用于發(fā)動機溫度控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于發(fā)動機溫度控制的方法和系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年10月22日提交的標(biāo)題為“用于發(fā)動機溫度控制的方法和系統(tǒng)(METHOD AND SYSTEM FOR ENGINE TEMPERATURE CONTROL) ” 的美國臨時專利申請?zhí)?2/067，354的優(yōu)先權(quán)，為了所有目的，其整個內(nèi)容通過引用被并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請涉及用于維持發(fā)動機溫度和/或排氣催化劑溫度以控制來自被配置為執(zhí)行跳躍點火燃燒的發(fā)動機系統(tǒng)的微粒物質(zhì)排放的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]在發(fā)動機冷啟動之后，排氣排放和燃料消耗趨向于更高。這是因為冷的燃燒表面導(dǎo)致差的燃料蒸發(fā)，從而導(dǎo)致燃料膜即使在燃燒事件已經(jīng)發(fā)生之后也存在于燃燒表面上。在膜上面的濃燃料區(qū)域和在火焰已經(jīng)消散之后從該膜上蒸發(fā)的燃料會導(dǎo)致增加的碳?xì)浠衔锖臀⒘Ｎ镔|(zhì)(PM)排放。此外，冷的發(fā)動機機油導(dǎo)致增加的摩擦損失。
[0005]近年來，火花點火式燃燒發(fā)動機已經(jīng)被配置為在可變數(shù)量的激活的或被停用的汽缸的情況下運轉(zhuǎn)以增加燃料經(jīng)濟(jì)性，同時任選地將總排氣混合物空燃比維持在化學(xué)計量比附近。這樣的發(fā)動機能夠通過以索引的汽缸點火模式(也被稱為“跳躍點火”模式)跳躍到某些汽缸的燃料的輸送來改變發(fā)動機的有效排量。例如，如由Tripath等人在US8，651，091中示出的，發(fā)動機燃料控制器可以使哪些特定汽缸被供給燃料、哪些汽缸被跳過以及該模式針對多少汽缸事件被繼續(xù)而連續(xù)輪換。此外，每個汽缸的個別氣門機構(gòu)可以被選擇性地停用。通過跳躍到所選的汽缸的燃料輸送，激活的汽缸能夠接近其最佳效率運轉(zhuǎn)，從而增加發(fā)動機的總運轉(zhuǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識到被選擇性停用的汽缸的可單獨控制的氣門可以被用來改善在驅(qū)動循環(huán)期間汽缸升溫的速率。具體地，由于發(fā)動機負(fù)荷在下一個循環(huán)將不被點火的汽缸的氣門運轉(zhuǎn)可以被控制以將熱排氣保持在汽缸中，由此更快地加熱燃燒室表面。在一個示例中，上述問題中的一些可以通過一種在汽缸停用期間增加發(fā)動機升溫的速率的方法來解決，該方法包含:選擇用于停用的汽缸；以及在停用立即之前的燃燒循環(huán)，在汽缸的排氣沖程期間維持所選的汽缸的排氣門被關(guān)閉。以此方式，快速響應(yīng)的個別汽缸氣門機構(gòu)能夠被用來增加燃燒表面溫度。
[0007]作為一示例，響應(yīng)于發(fā)動機負(fù)荷的下降，發(fā)動機控制器可以選擇用于選擇性停用的機構(gòu)的個別汽缸的汽缸模式。其中，控制器可以選擇要被停用的汽缸的數(shù)目和標(biāo)識。被選擇用于停用并且在下一個發(fā)動機循環(huán)將不被點火的汽缸可以具有在停用立即之前的點火循環(huán)的排氣沖程期間被保持關(guān)閉的其排氣門。具體地，代替排出燃燒過的氣體，通過不打開排氣門而將熱氣體保持在汽缸中。排氣然后被保持在汽缸中，而該汽缸在下一個循環(huán)被停用。
[0008]以此方式，通過在下一個循環(huán)將熱排氣保持在汽缸中，燃燒室表面被更快地加熱。因而，整個發(fā)動機也被更快地加熱。另外，將燃燒過的氣體保持在被停用的汽缸中更長時間改善保持在燃燒室中的碳?xì)浠衔锏睦^續(xù)氧化，從而導(dǎo)致針對該循環(huán)的改善的排放?？偟膩碚f，發(fā)動機性能得以改善。
