专利名称：一种发动机控制方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及一种内燃发动机的运行方法和系统。
背景技术：
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发明内容
排气系统催化转化器起燃/活化前发动机排出的冷启动排放物在总排气排放中 可占很大百分比。为迅速达到催化剂起燃温度，已开发了可以包括热反应系统的发动机系 统，例如端口电热反应空气系统(PETA)。该热反应系统可配置为注入二次空气至排气歧管 内，从而点燃残留于排气中的未燃燃料。附加或可选地，注入的二次空气可补充追加燃料， 以大幅增加排气温度，从而减少起燃时间。Busch的美国专利第7，231，760号提供了该发动机系统的一个示例。其中，排气涡 轮增压器的压缩机不仅用于增压发动机，也用于压缩二次空气。另外，可提供二次泵压缩二 次空气。这二种不同的压缩过程使用两个不同气流通道分离，每个气流通道旁通发动机的 气缸。但本文发明人已认识到该方法的几个潜在问题。例如，该方法需要使用二次泵、二 次气流通道、二次管道以及各种止回阀，以便使二次空气传输至排气歧管，同时旁通发动机 气缸。这样，会大量增加系统的成本和复杂性。因此，在一个示例中，通过一种包括进气和排气的车辆发动机的运行方法解决了 上述问题，该发动机进一步包括配置为可向发动机进气提供增压空气的增压装置，该方法 包括，在发动机冷启动期间，进气和排气阀正重叠运行发动机，至少部分经马达驱动增压装 置的压缩机，以产生通过发动机气缸进入发动机排气的直吹空气流，并使排气中的还原剂 和直吹空气流发生放热反应。通过引导气流通过气缸，可以避免和/或减少用于旁通气缸的附加部件。但是，在 另一示例中，这些附加部件也可与上述方法结合使用，以根据需要进一步提供气流至排气。在一个特定示例中，车辆发动机可包括配置有电动马达的增压装置。发动机冷启 动期间，例如达到催化剂起燃温度前，该增压装置(如涡轮增压器)的压缩机可至少部分由 电动马达驱动，以使新鲜直吹空气流经发动机气缸被喷射到排气歧管内，如进气和排气阀 正重叠期间。这样，直吹空气流的注入可以紧随气缸燃烧事件发生，在此产生燃烧气体并排 放至排气歧管。通过经气缸引导空气，排气冲程结束时(或下一进气冲程开始时)新鲜的 直吹空气流可随燃烧的排气进入排气歧管。接着，通过混合燃烧排气和直吹空气流可在排 气歧管内产生排气混合物。通过改变产生且与燃烧气体混合于排气混合物中的直吹空气流 的量，可以保持排气混合物的总空燃比为所需空燃比(例如，接近理论化学计量比)。另外， 燃烧气体的富集度可被调整。例如，通过增加与直吹空气流混合的燃烧气体的富集度，可产 生理论化学计量比的排气混合物。在另一示例中，通过增加与偏富的(rich-biased)燃烧 气体的直吹空气流量，可产生理论化学计量比的排气混合物。为进一步加速催化剂起燃，还原剂可与排气中的直吹空气流发生放热反应。在一 个示例中，还原剂可为未燃燃料。另一个示例中，还原剂可为已燃燃料的燃烧产物，如短链 碳氢化合物(HC)或一氧化碳(CO)。在一个示例中，排气富燃时可产生还原剂，燃烧后注入直吹空气流。在另一个示例中，气缸内燃烧事件后，在排气冲程期间延迟注入气缸可产生还 原剂。例如，延迟喷射可至少部分在阀重叠时进行。这样，通过提供富氧空气源(如新鲜的直吹空气流)至排气歧管(其中存在未燃 燃料或其它还原剂)，可迅速燃烧或发生放热反应，从而提高排气温度及催化剂温度。通过 迅速提高催化剂温度，可减少催化剂起燃时间，并可提高排放质量。应理解，上述发明内容是为简单介绍下文详细说明中将进一步叙述的原理片段。 上述内容并不是要确定所述主题的关键或基本特征，该主题的范围仅由详细说明所附权利 要求界定。另外，权利要求的主题不限于解决上述或本公开所述缺点的实施方式。
图1示出了包括发动机及其相关排气后处理系统的车辆系统的示意图。图2示出了发动机局部视图。图3示出了绘出发动机进气和排气阀正重叠的映射图。图4-5示出了为迅速达到催化剂起燃温度可实施的过程的高水平流程图。
