CN104975989A - 用于发动机控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机控制的系统和方法。提供用于在汽缸燃烧被恢复之前使用压缩加热对汽缸活塞进行加热的方法和系统。汽缸加热使用缓慢的未供给燃料的发动机旋转与缓慢的压缩机旋转的组合来实现，在缓慢的未供给燃料的发动机旋转的情况下发动机汽缸经由压缩行程加热来进行加热，在缓慢的压缩机旋转的情况下汽缸经由压缩加热来进行加热。一个或多个进气或排气加热器可以被同时运转，以加快汽缸加热。

Description

用于发动机控制的方法和系统
技术领域
本申请涉及用于控制混合动力车辆系统中的发动机起动转动的方法和系统。
背景技术
发动机可以被配置为具有将燃料直接喷射到燃烧汽缸中(直接喷射)的直接燃料喷射器，和/或具有将燃料喷射到汽缸进气道中(进气道燃料喷射)的进气道燃料喷射器。除了更好地实现所喷射的燃料的增压中冷效果外，直接喷射允许更高的燃料效率和更高的功率输出得以实现。
然而，由于燃料可能在燃烧之前未与空气充分混合的弥散/扩散性火焰传播，直接喷射式发动机会产生更多颗粒物质(PM)排放(或碳烟)。由于直接喷射就其本质而言是相对晚的燃料喷射，因此对于所喷射的燃料与汽缸中的空气的混合来说可能存在不足的时间。在一些工况下，液体燃料滴可以直接冲击在诸如活塞、汽缸盖和汽缸套的燃烧表面上。类似地，当流过气门时，所喷射的燃料不会遭遇紊流。因此，可能存在可以局部地产生碳烟的富燃区域，从而使排气排放劣化。在发动机冷启动运转期间，排放可以被进一步恶化。具体地，由于由低燃料轨道压力下差的燃料喷射器喷雾特性引起的差的燃料汽化和/或燃料冲击燃烧室的冷金属表面，因而产生碳烟，直至燃烧室被完全升温。
发动机测试数据表明PM排放能够通过增加发动机温度来减少。因此，电发动机加热器可以被包括在一些发动机系统中。例如，如Vigild等人在US20120291762中示出的，进气加热器在当发动机燃料供给(fueling)停用时的DFSO状况期间被运转。通过加热向发动机汽缸泵送的空气，发动机能够被充分地加热以减少碳烟排放。
然而，发明人已经认识到这种方法的潜在问题。作为一个示例，由于在发动机启动之前可用的有限时间，充分的加热不是可能的。同样，由于车辆上的有限动力可用性以及大的发动机质量，可用的加热可以是不充分的。因此，充分的发动机加热所需的动力可以更高，从而导致差的燃料经济性。
发明内容
以上问题中的一些可以通过利用发动机压缩加热以及各个汽缸压缩行程加热的各种组合来解决。一种示例方法包括，当经由马达扭矩来推进混合动力车辆时，使电动致动的进气压缩机在进气节气门关闭并且EGR阀打开的情况下旋转，直至活塞温度在阈值之上。另一示例方法包括，当仅经由马达扭矩推进混合动力车辆时，经由马达扭矩以比发动机起动转动速度更低的速度使发动机在未供给燃料的情况下旋转，同时使被耦接至排气催化剂的排气加热器运转，并且同时保持EGR阀打开且进气节气门关闭，以使加热的空气充气再循环通过发动机。另一些组合可以用于各种加热模式中。以此方式，可以在发动机被重启动之前加快汽缸加热。
作为示例，当使混合动力车辆以电动模式运转时，在即将发生的发动机启动之前并且响应于汽缸活塞温度不充分热，发动机可以经由混合动力车辆的马达/发电机在未供给燃料的情况下缓慢地起动转动，以加热发动机汽缸。在一个示例中，缓慢的起动转动可以在发动机启动之前至少2-3分钟开始。发动机可以以比发动机起动转动速度更低的速度(诸如以10-30rpm)缓慢地旋转。在缓慢的发动机旋转期间，每个汽缸可以随后经历汽缸压缩行程，其中热从压缩空气传递到汽缸壁、汽缸盖和活塞。即使被传递到发动机的绝对热量可能低，热也被直接传递到当发动机燃料供给被恢复时加热使碳烟排放能减少的位置。当使发动机旋转时，进气节气门可以被保持关闭，同时EGR阀被保持打开，使得加热的空气充气以循环的方式被泵送，从而进一步改善汽缸热传递。可选地，电进气加热器和电排气催化剂加热器中的一者或更多者可以同时被运转，以进一步使正被循环通过发动机汽缸的充气的温度升高。除了使汽缸温度升高外，缓慢的发动机旋转使燃料轨道压力能被升高。一旦汽缸温度充分热，诸如当活塞温度高于阈值时，并且如果发动机重启动条件存在，发动机可以在起动转动期间被更快地旋转，并且发动机燃料供给可以被恢复。
在另一示例中，当混合动力车辆以电动模式运转时，响应于对汽缸活塞加热的需要，被耦接至电动致动的压缩机的电动马达可以被运转。在压缩机旋转期间，热在空气的压缩期间被产生。当压缩机被旋转时，汽缸气门正时可以被调整，以增加气门重叠，并改善压缩空气通过发动机汽缸的吹扫(blow-through)。这使来自加热的空气充气的热能在吹过期间被传递到汽缸。当使压缩机旋转时，进气节气门可以被保持关闭，同时EGR阀被保持打开，使得加热的空气充气以循环的方式被泵送，从而进一步改善汽缸热传递。可选地，电进气加热器和电排气催化剂加热器中的一者或更多者可以同时被运转，以进一步使正被循环通过发动机汽缸的充气的温度升高。在一些示例中，当压缩机旋转时，压缩机再循环阀可以打开，使得压缩机能量也能够被用来使下游增压空气冷却器升温。此外，当使压缩机旋转时，发动机也可以在未供给燃料的情况下缓慢地旋转，使得加热的空气能够被均匀地分配到所有发动机汽缸。一旦汽缸活塞温度充分热，如果发动机重启动条件存在，压缩机旋转可以被停用，发动机可以被起动转动，并且发动机燃料供给可以被恢复。
以此方式，通过在发动机重启动之前使电动致动的进气压缩机运转，压缩机旋转可以被用来压缩空气充气，由此产生热。通过使压缩机在压缩机再循环阀打开的情况下旋转，热可以在下游增压空气冷却器处从压缩空气排放。通过同时打开EGR阀并关闭进气节气门，加热的空气充气能够被循环穿过发动机。此外，空气充气加热能够通过进气或排气加热器的使用来增强。通过额外地或可选地经由马达扭矩使发动机在未供给燃料的情况下缓慢地旋转，泵送的空气也能够流过一个或更多个汽缸，由此在发动机重启动之前使汽缸升温。此外，压缩行程加热可以被用来加热汽缸。通过预加热发动机，来自发动机的颗粒排放能够被减少，特别在发动机冷启动期间。此外，燃料压力能够被升高到用于启动的最优值，从而改善重启动期间的燃料喷射器喷雾特性。总的来说，冷启动排放能够被改善。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出示例混合动力车辆系统布局。
图2示出示例发动机系统布局。
图3示出示例燃烧室。
图4示出用于在发动机启动之前压缩加热发动机汽缸的示例方法。
图5示出用于使用在发动机旋转和压缩机旋转的各种组合期间产生的热对发动机汽缸进行加热的示例方法。
图6示出列出发动机的加热运转的各种模式的表。
图7图示说明在压缩行程期间的汽缸加热的示例映射图。
图8图示说明减少来自混合动力车辆系统的颗粒物质排放的示例发动机加热运转。
具体实施方式
以下描述涉及用于减少来自被耦接在混合动力车辆系统(诸如图1的插电式混合动力电动车辆)中的发动机(诸如图2-3的发动机系统)的颗粒排放的系统和方法。控制器可以被配置为执行在使用马达扭矩的车辆运转期间使发动机在未供给燃料的情况下旋转的程序(诸如图4-5的示例程序)，以便传递由压缩行程(图7)中的压缩空气产生的热来加热发动机燃烧室，同时还使燃料压力升高。此外，控制器可以使发动机系统的电动致动的压缩机旋转，以经由压缩机能量来加热发动机。控制器可以使用如在图6的表中列出的压缩加热的各种组合。图8示出示例发动机加热运转。以此方式，特别在冷启动期间，能够减少发动机颗粒排放。
图1描述了用于车辆的混合动力推进系统100。在所描述的实施例中，车辆是混合动力电动车辆(HEV)。推进系统100包括具有内燃发动机10的发动机系统5，内燃发动机10具有多个汽缸30。可以从包括一个或更多个燃料箱、一个或更多个燃料泵和一个或更多个燃料喷射器66的燃料系统(未示出)向发动机10的每个汽缸提供燃料。燃料喷射器66可以被配置为用于直接喷射、进气道喷射或两者的组合。图2提供了被耦接在混合动力推进系统100中的示例发动机系统的详细描述。
发动机10经由扭矩输入轴18向变速器44输送动力。在所描述的示例中，变速器44是动力分离式变速器(或驱动桥)，其包括行星齿轮组22和一个或更多个旋转齿轮元件。变速器44还包括发电机24和电动马达26。发电机24和电动马达26也可以被称为电机，因为均可以作为马达或发电机来运转。扭矩经由动力输送齿轮装置34、扭矩输出轴19和差动轴组件36从变速器44输出，用于推进车辆牵引轮52。
发电机24被可驱动地连接到电动马达26，使得发电机24和电动马达26中的每一者可以使用来自电能存储装置(本文被描述为电池54)的电能来运转。在一些实施例中，能量转换装置(诸如逆变器)可以被耦接在电池与马达之间，以将电池的DC输出转换为用于马达使用的AC输出。然而，在替代实施例中，逆变器可以被配置在电动马达中。
