專(zhuān)利名稱(chēng)：減輕汽油燃料內(nèi)燃機(jī)直接噴射器沉積物形成的方法和系統(tǒng)的制作方法
減輕汽油燃料內(nèi)燃機(jī)直接噴射器沉積物形成的方法和系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域沉積物可形成于位于汽油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)的噴射器的上面和內(nèi)部。本發(fā)明 涉及減輕此類(lèi)沉積物的形成。
背景技術(shù)：
汽油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的直接噴射(DI )通過(guò)提供充氣冷卻從而適度提高了壓縮比，體 現(xiàn)了燃料經(jīng)濟(jì)性的益處。然而直接噴射的缺點(diǎn)是相比于進(jìn)氣道噴射，可用于發(fā)生燃料 噴射的時(shí)間較少。就是說(shuō)，對(duì)于進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)而言，燃料噴射脈寬幾乎可以覆蓋 720度曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)長(zhǎng)。在進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉的時(shí)期在進(jìn)氣道中噴射的燃料在下一個(gè)進(jìn)氣沖程 中引入。然而，DI并不如此靈活。例如，參與燃燒事件的燃料不能在排氣流出汽缸 的時(shí)期注入。而且在進(jìn)氣沖程和壓縮沖程中，由于噴射正時(shí)影響火花點(diǎn)火時(shí)得到的均 質(zhì)性因而對(duì)燃料噴射有混合限制。由于DI正時(shí)的限制，對(duì)于DI而言獲得最低燃料輸 送和最高燃料輸送所需求的適當(dāng)燃料量是一個(gè)挑戰(zhàn)。就是說(shuō)，由于DI為滿足最高噴 射需求的噴射脈寬上的限制導(dǎo)致最低噴射需求的脈寬處于噴射器的非線性范圍，意味 著脈沖至脈沖燃料輸送量的高度可變性。為了克服這些問(wèn)題，已知可一起采用進(jìn)氣道噴射器和直接噴射器。這可通過(guò)在連 通至汽缸的進(jìn)氣歧管上游采用中央噴射器(或多路噴射器)實(shí)現(xiàn)或通過(guò)在每個(gè)汽缸的 進(jìn)氣道內(nèi)釆用進(jìn)氣道噴射器實(shí)現(xiàn)。對(duì)于最低燃料需求，進(jìn)氣道噴射器可單獨(dú)使用。對(duì) 于較高燃料需求，直接噴射器可單獨(dú)使用。這在直接噴射器的設(shè)計(jì)中作了較小妥協(xié)， 因?yàn)槠洳辉俦灰笤谧畹腿剂闲枨髸r(shí)的各個(gè)噴射中提供可重復(fù)量的燃料。在沒(méi)有燃料通過(guò)直接噴射器的期間，噴射器不再通過(guò)燃料流冷卻。在噴射器噴嘴 截留的燃料可變得非常熱且發(fā)生導(dǎo)致沉積物的形成的化學(xué)反應(yīng)。這些沉積物可出現(xiàn)在 噴射器噴嘴內(nèi)從而有效地減小噴射器噴孔(或多個(gè)噴孔，取決于噴射器具有一個(gè)還是 多個(gè)孔)的截面積。另外，沉積物可形成于噴嘴的外部表面，對(duì)于減小噴射器噴孔的 有效截面積和/或干擾噴射器噴射路徑也有影響。美國(guó)專(zhuān)利US 6,988,490的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到該問(wèn)題并提出了增加直接噴射器的噴嘴溫度使得積累的沉積物周期性燃燒。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到該解決方案的數(shù) 個(gè)問(wèn)題。首先，該方案僅能夠去除形成于噴射器的外部表面上的積累的沉積物一即與 氧氣接觸從而可被燃燒掉的沉積物。形成于噴射器噴孔內(nèi)的沉積物形成于噴射器的內(nèi) 部區(qū)域，接觸氧氣有限，在清除操作中經(jīng)歷甚至更高的溫度可能使其惡化。其次，取 決于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，需要增加噴射器噴嘴溫度會(huì)導(dǎo)致燃料經(jīng)濟(jì)性降低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到與一旦沉積物形成便將其燃燒掉(的方法)相比，防止沉 積物的形成的方法是有利的。為減輕沉積物的形成，保持噴射器噴嘴的溫度低于閾值 溫度，這樣位于噴嘴處的燃料足夠冷從而使導(dǎo)致沉積物形成的反應(yīng)不再發(fā)生。本發(fā)明公開(kāi)了一種使既具有進(jìn)氣道噴射器也具有直接噴射器向發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供 燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的方法，其中確定了直接噴射器噴嘴溫度的估測(cè)。如果噴嘴溫 度超出閾值溫度，直接噴射器輸送的燃料增加且進(jìn)氣道噴射器輸送的燃料減少。通過(guò) 提供更多通過(guò)直接噴射器的燃料，直接噴射器通過(guò)流過(guò)其中的燃料冷卻。在一個(gè)實(shí)施 例中，增加直接噴射器脈寬的指令與減少進(jìn)氣道噴射器脈寬的指令相互配合以便向發(fā) 動(dòng)機(jī)燃燒室提供所需的空燃比。在另 一個(gè)實(shí)施例中，增加由直接噴射器輸送的燃料考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道壁上的燃 料存留以便向發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室提供所需的空燃比。