于最终估计的第二火花正时。在一个示例中，第二火花正时比第一火花正时更提前。在另一个示例中，第二火花正时比第一火花正时更延迟。控制器可以进一步包括在发动机容积效率的最终估计超过初始估计时，用于朝向更加闭合的位置移动进气节气门的指令。

现在转向图3，其示出在双燃料发动机系统中加注燃料改变时基于更新的容积效率估计的示例驱动器调节。映射图300在曲线302处描述第一燃料(此处是E85)的直接喷射、在曲线304处描述第二燃料(此处为汽油)的进气道喷射、在曲线306处描述由于加注燃料的变化引起的容积效率(ΔVol_eff)的变化、在曲线308处描述歧管压力(MAP)、在曲线310处描述节气门位置的变化、以及在曲线312处描述火花正时相对于临界火花(BDL)的变化。所有的参数相对于沿着x-轴线的时间绘制。

在t1之前，发动机可以利用高部分的进气道喷射的汽油燃料和较小部分的直接喷射的乙醇燃料(E85)运转。此外，发动机可以在具有一定火花延迟量时运转。

在t1处，由于发动机工况的变化，E85的直接喷射增加，同时汽油的进气道喷射被相应地降低以维持发动机扭矩。由于增加的乙醇燃料的直接喷射，增压中冷效果会占主导地位，从而导致容积效率增加。为了在较高容积效率状况下维持发动机中接收的空气，通过稍微闭合进气节气门来降低MAP。此外，增加的增压中冷引起临界火花移动至与t1之前相比相对更提前的位置。因而，在t1处，调节火花正时。此处，火花正时相对于t1之前使用的正时被提前并保持在新的临界火花正时(BDL)处。临界火花的明显提前是由于增压中冷和E85燃料相对于汽油燃料具有高的RON(Research Octane Number，研究法辛烷值)率的组合效果导致的。

在t2处，由于发动机工况的进一步变化，E85的直接喷射减少，同时汽油的进气道喷射相应地增加，以便维持发动机扭矩。由于增加的汽油燃料的进气道喷射，局部压力效果会占主导地位，从而导致容积效率降低。为了在较低容积效率状况下维持发动机中接收的空气，通过稍微打开进气节气门增加MAP。此外，减少的增压中冷引起临界火花移动至与t2之前相比相对更延迟的位置。因而，在t2处，调节火花正时。此处，火花正时相对于t2之前使用的正时被延迟并保持在新的临界火花正时(BDL)处。

以此方式，可以基于增压中冷和不同燃料类型的局部压力以及燃料喷射类型的积聚效果计算更精确的容积效率估计。通过获悉燃料的直接喷射以及乙醇燃料的使用中的每者的增压中冷效果，能够更好地确定增压中冷的容积效率的净增加。同时，燃料的进气道喷射的局部压力效果能够用于确定容积效率的净减少。该积聚效果用于基于发动机转速-负荷状况校正初始容积效率估计。通过更精确地估计容积效率，能够减小汽缸充气空气估计误差，从而提高发动机空气控制。通过相应地调节发动机驱动器，能够降低来自空气流量误差的扭矩扰动。总之，发动机性能得到提高。

注意，本文所包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。这里描述的具体例程可代表任何数量的处理策略中的一个或更多个，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，各种动作、操作或功能可以按说明的顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现本文描述的示例的特点和优点时，处理的顺序不是必须要求的，而是为了便于说明和描述。根据所用的具体策略，一个或更多个说明性的动作或功能可以重复执行。另外，所述动作可以图形化地表述编程到发动机控制系统的计算机可读存储介质中的代码。

应当理解，在此公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。例如，上述方法可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸，及其他发动机类型。本发明主题包括在此公开的各种系统和配置、及其他特征、功能、和/或属性的所有新颖和非易见的组合及子组合。

下面的权利要求特别指出视为新颖和非易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的接合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本发明的主题之内。

Claims

1.一种运转发动机的方法，其包含：

在汽缸循环期间，响应于到汽缸的进气道喷射的第一燃料的局部压力和直接喷射的第二燃料的局部压力，调节发动机容积效率估计，其中所述第一燃料不同于所述第二燃料，并且其中所述第一燃料和所述第二燃料中的每个的所述局部压力分别表示所述第一燃料和所述第二燃料中的每个的蒸发的燃料压力；以及

