CN105370386B - 二次空气与直吹空气输送的协调方法 - Google Patents

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Abstract

用于控制和协调二次空气喷射与直吹以减少涡轮延迟的方法和系统被提供。通过在提供直吹之前使用二次空气喷射，以及当达到用于直吹的期望增压压力时停用二次空气泵，可加速涡轮机旋转至期望转速以及增加初始转矩输出。

Description

二次空气与直吹空气输送的协调方法
技术领域
本发明通常涉及通过增压内燃发动机中的二次空气喷射与直吹空气的协调以改进涡轮延迟以及提高转矩输出的方法和系统。
背景技术
相比于相似功率的自然进气式发动机，增压式发动机可提供更高的燃料效率和更低的排放。然而，在瞬时条件期间，增压式发动机的功率、燃料效率以及排放-控制性能可受到损害。这种瞬时条件可包括快速地增加或减少发动机负载、发动机转速或空气质量流量。例如，当发动机负载快速地增加时，涡轮增压器压缩机可需要增大的转矩以输送增大的空气流量。如果驱动该压缩机的涡轮没有完全地加速自旋(spun up)，那么该转矩是达不到的。因此，在进气流量达到需要的等级之前可能发生不期望的功率延迟。
以前已经认识到，涡轮增压发动机系统可适用于提供“直吹”(blow through)空气，其中，增压进气从压缩机下游的进气歧管被驱动，穿过发动机汽缸(可为多个汽缸)以及进入涡轮机上游的排气歧管。例如，可暂时地调节可变凸轮正时(VCT)系统以提供高气门重叠。在正气门重叠期间，增压空气被引导穿过汽缸进入涡轮机以暂时地在排气中提供额外的质量流量和焓。额外的涡轮机能量使涡轮能够更快的加速自旋，从而减少涡轮延迟。
发明内容
然而，本文的发明人已经确定了这种方法存在的潜在问题。例如，为了提供直吹，发动机不得不处于正泵送状态中(即，在增压式发动机操作下)，否则涡轮增压器性能可能降级。此外，在直吹期间，可能以高火花延迟运行发动机以便为排气提供额外的能量以增加涡轮机转速和增压。然而，通过高水平的火花延迟运行发动机可造成燃烧的发生晚于立即的转矩输出所需的最佳正时。
因此，可通过用于涡轮增压发动机的方法解决至少一些上述问题，该方法包括：将压缩空气从由连接至发动机的排气道的涡轮机驱动的压缩机通过节气门供应至发动机；以及在节气门的给油(tip-in)期间，通过在第一操作模式期间输送环境空气至涡轮机和在第二操作模式期间将一部分压缩空气在没有燃烧的情况下直吹通过发动机至涡轮机来减少涡轮延迟。
作为一个实例，响应于给油，可使用二次空气泵将二次空气输送进入涡轮机上游的排气排气歧管。与此同时，可提供加浓以产生高水平的发动机排出的一氧化碳(CO)、氢气(H2)和碳氢化合物，以与排气中的二次空气发生反应。因此，排气的质量和焓可被增加，可利用增加的排气的质量和焓将涡轮机的转速增加至期望的转速。此外，由于涡轮机转速的增加，增压压力可被增加。在达到对于直吹而言可获得充足增压的阈值增压压力下，发动机操作可转换到提供直吹。即，可停止二次空气喷射并且利用直吹在排气中提供额外的空气。
在一些实例中，在达到阈值增压压力下，可减少二次空气喷射量，并且可同时增加直吹空气量，直到二次空气喷射量减小到阈值量以下为止，在此之后可仅通过直吹操作发动机，直到达到期望的涡轮机转速为止。
通过在给油期间提早地提供二次空气喷射，可产生用于直吹的充足增压。因此，涡轮增压器性能可被提高。进一步地，在给油初始部分期间利用二次空气喷射可允许在汽缸中的更高的捕获质量(因为对于额外的排气能量而言，在所需的排气中的额外的空气由二次空气泵而非涡轮增压器提供)。因此，初始转矩输出可被提高。此外，通过在给油初始部分期间利用二次空气喷射，可调节气门正时来增加初始转矩输出。更进一步地，通过转换发动机操作以在达到充足增压之后额外地或可替代地提供直吹，可减少涡轮机达到期望转速所需的时间，从而减少涡轮延迟。以这种方式，可在给油期间协调二次空气喷射和直吹以加快涡轮加速自旋以及提高初始转矩输出。
应当理解的是，提供以上内容以便以简化的形式引入一部分概念，这些概念将在详细的说明书中进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围唯一地由跟随详细的说明书的权利要求限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决在上文或本公开任意部分记载的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了发动机系统的示意图。
图2示出了图1的发动机系统的一个汽缸的示意图。
图3示出了可用于在给油期间协调二次空气喷射与直吹以减少涡轮延迟而实施的程序的高级流程图。
图4示出了用于提供二次空气喷射以与图3共同使用而实施的程序的高级流程图。
图5示出了可用于提供直吹以与图3共同使用而实施的程序的高级流程图。
图6示出了可用于增加直吹量同时减少二次空气喷射量以与图3共同使用而实施的程序的高级流程图。
图7示出了根据本公开的二次空气与直吹空气调节以减少涡轮延迟的实例。
具体实施方式
提供了在车辆发动机中用于减少涡轮延迟的方法和系统，例如图1至图2示出的发动机系统。在给油期间，可协调二次空气喷射和直吹以加快涡轮机旋转至期望转速，以及增加初始转矩输出。控制器可被构造成执行控制程序，例如图3至图6的实例程序，以确定在给油期间可执行的发动机操作类型，以及基于操作模式的类型调节发动机操作。在图7中描述了二次空气喷射和直吹调节的实例。
图1示出了车辆系统106的示意图。车辆系统106包括发动机系统108，发动机系统108包括连接至排放控制系统122的发动机100。发动机100包括多个汽缸14。发动机100还包括进气道123和排气道125。进气道123可通过进气通道142接收来自大气的新鲜空气。可通过空气滤清器191过滤进入进气通道142的空气。进气通道142可包括定位在进气压缩机152和进气增压空气冷却器184下游的进气节气门164。进气节气门164可被构造成调节进入发动机进气歧管146的进气(例如，增压的进气)流量。排气道125包括通向排气通道145的排气歧管148，排气通道145将排气通过排气管135输送至大气。
发动机100可为包括例如涡轮增压器161的增压装置的增压式发动机。涡轮增压器161可包括沿进气通道142布置的进气压缩机152和沿排气通道145布置的排气涡轮机154。压缩机152可通过轴180至少部分地由涡轮机154驱动。涡轮增压器提供的增压的量可通过发动机控制器改变。由废气旁通阀165控制的涡轮机旁通通道163可跨接在排气涡轮机两端以使流动通过排气通道145的一些或全部的排气能够绕过涡轮机154。通过调节废气旁通阀的位置，可改变输送通过涡轮机的排气的量，从而改变输送至发动机进气道的增压的量。
在进一步的实施例中，由旁通阀(未示出)控制的相似的旁通通道可跨接在进气压缩机两端以使由压缩机152压缩的一些或全部进气能够再循环进入压缩机152上游的进气通道142。通过调节压缩机旁通阀的位置，可在选定条件期间释放进气系统中的压力，以减少压缩机喘振负载的影响。
可在进气通道中的压缩机152下游设置可选的增压空气冷却器184，用来降低由涡轮增压器压缩的进气空气的温度。具体地，可在进气节气门164的上游设置后冷却器184或将后冷却器184与进气歧管144整合为一体。
连接至排气通道145的排放控制系统122包括排放控制装置178。在一个实例中，排放控制装置178可包括多个催化剂块。在另一个实施例中，可使用多个排放控制装置，每个排放控制装置都带有多个块。在一个实例中，排放控制装置178可为三效催化剂。在其他实例中，排放控制装置178可为氧化催化剂、稀NOx捕集器、选择性催化还原(SCR)装置，颗粒过滤器，或其他排气处理装置。尽管在本文描述的实施例中排放控制装置178布置在涡轮机154的下游，但是在其他的实施例中，排放控制装置178可布置在涡轮增压器涡轮机上游或在不背离本公开的范围的情况下在发动机排气通道中的另一位置。
