專利名稱：增壓直接噴射式發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增壓直接噴射式發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
發(fā)動機(jī)可以使用增壓器例如渦輪增壓器來增加發(fā)動機(jī)功率密度。但是，由于燃燒溫度升高，可能出現(xiàn)發(fā)動機(jī)爆震，因此需要點火延遲，而這又會降低燃料效率。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識到，在某些情況下，利用進(jìn)氣歧管增壓，在增壓中于上死點(TDC＝Top Dead Centre)附近出現(xiàn)閥啟閉時間重疊，會有利于減少殘余物。另外，還可以利用這種閥定時和增壓，結(jié)合直接噴射燃料(例如汽缸內(nèi)噴射)來降低進(jìn)氣溫度(charge temperature)并降低自燃(爆震)傾向，從而在選定情況下能夠提高轉(zhuǎn)矩輸出和燃料經(jīng)濟(jì)性。
然而，發(fā)明人還認(rèn)識到，在閥啟閉時間重疊期間的某些情況下，進(jìn)氣閥和排氣閥于該時間重疊內(nèi)，在上死點附近至少部分地同時打開(例如鄰近于排氣沖程之末，進(jìn)氣沖程之始)，并且進(jìn)氣歧管壓力高于排氣壓力(由于增壓)，未參與燃燒的新鮮進(jìn)氣會流到排氣歧管。
因此，提供一種發(fā)動機(jī)的運(yùn)行方法，而且該發(fā)動機(jī)含有一個氣缸，該氣缸帶有至少一個進(jìn)氣閥和至少一個排氣閥。該方法包括執(zhí)行汽缸內(nèi)的燃燒循環(huán)，其中排氣閥的關(guān)閉發(fā)生在進(jìn)氣閥打開之后，因此產(chǎn)生閥啟閉時間重疊；把進(jìn)氣增壓高于排氣壓力，此處當(dāng)所述進(jìn)氣閥打開時，所述經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣被引入所述汽缸，并且在所述閥啟閉時間重疊期間，所述進(jìn)氣閥和排氣閥兩者均被打開，所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的至少第一部分流過排氣閥；把在所述汽缸內(nèi)燃燒的燃料直接噴射到所述汽缸，此時所述燃料噴射的開始發(fā)生于所述排氣閥關(guān)閉之后，并且所述直接噴射的燃料與所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的至少第二部分混合；以及以富空氣-燃料比燃燒所述混合物。
根據(jù)另一方面，提供一種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動機(jī)具有至少一個汽缸，該至少一個汽缸通過至少一個進(jìn)氣閥與進(jìn)氣歧管連通，并通過至少一個排氣閥與排氣歧管連通。該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括一個與進(jìn)氣歧管連接的壓縮設(shè)備構(gòu)造得可在至少一種運(yùn)行情況下，把進(jìn)氣歧管壓力增壓到大于排氣歧管壓力；一個直接燃料噴射器，它與汽缸連接，并被構(gòu)造得可用來把燃料直接噴射入汽缸；一個控制器，它被構(gòu)造得可在所述至少一種運(yùn)行情況下調(diào)節(jié)閥定時，以便排氣閥的關(guān)閉發(fā)生在進(jìn)氣閥打開之后，從而產(chǎn)生閥啟閉時間重疊，因此在所述進(jìn)氣閥打開時允許所述經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣被引入汽缸，并且在所述閥啟閉時間重疊期間，所述進(jìn)氣閥和排氣閥均打開，使得所述被引入的經(jīng)過增壓進(jìn)氣空氣的至少第一部分可流過排氣閥；把在所述汽缸內(nèi)燃燒的燃料直接噴射到所述汽缸內(nèi)，此時所述燃料噴射的開始發(fā)生在所述排氣閥關(guān)閉之后；以及實行點火，開始汽缸內(nèi)的富燃燒循環(huán)。
根據(jù)又一方面，提供一種發(fā)動機(jī)運(yùn)行方法，該發(fā)動機(jī)具有一個汽缸，該汽缸帶有至少一個進(jìn)氣閥和至少一個排氣。該方法包括執(zhí)行汽缸內(nèi)的燃燒循環(huán)，此時進(jìn)氣閥打開后排氣閥的關(guān)閉發(fā)生在進(jìn)氣閥打開之后，由此產(chǎn)生閥啟閉時間重疊；把進(jìn)氣空氣增壓高于排氣壓力，此處當(dāng)所述進(jìn)氣閥打開時，所述經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣被引入所述汽缸，并且在所述閥啟閉時間重疊期間，所述進(jìn)氣閥和排氣閥兩者均被打開，所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的至少第一部分流過排氣閥；把在所述汽缸內(nèi)燃燒的燃料直接噴射到所述汽缸，此時所述燃料噴射的開始發(fā)生于所述排氣閥關(guān)閉之后，并且所述直接噴射的燃料與所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的至少第二部分混合；以及在第一運(yùn)行情況下以第一空氣-燃料比燃燒所述混合物；以及在第二運(yùn)行情況下以第二空氣-燃料比燃燒所述混合物。
