专利名称：在发动机冷启动期间加热冷却剂的冷却的egr系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在冷启动期间加热发动机，并且更具体地，涉及使用排气再循环冷却器加热发动机冷却剂。
背景技术：
在冷启动条件下，发动机被冷却至相对热或者冷的环境条件，并且发动机的每个部件被预热至期望的运行温度。在此期间，当发动机相对冷时，由于发动机液体(例如发动机油)的高粘度使得在发动机内存在较大摩擦，并且此外，热量可能损失于发动机的冷却剂，由此降低发动机的热效率。整体上，这些效果可导致例如更低的燃料经济性。
发明内容
发明人在此认识到以上问题并且已经想出了一种方法以至少部分解决它们。因此，公开了一种加热车辆的涡轮增压发动机的方法。该方法包括，在发动机冷启动期间并且在排气催化剂起燃之后，通过打开高压排气再循环(HP-EGR)阀开始运行HP-EGR系统， HP-EGR系统具有作为发动机冷却剂回路一部分的冷却器，并且基于燃烧稳定性调整发动机运行参数，以便增加HP-EGR的量。通过使用HP-EGR来加热冷却剂，可在没有对发动机系统增加额外部件以用于加热冷却剂的情况下改进燃料经济性。此外，由于与排气温度相比较，发动机冷却剂温度相对较低，所以可迅速升高发动机冷却剂的温度，从而在冷启动期间改进燃料经济性。此外，在发动机被预热之前增加HP-EGR的量可以降低燃烧稳定性；因此，通过调整一个或多于一个发动机运行参数如凸轮正时和燃料喷射，可保持燃烧稳定性。根据另一方面，提供了用于加热车辆直喷发动机的方法。该方法包括在排气催化剂起燃之前，通过打开低压排气再循环(LP-EGR)阀运行LP-EGR系统；在排气催化剂起燃之后并且在冷却剂温度达到阈值温度之前，通过打开高压排气再循环(HP-EGR)阀并且关闭LP-EGR阀开始运行HP-EGR系统，HP-EGR系统具有冷却器，该冷却器是发动机冷却剂回路的一部分；当HP-EGR阀打开时，基于燃烧稳定性调整运行参数，以便增加流动穿过冷却器的排气量；一旦冷却剂温度达到阈值温度，则基于预热发动机工况运行HP-EGR和LP-EGR 系统。在一个实施例中，该方法还包括在排气催化剂起燃之后，打开冷却剂泵以穿过冷却剂回路循环冷却剂。在另一实施例中，该方法还包括在冷却剂温度达到阈值温度之后，打开恒温器以允许冷却剂流动穿过散热器。在另一实施例中，运行参数包括凸轮正时、喷射正时、充气(charge)运动控制阀位置、双点火系统运行和发动机分层运行(stratified engine operation)中的一个或多于一个。在另一实施例中，运行参数包括凸轮正时、喷射正时、充气运动控制阀位置、双点火系统运行和发动机分层运行中的一个或多于一个，其中在至少一个条件下，喷射是分离的。在另一实施例中，运行参数包括凸轮正时、喷射正时、充气运动控制阀位置、双点火系统运行和发动机分层运行中的一个或多于一个，其中，在至少一个条件下，凸轮正时被
调整以减小气门重叠。根据另一方面，车辆的发动机的系统包括涡轮增压器；高压排气再循环(HP-EGR) 系统，其包括排气再循环冷却器和HP-EGR阀；低压排气再循环(LP-EGR)系统，其包括 LP-EGR阀；定位在发动机排气歧管中的催化剂；联接至排气再循环冷却器的冷却剂回路； 包括计算机可读存储介质的控制系统，所述介质包括如下指令在催化剂起燃之前，通过打开LP-EGR阀运行LP-EGR系统；在催化剂起燃之后并且在发动机冷却剂温度达到阈值温度之前，通过打开HP-ERG阀并且关闭LP-EGR阀开始运行HP-EGR系统；当HP-EGR系统正在运行时，基于燃烧稳定性调整运行参数，以便增加流动穿过排气再循环冷却器的排气量，并且其中运行参数是燃料喷射并且喷射是分离的；并且一旦发动机冷却剂的温度已经达到阈值温度，则基于预热的发动机的工况运行HP-EGR和LP-EGR。在一个实施例中，该方法还包括这样的指令在催化剂起燃之后，将冷却剂泵打开以将冷却剂循环穿过冷却剂回路，并且，在冷却剂温度达到阈值温度之后，打开恒温器以允许冷却剂流动穿过散热器。在另一实施例中，该方法还包括这样的指令在冷却剂温度达到阈值温度之后，起动涡轮增压器的运行。在另一实施例中，运行参数还包括凸轮正时、充气运动控制阀位置、双点火系统运行和发动机分层运行中的一个或多于一个。在另一实施例中，运行参数还包括凸轮正时、充气运动控制阀位置、双点火系统运行和发动机分层运行中的一个或多于一个，当调整凸轮正时减小气门重叠时，流动穿过排气再循环冷却器的排气量增加，其中当发动机运行变化为发动机分层运行时，流动穿过排气再循环冷却器的排气量被进一步增加。应理解上述概要被提供以简化形式引入在具体实施方式
