灵活燃料的可变排量发动机的控制系统和方法

专利名称：灵活燃料的可变排量发动机的控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及使用灵活燃料的可变排量发动机的控制系统与方法。
背景技术：
为了提高燃料经济性，发动机以不同数量的工作汽缸或停用汽缸运行，同时通过 汽缸气门的停用，可选择地将总的排气混合空燃比保持在化学计量附近。在某些例子 中，在由例如转速/负载窗口等参数限定的选择的工况期间或者包括汽车速度在内的 各种其他工况期间，发动机一半的汽缸会停用。
然而，在某些发动机/汽车的组合中仅可能获得适度的燃料经济性。诸如转换约 束、噪声振动不平稳性约東等各种因素会限制潜在的燃料经济性的获得。此外，上述 因素足以减少可变排量发动机(VDE)运行的可用窗口，从而进一步减少了潜在的燃 料经济性的获得。有经验的发动机设计人员想方设法地通过改进的设计和系统上的优 化来改善上述限制，尽管如此燃料经济性的获得在实用上仍难以实现。
发明人认识到汽车可用运行窗口上的重要的潜在的约東可能与爆震相关。例如， 在某些系统时当试图扩展VDE运行时，发动机会在例如高负载运行的各种工况期间受 爆震限制(knock limited)。这样，当使用VDE运行时，持续燃烧的发动机汽缸会 被迫进入不同于运行在全汽缸工况下的转速/负载区域(例如高负载)，从而会增加 爆震倾向。结果，为了减轻爆震使得点火正时延迟，这样所产生的燃料经济性损失可 能超过VDE运行的获利。
此外，虽然为了减轻发动机爆震会使用各种优化发动机设计的方法，但这些优化 通常会造成其他损失。

发明内容
上述问题和损失可以通过灵活燃料(例如酒精，乙醇，E-85,汽油)可变汽缸燃烧 发动机解决。例如，系统可以调节VDE运行，例如VDE运行窗口，以利用在汽车中使 用酒精混合燃料时的爆震消除特性。这样，不但汽车可以使用各种混合燃料运行，发 动机部分汽缸停用也能与存在的混合燃料进行协调，从而在可能的情况下提供改进的 性能。另外，发动机包括直接喷射或者进气道喷射以及至少部分开启气门喷射来进一 步利用混合燃料的进气冷却特性并进一步削弱爆震以扩展VDE运行。
在另一个例子中，当需要利用混合燃料的协同效应和部分汽缸停用时，发动机控 制系统会在工况期间调节混合燃料来提供爆震消除。例如，通过有效利用匹配到当前发动机工况的不同的进气冷却，可以使用具有不同的汽油和酒精混合的直接喷射的混 合燃料来促成扩展的VDE工况(例如，较高的发动机负载)。
这样，有可能从部分汽缸运行实现较多的燃料经济性，同时还可以从代用燃料获 得更多的好处。


困1示出了示例发动机和排气系统的结构； 图2A、图2B和图3示出了发动机的局部视图； 图4A-图4D显示了示例燃料喷射器和泵配置； 图5示出了示例发动机控制策略的形态图； 图6-图11示出了示例高级控制系统的流程图。
具体实施例方式
图1示出了可变排量发动机(VDE) IO的例子，其中的四个汽缸(例如每组两个) 可以在一个或多个发动机循环期间保持汽缸气门关闭。通过连接气门推杆的液压驱动 杆，或者通过其中使用没有升程的凸轮凸角以停用气门的凸轮廓线变换机构，汽缸气 门被停用。还可以使用诸如电子驱动气门等其他气门停用机构。
发动机10可以使用通过燃料系统8供给的多种物质运行。燃料系统8包括各种 箱，酒精分离单元，控制阀和/或混合阀，以及将在下面详细描述的喷射器。特别地， 燃料系统8中的各种物质可以包括多种不同的混合燃料，喷射位置，或者各种其他的 选择。在一个例子中，具有不同汽油和/或酒精和/或水浓度的多种不同的物质可以供 给到发动机，可以以混合状态供给，也可以分别供给。另外，在发动机运行期间，所 述不同物质的相对量和/或比率通过控制器12响应于工况进行可变地控制，所述各种 工况由传感器4提供或者由控制器12的内部判定，或者两者的结合提供。
在一个例子中，所述不同物质表现为具有不同程度酒精的不同燃料，包括一部分 是汽油，剩余部分是乙醇。在另一个例子中，发动机10釆用汽油作为第一物质，而 含有如乙醇，甲醇，汽油乙醇混合物(例如E85,大约85%乙醇和15%汽油)，汽油甲 醇混合物(例如M85，大约85%甲醇和15%汽油)，酒精和水的混合物，酒精、水和汽 油的混合物等的酒精作为第二物质。在另一个例子中，第一物质和第二物质可以都是 汽油-酒精混合物，其中第一物质中酒精的浓度比第二物质中的酒精浓度低。
