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一種控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法與流程

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一種控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法與流程

本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)及用于它們的控制的方法和設(shè)備。



背景技術(shù):

發(fā)動(dòng)機(jī)小型化包括減少發(fā)動(dòng)機(jī)排量和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)量,以減輕重量、摩擦和泵送損失,同時(shí)增加發(fā)動(dòng)機(jī)在高速、高負(fù)載操作區(qū)域的操作,以根據(jù)功率和效率保持發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。已知的小型發(fā)動(dòng)機(jī)采用進(jìn)氣壓縮機(jī)提高空氣流動(dòng),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震和排氣排放物造成影響。一種已知的減少爆震的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略包括通過(guò)控制火花點(diǎn)火正時(shí)而延遲燃燒定相,在發(fā)動(dòng)機(jī)效率上相應(yīng)地降低。一種已知的管理NOx排放物的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略包括在氣缸與再循環(huán)排氣的稀釋增加的情況下操作,帶來(lái)了降低燃燒穩(wěn)定性的相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

描述了一種包括進(jìn)氣壓縮機(jī)的火花點(diǎn)火直接燃料噴射式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī))。一種控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括將發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載分成多個(gè)單獨(dú)的、連續(xù)的、在最小負(fù)載區(qū)域和最大負(fù)載區(qū)域之間的負(fù)載區(qū)域,以及監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。響應(yīng)于所監(jiān)視的與多個(gè)負(fù)載區(qū)域相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載,一種優(yōu)選的燃料噴射策略和優(yōu)選的點(diǎn)火正時(shí)被選擇,并被執(zhí)行用于每個(gè)氣缸事件。響應(yīng)于與多個(gè)負(fù)載區(qū)域相關(guān)的所監(jiān)視的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載,選擇用于每個(gè)氣缸事件的優(yōu)選的燃料噴射策略和優(yōu)選的點(diǎn)火正時(shí)包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載選擇優(yōu)選的點(diǎn)火正時(shí),并且選擇執(zhí)行后點(diǎn)火的第一燃料噴射事件,其中,第一燃料噴射事件在與用于火花點(diǎn)火事件的優(yōu)選正時(shí)相關(guān)的預(yù)定正時(shí)處輸送設(shè)定的燃料質(zhì)量,而與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載無(wú)關(guān)。第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件被選擇,并 且包括在第二燃料噴射正時(shí)處噴射的第二燃料質(zhì)量,其中第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的噴射結(jié)束正時(shí)處于與用于火花點(diǎn)火事件的優(yōu)選的點(diǎn)火正時(shí)相關(guān)的預(yù)定正時(shí)處,而與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載無(wú)關(guān),并且其中第二燃料質(zhì)量相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)確定。

結(jié)合附圖,如所附權(quán)利要求書(shū)所限定,從用于實(shí)施本教義的一些最佳方式和其他實(shí)施例的以下詳細(xì)描述,能夠很容易了解本教義中的以上特征和優(yōu)點(diǎn)及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

以舉例的方式,現(xiàn)參考附圖對(duì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述,其中:

根據(jù)本發(fā)明,圖1示意性地示出了一種包括排氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī);

根據(jù)本發(fā)明,圖2示意性地示出了一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃料控制例程,其采用參照?qǐng)D1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例;

根據(jù)本發(fā)明,圖3和圖4以曲線圖示出了與采用燃料控制例程的實(shí)施例操作的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載相關(guān)的燃料噴射正時(shí);以及

根據(jù)本發(fā)明,圖5以曲線圖示出了與在四個(gè)負(fù)載區(qū)域中的每一個(gè)負(fù)載區(qū)域采用本文所述的燃料控制例程的實(shí)施例而操作的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄角相關(guān)的噴射脈沖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照附圖,其中描述僅僅是為示出某些示例性實(shí)施例的目的,而不是為了限制本發(fā)明,圖1示意性地示出了一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī))100,其包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制器26和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例布置的排氣后處理系統(tǒng)50。發(fā)動(dòng)機(jī)100為多缸火花點(diǎn)火直接噴射式(SIDI)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī),其優(yōu)選采用包括高擠壓凹頂活塞(high-squish bowl-in-piston piston)的開(kāi)放式燃燒室?guī)缀涡螤?,并在一個(gè)實(shí)施例中包括分層燃燒充氣操作。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通 過(guò)燃料噴射器47的快速脈沖來(lái)控制燃料噴射。在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)的多個(gè)噴射事件需要實(shí)現(xiàn)輸出大量的燃料,以在點(diǎn)火事件之前與空氣混合,在點(diǎn)火事件之后有短時(shí)噴射事件,以在火花點(diǎn)火事件啟動(dòng)之后準(zhǔn)確且精確地輸出少量燃料。發(fā)動(dòng)機(jī)100配置成隨著所示的火花點(diǎn)火燃燒來(lái)操作,雖然本文所描述的概念可用于其他發(fā)動(dòng)機(jī)配置。發(fā)動(dòng)機(jī)100可用于例如客車(chē)、卡車(chē)、農(nóng)用車(chē)或工程車(chē)的地面車(chē)輛,也可用于海洋車(chē)輛上,或用于固定設(shè)置中,例如耦合到電力發(fā)電機(jī)。

