CN114294114A - 用于操作发动机的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于操作发动机的方法和系统”。公开了一种用于在燃料切断模式期间操作发动机的方法。所述方法可以调整一个或多个气缸的排气门打开正时和排气门升程以加热流过所述一个或多个气缸的空气，使得可以维持或升高后处理装置的温度。

Description

用于操作发动机的方法和系统
技术领域
本说明书涉及用于以燃料切断模式操作发动机的方法和系统。所述方法和系统可以改善发动机后处理装置的操作。
背景技术
当车辆在道路上行驶时，车辆的内燃发动机可以不时地在低负荷下操作。在此类状况期间，可以通过使燃料流停止到达气缸来停用发动机的气缸。另外，在发动机继续旋转的同时，气缸的进气门和排气门可以在整个发动机循环(例如，四冲程发动机转两圈)内完全关闭并保持关闭。替代地，发动机的进气门和排气门可以继续打开和关闭，同时到发动机气缸的燃料流被停用。通过停用发动机气缸，可以减少发动机燃料消耗。以这种方式停用发动机气缸可以被称为以燃料切断模式操作发动机。
当发动机负荷低时停用发动机气缸可以节省燃料；然而，这也可能导致发动机后处理装置的温度和效率降低。具体地，如果发动机的进气门和排气门继续打开和关闭，就好像发动机仍在燃烧燃料一样，则流过发动机和排气系统的空气可能会冷却后处理装置，使得其效率可能降低。另外，气流可能使发动机排气后处理装置充满氧气，由此降低后处理装置的NOx转化效率。
发明内容
本文的发明人已经认识到上述问题并且已经开发了一种发动机操作方法，所述发动机操作方法包括：响应于发动机处于燃料切断模式而经由控制器调整气缸的排气门打开正时和升程，其中调整排气门打开时间包括在所述气缸的压缩或膨胀冲程期间打开所述排气门，并且其中调整所述排气门升程包括将排气门升程与在当前发动机转速和驾驶员需求下激活所述气缸时的排气门升程相比减小。
通过响应于发动机处于燃料切断模式而调整气缸的排气门打开时间和升程，可以提供维持或升高后处理装置的温度的技术结果。具体地，流过发动机的空气可以经由被压缩而被加热，并且加热后的空气可以被输送到后处理系统。另外，可以经由控制进气门的打开与排气门的打开之间的重叠来调整流过发动机的空气的温度。结果，与气缸的进气门和排气门以标称正时和升程打开和关闭的情况相比，少量空气可以加热后处理装置，同时减少流到后处理装置的气流。
本说明书可以提供若干优点。具体地，所述方法可以改善后处理装置效率。另外，所述方法可以在发动机不燃烧燃料的情况下维持后处理装置温度。更进一步地，所述方法可以减少被输送到后处理装置的氧气，使得可能需要更少的燃料即可重新激活后处理装置。
当单独地或结合附图来理解时，根据以下具体实施方式，将容易明白本说明书的以上优点和其他优点以及特征。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由在详细描述之后的权利要求界定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或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示出了内燃发动机的示意图；
图2示出了包括图1所示的内燃发动机的车辆传动系或动力传动系统的示意图；
图3A至图3B示出了在以燃料切断模式操作发动机时的发动机操作序列；以及
图4示出了用于操作发动机的示例性方法。
具体实施方式
本说明书涉及维持发动机排气后处理装置的工作温度。发动机可以是图1所示的类型。发动机可以包括在如图2所示的传动系或动力传动系统中。发动机可以如图3A和图3B所示以燃料切断模式操作以维持后处理装置的温度。具体地，可以调整排气门打开正时和排气门升程，使得被泵送通过气缸的空气经由压缩加热而加热并且被排出以维持或升高后处理装置的温度。另外，可以经由调整节气门打开量以及进气门和排气门重叠来控制到达后处理装置的空气量或空气流率。图3A和图3B的序列可以经由图4的方法而提供。
参考图1，内燃发动机10(包括多个气缸，图1中示出了其中一个气缸)由电子发动机控制器12控制。发动机10由气缸盖35和缸体33组成，所述缸体包括燃烧室30和气缸壁32。活塞36定位在其中并且经由与曲轴40的连接进行往复运动。飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动机96(例如，低压(以小于30伏操作)电机)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮95以接合环形齿轮99。起动机96可以直接安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中，起动机96可以通过皮带或链条选择性地向曲轴40供应扭矩。在一个示例中，当未接合到发动机曲轴时，起动机96处于基本状态。
燃烧室30被示出为经由相应的进气门52和排气门54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进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。可以经由连续可变气门升程(CVVL)调整装置59相对于曲轴40的位置和全闭进气门位置调整进气门52的打开正时、关闭正时和升程。可以经由CVVL调整装置58相对于曲轴40的位置和全闭排气门位置调整排气门54的打开正时、关闭正时和升程。气门相位改变装置58和59可以是机电装置、液压装置或机械装置。在一个示例中，排气门和进气CVVL装置可以是美国专利号7,869,929中所示的类型，所述美国专利出于所有目的以引用方式并入。替代地，进气门和排气门可以如美国专利号7,640,899中所示进行电动操作，所述美国专利出于所有目的以引用方式并入本文。
