CN104047737B - 减少涡轮增压发动机过热 - Google Patents

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Abstract

一种方法，包括响应于在涡轮增压发动机中的冷却剂损失，基于发动机转速和汽缸盖温度停用一个或多个发动机汽缸，同时限制一个或多个起作用的汽缸的发动机负荷。

Description

减少涡轮增压发动机过热
技术领域
本发明涉及减少涡轮增压发动机过热。
背景技术
发动机可借助循环诸如水的冷却剂流体通过发动机中的通路而被冷却。在冷却系统退化（例如水泵退化）或冷却剂损耗（例如由于冷却剂系统泄漏）的情况下，发动机金属组件可能过热。
Gebby等人（US7,204,235）通过交替关闭发动机汽缸的每一列燃料喷射器和以未燃烧的进气来空气冷却停用的发动机汽缸列解决了在冷却系统退化情况下的过热。交替停用汽缸的每一列可提供部分发动机扭矩给车辆运行。
本发明人在此已经认识到以上方法的潜在问题。即，以涡轮增压和其它高比功率（high-specific power）输出的发动机，传统的故障安全冷却策略诸如交替发动机汽缸列的停用和空气冷却可能不能保持汽缸盖温度低于发动机金属熔点。因此，涡轮增压发动机经常在传统安全故障冷却策略启动之后不久禁用。此外，即使一些汽缸在冷却期间保持燃烧，发动机可能不能提供足够的扭矩以维持车辆操作性和车辆驾驶性，特别是在涡轮增压发动机中。
发明内容
解决上述问题的一个方法是用于安全故障冷却策略（FSC）的方法，包括响应于在涡轮增压发动机中的冷却系统退化和/或在涡轮增压发动机中的冷却剂损耗，停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机汽缸负荷。此外，该方法可包括响应于超过第二阈值温度的发动机汽缸温度，停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机汽缸负荷。基于增加扭矩同时保持发动机转速低于阈值发动机转速并且保持发动机气缸温度低于第三阈值温度，可选择停用的汽缸数量和负荷限制，第三阈值温度大于第二阈值温度。以这种方式，发动机金属组件的过热可被减少同时维持车辆操作性和驾驶性。
当单独或结合附图时，本描述的以上优点和其它优点和特征将容易从以下详细描述中显而易见。
应该理解，提供以上发明内容以简化形式引入精选构思，其进一步在具体实施方式中描述。这并不意味着识别要求主题的关键或必要特征，其范围由随附具体实施方式的权利要求唯一限定。此外，要求的主体并不限于解决以上或在本公开任何部分所述的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出描绘示例涡轮增压发动机的示意图；
图2示出描绘安装在发动机排气歧管中的示例温度传感器的局部横截面的示意图。
图3示出汽缸热点温度随发动机转速变化的示例曲线。
图4示出汽缸热点温度随负荷变化的示例曲线。
图5示出扭矩随负荷变化的示例曲线。
图6示出扭矩随轴转速变化的示例曲线。
图7-10示出用于示例程序的流程图。
图11示出描绘用于涡轮增压发动机的安全故障冷却策略的示例概览的示意图。
图12是示出在用于涡轮增压发动机的故障安全冷却策略执行期间的车辆工况的示例时间轴。
具体实施方式
本描述涉及响应于在涡轮增压发动机中的冷却剂损耗，停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷的方法。在一个示例中，该方法包括停用一个或多个发动机汽缸同时限制一个或多个起作用的汽缸负荷同时保持发动机转速低于阈值发动机转速，并且同时保持发动机汽缸低于第三阈值温度。以这种方式，发动机汽缸过热可以缓解，同时在一定发动机工况范围内保持车辆的驾驶性和车辆操作性。
图1示出涡轮增压发动机的示例，包括进气压缩机、排气涡轮机、废气门和发动机控制器。图2示出可用于提供发动机汽缸盖温度指示的排气歧管温度传感器的示例。图3-5分别是汽缸盖温度随发动机转速的变化、汽缸盖温度随负荷的变化以及扭矩随负荷的变化的示例曲线，而图6是扭矩随输出轴转速变化的曲线。图7示出说明图3-6如何被用于映射故障安全冷却策略（FSC）中预定发动机运行点的发动工况的示例方法，用于缓解发动机过热同时保持车辆驾驶性和车辆操作性。图8-10是图示说明用于如下方法的示例程序的流程图，所述方法基于发动机转速和汽缸盖温度而停用一个或多个发动机汽缸同时限制一个或多个起作用汽缸的负荷，而图11示出方法概览。图12是示例时间轴，其图示说明在检测到冷却剂损耗之后车辆工况同时停用发动机汽缸并且限制发动机负荷。
参考图1，内燃发动机10包括多个汽缸，在图1中示出其中一个汽缸，内燃发动机10由电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36位于其中并且被连接至曲轴40。燃烧室30被示出经由各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。排气歧管48可以是整体的排气歧管或分离的排气歧管。每一个进气和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器57确定。
燃料喷射器66被示出定位直接喷射燃料到汽缸30中，其被本领域的技术人员称为直接喷射。可替代地，燃料可以被喷射至进气口，其被本领域的技术人员称为进气道喷射。燃料喷射器66输送由控制器12提供的与脉冲宽度成比例的液体燃料。燃料通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨（未示出）的燃料系统（未示出）输送至燃料喷射器66。
