用于确定先导喷射质量的方法与流程

1.本发明总体上涉及柴油发动机的跳过点火操作，且更具体地涉及确定以跳过点火模式操作的柴油发动机中的再点火气缸的先导喷射质量。


背景技术：

2.许多类型的内燃发动机的燃料效率可以通过改变发动机的排量来改进。这允许在需要全扭矩时使用全排量且在不需要全扭矩时使用较小的排量。使用标准气缸停用(cda)的发动机通过停用气缸的子集来减小发动机排量。例如，八气缸发动机可以通过停用四个气缸来将其排量减小一半。同样，四气缸发动机可以通过停用两个气缸来将其排量减小一半，或者六气缸发动机可以通过停用四个气缸来将其排量减小到1/3。在所有这些情况下，被停用的气缸不点火，而发动机以此减小的排量水平操作。cda中出现的点火模式称为固定模式，因为在发动机处于该减小的排量水平的整个时间期间跳过的气缸是固定的。
3.相比之下，使用跳过点火的发动机可以通过如下步骤将发动机排量减小到其他水平：针对一个发动机循环停用一个或多个气缸，然后在下一个循环对这些气缸点火，然后在第三个循环跳过它们或对它们点火。在这种方法中，例如，八气缸或四气缸发动机可以通过使每个气缸反复地跳过、然后点火、然后跳过来将其排量减小到1/3。这种发动机排量的减小不能简单地通过停用气缸的固定子集来达到。跳过点火中出现的点火模式称为周转模式(rolling pattern)，因为每个循环停用的气缸改变，从而引起跳过和点火的模式随时间在气缸之间周转。发动机循环通常被定义为所有气缸完成四个不同的活塞冲程(进气、压缩、做功/膨胀、以及排气)所需的时间，这通常需要曲轴针对通常用于向车辆供应动力的4冲程发动机旋转两(2)周(720度)。
4.使用跳过点火的柴油发动机中出现的一个问题是，被跳过的、同时用作空气弹簧的气缸会由于热损失所致而在上止点(tdc)处经历压缩气体温度的逐渐降低。当被跳过气缸再点火时，较低的气体温度导致较长的点火延迟，这会引起迟的、不稳定的和/或低效的燃烧或未点火，从而会增加碳氢化合物排放。


技术实现要素：

5.在本发明的至少一个实施例中，在主燃料喷射之前喷射先导喷射质量以便减小点火延迟。本发明的至少一个实施例针对确定先导喷射质量的大小。
6.通过阅读以下详细描述和查看相关联的附图，这些和其他特征及优点将变得显而易见。将理解，前述一般描述和以下详细描述两者都仅是解释性的并且不限制如要求保护的方面。
附图说明
7.结合以下附图，通过参考详细描述将更充分地理解本发明，其中：
8.图1示出了内燃发动机系统的示意图。
9.图2是图1的系统的发动机的气缸的示意图。
10.图3示出了典型的低压排气弹簧(lpes)再激活。
11.图4示出了典型的空气弹簧(as)再激活。
12.图5示出了温度下降对燃烧的影响的模拟。
13.图6示出了由燃料产生的功量与用于以2/5的点火分数(ff)跳过的气缸的点火过程的速度关系的图表。
14.图7示出了可以用于计算用于计算先导质量的变量的方法中的一些方法。
15.图8示出了计算先导质量喷射的方法的流程图。
具体实施方式
16.现在参考附图来描述主题创新，其中，相似的附图标记通篇用于指代相似的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，可以显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明。
17.出于促进对本发明原理的理解的目的，现在将参考在附图中所展示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，将理解，并不旨在由此限制本发明的范围，本文中预期如本发明所属领域的技术人员将通常想到的在所展示的实施例中的任何变更和进一步修改、以及如本文中所展示的本发明原理的任何进一步应用。
18.参考图1，系统10包括四冲程内燃发动机12。图1展示了其中发动机12是柴油发动机的实施例，但设想任何发动机类型，包括压缩点火、火花点火(si)、将火花点火与压缩点火组合的发动机、或用不同技术点燃空气燃料混合物的发动机。发动机12可以包括多个气缸14。仅出于展示目的，图1展示了多个气缸14呈包括六个气缸的布置，这些气缸呈直列布置。可以利用适合用于内燃发动机中的任何数量的气缸和气缸的任何布置。可以使用的气缸14的数量的范围可以从一个气缸到十八个或更多个。此外，以下描述有时将参考气缸14中的一个。将认识到，对于发动机12的其他气缸的全部或子集，可以存在参考图2中以及在本文其他位置处所描述的气缸14的对应特征。
19.如图2中所示，气缸14容纳可操作地附接至曲轴18的活塞16，该曲轴通过活塞16在气缸14中的往复运动而旋转。在气缸14的气缸盖20内，存在至少一个进气阀22、至少一个排气阀24和燃料喷射器26，该燃料喷射器向燃烧室28提供燃料，该燃烧室由气缸14在活塞16与气缸盖20之间形成。在其他实施例中，可以通过端口喷射、或通过在燃烧室28上游的进气系统中的喷射向燃烧室28提供燃料。
