用于預點火控制的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本說明大體涉及用于減緩使用直吹(blow-through)空氣操作的發動機中預點火的方法和系統。
【背景技術】
[0002]升壓發動機可以提供比類似功率的自然吸氣式發動機更大的燃料效率和更低的排放。然而，在瞬變狀況期間，升壓發動機的功率、燃料效率和排放-控制性能會變差。這樣的瞬變狀況可以包括快速地增加或減小操作員轉矩需求、發動機負載、發動機轉速或質量空氣流量。例如，當要求的發動機輸出轉矩快速地增加時，渦輪增壓器壓縮機會需要經由排氣質量流量增加來自渦輪增壓器渦輪機的輸入(例如，轉矩)以輸送增加的升壓空氣流到發動機。然而，如果驅動壓縮機的渦輪機未完全地加速旋轉(spin up)，這樣的轉矩會是不可用的。因此，不期望的功率遲滯會在進氣空氣流增加到需要的水平之前發生。
[0003]為了減小功率遲滯，升壓發動機可以以直吹模式操作，其中氣門正時被調整以增加正向氣門重疊。增加的氣門重疊增加輸送到渦輪機的能量，從而減少升壓的總時間。然而，發明人在此已經認識到當以直吹模式操作時，其包括低發動機轉速和高發動機負載狀況，發動機會易于有異常燃燒事件，如由于預點火。由于預點火的早期異常燃燒能夠引起非常高的缸內壓力，并且能夠導致類似于燃燒爆震但具有較大的強度的燃燒壓力波。這樣的異常燃燒事件能夠引起快速的發動機退化。
[0004]盡管可以通過減小升壓裝置的輸出或使受影響的汽缸的預點火富集(enrich)可以減緩預點火事件，但是如由Busl印P等人在美國專利申請2013/0054109中所示出的，當以直吹模式操作時，這些減緩調整不會是切實可行的選擇。作為示例，在直吹模式期間，發動機在汽缸中通常以化學計量空燃比操作，但是在排氣催化劑處是稀的，這是由于在高氣門重疊的時期期間空氣流從進氣裝置進入排氣裝置。在此類狀況期間，由于過熱使用臨時的汽缸富集的預點火減緩可以引起催化劑退化。具體地，在催化劑處可用的過量的氧可以在導致催化劑處的過溫狀況的預點火檢測之后與噴射的豐富的燃料起反應。作為另一示例，減小升壓裝置的輸出會影響發動機轉矩輸出和渦輪遲滯。
【發明內容】
[0005]鑒于這些問題，發明人已經開發一種用于解決當發動機以氣門重疊操作時會發生的預點火的方法。一種示例方法包括:當以直吹模式操作時，響應于預點火的指示，減小氣門重疊。以此方式，在直吹操作期間可以降低預點火發生。
[0006]在一種示例中，發動機在當渦輪遲滯是可能的狀況期間(例如，在踩加速器踏板事件期間)可以以直吹模式操作。其中，可變凸輪正時裝置可以被致動以將一個或更多個發動機汽缸的第一進氣門或排氣門正時從不具有氣門重疊的正時調整到具有更多個正向氣門重疊(例如，具有完全正向進氣門到排氣門重疊)的正時。經由汽缸從進氣裝置到排氣裝置的空氣流被用于減少轉矩時間。響應于當以直吹模式操作時接收的預點火的指示，控制器可以獨立于第二預點火計數器增加第一預點火計數器，該第二預點火計數器僅響應于當以直吹模式之外的模式操作時接收的預點火的指示而增加。當第一預點火計數器的輸出超過上限閾值時，可以采取負載限制動作。具體地，發動機負載可以通過減少空氣的直吹而被限制，如通過調整可變凸輪正時裝置以減小正向氣門重疊。在一個示例中，發動機可以以無氣門重疊被臨時地操作。此外，發動機可以被臨時地富集。隨著發動機負載經由氣門重疊的減小被限制，預點火事件的發生降低并且可以減少第一計數器。隨著第一計數器的輸出逐漸地降低時，氣門重疊可以被逐漸地增加直到具有較高的(例如，完全)正向氣門重疊的發動機操作被恢復。
