用于发动机控制的方法和系统

申请号 CN201410096365.9 申请日 2014-03-14 公开(公告)号 CN104047738A 公开(公告)日 2014-09-17
申请人 福特环球技术公司; 发明人 E·巴迪罗; D·萨伯瓦尔; S·吉多; R·D·珀西富尔;
摘要 本 发明 涉及用于 发动机 控制的方法和系统,其中提供了用于调整被配置为以多种 燃料 运转的发动机系统中的 变速器 换档进度的方法和系统。在低 发动机转速 与高发动机负荷情况期间,当空气充气 温度 升高时,发动机运转从使用 汽油 转换为使用CNG。使用CNG的 扭矩 优势被用来提前变速器升档进度以及延迟降档进度,以改善仅以CNG运转时的车辆的响应度。
权利要求

1.一种用于发动机的方法,其包括:
响应于使发动机运转从以第一液体燃料的运转转换为仅以第二气体燃料的运转而选择性地调整变速器换档进度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一液体燃料汽油或汽油-乙醇燃料混合物,并且其中所述第二气体燃料是压缩天然气即CNG,并且其中所述选择性地调整包括基于燃料喷射从第一燃料的喷射到第二燃料的喷射的改变而改变所述变速器换档进度。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述选择性地调整包括:在通过喷射所述第二燃料产生的峰值扭矩高于通过喷射所述第一燃料产生的峰值扭矩时的选择的情况期间,调整所述变速器换档进度。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述选择的情况包括发动机转速低于阈值速度、发动机负荷高于阈值负荷以及空气充气温度高于阈值温度。
5.根据权利要求3所述的方法,其还包括:在其他情况期间,以所述第一燃料和所述第二燃料中的每一种运转所述发动机,并且维持所述变速器换档进度。
6.根据权利要求3所述的方法,其还包括:在通过喷射所述第二燃料产生的峰值扭矩低于通过喷射所述第一燃料产生的峰值扭矩时的情况期间,不是仅以所述第二燃料运转所述发动机,并且维持所述变速器换档进度。
7.根据权利要求3所述的方法,其中所述调整包括:从基于汽油使用的第一变速器换档进度转换为基于CNG使用的第二不同的变速器换档进度。
8.根据权利要求1所述的方法,其中调整变速器换档进度包括调整变速器升档进度和变速器降档进度中的每一个。
9.根据权利要求7所述的方法,其中所述调整包括当仅以所述第二气体燃料运转时提前所述升档进度以及延迟所述降档进度,相对于变速器换档进度的所述提前以及延迟基于仅以所述第一液体燃料的发动机运转。
10.根据权利要求8所述的方法,其中提前所述升档进度的程度和延迟所述降档进度的程度基于环境空气密度,并且其中当仅以所述第二燃料运转所述发动机时,随着所述空气密度增加而进一步提前所述升档进度,并且随着所述空气密度增加而进一步延迟所述降档进度。
11.一种用于发动机的方法,其包括:
在第一情况期间,当仅以液体燃料运转所述发动机以提供较高的峰值扭矩时,在第一速度升档变速器,而在第二速度降档所述变速器;以及
在第二情况期间,当仅以气体燃料运转所述发动机以提供较高的峰值扭矩时,在早于所述第一速度的第三速度升档所述变速器,而在迟于所述第二速度的第四速度降档所述变速器。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述第一情况包括发动机转速高于阈值速度、发动机负荷高于阈值负荷以及空气充气温度低于阈值温度,并且其中所述第二情况包括发动机转速低于阈值速度、发动机负荷高于阈值负荷以及空气充气温度高于阈值温度。
13.根据权利要求11所述的方法,其中所述液体燃料包括汽油或汽油混合物,并且其中所述气体燃料包括压缩天然气即CNG,并且其中在所述第一情况期间,通过喷射所述第一燃料产生的峰值扭矩高于通过喷射所述第二燃料产生的峰值扭矩,并且其中在所述第二情况期间,通过喷射所述第二燃料产生的峰值扭矩高于通过喷射所述第一燃料产生的峰值扭矩。
14.根据权利要求11所述的方法,其中仅以液体燃料运转包括直接喷射所述液体燃料,并且其中仅以所述气体燃料运转包括进气道喷射所述气体燃料。
15.一种发动机系统,其包括:
发动机,其包括汽缸;
第一直接喷射器,其被配置为将第一液体燃料直接喷射到所述汽缸内;
第二进气道喷射器,其被配置为将第二气体燃料进气道喷射到所述汽缸内;
变速器,其包括一个或多个变速器齿轮;以及
控制器,其具有计算机可读指令,所述指令用于:
在第二燃料的喷射提供比第一燃料的喷射更高的峰值扭矩时的情况期间,选择性地仅喷射所述第二燃料,并调整变速器换档进度。
16.根据权利要求15所述的系统,其还包括:在所述第一燃料的喷射提供比所述第二燃料的喷射更高的峰值扭矩时的情况期间,喷射一定量的所述第一燃料,并维持所述变速器换档进度。
17.根据权利要求16所述的系统,其中喷射一定量的所述第一燃料包括:仅喷射所述一定量的所述第一燃料,或喷射第一量的所述第一燃料和第二量的所述第二燃料。
18.根据权利要求16所述的系统,其中经调整的所述变速器换档进度包括:与被维持的变速器进度相比更早的升档进度和更迟的降档进度。
19.根据权利要求15所述的系统,其中在所述第二燃料的喷射提供比所述第一燃料的喷射更高的峰值扭矩时的所述情况包括:当发动机转速低于阈值速度、发动机负荷高于阈值负荷并且空气充气温度高于阈值温度时。
20.根据权利要求16所述的系统,其中所述第一液体燃料包括汽油或汽油-乙醇混合物,并且其中所述第二气体燃料包括压缩天然气即CNG。

说明书全文

用于发动机控制的方法和系统

技术领域

[0001] 本申请涉及利用压缩天然气来调整双燃料车辆中的发动机运转。