20.术语“四冲程”在本文中意指活塞16在发动机曲轴18的两次单独旋转期间完成的以下四个冲程
‑‑
进气、压缩、做功和排气。冲程要么在活塞16位于气缸14的气缸盖20顶部处时在上止点(tdc)处开始，要么在活塞16已到达其在气缸14中的最低点时在下止点(bdc)处开始。
21.在进气冲程期间，活塞16背离气缸14的气缸盖20下降而到达气缸的底部(未示出)，由此降低气缸14的燃烧室28中的压力。在发动机12是柴油发动机的情况下，当进气阀22打开时，通过进气阀22进行空气进气而在燃烧室28中产生燃烧充气。
22.如图1中所示，来自燃料喷射器26的燃料由连接至燃料箱32的高压共轨系统30供应。来自燃料箱32的燃料由燃料泵(未示出)抽吸并被馈送到共轨燃料系统30。从燃料泵馈
送的燃料积聚在共轨燃料系统30中，并且积聚的燃料通过燃料管路34供应给每个气缸14的燃料喷射器26。共轨系统中积聚的燃料可以被加压以提高和控制递送到每个气缸14的燃烧室28的燃料的燃料压力。
23.在压缩冲程期间，进气阀22和排气阀24两者关闭，活塞16朝向tdc返回，并且在主喷射事件中燃料在tdc附近喷射到压缩空气中，并且压缩的燃料-空气混合物在短暂延迟之后在燃烧室28中点燃。在发动机12是柴油发动机的情况下，这使得燃烧充气被点燃。空气和燃料的点燃引起燃烧室28中的压力快速增加，在活塞16朝向bdc的做功冲程期间，该压力施加到活塞。燃烧室28中的燃烧定相被校准，使得燃烧室28中的压力的增加推动活塞16，从而提供活塞16的力/功/功率的净正值。
24.在排气冲程期间，活塞16朝向tdc返回，同时排气阀24打开。此动作排放燃烧室28中的燃料燃烧的燃烧产物并通过排气阀24排出用过的燃料-空气混合物(废气)。
25.进气空气在到达进气阀22之前流经进气通道36和进气歧管38。进气通道36可以连接至涡轮增压器40的压缩机40a和可选的进气空气节流阀42。进气空气可以通过空气滤清器(未示出)净化，通过压缩机40a压缩，且然后通过进气空气节流阀42被吸入到燃烧室28中。可以控制进气空气节流阀42以影响进入气缸的空气流量。
26.进气通道36可以进一步设置有冷却器44，该冷却器设置在压缩机40a下游。在一个示例中，冷却器44可以是增压空气冷却器(cac)。在此示例中，压缩机40a可以增加进气空气的温度和压力，而cac 44可以增加充气密度并向气缸提供更多空气。在另一个示例中，冷却器44可以是低温后冷却器(lta)。cac 44使用空气作为冷却介质，而lta使用冷却液作为冷却介质。
27.废气从燃烧室28中流出而从排气歧管48进入排气通道46中。排气通道46连接至涡轮机40b和涡轮增压器40的废气门50。废气然后流入包括一个或多个后处理装置的后处理系统52。从燃烧室28排放的废气驱动涡轮机40b旋转。废气门50是使得废气的一部分能够通过通路54绕过涡轮机40b的装置。由此更少的废气能量可用于涡轮机40b，从而引起更少的动力转移到压缩机40a。典型地，这引起压缩机40a两端的进气空气压力上升降低并使得进气空气密度/流量较低。废气门50可以包括控制阀56，其可以是打开/关闭阀，或者是允许控制旁通流量或之间的任何量的全权阀。
28.排气通道46可以进一步或替代性地包括用于调整通过排气通道46的废气流量的排气节流阀58。废气(其可以是被绕过的流和涡轮机流的组合)然后进入后处理系统52。
29.可选地，废气的一部分可以经由废气再循环(egr)通道(未示出)再循环到进气空气中。egr通道可以连接至涡轮机40b上游的排气通道而到进气空气节流阀42下游的进气通道36。替代性地或附加地，低压egr系统(未示出)可以设置在涡轮机40b下游和压缩机40a上游。可以提供egr阀以用于调节通过egr通道的egr流。egr通道可以进一步设置有egr冷却器和围绕egr冷却器的旁路。
30.后处理系统52可以包括对处理和/或去除来自废气的可能是有害成分的物质有用的一个或多个装置，这些有害成分包括废气中的一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、碳氢化合物和/或积碳。在一些示例中，后处理系统52可以包括催化装置和颗粒物质过滤器中的至少一者。催化装置可以是柴油氧化催化剂(doc)装置、氨氧化(amox)催化剂装置、选择性催化还原(scr)装置、三元催化剂(twc)、贫nox捕集器(lnt)等。还原催化剂可以包括任何合适的
还原催化剂，例如尿素选择性还原催化剂。颗粒物质过滤器可以是柴油颗粒过滤器(dpf)、部分流颗粒过滤器(pff)等。pff起捕获流的一部分中的颗粒物质的作用；相比之下，全部废气体积都穿过颗粒过滤器。