[0009]其他氣門運轉(zhuǎn)仍然可以在各種組合中被用來改善發(fā)動機加熱，并且允許加快的催化劑升溫。例如，有待被停用的汽缸可以在停用之前的發(fā)動機循環(huán)被正常地點火并且被正常地排氣。可替代地，汽缸可以被配置為吸入空氣但不吸入燃料，并排出新鮮充氣。在又一示例中，汽缸可以吸入空氣并點火，但不排氣。通過決定吸入并經(jīng)過空氣，被排出的空氣能夠與來自稍微濃運行的其他汽缸的排氣混合，以在排氣催化劑處提供燃料和空氣。燃料與空氣在排氣催化劑處的反應(yīng)產(chǎn)生導(dǎo)致快速的催化劑起燃的熱。其他替代可以包括在吸氣或壓縮沖程吸入空氣并供給燃料但不發(fā)火，以向催化劑提供燃料空氣混合物。此外，空氣可以被吸入汽缸、被壓縮，但不被供給燃料，直至排氣沖程，即，作為后噴射。該后者的方法還可以包括接近排氣沖程的發(fā)火和到排氣階段內(nèi)的燃燒，以為排氣催化劑提供熱通量。以此方式，點火、不點火、在后噴射期間的點火、在一些汽缸中的濃運行同時利用其他汽缸栗送空氣等的各種組合可以在各種組合中被使用，同時以這樣的方式將已知的扭矩脈沖引入發(fā)動機系統(tǒng)內(nèi)，以便提供可接受的NVH特性。此外，已經(jīng)正常燃燒的汽缸(激活的汽缸)可以在更高的負(fù)荷下運轉(zhuǎn)，從而使它們更穩(wěn)定并且更容許額外的花火延遲。額外的火花延遲可以在這些狀況下被有利地用來向發(fā)動機和排氣催化劑增添更多的熱通量。
[0010]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述是為了以簡化的形式介紹一些概念，這些概念在【具體實施方式】中被進(jìn)一步描述。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍被隨附于【具體實施方式】的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0011 ] 圖1示出發(fā)動機系統(tǒng)布局的示例實施例。
[0012]圖2不出部分的發(fā)動機視圖。
[0013]圖3示出用于在汽缸停用期間和之前調(diào)整汽缸氣門運轉(zhuǎn)以加快發(fā)動機加熱的高級別流程圖。
[0014]圖4示出在轉(zhuǎn)變?yōu)樘S點火運轉(zhuǎn)模式期間以減少PM排放的示例汽缸氣門調(diào)整。
【具體實施方式】
[0015]提供了用于當(dāng)使被配置為用于選擇性汽缸停用(在本文中也稱為跳躍點火運轉(zhuǎn))的發(fā)動機(諸如圖1-2的發(fā)動機系統(tǒng))運轉(zhuǎn)時調(diào)整汽缸氣門廓線的方法和系統(tǒng)?？刂破骺梢哉{(diào)整被選擇用于選擇性停用的汽缸的排氣門的運轉(zhuǎn)。例如，控制器可以執(zhí)行程序(諸如圖3的示例程序)來保持在隨后的發(fā)動機循環(huán)有待被停用的汽缸的排氣門關(guān)閉。通過在停用期間將熱排氣保持在汽缸中，壓縮表面溫度能夠被升高，從而加快發(fā)動機加熱。參考圖4示出示例調(diào)整。以此方式，可以減少來自冷汽缸的微粒物質(zhì)排放。
[0016]圖1示出具有第一汽缸組15a和第二汽缸組15b的示例發(fā)動機10。在所描述的示例中，發(fā)動機10是帶有第一和第二汽缸組的V8發(fā)動機，每個汽缸組具有四個汽缸。發(fā)動機10具有帶有節(jié)氣門20的進(jìn)氣歧管16和耦接至排放控制系統(tǒng)30的排氣歧管18。排放控制系統(tǒng)30包括諸如關(guān)于圖2描述的一個或更多個催化劑和空燃比傳感器。作為一個非限制性示例，發(fā)動機10能夠被包括作為用于客車的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。
[0017]發(fā)動機系統(tǒng)10可以具有帶有可選擇性停用的進(jìn)氣門50和可選擇性停用的排氣門56的汽缸14。在一個示例中，進(jìn)氣門50和排氣門56被配置為用于經(jīng)由電子的個別汽缸氣門致動器的電子氣門致動(EVA)。雖然所描述的示例示出了每個汽缸具有單個進(jìn)氣門和單個排氣門，但是在替代示例中，如在圖2處所詳細(xì)描述的，每個汽缸可以具有多個可選擇性停用的進(jìn)氣門和/或多個可選擇性停用的排氣門。
[0018]在所選的狀況期間，諸如當(dāng)不需要發(fā)動機的全部扭矩能力時，發(fā)動機10的一個或更多個汽缸可以被選擇用于選擇性停用(在本文中也被稱為個別汽缸停用)。這可以包括選擇性地停用僅第一汽缸組15a上的一個或更多個汽缸、僅第二汽缸組15b上的一個或更多個汽缸、或第一和第二汽缸組中的每個汽缸組上的一個或更多個汽缸。每個汽缸組上的被停用的汽缸的數(shù)目和標(biāo)識可以是對稱的或不對稱的。
