减少由最小脉冲宽度约束导致的富化的制作方法

减少由最小脉冲宽度约束导致的富化的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间保持排气化学计量的方法和系统。响应于燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转和排气空燃比富化，增加进入进气歧管的气流。当燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转时在气流增加期间还可以调节发动机执行器来保持扭矩。
【专利说明】减少由最小脉冲宽度约束导致的富化

【技术领域】
[0001] 本发明涉及减少由最小脉冲宽度约束导致的富化。

【背景技术】
[0002] 发动机可以配置有将燃料直接喷射进燃烧汽缸(直接喷射）的燃料直接喷射器和/ 或将燃料喷射进进气道(进气道喷射燃料)的燃料进气道喷射器。可以通过一定范围的脉冲 宽度运转燃料喷射器，其中喷射进汽缸的燃料量随脉冲宽度的减小而减小。此外，燃料喷射 器可以具有阈值(例如下限阈值）脉冲宽度，处于该阈值脉冲宽度时脉冲宽度和喷射的燃料 量可能不会进一步减少。在特定工况下，当发动机气流较低和/或燃料系统中的燃料压力 较高，以阈值脉冲宽度运转燃料喷射器可能会导致排气中富化的空燃比。富化的排气空燃 比可能会降低排气后处理的效率并增加排气排放物。
[0003] 美国专利U. S. 6, 273, 060显示了一种用于解决以阈值脉冲宽度运转燃料喷射器 的示例方法。其中，当达到喷射器运转极限时控制发动机气流以保持排气空燃比处于化学 计量。这些极限包括以最小或阈值脉冲宽度运转燃料喷射器。当燃料喷射器没有以阈值脉 冲宽度运转时，可以控制发动机气流以提供希望的发动机扭矩。
[0004] 然而，发明人在此已经认识到上述方法的潜在问题。例如，虽然在燃料喷射器以阈 值脉冲宽度运转期间调节气流以保持化学计量可以减小排气排放物，但是发动机扭矩输出 可能不会保持在请求的水平上。在一些示例中，增加发动机气流以保持化学计量可以包括 将气流增加至高于扭矩需求所需要的更高水平。这样，发动机扭矩输出可能高于车辆驾驶 员请求的扭矩。


【发明内容】

[0005] 在一个示例中，可以通过一种响应于燃料喷射器运转而调节发动机气流和发动机 执行器的方法来解决上述问题。特别地，在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间，可以增加 发动机气流来保持排气混合物接近化学计量同时调节发动机执行器来保持扭矩。这样，可 以减少排气排放物同时保持请求的发动机性能。
[0006] 在另一个示例中，在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间发动机控制器可以增加 发动机气流以保持排气混合物处于化学计量。特别地，响应于当排气空燃比低于化学计量 比率时燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转，控制器可以将发动机气流增加得比车辆驾驶员请 求的更高，通过调节发动机执行器来保持扭矩使得发动机扭矩不会增加。增加发动机气流 可以包括增加进气节气门的开度，其中打开量可以基于排气空燃比。在一个示例中，控制器 可以增加火花延迟量以补偿发动机气流增加，从而保持发动机扭矩处于请求的水平。还可 以使用额外的或替代的发动机执行器调节来保持扭矩，包括调节交流发电机负荷、可变气 门正时、可变气门升程和/或废气门的开度。
[0007] 根据本发明的一个实施例，发动机气流的增加量随着燃料压力的增加而进一步增 加。
[0008] 根据本发明的一个实施例，调节发动机执行器来保持扭矩包括增加火花延迟量， 并且其中火花延迟量随着发动机气流增加量的增加而增加。
[0009] 根据本发明的一个实施例，调节发动机执行器来保持扭矩包括增加施加在发动机 上的交流发电机负荷，并且其中交流发电机负荷随着发动机气流增加量的增加而增加。 [0010] 根据本发明的一个实施例，调节发动机执行器来保持扭矩包括增加废气门的开 度,并且其中废气门的开度随着发动机气流增加量的增加而增加。
[0011] 根据本发明的一个实施例，调节发动机执行器来保持扭矩包括延迟可变凸轮正 时。
[0012] 根据本发明的一个实施例，调节发动机执行器来保持扭矩包括增加施加在发动机 上的交流发电机负荷同时调节火花延迟、可变凸轮正时、可变气门正时、可变气门升程、排 气门的开度和废气门的开度中的一者或多者。
[0013] 根据本发明的一个实施例，通过连接至排气通道的排气传感器确定排气空燃比。
[0014] 根据本发明，提供一种发动机系统，包含：包括进气歧管和发动机汽缸的发动机； 位于进气歧管上游的进气节气门；具有将燃料喷射进发动机汽缸的燃料喷射器的燃料系 统；以及具有计算可读指令的控制器，该指令响应于燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转而调 节进气节气门的位置以增加发动机气流同时保持发动机扭矩。
[0015] 根据本发明的一个实施例，保持发动机扭矩包括延迟火花点火正时、调节可变气 门正时、调节可变凸轮轴正时、增加施加在发动机上的交流发电机负荷、调节排气节气门的 开度和调节废气门的位置中的一者或多者。
[0016] 根据本发明的一个实施例，调节进气门的位置来增加发动机气流包括将发动机气 流从基于扭矩需求的第一水平增加至用于保持排气混合物接近化学计量的较高的第二水 平。