31.后处理系统52中的部件的布置可以是适合与发动机12一起使用的任何布置。例如，在一个实施例中，doc和dpf设置在scr装置上游。在一个示例中，还原剂递送装置设置在dpf与scr装置之间以用于将还原剂喷射到scr装置上游的废气中。还原剂可以是尿素、柴油发动机排气流体、或以液体和/或气态形式喷射的任何合适的还原剂。
32.排气通道46可以进一步包括设置在涡轮机40b下游和后处理系统52上游的碳氢化合物(hc)喷射器60。hc喷射器60可以喷射碳氢化合物，这些碳氢化合物例如可以是来自燃料箱32的燃料或碳氢化合物的二级储存源。碳氢化合物可以来自任何合适的含碳氢化合物的流体或重整产品。在一个实施例中，碳氢化合物的喷射可以通过喷射的碳氢化合物跨越doc的氧化以及伴随的能量释放来提高废气的温度。在一个示例中，当doc充分高于碳氢化合物的起燃温度时发生喷射，以将滑移过doc的碳氢化合物维持在可接受的水平。
33.发动机12由发动机控制器80控制。发动机控制器80执行本文所描述的所有控制功能，比如计算先导燃料质量和先导燃料质量的喷射正时。控制器80可以包括例如处理器、存储器、时钟和输入/输出(i/o)接口。存储器可以是任何类型的存储器，包括易失性或非易失性存储器。该存储器可以包括非暂时性计算机可读介质，在该非暂时性计算机可读介质上可以存储用于执行图8中所示的方法以及本文所披露的所有其他方法和功能的指令。术语“非暂时性计算机可读介质”可以包括存储指令的单个介质或多个介质，并且可以包括以计算机可读的形式存储信息的任何机构，比如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、可擦除可编程存储器(eprom和eeprom)或快闪存储器。
34.系统10包括各种传感器，比如进气歧管压力/温度传感器70、排气歧管压力/温度传感器72、一个或多个后处理传感器74(比如，压差传感器、(多个)温度传感器、(多个)压力传感器、(多个)组成传感器)、发动机传感器76(其可以检测供应给燃烧室的空气/燃料混合物的空气/燃料比、曲轴转角、曲轴的旋转速度等)、以及燃料传感器78，该燃料传感器用以检测燃料、共轨38和/或燃料喷射器26的燃料压力和/或其他性质。也设想本领域中已知的用于发动机系统的任何其他传感器。
35.系统10还可以包括各种致动器，这些致动器用于打开和关闭进气阀22、用于打开和关闭排气阀24、用于从燃料喷射器26喷射燃料、用于从hc喷射器60喷射碳氢化合物、用于打开和关闭废气门阀56、用于进气空气节流阀42、和/或用于排气节流阀58。这些致动器未在图1中展示，但本领域技术人员将知道如何实施每个部件执行预期功能所需的机构。此外，在一个实施例中，用于打开和关闭进气阀22和排气阀24的致动器是可变阀致动(vva)机构90，比如图2中所示的。针对vva机构90设想了用于控制进气阀22和/或排气阀24的打开和关闭正时的任何已知的vva机构。
36.在发动机的操作期间，控制器80可以通过i/o接口接收来自上文列出的各种传感器的信息，基于存储在存储器中的算法使用处理器来处理接收到的信息，且然后通过i/o接口向各种致动器发送命令信号以在发动机的操作期间实施所披露的先导质量喷射策略。例如，控制器80可以接收来自质量空气流量传感器和egr传感器的测得的流速、发动机速度、冷却液温度、关于跳过次数的信息、温度输入，处理该温度输入，且然后基于该温度输入向
一个或多个致动器发送一个或多个命令信号以控制先导质量喷射，比如图8中所示的。
37.发动机12可以是能够选择性地以全排量或者一个或多个减小排量操作的任何类型的发动机。在一个实施例中，发动机12可以是跳过点火控制的。跳过点火发动机控制设想在选定的点火时机期间选择性地跳过对某些气缸14的点火。因此，对于小于全排量的给定的有效发动机排量，特定气缸14可以相继地在一个点火时机期间被点火，在下一个点火时机期间被跳过，且然后在下一个点火时机期间被选择性地跳过或点火。从整体发动机的角度看，跳过点火控制有时导致相继的发动机循环具有被跳过和点火的气缸的不同模式。这与常规的可变排量发动机操作形成对比，在常规的可变排量发动机操作中，在某些低负载操作条件期间固定的一组气缸被停用。点火序列也可以表达为点火分数或点火密度，其中任一者都指示被点火的点火时机与总点火时机的比率。
38.利用跳过点火控制，有可能实现比利用常规的可变排量发动机所实现的发动机控制精细得多或改善的发动机控制。相比较而言，分数(比如，1/3)可以使用跳过点火发动机控制来实施，但不能用常规的4气缸可变排量发动机来实施。例如，市售的跳过点火控制器提供十七(17)种不同点火分数，每种点火分数指示不同的减小的有效发动机排量。
