用于减少由发动机产生的碳烟的方法和系统

摘要

本发明揭示了一种用于减少由发动机产生的碳烟的系统和方法。在一个示例中，在抽取存储的燃料蒸汽期间，最大化在汽缸循环期间至汽缸的多个燃料喷射以减少碳烟形成。系统和方法可减少在发动机中的碳烟形成。

权利要求

1.一种用于运转发动机的方法，包含：

从包含活性碳的燃料蒸汽存储滤罐提供一定量的燃料至汽缸上游的进气歧管；以及响应于在汽缸的循环期间从包含活性碳的所述燃料蒸汽存储滤罐提供至所述进气歧管的所述燃料的量而在所述汽缸的所述循环期间调节经由燃料喷射器提供至所述汽缸的燃料脉冲的实际总数量。

2.如权利要求1所述的方法，其中随着从包含活性碳的所述燃料蒸汽存储滤罐提供至所述进气歧管的所述燃料量的增加，减少提供至所述汽缸的至少一个燃料脉冲的脉冲宽度。

3.如权利要求1所述的方法，其中提供至所述汽缸的燃料脉冲的数量在所述汽缸的进气冲程期间被提供。

4.如权利要求1所述的方法，其中提供至所述汽缸的燃料脉冲的数量在所述汽缸的进气冲程和压缩冲程期间被提供。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包含限制从包含活性碳的所述燃料蒸汽存储滤罐提供至所述汽缸的所述燃料量以维持经由燃料喷射器提供至所述汽缸的最小数量的燃料脉冲。

6.如权利要求1所述的方法，其中提供至所述汽缸的燃料脉冲的数量进一步基于发动机扭矩需求。

7.一种用于运转发动机的方法，包含：

经由进气歧管和燃料蒸气抽取阀从包含活性碳的燃料蒸汽存储滤罐提供一定量的燃料至汽缸；以及响应于在汽缸的循环期间从包含活性碳的所述燃料蒸汽存储滤罐提供至所述汽缸的所述燃料的量以及燃料喷射器的最小脉冲宽度而在所述汽缸的所述循环期间调节经由所述燃料喷射器提供至所述汽缸的燃料脉冲的实际总数量。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述燃料喷射器的所述最小脉冲宽度为其中经由所述燃料喷射器输送大体可重复的最小燃料量的燃料脉冲宽度。

9.如权利要求7所述的方法，其中提供至所述汽缸的所述燃料脉冲的数量进一步基于最小燃料喷射器关闭时间。

10.如权利要求7所述的方法，其中提供至所述汽缸的所述燃料脉冲的数量进一步基于发动机扭矩需求。

说明书

用于减少由发动机产生的碳烟的方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于运转发动机的方法。

背景技术

[0002] 在其中将燃料直接喷射至发动机的汽缸的情况下在发动机中可形成碳烟。具体地，当燃料喷射至发动机汽缸时而发动机同时以较高转速和负荷运转时可形成碳烟。因为在较高发动机转速下有较少的时间可用于雾化喷射进入汽缸中的燃料，碳氢化合物的不完全燃烧可形成碳烟。碳烟的形成还会受到例如经由抽取（purge）存储在燃料蒸汽存储滤罐（canister）中的燃料蒸汽而将碳氢化合物引入汽缸的影响碳烟。特别地，由于抽取的燃料蒸汽可以在空气进入汽缸之前与进入发动机的空气结合，喷射进入汽缸的燃料可能更加难于蒸发以及与进入汽缸的空气-燃料混合物结合。结果，当存储的燃料蒸汽被抽取进入发动机时，由发动机产生的碳烟量可增加。

发明内容

[0003] 发明人在此已经认识到上述的限制并且已经开发出一种用于运转发动机的方法，包含：从燃料蒸汽存储滤罐中将一定量的燃料提供至汽缸，以及响应于在汽缸的循环期间从燃料蒸汽存储滤罐中提供至汽缸的燃料量而在该汽缸的循环期间调节经由燃料喷射器提供至汽缸的燃料脉冲的数量。

[0004] 通过以多个燃料脉冲提供燃料至汽缸同时燃料还经由燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸时，可减少在汽缸的燃烧产物中的碳烟形成。特别地，在汽缸循环期间通过执行多个燃料喷射可减少汽缸的碳烟形成。在一个示例中，尽管空气和燃料的混合物经由汽缸的进气门进入汽缸，可以最大化在汽缸循环期间提供至汽缸的燃料脉冲的数量以促进燃料的蒸发。

[0005] 本发明可提供多个优势，特别地，本方法可减少燃烧副产物中的碳烟的形成。此外，方法通过减少不得不为发动机提供微粒捕集器的可能性而可减少发动机系统的成本。进一步地，如果发动机系统包括微粒过滤器，当应用该方法时，可不必太频繁地再生微粒过滤器。

[0006] 根据本发明一个实施例，其中提供至汽缸的燃料脉冲的数量进一步基于当燃料喷射器以最小脉冲宽度运转时输送至汽缸的燃料量。

[0007] 根据本发明一个实施例，其中提供至汽缸的多个燃料脉冲是在汽缸的进气冲程期间提供的。

[0008] 根据本发明一个实施例，其中在汽缸循环期间由燃料喷射器提供的至少一个燃料脉冲为在汽缸的压缩冲程期间提供的。

[0009] 根据本发明一个实施例，其中经由调节提供至抽取控制阀的占空比而调节从燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸的燃料的量。

