CN115717571A - 用于减少发动机的冷起动排放的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于减少发动机的冷起动排放的方法”。提供了用于在发动机的冷起动期间减少排气排放的方法。在一个示例中，一种方法可以包括在排气系统的排气道中产生火焰前锋，加热流入排气系统的排放控制装置中的排气，由此加快接近排放控制装置的起燃温度，以及将火焰前锋引导回气缸作为四冲程发动机循环的燃烧冲程的一部分。

Description

用于减少发动机的冷起动排放的方法
技术领域
本说明书总体上涉及用于减少来自发动机的冷起动排放的方法和系统。
背景技术
发动机排放控制系统可以包括一种或多种排气催化剂，诸如三元催化剂、NOx存储催化剂、起燃催化剂和SCR催化剂。在催化剂起燃温度(例如工作温度)，排气催化剂可以氧化并还原排气中的排气成分，从而将排气中的有毒气体和污染物转化为毒性较小的污染物或惰性成分，然后释放到大气中。作为一个示例，当在400℃至600℃之间操作时，三元催化剂可以将反应性氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(HC)转化为惰性成分，诸如双原子氮(N2)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)。然而，在发动机的冷起动期间，当排气催化剂的温度低于起燃温度(例如，三元催化剂温度下降到低于400℃)时，排气催化剂可能无法有效处理排气的反应性成分，并且结果，冷起动排放可能增加并且排气中的有毒成分可能直接被排放到大气中。
减少冷起动排放的一种方式是点燃排气歧管的排气道中的燃烧，由此除了快速加热排气之外还氧化排气中所包含的过量CO和HC，使得与在排气门和进气门两者都关闭的情况下维持在气缸中的燃烧相比，可以在更短时间内达到催化剂的起燃温度。Crane等人于1997年发表在SAETransactions第106卷第9页至第19页的“在火花点火发动机中使用快速排气道氧化(REPO)减少冷起动排放”中给出了一种用于在排气歧管的排气道中燃烧排气的示例性方法。其中，用超富燃料校准来冷起动发动机，同时经由被配备有空气泵的管道将接近化学计量体积的空气直接计量到排气歧管的排气口中，管道中的每一者联接到排气道中的一者或多者。使用这种方法，排气成分在经由排气门离开气缸时可以由于以接近化学计量水平喷射空气而在排气道中自发地点燃，从而允许排气被快速加热，这进而可以将排气催化剂快速加热到起燃温度。更快地达到起燃温度可以允许减少冷起动排放。
发明内容
然而，本文的发明人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，Crane等人的示例包括附加部件，诸如配备有空气泵的管道，所述空气泵联接到排气歧管的排气流道中的每一者以实现排气在排气道中的燃烧。将此类附加部件结合到排气歧管可能会增加发动机的制造复杂性并增加制造成本。此外，Crane等人的增强型排气系统可能利用附加的控制硬件以便以接近化学计量比计量出空气，从而增加了附加的系统复杂性。作为另一个示例，在发动机推进装置的冷起动阶段期间以超富燃料校准操作发动机可能会降低车辆的燃料效率。
在一个示例中，上述问题可以通过一种用于车辆中的发动机的方法来解决，所述方法包括：在冷起动期间在气缸的排气道处产生燃烧前锋；经由所述排气道处的所述燃烧前锋燃烧空气/燃料混合物；以及将所述燃烧前锋引导到所述气缸。通过这种方式，可以减少催化剂起燃时间并且可以满足排放合规性要求。
作为一个示例，可以经由可变气门正时或可变凸轮轴正时系统来调整排气门打开(EVO)的正时。具体地，在四冲程发动机循环的燃烧冲程期间，结合提前的火花正时，EVO可以相对于活塞到达上止点(TDC)提前。由于排气门的提前打开，发动机的气缸中的每一者内的火焰核心可以在排气门打开时点燃从气缸中的每一者流出并进入排气道中的空气/燃料混合物的燃烧，从而在通向相应排气流道中的每一者的排气道中的每一者中产生第一燃烧前锋。在排气道中的每一者中产生燃烧前锋中的每一者之后，第二燃烧前锋可以从排气道中的每一者引导回到气缸中的每一者，从而允许用于车辆推进装置的气缸内的空气/燃料充气的燃烧。
通过这种方式，通过在冷起动状况期间将排气门打开和火花正时中的每一者提前，除了从排气道引导到发动机的气缸的第二燃烧前锋之外，还可以在排气歧管的排气道内产生第一燃烧前锋，所述第一燃烧前锋在排气道处产生热量，从而升高催化剂温度。在排气道中产生第一燃烧前锋的技术效果是排气歧管中的排气可以被快速加热，从而允许排气催化剂更快地达到起燃温度。此外，由于排气道处的燃烧，排气中的过量HC和CO可以被氧化，由此改善排放质量。提前排气门正时和火花塞正时不需要额外的部件，从而允许在不增加制造成本和复杂性的情况下升高排气温度的方法。另外，与Crane等人的方法相比，燃料消耗可以保持不变。总之，通过调整EVO和火花的正时，可以在没有过量燃料消耗的情况下加速催化剂加热，由此在发动机冷起动期间改善排放合规性和燃料经济性。
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。其并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。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示出了示例性发动机系统的示意图，其描绘了单个气缸。
图2示出了图1的发动机系统，其中多个气缸联接到公共排气歧管。
图3示出了用于在图1至图2中描绘的发动机系统的气缸内的冷起动排放减少(CSER)的示例性方法，包括将排气门正时提前和固定火花正时。
图4示出了根据本公开的在冷起动期间和在催化剂起燃之后的发动机循环的排气门廓线的图形。
图5示出了根据图3的方法将排气门正时提前并在TDC之后20度CA固定火花正时以便减少催化剂起燃时间的预示性示例。
图6示出了在应用第一示例性CSER控制策略的第一示例中以及在应用图3中描述的用于CSER的示例性方法的第二示例中沿着排气流道的两个不同位置处的温度的示例性曲线图。
具体实施方式
以下描述涉及用于减少车辆中的发动机的冷起动期间的排放的系统和方法。图1中给出了示例性车辆发动机，所述车辆发动机包括排气系统，可通过所述排气系统对HC和其他燃烧副产物进行处理，然后再将排气释放到大气中。发动机的每个气缸可以配置有联接到排气歧管的排气门，如图2所示。可以在每个气缸的排气门处实施修改的排气门正时以及修改的火花正时，因此允许热的燃烧气体与排气歧管的排气道中的残余气体的混合增加以增强进气道氧化以及加快排放控制装置的起燃。图3中给出了用于实施修改的排气门正时和修改的火花正时的CSER控制策略的示例性方法。图4中给出了将用于第一示例性CSER控制策略的第一排气门廓线与和图3的方法相对应的修改的排气门廓线进行比较的图形。图5中给出了实施图3的用于修改排气门正时和火花正时的方法的预示性示例。通过实施修改的排气门正时和修改的火花正时，与没有可变正时的排气门的操作相比，可以更快地加热排气歧管中的排气。图6中给出了将排气歧管中的温度与如图4所述的第一示例性CSER控制策略和如图3所述的CSER控制策略进行比较的曲线图。
现在转向图1，示出了内燃发动机10的气缸14的示例，所述内燃发动机可包括在车辆5中。发动机10可至少部分地通过包括控制器12的控制系统和通过经由输入装置132来自车辆操作员130的输入来控制。在该示例中，输入装置132包括加速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。还包括用于生成巡航控制信号CC的输入开关133。发动机10的气缸(在本文中也称为“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136，活塞138定位在所述燃烧室壁中。活塞138可联接到曲轴140，以使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴140可经由变速器54联接到乘用车的至少一个驱动轮55，如下面进一步描述。此外，起动机马达(未示出)可经由飞轮联接到曲轴140以实现发动机10的起动操作。