中被进一步描述的方案选择。这并不是想要指明所要保护主题的关键或实质特征，所要保护的主题范围仅由权利要求唯一限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上或者本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
图1显示包括高压排气再循环系统和低压排气再循环系统的发动机的示意图。图2显示包括发动机冷却剂回路的发动机的框图。图3显示说明在发动机冷启动期间运行高压排气再循系统的程序的流程图。图4显示说明在发动机冷启动期间运行冷却剂回路的程序的流程图。图5显示在发动机冷启动期间各种参数随时间变化的一系列曲线图。图6显示说明配合发动机运行参数调整HP-EGR量的程序的流程图。
具体实施方式
以下描述涉及在冷启动期间使用排气再循环(EGR)加热车辆发动机的系统和方法。在一个示例中，在排气催化剂起燃之后，当所有排气不再需要加热排气催化剂时，则运行高压排气再循环(HP-EGR)系统以便经由HP-EGR冷却器将热量传递至发动机冷却剂。通过引导一些排气穿过HP-EGR系统，热交换能够在高温排气和相对低温的发动机冷却剂之间进行。此外，在冷启动期间，可调整一个或多于一个发动机运行参数(例如，凸轮正时、燃料喷射等等)以便在较大量EGR进入燃烧室时保持燃烧的稳定性。因此，发动机的加热可被加速，同时发动机的热效率可被改进而不降低燃烧的稳定性。现参见图1，其显示了多缸发动机10的一个汽缸的示意图，其可被包括在机动车辆的推进系统中。发动机10可至少部分由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130 的车辆驾驶员132的输入控制。在此示例中，输入装置130包括加速器踏板和产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(S卩，汽缸)30可包括燃烧室壁32，活塞36定位其中。在一些实施例中，汽缸30内的活塞36的表面可具有碗形。活塞36可被联接至曲轴40，以便活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统被联接至车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可经由飞轮被联接至曲轴40，以能够启动发动机10的运行。燃烧室30可经由进气通道42接收进气歧管44的进气并且经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够经由进气门52和排气门M选择性与燃烧室30 连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。在此示例中，进气门52和排气门M分别经由凸轮致动系统51和53通过凸轮致动控制。凸轮致动系统51和53可均包括一个或多于一个凸轮并且可利用由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程 (VVL)系统中的一个或多于一个来改变气门运行。进气门52和排气门M的位置可分别由位置传感器55和57确定。在可替代实施例中，进气门52和/或排气门M可由电气门致动控制。例如，汽缸30可替代地包括经由电气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或 VCT系统的凸轮致动控制的排气门。燃料喷射器66被显示直接联接至燃烧室30，以用于与经由电驱动器68从控制器 12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地向燃烧室中直接喷射燃料。