内燃机以及直接燃料喷射的方法技术

直接燃料喷射方法和用于执行该方法的设有适合的传感器和至发动机控制单元(ECU)的数据输入线的内燃机。该方法包括至少将表现活塞位置、内燃机的转速和转矩需求的数据输入输入到ECU中，在ECU中基于数据输入计算用于接下来的直接燃料喷射所计算的喷射启动(SOI)，基于数据输入和计算出的SOI来计算接下来的直接燃料喷射之前的期望燃料温度，在直接燃料喷射之前以不超过5秒的系统延迟加热燃料至期望的经加热的燃料温度，喷射经加热的燃料且重复前述方法步骤来用于随后的直接燃料喷射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及内燃机，并且更具体地涉及通过在喷射之前控制燃料温度的内燃机的燃烧控制和改善的燃料效率和排放性能。
技术介绍
来自内燃机的微粒排放主要取决于燃烧有多完全，因为不完全的燃烧尤其导致固体碳微粒。燃烧的完全性还涉及燃料效率和危险气体排放的最小化。影响燃烧的完全性的参数可包括发动机几何形状(B/S)、压缩比、进气运动调节(游涡和鼓转)、燃烧室几何形状、空气引导的燃料流、壁引导的燃料流、燃料引导的流、喷射时刻、喷射压力、多次射出喷射、喷射器喷嘴几何形状等。多个这些参数影响燃料在点燃之前在燃烧室中与空气混合有多均匀。尽管有多种可用变量，但燃烧系统的最终设计频繁导致性能受损。这可限制可能的燃料效率、排气排放、燃烧噪音和其它因素。来自内燃机的固体微粒排放被识别为可能的健康危险。柴油发动机配备有微粒过滤器以减小这些排放。汽油发动机、尤其是实施汽油的直喷(DI)的那些，现在受制于限制每行驶距离可排放的微粒数目的法规。为了在不使用微粒过滤器的情况下尽力满足法规的要求，汽车制造者正在研究先进的燃料喷射构想，以及先进的燃烧系统。微粒排放由发动机的燃烧室内的燃料和空气填充的不完全混合引起。在DI发动机上，需要在有限时间窗内输送完全质量的燃料意味着在燃料喷射器的顶端附近通常存在很密集的燃料颗粒团。这些颗粒必须然后气化或将状态从液体变为气体，且然后燃料蒸气必须在燃烧室中与空气均匀混合。改善该混合的许多方法例如通过增大空气运动对发动机的效率具有不利影响。将能量给予进入的填充空气的方法如鼓转或游涡具有减少在进气冲程期间吸入的空气总量的效果。现今的DI汽油发动机使用多个燃料射流和高水平的空气运动，以意图改善空气与燃料的混合。发动机制造者现在研究使用很高压力的燃料(＞200bar)作为减小燃料射流中的颗粒尺寸的手段。这些颗粒越小，则关于颗粒的体积的表面面积越大。该增大的表面面积允许颗粒更容易蒸发。颗粒蒸发越快，则用于燃料蒸气与空气混合的时间越久，且因此燃料蒸气在填充空气内的分布更均匀。达到一定压力，所增大的压力意味着颗粒从燃料喷射器末端进一步行进。在一些情况中，它们行进足够远，使得它们撞击燃烧室的表面，称为\壁和/或活塞浸湿\的效果。当燃料微滴撞击室壁时，其不太可能蒸发，因为壁通常较冷。该燃料不会有效燃烧，且作为经部分燃烧的烃排出，导致烟颗粒。达到500bar且甚至1000bar的燃料压力作为减小射流中的燃料颗粒的尺寸的手段提出。增大的压力将足够能量给予燃料，使得其几乎在离开燃料喷射器时立即气化，过程称为\闪蒸\。这种闪蒸具有很快生成可与填充空气混合的蒸气团的效果。其还限制燃料从喷射器末端行进的距离，使壁变湿的可能性最小化。然而，将汽油压缩至这些很高压力所需的能量较显著，且可能需要高达大约15-20kW或甚至更高的功率。由于用于提供该功率所需的高转矩，其必须直接来自发动机或在电驱动泵的情况下通过交流发电机。在任一情况下，将燃料压缩至该高很多的燃料压力的需求由于增大的附加损失而降低了发动机的效率。从结构设计观点看，提供能够输送关于由泵所需的高功率的这样的高燃料压力的泵对于泵设计和对内燃机设计两者都是挑战。从泵观点看，汽油具有有限的润滑移动部件的能力。因此，需要燃料泵的特殊材料或复杂设计来将汽油可靠地升高至这些压力，因为泵内的可移动的部件由于高功率也经受较高的力。