專利名稱：一種發(fā)動機控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及一種內(nèi)燃發(fā)動機的運行方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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發(fā)明內(nèi)容
排氣系統(tǒng)催化轉(zhuǎn)化器起燃/活化前發(fā)動機排出的冷啟動排放物在總排氣排放中 可占很大百分比。為迅速達到催化劑起燃溫度，已開發(fā)了可以包括熱反應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)動機系 統(tǒng)，例如端口電熱反應(yīng)空氣系統(tǒng)(PETA)。該熱反應(yīng)系統(tǒng)可配置為注入二次空氣至排氣歧管 內(nèi)，從而點燃殘留于排氣中的未燃燃料。附加或可選地，注入的二次空氣可補充追加燃料， 以大幅增加排氣溫度，從而減少起燃時間。Busch的美國專利第7，231，760號提供了該發(fā)動機系統(tǒng)的一個示例。其中，排氣渦 輪增壓器的壓縮機不僅用于增壓發(fā)動機，也用于壓縮二次空氣。另外，可提供二次泵壓縮二 次空氣。這二種不同的壓縮過程使用兩個不同氣流通道分離，每個氣流通道旁通發(fā)動機的 氣缸。但本文發(fā)明人已認識到該方法的幾個潛在問題。例如，該方法需要使用二次泵、二 次氣流通道、二次管道以及各種止回閥，以便使二次空氣傳輸至排氣歧管，同時旁通發(fā)動機 氣缸。這樣，會大量增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。因此，在一個示例中，通過一種包括進氣和排氣的車輛發(fā)動機的運行方法解決了 上述問題，該發(fā)動機進一步包括配置為可向發(fā)動機進氣提供增壓空氣的增壓裝置，該方法 包括，在發(fā)動機冷啟動期間，進氣和排氣閥正重疊運行發(fā)動機，至少部分經(jīng)馬達驅(qū)動增壓裝 置的壓縮機，以產(chǎn)生通過發(fā)動機氣缸進入發(fā)動機排氣的直吹空氣流，并使排氣中的還原劑 和直吹空氣流發(fā)生放熱反應(yīng)。通過引導(dǎo)氣流通過氣缸，可以避免和/或減少用于旁通氣缸的附加部件。但是，在 另一示例中，這些附加部件也可與上述方法結(jié)合使用，以根據(jù)需要進一步提供氣流至排氣。在一個特定示例中，車輛發(fā)動機可包括配置有電動馬達的增壓裝置。發(fā)動機冷啟 動期間，例如達到催化劑起燃溫度前，該增壓裝置(如渦輪增壓器)的壓縮機可至少部分由 電動馬達驅(qū)動，以使新鮮直吹空氣流經(jīng)發(fā)動機氣缸被噴射到排氣歧管內(nèi)，如進氣和排氣閥 正重疊期間。這樣，直吹空氣流的注入可以緊隨氣缸燃燒事件發(fā)生，在此產(chǎn)生燃燒氣體并排 放至排氣歧管。通過經(jīng)氣缸引導(dǎo)空氣，排氣沖程結(jié)束時(或下一進氣沖程開始時)新鮮的 直吹空氣流可隨燃燒的排氣進入排氣歧管。接著，通過混合燃燒排氣和直吹空氣流可在排 氣歧管內(nèi)產(chǎn)生排氣混合物。通過改變產(chǎn)生且與燃燒氣體混合于排氣混合物中的直吹空氣流 的量，可以保持排氣混合物的總空燃比為所需空燃比(例如，接近理論化學計量比)。另外， 燃燒氣體的富集度可被調(diào)整。例如，通過增加與直吹空氣流混合的燃燒氣體的富集度，可產(chǎn) 生理論化學計量比的排氣混合物。在另一示例中，通過增加與偏富的(rich-biased)燃燒 氣體的直吹空氣流量，可產(chǎn)生理論化學計量比的排氣混合物。為進一步加速催化劑起燃，還原劑可與排氣中的直吹空氣流發(fā)生放熱反應(yīng)。在一 個示例中，還原劑可為未燃燃料。另一個示例中，還原劑可為已燃燃料的燃燒產(chǎn)物，如短鏈 碳氫化合物(HC)或一氧化碳(CO)。在一個示例中，排氣富燃時可產(chǎn)生還原劑，燃燒后注入直吹空氣流。在另一個示例中，氣缸內(nèi)燃燒事件后，在排氣沖程期間延遲注入氣缸可產(chǎn)生還 原劑。例如，延遲噴射可至少部分在閥重疊時進行。這樣，通過提供富氧空氣源(如新鮮的直吹空氣流)至排氣歧管(其中存在未燃 燃料或其它還原劑)，可迅速燃燒或發(fā)生放熱反應(yīng)，從而提高排氣溫度及催化劑溫度。通過 迅速提高催化劑溫度，可減少催化劑起燃時間，并可提高排放質(zhì)量。應(yīng)理解，上述發(fā)明內(nèi)容是為簡單介紹下文詳細說明中將進一步敘述的原理片段。 上述內(nèi)容并不是要確定所述主題的關(guān)鍵或基本特征，該主題的范圍僅由詳細說明所附權(quán)利 要求界定。另外，權(quán)利要求的主題不限于解決上述或本公開所述缺點的實施方式。


圖1示出了包括發(fā)動機及其相關(guān)排氣后處理系統(tǒng)的車輛系統(tǒng)的示意圖。圖2示出了發(fā)動機局部視圖。圖3示出了繪出發(fā)動機進氣和排氣閥正重疊的映射圖。圖4-5示出了為迅速達到催化劑起燃溫度可實施的過程的高水平流程圖。
