用于使发动机准备进行起动的方法和系统与流程

1.本技术涉及用于冷起动内燃发动机的方法和系统。


背景技术：

2.内燃发动机可以关闭更长的时间段，使得发动机的温度接近环境空气温度。发动机可以在这些条件期间起动(例如，冷起动)，并且发动机在这些条件期间可能倾向于产生较高浓度水平的碳氢化合物(hc)和一氧化碳(co)。发动机可以操作以在冷起动时以产生更高水平的热量，使得发动机的排气系统中的催化器可以更快地起燃，由此减少发动机排气尾管排放。然而，即使发动机产生更高水平的热量，催化器也可能无法达到可能期望的起燃温度。因此，电加热催化器可以用于减少它达到起燃温度可能要花费的时间量。然而，发动机排气排放可以在发动机起动之后通过电加热催化器，因为催化器可能无法足够快地达到起燃温度来处理发动机排气排放。


技术实现要素：

3.本文的发明人已经认识到，即使应用电加热催化器来处理发动机排气，发动机排气排放也可能高于期望值。因此，发明人已经开发了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：激活发动机排气系统中的电动加热器并以基本上全功率操作电驱动加热器；在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机旋转；以及调整通过所述发动机的气流量，使得在催化器的入口处实现目标温度。
4.通过以基本上全输入功率操作催化器加热器并且在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机旋转，可以在短的或最小的时间量内升高催化器温度，使得催化器可以高效率水平地处理发动机排气排放。另外，车辆用户在他们可以继续行程之前可能不会经历很长的等待时间。通过这种方式，催化器可以针对临时通知的行驶计划而被快速加热。
5.另外，本方法还提供了以最小功率量加热催化器以便节省功率。在一个示例中，发动机可以在没有燃料喷射到发动机的情况下低速旋转，同时供应到催化器加热器的功率被调整为以受控速率升高催化器的入口处的温度，使得可以改善流过催化器加热元件的空气与催化器之间的热传递。因此，本方法不限于加热催化器的单一方式。
6.本说明书可以提供若干优点。具体地，所述方法可减少发动机排放。此外，所述方法可以减少催化器达到阈值温度所花费的时间量。另外，可以应用所述方法来节省被应用以加热催化器的功率。
7.当单独地或结合附图来理解时，根据以下具体实施方式，将容易理解本说明书的以上优点和其他优点以及特征。
8.应理解，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，主题的范围由随附于具体实施方式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
9.图1示出了车辆的发动机系统的示意描绘。
10.图2和图3示出了根据图4和图5的方法的示例性催化器加热序列；以及
11.图4和图5示出了用于加热催化器以处理内燃发动机的排气排放的方法的流程图。
具体实施方式
12.以下描述涉及用于加热位于内燃发动机的排气系统中的催化器的系统和方法。可以经由电加热催化器或经由燃烧燃料的加热器来加热催化器。催化器可以处理来自汽油或柴油发动机的排气。催化器可以包括在如图1所示的混合动力车辆中。图2和图3示出了根据图4和图5的方法的不同的催化器加热序列。用于加热催化器以处理发动机排放的方法在图4和图5中示出。
13.现在转向附图，图1描绘了内燃发动机10的气缸14的示例，所述内燃发动机可以包括在车辆5中。发动机10可以是如下文进一步描述的可变排量发动机(vde)。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统和通过来自人类车辆操作员130经由驾驶员需求踏板132的输入来控制。在该示例中，驾驶员需求踏板132包括踏板位置传感器134，所述踏板位置传感器用于生成比例踏板位置信号。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，其中活塞138定位在所述燃烧室壁中。活塞138可以联接到曲轴140，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器54联接到车辆5的至少一个车轮55，如下面进一步描述的。
14.在一些示例中，车辆5可以为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或仅具有电机的电动车辆。在示出的示例中，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。当一个或多个离合器56接合时，发动机10的曲轴140和电机52经由变速器54连接到车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴140与电机52之间，而第二离合器57设置在电机52与变速器54之间。控制器12可以向每个离合器56的致动器发送信号以接合或脱离离合器，以便将曲轴140与电机52和与其连接的部件连接或断开，和/或将电机52与变速器54和与其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。
