专利名称：可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机、系统和方法
技术领域：
本发明涉及可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机，用于控制其的方法和可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统，并且具体涉及可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机，用于控制其的方法和可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统，其使得有可能根据发动机操作范围选择火花点火(SI)或压缩点火(DI)。
背景技术：
在汽油燃油发动机中，如果压缩比例较高，有利于燃烧，但是产生爆震问题。需要增加压缩比例从而满足越来越严格的排放气体法规和高燃油效率，因此需要用于抑制上述爆震问题的技术。如果排放气体再循环(EGR)适合于试图抑制由于压缩比例的增加而产生的爆震问题，可以避免爆震问题和泵送损失；然而点火性能由于火花塞而变差。作为克服上述问题的方式，作为有效的方式引入柴油-汽油混合燃油的燃烧。相比于柴油燃油和空气预混合并在压缩冲程中使用火花塞点火的传统方式，柴油-汽油燃油可变燃烧通过喷射柴油燃油而点火，所述柴油燃油用于点火控制并且用作点火源。上文解释的柴油-汽油混合燃料的优点在于可以在高EGR条件下得到良好的汽油燃油点火性能，并且相比于汽油燃油发动机由于体积燃烧改进燃烧效率而可以改进燃油效率，并且相比于柴油燃油发动机可以避免杂质例如NOx和烟，并且由于这些杂质的减少而无需DPF，并且可以良好适用于低成本喷射系统，因此相比于柴油燃油发动机可以显著降低单位成本。然而，上文解释的柴油-汽油燃油混合燃烧具有待解决的问题；换言之，压缩比例在低负载范围下降低，并且由于严格的EGR条件而难以得到设定的点火性能，因此在高负载范围下由于高的压缩比例而产生爆震问题。为此，如下的现有技术文献I公开了一种汽油燃油-预混合压缩和点火发动机结构，并且现有技术文献2公开了一种预混合压缩和点火燃烧的燃烧正时控制方法以及预混合压缩和点火燃烧发动机。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
因此，本发明解决传统技术中碰到的问题。本发明的各个方面提供一种可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机、一种用于控制所述可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的方法以及一种可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统，其根据负载改进燃烧类型从而在柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的柴油-汽油双燃油动力燃烧的过程中改进发动机的冷启动稳定性和空转启动稳定性，同时根据负载改进燃烧类型从而改进满载性能。本发明的各个方面提供一种可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机，包括:气缸体，所述气缸体由多个气缸形成，每个气缸连接至用于接收空气或混合有汽油的空气的空气进气歧管以及在燃烧之后排出排放气体的排气歧管；火花塞，所述火花塞设置在每个气缸处；柴油燃油喷射器，所述柴油燃油喷射器设置在每个气缸处；和电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元(ECU)以判断发动机操作范围的方式控制发动机，并且当所述范围为高负载范围或低负载范围时，混合有汽油的空气被吸入所述气缸的内部并且通过所述火花塞而被火花点火，并且当所述范围介于所述低负载范围和所述高负载范围之间时，混合有汽油的空气被吸入所述气缸的内部并且通过所述柴油喷射器喷射柴油燃油，因此柴油-汽油燃油被压缩并点火。所述ECU可以被构造成基于速度和负载判断发动机操作范围。本发明的各个方面提供一种用于控制可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的方法，其中火花塞和柴油燃油喷射器设置在气缸的内部，并且空气或混合有汽油的空气通过空气进气歧管引入并且在所述气缸的内部火花点火或压缩点火，所述方法包括:冷驱动判断步骤，所述冷驱动判断步骤通过测量冷却水的温度判断发动机是否被升温；发动机操作范围判断步骤，当作为在所述冷驱动判断步骤中的判断的结果而判断出所述发动机被升温时，所述发动机操作范围判断步骤基于所述发动机的速度和负载判断发动机的发动机操作范围；和燃烧模式应用步骤，所述燃烧模式应用步骤根据在所述发动机操作范围判断步骤中确定的所述发动机操作范围以预先设定的燃烧模式驱动发动机。