通過排氣背壓的催化劑加熱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于控制排氣背壓閥的實施例。在一個示例中，運行發(fā)動機的方法包括：響應于部件溫度關(guān)閉排氣背壓閥；和響應于關(guān)閉排氣背壓閥，調(diào)節(jié)進氣門和/或排氣門操作，以減少汽缸內(nèi)部排氣再循環(huán)（EGR）；以及當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果指定的發(fā)動機運行參數(shù)保持恒定，則指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。以此方式，可以診斷排氣背壓系統(tǒng)的退化，同時保持燃燒穩(wěn)定性。
【專利說明】通過排氣背壓的催化劑加熱
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]位于發(fā)動機排氣裝置中的催化劑用于將燃燒期間產(chǎn)生的排放物轉(zhuǎn)化成可釋放到大氣中的化合物。通常，這些催化劑在升高的排氣溫度下最有效地轉(zhuǎn)化排放物，并且因此在發(fā)動機冷啟動和暖機工況期間，當催化劑低于正常操作溫度時，排放物可能溜過催化劑。快速加熱催化劑的一種方法包括增加通過催化劑的排氣的溫度。
[0003]在美國專利申請公開2010/0005784中描述了增加排氣溫度的一種示例方法。在引用的參考中，位于發(fā)動機排氣裝置中的排氣背壓閥關(guān)閉以增加排氣溫度，以便執(zhí)行催化劑的脫磺((168111；1^1^1:；[011)。
[0004]然而，本發(fā)明人在這里已認識到上述方法的幾個問題。通過關(guān)閉排氣背壓閥增加排氣背壓可能增加用燃燒氣體稀釋汽缸充氣，在一些條件下導致不穩(wěn)定燃燒。此外，稀釋的汽缸充氣可能限制可應用的點火延遲量，因此限制了排氣的溫度增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，至少部分地解決上述問題的一個實施例包括運行發(fā)動機的方法。該方法包括響應于部件溫度關(guān)閉排氣背壓閥，響應于關(guān)閉排氣背壓閥調(diào)節(jié)進氣門和/或排氣門操作，從而減少汽缸內(nèi)部排氣再循環(huán)(EGR)，以及當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果指定的發(fā)動機運行參數(shù)保持恒定，則指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。
[0006]以此方式，響應于部件溫度(例如催化劑的溫度低于閾值)，通過經(jīng)由排氣背壓閥節(jié)流排氣，排氣溫度可以增加。此外，進氣門和/或排氣門正時可以被調(diào)節(jié)以減少排氣殘留物捕集在汽缸中，由此減少內(nèi)部排氣再循環(huán)(例如汽缸充氣的稀釋)，并提高燃燒穩(wěn)定性。在一些示例中，外部排氣再循環(huán)也可以減少，從而進一步減少汽缸充氣的稀釋。排氣背壓閥的關(guān)閉也可以被限制于高燃燒穩(wěn)定性工況，例如低濕度和低海拔，從而避免增加燃燒不穩(wěn)定性。此外，排氣背壓系統(tǒng)的退化在氣門運動期間可以被監(jiān)測，同時仍保持燃燒穩(wěn)定性。
[0007]在另一個實施例中，用于發(fā)動機的方法包括:在第一條件期間，以第一較高的點火延遲量和打開的排氣背壓閥運行發(fā)動機；以及在第二條件期間，以第二較低的點火延遲量和關(guān)閉的排氣背壓閥運行發(fā)動機；以及當排氣背壓閥關(guān)閉時，基于進氣歧管壓力的變化，指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。
[0008]在另一個實施例中，第一條件包括在低于第一閾值的大氣壓下的運行，并且其中第二條件包括在高于第一閾值的大氣壓下的運行和催化劑溫度低于第二閾值。
[0009]在另一個實施例中，第二條件進一步包括在怠速下的運行，并且其中基于進氣歧管壓力的變化指示排氣背壓系統(tǒng)的退化進一步包括，保持恒定的怠速，并且如果進氣歧管壓力不改變，則指示退化。
[0010]在另一個實施例中，該方法進一步包括:在第一條件期間，以第一數(shù)量的進氣門和排氣門重疊運行發(fā)動機；以及在第二條件期間，以第二數(shù)量的進氣門和排氣門重疊運行發(fā)動機。
[0011]在另一個實施例中，第二數(shù)量的進氣門和排氣門重疊包括進氣門和排氣門不重疊。
[0012]在另一個實施例中，該方法進一步包括:在第一條件期間，基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載，調(diào)節(jié)EGR閥以提供所需的EGR量；以及在第二條件期間，關(guān)閉EGR閥。
[0013]在另一個實施例中，系統(tǒng)包括:發(fā)動機，其包括可變凸輪軸正時系統(tǒng)；催化劑，其位于發(fā)動機排氣裝置中；排氣背壓閥，其位于催化劑下游；以及控制器，其包括指令以便:當催化劑溫度低于閾值時關(guān)閉排氣背壓閥；以及響應于排氣背壓閥的關(guān)閉，調(diào)節(jié)可變凸輪軸正時系統(tǒng)，以減少進氣門和排氣門重疊；并且基于曲軸加速度指示排氣背壓閥的退化。
[0014]在另一個實施例中，控制器包括指令，以便當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果曲軸加速度不改變，則指示退化。
[0015]在另一個實施例中，控制器包括進一步的指令，以便響應于排氣背壓閥的關(guān)閉，提前點火正時。
[0016]在另一個實施例中，系統(tǒng)進一步包括EGR系統(tǒng)，從而引導排氣到發(fā)動機的進氣裝置中，并且其中控制器包括進一步的指令，以便當排氣背壓閥關(guān)閉時，關(guān)閉EGR系統(tǒng)的EGR閥。
[0017]在另一個實施例中，控制器包括進一步的指令，以便如果催化劑的溫度高于閾值，則打開排氣背壓閥。
[0018]在另一個實施例中，控制器包括調(diào)節(jié)可變凸輪軸正時系統(tǒng)以減少正的進氣門和排氣門重疊的指令。
[0019]在另一個實施例中，控制器包括進一步的指令，以便當排氣背壓閥打開時，如果曲軸加速度沒有變化，則指示排氣背壓閥的退化。
[0020]本公開可以提供幾個優(yōu)點。例如，可以獲得快速催化劑加熱，而不損害燃燒穩(wěn)定性，因此避免使排氣排放降級和潛在的熄火。通過快速加熱催化劑，可以減少發(fā)動機冷啟動期間的排氣排放。此外，通過即使在排氣背壓閥關(guān)閉的情況下保持相對低的稀釋，點火正時可以進一步延遲以增加排氣溫度。此外，當排氣背壓閥運動時，通過基于指定的工況的變化而診斷排氣背壓系統(tǒng)，系統(tǒng)的退化可以被迅速地檢測，并且如果系統(tǒng)退化，則可以采用加熱催化劑的額外機制。
[0021]當單獨或結(jié)合附圖時，根據(jù)以下的【具體實施方式】，本發(fā)明的上述優(yōu)點和其它優(yōu)點以及特征將是顯而易見的。
[0022]應該理解，提供上述概要以便以簡化的形式介紹在【具體實施方式】中進一步說明的一系列概念。這并不意味著識別要求保護的主題的關(guān)鍵或必要特征，要求保護的主題的范圍通過隨附權(quán)利要求書唯一地限定。此外，要求保護的主題不限于解決在本公開的上面或任何部分中提到的任何缺點的實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1示出發(fā)動機的示意圖。
[0024]圖2示出示例可變氣門正時系統(tǒng)。[0025]圖3是圖示說明用于調(diào)節(jié)排氣背壓閥的示例方法的流程圖。
[0026]圖4是圖示說明用于診斷排氣背壓系統(tǒng)的示例方法的流程圖。
[0027]圖5是描述針對多個工況的示例氣門正時的映射圖。
[0028]圖6是描述在排氣背壓閥調(diào)節(jié)期間示例運行參數(shù)的圖。
【具體實施方式】
