CN103423007B - 发动机系统和操作直接喷射式发动机的方法 - Google Patents

发动机系统和操作直接喷射式发动机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于发动机的系统和方法。所述系统包含：具有汽缸的直接喷射式发动机，活塞被滑动地支撑在汽缸中，从而与汽缸盖组合形成燃烧室；用于汽缸的燃料喷射器，其具有突出至燃烧室中的催化剂镀膜尖端部分；以及电子控制器，其控制发动机的操作并且如果请求加热燃料喷射器尖端，则以加热操作模式操作发动机。本发明提出了用于加热燃料喷射器尖端的各种方法，包括操作汽缸数量减少的发动机，以及改变燃料喷射正时和被喷射的燃料量以及点火正时中的一个或多个，以便增加燃烧温度。

Description

发动机系统和操作直接喷射式发动机的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求在2012年5月21日提交的英国专利申请No.1208936.3的优先权，该申请的全部内容为了所有目的通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及直接喷射式发动机，尤其涉及以使来自发动机的微粒排放最小化的方式操作这种发动机。
背景技术
各种政府法规和国际法规正被实施或研究以使微粒生成最小化。对于汽油直接喷射（GDI）而言，获得非常精确的喷雾模式以便最小化微粒生成尤为重要。
直接喷射和特别地GDI的一个问题是由于燃料喷射器的尖端部分暴露在燃烧过程中，所以在每个燃料喷射器的尖端部分上均堆积了沉积物。
为了获得所要求的精确的喷雾模式，燃料喷射器必须被生产为具有非常错综复杂的结构，例如锐边，并且这些结构受到燃料喷射器的尖端部分上堆积的积碳的影响，导致增加的碳烟产物。通常，积碳具有碳基性质，并且作为燃烧过程的副产物产生。
另外，因为积碳本质上是多孔的，所以燃料能够渗透到积碳中，并且然后在燃烧过程中晚期燃烧，导致碳烟的产生。
为了降低或消除这种焦化，例如从日本专利公开JP-A-59041662中已知在燃料喷射器的喷射器尖端部分上提供催化剂涂层，从而促进降低积碳的堆积和/或去除积碳。
本申请人已发现在标准工作条件下，当发动机处于欠负荷时，这种催化剂涂层有效地降低焦炭堆积，并且在发动机的操作期间有助于这种沉积物的去除。
然而，问题是催化剂材料在轻负荷下或者在重复的停止启动条件下不是非常有效，其中由于在这种条件下的燃料喷射器的尖端部分的相对低的温度而能够形成焦化。
发明内容
根据本发明的第一方面，通过提供一种发动机系统来解决上述问题，该发动机系统包含具有汽缸的直接喷射式发动机，活塞在汽缸中被滑动地支撑，从而与汽缸盖组合形成燃烧室；用于汽缸的燃料喷射器，其具有突出至燃烧室中的催化剂镀膜尖端部分；以及电子控制器，其控制发动机的操作并且如果要求加热燃料喷射器尖端，则在加热操作模式中操作发动机。
如果没有请求加热喷射器尖端部分，则电子控制器可操作为在标准操作模式中操作发动机。
如果催化剂镀膜尖端部分的温度低于催化剂材料的点火温度，则可以要求加热燃料喷射器尖端。
如果催化剂镀膜尖端部分的温度低于催化剂材料的点火温度，并且要求喷射器尖端的脱焦，则可以要求加热燃料喷射器尖端。
以加热模式操作发动机可包含通过使用电子控制器调整燃料喷射正时和被喷射入燃烧室中的燃料量中的至少一个，从而增加燃烧温度。
发动机可以是多汽缸发动机。在该情况中，以加热模式操作发动机包含使用电子控制器停用发动机的至少一个汽缸，以便增加仍在操作的每个汽缸上的负荷。
发动机的汽缸可以按预定的顺序停用。
每个停用的汽缸可被布置为在其停用时泵送空气。
以加热模式操作发动机可包含至少一个汽缸以富化学计量操作和至少一个汽缸以稀化学计量操作，以便促进至少一个稀操作的汽缸中的增加的燃烧温度和氧化环境。
以加热模式操作发动机可包含至少一个汽缸以稀化学计量操作和至少一个汽缸以比稀化学计量操作的至少一个汽缸更稀地操作，以便在至少一个更稀操作的汽缸内促进增大的燃烧温度。
