用于減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)關(guān)于并且要求于2012年7月31日提交的題為SYSTEM AND METHOD FORREDUCING ENGINE KNOCK(用于減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的系統(tǒng)和方法)的第61/677，671號(hào)美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)出于所有目的通過引用整體地并入本文。
[0003]背景
[0004]本申請(qǐng)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，更具體但非排他性地，涉及用于對(duì)火花點(diǎn)火汽油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的爆震進(jìn)行控制的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
[0005]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)大致分為以下兩類:火花點(diǎn)火和壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)?；鸹c(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)通常通過將氣體和燃料的化學(xué)計(jì)量混合物引入發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸來進(jìn)行操作。活塞隨后壓縮該混合物，并且在預(yù)定的機(jī)軸角混合物與火花塞無關(guān)地點(diǎn)火時(shí)，并且可以導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)受損。因此，火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有8至11的壓縮比。
[0006]另一方面，壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)操作在較高壓縮比下，該壓縮比通常為15至22。該高壓縮比增加了壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率。壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)通過將未節(jié)流的空氣引入汽缸來進(jìn)行操作，以通過減少泵送損失來使效率增加超過被節(jié)流的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。在傳統(tǒng)壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中，點(diǎn)火時(shí)機(jī)通過當(dāng)燃燒室內(nèi)的滯留空氣的溫度足以點(diǎn)燃燃料時(shí)約在壓縮沖程結(jié)束時(shí)向汽缸注入柴油燃料來進(jìn)行控制。在燃燒過程中釋放的熱量導(dǎo)致汽缸內(nèi)壓力的增加，該壓力的增加隨后以與火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)相同的方式迫使活塞向下運(yùn)動(dòng)。
[0007]雖然比火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)更加有效，但壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更多的某些類型的排放物，這常常需要昂貴的后期處理。因此，需要對(duì)火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)以控制、最小化或以其他方式防止發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)爆震的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的操作的獨(dú)特系統(tǒng)。其他實(shí)施方式包括控制、最小化或以其他方式防止火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)爆震的發(fā)生的獨(dú)特方法、系統(tǒng)、設(shè)備和裝置。通過附圖和結(jié)合附圖提供的描述，本發(fā)明的其他實(shí)施方式、形式、目的、方面、益處、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。
【附圖說明】
[0009]圖1是交通工具內(nèi)所包含的系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的部分示意圖。
[0012]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的圖1中所示的進(jìn)氣系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖5是根據(jù)另一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的部分示意圖。
[0014]圖6是圖2的實(shí)施方式中使用的排氣系統(tǒng)的實(shí)施方式的示意圖。
[0015]圖7是圖2的實(shí)施方式中可用的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的實(shí)施方式的示意圖。
[0016]圖8至圖11是圖2的實(shí)施方式中可用的燃料輸送系統(tǒng)的某些實(shí)施方式的示意圖。
[0017]圖12是圖2的實(shí)施方式中可用的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的替代性實(shí)施方式的示意圖。
[0018]圖13是圖2的實(shí)施方式中可用的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的另一替代性實(shí)施方式的示意圖。
[0019]圖14是用于控制EGR系統(tǒng)的多個(gè)方面的系統(tǒng)的示意圖。
