CN102733977B - 发动机控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于在发动机冷起动工况期间加热催化剂的方法和系统。一个示例实施例中使用气门正重叠以驱动增压直吹空气流穿过发动机汽缸。气门重叠期间随直吹空气流喷射燃料，并且气门重叠期间之外也喷射燃料进入发动机汽缸。通过在排气歧管中直吹空气流和燃烧产物及喷射的燃料的放热反应而加热催化剂。

Description

发动机控制的方法和系统

【技术领域】

本发明大体涉及运转内燃发动机的方法和系统。

【背景技术】

在排气系统催化转化器起燃之前产生的发动机排出的冷起动排放可能在总废气排放中占较大比例。为了加快达到催化剂的起燃温度，发动机系统可喷射空气至排气歧管以燃烧排气中残留的未燃烧燃料。额外地或可选择地，可为喷射的空气补充额外的燃料以大幅增加排气温度，并从而减少起燃时间。

美国专利2010/0263639提供了这种发动机系统的一个示例。其中，发动机冷起动期间，以气门正重叠运转发动机，同时至少部分地通过马达驱动涡轮增压器压缩机。这样，产生了穿过发动机汽缸进入发动机排气歧管的直吹(blow-through)空气流。随直吹空气喷射燃料。直吹空气和燃料在排气中发生放热反应，并加热排气催化剂。

然而，发明人在此已经认识到这类系统的潜在问题。如一个示例，该方法依赖于单次燃料喷射加热发动机催化剂并获取期望的排气空燃比。由于随后随着直吹空气流而调节引导至催化剂的热量，因而该系统被限热。如另外一个示例，该方法利用富化的汽缸燃料喷射和直吹空气流结合以达到排气混合物中的期望空燃比。然而，在某些发动机冷起动期间，可能期望稀化的汽缸燃料喷射(例如，为了减少排气NOx排放)。这样，该方法不能够以稀化喷射加热催化剂并提供化学计量排气空燃比。

【发明内容】

因此，在一个示例中，可通过一种运转增压发动机的方法至少部分地解决一些上述问题。一个示例实施例包括，在发动机冷起动期间，以进气门和排气门正重叠运转发动机以驱动增压的直吹空气流通过发动机汽缸进入发动机排气。该方法进一步包括，在气门重叠期间喷射第一量的燃料，在气门重叠以外喷射第二量的燃料，以及使增压的空气流和燃料在排气中发生放热反应。

在一个示例中，车辆发动机可包括连接在发动机进气和发动机排气之间的涡轮增压器。在发动机冷起动期间(例如达到催化剂起燃温度之前)，可以进气门和排气门的正重叠运转发动机，同时运转涡轮增压器以驱动增压的直吹空气流通过发动机汽缸进入排气歧管。在气门重叠期间，可将第一量的燃料和直吹空气流一同喷射至汽缸。气门重叠之外的期间可在相同汽缸内喷射并燃烧第二量的燃料。例如，可在气门重叠之后但是仍然在相同燃烧循环的进气冲程喷射第二量的燃料。可替代地，可在气门重叠之外(例如之前)但是仍然在即将发生的燃烧循环的进气冲程喷射第二量的燃料。在其它示例中，可将第一量和第二量喷射至不同的汽缸，基于汽缸的点火顺序选择汽缸。例如，汽缸的选择可允许在不同的汽缸中基本上同时产生直吹混合物和汽缸燃烧混合物并随后在发动机排气中混合。

这样，可调节燃料喷射的总量(即，第一喷射量和第二喷射量之和)以提供最终期望的排气混合物空燃比(例如化学计量附近)。可基于发动机工况(包括排气催化剂温度)调节燃料总量中第一喷射量相对于第二喷射量的分流比(split ratio)，以提供期望的氧化热。例如，当排气催化剂处于较低温度时，可增加第一喷射量同时相应地减少第二喷射量。由此产生的富化直吹空气-燃料混合物能够和稀化汽缸燃烧混合物相混合以产生化学计量比的排气混合物，其中的富化直吹空气-燃料混合物增加传递至排气催化剂的热量而稀化汽缸燃烧减少冷起动排气中的NOx排放。在一个替代的示例中，当排气催化剂处于较高温度时(但是仍然低于起燃温度)，可减少第一喷射量，同时相应地增加第二喷射量。由此产生的稀化直吹空气-燃料混合物能够和富化的汽缸燃烧混合物混合以同样产生化学计量比的排气混合物，其中的稀化直吹空气-燃料混合物减少传递至排气催化剂的温度而富化的汽缸燃烧用于维持发动机扭矩和排气空燃比。

这样，通过喷射一些燃料同时引导增压空气穿过汽缸，燃料可在到达催化剂前与直吹空气更彻底地混合。通过在随后的进气冲程期间燃烧发动机汽缸内的一些燃料，并混合汽缸燃烧的排气和排气歧管中直吹空气-燃料混合物，由此产生的排气混合物可用于加速达到催化剂起燃状况。具体地，可促进直吹空气-燃料混合物和汽缸燃烧产物(包括残留的未燃烧的燃料，以及燃烧的燃料产物，例如短链碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO))的放热反应以提升排气催化剂处的温度。通过改变两次喷射中的燃料相对量，能改变引导至催化剂的氧化热量同时维持排气混合物处于化学计量。通过迅速增加催化剂的温度，可减少催化剂的起燃时间并改善排放质量。

