CN106257024B - 发动机排气温度控制 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及发动机排气温度控制，公开用于在较高转速和负荷下改善发动机操作的方法和系统。在一个示例中，燃料被喷射到发动机的排气系统，使得当发动机在较高转速和负荷下被操作时排气系统组件的温度可以被降低。

Description

发动机排气温度控制
技术领域
本发明涉及发动机排气温度控制。
背景技术
发动机通常可以接近化学计量条件操作以改善处理发动机输出排放的催化剂的效率。如果发动机以化学计量空燃比操作在较高发动机转速和负荷下，排气温度可以上升到用于排气系统组件的期望的温度以上。例如，排气温度可以增加到期望的催化剂温度或排气涡轮机温度以上。因此，以限制排气温度到小于阈值温度的方式操作发动机是期望的。降低发动机排气温度的一种方法是利用富空气-燃料混合物来操作发动机。富空气-燃料混合物降低燃烧温度并抽取来自发动机的热能，从而冷却发动机和排气。尽管如此，利用富空气-燃料混合物操作发动机可能劣化车辆排放，因为当被供应通过利用接近化学计量空燃比而操作的发动机汽缸产生的排气时，三元催化剂提供最高排气转换效率。因此，以提供低排放同时以较高发动机转速和负荷操作在阈值排气温度以下的方式操作发动机是期望的。
发明内容
发明人在此已经意识到上述缺点并且已研发一种发动机操作方法，其包括：在耦合到米勒循环发动机的曲轴的涡轮机上游的位置处利用在米勒循环发动机的排气系统中喷射燃料来操作米勒循环发动机；以及使排气从米勒循环发动机通过涡轮机。
通过在涡轮机上游喷射燃料以提供富排气混合物，涡轮机叶片温度可以降低，使得米勒循环发动机可以在高发动机转速和负荷状况期间以稀(lean)最大扭矩而不是富最大扭矩来操作。因此，发动机在较高发动机转速和负荷下可以使用较少的燃料，同时排气系统组件温度被约束。进一步，在一些示例中，富排气混合物可以被点燃以使得涡轮机向车辆动力传动系统输送扭矩。又进一步，富排气混合物在催化剂上游的位置处可以与空气结合以向催化剂提供化学计量排气混合物，从而提供高催化剂效率。以这种方式，发动机排气温度可以被维持低于阈值温度以减少排气系统组件劣化的可能性而不降低催化剂效率。
本描述可以提供几个优点。例如，该方法可以减少排气系统组件劣化的可能性。进一步，该方法可以减少在较高发动机转速和负荷下的车辆排气排放。此外，该方法可以增加在较高驾驶员需求状况期间车辆动力。
当仅从以下的详细描述或结合附图考虑时，本描述的以上优点和其它优点以及特征将是显而易见的。
应该理解，上述发明内容被提供以用简化的形式引入在详细描述中进一步描述的概念的选择。其不意味着识别所要求的主题的关键或重要的特征，所述主题的范围由随附的权利要求唯一限定。此外，所要求的主题不限于解决以上所述的或在本公开的任何部分中的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1至图4示出发动机的示意图；
图5至图8示出用于在高需求状况期间操作车辆动力传动系统的示例方法；以及
图9示出示例操作序列。
具体实施方式
本描述涉及控制排气系统组件的温度到小于可识别排气系统组件劣化开始的阈值的温度。图1示出示例米勒(Miller)循环发动机，其中排气系统组件温度可以被限制到小于阈值温度。图2示出另一示例米勒循环发动机，其中排气系统组件温度可以通过喷射燃料到排气系统来限制。图3仍示出另一示例米勒循环发动机，其中排气系统组件温度可以通过喷射燃料到排气系统来限制。图4示出包括米勒循环发动机和涡轮机的复合式发动机。图5至图8示出用于控制米勒循环发动机的排气温度的方法。图9示出示例发动机操作序列。
参考图1，包括多个汽缸30的内燃发动机10通过电子发动机控制器12来控制。发动机10可以是米勒循环发动机，其中压缩的空气被提供到发动机进气歧管44并且其中进气门在下止点进气冲程之后关闭，使得在发动机的压缩冲程期间一部分汽缸内容被驱逐到进气歧管44。发动机10包括汽缸30，所述汽缸30包括在其中的并被连接到曲轴40的活塞(未示出)。曲轴40选择性地将扭矩供应到车轮(未示出)。汽缸30被示出经由相应的进气门和排气门(未示出)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通过凸轮(未示出)操作。
燃料喷射器68示出被安置以直接喷射燃料到燃烧室30，这为本领域技术人员所熟知的直接喷射。燃料喷射器68与来自控制器12的脉冲宽度成比例地输送燃料。燃料通过燃料系统被输送到燃料喷射器68，所述燃料系统包括燃料箱(未示出)、燃料泵(未示出)和燃料轨166。
点火系统81响应于由控制器12提供的信号的脉冲宽度将电能供应到火花塞88。每个火花塞88可以独立于剩余的火花塞而被操作。
