CN101418741A - 发动机怠速转速和涡轮增压器转速控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机怠速转速和涡轮增压器转速控制。描述了用于具有涡轮增压器和直接喷射的发动机的控制发动机操作的各种方法。一个示例方法包括在汽缸循环中执行至少第一喷射和第二喷射，第一喷射产生稀薄燃烧，在燃烧之后喷射第二喷射以便第二喷射离开汽缸未燃烧进入所述涡轮增压器的涡轮上游的排气；基于发动机转速调节至少第一喷射，响应于涡轮增压器转速执行至少第一喷射和第二喷射。本发明可以使用较少的点火储备，增加燃料经济性。

Description

发动机怠速转速和涡轮增压器转速控制

技术领域

本发明涉及用于具有涡轮增压器和直接喷射的发动机的控制发动机操作的方法。

背景技术

发动机可以使用涡轮增压增加功率密度和/或增加发动机燃料效率。然而，如在驾驶员要求增加发动机输出的瞬态工况下，涡轮增压器惯性和流动力学会导致“涡轮迟滞”。在一些示例中通过减少涡轮增压器尺寸和重量和/或经发动机控制采取各种措施可以减少这种迟滞。

一种解决涡轮迟滞的控制方法使用后期燃料喷射(late fuel injection)进入稀薄柴油燃烧以产生排气热量，从而保持涡轮增压器的涡轮的旋转加速。具体地，后期燃料喷射产生排气热量，进而增加涡轮的转速。然后，当发生如驾驶员要求增加发动机输出的瞬态工况时，涡轮可以足够快地旋转以快速增加发动机输出。

然而，本发明人认识到上述方法的一些问题。具体地，在汽油应用中，使用过量燃料产生排气热量增加会降低燃料效率。在使用较多的点火储备(spark reserve)用于干扰抑制的怠速期间尤其如此。点火储备导致的燃料经济性降低加上过量喷射的结合的燃料经济性降低会导致较大的整体燃料经济性损耗。另外，在一些应用中，稀排气空燃比会增加排放。

发明内容

通过一种用于具有涡轮增压器和直接喷射的发动机的控制发动机操作的方法可以至少部分地解决上述问题。该方法包括：在汽缸循环中执行至少第一喷射和第二喷射，第一喷射产生稀薄燃烧，在燃烧之后喷射第二喷射以便第二喷射离开汽缸未燃烧进入到涡轮增压器的涡轮上游的排气；基于发动机转速调节至少第一喷射，响应于涡轮增压器转速执行所述至少第一喷射和第二喷射。

以此方式，至少在使用第一喷射和第二喷射的汽缸中可以使用较少的点火储备，因为调节燃料喷射可以用于管理扭矩和转速干扰。换言之，稀薄燃烧具有足够的空气以通过增加燃料喷射增加燃烧扭矩。然而，经第二喷射的整体空燃比可以保持在化学计量比附近，同时还增加了热量以保持涡轮增压器转速。以此方式，可以增加燃料经济性。

在另一方面，提供了一种用于具有涡轮增压器和直接喷射的发动机的控制发动机操作的方法。该方法包括在具有至少一些点火储备的汽缸循环中执行至少第一喷射和第二喷射，第一喷射产生稀薄燃烧，在第一喷射之后喷射第二喷射以便第二喷射至少部分地离开汽缸进入涡轮增压器的涡轮上游的排气，响应于涡轮增压器转速执行所述至少第一喷射和第二喷射以维持涡轮转速在阈值以上；及响应于怠速转速误差或外部负载施加，首先点火提前角，然后增加至少第一喷射以保持怠速转速。

在又一方面，提供了一种用于具有涡轮增压器和直接喷射的发动机的控制发动机操作的方法。该方法包括在第一怠速转速控制工况下在第一怠速转速模式中操作，该第一模式包括在汽缸循环中的至少第一喷射和第二喷射，第一喷射产生稀薄燃烧，在燃烧之后喷射第二喷射以便第二喷射离开汽缸未燃烧进入涡轮增压器的涡轮上游的排气，响应于涡轮增压器转速执行至少第一喷射和第二喷射，第一模式还包括基于发动机转速调节至少第一喷射；在第二怠速转速控制工况下在第二怠速转速模式中操作，该第二模式仅包括单次喷射和点火储备，其中基于发动机转速调节至少点火角以保持怠速转速；及基于驾驶员输入在第一模式和第二模式之间切换，当切换到第一模式时，提前点火正时同时将单次喷射分离成第一喷射和第二喷射，当切换到第二模式时，延迟点火正时同时将第一喷射和第二喷射结合成单次喷射。

附图说明

图1示出包括双涡轮增压器的示例发动机系统的示意图；

图2A、图3-图4、图6-图7、及图9示出描述控制发动机和涡轮增压器操作的示例方法的高级流程图。

图2B-图2C示出进行怠速转速控制、涡轮增压器转速保持、及空燃比控制的控制系统的示例框图；

图5和图8示出几个实施例的操作的预定示例。

具体实施方式

图1示出包括多汽缸内燃发动机110和双涡轮增压器120及130的示例发动机系统100的示意图。在一个非限制示例中，发动机系统100可以包括为乘用车的推进系统的一部分。此外，虽然该示例示出双涡轮增压器示例，但可以使用单涡轮增压器，或超过两个涡轮和/或压缩机。