[0007]這樣，當發動機未以直吹模式操作時，第二預點火計數器可以被增加并且當第二計數器的輸出超過閾值時可以采取預點火減緩動作。減緩動作可以包括使受影響的汽缸以及一個或更多個附加汽缸的預點火富集。該動作也可以包括通過減小進氣節氣門開度來限制發動機負載或者在減小總升壓的更大的打開位置處操作廢氣門。然后，隨著發動機負載被限制并且預點火事件的發生降低時，第二計數器可以被減少。隨著第二計數器被減少，節氣門開度(或廢氣門開度)可以被增加直到具有標稱節氣門和廢氣門設置的化學計量比發動機操作被恢復。
[0008]以此方式，當以直吹模式操作時能夠降低對預點火的發動機的傾向。通過使額外的質量流量和焓經由正向氣門重疊的使用能夠被提供在排氣中，直吹空氣能夠被有利地用于加快渦輪機加速旋轉并且減少渦輪遲滯而不使發動機性能退化。通過響應于預點火臨時地減小氣門重疊的量，催化劑過熱和發動機退化能夠被降低。通過在直吹模式下調整氣門正時以減小發動機負載，能夠在使直吹操作能夠被快速地恢復時減緩預點火。通過延長直吹空氣的使用，發動機性能益處被延長。
[0009]應當理解，提供以上概述是為了以簡化的形式介紹一些概念，這些概念在【具體實施方式】中被進一步描述。這并不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或基本特征，所要求保護的主題的范圍被【具體實施方式】之后的權利要求唯一地限定。另外，所要求保護的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0010]圖1示意性地示出根據本公開的實施例的示例發動機系統的方面。
[0011]圖2不出部分發動機視圖。
[0012]圖3示出用于以直吹模式操作的高水平流程圖。
[0013]圖4示出用于在相對于非直吹模式的直吹模式下解決預點火的高級別流程圖。
[0014]圖5-圖7示出方框圖，該方框圖示出在以直吹模式和非直吹模式的發動機操作期間發動機負載限制的調整。
[0015]圖8示出根據本公開的響應于當以直吹模式操作時預點火的指示執行的減緩步驟的示例。
【具體實施方式】
[0016]通過使用正向氣門重疊引導一定量的進氣空氣經由發動機汽缸從進氣歧管到發動機系統(如圖1-圖2的發動機系統)的排氣歧管，提供用于減少渦輪遲滯的方法和系統。響應于踩加速器踏板，發動機控制器可以執行控制程序，如圖3的程序，從而以直吹模式操作發動機，其中直吹空氣被輸送到排氣歧管以加塊渦輪機加速旋轉。響應于當以直吹模式操作時接收的預點火的指示，發動機控制器可以執行選擇的預點火減緩步驟，該預點火減緩步驟可以與當以非直吹模式操作時執行的減緩動作不同。例如，控制器可以執行控制程序，如圖4的示例程序，以在直吹模式下經由氣門重疊調整來限制發動機負載并且在非直吹模式下經由進氣節氣門調整使用發動機負載限制。負載限制調整可以基于如在圖5-圖7處所討論的氣門正時、氣門重疊、渦輪機轉速等。在圖8處描述了當流動直吹空氣時執行示例預點火減緩。
[0017]圖1示意性地示出包括發動機10的示例發動機系統100的方面。在示出的實施例中，發動機10是耦接到包括由渦輪機76驅動的壓縮機74的渦輪增壓器13的升壓發動機。具體地，新鮮空氣沿進氣通道42經由空氣過濾器56被引入發動機10并且流到壓縮機74。通過進氣通道42進入進氣系統的環境空氣的流率能夠通過調整進氣節氣門20至少部分被控制。壓縮機74可以是任何合適的進氣空氣壓縮機，如馬達驅動或驅動軸驅動的機械增壓器壓縮機。然而，在發動機系統10中，壓縮機是經由軸19機械地耦接到渦輪機76的渦輪增壓器壓縮機，渦輪機76由膨脹的發動機排氣驅動。在一種實施例中，壓縮機和渦輪機可以被耦接在雙渦流渦輪增壓器內。在另一實施例中，渦輪增壓器可以是可變幾何渦輪增壓器(VGT)，其中渦輪機幾何作為發動機轉速的函數而主動地變化。
