用于发动机温度控制的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于发动机温度控制的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年10月22日提交的标题为“用于发动机温度控制的方法和系统(METHOD AND SYSTEM FOR ENGINE TEMPERATURE CONTROL) ” 的美国临时专利申请号62/067，354的优先权，为了所有目的，其整个内容通过引用被并入本文。
技术领域
[0003]本申请涉及用于维持发动机温度和/或排气催化剂温度以控制来自被配置为执行跳跃点火燃烧的发动机系统的微粒物质排放的方法和系统。
【背景技术】
[0004]在发动机冷启动之后，排气排放和燃料消耗趋向于更高。这是因为冷的燃烧表面导致差的燃料蒸发，从而导致燃料膜即使在燃烧事件已经发生之后也存在于燃烧表面上。在膜上面的浓燃料区域和在火焰已经消散之后从该膜上蒸发的燃料会导致增加的碳氢化合物和微粒物质(PM)排放。此外，冷的发动机机油导致增加的摩擦损失。
[0005]近年来，火花点火式燃烧发动机已经被配置为在可变数量的激活的或被停用的汽缸的情况下运转以增加燃料经济性，同时任选地将总排气混合物空燃比维持在化学计量比附近。这样的发动机能够通过以索引的汽缸点火模式(也被称为“跳跃点火”模式)跳跃到某些汽缸的燃料的输送来改变发动机的有效排量。例如，如由Tripath等人在US8，651，091中示出的，发动机燃料控制器可以使哪些特定汽缸被供给燃料、哪些汽缸被跳过以及该模式针对多少汽缸事件被继续而连续轮换。此外，每个汽缸的个别气门机构可以被选择性地停用。通过跳跃到所选的汽缸的燃料输送，激活的汽缸能够接近其最佳效率运转，从而增加发动机的总运转效率。
【发明内容】
[0006]发明人在此已经认识到被选择性停用的汽缸的可单独控制的气门可以被用来改善在驱动循环期间汽缸升温的速率。具体地，由于发动机负荷在下一个循环将不被点火的汽缸的气门运转可以被控制以将热排气保持在汽缸中，由此更快地加热燃烧室表面。在一个示例中，上述问题中的一些可以通过一种在汽缸停用期间增加发动机升温的速率的方法来解决，该方法包含:选择用于停用的汽缸；以及在停用立即之前的燃烧循环，在汽缸的排气冲程期间维持所选的汽缸的排气门被关闭。以此方式，快速响应的个别汽缸气门机构能够被用来增加燃烧表面温度。
[0007]作为一示例，响应于发动机负荷的下降，发动机控制器可以选择用于选择性停用的机构的个别汽缸的汽缸模式。其中，控制器可以选择要被停用的汽缸的数目和标识。被选择用于停用并且在下一个发动机循环将不被点火的汽缸可以具有在停用立即之前的点火循环的排气冲程期间被保持关闭的其排气门。具体地，代替排出燃烧过的气体，通过不打开排气门而将热气体保持在汽缸中。排气然后被保持在汽缸中，而该汽缸在下一个循环被停用。
[0008]以此方式，通过在下一个循环将热排气保持在汽缸中，燃烧室表面被更快地加热。因而，整个发动机也被更快地加热。另外，将燃烧过的气体保持在被停用的汽缸中更长时间改善保持在燃烧室中的碳氢化合物的继续氧化，从而导致针对该循环的改善的排放。总的来说，发动机性能得以改善。
[0009]其他气门运转仍然可以在各种组合中被用来改善发动机加热，并且允许加快的催化剂升温。例如，有待被停用的汽缸可以在停用之前的发动机循环被正常地点火并且被正常地排气。可替代地，汽缸可以被配置为吸入空气但不吸入燃料，并排出新鲜充气。在又一示例中，汽缸可以吸入空气并点火，但不排气。通过决定吸入并经过空气，被排出的空气能够与来自稍微浓运行的其他汽缸的排气混合，以在排气催化剂处提供燃料和空气。燃料与空气在排气催化剂处的反应产生导致快速的催化剂起燃的热。其他替代可以包括在吸气或压缩冲程吸入空气并供给燃料但不发火，以向催化剂提供燃料空气混合物。此外，空气可以被吸入汽缸、被压缩，但不被供给燃料，直至排气冲程，即，作为后喷射。该后者的方法还可以包括接近排气冲程的发火和到排气阶段内的燃烧，以为排气催化剂提供热通量。以此方式，点火、不点火、在后喷射期间的点火、在一些汽缸中的浓运行同时利用其他汽缸栗送空气等的各种组合可以在各种组合中被使用，同时以这样的方式将已知的扭矩脉冲引入发动机系统内，以便提供可接受的NVH特性。此外，已经正常燃烧的汽缸(激活的汽缸)可以在更高的负荷下运转，从而使它们更稳定并且更容许额外的花火延迟。额外的火花延迟可以在这些状况下被有利地用来向发动机和排气催化剂增添更多的热通量。
[0010]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，要求保护的主题的范围被随附于【具体实施方式】的权利要求唯一地限定。此外，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】
[0011 ] 图1示出发动机系统布局的示例实施例。
[0012]图2不出部分的发动机视图。
[0013]图3示出用于在汽缸停用期间和之前调整汽缸气门运转以加快发动机加热的高级别流程图。
[0014]图4示出在转变为跳跃点火运转模式期间以减少PM排放的示例汽缸气门调整。