在一些实例中，车辆系统106可进一步包括低压EGR(LP-EGR)系统(未示出)。LP-EGR系统可包括将位于排气排放控制装置178下游的排气通道145与位于压缩机152上游的进气通道142连接的LP-EGR通道。在LP-EGR通道中可布置有EGR冷却器(未示出)和LP-EGR阀(未示出)，以分别将流动通过此处的排气冷却以及改变从排气通道通过LP-EGR系统再循环至进气通道的排气的量和/或速率。
在一些实例中(如所示出的)，车辆系统106可进一步包括高压EGR(HP-EGR)系统171。HP-EGR系统171包括将位于涡轮机154上游的排气通道145与位于压缩机152下游以及增压空气冷却器184和进气节气门164上游的空气进气通道142连接的EGR通道173。布置在EGR通道173中的EGR冷却器172将流动通过此处的排气冷却。位于EGR冷却器172的进气通道侧上的EGR通道173中的EGR阀179的位置可由控制器120调节，以改变从排气通道通过HP-EGR系统再循环至进气通道的排气的量和/速率。在一些实施例中，可在HP-ERG通道173中安置一个或多个传感器，用于提供再循环通过HP-EGR通道的排气的压力、温度以及空气-燃料比中的一个或多个的指示。
发动机100可至少部分地由包括控制器120的控制系统140以及来自车辆操作者经由输入装置(未示出)的输入而被控制。控制系统140被构造成接收来自多个传感器160(本文所描述的各种实例)的信息并且发送控制信号至多个致动器181。例如，传感器160可包括连接至排气歧管148的排气氧传感器126、连接至进气歧管144的MAP传感器121、排气催化剂温度传感器117、位于排气管135中的排放控制装置178上游的排气压力传感器119、排气温度传感器127以及位于排气管135中的排放控制装置178下游的排气压力传感器129。在排放控制装置178下游的排气通道145中可设置有各种排气传感器，例如颗粒物(PM)传感器、NOx传感器、氧传感器、氨气传感器，碳氢化合物传感器，等等。其他传感器，例如额外的压力、温度、空气/燃料比以及成分传感器，可连接至车辆系统106中的各个位置。如另一个实例，致动器181可包括燃料喷射器166、EGR阀159以及进气节气门164。其他的致动器，例如各种额外的阀和节气门，可连接至车辆系统106中的各个位置。控制器120可接受来自各种传感器的输入数据，处理该输入数据，以及响应经处理的输入数据基于与一个或更多个程序相对应的已编程的指令或代码触发致动器。本文关于图3至图6描述了控制程序实例。
如本文中参照图3和图4进一步详细描述的，控制器120可构造成将二次空气流喷射进入涡轮机上游的排气通道以在选定的发动机操作条件期间(例如，在给油的初期期间)增加排气能量。可存在空气泵96以将环境空气(例如，来自大气的)通过由阀95控制的喷射管路94喷射进入排气歧管148。像这样，用于减少如本文所描述的涡轮延迟的空气泵96可设计成带有相对于被用于冷启动的空气泵而言更高的流速。在一个实例中，空气泵96可将环境空气在涡轮机下游和催化剂上游的一位置处输送进入排气通道135。进一步地，如本文中参照图3和图5中详细描述的，控制器120可构造成调节VCT系统至可提供较高正气门重叠的正时以便在选定的发动机操作期间(例如，在给油的后期期间)将直吹空气输送至涡轮机上游的排气歧管。在一些实例中，如本文中参照图3和图6所详细描述的，控制器120在选定的发动机操作条件期间(例如，在初期和后期之间的给油中期期间)可同时地调节二次空气喷射和直吹。以这种方式，如本文中参照图3至图6所详细描述的，控制器可构造成协调二次空气喷射和用于直吹的VCT正时以便减少涡轮延迟以及增加初始转矩输出。
图2示出了内燃发动机100的燃烧室或汽缸的示例性实施例。发动机100可接受来自包括控制器120的控制系统的控制参数以及通过输入装置132的来自车辆操作者130的输入。在此实例中，输入装置132包括油门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100的汽缸(本文中也为“燃烧室”)14可包括燃烧室壁136，活塞138安置其中。活塞138可连接至曲轴141，以使活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。可通过传动系统将曲轴141连接到客运车辆的至少一个驱动车轮上。进一步地，可通过飞轮将启动马达连接至曲轴141，以使发动机100的启动操作成为可能。
汽缸14能够通过一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146能够与发动机100的除汽缸14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例如涡轮增压器或机械增压器的增压装置。例如，图1示出了构造为具有涡轮增压器的发动机100，该涡轮增压器带有布置在进气通道142与144之间的压缩机152以及沿排气通道145布置的排气涡轮机154。可至少部分地由排气涡轮机154通过轴180驱动压缩机152，在此处增压装置构造为涡轮增压器。然而，在其它的实例中，例如在发动机100设置有机械增压器的实例中，可选择性地省略排气涡轮机154，在此压缩机152可由来自马达或发动机的机械输入驱动。可沿发动机的进气通道设置包括节流阀板164的节气门20，用来改变供应至发动机汽缸的进气的流速和/压力。例如，如本文所示，可在压缩机152的下游设置节气门20，或者可替代地，可在压缩机152的上游设置节气门20。
排气歧管148能够接收来自发动机100的除汽缸14之外的其它汽缸的排气。可将排气通道145连接至排气歧管148。排气传感器128被示出连接至排放控制装置178上游的排气通道148。可从用于提供排气的空气/燃料比的指示的各种适合的传感器中选定传感器128，例如线性氧传感器或UEGO(宽域或宽范围排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO(如所示)传感器、HEGO(加热的EGO)传感器、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。排放控制装置178可为三效催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置，或他们的组合。
可通过位于排气通道145中的一个或多个温度传感器(未示出)估计排气温度。可替代地，可基于例如转速、负载、空气-燃料比(AFR)，火花延迟等等的发动机操作条件推断排气温度。进一步地，可通过一个或多个排气传感器128计算排气温度。应当理解的是，可替代地通过本文所列举的温度估计方法的任意组合来估计排气温度。
发动机100的每个汽缸可包括一个或多个进气气门以及一个或多个排气气门。例如，汽缸14被示出包括位于汽缸14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100的每个汽缸，包括汽缸14，都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提升阀。
可由控制器120经由凸轮致动系统151通过凸轮致动控制进气气门150。相似地，可由控制器120经由凸轮致动系统153控制排气气门156。凸轮致动系统151和153的每一者都可包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器120操作的凸轮廓线变换(CPS)系统，可变凸轮正时(VCT)系统，可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVT)系统中的一个或多个来改变气门的操作。进气气门150和排气气门156的位置可分别地通过气门位置传感器155和157确定。在可替代的实施例中，进气气门和/或排气气门可由电子气门致动来控制。例如，汽缸14可替代性地包括经由电子气门致动来控制的进气气门和经由包括GPS和/或VCT系统的凸轮致动来控制的排气气门。在其它的实施例中，可通过常见的气门致动装置或致动系统，或可变气门正时致动器或致动系统来控制进气气门和排气气门。
