CN104968913A - 用于减少来自涡轮增压直喷式汽油发动机的颗粒的进气口喷射*** - Google Patents

用于减少来自涡轮增压直喷式汽油发动机的颗粒的进气口喷射*** Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种用于最大限度减少在涡轮增压直喷式汽油发动机中的颗粒排放的燃料管理***。所述***优化了结合直接喷射（DI）的进气口燃料喷射（PFI）的使用，特别是在冷启动和其他瞬态工况下。在本发明中，描述了结合用于提高进气口燃料喷射器使用的效率并且用于减少来自涡轮增压直喷式发动机的颗粒排放的其他控制***的这些控制***的使用。由于在驱动循环期间很大成分的颗粒排放发生在这些时间，所以特别注意的是减少在冷启动和瞬态工况期间发生的颗粒排放。进一步优化用于这些工况的燃料管理***对于减少驱动循环排放是重要的。

Description

用于减少来自涡轮增压直喷式汽油发动机的颗粒的进气口喷射***
本申请要求于2012年12月7日提交的美国临时申请序列号No. 61/734,438的优先权，其全部公开内容通过引用的方式并入本文。
背景技术
人们越来越关注使用汽油和汽油醇类混合物的涡轮增压直喷式火花点火发动机产生的颗粒物质（PM）排放。产生该问题的关键因素在于直接喷射的燃料（作为液体直接引入发动机汽缸的燃料）混合不佳。由于在汽缸中的绝对压力增加，因此增加了涡轮增压发动机中的颗粒排放问题。有关颗粒排放的考虑涉及颗粒的总质量和颗粒的数量。似乎特别需要满足减少颗粒数量的预期的欧洲要求。
进气口喷射和直接喷射具有互补的优点。由于混合更好、壁润湿减少以及燃料蒸发改善，进气口喷射（将燃料引入在汽缸外面的区域中）产生的每千米颗粒质量和每千米颗粒数量排放通常小于直接喷射产生的每千米颗粒质量和每千米颗粒数量排放的十分之一（当燃料作为液体引入汽缸时）。另一方面，由于汽缸充量的更大蒸发冷却，直接喷射提供了更好的抗爆震性能，由此，针对给定的发动机排量和/或压缩比，允许在更高的转矩水平下操作。直接喷射还可以用于提供对燃料供给更好的控制以及通过使用分层操作进一步提高效率，以实现在低负载下的缺少燃料的操作。
发明内容
本发明描述了一种用于最大限度地减少颗粒排放的燃料管理***。所述***优化了结合直接喷射（DI）的进气口燃料喷射（PFI）的使用，特别是在冷启动和其他瞬态工况下。
使用进气口喷射和直接喷射的组合来减少颗粒排放的一个重要方面在于采用控制***，诸如在美国专利8,146,568中描述的控制***，以在防止随着转矩增加发生爆震的同时，最大限度地减少直接喷射到发动机中的燃料成分（fraction）。可以采用具有爆震检测器的闭环控制和具有查找表的开环控制。在整个驱动循环中，这些控制***可以提供更好的混合，基本不会在发动机效率和性能方面折衷。可以单独使用进气口喷射、单独使用直接喷射、或者使用进气口喷射和直接喷射的组合来操作发动机。由于发动机速度也影响爆震的开始，因此可以控制进气口燃料喷射的燃料的成分，以防止由于转矩和发动机速度导致的爆震。
在本发明中，描述了结合用于提高进气口燃料喷射器使用的效率并且用于减少来自涡轮增压直喷式发动机的颗粒排放的其他控制***对这些控制***的使用。由于在驱动循环期间很大成分的颗粒排放发生在这些时候，所以特别注意的是减少在冷启动和瞬态工况期间发生的颗粒排放。用于这些工况的燃料管理***的进一步优化对于减少驱动循环排放来说很重要。
附图说明
图1示出了具有两个喷射器的发动机：向在歧管中的区域提供燃料的进气口燃料喷射器，该进气口燃料喷射器在汽缸外面，每个汽缸配有一个进气口燃料喷射器；以及直接将燃料引入汽缸的直接喷射器，每个汽缸配有一个直接喷射器，以优化的形式改变通过每个喷射器喷射的燃料之比，以便减少颗粒排放；
图2是图1的发动机的示意图，并且示出了发动机控制***，其中，使用与诸如温度等影响颗粒形成的发动机工况和来自操作者的负载需量有关的信息，来确定通过进气口燃料喷射器和直接喷射器喷射的燃料之比；
图3示出了具有如图2所示的进气口燃料喷射器和直接燃料喷射器的发动机***，其具有测量发动机操作和/或排放的附加的发动机性能传感器。该类型的发动机性能传感器可以是爆震传感器、点火不良传感器、排气传感器或者这三种传感器的任何组合，其中，排气传感器可以实时地或者近乎实时地监测颗粒排放；
图4示出了图3的发动机***，其中引入了火花正时，从而可以调节火花延迟，以在需要减少颗粒排放时允许更多地使用PFI。
