排气催化剂升温方法和系统的利记博彩app

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【专利摘要】提供用于在发动机冷起动期间利用发动机跳转点火运行以加速催化剂加热的方法和系统。基于所需热通量，发动机可以在一组汽缸被选择性停用、剩余激活汽缸的火花延迟增加且发动机转速增加的情况下运行以便在跳转点火运行期间减少NVH问题。参数的组合可以基于排气温度的变化和发动机的NVH限制被调整。
【专利说明】
排气催化剂升温方法和系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于在经配置执行跳转点火(Skip-fire)燃烧的发动机系统中在排气催化剂升温阶段期间控制发动机转速的方法和系统。
【背景技术】
[0002]在排气系统催化转化器起燃前产生的发动机冷起动排放物会在排气总排放物中占相当大的比例。发动机控制系统会采用各种方法加快实现催化剂起燃温度。
[0003]Surnilla等人在US 6，978，204中提出的一种示例方法依赖一排发动机的显著火花正时延迟以便在发动机冷起动条件下产生大量热量和小的发动机转矩输出。同时，另一排发动机以稍贫于化学计量来运行，且其火花正时从最大转矩正时稍微延迟以保持汽缸在所需的发动机转速。通过以一排汽缸上显著延迟火花运行，在燃烧被调整到较晚的同时增加了保持空转转矩所需的空气流。因此，热量释放到排气系统，从而使催化剂温度更快地达到工作温度。另一些方法可以包括使用瞬间增浓、提高发动机转速或增加燃料喷射和火花正时延迟的组合来加快催化剂升温。

【发明内容】

[0004]然而，本文发明人已认识到火花延迟量和可获得的空气流量可能存在局限性。例如，如果火花正时过度延迟，发动机燃烧会变得不稳定。这样，这可能会产生不理想的NVH影响。
[0005]近年来，发动机被构造成，在可选地保持总气混合物空气比是大约化学计量的同时，以可变数量的激活汽缸或停用汽缸来运行以提高燃料经济性。这种发动机被称为可变排量式发动机(VDE)。其中，在由参数(比如转速/负荷窗口)以及包括车速的其他各种工况限定的所选条件下，部分发动机汽缸被停用。VDE控制系统可以通过控制影响汽缸进气门和排气门运行的多个汽缸气门停用装置或通过控制影响汽缸加油的多个可选择性停用的燃料喷射器来停用所选的一组汽缸，比如一排汽缸。燃料经济性的进一步提高可以在如下发动机中被实现，其中该发动机被配置成在索引汽缸点火模式(也称为“跳转点火”模式)下通过跳过向某些汽缸供给燃料以改变发动机的有效排量。
[0006]本文发明人已认识到通过利用(leverage)发动机汽缸的跳转点火操作可以克服与冷起动条件下火花延迟使用有关的局限。在一个示例中，问题可通过如下方法得到解决，其中所述方法包括:在发动机冷起动期间，以一些汽缸被选择性停用且剩余激活汽缸的火花正时被延迟一定量来运行；以及增加发动机转速以保持空转转矩，其中所述发动机转速基于停用汽缸的数量而增加。用这种方式，在增加发动机转速来解决NVH问题的同时可对激活汽缸进行更大的火花延迟以加快催化剂加热。
[0007]例如，在发动机冷起动期间，具有独立汽缸气门机构的发动机可以以多个汽缸被选择性停用的汽缸模式运行。被停用的独立汽缸气门机构的数量和种类(identity)以及保持激活的剩余发动机汽缸数量可以基于冷起动时的发动机温度。激活汽缸以其火花正时延迟于MBT的情况运行。这样，由于剩余激活汽缸是以较高平均汽缸负荷来运行以产生与所有发动机汽缸点火相同的净转矩输出，所以在达到燃烧稳定极限前激活汽缸能够允许更大的火花延迟。因此，在激活汽缸中的火花延迟比所有汽缸运行时可能的延迟更大。为了解决由以不同总频率和更大输入(转矩)脉冲进行剩余激活汽缸点火所产生的任何NVH问题，可调整被应用于保持发动机空转转矩的发动机转速。例如，在以给定火花延迟量运行发动机的同时随着点火汽缸数量减小发动机转速可以增加。
[0008]用这种方式，基于发动机冷起动期间所需的热通量(heatf lux)，火花延迟、汽缸停用(数量和模式)和发动机转速调整的各种组合可以被应用于加快催化剂加热而不产生NVH问题。各种组合被设置在查找表并基于排气温度以开环方式或闭环方式被使用。在发动机冷起动期间根据限定的跳转点火模式停用各个汽缸气门机构的技术效果在于，激活发动机汽缸可以以更大火花延迟量运行。此外，发动机可在一个或更多个汽缸停用的情况下运行，从而由于较少的汽缸面积与冷却液接触而允许较少的热量传递至冷却液。这样，这允许加快催化剂加热。此外，通过在冷起动期间基于汽缸停用控制发动机转速，可在提高NVH特征的情况下实现催化剂起燃。综上，可以提高发动机冷起动性能和排放物合规性。
[0009]上述讨论包括发明人所作出的且不被认为是公知常识的认识。因此，应了解提供的上述
【发明内容】
是用来以简化的形式介绍在【具体实施方式】中将进一步描述的概念选择。它不旨在确定要求保护的主题的关键或重要特征，要保护的主题的范围是随附权利要求唯一确定。此外，要求保护的主题不限于对上述提及的或本发明任何一部分的任何缺点进行的解决。
【附图说明】
[00?0]图1是发动机系统布局的不例性实施例。
[0011]图2是发动机局部视图。
[0012]图3是根据原始发动机点火顺序在无跳转点火下运行的发动机的示例性汽缸点火图。
[0013]图4是根据命令的点火顺序在跳转点火下运行的发动机的示例性汽缸点火图。
[0014]图5是在发动机冷起动期间调整汽缸停用模式、激活汽缸的火花正时和发动机转速以加快催化剂加热的高级流程图。
[0015]图6示出在发动机冷起动期间以跳转点火运行模式运行发动机以加快催化剂加热的同时示例性发动机转速调整。
【具体实施方式】
[0016]在跳转点火情况下运行发动机，其中在每个发动机循环期间发动机的至少一个汽缸被跳过且未被点火，则在某些工况期间，比如发动机低负荷期间，可改善燃料经济性和排放。经配置在跳转点火情况下运行的发动机如图1-2所示，并且图3-4示出了在非跳转点火模式(图3)和跳转点火模式(图4)下图1-2的发动机的汽缸点火图。发动机控制器经配置执行控制程序，比如图5所示的示例程序，以便在发动机冷起动期间在以跳转点火模式运行发动机的同时调整发动机转速。这允许增加至发动机的热通量，进而加快排气催化剂活化。示例性运行参考图6被示出。