从内燃机观点看，需要这样的高功率且由燃机直接驱动的燃料泵通常通过链或带直接地连接到曲轴上，这使内燃机的整个设计复杂化，因为曲轴通常在内燃机中难以接近来连接任何辅助机构如燃料泵。备选方案是将泵连接到通常更容易接近的凸轮轴上，但这会需要更刚性的凸轮轴设计以维持能够输送所需功率的由泵所需的此高转矩。由于凸轮轴主要设计用于促动阀(其仅需要适度的转矩)，故凸轮轴通常具有比将会用于输送期望的泵转矩所需的小很多的直径。因此，任一方式，无论泵是由曲轴直接驱动或由凸轮轴直接驱动，其将出于各种原因使内燃机的设计复杂化。由在公开号US2013/0081592A1下公开的美国专利申请已知燃料喷射温度为确定燃料团的位置的参数中的一个。美国专利申请公开号2013/0081592A1提出经由分层填充燃烧过程中的燃料温度来控制燃料团的位置，两者用于火花点火(SI)和压缩点火(CI)。尽管该现有技术大体上认识到燃料温度对燃烧过程具有一些影响，即通过影响燃料团的位置，但其未能教导燃料温度的任何动态控制。\动态\在本文中意思是其可取决于发动机操作状态来改变。温度在该现有技术应用中由固定点影响，并未动态地取决于实际发动机操作状态，如，实时或与实时成任何关系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提高燃烧效率且因此减少颗粒排放，但同时在喷射之前保持燃料压力处于适当的水平。本专利技术的该目的和其它目的根据本专利技术的第一方面通过一种到内燃机的汽缸中的直接燃料喷射法实现，该方法包括：a)至少将表示活塞位置、内燃机的转速和转矩需求的数据输入输入到发动机控制单元(ECU)中；b)在发动机控制单元(ECU)中基于数据输入计算用于接下来的直接燃料喷射所计算的喷射启动(SOI)；c)基于数据输入和计算出的喷射启动(SOI)来计算在接下来的直接燃料喷射之前的期望燃料温度；d)在直接燃料喷射之前以不超过5秒的系统延迟将燃料加热至期望的经加热的燃料的温度；e)喷射在步骤d)中加热的燃料；f)重复步骤a)至e)来用于随后的直接燃料喷射。本专利技术的上述和其它目的根据本专利技术的第二方面由包括以下的内燃机实现：至少一个具有在汽缸内执行线性移动的活塞的汽缸-活塞组合，汽缸-活塞组合限定连接到燃料喷射器上的汽缸容积；曲轴；在喷射器中加热燃料的燃料加热器；将活塞连接到曲轴上的连杆；表现活塞位置的传感器；表现曲轴的转速的传感器；感测待喷射的燃料的温度的燃料喷射器温度传感器；转矩需求传感器；以及发动机控制单元(ECU)，其至少包括用于来自表现活塞位置的传感器、表现曲轴的转速、燃料喷射器温度的传感器和转矩需求传感器的数据线的数据输入端口，且具有至少一个连接到至燃料加热器的数据线上的数据输出端口，其中，ECU至少基于来自数据输入端口的数据输入计算经由数据输出线的数据输出。根据本专利技术的方法和设备控制燃料温度，以便实现可能的最大程度的均化，因此减少生成的烟颗粒的数目。本专利技术认识到更完整的燃烧可通过温度升高来更好地来实现。此外，在发动机的设计和耗费两者方面，燃料加热可比增大燃料压力更容易实现。本专利技术认识到对于更好的气化，取决于发动机操作的各种变量动态地来控制燃料温度会是有益的。例如，这些变量为：i)如在ECU中取决于数据输入计算的喷射启动(SOI)，ii)转矩需求，iii)转速(可在电动机内的各种旋转构件部分处测得)，以及iv)压缩比(CR)，以及v)活塞位置，其可由曲轴或凸轮轴的旋转位置确定。出于该目的，可使用直接地测量活塞位置的传感器或测量电动机内的任何旋转部分的旋转角的传感器，如，测量曲轴的旋转角的曲柄传感器，或在备选方案中，任何其它旋转部分如凸轮轴或任何传动装置或离合器部分，只要该旋转部分的传动比是已知的且其没有相对于曲轴的任何滑移。尽管压缩比在许多发动机中是恒定的，但较新的发展方案提供了改变压缩比，从而这还可根据优选实施例作为变量来考虑。