CN107152346A - 用于减少颗粒物质的发动机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于减少颗粒物质的发动机控制系统，具体而言，一种用于发动机的控制系统包括配置成确定供应给发动机的氧气或燃料的其中一种或更多何时变化的一个或更多处理器。该一个或更多处理器也配置成，响应于确定供应给发动机的氧气和/或燃料上的变化，指导发动机的一个或更多燃料喷射器在一个或更多气缸的多冲程发动机循环的每个循环期间，在第一燃料喷射和第二燃料喷射两者期间，开始将燃料喷入发动机的一个或更多气缸。

Description

用于减少颗粒物质的发动机控制系统
技术领域
本文描述的主题涉及内燃发动机，并涉及用于降低发动机的颗粒物质排放的控制系统。
背景技术
发动机包括具有燃烧室的多个气缸，且活塞设置在燃烧室中。进气被发动机的空气处理系统引入燃烧室并且在燃烧室中被压缩。燃料以燃料喷射时间被喷入燃烧室并且被点燃。被点燃的燃料在燃烧室中产生移动活塞的压力。燃料的点燃在燃烧室中产生了气态排气，其至少部分地由空气处理系统带出发动机。
随着时间流逝，发动机的子系统磨损和/或劣化。这些子系统包括空气处理、冷却和燃料系统，它们对于满足排放规章是关键的。随着子系统磨损，发动机的燃烧室产生和/或从其输出的颗粒物质(PM)可能增加。这造成了发动机将超过排放物限制或标准的风险。
发明内容
在一个实施例中，用于发动机的控制系统包括配置成确定供应给发动机的氧气或燃料的其中一种或更多上的变化的一个或更多处理器。该一个或更多处理器也配置成在一个或更多气缸的多冲程发动机循环的每个循环期间，在第一燃料喷射和第二燃料喷射两者期间，响应于确定供应给发动机的氧气或燃料的其中一种或更多上的变化，指导发动机的一个或更多喷射器开始将燃料喷入发动机的一个或更多气缸。
在一个实施例中，用于控制发动机的方法包括确定发动机的氧气对燃料比值(OFR)何时降低到低于至少第一阈值，并且响应于确定发动机的OFR已经降低到低于至少第一阈值，在一个或更多气缸的多冲程循环的每个循环期间，在第一燃料喷射和第二燃料喷射两者期间，指导发动机的一个或更多燃料喷射器开始将燃料喷入发动机的一个或更多气缸。
在一个实施例中，用于发动机的控制系统包括温度传感器、压力传感器以及一个或更多处理器，温度传感器配置成获得在发动机的一个或更多进气歧管中的或从设置在发动机上游的压缩机输出的空气中的温度测量值，压力传感器配置成获得在发动机的一个或更多进气歧管中的或从压缩机输出的空气中的压力测量值，而一个或更多处理器配置成检查温度测量值和压力测量值以确认发动机的氧气对燃料比值(OFR)上的下降。该一个或更多处理器也配置成响应于确认发动机的OFR上的下降，在气缸的每个发动机循环期间，在主燃料喷射和后燃料喷射期间，指导发动机的燃料喷射器开始将燃料喷入发动机的气缸。
技术方案1. 一种用于发动机的控制系统，所述控制系统包括：
一个或更多处理器，其配置成确定供应给发动机的一个或更多气缸的氧气或燃料的其中一个或更多上的变化，
其中，所述一个或更多处理器也配置成，响应于确定供应给所述发动机的所述一个或更多气缸的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的所述变化，指导所述发动机的一个或更多燃料喷射器在所述一个或更多气缸的多冲程发动机循环的每个循环期间，在第一燃料喷射和第二燃料喷射两者期间，开始将燃料喷入所述发动机的所述一个或更多气缸中。
技术方案2. 如技术方案1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成将供应给所述发动机的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的所述变化确定为所述发动机的氧气对燃料比值(OFR)上的下降。
技术方案3. 如技术方案2所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成响应于所述发动机的OFR下降到至少第一阈值以下，指导所述一个或更多燃料喷射器在所述第一和第二燃料喷射期间开始喷射燃料。
技术方案4. 如技术方案3所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成，响应于确定所述发动机的OFR下降到较小的第二阈值以下，指导所述一个或更多燃料喷射器在所述多冲程发动机循环的每个循环期间，在所述第一燃料喷射、所述第二燃料喷射和至少第三燃料喷射期间，开始将燃料喷入所述一个或更多气缸。
技术方案5. 如技术方案1所述的控制系统，其特征在于，在所述一个或更多处理器确定供应给所述发动机的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的所述变化之前，所述一个或更多处理器配置成在所述一个或更多气缸的所述发动机循环期间，仅在所述第一燃料喷射期间，指导所述发动机的所述一个或更多燃料喷射器将燃料喷入所述发动机的所述一个或更多气缸。
技术方案6. 如技术方案1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成在所述发动机以普通运行状态运行的情况下，当获得了温度测量值、压力测量值、氧气量的测量值、或燃料量的测量值的其中一个或更多时，并且当获得了之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值，或之前的燃料量的测量值的其中一个或更多时，响应于相对于之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值、或之前的燃料量的测量值中的一个或更多，发动机的温度测量值变化、发动机的压力测量值下降、输入到发动机中的氧气量的测量值下降、或喷入一个或更多气缸的燃料量的测量值上升中的一个或更多，确定供应给所述发动机的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的所述变化。
