CN103161596B

CN103161596B - 改进发动机启动的方法

Info

Publication number: CN103161596B
Application number: CN201210491370.0A
Authority: CN
Inventors: R·W·坎宁安; R·D·普斯夫
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: US9394842B2; US20130146024A1; RU2012151864A; CN103161596A; RU2622344C2; DE102012222284A1

Abstract

本发明提供了用于在发动机启动期间改善排气后处理初始暖机的方法。在一个示例中，该方法将发动机空气流量调整到由发动机提供期望的基本恒定的热通量到排气后处理设备的水平。该方法可减少燃料消耗以及对用于在排气后处理加热期间车辆的真空消耗装置提供真空的真空泵的需求。

Description

改进发动机启动的方法

技术领域

本发明涉及在启动期间控制发动机的方法。该方法可以对被升压以增加发动机性能的发动机特别有用。

背景技术

在发动机启动期间，当排气后处理系统可能以较低水平的效率运转时，具有排气后处理系统的发动机可产生受控的尾管排气排放物的最高浓度。减少尾管排放物的一种办法是快速地加热排气后处理系统，以使该排气后处理系统可更有效地转换受控的气体。通过给该后处理系统增大排气质量流率，可更快地加热该排气后处理系统。然而，将排气流率增大超出快速催化剂加热所要求的流率可能增加比期望更多的燃料消耗。另外，增大排气质量流率可以要求增加发动机空气质量流量，且增加发动机空气质量流量可能干扰为运转真空执行器提供真空。此外，当给发动机施加外部负荷时，可进一步增加发动机空气流率（且因此增加排气质量流率）从而补偿所增加的发动机负荷。所以，在可能不需要或不期望提供更高的发动机排气加热速率的情况下，发动机排气加热速率可随着发动机负荷的增加而增加。

发明内容

本文的发明人已意识到发动机启动的上述缺陷，且已经研究出了发动机启动方法，其包括：在发动机加速后，向发动机提供基本恒定的空气质量，直到预定的条件；当发动机引入基本恒定的空气量时，从MBT（最大扭矩最小点火提前角）正时延迟火花正时以提供扭矩从而实现期望的发动机怠速；以及当发动机引入基本恒定的空气质量时，响应于发动机负荷的增大，而提前火花。

通过在加速之后给发动机提供基本恒定的空气质量，有可能限制不必要的燃料消耗和在一些发动机工况中可能不必要或不期望的升高的排气温度。另外，当发动机以基本恒定的空气质量流率运转时，甚至在发动机负荷变化期间，有可能提供期望的真空水平。例如，通过调整节气门位置或阀正时，可以命令提供期望的热通量水平的发动机空气质量流率。可选择发动机空气质量流率，从而当以选择的发动机空气质量流率运转时，发动机将提供期望的真空水平。此外，因为在发动机/排气后处理加热时期中发动机空气质量流率保持恒定，所以当发生被限制的发动机负荷变化时，发动机不给排气系统提供额外的未请求的热量。

本发明可提供若干优点。具体地说，在发动机加热期间，该方法可减少不必要的燃料消耗。另外，在启动期间，该方法可允许发动机为真空消耗装置提供更均匀的真空。更进一步地说，因为通过发动机的基本恒定的气流允许在发动机启动期间当排气后处理设备的转换效率可能较低时的基本恒定的燃料供给以及空气燃料错误的可能性的减小，所以可减少来自发动机的发动机排放物。

当单独地或结合附图理解以下具体实施方式时，本发明的上述优点和其它优点和特征将易于变得显然。

应理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步说明的一系列概念。该概要不意味着确定要求保护的主题的主要或本质特征，要求保护的主题的范围由紧接着具体实施方式的权利要求唯一限定。另外，要求保护的主题不限于解决上述或在本公开任意部分所述的任何缺陷的实施方式。

附图说明

当单独地或参考附图时，通过阅读在本文中被称为具体实施方式的示例性的示例，将更充分地理解本文所说明的优点，其中：

图1是发动机的示意图；

图2是示出了启动发动机的现有技术的方法的绘图；

图3是示出了根据图4的方法的示例性的发动机启动顺序的绘图；

图4是启动发动机的示例性方法的流程图；以及

图5是用于根据图4的方法诊断发动机启动的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及启动发动机以及在发动机暖机时期中提供来自发动机的期望的热通量水平。在一个非限制性的示例中，发动机可以被配置在图1所示的系统中。在该示例中，发动机是用于运转真空消耗装置（例如，制动助力器、汽化排放物清除、涡轮增压器废气门等等）的真空源。图2示出了启动发动机的现有技术的方法。图3阐明了通过本文所述的方法启动发动机时的示例性的感兴趣的信号。图4示出了控制发动机启动的方法的流程图。图4的方法说明了在不同的发动机工况期间的火花正时调整以及发动机空气质量流量调整。图5阐明了确立在启动期间发动机是否以期望的方式运转的诊断。图4和图5的方法可通过图1所示的控制器中的指令执行。

参考图1，内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，该内燃发动机10包括多个汽缸，图1示出了其中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36被定位在其中并且连接到曲轴40。飞轮98耦接到曲轴40并且可以通过启动器96旋转。燃烧室30被显示为通过相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。可替换地，一个或多个进气门和排气门可以由机电控制的阀线圈和衔铁组件操作。进气凸轮传感器55可确定进气凸轮51的位置。排气凸轮传感器57可确定排气凸轮53的位置。

压缩机162从进气口42吸入空气以供应升压室46。排气旋转涡轮164通过轴161耦接到压缩机162。真空运转的废气门执行器160允许排气绕过涡轮164，因此在变化的工况下可控制升高的压力。