发动机系统100可以经进气通道140接收进气。进气通道140可以包括空气过滤器156。进气的至少一部分可以经如在142所示的进气通道140的第一支路通向涡轮增压器120的压缩装置或压缩机122，进气的至少一部分可以经如在144所示的进气通道140的第二支路通向涡轮增压器130的压缩机132。

整体进气的第一部分可以经压缩机122压缩，在此可以经进气通道146供应到进气歧管160。因此，进气通道142和进气通道146形成发动机进气系统的第一支路。类似地，整体进气的第二部分可以经压缩机132压缩，在此可以经进气通道148供应到进气歧管160。因此，进气通道144和进气通道148形成发动机进气系统的第二支路。如在图1所示，来自进气通道146和进气通道148的进气在到达进气歧管160之前经共同的进气通道149重新结合。在一些示例中，进气歧管160可以包括每个与控制系统190通信的进气歧管压力传感器182和/或进气歧管温度传感器183。进气通道149可以包括空气冷却器154和/或节气门158。通过控制系统经通信连接到控制系统190的节气门执行器157可以调节节气门的位置。如在图1所示，可以提供防喘振阀152以经旁通通道150选择性地绕过涡轮增压器120及130。在一个示例中，防喘振阀152可以开启使流体通过旁通通道150，其中结合的空气流量的进气压力达到阈值。

发动机110可以包括多个汽缸，其中的两个如在图1所示的20A和20B。注意在一些实施例中，发动机110可以包括超过两个汽缸如4、5、6、8、10或多个汽缸。汽缸20A和20B在一些实施例中可以是同样的且包括同样的构件。因此，仅详细描述汽缸20A。汽缸20A包括通过燃烧室壁24A界定的燃烧室22A。活塞30A设置在燃烧室壁22A中且经曲轴臂32A连接到曲轴34。曲轴34包括能够确定曲轴34的转速的发动机转速传感器181。发动机转速传感器181可以与控制系统190通信以确定发动机转速。汽缸20A可以包括用于向燃烧室22A输送点火火花的火花塞70A。然而，在一些示例中，火花塞70A可以略去，例如，在发动机110配置为通过压缩点火提供燃烧时。燃烧室22A可以包括燃料喷射器60A，在该示例中燃料喷射器60A配置为缸内直接燃料喷射器。然而，在一些示例中，燃料喷射器60A可以配置为进气道燃料喷射器。

汽缸20A还可以包括通过进气门执行器42A驱动的至少一个进气门40A和通过排气门执行器52A驱动的至少一个排气门50A。汽缸20A可以包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门及关联的气门执行器。在该具体的示例中，执行器42A和执行器52A配置为凸轮执行器，然而，在其他的示例中，可以使用电磁气门执行器。可以操作进气门执行器42A以开启和关闭进气门40A以允许进气经与进气歧管160连通的进气通道162进入燃烧室22A中。类似地，可以操作排气门执行器52A以开启和关闭排气门50A以从燃烧室22A排出燃烧产物到排气通道166中。以此方式，进气可以经进气通道162供应到燃烧室22A，燃烧产物可以从燃烧室22A经排气通道166排出。

在一个示例中，系统可以包括可变进气门正时和/或可变排气门正时。例如，控制系统可以基于发动机工况调节相关的进气门开启和/或关闭正时。

应理解汽缸20B或发动机110的其他汽缸可以包括与如上所述的汽缸20A相同或类似的构件。因此，进气可以经进气通道164供应到燃烧室22B，燃烧产物可以从燃烧室22B经排气通道168排出。注意在一些示例中，包括汽缸20A以及其他汽缸的发动机110的第一组汽缸可以经共同排气通道166排出燃烧产物，包括汽缸20B以及其他汽缸的第二组汽缸可以经共同排气通道168排出燃烧产物。

通过发动机110经排气通道166排出的燃烧产物可以通过涡轮增压器120的排气涡轮124，排气涡轮124进而可以经轴126向压缩机122提供机械功以如上所述压缩进气。或者，流过排气通道166的排气的一些或所有可以经废气门(wastegate)128控制的涡轮旁通通道123绕过涡轮124。废气门128的位置可以通过控制系统190控制的执行器129控制。在一个非限制性的示例中，控制系统190可以经电磁阀121调节执行器129的位置。在该具体的示例中，电磁阀121接收压力差以有助于通过设置在压缩机122的上游的进气通道142和设置在压缩机122的下游的进气通道149之间的空气压力差经执行器129驱动废气门128。如图1所示，控制系统190经电磁阀121与执行器129通信。然而，应理解在其他示例中还可以使用用于驱动废气门128的其他合适的方法。

类似地，通过发动机110经排气通道168排出的燃烧产物可以通过涡轮增压器130的排气涡轮134，排气涡轮134进而可以经轴136提供机械功到压缩机132以压缩流过发动机进气系统的第二支路的进气。或者，流过排气通道168的排气的一些或所有可以经废气门138控制的涡轮旁通通道133绕过涡轮134。废气门138的位置可以通过控制系统190控制的执行器139控制。在一个非限制性的示例中，控制系统190可以经电磁阀131调节执行器139的位置。在该具体的示例中，电磁阀131接收压力差以有助于通过设置在压缩机132的上游的进气通道144和设置在压缩机132的下游的进气通道149之间的空气压力差经执行器139驱动废气门138。如图1所示，控制系统190经电磁阀131与执行器139通信。然而，应理解在其他示例中还可以使用用于驱动废气门138的其他合适的方法。