具體實施例方式下述說明涉及減少連接至車輛發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)內(nèi)達到催化劑起燃溫度 所需時間量的系統(tǒng)和方法，如圖1-2所示。通過在閥正重疊期間經(jīng)發(fā)動機氣缸供應(yīng)增壓充 氣(如圖3所示)，并使得增壓充氣與還原劑結(jié)合，從而可以在發(fā)動機排氣內(nèi)產(chǎn)生放熱反應(yīng)， 以大幅提高排氣溫度。發(fā)動機控制器可配置為在發(fā)動機冷啟動期間執(zhí)行控制過程，如圖4-5 所示，通過驅(qū)動發(fā)動機增壓裝置(如渦輪增壓器)產(chǎn)生流經(jīng)氣缸的直吹空氣流?？刂破骺?進一步向增壓充氣補充附加還原劑，如附加未燃燃料，以在排氣歧管內(nèi)進行放熱反應(yīng)。通過 提高排氣溫度并加速達到催化劑起燃溫度，可大幅提高車輛冷啟動的排放質(zhì)量。圖1示出了車輛系統(tǒng)6的示意圖。車輛系統(tǒng)6包括連接至排氣后處理系統(tǒng)22的 發(fā)動機系統(tǒng)8。發(fā)動機系統(tǒng)8可包括具有多個氣缸30的發(fā)動機10。發(fā)動機10包括發(fā)動機 進氣23和發(fā)動機排氣25。發(fā)動機進氣23包括經(jīng)進氣通道42流體連接至發(fā)動機進氣歧管 44的節(jié)流閥62。發(fā)動機排氣25包括排氣歧管48，該排氣歧管48最終通向?qū)⑴艢鈱?dǎo)入大氣 的排氣通道35。節(jié)流閥62可位于例如渦輪增壓器50或增壓器的增壓裝置下游的進氣通道 42內(nèi)。渦輪增壓器50可包括位于進氣通道42和進氣歧管44之間的壓縮機52。壓縮機52 可至少部分由位于排氣歧管48和排氣通道35之間的排氣渦輪機54提供動力。壓縮機52 可經(jīng)軸桿56連接至排氣渦輪機54。壓縮機52也可至少部分地由電動馬達58提供動力。 在所示示例中，所示電動馬達58連接至軸桿56。但也可使用電動馬達的其它適當結(jié)構(gòu)。在 一個示例中，當電池電量高于電量閾值時，電動馬達58可通過系統(tǒng)電池(未示出)存儲的 電能運行。例如，發(fā)動機啟動時，通過使用電動馬達58運行渦輪增壓器50，可以提供電力增 壓(e-boost)以向進氣充氣。這樣，電動馬達可為增壓裝置的運行提供馬達輔助。這樣，一 旦發(fā)動機已運行足夠的時間量(如閾值時間)，則排氣歧管內(nèi)產(chǎn)生的排氣可開始驅(qū)動排氣 渦輪機54。因此，可減少電動馬達的馬達輔助。即，在渦輪增壓器運行期間，可響應(yīng)于排氣 渦輪機的運行來調(diào)整電動馬達52提供的馬達輔助。發(fā)動機排氣25可沿排氣通道35連接至排氣后處理系統(tǒng)22。排氣后處理系統(tǒng)22可包括一個或多個排放控制裝置70，所述排放控制裝置70可在緊密連接位置安裝于排氣 通道35內(nèi)。一個或多個排放控制裝置可包括三元催化劑、貧氮氧化物(NOx)過濾器、選擇 性催化還原(SCR)催化劑等。催化劑可使排氣中產(chǎn)生的如氮氧化物(NOx)、未燃碳氫化合 物、一氧化碳等有毒燃燒副產(chǎn)品在排入大氣前被催化轉(zhuǎn)化為低毒性產(chǎn)品。但是，催化劑的催 化效率可受排氣溫度的較大影響。例如，還原氮氧化物(NOx)比氧化一氧化碳要求的溫度 更高。溫度較低時可能發(fā)生不需要的副反應(yīng)，如產(chǎn)生氨和氧化亞氮(N2O),這可對排氣處理 的效率產(chǎn)生不利影響，并降低排氣的排放質(zhì)量。因此，排氣的催化處理可延遲至催化劑已達 到起燃溫度。另外，為提高排氣后處理的效率，加速達到催化劑起燃溫度是較為理想的。如 本文參照圖4-5進一步詳細所述，發(fā)動機控制器可配置為在發(fā)動機冷啟動期間經(jīng)氣缸注入 直吹空氣流至排氣后處理系統(tǒng)，從而減少起燃時間。進氣和排氣閥正重疊期間(如圖3所 示)，空氣流可使排氣歧管內(nèi)新鮮直吹空氣流與燃燒排氣混合，并產(chǎn)生排氣混合物。直吹空 氣流可為催化劑的氧化反應(yīng)提供附加氧氣。另外，空氣流可預(yù)清潔冷發(fā)動機內(nèi)的過富排氣， 并有助于催化轉(zhuǎn)化器迅速達到運行溫度。排氣后處理系統(tǒng)22也可包括碳氫化合物保留裝置、顆粒物質(zhì)保留裝置及其它適 當排氣后處理裝置(未示出)。應(yīng)理解，發(fā)動機中可具有各種閥和傳感器等其它部件，如圖 2所示發(fā)動機示例進一步詳示。車輛系統(tǒng)6可進一步包括控制系統(tǒng)14。所示控制系統(tǒng)14從多個傳感器16 (各示 例見本文所述)接收信息，并發(fā)送控制信號至多個致動器81 (各示例見本文所述)。