專利名稱：用于控制先導噴射的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明 一般涉及用于操作渦輪增壓的壓縮點火發(fā)動機的系統(tǒng)和方法，并 且更具體地涉及一種系統(tǒng)和方法，其用于減少機車中的渦輪增壓柴油發(fā)動機 中的燃料消耗率和發(fā)動機廢氣排放。
背景技術：
在壓縮點火發(fā)動機(如柴油發(fā)動機)中，噴油系統(tǒng)將燃料(例如，柴油 燃料)噴射到每個發(fā)動機氣缸內的壓縮空氣中，以生成由于壓縮的熱量和壓 力而點火的空氣燃料混合物。不幸的是，發(fā)動機效率、動力輸出、燃料消耗、 廢氣排放、和其他操作特性小于理想情況。此外，用于改進一個操作特性的 各傳統(tǒng)方法經常惡化一個或更多其他的操作特性。例如，降低特定燃油消耗 的嘗試經常導致各種廢氣排放的增加。車輛廢氣排放包括由于燃燒室內燃料的不完全燃燒而產生的污染物質，如一氧化碳、氮氧化物(NOx)、顆粒物質 (PM)和煙。這些污染物質的量依賴于燃料空氣混合物、壓縮比、噴射正時 (timing )、環(huán)境情況等而變化。因此，需要一種用于減少渦輪增壓柴油發(fā)動機中燃料消耗率而不增加某些廢氣排放(如NOx)的技術。發(fā)明內容根據(jù)本技術的一個方面， 一種方法包括在發(fā)動機氣缸的活塞到達壓縮 沖程的上死點之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預定時間，將第一數(shù) 量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。該方法還包括在活塞到達壓縮沖程的上死點 之前，當活塞被提前預定提前值時，在第一預定時間后的第二預定時間，將 第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。根據(jù)本技術的另一方面， 一種方法包括將燃料噴射提前預定提前值， 以減少機車的壓縮點火發(fā)動機中的燃料消耗率。該方法還包括在壓縮沖程 的第二半程期間，并且在壓縮點火發(fā)動機的壓縮沖程的上死點之前，將預定量燃料的燃料噴射劃分為先導(pilot)燃料量和主燃料量，以減少與提前燃 料噴射相關聯(lián)的氮氧化物排放。根據(jù)本技術的另一方面， 一種系統(tǒng)包括控制器，其被配置為在發(fā)動機氣缸的活塞到達壓縮沖程的上死點之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一 預定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中，并且被配置為在活塞到 達壓縮沖程的上死點之前，當活塞被提前預定提前值時，在第一預定時間后 的第二預定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。根據(jù)本技術的另一方面， 一種機車包括渦輪增壓器；壓縮點火發(fā)動機； 控制器，其連接到壓縮點火發(fā)動機，并且被配置為在發(fā)動機氣缸的活塞到達 壓縮沖程的上死點之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預定時間，將第 一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中，并且被配置為在活塞到達壓縮沖程的上 死點之前，當活塞被提前預定提前值時，在第一預定時間后的第二預定時間， 將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。根據(jù)本技術的另一方面， 一種方法包括提供控制器，該控制器被配置 為在發(fā)動機氣缸的活塞到達壓縮沖程的上死點之前，在壓縮沖程的第二半程 期間的第一預定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中，并且被配置 為在活塞到達壓縮沖程的上死點之前，當活塞被提前預定提前值時，在第一 預定時間之后的第二預定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。