专利名称：用于保存燃烧热的气门机构控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃发动机的控制系统和方法，更具体地，涉及在发动机预热时间段期间用于气门机构的控制系统和方法。
背景技术：
此处的背景资料描述是为了大概介绍本发明的背景。当前指定的发明人的工作，在背景资料章节做了一定程度的描述，还有那些在申请时不可称作现有技术的方面，这些都既不明显又不隐含地认作相对于本发明的现有技术。车辆通常包括产生用于驱动一个或多个车轮的驱动扭矩的发动机系统。混合动力发动机系统包括内燃发动机，其单独地或与电动机结合使用来产生驱动转矩。内燃发动机在汽缸内燃烧空气和燃料混合物(A/F混合物)，以通过位于汽缸中的活塞驱动曲轴，其产生驱动转矩。流入和流出汽缸的空气和燃料可由气门控制，该气门有选择性地打开以允许流入和/或流出汽缸并且关闭以在汽缸内收集空气和燃料。气门的操作由气门机构控制。燃烧副产物经由排气系统从发动机排出。排气系统可包括催化转化器，其减小排气中存在的某些副产物的浓度，该副产物例如氮氧化物(NOx)，一氧化碳(CO)，未燃尽的碳氢化合物(HC)的硫氧化物(SOx)，和其他成分。催化转化器包括催化剂，其有利于化学反应，其减小副产物的浓度。例如，三元催化转化器包括催化剂，其将NOx转化成氮气和氧气，将CO转化成二氧化碳(CO2),并且将HC转化成CO2和水(H20)。催化剂为了正常工作必须在高于所谓起燃温度的温度下操作。在延长的空闲时间段之后，催化剂的温度可能会低于起燃温度。
发明内容
在一种形式中，本发明提供了一种发动机控制系统。所述发动机控制系统包括催化剂模块和汽缸模块。所述催化剂模块确定催化剂温度。所述汽缸模块根据所述催化剂温度选择性地将第一汽缸的操作从第一发动机循环切换到第二发动机循环。所述第一发动机循环具有四冲程，所述第二发动机循环具有四冲程的N倍，其中N是大于I的整数。在一个特征中，汽缸模块在所述催化剂温度大于预定起燃温度之后将操作切换到所述第二发动机循环。在其他特征中，第一汽缸模块在以下时刻切换所述第一汽缸的操作Ca)发动机温度在预定温度范围内，(b)估计的发动机扭矩输出小于预定扭矩，和(C)发动机速度小于预定速度。在其他特征中，汽缸模块在所述第二发动机循环的一个冲程期间供应燃料到所述第一汽缸并且在所述第二发动机循环的另一个冲程期间禁止供应燃料到所述第一汽缸。在相关特征中，汽缸模块在一个冲程期间供应化学计量比空气/燃料混合物到所述第一汽缸。在其他特征中，在发动机温度小于预定发动机温度和所述催化剂温度小于预定起燃温度时，汽缸模块在所述第一发动机循环中操作所述第一汽缸。在相关特征中，在所述催化剂温度大于预定起燃温度之后，汽缸模块将所述第一汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。在其他特征中，在预定时间段之后，汽缸模块将所述第一汽缸的操作切换到所述第一发动机循环。在相关特征中，在所述第一汽缸切换到所述第一发动机循环之后，汽缸模块在下一进气冲程将第二汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。在其他特征中，当在第二发动机循环操作时，在至少四个连续冲程上关闭第一汽缸。在其他特征中，汽缸模块通过控制第一汽缸上游供应的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。在替代的特征中，汽缸模块通过控制直接供应到所述第一汽缸的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。在另一种形式中，本发明提供了一种用于控制发动机的方法。所述方法包括确定催化剂温度，并且选择性地将第一汽缸的操作从第一发动机循环切换到第二发动机循环。所述第一发动机循环具有四冲程，所述第二发动机循环具有四冲程的N倍，其中N是大于I的整数。在一个特征中，选择性地切换包括在所述催化剂温度大于预定起燃温度之后将操 作切换到所述第二发动机循环。在其他特征中，选择性地切换包括在以下时刻切换所述第一汽缸的操作(a)发动机温度在预定温度范围内，(b)估计的发动机扭矩输出小于预定扭矩，和(C)发动机速度小于预定速度。在其他特征中，所述方法还包括在所述第二发动机循环的一个冲程期间供应燃料到所述第一汽缸并且在所述第二发动机循环的另一个冲程期间禁止供应燃料到所述第一汽缸。在相关特征中，供应燃料包括在一个冲程期间供应化学计量比空气/燃料混合物到所述第一汽缸。在其他特征中，该方法包括在发动机温度小于预定发动机温度和所述催化剂温度小于预定起燃温度时在所述第一发动机循环中操作所述第一汽缸。在相关特征中，该方法包括在所述催化剂温度大于预定起燃温度之后将所述第一汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。在其他特征中，该方法包括在预定时间段之后将所述第一汽缸的操作切换到所述第一发动机循环。在相关特征中，该方法包括在所述第一汽缸的操作切换到所述第一发动机循环之后在下一进气冲程将第二汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。在其他特征中，该方法包括在第二发动机循环的至少四个连续冲程上关闭第一汽缸。在其他特征中，该方法包括通过控制第一汽缸上游供应的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。在替代的特征中，该方法包括通过控制直接供应到所述第一汽缸的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。通过下文提供的详细描述，本发明的更多适用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和特定例子仅仅意图用于说明并且不意图限制发明范围。本发明还提供了以下方案
I.一种发动机控制系统，包括
催化剂模块，所述催化剂模块确定催化剂温度；以及