燃料喷射器66被显示为定位为将燃料直接喷射到燃烧室30中，其被本领域的技术人员称为直接喷射。可替换地，燃料可以被喷射到进气道，其被本领域的技术人员称为进气道喷射。燃料喷射器66以与来自控制器12的信号的脉宽FPW成比例地输送液体燃料。燃料系统（未示出）将燃料输送给燃料喷射器66，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料轨（未示出）。燃料喷射器66被供应响应于控制器12来自驱动器68的运转电流。此外，进气歧管44被显示为与任选的电子节气门62连通，该电子节气门62调整节流板64的位置，从而控制从进气口42到进气歧管44的气流。在一个示例中，可使用低压直接喷射系统，其中燃料压力可提高到约20-30巴。可替换地，可使用高压力、双级的燃料系统以产生更高的燃料压力。进气歧管44还通过通道142给制动助力器140提供真空。止回阀144确保空气从制动助力器140流动到进气歧管44，且不从进气歧管44流动到制动助力器140。制动助力器140放大了脚152通过制动踏板150提供给主缸148以用于施加车辆制动的力（未示出）。真空贮存器143提供额外的容积以用于储存制动助力器140和其它真空消耗装置可使用的真空。

无分电器点火系统88响应于控制器12通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用/宽域排气氧（UEGO）传感器126被显示为耦接到催化转化器70上游的排气歧管48。可替换地，可用双态排气氧传感器代替UEGO传感器126。

EGR（排气再循环）阀20控制从排气歧管48到进气歧管44的排气流。控制器12可以基于发动机转速和负荷来控制EGR阀20的位置。在可替换的示例中，EGR阀可以控制从涡轮164的下游到压缩机162上游的进气口42的排气流。

在一个示例中，转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以使用多个排放物控制设备，其中的每个都具有多个砖。在一个示例中，转化器70可以是三元型催化剂。

图1中，控制器12被示为常规的微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和传统的数据总线。控制器12被示出为从耦接到发动机10的传感器接收包括前面讨论的那些信号之外的各种信号，包括来自耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度（ECT）；耦接到加速器踏板130以用于感测由脚130施加的力的位置传感器134；耦接到制动器踏板150以用于感测制动器踏板位置的位置传感器154；用于感测制动助力器真空的压力传感器146；用于感测主缸压力（例如，液压制动器压力）的压力传感器147；来自耦接到进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力（MAP）的测量值；来自压力传感器122的升压室压力；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。大气压力还可以被感测（未示出传感器）以由控制器12处理。在本发明的优选的方面中，发动机位置传感器118在曲轴的每次旋转中产生预定数目的等间隔的脉冲，从所述脉冲的数目可确定发动机转速（RPM）。

在一些示例中，发动机可以耦接到混合动力车辆中的电动马达/电池系统。混合动力车辆可以具有并联配置、串联配置、或其变体或其组合。另外，在一些示例中，可以使用其它的发动机构造，例如柴油发动机。

在运转期间，发动机10中的每个汽缸一般经历四个冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常，排气门54闭合，而进气门52开启。通过进气歧管44将空气引入到燃烧室30中，且活塞36移动到汽缸的底部以增加燃烧室30内的真空。活塞36接近汽缸底部且处于其冲程的末尾（当燃烧室30处于其最大容积时）的位置一般被本领域技术人员称为下止点（BDC）。在压缩冲程期间，闭合进气门52和排气门54。活塞36朝着汽缸盖移动以压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程末尾且最接近汽缸盖（例如，当燃烧室30处于其最小容积时）的点一般被本领域技术人员称为上止点（TDC）。在以下称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室。在以下称为点火的过程中，被喷射的燃料被已知的点火装置点燃，例如火花塞92，导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，开启排气门54，从而将燃烧的空气燃料混合物释放到排气歧管48并且活塞返回到TDC。注意，以上所述仅作为示例示出，且可改变进气门和排气门开启和/或闭合正时，从而例如提供正或负的气门重叠、延迟进气门闭合或不同的其它示例。

因此，图1的系统提供了用于启动耦接到变速器的发动机的系统，该系统包括：发动机；耦接到发动机的排气后处理设备；以及控制器，其包括响应于发动机负荷的变化而从发动机提供基本恒定的热通量到排气后处理设备的指令。在一个示例中，该系统包括响应于发动机负荷的变化而调整点火正时的进一步的控制器指令。该系统包括当响应发动机负荷的变化增加发动机气流时将火花正时提前到MBT火花正时并且将火花正时保持在MBT火花正时的进一步的控制器指令。因此，该系统通过火花正时提供扭矩，直到发动机扭矩达到期望的发动机空气质量流率的发动机扭矩能力（torque capacity）。

该系统还包括其中控制器包括当发动机提供基本恒定的热通量时从MBT火花正时延迟火花正时的进一步的指令。该系统还包括通过将基本恒定的气流引入到发动机中而提供基本恒定的热通量。该系统还包括耦接到发动机的节气门和操作节气门以通过节气门给发动机提供基本恒定的气流的进一步的控制器指令。

图2是示出了用于启动发动机的现有技术的方法的绘图。用于启动发动机的现有技术的方法试图在将发动机保持在期望的怠速时增加排气温度。

从图2上部数的第一绘图表示了被命令的发动机空气质量流率与时间。Y轴线表示了被命令的或期望的发动机空气质量流率，且被命令的发动机空气质量流率在Y轴线箭头的方向上增加。时间从绘图的左侧向绘图的右侧增大。

从图2上部数的第二绘图表示了自最佳发动机扭矩的最小火花提前正时（例如MBT火花正时）延迟的发动机火花。Y轴线表示自MBT火花正时的发动机火花正时，并且自MBT火花正时的火花延迟量在Y轴箭头的方向上增大。时间从绘图的左侧向绘图的右侧增大。当火花延迟量为零时，命令MBT火花正时。