在另一个例子中，不同的喷射位置用于不同的物质。例如，单一喷射器(例如直 接喷射器)用来喷射两种物质的混合物(例如，汽油和酒精/水的混合物)，混合物中 两种物质的相对量或者比率在发动机运行期间可以通过控制器l2用例如混合阀(图 未示)进行调节而改变。在另一个例子中，釆用了用于一个或多个汽缸的至少两个不 同的喷射器，例如进气道喷射器和直接喷射器，在工况改变时，每个喷射器喷射不同
的相对量的不同物质。在另一个例子中，除了不同位置、喷射不同物质的喷射器，还 采用了不同尺寸的喷射器。在另一个例子中，可采用具有不同喷射模式和/或喷射目 标点的两个进气道喷射器，以不同的喷射正时将至少两种物质的不同混合物供给到汽 缸。
控制器12可以是微型计算机，包括微处理器单元，输入/输出端口，用于可执行 程序和校准值的电子存储介质，随机存取存储器，保活存储器以及数据总线。控制器 12如图所示接收各种来自连接到发动机10的传感器4的信号，并向连接到发动机和 /或汽车的各种驱动器22发送控制信号。除了下面讨论的信号以外，控制器12接收 来自连接到进气系统的质量空气流量传感器的吸入质量空气流量(MAF)测量值，来 自连接到节气门20的节气门位置传感器的节气门位置(TP),以及来自爆震传感器 82的爆震指示。
图1显示发动机IO是具有包含进气歧管16 (带有节气门20)和连接到排放控制 系统70的排气歧管18的具有两组汽缸的v-8发动机，所述排放控制系统包括一个或 多个催化剂和空燃比传感器。例如，排气系统包括起燃催化剂和车底催化剂，以及排 气歧管，上游和/或下游的空燃比传感器。虽然图1显示了具体的发动机构造，如果 需要，也可以采用其他构造。
釆用喷射具有酒精的燃料的可变排量发动机的运行会获得各种有利结果，这将在 下面进行更为详细地描述。例如，当使用汽油和具有酒精(例如乙醇)的燃料时，调节 燃料的相对量来利用酒精燃料增加的进气冷却(例如通过直接喷射)以减少爆震倾向 (例如，响应于爆震或者增加的负载而提高酒精和/或水的相对量)从而能扩展降低的 排量的运行模式，这成为了可能。因此，例如通过减轻发动机爆震限制，在较高转速 /负载运行范围以减少的排量运行就成为了可能。这能提高可变排量的燃料经济性的 获得，这也允许以全汽缸模式工作的增强的发动机性能。
现在参阅图2，显示了多汽缸发动机中的一个汽缸，以及与该汽缸相连的进气通 道和排气通道/进气道和排气道。另外，图2A示出一个示例燃料喷射配置，其中对至 少一个汽缸，每汽缸设置两个燃料喷射器。在一个实施例中，发动机的每个汽缸具有 两个燃料喷射器。该两个喷射器配置在不同的位置，如两个进气道喷射器， 一个进气 道喷射器和一个直接喷射器(如图2A所示)等等。
继续参阅图2A,其中显示了一个多喷射系统，发动机10同时具有直接燃料喷射 和进气道燃料喷射以及火花点火。图中显示发动机10的燃烧室30包括燃烧室壁"， 置于其内并与曲轴40相连的活塞36。起动机马达(图未示)可以通过飞轮(图未示)连 接到曲轴40,或者采取发动机直接起动的方式。
燃烧室或汽缸30如图所示分别通过进气门52a和52b (未示出)及排气门5" 和54b(未示出)与进气歧管44和排气歧管48连通。因此，可以使用每汽缸四气门， 在另一个示例中，也可以使用每汽缸单个进气门和单个排气门。在又一个示例中，可
以使用每汽缸两个进气门和一个排气门。
燃烧室30具有压缩比，即活塞36位于底部中心时燃烧室的体积与活塞36位于 顶部中心时燃烧室的体积之比。在一个例子中，压缩比接近9: 1。然而在使用不同 燃料的某些例子中，压缩比可能会增加。例如，该压缩比会在10: 1和11: 1之间或者 ll:l和12:1之间，或者更大。
所显示的燃料喷射器66A直接与燃烧室30相连，用于直接向其中供给与经电子 驱动器从控制器12接收的信号68A的脉冲宽度成比例的燃料。图2A显示燃料喷射器 "A是侧面喷射器，也可以位于活塞的顶部，例如靠近火花塞92的位置。由于有些 基于酒精的燃料的低挥发性，这样的位置有利于混合与燃烧。
燃料和/或水会通过包括燃料箱、燃料泵、燃料导管的高压燃料系统(图未示) 供给到燃料喷射器66A。可选择地，燃料和/或水可以由处于较低压力的单级燃料泵 供给，这种情况下，压缩行程期间直接燃料喷射正时会比使用高压燃料系统时受到更 多的限制。另外，虽然没有显示，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感 器。