所述发动机可以是火花点火式发动机，并且以加热模式操作所述发动机可包含通过使用电子控制器将点火正时调整至相对于标准正时位置延迟和提前的点火正时中的一个，从而增加燃烧温度。
根据本发明的另一方面，提供一种操作直接喷射式燃烧发动机的方法，发动机的每个汽缸具有含催化剂镀膜尖端部分的燃料喷射器，该催化剂镀膜尖端部分暴露至燃烧产物；该方法包含响应于加热燃料喷射器尖端的请求以加热操作模式操作发动机。
如果没有请求加热燃料喷射器尖端部分，则该方法可包含在标准操作模式下操作发动机。
如果催化剂镀膜尖端部分的温度低于催化剂材料的点火温度，则可以请求加热燃料喷射器尖端。
如果催化剂镀膜尖端部分的温度低于催化剂材料的点火温度并且要求喷射器尖端脱焦，则可以请求加热燃料喷射器。
以加热模式操作发动机可包含调整燃料喷射正时和喷射至每个操作汽缸中的燃料量中的至少一个。
所述发动机可以是多汽缸发动机。在该情况中，以加热模式操作发动机可包含停用发动机的至少一个汽缸，以便增大仍在操作的汽缸上的负荷。
发动机的汽缸可以按预定顺序被停用。
每个停用的汽缸可被布置为在其停用时泵送空气。
以加热模式操作发动机可包含至少一个汽缸以富化学计量操作和至少一个汽缸以稀化学计量操作，以便促进至少一个稀操作的汽缸中的增加的燃烧温度和氧化环境。
以加热模式操作发动机可包含至少一个汽缸以稀化学计量操作以及至少一个汽缸以比所述稀化学计量操作的至少一个汽缸更稀地操作，以便在至少一个更稀操作的汽缸内促进增大的燃烧温度。
所述发动机可以是火花点火式发动机，并且以加热模式操作发动机可包含针对每个操作汽缸，将点火正时调整至相对于标准正时位置延迟和提前的点火正时中的一个。
通过单独或结合附图的以下具体实施方式，本发明的上述优势和其他优势以及特征将易于变得显然。
应理解，提供上述发明内容是要以简化的形式介绍所选概念，其将在具体实施方式中得到进一步说明。这并不意味着确立要求保护的主题的关键或必要特征，其范围仅由具体实施方式后的权利要求限定。另外，要求保护的主题不限于解决上述或在本发明中任何部分中指出的任何缺点的实施方式。此外，本文的发明人已认识到在此指出的缺点，并且不认为它们是已知的。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一方面的发动机系统的方框图；
图2A是根据本发明的第一方面的形成部分发动机系统的直接喷射式直列三缸发动机的一个汽缸的示意性截面图。
图2B是穿过在图2所示的发动机中使用的燃料喷射器的尖端部分的放大的截面图；
图3是根据本发明的第二方面的操作直接喷射式发动机的方法的高水平流程图；
图4是使用本发明获得优势的V-6发动机配置的方框图；
图5是使用本发明获得优势的I4发动机配置的方框图。
具体实施方式
特别参考图1、2A和2B，其示出了具有发动机系统5的机动车辆1，发动机系统5包含直接喷射式三缸往复式活塞内燃发动机20、用于发动机20的排气后处理装置21、电子控制器40、呈现为加速器踏板15形式的操作者需求输入装置和相关联的加速器踏板位置传感器16。
应当明白的是，电子控制器40可包含若干互连的电子控制器、控制单元或电子处理器，例如点火控制器、燃料喷射控制器和动力系控制器，并且仅为了图示说明的目的而显示为单个单元。
发动机系统5还包括排气温度传感器18以及与发动机20的飞轮9上的齿环关联的发动机转速传感器31，所述排气温度传感器18用于提供指示进入后处理装置21的排气的温度的输出。
应当明白的是，能够使用用于测量发动机转速的其他装置，并且本发明不限于使用齿环和发动机转速传感器。还应当明白的是，排气温度能够被建模并且无需被测量。
在该情况中，发动机20包含直列布置的三个汽缸11、12和13，它们是两个外部汽缸11、13和插入两个外部汽缸11、13之间的中间汽缸12。
