CN107448304A - 用于发动机控制的系统和方法 - Google Patents

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CN107448304A CN201710281005.XA CN201710281005A CN107448304A CN 107448304 A CN107448304 A CN 107448304A CN 201710281005 A CN201710281005 A CN 201710281005A CN 107448304 A CN107448304 A CN 107448304A
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T·G·里昂
D·R·马丁
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Abstract

本发明涉及用于发动机控制的系统和方法。提供用于将双燃料发动机与CVT变速器结合的方法和系统。响应于驾驶员需求，控制器可基于转换的成本效率并且进一步基于在转换后的发动机转速‑负载下可导致的任何发动机限制，确定是维持当前燃料的使用还是转换到替代燃料。为改善净燃料经济性效益同时解决发动机限制，可将燃料转换与CVT调节的发动机转速‑负载方案组合，同时维持发动机功率输出。

Description

用于发动机控制的系统和方法
技术领域
本说明书总体涉及用于控制与无级变速器(CVT)联接的发动机的燃料使用的方法和系统。
背景技术
发动机可使用多种不同的燃料操作，这些燃料可以根据工况分开地递送，或以不同的比递送。在给定的工况下，不同的燃料可导致不同的发动机效率。例如，发动机可使用第一燃料(例如，乙醇)和第二燃料(例如，汽油)，每种燃料具有不同的爆震抑制能力，以减少发动机爆震限制同时改善整体燃料经济性。由此，发动机可用的不同燃料可在各种发动机运转条件下具有不同的效率可具有多种原因。作为一个示例，可用的燃料可具有不同的辛烷值，这影响高负载时的火花延迟使用和发动机效率(例如，当不同的燃料是压缩天然气对(versus)汽油，或E85对汽油或常规级燃料对高级燃料时)。作为另一个示例，不同的燃料可导致不同的发动机泵送功(例如，当不同的燃料包括气态燃料对液体燃料，或进气道喷射燃料对直接喷射燃料时)。作为又一个示例，不同的燃料可导致不同的寄生损失(诸如，当燃料包括经由高压直接喷射递送的燃料对经由低压进气道喷射递送的燃料时)。
发动机控制系统可基于发动机工况、燃料可用性以及燃料成本从多种可用燃料中选择用于喷射到汽缸中的燃料。Surnilla等人在US 7,703,435中示出了一种示例性方法。其中，燃料选择基于燃料可用性、发动机温度和爆震极限。另一种示例性方法由Williams等人在US20140067540中示出。其中燃料选择基于所关注的地理区域的燃料成本。
然而本发明人已经意识到此类方法的潜在问题。作为一个示例，由于变速器的固定齿轮比，可不能实现与调节燃料使用相关联的最佳燃料经济性增益。特别地，在给定的驾驶员需求下，对于被选择用于发动机中的燃料，可存在满足驾驶员需求的相关联的固定发动机转速和负载范围。发动机控制器可转换到针对驾驶员需求的更有效的或成本有效的燃料。然而，在改变燃料时，可存在在相关联的发动机转速-负载下经历的发动机限制，这可降低燃料转换的燃料经济性效益。作为示例，在转换到较低辛烷值的燃料时，发动机可在高负载下变得更加爆震受限。与爆震减轻相关联的燃料损耗可能超过燃料转换的燃料经济性效益。作为另一个示例，在转换到经由高压直接喷射递送的燃料时，与经由低压进气道喷射递送的燃料相比，发动机可在低负载下变得更加摩擦受限。另一个问题在于，操作者踏板需求的频繁变化可导致发动机负载来回移动，从而造成燃料之间的频繁切换。燃料之间的过度切换能够由于转换期间招致的损失而使燃料经济性降级。
发明内容
本发明人已经意识到通过与无级变速器(CVT)的结合(integration)，可更好地利用多燃料发动机的燃料经济性效益。具体地，CVT可以使发动机转速和负载得以调节，同时维持更具成本效益和更加有效的燃料并且同时维持发动机的功率输出。在一个示例中，可以通过用于联接到CVT的多燃料发动机的方法来改善燃料经济性，该方法包括针对功率水平，将当前燃料下的操作成本与以调节的发动机转速-负载在替代燃料下的操作成本比较；以及响应于以调节的发动机转速-负载在替代燃料下的操作成本的改善高于阈值，转换到替代燃料并改变到调节的发动机转速-负载。以这种方式，发动机能够针对给定的驾驶员需求利用提供改善的燃料经济性的燃料进行操作，而不会在较高负载下受到过度的爆震限制。此外，能够减少对频繁的燃料切换的需要。
作为一个示例，发动机可被配置为双燃料发动机，其使用两种燃料中的一种来经由发动机扭矩推动车轮。两种燃料可具有不同的辛烷值，并且可经由不同的递送系统递送到发动机。作为一个示例，两种燃料可包括较高辛烷值的乙醇燃料和较低辛烷值的汽油燃料，较高辛烷值的乙醇燃料经由直接喷射被递送到发动机汽缸，较低辛烷值的汽油燃料经由进气道喷射被递送到发动机汽缸。在任何给定的驾驶员需求下，控制器可被配置为比较每种可用燃料的燃料效率对功率，包括发动机当前正以其进行操作的燃料以及替代的可用燃料。燃料辛烷值和相关联的爆震极限的影响包括在效率对功率信息中。寄生损失(诸如高压直接喷射)的影响也包括在效率对功率信息中。在检索每种燃料的成本(诸如经由与服务器或来自云的无线通信)时，可将效率除以成本以确定每种燃料的“每美元的功”值。然后，如果更加成本有效的燃料(即，花费在燃料上的每美元提供更多的功的那种燃料)不是当前的燃料，则控制器可以预测是否有与对应的发动机转速-负载相关联的任何限制，诸如爆震限制。如果是这样，则控制器可进一步确定发动机转速-负载是否能够改变，同时维持使用成本效益燃料并且同时维持所要求的发动机功率输出，以及与此相关的任何燃料损耗。换言之，控制器可确定使用更加成本有效的燃料的最佳发动机转速-负载是否不同于当前发动机转速-负载。如果能够改变发动机转速-负载同时维持使用所选燃料(其具有净燃料经济性改善)，控制器可继续使用所选燃料操作并且转换到所选燃料的最佳转速-负载范围。否则，发动机可切换到使用其他可用燃料操作。作为示例，当转换到较低辛烷值燃料时，对于给定的驾驶员需求，发动机转速可增加同时发动机负载减小。为解决使用较低辛烷值燃料时预期的爆震，发动机控制器可致动CVT以增加发动机转速，同时减小发动机负载，以便维持所需的发动机功率输出，同时提供净成本效益。同样地，当转换到较高辛烷值燃料时，可降低发动机的转速(从较低辛烷值燃料的先前的发动机转速)，同时增加负载(与较低辛烷值燃料的先前的负载相比)。
以这种方式，能够改善燃料经济效益。在具有CVT变速器的车辆中结合多燃料发动机技术的技术效果在于，对于给定的驾驶员所需功率，能够更好地利用各种燃料的效益。具体地，能够调节针对给定的驾驶员所需功率的发动机转速和扭矩，以减少在较高负载下的爆震限制和在较低负载下的摩擦损失，同时考虑燃料性质的变化。使用与在对应于所选燃料的发动机转速-负载曲线(profile)下操作的燃料损耗来评估切换燃料的燃料经济性效益的技术效果在于能够减少频繁的燃料切换。在使用更有效以及更具成本效益的燃料操作发动机的同时，尽管驾驶员或车轮扭矩需求变化，但CVT调节仍能够用以利用更有效和更具成本效益的燃料来扩展发动机操作。
应当理解，提供上述发明内容是为以简化形式介绍所选概念，其会在具体实施方式中进一步描述。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或基本特征，其范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或本公开的任何部分中的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出示例车辆动力传动系统。
图2示出部分发动机视图。
图3示出用于基于经由无级变速器对发动机转速-负载曲线的并行调节来选择用于多燃料发动机中的燃料的高级流程图。
图4示出用于选择燃料使用的示例映射图。
图5示出当使用两种不同燃料操作时发动机的示例BSFC映射图。
图6示出用于选择燃料使用的另一个示例映射图。
图7示出在发动机操作期间的示例燃料使用和CVT调节。
具体实施方式
下面的描述涉及用于改善具有无级变速器(在本文也称为CVT)诸如图1的动力传动系统的车辆中的燃料经济性的系统和方法。动力传动系统可包括发动机，发动机被配置为以在车辆上可用的多种燃料中的一种或多种操作，如参考图2的发动机系统所描述的。控制器可被配置为执行控制程序，诸如图3的示例程序，以选择用于在发动机中燃烧的燃料同时通过调节CVT的转速比来调节在所选燃料下的发动机转速-负载曲线，从而更好地利用多燃料发动机的燃料经济性效益。控制器可比较每种燃料的燃料岛(island)数据映射图，诸如图5的示例映射图。参考图4和图6示出可被控制器用来选择是否维持燃料或在燃料之间转换的示例映射图。图7处示出燃料使用和CVT调节的情况下的示例发动机操作。以这种方式，多燃料技术能够与CVT技术结合和协同作用，以实现显著的燃料经济性改善。
