用于起动发动机的方法和系统与流程

1.本说明书涉及用于操作混合动力车辆的内燃发动机的方法和系统。


背景技术：

2.混合动力车辆可包括内燃发动机，所述内燃发动机提供机械动力以推进混合动力车辆。另外，内燃发动机可提供机械动力，所述机械动力被转换为电力。可经由电机消耗电力以推进车辆。当电能存储装置具有足够的水平或存储的电量时，可关闭内燃发动机。另外，当激活混合动力车辆时，内燃发动机的起动可以存在延迟，使得可减少混合动力车辆的排放和燃料消耗。然而，可不时地起动发动机以增加动力传动系统扭矩输出或对混合动力车辆的电能存储装置充电。在发动机已冷却然后重新起动的时间期间，因低的催化剂效率和较高的发动机进给气体排放，发动机排放可能增加。因此，可能希望提供一种在混合动力车辆的发动机冷起动时减少混合动力车辆的发动机排放的方法。


技术实现要素：

3.本文的发明人已认识到上述问题并已开发出一种用于经由控制器操作发动机的方法，所述方法包括：在发动机冷起动之后催化剂温度达到起燃温度之前，以双冲程模式操作所述发动机的所有气缸，燃烧所述发动机的第一组气缸中的燃料，并且不燃烧所述发动机的第二组气缸中的燃料。
4.通过以双冲程模式操作发动机，其中一些气缸燃烧空气和燃料，而另一些气缸将空气和燃料泵送到催化剂，可以提供减少排气尾管排放的技术结果。具体地，对于给定的发动机转速，与以四冲程模式操作发动机相比，通过以双冲程模式操作发动机可增加通过发动机的质量流率，使得催化剂可达到催化剂起燃温度(例如，用于转化排气(例如，hc、co、nox)的催化剂效率可更快地超过阈值效率(例如，50％)的温度)，由此减少排气尾管排放。另外，通过在向一组气缸供应燃料的同时不燃烧该组气缸中的燃料，喷射到该组气缸的燃料的能量可能会因发动机加热而损失较少，使得催化剂的温度可更快地升高。
5.本说明书可提供若干优点。具体地，所述方法可减少车辆的排气尾管排放。此外，所述方法可在催化剂加热期间增加排气和燃料蒸气到催化剂的质量流率以减少催化剂加热时间。另外，所述方法可通过操作发动机而不从燃烧中产生扭矩来旋转发动机，从而提供甚至更大量的能量来加热催化剂。
6.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。
7.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
8.当单独地或参考附图来理解时，通过阅读在本文中称作具体实施方式的实施例的示例，将更全面地理解本文描述的优点，在附图中：
9.图1示出了发动机的示意图；
10.图2示出了混合动力车辆传动系的示意图；
11.图3示出了根据图4的方法的示例性冷起动发动机序列的曲线图；以及
12.图4示出了用于冷起动发动机的方法的流程图。
具体实施方式
13.本说明书涉及操作混合动力车辆。混合动力车辆可包括图1所示类型的发动机。发动机可包括在图2所示类型的传动系中或其他串联/并联混合动力传动系中。发动机可根据图3所示的序列进行操作。图4中示出用于操作包括发动机和功率分流变速器的车辆的方法的流程图。
14.参考图1，包括多个气缸的内燃发动机10(也称为“发动机”)由控制器12(例如，电子发动机控制器)控制，图1中示出其中一个气缸。控制器12从图1和图2所示的各种传感器接收信号。控制器12也采用图1和图2所示的致动器基于所接收的信号和存储在控制器12的存储器中的指令来调整发动机和传动系的操作。
15.发动机10由气缸盖35和缸体33组成，所述缸体包括气缸31中的燃烧室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。任选的起动机96(例如，低压(以小于30伏工作)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可以经由皮带或链条选择性地向曲轴40供应动力。在一个示例中，起动机96在未接合到发动机曲轴时处于基本状态。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。进气门52可以由气门激活装置59选择性地激活和停用。排气门54可以由气门激活装置58选择性地激活和停用。气门激活装置58和59可以是机电装置。在一些实施例中，激活装置59和激活装置58可以是凸轮廓线切换装置，使得进气门52和排气门54可在不同的发动机工况期间遵循不同的凸轮廓线。在一个示例中，气门激活装置58和59可在用于双冲程发动机操作和四冲程发动机操作的凸轮廓线之间切换，如图3所示。