[0010] 根据本发明另一方面，提供一种用于控制发动机的系统，包含：发动机；燃料蒸汽存储滤罐；提供燃料至发动机的汽缸的燃料喷射器；控制器，其包括的指令用于在汽缸的循环期间以多个燃料脉冲喷射燃料至汽缸，控制器包括进一步的指令用于经由燃料蒸汽存储滤罐提供燃料至汽缸，控制器包括进一步的指令用于响应于当燃料喷射器以最小脉冲宽度运转时输送的燃料量而在汽缸循环期间调节多个燃料脉冲。

[0011] 根据本发明一个实施例，进一步包含额外的指令用于在汽缸的循环期间最大化燃料脉冲的数量。

[0012] 根据本发明另一个实施例，进一步包含提供空气至发动机的汽缸的空气进气系统，并且其中燃料蒸汽存储滤罐与空气进气系统相连通。

[0013] 根据本发明又一个实施例，进一步包含燃料蒸汽抽取阀，且其中控制器包括进一步的指令用于调节燃料蒸汽抽取阀的占空比而调节进入汽缸的燃料蒸汽的流量（flow）。

[0014] 根据本发明又一个实施例，进一步包含额外的指令用于响应于经由燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸的燃料量而减少至少一个燃料脉冲的脉冲宽度。

[0015] 根据本发明又一个实施例，进一步包含额外的指令用于当提供至汽缸的至少一个燃料脉冲为燃料喷射器的最小脉冲宽度时减少提供至汽缸的燃料脉冲的数量。

[0016] 通过下面的具体描述或与附图结合，本发明的上述优点和其它优点以及特征将会变得更加显而易见。

[0017] 应该理解提供上述简要说明以简单的形式提供将在下面具体实施例部分进一步描述的一系列概念。并不意味着识别权利要求主题的关键或实质特征，本发明的范围唯一地由权利要求书确定。此外，权利要求的主题不限于解决任何上述或者本发明任何部分提到的缺点的实施方式。

附图说明

[0018] 图1显示了发动机的示意图。

[0019] 图2显示了示例燃料喷射器转移函数。

[0020] 图3和图4显示了当给汽缸提供燃料蒸汽时示例燃料喷射序列。

[0021] 图5显示了用于运转发动机的示例方法的流程图。

具体实施方式

[0022] 本发明涉及控制向汽缸的燃料喷射以减少汽缸中的碳烟形成。在一个示例中，可以根据本发明调节给如图1所示的发动机的汽缸提供燃料的燃料喷射器。可以如图3和图4所示调节打开燃料喷射器的正时。在一个示例中，打开燃料喷射器的正时可基于如图2所示的最小燃料喷射器脉冲宽度。图5的方法可以为用于如图3和图4所示调节燃料喷射器运转的基础。

[0023] 参考图1，内燃发动机10包括多个汽缸（图1中显示了一个汽缸，其由电子发动机控制器12控制）。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36位于其中且与曲轴40相连。燃烧室30显示为通过各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。各个进气门和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53运转。可替代地，进气门和排气门中的一个或多个可由机电控制的阀线圈和电枢总成运转。可以经由凸轮相位执行器59和69来调节进气凸轮51和排气凸轮53的相位。可通过进气凸轮传感器55确定进气凸轮51的位置。可通过排气凸轮传感器57确定排气凸轮53的位置。

[0024] 燃料喷射器66显示为位于直接喷射燃料进入汽缸30（本领域内技术人员已知为直接喷射）的位置。燃料喷射器66与来自控制器12的脉冲宽度成比例地输送流体燃料。燃料通过包含燃料箱140、燃料泵142、燃料线路141和燃料轨道（未显示）的燃料系统输送至燃料喷射器66。从控制器12提供工作电流至燃料喷射器66。来自燃料箱140的燃料蒸汽可以存储在包括活性碳146或者其它碳氢化合物存储媒介的燃料蒸气滤罐144中。当通风阀150打开时或者当经由抽取路线143和抽取阀148汲取燃料蒸汽进入进气歧管44时，燃料蒸汽经由管道151从燃料箱140进入燃料蒸汽滤罐144。此外，进气歧管44显示为与可选电子节气门62相通信，电子节气门调节节流板64的位置以控制来自空气进气口42的空气流量。

[0025] 无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。点火系统88可在每个汽缸循环期间提供单个或多个火花至每个汽缸。此外，可以响应于发动机工况相对于曲轴正时提前或延迟经由点火系统88提供火花的正时。

[0026] 通用或宽域排气氧（UEGO）传感器126显示为连接至排气后处理装置70上游的排气歧管48。可替代地，可以双态排气氧传感器代替UEGO传感器126。在一些示例中，排气后处理装置70为微粒过滤器和/或三元催化剂。在其它示例中，排气后处理装置70仅为三元催化剂。

[0027] 图1中控制器12显示为常见的微型计算机，包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机访问存储器108、不失效（keep alive）存储器110、和常规数据总线。控制器12显示为从连接至发动机10的传感器接收多个信号，除了前述信号之外还包括：来自连接至冷却套筒114的传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；连接至加速踏板130用于感应脚132施加的力的位置传感器134；用于确定尾气点火的爆震传感器（未显示）；来自连接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力（MAP）测量值；来自感应曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120（例如热线式空气流量计）的进入发动机的空气质量测量值；以及来自传感器58的节气门位置测量值。也可感测（未显示传感器）大气压力供控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每次转动时产生预订数量的等距脉冲，根据其可确定发动机转速（RPM）。

[0028] 在一些实施例中，发动机可与在混合动力车辆中的电机/电池系统相连。混合动力车辆可具有并联配置、串联配置或者其变形或组合。另外，在一些实施例中，可采用其它发动机配置，例如柴油发动机。