[0017]图1示出具有第一排15a和第二排15b的示例性发动机10。在所描述的示例中，发动机10是具有第一和第二排的V8发动机，每排均具有四个汽缸。发动机10具有带有节气门20的进气歧管16和联接至排放控制系统30的排气歧管18。排放控制系统30包括一个或更多个催化剂和空燃比传感器，例如参考图2所述。作为一个非限制性示例，发动机10能够作为客车推进系统的一部分被包括。
[0018]发动机10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。在一种示例中，进气门50和排气门56被配置成用于经由独立汽缸电动气门致动器的电动气门致动(EVA)。然而，应理解，在替代性示例中，可使用许多不同的硬件配置从而使得实现各个汽缸气门致动。尽管所描述的示例显示了每个汽缸具有单个进气门和单个排气门，不过在替代性示例中，如图2所示，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。
[0019]在所选条件下，比如当不需要发动机最大转矩时，可选择发动机10的一个或更多个汽缸被选择性停用(这里也称为独立汽缸停用)。此外，如参考图5所述，在发动机冷起动期间，可选择发动机10的一个或更多个汽缸被选择性停用，以便增加至排气催化剂的热通量。选择性停用可包括选择性停用仅第一排15a上的一个或更多个汽缸、仅第二排15b上的一个或更多个汽缸或者在第一和第二排中的每排上的一个或更多个汽缸。在每排中被停用的汽缸的数量和身份(identity)可以是对称的或不对称的。此外，汽缸根据预定义的模式(也称为跳转点火模式)被停用。
[0020]在停用期间，通过关闭各个汽缸气门机构，比如进气门机构、排气门机构或者两者的组合，来停用所选汽缸。汽缸气门可通过液压致动的挺柱(比如，联接至气门推杆的挺柱)、通过不具有挺柱的凸轮凸角来用于被停用气门的凸轮廓线变换机构或者通过被联接至每个汽缸的电致动汽缸气门机构被选择停用。此外，可停止至停用汽缸的燃料流和火花，比如通过停用汽缸燃料喷射器。
[0021]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)燃料喷射器，并且可以通过在保持进气门和排气门运行以便空气可以继续被栗送通过汽缸的同时切断相应的燃料喷射器，来停用所选汽缸。
[0022]在所选汽缸被禁用的同时，剩余被启用的或激活汽缸继续在燃料喷射器和汽缸气门机构激活且运行的情况下进行燃烧。为满足转矩要求，发动机在激活汽缸上产生相同的转矩量。这要求更大的歧管压力，进而降低栗送损失并提高发动机效率。另外，暴露于燃烧的低效表面面积(仅来自被启用汽缸)降低了发动机热损失，进而提高了发动机的热效率。
[0023]可以基于指定的控制算法停用汽缸以提供特定的点火(跳转点火)模式。更具体地，在其他“激活的”工作循环被点火的同时所选的“跳过的”工作循环未被点火。可选地，也可以基于所选工作室的点火顺序或点火历史来调整与所选工作室的所选点火相关的火花正时。例如，如参考图5所述，在发动机冷气动期间可以延迟激活汽缸的火花正时以增加排气热。发动机控制器12可以配置为具有合适的逻辑，如下所述，以基于发动机工况确定汽缸停用(或者跳转点火)模式。
[0024]发动机10可用通过燃料系统8供给的多种物质运行。包括控制器12的控制系统可以至少部分控制发动机10。控制器12可接收来自联接至发动机10的传感器16的各种信号(如参考图2所述)，并将控制信号发送到联接至发动机和/或汽车(如参考图2所述)的各种致动器81。各种传感器包括，比如，各种温度、压力和空燃比传感器。此外，控制器12可接收来自沿发动机机体分布的一个或更多个爆震传感器的汽缸爆震或预点火指示。如果包括，则多个爆震传感器可以沿发动机机体对称或非对称分布。此外，一个或更多个爆震传感器可以包括加速度计、离子传感器或汽缸内压力换能器。
[0025]发动机控制器可以包括用于在当前发动机工况下基于所需发动机输出确定汽缸模式的驱动脉冲发生器和定序器。例如，驱动脉冲发生器可以采用自适应预测控制，从而动态计算指示哪个汽缸将要被点火并以哪种时间间隔获得所需输出(即，汽缸点火/跳转点火模式)的驱动脉冲信号。汽缸点火模式可以被调整成，在发动机内不产生过度或不适当振动的情况下提供所需输出。因此，汽缸模式可根据发动机的配置进行选择，比如根据发动机是否是V型发动机、直列式发动机、发动机中存在发动机汽缸数量等。基于所选汽缸模式，在停止至汽缸的燃料流和火花的同时，所选汽缸的各个汽缸气门机构被关闭。
[0026]由于给定汽缸的最佳效率接近最大输出，所以可选择低频率点火事件以减小输出。例如，每隔一个跳过一个汽缸可以平均产生一半动力。由于转矩输出不同，尽可能均匀地间隔点火事件以使振动最小化。是否所有汽缸均被包括在跳转点火模式中可以取决于所需输出比例以及其他因素，包括汽缸温度、发动机温度等。
[0027]用这种方式，通过调整各个汽缸气门机构的汽缸模式和各个汽缸燃料喷射器，能够通过更有效地运行更少汽缸来提供所需发动机输出，进而提高燃料经济性。
[0028]如参考图5所述，控制器可以基于发动机冷起动时的发动机温度选择汽缸模式。具体地，包括被选择性停用的汽缸数量和身份的汽缸模式可以基于发动机冷起动时所需的热通量。控制器可以选择点火在所有汽缸上的分布的模式，以便没有汽缸过冷。替代性地，选择点火使得点火集中于特定一组汽缸上，以便使其保温并加快排气加热。另外，比如通过使用延迟喷射，可调整至激活汽缸的燃料喷射，以进一步加快排气催化剂加热。