电动马达26可以以再生模式(即，作为发电机)来运转，以从车辆运动和/或发动机吸收能量，并将吸收的动能转换为适合于在电池54中存储的能量形式。此外，如果需要，电动马达26可以作为马达或发电机来运转，以增大或吸收由发动机提供的扭矩。
行星齿轮组22包含环形齿轮42、恒星齿轮43和行星承载组件46。环形齿轮和恒星齿轮可以经由承载件相互耦接。行星齿轮组22的第一输入侧被耦接至发动机10，而行星齿轮组22的第二输入侧被耦接至发电机24。行星齿轮组的输出侧经由包括一个或更多个啮合齿轮元件60-68的动力输送齿轮装置34耦接至车辆牵引轮52。在一个示例中，啮合齿轮元件60-68可以是逐步变速(step ratio)齿轮，其中承载组件46可以将扭矩分配到逐步变速齿轮。齿轮元件62、64和66被安装在中间轴17上，其中齿轮元件64接合电动马达驱动的齿轮元件70。电动马达26驱动齿轮元件70，齿轮元件70充当用于中间轴齿轮装置的扭矩输入。以此方式，行星承载件46(并且因此发动机和发电机)可以经由一个或更多个齿轮元件耦接至车辆车轮和马达。混合动力推进系统100可以在包括全混合动力系统的各种实施例中运转，其中车辆通过仅发动机与发电机协作地、或仅电动马达、或其组合来驱动。可替代地，辅助或轻度混合动力实施例也可以被采用，其中发动机是主要扭矩源，而电动马达在特定状况期间(诸如在踩加速器踏板期间)选择性地增加扭矩。
例如，车辆可以以发动机模式来驱动，其中发动机10被运转为用于为车轮52提供动力的主要扭矩源。在发动机模式期间，可以经由燃料喷射器66从燃料箱向发动机10供应燃料，使得发动机能够旋转地供给燃料，以为推进车辆提供扭矩。具体地，向行星齿轮组的环形齿轮输送发动机动力。同时，发电机为恒星齿轮43提供扭矩，从而产生对发动机的反作用扭矩。因此，通过行星承载件向中心轴17上的齿轮62、64、66输出扭矩，这进而向车轮52输送动力。此外，发动机能够被运转为输出比用于推进所需的扭矩更多的扭矩，在此情况下，额外的动力被发电机(以发电模式)吸收，以给电池54充电或为其他车辆负荷提供电力。
在另一示例中，车辆可以以辅助模式来驱动，其中发动机10被运转且被用作为用于为车轮52提供动力的主要扭矩源，而电动马达被用作为与由发动机10提供的扭矩协作并补充由发动机10提供的扭矩的额外扭矩源。在辅助模式期间，如在发动机模式下，向发动机10供应燃料，以便使发动机旋转地供给燃料，并向车辆车轮提供扭矩。
在又一示例中，车辆可以以发动机关闭或电动模式来驱动，其中电池供电的电动马达26被运转且被用作为用于驱动车轮52的唯一扭矩源。因此，在电动模式期间，不管发动机正在旋转还是没有旋转，都可以不向发动机中喷射燃料，并且车辆仅利用马达扭矩来推进。例如，在制动、低转速、低负荷期间，当在红绿灯处等停止时，电动模式可以被采用。具体地，向齿轮元件70输送马达动力，这进而驱动中心轴17上的齿轮元件，并随即驱动车轮52。
推进系统100还可以包括控制系统，控制系统包括控制器12，控制器12被配置为接收来自多个传感器16(本文所描述的传感器的各种示例)的信息，并向多个致动器81(本文所描述的致动器的各种示例)发送控制信号。作为一个示例，传感器16可以包括各种压力和温度传感器、燃料水平传感器、各种排气传感器等。各种致动器可以包括例如齿轮组、汽缸燃料喷射器(未示出)、被耦接至发动机进气歧管(未示出)的进气节气门等。在图2-3处详述额外的传感器和致动器。控制器12可以接收来自各种传感器的输入数据，处理输入数据，并响应于经处理的输入数据基于其中对应于一个或更多个程序的被编程的指令或代码而触发致动器。本文关于图4-5描述了示例控制程序。
因此，尤其在冷启动运转期间，直接喷射式发动机能够产生大量的颗粒物质(或碳烟)。这是部分地由于在发动机启动的低燃料压力下的差的燃料喷射器喷雾特性。此外，在启动期间，由于燃料冲击燃烧室的冷金属表面，因而产生碳烟。碳烟产生能够大体通过发动机加热和燃料加压来减少。然而，由于发动机的大质量和有限时间以及在发动机启动之前可用的动力，这在发动机启动之前可能难以实现。同样，需要发动机旋转来增加燃料压力，因为燃料泵通常是凸轮轴驱动的。然而，启动时间要求会限制在第一燃料喷射之前允许的发动机旋转的次数，从而导致在发动机启动时燃料压力小于最优燃料压力。
在混合动力车辆系统中，发动机处于关闭，直至需要动力来加速(除了由车辆马达提供的动力外)。发明人在此已经认识到，在混合动力车辆中从发动机关闭模式(例如，电动模式)到发动机开启模式(例如，辅助模式)的转变中引起的延迟可能不足以伺机为即将发生的发动机重启动准备发动机。具体地，在时间延迟期间，发动机可以诸如以比发动机在起动转动期间(在发动机重启动时)经由发动机启动器马达来旋转的转速更低的转速被缓慢地旋转。发动机可以经由马达(诸如马达26)使用来自包括系统电池的系统能量存储装置(诸如电池54)的能量被缓慢地旋转。可替代地，发动机可以在车辆减慢或减速事件期间被旋转，以回收能量，否则该能量会经由车轮制动而损失。
如图7详述的，缓慢旋转可以允许每个发动机汽缸通过汽缸压缩行程被顺序地旋转。因此，由在相应压缩行程期间在每个汽缸中被压缩的空气而产生热能够被有效地传递到汽缸壁。因此，这允许汽缸壁温度和汽缸充气温度被迅速地均衡，并且允许汽缸活塞被升温。在替代示例中，发动机可以被缓慢地震动(即，当使发动机缓慢地旋转时，旋转方向可以频繁地交替)，使得每个汽缸能够经历压缩行程。以此方式，发动机能够被缓慢地旋转，使得发动机的所有汽缸都能够在发动机重启动之前被加热。在随后的发动机重启动期间，当燃料喷射被恢复时，冲击汽缸的较热的壁的燃料可以导致更低的碳烟排放。此外，多次缓慢旋转可以使燃料轨道压力能被充分地升高，从而改善燃料喷射器喷雾特性。
图2示意地示出示例发动机系统200的方面。在一个示例中，发动机系统200可以被包括在图1的推进系统100中，诸如在发动机系统5中。发动机系统200包括发动机10。在所描述的实施例中，发动机10是升压发动机，其被耦接至涡轮增压器13，涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的压缩机114。具体地，新鲜空气沿进气通道142经由空气净化器112被引入发动机10，并流向压缩机114。如在所描述的实施例中示出的，进气通道142可以可选地包括进气空气加热器118，用于加热向发动机输送的进气空气。
在所描述的实施例中，压缩机114是电动致动的进气空气压缩机，其能够通过致动电动马达117来驱动，诸如其中压缩机被配置为马达驱动或驱动轴驱动的机械增加器压缩机。在另一些示例中，压缩机114可以是涡轮增压器压缩机，其经由轴(未示出)机械地耦接至涡轮116，涡轮116通过膨胀发动机排气被驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以被耦接在双涡流涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何形状涡轮增压器(VGT)，其中涡轮的几何形状根据发动机转速而主动地改变。
压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18(本文也被称为中间冷却器)耦接至节流阀20。节流阀20被耦接至发动机进气歧管23。另外的吸气系统(AIS)节气门230也可以被耦接至压缩机114上游以及进气节气门20上游的发动机进气装置。进气歧管内的空气充气的压力通过歧管空气压力(MAP)传感器124来感测。来自压缩机的、被压缩的空气充气流过增压空气冷却器117和节流阀到达进气歧管。由于通过压缩机的气流能够加热压缩空气，因此提供下游CAC 117，以便能够在输送至发动机进气装置之前冷却升压的进气空气充气。例如，增压空气冷却器可以是空气对水的热交换器。如本文所详述的，在所选的发动机重启动条件期间，选择性压缩机运转可以被有利地用来加热发动机。
一个或更多个传感器可以被耦接至压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以被耦接至入口，用于测量压缩机入口温度，并且压力传感器56可以被耦接至入口，用于测量压缩机入口压力。作为另一示例，湿度传感器57可以被耦接至入口，用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。其他传感器可以包括例如空燃比传感器等。在另一些示例中，可以基于发动机工况推测压缩机入口状况(诸如湿度、温度、压力等)中的一者或更多者。此外，当EGR被启用时，传感器可以估计空气充气混合物的温度、压力、湿度和空燃比，其中空气充气混合物包括在压缩机入口处接收的新鲜空气、再循环的压缩空气和排气残余物。