以此方式，燃料喷射器 66提供称作直接喷射的燃料到燃烧室30中。燃料喷射器可例如被安装在燃烧室的一侧或者燃烧室的顶部。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料歧管(fuel rail)的燃料系统(未显示)被输送至燃料喷射器66。在选择的运行模式下，点火系统88可经由火花塞92提供点火火花至燃烧室30，以响应于控制器12的火花提前信号SA。虽然显示了火花点火部件，但是在一些实施例中，不管是否具有点火火花，燃烧室30或者发动机10的一个或多于一个其他燃烧室可在压缩点火模式下运行。在一些实施例中，点火系统可包括每个汽缸带有两个火花塞(未显示)的双点火系统。进气通道42可包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在此具体的示例中，节流板64和65的位置可由提供至包括(included with)节气门62和63中的电动马达或致动器的信号被控制器12改变，这种配置一般被称作电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62和63被操作用来改变提供至燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板64和65的位置由节气门位置信号TP被提供至控制器12。进气通道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，以提供对应的信号MAF和MAP至控制器12。此外，进气歧管44可包括充气运动控制阀45，以控制发生在燃烧室30中的充气运动的强度。此外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可引导期望的排气部分从排气通道48经由高压EGR(HP-EGR)通道140和/或低压EGR(LP-EGR)通道150至进气通道 44。被提供至进气通道44的EGR量可由HP-EGR阀142或LP-EGR阀152被控制器12改变。 在一些实施例中，节气门可被包括在排气装置(the exhaust)中以协助驱动EGR系统。此外，EGR传感器144可被设置在EGR通道内并且可提供压力、温度和排气浓度中一个或多于一个的指示。可替代地，可通过基于MAF传感器(上游)、MAP (进气歧管)、MAT (歧管气体温度)和曲轴速度传感器信号的计算的值控制EGR。此外，可基于排气氧传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)控制EGR。在一些条件下，EGR系统可被用于调整燃烧室内空气和燃料混合物的温度。图1显示了高压EGR系统和低压EGR系统，其中高压EGR从涡轮增压器涡轮机的上游输送到涡轮增压器压缩机的下游，低压EGR从涡轮增压器涡轮机的下游输送到涡轮增压器压缩机的上游，此外，如在图1中显示的，HP-EGR系统可包括HP-EGR冷却器 146并且LP-EGR系统可包括LP-EGR冷却器158，以例如从EGR排气中排出热量至发动机冷却剂。在可替代实施例中，发动机10可仅包括HP-EGR系统或仅包括LP-EGR系统。因此，发动机10还可包括压缩装置，诸如包括沿进气歧管44设置的至少一个压缩机162的涡轮增压器或机械增压器。对于涡轮增压器，压缩机162可至少部分由沿排气通道48设置的涡轮机164驱动(例如，经由轴)。对于机械增压器，压缩机162可至少部分由发动机和/或电动机器驱动，并且可不包括涡轮机。因此，经由涡轮增压器或机械增压器被提供至发动机的一个或多于一个汽缸的压缩量可由控制器12改变。排气传感器1 被显示联接至排放控制系统71上游和涡轮机164下游的排气通道48。传感器1 可以是提供排气空/燃比指示的任何适当的传感器，例如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧传感器)，双态氧传感器或EGO，HEGO (加热的EGO)，NOx, HC或 CO传感器。