内燃机以及直接燃料喷射的方法与流程

本发明主要涉及内燃机，并且更具体地涉及通过在喷射之前控制燃料温度的内燃机的燃烧控制和改善的燃料效率和排放性能。

背景技术：

来自内燃机的微粒排放主要取决于燃烧有多完全，因为不完全的燃烧尤其导致固体碳微粒。燃烧的完全性还涉及燃料效率和危险气体排放的最小化。影响燃烧的完全性的参数可包括发动机几何形状(B/S)、压缩比、进气运动调节(游涡和鼓转)、燃烧室几何形状、空气引导的燃料流、壁引导的燃料流、燃料引导的流、喷射时刻、喷射压力、多次射出喷射、喷射器喷嘴几何形状等。多个这些参数影响燃料在点燃之前在燃烧室中与空气混合有多均匀。尽管有多种可用变量，但燃烧系统的最终设计频繁导致性能受损。这可限制可能的燃料效率、排气排放、燃烧噪音和其它因素。

来自内燃机的固体微粒排放被识别为可能的健康危险。柴油发动机配备有微粒过滤器以减小这些排放。汽油发动机、尤其是实施汽油的直喷(DI)的那些，现在受制于限制每行驶距离可排放的微粒数目的法规。为了在不使用微粒过滤器的情况下尽力满足法规的要求，汽车制造者正在研究先进的燃料喷射构想，以及先进的燃烧系统。

微粒排放由发动机的燃烧室内的燃料和空气填充的不完全混合引起。在DI发动机上，需要在有限时间窗内输送完全质量的燃料意味着在燃料喷射器的顶端附近通常存在很密集的燃料颗粒团。这些颗粒必须然后气化或将状态从液体变为气体，且然后燃料蒸气必须在燃烧室中与空气均匀混合。改善该混合的许多方法例如通过增大空气运动对发动机的效率具有不利影响。将能量给予进入的填充空气的方法如鼓转或游涡具有减少在进气冲程期间吸入的空气总量的效果。

现今的DI汽油发动机使用多个燃料射流和高水平的空气运动，以意图改善空气与燃料的混合。发动机制造者现在研究使用很高压力的燃料(＞200bar)作为减小燃料射流中的颗粒尺寸的手段。这些颗粒越小，则关于颗粒的体积的表面面积越大。该增大的表面面积允许颗粒更容易蒸发。颗粒蒸发越快，则用于燃料蒸气与空气混合的时间越久，且因此燃料蒸气在填充空气内的分布更均匀。

达到一定压力，所增大的压力意味着颗粒从燃料喷射器末端进一步行进。在一些情况中，它们行进足够远，使得它们撞击燃烧室的表面，称为"壁和/或活塞浸湿"的效果。当燃料微滴撞击室壁时，其不太可能蒸发，因为壁通常较冷。该燃料不会有效燃烧，且作为经部分燃烧的烃排出，导致烟颗粒。

达到500bar且甚至1000bar的燃料压力作为减小射流中的燃料颗粒的尺寸的手段提出。增大的压力将足够能量给予燃料，使得其几乎在离开燃料喷射器时立即气化，过程称为"闪蒸"。这种闪蒸具有很快生成可与填充空气混合的蒸气团的效果。其还限制燃料从喷射器末端行进的距离，使壁变湿的可能性最小化。然而，将汽油压缩至这些很高压力所需的能量较显著，且可能需要高达大约15-20kW或甚至更高的功率。由于用于提供该功率所需的高转矩，其必须直接来自发动机或在电驱动泵的情况下通过交流发电机。在任一情况下，将燃料压缩至该高很多的燃料压力的需求由于增大的附加损失而降低了发动机的效率。

从结构设计观点看，提供能够输送关于由泵所需的高功率的这样的高燃料压力的泵对于泵设计和对内燃机设计两者都是挑战。从泵观点看，汽油具有有限的润滑移动部件的能力。因此，需要燃料泵的特殊材料或复杂设计来将汽油可靠地升高至这些压力，因为泵内的可移动的部件由于高功率也经受较高的力。从内燃机观点看，需要这样的高功率且由燃机直接驱动的燃料泵通常通过链或带直接地连接到曲轴上，这使内燃机的整个设计复杂化，因为曲轴通常在内燃机中难以接近来连接任何辅助机构如燃料泵。备选方案是将泵连接到通常更容易接近的凸轮轴上，但这会需要更刚性的凸轮轴设计以维持能够输送所需功率的由泵所需的此高转矩。由于凸轮轴主要设计用于促动阀(其仅需要适度的转矩)，故凸轮轴通常具有比将会用于输送期望的泵转矩所需的小很多的直径。因此，任一方式，无论泵是由曲轴直接驱动或由凸轮轴直接驱动，其将出于各种原因使内燃机的设计复杂化。