汽缸模块，所述汽缸模块根据所述催化剂温度选择性地将第一汽缸的操作从第一发动机循环切换到第二发动机循环，所述第一发动机循环具有四冲程，所述第二发动机循环具有四冲程的N倍，其中N是大于I的整数。2.如方案I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块在所述催化剂温度大于预定起燃温度之后将操作切换到所述第二发动机循环。3.如方案2所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块在以下时刻切换所述第一汽缸的操作
Ca)发动机温度在预定温度范围内；
(b)估计的发动机扭矩输出小于预定扭矩；和
(c)发动机速度小于预定速度。4.如方案I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块在所述第二发动机循环的一个冲程期间供应燃料到所述第一汽缸并且在所述第二发动机循环的另一个冲程期间禁止供应燃料到所述第一汽缸。5.如方案4所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块在所述一个冲程期间供应化学计量比空气/燃料混合物到所述第一汽缸。6.如方案I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块
在发动机温度小于预定发动机温度和所述催化剂温度小于预定起燃温度时，在所述第一发动机循环中操作所述第一汽缸；以及
在所述催化剂温度大于所述预定起燃温度之后，将所述第一汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。7.如方案I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块
在预定时间段之后，将所述第一汽缸的操作切换到所述第一发动机循环；以及在所述第一汽缸切换到所述第一发动机循环之后，在下一进气冲程将第二汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。8.如方案I所述的发动机控制系统，其特征在于，当在所述第二发动机循环中操作时，所述第一汽缸在至少四个连续冲程上关闭。9.如方案I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块通过控制所述第一汽缸上游供应的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。10.如方案I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块通过控制直接供应到所述第一汽缸的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。11. 一种用于控制发动机的方法，包括
确定催化剂温度；并且
根据所述催化剂温度选择性地将第一汽缸的操作从第一发动机循环切换到第二发动机循环，所述第一发动机循环具有四冲程，所述第二发动机循环具有四冲程的N倍，其中N是大于I的整数。12.如方案11所述的方法，其特征在于，所述选择性地切换包括在所述催化剂温度大于预定起燃温度之后将操作切换到所述第二发动机循环。13.如方案12所述的方法，其特征在于，所述选择性地切换包括在以下时刻切换所述第一汽缸的操作
(a)发动机温度在预定温度范围内；
(b)估计的发动机扭矩输出小于预定扭矩；和
(c)发动机速度小于预定速度。14.如方案11所述的方法，其特征在于，还包括
在所述第二发动机循环的一个冲程期间供应燃料到所述第一汽缸；以及 在所述第二发动机循环的另一个冲程期间禁止供应燃料到所述第一汽缸。
15.如方案14所述的方法，其特征在于，所述供应燃料包括在所述一个冲程期间供应化学计量比空气/燃料混合物到所述第一汽缸。16.如方案11所述的方法，其特征在于，还包括
在发动机温度小于预定发动机温度和所述催化剂温度小于预定起燃温度时在所述第一发动机循环中操作所述第一汽缸；以及
在所述催化剂温度大于所述预定起燃温度之后将所述第一汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。17.如方案11所述的方法，其特征在于，还包括
在预定时间段之后将所述第一汽缸的操作切换到所述第一发动机循环；以及 在所述第一汽缸的操作的所述切换到所述第一发动机循环之后在下一进气冲程将第二汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。18.如方案11所述的方法，其特征在于，还包括在所述第二发动机循环的至少四个连续冲程上关闭所述第一汽缸。19.如方案11所述的方法，其特征在于，还包括通过控制所述第一汽缸上游供应的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。20.如方案11所述的方法，其特征在于，还包括通过控制直接供应到所述第一汽缸的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。
通过详细描述和附图将更完整地理解本发明，其中
图I是功能框图，其示出了根据本发明的示例性车辆系统；
图2是功能框图，其示出了根据本发明的示例性发动机系统；
图3是功能框图，其示出了根据本发明的示例性气门机构和气门机构控制系统的部
分；
图4是示意图，其示出了根据本发明的主发动机循环的进气冲程；
图5是示意图，其示出了主发动机循环的压缩冲程；
图6是示意图，其示出了主发动机循环的做功冲程；
图7是示意图，其示出了主发动机循环的排气冲程；
图8是示意图，其示出了根据本发明的热保存发动机循环的进气冲程；
图9是示意图，其示出了热保存发动机循环的第一压缩冲程；
图10是示意图，其示出了热保存发动机循环的做功冲程；
图11是示意图，其示出了热保存发动机循环的第二压缩冲程；
图12是示意图，其示出了热保存发动机循环的第一膨胀冲程；
图13是示意图，其示出了热保存发动机循环的第二压缩冲程；
图14是示意图，其示出了热保存发动机循环的第二膨胀冲程；
图15是示意图，其示出了热保存发动机循环的排气冲程；