[0017] 应理解，提供上文的概述用于以简化形式引入一系列原理，其将在【具体实施方式】 中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护 的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或 本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1显示了示例发动机系统的示意图；
[0019] 图2显示了发动机燃料系统的示意图；
[0020] 图3显示了基于燃料喷射器运转来调节发动机气流的方法；
[0021] 图4显示了在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间当增加发动机气流时调节发 动机扭矩以保持发动机扭矩的方法；
[0022] 图5通过图表显示了响应于燃料喷射器脉冲宽度和排气空燃比来调节发动机执 行器的示例。

【具体实施方式】
[0023] 下文的描述涉及在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间保持排气混合物接近化 学计量的系统和方法。发动机系统（比如图1中显示的发动机系统）可以包括燃料系统(如 图2所示)，该燃料系统具有将燃料喷射进一个或多个发动机汽缸用于燃烧的一个或多个燃 料喷射器。在特定状况下，以阈值或最小脉冲宽度运转燃料喷射器可能会导致富化的空燃 t匕。在阈值脉冲宽度运转期间通过增加发动机气流，空燃比可以保持处于化学计量水平，从 而增加排气后处理效率并减少排气排放物。图3显示了一种基于燃料喷射器运转和排气空 燃比来调节发动机气流的方法。用于增加发动机气流的该方法可以包括增加发动机气流至 高于扭矩需求请求所需要的水平。从而，发动机控制器可以调节额外的发动机执行器来减 小总扭矩并保持发动机扭矩输出处于请求的水平。图4显示了在燃料喷射器以阈值脉冲宽 度运转期间当增加发动机气流时调节发动机执行器以保持扭矩的方法。图5显示了示例发 动机执行器调节。
[0024] 图1描述了内燃机10的燃烧室或汽缸的实施例。发动机10至少部分通过包含控 制器12的控制系统以及通过车辆驾驶员130经由输入装置132的输入来控制。在该实施 例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器 134。发动机10的汽缸（即燃烧室)14可包括带有位于其中的活塞138的燃烧室壁136。活 塞138可和曲轴140相连以便活塞的往返运动转化为曲轴的转动运动。曲轴140可通过传 动系统和乘用车的至少一个驱动轮相连。此外，起动马达可通过飞轮和曲轴140相连以能 够进行发动机10的起动运转。此外，曲轴140可以用于驱动交流发电机184。
[0025] 汽缸14能通过一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146和发动 机10的除汽缸14之外的其它汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可包括增 压装置，比如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1显示了发动机10配置有涡轮增压器，所 述涡轮增压器包含布置在进气通道142和144之间的压缩机174和沿排气通道148布置的 排气涡轮176。压缩机174可至少由排气涡轮176通过轴180驱动，在这种情况下增压装 置配置为涡轮增压器。但是，在其它实施例中，比如在发动机10配备有机械增压器的情况 下，排气涡轮176可选择性地省略，在这种情况下压缩器174可通过来自马达或发动机的机 械输入驱动。包括节流板164的节气门162可沿发动机的进气通道设置，用于改变提供给 发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图1所示节气门162可安装在压缩机174 的下游，或者可替代地安放在压缩机174的上游。调节节流板164的位置可以增加或减小 节气门162的开度，从而改变质量空气流量或进入发动机汽缸的进气的流动速率。例如，通 过增加节气门162的开度，可以增加质量空气流量。相反，通过减小节气门162的开度，可 以减小质量空气流量。这样，调节节气门162可以调节进入汽缸14用于燃烧的空气量。例 如，通过增加质量空气流量，可以增加发动机的扭矩输出。图3-4显示了在特定的发动机工 况期间调节节气门以增加质量空气流量的更多细节。
[0026] 排气通道148能接收来自发动机10的汽缸14以及其它汽缸的排气。排气传感 器128如图所示和排放控制装置178上游的排气通道148相连。传感器128可以是用于提 供排气空燃比指示的任何合适的传感器，线性氧传感器或者UEG0 (通用或宽域排气氧传感 器)，双态氧传感器或EG0 (如图所示)，HEG0 (热EG0)，氮氧化物（NOx)、碳氢化合物（HC)或 氧化碳（C0)传感器。控制器12可以调节发动机执行器以保持传感器128处的排气混合物 接近化学计量。化学计量的排气混合物可以是不包含未燃烧燃料的排气混合物。在一个示 例中，保持排气混合物接近化学计量可以包括调节节气门以增加质量空气流量并随后增加 燃烧空燃比。这样，控制器可以保持化学计量空燃比。下文关于图3-4描述了用于保持化 学计量的示例方法。
[0027] 此外，排气通道148可以包括用于将排气转移离开涡轮176的废气门126。例如， 增加废气门126的开度可以减少流过涡轮的排气量。这样，打开废气门126可以减小增压， 从而减小发动机的扭矩输出。排气通道148进一步包括排放控制装置178。排放控制装置 178可以是三元催化剂（TWC)、NOx捕集器、各种其它排放控制装置或它们的组合。