16.直接燃料喷射器66被示出为定位成将燃料直接喷射到燃烧室30中，这被本领域技术人员称为直接喷射。进气道燃料喷射器67被示出为定位成将燃料喷射到燃烧室30的进气道中，这被本领域技术人员称为进气道喷射。直接燃料喷射器66和进气道燃料喷射器67与由控制器12提供的脉冲宽度成比例地递送液体燃料。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)递送到直接燃料喷射器66和进气道燃料喷射器67。
17.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，涡轮增压器压缩机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(也称为“节气门”)调整节流板64
的位置以控制从涡轮增压器压缩机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。空气滤清器43清洁进入发动机进气口42的空气。
18.无分电器点火系统88响应于控制器12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被示出为在催化器70上游联接到排气歧管48。替代地，双态排气氧传感器可代替uego传感器126。
19.可经由催化器70和/或经由电加热催化器163处理排气。电加热催化器163可从电能存储装置175(例如，高压电池)接收电力以升高电加热催化器163的温度。电加热催化器可包括加热器、基板和涂层(未示出)。当涡轮增压器旁通阀165打开时，排气可进入电加热催化器163。在一个示例中，催化器70可包括多个砖和三元催化剂涂层。在另一个示例中，可以使用多个排放控制装置(各自带有多个催化剂砖)。
20.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被示出为除了接收先前讨论的那些信号之外还从联接到发动机10的传感器接收各种信号，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)；联接到驾驶员需求踏板130(例如，人/机界面)以用于感测由人类车辆驾驶员132施加的力的位置传感器134；联接到制动踏板150(例如，人/机界面)以用于感测由人类车辆驾驶员132施加的力的位置传感器154；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；来自感测曲轴40位置的发动机位置传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器68的节气门位置的测量值。也可感测大气压力(传感器未示出)以供控制器12处理。在本描述的优选方面，曲轴每旋转一转，发动机位置传感器118产生预定数量的等距脉冲，据此可确定发动机转速(rpm)。
21.控制器12还可接收来自人/机界面11的输入。起动发动机或车辆的请求可经由人来生成并输入到人/机界面11。人/机界面11可以是触摸屏显示器、按钮、按键开关或其他已知的装置。
22.在操作期间，发动机10内的每个气缸通常经历四冲程循环：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，排气门54关闭并且进气门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，以便增大燃烧室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)。
23.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处于其冲程的结束并最靠近气缸盖时(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)的点典型地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的燃料，从而导致燃烧。
24.在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到bdc。曲轴40将活塞运动转变成旋转
轴的旋转动力。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。
25.现在参考图2，示出了传动系200的示例。传动系200包括发动机10和扭矩致动器218。扭矩致动器218可以是节气门、燃料喷射器、凸轮致动器、点火系统或可调整发动机扭矩的其他致动器。发动机10经由曲轴40向变速器244递送动力。在所描绘的示例中，变速器244为功率分流变速器(或变速驱动桥)，其包括行星齿轮组202，所述行星齿轮组包括一个或多个旋转齿轮元件。变速器244还包括发电机204和电动马达206。发电机204和电动马达206也可被称为电机，因为它们各自可作为马达或发电机来操作。可从变速器244输出扭矩，以经由动力传动装置210、扭矩输出轴219以及差速器和车桥总成266使用牵引轮216推进车辆250。可经由摩擦制动器或主制动器217提供制动扭矩。
