選擇性汽缸停用的系統和方法
【專利說明】選擇性汽缸停用的系統和方法
[0001]本申請要求于2014年7月7日提交的美國臨時專利申請案N0.62/021，621 “SYSTEM AND METHOD FOR SKIP FIRE”的優先權，該申請案的全部內容通過引用為所有目的而并入本申請。
技術領域
[0002]本發明涉及內燃機中的跳轉點火(skip fire)操作。
【背景技術】
[0003]為了提高在低負荷狀況期間的燃料經濟性，一些發動機可以被配置為以選擇汽缸停用模式來操作，其中發動機的一個或多個汽缸經由例如禁用進氣和/或排氣門致動、中斷燃料噴射和/或禁止對停用的汽缸火花點火來停用。在以選擇汽缸停用模式(也被稱為“跳轉點火”)操作期間，總的發動機的燃料量可以被重新分配給點火的汽缸，這增加了每個汽缸負荷并且減小栗送工作，從而增加燃料經濟性并且改善排放。被選擇用于停用的汽缸可以隨著每個發動機的循環而變化，使得每個發動機的循環中有不同的汽缸或汽缸組合被停用。此外，每個發動機循環中所停用的汽缸數量可以隨著發動機工況的變化而變化。
[0004]在具有進氣道燃料噴射(PFI)系統的發動機中，跳轉點火期間的空燃比控制由于燃料被噴射的時間與充氣被計算的時間之間的延遲而可能會受到挑戰。具體地，在PFI系統中，通常在氣缸的燃料被噴射的同時，該汽缸的進氣門被關閉，以提供所需的燃料的蒸發和混合。然而，在進氣門再次打開和關閉之后，在該汽缸中捕集的空氣量隨后被確定為至多兩個發動機轉數。在跳轉點火策略下，進氣歧管動力可以在該時間中顯著變化(例如，發動機可以轉換進或離開跳轉點火操作)，從而產生與最初預計的充氣不同的充氣，并且因此產生與預期不同的空燃比。
[0005]一種用于提高跳轉點火發動機中的空燃比控制的方法包括經由直接噴射(DI)系統噴射燃料，因為當更新的充氣計算可用時，DI噴射可以在很久之后發生。然而，在此，發明者已經認識到，在部分負荷狀況下，由于提高的空燃混合，較低的栗送工作以及較低的燃料栗寄生損失，PFI提供比DI更好的效率。因此，僅借助DI來操作可以導致燃料經濟性的降低。
【發明內容】
[0006]由于以上的問題，發明人在此已經設計了一種在維持進氣道噴射的燃料經濟性利益的同時在發動機的跳轉點火操縱期間提供增加的空燃比控制的方法。在一個實施例中，一種方法包括，在跳轉點火模式期間，進氣道噴射第一燃料量到發動機的汽缸，該第一燃料量基于汽缸的第一預定充氣量并且使期望空燃比稀化，以及直接噴射第二燃料量至該汽缸，第二燃料量基于第一燃料量和汽缸的第二計算充氣量。
[0007]以這種方式，提供給汽缸的大部分燃料可以經由進氣道噴射而被噴射，從而提供增強的燃料蒸發和混合以及較低的栗送功。經由進氣道噴射所噴射的燃料量可以有意地使期望空燃比稀化(lean)，其中該期望空燃比基于該汽缸的估計充氣量來計算。隨后，在發動機循環之后，當汽缸中捕集的充氣的實際量可以被計算時，燃料的附加量可以經由直接噴射來提供以使整體空燃比達到期望空燃比。
[0008]本公開可以提供幾個優點。例如，經由進氣道噴射來噴射大多數燃料，可以保持期望的燃料經濟性。通過隨后在發動機循環中經由直接噴射而提供燃料的“補足(make-up)”噴射，可以保持期望空燃比，即使是當由于以跳轉點火模式來操作而使進氣歧管壓力和增壓空氣流變化時。
[0009]根據以下單獨或結合隨附附圖而進行的詳細描述，本描述的以上優點、其他優點以及特征將變得顯而易見。
[0010]應了解，以上概述被提供以便以簡化的形式引入概念的選擇，這些概念進一步在詳細的描述中被描述。這不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或必要特征，該主題的范圍由詳細說明書隨附權利要求唯一地限定。而且，要求保護的主題不限于解決以上所提到的任何缺點或本公開的任何部分中的實施例。