当判断出所述范围为高负载范围或低负载范围时，执行汽油燃油燃烧步骤，在所述汽油燃油燃烧步骤中只有混合有汽油的空气被供应至所述气缸的内部并且被火花点火。当在所述冷驱动判断步骤中判断出所述发动机没有被升温时，可以执行所述汽油燃油燃烧步骤。当在所述发动机操作范围判断步骤中判断出所述范围介于所述低负载范围和所述高负载范围之间时，可以执行混合燃油燃烧，其中柴油-汽油燃油被混合并且使用柴油燃油液滴而进行燃烧，所述柴油燃油液滴通过压缩和吸入预混合有汽油的空气并喷射柴油燃油而进行的点火而被点火。在所述燃烧模式应用步骤之后，可以执行发动机停止判断步骤从而判断发动机是否停止，并且当在所述发动机停止判断步骤中判断出所述发动机没有停止时，执行所述冷驱动判断步骤。本发明的各个方面提供一种可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统，所述可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统由多个气缸形成，每个气缸装配有火花塞和柴油燃油喷射器，并且空气或混合有汽油的空气引入每个气缸，并且电子控制单元(ECU)被构造成根据发动机操作范围控制汽油燃油燃烧、柴油燃油燃烧或柴油-汽油燃油燃烧，所述可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统包括:ECU，所述ECU通过判断所述发动机操作范围而根据所述发动机操作范围控制发动机从而以在柴油-汽油燃油燃烧和汽油燃油燃烧之中选定的一种燃烧进行操作。所述ECU控制所述发动机从而进行操作，使得当所述发动机操作范围为所述高负载范围或所述低负载范围时，混合有汽油的空气被吸入所述气缸的内部并且通过所述火花塞而被火花点火。所述ECU控制所述发动机从而进行操作，使得当所述发动机操作范围介于所述低负载范围和所述高负载范围之间时，混合有汽油的空气被吸入所述气缸的内部，并且通过所述柴油喷射器喷射柴油燃油，并且柴油-汽油燃油被压缩并点火。在根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机、用于控制所述可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的方法以及可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统中，可以改进发动机冷启动从而在低负载范围下使用火花塞点火发动机。在中负载范围下，可以借助于柴油-汽油双燃油动力燃烧得到柴油-汽油双燃油动力燃烧的优点。此外，在高负载范围下仅喷射汽油燃油并且通过火花塞火花点火，并且甚至在柴油-汽油双燃油动力操作范围之外的范围下，驱动都是可能的，并且可以避免由于负载增加而造成的杂质增加。因此，可以在最佳燃烧条件下根据发动机的发动机操作范围进行燃烧，因此改进发动机启动稳定性，并且改进满载性质，并且可以减少杂质。通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方案，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
图1是根据本发明的示例性可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧控制方法的流程图。图2是取决于根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机控制方法的燃烧范围的燃烧模式的图表。图3是取决于根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机控制方法的燃烧范围的燃烧映射表的表格。 图4A和4B是当在根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机控制方法中在火花点火燃烧和混合燃烧之间改变燃烧模式时火花点火信号的变化的图表。图5是显示根据本发明的示例性可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的示图。
具体实施例方式下面将详细参考本发明的各个具体实施方案，这些具体实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性具体实施方案相结合进行描述，但是应当意识至IJ，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性具体实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性具体实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它具体实施方案。