控制内燃发动机的方法、控制布置、内燃发动机和车辆与流程

本公开涉及一种控制内燃发动机的方法。本公开还涉及计算机程序、计算机可读介质、控制布置、内燃发动机和车辆。

背景技术：

1、诸如四冲程内燃发动机的内燃发动机包括一个或多个气缸和布置在每个气缸中的活塞。活塞连接到发动机的曲轴，并且布置成在曲轴旋转时在气缸内往复运动。发动机通常还包括一个或多个进气阀和出口阀以及一个或多个燃料供应装置。一个或多个进气阀和出口阀由相应的阀控制布置控制，该气阀控制布置通常包括经由皮带、链、齿轮或类似物可旋转地连接到发动机的曲轴的一个或多个凸轮轴。四冲程内燃发动机在转动曲轴的同时完成四个单独的冲程。冲程是指活塞沿气缸在任一方向上的全行程。活塞在气缸中的最上部位置通常称为上止点tdc，而活塞在气缸中的最下部位置通常称为下止点bdc。

2、冲程按以下顺序完成：进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在传统四冲程内燃发动机的操作期间，进气阀控制布置在气缸内的活塞的进气冲程期间将气缸的进气阀控制到打开状态，以允许空气或空气和燃料的混合物进入气缸。在压缩冲程期间，应该关闭所有阀以允许压缩气缸中的空气或空气和燃料的混合物。如果发动机处于动力产生状态，则通常在压缩冲程即将结束时，例如通过火花塞或通过气缸中的压缩热来点燃气缸中的燃料。气缸内的燃料的燃烧显著地增加气缸内的压力和温度。燃料的燃烧通常持续到随后的膨胀冲程的大部分。通过燃烧获得的气缸中的增加的压力和温度部分地转换成在膨胀冲程期间供应到曲轴的机械功。显然，在膨胀冲程期间，所有阀应保持关闭，以允许将增加的压力和温度转换成机械功。膨胀冲程通常也称为燃烧冲程，因为通常大部分燃烧发生在膨胀冲程期间。在随后的排气冲程中，排气阀控制布置将气缸的排气阀控制到打开状态，以允许废气从气缸排出到燃烧式发动机的排气系统中。

3、排气冲程和进气冲程可统称为气缸的气体交换阶段，因为气体通常在这些冲程中从气缸传出以及传入气缸中。如上文所理解，通常，在气缸的后续压缩冲程和膨胀冲程期间，不允许气体流入或流出气缸。

4、设计内燃发动机时的常见问题是发动机的排放水平和发动机的燃料消耗。二氧化碳co2的排放水平与发动机的燃料消耗直接相关。另外，来自发动机的排气可包括来自不完全燃烧的一氧化碳co、来自未燃尽燃料的碳氢化合物hc、来自高燃烧温度的氮氧化物nox，以及通常缩写为pm并且主要由碳烟/烟雾组成的微粒物质。

5、由于环境问题，目前几乎所有出售的车辆都包括某种排气后处理系统。示例是催化转换器、微粒过滤器和选择性催化还原(scr)装置。选择性催化还原布置是借助于催化剂将氮氧化物nox转化为双原子氮n2和水h2o的构件。将气态还原剂(通常为无水氨、氨水或尿素)添加到废气流中并吸附到催化剂上。这些排气后处理系统的功能依赖于废气的高温。

6、通常操作发动机以使废气的温度最小化，因为发动机效率与气体离开气缸系统之后的剩余气体温度之间存在相关性。即，理想情况下，发动机应在上止点tdc附近发生快速燃烧事件，然后在膨胀冲程中具有相对长的气体膨胀，以使每份燃油量获得尽可能大的发动机制动扭矩。这给出一种具有低废气温度的燃料高效发动机。

