[发明专利]使用优化的气口喷射和直接喷射的汽油颗粒减少

说明书

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2014年9月2日提交的美国临时专利申请序列第62/044,761号、2014年10月10日提交的美国专利申请序列第14/391,906号、2015年3月4日提交的美国临时专利申请序列第62/128,162号，以及2015年8月31日提交的美国专利申请序列第14/840,688号的优先权，它们的公开内容通过引用以其整体并入本文中。

背景技术

关于来自汽油发动机车辆的颗粒物质(PM)排放的关注在不断增加。此关注由火花点火的汽油供能的车辆的显著较高小颗粒排放驱动，此车辆使用汽油作为液体到发动机缸中的至少一个中的直接喷射(DI)。这些小颗粒停留在肺中，且可危害人类健康。

尽管直接喷射通过经由蒸发冷却提高抗爆震性能来提高发动机效率和性能，但整个驾驶周期中DI的使用显著增加颗粒排放。关于常规气口燃料喷射(PFI)发动机，在结合直接喷射操作时的颗粒数目取决于周期和发动机操作状态在驾驶周期内增加了10到100倍。排放尤其关系到涡轮增压的发动机，且这对于增压的发动机也将是此情况。

对PM2.5(直径小于2.5微米的颗粒物质)的更严格的法规已在欧洲制订，且预计也会在美国，包括EPA和加州法规两者。欧洲的法规将适用于颗粒的数目以及放出的颗粒物质的量。

因此，改善发动机性能同时最小化颗粒排放的技术将是有益的。

发明内容

描述了用于减少汽油发动机中的颗粒排放的附加途径。这些实施例包括控制直接喷射的燃料量以便避免由于活塞润湿引起的颗粒阈值增大，以及通过使用可变气门正时来使用空气预热以减少冷启动排放。

附图说明

为了更好理解本公开内容，将参照附图，附图通过引用并入本文中，且在附图中：

图1为用于防止预热发动机状态中的直接喷射颗粒生成的阈值BMEP(平均有效制动压力)的示范性模型预测。线下方的操作防止颗粒，线上方的操作生成颗粒。平均有效制动压力对应于给定容积的发动机缸的转矩。

图2示出了2000rpm下随BMEP变化的颗粒排放的示范性模型计算。

图3示出了若干发动机速度下的随平均有效制动压力(BMEP)变化的以任意单位的颗粒物质生成的示范性模型计算。

图4示出了发动机操作图内的颗粒生成(任意单位)。轮廓针对5和10的任意单位示出。

图5示出了需要直接喷射以便防止具有10的压缩比的涡轮增压发动机的爆震的汽油的示范性分数。

图6示出了使用PFI/DI和DI燃料的最小化，具有压缩比=10的涡轮增压的发动机的示范性颗粒物质(PM)生成(以任意单位)。

图7示出了对于UDDS和US06周期两者的具有随时间变化的1.7bar(绝对)的歧管空气压力(MAP)的发动机的燃料的DI分数。

图8示出了给定发动机速度下的随转矩变化的DI与PFI之间的示范性比率，以便约束颗粒排放且防止爆震，同时在低转矩下使用高分数DI。这是分层直接喷射的代表性方案。

图9示出了用于调整发动机操作和/或直接喷射燃料和气口燃料喷射的燃料之比来以最小驾驶周期效率降低来减少颗粒降低的发动机控制系统。

图10示出了正常(顶部)入口和排气气门升程和提前排气气门升程。入口条件对于两者保持恒定。

图11示出了正常气门正时(顶部)和提前排气气门正时(底部)的状态中的压力(左侧)和温度(右侧)。注意，入口温度升高。

图12示出了提前排气气门正时的情况中穿过入口歧管气门的质量流速。

图13示出了提前排气气门正时的情况中跨过入口歧管的气体速度。

具体实施方式

如共同未决的专利申请WO2014/089304中所述，已经开发了用于控制来自火花点火的汽油发动机的颗粒排放的改善途径。这些途径涉及与直接喷射组合的气口燃料喷射的优化使用，其中由气口燃料喷射(PFI)提供的良好混合比直接喷射产生少得多的颗粒排放。在这些途径中，燃料管理系统通过气口喷射的最佳使用来最小化直接喷射的量，同时通过使用直接喷射来最大化发动机性能和效率。