根據(jù)本技術的另一方面， 一種計算機程序包括有形介質；以及位于該 有形介質上的各編程指令，其中各編程指令包括在發(fā)動機氣缸的活塞到達 壓縮沖程的上死點之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預定時間，將第 一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中的指令；以及在活塞到達壓縮沖程的上死 點之前，當活塞被提前預定提前值時，在第一預定時間之后的第二預定時間， 將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中的指令。


當參照附圖閱讀下面的詳細描述時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和 優(yōu)點將變得更好理解，其中貫穿附圖相同的符號表示相同的部件，附圖中 圖1是渦輪增壓發(fā)動機(如機車動力單元)的示意表示，該渦輪增壓發(fā)征； 、、 、，—，""圖2是根據(jù)本技術的示例性實施例的發(fā)動機廢氣排放和燃料消耗率控制邏輯特征的示意表示；圖3是多氣缸內燃機的示意表示，該多氣缸內燃機具有根據(jù)本技術的示 例性實施例的發(fā)動機廢氣排放和燃料消耗率控制特征；圖4是并入渦輪增壓發(fā)動機(如機車動力單元)的系統(tǒng)的示意表示，該耗率控制特征； 、、 弋 、.—'"圖5是圖示根據(jù)本技術的示例性實施例、控制在渦輪增壓發(fā)動機中的發(fā) 動機廢氣排放和燃料消耗率的過程的流程圖；圖6是圖示根據(jù)本技術的示例性實施例、在壓縮點火發(fā)動機的壓縮沖程 期間、相對曲柄角(并且具體地，上死點)的第一和第二燃料噴射量的燃料 噴射速度的變化的圖；圖7是圖示根據(jù)本技術的示例性實施例、相對于壓縮點火發(fā)動機的燃料 消耗率的NOx排放的相對變化的圖；圖8是圖示根據(jù)本技術的示例性實施例、控制在渦輪增壓發(fā)動機中的發(fā) 動機廢氣排放和燃料消耗率的過程的流程圖；以及圖9是圖示制造渦輪增壓發(fā)動機(如機車動力單元)的示例性過程的流和燃料消耗率控制特征。
具體實施方式
參照圖1，根據(jù)本技術的某些實施例圖示了具有發(fā)動機廢氣排放和燃料 消耗率減少邏輯11的渦輪增壓系統(tǒng)10。在圖示的實施例中，渦輪增壓系統(tǒng) IO是機車動力單元。在其他實施例中，動力單元可以用于如對本領域技術人 員公知的其他中速發(fā)動機應用。機車動力單元10包括渦輪增壓器12和壓縮 點火發(fā)動機，例如柴油發(fā)動機14。如下面更詳細討論的，本技術的各實施例 提供監(jiān)視和控制特征(如傳感器和控制邏輯)，以控制機車動力單元10內的 發(fā)動機廢氣排放和燃料消耗率(SFC )。例如，基于發(fā)動機14的操作狀況(如 發(fā)動機速度、曲柄角、共軌壓力等)，通過在壓縮沖程的第二半程期間，并且 在發(fā)動機14的壓縮沖程的上死點位置之前，將預定量的燃料噴射劃分為先導 燃料噴射和提前的主燃料噴射，控制發(fā)動機廢氣排放并且減少燃料消耗率。根據(jù)本技術的各實施例，壓縮沖程的第二半程與在壓縮沖程的上死點之前的90度的曲柄角相關。噴射操作包括將燃料噴射劃分為先導燃料噴射和主燃 料噴射；在主噴射事件中提供更大的燃料量；將主噴射事件提前預定值；并 且調整先導噴射和主噴射之間的正時。圖示的發(fā)動機14包括進氣歧管(manifold) 16和排氣歧管18。渦輪增 壓器12包括壓氣器20和渦輪22,并且被操作來將壓縮空氣提供給進氣歧管 16用于氣缸24內的燃燒。渦輪22被連接到排氣歧管18。