进气歧管44通过压缩机162供应空气。排气转动联接到轴161的涡轮机164，从而驱动压缩机162。在一些示例中，旁通通道77被包括以便排气可在选择的工况期间旁通涡轮机164。通过旁通通道77的流动经由废气门75调节。此外，压缩机旁通通道86可在一些示例中被提供以限制由压缩机162提供的压力。通过旁通通道86的流动经由阀85调节。此外，进气歧管44被示出与中央节气门62连通，该中央节气门62调节节流板64的位置从而控制来自发动机进气42的空气流。中央节气门62可电操作。
无分点器火系统88响应于控制器12，经由火花塞92提供点火火花到燃烧室30，用于点燃空气燃料混合物。在其它示例中，发动机可以是不具有点火系统的压缩点火发动机，诸如柴油发动机。通用排气氧气（UEGO）传感器126示出联接到催化转换器70上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧气传感器可以用UEGO传感器126替代。
在一个示例中，转换器70可包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可使用多个排放控制装置，每个具有多个砖。在一个示例中，转换器70可以是三元催化剂。
控制器12在图1中被示出为传统的微型计算机，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和常规数据总线。除了先前讨论的那些信号，控制器12被示出接收来自联接至发动机10的传感器的各种信号，其包括：来自联接到冷却套管114上的温度传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；来自温度传感器59的汽缸盖温度（CHT）和/或排气歧管温度（EMT）、联接到加速器踏板130用于感测由脚132调节的加速器位置的位置传感器134；来自联接到进气歧管44的温度传感器122的发动机歧管压力（MAP）的测量；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（例如热线式空气流量计）的进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器58的节气门位置的测量。大气压力可同样由控制器12感测（传感器未示出）用于被控制器12处理。在本描述的优选方面，发动机位置传感器118产生曲轴每转的预定数量的等间隔脉冲，由此可确定发动机转速（RPM）。
控制器12可还与消息中心196通信。消息中心196可包括指示器灯和/或基于文本的显示器，其中消息显示给操作者，诸如要求操作者输入以启动发动机的消息，如以下所讨论的。消息中心还可包括用于接收操作者输入的各种输入部分，诸如按钮、触摸屏、声音输入/识别等。在替代实施例中，消息中心可通信音频消息给操作者而不显示。
在一些示例中，发动机可在混合动力车辆中联接至电机/电池系统。混合动力车辆可具有并联配置、串联配置或其变化或组合。此外，在一些实施例中，其它发动机配置可被利用，例如柴油发动机。
在操作期间，在发动机10内的每一个汽缸通常经历四冲程循环：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，一般排气门54关闭并且进气门52打开。空气经由进气歧管44引入燃烧室30，并且活塞36移动至汽缸的底部，以便增加燃烧室30的容积。在活塞36接近汽缸底部和在其冲程末尾处（例如当燃烧室30处于最大容积时）的位置通常被本领域技术人员称为下止点（BDC）。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向汽缸盖移动以便压缩燃烧室30内的空气。在活塞36在其冲程末尾处并且最接近汽缸盖（例如当燃烧室30处于最小容积时）的点通常被本领域技术人员称为上止点（TDC）。在下文中称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文中称为点火的过程中，喷射燃料由诸如火花塞92的已知点火装置点火，引起燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体推动活塞36返回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，排气门54打开以释放燃烧的空气-燃料混合物到排气歧管48，并且活塞返回至TDC。注意，上述仅描述为示例，并且该进气和排气门打开和/或关闭正时可改变，诸如提供正或负的气门重叠、延迟的进气门关闭或各种其它示例。
现转到图2，其示出集成排气歧管（IEM）的部分横截面200。作为示例，排气歧管48可以是IEM。IEM可包括在其中用于再循环冷却剂流体的集成冷却通道230，从而改善从排气流通过排气端口220的热量去除。IEM可由铝制造，其可比传统的铸铁分离排气歧管更轻，从而提高燃料经济性和马力，但是由于更低的金属熔点，可能在冷却系统退化期间更容易遭受发动机过热。例如，铝汽缸盖的发动机熔点可能比非热处理铝盖的发动机熔点更低，其可比用于热处理的汽缸盖的发动机熔点更低。
排气歧管温度（EMT）传感器250可直接安装到IEM主体中，并且可用于提供排气歧管温度、发动机温度、汽缸盖温度和/或发动机排气温度的指示给发动机控制器12。此外，EMT传感器250可用于发出冷却系统退化和/或冷却剂损耗的信号，或启动向操作者提供对冷却剂温度接近冷却沸点的指示。
在另一个示例中，诸如热电偶的温度传感器可直接安装到排气歧管48的主体中，以便提供发动机汽缸温度的指示给控制器12。在其它示例中，发动机汽缸温度可由位于发动机汽缸、发动机汽缸盖等处的温度传感器测量。以这种方式，在发动机运行期间发动机汽缸温度可被测量并且通信至控制器12。如上所述，EMT、CHT或另一个发动机汽缸温度可用于测量并且通信发动机汽缸温度，并且可用于指示发动机过热。