进气歧管44被示出与可选的电子节气门62连通，所述电子节气门62调整节流板64的位置以控制来自进气增压室46的气流。压缩机162汲取来自进气42的空气以供应增压室46。排气使经由轴161被耦合到压缩机162的涡轮机164旋转。在一些示例中，可以提供增压空气冷却器并且压缩机162可以经由马达或曲轴40而非涡轮机164来驱动。涡轮机164可以包括可变叶片，使得当叶片在打开位置时排气可以通过涡轮机164而供应很少使涡轮机164转动的能量。当叶片在闭合位置时，排气可以通过涡轮机164并且在涡轮机164上赋予增加的力。
当燃料经由火花塞88点火时，在汽缸30中开始燃烧。在一些示例中，通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126可以被耦合到排放装置70(例如，三元催化剂)上游的排气歧管48。在其它示例中，UEGO传感器可以位于一个或多个排气后处理装置的下游。另外，在一些示例中，UEGO传感器可以被具有NOx和氧气感测元件二者的NOx传感器替代。此外，氧传感器125被安置在排放装置70的下游。
排气再循环(EGR)可以经由EGR阀158被提供到发动机。EGR阀158可以选择性地打开和关闭以当进气歧管压力小于排气歧管压力时允许排气从排气歧管48流到进气歧管44。
压缩的空气可以经由涡轮后(post-turbine)增压气流控制阀167和通道169在涡轮机164的下游且排放装置70的上游的位置处从压缩机162被供应到排气通道165。排气通道165将排气从排气歧管48运送到大气。
控制器12在图1中示出为常规微计算机，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、不失效存储器110以及常规数据总线。控制器12被示出接收除先前所讨论的那些信号之外的来自耦合到发动机10的传感器的各种信号，包括：来自温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；耦合到加速踏板130用于感测由驾驶员132调整的加速器位置的位置传感器134；来自耦合到进气歧管44的压力传感器120的发动机歧管压力(MAP)的测量；来自压力传感器122的增压压力；来自氧传感器126的排气氧浓度；以及来自传感器58的节流板位置的测量。大气压力也可以被感测(未示出传感器)以用于通过控制器12处理。
在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历4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。在汽缸30的进气冲程期间，通常，排气门关闭且进气门打开。空气经由进气歧管44被引入到汽缸30，并且活塞移动至汽缸的底部以便增加汽缸30内的体积。活塞靠近汽缸底部且在其冲程结束处(例如，当汽缸30处于其最大体积时)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，进气门和排气门关闭。汽缸30中的活塞朝汽缸盖移动以便压缩汽缸30内的空气。活塞在其冲程结束且最接近汽缸盖处(例如，当汽缸30处于其最小体积时)的点通常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，燃料被引入燃烧室。在一些示例中，在单个汽缸循环期间，燃料可以被多次喷射到汽缸。在以下称为点火的过程中，喷射的燃料通过火花塞88点燃，引起燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体推动活塞回到BDC。曲轴40将活塞移动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门打开以释放燃烧的空气-燃料混合物到排气歧管48并且活塞返回到TDC。注意的是，以上仅作为示例描述，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以改变，诸如以提供气门正重叠或气门负重叠、晚进气门关闭或各种其它示例。另外，在一些示例中，可以使用二冲程循环而不是四冲程循环。
经过发动机10的气流在进气42处开始并前进到压缩机162。空气离开压缩机162，在前进到进气歧管44之前进入增压室46。空气然后在参与燃烧之后作为排气离开之前流经汽缸30。排气在前进到涡轮机164之前进入排气歧管48。排气离开涡轮机164并且在释放到大气之前进入排放装置70。因此，基于经过发动机10的流动方向，进气42位于排放装置70的上游。
如果图1的系统操作在较高转速和负荷下，其中排气系统组件(例如，涡轮机164的叶片)的温度大于组件劣化的阈值温度，发动机从利用化学计量空燃比操作发动机转换为利用富化学计量的空气和燃料混合物操作发动机以降低排气系统组件的温度。组件劣化阈值温度表示如果排气系统组件在组件劣化阈值温度以上达预定时间量，排气组件劣化可能发生所在的温度。富发动机空燃比增加离开发动机的热传递并降低燃烧温度。涡轮后增压气流控制阀响应于排气系统组件(例如，涡轮机164的叶片)的温度大于组件劣化阈值温度而打开。在一个示例中，经过涡轮后增压气流控制阀167的气流基于发动机燃料流量、发动机空气质量流量和喷射到排气通道165的燃料量被命令到开环(open loop)位置。开环阀位置然后响应于氧传感器125被调整以提供进入排放控制装置70的化学计量排气。