39.在以下美国专利号中描述了跳过点火发动机控制：7,954,474；7,886,715；7,849,835；7,577,511；8,099,224；8,131,445；8,131,447；8,616,181；8,701,628；9,086,020；9,120,478；9,200,587；9,650,971；9,328,672；9,239,037；9,267,454；9,273,643；9,664,130；9,945,313；以及9,291,106，其中的每一者出于所有目的通过引用以其整体并入本文。
40.对于跳过点火发动机控制的某些实施方式，动态地做出对发动机的给定气缸进行点火或不点火(跳过)的决定，这意指在逐个点火时机的基础上或在逐个发动机循环的基础上。换言之，在每个相继的点火时机或发动机循环之前，做出在发动机循环中点火抑或跳过该点火时机或每个点火时机的决定。在各种实施例中，通过使用西格玛德尔塔转换器或等效地德尔塔西格玛转换器在逐个点火时机的基础上确定点火序列。此类跳过点火控制系统可以被定义为动态跳过点火控制或“dsf”。对于有关dsf的更多细节，见美国专利号7,849,835、9,086,020和9,200,575、10,247,121，每一者出于所有目的通过引用并入本文。
41.因此，如本文所使用的，术语“点火分数”应被广义解释并适用于任何类型的可变排量发动机，包括但不限于常规的可变排量发动机、跳过点火控制的发动机和dsf控制的发动机。
42.本技术主要是在适合用于机动车辆中的六气缸内燃发动机的背景下描述的。然而，应理解，如本文所描述的本技术可以与任何类型的内燃发动机一起使用而不管燃烧的类型如何，和/或可以与任何发动机一起使用而不管气缸的数量如何，包括1、2、3、4、5、6、8、10、14、16、18个气缸或具有比本文具体叙述的更多或更少气缸的发动机。另外，内燃发动机可以使用任何类型的可燃燃料，包括但不限于汽油、柴油、乙醇、甲醇、天然气或其任何组合。此外，内燃发动机可以依赖于各种类型的燃烧和/或燃料充气，包括但不限于压缩点火、火花点火、分层燃料充气、均质燃料充气和部分均质充气。另外，本文所描述的任何发动机实际上可以用于任何类型的车辆—包括汽车、卡车、机车、轮船、小船、建筑设备、飞机、摩托车、踏板车等；以及涉及对内燃发动机中的气缸的点火的几乎任何其他应用。
43.被跳过气缸可以作为若干种类型的气动弹簧之一操作，比如低压排气弹簧(lpes)、高压排气弹簧(hpes)和空气弹簧(as)，如美国专利号10,619,584中所示，该专利特
此通过引用以其整体并入本文。美国专利号10,619,584中的图3至图5是针对自然吸气发动机。对于增压发动机，这些图表将有点不同。一般而言，lpes操作具有最低压力，接着是as操作和hpes操作。hpes操作只能达到次大气压并且停用期很长。
44.如图3中所示，在柴油发动机12的跳过点火控制期间，在气缸中的燃烧事件之后，可以打开排气阀以将热的废气从气缸中排出。在lpes操作期间，在将热的废气从气缸中排出之后不打开进气阀，使得不执行进气(即，进气阀保持关闭)。此时，只有少量废气留在气缸中(例如，大约5％)。在随后的跳过循环期间，排气阀和进气阀保持关闭(停用)，使得不执行燃料补给或空气进气。然后，留在气缸中的废气在被跳过循环内反复地膨胀和压缩。在代表性示例中，由于气缸中的泄漏、与气缸壁的热转移等所致，气缸中的压力可以从大约环境压力或低巴(例如，3巴)降低到低压(例如，小于1巴)。在这些跳过循环期间，温度降低。当再次对气缸再点火时，在燃料补给之前执行新鲜空气和egr进气，如图3中所示。然而，相继的跳过可能导致膨胀至真空，从而可能引起机油消耗问题或环组问题。而且，在加燃料补给之前的此空气进气引起轻微的延迟(即，至少一个完整循环)，如果期望快速增加功率，这可能不是最佳的。
45.另一个选项是执行空气弹簧(as)再激活，其中在燃烧事件之后和在将热的废气从气缸中排出之后，打开进气阀，使得进气空气和egr被引入到气缸，如图4中所示。此时，进气空气的完全充气和egr滞留在气缸中。在随后的跳过循环期间，此进气空气和egr随着排气阀和进气阀在被跳过循环内关闭而反复地膨胀和压缩，在这些被跳过循环期间，气缸中的压力在高压与环境/进气压力之间变化。当再次对气缸再点火时，由于空气已经在气缸中，因此只能将燃料喷射到气缸中。然而，每次相继的跳过都会引起燃烧退化加剧，这会导致在若干次跳过(例如，3次或更多次跳过)后未点火。防止这种燃烧退化的一种方式是在燃料补给之前添加新鲜空气，以便对气缸再充气。然而，这将要求在引入新鲜空气之前对气缸进行排气，这将把冷的废气推到排气系统，从而会抵消dsf的益处。对于大的跳过次数(例如，50次跳过)，这可能不是问题。然而，对于小的跳过次数(例如，2次跳过)，相当比例的排气流将是冷气体。