图中显示的燃料喷射器66B与进气道46相连，而非直接连接到汽缸30。燃料喷 射器66B供给与经电子驱动器从控制器12接收的信号68B的脉冲宽度成比例的喷射 燃料。需要注意，对于两个燃料喷射系统可以使用单个驱动器或者多个驱动器。燃料 系统除了提供燃料到喷射器66A和66B，也供给蒸汽进入进气歧管44(虽然图中未示 出)。这里还可以使用各种燃料系统和燃料蒸汽抽取系统。
如图l所示，进气系统包括电子驱动的节流板。排气传感器76连接到位于催化 转换器上游的排气歧管48。排气传感器76可以是任何合适的用于提供排气空燃比指 示的传感器，例如线性氧传感器，UEGO，双态氧传感器，EGO, HEGO， HC或CO传感 器。在这个特定的例子中，传感器76是双态氧传感器，用于提供信号EGO到控制器 12,控制器12将信号EGO转换成双态信号EG0S。信号EGOS的高电压状态表示排气 比化学计量浓，信号EGOS的低电压状态表示排气比化学计量稀。信号EGOS有助于在 反馈空燃比控制期间将平均空燃比保持在化学计量均质操作模式期间的化学计量空 燃比。
图2A进一步显示连接到冷却套管114的温度传感器112，用于向控制器l2提供 发动机冷却剂温度(ECT)的测量，以及连接到曲轴40的霍尔效应传感器118,用于
提供齿面点火传感器信号(PIP)。
控制器12会使燃烧室30以各种燃烧模式运行，包括均质空燃混合模式。通过例 如在进气行程(可以是关闭的气门喷射)之前或者进气行程期间操作喷射器66A和 66B中的一个或两者，可以形成均质混合物。在其他例子中，可在一个或多个行程期 间(例如进气行程，压缩行程，排气行程等)使用来自喷射器66A和66B中的一个或 两者的多喷射。在不同的工况下，还可以有不同的喷射正时和混合物构成的进一步的例子。
虽然图2A显示汽缸有两个喷射器，其中一个是直接喷射器，另一个是进气道喷 射器，也可以在可选择的实施例中让汽缸釆用两个进气道喷射器使用开启气门喷射， 例如图2B所示。
虽然没有在图2A中显示，还可以使用例如可变凸轮轴正时系统这样的可变气门 正时系统。如上所述，图2A仅仅显示了多汽缸发动机的一个汽缸，应当理解，每个 汽缸都包括自己的一组进气门/排气门，燃料喷射器，火花塞等。虽然没有在图l-图 2中显示，发动机IO可以连接到各种增压设备，例如机械增压器或涡轮增压器。
现在参阅图2B,其中显示了两个通过两个分离的进气道连接到汽缸30的进气道 喷射器(66B和66C)，虽然在可选的方式中，它们可以连接为共有进气道。另外， 虽然如图所示两个进气道通向共有气门，但该进气道可以分离并通向各自的气门(例 如，每个进气道仅仅通向单个进气门)。例如， 一个喷射器用来供给具有较高酒精含 量(例如百分比或者比率)的燃料，调节该高酒精含量喷射器以提供更多开启气门喷 射(以增加进气冷却效果)。图2B也显示了进气运动控制阀80,用来调节两个进气 道中和两个进气道之间的流量。虽然图2B中显示的阆位于喷射器的上游，该阀也可 以设置在喷射器的下游。
现在参阅图3，其中显示了类似于图2A的示例发动机汽缸，差别仅在于其采用 的是单个直接喷射器66D。该喷射器连接到具有可调节的或者固定的酒精混合燃料的 燃料箱。
现在参阅图4A-图4D,描述了各种燃料系统。特别地，图4显示为用于单个和双 重喷射器系统的示例燃料喷射器和泵配置。
现在具体参阅图4A,该图显示了示例燃料泵配置，其中提供单个燃料泵412和 燃料箱410用于保持第一和第二物质的混合物(例如E85，至少汽油和乙醇的混合物)。 燃料箱410连接到喷射器414，喷射器414是连接到汽缸的诸如喷射器66D这样的直 接喷射器。虽然图4A只显示了单个喷射器，但是燃料箱410可以通过燃料导管(图 未示)连接到多个汽缸。
现在具体参阅图4B,该图显示了示例燃料泵配置，其中提供分离的燃料泵和燃 料箱用于第一和第二物质(例如，第一汽油燃料箱和第二乙醇燃料箱)。特别地，所显 示的第一燃料箱410用于保存第一物质，用泵412通过燃料导管将第一物质引导到喷 射器66A中。类似地，所显示的第二燃料箱420用于保存第二物质，用泵4"通过燃 料导管将第二物质引导到喷射器66B中。虽然泵如图所示处于燃料箱外，在可选例子 中，所述两个泵中的一个或两者可以位于燃料箱内。另外，第二高压燃料泵可以添加 到一个或者两个燃料导管。