以这种方式，图1的系统提供降低排气组件温度的同时提供较高的催化剂效率。催化剂效率通过向催化剂提供化学计量排气而被维持或增加。结果，发动机排气组件可以免于较高温度，同时维持或改善发动机排放。
现在参考图2，示出第二示例发动机。图2的发动机类似于图1的发动机操作。另外，图2的发动机包括许多图1描述的相同组件。与图1的元件相同的图2的元件用相同的附图标记标注。因此，为了简洁起见，仅描述与图1不共有的组件和操作。
图2的系统包括用于将燃料喷射到排气通道165中的燃料喷射器223。响应于排气系统组件(例如，涡轮机164的叶片)的温度大于组件劣化阈值温度，燃料可以经由喷射器223而被喷射。组件劣化阈值温度表示如果排气系统组件在组件劣化阈值温度以上达预定的时间量，排气组件劣化可能发生所处的温度。通过经由喷射器223喷射燃料，可以使排气更富(richened)并被冷却以便在经由通道165被排放之后将热从排气系统组件转移到大气。当喷射器223被激活时，发动机10可以操作在稀(lean)最大扭矩下(例如，(LBT)，富(rich of)化学计量的并在发动机转速、负荷，以及爆震限制的火花正时下产生最大发动机扭矩的最稀的发动机空燃比)。在一个示例中，通过燃料喷射器223喷射的燃料量基于发动机转速和负荷。在较高发动机转速和负荷下，排气质量流率增加，所以通过喷射器223喷射的燃料量增加。经由喷射器223喷射的燃料量根据经验被确定并且被存储在经由发动机转速和负荷编索引的表格或函数中。在LBT下操作发动机并在涡轮机164上游的排气通道165中喷射燃料在涡轮机164上游提供富化学计量排气的排气。
此外，气流通过的涡轮后增压气流控制阀167被调整以在排放装置70上游且涡轮机164下游的排气通道165中提供化学计量排气混合物。在一个实例中，气流通过的涡轮后增压气流控制阀167基于喷射到发动机10的燃料、喷射到排气通道165的燃料以及经过发动机10的气流而被调整到开环位置。响应于后排放控制设备氧传感器125，阀167的开环位置被进一步调整。例如，如果氧传感器125指示富排气，涡轮后增压气流控制阀167开口量增加以在氧传感器125处提供化学计量排气。
以此方式，图2的系统提供降低排气组件温度的同时提供较高的催化剂效率。相比在富最大扭矩(例如，(RBT)，富化学计量的并在发动机转速、负荷，以及爆震限制的火花正时下产生最大发动机转矩的最富的发动机空燃比)下操作发动机，在LBT下操作发动机减少燃料消耗，并且将燃料喷射到排气通道更接近在较高温度下操作的组件提供冷却。通过向催化剂提供化学计量排气，催化剂效率被维持或增加。结果，发动机排气组件可免于较高温度，同时维持或改善发动机排放。
现在参加图3，示出第三示例发动机。图3的发动机类似于图1的发动机操作。此外，图3的发动机包括许多图1和图2所描述的相同组件。与图1和图2的元件相同的图3的元件用相同的附图标记标注。因此，为了简洁起见，仅将描述图1和图2不共有的组件和操作。
图3的系统包括涡轮前(pre-turbine)增压气流控制阀371。阀371选择性地允许空气从增压室46流到排气通道165。压缩机162可以以比排气通道165中的排气压力更高的压力加压空气。在一个示例中，阀371的开环开口量基于发动机气流(例如，流经发动机的空气量)、发动机燃料流(例如，流经发动机的燃料量)，以及经由燃料喷射器223喷射的燃料量。此外，阀371的位置响应于氧传感器126的输出被调整以在涡轮机164的入口处提供期望的空燃比。如果排气组件温度大于组件劣化阈值温度，氧传感器126处期望的空燃比是富化学计量。响应于排气系统组件(例如，涡轮机164的叶片)的温度大于组件劣化阈值温度，燃料可以经由喷射器223被喷射。当喷射器223被激活时，发动机10可以操作在稀最大扭矩(例如，(LBT)，富化学计量的并在发动机转速、负荷以及爆震限制的火花正时下产生最大发动机扭矩的最稀的发动机空燃比)下。
此外，气流通过的涡轮后增压气流控制阀167被调整以在排放装置70上游且涡轮机164下游的排气通道165中提供化学计量排气混合物。在一个示例中，气流通过的涡轮后增压气流控制阀167基于喷射到发动机10的燃料、喷射到排气通道165的燃料，以及经过发动机10的气流而被调整到开环位置。阀167的开环位置响应于后排放控制设备氧传感器125而被进一步调整。
以这种方式，图3的系统提供降低排气组件温度的同时提供较高的催化剂效率。相比在富的最大扭矩(例如，(RBT)，富化学计量的并在发动机转速、负荷，以及爆震限制的火花正时处产生最大发动机扭矩的最富的发动机空燃比)下操作发动机，在LBT下操作发动机减少燃料消耗，并且将燃料喷射到排气通道更接近在较高温度处操作的组件提供冷却。通过向催化剂提供化学计量排气，催化剂效率被维持或增加。结果，发动机排气组件可免于较高温度，同时维持或改善发动机排放。
现在参考图4，示出第四示例发动机。图4的发动机类似于图1至图3的发动机而操作。此外，图4的发动机包括许多图1至图3所描述的相同组件。与图1至图3的元件相同的图4的元件用相同的附图标记标注。因此，为了简洁起见，仅将描述图1至图3不共有的组件和操作。
