控制內燃發(fā)動機的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及控制內燃發(fā)動機的方法和裝置。在此公開用于一種四沖程內燃發(fā)動機的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含：至少兩個汽缸；燃料直接噴射裝置；可變氣門正時系統(tǒng)；根據(jù)負荷控制火花點火和氣門正時的發(fā)動機控制器；其中，低于較低負荷閾值，第一汽缸停用，燃料噴射至第一汽缸的燃燒室中，在壓縮沖程過程中，打開第一汽缸的出氣門。噴射至停用的汽缸的燃料可通過打開的出氣門進入排氣通道，并且在其中用作還原劑。
【專利說明】控制內燃發(fā)動機的方法和裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2012年7月16日提交的德國專利申請?zhí)?02012212406.3的優(yōu)先權，該申請全部內容為所有目的在此通過弓I用并入。
【技術領域】
[0003]本公開涉及關于控制內燃發(fā)動機的方法和裝置。
【背景技術】
[0004]內燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)通常裝有排氣后處理裝置，該裝置具體可包含一個或更多催化轉換器，例如氧化催化轉化器。為了達到最佳功能，許多排氣后處理裝置至少間斷地使用比在內燃發(fā)動機正常運行下所獲得的排氣溫度高的排氣溫度。例如可以通過在氧化催化轉換器元件上包含在排氣流內的未燃燃料的放熱反應實現(xiàn)所需的溫度升高。
[0005]為了通過燃料富化排氣流，已知的是對于燃料被直接噴射至內燃發(fā)動機汽缸，在實際燃燒過程后發(fā)生的后噴射。然而，此處將出現(xiàn)這樣的問題，即一些被噴射燃料進入用于潤滑內燃發(fā)動機的機油，使機油變薄，這樣減小了機油的潤滑作用。
[0006]因此，通常燃料被直接噴射至內燃發(fā)動機的排氣道，以通過燃料富化排氣流。為了達到該目的，噴嘴提供一般在5至10巴的相對低壓力的燃料，直接噴射至排氣流或者噴灑至加熱元件上，所述加熱元件在燃料被引入排氣流之前有助于蒸發(fā)燃料。用于該目的所需的噴射系統(tǒng)增加了整個系統(tǒng)的復雜度和成本。
[0007]在US4，815，423和US2011/0126799A1中，在汽缸的部分壓縮沖程過程中，開啟出氣門，以便排出包含在燃燒室內的一些空氣。隨后關閉出氣門，壓縮剩余的空氣，將燃料弓I入汽缸并且點燃。按照這種方式，無法實現(xiàn)通過燃料來富化排氣流。

【發(fā)明內容】

[0008]本公開的目標是提出關于控制內燃發(fā)動機的方法和系統(tǒng)，在所述方法和系統(tǒng)中，通過燃料富化排氣流，其中應盡可能避免上述提及的不利點。
[0009]在根據(jù)本公開的關于控制內燃發(fā)動機的方法中，汽缸具有至少一個第一汽缸，其具有以下特征:在至少一個汽缸的壓縮沖程過程中，開啟第一汽缸的出氣門，用于將來自汽缸燃燒室的燃料空氣混合物引入內燃發(fā)動機的排氣道。內燃發(fā)動機尤其是施加點火的發(fā)動機。此處，燃料空氣混合物可在汽缸燃燒室外產生，例如進氣管噴射，并且將其引入燃燒室；然而，通過直接將燃料噴射至燃燒室也可能已經(jīng)產生混合物。如果內燃發(fā)動機具有排氣再循環(huán)系統(tǒng)，燃料空氣混合物可含有至少部分再循環(huán)排氣。此外，在至少一個汽缸的排出沖程過程中可以開啟出氣門。
[0010]根據(jù)本公開，鑒于這樣的事實，即至少在部分壓縮沖程持續(xù)期間開啟汽缸的出氣門，處于汽缸燃燒室內的混合物能夠通入排氣道。特別地，壓縮沖程過程中的汽缸活塞的移動(所述移動沿著向燃燒室體積減少的方向發(fā)生)造成混合物被迫進入內燃發(fā)動機的排氣道，例如進入排氣歧管，由此所述混合物例如通入排氣后處理裝置。可按這種方式實現(xiàn)通過未燃燃料富化排氣流，由此可以實現(xiàn)例如改進排氣后處理裝置運行和/或增加氧化催化轉換器元件處的排氣溫度。此外，在壓縮沖程過程中開啟排氣門可允許未燃燃料幾乎立即釋放至排氣道，使燃燒室壁體上可能的堆積減至最小，還可允許未燃燃料釋放至排氣道的時間先于相鄰汽缸的排氣排出。這樣可提供一部分未燃燃料，在相鄰汽缸排放NOx和其他排放物之前，用作排氣后處理裝置內的還原劑。
[0011]除了如上運行的至少一個第一汽缸之外，內燃發(fā)動機尤為優(yōu)選具有至少一個另外的、第二汽缸，所述第二汽缸在正常模式下運行，也就是說第二汽缸的出氣門在壓縮沖程過程中關閉。鑒于第一汽缸的出氣門在壓縮沖程過程中基本開啟和燃料空氣混合物被導入排氣道的事實，情況是這樣的，在壓縮沖程結束時，在第一汽缸的燃燒室內沒有混合物或足量的混合物用于在膨脹沖程中產生動力。在施加點火的發(fā)動機的情況中，可還設置為不發(fā)生點火。因此，第一汽缸并不用于產生內燃發(fā)動機動力，因此“停用”。在第一汽缸的壓縮沖程過程中，通過開啟出氣門實現(xiàn)選擇性汽缸停用。鑒于第一汽缸停用第二汽缸在正常模式下運行并且因此用于產生動力的事實，相應地改變噴射至第二汽缸的燃料控制是必要的，以便獲取相當于如果第一汽缸也在正常模式下運行時內燃發(fā)動機所輸出的扭矩或動力的扭矩或者動力。按這種方式能夠避免第二汽缸的效率較低的部分負荷運行。
