瞬态发动机操作控制燃料喷射减少微粒排放的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月19日提交的美国临时申请号61/434,138的权益，上述申请的公开内容全部并入文本以供参考。

技术领域

本公开内容涉及发动机控制系统并且更具体地涉及在瞬态发动机操作期间控制燃料喷射以减少微粒排放的系统和方法。

背景技术

这里提供了背景技术描述以便大体描述本公开内容的背景。在本背景技术部分所描述范围内的当前署名发明者的工作以及在提交时未作为现有技术的描述的各方面，既不明确地也不暗示地被认为是与本公开内容相抵触的现有技术。

内燃发动机通过进气系统将空气抽吸到进气歧管内，这可以通过节气门来调节。进气歧管内的空气被分配到多个汽缸且与燃料结合从而生成空气/燃料（A/F）混合物。在火花点火直接喷射（SIDI）发动机中，燃料喷射器将燃料直接喷射到汽缸内。汽缸包括压缩A/F混合物的活塞。火花塞产生火花来点燃汽缸内的被压缩A/F混合物，从而驱动活塞。活塞的运动旋转地转动曲轴并产生驱动扭矩。

发明内容

发动机的控制系统包括瞬态操作探测模块、喷射判定模块和喷射控制模块。瞬态操作探测模块探测发动机是否在瞬态操作。喷射判定模块基于燃料请求后的逝去时间以及多个发动机工作参数中的至少一个参数来进行如下所述中的至少一种：（i）将每个燃烧循环的燃料喷射次数增加到N；和（ii）调节每次燃料喷射的周期，其中N是大于或等于二的整数。喷射控制模块基于（i）每个燃烧循环的N次燃料喷射和（ii）被调节的周期中的至少一者来控制瞬态期间的燃料喷射。

用于控制发动机的方法包括：基于燃料请求后的逝去时间以及多个发动机工作参数中的至少一个参数来探测发动机是否在瞬态操作，从而进行如下所述中的至少一种：（i）将每个燃烧循环的燃料喷射次数增加到N；和（ii）调节每次燃料喷射的周期，其中N是大于或等于二的整数；以及基于（i）每个燃烧循环的N次燃料喷射和（ii）被调节的周期中的至少一者来控制瞬态期间的燃料喷射。

本发明还提供了以下技术方案。

方案1. 一种发动机的控制系统，包括：

瞬态操作探测模块，其探测所述发动机是否在瞬态操作；

喷射判定模块，其基于燃料请求之后的逝去时间以及多个发动机工作参数中的至少一个来执行以下至少一者：（i）将每个燃烧循环的燃料喷射次数增加到N；以及（ii）调节每次所述燃料喷射的周期，其中N是大于或等于二的整数；以及