根据本发明的一个实施例，第一发动机冷起动工况包括排气催化剂温度低于阈值，以及第二发动机冷起动工况包括排气催化剂温度高于阈值。

根据本发明的一个实施例，第一和第二发动机冷起动工况期间，直吹空气-燃料混合物是排气门正重叠期间涡轮增压器运转而产生的增压直吹空气-燃料混合物，同时在气门正重叠期间喷射第一量的燃料。

根据本发明的一个实施例，在第一和第二发动机冷起动工况期间，气门正重叠期间之外但在气门关闭之前通过喷射第二量的燃料而产生汽缸燃烧空气-燃料混合物。

根据本发明的一个实施例，在相同的汽缸中相同的燃烧循环中产生汽缸燃烧空气-燃料混合物和增压的直吹空气-燃料混合物。

根据本发明的一个实施例，第一和第二工况期间，将排气歧管中的排气混合物维持在基本上化学计量。

根据本发明的一个实施例，维持包括基于从排气空燃比传感器接收的反馈而调节第一和/或第二喷射量。

根据本发明，提供一种发动机系统，包括：增压发动机；用于直接将燃料喷射至发动机汽缸中的直接喷射器；排气催化剂；排气氧传感器；以及控制系统，其包括指令用于：在气门和排气门正重叠期间喷射第一量的燃料并驱动增压的空气量穿过汽缸流至排气歧管，以产生直吹混合物；在气门重叠之后进气门关闭之前喷射第二量的燃料以产生汽缸燃料混合物；以及使直吹混合物和汽缸燃烧混合物在排气歧管中发生放热反应。

根据本发明的一个实施例，驱动第一量的增压空气穿过发动机，包括运转连接在排气歧管和发动机进气之间的涡轮增压器以产生正增压。

根据本发明的一个实施例，调节第一和第二喷射量的总和以维持排气混合物空燃比接近化学计量，同时至少基于排气催化剂温度而调节第一喷射量相对于第二喷射量的比例。

根据本发明的一个实施例，控制系统进一步包括指令用于基于来自排气氧传感器的空燃比反馈而调节第一和第二喷射量，所述调节包括：第一工况期间，响应于反馈而调节第一喷射量而不是第二喷射量；第二工况期间，响应于反馈而调节第二喷射量而不是第一喷射量；第三工况期间，响应于反馈而调节第一和第二喷射量。

应理解，上述概要提供用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围仅由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的确定的实施方式。

【附图说明】

图1显示了包括发动机和相关的排气后处理系统的车辆系统的示意图；

图2显示了发动机的局部视图；

图3显示了描述发动机进气门与排气门正重叠的图示；

图4显示了喷射确定程序的示意图；

图5-6显示了可执行用于利用直吹空气-燃料混合物和汽缸燃烧混合物加速达到催化剂起燃温度的程序的高级流程图；

图7显示了描述发动机不同汽缸内的发动机循环的图示，其可用于选择汽缸以产生直吹空气-燃料混合物和汽缸燃烧混合物；

图8显示了根据本发明的可用于加速催化剂加热的示例直吹空气-燃料混合物和汽缸燃烧混合物。

【具体实施方式】

下面的描述涉及用于减少在连接至车辆发动机的排气后处理系统中(如图1-2所示)达到催化剂起燃温度所需的时间量的系统和方法。在气门正重叠期间(如图3中所示)，通过提供穿过发动机汽缸的增压充气并随着增压的直吹空气喷射一些燃料，可朝向排气催化剂引导氧化热。进一步地，通过在发动机汽缸中喷射和燃烧额外的燃料，并且在排气歧管处使汽缸燃料的产物和直吹混合物相结合，可在排气歧管处提供放热反应以大幅增加催化剂温度。发动机控制器可配置用于在发动机冷起动期间执行控制程序(例如图5-6中描述的程序)以通过驱动增压装置(例如涡轮增压器)产生新鲜的直吹空气流穿过汽缸。控制器可进一步基于期望的氧化热调节在气门正重叠期间随着直吹空气喷射的燃料量以及气门重叠期间之外喷入汽缸中的燃料量。示例示图(例如图4和7所显示的)可用于确定何时喷射燃料以及将燃料喷入哪个汽缸。图7显示了能用于增加排气催化剂温度的示例直吹空气-燃料混合物和汽缸燃烧混合物。通过增加排气温度以及加速达到催化剂起燃温度，可显著改善车辆冷起动排放的质量。

图1显示了车辆系统6的示意描述。车辆系统6包括连接至排气后处理系统22的发动机系统8。发动机系统8可包括具有多个汽缸30的增压发动机10。发动机10包括发动机进气系统23和发动机排气系统25。发动机进气系统23包括通过进气通道42流体连接至发动机进气歧管44的节气门62。发动机排气系统25包括最终通向将排气导向大气的排气通道35的排气歧管48。节气门62可位于增压装置(例如涡轮增压器50或机械增压器)下游的进气通道42中。涡轮增压器50可包括设置在进气通道42和进气歧管44之间的压缩机52。可通过设置在排气歧管48和排气通道35之间的排气涡轮54驱动压缩机52。压缩机52可通过轴56连接至排气涡轮54。这样，一旦发动机运行足够量的时间(例如阈值时间、阈值数的燃烧循环或者使排气达到阈值温度的时间量)，排气歧管中产生的排气可开始驱动排气涡轮54。