图16是汽缸温度对曲轴角度的曲线图，其示出了根据本发明的发动机汽缸和周围发动机结构之间的传热速率；
图17是功能框图，其示出了根据本发明的示例性发动机控制系统；以及图18是流程图，其示出了根据本发明的用于控制发动机的示例性方法。
具体实施例方式下面的描述本质上仅仅是说明性的，并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，图中将使用相同的附图标记表示相似的元件。本文所用的措词"A、B和C中的至少一个〃应当解释成意味着使用非专用逻辑〃或〃的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法内的步骤可以以不同顺序执行，只要不改变本发明的原理。本文所用的术语〃模块〃可以指的是、属于或包括专用集成电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA);执行代码的处理器(共用的、专用的或组);其它的提供所述功能的适当部件；或上述的一些或全部的组合，例如在单片系统中。术语"模块〃可以包括存储由处理器执行的代码的存储器(共用的、专用的或组)。上文所用的措词”代码〃可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指的是程序、 例行程序、函数、类和/或对象。上文所用的措词"共用的"意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个(共用的)处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个(共用的)存储器来存储。上文所用的措词〃组〃意味着来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器来存储。本文所述装置和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序应用。计算机程序包括存储在非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性例子是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。具体参照图1，示出了示例性车辆系统10的功能框图。车辆系统10包括动力系12，其驱动车辆的一个或多个车轮14。动力系12包括发动机系统20，变速器22和传动系24。发动机系统20产生驱动扭矩，其以一个或多个齿轮比通过变速器22传递到传动系24，该传动系24联接到车轮14。本发明不限于特定类型的变速器或传动系。例如，变速器22可为自动变速器或手动变速器。额外地，本发明不限于特定布局的动力系。例如，动力系12可具有前轮驱动布局，后轮驱动布局，或全轮驱动布局。具体参照图2-3，功能框图更详细地示出了发动机系统20的示例性应用。通常，发动机系统20包括内燃发动机(ICE) 100，其根据各种驾驶员输入，发动机工作条件和其他车辆系统信号由发动机控制模块(ECM)102控制。驾驶员输入由驾驶员输入模块104接收,该驾驶员输入模块104响应于驾驶员输入产生驾驶员信号106。驾驶员输入模块104可包括例如加速踏板(未示出)和制动踏板(未示出)，其由驾驶员操纵，以分别产生加速踏板位置信号和制动踏板位置信号。各种发动机工作条件和参数由一个或多个传感器测量和/或由一个或多个模块确定，其中下面进一步详细讨论。车辆系统信号包括由发动机系统20的各个部件产生的信号。在各种应用中，发动机系统20可为混合动力发动机系统，其包括电动机108，该电动机108由混合动力控制模块109结合ECM 102控制。所示的发动机系统20进一步包括节气门致动器模块110，燃料致动器模块112，火花致动器模块114，和气门致动器模块116。ICE 100通过燃烧A/F混合物产生驱动扭矩，并可为几种类型之一。例如，ICE 100可为火花点火(SI)发动机或压燃式(Cl)发动机。ICE 100可具有V型构造或直线型构造。为了示例性的目的，ICE 100被示出为往复运动V型发动机，其包括限定汽缸122的一对汽缸排120和联接到曲轴126的活塞124(参见图4_7)。为了示例性目的，8个汽缸122被示出，但是ICE 100可具有较少或额外的汽缸。活塞124在汽缸122内在上至点(TDC)位置和下止点(BDC)位置之间往复运动。在TDC位置中，汽缸122的体积为最小。在BDC位置中，汽缸122的体积为最大。ICE 100包括缸体结构130，进气系统132，燃料系统，点火系统136 134，气门机构138，和排气系统140。缸体结构130支撑ICE 100的各个部件并且包括汽缸排120。进气系统132控制进入ICE 100的空气的质量空气流量(MAF)，并且分配空气到汽缸122。进气系统132可包括节气门142，其控制MAF和进气歧管144，其分配空气通过进气口 146到汽缸122 (参见图4-14)。节气门142可包括蝶形气门，其具有可旋转的叶片。节气门致动器模块110可基于从ECM 102接收的一个或多个空气控制值旋转叶片。进气口 146可由安装到缸体结构130的一对汽缸盖148限定。燃料系统134供应燃料到ICE 100。燃料系统134可包括燃料箱组件(未示出)，其包含燃料和一个或多个燃料喷射器150，其控制供应到ICE 100的燃料。在各种应用中，如中央点喷射和多点喷射应用，燃料喷射器150可将燃料喷入汽缸122上游的进气系统132。在替代直喷式应用中，燃料喷射器150可直接将燃料喷入汽缸122。为了示例性的目的，ICE100示出为具有直喷系统，其包括燃料喷射器150，其在汽缸122内延伸。燃料致动器模块112基于从ECM 102接收的一个或多个燃料控制值为燃料喷射器150供能。点火系统136供应能量用于以火花形式启动汽缸122内的燃烧。点火系统136包括在汽缸122内延伸的一个或多个火花塞160，其供应火花。火花致动器模块114基于从ECM 102接收的一个或多个火花控制值为火花塞160供能。在替代应用中，例如Cl应用，火花塞160可省略并且燃烧可由A/F混合物的压缩启动。