CN102042096B - 汽缸停用以降低燃料切断模式之后的燃料富集 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽缸停用以降低燃料切断模式之后的燃料富集。具体地，一种系统包括燃料切断模块和汽缸停用模块。燃料切断模块在出现减速燃料切断条件时产生燃料切断信号，其中，基于所述燃料切断信号禁止向发动机的M个汽缸供应燃料，并且其中，M是大于或等于1的整数。汽缸停用模块响应于所述燃料切断信号停用所述M个汽缸。

Description

汽缸停用以降低燃料切断模式之后的燃料富集
技术领域
本公开涉及发动机控制系统，更具体地涉及用于降低燃料切断模式之后的燃料富集的系统和方法。
背景技术
本文所提供的背景技术描述目的在于从总体上呈现本公开的背景。当前署名的发明人的工作，在本背景技术部分所描述的范围内以及在申请日时可能不作为现有技术的那些描述的方面，都既不明示也不暗示地确认为是相对本公开而言的现有技术。
发动机排出排气，包括二氧化碳、水、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、未燃烧的碳氢化合物(HC)以及其他化合物。排气系统通常包括催化剂，催化剂通过将排气中的CO、NOx和HC气体化学地转变为二氧化碳、氮气和水而降低了这些气体的水平。催化剂通过催化这些气体和氧气之间的反应来降低气体的水平。催化剂在工作于贫燃料条件下时储存氧气并且在工作于富燃料条件下时释放氧气。
车辆可工作在燃料切断模式中，在此期间，禁止向汽缸供应燃料。燃料切断模式可在如下情况下发生：车辆正在减速而没有来自驾驶者的油门输入并且发动机正在用作制动。在燃料切断模式期间，发动机泵送空气而非排气通过排气系统，从而导致向催化剂输送了过量的氧气。催化剂储存氧气直到达到最大氧气储存量。当超过了最大氧气储存量时，催化剂转化NOx排放物的能力可大大下降，导致NOx突破(NOx breakthrough)。因此，当恢复燃料供应时，向发动机输送的燃料量增大，导致出现富燃料条件。富燃料条件降低了氧气量并且提高了NOx的转化。
发明内容
一种系统包括燃料切断模块和汽缸停用模块。燃料切断模块在出现减速燃料切断条件时产生燃料切断信号，其中，基于所述燃料切断信号禁止向发动机的M个汽缸供应燃料，并且其中，M是大于或等于1的整数。汽缸停用模块响应于所述燃料切断信号停用所述M个汽缸。
一种方法，包括：在出现减速燃料切断条件时产生燃料切断信号，其中，基于所述燃料切断信号禁止向发动机的M个汽缸供应燃料，并且其中，M是大于或等于1的整数；以及响应于所述燃料切断信号停用所述M个汽缸。
通过本文提供的详细描述将明了本公开进一步的应用领域。应当理解的是，这些详细描述和特定示例仅仅用于说明的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
本发明还提供了以下方案：
1.一种系统，包括：
燃料切断模块，其在出现减速燃料切断条件时产生燃料切断信号，其中，基于所述燃料切断信号禁止向发动机的M个汽缸供应燃料，并且其中，M是大于或等于1的整数；和
汽缸停用模块，其响应于所述燃料切断信号停用所述M个汽缸。
2.如方案1所述的系统，其特征在于，M等于所述发动机的汽缸总数。
3.如方案2所述的系统，其特征在于，所述汽缸停用模块在向所述M个汽缸的燃料供应被禁止后停用所述M个汽缸。
4.如方案1所述的系统，其特征在于，所述汽缸停用模块停用所述M个汽缸的进气阀和排气阀以防止空气流从所述M个汽缸流向催化剂。
5.如方案1所述的系统，还包括氧气储存模块，所述氧气储存模块确定催化剂中储存的氧气量，其中，所述汽缸停用模块在所储存的氧气量大于阈值氧气量时停用所述M个汽缸。
6.如方案5所述的系统，其特征在于，所述阈值氧气量指示所述催化剂下游的排气中的氮氧化物(NOx)。
7.如方案5所述的系统，其特征在于，所述氧气储存模块基于指示所述催化剂下游的排气中的氧气量的信号来确定氧气量。
8.如方案1所述的系统，其特征在于，所述减速燃料切断条件在车辆速度大于速度阈值和加速器位置小于位置阈值时发生。
9.如方案1所述的系统，其特征在于，所述减速燃料切断条件在所述发动机输出负发动机扭矩时发生。
10.如方案1所述的系统，其特征在于，所述汽缸停用模块停用所述M个汽缸以防止催化剂储存的氧气量增加。
11.一种方法，包括：