燃料系统中的一个或者两者可以是非循环型燃料系统，循环型燃料系统，或者两 者的组合。另外，燃料系统可以具有不同的特性，例如不同尺寸的箱，不同尺寸的泵，
不同的泵容量，不同的泵压，不同的泵最大流量，不同的开启/关闭循环(例如泵412 的间歇运转时间可以比泵422长)等等。需要注意，在某些例子中，在某些工况下仅 有一个泵运行。例如，如果不需要来自燃料箱410的燃料，或者不能使用(例如冷起 动工况期间)，泵412可以在泵422运行时停止工作(或者不工作)。这样就可以使 用较少的电能和产生较少的燃料蒸汽。
在一个例子中，第一燃料箱含有酒精混合物，例如乙醇或者乙醇-汽油混合物， 而第二燃料箱含有汽油。当然也可以采用其他燃料物质。
图化显示了另一个例子，其中接收到控制器12的信号，来自燃料箱410和420 的物质通过混合阀430可变地混合，然后输入喷射器414。因此，每个通向混合阀430 的燃料箱通过控制器12调节来改变每种燃料物质的相对量，该相对量的取值为仅含 燃料箱410的第一物质到仅含燃料箱420的第二物质，和之间的任意值。如上所述， 混合阀/控制阀通向用于多个汽缸的连接一个或多个燃料喷射器的燃料导管。这样， 不需要每个汽缸设两个燃料喷射器，各燃料类型的相对量可以供给到发动机。
现在具体参阅图4D,示出示例燃料泵配置，其中为第一和第二物质提供分离的 燃料泵和燃料箱(例如第一汽油燃料箱，第二乙醇燃料箱)，以及用于分离存储在第 一燃料箱中的燃料的组分来存储到第二燃料箱中的分离系统440。例如，存储在燃料 箱410内的汽油/乙醇混合物所具有的酒精成分(例如乙醇或一部分乙醇)被分离装 置440提取出来存入燃料箱420。这样，更高酒精含量燃料通过直接喷射被供给用于 增加的进气冷却，而不需要操作者用不同的物质填充两个燃料箱。
也可以采用诸如电动、补水基等各种分离方法。
现在参阅图5，图中示例图表显示了示例发动机控制策略的形态图。图中显示发 动机负载(可以是空气进气和/或气流)位于纵轴上，发动机转速位于横轴上。虽然 此处将转速和负载作为示例参数，各种其他参数也可以替代或者作为补充，包括发动 机扭矩，发动机冷却剂温度，车辆速度，传动速度等。同样，虽然此处举例说明了两 种模式(VDE模式和全汽缸模式)，并不排除其他发动机模式的使用。另外，虽然此 处举例说明了 VDE和非VDE (全汽缸)运行，各种程度的汽缸停用也可以使用，例如 2, 4, 6， 8汽缸运行模式的组合。
如图所示全缸模式运行区域由左边的纵轴和下边的横轴以及两者之间的发动机 运行包络线510界定。这种方式下，在发动机运行包络线内的基本全部工况期间都可 以釆用全汽缸模式。然而，为了优化效率和/或减少排放，期望利用部分汽缸运行模 式。这样，在此例中的部分汽缸运行(例如VDE)区域用矩形窗口表示，该矩形窗口 落在全汽缸模式运行区域内。在某些工况期间，例如当发动机负载和转速位于部分汽 缸运行区域内，发动机10能以部分汽缸运行模式运行以实现提高的燃料经济性和/ 或减少的排放。在其他工况期间，在部分汽缸运行模式运行区域之外，发动机以全汽 缸模式运行。
这样，例如这里所描述的发动机10可以配置为在某些工况期间以减少的运行汽 缸数运行，而在其他工况期间则需要更多的运行汽缸。由于发动机的工况随着发动机 运转而改变，发动机可能会通过控制系统(例如控制器12)控制以在各种运行模式 之间转换。另外，上述转换可以通过调节一个或多个工况来实现，所述工况包括点火 正时，进气门和/或排气门正时和/或升程，涡轮增压，燃料喷射正时和/或燃料喷射 量，空燃比，进气节流，EGR增加，排气节流等。
另外，由虚线和标为扩展VDE区的区域包括部分汽缸模式被限制的工况，这是由 于在例如低环境湿度等工况期间会发生发动机爆震。正如这里所描述的，适当选择减 小的汽缸运行窗口作为酒精进气冷却的函数，例如，当增加的进气冷却发生时提供扩 展的窗口，而当减少的进气冷却发生时则提供缩小的窗口。另外，通过控制不同燃料 物质的相对量，例如在发动机工况期间改变汽油和乙醇的相对量，可以实现扩展的减 少的汽缸运行。例如，当环境湿度低时和/或当发动机爆震倾向增加时，与其避免或 者降低部分汽缸的运行，不如调节(例如增加)供给到发动机的酒精量来消除爆震或 者消除爆震倾向。