发动机排气系统25可沿排气通道35连接至排气后处理系统22。排气后处理系统22可包括一个或多个可安装在排气通道35中紧密耦合位置的排放控制装置70。一个或多个排放控制装置可包括三元催化剂、稀化NOx过滤器、SCR催化剂等。催化剂可使得排气中产生的有毒燃烧副产物(例如NOx类物质、未燃烧的碳氢化合物、一氧化碳等)在排放到大气之前被催化转换为低毒产物。但是，排气温度在很大程度上影响催化剂的催化效率。例如，还原NOx类物质需要的温度可能比氧化一氧化碳的温度高。在较低温度时也会出现不需要的副反应(例如氨和N2O类物质的产生)，这会不良影响排气装置的效率并且使废气排放的质量劣化。因此，可推迟排气的催化处理直到催化剂达到起燃温度。此外，为了改善排气后处理的效率，可能期望加速达到催化剂的起燃温度。

如本说明书中参考图5-6进一步的详细描述，发动机控制器可配置用于在发动机冷起动期间在排气歧管中产生直吹空气-燃料混合物，以减少起燃时间。在进气门和排气门正重叠期间(如图3所示)，可通过驱动一定量的增压空气(此处也称为直吹的空气流)和相关的燃料喷射穿过发动机汽缸进入排气歧管而产生直吹空气-燃料混合物。可通过在气门重叠期间之外，但仍然是进气冲程期间(例如气门重叠期间之前或之后的进气冲程)执行汽缸燃料喷射和汽缸燃烧由产生的汽缸燃烧混合物补充(例如在之后或之前)该混合物。混合直吹混合物可与汽缸燃烧混合物在排气歧管中混合并发生放热反应，以产生可辅助催化转换器快速达到运转温度的加热排气混合物。

排气后处理系统22还可包括碳氢化合物保留装置、颗粒物质保留装置和其它合适的排气后处理装置(未显示)。如在图2的示例发动机中进一步详细描述的，应理解可以在发动机中包含其他部件(例如各种阀门和传感器)。

车辆系统6可进一步包括控制系统14。控制系统14显示为接收从多个传感器16(本说明书中描述其多个示例)接收信息并且向多个执行器81(本说明书中描述了其多个示例)发送控制信号。如一个示例，传感器16可包括排气传感器126(位于排气歧管48中)、温度传感器128和压力传感器129(位于排放控制装置70的下游)。如本说明书中更为详细地描述的，其它的传感器(例如压力传感器、温度传感器、空燃比传感器、氧传感器以及组分传感器)可连接至车辆系统6的多个位置。如另一个示例，执行器可包括燃料喷射器(未显示)、多种阀门以及节气门62。控制系统14可包括控制器12。控制器可基于编程与其中的对应于一个或多个程序的指令或代码从该多个传感器接收输入数据、处理数据以及响应于处理的输入数据触发执行器。本说明书中参考图5-6描述示例控制程序。

图2描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。通过设置有控制器12的控制系统以及车辆驾驶员130使用输入装置132的输入可部分地控制发动机10。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(例如燃烧室)30可包括带有位于其中的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可和曲轴140相连以便活塞的往返运动转化为曲轴的转动运动。曲轴140可通过传动系统和乘用车的至少一个驱动轮相连。进一步地，起动马达可通过飞轮和曲轴140相连以能够进行发动机10的起动运转。

汽缸30能通过一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146和发动机10的除汽缸30之外的其它汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可包括增压装置，比如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2显示了发动机10配置有涡轮增压器，所述涡轮增压器包含布置在进气通道142和144之间的压缩机52和沿排气通道148布置的排气涡轮54。压缩机52可由排气涡轮54通过轴56驱动，包括节流板164的节气门62可沿发动机的进气通道设置，用于改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图2所示节气门62可安放在压缩机52的下游，或者可替代地安放在压缩机52的上游。

排气通道148能接收来自发动机10除了汽缸30的其它汽缸的排气。排气传感器128如图所示和排放控制装置70上游的排气通道148相连。传感器128可选自各种用于提供指示排气空燃比指示的合适的传感器，比如线性氧传感器或者UEGO(通用或宽域排气氧传感器)，双态氧传感器或EGO(如图所示)，HEGO(热EGO)，NOx、HC或CO传感器。排气控制装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其它排放控制装置，或它们的组合。

发动机10的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸30如图所示包括位于汽缸30上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸30)可包括位于汽缸上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气阀。

进气门150可由控制器12经由驱动器152进行控制。类似地，排气门156可由控制器12经由驱动器154控制。某些工况期间，控制器12可改变提供给驱动器152和154的信号以控制各自进气门和排气门的开启和关闭。可通过各自的气门位置传感器(未显示)确定进气门150和排气门156的位置。气门驱动器可以是电动气门驱动类型或者凸轮驱动类型或者这两种驱动类型的组合。可同时控制进气门正时和排气门正时，或者为可能的可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定的凸轮正时中的任意一种。每个凸轮驱动系统可包括一个或多个凸轮，并且可利用一个或多个凸轮轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一种或多种用于改变气门运转。例如，汽缸30可替代地包括通过电动气门驱动进行控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮驱动进行控制的排气门。在其它实施例中，进气和排气门可通过共用气门驱动器或驱动系统、或者可变气门正时驱动器或驱动系统来控制。发动机可进一步包括凸轮位置传感器，其数据可与曲轴位置传感器合并以确定发动机位置和凸轮正时。