在所选状况期间，诸如在松加速器踏板期间，当从具有升压的发动机运转变为不具有升压的发动机运转时，压缩机喘振能够发生。这是由于当节气门在松加速器踏板的情况下关闭时压缩机两端产生的压力差增加。增加的压力差减少了通过压缩机的前向气流，从而引起喘振和劣化的涡轮增压器性能。此外，喘振能够导致NVH问题，诸如来自发动机进气系统的不期望的噪声。为了释放升压压力并减少压缩机喘振，由压缩机114压缩的至少一部分空气充气可以被再循环至压缩机入口。这允许大体上立即释放过多的升压压力。压缩机再循环系统可以包括压缩机再循环通道170，用于将来自增压空气冷却器117下游的压缩机出口的冷却的压缩空气再循环至压缩机入口。在一些实施例中，可以提供另外的压缩机再循环通道(未示出)，用于将来自增压空气冷却器117上游的压缩机出口的未冷却的(或热的)压缩空气再循环至压缩机入口。
压缩机再循环阀(CRV)172可以被耦接至压缩机再循环通道170(本文也被称为压缩机旁路)，以控制被再循环至压缩机入口的冷却的压缩机气流量。CRV 172可以被配置为开闭阀，其位置在打开与关闭位置之间改变。可替代地，CRV 172可以被配置为连续可变阀，其中阀的位置在完全关闭位置与完全打开位置之间连续地可变。CRV 172可以被设置在CAC 117下游且压缩机114的入口上游的通道170中。在升压发动机运转期间可以调整CRV 172的位置，以改善峰值性能并为喘振提供裕度(margin)。在一个示例中，可以在升压发动机运转期间维持CRV关闭，以改善升压响应和峰值性能。在另一示例中，可以在升压发动机运转期间维持CRV部分打开，以便为软喘振提供一些喘振裕度(特别是改善的裕度)。
如本文所详述的，压缩机再循环也可以在当发动机未燃烧时的状况期间使用。具体地，在发动机汽缸正经由压缩机114的选择性运转来加热的状况期间，CRV 172可以被保持打开，以增加加热的充气穿过压缩机的再循环，从而引起使用压缩机能量来使CAC升温。
还可以通过降低涡轮116处的排气压力来减轻喘振。例如，废气门致动器92可以被致动打开，以便经由废气门90将涡轮上游的至少一些排气压力卸至涡轮下游的位置。通过降低涡轮上游的排气压力，能够降低涡轮转速，这进而有助于减少压缩机喘振。然而，由于废气门的升压动力学，压缩机再循环阀调整对减少喘振的效果可以比废气门调整的效果更快。
进气歧管23通过一系列进气门(图3所示)耦接至一系列燃烧室30。燃烧室还经由一系列排气门(图3所示)耦接至排气歧管25。在所描述的实施例中，示出单个排气歧管25。然而，在另一些实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管段。具有多个排气歧管段的构造可以使来自不同燃烧室的废气能被引导至发动机系统中的不同位置。
可以经由喷射器66向燃烧室30供应一种或更多种燃料，诸如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。可以经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或其任意组合向燃烧室供应燃料。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火来开始燃烧。
如图2所示，来自一个或更多个排气歧管段的排气被引导至涡轮116，以驱动涡轮。当降低的涡轮扭矩被期望时，一些排气反而可以被引导通过废气门90，从而绕过涡轮。然后，来自涡轮和废气门的混合流流过排放控制装置(ECD)170。一般而言，一个或更多个排放控制装置170可以包括一个或更多个排气后处理催化剂，其被配置为催化地处理排气流，并且由此减少排气流中的一种或更多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以被配置为，当排气流稀时从排气流捕集NOx，而当排气流浓时减少被捕集的NOx。在另一些示例中，排气后处理催化剂可以被配置为在还原剂的帮助下使NOx比例失调或选择性地还原NOx。在又一些示例中，排气后处理催化剂可以被配置为氧化排气流中的残余的碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这类功能的不同排气后处理催化剂可以被分开地或一起布置在排气后处理装置中的涂层或其他地方中。在一些实施例中，排气后处理装置可以包括可再生碳烟过滤器，其被配置为捕集并氧化排气流中的碳烟颗粒。
因此，排放控制装置170的排气催化剂中的一种或更多种可能需要热激活。具体地，催化剂可以需要被加热到起燃温度或其之上，在起燃温度之上催化剂是催化活性的。虽然在发动机运转期间这种热由从汽缸燃烧释放的排气来提供，但是在发动机重启动期间，催化剂的温度可以在其激活温度之下。在一些实施例中，为了加快排气催化剂的激活以改善发动机启动排放，排放控制装置170可以被耦接至排气催化剂加热器121。
来自排放控制装置170的被处理的排气的全部或一部分可以经由排气管道35释放到大气。然而，取决于工况，排气残余物的一部分反而可以被转移至EGR通道150，通过EGR冷却器151和EGR阀152，到达压缩机114的入口。因此，EGR通道150被配置为低压EGR通道，其将涡轮116下游的发动机排气歧管与压缩机114上游的发动机进气歧管耦接。在所描述的示例中，EGR通道被示为独立于压缩机再循环通道耦接至压缩机入口。然而，在替代示例中，EGR通道150可以与压缩机入口上游的压缩机再循环通道170合并。而且，在所描述的示例中，EGR通道150被示为在排放控制装置170下游的位置处拾取排气残余物。应认识到，在替代示例中，EGR通道150可以被配置为在排放控制装置170上游的位置处拾取排气残余物。在进一步的实施例中，发动机系统100可以额外地或可选地包括高压EGR系统，其将涡轮116上游的发动机排气歧管与压缩机114下游的发动机进气歧管耦接。
EGR阀152可以打开，从而准许受控量的被冷却的排气到达压缩机入口，用于期望的燃烧以及排放控制性能。以此方式，发动机系统10适合于通过从涡轮116的下游引出排气来提供外部的、低压(LP)EGR。EGR阀152也可以作为连续可变阀或作为开闭阀。除了发动机系统100中相对长的LP-EGR流动路径外，压缩机的旋转还将极好均匀化的排气提供到进气空气充气内。另外，EGR分开(take-off)和混合点的布置为增加的可用EGR质量和改善的性能提供了非常有效的排气冷却。
EGR冷却器151可以被耦接至EGR通道150，用于冷却输送至压缩机的EGR。此外，一个或更多个传感器可以被耦接至EGR通道150，用于提供关于EGR的成分与状况的详细信息。例如，可以提供温度传感器，用于确定EGR的温度，可以提供压力传感器，用于确定EGR的压力，可以提供湿度传感器，用于确定EGR的湿度或水含量，并且可以提供空燃比传感器154，用于估计EGR的空燃比。可替代地，可以通过耦接至压缩机入口的温度、压力、湿度和空燃比传感器55-57中的一者或更多者来推测EGR状况。可以基于发动机工况和EGR状况调整EGR阀的开度，以提供期望的发动机稀释量。
如本文所详述的，在当发动机未燃烧时的状况期间，EGR阀可以打开以加快汽缸升温。具体地，在当发动机重启动之前发动机正通过马达扭矩缓慢地旋转时和/或当压缩机经由其电动马达旋转时的状况期间，EGR阀152被保持完全打开，使得在压缩行程期间在汽缸中被加热的或经由压缩机能量加热的空气充气能够被再循环通过发动机。通过同时保持AIS节气门230完全关闭，排气的流出被限制，并且热空气被保持在发动机中。换句话说，热空气能够以循环的方式被泵送通过发动机。通过额外地使进气加热器118和排气催化剂加热器121中的一者或更多者运转，到汽缸的热传递能够被进一步加快。如图6所详述的，基于活塞加热需要，发动机系统可以以各种模式中的一种来运转，其中压缩加热的各种组合被用来加热汽缸。例如，当需要更多加热同时经由电动马达117旋转压缩机114时，CRV 172可以打开，同时还使进气加热器118和排气催化剂加热器121运转。此外，可以经由马达扭矩在压缩机旋转期间连续地或间歇地未供给燃料旋转发动机。
发动机系统200还可以包括控制系统14。控制系统14被示为接收来自多个传感器16(本文描述的传感器的各种示例)的信息，并将控制信号发送至多个致动器81(本文描述的致动器的各种示例)。作为一个示例，传感器16可以包括位于排放控制装置上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56、压缩机入口湿度传感器57和EGR传感器154。其他传感器(诸如附加的压力、温度、空燃比和成分传感器)可以被耦接至发动机系统200中的各个位置。例如，致动器81可以包括例如节气门20、EGR阀152、压缩机再循环阀172、废气门92和燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器可以接收来自各种传感器的输入数据，处理输入数据，以及基于对应于一个或更多个程序被编程在其中的指令或代码，响应于已处理的输入数据而触发致动器。