排放控制装置71被显示沿排气传感器1 下游的排气通道48设置。排放控制装置71可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催化器(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。例如，装置71可以是TWC和装置72 (在图1中未显示)可以是微粒过滤器(PF)。此外，在一些实施例中，在发动机10的运行期间，排放控制装置71可以通过运行发动机的至少一个汽缸在特定空/燃比内而被定期地重新设定。控制器12在图1中被显示为微计算机，包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O) 104、用于可执行程序和标称值的电存储介质(在此具体的示例中被显示为只读存储芯片(ROM) 106)、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和数据总线。控制器12可接收来自联接至发动机10的传感器的多种信号，除先前讨论的那些信号，还包括质量空气流量传感器120的感应质量空气流量(MAF)的测量值；联接至冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；节流阀位置传感器的节流阀位置(TP)；以及传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管中真空或者压力的指示。注意到可以使用以上传感器的各种组合，例如使用MAF传感器而不使用MAP传感器，反之亦可。在理论配比运行期间，MAP传感器可给出发动机转矩的指示。此外，传感器与所检测的发动机转速一起可以提供进入汽缸的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也可用作发动机转速传感器的传感器118可在曲轴的每次回转中产生预定次数的等间隔脉冲。存储介质只读存储器106可使用表征可由处理器102执行的指令的计算机可读数据编程，以实施以下描述的方法以及可预期但并未具体列出的其他变型的方法。如以上描述的，图1仅显示多缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可相似地包括其自身的进气/排气门、燃料喷射器、火花塞组等等。图2显示了包括发动机冷却剂回路的发动机系统200的另一实施例。显示在图2 中的实施例与显示在图1中的实施例具有很多相似的部件；因此，相似的参考符号将被用于指示相似的部件并且将不再详细描述那些部件。如在图2中显示的，增压空气冷却器(CAC)60沿节气门62上游的进气通道设置， 以在发动机空气穿过涡轮增压器的涡轮机164和压缩机162之后冷却发动机空气。在所描述的实施例中，发动机系统200可包括废气门166，从而当闭合时，排气穿过涡轮机以产生增压的进气。因此，CAC 60还可以包括旁通管路(未显示)和/或流至CAC 60的冷却剂流可被限制，从而如果CAC是水-空气设计，则进气可不被冷却。进气系统还包括可减少摩擦颗粒物质进入发动机10的汽缸的空气滤清器61。此外，EGR混合器67被显示联接至进气歧管，以便协助EGR流入发动机10的进气歧管44。发动机系统200的排气系统还包括在消声器174上游的排气背压阀172。背压阀 172可调整排气流，从而例如在排气系统中保持期望的压力。如图2中的冷却剂回路由比穿过发动机系统200的空气流更细的线表示。如描述的，发动机冷却剂回路包括将冷却剂循环穿过回路的冷却剂泵82。当冷却剂泵82打开时， 冷却剂被泵送穿过发动机10和HP-EGR冷却器146。虽然未在图2中显示，相同回路中的冷却剂可额外地被泵送穿过LP-EGR冷却器158和CAC 60。可替代地，CAC可被外部环境空气或者低温冷却剂回路(未示出)冷却。如所示的，冷却剂回路还包括恒温器81。流至散热器80的冷却剂流可经由恒温器81 (例如，当恒温器81关闭时，穿过散热器80的冷却剂流动停止)调整。冷却剂回路可包括一个或多于一个其他阀(未显示)，用来调整流动至回路的其他部件的冷却剂，诸如以上提到的CAC 60。