图5示出了具有如图2所示的进气口燃料喷射器和直接喷射器的发动机***，其在增压器的压缩机叶片上游具有附加的喷射器或者喷射器组，该增压器可以是涡轮增压器或者升压器；以及
图6示出了图3的发动机***，其中引入了气门正时（进气门正时、排气门正时或者两者），当需要减少颗粒排放时，可以调节气门正时以允许更多地使用PFI。
具体实施方式
如上所描述的，本发明使用发动机控制***来监测并且调控发动机的操作，以最大限度地实现发动机性能和效率并且最大限度地减少颗粒排放。发动机控制***可以基于发动机工况、颗粒排放以及其他因素，来影响通过使用PFI和DI引入的燃料的成分。
在提供所需爆震控制量的同时，可以使用闭环控制、开环控制或者开环和闭环的组合，使颗粒排放减少优化。在附图中示出了这些控制***的各个实施例。
图1示出了具有两组喷射器的发动机***的示意图，即，进气口燃料喷射器10，该进气口燃料喷射器10将燃料引入在汽缸外面的区域中，诸如歧管15，每个汽缸配有一个进气口燃料喷射器10；以及直接喷射器20，该直接喷射器20将燃料作为液体直接引入汽缸30中，每个汽缸配有一个直接喷射器20。发动机可以是火花点火发动机，然而可以采用其他类型的发动机操作，诸如HCCI（均质压燃）或者其变型（诸如RCCI（反应控制型压燃）或者PCI（预混合压燃）、其他低温燃烧过程）。发动机控制单元40使用有关颗粒排放的信息，并且调节进气口喷射的燃料量与直接喷射的燃料量之比，以便减少颗粒排放。在该实施例中，发动机控制单元40不具有有关发动机性能的任何反馈。由此，有关发动机性能的信息可以是查找表或者公式的形式。一个或多个查找表可以使用发动机控制参数图来估计发动机性能。
图2示出了在发动机操作期间的图1的发动机控制***的示意图。发动机控制单元40（也称为燃料管理***）响应于来自操作者的负载需量并且使用有关影响颗粒排放的发动机工况50的信息，来确定喷射器10、20的正确操作。发动机工况50可以包括有关发动机温度、冷却剂温度、自启动以来的时间、在歧管中的燃料池的状态、以及影响颗粒排放的其他因素的信息。
通过使用这些输入，发动机控制单元40可以调控通过进气口燃料喷射器10喷射的燃料与直接喷射到汽缸30中相比的燃料之比，以及其他喷射特性。例如，发动机控制单元40还可以调节喷射启动、喷射停止、喷射速率。在直接喷射器20的情况下，例如，可以通过管理燃料轨道压力，或者通过控制使用脉宽调制的***的脉宽，来调节喷射速率。发动机控制单元40还可以控制气门正时，从而允许进气口燃料喷射通过打开的进气门进行喷射，其中，将PFI燃料作为液滴而不是作为通过热气门蒸发的气体引入汽缸。可以将所有这些各种动作称为“喷射器操作”。
图3示出了图2的发动机***，增加了测量发动机操作和/或排放的发动机性能传感器60。发动机性能传感器60可以为，例如，爆震传感器、点火不良传感器、排气传感器或者这三种传感器的任何组合。来自爆震传感器的信息可以用于减少随转矩增加而进气口燃料喷射的相对燃料量，以便防止爆震。在一些实施例中，排气传感器可以实时或者近乎实时地监测颗粒排放。排气传感器可以确定颗粒的数量或者颗粒的质量数。排气传感器可以是静电的（测量电荷）、光学的（计算颗粒或者光学信号的消失）或者是基于质量的（其中，颗粒质量的存在改变了测量值，诸如***的共振频率）。该发动机***可以基于来自这些发动机性能传感器60的信息来调控喷射操作。由此，在图2的实施例使用查找表或者方程式来估计发动机性能的同时，该实施例可以使用来自发动机性能传感器60的信息。
图4示出了与图3相似的控制***的示意图，该控制***控制进气口燃料喷射的燃料量与直接喷射的燃料量之比。发动机控制单元40可以接收有关发动机工况和发动机性能的信息。发动机控制单元40还控制火花延迟70的量，该火花延迟70用于实现进气口喷射的更大相对燃料量。通过使用该信息，在某些时候，诸如在冷启动或者热重启期间，进气口喷射的燃料量与直接喷射的燃料量之比可以大于在相同发动机转矩值和速度下在驱动循环中的其他时间所使用的比。可以增加火花延迟，以防止可在其他方面发生的爆震。通过最大火花延迟量来确定进气口燃料喷射与直接喷射的最大比，该最大火花延迟量可以被使用而没有不可接受的发动机效率和性能降低。可以在这些时候使用火花延迟（由此导致效率降低），以在驱动循环期间大大减少颗粒排放，而仅对发动机效率造成极小的影响。在冷启动或者热重启期间的大的火花延迟可以具有快速的发动机和催化加热的附加优点（这是由于发动机效率较低）。可以限制火花延迟的量，从而使发动机效率和性能不低于所选值。图4的发动机控制单元40还控制喷射器操作，如上所述。