背景技术

[0002] 为了缓解传统燃料的价格上涨,以及为了减少排气排放,替代性燃料已经被开发。例如,天然气已经被认为是引人注目的代替性燃料。对于汽车应用而言,天然气可以被压缩并且作为气体在高压下被存储在汽缸中。利用适于CNG(压缩天然气)燃料的特定物理和化学性质的各种发动机技术和喷射技术,各种发动机系统可以使用CNG燃料。例如,单一燃料的发动机系统可以被配置为仅以CNG运转,而多燃料系统可以被配置为以CNG和一种或更多种其它燃料(诸如汽油或汽油混合液体燃料)运转。基于发动机工况,发动机控制系统可以使这样的多燃料系统以各种运转模式运转。
[0003] Surnilla等人在US7703435中描述了一种示例性多燃料系统。其中,发动机被配置为以CNG、汽油或两者的混合物运转。基于每个燃料存储箱中可用的燃料量以及基于可用燃料的类型和特性而在特定工况期间选择用于使发动机运转的燃料。例如,通过在高驾驶员需求期间选择特定燃料,可以延长车辆里程。作为另一示例,通过针对发动机起动情况储备特定燃料,可以改善发动机排放。发明内容
[0004] 然而,本发明人在此已经认识到‘435的方法不能利用可用燃料的所有特性。例如,该方法未考虑在特定的转速-负荷情况下某些燃料与燃料组合的扭矩优势。例如,虽然在大多数发动机转速-负荷情况下CNG燃料产生比汽油更小的扭矩,但在选择的转速-负荷情况下,诸如在低发动机转速与高负荷情况下,当发动机变热(例如,发动机冷却剂温度和发动机空气充气温度较高)时,CNG的峰值扭矩输出会高于汽油。同样,会存在共同供给CNG和汽油燃料提供优于仅供给任一燃料的扭矩优势的选择的情况。在选择的发动机工况期间,CNG提供扭矩优势的区域也可以是汽油运转为爆震受限的区域。本发明人在此已经认识到,在CNG提供扭矩优势的选择的情况期间,可以调整发动机的变速器换档进度,从而提高车辆性能。例如,可以通过这样的方法提高车辆性能,该方法包括响应于使发动机从以第一液体燃料运转转换到仅以第二气体燃料运转而选择性地调整变速器换档进度。通过在气体燃料的喷射产生比液体燃料的喷射更高的峰值扭矩时的情况下选择性地调整变速器换档进度,提高以气体燃料诸如CNG运行的车辆的响应性和燃料经济性。
[0005] 作为一个示例,发动机可以被配置为以第一气体燃料(诸如CNG)和第二液体燃料(诸如汽油)运转。例如,发动机可以经由进气道喷射接收CNG,而经由直接喷射接收汽油。基于发动机工况,可以对发动机汽缸喷射可变比率的第一燃料和第二燃料,同时将汽缸燃烧维持在化学计量比。这可以包括在一些情况下仅以汽油喷射运转发动机、在其他情况下仅以CNG喷射运转发动机、以及在另外的情况下以两种燃料的共同供给运转发动机。
[0006] 在高负荷与低发动机转速情况(例如,在1000-1500rpm范围内)期间,当冷却剂与空气充气温度升高时,在以任意量的汽油运转的情况下,发动机可以变为爆震受限。爆震受限的燃料要求火花延迟,这反过来减小了扭矩并增加了制动器比燃料消耗。在一个示例中,仅CNG喷射的峰值扭矩输出可以是在相同情况下仅汽油喷射的峰值扭矩输出的120%。换句话说,在这样的情况下,转换为仅以CNG的发动机运转可以提供扭矩优势。该更高的扭矩输出还使变速器换档进度能够朝向更早的升档和更迟的降档调整。通过提前升档进度以及延迟降档进度,提高了以CNG运转时的车辆响应度,使发动机感觉到以CNG运转时的“扭矩(torque-ier)”。此外,通过减少对富运行或以火花延迟运转的需要,CNG运转期间的降档有助于提高燃料经济性。具体地,CNG的辛烷减小了具有热进气和热冷却剂温度的高负荷运转所需的火花延迟。因此,发动机在更低的发动机转速下产生比汽油更多的扭矩。这在低发动机转速与更低的燃料消耗下提供了高扭矩的客户驾驶性能增强。因此,降低了对火花延迟(为解决爆震)的需要,减小了与火花延迟有关的扭矩损失和功率损失。因此,这改善了燃料经济性。在不具有与汽油运转关联的升档的情况下,通过降低发动机转速以及降低送损失来改善制动器比燃料消耗(BSFC)。
[0007] 以此方式,转换为CNG运转可以在多燃料系统中被有利地使用,以便在选择的发动机工况下利用燃料的高扭矩输出。CNG使用在那些情况下的扭矩优势还可以被用来实现更早的变速器升档和更迟的变速器降档。通过响应于从汽油使用转换为仅CNG使用而调整变速器换档进度,CNG使用期间的车辆响应度能够被提高,并且类似于在汽油使用期间的车辆响应度。总的来说,改善了发动机性能和操作者驾驶感觉。
[0008] 应当理解,提供以上概述是为了以简化的形式介绍选择的概念,这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征,要求保护的主题的范围被所附权利要求唯一地限定。此外,要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明
[0009] 图1示出了被配置为以液体燃料和气体燃料运转的多燃料发动机系统的示意性描述。
[0010] 图2示出了用于响应于燃料喷射改变而调整多燃料发动机系统中的变速器换档进度的示例性流程图
[0011] 图3示出了描述在低发动机转速下通过CNG使用提供的超过汽油使用的扭矩优势的示例性图示。
[0012] 图4示出了在不同的发动机转速-负荷区域处将以CNG和/或汽油供给发动机燃料的扭矩输出进行比较的示例性图示。
[0013] 图5示出了描述通过CNG的使用而实现的提前的变速器升档的示例性图示。
[0014] 图6示出了根据本公开的示例性变速器换档调整。

具体实施方式