[0029]在發(fā)動機冷啟動期間，在位于發(fā)動機排氣裝置中的催化劑達到操作溫度之前，排氣排放物可以釋放到大氣中。快速加熱催化劑的一種機制包括，關(guān)閉排氣背壓閥以節(jié)流排氣，因此增加通過催化劑的排氣的溫度。然而，這類排氣節(jié)流可能增加用燃燒的氣體稀釋汽缸中的充氣，因此降低燃燒穩(wěn)定性，并限制可應用的點火延遲量。為了減少汽缸充氣的稀釋，排氣背壓閥的關(guān)閉可以被限制于高燃燒穩(wěn)定性的條件，例如低濕度、低海拔、高揮發(fā)性燃料等。此外，進氣門和排氣門重疊可以被限制以減少內(nèi)部排氣再循環(huán)(EGR)，并且外部EGR可以停用，由此限制有效的EGR。如果指出，點火延遲量可以被減少以進一步保持燃燒穩(wěn)定性。
[0030]當排氣背壓閥打開或關(guān)閉時，各種運行參數(shù)可以被監(jiān)測，從而確保排氣背壓系統(tǒng)不退化。例如，當保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時，當排氣背壓閥打開或關(guān)閉時，歧管壓力或節(jié)氣門位置的改變可以被監(jiān)測，并且如果壓力或節(jié)氣門位置保持恒定，則可以指示退化。
[0031]圖1和圖2是示例發(fā)動機示圖，其包括:排氣背壓閥、可變氣門正時系統(tǒng)以及發(fā)動機控制器，該發(fā)動機控制器被配置為執(zhí)行圖3和圖4中示出的方法。圖5和圖6圖示說明在上述方法的執(zhí)行期間示例氣門事件和發(fā)動機運行參數(shù)。
[0032]現(xiàn)參考圖1，其包括示出多缸內(nèi)燃發(fā)動機10的一個汽缸的示意圖。發(fā)動機10可以至少部分地通過包括控制器12的控制系統(tǒng)和經(jīng)由輸入裝置130通過來自車輛駕駛員132的輸入控制。在這個示例中，輸入裝置130包括加速器踏板和踏板位置傳感器134，該踏板位置傳感器134用于產(chǎn)生比例踏板位置信號PP。
[0033]發(fā)動機10的燃燒汽缸30可以包括活塞36位于其中的燃燒汽缸壁32?；钊?6可以連接至曲軸40，使得活塞的往復運動被轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸40可以經(jīng)由中間傳動系統(tǒng)連接至車輛的至少一個驅(qū)動輪。此外，起動機馬達可以經(jīng)由飛輪連接至曲軸40，以使能發(fā)動機10的啟動操作。
[0034]燃燒汽缸30可以經(jīng)由進氣道42接收來自進氣歧管44的進氣，并且可以經(jīng)由排氣道48排出燃燒氣體。進氣歧管44和排氣道48可以經(jīng)由各自的進氣門52和排氣門54選擇性地與燃燒汽缸30相通。在一些實施例中，燃燒汽缸30可以包括兩個或更多個進氣門和/或兩個或更多個排氣門。
[0035]在這個示例中，進氣門52和排氣門54可以經(jīng)由各自的凸輪驅(qū)動系統(tǒng)51和53由凸輪驅(qū)動控制。凸輪驅(qū)動系統(tǒng)51和53可以各包括一個或更多個凸輪，并且可以利用可由控制器12操作的凸輪廓線變換(CPS)系統(tǒng)、可變凸輪正時(VCT)系統(tǒng)、可變氣門正時(VVT)系統(tǒng)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個或更多個以改變氣門操作。在一個示例中，氣門操作可以響應于排氣背壓閥150的關(guān)閉并與排氣背壓閥150的關(guān)閉相配合地被調(diào)節(jié)。在一個示例中，當排氣背壓閥關(guān)閉時，氣門操作可同時或在閾值持續(xù)時間內(nèi)被調(diào)節(jié)。關(guān)于調(diào)節(jié)氣門操作的額外細節(jié)可以在下面關(guān)于圖2提出。進氣凸輪51和排氣凸輪53的正時可以分別由傳感器55和57確定。在可替換的實施例中，進氣門52和/或排氣門54可以由電動氣門驅(qū)動控制。例如，汽缸30可以可替代地包括經(jīng)由電動氣門驅(qū)動控制的進氣門和經(jīng)由包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪驅(qū)動控制的排氣門。
[0036]燃料噴射器66示為直接連接至燃燒汽缸30，用于與經(jīng)由電子驅(qū)動器68從控制器12接收的信號FPW的脈沖寬度成比例地直接在其中噴射燃料。以此方式，燃料噴射器66提供所謂的燃料直接噴射到燃燒汽缸30中。燃料噴射器可以例如安裝在燃燒汽缸的側(cè)面或燃燒汽缸的頂部。燃料可以通過燃料輸送系統(tǒng)(未示出)輸送至燃料噴射器66，該燃料輸送系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵和燃料導軌。在一些實施例中，燃燒汽缸30可以可替換地或額外地包括燃料噴射器，該燃料噴射器以提供所謂的燃料進氣道噴射到燃燒汽缸30上游的進氣口的構(gòu)造設置在進氣道42中。
[0037]進氣道42可以包括節(jié)氣門62，其具有節(jié)流板64。在這個具體示例中，節(jié)流板64的位置可以經(jīng)由提供至包括節(jié)氣門62的電動馬達或驅(qū)動器的信號由控制器12改變，這種配置可以稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)。以此方式，節(jié)氣門62可以被操作以改變提供至其它發(fā)動機燃燒汽缸之外的燃燒汽缸30的進氣。進氣道42可以包括質(zhì)量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122，用于提供相應的信號MAF和MAP至控制器12。
[0038]在選擇的運行模式下，點火系統(tǒng)88可以響應于來自控制器12的點火提前信號SA，經(jīng)由火花塞92提供點火火花至燃燒室30。盡管示出了火花點火部件，但是在一些實施例中，發(fā)動機10的燃燒室30或一個或多個其它燃燒室可以在具有或沒有點火火花的情況下，以壓縮點火模式運行。
[0039]排氣傳感器126被示為連接至催化劑70上游的排氣道48。傳感器126可以是用于提供排氣空燃比的指示的任何適當?shù)膫鞲衅?，例如線性氧傳感器或UEGO (通用或?qū)捰蚺艢庋鮽鞲衅?、雙態(tài)氧傳感器或EGO、HEGO (加熱的EGO)、N0X、HC或CO傳感器。排氣系統(tǒng)可以包括點火催化劑和底部催化劑，以及排氣歧管和上游和/或下游空燃比傳感器。在一個示例中，催化劑70可包括多塊催化劑磚。在另一個示例中，可以使用多個排放控制裝置，每個排放控制裝置具有多塊磚。在一個示例中，催化劑70可以是三元型催化劑。在其它示例中，催化劑70可以是氧化催化劑、稀NOx捕集器、選擇性催化還原(SCR)裝置、微粒過濾器或其它排氣處理裝置。排氣背壓閥150位于催化劑70下游的排氣道中(或可替換地，其可位于催化劑70的上游)。排氣背壓閥150在大多數(shù)發(fā)動機工況期間可以保持在完全打開的位置，但在某些條件下可以被配置為關(guān)閉以加熱排氣。在一些實施例中，排氣背壓閥150可以具有兩個限制等級，完全打開或完全關(guān)閉。在其它實施例中，排氣背壓閥150可以可變地調(diào)節(jié)到多個限制等級。排氣背壓閥150的位置可以由控制器12調(diào)節(jié)。如這里使用，關(guān)閉的排氣背壓閥可以指排氣背壓閥的完全關(guān)閉狀態(tài)，或其可以指半關(guān)閉位置，其中排氣能夠在氣門周圍流動，但排氣的壓力和/或流動速率改變。
[0040]此外，在公開的實施例中，排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)可以經(jīng)由EGR通道140將期望部分的排氣從排氣道48引導到進氣道42。提供給進氣道42的EGR量可以經(jīng)由EGR閥142由控制器12改變。此外，EGR傳感器144可以設置在EGR通道內(nèi)，并可提供排氣的壓力、溫度、流動速率和濃度中一個或更多個的指示。EGR冷卻器146可以設置在EGR通道140中，以便在到達進氣道42之前冷卻再循環(huán)的排氣。在一些條件下，EGR系統(tǒng)可以用于調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的空氣和燃料混合物的溫度。此外，在一些條件期間，通過控制氣門正時，例如通過控制可變氣門正時機構(gòu)，部分燃燒氣體可以被保持或捕集在燃燒室中。