排气歧管6将通过排气管7离开发动机20的排气引导至后处理装置21，并且尾管8将来自后处理装置21的排气传输至大气，如箭头“E”所指示。应当明白的是，后处理装置20可以是适用于降低发动机20的排放的任意已知类型，并且可以存在不止一种类型的连接至排气管7的排气后处理装置。还应当明白的是，用于降低排气噪音的一个或更多装置可被装配至一个或更多个后处理装置21下游的尾管8中。
进气歧管17将来自大气的空气引导至发动机20中。在一些情况中，如果涡轮增压器或其他形式的进气增压器被装配至发动机20，则进入进气歧管17的空气可以具有增大的压力。
通过加速器踏板位置传感器16感测加速器踏板15的位置，并且来自传感器16的输出作为输入被供应至电子控制器40，在电子控制器40中，所述输入被处理以提供操作者发动机扭矩需求的指示。
来自发动机转速传感器41的输出作为当前发动机转速的指示被电子控制器40使用。
图2A为发动机20的汽缸11或12或13中的一个的横截面，其更加详细地示出了发动机20的结构。
在该情况中，发动机20包括具有限定汽缸11、12、13的三个汽缸孔24的发动机体22。每个汽缸11、12、13具有各自的燃烧室30，并且每个燃烧室30通过发动机20的汽缸盖28、各自的汽缸孔24以及各自的活塞10限定。
每个活塞10由各自的汽缸孔24沿各自的汽缸11、12和13的纵轴线42滑动地支撑。每个活塞10被设置为在其各自的汽缸孔24内往复运动，并且通过连杆（未示出）以传统方式被耦接至曲轴（未示出）。每个活塞10包括圆顶，所述圆顶具有形成于其中的燃烧槽（combustion bowl）14，从而产生期望的空气燃料混合物云团。
汽缸盖28包括各种排气道46和进气道48，从而接纳气体进入三个汽缸11、12和13并从所述汽缸中排出气体。在所公开的实施例中，每个汽缸11、12和13包括两个进气道48和两个排气道46（在图2A中仅示出进气道和排气道各一个）。本领域普通技术人员应当明白的是，可替换的配置可具有不同数量的进气道和排气道。
每个燃烧室30包括用于每个进气道48的进气门50和用于每个排气道46的排气门52。每个进气门50选择性地将各自的燃烧室30耦接至关联的进气歧管17（在图2A中未示出）。类似地，每个排气门52选择性地将各自的燃烧室30耦接至关联的排气歧管6（在图2A中未示出）。
应当明白的是，进气歧管17和/或排气歧管6可以与汽缸盖28一体形成或基于特定应用可以是分离的组件。
例如，可以使用任意数量的已知策略或使用电磁阀致动器来操作发动机20的进气门50和排气门52，所述已知策略包括传统的凸轮轴布置、可变凸轮轴正时和/或可变升程布置。
每个燃烧室30还包括点火源，在该情况中，点火源表现为延伸穿过各个汽缸11、12和13的顶部的各个火花塞62的形式。
每个燃烧室30还包括被安装在汽缸盖28内的关联的燃料喷射器60。每个燃料喷射器60具有尖端部分61，所述尖端部分位于各个燃烧室30内，并且在使用时被暴露至燃烧产物。在所示的侧向安装的燃料喷射器60的情况中，每个燃料喷射器60的纵轴线设置为相对于各个汽缸11、12和13的汽缸纵轴线42成某角度，并且该角度将取决于特定应用和实施方式。应当明白的是，燃料喷射器60无需侧向安装，并且能够在顶部安装，以便向下喷雾而不是侧向安装，并且本发明不限于任何特定的燃料喷射器位置或取向。
每个尖端部分61包括至少一个孔径、孔洞或喷口，通过使用所述孔径、孔洞或喷口，燃料被喷射至各个燃烧室30中。在该情况中，每个尖端部分61具有八个孔径64，这些孔径在被激活时产生进入各个燃烧室30的八个锥形燃料喷雾。应当明白的是，本发明不限于与多孔洞喷射器配置一起使用，而其他喷射器配置，例如向外打开的阀配置，例如公布的欧洲专利申请EP-A-1854995中所示的喷射器，也将通过使用本发明而受益。
每个尖端部分61具有向其施加的催化剂涂层65，从而最小化尖端部分61上的通常被称为焦炭的碳基沉积物的堆积。在该情况中，催化剂涂层65仅被施加至尖端部分61的端面，但是在其他实施例中，能够使用其他涂层布置。
在操作过程中，响应于由发动机控制器40产生的一个或更多相应的燃料喷射信号，每个燃料喷射器60通过其八个孔径64基本同时将燃料直接喷雾至各个燃烧室30中，从而形成期望的燃料喷雾模式。