在一些示例中，车辆5可以是具有可用于一个或多个车轮55的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在所示示例中，车辆5包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机。当接合一个或多个离合器56时，发动机10的曲轴140以及电机52经由变速器54连接到车轮55。在所描绘的示例中，在曲轴140与电机52之间提供第一离合器56，并且在电机52与变速器54之间提供第二离合器56。控制器12可向每个离合器56的致动器发送接合或脱离离合器的信号，以便将曲轴140与电机52以及与电机连接的部件连接或断开，和/或将电机52与变速器54以及与变速器连接的部件连接或断开。变速器54可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力传动系统可以各种方式配置，包括被配置为并联、串联或混联式混合动力车辆。
电机52从牵引电池58接收电力以向车轮55提供扭矩。电机52还可以例如在制动操作期间作为发电机操作，以提供电力来对电池58进行充电。控制器12可识别存储在能量存储装置处的电能的量，所述电能的量可称为荷电状态(SOC)。
发动机10的气缸14可经由包括一系列进气通道142、144以及进气歧管146的进气系统(AIS)来接收进气。除了气缸14之外，进气歧管146还可与发动机10的其他气缸连通，如图2所示。在一些示例中，进气通道中的一者或多者可包括增压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了配置有涡轮增压器175的发动机10，所述涡轮增压器包括布置在进气通道142与144之间的压缩机174以及沿着排气歧管148布置的排气涡轮机176。当增压装置被配置为涡轮增压器时，压缩机174可至少部分地通过排气涡轮176经由轴180提供动力。然而，在其他示例中，诸如当发动机10设置有机械增压器时，压缩机174可通过来自马达或发动机的机械输入提供动力，并且可以可选地省略排气涡轮176。
节气门162(包括节流板164)可设置在发动机进气通道中以改变被提供给发动机气缸的进气的流率和/或压力。例如，节气门162可定位在压缩机174的下游，如图1中所示，或者可替代地设置在压缩机174的上游。
排气歧管148除了从气缸14接收排气之外，还可从发动机10的其他气缸接收排气。排气传感器128被示出为联接到排放控制装置178上游的排气歧管148。例如，排气传感器128可从用于提供排气空燃比(AFR)的指示的各种合适的传感器中选择，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如图所描绘的)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。
在一个示例中，排放控制装置178可以是起燃催化器。通常，排放控制装置178被配置为催化处理排气流，由此减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，排放控制装置178可以被配置为当排气流稀化时从排气流中捕集NOx，并且当排气流富化时减少捕集的NOx。在其他示例中，排放控制装置178可以被配置为使NOx不按比例分配或者借助还原剂选择性地来还原NOx。在其他示例中，排放控制装置178可配置为氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这种功能性的不同排气后处理催化剂可以单独或一起布置在涂层中或排气后处理阶段的其他地方。在一些实施例中，排气后处理阶段可以包括可再生烟粒过滤器，所述可再生烟粒过滤器被配置为捕集和氧化排气流中的烟粒微粒。通过这种方式，排放控制装置178可以是柴油微粒过滤器(DPF)、三元催化器(TWC)、NOx捕集器、NOx催化器、选择性催化还原(SCR)系统、各种其他排放控制装置或它们的组合。排放控制装置178也可以被称为排气催化器，并且还可以包括可用于确定排气催化剂的温度的温度传感器177。
在发动机冷起动期间，排气催化剂的温度(例如，由温度传感器177确定)可能低于阈值温度。在一个示例中，阈值温度可以是催化剂起燃温度。阈值温度也可以被称为期望温度。如先前所述，当排气催化剂温度低于起燃温度时，排气催化剂可能无法有效地处理排气的成分。结果，未处理的排气可能被释放到大气中。
发动机冷起动可在各种情况下发生。在一个示例中，可以响应于钥匙接通事件而发起冷起动，其中在排放控制装置178仍然低于起燃温度时使用发动机扭矩来驱动车辆5。当车辆5从通过由车载能量源(诸如牵引电池58)提供动力的电动马达52推进切换到通过发动机10推进时，也可能发生发动机冷起动。作为一个示例，在高速公路上的巡航状况期间，由于巡航状况的低扭矩和功率要求，车辆5可以由电动马达52推进持续一定的时段。然而，当从巡航状况转变到车辆5的加速时，电池58可能没有足够的动力来根据来自车辆操作员130的扭矩和动力需求来推进电动马达52。在这些状况下，车辆5可以从作为主要推进源的电动马达52切换到作为主要推进源的发动机10。然而，当从巡航时段转变到加速时段时，发动机10在冷起动状况下可能具有高发动机负荷和发动机转速需求，这可能导致在达到催化剂的起燃温度之前有大量排放。在图3中进一步描述了一种用于修改排气门正时和修改火花正时以便在更快时间内达到起燃温度的方法。
发动机10的每个气缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，气缸14被示为包括位于气缸14的上部区域处的一个进气门150和一个排气门156。在一些示例中，发动机10的每个气缸(包括气缸14)可以包括位于气缸的上部区域处的至少两个进气门和至少两个排气门。进气门150可以由控制器12经由致动器152来控制。类似地，排气门156可以由控制器12经由致动器154来控制。进气门150和排气门156的位置可以由相应的气门位置传感器(未示出)确定。
在一些条件期间，控制器12可以改变提供给致动器152和154的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。气门致动器可以是电动气门致动型的、凸轮致动型的或它们的组合。可以同时控制进气门正时和排气门正时，或可以使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时的可能性中的任一者。每个凸轮致动系统可以包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者。例如，气缸14可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其他示例中，进气门和排气门可由共同的气门致动器(或致动系统)或可变气门正时致动器(或致动系统)控制。
气缸14可具有一定压缩比，所述压缩比是活塞138处于下止点(BDC)时的容积与处于上止点(TDC)时的容积之比。在一个示例中，压缩比在9:1至10:1的范围中。然而，在使用不同燃料的一些示例中，所述压缩比可增大。例如，当使用较高辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时可能会出现这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响，则压缩比也可能会增大。