26.发电机204和电动马达206电联接到电能存储装置175，使得发电机204和电动马达206中的每一者可使用来自电能存储装置175(例如，高压电池)的电能来操作。在一些示例中，诸如逆变器271的能量转换装置可联接在电池与马达之间，以将电池的dc输出转换为ac输出以供电动马达206使用。由于行星齿轮组202的机械特性，可由行星齿轮组202的功率输出元件(在输出侧)经由机械连接222驱动发电机204。
27.电动马达206可以再生模式操作，即作为发电机操作，以从车辆和/或发动机吸收动能并将所吸收的动能转换成适合于存储在电能存储装置175中的能量形式。另外，电动马达206可根据需要作为马达或发电机操作，以诸如在发动机10在不同燃烧模式之间的过渡期间，增加或吸收由发动机提供的扭矩。
28.行星齿轮组202包括环形齿轮242、中心齿轮243和行星齿轮架246。环形齿轮和中心齿轮可经由行星齿轮架246彼此联接。发动机10的曲轴40机械地联接到行星齿轮架246，并且中心齿轮243机械地联接到发电机204。环形齿轮242机械地联接到包括一个或多个啮合齿轮元件260的动力传动装置210。电动马达206驱动齿轮元件270并且发电机204联接到中心齿轮243。以此方式，行星齿轮架246(以及因此发动机和发电机)可经由一个或多个齿轮元件联接到车辆的车轮和电动马达206。
29.混合动力推进系统或传动系200可以各种模式操作，包括完全混合动力模式，其中车辆仅由发动机10和发电机204配合驱动、或者仅由电动马达206驱动、或者它们的组合。替代地，也可采用辅助或轻度混合动力示例，其中发动机10是主要动力源，并且电动马达206在特定条件期间，诸如在踩加速器踏板事件(例如，踩加速踏板)期间选择性地增加扭矩。
30.车辆可以第一发动机启动模式驱动，所述第一发动机启动模式可被称为“发动机”模式，其中发动机10与发电机204一起操作(向行星齿轮组提供反扭矩并且允许净行星输出扭矩以用于推进车辆)，并且用作用于为牵引轮216提供动力的主要功率和扭矩来源。在这种模式下，发电机204可生成电力，并且所生成的电力也可由电动马达206施加以推进车辆。这可导致没有净功率从发动机功率递送到电能存储装置175或高压附件。如果电动马达206不使用发电机功率，则该发电机功率将不得不由高压附件使用或对高压电池充电。由发动机生成的所有功率都在功率分流系统中消耗。在“发动机”模式期间，可经由直接燃料喷射器66从燃料箱向发动机10提供燃料，这样可对发动机旋转式加注燃料以提供用于推进车辆的扭矩。具体地，向行星齿轮组202的环形齿轮242递送发动机功率，由此向牵引轮216递送
功率。任选地，可操作发动机以输出比推进所需的扭矩更多的扭矩，在这种情况下，可由发电机204吸收附加功率(在发电模式下)以对电能存储装置175充电或为其他车辆电气负载供应电力。
31.在另一示例中，可在第二发动机启动模式下驱动混合动力推进系统，所述第二发动机启动模式可被称为“辅助”模式。在辅助模式期间，操作发动机10并将其用作向牵引轮216提供动力的主要扭矩源，并且将电动马达206用于与发动机10配合并补充发动机所提供的扭矩的附加扭矩源。在“辅助”模式期间，如在纯发动机模式中一样，向发动机10提供燃料，以对发动机旋转式加注燃料并向车轮提供扭矩。
32.在再一示例中，可在发动机关闭模式下驱动混合动力推进系统或传动系200，所述发动机关闭模式可被称为纯电动模式，其中操作电池供电的电动马达206并将其用作用于驱动牵引轮216的唯一功率源。因此，在发动机关闭模式期间，无论发动机是否在旋转，都不能将燃料喷射到发动机10。例如，可在制动期间、在低驾驶员需求期间、以及在车辆停在交通信号灯处时等采用“发动机关闭”模式。具体地，向齿轮元件270递送马达功率，所述齿轮元件继而驱动齿轮元件260，由此驱动牵引轮216。发电机204旋转，使得环形齿轮242的所有旋转都是平衡的，并且行星齿轮架246具有净零转速，由此允许发动机不旋转。
33.在发动机关闭模式期间，基于车辆速度和驾驶员需求扭矩，车辆可在第一纯电动模式下操作，其中车辆由电能存储装置175经由电动马达206推进，而发动机不旋转也不加注燃料，或者车辆可在第二纯电动模式下操作，其中车辆由电能存储装置175经由电动马达206推进，而发动机在不加注燃料的情况下旋转。在第二纯电动模式期间，发电机204通过中心齿轮243向行星齿轮组202施加扭矩。例如在发动机起动期间，行星齿轮架246对该发电机扭矩提供反扭矩，并因此将扭矩引导至发动机10以使发动机10旋转。在该示例中，由行星齿轮架246提供的反扭矩被供应到电动马达206(或替代地当车辆速度降低时的车辆动量)，并因此减小从马达到车轮的扭矩。