在一個 示例中，傳感器16可包括排氣傳感器126 (位于排氣歧管48內(nèi))、溫度傳感器128和壓力傳 感器129(位于排放控制裝置70下游)。例如壓力、溫度、空燃比和成分傳感器等其它傳感 器可連接至車輛系統(tǒng)6內(nèi)不同位置，如下文更詳細所述。另一示例中，致動器可包括燃料噴 射器(未示出)、各種閥、泵58和節(jié)流閥62?？刂葡到y(tǒng)14可包括控制器12?？刂破骺苫?其內(nèi)的編程指令或編碼，相應(yīng)于一個或多個過程，從多個傳感器接收輸入數(shù)據(jù)、處理輸入數(shù) 據(jù)、并響應(yīng)于被處理的輸入數(shù)據(jù)來觸發(fā)致動器。本文參照圖4-5說明了示例性控制過程。圖2示出了內(nèi)燃發(fā)動機10的燃燒室或氣缸的示例性實施例。發(fā)動機10可至少部 分由包括控制器12的控制系統(tǒng)和經(jīng)輸入裝置132來自車輛操作人員130的輸入來控制。在 此示例中，輸入裝置132包括油門踏板和產(chǎn)生比例踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。 發(fā)動機10的氣缸(即燃燒室)30可包括燃燒室壁136，且活塞138定位于該燃燒室壁內(nèi)。 活塞138可連接至曲軸140，使得活塞的往復(fù)運動被轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸140可經(jīng) 傳動系統(tǒng)連接至乘用車輛的至少一個主動輪。另外，啟動器馬達可經(jīng)飛輪連接至曲軸140， 以使發(fā)動機10啟動運行。氣缸30可經(jīng)一系列進氣通道142、144和146接收進氣。除氣缸30外，進氣通道 146可與發(fā)動機10的其它氣缸連通。在一些實施例中，一個或多個進氣通道可包括例如渦 輪增壓器或增壓器等增壓裝置。例如，圖2示出了配置有渦輪增壓器的發(fā)動機10，該發(fā)動機 10包括位于進氣通道142和144之間的壓縮機52以及沿排氣通道148設(shè)置的排氣渦輪機 54。壓縮機52可至少部分地由排氣渦輪機54經(jīng)軸桿56提供動力。但在其它示例中，如發(fā) 動機10配有增壓器的示例中，可選擇性地省去排氣渦輪機54，其中壓縮機52可由來自馬達 或發(fā)動機的機械輸入提供動力。另外，軸桿56可連接至電動馬達(如圖1所示)，以根據(jù)需 要提供電增壓?？裳匕l(fā)動機的進氣通道提供包括節(jié)流板164的節(jié)流閥62，以改變提供至發(fā)
6動機氣缸的進氣的流速和/或壓力。例如，節(jié)流閥62可位于壓縮機52下游，如圖2所示， 或可替換地位于壓縮機52上游。排氣通道148可從除氣缸14外的發(fā)動機10的其它氣缸接收排氣。所示排氣傳 感器128連接至排放控制裝置70上游的排氣通道148。傳感器128可以是提供排氣空燃 比指示的任何適當傳感器，如線性氧傳感器或UEGO (寬域排氣氧傳感器)、雙態(tài)氧傳感器或 EGO (排氣氧傳感器，如所示)、HEG0 (加熱型氧傳感器)、氮氧化物(NOx)、碳化氫(HC)或一 氧化碳(CO)傳感器。排放控制裝置70可為三元催化劑(TWC)、氮氧化物(NOx)捕集器、各 種其它排放控制裝置或其組合。發(fā)動機10的各氣缸可包括一個或多個進氣閥及一個或多個排氣閥。例如，所示氣 缸30包括位于氣缸30上部區(qū)域的至少一個進氣提升閥150和至少一排氣提升閥156。在 一些實施例中，發(fā)動機10的各氣缸，包括氣缸30，可包括位于氣缸上部區(qū)域的至少二個進 氣提升閥和至少二個排氣提升閥。進氣閥150可由控制器12經(jīng)致動器152控制。同樣，排氣閥156可由控制器12 經(jīng)致動器154控制。在一些情況下，控制器12可改變提供至致動器152和154的信號，以 控制相應(yīng)進氣閥和排氣閥的打開與關(guān)閉。進氣閥150和排氣閥156的位置可由相應(yīng)的閥位 傳感器(未示出)確定。閥致動器可為電動閥致動型或凸輪致動型或其組合。進氣和排氣 閥正時可被同時控制，或可使用任何可能的可變進氣凸輪正時、可變排氣凸輪正時、雙重獨 立可變凸輪正時或固定凸輪正時。各凸輪致動系統(tǒng)可包括一個或多個凸輪，且可使用可由 控制器12操作以改變閥運行的一個或多個凸輪輪廓線變換(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可 變閥正時(VVT)和/或可變閥升程(VVL)系統(tǒng)。例如，氣缸30可替換地包括經(jīng)電動閥致動 控制的進氣閥以及經(jīng)由包括CPS和/或VCT的凸輪致動控制的排氣閥。在其它實施例中， 進氣閥和排氣閥可由公共閥致動器或致動系統(tǒng)或可變閥正時致動器或致動系統(tǒng)來控制。發(fā) 動機可進一步包括凸輪位置傳感器，該凸輪位置傳感器的數(shù)據(jù)可以與曲軸位置傳感器結(jié)合 以確定發(fā)動機位置和凸輪正時。