专利名称：包括具有可变气门操作的发动机的混合动力汽车系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括具有可变气门操作的发动机的混合动力汽车系统。
背景技术：
发动机已使用各种形式的可变凸轮正时以在各种转速/负荷条件下改进发动机操作。此外，混合动力汽车系统可以使用可变凸轮正时来改进总体汽车操作。
一种用于此类系统的方法在日本SAE论文9739552中作了描述。该系统描述了一种混合动力电动汽车(HEV)，该HEV使用具有在停机和起转(cranking)期间(BDC之后的120度)使进气门晚关的进气可变凸轮正时的阿特金森(Atkinson)发动机。进气门晚关可用于减少发动机重起动期间的发动机振动。
然而，发明人在此认识到这种方法的一个问题。具体来说，阿特金森循环发动机通常遭遇在低到中等发动机转速下扭矩不足的根本缺点。减少的峰值扭矩水平然后会导致噪音、振动以及车身跳动(NVH)和燃料效率方面的继发问题，因为在实际的客户驾驶中产生足够的功率需要较高的发动机转速。
发明内容
因此，在一种方法中，上述问题可以通过一种用于汽车的系统解决，该系统包括连接在汽车中的内燃发动机，该发动机至少包括一个具有进气和排气门的汽缸，其中在发动机操作期间，进气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟，且排气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟；及连接在汽车中并能够在汽车操作期间选择性地提供和吸收扭矩的能量转换装置。
根据另一方面，提供一种用于控制具有可变进气和排气门正时的发动机的操作的方法，所述发动机连接在混合动力推进系统中，所述方法包括在至少一次发动机停机期间用延迟的进气和排气门正时操作所述发动机；及在至少一次发动机起动期间用延迟的进气和排气门正时操作所述发动机。
根据又一方面，提供一种用于汽车的系统，包括连接在汽车中的内燃发动机，所述发动机至少包括一个具有进气和排气门的汽缸，所述发动机还包括配置为驱动进气和排气门两者的凸轮轴，其中所述进气和排气门的开启和关闭正时的每个都可以等量可调整地延迟；及能量转换装置，连接在汽车中并能够在汽车操作期间选择性地提供和吸收扭矩。
根据又另一方面，提供一种用于汽车的系统，包括连接在汽车中的内燃发动机，所述发动机至少包括一个具有进气和排气门的汽缸，其中在发动机操作期间，所述进气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟，且所述排气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟；能量转换装置，连接在汽车中并能够在汽车操作期间选择性地提供和吸收扭矩；及控制系统，配置为在发动机的起动和停止中的至少一个期间，调整进气门和排气门的开启和关闭正时中的至少一个。
以此方式，可以例如通过利用进气和排气延迟两者来获得改进的起动操作。此外，还可以在低到中等发动机转速期间获得改进的扭矩输出。换句话说，可以使用较晚的进气/排气门正时来减少在发动机停机和起转期间被抽吸通过发动机的新鲜空气，从而减少到达排气系统中的催化剂的氧气流量。此外，这样的操作还可以减少发动机起动(起转)和/或停机操作期间的NVH。然而，通过具有可变进气和排气门正时延迟，如阿特金森循环中的全开节气门扭矩损失会减少，且实际上可以获得一些扭矩和功率改进。
此外，使用进气和排气门正时延迟两者减少了具有可变进气门正时延迟的非阿特金森循环发动机的进气门晚开带来的问题。例如，在这样的情况下，进气门晚开会增加噪音和振动，且另一方面气门正时调整可能并不有助于改进全开节气门扭矩输出。因此，可以至少在某些较高扭矩输出条件期间使用更提前的正时来更好地利用混合动力推进系统，并在真实世界的驾驶条件期间获得更好的总体汽车性能。
此外，通过使用进气和排气门正时延迟两者，可以在例如部分节气门操作条件下获得改进的燃料效率和原料气排放。
图1示出示例混合动力驱动系统；图2-3示出具有多种可变气门操作的示例发动机系统；图3A示出具有双延迟操作的示例进气和排气门正时；图4-7是示例操作的高级流程图；图8是在模拟发动机停止和起动程序期间可能关注的信号的示例图表；图9是在可选的模拟的发动机停止和起动程序期间可能关注的信号的示例图表；图10是可变事件气门机构发动机的示例停止程序的流程图；及图11是可变事件气门机构发动机的示例起动程序的流程图。
具体实施例方式
本发明涉及在混合动力推进系统中具有可调整的进气和排气门操作的发动机操作。虽然可以使用可调整的发动机气门正时操作来获得混合动力推进系统的各种优点，但存在大量的约束限制了混合动力推进系统的不同方面的性能。
作为一个示例，阿特金森循环在与混合动力推进系统匹配时可用于提供改进的燃料经济和性能，然而，阿特金森循环可能在低到中等转速下导致劣化的峰值扭矩输出，从而可能在某些条件下，如电池低电荷状态下降低汽车性能。此外，不足的扭矩响应会导致NVH和效率方面的继发问题，因为在实际的客户驾驶中产生足够的功率需要较高的RPM。阿特金森发动机循环的一个示例是在出现相当晚的进气门关闭(IVC)正时(如，BCD之后的92度)的时候。在另一个示例中，使用阿特金森与进气VCT(可变凸轮正时)组合，这种情况下甚至可以使用更晚的IVC(BCD之后的120度)。
因此，可以使用可变凸轮正时来启用阿特金森循环之外的操作，这取决于所使用的气门正时的范围。典型的液压可变凸轮正时致动器在出现液压不足时利用缺省的位置来实现控制，诸如在发动机起动期间，这给气门正时的提前和延迟加上了更多限制。另一种可能的方法可以使用进气VCT而不使用阿特金森循环。这样的系统可以实现较晚的IVC，但这也会带来非常晚的IVO(进气门开启时间)。较晚的IVO意味着在进气行程的第一部分中两个气门都会关闭，从而气体会膨胀而形成真空，直至进气门开启。在进气门最终开启时，空气会冲进该真空，潜在地增加吸气噪音。同时，在进气行程期间使气体膨胀所需的功率和对应的加于曲轴上的扭矩脉动会降低较晚IVC在NVH方面的部分或全部益处。此外，为此目的设置的进气VCT机制不可能改进常规的进气VCT所用于的全开节气门操作(对BCD之后120度的IVC，60度的运动不可能实现足够早的IVC来得到改进的低RPM扭矩)。
作为另一示例，在某些混合动力系统中，发动机以增加的频率起动和停止。然而，在起动和/或停机期间由压缩行程生成的扭矩脉冲会导致噪音和振动增加，从而降低驾驶感觉。此外，重复的操作会导致增加的新鲜空气或氧气被抽吸通过排气系统，潜在地使排放控制装置对氧气饱和，从而在以后的操作期间降低性能。换句话说，在停机和起转期间，燃料可能已关闭而同时发动机仍在旋转，因此发动机将空气抽入到催化剂中。在发动机起动之后，它可能暂时以浓混合气运行以便从催化剂中清除氧气并实现NOx的还原，然而，某些NOx排放可能仍然发生，同时潜在地伴随碳氢化合物增加和燃料经济性降低。
还有更多的示例，将在本文中更详细地示出。而可用于解决这些问题中的至少部分的一种方法是使用双延迟策略，其中使用气门正时的变化来提供进气和排气事件两者的实质延迟。如下文中更详细的说明，在混合动力推进系统中使用双延迟策略还包括考虑如由缺省的液压致动器位置产生的缺省正时，及适当选择缺省正时。
对这样的系统，通过利用依赖操作条件的变化的延迟量，可以利用双延迟操作在部分负荷下获得显著的燃料经济和排放益处，并在全开节气门下获得某些益处。此外，这样的操作可用于改进发动机起动、起转和停机。
例如，下面的表格总结了多种条件并指示出如何很好利用这样的系统，其中将缺省正时选择为延迟正时，如完全延迟。例如，如果气门正时可以在某个范围之间变化，则可以将缺省的位置选择为处于范围的后半段中。
在一个示例中，在发动机停机和起转期间利用充分晚的IVC(进气门关闭正时)来减少到达排气系统的氧气流量，并减少压缩扭矩脉冲。具体来说，通过双延迟得到的充分晚的IVC会减少发动机的体积效率，这会减少在发动机停机和重起动期间到达排气催化剂的空气流量。此外，汽缸中捕获的更少进气和减少的有效压缩比也会由于压缩/膨胀功而减少在起转期间加于曲轴上的扭矩脉动。这可以在发动机重起动期间达到振动减少及提供更好的汽车驾驶感觉。