汽缸14能够具有压缩比，该压缩比是当活塞138在下止点到上止点时的体积的比率。通常地，该压缩比在9:1到10:1的范围中。然而，在使用不同燃料的一些实例中，压缩比可增大。例如，当使用较高辛烷值燃料或带有更高的蒸发潜在焓的燃料时可发生这种情况。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，压缩比也可增大。
在一些实施例中，发动机100的每个汽缸可包括用于启动燃烧的火花塞192。点火系统190能够在选定的操作条件下，响应来自控制器120的点火提前信号SA，通过火花塞192为燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可省略，例如对于一些柴油机的情况下，发动机100可通过自动点火或通过燃料喷射启动燃烧。
在一些实施例中，发动机100的每个汽缸可构造为带有一个或多个为其提供燃料的燃料喷射器。作为一个非限制性实例，汽缸14被示出包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示出直接地连接至汽缸14，用于与经由电子驱动器168从控制器120接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地向汽缸14中直接地喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器166提供被称作直接喷射(此后也称为“DI”)燃料进入燃烧室14。尽管图1中示出的喷射器166为侧面喷射器，但是其也可位于活塞之上，例如靠近火花塞192的位置。由于一些乙醇基燃料的较低挥发性，当使用乙醇基燃料操作发动机时，这样的位置可提高混合与燃烧。可替代地，喷射器可位于进气气门之上并且靠近进气气门以提高混合。可从包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的高压燃料系统8将燃料输送至燃料喷射器166。可替代地，可通过单级燃料泵在低压下输送燃料，在这种情况下，在压缩冲程期间直接燃料喷射的正时比使用高压燃料系统时更受限制。进一步地，虽然未示出，燃料箱可具有为控制器120提供信号的压力传感器。应当理解的是，在可替代的实施例中，喷射器166可为提供燃料进入汽缸14上游的进气道的进气道喷射器。
应当理解的是，尽管示出的实施例说明了通过经由单个直接喷射器喷射燃料操作发动机；在替代性的实施例中，可使用两个喷射器以及改变来自每个喷射器的喷射的相对量来操作发动机。
在汽缸的单个循环期间可通过喷射器将燃料输送至汽缸。进一步地，从喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可随操作条件改变。更进一步地，对于单一燃烧事件，每个循环可执行输送燃料的多次喷射。多次喷射可在压缩冲程、进气冲程，或其任意合适组合的燃烧过程期间执行。此外，可在循环期间喷射燃料，以调节燃烧的空气-喷射燃料比(AFR)。例如，可喷射燃料以提供理想配比的AFR。可包括AFR传感器以提供汽缸内AFR的估计。在一个实例中，AFR传感器可为排气传感器，例如EGO传感器128。通过测量排气中残余氧(用于稀混合物)或未燃碳氢化合物(用于浓混合物)的量，传感器可确定AFR。像这样，AFR可作为Lambda(λ)值被提供，即，作为对于给定混合物的实际AFR与理想配比的比率。因此，1.0的λ值表示理想配比混合物，比理想配比混合物更加浓可具有小于1.0的λ值，以及比理想配比混合物更稀可具有大于1的λ值。
如上所述，图2示出了多汽缸发动机中的仅一个汽缸。同样地，每个汽缸可类似地包括它自己的一组进气气门/排气气门、燃料喷射器(或多个燃料喷射器)、火花塞，等等。
在燃料系统8中的燃料箱可保持有不同燃料质量的燃料，例如不同燃料组成。这些差值可包括不同乙醇含量、不同辛烷值、不同气化热、不同混合燃料，和/或它们的组合等。
发动机100可进一步包括连接至每个汽缸14的爆震传感器90，用于识别异常的汽缸燃烧事件。在替代性的实施例中，一个或多个爆震传感器90可连接至发动机缸体的选定位置。爆震传感器可为在汽缸体上的加速计，或构造在每个汽缸的火花塞中的离子传感器。可将爆震传感器的输出与曲轴加速度传感器的输出结合用来指示在汽缸中的异常燃烧事件。
控制器120作为微计算机被示出，包括微处理单元(CPU)105、输入/输出端口107、用于可执行程序和标定值的在此特定的实例中作为只读存储器芯片(ROM)110示出的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)112、保持活跃存储器(KAM)114以及数据总线。控制器120可接收来自连接至发动机100的传感器的各种信号，除了那些之前讨论过的信号之外，还包括来自质量空气流量传感器111的引入的质量空气流量的测量(MAF)；来自连接至冷却套管118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接至曲轴141的霍尔效应传感器115(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的绝对歧管压力信号(MAP)，来自EGO传感器128的汽缸AFR，以及来自爆震传感器90和曲轴加速度传感器的异常燃烧。可从信号PIP通过控制器120产生发动机转速信号，RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于在进气歧管中提供真空或压力的指示。
存储介质只读存储器110可编程有代表可由处理器105执行的指令的计算机可读数据，用于执行以下所述的以及其他期望的但未具体列出的变体的方法。参照图3至图6示出了程序实例。
应当理解的是，尽管参照具有直吹特性的增压式发动机描述本实例，但是在其它实施例中可校准发动机操作参数(例如，燃料加浓值、直吹阈值、温度阈值，等等)的调节，以使它最佳地为特定的发动机、动力系统、和/或车辆组合工作。
在一些实例中，发动机可连接至混合动力车辆中的电动马达系统/电池系统。混合动力车辆可具有并行配置、串行配置，或它们的变化或组合。进一步地，在一些实施例中，可使用其它的发动机构造，例如柴油机。
在操作期间，发动机100中的每个汽缸通常地经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程，以及排气冲程。在进气冲程期间，通常地，排气气门156关闭并且进气气门150打开。空气经由进气歧管146被引入燃烧室14中，并且活塞138移动至汽缸的底部以便增加燃烧室14内的容积。活塞138靠近汽缸底部并且在它的冲程末端(例如，当燃烧室14在它的最大容积时)的位置通常地被本领域的技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气气门150和排气气门156关闭。活塞138朝向汽缸盖运动以便压缩燃烧室14中的空气。活塞138在它的冲程末端并且靠近汽缸盖(例如，当燃烧室30在它的最小容积时)的点通常地被本领域的技术人员称为上止点(TDC)。在下文的称为喷射的步骤，燃料被引入燃烧室。在下文的称为点火的步骤，喷射的燃料通过已知的点火方式被点燃，例如火花塞192，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体推动活塞138返回至BDC。曲轴40将活塞运动转化为旋转轴的旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气气门156打开以释放燃烧后的空气-燃料混合物至排气歧管48，并且活塞返回至TDC。注意，以上仅仅作为实例被描述，并且所述进气气门和排气气门的打开和/或关闭正时可改变，以便提供正或负气门重叠、进气气门延迟关闭或各种其他实例。