技术方案7. 如技术方案6所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成获得所述发动机的进气歧管中的空气、所述发动机上游的涡轮增压器的出口中的空气、或来自所述发动机的再循环排气的一个或更多的温度测量值或压力测量值的至少其中一个。
技术方案8. 如技术方案1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成基于所述发动机的运行状态，改变所述一个或更多气缸的所述多冲程发动机循环期间，所述第一燃料喷射和所述第二燃料喷射之间的时间间隔或所述第二燃料喷射的持续时间的其中一个或更多。
技术方案9. 如技术方案5所述的控制系统，其特征在于，所述运行状态包括置于所述发动机上的负载或所述发动机的节气门设置的其中一个或更多。
技术方案10. 如技术方案1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成确定供应给所述发动机的全部所述气缸的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的变化。
技术方案11. 一种用于控制发动机的方法，所述方法包括：
确定发动机的氧气对燃料比值(OFR)何时下降到至少第一阈值以下；以及
响应于确定所述发动机的OFR已经下降到至少所述第一阈值以下，指导所述发动机的一个或更多燃料喷射器在所述一个或更多气缸的多冲程循环的每个循环期间，在第一燃料喷射和第二燃料喷射两者期间，开始将燃料喷入所述发动机的一个或更多气缸中。
技术方案12. 如技术方案11所述的方法，其特征在于，还包括基于输入到所述发动机中的测量氧气量，以及喷入到所述一个或更多气缸中的测量燃料量，计算所述OFR。
技术方案13. 如技术方案11所述的方法，其特征在于，在确定所述发动机的OFR已经下降到至少所述第一阈值以下之前，在所述一个或更多气缸的每个循环期间，仅在所述第一燃料喷射期间，指导所述发动机的所述一个或更多燃料喷射器将燃料喷入所述发动机的所述一个或更多气缸。
技术方案14. 如技术方案11所述的方法，其特征在于，确定所述发动机的所述OFR何时下降到至少所述第一阈值以下包括，确定所述发动机的温度测量值上的变化、所述发动机的压力测量值上的下降、输入到所述发动机中的氧气量的测量值上的下降、或喷射到所述一个或更多气缸中的燃料量的测量值的其中一个或更多。
技术方案15. 如技术方案14所述的方法，其特征在于，在所述发动机以普通运行状态运行的情况下，当获得了温度测量值、压力测量值、氧气量测量值、或燃料量测量值中的一个或更多时，且当获得了之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值、或之前的燃料量测量值中的一个或更多时，响应于相对于之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值、或之前的燃料量的测量值中的一个或更多，温度测量值变化、压力测量值下降、氧气量测量值下降、或燃料量测量值增加中的一个或更多，温度测量值、压力测量值、氧气量的测量值、或燃料量的测量值中的一个或更多表明所述发动机的所述OFR上的下降。
技术方案16. 如技术方案14所述的方法，其特征在于，所述温度测量值或所述压力测量值中的一个或更多在所述发动机的进气歧管中的空气、离开设置在所述发动机上游的涡轮增压器压缩机的出口的空气、或来自所述发动机的排气中的一个或更多中测量。
技术方案17. 如技术方案11所述的方法，其特征在于，还包括基于所述发动机的运行状态，改变所述一个或更多气缸的所述多冲程发动机循环期间，所述第一燃料喷射和所述第二燃料喷射之间的时间间隔或所述第二燃料喷射的持续时间的其中一个或更多。
技术方案18. 一种用于发动机的控制系统，所述控制系统包括：
温度传感器，其配置成获得所述发动机的进气歧管，或从设置在所述发动机上游的压缩机输出的空气中的一个或更多中的温度测量值；
压力传感器，其配置成获得所述发动机的所述进气歧管，或从所述压缩机输出的空气中的一个或更多中的压力测量值；以及
一个或更多处理器，其配置成检查所述温度测量值和所述压力测量值，以便确认所述发动机的氧气对燃料比值(OFR)上的下降，
其中，所述一个或更多处理器还配置成，响应于确认所述发动机的所述OFR上的所述下降，指导所述发动机的燃料喷射器在所述气缸的每个发动机循环期间，在主燃料喷射和后燃料喷射两者期间，开始将燃料喷入所述发动机的气缸。
技术方案19. 如技术方案18所述的控制系统，其特征在于，在所述一个或更多处理器确认所述发动机的所述OFR上的所述下降之前，所述处理器配置成指导所述发动机的所述燃料喷射器在所述气缸的所述发动机循环的每个做功冲程期间，仅在所述主燃料喷射期间，将所述燃料喷入所述发动机的所述一个或更多气缸。
技术方案20. 如技术方案18所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成响应于所述温度测量值增加或所述压力测量值下降的其中一个或更多，确认所述发动机的所述OFR上的下降。
技术方案21. 如技术方案20所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成响应于所述发动机以普通运行状态运行的时间段期间，所述温度测量值增加或所述压力测量值下降的其中一个或更多，确认所述OFR上的下降。