现参考图1，用于汽车的示例混合动力推进系统11如图所示包括在本文中特别参考图2-3进一步描述的内燃机10，及变速器15。在该示例实施例中，混合动力推进系统11还包括电动机/发电机18和能量存储装置20。图1一般地示出，发动机、电动机/发电机、变速器，和/或能量存储装置是互连的。在一个示例中，系统11可以在起动机/发电机配置中连接在一起，其中电动机/发电机连接在发动机10和变速器15之间。或者，系统11可以连接在并联、串联或组合的并串联配置中，例如其中发动机和/或电动机可以驱动车轮19。
变速器15可以是手动变速器、自动变速器，或其组合。此外，可以包括各种附加组件，如扭矩转换器，和/或其他传动装置如终端传动单元等。变速器15如图所示连接到驱动轮19，后者转而与路面12接触。
能量存储装置20可以包括电池、电容器、飞轮、液压或气压容器，以及其他及其组合。可以操作电动机/发电机以吸收来自汽车运动和/或发动机的能量并将所吸收的能量转换为适合由能量存储装置存储的能量形式。也可以操作电动机/发电机来使用存储的能量向驱动轮19和/或发动机10提供输出(功率、功、扭矩、转速等)。
在某些实施例中，电动机可以配置为也充当发电机，从而排除一个或多个分离的发电机装置。或者，在某些实施例中，可以使用分离的电动机和发电机，其中电动机配置为通过电池提供的能量提供电动机输出，而发电机配置为吸收来自发动机和/或变速器的输出(如，功率、扭矩、功、转速等)，并将所吸收的输出转换为可由能量存储装置存储的能量。术语“电动机”在本文中用于描述可以提供发电机和电动机两种角色的装置。
可以使用各种类型的能量/扭矩变速器，如电动机18和发动机10或变速器15之间的机械联接器。此外，电动机和能量存储装置之间的任何连接都可以表示多种能量形式，如电、机械、液压、气压等的传递。例如，扭矩可以从发动机10通过变速器15传递以驱动汽车驱动轮19。如上所述，电动机18可以配置为以发电机模式和/或电动机模式操作。在发电机模式中，系统18吸收来自发动机10和/或变速器15的部分或全部输出，这将减少传递给驱动轮19的驱动输出量，或传递给驱动轮19的刹车扭矩的量。例如，可以使用这样的操作来通过再生制动、提高的发动机效率等实现效率增益。此外，由系统11接收的输出可用于对能量存储装置20充电。在电动机模式中，系统11可以例如通过使用存储在电池中的电能来向发动机10和/或变速器15提供机械输出。
如在本文中所述，混合动力推进实施例可以包括完全混合动力系统，其中汽车可以只使用发动机、只使用电动机或使用两者的组合来运行。也可以使用辅助或适度混合动力配置，其中发动机是主要的扭矩源，而混合动力推进系统用于起动发动机及例如在急加速或其他条件期间选择性地提供附加的扭矩。此外，也可以使用起动机/发电机和/或智能交流发电机系统。在任一情况下，混合动力推进系统都能够在汽车操作期间，如与现有的起动机电动机相比，不同于只有发动机起动的条件下，利用电动机来提供和/或吸收扭矩。
图2示出了多汽缸发动机的一个汽缸，以及连接到该汽缸的进气和排气路径。继续图2，包括多个燃烧室的直接喷射内燃发动机10由电子发动机控制器12控制。发动机10的燃烧室30如图所示包括燃烧室壁32，活塞36位于其中并连接到曲轴40。起动机电动机(未示出)可以经由飞轮、行星齿轮组、附件驱动带，或其他链接(未示出)连接到曲轴40。燃烧室或汽缸30如图所示经由相应的进气门52a和52b(未示出)及排气门54a和54b(未示出)与进气歧管44和排气歧管48连通。虽然在该示例中使用两个进气门和两个排气门，但也可以使用其他气门配置，例如，一个进气门和一个排气门，或两个进气门和一个排气门。
燃料喷射器66A如图所示直接连接到燃烧室30以根据通过电子驱动器68从控制器12接收的信号脉冲宽度fpw成比例地直接向其中供给喷射的燃料。燃料喷射器可以安装在例如燃烧室的侧壁上，或位于燃烧室顶部。通过包括燃料箱、燃料泵和燃料导管的常规高压燃料系统(未示出)向燃料喷射器66A供给燃料。
进气歧管44如图所示经由节气板62与节气门体58连通。在此具体示例中，节气板62连接到电动机94，使得节气板62的位置通过电动机94由控制器12控制。此配置通常称为电子节气门控制(ETC)，这也同样在怠速控制期间使用。在可选实施例中(未示出)，如熟悉本领域技术的人所公知，平行于节气板62安排旁路空气通道，以通过定位于空气通道内的控制阀在怠速控制期间控制吸入的空气流。
排气传感器76如图所示连接到催化转化器70上游的排气歧管48。传感器76可以是用于提供排气空燃比指示的多种已知传感器中的任何一种，如线性氧传感器或UEGO(普遍或大范围排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热EGO)、NOx、HC或CO传感器。
在选择的操作模式下，点火系统88经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花以响应来自控制器12的点火提前信号SA。虽然示出了火花点火组件，但发动机10(或其汽缸的部分)可以用压缩点火模式操作，可以使用或不使用火花辅助(和/或通过升高汽缸温度来辅助开始自动点火的附加喷射)。此外，在可选实施例中，燃烧室没有火花塞。
控制器12可以配置为促成燃烧室30以多种燃烧模式工作，如在本文中所述。可以变化燃料喷射正时以及其他参数，如EGR、气门正时、气门操作、气门停用等来提供不同的燃烧模式。
示例排气排放控制装置70表示一个或多个催化装置，如可以使用三元催化剂、NOx捕集器等。
控制器12如图2中所示为常规的微计算机，包括微处理器单元102，输入/输出端口104，用于可执行程序和校准值的电子存储介质，在此具体示例中如图所示为只读存储器芯片106，随机存取存储器108，保活存储器110，及常规数据总线。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12如图所示还从连接到发动机10的传感器接收各种信号，包括来自连接到节气门体58的质量空气流量传感器100的吸入质量空气流量(MAF)测量值，来自连接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)，来自连接到曲轴40的霍尔效应(或其他类型)传感器118的齿面点火传感器信号(PIP)，及来自节气门位置传感器120的节气门位置(TP)，及来自传感器122的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM由控制器12从信号PIP以常规方式生成，而来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，如使用MAF传感器而不使用MAP传感器，或相反。在化学计量的操作期间，此传感器可以给出发动机扭矩的指示。此外，此传感器和发动机转速一起可以提供吸入汽缸中的进气(包括空气)的估计。在一个示例中，传感器118也被用作发动机转速传感器，它在曲轴每旋转一周时产生预定数量的等距脉冲。
在此具体示例中，装置70的温度Tcat1可以从发动机操作中推断出。在可选实施例中，温度Tcat1由温度传感器124提供。
继续图2，发动机10如图所示具有进气凸轮轴130和排气凸轮轴132，其中凸轮轴130驱动进气门52a、b两者，而凸轮轴132驱动排气门54a、b两者。可以通过凸轮轴上的升程齿面来驱动气门，其中不同气门之间的升程齿面可以在高度、持续时间和/或正时上不同。
例如，致动器136和138分别可以变化凸轮轴(译者注疑应为凸轮轴)130和132的正时和/或升程。然而，如果需要的话，可以使用可选的凸轮轴(顶置和/或推杆)排列。在一个示例中，致动器136和138是液压叶片类型的致动器，其中使用液压发动机机油(通过发动机机油泵加压)来提前/延迟凸轮/气门正时。在某些示例中，如果出现不足以控制正时位置的机油压力/流量(如，在机油已预热的低转速条件下、在发动机停止条件期间等)，则使用锁定销和弹簧机制来将致动器置于缺省的锁定位置。锁定位置可以是例如完全提前，或完全延迟。
在一个示例实施例中，其中对已预热停机和重起动需要完全延迟位置，可以将完全锁定位置选择为完全延迟。然而，完全延迟位置可能不适合用于所有的冷起动、怠速或低RPM全开节气门条件，其中机油压力也可能较低。因此，可能对VCT致动器的机械锁定销的设计存在冲突的需求。这样，可以利用发动机操作的各种方法，如下文中更详细的说明。或者，可以使用电力驱动的气门。然而，这样的机制通常更适用于双顶置凸轮发动机，而且会增加成本。