發(fā)動(dòng)機(jī)100優(yōu)選地包括多氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體7、用于將進(jìn)氣引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)100的氣缸的進(jìn)氣歧管8,以及用于吸入排氣以引導(dǎo)通過(guò)排氣后處理系統(tǒng)50的排氣歧管9。發(fā)動(dòng)機(jī)100優(yōu)選地在進(jìn)氣-壓縮-燃燒-排氣的重復(fù)執(zhí)行沖程的四沖程燃燒循環(huán)中操作。在一個(gè)實(shí)施例中,渦輪增壓器,例如可變幾何渦輪增壓器(VGT)包括渦輪機(jī)28,其流體耦合至排氣后處理系統(tǒng)50上游的排氣歧管9,以及進(jìn)氣壓縮機(jī)10??商娲兀M(jìn)氣壓縮機(jī)10可以是增壓器或可用于增加進(jìn)氣量和氣流的另一裝置的元件。發(fā)動(dòng)機(jī)100包括多個(gè)直接噴射式燃料噴射器47,其布置成將燃料直接噴射到各個(gè)燃燒室中。燃料噴射器47可以是任何合適的直接噴射式裝置,且在一個(gè)實(shí)施例中為螺線管致動(dòng)裝置??商娲兀谝粋€(gè)實(shí)施例中,燃料噴射器47可以是壓電致動(dòng)裝置。燃料經(jīng)由低壓燃料泵41、燃料過(guò)濾器組件42、高壓燃料泵43、燃料計(jì)量閥44和使用壓力調(diào)節(jié)閥46的燃料軌道45從燃料儲(chǔ)罐供應(yīng)至燃料噴射器47。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的每個(gè)氣缸優(yōu)選地包括由點(diǎn)火模塊激活的火花塞25。每個(gè)火花塞25包括插入到燃燒室中的尖部,其包括具有在其間形成的火花塞間隙的電極和陰極。燃料噴射器47和火花塞25的尖部?jī)?yōu)選地相對(duì)于彼此鄰近地放置,使得噴射的燃料與火花塞尖部相互作用。

發(fā)動(dòng)機(jī)100包括進(jìn)氣系統(tǒng),其可包括進(jìn)氣過(guò)濾器48、空氣質(zhì)量流量傳感器49、進(jìn)氣壓縮機(jī)10、增壓空氣冷卻器11、節(jié)氣門(mén)13、用于監(jiān)視增壓壓力和進(jìn)氣溫度的傳感器12,以及其它可能有用的傳感裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)100可包括排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng),其將排氣從排氣歧管9流體地引導(dǎo)至進(jìn)氣歧管8。在一個(gè)實(shí)施例中,EGR系統(tǒng)可包括EGR閥14、包括旁路閥15 的EGR冷卻器17、EGR出口溫度傳感器18、EGR冷卻器入口溫度傳感器31,以及真空開(kāi)關(guān)16。進(jìn)氣歧管8還可包括用于混合進(jìn)氣和再循環(huán)排氣的多個(gè)渦流閥19。其它發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視傳感器可包括曲軸位置傳感器20、凸輪軸位置傳感器21、冷卻劑溫度傳感器22、油位開(kāi)關(guān)23以及油壓開(kāi)關(guān)24等等。一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視傳感器可用合適的可執(zhí)行模型代替。