图5示出了在图2中示出发动机***，其具有进气口燃料喷射器10和直接喷射器20。在该实施例中，附加的喷射器或者喷射器组（未示出），称为上游喷射器，设置在增压器80的压缩机叶片的上游，该增压器80可以是涡轮增压器或者升压器。从涡轮增压器80的上游引入进气口燃料喷射的燃料可以是有利的。叶片的高速度在空气/燃料混合物中引发强湍流，并且使冲击的液体燃料***，从而促进燃料的雾化。由于需要单个喷射器，因此从涡轮增压器80的上游进行喷射的一个优点在于减少了喷射器的数量。为了提高空气/燃料比，可以对引入每个汽缸30中的燃料进行调节。可以将一个或多个涡轮增压器80上游的单个喷射器与向汽缸的进气门提供燃料的附加进气口燃料喷射器10进行组合。即使在当压缩机叶片旋转得不是十分快速的情况下，仍有足够的表面允许燃料在瞬态期间蒸发，这可允许足够的燃料蒸气进入汽缸30中。 剩余的燃料将沉积在歧管15壁上，并且稍后将在发动机操作中蒸发。由此，在增压器80中的压缩机和燃料喷射器作为化油器操作，从而允许用于控制颗粒排放的发动机操作的控制灵活性的增加。该构型的优点为快速而有效的蒸发燃料，从而允许喷射通过歧管的燃料处于气相中。除了在汽缸中形成更小的颗粒物质之外，还可以减少碳氢化合物排放，尤其是在冷启动期间和在瞬态期间的碳氢化合物排放。由此，在该实施例中，发动机控制单元40可以控制直接喷射器20、进气口燃料喷射器10以及附加的上游喷射器的喷射器操作。
图6示出了图3的发动机***，其具有进气口燃料喷射器10和直接喷射器20，其中，使用可变气门正时90，以在颗粒产生增加的情况下，允许由进气口燃料喷射提供的燃料成分更高。在该实施例中，发动机控制单元40可以采用可变气门正时来补偿直接喷射的燃料的减少。例如，在某些时候，使用直接喷射的燃料可能导致过多的颗粒排放。在这些时候，使用可变气门正时90，而不是使用规定量的直接喷射的燃料，来确保无爆震操作。例如，可以通过适当选择气门正时，利用增加的用于爆震控制的残差值（value of residuals）来操作发动机。
这些附图示出了，可以采用的传感器50、60来监测发动机工况和/或发动机性能。在实施例中可以使用一个或者多个这些类型的传感器。另外，这些附图示出了各种补偿技术，这些补偿技术用于允许使用可在其他方面导致爆震的进气口喷射的燃料量。这些补偿技术包括但不限于气门正时、喷射器正时、上游喷射器以及火花正时。虽然每张图均显示了使用这些补偿技术中的仅仅一种，但是应当注意的是，在单个实施例中可以使用多于一个的补偿技术。例如，在一些构型中可以同时采用火花正时和气门正时。因此，不应将附图理解为使本公开局限于那些特定构型。更确切地说，这些附图仅仅示出了可以使用的各种部件。
补偿技术
以上描述公开了各种补偿技术，诸如火花正时和可变气门正时。然而，也可以使用其他补偿技术。
除了使用可变气门正时之外，按需停缸的使用还可以与两个喷射器结合而使用。在较低负载下的瞬态期间，可以使一些汽缸暂停（deactivated）。如果排气门未打开或者仅部分地或者在短时间内打开，那么，在接下来的循环期间，在汽缸中的高压、热气可以有助于使在该汽缸中的进气口燃料喷射的燃料蒸发。当进气门在排气受限的循环之后打开时，高压、受热的空气进入歧管并且有助于使在歧管中的以及在气门上的汽油蒸发。可以在该汽缸中重复该过程，并且可以将该过程设置为使其还可以按照交错的方式发生在其他汽缸中。
按照相同的方式，可能存在具有受限的气门开度、具有受限的进气口燃料摄入的循环，该循环经历压缩、做功冲程、排气循环而不点火且不打开进气门或者排气门。在下一个进气门打开中，从汽缸离开的空气是热的并且可以使在气门或者歧管中的燃料蒸发。如果在所有汽缸中都完成了该过程，则发动机实际上仅在约半个循环处点火。替代地，在接下来的循环中，可以使用直接喷射，来喷射到热汽缸充量（cylinder charge）中，从而促进液滴蒸发并且最大限度地减少潜在的壁润湿和颗粒物质的产生。
如下可以使用的另一种补偿技术。可以调节直接喷射的燃料的压力，诸如，通过调节在公共燃料轨道中的压力。这用于最大限度地减少对燃烧腔壁（汽缸壁、活塞和气门）的碰撞，尤其是在瞬态工况和冷启动下。如果难以管理压力，可以用于避免喷射使壁润湿的非常快速的液滴的策略是使用直接喷射器的PWM（脉宽调制）。喷射器在打开和关闭期间具有瞬态，这些瞬态可以用于修改燃料喷射工况，即使是在恒定的轨道燃料压力下。通过PWM燃料控制允许的短脉冲，可以喷射短的燃料喷雾，这些喷雾修改了与汽缸中的气体互相作用的射流，例如，通过防止这些射流到达远的壁。虽然雾化可能不太好，但是，通过使用多脉冲，并且，特别是通过由喷射器的瞬态行为控制的短脉冲，可以减少颗粒物质的产生。由于产生PM的时间持续很短，所以，可以防止喷射器由于加热电磁气门、压电部件或者来自直接燃料喷射器的其他部件所需的大量脉冲而过热。
