CN101251050A - 用于直喷式发动机的多次喷射混和 - Google Patents

用于直喷式发动机的多次喷射混和 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于直喷式发动机的多次喷射混和。其中，一种用于燃料直喷式发动机的燃料喷射***包括喷射模式模块。该喷射模式模块选择燃料喷射模式为单喷射模式和双喷射模式其中之一。燃料喷射指令模块通过改变相对于曲轴位置的燃料喷射作用的定时而在单喷射和双喷射模式之间转换。

Description

用于直喷式发动机的多次喷射混和
技术领域
本公开内容涉及用于燃料直喷式发动机的方法和***。
背景技术
本节中的陈述仅提供涉及本公开内容的背景信息，并不可以构成现有技术。
控制待输送到每个气缸的燃料和空气的数量对于四冲程内燃机获得最佳性能是重要的。进气阀和排气阀的准确定时也提供了更好的性能。常规发动机包括调节阀门定时的凸轮轴。凸轮轴的旋转能够被控制，以便确保每个阀门的准确定时。另外，可以包括凸轮相位器，以便改变凸轮轴相对于曲轴的位置，这提供了进一步准确调整每个阀门的定时的时机。
发动机内燃料喷射器的布局和燃料喷射定时的控制也影响到发动机的性能。火花点火式直喷(SIDI)发动机为每个气缸设置一个燃料喷射器，燃料喷射器直接安装在气缸盖上。每个喷射器被分别控制，以便直接将燃料喷射到气缸内。
SIDI发动机在怠速状态期间控制燃料的常规方法包括有意地减缓点火定时，以便提供储备扭矩。然后，点火定时在发起扭矩请求时提前。这使发动机能够在怠速运转期间响应负载需求。怠速时减缓点火带来次最优效率。
其它燃料喷射控制的方法包括每个燃烧循环每个气缸中进行多次燃料喷射作用(fuel injection event)。直喷式发动机可以在特定运转状况下采用每个燃烧循环每个气缸的两次喷射作用来为转化器起燃、平滑怠速和减轻发动机爆震提供额外能量。不幸的是，双喷射的工作模式产生了较高的碳氢化合物排放和微粒。因此，由于排放的原因，发动机控制可以主要包括在每个燃烧循环每个气缸中提供一次喷射作用。该双喷射法可以保守用于特定运转状况。
每个燃烧循环每个气缸的双喷射产生的发动机扭矩要多于或少于同一发动机在类似工作条件下采用单喷射模式产生的扭矩。因此，操纵性能可以受到在燃料输送模式从单喷射模式改变为多次喷射模式期间所产生的发动机输出扭矩变化的影响，反之亦然。
发明内容
因此，提供了一种用于燃料直喷式发动机的燃料喷射***。该***包括：喷射模式模块，用以选择燃料喷射模式为单喷射模式和双喷射模式其中之一；和燃料喷射指令模块，其通过改变相对于曲轴位置的燃料喷射作用的定时而在单喷射和双喷射模式之间转换。
另外，提供了一种燃料直喷式发动机的燃料喷射方法。该方法包括：以单喷射模式运行发动机；在第一曲轴位置指令燃料输送；接收从单喷射模式向双喷射模式转换的请求；以及通过在第二曲轴位置和第三曲轴位置指令燃料输送而转换至双燃料喷射模式，其中，该第三曲轴位置在后续的燃烧循环期间递增改变，直至达到目标第三曲轴位置。
根据在这里的描述，可应用到的其它领域将变得显而易见。应明白的是，这里的描述和特定示例只是为了举例说明的目的，并不是为了限定本公开内容的范围。
附图说明
这里描述的附图仅为举例说明，并不是为了以任何方式限制本公开内容的范围。
图1是显示了包括燃料直喷式喷射构件(hardware)的内燃机***的功能框图；
图2是显示了燃料喷射***的数据流图；
图3是显示了在单喷射和双喷射模式之间转换的方法的流程图；和
图4包括显示了在单喷射模式、双喷射模式和它们之间转换期间燃料喷射作用的调度的定时图。
具体实施方式