[0015] 提供了用于调整多燃料发动机系统(诸如图1的系统)中的变速器换档进度的方法和系统。控制器可以被配置为在选择的工况期间转换为仅CNG运转,以提供超过仅汽油运转的扭矩优势(图3-4)。在那些情况期间,控制器还可以调整变速器换档进度,以利用基于CNG使用的增加的峰值扭矩输出。例如,控制器可以执行控制程序(诸如图2的程序),以便在CNG使用提供了扭矩优势的情况下运转时提前升档进度以及延迟变速器的降档进度(图5)。在本文中参照图6描述了示例性调整。以此方式,可以改善以CNG运转的车辆的扭矩响应。
[0016] 图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例性实施例。发动机10可以至少部分地被包括控制器12的控制系统控制以及被经由输入装置132来自车辆操作者130的输入控制。在这个示例中,输入装置132包括加速踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(即燃烧室)14可以包括燃烧室壁136,活塞138被设置在该壁中。活塞138可以被连接至曲轴140,使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统连接至客车的至少一个驱动轮。此外,起动机达可以经由飞轮连接至曲轴140,以实现发动机10的起动运转。
[0017] 发动机10可以被连接至具有一个或更多个变速器齿轮的变速器30。发动机输出扭矩可以沿驱动轴经由变矩器传递给变速器30。变速器30可以包括多个齿轮或齿轮离合器33,该齿轮或齿轮离合器可以根据需要被啮合以启用多个固定的变速器齿轮比。具体地,通过调整多个齿轮离合器33的啮合,变速器可以在更高的齿轮(即,具有更低齿轮比的齿轮)与更低的齿轮(即,具有更高齿轮比的齿轮)之间转换。因此,当处在更高的齿轮时,齿轮比差异能实现变速器两端的更低的扭矩倍增,而当处在更低的齿轮时,齿轮比差异能实现变速器两端的更高的扭矩倍增。控制器可以改变所述变速器齿轮(例如,使变速器升档或降档),以调整经变速器传递给车轮36的扭矩量。例如,通过使变速器从更低的变速器齿轮升档至更高的变速器齿轮(例如,从第一齿轮升档至第二齿轮),发动机轴输出扭矩可以减小。同样,通过使变速器从更高的变速器齿轮降档至更低的变速器齿轮(例如,从第二齿轮降档至第一齿轮),发动机轴输出扭矩可以增加。如在本文中所详述的,在选择的情况期间,控制器可以基于燃料使用而变化变速器换档进度(包括升档进度和降档进度),从而改善车辆响应度。
[0018] 汽缸14可以经由一系列进气道142、144和146接收进气。除了汽缸14外,进气道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中,一个或更多个进气道可以包括增压装置,例如涡轮增压器或机械增压器。例如,图1示出了被配置为具有涡轮增压器的发动机10,该涡轮增压器包括在进气道142与144之间布置的压缩机174和沿排气道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以通过轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力,其中增压装置被配置为涡轮增压器。然而,在其他示例中,例如在发动机10装备有机械增压器的示例中,排气涡轮176可以被选择性地省略,其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气162可以沿发动机的进气道设置,以便改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如,节气门162可以被布置在压缩机174的下游,如在图1中所示的,或可替代地,可以被提供在压缩机174的上游。
[0019] 除了汽缸14外,排气道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器128被显示为连接至排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器,诸如线性传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(如所描述的)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
发动机10可以包括在194处大致指出的排气再循环(EGR)系统。EGR系统194可以包括沿EGR管道198布置的EGR冷却器196。另外,EGR系统可以包括沿EGR管道198布置的EGR197,以便调节被再循环至进气歧管144的排气量。
[0020] 发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如,汽缸14被显示为包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中,发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
[0021] 进气门150可以由控制器12通过执行器152控制。类似地,排气门156可以由控制器12通过执行器154控制。在一些情况下,控制器12可以改变提供给执行器152和154的信号,从而控制各个进气门和排气门的打开与关闭正时和/或升程量。进气门150和排气门156的位置可以由各自的气门位置传感器(未示出)确定。气门执行器可以包括电动气门驱动或凸轮驱动,或其组合。在凸轮驱动的示例中,每个凸轮驱动系统可以包括一个或更多个凸轮,并且可以使用可以由控制器12运转的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个,以改变气门操作。例如,汽缸14可以可替代地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。在其他实施例中,进气门和排气门可以由共同的气门执行器或驱动系统控制或者由可变气门正时执行器或驱动系统控制。