氣缸30可具有壓縮比，即活塞138位于底部中心與頂部中心時的容積比。常規(guī)地， 壓縮比處于9 1至10 1的范圍內(nèi)。但在使用不同燃料的一些示例中，可提高壓縮比。在一些實施例中，發(fā)動機10的各氣缸均可包括用于起燃的火花塞192。點火系統(tǒng) 190可在選擇的運行模式下響應(yīng)來自控制器12的點火提前信號SA通過火花塞192提供點 火火花至燃燒室30。但在一些實施例中，如一些柴油機中，當發(fā)動機10可以通過自動點火 或噴射燃料來起燃時，可省去火花塞192。在一些實施例中，發(fā)動機10各氣缸均可配置有一個或多個為其提供燃料的一個 或多個燃料噴射器。所示非限定性示例中，氣缸30被顯示為包括直接連接至氣缸30的燃 料噴射器166。燃料噴射器166可根據(jù)經(jīng)電子驅(qū)動器168從控制器12接收的信號脈沖寬度 FPW成比例地直接噴射燃料。這樣，燃料噴射器166向燃燒氣缸30提供了已知的燃料直接 噴射(下文稱為“DI”)。盡管圖2所示噴射器166為側(cè)向噴射器，但其也可定位于活塞上 方，如火花塞192位置附近?；蛘撸瑖娚淦骺晌挥谶M氣閥上方附近。燃料可從包括燃料箱、 燃料泵和燃料管路的高壓燃料系統(tǒng)172傳輸至燃料噴射器166。或者，燃料可通過單級燃料 泵低壓傳輸。另外，盡管未示出，但燃料箱可具有提供信號至控制器12的壓力轉(zhuǎn)換器。應(yīng)理解，在可選實施例中，噴射器166可以是提供燃料至氣缸30上游進氣端口的端口噴射器。也應(yīng)理解，氣缸30可從多個噴射器接收燃料，如多個端口噴射器、多個直接噴 射器或其組合。圖2所示控制器12為微型計算機，該微型計算機包括微處理器單元106、輸入/ 輸出端口 108、本特定示例中示為只讀存儲芯片110的可執(zhí)行程序和校準值的電子存儲介 質(zhì)、隨機存取存儲器112、?；畲鎯ζ?14和數(shù)據(jù)總線。除上述信號外，控制器12可從連接 至發(fā)動機10的傳感器接收各種信號，這些信號包括來自空氣質(zhì)量流量傳感器122的誘導(dǎo)空 氣質(zhì)量流量(MAF)測量、來自連接至冷卻套筒118的溫度傳感器116的發(fā)動機冷卻劑溫度 (ECT)、來自連接至曲軸140的霍爾效應(yīng)傳感器120 (或例如曲軸位置傳感器的其它類型) 的表面點火感測信號(PIP)、來自節(jié)流閥位置傳感器(未示出)的節(jié)流閥位置(TP)以及 來自傳感器124的絕對歧管壓力信號(MAP)。發(fā)動機速度信號RPM可由控制器12從信號 PIP (或曲軸位置傳感器)產(chǎn)生。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可用于提供進氣 歧管內(nèi)的真空或壓力指示。存儲介質(zhì)只讀存儲器110可由表示處理器106可執(zhí)行指令的計 算機可讀數(shù)據(jù)來編寫，以便實施下述方法及可預(yù)期但未具體列出的其它變型。如上所述，圖2僅示出了多氣缸發(fā)動機中的一個氣缸。各氣缸可類似地包括各組 進氣/排氣閥、燃料噴射器、火花塞等。圖3示出了閥正時和相對發(fā)動機位置的活塞位置的映射圖300。在發(fā)動機冷啟動 期間，發(fā)動機控制器可配置為通過致動電動馬達來運行渦輪增壓器等發(fā)動機增壓裝置，以 便向渦輪增壓器提供馬達輔助，從而噴射新鮮直吹空氣流至排氣歧管內(nèi)。進氣和排氣閥正 重疊地運行發(fā)動機時，直吹空氣流可通過發(fā)動機氣缸注入。發(fā)動機控制器可使用映射圖，如 映射圖300，來確定閥正重疊時間段。如所示，映射圖300示出了沿χ軸曲柄角度(CAD)的發(fā)動機位置。曲線308示出 了參照其上死點(TDC)和/或下死點(BDC)位置并參照發(fā)動機循環(huán)的四個沖程(進氣、壓 縮、做功和排氣沖程)內(nèi)位置的活塞位置(沿y軸)。如正弦曲線308所示，活塞從TDC逐 漸下移，在做功沖程結(jié)束時BDC處降至最低點。接著，活塞在排氣沖程結(jié)束時回到頂端的 TDC處。之后活塞在進氣沖程期間再次向下移回BDC，并在壓縮沖程結(jié)束時返回TDC最初頂 端位置。曲線302和304示出了正常發(fā)動機運行期間排氣閥(虛線曲線302)和進氣閥(實 線曲線304)的閥正時。如所示，排氣閥可僅在做功沖程結(jié)束時活塞降到最低處時打開。接 著，排氣閥可在活塞完成排氣沖程時關(guān)閉，至少在下一進氣沖程已開始前保持打開。同樣， 進氣閥可在進氣沖程啟動時或之前打開，并至少在下一壓縮沖程已開始前保持打開。排氣沖程結(jié)束前且進氣沖程開始后一小段持續(xù)時間，排氣閥關(guān)閉和進氣閥打開之 間的時差使得進氣閥和排氣閥均可打開。這樣，兩個閥都打開的期間可以稱為進氣和排氣 閥正重疊306 (或簡單地稱為閥正重疊)，用曲線302和304交叉處的陰影區(qū)域表示。在一 個示例中，進氣和排氣閥正重疊306可為發(fā)動機冷啟動期間當前發(fā)動機的默認凸輪位置。