减轻汽油燃料内燃机直接喷射器沉积物形成的方法和系统.pdf

本发明涉及减轻汽油燃料内燃机直接喷射器沉积物形成的方法和系统，公开了一种在既具有进气道喷射器也具有直接喷射器向发动机汽缸提供燃料的内燃发动机中避免沉积物形成于直接喷射器喷嘴之上和/或其中的方法。该喷嘴温度是估测的。当所述喷嘴温度超过沉积物形成时的阈值温度时，由直接喷射器输送的燃料量增加。

1.  一种运行既具有进气道喷射器也具有直接喷射器向发动机汽缸提供燃料的内燃发动机的方法，该方法包含：
确定直接喷射器喷嘴温度的估测；以及
当所述估测的喷嘴温度超出阈值温度时增加直接喷射器输送的燃料。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直接喷射器在所述确定喷嘴温度之前基本上不提供燃料。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阈值温度为发生燃料结碳时的喷射器喷嘴温度。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定喷嘴温度之前，燃料由进气道喷射器提供给发动机，该方法进一步包含：当所述估测的喷嘴温度超过所述阈值温度时指令进气道喷射器脉宽为零。

5.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定喷嘴温度基于测量喷射器温度。

6.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定喷嘴温度基于使用发动机冷却剂温度、发动机转速以及发动机扭矩中的至少一个作为输入的模型。

7.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定喷嘴温度是基于使用车辆速度、自直接喷射器被最后指令脉宽起的时间以及周围温度中的至少一个作为输入的模型。

8.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增加由直接喷射器输送的燃料考虑了发动机进气道壁上的燃料存留以便向发动机燃烧室提供所需的空燃比。

9.  一种运行既具有进气道喷射器也具有直接喷射器向发动机汽缸提供燃料的内燃发动机的方法，该方法包含：
当直接喷射器喷嘴温度低于阈值温度时以正常发动机运行模式运行；
当直接喷射器喷嘴温度高于所述阈值温度时中断所述正常发动机运行模式。

10.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述中断包含增加直接喷射器输送的燃料以及减少进气道喷射器输送的燃料。

11.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述中断之前和所述中断之后供给发动机燃烧室的燃料量基本上不变。