[0022] 在一些实施例中,发动机10的每个汽缸可以包括用于启动燃烧的火花塞192。在选择的运转模式下,响应于来自控制器12的火花提前信号SA,点火系统190可以经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而,在一些实施例中,火花塞192可以被省略,例如在发动机10可以通过自动点火或如在一些柴油发动机中通过燃料喷射启动燃烧的情况下。
[0023] 在一些实施例中,发动机10的每个汽缸可以被配置为具有用于将燃料提供至汽缸的一个或更多个燃料喷射器。作为非限制性的示例,汽缸14被示出为包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166被示出为直接连接至汽缸14,以便经由电子驱动器168与从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到汽缸14中。以此方式,燃料喷射器166提供了到燃烧汽缸14内的所谓的燃料的直接喷射(在下文中被称为“DI”)。尽管图1将喷射器166示为侧喷射器,但其也可以位于活塞的上面,诸如靠近火花塞192的位置。燃料可以从第一燃料系统172输送至燃料喷射器166,第一燃料系统172可以是液体(例如,汽油、乙醇或其组合)燃料系统,包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道。在图1所示的一个示例中,燃料系统172可以包括燃料箱182和燃料传感器184,例如液位传感器,以便检测燃料箱182中的存储量。可替代地,燃料可以在较低压力下通过单级燃料泵输送,在此情况下,燃料直接喷射的正时可能在压缩行程期间比在使用高压燃料系统的情况下更受限制。
[0024] 燃料喷射器170被显示为以如下配置布置在进气道146中,而非布置在汽缸14中,该配置为提供了到汽缸14上游的进气道中的所谓的燃料的进气道喷射(在下文中被称为“PFI”)。燃料喷射器170可以经由电子驱动器171与从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射燃料。燃料可以通过第二燃料系统173输送至燃料喷射器170,第二燃料系统173可以是高压燃料系统,包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道。在图1所示的一个示例中,燃料系统173可以包括加压气体燃料箱183和检测燃料箱183中的燃料压力的燃料压力传感器185。注意,单个驱动器168或171可以用于两个燃料喷射系统,或如所描述的,可以使用多个驱动器,例如用于燃料喷射器166的驱动器168和用于燃料喷射器170的驱动器171。燃料系统173可以是气体燃料系统。例如,气体燃料可以包括CNG、氢气、LPG、LNG等,或其组合。应认识到,在本文中所提及的气体燃料是这样的燃料,该燃料在大气条件下是气体,但在燃料系统中的高压(具体地,超过饱和压力)下可以是液体形式。与之相比,在本文中所提及的液体燃料是在大气条件下为液体的燃料。
[0025] 应认识到,尽管所描述的实施例被配置为通过直接喷射输送一种燃料,而通过进气道喷射输送另一种燃料,但在其他实施例中,发动机系统可以包括多个进气道喷射器,其中气体燃料和液体燃料中的每个均通过进气道喷射输送至汽缸。同样,在其他实施例中,发动机系统可以包括多个直接喷射器,其中气体燃料和液体燃料中的每个均通过直接喷射输送至汽缸。
[0026] 不同燃料的输送可以被称为燃料类型,因此可以通过相比于气体燃料相对更多或更少地喷射液体燃料来改变燃料类型,或反之亦然。
[0027] 控制器12在图1中被示为微型计算机,包括微处理器单元(CPU)106、输入/输出端口(I/O)108、在这个具体示例中显示为只读存储器芯片(ROM)110的用于可执行的程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114和数据总线。控制器12可以接收来自连接至发动机10的传感器的各种信号,除了之前所讨论的那些信号外,还包括来自质量空气流量传感器124的进气质量空气流量计(MAF)的测量值;来自连接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT);来自连接至曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及来自传感器122的歧管绝对压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管内的真空或压力的指示。注意,可以使用上述传感器的各种组合,例如具有MAF传感器而没有MAP传感器,反之亦然。在化学计量运转期间,MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。此外,该传感器连同所检测的发动机转速可以提供进入汽缸内的充气(包括空气)的估计。在一个示例中,也用作发动机转速传感器的传感器120可以在曲轴的每转中产生预定数量的等间隔脉冲。
[0028] 如上所述,图1仅示出了多缸发动机中的一个汽缸。因此,每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气/排气门、燃料喷射器(多个燃料喷射器)、火花塞等。
