專利名稱：用于減少直接噴射式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上的顆粒排放物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和裝置，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作燃料直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔室中，所述燃料特別是汽油，以及涉及具有這樣的裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)回路的組件。其特別是在機(jī)動(dòng)車輛的領(lǐng)域中將找到應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的領(lǐng)域中，已知的實(shí)踐是采用顆粒過濾器或FAP來減少顆粒排放物和滿足當(dāng)前強(qiáng)制的污染物減排標(biāo)準(zhǔn)。但是，到目前為止沒有任何規(guī)定覆蓋來自汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒排放物。如果這樣的標(biāo)準(zhǔn)被強(qiáng)制實(shí)施，尤其是關(guān)于顆粒物質(zhì)的最大可允許量，符合它們將證實(shí)是特別困難的，特別是在直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下。這是因?yàn)轭w粒排放物主要取決于在燃料已經(jīng)被噴射之后在燃燒腔室的固定或移動(dòng)壁上存在液體燃料和取決于在燃燒的時(shí)刻還未蒸發(fā)的汽油量?，F(xiàn)在，對(duì)于直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，可用于準(zhǔn)備腔室中的空氣/燃料混合物的時(shí)間較短，且可用的空間較小。已經(jīng)實(shí)驗(yàn)了大量解決方案。一些依賴于相當(dāng)復(fù)雜的噴射策略，其需要開發(fā)工作的很長時(shí)段。更多的是，尚未證實(shí)它們有效。其他的提出使用顆粒過濾器，且是昂貴的。此外，燃燒條件可通過幫助燃料在腔室中的蒸發(fā)(尤其是通過加熱)而被改進(jìn)。但是，這樣的策略導(dǎo)致對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的總能量平衡表有損害的能量供應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出解決上述問題并且為此涉及一種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作燃料直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔室中，所述燃料尤其是汽油，在該方法中-確定發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段，-取決于所述階段，燃料在被引入到燃燒腔室中之前被加熱。由于燃料被加熱，離開噴射器的燃料噴流的霧化由于其在燃燒腔室中的蒸發(fā)而被改進(jìn)。這則有助于燃燒并還減少燃料存在于腔室的固定或移動(dòng)壁上的風(fēng)險(xiǎn)，使得可以限制顆粒排放物的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步地，當(dāng)應(yīng)用該加熱時(shí)通過考慮發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件，限制了任何不必要的能量消耗。發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段尤其是取決于與燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)和外部環(huán)境相關(guān)的參數(shù)。根據(jù)按照本發(fā)明方法的各實(shí)施例-發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段通過估計(jì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作點(diǎn)和/或通過檢測(cè)其壽命階段中的一個(gè)(尤其是起動(dòng)階段)而被確定；-燃料的溫度在燃料被引入到燃燒腔室中之前被控制；-檢測(cè)易于產(chǎn)生顆粒排放物的一個(gè)或多個(gè)操作階段，-如果檢測(cè)到所述操作階段，在燃料引入到燃燒腔室中之前，執(zhí)行燃料的所述加執(zhí).-發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段通過確定和/或估計(jì)燃燒腔室中的溫度和/或壓力而被確定，以及在燃料被引入到腔室中之前所述燃料需要上升到的溫度和/或壓力基于燃燒腔室中的所述溫度和/或所述壓力而被估計(jì)；-在燃料被引入到腔室中之前燃料需要上升到的所述溫度和/或壓力被選擇為，當(dāng)燃料被引入到燃燒腔室中時(shí)允許燃料的至少一部分瞬間蒸發(fā)，從而所述燃料以燃料的液體噴流的形式被引入到該腔室中，在引入到腔室中期間，在該噴流中蒸氣穴產(chǎn)生；-燃料的溫度在燃料被引入到腔室中之前被監(jiān)控，以阻止其沸騰；-執(zhí)行選擇燃料的性質(zhì)的步驟，以及考慮被選擇的燃料性質(zhì)而執(zhí)行所述加熱。本發(fā)明還涉及一種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作燃料直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔室中，所述燃料尤其是汽油，所述裝置包括-用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段的器件，-用于根據(jù)所述操作階段在燃料被引入到燃燒腔室中之前加熱燃料的器件。