從排氣歧管18排 出的廢氣通過渦輪22擴散，從而迫使連接到壓氣器20的渴輪增壓器軸26旋 轉。壓氣器20通過空氣過濾器28吸入環(huán)境空氣，并將壓縮的空氣提供給熱 交換器30。空氣的溫度由于通過壓氣器20的壓縮而增加。壓縮空氣流過熱 交換器30,使得空氣的溫度在傳遞到發(fā)動機14的進氣歧管16之前被減少。 在一個實施例中，熱交換器30是空氣到水熱交換器，其利用制冷劑來便利從 壓縮空氣中去除熱量。在另一實施例中，熱交換器30是空氣到空氣熱交換器， 其利用環(huán)境空氣來便利從壓縮空氣中去除熱量。在另一實施例中，熱交換器 3 0利用制冷劑和環(huán)境空氣的組合來便利從壓縮空氣中去除熱量。動力單元10還包括控制器32。在一個實施例中，控制器32是可由用戶 編程的電子邏輯控制器。在另一實施例中，控制器32是用于發(fā)動機14的電 子燃料噴射控制器?？刂破?2從曲柄角傳感器36接收曲柄角信號34,該曲 柄角傳感器提供來檢測發(fā)動機14的曲柄軸(未示出)的曲柄角(按度數(shù))。 控制器32可以操作來產生壓力信號38以控制多個燃料噴射泵40的操作。泵 40驅動多個燃料噴射器42,用于將燃料噴射到發(fā)動機14的多個氣缸24中。 在圖示的實施例中，燃料噴射器42是電致動的燃料噴射器。燃料噴射器42 典型地將燃料噴射到發(fā)動機氣缸24中，作為從控制器32接收的燃料噴射信 號39的函數(shù)。燃料噴射信號39可以包括表示期望的噴射速率、期望的燃料 噴射正時、要噴射到氣缸24的燃料量等的波形?；钊?4可滑動地置于每個 氣缸24中，并且如本領域技術人員所公知的在上死點和底死點位置之間往復 運動?？刂破?2還從配置來檢測發(fā)動機14的速度(按曲柄軸的每分鐘轉數(shù)) 的速度傳感器48接收速度信號46。控制器32被配置來產生燃料噴射信號39, 以基于曲柄角信號34和發(fā)動機速度信號46控制多個燃料噴射器42的操作。參照圖2，根據(jù)本技術的各實施例圖示具有發(fā)動機廢氣排放和燃料消耗 率控制邏輯ll的控制器32。如所示，控制器32從多個傳感器(如曲柄角傳感器36、速度傳感器48、動力傳感器50、進入空氣溫度傳感器52、排氣溫 度傳感器54、氧氣傳感器56、 CO傳感器58、和NOx傳感器60 )接收傳感 信號。動力傳感器50可被配置為檢測發(fā)動機動力(按馬力)。進入空氣溫度 傳感器52可以被配置為檢測提供給進氣歧管的空氣的溫度(按度或開氏溫 度)。廢氣溫度傳感器54可以被配置為檢測從排氣歧管排出的廢氣的溫度(按 度或開氏溫度)。氧傳感器56、 CO傳感器58、和NOx傳感器60可以分別被 配置為檢測廢氣中的氧、 一氧化碳和氮氧化物的量。控制器32包括劃分燃料 噴射量和比例控制邏輯62,其使得控制器32能夠在活塞到達壓縮沖程的上 死點位置前，將第一數(shù)量的燃料(例如，先導燃料噴射)64噴射到發(fā)動機氣 缸24中。例如，在壓縮沖程的上死點之前，在全部燃料噴射量的1%到5% 范圍內的先導燃料噴射量可以被噴射到發(fā)動機氣缸中。在活塞位于壓縮沖程 的上死點位置附近時，劃分燃料噴射量和比例控制邏輯62還使得控制器32 能夠將第二數(shù)量的燃料(例如，多數(shù)/主燃料噴射)66噴射到發(fā)動機氣缸中。 例如，當活塞位置在壓縮沖程的上死點附近時，在全部燃料噴射量的95%到 99 %的范圍內的主燃料噴射可以被噴射到發(fā)動機氣缸24中?？刂破?2還包括劃分燃料噴射正時/提前控制邏輯68,其使得控制器32 能夠在活塞到達壓縮沖程的上死點位置之前的第一預定時間70,將先導燃料 噴射量噴射到發(fā)動機氣缸中。例如，當活塞位置在壓縮沖程的上死點之前的 20到90度的范圍內時執(zhí)行先導燃料噴射。劃分燃料噴射正時/提前控制邏輯 68還使得控制器32在活塞到達壓縮沖程的上死點位置之前的第二預定時間 72,將主燃料噴射量噴射到發(fā)動機氣缸中。例如，當活塞位置在壓縮沖程的 上死點之前的小于5度的范圍內時，可以執(zhí)行主燃料噴射?？