技术方案22. 如技术方案18所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成基于所述发动机的运行状态，改变所述一个或更多气缸的所述发动机循环期间所述主燃料喷射和所述后燃料喷射之间的时间间隔。
技术方案23. 如技术方案22所述的控制系统，其特征在于，所述运行状态包括置于所述发动机上的负载或所述发动机的节气门设置的其中一个或更多。
技术方案24. 如技术方案18所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成响应于以下其中一个或更多，指导所述燃料喷射器开始在所述气缸的所述气缸的每个发动机循环期间，在所述主燃料喷射和所述后燃料喷射两者期间，将所述燃料喷入所述发动机的气缸：
供应给所述发动机的氧气量上的下降，
环境温度上的变化，
环境压力上的变化，
环境氧气上的变化，
所述发动机移动到相对于之前的位置，对于来自所述发动机的可允许排放物的量具有降低的极限的位置，或
相对于之前的时间，所述发动机消耗更多燃料，但依然普通节气门设置运行。
附图说明
图1是根据一个实施例的发动机系统和发动机控制系统的示意图；
图2图示了根据一个示例用于气缸的四冲程发动机循环；
图3图示了用于图2中所示的四冲程发动机循环的定时图；以及
图4图示了用于控制发动机系统的运行的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
提供了一种发动机控制系统，其通过改变进入发动机中的气缸的燃烧室的燃料的喷射来减少发动机中形成的颗粒物质。控制系统基于所接收的进入发动机的进气歧管的空气的氧气对燃料比值(OFR)上的变化而检测发动机子系统的老化或劣化。OFR可表示为摄入氧气(例如，所接收的进入进气歧管的氧气)的质量除以进入一个或更多气缸的燃料流的质量。响应于检测到发动机没有在给定的运行条件下根据发动机的先前或初始的运行将OFR输送至发动机中的气缸，控制系统可以在气缸的多冲程发动机循环期间开始将燃料喷射到气缸的燃烧室中。例如，气缸的每个发动机循环可包括进气冲程，其中空气被供应给燃烧室；后续的压缩冲程，其中燃料被引入燃烧室以便与空气混合，并且其中活塞在燃烧室中移动以在燃烧室中压缩空气和燃料混合物；做功冲程，其中空气和燃料混合物被点燃并且从反应的混合物提取功；以及排气冲程，其中消耗的空气和燃料混合物被从燃烧室排出。控制系统可指引燃料喷射器响应于检测到发动机中气缸的OFR与发动机的之前或初始运行相比正在下降，而在主喷射之后的附加的、或后喷射期间喷射燃料。此辅助燃料喷射可被称作后喷射。后喷射可喷射比主燃料喷射少得多的燃料量(例如，不到主燃料喷射的33%，不到15%，不到10%等)，并且可以减少发动机和空气处理系统中颗粒物质的生成。
有多种方式来计算OFR的等价物，包括空气－燃料比值(AFR)，燃料－空气比值(FAR),当量比，过剩空气率混合分数(excess air ratio mixture fraction)等。
随着在发动机的空气处理系统的空气处理部件(例如，涡轮叶片，排气再循环阀，热交换器，歧管等)上形成颗粒物质的沉积物，并且随着这些部件磨损，在空气处理效率上有总体损失。在空气处理系统中也会形成小的泄漏，从而从系统去除空气并减少进入气缸的气流。这导致对于给定的发动机运行条件气流上的降低。气流上的减少转换成发动机循环期间对于发动机气缸的更低的OFR。随着OFR下降，所产生的颗粒物质的量将增加。利用后喷射通过氧化已经在燃烧室内生成的颗粒物质而减少颗粒物质的排放，从而使得整体发动机和空气处理系统更强健以遵循排放物限制。利用后燃料喷射减少颗粒物质的生成，这也可以延长发动机和/或空气处理系统的部件的有效寿命，并且可延长发动机和/或空气处理系统的保养之间的时间间隔。
随着燃料系统的部件磨损，喷射曲线会变化，导致降低的性能，发动机效率损失以及降低的OFR。随着发动机的其他部件磨损，燃料经济性会降低，导致降低的OFR。
图1是根据一个实施例发动机系统100和发动机控制系统102的示意图。发动机系统100包括发动机104和空气处理系统106。发动机104包括根据多个发动机循环运行来产生功的若干气缸108,110,诸如上述的四冲程发动机循环。备选地，发动机可以以不同数量的冲程运行，诸如两冲程发动机。气缸108可为捐赠气缸(donating cylinder)，其将排放气体再循环回到进气歧管(以下描述)中。气缸110可为非捐赠气缸，排气不由其再循环。备选地，可提供不同数量和/或布置的气缸108和/或110,包括不包含任何捐赠气缸108的发动机。
空气处理系统106包括引导空气和排气通过发动机104的若干导管112。导管112引导来自发动机系统100外部的空气进入空气处理系统106的主或第一涡轮增压器114,穿过冷却空气的第一热交换器116,可选地穿过辅助或第二涡轮增压器118,可选地穿过冷却空气的第二热交换器120,并进入空气处理系统106的进气歧管122。进气歧管122中的空气可包括来自发动机系统100外部的空气和/或再回收的排气。进气歧管中的空气被引入气缸108,110(例如，在气缸110的发动机循环期间)。发动机系统100的若干燃料喷射器124从燃料罐(未示出)接收燃料并将燃料喷入气缸108,110。在一个实施例中，燃料喷射器124将燃料直接引入气缸108,110。
来自气缸110的排气由空气处理系统106的导管112引入空气处理系统106的排气歧管126。来自气缸108的排气被引入空气处理系统106的排放气体再循环(EGR)歧管128,且然后由导管112和可选的阀门130引入第三热交换器132来冷却排气。冷却的排气由导管112作为再循环气体引回到进气歧管122中，其中该再循环气体与来自发动机104外部的空气混合。可选地，另一个阀门134可将一些排气引回到排气歧管126中。排气歧管126中的排气可由导管112引回到第二涡轮增压器118中，然后进入第一涡轮增压器114,且然后引出发动机系统100。备选地，可使用另一个阀门142来使得排气绕过第二涡轮增压器118。可选地，发动机可不包括EGR歧管128和/或来自气缸108的排气可不被再循环。