发动机10包括容纳曲轴40的曲轴箱39。油底壳37可以形成曲轴箱39和发动机缸体33的下边界，并且活塞36可以构成曲轴箱39的上边界。曲轴箱39可以包括曲轴箱通风阀(未示出)，所述曲轴箱通风阀可以经由进气歧管44将气体排放到燃烧室30。曲轴箱39中的压力可以经由压力传感器38来感测。替代地，可以估计曲轴箱39中的压力。
燃料喷射器66被示出为定位成将燃料直接喷射到气缸30中，这被本领域的技术人员称为直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨(未示出)的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器66。在一个示例中，高压双级燃料系统可以用于产生较高的燃料压力。
另外，进气歧管44被示出为与涡轮增压器压缩机162和发动机进气口42连通。在其他示例中，压缩机162可以是机械增压器压缩机。轴161将涡轮增压器涡轮164机械地联接到涡轮增压器压缩机162。任选的电子节气门62调整节流板64的位置以控制从压缩机162到进气歧管44的气流。由于节气门62的入口在增压室45内，因此增压室45中的压力可以被称为节气门入口压力。节气门出口在进气歧管44中。在一些示例中，节气门62和节流板64可以定位在进气门52与进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。压缩机再循环阀47可以选择性地调整到介于完全打开与完全关闭之间的多个位置。废气门163可以经由控制器12进行调整以允许排气选择性地绕开涡轮164，从而控制压缩机162的转速。空气滤清器43清洁进入发动机进气口42的空气。
无分电器点火系统88响应于控制器12而经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用排气氧(UEGO)传感器126被示出为在催化转化器70上游联接到排气歧管48。替代地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。
在一个示例中，发动机排气后处理装置70可以包括多个催化器砖。在另一个示例中，可以使用多个排放控制装置，每个排放控制装置具有多个砖。在一个示例中，转化器70可以是三元型催化器，或者替代地是微粒过滤器。
控制器12在图1中被示出为常规的微计算机，所述常规的微计算机包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106(例如，非暂时性存储器)、随机存取存储器108、保活存储器110和常规的数据总线。控制器12被示出为从联接到发动机10的传感器接收除先前讨论的那些信号之外的各种信号，包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接到推进力踏板130的位置传感器134，用于感测由脚132施加的力；联接到制动踏板150的位置传感器154，用于感测由脚152施加的力；来自联接到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自霍尔效应传感器118的发动机位置传感器，用于感测曲轴40的位置；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；来自压力传感器79的气缸压力；以及来自传感器68的节气门位置的测量值。还可以感测(传感器未示出)大气压力以供控制器12处理。在本说明书的一个优选方面中，发动机位置传感器118在曲轴每转一圈产生预定数量的等距脉冲，根据所述预定数量的等距脉冲可确定发动机转速(RPM)。
控制器12还可接收来自人/机接口77的输入。在一个示例中，人/机接口77可以是显示面板。替代地，人/机接口77可以是按键开关或其他已知类型的人/机接口。人/机接口77可接收来自用户的请求。例如，用户可经由人/机接口77请求发动机停止或起动。另外，人/机接口77可显示可从控制器77接收的状态消息和发动机数据。
在操作期间，发动机10内的每个气缸典型地经历四冲程循环：所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般来说，排气气门54关闭并且进气气门52打开。空气经由进气歧管44被引入到燃烧室30中，并且活塞36移动到气缸的底部以便增加燃烧室30内的容积。活塞36靠近气缸的底部并且处于其冲程末端(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)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朝向气缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于其冲程末端并最靠近气缸盖时(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)的点通常被本领域的技术人员称为上止点(TDC)。在下文被称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在下文被称为点火的过程中，由诸如火花塞92的已知点火装置点燃所喷射燃料，从而导致燃烧。