因此，在该情况中，发动机系统5包含具有三个汽缸11、12和13的三汽缸直接喷射式发动机20，在三个汽缸中的每个中，相应的活塞10被滑动地支撑以便与汽缸盖28组合形成燃烧室30。每个汽缸11、12、13具有各自的燃料喷射器60，所述燃料喷射器60具有延伸穿过各个汽缸11、12和13的汽缸壁22以便突出至燃烧室30中的催化剂镀膜尖端部分61。
电子控制器40被布置为控制发动机20的操作，并且能够至少以标准操作模式和加热操作模式操作发动机20。
在标准操作模式中，发动机20被操作以满足操作者做出的由节气门踏板15的位置指示的扭矩需求。当以标准操作模式操作时，所述正时和被喷射的燃料量是在不产生高水平排气排放物的情况下以有效方式满足所请求的扭矩需求所必需的。类似地，点火正时被设定成标准位置，以便在发动机20的各个燃烧室30内产生有效的燃烧。
当发动机20在低负荷情况下操作时，例如在交通中怠速，或车辆1以要求非常小的扭矩输出的低速移动，或车辆1遭遇重复和频繁的停止和启动时，各个燃料喷射器60的燃料喷射器尖端部分61的温度将趋于降至类似于发动机20周围物质的温度，其通常在100℃的范围内。因为喷射器尖端部分61所镀覆的催化剂材料仅在点火温度（在该情况下为200℃）以上才有效操作，所以低于该点火温度的操作将几乎不产生或不产生有益的催化剂效应，从而允许出现焦化。应当明白的是，实际的点火温度将取决于催化剂材料的成分，并且仅以举例的方式提供200℃。
因此，电子控制器40可操作为确定是否要求加热燃料喷射器尖端61，并且如果要求加热，则以加热操作模式操作发动机20。
电子控制器40可通过使用直接测量温度和比较所测量的温度和温度下限值（例如200℃）而确定是否要求加热。在该情况中，温度传感器需要位于每个燃料喷射器60上，以及来自各个温度传感器的输出将通过电子控制器40接收，并且与上述温度下限比较。应当明白的是，实际上无需测量尖端部分61的温度，可以测量靠近尖端部分61的温度，并且然后使用凭经验产生的转换，该转换能够被存储在电子控制器40中的查找表中或能够具有可执行方程式的形式，从而将被测量的温度转换成尖端部分温度。
作为进一步选择，能够基于各种发动机传感器对所述温度建模，例如通过发动机冷却剂温度、汽缸盖温度、发动机转速、发动机负荷或点火正时，能够提供有关燃烧温度和/或排气温度的估计，据此在要求加热尖端部分时，能够推断所述温度。
作为直接温度测量或模拟温度的替换，能够根据发动机20的占空比推断出尖端部分61的温度。也就是，发动机20的转速和来自节气门踏板的扭矩需求或其他燃烧变量，例如空气充气、火花正时、进气口温度和凸轮正时，能够被用于确定发动机工况何时可能需要加热喷射器尖端61，以便有效操作催化剂材料。
除上述外，加热模式的进度可以不仅基于尖端部分61的温度，还基于累积模型。也就是，可能是下列情况，即并非每一次尖端部分61的温度经测量或估计为低于点火温度时均使用加热模式，而可能的是仅在尖端部分61的温度经测量或估计为低于点火温度并且根据累积模型预测的积碳被估计为可能显著地并且不利地影响燃料喷雾模式时才应用加热模式。
每当不要求加热喷射器尖端部分61时，电子控制器40可操作为以上述标准操作模式操作发动机20。
若干方法能够被用于增加尖端部分61的温度。
在第一种方案中，以加热模式操作发动机包含通过使用电子控制器40将点火正时调整至相对于标准正时位置延迟和提前的点火正时中的一个，从而增加燃烧温度。因此，第一种方案是基于火花调整的，其远离最佳扭矩的最优正时。该调整影响在燃烧过程中穿过发动机20的空气和燃料的质量流量以及气体温度。
使用火花延迟增加质量流量，并且能够增加在燃烧室内消耗的总能量，然而，火花延迟将趋于较低的峰值温度和峰值压力。通过与火花点火事件同步地喷射一部分燃料以便产生稳定点火，能够促进极端水平的火花延迟。