[0029] 在运转期间，发动机10中的各个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、和排气冲程。总体上，在进气冲程期间，排气门54关闭而进气门52打开。空气通过进气歧管44导入燃烧室30，而活塞36移动至汽缸底部以便增加燃烧室30内的容积。活塞36在此冲程的最后所处的靠近汽缸底部的位置（即当燃烧室30处于其最大容量时）通常被本领域技术人员称为下止点（BDC）。在压缩冲程期间，进气门52与排气门54关闭。活塞36朝汽缸盖移动以便在燃烧室30内压缩空气。活塞36在此冲程的最后所处的最接近汽缸顶部的位置（即当燃烧室30处于其最小容量时）通常被本领域技术人员称为上止点（TDC）。在接下来被称为喷射的过程中，燃料被导入燃烧室。在接下来被称为点火的过程中，喷射的燃料可通过已知点火方式（例如火花塞92）点火导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体推动活塞36回到BDC。曲轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最终，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气燃料混合物释放至排气歧管48，而活塞则返回TDC。请注意，上文仅显示为示例，进气门和排气门打开和/或关闭正时可变化以便例如提供正气门重叠或负气门重叠、延迟进气门关闭、或多种其它示例。

[0030] 因此，提供图1的系统用于控制发动机，其包含：发动机；燃料蒸汽存储滤罐；提供燃料至发动机汽缸的燃料喷射器；控制器，其包括指令用于在汽缸的循环期间以多个燃料脉冲喷射燃料至汽缸中，控制器包括进一步的指令用于经由燃料蒸汽存储滤罐提供燃料至汽缸，控制器包括进一步的指令用于响应于当以最低脉冲宽度运转燃料喷射器时输送的燃料量来调节燃料脉冲的数量。这样，在汽缸循环期间燃料喷射的数量可与燃料喷射器的特征相关。

[0031] 系统进一步包含额外的指令用于在汽缸的循环期间最大化燃料脉冲的数量。在一些示例中，系统进一步包含提供空气至发动机汽缸的空气进气系统，且其中燃料蒸汽存储滤罐与空气进气系统相连通。系统进一步包含燃料蒸汽抽取阀，以及其中控制器包含进一步的指令用于调节燃料蒸汽抽取阀的占空比以调节至汽缸的燃料蒸汽流量（flow）。系统进一步包含额外的指令用于响应于经由燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸的燃料量而减少至少一个燃料脉冲的脉冲宽度。系统进一步包含额外的指令用于当提供至汽缸的至少一个燃料脉冲为燃料喷射器的最小脉冲宽度时减少提供至汽缸的燃料脉冲的数量。

[0032] 现在参考图2，显示了燃料喷射器的转移函数（transfer function）的模拟示例图谱。X轴代表其中给燃料喷射器提供额定电压时的燃料喷射器脉冲宽度。例如，可以给14V额定燃料喷射器提供5ms（毫秒）14V脉冲以开启燃料喷射器并传输燃料至汽缸。Y轴代表当以额定电压给喷射器提供电压时通过燃料喷射器喷射的燃料的质量。可以根据当给燃料喷射器提供低于或高于额定喷射器电压的电压时而调节图2的转移函数。例如，如果给燃料喷射器提供10V 5ms脉冲宽度时可以减少喷射的燃料质量。图2的转移函数可以为图1所示的燃料喷射器66的代表（representative）。此外，图2的转移函数可以存储在如图1所示的控制器12的存储器中。

[0033] 图2显示了燃料质量大体为零直至达到最小燃料脉冲宽度202。在一些示例中，对于小于最小燃料脉冲宽度的燃料脉冲宽度，燃料喷射器可喷射不可重复的较小量的燃料。因此，不以低于最小燃料脉冲宽度的燃料脉冲宽度运转燃料喷射器。一旦给喷射器提供至少最小燃料脉冲宽度或更大的燃料脉冲宽度时，随着燃料脉冲宽度增加，来自燃料喷射器的燃料质量线性地增加。最小燃料质量显示为通过距离204来表示。喷射的最小燃料质量对应于最小燃料脉冲宽度。应该明白喷射的最小燃料质量和最小燃料脉冲宽度为设计要点（designconsiderations）并且设计可从一个燃料喷射器设计到另一燃料喷射器而变化。

[0034] 现在参考图3，显示了在增加来自燃料蒸汽存储器中的燃料蒸汽的抽取（purging）期间的模拟燃料喷射序列。可以通过经图1的系统中的控制器12的指令执行图5的方法来提供图3的序列。

[0035] 图3顶部起第一幅图代表四冲程、四缸发动机、具有点火次序1-3-4-2的发动机的一号汽缸的冲程。排气冲程缩写为“排气”（EXH），而各个进气、压缩、膨胀冲程缩写为“进气”（INT）、“压缩”（COMP）、以及“膨胀”(EXP)。

[0036] 图3的顶部起第二幅图代表在图3顶部起第一幅图中的各个汽缸冲程期间的燃料喷射事件的正时。随着脉冲宽度的增加，喷射的燃料质量增加。喷射器开启（on）时间或脉冲宽度表示为类似于302处所示的脉冲。喷射器关闭（off）时间表示为类似于在304处的时间的无脉冲区域。类似地，随着脉冲宽度的减少，喷射的燃料质量减少。

[0037] 图3顶部起的第三幅图代表了从燃料蒸汽存储滤罐（例如图1的144）进入一号汽缸的燃料蒸汽抽取燃料量。进入一号汽缸的燃料蒸汽质量沿着Y轴箭头方向增加。

[0038] 序列显示为略多于汽缸的三个循环，然而，序列中显示的事件可在燃料蒸汽存储器的抽取期间的几分钟内发生（transpire）。此外，图3的第一、第二和第三幅图同时发生并且按照相同的时间标记（scale）进行。

