用于预点火控制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明大体涉及用于减缓使用直吹(blow-through)空气操作的发动机中预点火的方法和系统。
【背景技术】
[0002]升压发动机可以提供比类似功率的自然吸气式发动机更大的燃料效率和更低的排放。然而，在瞬变状况期间，升压发动机的功率、燃料效率和排放-控制性能会变差。这样的瞬变状况可以包括快速地增加或减小操作员转矩需求、发动机负载、发动机转速或质量空气流量。例如，当要求的发动机输出转矩快速地增加时，涡轮增压器压缩机会需要经由排气质量流量增加来自涡轮增压器涡轮机的输入(例如，转矩)以输送增加的升压空气流到发动机。然而，如果驱动压缩机的涡轮机未完全地加速旋转(spin up)，这样的转矩会是不可用的。因此，不期望的功率迟滞会在进气空气流增加到需要的水平之前发生。
[0003]为了减小功率迟滞，升压发动机可以以直吹模式操作，其中气门正时被调整以增加正向气门重叠。增加的气门重叠增加输送到涡轮机的能量，从而减少升压的总时间。然而，发明人在此已经认识到当以直吹模式操作时，其包括低发动机转速和高发动机负载状况，发动机会易于有异常燃烧事件，如由于预点火。由于预点火的早期异常燃烧能够引起非常高的缸内压力，并且能够导致类似于燃烧爆震但具有较大的强度的燃烧压力波。这样的异常燃烧事件能够引起快速的发动机退化。
[0004]尽管可以通过减小升压装置的输出或使受影响的汽缸的预点火富集(enrich)可以减缓预点火事件，但是如由Busl印P等人在美国专利申请2013/0054109中所示出的，当以直吹模式操作时，这些减缓调整不会是切实可行的选择。作为示例，在直吹模式期间，发动机在汽缸中通常以化学计量空燃比操作，但是在排气催化剂处是稀的，这是由于在高气门重叠的时期期间空气流从进气装置进入排气装置。在此类状况期间，由于过热使用临时的汽缸富集的预点火减缓可以引起催化剂退化。具体地，在催化剂处可用的过量的氧可以在导致催化剂处的过温状况的预点火检测之后与喷射的丰富的燃料起反应。作为另一示例，减小升压装置的输出会影响发动机转矩输出和涡轮迟滞。
【发明内容】
[0005]鉴于这些问题，发明人已经开发一种用于解决当发动机以气门重叠操作时会发生的预点火的方法。一种示例方法包括:当以直吹模式操作时，响应于预点火的指示，减小气门重叠。以此方式，在直吹操作期间可以降低预点火发生。
[0006]在一种示例中，发动机在当涡轮迟滞是可能的状况期间(例如，在踩加速器踏板事件期间)可以以直吹模式操作。其中，可变凸轮正时装置可以被致动以将一个或更多个发动机汽缸的第一进气门或排气门正时从不具有气门重叠的正时调整到具有更多个正向气门重叠(例如，具有完全正向进气门到排气门重叠)的正时。经由汽缸从进气装置到排气装置的空气流被用于减少转矩时间。响应于当以直吹模式操作时接收的预点火的指示，控制器可以独立于第二预点火计数器增加第一预点火计数器，该第二预点火计数器仅响应于当以直吹模式之外的模式操作时接收的预点火的指示而增加。当第一预点火计数器的输出超过上限阈值时，可以采取负载限制动作。具体地，发动机负载可以通过减少空气的直吹而被限制，如通过调整可变凸轮正时装置以减小正向气门重叠。在一个示例中，发动机可以以无气门重叠被临时地操作。此外，发动机可以被临时地富集。随着发动机负载经由气门重叠的减小被限制，预点火事件的发生降低并且可以减少第一计数器。随着第一计数器的输出逐渐地降低时，气门重叠可以被逐渐地增加直到具有较高的(例如，完全)正向气门重叠的发动机操作被恢复。
[0007]这样，当发动机未以直吹模式操作时，第二预点火计数器可以被增加并且当第二计数器的输出超过阈值时可以采取预点火减缓动作。减缓动作可以包括使受影响的汽缸以及一个或更多个附加汽缸的预点火富集。该动作也可以包括通过减小进气节气门开度来限制发动机负载或者在减小总升压的更大的打开位置处操作废气门。然后，随着发动机负载被限制并且预点火事件的发生降低时，第二计数器可以被减少。随着第二计数器被减少，节气门开度(或废气门开度)可以被增加直到具有标称节气门和废气门设置的化学计量比发动机操作被恢复。
[0008]以此方式，当以直吹模式操作时能够降低对预点火的发动机的倾向。通过使额外的质量流量和焓经由正向气门重叠的使用能够被提供在排气中，直吹空气能够被有利地用于加快涡轮机加速旋转并且减少涡轮迟滞而不使发动机性能退化。通过响应于预点火临时地减小气门重叠的量，催化剂过热和发动机退化能够被降低。通过在直吹模式下调整气门正时以减小发动机负载，能够在使直吹操作能够被快速地恢复时减缓预点火。通过延长直吹空气的使用，发动机性能益处被延长。