34.换挡器290可接收来自人类车辆驾驶员132的输入以选择变速器244的操作模式。换挡器290可被置于如prndl所指示的多个位置或状态中的一者中。当换挡器290移动到“p”位置时，驾驶员可请求变速器244处于驻车挡。当换挡器290移动到“r”位置时，驾驶员可请求变速器244处于倒车挡。当换挡器290移动到“n”位置时，驾驶员可请求变速器244处于空挡。当换挡器290移动到“d”位置时，驾驶员可请求变速器244处于前进挡。当换挡器290移动到“l”位置时，驾驶员可请求变速器244处于低速挡。需注意，功率分流系统中的低选择不是挡位选择。相反，它可通过生成更多的再生制动扭矩和/或使发动机在未加燃料的情况下旋转以在车轮上生成扭矩以降低车辆速度来模拟完全释放驾驶需求踏板时的发动机制动。换挡器290的位置可经由换挡器位置传感器291来确定。
35.因此，图1和图2的系统提供了一种系统，所述系统包括：内燃发动机；电机，所述电机联接到所述内燃发动机；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：以双冲程模式操作第一组气缸，同时燃烧所述第一组气缸中的燃料；以所述双冲程模式操作第二组气缸，而不燃烧所述第二组气缸中的燃料；以及向所述第二组气缸喷射燃料，而不燃烧所述第二组气缸中的燃料。在第一示例中，所述系统还包括附加指令，所述附加指令使所述控制器在所述第二组气缸中包括的气缸的进气冲程期间喷射燃料两次，同时以所述双冲程模式操作所述第二组气缸。在可包括所述第一
示例的第二示例中，所述系统还包括附加指令，所述附加指令使所述控制器在所述气缸的进气冲程期间向气缸供应火花，所述气缸包括在所述第一组气缸中。在可包括所述第一示例和所述第二示例中的一者或多者的第三示例中，所述系统包括其中在所述气缸的进气门关闭时供应所述火花。在可包括所述第一示例至所述第三示例中的一者或多者的第四示例中，所述系统还包括电机和附加指令，所述附加指令使所述控制器经由所述电机以怠速转速旋转所述内燃发动机。在可包括所述第一示例至所述第四示例中的一者或多者的第五示例中，所述系统包括其中在发动机冷起动之后催化剂温度达到起燃温度之前，所述第一组气缸和所述第二组气缸以所述双冲程模式操作。
36.现在参考图3，示出了根据图4的方法的发动机操作序列。操作序列可经由图1和图2的系统与图4的方法配合来执行。时间t0到t1时的竖直线表示序列期间的感兴趣时间。图3中的曲线图是时间对齐的并且同时发生。图3的序列是针对四缸发动机的，但其他发动机配置(例如，六缸发动机和八缸发动机)可以类似的方式操作。
37.自图3顶部起的第一曲线图是当包括1号气缸的发动机的曲轴旋转时1号气缸的位置的曲线图。气缸位置从图的左侧开始，并且随着序列朝向图的右侧移动，气缸位置发生变化。1号气缸的上止点活塞位置和下止点活塞位置沿着曲线图经由竖直线条指示。各个气缸冲程沿着水平轴线指示。气缸冲程的缩写如下：“int.
”–
进气冲程，“exh.
”–
排气冲程，“comp.
”–
压缩冲程，“exp.
”–
膨胀冲程。经由如302和304处所示的喷嘴指示各个燃料喷射。因此，对于1号气缸，如在302和304处所指示，在进气冲程期间喷射燃料两次。当显示星号“*”时，递送火花。进气门打开时间由阴影线条(诸如320)指示。排气门打开时间由交叉阴影线条(诸如322)指示。当阴影线条和非阴影线条未示出时，进气门和排气门关闭。2号气缸至4号气缸的喷射正时、火花正时、气缸位置和气门正时遵循与针对1号气缸所示相同的名称。
38.自图3顶部起的第二曲线图是当包括3号气缸的发动机的曲轴旋转时3号气缸的位置的曲线图。气缸位置从图的左侧开始，并且随着序列朝向图的右侧移动，气缸位置发生变化。
39.自图3顶部起的第三曲线图是当包括4号气缸的发动机的曲轴旋转时4号气缸的位置的曲线图。气缸位置从图的左侧开始，并且随着序列朝向图的右侧移动，气缸位置发生变化。
40.自图3顶部起的第四曲线图是当包括2号气缸的发动机的曲轴旋转时2号气缸的位置的曲线图。气缸位置从图的左侧开始，并且随着序列朝向图的右侧移动，气缸位置发生变化。
41.因此，图3示出了当发动机作为常规四冲程发动机(例如，1-3-4-2)操作时，按与发动机的点火顺序相对应的顺序的发动机气缸状态的曲线图。图3的序列在已请求发动机冷起动之后以及在发动机转速已经由电机旋转发动机达到预定转速(例如，发动机怠速转速)之后开始。时间t0可表示自发动机最近停止以来在发动机中发起燃烧的气缸冲程开始的时间。气缸冲程中的燃烧可在发动机冷起动请求之后发动机达到预定转速(例如，发动机怠速转速)之后开始。当发动机旋转到预定转速时，可进入或命令发动机操作模式(例如，双冲程/四冲程)。