在高比功率输出发动机中，特别是涡轮增压发动机中，即便一个或多个发动机汽缸停用，大于过热阈值温度330的发动机汽缸温度可在高负荷处生成。停用发动机汽缸可包括停止燃料喷射至发动机汽缸。以这种方式，在没有燃料喷射和燃烧的情况下，可以通过泵送进气通过发动机汽缸而空气冷却停用的发动机汽缸，以缓解发动机过热。作为进一步的示例，停用发动机汽缸可进一步包括保持进气和排气汽缸气门处于关闭位置。以这种方式，在没有燃料喷射、燃烧和空气流的情况下，停用的发动机汽缸可以通过压缩和膨胀捕获在停用的发动机汽缸中的空气。
停用汽缸可包括在一个时刻停用一个或多个汽缸，例如交替停用汽缸列或分布式停用一个或多个发动机汽缸。分布式停用一个或多个发动机汽缸可包括以循环方式停用一个或多个发动机汽缸，其中发动机汽缸的停用在发动机汽缸之间均匀循环或分布。
基于车辆和发动机工况，可选择停用汽缸的数量。例如，随着发动机转速增加并且随着发动机汽缸温度增加，可停用更大数量的汽缸。另一方面，随着发动机转速降低和/或发动机汽缸温度降低，可停用更小数量的汽缸。作为进一步的示例，偶数数量的汽缸可被停用从而缓解发动机噪声、振动和声振粗糙度（NVH）。作为进一步的示例，在发动机运行期间汽缸的数量可保持运行，以提供用于保持车辆操作性和车辆驾驶性能的发动机扭矩。例如，在六汽缸发动机中三个汽缸可被停用，而在八汽缸发动机中4个汽缸可被停用。
发动机过热可指发动机汽缸温度（例如EMT或CHT）超过发动机金属过热温度1160（参见图11），超过该温度发动机金属组件过热可发生。例如发动机金属过热温度1160可对应于发动机金属或汽缸金属过热温度，超过该温度发动机金属过热可发生。
图3-7图示说明表征发动机，例如涡轮增压发动机的发动机运行区域（例如发动机转速区域、停用的汽缸数量、负荷和其它发动机工况）的方法。发动机表征可以在没有冷却剂的情况下执行，从而在冷却系统退化期间将发动机工况与发动机汽缸温度或CHT关联。此外，CHT可包括终端发动机汽缸温度，其中终端发动机汽缸温度可以是稳态发动机汽缸温度。发动机汽缸温度可进一步包括热点终端温度，其中热点终端温度可由温度传感器在易于过热的发动机汽缸位置处测量。表征发动机运行区域可被预定并且离线执行，和/或当车辆处于运行中时在线执行。在没有冷却剂的情况下发动机运行区域的表征可响应于冷却系统退化而帮助确定发动机运行条件，同时保持车辆驾驶性和车辆操作性，并且同时减少发动机过热。
现转向图3，其示出当在恒定负荷和恒定数量的停用汽缸处发动机冷却系统关闭（例如没有冷却剂流和/或冷却剂损耗）CHT随发动机转速变化的曲线300。在图3中，CHT曲线310可与由温度传感器测量的汽缸热点温度对应，所述温度传感器位于易于过热的发动机汽缸位置处。一般地，CHT可随着增加发动机转速而稳步增加，在更高的发动机转速处稳定。额外的CHT曲线可随着发动机转速测量CHT并且改变停用汽缸的数量以及一个或多个起作用汽缸的负荷而确定。作为示例，通过比较CHT曲线，当停用气缸的数量增加并且当限制发动机负荷加剧时，CHT可被发现降低。此外，阈值发动机转速320可被发现，高于该转速发动机不能被充分空气冷却。例如，高于阈值发动机转速320，CHT可超过过热阈值温度330，尽管停用一个或多个发动机汽缸并且限制发动机负荷。作为另一个示例，高于阈值发动机转速320，停用一个或多个发动机汽缸并且限制发动机负荷可能不能充分冷却发动机，从而降低CHT低于过热的阈值温度330。在图3中，过热的阈值温度330大致450°F，然而，过热的阈值温度可对于不同的发动机类型、发动机汽缸构造材料等改变。
停用汽缸的数量可指在发动机运行期间在任何时刻停用汽缸的数量。然而，汽缸停用可分布在发动机汽缸的全部或一些之间。例如，汽缸停用可在所有的发动机汽缸之间以规定的均匀或非均匀的方式循环或旋转，以缓解发动机过热。
接着，图4示出当发动机冷却系统关闭（例如没有冷却剂流）时在恒定发动机转速（例如1000rpm）处CHT随负荷变化的示例曲线400。CHT可表示稳态终端汽缸热点温度。曲线410、420、430、440和450示出分别用于零、一、二、三和四个停用汽缸的情况下的发动机CHT。一般地，CHT可随着负荷增加而增加，在更高的负荷处稳定。此外，CHT可随着停用汽缸的数量增加而减少。曲线410、420、430、440和450与过热阈值温度330的交叉点可用于确定在冷却系统关闭时的如下发动机负荷限制，在该发动机负荷限制下在发动机可被操作用于停用每一个汽缸，以便保持CHT低于过热的阈值温度。在低于阈值发动机转速320的其它发动机转速处的CHT随负荷变化的额外曲线可用于映射如下负荷，在该负荷下发动机可运行停用每一个汽缸数量。以这种方式，可得知在一定发动机转速和停用汽缸数量范围内的发动机负荷限制。作为示例，对于一个或多个汽缸的发动机负荷或负荷可由打开废气门阀75以减少进气压缩、打开在旁通通道86的阀85以减少进气压缩、关闭节流阀64等中的一个或多个而限制。
现转向图5，其示出在恒定发动机转速（例如1000rpm）处的扭矩输出随负荷变化的示例曲线500。曲线510、520、530、540和550示出分别用于零、一、二、三和四个停用汽缸的情况下的发动机扭矩。一般地，扭矩输出可随着增加负荷而近似线性增加。此外，随着停用汽缸数量增加，扭矩输出可降低。扭矩输出随负荷变化的额外扭矩输出可针对低于阈值发动机转速320的其它发动机转速生成，并且可被用于映射与发动机负荷和停用汽缸的数量对应的发动机扭矩输出。以这种方式，可获得当冷却系统关闭时在一定发动机转速和停用汽缸数量范围内的输出扭矩。为了保持车辆操作性和车辆驾驶性，除了发动机转速和CHT之外，停用一个或多个汽缸同时限制负荷可还基于增加扭矩。