刂七壿?4,其使得控制器32能夠控制先導燃料噴射76的壓力和脈沖持續(xù) 時間。劃分燃料噴射壓力和脈沖持續(xù)時間控制邏輯74還使得控制器32能夠 控制主燃料噴射78的壓力和脈沖持續(xù)時間。如在圖示的實施例中所討論的， 控制器32被配置為基于多個傳感器的輸出，控制燃料噴射量、正時、壓力和 脈沖持續(xù)時間。盡管在圖示的實施例中關于一個發(fā)動機氣缸24解釋了控制器 操作，但是在其他實施例中，控制器操作可應用到多個發(fā)動機氣缸24。參照圖3，根據(jù)本技術的某些實施例圖示了具有多氣缸排列的發(fā)動機14 的機車動力單元10。各燃料噴射器每個包括與各自的氣缸24流體相通地放置的燃料噴射閥80。在圖示的實施例中，發(fā)動機14分別包括四個氣缸24和 四個燃料噴射闊80。然而，其他數(shù)量(例如，6、 8、 10、 12等)和配置的氣 缸24和燃料噴射閥80在本技術的范圍內。燃料噴射閥80被提供來將燃料噴 射到每個氣缸24的燃燒室中。燃料噴射閥80連接到高壓共軌82,其被配置 為將燃料加壓到預先選擇的壓力。高壓共軌82經由燃料供應管道84連接到 燃料噴射閥40。共軌82可以被提供有壓力傳感器(未示出)，用于檢測共軌 82中的燃料壓力并傳輸對應于檢測的燃料壓力的壓力信號81到控制器32。 通過致動燃料噴射泵40,依賴于發(fā)動機14的操作狀況，共軌中的燃料壓力 被維持在預定值。在某些實施例中，控制器32被配置為產生燃料噴射信號 39,以基于曲柄角信號34、發(fā)動機速度信號46控制多個燃料噴射器的操作。 在其他的實施例中，動力單元可具有多個共軌82和燃料噴射泵40。在一個 實例中，機車發(fā)動機14可包括下面的規(guī)才各，如在80到240巴(bar)范圍內 的最大氣缸內壓力；四沖程；階梯式操作，即，節(jié)流閥槽；在每分鐘300到 1500轉的范圍內的中速；在每氣缸5到20公升的范圍內的排量；以及共軌 燃料噴射系統(tǒng)。進氣歧管16連接到各個氣缸24的燃燒室。進氣歧管16連接到進氣管 86?？梢越o進氣管86提供進入空氣溫度傳感器(未示出)?？梢栽谶M氣管86 中提供熱交換器88，以冷卻通過進氣管86的進入空氣。排氣歧管18連接到 各個氣缸24的燃燒室。排氣歧管18連接到排氣管90。如排出氣體溫度傳感 器、氧傳感器、CO傳感器和NOx傳感器的多個傳感器(未示出)，可以連接 到排氣管90。如上所述，控制器32從提供來檢測發(fā)動機14的曲柄角的曲柄角傳感器 36接收曲柄角信號34。控制器32可以操作來產生燃料噴射信號39以控制燃 料噴射器的操作。控制器32還從配置為檢測發(fā)動機14的速度的速度傳感器 48接收速度信號46。如上所述，在圖示的實施例中，控制器32被配置為基 于多個傳感器的輸出，控制燃料噴射量、正時、壓力和脈沖持續(xù)時間。與電 致動的燃料噴射器一起使用高壓共軌82,使得控制器32能夠在燃料噴射速 率、燃料噴射次數(shù)、燃料噴射量、正時、壓力和脈沖持續(xù)時間上提供靈活性。 根據(jù)本技術的各實施例，燃料噴射操作對從發(fā)動機的中間負載到完全負載狀 況可應用。對單點燃料噴射，如果提前了燃料噴射正時，則減少了燃料消耗率并且增加了廢氣排放。根據(jù)本技術，在發(fā)動機14的壓縮沖程的上死點位置之前， 燃料噴射被劃分為先導燃料噴射和具有提前的正時的主燃料噴射。燃料的霧 化由于劃分的噴射而增強，并且通過增加燃料的噴射壓力可以進一步提升。 燃料在燃燒室中均勻分布，并且增強了燃燒室內的空氣利用率。更小量的先 導噴射幫助防止燃料粘到氣缸壁。結果，廢氣排放基本被控制，并且燃料消 耗率減少。參照圖4，圖示了機車動力單元10的一個實施例。如上所示，動力單元 10包括渦輪增壓器12和柴油發(fā)動機14。動力單元10可以用于驅動系統(tǒng)92. 系統(tǒng)92可包括高海拔機車發(fā)動機、汽車發(fā)動機、船用發(fā)動機等。動力單元 10包括控制器32?？