在一些示例中，发动机10的每个气缸可以包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择的操作模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号(SA)而经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。信号SA的正时可以基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整。例如，可在最大制动扭矩(MBT)正时提供火花以最大化发动机功率和效率。控制器12可将发动机工况(包括发动机转速、发动机负荷和排气AFR)输入到查找表中，并且输出针对所输入的发动机工况的对应MBT正时。在其他示例中，如在柴油发动机中，发动机可通过压缩来点燃充气。
在一些示例中，发动机10的每个气缸可配置有用于向气缸提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为一个非限制性示例，气缸14被示为包括燃料喷射器166。燃料喷射器166可被配置为输送从燃料系统8接收的燃料。燃料系统8可包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。燃料喷射器166被示为直接联接到气缸14以便与经由电子驱动器168从控制器12接收到的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地在所述气缸中直接喷射燃料。通过这种方式，燃料喷射器166提供所谓的燃料直接喷射(下文也被称为“DI”)到气缸14中。虽然图1示出了定位到气缸14一个侧面的燃料喷射器166，但是燃料喷射器166可以可替代地位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。当使用醇基燃料操作发动机时，由于一些醇基燃料的较低挥发性，此种位置可增加混合和燃烧。替代地，喷射器可位于进气门的顶上和附近以增加混合。燃料可以经由高压燃料泵和燃料轨从燃料系统8的燃料箱输送给燃料喷射器166。此外，燃料箱可具有向控制器12提供信号的压力传感器。
在提供所谓的进入气缸14上游的进气道的进气道燃料喷射(在下文中被称为“PFI”)的配置中，燃料喷射器170被示为布置在进气歧管146中而不是在气缸14中。燃料喷射器170可与经由电子驱动器171从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射从燃料系统8接收的燃料。应注意，单个驱动器168或171可用于两个燃料喷射系统，或者如所描绘的，可以使用多个驱动器，例如用于燃料喷射器166的驱动器168和用于燃料喷射器170的驱动器171。
在替代示例中，燃料喷射器166和170中的每一者可以被配置为用于将燃料直接喷射到气缸14中的直接燃料喷射器。在又一个示例中，燃料喷射器166和170中的每一者可以被配置为用于在进气门150的上游喷射燃料的进气道燃料喷射器。在其他示例中，气缸14可以仅包括单个燃料喷射器，所述单个燃料喷射器被配置为以不同的相对量从燃料系统接收不同的燃料作为燃料混合物，并且还被配置为作为直接燃料喷射器将此燃料混合物直接喷射到气缸中或者作为进气道燃料喷射器在进气门的上游喷射此燃料混合物。
在气缸的单个循环期间，燃料可通过两个喷射器输送到气缸。例如，每个喷射器可以输送在气缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。此外，从每个喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可以随着工况而变化，所述工况诸如是诸如在下文描述的发动机负荷、爆震和排气温度。燃料喷射器166和170可具有不同的特性。这些不同的特性包括大小差异，例如，一个喷射器与另一个相比可以具有更大的喷射孔。其他差异包括但不限于不同喷雾角、不同操作温度、不同靶向、不同喷射正时、不同喷雾特性、不同位置等。此外，根据喷射器170与166当中的所喷射燃料的分布比率，可实现不同效果。
控制器12在图1中被示出为微计算机，包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序(例如，可执行指令)和校准值的电子存储介质(在该特定示例中被示出为非暂时性只读存储器芯片110)、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。控制器12可从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括先前讨论的信号，并且另外包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)的测量结果；来自联接到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到排气歧管148的温度传感器158的排气温度；来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型的传感器)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)；来自排气传感器128的信号EGO，控制器12可以使用所述信号EGO来确定排气的AFR；以及来自MAP传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。可由控制器12根据信号PIP产生发动机转速信号RPM。来自MAP传感器124的歧管压力信号MAP可用于提供对进气歧管146中的真空或压力的指示。控制器12可基于发动机冷却剂温度而推断发动机温度，并基于从温度传感器158接收到的信号而推断排放控制装置178的温度。图2示出并且在下文进一步描述向控制器12提供数据的附加传感器。
控制器12接收来自图1和图2的各种传感器的信号并且采用图1和图2的各种致动器，以基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机操作。例如，在接收到来自MAP传感器124的信号后，控制器12可基于由温度传感器116检测到的发动机温度或基于根据来自排气传感器128的信号EGO推断出的空燃比来命令对由燃料喷射器166或170提供的燃料喷射进行调整。
如上所述，图1示出多缸发动机的一个气缸。因而，每个气缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。应当明白的是，发动机10可以包括任何合适数量的气缸，包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个气缸。此外，这些气缸中的每一者可包括通过图1参考气缸14所描述和描绘的各种部件中的一些或全部。在图2中示出了具有多个气缸的发动机10的视图，其中每个气缸包括进气门和排气门。
图2示出了发动机系统200的示例性实施例，所述发动机系统包括图1的发动机10、控制系统202(包括图1的控制器12)以及图1中描绘的具有类似编号并且将不再重新介绍的其他部件。控制系统202还包括传感器204和致动器206，如上文参考图1所述。发动机缸体208在发动机系统200中被示出为具有多个气缸14，其中进气歧管146被配置为向气缸14供应进气和/或燃料并且排气歧管148被配置为从气缸14排出燃烧产物。环境气流可通过进气通道142和144进入进气系统。
气缸14可各自通过一个或多个气门进行维修。如图2所示，气缸14中的每一者包括单个进气门I1(其可为图1的进气门150)和单个排气门E1(其可为图1的排气门156)。进气门I1可能够通过上文参考图1所描述的方法在允许进气进入气缸14的打开位置与阻止来自气缸的进气的关闭位置之间致动。同样，排气门E1可能够在允许排气离开气缸14的打开位置与阻止气体从气缸释放的关闭位置之间致动，如上文参考图1所述。
排气歧管148可包括联接到气缸14中的每一者的排气道。在一些示例中(图2中未示出)，排气歧管148还可包括排气废气门以允许排气流的至少一部分绕过涡轮176。下文描述了排气歧管148的区段(如虚线区域210所指示)，并且对虚线区域210中所示的区段的描述可适用于联接到发动机10的每个气缸14的排气歧管148的每个区段。