[0029] 如在本文中参照图2所描述的,发动机控制器可以经由直接喷射器166将一种或更多种第一液体燃料(如汽油或汽油-乙醇混合物)喷射至发动机汽缸,以及经由进气道喷射器170将第二气体燃料(诸如CNG)喷射至发动机汽缸,以满足发动机扭矩需求。可以基于发动机工况调整燃料喷射在两种燃料之间的可变比率。例如,在高发动机转速-负荷情况下,可以使用更多的液体燃料。在这些情况下,汽油使用的增加可以提供更高的峰值扭矩。然而,在低发动机转速与高发动机负荷情况下,当冷却剂与空气充气温度升高时,发动机可以通过使用汽油而变到爆震受限。为了解决爆震,可能需要增大的火花延迟,这会导致扭矩与功率损失以及更低的燃料经济性。与火花延迟相关联的更低的扭矩意味着变速器需要被降档以提供驾驶员要求的扭矩。然而,这会导致燃料经济性的下降。本发明人在此已经认识到,在相同的情况下,到仅使用CNG的转换提供了各种优势。例如,CNG的辛烷能实现导致峰值扭矩输出的MBT火花,所述峰值扭矩输出明显高于在相同情况下通过使用汽油的峰值扭矩输出。此外,额外的扭矩输出能够被用来实现提前的变速器升档或延迟的变速器降档。这样一来,改善了车辆响应度和燃料经济性。
[0030] 图3示出了描述在低发动机转速下通过CNG提供的扭矩益处的图示300。图示300示出了针对不同燃料的沿y轴的发动机扭矩和沿x轴的发动机转速。具体地,在曲线302(虚线)处示出了具有辛烷值87的汽油燃料的扭矩输出,在曲线304(实线)处示出了相同的汽油燃料在热态下(即,当发动机冷却剂温度与空气充气温度升高时)的扭矩输出,并且在曲线306(点线)处示出了CNG燃料的扭矩输出。如通过比较曲线302与306可以看出的,汽油燃料的扭矩输出在更低的发动机转速下下降,随着空气充气温度升高而进一步下降。在那些相同的情况下,CNG提供明显的扭矩优势,其中来自CNG的扭矩输出多达利用汽油燃料可获得的扭矩输出的120%。
[0031] 图4对通过共同燃料供给方法的使用而在不同的发动机转速-负荷区域处实现的扭矩益处(其中针对给定的燃烧事件为汽缸供给汽油和CNG中的每一种燃料(在表400处描述))与传统的仅供给汽油的方法(在表410处描述)以及仅供给CNG的方法(在表420处描述)进行比较。
[0032] 每个表在第一列中列出了关于发动机转速-负荷区域的细节。接下来的两列描述了包括在汽油与CNG之间被分开的燃料的燃料供给方法。第四列描述了当量比(当量比等于在本领域中通常被称为λ的倒数)。第五列描述了扭矩比,其为火花正时的指示(在发动机不是爆震受限的情况下1.0是最佳扭矩的正时)。最后一列描述了相对于仅汽油而实现的扭矩。因此,这是通过相应的燃料供给方法的使用而实现的扭矩益处或扭矩惩罚的指示。
[0033] 如通过比较表400与410可以看出的,在低发动机转速(在1000-1500rpm的范围内)和高负荷的情况下,当发动机冷却剂温度升高(例如,比阈值温度更热)时,并且同样当空气充气温度升高(例如,比阈值温度更热)时,传统的仅汽油的燃料供给方法是爆震受限的(参见表410处的扭矩比0.8,其表示火花被延迟,以提供80%的可用扭矩)。与之相比,单独使用CNG或当共同供给燃料时,不是爆震受限的(参见表400和410处的扭矩比1.0,其表示火花基本在MBT处)。
[0034] 在中等发动机转速(在1500-3000rpm的范围内)和高负荷的情况下,共同供给燃料的方法在花火控制或扭矩产生中与传统的仅CNG的燃料供给方法无明显的不同。
[0035] 在扭矩带(其中发动机转速在3000-4500rpm的范围内)和高负荷的情况下,如通过比较表400、410和420可以看出的,共同燃料供给方法提供了相当多的扭矩益处。具体地,传统的仅CNG的燃料供给方法具有相对大的扭矩惩罚(参见表420处的相对于汽油的75%的扭矩输出),而传统的仅汽油的燃料供给方法以富运转和火花延迟(参见表410处的扭矩比0.8)的代价实现了相同的排气冷却。共同燃料供给方法使用少量的汽油以满足扭矩不足,同时还允许火花被维持在MBT。此外,共同燃料供给方法提供了相对于仅汽油的110%的扭矩输出,从而允许实现燃烧室温度控制,而不影响发动机扭矩输出。
[0036] 在功率带(其中发动机转速在4500-6000rpm的范围内)和高负荷的情况下,如通过比较表400、410和420可以看出的,传统的仅CNG的燃料供给方法以CNG的富极限(在表420处,由当量比1.10指示的10%富)运行同时引起扭矩惩罚(参见表420处相对于汽油的
90%的扭矩输出)为代价提供最小的燃烧室冷却。传统的仅汽油的燃料供给方法以30%富运行(参见表410处的当量比1.30)为代价以及以火花延迟(参见表410的扭矩比0.8)为代价实现相同的排气冷却。除了CNG外,共同燃料供给方法还以更小量的富使用少量的汽油,以在MBT处运转,并且因此恢复全部功率。即,通过较小的汽油消耗不引起扭矩惩罚。
[0037] 在功率带(其中发动机转速在4500-6000rpm的范围内)和高负荷的情况下,并且当催化剂需要被保护时,如通过比较表400、410和420可以看出的,共同燃料供给方法再次提供了相当多的扭矩益处。具体地,传统的仅CNG燃料供给方法以CNG的稀极限(在表420由当量比0.70指示的30%稀)运行同时引起扭矩惩罚(参见表420处相对于汽油的70%的扭矩输出)为代价提供排气冷却。传统的仅汽油的燃料供给方法以30%富运行(参见表410处的当量比1.30)为代价以及以火花延迟(参见表410的扭矩比0.8)为代价实现了相同的排气冷却。除了CNG外,共同燃料供给方法还以更小量的富使用少量的汽油,以恢复全部功率,同时将火花维持在MBT。即,通过较小的汽油消耗不引起扭矩惩罚。