15.发动机10可以在起动期间或当发动机10充当空气泵时经由电机52旋转。替代地，起动机马达(未示出)可以在起动期间或当发动机10充当空气泵时使发动机10旋转。起动机马达可以经由飞轮(未示出)接合曲轴140。
16.动力传动系统可以通过各种方式配置，这些方式包括并联、串联或串并联式混合动力车辆。此外，在一些配置中，发动机10和电机52可以经由齿轮组而不是离合器联接。在电动车辆示例中，系统电池58可以是牵引电池，该牵引电池将电力输送到电机52以向车轮55提供扭矩。在一些示例中，电机52还可以充当发电机操作以例如在制动操作期间提供电力以对系统电池58充电。应理解，在包括非电动车辆示例的其它示例中，系统电池58可以是联接到交流发电机46的典型起动、点亮、点火(sli)电池。
17.交流发电机46可以被配置为在发动机运行期间经由曲轴140使用发动机扭矩对系统电池58充电。另外，交流发电机46可以基于发动机的一个或多个电气系统(诸如一个或多个辅助系统，包括暖通空调(hvac)系统、车灯、车载娱乐系统和其他辅助系统)的对应的电
气需求来对它们供电。在一个示例中，在交流发电机上汲取的电流可基于驾驶室冷却需求、电池充电要求、其他辅助车辆系统需求和马达扭矩中的每一者而不断改变。电压调节器可以联接到交流发电机46以便基于系统使用要求(包括辅助系统需求)来调节交流发电机的功率输出。
18.发动机10的气缸14可以经由一系列进气通道142和144以及进气歧管146来接收进气。进气歧管146除了与气缸14连通之外，还可以与发动机10的其他气缸连通。进气通道中的一者或多者可以包括一个或多个增压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置有涡轮增压器的发动机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以及沿着排气通道135布置的排气涡轮176。当增压装置被配置为涡轮增压器时，压缩机174可以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可以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。在另外的其他示例中，发动机10可以设置有电动机械增压器(例如，“电增压器”)，并且压缩机174可以由电动马达驱动。在另外的其他示例中，诸如当发动机10是自然进气式发动机时，发动机10可以不设置有增压装置。
19.包括节流板164的节气门162可以设置在发动机进气通道中以用于改变提供给发动机气缸的进气的流率和/或压力。例如，节气门162可以定位在压缩机174的下游，如图1所示，或者可以替代地设置在压缩机174的上游。节气门162的位置可以经由来自节气门位置传感器的信号传送到控制器12。
20.除了气缸14之外，排气歧管148还可以从发动机10的其他气缸接收排气。排气传感器126被示为联接到排放控制装置178的上游的排气歧管148。排气传感器126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，例如，这些合适的传感器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、hego(加热型ego)、nox、hc或co传感器。在图1的示例中，排气传感器126是uego传感器。排放控制装置178可以是三元催化器、nox捕集器、各种其他排放控制装置或者它们的组合。在图1的示例中，排放控制装置178可以是三元催化器或氧化催化器。排气歧管148、排放控制装置178、排气传感器126和温度传感器可以包括在发动机排气系统11中。
21.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被示出为包括位于气缸14的上部区域处的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些示例中，包括气缸14的发动机10的每个气缸都可以包括位于气缸的上部区域处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。在该示例中，进气门150可以由控制器12通过经由包括一个或多个凸轮151的凸轮致动系统152的凸轮致动来控制。类似地，排气门156可以由控制器12经由包括一个或多个凸轮153的凸轮致动系统154来控制。进气门150和排气门156的位置可以分别由气门位置传感器(未示出)和/或凸轮轴位置传感器155和157来确定。