[0029]图2描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸示例性实施例。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装置132来自车辆驾驶员130的输入。在该示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸14(此处也称“燃烧室”)可以包括燃烧室壁136，其中所述燃烧室壁136具有置于其中的活塞138。活塞138可以联接至曲轴140以便活塞的往复运动被转化成曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统联接至客车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮联接至曲轴140以使得实现发动机10的起动运行。
[0030]汽缸14能够经由一系列的进气空气通道142、144和146接收进气空气。除了汽缸14之外，进气空气通道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，进气通道中的一个或更多个可以包括增压装置，比如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2示出了发动机10被配置有涡轮增压器，其包括设置在进气通道142和144之间的压缩机174和沿排气通道148设置的排气涡轮176。压缩机174可以至少部分是经由轴180由排气涡轮176提供动力，其中增压装置配置为涡轮增压器。然而，在另一些示例中，比如，发动机10配有机械增压器的情况下，排气涡轮176可以被可选地省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门20可以沿发动机的进气通道设置，以用于改变被提供到发动机汽缸的进气空气的流速和/或压力。例如，节气门20可以如图1所示设置在压缩器174的下游，或设置在压缩器174的上游。
[0031]除汽缸14之外，排气通道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。排气氧传感器128被示为在排放控制装置178的上游联接至排气通道148。传感器128可以选自用于提供排气空燃比指示的各种合适的传感器，比如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域氧传感器)、双态氧传感器或EGO (如图所示)、HEGO (加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、氮氧化物捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
[0032]排气温度可以通过位于排气通道148中的一个或更多个温度传感器(未示出)测量。替代性地，可以基于发动机工况，比如速度、负荷、空燃比(AFR)、火花延迟等，推断排气温度。此外，排气温度可通过一个或更多个氧传感器128进行计算。应理解，替代性地，排气温度可以通过此处所列温度估计方法的任意组合进行估计。
[0033]发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，所示汽缸14包括位于汽缸14的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1的每个汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
[0034]进气门150可以由控制器12通过凸轮致动系统151的凸轮致动控制。同样地，排气门156可以由控制器12经由凸轮致动系统153控制。凸轮致动系统151和153中的每个可以包括一个或更多个凸轮，且可以利用可以由控制器12操作以改变气门运行的凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时系统(VCT)、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统的一个或更多个。进气门150和排气门156的运行可以分别是由气门位置传感器(未示出)和/或凸轮轴位置传感器155和156确定。在替代性实施例中，进气和/或排气门可以通过电子气门致动被控制。例如，汽缸14可以替代性地包括经由电子气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在又一些实施例中，进气和排气门可以通过共同的气门致动器或致动系统或者可变气门正时致动器或致动系统控制。
[0035]汽缸14能够具有一个压缩比，其是当活塞138处于下止点时与处于上止点时的体积比。通常，压缩比在9:1至13:1的范围内。然而，在一些示例中，在使用不同燃料时，压缩比可以增加。例如，当使用高辛烷值燃料或具有更高汽化潜热的燃料时，这种情况会出现。如果采用直接喷射，则因其对发动机爆震的影响，也可增加压缩比。
[0036]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。在选择的运行模式下，响应来自控制器12的点火提前信号SA，点火系统190能够通过火花塞192向燃烧室14提供点火火花。
[0037]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配置有一个或更多个喷射器以向汽缸供送燃料。作为非限制性示例，所示汽缸14包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可以经配置通过高压燃料栗和燃料轨供送从燃料系统8接收的燃料。替代性地，燃料可以由单级燃料栗以低压供给，在这种情况下，在压缩冲程期间直接燃料喷射的正时可以比使用高压燃料系统是更受限。此外，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力换能器。