另一种补偿技术包括开气门式进气口燃料喷射。当进气门打开时，燃料***可以将进气口燃料喷射用作减少颗粒的附加方法。进气门打开的进气口燃料喷射使一些燃料能够以液体的形式进入汽缸并且提供一些蒸发冷却。这可通过充量冷却来提供爆震抑制，该充量冷却可以替代通常由直接喷射提供的冷却。虽然针对给定燃料量通过充量冷却实现了较少的爆震抑制，但最终结果可以为减少颗粒形成，尤其是在瞬态期间。相同的进气口燃料喷射器可以用于常规的进气门关闭式进气口燃料喷射和开气门式进气口燃料喷射，在开气门式进气口燃料喷射中，可以提供增加的抗爆震性能。
发动机控制单元操作
除了用于确定在没有爆震的情况下可以使用多少进气口燃料喷射的信息之外，燃料管理***还可以采用附加信息和要求来控制进气口喷射的燃料和直接喷射的燃料的相对量。这可以包括有关冷启动的信息（诸如，发动机温度）以及确定何时可使用分层喷射的信息。可以通过确定颗粒质量和数量的传感器，来提供用于控制直接喷射的燃料与进气口喷射的燃料之比的附加信息，如上所述。
控制***结合避免爆震的要求来使用一些或者所有该信息，以确定在给定的转矩值和速度下使用的进气口燃料喷射与直接喷射之比。取决于主要目标是减少发动机颗粒质量还是减少发动机颗粒数量，该比可以是不同的。还可以在颗粒物质和碳氢化合物排放之间进行权衡。除了燃烧信息之外，有关燃料性质的信息也可以用于调节直接喷射的燃料与进气口喷射的燃料之比。如果燃料具有大量饱和碳氢化合物或者含氧化合物（醇类），那么可以对直接喷射的燃料与进气口燃料喷射的燃料之比进行调节，以提供最佳的排放。可以通过车辆的过去史来确定燃料的性质。例如，当燃料含有很大成分的醇类时，与具有相同燃料的进气口燃料喷射的情况相比较，可以使用燃料的直接喷射，来同时降低碳氢化合物排放和颗粒排放，该进气口燃料喷射在冷启动和热重启期间产生少量的颗粒物质但却产生大量的碳氢化合物蒸气。
另外，如上面所描述的，可以采用使用了颗粒质量和数量测量的闭环控制。燃料管理***可以控制通过进气口燃料喷射引入的燃料成分，以便最大限度地降低颗粒质量或者数量或者颗粒质量和数量这两者的一些组合。
输入至控制***的参数可以包括发动机温度、点火后的时间、发动机燃料变化率、发动机速度变化率、转矩变化率、发动机速度和发动机转矩、燃料组成。控制***还可以考虑是否使用分层直接喷射。
这些各种实施例，诸如在图1至图6中所示出的，可以用于降低在各种临界时间期间的颗粒排放。已知颗粒排放过多的一些时候是发动机冷启动和发动机停机。由此，本文所描述的发动机控制单元可以用于调节发动机操作工况，诸如，当颗粒排放可以为高的时候，控制***将调节进气口燃料喷射的燃料与直接喷射的燃料之比，以便使用比不用考虑颗粒排放时将使用的进气口喷射的燃料成分更大的进气口喷射的燃料成分。
冷启动
例如，当在冷启动期间在其他方面需要大量直接喷射的燃料来防止爆震的转矩值下操作发动机时，在不导致爆震的情况下，可以引入一种或多种补偿技术来减少直接喷射的燃料的相对量。
这类补偿技术中的一种是火花延迟。火花延迟的增加导致效率降低。然而，对于大多数驱动循环而言，在冷启动和其他瞬态期间利用降低的燃料效率进行的操作大体上并不影响总燃料效率。而且，在短冷启动瞬态期间的更低发动机操作效率可以具有增加发动机和后处理部件的温升（warm-up）速率的有益效果。
在冷启动期间，可以通过与用于最大限度地减少碳氢化合物产生的相似的方法来实现颗粒控制，这可导致发动机和催化剂的快速温升。由此，可以使用超出控制爆震所需的火花延迟的火花延迟、最大限度地增加残留物和汽缸中的压力的气门正时调节、以及通过直接喷射器可能喷射的少量燃料成分，来最大限度地减少在冷启动期间形成颗粒。可以通过操作***来调节进气门、排气门或者进气门和排气门两者的正时，以便最大限度地减少颗粒的产生。效果可以是调节修改了在汽缸中的压力、组成或者流量动态。在流量动态的情况下，可以通过在稳态条件期间（无论是滚流、旋流还是静流）的流量来修改流量，使得在瞬态期间产生的流量最大限度地减小了壁润湿和颗粒的产生。在多个进气门或者多个排气门的情况下，可以单独地调节每个气门的正时，以便修改在汽缸中的流量。