當(dāng)使用時(shí),其它未示出的發(fā)動(dòng)機(jī)部件和系統(tǒng)包括活塞、曲軸、氣缸蓋、進(jìn)氣閥、排氣閥、凸輪軸,以及可變凸輪相位器。氣缸蓋提供了用于進(jìn)氣端口、排氣端口、進(jìn)氣閥、排氣閥、直接噴射式氣缸內(nèi)燃料噴射器47以及火花塞25的機(jī)械機(jī)構(gòu)??墒褂闷渌l(fā)動(dòng)機(jī)部件,包括用于可變凸輪定相及可變閥致動(dòng)的進(jìn)氣和/或排氣閥控制機(jī)構(gòu)和方案。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制器26監(jiān)視各種傳感裝置并執(zhí)行控制例程以命令各個(gè)致動(dòng)器響應(yīng)于操作者命令來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)100的操作。操作者命令可從各種操作者輸入裝置來(lái)確定,該操作者輸入裝置包括,例如,踏板組件27,其包括(作為示例)加速器踏板和制動(dòng)器踏板。與發(fā)動(dòng)機(jī)操作相關(guān)聯(lián)的其它傳感裝置可包括(僅作為示例)大氣壓傳感器、環(huán)境空氣溫度傳感器、VGT位置傳感器、排氣溫度傳感器31、空氣增壓入口溫度傳感器32以及空氣增壓出口溫度傳感器33等等。

排氣后處理系統(tǒng)50可包括多個(gè)流體連接的排氣凈化裝置,用于在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣排出到環(huán)境空氣之前將其凈化。排氣凈化裝置可以是配置成氧化、還原、過(guò)濾或以其它方式處理排氣供給流組成的任何裝置,所述排氣供給流組成包括但不限于,烴類(lèi)、一氧化碳、氮氧化物(NOx)以及顆粒物。這種排氣凈化裝置可包括氧化催化劑53、顆粒過(guò)濾器54以及選擇性催化劑還原裝置(SCR)55,其可被供應(yīng)來(lái)自還原劑輸送系統(tǒng)60的還原劑,所述還原劑輸送系統(tǒng)60包括位于排氣供給流上游的噴射噴嘴62。在一個(gè)實(shí)施例中,SCR 55為基于尿素的裝置,且噴射的還原劑為尿素。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)100應(yīng)用在地面車(chē)輛上時(shí),氧化催化劑53可緊密地耦合至排氣歧管9且位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi),且顆粒過(guò)濾器54可緊密地耦合至氧化催化劑53,其中SCR55在地板下位置中的下游。在一個(gè)布置中,所示實(shí)施例包括排氣后處理系統(tǒng)50的元件,其是示意性的。在一個(gè)替代實(shí)施例中,顆粒過(guò)濾器54可布 置在氧化催化劑53的上游。在一個(gè)實(shí)施例中,顆粒過(guò)濾器54和氧化催化劑53可并置在單個(gè)基板上和/或并置在單個(gè)機(jī)械組件中。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可使用排氣后處理系統(tǒng)50的元件的其它布置,這種布置包括增加其它排氣凈化裝置和/或省去排氣凈化裝置中的一個(gè)或多個(gè),這取決于具體應(yīng)用的排氣凈化要求。

用于監(jiān)視排氣后處理系統(tǒng)50的排氣凈化裝置的傳感器優(yōu)選地包括排氣傳感器58、顆粒物質(zhì)傳感器56和壓差傳感器57,該壓差傳感器57用于監(jiān)視通過(guò)顆粒過(guò)濾器54、溫度傳感器59、和/或其它適合的感測(cè)裝置和用于監(jiān)視排氣供給流的模型。排氣傳感器58可以是發(fā)動(dòng)機(jī)排放物NOx傳感器、寬量程含氧傳感器,或另一適合的排氣感測(cè)裝置。這些傳感器和模型可以布置成監(jiān)視或者另外確定與排氣凈化裝置的各個(gè)裝置的性能相關(guān)聯(lián)的參數(shù)、監(jiān)視與排氣凈化裝置的子集的性能相關(guān)聯(lián)的參數(shù),或者監(jiān)視與總體排氣后處理系統(tǒng)50的性能相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。排氣傳感器58優(yōu)選地布置成監(jiān)視在氧化催化劑53上游的排氣供給流??商娲鼗虼送?,排氣傳感器58可布置成監(jiān)視在氧化催化劑53下游的排氣供給流。

排氣傳感器58可以制作為具有感測(cè)元件和集成供電的加熱元件的平面型氧化鋯雙單元裝置。加熱器控制器電連接至排氣傳感器58的加熱元件以控制給其供應(yīng)的電源。加熱器控制器控制到加熱元件的電源以將排氣傳感器58的感測(cè)元件的溫度保持在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)。加熱器控制器采用任何適合的電壓控制例程(包括例如脈沖寬度調(diào)制控制例程),來(lái)控制到加熱元件的電源。在最初的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間,加熱器控制器以一種方式控制到加熱元件的電源,該方式限制了到排氣傳感器58的熱沖擊,該熱沖擊可能由在排氣供給流中存在的水或其它液體的沖擊引起。這可以稱(chēng)為操作的冷凝水相。