[0019]在停用期間，所選的汽缸可以通過關(guān)閉個別汽缸氣門機構(gòu)(諸如進(jìn)氣門機構(gòu)、排氣門機構(gòu)、或兩者的組合)來停用。汽缸氣門可以經(jīng)由液壓致動的挺柱(例如，耦接至氣門推桿的挺柱)、經(jīng)由不具有升程的凸輪凸角用于被停用的氣門的凸輪廓線變換機構(gòu)、或經(jīng)由耦接至每個汽缸的電動致動的汽缸氣門機構(gòu)而被選擇性地停用。此外，到被停用的汽缸的燃料流和火花可以諸如通過停用汽缸燃料噴射器來停止。
[0020]在一些示例中，發(fā)動機系統(tǒng)10可以具有可選擇性停用的(直接的)燃料噴射器，并且所選的汽缸可以通過切斷相應(yīng)的燃料噴射器同時維持進(jìn)氣和排氣門的運轉(zhuǎn)來停用，使得空氣可以繼續(xù)被栗送通過汽缸。
[0021 ] 雖然所選的汽缸被禁用，但是其余啟用的或激活的汽缸繼續(xù)在燃料噴射器和汽缸氣門機構(gòu)激活和運轉(zhuǎn)的情況下執(zhí)行燃燒。為了滿足扭矩要求，發(fā)動機在激活的汽缸上產(chǎn)生相同量的扭矩。這需要更高的歧管壓力，從而導(dǎo)致更低的栗送損失和增加的發(fā)動機效率。而且，暴露于燃燒的(來自僅被啟用的汽缸的)更低有效的表面積減少發(fā)動機熱損失，從而改善發(fā)動機的熱效率。
[0022]汽缸可以被停用，以基于指定的控制算法提供特定的點火(或跳躍點火)模式。更具體地，所選的“跳躍的”工作循環(huán)不被點火，而其他“激活的”工作循環(huán)被點火。可選地，與所選的工作室的所選的點火相關(guān)聯(lián)的火花正時也可以基于所選的工作室的點火順序或點火歷史來調(diào)整。發(fā)動機控制器12可以被配置為具有如下所述的用于基于發(fā)動機工況確定汽缸停用(或跳躍點火)模式的合適邏輯。
[0023]發(fā)動機10可以以可以經(jīng)由燃料系統(tǒng)8輸送的多種物質(zhì)運轉(zhuǎn)。發(fā)動機10可以由包括控制器12的控制系統(tǒng)至少部分地控制?？刂破?2可以接收來自耦接至發(fā)動機10(并且參照圖2描述)的傳感器17的各種信號，并且向耦接至發(fā)動機和/或車輛(并且參照圖2描述)的各種致動器81發(fā)送控制信號。各種傳感器可以包括例如各種溫度、壓力和空燃比傳感器。
[0024]發(fā)動機控制器可以包括用于基于在當(dāng)前的發(fā)動機工況下的期望的發(fā)動機輸出確定汽缸模式的驅(qū)動脈沖產(chǎn)生器和順序器。例如，驅(qū)動脈沖產(chǎn)生器可以使用自適應(yīng)預(yù)測性控制來動態(tài)地計算指示哪些汽缸要被點火并且以什么間隔來獲得期望的輸出(即，汽缸點火/跳躍點火模式)的驅(qū)動脈沖信號。汽缸點火模式可以被調(diào)整，以提供期望的輸出而不在發(fā)動機內(nèi)產(chǎn)生過度或不適當(dāng)?shù)恼駝印Ｒ虼?，汽缸模式可以基于發(fā)動機的構(gòu)造(諸如基于發(fā)動機是否為V-發(fā)動機、直列式發(fā)動機，存在于發(fā)動機中的發(fā)動機汽缸的數(shù)量等)來選擇?；谒x的汽缸模式，所選的汽缸的個別汽缸氣門機構(gòu)可以被關(guān)閉，同時到該汽缸的燃料流和火花被停止。
[0025]由于給定汽缸的最佳效率是幾乎全部的輸出，因此可以選擇更低頻率的點火事件以減少輸出。例如，平均起來，跳躍每一個其他汽缸將產(chǎn)生一半的功率。盡可能均勻地間隔開點火事件趨向于最小化由于變化的扭矩輸出而引起的振動。不論所有汽缸是否都被包括，跳躍點火模式都可以取決于期望的輸出部分、包括汽缸溫度的其他考慮。
[0026]以此方式，通過調(diào)整個別汽缸氣門機構(gòu)和個別汽缸燃料噴射器的汽缸模式，期望的發(fā)動機輸出能夠通過使更少的汽缸更有效率地運轉(zhuǎn)來提供，由此改善燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0027]圖2描述了內(nèi)燃發(fā)動機10的燃燒室或汽缸的示例實施例。發(fā)動機10可以接收來自包括控制器12的控制系統(tǒng)的控制參數(shù)和經(jīng)由輸入