下面的描述在本质上只是示例性的，决不是为了限定本公开内容、它的应用或使用。为清楚起见，附图中将使用同样的标号来标记相同的元件。如这里所使用的那样，用语“模块”和/或“装置”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的，或成组的)和存储器、提供所描述功能的组合逻辑电路和/或其它适当的部件。
现在参考图1，发动机***10包括燃烧空气和燃料的混合物以产生驱动扭矩的发动机12。空气通过节流阀16被吸入进气歧管14。节流阀16调节大量空气流入进气歧管14。进气歧管14中的空气被分流进气缸18。尽管示出了单气缸18，但可以理解发动机能够具有包括但不局限于2、3、4、5、6、8、10、12和16个气缸的多个气缸。
燃料喷射器20被电子控制，以便将燃料喷射进气缸18。燃料在通过进气道被吸入气缸时与空气混合。进气阀22有选择地打开和关闭，以使空气能够进入气缸18。进气阀位置由进气凸轮轴24调节。活塞(未示出)压缩该气缸18中的空气/燃料混合物。火花塞26点燃空气/燃料混合物，从而驱动气缸18中的活塞。活塞驱动曲轴(未示出)以产生驱动扭矩。气缸18中的燃烧排气在排气阀30处于打开位置时被通过排气歧管28挤出。该排气阀位置由排气凸轮轴32调节。排气然后就能够在排气***(未示出)中进行处理。尽管显示了单个进气和排气阀22、30，但能理解发动机12能够在每个气缸18中包括多个进气和排气阀22、30。
曲轴传感器34感应曲轴的位置，并产生曲轴信号。控制模块36接收曲轴信号，解释该信号为旋转的角度，并基于对于该信号的解释调度燃料喷射作用。控制模块36发送燃料喷射信号至燃料喷射器，以控制输送燃料的量和定时。燃料喷射信号能够是脉宽调制信号，其中脉宽调节输送到气缸的燃料的量。
现在参考图2，本公开内容提出了管理燃料单喷射模式和燃料双喷射模式之间的转换的控制方法和***。数据流图显示了可以嵌入进控制模块36内的燃料喷射***。依据本公开内容的燃料喷射***的各种实施例可以包括嵌入进控制模块36中的任意数目的子模块。示出的子模块可以被组合和/或进一步细分，以在发动机运行期间相似地管理单喷射模式和双喷射模式之间的转换。
在各种实施例中，图2所述的控制模块36包括喷射模式模块50和燃料喷射指令模块52。喷射模式模块50接收发动机和车辆运行数据54作为输入。如能够被理解的那样，传送至喷射模式模块50的输入可以从***10感知，从***中其它控制模块(未示出)接收，或者从控制模块36中的其它子模块确定。图3提出的流图显示了单喷射和双喷射模式之间转换的示例性方法，其中车辆运行数据54包括冷却剂温度、发动机速率和车速。该示例性方法将在下文中进行更为详细的描述。
基于运行数据54，喷射模式模块50选择喷射模式为单喷射模式和双喷射模式其中一个。燃料喷射指令模块52接收喷射模式56和曲轴位置58作为输入。燃料喷射指令模块52基于喷射模式56和曲轴位置58调度燃料喷射作用和发出燃料指令60。
在双燃料喷射模式期间，每个气缸每个燃料循环调度两次喷射作用。这产生了扭矩改变，同时又不增加燃料消耗。燃料喷射指令模块52在单喷射和双喷射工作模式之间平滑转换发动机工作。工作模式转换期间的扭矩变化或“拐点”被最小化。
参考图3，该流图显示了单喷射和双喷射模式转换的示例性方法。在本实例中，将可以有助于从单喷射模式到双喷射模式的切换，以进行催化转化器点燃。催化转化器点燃可以在发动机启动后马上完成，以快速加热催化转化器中的催化剂，从而减少发动机排放。催化转化器点燃是可以由喷射模式模块50确定的实例亚双喷射工作模式。一旦进入该亚工作模式，则控制块66确定发动机冷却剂的温度。判断块68确定冷却剂温度是否低于预定常量K1。K1可以被选择来代表发动机工作在启动或已经运行最小限度的时间的温度指示。如果冷却剂温度大于或等于K1，则控制返回控制块66。如果冷却剂温度低于K1，则控制块70确定发动机速度。