在一些实施例中，排气涡轮124和排气涡轮134可以配置为可变几何涡轮，进而关联的执行器125和执行器135可以用来调节涡轮叶轮叶片的位置以改变从排气流中获得并提供到相应的压缩机的能量水平。例如，控制系统可以配置为经相应的执行器125和执行器135独立地改变排气涡轮124和排气涡轮134的几何特性。

经排气通道166由一个或多个汽缸排出的燃烧产物可以经排气通道170通向环境。排气通道170例如可以包括如催化剂174的排气后处理装置，及在184和185标示的一个或多个排气传感器(例如空燃比传感器)。类似地，经排气通道168由一个或多个汽缸排出的燃烧产物可以经排气通道172通向环境。排气通道172例如可以包括如催化剂176的排气后处理装置，及在186和187标示的一个或多个排气传感器。排气传感器184、185、186、和/或187可以与控制系统190通信。

发动机系统100可以包括各种其他的传感器。例如，进气通道140、142和144的至少一个可以包括质量空气流量传感器180。在一个示例中，质量空气流量传感器可以包括用于测量进气的质量流量的热线风速计或其他合适的装置。在一个具体的示例中，第一进气通道支路142包括设置在压缩机122的上游的质量空气流量传感器180，而第二进气通道支路144不包括质量空气流量传感器，尽管需要时可以添加一个。在另一个示例中，质量空气流量传感器180可以沿着压缩机122的下游的进气通道146设置。在又一个示例中，质量空气流量传感器180可以沿着压缩机132的下游的进气通道148设置。不管具体的配置，质量空气流量传感器180如图1所示与控制系统190通信。

控制系统190可以包括配置为与本文描述的各种传感器和执行器通信的一个或多个控制器。在一个示例中，控制系统190可以包括具有下列构件中的一个或多个的至少一个电子控制器：从各种传感器和执行器接收电子信号和向其发送电子信号的输入/输出接口、中央处理器、存储器如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、保活存储器(KAM)，上述构件的每个可以经数据总线通信。在一些示例中控制系统190可以包括比例-积分-微分(PID)控制器。然而，应理解根据本发明，本领域技术人员应理解可以使用其他合适的控制器。

图1还示出各种驾驶员接口元件，如制动器踏板192、加速器踏板(gas pedal)194、及选择的变速器挡位196，这些的每个可以传递相应的信号到控制系统190。此外，如图所示示例变速器198，可以连接发动机并传递各种信号到控制系统190或从控制系统190接受各种信号。

控制系统190可以配置为基于单个汽缸改变发动机的一个或多个操作参数。根据本发明还应理解，例如，控制系统可以通过使用可变凸轮正时(VCT)执行器调节气门正时，通过改变提供点火信号到火花塞的时间调节点火正时，和/或通过改变控制系统提供到燃料喷射器的燃料喷射信号的脉冲宽度调节燃料喷射正时和燃料喷射量。在下文详细描述通过控制系统执行点火正时、气门正时、和燃料喷射正时。

因此，图1示出包括双涡轮增压器的发动机系统的非限制性示例。在一个示例中，在涡轮增压器转速降到小于阈值导致在随后要求增加发动机输出期间涡轮迟滞增加的工况下，可以调节发动机操作以增加和/或保持涡轮增压器转速。在一个示例中，通过在燃烧循环中的后期使用附加的燃料喷射脉冲可以增加涡轮增压器转速，如在排气行程，膨胀行程的后期，和/或进气行程的早期(如在增压的进气压力迫使流体通过汽缸并流出进入排气歧管的气门重叠期间)，其中燃烧空燃比稀于化学计量比。以此方式，过量的空气可以与从附加的喷射中喷射的燃料反应产生排气热量和/或能量，且增加涡轮增压器吸取的功。

然而，虽然这种操作可以减少涡轮迟滞，且可以快速增加扭矩，特别是在怠速工况下，但这种操作还会增加整体燃料使用量。在延长的怠速工况下，这种燃料使用量对整个车辆燃料经济性意义重大。因此，在一个实施例中，取决于指示增加输出的迫切需求，可以选择性地使用，或不同程度地使用涡轮增压器转速保持。例如，制动器踏板的释放可以指示迫切的踩加速器踏板，响应于此可以在较高转速下触发涡轮增压器转速保持。当然，其他的示例也是可能的，如参考图2A在下文描述的那些等。

现参考图2A，描述了控制涡轮增压器转速保持的示例例程。首先，在210，例程读取发动机和/或车辆的工况，如大气条件、温度、发动机转速、要求的发动机输出扭矩、期望的发动机转速等。然后，在212，例程确定是否启用涡轮增压器转速保持，如基于发动机起动以来的时间，涡轮增压器的劣化状态、排气温度等。若为是，例程继续到214。若为否，例程继续到216停止和/或停用任何附加的后期燃料喷射。