控制系统102包括控制器136和可操作地与控制器136联接的传感器138,140。例如，控制器136可与传感器138,140经由一个或更多有线和/或无线连接通讯。控制器136可提供硬件电路，其包括和/或与一个或更多执行本文所述操作的处理器(例如，一个或更多微处理器、现场可编程门阵列、集成电路等)连接。在一个实施例中，控制器136被专门编程以执行本文所述的操作，诸如根据本文所述方法的一个或更多实施例的流程图。
传感器138,140可位于空气处理系统106的进气歧管122内，以测量流入进气歧管122以被引入气缸108，110的空气(例如，来自发动机系统外部的空气和/或再循环的排气)的特性。可选地，一个或更多传感器138,140可位于进气歧管122外部，诸如在到进气歧管122的入口处，在通入进气歧管122的导管112中，或另一位置。在一个实施例中，传感器138是测量进气歧管122中或即将进入进气歧管122的空气的温度的温度传感器，而传感器140是测量进气歧管122中或即将进入进气歧管122的空气的压力的压力传感器。可选地，一个或更多传感器138,140可定位在别处，诸如在第二涡轮增压器118的压缩机的出口处或内，在气缸108,110的排气通过其流动的一个或更多导管中，在排放气体再循环系统的一个或更多部件中等。在一个实施例中，传感器138,140位于进气歧管122和涡轮增压器118的压缩机的出口两者中。
传感器138可包括产生代表空气中的温度或温度上的变化的电势的热偶，温度计，或能够感测温度并产生到控制器136指示温度的输出信号的另一装置。传感器140可为压电应变计、电容压力传感器、电磁压力传感器或能够感测空气的压力并产生到控制器136指示压力的输出信号的其他装置。在一个实施例中，传感器138,140的其中一个或附加的传感器可为测量进气歧管122中氧气量的氧气传感器。控制器136可从质量流传感器监视来自燃料喷射器124的燃料流的流率，质量流传感器与燃料喷射器124联接或包括在其中。备选地，燃料喷射器124可向控制器136传播来自燃料喷射器124的燃料流所处的流率。
在一个实施例中，控制器136可接收来自传感器138,140的压力和温度测量值两者。备选地，控制器136可仅接收压力测量值或仅接收温度测量值，而不是压力和温度测量值两者。控制器136检查压力和/或温度测量值来检测气缸108,110的OFR上的变化。可选地，控制器136可基于进气、EGR或排气流中氧气浓度的测量以及从喷射器124流出的燃料的速率和数量来计算并监视OFR的值和/或值上的变化。控制器136可确定对于发动机104的相同运行状态压力和/或温度测量值是否正在变化。例如，控制器136可将发动机104在相同功率设定(例如挡位(notch)或节气门设定)下运行的不同时间段期间获得的压力测量值进行比较，以确定压力测量值是否正在变化或者变化了至少一个阈值量(例如，至少5%，至少10%等)。作为另一个示例，控制器136可将发动机104在相同功率设定下运行的不同时间段期间获得的温度测量值进行比较，以确定温度测量值是否正在变化或者变化了至少一个阈值量(例如，至少5%，至少10%等)或者低于阈值。阈值可以对发动机速度和扭矩的不同组合而变化。作为另一个示例，控制器136可将发动机104在相同功率设定下运行的不同时间段期间获得的温度测量值进行比较，并将发动机104在相同功率设定下运行的不同时间段期间获得压力测量值进行比较，以确定温度测量值是否正在变化或者变化了至少一个阈值量，以及压力测量值是否变化了阈值量或者低于阈值。
控制器136可检查压力和/或温度测量值来确定压力测量值和/或温度测量值是否正在以表明发动机的OFR正在下降的方式变化。下降的压力可以表明进入空气处理系统106的进气歧管122的空气流正在减少，并且因此，发动机的OFR也在下降。进气歧管122中减少的空气流可以表明从发动机104排出的颗粒物质的量正在增加。温度测量值上的变化可表明OFR上的下降。例如，来自压缩机的排放上的下降可以表明气流上的减少(并且因而，OFR上的下降)。作为另一个示例，如果压缩机效率正在下降并且需要更多燃料，会出现来自压缩机的持续升高的排放温度，从而导致下降的OFR。
可选地，控制器136可基于进气歧管中、排气中和/或离开位于发动机上游的涡轮增压器118的压缩机的出口的空气中的测量氧气量，并基于由喷射器124喷入一个或更多气缸108和/或110的燃料的量或速率来计算OFR。控制器136可反复计算OFR来确定OFR是否正在下降。
在一个实施例中，发动机系统110可包括烟灰传感器，其检测发动机104的排气流中烟灰(例如，其形成颗粒物质的至少一部分)的存在。烟灰传感器可为传感器138,140的其中一个或更多。由此类烟灰传感器提供给控制器136的信息可以由控制器136用来确定何时开始(或终止)到气缸108,110中的多重燃料喷射。
响应于确定压力和/或温度测量值正在以表明发动机的颗粒物质产生正在增加的方式改变，和/或响应于确定OFR正在下降，控制器136可指导燃料喷射器124来提供进入气缸108，110的燃烧室的补充燃料喷射。例如，在气缸108,110的压缩冲程期间发生的进入气缸108,110的主喷射之后，燃料喷射器124可在补充燃料喷射或后燃料喷射期间喷射附加量的燃料。此补充燃料喷射可在主燃料喷射之后通过相同的燃料喷射器124发生。例如，在完成主燃料喷射后，燃料喷射器124可停止将燃料喷入气缸108，110至少一段时间(例如，两到九毫秒)，且然后开始第二次将燃料喷入气缸108,110。