参考图1，内燃发动机10经由曲轴40联接到液力变矩器11，内燃发动机10特别参考图2在本文进一步描述。发动机可为被配置为以多种可用燃料中的一种进行操作的多燃料发动机，诸如双燃料发动机。液力变矩器11还经由涡轮轴17联接到变速器15。在一个实施例中，变速器15包括具有多个可选转速比的电子控制变速器。变速器15还可包括各种其他齿轮，诸如例如最终传动比(未示出)。在所描绘的示例中，变速器15是无级变速器(CVT)。CVT可为自动变速器，与提供有限数量的固定齿轮比(转速比)的其他机械变速器相比，自动变速器能够通过连续的有效转速比范围进行无缝地改变。CVT的转速比灵活性允许输入轴维持更优化的角速度。如参考图3详细描述的，通过调节CVT的转速比，发动机控制器可被配置为改变发动机转速-负载曲线同时维持发动机的所需功率输出。例如，通过将CVT调节到较低的转速比，发动机转速可降低，同时发动机负载相应地增加，从而维持功率输出。作为另一个示例，通过将CVT调节到较高的转速比，发动机转速可提高，同时发动机负载相应地减小，从而维持功率输出。这使得能够实现更好地利用使用所选燃料操作发动机的燃料经济性效益。
液力变矩器11具有旁路离合器(未示出)，旁路离合器能够被接合、脱离或部分地接合。当离合器脱离或正在脱离时，液力变矩器被称为处于解锁状态。涡轮轴17又被称为变速器输入轴。
变速器15可进一步经由车轴21联接到轮胎19。轮胎19将车辆(未示出)连接到道路23。注意，在一个示例实施例中，该动力传动系统被联接在行驶在道路上的客运车辆中。尽管可使用各种车辆配置，但在一个示例中，发动机是唯一的动力源，并且因此车辆不是混合动力车辆、混合动力插电式车辆等。在其他实施例中，该方法可以并入混合动力车辆中。
图2描绘了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。在一个示例中，发动机10可联接在推进系统中(诸如，道路上的车辆)，诸如带有图1的动力传动系统。
发动机10可至少部分地由包括控制器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)30可包括燃烧室壁136，其中活塞138定位在其中。活塞138可联接到曲轴140，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可经由传动系统联接到客运车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动机马达可经由飞轮连接到曲轴140，以实现发动机10的起动操作。
汽缸30能够经由一系列进气通道142、144和146接收进气空气。除汽缸14之外，进气通道146还能够与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，进气通道中的一个或多个可包括升压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2示出配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括布置在进气通道142和144之间的压缩机174，以及沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可经由轴180至少部分地通过排气涡轮176来提供动力，其中升压装置被配置为涡轮增压器。然而，在诸如其中发动机10设置有机械增压器的其他示例中，排气涡轮176可任选地省略，其中压缩机174可通过来自马达或发动机的机械输入来提供动力。可沿发动机的进气通道设置包括节流板164的节气门162，以改变提供给发动机汽缸的进气空气的流速和/或压力。例如，节气门162可如图2所示设置在压缩机174的下游，或可选地设置在压缩机174的上游。
除汽缸14之外，排气通道148还能够接收来自发动机10的其他汽缸的排气。所示排气传感器128联接到在排放控制装置178上游的排气通道148。传感器128可为用于提供排气空气/燃料比的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(如图所描绘的)、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的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，所示汽缸30包括位于汽缸30的上部区域处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30，可包括位于汽缸的上部区域处的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。
控制器12可经由致动器152控制进气门150。类似地，控制器12可经由致动器154控制排气门156。在一些条件期间，控制器12可改变提供到致动器152和致动器154的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和闭合。进气门150和排气门156的位置可由相应的气门位置传感器(未示出)确定。气门致动器可以是电动气门致动类型或凸轮致动类型，或它们的组合。可同时控制进气门正时和排气门正时，或者可使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时中的可能的任何一种。每个凸轮致动系统可以包括一个或多个凸轮，并且可利用凸轮轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，它们可通过控制器12操作以改变气门操作。例如，汽缸30可以另选地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其他实施例中，进气门和排气门可由共用的气门致动器或致动系统，或可变气门正时致动器或致动系统来控制。
汽缸30能够具有压缩比，该压缩比为当活塞138在底部中心处时与其在顶部中心处时的体积比。通常，压缩比在9：1到10：1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，压缩比可增加。这可发生在例如当使用较高辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时。如果使用直接喷射，则由于其对发动机爆震的影响，压缩比也可增加。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于开始燃烧的火花塞192。响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统190能够在选择的操作模式下经由火花塞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可省略，诸如在发动机10可通过自动点火或通过喷射燃料而开始燃烧的情况下，如同一些柴油发动机的情况一样。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置有一个或多个燃料喷射器，用于向其提供燃料。作为非限制性示例，所示汽缸30包括两个燃料喷射器166和170。所示燃料喷射器166直接联接到汽缸30，用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地在汽缸30中直接喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器166向燃烧汽缸30中提供所谓的燃料的直接喷射(在下文中被称为“DI”)。虽然图2示出了作为侧喷射器的喷射器166，但其也可以位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料的低挥发性，所以此位置可改善使用醇基燃料操作发动机时的混合和燃烧。另选地，喷射器可位于进气门顶部并且靠近进气门以改善混合。燃料可从包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的高压燃料系统-1 172递送到燃料喷射器166。另选地，燃料可通过单级燃料泵以较低压力递送，在这种情况下，与使用高压燃料系统的情况相比，在压缩冲程期间，直接燃料喷射的正时可更加受限。进一步地，虽然未示出，但燃料箱可具有向控制器12提供信号的压力传感器。