刂破?2從提供來檢測發(fā)動機14的曲柄角的曲柄角傳感 器36接收曲柄角信號34?？刂破?2可操作來產生燃料噴射信號39以控制 多個燃料噴射器42的操作?？刂破?2還從配置為檢測發(fā)動機14的速度的速 度傳感器48接收速度信號46。在圖示的實施例中，控制器34還可包括數(shù)據(jù)庫94、算法96和數(shù)據(jù)分析塊98。數(shù)據(jù)庫94可以被配置為存儲關于動力單元10的預先定義的信息。例如，數(shù)據(jù)庫94可以存儲關于曲柄角、發(fā)動機速度、發(fā)動機功率、進入空氣溫度、廢氣溫度、廢氣組成等的信息。數(shù)據(jù)庫94還可以包括指令集、映射、查找表、變量等。這樣的映射、查找表、指令集可操作來使先導噴射和主噴射 的特性與特定的發(fā)動機操作參數(shù)(如發(fā)動機速度、曲柄角、共軌壓力、期望燃料量等)相關。此外，數(shù)據(jù)庫94可以配置來存儲從上述傳感器實際讀出/ 檢測的信息。算法96便利來自上述多個傳感器的信號的處理。數(shù)據(jù)分析塊98可以包括各種電路類型，如微處理器、可編程邏輯控制器、 邏輯模塊等。數(shù)據(jù)分析塊98與算法96結合可以用于執(zhí)行各種計算操作，該 各種計算操作涉及燃料噴射速率、燃料噴射次數(shù)、燃料噴射量、正時、壓力 和脈沖持續(xù)時間、先導噴射和主噴射之間的時間間隔、噴射器波形的電流、 或其組合。上述參數(shù)的任何可相對于時間選擇性地和/或動態(tài)地適配或更改。 控制器34被配置為通過在活塞到達壓縮沖程的上死點之前、在第一預定時間 執(zhí)行先導噴射，并且進一步在活塞到達壓縮沖程的上死點之前、在第一預定 時間后的第二預定時間執(zhí)行提前的主燃料噴射，控制發(fā)動機廢氣排放和燃料 消耗率。參照圖5,該圖是圖示操作圖1的渦輪增壓系統(tǒng)10的方法的一個實施例的流程圖。在圖示的實施例中，如步驟100所示確定曲柄角和發(fā)動機速度。曲柄角傳感器36被提供來檢測發(fā)動機的曲柄角，而速度傳感器48被提供來 檢測發(fā)動機速度(例如，曲柄軸的每分鐘轉數(shù))。如步驟102所示，控制器 32基于曲柄角和/或發(fā)動機速度，在活塞到達壓縮沖程的上死點之前確定先導 燃料噴射的第一預定時間。如步驟104所示，控制器32致動燃料噴射泵40 以將先導燃料量噴射到發(fā)動機氣缸24中。在某些實施例中，在壓縮沖程的上 死點之前當活塞為20到90度時，噴射在1%到5%的范圍內的先導燃料量。 先導燃料霧化并且與氣缸24中的殘余空氣混合。當活塞朝上死點移動時，先 導燃料和空氣的混合物的溫度和壓力由于壓縮而增加。當先導燃料和空氣的 混合物達到點火溫度(自點火溫度)時，先導燃料和空氣的混合物點火，以 在主噴射事件之前和期間形成燃燒產物。如步驟106所示，控制器32基于曲柄角和/或發(fā)動機速度，確定壓縮沖 程的上死點的附近主燃料噴射的第二預定時間。如步驟108所示，控制器32 致動燃料噴射泵40,以將主燃料量噴射到發(fā)動機氣缸24中。在某些實施例 中，當活塞小于壓縮沖程的上死點之前的5度時，噴射在95%到99%的范圍 內的主燃料量。主燃料霧化并且與氣缸24內的殘余氣體混合。主燃料還與空 氣和先導燃料的殘余燃燒混合物混合?？諝夂拖葘剂系臍堄嗳紵旌衔镉?作具有高比熱的稀釋劑，以減少主噴射事件的溫度，由此減少廢氣排放。將燃料噴射劃分為先導燃料噴射和提前的主燃料噴射改進燃料消耗，同時將發(fā) 動機廢氣排放維持在預定的限度內。參照圖6，根據(jù)本技術的示例性實施例，圖示了表示在壓縮點火發(fā)動機 14的壓縮沖程期間、相對于曲柄角(由X軸表示)(并且具體地，上死點110) 的燃料噴射速度(由Y軸表示)的變化的圖。在圖示的實施例中，曲線112 表示在發(fā)動機氣缸14內的上死點IIO之前的第一角度1M開始的先導燃料噴 射量(例如，1%、 3%和5%)。在壓縮沖程期間，先導燃料噴射的第一角度 114可以在上死點110之前的20到90度的范圍內。