如這里所描述的,發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可操作地連接至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100,且包括可執(zhí)行控制操作的一個(gè)或多個(gè)指令集。發(fā)動(dòng)機(jī)控制優(yōu)選地包括控制各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù),包括通過(guò)化學(xué)反應(yīng)工藝來(lái)控制優(yōu)選的發(fā)動(dòng)機(jī)控制狀態(tài)以使得各個(gè)排氣組分最小化,該化學(xué)反應(yīng)工藝就非限制性舉例而言包括氧化、還原、過(guò)濾和選擇性還原。其它發(fā)動(dòng)機(jī)控制狀態(tài)包括控制操作參數(shù)以 加熱發(fā)動(dòng)機(jī)100,且傳遞熱量或者另外以及時(shí)方式加熱后處理系統(tǒng)50的排氣凈化裝置的各個(gè)裝置,以便快速地影響它們的操作,因而使得冷啟動(dòng)排放物最小化。

如參考圖2詳細(xì)地描述,噴射燃料包括一個(gè)第一燃料脈沖或多個(gè)第一燃料脈沖的正時(shí)噴射,其將實(shí)現(xiàn)在燃燒室中的優(yōu)選的燃料/空氣混合物制備。優(yōu)選的燃料/空氣混合物通常包括足量的燃料脈沖以向發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力來(lái)滿足駕駛者的扭矩需求,其與滿足排放物和煙氣要求及燃燒穩(wěn)定性的發(fā)動(dòng)機(jī)操作保持平衡。點(diǎn)燃火花塞優(yōu)選地包括選擇點(diǎn)火正時(shí),其實(shí)現(xiàn)了在發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的平均最佳扭矩(MBT);或另一火花正時(shí),其在最小化排放物的同時(shí)最大化發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和燃燒穩(wěn)定性?;鸹ㄕ龝r(shí)通?;陬A(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)校準(zhǔn)來(lái)確定,該預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)校準(zhǔn)考慮了包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載、冷卻劑溫度、EGR分?jǐn)?shù)以及其它因素的發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件??商娲?,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)后初始操作時(shí),點(diǎn)火正時(shí)可從加熱操作延遲,以影響排氣后處理系統(tǒng)的部件的快速加熱和起燃。在啟動(dòng)點(diǎn)火正時(shí)之后緊接的燃料噴射基本上提高了在燃燒室中的早期火焰核心發(fā)展的重復(fù)性和魯棒性。在燃燒過(guò)程中的早期階段期間,所描述的噴射正時(shí)提高了在火花塞間隙位置處的空氣-燃料混合物條件。這進(jìn)而提高整個(gè)燃燒過(guò)程的整體重復(fù)性和魯棒性,這會(huì)導(dǎo)致平穩(wěn)的、一致的由這種如指示平均有效壓力的變化系數(shù)(COV-IMEP)的參數(shù)來(lái)測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)操作。