[0038]所示的燃料喷射器166直接联接至汽缸14以与通过电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1脉冲宽度成比例地直接喷射燃料。用这种方式，燃料喷射器166将燃料直接喷射(以下称为“DI”)入燃料汽缸14。尽管图1示出了喷射器166定位于汽缸14的一侧，不过它可以替代性地位于活塞的顶部，比如火花塞192附近。由于一些醇基燃料具有较低的挥发性，所以当采用醇基燃料运行发动机时，该位置可以改善混合和燃烧。替代性地，喷射器可以位于顶部且接近进气门以改善混合。
[0039]所示燃料喷射器170设置在进气通道146内而非汽缸14内、处于在向汽缸14上游的进气道提供燃料的所谓的进气道喷射(以下称为“PFI”)的构造。燃料喷射器170可以与通过电子驱动器171从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射从燃料系统8接收的燃料。应注意的是，单个驱动器168或171可以被用于两个燃料喷射系统，或可以使用多个驱动器，例如，针对燃料喷射器166使用驱动器168，以及针对燃料喷射器170使用驱动器171，如图所示。
[0040]燃料喷射器166和170可以具有不同的特征。这些特征包括尺寸差异，例如，一个喷射器可以比另外一个喷射器具有更大的喷射孔。其他不同包括但不限于不同的喷射角、不同的工作温度、不同的目标、不同的喷射正时、不同的喷射特性、不同的位置等。此外，根据喷射器166和170之间的喷射燃料分配比不同，所实现的效果不同。
[0041]在汽缸单次循环期间，两个喷射器可以向汽缸供送燃料。例如，每个汽缸供送在汽缸14燃烧的总燃料的一部分。同样，即使对于单次燃烧事件，喷射的燃料可以在不同的正时从进气道喷射器和直接喷射器被喷射。此外，对于单次燃烧事件，每次循环可进行多次供送的燃料喷射。多次喷射可以在压缩冲程、进气冲程或其任何合适的组合期间被执行。
[0042]如上所述，图2示出了多缸发动机的仅一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似包括其自身的一套进气/排气门、(一个或更多个)燃料喷射器、火花塞等。应理解，发动机10可以包括任何合适数量的汽缸，包括2、3、4、5、6、8、10、12或更多汽缸。此外，这些汽缸的每一个能够包括图2所述以及所示的关于汽缸14的各种组件中的一些或所有。
[0043]发动机可以进一步包括用于使得一部分排气从发动机排气再循环到发动机进气的一个或更多个排气再循环通道。因此，通过再循环一些排气，发动机排气稀释会受到影响，这可通过降低发动机爆震、汽缸峰值燃烧温度和压力、节流损失和NOx排放来提高发动机性能。在描述的实施例中，排气可经由EGR通道141从排气通道148再循环至进气通道144。控制器12可经由EGR阀143改变提供到进气通道148的EGR的量。此外，EGR传感器145可以被设置在EGR通道内，并可以提供排气压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。
[0044]控制器12作为微型计算机显示在图1中，其包括微处理器单元(CPU)106、输入/输出端口(1/0)108、在本具体示例中作为只读存储器芯片(ROM)IlO显示的可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)IH和数据总线。控制器12还可以从联接至发动机10的传感器接收各种信号，除了先前讨论的那些信号之外，还包括来自空气质量流量传感器122的引入空气质量流量(MAF)的测量值;来自联接至冷却套管118的温度传感器116的发动机冷却液温度(ECT);来自联接至曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);和来自传感器124的歧管绝对压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可以由信号PIP通过控制器12。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用于提供进气歧管内的真空或压力的指示。其他传感器可以包括联接至燃料系统的(一个或更多个)燃料箱的油位传感器和燃料成分传感器。
[0045]存储介质只读存储器110能够被编程有计算机可读数据，其表示可由处理器106执行以执行下述方法以及可预计但未具体列出的其他变体的指令。
[0046]在标准发动机运行期间，发动机10通常运行成每个发动机循环点火每个发动机。因此，对于每720CA(例如，曲轴的两转)，每个汽缸将点火一次。考虑到每个汽缸中的燃烧，每个进气门和排气门在规定的时间被致动(比如，打开)。此外，燃料喷入每个汽缸，并且火花点火系统在规定的时间向每个汽缸提供火花。因此，对于每个汽缸，火花点燃燃料空气混合物以发起燃烧。
[0047]图3示出了在标准的非跳转点火运行期间示例性四缸发动机(图1所示的发动机10)的汽缸点火事件的示例图。标有标签CYL.1-4的迹线表示了四缸发动机的每个汽缸的发动机位置。沿迹线CYL.1-4的长度的竖直标记表示相应汽缸的上止点和下止点活塞位置。每个汽缸的相应汽缸冲程由进气、压缩(压缩冲程)、膨胀(膨胀冲程)和排气(排气冲程)标识符表示。
[0048]发动机具有1-3-4-2的原始发动机点火顺序，使得每个发动机循环期间CYL.1首先被点火，接着依次为CYL.3,CYL.4和CYL.2。因此，如同所示，CYL.1内的燃烧发生在星300所示的压缩冲程和膨胀冲程之间的上止点(TDC)处或附近。为实现燃烧，燃料被喷入到CYL.1，进气门被致动以吸入充气空气(且随后关闭以将充气困在汽缸内)，并且通过火花点火事件发起燃烧。CYL.3内的燃烧由火花发起，如星302所示。当CYL.3在压缩冲程时，CYL.1在膨胀冲程。火花引起CYL.4内的燃烧，如星304所示。在CYL.4在压缩冲程的同时，CYL.1在排气冲程且CYL.3在膨胀冲程。火花引起CYL.2内的燃烧，如星306所示。在CYL.2在压缩冲程的同时，CYL.1在进气冲程，CYL.3在排气冲程并且CYL.4在膨胀冲程。一旦CYL.2内的燃烧完成，则新一轮的发动机循环开始且CYL.1内再次发生燃烧，如星308所示。如所述，然后根据发动机点火顺序继续燃烧。