在214，基于工况例程确定最小期望的涡轮增压器转速。选择地或附加地，基于工况例程可以确定最小期望的增压量。接下来，在218，例程确定涡轮增压器转速是否小于最小的期望值(和/或增压量是否小于最小期望的增压量)。若为否，例程继续进行到216。若为是，例程继续进行到220以确定是否释放制动器踏板，发动机当前是否在怠速工况下(如控制发动机转速到怠速转速)，及变速器是否接合在前进挡。若为是，这表示驾驶员即将要求增加发动机输出(例如释放制动器踩压加速器踏板)，因此例程继续到222经附加的直接燃料喷射执行涡轮增压器转速调节以保持或达到最小期望的涡轮增压器转速(和/或最小的增压量)，结合至少使燃烧空燃比(例如第一喷射量所产生)变稀以提供过量的空气。另外，可以减少点火延迟储备(sparkretard reserve)，如主要经对燃料喷射量的燃料喷射调节可以提供怠速转速调节以减少燃料经济性下降。

在一个示例中，协调过量空气的量与附加喷射的量，以便整体排气空燃比接近于化学计量比。以此方式，至少在一些工况下，可以解决涡轮迟滞的问题，同时限制燃料使用量的增加。换言之，通过经直接汽缸喷射喷射燃料到排气系统中以在放开加速器踏板(tipped-out)工况期间保持涡轮增压器旋转以减少在后续踩加速器踏板时的涡轮迟滞，可以解决响应于增加扭矩的需求的发动机扭矩中的迟滞。另外，通过提供充分的稀薄燃烧以便过量的空气配合附加的后期燃料喷射，可以向下游催化剂(例如174/176)提供整体化学计量比的混合物。

此外，虽然附加的燃料喷射增加排气能量并增加涡轮增压器转速对燃料经济性产生影响，但是通过调节稀薄燃烧空燃比保持发动机怠速转速，及相应地减少和/或消除用来提供快速的怠速转速反馈控制的典型的点火延迟(例如点火储备)，这可以至少部分地抵消。换言之，通过调节燃烧空燃比(例如经调节第一燃料喷射量)，及类似地补偿(减少)附加的后期喷射相应的量以保持化学计量比，可以补偿高频怠速转速误差。低频误差仍旧可以通过调节空气流量，如通过节气门、增压压力等解决。因此，用于怠速转速控制的对燃料喷射量的高频调节对涡轮增压器转速保持影响相对较小。除了减少和/或消除点火扭矩储备的燃料经济性益处之外，还可以通过进行减少泵气损失的操作(潜在地通过增加增压压力抵消)增加燃料经济性。

现返回到图2A，若对220的回答为否，例程继续到224以确定是否在车辆减速工况下释放制动器踏板，及接合前进挡。若为是，这还可以表明驾驶员即将踩加速器踏板，因此可以在222使用涡轮增压器转速保持。否则，例程继续到226以确定是否存在指示增加驾驶员踩加速器踏板的可能的其他的工况，若为是继续到222。否则，例程继续到216。

在替代的实施例中，在减速和/或怠速工况期间可以执行222的步骤，除非驾驶员当前接合制动器踏板，且未接合加速器踏板(例如制动器执行大于第一阈值，加速器踏板执行小于第二阈值)。此外，还可以使用其他替代的方法。例如，虽然图2A示出使用选择性的涡轮增压器转速保持的示例实施例，在怠速和/或减速工况下可以替代地连续使用这种涡轮增压器转速保持。

关于图2A的控制示意图的一个实施例如图2B所示。具体地，图2B示出空燃比(DES_AF)、发动机怠速转速(DES_RPM)、及涡轮转速(DES_MIN_TS)的期望值如何以协调的方式驱动在第一燃料喷射量和第二燃料喷射量以及节气门开度中的调节。第一控制器250如图所示用于排气混合物空燃比(不必为燃烧空燃比)的反馈控制，比较期望的空燃比(DES_AF)与测量或估计的空燃比(A/F)以形成反馈到控制器的误差信号。控制器可以例如是比例、积分、和/或微分控制器，控制器然后可以确定表示在特定汽缸循环中经多次喷射输送的整体燃料的整体燃料喷射量(TOT_INJ)。具体地，整体燃料喷射可以表示为第一喷射事件(用于燃烧和产生扭矩)，及在排气中产生热量的第二后期喷射的整体。注意可以使用其他的控制器形式，如线性、非线性等。

另外，第二控制器252如图所示用于发动机转速的反馈控制，如发动机怠速转速，比较期望的发动机转速(DES_RPM)与测量或评估的发动机转速(RPM)以形成反馈到控制器的误差信号。控制器252然后可以确定在进气行程和/或压缩行程中输送，并在发动机中燃烧产生扭矩的第一燃料喷射量(INJ_1)。此外，框图示出如何通过从整体燃料喷射量减去第一燃料喷射量然后确定第二喷射的喷射量(INJ_2)。

第三控制器254如图所示用于涡轮增压器转速的反馈控制，比较最小期望的涡轮增压器转速(DES_MIN_TS)与测量或估计的涡轮增压器转速(TS)以形成首先反馈到非线性框256，然后反馈到控制器的误差信号。框256操作形成仅速度不足的误差由控制器254纠正的单向(on-sided)控制器。控制器254然后确定节气门开度调节，结合框258的调整(trim)以形成期望的节气门开度(TA)。框258的调整是基于第二喷射量(INJ_2)，且用来维持最小储备在动态范围。例如，控制系统可以使用更长时期的节气门开度的调整以便在发动机怠速转速误差抑制期间，第二喷射不太可能会降到小于最小喷射脉宽。