[0041]控制器12在圖1中被示為微型計算機，其包括微處理器單元(CPU)102、輸入/輸出端口(I/O) 104、在該具體示例中被示為只讀存儲器芯片(ROM) 106的用于可執(zhí)行程序和校準值的電子存儲介質(zhì)、隨機存取存儲器(RAM) 108、保活存儲器(KAM) 110以及數(shù)據(jù)總線?？刂破?2可以從連接至發(fā)動機10的傳感器接收各種信號和信息，除了先前討論的那些信號之外，還包括:來自質(zhì)量空氣流量傳感器120的引入的質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量值；來自連接至冷卻套筒114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT);來自連接至曲軸40的霍爾效應傳感器118 (或其它類型)的表面點火感測信號(PIP);來自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP);以及來自傳感器122的絕對歧管壓力信號MAP。存儲介質(zhì)只讀存儲器106可以用計算機可讀數(shù)據(jù)編程，該計算機可讀數(shù)據(jù)表示可由處理器102執(zhí)行用于執(zhí)行下面描述的方法以及其變體的指令。
[0042]如上所述，圖1僅示出多缸發(fā)動機的一個汽缸，并且每個汽缸可以同樣包括其自己的一組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
[0043]圖2示出發(fā)動機200的示例實施例，該發(fā)動機包括控制器202、可變凸輪正時(VCT)系統(tǒng)232以及具有多個汽缸210的發(fā)動機汽缸體206。發(fā)動機200可以是圖1中描述的發(fā)動機10的一個不例。發(fā)動機200被不出具有進氣歧管266和排氣歧管268,進氣歧管266被配置為供應進氣和/或燃料至汽缸210a-d，排氣歧管268被配置為從汽缸210排出燃燒產(chǎn)物。環(huán)境空氣流可以通過進氣道260進入進氣系統(tǒng)，其中進氣的流動速率和/或壓力可以至少部分地由主節(jié)氣門(未示出)控制。
[0044]發(fā)動機汽缸體206包括多個汽缸210a_d (這里是四個)。在示出的示例中，所有的汽缸在共同的發(fā)動機排中。在可替換的實施例中，汽缸可以在多排之間劃分。例如，汽缸210a-b可以在第一排上，而汽缸210c-d可以在第二排上。汽缸210a_d每個都可以包括火花塞和燃料噴射器，用于直接輸送燃料至燃燒室，如上面圖1所述。此外，汽缸210a-d每個均可以由一個或更多個氣門服務。在本示例中，每個汽缸210a-d包括相應的進氣門212和排氣門222。如下所述，發(fā)動機200進一步包括一個或更多個凸輪軸238、240，其中每個凸輪軸可以被驅(qū)動以操作連接至共同的凸輪軸的多個汽缸的進氣門和/或排氣門。
[0045]每個進氣門212可以在打開位置和關(guān)閉位置之間驅(qū)動，打開位置允許進氣到相應的汽缸中，而關(guān)閉位置基本上阻斷進氣到汽缸中。此外，圖2示出汽缸210a-d的進氣門212可以如何通過共同的進氣凸輪軸238驅(qū)動。進氣凸輪軸238可以包括在進氣門驅(qū)動系統(tǒng)214中。進氣凸輪軸238包括進氣凸輪凸起216，其具有用于打開進氣門212 —段定義進氣持續(xù)時間的升程廓線。在一些實施例中(未示出)，凸輪軸可以包括具有可替換的升程廓線的額外進氣凸輪凸起，所述可替換的升程廓線允許進氣門212打開可替換的升程和/或持續(xù)時間(這里也稱為凸輪廓線變換系統(tǒng))?；陬~外凸輪凸起的升程廓線，可替換的持續(xù)時間可以比進氣凸輪凸起216的定義的進氣持續(xù)時間更長或更短。升程廓線可以影響凸輪升程高度、凸輪持續(xù)時間、打開正時和/或關(guān)閉正時?？刂破髂軌蛲ㄟ^縱向移動進氣凸輪軸238和在凸輪廓線之間切換，從而切換進氣門持續(xù)時間。
[0046]以相同的方式，每個排氣門222在打開位置和關(guān)閉位置之間可驅(qū)動，該打開位置允許排氣從相應的汽缸排出，而該關(guān)閉位置基本上保持氣體在汽缸內(nèi)。此外，圖2示出汽缸210a-d的排氣門222可以如何通過共同的排氣凸輪軸240驅(qū)動。排氣凸輪軸240可以包括在排氣門驅(qū)動系統(tǒng)224中。排氣凸輪軸240包括排氣凸輪凸起226，其具有打開排氣門222一段定義的排氣持續(xù)時間的升程廓線。在一些實施例中(未示出)，凸輪軸可以包括具有可替換的升程廓線的額外排氣凸輪凸起，該可替換的升程廓線允許排氣門222打開可替換的升程和/或持續(xù)時間?；陬~外凸輪凸起的升程廓線，可替換的持續(xù)時間可以比排氣凸輪凸起226的定義的排氣持續(xù)時間更長或更短。升程廓線可以影響凸輪升程高度、凸輪持續(xù)時間、打開正時和/或關(guān)閉正時。控制器能夠通過縱向移動排氣凸輪軸240和在凸輪廓線之間切換，從而切換排氣門持續(xù)時間。
[0047]應該理解，雖然描述的示例示出共同的進氣凸輪軸238連接至每個汽缸210a_d的進氣門，并且共同的排氣凸輪軸240連接至每個汽缸210a-d的排氣門，但是在可替換的實施例中，凸輪軸可以連接至汽缸子組，并且可以存在多個進氣和/或排氣凸輪軸。例如，第一進氣凸輪軸可以連接至汽缸的第一子組的進氣門(例如，連接至汽缸210a-b)，而第二進氣凸輪軸可以連接至汽缸的第二子組的進氣門(例如，連接至汽缸210c-d)。同樣地，第一排氣凸輪軸可以連接至汽缸的第一子組的排氣門(例如，連接至汽缸210a-b)，而第二排氣凸輪軸可以連接至汽缸的第二子組的排氣門(例如，連接至汽缸210c-d)。此外，一個或更多個進氣門和排氣門可以連接至每個凸輪軸。連接至凸輪軸的汽缸子組可以基于它們沿發(fā)動機汽缸體206的位置、它們的點火順序、發(fā)動機配置等。
[0048]進氣門驅(qū)動系統(tǒng)214和排氣門驅(qū)動系統(tǒng)224可以進一步包括推桿、搖臂、挺柱等。這類裝置和特征可以通過將凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為氣門的平移運動，控制進氣門212和排氣門222的驅(qū)動。如先前討論的，氣門也可通過凸輪軸上額外的凸輪凸起廓線被驅(qū)動，其中不同氣門之間的凸輪凸起廓線可以提供不同的凸輪升程高度、凸輪持續(xù)時間和/或凸輪正時。然而，如果需要，可以使用可替換的凸輪軸(頂置和/或推桿)設置。此外，在一些示例中，汽缸210a-d每個可以具有多于一個的排氣門和/或進氣門。在其它示例中，一個或更多個汽缸的每個排氣門222和進氣門212可以通過共同的凸輪軸驅(qū)動。此外，在一些示例中，一些進氣門212和/或排氣門222可以通過它們自己獨立的凸輪軸或其它裝置驅(qū)動。
[0049]發(fā)動機200可以包括可變氣門正時系統(tǒng)，例如可變凸輪正時VCT系統(tǒng)232。VCT系統(tǒng)232可以是雙獨立可變凸輪軸正時系統(tǒng)，用于相互獨立地改變進氣門正時和排氣門正時。VCT系統(tǒng)232包括進氣凸輪軸移相器234和排氣凸輪軸移相器236,進氣凸輪軸移相器234連接至共同的進氣凸輪軸238用于改變進氣門正時，排氣凸輪軸移相器236連接至共同的排氣凸輪軸240用于改變排氣門正時。VCT系統(tǒng)232可以被配置為通過提前或延遲凸輪正時從而提前或延遲氣門正時，并且可以經(jīng)由信號線通過控制器202控制。VCT系統(tǒng)232可以被配置為通過改變曲軸位置和凸輪軸位置之間的關(guān)系，改變氣門打開和關(guān)閉事件的正時。例如，VCT系統(tǒng)232可以被配置為獨立于曲軸使進氣凸輪軸238和/或排氣凸輪軸240旋轉(zhuǎn)，從而導致氣門正時被提前或延遲。在一些實施例中，VCT系統(tǒng)232可以是凸輪扭矩驅(qū)動裝置，其被配置為快速地改變凸輪正時。在一些實施例中，例如進氣門關(guān)閉(IVC)和排氣門關(guān)閉(EVC)的氣門正時可以通過連續(xù)可變的氣門升程(CVVL)裝置改變。
[0050]可變氣門正時系統(tǒng)可以被配置為在第一運行模式期間在第一正時打開第一氣門。當發(fā)動機部件溫度高于閾值時(例如催化轉(zhuǎn)換器)，第一運行模式可發(fā)生。此外，可變氣門正時系統(tǒng)可以被配置為在第二運行模式期間，在比第一正時更早的第二正時打開第一氣門。當部件溫度低于閾值時，第二運行模式可發(fā)生?？商鎿Q地或額外地，可變氣門正時系統(tǒng)可以被配置為在第一運行模式期間打開第一氣門第一持續(xù)時間，并在第二運行模式期間打開第一氣門更短的第二持續(xù)時間。在一個示例中，第一氣門可以是排氣門，且可變氣門正時系統(tǒng)可以被配置為在排氣門的氣門正時之間切換，以便減少排氣門和進氣門之間正的氣門重疊。除了或可替換地調(diào)節(jié)排氣門正時之外，可變氣門正時系統(tǒng)可以被配置為切換進氣門打開和/或關(guān)閉的正時。