从图2上部数的第三绘图表示了发动机转速与时间。Y轴线表示发动机转速，且发动机转速在Y轴线箭头方向上增加。时间从绘图的左侧向绘图的右侧增大。

在时间T₀处，发动机停止。尽管发动机停止，但是控制器仍命令期望的发动机空气质量流率和火花正时，该发动机空气质量流率和火花正时基于期望的发动机转速以及期望的催化剂加热水平。将发动机节气门预先定位，使得当发动机达到怠速时，提供期望的发动机空气质量。火花正时被显示为从MBT火花正时少量延迟。火花在发动机起动转动和加速期间所示的正时被传递。此外，在时间T₀和发动机加速之后的T₁之间的发动机空气质量流量和火花正时足够将排气后处理设备加热到该排气后处理设备以期望的效率转换排气的水平。

在时间T₀和T₁之间，通过启动器起动转动发动机，且发动机加速到由水平标记202所示的期望的发动机怠速。在发动机加速期间（例如起动转动和期望的发动机怠速之间的时间），还进一步延迟发动机火花正时。在达到时间T₁之后，发动机火花延迟被保持在更延迟的水平，且随着排气系统温度增加，可从延迟的正时慢慢提前火花正时。被命令的发动机空气质量流率被显示为在起动转动、加速期间和实现怠速之后保持稳定。然而，在一些示例中，在起动转动和加速期间，发动机空气质量流率可被命令为与当发动机达到怠速时相比不同的水平或值。

在时间T₂处，施加负荷到发动机，该负荷在起动转动、加速期间以及时间T₁和时间T₂之间的初期发动机怠速时期期间不被施加到发动机。在本示例中，额外的发动机负荷是由于将耦接到发动机的变速器从空档或停车接合到驱动引起的。因为当发动机负荷改变时，火花正时在很大程度上被延迟，所以发动机空气质量流量增大以提供额外的发动机扭矩，从而以期望的怠速运转发动机。额外的发动机负荷所需的这种增大的空气流率增加了提高催化剂温度的排气热率（heat rate）。因为由不断增加的汽缸空气量引起的额外的发动机扭矩补偿了所增加的发动机负荷，所以发动机怠速维持基本恒定。

在时间T₃处，发动机负荷在发动机怠速时期中被第二次增大。在时间T₃处的发动机负荷增量表明将空气调节器负荷接合到发动机。火花正时维持延迟，且发动机空气质量流率再次增加，从而进一步增加发动机扭矩。随着发动机空气质量流量增加，发动机的热通量输出也增加。不断增加汽缸空气质量流量允许发动机以期望的发动机怠速继续运转。

在时间T₄处，发动机负荷在怠速时期中最后一次增加。在时间T₄处发动机负荷的增量表明发动机负荷响应于交流发电机负荷的增加而增大。与时间T₂和时间T₃处类似，被命令的发动机空气质量流率增大，使得发动机提供额外的扭矩以补偿通过交流发电机施加到发动机的更高的发动机负荷。该额外的被命令的发动机空气质量流率允许发动机维持在基本相同的发动机怠速上。该额外的被命令的发动机空气质量流率也增加了输出到排气后处理设备的发动机热通量。然而，自发动机输出的增大的热通量还可以增加发动机的燃料消耗。

参考图3，其示出了根据图4的方法模拟的发动机启动顺序的绘图。通过执行图4所阐明的方法的指令的图1的控制器12可提供图3中所阐明的信号。图3所示的信号与图2所示的信号是相同类型。因此，为了简洁起见，对图3中的信号的说明限于所示的新特征。

在时间T₀处，发动机停止。在起动转动和加速期间，火花被显示为被命令到稍微延迟的水平。相比于在发动机达到水平标记302所标示的期望的发动机怠速之后的火花正时，该火花命令被更显著地朝MBT火花正时提前。发动机在时间T₀和时间T₁之间起动转动且加速。

在时间T₁处，发动机达到发动机怠速，且发动机火花正时被延迟。发动机空气质量流率维持被命令为恒定水平，且发动机引导基本恒定的发动机空气质量流率。当火花被延迟时，发动机转速停留在期望的发动机怠速。通过调整节气门的位置和/或凸轮正时以改变阀正时，发动机空气质量流率可被调整到恒定水平。然而，当发动机空气质量流量达到所请求的恒定的发动机空气质量流量时，节气门位置、EGR阀位置和凸轮正时被保持恒定。

在时间T₁和时间T₂之间，被命令的发动机空气质量被命令为基本恒定的水平，这允许发动机提供基本恒定的期望的发动机排气后处理加热量（例如，以瓦特为单位的期望的发动机热输出），无论火花正时是延迟到时间T₁的水平还是延迟到时间T₄的水平。在一些示例中，发动机空气流量还是在给定大气压力下发动机怠速时期中允许发动机在发动机进气歧管中产生期望的真空水平的发动机空气流量。例如，在2000米的海拔，发动机可被命令为X gm/s的空气质量流率，使得发动机在发动机怠速时期中提供规定量的排气后处理设备加热和规定量的真空。另一方面，当在100米海拔处相同的发动机被命令为相同的空气质量时，发动机提供明显更大的真空，但提供基本相同量的排气后处理设备加热。以此方式，发动机空气质量流率可被调整或命令到给排气系统提供期望的热量的水平以及发动机进气歧管中的期望的真空水平。

在时间T₂处，耦接到发动机的变速器从空挡位置或停车位置接合驱动器。火花正时被提前，从而当发动机空气质量流率被保持基本恒定时增加发动机扭矩。在一个示例中，基于存储在控制器存储器中的经验数据提前火花正时。具体地说，当变速器接合驱动器时，表格输出被添加到基础火花命令的火花值的量，从而将火花正时向着MBT火花正时提前。提前火花正时增加了输送到曲轴的能量，且在较小程度上降低了被排放到排气的热量。然而，由于提前火花导致的排气中的热量损失与由发动机质量流率引起的热量相比为最小值。因此，当火花正时被提前时，发动机热通量维持基本恒定。因此，从发动机传输到排气后处理设备的排气热能维持得足够高，从而以期望的速率提高排气后处理设备的温度。火花正时被显示为轻微摇摆以努力维持期望的发动机怠速。火花正时被闭环控制且响应于发动机转速以及发动机负荷变化。在发动机负荷改变期间和之后，发动机怠速维持基本恒定，发动机空气质量流率同样维持基本恒定。