具体实施例方式下述说明涉及减少连接至车辆发动机的排气后处理系统内达到催化剂起燃温度 所需时间量的系统和方法，如图1-2所示。通过在阀正重叠期间经发动机气缸供应增压充 气(如图3所示)，并使得增压充气与还原剂结合，从而可以在发动机排气内产生放热反应， 以大幅提高排气温度。发动机控制器可配置为在发动机冷启动期间执行控制过程，如图4-5 所示，通过驱动发动机增压装置(如涡轮增压器)产生流经气缸的直吹空气流。控制器可 进一步向增压充气补充附加还原剂，如附加未燃燃料，以在排气歧管内进行放热反应。通过 提高排气温度并加速达到催化剂起燃温度，可大幅提高车辆冷启动的排放质量。图1示出了车辆系统6的示意图。车辆系统6包括连接至排气后处理系统22的 发动机系统8。发动机系统8可包括具有多个气缸30的发动机10。发动机10包括发动机 进气23和发动机排气25。发动机进气23包括经进气通道42流体连接至发动机进气歧管 44的节流阀62。发动机排气25包括排气歧管48，该排气歧管48最终通向将排气导入大气 的排气通道35。节流阀62可位于例如涡轮增压器50或增压器的增压装置下游的进气通道 42内。涡轮增压器50可包括位于进气通道42和进气歧管44之间的压缩机52。压缩机52 可至少部分由位于排气歧管48和排气通道35之间的排气涡轮机54提供动力。压缩机52 可经轴杆56连接至排气涡轮机54。压缩机52也可至少部分地由电动马达58提供动力。 在所示示例中，所示电动马达58连接至轴杆56。但也可使用电动马达的其它适当结构。在 一个示例中，当电池电量高于电量阈值时，电动马达58可通过系统电池(未示出)存储的 电能运行。例如，发动机启动时，通过使用电动马达58运行涡轮增压器50，可以提供电力增 压(e-boost)以向进气充气。这样，电动马达可为增压装置的运行提供马达辅助。这样，一 旦发动机已运行足够的时间量(如阈值时间)，则排气歧管内产生的排气可开始驱动排气 涡轮机54。因此，可减少电动马达的马达辅助。即，在涡轮增压器运行期间，可响应于排气 涡轮机的运行来调整电动马达52提供的马达辅助。发动机排气25可沿排气通道35连接至排气后处理系统22。排气后处理系统22可包括一个或多个排放控制装置70，所述排放控制装置70可在紧密连接位置安装于排气 通道35内。一个或多个排放控制装置可包括三元催化剂、贫氮氧化物(NOx)过滤器、选择 性催化还原(SCR)催化剂等。催化剂可使排气中产生的如氮氧化物(NOx)、未燃碳氢化合 物、一氧化碳等有毒燃烧副产品在排入大气前被催化转化为低毒性产品。但是，催化剂的催 化效率可受排气温度的较大影响。例如，还原氮氧化物(NOx)比氧化一氧化碳要求的温度 更高。温度较低时可能发生不需要的副反应，如产生氨和氧化亚氮(N2O),这可对排气处理 的效率产生不利影响，并降低排气的排放质量。因此，排气的催化处理可延迟至催化剂已达 到起燃温度。另外，为提高排气后处理的效率，加速达到催化剂起燃温度是较为理想的。如 本文参照图4-5进一步详细所述，发动机控制器可配置为在发动机冷启动期间经气缸注入 直吹空气流至排气后处理系统，从而减少起燃时间。进气和排气阀正重叠期间(如图3所 示)，空气流可使排气歧管内新鲜直吹空气流与燃烧排气混合，并产生排气混合物。直吹空 气流可为催化剂的氧化反应提供附加氧气。另外，空气流可预清洁冷发动机内的过富排气， 并有助于催化转化器迅速达到运行温度。排气后处理系统22也可包括碳氢化合物保留装置、颗粒物质保留装置及其它适 当排气后处理装置(未示出)。应理解，发动机中可具有各种阀和传感器等其它部件，如图 2所示发动机示例进一步详示。车辆系统6可进一步包括控制系统14。所示控制系统14从多个传感器16 (各示 例见本文所述)接收信息，并发送控制信号至多个致动器81 (各示例见本文所述)。在一个 示例中，传感器16可包括排气传感器126 (位于排气歧管48内)、温度传感器128和压力传 感器129(位于排放控制装置70下游)。例如压力、温度、空燃比和成分传感器等其它传感 器可连接至车辆系统6内不同位置，如下文更详细所述。另一示例中，致动器可包括燃料喷 射器(未示出)、各种阀、泵58和节流阀62。控制系统14可包括控制器12。控制器可基于 其内的编程指令或编码，相应于一个或多个过程，从多个传感器接收输入数据、处理输入数 据、并响应于被处理的输入数据来触发致动器。