[0012]內燃發(fā)動機優(yōu)選包含偶數(shù)數(shù)量的汽缸，特別是至少四個汽缸，其中在各個汽缸的壓縮沖程中，通過開啟每個奇數(shù)編號汽缸的出氣門，可以實現(xiàn)選擇性汽缸停用。因此，奇數(shù)編號汽缸不用于產生動力，而是用于通過燃料富化排氣流，然而，偶數(shù)編號汽缸在正常模式下運行，并且產生用于驅動傳動系統(tǒng)和奇數(shù)編號汽缸的機械動力。按這種方式實現(xiàn)通過燃料尤為有效地富化排氣流。如上所述，可在若干沖程或者時間段執(zhí)行選擇性汽缸停用，其依據(jù)運行排氣后處理裝置所需的排氣富化。選擇性汽缸停用可還依賴于動力需求或者內燃發(fā)動機的負荷。
[0013]本文公開四沖程內燃發(fā)動機的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含:至少兩個汽缸；燃料直接噴射裝置；可變氣門正時系統(tǒng)；根據(jù)負荷用于控制火花點火和氣門正時的發(fā)動機控制器；其中，低于下負荷閾值，第一汽缸停用，燃料噴射至第一汽缸的燃燒室，并且在壓縮沖程過程中，開啟第一汽缸的出氣門。噴射至停用的汽缸的燃料可通過開啟的出氣門進入排氣道，并且在其中用作還原劑。
[0014]當單獨通過附圖或結合附圖時，將通過以下【具體實施方式】更清晰地明白本發(fā)明的上述優(yōu)勢和其他優(yōu)勢以及特征。
[0015]應理解，提供上述
【發(fā)明內容】
是要以簡化的形式介紹所選概念，其將在【具體實施方式】中得到進一步說明。這并不意味著確立要求保護的主題的關鍵或基本特征，其范圍僅由權利要求限定。另外，要求保護的主題不被限制于解決上述或在本發(fā)明中任何部分指出的任何缺點的實施方式。此外，本
【發(fā)明者】在此認識到本文所提到的缺點，并且不承認這些缺點是已知的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1不出根據(jù)本公開的內燃發(fā)動機的不例性汽缸。
[0017]圖2示出相對于正常運行過程中的燃料噴射的氣門正時和活塞位置的例圖。[0018]圖3示出相對于選擇性汽缸停用模式過程中的燃料噴射的氣門正時和位置的例圖。
[0019]圖4將選擇性汽缸停用模式過程中的示例性氣門正時和燃料噴射制成表。
[0020]圖5示出根據(jù)本公開的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0021]參考附圖更詳細地描述本公開的方法和系統(tǒng)。圖1示出發(fā)動機的示意圖。圖2示出當激活四個汽缸時，根據(jù)本公開的發(fā)動機正常模式的氣門正時和燃料噴射方案。圖3示出根據(jù)本公開的發(fā)動機選擇性停用模式的氣門正時和燃料噴射方案，其中汽缸I和汽缸3不用于動力供應。圖4以表格形式示出選擇性汽缸停用模式的燃料噴射和氣門開啟。圖5是示出本公開方法的流程圖。
[0022]圖1示出內燃發(fā)動機10的燃燒室或者汽缸的示例性實施例。發(fā)動機10可接收來自包括控制器12的控制系統(tǒng)的控制參數(shù)和來自車輛操作員130經(jīng)輸入裝置132的輸入。在該例子中，輸入裝置132包括加速器踏板和踏板位置傳感器134，用于產生比例踏板位置信號PP。發(fā)動機10的汽缸(在此還被稱為“燃燒室”)14可包括其中設置了活塞138的燃燒室壁體136。活塞138可被耦合至曲軸140，以便活塞的往復運動被轉換成曲軸的旋轉運動。曲軸140可經(jīng)傳動系統(tǒng)耦合至客車的至少一個驅動輪。此外，起動馬達(未示出)可經(jīng)飛輪耦合至曲軸140，從而能夠實現(xiàn)發(fā)動機10的起動運行。
[0023]汽缸14能夠經(jīng)一系列進氣通道142、144、146接收進氣。進氣通道146能夠與除了汽缸14之外的發(fā)動機10的其他汽缸連通。在一些實施例中，一個或更多進氣通道可包括增壓裝置，例如渦輪增壓器或者機械增壓器。例如，圖1示出配有渦輪增壓器的發(fā)動機10，其中渦輪增壓器包括布置在進氣通道142和144之間的壓縮機174以及沿排氣通道148布置的排氣渦輪176。壓縮機174經(jīng)軸桿180至少部分地由排氣渦輪176提供動力，其中增壓裝置被配置為渦輪增壓器。然而，在其他例子中，例如其中發(fā)動機10具有機械增壓器，可選擇性省略排氣渦輪176，其中壓縮機174可以通過來自馬達或者發(fā)動機的機械輸入提供動力。可以沿著發(fā)動機的進氣通道提供包括節(jié)流板164的節(jié)氣門20，用于改變被提供至發(fā)動機汽缸的進氣的流率和/或壓力。例如，節(jié)氣門20可如圖1所示被設置在壓縮機174下游，或者可選地被設置在壓縮機174的上游。