在出现减速燃料切断条件时产生燃料切断信号，其中，基于所述燃料切断信号禁止向发动机的M个汽缸供应燃料，并且其中，M是大于或等于1的整数；以及
响应于所述燃料切断信号停用所述M个汽缸。
12.如方案11所述的方法，其特征在于，M等于所述发动机的汽缸总数。
13.如方案12所述的方法，还包括：
在向所述M个汽缸的燃料供应被禁止后停用所述M个汽缸。
14.如方案11所述的方法，还包括：
停用所述M个汽缸的进气阀和排气阀以防止空气流从所述M个汽缸流向催化剂。
15.如方案11所述的方法，还包括：
确定催化剂中储存的氧气量；以及
在所储存的氧气量大于阈值氧气量时停用所述M个汽缸。
16.如方案15所述的方法，其特征在于，所述阈值氧气量指示所述催化剂下游的排气中的氮氧化物(NOx)。
17.如方案15所述的方法，还包括：
基于指示所述催化剂下游的排气中的氧气量的信号来确定所述氧气量。
18.如方案11所述的方法，其特征在于，所述减速燃料切断条件在车辆速度大于速度阈值和加速器位置小于位置阈值时发生。
19.如方案11所述的方法，其特征在于，所述减速燃料切断条件在所述发动机输出负发动机扭矩时发生。
20.如方案11所述的方法，还包括：
停用所述M个汽缸以防止催化剂储存的氧气量增加。
附图说明
图1是根据本公开原理的示例性发动机系统的功能方框图；
图2是根据本公开原理的发动机控制模块的功能方框图；并且
图3是流程图，示出了根据本公开原理的发动机控制模块所执行的方法。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不试图以任何方式限制本公开、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同附图标记来表示相似元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当解释为指的是逻辑表达式“A或B或C”的含义，该表达式中使用了非排他的逻辑或。应当理解的是，在不改变本公开原理的情况下，方法内的步骤可按照不同顺序执行。
如本文所使用的，术语“模块”指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用处理器、专用处理器或组处理器)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他适合部件。
在燃料切断模式期间，催化剂储存了过量的氧气，从而增大了催化剂的氧气储存量并且降低了催化剂转化NOx排放物的能力。当恢复燃料供应时，燃料供应的提高会降低氧气储存量。然而，燃料供应的提高降低了燃料效率并且可要求额外的时间来降低氧气储存量。因此，当车辆工作在燃料切断模式时，希望防止氧气储存量增大。防止氧气储存量增大会降低在燃料切断模式结束时对燃料富集的要求。
根据本公开的富集降低系统降低了燃料切断模式期间被泵送通过催化剂的空气量。富集降低系统确定在燃料切断模式中供应给汽缸的燃料何时被禁止。富集降低系统停用汽缸以防止在燃料切断模式期间空气被汽缸泵送通过排气系统。当恢复燃料供应时，对于发动机燃料富集的需求就减小了。
现在参见图1，给出了示例性发动机系统100的功能方框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于来自驾驶者输入模块104的输出燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。仅作为示例，驾驶者输入模块104可基于加速器输入装置(例如加速器踏板)的位置来输出位置信号。
发动机102将空气经过节流阀112吸入进气歧管110。仅作为示例，节流阀112可包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM)114控制节流阀致动器模块116，该节流阀致动器模块116调节节流阀112的开度以控制被吸入进气歧管110的空气量。ECM 114可实施本公开的富集降低系统。来自进气歧管110的空气流入发动机102的汽缸内。虽然发动机102可包括多个汽缸，但为了例示的目的示出了单一的代表性汽缸118。仅作为示例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。
