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燃料喷射器 温度缓和

阅读：1020发布：2021-04-07

专利汇可以提供燃料喷射器温度缓和专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于内燃机的燃料系统保护的技术包括：根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当所述温度升高到高于第一预定值时，提前进气阀定时，使得维持所述温度低于第二预定值。，下面是燃料喷射器温度缓和专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于内燃机的燃料系统保护的方法，其包括：
根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及
当所述温度升高到高于第一预定值时，提前进气阀定时，使得维持所述温度低于第二预定值。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
通过所述直接燃料喷射器将直接喷射的燃料引入到燃烧室中；
在进气阀的上游引入熏蒸的燃料；以及
使用所述直接喷射的燃料和所述熏蒸的燃料中的至少一种来选择性地运行所述内燃机。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括通过所述直接燃料喷射器将直接喷射的燃料引入到燃烧室中。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一预定值大于所述第二预定值。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机运行参数由引入到所述燃烧室中的直接喷射的燃料量和熏蒸的燃料量以及引入所述燃料量的频率所决定。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括根据发动机运行状态来延迟排气阀定时，使得维持所述温度低于所述第二预定值。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述发动机运行状态包括发动机转速、发动机负载和进气阀定时。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括提前点火定时，使得所述内燃机的燃料消耗和涡轮入口温度中的至少一个被降低。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机运行参数包括发动机转速、空气质量流量、发动机冷却剂温度、当量比、火花定时、燃烧定相、歧管空气温度、有效EGR率、进气氧气浓度、收集的氧气团、熏蒸的燃料质量分数和直接喷射的燃料质量分数中的至少两个。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述直接喷射的燃料选自由天然气、汽油、乙醇-汽油掺合物和柴油组成的群组。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述熏蒸的燃料是天然气。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述熏蒸的燃料选自由汽油、乙醇-汽油掺合物、乙烷、甲烷、丙烷、生物气、填埋气体、二甲醚、氢气和它们的已知混合物组成的群组。
13.一种用于内燃机的燃料系统保护的方法，其包括：
通过直接燃料喷射器将直接喷射的燃料引入到燃烧室中；
在进气阀的上游引入熏蒸的燃料；
通过所述直接喷射的燃料和所述熏蒸的燃料中的至少一种来选择性地运行所述内燃机；
根据发动机运行参数确定所述直接燃料喷射器的稳态温度；
根据所述稳态温度确定所述直接燃料喷射器的瞬态温度；以及
当所述瞬态温度升高到高于第一预定值时，提前进气阀定时，使得维持所述温度低于第二预定值
其中所述第一预定值和所述第二预定值与以下各项中的一个是相关的：
所述第一预定值大于所述第二预定值；
所述第一预定值小于所述第二预定值；以及
所述第一预定值等于所述第二预定值。
14.一种用于内燃机中的燃料系统保护的装置，其包括：
直接燃料喷射器，其用于将直接喷射的燃料引入到所述内燃机的燃烧室中；
控制器，其被编程以：
根据发动机运行参数确定所述直接燃料喷射器的温度；以及
当所述温度升高到高于第一预定值时，提前进气阀定时，使得维持所述温度低于第二预定值。
15.如权利要求14所述的装置，其还包括：
熏蒸系统，其用于在所述燃烧室的进气阀的上游引入熏蒸的燃料；
其中所述控制器被进一步编程以选择性地通过所述直接燃料喷射器引入所述直接喷射的燃料和通过所述熏蒸系统引入所述熏蒸的燃料。
16.如权利要求14所述的装置，其中所述第一预定值大于所述第二预定值。
17.如权利要求14所述的装置，其中所述控制器被进一步编程以，除了或替代提前进气阀定时，根据发动机运行状态来延迟排气阀定时，使得维持所述温度低于所述第二预定值。
18.如权利要求14所述的装置，其中所述控制器被进一步编程以提前点火定时，使得所述内燃机的燃料消耗和涡轮入口温度中的至少一个被降低。
19.如权利要求14所述的装置，其中所述直接喷射的燃料选自由天然气、汽油、乙醇-汽油掺合物和柴油组成的群组。
20.如权利要求15所述的装置，其中所述熏蒸的燃料选自由汽油、乙醇-汽油掺合物、乙烷、甲烷、丙烷、生物气、填埋气体、二甲醚、氢气和它们的已知混合物组成的群组。
针对一个或多个发动机运行状态提前进气阀定时，使得直接燃料喷射器的温度被降低；以及
21.一种用于内燃机的燃料系统保护的方法，其包括：
在所述内燃机的校准期间：
根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及
当所述温度升高到高于第一预定值时，校准所述发动机以提前进气阀定时，使得维持所述温度低于第二预定值
在所述内燃机的正常运行期间：
根据发动机运行参数确定所述直接燃料喷射器的所述温度；以及
当所述温度升高到高于第三预定值时，执行温度缓和技术，使得维持所述温度低于第四预定值
22.如权利要求21所述的方法，其中所述温度缓和技术为提前进气阀定时和使喷射的燃料直接流经所述直接燃料喷射器中的至少一个。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述第三温度小于所述第一温度。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述第四温度小于所述第二温度。