此外，可以使用并不要求高机油压力的用于可变凸轮正时的机制，如凸轮扭矩驱动的VCT机制。在又一个实施例中，可以使用更大的发动机机油泵，以启用在较低的RPM下的VCT操作，在该情况下，可以将完全提前或完全延迟位置选择为锁定位置。在又一个实施例中，可以使用电动发动机机油泵来提供机油压力，即使在发动机提供不足的机油压力时。即，可以使用电动泵来代替或补充发动机驱动的机油泵。
继续图2，该图仅示出了多汽缸发动机中的一个汽缸，且应理解，每个汽缸都具有其自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。在可选实施例中，可以使用进气道燃料喷射配置，其中燃料喷射器在进气道中连接到进气歧管44，而不是直接连接到汽缸30。
此外，在所公开的实施例中，可以使用排气再循环(EGR)系统来导引所需部分的排气经由EGR阀(未示出)从排气歧管48到达进气歧管44。或者，可以通过控制进气/排气门正时将一部分燃烧气体保留在燃烧室中。
发动机10可以各种模式操作，包括稀混合气操作、浓混合气操作，及“接近化学计量”的操作。“接近化学计量”的操作指在化学计量空燃比周围振荡的操作。
现参考图3，示出了可选的气门配置，其中使用单个顶置凸轮轴134来通过相应的摇臂146和148驱动进气和排气门两者。凸轮轴134可以通过可变气门正时致动器144在提前和延迟位置之间调整，该致动器可以是例如液压致动器。该示例可以称为双等可变凸轮正时，因为任何提前/延迟本质上都相等地影响进气和排气门正时两者。换句话说，该示例示出了驱动至少一个排气门和一个进气门且可以具有可调整的气门正时的公共凸轮轴。特别地，凸轮正时可以在约60度的曲轴角范围内调整。因此，在凸轮正时延迟的时候，进气门开启正时、进气门关闭正时、排气门开启正时，和排气门关闭正时中的每个都延迟约相等的角度数。类似地，在凸轮正时提前的时候，进气门开启正时、进气门关闭正时、排气门开启正时，和排气门关闭正时中的每个都提前约相等的角度数。
注意，图2-3仅示出了可以提前/延迟汽缸的进气和排气门正时两者的系统的一些示例。例如，调整的范围可以大于或小于60度，或可以使用各种机制在气门之间实现不相等的提前/延迟。
无论用何种机制在选择的条件下提供进气和排气门事件两者的延迟(如，30至60度曲轴角)，这样的操作都可以在部分负荷下提供改进的燃料经济性和排放减少，并在全开节气门下提供某些益处。
例如，如参考图3A所示，该图表示出示例进气和排气门正时，以及气门正时调整的示例范围。在某些前面的示例中，锁定销接合在完全提前位置，其中完全提前位置用于冷起动、热重起动、怠速，及低RPM全开节气门。最多60度的延迟可用于改进的部分负荷燃料经济性和原料气排放。在本发明的一个实施例中，可以通过将锁定销接合在完全延迟位置来获得改进的热发动机重起动行为。这可以与用于冷起动和/或怠速和/或低RPM全开节气门的修正控制策略结合，如下文中所述。
现参考图4-7，描述了用于控制发动机和混合动力推进系统操作的例程。具体来说，控制例程可用于混合动力推进系统中机油压力驱动的双延迟发动机系统。流程图中描述的这些方法和动作识别出发动机与具有锁定位置处于延迟位置的可变凸轮正时致动器的混合动力系统之间的交互(如，在机油压力过低时，锁定销可以对进气和排气门正时中的一个或两者保持凸轮在完全延迟)。如上所述，这样延迟的正时对已预热停机和重起动来说可能是有利的。
然而，在机油热的时候，完全延迟可能并不总是适用于已预热的怠速、低RPM全开节气门，或其他低RPM条件(通常机油压力可能对低于约700-900RPM的VCT操作过低)。在一个实施例中，混合动力系统可用于调整系统操作来避免某些上述条件下的操作。例如，多数混合动力系统试图最小化或减少已预热怠速下的操作以实现改进的燃料经济性。然而，即使在这样的系统中，在需要空气调节时，当能量存储系统较低(如，电池低电荷状态)时，或由于其他原因，也可以使用某些怠速操作。在这些条件下，怠速可以作为测量或推断出的机油压力的函数而增加。因此，怠速可以作为机油温度(或推断出的机油温度)的函数而增加，而不是禁用VCT操作，如下文中更详细的说明。
此外，在较高负荷下低于700-900RPM的操作不太常见。即便如此，在具有类似CVT(连续可变传动)功能性的混合动力系统中，控制系统可以直接改变发动机转速而不改变汽车速度，从而可以使用类似于上述的逻辑将发动机转速保持在最低VCT操作发动机转速之上。在没有类似CVT的传动功能性的混合动力系统中，最低发动机转速可以是控制逻辑中对档位选择、扭矩转换器锁定，及电子节气门操作等的约束，从而可以在需要提前正时的时候保持最低发动机转速。
现具体参考图4，描述了用于调整发动机操作来保持可变凸轮正时操作的例程。首先，在410，例程确定是否出现了怠速条件。这样的确定可以基于例如发动机转速、发动机功率输出、踏板位置、汽车速度，或其组合。如果未出现怠速条件，则例程进入411。如果出现了怠速条件，则例程进入412来确定是否需要发动机操作。例如，可能由于电池低电荷状态或操作空调系统的需要而需要发动机操作。
如果对412的回答为否，则例程进入414，其中发动机停机，且通过电动机/发电机18操作汽车。否则，在对412的回答为是时，例程进入416来确定所需的发动机转速。例如，例程可以基于发动机冷却剂温度、排气或催化剂温度、环境空气温度、附件需求、存储在装置20中的能量数量，或这些因素的各种组合来确定所需的发动机怠速。接下来，例程进入步骤418来确定所需的发动机怠速是否小于用于可变凸轮正时操作的最低发动机转速。用于可变凸轮正时操作的最低转速可以基于液压油温度、液压油压力、发动机温度，或这些因素的各种组合。或者，在418，例程可以确定用于控制可变凸轮正时的液压油压力是否小于用于可接受的气门控制的最低液压。
如果对418的回答为否，则例程进入422将发动机怠速控制为所需怠速并将可变凸轮正时操作调整到所需的正时。例如，如果发动机在冷怠速条件下操作，则例程提前进气和/或排气门正时。
或者，在对418的回答为是时，例程进入424将所需的发动机怠速增加到最低转速以保持可变凸轮正时操作。然后从424以后，例程同样进入422。
以此方式，可以调整操作来提供可接受的气门正时操作，及发动机停机操作。
现参考图5，描述了用于在怠速条件之外将发动机转速控制为用于保持可变凸轮正时操作的最低可接受转速的例程。首先，在510，类似于418，例程确定发动机转速是否低于用于保持可变凸轮正时操作的最低转速。如果是，则例程进入512来通过调整变速器操作、电动机操作、扭矩转换器锁定，或其组合，将发动机转速至少增加到该最低发动机转速。
现参考图6，描述了发动机停机操作。具体来说，在610中，例程确定发动机停机是否正在进行。如果是，则例程进入612来将进气和排气门开启/关闭正时移动到延迟、或完全延迟的位置。
现参考图7，描述了示例发动机起动例程。首先在710，例程确定是否出现了发动机起动条件。可以确定多种方法来识别发动机起动，如来自汽车系统控制器的发动机起动命令，或发动机钥匙在位，或各种其他方法。在对710的回答为是时，例程进入711，其中例程确定这是热重起动还是冷起动。例如，热重起动可能是由汽车系统控制器请求的一个起动，而冷起动是响应于钥匙在位的一个起动。或者，可以使用排气或催化剂温度、发动机温度、最后一次起动以来的时间等来区分两者。如果需要热重起动，则例程进入712并以处于延迟，如完全延迟位置的进气和/或排气门正时起动发动机，以最小化到达催化剂的氧气流量。接下来，在步骤714，例程确定是否出现了足以控制进气和/或排气门正时远离锁定位置(如，完全延迟)的机油压力。如果对714的回答为是，则例程进入716来基于发动机操作条件，如发动机冷却剂温度、发动机起动以来的燃烧事件数量、发动机起动以来的时间、环境温度、大气压、发动机转速、发动机负荷，及各种其他条件将凸轮正时调整到所需的正时。