进气阀122调节来自进气歧管110的空气流入汽缸118内。ECM114控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块124调节燃料的喷射以实现期望的空气/燃料比。燃料可在中心位置或多个位置处喷射到进气歧管110内，这些位置例如是每个汽缸的进气阀附近。在图1未示出的各种实施方式中，燃料可直接喷射到汽缸内或喷射到与汽缸关联的混合室内。燃料致动器模块124可在燃料切断模式期间停止向汽缸喷射燃料。
喷射的燃料在汽缸118中与空气混合并形成空气/燃料混合物。活塞(未示出)在汽缸118内压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM 114的信号，火花致动器模块126可激励汽缸118中的火花塞128，这点燃了空气/燃料混合物。可相对于活塞处于其最高位置时的时间确定火花正时，该最高位置被称为上止点(TDC)。在柴油发动机中，火花致动器模块126和火花塞128可省略。
空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动旋转的曲轴(未示出)。然后活塞开始再次向上运动并通过排气阀130排出燃烧的副产物。包括了排气的燃烧副产物经由排气系统132从车辆排出。
排气系统132中的催化剂134降低了发动机102所排放的气体量，例如CO、HC和NOx。催化剂134通过催化这些气体和氧气之间的反应来降低气体量。催化剂134包括称为氧气储存容量(OSC)的能力。OSC指的是催化剂134在发动机102工作于贫条件下时储存过量氧气以及在发动机102工作于富条件下时释放氧气的能力。催化剂所储存的氧气量可称为氧气储存量。贫条件可在空气/燃料混合物的比大于化学当量的空气/燃料混合物时发生。富条件可在空气/燃料混合物的比小于化学当量的空气/燃料混合物时发生。
氧气储存量可取决于空气/燃料混合物的比而增大或减小。在贫条件期间，由于空气/燃料混合物包括过量的氧气，所以氧气储存量可增大。在富条件期间，由于空气/燃料混合物包括过量的燃料，所以氧气储存量可减小。催化剂134中储存过量的氧气直到达到最大储存量。最大储存量可取决于催化剂134的尺寸和成分。最大储存量可取决于催化剂134的温度。当催化剂134达到最大储存量时，可能发生NOx突破，从而降低了催化剂134转化NOx排放物的能力。
车辆可工作于燃料切断模式，在该模式中，燃料致动器模块124切断向一个或多个汽缸的燃料供应(即，停止燃料流)。燃料切断模式可在车辆工作于“超限运动”或“减速”条件时发生。车辆在没有驾驶者油门输入(即，没有向加速器输入装置的输入)的情况下行驶以及发动机102充当制动器(即，产生负扭矩)，这些可称为工作于超限运动或减速条件。当存在减速条件时，可在减速燃料切断(DFCO)模式中禁止燃料供应。可实施DFCO模式以提高燃料经济性和/或提高发动机制动。在DFCO模式期间，发动机102泵送空气通过排气系统132，从而导致向催化剂134输送过量的氧气。
氧气传感器可用于确定排气中的氧气量。氧气传感器产生指示排气中的氧气量的氧气信号。第一氧气传感器136可产生上游氧气信号，指示催化剂134上游的氧气量。第二氧气传感器138可产生下游氧气信号，指示催化剂134下游的氧气量。ECM 114可基于上游和/或下游氧气信号确定氧气储存量。
进气凸轮轴140可控制进气阀122的打开和关闭。排气凸轮轴142可控制排气阀130的打开和关闭。在多种实施方式中，多个进气凸轮轴可控制每个气缸的多个进气阀和/或可控制多列气缸的进气阀。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个气缸的多个排气阀和/或可控制多列气缸的排气阀。单个的凸轮轴可控制进气阀122和排气阀130的打开和关闭。
汽缸致动器模块144可通过禁止打开进气阀122和/或排气阀130而停用汽缸118。在各种实施方式中，汽缸致动器模块144可包括液压系统，液压系统选择性地使一个或多个汽缸的进气和/或排气阀从对应的凸轮轴脱开，以便停用这些汽缸。仅作为示例，汽缸致动器模块144使半数汽缸的阀作为一组液压地耦接或者脱开。
温度传感器170可指示催化剂134的温度(TC)。车辆速度传感器172可基于驱动轮旋转速度或变速器输出速度来指示车辆速度(VS)。RPM传感器180可按照每分钟转数(RPM)测量曲轴的速度。发动机冷却剂温度(ECT)传感器182可指示发动机102中的冷却剂和/或发动机102的温度。ECT传感器182可位于发动机102内或者位于冷却剂所循环的其他位置，例如位于散热器(未示出)中。