[0051]上述的氣門/凸輪控制裝置和系統(tǒng)可以被液壓地驅(qū)動或電動地驅(qū)動，或是它們的組合。在一個示例中，凸輪軸的位置可以通過電子驅(qū)動器的凸輪相位調(diào)節(jié)(例如，電動驅(qū)動的凸輪移相器)改變，該電子驅(qū)動器的保真度具有超過大多數(shù)液壓操作的凸輪移相器的保真度。信號線可以發(fā)送控制信號至VCT系統(tǒng)232，并從VCT系統(tǒng)232接收凸輪正時和/或凸輪選擇測量值。
[0052]在示出的示例中，由于所有汽缸210a_d的進氣門通過共同的進氣凸輪軸驅(qū)動，進氣凸輪軸238的位置改變將影響所有汽缸的進氣門位置和正時。同樣地，由于所有汽缸210a-d的排氣門通過共同的排氣凸輪軸驅(qū)動，排氣凸輪軸240的位置改變將影響所有汽缸的排氣門位置和正時。例如，使第一汽缸210a的(進氣或排氣)氣門正時提前的進氣和/或排氣凸輪軸的位置改變也將使剩余汽缸210b-d的(進氣或排氣)氣門正時同時提前。然而，氣門正時的調(diào)節(jié)可以獨立于剩余汽缸的氣門正時在一個或多個汽缸上執(zhí)行。
[0053]如上所述，圖2示出內(nèi)燃發(fā)動機以及相關(guān)進氣和排氣系統(tǒng)的非限制性示例。應該理解，在一些實施例中，發(fā)動機可以具有更多或更少的燃燒汽缸、控制氣門、節(jié)氣門和壓縮裝置等等。示例發(fā)動機可以具有以“V”型配置設置的汽缸。此外，第一共同的凸輪軸可以控制第一排上的第一組汽缸的氣門，而第二凸輪軸可以控制第二排上的第二組汽缸的氣門。也就是說，凸輪驅(qū)動系統(tǒng)(例如，VCT系統(tǒng))的共同的凸輪軸可以用于控制一組汽缸的氣門操作。
[0054]因此，圖2圖示說明可變氣門正時系統(tǒng)，其可以用于調(diào)節(jié)發(fā)動機的一個或更多個汽缸的進氣門打開、進氣門關(guān)閉、排氣門打開和排氣門關(guān)閉事件。如下面更詳細的描述，氣門正時可以在排氣背壓閥打開或關(guān)閉之前、期間或其后調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)汽缸充氣中存在的稀釋量。在一個示例中，進氣門和排氣門正時可以基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載設置，以便優(yōu)化進氣效率和內(nèi)部EGR (這可以減少發(fā)動機排放物，例如NOx)。響應于排氣背壓閥的關(guān)閉，氣門正時可以被調(diào)節(jié)以減少內(nèi)部EGR，以便保持燃燒穩(wěn)定性。
[0055]在一些實施例中，以上關(guān)于圖1和圖2描述的發(fā)動機系統(tǒng)提供一種系統(tǒng)，其包括:發(fā)動機，所述發(fā)動機包括可變凸輪軸正時系統(tǒng)；催化劑，其位于發(fā)動機排氣裝置中；排氣背壓閥，其位于催化劑下游；以及控制器，其包括指令以便:當催化劑的溫度低于閾值時，關(guān)閉排氣背壓閥；并響應于排氣背壓閥的關(guān)閉，調(diào)節(jié)可變凸輪軸正時系統(tǒng)以減少進氣門和排
氣門重疊。
[0056]控制器可以包括進一步的指令，以便響應于排氣背壓閥的關(guān)閉提前點火正時。系統(tǒng)可以進一步包括EGR系統(tǒng)，從而將排氣引導至發(fā)動機進氣裝置，且控制器可以包括進一步的指令，以便當排氣背壓閥關(guān)閉時，關(guān)閉EGR系統(tǒng)的EGR閥?？刂破骺梢园ㄟM一步的指令，以便如果催化劑的溫度高于閾值，則打開排氣背壓閥。在一個示例中，控制器可以包括指令以調(diào)節(jié)可變凸輪軸正時系統(tǒng)，從而減少正的進氣門和排氣門重疊，并且在另一個示例中，控制器可以包括指令以調(diào)節(jié)可變凸輪軸正時系統(tǒng)，從而減少負的進氣門和排氣門重疊。[0057]在其它實施例中，系統(tǒng)包括:發(fā)動機，其包括可變凸輪軸正時系統(tǒng)；催化劑，其位于發(fā)動機排氣裝置中；排氣背壓閥，其位于催化劑下游；以及控制器，其包括指令以便當催化劑溫度低于閾值時關(guān)閉排氣背壓閥，并響應于排氣背壓閥的關(guān)閉，調(diào)節(jié)可變凸輪軸正時系統(tǒng)，從而減少進氣門和排氣門重疊，并基于曲軸加速度指示排氣背壓閥的退化。
[0058]控制器可包括指令以便當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果曲軸加速度不改變，則指示退化。控制器也可包括進一步的指令，以便響應于排氣背壓閥的關(guān)閉，提前點火正時。該系統(tǒng)可以進一步包括EGR系統(tǒng)以將排氣引導至發(fā)動機進氣裝置，并且控制器可以包括進一步的指令，以便當排氣背壓閥關(guān)閉時，關(guān)閉EGR系統(tǒng)的EGR閥?？刂破骺梢园ㄟM一步的指令，以便如果催化劑的溫度高于閾值，則打開排氣背壓閥?？刂破饕部梢园ㄟM一步的指令，以便當排氣背壓閥打開時，如果曲軸加速度不改變，則指示排氣背壓閥的退化。
[0059]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖3，其示出用于控制排氣背壓閥的方法300。方法300可以根據(jù)存儲在其上的指令，由例如控制器12或控制器202的控制器執(zhí)行。方法300可以響應于發(fā)動機的工況，調(diào)節(jié)例如氣門150的排氣背壓閥的位置，發(fā)動機的工況可以基于來自各種發(fā)動機傳感器的反饋而確定。
[0060]在步驟302處，方法300包括確定部件溫度是否低于閾值。部件溫度可以是位于發(fā)動機排氣裝置中的催化劑70的溫度?？梢员簧叩钠渌考囟劝òl(fā)動機自身，或其它排放控制裝置。閾值溫度可以是催化劑的點火溫度，或發(fā)動機的暖機運行溫度，或發(fā)動機停止啟動可行時的溫度，或其它適當?shù)臏囟取Ｔ谝恍┦纠?，可以基于部件或排氣的實際溫度的監(jiān)測確定部件運行在閾值溫度以下。然而，在其它示例中，可以基于發(fā)動機工況估計部件運行在閾值溫度以下。例如，在發(fā)動機冷啟動期間，可以假設催化劑運行在點火溫度以下。因此，如果發(fā)動機已經(jīng)啟動或?qū)⒁獑?，并且發(fā)動機溫度處于環(huán)境溫度，則可以確定發(fā)動機以冷啟動運行并因此處于低的催化劑溫度。在另一個示例中，例如微粒過濾器的排氣處理裝置可以經(jīng)歷再生事件，其中過濾器的溫度被增加以燃燒掉累積的微粒。因此，如果確定部件將要再生，則可以確定部件低于閾值溫度，從而執(zhí)行再生。
[0061]如果部件溫度不低于閾值，則不指示排氣加熱，且方法300進行到步驟304，從而保持排氣背壓閥(EBV)處于完全打開的位置(其可以是在發(fā)動機啟動時EBV的默認位置)。在步驟306處，當前的點火正時和EGR量可以被保持。當前的點火正時和EGR量可以基于工況，例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載。在步驟308處，可以采用如下進氣門和排氣門正時設置，該進氣門和排氣門正時設置可以被優(yōu)化用于內(nèi)部EGR和扭矩或其它參數(shù)。氣門正時也可以基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載或其它工況被設置。然后方法300返回。
[0062]回到步驟302，如果確定部件運行在閾值溫度以下，則方法300進行到步驟310，以確定大氣壓是否高于閾值。閾值大氣壓可以是這樣的壓力，在所述壓力以下，發(fā)動機在EBV關(guān)閉和延遲點火正時的情況下不能達到期望的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和/或扭矩。例如，如果EBV關(guān)閉并且點火被延遲以加熱催化劑，則發(fā)動機可能無法在驅(qū)動和某些起作用的配件的傳動中實現(xiàn)高怠速。大氣壓可以通過壓力傳感器測量，所述壓力傳感器確定進入發(fā)動機的進氣系統(tǒng)的氣壓。在其它實施例中，大氣壓可以基于發(fā)動機運行所處的海拔相互關(guān)聯(lián)；海拔越低，大氣壓越高。在另一個實施例中，基于節(jié)氣門角度和氣流之間的關(guān)系，或基于當通過節(jié)氣門的壓降很小時在某些條件下的MAP傳感器讀數(shù)，可以推斷大氣壓。在相對低的大氣壓下，質(zhì)量空氣流量可以足夠低，從而基本上限制發(fā)動機性能，特別是在EBV關(guān)閉并且點火延遲的情況下。當發(fā)動機運行在低大氣壓條件下時，如果排氣背壓閥關(guān)閉，則可能發(fā)生性能不良或發(fā)動機熄火或其它問題。因此，如果確定大氣壓不高于閾值，則方法300進行到步驟304，從而保持EBV閥打開，以避免性能不良或發(fā)動機熄火。
