專利名稱：減少具有機電氣門的發(fā)動機的排放的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及改進內燃機啟動的方法，更特別地，涉及控制機電進氣和排氣門來改進內燃機啟動的方法背景技術現(xiàn)有的機械驅動的氣門機構基于凸輪軸上凸輪的位置和輪廓來操作進氣和排氣門。發(fā)動機曲軸通過連桿連接到活塞并通過皮帶或鏈條連接到凸輪軸。因此，進氣和排氣門開啟和關閉事件是基于曲軸位置的。曲軸位置、活塞位置與氣門開啟和關閉事件之間的這種關系確定了給定汽缸的行程，例如，對四行程發(fā)動機來說，這包括進氣、壓縮、動力和排氣行程。因此，發(fā)動機啟動和點火的第一個汽缸是部分地通過凸輪軸/曲軸正時關系和發(fā)動機停止位置來確定的。
另一方面，機電驅動的氣門機構沒有要將凸輪軸和曲軸連接在一起的物理限制，即，至少對某些氣門來說，可以沒有連接凸輪軸和曲軸的皮帶或鏈條。進一步來說，完全或部分地由機電驅動的氣門機構可以不需要凸輪軸。因此，打破了連接凸輪軸和曲軸的物理限制。結果，在內燃機中使用機電氣門時可能更靈活地控制氣門正時。
在編號為5,765,514的美國專利中描述了一種在發(fā)動機工作期間控制機電氣門操作的方法。此方法規(guī)定了汽缸的噴射序列，該噴射序列在產(chǎn)生表示曲軸旋轉720度的第一個信號脈沖之后產(chǎn)生第一個曲軸脈沖時初始化。噴射序列和曲軸位置序列對應于每個汽缸的位置，從而可以控制每個進氣門和排氣門的開啟/關閉正時。將各汽缸相應地設置為排氣行程、吸入行程、壓縮行程，及爆發(fā)行程。
一旦上述方法已設置了每個汽缸的行程，氣門序列就隨被分配的汽缸的行程模式而動，直到發(fā)動機停止并重啟動。換句話說，除了在啟動期間在氣門同步之前關閉氣門之外，調度發(fā)動機氣門事件的方法與現(xiàn)有受凸輪軸限制的發(fā)動機一致。在氣門同步之后，氣門操作開始于在相應的汽缸中開始排氣行程。由于該方法側重的是由四行程發(fā)動機和曲軸位置來操作汽缸氣門，因此可以預料該發(fā)動機廢氣排放和啟動與現(xiàn)有的凸輪原理發(fā)動機相似。
發(fā)明人在此認識到該方法的一些缺點，如在發(fā)動機停機后，仍有燃料遺留在進氣歧管中的可能。具體來說，于停止前最后一個發(fā)動機工作循環(huán)留在進氣歧管中的燃料可能對接下來的啟動扭矩和排放產(chǎn)生負面影響。進一步來說，留在進氣歧管中的燃料也可能增加蒸發(fā)排放。

發(fā)明內容
一個實施形態(tài)包括減少在內燃機啟動期間未燃盡的碳氫化合物的排放的方法。所述方法包括處理請求停止所述內燃機的信號指示；基于所述處理過的信號調整至少一個汽缸的氣門開啟位置；及，在調整所述氣門開啟位置之后，操作所述汽缸進行所述汽缸的至少一個進氣行程。所述方法可以用于減少現(xiàn)有技術方法的上面所提到的局限性。
換句話說，在內燃機停機之前，可用調整進氣門正時的方法來改進發(fā)動機的下次啟動。
在一個實例中，可以產(chǎn)生請求停止發(fā)動機的信號發(fā)送到發(fā)動機控制器。傳感到此信號之后，可以對進氣門正時做出調整來改進接下來的發(fā)動機啟動。例如，在汽缸的進氣行程中晚些開啟進氣門可以減少發(fā)動機停止后在進氣口中殘留的燃料。結果，前一次發(fā)動機操作中殘留的燃料成為接下來的啟動期間進入汽缸的燃料中較小的部分。因此，啟動發(fā)動機所需噴射的燃料的量增加，并且所噴射的燃料成為啟動過程中進入汽缸的燃料總量中較大的部分。因為和殘留燃料的估計量相比，可以更確定地知道所噴射的燃料的量，所以在啟動中能夠得到更穩(wěn)定、更精確的空燃比。
本發(fā)明可以提供幾個優(yōu)點。例如，當重啟動發(fā)動機時，由于停留在進氣歧管中的殘留燃料變得更少，所述方法可以改進發(fā)動機的空燃比控制并減少啟動期間的排放。這在催化劑較冷且其效率尚低時特別有利。此外，從進氣歧管中蒸發(fā)的燃料變得更少，這可以減少蒸發(fā)排放。
上述優(yōu)點及其他優(yōu)點和特性將通過下述實施形態(tài)的詳細說明單獨地或結合附圖來闡明。


通過單獨地或參考附圖來閱讀實施形態(tài)的實例(在此稱為詳細說明)，將能夠更完整地理解在此所述的優(yōu)點，其中所述附圖包括圖1為發(fā)動機的示意圖；圖2為確定具有機電驅動氣門的發(fā)動機中活躍汽缸和氣門的數(shù)量的流程圖；
圖3為已初始化的汽缸和氣門模式矩陣的一個舉例；圖4為已進行汽缸和氣門模式選擇方法處理的模式矩陣的一個舉例；圖5和6為根據(jù)操作限制確定汽缸和氣門模式的例程的流程圖；圖7和7a為機械/機電氣門和汽缸的分組配置；圖8為另一個機械/機電氣門和汽缸的分組配置；圖9為已選擇了氣門的分組汽缸和氣門控制配置；圖10為另一個已選擇了氣門的分組汽缸和氣門控制配置；圖11為另一個已選擇了氣門的分組汽缸和氣門控制配置；圖12為另一個已選擇了氣門的分組汽缸和氣門控制配置；圖13為另一個已選擇了氣門的分組汽缸和氣門控制配置；圖14為在發(fā)動機啟動期間控制機電氣門的方法例程的流程圖；圖15a為所需扭矩相對恒定時典型的進氣門正時的圖表；圖15b為所需扭矩相對恒定時典型的排氣門正時的圖表；圖16a為兩次不同的發(fā)動機啟動中的第一次的典型的進氣門正時的圖表；圖16b為兩次不同的發(fā)動機啟動中的第二次的典型的進氣門正時的圖表；圖17a為根據(jù)圖14所示方法在海平面啟動期間的典型的進氣門正時的圖表；圖17b為根據(jù)圖14所示方法在高海拔處啟動期間的典型的進氣門正時的圖表；圖18為在根據(jù)圖14所示方法在發(fā)動機啟動期間的典型進氣門正時、所需發(fā)動機扭矩和發(fā)動機轉速的圖表；圖19為在請求停止發(fā)動機或請求停用汽缸之后控制氣門正時的方法的流程圖；圖20為四汽缸發(fā)動機停止期間的典型進氣門正時序列的實例的圖表；圖21為重啟動內燃機中的機電氣門的方法的流程圖；圖22為氣門開啟和關閉事件期間的氣門軌跡區(qū)域的實例的圖表；圖23為在幾次嘗試重啟動氣門期間的電流的實例的圖表；圖24a為啟動期間在曲軸轉角間隔上的進氣門事件的實例的圖表；圖24b為啟動期間在曲軸轉角間隔上的排氣門事件的實例的圖表；圖25a為啟動期間在曲軸轉角間隔上的進氣門事件的實例的圖表；圖25b為啟動期間在曲軸轉角間隔上的排氣門事件的實例的圖表；圖26a為啟動期間在曲軸轉角間隔上的進氣門事件的實例的圖表；圖26b為啟動期間在曲軸轉角間隔上的排氣門事件的實例的圖表；圖27a為啟動期間在曲軸轉角間隔上的進氣門事件的實例的圖表；圖27b為啟動期間在曲軸轉角間隔上的排氣門事件的實例的圖表；
圖28a為啟動期間在曲軸轉角間隔上的進氣門事件的實例的圖表；圖28b為啟動期間在曲軸轉角間隔上的排氣門事件的實例的圖表；圖29為活塞軌跡和為確定發(fā)動機在啟動期間的行程而判定邊界的實例的圖表。
具體實施例方式
參考圖1，由電子發(fā)動機控制器12控制的內燃機10包括多個汽缸，在圖1中顯示了其中的一個汽缸。內燃機10包括燃燒室30、汽缸壁32和位于其中并連接到曲軸40的活塞。燃燒室30如所示通過進氣門52和排氣門54相應地與進氣歧管44和排氣歧管48連通。每個進氣和排氣門均通過機電控制的閥線圈(valve coil)和電樞部件(armature assembly)53進行控制。通過溫度傳感器51來確定電樞溫度。通過位置傳感器50來確定氣門位置。在另外的實例中，氣門52和54的每個氣門驅動器都具有位置傳感器和溫度傳感器。
如圖顯示進氣歧管44也與燃料噴射器66連接，燃料噴射器66供應其量與來自控制器12的FPW信號脈沖寬度成比例的液體燃料。通過燃料系統(tǒng)(未顯示)向燃料噴射器66供應燃料，燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵和燃料管線(未顯示)。另外，可以配置內將燃料直接噴射到發(fā)動機的汽缸中的發(fā)動機，這為熟悉技術的人所知，稱為直接噴射。此外，進氣歧管44如所示與可選的電子節(jié)流閥125連通。
無分電器點火系統(tǒng)88通過火花塞92向燃燒室30提供點火火花來響應控制器12。寬域排氣氧(UEGO)傳感器76如所示連接到催化轉化器70上游的排氣歧管48。另外，可以用雙態(tài)(two-state)排氣氧傳感器替換UEGO傳感器76。雙態(tài)排氣氧傳感器98如所示連接到排氣歧管48下游的催化轉化器70。另外，傳感器98也可以是UEGO傳感器。催化轉化器溫度可通過溫度傳感器77來測量，并/或基于如發(fā)動機轉速、負載、空氣溫度、發(fā)動機溫度和/或氣流，或它們的組合這樣的操作條件對它進行估計。
在一個實例中，轉化器70可以包括多個催化劑磚(catalyst bricks)。在另一個實例中，可以使用多個排放控制設備，每個包括多個催化劑磚。在一個實例中，轉化器70可以是三效催化轉化器。
如圖1所示的控制器12是常規(guī)的微型計算機，它包括微處理器單元102、輸入/輸出端口104、只讀存儲器106、隨機訪問存儲器108、?；畲鎯ζ?10，及常規(guī)的數(shù)據(jù)總線。控制器12如所示接收來自連接到內燃機10的傳感器的各種信號，除了上述的那些信號，這些信號還包括來自連接到冷卻套筒(cooling sleeve)114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)、連接到加速器踏板的位置傳感器119、來自連接到進氣歧管44的壓力傳感器122的發(fā)動機歧管壓力(MAP)測量值、來自溫度傳感器117的發(fā)動機空氣溫度或歧管溫度(ACT)測量值，及通過霍爾效應傳感器118傳感曲軸40的位置的發(fā)動機位置傳感器。在本發(fā)明的較佳方面，發(fā)動機位置傳感器118在曲軸每旋轉一周時產(chǎn)生預定數(shù)量的等距脈沖，通過它們可以確定發(fā)動機轉速(RPM)。
在另外的實施形態(tài)中，可以使用直噴式發(fā)動機，其中噴射器66位于燃燒室30中，或類似于火花塞92那樣在汽缸頭內，或在燃燒室的側面。
參考圖2，顯示了具有機電驅動的氣門的發(fā)動機的汽缸和氣門模式選擇的高級流程圖。取決于機械復雜度、成本和性能目標，可以將發(fā)動機配置為具有一批機電氣門配置。例如，假如一種性能較好且能降低成本并視為可行的氣門配置包括機電進氣門和機械驅動的排氣門。此配置提供靈活的汽缸空氣量控制，且與采用能夠克服排氣壓具有較高電壓的氣門驅動器相比成本降低。另一種希望獲得的機械/電子氣門配置是包括機電進氣門和可變的機械驅動排氣門(機械驅動排氣門能被控制以調整與曲軸位置相對應的氣門開啟和關閉事件)。與全機電控制的氣門機構相比，此配置能夠以降低的復雜度改進低速扭矩并增加燃料節(jié)約。另一方面，機電進氣和排氣門可以提供更高的靈活性，但是可能需要更高的系統(tǒng)成本。
然而，對每個想得到的氣門系統(tǒng)配置都使用獨特的控制策略是昂貴的，并且會浪費有價值的人力資源。因此，具有能夠以靈活的方式控制各種氣門系統(tǒng)配置的策略是有利的。圖2是可以降低復雜度并仍然能夠用很少的修改靈活地控制各種不同的氣門配置的汽缸和氣門模式選擇方法的實例。
此例所描述的方法在每次執(zhí)行該例程時使得一組汽缸和氣門模式可用。執(zhí)行該方法的步驟，可以根據(jù)發(fā)動機、氣門和車輛操作條件從一組可用模式中移除不同的汽缸和氣門模式。而，該方法可以被重置使不可用狀態(tài)汽缸和氣門模式初始化，然后在執(zhí)行例程的不同步驟時使所需的汽缸和氣門模式可用。因此，對初始化狀態(tài)的選擇、執(zhí)行順序，及可用模式的啟用和停用，有各種選擇余地。
在步驟1010，通過插入數(shù)值1到所有的矩陣行列單元中來初始化表示氣門和汽缸模式的矩陣(模式矩陣)行列單元。圖3所示模式矩陣實例是八汽缸發(fā)動機的模式矩陣，該八汽缸發(fā)動機為每組4汽缸的2個V型配置的缸組。在此例中，模式矩陣是保存二進制1或0的結構，也可以使用其他結構。該矩陣可以表示汽缸和氣門模式的可用性。在此例中，1表示可用模式，而0表示不可用模式。