[0028] 发动机10的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸 14如图所示包括位于汽缸14上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀 156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可包括位于汽缸上部区域的至 少两个进气提升阀和至少两个排气阀。
[0029] 进气门150可由控制器12经由执行器152进行控制。类似地，排气门156可由控 制器12经由执行器154控制。在一些状况期间，控制器12可以改变提供至执行器152和 154的信号以控制各自进气和排气门的打开和关闭。可通过各自的气门位置传感器(未显 不）确定进气门150和排气门156的位置。气门执行器可以是电动气门驱动类型或者凸轮 驱动类型或它们的组合。可以同时控制进气和排气门正时，或者可以使用可变进气凸轮正 时、可变排气凸轮正时、两个独立的可变凸轮正时或固定凸轮正时的可能的组合。每个凸轮 驱动系统可包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作的凸轮轮廓线变换系统 (CPS)、可变凸轮正时（VCT)、可变气门正时（VVT)和/或可变气门升程（VVL)系统中的一种 或多种用于改变气门运转。例如，汽缸14可替代地包括通过电动气门驱动进行控制的进气 门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮驱动进行控制的排气门。在其它实施例中，进气和排 气门可通过共用气门执行器或驱动系统、或者可变气门正时执行器或驱动系统来控制。
[0030] 在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选 定运转模式下，点火系统190可响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞192 给燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可以省略，比如当发动机10 可通过自动点火或者通过燃料喷射(如可能在一些柴油发动机的情况下）发起燃烧。
[0031] 在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置有一个或多个燃料喷射器用于向 其提供燃料。作为一个非限制的示例，汽缸14显示为包括两个燃料喷射器166和170。燃 料喷射器166显示为直接和汽缸14相连用于与通过电子执行器168从控制器12接收的 FPW-1信号的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器166提供已 知的称为直接喷射(下文称为"DI"）将燃料喷入燃烧汽缸14。尽管图1显示了喷射器166 作为侧喷射器，它也可以位于活塞的上方，比如火花塞192的位置的附近。当采用醇基燃料 操作发动机时，由于某些醇基燃料的低挥发性，这样的位置可改善混合和燃烧。可替代地， 喷射器可位于进气门上方并与之靠近以改善混合。
[0032] 可以从燃料系统172将燃料输送至燃料喷射器166。图2说明了燃料系统172的 示例实施例。燃料系统172包括燃料存储箱202。可以经由燃料泵204从存储箱202泵送 燃料通过燃料输送管206到燃料导轨208。燃料导轨208可以根据来自控制器12的脉冲 宽度信号FPW将燃料传输至一个或多个燃料喷射器164以喷射进汽缸14的进气道。脉冲 宽度信号FPW可以对应于燃料喷射器164喷射的燃料量。燃料箱202包括用于接收燃料的 加注管210。燃料加注管210可以配置用于从燃料箱202延伸至车身的外部边缘使得车辆 驾驶员可以接近以向燃料箱加注。燃料加注管210可以配置有在燃料箱加注期间可以移 开的燃料箱盖212。燃料箱盖212可以配置用于当连接至燃料加注管210时建立不漏蒸汽 (vapor-tight)的密封使得可以防止燃料蒸汽离开燃料加注管和燃料箱。燃料箱盖传感器 214可以位于燃料加注管210的侧壁。燃料箱盖传感器214可以发送信号至控制器12指示 燃料箱盖212已经移开或者燃料箱盖处于密封燃料加注管210的方位。
[0033] 在一些实施例中，燃料系统可以不包括可移开的燃料箱盖，但是可以包括安装在 燃料加注管端部的单向密封。在这样的配置中，燃料系统可以包括传感器以探测何时燃料 加注装置进入密封向燃料箱加注流体燃料。应理解可以使用其它适当的密封装置来密封燃 料加注管。
[0034] 可以通过控制器12使用传感器测量来确定燃料箱202中的流体燃料水平。例如， 在一些实施例中，燃料箱中浮在流体燃料表面上的流体燃料水平测量装置(未显示）可以确 定燃料箱中流体燃料的容积。此外，在一些实施例中，传感器216可以测量燃料箱压力（例 如燃料压力）并且可以从压力测量值得出流体燃料水平。应理解，基于通过测量和/或计 算的确定可以将流体燃料水平的指示提供给驾驶员。控制器12可以基于接收到的测量和 /或确定来产生范围在满箱燃料和空燃料箱之间的燃料水平读数。出于燃料箱加注的目的 可以通过车辆驾驶员使用的燃料水平指示器向车辆驾驶员显示该指示。
[0035] 燃料系统172进一步包括经由通气管218连接至燃料箱202的燃料蒸汽滤罐220。 为了调整燃料箱202中的压力，燃料蒸汽可以从燃料箱202流动通过通气管218至燃料蒸 汽滤罐220。燃料蒸汽滤罐220可以捕集流进滤罐的燃料蒸汽同时允许通过滤罐过滤过的 空气经由排气口（未显示）排到大气中。在一些实施例中，燃料蒸汽滤罐可以通过碳过滤燃 料蒸汽。燃料蒸汽可以附着在碳上直到抽取燃料蒸汽。
[0036] 响应于各种工况和事件可能发生燃料蒸汽滤罐饱和。在一个示例中，燃料箱加注 可能迫使留在燃料箱中的燃料蒸汽进入滤罐导致滤罐饱和。在另一个示例中，在车辆运转 期间产生的热量和/或压力可能导致流体燃料蒸发产生传输进滤罐导致饱和的燃料蒸汽。