7、氮氧化物nox通过氧o2与氮n之间在发动机气缸中的高温和高压力下的反应而形成。换句话说，当发动机的操作关于燃料高效地优化时，可形成大量的氮氧化物nox。废气再循环(egr)是控制来自发动机的nox排放的有效策略。egr通过将发动机废气的一部分再循环回到发动机气缸来工作。egr通过降低燃烧室中的氧浓度以及通过会降低峰值缸内温度的热吸收来减少nox的形成。

8、若干类型的废气再循环系统退出，包含了包括被布置成将发动机废气的一部分传送回到发动机的进气歧管的管道布置的外部再循环系统，以及其中发动机废气的一部分通过发动机阀控制保持在发动机的气缸中或再循环出入所述气缸的内部系统。另外，同样在正常操作期间，由于气缸的气体交换阶段中的不完全气体交换，气缸会包括来自先前燃烧循环的一些残余气体。此外，在一些操作条件下，废气可在气缸的气体交换阶段中在发动机的气缸之间流动。

9、在此上下文中，术语气缸中的残余气体可定义为来自发动机的前一燃烧循环的废气。因此，残余气体可来自发动机的当前气缸或另一气缸。另外，残余气体可能已经由内部或外部废气再循环egr系统进入气缸，可能已由于发动机阀控制而进入气缸，或者可能仅由于气缸的前一气体交换阶段中的不完全气体交换而占据气缸。

10、气缸中大量的残余气体减少了氮氧化物nox的形成，但增加了碳烟的形成。对应地，气缸中少量的残余气体减少了碳烟的形成，但增加了氮氧化物nox的形成。

11、如果发动机被操作以产生低排气温度，特别是在冷起动、低发动机负载条件、长时间的发动机怠速等期间，则在排气后处理系统的转换效率方面可能出现问题。因此，在某些时间和/或条件下，可能期望操作发动机以增加排气温度，即使这对发动机的燃料消耗具有负面影响。何时可能需要增加排气温度的另一示例是想要增加包括涡轮增压器的发动机中的可用涡轮废气能量之时。

12、另外，当前的排放法规使得有必要使废气后处理系统快速达到高效率，并且始终保持在高效率，即，利用尤其是氮氧化物nox的低发动机排出物将所述系统快速升温。这一点在即将到来的排放法规中更加重要。解决排放挑战的当前解决方案可以是晚喷射，结合使后处理系统的部分接近排气阀，以减少热惯性和废气热损失。然而，对于即将到来的排放法规，此类解决方案可能不够。

技术实现思路

1、本发明的目标是克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些问题和缺点。

2、根据本发明的第一方面，所述目标通过一种控制内燃发动机的方法来实现，所述内燃发动机包括至少两个气缸，其中每个气缸包括至少一个燃料喷射器，所述至少一个燃料喷射器被配置成将燃料喷射到所述气缸中，并且其中所述方法包括以下步骤：

3、-基于所述至少两个气缸之间的残余气体不平衡的估计值来控制由所述燃料喷射器执行的到所述气缸中的燃料喷射。

4、由于所述方法包括基于所述残余气体不平衡的估计值控制由燃料喷射器执行的到气缸中的燃料喷射的步骤，因此提供了一种能够以高效方式减少发动机气缸之间的残余气体不平衡的负面影响的方法。即，提供一种方法，其具有用于补偿由气缸之间的残余气体不平衡引起的发动机气缸之间的燃烧特性差异的条件。残余气体不平衡的结果是，具有更多残余气体和更少空气的气缸将产生更少的nox，同时易于产生更多碳烟。类似地，具有更少残余气体和更多空气的气缸将产生更少碳烟，但易于产生更多nox。

5、因此，提供一种方法，所述方法能够控制燃料到每个气缸中的喷射以最小化氮氧化物nox和碳烟的形成，以便最小化来自发动机的这些物质的总排放水平。

6、另外，本发明的发明人已发现，发动机的一些控制策略可用于以高效方式增加排气温度，但这些控制策略可能对发动机气缸之间的残余气体不平衡具有负面影响。然而，由于所述方法包括基于所述残余气体不平衡的估计值控制由燃料喷射器执行的到气缸中的燃料喷射的步骤，因此提供了一种能够减少引起发动机气缸之间的较高残余气体不平衡的发动机控制策略的负面影响的方法。