[0039] 序列在时间T0处开始，其中发动机运转且一号汽缸开始排气冲程。在时间T0处没有从燃料蒸汽存储滤罐抽取燃料且在排气冲程期间不存在燃料喷射。

[0040] 在时间T1处，一号汽缸进入进气冲程且至一号汽缸的燃料喷射开始。在时间T1处没有从燃料蒸汽存储滤罐抽取燃料。

[0041] 在较高发动机转速和负荷期间，在燃烧期间直接喷射至汽缸的燃料可在汽缸中形成碳烟。减少或限制来自直接喷射至汽缸的燃料的碳烟的一种方式可以是在汽缸循环期间以尽可能多的燃料喷射来喷射希望的燃料量。例如，单个5ms燃料脉冲可以分为五个1ms脉冲以改善燃料混合并减少在燃烧期间在汽缸中形成的碳烟。额外的燃料喷射可以帮助促进燃料混合使得在一号汽缸中可形成较少的碳烟。然而，汽缸循环中燃料喷射的数量可受到最小燃料喷射器脉冲宽度和/或最小燃料喷射器关闭时间的限制。在一些示例中，最小燃料喷射器关闭（off）时间可以确定为燃料喷射之间提供至燃料喷射器的动力必须被撤回以使得来自燃料喷射器的燃料流停止的时间量。在此示例中，可以以跨越（spanning）一号汽缸的进气冲程的四次燃料喷射将希望的燃料量提供至汽缸。然而，在其它示例中，可以基于发动机转速、最小燃料喷射器开启（on）时间以及最小燃料喷射器关闭时间而增加或减少燃料喷射的数量。在时间T1处，没有从燃料蒸汽存储滤罐抽取燃料从而所有进入一号汽缸的燃料是仅经由提供燃料至一号汽缸的燃料喷射器提供的。

[0042] 在时间T1和T2之间，抽取控制阀开始开启且燃料蒸汽开始流入发动机进气歧管。燃料蒸汽与进入汽缸的空气混合并且因此需要向汽缸喷射较少量的燃料以满足汽缸中的希望的燃料量。

[0043] 在时间T2处，为图3中一号汽缸的第二循环开始对一号汽缸的燃料喷射。在时间T1和T2之间以相同转速和负荷运转发动机。因此，时间T1和T2之间引入一号汽缸的空气量相同。此外，在时间T1和时间T2处开始的一号汽缸的燃烧循环的希望的燃料量相同。然而，由于进入一号汽缸的燃料的一部分来自于抽取燃料蒸汽存储滤罐中的燃料蒸汽，在时间T1和时间T2处开始的汽缸循环之间，喷射较少的燃料以提供相同的空气-燃料比。

[0044] 在每一个单个燃料喷射事件期间可喷射较少燃料直到达到最小燃料喷射器脉冲宽度。如果达到最小燃料喷射器脉冲宽度，可减少燃料喷射的数量（number）且可增加每个剩余的燃料喷射期间喷射的燃料的量以便于在汽缸中提供希望的燃料量。当汽缸循环中燃料喷射的数量减少时，在剔除（eliminated）的燃料喷射期间喷射的燃料量的至少一部分被加至剩余数量的燃料喷射中。每次剩余的燃料喷射的脉冲宽度的持续期增加使得尽管在汽缸循环期间少一次燃料喷射事件也可以向汽缸提供希望的燃料量。因此，在时间T1和时间T2处开始的进气冲程期间大体相同量的燃料进入一号汽缸。燃料喷射的数量减少使得由于在时间T2处的三次燃料喷射事件的燃料混合与当如时间T1处显示的四次燃料喷射时相比可能较为不强劲（forceful）。然而，由于进入汽缸的燃料的一部分已经以蒸汽形式存在，少一次的燃料喷射的事件可具有较少的影响（consequence）且因此可仍然提供较低的碳烟产生。

[0045] 因此，在时间T2处，响应于其中如果燃料喷射器以最小燃料喷射器脉冲宽度运转时第一较高数量的燃料喷射事件将会喷射多于希望的燃料的状况，减少在汽缸循环期间的燃料喷射数量。通过减少在汽缸循环期间的燃料喷射事件的数量，燃料喷射器可以高于最小燃料喷射脉冲宽度的燃料喷射脉冲宽度输送希望的燃料量至汽缸。这样，甚至在存在从燃料蒸汽存储滤罐向汽缸抽取燃料蒸汽时可以调节在汽缸循环期间的燃料喷射事件的数量以提供最大燃料喷射事件数量。

[0046] 在时间T2和时间T3之间，进入发动机进气歧管和一号汽缸的燃料蒸汽的量进一步增加。可以经由增加提供至调整来自燃料蒸汽存储滤罐中的气流的抽取阀的占空比而增加流入发动机的燃料蒸汽的量。

[0047] 在时间T3处，发动机以在时间T1和T2期间的相同转速和负荷持续运转。从而，在时间T1、T2和T3之间希望的空气量和希望的汽缸燃料量维持相同。

[0048] 经由燃料蒸汽存储滤罐流入发动机的燃料蒸汽量已经增加至需要减少喷射燃料的数量的水平使得在汽缸中提供希望的燃料量。因此，在每个燃料脉冲期间喷射的燃料量从T2至T3减少。如果不减少燃料喷射器脉冲宽度，燃料空燃比会降低而结果是更富化（rich）的空气-燃料混合物。通过减少燃料喷射脉冲宽度，汽缸空气-燃料混合物可以维持在希望的比例。在时间T3处，已经减少燃料喷射脉冲宽度并且正逐渐接近最小燃料脉冲宽度。