[0049]在某些工况期间，发动机10可以以跳转点火模式运行，其中每个发动机循环并不是所有的发动机汽缸都被点火。例如，在低负荷条件期间或在喷入每个汽缸的单缸燃料量比较小(比如，量小得很难进行精确的燃料供给)的其他条件期间，可执行跳转点火模式。此夕卜，在所选发动机冷起动期间可执行跳转点火模式。在跳转点火期间，每个发动机循环期间跳过(比如，不点火)发动机的一个或更多个汽缸。为维持所需转矩，燃料被重新分配到点火的汽缸，进而增加单缸燃料量，因此减小加油误差。跳转点火也可减少栗送损失，进而提高发动机效率。
[0050]为跳过指定的汽缸，指定汽缸的进气门和排气门被停用(例如，通过致动器152和154的控制)，例如，贯穿汽缸循环的每个冲程，保持进气和排气门关闭。用这种方式，新鲜充气不被允许进入汽缸。此外，例如通过进气道喷射器170和/或直接喷射器166的燃料喷射被禁用。在一些示例中，(例如，来自火花塞192的)火花也被禁用。在另一些示例中，火花可以被提供到指定汽缸。然而，在无充气空气和燃料的情况下，即使有火花，在指定汽缸内也不会出现燃烧。
[0051]图4示出了在发动机冷起动期间出现的跳转点火运行期间示例性四缸发动机(如，图1所示的发动机10)的汽缸点火事件的示例图。类似于图3，四缸发动机的每个汽缸的发动机位置通过标有CYL.1-4的迹线进行说明。沿迹线CYL.1-4的长度的竖直标记表示相应汽缸的上止点和下止点活塞位置。每个汽缸的相应汽缸冲程由进气、压缩、膨胀和排气标识符表不O
[0052]如上所述，发动机具有1-3-4-2的原始发动机点火顺序。在跳转点火期间，每个发动机循环期间跳过发动机的一个或更多个汽缸。跳过的汽缸的数量可以基于工况被选择，所述工况比如发动机负荷和发动机温度，如下关于图5将详细说明的。此外，可以在每个发动机循环跳过不同的汽缸，以便在多个发动机循环期间，每个汽缸至少被点火一次且每个汽缸至少被跳过一次。此外，在一些发动机循环，在给定的曲轴回转期间，可以没有汽缸被点火。
[0053]在跳转点火期间，可调整原始发动机点火顺序以实现其中一个或更多个汽缸被跳过的命令的点火顺序。命令的点火顺序可以在每个发动机循环的一个或更多个汽缸被跳过的情况下维持相同的基础发动机点火顺序，并且从一个发动机循环到另一个发动机循环轮流跳过汽缸。如图4所示，在跳转点火期间命令的发动机点火顺序可以点火两个汽缸、跳过一个汽缸、点火两个汽缸、跳过一个汽缸等，进而形成1-3-X-2-1-X-4-2-X-3-4-X的点火顺序。用这种方式，每次跳过汽缸时，跳过的是不同的汽缸，直至模式重复。
[0054]因此，如所示，CYL.1内的燃烧出现在星400所述的压缩冲程和膨胀冲程之间的TDC处或附近。接下来，火花引起CYL.3内的燃烧，如星402所示。在原始点火顺序中预定在CYL.3之后点火的汽缸4被跳过。因此，尽管在压缩冲程期间火花仍出现在CYL.4中，但由于缺少气门致动和燃料喷射所以未引发燃烧，如虚线星404所述。火花引发CYL.2内的燃烧，如星406所示。
[0055]在下一发动机循环期间，CYL.1、CYL.4和CYL.2内发生燃烧(分别如星408、星412和星414所示)ο在CYL.3内未出现燃烧，如虚线星410所示。在下一发动机循环期间，CYL.1和CYL.2被跳过，分别如虚线星416和422所示，而CYL.3和CYL.4被点火，分别如星418和420所示。用这种方法，在一些发动机循环期间，只有一个汽缸被跳过，而在另一些发动机循环中，多于一个汽缸被跳过。然而，所述的命令的点火顺序维持了均匀燃烧模式(每两个汽缸被点火则一个汽缸被跳过)，进而降低NVH问题。然而，应当注意的是图3和图4所示的顺序和次序实际仅作为示例并不试图限制本发明范围。例如，在一些实施例中，在一个汽缸内的燃烧被跳过之前，三个汽缸可以燃烧燃料空气混合物。在另一些实施例中，在一个汽缸内的燃烧被跳过之前，四个汽缸可以燃烧燃料空气混合物。在另一些实施例中，一排中的两个汽缸内的燃烧被跳过而非图4所示的一个汽缸。此外，在另一些实施例中，所选一组汽缸可以在跳转点火模式期间连续被跳过，而其余汽缸被点火。然后，在随后的跳转点火模式期间，不同的一组汽缸可连续被跳过。
[0056]应理解，图4所述的模式是在发动机冷起动期间被选用和应用的选择性停用模式的非限制性示例。因此，可能的模式也可以起到发动机安装(比如，纵向安装与横向安装、硬度计与主动悬置等)的功能。因此，根据发动机的安装设置，停用模式可以被映射以确定其中向车厢/座椅调节导轨的振动传递较低的可接受的模式。
[0057]现在转到图5，其描述了一种用于以跳转点火运行发动机的方法500。为了在发动机冷起动期间以跳转点火模式选择性运行发动机10，方法500可以由控制器(比如图1所示的控制器12)根据存储在其中的非临时性指令来执行，如下所述。
[0058]在502，方法500包括确定工况。确定的工况可以包括但不限于，发动机负荷、发动机转速、驾驶员转矩需求、发动机燃料需求、催化剂温度、发动机冷却液温度和环境条件(比如，环境温度)。工况可以基于来自上述有关图1所述的一个或更多个发动机传感器的输出被确定。