[0037] 为了避免燃料蒸汽滤罐的过饱和以及燃料蒸汽释放至大气，可以通过控制抽取阀 222从燃料蒸汽滤罐抽取燃料蒸汽。可以使用发动机运转期间产生的发动机真空从燃料蒸 汽滤罐抽取燃料蒸汽。在一个示例中，可以通过驱动节气门164建立发动机真空，并且一旦 驱动抽取阀222,燃料蒸汽可以从燃料蒸汽滤罐220流入进气歧管并进入汽缸14用于燃烧。 通过将燃料蒸汽引入汽缸而不是引入大气，可以改善燃料经济性。然而，在一些状况下，燃 料蒸汽抽取可以增加进入汽缸14用于燃烧的燃料量，从而减小空燃比(例如燃烧空燃比)。 这可能导致燃料喷射器脉冲宽度的减小并随后导致喷射进汽缸14的燃料量减小。当燃料 喷射器脉冲宽度减小至最小或阈值脉冲宽度使得脉冲宽度不可以再减小，在燃料蒸汽抽取 期间排气的空燃比可能变得富化。结果是，排气后处理效率可能降低并且可能增加排气排 放物。特别是在较低质量空气流量的状况下，燃料蒸汽抽取可能导致燃料喷射器166以阈 值脉冲宽度运转。图3显示了在该阈值脉冲宽度状况下运转发动机并增加空燃比的方法。
[0038] 应理解，可以在上述燃料系统中实施其它的燃料蒸汽排放和抽取配置。例如，额外 的通气管和/或滤罐可以用于过滤和容纳燃料蒸汽。在另一个示例中，燃料蒸汽抽取系统 可以包括多个抽取阀。
[0039] 返回图1，在一些实施例中，发动机10可以具有替代的或额外的位于进气道中的 燃料喷射器，比如燃料喷射器170。燃料喷射器170显示为设置在进气通道146中而不是在 汽缸14中，这样配置提供了已知的进气道燃料喷射(此后称为"PFI")将燃料喷射进汽缸14 上游的进气道。燃料喷射器170可以与经由电子执行器171从控制器12接收的脉冲宽度 信号FPW-2成比例地喷射燃料。可以通过燃料系统172将燃料输送至燃料喷射器170。在 一个示例中，发动机10可以DI和PFI两者。在另一个示例中，发动机10可以仅使用DI和 PFI中的一者。
[0040] 如上文所描述的，图1仅显示了多缸发动机的一个汽缸。同样，每个汽缸可以类似 地包括它自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
[0041] 图1中控制器12显示为微型计算机，包括：微处理器单元106、输入/输出端口 108、用于可以执行程序和校准值的在该特定示例中显示为只读存储芯片110、随机存取存 储器112、保活（keep alive)存储器114和数据总线。控制器12可以接收来自和发动机10 相连的传感器的各种信号，除了上文讨论的那些信号，还包括：来自气流质量传感器122的 进入气流质量（MAF)的测量值；来自和冷却套筒118相连的温度传感器116的发动机冷却 剂温度（ECT);来自和曲轴140连接的霍尔效应传感器120 (或其它类型）的表面点火感测 (PIP)信号；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP);来自传感器216的燃料压力；以及 来自传感器124的绝对歧管压力（MAP)信号。可以通过控制器12从信号PIP产生发动机 转速信号（RPM)。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中真空 或压力的指示。
[0042] 此外，控制器12可以与多个执行器通信，这些执行器可以包括发动机执行器α匕 如燃料喷射器、电动控制的进气节流板、火花塞、凸轮轴等)。可以控制多个发动机执行器以 提供或保持车辆驾驶员130指定的扭矩需求。这些执行器可以调节特定的发动机控制参 数，包括：变凸轮轴正时（VCT)、空燃比、交流发电机负荷、火花正时、节气门位置、可变气门 正时（VVT)、可变升程正时（VLT)、废气门位置等。
[0043] 存储媒介只读存储器110可以编程有代表处理器106可执行的指令用于执行下文 描述的方法以及可预见但未明确列出的其它变量的计算机可读数据。图2描述了可以通过 控制器执行的示例程序。
[0044] 图1-2中的系统提供了包括进气歧管、发动机汽缸和位于进气歧管上游的进气节 气门的发动机系统。发动机系统进一步包括具有将燃料喷射进发动机汽缸的燃料喷射器的 燃料系统。此外，发动机系统包括具有计算机可读指令的控制器，这些指令响应于燃料喷射 器以阈值燃料脉冲宽度运转而调节进气节气门的位置以增加发动机气流同时保持发动机 扭矩。在一个示例中，保持发动机扭矩包括延迟火花点火正时、调节可变气门正时和/或升 程、调节可变凸轮正时、增加施加在发动机上的交流发电机负荷以及调节废气门或排气中 其它阀的位置中的一者或多者。调节进气节气门的位置来增加发动机气流可以包括将发动 机气流从基于扭矩需求的第一水平增加至更高的第二水平以保持排气混合物接近化学计 量。
[0045] 参考图3-5的详细描述，控制器可以调节一个或多个发动机执行器以保持化学计 量的空燃比同时还保持发动机扭矩。当燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转时可能需要这些发 动机执行器调节。控制器可以向燃料喷射器发送燃料脉冲宽度信号（FPW)。该脉冲宽度可 以对应于喷射进发动机汽缸用于燃烧的燃料量。阈值脉冲宽度可以是最小脉冲宽度使得燃 料喷射脉冲宽度不能再进一步减小。这样，如果燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转，喷射进汽 缸用于燃烧的燃料量不会再进一步减小。