由在公开号US 2013/0081592 A1下公开的美国专利申请已知燃料喷射温度为确定燃料团的位置的参数中的一个。美国专利申请公开号2013/0081592 A1提出经由分层填充燃烧过程中的燃料温度来控制燃料团的位置，两者用于火花点火(SI)和压缩点火(CI)。尽管该现有技术大体上认识到燃料温度对燃烧过程具有一些影响，即通过影响燃料团的位置，但其未能教导燃料温度的任何动态控制。"动态"在本文中意思是其可取决于发动机操作状态来改变。温度在该现有技术应用中由固定点影响，并未动态地取决于实际发动机操作状态，如，实时或与实时成任何关系。

技术实现要素：

本发明的目的在于提高燃烧效率且因此减少颗粒排放，但同时在喷射之前保持燃料压力处于适当的水平。

本发明的该目的和其它目的根据本发明的第一方面通过一种到内燃机的汽缸中的直接燃料喷射法实现，该方法包括：

a)至少将表示活塞位置、内燃机的转速和转矩需求的数据输入输入到发动机控制单元(ECU)中；

b)在发动机控制单元(ECU)中基于数据输入计算用于接下来的直接燃料喷射所计算的喷射启动(SOI)；

c)基于数据输入和计算出的喷射启动(SOI)来计算在接下来的直接燃料喷射之前的期望燃料温度；

d)在直接燃料喷射之前以不超过5秒的系统延迟将燃料加热至期望的经加热的燃料的温度；

e)喷射在步骤d)中加热的燃料；

f)重复步骤a)至e)来用于随后的直接燃料喷射。

本发明的上述和其它目的根据本发明的第二方面由包括以下的内燃机实现：

至少一个具有在汽缸内执行线性移动的活塞的汽缸-活塞组合，汽缸-活塞组合限定连接到燃料喷射器上的汽缸容积；

曲轴；

在喷射器中加热燃料的燃料加热器；

将活塞连接到曲轴上的连杆；

表现活塞位置的传感器；

表现曲轴的转速的传感器；

感测待喷射的燃料的温度的燃料喷射器温度传感器；

转矩需求传感器；以及

发动机控制单元(ECU)，其至少包括用于来自表现活塞位置的传感器、表现曲轴的转速、燃料喷射器温度的传感器和转矩需求传感器的数据线的数据输入端口，且具有至少一个连接到至燃料加热器的数据线上的数据输出端口，其中，ECU至少基于来自数据输入端口的数据输入计算经由数据输出线的数据输出。

根据本发明的方法和设备控制燃料温度，以便实现可能的最大程度的均化，因此减少生成的烟颗粒的数目。本发明认识到更完整的燃烧可通过温度升高来更好地来实现。此外，在发动机的设计和耗费两者方面，燃料加热可比增大燃料压力更容易实现。本发明认识到对于更好的气化，取决于发动机操作的各种变量动态地来控制燃料温度会是有益的。例如，这些变量为：i)如在ECU中取决于数据输入计算的喷射启动(SOI)，ii)转矩需求，iii)转速(可在电动机内的各种旋转构件部分处测得)，以及iv)压缩比(CR)，以及v)活塞位置，其可由曲轴或凸轮轴的旋转位置确定。出于该目的，可使用直接地测量活塞位置的传感器或测量电动机内的任何旋转部分的旋转角的传感器，如，测量曲轴的旋转角的曲柄传感器，或在备选方案中，任何其它旋转部分如凸轮轴或任何传动装置或离合器部分，只要该旋转部分的传动比是已知的且其没有相对于曲轴的任何滑移。