本文参照图4-5说明了示例性控制过程。图2示出了内燃发动机10的燃烧室或气缸的示例性实施例。发动机10可至少部 分由包括控制器12的控制系统和经输入装置132来自车辆操作人员130的输入来控制。在 此示例中，输入装置132包括油门踏板和产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。 发动机10的气缸(即燃烧室)30可包括燃烧室壁136，且活塞138定位于该燃烧室壁内。 活塞138可连接至曲轴140，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可经 传动系统连接至乘用车辆的至少一个主动轮。另外，启动器马达可经飞轮连接至曲轴140， 以使发动机10启动运行。气缸30可经一系列进气通道142、144和146接收进气。除气缸30外，进气通道 146可与发动机10的其它气缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可包括例如涡 轮增压器或增压器等增压装置。例如，图2示出了配置有涡轮增压器的发动机10，该发动机 10包括位于进气通道142和144之间的压缩机52以及沿排气通道148设置的排气涡轮机 54。压缩机52可至少部分地由排气涡轮机54经轴杆56提供动力。但在其它示例中，如发 动机10配有增压器的示例中，可选择性地省去排气涡轮机54，其中压缩机52可由来自马达 或发动机的机械输入提供动力。另外，轴杆56可连接至电动马达(如图1所示)，以根据需 要提供电增压。可沿发动机的进气通道提供包括节流板164的节流阀62，以改变提供至发
6动机气缸的进气的流速和/或压力。例如，节流阀62可位于压缩机52下游，如图2所示， 或可替换地位于压缩机52上游。排气通道148可从除气缸14外的发动机10的其它气缸接收排气。所示排气传 感器128连接至排放控制装置70上游的排气通道148。传感器128可以是提供排气空燃 比指示的任何适当传感器，如线性氧传感器或UEGO (宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或 EGO (排气氧传感器，如所示)、HEG0 (加热型氧传感器)、氮氧化物(NOx)、碳化氢(HC)或一 氧化碳(CO)传感器。排放控制装置70可为三元催化剂(TWC)、氮氧化物(NOx)捕集器、各 种其它排放控制装置或其组合。发动机10的各气缸可包括一个或多个进气阀及一个或多个排气阀。例如，所示气 缸30包括位于气缸30上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一排气提升阀156。在 一些实施例中，发动机10的各气缸，包括气缸30，可包括位于气缸上部区域的至少二个进 气提升阀和至少二个排气提升阀。进气阀150可由控制器12经致动器152控制。同样，排气阀156可由控制器12 经致动器154控制。在一些情况下，控制器12可改变提供至致动器152和154的信号，以 控制相应进气阀和排气阀的打开与关闭。进气阀150和排气阀156的位置可由相应的阀位 传感器(未示出)确定。阀致动器可为电动阀致动型或凸轮致动型或其组合。进气和排气 阀正时可被同时控制，或可使用任何可能的可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双重独 立可变凸轮正时或固定凸轮正时。各凸轮致动系统可包括一个或多个凸轮，且可使用可由 控制器12操作以改变阀运行的一个或多个凸轮轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可 变阀正时(VVT)和/或可变阀升程(VVL)系统。例如，气缸30可替换地包括经电动阀致动 控制的进气阀以及经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气阀。在其它实施例中， 进气阀和排气阀可由公共阀致动器或致动系统或可变阀正时致动器或致动系统来控制。