现转到图7，其示出说明示例方法700的流程图，方法700作为用于涡轮增压发动机的安全故障冷却策略，所述示例方法确定当冷却系统关闭时用于停用一个或多个汽缸的发动机工况同时限制负荷。作为示例，方法700可执行以表征用于预定故障安全冷却策略操作条件的发动机。例如，如果冷却流体损失或如果冷却系统退化，则预定故障安全冷却策略操作条件可用于开路控制策略。此外，响应于发动机组件的退化，故障安全冷却策略操作条件可用于开路控制，以减少发动机过热。当车辆运行时，方法700也可被执行。例如，如果冷却流体损失或如果冷却系统退化，则一个或多个发动机工况可被测量并且提供输入到闭路反馈控制方案用于防止发动机过热。
方法700在710处开始，其中CHT随发动机转速的变化（例如曲线300）在一定发动机负荷和停用汽缸范围内测量，如由714、716等所示。可使用714、716等由与过热阈值温度330对应的发动机转速确定阈值发动机转速320。高于阈值发动机转速320，停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷可能不能减少发动机过热。
接着，方法700在720处继续，其中CHT随负荷的变化（例如曲线400）在一定停用汽缸和低于阈值发动机转速320的发动机转速范围内测量，如由724、726等所示。例如，如在724和726处所示，CHT随负荷变化的曲线分别在1000rpm和2000rpm处生成。CHT随负荷的变化的测量可在低于阈值发动机转速320的其它发动机转速处进一步执行，以实现发动机运行的更细表征。接着，在730处，方法700测量在一定停用汽缸和低于阈值发动机转速320的发动机转速范围内扭矩随负荷的变化（例如曲线500），如在734、736等中。例如，如在734和736处所示，扭矩随负荷变化的曲线分别在1000rpm和2000rpm处生成。扭矩随负荷的变化的测量可进一步在低于阈值发动机转速320的发动机转速范围处执行，以实现发动机运行的更细表征。
接着，方法700在740处继续，其中与在724、726等中的过热阈值温度330对应的负荷和停用汽缸条件映射到相应的扭矩随负荷变化的曲线（例如734、736等），如由744和746所示。以这种方式，当控制系统退化时，与发动机转速、负荷和停用汽缸的数量对应的扭矩输出可被确定用于操作低于过热阈值温度330和低于阈值发动机转速320的发动机。例如，通过增加停用汽缸的数量和/或通过降低发动机负荷，CHT可以降低。作为进一步的示例，通过增加发动机负荷和/或通过减少停用汽缸的数量，扭矩输出可以增加，同时保持CHT低于过热阈值温度330。因此，当响应于冷却系统退化停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷时可实现车辆驾驶性和车辆操作性。
在724、726等，734、736等，以及744、746等中绘制的数据可以以在控制器12的RAM108或KAM110中保持的查找表的形式存储。因此，响应于冷却系统退化或当安全故障冷却启动时，控制器12可参考预定的查找表从而确定用于涡轮增压发动机的适当工况，以保持车辆驾驶性和车辆操作。如上所述，方法700同样可在发动机运行期间在线执行。方法700在740之后结束。
现转到图6，其示出输出轴扭矩随输出轴转速变化的示例曲线600。曲线610、620、630、640和650分别对应于用于第一、第二、第三、第四和第五档位的输出轴扭矩与输出轴转速。点A、B、C和D分别对应于在第一和第二档位曲线、第二和第三档位曲线、第三和第四档位曲线以及第四和第五尺寸曲线之间的交叉点。一般地，输出轴扭矩可随着输出轴转速增加而减少。此外，当变速器升档到更高的档位时，随着增加输出轴转速，输出轴扭矩中的减少可减少。因此，通过升档到更高的档位，在扭矩中的减少可缓解，从而有助于保持车辆操作性和车辆驾驶性。
此外，在图6中的表660示出在交叉点A、B、C和D中的每一个点处的发动机rpm值，指示发动机rpm可通过升档保持低于2300rpm。例如，阈值发动机转速320可以是2300rpm。例如，在A处，从第一升档到第二档位从2300rpm减少发动机rpm到1450rpm，并且在B处，从第二升档到第三档位从2300rpm减少发动机rpm到1400rpm。以这种方式，与保持在恒定的档位而没有升档相比，升档可用于实现更高的输出轴扭矩，同时保持发动机rpm低于阈值发动机转速320。例如，如由箭头670所指示的，在2000rpm轴转速处从第四档位升档到第五档位增加了输出轴扭矩。此外，升档到更高的档位可在更高的输出轴转速处缓解扭矩减少，同时保持停用汽缸的数量、发动机负荷和CHT。表680示出与输出轴转速对应的可能车辆速度。车辆速度可随着输出轴转速而线性增加。因此，升档到更高的档位可允许增加车辆速度并且缓解扭矩减少，同时保持停用的汽缸数量、发动机和CHT。
现转到图11，其基于用于涡轮增压发动机的汽缸盖温度而示出示例故障安全冷却策略的概览。曲线1100示出沿着温度轴1105绘制的几个温度。温度轴1105指示相对温度并且不按比例绘制。高于第一阈值温度1110CHTTH1，发动机可在正常工况下操作。例如，当发动机温度低于CHTTH1时，冷却系统可正常起作用（例如不退化），并且故障安全冷却策略可不启动。
CHT可超过CHTTH1指示冷却系统退化（例如冷却剂损失）的开始。因此，如果CHT升高到高于CHTTH1，则警告可在诸如消息中心196的车辆操作者接口提供给车辆操作者。一旦接收到警告，则操作者可通过减速或停止车辆而减少发动机负荷，以便提醒发动机过热和/或发动机金属组件过热。此外，警告可通知并且准备故障安全冷却启动给操作者。