[0046] 多种发动机工况可以导致燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转。随着发动机扭矩需求 的减小，需要更少的燃料和发动机气流用于燃烧。随着发动机气流或质量空气流量的减小， 喷射的燃料量也可能减小以保持化学计量的空燃比。从而，控制器可以减小发送至燃料喷 射器的脉冲宽度信号使得更少的燃料喷射进发动机汽缸。最终，FPW信号可能达到阈值脉 冲宽度。
[0047] 特定状况下，以阈值脉冲宽度运转可能会导致富化的空燃比。在一个示例中，较高 的燃料压力可能导致在设定的脉冲宽度下喷射更多的燃料。例如，在热浸（hot soak)并再 起动之后，由于导轨中的温度升高和燃料热膨胀，燃料压力可能较高。与燃料压力小于阈值 压力相比，当燃料压力高于阈值压力时以阈值脉冲宽度时可能喷射较大量的燃料。这样喷 射较大量的燃料可能会减小燃烧空燃比并导致非化学计量的排气混合物(例如排气中的一 些未燃烧的燃料)。在较高的燃料压力状况下当发动机气流较少时(例如较低的扭矩需求期 间）空燃比可能进一步减小。
[0048] 在另一个示例中，从燃料蒸汽滤罐抽取燃料蒸汽之后，发动机汽缸中的燃料量可 能会增加，从而减小空燃比。如果在燃料蒸汽抽取期间燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转，燃 烧空燃比可能会富化。当在发动机气流较少的状况期间抽取燃料蒸汽时空燃比可能会进一 步减小。以富化的空燃比燃烧可能会减小排气后处理效率并增加排气排放物。从而，在上 述状况期间控制器可以调节发动机气流以减少富化。
[0049] 发动机正常运转期间，可以响应于扭矩需求来控制发动机气流。扭矩需求可以基 于车辆驾驶员请求的踏板位置。从而，随着踏板位置的增加以及随后扭矩需求的增加，可以 增加发动机气流以满足请求的扭矩。如上文讨论的，增加发动机气流可以包括增加节气门 的开度。这样，可以控制节气门以输送请求的扭矩需求所需要的气流。
[0050] 以阈值脉冲宽度运转期间，控制器可以响应于排气空燃比而不是响应于扭矩需求 来控制气流。特别地，在一个示例中，在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间，控制器可以 增加发动机气流或质量空气流量以保持化学计量的排气空燃比(例如保持处于化学计量)。 例如，响应于燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转，当燃料压力高于阈值压力和/或排气空燃 比小于化学计量的空燃比时，控制器可以增加发动机气流。在一个示例中，增加发动机气流 可以包括增加节气门的开度以增加进入进气歧管的质量空气流量。控制器可以基于排气空 燃比增加发动机气流。例如，控制器可以调节节气门以输送用于燃烧的空气量，该空气量使 得在燃烧之后离开汽缸的排气处于化学计量空燃比。
[0051] 增加发动机气流来保持化学计量可能导致气流增加至高于当前扭矩需求所需要 的水平。从而，产生的发动机扭矩输出可能高于车辆驾驶员所请求的。为了补偿由于增加 气流而增加的扭矩，控制器可以调节额外的发动机执行器来减小扭矩。例如，当燃料喷射器 以阈值脉冲宽度运转时在发动机气流增加期间，控制器可以同时调节发动机执行器来保持 扭矩输出处于需求的水平。用于保持希望扭矩输出的发动机执行器调节可以包括调节火花 正时和/或调节交流发电机负荷。发动机执行器调节可以进一步包括通过调节VVT、VCT、 VVL、废气门和/或排气节气门来调节发动机的泵功。例如，燃料喷射器以阈值脉冲宽度运 转期间，通过相对于最大扭矩最小点火提前角（MBT)延迟火花正时可以减小扭矩来补偿气 流的增加。在另一个示例中，延迟或提前VCT、VVT和/或VVL可以增加发动机的泵功，从而 减小扭矩。在一些实施例中，通过调节废气门或排气节气门增加发动机的泵功可以减小较 大的进气节气门开度时的功率输出，从而帮助保持扭矩需求。此外，增加交流发电机负荷可 以提供扭矩补偿。对于具有电机的车辆(例如混合动力车辆)而言由于交流发电机具有更大 的运转范围，能够将交流发电机负荷增加至较高的程度。
[0052] 在一个实施例中，可以一次仅调节上述发动机运转执行器中的一者来抵消气流增 加并保持扭矩。例如，在发动机气流增加期间控制器可以增加火花延迟来保持扭矩。在另 一个实施例中，可以调节上述参数的组合来保持请求的扭矩。例如，控制器可以减小火花正 时同时还增加交流发电机负荷来补偿气流增加。这样，当还调节另一个执行器（比如交流发 电机负荷）时可以需要更少的火花延迟来保持扭矩。用于保持扭矩的发动机执行器调节的 选择可以基于调节对燃烧稳定性的影响。例如，与增加交流发电机负荷相比，延迟火花可能 会更大程度地减小燃烧稳定性。从而，可以首先调节交流发电机负荷或者与调节火花正时 组合来增加燃烧稳定性同时保持扭矩输出。下文将参考图4-5描述关于保持扭矩的发动机 执行器调节的更多细节。
[0053] 这样，在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间，可以增加发动机气流来保持排气 混合物接近化学计量同时还调节发动机执行器来保持扭矩。在一个示例中，阈值脉冲宽度 可以是最小脉冲宽度。增加发动机气流可以包括增加进气节气门的开度。在一个示例中， 发动机气流的增加量可以基于排气混合物的空燃比。此外，可以响应于在燃料喷射器以阈 值脉冲宽度运转期间燃料压力高于阈值压力和排气混合物富化中的一者或多者而增加发 动机气流。在一个示例中，阈值压力基于将喷射进发动机汽缸的燃料量增加至产生富化排 气混合物的水平的燃料压力。调节发动机执行器来保持扭矩可以包括调节火花正时、可变 气门正时、可变气门升程、废气门的开度和交流发电机负荷中的一者或多者。燃料喷射器以 阈值脉冲宽度运转之后，发动机气流响应于燃料喷射器以高于阈值脉冲宽度的脉冲宽度运 转而可以返回至请求的水平。下文参考图3-5描述基于燃料喷射器运转的气流和发动机执 行器调节的更多细节。