如本文進一步詳細所述，直吹空氣流可在進氣和排氣正重疊期間產(chǎn)生。排氣沖程 期間，因排氣閥打開，氣缸做功沖程期間燃燒產(chǎn)生的燃燒排氣可被排出。下一進氣沖程期 間，因進氣閥打開，新鮮直吹空氣流可進入氣缸。進氣沖程期間，進氣閥打開且排氣閥關(guān)閉 前，通過在發(fā)動機冷啟動時執(zhí)行增壓發(fā)動機操作，進氣歧管內(nèi)增加的壓力(因增壓裝置提 供的增壓，進氣歧管內(nèi)的壓力大于排氣歧管內(nèi)的排氣壓力)可驅(qū)動新鮮空氣通過氣缸進入排氣歧管。這樣，閥正重疊期間，新鮮的富氧直吹空氣流可流入排氣歧管，直至排氣閥關(guān)閉。 新鮮空氣與(前一做功沖程期間燃燒產(chǎn)生的)排氣歧管內(nèi)燃燒排氣的混合可產(chǎn)生排氣混合 物。富氧排氣混合物可與排氣中未燃燃料、一氧化碳(CO)和短鏈碳氫化合物(HC)等還原 劑反應(yīng)，從而在排氣后處理系統(tǒng)中產(chǎn)生放熱反應(yīng)。這樣，排氣混合物可增加傳至排氣后處理 系統(tǒng)的排放控制裝置的熱量。在一個示例中，該反應(yīng)可在排放控制裝置的上游發(fā)生。另一 示例中，該反應(yīng)可在排放控制裝置中發(fā)生。通過在發(fā)動機排氣歧管內(nèi)執(zhí)行放熱反應(yīng)，可迅速 提升排氣控制裝置催化劑的溫度，并可以減少催化劑起燃時間?，F(xiàn)參照圖4，說明圖1所示車輛系統(tǒng)內(nèi)在發(fā)動機冷啟動期間執(zhí)行補充空氣噴射操 作并以進氣和排氣正重疊運行發(fā)動機的過程400。該過程使發(fā)動機進氣增壓裝置的壓縮機 至少部分經(jīng)馬達(如電動馬達)驅(qū)動，以便在排氣中產(chǎn)生直吹空氣流。與(前次燃燒產(chǎn)生 的)燃燒排氣混合后，在排氣歧管內(nèi)產(chǎn)生富氧排氣混合物。該過程可進一步使直吹空氣流 與排氣中的附加未燃燃料或部分燃燒產(chǎn)物等還原劑反應(yīng)。這樣，排氣歧管中可發(fā)生放熱反 應(yīng)，且排氣溫度可迅速提高，從而減少催化劑起燃時間。在步驟402處，可確認發(fā)動機的冷啟動條件。在一個示例中，發(fā)動機冷啟動條件可 包括低于閾值溫度(如起燃溫度)的催化劑溫度。另一示例中，發(fā)動機冷啟動條件可包括 車輛處于發(fā)動機關(guān)停狀態(tài)已超過閾值時間。不存在發(fā)動機冷啟動條件時，該過程可以終止。 在步驟403處，可估算電池電量，并確定電量是否高于閾值。電池電量低于閾值時，電池存 儲的電能可能不足以運行發(fā)動機增壓裝置的馬達。因此，在步驟422處，可以啟動發(fā)動機且 不運行渦輪增壓器。在一個示例中，當電池電量低于閾值時，不產(chǎn)生直吹空氣流。當電池電 量高于閾值時，在步驟404處，可以確定發(fā)動機氣缸內(nèi)是否存在進氣和排氣閥正重疊。這 樣，閥正重疊可為默認凸輪位置，使得發(fā)動機冷啟動期間內(nèi)存在閥正重疊。如果在步驟404 處確定沒有閥正重疊，則在步驟406處，閥正時可被調(diào)整，以產(chǎn)生閥正重疊。發(fā)動機控制器 可配置為使用映射圖，如圖3所示，以確定相應(yīng)于所需進氣和排氣閥正重疊的凸輪正時。在步驟408處，可估算和/或測量發(fā)動機運行條件。這樣，這些條件可包括但不限 于發(fā)動機溫度、發(fā)動機冷卻劑溫度、排氣溫度、催化劑溫度、發(fā)動機速度、歧管壓力、大氣壓 等。在一個示例中，催化劑溫度可由排氣溫度推斷。另一示例中，催化劑溫度和/或排氣溫 度可與閾值溫度如催化劑起燃溫度進一步比較，并可以確定溫度差。在步驟410處，基于估算的發(fā)動機運行條件和/或所需排氣混合物空燃比，可確 定包括空氣流量和流速的直吹空氣流設(shè)置。如參照圖5進一步所述，可至少基于催化劑溫 度(和/或排氣溫度)與電池電量來調(diào)整直吹空氣流設(shè)置。另外，與直吹空氣流發(fā)生放熱 反應(yīng)的還原劑的還原劑設(shè)置可基于發(fā)動機運行條件和所需排氣空燃比被確定。在一個示例 中，還原劑可通過燃燒后在排氣中延遲噴射燃料產(chǎn)生。延遲燃料噴射可在閥正重疊期間隨 直吹空氣流執(zhí)行，以正確混合空氣和燃料。這里，還原劑設(shè)置可包括燃料噴射量和正時。在 另一示例中，燃料噴射可在直吹空氣流噴射后進行。例如，燃料噴射可在空氣噴射的下一氣 缸(如緊挨的下一氣缸)內(nèi)調(diào)整。另一示例中，還原劑可在直吹空氣流產(chǎn)生前通過排氣內(nèi)富燃來產(chǎn)生還原劑。這里， 還原劑設(shè)置可包括燃燒富集度和/或所需燃燒空燃比，使得燃燒氣體與直吹空氣流混合 時，產(chǎn)生所需空燃比的排氣混合物。在一個示例中，如本文參照圖5所述，直吹空氣流設(shè)置 和還原劑設(shè)置可被調(diào)整，使得排氣(即排氣混合物)內(nèi)的總空燃比可維持為或接近理論化