可选地，控制器136可基于发动机的运行状态上的变化，从在发动机的每四个冲程循环期间指导燃料喷射器124提供单独的主燃料喷射，转换成提供多次燃料喷射。运行状态上的变化可能导致被供应给发动机的氧气相对于燃料的量上的变化，这会导致由发动机产生的颗粒物质的增加。例如，响应于由于发动机移动到比之前的位置海拔更高的位置而导致的供应给发动机的氧气的量减少、发动机移动到具有比之前的位置更少氧气的山谷或隧道中的位置、发动机移动到相对于之前的位置具有对来自发动机的可允许排放物的量更严格标准或限制(例如更小的限制)的位置、环境温度相对于之前的时间和/或位置变得更暖和或更热、环境压力变化(例如，在更高海拔下下降)和/或发动机消耗更多燃料但依然以相同的节气门设置运行，控制器136可指导燃料喷射器124开始在发动机的每四个冲程循环期间对于每个气缸108，110喷射至少两次燃料。
在一个实施例中，控制器136指导燃料喷射器126在由指定时间量隔开的主燃料喷射和后燃料喷射期间将燃料喷入气缸108,110，该指定时间量基于发动机106的运行性或运行状态而变化。发动机106的运行性状态可代表置于发动机106上的负载，诸如发动机106的功率设定(例如，节气门或挡位设置)。对于更大的负载或功率设置，主燃料喷射和后燃料喷射之间的延迟可以比对于较短的负载或功率设置更长。例如，主燃料喷射和后燃料喷射对于较小的负载或功率设置可在时间上隔开两到三毫秒，但是对于更大的负载或功率设置可在时间上隔开一到两毫秒(例如，1.5毫秒)。备选地，喷射可由不同的时间量隔开。后喷射可以比主燃料喷射持续更短的时间段。例如，后喷射可持续主喷射持续时间的50%，30%，10%或另一分数或百分比。因此，后喷射可以比主喷射喷射更少的燃料，诸如喷射主喷射期间所喷射的燃料的50%，30%，10%或另一分数或百分比。
虽然本文的描述聚焦于对于气缸108,110的单次附加燃料喷射，但备选地，可以使用多次附加燃料喷射。例如，不是在主燃料喷射和后燃料喷射期间喷射，也可发生第三次、第四次等燃料喷射来减少从发动机产生的颗粒物质。主燃料喷射之外的附加燃料喷射通过氧化烟灰或所产生的颗粒物质的其他成分而减少了从发动机产生的颗粒物质。
图2图示了根据一个示例用于气缸220的四冲程发动机循环。气缸220可代表图1中所示的一个或更多气缸108,110。在四冲程发动机循环的进气冲程200期间，气缸220的燃烧室206中的活塞202向下朝燃烧室206内的下死点(BDC)部位或位置204移动。在进气冲程200期间空气208也被接纳到燃烧室206中。
在四冲程发动机循环的压缩冲程210期间，活塞202从燃烧室206中的BDC部位或位置204向上朝燃烧室206中的上死点(TDC)部位或位置212移动。空气208在燃烧室206内被活塞202的此运动压缩。在压缩冲程210后期，燃料222在活塞202上方被喷入燃烧室206。如本文所述，此燃料222可在主喷射和至少一个后喷射两者期间被喷射。燃料可在压缩冲程210后期开始的主喷射期间被喷射并进入做功冲程214，或者仅在做功冲程214期间被喷射。燃料222被喷射以在燃烧室206内产生空气和燃料混合物。此混合物被点燃以导致气缸220的燃烧室206内的燃烧。活塞202从TDC位置212向BDC位置204向下移动。在四冲程发动机循环的排气冲程216期间，活塞202从BDC位置204向进气冲程200的TDC位置212向上移动。在此运动期间，来自燃烧室206内部的排气218被活塞202的向上运动挤出气缸220。
在一个实施例中可在做功冲程214期间发生主燃料喷射和后燃料喷射。图3图示了用于图2中所示的气缸220的四冲程发动机循环的定时图。定时图包括在表示时间的水平轴线406旁边显示的若干波形400,402,404。在标签BDC和TDC旁边显示的若干竖直线指示燃烧室206内活塞202的不同位置，且BDC指活塞202处在BDC部位204的次数，而TDC指活塞202处在TDC部位212的次数。
波形400代表图2中所示的进气冲程200期间流入燃烧室206的空气208。波形402代表图2中所示的做功冲程214期间空气和燃料混合物的燃烧。波形404代表在图2中所示的排气冲程216期间被挤出燃烧室206的排气218。图3中所示的波形图示了其中一个四冲程发动机循环，且做功冲程214期间出现的燃烧波形402被分成了两个。图3中所示的时间线被重复一次或更多附加次，以图示附加的四冲程发动机循环。
图3中还示出了主燃料喷射408以及后燃料喷射410。喷射408,410在压缩和做功冲程210,214期间发生。主喷射408在燃烧之前发生，而后燃料喷射410可在主喷射408之后发生，诸如在活塞202抵达TDC部位之前或之后。在一个示例中，后燃料喷射410发生在TDC部位的十五度内。
喷射408，410由时间延迟412在时间上隔开。时间延迟412可基于发动机的运行性状态而改变。例如，当发动机106以较小的挡位或节气门设置运行时，时间延迟412可较短，较小的挡位或节气门设置与产生更多功的较大的挡位或节气门设置相比产生较少的功。当发动机106以较大的挡位或节气门设置运行时，时间延迟412可较长，较大的挡位或节气门设置与产生较少功的较小的挡位或节气门设置相比产生较多的功。时间延迟412从图3右侧中的主喷射408的右边缘延伸至图3左侧中的后喷射410的左边缘。