42.在时间t0，1号气缸开始其进气冲程，而3号气缸进入其排气冲程。活塞在1号气缸中的位置是上止点。活塞在3号气缸中的位置是下止点。4号气缸开始其进气冲程，而2号气
缸进入其排气冲程。活塞在4号气缸中的位置是上止点。活塞在2号气缸中的位置是下止点。因此，发动机以双冲程模式操作，其中1号气缸和4号气缸在进气冲程，而2号气缸和3号气缸在排气冲程。每个气缸的排气冲程每两个冲程重复一次。同样，每个气缸的进气冲程每两个冲程重复一次。因此，每两个冲程或曲轴每转一圈就发生一次发动机循环。
43.在时间t0与时间t1之间，发动机以其所有气缸以双冲程模式操作，其中发动机不生成扭矩来保持发动机旋转。代替通过燃烧空气-燃料混合物来生成扭矩，通过发动机燃烧空气-燃料混合物来生成热量。燃烧副产物(例如，排气)和加热的空气-燃料混合物被递送到排气系统中的催化器以在催化器中燃烧。可经由燃烧第一组气缸中的空气和燃料并将排气递送到排气系统来实现对空气-燃料混合物的加热，而不生成净正扭矩以使曲轴旋转。在相应气缸的进气冲程期间，进气门在上止点附近打开，并且在下止点之前关闭。然而，可调整所描述的进气门正时和图3中所示的进气门正时以优化热释放并改善燃烧。对于处于进气冲程的气缸，燃料被喷射两次。第一喷射(例如，引燃喷射)在进气冲程的早期，而第二喷射(例如，主喷射)接近进气冲程的中心，以减少气缸壁润湿并改善空气-燃料混合。当接收火花的气缸的进气门关闭时，在进气冲程的后期递送火花。排气门在上止点附近打开，使得燃烧热量可释放到排气系统中以加热催化剂而不生成净正发动机扭矩。然而，可调整图3所示的所描述的排气门正时和进气门正时以优化热释放并改善特定发动机的燃烧。
44.在该示例中，发动机中的燃烧开始于自时间t0以来气缸的所有发动机气缸中的燃烧。火花事件350和352被示出为带圆圈的星号，以指示这些火花事件是任选的。然而，在其他示例中，在可能期望在发动机中生成较少热量的情况下，可省略火花事件350和352。在一些示例性发动机起动期间可能需要火花事件350和352，以在发动机燃烧开始时向催化器提供较大的热羽流，以努力减少经过电加热催化器的碳氢化合物泄漏。因此，在向第二组气缸的火花递送停止之前，可经由第二组气缸(例如，3号气缸和4号气缸)递送预定数量的火花事件，同时可将火花递送至第一组气缸(例如，1号气缸和2号气缸)直到催化剂达到阈值温度(例如，催化剂起燃温度)以及在催化剂达到阈值温度之后。一旦停止向第二组气缸的火花递送，就可通过第二组气缸将燃料和空气递送到催化器。
45.在时间t1，发动机开始从以双冲程模式操作所有气缸转变为以四冲程模式操作所有气缸。该转变可响应于催化剂的温度达到起燃温度而开始。向四冲程模式的转变从1号气缸开始。具体地，从1号气缸开始，将压缩冲程和膨胀冲程添加到发动机的循环。1号气缸的进气门每四个冲程开始打开一次，并且排气门每四个冲程开始打开一次。另外，调整1号气缸的进气门的打开正时持续时间和排气门的打开正时持续时间。调整进入1号气缸的燃料喷射，使得第一喷射发生在1号气缸的进气冲程中，而第二喷射发生在1号气缸的压缩冲程期间，进气冲程和压缩冲程发生在同一发动机循环中。在1号气缸中从1号气缸的进气冲程到1号气缸的压缩冲程调整火花正时。2号气缸至4号气缸根据气缸中的燃烧顺序转变为四冲程模式。
46.以这种方式，发动机可以双冲程模式操作以增加向催化剂的热能递送，使得催化剂可更快地起燃，由此减少排气尾管排放。当以双冲程模式操作时，发动机可生成零或小于零的净扭矩。因此，可从喷射到发动机的给定量的燃料向催化剂递送更大量的热量。
47.现在参考图4，示出了用于操作发动机的方法的流程图。图4的方法可并入图1和图2的系统中并且可以与所述系统配合。此外，图4的方法的至少部分可作为存储在非暂时性
存储器中的可执行指令并入，而所述方法的其他部分可经由变换物理世界中的装置和致动器的操作状态的控制器来执行。
48.在402处，方法400确定车辆工况。车辆工况可包括但不限于车辆状态(例如，激活/停用)、发动机转速、车辆速度、发动机操作状态(例如，激活/停用)、发动机操作模式(例如，双冲程/四冲程)、驾驶员需求扭矩或功率以及周围环境条件。方法400可经由本文描述的传感器来确定车辆工况。方法400前进到404。
49.在404处，方法400判断是否请求发动机冷起动。当发动机温度低于阈值温度(例如，低于29℃)时，可经由输入到人机界面或经由来自远程装置的信号请求发动机冷起动。如果方法400判断请求了发动机冷起动，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450。
50.在450处，方法400继续以其当前模式操作发动机。例如，如果发动机被激活并燃烧燃料和空气，则发动机继续燃烧燃料和空气。如果发动机未被激活，则发动机保持停用。方法400前进以退出。