或者，如果对711的回答为否，则需要冷起动，且例程进入718。在此情况下，可以使催化剂对氧气饱和，且最好在VCT移动至更加提前的位置之后起动发动机。例如，更加提前的VCT位置可以提高燃烧稳定性，改进燃料蒸发或空燃混合，实现更多点火延迟和更高的排气温度，或减少原料气排气排放。因此，在步骤718，例程增加发动机转速而不加燃料或起动发动机。在步骤720，例程检查是否已达到目标起动转速，及机油压力是否足够高以启用VCT操作。如果对任一问题的回答为否，则例程返回718并继续增加发动机转速。如果对720的回答为是，则例程进入722，其中将VCT移动至更加提前的位置。在VCT达到用于发动机冷起动的所需位置时，例程进入724，其中燃料和/或火花被启用，且发动机开始运行。然后例程进入716，其中启用了正常的VCT操作。
以此方式，可以在多种操作条件下提供可接受的发动机起动，并有利地使用进气/排气可变气门调整系统，其中对热重起动气门正时被锁定在延迟气门正时位置，但对冷起动将移动到更加提前的位置。
上文中公开的各个实施例和示例解决了涉及发动机起动/停止、混合动力推进系统及液压VCT致动器系统的多种问题。
例如，通过在至少某些发动机停机操作和发动机起动/起转操作期间使用延迟的进气和排气门正时，可以减少新鲜空气和/或氧气到达催化剂系统的流量，从而减少重起动时对浓混合气操作的需要(从而改进燃料经济性)，并减少NOx和/或碳氢化合物排放。这样的操作在汽车操作期间利用重复的发动机停止的混合动力系统中特别有用，且因此可以实现增加的混合动力停止-起动循环，从而进一步改进燃料经济性并减少排放。此外，在停机和/或起转/起动期间延迟的进气/排气正时也可以减少捕获的进气量，从而减少加在曲轴上的扭矩脉冲并改进NVH。
作为另一个示例，通过适当地选择可变气门正时致动器缺省位置和系统配置，可以解决对不同起动条件和不同怠速条件下缺省位置的冲突需求，其中的每个都依赖于缺省位置在出现不足的机油压力时控制气门正时。此外，通过在混合动力推进系统中利用上面指出的进气和排气门正时控制，可以利用至少某种程度上独立于汽车速度而控制发动机转速的能力，从而减少或避免选择的操作条件，这些条件可能使会劣化特定发动机起动或怠速操作条件的缺省气门正时位置成为必要。
现参考图8-12，表示了涉及发动机起动和/或停止的附加控制方面。
在这些示例中，调整发动机气门正时来减少空气流量以响应停止发动机的请求，且在调整的正时减少汽缸的汽缸进气使之低于预先确定的量时，停止到选择的具有气门正时调整的汽缸的燃料流。通过在请求停止发动机之后调整气门正时，并通过在吸入汽缸的空气量低于可能支持所需燃烧稳定性水平的水平时停用燃料，可以减少发动机排放和令操作者不快的感觉。例如，至少在某些条件期间，可以受控的方式调整气门正时和汽缸加燃料，以在发动机停止程序期间减少发动机扭矩。此外，在汽缸吸入的空气量达到预先确定的水平(如，可以导致可能的燃烧稳定性所需水平的空气量)时停止燃料流可以减少发动机排放，因为可以减少发动机失燃，从而减少排出的碳氢化合物的量。此外，可听到的发动机噪音和发动机扭矩可以更加均衡，因为燃烧可以更加稳定。由于在停机和/或重起动期间的压缩/膨胀功，减少的空气流量还可以减少发动机扭矩脉动和NVH。
在另一个实施例中，可以使用起动可变事件气门机构内燃发动机的方法，该方法包括在从停止位置的起动期间在请求起动发动机之后增加发动机的转速；及在该起动期间增加至少一个汽缸的进气门正时量。通过在发动机起动期间随着发动机转速增加而增加气门正时，可以减少发动机起动期间的发动机排放和被抽吸到排气系统催化剂的氧气量。例如，通过在延迟位置操作气门正时(如，双延迟发动机)，可以减少被抽吸通过发动机的空气量。随着发动机起动增加，且发动机位置确定，可以提前气门正时，因此可在选择的汽缸中发起燃烧。以此方式，延迟正时可以在一部分起动程序期间减少到达催化剂的氧气流量，且提前正时可用于增加汽缸进气，从而可以在另一部分起动程序期间生成扭矩。由于停机和/或重起动期间的压缩/膨胀功，减少的空气流量还可以减少发动机扭矩脉动和NVH。
此外，在起动期间，可以停止燃料流，直到吸入的空气量达到减少失燃可能性的水平。这可以进一步减少发动机起动排放。
现参考图8，示出了在模拟的发动机停止和/或起动期间关注的信号的示例图表。发动机起动可以包括起转期(参考图9)，从停止起的辅助的接近恒定速率的发动机转速增加(参考图8(b))，或汽缸发起的直接起动。起动间隔可以按多种方式定义，包括发动机旋转开始的点与发动机转速达到预先确定的转速(如，怠速)时之间的时间间隔；发动机旋转开始的点与发动机转速在发动机功率下达到预先确定的转速时之间的时间间隔；发动机旋转开始的点与发动机转速已超过预先确定的转速达预先确定的次数时之间的时间间隔；或发动机旋转开始的点与发动机转速已达到预先确定的转速达预先确定的时段时之间的时间间隔。
图表(a)表示示例发动机停止请求信号。该信号可以由操作者作用于开关来生成，或由监视汽车操作条件并确定何时停止和/或起动发动机的控制器，例如混合动力系统控制器自动生成。信号的较高部分表示停止发动机的命令或请求，而较低信号部分表示起动发动机或继续操作发动机的请求。相对于图8中其他信号的发动机停止请求的正时由垂直线T1和T4示出。
图表(b)示出在停止和起动发动机的请求期间的示例发动机转速轨迹。
在某些混合动力汽车配置中，发动机转速可以使用次级电动机或独立地由次级发电装置(如，电动或液压电动机)来控制。美国专利6,176,808和6,364,807描述了能够通过次级电动机和独立的发动机和电动机转速控制来控制发动机转速的混合动力系统。将这些专利完整结合在此作为参考。该发动机转速轨迹表示通过在混合动力系统中控制发动机转速可能产生的几个轨迹中的一个。在一个示例中，可以使用电动机和变速器在停止和起动期间控制发动机转速。此外，可以相对于发动机位置和转速来控制气门或凸轮相位角，从而可以调节吸入的空气量。在该图中，在相应的起动和停止程序期间控制发动机减速和加速。发动机转速和气门正时可以同时进行调整来提供所需的汽缸空气量。
图表(c)示出在发动机起动和停止期间的多个燃烧事件上的三个示例汽缸空气流量。在发动机停止期间，固定凸轮机械气门机构可以按类似于线402描述的方式吸入空气。由于该气门正时是固定的，因此汽缸空气流量很大程度上可以是发动机转速的函数。由该线描述的汽缸空气流量是三个示例中最高的一个。在起动期间使用固定凸轮机械气门机构的汽缸空气流量可以由线段409描述。图8示出了在较低水平T4处的发动机停止请求，指示起动和操作发动机以及在已撤销发动机停止请求之后发动机转速增加。汽缸和发动机空气流量随着发动机转速增加而增加。如果汽缸空气流量增加同时燃烧禁止，则被抽吸通过发动机的氧气会冷却和/或占据可用于还原NOx的催化剂位点。因此，催化剂的效率会降低。另一方面，如果在低汽缸空气流量下发起燃烧，则可能会导致失燃。因此，在起动期间可能需要限制汽缸空气流量并禁止燃烧，直到达到所需的燃烧稳定性水平。
线403描述了使用可变事件气门控制机制的汽缸空气流量控制示例，这可以由特定的相位控制约束来限制。例如，气门致动器可以在恒定的升程量下限制在特定的气门相位量。由第四图表(d)描述的气门致动器相位量控制信号(如，双延迟系统的该信号)示出了用于在发动机停止期间减少汽缸空气流量的示例轨迹。在请求停止发动机之后，可以调整气门相位来减少汽缸空气流量，如图表(d)所示，其中较低的值表示较高的延迟。发动机转速和气门相位对汽缸空气流量的作用可以在线403中看到，该线示出可以描述发动机停止期间的空气流量的两根不同的线段。在请求停止发动机之后的第一根线段描述发动机转速减少和气门调整的作用。第二根不同的线段出现在图表(d)描述的气门相位完成之后(即，处于某个更改过的相位量)。该线段示出，气门致动器相位限制可能不能在发动机旋转时完全停止通过发动机的发动机空气流，但和固定正时机械气门机构相比可以减少该汽缸空气流量。
在发动机起动期间，可以控制相位限制的气门致动器，这样则可以从部分或最小流量位置到另一部分或完全范围流量位置索引该致动器。通过将致动器保持在最小流量位置，可以在起动期间减少通过发动机的空气流量。例如，线415示出起动期间的一种可能的空气流量减少策略。可以在发动机转速低于目标或所需量时减少汽缸空气流量，然后随着发动机转速接近目标转速，例如怠速转速而增加到致动器范围的部分或完全量。此策略可以导致可由两段线415表示的汽缸空气流量。