曲線116表示在相對于上 死點110的第二角度118開始的主燃料噴射量(例如，99%、 97%和95%)。 在壓縮沖程期間，主燃料噴射的第二角度118可以在上死點IIO之前的小于5 度的范圍內。"停留"是在先導噴射的結束和主噴射的開始之間的時間段。在 圖示的實施例中，停留可在上死點IIO之前的大約IO到80度的范圍內變化。參照圖7,根據(jù)本技術的示例性實施例，圖示了表示相對于壓縮點火發(fā)動機14的燃料消耗率(由X軸表示)的NOx排放(Y軸)的變化的圖。X 軸表示相對于SFC基線119的燃料消耗率的百分比的變化。Y軸表示相對于 NOx基線121的NOx排放的百分比的變化。曲線120表示對于3%的先導燃 料噴射，NOx排放和燃料消耗率的減少。在先導噴射和主噴射之間的停留可 以在上死點之前的10到80度的范圍內變化。曲線112表示對于3%的先導 燃料排放、上死點之前的60度的停留、和相對較高的燃料噴射速率，燃料消 耗率的減少和NOx排放的增加。曲線124表示對于3%的先導燃料噴射、上 死點之前的60度的停留、相對較高的燃料噴射速率、和提前上死點之前2度 的主燃料噴射正時，燃料消耗率的減少和NOx排放的增加。如上所述，通過 基于發(fā)動機14的操作狀況(如發(fā)動機速度、曲柄角、共軌壓力等)，在發(fā)動 機14的壓縮沖程的上死點位置之前，將預定量的燃料噴射劃分為先導燃料噴 射和提前的主燃料噴射，發(fā)動機廢氣排放被控制并且燃料消耗率減少。在一 個實例中，可以獲得多于2%的燃料消耗率收益，同時將NOx排放維持在預 定限度內。參照圖8,該圖是圖示操作圖1的渦輪增壓系統(tǒng)IO的方法的另一實施例 的流程圖。在圖示的實施例中，如步驟126所示，基于曲柄角和發(fā)動機速度 致動發(fā)動機14的燃料噴射系統(tǒng)。燃料噴射系統(tǒng)包括連接到高壓共軌82的多 個燃料噴射器，該高壓共軌82被配置為將燃料加壓到預先選擇的壓力。如上 所述，高壓共軌82與電致動燃料噴射器一起使用，使得控制器32能夠在燃 料噴射速率、燃料噴射次數(shù)、燃料噴射量、正時、壓力和脈沖持續(xù)時間上提 供靈活性。如由步驟128所示，通過在發(fā)動機14的壓縮沖程的上死點位置之前，將 燃料噴射劃分為先導燃料噴射和主燃料噴射，發(fā)動機廢氣排放被減少或維持 在預定限度內。當活塞在壓縮沖程的上死點之前的20到90度時，噴射1到 5 %的范圍內的先導燃料量。先導燃料霧化并且與氣缸24內的殘余氣體混合。 當活塞朝上死點移動時，先導燃料和空氣的混合物的壓力和溫度由于壓縮而 增加。當先導燃料和空氣的混合物達到點火溫度時，先導燃料和空氣的混合 物點火，以在主噴射事件之前和期間形成燃燒產物。如步驟130所示，通過 在壓縮沖程的上死點附近提前主燃料噴射，減少了燃料消耗率。主燃料霧化 并且與氣缸24內的殘余空氣混合。主燃料還與空氣和先導燃料的殘余燃燒的 混合物混合。先導燃料和空氣的殘余燃燒混合物用作具有高比熱的稀釋劑，以減少主噴射事件的溫度，從而減少廢氣排放。主噴射事件的提前使得燃料 能夠更好地霧化，導致改進的燃料消耗。因此更小量的先導燃料噴射和提前 的主燃料噴射的組合提供了減少的燃料消耗，同時將廢氣排放維持在安全限 度內。參照圖9，該圖是圖示根據(jù)本技術的各實施例、制造動力單元10的方法 的流程圖。如由步驟132所示，該方法包括提供劃分燃料噴射量和比例控制 邏輯62,其使得控制器32能夠在活塞到達壓縮沖程的上死點位置之前，將 第一數(shù)量的燃料(例如，先導燃料噴射)64噴射到發(fā)動機氣缸中，并且當活 塞在壓縮沖程的上死點位置附近時，將第二數(shù)量的燃料(例如，主要/主燃料 噴射)66噴射到發(fā)動機氣缸中。當活塞位置在壓縮沖程的上死點之前的20 到90度的范圍內時，執(zhí)行先導燃料噴射。如步驟134所示，該方法還包括提 供劃分燃料噴射正時/提前控制邏輯68，其使得控制器32在活塞到達壓縮沖 程的上死點位置之前的第二預定時間72，將主燃料噴射量噴射到發(fā)動機氣缸 中。