图4的系统包括排气通道165中的可选的额外火花塞66、挡板阀402、传动系分离离合器411、变速器41、齿轮组45、电动马达49、涡轮离合器461、轮47，和转移机构43。火花塞66可以被激活以点火经由燃料喷射器223和涡轮前增压气流控制阀371被提供到膨胀室401的燃料和空气混合物。点燃的空气和燃料在涡轮机164中膨胀以向轮47提供扭矩。涡轮机164可以通过关闭涡轮离合器461并经由转移机构43(例如，第二齿轮组)将来自轴161的扭矩供应到齿轮组45来选择性地将扭矩施加到轮47。在膨胀室401中的燃烧开始之前，马达49可以使涡轮机164加速到期望的速度，并且燃烧气体驱动涡轮机164。齿轮组45结合涡轮机扭矩和发动机扭矩以在轮47处提供扭矩。变速器41可以是包括多个齿轮比的固定比变速器，以允许发动机10以不同于轮47的转速转动。发动机10、分离离合器411、变速器41、齿轮组45、轮47、涡轮离合器461、电动马达49、转移机构43，和涡轮机164可以构成动力传动系统或传动系统。
涡轮机164可以以精选的模式操作，所述精选的模式包括但不限于巡航控制和最大功率模式。在巡航控制模式中，涡轮机164可以被操作，而发动机10停止转动。涡轮机164可以在巡航模式中以选定的车辆速度被激活，其中涡轮机164以大于阈值效率操作。在最大功率模式期间，涡轮机164可以被激活以增大发动机功率从而增加传动系统输出。此外，涡轮机164可以响应于排气组件超过组件劣化阈值温度而被激活。具体地，涡轮机164可以被激活使得发动机扭矩输出可以减少，同时提供驾驶员需求扭矩。激活涡轮机164可以降低抽取自发动机10的排气的温度，因为发动机负荷可以被减少。
挡板阀402减少过量的排气背压和回流到增压室46的可能性。膨胀室401允许排气膨胀，使得空气在较低增压压力下可以从增压室46进入膨胀室401。在不包括排气通道165中的火花塞的系统中，空气和燃料排气混合物可以经由延迟发动机火花正时被点火。另外，在一些示例中，不参与汽缸30中的燃烧的新鲜空气可以在进气门和排气门重叠期间(例如，直吹)通过汽缸30，使得阀371可以省略。
在涡轮机164通过在膨胀室401中点火空气和燃料混合物而被激活的模式期间，富排气被提供到涡轮机164。涡轮前增压气流控制阀371打开以基于涡轮机速度(speed)和驾驶员需求扭矩向涡轮机164提供期望的气流。经由喷射器223喷射的燃料也可以基于涡轮机速度和驾驶员需求扭矩。
如果涡轮机164响应于排气组件的温度被激活，阀371可以基于发动机气流(例如，流经发动机的空气量)、发动机燃料流(例如，流经发动机的燃料量)，以及经由燃料喷射器223喷射的燃料量而被调整到开环开口量。另外，阀371的位置响应于氧传感器126的输出而被调整以在涡轮机164的入口处提供期望的空燃比。如果排气组件温度大于组件劣化阈值温度，在氧传感器126处期望的空燃比是富化学计量。而且，响应于排气系统组件(例如，涡轮机164的叶片)的温度大于组件劣化阈值温度，燃料可以经由喷射器223被喷射。当喷射器223被激活时，发动机10可以在稀最大转矩(例如，(LBT)，富化学计量的并在发动机转速、负荷，以及爆震限制的火花正时处产生最大发动机扭矩的最稀发动机空燃比)下操作。
此外，气流通过的涡轮后增压气流控制阀167被调整以在排放装置70上游且涡轮机164下游的排气通道165中提供化学计量排气混合物。在一个示例中，气流通过的涡轮后增压气流控制阀167基于喷射到发动机10的燃料、喷射到排气通道165的燃料，以及通过发动机10的气流而被调整到开环位置。响应于后排放控制设备氧传感器125，阀167的开环位置被进一步调整。
以此方式，图5的系统提供降低排气组件温度的同时向车轮提供较高催化剂效率和涡轮机扭矩。此外，响应于排气系统组件温度，涡轮机扭矩输出可以被增加，而发动机扭矩被减少，使得驾驶员需求扭矩被维持同时发动机扭矩被减少。减少发动机扭矩可以降低发动机排气温度。
因此，图1至图4的系统提供发动机系统，其包括：涡轮机；具有压缩机和排气通道的米勒循环发动机，所述米勒循环发动机包括在涡轮机下游的位置处从进气通道到排气通道的第一通道，其中涡轮机沿排气通道被定位；以及控制器，其包括经由控制经过第一通道的气流向催化剂提供化学计量气体混合物的非暂时性可执行指令。发动机系统还包括在涡轮机上游的位置处从进气通道到排气通道的第二通道。发动机系统包括其中催化剂在涡轮机下游的位置处沿排气通道被安置。发动机系统还包括额外的控制器指令，用于在涡轮机上游提供富排气混合物并在催化剂上游提供化学计量排气混合物。发动机系统包括其中涡轮机上游的富排气混合物通过将燃料喷射到排气通道而被提供。
现在参考图5至图8，示出用于在高需求状况期间操作车辆动力传动系统的方法。图5至图8的方法可以作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令被包括在图1至图4的系统中。另外，图5至图8的方法的部分可以是在物理世界中由控制器12采取的转变车辆操作状况的动作。