[0020]圖15是可控CAC系統(tǒng)的示意圖。
[0021]圖16是可控CAC系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的示意圖。
[0022]圖17是可控CAC系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了促進(jìn)對(duì)本發(fā)明原理的理解，下面將參照?qǐng)D中示出的實(shí)施方式，具體語言將被用于描述這些實(shí)施方式。然而，應(yīng)理解，不打算對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。對(duì)本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域技術(shù)人員來說，所述實(shí)施方式中的任何替換和進(jìn)一步的修改，以及文中所述的本發(fā)明原理的任何其他應(yīng)用都被認(rèn)為是通常能夠想到的。
[0024]圖1是設(shè)置在具有燃料罐12的交通工具11內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)10的視圖。雖然交通工具11示出為中型卡車，但交通工具11可替代性地可以是任何其他交通工具類型，諸如輕型或重型卡車、半牽引車、公共汽車、轎車、SUV、大客車或不同類型的陸上行駛交通工具。在其他實(shí)施方式中，交通工具11可以是潛水艇或飛行器類型的。在某些實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)10被用于非交通工具應(yīng)用的應(yīng)用中。如將更加詳細(xì)地描述，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可設(shè)置為控制、最小化或以其他方式防止發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的爆震的產(chǎn)生。
[0025]參照?qǐng)D2，示例性發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)100包括發(fā)動(dòng)機(jī)10，發(fā)動(dòng)機(jī)10具有進(jìn)氣歧管1a和排氣歧管10b。在所示實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)100包括流體地聯(lián)接至進(jìn)氣歧管1a的進(jìn)氣系統(tǒng)102，該進(jìn)氣系統(tǒng)從壓縮機(jī)104接收壓縮的進(jìn)氣。示例性系統(tǒng)100包括EGR系統(tǒng)108，EGR系統(tǒng)108通過第一氣門109a和/或通過第二氣門109b接收排氣，并使廢氣返回至壓縮機(jī)104上游的位置。任何壓縮機(jī)104或每個(gè)壓縮機(jī)都可以使直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)104(例如，增壓器)、和/或渦輪增壓器的壓縮機(jī)側(cè)(例如，見參照?qǐng)D5的描述)。
[0026]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，系統(tǒng)100可布置為低壓EGR系統(tǒng)108。相對(duì)于高壓EGR系統(tǒng)(未示出)，低壓EGR系統(tǒng)108提供較低的泵送損失，并且進(jìn)一步在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣側(cè)提供較低的反壓，從而減少汽缸中的剩余氣體并因此減少發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷爆震的傾向。在某些實(shí)施方式中，EGR系統(tǒng)108輸送壓縮機(jī)104 (高壓EGR系統(tǒng))的下游處的返回的廢氣，使該廢氣返回至位于第一壓縮機(jī)上游且位于第二壓縮機(jī)(未示出)下游的位置，或使該廢氣返回至這兩個(gè)壓縮機(jī)(未示出)上游的位置。在某些實(shí)施方式中，EGR系統(tǒng)108的返回位置可通過E⑶116選擇，并且EGR系統(tǒng)108的返回位置是能夠由E⑶116控制以減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的可能性的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。
[0027]EGR系統(tǒng)108的入口位置可處于排氣系統(tǒng)106上游的位置，可處于排氣系統(tǒng)106下游的位置，和/或可處于排氣節(jié)流器114上游的位置。在某些實(shí)施方式中，排氣節(jié)流器114是可控的(但不限于)以為EGR系統(tǒng)108提供反壓和流控制。在某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100不包括排氣節(jié)流器114。示例性系統(tǒng)100示出第一氣門109a作為設(shè)置在EGR系統(tǒng)108上游的EGR氣門。在某些實(shí)施方式中，第一氣門109a設(shè)置在EGR系統(tǒng)108的下游但處在EGR流返回至發(fā)動(dòng)機(jī)10的入口側(cè)之前。在某些實(shí)施方式中，省略了第二氣門109b。在某些實(shí)施方式中，EGR系統(tǒng)108的入口位置能夠通過E⑶116選擇，并且EGR系統(tǒng)108的入口位置是能夠由ECU 116控制以減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的可能性的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。
[0028]在某些實(shí)施方式中，控制器構(gòu)造為功能地執(zhí)行控制器的操作。本文中包括ECU 116的描述強(qiáng)調(diào)ECU 116的多個(gè)方面的結(jié)構(gòu)獨(dú)立性，并示出ECU 116的操作和職責(zé)的一個(gè)分組。執(zhí)行類似整體操作的其他分組應(yīng)理解為落入本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。ECU 116元件可被實(shí)施為硬件和/或非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介上的計(jì)算機(jī)指令，并且ECU 116元件可分布在各種硬件或基于計(jì)算機(jī)的部件上。