尽管压缩比在许多发动机中是恒定的，但较新的发展方案提供了改变压缩比，从而这还可根据优选实施例作为变量来考虑。

较高燃料压力的备选方案是提高燃料温度。在该情况中，燃料的温度提供气化燃料所需的能量。如果喷射的燃料温度足够热，则燃料可以超临界状态(即，致密蒸气)离开喷射器。取决于喷射时的燃烧室内的状态，该燃料可保持在蒸气状态，或可冷凝成很小尺寸的颗粒，通常小于7微米直径。在任一情况中，与空气在室中的混合由于燃料的快速气化加强。当其处于进气冲程时，如果燃烧室中的压力较低，还可发生闪蒸。气化和与填充空气混合的机制与很高压力的喷射的机制相同，但可使用传统的燃料压力(大约150bar)。加入燃料的能量是以热的形式。该热可由排气流中的废热供应，或可电气地供应，或可由两者的组合供应。当使用电热时，由于交流发电机负载而存在效率损失，但这些损失低于与将燃料泵送至高压相关联的那些。

本发明描述了基于发动机操作状态，通过燃料温度的控制来优化空气与燃料的混合的方法。对于该控制的主要输入为活塞位置和发动机负载和速度，以及具有可变压缩比的发动机中的压缩比。发动机负载例如可由其经由气体踏板位置输入到ECU的转矩需求和转速确定。气体踏板位置为用于确定发动机的操作状态的首要指标。尽管本发明的优选实施例构想出了汽油火花点火的发动机，但本发明在压缩点火发动机中同样良好工作。

在火花点火发动机上进行的颗粒排放和燃料消耗的测量示出存在喷射燃料的最佳温度，其基于发动机速度和生成的功率量变化。尽管燃料温度对发动机速度和负载的关系对于各个发动机是唯一的，但该关系可作为发动机校准过程的一部分被容易地确定。在各个点处的最佳温度的值可储存在发动机控制单元(ECU)内作为表格，或作为方程，其中速度和负载作为独立的变量。

在DI发动机中，存在循环中喷射燃料的最佳点。该最佳由混合速率、抗爆震策略和燃料渗透控制确定。可用于混合的时间在喷射启动的时刻变化时变化。当燃料在进气冲程中较早喷射时，例如，微粒排放的适当减少可相较于当燃料在压缩冲程中喷射时以对燃料的更少的热输入实现。实际上，燃料的温度在之后在进气或压缩冲程中发生喷射启动时升高。温度在压缩比增大时减小，以便防止预先点燃或爆震的发生。因此，在测试发动机中，喷射之前的期望燃料温度可描述为以下函数：

T_f=f(SOI,BMEP,rpm,CR)，

其中T_f为燃料温度，SOI为喷射的启动，BMEP为制动器平均有效压力或发动机负载，rpm为发动机速度，且CR为实际发动机压缩比，其在可调整的压缩比的发动机的情况中是变量，但是在具有不可调整的压缩比的发动机的情况中是常数。

应当理解的是，不直接测量喷射的启动SOI，而是在ECU中取决于各种输入来计算，例如，活塞位置的输入，因为其可由曲轴或凸轮轴的角位置确定。由于确定曲轴或凸轮轴位置的传感器本质上测量旋转角，故其也可用于测量发动机的转速rpm。

该系统的硬件的优选实施方式由燃料预热器构成，燃料预热器将燃料带到一定最低温度，通常为发动机所需的最低值。该预热器可使用排出气体来经由换热器加热燃料，或可使用电阻电加热器。燃料喷射器包含电加热器，其用于将燃料温度从其最低值带至当前操作点处所需的温度。燃料喷射器中的加热器具有低热质量，以使得燃料温度可准确地遵循发动机负载中的变化。在特定循环中的待喷射的燃料的期望温度可通过很短延迟实现，例如，仅滞后1-3个循环，且该延迟当然可通过燃料喷射循环先行计算(lookahead calculation)来进一步考虑。尽管通常每分钟几千转(rpm)的发动机转速下的一个循环先行仅为一秒的小部分，但显著的性能提高也可利用长很多的延迟时间(如达到5秒，优选1到2秒)来获得，且这对于燃料喷射器中的燃料可容易地实现。取决于车辆的类型，例如，为长距离使用所提供的卡车，甚至大于5秒的更长延迟时间可为有益的。例如，对于通常在几乎恒定的发动机操作状态下行驶数小时的车辆(如，商业长途使用中的卡车)，超过5秒的延迟时间仍会明显实现本发明的目的。尽管加热器通常设置在燃料喷射器内且因此具有很小的质量，但需要理解的是，甚至小质量引起一些小延迟，使得燃料温度不会立即响应于发送至燃料喷射器加热器的信号。然而，在接受来自ECU的信号下加热器的响应降低到1与3个循环之间的响应时间可利用相应的设计努力来实现。