如虚线区域210中所示，排气门E1联接到排气道214。排气道214在气缸14的下游延伸并变窄以形成排气流道212。排气流道212与排气歧管148的共同排气通道220汇合，所述共同排气通道类似地联接到排气歧管的其他排气流道。如图2所示，发动机10的每个气缸包括延伸以形成排气流道的排气道。
在燃烧循环之后，排气道中的残余排气可能包括未反应的HC。例如，在驾驶循环期间，流过排气系统的燃烧后的排气可能是热的，从而使得能够至少部分地氧化排气道中的HC，然后再在排放控制装置处对排气进行进一步处理，并且然后释放到大气中。然而，当发动机关闭一定的时间段时，发动机(包括排气系统的部件)可能会冷却。随后发动机在低温下起动(例如，冷起动)，可能导致HC残余物在初始燃烧循环期间积聚在排气道中。例如，在排气门关闭之前，由于活塞顶表面的润湿，大量HC可能被缓慢地推入到排气道中。另外，燃烧空燃比可能在冷起动时富集以补偿低燃料汽化，从而进一步导致排气道中产生HC残余物。当排气被推出排气歧管而不与高温排气混合时，由于富化燃烧，排气的低温和低氧水平可能导致不期望的高HC排放。图3中描述了通过修改排气门正时和火花正时来减少HC排放的方法。
具体地，在图3中描述的方法可以包括：在冷起动期间在气缸14的排气道214处产生燃烧前锋；经由排气道处的燃烧前锋燃烧空气/燃料混合物；以及将燃烧前锋引导到气缸。为了产生燃烧前锋，在气缸的活塞到达四冲程发动机循环的燃烧冲程的上止点(TDC)之后20度曲轴角度(CA)处，可以在气缸14处发起火花，从而在气缸内产生火焰核心。在火花产生之后，在气缸的活塞到达燃烧冲程的TDC之后25度CA处，气缸的排气门可以打开，空气/燃料混合物在排气门打开时从气缸流出到排气道214中。因此，流出气缸14进入排气道214中的空气/燃料混合物可以通过火焰核心点燃以在排气道处产生燃烧前锋，所述燃烧前锋发生在排气门的上表面处，并且燃烧排气道处的空气/燃料混合物并氧化存在于排气道处的排气。在排气流道212内的末端燃烧之后，燃烧前锋可以在第二方向上膨胀以从排气道214移动到气缸14内。在燃烧前锋到达气缸14内时，燃烧前锋可以与气缸内的火焰核心碰撞以点燃气缸内的另一燃烧，作为四冲程发动机循环的燃烧冲程的一部分。可以维持根据图3的修改的操作直到达到排放控制装置178的起燃温度为止，之后可以将火花正时移位回到燃烧冲程的TDC，并且可以将排气门打开移位回到在排气冲程开始时发生。
图3示出了用于调整排气门正时以加快排放控制装置(诸如图1的排放控制装置178)的起燃温度的实现以减少发动机操作期间的冷起动排放的方法300。方法300可以利用发动机系统(诸如图2的发动机系统200)在车辆中实施。用于执行方法300的指令可以由控制器(诸如图1和图2的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如以上参考图1和图2描述的传感器)接收的信号来执行。根据以下描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。
在302处，方法300包括估计和/或测量图1的车辆5的当前车辆工况。例如，可以确定发动机在车辆的推进期间是否正在操作。例如，可以基于来自霍尔效应传感器的PIP信号、基于来自MAF传感器的信号估计的发动机负荷、由温度传感器估计的发动机温度、经由排气温度传感器估计的排气温度、经由催化剂温度传感器估计的排放控制装置温度、由排气系统中的一个或多个HC传感器检测到的排气中的HC水平等来推断诸如发动机转速的性质。另外，可以确定车辆是否以经由电动马达(诸如图1的电动马达52)传递到车辆的扭矩来操作。在一个示例中，可以通过评估为电动马达供电的牵引电池(诸如图1的牵引电池58)的SOC来确定车辆是否以经由电动马达产生的扭矩驱动。另外，在车辆由电动马达驱动的情况下，可以确定电动马达的性质，诸如马达转速、马达温度等。
在304处，方法300包括确定是否满足用于发动机的冷起动的条件。发动机的冷起动的一个示例性条件可以是由车辆操作员发起的钥匙接通事件，所述钥匙接通事件在排放控制装置低于如通过联接到排放控制装置(诸如图1中的温度传感器177)的温度传感器估计的400℃至600℃的有效温度范围时开始发动机操作，诸如在发动机长时间不活动之后开始发动机操作。排放控制装置的温度也可以根据排气温度和/或发动机温度来确定。例如，在混合动力车辆中，由于牵引电池为具有不足SOC的电动马达供电，由车辆操作员发起的钥匙接通事件可以激活车辆的发动机而不是电动马达。用于发起发动机的冷起动的另一个示例性条件可以是在排放控制装置不在由温度传感器估计的400℃至600℃的有效温度范围内时从经由电动马达(使用马达扭矩)驱动切换为经由发动机(使用发动机扭矩)驱动。例如，从经由电动马达驱动车辆切换到经由发动机驱动车辆可以响应于对高于电动马达的功率和扭矩容量的加速请求。一个示例可以包括经由通向高速公路的坡道从城市驾驶转变到高速公路驾驶，这可以利用高于电动马达的功率和扭矩容量的加速度。另一个示例可以包括经由车辆驾驶员踩下加速踏板(诸如图1的输入装置132的加速踏板)从由电动马达提供动力的巡航控制转变为由车辆的发动机进行的操作。在另一个示例中，从经由电动马达驱动车辆切换到经由发动机驱动车辆可以响应于为电动马达供电的牵引电池的SOC低于由控制器确定的阈值水平。考虑到车辆在操作时的功率和扭矩需求，阈值SOC可以是阈值水平，低于所述阈值水平，电池可能不再能够为电动马达供电一段时间(例如，5分钟)。如果尚未满足发动机的冷起动条件，则方法300可以前进到306以维持当前车辆操作状态，并且所述方法可以结束。在当前车辆操作中，车辆可以以发动机扭矩和/或马达扭矩操作。如果经由发动机扭矩操作车辆，则可以确认排放控制装置温度高于其起燃温度，由此使得能够处理通过装置的排气。如果满足发动机冷起动的条件，则方法300可以前进到308。
在308处，方法300包括发起车辆的发动机转动起动。发起发动机的转动起动包括经由起动机马达转动起动发动机。起动机马达可以响应于钥匙接通事件或来自控制器的对发动机操作的请求而接通，并且可以经由联接到发动机的曲轴(诸如图1的曲轴140)的飞轮来发起曲轴的旋转。发动机的初始转动起动可以允许经由燃烧进行进一步的发动机操作。在一个示例中，可以在发动机的转动起动期间发起发动机气缸中的燃烧。
在发起发动机的转动起动之后，在310处，方法300包括在压缩冲程期间喷射燃料。四冲程发动机循环的压缩冲程可以在初始进气冲程之后，其中在进气冲程期间，随着活塞(诸如图1的活塞138)从TDC移动到BDC，空气经由进气门(诸如图1的进气门150)打开然后关闭而进入气缸中。在随后的压缩冲程期间，当活塞从BDC移动到TDC时，除了在活塞到达TDC时的主喷射之外，还可以在活塞到达TDC之前经由一次或多次引燃喷射来喷射燃料，由此活塞压缩气缸内的空气/燃料混合物。
在312处，方法300可以包括在活塞到达四冲程发动机循环的燃烧冲程的TDC之后20度曲轴角度(CA)发起维持在气缸中的空气/燃料充气的火花。由于在典型的发动机循环中(诸如当发动机是暖的并且催化剂被激活时)，在燃烧冲程的TDC之前或在所述TDC处发起火花，因此在活塞到达燃烧冲程的TDC之后20度CA发起火花可以包括延迟火花正时。作为完成压缩冲程并开始紧接后续燃烧冲程的一部分，活塞可以到达TDC。活塞的位置可以通过曲轴位置传感器(未示出)来估计，而对处于燃烧冲程中的推断可以经由通过控制器从曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器(未示出)中的每一者接收的位置信号来确定。气缸内的燃烧可以经由火花塞(诸如图1的火花塞192)发起。在控制器经由从凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器中的每一者接收信号确定活塞在燃烧冲程的TDC之后20度CA时，控制器然后可以致动火花塞以点燃维持在气缸中的空气/燃料组合。
