用于顆粒物控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及用于控制來自被構(gòu)造成執(zhí)行跳過-點(diǎn)火(Skip-fire)燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的顆粒物排放的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)可被構(gòu)造成操作可變數(shù)量的啟用的或停用的汽缸以增加燃料經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)可選擇地將整體排氣混合物空-燃比大約維持在理想配比。這種發(fā)動(dòng)機(jī)被熟知為可變排量式發(fā)動(dòng)機(jī)(VDE)。其中，在由例如速度/負(fù)荷窗口的參數(shù)限定的選定條件期間以及在包括車輛速度在內(nèi)的各種其他操作條件期間，一部分的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸可以關(guān)停。VDE控制系統(tǒng)可通過控制影響汽缸的進(jìn)氣氣門和排氣氣門的操作的多個(gè)汽缸氣門停用裝置、或通過控制影響汽缸加注燃料的多個(gè)可選擇性地停用的燃料噴射器來關(guān)停選定的一組汽缸，例如汽缸組。
[0003]在被構(gòu)造成通過以索引汽缸點(diǎn)火模式(也稱為“跳過-點(diǎn)火模式”)跳過對(duì)某些汽缸的燃料輸送以改變汽缸的有效排量的發(fā)動(dòng)機(jī)中，可實(shí)現(xiàn)燃料經(jīng)濟(jì)性的進(jìn)一步提高。跳過-點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)例由Tripathi等人在文件US 8，651，091中示出。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料控制器可連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)，以控制哪些特定的汽缸被加注燃料，哪些汽缸被跳過，以及該模式持續(xù)多少汽缸事件。通過跳過對(duì)選定汽缸的燃料輸送，啟用的汽缸可以在它們最佳的效率附近運(yùn)行，這增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體運(yùn)行效率。通過改變被跳過的汽缸的身份和數(shù)量，大范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)排量選擇成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]然而，本文的發(fā)明人已經(jīng)確定了使用此種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的潛在問題。具體而言，顆粒物(例如，炭煙)排放在該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中可被降級(jí)，特別是在跳過-點(diǎn)火(或在VDE發(fā)動(dòng)機(jī)中選擇的汽缸停用)之后的汽缸再次啟用期間。同樣地，當(dāng)燃燒室表面較冷時(shí)，來自火花點(diǎn)燃的發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物(PM)排放趨向于增加。這是因?yàn)榈竭_(dá)冷卻的表面的燃料蒸發(fā)得更慢，導(dǎo)致燃料膜即使在已經(jīng)發(fā)生燃燒事件之后仍殘留在燃燒表面。膜上的燃料-富集區(qū)域，以及來自膜的燃料蒸發(fā)在經(jīng)過燃燒之后會(huì)導(dǎo)致炭煙形成。除了冷-啟動(dòng)操作之外，在輕負(fù)荷運(yùn)行以及汽缸停用期間可加速燃燒室表面冷卻。因此，當(dāng)由于跳過-點(diǎn)火而被關(guān)閉的汽缸被再次啟用時(shí)，存在對(duì)于顯著升高的PM排放的趨勢(shì)。
[0005]在一個(gè)實(shí)例中，以上問題可至少部分地通過以下操作發(fā)動(dòng)機(jī)的方法解決:在第一發(fā)動(dòng)機(jī)炭煙負(fù)荷停用第一汽缸模式的各個(gè)汽缸氣門機(jī)構(gòu)；以及在更高的第二發(fā)動(dòng)機(jī)炭煙負(fù)荷停用不同的第二汽缸模式的各個(gè)汽缸氣門機(jī)構(gòu)。以這種方式，可基于發(fā)動(dòng)機(jī)的炭煙負(fù)荷來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的跳過-點(diǎn)火模式以保持選定的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，或所有的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸是溫暖的，從而減少排氣PM排放。此外，當(dāng)汽缸被再次啟用時(shí)，可調(diào)節(jié)再次啟用汽缸的加注燃料以進(jìn)一步地減少由于寒冷的汽缸活塞情況而導(dǎo)致的PM排放。