使用火花提前，也就是，比最佳扭矩的正时更提前的点火正时，将增加质量流量，并且增加燃烧温度和压力。因此，随着更多废能在燃烧室内消耗，火花提前更可能促进喷射器尖端部分61处的快速的热量上升，然而，在火花延迟的情况下，过剩的能量往往从燃烧室30排出，并且将增加流入后处理装置21的排气的温度。因此，火花延迟在发动机20冷启动时会是有用的，而火花提前在发动机20已操作一段时间并且后处理装置21有效操作的情况下会更加有利。
如果使用大级别的火花提前，则可通过调整与火花事件一致的一部分燃料喷射事件而改善燃烧稳定性和进给气体排放。
以加热模式操作发动机还能够包含通过使用电子控制器40调整燃料喷射正时和喷射入每个燃烧室30中的燃料量中的至少一个，从而增加燃烧温度。
例如，通过稀操作一个汽缸，同时富操作其他汽缸以便补偿。这样可保持按化学计量操作排气（对后处理有好处），但是增加了出现脱焦的汽缸内的温度。应当明白的是，略稀地运行汽缸将增加该汽缸内的燃烧温度并且产生氧化环境。在单个汽缸发动机的情况中，能够在稀和富之间调制汽缸，以便随时间的平均排气是按化学计量的。这样可保持按化学计量操作排气（对后处理有好处），但是增加了出现脱焦的汽缸内的温度。然而，这样的技术要求扭矩补偿以避免喘振。通过火花正时调整能够在火花点火式发动机上实现扭矩补偿。
在仅可应用于具有多于一个汽缸的发动机例如多汽缸发动机的第二种方案中，可通过选择性停用发动机20的多个汽缸中的一个而实现燃料喷射器尖端部分61的加热。因此，在该情况中，以加热模式操作发动机20包含使用电子控制器40来停用发动机20的汽缸11、12和13中的至少一个，以便增加仍在操作的每个汽缸11、12和13上的负荷。
发动机20的汽缸11、12和13以基于汽缸11、12和13的点燃次序的预定顺序被停用，以便最小化扭矩波动。应当明白的是，在具有多于两个汽缸的发动机中，多于一个汽缸能够被同时停用，从而进一步增加仍处于操作中的汽缸上的负荷。
在通过举例的方式在此提供的三缸发动机20的情况中，汽缸11、12、13以11、12、13；11、12、13等的顺序一次停用一个。停用的汽缸可以在发动机20的预定量的循环中保持停用，或者可以保持停用，直到操作汽缸的各个燃料喷射器尖端部分61上的催化剂涂层65被充分加热以激活所述汽缸。
应当明白的是，当停用的汽缸11、12、13被再次激活时，快速加热对于松动或去除累积在各个燃料喷射器尖端部分61上的任何积碳将具有有益效果。与停用事件关联的冷却同样可以对松动积碳具有积极作用。
优选地，每个停用的汽缸11、12、13布置为在其被停用时泵送空气，这可以仅通过不向各个停用的汽缸11、12、13供应燃料而实现。
应当明白的是，点火调整的使用还能够被应用至未停用的汽缸11、12、13。以便例如仍在操作的汽缸可以使用提前或延迟的点火正时设置而被操作。
现在特别地参考图3，其示出了由电子控制器40使用以控制发动机20的操作的方法100。
方法100开始并且前进至步骤110，其为车辆1的发动机运行事件。也就是，在发动机20运行时开始该方法。
然后，方法100前进至步骤120，在此确定是否要求加热燃料喷射器尖端61。如上所述，这能够基于温度测量或建模，或者能够根据发动机20的占空比推断。
如果确定无需加热，则方法100前进至步骤135，在此使用标准发动机操作模式来控制发动机20的操作。也就是，需要点火正时和加注燃料，从而以有效和低排放的方式满足请求的扭矩需求。
然后，该方法从步骤135前进至步骤140，在此确定发动机20是否仍在运行。如果发动机20并未运行，则该方法在步骤200处结束，否则该方法返回至步骤120，以便再次检查是否要求加热。
返回至步骤120，如果要求加热，则方法100前进至步骤130，在此电子控制器40以加热操作模式操作发动机20。在上述加热操作模式中，采用各种技术将燃料喷射器尖端部分61的温度从其当前温度增加至一温度，在该温度下施加至每个燃料喷射器尖端部分61的催化剂涂层65被激活以协助从燃料喷射器尖端部分61去除焦炭。