现在参阅图6，图中描述了响应于燃料酒精含量控制VDE运行的选择的例程。首 先，步骤610,例程读取各种工况。工况可包括发动机工况，车辆工况，环境条件以 及各种其他工况。接下来执行步骤612,例程判断是否能够实现VDE运行。步骤612 的判定基于各种工况，例如步骤610中读取的，包括发动机起动持续时间，大于最 小阈值的发动机冷却剂温度，大于最小汽车速度的汽车速度，大于最小发动机转速的 发动机转速，没有劣化的组件和/或传感器等等。如果是的话，例程继续执行步骤614， 确定燃料中的酒精含量。可以釆用各种方法来确定燃料酒精含量，包括用于检测燃料 质量的燃料酒精传感器，基于燃料喷射量、气流的燃料酒精含量估值，以及排气氧传 感器反馈，或者它们的组合。另外，可以使用包括重量百分比、质量百分比、氧百分 比、相应的质量值、相应的体积值等等的各种燃料酒精测量方法。
接下来执行步骤616,例程基于包括步骤614确定的燃料酒精含量等各种参数来 确定VDE运行窗口。例如，如图5所描述的，例程可以调节转速和/或负载运行窗口， 在其中能基于除其他参数以外，燃料酒精含量来实现或者选择VDE运行。需要再次说 明，虽然本例中窗口通常由转速/负载窗界定，如果需要，也可以使用各种其他附加 的或者替代的参数，例如发动机扭矩。
接下来执行步骤618,例程判断当前发动机运行是否落在步骤616确定的窗口内。 如果是的话，例程继续到步骤620来设置VDE标记(VDE-flg)为1。否则进入步骤 622,例程设置VDE标记为0。
从步骤620或者622，例程继续执行步骤624,比较VDE标记与当前VDE模式 (VDE—mode)。在本例中，当前VDE模式表现当前发动机运行状态。当所述标记和模式 匹配，例程结東。否则，当所述标记和模式不匹配，例程继续到步骤626,转入或转
出VDE模式以使得模式参数与设置在步骤620或者622中的标记匹配。
这样，调节发动机工况就成为可能，在此基础上VDE运行以利用存在于燃料中的 酒精。另外，通过协调VDE运行的范围和燃料中酒精的量，可以提供改进的发动机运 行。
现在参阅图7,描述了在VDE运行期间用于监控点火火花延迟的例程判定是否停 止VDE运行。首先执行步骤710,通过比较VDE模式参数(VDE-mode)是否等于1以 及VDE标记(VDE—flg)是否等于1，例程判断发动机当前是否以VDE模式运行并处 在所设定的VDE窗口内。如果是的话，例程继续到步骤712来判断点火正时延迟是否 大于最大阈值。所述最大点火延迟阈值可以基于包括环境湿度，发动机冷却剂温度等 等工况进行调节。可选地，此处可以使用固定的最大点火延迟。如果步骤712的答案 为是，则例程继续执行步骤714,通过设置VDE标记(VDE-flg)为O来停止VDE模 式。这样，当在点火延迟的量抵消VDE模式的潜在的燃料经济性的获取时，就可以停 止VDE运行并从VDE运行转换到全汽缸运行。
现在参阅图8，这里描述了在发动机运行期间估计燃料酒精含量的例程。首先是 步骤810，例程判断是否能够运行燃料酒精检测。该判断可由各种因素决定，包括发 动机是否运行在已暖机状态(例如，不是冷起动)，发动机是否以接近化学计量空燃 比运行，燃料蒸汽抽取是否出现(例如，燃料蒸汽抽取没有出现)，是否可以自适应 学习等等。另外，响应于燃料箱再次加注就可以触发燃料酒精检测，燃料箱再次加注 是通过监控燃料门位置和/或燃料箱液面判定的。例如，控制系统检测到燃料箱的液 面提升超过了阀值量，就提示加燃料。当步骤810的答案为是，例程继续进行步骤 812,基于空燃比传感器，气流，燃料喷射量等工况来估计燃料中的酒精量。例如， 通过这些参数检测到化学计量空燃混合物的变化可用来推断燃料中酒精的相对量。
在可选实施例中，可以使用估算例程和/或燃料质量传感器。例如，可以在燃料 箱中、燃料导管上或者各种其他发动机系统位置使用酒精传感器。
现在参阅图9,这里描述了响应于包含酒精的燃料的存储水平来控制VDE运行选 择的例程。首先是步骤910,例程读出各种工况。所述工况包括发动机工况，汽车工 况，环境条件等等。然后是步骤912，例程判断是否能够实现VDE运行。步骤912的 判断基于各种如步骤910所读取的工况，包括发动机起动延续时间，大于最小阈值的 发动机冷却剂温度，大于最小汽车速度的汽车速度，大于最小发动机转速的发动机转 速，没有劣化的组件和/或传感器等等。如果是的话，例程继续到步骤914来确定酒 精燃料的存储水平。可以采用包括测量燃料箱液面，估计燃料箱填充程度等的各种方 法来确定燃料的水平。