在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞移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打开以将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回到TDC。应当注意，以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，诸如以提供正或负气门重叠、迟进气门关闭或各种其他示例。
图2是包括动力传动系统或传动系200的车辆225的框图。图2的动力传动系统包括图1所示的发动机10。动力传动系统200被示出为包括车辆系统控制器255、发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254、能量存储装置控制器253和制动器控制器250。控制器可以通过控制器局域网(CAN)299进行通信。控制器中的每一者都可以向其他控制器提供信息，诸如功率输出限制(例如，经控制不得被超过的装置或部件的功率输出)、功率输入限制(例如，经控制不得被超过的装置或部件的功率输入)、被控制的装置的功率输出、传感器和致动器数据、诊断信息(例如，关于劣化的变速器的信息、关于劣化的发动机的信息、关于劣化的电机的信息、关于劣化的制动器的信息)。此外，车辆系统控制器255可以将命令提供给发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250以实现驾驶员输入请求和基于车辆工况的其他请求。
例如，响应于驾驶员释放推进力踏板和车辆速度，车辆系统控制器255可以请求期望的车轮功率或车轮功率水平以提供期望的车辆速度减小率。所请求的期望车轮功率可以通过车辆系统控制器255向电机控制器252请求第一制动功率和向发动机控制器212请求第二制动功率来提供，第一功率和第二功率提供车轮216处的期望的传动系制动功率。车辆系统控制器255还可以经由制动器控制器250请求摩擦制动功率。制动功率可以称为负功率，因为它们减慢传动系和车轮旋转。正功率可以维持或增加传动系和车轮旋转的速度。
在其他示例中，对控制动力传动系统装置的划分可以与图2所示不同的方式进行划分。例如，单个控制器可以取代车辆系统控制器255、发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250。替代地，车辆系统控制器255和发动机控制器12可以是单个单元，而电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250是独立的控制器。
在该示例中，动力传动系统200可以由发动机10和电机240提供动力。在其他示例中，可以省略发动机10。发动机10可以用图1所示的发动机起动系统、经由BISG 219或者经由也称为集成式起动机/发电机的传动系集成式起动机/发电机(ISG)240起动。BISG 219的转速可以经由任选的BISG转速传感器203来确定。传动系ISG240(例如，高电压(以大于30伏的电压操作)电机)也可被称为电机、马达和/或发电机。此外，发动机10的功率可经由诸如燃料喷射器、节气门等功率致动器204来调整。
BISG经由带231机械地联接到发动机10。BISG可以联接到曲轴40或凸轮轴(例如，图1的51或53)。当经由电能存储装置275或低电压电池280供应电力时，BISG可作为马达操作。BISG可作为向电能存储装置275或低电压电池280供应电功率的发电机进行操作。双向DC/DC转换器281可以将电能从高压总线274传递到低压总线273，或反之亦然。低压电池280电联接到低压总线273。电能存储装置275电联接到高压总线274。低电压电池280选择性地向起动机马达96供应电能。
发动机输出功率可通过双质量飞轮215传输到动力传动系统分离离合器235的输入侧或第一侧。分离离合器236可以是电致动或液压致动的。分离离合器236的下游侧或第二侧234被示出为机械地联接到ISG输入轴237。
ISG 240可操作以向动力传动系统200提供功率，或者在再生模式中将动力传动系统功率转换成电能以便存储在电能存储装置275中。ISG 240与能量存储装置275电连通。ISG 240具有比图1所示的起动机96或BISG 219更高的输出功率容量。此外，ISG 240直接驱动动力传动系统200或由动力传动系统200直接驱动。不存在将ISG 240联接到动力传动系统200的皮带、齿轮或链条。相反，ISG 240以与动力传动系统200相同的速率旋转。电能存储装置275(例如，高压电池或电源)可以是电池、电容器或电感器。ISG 240的下游侧经由轴241机械地联接到变矩器206的泵轮285。ISG 240的上游侧机械地联接到分离离合器236。ISG 240可以经由如电机控制器252所指示充当马达或发电机来向动力传动系统200提供正动力或负动力。
变矩器206包括涡轮286以将动力输出到输入轴270。输入轴270将变矩器206机械地联接到自动变速器208。变矩器206还包括变矩器旁路锁止离合器212(TCC)。当TCC被锁定时，动力从泵轮285直接传递到涡轮286。TCC由控制器254电操作。替代地，TCC可以是液压锁定的。在一个示例中，变矩器可以被称为变速器的部件。
当变矩器锁止离合器212完全脱离时，变矩器206经由变矩器涡轮286和变矩器泵轮285之间的流体传送将发动机功率传输到自动变速器208，从而实现功率倍增。相比之下，当变矩器锁止离合器212完全接合时，经由变矩器离合器将发动机输出动力直接传递到变速器208的输入轴270。替代地，变矩器锁止离合器212可以部分地接合，由此使得能够调整直接输送到变速器的动力量。变速器控制器254可以被配置为通过响应于各种发动机工况或者根据基于驾驶员的发动机操作请求调整变矩器锁止离合器来调整由变矩器212传输的动力量。