[0006]例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度低于閾值(或，炭煙負(fù)荷高于閾值)，并且在寒冷的汽缸燃燒室表面處的炭煙產(chǎn)生的傾向較高的情況期間，響應(yīng)扭矩需求下降，可調(diào)節(jié)汽缸模式的各個(gè)汽缸氣門機(jī)構(gòu)，使得定期的點(diǎn)火遍布所有發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸被分配。具體地，可基于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)模式，使得每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的溫度保持在閾值之上。因此，這減小了在汽缸停用期間的汽缸冷卻。在隨后的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的再次啟用期間，例如響應(yīng)扭矩需求的升高，如果發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度仍然低于閾值，或發(fā)動(dòng)機(jī)炭煙負(fù)荷高于閾值，那么再次啟用的汽缸可通過多次燃料噴射(split fuel inject1n)被操作并且可被延遲燃料輸送一段時(shí)間以減少從該再次啟用汽缸的炭煙排放。這可包括通過多個(gè)進(jìn)氣沖程噴射和/或進(jìn)氣和壓縮沖程噴射的組合的燃料加注。與此同時(shí)，保持啟用的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸可繼續(xù)通過單次燃料噴射以額定噴射正時(shí)操作。在分離燃料噴射中的每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的噴射的數(shù)量，噴射正時(shí)延遲的量，以及對(duì)于每個(gè)再次啟用的汽缸的被繼續(xù)的分離燃料噴射期間的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的數(shù)量可基于應(yīng)用的汽缸模式以及在前述停用期間每個(gè)再次啟用的汽缸中跳過的燃燒事件的數(shù)量被調(diào)節(jié)。通過這樣做，每個(gè)汽缸的溫度在再次啟用期間都位于產(chǎn)生炭煙排放的水平之上。
[0007]以這種方式，通過響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)炭煙負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)停用的模式，在汽缸停用期間汽缸的燃燒表面溫度可被更好的控制。通過在汽缸停用期間充分地保持汽缸溫暖，在隨后的再次啟用時(shí)來自汽缸的高PM排放的可能性被降低。此外，不得不再次啟用冷卻的汽缸的次數(shù)減少。在再次啟用期間，通過以分離燃料噴射來進(jìn)一步地操作再次啟用的汽缸多個(gè)燃燒事件，實(shí)現(xiàn)了 PM排放的進(jìn)一步的改善，同時(shí)改善了再次啟用的汽缸的重新開始燃燒的穩(wěn)定性。通過將燃料以多個(gè)進(jìn)氣沖程噴射(或進(jìn)氣沖程和早期壓縮沖程噴射)的方式噴射，以及通過延遲噴射開始正時(shí)，燃料噴霧的動(dòng)量減小，這減小了燃料噴霧弄濕燃燒表面的可能性。此外，汽缸停用之后的汽缸加熱可被加快，提供了排放益處。總體而目，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能被提尚。
[0008]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概括用來以簡(jiǎn)化的形式介紹在詳細(xì)的說明書中將被進(jìn)一步描述的選定的概念。并不意在確定所聲明主題的關(guān)鍵或必要特征，所聲明的主題的范圍由跟隨詳細(xì)的說明書的權(quán)利要求唯一限定。此外，所聲明的主題并不限制于解決以上提到的任意缺點(diǎn)或本公開的任意部分中的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0009]圖1不出了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)布局的一個(gè)不例性的實(shí)施例。
[0010]圖2示出了局部發(fā)動(dòng)機(jī)視圖。
[0011]圖3示出了在直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)和V8發(fā)動(dòng)機(jī)中的示例性的汽缸停用模式。
[0012]圖4示出了用于響應(yīng)炭煙負(fù)荷調(diào)節(jié)被構(gòu)造成用于選定的各個(gè)汽缸停用的發(fā)動(dòng)機(jī)的加注燃料模式的高級(jí)流程圖。
[0013]圖5示出了用于響應(yīng)于炭煙負(fù)荷調(diào)節(jié)在各個(gè)汽缸停用之后再次啟用的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的燃料噴射的高級(jí)流程圖。
[0014]圖6示出了從操作的跳過-點(diǎn)火模式離開的過渡期間的示例性的燃料噴射調(diào)節(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]提供了當(dāng)操作被構(gòu)造成用于選定的汽缸停用(此處也稱為跳過-點(diǎn)火操作)的發(fā)動(dòng)機(jī)(例如圖1至圖2的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng))時(shí)用于調(diào)節(jié)燃料噴射輪廓的方法和系統(tǒng)?？刂破骺身憫?yīng)于汽缸停用狀況基于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度調(diào)節(jié)選定的跳過-點(diǎn)火模式，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的炭煙負(fù)荷?？蓱?yīng)用于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的示例性的汽缸停用模式在圖3中示出?？刂破骺杀慌渲贸蓤?zhí)行程序(例如圖4的程序)以基于發(fā)動(dòng)機(jī)的炭煙負(fù)荷選擇汽缸停用模式，以在停用期間使發(fā)動(dòng)機(jī)保持溫暖以及減小冷卻的汽缸再次啟用的頻率。控制器可被進(jìn)一步地構(gòu)造成將被再次啟用的汽缸瞬時(shí)地轉(zhuǎn)換至后期分離燃料噴射以進(jìn)一步地提高汽缸加熱。以這種方式，可減少當(dāng)從跳過-點(diǎn)火的操作模式離開時(shí)的顆粒物排放。