22.在一些状况期间，控制器12可以改变提供给凸轮致动系统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。可以同时控制进气门正时和排气门正时，或者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种。每个凸轮致动系统可以包括一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作来改变气门操作的可变排量发动机(vde)、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。在替代示例中，进气门150和/或排气门156可以通过电动气门致动来控制。例如，气缸14可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由凸轮致动(包括cps和/或vct系统)控制的排气门。在其他示例中，进气门和排气门可以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。
23.如本文进一步所述，进气门150和排气门156可以在vde模式期间经由电致动摇臂机构来停用。在另一个示例中，进气门150和排气门156可以经由cps机构来停用，在所述cps机构中，没有升程的凸轮凸角用于停用的气门。还可以使用另外的其他气门停用机构，诸如用于电致动气门的机构。在一个示例中，进气门150的停用可以由第一vde致动器(例如，联接到进气门150的第一电致动摇臂机构)控制，而排气门156的停用可以由第二vde致动器(例如，联接到排气门156的第二电致动摇臂机构)控制。在替代示例中，单个vde致动器可以控制气缸的进气门和排气门两者的停用。在另外的其他示例中，单个气缸气门致动器停用多个气缸(进气门和排气门两者)，诸如发动机组中的所有气缸，或者不同的致动器可以控制所有进气门的停用，而另一个不同的致动器控制停用的气缸的所有排气门的停用。应理解，如果气缸是vde发动机的不可停用的气缸，则气缸可以不具有任何气门停用致动器。每个发动机气缸可以包括本文所述的气门控制机构。在被停用时，进气门和排气门在一个或多个发动机循环保持在关闭位置以便防止流入或流出气缸14。
24.气缸14可以具有一定压缩比，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22:1的范围内，这取决于发动机10是被配置为汽油发动机还是柴油发动机。如果使用直接喷射，则由于直接喷射对发动机爆震的影响，压缩比也可能会增大。
25.发动机10的每个气缸可以包括用于当发动机被配置为燃烧汽油时发起燃烧的火花塞192。然而，当发动机10被配置为燃烧柴油燃料时，可以省略火花塞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的火花提前信号而经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。可以基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整火花正时。例如，可以在最佳扭矩小点火提前角(mbt)正时提供火花以将发动机功率和效率最大化。控制器12可以将发动机工况(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，火花可以从mbt延迟，诸如以便在发动机起动期间加速催化器预热，或以便减少发动机爆震的发生。
26.在一些示例中，发动机10的每个气缸都可以被配置有一个或多个燃料喷射器以用于向其提供燃料。作为非限制性示例，气缸14被示为包括直接燃料喷射器166和进气道燃料喷射器66。燃料喷射器166和66可以被配置为输送从燃料系统8接收的燃料。燃料系统8可以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以用于与从控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地直接在其中喷射燃料。进气道燃料喷射器66可以由控制器12以类似的方式控制。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，喷射器可以位于顶部并靠近进气门以增加混合。燃料可以经由燃料泵和燃料轨从
燃料系统8的燃料箱输送到燃料喷射器166和66。此外，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。
27.燃料喷射器166和66可以被配置为以不同的相对量从燃料系统8接收不同的燃料作为燃料混合物，并且还被配置为将所述燃料混合物直接喷射到气缸中。例如，燃料喷射器166可以接收醇燃料，而燃料喷射器66可以接收汽油。此外，可以在气缸的单个循环的不同冲程期间将燃料输送到气缸14。例如，直接喷射的燃料可以在前一排气冲程期间、在进气冲程期间和/或在压缩冲程期间至少部分地输送。进气道喷射的燃料可以在接收燃料的气缸的前一循环的进气门关闭之后喷射且直到当前气缸循环的进气门关闭。因此，对于单个燃烧事件(例如，经由火花点火或压缩点火在气缸中燃烧燃料)，可以经由任一个或两个喷射器在每个循环中执行一次或多次燃料喷射。可以在压缩冲程、进气冲程或者它们的任何适当组合期间执行多次di喷射，这被称为分流燃料喷射。
