可变排量发动机的控制系统和方法

可变排量发动机的控制系统和方法
【专利摘要】本发明涉及可变排量发动机的控制系统和方法。公开了一种调节点火能量的方法和系统。一旦从VDE运转模式再启用就调节向发动机汽缸提供的点火能量。通过增加点火线圈充电时间和/或点火线圈放电频率来增加点火能量。增加的点火能量改善了转变出VDE运转模式期间的燃烧稳定性。
【专利说明】可变排量发动机的控制系统和方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及当运转可变排量内燃发动机(VDE)时调节点火能量。

【背景技术】
[0002]发动机可以配置用于通过变化启用或停用的汽缸的数量来运转以增加燃料经济性，同时可选地保持总体排气混合物空燃比处于化学计量。这种发动机称为可变排量发动机(VDE)。在一些示例中，在选择的状况期间可以停用发动机的一部分汽缸，该选择的状况可以通过参数(比如速度/负荷窗口)以及包括车速的多个其它工况来定义。VDE控制系统可以通过控制影响汽缸进气和排气门运转的多个汽缸气门的钝化器(deactivator)或者通过控制影响汽缸燃料添加的多个燃料喷射器选择性停用而停用选择的汽缸。当在(一个或多个汽缸停用的)VDE模式和(启用所有汽缸的)非VDE模式之间转变时，控制系统可以在该转变期间调节一个或多个发动机运转参数以减少扰动(例如扭矩扰动)并且使扰动减弱。
[0003]美国专利7225782公开了一种用于VDE转变期间发动机控制的示例方法。其中，VDE连接在具有电动马达的混合动力电动车辆上。当启用或停用汽缸时，改变马达的扭矩来补偿启用或停用汽缸导致的发动机输出扭矩瞬时变化。
[0004]然而发明人在此已经认识到上述方法的潜在问题。在一个示例中，在转变期间可能会劣化燃烧稳定性。特别地，当从VDE模式(或部分汽缸模式)转变为非VDE模式(或全部汽缸模式)，汽缸负荷基于空气充气的减小而减小。较轻的汽缸负荷通常具有不太稳定的燃烧以及与燃料瞬态补偿的相互影响，并且由于停用期间冷却导致的不同于运转汽缸的其它汽缸状况在再启用期间可能会导致不太稳定的燃烧。如果发动机配备有排气再循环(EGR)，在转变期间使用EGR控制可能会恶化燃烧问题。特别地，EGR可能会继续干扰较轻的汽缸负荷直到传输至汽缸的EGR已经充分排出以减小燃烧问题。在一些实施例中，在该转变期间充气运动控制阀(CMCV)可用于调节传输至汽缸的空气燃料混合物在缸内运动。较高的汽缸运动导致更好的混合以及更稳定的燃烧。然而，由于CMCV较慢的响应时间(例如当转变为较低的汽缸负荷时CMCV关闭地不够迅速)，燃烧稳定性可能会受到影响。较差的燃烧状况还可能导致较慢的燃烧或甚至是失火。总之，可能会劣化燃烧稳定性和发动机性倉泛。


【发明内容】

[0005]在一个示例中，通过一种用于发动机的方法可以至少部分地解决上述问题，该方法包含:响应于工况选择性地停用一个或多个发动机汽缸，并且在汽缸的再启用期间对多个燃烧事件调节再启用的汽缸的点火能量。特别地，在再启用期间可以暂时增加点火能量。这样，在转变出VDE运转模式期间改善了燃烧稳定性并减小了扭矩扰动。
[0006]在一个示例中，可变排量的发动机可以配置有可以选择性地停用的燃料喷射器。响应于选择的停用状况(比如减小的发动机负荷或扭矩需求)，可以停用一个或多个汽缸并且可以VDE模式运转发动机。例如，可以通过停用一半汽缸来运转发动机。在停用期间，可以基于专机转速负荷状况来调节启用的汽缸的点火能量。随后，响应于选择的再启用状况(比如增加的发动机负荷或扭矩需求)，可以再启用已经停用的汽缸并且发动机可以恢复非VDE模式。在再启用期间，对于自再启用起的多个燃烧事件，可以增加汽缸的点火能量。例如，可以增加点火线圈的充电时间(dwell time)。额外地或可选地，可以增加点火线圈的放电数量。多个燃烧事件之后，可以恢复标称点火能量。
[0007]在一些实施例中，比如在VDE运转模式期间通过EGR运转发动机时，可以基于EGR来调节再启用期间点火能量的增加程度。特别地，当排出EGR时可以增加点火能量。通过在再启用时使用较高的点火能量，可以在VDE模式中可以使用较高的EGR速率，因为可以通过较高速率排出EGR并且可以提前转变为较低的汽缸负荷而不劣化燃烧。可替代地，与不增强点火输出相比，在EGR排出(bleed down)期间可以较高EGR水平执行汽缸再启用的转变，减少了转变为汽缸再启用之前的延迟时间。
[0008]这样，通过在再启用发动机汽缸期间选择性增加点火能量，在发动机运转从VDE模式转变为非VDE模式期间改善了燃烧稳定性。增加的点火能量还使车辆驾驶员在转变期间基本上感觉不到扭矩扰动。通过暂时增加点火能量而不是在所有发动机工况期间持续使用较高的点火输出，改善了由较高热量输出导致的部件耐用性问题。此外，延长了火花塞部件(比如点火电极)的寿命。此外，在EGR排出阶段可以在较高的EGR水平期间执行汽缸再启用的转变，改善了再启用的响应时间。
[0009]根据本发明的一个实施例，选择性地停用一个或多个发动机汽缸包括选择性停用一个或多个发动机汽缸的燃料喷射器，并且其中再启用一个或多个汽缸包括再启用该停用的燃料喷射器。