如果CHT升到高于第二阈值温度1120CHTTH2，则故障安全冷却策略可停用一个或多个汽缸，同时限制发动机负荷为一个或多个汽缸，以便防止发动机金属组件过热同时保持车辆驾驶性和车辆操作性。当CHT大于CHTTH2时，但是小于下限目标温度1130时，故障安全冷却策略可停用一个或多个汽缸，同时限制发动机负荷为一个或多个汽缸，以便保持当前的CHT。此外，故障安全冷却策略可允许暂时负荷移动高于发动机负荷限制，以便车辆驾驶性能和车辆操作性可保持。例如，如果故障安全冷却策略启动，诸如当启动负荷定时器（LLT）小于阈值时间（timeTH）时，则从静止启动车辆到车辆的暂时加速可被允许短的持续时间，其中发动机负荷上升高于发动机负荷限制。
当CHT大于下限目标温度1130但小于上限目标温度1140时，故障安全冷却策略可停用一个或多个发动机汽缸，同时限制负荷为一个或多个发动机汽缸。因为CHT大于下限目标温度1130，可不执行高于故障安全冷却策略负荷限制的暂时负荷移动。
接着，如果CHT超过上限目标温度1140，则故障安全冷却策略可停用一个或多个发动机汽缸，同时限制负荷为一个或多个发动机汽缸，以便降低CHT。例如，故障安全冷却策略可增加停用汽缸的数量和/或减少发动机负荷以便降低CHT，同时保持发动机转速。当CHT大于上限目标温度1140时，降低CHT可通过保持CHT低于第三阈值温度1150CHTTH3而缓解发动机关闭。高于CHTTH3，发动机可关闭以便避免发动机金属过热，例如发动机金属组件的过热。因此，CHTTH3可以是故障安全操作温度。例如CHTTH3可与过热阈值温度330对应。因此，CHTTH3可设定高于上限目标温度1140，但是低于发动机金属过热温度1160。例如，发动机金属过热温度1160可与金属过热温度对应，并且CHTTH3可以小于发动机金属过热温度1160一个与操作限制对应的量。以这种方式，如果发动机温度增加高于CHTTH3，则故障安全冷却策略可在CHT达到发动机金属过热温度1160之前关闭发动机，从而减少发动机金属组件过热的风险。
现转到图8-10，它们示出用于执行涡轮增压发动机操作的故障安全冷却策略的示例方法的流程图。方法800在810处开始，其中确定和/或测量诸如CHT、扭矩、rpm、负荷、电池充电状态（SOC）等的发动机工况。方法800在820处继续，其中确定CHT是否大于CHTTH3。如果CHT大于CHTTH3，则发动机在826处关闭，并且方法800结束。
如果CHT不大于CHTTH3，则方法800在830处继续，其中确定CHT是否大于CHTTH3。如果CHT大于CHTTH2，则故障安全冷却（FSC）策略发动机控制模式在836处启动（参见图9）。如果CHT不大于CHTTH2，则方法800在840处继续，其中确定CHT是否大于CHTTH1。如果CHT大于CHTTH1，则警告指示器可在846处提供给比正常CHT更高的指示至操作者。如上所述，警告指示器可经由消息中心196提供给操作者，并且操作者可通过减速或停止车辆以缓解发动机过热而调节或减少车辆负荷。此外，警告指示器可用于提醒可能发生的发动机操作的故障安全冷却策略控制模式的开端给操作者。在836和846之后，或如果在840处CHT不大于CHTTH1，则方法800结束。
转到图9，其示出执行涡轮增压发动机FSC控制模式的方法900。方法900从方法800的836开始，并且在910处开始，其中查找表由控制器12参考用于基于发动机转速和CHT限制的对于汽缸停用和负荷限制的FSC操作范围。用于这些操作范围的查找表可根据方法700而预定，并且参考图3-7如上所解释。例如，如在910中所示，FSC控制模式可根据用于CHT随发动机转速912和914的变化以及档位选择916而确定负荷限制、停用汽缸的数量以及FSC升档RPM。
对于特定的发动机转速和CHT，查找表912和914可提供发动机负荷和停用的汽缸数量，在此情况下发动机可操作同时保持CHT高于第三阈值温度。此外，查找表912和914可用于确定阈值发动机转速320。可存在多个与发动机转速和CHT对应的发动机负荷和停用汽缸的数量，在此发动机可操作同时保持CHT低于第三阈值温度。在一个示例中，在多个与发动机转速和CHT对应的发动机负荷和停用汽缸的数量之间，在此发动机可操作同时保持CHT低于第三阈值温度，FSC策略可基于增加扭矩、减少负荷并且减少停用汽缸的数量而确定发动机负荷和停用的汽缸数量。
如果在904处发动机转速确定大于阈值发动机转速（RPMTH），则方法900在908处降低发动机转速低于RPMTH。RPMTH可对应于阈值发动机转速320，在其上停用汽缸同时限制负荷可能不能充分保持发动机温度低于CHTTH3。换句话说，高于RPMTH，CHT可增加到高于CHTTH3，即使一个或多个发动机汽缸停用同时限制发动机负荷。在减少发动机转速低于RPMTH之后，方法900在836处返回方法800。
方法900在920处继续，其中确定CHT是否大于上限目标温度1140CHTUT。如果CHT大于CHTUT，则方法900继续到930，其中FSC控制模式操作涡轮增压发动机从而降低CHT，以便缓解发动机过热的风险。例如，根据在912、914和916中的查找表，通过停用一个或多个汽缸同时限制负荷为一个或多个汽缸，FSC控制模式可降低CHT并且可通过降低CHT增加到高于导致发动机关闭的CHTTH3的风险和增加到高于导致发动机金属组件过热的发动机金属过热温度1160而保持车辆驾驶性和车辆操作性。作为示例，CHTUT可通过操作限制设定低于CHTTH3。因此，如果CHT增加到高于CHTUT，则FSC控制模式可增加停用汽缸的数量，并且加强发动机负荷限制，以便降低CHT并且避免发动机关闭。