51.在406处，方法400激活发动机的排气系统中的电加热催化器。可经由向电加热催化器供应电力来激活电加热催化器。方法400前进到408。
52.在408处，方法400可延迟发动机旋转达预定量的时间，以给予电加热催化器达到期望温度的时间。方法400前进到410。
53.在410处，方法400经由电机将发动机的旋转速度增加到发动机怠速转速(例如，1200rpm)。方法400还可以其他方式切换凸轮廓线或气门正时，使得发动机呈现如图3所示的双冲程模式。具体地，每个发动机气缸在发动机的循环期间(例如，旋转一圈)仅具有进气冲程和排气冲程。方法400前进到412。
54.在412处，方法400开始向每个发动机气缸递送燃料。具体地，燃料经由两次单独的喷射递送到每个发动机气缸，并且总体发动机空燃比可以是稀的化学计量比。第一喷射(例如，引燃喷射)可被定时为在接收燃料的气缸的进气冲程的早期部分期间发生(例如，在接收燃料气缸的进气冲程tdc与接收燃料的气缸的进气冲程tdc之后的90曲轴度之间)发生。第二喷射(例如，主喷射)可被定时为在接收燃料的气缸的进气冲程的后期部分期间发生(例如，在接收燃料的气缸的进气冲程tdc之后90曲轴度与接收燃料的气缸进气冲程bdc之间)。图3示出了在发动机以双冲程模式操作时喷射燃料的方法的示例。方法400前进到414。
55.在414处，方法400以双冲程模式操作发动机，其中每个发动机循环(例如，曲轴旋转一圈)打开每个气缸的进气门和排气门。在一个示例中，进气门在进气冲程tdc附近(例如，在进气冲程tdc的+20曲轴度内)打开，并且进气门在进气冲程bdc之前(例如，在进气冲程bdc之前的0至70曲轴度的范围内)关闭。排气门在排气冲程bdc附近(例如，在排气冲程bdc的+20曲轴度内)打开，并且在排气冲程tdc附近(例如，在排气冲程tdc的+20曲轴度内)关闭。
56.在如图3所示的第一示例中，在发动机冷起动期间最初可将火花递送到所有发动机气缸，以向催化器和排气系统提供初始热羽流。初始热羽流可使催化器准备好接收更大的空气燃料混合物量。此后不久，可将火花提供给发动机的一半气缸，而不将火花提供给发动机的另一半气缸，使得可将更大量的化学能递送到催化剂，以努力减少催化剂达到起燃温度所需的时间。例如，在针对气缸中的预定的实际总数量的燃烧事件递送火花之后，可停
止向气缸的火花递送，并且可提供向至多一半的发动机气缸的火花递送，然后在发动机冷起动期间以这种方式停止。当发动机气缸的进气门关闭时，可向发动机气缸提供火花，以便降低排气进入进气歧管的可能性，这可能是不期望的。当发动机以双冲程模式操作时，可通过这种方式向所有发动机气缸提供火花。
57.在第二示例中，在发动机以双冲程模式操作的整个时间内，方法400可向发动机的一半气缸递送火花，并且可不向发动机的另一半气缸提供火花。例如，可移除图3中用圆圈星号表示的两个火花事件以使图3中的序列等同于这里描述的第二示例。该第二示例可增加空气和燃料到催化器的流率，以在催化器内提供期望的加热速率。方法400前进到416。
58.在416处，方法400判断催化剂温度是否已达到或超过阈值温度(例如，催化剂起燃温度)。如果是，则答案为是，并且方法400前进到418。否则，答案为否并且方法400返回到410。
59.在418处，方法400将发动机从以双冲程模式操作转变为以四冲程模式操作发动机。具体地，如图3所示，调整进气门和排气门正时以在每个气缸的进气冲程和排气冲程之间增加压缩冲程和膨胀冲程。另外，可调整火花正时以在相应发动机气缸的压缩冲程内发生。方法400前进到420。
60.在420处，方法400调整四冲程模式的燃料喷射正时。在一个示例中，方法400在接收燃料的气缸的进气冲程期间向接收燃料的每个气缸供应第一喷射。方法400还在接收燃料的气缸的压缩冲程期间向接收燃料的每个气缸供应第二喷射。方法400前进以退出。
61.以这种方式，方法400可加热发动机和催化剂，而不会从供应给发动机以旋转发动机的空气-燃料混合物中损失能量。因此，可在发动机冷起动期间供应来自空气-燃料混合物的通常可用于旋转发动机的能量以加热催化剂。另外，可通过以双冲程模式操作发动机来增加供应到催化剂的空气和燃料的质量流率。