能够在发动机停止期间将汽缸空气流量减少到接近零的气门致动器的汽缸空气流量可以由线401描述。该线示出可以是发动机转速和气门相位的函数的发动机空气流量。在致动器到达图表(d)中示出的最小位置时，发动机空气流量减少到或接近零。线410示出，可以将汽缸空气量减少到低于线402(固定凸轮气门机构)和线403(有限范围气门致动器)描述的量的水平。
通过允许减少的空气流量或没有空气流在起动期间通过发动机，可以进一步改进发动机起动。如上所述，在起动期间通过发动机的空气流量可以降低催化剂效率。线408示出可用于减少在起动期间可被抽吸到催化剂的氧气量的一种发动机空气流量控制策略的结果。具体来说，可以限制空气流量，直至达到所需或目标发动机转速。然后，可以增加空气流量，直至达到所需的发动机或汽缸空气流量。
图表(d)示出了可用于调节发动机和/或汽缸空气流量的气门相位轨迹的一个示例。在该示例中，气门相位命令从T1处的初始值(更加提前)减少到T3处的(延迟的)值。或者，相位减少可以开始于发动机请求停止时间之前或之后的时间。即，如果需要的话，可以延迟发动机停止，直到已实现预先确定的气门相位调整。此外，气门相位量并不一定线性上升至减少/延迟的位置。相反，相位调整可以是阶梯或跃阶过渡、指数衰减过渡，或作为上述方法组合的过渡。
如上所述，可以延迟在发动机起动期间增加气门相位以减少发动机空气流量。图8示出的发动机起动在T4和T5之间的时间间隔内延迟气门相位调整，并在T7完成调整，在T7处达到了所需的发动机转速。在此示例中，气门相位调整(T5-T4)之前的延迟时间可以通过如下确定，用从停止起加速发动机到所需起动转速可能需要的时间量(T4到T7)，减去移动气门相位致动器需要的时间。类似于停止程序，气门相位量在起动期间并不一定线性上升至更加提前的相位量。升程可以是阶梯或跃阶过渡、指数上升过渡，或作为上述方法组合的过渡。
如上所述，依赖于气门致动器设计，还可以调整气门正时来控制发动机和汽缸空气流量。可以按图表(d)所示的方式调整气门相位。然而，可以根据基础气门正时和移相器权限范围来提前或延迟气门正时来减少发动机空气流量。
图表(e)示出发动机停止和起动期间的燃料供给控制示例。燃料流量在T2处停止，这是可以和发动机或汽缸空气量一致的位置，该发动机或汽缸空气量指出了达到所需燃烧稳定性水平所必需的空气的较低边界。即，燃料流量可以在燃烧稳定性有可能低于所需水平时停止，从而减少失燃。在该示例中，对能够将汽缸空气流量减少到接近零的气门机构，燃料可以在位置标识为405的汽缸空气量处停止；对能够减少有限汽缸空气流量的气门机构，燃料可以在位置标识为406的汽缸空气量处停止；对具有固定凸轮机械致动气门的气门机构，燃料可以在位置标识为407的汽缸空气量处停止。
起动期间的燃料控制也在图表(e)中示出。可以在T6启用燃料，其中气门相位的增加可以允许汽缸吸入可产生所需燃烧稳定性水平的空气量。延迟燃料直到可达到燃烧稳定性水平可以减少发动机排放及驾驶员干扰，因为可以减少汽缸失燃的数量。在该示例中，在起动期间，对能够将汽缸空气流量减少到接近零的气门机构，在位置419标识的汽缸空气量处燃料可以延迟，对能够减少有限汽缸空气流量的气门机构，在位置411标识的汽缸空气量处燃料可以延迟，及对具有固定凸轮机械致动气门的气门机构，在位置413标识的汽缸空气量处燃料可以延迟。
一种用于起动可变事件气门机构的可选的方法是将发动机转速从停止增加到预先确定的转速(如，怠速)，同时将气门相位设置为减少的量，及同时停止燃料流。在预先确定的所需发动机转速下或接近该转速时，可以启用燃料流，且可以增加气门相位或可以调整气门相位，从而可以在一个或多个汽缸中发起燃烧。换句话说，在发动机停止时，可以将气门相位初始设置为完全延迟的量，且在发动机达到预先确定的转速时，可以(部分或完全地)提前气门相位，然后可以进行燃料喷射。可以按此方式控制进气和/或排气门，但如果通过排气门的流量减少，则发动机起动可能更加困难，因为有更多的排气残留会被包含在汽缸混合物中。以此方式，气门正时可以减少或停止到达排气催化剂的氧气流，从而催化剂效率会增加。由于停机和/或重起动期间的压缩/膨胀功，减少的空气流量也会减少发动机扭矩脉动和NVH。
注意，在混合动力系统的示例中，系统可以包括两个或更多可能的扭矩输出装置，且可以包括内燃(IC)发动机与次级动力系统的组合。例如，混合动力系统可以包括IC发动机与电动机、IC发动机与液压动力系统、IC发动机与气压动力系统及IC发动机与一个或多个能量存储飞轮的组合，及上述系统的各种组合。此外，在发动机停止期间，不需要将气门相位从最大量调整到最小量。换句话说，气门相位可以在停止程序期间从第一个量减少为第二个量。同样，相位量调整对发动机空气流量的作用可以取决于发动机转速、气门几何形状，及初始和/或最终相位调整量。类似地，在发动机起动期间，不需要将气门相位量从最小量增加到最大量。气门相位可以从第一个量增加到第二个量。此外，也可以在发动机停止程序期间单独地调整进气和排气门的气门相位。
参考图9，示出了表示发动机停止和起动的可选模拟的示例程序。这些信号和图表类似于图8所示的那些。然而，图9示出了不同的发动机起动方法。特别地，示出了在起动机电动机辅助下的发动机起动。
图表(a)示出了示例发动机停止请求信号。如上所述，可以按多种方式生成停止请求，包括由驾驶员或混合动力系统控制器生成。图表(b)示出停止和起动期间的发动机转速。发动机停止程序和图8中的相同，但在该示例中，没有由大型次级电动机(如，电动或液压电动机)提供发动机转速控制。
发动机起动转速在图表(b)的右手侧示出。该图示出发动机转速通过起动机电动机增加并平稳过渡到起转转速(即，起转期)。起转约发生在T4和T6之间的时间间隔内。在位置T6处吸入燃料之后，发动机转速开始由所发生的汽缸燃烧而增加。在加速之后(即，发动机起转速度和发动机怠速之间的间隔，其中发动机正在加速)，发动机转速稳定在预先确定的水平，例如怠速。然而，不需要将发动机转速保持在怠速，发动机转速可以在加速期之后改变以响应操作者需求。
图表(c)示出发动机起动和停止期间的多个燃烧事件上的汽缸空气流量。汽缸空气流量线501、502和503分别示出可以将流量减少到零或接近零的气门机构的汽缸空气流量，固定凸轮机械驱动气门机构的汽缸空气流量，及具有有限权限范围的气门机构致动器的汽缸空气流量。燃料流量停止在由相应的汽缸空气流量曲线在位置505、507和506表示的汽缸空气量。
类似于图8所示的程序，发动机空气量可以在停止程序期间减少，从而燃烧后的气体继续加热并向催化剂提供排气。燃烧后的气体流到催化剂，直至不能达到所需的预先确定的燃烧稳定性水平。此外，可以减少空气流量，直至达到所需气门相位。
在通过起动机起转方法起动时，相应的气门机构的汽缸空气量可以由线508、509和515示出。具有固定凸轮机械致动气门的气门机构的汽缸空气流量对应于线509，具有有限权限范围的气门机构致动器的汽缸空气流量可以由线515表示，而能够将汽缸空气流量减少到零或接近零的气门机构致动器可以由线508表示。燃料流量开始于由相应的汽缸空气流量曲线在位置513、516和511处表示的汽缸空气量。
图表(d)示出发动机停止和起动期间的示例气门致动器相位量。于T1开始通过调整气门致动器来减少汽缸空气流量，与发动机停止请求相一致，然后在T3结束。
在图表(d)的右手侧，示出了起动期间的气门致动器调整。在此示例中，气门调整在已撤销发动机停止请求之后延迟了一段时间。延迟的持续时间可以是零或可以是例如识别发动机位置的时间、发动机起动位置、对燃料供给系统加压的时间、发动机温度、或任何其他发动机或汽车操作条件的函数。
图9的图表(e)示出在发动机停止和起动期间启用燃料流的正时。在此示例发动机停止程序期间，燃料在位置T2处停止，该位置对应于曲线上的位置505处的汽缸进气，该曲线代表一种控制能够使汽缸空气流量为零或接近零的气门致动器的方法。位置506和507表示使用不同气门驱动方法而与位置505相等的进气量，但实现这些汽缸进气水平所需的时间会增加，因为汽缸空气量正以较低的速率减少。因此，在其他示例中，可以按达到表示所需燃烧稳定性水平的汽缸空气量所需的时间来延迟燃料流停用。该方法可用于减少发动机扭矩，同时向催化剂提供燃烧后的混合物，且可以减少在发动机停止期间被抽吸到催化剂的空气量。由于在停机和/或重起动期间的压缩/膨胀功，减少的空气流量还可以减少发动机扭矩脉动和NVH。