气门机构138控制进入汽缸122的空气流和排出汽缸122的排气流。气门机构138包括进气门170和排气门172以及进气门和排气门致动器174，176。一个或多个进气门170和排气门172可被提供用于每个汽缸122。为了示例性目的，每个汽缸122包括单个进气门170和单个排气门172。进气门170可在关闭位置和打开位置之间运动。在关闭位置，进气门170关闭汽缸122向进气口 146，从而抑制其之间的流体连通(参见图5_7和图9-15)。在打开位置，进气门170打开汽缸122向进气口 146，从而使能够在其之间液体连通(参见图4，8)。汽缸盖148可限定进气口 146。排气门172可在关闭位置和打开位置之间运动。在关闭位置，排气门172关闭122向排气口 178 (参见图4-6和图8-14)，从而抑制其之间的流体连通。在打开位置，排气门172打开汽缸122向排气口 178，从而使能够在其之间液体连通。汽缸盖148可限定排气口178。进气门和排气门致动器174，176可操作以选择性地分别打开和关闭进气门和排 气门170，172，并且可使用各种方法致动，所述方法包括但不限于，机电致动和液压致动。为了示例性目的，进气门和排气门致动器174，176包括进气和排气凸轮轴180，182以及液压致动进气门和排气门位移机构184，186。进气和排气凸轮轴180，182可与曲轴126同步并由曲轴126驱动。例如，进气和排气凸轮轴180，182可由链或皮带联接到曲轴，并且可以曲轴126的一半速度旋转。进气凸轮轴180包括叶轮190，其选择性与进气门170接合。排气凸轮轴182包括叶轮192，其选择性可与排气门172接合。进气门和排气门位移机构184，186可为使用油(未示出)的液压致动，所述油流通遍布ICE 100用于润滑和/或其他用途(即发动机油)。进气门位移机构184接合进气门170和叶轮190并且选择性从叶轮190移动运动，以在打开和关闭位置之间移动进气门170。进气门位移机构184可在第一和第二模式中独立操作。在第一操作模式中，当与叶轮190的斜面和顶点(参见图4，8)接合时，进气门位移机构184移动进气门170至打开位置。在第二操作模式中，当与斜面和顶点(参见图12)接合时，进气门位移机构184允许进气门170保持在关闭位置。进气门位移机构184可包括偏压构件(未示出)，其在关闭位置偏压进气门170。气门致动器模块116根据从ECM 102接收的气门机构控制值致动进气门位移机构 184。更具体地,气门致动器模块116响应于气门机构控制值在第一和第二操作模式之间切换进气门位移机构184。排气门位移机构186接合排气门172和叶轮192并且选择性从叶轮192移动运动，以在打开和关闭位置之间移动排气门172。排气门位移机构186可在第一和第二模式中独立操作。在第一操作模式中，当与叶轮192的斜面和顶点(参见图7，15)接合时，排气门位移机构186移动排气门172至打开位置。在第二操作模式中，当与斜面和顶点(参见图11)接合时，排气门位移机构186允许排气门172保持在关闭位置。排气门位移机构186可包括偏压构件(未示出)，其在关闭位置偏压排气门172。气门致动器模块116根据从ECM 102接收的气门机构控制值致动排气门位移机构186。更具体地，气门致动器模块116响应于气门机构控制值在第一和第二操作模式之间切换排气门位移机构186。排气系统140通过排气口 178从汽缸122接收排气并且包括催化转化器196，其减小排气中各种副产品的浓度。催化转化器196可为各种类型之一。例如，催化转化器196可为三元催化转化器，其减小N0X，CO和HC的浓度。替代地，催化转化器196可为二元转化器，其减小CO和HC的浓度。排气系统140可还包括用于处理排气的其他部件，如颗粒物过滤器(未示出)，其从排气中过滤颗粒。排气系统140可还包括用于减小与排气相关的噪音的部件，如消声器(未示出)。在ICE 100的操作过程中，进气被活塞124通过节气门142和进气歧管144吸入汽缸122，并且与燃料喷射器150所供应的燃料混合。A/F混合物被活塞124压缩，并且随后被火花塞160点燃。A/F混合物的燃烧驱动活塞124，其转而驱动曲轴126，从而产生驱动扭矩。燃烧产生的排气被活塞124排出汽缸122进入排气系统140。根据本发明，ICE 100构造成允许每个汽缸122根据两个不同的发动机循环操作。第一发动机循环是主发动机循环，其用于操作ICE 100，并且可选择性地用于排出大部分燃烧热到排气系统140中。为了示例性的目的，所示的主发动机循环是四冲程发动机循环。第二发动机循环是热保存发动机循环，其选择性地用于允许大部分燃烧热被保留在ICE 100内。相比之下，热保存发动机循环保留燃烧过的充量(即，燃烧的A/F混合物)用于主发动机循环上额外的预定数量的发动机冲程。为了示例性目的，所示的热保存发动机循环是八冲程发动机循环，其保留燃烧过的充量用于主四冲程发动机循环上额外冲程。根据在下面进一步详细讨论的一个例子，一个或多个汽缸122可使用四冲程发动机循环操作，而其他汽缸122根据八冲程发动机循环操作。每个汽缸122的操作可通过在第一和第二操作模式之间切换相应的进气门和排气门位移机构184，186而在四冲程发动机循环和八冲程发动机循环之间切换。图4-7示出了示例性四冲程、主发动机循环，其通常可遵循传统的四冲程发动机循环。为简单起见，通过理解下面描述同样应用于每个汽缸122，将参照一个汽缸122描述四冲程发动机循环。通常，四冲程发动机循环包括活塞124的四个连续冲程。在ICE 100的八缸构造中，四冲程在一个发动机循环(或者七百二十(720)度的曲轴旋转)上完成。每个冲程发生在一百八十(180)度的曲轴旋转上。在每个四冲程期间，进气门和排气门位移机构184，186在第一操作模式中操作。具体参照图4，四冲程发动机循环的第一冲程可形成在活塞124从TDC位置运动到BDC位置时发生的进气冲程。在进气冲程的过程中，进气门170可为打开的，以允许空气通过进气口 146进入汽缸122，排气门172可被关闭，燃料质量可由燃料喷射器150喷射并且与空气混合以产生A/F混合物或充量。喷射的燃料质量可被控制以得到混合物的燃料/空 比通常是指实际F/A比值与化学计量F/A比值的比。