7、因此，提供一种允许使用控制策略的方法，所述控制策略可以高效方式增加排气温度，同时通过基于残余气体不平衡的估计值控制燃料喷射而将氮氧化物nox和碳烟的形成保持在低水平。

8、因此，提供一种方法，该方法克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些问题和缺点。因此，实现了上述目标。

9、任选地，每个气缸包括至少一个排气阀，并且其中所述方法包括以下步骤：

10、-将对所述内燃发动机的所述排气阀的控制提前。

11、由于所述方法包括将对内燃发动机的排气阀的控制提前的步骤，因此提供了一种能够增加排气温度的方法。这是因为控制的提前使排气阀比未对控制提前的情况更早地打开和关闭。排气阀提早打开可中断膨胀，从而使飞轮扭矩更小并且废气更热。排气阀提早关闭可导致滞留显著更多的热残余物，所述残余物可在气缸中重新压缩，这可能会增加泵送功。

12、另外，当相应气缸的进气阀打开时，其可打开气缸并将滞留的残余物排出到发动机的进气歧管中。这可增加发动机的泵送功，因为用于压缩滞留废气的功不会膨胀而产生正功。排出到进气歧管中的废气可能导致更高的残余气体不平衡，即，气缸中的残余物的不平衡。

13、然而，由于所述方法包括基于残余气体不平衡的估计值控制由燃料喷射器执行的到气缸中的燃料喷射的步骤，因此提供了一种能够减少由此发动机控制策略引起的较高残余气体不平衡的负面影响的方法。因此，提供一种能够以高效方式增加排气温度同时将氮氧化物nox和碳烟的形成保持在低水平的方法。

14、任选地，每个气缸包括至少一个进气阀，并且其中所述方法包括以下步骤：

15、-通过对内燃发动机的进气阀的控制进行移相来控制泵送通过发动机的空气量。

16、由此，提供一种能够以高效方式调节排气温度同时将氮氧化物nox和碳烟的形成保持在低水平的方法。另外，通过对进气阀的控制进行移相，可控制相应气缸的进气阀/多个进气阀的打开定时和关闭定时。以此方式，提供一种能够控制几何压缩比以及气缸之间的残余气体不平衡的方法。即，碗进气阀打开产生气缸上方更均匀的气体组成，即，气缸之间的残余气体不平衡较小。以此方式，可相对于nox和烟雾进一步优化喷射策略。此外，还提供了在发动机负载更高的情况下使用所述方法的条件。

17、另外，进气阀提早打开可打开气缸并将滞留的残余物排出到发动机的进气歧管中。这可增加发动机的泵送功，因为用于压缩滞留废气的功不会膨胀而产生正功。排出到进气歧管中的废气可能导致更高的残余气体不平衡，即，气缸中的残余物的不平衡。然而，如上所述，由于所述方法包括基于残余气体不平衡的估计值控制由燃料喷射器执行的到气缸中的燃料喷射的步骤，因此提供了一种能够减少由此发动机控制策略引起的较高残余气体不平衡的负面影响的方法。

18、任选地，对至少一个进气阀的控制的移相包括以下步骤：

19、-延缓对内燃发动机的进气阀的控制。

20、由此，相应气缸的进气阀/多个进气阀的打开定时和关闭定时被延缓，即，延迟。以此方式，在气缸之间提供减少的残余气体不平衡。另外，如所解释，可相对于nox和烟雾进一步优化喷射策略。另外，还提供了在发动机负载更高的情况下使用所述方法的条件。