在每次調用該例程時初始化模式矩陣，使得所有的模式初始設置為可用。圖7-13顯示某些可能的氣門和汽缸模式，下面將對它們進行更詳細的說明。顯示的是矩陣，但也可以使用其他構成，如字、字節(jié)或數(shù)組，來代替矩陣。一旦初始化了模式矩陣，該例程就進入步驟1012。
在步驟1012，停用模式矩陣中的一些受發(fā)動機預熱條件影響的氣門和/或汽缸模式。可以用布爾邏輯語句來檢驗操作條件，并基于這些結果停用汽缸和/或氣門模式。在一個實例中，基于由發(fā)動機操作狀態(tài)決定的發(fā)動機操作條件來確定預熱氣門和汽缸模式選擇。然而，基于發(fā)動機操作條件確定的預熱汽缸和氣門模式選擇不受限于發(fā)動機溫度和催化劑溫度。
盡管發(fā)動機和催化劑溫度提供了發(fā)動機操作條件的指示，機電氣門的情形可以提供額外的信息，并在某些案例中為提供改變汽缸和氣門模式的基礎。例如，上述觸發(fā)模式選擇改變的代表性情形，包括由傳感器50確定(或估計)的電樞溫度。進一步來說，氣門工作的數(shù)量、啟動以來的時間、氣門工作時間、氣門電流(valve current)、氣門電壓(valve voltage)、由氣門消耗的功率、氣門阻抗傳感設備(valve impedance sensing devices)、及其組合和/或其子組合都可以提供附加的氣門操作條件來增強(或代替)電樞溫度傳感器。因此，機電氣門的操作條件能夠被用于確定活躍汽缸的數(shù)量和/或活躍汽缸中行程的數(shù)量，另外還可以可選地將它們用于確定工作氣門的數(shù)量和配置或模式。這些氣門操作條件可以被包括在模式選擇邏輯內的發(fā)動機和催化劑條件中，或它們可以包括沒有發(fā)動機和催化劑操作條件的模式選擇邏輯。
也可以基于預熱條件、汽缸行程模式及活躍汽缸的數(shù)量通過選擇邏輯選擇氣門模式，如，對置的進氣和/或排氣門或對角的進氣和排氣門。這通過給定的選擇邏輯啟用所需的氣門模式、汽缸行程模式和汽缸模式來實現(xiàn)。然后圖2余下的選擇準則可以通過應用圖2的步驟1014-1022的條件限制來確定汽缸模式、活躍氣門的數(shù)量、活躍氣門的模式，及汽缸行程模式。
在發(fā)動機預熱期間以此方式選擇機電氣門操作可以在多方面改進發(fā)動機的操作，例如，用數(shù)量更少的氣門來操作發(fā)動機的所有汽缸。這樣的選項的一個實例是用八個汽缸且每個汽缸兩個氣門來操作每個汽缸都具有四個電磁閥(electromagnetic valve)的V8。這樣的操作不僅增加燃料經(jīng)濟性(通過降低氣門電流(valve current)而節(jié)約電能來進行)，還能夠降低發(fā)動機噪音、振動和嘯叫(NVH)，這是因為發(fā)動機扭矩峰值之間更加接近了。進一步來說低溫時的氣門功率消耗增加而供電能力會下降。因此，在低溫條件下(如，在發(fā)動機啟動期間)選擇使用更少數(shù)量的氣門可以使更多的電流對發(fā)動機啟動器可用，以使得較長的發(fā)動機發(fā)動(cranking)(旋轉發(fā)動機直到發(fā)動機開始在其自身的功率下旋轉)和較高的啟動扭矩成為可能而不消耗蓄電池容量。然后例程進入步驟1014。
在步驟1014，停用那些影響發(fā)動機排放或受排放影響的氣門和/或汽缸模式。然后例程進入步驟1016。
在步驟1016，停用那些受發(fā)動機操作區(qū)域和氣門性能降級影響的氣門和/或汽缸模式。在此步驟，催化劑和發(fā)動機溫度與氣門性能降級的指示一起用在一個示例中來確定汽缸和/或氣門模式的停用。圖5的說明提供選擇處理進一步的細節(jié)。然后例程進入步驟1018。
在步驟1018，停用那些影響發(fā)動機和車輛噪音、振動和嘯叫(NVH)的氣門和/或汽缸模式。例如，可以選擇性地啟用和停用機電氣門來改變活躍汽缸的數(shù)量，從而改變汽缸燃燒頻率。理想的是，根據(jù)選擇的環(huán)境，避免(或減少)能使汽車振動頻率或模式增強的氣門和汽缸模式，即，在機械結構只有很少或沒有阻尼特性時。在步驟1018中停用影響這些頻率的氣門和/或汽缸模式。然后例程進入步驟1020。
在步驟1020，停用那些不能提供足夠的扭矩來產(chǎn)生所需的發(fā)動機制動扭矩(brake torque)的汽缸和/或氣門模式。在此步驟，比較所需的發(fā)動機制動扭矩和包含在模式矩陣內的汽缸和氣門模式的最大扭矩。在一個實例中，如果所需的制動扭矩大于給定汽缸和氣門模式的最大扭矩(如果需要，可以包括最大容許誤差)，則停用該汽缸和/或氣門模式。然后例程進入步驟1022。
在步驟1022，評估模式矩陣并確定汽缸和氣門模式。在此，基于步驟1010-1020的準則，通過把0寫到適當?shù)哪Ｊ骄仃噯卧?列配對中來停用已變得不可用的汽缸和氣門操作模式。從矩陣原點(0，0)單元開始，一行接一行地搜索模式矩陣來確定包含1的行列配對。最后一個包含值1的矩陣行/列確定氣門和汽缸模式。以此方式，模式矩陣和選擇處理的設計使得能用最少數(shù)量的汽缸和氣門滿足控制目標。
如果請求改變汽缸和/或氣門模式，即，如果圖2的方法確定自從最后一次執(zhí)行圖2的方法以來，更加適合使用不同的汽缸和/或氣門模式，則通過將請求的模式變量設置為指示新的汽缸和/或氣門模式的值來指示待決的模式改變。在預定的時間間隔之后，將目標模式變量設置為和請求的模式變量相同的值。使用請求的模式變量來向周邊系統(tǒng)提供待決模式改變的早期指示，以使得那些系統(tǒng)可以在實際的模式改變之前采取行動。傳送(transmission)是實現(xiàn)上述動作的一個實例。可以通過改變目標模式變量來發(fā)起實際的汽缸和/或氣門模式改變。而且，該方法可以通過設置MODE_DLY變量來延遲請求的改變和目標扭矩，同時調整燃料來適合新的汽缸和/或氣門模式。當設置了MODE_DLY變量時，抑制汽缸和/或氣門模式改變。
然后將所選的氣門和汽缸模式輸出到氣門控制器。然后退出汽缸和氣門模式選擇例程。
另外，汽缸和氣門模式矩陣結構可以采取其他形式并具有其他目標。在一個實例中，其他的實施形態(tài)可以將通過最大扭矩、排放、和/或燃料節(jié)約加權的數(shù)值寫入矩陣，而不是將1和0寫入矩陣的單元。在此例中，可以根據(jù)寫入矩陣單元的數(shù)值的確切涵義來選擇所需的模式。此外，定義矩陣軸的模式不必基于扭矩量進行增減。燃料節(jié)約、功率消耗、可聽噪音和排放可以作為用于定義模式控制矩陣組織的結構的附加的準則。以此方式，可以將矩陣結構設計為基于汽缸和氣門數(shù)量最少之外的其他目標來確定汽缸和氣門模式。
同樣，可以將圖2的方法可被設定成為確定氣門、氣門驅動器、發(fā)動機、底盤、電氣系統(tǒng)、催化劑系統(tǒng)，或其他車輛系統(tǒng)的操作條件的方法。上述操作條件可以用來確定活躍汽缸的數(shù)量、活躍氣門的數(shù)量、氣門模式、汽缸循環(huán)內的汽缸行程、汽缸分組、其他氣門模式，及所需的氣門相位。確定各種操作條件并選擇適當?shù)钠缀蜌忾T配置可以改進發(fā)動機性能、節(jié)約燃料并提高客戶滿意度。
在一個實例中，至少下面兩項可用于調整發(fā)動機的最大扭矩(1)執(zhí)行燃燒的汽缸數(shù)量；及(2)在每個汽缸中操作的氣門數(shù)量因此，可能提高最大扭矩的分辨率(resolution)，使之超出通過簡單地使用汽缸數(shù)而獲取的。
而且，圖2的方法可以根據(jù)發(fā)動機操作條件在發(fā)動機運行期間在汽缸和氣門模式之間切換。
在另一個實例中，八汽缸發(fā)動機以四行程模式操作四個汽缸、并以十二行程模式操作另外四個汽缸，所有汽缸都在每個汽缸中使用四個氣門。此模式可以通過降低活躍汽缸的數(shù)量和通過以較高的熱效率操作活躍汽缸，來產(chǎn)生所需的扭矩并提高燃料效率水平。為了響應操作條件的改變，控制器可能將發(fā)動機操作模式切換為四個汽缸以四行程模式操作并在每個汽缸中使用兩個氣門。余下的四個汽缸以十二行程模式操作，并具有輪換的排氣門。
在另一個實例中，在其他操作條件下，停止一些汽缸的燃料噴射，而其他汽缸在每個汽缸中有4個活躍的氣門。此模式可以產(chǎn)生所需的扭矩同時進一步提高燃料效率。同樣，由于使用輪換模式，汽缸中以十二行程模式操作的排氣門可以得到冷卻。以此方式，圖2的方法允許發(fā)動機基于操作條件和模式矩陣校準和設計來改變活躍汽缸的數(shù)量、汽缸循環(huán)中的行程數(shù)、氣門工作的數(shù)量，及氣門模式。
因為具有機電氣門的發(fā)動機能夠根據(jù)不同的方式運行不同的汽缸，如一半可用的汽缸以四行程操作，而余下的汽缸以六行程操作，發(fā)動機的循環(huán)在此定義為在最長的汽缸循環(huán)上重復的角度數(shù)量。另外，也可以對每個汽缸獨立確定汽缸的循環(huán)。例如，又，發(fā)動機用四行程和六行程模式的汽缸進行操作，則發(fā)動機的循環(huán)由六行程汽缸模式定義，即，1080度。圖2所述的汽缸和氣門模式選擇方法也可以連接燃料控制方法來使用，以進一步改進發(fā)動機的排放。
參考圖3，顯示了具有機電進氣和排氣門的V8發(fā)動機的已初始化了的汽缸和氣門模式矩陣的實例。x-軸上的列表示具有四個氣門的汽缸的可能的很多的氣門模式中的一些。從左到右顯示了雙進氣/雙排氣(DIDE)、雙進氣/輪換排氣(DIAE)、輪換進氣/雙排氣(AIDE)和輪換進氣/輪換排氣(AIAE)，它們的最大扭矩從高到低排列。y-軸的行表示V8發(fā)動機的可能很多的汽缸模式中的一些。這些汽缸模式開始于底部具有較多汽缸的模式，而終止于頂部具有較少汽缸的模式，它們的最大扭矩從高到低排列。
在此例中，這樣構建模式矩陣有利于減少搜索時間和模式判讀。行和列的交點，即單元，表示獨特的汽缸和氣門模式。例如，圖4中的模式矩陣的單元(1，1)表示V4汽缸模式和雙進氣/輪換排氣(DIAE)氣門模式。模式矩陣的組織使得汽缸/氣門模式中的發(fā)動機最大扭矩隨著與原點之間的距離增加而減小。最大扭矩按行減小的量比按列減小的量大，因為每個發(fā)動機循環(huán)中活躍汽缸的數(shù)量隨著行數(shù)增加而減少，而不同的氣門模式的發(fā)動機扭矩減小依照汽缸最大扭矩小部分減少。
由于模式矩陣基于氣門和汽缸構建，它自然地允許定義確定活躍汽缸和氣門數(shù)量以及汽缸和氣門配置的汽缸和氣門模式。另外，模式矩陣可以標識具有分組汽缸并具有獨特的操作氣門數(shù)量和氣門模式的汽缸和氣門配置。例如，可以將模式矩陣配置為讓一半活躍汽缸具有兩個活躍氣門，而另外一半活躍汽缸具有三個活躍氣門。同樣，模式矩陣支持多行程模式選擇。多行程工作通常包括具有大于四行程燃燒循環(huán)的燃燒循環(huán)。在此所述的多行程操作包括大于四行程的燃燒和燃燒循環(huán)中行程數(shù)量的變更情形，如四行程、六行程和/或十二行程之間的變化。
進一步來說，對一種汽缸模式來說，可以讓不同的汽缸活躍，如在四汽缸發(fā)動機中，通過定義并從兩個獨特的矩陣單元中選擇，I2汽缸模式可以通過汽缸1-4或2-3來產(chǎn)生。
除了位于(0，0)單元的汽缸和氣門模式，可以停用在模式矩陣中表示的任何汽缸和氣門模式。不停用單元(0，0)，以使得至少有一種模式可用。
參考圖4，顯示了已進行汽缸和氣門模式選擇處理的矩陣的實例。該圖顯示了在步驟1010模式矩陣初始化時初始設置為1而目前為0的模式單元。同樣，在圖2的方法的步驟中，當停用汽缸和氣門模式時，也停用那些具有較小最大扭矩的汽缸和氣門模式。例如，單元(1，2)在包含0的單元中具有較高的最大扭矩?；谶x擇的汽缸和上述氣門模式選擇準則，將單元(1，1)選擇作為當前的汽缸和氣門模式，即，V4雙進氣/輪換排氣(DIAE)。如果搜索在矩陣中碰到0之后停止，則這可以減少矩陣的搜索時間。