在化学计量的F/A比值，会发生燃料的完全燃烧。在约为I. O的F/A当量比，到汽缸122壁的传热速率作为每个循环分母上的燃料化学能量的分子，其可为最大的，并且可为了更富和更稀的混合物而减小。适合的发动机操作可以在O. 95和I. 10之间的F/A当量比实现。每个发动机的F/A当量比会变化并且大于I. O的F/A当量比可被提供以提高燃烧温度。燃烧温度的增加可进一步减小发动机预热所需的时间段。具体参照图5，第二冲程跟随第一冲程并且可形成在活塞从BDC位置运动回TDC位置时发生的压缩冲程。在压缩冲程的过程中，进气门170可为关闭的，排气门172可被关闭，并且火花塞160可供应火花以启动A/F混合物的燃烧。具体参照图6，第三冲程跟随第一冲程并且可形成在活塞124从TDC位置运动回BDC位置时发生的做功冲程。在做功冲程的过程中，进气门和排气门170，172可为关闭的。A/F混合物的燃烧朝向BDC位置驱动活塞124。在各种操作条件下，在做功冲程期间火花塞160可供应火花(例如延迟的点火正时)，而不是第二或压缩冲程(例如，提前的点火正时)。具体参照图7，第四冲程跟随第三冲程并且可形成在活塞124从BDC位置运动回TDC位置时发生的排气冲程。在排气冲程的过程中，进气门170可被关闭，排气门172可为打开的。允许排气通过排气口 178排出汽缸122。图8-15示出了根据本发明的示例性八冲程、热保存发动机循环。为简单起见，通过理解下面描述同样应用于每个汽缸122，将参照一个汽缸122描述八冲程发动机循环。通常，八冲程发动机循环在活塞124的8个连续冲程上完成。八冲程在一千四百四十(1440)度的曲轴旋转上完成。每个冲程发生在一百八十(180)度的曲轴旋转上。在八冲程期间，进气门和排气门位移机构184，186在第一和第二操作模式之间选择性地切换以允许燃烧过的充量被保留在汽缸122内。当与四冲程发动机循环相比较时，燃烧过的充量被保留用于活塞124的额外的冲程。具体参照图8，八冲程发动机循环的第一冲程(SI’)可形成在活塞124从TDC位置运动到BDC位置时发生的进气冲程。在进气冲程的过程中，进气门170可为打开的，以允许进气通过进气口 146进入汽缸122，排气门172可被关闭，燃料质量可由燃料喷射器150喷射并且与空气混合以产生A/F混合物或充量。喷射的燃料质量可被控制以得到混合物的燃料/空气(F/A)当量比，其在约I. 10和O. 95之间，更特别的为约1.0。如上所述，在约为
I.O的F/A当量比，到汽缸122壁的传热速率作为每个循环分母上的燃料化学能量的分子，其可为最大的，并且可为了更富和更稀的混合物而减小。额外地，适合的发动机操作可以在
O.95和I. 10之间的F/A当量比实现。每个发动机的F/A当量比会变化并且大于I. O的F/A当量比可被提供以提高燃烧温度，从而进一步减小发动机预热所需的时间段。在第一或进气冲程的过程中，进气门位移机构184可在第一操作模式中操作。进气门位移机构184可在进气冲程之前或期间切换到第一操作模式。具体参照图9，第二冲程(S2’)跟随第一冲程并且可形成在活塞从BDC位置运动回TDC位置时发生的压缩冲程。在第一压缩冲程的过程中，进气门170可为关闭的，排气门172可被关闭，并且火花塞160可供应火花以启动A/F混合物的燃烧。具体参照图10，第三冲程(S3’)跟随第二冲程并且可形成在活塞124从TDC位置 运动回BDC位置时发生的做功冲程。在做功冲程的过程中，进气门和排气门170，172可为关闭的。A/F混合物的燃烧朝向BDC位置驱动活塞124。在各种操作条件下，在第三冲程期间火花塞160可供应火花，而不是第一压缩冲程。具体参照图11，第四冲程(S4’)跟随第三冲程并且可形成在活塞124从BDC位置运动回TDC位置时发生的第二压缩冲程。在第二压缩冲程的过程中，进气门和排气门170，172可被关闭，并且排气门位移机构186可在第二个操作模式中操作。排气门位移机构186可在第二压缩冲程之前或期间切换到第二操作模式。具体参照图12，第五冲程(S5’)跟随第四冲程并且可形成第一膨胀冲程。在第一膨胀冲程的过程中，进气门和排气门170，172可保持关闭并且进气门位移机构184可在第二操作模式中操作。进气门位移机构184可在第一膨胀冲程之前或期间切换到第二操作模式。具体参照图13，第六冲程(S6’)跟随第五冲程并且可形成第二压缩冲程。在第二压缩冲程的过程中，进气门和排气门170，172可保持关闭。具体参照图14，第七冲程(S7’ )跟随第六冲程并且可形成第二膨胀冲程。在第二膨胀冲程的过程中，进气门和排气门170，172可保持关闭。具体参照图15，第八冲程(S8’)跟随第七冲程并且可形成排气冲程，在排气冲程的过程中，排气排出汽缸122。在第八冲程或排气冲程的过程中，进气门170可在关闭位置，排气门172可在打开位置，并且排气门位移机构186可在第一操作模式中操作。排气门位移机构186可在排气冲程之前或期间切换到第一操作模式。再次参照图2，ECM 102通过控制各种发动机操作参数调节由ICE 100产生的驱动扭矩，发动机操作参数包括但不限于发动机MAF，燃料供给速率，F/A当量比和点火正时。ECM 102可通过定期输出控制信号到发动机系统20的各个部件控制操作参数，所述部件包括节气门致动器模块110，燃料致动器模块112，火花致动器模块114，和气门致动器模块116。控制信号可为相对于曲轴的旋转位置的定时(即同步)的控制信号。控制信号可指定MAF，被输送的燃料量(如，质量)和/或燃料供给速率，以及关于活塞124的TDC位置的点火正时。根据本发明，ECM 102包括预热模块198，其选择性地在发动机预热过程期间在主发动机循环和热保存发动机循环之间切换一个或多个汽缸122。更具体地，为了示例性的目的，预热模块198在上述的四冲程主发动机循环和八冲程热保存发动机循环之间选择性地切换。当发动机温度在启动或刚好在启动后低于预定的发动机操作温度时，预热模块198根据预热过程选择性操作ICE 100。预热过程包括第一时间段和第二时间段。
