用于改善高稀釋發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于改善以高水平的排氣再循環(huán)(EGR)運轉(zhuǎn)的發(fā)動機運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)和方法。該方法可以對包括向其他發(fā)動機汽缸提供外部EGR的專用EGR汽缸的發(fā)動機特別有用。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機可以EGR稀釋地運轉(zhuǎn)，以改善發(fā)動機燃料經(jīng)濟性和排放。當(dāng)?shù)桨l(fā)動機汽缸的EGR流增加時，發(fā)動機可以更少節(jié)流地運轉(zhuǎn)；然而，發(fā)動機的燃燒穩(wěn)定性可能退化。由于更緩慢地燃燒、降低的可燃性、向發(fā)動機汽缸供應(yīng)的EGR量的變化以及當(dāng)前EGR流速被確定的發(fā)動機工況的變化，發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性可能退化。例如，進氣溫度可以增加或降低，環(huán)境濕度可以增加或降低，燃料辛烷值可以變化，以及命令的EGR流速可以不精確地為產(chǎn)生的EGR流速。因此，可能希望開發(fā)一種在存在高水平稀釋的情況下即使當(dāng)工作變量可能變化時也能提供穩(wěn)定的發(fā)動機燃燒的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明人在此已經(jīng)認識到上面提到的使高稀釋的發(fā)動機運轉(zhuǎn)的缺點，并且已經(jīng)開發(fā)了一種發(fā)動機運轉(zhuǎn)方法，其包含:向一組汽缸噴射較低的氫氣濃度燃料；以及響應(yīng)于所述一組汽缸中的燃燒穩(wěn)定性小于期望的燃燒穩(wěn)定性，向一個或更多個專用EGR汽缸增加較高氫氣濃度燃料的燃料噴射量。
[0004]通過增加被噴射到向其他發(fā)動機汽缸供應(yīng)排氣的汽缸中的較高氫氣濃度燃料量，對于以較高水平的排氣稀釋運轉(zhuǎn)的發(fā)動機來說，能夠改善發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性。例如，專用EGR汽缸(例如，在沒有來自其他汽缸的排氣的情況下，引導(dǎo)其排氣流的至少一部分以向發(fā)動機汽缸提供外部EGR的汽缸)的空燃比可以富至比產(chǎn)生專用EGR汽缸的排氣中的過量氫氣而在專用EGR汽缸中燃燒的氣態(tài)空氣燃料混合物的化學(xué)計量空燃比更富的空燃比?？梢韵蚱渌l(fā)動機汽缸提供來自專用EGR汽缸的排氣，其中過量氫氣可以改善燃燒穩(wěn)定性。并且，由于向?qū)Ｓ肊GR汽缸供應(yīng)的燃料具有較高氫氣濃度，因此相比于在專用EGR汽缸中燃燒與在發(fā)動機的其余汽缸中燃燒的較低氫氣濃度燃料相同的較低氫氣濃度燃料的情況下，可以在排氣中供應(yīng)較高水平的過量氫氣。以此方式，能夠使高EGR稀釋的發(fā)動機以期望水平的燃燒穩(wěn)定性運轉(zhuǎn)。
[0005]本發(fā)明可以提供若干優(yōu)點。具體地，該方法可以改善高EGR稀釋的發(fā)動機的燃燒穩(wěn)定性。另外，該方法可以提供改善發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性的簡化的成本有效的方式。此外，該方法可以允許發(fā)動機在輕負荷與低發(fā)動機轉(zhuǎn)速下更有效和穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。
[0006]當(dāng)單獨參照以下說明書或連同結(jié)合附圖參照以下說明書時，本發(fā)明的上述優(yōu)點和其他優(yōu)點以及特征將是顯而易見的。