喷射控制模块，其基于（i）每个燃烧循环的N次燃料喷射和（ii）被调节的周期中的至少一者来控制所述瞬态期间的燃料喷射。

方案2. 根据方案1所述的控制系统，其中所述多个发动机工作参数包括发动机负载、发动机速度和发动机温度。

方案3. 根据方案2所述的控制系统，其中随着发动机负载增加，所述喷射判定模块选择性地增加每个燃烧循环的燃料喷射次数。

方案4. 根据方案2所述的控制系统，其中随着发动机速度增加，所述喷射判定模块选择性地增加每个燃烧循环的燃料喷射次数。

方案5. 根据方案2所述的控制系统，其中随着发动机温度降低，所述喷射判定模块选择性地增加每个燃烧循环的燃料喷射次数。

方案6. 根据方案1所述的控制系统，其中各个所述周期是预定喷射周期的等分部分，并且其中所述预定喷射周期是针对所述发动机的稳态操作被预先确定的。

方案7. 根据方案6所述的控制系统，其中所述被调节的周期的总和等于所述预定喷射周期。

方案8. 根据方案6所述的控制系统，其中所述稳态包括当进入所述发动机的质量空气流量（MAF）在预定周期期间的变化小于预定量时的周期。

方案9. 根据方案8所述的控制系统，其中所述瞬态包括当进入所述发动机的MAF在所述预定周期期间的变化大于所述预定量时的周期。

方案10. 根据方案9所述的控制系统，其中所述燃料请求响应于驾驶员快速打开节气门和减速燃料截断（DFCO）事件结束之一。

方案11. 一种控制发动机的方法，包括：

探测所述发动机是否在瞬态操作；

基于燃料请求之后的逝去时间以及多个发动机工作参数中的至少一个来执行以下至少一者：（i）将每个燃烧循环的燃料喷射次数增加到N；以及（ii）调节每次所述燃料喷射的周期，其中N是大于或等于二的整数；以及

基于（i）每个燃烧循环的N次燃料喷射和（ii）被调节的周期中的至少一者来控制所述瞬态期间的燃料喷射。

方案12. 根据方案11所述的方法，其中所述多个发动机工作参数包括发动机负载、发动机速度和发动机温度。

方案13. 根据方案12所述的方法，还包括随着发动机负载增加而选择性地增加每个燃烧循环的燃料喷射次数。

方案14. 根据方案12所述的方法，还包括随着发动机速度增加而选择性地增加每个燃烧循环的燃料喷射次数。

方案15. 根据方案12所述的方法，还包括随着发动机温度降低而选择性地增加每个燃烧循环的燃料喷射次数。 

方案16. 根据方案11所述的方法，其中各个所述周期是预定喷射周期的等分部分，并且其中所述预定喷射周期是针对所述发动机的稳态操作被预先确定的。

方案17. 根据方案16所述的方法，其中所述被调节的周期的总和等于所述预定喷射周期。

方案18. 根据方案16所述的方法，其中所述稳态包括当进入所述发动机的质量空气流量（MAF）在预定周期期间的变化小于预定量时的周期。

方案19. 根据方案18所述的方法，其中所述瞬态包括当进入所述发动机的MAF在所述预定周期期间的变化大于所述预定量时的周期。

方案20. 根据方案19所述的方法，其中所述燃料请求响应于驾驶员快速打开节气门和减速燃料截断（DFCO）事件结束之一。

从下文提供的详细描述将显而易见到本公开内容的进一步应用领域。应该理解，详细描述和特定示例旨在仅是描述性的并且不试图限制本公开内容的范围。

附图说明

从详细描述和附图将更加完整地理解本公开内容，附图中：

图1是根据本公开内容的一种实施方式的示例性发动机系统的功能框图；

图2是根据本公开内容的一种实施方式的示例性控制模块的功能框图；以及

图3是示出根据本公开内容的一种实施方式的用于控制燃料喷射来减少微粒排放的示例性方法的步骤的流程图。

具体实施方式

下述说明实质上仅是示意性的并且不以任何方式试图限制公开内容、其应用或使用。为了简明，相同的附图标记将用于附图中来指代类似元件。如这里所用，术语“A、B和C中的至少一者”应该被认为意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应该理解，在不改变本公开内容的原理的情况下可以以不同次序来执行方法中的步骤。

如这里所用的，术语“模块”可以指代的是下述各项中的部分或包括下述各项：专用集成电路（ASIC）、电子电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）、执行代码的（共享、专用或成组）处理器、提供所述功能的其他适当元件或者上述一些或全部的组合（例如片上系统）。术语“模块”可以包括存储由处理器执行的代码的（共享、专用或成组）存储器。

上面使用的术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指的是程序、例程、函数、类别和/或对象。上面使用的术语“共享”意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享）处理器被执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以被单个（共享）存储器存储。上面使用的术语“成组”意味着来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器来存储。

这里描述的设备和方法可以通过被一个或更多个处理器执行的一个或更多个计算机程序来实现。计算机程序包括被存储在非临时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括被存储的数据。非临时性有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光学存储器。