在一個(gè)實(shí)施例中，基于噴射器噴嘴附近測(cè)量的溫度估測(cè)噴嘴溫度?？商娲?，噴 嘴溫度基于以下一個(gè)或多個(gè)建模發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、車(chē)輛速度、自直接噴射器被最后指令脈寬起的時(shí)間以及周?chē)鷾囟取１景l(fā)明還公開(kāi)了一種使既具有進(jìn)氣道噴射器也具有直接噴射器向發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提 供燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的方法，其中當(dāng)直接噴射器噴嘴溫度低于閾值溫度時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī) 根據(jù)正常運(yùn)行模式運(yùn)行，當(dāng)直接噴射器噴嘴溫度高于閾值溫度時(shí)正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式 中斷。正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的中斷包括增加直接噴射器輸送的燃料以及減少進(jìn)氣道噴 射器輸送的燃料。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)。燃料噴射系統(tǒng)包含適于在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室上游位置向發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃料的進(jìn)氣道噴射器；適于向所述 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室提供燃料的直接噴射器；以及電連接于所述發(fā)動(dòng)機(jī)、所述進(jìn)氣道噴射器 和所述直接噴射器的電子控制單元，所述電子控制單元確定直接噴射器噴嘴的溫度， 所述電子控制單元當(dāng)所述噴嘴溫度超過(guò)閾值溫度時(shí)進(jìn)一步指令增加所述直接噴射器 的脈寬。此處描述的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)閱讀實(shí)施例的例子可更充分地理解，該例中有效地使用了如具體實(shí)施方式
所述的本發(fā)明，并參考了如下附圖。


圖l為具有進(jìn)氣道噴射(PI)和DI的兩種噴射器的發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖。 圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速(RPM)的運(yùn)行圖，顯示了正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的例子。圖3為指示本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖，其中直接噴射器噴嘴溫度保持低于閾值溫度。
具體實(shí)施方式
在圖1中通過(guò)例子展示了一種4汽缸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10。通過(guò)進(jìn)氣歧管12為發(fā)動(dòng)機(jī)10 供應(yīng)空氣，并通過(guò)排氣歧管14排出用過(guò)的氣體。進(jìn)氣歧管12上游的進(jìn)氣管包含節(jié)氣門(mén) 32,當(dāng)驅(qū)動(dòng)時(shí)該節(jié)氣門(mén)32控制至發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣流量。安裝于進(jìn)氣歧管12內(nèi)的傳感器 34和36分別測(cè)量空氣溫度和質(zhì)量空氣流量(MAF)。位于進(jìn)氣歧管12中節(jié)氣門(mén)32下游 的傳感器31為歧管絕對(duì)壓力(MAP)傳感器。部分關(guān)閉的節(jié)氣門(mén)32導(dǎo)致進(jìn)氣歧管12中 的壓力相比于節(jié)氣門(mén)32的上游側(cè)壓力降低。當(dāng)進(jìn)氣歧管12中存在壓力降低時(shí)，導(dǎo)致排 氣流過(guò)排氣再循環(huán)(EGR)管19, EGR管19連接排氣歧管14至進(jìn)氣歧管12。在EGR管19 內(nèi)有EGR閥18,其被驅(qū)動(dòng)用于控制EGR流。燃料由燃料噴射器30直接噴射入汽缸16供給 發(fā)動(dòng)機(jī)IO，并且進(jìn)氣道噴射器26將燃料供入進(jìn)氣歧管12。發(fā)動(dòng)機(jī)10的每一個(gè)汽缸16 均包含火花塞28。發(fā)動(dòng)機(jī)10的曲軸(未顯示)連接于齒輪20。位于接近齒輪20的傳感 器22檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)。可替代使用其他檢測(cè)曲軸位置的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中的壓縮機(jī)58增壓。通過(guò)增加供給 發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣的密度，在同等當(dāng)量比下可提供更多的燃料。通過(guò)如此搡作，發(fā)動(dòng)機(jī) IO產(chǎn)生更多動(dòng)力。壓縮機(jī)58可為增壓器，其通常與發(fā)動(dòng)機(jī)分離。