然后是步骤916,例程根据包括由步骤914确定的酒精燃料水平等各种参数来确 定VDE运行窗口。例如图5中所示，例程可以基于除了诸如燃料酒精含量的其他参数 之外的燃料水平，调节转速和/或负载运行窗口，以在所述运行窗口中实现或者选择
VDE运行。虽然在此处的窗口通常由转速/负载窗口界定，如果需要的话，也可以使 用如发动机扭矩等各种附加或者替代的参数。
然后进入步骤918,例程判断当前发动机运行是否处于步骤916所确定的窗口内。 如果是的话，例程继续到步骤920来设定VDE标记(VDE —flg)为1。否则执行步骤 922,例程设定VDE标记为0。
从步骤9"或者MO,例程继续到步骤924,比较VDE标记和当前VDE模式 (VDE-mode)。在此例中，当前VDE模式代表发动机运行的当前状态。当标记和模式 匹配，例程结東。否则，当标记和模式不匹配，例程继续到步骤926，转入或者转出 VDE模式以使模式参数和设于步骤920或者922中的标记匹配。
这样就可以调节VDE运行时发动机工况来利用存在的酒精，同时在酒精燃料水平 不足时避免潜在的爆震限制。
现在参阅图10,此处描述了在可以运行VDE的发动机中控制发动机运行的例程， 其中供给到发动机燃烧室的酒精对汽油的相对量会在发动机运行期间发生改变。首先 是步骤1010,例程判断是否能够进行发动机的爆震控制和酒精供给调节。这种操作 会在各种工况下停止，例如在选定的发动机冷却剂温度期间，在选定的环境温度期间， 在选定的汽车速度和选定的发动机转速期间等等。当步骤1010的答案为是，例程继 续到步骤1012，通过如测量含酒精燃料的水平，酒精燃料产率等等来判断是否具有 足够的酒精。当步骤1012的答案为是，例程继续执行步骤1014,判断发动机是否正 以VDE模式运行。
当步骤1014的答案为是，例程继续到步骤1016,确定用于VDE模式的基本酒精 量。而当步骤1014的答案为否，例程执行步骤1018,确定用于全汽缸运行的基本酒 精量。所述基本酒精量还可以基于各种其他工况，例如发动机转速，发动机负载，发 动机冷却剂温度，等等。同样，虽然此处解释了相对于全汽缸模式的VDE模式，也可 以使用各种其他部分汽缸模式。从步骤1016和1018,例程分别继续到步骤1020和 1022,此时例程监控全部的发动机爆震。例如，可使用NOx传感器来测量爆震的发生， 或者使用发动机爆震可能性的指示。当没有探测到爆震，例程在步骤1020或1022终 止。相反，如果在步骤1020显示爆震或者爆震可能性，例程继续进入步骤1024，使 供给到发动机的酒精量增加A1。类似地，如果在步骤1022显示爆震，例程继续进入 步骤1026,使供给到发动机的酒精量增加A2。这样，可以在不同的汽缸运行模式内 用不同的酒精调节来提供与发动机工况协调的酒精供给调节，以在有效使用可用酒精 的同时获得改善的爆震性能。另外，在本例中描述了经调节的基本酒精量，然而，可 以对每个不同的汽缸运行模式使用不同的直接确定的酒精供给量。另外，供给的酒精
量的增量会基于各种附加参数进一步被调节，这些参数如发动机转速，发动机模式， 进气温度等。另外，对于各种汽缸运行模式，这些调节可以自适应地被学习并分开存 储。 需要注意，可以采用各种方法来调节/增加供给到汽缸的酒精量来改变进气冷却 效率。例如可以增加直接喷射的包含酒精的燃料量。在另一个例子中，可以改变供给 到汽缸的酒精和汽油的相对量。进一步，在另一个例子中，可以改变较高酒精含量燃 料与较低酒精含量燃料的相对比率。最后，还可以采用如这里所记载的其他例子。进 一步地， 一种方法基于VDE运行用基本量来调节乙醇的相对量或百分比，其中基本量 确定为在VDE状态存在时被调节的转速和负载的函数，也可以使用其他方法。例如， 基本量的调节可以基于发动机爆震的指示或者基于VDE模式是否运行。
这样，在具有可变工作汽缸数量运行的多汽缸运行模式期间，可以适当地调整发 动机爆震的消除或者减少，同时提高减少的汽缸运行模式时的运行窗口和车载酒精有 效使用。