[0010]根据本发明的一个实施例，进一步包含，在选择的停用期间，基于启用的发动机汽缸的发动机转速和负荷状况调节启用的发动机汽缸的点火能量。
[0011]根据本发明的一个方面，提供一种用于发动机的方法，包含:响应于工况选择性地停用一个或多个发动机汽缸；在第一再启用状况期间，对较多的第一数量的燃烧事件将再启用的汽缸的点火能量增加至较高的第一水平；以及在第二再启用状况期间，对较少的第二数量的燃烧事件将再启用的汽缸的点火能量增加至较低的第二水平。
[0012]根据本发明的一个实施例，其中在第一再启用状况期间发动机的EGR负荷较高，并且其中在第二再启用状况期间发动机的EGR负荷较低。
[0013]根据本发明的一个实施例,其中对第一数量的燃烧事件将点火能量增加至第一水平包括对第一数量的燃烧事件将点火线圈充电时间增加较大量并保持该增加的点火线圈充电时间，并且其中对第二数量的燃烧事件将点火能量增加至第二水平包括对第二数量的燃烧事件将点火线圈充电时间增加较小量并保持该增加的点火线圈充电时间。
[0014]根据本发明的一个实施例，对第一数量的燃烧事件将点火能量增加至第一水平包括对第一数量的发动机燃料事件中的每个燃烧事件将点火线圈的放电频率增加较大量并保持该增加的点火线圈放电频率，并且其中对第二数量的发动机燃烧事件的每个燃烧事件将点火能量增加至第二水平包括对第二数量的发动机燃烧事件中每个燃烧事件将点火线圈的放电频率增加较小量并保持该增加的点火线圈放电频率。
[0015]根据本发明的一个实施例，进一步包含，在第一状况期间在第一数量的发动机燃烧事件之后将点火能量减小至标称水平，并且在第二状况期间在第二数量的发动机燃烧事件之后将点火能量减小到标称水平，其中标称水平基于标称的发动机转速负荷状况。
[0016]根据本发明的另一方面，提供一种发动机系统，包含:包括汽缸的发动机；配置用于将燃料喷射至汽缸的可选择性地停用的燃料喷射器；包括传输火花至汽缸的点火线圈的火花塞；将排气残留物从发动机排气再循环至发动机进气的EGR通道；以及具有计算机可读指令的控制器，该指令用于:在停用状况期间，选择性地停用至汽缸的燃料和火花；以及在再启用状况期间，选择性地再启用燃料喷射器并且在自再启用起的多个发动机燃烧事件的每个燃烧事件中增加传输至再启用的汽缸的点火能量。
[0017]根据本发明的一个实施例，控制器进一步包含用于在再启用状况期间排出传输至发动机进气的EGR量并基于再启用之前的EGR速率或再启用时的EGR水平来调节燃烧事件的数量的指令。
[0018]根据本发明的一个实施例，增加点火能量包括对自再启用起的多个燃烧事件增加点火线圈的充电时间和/或增加通过点火线圈传输至单个燃烧事件的放电数量。
[0019]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】
[0020]图1显不了不例发动机和排气系统布局；
[0021]图2显示了发动机的局部视图；
[0022]图3显示了在发动机运转的VDE和非VDE模式之间转变期间调节点火能量的高级流程图；
[0023]图4显示了从VDE转变为非VDE模式的运转期间点火线圈输出的示例调节。

【具体实施方式】
[0024]下文的描述涉及调节可变排量发动机(VDE)(比如图1-2中的发动机系统)汽缸中点火输出的系统和方法。发动机控制系统可以执行控制程序(比如图3中的示例程序)以在汽缸再启用期间(即退出VDE运转模式的期间)针对多个燃烧事件暂时增加点火能量。可以通过调节点火放电频率(strike frequency)(燃烧循环中的多个点火事件)和/或点火线圈充电时间来增加点火能量。可以基于在转变期间输送至发动机的EGR进一步调节点火能量。参考图4显示了示例调节。这样，通过在汽缸停用和再启用期间调整汽缸的点火能量，改善了燃烧稳定性并且减少了扭矩扰动。
[0025]图1显示了具有第一汽缸组15a和第二汽缸组15b的示例可变排量发动机(VDE) 10。在描述的示例中，发动机10是具有第一和第二汽缸组的V8发动机，其中每个汽缸组分别具有四个汽缸。发动机10包括具有节气门20的进气歧管16和连接至排放控制系统30的排气歧管18。排放控制系统30包括一个或多个催化剂和空燃比传感器，比如关于图2描述的。在一个非限制性示例中，发动机10可以作为乘用车辆推进系统的一部分。
[0026]在选择的状况期间(比如当不需要发动机的全部扭矩能力时)，可以选择第一或第二汽缸组中的一者停用(本说明书中也称为VDE运转模式)。特别地，可以通过关闭各自的燃料喷射器来停用选择的汽缸组中的一个或多个汽缸同时保持进气和排气门的运转使得可以通过汽缸继续泵送空气。虽然关闭了停用汽缸的燃料喷射器，剩余的启用汽缸通过启用并运转燃料喷射器而继续执行燃烧。为了满足扭矩需要，发动机通过保持启用喷射器的那些汽缸产生相同的扭矩量。这需要较高的歧管压力，使得泵送损失降低并且发动机效率增加。此外，较低的有效表面区域(仅来自启用的汽缸)暴露至燃烧减小了发动机热量损失，改善了发动机的热效率。
[0027]在替代示例中，发动机系统10具有可以选择性停用进气和/或排气门的汽缸。其中，可以经由液压驱动的挺柱(例如连接至气门推杆的挺柱)或经由凸轮廓线变换机构(其中没有挺柱的凸轮凸起部用于停用气门)来选择性地停用汽缸气门。