參考圖5，顯示了根據(jù)發(fā)動機和氣門操作來限制停用汽缸模式(例如，從可用模式進行停用)的方法的流程圖。該方法評估發(fā)動機和催化劑溫度來確定應停用哪個可用的汽缸和氣門模式。進一步來說，如果指示了氣門性能降級，則該方法在需要時停用受性能降級影響的汽缸和氣門模式，除了模式矩陣中單元(0，0)的汽缸和氣門模式。
在步驟1510，確定發(fā)動機操作條件。測量發(fā)動機溫度傳感器112和催化劑磚溫度77。另外，也可以對溫度進行推斷。另外，可以根據(jù)發(fā)動機溫度、排氣殘留、發(fā)動機轉速、發(fā)動機空氣量及點火提前的經(jīng)驗數(shù)據(jù)推斷排氣門溫度。然后例程進入步驟1512。
在步驟1512，比較催化劑溫度CAT_TEMP和預定的變量CAT_tlim。如果催化劑溫度高于CAT_tlim，則例程進入步驟1514。如果催化劑溫度小于CAT_tlim，則例程進入步驟1516。
在步驟1514，基于預定的矩陣CAT_LIM_MTX停用汽缸和氣門模式。該矩陣具有和模式矩陣相同的維度，即，兩個矩陣具有相同數(shù)量的元素。在CAT_LIM_MTX內，停用產(chǎn)生較高溫度的汽缸和氣門模式。然后將停用的模式從CAT_LIM_MTX復制到模式矩陣。例如，如果測量或推斷出的催化劑溫度比V8發(fā)動機所需的溫度高，則停用部分汽缸模式，包括V4、六行程和V2。通過降低每個汽缸在相同所需扭矩上的負載，停用部分汽缸模式來降低排氣溫度。然后例程進入步驟1516。
在步驟1516，比較發(fā)動機溫度ENG_TEMP和預定的變量ENG_tlim。如果發(fā)動機溫度高于ENG_tlim，則例程進入步驟1518。如果發(fā)動機溫度低于ENG_tlim，則例程進入步驟1520。
在步驟1518，基于預定的矩陣ENG_LIM_MTX停用汽缸和氣門模式，其中該矩陣具有和模式矩陣相同的維度，即，兩個矩陣具有相同數(shù)量的元素。在ENG_LIM_MTX內，停用產(chǎn)生較高溫度的汽缸和氣門模式。然后將停用的模式從ENG_LIM_MTX復制到模式矩陣。例如，如果測量或推斷出的催化劑溫度比V8發(fā)動機所需的溫度高，則停用部分汽缸模式，包括V4、六行程和V2。通過降低每個汽缸在相同所需扭矩上的負載，停用部分汽缸模式能降低排氣溫度。然后例程進入步驟1520。
在步驟1520，推斷出的排氣門溫度，EXH_vlv_tmp，可用來預定變量EXH_tlim。如果推斷出的排氣門溫度高于EXH_tlim，則例程進入步驟1522。如果推斷出的排氣門溫度低于EXH_tlim，則例程進入步驟1524。
在步驟1522，基于預定的矩陣EXH_LIM_MTX停用汽缸和氣門模式，其中該矩陣具有和模式矩陣相同的維度，即，兩個矩陣具有相同數(shù)量的元素。在EXH_LIM_MTX內，停用產(chǎn)生較高溫度的汽缸和氣門模式。然后將停用的模式從EXH_LIM_MTX復制到模式矩陣。例如，如果測量或推斷出的催化劑溫度比V8發(fā)動機所需的溫度高，則停用部分汽缸模式，包括V4、六行程和V2，并以輪換模式操作排氣門。停用部分汽缸模式將通過降低每個汽缸的負載來降低排氣溫度，而輪換氣門有助于非活躍的排氣門和汽缸頭之間的熱傳導。然后例程進入步驟1524。
在步驟1524，評估氣門性能降級。可以通過多種方式來指示氣門性能降級，這些方式可以包括但不限于通過氧傳感器推斷或通過發(fā)動機轉速傳感器得到的氣門位置測量、溫度測量、電流測量、電壓測量。如果檢測到氣門性能降級，則將具有性能降級的氣門的汽缸數(shù)量賦予變量VLV_DEG，并將最新在步驟1528中確定的性能降級的氣門的汽缸數(shù)量賦予汽缸標識符CYL_DEG。如果出現(xiàn)了氣門性能降級，則例程進入步驟1526。如果沒有出現(xiàn)氣門性能降級，則例程退出。
在步驟1526，停用受氣門性能降級影響的汽缸和氣門模式，這可以包括停用具有性能降級的氣門的汽缸。具體來說，其中具有性能降級的氣門的汽缸CYL_DEG是進入汽缸模式的矩陣FN_DEGMODES_MTX的一個索引，該矩陣包含受具有性能降級的氣門的汽缸影響的汽缸模式。然后例程停用被FN_DEGMODES_MTX識別的所述汽缸模式。然而，在一個實例中，不停用行0的汽缸模式，以使得發(fā)動機能夠在受到請求時通過至少部分(或全部)沒有性能降級的氣門的汽缸提供扭矩。另外，如果不止一個汽缸的性能由于氣門的性能降級而降級，即，VLV_DEG大于1，則對應于行0的汽缸模式是單個活躍汽缸模式。以此方式，標識為性能降級的汽缸使得受影響的汽缸模式停用，這可以包括在具有性能降級的氣門的汽缸中禁用燃燒、燃料噴射和/或啟用火花塞。因此，可以在氣門性能降級的汽缸中停用燃料和/或火花。
在步驟1526中也可以對氣門性能降級進行補償。氣門溫度通過溫度傳感器傳感，而且其他的氣門操作條件也可以確定。例如，氣門電壓、阻抗和功率消耗可以傳感或推斷。可以比較這些參數(shù)和預定的目標量來構成誤差量，然后將誤差量用于調整車輛電氣系統(tǒng)的操作參數(shù)。例如，如果周圍空氣溫度增加且在測量或推斷出的氣門電壓量比所需的要低，則可以發(fā)送信號到車輛電氣系統(tǒng)以增加供電電壓。以此方式，可以使用氣門的操作條件來調整車輛電氣系統(tǒng)的操作條件，以改進氣門操作。然后例程進入步驟1530。
在步驟1530，評估車輛電氣系統(tǒng)的操作條件。如果電氣系統(tǒng)可用的功率、可用電流和/或可用電壓低于預定量或性能降級，則例程進入步驟1532。此外，如果外部電力負載(如，由車輛電氣系統(tǒng)供電的計算機或視頻游戲)或輔助的、較低優(yōu)先權的電力負載(如，裝載于車輛電力系統(tǒng)的車輛部件，如氣泵或風扇)超過了預定量或超過了總的可用電氣系統(tǒng)容量的一小部分、給車輛電氣系統(tǒng)帶來更多負載，則例程進入步驟1532。然后例程退出。
在步驟1532，基于電氣系統(tǒng)操作條件停用汽缸和氣門模式。通過從選擇的矩陣復制0到模式矩陣中來停用汽缸和氣門模式。如果電氣系統(tǒng)可用的功率、可用的電流和/或可用的電壓低于第一組預定的量，則將矩陣FNVLVRED中的0復制到模式矩陣中。在此例中，這些0值將氣門操作限制于每個汽缸具有兩個操作氣門的發(fā)動機汽缸的數(shù)量。如果上述電氣參數(shù)低于第二組預定的量，則將矩陣FNCYLRED中的0復制到模式矩陣中。在此例中，這些0將減少活躍汽缸數(shù)量和活躍汽缸中的氣門數(shù)量來限制氣門操作。
進一步來說，如果外部或輔助負載的功率超出了預定的量，則控制電力開關，如繼電器或晶體管，來停用加到這些設備的電力。停用汽缸和氣門模式與減少外部和輔助電力負載效應兩者的組合可以在電氣系統(tǒng)能力降低的條件下提高啟動的可能性。例如，在周圍溫度較冷時，發(fā)動機摩擦力增加且蓄電池功率可能降低。通過停用較低優(yōu)先級的電力負載并減少活躍汽缸和氣門的數(shù)量，則在啟動期間對發(fā)動機啟動器和活躍氣門有額外的電力可用。另外，如果在發(fā)動機操作期間電氣系統(tǒng)性能會性能降級，則通過停用較低優(yōu)先級的電力負載并減少活躍的汽缸和氣門可以增加車輛的范圍。
參考圖6，描述從可用的汽缸和氣門模式矩陣中選擇汽缸和氣門模式的方法。在一個實例中，該方法搜索整個模式矩陣來查找具有最少活躍汽缸和氣門的數(shù)量的模式。由于上述步驟已基于發(fā)動機和車輛的操作條件停用了汽缸和氣門模式，此步驟提供第二個選擇汽缸和氣門模式的實例準則，即，燃料節(jié)約。通過選擇最少數(shù)量的活躍汽缸和氣門，改進汽缸效率并降低電力消耗，從而增加了燃料節(jié)約。然而，可以通過以不同的方式構建矩陣的行和列來使用其他搜索方案，以強調其他目標，或不同目標的組合。
在步驟1810，在每次執(zhí)行該例程時初始化行列下標，且如果下標所指向的模式矩陣單元值為1，則例程存儲當前行列下標。在此例中，一次只存儲一個行列下標。在評估當前模式矩陣單元之后，例程進入步驟1812。
在步驟1812，比較當前列數(shù)cols和模式矩陣的列數(shù)col_lim。如果當前列數(shù)小于模式矩陣的總列數(shù)，則例程進入步驟1814。如果列數(shù)不小于模式矩陣的總列數(shù)，則例程進入步驟1816。
在步驟1814，遞增列的下標值。這允許例程搜索每行的第0列到第col_lim列。然后例程進入步驟1810。
在步驟1816，將列的下標重置為0。此動作允許例程在需要時評估模式矩陣的每個行的每個列。然后例程進入步驟1818。
在步驟1818，比較當前行數(shù)rows和模式矩陣的行數(shù)row_lim。如果當前行數(shù)小于模式矩陣的總行數(shù)，則例程進入步驟1820。如果行數(shù)不小于模式矩陣的總行數(shù)，則例程進入步驟1822。
在步驟1820，遞增行下標值。這允許例程從第0行搜索到每一行的第row_lim列。然后，例程進入步驟1810。
在步驟1822，例程確定所需的汽缸和氣門模式。將最后的行列下標輸出到圖2的步驟212中的扭矩確定例程。行數(shù)對應于所需的汽缸模式，而列數(shù)對應于所需的氣門模式。然后例程退出。
參考圖7，顯示提供降低成本的靈活控制選項的汽缸和氣門配置。標簽M表示通過凸輪軸操作的機械氣門(可選地包括液壓驅動的可變凸輪正時)，而E表示機電氣門。該圖顯示了兩個汽缸組，一個組具有機電驅動的進氣門，而另一個組具有機械驅動的進氣門。也可以將第二個組配置為同時具有機械進氣門和機電排氣門。另一種配置可以是其中一個汽缸組具有一個或多個機電驅動的氣門，而發(fā)動機中余下的氣門皆為機械驅動。這允許汽缸組對不同的目標使用不同的氣門配置。例如，一個汽缸組可以用四個氣門操作，而另一個組用兩個氣門操作。這允許四氣門汽缸在某些條件下，如轉速和負載條件，具有更高的最大扭矩，并通過選擇性地啟用機電驅動氣門來允許發(fā)動機具有多個最大扭矩量。
通過操作兩個具有不同氣門配置的汽缸組，也可以提高發(fā)動機的燃料節(jié)約。例如，可以將具有兩個汽缸組的V10發(fā)動機配置為具有機械驅動的氣門組和機電驅動或機械/機電組合驅動的氣門組?？梢园葱枰Ｓ脵C電組中的汽缸，而無需花成本在所有的汽缸中安裝機電氣門。
而且，催化劑磚到汽缸頭設置為不同距離的排氣配置可以使發(fā)動機排放得到改善。具有機電驅動的氣門的汽缸組可以延遲排氣門正時，從而提高其催化劑磚位置離汽缸頭的較遠的汽缸組的熱量。因此，可以基于發(fā)動機設計配置不同的汽缸組來改進排放。
現(xiàn)參考圖7a，顯示了另外的配置，該配置具有電力驅動的進氣門和機械凸輪驅動的排氣門(可選地包括液壓驅動的可變凸輪正時)。注意，雖然顯示了兩個進氣門和兩個排氣門，在另外的實施形態(tài)中，可以使用一個電力驅動的進氣門和一個凸輪驅動的排氣門。此外，也可以使用兩個電力驅動的進氣門和一個凸輪驅動的排氣門。
參考圖8，顯示以其他方式分組的汽缸和氣門配置。圖8的配置提供一些與參考圖7所述相同的優(yōu)點，但所有汽缸如所示都包括機械和機電驅動的氣門。此配置通過允許所有汽缸為機械控制或通過操作機械組和機械/機電組，來提供進一步的控制靈活性。將機電氣門和機械氣門在不同汽缸組中設置在不同位置，可以進一步改變此實施形態(tài)。例如，可以將第一個組配置為具有機電進氣門和機械排氣門，而將第二個組配置為具有機械進氣門和機電排氣門。
可以通過更換機電氣門的位置為機械氣門的位置、或通過重排氣門模式來進一步更改圖7、7A和8的汽缸和氣門配置。例如，一種汽缸組的安排可以配置機電進氣門和排氣門為對角配置以促進汽缸供送旋渦(cylinder chargeswirl)，而不是所示的對置的氣門配置。
參考圖9和10，顯示汽缸和氣門配置分組的其他實施形態(tài)。在發(fā)動機循環(huán)中操作由S表示的氣門位置，即選擇的氣門。注意，在某些實例中，可以通過凸輪以機械方式操作另外的氣門。所示的汽缸和氣門配置將汽缸劃分為兩個區(qū)域(圖9中在進氣和排氣門之間進行劃分，圖10中在進氣和排氣門組的組之間進行劃分)。此外，可以使用另外的配置，其中選擇的氣門位于相同的區(qū)域，但未在圖中選擇它。這些配置至少具有部分與那些如參考圖7-8所述的配置相同的優(yōu)點。