火花点火直接喷射（SIDI）发动机可以每燃烧循环执行N次燃料喷射（N≥1）从而喷射所需的燃料量。例如，所需燃料量可以基于燃料请求。燃料喷射脉冲的数量N可以根据发动机工况而变化。例如，多脉冲燃料喷射（N≥2）可以用于特定情况，例如催化剂起燃操作或爆震减轻（knock abatement）期间。另一方面，单脉冲燃料喷射（N=1）可以用于所有其他工况（即，默认操作）。喷射周期可以代表N次燃料喷射喷射了所需燃料量的整个周期。喷射周期可以被预先确定以便最大化发动机稳态操作期间的燃料经济性和/或动力。发动机的稳态操作可以包括发动机质量空气流量（MAF）的改变在预定周期期间小于预定量时的周期。

不过，当在发动机的瞬态操作（即非稳态）期间被使用时，基于预定喷射周期的燃料喷射会增加微粒排放。发动机的瞬态操作可以包括发动机MAF的变化在预定周期期间大于预定量时的周期。排气处理系统通常在将排气气体释放到大气之前处理排气气体从而去除气态排放。因此，可以使用微粒物质（PM）过滤器来去除微粒。不过PM过滤器会增加排气处理系统的成本。

微粒可以是雾化和/或汽缸温度的函数。因此，增加每个燃烧循环的燃料喷射次数可减少微粒排放。具体地，增加每个燃烧循环的燃料喷射次数可增加燃烧效率，从而导致更少的未燃燃料和更少的微粒。例如，可以在与稳态操作相同的喷射起点（SOI）时间开始相继地发生多次燃料喷射。SOI正时可以由上止点之前的度数（°BTDC）来代表。每次燃料喷射的周期可以是预定喷射周期的等分部分。不过，此外，每次燃料喷射的周期可以被调节成减少微粒排放。例如，喷射分流比（R）可以指示出各燃料喷射期间传送的占全部燃料的比（例如，0.5=50%）。仅作为示例，在表1中示出了瞬态操作期间每个燃烧循环两次燃料喷射（N=2）。  

表1。

各燃料喷射的分流比也可以是不同的。不过，所述比的总和等于一。换言之，被调节的周期的总和等于预定喷射周期。例如，对于四脉冲喷射循环（N=4），所述比可以均为0.25（0.25+0.25+0.25+0.25=1.00）。可替代地，例如，在相同的四脉冲喷射循环期间，前三个脉冲可以均具有0.30的比，而最后一个脉冲可以具有0.10的比（0.30+0.30+0.30+0.10=1.00）。

因此，提出了用于在发动机的瞬态操作期间控制燃料喷射以减少微粒排放的系统和方法。所述系统和方法可以探测燃料请求并且确定燃料请求的大小。例如，在减速燃料截断（DFCO）事件之后或者当车辆的驾驶者请求经由节气门的更多的动力（驾驶者快速打开（“tip-in”）节气门）时可以探测到燃料请求。不过在其他情况下也可以探测到燃料请求。可以基于燃料请求大小来确定预定喷射周期。例如，可以使用查找表来确定预定喷射周期，该查找表包括发动机稳态操作的预定喷射周期。

在探测到燃料请求且确定燃料请求的大小之后，所述系统和方法可以确定发动机是否在瞬态操作。仅作为示例，瞬态可以包括MAF在预定周期期间的变化大于预定量时的周期。当发动机在瞬态操作时，系统和方法可以增加每个燃烧循环的燃料喷射次数N。具体地，系统和方法可以基于瞬态开始后逝去的时间以及多个发动机工作参数中的至少一个参数来增加每个燃烧循环的燃料喷射次数N。例如，多个发动机工作参数可以包括发动机负载、发动机速度和发动机温度。当发动机在单脉冲燃料喷射下操作时，系统和方法可以将燃料喷射次数N增加到大于或等于二（N≥2）。不过，当发动机已经工作于多脉冲燃料喷射（N≥2）时，系统和方法可以将燃料喷射次数增加到大于或等于三（N≥3）。