[0059]在504，方法500确定是否已满足发动机冷起动条件。在一种示例中，如果发动机温度或催化剂温度低于阈值，则可以确认发动机冷起动条件。阈值可以对应于起燃温度，在高于该起燃温度时催化剂被活化。如果未满足发动机冷起动条件，例如，如果发动机已足够热，那么在506，程序包括调整汽缸停用模式且基于各种发动机运行参数中的一个或组合转变成跳越点火运行。这些条件可以包括发动机转速、燃料需求和发动机负荷低于相应预定阈值。例如，在发动机空转运行期间，发动机转速可以较低，比如500RPMs，且发动机负荷可以较低。因此，燃料需求会过低而不能精确地供给所需燃料量，其中所述燃料需求是基于转速、负荷和工况，比如发动机温度、歧管压力等。通常，随着发动机转速减小，发动机负荷在恒转矩和固定点火汽缸数量的情况下增加。通过运行更少汽缸，点火汽缸内的平均负荷较高，并且因此在保持可接受的燃烧的同时汽缸能够容许附加火花延迟，进而允许更多热通量流向催化剂。跳转点火工况可以进一步基于感测发动机处于稳态工况的控制器，因为瞬态工况要求波动的燃料需求。稳态工况可通过在当前负荷所用的时间量或任何合适的方法进行确定。因此，如果发动机工况没有表示应启动跳转点火(比如，如果发动机负荷较高)，那么在506，方法将保持当前工况并且不以跳转点火模式运行。例如，当前工况可以包括发动机的每个汽缸根据原始发动机点火顺序被点火，且在适当的时间所有进气和排气门被致动，并针对每个汽缸激活燃料喷射和火花。然后，方法500结束。
[0060]如果发动机冷起动被确认，那么在508，方法包括在发动机冷起动期间估计活化排气催化剂所需的热通量。例如，随着发动机温度(或催化剂温度)下降到阈值(或起燃温度)以下，所需热通量会增加。作为另一示例，随着环境温度下降到阈值(基于起燃温度)以下，所需热通量会增加。
[0061]在510，方法包括基于估计的热通量，根据模式停用多个汽缸中的一个或更多个的独立汽缸气门机构，其中所述模式包括相对于激活汽缸的被停用汽缸的总数量和激活汽缸的点火顺序。例如，在511，方法包括确定选择被停用的汽缸数量和身份。确定可以基于冷起动时的发动机温度，随着发动机温度降低，被停用汽缸的数量增加。如下阐述，通过停用若干汽缸，以更高火花延迟运行剩余数量的激活汽缸，进而增加了供给至排气催化剂的热量。被选择性停用的汽缸的身份可以进一步基于汽缸点火顺序。例如，如参考图4的跳转点火模式所讨论的，选择其中每个发动机汽缸被间歇跳过的模式，从而禁用冷却过多的任一汽缸。在替代性示例中，基于发动机机体上的汽缸位置和汽缸的点火顺序，特定汽缸可以被优选跳过或点火。例如，位于更靠近排气通道的发动机机体上的汽缸可以被重复点火，而位于更靠近进气空气通道的发动机机体上的汽缸可以被重复跳过。
[0062]作为另一示例，在512，在跳转点火模式下的运行持续时间可以被确定。这可以包括确定所选汽缸被停用所处的燃烧循环数量。这可以进一步包括确定汽缸被停用所处的行进距离或持续时间。因此，在规定的持续时间/距离后，发动机回到所有发动机汽缸点火的非跳转点火模式。
[0063]在513，方法包括运行火花正时延迟一定量的剩余汽缸。应用于激活汽缸的火花延迟量可以基于估计的热通量和所选汽缸模式。例如，火花正时延迟量可以基于冷起动时的发动机温度和被选择性停用的汽缸的数量和身份。例如，随着发动机温度降低或随着停用汽缸的数量增加，应用于激活汽缸的火花正时延迟量会增加。通过利用发动机冷起动期间发动机汽缸的跳转点火运行，在达到稳定燃烧限制或NVH问题出现前激活汽缸可容许更大的火花延迟(与所有汽缸均为激活汽缸时可容许的平均火花延迟相比)。这能够通过增加耗散到排气的热量来加快催化剂加热。
[0064]在514，方法包括基于应用的汽缸停用模式调整在发动机冷起动期间保持空转转矩所需的发动机转速。具体地说，也为解决不同总频率下的且具有较大输入(转矩)脉冲的剩余激活汽缸所产生的任何NVH问题，可以调整保持发动机空转转矩所应用的发动机转速。例如，方法包括增加发动机转速以保持空转转矩，其中发动机转速是基于停用汽缸的数量而增加。作为一种示例，在以给定火花延迟量运行发动机的同时，发动机转速可以随着点火汽缸数量的减小而增加。发动机转速的增加可以进一步基于选择停用汽缸的身份。例如，在时域内点火频率随着发动机转速的增加而增加，进而使它更平稳。此外，发动机转速可以进一步基于应用的火花正时延迟量。例如，在停用给定数量的汽缸的同时，发动机转速可以随着火花正时延迟量的增加而增加。发动机负荷也可以增加以保持转矩输出。这样，发动机转速和负荷将确定所需的功率。
[0065]发动机控制器可以经配置使用热通量模型和/或测力计实验数据基于催化剂所需的热通量优化所选汽缸停用时序(包括停用多少个汽缸和何时停用汽缸)、发动机转速时序和火花延迟时序的组合。结果可以被列于开环查找表内。控制器可以基于冷起动时的发动机温度(或排气温度)从查找表中检索汽缸停用、发动机转速和火花正时的组合。替代性地，组合可以基于排气温度以闭环方式从查找表中检索。查找表可以进一步被调整以包括来自沿发动机机体设置的测量振级的加速计的输入。例如，可以选择保持NVH在NVH范围内的组合。作为一种示例，停用模式可以被映射以确定向车厢/座椅调节导轨的振动传递较低的可接受的模式。
[0066]在516，在以一些汽缸被选择性停用且剩余激活汽缸的火花正时被延迟一定量并且发动机转速增加以保持空转转矩的情况下运行发动机的同时，可确定是否存在NVH问题。例如，可确定联接至发动机的加速计的振动输出是否比阈值高。如果是，那么在518，方法包括修改汽缸模式和发动机转速控制时序。例如，发动机转速可以随停用发动机的数量增加而增加直至到达发动机NVH限制。其后，在减少被停用的发动机的数量或改变被停用的汽缸的身份的同时，控制器降低发动机转速。
[0067]如果在516未达到NVH现在，或在518修改发动机转速、汽缸停用和火花正时时序的组合后，程序进入到520，其中在520处可以确定排气催化剂温度(Tcat)是否高于阈值，比如高于起燃温度。如果排气催化剂不足够热，那么在522方法包括在确定数量的汽缸被停用、发动机转速增加和激活汽缸的火花正时被显著延迟的情况下保持冷起动汽缸模式。如果排气催化剂足够热且已到达活化温度，那么在522方法包括基于当前发动机工况(比如发动机负荷)调整汽缸模式和火花正时中的一个或更多个。这包括，如在506，确定跳转点火条件是否存在以及据此调整汽缸停用。同样，火花正时和发动机转速也可以基于工况(比如发动机负荷和转矩需求)进行调整。