參考圖11、12和13，顯示了分組的汽缸和氣門配置的其他實施形態(tài)。在發(fā)動機循環(huán)期間操作由S表示的氣門位置，即選擇的氣門。所示的汽缸和氣門配置汽缸劃分為四個區(qū)域，每個區(qū)域包括一個機電驅動的氣門，區(qū)域1和2包含進氣門，區(qū)域3和4包含排氣門。此外，當選擇的氣門位于輪換區(qū)域時，可以使用另外的配置，但未在圖中選擇它。這些配置具有與圖7-10所述的配置相同的優(yōu)點，但是這些配置也可以提供更多的控制靈活性。例如，可以更改選擇的氣門模式來提供2、3和4氣門的操作。
雖然機電驅動的氣門提供增加燃料節(jié)約和發(fā)動機性能的各種機會，它們還能夠以其他方式改進發(fā)動機的啟動、停止和排放。圖14顯示了通過控制進氣和排氣門改進發(fā)動機啟動的方法。
作為一個舉例，機電驅動的氣門支持在啟動期間選擇第一個汽缸執(zhí)行燃燒的能力。在一個實例中，至少在某些操作條件下，選擇同一個汽缸來執(zhí)行第一次燃燒，這可以減少排放。換句話說，當發(fā)動機在相同的汽缸上啟動時，至少在選擇的條件下的兩次接連啟動期間，可以減少啟動期間向每個汽缸提供的燃料量的變動。通過在相同的汽缸中開始燃料噴射，可以重復地向每次的汽缸提供唯一的燃料量。這是可能的，因為可以通過相同的參考點來調度燃料，即被選擇用于燃燒空氣-燃料混合氣的第一個汽缸?？偟膩碚f，由于裝配的限制，在多汽缸發(fā)動機中沒有兩個汽缸具有相同的進氣口。因此，每個汽缸都有獨特的燃料需求在汽缸中產(chǎn)生所需空燃混合氣。幸運的是，在此所述的一個方法舉例中允許根據(jù)每個獨特的端口幾何形狀、端口表面拋光，及噴射器的噴射影響區(qū)域來定制噴射到每個單獨的汽缸中的燃料，從而減少空氣-燃料的變動和發(fā)動機排放。
在另一個實例中，為了減少因重復執(zhí)行第一次燃燒而造成的磨損，改變選擇用于重復執(zhí)行第一次燃燒的汽缸?？梢愿鶕?jù)各種操作條件的集合，如固定的啟動次數(shù)、發(fā)動機溫度，它們的組合等等進行改變。因此，對第一批啟動，重復使用汽缸1來啟動發(fā)動機。然后，對第二批啟動，重復使用另一個汽缸(如，第一個可用的汽缸，或相同的汽缸，如汽缸2)來啟動發(fā)動機。另外，可以基于發(fā)動機或空氣溫度選擇不同的汽缸。在又一個實例中，可以基于大氣壓(測量或估計出，或與其他測量或估計出的參數(shù)相關)選擇用于啟動的不同汽缸。
參考圖14，在步驟3210中，例程確定是否已做出啟動發(fā)動機的請求?？梢杂牲c火開關、遠程發(fā)送的信號，或另一個子系統(tǒng)，如混合電源系統(tǒng)的電壓控制器來做出請求。如果否，則例程退出。如果是，則例程進入步驟3212。
在步驟3212，關閉所有的排氣門?？梢酝瑫r關閉所有氣門，或為了降低供電電流而以其他順序關閉這些氣門。在另外的實施形態(tài)中，也描述了可以關閉全部排氣門中的一部分的情形。關閉的氣門保持關閉，直到在這些氣門相應的汽缸中發(fā)生了燃燒事件。即，汽缸的排氣門保持關閉，直到在汽缸中發(fā)生了第一個燃燒事件。通過關閉排氣門，可以防止殘留的碳氫化合物在發(fā)動機發(fā)動和轉數(shù)增加(run-up)(發(fā)動和在達到相當穩(wěn)定的空轉速度之間的時期)期間逸出汽缸。這可以減少排放出的碳氫化合物，從而可以減少車輛排放。然后例程進入步驟3214。
另外，可以將進氣門設置為預定的狀態(tài)-開啟或關閉。在發(fā)動期間關閉進氣門會增強泵送所做的功(pumping work)和啟動器電機電流，但可以將碳氫化合物限制在汽缸中。在發(fā)動期間開啟進氣門會降低泵送所做的功和啟動器電機電流，但可以將碳氫化合物推到進氣歧管中。同樣，開啟和關閉的進氣門的各種組合都可以用作實例。在另一個實例中，使用關閉的進氣門。而在又一個實例中，使用開啟的進氣門。圖24-28的實施形態(tài)提供了可以用于圖14顯示的方法來啟動發(fā)動機的其他氣門序列的詳細解釋。
另外，也可以將所有的排氣門設置在開啟位置，進氣門設置在關閉位置，直到確定發(fā)動機位置。然后在活塞行程的下止點關閉相應汽缸中的排氣門，并基于所需的燃燒順序操作進氣門。在第一次燃燒事件之后基于所需的發(fā)動機循環(huán)操作相應汽缸中的排氣門。碳氫化合物被從汽缸中抽空，然后被吸入汽缸，又在接下來的汽缸循環(huán)中通過此方法進行燃燒。與機械的四行程氣門正時相比，這可以減少排放出的碳氫化合物。
在步驟3214，轉動發(fā)動機并通過評估發(fā)動機位置傳感器118來確定發(fā)動機位置。能夠快速識別發(fā)動機位置的傳感器可以用于減少發(fā)動機發(fā)動時間，因此首選這樣的傳感器。然后例程進入步驟3216。
在步驟3216，發(fā)動機指示扭矩、點火提前和燃料通過以下方式來確定，即通過計算所需的指示扭矩、根據(jù)所需的指示扭矩計算所需的燃料供送、根據(jù)所需的燃料供送計算所需的汽缸空氣供送、根據(jù)所需的空氣供送確定氣門正時，并根據(jù)所需的汽缸空氣供送確定最終的火花。使用預定的所需發(fā)動機制動扭矩(brake torque)、發(fā)動機轉速、點火提前及Lambda(λ)來啟動發(fā)動機。Lambda(λ)的定義如下 這是與現(xiàn)有的發(fā)動機來形成對比，現(xiàn)有發(fā)動機是通過使燃料與基于固定氣門正時的發(fā)動機空氣量估計相匹配來啟動的。調整氣門正時和點火角度來產(chǎn)生所需的扭矩和發(fā)動機空氣量。通過調整氣門正時和/或氣門升程來滿足發(fā)動(cranking)和/或啟動(starting)期間的扭矩和空氣量需求，可以使發(fā)動機的每次啟動都統(tǒng)一地加速到空轉速度，無論是在海平面還是高海拔。圖17和18顯示了產(chǎn)生統(tǒng)一的海平面和高海拔發(fā)動機啟動的氣門正時實例。
此外，圖14的方法可以減少啟動發(fā)動機所需的空氣和燃料量的變動。可以通過調整氣門正時、噴射相等量的燃料和近似的點火正時來使在高海拔和海平面產(chǎn)生近似相同的扭矩(如果需要的話)。由于海拔的影響，只需做出小的調整來補償燃料揮發(fā)性和發(fā)動機反壓差。然后該方法進入步驟3218。
提供統(tǒng)一的發(fā)動機啟動轉速也可以擴展為不基于發(fā)動機扭矩的發(fā)動機策略。例如，可以根據(jù)一些已加燃料的汽缸的事件和/或發(fā)動機操作條件(如，發(fā)動機溫度、周圍空氣溫度、所需扭矩量和大氣壓)來調度預定的目標發(fā)動機空氣量。使用理想氣體定律和在進氣門關閉正時的汽缸容積來確定氣門正時和持續(xù)時間。接下來，根據(jù)目標發(fā)動機空氣量噴射燃料，然后燃料隨吸入的空氣量一起燃燒。由于目標發(fā)動機空氣量在海平面和高海拔之間統(tǒng)一或近似統(tǒng)一，在燃料量保持近似相同(如，在10％內)時，做出氣門正時調整。在另一個實例中，根據(jù)已加燃料的汽缸事件的數(shù)量和/或發(fā)動機操作條件(如，發(fā)動機溫度，周圍空氣溫度、催化劑溫度，或進氣門溫度)而確定的目標燃料量也可以用于啟動發(fā)動機。在此例中，通過調整氣門正時實現(xiàn)所需空燃比，根據(jù)目標汽缸燃料量吸入汽缸空氣量。然后按所需的空燃比(如，濃燃料、稀燃料，或化學計量的)燃燒來啟動發(fā)動機。另外，可以基于汽缸空氣量調整點火提前，可以基于周圍空氣溫度和壓力進一步調整氣門正時，且可以使用此啟動方法直接噴射或通過端口噴射燃料。
注意，可能需要在各種條件下提供統(tǒng)一的發(fā)動機啟動轉速，也可能存在一些需要使用其他方法的情況。此外，也可能需要根據(jù)發(fā)動機的操作條件來提供啟動期間所需的空氣量，這通過基于發(fā)動機位置和所需的汽缸空氣量或所需扭矩等等調整氣門正時來進行，即使不使用一致的發(fā)動機轉速軌跡。
在步驟3218，例程確定在預定的汽缸還是在可以完成第一個進氣行程的汽缸(如，第一個可用于燃燒的汽缸)中開始燃燒。如果選擇了在預定的汽缸中開始燃燒，則從可以通過發(fā)動機操作條件或發(fā)動機特征索引的表或函數(shù)中選擇汽缸編號。
通過選擇汽缸來開始燃燒，并基于發(fā)動機操作條件選擇第一個燃燒的汽缸，(如果需要，每次啟動都可以這樣操作)，發(fā)動機排放可以得到改進。在一個實例中，如果在20攝氏度啟動四汽缸發(fā)動機，則每次發(fā)動機在20攝氏度啟動時都選擇1號發(fā)動機來產(chǎn)生第一個燃燒事件。然而，如果同一個發(fā)動機在40攝氏度啟動，則可以選擇不同的汽缸來產(chǎn)生第一個燃燒事件，每次發(fā)動機在40攝氏度啟動時都選擇此汽缸，或另外可以取決于發(fā)動機控制目標來選擇不同的汽缸。基于此策略選擇啟動汽缸可以減少發(fā)動機排放。具體來說，聚集的燃料液滴(fuel puddles)通常發(fā)生在進氣口燃料噴射發(fā)動機的進氣口。噴射的燃料可能在噴射之后附著到進氣歧管壁上，而所吸入的燃料量可能受進氣歧管幾何形狀、溫度和燃料噴射器位置的影響。由于每個汽缸都可能有獨特的端口幾何形狀和噴射器位置，在同一個發(fā)動機的不同汽缸中可能形成不同的聚集的燃料液滴(fuel puddle masses)。此外，基于發(fā)動機操作條件，在各個汽缸之間可能存在聚集的燃料液滴和發(fā)動機進排氣特性的變化。例如，四汽缸發(fā)動機的1號汽缸可以包括穩(wěn)定在20攝氏度的聚集的燃料液滴，而4號汽缸的聚集的燃料液滴可以在40攝氏度更穩(wěn)定。這可能發(fā)生，因為聚集的燃料液滴可能受發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的位置(發(fā)動機溫度)、周圍空氣溫度、大氣壓，和/或發(fā)動機特性(如，歧管幾何形狀和噴射器位置)的影響。
同樣，催化劑的位置和溫度也可以用于確定第一個燃燒的汽缸。通過考慮啟動期間的催化劑位置和溫度，可以減少發(fā)動機排放。例如，在八汽缸雙組發(fā)動機中，鑒于上面所述及的原因之一，在4號汽缸(第一組)中產(chǎn)生第一個燃燒事件可能是有利的。另一方面，在發(fā)動機變熱之后，如果第二組中的催化劑位置對比于第一組中的催化劑、相對于4號汽缸更接近5號汽缸，則在5號汽缸(第二組)上啟動相同的發(fā)動機可能是有利的。和第一組中的催化劑相比，第二組中位置更接近且可能更熱的催化劑能夠更有效地轉換在較高溫度啟動期間產(chǎn)生的碳氫化合物。
另外，發(fā)動機硬件特性也會影響對第一個燃燒的汽缸的選擇。例如，汽缸相對于動力裝配的位置和/或氧傳感器位置可以是在一組發(fā)動機操作條件下的因素，并不能作為不同的一組發(fā)動機操作條件下的因素使用。如果選擇用于第一次燃燒事件的汽缸在較低溫度下減少發(fā)動機噪音和振動，而另一個汽缸在不同的溫度下具有改進的特性，則可以使用此策略。
同樣，損失的燃料量，即由于聚集的燃料液滴和移動到曲軸箱的原因被噴射進入冷的發(fā)動機但沒有在廢氣中觀察到的燃料，能改變每次汽缸膨脹而引起的汽缸燃燒。此外，在特定汽缸中損失的燃料量會取決于發(fā)動機操作條件而改變。因此，基于一組發(fā)動機操作條件選擇一個汽缸用于第一個燃燒事件，并基于第二組操作條件選擇不同的汽缸用于第一個燃燒事件可能是有利的。然后，向單獨的汽缸提供單獨的燃料量，以相同的順序隨著第一個汽缸開始燃燒，這樣可以減少燃料量的變動。因此，可以在每次啟動時將相同的燃料量噴射到相同的汽缸，該汽缸具有接近相同(如在1％內、在5％內，或在10％內)的聚集的燃料液滴。
因此，在啟動期間基于發(fā)動機操作條件和/或發(fā)動機特性選擇和/或改變第一個燃燒的汽缸是有利的。
注意，如果需要的話，也可以在多個汽缸中開始燃燒。