现在参阅图ll，描述了控制转换进入和/或转出可变排量运行的例程。首先是步 骤lllO,例程判断转换是否进行中和/或被请求。如果是，例程继续到步骤1112,基 于转换前/转换期间/转换后所需酒精量来选择酒精量和事件数据或分布(profile)。 然后进入步骤1114,例程供给所选定的量和数据。
例如在某些工况下，汽缸可以基本停用来捕集排气。例如，停用的汽缸内所捕集 的排气可以基本上包括近似化学计量空燃比的燃烧的排气。这样，当汽缸再次使用时， 在经过起始的若干事件后，保存在汽缸中的残佘排气逐渐减少到给定工况的稳态量。 因此，由于增加的残余排气量，在起始的若干事件中发动机爆震倾向基本上减少。因 此，酒精供给和点火正时可调整为关于若干事件改变以匹配改变的残留数据。这样， 车载酒精更高效的使用就可以实现。
虽然改变废气残留是实现想要的酒精量数据的转换条件的一个例子，各种其他方 式也可以釆用。另外，如果需要，基于爆震传感器反馈，汽缸模式转换期间供给的酒 精量可进一步调节。另外，转换期间供给的含有酒精和/或汽油的燃料的相对量可基 于排气传感器反馈进一步调节，以在转换之前/转换期间/转换后保持基本上为化学计 量的汽缸内的排气混合物。
如上所述，在部分汽缸停用的工况下，可使用直接喷射的酒精-汽油混合燃料来 扩展VDE运行。直接喷射的酒精混合物可用来减轻发动机爆震限制，从而使发动机能 受益于处于高汽缸负载的VDE运行。在酒精百分比可控的例子中(例如通过分离器， 分开存储等)，响应于爆震倾向的增加，酒精燃料的量或者相对量可在VDE工况下被 调节(例如增加)。另外，VDE运行范围(例如用于起动/停止VDE运行的负载/扭矩 限制)可基于给定燃料的酒精百分比被调节。最后，存在增加的酒精时可获得提高的 燃料经济性，这一点可向用户/驾驶者宣传以鼓励使用基于酒精的燃料。
需要注意，包括在这里的控制和估计例程的例子可以与各种发动机和/或汽车系 统配置一起使用。这里所描述的特定的例程可表示一个或多个任何数量的处理策略， 例如事件驱动，中断驱动，多任务分配，多线程等。这样，阐明的各种行动，运行，
或者功能可按说明的顺序实现，或者并行实现，或在某些情况下省略。类似地，为了 实现这里所描述的实施例的特征和优点，方法的顺序不是必须的，仅仅为了便于说明 和描述。根据所使用的特定策略， 一个或多个所示的行动或功能可以重复执行。另夕卜， 所描述的行动可以表示为可编程到发动机或汽车控制系统内的计算机可读存储介质 中的代码。
应当理解，这里描述的配置和例程实际上是示意性的，这些具体的实施例并不视 为具有限制意义，因为可以做各种变换。例如，上述技术可用于V-6, 1-4, 1-6, V-10, V-l2,对置4汽缸，以及其他发动机类型。本申请揭示的主题包括各种这里所揭示的 系统和配置，其他特征，功能，和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组 合。
本申请的权利要求特别指出了具有新颖性和非显而易见性的确定的组合和子组 合。这些权利要求会提到"一个"元件或"第一"元件或者类似说法。这些权利要求 应当理解为包括了一个或一个以上这样元件的组合，既非必须，也不排除两个或两个 以上这样的元件。本申请的特征、功能、元件，和/或特性的其他组合和子组合可以 通过修改现有权利要求被要求保护，或在本申请或者相关申请中提出新的权利要求来 保护。这些权利要求，不论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相同或者不同，也 应当认为包含在了本申请的主题中。
权利要求
1.一种运行发动机的方法，所述发动机具有至少一个可能停用的汽缸和用酒精混合燃料运行的燃料系统，其特征在于，该方法包括调节运行参数的范围使得至少一个汽缸停用，所述范围随着燃料的酒精混合变化来调节。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述汽缸停用包括对多个循环停用 所述至少一个汽缸的所有进气门和排气门。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运行参数的范围包括转速和扭 矩范围。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述酒精混合燃料中酒精的百 分比调节所述范围，其中基于来自排气氧传感器的反馈确定所述百分比。