起动期间的燃料流启用在图表(e)的右手侧示出。在位置T6处启用燃料，该位置对应于可以提供所需燃烧稳定性水平的汽缸空气量516。位置513和511处的汽缸空气量是和位置516处相同水平的汽缸空气量，但此汽缸进气水平在位置516达到该汽缸进气的时间之前达到。换句话说，在起转和加速期间，与能够使汽缸空气流量为零或接近零的气门致动器相比，有更多空气可以流过具有固定凸轮机械致动气门机构或流过有限范围可调整气门机构的发动机。在起转和加速期间减少通过发动机的空气流量可以减少发动机排放。例如，可以在起动期间延迟燃料，从而发动机控制器有时间确定发动机位置并向选择的汽缸供给一定的燃料量。然而，通过在起动期间延迟燃料流，某些汽缸可以抽吸空气通过发动机，从而冷却和/或氧化催化剂，因此可能在接下来的重起动期间降低催化剂效率。
参考图10，示出了用于可变事件气门机构发动机的示例发动机停止程序的流程图。在发动机停机(即，发动机停止程序)期间，某些发动机通过立即停止到发动机汽缸的燃料流和火花来停止。在燃料流停止之后，发动机可以随着发动机转速减少继续旋转。作为结果，未参与燃烧的空气可以被从进气歧管中抽吸到排气系统并通过催化剂。这会在发动机重起动时增加发动机排放，因为空气会冷却催化剂和/或空气中的氧气会占据本可用于还原NOx的催化剂位点。
在步骤601，例程确定是否已做出停止发动机的请求。如果尚未做出停止发动机的请求，则例程退出。图10的例程可以重复地执行预先确定的次数或响应于发动机或控制器操作事件执行，从而可以即刻做出气门调整。如果已做出请求，则例程进入步骤602。
在步骤602，可以减少发动机转速，且还可以通过调整气门致动器机制减少汽缸空气流量。在一个实施例中，可以调整气门相位量来减少汽缸进气质量，从而减少可用的汽缸扭矩。例如，可以调整进气和/或排气门相对于曲轴位置的开启和/或关闭位置来减少汽缸进气质量。对气门相位的调整可以同时或连续地做出。燃料调整可以和汽缸空气量调整成比例地做出或可以是发动机操作条件如发动机温度和起动以来的时间的函数。
可以使用多种不同的方法调整气门致动器(如，气门开启和/或关闭相位)，从而可以在发动机停止期间降低汽缸进气和/或发动机扭矩。在一个实施例中，气门开启和关闭位置可以例如每秒100曲轴角度延迟或提前，从而可以降低吸入的进气。在又一个实施例中，可以调整气门升程来进一步响应例如发动机操作条件、大气压和/或所需扭矩。
在一个示例中，可以调整进气门正时同时固定排气门正时，从而排气门开启和关闭位置是已知的。在该示例和其他示例中，可以使用美国专利申请10/805642中描述的方法来确定请求停止发动机之后的汽缸空气量，且将该申请完整结合在此作为参考。单个汽缸空气量可以通过汽缸压力确定，汽缸压力通过下述等式与发动机扭矩相关IMEPcyl(bar)=(Γbrake-(Γfriction_tatal+Γpumping_total+Γaccessories_total)Num_cylAct)*4πVD*(1*10-5bar)N/m2·SPKTR]]>其中IMEPcyl是汽缸指示的平均有效压力，Γbrake是发动机刹车扭矩，Γfriction_total是总的发动机摩擦扭矩，Γpumping_total是总的发动机抽吸扭矩，Γaccessories_total是总的发动机附件扭矩，Num_cylAct是活动汽缸的数量，VD是活动汽缸的排量，SPKTR是基于从最小最佳扭矩(MBT)延迟的点火角即产生最佳扭矩量的最小量点火角提前的扭矩比率。通过减少发动机刹车扭矩，发动机转速可以在停止期间减少。
项SPKTR可以基于如下等式SPKTR=ΓΔSPKΓMBT]]>其中ΓΔSPK是从最小点火延迟用于最佳扭矩的点火角的扭矩(MBT)，ΓMBT是MBT处的扭矩。取决于从MBT的点火延迟，SPKTR的值的范围可以是从0到1。
在一个示例中，可以通过下述等式对每个汽缸确定单个汽缸燃料质量mf＝C0+C1*N+C2*AFR+C3*AFR2+C4*IMEP+C5*IMEP2+C6*IMEP*N其中mf是燃料质量，C0-C6是存储的、预先确定的回归多项式系数，N是发动机转速，AFR是空燃比，及IMEP是指示的平均有效压力。基于所需曲线拟合及策略复杂度，可以在回归中使用附加或更少的多项式项。例如，也可以包括用于发动机温度、进气温度，及高度的多项式项。
所需进气可以通过所需燃料进气确定。在一个示例中，可以使用带有或不带有排气传感器反馈的预先确定的空燃混合物(基于发动机转速、温度及发动机负荷)来确定所需空燃比。所确定的燃料质量可以和预先确定的所需空燃比相乘来确定所需汽缸空气量。所需空气质量可以通过下述等式确定ma＝mf·AFR其中ma是进入汽缸的所需空气质量，mf是进入汽缸的所需燃料质量，而AFR是所需空燃比。
在一个示例中，可用于吸入所需量的空气到汽缸中的气门正时可以通过美国专利6,850,831描述的方法确定，将该专利完整结合在此作为参考。进气门关闭位置至少在某些条件期间会影响汽缸空气量，因为所吸入的汽缸空气量可能与IVC处的汽缸体积及进气歧管中的压力相关。因此，可以确定可在汽缸中保存所需空气质量的汽缸体积，从而可以确定IVC位置。换句话说，在进气和/或压缩行程期间可以在给定的进气歧管压力下保存所需空气质量的汽缸体积可以被解析为唯一的曲轴角，该角描述IVC。在IVC处进入汽缸的所需空气质量的汽缸体积可以由下述等式描述Va,IVC=maρa,IVC]]>其中ρa，IVC是IVC处的空气密度，Va，IVC是IVC处在汽缸中的空气体积。IVC处的空气密度可以通过调整空气密度来确定，以通过下述等式考虑IVC处的温度和压力的改变ρa,IVC=ρamb·TambTIVC·PIVCPamb]]>其中ρamb是环境条件下的空气密度，Tamb是环境温度，TIVC是IVC处的空气温度，PIVC是IVC处汽缸中的压力，而Pamb是环境压力。在一个示例中，在IVC出现在下止点(BDC)之前时，IVC处汽缸中的压力可以通过微分理想气体定律形成下述等式来确定P·IVC=m·cyl·R·T-PIVC·V·V]]>其中PIVC是汽缸压力，V是特定曲轴角处的汽缸体积，R是通用气体常数，而 是通过下述等式估计得到的进入汽缸的流速m·cyl=CD·Avalve(Θ)·PrunR·T·(PcylPrun)1γ·2·γγ-1·(PIVCPrun)γ-1γ]]>其中CD是排气的气门系数，Avalve(θ)是作为曲轴角θ的函数的有效气门面积，Prun是歧管支管压力，在较低发动机转速下可以将其假设为歧管压力，而γ是比热率。CD是可校准的，且可以根据经验确定。
有效气门面积Avalve(θ)可以根据气门升程量变化。气门升程齿面可以与气门尺寸组合来通过下述等式估计有效面积Avalve(θ)
Avalve(Θ)＝L(Θ)·2·π·d其中L(θ)是气门升程量，可以通过考虑汽缸进气运动、燃烧稳定性、最小气门开启和关闭持续时间，及排放而根据经验确定。
IVC处的进气混合物的体积可以通过下述等式确定Vi,IVC=Va,IVC-(1-Fe)·Vr,IVCfair]]>其中fair是空气在进气混合物中的比例，Va，IVC是如上所述在IVC处由空气占据的汽缸体积，而Fc是已燃烧气体在排气歧管中的分数，这可以通过文献中描述的方法来确定。对化学计量或浓混合气条件，Fe可以设置为等于1。Fair可以通过下述等式确定fair=11+1AFR+Fi]]>其中AFR是空燃比，而Fi是已燃烧气体在进气歧管中的分数。Fi可以通过文献中所述的方法来估计。总的混合物在IVC处占据的体积可以通过下述等式确定VIVC＝Vi，IVC-Vcl+Vr，IVC其中Vcl是气缸间隙体积，Vr，IVC是IVC处的残留体积，而VIVC是IVC处总的汽缸体积。残留气体在IVC处占据的体积可以通过下述等式描述Vr,IVC=TIVCTexh·PexhPIVC·(Vr,EVC+Vcl)]]>其中TIVC是IVC处的温度，它可以通过形式为TIVC＝f(N，mf，θ0V)的回归来近似。其中N是发动机转速，mf是燃料流速，而θ0V是气门重叠。Texh是排气歧管中的温度，Pexh是排气歧管中的压力，Vcl是汽缸间隙体积，PIVC是IVC处汽缸中的压力，而Vr，EVC是EVC处的残留体积。在一示例中，其中IVO在EVC之前而EVC和IVO都在TDC之后，Vr，EVC可以通过下述等式描述Vr,EVC=∫Ae(Θ)Ai(Θ)+Ae(Θ)dV(Θ)]]>其中从IVO到EVC对该积分求值，且其中Ai和Ae是进气和排气门对 的有效面积，这可以按上述用于Avalve(Θ)的相同方式来确定。在该示例中，预先确定的气门升程可用于描述进气门开启的有效面积。进气门面积可以作为Θ的函数变化，从而对特定的汽缸温度和压力，在排出体积Vr，EVC的汽缸中可以捕获所需质量分数的EGR。