所示燃料喷射器170布置在进气通道146中，而不是在汽缸30中，该喷射器处于向汽缸30上游的进气道中提供所谓的燃料进气道喷射(在下文被称为“PFI”)的配置中。燃料喷射器170可与经由电子驱动器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。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统-2 173递送到燃料喷射器170。注意，单个驱动器168或171可用于两个燃料喷射系统，或者可使用多个驱动器，例如驱动器168用于燃料喷射器166且驱动器171用于燃料喷射器170，正如所描绘的。
在其他示例中，可在进气道喷射器的上游设置中心燃料喷射器，用于经由中心燃料喷射将燃料喷射到进气歧管中。
燃料喷射器166和170可具有不同的特性。这些不同包括在尺寸上的差异，例如，一个喷射器可具有比另一个喷射器大的喷射孔。其他差异包括但不限于不同的喷雾角度、不同的操作温度、不同的目标、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之间的喷射燃料的分配比，可实现不同的效果。
发动机10可被配置为多燃料发动机(在所描绘的示例中为双燃料发动机)，其中发动机可使用可用燃料中一种或多种操作。燃料系统172和173中的燃料箱可容纳具有不同的燃料质量，诸如不同的燃料成分的燃料。这些差异可包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料共混物、不同的燃料挥发性和/或其组合等。具有不同醇含量的燃料的一个示例包括具有较低醇含量的作为第一燃料的汽油和具有较高醇含量的作为第二燃料的乙醇燃料共混物(诸如E85)。在另一个示例中，发动机可使用不同醇含量的乙醇燃料共混物作为第一燃料和第二燃料，诸如被进气道喷射的E10(其大约含10％的乙醇和90％的汽油)作为第一燃料，以及被直接喷射的E85(其大约含85％的乙醇和15％的汽油)作为第二燃料。其他可行的物质包括水、醇和水的混合物、醇的混合物等。在另选示例中，可用燃料可在辛烷值、成分等方面变化。作为另一个示例，具有不同挥发性的燃料包括不同醇含量的燃料，或不同季节或区域级的燃料(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，第一燃料和第二燃料也可在诸如温度、粘度、辛烷值等的差异的其他燃料质量方面不同。在其他示例中，不同的燃料可包括气态燃料(诸如，存储为液态燃料，但在汽缸中可作为气体燃料使用的压缩天然气)和液态燃料(诸如，存储为液态燃料并且在汽缸中作为液态燃料使用的汽油)。
在所描绘的实施例中，发动机10是多燃料发动机系统，使得存储在燃料系统-1172中并且由燃料喷射器166递送的燃料与存储在燃料系统-2 173中并且由燃料喷射器170递送的燃料不同。作为非限制性示例，通过进气道喷射递送的第一燃料可为具有较低醇含量的第一燃料，而通过直接喷射递送的第二燃料可为具有较高醇含量的第二燃料。如以下详细描述的，发动机控制器可调节发动机起动、起动转动(crank)以及怠速控制期间的燃料喷射曲线以利用在燃料系统中可用的不同燃料的燃料性质，以及进气道喷射和直接喷射的益处从而减少排气气体和PM排放。
燃料可在汽缸的单个周期期间通过两个喷射器被递送到汽缸。例如，每个喷射器可递送在汽缸30中燃烧的总燃料喷射的一部分。进一步地，从每个喷射器递送的燃料的分布和/或相对量可随工况诸如发动机转速、负载、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(作为一次或多次喷射)的第二燃料的总量的相对分布可称为第一喷射比。例如，经由(进气道)喷射器170喷射较大量的第一燃料用于燃烧事件可为进气道喷射与直接喷射的较高第一比的示例，而经由(直接)喷射器166喷射较大量的第二燃料用于燃烧事件可为进气道喷射与直接喷射的较低第一比的示例。需注意，这些仅仅是不同的喷射比的示例，并且可使用各种其他喷射比。
此外，应当理解，进气道喷射的燃料可在打开的进气门事件、闭合的进气门事件(例如，实质上在进气冲程之前，诸如在排气冲程期间)以及在打开的和闭合的进气门操作二者期间被递送。类似地，直接喷射的燃料可以例如在进气冲程期间以及部分地在先前的排气冲程期间、在进气冲程期间以及部分地在压缩冲程期间被递送。进一步地，直接喷射的燃料可作为单次喷射或多次喷射被递送。这些可包括在进气冲程期间的多次喷射、在压缩冲程期间的多次喷射，或在进气冲程期间的一些直接喷射和在压缩冲程期间的一些直接喷射的组合。当执行多次直接喷射时，在进气冲程(直接)喷射和压缩冲程(直接)喷射之间直接喷射的第二燃料总量的相对分布可被称为第二喷射比。例如，在进气冲程期间直接喷射较大量的第二燃料用于燃烧事件可为进气冲程直接喷射的较高第二比的示例，而在压缩冲程期间直接喷射较大量的第二燃料用于燃烧事件可为进气冲程直接喷射的较低第二比的示例。需注意，这些仅仅是不同的喷射比的示例，并且可使用各种其他喷射比。
由此，即使对于单次燃烧事件，喷射的燃料仍可以以不同的正时从进气道喷射器和直接喷射器喷射。此外，对于单次燃烧事件，每个周期可执行所递送的燃料的多次喷射。可在进气冲程、压缩冲程或其任何适当的组合期间执行多次喷射。
如参考图3所详细描述的，基于在所要求的功率水平下的燃料效率以及燃料的成本效率，控制器可响应于驾驶员需求选择用于在汽缸中燃烧的燃料。此外，该选择可考虑通过将发动机保持在对于给定燃料最佳的转速-负载范围内同时维持功率水平，能够改善燃料效率。通过预测在对于每种燃料最佳的转速-负载范围内的爆震限制和相关联的成本损耗，并且在选择燃料时考虑到这些成本，尽管驾驶员需求频繁变化，但仍可以扩展燃料在有效区域中的使用。通过减少频繁的燃料切换而不危害燃料经济性和燃料成本，能够减少与燃料切换相关联的损失和问题。
发动机10可进一步包括爆震传感器90，爆震传感器90联接到每个汽缸30，用来识别异常汽缸燃烧事件。在替代实施例中，一个或多个爆震传感器90可联接到发动机缸体的所选位置。爆震传感器可以是汽缸缸体上的加速计，或配置在每个汽缸的火花塞中的离子传感器。爆震传感器的输出可与曲轴加速传感器的输出组合，以指示汽缸中的异常燃烧事件。在一个示例中，基于爆震传感器90在一个或多个限定的窗口(例如，曲柄角正时窗口)中的输出，可以识别和区分由于爆震和预点火中的一个或多个引起的异常燃烧。进一步地，可以相应地解决异常燃烧。例如，可通过延迟火花正时或增加递送高辛烷值燃料来解决爆震，同时通过使发动机富化或限制发动机负载来解决预点火。
如上所述，图2仅示出多汽缸发动机的一个汽缸。由此，每个汽缸可类似地包括它自己的一组进气门/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等。
控制器12在图2中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)106、输入/输出端口(I/O)108、在该特定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存储介质、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114以及数据总线。控制器12可接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除先前讨论的那些信号外，还包括：来自质量空气流量传感器122的引入质量空气流量(MAF)的测量值；来自联接到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到曲轴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)；爆震传感器90，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能够用表示可由处理器106执行的指令的计算机可读数据进行编程，以执行下面描述的方法以及预期但未具体列出的其他变型。控制器12接收来自图1至图2的各种传感器的信号并且基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令而采用图1至图2的各种致动器来调节车辆和发动机操作。例如，调节燃料使用可包括激活联接到容纳所选燃料的燃料箱的燃料喷射器，同时停用联接到容纳剩余燃料的燃料箱的燃料喷射器。在图3处描述了可由控制器执行的示例程序。