28.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可以从联接到发动机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)的测量值；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)；来自联接到排气通道135的温度传感器158的催化器入口温度；来自温度传感器159的催化器温度；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)的曲轴位置信号；来自节气门位置传感器163的节气门位置；来自排气传感器126的信号uego，其可以由控制器12使用来确定排气的空燃比；经由传感器90的发动机振动；以及来自绝对歧管压力信号(map)传感器124的绝对歧管压力信号(map)。控制器12可以根据曲轴位置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可以用于提供对进气歧管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来推断发动机温度。
29.控制器12从图1的各种传感器接收信号，并且采用图1的各种致动器来基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。例如，控制器可以通过致动气门致动器152和154以停用选定气缸来使发动机转换到在vde模式下操作。另外，控制器12可以从人机接口115接收输入并将数据提供给人机接口。在一个示例中，人机接口115可以是触摸屏装置、显示器和键盘、电话或其他已知装置。
30.如上所述，图1仅示出了多缸发动机的一个气缸。因而，每个气缸可类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。应理解，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，这些气缸中的每一个可以包括由图1参考气缸14所描述和描绘的各种部件中的一些或所有部件。
31.在选定状况期间，诸如当未请求发动机10的全扭矩能力时，控制器12可以选择停用第一或第二气缸组中的一者(在本文中也被称为vde操作模式)。在vde模式期间，可以通过关闭相应的燃料喷射器166和66来停用选定气缸组的气缸。此外，气门150和156可以被停用并在一个或多个完整发动机循环内保持关闭。尽管禁用的气缸的燃料喷射器被关闭，但其余启用的气缸继续执行燃烧，其中对应的燃料喷射器以及进气门和排气门是活动的并且在操作。为了满足扭矩需要，控制器调整进入活动发动机气缸的空气量。因此，为了提供八
缸发动机在0.2发动机负荷和特定发动机转速下产生的等效发动机扭矩，与当发动机在所有发动机气缸都活动的情况下操作时的发动机气缸相比，活动发动机气缸可以在更高的压力下操作。这需要更高的歧管压力，从而导致降低泵气损失并提高发动机效率。另外，暴露于燃烧的较小的有效表面积(仅来自活动气缸)减少了发动机热损失，从而提高了发动机的热效率。
32.因此，图1的系统提供了一种用于操作发动机的系统，所述系统包括：内燃发动机，所述内燃发动机包括催化器和催化器加热器；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中使所述控制器最大程度地减少在第一模式下将催化器加热到阈值温度的时间量的可执行指令以及使所述控制器最大程度地减少在第二模式下将所述催化器加热到阈值温度的功率量的附加指令，所述时间量通过调整在以基本上恒定的电功率量(例如，以在诸如一分钟的预定时间段期间改变小于
±
10％的催化器加热器输入功率)操作所述催化器加热器时通过所述内燃发动机的气流量来最小化。所述系统包括其中经由基于当前催化器温度调整目标催化器入口温度而最大程度地减少所述功率量。所述系统包括其中经由使所述发动机以低于发动机怠速的转速旋转而最大程度地减少所述功率量。所述系统还包括用于基于相变材料改变相时的温度来调整目标催化器入口温度的附加指令。所述系统包括其中可以经由用户输入来选择所述第一模式和所述第二模式。所述系统包括其中调整所述空气量以在所述催化器的入口处产生目标温度。所述系统包括其中所述基本上恒定电功率量是所述催化器加热器的最大额定功率。所述系统还包括用于将在所述催化器达到阈值温度之后所述催化器的入口处的目标温度调整为基于相变材料的性质的温度的附加指令。
33.现在参考图2，示出了根据图4和图5的方法的示例性发动机操作顺序。另外，图2包括图1所示的催化器178的详细视图。可以经由图1的系统与图4和图5的方法协作提供图2的序列。
34.催化器178包括支撑涂层的两个催化器衬底204，所述涂层可以包括可以由二氧化铈、铂、钯、铜、铁和铑中的两种或更多种构成的混合物。任选地，相变材料210可以缠绕在衬底204周围以吸收和释放热能以维持催化器温度。当相变材料被加热到高于阈值温度时，相变材料可以从固态变为液态。温度传感器158感测催化器入口212处的温度，并且温度传感器159感测催化器衬底204的催化器温度。催化器加热器202可以被电加热或经由燃烧器(未示出)加热。控制器12可以选择性地激活和停用催化器加热器202。