[0038] 本发明人在此已经认识到,可以在低发动机转速-高发动机负荷-高空气充气温度的情况下利用通过仅CNG的燃料供给方法输出的额外扭矩,以便相对于通过仅使用汽油的变速器换档进度而提前变速器升档进度和/或延迟变速器降档进度。这样一来,能够改善车辆响应度。具体地,以CNG运转的发动机可以实现CNG“扭矩(torque-ier)”,而发动机的“扭矩特性(torkyness)”可与汽油使用相当。被设计以降低发动机转速的换档进度也会引起燃料经济性。因此,在共同燃料供给时使用CNG多于汽油节省了作为高价燃料的汽油。
[0039] 在图5的图示500处示出了变速器换档进度的示例性调整。具体地,图示500在曲线502(实线)处描述了用于在以第一液体燃料(诸如汽油)运转时的变速器的齿轮1-5(点线)之间转换的第一变速器换档进度,并且在曲线504(虚线)处描述了用于在以第二气体燃料(诸如CNG)运转时的变速器的齿轮1-5(点线)之间转换的第二变速器换档进度。
[0040] 如通过比较曲线502与504可以看出的,当以汽油运转时,会在车速20mph之后影响从变速器第一齿轮(1)到第二齿轮(2)的变速器换档,而当以CNG使发动机运转时,会刚好在20mph之前影响相同的变速器换档。因此,在更高的变速器齿轮处,可以更早地逐渐影响升档。换句话说,当以汽油运转时相对于当以CNG运转时变速器第四齿轮转换为变速器第五齿轮的时差(或车速之差)可以大于当以汽油运转时相对于当以CNG运转时变速器第一齿轮转换为变速器第二齿轮的时差(或车速之差)。同样,在更高的变速器齿轮处,与当以汽油运转时相比,当以CNG运转时可以更迟地逐渐影响降档。此外,假定相等的车辆加速度,曲线504具有比曲线502更低的发动机转速,并且因此它使车辆操作者更满意。具体地,车辆操作者将会认为该发动机比其他发动机具有更多扭矩。另外,由于在更低的发动机转速下消耗的摩擦功率减少,因此更低的发动机转速会导致更好的燃料经济性。
[0041] 以此方式,图1的系统实现了一种使发动机运转的方法,其中基于燃料使用而调整变速器换档进度,响应于使发动机运转从以至少一些液体燃料的运转转换到仅以气体燃料的运转而提前变速器升档以及延迟变速器降档。
[0042] 现在转向图2,示出了用于调整多燃料发动机系统(诸如图1的发动机系统)中的燃料喷射剖面图和变速器换档进度以便改善发动机性能的示例程序200。该方法能实现响应于发动机运转从以第一液体燃料的运转转换至仅以第二气体燃料的运转而选择性地调整变速器换档进度。通过在气体燃料提供比液体燃料更高的扭矩输出时的选择的情况下调整变速器进度,提高了车辆响应度和燃料经济性。
[0043] 在202处,该程序包括估计和/或测量发动机工况。例如,这些工况可以包括发动机转速、发动机温度、排气催化剂温度、升压平、MAP、MAF等。在204处,多燃料发动机系统的燃料箱中的燃料的性质与可用性可以被确定。例如,燃料箱燃料水平传感器的输出可以被用来估计每个燃料箱中的燃料的可用性。作为另一示例,可以确定可用气体燃料是否是CNG、LPG、氢气等。作为另一示例,可以估计液体燃料的乙醇含量,以便确定可用液体燃料的成分(例如,液体燃料是否是E10、E50、E85、M85等)。
[0044] 在206处,基于估计的发动机工况和发动机的燃料系统中的燃料的确定的可用性,可以确定燃料喷射剖面图。具体地,燃料喷射剖面图可以包括喷射到发动机汽缸内以便使汽缸以化学计量比(或可替代的期望的空燃比)运转的第一液体燃料(诸如汽油)量和/或第二气体燃料(诸如CNG)量。使用哪种燃料的选择可以基于诸如燃料的可用性(例如,燃料箱中的燃料水平)、在给定工况下由燃料提供的扭矩输出、燃料的增压中冷效果等因素。在一个示例中,发动机可以通过仅第一液体燃料的喷射而运转。在本文中,第一液体燃料可以直接喷射的形式输送至汽缸,其中基于燃料喷射调整气流,以满足操作者扭矩需求,同时在发动机汽缸中提供期望的燃烧空燃比(例如,以化学计量比、富于化学计量比或稀于化学计量比)。在另一示例中,可以用直接喷射到汽缸内的至少一些第一液体燃料和进气道喷射到汽缸内的至少一些第二气体燃料共同燃料供给发动机汽缸。在通过第一液体燃料输出的峰值扭矩高于第二气体燃料时的情况期间,可以使用至少一些液体燃料。在另一示例中,发动机可以通过仅第二气体燃料的进气道喷射而运转。例如,还可以基于发动机转速-负荷情况调整喷射到发动机内的第一与第二燃料的相对量。例如,如参照图4的表格所讨论的,在中等转速-负荷情况下,可以应用仅汽油的燃料供应方法,而在高转速-负荷情况下,当需要排气催化剂保护时,可以应用共同燃料供给方法。可以喷射汽油和CNG中的每一种。
[0045] 在所描述的示例中,第一液体燃料是汽油,而第二气体燃料是CNG。然而,应认识到,其他燃料组合是可能的。例如,可代替地,液体燃料可以是汽油乙醇混合物,诸如E10或E85。
[0046] 在208处,可以确定在给定工况下当以汽油运转时由发动机输出的峰值扭矩(TQgas)是否高于当以CNG运转时由发动机输出的峰值扭矩(TQcng)。如果是,那么在210处,该程序包括利用使用至少一些汽油的燃料喷射剖面图。例如,仅一定数量的液体汽油燃料可以被喷射到汽缸内。可替换地,第一量的液体汽油燃料和第二量的气体CNG燃料可以被喷射到汽缸内。因此,在通过喷射第二燃料产生的峰值扭矩低于通过喷射第一燃料产生的峰值扭矩时的情况下,发动机不仅以第二燃料运转。
[0047] 在212处,在发动机仅以第一燃料或以第一燃料和第二燃料中的每一种运转的情况下,该程序包括维持变速器换档进度。例如,当以至少一些液体燃料运转时,发动机可以(例如,基于使用汽油而安排进度)第一变速器换档进度运转。