[0054] 图3显示了基于燃料喷射器运转来调节发动机气流的方法300。方法在302处开 始于估算和/或测量发动机工况。发动机工况可以包括发动机转速和负荷、扭矩需求、燃烧 空燃比、排气空燃比、燃料压力、燃料喷射脉冲宽度、发动机气流(例如质量空气流量)、火花 正时、VVT、VCT、VVL、废气门位置、节气门位置、交流发电机负荷等。在304处，方法包括确定 燃料脉冲宽度信号FPW是否处于阈值脉冲宽度（PW)。脉冲宽度信号的长度可以对应于喷射 进发动机汽缸用于燃烧的燃料量，其中通过减小脉冲宽度来减小喷射的燃料量。如上文讨 论的，阈值脉冲宽度可以是发送至燃料喷射器的最小脉冲宽度信号。这样，当燃料喷射器以 阈值脉冲宽度运转时，喷射的燃料量不会进一步减小。如果FPW没有处于阈值脉冲宽度(例 如高于阈值脉冲宽度)则方法前进至310,在310处控制器保持发动机工况并继续监视燃料 系统状况。然而，如果FPW处于阈值脉冲宽度，方法前进至306。
[0055] 在306处，方法包括确定燃料压力是处于还是高于阈值压力。阈值压力可以基于 阈值脉冲宽度时的标准燃料喷射量。例如，处于阈值脉冲宽度，第一燃料量喷射进发动机汽 缸。随着燃料压力增加，第一燃料量会增加。阈值压力可以定义为第一燃料量增加阈值量时 的压力。阈值量可以是产生富化空燃比的燃料量。从而，处于或高于阈值燃料压力时燃料 喷射器以阈值脉冲宽度运转可能产生燃烧富化空燃比，从而增加了发动机排气排放物。在 306处如果燃料压力处于或高于阈值压力，方法前进至312。在312处，控制器可以增加发 动机气流来保持化学计量同时调节发动机执行器来保持扭矩输出。在一个示例中，这可以 包括增加进气节气门的开度同时延迟火花正时来保持扭矩，从而补偿气流增加。这样调节 气流并保持扭矩的方法显示在图4中。
[0056] 返回306,如果燃料压力不高于阈值压力则方法前进至308以确定排气(例如排气 混合物）的空燃比是否小于化学计量空燃比(例如空燃比富化)。可以通过连接至排气通道 的排气传感器确定排气的空燃比。如果排气空燃比富化，方法前进至312以增加发动机气 流来保持化学计量同时调节发动机执行器来保持扭矩(在图4中进一步描述)。然而，如果 排气混合物处于化学计量，方法前进至310以保持发动机工况。控制器可以继续监视燃料 系统的燃料状况。这样，当燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转时如果排气空燃比减小和/或 燃料压力增加，那么如下文进一步讨论的控制器可以调节气流和发动机执行器。
[0057] 图4显示了在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间在增加发动机气流时调节发 动机执行器来保持发动机扭矩的方法400。从方法300继续，方法400开始于在402处确定 保持化学计量所需要的质量空气流量或发动机气流。例如，发动机气流的增加量可以基于 排气混合物的空燃比。从而，随着排气空燃比进一步减小到化学计量比率之下，可以增加发 动机气流的质量空气流率或增加量。这样，发动机气流可以增加一定量，该量保持排气空燃 比处于化学计量。402之后，方法随后前进至404以调节进气节气门来输送确定的质量空气 流量或发动机空气流量。增加发动机气流可以包括增加进气节气门的开度。例如，对于确 定的较大质量空气流量，节气门可以打开更大量。
[0058] 在406处，在质量空气流量增加期间控制器调节一个或多个发动机执行器来保持 扭矩。方法在404和406处可以同时进行。当增加发动机气流时通过调节发动机执行器， 可减小总扭矩使得在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间能够保持实际的扭矩需求。调节 发动机执行器来保持扭矩可以包括在408处调节火花延迟。在一个示例中，增加火花延迟 (即火花延迟得离MBT更远)可以减小扭矩并有助于保持请求的扭矩需求。调节执行器还可 以包括在410处调节交流发电机负荷。例如，增加交流发电机施加在发动机上的负荷可以 减小扭矩来补偿发动机气流增加。可以通过调节交流发电机线圈电流来增加施加在发动机 上的交流发电机负荷。可替代地，在412处调节执行器可以包括调节VCT、VVT和/或VVL。 例如，在一些实施例中，延迟VCT可以减小扭矩来补偿发动机气流的增加。在又一示例中， 调节执行器可以包括在414处调节废气门或其它排气节气门。特别地，增加废气门的开度 可以绕过涡轮转移排气流，从而减小扭矩。从而，随着进气节气门的开度增加来增加发动机 气流，废气门的开度也可以增加以帮助保持扭矩。可替代地，部分关闭其它排气节气门可以 增加排气背压，从而增加发动机泵功并补偿发动机气流增加。
[0059] 在一些实施例中，可以调节上述参数的组合以抵消气流增加并保持扭矩。在其它 实施例中，可以这些调节参数对燃烧稳定性和/或燃料的效应可利用针对这些调节参数的 优先级体系（priority hierarchy)。例如，增加交流发电机负荷可能不增加燃烧稳定性或 劣化燃料效率至与VCT或火花调节相同的程度。从而，在406处优先级体系可以包括首先 调节交流发电机负荷(如果需要进一步减小扭矩)则随后继续调节火花正时和/或VCT。在 一些实施例中，可以在体系中设置触发来继续下一个参数。例如，交流发电机负荷可以初始 地用于减小扭矩并且一旦最大的交流发电机负荷施加在发动机上，可以设置触发使得使用 火花正时、VCT或其它正时系统调节来满足其余的扭矩减小。取决于发动机工况和其它车 辆工况（比如车速、车辆运转模式、电池荷电状态等)，还可以改变优先级的顺序。本说明书 中将参考图5详细描述在增加气流期间由于燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转而执行的示 例执行器调节。