[0024]排氣通道148可接收除了汽缸14之外的發(fā)動機10的其他汽缸的排氣。示出排氣傳感器128耦合至排放控制裝置178上游的排氣通道148。傳感器128可選自用于提供排氣空氣/燃料比率指示的各種合適的傳感器，例如線性氧傳感器UEGO (通用或者寬域排氣氧傳感器)、雙態(tài)氧傳感器或者EGO (如圖所示)、HEGO (加熱的EGO)、NOx、HC、或者CO傳感器。排放控制裝置178可以是三元轉換器(TWC)、N0x收集器、各種其他排放控制裝置、或者其組合。
[0025]可通過位于排氣通道148內的一個或更多溫度傳感器(未示出)測量排氣溫度?？蛇x地，可基于發(fā)動機工況，例如轉速、負荷、空氣燃料比率(AFR)、火花延遲、等等，推出排氣溫度。另外，可通過一個或更多排氣傳感器128計算排氣溫度。應明白地是可選地通過本文所列溫度估算方法的任意組合，可估算排氣溫度。
[0026]發(fā)動機10的每個汽缸可包括一個或更多進氣門和一個或更多排氣門。例如，示出汽缸14包括位于汽缸14上部區(qū)域的至少一個進氣提升閥150和至少一個排氣提升閥156。在一些實施例中，發(fā)動機10的每個汽缸，包括汽缸14，可包括位于汽缸上部區(qū)域的至少兩個進氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。
[0027]通過經(jīng)凸輪致動系統(tǒng)151的凸輪致動，控制器12可控制進氣門150。類似地，經(jīng)凸輪致動系統(tǒng)153，控制器12可控制排氣門156。凸輪致動系統(tǒng)151和153每個均可包括一個或更多凸輪，并且可使用一個或更多凸輪廓線變換系統(tǒng)(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)，這些可由控制器12運行，以改變氣門運行。分別通過氣門位置傳感器(未示出)和/或曲軸位置傳感器155和157，可以確定進氣門150和排氣門156的運行。在可選實施例中，可以通過電動氣門致動控制進氣門和/或排氣門。例如，汽缸14可選地包括經(jīng)電動氣門致動控制的進氣門以及經(jīng)包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪致動控制的排氣門。在其他實施例中，可以通過通用氣門致動器或者致動系統(tǒng)，或者可變氣門正時致動器或者致動系統(tǒng)控制進氣門和排氣門?？烧{節(jié)(通過提前或者延遲VCT系統(tǒng))凸輪正時，從而調節(jié)發(fā)動機稀釋度以配合EGR流，以降低EGR瞬態(tài)和改進發(fā)動機性能。
[0028]根據(jù)本公開的用于控制內燃發(fā)動機的裝置包含致動裝置，用于致動內燃發(fā)動機第一汽缸的至少一個出氣門，并包含電子控制單元，其被設計成控制出氣門的致動裝置，以便在第一汽缸的壓縮沖程過程中，開啟第一汽缸的出氣門，用于將來自第一汽缸燃燒室的燃料空氣混合物引導至內燃發(fā)動機的排氣道。出氣門的致動裝置例如可以是機械的、液壓的或者電磁形式，并且經(jīng)相應線路能夠受到電子控制單元控制。電子控制單元可以是電子發(fā)動機控制器的一部分。
[0029]汽缸14能夠有壓縮比，該壓縮比為活塞138處于下止點與上止點時的體積比。通常，壓縮比在9:1至10:1范圍內。然而，在使用不同的燃料的一些例子中，可以增加壓縮比。例如，這將在使用較高辛烷燃料或者具有較高汽化潛焓的燃料時發(fā)生。由于直接噴射對發(fā)動機爆震的影響，如果使用直接噴射，也可以增加壓縮比。
[0030]在一些實施例中，發(fā)動機10的每個汽缸可包括用于開始燃燒的火花塞192。在所選運行模式下，點火系統(tǒng)190經(jīng)火花塞192能夠將點火火花提供至燃燒室14，以響應于來自控制器12的火花提前信號SA。然而，在一些實施例中，可以省略火花塞192，例如其中發(fā)動機10可通過自動點火或者通過燃料噴射開始燃燒，如一些柴油機中的情況。
[0031]如非限制例子,不出汽缸14包括一個燃料噴射器166。不出燃料噴射器166直接耦合至汽缸14，將與經(jīng)電子驅動器168從控制器12接收的信號FPW的脈沖寬度成比例直接噴射燃料至汽缸。按這種方式，燃料噴射器166提供將燃料噴射至燃燒汽缸14的所謂的直接噴射(下文還被稱為“DI”)。而圖1示出噴射器166作為側噴射器，還可位于活塞上方，例如接近火花塞192的位置。燃料可從包括燃料箱、燃料泵、和燃料軌道的高壓燃料系統(tǒng)8被輸送至燃料噴射器166?？蛇x地，燃料在低壓處可通過單級燃料泵輸送，在該情況中，在壓縮沖程過程中的直接燃料噴射正時將比使用高壓燃料系統(tǒng)的情況更加受限。另外，盡管未示出，燃料箱可具有將信號提供至控制器12的壓力傳感器。應明白地是在可選實施例中，噴射器166可以是將燃料提供至汽缸14上游的進氣道的進氣道噴射器。