然后通过用下述等式对θ求解，可以使用IVC处的汽缸体积减去间隙体积来确定进气门关闭位置VΘ=πB24[r+C-(C·cosΘ+r2-C2·sin2Θ)]]]>以此方式，可以通过解释EGR和所需空气量来确定气门升程、IVC和IVO。
此外，也可以在步骤602调整发动机燃料，从而可以得到所需排气空燃混合物。在某些条件期间，排气空燃混合物可以是稀混合气，而在其他条件期间，该混合物可以是浓混合气或化学计量。例如，如果发动机在预热之后停止，且如果存在发动机将重起动的更高概率，如对某些混合动力汽车应用那样，则可以将空燃混合物控制为化学计量，从而可以降低干扰排气系统催化剂的概率。然后例程进入步骤603。
在步骤603，做出判定是继续减少汽缸空气量还是进入可以停止到发动机的燃料流的步骤。如果步骤602中确定的气门正时吸入不足以用于所需燃烧稳定性水平的汽缸空气量，则例程进入步骤604。如果汽缸空气量高于支持所需燃烧稳定性水平的量，则例程返回步骤602。
在步骤604，可以停止到发动机或汽缸的燃料流。因为可以将汽缸空气量调整到低于所需燃烧稳定性限制的水平，所以可能需要停止到发动机或单个汽缸的燃料流。可以在至少一个汽缸空气量低于所需量时停止燃料流或在单个汽缸空气量低于所需量时可以停止到该汽缸的燃料。如果在单个汽缸的基础上停止燃料流，则可以继续调整不低于所需汽缸空气量的汽缸中的气门相位。
也可以在步骤604中停用火花，较佳地是在燃烧了最新的空燃混合物之后。火花可以在燃烧最新喷射的燃料之后立即停用，或可以在预先确定的汽缸循环数量之后停用。通过延迟火花停用，可以燃烧例如可能从进气歧管燃料液坑中吸入汽缸的燃料。然后例程进入步骤605。
在步骤605，可以评估气门相位来确定是否需要进一步的调整。如果气门相位不处于所需的低流量位置，则例程返回步骤604，在此可以控制进一步的气门致动器调整。如果气门相位处于所需的低流量位置，则例程可以进入步骤606。
在步骤606，可以将气门相位保持在延迟相位位置。通常，可变事件气门致动器可以设计成具有最小的相位位置。在该位置，气门相位可以例如相对于TDC提前或延迟。因此，在该步骤中，气门操作命令可以基于致动器设计来构建，从而随着发动机减速到零速度，通过汽缸的流量会减少，包括达到零流量。
通过将气门控制到减少汽缸流量的相位，可以减少被抽吸通过发动机到达催化剂的氧气。如上所述，减少到达催化剂的氧气流量可以在接下来的起动期间改进发动机排放，因为催化剂状态可以保持所需的氧化剂水平。通过调节可以存储在催化剂中的氧气量，催化反应位点可用于氧化和还原反应两者，从而增加在接下来的重起动期间转化HC、CO和NOx的可能性。另一方面，如果存储在催化剂上的氧气量大于所需，则催化剂NOx还原容量可以减少，因为某些还原位点可能由氧气占据。由于在停机和/或重起动期间的压缩/膨胀功，减少的空气流量还可以减少发动机扭矩脉动。然后例程进入步骤607。
在步骤607，用发动机转速与预先确定的水平比较。如果发动机转速低于预先确定的水平vlv_lim，则例程退出。当例程退出时，气门致动器可以设置到所需位置，从而可以减少空气流量和冷却及它可以带到催化剂的氧气。如果发动机转速高于预先确定的水平，则例程返回步骤606。
参考图11，示出了用于具有可变事件气门机构的发动机的发动机起动程序的示例流程图。
在发动机停止之后，到达催化剂的氧气流量可以更改催化剂的化学或物理状态，从而发动机排放在接下来的重起动期间会增加。即，可以在催化剂的化学性质有利于转化碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物时停止发动机。然而，允许存储在催化剂中的氧气量在发动机停止期间或在起动期间增加会降低催化剂NOx转化效率，因为到达催化剂的氧气流量会减少催化剂温度且因为存储的氧气较佳地可用于氧化碳氢化合物和一氧化碳。因此，NOx可以通过催化剂而不被还原，因为可能的还原位点已被抽吸通过发动机的氧气占据。图11的方法可以通过在起动期间减少被抽吸通过发动机的氧气量来减少发动机排放。由于在停机和/或重起动期间的压缩/膨胀功，减少的空气流量还可以减少发动机扭矩脉动和NVH。
继续图11，在步骤701中，例程确定是否已做出起动发动机的请求。如果不存在起动发动机的请求，则例程可以退出。图11的例程还可以重复地执行达预先确定的次数或响应于发动机或控制器操作事件，从而可以即刻做出气门调整。如果存在起动发动机的请求，则例程进入步骤703。
在该步骤期间，还可以将气门控制到初始位置、预先确定的气门相位(如，延迟的相位)，其中如果需要的话，可以减少发动机旋转时通过汽缸的流量。然而，可以将气门保持在低流量位置(如，关闭所有气门，关闭进气门，或关闭排气门)，同时停止发动机来进一步减少到达催化剂的氧气流量。
在步骤703，例程增加发动机转速，并确定何时开始调整气门相位。在一个示例中，混合动力汽车中的电动机使用电动机功率的至少一部分来旋转内燃发动机。如果需要的话，发动机转速可以按线性方式上升到所需转速。
通过从用于将发动机从停止加速到所需转速的时间ΔT中减去用于将气门致动器从初始位置移动到所需位置的时间vev_ΔT，可以得到气门调整正时时间表。即，气门调整开始时间由下述等式可以表示T_strt_vlv＝ΔT-vev_ΔT图8可用于示出该气门致动器控制方法。起动程序开始于由垂直线T4表示的时间，且发动机在时间T7达到所需转速。这是时间ΔT。将气门致动器移动到所需位置的时间是T5和T7之间的时间，vev_ΔT，且可以是例如发动机机油温度和/或电池电压的函数。在气门致动器开始移动到所需位置之前，从T4到T5期间，发动机旋转。以此方式，可以减少在发动机起动期间通过发动机的空气流量，因为可以将气门控制到低流量位置，同时发动机转速增加，且汽缸可以抽吸空气通过发动机。然后例程进入步骤705。
还可以在起动期间分别调整进气和排气门相位，从而可以减少被抽吸通过发动机的空气。例如，排气门相位可以初始设置在延迟、或完全延迟的位置，然后随着发动机转速增加而增加。通过调整较低发动机转速时的相位，可以在起动间隔的至少部分中将较少的空气抽入排气歧管。随着发动机转速增加，及发动机位置确定，排气门相位可以提前，从而已燃烧的气体可以排到排气系统中。相比在较短的发动机关闭期之后，该方法可能在较长的发动机关闭期之后更加有益，因为汽缸中捕获了更少的排气残留。
在步骤705，发动机转速继续增加，而可变事件气门机构可以保持在恒定的致动器位置。即，气门可以保持在最小或流量减少位置。该方法可以允许发动机用减少的汽缸流量达到所需转速。然后例程进入步骤707。
在步骤707，可以做出开始调整可变事件气门致动器的判定。如果已超出气门起动时间，则例程进入步骤709。如果否，则例程返回步骤705。
在步骤709，可以调整可变事件气门机构，同时增加发动机转速。可以通过调整气门相位来增加汽缸空气流量。取决于目标，调整可以按恒定或可变的速率进行。此外，调整速率可以基于时间(如，每秒的毫米数)或发动机转速。或者，可以调整气门相位来产生所需的汽缸或发动机扭矩或吸入所需的汽缸进气。然后例程进入步骤715。
在步骤715，可以基于发动机转速做出继续气门机构调整还是进入步骤717的判定。如果发动机转速低于预先确定的所需量，则例程返回步骤709。如果发动机转速高于预先确定的量，则例程进入步骤717。
在步骤717，可以做出继续气门机构调整还是进入步骤713的判定。如果可变事件气门机构处于所需位置，则例程进入步骤713。如果否，则例程返回步骤709。
注意步骤715和717可以组合为一个步骤，如果发动机转速处于所需水平且如果可变事件气门机构处于所需相位两者均成立，则允许例程进入步骤717。如果否，则例程将返回步骤709。在步骤713，可以启用汽缸燃料，且可变事件气门机构可以保持在原位置。通过延迟燃料，直到出现所需量的汽缸空气流量，可以减少失燃。此外，延迟气门调整直到发动机处于所需转速可以减少被抽吸到催化剂的空气，且可以改进重起动期间的发动机排放。