術(shù)語(yǔ)控制器、控制模塊、模塊、控制裝置、控制單元、處理器和類(lèi)似術(shù)語(yǔ)是指以下物件的任何一種或多種組合:特殊應(yīng)用集成電路(ASIC)、電子電路,例如微處理器的中央處理器,以及以存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)裝置(只讀、可編程只讀、隨機(jī)存儲(chǔ)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)等)形式的相關(guān)聯(lián)非暫時(shí)存儲(chǔ)器部件。非暫時(shí)存儲(chǔ)器部件能夠以可由提供描述功能的一個(gè)或多個(gè)處理器訪問(wèn)的軟件或固件程序或例程、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路以及其它部件中的一個(gè)或多個(gè)的形式,存儲(chǔ)機(jī)器可讀指令。輸入/輸出電路和裝置包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器及相關(guān)的監(jiān)視來(lái)自傳感器的輸入的裝置,這些輸入是以預(yù)定的采樣頻率或者響應(yīng)于觸發(fā)事件而監(jiān)視。軟件、固件、程序、指令、控制例程、代碼、算法和類(lèi)似術(shù)語(yǔ)意指任何控制器可 執(zhí)行指令集,包括校準(zhǔn)和查找表。每個(gè)控制器執(zhí)行控制例程以提供所需功能,包括監(jiān)視來(lái)自感測(cè)裝置和其它聯(lián)網(wǎng)控制器的輸入,并執(zhí)行控制與診斷例程以控制致動(dòng)器的操作。例程可以按有規(guī)律的間隔執(zhí)行,例如,在正在進(jìn)行的操作期間,各間隔100微秒或3.125、6.25、12.5、25和100毫秒??商娲兀炭梢皂憫?yīng)于觸發(fā)事件的出現(xiàn)而被執(zhí)行??墒褂弥苯佑芯€鏈路、聯(lián)網(wǎng)通信總線鏈路、無(wú)線鏈路或任何另外適合的通信鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器之間的通信,以及控制器、致動(dòng)器和/或傳感器之間的通信。通信包括以任何適合的形式交換數(shù)據(jù)信號(hào),包括例如經(jīng)由導(dǎo)電介質(zhì)的電信號(hào)、經(jīng)由空氣的電磁信號(hào)、經(jīng)由光波導(dǎo)的光信號(hào)等等。數(shù)據(jù)信號(hào)可以包括代表來(lái)自傳感器的輸入的信號(hào)、代表致動(dòng)器命令的信號(hào),和控制器之間的通信信號(hào)。術(shù)語(yǔ)“模型”是指基于處理器的或處理器可執(zhí)行的代碼,以及對(duì)裝置的物理存在或物理過(guò)程模擬的相關(guān)聯(lián)校準(zhǔn)。如本文所使用,術(shù)語(yǔ)“動(dòng)態(tài)的”和“動(dòng)態(tài)地”以及相關(guān)術(shù)語(yǔ)描述了步驟或過(guò)程,其實(shí)時(shí)執(zhí)行并且其特征在于:在例程的執(zhí)行期間或例程執(zhí)行的迭代之間,監(jiān)視或另外確定參數(shù)的狀態(tài)并且有規(guī)律地或周期性地更新參數(shù)的狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中,這包括如下。

圖2示意性地示出了采用上面所述的發(fā)動(dòng)機(jī)100的實(shí)施例的燃料控制例程200。燃料控制例程200優(yōu)選在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間由發(fā)動(dòng)機(jī)控制器26周期性地執(zhí)行為一個(gè)或多個(gè)指令集和伴隨校準(zhǔn)。表1提供為略語(yǔ)表,其中數(shù)字標(biāo)記的塊和相應(yīng)的函數(shù)對(duì)應(yīng)于燃料控制例程200闡明如下。

表1

發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載定義為對(duì)于來(lái)自示例性發(fā)動(dòng)機(jī)的功率的需求,優(yōu)選地表達(dá)為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率容量的百分比。

在發(fā)動(dòng)機(jī)校準(zhǔn)和研發(fā)期間,最大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載可以確定并分隔為范圍在最小負(fù)載區(qū)域和最大負(fù)載區(qū)域之間的多個(gè)單獨(dú)鄰接負(fù)載區(qū)域。負(fù)載區(qū)域可以選擇為與發(fā)動(dòng)機(jī)配置的細(xì)節(jié)相一致,因?yàn)槠渖婕斑M(jìn)氣空氣管理和控制,包括采用進(jìn)氣空氣壓縮機(jī)10的發(fā)動(dòng)機(jī)增壓、進(jìn)氣和排氣閥定相、例如分層進(jìn)氣或均勻充氣的選定燃燒模式,及其它因素。

火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)優(yōu)選地被預(yù)定,并選擇以將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和燃燒穩(wěn)定性最大化,同時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣排放物最小化,考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)的狀態(tài),包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載、冷卻劑溫度和EGR分?jǐn)?shù)等等。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)后初始操作時(shí),可以延遲點(diǎn)火正時(shí)以達(dá)到排氣后處理系統(tǒng)的部件的快速加熱和起燃。與負(fù)載相關(guān)聯(lián)的燃料噴射策略包含燃料噴射正時(shí)和單次注射燃料質(zhì)量。

在一個(gè)實(shí)施例中可以有四個(gè)負(fù)載區(qū)域,在圖3和圖4中顯示為區(qū)域I、II、III和IV,區(qū)域I還稱(chēng)為最小負(fù)載區(qū)域,且區(qū)域IV還稱(chēng)為最大負(fù)載區(qū)域??梢赃x擇其他數(shù)量的負(fù)載區(qū)域。最小負(fù)載區(qū)域?qū)?yīng)于進(jìn)氣壓縮機(jī)10處于零增壓狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)操作,且在一個(gè)實(shí)施例中進(jìn)氣歧管壓力范圍在-50kPa到-100kPa之間。最大負(fù)載區(qū)域?qū)?yīng)于進(jìn)氣壓縮機(jī)10處于或接近滿增壓狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)操作,例如,在一個(gè)實(shí)施例中進(jìn)氣歧管壓力范圍在+150kPa到+200kPa之間。