说明书全文

燃料喷射器 温度缓和

发明领域

[0001] 本申请涉及一种用于内燃机的燃料系统保护技术，并且更具体地涉及控制发动机阀定时以管理燃料喷射器温度的技术。

[0002] 发明背景

[0003] 采用天然气作为车辆的替代燃料来取代常规液体燃料，像汽油和柴油。存在许多促使使用天然气的因素，其中的两个因素是成本和排放物。在能量当量基础上，天然气比基于石油的燃料便宜。由于生产持续超过新石油储量的发现，原油价格持续上涨。另外，各种全球政治和经济因素可能导致原油价格的波动性。相反，天然气的储量随着继续发现新的储量而持续增加，保持其价格远低于石油的价格。用天然气作为燃料的发动机比用汽油或柴油作为燃料的发动机产生更少的排放物。由于比以往更加严格的排放物标准，发动机制造商正考虑用天然气作为车辆燃料来满足这些新标准。然而用于天然气车辆的燃料补给基础设施不如用于常规液体燃料的燃料补给基础设施广泛，这是影响天然气车辆尤其是消费汽车的采用的一个因素。然而，汽车制造商正开始将天然气燃料系统整合在现有的汽油燃料系统旁且使得内燃机适应多于一种类型的燃料，这些在本公开内容中被称为“多燃料发动机”。使用天然气燃料系统代替目前的石油燃料系统使得发动机只依靠天然气运行的工作仍在进行中。在本公开内容中，术语“天然气”和“气体”被可交换地使用且被理解为气体燃料的优选示例，但是除了天然气之外还可采用其他气体燃料，如乙烷、甲烷、丙烷、生物气、填埋气体、二甲醚、氢气及它们的混合物。

[0004] 在一个这样的多燃料发动机中，有将液体燃料直接地引入到燃烧室内的直接喷射燃料系统，以及在进气阀上游将天然气引入到进气空气内的天然气端口喷射燃料系统。在此发动机中，当发动机运行在端口喷射天然气燃料供给模式时，液体燃料在未被致动的直接燃料喷射器中保持闲置。在此模式下，由于直接燃料喷射器的喷嘴位于燃烧室中，因此可能的是，来自端口喷射的燃料的燃烧的热量使得直接燃料喷射器内的液体燃料的温度升高到高于阀值温度，使得喷射器被损坏或碳沉积物开始形成。这些碳沉积物的形成导致直接燃料喷射器的污染，所述污染影响液体燃料喷射的性能。

[0005] 在另一个发动机系统中，有液体燃料直接喷射系统和端口燃料喷射系统两者。根据当前运行模式，所述发动机能够用直接燃料喷射系统或端口燃料喷射系统或在同一运行模式中同时用两个燃料喷射系统供给燃料。如果发动机是多燃料发动机，则用于给发动机供给燃料且被递送到直接燃料喷射系统和端口燃料喷射系统的液体燃料可以是相同的燃料或不同的燃料。例如，当发动机启动时，以分层充气模式从直接喷射系统供给燃料是有利的，且在高负载或高速度下，发动机可以以预混合模式从端口喷射系统供给燃料。当用来自端口喷射系统的燃料运行发动机时、当液体燃料保持闲置在内部时，直接燃料喷射器可被污染。

[0006] 2010年12月14日授予波特(Pott)等人的美国专利第7,853,397号(‘397专利)公开了一种运行内燃机的方法，所述内燃机利用通过高压直接喷射器喷射的汽化燃料和利用被引入到进气空气歧管或端口中的气体燃料来运行。在气体燃料运行中，存在高压直接喷射器由于缺乏液体燃料的通过而变热且随后损坏或位于内部的燃料形成对喷射器性能具有不利影响的沉积物的风险。为了避免这些问题，确定高压燃料喷射器的负载特性且如果此负载高于限制值则转换到执行汽化燃料运行，或汽化燃料运行被带入气体运行，使得高压喷射器中的燃料被吹扫且喷射器得以冷却。基于发动机温度(运行参数)，从加权特性图中得出燃料喷射器上的热负载，对该热负载时间积分以确定负载特性值。‘397专利的方法不确定高压喷射器的温度，而是确定表示喷射器上的经验热负载的存储能量。结果，在气体运行期间，虽然燃料喷射器的温度低于临界值(高于临界值沉积物开始形成)，但是基于存储的能量值会不必要地消耗汽化燃料。‘397专利的方法仅在气体运行期间确定高压喷射器上的热负载，而不为所有燃料供给模式(气体运行、汽化燃料运行和混合燃料运行)连续地确定热负载。即，在气体运行期间，当确定热负载高于限定值时，使汽化燃料流动通过高压燃料喷射器以吹扫燃料和冷却喷射器。流动通过喷射器的液体燃料的量是基于冷却喷射器所预期的预定最小容量，而不是将燃料喷射器的温度减少到沉积物开始形成的临界值以下所需要的容量。此外，在气体运行期间，这导致不必要的和增加的汽化燃料运行。