[0068]在一种示例中，发动机系统包括具有多个汽缸的发动机;排气催化剂;联接至发动机排气装置的温度传感器;联接至发动机机体以用于估计发动机振动的加速计;联接至多个汽缸中的每个汽缸的电致动的汽钢气门机构;和联接至多个汽缸中的每个汽缸的可选择性停用的燃料喷射器。发动机系统可以进一步包括配置有存储于非临时性存储器上的计算机可读指令的发动机控制器，所述指令用于:在发动机冷起动期间，估计活化排气催化剂所需的热通量;和基于估计的热通量，根据模式停用多个汽缸中的一个或更多个汽缸的独立汽缸气门机构，其中所述模式包括相对于激活汽缸的被停用汽缸的总数量和激活汽缸的点火顺序。热通量可以基于排气催化剂温度和活化温度之差进行估计，其中所述热通量随着所述差的增加而增加。此外，控制器可以基于估计的热通量和模式以火花正时延迟一定量来运行激活汽缸。此外，控制器可以基于模式和火花延迟量调整发动机冷起动期间的发动机转速。调整发动机转速可以包括随着在模式中的激活汽缸的数量减小而增加发动机转速。控制器可以包括进一步指令，以用于:响应加速计的振动输出高于NVH限制，调整模式、火花延迟量和发动机转速中的一个或更多个。例如，调整模式包括调整在该模式下相对于激活汽缸的被停用汽缸的总数量和在保持相对于激活汽缸的被停用汽缸的总数量的同时调整停用汽缸的身份中的一个或更多个。调整进一步包括在保持火花延迟量的同时降低发动机转速或在保持发送机转速的同时减小火花延迟量。
[0069]现在转到图6，映射600描述了在发动机冷起动期间对汽缸停用模式、激活汽缸的火花正时和发动机转速时序的组合的示例性调整。映射600中在曲线602处描绘了发动机运行模式(跳转点火或正常)，曲线604描绘了停用汽缸的数量，曲线606描述了应用于激活汽缸的火花正时延迟，曲线608描绘了排气催化剂温度，并且曲线610描绘了发动机转速。
[0070]在tl前，发动机可以关机。在tl时，发动机可以被起动。由于在发动机重新起动时的冷环境条件，所以排气催化剂的温度可以低于起燃温度(L0T，虚线)，并且因此发动机重新起动可被指定为发动机冷起动。基于在发动机冷起动时所需的热通量，在tl，可停用更多数量的汽缸且剩余激活汽缸可以在具有更大火花延迟量的情况下运行。此外，可增加发动机转速以保持空转转矩(此处，在运转后发动机转速保持在提升的水平)。在11和t2之间，发动机可以在跳转点火模式下运行，其采用激活汽缸的显著火花延迟以加快催化剂加热。
[0071]在t2，排气催化剂温度可以超过LOT。因此，催化剂加热不需要更多的热通量。基于在t2时的发动机负荷和转矩要求，发动机可以被保持在跳转点火模式，但更少数量的汽缸被停用且更多汽缸被点火。此外，火花正时可以回到MBT。此外，发动机空转转速会降低。在t3，响应发动机负荷和转矩要求的进一步变化，发动机可以退出跳转点火模式并在所有汽缸被点火且在MBT点火的情况下运行。此外，发动机转速可以根据踏板位置和转矩需求被安排。
[0072]在t3和t5之间，汽车运行的持续时间会流逝，其中发动机运行且然后关机。在t5，发动机可以被重新起动。在t5，如在tl，由于在发动机重新起动时的冷环境条件，排气催化剂的温度可以低于起燃温度(L0T，虚线)，并且因此在t5时的发动机重新起动也被指定为发动机冷起动。此处，在t5时的发动机冷起动所需的热通量与在11所需的热通量基本相同。然而，由于NVH和燃烧稳定性的约束，更少数量的汽缸被停用且剩余激活汽缸在更小的火花正时延迟量的情况下运行。此外，发动机转速可以减小(在运转后)以保持空转转矩。在t5和t6之间，发动机可以采用激活汽缸具有更小火花延迟在跳转点火模式下运行以加快催化剂加热。然而，在t6，会达到NVH限制且经历显著的发动机振动。为了解决这个问题，在保持火花正时的同时，在调整汽缸模式以增加停用汽缸的数量的同时发动机转速增加。
[0073]大约在t7，排气催化剂温度可以超过LOT。因此，对于催化剂加热无需更多热通量。基于在t7的发动机负荷和转矩需求，发动机可以被保持在跳转点火模式，但更少数量的汽缸被停用且更多汽缸被点火。此外，火花正时可以朝MBT返回，且激活汽缸可以在更小火花延迟的情况下运行。此外，发动机空转转速可以减小。在t8，响应发动机负荷和转矩要求的进一步变化，发动机可以退出跳转点火模式并且在所有汽缸点火且火花返回到MBT的情况下运行。此外，发动机转速可以基于踏板位置和转矩要求被安排。
[0074]用这种方式，在第一发动机冷起动期间，控制器可以经配置在第一组汽缸停用、剩余激活汽缸应用第一火花延迟量且第一发动机转速的情况下运行发动机。相比之下，在第二发动机冷起动期间，控制器可以经配置在第二组汽缸被停用、剩余激活汽缸应用第二更大火花延迟量且第二更高发动机转速的情况下运行发动机。此处，与第一组相比，第二组停用汽缸可以包括更多数量的停用汽缸。替代性地，在第一组中汽缸的身份没有与第二组中的汽缸的身份重叠的同时，第一和第二停用汽缸包括共同数量的停用汽缸。在第一冷起动期间的环境温度可以高于第二冷起动期间的环境温度。此外，与第二冷起动相比，在第一冷起动期间发动机可以具有更小的NVH限制。
[0075]调整发动机转速、汽缸停用模式和激活汽缸火花正时中的每一个的技术效果在于，在发动机冷起动期间催化剂加热能够被加快。具体地说，在燃烧稳定性受到影响之前，在发动机冷起动期间可利用跳转点火发动机运行来使激活汽缸在具有更大火花延迟量的情况下运行。因此，使用额外的火花延迟能够使额外的热量被引导到发动机排气，从而更快地提高催化剂温度。通过同时增加保持空转转矩所需的发动机转速，可降低由使用增加的火花延迟和不同频率下(和具有不同脉冲)的汽缸点火所引起的NVH。通过加快催化剂加热，可改善发动机冷起动排放。
[0076]应注意的是，被包含在本发明的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或汽车系统配置一起使用。本发明所述的控制方法和程序可以作为可执行指令被存储在非临时性存储器中并且可由包含控制器的控制系统与各种传感器、执行器和其他发动机硬件结合执行。本发明所述的具体程序可以表示许多处理策略中的一个或更多个，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。正因如此，所述的各种行动、操作和/或功能可以按照所述顺序被执行、并行执行或在一些情况下被省略。同样地，对于实现本发明所述示例性实施例的特征和优点，处理顺序并不是必须的，而是为了易于说明和描述而提供。所述行动、操作和/或功能中的一个或更多个可以根据使用的特定策略被重复执行。此外，所述行动、操作和/或功能可以图形化表示了编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码，其中所述行动通过执行包含各种发动机硬件组件并结合电子控制器的系统中指令执行的。