喷射器中的加热器由ECU通过控制至加热器的电流来控制。该电流通过以上方程来确定。喷射器加热器温度对ECU的反馈通过使用喷射器处的温度传感器来实现。在备选实施例中，该反馈可通过将加热器自身用作温度传感器通过测量加热器的电阻来实现。在另一个实施例中，反馈可通过使用喷射器的ECU内的模型发生，由此燃料流和加热器电流是对模型的输入而燃料温度是输出。

在校准过程中，生成了脉谱图(map)，其中独立的变量优先。例如，如果达到发动机的爆震极限，则独立变量优于其它变量用于优化温度。可能优于其它变量的下一变量为喷射的启动(SOI)。作为经验法则，进行喷射的时间越后，则用于实现完全蒸发所需的燃料温度就越高。超临界喷射也是选择。超过超临界状态点的温度的进一步升高并未进一步显著地改善蒸发。接下来优先分级的两个变量为转矩需求和转速，其中转矩需求比转速更重要。脉谱图可由需要在校准过程中被调谐的模型替换。模型可作出使变量对燃料温度的影响优先化的决定过程。模型可由经验确定的数据生成，其由已知的数学变换方法如傅里叶或拉普拉斯变换来转换成公式。一旦储存在ECU中，则用于喷射的期望的燃料温度可基于该公式和如上文所述的变量的输入来计算。在基于公式或脉谱图的这样的计算下，ECU现在必须基于期望温度与实际温度之间的差异生成用于加热器输出功率的命令输出信号。

尽管本发明还适用于喷射点火内燃机，但本专利的优选实施例为用于火花点火(SI)汽油内燃机的燃料系统。燃料的加热借助于燃料喷射器内的电加热器在ECU的控制下执行。该燃料喷射器能够在超临界状态下喷射燃料。

备选实施例使用燃料预热器来最小化喷射器内的能量消耗。总体优化的系统使用废排气能来预热燃料。

优选实施例可通过以下实施：感测步骤d)中加热的燃料的燃料温度，以及将表示燃料温度的数据输入发动机控制单元(ECU)中来提供该燃料温度的闭环控制。在备选方案中，还可能会是通过开环控制来控制喷射器加热器，因为燃料喷射器自身的性质不是变量而是常数，且燃料温度是可由开环控制来控制的加热器功率的结果。

优选实施例可通过由设在内燃机的曲轴和凸轮轴中的至少一个处的传感器感测内燃机的活塞位置和转速来实施。尽管曲轴或凸轮轴角位置以及它们的转速两者可利用同一个传感器感测，但还可能会是在不同元件处使用不同感测源和手段，例如，通过在传动装置的旋转元件处结合已知的传动比所测量的转速。

优选实施例可通过以下实施：在发动机控制单元(ECU)中基于步骤a)中的数据输入为具有可变压缩比的内燃机的计算用于接下来的直接燃料喷射的期望的压缩比；基于数据输入、步骤b)中计算出的喷射启动(SOI)和计算出的压缩比来计算在接下来的直接燃料喷射之前的期望燃料温度；以及基于该期望的燃料温度开始步骤d)至f)。接下来的燃料喷射由ECU确定，ECU可计算紧接的燃料喷射循环的理想数据。然而，系统当然类似于现实世界中的所有系统，具有对控制信号的响应的小延迟时间。此外，不需要对燃料温度进行100%的实时调整来实现期望效果的大部分。此外，根据优选的实施例，可进行先行计算，其可将延迟时间中的一些考虑在内。

优选实施例可通过以下实施：由压缩调整机构调整可变压缩；感测实际压缩比且将表示实际压缩比的数据输入到发动机控制单元(ECU)中来提供实际压缩比的闭环控制；输入代表步骤a)中的实际压缩比的数据作为附加的数据输入；以及在表示实际压缩比的数据的附加的数据输入的附加考虑下执行步骤b)至f)。有可能通过改变各种不同元件的长度或位置(其可确定活塞可在汽缸内行进多远)来改变压缩比。此外，不需要闭环反馈控制来实施可变压缩的控制和考虑喷射之前用于控制燃料温度的可变压缩。