在502处，方法500确定车辆操作状况。车辆操作状况可以包括但不限于车辆速度、驾驶员需求扭矩、排气系统温度、发动机转速、发动机负荷、发动机燃料量以及发动机空气量。车辆操作状况可以经由接收来自车辆传感器和致动器的数据的控制器来确定。在确定操作状况之后方法500前进到504。
在504处，方法500判断排气涡轮机组件温度或其它排气组件温度(例如，催化剂温度)是否大于(G.T.)组件阈值劣化温度。比较排气系统组件温度和阈值温度。如果排气组件温度大于阈值温度，答案为是，则方法500前进到506。否则，答案为否，则方法500前进到505。
在505处，方法500在基础(base)空燃比处操作发动机。基础空燃比可以响应于发动机转速和驾驶员需求扭矩被选定。方法500也停止用于排气系统组件冷却目的的燃料喷射到排气系统。然而，可以开始燃料喷射到排气系统以用于在巡航、最大扭矩和其它涡轮机操作模式期间来操作涡轮机。方法500在505之后退出。
在506处，方法500判断排气涡轮机传动系统扭矩是否可用。如果如图4所描述的涡轮机传动系统扭矩可以被提供到车轮，排气涡轮机传动系统扭矩是可用的。如果排气涡轮机传动系统扭矩是可用的，答案为是，则方法500前进到530。否则，答案为否，则方法500前进到508。
在508处，方法500判断排气涡轮前燃烧是否可用。如果如图3描述的燃烧可以在排气涡轮机上游的排气系统中被提供，排气涡轮前燃烧是可用的。如果排气涡轮前燃烧是可用的，答案为是，则方法500前进到552。否则，答案为否，则方法500前进到510。
在510处，方法500判断排气涡轮前燃料喷射是否可用。如果如图2所描述的燃料可以被喷射到涡轮机上游的排气系统，排气涡轮前燃料喷射是可用的。如果排气涡轮前燃料喷射是可用的，答案为是，则方法500前进到572。否则，答案为否，则方法500前进到512。
在512处，方法500利用比化学计量富的空燃比操作米勒循环发动机。如果发动机扭矩需求高，发动机可以以RBT操作以提供燃料从而冷却排气系统组件。例如，发动机可以利用12.5∶1的空燃比操作。在发动机利用富空气-燃料混合物开始操作之后，方法500前进到514。
在514处，方法500打开涡轮后增压气流控制阀。涡轮后增压气流控制阀基于在发动机循环期间喷射到发动机的燃料量和在汽缸循环期间通过发动机的气流被命令到位置。在调整涡轮后增压气流之后，方法500前进到516。
在516处，方法500响应于催化剂后或下游的氧传感器的输出而进一步调整涡轮后气流控制阀位置。例如，如果氧传感器指示稀的，涡轮后气流控制阀开口量减少。如果氧传感器指示富的，涡轮后气流控制阀开口量增加以驱动氧传感器从而指示化学计量状况。以这种方式，化学计量排气可以被提供到催化剂以改善催化剂效率，同时减少排气系统组件的热衰退的可能性。在执行涡轮后增压气流阀的闭环控制之后，方法500前进到退出。
在530处，如果燃烧涡轮生成器(combustion turbine generator)没有被激活，方法500激活燃烧涡轮生成器。燃烧涡轮生成器可以通过经由电动马达使涡轮机加速高至操作速度而被激活。此外，空气和燃料在涡轮机上游被供应并被点火。空气和燃料可以经由火花塞或经由延迟发动机火花正时并加热排气内容来点燃。燃烧的空气-燃料混合物膨胀并且排气驱动涡轮机。在激活涡轮机之后，方法500前进到532。
在532处，方法500关闭将涡轮机耦合到车辆传动系统和车轮的涡轮离合器。响应于排气系统组件温度大于阈值温度以及涡轮机被激活，关闭涡轮离合器。由涡轮机产生的扭矩经由涡轮离合器被转移到车轮。在关闭涡轮离合器之后，方法500前进到534。
在534处，方法500确定期望的涡轮机扭矩。如果驾驶员要求最大传动系统扭矩，则期望的涡轮机扭矩是最大涡轮机扭矩。如果驾驶员要求小于最大扭矩，期望的涡轮机扭矩是允许发动机扭矩被减少降低排气温度到小于阈值温度的量并且允许涡轮机以阈值效率来操作的扭矩。例如，如果发动机正输出300牛米(N-m)转矩(例如，需求的扭矩)并且减少发动机扭矩到275牛米将使排气系统组件温度降低到小于阈值温度是确定的，而涡轮机以30牛米输出期望的效率，则期望的涡轮机扭矩为30牛米并且发动机扭矩减少到270牛米，使得发动机和涡轮机向传动系统提供300牛米的需求的扭矩。在确定期望的涡轮机扭矩之后，方法500前进到536。
在536处，方法500调整涡轮机上游被供应在排气系统的膨胀室中的空气量。涡轮机上游被供应的空气量基于期望的涡轮机扭矩。在一个示例中，涡轮机上游被供应的空气的表格基于期望的涡轮机扭矩被编索引，并且该表格输出经由涡轮前增压气流控制阀供应到涡轮机的期望的空气量。表格中的值根据经验确定。涡轮前增压气流控制阀位置被调整以向涡轮机提供期望的空气量。在调整涡轮前增压气流控制阀位置之后，方法500前进到538。
在538处，方法500使涡轮机上游的排气通道中提供的空燃比变富。在一个示例中，基于排气组件温度和期望的涡轮机扭矩，燃料被喷射到排气通道。喷射的燃料量根据经验被确定并且以经由期望的涡轮机扭矩和排气组件温度被编索引的表格或函数的方式被存储到存储器。燃料被喷射到涡轮机上游的排气通道。在燃料喷射到排气通道之后，方法500前进到540。