[0016]圖1示出了具有第一組15a和第二組15b的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)10。在示出的實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10是V8發(fā)動(dòng)機(jī)，其中第一組和第二組各自具有四個(gè)汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有帶節(jié)氣門20的進(jìn)氣歧管16以及連接至排放控制系統(tǒng)30的排氣歧管18。排放控制系統(tǒng)30包括一個(gè)或更多個(gè)催化劑和空-燃比傳感器，例如關(guān)于圖2所描述的。作為一個(gè)非限制性的實(shí)例，發(fā)動(dòng)機(jī)10可作為用于乘用車輛的一部分的推進(jìn)系統(tǒng)被包括在內(nèi)。
[0017]發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可具有汽缸14，汽缸14帶有可選擇性地停用的進(jìn)氣氣門50和可選擇性地停用的排氣氣門56。在一個(gè)實(shí)例中，進(jìn)氣氣門50和排氣氣門56被構(gòu)造成用于經(jīng)由各個(gè)電動(dòng)汽缸氣門致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)氣門致動(dòng)(EVA)。盡管所描述的實(shí)例不出每個(gè)汽缸具有單個(gè)的進(jìn)氣氣門和單個(gè)的排氣氣門，在可替代的實(shí)例中，如在圖2處詳細(xì)描述的，每個(gè)汽缸可具有多個(gè)可選擇性地停用的進(jìn)氣氣門和/或多個(gè)可選擇性地停用的排氣氣門。
[0018]在選定的條件期間，例如當(dāng)不需要發(fā)動(dòng)機(jī)的全部扭矩能力時(shí)，可選擇發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)或更多個(gè)汽缸用于選定的停用(本文還稱為個(gè)別汽缸停用)。這可包括僅在第一組15a上停用一個(gè)或更多個(gè)汽缸，或僅在第二組15b上停用一個(gè)或更多個(gè)汽缸，或在第一組和第二組的每一者上停用一個(gè)或更多個(gè)汽缸。在每組上停用的汽缸的數(shù)量和身份可為對(duì)稱的或非對(duì)稱的。
[0019]在停用期間，選定的汽缸可通過關(guān)閉各個(gè)汽缸氣門機(jī)構(gòu)而被停用，例如進(jìn)氣氣門機(jī)構(gòu)、排氣氣門機(jī)構(gòu)，或二者的組合。可經(jīng)由液壓致動(dòng)升降器(例如，連接至氣門推桿的升降器)，經(jīng)由凸輪輪廓轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(其中，無升降的凸輪凸角被用于停用的氣門)，或經(jīng)由連接至每個(gè)汽缸的電氣致動(dòng)汽缸氣門來選擇性地停用汽缸氣門。此外，可停止至停用汽缸的燃料和火花，例如通過停用汽缸燃料噴射器。
[0020]在一些實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可具有可選擇性地停用(引導(dǎo))的燃料噴射器并且選定的汽缸可以通過關(guān)閉各自的燃料噴射器而停用，同時(shí)保持進(jìn)氣氣門和排氣氣門的運(yùn)行，使得空氣可被繼續(xù)栗送通過汽缸。
[0021]盡管所選定的汽缸被關(guān)停，但是保持啟用或啟動(dòng)的汽缸繼續(xù)執(zhí)行燃燒，其中燃料噴射器和汽缸氣門機(jī)構(gòu)啟用并且運(yùn)行。為了滿足扭矩需求，發(fā)動(dòng)機(jī)在啟用的汽缸上產(chǎn)生相同量的扭矩。這要求更高的歧管壓力，從而導(dǎo)致降低的栗送損失和提高的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。此夕卜，暴露在燃燒中的較小的有效表面面積(僅來自啟動(dòng)的汽缸)減少了發(fā)動(dòng)機(jī)熱損失，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。
[0022]汽缸可被停用以基于指定的控制算法來提供具體的點(diǎn)火(或跳過-點(diǎn)火)模式。更具體地，選定的“跳過”工作循環(huán)不被點(diǎn)火而其他的“啟用”工作循環(huán)被點(diǎn)火?？蛇x地，與選定的工作室的選定的點(diǎn)火相關(guān)的火花正時(shí)還可基于所選定的工作室的點(diǎn)火順序或點(diǎn)火歷史被調(diào)節(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器12可被構(gòu)造成帶有如下文所述的合適的邏輯，用于基于發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件確定汽缸停用(或跳過-點(diǎn)火)模式。