发 动机可进一步包括凸轮位置传感器，该凸轮位置传感器的数据可以与曲轴位置传感器结合 以确定发动机位置和凸轮正时。气缸30可具有压缩比，即活塞138位于底部中心与顶部中心时的容积比。常规地， 压缩比处于9 1至10 1的范围内。但在使用不同燃料的一些示例中，可提高压缩比。在一些实施例中，发动机10的各气缸均可包括用于起燃的火花塞192。点火系统 190可在选择的运行模式下响应来自控制器12的点火提前信号SA通过火花塞192提供点 火火花至燃烧室30。但在一些实施例中，如一些柴油机中，当发动机10可以通过自动点火 或喷射燃料来起燃时，可省去火花塞192。在一些实施例中，发动机10各气缸均可配置有一个或多个为其提供燃料的一个 或多个燃料喷射器。所示非限定性示例中，气缸30被显示为包括直接连接至气缸30的燃 料喷射器166。燃料喷射器166可根据经电子驱动器168从控制器12接收的信号脉冲宽度 FPW成比例地直接喷射燃料。这样，燃料喷射器166向燃烧气缸30提供了已知的燃料直接 喷射(下文称为“DI”)。尽管图2所示喷射器166为侧向喷射器，但其也可定位于活塞上 方，如火花塞192位置附近。或者，喷射器可位于进气阀上方附近。燃料可从包括燃料箱、 燃料泵和燃料管路的高压燃料系统172传输至燃料喷射器166。或者，燃料可通过单级燃料 泵低压传输。另外，尽管未示出，但燃料箱可具有提供信号至控制器12的压力转换器。应理解，在可选实施例中，喷射器166可以是提供燃料至气缸30上游进气端口的端口喷射器。也应理解，气缸30可从多个喷射器接收燃料，如多个端口喷射器、多个直接喷 射器或其组合。图2所示控制器12为微型计算机，该微型计算机包括微处理器单元106、输入/ 输出端口 108、本特定示例中示为只读存储芯片110的可执行程序和校准值的电子存储介 质、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。除上述信号外，控制器12可从连接 至发动机10的传感器接收各种信号，这些信号包括来自空气质量流量传感器122的诱导空 气质量流量(MAF)测量、来自连接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度 (ECT)、来自连接至曲轴140的霍尔效应传感器120 (或例如曲轴位置传感器的其它类型) 的表面点火感测信号(PIP)、来自节流阀位置传感器(未示出)的节流阀位置(TP)以及 来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机速度信号RPM可由控制器12从信号 PIP (或曲轴位置传感器)产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气 歧管内的真空或压力指示。存储介质只读存储器110可由表示处理器106可执行指令的计 算机可读数据来编写，以便实施下述方法及可预期但未具体列出的其它变型。如上所述，图2仅示出了多气缸发动机中的一个气缸。各气缸可类似地包括各组 进气/排气阀、燃料喷射器、火花塞等。图3示出了阀正时和相对发动机位置的活塞位置的映射图300。在发动机冷启动 期间，发动机控制器可配置为通过致动电动马达来运行涡轮增压器等发动机增压装置，以 便向涡轮增压器提供马达辅助，从而喷射新鲜直吹空气流至排气歧管内。进气和排气阀正 重叠地运行发动机时，直吹空气流可通过发动机气缸注入。发动机控制器可使用映射图，如 映射图300，来确定阀正重叠时间段。如所示，映射图300示出了沿χ轴曲柄角度(CAD)的发动机位置。曲线308示出 了参照其上死点(TDC)和/或下死点(BDC)位置并参照发动机循环的四个冲程(进气、压 缩、做功和排气冲程)内位置的活塞位置(沿y轴)。如正弦曲线308所示，活塞从TDC逐 渐下移，在做功冲程结束时BDC处降至最低点。接着，活塞在排气冲程结束时回到顶端的 TDC处。之后活塞在进气冲程期间再次向下移回BDC，并在压缩冲程结束时返回TDC最初顶 端位置。曲线302和304示出了正常发动机运行期间排气阀(虚线曲线302)和进气阀(实 线曲线304)的阀正时。如所示，排气阀可仅在做功冲程结束时活塞降到最低处时打开。