[0048] 如果当以汽油运转时由发动机输出的峰值扭矩不高于当以CNG运转时由发动机输出的峰值扭矩,那么在214处,可以确定当以CNG运转时由发动机输出的峰值扭矩高于当以汽油运转时由发动机输出的峰值扭矩。如果是,在216处,在通过喷射第二燃料产生的峰值扭矩高于通过喷射第一燃料产生的峰值扭矩时的选择的情况期间,该程序包括选择性地仅将气体燃料喷射到发动机汽缸内。选择的情况可以包括发动机转速低于阈值速度(例如,在1000-1500rpm范围内的发动机转速)、发动机负荷高于阈值负荷(例如,MAP处在BP处或BP附近的发动机负荷)以及超过阈值温度的空气充气温度。在这样的情况期间,通过转换为仅气体燃料的使用,实现扭矩优势。在一个示例中,通过在这些情况期间仅使用CNG,可以输出是单独使用汽油时的120%的峰值扭矩。此外,由于在这些情况下汽油操作可导致异常燃烧事件(诸如爆震和熄火以及发动机材料损毁)的倾向增加,通过转换为使用气体CNG燃料,CNG的辛烷被用来改善发动机的爆震受限。
[0049] 在218处,除了调整喷射剖面图外,该程序还包括基于燃料喷射从第一燃料的喷射到第二燃料的喷射的改变而选择性地改变变速器换档进度。例如,变速器进度可以从基于使用汽油的第一变速器换档进度转换为基于使用CNG的第二不同的变速器换档进度。因此,调整变速器换档进度包括调整变速器升档进度和变速器降档进度中的每一个。如参照图5所详述的,所述调整可以包括当仅以第二气体燃料运转时提前升档进度以及延迟降档进度,相对于(第一)变速器换档进度的提前以及延迟基于仅以第一液体燃料的发动机运转。提前升档进度的程度和延迟降档进度的程度可以基于当仅以第二燃料使发动机运转时的大气压力。例如,可以随着BP增加而进一步提前升档进度,并且可以随着BP增加而进一步延迟降档进度。这是因为,在非升压的发动机上,通过大气压力(或密度)影响给定发动机转速下的最大扭矩。因此,由于空气密度与大气压力有关,在一个示例中,提前升档进度的程度和延迟降档进度的程度可以基于环境空气密度。其中,当仅以第二燃料使发动机运转时,可以随着空气密度增加而进一步提前升档进度,并且可以随着空气密度增加而进一步延迟降档进度。
[0050] 在其他示例中,可以基于喷射第二气体燃料时的峰值扭矩输出比喷射第一液体燃料时的峰值扭矩输出高出的程度而调整所述进度。另外,基于燃料使用以及工况(例如,车速)并且进一步基于转换性质,控制器可以利用图示(诸如图5的图示)来调整换档进度。例如,当变速器从变速器第一齿轮升档至变速器第二齿轮时可以相对于变速器从第二齿轮升档至第三齿轮时不同地调整所述进度。同样,当变速器从变速器第二齿轮降档至变速器第一齿轮时可以相对于变速器从第三齿轮降档至第二齿轮时不同地调整所述进度。
[0051] 尽管图2的程序描述了在给定工况下基于液体燃料相对于气体燃料的峰值扭矩输出而调整喷射剖面图和变速器换档进度,但应认识到,在可替代的实施例中,决策可以基于发动机是仅以喷射的液体燃料运转、仅以喷射的气体燃料运转、还是以针对相同的燃烧事件共同燃料供给到相同汽缸内的燃料运转。例如,在图2的可替代的实施例中,在208处可以确定发动机是否以至少一些液体燃料(诸如仅以喷射的汽油或以喷射的至少一些汽油)运转。如果是,那么在212处可以应用(或维持)第一变速器换档进度。因此,在汽油的峰值扭矩输出高于CNG的峰值扭矩输出时的情况期间,可以使用至少一些汽油。与之相比,如果在214处发动机仅以气体燃料(诸如仅以CNG)运转,那么在218处可以应用或转变为第二变速器换档进度。因此,在CNG的峰值扭矩输出高于汽油的峰值扭矩输出时的情况期间,可以仅使用CNG。
[0052] 在一个示例中,在仅以液体燃料使发动机运转以提供更高的峰值扭矩时的第一情况下,变速器可以在第一速度升档,而在第二速度降档。与之相比,在仅以气体燃料使发动机运转以提供更高的峰值扭矩时的第二情况下,变速器可以在早于第一速度的第三速度下升档,而在迟于第二速度的第四速度下降档。第一情况可以包括发动机转速高于阈值速度、发动机负荷高于阈值负荷以及空气充气温度(或排气温度)低于阈值温度,而第二情况可以包括发动机转速低于阈值速度、发动机负荷高于阈值负荷以及空气充气温度(或排气温度)高于阈值温度。液体燃料可以包括汽油或汽油-乙醇混合物,而气体燃料可以包括CNG。在本文中,在第一情况下,通过喷射第一燃料产生的峰值扭矩可以高于通过喷射第二燃料产生的峰值扭矩,而在第二情况下,通过喷射第二燃料产生的峰值扭矩可以高于通过喷射第一燃料产生的峰值扭矩。
[0053] 尽管图2的程序描述了响应于选择的情况被满足而在燃料喷射剖面图之间的变化,但应认识到,在一种燃料用尽的情况下,该系统可以自动转换为以可用的任何一种燃料运转发动机。此外,可以(针对燃料使用)维持变速器换档进度。同样,在任何一个燃料系统衰退的情况下,控制器可以自动转换为以起作用的任何一个燃料系统运转发动机,同时维持正使用的燃料的变速器换档进度。例如,虽然在选择的情况下转换为仅CNG运转提供了扭矩益处(在216处),但如果不存在足量的CNG(仅CNG运转所需的),或如果CNG燃料系统的部件衰退,那么在216处,该程序可以继续到以至少一些汽油运转发动机,并且维持对应于汽油使用的第一变速器换档进度。
[0054] 转向图6,图示600描述了多燃料发动机系统中的响应于工况的示例性燃料喷射调整和变速器进度调整。所述调整包括基于哪种燃料提供峰值扭矩输出而调整燃料喷射,以及基于燃料选择和扭矩输出而调整变速器进度。所述调整使扭矩益处能用于安排变速器升档进度。图示600在曲线602处描述了第一液体燃料(在本文中为汽油)对汽缸的燃料供给,在曲线604处描述了第二气体燃料(在本文中为CNG)对汽缸的燃料供给,在曲线606处描述了排气温度(Texh),在曲线608处描述了变速器换档,并且在曲线610处描述了发动机转速(Ne)变化。