[0063]如果確定大氣壓高于閾值，則方法300進行到步驟312，從而確定額外的燃燒因素是否處于適當?shù)乃?。額外的燃燒因素可以包括影響燃燒穩(wěn)定性的因素，包括進氣的濕度、噴射到發(fā)動機的燃料質(zhì)量(例如燃料揮發(fā)性)、環(huán)境溫度、部件溫度、控制器空燃比的自適應學習水平等。如果額外的燃燒因素不處于適當水平，則方法300返回到步驟304，以保持EBV打開。然而，如果額外的燃燒因素處于適當?shù)乃?例如，如果確定發(fā)動機可以在EBV關(guān)閉的情況下實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒)，則方法300進行到步驟314，以確定當前的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩要求是否適于關(guān)閉排氣背壓閥。關(guān)閉EBV減少了到汽缸中的進氣流。例如，如果發(fā)動機以高轉(zhuǎn)速和/或高負載運行，則關(guān)閉EBV可以限制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速或發(fā)動機產(chǎn)生的扭矩。因此，如果當前的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩要求不能在EBV關(guān)閉的情況下傳遞，則方法300返回到步驟304，從而保持EBV打開。
[0064]如果當前的轉(zhuǎn)速和扭矩可以在氣門關(guān)閉的情況下傳遞，則方法300進行到步驟316，從而確定發(fā)動機是否以最小內(nèi)部和外部EGR運行。最小外部EGR可以由EGR閥定義，所述EGR閥控制EGR系統(tǒng)完全關(guān)閉；最小內(nèi)部EGR可以包括進氣門和排氣門正時，其導致盡可能少的排氣殘留被捕集在汽缸中(例如，最小有效氣門重疊)。如果發(fā)動機不以最小EGR運行，則方法300進行到步驟318，以關(guān)閉EGR閥，從而使EGR失效和/或調(diào)節(jié)氣門正時以減少氣門重疊。
[0065]氣門正時可以通過調(diào)節(jié)可變氣門正時系統(tǒng)而調(diào)節(jié)，如以上參考圖2所述。氣門正時的示例調(diào)節(jié)在圖5中圖示說明，圖5示出在多個發(fā)動機運行模式期間對于給定的發(fā)動機汽缸的氣門正時和活塞位置相對于發(fā)動機位置的映射圖500。在標準的發(fā)動機暖機運行期間，發(fā)動機可以被配置為在進氣門和排氣門正時針對當前的工況(如發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載)優(yōu)化的情況下運行。在該運行模式期間，進氣門和排氣門可以在特定的正時打開和關(guān)閉，以便產(chǎn)生氣門重疊。這類氣門重疊可以增加燃燒期間留在汽缸中的排氣量(稱為內(nèi)部EGR)，在一些條件期間提高發(fā)動機效率并減少排放。然而，在第二運行模式期間，例如當催化劑低于點火溫度時，內(nèi)部EGR量可以減少以便保持燃燒穩(wěn)定性，并使排氣背壓閥關(guān)閉，并且點火正時可以延遲或保持延遲，由此加熱催化劑。因此，如果發(fā)動機在第一模式期間以氣門重疊操作，當轉(zhuǎn)換到第二運行模式時，則氣門重疊量可以減少或消除，以減少稀釋汽缸充氣的排氣殘留量。
[0066]圖500圖示說明曲柄角度(CAD)中沿x軸的發(fā)動機位置。曲線508描述活塞位置(沿I軸)相對于它們從上止點(TDC)和/或下止點(BDC)的位置，并進一步相對于發(fā)動機循環(huán)的四個沖程(進氣、壓縮、做功和排氣)內(nèi)它們的位置。如近似正弦的曲線508所指示的，活塞從TDC逐漸向下運動，在做功沖程結(jié)束時在BDC處觸底回升。然后活塞在排氣沖程結(jié)束時，返回頂部，處于TDC處。然后在進氣沖程期間，活塞朝向BDC再次回落，在壓縮沖程結(jié)束時，返回其原先頂點位置，處于TDC處。
[0067]曲線502和504示出在部分負載下正常發(fā)動機運行的第一示例期間，排氣門(虛曲線502)和進氣門(實曲線504)的氣門正時。如圖所示，在做功沖程結(jié)束，接近活塞觸底回升時，排氣門可打開。然后當活塞完成排氣沖程，保持打開至少直到隨后的進氣沖程已經(jīng)開始時，排氣門可以關(guān)閉。以同樣的方式，進氣門可以在進氣沖程開始時或之前打開，并且可以保持打開，至少直到隨后的壓縮沖程已經(jīng)開始。
[0068]由于排氣門關(guān)閉和進氣門打開之間的正時差異，在排氣沖程結(jié)束之前和進氣沖程開始之后的一段短持續(xù)時間，進氣門和排氣門兩個都可以打開。兩個氣門都可以打開的這個時期被稱為正的進氣門與排氣門重疊506(或簡單地稱為氣門重疊)，其用曲線502和504的交叉處的陰影區(qū)表示。在一個示例中，氣門重疊506可以是發(fā)動機的默認的凸輪位置。
[0069]在正常發(fā)動機運行的第二示例中，進氣門和排氣門正時可以被設置為產(chǎn)生一段負的氣門重疊，其中在排氣門完全關(guān)閉時和進氣門開始打開時之間經(jīng)過一段時間。這個負的氣門重疊可以起作用以將殘留的燃燒氣體捕集在汽缸中(因為在活塞已經(jīng)達到TDC之前排氣門關(guān)閉)。此外，通過延遲進氣門打開，直到活塞已經(jīng)開始緊隨TDC下降之后，可以產(chǎn)生真空，因此當進氣門打開時，以更快的速率將進氣吸入汽缸中。
[0070]曲線510和512示出在正常發(fā)動機運行的第二示例期間排氣門(虛曲線510)和進氣門(實曲線512)的氣門正時。如圖所示，在做功沖程結(jié)束時，在活塞觸底回升之前，排氣門可以打開。然后在活塞完成排氣沖程之前，排氣門可以關(guān)閉，在隨后的進氣沖程已開始之前關(guān)閉。以相同的方式，進氣門可以在進氣沖程開始時或之后打開，并且可以保持打開，至少直到隨后的壓縮沖程已開始。
[0071]由于排氣門關(guān)閉和進氣門打開之間的正時差異，結(jié)果，在排氣沖程結(jié)束和進氣沖程開始期間的一段短持續(xù)時間，進氣門和排氣門兩個都可以關(guān)閉。兩個氣門都可以關(guān)閉的這個時期被稱為負的進氣門與排氣門重疊514(或簡單地稱為負的氣門重疊)，其由曲線510和512之間的區(qū)域表示。
[0072]現(xiàn)在參考在催化轉(zhuǎn)換器暖機階段期間發(fā)動機運行的示例，在正常部分負載發(fā)動機運行期間的氣門正時設置可以被調(diào)節(jié)以保持燃燒穩(wěn)定性，和/或在關(guān)閉的排氣背壓閥的情況下使點火正時延遲。為了加熱催化劑，可以關(guān)閉催化劑下游的排氣背壓閥。然而，排氣背壓閥的關(guān)閉增加了捕集在汽缸中的排氣(稀釋)量，由此潛在地使燃燒降級。為了確保在排氣背壓閥關(guān)閉期間的穩(wěn)定燃燒，在燃燒期間在汽缸中存在的排氣量可以通過減少外部EGR(例如，關(guān)閉EGR閥)和減少內(nèi)部EGR兩者而減少。為了減少內(nèi)部EGR，進氣門和/或排氣門正時可以被調(diào)節(jié)。
[0073]曲線516和518示出了發(fā)動機以冷催化劑運行的示例期間，排氣門(虛曲線516)和進氣門(實曲線518)的氣門正時。如圖所示，在做功沖程結(jié)束時，在活塞觸底回升之前，排氣門可以打開。然后當活塞完成排氣沖程時，排氣門可以關(guān)閉，在過渡至隨后的進氣沖程期間關(guān)閉。因此，曲線516示出的排氣門可以在曲線502的排氣門之前但在曲線510的排氣門之后打開。以同樣的方式，進氣門可以在進氣沖程開始時打開，并且可以保持打開，至少直到隨后的壓縮沖程已經(jīng)開始。
[0074]由于排氣門關(guān)閉和進氣門打開的正時，排氣門僅當進氣門打開時關(guān)閉。在這種情況下，由以正的或負的氣門重疊運行引起的汽缸稀釋量可以在打開排氣背壓閥之前減少。