图3和图4分别显示说明用于涡轮增压发动机的控制程序300和400的流程图， 涡轮增压发动机包括高压排气再循环系统和低压排气再循环系统以及冷却剂回路，例如以上参考图1和图2描述的发动机10。应该注意控制程序可同时执行，这在以下将变得清楚。图3中的流程图说明了在发动机冷启动期间运行高压排气再循环系统的程序 300。具体地，程序300基于例如排气催化剂温度和冷却剂温度的参数在冷启动期间控制 HP-EGR阀和LP-EGR阀，并且因此控制到发动机的HP-EGR和LP-EGR的流入。在程序300的310处，确定发动机是否处于冷启动状态。如在此指代的，“冷启动” 指发动机在发动机冷却至环境条件的条件下被启动，该环境条件可能相对热或者相对冷。 如果发动机不是在冷启动条件下，程序300移动至322，其中HP-EGR和LP-EGR系统可基于预热工况运行。预热工况可包括例如冷却剂温度高于阈值温度。在另一方面，如果确定发动机在冷启动状态，程序300进行至312，在此确定冷却剂温度是否小于阈值温度。如果确定冷却剂温度高于阈值温度，则程序300移动至322并且HP-EGR系统和LP-EGR系统可基于预热工况运行，如以上描述。替代地，如果冷却剂低于阈值温度，则程序300继续至314，在此确定排气催化剂是否已经起燃。例如一旦排气催化剂已经被加热至期望的温度，则排气催化剂发生起燃。 如果排气催化剂未发生起燃，则程序300移动至324，在此如果期望则可运行LP-EGR系统。 在一些实施例中，并且如在图2中显示的，排气进入排气催化剂下游的LP-EGR系统。因此， 排气催化剂能够接收协助加热催化剂的最大排气量。一旦确定催化剂起燃已经发生，图3的程序300进行至316，在此HP-EGR阀打开并且LP-EGR阀关闭。因为流动穿过HP-EGR系统的排气的温度高于流动穿过LP-EGR系统的排气的温度，所以仅使用HP-EGR，以便最大化经由HP-EGR冷却器传递至冷却剂的热量。可打开HP-EGR阀从而使最大量的排气流动穿过HP-EGR系统。由于EGR可降低发动机稳定性，所以在318处基于发动机稳定性调整一个或多于一个运行参数以最大化EGR 量。例如，可调整以下参数中的一个或多于一个凸轮正时、喷射正时、充气运动控制、双点火系统使用、以及分层运行运行发动机等等。在一些示例中，HP-EGR量可配合发动机运行参数被调整(例如，随着运行参数被调整，HP-EGR量可被增加)。作为一个示例，图6显示用于打开HP-EGR阀并且配合运行参数调整HP-EGR量的程序600。在程序600的610处，打开HP-EGR阀。一旦EGR阀打开，则程序600进行至612，
在此期望的EGR流(例如，EGR量)基于运行参数被确定。这种运行参数可包括EGR温度、 冷却剂温度等等。例如，如果冷却剂温度相对较高(例如，接近阈值温度)，则可期望较少 EGR用于加热冷却剂。然后，程序600继续至614，在此确定期望的EGR流是否在当前限制内。例如，EGR 量可由燃烧稳定性或爆震限制。燃烧稳定性可基于例如发动机转速的波动确定。因此，为了增加EGR而最大化传递至发动机冷却剂的热量，可调整发动机的运行参数从而例如减小发动机的不稳定性。如果确定期望的EGR流处于当前限制内，则程序600移动至618并且图3的程序300从320执行。另一方面，如果期望的EGR流不在当前限制内，则程序600继续至616，在此调整发动机的运行参数。例如，可关闭充气运动控制阀。通过关闭充气运动控制阀，包括EGR的进气歧管中的空气的速度可被增加并且可导致增加的燃料蒸发以及燃烧室内增加的燃料燃烧速度。因此，当在发动机冷启动期间进入燃烧室的EGR增加时，关闭充气运动控制阀可改进燃料混合和燃烧稳定性。一旦调整了运行参数，则程序600返回至614，在此通过调整运行参数，确定期望的EGR流是否处于当前限制内。如果确定EGR流处于当前限制内，则程序600移动至618 并且程序300从320执行并且程序600结束。如果例如期望的EGR流仍然不在当前发动机稳定限制内，则程序600进行至616，在此另一发动机运行参数被调整。例如，在充气运动阀关闭之后，凸轮正时可以通过可变凸轮正时(VCT)系统被调整，从而内部EGR(例如，残余部分，稀释水平)被降低。