汽缸30可具有压缩比，其为当活塞138处于底部中央时的容积与活塞138处于顶部中央时的容积的比例。通常，压缩比的范围是9∶1到10∶1。但是，在一些使用了不同燃料的示例中，压缩比可能会增加。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选定运转模式下，点火系统190可响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞192给燃烧室30提供点火火花。但是，在一些实施例中，火花塞192可省略，比如当发动机10可通过自动点火或者通过燃料喷射(如可能在一些柴油发动机的情况下)发起燃烧。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置有一个或多个燃料喷射器用于向其提供燃料。作为一个非限制性示例，汽缸30显示为包括直接连接至汽缸30的燃料喷射器166。本说明书中，燃料喷射器166配置为用于直接将燃料喷射至发动机汽缸的直接燃料喷射器。燃料喷射器166可与通过电子驱动器168从控制器12接收FPW信号的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器166提供已知的称为直接喷射(下文也称为“DI”)将燃料喷入燃烧汽缸30。尽管图2显示了喷射器166作为侧喷射器，它也可以位于活塞的上方，比如火花塞192的位置的附近。可替代地，喷射器可位于进气门上方并与之靠近。燃料可从包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的高压燃料系统172运送到燃料喷射器166。可替代地，燃料可通过单级燃料泵以较低的压力运送。此外，虽然未显示，燃料箱可具有给控制器12提供信号的压力传感器。

应理解在可替代的实施例中，喷射器166可以是给汽缸30上游的进气道提供燃料的进气道喷射器。同样应理解汽缸30可接收来自多个喷射器(例如多个进气道喷射器、多个直接喷射器、或者这些喷射器的组合)的燃料。

如图2所示，控制器12作为微电脑，包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在这个特别的实施例中显示为只读存储芯片110)、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。控制器12可从和发动机10相连的传感器接收各种信号，除上文讨论过的信号之外，还包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)、来自和冷却套筒118相连的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)、来自和曲轴140相连的霍耳效应(Hall effect)传感器120(或其它类型，例如曲轴位置传感器)的表面点火感测信号(PIP)、来自节气门位置感应器的节气门位置(TP)、来自传感器124的歧管绝对压力(MAP)。发动机转速信号(RPM)可由控制器12根据PIP信号(或曲轴位置传感器)得到。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管里真空或压力的指示。存储介质只读存储器110可编程有电脑可读数据，其代表了可由处理器106执行用于执行下文描述的方法和其它所期望的但没有具体列举的变型。

如上所述，图2仅仅显示了多缸发动机的一个汽缸。同样，每个汽缸可类似地包括各自的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

图3显示了给定发动机汽缸的气门正时和活塞位置相对于发动机位置的示图300。在发动机冷起动期间，发动机控制器可配置用于运转发动机增压装置(例如涡轮增压器)以驱动增压的直吹空气流进入排气歧管。可驱动直吹空气流穿过发动机汽缸同时以进气门和排气门正重叠运转发动机。此外，在正重叠期间可随着直吹空气流喷射第一量的燃料。喷射的燃料可与直吹空气彻底混合以产生直吹空气-燃料混合物，该混合物在排气歧管中发生放热反应以增加排气催化剂温度。发动机控制器可使用示图(例如示图300)以识别气门正重叠期间。

示图300沿X轴以曲轴转角角度(CAD)说明了发动机位置。曲线308描述了活塞位置(沿Y轴)，参考其距上止点(TDC)和/或下止点(BDC)的位置，并且进一步参考其在发动机循环的四冲程内(进气、压缩、做功和排气)的位置。如正弦曲线308所指示的，活塞从TDC逐渐向下移动，在做功冲程结束时在BDC处降至最低点。然后活塞在排气冲程结束时在TDC处回到顶部。然后活塞在进气冲程期间再次朝向BDC向下移动，在压缩冲程结束时在TDC处回到其初始顶部位置。

曲线302和304描述在发动机正常运转期间的排气门(虚线曲线302)的气门正时和进气门(实线曲线304)的气门正时。如说明的，当活塞在做工冲程结束时降至最低点时，可打开排气门。随后可在当活塞完成排气冲程时使排气门靠拢，维持将其打开至少直到开始随后的进气冲程。以同样的方式，可在开始进气冲程时或开始进气冲程之前打开进气门，并且维持将其打开至少直到开始随后的压缩冲程。

由于排气门关闭和进气门打开的正时差异，结束排气冲程之前以及开始进气冲程之后的一小段时间可同时打开进气门和排气门。气门可能都打开的这段时间被称为进气门和排气门的正重叠306(或者简单称为气门正重叠)，由曲线302和304交叉的阴影区域表示。在一个示例中，进气门和排气门正重叠306可以为发动机冷起动期间发动机设置的默认凸轮位置。

在一个示例中，在气门正重叠期间(即当处于图中的区域306时)发动机控制器可喷射第一量的燃料以产生直吹的混合物，同时在相同的燃料循环中气门重叠期间之后但是在进气冲程结束之前(即，在区域305中但不与区域306重叠的区域)喷射第二量的燃料以产生燃烧混合物。直吹混合物然后可以和汽缸燃烧混合物在排气歧管中反应以加热排气催化剂。如在图7详细显示，在替代的示例中，在气门正重叠期间，控制器可在一个发动机汽缸中喷射第一量的燃料，而在气门重叠期间之外但是在不同的燃烧循环(例如之前或之后的燃烧循环)的进气冲程中在相同汽缸(或替代的汽缸)中喷射第二量的燃料，。