用于减少在冷启动期间的颗粒排放的另一种控制特征是减少所使用的直接喷射的量，以便最大限度地减少碳氢化合物蒸气排放。在冷启动周期的最初时间的发动机的燃料供给可以通过直接喷射单独进行或者主要通过直接喷射进行，并且通过进气口燃料喷射的相对燃料供给量可以随发动机和催化剂温升基于时间而增加。可以使用有关燃料组成（主要为醇类含量）的信息来调节直接喷射的燃料的量。
可通过在使用直接喷射以通过精确喷射接近化学计量燃烧所需的燃料量来实现更好的燃料控制的益处和空气燃料混合物的更不均匀的损害之间的权衡，来确定基于时间而增加的进气口喷射的作用。进气口燃料喷射引起了混合物的均匀性的改善，同时使对燃料喷射的控制较不精确，这是因为燃料运输是通过接近一个或多个进气门建立的膜而发生的。可基于在已经点燃燃料之后的时间，对进气口燃料喷射和直接燃料喷射的相对量进行优化，以便最大限度地减少颗粒排放。当需要时，可以通过增加火花延迟而允许进气口燃料喷射的更大的相对量，来促进该优化。
在这些时间，使用多个点和多种形式将燃料引入汽缸是有用的。例如，在冷启动操作期间，为了对燃料进行精密计量，针对在启动期间的几个循环，控制***可以要求直接喷射，随后，增加可以减少颗粒排放的进气口燃料的使用。可以使用来自直接喷射器的多个喷射，以最大限度地减少颗粒的产生。
发动机停机
还可以在发动机停机期间采用进气口燃料喷射和直接喷射的优化组合。在不使用进气口喷射的发动机停机之后的几个循环的操作可以减少在气门处的膜，并且减少在接近进气门的池（puddle）中的燃料量，用于随后的启动。
其他瞬态
上述控制方法也可以适用于在剩余的驱动循环期间的特定瞬态工况。
该策略也可以用于在具有直接喷射式火花点火发动机的车辆中进行瞬态操作，该直接喷射式火花点火发动机使用发动机停机和重启来提高效率；在车辆加速和空转期间使用该停止-启动操作，通过在发动机操作非常低效时不使用该发动机来提高效率。该策略也可以用于具有全混合动力***的车辆。
除了在冷启动和发动机停机时使用之外，上文所讨论的优化的进气口燃料喷射-直接喷射***对于在发动机速度或者转矩存在快速变化的特定瞬态下的操作也可能是有用的。在高发动机速度下，这可能是尤为重要。在高发动机速度下，虽然在汽缸中存在的湍流增加，但是由于时间缩短了，所以存在混合物形成的问题。因为混合物形成问题导致颗粒排放，所以应该最大限度地减少直接喷射。然而，由于高速操作通常与温度增加相关联，所以通过增加在这些工况下发生的颗粒物质氧化，可以减少此需要。
其他技术
虽然直接喷射对于控制在冷启动和其他瞬态期间的碳氢化合物蒸气排放有用，但是可以按照常规方法来控制这些排放。相反，颗粒排放，如果没有通过燃料管理得到充分减少，可以要求使用汽油颗粒过滤器（GPF），这可以导致明显额外的复杂度和成本。由此，对于控制***而言，可能更具吸引力的是改变进气口喷射的燃料和直接喷射的燃料的相对量，以便以更多碳氢化合物排放为代价减少颗粒排放。
燃料供给***技术的进步可以使喷射到每个汽缸中的燃料的控制成为可能。由此，可以单独地控制每个汽缸的燃料喷射条件，而不是命令所有喷射器引入相同的燃料量以及相同的喷射器正时和其他条件。已知的是，不同汽缸的性能有所不同，并且计算机现在可以单独地控制每个汽缸。例如，可以以与其他汽缸不同的化学计量来运行一些汽缸，而空气/燃料混合物的总化学计量是正确的。还可以在瞬态期间，诸如在冷启动或者硬加速期间，临时改变总化学计量。
另一种选择是在冷启动和瞬态期间使用不同的燃料，如果车上可得到。可以使用可易于蒸发的燃料（具有高蒸气压力（诸如，醇）和低蒸发热的燃料、或者具有低蒸发温度的燃料、或者具有几乎饱和的碳键的燃料），来最大限度地减少颗粒产生。在这些情况下，可以使用易于蒸发的燃料或者具有低造烟倾向的燃料（诸如，甲醇或者乙醇），以最大限度地减少颗粒物质。虽然甲醇和乙醇都具有较高的蒸发热，但是它们都具有较低的造烟倾向，并且它们都具有高蒸气压力。易于蒸发的燃料或者具有低造烟倾向的燃料可以通过外部机构提供到单独的容器（例如，外部装填），或者可以在车上从作为汽油和醇的混合物的单个燃料分离并且储存在单独的容器中。由于仅需要少量燃料，所以燃料箱的大小和/或车载分离***的能力可以较小。
根据与汽油混合的醇（乙醇或者甲醇）（如果存在）的量，进气口燃料喷射的燃料量与直接喷射的燃料量之比可以有所不同。使用醇可以减少颗粒质量和数量，由此减少了为减少颗粒排放所需的进气口燃料喷射的相对量。当醇与汽油混合或者在与汽油的混合物中的醇的相对量增加时，可以降低进气口燃料喷射的相对量。