在第一时间段期间，预热模块198可根据主发动机循环操作所有汽缸122以允许燃烧过程中产生的大部分热量排出到排气系统140中。以此方式，热量可用于将催化转化器196加热到预定的起燃温度以上。当催化转化器196的催化剂温度已经达到起燃温度时，第二时间段在第一时间段结束时开始。在第二时间段期间，预热模块198从选择性地将一个或多个汽缸122从主发动机循环切换到热保存发动机循环，以允许由燃烧产生的大部分热量被保留在汽缸122内。将热量保留在汽缸122内允许热量转移到缸体结构130，以及发动机流体(例如冷却剂和润滑油)，而不是在排气中排放。保留热量可减小将ICE 100预热到所需发动机操作温度所需的时间和燃料量。通过根据催化剂温度选择性地在主发动机循环和热保存发动机循环之间切换操作，预热模块198可改善发动机预热，同时保持所需的排气排放和燃料经济性水平。具体参照图16，示出了沿第一或y轴202的汽缸温度对沿第二或x轴204的曲轴角的曲线图200。曲线图200示出了在捕获的充量中的温度变化，从而示出了在捕获的充量和周围缸体结构之间的传热速率。曲线图200通过以每分钟一千二百转(1200RPM)，三十千帕(30kPa)的歧管绝对压力(MAP)，九十五摄氏度(95°C)的发动机冷却剂温度(ECT)操作的示例性发动机的计算机分析获得。为了分析，假设捕获的充量被完全保留在汽缸内(即不漏)。峰值206示出了在做功冲程期间的A/F混合物或充量的最大温度。峰值208示出了在做功冲程之后的随后压缩冲程期间充量的最大温度。拟合到峰值208的曲线210示出了充量保持被捕获在汽缸内时连续压缩冲程之间的温度下降。温度下降代表了从充量传递到周围缸体结构的热量。曲线图200示出了被包含在充量中的大部分热在燃烧充量之后在七百二十(720)和一千四百四十(1440)度的曲轴旋转之间能够传递到周围缸体结构。在做功冲程之后第一个七百二十(720)度由附图标记212标记的括号指代。因此，主要根据四冲程发动机循环，八冲程和/或十二冲程热保存发动机循环操作的发动机可用于允许燃烧产生的大部分热保留在发动机内，而不是通过排气排出。再次参照图2，预热模块198根据发动机预热过程操作ICE 100，其基于驾驶员输入和各种操作参数，其包括但不限于，发动机温度，发动机转速，发动机输出扭矩，和催化剂温度。操作参数可由一个或多个传感器测量或根据各个传感器的输出估计。在示例性应用中，传感器可包括ECT传感器220，发动机油温(EOT)传感器222，曲轴位置(CPS)传感器224，MAP传感器226，以及进气温度(IAT)传感器228。ECT传感器220可与冷却剂(未示出)连通，该冷却剂用于冷却ICE 100并且可感测ECT。ECT传感器220可输出ECT信号230，其指示感测的当前ECT。ECT传感器222可与发动机油连通并且可感测EOT。ECT传感器222可输出EOT信号232，其指示感测的当前EOT。CPS传感器224可感测曲轴126的旋转位置并且输出CPS信号234，其指示感测的当前曲轴旋转位置和当前发动机转速。MAP传感器226可与进气歧管144内的空气连通并且可感测MAP。MAP传感器226可输出MAP信号236，其指示感测的当前MAP。IAT传感器228可与节气门142上游的空气连通并且感测IAT。IAT传感器228可输出IAT信号238，其指示感测的当前IAT。具体参照图17,示出了示例性发动机控制系统300中的预热模块198的示例性应用。预热模块198输出各种定时的控制信号，其用于控制ICE 100的操作。预热模块198包括驾驶员扭矩模块302，催化剂模块303，指令模块304，空气控制模块306，汽缸控制模块308，以及内存模块310。驾驶员扭矩模块302根据驾驶员信号106和指示所需发动机扭矩输出的输出信号312的所需发动机扭矩输出。所需发动机扭矩输出可基于驾驶员所需的估计的驱动扭矩和可从电动机108获得的估计的马达扭矩输出。催化剂模块303定期确定催化转化器196的当前催化剂温度和输出催化剂温度信号313，其指示催化剂温度。催化剂模块303可根据各种方法确定每一个预定时间段的当前催化剂温度。例如，催化剂模块303可使用温度传感器(未示出)测量催化剂温度，该温度传感器在催化转化器196内或在催化转化器上游的排气系统140内延伸。温度传感器可通过测量进入催化转化器196的排气温度直接或间接地测量催化剂温度。作为另一个例子，催化剂模块303可根据温度关系估计催化剂温度，该温度关系 被定义为各种发动机操作参数的函数。例如，也可使用被定义为发动机运行时间，MAF，MAP，IAT，燃料供给速率，ECT和发动机循环的函数的温度关系。该关系可由公式建模和/或可作为查找表存储在内存模块310中。因此，催化剂模块303可根据ECT信号230，MAP信号236，IAT信号238，和代表燃料供给速率、发动机循环和其他发动机参数的其他输入在内存模块310内查找催化剂温度。指令模块304根据各个输入确定何时开始和结束发动机预热过程。更具体地，指令模块304根据当前发动机温度和当前催化剂温度确定何时开始和结束发动机预热过程中的第一和第二时间段。指令模块304命令汽缸控制模块308何时通过预热指令信号314开始和结束发动机预热过程中的第一和第二时间段。指令模块304可命令汽缸控制模块308在发动机启动的预定时间段内开始发动机预热过程的第一时间段。当ICE 100完全预热时，在当前发动机温度小于所需发动机操作温度时，指令模块304可提供命令。在各种应用中，当前发动机操作温度可通过ECT传感器220测量。因此，为了示例性的目的，在当前ECT小于例如大约九十摄氏度(90°C)的预定冷却剂温度时，指令模块304提供命令以开始第一时间段。在当前催化剂温度大于预定催化剂起燃温度时，指令模块304结束第一时间段，并提供命令以开始第二时间段。通常，催化剂起燃温度可为催化剂温度，在该温度以上催化转化器196具有所需的转化效率。在各种应用中，催化剂起燃温度可根据一个或多个发动机操作参数从内存模块310中的查找表检索，该发动机操作参数包括例如总发动机运行时间。为了示例性的目的，催化剂起燃温度是从内存模块310检索的单一预定温度。在当前ECT大于预定冷却剂温度时，指令模块304结束第二时间段并且命令汽缸控制模块308以结束预热过程。空气控制模块306根据所需的发动机扭矩输出控制通过进气系统132的MAF。空气控制模块306可通过经由节气门信号316传送一个或多个空气控制值到节气门致动器模块110控制MAF。例如，空气控制模块306可根据所需的发动机扭矩输出确定节气门面积并且可经由节气门信号316传送节气门面积。根据各种输入，汽缸控制模块308控制每个汽缸内的燃烧，该输入包括但不限于，所需发动机扭矩输出，空气控制值，和预热指令。汽缸控制模块308通过控制进气门和排气门正时，燃料供给，和每个汽缸122的点火正时来控制燃烧。