[0032]內燃發(fā)動機優(yōu)選具有直接噴射裝置，其中在壓縮沖程過程中，發(fā)生燃料噴射至至少一個汽缸的燃燒室。內燃發(fā)動機的噴射系統(tǒng)包含至少一個噴嘴，用于將燃料直接噴射至至少一個汽缸的燃燒室，并且可還包含噴射泵和相應管線和用于致動噴射閥和泵的控制器。燃料噴射具體發(fā)生在相對于壓縮沖程持續(xù)時間，也就是說相對于活塞的壓縮移動持續(xù)時間來說比較短的時間段內，所述燃料噴射例如可采用主噴射的形式或者類似于主噴射的分解成多部分噴射的噴射過程。通過在壓縮沖程過程中，將燃料直接噴射至燃燒室產生燃料和空氣混合物，并且因出氣門是開啟的，導致混合物被至少部分地引導至排氣系統(tǒng)。如果在壓縮沖程結束前關閉出氣門，則在出氣門關閉之前發(fā)生燃料噴射。按這種方式，能夠通過燃料以尤為簡單和有效的方式富化排氣流。
[0033]內燃發(fā)動機包含特別是直接噴射裝置166。電子控制單元12可被設計成控制第一汽缸的燃料噴射裝置，以便在壓縮沖程過程中噴射燃料，按這種方式，產生被導入排氣道的燃料空氣混合物。在施加點火的發(fā)動機的情況中，根據(jù)本公開的裝置優(yōu)選還被設計成用于相應地控制內燃發(fā)動機的點火系統(tǒng)，其中可能說明了在開啟出氣門的壓縮沖程后，在第一汽缸內不發(fā)生點火。內燃發(fā)動機優(yōu)選包含按正常模式運行的第二汽缸，因此用于產生動力，而第一汽缸不用于產生動力，或者包含偶數(shù)個汽缸，其中按正常模式運行每個偶數(shù)編號汽缸，并且停用每個奇數(shù)編號汽缸。用于控制內燃發(fā)動機的裝置包含用于致動汽缸出氣門的相應致動裝置，并且包含被設計用于控制致動裝置的電子控制單元。
[0034]如上所述，圖1示出多汽缸發(fā)動機的一個汽缸。類似地，每個汽缸可類似地包括其自身進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等等。
[0035]盡管未示出，應明白地是發(fā)動機10可還包括一個或更多排氣再循環(huán)通道，用于將至少部分排氣從發(fā)動機排氣口轉向發(fā)動機進氣口。因此，通過再循環(huán)一些排氣，可影響發(fā)動機稀釋度，其通過降低發(fā)動機爆震、峰值汽缸燃燒溫度和壓力、節(jié)流損失、以及NOx排放，可改進發(fā)動機性能。一個或更多EGR通道可包括LP-EGR通道，其耦合于渦輪增壓器上游的發(fā)動機進氣口和渦輪下游的發(fā)動機排氣口之間，并且經(jīng)配置提供低壓(LP) EGR0 一個或更多EGR通道可還包括HP-EGR通道，其耦合于壓縮機下游的發(fā)動機進氣口和渦輪上游的發(fā)動機排氣口之間，并且經(jīng)配置提供高壓(HP)EGR。在一個例子中，可在例如缺少由渦輪增壓器所提供的升壓的條件下，提供HP-EGR流，而在例如具有渦輪增壓器升壓和/或當排氣溫度高于閾值的條件下，可提供LP-EGR流。可以經(jīng)LP-EGR閥調節(jié)通過LP-EGR通道的LP-EGR流，而經(jīng)HP-EGR閥(未示出)可以調節(jié)通過HP-EGR通道的HP-EGR流。
[0036]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)106、輸入/輸出端口(I/O) 108、在該特定例子中被示為只讀存儲芯片(ROM) 110的可執(zhí)行程序和校準值的電子存儲介質、隨機存取存儲器(RAM)112、?；畲鎯ζ?KAM)114、以及數(shù)據(jù)總線?？刂破?2可接收來自被耦合至發(fā)動機10的傳感器的不同信號，除了那些先前已述信號之外，還包括來自空氣質量流傳感器122的引入的質量空氣流量(MAF)測量；來自被耦合至冷卻套筒118的溫度傳感器116的發(fā)動機冷卻液溫度(ECT);來自被耦合至曲軸140的霍爾效應傳感器(或者其他類型)120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124的絕對歧管壓力信號(MAP)。可以通過控制器12自信號PIP產生發(fā)動機速度信號、RPM。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可被用于提供進氣歧管內的真空或者壓力指示。又一個其他傳感器可包括燃料水平傳感器和燃料組成傳感器，其被耦合至燃料系統(tǒng)的燃料箱。
[0037]存儲媒體只讀存儲器110能夠通過計算機可讀數(shù)據(jù)編程，其中計算機可讀數(shù)據(jù)表示由處理器106可執(zhí)行的指令，以便執(zhí)行以下所述方法以及可被預先考慮但未具體列出的其他變體。
[0038]現(xiàn)在轉向圖2，對于每個汽缸，呈現(xiàn)出正常模式，其中汽缸用于產生動力，因此未被停用。在所示例子中，每個汽缸具有入氣門和出氣門(還分別被稱為進氣和排氣門)，其中每個汽缸的單個入氣門和單個出氣門設備通常是足夠的，但可以提供額外的入氣門和出氣門。燃料噴射被分解成預噴射(先導噴射)、主噴射和后噴射；尤其是主噴射可被分成多個進一步部分噴射。在進氣沖程過程中，開啟每個汽缸的入氣門，關閉出氣門；未發(fā)生燃料噴射。在壓縮沖程過程中，氣門均關閉，其中發(fā)生先導噴射和主噴射。在膨脹沖程過程中，氣門均保持關閉；此處可發(fā)生后噴射。最終，在排氣沖程過程中，入氣門保持關閉，而出氣門開啟，以便將排氣排放至內燃發(fā)動機的排氣道；在排氣沖程中未發(fā)生燃料噴射。