[0007] 现有技术缺少用于保护多燃料系统发动机中的直接喷射器的技术，所述技术减少或最小化被引入以冷却直接喷射器的直接喷射的燃料的量。因此，对于可以通过直接喷射系统也可以借助于另一种燃料系统供给燃料的发动机，存在对当用其他燃料系统运行时保护直接喷射器的改进的方法的需要。还存在保护引入气体燃料的直接喷射器免受由过高的顶端温度产生的效应的需要。

发明内容

[0008] 一种用于内燃机的燃料系统保护的改进的方法，所述方法包括：根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当温度升高到高于第一预定值时，提前进气阀定时，使得维持温度低于第二预定值。第一预定值优选地大于第二预定值。发动机运行参数包括发动机转速、空气质量流量、发动机冷却剂温度、当量比、火花定时、燃烧定相、歧管空气温度、有效EGR率、进气氧气浓度、收集的氧气质量、熏蒸的燃料质量分数和直接喷射的燃料的质量分数中的至少两个。所述方法可还包括：通过直接燃料喷射器将直接喷射的燃料引入到燃烧室中；在发动机进气阀(在此说明书中被称为进气阀)上游引入熏蒸的燃料；以及用直接喷射的燃料和熏蒸的燃料中的至少一个选择性地运行内燃机。代替或者除了提前进气阀定时，可根据发动机运行条件如发动机转速、发动机负载和进气阀定时来延迟排气阀定时，由此维持温度低于第二预定值。除了提前进气阀定时，可提前点火定时，使得内燃机的燃料消耗和涡轮入口温度中的至少一个被降低。直接喷射的燃料选自由天然气、汽油、乙醇-汽油掺合物和柴油组成的群组中。熏蒸的燃料选自由汽油、乙醇-汽油掺合物、乙烷、甲烷、丙烷、生物气、填埋气体、二甲醚、氢气和它们的已知混合物组成的群组中。直接燃料喷射器的温度可包括稳态温度和瞬态温度。所述方法还包括：根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的稳态温度；以及根据稳态温度确定直接燃料喷射器的瞬态温度。

[0009] 一种用于内燃机中的燃料系统保护的改进的装置包括用于将直接喷射的燃料引入到内燃机的燃烧室中的直接燃料喷射器和控制器。控制器被编程以：根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当所述温度升高到高于第一预定值时，提前进气阀定时，使得维持温度低于第二预定值。第一预定值可以是大于第二预定值、等于第二预定值和小于第二预定值中的一个。所述装置可还包括用于在燃烧室的进气阀的上游引入熏蒸的燃料的熏蒸系统。所述控制器可被进一步编程以：通过直接燃料喷射器选择性地引入所述直接喷射的燃料，以及通过熏蒸系统选择性地引入熏蒸的燃料。所述控制器还可被进一步编程以：除了或代替提前进气阀定时，根据发动机运行状态来延迟排气阀定时，使得维持温度低于第二预定值。所述控制器还可被进一步编程以：提前点火定时，使得内燃机的燃料消耗和涡轮入口温度中的至少一个被降低。

[0010] 一种用于内燃机的燃料系统保护的改进的方法包括校准步骤和正常运行步骤。在内燃机的校准期间，所述方法包括：根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当温度升高到高于第一预定值时，校准发动机以提前进气阀定时，使得维持温度低于第二预定值。在内燃机的正常运行期间，所述方法包括：根据发动机运行参数确定直接燃料喷射器的温度；以及当温度升高到高于第三预定值时，执行温度缓和技术，使得维持温度低于第四预定值。温度缓和技术可包括本说明书所描述的技术中的至少一个(提前进气阀定时和延迟排气阀定时)，以及使喷射的燃料直接流经直接燃料喷射器。第三温度可小于第一温度，而第四温度可小于第二温度。

[0011] 附图简述

[0012] 图1是根据一个实施方案的内燃机的示意图。

[0013] 图2是根据图1的内燃机的一个实施方案的燃料喷射器温度确定模块的框图。

[0014] 图3是当图1的内燃机用直接喷射的燃料运行时，根据一个实施方案的用于图2的燃料喷射器温度确定模块的稳态温度模块的框图。

[0015] 图4是当图1的内燃机用端口喷射的燃料运行时，根据一个实施方案的用于图2的燃料喷射器温度确定模块的稳态温度模块的框图。

[0016] 图5是根据用于图1的内燃机的第一实施方案的燃料系统保护算法的流程图。

[0017] 图6是用于正常的定时和提前的定时的进气阀升程和排气阀升程相对用于图5的燃料系统保护算法的曲柄转角的图表。

[0018] 图7是根据用于图1的内燃机的第二实施方案的燃料系统保护算法的流程图。

[0019] 图8是喷射器尖端温度相对在上止点后(ATDC)的曲柄转角度数的图表，其中针对图1的内燃机，整合的热释放曲线达到其50％值(CA50)，图1的内燃机使用从排气凸轮中心线延迟10°的固定排气阀定时来运行，并且其中进气阀定时从进气凸轮中心线提前0°(10-0)、5°(10-5)、8°(10-8)、10°(10-10)、15°(10-15)、20°(10-20)和25°(10-25)。基线发动机运行为(10-8)测试实例。从排气凸轮中心线延迟意味稍后关闭排气阀，而从进气凸轮中心线提前意味提早打开进气阀。