基于排气气门关闭与进气气门打开之间的正时差值，气门可通过负气门重叠操作，其中，在排气冲程的末端之后与进气冲程开始之前的短时间内，进气气门和排气气门都关闭。两个气门都关闭期间的一段时间称作负(进气到排气)气门重叠。在一个实例中，可调节VCT系统，以使在汽缸燃烧期间负进气到排气气门重叠正时可为发动机的默认凸轮位置。
可替代地，气门可通过正气门重叠操作，其中，在排气冲程的末端之前与进气冲程开始之后的短时间内，进气气门和排气气门可都打开。两个气门都打开期间的一段时间称作正(进气到排气)气门重叠。可调节VCT系统，以使在选定的增压发动机操作条件期间的正气门重叠量增加正气门重叠。具体地，可调节进气凸轮轴的位置，以使进气气门的打开正时提前。因此，进气气门可在排气冲程的末端之前提前打开，并且两个气门都打开的一段时间可增加，导致更大的正气门重叠。作为一个实例，可通过将进气凸轮轴从某个正气门重叠位置移动至具有更大正气门重叠的位置来增加正气门重叠。作为另一个实例，可通过将进气凸轮轴从负气门重叠位置移动至正气门重叠位置来增加正气门重叠。在一个实例中，可调节VCT系统，以使在发动机冷启动期间负进气到排气气门重叠正时为发动机的默认凸轮位置。
应当理解的是，尽管以上实例提出通过提前进气打开正时来增加正气门重叠，但是在可替代的实例中，可通过调节排气凸轮轴以延迟排气气门关闭来增加正气门重叠。更进一步地，可分别调节进气凸轮轴和排气凸轮轴以改变进气气门正时和排气气门正时，从而改变正气门重叠。在其它的实例中，可使用凸轮叶片转换或可变气门升程替代可变凸轮轴正时。
在发动机系统100中，在快速增加发动机负载期间，例如紧跟着启动之后、在给油时，或在离开减速燃料关闭(EFSO)时，由压缩机提供的进气压缩量可能是不充分的。在这些条件的至少一些期间，来自压缩机的可用增压压力的量由于涡轮机未加速自旋至充分高的旋转转速(例如，由于低排气温度或压力)而被限制。像这样，用于涡轮机加速自旋以及驱动压缩机以提供需要量的压缩进气所需的时间称作涡轮延迟。在涡轮延迟期间，所提供的转矩量可能与需要的转矩量不匹配，导致发动机性能的下降。
因此，在给油期间，当实际涡轮转速低于期望涡轮转速时，以及当进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值小于阈值差值时，发动机可以以二次空气喷射模式操作。以二次空气喷射模式进行的发动机操作细节将在图4中进一步详细描述。例如，可使用二次空气泵将二次空气输送至排气歧管。所输送的二次空气的量可基于期望的涡轮机转速。同时地，可通过加浓的汽缸内空气-燃料比操作发动机。由于使发动机在加浓下操作，可产生高水平的发动机输出CO、H2以及碳氢化合物，这些CO、H2以及碳氢化合物可与排气歧管中的二次空气放热地组合，从而增加排气能量。可利用增加的排气能量促进涡轮机的自旋以达到期望转速，从而减少涡轮延迟。进一步地，在通过二次空气喷射的发动机操作期间，可调节进气气门正时和排气气门正时以增加初始转矩输出。以这种方式，在给油初期期间可利用二次空气喷射促进涡轮加速自旋以及增加初始转矩输出，直到达到用于直吹的充足的增压压力为止。
在达到用于直吹的充足的增压之下(即，当进气歧管压力与排气歧管压力的差值大于阈值差值时)，可通过二次空气喷射和直吹的组合模式操作发动机，直到二次空气喷射流速低于阈值流速。在图6将会进一步详细描述在组合模式中的发动机操作细节。例如，在组合模式中的发动机操作期间，当直吹空气的量增加时，二次空气流速可减小。与此同时，可以以加浓条件操作发动机以产生加浓排气，该加浓排气可与在排气歧管中的二次空气和直吹空气放热地组合以增加排气能量。在一个实例中，直到达到阈值增压压力，发动机操作才从二次空气喷射模式转换到组合模式。例如，阈值增压压力可至少地基于转矩需求。
当二次空气流速达到低于阈值流速时，可停止二次空气喷射并且以直吹模式操作发动机。在图5中将进一步详细描述在直吹模式中的发动机操作的细节。例如，在直吹模式期间，压缩进气(本文也称作直吹空气)的量可从进气歧管被引导至排气歧管，同时保持理想配比的催化剂条件，以为加速自旋涡轮机提供额外的质量流量。在一些实施例中，可将燃料喷射调节为与直吹空气量相同，以为加速自旋涡轮机提供额外的焓。当发动机具有至少一些增压时，即，当进气歧管压力(MAP)大于排气歧管压力至少阈值量时，可提供直吹空气。基于在需要直吹空气时的发动机操作条件，调节气门重叠的量，使得能够通过正气门重叠经由发动机汽缸将需要量的直吹空气提供给涡轮机。
例如，为了经由发动机汽缸提供直吹，可将VCT系统从不具有正气门重叠的初始位置调节至具有增加的正气门重叠的最终位置。在一个实例中，最终位置可为完全气门重叠(或最大正气门重叠)的位置。尽管本文讨论的方法总是通过正气门重叠提供直吹空气，然而在替代性的实施例中，只有在提供正气门重叠的气门正时不会使得发动机燃料经济性、燃烧稳定性，以及转矩输出降级的情况下，才通过正气门重叠提供直吹空气。
在一个实例中，发动机操作可从二次空气喷射模式转变到直吹模式而不在组合模式中操作。作为一个实例，由二次空气泵输送的最大二次空气量可基于环境压力。因此，在环境压力更低的更高海拔上，由二次空气泵输送的最大二次空气量会减少。因此，当排气压力增加到阈值压力以上时，所输送的二次空气量可显著地低于期望量。换句话说，排气压力可超过二次空气泵容量。因此，发动机操作可直接地从二次空气喷射模式转换到直吹模式。然而，在一些实例中，发动机可以在组合模式操作，其中，实际二次空气量与期望二次空气量的差值可通过直吹提供。
在另一个实例中，当在排气歧管中的条件不利于氧化时，发动机可转换至直吹模式。例如，当排气温度低于阈值温度时，可停止二次空气泵并且发动机可在直吹模式中操作。
在一些实例中，在伴随二次空气喷射的发动机操作期间可提供加热的二次空气，以便增加排气歧管中的氧化反应。
以这种方式，通过协调二次空气喷射与直吹空气，可减少涡轮延迟以及提高转矩输出。关于图3将会进一步详细描述协调二次空气喷射与直吹空气的细节。
转向图3，图3示出了用于响应于给油执行的确定发动机操作类型以减少涡轮延迟的实例程序300。例如，当涡轮转速低于阈值转速的给油初期期间以及直到达到阈值压力时，二次空气可喷射至排气歧管以增加排气能量，这可被用来使涡轮机旋转。在达到阈值增压压力时，二次空气喷射速率可降低并且与此同时，可使用直吹。在二次空气喷射速率降低到阈值速率以下时，可停止二次空气喷射并且发动机操作可转换至直吹模式，借此可通过正气门重叠将增压进气引导至排气歧管。可将图3的方法作为可执行指令存储在图1至图2所示的控制器120的永久存储器中。
在302，该方法包括估计和/或测量发动机操作条件。这些可包括，例如，发动机转速、负载、增压、MAP、进气流量、环境条件(例如，环境压力、温度、湿度)、操作者转矩需求、排气温度、涡轮机转速、增压压力、踏板位置、车辆速度、发动机稀释要求、二次空气泵转速、实际二次空气量、二次空气流速，等等。下一步，在304，可确定给油。例如，可以确定是否转矩需求增加到大于阈值需求，和/或油门踏板被按下的量是否超过阈值量。如果没有检测到给油，那么程序结束。如果在304处的答案为是(即，如果确定给油)，程序300可进入306。在306，程序可包括判定是否实际涡轮机转速小于期望涡轮机转速。如果在306处的答案为否，则程序结束。如果在306处的答案为是，那么程序进入308。即，如果涡轮机转速小于期望转速，那么程序可进入308。
在308，程序可包括确定是否进气歧管处的绝对歧管压力与排气歧管压力(EXMAP)的差值大于阈值差值。即，该程序确定是否正泵送机制(pumping regime)被建立。像这样，正泵送机制可表示发动机操作条件适合直吹操作。如果在308处的答案为否，将会确定对于直吹操作而言充足的增压是不可用的，并且随后，程序可以进入310。在310，程序可包括调节发动机操作以提供二次空气喷射(SAI)。例如，在确定对于直吹而言充足的增压不可用时，可通过二次空气喷射操作发动机。在二次空气喷射期间，可操作二次空气泵将空气输送进入排气歧管，并且与此同时，可通过加浓汽缸内空气-燃料比操作发动机，以便在来自加浓燃烧的排气与由二次空气泵输送的二次空气之间产生放热反应。因此，排气的质量和焓可增加，这可被利用以将涡轮机转速增加至期望涡轮机转速。进一步地，在发动机通过二次空气喷射操作期间，可调节VCT系统以便增加初始转矩输出。关于图4将会进一步描述通过二次空气喷射的发动机操作的细节。