[0028]可以指定汽缸组的方式分组停用汽缸。例如，在图1中，第一组汽缸可以包括第一汽缸组15a的四个汽缸而第二组汽缸可以包括第二汽缸组15b的四个汽缸。在替代的示例中，不是一起停用每个汽缸组中的一个或多个汽缸，可以选择性地一起停用V8发动机中每个汽缸组的两个汽缸。
[0029]这样，在VDE运转模式期间在启用的汽缸运转于较高汽缸负荷时，可以基于发动机转速负荷状况来调节传输至启用汽缸的点火能量。例如，在VDE模式中，随着仍然启用的汽缸需要的发动机转速负荷增加，可以增加点火能量。当随后再启用停用的汽缸时，可以降低每个汽缸的负荷。如本说明书参考图3详细说明的，对于自再启用起的多个燃烧事件，可以增加用于再启用的汽缸的点火能量以减小与转变关联的燃烧问题。
[0030]可以通过多种物质运转发动机10，可以经由燃料系统8输送这些物质。可以通过包括控制器12的控制系统至少部分地控制发动机10。控制器12可以从连接至(参考图2描述的)发动机10的传感器4接收多个信号，并且将控制信号发送至连接至(参考图2描述的)发动机和/或车辆的多个驱动器22。例如，多个传感器可以包括多个温度、压力和空燃比传感器。此外，控制器12可以从沿发动机缸体分布的一个或多个爆震传感器接收汽缸爆震或提前点火的指示。当包括该传感器时，多个爆震传感器可以沿发动机缸体对称地或不对称地分布。此外，一个或多个爆震传感器可以包括加速计、离子传感器或缸内压力传感器。
[0031]燃料系统8可以进一步连接至包括用于存储来自于添加燃料的或日间的燃料蒸汽的一个或多个滤罐的燃料蒸汽回收系统(未显示)。在选择的状况期间，可以调节燃料蒸汽回收系统的一个或多个阀门将存储的燃料蒸汽抽取至发动机进气歧管以改善燃料经济性并减少排气排放。在一个示例中，抽取的蒸汽可以输送到指定汽缸的进气门附近。例如，在VDE运转模式期间，抽取的蒸汽可以仅输送至正在燃烧的汽缸。这可以在配置有用于不同汽缸组的不同进气歧管的发动机中实现。可替代地，可以控制一个或多个蒸汽管理阀门以确定哪个汽缸得到抽取的蒸汽。
[0032]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可接收来自包含控制器12的控制系统的控制参数和车辆驾驶员130经由输入装置132的输入。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(本文中也称为“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相连使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可经由传动系统连接至乘用车的至少一个驱动轮。此外，起动马达可经由飞轮连接至曲轴140以能够进行发动机10的起动运转。
[0033]汽缸14能经由一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146可以和发动机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2显示了发动机10配置有涡轮增压器，该涡轮增压器包括设置在进气通道142和144之间的压缩器174和沿排气通道148设置的排气涡轮176。压缩器174可至少由排气涡轮176通过轴180驱动，其中增压装置配置为涡轮增压器。然而，在其它示例中，比如在发动机10配备有机械增压器时，排气涡轮176可选择性地省略，其中压缩器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20可沿发动机的进气通道设置以改变提供至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20可设置在压缩器174的下游，或者可替代地可以设置在压缩器174的上游。
[0034]排气通道148可以接收来自发动机10除汽缸14之外的其它汽缸的排气。排气传感器128显示为连接至排放控制装置178上游的排气通道148。传感器128可选自各种用于提供排气空燃比指示的合适的传感器，比如线性氧传感器或者UEGO(通用或宽域排气氧传感器)，双态氧传感器或EGO (如图所示)，HEGO (热EG0)，氮氧化物(NOx)、碳氢化人物(HC)或碳氧化物(CO)传感器。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。
[0035]可通过位于排气通道148中的一个或多个温度传感器(未示出)测量排气温度。可替代地，可基于发动机工况(比如转速、负荷、空燃比(AFR)、火花延迟等)推断排气温度。此外，可以通过一个或多个排气传感器128计算排气温度。应当理解，可替代地可通过这里列举的温度估计方法的任意组合估算排气温度。
[0036]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显示为包括位于汽缸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)可以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。