在540处，如果驾驶员正要求最大扭矩或如果驾驶员正要求最大扭矩的预定扭矩内的扭矩，方法500以LBT操作发动机。如果驾驶员正要求小于最大扭矩，发动机以当结合涡轮机扭矩时提供期望的驾驶员需求扭矩的扭矩操作。发动机扭矩经由调整节气门开口量和凸轮正时来调整。在调整发动机操作之后，方法500前进到542。
在542处，方法500基于位于催化剂下游的排气通道中的氧传感器的输出来调整涡轮后增压气流阀。涡轮后增压气流阀被调整以在催化剂下游提供化学计量排气的指示。例如，如果氧传感器指示富的，涡轮后增压气流阀开口量增加以在氧传感器处提供化学计量指示。如果氧传感器指示稀，涡轮后增压气流阀开口量减少以在氧传感器处提供化学计量指示。在涡轮后增压气流控制阀被调整之后，方法500前进至退出。
以这种方式，涡轮机可以将扭矩转移到车轮，同时排气温度被降低。另外，催化剂性能可以通过在较高排气温度期间将化学计量排气混合物供应到催化剂来被维持或改善。
在552处，方法500基于发动机转速和扭矩(或可替代地，基于发动机负荷)调整涡轮机上游或涡轮机入口处被供应的空气量。通过响应于发动机转速和扭矩来调整涡轮机上游被供应的空气量，当结合燃料来冷却排气系统组件时，在涡轮机入口处提供适当的空气量可以是可能的，甚至在较高发动机转速和负荷下。在一个示例中，经由涡轮前增压气流控制阀在涡轮机上游被供应的空气量根据经验来确定并且以基于发动机转速和扭矩被编索引的表格的方式被存储到存储器。在供应到涡轮机上游的排气通道的空气量被确定之后，方法500前进到554。
在554处，方法500通过将燃料喷射到排气通道使涡轮机上游的气体的空燃比变富。喷射的燃料量基于552处供应的空气量、排气组件温度和发动机空燃比。喷射的燃料量根据经验被确定并被存储到基于552处供应的空气量、排气组件温度和发动机空燃比被编索引的表格或函数中。通过以基于这些参数被喷射到排气系统的燃料量为基础，冷却排气系统组件而不过分增加供应到排气系统的燃料量可以是可能的。在到排气系统的燃料喷射开始之后，方法500前进到556。
在556处，如果期望的发动机扭矩大于阈值扭矩，方法500将发动机从化学计量燃烧转换到以LBT操作发动机。如果期望的发动机扭矩小于阈值扭矩，发动机可以利用化学计量燃烧或变富的燃烧来操作。在发动机以LBT、化学计量或变富的燃烧开始操作之后，方法500前进到558。
在558处，方法500基于位于催化剂下游的排气通道中的氧传感器的输出来调整涡轮后增压气流阀。涡轮后增压气流阀被调整以在催化剂下游提供化学计量排气的指示。在调整涡轮后增压气流控制阀之后，方法500前进到退出。
在572处，方法500经由将燃料喷射到排气通道使涡轮机上游的气体的空燃比变富。喷射的燃料量基于排气组件温度(例如，涡轮机翼片温度、歧管温度、催化剂温度、凸缘温度)和发动机空燃比。喷射的燃料量根据经验被确定并被储存到基于排气组件温度和发动机空燃比编索引的表格或函数。通过以基于这些参数喷射到排气系统的燃料量为基础，冷却排气系统组件而不过分增加供应到排气系统的燃料量可以是可能的。在燃料喷射到排气系统开始之后，方法500前进到574。
在574处，如果期望的发动机扭矩大于阈值扭矩，方法500将发动机从化学计量燃烧转换到以LBT操作发动机。如果期望的发动机扭矩小于阈值扭矩，发动机可以利用化学计量燃烧或变富的燃烧来操作。在发动机开始以LBT、化学计量或变富的燃烧开始操作之后，方法500前进到576。
在576处，方法500基于位于催化剂下游的排气系统中的氧传感器的输出来调整涡轮后增压气流阀。涡轮后增压气流阀被调整以在催化剂下游提供化学计量排气的指示。在调整涡轮后增压气流控制阀之后，方法500前进到退出。
因此，图5至图8的方法提供发动机操作方法，其包括：利用在耦合到米勒循环发动机的曲轴的涡轮机上游的位置处的米勒循环发动机的排气系统中喷射的燃料来操作米勒循环发动机；以及使排气从米勒循环发动机通过涡轮机。该方法包括其中涡轮机经由变速器被耦合到曲轴。该方法包括其中涡轮机经由涡轮离合器被耦合到曲轴。该方法进一步包括选择性地打开和关闭传动系分离离合器以将涡轮机耦合到米勒循环发动机。该方法包括其中富化学计量排气的排气通过涡轮机。
在一些示例中，该方法进一步包括将富化学计量排气的排气与来自米勒循环发动机的进气歧管的空气混合。该方法包括其中在催化剂上游的米勒循环发动机的排气系统中的位置处将富化学计量排气的排气与来自米勒循环发动机的进气歧管的空气混合。该方法还包括经由火花塞点燃涡轮机上游喷射的燃料。
图5至图8的方法还提供发动机操作方法，其包括：在米勒循环发动机的排气系统中利用涡轮机上游喷射燃料来操作米勒循环发动机；在涡轮机上游的米勒循环发动机的排气系统中的位置处将涡轮机上游喷射的燃料与来自米勒循环发动机的进气系统的空气混合；以及基于在涡轮机上游的米勒循环发动机的排气系统中的位置处涡轮机上游喷射的燃料与来自米勒循环发动机的进气系统的空气的混合物(mixture)，将来自米勒循环发动机的进气系统的一定量的空气量引到涡轮机下游的位置。