变矩器206还包括泵283，所述泵对流体加压以操作分离离合器236、前进离合器210和挡位离合器211。泵283经由泵轮285驱动，所述泵轮285以与ISG 240相同的转速旋转。
自动变速器208包括挡位离合器(例如，挡位1-10)211和前进离合器210。自动变速器208是固定比变速器。替代地，变速器208可以是能够模拟固定齿轮比变速器和固定齿轮比的无级变速器。挡位离合器211和前进离合器210可以选择性地接合，以改变输入轴270的实际总转数与车轮216的实际总转数的比率。通过经由换挡控制电磁阀209调整被供应到离合器的流体，可以使挡位离合器211接合或脱离接合。来自自动变速器208的动力输出也可以经由输出轴260中继到车轮216以推进车辆。具体地，自动变速器208可以在将输出驱动动力传递到车轮216之前，响应于车辆行驶状况而在输入轴270处传递输入驱动动力。变速器控制器254选择性地激活或接合TCC 212、挡位离合器211和前进离合器210。变速器控制器还选择性地停用或脱离接合TCC 212、挡位离合器211和前进离合器210。
此外，可以通过接合摩擦车轮制动器218将摩擦力施加到车轮216。在一个示例中，摩擦车轮制动器218可以响应于人类驾驶员将他们的脚压在制动踏板(未示出)上和/或响应于制动器控制器250内的指令而接合。此外，制动器控制器250可以响应于由车辆系统控制器255发出的信息和/或请求而施加制动器218。通过相同的方式，通过响应于人类驾驶员从制动踏板释放他们的脚、制动器控制器指令和/或车辆系统控制器指令和/或信息而使车轮制动器218脱离接合，可以减小对车轮216的摩擦力。例如，作为自动化发动机停止程序的一部分，车辆制动器可以经由控制器250向车轮216施加摩擦力。
响应于增加车辆225的速度的请求，车辆系统控制器可以从推进力踏板或其他装置获得驾驶员需求功率或功率请求。然后，车辆系统控制器255将所请求的驾驶员需求功率的一部分分配给发动机，并将其余部分分配给ISG或BISG。车辆系统控制器255向发动机控制器12请求发动机功率并向电机控制器252请求ISG功率。如果ISG功率加上发动机功率小于变速器输入功率极限(例如，不得被超过的阈值)，则将动力输送到变矩器206，然后变矩器将所请求的动力的至少一部分输送到变速器输入轴270。变速器控制器254响应于可以基于输入轴功率和车辆速度的换挡计划和TCC锁止计划而选择性地锁定变矩器离合器212并经由挡位离合器211接合挡位。在一些状况下，当可能期望对电能存储装置275充电时，可以在存在非零驾驶员需求功率时请求充电功率(例如，负ISG功率)。车辆系统控制器255可以请求增加发动机功率来克服充电功率以满足驾驶员需求功率。
响应于降低车辆225的速度并提供再生制动的请求，车辆系统控制器可以基于车辆速度和制动踏板位置来提供负的期望车轮功率(例如，期望的或请求的动力传动系统车轮功率)。然后，车辆系统控制器255将负的期望车轮功率的一部分分配给ISG 240和发动机10。车辆系统控制器还可以将所请求的制动功率的一部分分配给摩擦制动器218(例如，期望的摩擦制动车轮功率)。此外，车辆系统控制器可以向变速器控制器254通知车辆处于再生制动模式，使得变速器控制器254基于唯一换挡计划来变换挡位211，以提高再生效率。发动机10和ISG 240可以向变速器输入轴270供应负功率，但是由ISG 240和发动机10提供的负功率可以由变速器控制器254限制，所述变速器控制器254输出变速器输入轴负功率极限(例如，不应超过的阈值)。此外，车辆系统控制器255或电机控制器252可以基于电能存储装置275的工况来限制ISG 240的负功率(例如，被约束到小于阈值负阈值功率)。由于变速器或ISG限制而可能不由ISG 240提供的期望的负车轮功率的任何部分可以被分配给发动机10和/或摩擦制动器218，使得期望的车轮功率通过经由摩擦制动器218、发动机10和ISG240的负功率(例如，吸收的功率)的组合来提供。
因此，对各种动力传动系统部件的功率控制可以由车辆系统控制器255来监视，其中经由发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250来提供对发动机10、变速器208、电机240和制动器218的本地功率控制。
作为一个示例，可以通过控制涡轮增压发动机或机械增压发动机的节气门开度和/或气门正时、气门升程和增压调整火花正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合来控制发动机功率输出。在柴油发动机的情况下，控制器12可以通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和空气充气的组合来控制发动机功率输出。可以通过在发动机产生的功率不足以使发动机旋转的情况下使发动机旋转来提供发动机制动功率或负发动机功率。因此，发动机可以经由在燃烧燃料时以低功率操作(其中一个或多个气缸停用(例如，不燃烧燃料)或其中所有气缸都停用并且在使发动机旋转时)来产生制动功率。可以经由调整发动机气门正时来调整发动机制动功率量。可以调整发动机气门正时以增加或减少发动机压缩功。此外，可以调整发动机气门正时以增加或减少发动机膨胀功。在所有情况下，可在逐缸的基础上执行发动机控制以控制发动机功率输出。
电机控制器252可通过调整流入和流出ISG的磁场绕组和/或电枢绕组的电流来控制来自ISG 240的功率输出和电能产生，如本领域中已知的。