接 着，排气阀可在活塞完成排气冲程时关闭，至少在下一进气冲程已开始前保持打开。同样， 进气阀可在进气冲程启动时或之前打开，并至少在下一压缩冲程已开始前保持打开。排气冲程结束前且进气冲程开始后一小段持续时间，排气阀关闭和进气阀打开之 间的时差使得进气阀和排气阀均可打开。这样，两个阀都打开的期间可以称为进气和排气 阀正重叠306 (或简单地称为阀正重叠)，用曲线302和304交叉处的阴影区域表示。在一 个示例中，进气和排气阀正重叠306可为发动机冷启动期间当前发动机的默认凸轮位置。如本文进一步详细所述，直吹空气流可在进气和排气正重叠期间产生。排气冲程 期间，因排气阀打开，气缸做功冲程期间燃烧产生的燃烧排气可被排出。下一进气冲程期 间，因进气阀打开，新鲜直吹空气流可进入气缸。进气冲程期间，进气阀打开且排气阀关闭 前，通过在发动机冷启动时执行增压发动机操作，进气歧管内增加的压力(因增压装置提 供的增压，进气歧管内的压力大于排气歧管内的排气压力)可驱动新鲜空气通过气缸进入排气歧管。这样，阀正重叠期间，新鲜的富氧直吹空气流可流入排气歧管，直至排气阀关闭。 新鲜空气与(前一做功冲程期间燃烧产生的)排气歧管内燃烧排气的混合可产生排气混合 物。富氧排气混合物可与排气中未燃燃料、一氧化碳(CO)和短链碳氢化合物(HC)等还原 剂反应，从而在排气后处理系统中产生放热反应。这样，排气混合物可增加传至排气后处理 系统的排放控制装置的热量。在一个示例中，该反应可在排放控制装置的上游发生。另一 示例中，该反应可在排放控制装置中发生。通过在发动机排气歧管内执行放热反应，可迅速 提升排气控制装置催化剂的温度，并可以减少催化剂起燃时间。现参照图4，说明图1所示车辆系统内在发动机冷启动期间执行补充空气喷射操 作并以进气和排气正重叠运行发动机的过程400。该过程使发动机进气增压装置的压缩机 至少部分经马达(如电动马达)驱动，以便在排气中产生直吹空气流。与(前次燃烧产生 的)燃烧排气混合后，在排气歧管内产生富氧排气混合物。该过程可进一步使直吹空气流 与排气中的附加未燃燃料或部分燃烧产物等还原剂反应。这样，排气歧管中可发生放热反 应，且排气温度可迅速提高，从而减少催化剂起燃时间。在步骤402处，可确认发动机的冷启动条件。在一个示例中，发动机冷启动条件可 包括低于阈值温度(如起燃温度)的催化剂温度。另一示例中，发动机冷启动条件可包括 车辆处于发动机关停状态已超过阈值时间。不存在发动机冷启动条件时，该过程可以终止。 在步骤403处，可估算电池电量，并确定电量是否高于阈值。电池电量低于阈值时，电池存 储的电能可能不足以运行发动机增压装置的马达。因此，在步骤422处，可以启动发动机且 不运行涡轮增压器。在一个示例中，当电池电量低于阈值时，不产生直吹空气流。当电池电 量高于阈值时，在步骤404处，可以确定发动机气缸内是否存在进气和排气阀正重叠。这 样，阀正重叠可为默认凸轮位置，使得发动机冷启动期间内存在阀正重叠。如果在步骤404 处确定没有阀正重叠，则在步骤406处，阀正时可被调整，以产生阀正重叠。发动机控制器 可配置为使用映射图，如图3所示，以确定相应于所需进气和排气阀正重叠的凸轮正时。在步骤408处，可估算和/或测量发动机运行条件。这样，这些条件可包括但不限 于发动机温度、发动机冷却剂温度、排气温度、催化剂温度、发动机速度、歧管压力、大气压 等。在一个示例中，催化剂温度可由排气温度推断。另一示例中，催化剂温度和/或排气温 度可与阈值温度如催化剂起燃温度进一步比较，并可以确定温度差。在步骤410处，基于估算的发动机运行条件和/或所需排气混合物空燃比，可确 定包括空气流量和流速的直吹空气流设置。如参照图5进一步所述，可至少基于催化剂温 度(和/或排气温度)与电池电量来调整直吹空气流设置。另外，与直吹空气流发生放热 反应的还原剂的还原剂设置可基于发动机运行条件和所需排气空燃比被确定。在一个示例 中，还原剂可通过燃烧后在排气中延迟喷射燃料产生。延迟燃料喷射可在阀正重叠期间随 直吹空气流执行，以正确混合空气和燃料。这里，还原剂设置可包括燃料喷射量和正时。在 另一示例中，燃料喷射可在直吹空气流喷射后进行。例如，燃料喷射可在空气喷射的下一气 缸(如紧挨的下一气缸)内调整。另一示例中，还原剂可在直吹空气流产生前通过排气内富燃来产生还原剂。这里， 还原剂设置可包括燃烧富集度和/或所需燃烧空燃比，使得燃烧气体与直吹空气流混合 时，产生所需空燃比的排气混合物。在一个示例中，如本文参照图5所述，直吹空气流设置 和还原剂设置可被调整，使得排气(即排气混合物)内的总空燃比可维持为或接近理论化