[0009]应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围被【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0010]图1示意性地示出根据本公开的实施例的示例发动机系统的方面。
[0011]图2不出部分发动机视图。
[0012]图3示出用于以直吹模式操作的高水平流程图。
[0013]图4示出用于在相对于非直吹模式的直吹模式下解决预点火的高级别流程图。
[0014]图5-图7示出方框图，该方框图示出在以直吹模式和非直吹模式的发动机操作期间发动机负载限制的调整。
[0015]图8示出根据本公开的响应于当以直吹模式操作时预点火的指示执行的减缓步骤的示例。
【具体实施方式】
[0016]通过使用正向气门重叠引导一定量的进气空气经由发动机汽缸从进气歧管到发动机系统(如图1-图2的发动机系统)的排气歧管，提供用于减少涡轮迟滞的方法和系统。响应于踩加速器踏板，发动机控制器可以执行控制程序，如图3的程序，从而以直吹模式操作发动机，其中直吹空气被输送到排气歧管以加块涡轮机加速旋转。响应于当以直吹模式操作时接收的预点火的指示，发动机控制器可以执行选择的预点火减缓步骤，该预点火减缓步骤可以与当以非直吹模式操作时执行的减缓动作不同。例如，控制器可以执行控制程序，如图4的示例程序，以在直吹模式下经由气门重叠调整来限制发动机负载并且在非直吹模式下经由进气节气门调整使用发动机负载限制。负载限制调整可以基于如在图5-图7处所讨论的气门正时、气门重叠、涡轮机转速等。在图8处描述了当流动直吹空气时执行示例预点火减缓。
[0017]图1示意性地示出包括发动机10的示例发动机系统100的方面。在示出的实施例中，发动机10是耦接到包括由涡轮机76驱动的压缩机74的涡轮增压器13的升压发动机。具体地，新鲜空气沿进气通道42经由空气过滤器56被引入发动机10并且流到压缩机74。通过进气通道42进入进气系统的环境空气的流率能够通过调整进气节气门20至少部分被控制。压缩机74可以是任何合适的进气空气压缩机，如马达驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统10中，压缩机是经由轴19机械地耦接到涡轮机76的涡轮增压器压缩机，涡轮机76由膨胀的发动机排气驱动。在一种实施例中，压缩机和涡轮机可以被耦接在双涡流涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮机几何作为发动机转速的函数而主动地变化。
[0018]如图1所示，压缩机74通过增压空气冷却器18被耦接到进气节气门20。进气节气门20被耦接到发动机进气歧管22。压缩的空气充气从压缩机流过增压空气冷却器和节流阀到进气歧管。例如，增压空气冷却器可以是空气-空气或空气-水热交换器。在图1示出的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器24来感测。压缩机旁通阀(未示出)可以被串联地耦接在压缩机74的进口和出口之间。压缩机旁通阀可以是被配置成在选定的工况下打开以释放/减小过剩升压压力的常闭阀。例如，压缩机旁通阀可以在减小发动机转速的状况期间被打开以避免压缩机喘振。
[0019]进气歧管22通过一系列进气门(例如进气门62)被耦接到一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(如排气门64)进一步被耦接到排气歧管36。在示出的实施例中，单一排气歧管36被示出。然而，在另一些实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管段。具有多个排气歧管段的配置可以使来自不同燃烧室的流出物能够被引导到发动机系统中的不同位置。
[0020]燃烧室30可以被供应一种或更多种燃料，如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由喷射器66被供应到燃烧室。在示出的示例中，燃料喷射器66被配置成用于直接喷射，在另一些实施例中，燃料喷射器66可以被配置成用于进气道喷射或节流阀体喷射。进一步地，每个燃烧室可以包括不同配置的一个或更多个燃料喷射器以确保每个汽缸接收经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或它们的组合的燃料。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火开始燃烧。