变速器控制器254经由位置传感器271接收变速器输入轴位置。变速器控制器254可以经由对来自位置传感器271的信号求导或者在预定时间间隔内对若干已知的角距离脉冲进行计数而将变速器输入轴位置转换成输入轴转速。变速器控制器254可以从扭矩传感器272接收变速器输出轴扭矩。替代地，传感器272可以是位置传感器或扭矩和位置传感器。如果传感器272是位置传感器，则控制器254可以对预定时间间隔内的轴位置脉冲进行计数以确定变速器输出轴转速。变速器控制器254还可以对变速器输出轴转速求导以确定速度增加的变速器输出轴转速增加率。变速器控制器254、发动机控制器12和车辆系统控制器255还可以从传感器277接收另外的变速器信息，所述传感器可以包括但不限于泵输出管线压力传感器、变速器液压传感器(例如，挡位离合器流体压力传感器)、ISG温度传感器和BISG温度、换挡杆传感器和环境温度传感器。变速器控制器254还可以从换挡选择器290(例如，人/机界面装置)接收所请求的挡位输入。换挡选择器290可包括用于挡位1-N(其中N是高挡位数)、D(前进挡)和P(驻车挡)的位置。
制动控制器250经由车轮速度传感器221接收车轮速度信息并且从车辆系统控制器255接收制动请求。制动器控制器250还可以直接地或通过CAN 299从图1中所示的制动踏板传感器154接收制动踏板位置信息。制动器控制器250可以响应于来自车辆系统控制器255的车轮功率命令而提供制动。制动器控制器250还可以提供防抱死和车辆稳定性制动以提高车辆制动和稳定性。因而，制动器控制器250可以向车辆系统控制器255提供车轮功率极限(例如，不得超过的阈值负车轮功率)，使得负ISG功率不会导致超过车轮功率极限。例如，如果控制器250发出50N-m的负车轮功率极限，则调整ISG功率以在车轮处提供小于50N-m(例如，49N-m)的负功率，这包括考虑变速器齿轮传动。
因此，图1和图2的系统提供了一种车辆系统，所述车辆系统包括：发动机，所述发动机包括气缸，所述气缸具有可变升程进气门和可变升程排气门；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令使所述控制器在切断对所述气缸的燃料流的同时响应于排气后处理装置温度低于阈值温度而调整所述可变升程排气门的打开时间的开始和所述可变升程进气门的打开时间的开始。所述车辆系统还包括用于进行以下项的附加指令：响应于进入燃料切断模式而完全关闭所述可变升程进气门和所述可变升程排气门。所述车辆系统包括其中调整所述可变升程排气门的打开时间的开始包括相对于所述发动机以所述发动机的当前转速和驾驶员需求燃烧燃料时将所述可变升程排气门的打开时间的开始提前。所述车辆系统包括其中调整所述可变升程排气门的打开时间的开始包括在所述气缸的压缩或膨胀冲程期间打开所述排气门。所述车辆系统还包括将所述可变升程排气门的升程量相对于以当前发动机转速和驾驶员需求向所述发动机供应燃料时的可变升程排气门的升程量减小。所述车辆系统还包括用于进行以下项的附加指令：调整所述可变升程进气门和所述可变升程排气门之间的重叠量。所述车辆系统还包括用于进行以下项的附加指令：响应于所述排气后处理装置温度而调整所述重叠量。
现在参考图3A，示出了第一示例性预测发动机操作序列。发动机操作序列可以经由图1和图2的系统结合或配合图4的方法来产生。时间t0-t2处的竖直线示出所述序列期间的感兴趣时间。图3A的曲线图在时间和发动机位置上对准。
从图3A的顶部开始的第一曲线图是一号气缸的进气门正时和排气门正时以及升程的曲线图。一号气缸的各个冲程沿着水平轴线指示。具体地，进气冲程由“I”指示，压缩冲程由“C”指示，动力或膨胀冲程由“P”指示，并且排气冲程由“E”指示。进气门的升程和正时廓线经由斜线阴影区域(诸如在302处)表示。排气门的升程和正时轮廓经由点阴影区域(诸如在306处)表示。火花点火事件由如306处示出的“*”指示。进气廓线和排气廓线的最大升程由进气门廓线和排气门廓线的最大高度指示，如在320处所指示。当进气门和排气门升程廓线如在区域322中的竖直线之间以及类似地在图中的其他地方重叠时，发生进气门和排气门打开重叠。相应的气缸冲程之间沿着水平轴线的竖直线表示一号气缸的上止点活塞位置和下止点活塞位置。
从图3A的顶部开始的第二曲线图是三号气缸的进气门正时和排气门正时以及升程的曲线图。类似于一号气缸，三号气缸的各个冲程沿着水平轴线指示。此外，排气门的升程和正时廓线经由如先前描述的斜线阴影区域表示。另外，排气门的升程和正时廓线经由如先前描述的点阴影区域表示。而且，如先前针对一号气缸所述，指示火花点火事件、进气和排气廓线的最大升程以及进气门和排气门打开重叠。相应的气缸冲程之间沿着水平轴线的竖直线表示三号气缸的上止点活塞位置和下止点活塞位置。
从图3A的顶部开始的第三曲线图是四号气缸的进气门正时和排气门正时以及升程的曲线图。类似于一号气缸，一号气缸的各个冲程沿着水平轴线指示。另外，排气门的升程和正时廓线经由如先前描述的斜线阴影区域表示。此外，排气门的升程和正时廓线经由如先前描述的点阴影区域表示。如先前针对一号气缸所述，指示火花点火事件、进气和排气廓线的最大升程以及进气门和排气门打开重叠。相应的气缸冲程之间沿着水平轴线的竖直线表示四号气缸的上止点活塞位置和下止点活塞位置。
从图3A的顶部开始的第四曲线图是二号气缸的进气门正时和排气门正时以及升程的曲线图。类似于一号气缸，一号气缸的各个冲程沿着水平轴线指示。排气门的升程和正时廓线经由如先前描述的斜线阴影区域表示。同样，排气门的升程和正时廓线经由如先前描述的点阴影区域表示。如先前针对一号气缸所述，指示火花点火事件、进气和排气廓线的最大升程以及进气门和排气门打开重叠。相应的气缸冲程之间沿着水平轴线的竖直线表示二号气缸的上止点活塞位置和下止点活塞位置。
从图3A的顶部开始的第五曲线图是发动机节气门位置对时间的曲线图。节气门打开量在竖直轴线箭头的方向上增加。水平轴线表示全闭节气门；然而，当节气门完全关闭以允许发动机怠速时，少量空气可能会通过节气门。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线308表示节气门位置。
