[发明专利]对柴油发动机中使用的含氧燃料的补偿

说明书

技术领域

本发明涉及对在柴油发动机中燃烧的含氧燃料的补偿。

背景技术

柴油发动机被仔细地校准以达到强制性排放标准，但不会显著危害到燃料经济性和性能。因此，排气再循环(EGR)、燃料喷射脉冲的数量和正时、涡轮增压器增压压力以及其他发动机参数被控制以实现共存目标。控制参数的这种组合是针对标准柴油燃料确定的。为了代替化石燃料的使用，正在研发和推荐生物柴油和其他替代燃料来作为柴油燃料中的掺合剂。许多替代燃料中含有氧，即含氧燃料。一些生物柴油是含氧燃料，它们是通过使诸如植物油或动物脂肪的油与乙醇反应来制造的。一种这样的生物柴油是脂肪酸甲酯(FAME)，例如基于芥子油、基于工业油菜籽油和基于大豆油的FAME。含氧燃料的其他示例包括乙醇和醚。含氧燃料具有低于柴油燃料的内能/能含量(energy content)，后者包含的几乎全是氢和碳，只有极少量的氧和其他元素。当在相同的工况下用含氧燃料或含氧燃料混合物直接代替柴油燃料时，发动机产生较小的功率。车辆驾驶员可通过进一步下压加速器踏板来请求更高的功率水平，从而补偿功率损失。但是，这不仅会使车辆驾驶员感受到车辆功率的损失，还由于依靠进一步下压踏板来获得期望转矩而使得排放和燃料经济性受损。在未得知燃料是含氧燃料的情况下，发动机的控制系统假定踏板被致动到较大程度意味着正被请求的转矩水平高于驾驶员实际期望的水平。EGR、涡轮增压器增压、喷射数量和正时以及其他发动机参数是基于驾驶员正请求较高转矩水平和燃料是柴油的假设而被命令的。当正被供应的燃料具有低于期望水平的内能时，基于较大的踏板致动而被命令的发动机参数对于含氧燃料来说是不合适的，其会导致增加的排放量、降低的燃料经济性、发出噪音的燃烧和/或其他不符合期望的结果。

此外，通常校准柴油发动机来将能被喷射到发动机内的燃料总量限制为保持在发动机的物理设计限制内，即将峰值压力、涡轮机入口温度和/或涡轮机转速保持在部件设计限制内。当含氧燃料或柴油/含氧燃料混合物遇到这些限制且燃料喷射脉冲未被调整以解决燃料混合物中的氧含量所引起的问题时，来自发动机的峰值功率将会被降低，导致消费者的不满。

与使用含氧燃料相关的另一问题由于其较小的挥发性范围而出现。一些排气后处理装置在特定温度范围内更有效率地运行。一些排气后处理装置需要一些未燃烧的或部分燃烧的燃料，以便在周期性再生过程中将收集的污染物转化至未经调节的组分。根据一些再生策略，提供后喷射燃料脉冲来引起滞后燃烧，从而增加排气温度和/或提供烃到排气流中。由于当活塞处于较低位置时后喷射脉冲在循环中延后发生，因此相当大一部分燃料喷射在汽缸壁上并且与汽缸壁上的油混合。然后活塞环将该燃料和油刮到曲轴箱油中。燃料对油的稀释消极地影响油对发动机提供润滑的能力。在一些情况下，这导致高油面，使得油溢出曲轴箱并进入发动机，这会淤塞进气并在发动机中燃烧时导致不期望的加速。一些发动机控制器估计油稀释并且至少部分基于油稀释水平推荐油变化间隔。能被用于估计油中的燃料量的因素包括：在后喷射脉冲中被喷射的燃料的次数、正时和数量以及随后的发动机工况。即，在诸如要求后喷射的后处理装置的再生的事件之间，油中的一些燃料在发动机工况下蒸发，导致升高的油温。柴油燃料具有比含氧燃料相对更宽的挥发特性范围，从而柴油燃料的较轻端/成分(ends)确实蒸发。相比之下，含氧燃料具有较窄的挥发性范围，使得很少的含氧燃料是高挥发性的，从而很少量的含氧燃料一旦被油稀释就会在随后的发动机操作中被去除。

在非少量的生物柴油混合到柴油燃料中的情况下，当试图在低温下启动发动机时，生物柴油的另一潜在问题会出现。生物柴油具有较大的蜡化(wax)趋势。如果试图用过度蜡化的燃料启动，燃料喷射系统可能会受到损害。

发明内容

为了克服至少一个问题，公开了一种柴油发动机，其中基于供应至所述发动机的燃料量和空气量确定期望排气参数；根据排气传感器信号确定实际气体参数；并且当实际气体参数与期望排气参数偏离超过阈值时调整喷射到发动机中的燃料的量。所述排气参数是：排气温度、空燃比、当量比、λ或排气氧浓度。排气传感器信号是排气温度传感器和排气氧(EGO)传感器中的一个。在每次发动机循环中，燃料在至少一个燃料脉冲中被喷射并且全部燃料喷射脉冲的喷射量按比例被调整。例如，在存在其中喷射了20％的燃料的一个前喷射和其中喷射了80％的燃料的一个主喷射并且增加了燃料量的工况下，增加量的20％被应用于前喷射并且80％被应用于主喷射。但是，其他燃烧参数没有被调整，这些燃烧参数包括：涡轮增压器增压、排气再循环量、燃料导轨压力和每个燃料喷射脉冲的喷射启动。