9學計量比。在步驟412處，增壓馬達可基于直吹空氣流設(shè)置運行。例如，馬達可基于直吹空氣 流量被調(diào)整，以驅(qū)動渦輪增壓器壓縮機并產(chǎn)生所需直吹空氣流。在一個示例中，增壓馬達可 在發(fā)動機啟動后閾值數(shù)量次燃燒后運行。另一示例中，發(fā)動機包括發(fā)動機啟動時曲柄啟動 發(fā)動機的啟動器，且啟動器進一步包括啟動器馬達，增壓馬達可在啟動器馬達停用后運行。 例如，增壓馬達可使用啟動器馬達停用產(chǎn)生的電流運行。另外，還原劑可基于步驟410處確 定的設(shè)置被添加。在步驟414處，可確定空燃比(AFR)是否需要調(diào)整。在一示例中，發(fā)動機可包括發(fā) 動機排氣內(nèi)的空燃比傳感器，如EGO傳感器?？杖急葌鞲衅鞯姆答伩捎糜谡{(diào)整排氣的總空 燃比。該反饋可用于對直吹空氣流設(shè)置(如空氣量)及發(fā)動機排氣的富集度執(zhí)行進一步調(diào) 整。在一個示例中，基于空燃比傳感器的反饋進行的調(diào)整可使總空燃比繞理論化學計量比 波動。需要調(diào)整空燃比時，在步驟416處，發(fā)動機排氣的富集度可通過調(diào)整節(jié)流閥設(shè)置、 增壓馬達設(shè)置、閥重疊程度和/或直吹空氣流量中的至少一個調(diào)整。在一示例中，總空燃比 可通過調(diào)整直吹空氣流量調(diào)整。例如，為降低總空燃比的富集度，可通過增加節(jié)流閥的打開 程度來增加排氣混合物內(nèi)的新鮮直吹空氣流量。另一示例中，為提高總空燃比的富集度，可 通過減小節(jié)流閥的打開程度來降低排氣混合物內(nèi)的新鮮直吹空氣流量?；蛘呋蛄硗?，可通 過增加或減少增壓馬達的速度來相應(yīng)增加或減少直吹空氣流量。又一示例中，可通過調(diào)整 燃燒氣體的空燃比來調(diào)整排氣混合物的富集度?？赏ㄟ^調(diào)整燃燒期間噴射的燃料量和/或 通過調(diào)整燃燒的進氣沖程期間吸入的空氣量來調(diào)整燃燒氣體的空燃比。應(yīng)理解，隨發(fā)動機的運行，排氣歧管中產(chǎn)生的排氣可開始驅(qū)動排氣渦輪機。S卩，一 旦發(fā)動機已運行充分時間段(例如閾值時間，或經(jīng)過閾值數(shù)量次燃燒后)，則渦輪增壓器壓 縮機可至少部分地由經(jīng)過排氣渦輪機的排氣流運行。因此，可減少電動馬達的馬達輔助。 即，渦輪增壓器運行期間，電動馬達提供的馬達輔助可響應(yīng)排氣渦輪機的運行被進一步調(diào) 整。具體地，為了抵償排氣渦輪機產(chǎn)生的直吹空氣流部分，并為了保持凈流速和/或直吹空 氣流量，在步驟416處也可調(diào)整(例如減少)電動馬達產(chǎn)生的直吹空氣流的一部分。例如， 根據(jù)減少的流量要求，也可減低電動馬達的速度設(shè)置。在步驟418處，可確定發(fā)動機排氣是否達到閾值溫度。閾值溫度可為催化劑起燃 溫度(Tigjt)或閾值溫度范圍。在一示例中，可測量和/或推斷排氣溫度，并與催化劑起燃 溫度(Tigjt)進行比較。另一示例中，催化劑溫度可與催化劑起燃溫度進行比較。催化劑溫 度高于閾值溫度(這里為催化劑起燃溫度Tigjt)時，在步驟420處，增壓馬達可自旋減慢至 無馬達輔助增壓裝置運行設(shè)置(如基本或“閑置”渦輪增壓器設(shè)置)。這樣，在此設(shè)置中，渦 輪增壓器壓縮機可基本僅由排氣渦輪機運行，且不進一步產(chǎn)生直吹空氣流。另外，還原劑的 供應(yīng)也可在步驟420處中斷。相反，在步驟418處沒有達到催化劑起燃溫度時，則過程可返 回412處，并繼續(xù)運行增壓馬達，以產(chǎn)生直吹空氣流。先參照圖5，說明響應(yīng)發(fā)動機運行條件確定直吹空氣流和還原劑設(shè)置的過程500。 這樣，過程500所述步驟可作為過程400的一部分執(zhí)行，特別是在步驟410處。在步驟502處，基于(在步驟408處估算的)發(fā)動機運行條件，可確定直吹空氣流 設(shè)置。這可包括例如需噴射到排氣歧管內(nèi)并與排氣歧管內(nèi)的燃燒排氣混合的新鮮直吹空氣流量和/或相應(yīng)流速。直吹空氣流的空氣流設(shè)置可至少基于催化劑溫度(和/或排氣溫 度)與電池電量調(diào)整。在一示例中，催化劑溫度與閾值(起燃)溫度間的溫度差相對較大 時，可產(chǎn)生較多直吹空氣流。相反，催化劑溫度與閾值溫度間的溫度差相對較小時，可產(chǎn)生 較少直吹空氣流。另一示例中，電池電量低于閾值時，不產(chǎn)生直吹空氣流(例如為節(jié)約電池 電量)。在步驟504處，基于直吹空氣流設(shè)置(即空氣流速和/或流量)，可確定渦輪增壓 器電動馬達和/或節(jié)流閥設(shè)置。在一示例中，當確定直吹空氣流的流速較高且流量較大時， 可增加節(jié)流閥打開程度和/或增加電動馬達速度。另一示例是，當確定直吹空氣流速較低 且流量較小時，可減少節(jié)流閥打開程度和/或減少電動馬達速度。