在时间T₃处，耦接到发动机的空气调节系统被接合以冷却其中设置有发动机的交通工具的舱。当发动机空气质量流率保持基本恒定时，再次提前火花正时，从而增加发动机扭矩。在一个示例中，基于存储在控制器存储器中的经验数据提前火花正时。具体地说，当接合空气调节器时，表格基于空气调节器负荷的变化而输出被添加到基础火花命令的火花值的量，从而将火花正时向MBT火花正时提前。火花正时被显示为轻微摇摆以努力维持期望的发动机怠速。火花正时被闭环控制且响应于发动机转速和发动机负荷变化。在发动机负荷改变期间和之后，发动机怠速维持基本恒定，发动机空气质量流率同样维持基本恒定。

在时间T₄处，耦接到发动机的交流发电机被接合以向电力负荷提供电功率。当发动机空气质量流率被维持基本恒定时，再次提前火花正时，从而增大发动机扭矩。在一个示例中，基于存储在控制器存储器中的经验数据提前火花正时。具体地说，当增大交流发电机的励磁电流时，表格基于交流发电机励磁电流的变化输出被添加到基础火花命令的火花值的量，从而将火花正时向MBT火花正时提前。火花正时被显示为轻微摇摆以努力维持期望的发动机怠速。火花正时被闭环控制且响应于发动机转速以及发动机负荷变化。在发动机负荷改变期间和之后，发动机怠速维持基本恒定，发动机空气质量流率同样维持基本恒定。

这样，当发动机空气质量流率保持基本恒定时，发动机扭矩可通过变化的火花正时被调整。当给发动机添加负荷时，所述火花正时可被提前，且当从发动机移除负荷时，所述火花正时可被延迟。另外，从发动机输送到排气后处理设备的排气能量的量基本恒定。

如果遇到太大以致于不能通过单独的火花提前而被适应的发动机扭矩，则此时并且仅当此时才增大空气流率。

现在参考图4，示出了启动发动机的方法的流程图。通过图1所示的控制器中的命令可执行该方法。

在402处，方法400确定了发动机工况。发动机工况可包括但不限于发动机转速、发动机负荷、大气压力、节气门位置、火花正时命令、发动机温度以及环境温度。在确定发动机工况之后，方法400进行到404。

在404处，方法400判断是否请求发动机启动。如果是，则答案为是，并且方法400进行到406。否则，答案为否，并且方法400退出。

在406处，方法400调整起动转动和加速的发动机空气质量流量和发动机火花正时。发动机空气质量流量可以基于大气压力通过在起动转动和加速期间设定节气门的位置而被调整。发动机火花正时可以在起动转动和加速期间根据发动机转速和估计的发动机空气质量流量而被调整。发动机空气质量流量和发动机火花正时可凭经验确定并且被存储在存储器中以便在发动机启动期间获取。在调整了发动机火花正时和发动机空气质量流量之后，方法400继续进行到408。

在408处，方法400判断发动机是否已经退出了起动转动（CRK）和加速。在一个示例中，当发动机转速达到期望的发动机怠速时，方法400被判断为退出起动转动并加速。如果方法400判断发动机已经退出起动转动和加速，则答案为是并且方法400进行到410。否则，答案为否并且方法400返回到408，直到发动机退出起动转动和加速。

在410处，方法400确定期望的发动机转速。该期望的发动机转速起初被设定到期望的发动机怠速（例如，700RPM）。可基于发动机工况增加期望的发动机怠速，并且从而增加期望的发动机转速。例如，在较冷的发动机状况下，300RPM可以被添加到期望的发动机怠速，从而缩减在较冷状况期间的燃烧事件之间的时期，以便发动机运转更平稳且可提供更高的排气质量流率。在一个示例中，期望的发动机转速被存储在由发动机工况调节/索引（index）的表格或函数中。所述期望的发动机转速可以针对发动机工况被调整，所述工况例如发动机温度和环境温度。在确定了期望的发动机转速之后，方法400进行到412。

在412处，方法400确定针对期望的排气能量输送速率的期望的发动机空气质量流率。在一个示例中，期望的排气能量输送速率Q是基于被加热的排气后处理设备的质量和将排气后处理设备加热到期望的温度的期望的时间量。例如，当发动机以20℃的温度启动时，可经验地确定在20秒内将特定的0.5Kg的催化剂加热到期望的温度要花费6kW的能量。可以根据以下方程式从热量输送速率确定发动机的空气质量流率：

HeatFlux=Q=((air_mass_flow_rate·(1-fuel_air_ratio)))·

(0.152·(exhaust_tempK²+952)·(exhaust_tempK-294829))

-(0.5·(FEAD_power+trans_input_power))

其中air_mass_flow_rate是发动机空气质量流率，fuel_air_ratio是发动机燃料-空气比率，exhaust_tempK是在Kelvin温标下的排气温度，FEAD_power是旋转发动机前端附件（例如，动力助力转向泵、真空泵、空气调节器等等）的动力，而trans_input_power是输入到变速器的动力。可估计或测量发动机排气温度。FEAD动力要求可被经验地确定并且被存储在存储器中以便按需获取。类似地，对于当变速器处于空档和/或驱动时以期望的怠速旋转发动机的发动机动力要求也可被存储在存储器中并且基于需求而获取。因此，从热通量可确定期望的发动机空气质量流率，且从存储在表格和/或函数中的经验数据可确定热通量，所述表格和函数可用发动机工况调节。例如，经验确定的热通量表格可基于20℃的发动机温度和环境温度而被调节。热通量表格可输出发动机空气质量流率所基于的6kW的值。