从图3A的顶部开始的第六曲线图是发动机燃料切断状态对时间的曲线图。竖直轴线表示发动机燃料切断状态，并且当迹线310处于水平轴附近的较低水平时，发动机未处于燃料切断状态。当迹线310处于竖直轴线箭头附近的较高水平时，发动机处于燃料切断状态。水平轴线表示时间。迹线310表示发动机燃料切断状态。
在380处示出了示例性排气门正时和升程廓线，并且排气门正时和升程廓线的排气门打开时间被指示为“打开”。排气门正时和升程廓线的排气门关闭时间被指示为“关闭”。在381处示出了示例性进气门正时和升程廓线，并且进气门正时和升程廓线的进气门打开时间被指示为“打开”。进气门廓线的进气门关闭时间被指示为“关闭”。图3A中所示的廓线的排气门打开正时和关闭正时遵循针对排气门正时和升程廓线380所示的相同惯例。图3A中所示的廓线的排气门打开正时和关闭正时遵循针对排气门正时和升程廓线380所示的相同惯例。
在时间t0处，发动机正旋转并燃烧燃料。对于当前发动机转速和负荷，进气门和排气门以标称升程和正时进行操作。所有四个发动机气缸都在燃烧空气和燃料。燃烧的排气产物被输送到发动机的排气系统。在时间t1之前不久，发动机的节气门完全关闭。
在时间t1处，发动机进入燃料切断模式并且停止对发动机气缸的燃料喷射(未示出)。在时间t1之后不久，已经喷射到气缸3、4和2中的燃料的燃烧完成。
在时间t2处，一号气缸的排气门的打开提前。另外，例如，一号气缸的排气门的升程从10毫米减小到2毫米。减小排气门的升程限制了泵出气缸的空气的流量，这减少了未燃烧的气体的流量并且将冷却催化器。在时间t2之后不久，节气门打开少量以控制发动机进气歧管压力和通过发动机的气流。可以调整进气门打开正时以及进气门和排气门打开重叠以进一步调整通过发动机气缸的气流。例如，将进气门开始打开的正时提前并增加进气门和排气门重叠可以降低通过气缸的空气流率。
在进气门升程廓线325时引入一号气缸的空气在压缩冲程326中被压缩。一号气缸中的空气在压缩冲程326期间进行第一次加热。在进气门升程廓线326的时间期间引入一号气缸中的少量空气在压缩冲程326结束附近被推入排气歧管中。在动力冲程327期间，空气从排气歧管被抽吸回到一号气缸中。一号气缸中的空气在排气冲程328期间进行第二次加热。在排气冲程328期间加热的空气被喷射到发动机的排气歧管，并且空气流到后处理装置，此时空气可以维持或升高后处理装置的温度。
二号、三号和四号气缸的进气门和排气门正时以及升程廓线类似于在时间t2之后一号气缸的进气门和排气门廓线，如所指示的。因此，通过二号、三号和四号气缸的气流类似于通过一号气缸的气流，并且如针对一号气缸所描述的那样在这些气缸中加热空气。
以这种方式，流入气缸的空气可以在气缸的循环期间被加热两次。加热后的空气可以流到后处理装置，此时加热后的空气可以帮助维持后处理装置的温度。
现在参考图3B，示出了第二示例性预测发动机操作序列。发动机操作序列可以经由图1和图2的系统结合或配合图4的方法来产生。时间t10-t12处的竖直线示出所述序列期间的感兴趣时间。图3B的曲线图在时间和发动机位置上对准。
图3B所示的曲线图类似于图3A中所示的曲线图。因此，为简洁起见，将不会重复描述每个曲线图。另外，图3B的进气门升程廓线和排气门升程廓线遵循与图3A中所示的惯例相同的惯例。进气门升程廓线302和排气门升程廓线306遵循与图3A的描述中所讨论的惯例相同的惯例。再次经由*指示点火事件，如304处所示。
在时间t10处，发动机正旋转并燃烧燃料。对于当前发动机转速和负荷，进气门和排气门以标称升程和正时进行操作。所有四个发动机气缸都在燃烧空气和燃料。燃烧的排气产物被输送到发动机的排气系统。在时间t11之前不久，发动机的节气门完全关闭。
在时间t11处，发动机进入燃料切断模式并且停止对发动机气缸的燃料喷射(未示出)。在时间t11之后不久，已经喷射到气缸3、4和2中的燃料的燃烧完成。
在时间t12处，一号气缸的排气门的打开提前到压缩冲程352中。这是气缸的当前循环中的两个排气门打开事件中的第一者。另外，例如，一号气缸的排气门的升程从10毫米减小到2毫米。减小排气门的升程限制了泵出气缸的空气的流量，这减少了通过催化器的冷却器未燃烧气体的质量流。两个排气门打开事件中的第一者在动力冲程354的下止点处或附近关闭。在时间t12之后不久，节气门打开少量以控制发动机进气歧管压力和通过发动机的气流。在排气冲程358期间，一号气缸的排气门可以保持关闭140-180曲轴度。排气门在气缸循环期间(例如，在四个冲程内)在上止点(TDC)排气冲程附近(例如，在TDC排气冲程之前40度至TDC排气冲程的范围内)以减小的升程水平第二次打开，并且在TDC排气冲程处或此后不久(例如，在TDC排气冲程之后30曲轴度内)关闭。
在进气门升程廓线350时引入一号气缸的空气在压缩冲程326中被压缩。一号气缸中的空气在压缩冲程352期间进行第一次加热。在进气门升程廓线350的时间期间引入一号气缸中的少量空气在压缩冲程352结束附近被推入排气歧管中。在动力冲程354期间，空气从排气歧管被抽吸回到一号气缸中。一号气缸中的空气在排气冲程358期间进行第二次加热。在排气冲程358期间加热的空气被喷射到发动机的排气歧管，并且空气流到后处理装置，此时空气可以维持或升高后处理装置的温度。
二号、三号和四号气缸的进气门和排气门正时以及升程廓线类似于在时间t12之后一号气缸的进气门和排气门廓线，如所指示的。因此，通过二号、三号和四号气缸的气流类似于通过一号气缸的气流，并且如针对一号气缸所描述的那样在这些气缸中加热空气。
以这种方式，流入气缸的空气可以在气缸的循环期间被加热两次。加热后的空气可以流到后处理装置，此时加热后的空气可以帮助维持后处理装置的温度。