[0007]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述是為了以簡化的形式介紹一些概念，這些概念在【具體實施方式】中被進一步描述。這并不意味著確定所要求保護的主題的關(guān)鍵或必要特征，要求保護的主題的范圍被所附權(quán)利要求唯一限定。此外，要求保護的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0008]當(dāng)單獨或參照附圖考慮時，通過閱讀實施例的示例(在本文中也被稱為【具體實施方式】)，將會更充分地理解本文中所描述的優(yōu)點，其中:
[0009]圖1是發(fā)動機的示意圖；
[0010]圖2-4示出了可以在較高EGR流速下表現(xiàn)出改善的燃燒穩(wěn)定性的發(fā)動機的示例性變化；
[0011]圖5和6示出了用于向在圖1-4中示出的發(fā)動機供應(yīng)燃料的示例性燃料系統(tǒng)的示意圖；
[0012]圖7和8示出了用于當(dāng)使發(fā)動機以較高汽缸充氣稀釋運轉(zhuǎn)時改善發(fā)動機的燃燒穩(wěn)定性的示例性方法。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明涉及使發(fā)動機以高稀釋的汽缸混合物運轉(zhuǎn)。發(fā)動機汽缸混合物可以使用作為燃燒空氣燃料混合物的副產(chǎn)物的再循環(huán)排氣而被稀釋。再循環(huán)的排氣可以被稱為EGR。圖1-4示出了可以在較高汽缸充氣稀釋水平下運轉(zhuǎn)的示例性發(fā)動機構(gòu)造。在圖5和6中的燃料系統(tǒng)可以使發(fā)動機能夠在較高的汽缸充氣稀釋水平下運轉(zhuǎn)。圖7和8的方法可以允許發(fā)動機在較高的汽缸充氣稀釋水平下以期望水平的發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性運轉(zhuǎn)。
[0014]參照圖1，內(nèi)燃發(fā)動機10由電子發(fā)動機控制器12控制，其中發(fā)動機10包含如在圖2-4中示出的多個汽缸，在圖1中示出了多個汽缸中的一個汽缸。發(fā)動機10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36被設(shè)置在汽缸壁32中并被連接至曲軸40。飛輪97和環(huán)形齒輪99被耦連至曲軸40。啟動器96包括小齒輪軸98和小齒輪95。小齒輪軸98可以選擇性地推進小齒輪95以嚙合環(huán)形齒輪99。啟動器96可以被直接安裝到發(fā)動機的前面或發(fā)動機的后面。在一些示例中，啟動器96可以通過帶或鏈向曲軸40選擇性地供應(yīng)扭矩。在一個示例中，當(dāng)不與發(fā)動機曲軸接合時，啟動器96處于基本狀態(tài)。
[0015]燃燒室30被示為經(jīng)由各自的進氣門52和排氣門54與進氣歧管44和排氣歧管48連通。每個進氣門和排氣門可以通過進氣凸輪51和排氣凸輪53獨立地運轉(zhuǎn)。進氣門調(diào)整器85相對于曲軸40的位置提前或延遲進氣門52的相位。此外，進氣門調(diào)整器85可以增加或減小進氣門升程量。排氣門調(diào)整器83相對于曲軸40的位置提前或延遲排氣門54的相位。另外，排氣門調(diào)整器83可以增加或減小排氣門升程量。進氣凸輪51的位置可以由進氣凸輪傳感器55來確定。排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57來確定。在燃燒室30是專用EGR汽缸的一部分的情況下，可以獨立于其他發(fā)動機汽缸來調(diào)整氣門52和54的正時和/或升程量，使得可以相對于其他發(fā)動機汽缸增加或減小專用EGR汽缸的汽缸空氣充氣。以此方式，向發(fā)動機汽缸供應(yīng)的外部EGR可以超過汽缸充氣質(zhì)量的25%。外部EGR是從汽缸的排氣門栗送出來并經(jīng)由汽缸進氣門返回到汽缸的排氣。另外，通過調(diào)整那些相應(yīng)汽缸的氣門正時，可以獨立于專用EGR汽缸來調(diào)整除EGR汽缸之外的汽缸的內(nèi)部EGR量。內(nèi)部EGR是在燃燒事件之后留在汽缸中并且是汽缸中用于隨后的燃燒事件的混合物的一部分的排氣。