以这种方式，图1至图2的系统启用车辆系统，该车辆系统包括：具有汽缸的发动机；用于将来自第一燃料箱的第一燃料递送到汽缸中的第一燃料喷射器；用于将来自第二燃料箱的第二燃料递送到汽缸中的第二燃料喷射器，第二燃料相比第一燃料具有不同的醇含量；将发动机联接到车轮的无级变速器(CVT)，CVT具有多个转速比；以及控制器。控制器可被配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：估计与维持第一燃料的使用相关联的第一燃料经济性和与转换到第二燃料的使用相关联的第二燃料经济性；如果第二燃料经济性较高，则预测当使用第二燃料时与以修改的发动机转速-负载曲线来操作相关联的燃料损耗；并且如果燃料损耗调节的第二燃料经济性高于第一燃料经济性，则激活第二燃料喷射器，同时停用第一燃料喷射器以转换到第二燃料，同时选择CVT的多个转速比中的一个来提供修改的发动机转速-负载曲线。此外，控制器可包括进一步的指令用于：如果第一燃料经济性高于燃料损耗调节的第二燃料经济性，则维持第一燃料喷射器激活且维持第二燃料喷射器停用以维持使用第一燃料进行的发动机操作。在一个示例中，当使用第二燃料时，修改的发动机转速-负载曲线为基于第二燃料情况下的发动机爆震极限和发动机摩擦的第一修改的发动机转速-负载曲线，其中控制器包括进一步的指令用于：当维持使用第一燃料进行的发动机操作时，预测与以第二修改的发动机转速-负载曲线以第一燃料进行的操作相关联的燃料损耗，第二修改的发动机转速-负载曲线基于第一燃料情况下的发动机爆震极限和发动机摩擦；如果燃料损耗较小，则使用第一燃料以第二修改的发动机转速-负载曲线进行操作；并且如果燃料损失较大，则维持利用第一燃料的默认发动机转速-负载曲线。在一个示例中，所述选择包括：当修改的发动机转速-负载曲线包括较高的发动机转速和较低的发动机负载时选择第一较低转速比，以及当修改的发动机转速-负载曲线包括较低的发动机转速和较高的发动机负载时选择第二较高的比。
现在转向图3，其描述了示例程序300，用于协调在多燃料发动机中使用的燃料选择的调节与无级变速器(CVT)的转速比的调节。以这种方式，能够调节发动机的动力传动系统曲线(包括发动机转速和负载)，同时维持发动机所需的功率输出并且同时利用不同的燃料性质(诸如辛烷值和爆震减轻能力)，燃料经济性受益于VCR调节和CVT调节中的每个的。该方法能够改善燃料经济性，尽管驾驶员功率需求频繁变化。用于执行方法300以及本文包括的其他方法的指令可由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上文参考图1至图2描述的传感器)接收的信号来执行。根据下述方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。
在302处，程序包括估计和/或测量发动机工况。这些可包括例如驾驶员功率需求(诸如基于联接到操作者踏板的踏板位置传感器的输出)、环境温度、压力和湿度、发动机温度、燃料箱中的燃料水平、(一种或多种)可用燃料的燃料辛烷值、歧管压力(MAP)、歧管空气流量(MAF)、催化剂温度、进气温度、升压水平等等。
在304处，方法包括，对于给定的驾驶员功率需求，比较发动机的每种燃料的成本效率。例如，(发动机正在以其进行操作的)当前燃料的成本效率可与在发动机上可用的替代燃料(替代燃料可能有一种或多种)的成本效率进行比较。当前燃料和替代燃料可以在辛烷值、醇含量和递送机构(燃料经由其递送到发动机汽缸中)中的一个或多个中变化。多种递送机构选项可包括直接喷射、进气道喷射和中心喷射中的一个。在一个示例中，当前的燃料可以具有比替代燃料高的辛烷值。在另一个示例中，当前燃料可以具有比替代燃料低的辛烷值。
如本文所使用的，给定燃料的成本效率可被定义为由给定燃料产生的能量或功相对于使用给定燃料的货币成本的比。例如，对于给定的驾驶员需求，控制器可以首先确定每种可用燃料(诸如双燃料发动机中的第一燃料和第二燃料)的燃料效率对功率(发动机转速和负载)。在一个示例中，控制器可以通过比较每种燃料的发动机的有效燃料消耗率(brakespecific fuel consumption)(BSFC)来比较两种燃料的燃料效率，并且然后补偿燃料成本。发动机关于每种燃料的BSFC可以根据工况诸如RPM、扭矩、温度、湿度、推测的燃料辛烷值等存储在表格、映射图和/或等式中。具体地，对于驾驶员需求，控制器可确定第一燃料的BSFC，并且然后将燃料效率确定为BSFC的倒数。然后，控制器可确定所需的第一燃料的量，并且计算使用所确定的第一燃料量的成本。然后，可将第一燃料的成本效率确定为第一燃料的燃料效率除以使用第一燃料的成本。同样地，对于第二燃料，可以确定燃料效率和使用第二燃料的成本，并且可以将第二燃料的成本效率确定为第二燃料的燃料效率除以使用第二燃料的成本。
在一个示例中，可针对每种燃料校准发动机以绘出恒定的BSFC岛。图5描绘了用于使用两种不同燃料的发动机的具有BSFC岛的示例BSFC映射图。具体地，映射图500描绘了用于直接喷射到升压发动机中的第一较高辛烷值燃料(例如，RON 98)的BSFC岛，并且映射图520描绘了用于直接喷射到升压发动机中的第二较低辛烷值燃料(例如，RON 91)的BSFC岛。所述映射图沿x轴描绘发动机转速(以RPM为单位)以及沿y轴描绘发动机负载或扭矩或BMEP(以bar为单位)。然后，基于相对于负载的发动机转速(以g/kW-hr为单位)绘制BSFC岛。由此，发动机效率可以被确定为BSFC的倒数。因此，对于任何一组BSFC岛，具有最小面积的最里面的岛(分别用于映射图500和映射图520的岛502和岛522)表示具有最高效率的发动机操作区域，并且因此燃料消耗最低。此外，发动机的BSFC在给定的岛上保持恒定。
能够看到，相对于岛502、岛522，发动机效率随着发动机转速降低而下降。这是由于汽缸中的热气体失去热到汽缸壁，在较低的发动机转速下，损失更加明显。相对于岛502、岛522，发动机效率也随着发动机转速增加而下降。这是由于在较高发动机转速下摩擦损失增加。即使在该区域中摩擦力占有用的发动机功的较大部分，但相对于岛502、岛522，发动机效率也随着扭矩的增加而下降。发动机效率的下降是由于需要延迟火花来解决爆震。最后，由于在发动机部件诸如油泵和水泵的操作中产生的固定开销，所以相对于岛502、岛522，发动机效率随着扭矩减小而下降。泵送功和摩擦损失(例如，由于机械摩擦)相对于所做的功的量而增加，从而降低效率。
此外，随着辛烷值的增加，岛的尺寸和位置改变。具体地，与较低辛烷值燃料的最佳效率的岛(522)相比，较高辛烷值燃料的最佳效率的岛(502)可以移动到相对较高的发动机转速和较高的发动机扭矩。此外，较高辛烷值燃料的最佳效率的岛可包括在发动机转速和扭矩的范围内均匀展开的较小面积(即，基本上是圆形)，而较低辛烷值燃料的最佳效率的岛可包括与发动机扭矩范围相比，在较宽的发动机转速范围内展开的较大面积(即，基本上是水平椭圆形)。
在比较燃料效率之后，控制器可检索每种燃料的燃料成本。在一个示例中，当车辆控制器被配置有无线通信时，可从云服务器或车外服务器检索燃料成本。在另一个示例中，燃料成本可存储在控制器的存储器中的查找表中，燃料成本根据地理位置被存储。在检索每种燃料的燃料成本后，控制器可将效率除以燃料成本以得到每美元(或其他货币单位)的能量评估，在本文也称为成本效率。在一个示例中，控制器可使用下述公式：
每美元的能量＝燃料效率(以kW-hr/gram为单位)*换算常数/燃料成本(以$/gallon为单位)。
在一个示例中，第一燃料可花费较多，而第二燃料可花费较少。进一步地，第一燃料的效率可更高，使得需要较少量的第一燃料来提供与较大量的第二燃料所提供的相同的功率。在本文，如果使用较少量的较高成本燃料的有效(净)成本小于使用较大量的较低成本燃料的有效成本，则第一燃料的每美元的能量值可高于第二燃料的每美元的能量值。另外如果使用较少量的较高成本燃料的有效(净)成本大于使用较大量的较低成本燃料的有效成本，则第二燃料的每美元的能量值可高于第一燃料的每美元的能量值。
在306处，该方法包括确定通过将燃料使用从发动机所使用的当前燃料改变到另一种可用燃料，发动机的成本效率是否改善超过阈值量。例如，发动机当前可以以第一较低辛烷值燃料操作，并且响应于驾驶员需求的变化，可确定通过转换到第二较高辛烷值燃料，发动机的成本效率是否改善超过阈值量。在另一个示例中，发动机当前可以以第二较高辛烷值燃料操作，并且响应于驾驶员需求的变化，可确定通过转换到第一较低辛烷值燃料，发动机的成本效率是否改善超过阈值量。由此，控制器可选择以最低成本提供较低BFSC的燃料作为更加成本有效的燃料。在一个示例中，控制器可使用每种燃料的燃料岛映射图来预先确定最佳效率线(作为函数校准)，如参考图4的示例所详细描述的。
如果发动机的成本效率没有改善超过阈值量，那么在318处，该方法包括维持发动机中的当前燃料使用。在本文，当维持递送替代燃料的燃料喷射器停用时，维持递送当前燃料的燃料喷射器激活。可选地，CVT调节可用于调节发动机转速-负载曲线，同时使用当前燃料实现附加的燃料经济性效益。例如，如果当前燃料为较低辛烷值燃料，则可在发动机负载升高时降低发动机转速，以减少在当前燃料情况下时在低负载下的摩擦损失，并且同时维持发动机的所需功率水平。