[0039]在圖2中，示出相對于正常發(fā)動機運行過程中的燃料噴射的氣門正時和活塞位置的例圖，用于參考。圖2示出在點火順序為1-2-3-4 (例如，分別是204、208、210、206)的四個汽缸發(fā)動機202的發(fā)動機循環(huán)的四個沖程(進氣、壓縮、動力和排氣)內，相對于發(fā)動機位置(凸輪角度)的示例性氣門正時和活塞位置的圖200。在運行過程中，活塞36逐漸地從上止點(TDC)向下移動，在進氣沖程結束時，下降至下止點(BDC)最低點。然后在壓縮沖程結束時，活塞返回至頂部，TDC處，然后在動力沖程(此處還被稱為膨脹沖程)過程中，再次朝向BDC向下回移，在排氣沖程結束時返回至其原始頂部位置，TDC處。分別在排氣和進氣門的正常發(fā)動機運行過程中，曲線220和222繪出氣門升程輪廓。恰好在動力沖程結束時活塞下降至最低點，可開啟排氣門。然后排氣門在活塞完成排氣沖程時可關閉，并且保持開啟狀態(tài)至少到開始下一個循環(huán)的后續(xù)進氣沖程。以相同的方式，可在進氣沖程開始時或者之前開啟進氣門，并且保持開啟狀態(tài)至少到開始后續(xù)壓縮沖程。
[0040]在圖2所示的正常運行模式中，每個汽缸被用于產生動力，因此不會按照下文中更詳細描述的方式停用。在這種模式中，燃料噴射被分解成預噴射(先導噴射)、主噴射和后噴射；在一些實施例中，主噴射可被分成多個進一步部分噴射。在進氣沖程過程中，開啟每個汽缸的入氣門，關閉出氣門；未發(fā)生燃料噴射。在壓縮沖程過程中，氣門均關閉，其中發(fā)生先導噴射和主噴射。在膨脹沖程過程中，氣門保持關閉；此處可發(fā)生后噴射。最終，在排氣沖程過程中，入氣門保持關閉，而出氣門開啟，以便將排氣排放至內燃發(fā)動機的排氣道；在正常發(fā)動機運行過程中，在排氣沖程中不會發(fā)生燃料噴射。
[0041 ] 如圖2所示，正常發(fā)動機運行包括在壓縮沖程中，通過主噴射232運行汽缸。此外，噴射過程可包含除主噴射之外的部分噴射，其中在一個或更多部分噴射過程中所供應的燃料量比在主噴射過程中所供應的顯著要小。因此，在發(fā)動機的每個沖程過程中，在汽缸內發(fā)生預噴射230、主噴射232和后噴射234。因此，至各個汽缸的各個單獨噴射不會重疊，仍有充足的時間用于開啟和關閉噴射閥，以及將高度加壓燃料供應至噴射閥。在進氣沖程后的壓縮沖程過程中，通過活塞向上移動壓縮被引入的空氣燃料混合物或者被引入的空氣。在施加點火的發(fā)動機的情況中，當活塞在上止點附近時，通過點火火花的方式執(zhí)行點火事件240。點火混合物在膨脹沖程過程中迫使活塞向下，其中膨脹沖程在本文中這也被稱為動力沖程。在動力沖程中，做功從而在發(fā)動機內產生動力。隨后，排氣沖程接在膨脹沖程或者做功沖程后，并且通過活塞向上移動，用于將燃燒的混合物排放至排氣系統(tǒng)。因此，在正常發(fā)動機運行過程中，每個汽缸在汽缸的做功沖程過程中產生動力，這是膨脹或者動力沖程。在一些例子中，正常運行模式被稱為發(fā)動機動力模式，因為發(fā)動機的每個汽缸在發(fā)動機驅動循環(huán)中執(zhí)行產生動力的做功。
[0042]在四個汽缸發(fā)動機的情況中，在每種情況中，一個汽缸和下一個汽缸的各自沖程和活塞運動偏移/不同。圖2示出四汽缸四沖程發(fā)動機的四個汽缸的四個沖程的時間順序。本文中，第二汽缸(汽缸2)的各個沖程的時間順序相對于第一汽缸(汽缸I)偏移，以便在第一汽缸壓縮沖程過程中發(fā)生第二汽缸的進氣沖程。同樣地，在汽缸2的壓縮沖程過程中發(fā)生汽缸3的進氣沖程，在汽缸3的壓縮沖程過程中發(fā)生汽缸4的進氣沖程、在汽缸4的壓縮沖程過程中發(fā)生汽缸I的進氣沖程。按這種方式，其他沖程相對于彼此相應偏移，以便一個汽缸處于膨脹沖程中，在該膨脹沖程中所述汽缸輸出功并且驅動其他汽缸和傳動系統(tǒng)。在圖2中，汽缸I至4呈現(xiàn)出1-2-3-4點火順序。然而，發(fā)動機內的汽缸的幾何排列可以是不同的。
[0043]關于根據(jù)本公開的方法，圖3示出相對于選擇性汽缸停用模式中的發(fā)動機運行的氣門正時和活塞位置的圖例。停用按點火次序的汽缸I和3，因為它們不將動力提供至發(fā)動機。停用可包含去除火花點火。當停用第一和第三汽缸時，在第一和第三汽缸的壓縮沖程過程中可開啟排氣門，這樣造成燃料空氣混合物被迫進入內燃發(fā)動機的排氣道。例如，所述混合物可通入排氣通道48，并且還通入排氣后處理裝置，例如排放控制裝置70。按這種方式，能夠以尤為簡單和有效的方式實現(xiàn)使用未燃燃料富化排氣流，由此能夠實現(xiàn)例如改進排氣后處理裝置的運行和/或增加氧化催化轉換器元件處的排氣溫度。特別地，無需額外的噴射系統(tǒng)將燃料噴射至排氣系統(tǒng)。另外，在壓縮沖程過程中，當出現(xiàn)先導和主燃料噴射時，停用的汽缸的排氣門開啟可增加可用于排氣后處理裝置的燃料量。同樣地，未燃燃料立即釋放至排氣系統(tǒng)可使燃料顆粒的累積減至最小，因此使燃燒室內壁上的磨損減至最小。在壓縮沖程中開啟出氣門可還被用于控制將未燃燃料釋放至排氣系統(tǒng)的時間，以便停用的汽缸的壓縮沖程可先于激活汽缸的排氣沖程，本公開的方法可使用還原劑用于有效地預加載排氣后處理裝置。