[0055] 在t1之前,发动机可以第一量的第一液体燃料(在本文中为汽油)运转(曲线602),以及以第二量的第二气体燃料(在本文中为CNG)运转(曲线604),以满足发动机扭矩需求。因此,在t1之前,发动机转速可以高于阈值速度612(曲线610),而发动机负荷(未示出)也是高的。此外,变速器可以处在第一齿轮处(曲线608)。第一齿轮可以是第一更低的齿轮,诸如变速器第一齿轮或变速器第二齿轮。同样,在t1之前,排气温度可以低于阈值温度605(曲线606)。
[0056] 在t1之前不久,由于工况的变化,发动机转速可以降低,因此在t1处,发动机转速处在或低于阈值速度612。因此,发动机转速可以处在低速范围内,而发动机负荷(未示出)仍为高。同样在t1之前,排气温度可以开始升高。当在t1处排气温度保持在阈值温度605之下时,在t1与t2之间,温度可以升高,并且在t2处,当发动机转速保持在阈值速度612之下并且当发动机负荷仍为高时,排气温度可以升高至阈值温度605之上。
[0057] 因此,在t2处存在的选择的情况(低发动机转速、高发动机负荷、升高的排气温度)下,通过汽油喷射的发动机运转可以变为爆震受限。此外,在选择的情况下,相对于汽油使用,CNG喷射可以提供更高的峰值扭矩输出。因此,在t2处,可以调整燃料喷射剖面图,以减少汽油使用(减少至无汽油使用),并增加CNG使用(增加至仅CNG使用),以满足扭矩需求。此外,通过CNG喷射实现的更高的扭矩输出被用来在t2处使变速器从第一更低的齿轮升档至第二更高的齿轮。在本文中,第二齿轮是高于第一齿轮的变速器齿轮,诸如变速器第二齿轮、第三齿轮等。
[0058] 响应于变速器升档,发动机转速可以在t2之后不久增大。在t2与t3之间,由于工况的变化,发动机转速可以继续升高,直至在t3处,发动机转速处在或超过阈值速度612。此外,在t2与t3之间,排气温度可以逐渐降低,直至在t3处,排气温度处在或低于阈值温度605。在t3处,当发动机转速更高时(当发动机负荷仍为高时),并且当排气温度更低时,通过CNG使用而提供的扭矩优势可以不复存在。相反,进一步的CNG使用可能导致峰值扭矩输出减小。因此,在t3处,汽油的喷射可以增加,而CNG的喷射减少。在一个示例中,发动机可以转换为仅使用汽油。可替换地,发动机可以转换为共同燃料供给方法,其中在相同燃烧事件期间将汽油和CNG都喷射到相同的汽缸内以用于燃烧。
[0059] 在本文中,仅CNG燃料喷射的更高的扭矩输出被有利地用来提供比通过汽油使用而可能发生的变速器升档更早的变速器升档(在t2处)。例如,如果汽油被使用,则变速器升档会在t2与t3之间实现,如通过线段609(虚线)所示。通过提前变速器升档,实现各种优势。首先,改善了燃料经济性。其次,CNG的辛烷改善了发动机的爆震受限。最后,改善了发动机的响应度。具体地,发动机被加速,使得发动机当以CNG运转时更为“扭矩”,并且类似于通过汽油使用而实现的响应度。
[0060] 尽管未示出,但应认识到,当仅以CNG运转时,更高的扭矩输出可以被类似地用来提供比通过使用汽油而可能发生的降档更迟的降档。
[0061] 在一个示例中,一种发动机系统包括:包括汽缸的发动机、被配置为将第一液体燃料直接喷射到汽缸内的第一直接喷射器,被配置为将第二气体燃料进气道喷射到汽缸内的第二进气道喷射器,以及包括一个或更多个变速器齿轮的变速器。发动机控制器可以被配置为具有计算机可读指令,所述指令用于:在第二燃料的喷射提供比第一燃料的喷射更高的峰值扭矩时的情况期间,选择性地仅喷射第二燃料并调整变速器换档进度。此外,在第一燃料的喷射提供比第二燃料的喷射更高的峰值扭矩时的情况期间,控制器可以喷射一定量的第一燃料并维持变速器换档进度。在本文中,喷射一定量的第一燃料包括:仅喷射所述一定量的第一燃料(即,单一燃料供给),或喷射第一量的第一燃料和第二量的第二燃料(即,共同燃料供给)。经调整的变速器换档进度可以包括与被维持的变速器进度相比更早的升档进度和更迟的降档进度。
[0062] 以此方式,可以利用多燃料发动机系统中的气体燃料和液体燃料中的每一种的属性。通过在更高的发动机转速-负荷情况下朝向增加的液体燃料使用换档,液体燃料的更高的扭矩输出可以被用来满足峰值功率需求。通过在低转速-高负荷下朝向增加的气体燃料使用换档,气体燃料的更高的扭矩输出和汽缸冷却效果可以被用来提供扭矩优势。此外,扭矩优势可以被有利地用来提前变速器升档和/或延迟变速器降档,由此改善车辆的响应度。通过响应于燃料使用而调整变速器换档进度,可以使以气体燃料(诸如CNG)运转的发动机的性能与以液体燃料(诸如汽油)运转的发动机的性能一样高。当以CNG运转时通过使发动机对扭矩更多地作出响应,可以改善驾驶感觉。
[0063] 注意,本文中包括的示例性控制和估计程序能够与各种系统配置一起使用。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个,诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此,所描述的各种动作、操作或功能可以所示顺序执行、并行地执行,或者在一些情况下省略。同样,所述处理顺序不是实现在本文中所描述的示例实施例的特征和优点所必须的,而是为了便于描述和说明而提供。取决于所使用的特定策略,所示出的动作、操作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外,所描述的操作、功能和/或动作可以图形地表示被编程入控制系统中的计算机可读存储介质的代码。
[0064] 另外,应当理解,在本文中所描述的系统和方法实质上是示例性的,并且这些具体实施例或示例不被认为是限制性的,因为多种变体是可预期的。因此,本公开包括在本文中所公开的各种系统和方法及其任何和所有等价物的所有新颖和非显而易见的组合。
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