因此，在某些情況下，利用始于排氣閥關(guān)閉之后(減小未燃燒燃料通向排氣的可能性)的直接燃料噴射會有助于充分燃燒，這樣可使總排放混合物保持大致接近化學(xué)計量比。這樣，隨同排放物的減少而可達(dá)到性能改善。


圖1是一種發(fā)動機(jī)的示意圖；
圖2是發(fā)動機(jī)于閥啟閉時間重疊期間的放大圖；圖3-6是說明示例性控制程序的高級流程圖；圖7是示例性操作的定時示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10包括多個汽缸，圖1所示的一個汽缸由電子發(fā)動機(jī)控制器12控制。發(fā)動機(jī)10包含汽缸頭46、燃燒室30和汽缸壁32，活塞36設(shè)在汽缸壁32內(nèi)和曲軸40連接。所示燃燒室30分別通過進(jìn)氣閥52和排氣閥54與進(jìn)氣歧管44和排氣歧管48連通。在該例子中，示出了單個進(jìn)氣閥和排氣閥；但是，可以有多個進(jìn)氣閥和/或多個排氣閥。每個進(jìn)氣閥和排氣閥可以通過一個凸輪軸操作，或二者可以通過共用的凸輪軸操作。通過液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行可變閥定時操作。在一個選擇性實施方案中，可以通過電子機(jī)械式控制閥線圈和電樞總成來操作閥。在圖1的例子中，所示進(jìn)氣凸輪160用于操縱閥52，其中進(jìn)氣凸輪可以具有通過信號162來控制的可變定時。同樣，所示排氣凸輪164用于操縱閥54，此處排氣凸輪可以具有通過信號166來控制的可變定時。
所示汽缸30還具有連接其上的直接燃料噴射器66，用于通過燃料噴射系統(tǒng)(未示出)——它可以是高壓普通汽油燃料系統(tǒng)——與來自控制器12的信號FPW的脈沖寬度成比例地發(fā)送液體燃料。該燃料系統(tǒng)可包含燃料箱、高和/或低壓燃料泵以及燃料軌道(fuel rail)。圖1的發(fā)動機(jī)10被構(gòu)造得能使燃料直接噴射入發(fā)動機(jī)汽缸，作為直接噴射這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知悉的。另外，所示進(jìn)氣歧管44與任選的電子節(jié)流閥125連通。
在圖1的例子中，所示汽缸頭46具有在側(cè)面噴射位置連接其上的燃料噴射器66。但是，在一個選擇性實施例中，該噴射器也可位于頭頂位置，例如鄰近火花塞92。圖1還示出了無燃料分配器的點火系統(tǒng)88，響應(yīng)于控制器12，它通過火花塞92對燃燒室30提供點火火花。
所示發(fā)動機(jī)10還與渦輪增壓器系統(tǒng)130連接，它是一種可供使用的示例性壓縮設(shè)備。渦輪增壓器系統(tǒng)130包含位于進(jìn)氣側(cè)的壓縮機(jī)132和位于排氣側(cè)的通過軸136而連接的渦輪134。在一個選擇性實施例中，如果需要，可以使用二級渦輪增壓器。在另一個選擇性實施例中，可以使用具有類似于132的壓縮機(jī)的增壓器，它通過發(fā)動機(jī)曲軸40來驅(qū)動。
可以使用各種類型的渦輪增壓器及配置。例如，可以使用可變幾何結(jié)構(gòu)渦輪增壓器(VGT＝Variable Geometry Turbocharger)，此處渦輪和/或壓縮機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)在發(fā)動機(jī)工作期間可加以變化。另一方面或者另外，還可使用可變噴嘴渦輪增壓器(VNT＝Variable Nozzle Turbocharger)，這時可變截面噴嘴在排氣歧管線中放置于渦輪上游和/或下游以通過渦輪來改變氣體的有效膨脹。還可以利用其它途徑在排氣中來改變膨脹，例如廢氣門閥(waste gatevalve)。圖1還示出了在圍繞渦輪134的旁路通道138內(nèi)用作廢氣門的示例性閥139。廢氣門139接收來自控制器12的控制信號140。如上所述，該閥可位于渦輪內(nèi)，或是為可變噴嘴。同樣，如果需要，可以使用雙渦輪增壓器配置和/或序貫渦輪增壓器配置。
所示通用排氣氧氣(UEGO＝Universal Exhaust Gas Oxygen)傳感器76與渦輪134和排放控制設(shè)備72上游的排氣歧管48連接。設(shè)備72可以是NOx催化劑、SCR(SCR＝Selective catalytic reduction，選擇性催化還原)催化劑、顆粒過濾器或它們的組合。所示第二排氣氧氣傳感器98與催化轉(zhuǎn)換器72下游的排氣系統(tǒng)連接。排放控制設(shè)備溫度由溫度傳感器77測量，和/或根據(jù)運(yùn)行情況，例如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載、空氣溫度、發(fā)動機(jī)溫度和/或空氣流量或它們的組合進(jìn)行估算。
如常規(guī)微型計算機(jī)那樣的控制器12示于圖1中，它包括微處理器單元102、輸入/輸出端口104、只讀存儲器(ROM＝Read-Only Memory)106、隨機(jī)存取存儲器(RAM＝Random Access Memoy)108、?；畲鎯ζ?KAM＝KeepAlive Memory)110和常規(guī)數(shù)據(jù)總線。除前述信號以外，所示控制器12還接收來自與發(fā)動機(jī)10連接的傳感器的各種信號，它們包括來自與冷卻套114連接的溫度傳感器112的發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度(ECT＝Engine CoolantTemperature)；與加速踏板連接的位置傳感器119；來自與進(jìn)氣歧管44連接的壓力傳感器122的發(fā)動機(jī)歧管壓力測定值(MAP＝Manifold Pressure)；來自溫度傳感器117的發(fā)動機(jī)空氣進(jìn)氣溫度(ACT＝Air Charge Temperature)或歧管溫度測定值；以及源于檢測曲軸40位置的霍耳效應(yīng)(Hall Effect)傳感器118的發(fā)動機(jī)位置傳感器。當(dāng)前敘述優(yōu)先考慮的方面是，曲軸每轉(zhuǎn)一圈發(fā)動機(jī)位置傳感器118產(chǎn)生預(yù)定脈沖數(shù)，據(jù)此可以確定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM，轉(zhuǎn)/分)。