已经描述的实施例可以与增压式发动机或者与不使用压力增压的直接喷射发动机一起使用。这些实施例也可以与利用具有或者不具有EGR的大体上化学计量的燃料空气比而操作的发动机一起使用；并且可以与利用富含或者缺少燃料空气混合物而操作的发动机一起使用。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于火花点火发动机的燃料管理***，所述燃料管理***通过直接喷射将燃料引入至少一个发动机汽缸中，并且还使用进气口喷射，以及其中，在驱动循环的特定部分期间，所述燃料管理***通过增加进气口燃料喷射的燃料的成分并且通过降低发动机效率来减少颗粒排放，以及其中，所述燃料管理***将所述发动机效率维持在所选值之上。
2.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，降低所述发动机性能，并且所述燃料管理***将所述性能维持在所选值之上。
3.根据权利要求1或2所述的燃料管理***，其中，所述燃料管理***利用来自检测点火不良的传感器的信息，来控制进气口燃料喷射的燃料的成分。
4.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，所述燃料管理***增加通过进气口燃料喷射提供的燃料的成分来减少颗粒排放，以便最大限度地减少在驱动循环期间的总效率降低。
5.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，在给定转矩和速度下，相对于在所述驱动循环中的其他时间使用的成分，进气口燃料喷射的成分增加发生在所述驱动循环的仅仅一小部分期间。
6.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，在所述驱动循环的一部分期间，不使用直接喷射。
7.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，所述燃料管理***利用查找表。
8.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，对燃料喷射的燃料的成分进行控制，以便减少颗粒排放并且增加碳氢化合物排放。
9.根据权利要求1或8所述的燃料管理***，其中，对进气口燃料喷射的燃料的成分进行控制，以便避免需要使用汽油颗粒过滤器。
10.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，可以使用增加通过进气口燃料喷射提供的燃料的成分来减少颗粒质量和颗粒数量，以及其中，取决于主要的颗粒减少目的是减少颗粒质量还是颗粒数量，来调节直接喷射的燃料与进气口燃料喷射的燃料之间的比率。
11.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，在冷启动期间，所述燃料管理***增加通过进气口燃料喷射提供的燃料的成分并且降低发动机效率。
12.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，在热重启期间，所述燃料管理***增加通过进气口燃料喷射提供的燃料的成分并且降低发动机效率。
13.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，在瞬态期间，所述燃料管理***增加通过进气口燃料喷射提供的燃料的成分并且降低效率。
14.根据权利要求1所述的燃料管理***，其中，通过关闭气门的进气口燃料喷射将汽油引入到汽缸中。
15.根据权利要求14所述的燃料管理***，其中，还使用开启气门的进气口燃料喷射来减少颗粒排放。
16.根据权利要求14所述的燃料管理***，其中，在所述驱动循环的一部分期间，使用所述开启气门的进气口燃料喷射来提供可在其他方面通过直接喷射提供的蒸发冷却。
17.根据权利要求15所述的燃料管理***，其中，针对关闭气门的和开启气门的进气口燃料喷射采用相同的燃料喷射器。
18.一种用于火花点火的燃料管理***，所述燃料管理***在所述驱动循环期间使用进气口燃料喷射和直接喷射；以及其中，在冷启动期间，相对于在所述驱动循环中的其他部分，限制通过至少一个汽缸的排气门的气体流量，以便减少颗粒排放。
19.根据权利要求18所述的燃料管理***，其中，所述发动机以汽油为燃料，以及其中，所述限制通过所述排气门的气体流量产生来自所述至少一个汽缸的热气体流量，所述热气体流量使在所述歧管中和/或在所述气门上的燃料蒸发。
20.根据权利要求19所述的燃料管理***，其中，在发动机循环中，在所述至少一个汽缸中不使用点火，并且，通过来自所述至少一个发动机汽缸的所述热空气使在所述歧管和/或在所述气门中的燃料蒸发以便减少颗粒排放。