在314处，响应于在312中发起火花，可以在气缸内产生火焰核心。在一个示例中，火焰核心可能在活塞到达燃烧冲程的TDC之后22度CA出现。在另一个示例中，火焰核心可能出现在22度之后但在25度之前。
在316处，方法300可以包括在活塞到达四冲程发动机循环的燃烧冲程的TDC之后(诸如在TDC之后20度CA处)在发起火花之后25度CA打开排气门(诸如图1的排气门156)。如312中所述，可以由控制器经由从曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器中的每一者接收的信号来确定活塞在到达燃烧冲程的TDC之后已经循环通过25度CA。在控制器确定活塞在到达燃烧冲程的TDC之后已经循环通过25度CA时，排气门可以从完全关闭位置致动到打开位置。在一个实施例中，排气门可以由凸轮致动系统(诸如图1的致动器154)致动，所述凸轮致动系统可以经由控制器采用可变凸轮正时(VCT)以便使排气门的打开提前发生在燃烧冲程的TDC之后25度CA处，或者换句话说，从正常操作提前155度CA，其中正常操作可以被定义为当活塞到达BDC时在排气冲程开始时的排气门打开。另外，除了排气冲程之外，排气门还可以利用凸轮致动系统的可变气门正时(VVT)以便在燃烧冲程的其余部分内维持排气门打开。
由于本文所述的延迟的火花正时和提前的EVO，包括两个燃烧前锋的燃烧过程可以在多个阶段中发生。在方法300的316处以25度CA打开排气门之后，在排气道处产生低压，从而使空气/燃料混合物流出气缸并进入排气道(诸如图2的排气道214)。
当空气/燃料混合物由于EVO而流出到排气道中时，在318处，可以在排气门的顶表面上在排气道内产生第一燃烧前锋。在排气道内初始形成第一燃烧前锋之后，第一燃烧前锋可以进一步在排气道的下游移动，从排气道延伸到排气歧管(诸如图1的排气歧管144)的排气流道(诸如图2的排气流道212)。在第一燃烧前锋处，从气缸发出的空气/燃料混合物中的CO和HC以及排气道和流道内的排气中所包含的过量CO和HC可以被氧化。
在320处，在燃烧前锋流入排气流道之后，可能发生第一燃烧前锋的最终燃烧，其中第一燃烧前锋可以不再在排气道下游在沿着排气流道的方向上延伸。在排气道和流道内的第一燃烧前锋的最终燃烧之后，在322处，第二燃烧前锋可以从排气流道流到气缸，从而在上游流过排气流道、排气道和气缸中的每一者。在第二燃烧前锋到达气缸时，在324处，可以在燃烧冲程期间经由第二燃烧前锋在气缸中产生燃烧。具体地，在第二燃烧前锋进入气缸时，第二燃烧前锋可以与火焰核心碰撞，并且燃烧可以在气缸内发生，从而产生向下施加到活塞的力作为燃烧冲程的其余部分。
通过这种方式，延迟的火花正时和提前的EVO可以在排气道、排气流道和气缸中的每一者内产生燃烧，从而允许快速加热排气、氧化空气/燃料混合物内和排气歧管内的CO和HC，以及在活塞上产生向下的力作为燃烧冲程的一部分。与图3的方法300的CSER控制策略相比，关于图4进一步讨论了与第一CSER控制策略相对应的排气门廓线的细节。
在326处，方法300可以包括维持延迟的火花正时和提前的EVO作为继续发动机操作的一部分。除了控制器维持活塞到达四冲程循环内的TDC和BDC的次数的运行计数之外，还可以响应于控制器经由曲轴位置传感器接收的活塞位置信号而维持延迟的火花正时，以便确定四冲程循环中的哪个冲程当前正在操作(例如，活塞当前是否处于燃烧冲程中)。排气门的提前EVO可以通过经由控制器致动的凸轮致动系统的VCT来维持，而与正常操作相比排气门维持打开的延长时间可以通过继续操作经由控制器致动的凸轮致动系统的VVT来维持。
在328处，方法300包括确定是否达到催化剂起燃温度。催化剂起燃温度可以是阈值温度(例如排放控制装置的以50％的效率产生排气成分的氧化和还原的温度)，超过所述阈值温度，排放控制装置可以有效地操作。排放控制装置的起燃温度可以是存储在控制器的非暂时性存储器中的预校准值。在一个示例中，起燃温度可以是400℃。可以基于排放控制装置温度传感器、排气温度传感器和发动机冷却剂温度传感器中的一者或多者的输出来估计排放控制装置的温度。然后可以将排放控制装置温度与起燃温度进行比较。如果未达到催化剂起燃温度，则方法300可以前进到330以维持改变的发动机操作(例如，利用如上所述的提前的EVO和延迟的火花正时)，然后返回到328。否则，如果达到催化剂起燃温度，则方法300可以前进到332以重新建立标称火花正时和EVO。
在332处，方法300包括在燃烧冲程的TDC处发起火花。可以经由控制器重置火花正时以在活塞到达燃烧冲程的TDC时产生火花。在重置火花正时之后，在334处，方法300包括在排气冲程开始时打开排气门。在排气冲程开始时打开排气门可以包括通过经由控制器命令关闭凸轮致动系统的VCT来调整凸轮定相。另外，可以经由控制器命令凸轮致动系统的VVT关闭，使得当活塞处于BDC时在排气冲程开始时，排气门可以从完全关闭位置致动到打开，当活塞在BDC与TDC之间的中途时，致动到完全打开位置，当活塞到达BDC时返回到完全关闭位置。在334之后，然后方法300可以结束。
通过这种方式，方法300描述了一种用于发起CSER控制策略的方法，其中在第一状况下，火花可以从燃烧冲程的上止点(TDC)延迟，并且可以在燃烧冲程期间打开排气门，并且在第二状况下，可以在燃烧冲程的TDC处发起火花，并且可以在完成燃烧冲程时打开排气门。第一状况可以包括在冷起动期间起动发动机，所述冷起动包括排放控制装置的温度低于起燃温度，并且第二状况可以包括在排放控制装置的温度高于起燃温度下的发动机操作。可以响应于排放控制装置的温度升高到起燃温度而发生从第一状况到第二状况的转变，其中排放控制装置的温度可以响应于在第一状况期间经由在排气道中产生的燃烧前锋加热排气系统中的排气而升高。
图4示出了描绘气缸的两个不同的排气门正时廓线的图形400。例如，气缸可以是图2所描绘的气缸14中的一者。图形的x轴表示曲轴转角(CA)度数，并且图形的y轴表示排气门开度，以毫米(mm)为单位。第一曲线图410描绘了第一示例性CSER控制策略的第一排气门廓线，并且第二曲线图420描绘了本文根据图3的方法300描述的CSER控制策略的第二排气门廓线。第一示例性CSER控制策略可以对应于在活塞(诸如图1的活塞138)到达燃烧冲程430的TDC之后140度CA打开排气门(诸如图1的排气门156)。另外，第一示例性CSER控制策略可以在燃烧冲程430的TDC之后20度CA处经由火花塞(诸如图1的火花塞192)发起火花。在另一个示例中，可以将第一示例性CSER控制策略的火花正时调整到从燃烧冲程的TDC到燃烧冲程的TDC之后20度CA的任何时间。相比之下，如图3中描述的CSER控制策略可以对应于在燃烧冲程的TDC之后25度CA打开排气门，同时经由火花塞在燃烧冲程的TDC之后20度CA在气缸中发起火花。曲线图410、420都描绘了在包括燃烧冲程430和排气冲程440两者的CA度间隔内的排气门正时。具体地，第一曲线图410描绘了在燃烧冲程430的TDC之后140度CA(或者换句话说，在排气冲程440开始之前40度CA)打开排气门。相比之下，第二曲线图420描绘了在燃烧冲程430的TDC之后25度(或者换句话说，在排气冲程440开始之前155度CA)打开排气门。
第一曲线图410和第二曲线图420中的每一者可以具有相同的最大气门升程，然而，在第二曲线图420中描绘的排气门廓线描绘了在第一曲线图410中描绘的EVO之前115度CA的EVO。另外，第一曲线图410和第二曲线图420两者都可以描绘当活塞在排气冲程440结束时到达BDC时在燃烧冲程430的TDC之后360度CA处的排气门关闭(EVC)。通过这种方式，第二曲线图420的排气门廓线示出了比在第一曲线图410中所描绘的多115度CA的排气门打开。在第一曲线图410中，在排气门打开的整个220度CA间隔内，排气门可以在所述间隔的中点处完全打开。在一个示例中，当排气门打开到最大升程时在前半间隔内的打开速率可以与在排气门从最大升程到完全关闭位置时在第二间隔内的关闭速率完全相反(例如，幅度相同但为负)。在另一个示例中，排气门的打开速率和关闭速率可以关于间隔的中点不对称。类似地，在第二曲线图420中，在排气门打开的整个335度CA间隔内，排气门可以在所述间隔的中点处完全打开。在一个示例中，当排气门打开到最大升程时在前半间隔内的打开速率可以与在排气门从最大升程到完全关闭位置时在后半间隔内的关闭速率完全相反。在另一个示例中，排气门的打开速率和关闭速率可以关于间隔的中点不对称。
