[发明专利]运行多燃料发动机的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制具有使用不同类型的燃料运行的能力的发动机的方法。该方法可以改进发动机性能和效率。

背景技术

在美国专利5,682,854中描述了一种运行内燃发动机的方法。该专利提供一种在奥托循环运行和米勒循环运行之间改变发动机运行模式的方法。该方法响应于所请求的发动机负荷调节进气门和排气门开启时间。在低负荷下，设置气门正时，以使发动机用奥托循环运行。在较高负荷下，设置气门正时，以使发动机用米勒循环运行。该方法的发明人声称该方法可以减少发动机NOx和爆震。

上述方法也有若干缺点。即，该方法简单地基于驾驶者负荷需求改变发动机运行模式。另外，该方法看起来并未考虑到燃料类型和/或燃料特性会影响期望的运行模式。此外，该方法会减小在较高发动机负荷下的有效压缩比，从而会减少可实现的发动机输出。

发明内容

本发明的一个实施例包括一种控制不同燃料在内燃发动机中的燃烧的方法，该方法包括：在汽缸中燃烧的燃料中的低辛烷值燃料浓度增加时，在汽缸循环期间增加进气门的气门关闭正时延迟量，所述气门关闭正时至少从所述汽缸的进气行程的下止点延迟。该系统和方法至少可以克服前述方法的某些局限。

在内燃发动机使用不止一种类型的燃料运行时，通过随燃料特性的改变而改变高压缩比汽缸的气门正时，可以改进发动机的运行。例如，发动机可以配备有至少一个高压缩比汽缸来改进发动机功率输出。可以在高压缩比汽缸中燃烧高辛烷值燃料，从而减少发动机爆震倾向。然而，如果用低辛烷值燃料运行高压缩比汽缸，则可以调节汽缸气门正时，以使汽缸的有效压缩比减小，从而允许高压缩比汽缸燃烧低辛烷值燃料，同时爆震敏感性较低。为了增加发动机输出，具有较高压缩比的发动机汽缸可以在燃烧高辛烷值燃料(如，酒精或汽油-酒精混合物)时用奥托循环模式运行。同时，为了降低发动机爆震可能性，相同的汽缸可以在燃烧低辛烷值燃料(如，汽油)时用阿特金森循环模式运行。以此方式运行汽缸允许发动机利用不同的燃料特性。具体来说，酒精是能量密度比汽油低的燃料，因此要用更多酒精才能产生与给定量的汽油等量的功。然而，酒精不容易产生发动机爆震，因为酒精具有较高的辛烷值并与多种类型的汽油相比具有增加的进气冷却性能。因此，可以按14∶1的压缩比用酒精运行发动机而不产生发动机爆震。以这样的压缩比运行发动机允许发动机部分消除两种燃料之间的能量差异，从而增加酒精的能量利用率。换句话说，在14∶1压缩比的汽缸中燃烧酒精时，只需要较少的燃料就能产生与类似的汽缸以10∶1的压缩比用酒精运行时产生的扭矩量相等的扭矩量。另一方面，如果在14∶1压缩比的汽缸中燃烧汽油，则汽缸爆震很可能会发生，并使发动机性能劣化。通过在燃烧高辛烷值燃料时用奥托循环运行发动机，并在燃料辛烷值较低时用阿特金森循环运行发动机，本发明的方法可以克服这些局限。高压缩比的奥托循环允许发动机改进燃烧酒精燃料时的性能和经济性，而阿特金森循环允许发动机在燃烧汽油时以较低有效压缩比运行，从而降低发动机爆震可能性。

在另一个实施例中，提供一种使用不同燃料运行内燃发动机的系统。该系统包括具有可运行以调节汽缸和进气歧管之间的流量的气门的汽缸；及用第一模式和第二模式运行所述发动机的控制器，所述第一模式包括第一气门序列，其中气门正时产生小于11∶1的有效压缩比，所述第二模式包括第二气门序列，其中所述气门正时产生至少为12.5∶1的有效压缩比，所述控制器在所述发动机中燃烧的燃料的至少一种特性改变时，在所述第一模式和所述第二模式之间进行选择。在一个示例中，所述控制器在所述特性是所述燃料中具有至少40％的酒精浓度时选择所述第二模式。

本发明可以提供多种优点。具体来说，发动机系统至少在某些工况下可以在用高辛烷值燃料运行时提供增加的性能，而在用低辛烷值燃料运行时提供增加的效率。此外，对于给定量的燃料，本发明的系统可以通过调节汽缸的有效压缩比来改进燃料利用率。再此外，本发明的系统可以在较高负荷下增加发动机输出，而在发动机以较高压缩比运行和燃烧低辛烷值燃料时降低发动机爆震敏感性。

通过单独或结合附图阅读下面对优选实施例的详细说明，本发明的上述优点和其他优点及特征将变得显而易见。

通过单独或参考附图阅读实施例的示例，在此称为具体实施方式，本文中所述的优点可以得到更完整的理解。

附图说明

图1是发动机的示意图；

图2A是示出用奥托循环气门正时运行的发动机的气门重叠和气门正时的示例图；

图2B是示出用阿特金森循环气门正时运行的发动机的气门重叠和气门正时的示例图；