优选实施例可通过在步骤a)中由以下至少一种将燃料加热来实施：i)燃料喷射器内仅用电；ii)燃料喷射器上游的排出气体预热和燃料喷射器内的电加热的组合；以及iii)燃料喷射器上游的电预热和燃料喷射器内的电加热的组合。就对应结构而言，以下至少一者：i)提供作为唯一加热器的电加热器，其加热燃料喷射器中的燃料；ii)位于燃料喷射器上游的排出气体预热器和加热燃料喷射器中的燃料的电加热器的组合；以及位于燃料喷射器上游的电预热器和加热燃料喷射器中的燃料的电加热器的组合。尽管是可选的，但预热具有使系统更具响应性的优点，因为预热限制所需的燃料喷射器加热的量。利用排出气体预热的另一个优点在于，可利用这样的废热，且因此可减少用于燃料加热的能量消耗。

优选实施例可通过以下实施：将燃料喷射器上游的燃料在直接燃料喷射之前预热至低于经加热的燃料温度的预热燃料温度；感测实际预热燃料温度；将数据输入输入发动机控制单元(ECU)中以表示实际预热燃料温度；以及由发动机控制单元(ECU)控制将燃料预热至期望的预热燃料温度。取决于响应性和有效性的水平，预热燃料温度的这样的控制可通过考虑发动机的实际操作状态来实施。相较于喷射器加热器，预热燃料温度的更长的延迟时间可被接受。在一定数目的情况下，发动机的操作状态仅可忽略地变化，例如，当在巡航控制状态下以恒定速度在平路上行驶时。在这样的状态下，例如，有可能仅通过预热器来实施理想的燃料温度，从而喷射器加热器可静止与这些恒定的发动机操作状态的持续一样久。在这样的状态下，还可有利的是，用于燃料加热的能量消耗可完全由来自排气系统的废热提供。

优选的实施例可通过将燃料喷射器上游的燃料预热至恒定预热燃料温度来实施，恒定预热燃料温度低于在直接燃料喷射之前的经加热的燃料温度。尽管控制预热温度出于前述原因是优选的，但经济的解决方案可通过将燃料预热至恒定温度来实现。优选地，该温度低于喷射之前的期望燃料温度，以便由喷射器加热器提供为达到该期望的燃料温度的剩余的热。作为备选，还可在一些限制内接受预热至高于期望的燃料喷射温度的温度。尽管将燃料从预热温度冷却到期望燃料喷射温度理论上可能作为另一备选方案，但加热比冷却更可行。冷却可电气地实现，但也通过环境空气的空气流实现，其通常具有低于预热燃料温度的温度。

优选的实施例可基于ECU内的脉谱图和物理系统的数学模型中的至少一种通过执行方法步骤c)来实施。就对应的结构而言，根据优选的实施例，ECU储存内燃机的物理系统的数学模型，数学模型计算经由数据输出端口发送到数据输出线中的数据输出，或在备选方案中，ECU储存脉谱图，脉谱图计算经由数据输出端口发送到数据输出线中的数据输出。这允许通过根据经验测量各种变量的影响来基本上考虑无限数目的变量和操作状态并且基本上考虑操作状态数据并将这些储存在脉谱图中。为了容易实施ECU内的适当计算，还有可能由这些根据经验确定的数据生成公式，例如，通过傅里叶变换或拉普拉斯变换，或通过基于离散地或连续地测量变量对结果的影响所描述的函数来生成公式的任一其它方式。

根据优选的实施例，代表活塞位置的传感器和感测曲轴转速的传感器结合到一传感器中，其感测内燃机的曲轴和凸轮轴中的至少一者的旋转角。尽管更难实现，但也可能直接地测量活塞位置。

根据优选实施例，内燃机另外设有用于改变压缩比的机构，且发动机控制单元(ECU)包括另一数据输入端口，其连接到来自感测实际压缩比的传感器的数据线上。压缩比的变量由ECU计算，这意味着对于发动机的某些操作状态，期望由ECU计算的特定的压缩比，且然后相应地调整压缩比。因此，测量压缩比并非绝对必要，但却是提高准确性和提供闭环反馈控制的优选特征。