系统和方法还可以调节N次燃料喷射中每次的周期。例如，N次燃料喷射中每次的周期可以是预定喷射周期的1/N。不过，N次燃料喷射中每次的周期也可以是不同的。具体地，可以基于瞬态开始后逝去的时间以及多个发动机工作参数中的至少一个参数来调节N次燃料喷射中每次的周期。不过，周期的总和等于一。系统和方法之后可以基于具有相应被调节周期的增加次数的燃料喷射来执行燃料喷射。例如，燃料喷射可以是相继的（即，不重叠）。系统和方法可以为发动机内的燃料喷射器产生控制信号。例如，系统和方法可以为燃料喷射器产生脉宽调制（PWM）控制信号。当瞬态结束时（即重新开始稳态时），系统和方法可以重新开始执行N次燃料喷射，且每次均具有等于预定周期的1/N的周期。

现在参考图1，发动机系统10包括发动机12。例如，发动机12可以是SIDI发动机。发动机12还可以是具有直接喷射的不同类型发动机，例如均质压燃点火（HCCI）发动机。此外，在一些实施方式中，发动机12可以是混合系统的一部分。发动机12通过进气系统14将空气抽取到进气歧管18中，这可以通过节气门16来调节。例如。节气门16可以被电子节气门控制装置（ETC）电气地控制。MAF传感器20测量进入进气歧管18的MAF速率。歧管绝对压力（MAP）传感器22测量进气歧管18内的空气压力。

进气歧管18内的空气可以分配到多个汽缸24。发动机12可以包括少于或多于所示的六个汽缸。每个汽缸24可以包括燃料喷射器26和火花塞28。燃料喷射器26可以将燃料直接喷射到汽缸24内从而产生A/F混合物。汽缸24内的活塞（未示出）可以压缩A/F混合物并且火花塞28可以点燃被压缩的A/F混合物。A/F混合物的燃烧驱动活塞（未示出），活塞可旋转地转动曲轴30从而产生驱动扭矩。发动机速度传感器32测量曲轴30的旋转速度（“发动机速度”）。例如，发动机速度传感器32可以测量单位为转/每分钟（RPM）的发动机速度。

发动机温度传感器34测量发动机12的温度。例如，发动机温度传感器34可以测量发动机冷却剂的温度。由于A/F混合物的燃烧导致的排气气体从汽缸24排到排气歧管36中。排气处理系统38处理排气歧管36内的排气气体。具体地，排气处理系统38在将排气气体释放到大气之前减少气态排放。仅作为示例，排气处理系统38可以包括三元催化转化器。不过，排气处理系统38可以不包括PM过滤器从而保持排气处理系统38的较低成本。

控制模块50控制发动机系统10。控制模块50接收来自于节气门16、MAF传感器20、MAP传感器22、燃料喷射器26、火花塞28、发动机速度传感器32、发动机温度传感器34和/或排气处理系统38的信号。控制模块50控制节气门16、燃料喷射器26、火花塞28和/或排气处理系统38。控制模块50还可以实施本公开内容的系统或方法。

现在参考图2，控制模块50包括燃料请求探测模块70、瞬态操作探测模块74、喷射判定模块78和喷射控制模块86。

燃料请求探测模块70探测基于驾驶者输入60的燃料请求。具体地，燃料请求可以基于驾驶者输入60的大小被探测。例如，可以在DFCO事件之后或者响应驾驶者快速打开节气门16而发生燃料请求。不过，燃料请求探测模块70还可以探测其他情况下的燃料请求。当探测到燃料请求时燃料请求探测模块70还可以初始化并启动计时器。计时器可以代表探测到燃料请求后的逝去时间。