图3描述了(图1-2的)发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数和经由输入装置132来自车辆操作者130的输入。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(本文也称为“燃烧室”)30可以包括燃烧室壁236，活塞238被设置在其中。活塞238可以被耦接至曲轴240，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴240可以经由变速器系统耦接至乘客车辆的至少一个驱动轮。另外，启动器马达可以经由飞轮耦接至曲轴240，以实现发动机10的启动运转。具体地，(图1的)发电机24和包括(图1的)马达26的传动系可以被耦接至曲轴，以为发动机起动转动提供扭矩。
汽缸30能够经由一系列进气空气通道242、244和246接收进气空气。进气空气通道246能够与除了汽缸30之外的发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气通道可以包括升压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图3示出被配置为具有涡轮增压器的发动机10，其中涡轮增压器包括在进气通道242和244之间布置的电动致动的压缩机274和沿排气通道248布置的排气涡轮276。排气涡轮276可以经由轴280至少部分地为压缩机274提供动力，在此情况下升压装置被配置为涡轮增压器。然而，在诸如发动机10装备有机械增压器的另一些示例中，排气涡轮276可以被可选地省略，在此情况下压缩机274可以由电动马达提供动力。包括节流板164的节气门20可以沿发动机的进气通道提供，用于改变提供给发动机汽缸的进气空气的流率和/或压力。例如，如图3所示，节气门20被布置在压缩机274的下游，或可替代地，可以被提供在压缩机274的上游。在一些实施例中，如参照图2所详述的，增压空气冷却器(CAC)可以被布置在压缩机274的下游且在节气门20的上游，用于冷却向发动机输送的升压的空气充气。可替代地，CAC能够位于集成在进气歧管246中的节气门的下游。
排气通道248能够从除了汽缸30之外的发动机10的其他汽缸接收排气。排气传感器128被示为耦接至排放控制装置170上游的排气通道248。传感器128可以选自用于提供排气空燃比指示的各种合适传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如图所示)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置170可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
排气温度可以通过位于排气通道248中的一个或更多个温度传感器(未示出)来估计。可替代地，排气温度可以基于发动机工况来推测，诸如转速、负荷、空燃比(AFR)、花火延迟等。另外，排气温度可以通过一个或更多个排气传感器128来计算。应认识到，可替代地，可以通过本文所列出的温度估计方法中的任意组合来估计排气温度。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸30被示为包括位于汽缸30的上部区域的至少一个进气提升阀250和至少一个排气提升阀256。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸30)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门250可以经由凸轮致动系统251通过凸轮致动由控制器12来控制。类似地，排气门256可以经由凸轮致动系统253由控制器12来控制。凸轮致动系统251和253均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12运转的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个，以改变气门运转。进气门250和排气门256的位置可以分别由气门位置传感器255和257确定。在可替代的实施例中，进气和/或排气门可以由电气门致动控制。例如，可替代地，汽缸30可以包括经由电气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在另一些实施例中，进气和排气门可以由共同的气门致动器或者致动系统或可变气门正时致动器或者致动系统控制。
汽缸30能够具有压缩比，其为活塞238在下止点时与在下止点时的体积之比。通常，压缩比在9：1至13：1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增加压缩比。例如，当使用更高的辛烷值燃料或具有更高的潜在汽化焓的燃料时，这种情况可以发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，同样可以增加压缩比。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于使燃烧开始的火花塞192。在所选运转模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统190能够经由火花塞192向燃烧室30提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，诸如在发动机10可以通过自动点火或通过燃料喷射开始燃烧的情况下，这可以是一些柴油发动机的情况。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有用于向其提供爆震或提前点火抑制流体的一个或更多个燃料喷射器。在一些实施例中，流体可以是燃料，其中喷射器也被称为燃料喷射器。作为非限制性的示例，汽缸30被示出包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示为直接耦接至汽缸30，用于经由电子驱动器168与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进汽缸中。以此方式，燃料喷射器166提供到燃烧汽缸30内的所谓的燃料直接喷射(在下文中也被成为“DI”)。尽管图2示出了作为侧喷射器的喷射器166，但其也可以位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。当由于一些醇基燃料的更低的挥发性而使用醇基燃料运转发动机时，这种位置可以改善混合和燃烧。可替代地，喷射器可以位于顶部并靠近进气门，以改善混合。
燃料可以从包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道的高压燃料系统8输送至燃料喷射器166。可替代地，通过单级燃料泵可以在更低的压力下输送燃料，在此情况下压缩行程期间的直接喷射燃料的正时会比使用高压燃料系统的情况更受限制。进一步地，尽管未示出，但燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。应认识到，在替代实施例中，喷射器166可以是进气道喷射器，其将燃料提供到汽缸30上游的进气道内。
如以上所描述的，图3仅示出了多缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等。
燃料系统8中的燃料箱可以容纳具有不同性质(诸如不同成分)的燃料。这些差别可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料混合和/或其组合等。在一个示例中，具有不同醇含量的燃料可以包括一种汽油燃料和乙醇或甲醇等其他燃料。在另一示例中，发动机可以将汽油用作第一物质，并将含有诸如E85(其约为85％乙醇和15％汽油)或M85(其约为85％甲醇和15％汽油)的混合燃料的醇用作第二物质。其他含醇燃料可以是醇和水的混合物，醇、水和汽油的混合物等。
进一步地，在所公开的实施例中，EGR系统可以将期望部分的空气充气或来自排气通道248的排气传送到进气通道242。图3示出LP-EGR系统，其中通过LP-EGR通道260将LP-EGR从涡轮276的下游传送到压缩机274的上游。向进气通道242提供的LP-EGR量可以由控制器12经由LP-EGR阀262来改变。同样，可以存在HP-EGR系统(未示出)，其中通过HP-EGR通道将HP-EGR从涡轮276的上游传送到压缩机274的下游。向进气通道242提供的HP-EGR量可以由控制器12经由专用的HP-EGR阀来改变。例如，HP-EGR系统可以包括HP-EGR冷却器，并且LP-EGR系统可以包括LP-EGR冷却器266，以将热从EGR气体排放到发动机冷却液。