期望的发动机热通量的量以及因此发动机空气质量流率可被设定到可在从MBT火花正时延迟的火花正时获得期望的发动机怠速的水平。例如，当火花正时接近MBT火花正时的时候，提供期望的热通量的发动机气流可大于以期望的怠速运转发动机所需的发动机气流。另外，期望的发动机热通量和空气质量流率可被设定到可提供期望的进气歧管真空的水平。换句话说，期望的发动机热通量可以发动机空气质量流率被提供，该发动机空气质量流率小于允许发动机通过低进气歧管压力为真空消耗装置提供真空的阈值水平的发动机空气质量流率。

在其它示例中，发动机空气质量流率可被设定到某值，该值在发动机启动之后保持恒定，但是该值基于发动机工况在每次发动机启动之间是变化的。例如，期望的或被命令的发动机空气质量流率可以在启动时在较低的发动机温度下被增大并且在较高的发动机温度下被增大，但是一旦期望的或被命令的发动机空气质量流率在启动时被设定，则其可保持该设定值，直到满足预定的工况。在确定了期望的发动机热通量和发动机空气质量流率之后，方法400进行到414。

在414处，方法400确定以给排气后处理设备提供期望的发动机热通量的发动机空气流率的期望的发动机转速的火花正时。具体地说，在一个示例中，变量base_torque说明了以期望的发动机转速旋转发动机的发动机扭矩的量。该变量被计算或经验地确定并存储在存储器中。第二变量MBT_torque说明了当以MBT火花正时、期望的发动机转速和提供期望的热通量的发动机空气质量流率运转发动机时可由发动机提供的发动机扭矩的量。所述变量被计算或经验地确定并且被存储在存储器中。此外，火花延迟量Spk_retard是基于自在MBT火花正时的发动机扭矩的极小的发动机扭矩减少量的输出火花延迟的函数或表格的输出。

通过用base_torque除以MBT_torque并且之后基于所述极小的发动机扭矩减少调节说明火花延迟的表格或函数来确定Spk_retard。表格输出火花减少量Spk_retard，且可以通过自MBT火花正时减去Spk_retard确定期望的火花正时。在发动机转速和负荷的基础上经验地确定MBT火花正时并且将其存储在存储器中。这样，基于期望的发动机空气质量流量确定发动机火花正时，该期望的发动机空气质量流量给排气后处理设备提供期望的热通量水平并且提供期望的发动机转速。在确定了期望的火花正时和期望的发动机空气质量流量之后，方法400进行到416。

在416处，方法400将发动机空气质量流率调整到期望的发动机空气质量流率，且保持发动机空气质量流率基本恒定。通过开启或闭合节气门和/或调整阀正时可调整发动机空气质量流率。例如，基于穿过节气门的压力降可调整节流板的位置，从而提供期望的发动机空气质量流率。

在其它的示例中，可以通过将进气歧管压力调整到提供期望的发动机空气质量流率的压力而调整发动机空气质量流率。然而，一旦获得了期望的发动机空气质量流率，则节气门和凸轮正时保持基本恒定。火花正时也被调整到在414处确定的火花正时。在所述的一些示例中，可以在启动时基于发动机工况调整期望的或被命令的发动机空气量。一旦期望的或被命令的发动机空气量被设定，则其可保持在恒定值，直到达到预定的发动机工况。在将发动机空气质量流率调整到基本恒定的水平并且在设定了火花正时之后，方法400进行到418。

在418处，方法400判断发动机负荷中是否存在变化。通过给发动机施加外部负荷，或通过来自操作者的增大的扭矩请求，可进行发动机负荷的变化。例如，当变速器被接合以从空档驱动时，可发生发动机负荷的变化。在另一个示例中，当驾驶员通过按压节气门而请求额外的发动机扭矩时，可发生发动机负荷的变化。如果方法400确定存在发动机负荷的变化，则答案为是，并且方法400进行到420。否则，答案为否，并且方法400返回到418，在418处，发动机空气质量流量保持基本恒定，并且调整发动机火花正时，从而保持期望的发动机转速。

在422处，方法400朝着MBT火花正时提前火花正时，从而为增加的发动机负荷提供期望的发动机扭矩。火花调整量可基于对发动机负荷的增大的估计或计算。例如，可经验地确定需要4NM的额外发动机扭矩以旋转从空档变换到驱动的变速器。另外，火花正时可以提前的量可基于414处所述的表格和方法。例如，如果当发动机以期望的热通量和发动机空气质量流率运转时发动机负荷被改变且发动机扭矩被移向MBT火花正时的发动机扭矩，则火花延迟变量Spk_retard减小，且火花正时朝着MBT火花正时提前。当前发动机扭矩需求（例如发动机摩擦扭矩、发动机泵送扭矩和施加到发动机的外部负荷的总和）除以MBT_torque并且说明基于极小的发动机扭矩减少的火花延迟的表格被调节，使得输出Spk_retard的修正值。因此，发动机空气质量流率和发动机热通量维持基本恒定，且火花正时被提前以补偿增加的发动机负荷。

同样响应于发动机转速调整火花正时。如果发动机转速高于期望的发动机转速，则延迟火花正时。如果发动机转速小于期望的发动机转速，则提前火花正时。因此，通过发动机转速闭环调整火花正时，从而维持期望的发动机转速（例如，期望的发动机怠速）。在将发动机火花正时朝着MBT火花正时提前之后，方法400进行到424，在所述MBT火花正时下，发动机引入期望的发动机空气质量流率且以期望的发动机转速运转。

应注意，MBT火花正时随着发动机转速和负荷改变。因此，每当由于发动机工况而提前MBT火花正时的时候，在增大发动机空气质量流率之前将火花正时朝着MBT火花正时提前。