62.因此，图4的方法提供了一种用于经由控制器操作发动机的方法，所述方法包括：在发动机冷起动之后催化剂温度达到起燃温度之前，以双冲程模式操作所述发动机的所有气缸，燃烧所述发动机的第一组气缸中的燃料，并且不燃烧所述发动机的第二组气缸中的燃料。所述方法还包括响应于冷起动所述发动机的请求经由电机以发动机怠速转速旋转所述发动机。在可包括所述第一示例的第二示例中，所述方法包括其中所述第一组气缸包括与所述第二组气缸相同的实际气缸总数。在可包括所述第一方法和所述第二方法中的一者或多者的第三方法中，所述方法还包括响应于冷起动所述发动机的请求，在燃烧所述第一组气缸中的燃料之前激活电加热催化器。在可包括所述第一方法至所述第三方法中的一者或多者的第四方法中，所述方法包括其中燃烧所述第一组气缸中的燃料包括在所述第一组气缸的进气门关闭时以及在所述第一组气缸中包括的气缸的进气冲程期间向所述第一组气缸递送火花。在可包括所述第一方法至所述第四方法中的一者或多者的第五方法中，所述方法还包括响应于所述催化剂温度超过所述起燃温度，以四冲程模式操作所述发动机的所有气缸。在可包括所述第一方法至所述第四方法中的一者或多者的第五方法中，所述方法还包括在所述发动机的气缸的进气冲程期间向所述气缸喷射燃料两次。在可包括所述第一方法至所述第五方法中的一者或多者的第六方法中，所述方法包括其中所述气缸在所述第一组气缸中。在可包括所述第一方法至所述第六方法中的一者或多者的第七方法中，所述方法包括其中所述气缸在所述第二组气缸中。
63.图4的方法提供了一种用于经由控制器操作发动机的方法，所述方法包括：响应于发动机冷起动请求，经由以双冲程模式操作所述发动机的所有气缸并燃烧所述发动机的所有气缸中的燃料来冷起动所述发动机；以及在冷起动所述发动机之后催化剂温度达到起燃温度之前，以所述双冲程模式操作所述发动机的所有气缸，燃烧所述发动机的第一组气缸中的燃料，并且不燃烧所述发动机的第二组气缸中的燃料。在第一示例中，所述方法包括其中所述发动机的所有气缸都以所述双冲程模式操作，并燃烧燃料达预定数量的发动机循环。在可包括所述第一方法的第二方法中，所述方法还包括响应于所述发动机冷起动请求激活电加热催化器。在可包括所述第一方法和所述第二方法中的一者或多者的第三方法中，所述方法还包括响应于所述冷起动请求经由电机以怠速转速旋转所述发动机。在可包括所述第一方法至所述第三方法中的一者或多者的第四方法中，所述方法还包括在所述第一组气缸中的气缸的进气门关闭时向所述气缸供应火花。
64.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、多任务的、多线程的等)中的一者或多者。因而，示出的各种动作、操作和/或功能可以按示出的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样地，处理次序不一定是实现本文所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的。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。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实施所描述的动作时，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。
65.本描述到此结束。在不脱离本描述的精神和范围的情况下，本领域技术人员在阅读本描述之后，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单缸、i3、i4、i5、v6、v8、v10和v12发动机可以使用本说明书来获益。
66.根据本发明，一种用于经由控制器操作发动机的方法，所述方法包括：在发动机冷起动之后催化剂温度达到起燃温度之前，以双冲程模式操作所述发动机的所有气缸，燃烧所述发动机的第一组气缸中的燃料，并且不燃烧所述发动机的第二组气缸中的燃料。
67.在本发明的一个方面，所述方法包括响应于冷起动所述发动机的请求经由电机以发动机怠速转速旋转所述发动机。
68.在本发明的一个方面，所述第一组气缸包括与所述第二组气缸相同的实际气缸总数。
69.在本发明的一个方面，所述方法包括响应于冷起动所述发动机的请求，在燃烧所述第一组气缸中的燃料之前激活电加热催化器。
70.在本发明的一个方面，燃烧所述第一组气缸中的燃料包括在所述第一组气缸的进气门关闭时以及在所述第一组气缸中包括的气缸的进气冲程期间向所述第一组气缸递送火花。
71.在本发明的一个方面，所述方法包括响应于所述催化剂温度超过所述起燃温度，
以四冲程模式操作所述发动机的所有气缸。
72.在本发明的一个方面，所述方法包括在所述气缸的进气冲程期间向所述发动机的气缸喷射燃料两次。
73.在本发明的一个方面，所述气缸在所述第一组气缸中。
74.在本发明的一个方面，所述气缸在所述第二组气缸中。
75.根据本发明，提供了一种系统，所述系统具有：内燃发动机；电机，所述电机联接到所述内燃发动机；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：以双冲程模式操作第一组气缸，同时燃烧所述第一组气缸中的燃料；以所述双冲程模式操作第二组气缸，而不燃烧所述第二组气缸中的燃料；以及向所述第二组气缸喷射燃料，而不燃烧所述第二组气缸中的燃料。