如前面所提及的，加热模式的进度可以不仅基于尖端部分61的温度，还基于累积模型。在该情况中，方法步骤120将会被下列步骤代替，即需要为将进入的加热模式呈现来自累积模型的累积物温度和预定累积水平的组合。
例如，步骤120可采用以下形式：如果Ttip<Tlight-off并且A>Alimit，则进入加热模式；否则使用标准模式。
其中：Ttip=测量或估计的喷射器尖端温度；Tlight-off=催化剂材料的点火温度；A=来自累积模型的估计累积；以及Alimit=累积水平，超过该水平能够预期对喷雾模式产生显著不利的影响。
作为进一步的替代方案，步骤120能够被替换为喷射器尖端温度和自最后脱焦事件发生起过去的时间的组合，或者所述时间可以是基于来自累积模型的预测积碳水平的可变时限。
如上所述，加热模式能够使用这样的点火正时，其相对于可被用于标准操作模式的点火正时被提前或延迟，并且能够包括调整被喷射的燃料正时和/或被喷射的燃料量。
可替换地或结合这些方案，在多缸发动机的情况中，电子控制器40能够通过停用发动机20的汽缸11、12、13中的至少一个而以加热模式操作发动机20，以便增加仍在操作的汽缸11、12、13上的负荷。如上文所述，发动机20的汽缸11、12、13按预定的顺序被停用，并且未被停用的每个汽缸11、12、13按稀化学计量操作，以便在各个汽缸11、12、13内产生氧化环境。优选地，每个停用的汽缸11、12、13被布置为在其被停用时泵送空气。
可以停用至预定数量的汽缸的燃料喷射，从而增加剩余汽缸的负荷，并且所述预定数量的汽缸可以通过排气歧管耦接至第一催化转化器，并且所述剩余汽缸通过另一排气歧管耦接至第二催化转化器。在V-6发动机中，预定数量的汽缸可包含V-6发动机的一组汽缸，并且所述剩余汽缸包含所述V-6发动机的另一组汽缸。在I-4发动机中，所述预定数量的汽缸可包含I-4发动机的两个外部汽缸，并且所述剩余汽缸可包含所述I-4发动机的两个内部汽缸。
停用的汽缸的燃料喷射器可以同样被停用，同时进气门和排气门保持可操作。以这种方式，空气通过进气门泵送至并且通过排气门泵送出通过停用适当的燃料喷射器而被停用的那些汽缸。然后，采取进一步步骤以防止这种被泵送空气进入被耦接至未被停用的汽缸的催化转化器。这种空气的耦接将造成整体稀排气环境，其中过量空气可防止催化转化器还原氮氧化物（NOx）。过量空气还可导致过量氧气存储在催化转化器内，这会削弱其还原氮氧化物的能力。这通常也被称为催化剂中毒。可以通过使将被停用的汽缸耦接至一个催化转化器以及将未被停用的其他汽缸耦接至其他催化转化器而克服这些潜在的问题。下面将参考图4和图5描述催化转化器的这种分离的示例。
然后该方法从步骤130前进至步骤140，在此确定发动机20是否仍在运行。如果发动机20并未运行，则该方法在步骤200处结束，否则该方法返回至步骤120再次检查是否要求加热。
尽管已经通过参考三缸汽油直喷发动机以示例性方式描述了本发明，但应当明白的是，其不限于用在这种发动机上，并且能够被应用至具有不同数量的汽缸的发动机。在图4和图5中示出了不同发动机的非限制性示例。
参考图4，其示出了V-6发动机，其中每组3个燃烧室30被显示为具有排气歧管，并且管道通向其自身的催化转化器70。以此方式，可以通过一次截止一组发动机的燃料喷射器来停用该组发动机。
图5示出了I-4发动机，其中两个外侧汽缸30的排气具有一个排气歧管并且导管通向催化转化器70，并且两个内侧汽缸类似地共享排气歧管，并且导管通向分离的催化转化器70。以此方式，可以通过一次截止一组汽缸的燃料喷射器来停用该组汽缸，该组汽缸可以是内侧或外侧汽缸。
图4和图5所示的将汽缸组分成不同的催化转化器的这种分离允许汽缸被停用，而不使穿过催化转化器的排气流变稀以至于改变如上所述还原NOx的能力。
这种方案也可以被施加至使用其他燃料类型的直接喷射式发动机。
在直接喷射式压缩点火（柴油）发动机的情况中，应当明白的是，喷射正时能够被用于增加燃烧温度而不是改变火花正时。在柴油发动机中，比化学计量略稀的操作是正常的，并且因此在该情况中，可以通过通常所谓的稀化学计量操作至少一个汽缸并且比至少一个稀化学计量操作的汽缸更稀地操作发动机的至少一个汽缸而使加热得到加强，从而在至少一个更稀地操作的汽缸中促进燃烧温度的增加。