在424处，方法400判断火花正时是否处于MBT火花正时。如果发动机火花正时处于MBT火花正时，则答案为是，并且方法400进行到426。否则，答案为否，方法400进行到434。应注意，在一些示例中，当从MBT火花正时延迟火花正时并且发动机空气质量流量被命令为恒定值时，节气门位置、凸轮正时和EGR阀位置不移动。

在426处，方法400保持等于或接近MBT火花正时的火花正时，且增加发动机空气质量流率，因此发动机输出扭矩匹配期望的发动机扭矩，从而满足增大的发动机负荷。通过开启节气门、调节进气凸轮或节气门和凸轮正时调整的组合可增加发动机空气质量流率。应注意，当即将发生或存在爆震时，火花正时可从MBT火花正时稍微延迟。在调整发动机空气质量流率之后，方法400进行到434。

在428处，方法400朝着期望的发动机空气质量流率减小发动机空气质量流率。在一个示例中，期望的发动机空气质量流率是从发动机提供期望的热通量到排气后处理设备的发动机空气质量流率。因此，当发动机负荷存在变化且发动机负荷减小时，在延迟火花正时之前减小发动机空气质量流率，使得可节约燃料。

发动机空气质量流量的减少量对应于由驾驶员请求的或与撤销发动机负荷一起发生的发动机扭矩的减少量。例如，如果变速器从驱动位置脱离至空档，则可减小以期望的发动机转速旋转发动机的发动机扭矩。发动机扭矩的减小可等同于发动机空气质量流量和旋转发动机的燃料的减小。美国专利US7063062提供了一种使发动机空气质量流量和燃料量等同于发动机扭矩的办法，且该专利作为参考被完全并入以用于全部意图和目的。发动机空气质量流量可减小到从发动机提供期望的热通量到排气后处理设备的发动机空气质量流率。方法400进行到430。

在430处，方法400判断发动机空气质量流率是否处于或低于提供期望的热通量的期望的发动机空气质量流率。如果答案为是，则方法400进行到432。否则，如果答案为否，则方法400进行到434。

在432处，方法400从MBT火花正时延迟火花正时。基于施加到发动机的负荷的估计的减少量延迟火花正时。可以用如在414处所说明的并输出变量Spk_retard的函数的表格延迟火花正时。具体地说，如果当发动机以期望的热通量和发动机空气质量流率运转时发动机负荷改变且发动机扭矩自MBT火花正时的发动机扭矩移开，则火花延迟变量Spk_retard增大，并且火花正时自MBT火花正时延迟。当前发动机扭矩需求（例如发动机摩擦扭矩、发动机泵送扭矩和施加到发动机的外部负荷的总和）除以MBT_torque并且说明基于极小的发动机扭矩减少的火花延迟的表格被调节，使得输出Spk_retard的修正值并且自MBT火花正时延迟火花。方法400在火花正时延迟后进行到434。

在434处，方法400判断发动机暖机是否完成。当发动机达到阈值温度时或当排气后处理设备达到阈值温度时，可以判断发动机暖机完成。排气后处理设备的阈值温度可以是排气后处理设备的效率大于阈值效率时的温度。如果判断发动机暖机完成，则答案为是，并且方法400进行到436。否则，答案为否，并且方法400返回到418。

在436处，方法400基于发动机扭矩需求以及发动机转速调整发动机空气质量流率和火花。因为发动机暖机完成，可以在发动机启动之后不再要求期望的热通量率，除非发动机温度降低到小于阈值温度，或除非排气后处理设备的温度降低到小于阈值温度。在基于发动机转速和发动机扭矩需求调整了发动机空气质量流量和火花之后，方法400退出。

这样，通过调整发动机火花正时，发动机可以以基本恒定的排气热通量率和发动机空气质量流率运转，直到发动机负荷或扭矩达到阈值水平。在达到阈值扭矩水平之后，可增加发动机空气流率。如果发动机负荷或扭矩需求减小，则可减少发动机空气质量，直至达到提供期望的发动机热通量水平的期望的发动机空气质量。此后可减少火花正时，从而进一步将发动机扭矩调整到需求的发动机扭矩并且控制发动机怠速。

现在参考图5，其示出了用于根据图4的方法诊断发动机启动的方法的流程图。通过例如图1所示的控制器中的指令可执行该方法。

在502处，确定发动机工况。发动机工况可以包括但不限于：发动机转速、发动机负荷、发动机空气质量流率、发动机温度、排气后处理设备温度以及环境空气温度。在确定了发动机工况之后，方法500进行到504。

在504处，方法500判断发动机是否以发动机和/或催化剂加热模式运转。在一个示例中，当发动机温度小于阈值温度时或当排气后处理设备的温度小于阈值温度时，发动机可处于发动机加热模式中。如果方法500判断发动机处于加热模式中，则答案为是，并且方法500进行到506。否则，答案为否，并且方法500进行到退出。

在506处，方法500确定发动机热通量。在一个示例中，如在412处所述确定发动机热通量。在其它示例中，发动机热通量可基于发动机负荷、发动机转速、发动机空气-燃料比以及发动机火花正时。例如，一个或更多个函数可以被调节，所述一个或更多个函数包含经验地确定的排气温度并且可以通过发动机转速、发动机负荷、发动机空燃比以及发动机火花正时调节。在确定发动机热通量之后，方法500进行到508。

在508处，方法500判断发动机热通量是否大于第一阈值。第一阈值可以是以期望的速率增加排气后处理设备温度的热通量率。在其它示例中，第一阈值的发动机热通量率可基于其它的标准。如果方法500判断发动机热通量率不大于第一阈值，则答案为否，并且方法500进行到522。否则，答案为是，并且方法500进行到510。

在522处，方法500表示存在发动机/发动机后处理加热缺乏。所述加热缺乏可通过在提供给驾驶员的灯或显示器上的消息被指示。因此，如果发动机未以预期的速率输出热量，则驾驶员被告知并且方法500退出。