【附圖說明】
[0011]圖1示出多汽缸發動機中的單個汽缸的示意圖。
[0012]圖2示出根據原發動機點火順序的在無跳轉點火情況下的發動機操作的示例性汽缸點火圖。
[0013]圖3示出根據控制的點火順序的在跳轉點火情況下的發動機操作的示例性汽缸點火圖。
[0014]圖4是被配置為通過跳轉點火來操作發動機的高階流程圖。
[0015]圖5是示出用于在跳轉點火模式期間調整燃料噴射的方法的流程圖。
[0016]圖6是根據圖5的方法的發動機操作的示例性發動機操作圖。
[0017]圖7是示出用于在跳轉點火期間感測燃燒事件的方法的流程圖。
[0018]圖8是根據圖7的方法的發動機操作的示例性汽缸點火圖。
【具體實施方式】
[0019]通過跳轉點火來操作發動機可以提高在諸如低發動機負荷的某些工況期間的燃料經濟性和排放，其中在每個發動機循環期間發動機的至少一個汽缸被跳轉(skipped)并且不被點火。圖1示出被配置為通過跳轉點火來操作的發動機，并且圖2-3示出圖1的發動機以非跳轉點火模式(圖2)和跳轉點火模式(圖3)的汽缸點火圖。相應地，圖1的發動機可以包括控制器以執行一個或多個用于進行跳轉點火操作的方法，諸如圖4所示的方法。
[0020]在跳轉點火操作的某個時間段期間，諸如，在轉換進或者轉換離開跳轉點火期間，進氣歧管動力可以改變，這使得汽缸的空燃比控制變得困難，尤其是針對進氣道燃料噴射系統。如以下更詳細描述的，在跳轉點火期間可以執行分離噴射/多次噴射(splitinject1n)程序，其中某些燃料在汽缸循環的早期部分期間(當氣缸充氣的精確估計更具挑戰性時)經由進氣道噴射而被噴射，并且燃料的補足脈沖在汽缸循環的稍后部分(當捕集的氣缸充氣被更精確地測量時)期間經由直接噴射器而被噴射。圖5示出用于進行分離噴射/多次噴射程序的方法，而圖6示出在圖5的執行期間示例性發動機操作圖。
[0021]此外，雖然一些跳轉點火操作可以包括進氣門/排氣門致動、燃料噴射和火花點火的停用，但是其他跳轉點火操作可以保持火花，甚至在停用的汽缸中。此外，氣門停用機制可能不完全可靠。在跳轉點火操作期間，如果燃料蒸氣存在于增壓空氣(例如，其來自于燃料蒸氣罐凈化，或者來自于強制的正曲軸箱通風系統)中，并且停用的氣缸的進氣和排氣門意外被致動時，在停用的汽缸中可能發生非計劃的燃燒事件，從而導致扭矩擾動。為了最小化在跳轉點火期間非計劃的汽缸事件所帶來的影響，可以經由電離傳感來監測燃燒狀態，并且如果非計劃的燃燒事件發生在預定要跳轉的氣缸，則發動機的點火順序可以被動態地更新以跳轉下一個預定被點火的汽缸，從而保持所要求的扭矩。圖7示出用于監測在跳轉點火期間燃燒的方法。圖8示出包括動態更新的點火順序的示例性汽缸點火圖。
[0022]圖1描述了內燃發動機10的燃燒室或氣缸的示例實施例。發動機10可以至少部分地通過包括控制器12的控制系統和通過來自車輛操作者130經由輸入設備132的輸入來控制。在這個示例中，輸入設備132包括加速器踏板和用于產生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的汽缸(即，燃燒室)14可以包括與位于其內的活塞138接觸的燃燒室壁136。活塞138可以被耦接到曲軸140，使得活塞的往復運動被轉換成曲軸的旋轉運動。曲軸140可以經由傳輸系統而被耦接到載客車輛中的至少一個驅動輪。進一步，起動電動機可以經由飛輪而被耦接到曲軸140，以使發動機10能夠起動操作。