歧管绝对压力(MAP)传感器184指示进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，MAP传感器184可测量发动机真空度，发动机真空度是外界空气压力和进气歧管110内的压力的差异。质量空气流(MAF)传感器186测量流入进气歧管110的空气的质量流率。在各种实施方式中，MAF传感器186可位于壳体内，该壳体还包括了节流阀112。
节流阀致动器模块116可使用一个或多个节流阀位置传感器(TPS)190来监测节流阀112的位置。进气温度(IAT)传感器192可测量被吸入发动机102的外界空气温度。其他的传感器194可包括排气系统132中的其他温度传感器、凸轮轴位置传感器以及其他发动机传感器。ECM 114可使用来自传感器的信号来作出对发动机系统100的控制决定。
每个改变发动机参数的系统均可称为接收致动器值的致动器。例如，节流阀致动器模块116可称为致动器，而节流阀打开面积可称为致动器值。在图1的示例中，节流阀致动器模块116通过调整节流阀112的叶片角来实现节流阀打开面积。
类似地，火花致动器模块126可称为致动器，而对应的致动器值可以是相对于汽缸TDC的火花提前量。其他致动器可包括燃料致动器模块124和汽缸致动器模块144。对于这些致动器，其致动器值可分别对应于燃料供应速率和启用的汽缸和/或阀的数量。ECM 114可控制致动器值以便从发动机102产生期望的扭矩。ECM 114可控制致动器值以实施本公开的富集降低系统。
现在参见图2，示例性发动机控制模块(ECM)114的功能方框图包括减速燃料切断(DFCO)模块202、氧气储存模块204以及汽缸停用模块206。DFCO模块202可在存在超限运动条件时产生燃料切断信号。向汽缸118的燃料供应响应于燃料切断信号而被禁止。氧气储存模块204确定催化剂134的氧气储存量。汽缸停用模块206响应于燃料切断信号和氧气储存量来停用汽缸118。
DFCO模块202可在出现超限运动条件时进入DFCO模式。超限运动条件可基于来自驾驶者输入模块104的输入、车辆速度传感器172以及温度传感器170而发生。仅作为示例，当车辆速度大于速度阈值，催化剂134的温度低于温度阈值并且加速器输入装置的位置小于位置阈值时，DFCO模块202可进入DFCO模式。当处于DFCO模式时，DFCO模块202可产生燃料切断信号。燃料致动器模块124可基于燃料切断信号中断向汽缸118喷射燃料。燃料致动器模块124可基于燃料切断信号中断向发动机102的所有汽缸喷射燃料。
氧气储存模块204确定催化剂134的氧气储存量。氧气储存模块204可在发动机102被供应燃料时以及在DFCO模式期间确定氧气储存量。仅作为示例，氧气储存模块204可在DFCO模块202切断燃料之前的时间确定氧气储存量。
可基于氧气传感器136、138中的一个或多个所指示的氧气量来确定氧气储存量。仅作为示例，当第二氧气传感器138指示氧气量大于阈值氧气量时，氧气储存模块204可确定氧气储存量大于阈值储存量。阈值储存量可以是指示NOx突破的氧气量。
汽缸停用模块206接收燃料切断信号和氧气储存量并且确定是否停用汽缸。汽缸停用模块206可响应于燃料切断信号来停用汽缸118。汽缸停用模块206可在DFCO模式期间监测氧气储存量，并且在氧气储存量大于阈值储存量时停用汽缸118。汽缸停用模块206可停用一个或多个阀以停用汽缸118。可停用排气阀130以防止排气排出汽缸118。可停用进气阀122以防止新鲜空气进入汽缸118。
汽缸停用模块206可按照各种顺序以及在各个时刻停用这些阀。仅作为示例，可停用所述阀使得在汽缸118中捕获了排气充量。可在活塞的进气冲程之后停用进气阀122。可在活塞的后继排气冲程之前停用排气阀130。
汽缸停用模块206可命令汽缸致动器模块144停用发动机102的一个或多个汽缸。在各种实施方式中，可联合地停用一组预定的汽缸。汽缸停用模块206也可命令火花致动器模块126停止为被停用的汽缸提供火花。
通过在DFCO模式期间停用汽缸，与汽缸启用但未被供应燃料时相比，发动机102泵送较少的空气通过排气系统132。减少流过排气系统132的空气量降低了进入催化剂134的氧气量。因此，催化剂134的氧气储存量在DFCO模式期间可不增大。当DFCO模式结束并且恢复燃料供应时，需要较少的燃料来降低氧气储存量，从而使得发动机系统100的燃料经济性得到改善。