在510处，方法500判断发动机热通量是否小于第二阈值量。第二阈值量可以被设定为能够以允许发动机和交通工具满足排放标准的速率加热催化剂的热通量率外加解决发动机变化和发动机工况的变化的热通量偏置量。如果方法500判断发动机热通量率小于第二阈值量，则答案为是，并且方法500退出。否则，答案为否，并且方法500进行到512。

因此，508和510将发动机热通量率归类，从而确定发动机热通量是否处于期望的范围中。如果是，则方法500退出，并且不报告任何问题。然而，如果发动机热通量小于期望值，则指示加热缺乏。如果发动机热通量大于期望值，则方法500进行到512，从而试图确定额外的发动机热通量的来源。

在512处，方法500判断发动机空气质量流率是否大于期望值。可以通过空气质量流量传感器或通过理想气体定律和MAP传感器来确定发动机的空气质量流率。如果方法500判断存在过量的气流，则答案为是，并且方法500进行到514。否则，方法500进行到516。应注意，过量的发动机气流可因为例如发动机进气系统中的泄露而发生。

在514处，方法500指示超出期望量的额外的发动机和/或排气后处理加热的情况，并且指示可能存在过量空气，使得发动机热通量大于可能期望的热通量。该指示可以通过显示器上的消息或灯被提供给驾驶员。

在516处，方法500判断发动机火花正时是否延迟超过了预期的量。然而，因为与发动机空气质量流量相比，火花延迟对发动机热通量的影响小得多，所以火花正时延迟超过预期的量可以是对可以影响发动机热通量的其它来源的指示器。在一个示例中，如果供给发动机的燃料比所预期或估计的具有更高的能含量（energy content），则在发动机/排气加热模式期间的发动机火花正时被延迟超过预期。相反，如果火花不延迟超过预期并且发动机热通量高于预期，则可能误判燃料类型。如果方法500判断火花延迟超过预期，则答案为否，并且方法500进行到520。否则，答案为是，并且方法500进行到518。

在520处，方法500询问关于适应性燃料调整参数的值，从而确定额外的发动机热通量是否可归因于燃料类型。如果燃料类型不同于预期的燃料类型，则可调整期望的发动机空气质量流率，从而在随后的发动机启动期间补偿燃料类型。例如，如果确定燃料类型不同于预期的燃料类型，则可减少发动机空气质量流率。具体地，如果燃料调整参数将数值1视为预期的燃料（例如汽油）而将数值0.9视为不同的燃料（例如混合了酒精的汽油）。因为混合在燃料中的酒精的更低的加热能力，在随后的发动机启动期间可增加发动机空气质量流率。在检查了燃料成分之后，方法500进行到退出。

在518处，方法500指示基于大于可能期望的发动机热通量的发动机热通量提供额外的发动机热通量和排气后处理设备加热以及额外的火花延迟。来自发动机的额外的热通量可增加发动机燃料消耗，且仅可提供少量的排放物减少。因此，可能期望告知驾驶员发动机以高于期望的速率加热。通过灯或显示器上的消息，可给驾驶员提供对额外的发动机热通量和排气后处理设备加热的指示。

因此，图4和5的方法提供了发动机启动方法，其包括：在发动机加速之后，给发动机提供基本恒定的空气质量，直到预定的条件；当发动机引入基本恒定的空气质量时调整点火正时以提供扭矩从而实现期望的发动机怠速；以及当发动机引入基本恒定的空气质量时，响应于发动机扭矩的增量，将火花正时朝着MBT正时提前。这样，排气后处理设备可以在变化的发动机工况期间的各次发动机启动中以基本相同的方式被加热。

发动机启动方法也包括：其中预定的条件是排气后处理设备的状态，并且其中节气门位置保持基本恒定，凸轮正时保持基本恒定，从而提供基本恒定的空气质量，并且其中当所述发动机引入基本恒定的空气质量时调整点火正时以提供扭矩从而实现期望的发动机怠速包括：从MBT正时延迟点火正时。发动机启动方法也包括其中排气后处理设备的状态是排气后处理设备的效率大于阈值效率的情况下的温度。

在一些示例中，发动机启动方法包括其中基本恒定的空气质量是基于期望的发动机热通量的，并且其中朝MBT正时提前火花正时同样响应于发动机怠速。发动机启动方法也包括其中基本恒定的空气质量是提供阈值真空水平以运转一个或多个真空消耗装置的空气质量。发动机启动也包括其中基本恒定的空气质量在第一次发动机启动和第二次发动机启动之间是不同的。

图4和图5的方法也提供了发动机启动方法，其包括：在发动机启动之后以基本恒定的流率将空气引入到发动机；调整点火正时从而提供期望的发动机转速；当发动机以基本恒定的流率引入空气时，响应于增大的发动机负荷而将火花提前直至MBT正时；并且在火花正时基本达到MBT正时之后，增加发动机气流以满足发动机负荷。这样，在火花正时达到MBT正时之后，响应于扭矩请求，可以增加发动机输出。

发动机启动方法还包括其中被引入到发动机中的空气通过调整节气门的位置被保持基本恒定。所述发动机启动方法还包括其中基于发动机转速和负荷调整MBT火花正时。发动机启动方法还包括当火花正时被大致保持在MBT火花正时的时候，响应于发动机负荷的减小而减少发动机气流。这样，在延迟火花正时之前可减少发动机空气质量流量，使得保持很高的发动机效率。

所述发动机启动方法还包括当发动机气流被减少到阈值发动机气流时，从MBT火花正时延迟火花正时。所述发动机启动方法还包括在发动机达到预定条件之后，响应于发动机转速和发动机扭矩需求而调整发动机气流和火花正时。所述发动机启动方法还包括响应于由发动机提供的热通量，提供大于阈值的发动机加热的指示。所述发动机启动方法还进一步包括响应于由发动机提供的热通量，提供小于阈值的发动机加热的指示。