[0029]示例性和非限制性ECU 116實(shí)施元件包括提供本文中確定的任何值的傳感器、提供為本文中確定的值的先導(dǎo)(precursor)的任何值的傳感器、數(shù)據(jù)鏈路和/或網(wǎng)絡(luò)硬件，網(wǎng)絡(luò)硬件包括通信芯片、振蕩晶體、通信鏈路、線纜、雙絞線、同軸線、屏蔽線、發(fā)射器、接收器、和/或收發(fā)器、邏輯電路、硬接線邏輯電路、根據(jù)ECU 116規(guī)格配置的處于具體非瞬態(tài)的可重新配置邏輯電路、至少包括電致動(dòng)器、液壓致動(dòng)器或其他致動(dòng)器的任何致動(dòng)器、螺線管、運(yùn)算放大器、模擬控制元件(彈簧、濾波器、積分器、加法器、除法器、增益元件)、和/或數(shù)字控制元件。
[0030]系統(tǒng)100還包括燃料輸送系統(tǒng)110，燃料輸送系統(tǒng)110可操作地聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)10。燃料輸送系統(tǒng)110包括任何本領(lǐng)域已知的燃料輸送系統(tǒng)110以輸送發(fā)動(dòng)機(jī)10可用的燃料類型。示例性燃料輸送系統(tǒng)110包括具有端口燃料噴射和/或直接噴射的汽油系統(tǒng)、汽油可通過端口燃料噴射和/或直接噴射進(jìn)行輸送的汽油和柴油系統(tǒng)、通過端口燃料噴射和/或直接噴射輸送化學(xué)計(jì)量的燃料的燃料輸送系統(tǒng)110、以及輸送化學(xué)計(jì)量的燃料和壓縮點(diǎn)火燃料的燃料輸送系統(tǒng)110、其中化學(xué)計(jì)量的燃料能夠通過端口燃料噴射和/或直接噴射進(jìn)行輸送。如本文中所使用，化學(xué)計(jì)量的燃料是在正常操作中用于與化學(xué)計(jì)量量的氧氣充分結(jié)合的燃料，雖然非化學(xué)計(jì)量方程也可用于瞬時(shí)或甚至擴(kuò)展的操作。對(duì)于某些應(yīng)用，化學(xué)計(jì)量的80%、90%和95%的下限的示例性氧氣量，以及化學(xué)計(jì)量的105%、110%和120%的上限的示例性氧氣量基本是化學(xué)計(jì)量的，本發(fā)明對(duì)此并沒有限制。
[0031]示例性系統(tǒng)100還包括可變氣門正時(shí)(VVT)系統(tǒng)112。系統(tǒng)100中示出的部件是示例性且非限制性的，并且各種部件在某些實(shí)施方式中可以存在或可被省去。
[0032]系統(tǒng)100還包括E⑶116。通常，E⑶116與發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)100的部件可通信地聯(lián)接。示例性連接在圖2中示出，然而，在任何給定實(shí)施方式中，可以不存在所示連接，和/或可以存在額外的連接。ECU116形成處理子系統(tǒng)的一部分，該處理子系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算設(shè)備，該一個(gè)或多個(gè)計(jì)算設(shè)備包括存儲(chǔ)、處理以及通信硬件。ECU 116可以是單個(gè)設(shè)備或分布式設(shè)備，并且控制器的功能可以通過硬件或軟件來實(shí)現(xiàn)。
[0033]圖2中示出的示例性、非限制性的連接通過虛線表示。虛線上的背離E⑶116的箭頭表示ECU 116構(gòu)造為將控制信號(hào)發(fā)送至各種部件以控制部件的操作。虛線上朝向ECU116的箭頭表示ECU 116構(gòu)造為從各部件接收表示與部件的操作相關(guān)的參數(shù)的操作信號(hào)。任何示出的連接都可附加地或可替代性地可通過數(shù)據(jù)鏈路或網(wǎng)絡(luò)被ECU 116利用，或者可被提供至為可由ECU 116讀取的存儲(chǔ)位置。
[0034]示例性E⑶116包括處理器(未示出)，處理器構(gòu)造為執(zhí)行定義各控制、管理和/或調(diào)節(jié)功能的操作邏輯。這種操作邏輯可具有專用硬件的形式，諸如硬接線狀態(tài)機(jī)、編程指令、和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到的不同形式。處理器可被設(shè)置為單個(gè)部件、或一組可操作地聯(lián)接的部件；并且可包括數(shù)字電路、模擬電路、或這些類型的混合。當(dāng)具有多部件形式時(shí)，該處理器可具有相對(duì)于彼此遠(yuǎn)程定位的一個(gè)或多個(gè)部件。該處理器可包括多個(gè)處理單元，這些處理單元布置為獨(dú)立地、以流水線處理布置、以并行處理布置、和/或以本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到的不同布置進(jìn)行操作。
[0035]在某些實(shí)施方式中，該處理器是固態(tài)、集成電路型可編程微處理設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)處理單元和存儲(chǔ)器。該處理器可包括一個(gè)或多個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)器、調(diào)制器、解調(diào)器、運(yùn)算邏輯單元(ALU)、中央處理單元(CPU)、限幅器、振蕩器、控制時(shí)鐘、放大器、信號(hào)調(diào)節(jié)器、濾波器、格式轉(zhuǎn)換器、通信端口、鉗位器、延時(shí)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的不同電路或功能部件以執(zhí)行期望的控制、管理、和/或調(diào)節(jié)功能。存儲(chǔ)設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)部件并且可以是任何易失性或非易失性類型，包括固態(tài)型、光學(xué)媒介型、磁性型、這些類型的任何組合、或本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到的不同布置。在一種形式中，處理器包括計(jì)算