根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，-該裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包括第一處理器件，所述第一處理器件用于基于由所述控制單元接收的信息來建立發(fā)動(dòng)機(jī)的所述操作階段；-加熱器件包括電源、電阻加熱元件、以及用于將所述電源和所述電阻加熱元件布置為彼此連通的器件；-所述控制單元被連接至所述用于將所述電源和所述電阻加熱元件布置為彼此連通的器件，并包括第二處理器件，所述第二處理器件用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段來激活所述用于將所述電源和所述電阻加熱元件布置為彼此連通的器件；-該裝置包括用于測(cè)量和/或估計(jì)燃燒腔室中的壓力和/或溫度的器件，所述器件連接至所述控制單元，所述控制單元包括第三處理器件，所述第三處理器件用于基于燃燒腔室中的所述溫度和/或所述壓力來估計(jì)在燃料被引入到腔室中之前所述燃料需要上升到的溫度和/或壓力；-所述裝置包括用于在燃料被引入到燃燒腔室中之前控制燃料溫度的器件。所述裝置特別地設(shè)計(jì)為能夠允許上述方法被實(shí)施。本發(fā)明還涉及具有如上所述的控制裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)回路的組件。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述回路具有用于將燃料以高壓引入到發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射管線組，以及所述控制裝置的加熱器件設(shè)置在所述噴射管線組中。


依據(jù)以下通過完全非限制性的表示和參考附圖給出的描述將更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1示出在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)施期間與燃料噴射有關(guān)的現(xiàn)象，圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明首先涉及用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作燃料直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔室中，所述燃料特別是汽油，目的在于減少發(fā)動(dòng)機(jī)排出的顆粒的量。特別地，其將涉及分層充氣(stratified-charge)發(fā)動(dòng)機(jī)。
顆粒意思是在發(fā)生在燃燒腔室中的燃燒期間形成的固態(tài)化合物。換句話說，這些是發(fā)生在燃燒腔室中的燃料和氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)的固態(tài)產(chǎn)物，并且特別地來源于經(jīng)受高溫的液體燃料的懼分(f r ac t i on )。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段，特別是操作點(diǎn)和/或壽命階段(phase-of-life)點(diǎn)，被確定，并且根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的操作階段，燃料在其被引入到燃燒腔室中之前被加熱。為了優(yōu)化這樣的加熱，可以在燃料被引入到燃燒腔室中之前控制燃料的溫度。特別地，可以根據(jù)燃料的壓力在燃料被引入到燃燒腔室之前以及根據(jù)燃燒腔室中的壓力來控制該溫度，以便同時(shí)有助于燃料在燃燒腔室中蒸發(fā)以及阻止燃料(尤其是其輕餾分)在其被引入到腔室中之前沸騰。將還可以(尤其是在燃料的溫度在其被噴射到燃燒腔室之前被控制的情況下)確定在該腔室中的壓力和/或溫度，以及基于燃燒腔室中的所述壓力和/或所述溫度來估計(jì)在燃料被引入到腔室中之前其需要上升到的壓力和/或溫度。根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施例，易于產(chǎn)生顆粒排放物的一個(gè)或多個(gè)操作階段被檢測(cè)，且如果所述操作階段被檢測(cè)到，則在燃料被引入到燃燒腔室之前，執(zhí)行燃料的所述加熱。這于是優(yōu)化燃料被加熱所在的時(shí)段。這樣的檢測(cè)可以例如通過控制設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣側(cè)上的顆粒過濾器裝填的速率而發(fā)生。還可以使用將燃燒腔室溫度和/或壓力條件和/或外部條件與顆粒排放物條件相關(guān)聯(lián)的圖表而發(fā)生。燃料在被引入到腔室之前需要上升到的所述溫度和/或壓力被選擇為，允許當(dāng)燃料被引入到腔室中時(shí)，已知為“閃急沸騰(flash boiling)”的現(xiàn)象發(fā)生。如圖1中所示，“閃急沸騰”意思是，在燃料被噴射到燃燒腔室中時(shí)，燃料的至少一部分瞬間蒸發(fā)，從而所述燃料以燃料的液體噴流I的形式被引入到該腔室中，在引入到腔室中期間，在該噴流中，蒸氣穴2產(chǎn)生。因?yàn)槿剂系募訜崤c燃料被引入腔室中之前和之后的壓力突然劇烈變化結(jié)合，這樣的蒸發(fā)變得可行。這樣的噴射模式具有增加燃料進(jìn)入噴射腔室中的噴射角度的優(yōu)點(diǎn)，這是由于燃料一被引入到腔室中就瞬間蒸發(fā)。其還允許噴流的更好的霧化并減少燃料滴的尺寸，這引起與在相同噴射持續(xù)時(shí)間和條件情況下在較低溫度的噴射相比的燃料的蒸發(fā)餾分的增加。類似地，其使得可以減少燃料噴流進(jìn)入到腔室中。最后，其減少在腔室的固定或移動(dòng)壁上存在液體燃料的風(fēng)險(xiǎn)并增加在燃燒開始時(shí)為蒸汽形式的燃料餾分。為了獲得這樣的模式，可以控制-離開用于將燃料噴射到噴射腔室中的噴射器的噴流的溫度和壓力條件，-在噴射的時(shí)刻在燃燒腔室中的噴流周圍的溫度和壓力條件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，執(zhí)行選擇燃料的性質(zhì)的步驟，以及考慮被選擇的燃料性質(zhì)而執(zhí)行所述加熱。