[0016]低氫氣濃度燃料噴射器66被示為設(shè)置為將低氫氣濃度燃料直接噴射到汽缸30內(nèi)，其是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的直接噴射?？商娲?，低氫氣濃度燃料可以被噴射至進氣道，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為進氣道噴射。低氫氣濃度燃料噴射器66向燃燒室30供應(yīng)具有相對低的氫氣原子數(shù)量的燃料(例如，汽油)。較高氫氣濃度燃料噴射器68向燃燒室30供應(yīng)具有相對高的氫氣原子數(shù)量的燃料(例如，CH4)。高氫氣濃度燃料噴射器68可以向燃燒室30供應(yīng)液體或氣體燃料。在本文中示出的一些示例性發(fā)動機構(gòu)造中，一些發(fā)動機汽缸可以僅從一個低氫氣濃度燃料噴射器66或僅從一個高氫氣濃度燃料噴射器68接收燃料。在其他示例發(fā)動機構(gòu)造中，發(fā)動機汽缸可以從兩種類型的燃料噴射器66和68接收燃料。
[0017]進氣歧管44被顯示為與可選電子節(jié)氣門62連通，電子節(jié)氣門62調(diào)整節(jié)流板64的位置，以控制從進氣裝置42到進氣歧管44的空氣流量。在一些示例中，節(jié)氣門62和節(jié)流板64可以被設(shè)置在進氣門52與進氣歧管44之間，使得節(jié)氣門62是進氣道節(jié)氣門。駕駛員要求的扭矩可以根據(jù)由加速器踏板傳感器134感測的加速器踏板130的位置來確定。當(dāng)駕駛員的足部132操作加速器踏板130時，從加速器踏板傳感器134輸出表示駕駛員要求的扭矩的電壓或電流。
[0018]響應(yīng)于控制器12，無分電器點火系統(tǒng)88經(jīng)由火花塞92向燃燒室30提供點火火花。通用或?qū)捰蚺艢庋?UEGO)傳感器126被顯示為耦接至催化轉(zhuǎn)化器70上游的排氣歧管48。可替代地，雙態(tài)排氣氧傳感器可以替代UEGO傳感器126。
[0019]在一個示例中，轉(zhuǎn)化器70可以包括多塊催化劑磚。在另一示例中，可以使用每個均具有多塊磚的多個排放控制裝置。在一個示例中，轉(zhuǎn)化器70可以是三元型催化劑。
[0020]控制器12在圖1中被示為傳統(tǒng)的微型計算機，其包括:微處理器單元102、輸入/輸出端口 104、只讀(非臨時性)存儲器106、隨機存取存儲器108、?；畲鎯ζ?10和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線?？刂破?2被示為接收來自耦接至發(fā)動機100的傳感器的各種信號，除了之前所討論的那些信號外，還包括:來自耦接至冷卻套筒114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT);來自耦接至進氣歧管44的壓力傳感器122的發(fā)動機歧管壓力(MAP)的測量值；來自感測曲軸40位置的霍爾效應(yīng)傳感器118的發(fā)動機位置傳感器；來自傳感器120的進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量的測量值；以及來自傳感器58的節(jié)氣門位置的測量值。大氣壓力也可以被感測(傳感器未示出)，以由控制器12處理。在本發(fā)明的優(yōu)選方面，發(fā)動機位置傳感器118在曲軸的每次旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的等間隔脈沖，根據(jù)其可以確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM)。
[0021]在運轉(zhuǎn)期間，發(fā)動機10內(nèi)的每個汽缸通常經(jīng)歷四個沖程循環(huán):循環(huán)包括進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。一般來說，在進氣沖程期間，排氣門54關(guān)閉，而進氣門52打開?？諝饨?jīng)由進氣歧管44引入燃燒