在一些實施例中，發(fā)動機(jī)可以與混合型車輛中的電動機(jī)/電池系統(tǒng)連接。該混合型車輛可以具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)、串聯(lián)結(jié)構(gòu)、或它們的各種變型或組合。
發(fā)動機(jī)10還具有壓縮空氣發(fā)送系統(tǒng)，把高壓空氣發(fā)送給燃燒室，此后將參照圖4詳細(xì)描述其一個實例。
繼續(xù)參看圖1，它示出催化轉(zhuǎn)換器72，在一個實例中，它可以包含多個催化劑塊。在另一個實例中，可以使用分別帶有多個催化劑塊的多個排放控制設(shè)備。在一個實例中，轉(zhuǎn)換器72可以是三用型催化劑。
發(fā)動機(jī)10可用于道路車輛、船、掘土設(shè)備、飛機(jī)、發(fā)電機(jī)、泵等。
如在此較詳細(xì)所描述的，發(fā)動機(jī)10可以在多種模式下運(yùn)行，其中包含于上死點(TDC)附近出現(xiàn)閥啟閉時間重疊的增壓情況在內(nèi)。在壓力進(jìn)氣情況下，這種運(yùn)行可減少殘余物。特別是，在排氣閥關(guān)閉(EVC＝Exhaust ValveClose)后可以利用可變閥定時、增壓和直接噴射燃料(例如汽缸內(nèi)噴射)來降低進(jìn)氣溫度并降低自燃(爆震)傾向，從而在選定情況下能提高轉(zhuǎn)矩輸出和燃料經(jīng)濟(jì)性。然而，在閥啟閉時間重疊期間的某些情況下，此時進(jìn)氣閥和排氣閥于TDC附近至少部分地同時打開(排氣沖程之末，進(jìn)氣沖程之始)，并且進(jìn)氣歧管壓力高于排氣壓力(由于增壓)，未參與燃燒的新鮮空氣進(jìn)氣會流到排氣歧管。在圖2中用流路210表示了這種情況，該圖示出圖1的發(fā)動機(jī)10的放大圖。
這種過程會導(dǎo)致新鮮空氣進(jìn)氣“損失”給排氣系統(tǒng)，它可稱之為掃氣效應(yīng)。如以下較詳細(xì)所描述的，該空氣量可以由控制器12內(nèi)的多種程序來補(bǔ)償，例如加燃料、火花定時、增壓控制等。在這樣操作期間的某些情況下，此時新鮮空氣進(jìn)氣在燃燒期間是流到排氣歧管而不是在汽缸內(nèi)，在燃燒期間可采用富空氣-燃料比，從而使總排氣空氣-燃料比保持大致在化學(xué)計量關(guān)系?；蛘撸谄渌闆r下，可采用化學(xué)計量燃燒空氣-燃料比，并由此獲得貧總排氣空氣-燃料比。此外，在另一些其它情況下，可采用貧燃燒空氣-燃料比，并由此獲得更貧的總排氣空氣-燃料比。在一個實例中，此時執(zhí)行與獲得化學(xué)計量的排氣混合物的富燃燒相比較稀的燃燒，可利用第二后燃料噴射(post injection offuel)來提供未燃燒的燃料與過量氧氣反應(yīng)，而保持排氣混合物空氣-燃料比大致在化學(xué)計量關(guān)系。
在上述實例中，此時掃氣引起新鮮空氣進(jìn)氣流向排氣而伴隨富燃燒，從而燃燒空氣-燃料比可被控制，致使總排氣空氣-燃料比大約在化學(xué)計量關(guān)系、或是貧的總排氣空氣-燃料比、或是富的總排氣空氣-燃料比。這樣，在某些情況下，排氣中會有放熱反應(yīng)，而在排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生熱。這樣的操作可被用來增加渦輪增壓器的轉(zhuǎn)矩和速度。另外，可以通過燃料噴射和/或[空]氣流量來調(diào)節(jié)富燃燒水平(等級)，當(dāng)富燃燒時，燃燒空氣-燃料比大約可以達(dá)到第一富空氣-燃料比(例如約為0.93λ，或相對空氣-燃料比在化學(xué)計量關(guān)系，從而7％的額外燃料可獲得的轉(zhuǎn)矩增加約大于4％)，如果需要，點火延遲可進(jìn)一步增加熱和/或降低轉(zhuǎn)矩。這種操作可以減少發(fā)動機(jī)排氣的NOx排放。但是，在排氣沖程噴射期間，如果過量空氣多于約7％，額外的燃料會被噴射在排氣內(nèi)來進(jìn)行直接熱轉(zhuǎn)換。如果需要，可以使用上述途徑來減少富燃燒的NOx產(chǎn)生。
與發(fā)動機(jī)排氣的效果有關(guān)，可有選擇地或另外利用上述帶富燃燒的掃氣來增快催化劑的加熱。
同樣，當(dāng)排氣中有過量空氣和燃燒或未燃燒的還原劑而沒有完全燃燒時，根據(jù)氧氣相對HC分子的擴(kuò)散率，排氣空氣-燃料比傳感器(例如76)，例如排氣歧管內(nèi)的UEGO傳感器，可能讀取為貧空氣-燃料比。換句話說，UEGO傳感器通常對氧氣和HC進(jìn)行催化，來給出總空氣-燃料比(空氣/燃料)，但是，傳感器的擴(kuò)散勢壘會引起一些在傳感器元件處有用的差異量。然而，在這種情況下，安裝在排放控制設(shè)備內(nèi)、或安裝在其下游的排氣空氣-燃料比傳感器(例如98)會因此提供更準(zhǔn)確的信息，用來通過燃料噴射對空氣-燃料比進(jìn)行控制。