[0075]因此，如圖5所示，如果發(fā)動機初始以正的氣門重疊和打開的排氣背壓閥運行，并且當排氣背壓閥關(guān)閉時過渡到以減少的氣門重疊或無氣門重疊操作，則排氣門可以被調(diào)節(jié)以更早打開和關(guān)閉，并且進氣門可以被調(diào)節(jié)以更晚打開和關(guān)閉。然而，在其它實施例中，僅排氣門的正時可以被調(diào)節(jié)，或僅進氣門的正時可以被調(diào)節(jié)。此外，在另一個實施例中，氣門打開的持續(xù)時間可以被調(diào)節(jié)，而不是調(diào)節(jié)各氣門打開和關(guān)閉的正時。例如，當過渡到以無氣門重疊或減少的氣門重疊運行時，排氣門可以同時打開，但可以打開較短的持續(xù)時間，因此更早關(guān)閉。此外，當排氣背壓閥關(guān)閉時，氣門重疊量可以減少，但不完全消除，或在一些實施例中，氣門重疊量可以增加。
[0076]返回到圖3，在步驟318處關(guān)閉EGR閥和/或調(diào)節(jié)氣門正時之后，方法300進行到步驟320，以關(guān)閉EBV。此外，如果之前在步驟316處確定發(fā)動機已經(jīng)以最小的內(nèi)部和外部EGR運行，則方法300也進行到步驟320以關(guān)閉EBV，因為發(fā)動機以穩(wěn)定的燃燒條件運行。通過關(guān)閉EBV,排氣壓力增加。增加的排氣壓力造成由于打開排氣門期間的排放(blowdown)產(chǎn)生的能量損耗反而移動到EBV (其位于催化劑的下游)。這進而增加通過催化劑的排氣中的能量(例如熱量)。此外，關(guān)閉的EBV和更高的排氣壓力導致更高的排氣密度，這可提高從熱排氣到相對冷的催化劑的熱傳遞，因此也加熱催化劑。在步驟322處，氣門正時可以被用于保持減少的內(nèi)部EGR。這里使用的氣門正時可以是與318處設置的相同的正時，或其可以是最小化內(nèi)部EGR的不同正時。該氣門正時可以不同于EBV打開時采用的氣門正時。
[0077]在步驟324處，如果指示的話，點火正時可以被調(diào)節(jié)。為了在EBV關(guān)閉之后進一步加熱排氣，點火正時可以被延遲。因此，如果燃燒條件足夠穩(wěn)定，則點火正時可以從關(guān)閉EBV之前設置的點火正時延遲，例如從MBT延遲(最佳扭矩的最小點火提前)。然而，如果例如延遲點火正時將降低燃燒穩(wěn)定性，則點火正時可以保持在當前正時，或其可以被提前。此夕卜，如果要求更高的發(fā)動機扭矩和/或RPM，則點火正時可以提前以增加發(fā)動機扭矩和/或RPM。
[0078]在步驟326處，確定部件溫度是否仍低于閾值。如果是的話，則方法300循環(huán)回到步驟320，以保持EBV關(guān)閉，并調(diào)節(jié)任何操作參數(shù)從而保持燃燒穩(wěn)定性。如果部件溫度不再低于閾值，則方法300進行到步驟328以打開EBV并將EGR、氣門正時和點火調(diào)節(jié)回到原始設置，或回到基于當前轉(zhuǎn)速和負載的設置。然后方法300返回。
[0079]因此，在一個實施例中，圖3的方法300提供用于發(fā)動機的方法，其包括:在第一條件期間，以第一較高的點火延遲量和打開的排氣背壓閥運行發(fā)動機；以及在第二條件期間，以第二較低的點火延遲量和關(guān)閉的排氣背壓閥運行發(fā)動機。
[0080]第一條件可以包括高于閾值的催化劑溫度，而第二條件可以包括低于閾值的催化劑溫度。第二條件可以進一步包括穩(wěn)定的燃燒條件。額外地或可替換地，第一條件可以包括在低于閾值的大氣壓下運行，而第二條件可以包括在高于閾值的大氣壓下運行。
[0081]該方法可以進一步包括:在第一條件期間，以第一數(shù)量的進氣門和排氣門重疊運行發(fā)動機；以及在第二條件期間，以第二數(shù)量的進氣門和排氣門重疊運行發(fā)動機。第二數(shù)量的進氣門和排氣門重疊可以包括沒有進氣門和排氣門重疊。該方法也可以進一步包括:在第一條件期間，基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載，調(diào)節(jié)EGR閥以提供所需的EGR量；并在第二條件期間，關(guān)閉EGR閥。
[0082]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖4，其示出用于診斷排氣背壓閥的方法400。方法400可以由控制器12執(zhí)行，以確定排氣背壓系統(tǒng)中是否有任何退化，例如排氣背壓閥150或其驅(qū)動器的排氣泄露或退化。方法400可以與圖3的方法300 —起執(zhí)行，以便在EBV打開或關(guān)閉期間診斷排氣背壓系統(tǒng)。因此，當各種工況被監(jiān)視以確定當EBV關(guān)閉時排氣背壓系統(tǒng)是否退化時，例如，燃燒穩(wěn)定性可以通過調(diào)節(jié)氣門正時、外部EGR、點火正時等保持，如上所解釋。[0083]方法400包括，在步驟402處確定自先前的EBV診斷之后是否已經(jīng)經(jīng)過了時間閾值量。時間閾值量可以是適當?shù)拈g隔，例如20次發(fā)動機啟動，或其可以是發(fā)動機運行時間的實際量，例如10個小時。如果自先前診斷之后沒有經(jīng)過時間閾值量，則方法400進行到步驟404，以保持當前的運行參數(shù)，且方法400返回。
[0084]如果自先前診斷之后已經(jīng)過了時間閾值量，則方法400進行到步驟406，以確定EBV位置是否將要改變。當催化劑溫度低于閾值時，EBV可以關(guān)閉，如上關(guān)于圖3所述，并且一旦催化劑已經(jīng)達到操作溫度，則其可以打開。在氣門關(guān)閉或打開期間，各種發(fā)動機運行參數(shù)可能由于氣門運動而波動。例如，當氣門關(guān)閉時，進入發(fā)動機的質(zhì)量空氣流量可能減少。因此，在EBV運動期間波動的發(fā)動機參數(shù)可以被監(jiān)測以診斷排氣背壓系統(tǒng)的可能退化。此夕卜，當氣門運動時，額外的發(fā)動機運行參數(shù)(例如，內(nèi)部和外部EGR和點火正時)可以被調(diào)節(jié)以保持燃燒穩(wěn)定性，如關(guān)于圖3所解釋。EBV運動可以基于從控制器發(fā)送到EBV的信號被檢測，或其可以基于當前的工況(例如，催化劑溫度低于閾值)被檢測。
[0085]如果EBV位置將要改變，則方法400進行到步驟410，其將在下面更詳細地解釋。如果EBV位置不會改變，則方法400進行到408，以便如果條件有利，則準備打開或關(guān)閉EBV。有利條件包括以上關(guān)于圖3描述的燃燒穩(wěn)定條件，例如低濕度、低效EGR等。準備打開或關(guān)閉氣門可以包括改變發(fā)動機運行參數(shù)，以在氣門運動期間提供燃燒穩(wěn)定性。例如，進氣門和/或排氣門正時可以被調(diào)節(jié)，再循環(huán)到進氣中的EGR量可以被減少，并且點火正時可以被調(diào)節(jié)。然而，如果條件不利于使氣門運動，則方法400可以等待直到氣門響應于工況將要運動時，或者可以等待直到在進行之前，燃燒條件有利于特意地使氣門運動。
[0086]在步驟408處準備使EBV運動之后，或者如果在406處確定EBV位置將要改變，則方法400進行到410，以確定發(fā)動機當前是否怠速運行。如果發(fā)動機怠速運行，則方法400進行到步驟412，以便當EBV位置在怠速發(fā)動機運行時改變時，診斷排氣背壓系統(tǒng)。在怠速運行期間診斷EBV可能涉及監(jiān)測一個或更多個發(fā)動機運行參數(shù)。例如，如步驟414處所指示，在EBV運動期間怠速可以保持在恒定的速度，并且MAP或節(jié)氣門位置的改變可以被監(jiān)測。當EBV打開或關(guān)閉時，如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持恒定，則進氣歧管壓力將改變，從而平衡排氣背壓的改變，并且因此應該觀察到MAP的波動(例如，當EBV關(guān)閉時，MAP可能增加)。此夕卜，當EBV運動時為了保持恒定的發(fā)動機怠速，節(jié)氣門位置將改變從而改變MAP，并平衡由EBV位置改變引起的排氣背壓的改變。例如，當EBV關(guān)閉時，質(zhì)量空氣流量最初可能減少，并且因此節(jié)氣門可以打開從而允許更多的空氣到發(fā)動機中，以保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速。因此，如果沒有觀察到MAP或節(jié)氣門位置的改變，則指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。