【具体实施方式】
[0015]提供了用于当使被配置为用于选择性汽缸停用(在本文中也称为跳跃点火运转)的发动机(诸如图1-2的发动机系统)运转时调整汽缸气门廓线的方法和系统。控制器可以调整被选择用于选择性停用的汽缸的排气门的运转。例如，控制器可以执行程序(诸如图3的示例程序)来保持在随后的发动机循环有待被停用的汽缸的排气门关闭。通过在停用期间将热排气保持在汽缸中，压缩表面温度能够被升高，从而加快发动机加热。参考图4示出示例调整。以此方式，可以减少来自冷汽缸的微粒物质排放。
[0016]图1示出具有第一汽缸组15a和第二汽缸组15b的示例发动机10。在所描述的示例中，发动机10是带有第一和第二汽缸组的V8发动机，每个汽缸组具有四个汽缸。发动机10具有带有节气门20的进气歧管16和耦接至排放控制系统30的排气歧管18。排放控制系统30包括诸如关于图2描述的一个或更多个催化剂和空燃比传感器。作为一个非限制性示例，发动机10能够被包括作为用于客车的推进系统的一部分。
[0017]发动机系统10可以具有带有可选择性停用的进气门50和可选择性停用的排气门56的汽缸14。在一个示例中，进气门50和排气门56被配置为用于经由电子的个别汽缸气门致动器的电子气门致动(EVA)。虽然所描述的示例示出了每个汽缸具有单个进气门和单个排气门，但是在替代示例中，如在图2处所详细描述的，每个汽缸可以具有多个可选择性停用的进气门和/或多个可选择性停用的排气门。
[0018]在所选的状况期间，诸如当不需要发动机的全部扭矩能力时，发动机10的一个或更多个汽缸可以被选择用于选择性停用(在本文中也被称为个别汽缸停用)。这可以包括选择性地停用仅第一汽缸组15a上的一个或更多个汽缸、仅第二汽缸组15b上的一个或更多个汽缸、或第一和第二汽缸组中的每个汽缸组上的一个或更多个汽缸。每个汽缸组上的被停用的汽缸的数目和标识可以是对称的或不对称的。
[0019]在停用期间，所选的汽缸可以通过关闭个别汽缸气门机构(诸如进气门机构、排气门机构、或两者的组合)来停用。汽缸气门可以经由液压致动的挺柱(例如，耦接至气门推杆的挺柱)、经由不具有升程的凸轮凸角用于被停用的气门的凸轮廓线变换机构、或经由耦接至每个汽缸的电动致动的汽缸气门机构而被选择性地停用。此外，到被停用的汽缸的燃料流和火花可以诸如通过停用汽缸燃料喷射器来停止。
[0020]在一些示例中，发动机系统10可以具有可选择性停用的(直接的)燃料喷射器，并且所选的汽缸可以通过切断相应的燃料喷射器同时维持进气和排气门的运转来停用，使得空气可以继续被栗送通过汽缸。
[0021 ] 虽然所选的汽缸被禁用，但是其余启用的或激活的汽缸继续在燃料喷射器和汽缸气门机构激活和运转的情况下执行燃烧。为了满足扭矩要求，发动机在激活的汽缸上产生相同量的扭矩。这需要更高的歧管压力，从而导致更低的栗送损失和增加的发动机效率。而且，暴露于燃烧的(来自仅被启用的汽缸的)更低有效的表面积减少发动机热损失，从而改善发动机的热效率。
[0022]汽缸可以被停用，以基于指定的控制算法提供特定的点火(或跳跃点火)模式。更具体地，所选的“跳跃的”工作循环不被点火，而其他“激活的”工作循环被点火。可选地，与所选的工作室的所选的点火相关联的火花正时也可以基于所选的工作室的点火顺序或点火历史来调整。发动机控制器12可以被配置为具有如下所述的用于基于发动机工况确定汽缸停用(或跳跃点火)模式的合适逻辑。
[0023]发动机10可以以可以经由燃料系统8输送的多种物质运转。发动机10可以由包括控制器12的控制系统至少部分地控制。控制器12可以接收来自耦接至发动机10(并且参照图2描述)的传感器17的各种信号，并且向耦接至发动机和/或车辆(并且参照图2描述)的各种致动器81发送控制信号。各种传感器可以包括例如各种温度、压力和空燃比传感器。
[0024]发动机控制器可以包括用于基于在当前的发动机工况下的期望的发动机输出确定汽缸模式的驱动脉冲产生器和顺序器。例如，驱动脉冲产生器可以使用自适应预测性控制来动态地计算指示哪些汽缸要被点火并且以什么间隔来获得期望的输出(即，汽缸点火/跳跃点火模式)的驱动脉冲信号。汽缸点火模式可以被调整，以提供期望的输出而不在发动机内产生过度或不适当的振动。因此，汽缸模式可以基于发动机的构造(诸如基于发动机是否为V-发动机、直列式发动机，存在于发动机中的发动机汽缸的数量等)来选择。基于所选的汽缸模式，所选的汽缸的个别汽缸气门机构可以被关闭，同时到该汽缸的燃料流和火花被停止。
[0025]由于给定汽缸的最佳效率是几乎全部的输出，因此可以选择更低频率的点火事件以减少输出。例如，平均起来，跳跃每一个其他汽缸将产生一半的功率。尽可能均匀地间隔开点火事件趋向于最小化由于变化的扭矩输出而引起的振动。不论所有汽缸是否都被包括，跳跃点火模式都可以取决于期望的输出部分、包括汽缸温度的其他考虑。
[0026]以此方式，通过调整个别汽缸气门机构和个别汽缸燃料喷射器的汽缸模式，期望的发动机输出能够通过使更少的汽缸更有效率地运转来提供，由此改善燃料经济性。
[0027]图2描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数和经由输入