[0049] 在时间T3和时间T4之间，进入发动机进气歧管和一号汽缸的燃料蒸汽的量进一步增加。在一个或多个汽缸循环中可增加流入发动机的燃料蒸汽的量。在一些示例中，可以经由碳氢化合物传感器测量或可以经由位于发动机排气中的氧传感器推算进入发动机汽缸的燃料蒸汽量。

[0050] 在时间T4处，发动机以与在时间T1、T2和T3相同的转速和负荷运转。结果，在时间T1、T2、T3和T4之间希望的汽缸空气量和希望的汽缸燃料量维持相同。

[0051] 经由燃料蒸汽存储滤罐进入发动机的燃料蒸汽的增加已经增加到其中经由以最低燃料喷射器脉冲宽度的三次燃料喷射不能在汽缸中提供希望的燃料量的水平。具体地，如果以最低燃料喷射器脉冲宽度的三次单独的喷射来喷射燃料至汽缸中，多于希望的燃料会存在于汽缸中。因此，至一号汽缸的燃料喷射的数量减少至两次而每次燃料喷射脉冲宽度的持续时间增加。结果，尽管进入一号汽缸的燃料蒸汽量增加了，在时间T1,T2,T3和T4处以相同希望燃料量运转汽缸。

[0052] 这样，在汽缸循环期间向汽缸提供最大数量的燃料喷射事件以便于减少在汽缸中的碳烟形成。此外，可以调节燃料喷射事件的数量以考虑到（accountfor）最小燃料喷射时间、最小燃料喷射器关闭时间以及提供至汽缸的燃料蒸汽的量。应该认识到喷射事件数量、汽缸冲程以及燃料蒸汽燃料量仅简单地显示用于说明目的而并不意味着限制本发明的范围。

[0053] 现在参考图4，显示了在减少来自燃料蒸汽存储滤罐的燃料蒸汽抽取期间的模拟燃料喷射序列。可以通过经由图1的系统中的控制器12的指令来执行图5的方法而提供图4的序列。图4的图谱与图3的类似。因此，出于简洁的目的，仅描述图4中不同的地方。

[0054] 序列在时间T0处开始，其中发动机运转且一号汽缸开始排气冲程。在时间T0处以相对较高的速率从蒸汽存储滤罐抽取燃料而在排气冲程期间不存在燃料喷射。燃料蒸汽不进入一号汽缸直至在一号汽缸的进气冲程期间一号汽缸进气门开启。

[0055] 在时间T1处，一号汽缸进入进气冲程而至一号汽缸的燃料喷射开始。当一号汽缸的进气门开启时以两次燃料脉冲宽度喷射燃料且燃料蒸汽进入一号汽缸。如果在开始于时间T1处的进气冲程期间以对应于最小喷射器脉冲宽度的三个脉冲宽度喷射燃料进入一号汽缸，经由燃料喷射器和燃料蒸汽存储器进入汽缸的燃料总量会超出希望的燃料量。从而，燃料喷射的数量限制为两次燃料喷射而燃料喷射脉冲宽度高于最小燃料喷射脉冲宽度。

[0056] 在时间T1和T2之间，抽取控制阀开始关闭而流入发动机进气歧管的燃料蒸汽减少。可替代地，随着燃料蒸汽从燃料蒸汽存储滤罐中排出，可减小存储在燃料蒸汽存储滤罐中的燃料蒸汽量。

[0057] 在时间T2处，为图3的一号汽缸的第二循环对一号汽缸的燃料喷射开始。在时间T1和T2之间发动机以相同转速和负荷运转。从而，在时间T1和T2之间引入一号汽缸的空气量相同。此外，用于开始于时间T1和T2的一号汽缸的燃烧循环的希望的燃料量相同。然而，由于来自在燃料蒸汽存储滤罐中抽取的燃料蒸汽的进入一号汽缸的燃料部分减少，额外的燃料被喷射至一号汽缸以在开始于时间T1和T2的汽缸循环之间提供相同的空燃比。

[0058] 在一号汽缸的进气冲程期间通过增加以最小燃料喷射时间或更大的时间的燃料喷射的数量，可以将额外的燃料喷射至一号汽缸。当以最小燃料脉冲宽度喷射时如果经由燃料蒸汽存储滤罐和燃料喷射器进入汽缸的燃料量未超出希望的燃料量，可以增加汽缸循环期间的燃料喷射数量。当在汽缸循环中燃料喷射数量增加时，在先前数量的燃料喷射的每一次喷射期间所喷射的燃料量的至少一部分被加到在汽缸循环期间在额外的燃料喷射期间喷射的燃料量中。因此，尽管进入汽缸的燃料蒸汽的量减少，在T1和T2时间处开始的进气冲程期间大体相同的燃料量进入一号汽缸。燃料喷射数量增加使得由于在时间T2处三次燃料喷射事件的燃料混合与当如在时间T1处有两次燃料喷射相比可以更加强劲。

[0059] 因此在时间T2处，响应于其中第一较少数量的燃料喷射事件不能提供如通过最大数量燃料喷射可以达到的汽缸中的足够的混合的状况，增加汽缸循环期间的燃料喷射数量。通过当流入汽缸的燃料蒸汽减少时在汽缸循环期间增加燃料喷射事件的数量，燃料喷射器可改善汽缸中的混合并以高于最小燃料喷射脉冲宽度的燃料喷射脉冲宽度输送希望量的燃料至汽缸中。这样，可以调节在汽缸循环期间的燃料喷射事件的数量以在甚至出现从燃料蒸汽存储滤罐中抽取进入汽缸的燃料蒸汽量减少的情况下提供最大喷射数量。在时间T2和T3之间，进入发动机进气歧管和一号汽缸的燃料蒸汽量进一步减少。