[0023]汽缸14可以經由一系列的進氣通道142、144以及146接收進氣。進氣通道146 (其另外被稱為進氣歧管)可以與除汽缸14外的發動機10的其它汽缸連通。在一些實施例中，一個或多個進氣通道可以包括升壓裝置，諸如，渦輪增壓器或機械增壓器(supercharger)。例如，圖1示出被配置為具有渦輪增壓器的發動機10，該發動機包括設置在進氣通路142和
144之間的壓縮機174和沿排氣通道148設置的排氣渦輪176。壓縮機174可以至少部分地通過排氣渦輪176經由軸180供電，其中升壓裝置被配置為渦輪增壓器。然而，在其它示例中，諸如，在其中發動機10被設置具有機械增壓器的示例中，排氣渦輪176可以被可選擇地省略，其中壓縮機174可以通過由來自電機電動機或發動機的機械輸入來供電。包括節氣板164的節氣門162可以沿發動機的進氣通道而被設置，用于改變提供給發動機汽缸的進氣的流率和/或壓力。例如，節氣門162可以被設置在如圖1所示的壓縮機174的下游，或者可替代地設置在壓縮機174的上游。
[0024]排氣通道148可以接收來自除汽缸14以外的發動機10的其他汽缸的排氣。示出的排氣傳感器128被耦接到排放控制裝置178的排氣通道148的上游。傳感器128可以是用于提供排氣空燃比的指示的任何合適傳感器，諸如線性氧傳感器或UEG0(通用或寬范圍排氣氧)、雙態氧傳感器或EG0(如所述)、HEG0(加熱的EGO)、NOx、HC或CO傳感器。排放控制裝置178可以是三元催化劑(TWC)、Ν0χ阱、各種其它排放控制裝置或它們的組合。
[0025]發動機10的每個汽缸可以包括一個或多個進氣門和一個或多個排氣門。例如，示出的汽缸14包括位于汽缸14的上部區域的至少一個進氣提升氣門150和至少一個排氣提升氣門156。在一些實施例中，包括汽缸14的發動機10的每個汽缸可以包括位于汽缸上部區域的至少兩個進氣提升氣門和至少兩個排氣提升氣門。
[0026]進氣門150可以通過控制器12經由致動器152來控制。類似地，排氣門156可以通過控制器12經由致動器154來控制。在某些狀況期間，控制器12可以改變提供給致動器152和154的信號，以控制相應的進氣門和排氣門的打開和閉合。進氣門150和排氣門156的位置可以通過相應的氣門位置傳感器(未示出)來確定。氣門致動器可以是電動氣門致動式或凸輪致動式或它們的組合。進氣門正時和排氣門正時可以同時被控制或者任何可能的可變進氣凸輪正時、可變排氣凸輪正時、雙獨立可變凸輪正時或固定凸輪正時可以被使用。每個凸輪致動系統可以包括一個或多個凸輪，并且可以利用凸輪輪廓切換(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可以由控制器12操作以改變氣門操作的可變氣門升程(VVL)系統中的一個或多個。例如，汽缸14可替換地包括經由電動氣門致動來控制的進氣門和經由包括CPS和/或VCT的凸輪致動來控制的排氣門。在其他實施例中，進氣門和排氣門可以通過共同的氣門致動器或致動系統，或可變氣門正時致動器或致動系統來控制。
[0027]在操作期間，發動機10內的每個汽缸通常經歷四個沖程循環:該循環包括進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。在進氣沖程期間，通常，排氣門156關閉并且進氣門150打開。空氣經由進氣歧管146被引入到燃燒室14，并且活塞138移動到汽缸的底部，以便增加燃燒室14內的體積。活塞138靠近汽缸底部且處于其沖程的結束(例如，當燃燒室30處于其最大體積時)的位置通常被本領域技術人員稱作下止點(