如果发动机的燃料效率改善超过阈值量(基于在304处的燃料效率比较)，那么在308处，该方法包括预测在燃料转换到替代燃料后的发动机转速和负载。具体地，为维持响应于驾驶员需求的功率输出，燃料切换可导致不同的发动机转速-负载曲线。例如，对于给定的驾驶员需求，发动机可通过以较低发动机转速和较高发动机负载以较低辛烷值燃料进行操作或以较高发动机转速和较低发动机负载以较高辛烷值燃料进行操作来提供相同的功率输出。
在310处，可确定在用于更加成本有效的燃料的预测的发动机转速-负载下是否预期到任何发动机操作限制。这些限制可包括例如爆震限制，或摩擦损失。例如，可确定爆震是否可能发生在预测的发动机转速-负载下。
如果在预测的发动机转速-负载下未预期到爆震，那么在312处，该方法包括经由对应的燃料喷射器的激活将发动机转换到具有较高成本效率的替代燃料。在本文，控制器可以以最低成本转换到提供较低BFSC的燃料。这包括控制器向联接到燃料喷射器的致动器发送信号以激活喷射器，该燃料喷射器将替代燃料递送到汽缸。例如，到燃料喷射器的信号可激活替代燃料的进气道喷射。在另一个示例中，到燃料喷射器的信号可激活替代燃料的直接喷射。
例如，发动机可为被配置为使用第一较低辛烷值燃料和第二较高辛烷值燃料操作的双燃料发动机，每种燃料直接喷射到发动机汽缸中。当较低辛烷值燃料为更加成本有效的燃料时，控制器可将发动机转换到较低辛烷值燃料(从较高辛烷值燃料)。在另一个示例中，当较高辛烷值燃料为更加成本有效的燃料时，控制器可将发动机转换到更高辛烷值燃料(从较低辛烷值燃料)。
然后程序可移动到320，其中控制器调节CVT以提供对所选的燃料而言最佳的发动机转速-负载曲线。例如，响应于转换到较低辛烷值燃料，可将CVT调节到较低转速比，从而降低发动机转速。作为另一个示例，响应于转换到较高辛烷值燃料，可将CVT调节到较高转速比，从而提高发动机转速。
除致动CVT外，控制器还可致动发动机进气节气门、进气凸轮和/或排气凸轮、气门升程、升压压力和火花正时中的一个或多个，以递送用于所选燃料的最佳负载(扭矩)。
返回到310，如果在预测的发动机转速-负载下预期到爆震，那么在314处，该方法包括预测与爆震减轻调节相关联的燃料损耗。例如，可确定是否能够修改发动机转速-负载曲线(经由对CVT转速比的调节)来减少爆震。对调节的/修改的发动机转速-负载曲线的调节可包括选择与调节的发动机转速-负载曲线匹配的CVT的转速比。这可包括当在较高辛烷值燃料情况下时，选择提高发动机转速的转速比同时降低发动机负载，以维持发动机的功率输出同时减少爆震。在一个示例中，当在替代燃料情况下的发动机操作接近爆震极限时，发动机转速可增加，同时发动机负载减小。由此，发明人已经意识到可改变发动机转速-负载曲线，同时经由对CVT转速比的调节来维持发动机功率输出。然后，可计算新发动机转速-负载曲线和所选燃料情况下的发动机的燃料效率(在本示例中，为在高辛烷值燃料的较高转速和较低负载下的燃料效率)。
在一个示例中，控制器可参考诸如图4的示例映射图的映射图(在以下详细描述的)来确定发动机转速-负载的变化是否导致发动机从最佳成本效率的第一线(或岛)转换到最佳成本效率的第二不同的线(或岛)，第二线具有与第一线相比较低的成本效率。在本文，可基于成本效率的下降(例如，基于第一线的成本效率相对于第二线的成本效率的差)估计燃料损耗。参考上述的示例，可比较以默认的较低发动机转速和较高发动机负载在较高辛烷值燃料下的发动机的第一成本效率与以CVT调节的较高发动机转速和较低发动机负载在较高辛烷值燃料下的发动机的第二成本效率。在替代示例中，可确定减轻爆震需要的火花延迟量，并且可计算对应的燃料损耗。
在316处，与爆震相关联的预测的燃料损耗(爆震_燃料损耗)可以和与转换到所选燃料相关联的燃料经济性变化(燃料_经济性)进行比较。换言之，将与以当前燃料操作发动机相关联的燃料经济性和与以修改的发动机转速-负载曲线以替代燃料操作发动机相关联的燃料经济性变化进行比较。在本文，发动机可以以用于当前燃料的默认的发动机转速-负载曲线或基于当前燃料下的发动机限制进行修改的修改的转速-负载曲线以当前燃料进行操作(其可以与替代燃料下的发动机限制相同或不同)。因此，当前燃料下的修改的转速-负载曲线可不同于替代燃料下的修改的转速-负载曲线。例如，可针对摩擦损失而调节当前燃料下的修改的转速-负载曲线，同时可针对爆震限制而调节替代燃料下的修改的转速-负载曲线。然而，在当前燃料情况下(以默认的或修改的转速-负载曲线)的发动机操作以及以修改/调节的转速-负载曲线的替代燃料情况下的发动机操作中的每个发动机操作的情况下，维持发动机的功率水平。
如果燃料损耗低于由于燃料转换引起的燃料经济性变化，也就是说，即使在发动机转速-负载曲线的变化以及燃料转换情况下的净结果是燃料效益，那么该方法移动到312，以经由调节对应的喷射器将发动机转换到具有较高的燃料效率的燃料。
此外，在320处，控制器可调节CVT以提供对所选燃料以及对解决给定的爆震限制来说最佳的发动机转速-负载曲线。例如，发动机可转换到较高的辛烷值燃料，同时将CVT调节到提高发动机转速并降低发动机负载同时维持相同的发动机动力传动系统输出的转速比。
如果燃料损耗高于由于燃料转换引起的燃料经济性变化，也就是说，即使在发动机转速-负载曲线的变化以及燃料转换情况下的净结果是燃料损失，那么该方法移动到318，以维持发动机中的当前燃料使用。因此，对于给定的驾驶员需求，即使其他燃料通常可更加燃料有效或成本有效，但考虑到当以其他燃料进行操作时可遇到的燃料或成本低效的限制，控制器可将发动机维持在当前燃料中。此外，在320处，控制器可调节CVT以提供对所选燃料而言最佳的发动机转速-负载曲线。这可包括维持当前燃料的默认的发动机转速-负载曲线，同时维持当前燃料使用。另选地，这可包括经由对CVT转速比的调节来调节当前燃料的发动机转速-负载曲线，同时维持当前燃料的使用。
应当理解，尽管上述方法讨论了在310处预测在预测的发动机转速-负载下的爆震限制，以及在314处预测爆震减轻燃料损耗，但是这不意味着限制。在替代示例中，控制器可预测在预测的发动机转速-负载下的摩擦损失，并且然后预测摩擦减轻的燃料损耗。例如，当在较低负载下使用较低辛烷值燃料操作时，摩擦可被用来换取爆震约束。因此，当将CVT调节到降低发动机转速并提高发动机负载的转速比同时维持相同的发动机功率输出时，将发动机转换到更高辛烷值的燃料可以是更加燃料有效的。
在一个示例中，如参考图4所详细描述的，来自燃料岛数据映射图的每种燃料的数据可减少到控制器能够实时更快速地在其间内插(interpolate)的两条最佳成本效率线。否则，控制器将必须在每个燃料映射图上运行优化，并且然后尝试进一步优化两种燃料状态之间的点。在本方法中，控制器可使用燃料岛映射图和每种燃料的燃料成本来预先确定最佳效率线。然后，对于当前的功率需求，控制器可查找当前操作功率的最佳效率线，并评估两条曲线以确定最佳效率。控制器可在第一燃料和第二燃料的最佳效率线之间进行线性地内插。尽管所述线可不是精确地线性的，但是变化可足够小，以至于线性近似可为合理的实时近似。
现在转到图4，示出了示例图400，其用于比较与对于给定驾驶员所需功率输出的不同燃料相关联的燃料效率，以及用于比较与对于给定燃料的不同发动机转速-负载曲线相关联的燃料效率。在一个示例中，图4的映射图可在发动机校准期间产生并存储在发动机控制器的存储器中。然后，控制器可在发动机操作期间参考该映射图，以响应于驾驶员需求变化来确定是维持当前燃料的使用还是转换到替代燃料。
映射图400描绘了较高辛烷值燃料下的最佳效率对功率的第一线，在本文也称为第一燃料最佳效率负载极限404(被描绘为实线)。映射图400还描绘了较低辛烷值燃料下的最佳效率对功率的第二线，在本文也称为第二最佳效率负载极限406(被描绘为虚线)。所示曲线图具有沿x轴的发动机转速和沿y轴的发动机负载或扭矩。较高辛烷值燃料的最佳燃料效率的示例BSFC岛(在本文为椭圆形)在虚线408处被覆盖，而较低辛烷值燃料的对应的岛在虚线409处被覆盖。应当理解，岛408和岛409表示最低燃料消耗的最里面的岛，以及为清楚起见，在本文未示出该岛外面的燃料岛。由此，恒定效率的椭圆形的精确位置将根据当前的爆震极限而变化，爆震极限随燃料辛烷值、温度、湿度并且当然随着压缩比而变化。发动机在给定发动机转速下的最大扭矩由曲线402示出。对应于10kW至50kW的恒定功率输出线分别在功率线450至490处加以描绘。
参考操作点410至416示出第一燃料和CVT调节。基于当前的驾驶员需求，发动机可处于发动机转速-负载映射图上的操作点410。具体地，基于对应于第一最佳效率负载极限404上(或恰好在其下方)的位置的发动机负载和10kW的功率需求，发动机可使用较高辛烷值的燃料且以沿功率线450的发动机转速/负载在操作点410处进行操作。当前燃料下的发动机转速-负载可基于BSFC岛408来选择。