[0037]可以由控制器12经由凸轮驱动系统151通过凸轮驱动控制进气门150。相似地，可以由控制器经由凸轮驱动系统153控制排气门156。凸轮驱动系统151和153分别可以包括一个或多个凸轮，并且可以利用可由控制器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)系统中的一者或多者以改变气门运转。可分别通过气门位置传感器(未显示)和/或凸轮位置传感器155和157确定进气门150和排气门156的运转。在替代实施例中，可以通过电动气门驱动器来控制进气和/或排气门。例如，替代地汽缸14可以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系统的凸轮驱动进行控制的排气门。在其它实施例中，可以通过共用的气门驱动器或驱动系统、或者可变气门正时驱动器或驱动系统来控制进气和排气门。
[0038]汽缸14可以具有压缩比，其为当活塞138处于下止点时的容积与活塞138处于上止点时的容积的比例。通常，压缩比的范围是9:1到10:1。然而，在一些使用不同燃料的示例中，压缩比可能会增加。例如，当使用高辛烷燃料或较高汽化潜热的燃料时可能发生这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响压缩比也可增加。
[0039]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择的运转模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞192提供点火火花至燃烧室14。
[0040]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配置有用于向汽缸提供燃料的一个或多个燃料喷射器。在一个非限制性示例中，汽缸14显示为包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可以配置用于经由高压燃料泵和燃料导轨来输送从燃料系统8接收的燃料。可替代地，可以通过单级燃料泵以较低的压力输送燃料，与使用高压燃料系统相比在这种情况下在压缩行程期间直接燃料喷射的正时更加受限。此外，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。
[0041]燃料喷射器166显示为直接连接至汽缸14用于与通过电子驱动器168从控制器12接收的脉冲宽度信号FPW-1成比例地直接向其中喷射燃料。这样，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。虽然图1显示为喷射器166位于汽缸14的一侧，可替代地它可以位于活塞的上方，比如火花塞192的位置的附近。当通过醇基燃料运转发动机时由于某些醇基燃料的低挥发性，这样的位置可以改善混合和燃烧。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。
[0042]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上游的进气端。燃料喷射器170可以与经由电子驱动器171从控制器12接收的脉冲宽度信号FPW-2成比例地喷射从燃料系统8接收的燃料。注意，如描述的，可以对两个燃料喷射系统使用单个驱动器168或171，或者可以使用多个驱动器(例如示例驱动器168用于燃料喷射器166而驱动器171用于燃料喷射器170)。
[0043]燃料喷射器166和170可以具有不同的特征。这些特征可以包括不同的尺寸，例如一个喷射器相比其它喷射器具有更大的喷射孔。其它差异包括但不限于不同的喷洒角度、不同的运转温度、不同的指向、不同的喷射正时、不同的喷洒特征、不同的位置等。此外，取决于喷射器166和170之间喷射燃料的分配比例，可以达到不同的效果。
[0044]在汽缸的单个循环期间可以通过两个喷射器输送燃料至汽缸。例如，每个喷射器可以输送在汽缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。这样，即使对于单个燃烧事件，喷射的燃料可以在不同的正时从进气道和直接喷射器进行喷射。此外，对于单个燃烧事件，每个循环可以执行输送的燃料的多个喷射。可以在压缩行程、进气行程或它们任何适当的组合期间执行多个喷射。
[0045]如上文描述的，图2仅显示了多缸发动机的一个汽缸。这样每个汽缸可以类似地包括其自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。应理解发动机10可以包括任何适当数量的汽缸，包括2、3、4、5、6、8、10、12或更多汽缸。此外，这些汽缸中的每者可以包括图2参考汽缸14描述和描绘的多个部件中的一些或所有。
[0046]发动机可以进一步包括将一部分排气从发动机排气再循环至发动机进气的一个或多个排气再循环通道。这样，通过再循环一些排气，可以影响发动机稀释(enginedilut1n),这可以通过减少发动机爆震、汽缸燃烧的最高温度和压力、节流损失和NOx排放来改善发动机性能。在描述的实施例中，排气可以经由EGR通道141从排气通道148再循环至进气通道144。可以通过控制器12经由EGR阀143改变提供至进气通道148的EGR量。此外，EGR传感器145可以设置在EGR通道内并且可以提供排气的压力、温度和浓度中一者或多者的指示。