同樣，在發(fā)動機“I”配置，即I4或I6中，選擇位置最接近飛輪或接近發(fā)動機本體中心的預定汽缸可以降低在啟動期間由于曲軸扭曲產(chǎn)生的扭轉振動，至少在某些條件下是這樣。曲軸扭曲是由于發(fā)動機加速可能在啟動期間發(fā)生的曲軸末端之間的瞬間角偏移?？偟膩碚f，第一個點火的汽缸在將發(fā)動機從發(fā)動加速到運行速度的工作中吸入較高的空氣供送，從而產(chǎn)生較大的加速度。如果發(fā)動機在離發(fā)動機載荷，即飛輪，的位置最遠的汽缸上啟動，曲軸可能受活塞施加于曲軸上的力和從燃燒的汽缸到載荷的距離的原因而產(chǎn)生扭曲。因此，選擇位置最接近發(fā)動機載荷或具有更多支持，即，在發(fā)動機汽缸體中心位置的預定汽缸，可以降低啟動期間的發(fā)動機振動。而且，通過選擇在降低振動的汽缸上啟動發(fā)動機，還可以提高客戶滿意度。
然而，選擇最接近飛輪的預定汽缸并在其中執(zhí)行第一個燃燒事件可以增加現(xiàn)有的受機械限制的氣門機構的發(fā)動機發(fā)動(cranking)時間。然而，具有機電氣門的發(fā)動機沒有機械上的限制。相反，可以調整發(fā)動機氣門正時在最接近發(fā)動機飛輪的第一個汽缸中產(chǎn)生進氣行程，其中活塞能夠使汽缸產(chǎn)生真空。例如，最接近飛輪的汽缸，其產(chǎn)生了足夠的真空，隨著活塞向下移動將噴射的燃料吸入汽缸，使得能夠產(chǎn)生發(fā)動機輸出。然后基于現(xiàn)有的四行程氣門正時繼續(xù)后面的燃燒。
因此，在一個實例中，在處理指示發(fā)動機啟動(或發(fā)動機位置)的信號之后，例程在具有足夠活塞向下移動的第一個汽缸上設置進氣行程以產(chǎn)生發(fā)動機輸出(如，發(fā)動機扭矩，或所需的汽缸指示)。一經(jīng)這樣設置，余下的汽缸就可以對比于已設置好了的所述汽缸的進氣行程設置它們各自的氣門正時位置。然后，在第一個汽缸中，伴隨足夠活塞向下移動執(zhí)行第一次燃燒，而基于活塞氣門正時以選擇的點火順序在余下的汽缸中執(zhí)行接下來的燃燒。
參考圖14，如果需要在預定的汽缸中進行燃燒，則例程進入步驟3222。如果不需要在預定汽缸中進行燃燒，則例程進入步驟3220。
在步驟3220，例程確定哪個汽缸能夠第一次獲取或截留所需的汽缸空氣量?；钊奈恢门c其移動方向，向上(向著汽缸頭)或向下(遠離汽缸頭)，也可以作為作此確定的因素，如下在圖29的說明中所示。通過選擇能夠第一次獲取所需汽缸空氣量的汽缸，可以減少啟動時間。另外，選擇能夠產(chǎn)生第一次燃燒事件的汽缸也可以降低發(fā)動機的啟動時間。然而，發(fā)動機的啟動轉速和排放變動也會受到影響。燃料噴射的類型也會影響汽缸選擇處理。進氣口噴燃料的發(fā)動機依賴于進氣行程來吸入汽缸的燃料和空氣。然而，也可以晚些關閉進氣門，但這會使吸入所需汽缸燃料量更加困難。因此，對進氣口噴燃料的發(fā)動機來說，可以通過汽缸吸入空氣和燃料兩者的能力來決定選擇用于第一次燃燒事件的汽缸。
另一方面，直噴式發(fā)動機將燃料直接噴入汽缸，可通過關閉進氣和排氣門來提供使燃料在截留的空氣中燃燒的機會。假設截留了足夠容量的空氣，則氣門的進氣循環(huán)可以不需要促進汽缸中的燃燒，因為在汽缸中被截留的空氣能與直接噴入汽缸中的燃料進行混合。因此，可以基于發(fā)動機位置調整發(fā)動機氣門正時，以促進最接近飛輪并能夠獲取和壓縮所需空氣量的第一個汽缸進行燃燒。
另外，在發(fā)動機相同的汽缸位置通常配有兩個彼此對置的活塞?？梢酝ㄟ^對各個汽缸選擇適當?shù)臍忾T正時來確定汽缸中的燃燒。由于機電氣門的操作可以不考慮曲軸位置，發(fā)動機控制策略可以通過應用適當?shù)臍忾T正時來選擇兩個汽缸中的哪一個首先進行燃燒。因此，在步驟3220，根據(jù)獲取所需汽缸空氣量的能力來選擇汽缸，然后在競爭的汽缸之間設置適當?shù)臍忾T正時。例如，四汽缸發(fā)動機在1號和4號汽缸中備有活塞，處于將完成第一個吸入行程的位置，選擇汽缸1來產(chǎn)生第一個燃燒事件。另外，從競爭第一個燃燒事件的兩個汽缸中選擇一個的實例準則包括汽缸位置、啟動噪音和振動及汽缸空燃分布不均。例如，在四汽缸發(fā)動機中，4號汽缸的位置最接近發(fā)動機飛輪。如果4號汽缸在1號汽缸之前點火，則曲軸在啟動期間就只會有較少的扭曲。這可以降低啟動期間的發(fā)動機噪音和振動。在另一個實例中，特定的汽缸的位置可以接近發(fā)動機機架。汽缸接近發(fā)動機機架也可會影響選擇哪個汽缸用于第一個燃燒事件。在又一個實例中，制造處理和/或設計限制會影響發(fā)動機的汽缸中的空燃分布?；诎l(fā)動機特性選擇汽缸可以改進啟動期間的空燃比控制。然后例程進入步驟3222。
在步驟3222，基于通過上面的步驟3216得到的發(fā)動機位置和所需扭矩、火花及Lambda來噴射燃料。在圖14的方法中，可以將燃料噴射在開啟或關閉的氣門上，在同一時間向所有汽缸提供燃料，或以各個的量向各個汽缸提供燃料。然而，在一個實例中，在某個汽缸燃料被優(yōu)先噴射，這樣可以對汽缸事件定制燃料量。汽缸事件信號的時間段是曲軸轉角持續(xù)時間，汽缸的循環(huán)在其中進行重復，在四行程汽缸循環(huán)的情況，汽缸事件的角度為720/發(fā)動機汽缸數(shù)。
在一個實例中，基于已加燃料的汽缸事件的數(shù)量噴射燃料，使用已受控的各個汽缸的空氣量可以改進發(fā)動機空燃比控制。通過控制各個汽缸事件空氣量、對已加燃料的汽缸事件數(shù)量進行計數(shù)，然后基于計數(shù)得到的已加燃料的汽缸事件的數(shù)量和汽缸空氣量提供燃料量，可以改進發(fā)動機的啟動。換句話說，由于可以在啟動期間控制發(fā)動機空氣量，而且由于獲得一個所需空燃比的燃料量能根據(jù)已加燃料的汽缸事件的數(shù)量來改變，基于汽缸事件的數(shù)量和各個汽缸的空氣量供給燃料可以改進發(fā)動機空燃比控制。因此，基于已加燃料的汽缸事件供給燃料和控制各個汽缸的空氣量可以用于減少發(fā)動機排放，并在啟動期間提供統(tǒng)一的發(fā)動機轉數(shù)增加(run-up)速度。
進一步來說，發(fā)動機燃料需求可以是已加燃料的汽缸事件的數(shù)量的函數(shù)，而不是僅僅基于時間。汽缸事件可以和機械維度關聯(lián)，而時間是連續(xù)統(tǒng)一體，它缺乏空間維度及與物理發(fā)動機之間的連接。因此，基于已加燃料的汽缸事件的數(shù)量提供發(fā)動機的燃料可以減少與基于時間提供燃料相關的燃料變動。
通常，在步驟3222噴射的燃料量在冷啟動期間產(chǎn)生稀混合氣。這可以減少碳氫化合物和催化劑活化所需時間。然而，噴射的燃料量也可以產(chǎn)生化學計量或濃混合氣。然后例程進入步驟3224。
在步驟3224，隨著被選擇產(chǎn)生第一次燃燒事件的汽缸行程(進氣)的設置開始操作氣門。另外，也可以在選擇用于燃燒的第一個汽缸中設置另一種行程(排氣、動力、壓縮)。取決于氣門機構配置(如，完全機電或機械/機電混合)及控制目標(如，減少排放或減少泵送所做的功，等等)，基于預定的燃燒順序來排列氣門，參見圖15-16和24-28的實例。通常，為了減少發(fā)動機排放和催化劑活化所需時間，在啟動期間以四行程模式操作所有的汽缸。然而，也可以在啟動期間使用多行程或全部汽缸中的一部分。然后例程退出。
圖15a和15b為圖表，顯示通過圖14的方法以四行程模式操作的四汽缸發(fā)動機的所需扭矩、火花和Lambda相對恒定時典型的進氣和排氣門正時。氣門開啟和關閉位置由氣門序列左邊的圖例標識，O表示開啟，C表示關閉。
在接通或操作者產(chǎn)生了請求啟動發(fā)動機的信號指示時，將機電控制的進氣和排氣門從停用的中央位置設置為關閉位置。另外，也可以在各個汽缸中將進氣門設置為開啟位置，直到第一個進氣事件開始，這樣可以減少發(fā)動扭矩和啟動器電流。在此圖中，汽缸1是選擇用于第一個燃燒事件的汽缸，但如果需要更快的啟動，也可以選中汽缸3或2。一旦選擇了第一個燃燒的汽缸，且發(fā)生了第一個吸入事件，余下的汽缸就遵循四汽缸四行程發(fā)動機氣門正時，即，1-3-4-2。
在此序列中，將排氣門設置為關閉位置，并保持關閉位置直到在相應的汽缸中發(fā)生了燃燒事件。排氣門在所示的排氣門正時之后開始操作。通過關閉排氣門直到在汽缸中發(fā)生了燃燒，使來自機油和殘留燃料的碳氫化合物在汽缸中被截留，并在第一個燃燒事件中被燃燒。以此方式，可以減少排到排氣系統(tǒng)中的原始碳氫化合物的量。進一步來說，燃燒碳氫化合物可以為啟動發(fā)動機和加熱催化劑提供附加的能量。
另外，具有機械氣門停用器的汽缸可以用類似的方式停用排氣或進氣門來產(chǎn)生類似結果。
圖16a和16b為圖表，顯示四汽缸發(fā)動機通過圖14的方法在不同的發(fā)動機位置兩次啟動的典型進氣門正時。選擇汽缸1作為啟動汽缸，且以相當恒定的所需扭矩、火花和Lambda(雖然在其他實例中，這些都是可變的)啟動發(fā)動機。通過氣門序列左邊的圖例標識氣門開啟和關閉位置，O表示開啟，C表示關閉。
在接通時，將進氣和排氣門從停用的中央位置設置為關閉位置。另外，也可以在不同的汽缸中將進氣門設置為開啟位置，直到第一個進氣事件開始，這樣可以減少發(fā)動扭矩和啟動器電流。從上到下，第一批四個氣門正時事件是啟動#1的，第二批四個氣門正時事件是啟動#2的，在此顯示了啟動#1的汽缸位置，也顯示了啟動#2的汽缸位置。
如圖所示啟動#1的發(fā)動機停止位置近似在汽缸1和4的上止點之后的50度。同樣，汽缸1的曲線通過活塞位置顯示出活塞已部分地通過其下行程運動。接通發(fā)生在這個點，且可以在這個點將燃料噴射在開啟的氣門上，因此混合氣在隨后的行程中當活塞向上運動時可以被壓縮和燃燒。然而，發(fā)動機在此點的發(fā)動速度可能因為發(fā)動機慣性及摩擦而較低，這些因素會降低燃油的霧化和燃燒效果。因此，在此例中，發(fā)動機控制器等待開啟進氣門，直到汽缸1的整個進氣行程完成，近似地發(fā)動機曲軸轉動角度280度。余下的汽缸氣門事件以所示的燃燒順序跟隨汽缸1。
另一方面，啟動#2的第一個氣門事件近似等于接通后的180度。氣門事件較早發(fā)生，因為在汽缸#1中發(fā)動機的停止位置早于啟動#1的發(fā)動機停止位置其允許一個完整的進氣行程。
啟動#2也顯示如何為了一個策略排列氣門正時，該策略根據(jù)汽缸能完成第一次全吸入行程來選擇用于第一次燃燒事件的汽缸。由于發(fā)動機停止位置，汽缸1和4是能夠完成完整進氣行程的第一批汽缸?；钊?和3與活塞1和4的相位差為180度，并且因此在發(fā)動機停止位置中部分地完成了向下行程。
使用相同的原理，可以調整直噴式(DI)發(fā)動機的氣門正時。例如，將燃料噴入DI發(fā)動機的汽缸。進一步來說，也可以基于活塞的位置和運動方向來選擇用于第一次燃燒事件的汽缸。然后可以調整第一個汽缸的進氣門正時來實現(xiàn)所需扭矩。然而，燃料噴射不限于DI氣門正時。因此，可以通過調整氣門正時在進氣行程的下止點之前或之后開啟進氣門來獲得所需的發(fā)動機空氣量。
圖17a和17b分別為發(fā)動機按圖14的方法在海平面處啟動期間的典型的進氣門正時的圖表，和發(fā)動機按圖14的方法在高海拔啟動期間的典型的進氣門正時的圖表。為了使說明簡潔，兩次啟動開始于相同的發(fā)動機啟動位置，且在所需扭矩請求之后的氣門正時，其在高海拔和海平面兩種情形都可以使用。在高海拔和海平面情形預設相同的扭矩請求，這樣燃料的供應在高海拔和海平面之間幾乎保持恒定。然而，如上所述，如果需要的話，也可以使用不同的扭矩請求。
相比之下，現(xiàn)有的發(fā)動機基于發(fā)動機空氣量來調整所提供的燃料量，由于大氣壓的變動，發(fā)動機空氣量在海平面和高海拔之間是不同的。這可能導致海平面和高海拔處啟動的啟動扭矩不同，導致海平面和高海拔處的啟動轉速不同。然后發(fā)動機轉速和噴射的燃料量的改變會導致在海平面和高海拔處的空燃比和排放有差別。