46.图5示出了来自以点火分数(ff)为2/7的空气弹簧(as)模式操作的柴油发动机的模拟的一些数据，该点火分数意指在七(7)个发动机循环的过程内气缸被点火两(2)次。具体地，在图5中，点火模式为fssfsss。在这种配置中，可能难以实现成功的燃烧。具体地，在被跳过气缸中，仅一小部分的燃料被成功地转化为功输出。这样做的一个原因是，对于每次跳过，气缸中气体的温度都会下降大约50至60开氏度。这些相继的温度下降使得难以具有高效的燃烧。具体地，随着温度降低，发生点火和燃烧所需的时间量增加。加重这个问题的是如下事实：随着燃烧事件的开始，活塞背离上止点移动，这进一步使气缸中的气体冷却，从而进一步延迟了点火开始。出现的另一个问题是，气缸中的一些气体会流过环组进入曲轴箱中，这减少了气缸中针对每次跳过的质量的量。最终结果是，功输出变低，或甚至是负的。
47.为了补偿此温度下降，可以在喷射主燃料喷射之前将小的先导质量添加到被跳过气缸，以便将气缸中的温度升高到产生良好燃烧的温度，比如1000开氏度。在有足够的时间在喷射主燃料之前混合和燃烧燃料的时候喷射先导喷射质量。例如，如果在上止点前5度喷射主燃料，则可以在上止点前25度喷射先导质量。先导喷射的正时取决于各种因素，比如针
对先导质量需要多少燃料、当前气体温度、当前气体温度与期望的气体温度之间的差异、发动机速度、气缸内气体密度、燃料轨压力、先导喷射总数等。先导喷射正时可以被确定为使得先导喷射结束在主喷射开始之前指定的曲轴转角度数，比如10度。选择先导喷射与主喷射之间的间隔以在主喷射开始之前实现先导燃料的氧化。如果先导喷射质量变得足够大，则可以将先导喷射分成具有不同喷射正时的两次或更多次先导喷射。而且，一个或多个正时可以是一个或多个固定值，比如针对单次先导喷射在上止点前15度或针对两次先导喷射在上止点前35度和15度。
48.图6示出了由燃料产生的功量与用于在仅具有主喷射的情况下以2/5的点火分数(ff)跳过的气缸的点火过程的速度关系的图表。具体地，竖轴是平均有效压力(imep)，其指示燃料转化为功的效率。横轴是10％的燃料被燃烧的时间/所处的曲轴转角。在2/5的点火分数期间，气缸每五次点火时机被点火两次。实心椭圆中的点群是一阶再点火(即，在跳过一个循环之后发生点火)的数据点。虚线圆圈中的点群是二阶再点火(即，在跳过两个循环之后发生点火)的数据点。如图6中所示，对于二阶再点火而言，imep更低并且燃烧变得更加延迟。随着跳过次数的增加，由燃料产生的功量继续减小(即，更低的imep)并且点火时间增加(即，更缓慢的点火)。随着egr阀关闭，可以改进燃烧稳定性。
49.因此，期望防止imep的这种降低并增加在被跳过气缸中发生的点火时间(即，将点移动到图6中的左上方)。这样做的一种方式是在主喷射质量之前添加少量燃料，这将燃烧并将气缸中的气体温度提高到主喷射的可接受的水平。应给出足够的时间来使先导质量在主喷射完成之前混合和燃烧。一个选项是在先导喷射结束与主喷射开始之间使用偏移量，如下文在方程式(1)中所示的。
50.方程式(1)
51.先导喷射开始＝(主喷射开始)-(偏移量)-(先导喷射的持续时间)
52.先导喷射的持续时间可以由喷射器特性、燃料轨压力和先导喷射质量来确定。选择偏移量以确保有足够的时间在主喷射之前进行先导燃料氧化。偏移量可以是发动机速度、气体温度、气体密度、燃料轨压力等的函数。
53.可以通过使用气缸气体和燃料化学能的能量守恒原理来计算用以达到期望温度的先导喷射质量的量。具体地，可以如以下方程式(2)中所示来计算先导喷射质量：
54.方程式(2)
55.m_charge*c_p*(t_desired
–
t_estimated)＝m_fuel,pilot*lhv_fuel*η_comb
56.针对先导燃料质量重新整理成：
57.方程式(3)
58.m_fuel,pilot＝[m_charge*c_p*(t_desired
–
t_estimated)]/[lhv_fuel*η_comb]
[0059]
其中
[0060]
m_charge＝气缸中的当前质量
[0061]
c_p＝比热容
[0062]
t_desired＝期望的tdc/soi温度
[0063]
t_estimated＝在无先导情况下的估计的tdc/soi温度
[0064]
m_fuel,pilot＝先导燃料质量
[0065]
lhv_fuel＝燃料低热值
[0066]
η_comb＝先导燃烧效率(多少燃料化学能转化为温度)
[0067]