可采取多種形式補(bǔ)償空氣進(jìn)氣損失。在一個實例中，由質(zhì)量空氣流量傳感器(MAF＝Mass Airflow sensor)和/或歧管壓力傳感器(MAP)所測定的空氣，可加以調(diào)節(jié)(例如減少)，在確定燃燒空氣-燃料比的估算值中把未參與燃燒的空氣除去。因此，例如當(dāng)使用基于MAF的空氣流量基礎(chǔ)計算時，從基礎(chǔ)計算中減去空氣進(jìn)氣損失。然后可以利用該經(jīng)過調(diào)節(jié)的空氣量來擬定所需燃料噴射量(例如當(dāng)把燃燒空氣-燃料比控制為預(yù)定值時)。另外，它還可被用來估算經(jīng)過校正的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩計算值，來控制和/或監(jiān)控電子控制節(jié)流閥，和/或調(diào)節(jié)點火定時。此外，該信息可被用來校正一些排氣氧氣傳感器的讀數(shù)，而這些傳感器則可測定燃燒的排氣混合物和空氣進(jìn)氣損失量。這些起作用的排氣讀數(shù)，可對空氣-燃料比反饋的控制和/或反饋加燃料的一些校正進(jìn)行調(diào)節(jié)。作為替代，當(dāng)出現(xiàn)空氣進(jìn)氣損失情況時，也可以中止來自那些起作用的傳感器的反饋。這種操作的細(xì)節(jié)此后將較詳細(xì)地加以描述。
與閥定時、進(jìn)氣壓力、排氣壓力等的各種組合有關(guān)，雖然可能碰到上述操作(于該操作中出現(xiàn)空氣進(jìn)氣損失)，但是也可以采用其它運(yùn)行模式。例如，在[閥啟閉時間重疊情況下，此時進(jìn)氣壓力大致上不大于排氣壓力(或者，例如某些無閥啟閉時間重疊情況)，損失空氣量問題通常不存在，因此可以利用基于質(zhì)量空氣流量傳感器讀數(shù)、排氣氧氣傳感器讀數(shù)、歧管壓力傳感器讀數(shù)等的常規(guī)方法對燃燒和排氣空氣-燃料比進(jìn)行控制。
現(xiàn)在參照圖3-6，描述控制系統(tǒng)操作的示例性控制程序。特別參照圖3，它描述了根據(jù)運(yùn)行情況選擇發(fā)動機(jī)運(yùn)行模式的程序。首先，在310中，程序讀取當(dāng)前運(yùn)行的一些情況，例如讀取某一駕駛員的請求(例如關(guān)于輪轉(zhuǎn)矩的讀取請求、關(guān)于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的讀取請求、關(guān)于加速踏板位置的讀取請求等)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)負(fù)載、節(jié)流閥位置、增壓程度、閥定時、燃料噴射量和定時、發(fā)動機(jī)溫度、車輛速度和/或它們的其組合。然后，在312中，程序根據(jù)運(yùn)行情況判斷是否需要發(fā)動機(jī)以閥啟閉時間重疊和上述掃氣生效的方式(例如在該方式可能發(fā)生出現(xiàn)空氣流量損失)運(yùn)行。例如，程序可以判斷被請求的發(fā)動機(jī)輸出是否在特定的速度和負(fù)載范圍內(nèi)，而在此范圍內(nèi)需要帶有掃氣的閥啟閉時間重疊。如果是，程序根據(jù)運(yùn)行情況，例如排氣溫度、發(fā)動機(jī)啟動時間、其它某些情況、或它們的組合，繼續(xù)判斷是否使上述掃氣生效。如果是，程序繼續(xù)執(zhí)行316來調(diào)節(jié)進(jìn)氣和/或排氣閥的閥定時，以便在TDC(壓縮沖程之末，進(jìn)氣沖程之始)附近產(chǎn)生閥啟閉時間重疊，調(diào)節(jié)增壓和/或進(jìn)氣歧管壓力(例如通過廢氣門和/或節(jié)流閥)，調(diào)節(jié)火花定時，調(diào)節(jié)燃料噴射量，以及調(diào)節(jié)燃料噴射定時或它們的組合，來提供被請求的操作。作為替代，當(dāng)對312或314的回答為否時，程序繼續(xù)執(zhí)行318來調(diào)節(jié)上述參數(shù)以執(zhí)行無空氣損失掃氣效應(yīng)的操作。
在一個實例中，在316中，在某些情況下，程序調(diào)節(jié)排氣閥的關(guān)閉，調(diào)節(jié)發(fā)生于進(jìn)氣閥在活塞位置的上死點附近打開之后，并且還把直接燃料噴射，調(diào)節(jié)到排氣閥關(guān)閉后才開始。作為替代，在其它情況下，在排氣閥關(guān)閉之前可進(jìn)行噴射定時。這樣，在需要時，有可能減少由空氣進(jìn)氣損失而帶給排氣的噴射燃料量，因此降低排氣中的未燃碳?xì)浠衔?。換句話說，富燃燒排氣混合物在排氣中可與所損失的空氣混合(此時所損失的空氣不攜帶未燃燒燃料)，并以經(jīng)過改善的效率在催化劑中起反應(yīng)。這樣，在這個實例中，該系統(tǒng)可以有利地使用直接噴射而不是進(jìn)氣道噴射(port injection)。這種操作的一個例子示于圖7的曲線圖，將在此后較詳細(xì)地加以描述。