现在参考图4，示出了一种用于操作发动机的方法。方法400的至少部分可被实现为存储在非暂时性存储器中的可执行控制器指令。方法400可与图1和图2的系统协作操作。另外，方法400的部分可以是在物理世界中采取以变换致动器或装置的操作状态的动作。图4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结合图1和图2的系统中。方法400是根据操作一个发动机气缸来描述的，但是应当理解，可以类似地操作发动机的其他气缸。
在402处，方法400确定车辆工况。车辆工况可以包括但不限于车辆速度、发动机转速、选定的变速器挡位、环境温度、环境压力以及驾驶员需求扭矩或功率。可以经由本文描述的传感器和致动器来确定车辆工况。方法400前进到404。
在404处，方法400判断发动机是否将进入燃料切断模式。燃料切断模式可以包括在不向发动机供应燃料的同时使发动机经由车辆的惯性旋转。如果车辆速度大于阈值速度并且驾驶员需求扭矩或功率小于阈值，则方法400可以判断发动机将进入燃料切断模式。如果方法400判断发动机将进入燃料切断模式，则答案为是，并且方法400前进到406。否则，答案为否并且方法400前进到420。
在420处，方法400在每个发动机循环中打开和关闭发动机气缸的进气门和排气门(例如，如图3A中在时间t0处所示)。可以根据发动机转速和驾驶员需求扭矩或功率来调整进气门正时和排气门正时和升程。每个发动机循环打开和关闭进气门一次。同样，每个发动机循环打开和关闭排气门一次。方法400前进到422。
在422处，方法400将燃料喷射到发动机的气缸中的每一者并在发动机中燃烧燃料以产生扭矩来推进车辆。方法400前进到退出。
在406处，方法400任选地确定后处理装置的温度是否低于阈值温度。如果方法400判断后处理装置的温度低于阈值温度，则答案为是并且方法400前进到408。否则，答案为否，并且方法400前进到430。
在430处，方法400完全关闭发动机气缸的进气门和排气门。进气门和排气门在整个发动机循环(例如，四循环发动机的发动机转两圈)内完全关闭。通过关闭进气门和排气门，可以减少或消除从发动机气缸到后处理装置的空气泵送。方法400前进到432。
在432处，方法400停止向发动机的气缸喷射燃料。通过停止喷射燃料，气缸中可以停止燃烧并且可以减少燃料消耗。方法400前进到退出。
在408处，方法400在所有气缸的气缸循环期间将排气门打开正时的开始提前。具体地，气缸的排气门打开正时的开始可以提前到气缸的压缩冲程中到上止点压缩冲程的阈值度数内(例如，在30曲轴度内)。替代地，气缸的排气门打开正时可以提前到气缸的膨胀或动力冲程的早期部分中。例如，排气门打开正时的开始可以提前到上止点膨胀冲程的预定曲轴角度内(例如，在30曲轴度内)。在一个示例中，TDC压缩冲程附近的排气门打开正时的开始可以是两次排气门打开中的第一者，而在其他示例中，排气门打开可以是气缸循环期间的唯一排气门打开。对于每个发动机气缸，排气门打开的开始可以以这种方式提前。方法400前进到410。
在410处，方法400关闭在步骤408中打开的排气门。在一个示例中，排气门可以在与图3A所示的气缸循环相同的气缸循环中在气缸的TDC排气冲程附近完全关闭。例如，排气门可以在气缸的TDC排气冲程的±20曲轴度内关闭。发动机的其他气缸的排气门可以以与图3A所示的方式类似的方式进行操作。在第二示例中，在步骤408处打开的排气门可以在与图3B中所示的气缸循环相同的气缸循环的下止点动力冲程的±20曲轴度内关闭。发动机的其他气缸的排气门可以以类似方式进行操作。
在一些示例中，如图3B所示，排气门可以在气缸的排气循环期间(例如，在同一气缸循环期间的TDC排气冲程的40曲轴度内)开始第二次打开。排气门可以在TDC排气冲程的预定实际总曲轴度数内第二次完全关闭。第二次排气门打开允许在气缸循环期间已经被第二次压缩和加热的空气被排出并输送到后处理装置。发动机的其他气缸的排气门可以以类似方式进行操作。方法400前进到412。
在412处，方法400调整开始打开气缸的进气门的正时和发动机的节气门的打开量。在一个示例中，可以调整开始打开气缸的进气门的正时以增加或减少排气门与进气门之间的打开时间重叠，如图3A和图3B所示。此外，可以调整发动机的节气门位置以控制通过发动机并到达后处理装置的气流量。例如，可以延迟开始打开进气门的正时以减少与排气门的打开时间重叠以增加通过发动机和气缸的空气流率。进气门和排气门打开时间重叠的量可以响应于后处理装置温度低于阈值温度而增加。此外，节气门打开量可以响应于后处理装置温度低于阈值温度而增加。另外，可以响应于后处理装置的温度而调整进气门的打开正时以升高在气缸中压缩的空气的温度。例如，随着后处理装置的温度下降，可以将进气门打开时间的开始延迟。方法400前进到退出。
因此，图4的方法提供了一种发动机操作方法，所述发动机操作方法包括：响应于发动机处于燃料切断模式而经由控制器调整气缸的排气门打开正时和升程，其中调整排气门打开时间包括在所述气缸的压缩或膨胀冲程期间开始打开所述排气门，并且其中调整所述排气门升程包括将排气门升程与在当前发动机转速和驾驶员需求下激活所述气缸时的排气门升程相比减小。所述方法包括其中调整排气门升程包括减小最大排气门升程。所述方法包括其中调整排气门打开时间包括在所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内开始打开所述排气门。所述方法包括其中所述预定曲轴角度在所述气缸的上止点压缩冲程的30曲轴度内。所述方法还包括在所述发动机处于所述燃料切断模式的同时打开和关闭所述气缸的进气门。所述方法还包括调整所述进气门的打开正时以升高被泵送通过所述发动机的空气的温度。所述方法还包括调整所述进气门的打开正时以增加被泵送通过所述发动机的空气的流量。