本发明提供用于发动机的系统和方法。所述系统包括具有汽缸的直接喷射式发动机，活塞在汽缸中被滑动地支撑，从而与汽缸盖组合形成燃烧室；用于汽缸的燃料喷射器，其具有突出至燃烧室中的催化剂镀膜尖端部分；以及电子控制器，其控制发动机的操作并且如果请求加热燃料喷射器尖端，则以加热操作模式操作发动机。本发明提出了用于加热燃料喷射器尖端的各种方法，包括操作汽缸数量减少的发动机，以及改变燃料喷射正时和被喷射的燃料量以及点火正时中的一个或多个，以便增加燃烧温度。
本领域技术人员应当明白的是，尽管参考一个或更多实施例以示例性方式描述了本发明，但本发明不限于所公开的实施例，并且在不背离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，能够构建可替换的实施例。
应当注意，本文所包括的示例性控制和估算例程能够被用于各种发动机和/或车辆系统配置。在此描述的特定例程可表示任何数量的处理策略中的一个或更多，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程、等等。类似地，所示的各种动作、操作和/或功能可按所示次序执行、并列执行、或在一些情况下被省略。同样地，未必需要按所述处理顺序实现在此描述的示例性实施例的特征和优势，所述处理顺序被提供以便于解释和说明。根据所使用的特定策略，可重复执行所示动作、操作和/或功能中的一个或更多。此外，所述的动作、操作和/或功能可通过图形表示这样的代码，其将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器内。
应明白，因为可以有多种变体，所以本文所公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些特定的实施例不被视作具有限制意义。例如，上述技术能够被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
下列权利要求特别指出被视为是新颖和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这种权利要求应理解成包括一个或更多此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提交的新权利要求而要求保护。这些权利要求，无论比原始权利要求的范围更宽、更窄、等同或不同，均被视作包括于本发明的主题内。

Claims (20)

1.一种发动机系统，其包括：
直接喷射式发动机，其具有至少一个汽缸，活塞被滑动地支撑在所述汽缸中，从而与汽缸盖组合形成至少一个燃烧室；
用于所述至少一个汽缸的燃料喷射器，所述燃料喷射器具有燃料喷射器尖端，所述燃料喷射器尖端具有突出至所述燃烧室中的催化剂镀膜部分；以及
电子控制器，其控制所述发动机的操作并且如果请求加热所述燃料喷射器尖端，则以加热操作模式操作所述发动机，其中以所述加热模式操作所述发动机包括停用所述发动机的每个汽缸，按顺序一次停用一个，以便增加仍在操作的每个汽缸上的负荷并且冷却所述停用的汽缸，直到所述操作汽缸的各个燃料喷射器尖端上的催化剂涂层被加热到所述催化剂涂层的点火温度。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中如果未请求加热所述燃料喷射器尖端，则所述电子控制器可操作为以标准操作模式操作所述发动机。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中如果所述催化剂镀膜部分的温度低于催化剂材料的点火温度，则请求加热所述燃料喷射器尖端。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，其中如果所述催化剂镀膜部分的温度低于所述催化剂材料的点火温度并且请求所述燃料喷射器尖端的脱焦，则请求加热所述燃料喷射器尖端。