[0020] 图9是制动燃油消耗率(BSFC)相对在上止点后(ATDC)的曲柄转角度数的图表，其中针对图1的内燃机，整合的热释放曲线达到其50％值(CA50)，图1的内燃机使用从排气凸轮中心线延迟10°的固定排气阀定时来运行，并且其中进气阀定时从进气凸轮中心线提前0°(10-0)、5°(10-5)、8°(10-8)、10°(10-10)、15°(10-15)、20°(10-20)和25°(10-25)。基线发动机运行为(10-8)测试实例。从排气凸轮中心线延迟意味稍后关闭排气阀，而从进气凸轮中心线提前意味提早打开进气阀。

[0021] 图10是总指示平均有效压力的变化系数(GIMEP的COV)相对在上止点后(ATDC)的曲柄转角度数的图表，其中针对图1的内燃机，整合的热释放曲线达到其50％值(CA50)，图1的内燃机使用从排气凸轮中心线延迟10°的固定排气阀定时来运行，并且其中进气阀定时从进气凸轮中心线提前0°(10-0)、5°(10-5)、8°(10-8)、10°(10-10)、15°(10--15)、20°(1020)和25°(10-25)。基线发动机运行为(10-8)测试实例。从排气凸轮中心线延迟意味稍后关闭排气阀，而从进气凸轮中心线提前意味提早打开进气阀。

[0022] 图11是涡轮入口温度相对在上止点后(ATDC)的曲柄转角度数的图表，其中针对图1的内燃机，整合的热释放曲线达到其50％值(CA50)，图1的内燃机使用从排气凸轮中心线延迟10°的固定排气阀定时来运行，并且其中进气阀定时从进气凸轮中心线提前0°(10-0)、5°(10-5)、8°(10-8)、10°(10-10)、15°(10-15)、20°(10-20)和25°(10-25)。基线发动机运行为(10-8)测试实例。从排气凸轮中心线延迟意味稍后关闭排气阀，而从进气凸轮中心线提前意味提早打开进气阀。

[0023] 图12是针对图1的内燃机的喷射器尖端温度相对进气凸轮位置定时的图表，并且对于每个进气凸轮位置，发动机使用从排气凸轮中心线延迟0°、5°、8°、10°、15°、20°和25°的排气阀定时来运行。从排气凸轮中心线延迟意味稍后关闭排气阀，而从进气凸轮中心线提前意味提早打开进气阀。

[0024] 图13是针对图1的内燃机的整合的热释放曲线50％值(CA50)相对进气凸轮位置定时的图表，并且对于每个进气凸轮位置，发动机使用从排气凸轮中心线延迟0°、5°、8°、10°、15°、20°和25°的排气阀定时运行。从排气凸轮中心线延迟意味稍后关闭排气阀，而从进气凸轮中心线提前意味提早打开进气阀。

[0025] 优选实施方案详细描述

[0026] 参照图1的示意图，示出了包括直接喷射系统110和熏蒸系统120的内燃机100。直接喷射系统110包括至少一个直接燃料喷射器130和燃料供应系统140。虽然示出了直接燃料喷射器130位于汽缸盖220中央，在其他实施方案(未示出)中，可以将直接燃料喷射器安装在其他位置，例如在汽缸盖中，但是偏离中央或侧部安装在汽缸230的壁中。尽管仅说明了一个汽缸230，但是在典型的实施方案中有多个汽缸，且每个个别汽缸有各自的直接燃料喷射器。燃料供应系统140向喷射器130供应燃料且包括建立在直接喷射系统中的已知部件，所述已知部件可以根据直接喷射的燃料是液体燃料还是气体燃料而改变。气体燃料被定义为在标准温度和压力下处于气相的任何燃料。熏蒸系统120包括在进气阀190上游引入燃料的已知部件。在图1的说明中，熏蒸系统120包括至少一个端口燃料喷射器
150和燃料供应系统160。在具有一个以上汽缸的实施方案中，每个汽缸可以有一个端口燃料喷射器，或者位于进气歧管170中更上游的一个燃料喷射器可以为超过一个汽缸提供燃料。燃料供应系统160向喷射器150供应燃料且包括建立在熏蒸系统中的已知部件，所述已知部件根据熏蒸燃料是液体燃料还是气体燃料而选择。发动机100还包括排气歧管180。
对于每个汽缸，有一个进气阀190和一个排气阀200。活塞210在汽缸230的壁的内部行进。燃烧室240由汽缸230的壁、活塞210和汽缸盖220所封闭的空间形成。发动机100还包括用于点燃燃料的装置，如通过压缩产生的温度和压力、火花塞、电热塞或其他已知的点火装置(未示出)。在优选实施方案中，发动机100是火花点火式的。在其他实施方案中，根据系统需求可以采用其他常规点火源。电子控制器250与直接喷射系统110和熏蒸系统120通信，并且命令直接喷射系统110和熏蒸系统120递送用于发动机100中的燃烧的燃料。由带有双箭头(如，电子控制器250左侧上的那些)的符号表示的信号线将测量到的参数从传感器发射至控制器250，并且发送用于控制个别部件的运行的命令信号。电子控制器250能够包括硬件部件和软件部件两者。硬件部件可以包括数字电子部件和/或模拟电子部件。在本示例中，电子控制器250包括用于存储和执行程序的处理器和存储器，存储器包括一个或多个永久性存储器(如，FLASH、EEPROM和硬盘)以及临时存储器(如，SRAM和DRAM)。在另一个优选实施方案中，电子控制器250是用于发动机100的发动机控制单元(ECU)。如本文使用的，控制器250也可以被称为“所述控制器”。如本文使用的，术语算法、模块和步骤指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能性的其他合适的部件。在优选实施方案中，本文的算法、模块和步骤是电子控制器250的一部分。