如果驾驶员需求增加到20kW(诸如由于在发动机使用较高辛烷值燃料时操作者踏板被踩下引起)，则发动机可转换到沿功率线460操作，并基于燃料效率的变化确定是否停留在使用较高辛烷值燃料或转换到较低辛烷值燃料。作为第一选项，发动机可以沿功率线460移动到操作点412。在本文，提供驾驶员需求，同时维持当前的较高辛烷值燃料。作为第二选项，发动机可以沿功率线460移动到操作点414，在操作点414处，提供相同的功率输出同时转换到较低辛烷值燃料。由此，对于给定的驾驶员需求，由于发动机在点414处在较高燃料效率的岛上操作，所以在较低辛烷值燃料下提供了较高的燃料效率。然而，控制器可进一步确定操作点414与限制(例如，爆震限制)相关联，作为第三选项，该限制可通过移动到操作点416来解决，在操作点416处，当停留在功率线460上时，发动机负载增加并且发动机转速减小。发动机转速-负载调节可经由对CVT的转速比进行调节来执行。相对于停留在操作点414处，移动到操作点416可导致燃料经济性下降(即，招致燃料损耗)。然而，与从操作点414到操作点416的转换相关联的燃料损耗小于与从操作点412到操作点412的转换相关联的燃料改善。因此，响应于驾驶员需求的增加，通过转换到较低辛烷值燃料和降低发动机转速同时减少发动机负载来从操作点410移动到操作点416是更加燃料有效的。
应当理解，如果解决限制所需的发动机转速-负载调节作为第四选项将发动机移动到操作点418(其中发动机负载进一步增加并且发动机转速进一步减少同时停留在功率线460上)，则该移动将导致更大的燃料损耗。在这种情况下，可预测与从操作点414转换到操作点418相关联的燃料损耗大于与从操作点412转换到操作点414相关联的燃料改善。因此，响应于驾驶员需求的增加，通过维持当前(较高辛烷值)燃料的使用，从操作点410移动到414将是更加燃料有效的。
参考操作点420到操作点424示出第二燃料和CVT调节。基于当前的驾驶员需求，发动机可处于发动机转速-负载映射图上的操作点420。具体地，基于对应于第一最佳效率负载极限404上(或恰好在下方)的位置的发动机负载和40kW的功率需求，发动机可使用较高辛烷值燃料且以沿功率线480的发动机转速/负载在操作点420处进行操作。当前燃料下的发动机转速-负载可基于BSFC岛409来选择。
如果驾驶员需求增加到50kW(诸如由于在发动机以更高的辛烷值燃料操作时操作者踏板被踩下引起)，则发动机可以转换到沿功率线490操作，并且基于燃料效率的变化确定是否停留在使用较高辛烷值燃料或转换到较低辛烷值燃料。作为第一选项，发动机可沿功率线490移动到操作点422。在本文，提供驾驶员需求同时维持当前的燃料。作为第二选项，发动机可沿功率线490移动到操作点424，在操作点424，提供相同的功率输出，同时转换到较低辛烷值的燃料。由此，对于给定的驾驶员需求，在当前燃料下提供更高的燃料效率，如基于它们的BSFC岛的比较所确定的那样。因此，响应于驾驶员需求的增加，通过维持当前燃料的使用，从操作点420移动到操作点424是更加燃料有效的。此外，在停留在当前燃料时，经由CVT调节能够实现进一步的燃料经济性效益。具体地说，能够调节CVT的转速比，以使发动机沿功率线490移动到操作点426，在操作点426处，通过在增加发动机转速的同时降低发动机负载提供相同的功率输出，同时维持当前的燃料。
以这种方式，对于给定的驾驶员需求，发动机控制器可估计与维持第一燃料的使用相关联的第一燃料经济性，和与转换到第二替代燃料相关联的、同时以爆震调节的发动机转速-负载曲线进行操作的第二燃料经济性。如果第二燃料经济性高于第一燃料经济性，则控制器可以确定转换是更加燃料有效和成本有效的，并且控制器可将发动机转换到第二燃料。此外，控制器可经由调节CVT的转速比来将发动机转换到爆震调节的发动机转速-负载曲线。在本文，转换到爆震调节的发动机转速-负载曲线包括从第二燃料的默认的发动机转速-负载曲线转换。在一个示例中，与当前燃料下的给定功率水平的默认的发动机转速-负载曲线相比，爆震调节的发动机转速-负载曲线包括较高的发动机转速和较低的发动机负载。此外，在第一燃料下的发动机操作期间的发动机功率输出与以爆震调节的发动机速度-负载曲线下的第二燃料下的发动机操作期间的发动机功率输出相同。相比之下，如果第二燃料经济性小于第一燃料经济性，则控制器可以确定转换并非燃料有效的，并且控制器可维持第一燃料使用。另外地或可选地的，当在第一燃料情况下，如果摩擦调节的发动机转速-负载曲线提供甚至(比停留在第一燃料情况下以默认的发动机转速-负载曲线)更多的燃料经济性效益，则控制器可经由调节CVT的转速比转换到摩擦调节的发动机转速-负载曲线。在一个示例中，在第二燃料是比第一燃料具有更高辛烷值的燃料的情况下，第二燃料下的爆震调节的发动机转速-负载曲线包括高于默认的发动机转速和低于默认的发动机负载，而在第一燃料下的摩擦调节的发动机转速-负载曲线包括低于默认的发动机转速和高于默认的发动机负载。
在另一个示例中，控制器可参考图诸如图6的示例映射图，以识别在发动机中使用的更加成本有效和能量有效的燃料。参考图6，映射图600描绘了对于双燃料发动机中的第一燃料和第二燃料中的每个在驾驶员需求范围内的成本效率曲线。映射图600描绘了沿x轴的功率输出和沿y轴的每种燃料的每美元的能量(或每美元的功)值。曲线图602(虚线)描绘了第一较高辛烷值燃料的成本曲线，而曲线图604(实线)描绘了第二较低辛烷值燃料的成本曲线。如图所描绘，对于每种燃料，随着功率的增加，成本效率提高，然后平稳(plateau)，并且然后开始下降。
两个曲线图在操作点606处相交，操作点606对应于功率水平630。在该操作点处，使用任一种燃料进行操作的效率和成本相等。在高于水平630的功率水平下，选择第一较高辛烷值燃料，因为它每美元给出更多的功。在低于水平630的功率水平下，选择第二较低辛烷值燃料，因为它每美元给出更多的功。在一个示例中，发动机可在操作点606处使用第一较高辛烷值燃料。响应于驾驶员需求的下降，诸如响应于从功率水平630到功率水平620的变化，发动机将不会立即切换到第二较低辛烷值燃料，而是将继续使用第一较高辛烷值燃料操作，直到每美元的功的损耗达到阈值612，如图3所述。当使用第一较高辛烷值燃料操作时，在功率水平630和功率水平620之间，每美元的功损耗较小，并且可经由调节CVT来使其最小化，以使用第一较高辛烷值燃料优化效率。在这种情况下，CVT调节可包括在使用第一较高辛烷值燃料时以更低的转速和更高的扭矩操作发动机。
在另一个示例中，发动机可在操作点606处使用第二较低辛烷值燃料。响应于驾驶员需求的上升，诸如响应于从功率水平630到功率水平640的变化，发动机将不会立即切换到第一较高辛烷值燃料，而是将继续使用第二低辛烷值燃料操作，直到每美元的功的损耗达到阈值614，如图3所述。当使用第二较低辛烷值燃料操作时，在功率水平630和功率水平640之间，每美元的功的损耗较小，并且可经由调节CVT来使其最小化，以使用第二较低辛烷值燃料优化效率。在这种情况下，CVT调节可包括在使用第二较低辛烷值燃料时以更高的转速和更低的扭矩操作发动机。
应当理解，虽然本示例提出了用于发动机的两种不同的燃料可能性，但是在替代示例中，发动机可以以多种燃料操作，并且控制器可以在选择用于在发动机汽缸中燃烧的燃料之前类似地比较与每种燃料的CVT调节相关联的和不相关联的成本。此外，控制器可进一步选择用于在发动机汽缸中燃烧的燃料的组合。
现在转向图7，在映射图700中示出了与CVT调节协作的示例燃料使用调节。映射图700在曲线图702处描绘发动机转速的变化，在曲线图704处描绘发动机负载的变化，在曲线图706处描绘发动机功率的变化，在曲线图708处描绘燃料选择(在第一高辛烷值燃料和第二低辛烷值燃料之间)的变化，以及在曲线图710处描绘爆震指示的变化。所有曲线图均随着时间的推移示出(沿x轴)。在t1至t4处示出车辆操作期间的显著时间点。应当理解，如本文所使用的，发动机功率被确定为发动机转速和发动机负载(或扭矩)的乘积。此外，经由调节联接在发动机和输出轴之间的CVT的转速比来实现发动机转速-负载调节。在本示例中，燃料使用可在第一燃料和第二燃料之间切换，但在替代示例中，附加的燃料是可用的并且/或者燃料使用可调节到任何可用的燃料。
在t1之前，可操作发动机以提供功率输出，该功率输出经由所描绘的发动机转速-负载曲线并且通过使用较高辛烷值燃料的发动机来递送。在t1时，响应于驾驶员需求的增加，发动机的功率输出可增加。在本文，由于较低辛烷值燃料比较高辛烷值燃料更加成本有效，所以通过转换到较低辛烷值燃料来增加功率输出。此外，通过经由CVT调节来调节较低辛烷值燃料情况下的发动机转速-负载曲线，实现进一步的燃料经济性效益，使得使用高于默认的发动机转速和低于默认的发动机负载提供相同的发动机功率。(给定燃料的)默认的发动机转速和负载在此处被描述为虚线。具体地，如果维持发动机使用较高辛烷值燃料且以默认的发动机转速-负载操作，则发动机将受到爆震限制，如超过爆震阈值(爆震_阈值)的所预测的爆震传感器输出712(虚线段)所指示。在本文，通过经由CVT调节转换到较高发动机转速和较低发动机负载同时转换到较低辛烷值燃料，在较高负载下的爆震得以解决，同时改善了整体发动机燃料经济性，并且不损害发动机功率输出。