如图5中所示，根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机包括:气缸体10，所述气缸体10由多个气缸11形成，每个气缸11连接至用于接收空气或混合有汽油的空气的空气进气歧管21以及在燃烧之后排出排放气体的排气歧管；火花塞12，所述火花塞12设置在每个气缸11处；柴油燃油喷射器13，所述柴油燃油喷射器13设置在每个气缸11处；和电子控制单元(E⑶)30，所述电子控制单元(E⑶)30控制燃烧。E⑶30被构造成判断发动机操作范围。当操作范围为高负载范围或低负载范围时，混合有汽油的空气被吸入气缸11的内部并通过火花塞而被火花点火。当操作范围介于低负载范围和高负载范围之间时，混合有汽油的空气被吸入气缸11的内部，且柴油燃油通过柴油燃油喷射器13而喷射，因此对柴油-汽油燃油进行点火。气缸体10包括多个气缸11。每个气缸11连接至用于接收空气或混合有汽油燃油的空气的空气进气歧管21以及在燃烧之后排出排放气体的排气歧管22，所述混合有汽油燃油的空气以汽油燃油和空气混合的形式产生。根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机可以在汽油燃油燃烧模式或汽油-柴油双燃油动力燃烧模式下操作，因此混合有汽油的空气被吸入空气进气歧管21。气缸体10的每个气缸11装配有火花塞12和柴油燃油喷射器13。火花塞12被用作用于汽油燃油燃烧的点火源。柴油喷射器13被设计成喷射柴油燃油并且当柴油和汽油燃油混合点火时进行点火。柴油喷射器13连接至每个柴油燃油供应管线23从而将柴油燃油喷射至每个气缸11。气缸体10包括汽油燃油喷射器，因此其可以适用于⑶I，所述⑶I的特征在于汽油燃油可以直接喷射入气缸11的内部。此外，可以使用涡轮增压器，所述涡轮增压器的特征在于涡轮通过来自排气歧管22的排放气体而驱动，并且吸入的空气通过由涡轮驱动的压缩机而压缩。排气歧管22和空气进气歧管21与EGR管线24连接，所述EGR管线24通过EGR阀24a与排气歧管22分开从而将部分排放气体再循环入气缸11的内部。ECU 30被构造成判断车辆的发动机操作范围并且确定发动机操作模式并且根据确定的驱动模式控制每个元件。换言之，ECU 30用于判断车辆的发动机操作范围。当所述范围为高负载范围或低负载范围时，仅汽油燃油在发动机中燃烧，因此可以有效地进行排放气体排出管理。当所述范围介于高负载范围和低负载范围之间时，换言之，在中负载范围的情况下，柴油和汽油燃油混合并燃烧。将描述根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧控制方法。根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧控制方法包括:冷驱动判断步骤S110，所述冷驱动判断步骤SllO通过测量冷却水的温度判断发动机是否被升温；发动机驱动范围判断步骤S120，当在冷驱动操作步骤SllO中判断发动机被升温时，所述发动机驱动范围判断步骤S120通过发动机的速度和负载判断发动机操作范围；和燃烧模式应用步骤S130，所述燃烧模式应用步骤S130根据在发动机操作范围判断步骤S120中确定的发动机操作范围以预先设定的发动机燃烧模式驱动。冷驱动判断步骤SllO使用冷却水的温度判断发动机的被升温状态。详细而言，通过测量冷却水的温度并与预先设定的被升温温度对比而判断发动机的被升温状态。判断发动机的被升温状态的原因在于发动机由汽油燃油驱动，汽油燃油在柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机中的冷驱动模式下具有良好的驱动性能。发动机操作范围判断步骤S120通过测量发动机的速度(rpm)和负载判断发动机操作范围。例如，如图2中所示，可以使用映射表判断发动机操作范围，所述映射表根据发动机的速度和负载映射负载范围(lng)。换言之，发动机速度较低和负载较低的范围成为低负载范围，负载较高而无论发动机速度如何的范围成为高负载范围。用于判断低负载范围和高负载范围的标准预先储存在根据发动机的速度(rpm)和负载映射的映射表中。当低于预先设定的低负载范围判断标准时，范围被确定为低负载范围；而当高于高负载范围判断标准时，范围被确定为高负载范围。燃烧模式应用步骤S130根据在发动机驱动范围判断步骤S120中确定的发动机操作范围控制柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的燃烧。在发动机操作范围判断步骤S120中，柴油-汽油燃油混合并且根据在发动机操作范围判断步骤S120中确定的发动机操作范围以预先设定的方法燃烧，或者可以进行汽油燃油燃烧步骤S132，其中仅汽油燃油燃烧。例如，当车辆的发动机操作范围为高负载范围时，仅汽油燃油燃烧，从而容易地控制点火正时并且避免杂质随负载的增加成比例增加。此时，可以应用在每个气缸处具有汽油燃油喷射器的⑶I，并且在设置涡轮增压器的情况下，发动机可以通过T-GDI模式驱动。即使当车辆的发动机操作范围为低负载范围时，进行汽油燃油燃烧步骤S132从而减少杂质的产生而不考虑驱动力的性能。