另外地或者备选地，喷射408,410在不同的时间段414,416期间发生。时间段414,416代表相应的喷射408,410期间燃料喷射器124何时将燃料喷入气缸220。在图示的实施例中，后喷射410与主喷射408相比在较短的时间段期间喷射燃料。后喷射410在其期间将燃料喷入气缸220的时间段416可基于发动机的运行状态而变化。例如，当发动机106以较小的挡位或节气门设置运行时，时间段416可较短，较小的挡位或节气门设置与产生更多功的较大的挡位或节气门设置相比产生较少的功。当发动机106以较大的挡位或节气门设置运行时，时间段416可较长，较大的挡位或节气门设置与产生较少功的较小的挡位或节气门设置相比产生较多的功。作为另一个示例，当燃料喷射压力较高时时间段416可较短，而当燃料喷射压力较低时时间段416可较长。
喷射408,410示出为在时间的相对侧上发生，在该时间活塞202处在图3中的TDC位置212。例如，主喷射408可在压缩冲程210期间在活塞202的向上运动期间在活塞202到达TDC位置212之前发生，而后喷射410可在做功冲程214期间在活塞202离开TDC位置212之后并且正在向下朝BDC位置204移动时发生。备选地，喷射408,410都可以在做功冲程214期间并且在做功冲程214期间在活塞202到达TDC位置212之前发生。
进入气缸108,110的后燃料喷射可以减少发动机104内颗粒物质产生的量或速率。在发动机104的初始运行期间，可能产生极少或不产生颗粒物质。随着时间流逝，随着发动机104使用日益增多，当部件磨损时，可能产生越来越多数量的颗粒物质。一旦颗粒物质的数量开始增加，控制器136就可以检测进气歧管122中变化的温度和/或压力并且开始指导燃料喷射器124来提供后燃料喷射。可选地，控制器136可基于离开位于发动机上游的涡轮增压器118的压缩机的出口和/或进气歧管中的空气的测量氧浓度，以及基于流出燃料喷射器124的燃料的速率或数量来计算OFR。如果温度和/或压力返回至颗粒物质所导致的变化之前的水平，则控制器136可以指导燃料喷射器124停止提供辅助燃料喷射。
虽然指导燃料喷射器124来提供后或补充燃料喷射可能导致燃料喷射器124的有用寿命或使用寿命由于喷射器124的增加使用而减少，燃料喷射器124的此寿命减少可通过由于颗粒物质的减少导致的发动机系统100的有用寿命或使用寿命的增加来弥补。例如，减少颗粒物质能够导致改善的发动机性能，这可以允许发动机系统100在必需的维护、保养或维修之间运行更长。
图4图示了用于控制发动机系统的运行的方法300的一个实施例的流程图。该方法300可用来监视发动机104中的OFR，并控制燃料喷入发动机106的气缸108,110，以便减少从发动机系统100产生的颗粒物质。该流程图可代表控制器136的编程或者可用来对控制器136编程，以执行本文在一个实施例中描述的操作。
在302，在气缸的发动机循环的每个压缩冲程期间，燃料被喷入发动机的每个气缸一次。如上所述，此燃料喷射可被称作主燃料喷射。在304，确定发动机的OFR。例如，测量在发动机的进气歧管中流动或流入发动机的进气歧管的空气(例如空气和/或排气)的温度和/或压力。可反复测量温度和/或压力以便确认此空气的温度和/或压力上的变化。可选地，可以监视一个或更多氧传感器和/或燃料以其流入气缸的速率。可检查此信息的其中一些或全部以便确定OFR或者确定OFR是否正在变化(例如下降)。
在306，将OFR与第一阈值比较，以确定OFR是否低于该阈值。如果发动机的OFR低于第一阈值，则从发动机产生的颗粒物质的量可能正在增加。方法300的流程可向308前进，以确定在每个发动机循环期间试图执行多少后喷射并减少颗粒物质。另一方面，如果OFR没有低于第一阈值，则发动机产生的颗粒物质的量可能没有在增加。方法300的流程可向302返回，以便发动机可以在气缸的每个循环期间继续将燃料喷入气缸一次。
在308，将OFR与较小的第二阈值比较以确定OFR是或否小于该第二阈值。如果发动机的OFR小于第一和第二阈值两者，则从发动机产生的颗粒物质的量可能正在增加，并且可能需要多于单次后喷射以减少来自发动机的颗粒物质的产生。结果，方法300的流程可向312继续。另一方面，如果OFR小于第一阈值但不小于第二阈值，则可使用仅单次后喷射来减少颗粒物质。结果，方法300的流程可向310继续。可基于不同发动机的经验性研究来确定阈值，从而确定哪些阈值可用来确认何时一次或更多后喷射减少发动机中颗粒物质的生成。
在310，在气缸的每次循环期间在单次后燃料喷射期间燃料被喷入气缸中一次。例如，在确定OFR已经降到第一阈值以下之后，在气缸的每个循环期间燃料喷射器可以开始将燃料喷入气缸两次(例如，一次在主喷射期间而一次在单次后喷射期间)。如上所述，这可以协助减少由发动机产生的颗粒物质。
在312，在气缸的每次循环期间在两个或更多后燃料喷射期间燃料被喷入气缸中一次。例如，在确定OFR已经降到第二阈值以下之后，在气缸的每个循环期间燃料喷射器可以开始将燃料喷入气缸至少三次(例如，一次在主喷射期间而至少两次在多次后喷射期间)。如上所述，这可以协助减少由发动机产生的颗粒物质。
在一个实施例中，用于发动机的控制系统包括配置成确定发动机的氧气对燃料比值(OFR) 何时下降的一个或更多处理器。该一个或更多处理器也配置成响应于确定发动机的OFR下降到至少第一阈值以下，在一个或更多气缸的多冲程发动机循环的每个循环期间，在第一燃料喷射和第二燃料喷射两者期间，指导发动机的一个或更多燃料喷射器开始将燃料喷入发动机的一个或更多气缸中。
在一个或更多处理器确定发动机的OFR下降到至少第一阈值以下之前，该一个或更多处理器可配置成在一个或更多气缸的发动机循环期间，仅在第一喷射期间，指导发动机的一个或更多燃料喷射器将燃料喷入发动机的一个或更多气缸。该一个或更多处理器可配置成在发动机以普通运行状态运行的情况下，当获得了温度测量值、压力测量值、氧气量的测量值和/或燃料量的测量值的其中一个或更多时，并且当获得了之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值和/或之前的燃料量的测量值的其中一个或更多时，响应于相对于之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值、和/或之前的燃料量的测量值中的一个或更多，发动机的温度测量值变化、发动机的压力测量值下降、输入到发动机中的氧气量的测量值下降、和/或喷入一个或更多气缸的燃料量的测量值上升中的一个或更多，确定发动机的OFR正在下降。