[0044]轉向圖3，示出相對于選擇性汽缸停用模式運行過程中的燃料噴射的氣門正時和活塞位置的例圖。除了如下所述后噴射和額外的排氣門開啟之外，特征一般與圖2所指示的相同。如上所述，按其點火順序呈現(xiàn)每個汽缸，氣門開啟和燃料噴射按其在發(fā)動機沖程中出現(xiàn)時間示出。正常運行模式(圖2所示)和選擇性汽缸停用模式之間的顯著差異是在壓縮沖程過程中，已停用汽缸的額外的排氣門開啟320。此外，在已停用的汽缸中可更改后噴射334。在壓縮沖程過程中開啟排氣(本文還被稱為出氣)門允許被噴射燃料進入排氣系統(tǒng)，并且在排氣后處理裝置內用作還原劑。因為未燃燃料被釋放至排氣系統(tǒng)，所以可以噴射較少量的燃料。此外，燃料后噴射頗具爭議，因為未燃燃料已經(jīng)進入排氣系統(tǒng)，并且未發(fā)生燃料燃燒，因此與正常運行模式中的后噴射相比，所述后噴射334在量和時間方面可減少。在一些實施例中，可以完全去除后噴射。
[0045]在根據(jù)本公開的一個實施例中，在第一汽缸的壓縮沖程的基本上整個持續(xù)時間里，至少一個汽缸的出氣門開啟。因此具體在壓縮沖程開始時開啟出氣門，也就是說在往復式活塞發(fā)動機的情況中，在活塞移動的下止點區(qū)域內，并且在壓縮沖程結束時關閉，也就是說在上止點區(qū)域內。能夠按這種方式特別簡單地實施本方法和將燃料空氣混合物特別完全引導至內燃發(fā)動機的排氣道。[0046]轉向圖4，其示出表格，指示在選擇性汽缸停用模式中在哪個沖程中可出現(xiàn)氣門開啟和燃料噴射。在根據(jù)本公開的氣門控制中，情況是與正常運行模式相反，在壓縮沖程(圖4上表格中以粗體印刷)中至少暫時性開啟第一汽缸的出氣門。按這種方式，在第一汽缸的燃燒室和內燃發(fā)動機的排氣道之間產生連接，燃燒室內產生的燃料空氣混合物通過活塞向上移動被迫進入排氣道。
[0047]如圖4下表格所說明的，在正常運行中的第一汽缸的壓縮沖程中，發(fā)生燃料預噴射和燃料主噴射至汽缸的燃燒室；然而，例如能夠根據(jù)要求調整噴射時間、持續(xù)時間和總量，從而通過燃料富化排氣流。在其他沖程中，氣門位置與正常運行中的一樣。在膨脹沖程中，在適當?shù)那闆r下，能夠發(fā)生燃料后噴射，以便通過燃料額外地富化排氣流。此處，汽缸I因此不被用于產生動力，以及在該意義上停用。
[0048]可有利地發(fā)生以下情況，在第一汽缸壓縮沖程后的膨脹沖程中，發(fā)生燃料后噴射至第一汽缸的燃燒室。例如，所述后噴射可用于通過燃料富化排氣，以便改進排氣后處理系統(tǒng)的運行。
[0049]如通過圖3中例子所示，特別是能夠以所述方式運行四汽缸發(fā)動機的兩個汽缸，該例子中的汽缸204和210。所述汽缸不用于產生發(fā)動機動力。其他汽缸，例子中的汽缸206和208，按正常模式運行，因此產生能從發(fā)動機中提取的動力，并且還要求所述動力驅動兩個停用的汽缸。此處，汽缸206和208所噴射的燃料量適于增加的扭矩，由于汽缸204和210停用，所述扭矩由所述汽缸產生。
[0050]此外，對于至少一個汽缸的出氣門進一步優(yōu)選地是在汽缸的若干壓縮沖程開啟，所述數(shù)量依賴于排氣系統(tǒng)的傳感器信號?？梢杂绕涮峁┮韵虑闆r，基于來自排氣系統(tǒng)的溫度傳感器的信號，在一個壓縮沖程或者多個連續(xù)的壓縮沖程中觸發(fā)汽缸出氣門開啟，所述信號指示排氣溫度對于排氣后處理裝置的最佳運行來說過低。此外，例如在直接噴射的例子中，根據(jù)傳感器信號執(zhí)行被噴射燃料量的適應性改變?？蛇€提供出氣門在壓縮沖程(也就是正常運行)中關閉的汽缸運行。按這種方式能夠對內燃發(fā)動機的排氣后處理裝置進行最佳運行，其中同時對內燃發(fā)動機的運行和動力生產做出盡可能少的干預。
[0051]應明白地是盡管圖2-4所示例子示出四汽缸發(fā)動機，但是本公開的系統(tǒng)和方法還可被應用至具有任何偶數(shù)個汽缸的發(fā)動機。因此，本文中汽缸可被稱為第一和第二汽缸。在所述情況中，第一汽缸可還代表具有多于兩個汽缸的發(fā)動機中的奇數(shù)編號汽缸，第二汽缸可代表相同發(fā)動機中的偶數(shù)編號汽缸。在四汽缸發(fā)動機例子中，第一和第二汽缸對被重復兩次，以便第一汽缸包含第一和第三汽缸，第二汽缸包含第二和第四汽缸。然而，本公開的目標作為示例可被應用至6、8、10、或者12汽缸發(fā)動機。