控制块72确定发动机速率是否低于预定常量K2。如果发动机以相对低的接近怠速的速率工作，则可以需要催化转化器点燃。如果发动机工作在较高的速率，则充足的能量和额外的燃料可以已经被供应给催化转化器，这样就不再需要提供额外的燃料。相应的，如果发动机速率大于或等于K2，则控制返回控制块66。如果发动机速率小于K2，则控制块74确定车辆速率。
如果车辆高于预定速率运行，则可以不需要催化转化器点燃，因为可以需要发动机直接响应扭矩请求。这样，判断块76确定车辆速率是否低于预定常量K3。如果车辆速率大于或等于K3，则控制返回控制块66。如果车辆速率低于K3，则控制块78转换发动机燃料喷射从单喷射模式至双喷射模式。转换期间采用的特定步骤将在下文中进行更为详细的描述。
一旦完成从单喷射模式至双喷射模式的转换，则控制块80确定发动机在双喷射模式的工作时间量。判断块82确定双喷射模式工作时间是否大于预定常量K4。如果发动机在双喷射模式的工作时间不大于K4，则控制返回控制块80。如果双喷射模式工作时间超过K4，则控制块84计算双喷射模式工作中添加到催化转化器的能量数量。
判断块86确定添加的能量是否超过预定阈值K5。如果还未达到能量阈值，则控制返回控制块84。如果能量阈值K5已经被超过，催化转化器点燃已经完成，则控制88从双喷射模式转换至单喷射模式。
现在参考图4，显示了依据本公开内容调度燃料喷射作用的定时图。在描述的实例中，在双喷射模式中的控制通常在示出的100处开始。在双喷射模式期间，每个气缸每个燃烧循环调度两次喷射作用。如果喷射模式模块50确定适当条件存在，则控制通常在示出的200处切换至单喷射模式。
喷射模式模块50可以通过评估运行数据54来确定应该进入双喷射模式。涉及模式切换将产生有益效果的特定运转状况的实例包括：如前面描述的催化转化器点燃亚模式及怠速燃料效率增强亚模式的双喷射亚模式；怠速稳定性亚模式和发动机爆震减少亚模式。虽然这些亚模式将不进行非常详细的描述，但应注意到进入和退出这些双喷射的亚工作模式可以引起如前面描述的扭矩变化。这样，本公开内容提供了在双喷射和单喷射模式之间转换期间减小扭矩变化的设备和方法。
燃料喷射作用能够依据通过曲轴旋转角度指示的曲轴位置进行调度。曲轴信号能够被解释为以曲轴角度标识的位置。每个图表显示了进气和压缩循环期间以曲轴角度标识的曲轴位置。活塞在110处上止点前的360度曲轴转角处开始进气冲程。活塞在120处上止点前(也称为下止点(BDC))的180度曲轴转角处开始压缩冲程。活塞在130所示的上止点或零(0)度曲轴转角处结束压缩冲程。用于单喷射模式200和双喷射模式100的火花点火一般靠近140所示的压缩冲程的上止点发生。在图4描述的实例中，点火在上止点前的十(10)和零(0)度曲轴转角之间发生。但是，如将要描述的那样，点火定时也可以变化，以提供单喷射模式和双喷射模式之间的平滑转换。
如所提到的那样，双喷射模式100在每个气缸每个进气和压缩循环提供两次燃料喷射作用。第一次喷射作用调度在进气循环早期，并能够调度在上止点前二百五十(250)度和三百八十(380)度曲轴转角之间任一位置。调度第一次燃料输送的示例性范围在如160示出的上止点前二百七十(270)度和三百三十(330)度曲轴转角之间。
第二次燃料喷射作用调度在进气和压缩循环其中之一，并能够调度在上止点前零(0)度和三百六十(360)度曲轴转角之间任一位置。调度第二次燃料输送的示例性范围在如170示出的上止点前一百二十(120)度和二百七十(270)度曲轴转角之间。第二次喷射作用喷出剩余的燃烧循环必需的燃料。