附图简述

根据一个或多个各种实施例参照以下附图详细描述本发明。附图仅出于说明性目的提供，且仅描绘了本发明的典型或示例性实施例。这些附图提供用以便促进读者对本发明的理解，且不应当认为是限制本发明的宽度、范围或适用性。应当注意的是，为了说明的清楚和容易，这些附图不必按比例绘制。

图1示出了示例性车辆，在其中可使用本发明的实施例。

图2示出了在其中可使用本发明的实施例的实例。

图3示出了在其中可根据本发明的一实施例实施泵系统的示例性环境。

图4示出了根据本发明的一实施例的示例性泵系统。

图5示出了在其中可实施本发明的实施例的环境。

图6为展示在汽缸中生成燃料蒸气与空气的混合物的框图。

图7示出了燃烧发动机和包括ECU的各种输入和输出的ECU的优选实施例。

图8显示了示出发射的颗粒数目关于燃料温度之间的相关性的图表。

附图标记清单

1 车辆

2 燃料供应源

3 发动机

4 燃料管线

5 汽缸

6 活塞

7 燃料喷射器

8 曲轴

9 燃料

10 发动机系统

11 燃料过滤器

12 燃料泵

13 压力调节器

14 计算机

15 燃料喷射器

16 燃料系统

17 发动机控制单元

18 公共燃料轨道

19 泵系统

20 转速计

21 压力传感器

22 分配传感器

23 分配通道

24 出口

25 凸轮传感器

26 曲柄传感器

27 体积喷射步骤

28 微滴形成步骤

29 气化步骤

30 燃料蒸汽混合步骤

31 踏板传感器

32 预热器

33 喷射器加热器

34 预热器数据线

35 预热器温度传感器

36 喷射器温度传感器

37 连杆

38 预热器入口

39 预热器出口

40 燃料喷射器

41 公共燃料轨道压力传感器

42 加速器踏板

43 燃料喷雾

44 压缩比传感器

45 燃料喷射器加热器数据线。

具体实施方式

在详细描述本发明之前，描述几个示例性环境(在其中可实施本发明)是有用的。一这样的实例是由内燃机供能的车辆。图1示出了这样的车辆1。燃料供应源2布置在车辆内，且由燃料管线4联接到发动机3上。来自燃料供应源2的燃料用于运转发动机3来向车辆1提供原动力。

更具体的实例是如关于图2所示的内燃机。发动机3包括具有布置在其中的活塞6的多个汽缸5。多个燃料喷射器7构造成将燃料供应至发动机3，且由燃料管线4连接到燃料源2上。活塞6和汽缸5限定了将燃料9从燃料喷射器7配量到其中的汽缸容积。当燃料9与空气混合且点燃时，移走活塞6，从而调谐曲轴8且提供动力。

图3示出了发动机系统10，其包括发动机3、燃料箱2、燃料过滤器11、泵12、压力调节器或蓄积器13、计算机14和燃料喷射器15。不包括发动机3的这些构件包括燃料系统16。计算机14可包括发动机控制单元(ECU)17，其接收用于转矩需求传感器的输入，如，来自也称为加速踏板传感器的气体踏板传感器31的节流输入。ECU将适当的燃料压力和转移容积需求输出到泵12的电动机。ECU同时将喷射器促动请求输出到发动机的多个燃料喷射器。

泵12从燃料箱2吸收燃料，且将燃料推动至压力调节器13，其控制进入发动机3的燃料喷射器15中的燃料压力。压力调节器13有助于保持在各个燃料喷射器15的输入处的一定压力水平。压力调节器13可用于当期望时由计算机14的发动机控制单元从系统释放压力。一这样的实例可以是当车辆停止且空转且需要较低压力时。

燃料过滤器11通常安装在泵12与压力调节器13之间。燃料过滤器11负责过滤可存在于燃料箱2内的燃料中的微粒和杂质。以该方式，发动机3免受可对发动机3造成破坏的微粒。