21、任选地，控制由燃料喷射器执行的燃料喷射的步骤包括以下步骤：

22、-基于估计值执行对由每个燃料喷射器执行的到气缸中的燃料喷射的单独控制。

23、由此，提供一种能够进一步减少发动机的气缸之间的残余气体不平衡的负面影响的方法。另外，提供一种方法，其具有用于减少引起发动机气缸之间的较高残余气体不平衡的发动机控制策略的负面影响的改进条件。因此，提供一种允许使用高效控制策略的方法，所述高效控制策略可增加排气温度，同时通过基于残余气体不平衡的估计值执行对燃料喷射的单独控制而将氮氧化物nox和碳烟的形成保持在低水平。

24、任选地，控制由燃料喷射器执行的燃料喷射的步骤包括以下步骤：

25、-控制燃料喷射量和燃料喷射定时中的至少一者。

26、由此，提供一种方法，其能够以简单高效的方式减少发动机气缸之间的残余气体不平衡的负面影响，由此允许发动机在引起气缸之间的残余气体的较大不平衡的操作模式中操作。

27、任选地，控制由燃料喷射器执行的燃料喷射的步骤包括以下步骤：

28、-如果估计值指示包括燃料喷射器的气缸中的大量残余气体，则减少所述燃料喷射器的燃料喷射量。

29、通常，气缸中大量的残余气体增加了碳烟的形成并且减少了氮氧化物nox的形成。然而，由于所述方法包括在估计值指示气缸中的大量残余气体的情况下减少燃料喷射器的燃料喷射量的步骤，因此提供了一种能够以简单高效的方式恢复气缸中的碳烟形成与nox形成之间的平衡的方法。

30、这是因为燃料喷射量的减少往往会减少气缸中碳烟的形成并增加氮氧化物nox的形成。因此，提供了一种能够以简单高效的方式调平发动机气缸中碳烟和氮氧化物nox的形成的方法，这可降低发动机的总排放水平。

31、任选地，控制由燃料喷射器执行的燃料喷射的步骤包括以下步骤：

32、-如果估计值指示包括燃料喷射器的气缸中的少量残余气体，则增加所述燃料喷射器的燃料喷射量。

33、通常，气缸中少量的残余气体减少了碳烟的形成，并且增加了氮氧化物nox的形成。然而，由于所述方法包括在估计值指示气缸中的少量残余气体的情况下增加燃料喷射器的燃料喷射量的步骤，因此提供了一种能够以简单高效的方式恢复气缸中的碳烟形成与nox形成之间的平衡的方法。这是因为燃料喷射量的增加往往会增加气缸中碳烟的形成并减少氮氧化物nox的形成。因此，提供了一种能够以简单高效的方式调平发动机气缸中碳烟和氮氧化物nox的形成的方法，这可降低发动机的总排放水平。

34、任选地，控制由燃料喷射器执行的燃料喷射的步骤包括以下步骤：

35、-如果估计值指示包括燃料喷射器的气缸中的大量残余气体，则将所述燃料喷射器的燃料喷射定时提前。

36、如所提及，气缸中大量的残余气体通常会增加气缸中碳烟的形成并且减少氮氧化物nox的形成。然而，由于所述方法包括在估计值指示气缸中的大量残余气体的情况下将燃料喷射器的燃料喷射定时提前的步骤，因此提供了一种能够以简单高效的方式恢复气缸中的碳烟形成与nox形成之间的平衡的方法。这是因为燃料喷射定时的提前往往会减少气缸中碳烟的形成并增加氮氧化物nox的形成。因此，提供了一种能够以简单高效的方式调平发动机气缸中碳烟和氮氧化物nox的形成的方法，这可降低发动机的总排放水平。