例如，由于进入燃烧室的EGR量较高，所以可调整凸轮正时以减小气门重叠从而存在更少的内部EGR，以及因此减少燃烧室内的残余气体，以保持燃烧的稳定性。程序600继续调整运行参数，直到期望的EGR流在当前限制(例如，燃烧稳定性、爆震等等被降低)内。例如，在调整凸轮正时之后，喷射正时可以被调整。在一个示例中， 燃料喷射可被分离以便增加发动机的稳定性。例如，燃料喷射可被分离从而在进气冲程早期喷射第一次并且在进气冲程晚期喷射第二次。因此，燃烧室中的燃料混合物可以是更均质的，从而当在发动机冷启动期间存在大量EGR时产生更稳定的燃烧。作为另一示例，在调整喷射正时之后，发动机可以使用分层运行被运行。例如，将燃烧室中包括EGR的空燃混合物分层。因此，燃料的混合和燃料的燃烧速度可被改进，从而增加燃烧稳定性。此外，在发动机开始分层运行之后，可使用双点火系统。例如，稳定燃烧可经由燃烧混合物的快速燃烧(例如，缩短燃烧时间)获得。因此，在一个汽缸内引起两个点火火花可缩短燃烧时间并且降低燃料和空气的未燃混合物离开燃烧室的可能性。应该理解如以上描述的调整发动机运行参数的顺序仅是示例并且发动机运行参数可以以任何适当的顺序被调整。此外，以上没有描述的其他适当的发动机运行参数也可以被调整。继续参考图3，在程序300的320处，确定冷却剂温度是否大于或等于阈值温度。 如果冷却剂温度未达到阈值温度，则程序300继续调整运行参数，以便在使用最大量的EGR 的同时保持发动机的稳定性。另一方面，如果冷却剂温度大于或等于阈值温度，则程序300继续至322，在此基于预热工况运行HP-EGR和LP-EGR系统并且程序结束。例如，HP-EGR量可通过例如调整 HP-EGR阀的打开程度而被降低，并且LP-EGR的量可被增加。继续参考图4，其显示了说明在发动机冷启动期间运行冷却剂回路的程序400的流程图。具体地，在发动机冷启动期间，程序400基于诸如排气催化剂温度和冷却剂温度的参数控制流过冷却剂回路的冷却剂。在程序400的410处，确定发动机是否处于冷启动状态。如以上描述的，冷启动指发动机在被冷却至相对热或冷的环境条件的条件下被启动。如果发动机不在冷启动状态下，则程序400移动至418，在此冷却剂泵被打开并且冷却剂被泵送穿过冷却剂回路。另一方面，如果确定发动机处于冷启动状态，则程序400进行至412，在此确定冷却剂温度是否小于阈值温度。在一些实施例中，在412处的阈值温度可与例如程序300的 312处的阈值冷却剂温度相同。在412处如果温度大于阈值温度，则程序400移动至418并且冷却剂泵被打开。替代地，如果温度小于阈值温度，则程序400继续至414，在此如果冷却剂泵当前为打开则被关闭。一旦冷却剂泵被关闭，则程序400进行至416，在此确定催化剂起燃是否已经发生。如以上描述的，当催化剂已经被加热至运行的期望温度时，催化剂起燃发生。如果催化剂起燃未发生，则程序400返回至416并且直到催化剂起燃发生为止。如果确定催化剂起燃已经发生或者一旦催化剂起燃发生，则程序400进行至418， 在此冷却剂泵被打开，如以上描述的。因此，冷却剂被循环穿过冷却剂回路并且穿过发动机和HP-EGR系统和LP-EGR系统，并且排气能够开始加热冷却剂以加速发动机的加热。一旦冷却剂泵被打开，则图4的程序400继续至420，在此确定冷却剂温度是否大于或等于阈值温度。在一些实施例中，阈值可与在程序300的320处的阈值冷却剂温度相同。如果冷却剂温度未达到阈值温度，则程序400返回至420并且直到冷却剂温度达到阈值温度为止。