燃料系统16可在各种类型的发动机上实施，如，汽油发动机和柴油发动机，其可设计为火花点火发动机(SI)或压缩点火发动机(CI)。如图3中所示，发动机3的燃料喷射器15为电子控制的燃料喷射器。在所示实施例中，各个燃料喷射器15均为电动电磁阀燃料喷射器。在一实施例中，泵12向燃料喷射器15供应经加热的燃料，以便改善发动机3的功率和效率。为了打开电磁阀和允许燃料进入发动机3，计算机14将电流发送至燃料喷射器15内的磁性电枢。一旦电枢充电，则形成电场且吸引螺线管，以产生进入发动机3的燃烧室中的通路。电流放电的时刻由计算机14调节。这可使用来自发动机3内的传感器的反馈完成。这样的传感器的一个实例为如图5和7中所示的发动机的曲轴位置传感器26。通过确定发动机曲轴的位置，计算机14可计算活塞的位置并且确定电流放电的时刻。

在燃料系统16中，泵12和压力调节器13一起保持公共轨道18内的燃料压力，这将燃料给送至各个燃料喷射器15。如所述，燃料喷射器15的螺线管在每当电流放电时开启。电流放电的时刻基于发动机3的活塞或曲轴的位置。因此，为了在当发动机3以高速操作时保持公共轨道18内的大体上恒定的压力，操作旋转位移或燃料泵12的回转也必须增大来补偿由于被排入各个燃料喷射器15中的燃料和压力而损失的压力。在其它实施例中，这样的燃料压力和发动机旋转位移关系可在系统中保持，该系统使用机械燃料喷射器来替代电子燃料喷射器。

在具有如结合图1至3所示出和描述的内燃机的车辆的背景下，本发明指向用于取决于至少发动机负载的参数、发动机的转速和喷射启动时间的组合来控制燃料温度的系统和方法。对于具有可变压缩比的内燃机，实际压缩比也是将考虑的参数。

图4示意性地示出了内燃机，特别是燃料系统、一些加热器和预热器以及各种传感器。泵系统19包括燃料箱2、燃料过滤器11、燃料泵12、转速计20、压力调节器或蓄积器13、压力传感器21、分配传感器22、分配通道23，以及具有电子控制单元17的计算机14。在高水平上，燃料泵12吸收穿过燃料过滤器11的燃料，且将燃料经由分配通道23供应至发动机(或需要加压流体的其它装置)。在一实施例中，分配通道23为公共轨道18，其构造成将燃料供应到多个燃料喷射器15。也可使用其它类型的分配通道23来替换公共轨道18。

在泵系统19中，泵12可为正位移泵。泵12优选为径向活塞泵，其具有高效率连同最少至没有流体泄漏出活塞泵送室。附接到泵12上的电动机使轴旋转，轴使泵运转。电动机轴的各个旋转对应于由泵活塞泵送的流体的设定容积。

转速计20可构造成感测电动机轴的旋转位移，因为其涉及泵送的流体的体积，且将旋转位移数据发送至计算机14。转速计20可以是霍尔传感器，其取决于用户需求具有1-3个极。

压力传感器21可构造成监控泵12的出口24处的流体的压力，且将压力数据发送至计算机14。对于泵12的电动机的每个旋转位移值或转速计数，在出口24处存在对应的流体压力值。计算机14将压力和电动机旋转位移数据记录下且表格化，以产生泵12的电动机旋转位移对压力的曲线图。旋转位移和压力数据可使用记录器件收集来用于将数据储存在存储器中，且/或将数据传输至远程数据储存系统。压力数据可为模拟或数字数据。

预热器32设置在分配通道23中。用于设置预热器的另外的其它位置也是可能的，例如，在向燃料喷射器供应燃料的公共轨道18中。预热的温度通常设定为低于燃料喷射器加热器33的值。通常设置有多个燃料喷射器加热器，各个喷射器均对应有一个。然而，还可能会是设置一公共喷射器加热器，其加热喷射器内的燃料。预热器中的温度可由ECU控制或可保持在恒定温度下。设置预热器的一个原因在于使系统更具响应性，即，通过减少需要由喷射器加热器33提供的加热量。为了控制预热器32，预热器数据线34可设置成将预热器32连接到ECU 17上，或仅大体上连接到计算机CPU 14上。预热器温度传感器35可设置在公共轨道或其它位置处，例如，分配通道23。喷射器温度传感器36可设置在喷射器处或内，或接近用于待喷射的燃料的出口端口。设置燃料喷射器加热器数据线45以接收来自CPU或ECU的控制信号，以便控制燃料加热。