在汽油燃油燃烧步骤S132中，混合有汽油燃油的空气被吸入每个气缸11的内部并且通过火花塞12压缩和火花点火，因此相比于仅使用柴油燃油可以更有效地减少杂质，例如烟。此外，低负载范围涉及无需大的驱动力的发动机的启动，相比于柴油燃油具有更好的冷启动性能的汽油燃油燃烧，因此增强冷模式下的发动机启动性能。当通过发动机的负载和速度判断的发动机操作范围介于低负载范围和高负载范围之间(换言之，中负载范围)时，柴油和汽油燃油混合并且燃烧，因此获得柴油燃油燃烧和汽油燃油燃烧两者的优点。在柴油-汽油双燃油动力燃烧步骤S131中，预混合的混合有汽油的空气被吸入气缸I的内部并且压缩，并且柴油燃油通过柴油燃油喷射器13喷射。喷射入气缸11的内部的柴油燃油液滴点火并且作为点火源操作，因此通过柴油-汽油双燃油动力燃烧产生驱动力。在柴油-汽油双燃油动力燃烧步骤S131中，由于柴油燃油液滴作为点火源操作，体积燃烧是可能的，并且燃烧相比于仅汽油燃油燃烧可以增强。在混合燃油燃烧步骤S131或汽油燃油燃烧步骤S132之后判断发动机是否停止。如果发动机没有停止，再次进行发动机操作范围判断步骤S120，然后判断发动机操作范围是否改变。如果发动机操作范围没有改变，根据改变的发动机操作范围控制燃烧模式。根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机控制方法，由于燃烧通过汽油燃烧和混合燃油燃烧在发动机中进行，可能形成介于汽油燃油燃烧和混合燃油燃烧之间的某一范围，其中燃烧模式改变。例如，图4A和4B显示了当模式在汽油燃油燃烧和混合燃油燃烧之间改变时的火花点火信号，和柴油和汽油燃油的量。在低负载范围改变成中负载范围的情况下，如图4A中所示，柴油燃油的量从改变开始的瞬间开始增加，而汽油燃油的量减少。当模式进入混合燃油燃烧模式时，柴油燃油和汽油燃油以合适的比例喷射，并且火花点火信号停止。在发动机操作范围从中负载范围改变成低负载范围的情况下，如图4B中所示，当燃烧模式开始改变时，汽油燃油的量增加，而柴油燃油的量减少。火花点火信号在改变开始的瞬间产生。以相同的方式，当发动机操作范围在高负载范围和中负载范围之间改变时，火花点火信号和汽油燃油和柴油燃油的量改变。在根据本发明的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统中，包括多个气缸，每个气缸具有火花塞和柴油燃油喷射器，空气或混合有汽油的空气引入每个气缸，ECU根据发动机操作范围控制汽油燃油燃烧、柴油燃油燃烧或柴油-汽油燃油燃烧，ECU 30判断发动机操作范围。如果所述范围为高负载范围或低负载范围，汽油燃油燃烧，而如果所述范围介于低负载范围和高负载范围之间，进行柴油-汽油双燃油动力燃烧。换言之，E⑶30通过测量发动机的速度和负载判断发动机操作范围，并且通过根据每个发动机的操作范围选择燃烧模式而控制发动机。例如，由于在高负载范围下需要最大性能，混合有汽油燃油的空气被吸入并且火花点火从而仅燃烧汽油燃油，从而容易地控制点火正时并且避免杂质随负载的增加成比例增加。在低负载范围下要做的首要事情是减少杂质，因此仅汽油燃油燃烧。在中负载范围下，换言之，当所述范围介于低负载范围和高负载范围之间时，进行柴油-汽油双燃油动力燃烧，其中混合有汽油的空气被吸入，并且柴油燃油通过柴油燃油喷射器喷射，因此柴油燃油液滴成为点火源，从而确保输出可以相比于柴油燃油燃烧增强，并且杂质可以相比于柴油燃油燃烧减少。前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性具体实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性具体实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
权利要求
1.一种可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机，包括: 气缸体，所述气缸体包括多个气缸，每个气缸连接至用于接收空气或混合有汽油的空气的空气进气歧管以及在燃烧之后排出排放气体的排气歧管； 火花塞，所述火花塞设置用于每个气缸； 柴油燃油喷射器，所述柴油燃油喷射器设置用于每个气缸；和 电子控制单元，所述电子控制单元以判断发动机操作范围的方式控制发动机，并且当所述范围为高负载范围或低负载范围时，混合有汽油的空气被吸入所述气缸的内部并且通过所述火花塞而被火花点火，并且当所述范围介于所述低负载范围和所述高负载范围之间时，混合有汽油的空气被吸入所述气缸的内部并且通过所述柴油喷射器喷射柴油燃油，因此柴油-汽油燃油被压缩并点火。
2.根据权利要求1所述的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机，其中所述电子控制单元被构造成基于速度和负载判断发动机操作范围。