如果CHT不大于CHTUT，则方法900继续到940，其中确定是否CHT大于CHTLT。如果CHT大于CHTLT，则方法900继续到940，其中FSC控制模式操作发动机以保持CHT，以便缓解发动机过热的风险，同时保持车辆驾驶性和车辆操作性。例如，根据在912、914和916中的查找表，通过停用一个或多个汽缸，同时限制负荷为一个或多个汽缸，FSC控制模式可保持CHT以便保持CHT的风险而保持车辆驾驶性和车辆操作性。
如果CHT不大于CHTLT，则方法900继续到960，其中FSC控制模式操作涡轮增压发动机，从而保持CHT以便缓解发动机过热的风险，同时保持车辆驾驶性和车辆操作性。此外，FSC控制模式操作发动机以允许暂时负荷移动高于发动机负荷限制（参见图10）。在930、950或960之后，方法900在836处返回到方法800。
现转到图10，其示出在当执行用于减少发动机过热风险的FSC策略时的FSC控制模式期间，用于操作高于FSC负荷限制的涡轮增压发动机的方法1000的流程图。当CHT大于CHTTH1但小于CHTLT时，方法1000执行。方法1000在1010处开始，其中确定启动负荷是否需要。启动负荷需求可包括车辆操作者或发动机控制器的任何请求，从而在FSC控制模式期间操作发动机高于FSC负荷限制。例如，在FSC控制模式期间，当车辆可在交通灯处从停止位置启动时或当在交叉口处转弯时，可能要求启动负荷。作为另一个示例，启动负荷请求可包括当加速穿过另一个车辆时，或当爬短的上坡时，请求超过FSC负荷限制的发动机操作。例如当从静止加速车辆时，车辆操作者压下加速踏板130时，启动负荷请求可启动。
如果请求启动负荷，则方法1000在1040处继续，其中确定启动负荷定时器（LLT）是否大于阈值时间（timeTH）。作为示例，LLT可指示调节的累积时间的测量，即发动机在FSC控制模式期间高于FSC负荷限制操作。此外，LLT可基于车辆工况（指下面讨论的1020和1030）而调节。阈值时间可设定以便在高于FSC负荷限制的发动机冗长或连续的启动负荷操作被缓解，从而减少发动机过热的风险，同时保持车辆驾驶性和车辆操作性。
如果LLT大于timeTH，则方法1040不执行启动负荷并且在960处返回方法900。如果LLT小于timeTH，则方法1000在1050处继续，其中启动负荷请求被执行。作为示例，控制器12可存储查找表1056，其指定用于LLT和车辆速度（VSPD）值的启动负荷限制。对于涡轮增压发动机，查找表1056值可以如上参考图3-7针对查找表912、914和916讨论的方式测量并且预定。例如，在LLT和VSPD的更低值处，与当LLT和VSPD值更高时相比，启动负荷限制可更高，以便缓解发动机过热的风险，同时保持车辆驾驶性和车辆操作性。作为进一步的示例，如果LLT小于但是接近等于timeTH，则启动负荷限制可稍微大于由FSC控制模式限制（例如从912、914、916和方法900的负荷限制）指定的负荷限制。
在启动1050中的启动负荷之后，方法1000在1060处继续，其中LLT增加。此外，随着LLT增加，方法1000可减少启动负荷限制，同时执行启动负荷以便缓解发动机过热的风险，同时保持车辆驾驶性和车辆操作性。在1060之后，方法1000在960处返回方法900。
返回到1010，如果不要求启动负荷，则方法1000在1020处继续，其中确定VSPD是否小于阈值车辆速度VSPDLH。如果VSPD不小于VSPDLH，则方法1000在1030处继续，其中确定发动机是否怠速。如果VSPD在1020处小于VSPDLH，或如果发动机在1030处怠速，则方法1000在1040处继续，其中LLT减小，因为负荷可低于FSC负荷限制。如果发动机在1030处不怠速，则方法1000在960处返回方法900。
以这种方式，方法可包括响应于在涡轮增压发动机中冷却剂的损耗，限制发动机转速低于阈值发动机转速，并且停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷。该方法可进一步包括响应于超过第二阈值温度的一个或多个发动机汽缸的发动机汽缸温度，限制发动机转速低于阈值发动机转速，并且停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷。限制发动机转速低于阈值发动机转速可包括限制发动机转速低于如下阈值发动机转速，在其之上发动机汽缸温度超过第三阈值温度，第三阈值温度大于第二阈值温度。设定限制发动机负荷的停用发动机汽缸的数量可基于增加可用的扭矩，同时保持发动机汽缸温度低于第三阈值温度并且同时保持发动机转速。设定停用的发动机汽缸的数量并且限制发动机负荷可进一步基于减少负荷，同时保持发动机汽缸温度低于第三阈值温度，同时保持发动机转速。此外，设定停用的发动机汽缸的数量并且限制发动机负荷可基于减少停用汽缸的数量同时保持发动机汽缸温度低于第三阈值温度，并且同时保持发动机转速。
该方法可进一步包括升档到更高的档位并且增加车辆速度，同时保持发动机汽缸温度低于第三阈值温度并且同时减少发动机转速。停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷可包括停用更大数量的发动机汽缸和/或随着发动机转速增加而加强负荷限制，并且可进一步包括停用更大数量的发动机汽缸，和/或随着发动机汽缸温度增加而加强负荷限制。此外，停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷可包括分布式停用一个或多个发动机汽缸。限制发动机负荷可包括增加废气门打开、减少进气节流以及增加通过进气压缩机旁通通道的进气流中的一个或多个。