在一个实例中，在检测给油事件时，当实际涡轮机转速小于期望值时，不管进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值是多少，发动机均可通过二次空气喷射操作直到其达到阈值涡轮机转速为止，以提高初始转矩输出。在达到阈值涡轮机转速之后，发动机操作可转换为同时通过二次空气喷射和直吹操作，或者单独通过直吹操作。
转到308，如果回答为是，程序可进入312。即，如果确定发动机操作条件适合直吹操作，那么程序进入312。在312，程序可包括确定是否二次空气泵是启用的。如果在312处的答案为是，程序可进入314。即，如果当对于直吹而言可得到充足的增压并且涡轮机转速小于期望值时确定二次空气泵是启用的，那么程序可进入314。在314，程序可包括确定是否实际增压压力大于阈值增压压力。在此实例中，增压压力可为相对于环境压力而言的进气歧管压力。阈值增压压力可基于进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值大于阈值压力差值，以及进一步基于转矩需求、发动机转速、排气温度、发动机温度，等等其中的一个或多个。例如，在确定充足的增压可用于直吹时，发动机操作可继续仅通过二次空气喷射操作，直到增压压力增加到阈值压力以上为止。进一步地，当转矩需求增加时，阈值增压压力可增加。
因此，如果在314处的答案为否，程序可进入318。在318，当确定实际增压压力小于阈值增压压力时，程序可包括发动机继续仅通过二次空气喷射操作。
如果在314处的答案为是，程序可进入322。在确定实际增压压力大于阈值增压压力时，可以以组合模式操作发动机，在组合模式中，可同时地执行二次空气喷射和直吹，或以直吹模式操作发动机，在直吹模式中，可停止二次空气喷射并且仅提供直吹。像这样，可执行(当实际增压压力大于阈值增压压力时)的发动机类型可基于实际二次空气流速。因此，在322，程序可包括确定是否二次空气流速小于阈值速率。
如果在322，二次空气流速低于阈值速度，程序可进入324。在324，程序可包括停用二次空气泵以及仅通过直吹提供二次空气。即，如果确定二次空气流速低于阈值流速，那么发动机操作可以转换到直吹模式。直吹的量可基于期望涡轮机转速。例如，随着期望涡轮机转速增加，直吹的量可增加。关于图5将会进一步详细描述通过直吹的发动机操作的细节。
转到322，如果二次空气流速不小于阈值速率，程序可进入326。在326，程序可包括减少二次空气流速同时增加直吹的量。直吹的量可基于期望涡轮转速以及实际二次空气流速。在图6中将会进一步详细描述通过二次空气喷射和直吹的发动机操作的细节。
转到312，如果二次空气泵未启用，程序进入320。在320，程序可包括通过直吹操作发动机，以在排气中提供二次空气从而减少涡轮延迟。直吹量可基于期望涡轮机转速。直吹模式的发动机操作将会关于图5进一步地详细描述。
在一个实例中，当期望二次空气喷射量超过二次空气泵容量时，发动机操作可从二次空气喷射模式转换到直吹模式。例如，可监控实际二次空气喷射量。如果期望二次空气喷射量与实际二次空气喷射量之间的差值大于阈值差值时，可确定二次空气泵未输送期望的二次空气喷射量。例如，由二次空气泵输送的二次空气喷射量可基于环境压力和排气压力。在高海拔处，当环境压力降低时，由二次空气泵输送的二次空气喷射的量可减小。因此，二次空气泵可在更高转速运行以输送期望的二次空气喷射量。然而，泵会很快达到最大转速，二次空气泵无法输送期望的二次空气喷射量。因此，当期望的二次空气喷射量与实际二次空气喷射量之间的差值大于阈值差值时，可停止二次空气泵，并且可通过直吹在排气中输送用于氧化作用的额外的空气。例如，当环境压力降低时，可更早地提供直吹。即，随着海拔升高，环境压力减小，并且相应地，可更早地提供直吹。在一个实例中，可响应于环境压力减小到阈值环境压力以下更早地停止二次空气泵。
在另一个实例中，可基于排气道温度停用二次空气泵。例如，如果排气道温度低于阈值温度，那么排气道温度可能太低而不能支持充足的氧化作用以产生热量。因此，可停止二次空气喷射，并且通过直吹操作发动机。
在又一个实例中，当在涡轮机之前的排气歧管中的氧化速率低于阈值速率时，可停用二次空气泵。
以这种方式，在给油期间，可协调发动机操作以在提供直吹之前提供二次空气喷射，以减少涡轮延迟并且提高初始转矩输出。通过在给油初期提供二次空气喷射，可增大初始转矩输出。进一步地，通过在直吹之前使用二次空气喷射，可产生用于随后的直吹操作的充足的增压。因此，可提高发动机性能。
在一个实例中，用于发动机的方法可包括在第一条件期间，仅通过二次空气泵在排气涡轮机上游输送二次空气量；在第二条件期间，通过二次空气泵输送二次空气量以及通过正气门重叠输送直吹空气量；以及第三条件期间，通过正气门重叠仅输送直吹空气量。第一条件可包括实际涡轮机转速小于期望涡轮机转速，进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值小于阈值压力差值。第二条件可包括实际涡轮机转速小于期望涡轮转速，进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值大于阈值压力差值，以及增压压力大于阈值增压压力。第三条件可包括实际涡轮转速小于期望涡轮转速，进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值大于阈值压力差值，增压压力大于阈值增压压力，以及二次空气量小于阈值量。第三条件可进一步包括停用二次空气泵以停止二次空气流量。进一步地，可基于对于涡轮机上游的氧化反应可用的氧气的量调节二次空气流速。在一些实例中，随海拔的增加可更早地停用二次空气泵。
转到图4，程序400描述了一种方法，该方法用于调节发动机操作以通过二次空气泵将二次空气传输进入涡轮机上游的排气歧管中，从而在瞬时条件(例如，给油)期间减少将涡轮机转速增加到期望涡轮机转速所需的持续时间。具体地，当没有充足的增压可用于直吹操作时，在给油的初期期间可使用二次空气泵输送二次空气。图4中的方法可作为可执行的指令存储在图1至图2所示的控制器120的永久存储器中。
在402，程序400可包括确定和/或测量发动机操作条件。发动机操作条件可包括发动机温度、发动机转速、发动机负载、环境温度、大气压、排气温度、二次空气泵转速、二次空气量、油门踏板位置、电池荷电状态，等等。接下来，在404，方法400可包括确定期望涡轮机转速。例如，期望涡轮机转速可基于转矩需求，以及油门踏板位置。在确定期望涡轮机转速之后，程序可进入406。在406，程序可包括基于期望涡轮机转速确定期望二次空气喷射流速。例如，随期望涡轮机转速的增加，期望二次空气喷射流速可增加。
接下来，在408，该程序包括调节二次空气泵以输送期望的二次空气量。例如，可调节二次空气泵的转速以便输送期望的二次空气量。在调节二次空气泵之后，在410，该程序包括确定实际二次空气流速。例如，实际二次空气流速可基于二次空气泵转速，环境压力，以及排气压力。
接下来，在412，程序400包括基于实际二次空气流速调节发动机操作。例如，在414，调节发动机操作包括基于实际二次空气流速调节燃料喷射量。在一个实例中，燃料喷射量可随二次空气流速的增加而增加。进一步地，可调节燃料喷射量以使整体的发动机空气-燃料比为理想配比。因此，当使用二次空气喷射时，可以以加浓的汽缸内空气-燃料比操作发动机。进一步地，在416，调节发动机操作可包括调节VCT系统，以使容积效率得到优化。例如，可调节进气和/或排气气门正时来减少正气门重叠以及增加初始转矩输出。更进一步地，在418，调节发动机操作可包括调节火花正时。例如，在发动机以二次空气喷射模式操作期间，可延迟火花正时。火花延迟的量可基于期望转矩输出和到达涡轮机的期望排气能量中的一个或多个。然而，在二次空气喷射期间所提供的火花延迟的量可小于在直吹期间所提供的火花延迟的量。由于在二次空气喷射期间可使用更少的火花延迟，所以可发生对于立即转矩输出而言接近于最佳状态的燃烧。因此，在使用二次空气喷射时，初始转矩输出可以增加。