通過如圖17所示那樣調整氣門正時從而在高海拔和海平面處的發(fā)動機扭矩和空氣量接近相同(如，在1％、5％或10％內)，可以降低高海拔和海平面處的空燃比的變動和發(fā)動機排放。并且雖然早先的液壓VCT系統(tǒng)也能夠調整氣門正時，但這些驅動器通常不能在啟動期間工作(原因是可用的液壓很小或不存在)。因此可以通過使用電力氣門來改進啟動。
圖17a的發(fā)動機啟動#1在海平面處進行并開始于較長的氣門開啟持續(xù)時間事件，從而發(fā)動機可以從發(fā)動開始快速地加速。隨著發(fā)動機摩擦降低使發(fā)動機加速到空轉速度所需的扭矩減少，接下來的氣門事件變短。在前四個事件之后，氣門持續(xù)時間本質上保持恒定，這反映出扭矩需求本質上保持恒定(雖然如果扭矩需求改變，持續(xù)時間也會改變)。同樣，在另外的實例中，氣門開啟持續(xù)時間可以在第一個事件之后開始減少。另外，可以在更少或更多數(shù)量的汽缸事件上減少氣門持續(xù)時間。進一步來說，由于冷啟動火花延遲或稀空燃混合氣，發(fā)動機所需扭矩可能改變。
發(fā)動機啟動#2在高海拔處進行并開始于與海平面氣門事件相比更長的氣門事件，從而發(fā)動機可以用近似相同的速率從發(fā)動開始加速。由于上述原因，接下來的氣門事件比對應的海平面氣門事件長，但比初始的氣門事件短。
參考圖18，顯示了表示汽缸#1在高海拔和海平面處的氣門事件的圖表，并顯示了典型的所需扭矩請求和發(fā)動機轉速的軌跡。該圖表顯示了在海平面和高海拔處啟動時發(fā)動機啟動的區(qū)別的實例，而當達到空轉速度之后，獲得具有很少的過量噴射的統(tǒng)一的發(fā)動機轉速，其轉速保護穩(wěn)定。在高海拔和海平面之間保持這些發(fā)動機轉速和扭矩軌跡可以減少空燃比變動和排放。進一步來說，駕駛者在啟動中能感受到更穩(wěn)定的發(fā)動機性能，從而客戶滿意度得到提高。
同樣，可以使用相同的原理調整直接噴射(DI)發(fā)動機的氣門正時。例如，為了獲得一個在當前海拔的所需的轉矩，調整氣門正時，之后，根據(jù)活塞的位置和運動方向可以將燃料噴入DI發(fā)動機的汽缸。
參考圖19，顯示了在收到停止發(fā)動機或停用汽缸的請求之后控制氣門正時的方法的流程圖。
在步驟3710，例程確定是否已做出停止發(fā)動機或停用一個或多個汽缸的請求。請求可以通過車輛的駕駛者或從車輛控制架構內部(如電動混合機車)發(fā)起。如果出現(xiàn)了請求，則例程進入步驟3712。如果沒有請求，則例程退出。
在步驟3712，基于發(fā)動機的燃燒順序，對個別的汽缸燃料被停用。即，完成正在進行中的燃料噴射，然后停用燃料。進一步來說，在步驟3714繼續(xù)確定汽缸進氣口聚集的燃料液滴的計算并調整進氣門持續(xù)時間來產(chǎn)生所需的空燃比。使用美國專利5,746,183的方法來確定聚集的燃料液滴，將該方法完整包括在此作為參考。通過下面的公式確定最后的噴射之后的聚集的燃料液滴mp(k)=ττ+T·mp(k-1)]]>其中mp是聚集的燃料液滴，k是汽缸事件的數(shù)量，τ是時間常量，而T是取樣時間。后面的聚集的燃料液滴通過下面公式得到Δmp=mp(k)-mp(k-1)=mp(k-1)·(-Tτ+T)]]>其中Δmp是進入汽缸的聚集的燃料液滴。另外，可以使用一個預定的聚集的燃料液滴或通過查找表格確定的聚集的燃料液滴來代替進入汽缸的聚集的燃料液滴。
另外，可以在此步驟基于停止發(fā)動機的請求調整火花。最好將火花調整為遲于MBT的值，以減少發(fā)動機碳氫化合物并增加排出熱。例如，通過在停止發(fā)動機期間調整火花，催化劑溫度會提高，從而如果發(fā)動機在較短的時間內重啟動，則由于較高的催化劑溫度而可以實現(xiàn)較高的催化劑轉換效率。在另一個實例中，在停止發(fā)動機期間延遲火花可以減少蒸發(fā)排放。由于可以減少集中在廢氣內的碳氫化合物，在發(fā)動機停止期間逸出到大氣中的廢氣包含的碳氫化合物會更少。
因此，在一些實例中，在發(fā)動機的停止操作期間，可以使用計算機可讀的代碼在停止期間的最后一組燃燒事件中的至少一個發(fā)生時延遲點火正時來增加排氣溫度，從而改進接下來的發(fā)動機重啟動中的排放。在一個實例中，當接收到停止發(fā)動機的命令時，仍然在執(zhí)行一個或幾個燃燒事件，如1、2、3、4，或取決于操作條件的燃燒事件的范圍，如1-5、1-3、1-2等等。通過調整這些事件中至少一部分的點火正時(如，最后一個、最后兩個，最后兩個或三個中的一個)，可以改進接下來在催化劑冷卻之前執(zhí)行的重啟動。進一步來說，如上所述，也可以同時(或單獨)調整排氣(或進氣)氣門開啟和/或關閉正時(或升程)來進一步增加在停止期間作用于催化劑的廢氣熱。
在步驟3714，調整氣門正時。在接收到停止請求或停用汽缸的指示時，可以調整進氣和排氣門正時。進氣門開啟(IVO)移至在其中可獲得較高的進氣口速度的發(fā)動機位置，通常這在進氣行程開始45度之后。將氣門開啟位置移動到此位置能夠使更多燃料從進氣口吸入到汽缸中以用于最后一個燃燒事件。這可以在停用汽缸或發(fā)動機停止時減少聚集的燃料液滴。進一步來說，當發(fā)動機重啟動時，更小的聚集的燃料液滴促使向汽缸形成更少的燃料，從而能在啟動期間實現(xiàn)更精確的空燃比控制。然后例程進入步驟3716。，在步驟3716，使用聚集的燃料液滴和氣門開啟位置結合理想氣體定律來確定氣門開啟持續(xù)時間和點火角度。
至少在進氣事件中用調整的正時來操作氣門，但如果需要可以這樣操作更長的時間。進一步來說，將進氣門開啟點調整到進氣行程上止點之后曲軸轉度30和180度之間的位置。也可以調整進氣門關閉正時來補償調整進氣門開啟正時可能導致的空氣供送區(qū)別。
取決于控制目標，發(fā)動機停止期間的汽缸空燃混合氣可以是濃燃料、稀燃料或化學計量的。
另外，也可以在發(fā)動機停止期間調整排氣門和點火提前。例如，調整排氣門的開啟位置調整在排氣行程上止點之后曲軸轉角0和120度之間。當此排氣門正時與火花角度調整組合時，可以在發(fā)動機停止之前向催化劑增加附加的熱量。如上所述，這可以增加催化劑的溫度為接下來的啟動做準備。進一步來說，也可以基于調整的排氣門開啟時間來調整排氣門關閉正時。然后例程退出。
參考圖20，顯示了四汽缸發(fā)動機停止期間的典型進氣門正時序列的實例。氣門序列開始于圖左邊，其中相對于相應汽缸的燃燒行程上止點標記氣門的曲軸轉角。進氣門在排氣行程末端開啟，指示進入汽缸的內部EGR流。在出現(xiàn)了停止請求時，即垂直線處，調整第一個汽缸的進氣門正時，在出現(xiàn)停止請求之后停用該汽缸中的燃料噴射，該汽缸在此例中為汽缸1。調整氣門開啟和氣門持續(xù)時間兩者?；诠烙嫷木奂娜剂弦旱芜M入汽缸的部分來調整氣門持續(xù)時間。氣門持續(xù)時間調整提供所需的排氣空燃比。另外，可以在停用燃料噴射之前調整氣門開啟位置并調度化學計量的或稀燃料的最終噴射。進一步來說，在燃料噴射停用之前，預定特殊的噴射量使符合氣門開啟位置的調整。
該圖顯示了做出氣門正時調整之后的三個吸入(induction)事件。然而，可以在每個進氣事件之后使用更少或附加的燃燒或甚至非燃燒汽缸事件。
參考圖21，顯示了在內燃機中重啟動機電氣門的方法。在某些情況下，機電氣門驅動器包括機械彈簧和充當電磁鐵的電線圈，兩者都用于調整氣門位置。然而，在汽缸操作期間，汽缸中的壓力可能有助于氣門操作，也可能阻礙氣門操作。例如，排氣門開啟時需要克服汽缸壓力，而在關閉時卻需要汽缸壓力。結果，能獲取的電流，克服彈簧力所需的電流，及保持氣門開啟或關閉的維持電流會因發(fā)動機的操作條件而不同。如果預定的電流不能克服開啟或關閉彈簧力，則在此所述的方法可以重啟動內燃機中的氣門，在汽缸的循環(huán)中開啟或關閉氣門。在非活動(沒有加電壓或電流)狀態(tài)，機械彈簧會將氣門定位于部分開啟的中間位置。如果發(fā)動機中的條件不能執(zhí)行預定的電流開啟或關閉氣門的情形時，即，氣門軌跡(位置)偏離所需路徑，則氣門也可以采用中間位置。如果氣門的路徑偏離所需的氣門軌跡，可以一次或多次嘗試做出重啟動氣門使之恢復所需軌跡。下面描述一種這樣的方法。
可以通過傳感器測量，例如傳感器50，直接確定氣門軌跡，或通過曲軸位置對它進行推斷。
具體來說，可以對發(fā)動機中的每個機電氣門應用下述方法來幫助氣門重啟動。因此，圖21的變量為包含每個相應的氣門的數(shù)據(jù)的數(shù)組，當然，需要的話也可以將其應用到氣門的子集或單個氣門。
在步驟3910，從氣門位置傳感器51中讀取氣門軌跡并評估它來確定氣門軌跡中是否出現(xiàn)了誤差。氣門位置傳感器51可以是離散或連續(xù)位置傳感器。通過查詢包含所需氣門軌跡和相關電流的查找指針的四個矩陣來確定所需的氣門位置和電流。矩陣FNVLVCURO和FNVLVCURC保存分別標識氣門開啟和關閉的氣門電流向量的數(shù)值指針。矩陣FNVLVPOSO和FNVLVPOSC保存分別標識氣門開啟和關閉的氣門位置的數(shù)值指針。位置和電流矩陣都通過發(fā)動機轉速和負載來檢索。然后包含在矩陣內的指針基于圖22中指定的氣門位置區(qū)域確定包含位置或電流信息的特定向量，它們分別為CL_pos_set和CL_cur_set。單獨的氣門控制方法訪問CL_cur_set來驅動機電氣門。如果確定氣門軌跡中出現(xiàn)誤差，則例程進入步驟3912。如果確定沒有出現(xiàn)軌跡誤差，則例程進入步驟3932。
在步驟3912，施加預定的電流來關閉偏離軌跡的氣門。所施加的電流是基于氣門和電源確定的上限電流。另外，也可以將氣門移至開啟或中間位置。另外，將表示符合軌跡的氣門開啟和關閉數(shù)量的變量Vlv_cnt歸零。進一步來說，可以禁用進入覆蓋偏離軌跡氣門的汽缸的燃料噴射，直到該氣門已完成預定數(shù)量的符合軌跡的操作。然后該方法進入步驟3914。
在步驟3914，例程確定偏離軌跡的氣門是否已關閉。如果氣門已關閉，則例程進入步驟3916。如果氣門尚未關閉，則例程進入步驟3930。
另外，可以刪去步驟3912和3914。在此情況，如果氣門偏離軌跡，則氣門電流在檢測到軌跡誤差的區(qū)域中增加。氣門將保持在中間位置，直到基于基礎氣門正時給出了開啟或關閉氣門的命令。換句話說，驅動偏離軌跡的氣門的電流在檢測到軌跡誤差的區(qū)域中增加，但是該氣門由基礎氣門正時(如，基于所需扭矩和發(fā)動機操作條件的氣門正時)重啟動。
在步驟3930，停用偏離軌跡的氣門和包含該氣門的汽缸。通過圖2的汽缸和氣門模式選擇方法停用汽缸和氣門。在步驟3930中把汽缸數(shù)量賦值給變量CYL_DEG并將其傳遞給圖15的步驟1528。然后例程退出。
在步驟3916，比較氣門電流CL_cur和預定的變量cur_lim。氣門軌跡輪廓的每個區(qū)域，如圖22所示，開始于預定的電流水平。如果出現(xiàn)了氣門軌跡誤差，則開啟(R1-R4)或關閉(R4-R7)氣門事件的所有區(qū)域中的氣門電流增加，(步驟3930和3922)。
另外，氣門操作和發(fā)動機正時重新同步。例如，氣門正時與相應汽缸的所需循環(huán)對齊。進一步來說，可以在預定數(shù)量的汽缸循環(huán)之后嘗試重新同步。
如果氣門不遵循所需的氣門軌跡且每個區(qū)域中的氣門電流超過cur_lim，則例程進入步驟3918。如果氣門電流低于cur_lim，則例程進入步驟3920。
在步驟3918中，比較在電流水平cur_lim的氣門重啟動嘗試數(shù)量Rcl_dec和預定的變量Rcl_deg_lim。如果重啟動嘗試的數(shù)量大于Rcl_deg_lim，則例程進入步驟3930。如果重啟動嘗試的數(shù)量小于Rcl_deg_lim，則例程進入步驟3924。此判定邏輯允許例程在停用汽缸和氣門之前做出預定數(shù)量的氣門重啟動嘗試。
在步驟3924，表示變量cur_lim中的電流量的氣門重啟動嘗試數(shù)量的計數(shù)遞增。每次例程執(zhí)行此邏輯時均遞增變量Rcl_deg。如果超出了嘗試的預定數(shù)量，則此變量允許例程停用偏離軌跡的氣門及其所在的汽缸，(步驟3918和3930)。在遞增該變量之后，例程退出。