以此方式，当使用分离喷射操作时，可以协调空燃比、怠速转速、及涡轮增压器转速的控制，同时还减少达到控制执行器中权限极限(authority limits)的范围的可能性。

继续参考图2B的框图，可以进行各种操作。例如，当控制排气热量以保持涡轮增压器转速在最小值以上时，系统可以增加空气流量，同时还增加第一喷射对第二喷射的相对量(size)，此外还增加燃料的整体喷射以配合增加的空气流量，从而产生增加的排气热量。这种操作还可以用来保持怠速转速，且抵消基于燃料的稀薄燃烧的扭矩储备的减少。在另一个示例中，系统可以快速地增加第一喷射对第二喷射的相对量以抵消发动机上的突然的负载或发动机转速的突然的下降。然而，通过调节空气流量实行低频调节以保持用于涡轮增压器转速控制的足够的热量。此外，虽然未在图2B示出，可以调节使用分离喷射的汽缸的数量以保持涡轮增压器转速(例如增加使用分离喷射的汽缸的数量以增加排气热量)。

现参考图2C，所示的另一个示例框图类似于图2B的框图。具体地，图2C示出空燃比(DES_AF)、发动机怠速转速(DES_RPM)、扭矩储备(DES_TQ_RESERVE)及涡轮转速(DES_TRPM)的期望值如何以协调的方式驱动在第一燃料喷射量和第二燃料喷射量以及节气门开度、点火储备、及空燃比中的调节。反馈控制器260和前馈控制器262如图所示用于排气混合物空燃比(不必为燃烧空燃比)的控制，比较期望的空燃比(DES_AF)与测量或估计的空燃比(A/F)以形成反馈到控制器260的误差信号，期望的空燃比反馈到控制器262。控制器然后确定可以表示在特定汽缸循环中经多次喷射输送的整体燃料的整体燃料喷射量(TOT_INJ)。具体地，整体燃料喷射可以表示为第一喷射事件(用于燃烧和产生扭矩)，及在排气中产生热量的第二后期喷射的整体。注意可以使用各种控制器形式。

另外，扭矩储备控制器264如图所示用于保持足够的扭矩储备以在怠速转速控制期间抑制干扰。控制器接收期望的扭矩储备，以及扭矩储备调节(D_TQ_RESERVE)以在指令的点火扭矩储备(CMD_SPK_RESERVE)(若有的话)和可以表示空燃扭矩储备的指令的燃烧空燃比(CMD_COMB_A/F)(若有的话)之间分配扭矩储备。控制器可以基于工况分配扭矩储备。例如，在一些工况下，所有的储备可以分配为点火储备，且在其他工况下，所有的储备可以分配为空燃储备。在另一个示例中，基于本文描述的工况储备可以分配为不同比例的空燃储备和点火储备。此外，控制器264可以指令系统在调节燃烧空燃比及影响空燃储备之前首先调节点火储备。

基于指令的空燃扭矩储备，控制器266确定第一喷射量，结合第一喷射量和整体喷射量，确定第二喷射量。

继续参考图2C，反馈控制器268和前馈控制器270提供如发动机怠速转速的发动机转速的控制，比较期望的发动机转速(DES_RPM)与测量或估计的发动机转速(RPM)以形成反馈到控制器的信号。控制器268确定扭矩储备(D_TQ_RESERVE)的调节以及空气流量的变化(D_AIRFLOW)。响应于期望的怠速转速和期望的扭矩储备，该空气流量的变化加上控制器270确定的期望的空气流量(DES_AIRFLOW)。然后总的空气流量反馈到节气门控制器272以调节节气门开度以提供期望的空气流量(例如响应于质量空气流量传感器)。空气流量的变化操作促使扭矩储备调节到较小值(例如接近零)，然后返回到具有足够扭矩储备的涡轮增压器转速控制和怠速转速控制的期望的工况。

最后，控制器276如图所示用于涡轮增压器转速的反馈控制，比较最小期望的涡轮增压器转速(MIN_TS)与测量或估计的涡轮增压器转速(TS)以形成首先反馈到非线性框274，然后反馈到控制器276的误差信号，类似于图2B的步骤，产生期望的燃烧空燃比(DES_COMB_A/F)。控制器276可以是根据发动机工况将期望的燃烧空燃比调节到最大稀空燃比的非线性控制器。然而，还可以使用其他的控制体系。

以此方式，当使用分离喷射操作时可以协调控制空燃比、怠速转速、及涡轮增压器转速，同时还减少达到控制执行器中权限极限的范围的可能性。

现参考图3，描述的例程用于在涡轮增压器转速保持期间控制到汽缸的至少第一直接燃料喷射和第二直接燃料喷射的喷射量。在310，例程确定是否进行后期燃料喷射控制，如关于图2所确定。若为是，例程继续到312确定在特定汽缸循环中多次喷射的喷射量。在一个示例中，例程确定第一直接喷射和第二直接喷射的量，在进气行程和/或压缩行程中的任意一个中执行第一喷射，且燃烧产生发动机扭矩，燃烧之后的第二直接喷射可以在排气行程的晚期以向排气中提供未燃的燃料。期望的第一喷射量可以基于期望的发动机输出(例如发动机扭矩)，而第二喷射量可以基于涡轮增压器转速、期望的涡轮增压器转速等，如本文所述。