在第一曲线图410的排气门廓线中描绘的第一示例性CSER策略可以允许在燃烧冲程430的TDC之后140度CA打开排气门，或者换句话说在排气冲程440开始之前40度CA打开排气门，同时在燃烧冲程的TDC之后20度CA处发起火花。在发动机循环期间在排气冲程440开始之前40度CA打开排气门可以允许在冷起动期间当发动机转动起动最高达到一定的rpm(例如，1200rpm，之后EVO可以在排气冲程440开始时返回到打开)时在气缸内产生一定的指示平均有效压力(IMEP)。当发动机转速增加到1200rpm时，气缸内的这种IMEP可以帮助减少冷起动排放。在第一曲线图410的第一示例性CSER策略期间，尽管EVO提前，但仍然可以完全在气缸内发生。
相比之下，在第二曲线图420的排气门廓线中描绘的图3的方法300的CSER策略可以包括将火花正时固定在燃烧冲程430的TDC之后20度CA，紧接在火花之后打开气缸的排气门，以及在气缸的排气道处产生第一燃烧前锋和在气缸内产生第二燃烧前锋。具体地，提前的EVO可以允许在排气道(诸如图2的排气道214)内发生第一燃烧前锋，从而允许氧化排气道中所包含的排气中的残余CO和HC。在图3的方法300中，在图4中通过点亮螺栓图标450示意性地描绘的延迟的火花可以在燃烧冲程430的TDC之后20度CA经由火花塞发生。在TDC之后的22度CA处，可以在气缸内形成火焰核心。在燃烧冲程430的TDC之后的25度CA处，在延迟火花之后5度CA处，可以发起EVO，如第二曲线图420中所描绘。由于当活塞向下移动并且气缸容积膨胀时气缸内部的压力减小，气缸中的空气/燃料混合物可以向外流动到排气道中并与包含在其中的排气混合。然后，来自气缸的空气和燃料的混合物与包含在排气道中的排气的燃烧可以在排气门的上表面附近发生在排气道内。在排气道内燃烧之后，第一燃烧前锋可以从排气道流到排气流道(诸如图2的排气流道212)，从而进一步氧化排气流道中所包含的排气中的残余CO和HC。在第一燃烧前锋处完全燃烧之后，第二燃烧前锋可以从排气道流入气缸中。然后，第二燃烧前锋可以与气缸中的火焰核心结合，从而允许在气缸内发生最终燃烧作为燃烧冲程的一部分。然后，作为发动机循环的排气冲程的一部分，气缸内的燃烧的空气/燃料混合物可以通过排气道和排气流道流出并进入排气口。
通过这种方式，通过在燃烧冲程的TDC之后20度CA处固定火花正时并将EVO提前到排气冲程的BDC之前155度CA，可以形成第一燃烧前锋，所述第一燃烧前锋从排气道延伸并在整个排气流道中膨胀，从而进一步氧化排气歧管(诸如图2的排气歧管144)的排气中的残余CO和HC。除了升高排气温度之外，这还减少了排气内的残余CO和HC，从而允许在冷起动期间更快地实现排放控制装置(诸如图2的排放控制装置178)的起燃温度；与第一曲线图410的第一示例性CSER控制策略相比，这两个因素都可以减少冷起动期间的排放。
现在转向图5，映射图500描绘了根据图3的方法300的作为车辆(诸如图1的车辆5)中的CSER控制策略的一部分将排气门正时提前并将火花正时固定在TDC之后20度CA的预示性示例。水平(x轴)表示曲轴角度(CA)度，并且竖直标记ca1至ca7标识CSER控制策略中的重要点。
映射图500描述了可以响应于发动机开启状况而发起的CSER策略。可以响应于钥匙接通事件或响应于从经由电动马达(诸如图1的电动马达52)驱动车辆切换到经由发动机(诸如图1的发动机10)驱动车辆而发起发动机开启状况。发动机可以包括多个气缸(诸如图1至图2的气缸14)，其中每个气缸包括活塞(诸如图1的活塞138)。因此，发动机开启状况可以反映在发起活塞的运动中。在曲线图502中示出了单个活塞的活塞位置，包括活塞移动通过作为四冲程发动机循环的一部分的进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程中的每一者，其中y轴上的1指示TDC，并且y轴上的0指示BDC。在四冲程发动机循环期间，特别是对于提前的EVO，排气门(诸如图1的排气门156)可以具有修改的排气门正时；在曲线图504中给出了排气门位置的曲线图，其中y轴上的1指示完全打开的气门位置，并且y轴上的0指示完全关闭的气门位置，并且在曲线图506中给出了进气门位置的曲线图，其中y轴上的1指示完全打开的气门位置，并且y轴上的0指示完全关闭的气门位置。燃料可以在压缩冲程期间经由燃料喷射器(诸如图1的燃料喷射器166)喷射；在曲线图508中给出了燃料喷射的示例性曲线图，其中y轴上的1指示燃料喷射，并且y轴上的0指示燃料喷射处于关闭状态。在喷射燃料之后，可以由火花塞(诸如图1的火花塞192)以延迟的方式引发火花；在示例性曲线图510中给出了延迟火花正时的示例性曲线图，其中y轴上的1指示火花，并且y轴上的0指示火花处于关闭状态。
在ca1之前，发动机处于关闭状态。因此，活塞维持在完全打开位置，排气门和进气门中的每一者关闭，燃料喷射和火花关闭，并且不实施CSER控制策略。
在ca1处，响应于钥匙接通事件或响应于从通过电动马达驱动车辆切换到用发动机驱动车辆，激活CSER控制策略。响应于CSER控制策略被激活，在ca1处，发动机开启，并且响应于发动机激活，在ca1处，活塞开始向下移动，并且进气门开始打开。
从ca1到ca2，活塞循环通过进气冲程，从在ca1处的TDC开始并在ca2处移动到BDC。结合活塞的运动，在ca1处，进气门开始打开，当活塞在TDC与BDC之间的中途时打开到最大气门升程，并且在ca2处，在活塞到达BDC时再次完全关闭。
在ca2处，进气门完全关闭，并且活塞开始压缩冲程。从ca2到ca3，活塞循环通过大部分压缩冲程，从BDC循环到几乎TDC。在该时间期间，进气门和排气门保持关闭，燃料喷射保持关闭，并且不发起火花。
在ca3处，当活塞几乎到达TDC作为压缩冲程的一部分时，燃料经由燃料喷射器喷射到气缸中。虽然在该示例中，曲线图510示出了单次燃料喷射，但是在一个示例中，在燃料喷射期间可以存在一次或多次引燃喷射，之后是主喷射。
从ca3到ca4，活塞循环通过压缩冲程的结束和燃烧冲程的一部分，其中活塞位置在燃烧冲程开始时以20度CA结束。在该时间期间，进气门和排气门继续保持关闭，并且不发起火花。
在ca4处，响应于活塞达到燃烧冲程的20度CA，当活塞到达TDC作为燃烧冲程的开始的一部分时，发起相对于正常火花正时延迟的火花，这可能发生在压缩冲程结束时。
在火花引发之后不久，在ca5处，当活塞已经循环通过燃烧冲程的25度CA时，排气门打开。排气门开度相对于典型的EVO提前155度CA，当活塞在排气冲程开始时到达BDC时发生典型的EVO。在该时间期间，进气门继续保持关闭，并且燃料喷射和火花保持关闭。
从ca5到ca6，活塞进一步循环通过燃烧冲程和排气冲程的一小部分。在该时间期间，排气门打开，并且在ca6，进入排气冲程的途中的一小部分处，排气门以最大气门升程到达完全打开位置。在该时间期间，进气门继续保持关闭，并且燃料喷射和火花保持关闭。
从ca6到ca7，活塞继续循环通过排气冲程的其余部分，从而移动到TDC。在该时间期间，排气门从在ca6处实现的完全打开位置关闭，并且在ca7处到达完全关闭位置。在ca7之后，在从ca1至ca7的时间间隔中示出的发动机循环(其响应于CSER激活而发起)继续，直到排放控制装置(诸如图1至图2的排放控制装置178)的起燃温度为止。