在一些示例中，该方法包括其中引入来自米勒循环发动机的进气系统的一定量的空气量向催化剂提供化学计量排气混合物。该方法包括其中涡轮机上游喷射的燃料在排气系统中的膨胀室内被燃烧。该方法包括其中膨胀室在涡轮机上游。该方法包括其中涡轮机上游喷射的燃料经由火花塞被点火。该方法进一步包括将涡轮机耦合到车轮。该方法包括其中响应于发动机排气温度大于排气组件劣化阈值温度，燃料被喷射。
现在参加图9，示出传动系统操作序列。该序列可以利用图1至图4所示的系统和图5至图8的方法中的一个或多个来执行。特别关注的时间由T1和T2处的竖直标记指示。
从图9的顶部的第一曲线是排气组件温度对时间的曲线。竖直轴线表示排气组件温度并且排气组件温度在竖直轴线箭头的方向上增加。水平轴线表示时间并且时间从曲线的左侧增加到曲线的右侧。水平线902表示排气系统组件劣化阈值温度。大于902的排气系统组件温度是不期望的。
从图9的顶部的第二曲线是排气燃料喷射状态对时间的曲线。竖直轴线表示排气燃料喷射状态。当迹线在接近竖直轴线箭头的较高水平处时，排气燃料喷射被激活。当迹线在接近水平轴线的较低水平处时，排气燃料喷射被去激活。水平轴线表示时间并且时间从曲线的左侧增加到曲线的右侧。
从图9的顶部的第三曲线是涡轮前排气空燃比对时间的曲线。竖直轴线表示涡轮前排气空燃比并且涡轮前排气空燃比在竖直轴线箭头的方向上增加(例如，变得更稀)。水平轴线表示时间并且时间从曲线的左侧增加到曲线的右侧。水平线904表示化学计量排气。
从图9的顶部的第四曲线是排气涡轮离合器状态对时间的曲线。竖直轴线表示排气涡轮离合器状态。当迹线在靠近竖直轴线箭头的较高水平处时，排气涡轮离合器被关闭或激活。当迹线在靠近水平轴线的较低水平处时，排气涡轮离合器打开或被去激活。水平轴线表示时间并且时间从曲线的左侧增加到曲线的右侧。
从图9的顶部的第五曲线是涡轮前增压气流控制阀状态对时间的曲线。竖直轴线表示涡轮前增压气流控制阀状态。当迹线在靠近竖直轴线箭头的较高水平处时，涡轮前增压气流控制阀被激活。当迹线在靠近水平轴线的较低水平处时，涡轮前增压气流控制阀被去激活。水平轴线表示时间并且时间从曲线的左侧增加到曲线的右侧。
从图9的顶部的第六曲线是涡轮后增压气流控制阀状态对时间的曲线。竖直轴线表示涡轮后增压气流控制阀状态。当迹线在靠近竖直轴线箭头的较高水平处时，涡轮后增压气流控制阀被激活。当迹线在靠近水平轴线的较低水平处时，涡轮后增压气流控制阀被去激活。水平轴线表示时间并且时间从曲线的左侧增加到曲线的右侧。
从图9的顶部的第七曲线是催化剂后(post catalyst)空燃比对时间的曲线。竖直轴线表示催化剂后空燃比并且催化剂后空燃比在竖直轴线箭头的方向上增加(例如，变得更稀)。水平轴线表示时间并且时间从曲线的左侧增加到曲线的右侧。水平线906表示化学计量排气。
在时间T0处，排气温度小于阈值902，涡轮前和催化剂后空燃比是化学计量的，并且排气燃料喷射被去激活。此外，排气涡轮离合器打开，并且涡轮前增压气流控制阀和涡轮后增压气流控制阀关闭，使得发动机进气不被引导到发动机排气系统。
在时间T0和时间T1之间，响应于发动机转速和需求扭矩(未示出)的增加，排气组件温度增加。发动机转速和需求扭矩的增加可以基于驾驶员需求扭矩的增加。
在时间T1处，排气组件温度超过阈值902。因此，通过激活排气涡轮机并使排气涡轮机上游的排气系统中的空燃比变富来激活排气组件冷却。涡轮前增压气流控制阀打开，如由转换到较高水平的涡轮前增压气流控制阀状态所示。另外，排气燃料喷射被激活，如由转换到较高水平的排气燃料喷射状态所示。涡轮离合器也关闭，如由转换到较高水平的涡轮离合器状态所示，使得由排气涡轮机产生的扭矩可以被转移到传动系统。如由转换到较高水平的涡轮前增压气流控制阀所示，涡轮后增压气流控制阀打开，以向处理发动机排气的催化剂提供化学计量气体。
通过使涡轮机上游的空燃比变富，涡轮机翼片可以被冷却。另外，激活涡轮机允许涡轮机提供扭矩以满足驾驶员需求或允许发动机扭矩被减少以满足驾驶员需求。减少发动机扭矩可以进一步降低排气组件温度。变富的排气将排气组件温度冷却到略低于(justbelow)阈值902的水平。另外，发动机以LBT操作以减少发动机燃料消耗。
在时间T2处，驾驶员减少驾驶员需求扭矩(未示出)，引起排气组件温度降低到低于阈值902的阈值水平。结果，排气组件冷却通过去激活排气涡轮机并使发动机返回到化学计量燃烧而被去激活。排气涡轮机通过停止排气燃料喷射并关闭涡轮前增压气流控制阀而被去激活。涡轮后增压气流控制阀被关闭以使得排气空燃比不稀于(lean of)化学计量。
纵观激活排气组件冷却的过程，气体被供应到以化学计量值处理发动机排气的催化剂。另外，涡轮机被激活以改善传动系统扭矩产生。