主燃料噴射被提前到小于或等于壓縮沖程的上死點之前的5度。如由步 驟136所示，該方法還包括提供劃分燃料噴射壓力和脈沖持續(xù)時間控制邏輯 74，其使得控制器32能夠控制先導燃料噴射76和主燃料噴射78的壓力和脈 沖持續(xù)時間。劃分燃料噴射壓力和脈沖持續(xù)時間控制邏輯74還可以使得控制 器32能夠控制先導和主噴射事件之間的停留。盡管只有本發(fā)明的某些特定實施例已經在此圖示和描述，但是對本領域技術人員將出現(xiàn)許多修改和變化。因此，要理解的是，權利要求書意圖覆蓋 落入本發(fā)明的真實精神內的所有這樣的修改和變化。
權利要求
1.一種方法，包括在發(fā)動機氣缸的活塞到達壓縮沖程的上死點之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中；以及在活塞到達壓縮沖程的上死點之前，當活塞被提前預定提前值時，在第一預定時間后的第二預定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。
2. 如權利要求l所述的方法，還包括將來自第一數(shù)量的燃料的燃燒的燃 燒產物引入到第二數(shù)量的燃料中。
3. 如權利要求l所述的方法，其中第一預定時間對應在壓縮沖程的上死 點之前的大約20到90度的曲柄角，并且第二預定時間對應在壓縮沖程的上 死點之前的小于大約5度的曲柄角。
4. 如權利要求l所述的方法，還包括確定燃料量，其中噴射第一數(shù)量的 燃料包括噴射大約燃料量的1%到5%的先導燃料量，并且噴射第二數(shù)量的燃 料包括噴射燃料量的大約95 %到99 %的主要燃料量。
5. 如權利要求l所述的方法，還包括為包括發(fā)動機氣缸的柴油發(fā)動機加 燃料。
6. 如權利要求5所述的方法，還包括為包括柴油發(fā)動機的機車提供動力。
7. 如權利要求6所述的方法，還包括修改柴油發(fā)動機的燃料噴射系統(tǒng)。
8. 如權利要求7所述的方法，其中修改燃料噴射系統(tǒng)包括提供具有多個 燃料噴射器的高壓共軌。
9. 一種方法，包括將燃料噴射提前預定的提前值，以減少機車的壓縮點火發(fā)動機中的燃料 消耗率；以及在壓縮沖程的第二半程期間、以及在壓縮點火發(fā)動機的壓縮沖程的上死 點之前，將預定量燃料的燃料噴射劃分為先導燃料量和主燃料量，以減少與 提前燃料噴射相關聯(lián)的氮氧化物排放。
10. 如權利要求9所述的方法，其中提前燃料噴射包括在壓縮沖程的上 死點之前的大約20到90度的曲柄角噴射先導燃料量，并且在小于壓縮沖程 的上死點之前的大約5度的曲柄角噴射主燃料量。
11. 如權利要求9所述的方法，其中提前和劃分包括修改壓縮點火發(fā)動機的燃料噴射系統(tǒng)，以減少燃料消耗率而不增加排放水平。
12. 如權利要求11所述的方法，其中修改燃料噴射系統(tǒng)包括提供具有多 個燃料噴射器的高壓共軌。
13. —種系統(tǒng)，包括控制器，其被配置為在發(fā)動機氣缸的活塞到達壓縮沖程的上死點之前的 壓縮沖程的第二半程期間的第 一預定時間，將第 一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機 氣缸中，并且被配置為在活塞到達壓縮沖程的上死點之前、當活塞被提前預 定的提前值時，在第一預定時間后的第二預定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射 到發(fā)動機氣缸中。
14. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，還包括曲柄角傳感器和發(fā)動機速度傳感 器，其連接到控制器并且分別被配置為檢測曲柄角和發(fā)動機速度。
15. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中控制器被配置為基于曲柄角和發(fā)動 機速度的各個值，控制將第 一數(shù)量的燃料和第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣 缸中。