[0027] 发动机100可以在多种燃料供给模式下运行，包括直接喷射模式、熏蒸模式和共同燃料供给模式。在直接喷射模式中，主要通过直接喷射系统110提供用于发动机100中的燃烧的燃料。在熏蒸模式中，主要通过熏蒸系统120提供用于发动机100中的燃烧的燃料，然而根据发动机运行状态，可能的是，为了冷却直接燃料喷射器130，还通过直接喷射系统120提供所述燃料。在共同燃料供给模式中，通过直接喷射系统110和熏蒸系统120同时提供用于燃烧的燃料。可能的是，发动机100以能够以每个循环为基础在这些模式之间选择性地切换的方式运行。可以响应于由输入到电子控制器250的测量到的参数确定的发动机运行状态来预定喷射定时，并且由箭头260表示其中这种参数的输入。

[0028] 现参照图2，示出了估计直接燃料喷射器130在发动机100的每个燃料供给模式期间的温度的燃料喷射器温度确定模块300。确定模块300类似于2012年6月14日提交的共同未决美国临时专利申请第61/659,704号中所描述的确定模块，所述专利申请以引用的方式整体并入本文。在优选实施方案中，温度模块300是由电子控制器250执行的算法，电子控制器250响应于发动机运行参数而在连续且实时的基础上估计直接燃料喷射器130的尖端的温度。本文所公开的燃料系统保护技术利用温度模块300所估计的喷射器温度以减少直接燃料喷射器130的短期和长期的损坏，并且以降低喷射器130的故障模式的风险并优选地避免所述故障模式。喷射器130由于过热而有若干故障模式，包括碳沉积物的形成和一般污染、密封件损坏和阀座损坏。温度模块300所采用的发动机运行参数至少包括燃料供给量和燃料供给频率，或者代表引入到燃烧室240中的燃料量的至少一个参数和代表所引入燃料量的频率的一个参数。影响汽缸内温度的其他参数还能够在温度模块300所采用的发动机运行参数中。例如，温度模块300所采用的发动机运行参数可以选自发动机转速、空气质量流量、当量比、火花定时、燃烧定相、歧管空气温度、发动机冷却剂温度、有效EGR率(内部EGR和外部EGR)、进气氧气浓度、收集的氧气质量、燃料质量流量、命令的转矩、每循环的空气、熏蒸的燃料质量分数、直接喷射的燃料质量分数、和其他发动机运行参数。熏蒸的燃料质量分数被定义为发动机100所消耗的熏蒸的燃料的质量除以发动机100所消耗的燃料(熏蒸的燃料和直接喷射的燃料)的总质量。直接喷射的燃料质量分数被定义为发动机100所消耗的直接喷射的燃料的质量除以发动机100所消耗的燃料(熏蒸的燃料和直接喷射的燃料)的总质量。已确定，这些参数允许对超过发动机运行状态的范围的直接燃料喷射器130的温度进行代表性估计。本技术相对于先前技术的优点在于在熏蒸模式和共同燃料供给模式下运行时，减小并且优选地最小化了直接喷射的燃料的消耗。温度模块300包括直接温度模块310和熏蒸温度模块320。直接温度模块310包括用于估计直接燃料喷射器130的温度的稳态温度模型，所述温度是由于通过直接燃料喷射器130引入到燃烧室240的燃料的燃烧造成的。当发动机100仅在直接喷射模式下运行时，那么模块310针对给定的稳态发动机运行参数而单独估计直接燃料喷射器130的温度。本文所使用的术语“稳态”被定义为当发动机运行参数保持在预定范围内的相应值时产生的发动机运行状态。模块310中的直接温度模型可根据经验确定，并且可呈查找表和/或数学公式的形式，所述查找表和/或数学公式响应于发动机运行参数以提供表示直接燃料喷射器130的由于直接喷射的燃料的燃烧所造成的温度的温度信号330。直接温度模块310在连续的基础上输出用于发动机100的所有运行模式的信号330。熏蒸温度模块320包括用于估计直接燃料喷射器130的温度的稳态温度模型，所述温度是由于在进气阀190上游引入(例如通过端口燃料喷射器150)的燃料的燃烧造成的。当发动机100仅在熏蒸模式下运行时，那么模块320针对给定的稳态发动机运行参数单独估计直接燃料喷射器130的温度。模块
320中的熏蒸温度模型可根据经验确定，并且可呈查找表和/或数学公式的形式，所述查找表和/或数学公式响应于发动机运行参数以提供表示直接燃料喷射器130的由于熏蒸的燃料的燃烧所造成的温度的温度信号340。熏蒸温度模块320在连续的基础上输出用于发动机100的所有运行模式的信号340。