也可以在步骤713启用汽缸火花，从而可以燃烧所喷射的燃料。然后例程退出。
在可选示例中，可以使用图9所示的气门调整正时时间表。在该示例中，可以由能够以例如300RPM或以下的较低转速旋转发动机的起动机电动机来旋转发动机。
起动程序开始于T4，且发动机在T7处于所需转速。调整气门致动器的时间如图所示在时间T5和时间T7之间。在该示例中，气门致动器直到位置T5才开始调整气门相位。T4和T5之间的延迟时间可以与用来同步发动机控制器及发动机位置的时间相关，和/或延迟时间可以是发动机机油温度和/或电池电压、发动机摩擦、发动机转速，和/或其他发动机相关变量的函数。如上所述，可以减少在发动机起动期间通过发动机的空气流量，因为可以将气门控制到减少的流量位置。
在又一个实施例中，气门调整可以和初始发动机旋转一起开始或比它延迟预先确定的时间量。在气门致动器到达可以支持所需燃烧稳定性水平的位置和/或汽缸吸入所需空气量时，可以启用燃料。
还可以扩展图11的方法以包括节气门控制。特别地，电子节气门可以在起动时保持关闭或保持在固定的位置，直到确定了发动机位置和/或直到可以实现预先确定的气门相位量。
注意，本文中包括的控制例程可用于各种发动机配置，如上述的那些。本文中所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。因此，所示的各步骤或功能可以按所述顺序执行、并行执行，或在某些情况下省略。类似地，处理的顺序不是实现在此所述的本发明的示例实施例的特征和优点所必须的，而是为了便于演示和说明提供的。取决于所使用的具体策略，所示动作或功能中的一个或多个可以重复执行。此外，所述的动作可以用图形表示要编程到控制器12中的计算机可读存储介质中的代码。
应理解，在本文中公开的配置、系统和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为可能存在大量的变体。例如，上述技术可以应用于V-4、V-6、I-3、I-4、I-6、V-8、V-10、V-12，对置4，及其它发动机类型。具体来说，双延迟VCT可适用于包括SOHC或推杆发动机的所有发动机。可以使用各种气门正时范围，如在BDC之后最多约120度的IVC。作为另一示例，可以使用各种其他机制来控制进气和/或排气门正时。此外，可以使用各种混合动力推进系统，如混合动力电动、混合动力液压，或其组合。本发明的主题包括在本文中公开的各种系统和配置，及其它特征、功能，和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合及子组合。
下面的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其它组合及子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本发明的主题之内。
权利要求
1.一种用于汽车的系统，包括连接在汽车中的内燃发动机，所述发动机至少包括一个具有进气和排气门的汽缸，其中在发动机操作期间，所述进气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟，且所述排气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟；及能量转换装置，连接在汽车中并能够在汽车操作期间选择性地提供和吸收扭矩。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进气门开启正时至少可以可调整地从活塞上止点处延迟。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进气门关闭正时至少可以可调整地从活塞下止点处延迟。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器配置为调整所述能量转换装置的操作以将发动机转速保持在足以实现调整所述进气和排气门正时。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括连接在汽车中的变速器，以及包括控制器，所述控制器配置为调整所述变速器和所述能量转换装置的操作以将发动机转速保持在足以实现调整所述进气和排气门正时。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述能量转换装置连接到能量存储装置。
7.一种用于控制具有可变进气和排气门正时的发动机的操作的方法，所述发动机连接在混合动力推进系统中，所述方法包括在至少一次发动机停机期间用延迟的进气和排气门正时操作所述发动机；及在至少一次发动机起动期间用延迟的进气和排气门正时操作所述发动机。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述延迟的进气和排气门正时包括使用超过上止点之后20度的进气门开启进行操作。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述延迟的排气门正时包括使用超过上止点之后20度的排气门关闭正时进行操作。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述起动跟随在所述停机之后，且所述停机和起动两者都发生在其中汽车由混合动力推进系统中的电动机提供动力的汽车操作期间。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述混合动力推进系统是混合动力电动推进系统，且所述停机和起动独立于驾驶员起动/停止命令。
12.一种用于汽车的系统，包括连接在汽车中的内燃发动机，所述发动机至少包括一个具有进气和排气门的汽缸，所述发动机还包括配置为驱动进气和排气门两者的凸轮轴，其中所述进气和排气门的开启和关闭正时的每个都可以等量可调整地延迟；及能量转换装置，连接在汽车中并能够在汽车操作期间选择性地提供和吸收扭矩。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器配置为调整所述能量转换装置的操作以将发动机转速保持在足以实现调整所述进气和排气门正时。
14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括连接在汽车中的变速器，以及包括控制器，所述控制器配置为调整所述变速器和所述能量转换装置的操作以将发动机转速保持在足以实现调整所述进气和排气门正时。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述能量转换装置连接到能量存储装置。
16.如权利要求12所述的系统，其特征在于，当机油压力降至给定压力之下时，所述凸轮轴锁定在完全延迟位置。
17.一种用于汽车的系统，包括连接在汽车中的内燃发动机，所述发动机至少包括一个具有进气和排气门的汽缸，其中在发动机操作期间，所述进气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟，且所述排气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟；能量转换装置，连接在汽车中并能够在汽车操作期间选择性地提供和吸收扭矩；及控制系统，配置为在发动机的起动和停止中的至少一个期间，调整进气门和排气门的开启和关闭正时中的至少一个。
全文摘要
一种用于汽车的系统，包括连接在汽车中的内燃发动机，该发动机至少包括一个具有进气和排气门的汽缸，其中在发动机操作期间，进气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟，且排气门的开启和关闭正时可以可调整地延迟，及包括连接在汽车中并能够在汽车操作期间选择性地提供和吸收扭矩的能量转换装置。以此方式，可以例如通过利用进气和排气延迟两者来获得改进的起动操作。此外，还可以在低到中等发动机转速期间获得改进的扭矩输出。
文档编号F01L13/00GK101033696SQ200610129008
公开日2007年9月12日 申请日期2006年8月28日 优先权日2006年3月9日
发明者托马斯·G·利昂 申请人:福特环球技术公司