76.根据一个实施例，本发明的特征还在于附加指令，所述附加指令使所述控制器在所述第二组气缸中包括的气缸的进气冲程期间喷射燃料两次，同时以所述双冲程模式操作所述第二组气缸。
77.根据一个实施例，本发明的特征还在于附加指令，所述附加指令使所述控制器在所述气缸的进气冲程期间向气缸供应火花，所述气缸包括在所述第一组气缸中。
78.根据一个实施例，在所述气缸的进气门关闭时供应所述火花。
79.根据一个实施例，本发明的特征还在于电机和附加指令，所述附加指令使所述控制器经由所述电机以怠速转速旋转所述内燃发动机。
80.根据一个实施例，在发动机冷起动之后催化剂温度达到起燃温度之前，所述第一组气缸和所述第二组气缸以所述双冲程模式操作。
81.根据本发明，一种用于经由控制器操作发动机的方法，所述方法包括：响应于发动机冷起动请求，经由以双冲程模式操作所述发动机的所有气缸并燃烧所述发动机的所有气缸中的燃料来冷起动所述发动机；以及在冷起动所述发动机之后催化剂温度达到起燃温度之前，以所述双冲程模式操作所述发动机的所有气缸，燃烧所述发动机的第一组气缸中的燃料，并且不燃烧所述发动机的第二组气缸中的燃料。
82.在本发明的一个方面，所述发动机的所有气缸都以所述双冲程模式操作，并燃烧燃料达预定数量的发动机循环。
83.在本发明的一个方面，所述方法包括响应于所述发动机冷起动请求激活电加热催化器。
84.在本发明的一个方面，所述方法包括响应于所述发动机冷起动请求经由电机以怠速转速旋转所述发动机。
85.在本发明的一个方面，所述方法包括在所述第一组气缸中的气缸的进气门关闭时向所述气缸供应火花。

技术特征：
1.一种用于经由控制器操作发动机的方法，其包括：在发动机冷起动之后催化剂温度达到起燃温度之前，以双冲程模式操作所述发动机的所有气缸，燃烧所述发动机的第一组气缸中的燃料，并且不燃烧所述发动机的第二组气缸中的燃料。2.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于冷起动所述发动机的请求经由电机以发动机怠速转速旋转所述发动机。3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一组气缸包括与所述第二组气缸相同的实际气缸总数。4.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于冷起动所述发动机的请求，在燃烧所述第一组气缸中的燃料之前激活电加热催化器。5.如权利要求1所述的方法，其中燃烧所述第一组气缸中的燃料包括在所述第一组气缸的进气门关闭时以及在所述第一组气缸中包括的气缸的进气冲程期间向所述第一组气缸递送火花。6.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于所述催化剂温度超过所述起燃温度，以四冲程模式操作所述发动机的所有气缸。7.如权利要求1所述的方法，其还包括在所述气缸的进气冲程期间向所述发动机的气缸喷射燃料两次。8.如权利要求7所述的方法，其中所述气缸在所述第一组气缸中。9.如权利要求7所述的方法，其中所述气缸在所述第二组气缸中。10.一种系统，其包括：内燃发动机；电机，所述电机联接到所述内燃发动机；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：以双冲程模式操作第一组气缸，同时燃烧所述第一组气缸中的燃料；以所述双冲程模式操作第二组气缸，而不燃烧所述第二组气缸中的燃料；以及向所述第二组气缸喷射燃料，而不燃烧所述第二组气缸中的燃料。11.如权利要求10所述的系统，其还包括附加指令，所述附加指令使所述控制器在所述第二组气缸中包括的气缸的进气冲程期间喷射燃料两次，同时以所述双冲程模式操作所述第二组气缸。12.如权利要求10所述的系统，其还包括附加指令，所述附加指令使所述控制器在所述气缸的进气冲程期间向气缸供应火花，所述气缸包括在所述第一组气缸中。13.如权利要求12所述的系统，其中在所述气缸的进气门关闭时供应所述火花。14.如权利要求10所述的系统，其还包括电机和附加指令，所述附加指令使所述控制器经由所述电机以怠速转速旋转所述内燃发动机。15.如权利要求10所述的系统，其中在发动机冷起动之后催化剂温度达到起燃温度之前，所述第一组气缸和所述第二组气缸以所述双冲程模式操作。

技术总结
本公开提供了“用于起动发动机的方法和系统”。公开了用于操作混合动力车辆中包括的内燃发动机的系统和方法。在一个示例中，所述内燃发动机在冷起动期间以双冲程模式操作以增加到电加热催化器的质量流量，使得可以减少发动机排放。动机排放。动机排放。


技术研发人员：史蒂文
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/8/5