接下来，在314，例程确定312的喷射量的正时，如相对于曲轴转角、活塞位置、进气门正时、排气门正时、和/或其他的参数。在一个示例中，基于喷射量还可以调节正时以在合适的时间提供燃料输入。

在316，基于来自排气空燃比传感器的反馈，例程然后调节喷射量以便排气空燃比维持在期望值或在期望值附近摆动，此外在怠速转速控制期间还基于发动机怠速转速误差调节喷射量。例如，当使用第一喷射和第二喷射时，可以基于涡轮增压器转速的误差以及空燃比的误差两者调节第二喷射量。此外，在怠速转速控制期间基于怠速转速误差可以临时地调节第一喷射量。在这种情况下，第二喷射量可以临时地调节相应的量以维持空燃比。当然，还可以使用替代的方法。因此，在一个方法中，可以基于空燃比设定整体喷射量，可以调节第一喷射和第二喷射的相对量以平衡保持的空燃比、涡轮增压器转速、及发动机输出扭矩(或怠速工况期间的怠速转速)。此外，还可以这种调节协调节气门控制，如参考图4在本文描述。

然后在318，基于喷射模式、喷射量、和/或喷射正时例程确定气门正时，然后在320按确定执行喷射。例如，基于是否使用在汽缸中直接喷射的燃料用于涡轮增压器转速保持，可以调节气门正时和/或升程(例如进气门开启/关闭正时和/或排气门开启/关闭正时、进气门升程、气门重叠、负气门重叠等)。

现参考图4，描述的例程用于协调用来保持怠速转速控制的充分的控制权限，同时维持涡轮增压器转速的低带宽节气门调节。在一个示例中，经调节在汽缸中燃烧的喷射量-例如进行稀薄燃烧基于燃料的怠速转速控制的怠速转速负载可以在高带宽下操作，节气门调节可以用于经空气流量控制处理较长的时期，或稳态，及纠正。如上所述，在限制涡轮增压器转速保持上的任何影响的时间范围上经节气门修整出高带宽调节。

现转到图4，在410，基于误差和/或基于前馈参数，如动力转向操作、空气/工况压缩机操作、电力负载、发电机负载等，例程确定怠速转速误差(若有的话)，及相应的控制操作。例如，可以确定比例、积分、及微分控制操作。在另一个示例中，可以使用非线性控制器。然后，在412，例程确定是否在一个或多个汽缸中进行后期燃料喷射。若为是，例程继续到414以减少执行后期燃料喷射的汽缸，及可能所有的汽缸，甚至是那些没有后期燃料喷射的汽缸(在其中一些汽缸使用用于涡轮增压器转速保持的后期燃料喷射，而其他的汽缸不使用的示例中)中的点火延迟储备。若为否，例程继续到416，在下文进一步讨论。

从414，例程继续到418以确定410的控制操作量是否大于阈值。若为是，例程继续到420调节节气门开启和第一喷射及第二喷射的相对量以减少怠速转速误差。否则，例程继续到416，在汽缸中保持点火储备，例程调节节气门和点火提前以减少怠速转速误差。

例如，在一个实施例中，例程可以提供第一喷射量和第二喷射量，其中第一喷射量产生稀薄燃烧和足够的扭矩以保持怠速转速，第二喷射提供附加的排气还原剂以配合燃烧的过量空气，并产生足够的排气能量以保持涡轮增压器转速在目标转速。然而，在控制操作(或怠速转速误差)达到阈值(例如由于发动机上突然的负载，或由于发动机失火等)，第一喷射量可以增加，第二喷射量减少相应的量以临时增加燃烧扭矩(在已存在过量空气时)。

此外，若点火储备存在于一个或多个(或所有)汽缸中，响应于怠速误差例程可以用于结合第一喷射和第二喷射的调节以快速增加扭矩。例如，燃料喷射调节可以用于使用第一喷射和第二喷射的汽缸中，而点火提前可以用于具有点火储备而没有后期(第二)喷射的汽缸中。在另一个示例中，响应于怠速误差或突然的扭矩干扰，可以首先调节具有点火储备权限的汽缸以提前点火正时。一旦点火储备权限耗尽时，可以在具有第一喷射和第二喷射的汽缸中调节第一喷射和第二喷射。这种操作能够产生分离的喷射热量以持续尽可能长的时间，甚至在大多数怠速转速误差的纠正期间。

在另一个实施例中，燃料喷射调节和点火储备都可以用来控制怠速转速和涡轮增压器转速，可以保持点火储备直到控制操作达到大于418的阈值的第二阈值。以此方式，仅在燃料喷射调节达到控制极限之后使用点火提前(如将第二喷射减少到小于最小脉宽，表示第二喷射设定为零)。

现参考图5，示出操作的预定示例。顶部示图示出随着时间的发动机怠速转速和涡轮转速，第二示图示出第一喷射量和第二喷射量，第三示图示出节气门开启，底部示图示出点火角。如图所示，怠速转速最初保持在设定点，涡轮转速保持在阈值以上。