该方法可进一步包括，在当发动机汽缸温度低于上限目标温度并且高于下限目标温度时的第一条件期间，通过停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷而保持发动机汽缸，其中上限目标温度低于第三目标温度，并且其中下限目标温度大于第二阈值温度。此外，该方法可包括，在当发动机汽缸温度高于上限目标温度的第二条件期间，通过停用一个或多个活动发动机汽缸同时限制负荷，而降低发动机汽缸温度。在当发动机汽缸温度低于下限目标温度时并且当启动负荷时间小于阈值时间时的第三条件期间，停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷可包括暂时增加发动机负荷高于负荷限制。此外，该方法可包括，当负荷增加高于负荷极限时增加启动负荷时间，以及当涡轮增压发动机怠速或当车速度高于阈值速度时减小启动负荷时间。
作为另一个示例，用于涡轮增压发动机的方法可包括，在当发动机汽缸温度高于第二阈值温度的条件期间，停用若干发动机汽缸并且限制发动机负荷，基于在保持发动机转速低于阈值发动机转速并且同时保持发动机汽缸温度低于第三阈值温度同时增加的可用扭矩，选择停用的发动机汽缸的数量和发动机负荷限制。第三阈值温度可大于第二阈值温度，并且该方法可进一步包括停用更大数量的发动机汽缸，和/或随着发动机转速增加并且随着发动机汽缸温度增加，加强发动机负荷限制。
作为另一个示例，用于涡轮增压发动机的方法可包括，在不同的条件下停用不同数量的发动机汽缸，并且限制发动机负荷同时保持发动机汽缸温度低于阈值温度，并且保持发动机转速低于阈值发动机转速。该方法可进一步包括升档到更高的档位并且增加车辆速度同时增加可用的发动机扭矩。此外，该方法可包括，响应于发动机组件退化，停用不同数量的发动机汽缸并且限制发动机负荷，以减少发动机过热。
现转到图12，其示出在冷却系统退化被检测到之后，在FSC策略下车辆操作的可能时间轴1200。时间轴1200近似按比例并且示出%踏板应用1206、发动机负荷1210、汽缸削减1220、RPM1230、CHT1250、VSPD1280以及LLT1296的趋势。此外，RPMTH1236、CHTLT1240、CHTTH21260和CHTTH11270在CHT趋势曲线上示出，并且TimeTH示出在LLT趋势曲线上。汽缸削减1220指示停用汽缸的数量。
在t1之前，操作者踩下加速器踏板130，并且具有退化冷却系统（例如冷却剂损耗）的车辆从停止位置启动。因此，%踏板应用从0增加到100%，并且车辆速度从0增加到近似50mph。在t1之前的时刻t0，由于退化的冷却系统和启动事件，CHT增加到高于CHTTH1。同样在t1之前，汽缸削减是0，因为CHT<CHTTH2，所以发动机rpm从0快速增加到高于2000，并且负荷从0稳步增加到大约40%。
在t1处，由于退化的冷却系统，CHT继续增加，超过CHTTH2，并且启动FSC控制模式。因此，在时刻t1时，汽缸削减增加并且负荷稳定，因为FSC控制模式停用一个或多个汽缸并且限制负荷为一个或多个活动汽缸，以便减少发动机过热的风险。此外，FSC控制模式降低发动机rpm（例如低于阈值发动机转速RPMTH1236）。在t1之后，CHT开始以逐步稳定达到在CHTTH1和CHTTH2之间的近似恒定值。此外，由于负荷和发动机rpm降低，VSPD减少到大约30mph。因此，在t1之后，在车辆操作期间，CHT保持低于第三阈值温度（未示出），并且发动机转速保持低于阈值发动机转速RPMTH1236，同时保持车辆驾驶性和车辆操作性。
有时在t1之后，在t2时车辆停止，例如在交通灯处或交叉口处。虽然在t2之后并且在t3之前，车辆停止，但是%踏板应用降至0%，汽缸削减降至0，发动机rpm降低到低于1000rpm，并且VSPD减少到0mph。在t3处，作出启动请求，例如通过操作者踩下由增加到100%的%踏板应用所指示的加速器踏板130。由于CHT<CHTLT，并且LLT<TIMETH，所以启动负荷执行，并且LLT增加。因此，随着车辆从停止位置启动，高于FSC发动机负荷限制，发动机负荷在t3处允许增加很短的持续时间。
在t3处，发动机负荷减少到低于FSC发动机负荷限制，并且车辆继续在FSC控制模式中操作。额外的车辆在t4和t7处停止，并且在t5和t8处执行随后的启动负荷。因此，LLT1296在t5和t8处增加。从t3到t8并且超过t8，FSC控制模式保持在CHTTH2和CHTLT之间的CHT，从而通过停用一个或多个汽缸并且通过限制负荷为一个或多个汽缸而减少发动机过热的风险。
如本领域普通技术人员将理解的，在图7-10中描述的方法可表示一个或多个任何数量的处理策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，示出的各种步骤或功能可在示出的序列中并行执行，或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不一定需要实现在此描述的目的、特征和优点，但是提供用于说明和描述。虽然没有明确示出，但是本领域的普通技术人员将认识到，一个或多个示出的步骤或功能可反复执行，取决于使用的特定策略。
这完成了描述。在不背离本描述精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员将联想到许多变化和修改。例如，单缸、I2、I3、I4、I5、V6、V8、V10、V12和V16涡轮增压或在天然气、汽油、柴油或替代性燃料配置上的高比功率输出发动机操作可使用有利的本描述。此外，本说明还可应用到非涡轮增压发动机或非高比功率输出发动机，以减少发动机过热。

Claims (15)

1.一种用于涡轮增压发动机的方法，其包括：