[0077]应理解，本发明所述的配置和程序是示例性的并且由于可能具有各种变形，因此这些特定实施例不可被视为是一种限制。例如，上述技术可应用于V-6、1-4、1-6、V_12、对置4和其他发动机类型。本发明的主题包括各种系统和配置以及本发明所述的其他特征、功能和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0078]所附权利要求具体指出某些新颖的且非显而易见的组合和子组合。这些权利要求提到“一个”元件或“第一”元件或其等同物。该权利要求应理解为包括一个或更多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多这样的元件。本发明的特征、功能、元件和/或属性的组合和子组合可以通过在本申请或相关申请中的本发明权利要求的修正或新权利要求的提出被声明。无论在范围上是比原权利要求更广、更窄、相同或不同，这样的权利要求均将被视为被包括在本发明的主题内。
【主权项】
1.一种方法，包括: 在发动机冷起动期间， 在一定数量汽缸被选择性停用且剩余激活汽缸的火花正时被延迟一定量的情况下运行；以及 增加发动机转速以保持空转转矩，所述发动机转速基于停用汽缸的数量增加。2.根据权利要求1所述的方法，其中被选择性停用的汽缸的数量和身份基于所述冷起动时的发动机温度。3.根据权利要求2所述的方法，其中被选择性停用的汽缸的身份进一步基于汽缸点火顺序。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述发动机转速的增加进一步基于所述被选择性停用的汽缸的身份。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述火花正时延迟量基于所述发动机温度和被选择性停用的汽缸的数量和身份。6.根据权利要求4所述的方法，其中随着停用汽缸的数量增加，被应用于所述激活汽缸的火花正时延迟量增加。7.根据权利要求1所述的方法，其中随着停用汽缸的数量增加，所述发动机转速增加。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述发动机转速进一步基于应用的所述火花正时延迟量，随着所述火花正时延迟量增加所述发动机转速增加。9.根据权利要求1所述的方法，其中增加所述发动机转速包括随着被停用的汽缸的数量增加，增加所述发动机转速直至达到发动机NVH限制，并且然后减少被停用的汽缸的数量或改变被停用的汽缸的身份同时减小所述发动机转速。10.一种方法，包括: 在第一发动机冷起动期间，以第一组停用汽缸、剩余激活汽缸应用第一火花延迟量和第一发动机转速运行发动机;和 在第二发动机冷起动期间，以第二组停用汽缸、剩余激活汽缸应用第二更大的火花延迟量和第二更大的发动机转速运行所述发动机。11.根据权利要求10所述的方法，其中与所述第一组相比，所述第二组停用汽缸包括更多数量的停用汽缸。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一和第二组停用汽缸包括共同数量的停用汽缸，且其中所述第一组中的汽缸身份与所述第二组中的汽缸身份不重叠。13.根据权利要求10所述的方法，其中在所述第一冷起动期间的环境温度高于所述第二冷起动期间的环境温度。14.根据权利要求10所述的方法，其中与所述第二冷起动相比，在所述第一冷起动期间所述发动机具有更小的NVH限制。15.—种发动机系统，包括: 包括多个汽缸的发动机； 排气催化剂； 联接至发动机排气装置的温度传感器； 用于估计发动机振动的联接至发动机机体的加速计； 联接至所述多个汽缸中的每个汽缸的电致动的汽缸气门机构； 联接至所述多个汽缸中的每个汽缸的可选择性停用的燃料喷射器;和 配置有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令的发动机控制器，所述指令用于: 在发动机冷起动期间， 估计活化所述排气催化剂所需的热通量；以及 基于所述估计的热通量， 根据模式停用所述多个汽缸中的一个或多个的独立汽缸气门机构，所述模式包括相对于激活汽缸的被停用汽缸的总数量和激活汽缸的点火顺序； 基于所述估计的热通量和所述模式，以一定火花延迟量运行所述激活汽缸;和 基于所述模式和所述火花延迟量，在所述冷起动期间调整发动机转速。16.根据权利要求15所述的系统，其中调整所述发动机转速包括，随着在所述模式下激活汽缸数量减小，增加所述发动机转速。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括进一步指令以用于: 响应所述加速计的振动输出高于NVH限制， 调整所述模式、所述火花延迟量和所述发动机转速中的一个或多个。18.根据权利要求17所述的系统，其中调整所述模式包括调整所述模式中的相对于激活汽缸的被停用汽缸的总数量以及在保持相对于激活汽缸的被停用汽缸的总数量的同时调整停用汽缸的身份中的一者或多者。19.根据权利要求17所述的系统，其中所述调整包括，在保持所述火花延迟量的同时减小所述发动机转速或者在保持所述发动机转速的同时减小所述火花延迟量。20.根据权利要求18所述的系统，其中所述热通量是基于所述排气催化剂的温度和活化温度之间的差被估计的，随着所述差增大所述热通量增加。
【文档编号】F02D43/00GK105840333SQ201610076927
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】C·P·格卢格拉
【申请人】福特环球技术公司