37、任选地，控制由燃料喷射器执行的燃料喷射的步骤包括以下步骤：

38、-如果估计值指示包括燃料喷射器的气缸中的少量残余气体，则延缓所述燃料喷射器的燃料喷射定时。

39、如所提及，气缸中少量的残余气体通常会减少气缸中碳烟的形成并且增加氮氧化物nox的形成。然而，由于所述方法包括在估计值指示气缸中的少量残余气体的情况下延缓燃料喷射器的燃料喷射定时的步骤，因此提供了一种能够以简单高效的方式恢复气缸中的碳烟形成与nox形成之间的平衡的方法。这是因为燃料喷射定时的延缓往往会增加气缸中碳烟的形成并减少氮氧化物nox的形成。因此，提供了一种能够以简单高效的方式调平发动机气缸中碳烟和氮氧化物nox的形成的方法，这可降低发动机的总排放水平。

40、任选地，控制由燃料喷射器执行的燃料喷射的步骤包括以下步骤：

41、-控制所述燃料喷射器以执行预喷(pilot injection)、主喷(main injection)和后喷(post injection)。

42、由此，提供了一种能够确保发动机气缸中的稳定且受控的燃烧同时提供条件以供进一步增加发动机的排气温度的方法。这是因为预喷可确保燃烧且为主喷时的主燃烧事件创造先决条件，而燃料的后喷可产生更多热量到排气，这增加了排气温度。

43、任选地，控制由燃料喷射器执行的燃料喷射的步骤包括以下步骤：

44、-控制主喷的燃料喷射量和燃料喷射定时中的至少一者。

45、由此，提供一种方法，其能够以有效方式减少发动机气缸之间的残余气体不平衡的负面影响，由此允许发动机在引起气缸之间的残余气体的较大不平衡的操作模式中操作。

46、任选地，每个气缸包括至少一个排气阀，并且其中所述方法包括以下步骤：

47、-对内燃发动机的排气阀的控制进行移相，以及

48、-基于对排气阀的控制的当前相移来控制燃料喷射器的燃料喷射定时。

49、由此，提供对燃料喷射定时以及排气阀的控制的当前相移的联合控制。因此，提供了一种能够控制和增加排气温度同时确保发动机气缸中的稳定且高效的燃烧的方法。

50、任选地，该方法包括以下步骤：

51、-提供所述至少两个气缸之间的残余气体不平衡的估计值。

52、任选地，提供至少两个气缸之间的残余气体不平衡的估计值的步骤包括以下步骤：

53、-获得表示所述至少两个气缸的相应空气进气口处的温度的温度数据，以及

54、-基于所述温度数据提供所述估计值。

55、由此，可提供残余气体不平衡的准确且可靠的估计值，这为用于减少发动机气缸之间的残余气体不平衡的负面影响的另一高效方法提供了条件。

56、任选地，提供至少两个气缸之间的残余气体不平衡的估计值的步骤包括以下步骤：

57、-获得表示所述内燃发动机的发动机转速、发动机负载和对排气阀和/或进气阀的控制的当前相移中的一者或多者的发动机操作数据，以及

58、-基于所述发动机操作数据提供所述估计值。

59、由此，可通过有成本效益的方式提供残余气体不平衡的准确且可靠的估计值，这为用于减少发动机气缸之间的残余气体不平衡的负面影响的另一高效方法提供了条件。

60、根据本发明的第二方面，所述目标通过包括指令的计算机程序来实现，该指令在该程序由计算机执行时使计算机执行根据本公开的一些实施例的方法。由于计算机程序包括指令，该指令在该程序由计算机执行时使计算机执行根据一些实施例的方法，因此提供了一种用于克服或至少减轻至少一些上述缺点的条件的计算机程序。因此，实现了上述目标。

61、根据本发明的第三方面，所述目标通过包括指令的计算机可读介质来实现，该指令在由计算机执行时使计算机执行根据本公开的一些实施例的方法。由于计算机可读介质包括指令，该指令在程序由计算机执行时使计算机执行根据一些实施例的方法，因此提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质提供用于克服或至少减轻至少一些上述缺点的条件。因此，实现了上述目标。