3.一种用于控制可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的方法，其中火花塞和柴油燃油喷射器设置在气缸的内部，并且空气或混合有汽油的空气通过空气进气歧管引入并且在所述气缸的内部被火花点火或压缩点火，所述方法包括: 冷驱动判断步骤，所述冷驱动判断步骤通过测量冷却水的温度判断发动机是否被升温； 发动机操作范围判断步骤，当作为在所述冷驱动判断步骤中的判断的结果而判断出所述发动机被升温时，所述发动机操作范围判断步骤基于所述发动机的速度和负载判断发动机的发动机操作范围；和 燃烧模式应用步骤，所述燃烧模式应用步骤根据在所述发动机操作范围判断步骤中确定的所述发动机操作范围以预先设定的燃烧模式驱动发动机。
4.根据权利要求3所述的用于控制可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的方法，其中当在所述发动机操作范围判断步骤中判断出所述范围为高负载范围或低负载范围时，执行汽油燃油燃烧步骤，在所述汽油燃油燃烧步骤中只有混合有汽油的空气被供应至所述气缸的内部并且被火花点火。
5.根据权利要求4所述的用于控制可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的方法，其中当在所述冷驱动判断步骤中判断出所述发动机没有被升温时，执行所述汽油燃油燃烧步骤。
6.根据权利要求3所述的用于控制可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的方法，其中当在所述发动机操作范围判断步骤中判断出所述范围介于所述低负载范围和所述高负载范围之间时，执行混合燃油燃烧，其中柴油-汽油燃油被混合并且使用柴油燃油液滴而进行燃烧，所述柴油燃油液滴通过压缩和吸入预混合有汽油的空气并喷射柴油燃油而进行的点火而被点火。
7.根据权利要求3所述的用于控制可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机的方法，其中在所述燃烧模式应用步骤之后，执行发动机停止判断步骤从而判断发动机是否停止，并且当在所述发动机停止判断步骤中判断出所述发动机没有停止时，执行所述冷驱动判断步骤。
8.—种可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统，所述可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统由多个气缸形成，每个气缸装配有火花塞和柴油燃油喷射器，并且空气或混合有汽油的空气被引入每个气缸，并且电子控制单元被构造成根据发动机操作范围控制汽油燃油燃烧、柴油燃油燃烧或柴油-汽油燃油燃烧，所述可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统包括: 电子控制单元，所述电子控制单元通过判断所述发动机操作范围而根据所述发动机操作范围控制发动机从而以在柴油-汽油燃油燃烧和汽油燃油燃烧之中选定的一种燃烧进行操作。
9.根据权利要求8所述的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统，其中所述电子控制单元控制所述发动机从而进行操作，使得当所述发动机操作范围为所述高负载范围或所述低负载范围时，混合有汽油的空气被吸入所述气缸的内部并且通过所述火花塞而被火花点火。
10.根据权利要求8所述的可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧系统，其中所述电子控制单元控制所述发动机从而进行操作，使得当所述发动机操作范围介于所述低负载范围和所述高负载范围之间时，混合有汽油的空气被吸入所述气缸的内部，并且通过所述柴油喷射器喷射柴油燃油，并且 柴油-汽油燃油被压缩并点火。
全文摘要
本发明公开了一种可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机、系统和方法。可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机和控制方法可以根据发动机操作范围选择火花点火或压缩点火。可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机包括气缸体，所述气缸体由多个气缸形成，每个气缸连接至吸入空气或混合有汽油燃油的空气的空气进气歧管和在燃烧之后排出排放气体的排气歧管；和ECU，所述ECU控制燃烧模式。通过发动机的速度和负载判断发动机操作范围。当所述范围为高负载范围或低负载范围时，进行汽油燃油燃烧，而当所述范围介于高负载范围和低负载范围之间时，进行柴油-汽油双燃油动力燃烧步骤。
文档编号F02B11/00GK103161587SQ20121054548
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月14日 优先权日2011年12月15日
发明者奇旼莹, 崔坮, 丁玹声, 朴昇一, 李兴雨, 池尧汉 申请人:现代自动车株式会社