區(qū)域I中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作優(yōu)選地包括在每一氣缸事件期間執(zhí)行兩次燃料噴射事件,包括后點(diǎn)火燃料噴射事件和第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件。區(qū)域II中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作優(yōu)選地包括在每一氣缸事件期間執(zhí)行三次燃料噴射事件,包括來(lái)自區(qū)域I的后點(diǎn)火燃料噴射事件和第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件,以及第二預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件。區(qū)域III中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作優(yōu)選地包括在每一氣缸事件期間執(zhí)行四次燃料噴射事件,包括來(lái)自區(qū)域I的后點(diǎn)火燃料噴射事件和第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件、來(lái)自區(qū)域II的第二預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件,以及來(lái)自區(qū)域III的第三預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件。區(qū)域IV中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作優(yōu)選地包括在每一氣缸事件期間執(zhí)行五次燃料噴射事件,包括來(lái)自區(qū)域I 的后點(diǎn)火燃料噴射事件和第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件、來(lái)自區(qū)域II的第二預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件,以及來(lái)自區(qū)域III的第三預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件。燃料噴射事件中的每一個(gè)都根據(jù)噴射正時(shí)和噴射的燃料質(zhì)量進(jìn)行表征并執(zhí)行。

后點(diǎn)火燃料噴射事件包括第一燃料質(zhì)量Q1和第一燃料噴射正時(shí)EOI1。用于后點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可與噴射結(jié)束(EOI)的正時(shí)相關(guān),并相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定,如下所示:

EOI1=SPK_ADV-K1xG1(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [1]

該項(xiàng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)特定因子K1和G1,其中G1基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)選擇。可替代地,用于后點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可與噴射開(kāi)始(SOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定。

在整個(gè)負(fù)載區(qū)域中,第一燃料質(zhì)量Q1優(yōu)選地為常數(shù)值。

Q1=Qs=常數(shù) [2]

后點(diǎn)火燃料噴射事件包括在啟動(dòng)點(diǎn)火事件后立即噴射燃料,以在燃燒的早期階段期間改善火花塞間隙位置處的空氣-燃料混合狀況。該操作意在改善整個(gè)燃燒過(guò)程的整體重復(fù)性和魯棒性,且如指示平均有效壓力變化系數(shù)(COV-IMEP)之類(lèi)的參數(shù)所測(cè)量的那樣,其使得發(fā)動(dòng)機(jī)操作平穩(wěn)一致。這對(duì)于負(fù)載區(qū)域中的每一個(gè)負(fù)載區(qū)域保持不變。

第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件在區(qū)域I負(fù)載區(qū)域中的操作期間引入,并優(yōu)選地包括第二燃料質(zhì)量Q2和第二燃料噴射正時(shí)EOI2。用于第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可與噴射結(jié)束(EOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定,如下所示:

EOI2=SPK_ADV+K2xG2(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [3]

該項(xiàng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)特定因子K2和G2,其中G2基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)選擇??商娲?,用于第一預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可與噴射開(kāi)始(SOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定。

第二燃料質(zhì)量Q2優(yōu)選地取決于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載,并且使用比例因子H2來(lái)確定,如下所示。

Q2=H2(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [4]

因此,在區(qū)域I中的操作期間噴射的整體燃料質(zhì)量包括第一燃料質(zhì)量Q1和第二燃料質(zhì)量Q2。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在區(qū)域I外操作時(shí),第一燃料質(zhì)量Q1和第二燃料質(zhì)量Q2以及第一燃料噴射正時(shí)EOI1和第二燃料噴射正時(shí)EOI2相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載來(lái)確定。

第二預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件在區(qū)域II負(fù)載區(qū)域中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間引入,并優(yōu)選地包括第三燃料質(zhì)量Q3和第三燃料噴射正時(shí)EOI3。用于第二預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可與噴射結(jié)束(EOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定,如下所示:

EOI3=C3+K3xG3(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [5]

該項(xiàng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)特定因子C3、K3和G3,其中C3和K3為對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)配置特定的常數(shù),并且G3基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)選擇??商娲?,用于第二預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可與噴射開(kāi)始(SOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定。

第三燃料質(zhì)量Q3優(yōu)選地取決于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載,并且使用比例因子H3來(lái)確定,如下所示。