[0052]現(xiàn)在轉向圖5，示出根據(jù)本公開的方法的流程圖。因為被存儲在只讀存儲器110內，通過發(fā)動機控制器12可以實施根據(jù)本公開的方法。根據(jù)本公開方法，發(fā)動機控制器12可還適合于控制經(jīng)點火系統(tǒng)190的火花點火和經(jīng)凸輪致動系統(tǒng)153 (如圖1所示)的排氣門(本文還被稱為出氣門)正時。方法600開始并且前進至602，其中本方法評估發(fā)動機上的負荷是否大于上負荷閾值。如果負荷大于上閾值(是)，本方法前進至604，其中發(fā)動機按正常模式運行，在汽缸的壓縮沖程中，汽缸的入氣口和出氣門均關閉(如圖2)。
[0053]如果在602處，負荷不大于上負荷閾值(否)，本方法前進至606。在606處，確定負荷是否大于下閾值。如果負荷大于下閾值(是)，本方法前進至608，其中維持正常模式直到負荷不超過下閾值。應明白地是上和下閾值可以是相同閾值，或者基于排量、壓縮比、動力輸出以及汽缸的其他參數(shù)，數(shù)值可以是不同的。
[0054]如果在606處，負荷不大于下閾值(否)，本方法前進至610，其中在選擇性停用模式下運行發(fā)動機。在四汽缸發(fā)動機中，可以停用按點火次序的第一和第三汽缸。汽缸停用將導致施加點火的發(fā)動機例子中的火花點火中止。此外，在停用汽缸中可做出對燃料噴射時間和數(shù)量的改變。例如，在選擇性停用模式中，可減少被噴射燃料量。不管負荷，第二和第四汽缸仍為汽缸提供動力，在壓縮沖程中，基本上關閉第二和第四汽缸的出氣門。
[0055]在611處，評估排氣道內的溫度是否大于閾值溫度。閾值溫度可以是這樣的溫度，低于所述溫度時不能有效地還原排氣后處理裝置中的NOx。如果排氣道內的溫度不大于閾值(否)，本方法繼續(xù)至613，其中第一和第三汽缸的出氣門在壓縮沖程中保持關閉。如果在611處，排氣溫度高于閾值溫度，本方法前進至612。此外，隨著重復根據(jù)本公開的方法，如果排氣道內的溫度降到閾值溫度以下，可關閉出氣門。在溫度低于閾值溫度的情況下，通過出氣門釋放的燃料不可被用作還原劑，因為條件可能不適于排氣后處理裝置中的NOx還原。按這種方法，當排氣道內的溫度低于閾值時，在停用的奇數(shù)編號汽缸的壓縮沖程中可以禁止出氣門開啟。此外，低于閾值溫度，可以減少或者停止燃料噴射至停用的汽缸。
[0056]在612處，當發(fā)動機處于選擇性停用模式時，至少在部分壓縮沖程過程中開啟第一和第三汽缸的出氣門。壓縮沖程中，出氣門的所述開啟允許第一和第三停用汽缸內的空氣燃料混合物隨活塞在汽缸內向上移動，被推入排氣歧管。在614處,被從第一和第三汽缸驅至排氣歧管的空氣充氣進入排氣道。進入排氣道的未燃燃料可用作排氣后處理系統(tǒng)的還原劑或者經(jīng)排氣再循環(huán)富化進入進氣歧管的氣流。然后，本方法返回。
[0057]按這種方式，可以運行四個汽缸，以便低于下負荷閾值時，按點火次序的每個奇數(shù)編號汽缸不被用于產生動力，并且其中在每個奇數(shù)編號汽缸的壓縮沖程中，發(fā)生燃料噴射至奇數(shù)編號汽缸的燃燒室，并且在奇數(shù)編號汽缸的壓縮沖程中，開啟奇數(shù)編號汽缸的出氣門，從而使得由此產生的空氣燃料混合物能夠到排氣道。因此，尤其在所有負荷范圍內能夠實現(xiàn)燃料消耗和排氣排放的減少。
[0058]本文公開四沖程內燃發(fā)動機的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含:至少兩個汽缸；燃料直接噴射裝置；可變氣門正時系統(tǒng)；根據(jù)負荷控制火花點火和氣門正時的發(fā)動機控制器；其中，低于下負荷閾值，第一汽缸停用，發(fā)生燃料噴射至第一汽缸的燃燒室，并且在壓縮沖程過程中，開啟第一汽缸的出氣門。噴射至停用的汽缸的燃料可通過開啟的出氣門進入排氣通道，并且在其中用作還原劑。
[0059]應當注意，本文所包括的示例性控制和估算例行程序能夠被用于各種發(fā)動機和/或車輛系統(tǒng)配置。在此描述的特定程序可表示任何數(shù)量的處理策略中的一個或更多，例如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程、等等。類似地，所示的各種動作、操作、和/或功能可按所示次序、并列執(zhí)行、或在一些情況下被省略。同樣地，未必需要按該處理順序實現(xiàn)在此描述的示例性實施例的特征和優(yōu)勢，其被提供是為了便于解釋和說明。根據(jù)所使用的特定策略，可重復執(zhí)行一個或更多所示動作、操作、和/或功能。此外，所述動作、操作、和/或功能可通過圖形表示代碼，該代碼被編入發(fā)動機控制系統(tǒng)中的計算機可讀存儲媒體內的非暫時性存儲器內。
[0060]應明白，因為能有各種變體，所以本文所公開的配置和程序本質上是示例性的，并且這些特定的實施例不應被視作具有限制意義。例如上述技術能夠被應用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4和其他發(fā)動機類型。本公開的主題事項包括本文描述的不同系統(tǒng)和配置的所有新穎且非顯而易見的組合和子組合、以及其他特征、功能、和/或特性。