EGR传感器可以被布置在EGR通道内，并且可以提供质量流量、压力、温度、O2的浓度和排气的浓度中的一者或更多者的指示。在一些实施例中，一个或更多个传感器可以被设置在LP-EGR通道260内，以提供压力、温度和被再循环通过LP-EGR通道的排气的空燃比中的一者或更多者的指示。被输送通过LP-EGR通道260的排气可以在位于LP-EGR通道260与进气通道242的接合的混合点处用新鲜空气来稀释。具体地，通过与低压吸气系统(LP AIS)节气门230相配合调整LP-EGR阀262，EGR流的稀释可以被调整。LP-EGR流的百分比稀释可以根据EGR气流中的传感器265的输出来推测。
控制器12在图3中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)206、输入/输出端口(I/O)208、在这个具体示例中作为只读存储器芯片(ROM)210示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)212、保活存取器(KAM)214和数据总线。控制器12可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括：来自质量空气流量传感器222的所引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接至冷却套筒218的温度传感器216的发动机冷却液温度(ECT)；来自耦接至曲轴240的霍尔效应传感器220(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自传感器124的歧管绝对压力信号(MAP)；来自EGO传感器128的汽缸AFR；以及来自爆震传感器的异常燃烧。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管内的真空或压力的指示。
存储介质只读存储器210能够用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示由处理器206执行的指令，用于实现以下所述方法以及期望但没有具体列出的其他变体。本文在图4-5处描述了示例程序。
现在转向图4，其示出用于在发动机重启动之前压缩加热发动机汽缸的示例程序400。以此方式，在随后的发动机重启动期间直接喷射燃料后的碳烟排放能够被减少。
在402处，车辆和发动机工况可以被估计和/或测量。这些可以包括例如制动器踏板位置、加速器踏板位置、操作者扭矩需求、电池荷电状态(SOC)、发动机温度(Teng)、环境温度与湿度、大气压力(BP)等。在一个示例中，混合动力车辆系统是动力分离式混合动力车辆系统。
在404处，车辆运转模式可以基于估计的工况来确定。例如，至少基于估计的驾驶员扭矩需求和电池荷电状态，可以确定车辆是要以仅发动机模式(其中发动机驱动车轮)、辅助模式(其中电池辅助发动机驱动车辆)、还是仅电动模式(其中仅电池驱动车辆)运转。在一个示例中，如果需要的扭矩能够仅由电池来提供，那么车辆可以以车辆仅使用马达扭矩来推进的仅电动模式运转。在另一示例中，如果需要的扭矩不能由电池来提供，那么车辆可以以发动机模式或以车辆用至少一些发动机扭矩来推进的辅助模式运转。因此，车辆可以以经确定的运转模式来运转。
在406处，可以确认车辆处于电动模式。如果电动模式未被确认，那么在408处，混合动力车辆可以用至少一些发动机扭矩来推进。例如，车辆可以利用仅发动机扭矩(例如，以电动模式)或发动机扭矩与马达扭矩的组合(例如，以辅助模式)来推进。如果电动模式被确认，那么在410处，程序包括仅经由马达扭矩来推进混合动力车辆。
在412处，发动机汽缸温度可以被估计、被推测或被建立模型，并且可以确定是否需要发动机加热来减少随后的发动机重启动时的排放。在一个示例中，汽缸活塞温度可以被估计，并且如果活塞温度在阈值温度之下，那么可以确定需要加热。在另一示例中，汽缸壁温度可以与汽缸充气温度进行比较，并且如果汽缸壁温度与汽缸充气温度之间的差高于阈值量，那么可以确定需要加热。在进一步的示例中，当正用马达扭矩推进车辆时，可以确定发动机启动否是即将发生。例如，基于诸如操作者踏板位置、电池荷电状态等工况，可以确定是否将需要重启动发动机来满足操作者扭矩需求。如果发动机汽缸温度表明不需要进一步加热和/或如果即将发生的发动机重启动未被确认，那么程序可以结束。
如果需要加热，那么在414处，预期到即将发生的发动机重启动，控制器可以使用发动机压缩加热与汽缸压缩行程加热的任何组合来使汽缸活塞温度升高。如图5-6所详述的，这可以包括，当经由马达扭矩来推进混合动力车辆时，使电动致动的进气压缩机在上游进气节气门关闭并且EGR阀打开的情况下旋转，直至活塞温度高于阈值(或直至汽缸壁与汽缸充气之间的温度差在阈值量之下)。在此，压缩机能量被用来压缩产生热的空气充气。该热然后被循环通过发动机，从而实现汽缸加热。
可替代地，加热可以包括，经由马达扭矩以比发动机起动转动速度更低的速度使发动机在未供给燃料的情况下旋转，同时使排气加热器或进气加热器运转，并且同时保持EGR阀打开且进气节气门关闭以使加热的空气充气再循环通过发动机。因此，在缓慢旋转期间，发动机的每个汽缸被逐渐地旋转到汽缸处于压缩行程的第一位置，并且暂时被维持在第一位置，使得汽缸壁和汽缸充气的温度能够被均衡。缓慢旋转允许每个汽缸被同样地旋转到并且暂时被保持处于汽缸被加热的压缩行程。因此，随着汽缸然后继续旋转进入随后的膨胀行程，汽缸然后可以被冷却。然而，相比于汽缸在膨胀行程期间被冷却，汽缸可以在压缩行程中被更多地加热，从而允许经由缓慢旋转的汽缸净加热。以此方式，缓慢旋转实现汽缸中的热泵效应。发动机的缓慢旋转可以有利地使用在所选汽缸的压缩行程中产生的热对燃烧室进行加热，并且由此在发动机重启动之前预加热发动机。此外，燃料压力经由发动机缓慢旋转能够被升高，这改善燃料喷雾特性，并减少碳烟产生。
如在图6的表中列出的，其他组合是可能的。在不同情况下，响应于对汽缸加热的需要(例如，响应于汽缸活塞温度低于阈值)而使旋转开始，并且旋转被继续，直至活塞温度高于阈值。通过在重启动之前加热发动机，由燃料到冷燃烧室表面上的直接喷射引起的冷启动颗粒物质排放能够被减少。
在416处，在充分地预加热之后，如果发动机重启动条件满足，那么发动机可以被起动转动并且被供给燃料。可选地，发动机可以经由马达来预定位。具体地，发动机可以在未供给燃料的情况下旋转到发动机重启动能力得以改善的位置。例如，发动机可以被旋转为使得发动机汽缸处于或接近进气门关闭(IVC)。这允许汽缸在发动机重启动前的发动机起动转动期间被压缩，并且汽缸点火可能够以小于180度发生。在替代示例中，汽缸可以被旋转为使得活塞处于或接近燃料供给的TDC并被压缩。汽缸然后可以等待火花。然而，在后一示例中，可能向下存在一些泄露。一旦发动机被预定位，如果需要，发动机就可以被重启动。例如，由于不能经由混合动力车辆系统的马达或电池来满足的操作者扭矩需求的增加，因此发动机可以重启动。可替代地，由于电池荷电状态下降，发动机可以被重启动。再有，发动机可以被重启动，以使空气压缩机运转，从而满足HVAC需要。一旦发动机重启动条件被满足，发动机可以被起动转动并且被供应燃料，使得发动机燃烧能够被重启动。
现在转向图5，其示出用于在发动机重启动之前使用压缩加热对发动机汽缸进行加热以改善重启动期间的燃料汽化的示例程序500。
在502处，可以确认需要活塞加热。在一个示例中，如果汽缸活塞温度(或替代汽缸燃烧表面温度)在阈值之下，那么可以需要活塞加热。在另一示例中，如果汽缸壁与汽缸充气之间的温度差在阈值量之下，那么可以需要活塞加热。汽缸燃烧表面温度可以被估计、被推测或被建立模型。如果不需要加热，那么程序可以结束。
如果需要加热，那么汽缸可以经由压缩加热的各种组合来加热。在图6的表600处列出了各种组合，并且本文在图5处列出了一些选择。在步骤504-518处列出了以发动机旋转开始的第一组加热运转。在步骤520-534处列出了以压缩机旋转开始的另一组加热运转。
在504处，程序包括，当仅经由马达扭矩来推进混合动力车辆时并且在即将发生的发动机重启动之前，经由马达扭矩以比阈值速度更低的速度使发动机在未供给燃料的情况下旋转。在此，车辆的电动马达可以正在推进车辆并使发动机旋转。在一个示例中，阈值速度可以是发动机起动转动速度。即，发动机可以以比在发动机起动转动和重启动期间发动机将会通过启动器马达旋转的速度更低的速度旋转。例如，在发动机起动转动期间，发动机可以经由启动器马达以150rpm在未供给燃料的情况下旋转。相比之下，在用于汽缸加热的缓慢旋转期间，发动机可以经由混合动力车辆的电动马达/发电机以10-30rpm旋转。在替代示例中，基于诸如机油温度、环境温度或NVH的运转参数，阈值速度可以更高或更低，在阈值速度处或之下发动机被缓慢地旋转。