[0060] 在406处作出所有发动机执行器调节之后，方法前进至416以确定FPW是否高于 阈值脉冲宽度（PW)。如果FPW不高于阈值脉冲宽度(例如FPW保持在阈值脉冲宽度)，方法 前进至418以保持增加的发动机气流和发动机执行器调节。在一些实施例中，可以基于排 气空燃比继续调节用于保持扭矩的发动机气流(例如节气门）和发动机执行器调节。例如， 在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间，如果排气的空燃比增加或减小为高于或低于化学 计量比率，节气门开度还可以变化以保持空燃比处于化学计量。然后可以改变发动机执行 器调节以在新的发动机气流水平处保持扭矩。
[0061] 返回至416,如果FPW高于阈值脉冲宽度(例如燃料喷射器不再以阈值脉冲宽度运 转)，方法前进至420以基于包括扭矩需求的发动机工况将发动机气流恢复为请求的水平。 发动机执行器也恢复为请求的水平以传输车辆驾驶员请求的扭矩。
[0062] 这样，当排气的空燃比小于化学计量比率时，响应于燃料喷射器以阈值脉冲宽度 运转，发动机气流可以增加得比车辆驾驶员请求的更多，通过调节发动机执行器保持扭矩 使得发动机扭矩不会增加。可以进一步响应于当燃料压力高于阈值压力时燃料喷射器以阈 值脉冲宽度运转而增加发动机气流并调节发动机执行器。在一个示例中，增加发动机气流 包括增加进气门的开度。此外，随着排气空燃比的减小发动机气流增加量可以增加。随着 燃料压力的增加发动机气流的增加量可以进一步增加。在一个示例中，调节发动机执行器 来保持扭矩包括增加火花延迟量，随着发动机气流增加量的增加火花延迟量增加。在另一 个示例中，调节发动机执行器来保持扭矩包括增加施加在发动机上的交流发电机负荷，随 着发动机气流增加量的增加交流发电机机负荷增加。在又一个示例中，调节发动机执行器 来保持扭矩包括增加废气门的开度，随着发动机气流增加量的增加废气门的开度增加。在 其它示例中，调节发动机执行器来保持扭矩包括延迟可变凸轮正时。在另一个示例中，调节 发动机执行器来保持扭矩可以包括增加施加在发动机上的交流发电机负荷同时调节火花 延迟、可变凸轮正时、可变气门正时、可变气门升程和废气门开度中的一者或多者。
[0063] 图5显示了响应于燃料喷射器脉冲宽度调节发动机执行器的图表示例。具体地， 图500显示了图表502处的燃料脉冲宽度信号（FPW)的变化、图表504处的燃烧空燃比的 变化、图表506处的发动机气流的变化、图表508处的燃料压力的变化、图表510处的火花 正时的变化、图表512处的交流发电机负荷的变化、图表514处的扭矩变化以及图表516处 的排气空燃比的变化。
[0064] 在时间tl之前，FPW可以在阈值脉冲宽度（T1)之上（图表502)。燃料压力低于阈 值压力（P1)(图表508)，并且排气空燃比处于化学计量比率520上（图表516)。紧临时间 tl之前，燃料压力增加到阈值压力P1之上。在时间tl处，FPW减小至阈值脉冲宽度T1(图 表502)。结果是，排气空燃比减小到化学计量比率520之下。响应于当燃料压力高于阈值 压力P1时燃料喷射器以阈值脉冲宽度T1运转并且排气空燃比富化，紧临时间tl之后控制 器增加发动机气流。增加发动机气流可以包括增加进气门的开度。随着发动机气流增加（图 表506)，燃烧空燃比（图表504)和排气空燃比（图表516)增加。发动机气流第一增加量522 可以允许排气空燃比保持处于化学计量（图表516)。除了在时间tl处增加发动机气流，控 制器延迟火花（图表510)以补偿气流增加并保持扭矩处于请求的水平（图表514)。这样，第 一火花延迟量524可以基于发动机气流第一增加量522。
[0065] 紧临时间t2之前，燃料压力减小到阈值压力P1以下（图表508)。在时间t2处， FPW增加到阈值脉冲宽度T1之上（图表502)。从而，燃料喷射器不再以阈值脉冲宽度T1运 转。结果是，控制器将发动机气流恢复为当前请求的水平并且朝MBT增加火花正时（图表 510)。
[0066] 在时间t3处，如（图表502)指示的随着FPW减小至阈值脉冲宽度T1，燃料喷射器 以阈值脉冲宽度T1运转。然而，在时间t3处，燃料压力保持低于阈值压力P1并且排气空 燃比保持接近化学计量比率516。从而，保持发动机工况同时控制器继续监视燃料状况。在 时间t4处，排气空燃比变得富化，减小到化学计量比率520之下（图表516)。可能会发生这 种情况的原因是燃料蒸汽抽取之后燃烧汽缸中的燃料增加(如通过燃烧空燃比减小所指示 的（图表504))。响应于燃料喷射器以阈值脉冲宽度T1运转时富化的排气空燃比，控制器增 加进气门的开度以将发动机气流增加发动机气流第二增加量530。发动机气流第二增加量 530可能大于时间t2处的发动机气流第一增加量522。这可能是由于时间t4处排气空燃 比的减小（528处显示的）高于时间tl处的排气空燃比的减小（526处显示的）。
[0067] 此外，在时间t4处，当发动机气流增加时控制器可以增加交流发电机负荷（图表 512)和火花延迟（图表510)两者来保持扭矩。由于控制器增加交流发电机负荷和火花延迟， 与单独增加火花延迟来保持扭矩相比第二火花延迟量532可能更低。这样，增加交流发电 机负荷可以允许更小的火花延迟，从而增加燃烧稳定性。在替代实施例中，在时间t4处控 制器可以调节额外的或替代的发动机执行器。如上文描述的，这些调节可以包括调节VCT、 VVT、VVL和/或废气门的开度。例如，在时间t4处，可替代地控制器可以将废气门的开度 增加与发动机气流第二增加量530对应的量。如果废气门的开度不能再进一步增加，可以 调节其它执行器。