图6示出了排气道(诸如图2的排气道214)下游的排气流道(诸如图2的排气流道212)中的第一点P1处和在排气道和P1中的每一者下游的第二点P2处的排气温度随时间变化的示例性曲线图。x轴指示时间，其中所指示的时间间隔在四冲程循环的燃烧(动力)冲程内。y轴指示温度。第一曲线图610和第二曲线图620分别是P1和P2处的排气温度的曲线图，并且响应于实施如关于图4所描述的第一示例性CSER控制策略而生成，其中在燃烧冲程的TDC之后20度CA处发起火花，而在燃烧冲程的TDC之后140度CA处发起EVO。第三曲线图630和第四曲线图640分别是响应于实施图3的方法300的CSER控制策略而取得的P1和P2处的排气温度的曲线图，其中在燃烧冲程的TDC之后20度CA处发起火花，并且EVO在燃烧冲程的TDC之后25度CA处发起，从在第一示例性CSER控制策略中实施的EVO提前115度CA。
在第一曲线图610中，排气温度开始于初始值，波动但通常随时间降低，当在某个时间处，温度开始急剧升高，响应于来自气缸的加热的排气在排气流道中达到点P1而在时间R1处达到最大值。类似地，在第二曲线图620中，温度开始于初始值，波动但通常随时间降低，当在某个时间处，温度开始急剧升高，响应于来自气缸的加热的排气在排气流道中达到点P2而在R2处达到最大值。由于从点P1到点P2的连续排气热损失，第二曲线图620在时间R2处的排气温度的峰值小于第一曲线图610的时间R1处的排气温度的峰值；另外，由于点P2在点P1的下游的事实，时间R2大于时间R1。
如第三曲线图630所示，由于在图3的方法300的CSER策略内实施的第一燃烧前锋，P1处的排气温度在时间R3处快速升高到温度峰值。第三曲线图630中的R3处的排气温度的峰值大于在时间R1和时间R2处实现的峰值温度，其中第三曲线图630中的时间R3处的峰值排气温度比第一曲线图610的时间R1处的峰值排气温度高大约30％。另外，时间R3比时间R1和时间R2两者更早地发生，时间R3发生在曲线图600的x轴上所示的时间间隔的前五分之一内，而时间R1和时间R2发生在曲线图600的x轴上所示的时间间隔的后五分之一内。这是因为对于曲线图630和640，排气门打开提前到燃烧冲程的早期(在火花正时之后5度CA)。在时间R3处达到峰值排气温度时，第三曲线图630的温度可以在曲线图600的x轴上所示的其余时间间隔内降低。类似地，在第四曲线图640中，P2处的排气温度快速升高到时间R4处的温度峰值，第四曲线图640处的峰值温度R4处略低于第三曲线图630处的时间R3处的峰值温度。另外，由于第一燃烧前锋从P1行进到P2所花费的时间，时间R4大于时间R3并且也发生在曲线图600的x轴上所示的时间间隔的第二五分之一内。在时间R4处达到峰值排气温度时，第四曲线图640的温度可以在曲线图600的x轴上所示的其余时间间隔内降低。通过这种方式，通过实施图3的方法300的CSER控制策略，点P1、P2处的排气温度可以比第一示例性CSER控制策略更早地达到峰值，并且P1、P2处的温度峰值在图3的方法300的CSER控制策略下可以比在第一示例性CSER控制策略下更高。
通过这种方式，通过在燃烧冲程开始的TDC之后20度CA固定火花正时并且在排气冲程开始的BDC之前将EVO提前155度CA，排气可以在排气道内燃烧，从而导致排气中的CO和HC的水平降低，除了升高排气的温度之外，还加速接近排放控制装置的起燃温度。上述延迟的火花正时和提前的EVO正时的技术效果是，可以在通向排气歧管的排气流道的排气道中产生第一燃烧前锋，随后是从排气道通向气缸的第二燃烧前锋，所述第二燃烧前锋在气缸内产生燃烧作为燃烧冲程的一部分。通过采用本文所述的修改的CSER控制策略，排气歧管的排气中的过量CO和HC可以被进一步氧化。总之，通过加快实现排放控制装置的起燃，同时氧化未燃尽的碳氢化合物，可以减少冷起动排放。
本公开提供了对一种用于车辆中的发动机的方法的支持，所述方法包括：在冷起动期间在气缸的排气道处产生燃烧前锋；经由所述排气道处的所述燃烧前锋燃烧空气/燃料混合物；以及将所述燃烧前锋引导到所述气缸。在所述方法的第一示例中，所述方法还包括：在所述气缸的活塞达到四冲程发动机循环的燃烧冲程的上止点(TDC)之后20度曲轴角度(CA)处，在所述气缸处发起火花。在所述方法的第二示例(任选地包括第一示例)中，所述方法还包括：响应于所述火花点燃所述气缸内的所述空气/燃料混合物而在所述气缸内产生火焰核心。在所述方法的第三示例(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，在所述排气道处产生所述燃烧前锋是响应于在所述气缸的所述活塞到达所述燃烧冲程的TDC之后25度CA处打开所述气缸的排气门，在打开所述排气门时，所述空气/燃料混合物从所述气缸流出到所述排气道中。在所述方法的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的一者或多者或每一者)中，流出所述气缸进入所述排气道中的所述空气/燃料混合物通过所述火焰核心点燃以在所述排气道处产生所述燃烧前锋，所述燃烧前锋燃烧所述排气道处的所述空气/燃料混合物并氧化存在于所述排气道处的排气。在所述方法的第五示例(任选地包括第一示例至第四示例中的一者或多者或每一者)中，所述燃烧前锋在所述排气道内部位于所述排气门的上表面处，所述排气门维持打开直到所述四冲程发动机循环的排气冲程结束为止。在所述方法的第六示例(任选地包括第一示例至第五示例中的一者或多者或每一者)中，所述燃烧前锋在从所述排气道下游到排气流道的第一方向上膨胀，所述燃烧前锋进一步燃烧包括在所述排气流道中的排气。在所述方法的第七示例(任选地包括第一示例至第六示例中的一者或多者或每一者)中，所述方法还包括：在所述排气流道内实现最终燃烧，随后所述燃烧前锋在第二方向上膨胀以从所述排气流道移动到所述气缸内。在所述方法的第八示例(任选地包括第一示例至第七示例中的一者或多者或每一者)中，所述方法还包括：在所述燃烧前锋到达所述气缸内时，点燃所述气缸内的另一燃烧作为所述四冲程发动机循环的所述燃烧冲程的一部分。在所述方法的第九示例(任选地包括第一示例至第八示例中的一者或多者或每一者)中，所述方法还包括：响应于实现排气催化剂中的起燃，将火花正时移位到所述燃烧冲程的所述TDC并在所述排气冲程发起时打开所述排气门。
本公开还提供了对一种用于车辆中的发动机的方法的支持，所述方法包括：在第一状况期间，在活塞位置的上止点(TDC)之后20度CA处固定火花并在燃烧冲程期间打开排气门，并且在第二状况期间，在TDC处发起火花并在所述燃烧冲程完成时在排气冲程发起时打开所述排气门。在所述方法的第一示例中，所述第一状况包括在冷起动期间起动所述发动机，所述冷起动包括排气系统的排放控制装置的温度低于起燃温度，并且其中所述第二状况包括在所述排放控制装置的所述温度高于所述起燃温度下的发动机操作。在所述方法的第二示例(任选地包括第一示例)中，在所述第一状况期间，对于所述发动机中的气缸，所述火花被固定为在所述燃烧冲程的TDC之后20度曲轴转角(CA)处发生，并且其中排气门打开(EVO)提前到在所述燃烧冲程的TDC之后25度CA处发生，排气门关闭(EVC)发生在所述排气冲程结束时。在所述方法的第三示例(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，所述方法还包括：响应于所述排放控制装置的所述温度升高到所述起燃温度而发生从所述第一状况到所述第二状况的转变，所述排放控制装置的所述温度响应于在所述第一状况期间经由在所述排气系统的排气道中产生的燃烧前锋加热所述排气系统中的排气而升高。在所述方法的第四示例(任选地包括第一示例至第三示例中的一者或多者或每一者)中，所述燃烧前锋在EVO之后在空气/燃料混合物流从所述发动机的所述气缸流到所述排气道时产生，所述空气/燃料混合物在所述排气道中燃烧。在所述方法的第五示例(任选地包括第一示例至第四示例中的一者或多者或每一者)中，所述方法还包括：火焰前锋从所述排气道行进到所述排气系统的排气流道，所述火焰前锋燃烧所述排气流道内的排气，加热所述排气，所述加热的排气从所述排气流道流到所述排放控制装置。