如果确定冷却剂温度已经达到或超过阈值温度，或者一旦冷却剂温度达到阈值温度，则程序400进行至422，在此恒温器被打开。通过打开恒温器，冷却剂能够流动穿过散热器，在此之后冷却剂被冷却。因此，冷却剂的温度可被保持在预热工况的期望温度。因此，发动机冷却剂加热可通过在发动机冷启动运行期间运行包括冷却器的高压排气再循环系统而被加速，其中热量通过冷却器从排气被传递至发动机冷却剂。此外，在排气催化剂的起燃已经发生之后，可通过增加HP-EGR的量(例如，使用最大量的HP-EGR)以更快速率加热冷却剂。如以上描述的，在发动机冷启动期间当HP-EGR系统正在运行时，可通过调整一个或多于一个运行参数保持发动机的稳定性。图5中的一系列曲线图显示在发动机冷启动期间各种参数随时间的变化。具体的，显示了催化剂温度、冷却剂温度、HP-EGR量、LP-EGR量和增压。在时间ta处的虚线指示排气催化剂发生起燃的时间。在时间tb处的虚线指示冷却剂温度达到阈值温度的时间，诸如以上参考图3和图4描述的阈值温度。在502处，显示相对于时间的催化剂温度。在该示例中，催化剂温度在低温度(例如，在冷启动期间的环境温度)下开始并且迅速升高直到达到期望的温度并且催化剂的起燃在时间&处发生。一旦起燃发生，催化剂的温度可轻微升高但保持相对恒定。曲线图504显示相对于时间的冷却剂温度。如在该示例中显示的，冷却剂温度在低温(如，在冷启动期间的环境温度)下开始并且缓慢升高穿过时间ta。在时间、和、之间，冷却剂温度较迅速地升高直到在时间tb处达到阈值温度。在时间、和tb之间温度的升高至少部分是由于冷却剂经由与流动穿过HP-EGR冷却器的排气热交换加热冷却剂。在506处，显示相对于时间的HP-EGR量。在此示例中，HP-EGR量从零开始并且保持为零直到时间ta。因此，所有离开发动机的排气可用于加热排气催化剂，从而排气催化剂能够在相对短的时间内达到起燃。一旦催化剂起燃在时间ta处发生，则HP-EGR的量急剧增加直到达到最大值。如以上描述的，通过打开HP-EGR阀来允许最大HP-EGR量流动穿过 HP-EGR冷却器并且进入发动机，最大热量可经由HP-EGR冷却剂从排气被传递至冷却剂并且发动机可以更快速率被加热。当冷却剂在时间tb达到阈值温度时，则HP-EGR的量降低并且在时间tb之后，HP-EGR量可随当前发动机工况改变。曲线图508显示相对于时间的LP-EGR量。如显示的，一些LP-EGR可用于发动机启动和时间ta之间。因为用于LP-EGR的排气可从排气催化剂的下游位置被抽出，如在图 2中显示的，所以在冷启动期间使用LP-EGR，催化剂的加热未被降低。在该示例中，LP-EGR 量在时间ta和tb之间被减少至零LP-EGR量，这样相对低温度的LP-EGR不会减少通过高温 HP-EGR提供至冷却剂的热量。一旦冷却剂在时间tb处达到阈值温度，则LP-EGR可被恢复并且LP-EGR量可基于当前发动机工况改变。在510处，显示了相对于时间的增压水平。如在此示例中显示的，发动机在发动机起动和时间tb之间未被增压(例如，涡轮增压器没有运行)。例如，为了使排气流动穿过 HP-EGR系统并且进入进气歧管，进气歧管中的压力应小于排气中的压力。增压发动机增加了歧管压力，并且因此，当HP-EGR阀打开时，如果发动机被增压则排气不流入进气歧管。在冷却剂在时间tb处达到阈值温度之后，可运行涡轮增压器，从而存在对于当前工况的期望水平的增压。可替代地，如果增压在期望加热完成之前是期望的，则HP-EGR可被降低或停止，从而增压可被提供以满足期望的发动机输出扭矩需求。
注意到在此包括的示例控制和估计程序可在各种发动机和/或车辆系统配置中使用。在此描述的特别的程序可代表一个或者多个任何数目的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程以及类似物。就此而言，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序实施、并行实施或者在一些情况下被省略。类似地，该处理的顺序并不是实现在此所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，只不过被提供以便于展示以及说明。根据所使用的特别策略可以重复实施一个或多于一个所示的动作或者功能。此外，所述动作可以图表性地代表有待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质内的代码。应该理解的是，在此公开的这些配置以及程序本质上是示例性的，并且这些具体的实施例不应从限定的角度进行解释，因为可能存在多种变体。例如，上述技术可以应用于 V-6、L-4、L-6、V-12、对置4以及其他发动机类型。