在一个示例中，可以在基于汽缸活塞位置相对于压缩行程TDC的接近度选择的汽缸(例如，第一汽缸)中开始缓慢的发动机旋转。例如，控制器可以识别具有被定位为最靠近压缩行程TDC或处于经历至少阈值水平的压缩的位置的活塞的汽缸。发动机然后被旋转为使得每个汽缸随后在汽缸的压缩行程期间被加热。随着旋转继续，每个汽缸可以在汽缸的紧随压缩行程之后的膨胀行程期间被冷却。然而，相比于汽缸在膨胀行程期间被冷却，汽缸可以在压缩行程中被更多地加热，从而允许每个汽缸经由热泵效应的净加热。因此，在每个汽缸的压缩行程期间，空气充气被压缩，从而产生热。通过使发动机旋转为使得汽缸被保持处于压缩行程，来自压缩空气的热能够被传递到汽缸壁、汽缸盖和活塞，从而使发动机温度升高。
在一些示例中，发动机可以伺机经由车辆车轮来旋转。例如，控制器可以确定是否存在车速的减小，诸如在车辆制动或车辆减速事件期间。如果这样，那么发动机可以在车辆制动或车辆减速事件期间经由车轮来旋转。其中，要不然将会以热的方式消散或用于再生制动的车轮扭矩可以被有利地用于发动机旋转。代替或除了经由马达扭矩的发动机旋转外，还可以使用经由车辆车轮的发动机旋转。例如，在车辆制动和车辆减速事件中的一者期间，发动机旋转的速度可以通过经由混合动力车辆的车轮和发动机马达使发动机旋转来暂时增加。
在506处，程序包括在旋转期间保持上游进气节气门(诸如图2-3的AIS节气门230)关闭。关闭的进气节气门可以被设置在进气压缩机的上游。关闭进气节气门允许压缩的空气充气被拉回到发动机中，而没有排气的净流出。因此，这降低了可以排放物被捕集在曲轴箱中的可能性。在508处，程序还包括保持EGR阀(诸如图2的EGR阀152)打开以使加热的空气充气再循环通过发动机。通过使发动机旋转同时保持AIS节气门关闭且EGR阀打开，空气可以被泵送通过发动机汽缸。通过打开EGR阀，从汽缸流出的空气被再循环回到发动机，从而降低发动机真空。在此，空气以闭环的方式被泵送。通过允许压缩热在膨胀时的TDC处被移走，致使充气比当压缩开始时更冷。充气然后能够被推出发动机排气管或被再循环通过EGR系统，使得相同的充气被反复地使用。这限制了排气中的碳氢化合物的可能性。
在512处，程序可选地包括，当使发动机旋转时，使被耦接至排气催化剂的排气加热器(诸如图2的排气加热器121)运转。在514处，程序可选地包括，在旋转期间，使被耦接在发动机的进气通道中的进气加热器(诸如图2的进气加热器118)运转。通过使进气和排气加热器中的一者或更多者运转，额外的热被排放到被再循环通过发动机汽缸的充气中，从而改善到汽缸燃烧表面的热传递。
在516处，程序可选地还包括，使被耦接至发动机的进气装置的电动致动的压缩机运转。通过使压缩机旋转，额外的热经由压缩机能量被提供到加热的压缩的空气充气中。当使电动致动的压缩机旋转时，控制器可以调整凸轮正时(例如，VCT位置)以增加正进气对排气门重叠。例如，进气和/或排气门正时可以被调整到压缩的空气充气通过发动机汽缸的吹扫(blow-through)得以改善的位置。这改善了从压缩的空气充气到发动机汽缸的热传递。
在518处，程序可选地还包括，当使电动致动的压缩机运转时，打开被耦接在压缩机两端的压缩机再循环阀(诸如图2的CRV 172)。通过打开CRV，CAC也可以经由压缩机能量来升温。发动机和/或压缩机旋转然后可以被继续，直至汽缸充分地热。
在替代加热方案中，在520处，程序包括经由马达使发动机旋转到具有更多正气门重叠的位置，以便增加吹扫(blowthrough)能力。例如，可以调整凸轮正时或气门正时，以增加正气门重叠。在522处，程序包括，当使用马达扭矩来推进混合动力车辆时，使电动致动的进气压缩机旋转。使电动致动的进气压缩机旋转可以包括启用被耦接至压缩机的电动马达。此外，压缩机可以以比用于升压累积所需的的阈值速度更低的速度旋转。被耦接至压缩机的电动马达可以是第一电动马达，其不同于被用来推进混合动力车辆的第二电动马达(或马达/发电机)。
在524处，当使压缩机旋转时，上游进气节气门可以关闭。具体地，被耦接在压缩机上游的AIS节气门关闭。在526处，EGR阀在旋转期间被维持打开。关闭进气节气门允许压缩的空气充气被拉回到发动机中，而没有排气的净流出。通过打开EGR阀，从汽缸流出的空气被再循环回到发动机，从而降低发动机真空。通过使压缩机旋转同时保持AIS节气门关闭且EGR阀打开，空气可以被泵送通过发动机汽缸。因此，空气以闭环的方式被泵送。通过允许压缩热在膨胀时的TDC处被移走，致使充气比当压缩开始时更冷。充气然后能够被推出发动机排气管或被再循环通过EGR系统，使得相同的充气被反复地使用。这限制了排气中的碳氢化合物的可能性。EGR阀可以被设置在将排气催化剂下游的发动机排气装置耦接至压缩机上游的发动机进气装置的低压EGR通道中。
在528处，程序可选地包括，在旋转期间，启用被耦接至排气催化剂的电加热器。在530处，程序可选地包括，在旋转期间，使被耦接在发动机的进气通道中的电加热器运转。通过使进气和排气加热器中的一者或更多者运转，被循环通过发动机的空气充气能够被进一步升温。
在532处，程序可选地包括，当使压缩机旋转时，使被耦接在压缩机两端的压缩机旁通通道中的压缩机再循环阀运转，以增加通过被耦接在压缩机下游的增压空气冷却器的再循环。
在534处，程序可选地包括，当使压缩机旋转时，经由马达扭矩进一步使发动机在未供给燃料的情况下旋转。例如，发动机可以经由来自第二电动马达的马达扭矩以比发动机起动转动速度更低的速度旋转。通过使发动机旋转，每个发动机汽缸被暴露于来自压缩机的热吹扫空气。发动机可以以减小的速度连续地或间歇地旋转。例如，发动机可以被定期地旋转，以分配压缩机热。
在不同情况下，旋转响应于估计的汽缸活塞低于阈值温度。另外，在不同情况下，旋转可以被继续，直至发动机汽缸被充分地加热。例如，可以确定活塞温度是否高于阈值，或汽缸壁与汽缸充气之间的温度差是否低于阈值量。在替代示例中，发动机温度或平均汽缸活塞温度可以被评估(例如，相比于阈值温度)。如果活塞温度高于阈值，或如果差低于阈值量，那么压缩机和/或发动机旋转可以被中断，并且汽缸燃料喷射可以被恢复，以重启动发动机。否则，发动机和/或压缩机旋转可以被继续，直至活塞温度在阈值温度处或之上(或直至汽缸壁与汽缸充气之间的温度差低于阈值量，或直至发动机温度或平均汽缸活塞温度高于阈值温度)。
在一些示例中，控制器还可以确定发动机燃料轨道压力是否高于阈值压力。发动机旋转然后可以基于燃料轨道压力估计值来调整。具体地，如果燃料轨道压力不是足够高，那么控制器可以以比阈值速度更低的速度维持未供给燃料的发动机旋转，直至燃料轨道压力在阈值压力之上。然而，由于燃料轨道压力能够在发动机的多次(例如，五至十次)泵送行程内累积，并且由于泵送行程的阈值次数(例如，两次)在每次发动机回转时得以实现，因此燃料轨道压力可以在汽缸温度被充分地升高的时候达到阈值压力。
在所有发动机汽缸都已经被升温之后，如果重启动条件满足，那么汽缸燃料喷射可以被恢复，以重启动发动机。例如，发动机可以经由发动机的启动器马达以发动机起动转动速度旋转。控制器然后可以选择恢复汽缸燃料供给的发动机汽缸。汽缸可以基于活塞位置来选择。例如，处于或靠近IVC的汽缸可以被选择。燃料然后可以在发动机起动转动期间被喷射到所选汽缸中，以重启动发动机。应认识到，在替代示例中，发动机可以不选择发动机汽缸来恢复汽缸燃料供给，但是可以根据需要且当需要时恢复燃料供给。
应认识到，在进一步的示例中，在使发动机缓慢地旋转以便汽缸加热之后，程序可以包括经由车辆马达进一步使发动机在未供给燃料的情况下旋转到对于发动机重启动能力来说最优的位置。例如，如果在汽缸已经被升温之后发动机重启动条件没有立即满足，那么发动机可以被旋转到发动机能够被迅速地重启动的位置。在一个示例中，进一步旋转可以包括旋转到发动机汽缸处于或接近IVC的位置。
以此方式，提供了用于当车辆仅经由马达扭矩推进时响应于汽缸壁温度小于阈值而加热发动机汽缸的混合动力车辆方法。其中，在第一状况期间，具有被存储在非临时性存储器上的计算机可读指令的控制器被配置为具有这样的代码，所述代码用于：经由马达扭矩以比起动转动速度更低的速度使发动机在未供给燃料的情况下运转，以随后当发动机汽缸经历压缩行程时，加热所有发动机汽缸。相比之下，在第二状况期间，控制器被配置为具有这样的代码，所述代码用于：使电动致动的进气压缩机在压缩机再循环阀被保持打开的情况下旋转。在第一状况和第二状况二者期间，进气节气门被保持关闭，并且EGR阀被保持打开。此外，在第一状况和第二状况二者期间，旋转被继续直至汽缸壁温度在阈值之上，阈值基于汽缸充气温度。另外，在第一和第二状况中的任一状况期间，可以使排气加热器和进气加热器中的一者或更多者运转，排气加热器被耦接至被设置在EGR通道入口上游的排气催化剂，进气加热器被被耦接至压缩机上游的进气通道。