发动机可以以高于默认的发动机转速并且低于默认的发动机负载以较低辛烷值燃料持续操作一段时间直到t2。在t2时，响应于驾驶员需求的下降，发动机可维持在较低辛烷值燃料情况下，同时由于发动机不再受爆震限制而恢复默认的发动机转速和默认的发动机负载。该操作可维持直到t3。
在t3时，响应于驾驶员需求的减少，发动机的功率输出可减少。在本文，由于较高辛烷值燃料比较低辛烷值燃料更加燃料有效，所以通过转换到较高辛烷值燃料减少了功率输出。此外，通过经由CVT调节来调节较高辛烷值燃料情况下的发动机转速-负载曲线，可实现进一步的燃料经济性效益，使得使用低于默认的发动机转速和高于默认的发动机负载提供相同的发动机功率。(给定燃料的)默认的发动机转速和负载在此处被描绘为虚线。具体地，如果发动机转换到较低辛烷值燃料并且以默认的发动机转速-负载操作，发动机可受到摩擦限制。在本文，通过经由CVT调节转换到较低发动机转速和较高发动机负载同时经由VCR调节转换到较高辛烷值燃料，较低负载下的摩擦损失得以减少，同时改善了整体发动机燃料经济性并且不损害发动机功率输出。
以这种方式，能够通过将多燃料发动机技术与CVT技术结合来改善发动机的燃料效率。通过利用可经由CVT调节针对给定的发动机功率输出实现的不同的发动机转速-负载组合，发动机控制器能够更精确地解决发动机限制，诸如与特定的燃料转换相关联的爆震限制。由此，这允许更精确地确定与燃料转换相关联的成本，从而响应于操作者或车轮扭矩需求的频繁变化减少低效燃料切换频率。总的来说，能够提高发动机的燃料经济性。
一种用于与无级变速器(CVT)联接的多燃料发动机的示例方法，其包括：针对功率水平，将当前燃料下的发动机成本效率与以调节的发动机转速-负载在替代燃料下的发动机成本效率进行比较；以及响应于以调节的发动机转速-负载在替代燃料下的成本效率的改善高于阈值，转换到替代燃料并调节到所述调节的发动机转速-负载。在前述示例中，另外地或可选地，该方法进一步包括，响应于成本效率的改善低于阈值，维持当前燃料，其中给定燃料的成本效率是由给定燃料产生的能量相对于使用给定燃料的货币成本的比。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，该方法进一步包括调节发动机转速-负载同时维持当前燃料，使用当前燃料的调节的发动机转速-负载不同于使用替代燃料的调节的发动机转速-负载。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，使用替代燃料的调节的发动机转速-负载基于当使用替代燃料操作时的发动机的爆震极限，且使用当前燃料的调节的发动机转速-负载基于当使用当前燃料操作时的发动机的爆震极限。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，调节到调节的发动机转速-负载包括，随着使用替代燃料进行的发动机操作接近爆震极限，增加发动机转速同时减少发动机负载，以维持功率水平。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，调节到调节的发动机转速-负载包括，随着替代燃料下的发动机操作远离爆震极限，降低发动机转速，同时增加发动机负载，以维持功率水平。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，调节到调节的发动机转速-负载包括选择与调节的发动机转速-负载相匹配的CVT转速比。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，在使用当前燃料进行的发动机操作和使用替代燃料以调节的发动机转速-负载进行的发动机操作中的每个发动机操作的情况下维持功率水平。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，功率水平是被确定为发动机负载和发动机转速的乘积的发动机的动力传动系统输出。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，当前燃料和替代燃料在辛烷值、醇含量和递送机构(燃料经由其递送到发动机汽缸中)中的一个或多个中变化，其中递送机构包括直接喷射、进气道喷射和中心喷射中的一个。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，当前燃料具有比替代燃料高的辛烷值。
用于与无级变速器(CVT)联接的发动机的另一种示例方法，其包括：针对驾驶员需求，估计与维持第一燃料相关联的第一成本效率和与当以爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线操作时转换到第二燃料相关联的第二成本效率；以及响应于第二成本效率高于第一成本效率，转换到第二燃料的使用且通过调节CVT的转速比转换到爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线。在前述示例中，另外地或可选地，转换到爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载包括从第一燃料的默认的发动机转速-负载曲线转换，并且其中在使用第一燃料的发动机操作期间的发动机功率输出与在使用第二燃料以爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线进行的发动机操作期间的发动机功率输出相同。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，该方法进一步包括，响应于第二成本效率小于第一燃料经济性，维持第一燃料的使用，并且可选地经由调节CVT的转速比，转换到爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，第二燃料具有比第一燃料高的辛烷值，并且其中爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线包括高于默认的发动机转速和低于默认的发动机负载。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，第二燃料具有比第一燃料低的辛烷值，并且其中爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线包括低于默认的发动机转速和高于默认的发动机负载。
另一个示例性车辆系统，其包括：具有汽缸的发动机；用于将来自第一燃料箱的第一燃料递送到汽缸中的第一燃料喷射器；用于将来自第二燃料箱的第二燃料递送到汽缸中的第二燃料喷射器，第二燃料相比于第一燃料具有不同的醇含量；将发动机联接到车轮的无级变速器(CVT)，CVT具有多个转速比；以及控制器。控制器可被配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：估计与维持第一燃料的使用相关联的第一成本效率以及与转换到第二燃料的使用相关联的第二成本效率；如果第二成本效率更高，则预测当使用第二燃料时与以修改的发动机转速-负载曲线进行操作相关联的燃料损耗；并且如果燃料损耗调节的第二燃料经济性高于第一燃料经济性，则激活第二燃料喷射器，同时停用第一燃料喷射器以转换到第二燃料，同时选择CVT的多个转速比中的一个以提供修改的发动机转速-负载曲线。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，控制器包括进一步的指令，用于：如果第一成本效率高于燃料损耗调节的第二成本效率，则维持第一燃料喷射器激活且维持第二燃料喷射器停用以维持使用第一燃料进行的发动机操作。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或可选地，使用第二燃料时的修改的发动机转速-负载曲线是基于第二燃料情况下的发动机爆震极限和发动机摩擦的第一修改的发动机转速-负载曲线，其中控制器包括进一步的指令，用于：当维持使用第一燃料进行的发动机操作时，预测与在第一燃料下以第二修改的发动机转速-负载曲线进行操作相关联的燃料损耗，第二修改的发动机转速-负载曲线基于第一燃料情况下的发动机爆震极限和发动机摩擦；如果燃料损耗较小，则使用第一燃料以第二修改的发动机转速-负载曲线操作；并且如果燃料损耗较大，则维持第一燃料情况下的默认的发动机转速-负载曲线。在前述示例中的任一个或全部中，另外地或可选地，所述选择包括当修改的发动机转速-负载曲线包括较高的发动机转速和较低的发动机负载时选择第一较低转速比，以及当修改的发动机转速-负载曲线包括较低的发动机转速和较高的发动机负载时选择第二较高比。