Q3=H3(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [6]

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在區(qū)域III或區(qū)域IV中操作時(shí),第一燃料質(zhì)量Q1、第二燃料質(zhì)量Q2和第三燃料質(zhì)量Q3以及第一燃料噴射正時(shí)EOI1、第二燃料噴射正時(shí)EOI2和第三燃料噴射正時(shí)EOI3相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載來(lái)確定。

第三預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件在區(qū)域III負(fù)載區(qū)域中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間引入,并優(yōu)選地包括第四燃料質(zhì)量Q4和第四燃料噴射正時(shí)EOI4。用于第三預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可與噴射結(jié)束(EOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定,如下所示:

EOI4=C4+K4xG4(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [7]

該項(xiàng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)特定因子C4、K4和G4,其中C4和K4為對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)配置特定的常數(shù),并且G4基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)選擇??商? 代地,第四預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可與噴射開(kāi)始(SOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定。

第四燃料質(zhì)量Q4優(yōu)選地取決于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載,并且使用比例因子H4來(lái)確定,如下所示。

Q4=H4(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [8]

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在區(qū)域IV中操作時(shí),第一燃料質(zhì)量Q1、第二燃料質(zhì)量Q2、第三燃料質(zhì)量Q3和第四燃料質(zhì)量Q4以及第一燃料噴射正時(shí)EOI1、第二燃料噴射正時(shí)EOI2、第三燃料噴射正時(shí)EOI3和第四燃料噴射正時(shí)EOI4相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載來(lái)確定。

第四預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件在區(qū)域IV負(fù)載區(qū)域中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間引入,并且優(yōu)選地包括第五燃料質(zhì)量Q5和第五燃料噴射正時(shí)EOI5。用于第四預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可以與噴射結(jié)束(EOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定,如下:

EOI5=C5+K5xG5(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [9]

該項(xiàng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)特定的因子C5、K5和G5,其中C5和K5是對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)配置特定的常數(shù),并且G5基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)選擇??商娲?,第四預(yù)點(diǎn)火燃料噴射事件的正時(shí)可以與噴射啟動(dòng)(SOI)的正時(shí)相關(guān),并且相對(duì)于火花點(diǎn)火正時(shí)(SPK_ADV)來(lái)確定。

第五燃料質(zhì)量Q5優(yōu)選地取決于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載,并且使用比例因子H5來(lái)確定,如下。

Q5=H5(發(fā)動(dòng)機(jī)_速度,發(fā)動(dòng)機(jī)_負(fù)載) [10]

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在區(qū)域IV中操作時(shí),第一燃料質(zhì)量Q1、第二燃料質(zhì)量Q2、第三燃料質(zhì)量Q3和第四燃料質(zhì)量Q4以及第一燃料噴射正時(shí)EOI1、第二燃料噴射正時(shí)EOI2、第三燃料噴射正時(shí)EOI3和第四燃料噴射正時(shí)EOI4相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載來(lái)確定。

因而,燃料質(zhì)量(例如,第一燃料質(zhì)量Q1、第二燃料質(zhì)量Q2、第三燃料質(zhì)量Q3、第四燃料質(zhì)量Q4和第五燃料質(zhì)量Q5)相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載 來(lái)選擇,其中第一燃料質(zhì)量Q1針對(duì)整個(gè)負(fù)載范圍設(shè)定為以1mg量級(jí)的恒定少量燃料。第二燃料質(zhì)量Q2被選擇為隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增加而逐漸輸送增加的燃料量。第二燃料質(zhì)量Q2用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。

第三燃料質(zhì)量Q3被選擇為隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增加而逐漸輸送增加的燃料量。第三燃料質(zhì)量Q3和后續(xù)燃料質(zhì)量(例如,第四燃料質(zhì)量Q4和第五燃料質(zhì)量Q5)用于控制煙塵排放物。

包括響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載而控制多個(gè)噴射事件的正時(shí)和數(shù)量的本文描述的燃料控制例程200可以通過(guò)響應(yīng)于與多個(gè)負(fù)載區(qū)域相關(guān)的受監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載為每個(gè)氣缸事件選擇優(yōu)選的燃料噴射策略和優(yōu)選的點(diǎn)火正時(shí),來(lái)抑制發(fā)動(dòng)機(jī)爆震、增加熱效率并減小發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒可變性,以改進(jìn)升壓式稀釋SIDI燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能。