在t1干扰促使怠速转速下降的转速误差。响应于此，例程调节第一喷射量和第二喷射量以增加稀薄燃烧所燃烧的燃料(虽然由于燃料增加不是太稀)，同时相应地减少后期燃料喷射直到发动机怠速转速再次达到设定点值。然而，由于加燃料调节产生的后期燃料喷射小于保持涡轮增压器转速在阈值涡轮转速以上的需要，在t2调节节气门以增加整体空气流量，在t3燃料喷射量相应地返回到用于涡轮增压器转速保持的所期望的量(例如在负载施加和保持在发动机上要求在稳态增加输出扭矩以将怠速转速保持在设定点)。注意第二示图示出相对于化学计量比的喷射量，因此，第二示图未示出对应于节气门调节导致的空气流量增加的第一喷射量和第二喷射量两者的增加。

现参考图6，描述的另一个例程用于在加燃料调节达到极限值时(在一些汽缸中使用第一喷射和第二喷射，而其他的汽缸使用点火储备的示例中)控制喷射、节气门和点火正时以保持怠速转速和涡轮增压器转速。具体地，在610，例程确定是否在一个或多个，但不是所有的汽缸中进行后期燃料喷射。若为是，例程继续到612基于期望的怠速转速和实际的怠速转速之间的怠速转速误差确定控制操作。然后，在614，例程确定是否存在足够的点火储备权限以满足612的期望的控制操作。例如，若不存在点火储备，例程继续到616。或者，若一个或多个(或所有)汽缸具有一些点火储备，但仍不足以满足控制操作，例程仍继续到616以使用可用的点火储备，然后在618使用附加的控制操作，其中确定第一喷射和第二喷射的调节。否则，当在614存在足够的点火储备权限时，例程继续到620基于控制操作调节点火提前以控制怠速转速。

继续参考图6，从618，例程继续到622以确定经第一喷射的变化(对于具有后期燃料喷射的汽缸)产生的期望的燃烧空燃比是否大于阈值。例如，可以避免燃烧大于选择的空燃比(例如浓于17:1)。因此，在该示例中，例程继续到624以调节节气门开启增加空气流量和减少空燃比增加大于阈值的可能性。

然后，在626，例程确定第二(后期)喷射量是否小于最小脉宽(MIN_PW)。在一个示例中，最小脉宽可以表示为特定工况下喷射器可以精确地操作的最小脉宽。

若为是，在630，例程调节第一喷射量以提供化学计量比燃烧喷射，并将第二喷射量设定为零。此外，例程调节节气门以保持怠速转速，且增加一个或多个汽缸中的点火储备。注意如图7在本文描述可以管理切换出使用第二(后期)喷射的模式。否则，在628，例程提供在618确定的变化的第一喷射量和第二喷射量以减少具有后期燃料喷射的汽缸中的转速误差。

现参考图7，描述的例程用于控制在包括经后期燃料喷射的涡轮增压器转速保持的第一操作模式和没有这种步骤的操作之间的切换。具体地，在710，例程确定是否存在切换到用于怠速转速控制和涡轮增压器转速保持的分离喷射操作。若为是，在712例程继续增加空气流量(经节气门调节)，在714进一步延迟点火角，在716提前点火角并转换喷射模式。以此方式，经增加空气流量和延迟点火角的抵消作用(countervailing)的协调准备在712和714可以保持发动机扭矩。因此，在执行多次喷射时(其中第二喷射不产生发动机扭矩)，较小的第一喷射(用来保持空燃比)的影响可以经提前点火角抵消。

或者，在720，例程确定是否存在切换出用于怠速转速控制和涡轮增压器转速保持的分离喷射操作。若为是，在722例程继续延迟点火角并将喷射模式改变为单次喷射，在724进一步调节空气流量和点火以达到期望的点火储备。以此方式，再次保持发动机扭矩和空燃比。

图8示出在第一持续期用来控制空燃比、怠速转速、及涡轮增压器转速协调节流、点火、及第一喷射量和第二喷射量的操作的另一个预定示例。然后在第一持续期之后切换到第二持续期，点火延迟仅与单次喷射和节气门调节一起使用。具体地，顶部示图示出随着时间的发动机怠速转速和涡轮转速，第二示图示出第一喷射量和第二喷射量，第三示图示出节气门开启，底部示图示出点火角。如图所示，怠速转速最初保持在设定点，涡轮转速保持在阈值以上。

类似于图5，干扰促使怠速转速下降的转速误差。响应于此，例程调节第一喷射量和第二喷射量以增加稀薄燃烧所燃烧的燃料(尽管由于燃料增加不是太稀)，同时相应地减少后期燃料喷射直到发动机怠速转速再次达到设定值以保持空燃比。然而，由于加燃料调节产生的后期燃料喷射小于保持涡轮增压器转速在阈值涡轮转速以上的需要，可以调节节气门以增加整体空气流量，燃料喷射量相应地返回到涡轮增压器转速保持的期望的量(例如在负载施加和保持在发动机上要求在稳态增加输出扭矩以保持怠速转速在设定点的情况下)。注意第二示图示出相对于化学计量比的喷射量，因此，第二示图未示出对应于节气门调节产生的空气流量增加的第一喷射量和第二喷射量两者的增加。

在切换时，停止第二喷射，相应地调节第一喷射。然而，考虑到将发生扭矩增加，延迟点火角。这种操作不仅在切换中保持扭矩，而且响应于第二干扰还如图所示提供用于怠速转速控制以保持转速的期望的点火储备。

注意虽然上述示例涉及第一喷射和第二后期喷射，其中第一喷射燃烧，第二喷射主要排出，但可以使用超过两次的喷射。例如，可以在燃烧之前使用两次喷射，第三后期喷射用于排出。在任何情况下上述示例、例程、及说明应理解适用于各种喷射次数。