12.  根据权利要求10所述的方法，其特征在于，增加直接喷射器脉宽的指令与减少进气道喷射器脉宽的指令相互配合以便向发动机燃烧室提供所需的空燃比。

13.  根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述所需的空燃比为化学计量空燃比。

减轻汽油燃料内燃机直接喷射器沉积物形成的方法和系统
技术领域
沉积物可形成于位于汽油燃料发动机的燃烧室内的喷射器的上面和内部。本发明涉及减轻此类沉积物的形成。
背景技术
汽油燃料发动机的直接喷射(DI)通过提供充气冷却从而适度提高了压缩比，体现了燃料经济性的益处。然而直接喷射的缺点是相比于进气道喷射，可用于发生燃料喷射的时间较少。就是说，对于进气道喷射发动机而言，燃料喷射脉宽几乎可以覆盖720度曲轴转角时长。在进气门关闭的时期在进气道中喷射的燃料在下一个进气冲程中引入。然而，DI并不如此灵活。例如，参与燃烧事件的燃料不能在排气流出汽缸的时期注入。而且在进气冲程和压缩冲程中，由于喷射正时影响火花点火时得到的均质性因而对燃料喷射有混合限制。由于DI正时的限制，对于DI而言获得最低燃料输送和最高燃料输送所需求的适当燃料量是一个挑战。就是说，由于DI为满足最高喷射需求的喷射脉宽上的限制导致最低喷射需求的脉宽处于喷射器的非线性范围，意味着脉冲至脉冲燃料输送量的高度可变性。
为了克服这些问题，已知可一起采用进气道喷射器和直接喷射器。这可通过在连通至汽缸的进气歧管上游采用中央喷射器(或多路喷射器)实现或通过在每个汽缸的进气道内采用进气道喷射器实现。对于最低燃料需求，进气道喷射器可单独使用。对于较高燃料需求，直接喷射器可单独使用。这在直接喷射器的设计中作了较小妥协，因为其不再被要求在最低燃料需求时的各个喷射中提供可重复量的燃料。
在没有燃料通过直接喷射器的期间，喷射器不再通过燃料流冷却。在喷射器喷嘴截留的燃料可变得非常热且发生导致沉积物的形成的化学反应。这些沉积物可出现在喷射器喷嘴内从而有效地减小喷射器喷孔(或多个喷孔，取决于喷射器具有一个还是多个孔)的截面积。另外，沉积物可形成于喷嘴的外部表面，对于减小喷射器喷孔的有效截面积和/或干扰喷射器喷射路径也有影响。
美国专利US 6,988,490的发明人已经认识到该问题并提出了增加直接喷射器的喷嘴温度使得积累的沉积物周期性燃烧。本发明的发明人已经认识到该解决方案的数个问题。首先，该方案仅能够去除形成于喷射器的外部表面上的积累的沉积物--即与氧气接触从而可被燃烧掉的沉积物。形成于喷射器喷孔内的沉积物形成于喷射器的内部区域，接触氧气有限，在清除操作中经历甚至更高的温度可能使其恶化。其次，取决于发动机的运行情况，需要增加喷射器喷嘴温度会导致燃料经济性降低。
发明内容
本发明的发明人认识到与一旦沉积物形成便将其燃烧掉(的方法)相比，防止沉积物的形成的方法是有利的。为减轻沉积物的形成，保持喷射器喷嘴的温度低于阈值温度，这样位于喷嘴处的燃料足够冷从而使导致沉积物形成的反应不再发生。
本发明公开了一种使既具有进气道喷射器也具有直接喷射器向发动机汽缸提供燃料的内燃发动机运行的方法，其中确定了直接喷射器喷嘴温度的估测。如果喷嘴温度超出阈值温度，直接喷射器输送的燃料增加且进气道喷射器输送的燃料减少。通过提供更多通过直接喷射器的燃料，直接喷射器通过流过其中的燃料冷却。在一个实施例中，增加直接喷射器脉宽的指令与减少进气道喷射器脉宽的指令相互配合以便向发动机燃烧室提供所需的空燃比。
在另一个实施例中，增加由直接喷射器输送的燃料考虑了发动机进气道壁上的燃料存留以便向发动机燃烧室提供所需的空燃比。
在一个实施例中，基于喷射器喷嘴附近测量的温度估测喷嘴温度。可替代地，喷嘴温度基于以下一个或多个建模：发动机冷却剂温度、发动机转速、发动机扭矩、车辆速度、自直接喷射器被最后指令脉宽起的时间以及周围温度。
本发明还公开了一种使既具有进气道喷射器也具有直接喷射器向发动机汽缸提供燃料的内燃发动机运行的方法，其中当直接喷射器喷嘴温度低于阈值温度时发动机根据正常运行模式运行，当直接喷射器喷嘴温度高于阈值温度时正常发动机运行模式中断。正常发动机运行模式的中断包括增加直接喷射器输送的燃料以及减少进气道喷射器输送的燃料。
根据本发明的另一方面，提供一种用于内燃发动机的燃料喷射系统。燃料喷射系统包含适于在发动机燃烧室上游位置向发动机提供燃料的进气道喷射器；适于向所述发动机燃烧室提供燃料的直接喷射器；以及电连接于所述发动机、所述进气道喷射器和所述直接喷射器的电子控制单元，所述电子控制单元确定直接喷射器喷嘴的温度，所述电子控制单元当所述喷嘴温度超过阈值温度时进一步指令增加所述直接喷射器的脉宽。
此处描述的优点通过阅读实施例的例子可更充分地理解，该例中有效地使用了如具体实施方式所述的本发明，并参考了如下附图。
附图说明
图1为具有进气道喷射(PI)和DI的两种喷射器的发动机示意图。
图2为发动机的扭矩和发动机每分钟转速(RPM)的运行图，显示了正常发动机运行模式的例子。