另一方法為，壓縮機(jī) 58通過(guò)軸與安置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣道內(nèi)的渦輪56相連接。如圖l中所示，渦輪56為可變截 面渦輪，然而在替代實(shí)施例中，其可為非可變裝置。在另一實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)為自然 吸氣式的，在該實(shí)施例中省略了部件56和58。渦輪56的下游為三元催化器66。三元催 化器66可替代地位于渦輪56的上游以獲得更快的起燃?？商娲兀呋?6為具有在 稀當(dāng)量比下減少NOx能力的稀NOx捕集器或稀NOx催化器。繼續(xù)參考圖l，采用電子控制單元(ECU) 40來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)10。 ECU40具有與存儲(chǔ) 管理單元(MMU) 48通信，稱(chēng)為中央處理單元(CPU)的微處理器46。 MMU48控制數(shù)據(jù) 在多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中的移動(dòng)，以及將數(shù)據(jù)傳入和傳出CPU46。計(jì)算機(jī)可讀存 儲(chǔ)介質(zhì)優(yōu)選地包括例如只讀存儲(chǔ)器UOM) 50、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 54以及?；畲?儲(chǔ)器(KAM) 52中的易失性和非易失性存儲(chǔ)器。KAM 52可用于當(dāng)CPU 46停電時(shí)存儲(chǔ)各 種操作變量。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可采用任何數(shù)量的已知存儲(chǔ)裝置例如PROM(可編程 只讀存儲(chǔ)器)，EPROM(電PROM) , EEPROM (電可擦寫(xiě)PROM)，閃存或任何其他能夠存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電、磁、光或其結(jié)合的存儲(chǔ)裝置，其中一些帶有可執(zhí)行指令供CPU46用于控 制發(fā)動(dòng)機(jī)或內(nèi)裝有發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)還可包括軟盤(pán)、CD-ROM、硬盤(pán) 等等。CPU 46通過(guò)輸入/輸出(I/O)接口44與各種傳感器和驅(qū)動(dòng)器通訊。由CPU 46 通過(guò)輸入/輸出(I/O)接口44控制驅(qū)動(dòng)的對(duì)象例子有燃料噴射正時(shí)、燃料噴射率、燃 料噴射持續(xù)時(shí)間、節(jié)氣門(mén)32位置、火花塞28正時(shí)、EGR閥18。其他各種傳感器"(例 如濕度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體加速度計(jì)、直列式扭矩傳感器、汽缸壓力傳感器、電離傳感器等作為例子)以及特殊傳感器(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器22、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑傳感器38、 歧管絕對(duì)壓力傳感器31、排氣成分傳感器24、空氣溫度傳感器34以及質(zhì)量空氣流量傳 感器36)通過(guò)I/0接口44傳送輸入并可指示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)輛速度、冷卻劑溫度、歧 管壓力、踏板位置、汽缸壓力、節(jié)氣門(mén)位置、空氣溫度、排氣溫度、排氣化學(xué)計(jì)量比、 排氣成分濃度以及空氣流量。 一些ECU 40體系結(jié)構(gòu)不包含MMU 48。如果沒(méi)有采用MMU 48, CPU 46管理數(shù)據(jù)并直接與R0M 50、 RAM 54以及KAM 52連接。當(dāng)然，根據(jù)具體應(yīng)用， 本發(fā)明可使用不止一個(gè)CPU46來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)，且ECU40可包含多個(gè)連接于畫(huà)U48或CPU 46的R0M 50、 RAM 54以及KAM 52。在圖2中，展示了運(yùn)行圖的一個(gè)實(shí)施例，其中標(biāo)為WOT (全開(kāi)節(jié)氣門(mén))的上面的曲 線顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可產(chǎn)生的最大扭矩。在最低轉(zhuǎn)速和扭矩條件下，僅使用 PI。在中等轉(zhuǎn)速和扭矩條件下，使用DI和PI。在最高的轉(zhuǎn)速和/或扭矩下，使用DI。 圖2為通過(guò)例子展示而決非意味限制。它只是正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的一個(gè)例子?？刹?用各種策略作為正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，這些策略并非本發(fā)明的主題。圖3中，根據(jù)在步驟82中的正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在步驟80處開(kāi)始。 控制來(lái)到步驟84,其中噴射器噴嘴溫度是基于測(cè)量溫度估測(cè)的和/或基于運(yùn)行條件而 建模的。在步驟86中，確定噴嘴溫度是否超過(guò)闔值溫度，即沉積物形成發(fā)生時(shí)的溫度。 如果溫度超過(guò)閾值，增加DI燃料供給。如果沒(méi)有，控制回到步驟82以運(yùn)行于正常發(fā)動(dòng) 機(jī)運(yùn)行模式。