如本领域的一个普通技术人员将理解的，图4和图5中所述的方法可以表示任何数目的处理策略中的一个或更多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等等。这样，所阐明的各种步骤或功能可以以所说明的顺序执行、并行地执行或在一些情况下以省略的方式执行。同样地，所述的处理的次序并非实现在此所述的目标、特征和优点必须要求的，而是被提供以易于阐明和描述。尽管未详尽阐明，但本领域的一个普通技术人员将意识到，一个或更多个所阐明的步骤或功能可取决于所用的特定策略而被重复地执行。

这是本说明的结尾。本领域的技术人员通过阅读本说明将想到许多不背离本发明的精神和范围的替换和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或可替换的燃料配置运转的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可有利地应用本发明。

Claims

1.一种发动机启动方法，包括：

在发动机加速之后，向所述发动机提供恒定的空气质量，直至预定的条件，所述恒定的空气质量在第一海拔和第二海拔处被提供，在所述第一海拔时所述发动机提供期望的真空量，在所述第二海拔时所述发动机提供所述期望的真空量之外的额外的真空量，所述第二海拔低于所述第一海拔；

当所述发动机引入所述恒定的空气质量时，调整点火正时以提供扭矩从而实现期望的发动机怠速；以及

当所述发动机引入所述恒定的空气质量时，响应于发动机扭矩请求的增大而向着最佳发动机扭矩(MBT)正时的最小火花提前正时提前火花正时。

2.根据权利要求1所述的发动机启动方法，其中所述预定的条件是指排气后处理设备的状态，且其中节气门位置保持恒定，凸轮正时保持恒定，以提供所述恒定的空气质量，且其中当所述发动机引入所述恒定的空气质量时，调整点火正时以提供请求扭矩从而实现期望的发动机怠速包括从MBT正时延迟点火正时。

3.根据权利要求2所述的发动机启动方法，其中所述排气后处理设备的状态是指所述排气后处理设备的效率大于阈值效率的情况下的温度。

4.根据权利要求1所述的发动机启动方法，其中所述恒定的空气质量是基于期望的发动机热通量，并且其中向着MBT正时提前火花正时也响应于发动机怠速。

5.根据权利要求4所述的发动机启动方法，其中所述恒定的空气质量是提供阈值真空水平从而运转一个或更多个真空消耗装置的空气质量。

6.根据权利要求1所述的发动机启动方法，其中所述恒定的空气质量从第一次发动机启动到第二次发动机启动是不同的。

7.一种发动机启动方法，包括：

在发动机启动之后，以恒定的流率将空气引入发动机；

当以恒定的流率将空气引入所述发动机时调整点火正时，从而提供期望的发动机转速；

当所述发动机以所述恒定的流率引导空气时，响应于增大的发动机负荷提前火花，直至提供最佳发动机扭矩(MBT)正时的最小火花提前正时；以及

响应于所述增大的发动机负荷，增加发动机气流以满足所述增大的发动机负荷同时在火花正时提前到MBT正时之后将火花正时保持在MBT正时。

8.根据权利要求7所述的发动机启动方法，其中被引入发动机的空气通过调整节气门的位置被保持恒定，并且还包括当所述发动机被命令引入所述恒定的流率时指示热通量大于来自所述发动机的期望值的状态。

9.根据权利要求7所述的发动机启动方法，其中基于发动机转速和负荷调整MBT火花正时，并且其中所述恒定流率基于排气后处理设备的质量和将所述排气后处理设备加热到期望温度的期望时间量。

10.根据权利要求7所述的发动机启动方法，进一步包括：响应于发动机负荷的减小而减少发动机气流同时将火花正时保持在MBT火花正时直到达到可提供期望的热通量的发动机空气质量流率，然后延迟火化正时。

11.根据权利要求10所述的发动机启动方法，进一步包括响应于发动机热通量大于期望值而估计燃料成分。

12.根据权利要求7所述的发动机启动方法，进一步包括在所述发动机达到预定的条件后，响应于发动机转速和发动机扭矩需求而调整发动机气流和火花正时，并且进一步包括当所述发动机被命令引入所述恒定流率时指示热通量小于来自所述发动机的期望值的状态。

13.根据权利要求7所述的发动机启动方法，进一步包括响应于由所述发动机提供的热通量大于阈值量而提供大于期望量的发动机加热的指示，并且响应于燃料类型不同于预期的燃料类型而减小所述恒定的流率。

14.根据权利要求13所述的发动机启动方法，进一步包括响应于由所述发动机提供的热通量而提供小于阈值的发动机加热的指示。

15.一种用于启动耦接到变速器的发动机的系统，该系统包括：

发动机；

耦接到所述发动机的排气后处理设备；以及

控制器，其包括存储在非临时存储器内的指令，该指令在第一海拔和第二海拔提供恒定的空气质量流率，所述发动机在所述第一海拔提供期望的真空量，在所述第二海拔提供期望的真空量之外的额外的真空量，所述第二海拔低于所述第一海拔。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器包括响应于发动机负荷的变化而调整点火正时的进一步的指令。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括当响应于发动机负荷的变化而增加发动机气流时，将火花正时提前到所述最佳发动机扭矩(MBT)火花正时的最小火花提前正时并且将火花正时保持在MBT火花正时的进一步的指令。

18.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器包括当所述发动机提供恒定的热通量时，自所述最佳发动机扭矩(MBT)火花正时的最小火花提前正时延迟火花正时的进一步的指令。

19.根据权利要求15所述的系统，进一步包括响应于发动机热通量大于期望值而估计燃料成分的额外的控制器指令。

20.根据权利要求19所述的系统，进一步包括耦接到所述发动机的节气门和操作所述节气门以通过所述节气门给所述发动机提供所述恒定的气流的进一步的控制器指令。