[0021]来自排气歧管36的排气被引导至涡轮机76以驱动涡轮机。当期望减少的涡轮机转矩时，一些排气反而可以被引导通过废气门78，绕过涡轮机。来自涡轮机和废气门78的组合流然后流过排放控制装置70。简言之，一个或更多个排放控制装置可以包括被配置为催化地处理排气流的一个或更多个排气后处理催化剂，并由此还原排气流中一定量的一种或更多种物。例如，一个排气后处理催化剂可以被配置成当排气流为稀时捕集来自排气流的NOx，并且当排气流为富时还原捕集的N0X。在另一些示例中，排气后处理催化剂可以被配置成不成比例的NOx或在还原剂的帮助下可选地还原N0X。在又一些示例中，排气后处理催化剂可以被配置成氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这样的功能的不同排气后处理催化剂可以被单独或一起安排在中间层(wash coats)中或者排气后处理阶段的其它地方。在一些实施例中，排气后处理阶段可以包括被配置成捕集并氧化排气流中的烟尘颗粒的可再生烟尘过滤器。来自排放控制装置70的全部或部分被处理的排气可以经由排气导管35被释放到大气中。
[0022]取决于工况，排气的一部分可以经由EGR通道51通过EGR冷却器50和EGR阀52从涡轮机76上游的排气歧管36再循环到压缩机74下游的进气歧管22。以此方式，高压排气再循环(HP-EGR)可以被启用。在一些实施例中，除了 HP-EGR之外，低压排气再循环(LP-EGR)也可以被启用，其中被处理的排气的一部分经由低压EGR通道(且在其中耦接EGR冷却器和EGR阀(未示出))从涡轮机76下游的排气歧管36再循环到压缩机74上游的进气歧管22。EGR阀52可以被打开以允许受控数量的冷却排气到进气歧管，用于期望的燃烧和排放-控制性能。发动机系统10中相对长的EGR流路径将非常均质的排气提供到进气空气充气中。进一步地，EGR开始点(take-off point)和混合点的部署提供了针对增加的可用EGR质量和改善的性能的非常有效的排气冷却。
[0023]每个汽缸30可以由一个或更多个气门服务。在本示例中，每个汽缸30包括对应的进气门62和排气门64。发动机系统100进一步包括用于操作进气门62和/或排气门64的一个或更多个凸轮轴68。在示出的示例中，进气凸轮轴68被耦接到进气门62并且能够被致动以操作进气门62。在一些实施例中，在多个汽缸30的进气门被耦接到共用凸轮轴的情况下，进气凸轮轴68能够被致动以操作所有被耦接的汽缸的进气门。
[0024]进气门62在允许进气空气进入对应的汽缸的打开位置和大体阻挡来自汽缸的进气空气的关闭位置之间是可致动的。进气凸轮轴68可以被包括在进气门致动系统69中。进气凸轮轴68包括进气凸轮67，该进气凸轮具有用于打开进气门62限定的进气持续时间的凸轮凸角廓线。在一些实施例中(未示出)，凸轮轴可以包括具有替代的凸轮凸角廓线的附加进气凸轮，该替代的凸轮凸角廓线允许进气门62被打开替代的持续时间(在本文中也被称为凸轮廓线变换系统)。基于附加凸轮的凸角廓线，替代的持续时间可以比进气凸轮67的限定的持续时间更长或更短。凸角廓线可以影响凸轮提升高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。控制器通过纵向地移动进气凸轮轴68并且在凸轮廓线之间变换可以能够变换进气门持续时间。
[0025]在同一方式中，每个排气门64在允许排气离开对应的汽缸的打开位置和大体保持气体在汽缸内的关闭位置之间是可致动的。应当认识到当只有进气门62被示出是凸轮致动的时，排气门64也可以通过类似的排气凸轮轴(未示出)被致动。在一些实施例中，在多个汽缸30的排气门被耦接到共用凸轮轴的情况下，排气凸轮轴能够被致动以操作所有被耦接的汽缸的排气门。至于进气凸轮轴68，当被包括时，排气凸轮轴可以包括具有凸轮凸角廓线的排气凸轮，该凸轮凸角廓线用于打开排气门64限定的排气持续时间。在一些实施例中。排气凸轮轴可以进一步包括具有替代的凸轮凸角廓线的附加排气凸轮，该替代的凸轮凸角廓线允许排气门64被打开替代的持续时间。凸角廓线可以影响凸轮提升高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。控制器通过纵向地移动排气凸轮轴并且在凸轮廓线之间变换可以能够变换排气门持续时间。
[0026]应当认识到进气凸轮轴和/或排气凸轮轴可以被耦接到汽缸子集，并且可以存在多个进气凸轮轴和/或排气凸轮轴。例如，第一进气凸轮轴可以被耦接到汽缸的第一子集的进气门而第二进气凸轮轴可以被耦接到汽缸的第二子集的进气门。同样地，第一排气凸轮轴可以被耦接到汽缸的第一子集的排气门而第二排气凸轮轴可以被耦接到汽缸的第二子集的排气门。更进一步地，一个或更多个进气门和排气门可以被耦接到每个凸轮轴。耦接到凸轮轴的汽缸的子集可以基于它们沿发动机缸体的位置、它们的点火顺序、发动机配置等。
[0027]进气门致动系统69和排气门致动系统(未示出)可以进一步包括推杆、摇臂、挺杆等。这样的装置和特征可以通过使凸轮的旋转运动转换为气门的平移运动来控制进气门62和排气门64的致动。如前面讨论的，在不同气门之间的凸轮凸角廓线可以提供变化的凸