[0060] 在时间T3处，发动机持续以如同在时间T1和T2期间的相同转速和负荷运转。因此，在时间T1、T2、T3之间，希望的汽缸空气量和希望的汽缸燃料量维持相同。

[0061] 经由燃料蒸汽存储滤罐流入发动机的燃料蒸汽量已经减少至需要增加喷射燃料的量使得可以在汽缸中提供希望的燃料量的水平。因此，在每个燃料脉冲期间喷射的燃料量从时间T2到时间T3增加。如果不增加燃料喷射器脉冲宽度，汽缸空燃比将会增加并导致更加稀（lean）的空气-燃料混合物。通过增加燃料喷射脉冲宽度，汽缸空气-燃料混合物可以维持在希望的比率。在时间T3处，燃料喷射脉冲宽度已经增加并且正接近其中以最小或更高的燃料脉冲宽度可以提供额外的燃料喷射的量。

[0062] 在时间T3和时间T4之间，进入发动机进气歧管和一号汽缸的燃料蒸汽的量进一步减少。可以在一个或多个汽缸循环期间减少流入发动机的燃料蒸汽的量。在一些示例中，可以经由碳氢化合物传感器测量或者经由位于发动机的排气中的氧传感器推断进入发动机汽缸的燃料蒸汽的量。

[0063] 在时间T4处，发动机以如同在时间T1、T2、T3处的相同转速和负荷运转。从而，在时间T1、T2、T3、T4之间，希望的汽缸空气量和希望的汽缸燃料量维持相同。

[0064] 经由燃料蒸汽存储滤罐进入发动机的燃料蒸汽的减少已经达到大体为零且可经由在汽缸循环期间的四次单独的燃料喷射将希望的燃料量提供至一号汽缸。因此，增加至汽缸的燃料喷射数量同时减少每次喷射的燃料脉冲宽度。结果，尽管进入一号汽缸的燃料蒸汽的量减少，在时间T1、T2、T3和T4处可以相同的希望的燃料量运转汽缸。

[0065] 这样，在汽缸的循环期间可以将最大数量的燃料喷射事件提供至汽缸以便于减少在汽缸中的碳烟形成。此外，可以调节燃料喷射事件的数量以考虑到最小燃料喷射时间、最小燃料喷射器关闭时间以及提供至汽缸的燃料蒸汽的量。应该认识到所示喷射事件的数量、汽缸冲程以及燃料蒸汽燃料量仅简化地显示用于说明目的而并不意味着限制本发明的范围。

[0066] 还应该理解在图3和图4的序列中的一些示例中，燃料喷射可以持续至至少一部分压缩冲程。结果，当燃料蒸汽抽取或引入（reduce）发动机汽缸时可以将在汽缸循环期间提供参与燃烧的燃料的燃料喷射的数量调节至最大数量。

[0067] 现在参看图5，揭示了一种用于运转发动机的方法。图5的方法调节在汽缸循环期间燃料喷射的数量、提供在汽缸中参与燃烧的燃料的燃料喷射。存在或者不存在从燃料蒸汽存储滤罐将燃料蒸汽引入发动机的情况下，最大化在汽缸循环期间的燃料喷射的数量。

[0068] 在502处，方法500确定发动机工况。发动机工况可包括但不限于发动机转速、发动机负荷、发动机扭矩需求、发动机温度、燃料蒸汽存储滤罐燃料蒸汽存储量以及自从发动机停止起的时间。在确定发动机工况之后方法500前进至504处。

[0069] 在504处，方法500确定在汽缸的循环期间将输送至一个或多个发动机汽缸的燃料量（fuel lbm）。在一个示例中，通过将进入发动机的空气量乘以希望的空燃比可以确定燃料量。希望的空燃比可以凭经验地确定并存储在使用发动机工况索引的表格或者函数中。例如，可以确定在其中发动机部分暖机的发动机起动状况期间希望的空燃比为14：1。针对不同的发动机工况可以调节空燃比（例如富化或者使其稀化）并改善催化剂效率。可经由质量空气流量传感器或进气歧管压力传感器和理想气体定律PV=nRT可以确定进入汽缸的空气量，其中P为发动机汽缸中的压力，V是汽缸的容积，n是空气的摩尔数量，R是气体常数，且T为开尔文温度。

[0070] 在其它示例中，汽缸燃料量可以基于希望的或者需求的发动机扭矩量。需求的发动机扭矩转换成用于提供希望的发动机扭矩量的希望的空气质量和希望的燃料量。美国专利7,321,821中描述了一种这样的方法，且其全文在此引用作为参考以用于所有的意图（intents）和目的。在确定将提供至汽缸的希望的燃料量后，方法500前进至506处。

[0071] 在506处，方法500确定进入发动机汽缸的抽取燃料蒸汽的希望的量。可替代地，可以确定进入汽缸的燃料蒸汽的实际量。在一个示例中，经由燃料蒸汽存储滤罐进入汽缸的燃料蒸汽量（vapor lbm）可以如美国专利6,523,531中描述的一样来确定，在此将该专利的全文全部引用作为参考以用于所有的意图和目的。通过将存储滤罐抽取流率乘以每个汽缸吸气事件的分钟数可以将来自燃料蒸汽存储滤罐的以每分钟多少磅质量（pounds mass per minute）为单位的存储滤罐抽取燃料流率转换为每个汽缸事件的燃料质量流量。此外，可以针对发动机工况（例如发动机温度、存储的蒸汽量）调节存储滤罐抽取流率和从存储滤罐流至发动机汽缸的碳氢化合物的浓度（例如吹扫蒸汽混合物的空燃比）。在确定流入发动机汽缸的存储滤罐抽取燃料蒸汽质量之后方法500前进至508处。