一个或更多处理器可配置成获得发动机的进气歧管中的空气、发动机上游的涡轮增压器的出口中的空气、和/或来自发动机的排气的其中一个或更多的温度测量值和/或压力测量值的至少其中一个。一个或更多处理器可配置成基于发动机的运行状态改变在一个或更多气缸的多冲程发动机循环期间第一燃料喷射和第二燃料喷射之间的时间段和/或第二燃料喷射的持续时间中的一个或更多。此运行状态可包括置于发动机上的负载和/或发动机的节气门设置的其中一个或更多。
一个或更多处理器可配置成，响应于确定发动机的OFR降至低于较小的第二阈值，指导一个或更多燃料喷射器在多冲程发动机循环的每个循环期间，在第一燃料喷射、第二燃料喷射和至少第三燃料喷射期间开始将燃料喷入一个或更多气缸。
在一个实施例中，用于控制发动机的方法包括确定发动机的氧气对燃料比值(OFR)何时下降到至少第一阈值以下，并且响应于确定发动机的OFR已经下降到至少第一阈值以下，在一个或更多气缸的多冲程循环的每个循环期间在第一燃料喷射和第二燃料喷射两者期间，指导发动机的一个或更多燃料喷射器开始将燃料喷入发动机的一个或更多气缸。
该方法也可包括基于测量的输入到发动机中的氧气量和测量的喷入一个或更多气缸中的燃料的量计算OFR。该方法可包括在确定发动机的OFR已经下降到低于至少第一阈值之前，指导发动机的一个或更多燃料喷射器在一个或更多气缸的每个循环期间仅在第一燃料喷射期间将燃料喷入发动机的一个或更多气缸。
确定发动机的OFR何时下降到低于至少第一阈值可包括确定发动机的温度测量值上的变化、发动机的压力测量值上的下降、输入到发动机中的氧气量的测量值上的下降，和/或喷入一个或更多气缸的燃料量的测量值中的一个或更多。
在发动机以普通运行状态运行的情况下，当获得了温度测量值、压力测量值、氧气量测量值和/或燃料量测量值中的一个或更多时，且当获得了之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值和/或之前的燃料量测量值中的一个或更多时，响应于相对于之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值和/或之前的燃料量的测量值中的一个或更多，温度测量值变化、压力测量值下降、氧气量测量值下降和/或燃料量测量值增加中的一个或更多，温度测量值、压力测量值、氧气量的测量值和/或燃料量的测量值中的一个或更多可表明发动机的OFR上的下降。
温度测量值和/或压力测量值中的一个或更多可以在发动机的进气歧管中的空气、离开设置在发动机上游的涡轮增压器压缩机的出口的空气，和/或来自发动机的排气中的一个或更多中测量。
该方法可选地可以包括基于发动机的运行状态改变在一个或更多气缸的多冲程发动机循环期间第一燃料喷射和第二燃料喷射之间的时间段和/或第二燃料喷射的持续时间中的一个或更多。
在一个实施例中，用于发动机的控制系统包括温度传感器、压力传感器以及一个或更多处理器，温度传感器配置成获得在发动机的一个或更多进气歧管中的或从设置在发动机上游的压缩机输出的空气中的温度测量值，压力传感器配置成获得在发动机的一个或更多进气歧管中的或从压缩机输出的空气中压力测量值，而一个或更多处理器配置成检查温度测量值和压力测量值以确认发动机的氧气对燃料比值(OFR)的下降。该一个或更多处理器也配置成响应于确认发动机的OFR的下降，在气缸的每个发动机循环期间在主燃料喷射和燃料喷射后期间，指导发动机的燃料喷射器开始将燃料喷入发动机的气缸。
在一个或更多处理器确认发动机的OFR上的下降之前，该一个或更多处理器可配置成指导发动机的燃料喷射器在气缸的发动机循环的每个做功冲程期间仅在主燃料喷射期间将燃料喷入一个或更多气缸。一个或更多处理器可配置成响应于温度测量值变化和/或压力测量值下降中的一个或更多确认发动机的OFR上的下降。
一个或更多处理器可配置成响应于发动机以普通运行状态运行的时间段期间温度测量值改变和/或压力测量值下降的其中一个或更多确认OFR上的下降。一个或更多处理器可配置成在一个或更多气缸的发动机循环期间，基于发动机的运行状态改变主燃料喷射和后燃料喷射之间的时间间隔。运行状态可包括置于发动机上的负载或发动机的节气门设置的其中一个或更多。
一个或更多处理器可配置成响应于供应给发动机的氧气量上的减少、发动机移动到比发动机的之前的位置海拔更高的第一位置、发动机移动到与之前的位置相比具有更少氧气的山谷或隧道的一个或更多中的第二位置、发动机移动到相对于之前的位置具有对于来自发动机的可允许排放物的量降低的极限的第三位置、发动机移动到具有相对于之前的位置升高的环境温度的第四位置、和/或相对于之前的时间在依然以普通的节气门设置运行时发动机消耗更多燃料中的一个或更多，指导燃料喷射器在气缸的每个发动机循环期间在主燃料喷射和后燃料喷射两者期间，开始将燃料喷入发动机的气缸中。
如本文所用，以单数形式陈述并且前面有词语“一”或“一个”的元件或步骤应被理解为不排除所述元件或步骤的复数形式，除非这样的排除被明确地指出。此外，参考当前描述主题的“一个实施例”并不意图被解释为排除也结合了所述特征的附加实施例的存在。此外，除非明确地相反指出，否则“包括”或“具有”有着特定特性的元件或多个元件的实施例可包括不具有该特性的附加的此类元件。