[0029] 温度模块300还包括加权模块350和瞬态模块360。当由直接喷射的燃料和熏蒸的燃料两者运行发动机100时，加权模块350确定直接燃料喷射器130的温度。在当由两种燃料运行时的稳态中，加权模块350根据温度信号330和340以及熏蒸的燃料质量分数和直接喷射的燃料质量分数中的一个来确定温度信号370。可根据经验确定模块330所采用的加权函数，所述加权函数可呈查找表和/或数学公式的形式。例如，存储三角乘数(DM)的1D查找表可通过熏蒸的燃料质量分数索引，以检索以下等式1所采用的三角乘数，以确定温度信号370。在等式1中，TS370表示温度信号370，TS340表示温度信号340，并且TS330表示温度信号330。

[0030] TS370＝TS340+(TS340–TS330)*DM 等式1

[0031] 瞬态模块360确定在瞬态发动机运行状态期间的直接燃料喷射器130的温度，例如，在发动机运行参数改变之后和在喷射器温度已达到稳态值之前。当一个或多个发动机运行参数改变时，温度模块310和320基于新的发动机运行参数立刻确定稳态温度。然而，由于直接燃料喷射器130的热阻抗和发动机100的热阻抗，当发动机运行参数改变时，直接燃料喷射器130的温度不会立刻改变，而是随着时间逐渐改变。瞬态模块360根据喷射器温度信号370、时间常数信号380和过去确定的喷射器温度信号390的历史来确定喷射器温度信号390(也称为喷射器130的瞬态温度或最终估计的温度)。时间常数信号380代表直接喷射器130和发动机100的热特性，并且在本实施方案中，根据熏蒸的燃料质量分数或可选地根据直接喷射的燃料质量分数，在加权模块350中来确定时间常数信号380。存储时间常数信号380的1D查找表可通过熏蒸的燃料质量分数索引，以检索信号380。模块360将时间常数公式应用到温度信号370的变化(所述变化反映发动机参数的变化)运用以估计喷射器温度信号390的逐渐变化。一种这样的时间常数公式包括根据以下等式2的运动平均函数。在等式2中，TS390,当前表示温度信号390的当前值，所述当前值代表信号390的历史，TS390,新表示根据运动平均函数的温度信号390的下一个值，TS370表示温度信号370并且TC380表示时间常数信号380。

[0032] TS390,新＝TS390,当前*(1-TC380)+(TS370)*TC380 等式2

[0033] 现参照图3，根据另一个实施方案说明了直接温度模块310。在图2的实施方案中，模块310根据发动机运行参数确定温度信号330。在图3的实施方案中，模块310采用一个或多个查找表和/或公式以确定信号330。稳态基准温度模块400D确定基准温度信号410D。在近化学计量比运行的发动机中，可从空气质量流量和发动机转速确定基准温度，所述空气质量流量和发动机转速代表引入到燃烧室240中的燃料量和引入燃料量的频率。在其他实施方案中(未示出)，可从其他发动机运行参数确定基准温度，所述其他发动机运行参数代表引入到燃烧室240中的燃料量和引入燃料量的频率。例如，在迪塞尔循环发动机中，可采用燃料质量流量和发动机转速。基准温度信号410D表示由于直接喷射的燃料的燃烧所造成的稳态喷射器温度。校正模块420D根据已知参数确定校正信号430D以影响汽缸内温度。通过如图3所示的示例，在奥托循环发动机中，当量比、空气质量流量和发动机转速是可用来确定奥托循环发动机的校正信号的参数。代替当量比，可采用其他决定性参数，如过量空气比。校正模块450D根据点火定时确定校正信号460D。对于如图3所示的奥托循环发动机，火花定时、空气质量流量和发动机转速是可影响点火定时和温度信号330的参数。代替火花定时，可采用点火定时的其他决定性参数如燃烧定相，可在非火花点火式发动机中采用所述燃烧定相。校正模块480D根据歧管空气温度、空气质量流量和发动机转速确定校正信号490D，并且表示基准温度信号410D的由于歧管空气温度所造成的变化。
校正模块500D根据发动机冷却剂温度、空气质量流量和发动机转速确定校正信号510D，并且表示基准温度信号410D的由于发动机冷却剂温度的变化。对于模块420D、450D、480D和
500D中的每一个，可采用替代空气质量流量和发动机转速的发动机运行参数。通过将信号
410D、430D、460D、490D和510D加在一起来产生温度信号330。控制器可通过将各自校正信号430D、460D、490D和510D设置为零(0)来选择性地并且独立地停用由校正模块420D、
450D、480D和500D中的每一个执行的校正。例如，如果发动机传感器被损坏并且对应的已测量的参数不可靠，那么可停用相关的校正。