燃料可以是，例如，汽油、諸如乙醇的酒精、或含有較多或較少乙醇餾分的汽油。如圖2所示，本發(fā)明還涉及用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作燃料直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔室3中，所述燃料尤其是汽油。所述裝置包括用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段的器件，和用于根據(jù)所述操作階段在燃料被引入到燃燒腔室中之前加熱所述燃料的器件。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,其包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元4。其意思是控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)的單元，所述參數(shù)諸如準(zhǔn)許進(jìn)入腔室的燃料和/或空氣的量和點(diǎn)火提前，即空氣/燃料混合物相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄角被點(diǎn)燃的時(shí)刻。所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元4包括，例如，用于基于由所述控制單元4接收的信息來建立發(fā)動(dòng)機(jī)的所述操作階段的第一處理器件。所述用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段的器件設(shè)計(jì)為能夠利用所述控制單元4，例如以確定發(fā)動(dòng)機(jī)的易于產(chǎn)生顆粒排放物的一個(gè)或多個(gè)操作階段(例如從發(fā)動(dòng)機(jī)圖表)，尤其是作為燃燒腔室中的溫度和/或壓力和/或其他信息(諸如設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣側(cè)的顆粒過濾器被裝填的速率)和/或外部條件的函數(shù)而進(jìn)行確定。它們可甚至利用其來獲得關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命階段的息。加熱器件包括電源5、電阻加熱元件6、以及用于將所述電源和所述電阻加熱元件布置為彼此連通的器件7。所述控制單元4可隨后被連接至所述用于將所述電源5和所述電阻加熱元件6布置為彼此連通的器件7，并包括第二處理器件，所述第二處理器件用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的所述操作階段來激活所述用于將所述電源和所述電阻加熱元件布置為彼此連通的器件7。所述裝置還可以包括用于測(cè)量燃燒腔室中的壓力和/或溫度的器件，尤其是傳感器，這些器件被連接至所述控制單元4。所述控制單元4則包括第三處理器件，所述第三處理器件用于基于燃燒腔室中的所述溫度和/或所述壓力來計(jì)算在燃料被引入到腔室中之前所述燃料需要上升到的溫度和/或壓力。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括用于在燃料被弓I入到燃燒腔室中之前控制燃料溫度的器件。所述用于在燃料被引入到燃燒腔室中之前控制燃料溫度的器件包括，例如，測(cè)量器件，尤其是傳感器10，用于在燃料被引入到燃燒腔室之前測(cè)量燃料的溫度和/或壓力。這些器件連接至所述控制單元4。所述用于在燃料被引入到燃燒腔室中之前控制燃料溫度的器件還可以命令發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元4，以獲得由所述第三處理器件確定的溫度并因此實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。它們可以甚至設(shè)計(jì)為能夠在燃料被引入到腔室之前控制燃料溫度，以便防止其沸騰。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以進(jìn)一步包括用于選擇燃料性質(zhì)的器件，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元4的所述第三處理器件于是被設(shè)計(jì)為，當(dāng)確定在燃料被引入到腔室中之前燃料需要上升到的溫度和/或壓力時(shí)，能夠考慮被選擇的燃料性質(zhì)。本發(fā)明還涉及具有如上所述的控制裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)回路的組件。如果再次參考圖2，將注意到，所述回路包括，例如，燃料箱11、用于將燃料引入到發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)燃燒腔室3的噴射器12，和供應(yīng)管線15，所述供應(yīng)管線15連接箱11和噴射器12。泵16沿所述供應(yīng)管線15設(shè)置，以使燃料上升至高壓力。檢測(cè)在燃料被引入到一個(gè)或多個(gè)燃燒腔室中之前燃料的壓力和/或溫度的傳感器10定位在所述泵16的下游。它們還可以定位在泵16的上游。所述控制單元4可以設(shè)計(jì)為能夠控制所述噴射器12和/或所述泵16。