瞬态操作探测模块74探测发动机12何时在瞬态操作。例如，瞬态操作探测模块74可以探测到当进入发动机12的MAF速率在预定周期期间的变化大于预定量时发动机12在瞬态操作。不过，瞬态操作探测模块74还可以基于其他发动机工作参数来探测发动机12的瞬态操作。当探测到瞬态操作时，瞬态操作探测模块74可以产生用于喷射判定模块78的信号。类似地，当瞬态操作结束时，瞬态操作探测模块74可以通知喷射判定模块78。例如，瞬态操作探测模块74可以为喷射判定模块78产生另一个信号。

喷射判定模块78接收指示出瞬态操作的信号。喷射判定模块78还接收从燃料请求探测模块70探测到燃料请求后的逝去时间。喷射判定模块78还可以接收指示出多个发动机工作参数的信号。例如，喷射判定模块78可以接收来自于MAF传感器20、发动机速度传感器32和发动机冷却剂温度传感器34的分别指示出发动机负载、发动机速度和发动机温度的信号。

喷射判定模块78判定是否将每个燃烧循环的燃料喷射次数增加到N（N≥2）。发动机12可以先前在单脉冲喷射模式（例如默认操作）或者在多脉冲喷射模式（例如在催化剂起燃操作或爆震减弱期间）下操作。因此，当先前在单脉冲喷射模式下操作时，喷射判定模块78可以将燃料喷射次数增加到N≥2（即过渡到多喷射模式）。类似地，在多脉冲喷射模式期间，喷射判定模块78可以将燃料喷射次数增加到N≥3（或者根据多脉冲喷射模式期间的先前喷射次数而增加到更大的N）。具体地，随着发动机负载增加、发动机速度增加和/或发动机温度减小，可以选择性地增加燃料喷射次数。

此外或可替代地，喷射判定模块78可以调节燃料喷射的周期。如前所述，发动机12可以先前在单脉冲喷射模式或在多脉冲喷射模式下操作。例如在单脉冲喷射期间，周期是预定喷射周期。此外，例如，在多脉冲喷射期间，周期是预定喷射周期的等分部分（例如，两次喷射，则每次具有预定喷射周期的1/2）。具体地，喷射判定模块78可以调节这些燃料喷射的周期。不过，被调节的周期的总和等于一。

喷射控制模块82之后可以控制燃料喷射。喷射控制模块82可以基于（i）N次燃料喷射和（ii）被调节的周期中的至少一者来控制瞬态操作期间的燃料喷射。另一方面，在稳态操作期间，喷射控制模块82可以基于具有预定喷射周期的单脉冲或每个均具有预定喷射周期的等分部分的多脉冲燃料喷射来控制燃料喷射。喷射控制模块82可以产生控制信号来致动燃料喷射器26。例如，控制信号可以包括PWM信号。不过，控制信号还可以是其他适当类型的燃料喷射器控制信号。

现在参考图3，在发动机的瞬态操作期间调节燃料喷射正时以减少微粒排放的方法开始于100。在100处，控制探测是否请求供给燃料。如果是真，则控制可以前进到104。如果是假，则控制可以返回到100。在104处，控制确定发动机是否在瞬态操作。如果是假，则控制可以前进到108。如果是真，则控制可以前进到112。在108处，控制可以执行稳态操作的燃料喷射。例如，控制可以执行具有预定周期的单脉冲燃料喷射。可替代地，例如，控制可以使用预定周期（即每个喷射脉冲的预定周期的等分部分）执行多脉冲燃料喷射（例如在催化剂起燃操作或爆震减少期间）。控制之后可以返回到100。

在112，基于探测到燃料请求之后的逝去时间以及多个发动机工作参数中的至少一个参数，控制可以执行以下至少一者：（i）将每个燃烧循环的燃料喷射次数增加到N（N≥2）和（ii）调节燃料喷射的周期。在116处，控制可以基于（i）N次燃料喷射和（ii）被调节的周期中的至少一者来执行燃料喷射。控制之后可以返回燃料喷射的确定次数N。控制之后可以返回到100。

能够以各种形式来实现本公开的广泛教导。因此，虽然本公开包括具体示例，不过本公开的真实范围不应该被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求的基础上技术人员将显而易见到其他改型。