方程式(1)、(2)和(3)的这些计算可以由发动机控制器80(见图1)完成。在至少一个实施例中，虚拟传感器和/或物理传感器可以用于测量这些变量中的一些变量。如方程式(2)中所示，计算先导喷射质量的量时的关键参数是在上止点和/或点火开始(tdc/soi)处的期望温度与估计温度之间的差异。单区模型可以用于通过物理地模拟气缸的内容物(在它们被压缩和膨胀时)以及它们如何与壁热转移和窜气相互作用或与曲轴箱气体交换来计算估计温度和期望温度。可以校准单区模型以准确地表示气缸14的行为。期望温度可以是气缸一直点火时的值(即，针对第一次跳过的期望温度)或者可以是期望稳定燃烧所处的温度。替代性地，可以计算期望温度与估计温度之间的温度差，而不是分开计算期望温度和估计温度。温度差可以被计算为每次跳过的温降乘以目标气缸上的连续跳过次数。查找表可以用于基于发动机参数(比如，海拔、发动机速度、冷却液温度等)来确定每次跳过的温降。另一个选项是假设每次跳过的温降固定(例如，50k/跳过)并且使用该温降基于跳过次数来计算期望温度与估计温度之间的差异。此查找表和固定值可以通过测试和/或发动机模拟来确定。
[0068]
对于η_comb，可以假设高的数字，比如99％。η_comb的值可以取决于相对于主喷射开始的先导喷射正时、局部气缸内条件等。或者，可以使用针对不同操作条件(比如，冷启动)的其他值。而且，可以使用量化先导质量燃烧与发动机速度/egr量/冷却液温度的关系的查找表。或者，可以使用基于物理学的模型。
[0069]
m_charge(气缸中的当前质量)的值可以由ecu确定，ecu可以包括可以给出m_charge的值的真实或虚拟传感器，比如质量空气流量传感器、egr传感器、估计或体积效率估计等。而且，可以使用利用测得的进气歧管温度/压力、空气流量和egr流量测量值进行的体积效率估计。由于窜气所致，气缸中的滞留质量可能在跳过期间发生变化。可以使用模型或校准来解释对于每次跳过的这种影响。对于空气弹簧滞留策略，窜气可以将气缸滞留质量每个循环减少约0.5％。因此，对于二阶再点火(2次跳过)，窜气可以将滞留质量减少约1％。可以将常数值用于比热容(c_p)，因为对于上止点附近的气缸中的条件，它将不发生太大变化。替代性地，可以使用空气、燃料和egr率来计算化学成分的估计值，并且此估计值可以用于查找每个物种的c_p。气体成分估计也可以解释随曲轴箱气体交换的变化。而且，可以使用egr中的空气的加权平均值。而且，可以在某个标称气体温度下评估热容，比如(t_desired+t_estimated)/2。对于燃料低热值(lhv_fuel)，可以使用柴油燃料的常数值。
[0070]
可以估计无先导情况下的估计的tdc温度。一种方法将是使用理想气体定律，p＝ρrt
→
t＝p/(ρr)，其中ρ是气体密度，且p是压力。气体密度可以被确定为滞留质量(已经估计的/计算的)除以在某个期望的曲轴角(例如，tdc、soi)下的气缸体积。气体常数r＝ru/mw(ru＝通用气体常数，mw＝气体混合物的分子量)可以根据用于热容的气体成分估计值来确定。需要在评估气缸体积所处的相同曲轴转角下估计压力(p)。压力估计可以使用基于物理学的模型来完成，该模型考虑向壁的热转移、窜气和其他物理效应。
[0071]
期望的tdc温度将是空气弹簧第一次压缩的tdc温度，或者如果不存在跳过，则为相同条件。期望温度也可以是其中燃烧性能/点火延迟将是可接受的某个其他温度。替代性地，差异(t_desired
–
t_estimated)可以简化为与跳过次数成比例，例如50*(跳过次数)。图
7示出了可以用于计算方程式(2)中的变量的方法中的一些方法。
[0072]
如上文所呈现的，可以在发动机的操作期间基于发动机的当前条件完成先导质量喷射的计算。替代性地，可以将校准值用于预期的发动机条件。即，可以针对预期在操作中遇到的所有发动机速度、充气流量、进气充气温度、连续跳过次数等来预先计算先导喷射质量。然后，可以在操作期间基于当前操作条件来查找这些预先计算的先导喷射质量值。
[0073]
先导喷射燃料将提供附加的扭矩。因此，一旦确定了先导质量的量，就可以如下文在方程式(4)中所示来调整主喷射量，使得通过将由先导质量产生的扭矩量考虑在内，发动机输出的量保持相同。
[0074]
方程式(4)
[0075]
m_fuel,main,corrected＝(trq_total
–
trq_pilot)*(扭矩到燃料换算因子)
[0076]
其中，
[0077]
trq_pilot＝m_fuel,pilot/(扭矩到燃料换算因子)
[0078]
扭矩到燃料换算因子可以是燃料喷射正时、燃料质量、发动机速度、海拔等的函数。
[0079]
而且，如果先导质量喷射的质量超过阈值，则可以将它分成多次先导质量喷射。如果使用多次先导质量喷射，则可以使用如上文在方程式(1)中所呈现的偏移量来安排多次喷射的正时。先导之间的命令间隔空间可以用于确定第1次先导结束与第2次先导开始之间的时间(间隔空间)。替代性地，可以命令针对第1次先导开始和第2次先导开始的绝对曲轴转角。应注意防止第1次先导撞上第2次先导，例如在当第1次先导太大时的情况下。如果存在多次先导质量喷射，则应计算由每个先导质量产生的扭矩。