图3为指示本发明的实施例的流程图，其中直接喷射器喷嘴温度保持低于阈值温度。
具体实施方式
在图1中通过例子展示了一种4汽缸内燃发动机10。通过进气歧管12为发动机10供应空气，并通过排气歧管14排出用过的气体。进气歧管12上游的进气管包含节气门32，当驱动时该节气门32控制至发动机10的空气流量。安装于进气歧管12内的传感器34和36分别测量空气温度和质量空气流量(MAF)。位于进气歧管12中节气门32下游的传感器31为歧管绝对压力(MAP)传感器。部分关闭的节气门32导致进气歧管12中的压力相比于节气门32的上游侧压力降低。当进气歧管12中存在压力降低时，导致排气流过排气再循环(EGR)管19，EGR管19连接排气歧管14至进气歧管12。在EGR管19内有EGR阀18，其被驱动用于控制EGR流。燃料由燃料喷射器30直接喷射入汽缸16供给发动机10，并且进气道喷射器26将燃料供入进气歧管12。发动机10的每一个汽缸16均包含火花塞28。发动机10的曲轴(未显示)连接于齿轮20。位于接近齿轮20的传感器22检测发动机10的转动。可替代使用其他检测曲轴位置的方法。
在一个实施例中，发动机通过在发动机进气道中的压缩机58增压。通过增加供给发动机10的空气的密度，在同等当量比下可提供更多的燃料。通过如此操作，发动机10产生更多动力。压缩机58可为增压器，其通常与发动机分离。另一方法为，压缩机58通过轴与安置在发动机排气道内的涡轮56相连接。如图1中所示，涡轮56为可变截面涡轮，然而在替代实施例中，其可为非可变装置。在另一实施例中，发动机为自然吸气式的，在该实施例中省略了部件56和58。涡轮56的下游为三元催化器66。三元催化器66可替代地位于涡轮56的上游以获得更快的起燃。可替代地，催化器66为具有在稀当量比下减少NOx能力的稀NOx捕集器或稀NOx催化器。
继续参考图1，采用电子控制单元(ECU)40来控制发动机10。ECU 40具有与存储管理单元(MMU)48通信，称为中央处理单元(CPU)的微处理器46。MMU 48控制数据在多个计算机可读存储介质中的移动，以及将数据传入和传出CPU 46。计算机可读存储介质优选地包括例如只读存储器(ROM)50、随机存取存储器(RAM)54以及保活存储器(KAM)52中的易失性和非易失性存储器。KAM 52可用于当CPU 46停电时存储各种操作变量。计算机可读存储介质可采用任何数量的已知存储装置例如PROM(可编程只读存储器)，EPROM(电PROM)，EEPROM(电可擦写PROM)，闪存或任何其他能够存储数据的电、磁、光或其结合的存储装置，其中一些带有可执行指令供CPU 46用于控制发动机或内装有发动机的车辆。计算机可读存储介质还可包括软盘、CD-ROM、硬盘等等。CPU 46通过输入/输出(I/O)接口44与各种传感器和驱动器通讯。由CPU 46通过输入/输出(I/O)接口44控制驱动的对象例子有燃料喷射正时、燃料喷射率、燃料喷射持续时间、节气门32位置、火花塞28正时、EGR阀18。其他各种传感器42(例如湿度传感器、发动机汽缸体加速度计、直列式扭矩传感器、汽缸压力传感器、电离传感器等作为例子)以及特殊传感器(发动机转速传感器22、发动机冷却剂传感器38、歧管绝对压力传感器31、排气成分传感器24、空气温度传感器34以及质量空气流量传感器36)通过I/O接口44传送输入并可指示发动机转速、车辆速度、冷却剂温度、歧管压力、踏板位置、汽缸压力、节气门位置、空气温度、排气温度、排气化学计量比、排气成分浓度以及空气流量。一些ECU 40体系结构不包含MMU 48。如果没有采用MMU48，CPU 46管理数据并直接与ROM 50、RAM 54以及KAM 52连接。当然，根据具体应用，本发明可使用不止一个CPU 46来控制发动机，且ECU 40可包含多个连接于MMU 48或CPU46的ROM 50、RAM 54以及KAM 52。
在图2中，展示了运行图的一个实施例，其中标为WOT(全开节气门)的上面的曲线显示了发动机在转速范围内可产生的最大扭矩。在最低转速和扭矩条件下，仅使用PI。在中等转速和扭矩条件下，使用DI和PI。在最高的转速和/或扭矩下，使用DI。图2为通过例子展示而决非意味限制。它只是正常发动机运行模式的一个例子。可采用各种策略作为正常发动机运行模式，这些策略并非本发明的主题。
图3中，根据在步骤82中的正常发动机运行模式，发动机运行在步骤80处开始。控制来到步骤84，其中喷射器喷嘴温度是基于测量温度估测的和/或基于运行条件而建模的。在步骤86中，确定喷嘴温度是否超过阈值温度，即沉积物形成发生时的温度。如果温度超过阈值，增加DI燃料供给。如果没有，控制回到步骤82以运行于正常发动机运行模式。两种运行模式：正常模式和喷射器冷却模式(其中燃料优先通过DI喷射器供给)均返回至步骤84以继续监测喷射器喷嘴运行温度。
虽然详细描述了实施本发明的数种模式，本领域技术人员将找到实施本发明的替代设计和实施例。上述实施例意在阐释本发明，在本发明的权利要求范围内其可作修改。