以这种方式，在给油期间可更早地使用二次空气喷射以增加初始转矩输出，产生用于直吹操作的充足增压，以及减少涡轮延迟。
接下来，转到图5，程序500描述了用于输送直吹以减少涡轮延迟的方法。图5的方法可作为可执行的指令存储在图1至图2所示的控制器120的永久存储器中。例如，响应于给油，可最初地通过二次空气喷射(如在图4中所讨论的)操作发动机，以产生用于直吹的增压，促进涡轮机的旋转至期望的转速，以及以增加初始转矩输出。随后地，当二次空气喷射量减小到阈值喷射量以下时，发动机操作可转换到仅提供直吹。在一些实例中，响应给油，当进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值增加到阈值差值以上时，可提供直吹。在一些其他的实例中，响应于给油，当增压压力等于或大于阈值增压压力时，可提供直吹。在达到阈值增压压力之前，发动机可通过在图4中所讨论的二次空气喷射操作。
像这样，在直吹期间，可通过正重叠操作发动机，使得将增压直吹空气引导进入发动机排气中。进一步地，可通过加浓的汽缸空气-燃料比操作发动机。直吹空气可与排气歧管中的发动机排出的排气(由加浓燃烧产生)发生放热反应，从而增加排气的质量和焓，以将涡轮机转速增加至期望转速。
在502，方法500可包括确定和/或测量发动机操作条件。发动机操作条件可包括发动机转速、期望转矩输出、排气温度、排气催化剂温度、涡轮机转速、进气歧管压力、增压压力、大气压、排气歧管压力、踏板位置、车辆速度，等等。在确定发动机操作条件之后，程序可进入504以确定期望涡轮机转速。期望涡轮机转速可基于例如转矩需求，以及油门踏板位置。
接下来，在504，程序可包括至少基于期望涡轮机转速确定期望直吹量。例如，随期望涡轮机转速增加，直吹量可增加。
确定期望直吹量之后，在508，程序500可包括基于期望直吹量调节发动机操作。例如，调节发动机操作可包括在510调节进气气门正时和排气气门正时，以便在进气气门与排气气门之间提供正气门重叠。具体地，可延迟排气气门关闭以及提前进气气门打开，以便为直吹排气提供正气门重叠。进一步地，可调节正重叠的持续时间、进气气门升程量、以及排气气门升程量，以提供期望的直吹。进一步地，调节发动机操作可包括在512与直吹量成比例地调节燃料喷射量，以便获得整体的理想配比的发动机空气-燃料比。例如，可通过调节燃料喷射脉冲宽度调节燃料喷射量。更进一步地，在514，可调节火花正时。例如，随直吹量的增加火花正时可延迟。
以这种方式，在二次空气喷射之后的给油的后期期间可提供直吹空气，以将涡轮机转速增加至期望的涡轮机转速。
转到图6，程序600描述了一种方法，该方法用于输送二次空气与直吹的组合，使得在排气歧管中可同时获得来自二次空气泵的二次空气和来自直吹操作的增压空气，以减小涡轮延迟。图6的方法可作为可执行的指令存储在图1至图2所示的控制器120的永久存储器中。例如，在给油期间，可执行二次空气喷射，直到实际增压压力达到阈值增压压力为止，在此之后，在发动机转换到仅通过直吹操作之前，可通过二次空气喷射和直吹操作发动机，以减少将实际涡轮机转速增加至期望涡轮机转速的持续时间。换句话说，在给油的早期，可仅通过二次空气喷射操作发动机，在给油的中期，可通过二次空气喷射和直吹操作发动机，以及在给油的后期，可仅通过直吹操作发动机。
像这样，可执行带有二次空气喷射和直吹的发动机操作的中期，以将发动机操作从仅有二次空气喷射转变为仅有直吹。随着中期的进行，二次空气喷射量可减少，并且直吹量可增加。
在602，程序600可包括确定和/或测量发动机操作条件。发动机操作条件可包括发动机温度、发动机转速、发动机负载、环境温度、大气压、排气温度、排气催化剂温度、二次空气泵转速、二次空气量、荷电状态、排气空气/燃料比，等等。
接下来，在604，程序600包括确定期望涡轮机转速。例如，期望涡轮机转速可基于转矩需求，以及油门踏板位置。在确定期望涡轮机转速后，程序可进入606。在606，程序可包括确定实际二次空气流速。像这样，在通过直吹和二次空气喷射操作之前，可仅通过二次空气喷射操作发动机。
接下来，在607，程序可包括将二次空气流速减少阈值速度。例如，可通过减小二次空气泵转速来减小二次空气流速。在一个实例中，阈值速率可为固定速率。在另一个实例中，阈值速率可随每个发动机循环增加。在减少二次空气流速之后，程序600可进入608。在608，程序可包括至少基于期望涡轮机转速和减少的二次空气流速确定直吹空气量。例如，随二次空气喷射速率的减小，直吹量可增加。
接下来，在610，程序600包括基于期望直吹量调节发动机操作以提供直吹。调节发动机操作以提供直吹可包括在612基于期望涡轮机转速、减少的二次空气喷射量以及期望的直吹量来调节燃料喷射量。像这样，当提供二次空气和直吹时可在加浓条件操作发动机，以在排气歧管中提供发动机排出CO、H2，以及碳氢化合物。这些来自加浓燃烧事件的化合物可与来自二次空气泵的二次空气和直吹空气发生放热反应，以提供促进涡轮机旋转至期望的涡轮机转速的额外的排气能量。
在614，发动机操作可包括调节进气气门正时和排气气门正时以提供正重叠。例如，可使排气气门关闭正时延迟以及使进气气门正时提前来产生正重叠。进一步地，可调节正重叠持续时间、进气气门升程量，以及排气气门升程量来提供期望的直吹。
在616，发动机操作可包括基于二次空气喷射改变速率调节VCT的响应正时。进一步地，在618，可调节火花正时。例如，火花正时可延迟，并且随着在排气中用于氧化反应的期望空气量的增加，火花延迟的量可增加。
以这种方式，在给油期间，在发动机以二次空气模式操作之后，以及在以直吹模式操作之前，以包括二次空气喷射和直吹的组合模式操作发动机，以减少涡轮延迟。
转到图7，示出了在给油操作期间的二次空气喷射和直吹的调节实例。可根据图3至图6的方法通过执行在图1的系统中的指令提供图7的顺序。在时间t0至t3处的垂直标记线代表该顺序期间的关心的时间。在以下所有所讨论的图中，X轴代表时间并且从每个图的左侧到每个图的右侧时间增加。
从图7顶端的第一个图表示油门踏板位置(PP)与时间的关系。Y轴代表油门踏板位置并且在Y轴箭头的方向上油门踏板的下降增加。
从图7顶端的第二个图表示涡轮机转速与时间的关系。Y轴表示涡轮机转速并且在Y轴箭头的方向上涡轮机转速增加。轨迹704表示期望涡轮机转速，轨迹706表示实际涡轮机转速，并且水平线708表示阈值涡轮机转速。像这样，阈值速度可以是可产生对于直吹而言充足的增压压力时的涡轮机转速。
从图7顶端的第三个图表示增压压力与时间的关系。Y轴表示增压压力并且在Y轴箭头的方向上增压压力增加。轨迹710表示期望的增压压力，轨迹712表示实际增压压力以及水平线714表示阈值增压压力。像这样，在阈值增压压力时，进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值可达到等于或大于用于产生提供直吹的增压压力所需要的阈值压力差值。
从图7顶端的第四个图表示二次空气喷射量与时间的关系。Y轴表示二次空气喷射量并且在Y轴箭头的方向上二次空气喷射量增大。
从图7顶端的第五个图表示直吹量与时间的关系。Y轴表示直吹量并且在Y轴箭头的方向上直吹量增大。
从图7顶端的第六个图表示汽缸内空气-燃料比与时间的关系。Y轴表示汽缸内空气-燃料比并且在Y轴箭头的方向上汽缸内空气-燃料比的加浓增大。X轴表示时间并且从每个图的左侧到每个图的右侧时间增加。水平线722表示理想配比空气-燃料比。
像这样，期望涡轮机转速可基于转矩需求以及油门踏板位置中的一个或多个，期望增压压力可基于转矩需求和油门踏板位置中的一个或多个，二次空气喷射量可基于期望涡轮机转速，当仅提供直吹时，直吹量可基于期望涡轮机转速，当提供直吹和二次空气喷射时，直吹量可基于期望涡轮机转速和实际二次空气流速。