[0080]
图8的流程图中示出了计算先导质量喷射的一种方法。图8中所示的这种方法是针对每个气缸分开完成的。如图8中所示，在流程图中的第一步骤(步骤700)中，检查每个气缸(气缸i)的当前循环和先前循环的点火状态。当气缸i中的当前循环和先前循环的点火状态是“点火”时，则什么也不做并且清除先前的估计值(步骤710)。然后流程返回到步骤700。当气缸i第一次开始跳过时(即，气缸i的先前循环的点火状态为“点火”，并且气缸i的当前循环的点火状态为“跳过”)，针对气缸i进行对m_charge、c_p、t_desired、t_estimated、lhv_fuel和n_comb的第一次估计(步骤720)。流程返回到步骤700。在下一个循环中，如果气缸i继续跳过(即，气缸i的先前循环和当前循环的点火状态为“跳过”)，则将m_charge、c_p、t_desired、t_estimated、lhv_fuel和n_comb的估计值进行迭代(步骤730)。然后流程返回到步骤700。在下一个循环中，如果命令气缸i点火(即，气缸i的先前循环的点火状态为“跳过”，并且气缸i的当前循环的点火状态为“点火”)，则计算气缸i的m_charge、c_p、t_desired、t_estimated、lhv_fuel和n_comb的最终估计值(步骤740)。然后，在步骤750处，计算先导喷射质量、以及先导质量的喷射时间。选择先导喷射的正时以在主喷射之前实现先导燃料的氧化。可以使用先导喷射结束与主喷射开始之间的指定的偏移量来选择先导喷射正时，如方程式1中那样。偏移量可以是发动机速度、气体温度、气体密度、燃料轨压力等的函数。在步骤760处，将先导喷射质量喷射到气缸i中。然后，控制返回到步骤700。
[0081]
当检测到未点火时，可以采取附加的行动，比如提前先导正时或针对未来喷射事件增加先导质量值以便防止未来未点火。先导燃料喷射质量和正时中的此类习得的适应性缓解了基本方法或校准中的错误。一种方法可以是当在由发动机速度、发动机负载和点火
分数描述的给定条件下检测到未点火时递增加法器(adder)燃料质量。最终先导喷射质量是基础先导燃料质量加上加法器燃料质量。如果在该条件下检测到附加未点火，则进一步递增加法器质量。如果在该条件下在足够长的时间段内未检测到未点火，则可以减小加法器质量。可以采用类似的加法器方法来提前先导喷射正时。
[0082]
由于部分氧化的先导燃料而存在的自由基/物质可以有助于减少点火延迟。在这种情况下，可以使用附加的校正因子来降低所需的先导喷射质量。例如，如下文在方程式(5)所示的：
[0083]
m_fuel,pilot＝([m_charge*c_p*(t_desired
–
t_estimated)]/[lhv_fuel*η_comb])*x_chem
[0084]
其中x_chem是自由基/部分氧化物质的化学增强因子。
[0085]
作为示例，对于在6气缸15l柴油发动机中的1800rpm、30n-m下的ff＝2/7，估计这种先导喷射补偿方法以使用总燃料补给的5％至15％作为m_fuel,pilot。先导燃料转化为扭矩的效率不如主燃料那么高，因此先导燃料补给的增加可能被视为燃料惩罚。然而，这种燃料“惩罚”是有益的，因为它有助于实现稳定燃烧，且因此在没有先导喷射也许就不可能的操作条件下，针对涡轮机出口温度使用ff＝2/7是有益的。附加地，针对ff＝2/7，先导燃料的添加量足够小以至于总燃料消耗仍将低于所有气缸的等效操作(即，ff＝1)。即，附加的先导燃料将使在这种操作条件下针对ff＝2/7的燃料节约从25％(没有燃烧稳定性问题的理想情况)减少到10％至20％(考虑到先导喷射质量)。由于燃烧稳定性问题所致，理想情况在实践中无法实现，并且由于未点火所致，在没有先导喷射的情况下，操作也许便就不可能进行。
[0086]
应理解，本发明不受本文所描述的具体实施例的限制，这些具体实施例是以示例的方式而不是以限制的方式提供的。上述实施例及其各个方面的变化和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的并且落在如以下权利要求中阐述的本发明的范围内。

技术特征：