响应于所述发动机容积效率估计，调节驱动器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中到所述汽缸的所述直接喷射的第二燃料的所述局部压力表示仅在进气门打开期间到所述汽缸的所述燃料直接喷射。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一燃料和所述第二燃料中的一者是气体燃料，并且其中所述第一燃料和所述第二燃料中的另一者是液体燃料。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述驱动器包括进气节气门、可变凸轮正时、火花点火正时、进气调谐装置、涡轮增压器废气门以及充气运动控制装置中的一者。

5.根据权利要求1所述的方法，其中直接喷射的所述燃料和进气道喷射的所述燃料是共同燃料。

6.一种用于运转发动机的方法，其包含：

经由进气道喷射器和直接喷射器中的一者将第一燃料喷射到发动机汽缸中，同时经由所述进气道喷射器和所述直接喷射器中的另一者将第二燃料喷射到所述发动机汽缸中；

基于燃料部分、每种燃料的喷射系统类型、所述第一燃料的局部压力和所述第二燃料的局部压力，调节估计的发动机容积效率，其中所述第一燃料和所述第二燃料中的每个的所述局部压力分别表示所述第一燃料和所述第二燃料中的每个的蒸发的燃料压力；以及

基于调节的估计，调节发动机运转参数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中基于所述燃料部分的调节包括基于作为所述第一燃料输送的总燃料喷射量的部分并进一步基于作为所述第二燃料输送的所述总燃料喷射量的部分的调节。

8.根据权利要求7所述的方法，其中基于每种燃料的喷射系统的调节包括基于所述第一燃料是经由所述进气道喷射器还是经由所述直接喷射器输送以及进一步基于所述第二燃料是经由所述进气道喷射器还是经由所述直接喷射器输送的调节。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一燃料和所述第二燃料中的每者是液体燃料，并且其中所述第二燃料具有比所述第一燃料高的辛烷值。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一燃料是包括汽油的液体燃料，并且其中所述第二燃料是包括CNG的气体燃料。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述发动机运转参数包括火花点火正时、气门重叠、进气门正时、排气门正时以及可变凸轮正时中的一者或多者。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述调节包括随着所述估计的发动机容积效率增加，降低火花点火正时延迟的量。

13.一种发动机系统，其包含：

包括发动机汽缸的发动机；

被配置为进气道喷射第一燃料至所述发动机汽缸的第一进气道喷射器；

被配置为直接喷射第二燃料至所述发动机汽缸的第二直接喷射器，其中所述第二燃料不同于所述第一燃料；

用于在所述汽缸中发起火花点火的火花塞；和

具有储存在永久性存储器中以用于执行以下操作的计算机可读指令的控制器：

基于发动机工况，进气道喷射第一量的所述第一燃料至所述发动机汽缸，同时直接喷射第二量的所述第二燃料至所述发动机汽缸，所述第二量的直接喷射包括进气冲程直接喷射和压缩冲程直接喷射；以及

将发动机容积效率从基于所述发动机工况的初始估计调节到基于第一燃料的所述第一量、第二燃料的所述第二量、所述第一燃料的局部压力和所述第二燃料的局部压力中的每者的最终估计，其中所述第一燃料和所述第二燃料中的每个的所述局部压力分别表示所述第一燃料和所述第二燃料中的每个的蒸发的燃料压力；以及

基于发动机容积效率的所述最终估计，调节发动机火花点火正时。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第二直接喷射器被配置为在进气冲程直接喷射和压缩冲程喷射的每个时直接喷射所述第二燃料，并且其中基于所述第二燃料的所述局部压力调节所述发动机容积效率包括基于所述进气冲程直接喷射时输送的第二燃料的所述局部压力进行调节但不基于所述压缩冲程直接喷射时输送的第二燃料的所述局部压力进行调节。

15.根据权利要求14所述的系统，其中调节发动机火花正时包括在发动机容积效率超过所述初始估计时，将火花正时从用于所述初始估计的第一火花正时提前至用于所述最终估计的第二火花正时。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器进一步包括用于在发动机容积效率的所述最终估计超过所述初始估计时，将进气节气门向更加闭合位置移动的指令。