9学计量比。在步骤412处，增压马达可基于直吹空气流设置运行。例如，马达可基于直吹空气 流量被调整，以驱动涡轮增压器压缩机并产生所需直吹空气流。在一个示例中，增压马达可 在发动机启动后阈值数量次燃烧后运行。另一示例中，发动机包括发动机启动时曲柄启动 发动机的启动器，且启动器进一步包括启动器马达，增压马达可在启动器马达停用后运行。 例如，增压马达可使用启动器马达停用产生的电流运行。另外，还原剂可基于步骤410处确 定的设置被添加。在步骤414处，可确定空燃比(AFR)是否需要调整。在一示例中，发动机可包括发 动机排气内的空燃比传感器，如EGO传感器。空燃比传感器的反馈可用于调整排气的总空 燃比。该反馈可用于对直吹空气流设置(如空气量)及发动机排气的富集度执行进一步调 整。在一个示例中，基于空燃比传感器的反馈进行的调整可使总空燃比绕理论化学计量比 波动。需要调整空燃比时，在步骤416处，发动机排气的富集度可通过调整节流阀设置、 增压马达设置、阀重叠程度和/或直吹空气流量中的至少一个调整。在一示例中，总空燃比 可通过调整直吹空气流量调整。例如，为降低总空燃比的富集度，可通过增加节流阀的打开 程度来增加排气混合物内的新鲜直吹空气流量。另一示例中，为提高总空燃比的富集度，可 通过减小节流阀的打开程度来降低排气混合物内的新鲜直吹空气流量。或者或另外，可通 过增加或减少增压马达的速度来相应增加或减少直吹空气流量。又一示例中，可通过调整 燃烧气体的空燃比来调整排气混合物的富集度。可通过调整燃烧期间喷射的燃料量和/或 通过调整燃烧的进气冲程期间吸入的空气量来调整燃烧气体的空燃比。应理解，随发动机的运行，排气歧管中产生的排气可开始驱动排气涡轮机。S卩，一 旦发动机已运行充分时间段(例如阈值时间，或经过阈值数量次燃烧后)，则涡轮增压器压 缩机可至少部分地由经过排气涡轮机的排气流运行。因此，可减少电动马达的马达辅助。 即，涡轮增压器运行期间，电动马达提供的马达辅助可响应排气涡轮机的运行被进一步调 整。具体地，为了抵偿排气涡轮机产生的直吹空气流部分，并为了保持净流速和/或直吹空 气流量，在步骤416处也可调整(例如减少)电动马达产生的直吹空气流的一部分。例如， 根据减少的流量要求，也可减低电动马达的速度设置。在步骤418处，可确定发动机排气是否达到阈值温度。阈值温度可为催化剂起燃 温度(Tigjt)或阈值温度范围。在一示例中，可测量和/或推断排气温度，并与催化剂起燃 温度(Tigjt)进行比较。另一示例中，催化剂温度可与催化剂起燃温度进行比较。催化剂温 度高于阈值温度(这里为催化剂起燃温度Tigjt)时，在步骤420处，增压马达可自旋减慢至 无马达辅助增压装置运行设置(如基本或“闲置”涡轮增压器设置)。这样，在此设置中，涡 轮增压器压缩机可基本仅由排气涡轮机运行，且不进一步产生直吹空气流。另外，还原剂的 供应也可在步骤420处中断。相反，在步骤418处没有达到催化剂起燃温度时，则过程可返 回412处，并继续运行增压马达，以产生直吹空气流。先参照图5，说明响应发动机运行条件确定直吹空气流和还原剂设置的过程500。 这样，过程500所述步骤可作为过程400的一部分执行，特别是在步骤410处。在步骤502处，基于(在步骤408处估算的)发动机运行条件，可确定直吹空气流 设置。这可包括例如需喷射到排气歧管内并与排气歧管内的燃烧排气混合的新鲜直吹空气流量和/或相应流速。直吹空气流的空气流设置可至少基于催化剂温度(和/或排气温 度)与电池电量调整。在一示例中，催化剂温度与阈值(起燃)温度间的温度差相对较大 时，可产生较多直吹空气流。相反，催化剂温度与阈值温度间的温度差相对较小时，可产生 较少直吹空气流。另一示例中，电池电量低于阈值时，不产生直吹空气流(例如为节约电池 电量)。在步骤504处，基于直吹空气流设置(即空气流速和/或流量)，可确定涡轮增压 器电动马达和/或节流阀设置。