现在参见图3，流程图300示出了ECM 114所执行的示例性步骤。控制方案开始于步骤302，这时，控制方案确定是否进入了减速燃料切断(DFCO)模式。当存在超限运动条件时，控制方案可进入DFCO模式，并且DFCO模块202可产生燃料切断信号。当进入DFCO模式时，控制方案进行到步骤304。
在步骤304中，控制方案可确定催化剂134的氧气储存量。仅作为示例，控制方案可基于来自氧气传感器136和138的氧气信号确定氧气储存量。在步骤306中，控制方案将氧气储存量与阈值储存量进行比较。当氧气储存量大于阈值储存量时，控制方案可进行到步骤308。否则，控制方案可在步骤304中继续监测所储存的氧气量。在步骤308中，控制方案停用一个或多个汽缸的一个或多个阀，以防止空气流在DFCO模式期间流入催化剂134。
本公开的广泛教导可按照多种形式实施。因此，虽然本公开包括了具体示例，但本公开的真实范围却不应当限于这些具体示例，因为其他修改在本领域技术人员研究了附图、说明书和所附权利要求书后将会变得明显。

Claims (14)

1.一种用于发动机的系统，包括：
燃料切断模块，其在出现减速燃料切断条件时产生燃料切断信号，
其中所述减速燃料切断条件在车辆速度大于速度阈值和加速器位置小于位置阈值时发生，
其中，基于所述燃料切断信号禁止向发动机的M个汽缸供应燃料，并且其中，M是大于或等于1的整数；
氧气储存模块，其确定储存在催化剂中的氧气量；和
汽缸停用模块，其在向所述M个汽缸的燃料供应被禁止后，响应于确定出储存在所述催化剂中的所述氧气量大于预定的氧气量停用所述M个汽缸。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，M等于所述发动机的汽缸总数。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述汽缸停用模块停用所述M个汽缸的进气阀和排气阀以防止空气流从所述M个汽缸流向所述催化剂。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定氧气量指示所述催化剂下游的排气中的氮氧化物(NOx)。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧气储存模块基于指示所述催化剂下游的排气中的氧气量的信号来确定氧气量。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述减速燃料切断条件在所述发动机输出负发动机扭矩时发生。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述汽缸停用模块停用所述M个汽缸以防止所述催化剂储存的所述氧气量增加。
8.一种用于发动机的方法，包括：
在出现减速燃料切断条件时产生燃料切断信号，
其中，所述减速燃料切断条件在车辆速度大于速度阈值和加速器位置小于位置阈值时发生，
基于所述燃料切断信号禁止向发动机的M个汽缸供应燃料，并且其中，M是大于或等于1的整数；以及
确定催化剂中储存的氧气量；以及
在向所述M个汽缸的燃料供应被禁止后，响应于确定出储存在所述催化剂中的所述氧气量大于预定的氧气量停用所述M个汽缸。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，M等于所述发动机的汽缸总数。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
停用所述M个汽缸的进气阀和排气阀以防止空气流从所述M个汽缸流向所述催化剂。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定氧气量指示所述催化剂下游的排气中的氮氧化物(NOx)。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
基于指示所述催化剂下游的排气中的氧气量的信号来确定所述氧气量。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述减速燃料切断条件在所述发动机输出负发动机扭矩时发生。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
停用所述M个汽缸以防止所述催化剂储存的所述氧气量增加。
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