[0072] 在508处，方法500确定在汽缸循环期间的最大燃料喷射数量。在一个示例中，可以基于发动机转速、最小燃料喷射器脉冲宽度以及最小燃料喷射器关闭时间确定最大燃料喷射的数量。特别地，可以从以下等式确定总的可用燃料喷射期间：

[0073] tot_avail_inj_period=crankshaft_deg_duration·1/N·1rev/360度

[0074] 其中tot_avail_inj_period为允许燃料喷射的总的时间量,crankshaft_deg_duration为预定义的以曲轴角度为单位的允许燃料喷射的曲轴间隔(例如TDC进气冲程到BDC进气冲程后20曲轴角度)，且其中N为以RPM的发动机转速，随后变量tot_inj_period可以除以最小燃料喷射器脉冲宽度和最小燃料喷射器关闭时间的和，如下表示：

[0075] tot_tim_limited_injections=int(tot_inj_period÷(min_inj_on_pw+min_inj_off_tm))

[0076] 其中tot_tim_limited_injections为由喷射燃料可用的时间量限制的总燃料喷射数量，其中min_inj_on_pw为最小燃料喷射器开启脉冲宽度，且其中min_inj_off_tm为最小燃料喷射器关闭时间，且其中int为得出（return）括号内的运算的整数部分（integer portion）的函数。因此，结果的整数部分为在当前发动机工况下（例如在当前发动机转速下）可能的总的燃料喷射数量。在确定由喷射燃料的可用时间约束的燃料喷射的数量之后，方法500前进至510处。

[0077] 在510处，方法500调节燃料喷射器正时以在存在或者不存在抽取来自燃料蒸汽存储滤罐的燃料蒸汽时在分配的发动机曲轴间隔期间输送（deliver）最大数量的燃料喷射。在一个示例中，方法500通过从在504处确定的汽缸中希望的燃料量（fuel_lbm）减去在506处确定的进入汽缸的吹扫的燃料蒸汽量（vapor_lbm）而开始。结果为在后续的汽缸循环期间将喷射进入汽缸的总燃料量（inj_lbm）。

[0078] 在后续汽缸循环期间将喷射进入汽缸的燃料总量（inj_lbm）除以当燃料喷射器以最小燃料喷射器脉冲宽度运转时通过燃料喷射器喷射的燃料质量以确定当以燃料喷射器的最小脉冲宽度喷射燃料时在汽缸循环期间喷射将喷射的总燃料量时所可能的最大燃料喷射数量。运算可以表示如下：

[0079] max_num_inj=int(inj_lbm÷mass_inj_min_pw)

[0080] 其中，max_num_inj为在汽缸循环期间用于提供希望的燃料量进入汽缸的最大燃料喷射数量，且其中max_num_inj受最小燃料喷射器脉冲宽度的约束，inj_lbm为将喷射至汽缸中的总燃料量，且其中mass_inj_min_pw为当燃料喷射器以最小燃料脉冲宽度和最小喷射器关闭时间运转时所喷射的燃料质量。

[0081] 因此，方法500基于希望的发动机空燃比以及抽取蒸汽的空燃比和抽取的总流率而调节燃料喷射的数量。例如，如果流入汽缸的燃料蒸汽的浓度增加，可以减少燃料喷射的数量。类似地，如果流入汽缸的燃料蒸汽的浓度减少，可以增加燃料喷射的数量。如果希望的发动机空燃比富化（richened），可以增加燃料喷射的数量。如果希望的发动机空燃比稀化（leaned），可以减少燃料喷射的数量。

[0082] 方法500通过取总的时间限制的喷射数量（tot_tim_limited_injections）和总的最小燃料脉冲宽度限制的喷射数量（max_num_inj）之间的最小值而确定在汽缸的循环期间进入汽缸的最大喷射数量。表示如下：

[0083] tot_num_inj=min(max_num_inj,tot_tim_limited_injections)

[0084] 其中tot_num_inj为在后续燃料喷射阶段将提供的燃料喷射的数量。这样，方法500考虑到最小燃料喷射器脉冲宽度、最小燃料喷射器关闭时间以及在燃料喷射器以最小燃料脉冲宽度运转期间喷射的最小燃料量而选择在汽缸循环期间最大燃料喷射数量。

[0085] 方法500通过把将喷射的燃料质量（inj_lbm）除以总的燃料喷射数量（tot_num_inj）而确定汽缸循环的每次燃料喷射期间的将喷射的燃料量。在每次燃料喷射期间将喷射的燃料质量随后通过如图2所示使用在每次喷射期间将喷射的燃料质量索引燃料喷射器转移函数而转换为燃料喷射器脉冲宽度。燃料喷射器转移函数输出燃料喷射器开启（on）时间，起始于508处描述的燃料喷射间隔且在每个燃料喷射器关闭（off）时间之后该燃料喷射器打开时间输出至燃料喷射器。在一些示例中，燃料喷射器关闭时间可以是最小燃料喷射器关闭时间。此外，可以基于燃料喷射数量调节燃料喷射器打开（turn on）时间和切断（turn off）时间。例如，确定的燃料喷射数量在希望的燃料喷射间隔期间可以是间隔均匀的时间或曲轴角度。可替代地，燃料喷射脉冲在时间或者相对于曲轴位置的间隔可以不均匀。在一个示例中，可以从包括可通过基于希望的燃料喷射数量、发动机转速以及发动机负荷来索引的经验确定的喷射器开启（Open）（例如on）和关闭（close）（例如off）的时间的表格或函数中检索具体的喷射器打开和关闭的时间。