圖3以曲線圖示出了采用本文描述的燃料控制例程200的實(shí)施例操作的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射正時(shí)(ObTDC)304與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載(kPa)302的關(guān)系。這種正時(shí)示為與火花提早正時(shí)305(如圖所示不變)相關(guān)。曲線圖指示與用于四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載區(qū)域(即,區(qū)域I、II、III和IV)中的每個(gè)負(fù)載區(qū)域的燃燒穩(wěn)定性控制310、爆震控制320和煙塵控制330相關(guān)聯(lián)的噴射脈沖。操作包括第一燃料噴射事件,其包括第一噴射啟動(dòng)(SOI)314的正時(shí)和第一噴射結(jié)束(EOI)312的正時(shí)、用于第二SOI 324的正時(shí)和用于第二EOI 322的正時(shí)、用于第三SOI 334的正時(shí)和用于第三EOI 332的正時(shí)、用于第四SOI 344的正時(shí)和用于第四EOI 342的正時(shí),以及用于第五SOI 354的正時(shí)和用于第五EOI 352的正時(shí)。第一EOI 312、第二SOI 324、第三SOI 334、第四SOI 344和第五SOI 354在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的整個(gè)范圍中全部處于與火花提前305相關(guān)的固定正時(shí)點(diǎn)處,且第二EOI 322、第三EOI 332、第四EOI 342和第五EOI 352隨著負(fù)載增加而增加。第一EOI 312是設(shè)定的正時(shí),因?yàn)榈谝蝗剂腺|(zhì)量Q1優(yōu)選地設(shè)定為用于整個(gè)負(fù)載范圍的恒定少量燃料。

圖4以曲線圖示出了采用本文描述的燃料控制例程200的實(shí)施例操作的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射正時(shí)(ObTDC)404與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載(kPa)402的關(guān)系。這種正時(shí)示為與火花提早正時(shí)405(如圖所示隨著負(fù)載增加而降低) 相關(guān)。曲線圖指示與用于四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載區(qū)域(即,區(qū)域I、II、III和IV)中的每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載區(qū)域的燃燒穩(wěn)定性控制410、爆震控制420和煙塵控制340相關(guān)聯(lián)的噴射脈沖。操作包括第一燃料噴射事件,其包括用于第一噴射啟動(dòng)(SOI)414的正時(shí)和用于第一噴射結(jié)束(EOI)412的正時(shí)、用于第二SOI 424的正時(shí)和用于第二EOI 422的正時(shí)、用于第三SOI 434的正時(shí)和用于第三EOI 432的正時(shí)、用于第四SOI 444的正時(shí)和用于第四EOI 442的正時(shí),以及用于第五SOI 454的正時(shí)和用于第五EOI 452的正時(shí)。第一SOI 414和第二EOI 422在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的整個(gè)范圍中處于與火花提前405相關(guān)的固定正時(shí)點(diǎn)處。第三EOI 432、第四EOI 442和第五EOI 452在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的整個(gè)范圍中處于與TDC相關(guān)的固定正時(shí)點(diǎn)處。第三SOI 434、第四SOI 444和第五SOI 454隨著負(fù)載增加而增加。

圖5以曲線圖示出了在四個(gè)負(fù)載區(qū)域(如區(qū)域,區(qū)域I、II、III和IV所示)中采用本文描述的燃料控制例程200的實(shí)施例操作的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射脈沖502與發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄角(deg.bTDC)504的關(guān)系。噴射脈沖示出與點(diǎn)火正時(shí)506相關(guān)。曲線圖指示與四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載區(qū)域(即,區(qū)域I、II、III和IV)中的每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載區(qū)域的燃燒穩(wěn)定性控制510、爆震控制520和煙塵控制530相關(guān)聯(lián)的噴射脈沖。各個(gè)操作指示了與煙塵控制相關(guān)的燃料控制在較高負(fù)載(即,在區(qū)域III和IV中的操作期間)處發(fā)生,與爆震控制相關(guān)的燃料控制在所有負(fù)載處發(fā)生,但強(qiáng)調(diào)其在包括區(qū)域II、III和IV的較高負(fù)載處。與燃燒穩(wěn)定性相關(guān)的燃料控制在所有的負(fù)載處發(fā)生。

詳細(xì)說(shuō)明和附圖或圖是對(duì)本教導(dǎo)的支持和描述,但是本教導(dǎo)的范圍僅由權(quán)利要求限定。盡管用于執(zhí)行本教導(dǎo)的一些最佳模式和其他實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)地進(jìn)行了描述,但用于實(shí)踐在所附權(quán)利要求書(shū)中限定的本教導(dǎo)的各種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例存在。

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