图7在映射图700处图形化地描述了压缩行程加热效应。具体地，第一组曲线702-704被示为描述当汽缸被旋转通过压缩行程时汽缸内温度的变化。第二组曲线712-714描述了当汽缸被旋转通过压缩行程时汽缸内压力的变化。在所描述的示例中，发动机以30rpm缓慢地旋转。在每一组中，曲线702和712(实线)示出了计算的数据，而曲线704和714(虚线)示出了模拟的数据。计算的数据表示没有热流动并且没有热被转移到汽缸壁和活塞的情况。相比之下，模拟的数据表示热流动并且热被传递到汽缸壁和活塞的情况。绘制的理想曲线在进气门关闭处(IVC；在625 CAD附近)开始，并且在排气门打开处(EVO；在832 CAD附近)结束。计算的曲线(曲线704、714)基于等熵过程和体积比。理想曲线(曲线702、712)然后用等熵过程的P1和V1与IVC处的体积比重新计算。如能够看见的，显著量的热在压缩行程期间被传递到汽缸壁和活塞，即使一些冷却在压缩行程之后发生。具体地，模拟的数据示出了热如何从压缩空气损失掉，因为压缩空气流向汽缸壁和活塞，并且随后汽缸内温度下降。此外，热被直接传递到热传递对PM排放有显著影响的位置。这种热传递被有利地用来使活塞温度升高。具体地，压缩行程加热在多次循环内被重复，直至活塞温度在阈值温度之上。因此，在缓慢的发动机旋转期间，每个汽缸被允许在汽缸的压缩行程期间被加热。因此，当发动机被重启动并且燃料向预加热的汽缸输送时，液体燃料滴可以直接冲击在热燃烧表面上，从而导致改善的燃料汽化。
现在转向图6，表600描述了在图1-3的混合动力车辆系统中是可能的各种发动机运转或加热模式。因此，所描述的模式可以是非限制性的示例，并且另外的模式是可能的。
在一个示例中，发动机系统可以以第一模式(模式1)运转，其中发动机经由马达扭矩在未供给燃料的情况下缓慢地旋转，同时进气节气门被保持关闭并且EGR阀被保持打开。在此，发动机汽缸使用在压缩行程中产生的热来加热。
在另一示例中，发动机系统可以以第二模式(模式2)运转，其中除了第一模式的所有设定外，电进气加热器可以被运转用于额外的充气加热。可替代地，发动机系统可以以第三模式(模式3)运转，其中除了第一模式的所有设定外，电排气催化剂加热器可以被运转用于额外的充气加热。此外，发动机系统可以以第四模式(模式4)运转，其中除了第一模式的所有设定外，进气加热器和排气催化剂加热器二者都可以被运转用于额外的充气加热。
在进一步的示例中，发动机系统可以以第五模式(模式5)运转，其中除了第一模式的所有设定外，电动致动的压缩机可以被运转。即，发动机和压缩机中的每一者可以以第五模式(以及与第五模式相关的模式)运转。此外，在第五模式期间，气门正时可以被调整为使得发动机以气门重叠运转。通过调整凸轮正时以增加正进气对排气门重叠，提供了空气(其被压缩机压缩并加热)通过发动机汽缸的改善的吹扫。在第六模式(模式6)期间，发动机可以以第五模式的所有设定并且在压缩机再循环阀(CRV)打开的情况下运转，以增加加热的充气穿过压缩机的再循环。这使下游CAC能够使用压缩机能量来加热。
可替代地，发动机可以以第七模式(模式7)运转，其中除了第五模式的所有设定外，电进气加热器被运转用于额外的充气加热。在第八模式(模式8)中，发动机可以以第七模式的所有设定并且在CRV额外打开的情况下运转。可替代地，发动机可以以第九模式(模式9)运转，其中除了第五模式的所有设定外，排气催化剂加热器被运转用于额外的充气加热。在第十模式(模式10)中，发动机可以以第九模式的所有设定并且在CRV额外打开的情况下运转。
发动机还可以以第十一模式(模式11)运转，其中发动机和压缩机中的每一者被旋转，进气和排气加热器中的每一者被运转，CRV和EGR阀中的每一者被保持打开同时进气节气门被保持关闭，并且其中发动机凸轮正时被调整为实现吹扫。
发动机还可以以第十二模式(模式12)运转，其中活塞加热通过仅使压缩机旋转来提供。在此，正气门重叠被维持，同时进气节气门关闭并且EGR阀打开。可替代地，发动机系统可以以第十三模式(模式13)运转，其中除了第十二模式的所有设定外，CRV可以打开。发动机还可以第十四模式(模式14)运转，其中除了按照第十二模式的设定使压缩机旋转外，CRV可以被保持打开，并且进气加热器可以被运转；或以第十七模式(模式17)运转，其中除了按照第十二模式的设定使压缩机旋转外，CRV可以被保持关闭，并且进气加热器可以被运转。同样，发动机可以以第十五模式(模式15)运转，其中除了按照第十二模式的设定使压缩机旋转外，CRV可以被保持打开，并且排气加热器可以被运转；或以第十八模式(模式18)运转，其中除了按照第十二模式的设定使压缩机旋转外，CRV可以被保持关闭，并且排气加热器可以被运转。发动机还可以以第十六模式(模式16)运转，其中除了第十二模式的所有设定外，当使压缩机旋转时，进气加热器和排气催化剂加热器二者都被运转用于额外的充气加热，并且CRV可以被保持打开。最后，发动机还可以以第二十模式(模式20)运转，其中当使压缩机旋转时，进气加热器和排气催化剂加热器二者都可以被运转，并且CRV可以被保持关闭。
虽然上述模式示出了在发动机和/或压缩机旋转期间，被关闭的进气节气门和被打开的EGR阀，但是在另外的模式中，进气节气门可以打开和/或EGR阀可以关闭。
控制器可以基于需要多少汽缸加热在各种模式之间进行选择。选择可以进一步基于诸如电池荷电状态(例如，马达能够运转多久)、直到即将发生的发动机重启动的时间、车速等因素。同样，当加热需要改变时，控制器可以在模式之间进行转变。例如，当活塞温度更冷时，控制器可以以发动机和压缩机二者都被旋转的模式5-11中的一种开始运转。当加热需求下降时，控制器可以转变为在仅发动机旋转的情况下(如以模式1-4)或在仅以压缩机旋转的情况下(如以模式12-20)运转。在替代示例中，当活塞温度更冷时，控制器可以以进气加热器和排气加热器二者都被运转的模式中的一种开始运转。当加热需求降低时，控制器可以转变为在进气加热器和排气加热器中仅一者被启用的情况下运转。
现在图8的映射图800示出了经由发动机旋转、压缩机旋转、压缩机再循环与排气再循环的组合的发动机汽缸加热的示例。映射图800在曲线802处描述了车速，在曲线804处描述了压缩机旋转速度，在曲线806处描述了电池荷电状态(SOC)，在曲线808处描述了汽缸活塞温度，在曲线810处描述了发动机转速，在曲线812处描述了燃料轨道压力，在曲线814处描述了AIS进气节气门位置，并且在曲线816处描述了EGR阀位置。所有曲线被示为沿着x轴线随着时间变化。
车辆推进可以在t1处开始。在车辆推进的时候，发动机启动条件可能不满足，并且车辆可以仅经由马达扭矩来推动。例如，车辆可以是正以电动模式运转的混合动力车辆。在t1与t2之间，当操作者要求并且因此车速改变时，电池SOC可以改变，其中当车速增加时，电池SOC以更高的率降低。因此，当在t1与t2之间车辆使用马达扭矩来推进时，活塞温度可以在阈值温度809之下。
为了实现汽缸加热，以便从而当发动机随后被运转时减少PM排放并改善发动机性能，进气压缩机可以被旋转，同时保持被设置在压缩机上游的进气节气门关闭，并且同时打开EGR阀。此外，发动机可以被定位为用于增加热压缩空气的吹扫。当压缩机被旋转时，活塞温度逐渐地增加。
在t2之后，操作者扭矩需求和车速减小。因此，当仅经由电池电力的压缩机旋转继续时，电池SOC可以逐渐地降低(以更慢的率)。在t2之后不久，车辆减速事件发生。在此事件期间，而非以热的方式消散车轮扭矩，发动机伺机经由车轮在未供给燃料的情况下旋转。基于在车辆减速事件期间发生的车轮扭矩的下降，至少一些车轮扭矩在发动机旋转速度暂时增加的情况下经由车辆的马达/发电机应用于发动机旋转。当发动机经由马达缓慢地旋转时，两种效果出现。第一，活塞温度被进一步增加。第二，燃料轨道压力被升高。一旦车速下降，伺机的发动机旋转就被停止。燃料轨道压力然后可以逐渐地消散。
在t3处，车速再次增加，但是发动机重启动条件不满足。此外，由于活塞温度虽然高于t1处的活塞温度但是仍低于阈值809，发动机重启动不被期望。因此，当向冷汽缸中直接喷射燃料时，可以产生大量的PM排放。因此，发动机重启动被延迟，并且车辆继续仅用马达扭矩来推进。
为了加快汽缸加热，在t3处，当使压缩机旋转时，发动机也可以以比发动机起动转动速度更低的速度在未供给燃料的情况下旋转。因此，压缩机和发动机可以经由不同的马达来旋转，发动机经由推进车辆的同一马达来旋转，而压缩机经由专用的电动马达来旋转。例如，发动机可以以10-30rpm旋转。当在t2与t3之间发动机经由马达缓慢地旋转时，活塞温度被进一步增加。此外，燃料轨道压力被升高，并且被保持处于高水平。