在步驟506處，例如基于發(fā)動機運行條件，可確定排氣混合物(即當新鮮直吹空氣 流與燃燒排氣混合時排氣歧管內(nèi)產(chǎn)生的混合物)內(nèi)所需的總空燃比(AFR)。在一示例中，總 空燃比可繞理論化學計量比波動。另一示例中，當排氣溫度與催化劑起燃溫度間的溫度差 較大(例如，大于閾值)時，可調(diào)整排氣混合物的空燃比，使其富集度增加。又一示例中，當 排氣溫度與催化劑起燃溫度間的溫度差較小(例如，小于閾值)時，可調(diào)整排氣混合物的空 燃比，使其富集度減小(例如，理論化學計量比或稍貧)。在步驟508處，至少基于直吹設(shè)置，確定達到所需排氣混合物空燃比的應(yīng)與直吹 空氣流反應(yīng)的還原劑量。在一示例中，還原劑可包括隨直吹空氣流的噴射的延遲噴射燃料， 使得直吹空氣流的空燃比偏富。如前詳細所述(在步驟410處)，可選示例中，可通過氣缸 燃燒后排氣沖程期間進入氣缸的延遲燃料噴射或噴射直吹空氣流之前氣缸內(nèi)的富燃來產(chǎn) 生還原劑。在步驟510處，基于所需還原劑量，可確定燃燒空燃比、噴射量和/或噴射正時。在 一示例中，如果所需排氣混合物空燃比偏富，則燃燒空燃比可調(diào)整為較高富集度和/或可 使用延遲噴射正時(例如，延遲至排氣沖程)。另一示例中，如果所需排氣混合物空燃比為 理論化學計量比，則燃燒空燃比可調(diào)整為較低富集度和/或使用提前噴射正時。又一示例 中，所需排氣混合物空燃比偏貧時，則燃燒空燃比可調(diào)整為理論化學計量比和/或使用提 前噴射正時。這樣，通過經(jīng)氣缸噴射直吹空氣流至發(fā)動機排氣，并通過使用燃料噴射來補充空 氣噴射，可產(chǎn)生燃燒反應(yīng)來增加排氣排放控制裝置內(nèi)的熱量，并迅速達到催化劑起燃溫度。 可響應(yīng)催化劑溫度來調(diào)整空氣和燃料噴射設(shè)置，以使發(fā)動機排氣達到所需排氣混合物空燃 比。這樣，發(fā)動機增壓裝置的電動馬達可有利地用于在發(fā)動機冷啟動期間產(chǎn)生直吹空 氣流至排氣歧管。通過直吹空氣流與還原劑的反應(yīng)，促進排氣歧管內(nèi)的放熱反應(yīng)，從而增加 排氣溫度。通過迅速增加排氣溫度，可減少催化劑起燃時間，并使發(fā)動機排氣后處理系統(tǒng)較 早運行。這樣，可提高發(fā)動機排放質(zhì)量。注意，本文所含示例性控制和估算過程可用于各種系統(tǒng)配置。本文所述具體過程 可代表一個或多個任意數(shù)量的處理策略，如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多任務(wù)、多線程等。這樣， 所述各種作用、操作或功能可以所示順序、平行或在某些情況下省略執(zhí)行。同樣，處理順序 并非達成本文所述示例性實施方式的特征與優(yōu)點所必須，而僅為示例和說明方便提供。一 個或多個所示作用、功能或操作可根據(jù)使用的特點策略重復(fù)執(zhí)行。另外，所述操作、功能和/或作用可圖形表示編寫入控制系統(tǒng)內(nèi)計算機可讀存儲媒介的代碼。
另外，應(yīng)理解，本文所述系統(tǒng)和方法實際上僅為示例，這些具體實施方式
或示例不 應(yīng)視為具限制意義，因其可有多種變化。因此，本公開包括本文所公開各種系統(tǒng)和方法的所 有新穎但非顯而易見的組合及其等效物。
權(quán)利要求
一種包括進氣和排氣的車輛發(fā)動機的運行方法，該發(fā)動機進一步包括配置為可向發(fā)動機進氣提供增壓充氣的增壓裝置，該方法包括在發(fā)動機冷啟動期間，以進氣和排氣閥正重疊來運行所述發(fā)動機，至少部分經(jīng)馬達來驅(qū)動所述增壓裝置的壓縮機以產(chǎn)生通過所述發(fā)動機的氣缸進入發(fā)動機排氣的直吹空氣流，以及使得所述排氣中的還原劑和直吹空氣流發(fā)生放熱反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括通過富燃產(chǎn)生所述還原劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在氣缸內(nèi)燃燒后排氣沖程期間向所述氣缸 延遲噴射來產(chǎn)生所述還原劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括保持所述排氣內(nèi)的總空燃比為所需空燃 比，所述排氣包括所述直吹空氣流，當電池電量高于閾值時使用來自電池的存儲電能來運 行所述馬達，且至少部分經(jīng)所述馬達驅(qū)動所述壓縮機包括至少基于催化劑溫度和電池電量 通過調(diào)整所述馬達來調(diào)整直吹空氣流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中當所述電池電量低于所述閾值時不產(chǎn)生直吹空氣流。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中保持所述排氣內(nèi)的總空燃比包括基于節(jié)流閥設(shè) 置、馬達設(shè)置、閥重疊程度和/或直吹空氣流量中的至少一個來調(diào)節(jié)所述排氣中燃料的富集度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中發(fā)動機冷啟動條件包括催化劑溫度低于閾值溫度 和所述車輛已處于發(fā)動機關(guān)停狀態(tài)超過閾值時間中的至少一個，且當所述催化劑溫度高于 所述閾值溫度時，自旋減慢所述馬達至無馬達輔助增壓裝置運行狀態(tài)，則所述閾值溫度為 催化劑起燃溫度。