兩種運(yùn)行模式正常模式和噴射器冷卻模式(其中燃料優(yōu)先通過(guò)DI噴射 器供給)均返回至步驟84以繼續(xù)監(jiān)測(cè)噴射器噴嘴運(yùn)行溫度。雖然詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的數(shù)種模式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將找到實(shí)施本發(fā)明的替 代設(shè)計(jì)和實(shí)施例。上述實(shí)施例意在闡釋本發(fā)明，在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)其可作修 改。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)行既具有進(jìn)氣道噴射器也具有直接噴射器向發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該方法包含確定直接噴射器噴嘴溫度的估測(cè)；以及當(dāng)所述估測(cè)的噴嘴溫度超出閾值溫度時(shí)增加直接噴射器輸送的燃料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述直接噴射器在所述確定噴嘴溫 度之前基本上不提供燃料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述閾值溫度為發(fā)生燃料結(jié)碳時(shí)的 噴射器噴嘴溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在所述確定噴嘴溫度之前，燃料由 進(jìn)氣道噴射器提供給發(fā)動(dòng)機(jī)，該方法進(jìn)一步包含當(dāng)所述估測(cè)的噴嘴溫度超過(guò)所述阇 值溫度時(shí)指令進(jìn)氣道噴射器脈寬為零。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述確定噴嘴溫度基于測(cè)量噴射器 溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述確定噴嘴溫度基于使用發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻劑溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩中的至少一個(gè)作為輸入的模型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述確定噴嘴溫度是基于使用車(chē)輛 速度、自直接噴射器被最后指令脈寬起的時(shí)間以及周?chē)鷾囟戎械闹辽僖粋€(gè)作為輸入的 模型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述增加由直接噴射器輸送的燃料 考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道壁上的燃料存留以便向發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室提供所需的空燃比。
9. 一種運(yùn)行既具有進(jìn)氣道噴射器也具有直接噴射器向發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供燃料的內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該方法包含當(dāng)直接噴射器噴嘴溫度低于閾值溫度時(shí)以正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式運(yùn)行； 當(dāng)直接噴射器噴嘴溫度高于所述閾值溫度時(shí)中斷所述正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述中斷包含增加直接噴射器輸 送的燃料以及減少進(jìn)氣道噴射器輸送的燃料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述中斷之前和所述中斷之后 供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃料量基本上不變。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，增加直接噴射器脈寬的指令與減 少進(jìn)氣道噴射器脈寬的指令相互配合以便向發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室提供所需的空燃比。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述所需的空燃比為化學(xué)計(jì)量空 燃比。
全文摘要
本發(fā)明涉及減輕汽油燃料內(nèi)燃機(jī)直接噴射器沉積物形成的方法和系統(tǒng)，公開(kāi)了一種在既具有進(jìn)氣道噴射器也具有直接噴射器向發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中避免沉積物形成于直接噴射器噴嘴之上和/或其中的方法。該噴嘴溫度是估測(cè)的。當(dāng)所述噴嘴溫度超過(guò)沉積物形成時(shí)的閾值溫度時(shí)，由直接噴射器輸送的燃料量增加。
文檔編號(hào)F02D41/22GK101403345SQ20081021481
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月3日
發(fā)明者戴安娜·D·布雷霍布 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司