[0047]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电子存储媒介(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(ke印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);以及来自传感器124的歧管绝对压力(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。其它的传感器还可以包括连接至燃料系统的燃料箱的燃料水平传感器和燃料成分传感器。
[0048]存储媒介只读存储器110可以编程有代表通过处理器106执行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型的指令的计算机可读数据。
[0049]现在转回图3，显示了在VDE和非VDE模式转变期间调节发动机汽缸点火能量的示例程序300。通过调节点火能量，在转变期间可以更好地解决扭矩扰动。
[0050]在302处，程序包括估算和/或测量发动机工况。例如，这些工况可以包括发动机转速、(例如来自踏板位置传感器的)需要的扭矩、歧管压力(MAP)、歧管空气流量(MAF)、大气压力(BP)、发动机温度、催化剂温度、进气温度、火花正时、空气温度、爆震极限等。
[0051]在304处，可以基于轻负荷状况(VDE转变为非VDE运转)期间估算的工况和可用的点火能量的量来确定需要的排气再循环(EGR)量。例如，基于工况，可以确定需要的发动机稀释量并且可以计算能提供希望的稀释的EGR量。基于需要的EGR量，可以确定连接发动机排气和发动机进气的EGR通道中EGR阀的开度。EGR阀随后可以打开至确定的位置以提供希望的稀释。
[0052]在306处，基于估算的工况，程序可以确定发动机运转模式(例如VDE或非VDE)。例如，如果扭矩需求较低，控制器可以确定停用一个或多个汽缸同时通过剩余的启用的汽缸满足扭矩需求。相比而言，如果扭矩需求较高，控制器可以确定所有汽缸需要保持启用。
[0053]在308处，可以确定是否满足VDE状况。在一个示例中，汽缸停用状况可以确定为当扭矩需求小于阈值时。如果确定是汽缸停用状况，选择VDE模式。如果确定不是汽缸停用状况，在310处程序包括保持所有汽缸启用并燃烧。
[0054]如果确定是汽缸停用状况和VDE运转模式，那么在312处程序包括基于估算的发动机工况来选择停用的一组汽缸和/或发动机汽缸组。该选择可以基于例如在上个VDE运转模式期间停用了哪组汽缸。例如，如果在上个汽缸停用状况期间停用第一发动机汽缸组中的第一组汽缸，那么在当前VDE运转模式期间控制器可以选择第二发动机汽缸组中的第二组汽缸用于停用。在另一个示例中，该选择可以基于相对于连接至第二汽缸组的第二排气催化剂(或排放控制装置)的再生状态的连接至第一汽缸组的第一排气催化剂(或排放控制装置)的再生状态。
[0055]选择之后，还是在312处控制器可以选择性停用一个或多个发动机汽缸。本说明书中使用的停用可以包括选择性停用(例如关闭)选择的一个或多个发动机汽缸的燃料喷射器。虽然停用了选择的汽缸组的燃料喷射，控制器可以继续运转(例如打开或关闭)停用的汽缸的进气门和排气门以通过停用的汽缸流动空气和/或排气。在一个示例中，发动机是V8发动机，在VDE模式期间可以通过一组启用的汽缸(即V4模式)运转发动机，而在非VDE模式期间可以通过两组启用的汽缸(即V8模式)运转发动机。
[0056]在314处，在选择的启用期间，可以基于工况调节剩余启用的发动机汽缸的点火能量。特别地，可以较高的发动机负荷运转剩余的启用发动机汽缸中的每者以补偿一个或多个发动机汽缸的停用。可以基于汽缸负荷调节启用的汽缸的点火能量。例如，可以基于发动机转速负荷状况增加或减小点火能量。
[0057]应理解，可选地，在选择的停用期间，可以增加至启用的汽缸的再循环排气量。这是因为在较高的汽缸负荷状况期间在出现燃烧稳定性问题之前可以容许较高量的排气残留物。
[0058]这样，可以通过停用一个或多个发动机汽缸继续以VDE模式运转发动机直到满足再启用状况。在一个示例中，当发动机扭矩需求增加到阈值以上时可满足再启用状况。在另一个示例中，当发动机以VDE模式已经运转了指定的时间段时可以认为满足再启用状况。在316处，可以确定非VDE状况。如果确定不是非VDE状况，在318处可以继续以VDE模式运转发动机。
[0059]一旦确定是非VDE状况，在320处可以再启用已经停用的汽缸。特别地，可以再启用已经停用的燃料喷射器。此外，还可以再启用至汽缸的火花。这样，当再启用汽缸时，由于当前更多汽缸可用于燃烧，每个汽缸的空气充气和负荷减小。由于更轻的负荷以及瞬态燃料补偿的影响，更轻的负荷可能导致潜在的不太稳定的燃烧。例如，发动机可能配置有充气运动控制阀门(CMCV)。当从VDE模式(例如V4模式)转变为非VDE模式(V8模式)时发动机控制器可以指令CMCV关闭以增加汽缸运转。然而，由于CMCV是真空驱动的，关闭CMCV所涉及的较慢的响应时间可能导致较差的燃烧并且甚至导致汽缸失火。虽然电动操作的CMCV有助于燃烧(因为它切换更快)，但是也不能完全杜绝较差的燃烧并且还要使用点火增强。