1.一种用于在内燃发动机的跳过点火操作期间确定先导喷射质量的方法，该方法包括：跳过选定的气缸；以及确定先导喷射质量；将该先导喷射质量喷射到将点火的被跳过气缸中；将主喷射喷射在将点火的该被跳过气缸中，其中，该先导喷射质量是在喷射该主喷射之前喷射到该被跳过气缸中的；以及对该被跳过气缸点火。2.如权利要求1所述的方法，其中，基于将点火的该被跳过气缸的期望温度与估计温度之间的温度差来计算该先导喷射质量。3.如权利要求1所述的方法，其中，基于该被跳过气缸已被跳过的循环次数来计算该先导喷射质量。4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在该先导喷射质量喷射到该被跳过气缸中之后的预定的时间量将该主喷射喷射到该被跳过气缸中。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：如果该先导喷射质量超过阈值，则将该先导喷射质量分成多次先导喷射；以及将该多次先导喷射喷射到该被跳过气缸中。6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：减少该主喷射以考虑到由该先导喷射质量产生的扭矩，从而维持总输出扭矩。7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：确定该先导喷射质量的喷射正时，使得该先导喷射质量的喷射结束在该主喷射开始之前指定的曲轴转角度数。8.如权利要求4所述的方法，其中，选择该预定的时间量以在该主喷射开始之前实现先导燃料的氧化。9.一种在以跳过点火方式操作的内燃发动机中的发动机控制器，该发动机控制器被配置为：选择性地跳过某些气缸；确定先导喷射质量；将该先导喷射质量喷射到将再点火的被跳过气缸中；将主喷射喷射在将再点火的该被跳过气缸中，其中，该先导喷射质量是在喷射该主喷射之前喷射到该被跳过气缸中的；以及对该被跳过气缸点火。10.如权利要求9所述的发动机控制器，其中，基于将点火的该被跳过气缸的期望温度与估计温度之间的温度差来计算该先导喷射质量。11.如权利要求9所述的发动机控制器，其中，基于该被跳过气缸已被跳过的循环次数来计算该先导喷射质量。12.如权利要求9所述的发动机控制器，其中，该发动机控制器进一步被配置为：在该先导喷射质量喷射到该被跳过气缸中之后的预定的时间量将该主喷射喷射到该被跳过气缸中。
13.如权利要求9所述的发动机控制器，其中，该发动机控制器进一步被配置为：如果该先导喷射质量超过阈值，则将该先导喷射质量分成多次先导喷射；以及将该多次先导喷射喷射到该被跳过气缸中。14.如权利要求9所述的发动机控制器，其中，该发动机控制器进一步被配置为：减少该主喷射以考虑到由该先导喷射质量产生的扭矩，从而维持总输出扭矩。15.如权利要求9所述的发动机控制器，其中，该发动机控制器进一步被配置为：确定该先导喷射质量的喷射正时，使得该先导喷射质量的喷射结束在该主喷射开始之前指定的曲轴转角度数。16.如权利要求12所述的发动机控制器，其中，选择该预定的时间量以在该主喷射开始之前实现先导燃料的氧化。17.一种非暂时性计算机可读介质，其上记录有指令，这些指令当由处理器执行时引起该处理器：选择性地跳过某些气缸；确定先导喷射质量；将该先导喷射质量喷射到将再点火的被跳过气缸中；将主喷射喷射在将再点火的该被跳过气缸中，其中，该先导喷射质量是在喷射该主喷射之前喷射到该被跳过气缸中的；以及对该被跳过气缸点火。18.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，基于将点火的该被跳过气缸的期望温度与估计温度之间的温度差来计算该先导喷射质量。19.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，基于该被跳过气缸已被跳过的循环次数来计算该先导喷射质量。20.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，这些指令进一步引起该处理器：在该先导喷射质量喷射到该被跳过气缸中之后的预定的时间量将该主喷射喷射到该被跳过气缸中。21.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，这些指令进一步引起该处理器：如果该先导喷射质量超过阈值，则将该先导喷射质量分成多次先导喷射；以及将该多次先导喷射喷射到该被跳过气缸中。22.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，这些指令进一步引起该处理器：减少该主喷射以考虑到由该先导喷射质量产生的扭矩，从而维持总输出扭矩。23.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，该发动机控制器进一步被配置为：确定该先导喷射质量的喷射正时，使得该先导喷射质量的喷射结束在该主喷射开始之前指定的曲轴转角度数。24.如权利要求20所述的非暂时性计算机可读介质，其中，选择该预定的时间量以在该主喷射开始之前实现先导燃料的氧化。

技术总结
描述了用于在内燃发动机的跳过点火操作期间确定先导喷射质量的多种方法和布置。期间确定先导喷射质量的多种方法和布置。


技术研发人员：本杰明
受保护的技术使用者：康明斯公司
技术研发日：2021.08.19
技术公布日：2023/5/26