现在转到图4，显示了调节直吹混合物中随着直吹空气流喷射的燃料量以及汽缸燃烧混合物中的燃料量以加热排气催化剂的示例方法的示意描述400。

期望的排气混合物空燃比(AFR)401和前馈(feed-forward)空气总量402可输入至第一控制器K1以确定燃料喷射总量403。这样，可基于发动机工况和设置而确定期望的排气混合物空燃比401和燃料喷射总量403。例如，可能期望将排气混合物空燃比基本维持在化学计量处。类似地，基于发动机气门设置、凸轮设置、增压设置等可确定前馈空气总量402。第二控制器K2可配置用于基于前馈空气总量402和期望的排气混合物空燃比401而确定喷射406的分流比。也就是，第二控制器K2可确定总燃料喷射量中有多少作为第一喷射量随直吹空气流喷射进入汽缸以及多少作为第二喷射量喷射至汽缸中(例如相同的汽缸或不同的汽缸)用于和汽缸燃烧空气流燃烧。

第二控制器K2可基于来自切换器415的输入而确定分流比405。切换器415交替地接收关于期望的汽缸燃烧空燃比420和期望的氧化热的输入。期望的氧化热基于实际排气催化剂温度411与期望的排气催化剂温度410的偏差。基于发动机工况以及期望氧化热相对于期望汽缸燃烧热的比较，可调节切换器415的位置，并且相应地改变提供给第二控制器K2的输入。

这样，为了改善废气排放，可能期望将排气催化剂的温度维持在起燃温度或起燃温度之上。因而例如发动机冷起动工况期间，当期望排气催化剂温度和实际排气催化剂温度存在较大差异时，切换器415可移动到使氧化热相对于汽缸燃烧具有较大权重的位置。相反，发动机运转期间当排气催化剂已经变热，切换器415可移动到使汽缸燃烧以及维持期望的汽缸燃烧空燃比相对于期望的氧化热具有更大权重的位置。

基于切换器415的位置和喷射总量403，可计算喷射的分流比405。这包括确定第一燃料喷射量406和第二燃料喷射量408。第一燃料喷射量406对应于正重叠期间随增压的直吹空气流喷射至发动机汽缸中的燃料，而第二燃烧喷射量408对应于气门重叠之外但是仍然在进气冲程内(在相同的燃烧循环中或者不同的燃烧循环中)的期间喷射至发动机汽缸的燃料。所以，当期望较高的氧化热时，可调节分流比以在第一喷射中喷射更多的燃料(同时第二喷射中相应地喷射更少的燃料)，从而增加引导至催化剂的热量。相反，当希望维持期望的汽缸燃烧空燃比时，可调节分流比以在第二喷射中喷射更多的燃料(同时第一喷射中相应地喷射更少的燃料)，以减小引导至催化剂的热量并增加汽缸燃烧。这样，通过改变两个喷射中燃料的相对量，可改变引导至催化剂的氧化热量同时维持排气混合物处于期望空燃比。

现在转到图5，显示了发动机冷起动期间用于执行补充直吹空气和燃烧喷射操作同时以进气门和排气正重叠运转图1车辆系统中的发动机的示例程序500。程序使发动机进气增压装置的压缩机运转并在排气中产生直吹的空气流，同时喷射一些燃料并混合燃料和直吹的空气流以便在排气歧管中产生直吹混合物。在混合直吹混合物和来自后续汽缸燃烧事件的燃烧排气之后，可在排气歧管中产生排气混合物。这样可促进排气歧管中的放热事件并迅速增加排气温度，从而减少催化剂的起燃时间。

在502中，确定发动机冷起动的工况。发动机的冷起动工况可包括排气催化剂温度低于阈值温度(例如起燃温度)，以及发动机处于发动机关闭状态的时间高于阈值持续时间中的至少一者。如果不存在发动机冷起动的工况，可终止程序。在504处，可确定排气温度是否达到阈值温度。这样，阈值温度可对应于高于其则排气可驱动涡轮增压器涡轮的排气温度。也就是，排气温度上升到阈值温度前，从发动机冷起动开始的若干燃烧循环中涡轮不会运转(在没有辅助的情况下)并且可能不会产生增压。确认之后，在506中可调节进气门和/或排气门正时以使得以进气门和排气门正重叠运转发动机。在一个示例中，气门正重叠可以是默认的凸轮位置以便于发动机冷起动时存在气门正重叠。发动机控制器可配置为使用示图(例如图3中的示图)，以识别对应于进气门和排气门正重叠期间的凸轮正时。同样在506中，可调节涡轮增压器的设置(例如可运转涡轮增压器的压缩机)以产生进气正增压。

在508处，可估算和/和测量发动机运转工况。同样，这些可包括但不限于发动机温度、发动机冷却剂温度、排气温度、催化剂温度、发动机转速、歧管压力、大气压力等。在一个示例中，可根据排气温度推断催化剂温度。在另一个示例中，可进一步将催化剂温度和/或排气温度和阈值温度(例如催化剂起燃温度)比较，并且可确定温度差异。