图5示意性地示出了ECU的数据输入和数据输出。例如，发动机3可包括汽油直接喷射发动机、柴油发动机或任何其它喷射燃料的内燃机。传感器如凸轮传感器25或曲柄传感器26或两者将发动机操作数据提供至发动机控制单元(ECU)17。凸轮传感器25对于确定下一燃料循环为不明确性最少的，而曲柄传感器对于确定所给出的任何时间点的活塞位置为不明确性最少的。附加的输入来自喷射器温度传感器36和预热器温度传感器35，以及来自气体踏板传感器31的转矩需求信号。为了简单起见，并未示出所有输出，例如，输出到预热器32和喷射器加热器33的如在图4中示为燃料喷射器加热器数据线45和预热器数据线34。

ECU 17使用该数据来确定发动机目前在哪个操作平面上操作。如本文所述，使用该信息和跨越发动机操作平面的预定喷射针轮廓，ECU确定操作点处的发动机3的燃料喷射器的喷射针轮廓。燃料喷射器15例如经由燃料喷射器驱动器与ECU 17相连接且引起根据当前操作点确定的喷射针轮廓将燃料喷射到发动机3中。

图6示出了燃料喷射、微滴形成、气化和在汽缸中混合蒸气的过程。一定量的燃料在步骤27处以喷雾喷射到燃烧容积中。然后，燃料喷雾在步骤28处成形为微滴。燃料微滴然后在步骤29处气化，且燃料蒸气在步骤30处与存在于燃烧容积(这里是内燃机3的汽缸)中的空气混合。燃料最终在压缩热下和可能地在点火填料的喷射下点燃，或由火花点燃来点燃。

图7示意性地示出了内燃机3，其包括经由连杆37驱动多个活塞6的曲轴8。压缩比可由压缩比传感器44确定并反馈到ECU 17中。曲轴的转速由曲柄传感器26测量，曲柄传感器26根据该实施例设计为组合的传感器，其同时测量曲轴的旋转角位置和曲轴的转速。曲轴8还驱动高压燃料泵12。泵12从燃料供应源2如燃料箱取得低压燃料9，且将其压缩至操作所需的高压。该高压燃料经由分配通道23如连接管输送至燃料预热器32。在该实施例中，燃料预热器32利用来自排气的废热来加热燃料。来自排气歧管的排出气体在预热器入口38处进入预热器32，将热传递至加压燃料，且然后在预热器出口39处离开预热器32。预热器的加热功率由ECU控制，ECU将控制信号经由预热器数据线34发送至预热器。经加热的燃料经由连续的分配通道23如第二管输送至公共燃料轨道18。公共燃料轨道18用作分配歧管，以将燃料提供至燃料喷射器40。公共燃料轨道18内的燃料的压力由公共燃料轨道压力传感器41测量。各个燃料喷射器40包含燃料加热器33，以及可选地燃料温度传感器36，其由数据线连接到ECU上。在经由燃料喷射器加热器数据线45发送控制信号的发动机控制单元(ECU)17的控制下，燃料喷射器将燃料喷雾43直接地供应到内燃机3的汽缸中，且取决于喷射时刻，特别供应到内燃机3的燃烧室中。由发动机提供的转矩由ECU基于驾驶员通过加速器踏板42经由气体踏板传感器31的输入来控制。

在操作中，ECU 17从曲柄速度传感器26、压缩比传感器44、燃料压力传感器41、燃料温度传感器36和气体踏板传感器31中取得输入。基于这些输入，ECU7计算期望的燃料温度，且经由燃料喷射器加热器数据线45输出控制信号，控制信号驱动燃料加热器33，以便将燃料喷射器中的燃料加热到期望温度。

如开头已经论述那样，期望的燃料温度也是喷射启动SOI时间的函数。然而，该SOI是基于发动机的操作状态作为理想喷射启动时间来计算的。尽管有可能感测该喷射启动时间并作为参数由闭环反馈控制提供到ECU，因为ECU控制该SOI，但其也可用作由ECU直接计算，这使得SOI传感器为冗余的。

图8表示生成的微粒排放的量对燃料温度的特征曲线。图上的各条线表示唯一的喷射启动(SOI)时间。线在压缩冲程的上死点之前以旋转度数标记。类似的曲线将针对所需转矩的唯一值和压缩比(CR)的唯一值来进展。图1中所示的ECU 17将使用这些特征曲线来确定用于发动机的各个操作状态的正确燃料温度。