在一示例中，当确定直吹空气流的流速较高且流量较大时， 可增加节流阀打开程度和/或增加电动马达速度。另一示例是，当确定直吹空气流速较低 且流量较小时，可减少节流阀打开程度和/或减少电动马达速度。在步骤506处，例如基于发动机运行条件，可确定排气混合物(即当新鲜直吹空气 流与燃烧排气混合时排气歧管内产生的混合物)内所需的总空燃比(AFR)。在一示例中，总 空燃比可绕理论化学计量比波动。另一示例中，当排气温度与催化剂起燃温度间的温度差 较大(例如，大于阈值)时，可调整排气混合物的空燃比，使其富集度增加。又一示例中，当 排气温度与催化剂起燃温度间的温度差较小(例如，小于阈值)时，可调整排气混合物的空 燃比，使其富集度减小(例如，理论化学计量比或稍贫)。在步骤508处，至少基于直吹设置，确定达到所需排气混合物空燃比的应与直吹 空气流反应的还原剂量。在一示例中，还原剂可包括随直吹空气流的喷射的延迟喷射燃料， 使得直吹空气流的空燃比偏富。如前详细所述(在步骤410处)，可选示例中，可通过气缸 燃烧后排气冲程期间进入气缸的延迟燃料喷射或喷射直吹空气流之前气缸内的富燃来产 生还原剂。在步骤510处，基于所需还原剂量，可确定燃烧空燃比、喷射量和/或喷射正时。在 一示例中，如果所需排气混合物空燃比偏富，则燃烧空燃比可调整为较高富集度和/或可 使用延迟喷射正时(例如，延迟至排气冲程)。另一示例中，如果所需排气混合物空燃比为 理论化学计量比，则燃烧空燃比可调整为较低富集度和/或使用提前喷射正时。又一示例 中，所需排气混合物空燃比偏贫时，则燃烧空燃比可调整为理论化学计量比和/或使用提 前喷射正时。这样，通过经气缸喷射直吹空气流至发动机排气，并通过使用燃料喷射来补充空 气喷射，可产生燃烧反应来增加排气排放控制装置内的热量，并迅速达到催化剂起燃温度。 可响应催化剂温度来调整空气和燃料喷射设置，以使发动机排气达到所需排气混合物空燃 比。这样，发动机增压装置的电动马达可有利地用于在发动机冷启动期间产生直吹空 气流至排气歧管。通过直吹空气流与还原剂的反应，促进排气歧管内的放热反应，从而增加 排气温度。通过迅速增加排气温度，可减少催化剂起燃时间，并使发动机排气后处理系统较 早运行。这样，可提高发动机排放质量。注意，本文所含示例性控制和估算过程可用于各种系统配置。本文所述具体过程 可代表一个或多个任意数量的处理策略，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样， 所述各种作用、操作或功能可以所示顺序、平行或在某些情况下省略执行。同样，处理顺序 并非达成本文所述示例性实施方式的特征与优点所必须，而仅为示例和说明方便提供。一 个或多个所示作用、功能或操作可根据使用的特点策略重复执行。另外，所述操作、功能和/或作用可图形表示编写入控制系统内计算机可读存储媒介的代码。
另外，应理解，本文所述系统和方法实际上仅为示例，这些具体实施方式
或示例不 应视为具限制意义，因其可有多种变化。因此，本公开包括本文所公开各种系统和方法的所 有新颖但非显而易见的组合及其等效物。
权利要求
一种包括进气和排气的车辆发动机的运行方法，该发动机进一步包括配置为可向发动机进气提供增压充气的增压装置，该方法包括在发动机冷启动期间，以进气和排气阀正重叠来运行所述发动机，至少部分经马达来驱动所述增压装置的压缩机以产生通过所述发动机的气缸进入发动机排气的直吹空气流，以及使得所述排气中的还原剂和直吹空气流发生放热反应。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过富燃产生所述还原剂。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在气缸内燃烧后排气冲程期间向所述气缸 延迟喷射来产生所述还原剂。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括保持所述排气内的总空燃比为所需空燃 比，所述排气包括所述直吹空气流，当电池电量高于阈值时使用来自电池的存储电能来运 行所述马达，且至少部分经所述马达驱动所述压缩机包括至少基于催化剂温度和电池电量 通过调整所述马达来调整直吹空气流量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述电池电量低于所述阈值时不产生直吹空气流。