[0061]所附權利要求特別指出某些被視為是新穎且非顯而易見的組合和子組合。這些權利要求可能提到“一”元件或“第一”元件或其等效物。此類權利要求應理解成包括一個或更多此類元件的結合，既不要求也不排除兩個或更多此類元件。本發(fā)明特征、功能、元件和/或特性的其他組合和子組合可由本發(fā)明權利要求修改或經(jīng)過在此或相關申請中呈現(xiàn)的新權利要求加以要求。此類權利要求，無論比原始權利要求范圍要寬、窄、等同、或不同，仍被視作包括于本發(fā)明主題事項內。
【權利要求】
1.一種用于四沖程內燃發(fā)動機的系統(tǒng)，其包含: 至少兩個汽缸； 燃料直接噴射裝置； 可變氣門正時系統(tǒng)；以及 根據(jù)負荷控制火花點火和氣門正時的發(fā)動機控制器； 其中， 低于下負荷閾值，停用第一汽缸，燃料噴射至所述第一汽缸的燃燒室中，并且在壓縮沖程過程中開啟所述第一汽缸的出氣門。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述燃料噴射發(fā)生在所述壓縮沖程過程中。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中在所述第一汽缸的壓縮沖程的基本上整個持續(xù)時間內所述第一汽缸的所述出氣門開啟。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中在所述第一汽缸的膨脹沖程過程中發(fā)生燃料后噴射。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過中斷火花點火停用所述第一汽缸。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包含在下負荷閾值以下仍運行的第二汽缸，其中在壓縮沖程中所述第二汽缸的出氣門關閉。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少兩個汽缸包含四個汽缸。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第一汽缸包含按點火次序的第一和第三汽缸，并且所述第二汽缸包含按所述點火次序的第二和第四汽缸，以便在四汽缸發(fā)動機中，所述第一和第二汽缸重復兩次。
9.一種用于發(fā)動機的方法，其包含: 高于上負荷閾值，在全部壓縮沖程過程中保持第一汽缸的出氣門關閉。 低于下負荷閾值，停用所述第一汽缸并且在壓縮沖程中開啟所述出氣門；以及 無論負荷如何，在全部壓縮沖程過程中保持第二汽缸的出氣門關閉。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述下負荷閾值和所述上負荷閾值相同。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中停用所述第一汽缸包含中斷所述第一汽缸內的火花點火。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述第一汽缸和所述第二汽缸重復，以便四汽缸發(fā)動機具有按點火次序的第一和第三汽缸作為所述第一汽缸，并具有按所述點火次序的第二和第四汽缸作為所述第二汽缸。
13.根據(jù)權利要求9所述的方法，還包含在所述壓縮沖程過程中，低于閾值排氣溫度時關閉所述第一汽缸的所述出氣門。
14.根據(jù)權利要求9所述的方法，還包含在選擇性停用模式中，減少噴射的燃料量。
15.根據(jù)權利要求9所述的方法，還包含在壓縮沖程中，將燃料噴射至所述第一汽缸內。
16.根據(jù)權利要求9所述的方法，還包含在膨脹沖程中，將燃料噴射至所述第一汽缸內。
17.—種用于發(fā)動機的系統(tǒng),其包含: 低于下負荷閾值時，停用四汽缸發(fā)動機點火次序中每個奇數(shù)編號汽缸。在壓縮沖程中將燃料噴射至所述奇數(shù)編號汽缸的燃燒室內；以及當被停用時，在所述壓縮沖程中開啟所述奇數(shù)編號汽缸的出氣門，從而將空氣燃料混合物輸送至排氣道。
18.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，還包含在壓縮沖程中保持每個偶數(shù)編號汽缸的出氣門關閉。
19.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中通過直接噴射來噴射燃料。
20.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，還包含當排氣道中的溫度低于閾值溫度時，在停用的奇數(shù)編號汽缸的壓縮沖 程中，禁止出氣門開啟。
【文檔編號】F02D13/00GK103541817SQ201310294666
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權日:2012年7月16日
【發(fā)明者】Y·M·S·雅各布 申請人:福特環(huán)球技術公司