在t3与t4之间，另一车辆减速事件发生。在此事件期间，而非以热的方式消散车轮扭矩，发动机伺机经由车轮在未供给燃料的情况下旋转。基于在车辆减速事件期间发生的车轮扭矩的下降，至少一些车轮扭矩在发动机旋转速度暂时增加(在发动机在t2处被旋转的速度之上)的情况下经由车辆的马达/发电机应用于发动机旋转。
在t4与t5之间，由于压缩机旋转和发动机旋转的组合效果，活塞温度升高至阈值温度809之上。因此，当重启动条件满足时，发动机汽缸可以被认为准备好供给燃料。响应于活塞温度的升高，压缩机旋转被停用，并且压缩机旋转减慢至停止。此外，EGR阀可以关闭。在t5处，车速再次增加，并且发动机重启动条件被认为满足。具体地，由于活塞足够热，并且还由于电池SOC更低，发动机重启动被启用。因此，在t5之后，发动机经由启动器马达更快地起动转动，并且汽缸燃料供给被恢复。当车辆用至少一些发动机扭矩来推进时，发动机转速然后增加。此外，发动机扭矩可以被用来给电池充电。响应于发动机重启动，进气节气门打开，打开然后基于发动机转速负荷状况来调整。
应认识到，图8的示例是非限制性的示例，并且基于加热需要，压缩机旋转、发动机旋转、EGR阀位置、节气门位置、CRV位置、进气加热器运转、排气加热器运转和气门正时的进一步变化与组合是可能的。
以此方式，混合动力车辆的发动机可以在以电动模式运转到以发动机模式运转的转变期间使用马达缓慢地起动转动，以在发动机启动之前加热发动机。通过在即将发生的发动机重启动之前使发动机在未供给燃料的情况下缓慢地旋转某一持续时间，在压缩行程期间由汽缸中的压缩空气产生的热能够被传递到汽缸壁和活塞，并被有利地用来加热发动机。可替代地，通过经由其电动马达使进气压缩机旋转，从压缩空气排放的热可以吹扫发动机，并被用来加热汽缸。通过在进气节气门关闭并且EGR阀打开的情况下加热汽缸，热空气能够以循环的方式被泵送通过发动机，从而改善热转移效率。还通过打开压缩机再循环阀，压缩机能量能够被用来使增压空气冷却器升温。通过同时使发动机和压缩机旋转，通过压缩机加热的空气充气可能够被旋转再循环通过发动机汽缸，并且热可以被分配到所有发动机汽缸，从而允许均匀的汽缸升温。通过在发动机启动之前使发动机升温，由直接喷射的燃料引起的发动机颗粒物质排放能够被减少，特别在发动机冷启动期间。此外，燃料压力能够被充分地升高。因而导致的重启动期间的燃料喷射器喷雾特性的改善进一步减少发动机颗粒物质排放。总的来说，发动机冷启动排气排放和发动机性能能够被改善。
注意，本文所包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。本文所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中。本文所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现本文所描述的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所图示说明的动作、操作和/或功能中的一个或更多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入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的代码。
应认识到，本文所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于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所公开的各种系统和构造和其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种方法，其包含：
当经由马达扭矩推进混合动力车辆时，使电动致动的进气压缩机在上游进气节气门关闭并且EGR阀打开的情况下旋转，直至活塞温度在阈值之上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使所述电动致动的压缩机旋转包括，启用被耦接至所述压缩机的电动马达，并使所述压缩机以比阈值速度更低的速度旋转。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，在所述旋转期间使被耦接在所述发动机的进气通道中的电加热器运转。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述EGR阀被设置在将排气催化剂下游的发动机排气装置耦接至所述压缩机上游的发动机进气装置的低压EGR通道中，所述方法进一步包含，在所述旋转期间，启用被耦接至所述排气催化剂的电加热器。
5.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含，当使所述压缩机旋转时，经由马达扭矩进一步使所述发动机在未供给燃料的情况下旋转。
6.根据权利要求5所述的方法，其中被耦接至所述压缩机的所述电动马达是第一电动马达，并且其中经由马达扭矩推进所述混合动力车辆包括，使用来自第二电动马达的扭矩推进所述车辆。
7.根据权利要求6所述的方法，其中使所述发动机在未供给燃料的情况下旋转包括，当所述压缩机被旋转时，经由所述第二马达以比发动机起动转动速度更低的速度使所述发动机连续地旋转。
8.根据权利要求7所述的方法，其中使所述发动机在未供给燃料的情况下旋转包括，当所述压缩机被旋转时，经由所述第二马达以比发动机起动转动速度更低的速度使所述发动机间歇地旋转。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，在所述旋转期间，调整气门正时以增加正气门重叠。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述旋转响应于估计的汽缸活塞温度低于所述阈值。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，当使所述压缩机旋转时，打开被耦接在所述压缩机两端的压缩机旁通通道中的压缩机再循环阀，以增加通过被耦接在所述压缩机下游的增压空气冷却器的再循环。
12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，在所述活塞温度高于所述阈值之后，恢复汽缸燃料喷射以重启动所述发动机。
13.一种方法，其包含：
当仅经由马达扭矩推进混合动力车辆时，
经由所述马达扭矩以比发动机起动转动速度更低的速度使发动机在未供给燃料的情况下旋转，同时使被耦接至排气催化剂的排气加热器运转，并且同时保持EGR阀打开且上游进气节气门关闭，以使加热的空气充气再循环通过所述发动机。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述旋转响应于汽缸活塞温度低于阈值，并且其中所述旋转被继续，直至所述活塞温度高于所述阈值。
15.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含，在所述旋转期间，使被耦接在所述发动机的进气通道中的进气加热器运转。
16.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含，使被耦接至所述发动机的进气装置的电动致动的压缩机运转，同时打开被耦接在所述压缩机两端的压缩机再循环阀。
17.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含，在所述旋转期间，调整凸轮正时以增加正进气门对排气门重叠。
18.一种混合动力车辆方法，其包含：
当所述车辆仅经由马达扭矩推进时，响应于活塞温度小于阈值，
在第一状况期间，经由所述马达扭矩以比起动转动速度更低的速度使所述发动机在未供给燃料的情况下运转，以随后当所有发动机汽缸经历压缩行程时，加热所有发动机汽缸；以及
在第二状况期间，使电动致动的进气压缩机在压缩机再循环阀被保持打开的情况下旋转。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述第一状况和第二状况二者期间，进气节气门被保持关闭，并且EGR阀被保持打开，并且其中在所述第一状况和第二状况二者期间，所述旋转被继续直至所述汽缸壁温度在所述阈值之上，所述阈值基于汽缸充气温度。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包含，在所述第一状况和第二状况中的任一状况期间，使排气加热器和进气加热器中的一者或多者运转，所述排气加热器被耦接至设置在EGR通道入口上游的排气催化剂，所述进气加热器被耦接至所述压缩机上游的进气通道。
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