应该理解的是以上描述旨在为说明性的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合而使用。此外，可做出许多改型来使特定的情形或材料适应于本文所述的主题的教导，而不背离其范围。虽然本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定所公开主题的参数，但是它们绝非限制性的而是示例性的实施例。在查看以上描述之后，许多其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文所述主题的范围因而应该参考所附权利要求以及这样的权利要求被授权的等价物的完整范围而确定。在所附权利要求书中，用词“包括”和“其中”被用作相应术语“包含”和“在其中”的普通等价物。此外，在所附权利要求书中，用词“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签，并且并非旨在对它们的对象强加数量性要求。另外，以下权利要求书的限制并非以装置加功能的格式书写，并且并非意图被基于35U.S.C. § 112(f)解释，除非并直至这样的权利要求限制明确地使用了短语“用于……的装置”，继之以没有进一步结构的功能陈述。
此书面说明书使用示例来公开本文所属的主题的若干实施例，包括最佳模式，并且也使得本领域技术人员能够实践所公开主体的实施例，包括制造并使用装置或系统并执行方法。本发明主题可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等同结构元件，则它们旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于发动机的控制系统，所述控制系统包括：
一个或更多处理器，其配置成确定供应给发动机的一个或更多气缸的氧气或燃料的其中一个或更多上的变化，
其中，所述一个或更多处理器也配置成，响应于确定供应给所述发动机的所述一个或更多气缸的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的所述变化，指导所述发动机的一个或更多燃料喷射器在所述一个或更多气缸的多冲程发动机循环的每个循环期间，在第一燃料喷射和第二燃料喷射两者期间，开始将燃料喷入所述发动机的所述一个或更多气缸中。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成将供应给所述发动机的氧气或燃料的其中一个或更多上的所述变化确定为所述发动机的氧气对燃料比值(OFR)上的下降。
3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成响应于所述发动机的OFR下降到至少第一阈值以下，指导所述一个或更多燃料喷射器在所述第一和第二燃料喷射期间开始喷射燃料。
4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成，响应于确定所述发动机的OFR下降到较小的第二阈值以下，指导所述一个或更多燃料喷射器在所述多冲程发动机循环的每个循环期间，在所述第一燃料喷射、所述第二燃料喷射和至少第三燃料喷射期间，开始将燃料喷入所述一个或更多气缸。
5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，在所述一个或更多处理器确定供应给所述发动机的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的所述变化之前，所述一个或更多处理器配置成在所述一个或更多气缸的所述发动机循环期间，仅在所述第一燃料喷射期间，指导所述发动机的所述一个或更多燃料喷射器将燃料喷入所述发动机的所述一个或更多气缸。
6.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成在所述发动机以普通运行状态运行的情况下，当获得了温度测量值、压力测量值、氧气量的测量值、或燃料量的测量值的其中一个或更多时，并且当获得了之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值，或之前的燃料量的测量值的其中一个或更多时，响应于相对于之前的温度测量值、之前的压力测量值、之前的氧气量测量值、或之前的燃料量的测量值中的一个或更多，发动机的温度测量值变化、发动机的压力测量值下降、输入到发动机中的氧气量的测量值下降、或喷入一个或更多气缸的燃料量的测量值上升中的一个或更多，确定供应给所述发动机的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的所述变化。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成获得所述发动机的进气歧管中的空气、所述发动机上游的涡轮增压器的出口中的空气、或来自所述发动机的再循环排气的一个或更多的温度测量值或压力测量值的至少其中一个。
8.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成基于所述发动机的运行状态，改变所述一个或更多气缸的所述多冲程发动机循环期间，所述第一燃料喷射和所述第二燃料喷射之间的时间间隔或所述第二燃料喷射的持续时间的其中一个或更多。
9.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述运行状态包括置于所述发动机上的负载或所述发动机的节气门设置的其中一个或更多。
10.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或更多处理器配置成确定供应给所述发动机的全部所述气缸的所述氧气或燃料的其中一个或更多上的变化。
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