汽缸控制模块308可通过分别传送一个或多个燃料控制值，点火控制值，和气门机构控制值到燃料致动器模块112，火花致动器模块114，和气门致动器模块116来控制燃烧。汽缸控制模块308可分别通过定时的信号318，320，322传送燃料控制值，点火控制值，和气门机构控制值。燃料控制值可包括提供给每个汽缸122的燃料量(例如，质量)和用于输送燃料量的定时基准(即燃料正时)。燃料正时可关于TDC位置被指定。点火控制值可包括关于TDC位置的点火正时。气门机构控制值可指定每个进气门和排气门位移机构184，186的第一和第二操作模式之一，以及进气门和排气门正时。汽缸控制模块308根据四冲程发动机循环和八冲程发动机循环之一，根据所需的发动机扭矩输出，空气控制值，和预热的指令选择性地操作每个汽缸122。响应于开始预热过程的第一时间段的指令，汽缸控制模块308可通过指定进气门和排气门升程机构均在第一操作模式中操作根据四冲程发动机循环操作所有汽缸122。响应于结束预热过程的第一时间段和开始预热过程的第二时间段的指令，汽缸控制模块308可选择一个或多个汽缸 122来根据八冲程发动机循环操作。汽缸控制模块308输出适当的燃料控制值，点火控制值，和气门机构控制值，其用于根据八冲程发动机循环操作一个或多个选定的汽缸122同时根据四冲程发动机循环操作其余汽缸122。在当前的催化剂温度大于预定的催化剂起燃温度和一个或多个条件被满足时，汽缸控制模块308根据八冲程发动机循环操作每个选定的汽缸。通常，条件可包括是否当前的EOT在预定的EOT范围内，是否当前的发动机扭矩输出小于预定的发动机扭矩，以及是否当前的发动机转速低于预定的发动机转速。在当前的EOT在预定的EOT范围内，当前的发动机扭矩输出小于预定的发动机扭矩，以及当前的发动机转速低于预定的发动机转速时，汽缸控制模块308根据八冲程发动机循环开始操作选定的汽缸。预定的EOT范围，发动机扭矩，发动机转速可根据一个或多个发动机操作参数从内存模块中的表310检索。为了示例性的目的，预定的EOT范围可为负三十摄氏度(-30 V )和九十摄氏度(90°C)度之间的单一范围。预定的发动机扭矩可为当前的发动机转速的峰值发动机扭矩的大约百分之十(10%)的扭矩。预定的发动机转速可为约一千五百(1500)RPM的单一速度。在各种应用中，发动机扭矩关系可被定义为MAP和当前根据热保存发动机循环操作的多个汽缸的函数。发动机扭矩关系可被建模为公式或在内存模块310中存储的查找表。因此，条件可包括是否当前的MAP小于预定的MAP。预定的MAP可根据多个汽缸变化，所述汽缸根据八冲程发动机循环操作。例如，预定的MAP可从当所有汽缸122根据四冲程发动机循环操作时的大约五十千帕(50kPa)变化到当两个或多个汽缸122之间。预定的MAP可从内存模块310中的查找表检索。在相应的下一进气冲程期间，汽缸控制模块308可输出各种控制值以根据八冲程发动机循环开始操作每个选定的汽缸。在用于开始预热过程的第二时间段的条件连续被满足时，汽缸控制模块308可输出各种控制值以在预定时间段继续操作每个选定的汽缸。当一个或多个条件不再被满足时，汽缸控制模块308可将选定的汽缸切换回四冲程发动机循环。时间段可由汽缸变化并且基于所选择的汽缸122数变化。通常，时间段可为完成八冲程发动机循环(例如，一千四百四十(1440)度的曲轴旋转)所需的时间段的整数倍。因此，在相应时间段结束时切换回四冲程发动机循环之前，每个选定的汽缸可完成单个八冲程发动机循环，或多个八冲程发动机循环。汽缸控制模块308可根据各种预定策略选择一个或多个汽缸122。通常，策略可预先确定以确保发动机振动不超过预定的振动强度。在各种应用中，可以选择汽缸122对并且可根据八冲程发动机循环连续操作该对。根据汽缸布置(如直线型，V型等)可选择该对。例如，在四缸直线型布置中，第一对可包括两个端部汽缸，而第二对包括两个中间汽缸。连续操作所选择的汽缸122的顺序可基于点火顺序，或由汽缸122输送的功率的序列。通常，点火顺序可关于汽缸号指定，这可基于沿曲轴126位置，在该位置活塞124被联接。为了示例性的目的，汽缸排120的左排从前到后可包括汽缸号1，3，5和7，而汽缸排120的右排可包括汽缸号2,4,6和8。以上述方式编号，不例性点火顺序可为1-8-7-2-6-5-4-3。根据上述汽缸编号及点火顺序,汽缸控制模块308可选择汽缸号一(I)和六(6)，以在预定的第一时间段同步地根据八冲程发动机循环操作。汽缸控制模块308可选择汽缸号四(4)和七(7)，以在第一时间段之后的预定的第二时间段同步地根据八冲 程发动机循环操作。当汽缸6从八冲程发动机循环切换回四冲程发动机循环时，在第一时间段结束之后的下一进气冲程上，汽缸号4可从四冲程发动机循环切换到八冲程发动机循环。内存模块310存储由发动机控制系统300使用的各种信息和控制值，包括但不限于，各种查找表，其中存储控制值。内存模块310可包括易失性和非易失性内存的组合，其中存储信息和控制值用于检索。具体参照图18，示出了根据本发明的用于控制内燃发动机的示例性方法400。方法400可由发动机控制系统的一个或多个模块应用，发动机控制系统例如上述发动机控制系统300。方法400可以周期方式进行并且在每个预定时间段重复，直到方法400退出。为了示例性目的，方法400将参照上述发动机控制系统300的各个部件描述。以此方式，发动机控制系统300的操作也可得到更充分的描述。方法400在启动ICE 100的预定的时间段内在402开始。例如，方法400可在一旦ICE 100已经被启动时开始。在404，指令模块304通过确定是否当前的ECT小于预定的ECT来确定是否开始发动机预热过程。