在步驟3920，比較氣門重啟動嘗試和預定值。比較表示電流量低于cur_lim的重啟動嘗試數(shù)量變量Rcl和預定值Rcl_lim。如果重啟動嘗試的數(shù)量超過預定值，則例程進入步驟3922。如果重啟動嘗試的數(shù)量小于預定值，則例程進入步驟3926。
在步驟3926，表示低于存儲在Rcl_lim中的電流量的氣門重啟動嘗試的數(shù)量的計數(shù)遞增。在遞增Rcl之后，例程進入步驟3928。
在步驟3928，調整氣門電流。每次嘗試重啟動氣門時，都用預定量Δ_adjust_up調整上述氣門控制電流向量CL_cur_set。進一步來說，如果氣門在低于標稱的發(fā)動機操作溫度下重啟動，則不調整CL_adjust，而是在做出氣門重啟動嘗試的溫度下，基于溫度的氣門電流補償Vt_adjust遞增預定量。通過下面的公式進行氣門電流調整CL_cur_set＝Vt_adjust·(CL_base_set+CL_adjust)其中CL_cur_set是發(fā)動機操作條件下的電流向量，Vt_adjust是通過發(fā)動機或氣門溫度檢索的函數(shù)，CL_base_set是包含基礎電流量的向量，而CL_adjust是發(fā)動機操作條件下的調整電流量向量。在電流調整之后，例程退出。
在步驟3922，將氣門電流設置為預定量。在嘗試重啟動偏離軌跡達氣門預定次數(shù)之后，將CL_cur_set設置為cur_lim。這可以讓氣門重啟動比繼續(xù)遞增小量電流更快。另外，將CL_cur_set最新的值賦予可變向量Alow。通過將CL_adjust賦予Alow，例程使氣門電流適應發(fā)動機操作條件。然后例程退出。
在步驟3932，遞增符合軌跡的氣門事件計數(shù)器。在沒有檢測到軌跡誤差時，遞增符合軌跡的開啟和關閉氣門事件數(shù)量Vlv_cnt。通過考慮符合軌跡的氣門操作數(shù)量，此方法可以從存儲在cur_lim中的量降低氣門電流。然后例程進入步驟3934。
在步驟3934，比較氣門電流和預定的量。如果氣門電流高于存儲在cur_lim中的量，則例程進入步驟3936。如果氣門電流低于存儲在cur_lim中的量，則例程退出。
在步驟3936，比較符合軌跡的氣門事件數(shù)量Vlv_cnt和預定的量Vlv_on_traj。如果Vlv_cnt大于Vlv_on_traj，則例程進入步驟3938。如果Vlv_cnt小于Vlv_on_traj，則例程退出。
在步驟3938，將氣門電流CL_cur_set調整為較低的量。在預定數(shù)量的符合軌跡的氣門事件之后，氣門電流降低預定量Δ_adjust_dn。通過在預定數(shù)量的符合軌跡的事件之后降低氣門電流，例程可以快速地重啟動氣門，并確定出能夠操作氣門而同時降低電損耗并提高燃料節(jié)約的電流量。因此，步驟3938向例程提供電流適應操作。然后例程退出。
參考圖22，顯示了開啟和關閉氣門事件期間的氣門軌跡區(qū)域的圖表。在圖21的方法中，比較開啟和關閉事件期間的氣門軌跡和預定的氣門軌跡，如在圖22中顯示的那些，來確定氣門誤差軌跡。將氣門軌跡劃分為七個區(qū)域，區(qū)域1-4描述氣門開啟而區(qū)域4-7描述氣門關閉。通過比較氣門軌跡區(qū)域來查找軌跡誤差，氣門重啟動方法可以提高或降低特定區(qū)域中的氣門電流。這允許圖21的方法調整其他區(qū)域中的氣門電流，從而改進發(fā)動機和電機效率。
類似于在圖22中所示的那樣，也將氣門開啟和關閉期間的氣門電流劃分為幾個區(qū)域?？梢哉{整氣門軌跡誤差區(qū)域中和周圍的氣門電流來恢復符合軌跡的氣門操作。進一步來說，可以將氣門軌跡和電流量劃分為比圖22所示更少或更多的區(qū)域。
參考圖23，顯示了由圖21的方法產(chǎn)生的實例氣門電流的圖表。一旦指示了氣門軌跡誤差，就慢慢地調整氣門電流然后將其逐漸增加到CL_lim。進一步來說，在氣門重啟動之后，氣門電流在Alow的方向上降低。
如上參考圖15a和15b所述，可以使用機電氣門來改進發(fā)動機啟動并減少發(fā)動機排放。圖24到28顯示了可以在具有機電氣門或能夠以機械方式停用的氣門的發(fā)動機中使用的其他氣門序列。為簡單起見，這些圖顯示了四汽缸操作，但是此方法也可以用于具有更少或更多汽缸的發(fā)動機。
如前文和下文所述，上述任何一種操作模式都可以單獨使用，或互相組合，和/或組合變化的汽缸循環(huán)行程數(shù)量、定相的進氣和/或定相的排氣門開啟和/或關閉來使用。
參考圖24a和24b，這些圖表顯示了具有機械排氣門且氣門可以保持在開啟位置的(如，機電氣門)的發(fā)動機在啟動期間的進氣和排氣門正時。
在接通之后，將進氣門設置在開啟位置。隨著啟動器旋轉發(fā)動機，基于發(fā)動機位置和凸輪正時開啟和關閉機械驅動的排氣門。在垂直的同步線處所顯示的用于說明的點，取決于系統(tǒng)配置而不同，發(fā)動機控制器12通過曲軸傳感器118確定發(fā)動機位置。如所示，在同步點和第一個氣門操作(開啟/關閉)之間存在延遲，實際的延遲可能更短或更長。在知道發(fā)動機的位置之后，進氣門保持開啟，直到將燃料噴入選擇用于第一個燃燒事件的汽缸的進氣口之前。另外，進氣門也可以保持開啟而在第一個進氣行程期間噴射燃料。
通過將進氣門保持在開啟位置，可以減少當發(fā)動機旋轉時殘留碳氫化合物被抽出吸入發(fā)動機。
在相同的曲軸轉角間隔開啟進氣和排氣門允許將部分殘留的碳氫化合物吸入進氣歧管，這樣可以在第一個燃燒事件之后吸入并燃燒碳氫化合物。
如上所述，直到將燃料噴入相應汽缸的端口之前，單個汽缸的進氣門都保持開啟。在吸入事件以前，在各個汽缸氣門關閉情形下噴射燃料。另外，也可以按多行程模式操作汽缸且/或可以將燃料噴射在開啟的氣門上。此外，也可以在直噴式發(fā)動機的吸入行程之后噴射燃料。
參考圖25a和25b，這些圖表顯示具有可以在所選擇的汽缸發(fā)生燃燒之前進行操作的氣門的發(fā)動機、在啟動期間的進氣和排氣門正時，圖示為機電進氣門和機械排氣門的例子。
在接通之后，將進氣門設置在開啟位置。隨著啟動器旋轉發(fā)動機，基于發(fā)動機位置和凸輪正時開啟和關閉機械驅動的排氣門。在垂直的同步線處所顯示的用于說明的點，取決于系統(tǒng)配置而不同，發(fā)動機控制器12通過曲軸傳感器118確定發(fā)動機位置。在得到發(fā)動機位置之后，在排氣門開啟時關閉進氣門，且在排氣門關閉時進氣門保持開啟，直到將燃料噴入選擇用于第一個燃燒事件的汽缸的進氣口之前。
通過遵循此序列，可以減少發(fā)動機泵送所做的功，但是可能有某些凈殘留碳氫化合物流過發(fā)動機。
如上所述，在排氣門開啟時關閉進氣門，且在排氣門關閉時進氣門保持開啟。在相應的汽缸的吸入事件之前，將燃料噴射在關閉的進氣門上。另外，也可以按多行程模式操作汽缸且/或可以將燃料噴射在開啟的氣門上。進一步來說，可以在直噴式發(fā)動機的吸入行程之后噴射燃料。
參考圖26a和26b，這些圖表顯示具有可以在所選擇的汽缸發(fā)生燃燒之前進行操作的氣門的發(fā)動機、在啟動期間的進氣和排氣門正時，圖示為機電進氣門和機械排氣門的例子。
在接通之后，將進氣門設置在開啟位置。隨著啟動器旋轉發(fā)動機，基于發(fā)動機位置和凸輪正時開啟和關閉機械驅動的排氣門。在垂直的同步線處所顯示的用于說明的點，取決于系統(tǒng)配置而不同，發(fā)動機控制器12通過曲軸傳感器118確定發(fā)動機位置。在得到發(fā)動機位置之后，在可以是四行程汽缸操作的進氣和壓縮行程的曲軸轉角間隔期間，進氣門開啟。在可以視為四行程汽缸操作的動力和排氣行程的曲軸轉角間隔期間，進氣門關閉。直到將燃料噴入選擇用于第一個燃燒事件的汽缸的進氣口之前，此序列均存在。
通過遵循此序列，可以減少發(fā)動機泵送所做的功，但是可能有某些凈殘留的碳氫化合物被抽出吸入發(fā)動機。并且，在某些情況下，通過發(fā)動機的凈流量會反向，使得來自排氣歧管的氣體在開始燃燒噴射之前被吸入進氣歧管。
在相應的汽缸的吸入事件之前，將燃料噴射在關閉的進氣門上。另外，也可以按多行程模式操作汽缸且/或可以將燃料噴射在開啟的氣門上。進一步來說，可以在直噴式發(fā)動機的吸入行程之后噴射燃料。
參考圖27a和27b，這些圖表顯示具有可以保持在某個位置的氣門的發(fā)動機在啟動期間的進氣和排氣門正時，圖示為機電進氣和排氣門的例子。
在接通之后，將進氣門設置在開啟位置并將排氣門設置在關閉位置。在垂直的同步線處所顯示的用于說明的點，取決于系統(tǒng)配置而不同，發(fā)動機控制器12通過曲軸傳感器118確定發(fā)動機位置。延遲時間如所示在同步和第一個氣門操作(開啟/關閉)之間，實際的延遲可能更短或更長。在得到發(fā)動機位置之后，進氣門保持開啟，直到將燃料噴射入選擇用于第一個燃燒事件的汽缸的進氣口之前。
通過將進氣門保持在開啟位置，將排氣門保持在關閉位置，可以減少在發(fā)動機旋轉時發(fā)動機的泵送所做的功和流過發(fā)動機的殘留碳氫化合物。由于空氣可以在活塞朝向或遠離汽缸頭運動時進出汽缸，開啟進氣門可以減少發(fā)動機泵送所做的功。由于在燃燒過程中也可以將殘留的碳氫化合物轉換為其他成分，如CO2和H2O，將殘留的碳氫化合物保持在發(fā)動機中并燃燒這些碳氫化合物可以降低排放的碳氫化合物量。
參考圖28a和28b，這些圖表顯示具有可以保持在某個位置的氣門的發(fā)動機啟動期間的進氣和排氣門正時，圖示為機電進氣和排氣門的例子。
在接通之后，將進氣門設置在開啟位置并將排氣門設置在關閉位置。在垂直的同步線處所顯示的用于說明的點，取決于系統(tǒng)配置而不同，發(fā)動機控制器12通過曲軸傳感器118確定發(fā)動機位置。延遲時間如所示在同步和第一個氣門操作(開啟/關閉)之間，實際的延遲可能更短或更長。在得到發(fā)動機位置之后，進氣門保持開啟，直到將燃料噴射入相應汽缸的進氣口，然后開啟進氣門來吸入空-燃混合氣。
排氣門保持在開啟位置直到在各自汽缸的第一次吸入事件之前。排氣門被打開，排氣門的操作是根據(jù)汽缸的運行行程，如四行程。
通過將進氣門保持在關閉位置并將排氣門保持在開啟位置，可以減少當發(fā)動機旋轉時發(fā)動機泵送所做的功和流過發(fā)動機的殘留碳氫化合物。由于空氣可以在活塞朝向或遠離汽缸頭運動時進出汽缸，開啟排氣門可以減少發(fā)動機泵送所做的功。然而，由于進氣門保持在關閉位置，流過發(fā)動機的凈空氣量仍然很低。
由于具有機電氣門的發(fā)動機在機械上不限制以固定的曲軸位置進行操作，可以設置氣門正時在選擇的汽缸中產(chǎn)生所需行程。例如，可以通過調整氣門正時將朝向汽缸頭運動的活塞設置為壓縮或排氣行程。在一個實例中，可以如圖29描述的那樣設置汽缸的行程。
參考圖29，該圖表顯示了四汽缸發(fā)動機的兩個活塞在兩個發(fā)動機循環(huán)上的活塞軌跡。上面的圖的活塞軌跡和下面的圖的活塞軌跡的曲軸轉角之間的相位差為180度。即，一個活塞在汽缸的頂部而另一個活塞在汽缸的底部。
三個符號(○，*和△)標識這樣的實例發(fā)動機位置，其中發(fā)動機控制器可以在啟動期間確定發(fā)動機位置。另外，穿過兩個圖的四條垂直線顯示可移動的判定邊界，在其中可以確定汽缸的行程。判定邊界的數(shù)量可以根據(jù)發(fā)動機中的汽缸數(shù)量而不同。通常，對發(fā)動機中的每兩個汽缸選擇一個判定邊界。
設置能夠進行第一次燃燒事件的汽缸的行程(如，進氣、燃燒、壓縮或排氣)可以基于一些發(fā)動機操作條件、控制目標來實現(xiàn)，并可以包括判定邊界。例如，在確定發(fā)動機位置之后，可以基于發(fā)動機操作條件和控制目標將判定邊界用作曲軸轉角間隔上的位置來設置特定汽缸的行程?？刂颇繕藶樵?號汽缸中發(fā)生第一個燃燒事件并通過1號燃燒事件產(chǎn)生所需扭矩的四汽缸發(fā)動機，只要符合準則，都可以在判定邊界處或判定邊界之前設置汽缸1的行程。余下的汽缸行程可以基于預定的燃燒順序進行設置。
可以將判定邊界描述為在曲軸轉角上相對于活塞位置的位置。在圖29中，判定邊界1位于汽缸“B”的上止點之后約170度。判定邊界2位于汽缸“B”的上止點之后約350度。