[0068] 如时间t4处显示的，响应于燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转，当排气空燃比低于 化学计量比率时，控制器可以将发动机气流增加得比车辆驾驶员请求的更高，并且通过调 节发动机执行器来保持扭矩使得发动机扭矩不会增加。基于排气空燃比增加发动机气流。 通过调节节气门来调节发动机气流使得排气保持处于化学计量。随后在发动机气流增加期 间调节发动机执行器来保持扭矩处于请求的水平。如时间t4处显示的，可以调节一个以上 的发动机执行器来保持扭矩。在时间t4处显示的示例中，交流发电机负荷和火花延迟都增 加以补偿气流增加并保持扭矩。
[0069] 如时间tl处显示的，可以响应于当燃料压力高于阈值压力时燃料喷射器以阈值 脉冲宽度运转而增加发动机气流并调节一个或多个发动机执行器。此外控制器将发动机气 流增加一定量，该增加量保持化学计量的排气混合物。质量空气流量增加时延迟火花正时 以减小扭矩输出，从而保持扭矩处于请求的水平。这样，火花延迟量可以基于发动机气流增 加量。尽管时间tl处的示例显示了调节火花正时，如上文讨论的还可以使用其它的或替代 的发动机执行器调节来保持扭矩。
[0070] 这样，燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间，可以增加发动机气流来保持排气混 合物接近化学计量。可以响应于当燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转时燃料压力高于阈值压 力和/或排气空燃比低于化学计量比率而增加发动机气流。在发动机气流增加期间，可以 同时调节一个或多个发动机执行器来保持发动机输出处于请求的水平。用于保持扭矩的 发动机执行器调节可以包括增加火花延迟、增加交流发电机负荷、延迟VCT、调节VVT、调节 VVL和/或增加废气门的开度。这样，可以减少发动机排气同时保持发动机性能。
[0071] 注意，各种发动机和/或车辆系统配置可以使用本发明包括的示例控制程序。本 发明描述的特定程序可以代表任意数量处理策略中的一者或多者，比如事件驱动、中断驱 动、多任务、多线程等。这样，所说明的多个动作、运转或功能可以说明的序列、并行执行，或 在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本文描述的示例实 施例的特征和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。取决于使用的特定策略，可以 重复执行一个或多个说明的动作或功能。此外，描述的动作可以形象地代表编程在发动机 控制系统中计算机可读存储媒介中的代码。
[0072] 应理解，本说明书公开的配置和程序实际是示例性的，并且那些具体的实施例不 应当认为是限制，因为可能有多种变型。例如，上述技术可以应用到V6、14、16、V12、对置4 缸和其它类型的发动机。此外，各种系统配置中的一者或多者可以与描述的一个或多个诊 断程序组合使用。本公开的主题包括所有在此公开的多种系统和配置（以及其它特征、功能 和/或属性）的新颖的和非显而易见的组合和子组合。
【权利要求】
1. 一种发动机方法，包含： 在燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转期间，增加发动机气流来保持排气混合物接近化学 计量同时调节发动机执行器来保持扭矩。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阈值脉冲宽度是最小脉冲宽度并且 其中所述增加发动机气流包括增加进气门的开度。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发动机气流的增加量基于所述排气混合 物的空燃比。
4. 根据权利要求1所述的方法，进一步包含，响应于所述燃料喷射器以所述阈值脉冲 宽度运转期间燃料压力高于阈值压力和排气混合物富化中的一者或多者而增加发动机气 流。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阈值压力基于将喷射进发动机汽缸 的燃料量增加至产生富化排气混合物的水平的燃料压力。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节发动机执行器包括调节火花正时、可 变气门正时、可变凸轮正时、可变气门升程、废气门的开度、排气门的开度和交流发电机负 荷中的一者或多者。
7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包含响应于所述燃料喷射器以高于所述阈值脉 冲宽度的脉冲宽度运转而将发动机气流恢复为请求的水平。
8. -种发动机方法，包含： 响应于当排气空燃比低于化学计量比率时燃料喷射器以阈值脉冲宽度运转，将发动机 气流增加基于所述排气空燃比的并且高于车辆驾驶员请求的量，并且通过调节发动机执行 器来保持扭矩使得发动机扭矩不会增加。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述增加发动机气流和调节所述发动机 执行器进一步响应于当燃料压力高于阈值压力时所述燃料喷射器以所述阈值脉冲宽度运 转。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述增加发动机气流包括增加进气门的 开度，并且其中所述发动机气流的增加量随着所述排气空燃比的减小而增加。
【文档编号】F02D9/02GK104100384SQ201410136009
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2013年4月5日
【发明者】T·G·里昂, W·C·罗那, T·A·瑞帕萨 申请人:福特环球技术公司