現(xiàn)在參照圖4，它描述了各種運(yùn)行模式下控制燃燒空氣-燃料比的程序。首先，在408中，程序判斷閥啟閉時間重疊和進(jìn)氣(增壓)壓力是否大于排氣壓力。換句話說，此時程序判斷是否出現(xiàn)某些情況，這些情況中空氣進(jìn)氣損失是否存在掃氣效應(yīng)。如果是，程序繼續(xù)執(zhí)行410。在410中，程序把空氣進(jìn)氣損失量作為進(jìn)氣閥打開(intake valve opening)定時、進(jìn)氣閥關(guān)閉(intakevalve closing)定時、排氣閥打開(exhaust valve opening)定時、排氣閥關(guān)閉(exhaust valve closing)定時、閥升程(某些升程)、增壓、排氣背壓、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、活塞位置和/或活塞速率的函數(shù)加以估算。如下所述，可以調(diào)節(jié)加燃料來補(bǔ)償由于掃氣所造成的未被利用的氧氣，并且410的計算可以作為加燃料調(diào)節(jié)的輸入。然后，在412中，程序根據(jù)來自切換某些排氣傳感器反饋中止空氣流量的自適應(yīng)學(xué)習(xí)，而這些傳感器可能受到空氣進(jìn)氣損失的影響。換句話說，如果利用這樣一些傳感器來自適應(yīng)學(xué)習(xí)質(zhì)量空氣流量傳感器(或歧管壓力傳感器)的劣化，那么這種學(xué)習(xí)在412中被中止。
繼續(xù)參看圖4，在414中，程序判斷三用催化是否(或者排氣空氣-燃料比是否)被要求圍繞大致在化學(xué)計量關(guān)系擺動，以及排氣部件(例如渦輪、傳感器、催化劑、閥、……)是否在極限保護(hù)溫度以下。如果是，程序繼續(xù)執(zhí)行416來調(diào)節(jié)燃料噴射以實現(xiàn)富燃燒，從而在考慮來自掃氣的空氣進(jìn)氣損失情況下，可使總排氣混合物保持大致在化學(xué)計量關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意在這種情況下，可如圖5的504以及下列等等所描述的那樣，對加燃料的調(diào)節(jié)(無論是基于MAF和/或MAP的開環(huán)，或者是包含來自某一排氣傳感器反饋的閉環(huán)，該排氣傳感器可測定燃燒氣體和損失空氣的混合物)進(jìn)行確定，而不需把所損失的空氣進(jìn)氣從加燃料的計算值中減去。
另外，當(dāng)對414的回答為否時，程序繼續(xù)執(zhí)行418來判斷是否需要化學(xué)計量的燃燒以及排氣部件溫度(渦輪、催化劑、閥……)是否在保護(hù)極限以下。如果是，程序繼續(xù)執(zhí)行420來調(diào)節(jié)燃料噴射使燃燒符合化學(xué)計量關(guān)系、或圍繞大致在該化學(xué)計量關(guān)系擺動的情況下進(jìn)行。在這種情況下，可以如圖5的505以及下列等等所描述者，把空氣損失量從根據(jù)節(jié)流閥位置、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、MAP、MAF及其組合等所確定的基礎(chǔ)空氣量中減去。
另外，當(dāng)對418的回答為否時，程序繼續(xù)執(zhí)行422來判斷排氣部件溫度(渦輪、傳感器、催化劑、閥、……)是否在保護(hù)極限以上，以及判斷增壓的貧燃燒(lean boosting)操作是否符合轉(zhuǎn)矩要求。如果是，程序繼續(xù)執(zhí)行424來調(diào)節(jié)燃料噴射以執(zhí)行貧燃燒。在這種情況下，可如圖5的506以及下列等等所描述者，把空氣損失量從根據(jù)節(jié)流閥位置、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、MAP、MAF及其組合等所確定的基礎(chǔ)空氣量中減去。
另外，當(dāng)對422的回答為否時，程序繼續(xù)執(zhí)行426來判斷排氣部件溫度(渦輪、傳感器、催化劑、閥、……)是否在保護(hù)極限以上，以及判斷是否需要最大發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩。如果是，程序繼續(xù)執(zhí)行428來調(diào)節(jié)燃料噴射以實現(xiàn)產(chǎn)生最大發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的空氣-燃料比的燃燒。作為替代，程序可以選擇提供最大轉(zhuǎn)矩的空氣-燃料比，同時還將排氣溫度降低到可接受程度以下。在這種情況下，可以從由節(jié)流位置、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、MAP、MAF及其組合等確定的基礎(chǔ)空氣量中減去空氣損失量，可如圖5的507以及下列等等所描述者，把空氣損失量從根據(jù)節(jié)流閥位置、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、MAP、MAF及其組合等所確定的基礎(chǔ)空氣量中減去。
另外，當(dāng)對426的回答為否時，程序終止。此外，當(dāng)對408的回答為否時，程序繼續(xù)執(zhí)行430來調(diào)節(jié)燃料噴射，使燃燒大致在符合化學(xué)計量關(guān)系、或圍繞大致在該化學(xué)計量擺動的情況下進(jìn)行，由于缺少空氣進(jìn)氣損失，此時排氣空氣-燃料比大致與燃燒空氣-燃料比相同。在這種情況下，如圖5的508以及下列等等所描述者，可以執(zhí)行加燃料計算。另外，在432中，程序還允許自適應(yīng)學(xué)習(xí)，而它在412中已可能被中止。