當發(fā)動機旋轉時，基于已確定的發(fā)動機操作條件，可以在邊界條件之前直到邊界條件處通過調整氣門正時來設置相應的汽缸的行程。在圖29中顯示了兩個邊界條件，判定邊界1和判定邊界2，這是因為所示的汽缸軌跡具有相位差且可能在再次遇到由判定邊界1表示的活塞位置之前遇到第二個邊界條件，這允許設置汽缸行程。換句話說，在此例中，判定邊界1和2雖然是在不同的汽缸中，但它們表示相同的汽缸行程設置機會。
當然，可以基于發(fā)動機操作條件和控制目標來移動邊界條件。例如，可以基于發(fā)動機溫度或大氣壓、相對于曲軸轉角來移動邊界條件。當遇到判定邊界時，評估發(fā)動機操作參數(shù)來確定是否可以設置發(fā)動機汽缸的行程。例如，如果發(fā)動機位置和發(fā)動機轉速和/或加速度允許吸入所需的空氣量，能夠產(chǎn)生所需的發(fā)動機輸出，則可以將選擇的汽缸設置在吸入行程。具體來說，所需的發(fā)動機輸出可以包括所需的發(fā)動機扭矩、所需的汽缸空氣量，及所需的發(fā)動機轉速。然而，如果操作條件不允許在當前的邊界設置汽缸的行程，則在下一個邊界條件設置汽缸行程。
再次參考圖29，“○”標識了這樣的位置，在其中可以確定發(fā)動機位置。如果發(fā)動機操作條件在遇到判定邊界1之前符合設置汽缸行程的準則，則可以設置所選汽缸的行程。在一個實例中，可以通過調整氣門正時使得汽缸“B”是第一個燃燒的汽缸，將汽缸“B”設置為進氣行程?；邳c火順序設置余下的汽缸的行程，例如，在四汽缸發(fā)動機中，此順序為1-3-4-2。換句話說，如果將1號汽缸設置為進氣行程，則將3號汽缸設置為排氣行程，4號汽缸設置為動力行程，而2號汽缸設置為壓縮行程。然而，如上所述，選擇的氣門事件可能不遵循四行程汽缸正時，直到第一個燃燒事件發(fā)生，因此可以改進發(fā)動機的啟動。另一方面，如果在評估發(fā)動機操作條件之后，不能設置汽缸行程，則判定邊界2是下一次設置行程的機會。
“*”標識了另一個發(fā)動機位置，在其中也可以確定發(fā)動機位置。同樣，如果發(fā)動機操作條件在遇到判定邊界1之前滿足設置汽缸行程的準則，則設置所選汽缸的行程。然而，“*”位置出現(xiàn)在比“○”位置更接近判定邊界的地方。當確定發(fā)動機位置更接近判定邊界時，設置汽缸行程的機會將減少。例如，如果發(fā)動機開始旋轉且確定了發(fā)動機位置接近判定邊界，則可能沒有足夠的時間或足夠的向上或向下的運動來吸入所需的汽缸空氣量并產(chǎn)生發(fā)動機輸出。在此例中，可以延遲汽缸行程的設置，直到這些條件下的下一個判定邊界。
“△”標識了又一個發(fā)動機位置，在其中也可以確定發(fā)動機位置。在此位置，如果發(fā)動機操作條件在遇到判定邊界2之前滿足設置汽缸行程的準則，則設置所選汽缸的行程。具體來說，在此情況，將汽缸“A”設置為進氣行程并加入燃料，使之成為第一個執(zhí)行燃燒的汽缸。判定邊界1和2可以用于設置產(chǎn)生第一個燃燒事件的不同汽缸的行程。
如上所述，可以用各種氣門序列來改變氣門正時(例如，機電氣門的氣門正時)，使之在第一個燃燒事件(或第一個燃料噴射事件)之前(和/或期間)與第一個燃燒事件之后的氣門正時相比不同。上述實施形態(tài)中的每一個都提供可以用于改進發(fā)動機操作的不同優(yōu)點。
熟悉技術的人應理解，圖2、5、6、14、19和21中所述的例程表示任何數(shù)量的處理策略中的一個或多個，處理策略如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等等。因此，所示的各個步驟或功能都可以按所示的順序執(zhí)行、并行執(zhí)行或在某些情況下略去。類似地，處理的順序對實現(xiàn)在此所述的特性和優(yōu)點并不是必需的，而是為了便于顯示和說明設置的。雖然沒有明確顯示，熟悉技術的人應承認，可以根據(jù)所使用的特定策略重復執(zhí)行所示步驟或功能中的一個或多個。
應理解，上述的各種操作模式本質上都是說明性的，且不應這些特定的實施形態(tài)視為限制性的，因為存在各種變化。本說明書的主題包括氣門操作模式、汽缸操作模式、汽缸行程變化、氣門正時變化，及在此揭示的其他特性、功能和/或屬性的所有創(chuàng)新的和非易見的組合及子組合。
例如，在一個實例中，可以使用這樣的方法，其中發(fā)動機改變執(zhí)行燃燒的汽缸數(shù)量。進一步來說，不僅是執(zhí)行燃燒的汽缸數(shù)量可以變化，而且活躍汽缸中的氣門的數(shù)量也可以變化(在時間上，或不同的汽缸組之間)。進一步來說，除此之外或作為其他選擇，活躍汽缸中的行程數(shù)量也可以變化(在時間上，或不同的汽缸組之間)。因此，在一個實例中，在第一種模式中，發(fā)動機可以用第一個數(shù)量的汽缸進行操作，這些汽缸使用第一個數(shù)量的行程和第一個數(shù)量的活躍氣門執(zhí)行燃燒，而在第二種模式中，發(fā)動機可以用第二個數(shù)量的汽缸進行操作，這些汽缸使用第二個數(shù)量的行程和第二個數(shù)量的活躍氣門執(zhí)行燃燒。以此方式，可以獲得更大的扭矩分辨率并增進燃料節(jié)約。在另一個實例中，發(fā)動機的第一組汽缸可以用第一個數(shù)量的行程和第一個數(shù)量的活躍氣門進行操作，而發(fā)動機的第二組汽缸可以用第二個數(shù)量的行程和第二個數(shù)量的活躍氣門進行操作。在又一個實例中，這些汽缸可以有相同數(shù)量的活躍氣門，而具有不同的氣門模式(如，一組汽缸可以有對角配置的活躍進氣門和排氣門，而第二組汽缸具有非對角配置)。
進一步來說，在一個方法中，控制系統(tǒng)可以將改變執(zhí)行燃燒的汽缸數(shù)量、改變活躍氣門的數(shù)量(或模式)，和/或改變活躍汽缸的行程數(shù)量的組合作為控制發(fā)動機輸出扭矩的方式。通過具有很多自由度，可能更好地對各種操作條件優(yōu)化發(fā)動機性能。
同樣，在一個上述的實例中，行程的數(shù)量可以隨排氣系統(tǒng)中的催化劑條件的變化而變化，如，所存儲的氧化劑的量。然而，也可以基于催化劑條件調整其他發(fā)動機參數(shù)，如活躍汽缸中的活躍氣門的數(shù)量，和/或活躍汽缸中的活躍氣門的模式。進一步來說，執(zhí)行燃燒的汽缸的數(shù)量也可以隨催化劑條件的變化而變化。
下面的權利要求特別指出視為創(chuàng)新的和非易見的特定組合及子組合。這些權利要求可能會提到“一個”元素或“第一個”元素或其等價。應將這樣的權利要求理解為包括一個或多個這樣的元素，而不是必須有且僅有一個這樣的元素或排除有兩個或多個這樣的元素的情況?？梢酝ㄟ^本權利要求的修改或在此申請或相關申請中呈現(xiàn)的新的權利要求來要求氣門操作模式、汽缸操作模式、汽缸行程變化、氣門正時變化，和/或屬性的其他組合及子組合的權利。這樣的權利要求，無論是其范圍比初始的權利要求更寬、更窄、等價或不同，同樣都視為包括在本發(fā)明的主題之內。
本說明書到此結束。熟悉技術的人通過閱讀本說明書可以理解可以做出很多替換或修改而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。例如，以柴油機、天然氣、汽油或其他燃料配置操作的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12發(fā)動機都可以用于實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點。
權利要求
1.一種減少具有可變氣門正時的多汽缸內燃機中至少一個汽缸的排放的方法，其特征在于，所述方法包括調整至少一個汽缸的氣門開啟位置來響應停止所述發(fā)動機的請求；及在所述氣門開啟位置調整之后，操作所述至少一個汽缸進行所述至少一個汽缸的至少一個進氣行程。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣門為進氣門。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述進氣門開啟位置在所述汽缸的進氣行程上止點后的曲軸轉角30至180度之間。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣門為排氣門。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括調整點火正時來響應所述請求。
6.一種減少具有可變氣門正時的多汽缸內燃機中至少一個汽缸的排放的方法，其特征在于，所述方法包括調整至少一個汽缸的氣門開啟位置來響應停止所述發(fā)動機的請求；基于所述調整過的氣門開啟位置，調整所述至少一個汽缸的氣門關閉位置；及在所述氣門開啟位置調整和所述氣門關閉位置調整之后，操作所述至少一個汽缸進行所述至少一個汽缸的至少一個進氣行程。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述氣門為進氣門。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述進氣門開啟位置在所述汽缸的進氣行程上止點后的曲軸轉角30至180度之間。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述氣門為排氣門。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述排氣門開啟位置在所述汽缸的排氣行程上止點后的曲軸轉角0至120度之間。
11.一種減少具有可變氣門正時的多汽缸內燃機中至少一個汽缸的排放的方法，其特征在于，所述方法包括調整至少一個汽缸的氣門開啟位置來響應停止所述發(fā)動機的請求；調整噴射到所述至少一個汽缸中的燃料，使在所述至少一個汽缸中產(chǎn)生稀混合氣；及在所述氣門開啟位置調整和所述燃料調整之后，操作所述至少一個汽缸進行所述至少一個汽缸的至少一個進氣行程。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述氣門至少是進氣門或排氣門之一。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，進一步包括調整點火正時來響應所述請求。
14.一種減少具有可變氣門正時的多汽缸內燃機中至少一個汽缸的排放的方法，其特征在于，所述方法包括調整所述汽缸的氣門開啟位置來響應停用所述汽缸的請求；及在所述氣門開啟位置調整之后，操作所述至少一個汽缸進行所述至少一個汽缸的至少一個進氣行程。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述汽缸是電動混合機車的汽缸。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述氣門至少是進氣門或排氣門之一。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述氣門是電力驅動的氣門。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述氣門是機電氣門。
全文摘要
本發(fā)明涉及減少具有機電氣門的內燃機的排放的方法，更具體地涉及控制機電進氣和排氣門來改進內燃機啟動的方法。所述方法包括調整至少一個汽缸的氣門開啟位置來響應停止所述發(fā)動機的請求，及在所述氣門開啟位置調整之后，操作所述至少一個汽缸進行所述至少一個汽缸的至少一個進氣行程。
文檔編號F01L13/00GK1676904SQ20051005485
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權日2004年3月19日
發(fā)明者劉易斯·J·唐納德, 拉塞爾·D·約翰, 溫斯德·文斯 申請人:福特環(huán)球技術公司