在t1之前的时间中，发动机可在低发动机转速和低负载条件下操作。期望涡轮机转速与实际涡轮机转速之间的差值不大于阈值转速。同样地，期望增压与实际增压压力之间的差值不大于阈值压力。在一个实例中，实际涡轮机转速可达到期望涡轮机转速以及实际增压可达到期望增压。因此，不需要额外的二次空气用来增加涡轮机转速以达到期望增压。即，发动机可在没有直吹并且没有二次空气喷射的情况下以正常模式操作。进一步地，发动机可通过理想配比空气-燃料比操作。
在时间t1，可检测到给油。例如，可基于转矩需求的增加大于阈值需求以及油门踏板位置的增加(下降)大于阈值量中的一个或多个来检测给油。在时间t1和t2之间，响应检测给油，期望增压压力可增加(710)。为了提供期望增压，期望涡轮机转速可增加(704)。然而，实际涡轮机转速(706)可小于期望涡轮机转速(704)。因此，实际增压(712)可小于期望增压(710)。进一步地，期望涡轮机转速与实际涡轮机转速之间的差值可大于阈值转速差值，并且期望增压压力与实际增压压力之间的差值可大于阈值增压压力差值。即，发动机可经历涡轮延迟。
为了减少涡轮延迟，在t1，可以二次空气喷射模式操作发动机。即，为了减少将实际涡轮机转速增加至期望转速的持续时间，并且因此减少将实际增压增加至期望增压的持续时间，可以二次空气喷射模式操作发动机。像这样，在给油的初期，进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值不大于阈值歧管压力差值(未示出)。因此，可能无法得到充足的压力差值以在排气歧管中提供直吹。因此，可使用二次空气泵(例如，图1中的泵96)将二次空气喷射进入涡轮机上游的排气歧管中。在图4详细描述了通过二次空气喷射的发动机操作的细节。喷射进入排气歧管的二次空气的量(716)可基于期望涡轮机转速。例如，随期望涡轮机转速增加，二次空气喷射量可增加。在一个实例中，二次空气喷射量可基于用于将涡轮机转速增加至期望转速所需的期望排气能量。
进一步地，在时间t1和t2之间，可通过加浓的汽缸内空气-燃料比操作发动机。加浓的程度可基于二次空气喷射量。在一个实例中，燃料喷射量可基于二次空气喷射量。像这样，当通过加浓的空气-燃料比操作汽缸时，可产生可与喷射进入排气歧管中的二次空气发生放热反应的高水平的发动机输出一氧化碳(CO)、氢气(H2)，以及碳氢化合物。因此可增加排气的质量和焓。可利用增加的排气能量减少涡轮机达到期望转速的持续时间。换句话说，通过在给油初期利用二次空气喷射和汽缸内加浓，可减少涡轮延迟。进一步地，通过提供二次空气，汽缸中捕获的压缩进气质量可增加，相对于未使用二次空气喷射的正常发动机操作而言，可导致增大的初始转矩输出。更进一步地，可调节气门正时用于增大的容积效率，以在给油期间增大初始转矩输出。
在时间t2，实际涡轮机转速(706)可达到阈值转速(708)，并且实际增压压力可达到阈值压力。然而，实际涡轮机转速可继续低于期望涡轮机转速，并且增压压力可继续低于期望增压压力。进一步地，在t2，进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值可为阈值压力差值，在阈值压力差值时，充足的增压可用于提供直吹。相应地，发动机操作可从仅通过二次空气泵提供二次空气转换到使用二次空气喷射与直吹的组合。在一个实例中，在给油期间，当实际增压压力达到阈值增压压力时，发动机操作可从使用用于二次空气的二次空气泵转换到通过正气门重叠提供直吹。在另一个实例中，在给油期间，如本文所示出的实例，当实际增压压力达到阈值增压压力时，发动机操作可从使用用于二次空气的二次空气泵转换到同时使用二次空气和直吹。然而，在一些实例中，用于直吹所需要的阈值压力差值可比阈值增压压力提前达到。相应地，在一个实例中，在达到用于直吹所需的阈值压力差值之后，发动机可继续仅使用用于二次空气的二次空气泵，直到达到阈值增压压力为止，其中，在阈值增压压力时，发动机操作可转换到使用二次空气泵和直吹的组合或者转换到仅使用直吹模式。
在时间t2与t3之间，涡轮机转速可增加至阈值转速以上，并且增压压力可增加至阈值压力以上。像这样，有充足的增压可用于直吹。相应地，可通过二次空气喷射与直吹操作发动机。例如，可减少二次空气喷射量以及增加直吹一段时间，直到二次空气喷射量达到低于阈值量为止。像这样，可通过二次空气泵将二次空气输送至涡轮机上游的排气歧管。可通过调节气门正时提供直吹，以使进气气门和排气气门具有一段时间的正重叠。同时地在图6中详细描述了在提供二次空气喷射与直吹期间的组合模式中发动机操作的细节。进一步地，可通过加浓汽缸内空气-燃料比操作发动机。燃料喷射量可基于二次空气喷射量、直吹量，以及期望涡轮机转速。在一个实例中，燃料喷射量可基于二次空气喷射量、直吹量、期望涡轮机转速，和/或期望转矩需求。
在时间t3，二次空气喷射量可减小至阈值喷射量以下。因此，发动机操作可从使用二次空气喷射和直吹转换到仅使用直吹，直到达到期望涡轮机转速为止。
在时间t3与t4之间，可继续仅通过直吹操作发送机。像这样，在直吹期间，可提供进气气门与排气气门之间的正重叠以将增压空气从进气道直接地输送进入排气歧管。进一步地，可通过加浓的汽缸内空气-燃料比操作汽缸。排气中的未燃烧燃料可与直吹空气放热地结合。因此，可提高排气的质量和焓。因此，可促进涡轮旋转至期望转速，以及减少涡轮延迟。
在时间t4，实际涡轮机转速可达到期望涡轮机转速，以及增压压力可达到期望增压压力。因此，可满足期望的转矩需求。在达到期望涡轮机转速和/转矩需求之后，可停止直吹。即，在达到之后，发动机操作可从提供直吹转换到没有二次空气喷射和/或直吹的正常发动机操作。例如，在正常模式中的发动机操作可包括不提供正重叠或提供最小的正重叠，使得不提供直吹空气(或直吹是微不足道可以忽略的)以及不运行二次空气泵。进一步地，在正常模式的发动机操作期间，汽缸内空气-燃料比可维持在理想配比。
以这种方式，响应于给油，在给油的早期期间可仅通过二次空气喷射操作发动机，在给油的中期期间通过二次空气喷射和直吹操作发动机，以及在给油的后期期间仅通过直吹操作发动机，以提高初始转矩输出，以及减少涡轮延迟。
在一个实例中，一种方法可包括：将来自由连接至发动机排气道的涡轮机驱动的压缩机的压缩空气通过节气门供应至发动机；以及在节气门的给油期间，通过在第一操作模式期间将环境空气输送至涡轮机以及在第二操作模式期间将压缩的空气的一部分在没有燃烧的情况下直吹通过发动机提供给涡轮机。进一步地，在给油期间，发动机可以第三操作模式操作，第三操作模式同时地包括将环境空气输送至涡轮机以及将压缩的空气的一部分在没有燃烧的情况下直吹通过发动机提供给涡轮机。当节气门下游的空气压力与排气道的压力之间的压力差值小于第一阈值时发生第一操作模式。当节气门下游的空气压力与排气压力之间的压力差值超过第二阈值时发生第二操作模式。进一步地，从连接至所述涡轮机上游的排气道的空气泵提供环境空气，以及在发动机的燃烧室的排气冲程期间通过在关闭连接至燃烧室的排气气门之前打开连接至燃烧室的进气气门而提供直吹。更进一步地，第一操作模式可继续直到来自压缩机的增压压力达到预先选定量为止，并且可包括基于所输送的环境空气量调节燃料喷射量，其中所输送的环境空气量基于期望涡轮机转速。在第二模式期间，可基于所提供的直吹的量调节燃料喷射量，以及在第三模式期间，可基于环境空气量和直吹量调节燃料喷射量。
更进一步地，第一模式可包括调节第一火花正时，第二模式可包括调节第二火花正时，以及第三模式可包括调节第三火花正时，其中，第一火花正时比第三火花正时延迟得更少，以及第三火花正时比第二火花正时延迟得更少。通过设置第一火花正时小于第三火花正时小于第二花火正时，可调节火花正时用于增加的初始转矩输出，同时增加用于减少涡轮延迟的排气能量。