現(xiàn)在參照圖5，它描述了圖4隨后的一些附加操作。特別是，自416起，程序繼續(xù)執(zhí)行504-510，此時可進(jìn)一步調(diào)節(jié)燃料噴射把排氣混合物(富燃燒和所損失的空氣)的燃燒空氣-燃料比控制得約為預(yù)定空氣-燃料比，例如把燃燒空氣-燃料比控制得圍繞大致在化學(xué)計量關(guān)系擺動。例如，如果排氣系統(tǒng)中的排氣傳感器(例如HEGO)處于某一混合體積(例如排氣歧管或排放控制設(shè)備)的下游位置，則可利用傳感器輸出來控制燃料噴射量以保持混合物空氣-燃料比。另外，由于總空氣和燃料噴射量被控制，空氣流量傳感器的讀數(shù)可以用于開環(huán)加燃料，而無需考慮減去所損失的空氣進(jìn)氣量(因為總的加燃料量是根據(jù)混合物空氣-燃料比來控制)。因此，在512中，程序不從總加燃料計算值中減去空氣進(jìn)氣損失，而根據(jù)所損失的空氣來確定富燃燒空氣-燃料比，并進(jìn)一步計算由于所損失的空氣而造成的多余的排氣氧氣含量。然后，在514中，程序考慮由富排氣氣體和多余氧氣所引起的、任何經(jīng)過增加的放熱反應(yīng)，估算排氣溫度。
繼續(xù)參照圖5，在516中，程序根據(jù)燃燒空氣-燃料比估算發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，并且在518中，根據(jù)空氣-燃料比對火花定時、所需的增壓水平以及其它參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。
作為替代，自420，程序繼續(xù)執(zhí)行505到520把空氣進(jìn)氣損失從加燃料計算值中減去，以便根據(jù)燃燒室內(nèi)參與燃燒的空氣量和預(yù)定的空氣-燃料比(例如符合化學(xué)計量上的配比、貧空氣-燃料比等)實施加燃料。另外，如上所述，程序可把空氣進(jìn)氣損失排除在外來計算燃燒空氣-燃料比。再者，可以由排氣空氣-燃料比傳感器(例如98和/或76)提供反饋，但若用反饋來控制燃燒空氣-燃料比，則還要借助由于排除所損失的空氣而造成的偏移來再次調(diào)節(jié)讀數(shù)。作為替代，還可利用來自排氣氧氣傳感器的反饋來進(jìn)一步調(diào)節(jié)任何關(guān)于空氣進(jìn)氣損失的估算，例如，如果傳感器是一個在大范圍空氣-燃料比下給出讀數(shù)的UEGO型傳感器時。自520，程序繼續(xù)執(zhí)行516，如上所述。此外，還可以根據(jù)位置來調(diào)節(jié)傳感器讀數(shù)，來考慮如本說明內(nèi)以上所述及的擴(kuò)散率中之差。
另外，自424，程序也是繼續(xù)執(zhí)行506到520，而且自428，程序再次繼續(xù)執(zhí)行507到520。自430，程序繼續(xù)執(zhí)行508到522，此時沒有空氣進(jìn)氣損失，因此程序可以直接利用總加燃料、空氣進(jìn)氣和/或排氣傳感器讀數(shù)，例如不補(bǔ)償由于所述掃氣作用所造成的任何空氣進(jìn)氣損失，來計算燃燒空氣-燃料比。
現(xiàn)在參照圖6，它述及在考慮發(fā)動機(jī)運(yùn)行情況下對燃料蒸汽抽取(fuelvapour purging)操作進(jìn)行控制的程序。特別是，在610中，類似于408，程序判斷閥啟閉時間重疊和進(jìn)氣(增壓)壓力是否大于排氣壓力。如果是，程序繼續(xù)執(zhí)行612來判斷在這種情況下是否需要中止燃料蒸汽抽取。這種判斷可能基于多種因素，例如排氣溫度、被儲存的燃料蒸汽水平等。換句話說，在排氣溫度增加期間內(nèi)，由于未燃燒蒸汽會在排氣中反應(yīng)，使得排氣溫度高于所需要的溫度，因此可能需要在掃氣情況下減少燃料蒸汽抽取。另外，允許未燃燒蒸汽流向排氣可能增加排放物。作為替代，在某些情況中，此時有較大數(shù)量燃料蒸汽需要抽取時，可能需要允許燃料蒸汽抽取以免除過分充入蒸汽的回收系統(tǒng)。
繼續(xù)參照圖6，當(dāng)對612的回答為是時，程序繼續(xù)執(zhí)行614來中止燃料蒸汽抽取(例如關(guān)閉與進(jìn)氣歧管連接的燃料蒸汽抽取閥)。作為替代，如果回答為否，程序繼續(xù)執(zhí)行616激活燃料蒸汽抽取，并隨之在618對排氣中的任何未燃燒燃料蒸汽進(jìn)行補(bǔ)償。例如，程序可以減少燃料噴射和/或燃燒空氣-燃料比來將排氣空氣-燃料比保持大致在化學(xué)計量關(guān)系。
現(xiàn)在參照圖7，它示出汽缸循環(huán)的定時示意圖，并特別對一個示例性循環(huán)示出其進(jìn)氣閥定時、排氣閥定時、燃料噴射定時和火花定時。在所示實例中，當(dāng)進(jìn)氣歧管壓力增壓高于排氣壓力時，如上所述，空氣會在閥啟閉時間重疊期間通向排氣。另外，如圖7所示，利用在排氣閥關(guān)閉后開始燃料噴射，新鮮空氣在閥啟閉時間重疊期間通過汽缸并把未燃燒燃料攜帶給排氣的可能性減小。
應(yīng)當(dāng)注意此處所包括的控制程序可以用于各種各樣發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，如以上所述的那些結(jié)構(gòu)。在此描述的特定程序可以代表許多處理策略——例如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多種任務(wù)、多路線(multi-threading)等中的一種或多種。這樣，所示各種步驟或圖解功能可以按所示圖解順序執(zhí)行、或并列地執(zhí)行、或在某些情況下略去執(zhí)行。另外，操作順序?qū)τ谶_(dá)到此處所描述的示范實施例的那些技術(shù)特征和優(yōu)點亦無必要作要求，它只是為了方便解說和描述。與特定策略有關(guān)，可以重復(fù)執(zhí)行一個或多個所圖解的步驟或操作。另外，所述過程(acts)可以用文字表達(dá)的代碼，在控制器12中計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)編入程序。