[0060]为了改善燃烧稳定性，在322处在汽缸的再启用期间可以针对多个燃烧事件调节传输至再启用的汽缸的(火花的)点火能量。特别地，可以针对多个燃烧事件增加点火能量。通过增加多个燃烧事件的点火能量，较高的点火能量有利地用于清除较差的燃烧。结果是在再启用期间燃烧更加稳定并且扭矩扰动更小。
[0061]可以基于汽缸再启用期间的发动机负荷增加点火能量的燃烧事件数量。例如，燃烧事件的数量可以增加直到发动机负荷达到稳态状况。燃烧事件的数量可以进一步基于选择的停用的持续时间，并且该数量的燃烧事件的发动机温度随着选择的停用持续时间(例如以VDE模式运转的持续时间)的增加而增加。还可以基于发动机温度、催化剂温度和汽缸燃料喷射器喷头(tip)温度中的一者或多者来调节燃烧事件的数量。在一个示例中，可以直接估算这些温度。在替代示例中，可以基于选择的停用的持续时间来推断这些温度。
[0062]可以基于汽缸再启用期间的EGR水平来调节点火能量增加的程度。如上文所讨论的，当汽缸再启用时，较轻的汽缸负荷可能导致潜在的不太稳定的燃烧。在这种状况期间向汽缸增加EGR可能进一步恶化燃烧稳定性。从而，在汽缸再启用期间，可以执行EGR控制以减小或排放EGR。然而，直到EGR已经排出，EGR和较轻汽缸负荷的影响可能导致劣化的燃烧稳定性。为了克服这个问题，在再启用期间随着EGR水平减小(或排放)点火能量可以保持提高。当EGR输送至再启用的汽缸时通过在汽缸再启用期间保持点火能量增加，增加的点火能量可以用于清除EGR导致的较差燃烧。
[0063]在一些实施例中，燃烧事件的数量可以进一步基于汽缸再启用期间的EGR水平和点火能量的增加程度(该增加程度基于再启用期间的EGR水平)。例如，燃烧事件的数量可以随着EGR水平的增加而增加。此处，将增加点火能量延长直到EGR已经充分排出。类似地，燃烧事件的数量可以随着点火能量增加程度的增加而减小。换句话讲，对于汽缸再启用时可用的指定量的EGR，点火能量可以增加到相对较高的水平并且保持处于相对较高的水平较短的持续时间直到EGR排出。可替代地，对于汽缸再启用时可用的指定量的EGR，点火能量可以增加至相对较低的水平并且保持处于相对较低的水平较长的持续时间直到EGR排出。
[0064]在324处增加传输至发动机的火花的点火能量可以包括增加点火线圈充电时间。在一个示例中，对于汽缸再启用之后的多个燃烧事件，可以延长点火线圈充电时间。在再启用期间可以通过保持施加在点火线圈上的电压在较长的期间处于基本上恒定的值来增加点火线圈充电时间。较长的充电时间增加了线圈充电的初级电流，增加了其存储的电感能量。例如，充电时间可以从2.5晕秒增加至2.8晕秒将初级电流峰值从8安增加至10安。
[0065]增加点火能量可以额外地或可选地包括在326处对每个燃烧事件增加点火线圈放电的次数。本发明中，较高的放电频率用于增加在汽缸再启用之后确定的数量的燃料事件中每个燃烧事件中通过点火线圈输出的火花数量。在一个示例中，放电频率可以从每个燃烧事件一次放电增加至每个燃烧事件五次放电。
[0066]可以对自再启用时起选择数量的燃烧事件保持传输增加的火花点火能量至再启用汽缸。随后在328处可以恢复标称的火花点火能量。特别地，在确定的数量的燃烧事件之后，可以基于汽缸负荷状况调节汽缸的点火能量。这样，由于汽缸负荷是基于发动机工况，可以基于发动机转速负荷状况来调节点火能量。
[0067]这样，在汽缸从VDE模式转变为非VDE模式的期间可以有利地使用暂时增加点火能量以减小扭矩扰动并改善燃烧稳定性。通过在转变期间暂时增加点火能量而不是持续使用较高的点火输出，可以减轻由较高热量输出导致的部件耐用性问题。此外，延长了火花塞部件(比如点火电极)的寿命。
[0068]在一个示例中，发动机系统具有包括汽缸、配置用于向汽缸喷射燃料的可选择性停用的燃料喷射器、包括用于向汽缸传输火花的点火线圈的火花塞以及将排气残留物从发动机排气再循环至发动机进气的EGR通道的发动机。系统可以包括具有在停用状况期间选择性停用至汽缸的燃料和火花的计算机可读指令的控制器。随后，在再启用状况期间，控制器可以选择性停用燃料喷射器并针对自再启用起的多个燃烧事件增加传输至再启用的汽缸的点火能量。可以通过增加点火线圈的充电时间和/或增加点火线圈放电的次数来增加点火能量。控制器可以进一步包括在再启用状况期间排出传输至发动机进气的EGR量并基于EGR速率调节燃烧事件的数量(数量随着EGR速率的减小而减小)的指令。
[0069]这样，由于EGR排出是歧管填充动态(filling dynamics)、EGR水平、歧管容积以及汽缸消耗歧管内物质的速率的函数，EGR排出所用的时间不受点火能量的影响。然而，当排出EGR时通过增加点火能量，可以提前转变为较低的汽缸负荷并且不劣化燃烧。可替代地，与不改善点火输出相比，在EGR排出期间可以较高EGR水平执行转变至汽缸再启用，减少了转变为汽缸再启用之前的延迟时间。