在510处，基于估算的发动机运转工况(包括期望的氧化热和期望的汽缸燃烧空燃比(或汽缸热量)的比较，以及期望的排气空燃比)，可确定第一喷射量和第二喷射量。如在图4和6中详细描述的，这包括至少基于排气催化剂温度而调节第一喷射量相对于第二喷射量的分流比。例如，当排气催化剂温度和阈值温度(例如起燃温度)之间的差异增加时可相对于第二喷射量增加第一喷射量，同时维持总喷射量恒定。然而，可调节第一喷射量和第二喷射量的总和以维持排气中的总体空-燃比处于期望空-燃比(例如大体处于化学计量)。

在512中，气门正重叠期间可随直吹的空气流而喷射第一量的燃料(即排气冲程喷射)。这样，可驱动增压的直吹混合物穿过发动机汽缸流至发动机排气。在514处，可确认气门正重叠期间是否结束。如果是，那么在516处，在气门重叠之后但是在进气门关闭之前(即进气冲程中)控制器可在第一喷射的相同燃烧循环中喷射第二量的燃料。在一个示例中，发动机控制器可使用图3中的示图以确认气门正重叠之后进气门未关闭时的凸轮正时。可在汽缸中燃烧第二喷射量以产生汽缸燃烧混合物。

由于喷射，直吹混合物和汽缸燃烧混合物可在排气歧管中接近排气催化剂处发生放热反应，从而加热催化剂。在518处，可确认排气催化剂的温度是处于阈值温度还是高于阈值温度(例如起燃温度T_light-off)。如果未达到起燃温度(即催化剂没有充分加热)，那么在522中程序可返回至510以继续调节第一喷射量和第二喷射量之间的燃烧分配而提供期望的氧化热。如果已经达到起燃温度(即催化剂已经充分加热)，那么在520中可中止第一直吹运转同时基于期望的汽缸燃烧和排气空燃比而调节第二燃料喷射。在一个示例中，中止第一直吹操作可包括仅仅中止第一燃料喷射同时基于发动机工况和期望的扭矩而调节涡轮增压器的设置。

现在转到图6，显示了基于发动机工况而调节第一喷射量和第二喷射量的分配的示例程序600。图6中的程序可作为图5中的程序(具体在510处)的一部分而执行。

在602中，可基于发动机工况确定期望的排气混合物空燃比。同样，这可对应于将汽缸燃烧产物释放入排气歧管中以及汽缸燃烧产物与直吹空气-燃料混合物放热反应之后产生的最终排气混合物的空燃比。在604处，可接收基于进气门和/或排气门设置以及涡轮增压器设置的前馈空气总量。在606中，可基于前馈空气总量和期望的排气混合物空燃比而确定喷射总量。

在608处，可基于发动机工况(至少包括催化剂温度)而确定期望的氧化热。例如，可比较实际催化剂温度和期望的催化剂温度(例如催化剂起燃温度)，并且可基于上述两者的差异而确定氧化热。在610处，可基于发动机工况而确定期望的汽缸燃烧工况(包括期望的汽缸燃烧空燃比、期望的汽缸燃烧热、期望的汽缸温度等)。

在612处，可确定用于产生直吹的空气-燃料混合物的第一喷射量相对于第二喷射量的分流比(或者分配)。在614处，可基于分流比确定第一喷射量和第二喷射量。

这样，第一喷射量和第二喷射量之间的总喷射量分配确定了引导至排气催化剂的热量。由于气门正重叠期间随增压的直吹空气流(气门正重叠期间涡轮增压器产生的)而喷射第一量的燃料，作为第一喷射量喷射的那部分燃料很大程度上提供了排气歧管中的热量。相反，由于在气门正重叠之后但仍然在进气冲程中向汽缸喷射第二量燃料，作为第二喷射量喷射的那部分燃料很大程度上提供了汽缸燃烧。所以，通过增加第一喷射量中喷射的那部分燃料，能增加引导至排气催化剂的氧化热。

在一个示例中，可基于排气催化剂温度而调节第一喷射量相对于第二喷射量的分流比，例如通过当排气催化剂温度低于阈值温度(例如起燃温度)时增加第一喷射量的比例。不考虑第一喷射量和第二喷射量之间的燃料分配，第一喷射量和第二喷射量的总和可维持恒定以便使排气混合物维持期望空燃比。例如，可调节喷射量的总和以将排气混合物基本上维持在化学计量或化学计量附近。

在616处，可确定是否需要进一步调节空燃比(AFR)。在一个示例中，发动机可包括发动机排气中的空燃比传感器(例如排气氧(EGO)传感器)。来自空燃比传感器的反馈可用于通过调节第一喷射量和/或第二喷射量来调节排气中的总体空燃比。这样，反馈可用于执行直吹的空气-燃料混合物和/或汽缸燃烧空气-燃料混合物的进一步调节，从而调节产生的发动机排气混合物空燃比。在一个示例中，基于来自空燃比传感器的反馈而作出的调节可使最终的排气混合物空燃比在化学计量附近震荡。

如果不需要调节空燃比(AFR)，可终止程序。如果需要调节空燃比，那么在618中基于来自排气氧传感器(或者替代的排气空燃比传感器)的空燃比反馈而进一步调节第一喷射量和第二喷射量。空燃比调节可包括，例如第一工况期间响应于反馈而调节第一喷射量而不是第二喷射量。第一工况可包括发动机冷起动工况。同样，在发动机冷起动期间，使排气催化剂上升到起燃温度以减少排放可能至关重要。所以，发动机冷起动期间通过响应于空燃比反馈而仅仅调节第一喷射量，可精确地给排气催化剂提供期望的氧化热。