[0034] 现参照图4，根据另一个实施方案说明了熏蒸的温度模块320。在图2的实施方案中，模块320根据发动机运行参数确定温度信号340。在图4的实施方案中，模块320采用一个或多个查找表和/或公式以确定信号340。稳态基准温度模块400P确定基准温度信号。在近化学计量比运行的发动机中，可从空气质量流量和发动机转速确定基准温度，所述空气质量流量和发动机转速代表引入到燃烧室240中的燃料的量和引入燃料量的频率。在其他实施方案中(未示出)，可从其他发动机参数确定基准温度，所述其他发动机参数代表引入到燃烧室240中的燃料的量和引入燃料量的频率。例如，在迪塞尔循环发动机中，可采用燃料质量流量和发动机转速。基准温度信号410P表示由于直接喷射的燃料的燃烧所造成的稳态喷射器温度。校正模块420P根据已知参数确定校正信号430P以影响汽缸内的温度。通过如图4所示的示例，在奥托循环发动机中，当量比、空气质量流量和发动机转速是可用来确定奥托循环发动机的校正信号的参数。代替当量比，可采用其他决定性参数如过量空气比。校正模块450P根据点火定时确定校正信号460P。对于如图4所示的奥托循环发动机，火花定时、空气质量流量和发动机转速是可影响点火定时和温度信号340的参数。代替火花定时，可采用点火定时的其他决定性参数如燃烧定相，可在非火花点火式发动机中采用所述燃烧定相。校正模块480P根据歧管空气温度、空气质量流量和发动机转速确定校正信号490P，并且表示基准温度信号410P的由于歧管空气温度所造成的变化。校正模块500P根据发动机冷却剂温度、空气质量流量和发动机转速确定校正信号510P，并且表示基准温度信号410P的由于发动机冷却剂温度所造成的变化。对于模块420P、450P、480P和
500P中的每一个，可采用替代空气质量流量和发动机转速的发动机运行参数。通过将信号
410P、430P、460P、490P和510P加在一起来产生温度信号340。控制器可通过将各自校正信号430P、460P、490P和500P设置为零(0)来选择性地并且独立地停用由校正模块420P、
450P、480P和500P中的每一个执行的校正。例如，如果发动机传感器被损坏并且对应的已测量的参数不可靠，那么可停用相关的校正。

[0035] 现参照图5，根据第一实施方案示出了减少并且优选地防止针对直接燃料喷射器130的短期和长期损坏的燃料系统保护算法900。当确定喷射器温度信号390高于第一预定值时，在步骤910中进入算法900。在步骤920中，进气阀定时被提前，使得进气阀190提前预定的量打开，并且保持在此提前的定时处至少直到温度信号390降低到第二预定值以下。在优选实施方案中，第二预定值小于第一预定值，使得滞后被引入以降低循环进入和循环离开算法900的可能性。图6说明根据沿着轴线950的曲柄转角的正常进气阀升程剖面
940，和由步骤920命令的提前的进气阀升程剖面960。通过提早打开进气阀190，正常进气阀升程剖面940被移位预定的曲柄转角量970。在常规发动机中，进气阀的打开通常发生在上止点(TDC)前约10度处。在排气冲程的末端很久之前提早打开进气阀190增加了打开的进气阀190与排气阀200之间的重叠持续时间。如图6所见，提前的进气阀冲程剖面
960重叠接近排气冲程的末端的排气阀冲程剖面980。由于此重叠，某种排放气体由于汽缸-进气歧管压力梯度而返回至进气歧管中，然后与新的空气-燃料混合物一起重新进入燃烧室240。收集燃烧室240中的排放气体用来降低燃烧温度，并且因此减少喷射器温度信号390。通过提前进气阀定时，有效压缩比增加，这是因为与正常进气阀定时相比，进气阀的关闭比下止点后更早地发生。因此，压缩过程开始地更早，使得伴随着固定的点火定时(火花定时)，压缩过程有效地表示延迟燃烧(如在图8的CA50的延迟中可看到的那样，下文将更详细地描述)。

[0036] 现参照图7，根据第二实施方案示出了减少并且优选地防止针对直接燃料喷射器130的短期和长期损坏的燃料系统保护算法1000。发动机100被校准用于步骤1010期间的运行，在校准期间，可采用提前进气阀定时的技术以降低直接燃料喷射器130在各种发动机运行状态下的温度。对于其中直接燃料喷射器的温度升高到高于第一预定值的发动机校准期间的这些发动机运行状态，发动机可被校准至提前的进气阀定时，以使温度降低低于第二预定值。发动机运行状态至少针对稳态状态，并且可包括瞬态状态(尤其已知会发生的这些状态)。当发动机如步骤1010中校准的那样运作时，在发动机100的正常运行期间命令步骤1020和1030。在步骤1020中，监视直接燃料喷射器130的温度，并且当所述温度升高到高于第三预定值时，命令步骤1030，其中采用温度缓和技术以使所述温度降低低于第四预定值。温度缓和技术可以是算法900中描述的那些技术。或者，或另外地，直接喷射的燃料可流经直接燃料喷射器130，以冷却喷射器并且降低所述喷射器的温度。可采用其他已知温度缓和技术。第一预定值和第三预定值、以及第二预定值和第四预定值可以是相同的量，或不同的量。例如，第三预定值可小于第一预定值，而第四预定值可小于第三预定值。