[0018]如圖1所示，壓縮機74通過增壓空氣冷卻器18被耦接到進氣節氣門20。進氣節氣門20被耦接到發動機進氣歧管22。壓縮的空氣充氣從壓縮機流過增壓空氣冷卻器和節流閥到進氣歧管。例如，增壓空氣冷卻器可以是空氣-空氣或空氣-水熱交換器。在圖1示出的實施例中，進氣歧管內的空氣充氣的壓力由歧管空氣壓力(MAP)傳感器24來感測。壓縮機旁通閥(未示出)可以被串聯地耦接在壓縮機74的進口和出口之間。壓縮機旁通閥可以是被配置成在選定的工況下打開以釋放/減小過剩升壓壓力的常閉閥。例如，壓縮機旁通閥可以在減小發動機轉速的狀況期間被打開以避免壓縮機喘振。
[0019]進氣歧管22通過一系列進氣門(例如進氣門62)被耦接到一系列燃燒室30。燃燒室經由一系列排氣門(如排氣門64)進一步被耦接到排氣歧管36。在示出的實施例中，單一排氣歧管36被示出。然而，在另一些實施例中，排氣歧管可以包括多個排氣歧管段。具有多個排氣歧管段的配置可以使來自不同燃燒室的流出物能夠被引導到發動機系統中的不同位置。
[0020]燃燒室30可以被供應一種或更多種燃料，如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、壓縮天然氣等。燃料可以經由噴射器66被供應到燃燒室。在示出的示例中，燃料噴射器66被配置成用于直接噴射，在另一些實施例中，燃料噴射器66可以被配置成用于進氣道噴射或節流閥體噴射。進一步地，每個燃燒室可以包括不同配置的一個或更多個燃料噴射器以確保每個汽缸接收經由直接噴射、進氣道噴射、節流閥體噴射或它們的組合的燃料。在燃燒室中，可以經由火花點火和/或壓縮點火開始燃燒。
[0021]來自排氣歧管36的排氣被引導至渦輪機76以驅動渦輪機。當期望減少的渦輪機轉矩時，一些排氣反而可以被引導通過廢氣門78，繞過渦輪機。來自渦輪機和廢氣門78的組合流然后流過排放控制裝置70。簡言之，一個或更多個排放控制裝置可以包括被配置為催化地處理排氣流的一個或更多個排氣后處理催化劑，并由此還原排氣流中一定量的一種或更多種物。例如，一個排氣后處理催化劑可以被配置成當排氣流為稀時捕集來自排氣流的NOx，并且當排氣流為富時還原捕集的N0X。在另一些示例中，排氣后處理催化劑可以被配置成不成比例的NOx或在還原劑的幫助下可選地還原N0X。在又一些示例中，排氣后處理催化劑可以被配置成氧化排氣流中的殘余碳氫化合物和/或一氧化碳。具有任何這樣的功能的不同排氣后處理催化劑可以被單獨或一起安排在中間層(wash coats)中或者排氣后處理階段的其它地方。在一些實施例中，排氣后處理階段可以包括被配置成捕集并氧化排氣流中的煙塵顆粒的可再生煙塵過濾器。來自排放控制裝置70的全部或部分被處理的排氣可以經由排氣導管35被釋放到大氣中。