將可理解，在此公開的結(jié)構(gòu)和程序是示范性質(zhì)的，因為可以有各種變型存在，這些特定的實施例不能被認(rèn)為具有限定意義。例如，上述技術(shù)可以用于V-6、I-4、I-6、V-12、OPPOSE 4型及其它型式發(fā)動機(jī)。本公開內(nèi)容的主題包含于本說明書內(nèi)各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)所有新穎和非顯而易見的組合和子組合(subcombination)，以及其它技術(shù)特征、功能和/或性質(zhì)。
下列一些權(quán)利要求所特別指出的某些組合和子組合，均被認(rèn)為是新穎的和非顯而易見性的。這些權(quán)利要求可能涉及“一個”元件或“第一”元件或其等同物這類字樣。但應(yīng)當(dāng)理解這樣一些權(quán)利要求可能含有一個或多個這樣元件的結(jié)合，即既不要求一定為，但也不排除含有兩個或多個這樣的元件。可以通過修改目前的權(quán)利要求、或通過在該申請或相關(guān)申請中提出新的權(quán)利要求來保護(hù)所公開的一些技術(shù)特征、功能、元件和/或性質(zhì)的其它組合和子組合。這樣一些權(quán)利要求，無論范圍是廣于、窄于、等于或不同于原權(quán)利要求，都也應(yīng)認(rèn)為包含在本公開內(nèi)容的主題內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機(jī)的運(yùn)行方法，而且該發(fā)動機(jī)含有一個氣缸，該氣缸帶有至少一個進(jìn)氣閥和至少一個排氣閥，該方法包括執(zhí)行汽缸內(nèi)的燃燒循環(huán)，其中排氣閥的關(guān)閉發(fā)生在進(jìn)氣閥打開之后，因此產(chǎn)生閥啟閉時間重疊；把進(jìn)氣增壓高于排氣壓力，此處當(dāng)所述進(jìn)氣閥打開時，所述經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣被引入所述汽缸，并且在所述閥啟閉時間重疊期間，所述進(jìn)氣閥和排氣閥兩者均被打開，所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的至少第一部分流過排氣閥；把在所述汽缸內(nèi)燃燒的燃料直接噴射到所述汽缸，此時所述燃料噴射的開始發(fā)生于所述排氣閥關(guān)閉之后，并且所述直接噴射的燃料與所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的至少第二部分混合；以及以富空氣-燃料比燃燒所述混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述執(zhí)行包含執(zhí)行所述汽缸內(nèi)的燃燒循環(huán)，所述汽缸內(nèi)的燃燒循環(huán)中，排氣閥在排氣沖程末期的關(guān)閉，發(fā)生于進(jìn)氣閥在進(jìn)氣沖程初期打開之后。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的所述第一部分，是在所噴射的燃料燃燒之前的閥啟閉時間重疊期間內(nèi)流過排氣閥，而且此時所述進(jìn)氣閥和排氣閥均打開。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的所述第一部分，是在燃料噴射之前的閥啟閉時間重疊期間內(nèi)流過排氣閥，而且此時所述進(jìn)氣閥和排氣閥均打開。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述富混合物與所述進(jìn)氣空氣的第一部分的排氣混合物，在化學(xué)上大致接近化學(xué)計量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括在三用催化劑中處理所述排氣混合物，而且此時還包括當(dāng)燃燒空氣-燃料比富于預(yù)定值時，在所述燃燒后利用至少一些排氣沖程噴射燃料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括根據(jù)連接于排放控制設(shè)備內(nèi)或連接于其下游的排氣空氣-燃料比傳感器的反饋，調(diào)節(jié)所述燃料噴射量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述排氣閥是在排氣沖程末期的上死點附近關(guān)閉。
9.一種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動機(jī)具有至少一個汽缸，該至少一個汽缸通過至少一個進(jìn)氣閥與進(jìn)氣歧管連通，并通過至少一個排氣閥與排氣歧管連通，該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括與進(jìn)氣歧管連接的壓縮設(shè)備構(gòu)造得可在至少一種運(yùn)行情況下，把進(jìn)氣歧管壓力增壓到大于排氣歧管壓力；直接燃料噴射器，它與汽缸連接，并被構(gòu)造得可用來把燃料直接噴射入汽缸；控制器，它被構(gòu)造得可在所述至少一種運(yùn)行情況下調(diào)節(jié)閥定時，以便排氣閥的關(guān)閉發(fā)生在進(jìn)氣閥打開之后，從而產(chǎn)生閥啟閉時間重疊，因此在所述進(jìn)氣閥