5.根据权利要求1所述的发动机系统，其中以所述加热操作模式操作所述发动机进一步包括调整燃料喷射正时和被喷射入所述燃烧室的燃料量中的至少一个，从而增加燃烧温度。
6.根据权利要求1所述的发动机系统，其中基于累积模型不请求加热所述燃料喷射器尖端。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，其中每个被停用的汽缸被布置为在其被停用时泵送空气。
8.根据权利要求1所述的发动机系统，其中以所述加热模式操作所述发动机包括至少一个汽缸以富化学计量操作和至少一个汽缸以稀化学计量操作，以便促进稀操作的所述至少一个汽缸中的增加的燃烧温度和氧化环境。
9.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述发动机是火花点火式发动机，并且以所述加热模式操作所述发动机包括通过使用所述电子控制器将点火正时调整至相对于标准正时位置延迟和提前的点火正时中的一个，从而增加燃烧温度。
10.一种操作直接喷射式燃烧发动机的方法，所述发动机的每个汽缸具有带有燃料喷射器尖端的燃料喷射器，所述燃料喷射器尖端具有暴露至燃烧产物的催化剂镀膜部分；所述方法包括：
响应于加热所述燃料喷射器尖端的请求，以加热操作模式操作所述发动机，所述加热操作模式包括：
停用所述发动机的每个汽缸，按顺序一次停用一个，以便增加仍在操作的每个汽缸上的负荷并且冷却所述停用的汽缸，其中所述停用的汽缸保持停用直到所述操作汽缸的各个燃料喷射器尖端上的催化剂涂层被加热到所述催化剂涂层的点火温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中如果未请求加热所述燃料喷射器尖端，则所述方法包括以标准操作模式操作所述发动机。
12.根据权利要求10所述的方法，其中当所述催化剂镀膜部分的温度低于催化剂材料的点火温度并且请求所述燃料喷射器尖端的脱焦时，请求加热所述燃料喷射器尖端。
13.根据权利要求10所述的方法，其中以所述加热模式操作所述发动机包括调整燃料喷射正时和喷射入每个操作汽缸的燃料量中的至少一个。
14.根据权利要求12所述的方法，其中基于累积模型不请求加热所述燃料喷射器尖端。
15.根据权利要求10所述的方法，其中以所述加热模式操作所述发动机包括至少一个汽缸以富化学计量操作和至少一个汽缸以稀化学计量操作，以便促进稀操作的所述至少一个汽缸中的增加的燃烧温度和氧化环境。
16.根据权利要求10所述的方法，其中以所述加热模式操作所述发动机包括至少一个汽缸以稀化学计量操作以及至少一个汽缸以比稀化学计量操作的所述至少一个汽缸更稀的化学计量操作，以便在更稀操作的所述至少一个汽缸内促进燃烧温度的增加。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述发动机是火花点火式发动机，并且以所述加热模式操作所述发动机包括针对每个操作汽缸，将点火正时调整至相对于标准正时位置延迟和提前的点火正时中的一个。
18.根据权利要求10所述的方法，其中停用所述发动机中的至少一个汽缸包括停用到所述发动机的所述至少一个被停用的汽缸的燃料喷射，其中预定数量的汽缸通过排气歧管耦接至第一催化转化器，并且剩余汽缸通过另一排气歧管耦接至第二催化转化器。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定数量的汽缸包括V-6发动机中的一组汽缸，并且所述剩余汽缸包括所述V-6发动机中的另一组汽缸。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定数量的汽缸包括I-4发动机的两个外部汽缸，并且所述剩余汽缸包括所述I-4发动机的两个内部汽缸。
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