需注意，本文所包括的示例控制和估计程序能够和各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可通过包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件实施。本文所述的具体程序可表示任何数量的处理策略中的一种或多种，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。由此，所示的各种动作、操作和/或功能可按照所说明的顺序执行、并行执行或在一些情况下省略。同样地，处理次序并非是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述提供。所示动作、操作和/或功能中的一个或多个可根据正使用的特定策略重复执行。进一步地，所述动作、操作和/或功能可图形地表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所述动作通过执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令结合电子控制器实施。
应当理解，本文所公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以应用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别指出被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应该理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过本权利要求的修正或通过本申请或相关申请中呈现的新权利要求加以要求保护。此类权利要求，无论其范围是否宽于、窄于、等于或不同于原权利要求的范围，仍被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于与无级变速器联接的多燃料发动机的方法，无级变速器即CVT，所述方法包括：
针对功率水平，将使用当前燃料的发动机成本效率与在调节的发动机转速-负载下使用替代燃料的发动机成本效率进行比较；以及
响应于在所述调节的发动机转速-负载下使用所述替代燃料的所述成本效率的改善高于阈值，转换到所述替代燃料并改变到所述调节的发动机转速-负载。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括，响应于所述成本效率的改善低于阈值，维持所述当前燃料，其中给定燃料的所述成本效率是由所述给定燃料产生的功相对于使用所述给定燃料的货币成本的比。
3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括，当维持所述当前燃料时调节所述发动机转速-负载，使用所述当前燃料的所述调节的发动机转速-负载与使用所述替代燃料的所述调节的发动机转速-负载不同。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述替代燃料的所述调节的发动机转速-负载基于当使用所述替代燃料操作时所述发动机的爆震极限，并且其中使用所述当前燃料的所述调节的发动机转速-负载基于当使用所述当前燃料操作时所述发动机的爆震极限。
5.根据权利要求4所述的方法，其中改变到所述调节的发动机转速-负载包括，随着使用所述替代燃料进行的发动机操作接近所述爆震极限，增加所述发动机转速，同时减少所述发动机负载，以维持所述功率水平。
6.根据权利要求4所述的方法，其中改变到所述调节的发动机转速-负载包括，随着使用所述替代燃料进行的发动机操作远离所述爆震极限，降低所述发动机转速，同时增加所述发动机负载，以维持所述功率水平。
7.根据权利要求1所述的方法，其中改变到所述调节的发动机转速-负载包括选择与所述调节的发动机转速-负载匹配的CVT转速比。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在使用所述当前燃料进行的发动机操作和使用所述替代燃料以所述调节的发动机转速-负载进行的发动机操作中的每个发动机操作的情况下维持所述功率水平。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率水平是被确定为发动机负载和发动机转速的乘积的所述发动机的动力传动系统输出。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述当前燃料和所述替代燃料在辛烷值、醇含量和递送机构中的一个或多个中变化，燃料经由所述递送机构递送到发动机汽缸中，其中所述递送机构包括直接喷射、进气道喷射和中心喷射中的一个。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述当前燃料具有比所述替代燃料高的辛烷值。
12.一种用于与无级变速器联接的发动机的方法，无级变速器即CVT，所述方法包括：
针对驾驶员需求，
估计与维持第一燃料相关联的第一成本效率和与当以爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线操作时转换到第二燃料相关联的第二成本效率；以及
响应于所述第二成本效率高于所述第一成本效率，转换到所述第二燃料的使用且通过调节所述CVT的转速比转换到所述爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线。
13.根据权利要求12所述的方法，其中转换到所述爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线包括从所述第一燃料的默认的发动机转速-负载曲线转换，并且其中在使用所述第一燃料进行的发动机操作期间的发动机功率输出与在使用所述第二燃料以所述爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线进行的发动机操作期间的发动机功率输出相同。
14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括，响应于所述第二成本效率小于所述第一燃料经济性，维持所述第一燃料的使用，并且可选地通过调节所述CVT的所述转速比转换到爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二燃料具有比所述第一燃料低的辛烷值，并且其中所述爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线包括与所述第一燃料相比更高的发动机转速和更低的发动机负载。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二燃料具有比所述第一燃料高的辛烷值，并且其中所述爆震调节和摩擦调节的发动机转速-负载曲线包括与所述第一燃料相比更低的发动机转速和更高的发动机负载。
17.一种车辆系统，其包括：
具有汽缸的发动机；
用于将来自第一燃料箱的第一燃料递送到所述汽缸中的第一燃料喷射器；
用于将来自第二燃料箱的第二燃料递送到所述汽缸中的第二燃料喷射器，所述第二燃料相比于所述第一燃料具有不同的醇含量；
将所述发动机联接到车轮的无级变速器，无级变速器即CVT，所述CVT具有多个转速比；以及
控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：
估计与维持所述第一燃料的使用相关联的第一成本效率以及与转换到所述第二燃料的使用相关联的第二成本效率；
如果以修改的发动机转速-负载曲线的所述第二成本效率高于所述第一成本效率，则激活所述第二燃料喷射器，同时停用所述第一燃料喷射器以转换到所述第二燃料，同时选择所述CVT的所述多个转速比中的一个以提供所述修改的发动机转速-负载曲线。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令用于：
如果所述第一成本效率高于所述第二成本效率，则维持所述第一燃料喷射器激活并且维持所述第二燃料喷射器停用，以维持使用所述第一燃料进行的发动机操作。
19.根据权利要求17所述的系统，其中在使用所述第二燃料时的所述修改的发动机转速-负载曲线是基于当使用所述第二燃料操作时的发动机爆震极限和发动机摩擦的第一修改的发动机转速-负载曲线。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述选择包括，当所述修改的发动机转速-负载曲线包括较高的发动机转速和较低的发动机负载时选择所述CVT的第一较低转速比，以及当所述修改的发动机转速-负载曲线包括较低的发动机转速和较高的发动机负载时选择所述CVT的第二较高比。
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