21.根据权利要求19所述的燃料管理***，其中，在其他汽缸中，以交错的方式，执行使在所述歧管中和/或在所述气门上的燃料的所述蒸发。
22.根据权利要求18所述的燃料管理***，其中，残留在所述至少一个汽缸中的热气体影响直接喷射到所述汽缸中的燃料，以便减少颗粒产生。
23.一种用于火花点火发动机的燃料管理***，所述燃料管理***采用直接喷射，其中，所述发动机以汽油为燃料，以及其中，采用关闭气门的进气口燃料喷射；以及其中，在特定转矩值下，需要通过提供蒸发冷却的燃料供给***来引入汽油，以防止如果所述发动机单独地利用关闭气门的进气口燃料喷射供给燃料可在其他方面发生的爆震；以及其中，使用开启气门的进气口燃料喷射，以便相对于使用直接喷射来提供所述蒸发冷却产生的颗粒排放，而减少颗粒排放。
24.根据权利要求23所述的燃料管理***，其中，在发动机速度或转矩快速变化期间，采用增加的火花延迟，以便减少颗粒排放。
25.根据权利要求23所述的燃料管理***，其中，可以使用相同的喷射器来提供关闭气门和开启气门的进气口燃料喷射。

Claims (35)

1. 一种涡轮增压直喷式火花点火发动机，其中，燃料通过直接喷射且还通过引入歧管而引入汽缸，以及其中，在给定时间同时利用喷射到所述歧管中和直接喷射、单独利用歧管喷射或者单独利用直接喷射来操作所述发动机；以及其中，降低引入所述歧管的所述燃料的成分，从而当增加转矩时不发生爆震；以及其中，改变在给定转矩值和速度下引入所述歧管的所述燃料的成分，从而减少在各种发动机操作工况下的颗粒排放。
2. 根据权利要求1所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，在冷启动或者在其他瞬态工况下，通过进气口燃料喷射引入所述歧管的所述燃料成分大于在相同转矩值和速度下在所述驱动循环中的其他时间引入的燃料成分。
3. 根据权利要求2所述的涡轮增压直接发动机，其中，增加火花延迟以防止在其他方面可发生的爆震。
4. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，限制所使用的火花延迟量，从而使发动机效率或者性能不会退化低于所选值。
5. 根据权利要求1所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，在冷启动期间，在点火时以及紧接着在点火后首先单独使用直接喷射，然后在所述冷启动周期期间使用直接喷射和进气口喷射的组合。
6. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，进气口喷射的相对燃料量由燃料管理控制***确定，所述燃料管理控制***使用有关影响所产生的颗粒的质量和数量的参数的信息。
7. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述燃料管理控制***使用有关发动机温度的信息。
8. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述燃料管理控制***使用有关自点燃在所述发动机中的所述燃料以来已经过去的时间的信息。
9. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述燃料管理控制***使用有关在所述歧管中的燃料池的信息。
10. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述燃料管理控制***使用有关发动机转矩或者速度的变化率的信息。
11. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述燃料管理控制***使用有关在闭环控制***中的颗粒排放的信息。
12. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机***，其中，所述发动机以汽油为燃料。
13. 根据权利要求2所述的涡轮增压直喷式发动机***，其中，所述发动机以醇类汽油混合物为燃料。
14. 根据权利要求1和2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，当所述汽油与醇类混合或者与汽油混合的醇类量增加时，进气口燃料喷射的相对量降低。
15. 根据权利要求1和2所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述燃料管理***使用开环控制。