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，至少在某些工况下，所述范围随着 燃料中酒精量的增加而增加。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，负载范围增加。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，转速范围增加。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，该方法还包括响应于所述酒精混合 燃料在所述至少一个汽缸停用期间，调节工作汽缸的点火正时。
9. 一种用于汽车的系统，其特征在于，包括 可变排量发动机；与所述发动机相连的燃料供给系统，所述系统将含有可变酒精量的燃料供给到所 述发动机；以及控制系统，所述控制系统随着发动机工况的改变而改变所述酒精量。
10. 如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述燃料供给系统包括与所述发动 机的汽缸相连的直接燃料喷射器，在所述可变排量发动机的部分汽缸运行期间，所述 控制系统响应于发动机爆震至少改变酒精与汽油的相对量。
11. 如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述燃料供给系统包括与所述发动 机的汽缸相连的直接燃料喷射器和进气道燃料喷射器，在所述可变排量发动机的部分 汽缸运行期间，所述控制系统分别通过所述直接燃料喷射器和进气道燃料喷射器至少 改变酒精与汽油的相对量来响应于发动机爆震。
12. 如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述酒精燃料包括乙醇。
13. 如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括燃料存储系统，用于将至少两种燃料分别存储在第一燃料箱和第二燃料箱内，所述酒精混合燃料在所 述两种存储的燃料之间改变。
14. 如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述第一燃料箱具有比第二燃料 箱大的可存储容积。
15. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一燃料箱连接所述进气道 喷射器，而第二燃料箱连接所述直接喷射器，所述控制系统还响应于第二燃料箱内的 燃料水平调节所述量。
16. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，该系统还包括连接到所述发动机 的涡轮增压器。
17. —种运行发动机的方法，所述发动机具有至少一个可能停用的汽缸和用酒精 混合燃料运行的燃料系统，其特征在于，该方法包括在发动机运行期间，响应于所述至少一个汽缸是否停用来调节供给到所述发动机 的燃料的酒精混合。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述调节包括 在选定的工况下所述至少一个汽缸的工作期间，向供给到所述发动机的燃料中提供第一酒精混合燃料；以及在选定的工况下所述至少一个汽缸的停用期间，向供给到所述发动机的燃料中提供不同于第一酒精混合燃料的第二酒精混合燃料。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一酒精混合燃料的酒精比 第二酒精混合燃料的少。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还响应于存储的燃料水平调节所述混合燃料。
全文摘要
本发明涉及灵活燃料的可变排量发动机的控制系统和方法，提供了一种运行发动机的方法，所述发动机具有至少一个可能停用的汽缸和用酒精混合燃料运行的燃料系统，该方法包括随着燃料的酒精混合变化，调节运行参数的范围使得至少一个汽缸停用。
文档编号F02D41/00GK101201020SQ20071019452
公开日2008年6月18日 申请日期2007年11月20日 优先权日2006年11月20日
发明者约翰·D·拉塞尔 申请人:福特环球技术公司