如另外一个示例，在第二工况期间可响应于反馈而调节第二喷射量而非第一喷射量。如又一个示例，在第三工况期间可响应于反馈而调节第一喷射量和第二喷射量两者。这样，通过响应于来自排气氧传感器的空燃比反馈而调节第一和/或第二喷射量，可达到期望的氧化热和期望的汽缸燃烧，同时维持最终排气混合物处于期望空燃比。

应理解图5-6中描述的程序说明了在和第一喷射量相同的燃烧循环的进气冲程中喷射第二量的燃料，这并不意味着限制。在替代的示例中，可在和第一喷射量不同的燃烧循环的进气冲程中喷射第二喷射量。例如，不同的燃烧循环可以是紧靠第一喷射量燃烧循环之前的燃烧循环或者紧随第一喷射量燃烧循环之后的燃烧循环。这样，尽管描述的示例说明了将汽缸的直吹混合物和后续(例如紧接发生的)汽缸燃烧的产物混合，在替代的示例中，第二喷射可先于第一喷射，以便于将直吹的混合物和之前(例如之前紧接)的汽缸燃烧的产物混合。在这样的情况下，可在紧靠执行第一喷射的气门重叠期间之前的进气冲程中在进气门关闭之前执行第二喷射。第一喷射可先于第二喷射，反之亦然。

还应理解尽管描述的程序显示了将第一和第二喷射量喷射至相同的汽缸，这也并不意味着限制。在替代的示例中(详细描述在图7)，可在第一汽缸中喷射第一喷射量而在第二汽缸中喷射第二喷射量，基于点火顺序选择第一和第二汽缸。

图7显示了发动机不同汽缸的发动机汽缸位置的示例示图。在描述的示例中，直列式发动机的四个汽缸(汽缸1-4)显示为对应的点火顺序。

基于发动机循环的任何时候各个汽缸活塞的位置，给定的汽缸可以处于进气冲程(I)、压缩冲程(C)、做功冲程(P)或者排气冲程(E)。对于任何给定的汽缸，气门正重叠期间对应于给定汽缸中接近排气冲程末尾和进气冲程开始的窄窗口(附图中通过阴影框表示)。控制器可在第一汽缸气门正重叠期间在第一汽缸中喷射第一量的燃料。然后控制器可选择第二个不同的汽缸用于在第二汽缸的进气冲程内但是在第二汽缸气门正重叠期间之外喷射第二量的燃料。

可基于汽缸的点火顺序而选择第一和第二汽缸。例如，选择的汽缸可使直吹混合物和汽缸燃烧混合物基本上同时产生。在一个示例中，汽缸选择包括第一汽缸和第二汽缸，其中第一汽缸的气门正重叠期间和第二汽缸的排气冲程(附图中用对角线框描述)重叠。由于在汽缸的排气冲程中排出汽缸燃烧混合物，通过在第一汽缸气门重叠期间喷射第一量的燃料，并在排气冲程和第一汽缸的气门重叠期间重叠的第二汽缸的进气冲程中喷射第二量的燃料，可改善排气歧管中直吹混合物和汽缸燃烧混合物的混合以及其放热反应。

参考图7的示图，如一个非限制性示例，发动机控制器可在汽缸2中在气门重叠期间喷射第一量，而在汽缸1中在之前燃烧循环的进气冲程期间喷射第二量。如另一个示例，可在汽缸3中在气门重叠期间发动机控制器喷射第一量，而在汽缸4中在之前燃烧循环的进气冲程期间喷射第二量。同样，也可能是其它组合。

现在转到图8，描述了可用于加速催化剂加热的示例直吹空气-燃料混合物和汽缸燃烧混合物。具体地，显示了直吹混合物中第一喷射量和汽缸燃烧混合物中第二喷射量之间燃料的示例分配。在所有的描述示例中，不同的分配用于改变传递给排气催化剂的热量，同时维持最终排气混合物空燃比基本上处于化学计量。

对于直吹混合物以及汽缸燃烧混合物中的每一者，可确定前馈空气量(用阴影线框表示)。用于直吹混合物以及汽缸燃烧混合物的前馈空气量可基于涡轮增压器的增压设置，以及进气门和排气门设置(例如气门打开、气门关闭、气门打开的持续期间、气门重叠的持续期间等)。在描述的示例中，直吹混合物包括的空气量可比汽缸燃烧混合物中的空气量大。

示例I描述了直吹混合物和汽缸燃烧混合物之间燃料分配的第一示例(附图中相应的用空白框表示)。此处，第一喷射量调节为与直吹空气量成比例，以产生基本上化学计量的直吹混合物。类似地，第二喷射量调节为与汽缸燃烧空气量成比例，以产生基本上化学计量的汽缸燃烧混合物。这样，在示例I中，在排气歧管中可将化学计量的直吹空气-燃烧混合物和化学计量的汽缸燃烧空气-燃料混合物混合以在排气催化剂处产生热量，同时维持产生的排气混合物处于化学计量。

同样，应理解说明书中的燃料量和空气量成比例并非意为空燃比为1∶1。更确切地，是指能产生化学计量混合物所需的比例(例如空燃比为14.6∶1)。但是在替代的示例中，空燃比可能基于每个混合物期望的空燃比而有所不同(例如比例为1∶1)。