[0070]现在转向图4，图400描述了汽缸从上次停用状态再启用之后汽缸点火事件的点火能量的示例调节。在再启用期间通过暂时增加点火能量，改善了模式转变期间的燃烧稳定性和扭矩扰动。图400描述了图谱402处的发动机模式(VDE或非VDE)、404处启用的汽缸的点火能量、图表406处的启用的汽缸的汽缸负荷以及图表408处的EGR (为与汽缸空气充气的百分比)。
[0071]时间tl之前，发动机可以启用所有汽缸以非VDE模式运转(图表402)。此外，一定量的EGR可以输送至汽缸以保持希望的发动机稀释水平(图表408)。在时间tl处，由于发动机工况的变化(比如驾驶员扭矩需求减小)，发动机可以转变为选择性停用一个或多个汽缸的VDE运转模式。例如，发动机为V8发动机，可以选择性停用四个汽缸(例如发动机第一汽缸组上连接的四个汽缸)而可以保持启用剩余四个汽缸(例如发动机第二汽缸组上连接的四个汽缸)。可以通过切断汽缸的燃料喷射器而允许空气继续流动通过进气和排气门来停用选择的停用的汽缸组。可替代地，可以选择性地停用气门。此外，汽缸可以接收处于基于当前发动机转速负荷状况的标称点火能量水平的火花(图表404)。
[0072]这样，时间tl之后，响应于停用，剩余的启用的汽缸可能通过例如调节它们接收的空气充气来增加它们的汽缸负荷(参见图表406)以补偿停用。通过增加剩余的启用的汽缸的汽缸负荷，保持了发动机扭矩输出同时通过停用选择的发动机汽缸实现了燃料经济性和排放益处。由于较高的汽缸负荷时可以容许较高的发动机稀释，停用之后增加EGR的百分比使得启用的汽缸接收更多的排气残留物。通过增加EGR百分比，可以实现额外的燃料经济性和排放益处。此外，时间tl之后，由于发动机转速负荷状况减小，可以减小传输至启用的汽缸的火花的点火能量水平。
[0073]在时间tl和t2之间，发动机可以选择性停用一个或多个汽缸以VDE模式运转，其中启用汽缸的单个汽缸负荷增加并且启用的汽缸的点火能量减小(低于在tl处停用之前的标称水平)。在t2处，由于发动机工况的变化(比如驾驶员扭矩需求的增加)，发动机可以退出VDE模式并进入非VDE运转模式。其中，选择性地再启用已经停用的一个或多个汽缸。参考上文讨论的V8发动机，可以选择性地再启用连接在发动机的第一汽缸组上的四个汽缸。
[0074]这样，在时间t2之后，响应于再启用，启用的汽缸(即该示例中的所有汽缸)可以通过例如调节它们接收的空气充气来减小它们的汽缸负荷(参见图表406)以补偿再启用。通过减小单个汽缸负荷，可以通过所有发动机汽缸(这些发动机当前都是全部启用的)的组合输出来满足驾驶员扭矩需求。
[0075]由于较低汽缸负荷时不太容许发动机稀释，再启用之后，EGR百分比减小使得汽缸逐渐接收更少的排气残留物。换句话讲，在再启用期间以排出速率减小EGR。然而，直到EGR完全排出，由于EGR和汽缸燃烧的相互影响，可能不利地影响燃烧稳定性并且可能有失火。为了处理这个问题，在再启用期间，当EGR百分比高于阈值时(例如当存在任何EGR时)，可以增加汽缸的点火能量(图表404)。通过对再启用的多个燃烧事件增加点火能量直到EGR百分比低于阈值(例如直到已经排出所有EGR)，增加的点火能量可以用于清除较差的燃烧并改善燃料稳定性。随后，在t3处当EGR水平足够低时，可以将点火能量重新调节至基于发动机工况(例如发动机转速负荷状况)的水平(例如标称水平)。
[0076]这样，当在汽缸再启用期间EGR水平高于阈值水平时点火能量的增加程度保持在阈值程度以上。然后当汽缸再启用期间EGR水平下降到阈值水平以下时点火能量的增加程度减小到阈值程度以下。
[0077]应理解，虽然描述的示例说明在再启用期间在时间t2和t3之间将点火能量保持较高直到EGR已经充分排出，在替代实施例中，在时间t2和t3之间还可以随EGR水平的变化来调节点火能量水平。例如，在再启用期间随着EGR水平下降，点火能量可以逐渐减小。
[0078]虽然描述的示例显示为通过对自再起动起的多个燃烧事件基于EGR水平的增加点火能量(t2和t3之间)来保持运转，应理解燃烧事件的数量可以额外地或可选地基于紧接的上个停用的持续时间(例如在转变之前发动机多长时间处于VDE模式)、再启用时发动机的运转温度(例如发动机温度、催化剂温度、喷射器喷嘴温度等)和发动机负荷中的一者或多者。应理解，在又一个实施例中，可以基于再启用时可用的EGR水平或百分比和/或上文讨论的发动机工况(温度、停用的持续时间等)来调节增加了点火能量的事件的数量以及增加程度(例如点火能量增加多少)。
[0079]在一个示例中，控制器可以响应于工况选择性地停用一个或多个发动机汽缸。然后，在第一再启用状况期间，控制器可以对较多的第一数量的燃烧事件将再启用的汽缸的点火能量增加至较高的第一水平。相反，在第二再启用状况期间，控制器可以对较少的第二数量的燃烧事件将再启用的汽缸的点火能量增加至较低的第二水平。此处，在第一再启用状况期间发动机的EGR速率较高，而在第二再启用状况期间发动机的EGR速率较低。
[0080]在上述示例中，对第一数量的燃烧事件将点火能量增加至第一水平包括对第一数量的燃烧事件将点火线圈充电时间增加较大量并且保持增加的点火线圈充电时间。类似地，对第二数量的燃烧事件将点火能量增加至第二水平包括对第二数量的燃烧事件将点火线圈充电时间增加较小量并保持增加的点火线圈充电时间。