较高燃料压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使燃料进入内燃机的汽缸中的直接燃料喷射方法，所述方法包括：a)至少将表示活塞位置、内燃机的转速和转矩需求的数据输入输入到发动机控制单元(ECU)中；b)在所述发动机控制单元(ECU)中基于所述数据输入计算用于接下来的所述直接燃料喷射所计算的喷射启动(SOI)；c)基于所述数据输入和计算出的喷射启动(SOI)来计算接下来的所述直接燃料喷射之前的期望燃料温度；d)在直接燃料喷射之前以不超过5秒的系统延迟加热燃料至所述期望的经加热的燃料温度；e)喷射在步骤d)中加热的所述燃料；f)重复步骤a)至e)用于随后的直接燃料喷射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使燃料进入内燃机的汽缸中的直接燃料喷射方法，所述方法包括：a)至少将表示活塞位置、内燃机的转速和转矩需求的数据输入输入到发动机控制单元(ECU)中；b)在所述发动机控制单元(ECU)中基于所述数据输入计算用于接下来的所述直接燃料喷射所计算的喷射启动(SOI)；c)基于所述数据输入和计算出的喷射启动(SOI)来计算接下来的所述直接燃料喷射之前的期望燃料温度；d)在直接燃料喷射之前以不超过5秒的系统延迟加热燃料至所述期望的经加热的燃料温度；e)喷射在步骤d)中加热的所述燃料；f)重复步骤a)至e)用于随后的直接燃料喷射。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括感测步骤d)中加热的所述燃料的燃料温度，以及将表示所述燃料温度的数据输入所述发动机控制单元(ECU)中用于提供所述燃料温度的闭环控制。3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括由设置在所述内燃机的曲轴和凸轮轴中的至少一个处的传感器感测所述内燃机的活塞位置和转速。4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在所述发动机控制单元(ECU)中基于步骤a)中的数据输入为具有可变压缩比的内燃机计算用于接下来的所述直接燃料喷射的期望的压缩比；基于所述数据输入、在步骤b)中计算出的所述喷射启动(SOI)和计算出的压缩比来计算接下来的直接燃料喷射之前的期望燃料温度；以及基于该期望的燃料温度开始步骤d)至f)。5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：由压缩比调整机构调整所述可变压缩比；感测实际压缩比并将表示所述实际压缩比的数据输入到发动机控制单元(ECU)中用于提供所述压缩比且因此所述实际压缩比的闭环控制；输入表示步骤a)中的所述实际压缩比的数据作为附加数据输入；以及在附加地考虑表示所述实际压缩比的数据的附加数据输入下执行步骤b)至f)。6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过以下至少一种来在步骤a)中加热所述燃料：i)所述燃料喷射器内仅用电；ii)所述燃料喷射器上游的排出气体预热和所述燃料喷射器内的电加热的组合；以及iii)所述燃料喷射器上游的电预热和所述燃料喷射器内的电加热的组合。7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：将所述燃料喷射器上游的燃料在直接燃料喷射之前预热至低于所述经加热的燃料温度的预热燃料温度；感测所述实际预热燃料温度；将数据输入输入到所述发动机控制单元(ECU...

【专利技术属性】
技术研发人员：W布尔默，MJ弗里克，L勒曼，
申请(专利权)人：艾克莫特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US