响应于在涡轮增压发动机中的冷却剂损失，限制发动机转速低于阈值发动机转速，并且停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷；并且
响应于所述一个或多个发动机汽缸的发动机汽缸温度超过第二阈值温度，限制发动机转速低于阈值发动机转速，并且停用一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷，
其中限制发动机转速低于所述阈值发动机转速包括：限制发动机转速低于其中高于所述阈值发动机转速时所述发动机汽缸温度超过第三阈值温度的所述阈值发动机转速，所述第三阈值温度大于所述第二阈值温度，
其中设定停用发动机汽缸的数量并限制发动机负荷进一步基于减少停用汽缸的所述数量同时维持所述发动机汽缸温度低于所述第三阈值温度并且同时维持发动机转速；并且
升档至较高的档位并且增加车辆速度，同时保持所述发动机汽缸温度低于所述第三阈值温度并且同时降低发动机转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中设定停用发动机汽缸的数量并且限制发动机负荷是基于增加的可用扭矩，同时保持所述发动机汽缸温度低于所述第三阈值温度并且同时保持发动机转速。
3.根据权利要求2所述的方法，其中设定所述停用发动机汽缸的数量并且限制发动机负荷进一步基于减少的负荷，同时保持所述发动机汽缸温度低于所述第三阈值温度并且同时保持发动机转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其中停用所述一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷包括：随着发动机转速增加，停用较大数量的发动机汽缸和/或加强负荷限制。
5.根据权利要求1所述的方法，其中停用所述一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷包括：随着所述发动机汽缸温度增加，停用较大数量的发动机汽缸和/或加强负荷限制。
6.根据权利要求1所述的方法，其中限制发动机负荷包括增加废气门阀开口、减少进气节流以及增加通过进气压缩机旁通通路的进气流中的一个或多个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中停用所述一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷包括分布式停用所述一个或多个发动机汽缸。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在当所述发动机汽缸温度低于上限目标温度并且高于下限目标温度时的第一条件期间，通过停用所述一个或多个发动机汽缸同时限制发动机负荷而保持所述发动机汽缸温度，其中所述上限目标温度小于所述第三阈值温度，以及其中所述下限目标温度大于所述第二阈值温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在当所述发动机汽缸温度高于所述上限目标温度时的第二条件期间，通过停用起作用的所述一个或多个发动机汽缸同时限制所述负荷而降低所述发动机汽缸温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在当所述发动机汽缸温度低于所述下限目标温度并且当启动负荷时间小于阈值时间时的第三条件期间，停用所述一个或多个发动机汽缸同时限制所述发动机负荷包括暂时增加发动机负荷到高于负荷限制。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括当所述发动机负荷增加到高于所述负荷限制时增加所述启动负荷时间，并且当所述涡轮增压发动机怠速时或当所述车辆速度高于阈值速度时减小所述启动负荷时间。
12.一种用于涡轮增压发动机的方法，其包括：
从汽缸盖中的传感器感测汽缸盖温度；
向发动机汽缸直接喷射燃料；
取决于所述感测的温度高于阈值的程度采取不同动作，所述不同动作包括：
在当所述汽缸盖温度高于第一阈值温度时的条件期间，提供操作者警告；
在当所述发动机汽缸温度高于比所述第一阈值温度高的第二阈值温度时的条件期间，停用若干发动机汽缸并且限制发动机负荷，选择的停用发动机汽缸的数量和发动机负荷限制基于可用的扭矩增加同时保持发动机转速低于阈值发动机转速并且保持所述发动机汽缸温度低于第三阈值温度，其中当所述发动机汽缸温度在所述第二阈值温度和下限目标温度之间时，允许在车辆启动持续时间小于阈值时负荷移动，并且其中当所述发动机汽缸温度在所述下限目标温度和上限目标温度之间时，限制所述发动机负荷以保持温度；以及
在当所述发动机汽缸温度高于所述第三阈值温度时的条件期间，关闭所述发动机。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第三阈值温度大于所述第二阈值温度，所述方法进一步包括：随着发动机转速增加并且随着发动机汽缸温度增加，停用更大数量的发动机汽缸和/或加强发动机负荷限制。
14.一种用于涡轮增压发动机的方法，其包括：
在不同的条件下停用不同数量的发动机汽缸并且限制发动机负荷，同时：
保持发动机汽缸温度低于阈值温度；以及
保持发动机转速低于阈值发动机转速；并且
升档至较高的档位并且增加车辆速度，同时增加可用的发动机扭矩。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括响应于发动机组件退化而停用不同数量的发动机汽缸并且限制发动机负荷以减少发动机过热。
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