如本领域普通技术人员将认识到的，图5-8所述的方法可以表示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)中的一个或多个。正因如此，示出的各种步骤或功能可以以示出的顺序执行、平行执行，或在一些情况下被省略。同样地，处理顺序不是实现本文描述的目标、特征和优点必需要求的，而是为方便说明和描述被提供。此外，本文所述的方法可以是在物理世界中通过控制器采取的动作和控制器内的指令的组合。本文所公开的控制方法和程序的至少部分可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其它发动机硬件来执行。虽然未明确示出，本领域普通技术人员将认识到示出的步骤、方法或功能中的一个或多个可以根据正使用的特定策略而被重复执行。
这结束该描述。本领域技术人员通过阅读该描述将想到许多改变和修改而不偏离本描述的精神和范围。例如，以天然气、汽油、柴油或可替代的燃料配置操作的单汽缸、I2、I3、I4、I5、V6、V8、V10、V12以及V16发动机可以通过使用本描述而获益。

Claims (17)

1.一种发动机操作方法，其包括：
在耦合到米勒循环发动机的曲轴的涡轮机上游的位置处利用在所述米勒循环发动机的排气系统中喷射燃料来操作所述米勒循环发动机；
使排气从所述米勒循环发动机通过所述涡轮机，其中所述涡轮机经由变速器被耦合到所述曲轴，并且其中所述涡轮机经由涡轮离合器被耦合到所述曲轴；以及
响应于排气组件的温度超过阈值而关闭所述涡轮离合器。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括选择性地打开和关闭传动系分离离合器以将所述涡轮机耦合到所述米勒循环发动机。
3.根据权利要求1所述的方法，其中富化学计量排气的排气通过所述涡轮机。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括将富化学计量排气的所述排气与来自所述米勒循环发动机的进气歧管的空气混合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在催化剂上游的所述米勒循环发动机的排气系统中的位置处将富化学计量排气的所述排气与来自所述米勒循环发动机的进气歧管的空气混合。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括经由火花塞点火所述涡轮机上游喷射的所述燃料。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括将所述涡轮机耦合到车轮。
8.一种发动机操作方法，其包括：
利用在米勒循环发动机的排气系统中的涡轮机上游喷射燃料来操作所述米勒循环发动机；
在所述涡轮机上游的所述米勒循环发动机的所述排气系统中的位置处将所述涡轮机上游喷射的所述燃料与来自所述米勒循环发动机的进气系统的空气混合；以及
基于在所述涡轮机上游的所述米勒循环发动机的所述排气系统中的所述位置处所述涡轮机上游喷射的燃料和来自所述米勒循环发动机的所述进气系统的空气的混合物，将来自所述米勒循环发动机的所述进气系统的一定量的空气引入到所述涡轮机下游的位置；
其中所述涡轮机经由涡轮离合器被耦合到米勒循环发动机的曲轴，并且响应于排气组件的温度超过阈值而关闭所述涡轮离合器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中引入来自所述米勒循环发动机的所述进气系统的所述一定量的空气量向催化剂提供化学计量排气混合物。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述涡轮机上游喷射的所述燃料在所述排气系统中的膨胀室内被燃烧。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述膨胀室在所述涡轮机上游。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述涡轮机上游喷射的所述燃料经由火花塞被点火。
13.根据权利要求8所述的方法，其中响应于发动机排气温度大于排气组件劣化阈值温度，所述燃料被喷射。
14.一种发动机系统，其包括：
涡轮机；
具有压缩机、燃料喷射器和排气通道的米勒循环发动机，所述米勒循环发动机包括在所述涡轮机下游的位置处从进气通道到所述排气通道的第一通道，在所述涡轮机上游的位置处从所述进气通道到所述排气通道的第二通道，其中所述涡轮机沿所述排气通道被定位，所述涡轮机经由涡轮离合器被耦合到所述米勒循环发动机的曲轴，并且响应于排气组件的温度超过阈值而关闭所述涡轮离合器；以及
控制器，其包括非暂时性可执行指令以：
经由调节通过所述燃料喷射器喷射的燃料量并且控制经过所述第二通道的空气流量而使富排气混合物流过所述涡轮机；
经由控制气流通过所述第一通道向催化剂提供化学计量气体混合物。
15.根据权利要求14所述的发动机系统，其中所述催化剂在所述涡轮机下游的位置处沿所述排气通道被定位。
16.根据权利要求15所述的发动机系统，还包括附加的控制器指令，用于在所述涡轮机上游提供富排气混合物并且在所述催化剂上游提供化学计量排气混合物。
17.根据权利要求16所述的发动机系统，其中所述涡轮机上游的所述富排气混合物经由喷射燃料到所述排气通道而被提供。
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