根據(jù)所示實(shí)施例，所述回路具有用于將燃料以高壓引入到發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射管線組17，加熱器件(尤其是所述電阻加熱元件)被設(shè)置在所述管線組17中。根據(jù)還未描述的替換例，電阻加熱元件可以設(shè)置在噴射器中。特別在本發(fā)明使用期望有閃急沸騰現(xiàn)象的實(shí)施例被實(shí)施的情況下，將可以使用配置為避免燃料在噴射器內(nèi)發(fā)生氣穴現(xiàn)象的噴射器12。具體地，在這樣的氣穴現(xiàn)象確實(shí)潛在地允許燃料蒸發(fā)時(shí)，其還可以引起噴射器的有效截面的減少。相反地，由于閃急沸騰，蒸發(fā)在噴流內(nèi)發(fā)生，即，在一個(gè)或多個(gè)噴射器12的下游發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作燃料直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔室(3)中，所述燃料尤其是汽油，在該方法中-確定發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段，-取決于所述階段，燃料在被引入到燃燒腔室(3)中之前被加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，燃料的溫度在燃料被引入到燃燒腔室中之前被控制。
3.如權(quán)利要求1和2中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，-檢測(cè)易于產(chǎn)生顆粒排放物的一個(gè)或多個(gè)操作階段，-如果檢測(cè)到所述操作階段，在燃料引入到燃燒腔室(3)中之前，執(zhí)行燃料的所述加熱。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的所述一個(gè)或多個(gè)操作階段通過確定和/或估計(jì)燃燒腔室(3)中的溫度和/或壓力而被確定，以及在燃料被引入到腔室(3)中之前所述燃料需要上升到的溫度和/或壓力基于燃燒腔室(3)中的所述溫度和 /或所述壓力而被估計(jì)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，在燃料被引入到腔室中之前燃料需要上升到的所述溫度和/或壓力被選擇為，當(dāng)燃料被引入到燃燒腔室(3)中時(shí)允許燃料的至少一部分瞬間蒸發(fā)，從而所述燃料以燃料的液體噴流(I)的形式被引入到該腔室(3)中，在引入到腔室中期間，在該噴流中蒸氣穴(2)產(chǎn)生。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，燃料的溫度在燃料被引入到燃燒腔室(3)中之前被監(jiān)控，以阻止其沸騰。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，執(zhí)行選擇燃料的性質(zhì)的步驟，以及考慮被選擇的燃料性質(zhì)而執(zhí)行所述加熱。
8.一種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作燃料直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔室(3)中，所述燃料尤其是汽油，該裝置包括-用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段的器件，-用于根據(jù)所述操作階段在燃料被引入到燃燒腔室中之前加熱燃料的器件。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(4)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包括第一處理器件，所述第一處理器件用于基于由所述控制單元接收的信息來建立發(fā)動(dòng)機(jī)的所述操作階段。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，加熱器件包括電源(5)、電阻加熱元件(6)、以及用于將所述電源和所述電阻加熱元件布置為彼此連通的器件(J)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述控制單元(4)被連接至所述用于將所述電源和所述電阻加熱元件布置為彼此連通的器件(7)，并包括第二處理器件，所述第二處理器件用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的所述操作階段來激活所述用于將所述電源和所述電阻加熱元件布置為彼此連通的器件(7)。
12.如權(quán)利要求10和11中的任一項(xiàng)所述的裝置，且包括用于測(cè)量和/或估計(jì)燃燒腔室中的壓力和/或溫度的器件，所述器件連接至所述控制單元，所述控制單元包括第三處理器件，所述第三處理器件用于基于燃燒腔室中的所述溫度和/或所述壓力來估計(jì)在燃料被引入到腔室中之前所述燃料需要上升到的溫度和/或壓力。
13.如權(quán)利要求8至12中的任一項(xiàng)所述的裝置，且包括用于在燃料被引入到燃燒腔室中之前控制燃料溫度的器件。
14.一種組件，具有如權(quán)利要求8至13中的任一項(xiàng)所述的控制裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)回路。
15.如權(quán)利要求14所述的組件，其中，所述回路具有用于將燃料以高壓引入到發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射管線組(17)，以及所述控制裝置的加熱器件設(shè)置在所述噴射管線組中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和裝置，所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔室(3)中的直接燃料噴射，所述直接燃料噴射尤其是直接汽油噴射。根據(jù)本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)操作階段被確定，根據(jù)所述階段，燃料在被引入到燃燒腔室(3)中之前被加熱。本發(fā)明還涉及具有如上這樣的控制裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)回路的組件。
文檔編號(hào)F02M31/125GK103026041SQ201180032622
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者V.皮克隆, D.福尼高爾特, P-H.萊格蘭德 申請(qǐng)人:法雷奧電機(jī)控制系統(tǒng)公司