[0086] 方法500还可以当在汽缸循环期间燃料喷射数量达到阈值水平时经由保持或减少抽取控制阀的占空比而限制进入汽缸的燃料蒸汽的量以便于调节燃料蒸气抽取流率。例如，如果希望在汽缸循环期间喷射至少两次燃料，通过限制抽取阀的占空比可以将抽取流量限制为阈值量。在其中希望两次燃料喷射且发动机空燃比限制为阈值富化极限的情况下，抽取流率可以减少以允许两次燃料喷射。因此，如果需要，在其中希望多次燃料喷射事件的状况期间可以提供最小的燃料喷射数量。

[0087] 此外，方法500可随着燃料喷射数量的变化调节火花正时和输送至汽缸的火花事件的数量。例如，如果燃料喷射数量增加，可以从基准火花正时（例如基于发动机转速和负荷的火花正时）延迟火花正时以适应额外量的燃料喷射。如果燃料喷射数量减少，可以从基准火花正时提前火花正时。

[0088] 方法500还可以随着燃料喷射数量的调节而调节凸轮正时。例如，随着燃料喷射数量的增加可以延迟凸轮正时以便于使进气门在压缩冲程晚期保持开启。较晚的进气门关闭可帮助进一步混合汽缸内的物质。这样，可以进一步减少碳烟的形成。在汽缸循环期间燃料喷射的数量和持续时间确定之后方法500退出。

[0089] 根据图5的方法可以确定发动机的每个燃料喷射器的燃料喷射器开启和关闭的时间。此外，在每个发动机循环针对每个燃料喷射器可以重复图5的方法。这样，可以基于从燃料蒸汽存储滤罐进入汽缸的燃料蒸汽的量、最小燃料喷射器开启时间或脉冲宽度、以及最小燃料喷射器关闭时间而更新每个汽缸循环的燃料喷射的数量。

[0090] 因此，图5的方法提供了用于运转发动机的方法，包含：从燃料蒸汽存储滤罐将一定量的燃料提供至汽缸，以及响应于在汽缸的循环期间从燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸的燃料量而在汽缸的该循环期间调节经由燃料喷射器提供至汽缸的燃料脉冲的数量。这样，可以最大化在汽缸循环期间的燃料喷射的数量以增加汽缸的混合。

[0091] 图5的方法还提供了其中该燃料量为直接喷射至汽缸的，且其中随着从燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸的燃料量的增加而减少提供至汽缸的至少一个燃料脉冲的脉冲宽度。方法包括其中提供至汽缸的多个燃料脉冲是在汽缸的进气冲程期间提供至汽缸的。方法还包括其中提供至汽缸的多个的燃料脉冲是在汽缸的进气冲程和压缩冲程期间提供至汽缸的。方法进一步包含限制从燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸的燃料量以维持经由燃料喷射器提供至汽缸的最小的燃料脉冲的数量。方法还包括其中提供至汽缸的燃料脉冲的数量进一步基于发动机扭矩需求。

[0092] 在一些示例中，图5的方法还提供了用于运转发动机的方法，包含：从燃料蒸汽存储滤罐提供一定量的燃料至汽缸；以及响应于在汽缸的循环期间从燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸的燃料量以及燃料喷射器的最小脉冲宽度而在汽缸的该循环期间调节经由燃料喷射器提供至汽缸的燃料脉冲的数量。因此，方法考虑到了最小燃料喷射器脉冲宽度，其中当喷射器以额定电压和燃料压力运转时可以提供可重复的燃料喷射量。

[0093] 方法还包括其中燃料喷射器的最小脉冲宽度为其中经由燃料喷射器输送大体可重复的最小量的燃料的燃料脉冲宽度。方法进一步包括其中提供至汽缸的多个脉冲进一步基于最小燃料喷射器关闭时间。方法还包括其中提供至汽缸的多个燃料脉冲进一步基于发动机扭矩需求。

[0094] 在一些示例中，方法包括其中提供至汽缸的多个燃料脉冲进一步基于当燃料喷射器以最小脉冲宽度运转时输送至汽缸的燃料量。方法还包括其中提供至汽缸的多个燃料脉冲是在汽缸的进气冲程期间提供的。方法还包括其中通过燃料喷射器提供的至少一个燃料脉冲是在汽缸的压缩冲程期间提供的。因此，在汽缸循环期间发生的多个燃料喷射之间的间隔可随着工况而变化。最后，方法包括其中经由调节供应至抽取控制阀的占空比而调节从燃料蒸汽存储滤罐提供至汽缸的燃料量。

[0095] 如本领域内普通技术人员所理解的，图5描述的方法可代表一个或多个任意数目的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，可以说明的顺序或者并列执行所说明的多个步骤或功能，或者在某些情况下可以有所省略。类似地，处理的次序并不是达到本说明书所描述的目的、特征和优点所必须的，而仅提供用于说明和描述的简易。尽管没有明确说明，本领域内普通技术人员会认识到取决于使用的特定策略可以重复地执行一个或多个所说明的步骤或功能。

[0096] 此处总结本发明。本领域技术人员通过阅读会想到多种替代方式和变型而不会背离本发明的精神和范围。例如，以天然气、汽油、柴油或者替代燃料配置运转的单缸、I2、I3、I4、I5、V6、V8、V10、V12和V16发动机可使用本发明获得优势。