本公开的主题包括多种系统和配置以及在此公开的其他特征、功能和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合和子组合。随附的权利要求特别指出了被认为是新颖的和非显而易见的某些组合以及子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这种权利要求应该被理解为包括一个或多于一个这种元件的结合，既不必需也不排除两个或多于两个这种元件。所公开的这些特征、功能、元件和/或特性的其他组合以及子组合可能通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。不管是否比原始权利要求的范围更宽、更窄、等同或者不同，这种权利要求均被视为包括在本公开的主题内。
权利要求
1.一种加热涡轮增压发动机的方法，其包括在发动机冷启动期间并且在排气催化剂起燃之后但在冷却剂温度达到阈值之前，通过打开高压排气再循环阀，即HP-EGR阀开始运行HP-EGR系统并且将EGR流动穿过所述 HP-EGR系统的冷却器同时发动机冷却剂循环穿过所述冷却器；以及基于燃烧稳定性调整发动机的运行参数，以增加HP-EGR的量。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在所述排气催化剂起燃之前，通过打开LP-EGR阀运行低压排气再循环系统，即LP-EGR系统。
3.如权利要求2所述的方法，还包括在所述发动机冷却剂的温度达到所述阈值之后， 基于预热发动机工况运行所述HP-EGR系统和LP-EGR系统。
4.如权利要求2所述的方法，还包括在所述排气催化剂起燃之后并且在所述发动机冷却剂的温度达到所述阈值之前，关闭所述LP-EGR阀。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机运行参数包括凸轮正时、喷射正时、充气运动控制阀位置、双点火系统运行和发动机分层运行中的一个或多于一个。
6.如权利要求5所述的方法，还包括配合所述发动机运行参数调整HP-EGR的量。
7.如权利要求6所述的方法，其中在一种条件下，所述HP-EGR量随为减小气门重叠而调整的凸轮正时而增加，并且其中所述HP-EGR量在所述充气运动控制阀关闭时进一步增加。
8.如权利要求1所述的方法，其中在所述排气催化剂起燃之后，循环穿过所述冷却器的冷却剂经由冷却剂泵被增加。
9.一种加热车辆直喷发动机的方法，其包括在排气催化剂起燃之前，通过打开低压排气再循环阀，即LP-EGR阀来运行LP-EGR系统；在所述排气催化剂起燃之后并且在冷却剂温度达到阈值温度之前，通过打开高压排气再循环阀，即HP-EGR阀并且关闭所述LP-EGR阀开始运行HP-EGR系统，所述HP-EGR系统具有冷却器，所述冷却器是发动机冷却剂回路的一部分；当所述HP-EGR阀打开时，基于燃烧稳定性调整运行参数，以便增加穿过所述冷却器的排气量；一旦冷却剂温度达到所述阈值温度，基于预热发动机工况运行所述HP-EGR系统和 LP-EGR 系统。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述发动机具有涡轮增压器并且当所述HP-EGR系统被运行以升高所述冷却剂温度时，所述涡轮增压器增压所述发动机。
全文摘要
本发明描述了在冷启动期间加热车辆发动机的各种系统和方法。在一个示例中，发动机的热效率通过经由高压排气再循环(HP-EGR)系统加热发动机冷却剂被改进。例如，在排气催化剂起燃之后，排气被引导穿过包括HP-EGR冷却器的HP-EGR系统。然后来自排气的热量被用于经由HP-EGR冷却器加热发动机冷却剂。在发动机冷启动期间，可响应于进入发动机的HP-EGR调整一个或多于一个发动机运行参数，以便保持燃烧稳定性。
文档编号F02M25/07GK102312755SQ20111012672
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月11日 优先权日2010年5月28日
发明者D·J·斯泰爱兹, D·K·比德纳, G·苏尼拉 申请人:福特环球技术公司