[0087]如這里使用，術(shù)語“恒定”、“保持”和“不改變”可以指被監(jiān)測或被控制的運行參數(shù)不變化超過閾值量的操作時期。例如，當保持恒定的發(fā)動機怠速時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以從平均值變化小于例如5%的閾值量。此外，運行參數(shù)可以在特定的持續(xù)時間內(nèi)保持恒定，例如EBV位置改變期間的時間，和緊隨EBV運動的閾值持續(xù)時間，例如兩秒。同樣地，在給定的運行時期中，例如當EBV運動時和緊隨EBV運動的兩秒，如果監(jiān)測的運行參數(shù)沒有從平均值變化超過例如5%的閾值量，則可以確定監(jiān)測的運行參數(shù)沒有響應于EBV的運動而變化。
[0088]在EBV運動期間可以改變的運行參數(shù)的另一個示例是發(fā)動機怠速，如在步驟416處所指示。如果在EBV運動期間MAP或節(jié)氣門位置保持恒定，則當通過發(fā)動機的空氣流改變時，怠速將改變。因此，如果在怠速下EBV運動期間MAP或節(jié)氣門位置保持恒定，如果怠速不改變，則指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。在EBV運動期間可以改變的運行參數(shù)的進一步示例是曲軸加速度，如步驟418處所指示。例如，當EBV氣門運動時，扭矩可能波動；當EBV關(guān)閉時，由于質(zhì)量空氣流量的減少，至少最初扭矩可能下降。扭矩的改變可以基于曲軸加速度的改變而確定(例如基于來自傳感器118的反饋而確定)。此外或可替換地，爆震或熄火或其它燃燒退化可以基于曲軸加速度的改變被檢測，并且如之前所解釋，EBV的運動可能導致燃燒不穩(wěn)定性。因此，如果當EBV運動時曲軸加速度不改變，則可以指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。
[0089]在怠速下EBV運動期間監(jiān)測一個或更多個運行參數(shù)之后，方法400進行到步驟428，這將在下面更詳細地解釋。返回步驟410，如果確定發(fā)動機沒有怠速運行，則方法400進行到步驟420，以在非怠速發(fā)動機轉(zhuǎn)速下EBV運動期間診斷EBV。類似于在怠速下診斷EBV,在非怠速下診斷EBV可以包括監(jiān)測一個或更多個發(fā)動機運行參數(shù)，包括MAP或節(jié)氣門，如步驟422處所指示。在非怠速條件期間(例如，當其中安裝發(fā)動機的車輛移動時)，當EBV運動時，MAF可以保持恒定。為了保持MAF恒定，當EBV運動時，節(jié)氣門位置改變，和/或MAP改變。因此，當在恒定的MAF下EBV打開或關(guān)閉時，如果MAP或節(jié)氣門位置不改變，則可以指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。在另一個示例中，如步驟424處所指示，如果當EBV運動時，MAP或節(jié)氣門位置保持恒定，則發(fā)動機空燃比的改變可以被監(jiān)測。因此，在非怠速發(fā)動機轉(zhuǎn)速下在恒定的MAP或節(jié)氣門位置的情況下，如果當EBV打開或關(guān)閉時空燃比不改變，則指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。如步驟422處所指示的在恒定的MAF監(jiān)測MAP或節(jié)氣門，以及如步驟424處所指示的在恒定的MAP或節(jié)氣門監(jiān)測空燃比，也可以在怠速下執(zhí)行。最后，在步驟426處，曲軸加速度改變可以在非怠速下被監(jiān)測，類似于在步驟418處的曲軸加速度監(jiān)測。
[0090]在步驟420處在非怠速下診斷排氣背壓系統(tǒng)之后，以及在步驟412處在怠速下診斷EBV之后，方法400進行到步驟428，以基于在步驟420處或步驟412處進行的監(jiān)測，確定是否指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。如果指示退化，則方法400進行到步驟430，以調(diào)節(jié)運行參數(shù)和/或采取默認動作。如果排氣背壓系統(tǒng)退化，則當部件溫度低于閾值時，響應于EBV關(guān)閉而被調(diào)節(jié)的額外的運行參數(shù)可以被保持在它們的前EBV運動水平，因為如果退化，EBV不會關(guān)閉。此外，如果EBV由于退化而不能關(guān)閉，則其它的參數(shù)可以被調(diào)節(jié)以加熱催化劑，而不是調(diào)節(jié)EBV位置。響應于排氣背壓系統(tǒng)退化采取的默認動作可以包括通知車輛駕駛員(例如通過使故障指示燈亮燈)和/或設置診斷代碼。然后方法400返回。然而，如果在步驟428處不指示退化，則在步驟432處保持當前的運行參數(shù)，并且方法400返回。保持當前的運行參數(shù)可以包括，如果特意地使EBV運動以執(zhí)行診斷，則從命令位置釋放EBV，并使任何被調(diào)節(jié)的運行參數(shù)回到預診斷水平。
[0091]因此，圖4的方法400基于當EBV運動時可能波動的各種發(fā)動機運行參數(shù)，診斷在EBV運動期間的排氣背壓系統(tǒng)。該診斷可以在每次EBV打開或關(guān)閉時執(zhí)行，或其可以在經(jīng)過時間閾值量之后執(zhí)行。此外，如果已經(jīng)經(jīng)過時間閾值量，且EBV不會改變位置，則可以特意地使EBV運動以執(zhí)行診斷。當EBV關(guān)閉時，嚴格地加熱催化劑或其它發(fā)動機部件，或是執(zhí)行氣門、運行參數(shù)的診斷(例如氣門正時和EGR閥位置)可以相應地被調(diào)節(jié)，從而保持氣門關(guān)閉期間的燃燒穩(wěn)定性。此外，在一些實施例中，排氣背壓系統(tǒng)的退化可以基于位于EBV上游的壓力傳感器而確定。如果壓力傳感器存在于EBV上游，當EBV關(guān)閉時，如果感測的排氣壓力不增加，則可以指示退化。在一些示例中，專用的排氣壓力傳感器可存在以診斷EBV。在其它示例中，可以使用現(xiàn)有的排氣壓力傳感器，例如測量EGR系統(tǒng)中的壓力的傳感器。
[0092]在一個實施例中，這里描述的方法和系統(tǒng)提供用于運行發(fā)動機的方法，其包括:響應于部件溫度關(guān)閉排氣背壓閥；響應于關(guān)閉排氣背壓閥，調(diào)節(jié)進氣門和/或排氣門操作，從而減少汽缸內(nèi)部EGR;并且當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果指定的發(fā)動機運行參數(shù)保持恒定，則指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。如果在給定的運行時期中，指定的發(fā)動機運行參數(shù)沒有變化超過閾值量，則指定的發(fā)動機運行參數(shù)可以保持恒定。在一個示例中，閾值量可以包括5%。在另一個示例中，閾值量可以包括2%，或在另外的示例中，其可以包括10%。給定的運行時期可以包括排氣背壓閥關(guān)閉的持續(xù)時間，和/或可以包括氣門運動停止之后的給定時間段，例如在一個示例中為兩秒，或在另一個示例中為五秒。變化的其它閾值量和給定的運行時期是可能的。
[0093]部件溫度可以包括位于排氣背壓閥上游的排氣后處理裝置的溫度，并且響應于部件溫度關(guān)閉排氣背壓閥可以進一步包括響應于排氣后處理裝置的溫度低于閾值，關(guān)閉排氣背壓閥。
[0094]指示排氣背壓系統(tǒng)的退化可以進一步包括，當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果進氣歧管壓力或節(jié)氣門位置保持恒定，則指示退化。發(fā)動機可以在怠速下運行，并且指示排氣背壓系統(tǒng)的退化可以進一步包括，當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果怠速保持恒定，同時保持恒定的歧管壓力或節(jié)氣門位置，則指示退化。