如果请求喷射模式改变，则喷射模式被随时间转换至单喷射模式200，其中单喷射作用被调度在进气循环早期。喷射作用被调度在早期，并能够调度在上止点前二百五十(250)度和三百八十(380)度曲轴转角之间任一位置。调度燃料输送的示例性范围在如180示出的上止点前二百七十(270)度和三百三十(330)度曲轴转角之间。在同样条件下，单喷射模式200传输扭矩大于或小于双喷射模式，但允许点火定时接近MBT(最大扭矩的最小点火提前角)或KBL(爆震临界点)，以提高效率。
图4包括描述了在双喷射模式100和单喷射模式200之间转换期间的喷射脉冲定时的附加定时图。定时图210特别显示了从双喷射模式100至单喷射模式200的转换的开始。在定时图210中的转换的第一个步骤中，第一燃料输送160的执行时间相同或类似于前面参考双喷射模式100所描述的时间，而第二燃料喷射作用调度如220示出的比前面的第二喷射提前十度。定时图230说明了给定的气缸的下一进气和压缩冲程，其中第一喷射作用调度保持常量，而第二喷射作用提前了如240示出的另一个十度曲轴转角。定时图250和270分别描述第二喷射作用260和280。第二喷射作用260相对于第二喷射作用240提前十度曲轴转角发生。第二喷射作用280相对于第二喷射作用260提前十度曲轴转角发生。定时图270完成后，控制切换至单喷射模式200。为从单喷射模式200转换至双喷射模式100，前述方法被逆向进行。
如较早提到的那样，点火转移定时也可以在喷射模式切换期间变化。点火定时修正是基于亚双喷射模式。在怠速燃料效率提高亚模式中，点火定时一般接近双喷射模式中的MBT。在从双喷射至单喷射模式转换期间，点火定时被延迟大约五到十度，以使扭矩波动最小化。点火提前在从单喷射至双喷射模式的转换期间被向MBT滞后滤波。
怠速稳定性和催化转化器点燃亚模式一般包括：在双喷射模式期间延迟点火定时至上止点后。当从双喷射模式向单喷射模式转移时，点火定时被以每个气缸燃烧作用约两度的速率向单喷射目标点火定时提前。这一过程在从单喷射向双喷射模式转换期间逆向进行。
进入发动机爆震减少亚模式，以确保消除发动机爆震。进入双喷射模式，以达到这一目的。在从单喷射向双喷射模式转换期间，点火定时被朝向双喷射点火定时目标滞后滤波。目标点火定时滞后量小于可能确保发动机爆震减小所需滞后量。
应该理解的是，单喷射模式和双喷射模式之间的转换可以仅通过调整如图4中描述的第二喷射作用定时完成，或者也可以包括组合修正转换期间的点火定时。另外，本领域的技术人员现在能够从前面的描述理解的是，本公开内容的概略技术能够以多种形式实现。因此，虽然本公开内容已经结合它的具体实例进行了描述，但通过学习附图、说明书和权利要求，其它修正对于技术人员将变得显而易见，本公开内容的真实范围不应局限于此。

Claims (22)

1、一种用于燃料直喷式发动机的燃料喷射***，包括：
喷射模式模块，其在发动机工作期间选择燃料喷射模式为单喷射模式和双喷射模式其中之一；和
燃料喷射指令模块，其接收曲轴位置并基于所述曲轴位置通过变化在转换期间的燃料喷射作用的定时而在单喷射模式和双喷射模式之间转换。
2、如权利要求1所述的***，其特征在于，燃料喷射指令模块在曲轴位置在第一预定角度范围内时指令第一燃料喷射作用，并在双喷射模式期间在曲轴在第二预定角度范围内时指令第二燃料喷射作用，并且燃料喷射模式模块在单喷射模式和双喷射模式之间的所述转换期间指令第二燃料喷射作用在递增式提前的曲轴位置发生。
3、如权利要求2所述的***，其特征在于，第一燃料喷射作用的定时在单喷射和双喷射模式之间的转换期间保持常量。
4、如权利要求3所述的***，其特征在于，第二燃料喷射作用的定时每个后续燃烧作用提前大约十度。