[0022]取決于工況，排氣的一部分可以經由EGR通道51通過EGR冷卻器50和EGR閥52從渦輪機76上游的排氣歧管36再循環到壓縮機74下游的進氣歧管22。以此方式，高壓排氣再循環(HP-EGR)可以被啟用。在一些實施例中，除了 HP-EGR之外，低壓排氣再循環(LP-EGR)也可以被啟用，其中被處理的排氣的一部分經由低壓EGR通道(且在其中耦接EGR冷卻器和EGR閥(未示出))從渦輪機76下游的排氣歧管36再循環到壓縮機74上游的進氣歧管22。EGR閥52可以被打開以允許受控數量的冷卻排氣到進氣歧管，用于期望的燃燒和排放-控制性能。發動機系統10中相對長的EGR流路徑將非常均質的排氣提供到進氣空氣充氣中。進一步地，EGR開始點(take-off point)和混合點的部署提供了針對增加的可用EGR質量和改善的性能的非常有效的排氣冷卻。
[0023]每個汽缸30可以由一個或更多個氣門服務。在本示例中，每個汽缸30包括對應的進氣門62和排氣門64。發動機系統100進一步包括用于操作進氣門62和/或排氣門64的一個或更多個凸輪軸68。在示出的示例中，進氣凸輪軸68被耦接到進氣門62并且能夠被致動以操作進氣門62。在一些實施例中，在多個汽缸30的進氣門被耦接到共用凸輪軸的情況下，進氣凸輪軸68能夠被致動以操作所有被耦接的汽缸的進氣門。
[0024]進氣門62在允許進氣空氣進入對應的汽缸的打開位置和大體阻擋來自汽缸的進氣空氣的關閉位置之間是可致動的。進氣凸輪軸68可以被包括在進氣門致動系統69中。進氣凸輪軸68包括進氣凸輪67，該進氣凸輪具有用于打開進氣門62限定的進氣持續時間的凸輪凸角廓線。在一些實施例中(未示出)，凸輪軸可以包括具有替代的凸輪凸角廓線的附加進氣凸輪，該替代的凸輪凸角廓線允許進氣門62被打開替代的持續時間(在本文中也被稱為凸輪廓線變換系統)。基于附加凸輪的凸角廓線，替代的持續時間可以比進氣凸輪67的限定的持續時間更長或更短。凸角廓線可以影響凸輪提升高度、凸輪持續時間和/或凸輪正時。控制器通過縱向地移動進氣凸輪軸68并且在凸輪廓線之間變換可以能夠變換進氣門持續時間。
[0025]在同一方式中，每個排氣門64在允許排氣離開對應的汽缸的打開位置和大體保持氣體在汽缸內的關閉位置之間是可致動的。應當認識到當只有進氣門62被示出是凸輪致動的時，排氣門64也可以通過類似的排氣凸輪軸(未示出)被致動。在一些實施例中，在多個汽缸30的排氣門被耦接到共用凸輪軸的情況下，排氣凸輪軸能夠被致動以操作所有被耦接的汽缸的排氣門。至于進氣凸輪軸68，當被包括時，排氣凸輪軸可以包括具有凸輪凸角廓線的排氣凸輪，該凸輪凸角廓線用于打開排氣門64限定的排氣持續時間。在一些實施例中。排氣凸輪軸可以進一步包括具有替代的凸輪凸角廓線的附加排氣凸輪，該替代的凸輪凸角廓線允許排氣門64被打開替代的持續時間。凸角廓線可以影響凸輪提升高度、凸輪持續時間和/或凸輪正時。控制器通過縱向地移動排氣凸輪軸并且在凸輪廓線之間變換可以能夠變換排氣門持續時間。
[0026]應當認識到進氣凸輪軸和/或排氣凸輪軸可以被耦接到汽缸子集，并且可以存在多個進氣凸輪軸和/或排氣凸輪軸。例如，第一進氣凸輪軸可以被耦接到汽缸的第一子集的進氣門而第二進氣凸輪軸可以被耦接到汽缸的第二子集的進氣門。同樣地，第一排氣凸輪軸可以被耦接到汽缸的第一子集的排氣門而第二排氣凸輪軸可以被耦接到汽缸的第二子集的排氣門。更進一步地，一個或更多個進氣門和排氣門可以被耦接到每個凸輪軸。耦接到凸輪軸的汽缸的子集可以基于它們沿發動機缸體的位置、它們的點火順序、發動機配置等。
[0027]進氣門致動系統69和排氣門致動系統(未示出)可以進一步包括推桿、搖臂、挺桿等。這樣的裝置和特征可以通過使凸輪的旋轉運動轉換為氣門的平移運動來控制進氣門62和排氣門64的致動。如前面討論的，在不同氣門之間的凸輪凸角廓線可以提供變化的凸