[0081]在另一个示例中，对第一数量的燃烧事件将点火能量增加至第一水平包括对第一数量的燃烧事件将点火线圈的放电频率增加较大量并保持增加的点火线圈放电频率。类似地，对第二数量的燃烧事件将点火能量增加至第二水平包括对第二数量的燃烧事件将点火线圈的放电频率增加较小量并保持增加的点火线圈放电频率。
[0082]在第一状况期间第一数量的燃烧事件之后控制器可以减小点火能量至标称水平，而在第二状况期间第二数量的燃烧事件之后控制器可以减小点火能量至标称水平。此处，标称水平可以基于标称的发动机转速负荷状况。
[0083]这样，在转变期间可以调整可变排量发动机的点火能量。在发动机汽缸再启用期间通过选择性增加点火能量，增加的点火能量用于改善从VDE模式转变为非VDE模式期间的燃烧稳定性。这样，暂时使用增加的点火能量能使车辆驾驶员在该转变期间基本上感觉不到扭矩扰动，改善了车辆驾驶性能。在该转变期间通过暂时增加点火能量而不是持续使用较高的点火输出，基本上减小了增加的点火能量对火花塞部件耐用性的影响。从而，这延长了火花塞部件(特别是点火电极)的寿命。此外，在再启用期间增加点火能量允许在前面紧接的停用期间向汽缸提供较高的EGR速率。
[0084]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和估算程序。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、运转和/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、运转和/或功能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的非瞬态存储器中的代码。
[0085]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。所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。
[0086]权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应该理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。
【权利要求】
1.一种用于发动机的方法，包含: 响应于工况选择性地停用一个或多个发动机汽缸；以及 在所述汽缸的再启用期间，对多个燃烧事件调节所述再启用的汽缸的点火能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节点火能量包括对所述汽缸再启用之后的所述多个燃烧事件增加所述点火能量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃烧事件的数量基于所述汽缸再启用期间的发动机负荷，所述燃烧事件的数量增加直到所述发动机负荷达到稳态状况。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述燃烧事件的数量进一步基于所述选择地停用的持续时间，所述燃烧事件的数量随着所述选择性地停用的持续时间的增加而增加。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述点火能量的增加程度基于所述汽缸再启用期间的EGR水平。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述燃烧事件的数量进一步基于所述汽缸再启用期间的所述EGR水平以及所述点火能量的所述增加程度，所述燃烧事件的数量随着所述EGR水平的增加而增加，所述燃烧事件的数量随着所述点火能量的所述增加程度的增加而减小。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述燃烧事件的数量进一步基于发动机温度、催化剂温度和汽缸燃料喷射器喷嘴温度中的一者或多者。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，增加点火能量包括对所述汽缸再启用之后的所述多个燃烧事件增加点火线圈充电时间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，增加点火能量进一步包括增加所述点火线圈的放电数量以增加在所述汽缸再启用之后的多个燃烧事件的每个燃烧事件中通过点火线圈输出的火花数量。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当在所述汽缸再启用期间所述EGR水平高于阈值水平时所述点火能量的所述增加程度保持在阈值程度之上，当在所述汽缸再启用期间所述EGR水平下降到所述阈值水平以下时所述点火能量的增加程度减小至所述阈值程度以下。
【文档编号】F02D43/00GK104165097SQ201410187236
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2013年5月16日
【发明者】C·P·格鲁格拉, G·J·胡伯斯, M·D·西泽卡拉, N·W·小莫如 申请人:福特环球技术公司