8.一種車輛系統(tǒng)，包括 包括進氣和排氣的發(fā)動機；包括啟動器馬達的啟動器，所述啟動器配置為在發(fā)動機啟動時曲柄啟動所述發(fā)動機；包括壓縮機的進氣增壓裝置，所述壓縮機至少部分由增壓馬達驅(qū)動；發(fā)動機排氣內(nèi)的排放控制裝置；以及控制器，控制器配置為使所述發(fā)動機的氣缸以進氣和排氣閥正重疊運行；在所述閥正重疊期間，以存儲電能來運行所述增壓馬達，所述增壓馬達驅(qū)動所述壓縮 機以產(chǎn)生從發(fā)動機進氣經(jīng)所述發(fā)動機的所述氣缸至所述發(fā)動機排氣的新鮮直吹空氣流，并 混合所述直吹空氣流與燃燒排氣，以便在所述發(fā)動機排氣內(nèi)產(chǎn)生排氣混合物，該排氣混合 物增加熱量到所述排放控制裝置；以及保持所述排氣混合物的總空燃比為所需空燃比，所述排氣混合物包括與多余還原劑發(fā) 生放熱反應(yīng)的直吹空氣流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進一步包括電池，其中以存儲電能運行所述增壓馬達 包括當電池電量高于閾值時以電池的存儲電能來運行所述增壓馬達，且啟動器馬達停用后 運行所述增壓馬達包括使用由啟動器馬達停用產(chǎn)生的電流來運行所述增壓馬達。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中運行所述增壓馬達包括發(fā)動機啟動后預(yù)定數(shù)量 次燃燒后和/或啟動器馬達停用后運行所述增壓馬達。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述閥正重疊期間至少基于催化劑溫度和電池 電量來調(diào)整直吹空氣流量，且運行所述增壓馬達包括基于直吹空氣流量來調(diào)整所述馬達， 所述還原劑是通過富燃和燃燒后延遲噴射中的至少一個而產(chǎn)生的，且其中保持所述排氣混 合物的總空燃比包括基于節(jié)流閥設(shè)置、馬達設(shè)置、閥重疊程度和/或直吹空氣流量中的至 少一個來調(diào)整所述發(fā)動機排氣內(nèi)燃料的富集度，且還包括空燃比傳感器，其中調(diào)整所述富 集度進一步包括基于來自所述空燃比傳感器的反饋調(diào)整，使得所述總空燃比為理論化學計 量比。
12.一種包括進氣和排氣的發(fā)動機的運行方法，所述發(fā)動機進一步包括進氣增壓裝置， 所述增壓裝置的壓縮機至少部分由馬達驅(qū)動，該方法包括發(fā)動機冷啟動期間，以存儲電能運行所述馬達，所述馬達驅(qū)動所述壓縮機，以使新鮮空 氣通過所述發(fā)動機的氣缸的同時打開的進氣閥和排氣閥從所述發(fā)動機進氣流至所述發(fā)動 機排氣，并混合新鮮空氣流與燃燒排氣，以發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)增加排放控制裝置的熱量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述燃燒排氣較富，且進一步包括延遲燃料噴 射，其中混合新鮮空氣流包括混合新鮮空氣流和延遲噴射的燃料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述反應(yīng)在所述排放控制裝置內(nèi)發(fā)生或所述反 應(yīng)在所述排放控制裝置上游發(fā)生。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括進氣和排氣的車輛發(fā)動機的運行方法和系統(tǒng)，發(fā)動機進一步包括配置為可向發(fā)動機進氣提供增壓充氣的增壓裝置。一個示例性方法包括發(fā)動機冷啟動期間，以進氣和排氣閥正重疊運行發(fā)動機，至少部分經(jīng)馬達來驅(qū)動增壓裝置的壓縮機，以便產(chǎn)生經(jīng)發(fā)動機氣缸進入發(fā)動機排氣的直吹空氣流，并使排氣中的還原劑和直吹空氣流發(fā)生放熱反應(yīng)。
文檔編號F02B37/11GK101949333SQ20101013559
公開日2011年1月19日 申請日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者G·瑟尼拉, M·J·尤瑞奇 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司