现参考图9，描述的例程用于改变为了涡轮增压器转速保持而实施分离喷射的汽缸的数目。首先在910，例程确定是否启用用于涡轮增压器转速保持的分离喷射。若为是，如本文所述，例程继续到912以基于工况确定最小期望的涡轮增压器转速。然后，在914，例程基于工况确定发动机怠速负载。接下来，在916基于涡轮操作和发动机怠速负载例程确定使用附加的(例如后期)燃料喷射以控制涡轮转速的汽缸数目。例如，响应于涡轮增压器转速下降小于最小值例程可以改变具有分离喷射的汽缸数目。此外，如本文所述例程可以响应于发动机负载改变这种操作以使用来保持发动机怠速转速的执行器保持足够的动态范围。例如，来自辅助负载的前馈信息可以用来选择具有分离喷射的汽缸的数目。接下来，在918，例程调节具有后期燃料喷射的汽缸中的后期燃料喷射的量，且调节没有后期喷射的汽缸中的点火提前以控制涡轮增压器转速在最小值以上。此外，还可以使用附加的调节，如调节具有后期燃料喷射的汽缸中的点火正时，排气再循环等。

以此方式，可以改变具有分离喷射的汽缸的数目以更好地保持涡轮增压器转速，同时平衡发动机怠速转速干扰抑制、燃料使用量的影响与点火延迟和稀薄燃烧的限制。

在流程图和图示中所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种步骤、或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或在一些情况下略去。类似地，处理的顺序不是实现本文中所述发明的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为便于演示和说明而提供。虽然没有明确示出，但本领域技术人员应理解取决于所使用的具体策略，可以重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。此外，所述步骤可以在图形上表示编程到控制器中的计算机可读存储介质中的代码。

应理解，在本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。本公开的主题包括在本文中公开的各种系统和配置、算法及其他特征、功能，和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合及子组合。本申请的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过本申请权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本申请的主题之内。

Claims (10)

1.一种用于具有涡轮增压器和直接喷射的发动机的控制发动机操作的方法，所述方法包括：

在汽缸循环中执行至少第一喷射和第二喷射，所述第一喷射产生稀薄燃烧，在燃烧之后喷射第二喷射以便第二喷射离开所述汽缸未燃烧进入到所述涡轮增压器的涡轮上游的排气；及

基于发动机转速调节至少第一喷射，响应于涡轮增压器转速执行所述至少第一喷射和第二喷射。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于发动机怠速转速调节第一喷射以保持怠速转速，在怠速操作期间，响应于无意的转速下降增加第一喷射量，且相应地减少第二喷射以保持包括第一喷射和第二喷射的整体排气空燃比在化学计量比。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少在选择的工况下，且包括至少一些怠速操作，选择第一喷射和第二喷射的量以保持涡轮转速增加，所述方法还包括基于第一喷射和第二喷射的量调节节气门开度以使相对于对应于化学计量比燃烧的最大喷射的第一喷射保持足够的扭矩储备。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀薄燃烧为火花点火，所述方法还包括当执行至少第一喷射和第二喷射时在怠速转速操作中减少点火延迟扭矩储备，若第二喷射下降到小于阈值时，停用第二喷射，增加点火储备。

5.一种用于具有涡轮增压器和直接喷射的发动机的控制发动机操作的方法，所述方法包括：

在汽缸循环中执行至少第一喷射和第二喷射，所述第一喷射产生稀薄燃烧，在第一喷射之后喷射第二喷射以便第二喷射至少部分地离开汽缸进入到所述涡轮增压器的涡轮上游的排气，响应于涡轮增压器转速执行所述至少第一喷射和第二喷射；及

调节至少第一喷射和第二喷射以维持排气空燃比在化学计量比。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，响应于发动机怠速转速调节所述第一喷射，若响应于发动机怠速转速的减少增加第一喷射，所述第二喷射减少相应的量。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，至少在选择的工况下，且包括至少一些怠速操作，选择第一喷射和第二喷射的量以保持涡轮转速增加，所述方法还包括基于第一喷射和第二喷射的量调节节气门开度以使相对于对应于化学计量比燃烧的最大喷射的第一喷射保持足够的扭矩储备。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述稀薄燃烧为火花点火，所述方法还包括当执行至少第一喷射和第二喷射时在怠速转速操作中减少点火延迟储备，若第二喷射下降到小于阈值时，停用第二喷射并增加点火储备。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调节还响应于排气空燃比，响应于排气空燃比调节第二喷射，所述方法还包括响应于涡轮增压器转速调节节气门开度。

10.一种用于具有涡轮增压器和直接喷射的发动机的控制发动机操作的方法，所述方法包括：

在汽缸循环中执行至少第一喷射和第二喷射，所述第一喷射产生稀薄燃烧，在第一喷射之后喷射第二喷射，以便第二喷射至少部分地离开汽缸进入所述涡轮增压器的涡轮上游的排气，响应于涡轮增压器转速执行所述至少第一喷射和第二喷射；及

在选择的怠速工况下：

调节至少第一喷射以保持发动机怠速转速；

调节至少第二喷射以保持排气空燃比在化学计量比；及

调节空气流量以保持涡轮增压器转速在阈值以上。

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