示例II描述了另外一个示例燃料分配。在此，第一喷射量调节为比与直吹空气量成比例的更大，以便于产生富化的直吹混合物。相应地减少第二喷射量以维持总喷射量恒定。从而，第二喷射量比与汽缸燃烧空气量成比例的更小，以便于产生稀化的燃烧混合物。此外，在示例II中，在排气歧管中可将富化的直吹空气-燃料混合物和稀化的燃烧空气-燃料混合物混合，以在排气催化剂处产生更多的热量(相对于示例I和III)同时维持产生的排气混合物处于化学计量。排气催化剂的温度低于阈值和催化剂起燃温度的第一发动机冷起动工况期间，可使用示例II的燃料分配。

示例III描述了另外一种示例燃料分配。此处将第一喷射量调节为比与直吹空气量成比例的更小，以便产生稀化的直吹混合物。相应地增加第二喷射量以维持总喷射量恒定。从而，第二喷射量比与汽缸燃烧空气量成比例的更大，以便产生富化的汽缸燃烧混合物。此外，在示例III中，在排气歧管中可将稀化的直吹空气-燃料混合物和富化的汽缸燃烧空气-燃料混合物混合以在排气催化剂处产生较小的热量(相对于示例I和II)。排气催化剂温度比阈值高但比起燃温度低的第二发动机冷起动期间，可使用示例III的燃料分配。可替代地，当期望较富化的汽缸燃烧限制NOx排放和/或需要较高扭矩时，可使用示例III的燃料分配。

示例IV描述了另外一个示例，其中替代在第一和第二喷射之间分配燃料，在一次喷射中喷射所有的燃料。具体地，气门重叠期间将不添加燃料的增压直吹空气穿过发动机汽缸引导至发动机排气。增压的直吹空气然后在排气歧管中和富化的汽缸燃烧混合物发生放热反应以在排气催化剂处产生更多热量，同时维持由此产生的排气混合物处于化学计量。此处，汽缸燃烧可先于增压的直吹空气流(以使直吹空气流的新鲜空气和之前的汽缸燃烧事件的燃烧产物发生放热反应)，或者汽缸燃烧可紧随增压的空气流(以便直吹空气流的新鲜空气和紧随的汽缸燃烧事件的燃烧产物发生放热反应)。

这样，通过随增压的直吹空气流给发动机汽缸喷射一些燃料，穿过汽缸并流至发动机排气，在排气中可产生良好混合的空气-燃料混合物。通过在进气冲程期间在发动机汽缸中喷射和燃烧一些燃料，可产生汽缸燃烧混合物。通过在排气中混合直吹空气-燃料混合物和汽缸燃烧产物，可产生增加排放控制装置处热量的燃烧反应并加速达到催化剂起燃温度。通过改变随直吹空气流喷射在汽缸中的燃料和汽缸中燃烧的燃料的分配，能改变引导至催化剂的氧化热量，同时将排气混合物维持在期望空燃比。通过迅速增加催化剂温度，可减少催化剂的起燃时间并改善排放质量。

需注意本说明书中的示例控制和估算可用于各种系统配置。说明书中描述的具体程序可代表任意数量处理策略中的一个或多个，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的各个行为、操作和功能可以描述的顺序、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本文示例实例描述的功能和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。可使用特定策略可反复执行一个或多个描述的行为、功能或操作。另外，描述的操作、功能和/或行为可图形化代表编程在发动机控制系统中计算机可读存储介质中的代码。

应当理解本说明书公开的系统和方法实际是示例性的，并且那些具体的实施例或示例不应当认为是限制，因为可预期多种的变型。相应地，本公开包括所有在此公开的多种系统和方法(以及任何和所有的等同物)的新颖的和非显而易见的组合。

Claims (9)

1.一种运转增压发动机的方法，包括：

在发动机冷起动期间，以进气门和排气门正重叠驱动所述发动机来驱动增压直吹空气流穿过发动机汽缸进入发动机排气；

在第一喷射中在所述气门正重叠期间喷射第一量的燃料；

在第二喷射中在所述气门正重叠期间之外喷射第二量的燃料；以及

使得所述直吹空气流和燃料在所述排气中发生放热反应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在相同的发动机汽缸中喷射所述第一喷射量和第二喷射量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一发动机汽缸中喷射所述第一喷射量并且在第二发动机汽缸中喷射所述第二喷射量，基于汽缸的点火顺序而选择所述第一汽缸和第二汽缸。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述第一喷射量相同的燃烧循环的进气冲程中喷射所述第二喷射量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述第一喷射量不同的燃烧循环的进气冲程中喷射所述第二喷射量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述不同燃烧循环是紧靠所述第一喷射量的燃烧循环之前的燃烧循环或者紧随所述第一喷射量的燃烧循环之后的燃烧循环。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述第一喷射量和第二喷射量的总和以维持所述排气中总体空燃比处于期望的空-燃比，并且其中至少基于排气催化剂温度而调节所述第一喷射量相对于第二喷射量的比例。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于来自排气氧传感器的空燃比反馈而进一步调节所述第一喷射量和第二喷射量。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机冷起动包括催化剂温度低于阈值温度，以及所述发动机处于发动机关闭工况的时间高于阈值持续时间中的至少一者。

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