6.根据权利要求4所述的方法，其中保持所述排气内的总空燃比包括基于节流阀设 置、马达设置、阀重叠程度和/或直吹空气流量中的至少一个来调节所述排气中燃料的富集度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中发动机冷启动条件包括催化剂温度低于阈值温度 和所述车辆已处于发动机关停状态超过阈值时间中的至少一个，且当所述催化剂温度高于 所述阈值温度时，自旋减慢所述马达至无马达辅助增压装置运行状态，则所述阈值温度为 催化剂起燃温度。
8.一种车辆系统，包括 包括进气和排气的发动机；包括启动器马达的启动器，所述启动器配置为在发动机启动时曲柄启动所述发动机；包括压缩机的进气增压装置，所述压缩机至少部分由增压马达驱动；发动机排气内的排放控制装置；以及控制器，控制器配置为使所述发动机的气缸以进气和排气阀正重叠运行；在所述阀正重叠期间，以存储电能来运行所述增压马达，所述增压马达驱动所述压缩 机以产生从发动机进气经所述发动机的所述气缸至所述发动机排气的新鲜直吹空气流，并 混合所述直吹空气流与燃烧排气，以便在所述发动机排气内产生排气混合物，该排气混合 物增加热量到所述排放控制装置；以及保持所述排气混合物的总空燃比为所需空燃比，所述排气混合物包括与多余还原剂发 生放热反应的直吹空气流。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括电池，其中以存储电能运行所述增压马达 包括当电池电量高于阈值时以电池的存储电能来运行所述增压马达，且启动器马达停用后 运行所述增压马达包括使用由启动器马达停用产生的电流来运行所述增压马达。
10.根据权利要求8所述的系统，其中运行所述增压马达包括发动机启动后预定数量 次燃烧后和/或启动器马达停用后运行所述增压马达。
11.根据权利要求8所述的系统，其中所述阀正重叠期间至少基于催化剂温度和电池 电量来调整直吹空气流量，且运行所述增压马达包括基于直吹空气流量来调整所述马达， 所述还原剂是通过富燃和燃烧后延迟喷射中的至少一个而产生的，且其中保持所述排气混 合物的总空燃比包括基于节流阀设置、马达设置、阀重叠程度和/或直吹空气流量中的至 少一个来调整所述发动机排气内燃料的富集度，且还包括空燃比传感器，其中调整所述富 集度进一步包括基于来自所述空燃比传感器的反馈调整，使得所述总空燃比为理论化学计 量比。
12.一种包括进气和排气的发动机的运行方法，所述发动机进一步包括进气增压装置， 所述增压装置的压缩机至少部分由马达驱动，该方法包括发动机冷启动期间，以存储电能运行所述马达，所述马达驱动所述压缩机，以使新鲜空 气通过所述发动机的气缸的同时打开的进气阀和排气阀从所述发动机进气流至所述发动 机排气，并混合新鲜空气流与燃烧排气，以发生反应，该反应增加排放控制装置的热量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述燃烧排气较富，且进一步包括延迟燃料喷 射，其中混合新鲜空气流包括混合新鲜空气流和延迟喷射的燃料。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述反应在所述排放控制装置内发生或所述反 应在所述排放控制装置上游发生。
全文摘要
本发明涉及一种包括进气和排气的车辆发动机的运行方法和系统，发动机进一步包括配置为可向发动机进气提供增压充气的增压装置。一个示例性方法包括发动机冷启动期间，以进气和排气阀正重叠运行发动机，至少部分经马达来驱动增压装置的压缩机，以便产生经发动机气缸进入发动机排气的直吹空气流，并使排气中的还原剂和直吹空气流发生放热反应。
文档编号F02B37/11GK101949333SQ20101013559
公开日2011年1月19日 申请日期2010年3月15日 优先权日2009年4月20日
发明者G·瑟尼拉, M·J·尤瑞奇 申请人:福特环球技术公司