本公开还提供了对一种用于车辆中的发动机的系统的支持，所述系统包括：控制器，所述控制器将指令存储在非暂时性存储器中，所述指令在被执行时使所述控制器：在冷起动状况期间，对于所述发动机的气缸，从上止点(TDC)延迟火花正时，紧接在火花之后打开所述气缸的排气门，并且在所述气缸的排气道处产生第一燃烧前锋并在所述气缸内产生第二燃烧前锋。在所述系统的第一示例中，延迟火花正时包括在四冲程发动机循环的燃烧冲程的TDC之后20度曲轴转角(CA)处固定火花正时，并且其中紧接在火花之后打开所述气缸的排气门包括在所述燃烧冲程的TDC之后25度CA打开排气门。在所述系统的第二示例(任选地包括第一示例)中，在所述气缸的所述排气道中产生所述第一燃烧前锋包括使火焰核心在第一方向上从所述气缸移动到所述排气道，燃烧空气/燃料混合物并氧化所述排气道中的碳氢化合物，所述空气/燃料混合物在所述排气门打开之后流出所述气缸并进入所述气缸的所述排气道中。在所述系统的第三示例(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，产生所述第二燃烧前锋包括在燃烧所述排气道和所述排气流道中的所述空气/燃料混合物之后，使所述火焰核心在第二方向上从所述排气道移动到所述气缸，并燃烧所述气缸中剩余的空气/燃料混合物。
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。本文所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，示出的各种动作、操作和/或功能可按示出的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，处理顺序不一定是实现本文描述的示例性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。可以根据所使用的特定策略而重复地执行示出的动作、操作和/或功能中的一者或多者。另外，所描述的动作、操作和/或功能可图形地表示将被编程到发动机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，其中所描述的动作通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来实施。
应当理解，本文中公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些特定的实施例不应被视为具有限制意义，因为众多变化是可能的。例如，以上技术可应用于V型6缸、直列4缸、直列6缸、V型12缸、对置4缸和其他发动机类型。此外，除非明确地相反指出，否则术语“第一”、“第二”、“第三”等不意图表示任何顺序、位置、数量或重要性，而是仅用作标记以区分一个元件与另一个元件。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
如本文所使用，除非另有指定，否则术语“约”被解释为表示所述范围的±5％。
所附权利要求特别地指出被视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应理解为包括一个或多个此类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可通过修正本权利要求或通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同，也都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种用于车辆中的发动机的方法，其包括：
在冷起动期间在气缸的排气道处产生燃烧前锋，经由所述排气道处的所述燃烧前锋燃烧空气/燃料混合物，以及将所述燃烧前锋引导到所述气缸。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：在所述气缸的活塞达到四冲程发动机循环的燃烧冲程的上止点(TDC)之后20度曲轴角度(CA)处，在所述气缸处发起火花。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：响应于所述火花点燃所述气缸内的所述空气/燃料混合物而在所述气缸内产生火焰核心。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述排气道处产生所述燃烧前锋是响应于在所述气缸的所述活塞到达所述燃烧冲程的TDC之后25度CA处打开所述气缸的排气门，在打开所述排气门时，所述空气/燃料混合物从所述气缸流出到所述排气道中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中流出所述气缸进入所述排气道中的所述空气/燃料混合物通过所述火焰核心点燃以在所述排气道处产生所述燃烧前锋，所述燃烧前锋燃烧所述排气道处的所述空气/燃料混合物并氧化存在于所述排气道处的排气。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述燃烧前锋在所述排气道内部位于所述排气门的上表面处，所述排气门维持打开直到所述四冲程发动机循环的排气冲程结束为止。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述燃烧前锋在从所述排气道下游到排气流道的第一方向上膨胀，所述燃烧前锋进一步燃烧包括在所述排气流道中的排气。
8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：在所述排气流道内实现最终燃烧，随后所述燃烧前锋在第二方向上膨胀以从所述排气流道移动到所述气缸内。
9.根据权利要求8所述的方法，其还包括：在所述燃烧前锋到达所述气缸内时，点燃所述气缸内的另一燃烧作为所述四冲程发动机循环的所述燃烧冲程的一部分，并且响应于实现排气催化剂中的起燃，将火花正时移位到所述燃烧冲程的所述TDC并在所述排气冲程发起时打开所述排气门。
10.一种用于车辆中的发动机的系统，其包括：
控制器，所述控制器将指令存储在非暂时性存储器中，所述指令在被执行时使所述控制器：
在第一状况期间，在活塞位置的上止点(TDC)之后20度CA处固定火花并在燃烧冲程期间打开排气门；并且
在第二状况期间，在TDC处发起火花并在所述燃烧冲程完成时在排气冲程发起时打开所述排气门。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一状况包括在冷起动期间起动所述发动机，所述冷起动包括排气系统的排放控制装置的温度低于起燃温度，并且其中所述第二状况包括在所述排放控制装置的所述温度高于所述起燃温度下的发动机操作。
12.根据权利要求11所述的系统，其中在所述第一状况期间，对于所述发动机中的气缸，所述火花被固定为在所述燃烧冲程的TDC之后20度曲轴转角(CA)处发生，并且其中排气门打开(EVO)提前到在所述燃烧冲程的TDC之后25度CA处发生，排气门关闭(EVC)发生在所述排气冲程结束时。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器包括用于进行以下操作的其他指令：响应于所述排放控制装置的所述温度升高到所述起燃温度而从所述第一状况转变到所述第二状况，所述排放控制装置的所述温度响应于在所述第一状况期间经由在所述排气系统的排气道中产生的燃烧前锋加热所述排气系统中的排气而升高。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述燃烧前锋在EVO之后在空气/燃料混合物流从所述发动机的所述气缸流到所述排气道时产生，所述空气/燃料混合物在所述排气道中燃烧。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器包括用于进行以下操作的其他指令：在所述排气流道内燃烧排气并经由从所述排气道行进到所述排气系统的排气流道的火焰前锋加热所述排气，所述加热的排气从所述排气流道流到所述排放控制装置。
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