[0023]發(fā)動(dòng)機(jī)10可通過多種物質(zhì)操作，這些物質(zhì)可經(jīng)由燃料系統(tǒng)8被輸送。發(fā)動(dòng)機(jī)10可至少部分地由包括控制器12的控制系統(tǒng)控制?？刂破?2可接收來自連接至發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器16的各種信號(hào)(參照?qǐng)D2被描述)，并且可將控制信號(hào)發(fā)送至連接至發(fā)動(dòng)機(jī)和/或車輛的各種致動(dòng)器81 (如參照?qǐng)D2所描述的)。所述各種傳感器可包括例如，各種溫度、壓力以及空-燃比傳感器。此外，控制器12可接收來自沿發(fā)動(dòng)機(jī)缸體分布的一個(gè)或更多個(gè)爆震傳感器的汽缸爆震或提前點(diǎn)火的指示。當(dāng)被包含在內(nèi)時(shí)，多個(gè)爆震傳感器可沿發(fā)動(dòng)機(jī)缸體對(duì)稱或非對(duì)稱地分布。進(jìn)一步地，該一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器可包括加速計(jì)、離子傳感器或汽缸內(nèi)壓力傳感器。
[0024]發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可包括驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器和用于在當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件下基于期望的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出而確定汽缸模式的定序器。例如，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器可使用適應(yīng)性預(yù)測(cè)控制以動(dòng)態(tài)地計(jì)算驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，其中驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)指示被點(diǎn)火的汽缸以及獲得期望的輸出所需要的間隔(即，汽缸點(diǎn)火/跳過-點(diǎn)火模式)?？烧{(diào)節(jié)汽缸點(diǎn)火模式以提供期望的輸出而不產(chǎn)生在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的過度的或不合適的震動(dòng)。因此，可基于發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造來選擇汽缸模式，例如基于發(fā)動(dòng)機(jī)是否為V-發(fā)動(dòng)機(jī)、直列發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)中存在的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的數(shù)量等等?；谶x定的汽缸模式，所選定的汽缸的各個(gè)汽缸氣門機(jī)構(gòu)可被關(guān)閉，同時(shí)停止至汽缸的燃料流和火花。
[0025]由于給定汽缸的最佳效率是接近完全輸出，因此可選擇更低頻率的點(diǎn)火事件以減小輸出。例如，跳過每隔一個(gè)的汽缸將平均地產(chǎn)生一半的功率。盡可能均勻地間隔開點(diǎn)火事件會(huì)將由于改變扭矩輸出而產(chǎn)生的震動(dòng)最小化。是否所有的汽缸都包含在跳過-點(diǎn)火模式中將取決于期望的輸出的部分，其他考慮因素包括汽缸溫度。
[0026]以這種方式，通過調(diào)節(jié)各個(gè)汽缸氣門機(jī)構(gòu)和各個(gè)汽缸燃料噴射器的汽缸模式，通過更有效地操作更少的汽缸可提供期望的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，從而提高燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0027]如本文參照?qǐng)D3至圖4所詳盡描述的，控制器可基于排放限制(例如顆粒物排放(PM)限制)而被進(jìn)一步地調(diào)節(jié)。具體地，為了減小由于冷的汽缸燃燒表面狀況導(dǎo)致的PM排放，可選擇使汽缸保持溫暖的汽缸模式。在具體的狀況期間，例如當(dāng)排氣催化劑在起燃溫度以下時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)的情況期間，或當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度低于閾值的情況期間，可選擇基于炭煙負(fù)荷的模式?？商娲兀诎l(fā)動(dòng)機(jī)炭煙負(fù)荷高于閾值的情況期間可執(zhí)行基于炭煙負(fù)荷的模式?？刂破骺蛇x擇點(diǎn)火被遍及全部汽缸分配的模式，使得沒有汽缸變得特別冷?？商娲兀蛇x擇點(diǎn)火被集中在特定一組汽缸的模式，以使該組汽缸保持溫暖?？商娲?，可調(diào)節(jié)至啟用的汽缸的燃料噴射，例如通過使用分離燃料噴射和/或延遲噴射以進(jìn)一步地減少炭煙排放。通過維持汽缸的溫度，可增加操作所選定的汽缸停用的持續(xù)時(shí)間，延長汽缸停用益處。此外，再次啟用汽缸以使汽缸溫暖的頻率減小。
[0028]圖2示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室或汽缸的示例性的實(shí)施例。發(fā)動(dòng)機(jī)10可接收來自包括控制器12的控制系統(tǒng)的控制參數(shù)以及經(jīng)由輸入裝置132接收來自車輛操作者