[0037] 或者，在发动机校准期间，所述发动机可被校准以针对特定发动机运行状态的提前进气阀定时，以降低直接燃料喷射器130的温度，而在正常发动机运行期间，可采用温度模块300以确定温度信号390何时升高到高于第一预定值，使得可采用附加的缓和技术以维持温度信号390低于第二预定值。这些附加的缓和技术包括进一步提前进气阀定时或者使喷射的燃料直接流经直接燃料喷射器130。

[0038] 实验性测试被设计并且被实施以在减少喷射器温度信号390(尖端温度)时量化提前进气阀定时的性能，并且这些测试的结果在图8-11中说明。在这些数字中的每一个的右手侧的图例中，第一数字表示排气凸轮相位器位置(排气阀定时)，而第二数字表示进气凸轮相位器位置(进气阀定时)。正值被解释为针对远离排气凸轮中心线990朝720°曲柄转角的排气凸轮相位器位置延迟定时，并且针对远离进气凸轮中心线995朝0°曲柄转角的进气凸轮相位器位置提前定时。例如，在图8中，基准校准‘10-8’指从排气凸轮中心线延迟10°的排气阀定时(排气阀稍后关闭)，和从进气凸轮中心线提前8°的进气阀定时(进气阀提早打开)。在图8-11中的每一个中，排气阀定时被固定在10°处。

[0039] 参照图8，对于固定的排气阀定时和燃烧定时，由于进气阀定时被提前，可通过安装在喷射器尖端中的热电偶测量的喷射器温度信号390下降。与基准发动机校准(‘10-8’)相比，对于校准发动机，在TDC将喷射器尖端温度降低约50摄氏度之前将进气阀定时从8度提前到15度，但对于不同的发动机来说结果可能变化。

[0040] 当燃烧定时固定时，提前进气阀定时导致了更高的燃料消耗。然而，通过由点火定时调整来提前燃烧定时(提前火花定时)，与基准案例(’10-8’)相比，可在仍维持较低喷射器尖端温度的同时实现类似或甚至更低的制动燃油消耗率(BSFC)。这在图9中说明，其中由于提早达到指示燃烧定时的整合的热释放50％值(CA50)，BSFC得以降低。再次参照图5，在步骤930中，通过提前点火定时来提前燃烧定时，从而改善制动燃油消耗率。

[0041] 当进气阀定时和火花定时在测试范围中被提前时，燃烧稳定性未受明显影响。参照图10，由于进气阀定时被提前，总指示平均有效压力的变化系数(指示燃烧稳定性)是在预定范围内。如由图11中的’10-25’测试案例所说明的那样，当进气阀和排气阀的重叠增加到超过预定数量的曲柄转角时，涡轮入口温度随着增加的速率而升高，并且对于每个发动机，将存在具有过度副作用的可提前打开进气阀的量的确定的限制。

[0042] 用于量化进气阀定时对喷射器尖端温度的影响的测试还包括测试排气阀定时的影响。已发现存在一种影响，但是其对喷射器温度的影响没有提前进气阀定时的影响大。在特定的发动机运行状态下，通过修改排气阀定时来观察根据发动机转速、转矩(负载)和进气阀定时、喷射器尖端温度的降低而确定的影响。观测到喷射器尖端温度与排气阀定时之间的关系是非线性的。例如，对于给定的发动机转速、转矩(负载)和进气阀定时，随着排气阀定时被延迟(稍后关闭)喷射器尖端温度降低，随着排气阀定时被进一步延迟喷射器尖端温度升高，并且随着排气阀定时被更进一步延迟喷射器温度再次降低。这在图12和图13中示出，其示出在熏蒸的模式下以5500rpm并带有150Nm负载运行的发动机100。图12和图13的右手侧的图例中的数字表示排气凸轮相位器位置(排气阀定时)。如图13所示，随着进气阀定时(进气凸轮位置)固定在TDC前的5°，并且燃烧定时(CA50)在公差范围内相对恒定，图12已观测到并说明，直接燃料喷射器130的尖端温度在TDC后的排气阀定时0°处是约340℃。随着排气阀定时被延迟至TDC后的5°，尖端温度降低至约325℃；随着排气阀定时被进一步延迟至TDC后的10°，尖端温度升高至约335℃；并且随着排气阀定时进一步被延迟至TDC后的25°，尖端温度降低至约325℃。再次参照图5，可在特定情况下采用步骤940，以通过延迟排气阀定时来降低喷射器温度。

[0043] 在其他实施方案中，无需熏蒸系统120，并且发动机100在直接喷射模式下持续运行。在优选实施方案中，燃料供应系统140供应气体燃料如天然气，但是可采用其他气体燃料。在特定的高负载状态下，即便气体燃料通过喷射器持续循环，直接燃料喷射器130的尖端温度可升高到高于预定最大值。在这些状态下，采用提前进气阀定时的技术是有利的。

[0044] 虽然已经展示和描述了本发明的具体元件、实施方案和应用，但是应理解，本发明不限于所述的具体元件、实施方案和应用，这是因为在不脱离本公开的范围、尤其是依据前述教导的情况下，本领域技术人员可以进行修改。

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燃料喷射器温度缓和

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