应当注意的是，包含在本文中的示例性控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。本文描述的具体程序可代表任意数量的处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。这样，可以并行的方式或在一些情况下以省略的方式通过所示顺序来执行所示的各种动作、操作或功能。类似地，处理的顺序并非是实现本文中描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是出于易于示出和说明的目的而提供。取决于所使用的特定策略，可重复执行所示动作或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作可用图表表示编程到发动机控制系统中的计算机可读存储器媒介中的代码。
应当理解的是，本文公开的构造和程序实质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为是限制性的，因为多种变型是可能的。例如，以上技术可适用于V-6发动机、I-4发动机、I-6发动机、V-12发动机、对置4式发动机以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文中描述的各种系统和构造与其他特征、功能和/或性能的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别地指出被认为是新颖和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可提到“一个”元素或“第一”元素或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或多个这样的元素，既不要求也不排除两个或更多个这样的元素。可通过现有权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中新给出的权利要求来请求保护所公开的特征、功能、元素和/或性能的其他组合和子组合。无论是相对于原始权利要求更宽泛、更狭窄、范围等同或不同，这样的权利要求也都应当被认为是包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于操作发动机的方法，包括：
将来自压缩机的压缩空气通过节气门供应至所述发动机，所述压缩机由连接至所述发动机的排气道的涡轮机驱动；以及
在所述节气门的给油期间，通过在第一操作模式期间将环境空气输送至所述涡轮机以及在第二操作模式期间将所述压缩空气的一部分在没有燃烧的情况下直吹通过所述发动机提供至所述涡轮机来减少涡轮延迟。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括第三操作模式，所述第三操作模式同时地包括将环境空气输送至所述涡轮机以及将所述压缩空气的一部分在没有燃烧的情况下直吹通过所述发动机提供至所述涡轮机。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述节气门下游的空气压力与所述排气道的压力之间的差值小于第一阈值时发生所述第一操作模式。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述节气门下游的空气压力与所述排气道的压力之间的差值超过第二阈值时发生所述第二操作模式。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，从连接至所述涡轮机上游的所述排气道的空气泵提供所述环境空气。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述发动机的燃烧室的气门重叠期间，通过在关闭连接至所述燃烧室的排气气门之前打开连接至所述燃烧室的进气气门而提供直吹。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一操作模式持续直到来自所述压缩机的增压压力达到预先选定的量为止。
8.根据权利要求2所述的方法，进一步包括，在所述第一操作模式期间，基于输送的环境空气量调节燃料喷射量，在所述第二操作模式期间，基于提供的直吹量调节燃料喷射量，以及在所述第三操作模式期间，基于环境空气量和直吹量调节燃料喷射量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，输送的环境空气量基于期望涡轮机转速。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括，在所述第一操作模式期间调节第一火花正时，在所述第二操作模式期间调节第二火花正时，以及在所述第三操作模式期间调节第三火花正时，其中，所述第一火花正时比所述第三火花正时延迟得更小，所述第三火花正时比所述第二火花正时延迟得更小。
11.一种用于操作发动机的方法，包括：
在第一条件期间，仅通过二次空气泵将二次空气量输送至涡轮机上游，所述涡轮机连接至所述发动机的排气道；
在第二条件期间，通过所述二次空气泵输送所述二次空气量以及通过所述发动机的进气气门和排气气门的正气门重叠输送直吹空气量；以及
在第三条件期间，仅通过所述正气门重叠输送所述直吹空气量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一条件包括以下的一个或多个：实际涡轮机转速小于期望涡轮机转速，所述发动机的进气歧管压力与所述发动机的排气歧管压力之间的压力差值小于阈值压力差值。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二条件包括以下的一个或多个：实际涡轮机转速小于期望涡轮机转速，进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值大于所述阈值压力差值，以及增压压力大于阈值增压压力。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第三条件包括以下的一个或多个：实际涡轮机转速小于期望涡轮机转速，进气歧管压力与排气歧管压力之间的差值大于所述阈值压力差值，所述增压压力大于所述阈值增压压力，以及所述二次空气量小于阈值量。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括基于可用于所述涡轮机上游的氧化反应的氧气的量调节二次空气流速，其中，所述增压压力是进气歧管压力。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在所述第三条件期间，停用所述二次空气泵以停止二次空气流量。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括随着海拔升高更早地停用所述二次空气泵。
18.一种用于操作发动机的方法，包括：
在连接至所述发动机的进气歧管的节气门的给油期间，
当来自连接至所述进气歧管的压缩机的增压压力小于阈值增压压力时，以二次空气喷射模式操作所述发动机，以为连接至所述发动机的排气道的涡轮机提供期望的二次空气流速，所述涡轮机驱动所述压缩机；以及
当所述增压压力大于所述阈值增压压力时，除了以所述二次空气喷射模式操作发动机之外，还以组合模式操作发动机，以将来自所述压缩机的压缩空气的一部分直吹至所述涡轮机；
其中，在所述二次空气喷射模式中，所述期望的二次空气流速基于期望的涡轮机转速；以及
其中，在所述组合模式期间，所述二次空气流速减少并且直吹量增加。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括当所述二次空气流速低于阈值流速时，停用所述二次空气喷射模式以及以直吹模式操作所述发动机，其中，停用所述二次空气喷射模式包括停止二次空气泵。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括，响应于所述期望的二次空气流速与实际二次空气流速之间的差值增加到阈值流速差值以上，以及响应于所述二次空气喷射流速低于阈值流速，停止二次空气喷射以及通过直吹在排气歧管中提供增压空气。
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