5、如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括在单喷射和双喷射模式转之间的换期间变化点火定时。
6、如权利要求5所述的***，其特征在于，点火定时在从怠速燃料效率增加模式、怠速稳定性模式、催化转化器点燃模式和发动机爆震减少模式其中之一转换时变化。
7、如权利要求6所述的***，其特征在于，催化转化器点燃模式包括：在双喷射模式中延迟点火定时至上止点后，和每个气缸每个燃烧作用以大体上两度的速率提前点火定时，直至满足目标单喷射模式点火定时。
8、如权利要求6所述的***，其特征在于，发动机爆震减少模式包括转换成双喷射模式。
9、如权利要求8所述的***，其特征在于，在从单喷射模式向双喷射模式转换期间变化点火定时包括延迟点火定时。
10、一种用于燃料直喷式发动机的燃料喷射方法，包括：
以单喷射模式运行发动机；
在第一曲轴位置指令燃料输送；
接收从单喷射模式向双喷射模式转换的请求；和
通过在第二曲轴位置和第三曲轴位置指令燃料输送而转换至双燃料喷射模式，其中，第三曲轴位置在后续的燃烧循环期间递增地改变，直至达到目标第三曲轴位置。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，在第一曲轴位置指令燃料输送还包括：在曲轴位置处于发动机气缸的进气循环期间的第一预定范围内时指令燃料输送。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，在第二曲轴位置和第三曲轴位置指令燃料输送还包括：在发动机气缸的进气和压缩循环期间，在曲轴位置处于第二预定范围内时的第二曲轴位置指令燃料输送，和在曲轴位置处于第三预定范围内时的第三曲轴位置指令燃料输送。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，第二预定范围大体上是第一预定范围。
14、如权利要求10所述的方法，其特征在于，第三曲轴位置被以每气缸燃烧作用延迟十度的速率延迟，直至达到目标第三曲轴位置。
15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，第三曲轴位置在上止点前120和270度曲轴转角之间变化。
16、如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：接收从双喷射模式向单喷射模式转换的请求，并通过在后续燃烧循环期间在以预定速率提前的第三曲轴位置处指令燃料输送而转换至单喷射模式。
17、如权利要求10所述的方法，其特征在于，转换至双喷射模式包括：在第一点火定时位置指令点火转移，并在每个后续的燃烧循环改变点火定时，直至转移至第二点火定时位置。
18、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：预先进入亚双喷射工作模式，并基于预先的亚模式设置第一点火定时位置。
19、如权利要求18所述的方法，其特征在于，亚模式包括：怠速燃料效率增加、怠速稳定性、催化转化器点燃和发动机爆震减少。
20、如权利要求19所述的方法，其特征在于，第一点火定时设置值从最大制动扭矩值延迟五到十度，并且第二点火定时位置在向怠速燃料效率增加亚模式转换时接近最大制动扭矩值。
21、如权利要求19所述的方法，其特征在于，向怠速稳定性和催化转化器点燃亚模式其中之一转换包括：设置第二点火定时位置在上止点后发生。
22、如权利要求19所述的方法，其特征在于，向发动机爆震减少亚模式转换包括：设置第二点火定时位置为相对于第一点火定时位置延迟的值。
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