[0095]指示排氣背壓系統(tǒng)的退化可以進一步包括，當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果發(fā)動機空燃比保持恒定，同時保持恒定的歧管壓力或節(jié)氣門位置，則指示退化。該方法也可以包括，其中指定的運行參數(shù)是曲軸加速度。該方法也可以包括，通過減少進氣門和排氣門重疊，調(diào)節(jié)進氣門和/或排氣門操作，并進一步包括，響應于關(guān)閉排氣背壓閥，提前點火正時。
[0096]在另一個實施例中，用于發(fā)動機的方法包括，在第一條件期間，以第一較高的點火延遲量和打開的排氣背壓閥運行發(fā)動機；以及在第二條件期間，以第二較低的點火延遲量和關(guān)閉的排氣背壓閥運行發(fā)動機，并且當排氣背壓閥關(guān)閉時，基于歧管壓力的變化，指示排氣背壓閥的退化。
[0097]第一條件可以包括在低于第一閾值的大氣壓下運行，而第二條件可以包括在高于第一閾值的大氣壓下和低于第二閾值的催化劑溫度下運行。基于歧管壓力的變化指示排氣背壓系統(tǒng)的退化可以進一步包括保持恒定的質(zhì)量空氣流量，并且如果歧管壓力不改變，則指示退化。
[0098]第二條件可以進一步包括在怠速下運行，并且基于歧管壓力的變化指示排氣背壓系統(tǒng)的退化可以進一步包括保持恒定的怠速，并且如果歧管壓力不改變，則指示退化。
[0099]該方法可以進一步包括:在第一條件期間，以第一數(shù)量的進氣門和排氣門重疊運行發(fā)動機；以及在第二條件期間，以第二數(shù)量的進氣門和排氣門重疊運行發(fā)動機。第二數(shù)量的進氣門和排氣門重疊可以包括沒有進氣門和排氣門重疊。該方法也可以進一步包括，在第一條件期間，基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載，調(diào)節(jié)EGR閥以提供所需的EGR量；并在第二條件期間，關(guān)閉EGR閥。
[0100]圖6是圖示說明根據(jù)本公開實施例的在EBV關(guān)閉期間示例發(fā)動機運行參數(shù)的示圖600。在水平軸上示出了時間，且各相應運行參數(shù)在縱軸上示出。曲線602示出催化劑溫度，曲線604示出EBV位置，曲線606示出點火正時，曲線608示出有效的EGR率，而曲線610示出扭矩。
[0101]參考曲線602，其示出催化劑溫度。在時刻T1之前，催化劑低于閾值操作溫度。時刻！\之后，EBV關(guān)閉，用曲線604示出。因此，催化劑溫度開始增加。一旦催化劑溫度達到操作溫度，在時刻T2，EBV打開。
[0102]點火正時和有效EGR率可以響應于EBV的關(guān)閉而被調(diào)節(jié)。例如，如曲線606所示，當催化劑低于操作溫度時，點火正時可以從MBT延遲，從而產(chǎn)生過量的熱量以加熱催化劑。然而，為了減少當EBV關(guān)閉時可能引起的燃燒不穩(wěn)定性，點火正時可以在時刻T1之后稍微被提前。一旦EBV氣門在時刻T2打開，點火正時可以設置為當前條件的最佳正時，例如MBT。此外，在關(guān)閉EBV之前，有效的EGR率可以減小，如曲線608所示，并且可在EBV關(guān)閉的持續(xù)期間被保持在最小量。有效的EGR率包括從排氣裝置引導到進氣裝置的外部EGR，以及由于進氣門和排氣門正時而被捕集在汽缸中的內(nèi)部EGR。
[0103]最后，在EBV關(guān)閉期間，至少在初始階段，扭矩可波動。如曲線610所示，緊隨在時刻T1時EBV關(guān)閉之后，扭矩開始下降。然而，其它參數(shù)可以被調(diào)節(jié)以補償通過發(fā)動機的減少的空氣流，例如節(jié)氣門位置。因此，在初次下降之后，扭矩可以恢復初始水平。然而，如曲線612所示，如果EBV退化且不關(guān)閉，則扭矩可以保持恒定。
[0104]應該理解，這里公開的配置和方法本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體實施例不被認為具有限制意義，因為許多變化是可能的。例如，上面的技術(shù)可應用于V-6、L-4、L-6、V-12、對置式四缸以及其它發(fā)動機類型。本公開的主題包括這里公開的各種系統(tǒng)和配置以及其它特征、功能和/或?qū)傩缘乃行路f和非易見性的組合和子組合。
[0105]所附權(quán)利要求具體指出被視為新穎和非易見的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可以指“一個”元件或“第一”元件或其等效物。這類權(quán)利要求應該被理解為包括一個或更多個這類元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個或更多個這類元件。所公開的特征、功能、元件和/或?qū)傩缘钠渌M合和子組合可以通過本權(quán)利要求的修改或通過在本應用或相關(guān)應用中提出新權(quán)利要求而要求保護。這類權(quán)利要求，在原權(quán)利要求的范圍上無論更寬、更窄、等同或不同，也被視為包括在本公開的主題之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種運行發(fā)動機的方法，其包括: 響應于部件溫度，關(guān)閉排氣背壓閥； 響應于關(guān)閉所述排氣背壓閥，調(diào)節(jié)進氣門和/或排氣門操作，以減少汽缸內(nèi)部排氣再循環(huán)即EGR;以及 當排氣背壓閥關(guān)閉時，如果指定的發(fā)動機運行參數(shù)保持恒定，則指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述部件溫度包括位于所述排氣背壓閥上游的排氣后處理裝置的溫度，并且其中響應于所述部件溫度關(guān)閉所述排氣背壓閥進一步包括，響應于所述排氣后處理裝置的溫度低于閾值，關(guān)閉所述排氣背壓閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中指示所述排氣背壓系統(tǒng)的退化進一步包括，當所述排氣背壓閥關(guān)閉時，如果進氣歧管壓力或節(jié)氣門位置保持恒定，則指示所述退化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)動機在怠速下運行，并且其中指示所述排氣背壓系統(tǒng)的退化進一步包括，當所述排氣背壓閥關(guān)閉時，如果所述怠速保持恒定，同時保持恒定的歧管壓力或節(jié)氣門位置，則指示所述退化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中指示所述排氣背壓系統(tǒng)的退化進一步包括，當所述排氣背壓閥關(guān)閉時，如果發(fā)動機空燃比保持恒定，同時保持恒定的歧管壓力或節(jié)氣門位置，則指示所述退化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述指定的運行參數(shù)是曲軸加速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)進氣門和/或排氣門操作包括減少進氣門和排氣門重疊。
8.一種用于發(fā)動機的方法，其包括: 在第一條件期間，以第一較高的點火延遲量和打開的排氣背壓閥運行發(fā)動機；以及 在第二條件期間， 以第二較低的點火延遲量和關(guān)閉的排氣背壓閥運行發(fā)動機；以及 當所述排氣背壓閥關(guān)閉時，基于進氣歧管壓力的變化，指示排氣背壓系統(tǒng)的退化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一條件包括在低于第一閾值的大氣壓下運行，并且其中所述第二條件包括在高于所述第一閾值的大氣壓下和低于第二閾值的催化劑溫度下運行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中基于歧管壓力的所述變化指示所述排氣背壓系統(tǒng)的退化進一步包括，保持恒定的質(zhì)量空氣流量，并且如果所述進氣歧管壓力不改變，則指示退化。
【文檔編號】F02D13/02GK103670727SQ201310388655
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月10日
【發(fā)明者】T·G·里昂, P·C·莫伊萊寧 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司