打開時允許所述經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣被引入汽缸，并且在所述閥啟閉時間重疊期間，所述進(jìn)氣閥和排氣閥均打開，使得所述被引入的經(jīng)過增壓進(jìn)氣空氣的至少第一部分可流過排氣閥；把在所述汽缸內(nèi)燃燒的燃料直接噴射到所述汽缸內(nèi)，此時所述燃料噴射的開始發(fā)生在所述排氣閥關(guān)閉之后；以及實行點火，開始汽缸內(nèi)的富燃燒循環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，還包括一個排放控制設(shè)備和一個連接在該設(shè)備下游的排氣氧氣傳感器，此處所述控制器還被構(gòu)造得在響應(yīng)來自所述傳感器的信號時調(diào)節(jié)所述直接燃料噴射。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述控制器還被構(gòu)造得可在所述至少一種運(yùn)行情況下中止燃料蒸汽抽取。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述控制器還被構(gòu)造得可根據(jù)所述第一部分的估算值來補(bǔ)償所述燃料噴射。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述控制器還被構(gòu)造得可在所述至少一種運(yùn)行情況下中止自適應(yīng)學(xué)習(xí)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述控制器還被構(gòu)造得可進(jìn)行閥定時的調(diào)節(jié)，以便在至少第二運(yùn)行情況下，使得排氣閥的關(guān)閉發(fā)生在進(jìn)氣閥打開之前。
15.一種發(fā)動機(jī)運(yùn)行方法，該發(fā)動機(jī)具有一個汽缸，該汽缸帶有至少一個進(jìn)氣閥和至少一個排氣閥，該方法包括執(zhí)行汽缸內(nèi)的燃燒循環(huán)，此時進(jìn)氣閥打開后排氣閥的關(guān)閉發(fā)生在進(jìn)氣閥打開之后，由此產(chǎn)生閥啟閉時間重疊；把進(jìn)氣空氣增壓高于排氣壓力，此處當(dāng)所述進(jìn)氣閥打開時，所述經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣被引入所述汽缸，并且在所述閥啟閉時間重疊期間，所述進(jìn)氣閥和排氣閥兩者均被打開，所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的至少第一部分流過排氣閥；把在所述汽缸內(nèi)燃燒的燃料直接噴射到所述汽缸，此時所述燃料噴射的開始發(fā)生于所述排氣閥關(guān)閉之后，并且所述直接噴射的燃料與所述被引入的經(jīng)過增壓的進(jìn)氣空氣的至少第二部分混合；以及在第一運(yùn)行情況下以第一空氣-燃料比燃燒所述混合物；以及在第二運(yùn)行情況下以第二空氣-燃料比燃燒所述混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述第一運(yùn)行情況比所述第二運(yùn)行情況的排氣溫度低，并且所述第一空氣-燃料比富于所述第二空氣-燃料比。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述第二空氣-燃料比富于所述第一空氣-燃料比。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在第三運(yùn)行情況下，以第三空氣-燃料比燃燒所述混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述第一空氣-燃料比為富，所述第二空氣-燃料比基本為化學(xué)計量值，并且所述第三空氣-燃料比為貧。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在所述第一、第二和第三運(yùn)行情況的至少一種情況下，中止燃料蒸汽抽取和自適應(yīng)學(xué)習(xí)。
全文摘要
一種發(fā)動機(jī)運(yùn)行方法，該發(fā)動機(jī)包括帶有至少一個進(jìn)氣閥和排氣閥的氣缸，該方法包括執(zhí)行汽缸內(nèi)的燃燒循環(huán)，排氣閥的關(guān)閉發(fā)生在進(jìn)氣閥打開之后，由此產(chǎn)生閥啟閉時間重疊；把進(jìn)氣增壓至高于排氣壓力，進(jìn)氣閥打開時，增壓進(jìn)氣被引入汽缸，并且在閥啟閉時間重疊期間，進(jìn)氣閥和排氣閥均被打開，被引入的增壓進(jìn)氣的至少第一部分流過排氣閥；把在汽缸內(nèi)燃燒的燃料直接噴射到汽缸，燃料噴射的開始發(fā)生于排氣閥關(guān)閉之后，并且直接噴射的燃料與被引入的增壓進(jìn)氣的至少第二部分混合；及以富空氣－燃料比燃燒所述混合物。因此，在某些情況下，利用始于排氣閥關(guān)閉之后的直接燃料噴射會有助于充分燃燒，從而使總排放混合物可以保持接近化學(xué)計量關(guān)系。
文檔編號F01L1/34GK101042085SQ20061013922
公開日2007年9月26日 申請日期2006年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者拉爾夫·W.·坎寧安, 邁克爾·H.·謝爾比, 格雷厄姆·霍爾, 安德烈亞斯·R.·沙梅爾, 戈皮錢德拉·蘇爾尼拉 申請人:福特全球科技有限公司