如果是，则指令模块304指示汽缸控制模块308开始发动机预热过程的第一时间段并且控制方法进行到410。如果否，控制进行到406以根据其他方法开始预热发动机操作并且方法400如所示在408结束。在410，响应于404的指令，汽缸控制模块308根据四冲程发动机循环开始操作所有汽缸122的第一时间段。在各种应用中，所有汽缸122可已经准备好在控制方法到达410时根据四冲程发动机循环操作。因此，汽缸控制模块308可根据四冲程发动机循环继续在410操作所有汽缸122。控制方法进行到412，其中指令模块304通过确定是否当前的ECT小于预定的ECT来确定是否继续发动机预热过程。如果是，则控制方法进行到414，否则，控制方法进行到如前所述的406。在414，指令模块304确定是否催化剂模块303确定的当前的催化剂温度大于预定的催化剂起燃温度。如果是，则控制方法进行到416，否则，控制回路返回并进行到412，以开始方法400的另一控制回路。
在416，指令模块304确定是否当前的EOT在预定的EOT范围内。如果是，则控制方法进行到418，否则，控制回路返回并进行到412，以开始方法400的另一控制回路。在418，汽缸控制模块308确定是否当前的发动机扭矩输出小于预定发动机扭矩。更具体地，汽缸控制模块308确定是否当前的MAP小于预定MAP。如果是，则控制方法进行到420，否贝U，控制回路返回并进行到412，以开始方法400的另一控制回路。在420，指令模块304确定是否当前的发动机转速低于预定发动机转速。如果是，则指令模块304命令汽缸控制模块308开始预热过程的第二时间段并且控制方法进行到422。如果否，则控制回路返回并进行到412，以开始方法400的另一控制回路在422，响应于420处的指令，汽缸控制模块308选择下一汽缸以根据八冲程发动机循环操作并且控制方法进行到424。更具体地，汽缸控制模块308选择包括汽缸I和6的第一对汽缸122和包括汽缸4和7的第二对汽缸122之一。在连续控制回路过程中，汽缸控制模块308交替第一和第二对之间的选择。在424，通过输出适当燃料、火花，汽缸控制模块308在422选定的下一汽缸中完成八冲程发动机循环，气门机构控制在相应下一进气冲程处开始的下一汽缸的值。从424，控制回路返回并进行到412，以开始方法400的另一控制回路。能够以多种形式实施本发明的宽泛教导。因此，尽管本发明包含特定例子，但是本发明的真实范围不应当受此限制，因为本领域技术人员一旦研读附图、说明书和下列权利要求，其它改型将变得显而易见。
权利要求
1.一种发动机控制系统，包括 催化剂模块，所述催化剂模块确定催化剂温度；以及 汽缸模块，所述汽缸模块根据所述催化剂温度选择性地将第一汽缸的操作从第一发动机循环切换到第二发动机循环，所述第一发动机循环具有四冲程，所述第二发动机循环具有四冲程的N倍，其中N是大于I的整数。
2.如权利要求I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块在所述催化剂温度大于预定起燃温度之后将操作切换到所述第二发动机循环。
3.如权利要求2所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块在以下时刻切换所述第一汽缸的操作 Ca)发动机温度在预定温度范围内； (b)估计的发动机扭矩输出小于预定扭矩；和 (c)发动机速度小于预定速度。
4.如权利要求I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块在所述第二发动机循环的一个冲程期间供应燃料到所述第一汽缸并且在所述第二发动机循环的另一个冲程期间禁止供应燃料到所述第一汽缸。
5.如权利要求4所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块在所述一个冲程期间供应化学计量比空气/燃料混合物到所述第一汽缸。
6.如权利要求I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块 在发动机温度小于预定发动机温度和所述催化剂温度小于预定起燃温度时，在所述第一发动机循环中操作所述第一汽缸；以及 在所述催化剂温度大于所述预定起燃温度之后，将所述第一汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。
7.如权利要求I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块 在预定时间段之后，将所述第一汽缸的操作切换到所述第一发动机循环；以及 在所述第一汽缸切换到所述第一发动机循环之后，在下一进气冲程将第二汽缸的操作切换到所述第二发动机循环。
8.如权利要求I所述的发动机控制系统，其特征在于，当在所述第二发动机循环中操作时，所述第一汽缸在至少四个连续冲程上关闭。
9.如权利要求I所述的发动机控制系统，其特征在于，所述汽缸模块通过控制所述第一汽缸上游供应的燃料质量来控制所述第一汽缸的空气/燃料比。
10.一种用于控制发动机的方法,包括 确定催化剂温度；并且 根据所述催化剂温度选择性地将第一汽缸的操作从第一发动机循环切换到第二发动机循环，所述第一发动机循环具有四冲程，所述第二发动机循环具有四冲程的N倍，其中N是大于I的整数。
全文摘要
本发明涉及用于保存燃烧热的气门机构控制方法和装置。具体地，发动机控制系统包括催化剂模块和汽缸模块。所述催化剂模块确定催化剂温度。所述汽缸模块根据所述催化剂温度选择性地将第一汽缸的操作从第一发动机循环切换到第二发动机循环，所述第一发动机循环具有四冲程，所述第二发动机循环具有四冲程的N倍，其中N是大于1的整数。还提供了相关的方法。
文档编号F02D43/00GK102644518SQ20121003492
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者M.M.麦唐纳, W.C.阿尔伯森 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司