62、根据本发明的第四方面，所述目标通过用于内燃发动机的控制布置来实现，所述内燃发动机包括至少两个气缸，其中每个气缸包括至少一个燃料喷射器，所述至少一个燃料喷射器被配置成将燃料喷射到所述气缸中，并且其中所述控制布置被配置成：

63、-基于所述至少两个气缸中的残余气体之间的不平衡的估计值来控制由所述燃料喷射器执行的燃料喷射。

64、由于所述控制布置被配置成基于残余气体不平衡的估计值控制由所述燃料喷射器执行的到气缸中的燃料喷射，因此提供了一种能够以高效方式减少发动机气缸之间的残余气体不平衡的负面影响的控制布置。即，提供一种控制布置，其具有用于补偿由气缸之间的残余气体不平衡引起的发动机气缸之间的燃烧特性差异的条件。残余气体不平衡的结果是，具有更多残余气体和更少空气的气缸将产生更少的nox，同时易于产生更多碳烟。类似地，具有更少残余气体和更多空气的气缸将产生更少碳烟，但易于产生更多nox。

65、因此，提供一种控制布置，所述控制布置能够控制燃料到每个气缸中的喷射以最小化氮氧化物nox和碳烟的形成，以便最小化来自发动机的这些物质的总排放水平。

66、此外，由于所述控制布置被配置成基于残余气体不平衡的估计值控制由所述燃料喷射器执行的到气缸中的燃料喷射，因此提供了一种能够减少引起发动机气缸之间的较高残余气体不平衡的发动机控制策略的负面影响的控制布置。

67、因此，提供了一种允许使用控制策略的控制布置，所述控制策略可以高效方式增加排气温度，同时通过基于残余气体不平衡的估计值控制燃料喷射而将氮氧化物nox和碳烟的形成保持在低水平。

68、因此，提供一种控制布置，所述控制布置克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些问题和缺点。因此，实现了上述目标。

69、应当了解，针对该方法描述的各种实施例都可与如本文中描述的控制布置组合。也就是说，根据本发明的第四方面的控制布置可被配置成执行根据本发明的第一方面的方法的方法步骤中的任一方法步骤。

70、根据本发明的第五方面，所述目标通过内燃发动机来实现，所述内燃发动机包括至少两个气缸，其中每个气缸至少一个燃料喷射器被配置成将燃料喷射到气缸中，并且其中所述内燃发动机包括根据本公开的一些实施例的控制布置。

71、由于所述内燃发动机包括根据一些实施例的控制布置，因此提供了一种包括能够以高效方式减少发动机气缸之间的残余气体不平衡的负面影响的控制布置的内燃发动机。

72、因此，提供了一种包括控制布置的内燃发动机，所述控制布置能够控制燃料到每个气缸中的喷射以最小化氮氧化物nox和碳烟的形成，以便最小化来自发动机的这些物质的总排放水平。

73、此外，由于所述控制布置被配置成基于残余气体不平衡的估计值控制由所述燃料喷射器执行的到气缸中的燃料喷射，因此允许所述内燃发动机在引起发动机气缸之间的较高残余气体不平衡的发动机控制策略下操作。换句话说，所述内燃发动机的控制布置允许使用可以高效方式增加排气温度同时通过基于残余气体不平衡的估计值控制燃料喷射而将氮氧化物nox和碳烟的形成保持在低水平的控制策略。

74、因此，所提供的内燃发动机克服或至少减轻上文提到的问题和缺点中的至少一些。因此，实现了上述目标。

75、任选地，所述内燃发动机是压燃式发动机，例如柴油发动机。由此，提供一种具有上述优点的压燃式发动机。

76、根据本发明的第六方面，所述目标通过包括根据本公开的一些实施例的内燃发动机的车辆来实现。

77、由于车辆包括根据一些实施例的内燃发动机，因此提供了一种克服或至少缓解至少一些上述问题和缺点的车辆。因此，实现了上述目标。

78、当研究所附权利要求和以下详细描述时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见。