16. 一种用于涡轮增压直喷式发动机的燃料管理***，所述燃料管理***在防止随着转矩增加发生爆震的同时，使用不同成分的燃料的进气口燃料的引入来减少颗粒排放；以及其中，在给定的转矩值和速度下引入的燃料成分随着影响颗粒排放的发动机工况参数而改变。
17. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，增加火花延迟，以便在所述冷启动周期中的某个时间期间通过进气口燃料喷射能够实现更高的燃料引入成分，以及其中，通过进气口燃料喷射的更大成分的燃料来减少颗粒排放。
18. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，调节气门正时（进气门正时和排气门正时），以便，诸如通过对引入的流量进行壁润湿，使得能够实现最大限度地减少颗粒形成的组成（诸如，增加的残留物）或者流量，并且增加在一个或多个进气门打开之后通过进气歧管从所述发动机流出的气体的气体温度。
19. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，增加火花延迟，以便在快速加速期间能够实现进气口喷射与直接喷射的更高比，以及其中，通过进气口燃料喷射的更大相对量减少颗粒排放。
20. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，所述发动机以汽油为燃料或者以具有更低蒸发热的燃料为燃料。
21. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，控制***使用有关发动机工况、爆震和颗粒排放的信息，来控制进气口燃料喷射的燃料与直接喷射的燃料之比。
22. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，使用发动机停机和重启来提高增加效率，以及其中，所述燃料管理***改变直接喷射的燃料与进气口喷射的燃料的相对量，以便减少颗粒排放。
23. 根据权利要求22所述的燃料管理***，其中，增加火花延迟，以便在不发生爆震的情况下实现进气口燃料喷射的更大相对量。
24. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，对进气口燃料喷射的燃料的成分进行优化，以最大限度地减少颗粒质量。
25. 根据权利要求16所述的所述燃料管理***，其中，对进气口燃料喷射的燃料的成分进行优化，以最大限度地减少颗粒数量。
26. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，在冷启动期间，最初单独使用直接喷射，然后使用进气口喷射和直接喷射的组合。
27. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，针对前几个循环单独使用直接喷射，然后使用进气口喷射和直接喷射的组合。
28. 根据权利要求16所述的燃料管理***，其中，按照大体上化学计量燃料空气比来操作所述发动机。
29. 根据权利要求16所述的燃料管理***，采用开启气门的进气口燃料喷射。
30. 根据权利要求16和29所述的燃料管理***，其中，在所述涡轮增压器的上游引入进气口喷射的燃料。
31. 一种涡轮增压直喷式火花点火发动机，其中，燃料通过直接喷射并且还通过引入歧管而引入汽缸，以及其中，在给定时间同时利用喷射到所述歧管中和直接喷射、单独利用歧管喷射或者单独利用直接喷射来操作所述发动机，所述发动机包括燃料管理***，所述燃料管理***监测发动机工况并且采用补偿技术来增加进气口喷射的燃料量直至可在其他方面发生爆震的水平，以便减少颗粒排放。
32. 根据权利要求31所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述补偿技术包括增加的火花延迟。
33. 根据权利要求31所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述补偿技术包括可变气门正时。
34. 根据权利要求31所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述补偿技术包括开启气门的进气口喷射。
35. 根据权利要求31所述的涡轮增压直喷式发动机，其中，所述补偿技术包括在所述涡轮增压器上游的区域中的进气口喷射。
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