图4的方法还提供了一种发动机操作方法，所述发动机操作方法包括：响应于后处理装置的温度低于阈值温度而在以燃料切断模式操作发动机的同时在所述发动机的循环期间打开和关闭气缸的排气门两次。所述方法包括其中在所述气缸的压缩冲程或膨胀冲程期间第一次打开所述排气门。所述方法包括其中在所述气缸的排气冲程期间第二次打开所述排气门。所述方法还包括在所述发动机的所述循环期间打开和关闭所述进气门一次。所述方法还包括响应于后处理装置的温度而调整所述进气门与所述排气门之间的重叠量。所述方法还包括响应于以所述燃料切断模式操作所述发动机而减小所述排气门的升程量。
应当注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序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、致动器和其他发动机硬件来执行。本文所述的具体程序可以表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务、多线程等)中的一者或多者。因而，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样地，处理次序不一定是实现本文中所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可根据所使用的特定策略来反复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能中的至少一部分可以图形地表示要被编程到控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。当通过结合一个或多个控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来执行所描述的动作时，控制动作还可以变换物理世界中的一个或多个传感器或致动器的操作状态。
说明书到此结束。在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，本领域技术人员在阅读本说明书之后，将想到许多变化形式和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或替代燃料配置操作的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可以使用本说明书来获益。

Claims (14)

1.一种发动机操作方法，其包括：
响应于发动机处于燃料切断模式而经由控制器调整气缸的排气门打开正时和升程，其中调整排气门打开时间包括在所述气缸的压缩或膨胀冲程期间开始打开所述排气门，并且其中调整所述排气门升程包括将排气门升程与在当前发动机转速和驾驶员需求下激活所述气缸时的排气门升程相比减小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整排气门升程包括减小最大排气门升程。
3.根据权利要求1所述的方法，其中调整排气门打开时间包括在所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内开始打开所述排气门。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定曲轴角度在所述气缸的上止点压缩冲程的30曲轴度内。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述发动机处于所述燃料切断模式的同时打开和关闭所述气缸的进气门。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括调整所述进气门的打开正时以升高被泵送通过所述发动机的空气的温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括调整所述进气门的打开正时以增加被泵送通过所述发动机的空气的流量。
8.一种车辆系统，其包括：
发动机，所述发动机包括气缸，所述气缸具有可变升程进气门和可变升程排气门；以及
控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令使所述控制器在切断对所述气缸的燃料流的同时响应于排气后处理装置温度低于阈值温度而调整所述可变升程排气门的打开时间的开始和所述可变升程进气门的打开时间的开始。
9.根据权利要求8所述的车辆系统，其还包括用于进行以下项的附加指令：响应于进入燃料切断模式而完全关闭所述可变升程进气门和所述可变升程排气门。
10.根据权利要求8所述的车辆系统，其中调整所述可变升程排气门的打开时间的开始包括相对于所述发动机以所述发动机的当前转速和驾驶员需求燃烧燃料时将所述可变升程排气门的打开时间的开始提前。
11.根据权利要求8所述的车辆系统，其中调整所述可变升程排气门的开始打开时间包括在所述气缸的压缩或膨胀冲程期间打开所述排气门。
12.根据权利要求8所述的车辆系统，其还包括将所述可变升程排气门的升程量相对于以当前发动机转速和驾驶员需求向所述发动机供应燃料时的可变升程排气门的升程量减小。
13.根据权利要求8所述的车辆系统，其还包括用于进行以下项的附加指令：调整所述可变升程进气门和所述可变升程排气门之间的打开重叠量。
14.根据权利要求13所述的车辆系统，其还包括用于进行以下项的附加指令：响应于所述排气后处理装置温度而调整所述打开重叠量。
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