16. 如權利要求15所述的系統(tǒng)，還包括具有控制器的柴油發(fā)動機。
17. 如權利要求16所述的系統(tǒng)，還包括具有柴油發(fā)動機和連接到柴油發(fā) 動機的控制器的車輛。
18. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中控制器被配置為控制多個燃料噴射 器，以基于曲柄角和發(fā)動機速度調整燃料噴射的數(shù)量和正時。
19. 一種機車，包括 渦輪增壓器； 壓縮點火發(fā)動機；控制器，其連接到壓縮點火發(fā)動機，并且被配置為在發(fā)動機氣缸的活塞 到達壓縮沖程的上死點之前的壓縮沖程的第二半程期間的第 一預定時間，將 第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中，并且被配置為在活塞到達壓縮沖程的 上死點之前、當活塞被提前預定提前值時，在第一預定時間后的第二預定時 間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。
20. 如權利要求19所述的機車，還包括曲柄角傳感器和發(fā)動機速度傳感 器，其連接到控制器并且分別配置為檢測曲柄角和發(fā)動機速度。
21. 如權利要求20所述的機車，其中控制器被配置為基于曲柄角和發(fā)動 機速度的各個值，將第一數(shù)量的燃料和第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。
22. —種方法，包括提供控制器，該控制器被配置為在發(fā)動機氣缸的活塞到達壓縮沖程的上 死點之前的壓縮沖程的第二半程期間的第一預定時間，將第一數(shù)量的燃料噴 射到發(fā)動機氣缸中，并且被配置為在活塞到達壓縮沖程的上死點之前、當活 塞被提前預定提前值時，在第一預定時間之后的第二預定時間，將第二數(shù)量 的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。
23. 如權利要求22所述的方法，還包括提供具有控制器的壓縮點火發(fā)動機。
24. 如權利要求23所述的方法，還包括提供具有壓縮點火發(fā)動機和連接 到壓縮點火發(fā)動機的控制器的車輛。
25. 如權利要求24所述的方法，其中提供車輛包括提供機車。
26. —種計算機程序，包括 有形介質；以及置于有形介質上的編程指令，其中該編程指令包括在發(fā)動機氣缸的活 塞到達壓縮沖程的上死點之前的壓縮沖程的第二半程期間的第 一預定時間、 將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中的指令；以及在活塞到達壓縮沖程的 上死點之前、當活塞被提前預定提前值時、在第一預定時間之后的第二預定 時間、將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中的指令。
全文摘要
在某些實施例中，提供了一種操作渦輪增壓系統(tǒng)的方法，該方法包括在發(fā)動機氣缸的活塞到達壓縮沖程的上死點之前，在壓縮沖程的第二半程期間的第一預定時間，將第一數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。該方法還包括在活塞到達壓縮沖程的上死點之前，當活塞被提前預定提前值時，在第一預定時間后的第二預定時間，將第二數(shù)量的燃料噴射到發(fā)動機氣缸中。
文檔編號F02D41/40GK101248263SQ200680031100
公開日2008年8月20日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權日2005年8月25日
發(fā)明者巴斯卡·塔馬, 羅伊·J·普賴默斯, 邁克爾·K·奎曼 申請人:通用電氣公司