35.从图2的顶部开始的第一曲线图是催化器入口温度对时间的曲线图。竖直轴线表示催化器入口温度，并且催化器入口温度沿竖直轴线箭头的方向升高。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线252表示催化器入口温度。虚线250表示目标催化器温度。
36.从图2的顶部开始的第二曲线图是催化器温度相对于时间的曲线图。竖直轴线表示催化器温度，并且催化器温度沿竖直轴线箭头的方向升高。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线262表示催化器温度。虚线250表示目标催化器温度。
37.在时间t0处，催化器温度和催化器入口温度较低(例如，在环境空气温度下)。发动机(未示出)未操作或旋转，并且燃料未喷射到发动机(未示出)中。没有即将发生的发动机起动的指示，也没有在即将发生的发动机起动之前使催化器升温的请求。
38.在时间t1处，生成在最小时间量内加热催化器的请求(未示出)。催化器加热器被
激活(例如，燃料或电能被供应到催化器加热器)，并且发动机在没有燃料被供应到发动机(未示出)的情况下开始旋转。催化器加热器以其最大输入功率极限(未示出)操作，并且发动机以一定速度旋转，此时它以一定速率泵送空气使得达到目标催化器入口温度(未示出)。目标催化器入口温度高于目标催化器温度。在此后不久，催化器温度开始升高。
39.在时间t2处，催化器温度达到目标催化器温度，因此目标催化器入口温度降低到目标催化器温度。降低目标催化器入口温度可以减少用于保持催化器温暖的功率量。现在可以用催化器起动发动机，所述催化器可以在发动机起动时更有效地操作。
40.通过这种方式，可以在最小时间量内加热催化器，使得可以在发出起动车辆的请求之后不久将车辆驶离。可以通过有效地使用由催化器加热器产生的热量的方式加热催化器。发动机充当空气泵以将热能从加热器输送到催化器。
41.现在参考图3，示出了根据图4和图5的方法的示例性发动机操作顺序。可以经由图1的系统与图4和图5的方法协作提供图3的序列。
42.从图3的顶部开始的第一曲线图是催化器入口温度对时间的曲线图。竖直轴线表示催化器入口温度，并且催化器入口温度沿竖直轴线箭头的方向升高。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线352表示催化器入口温度。虚线350表示目标催化器温度。
43.从图3的顶部开始的第二曲线图是催化器温度相对于时间的曲线图。竖直轴线表示催化器温度，并且催化器温度沿竖直轴线箭头的方向升高。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线362表示催化器温度。虚线350表示目标催化器温度。
44.在时间t10处，催化器温度和催化器入口温度较低(例如，在环境空气温度下)。发动机(未示出)未操作或旋转，并且燃料未喷射到发动机(未示出)中。没有即将发生的发动机起动的指示，也没有在即将发生的发动机起动之前使催化器升温的请求。
45.在时间t11处，生成以最小功率加热催化器的请求(未示出)。发动机在没有燃料被供应到发动机的情况下以发动机的油泵产生阈值压力以润滑发动机的最小发动机转速旋转。催化器加热器也被激活。催化器加热器以产生目标催化器入口温度的功率水平操作，所述目标催化器入口温度是高于当前催化器温度的指定温度(例如，比当前催化器温度高2摄氏度)和催化器的目标温度中的较低温度。这允许催化器入口温度逐渐升高，使得加热后的空气可以在催化器和催化器加热器中具有最大等待时间段，使得最大量的能量可以从加热后的空气传递到催化器。目标催化器入口温度低于目标催化器温度。在此后不久，催化器温度开始逐渐升高。催化器温度滞后于催化器入口温度。
46.在时间t11与时间t12之间，随着催化器温度的升高，目标催化器温度向上修正。这允许催化器温度朝向目标催化器温度迁移。
47.在时间t12处，催化器温度达到目标催化器温度，因此目标催化器入口温度降低到目标催化器温度。降低目标催化器入口温度可以进一步减少用于保持催化器温暖的功率量。现在可以用催化器起动发动机，所述催化器可以在发动机起动时更有效地操作。
48.通过这种方式，可以经由最小量的功率来加热催化器，使得可以节省功率。当车辆计划在预定时间离开前往目的地时，这种催化器加热方法可能是有用的。催化器可以在车辆计划离开之前被加热，使得当车辆的发动机起动时，催化器可以有效地转化发动机排放。
49.现在参考图4和图5，方法400可以包括在图1和图2的系统中并且可以与其结合。方
法400的至少部分可以作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令结合在图1和图2的系统中。另外，方法400的其他部分可以经由控制器变换物理世界中的装置和致动器的操作状态来执行。控制器可以采用本文所述的致动器和传感器来调整催化器加热操作。此外，方法400可以根据传感器输入来确定选择的控制参数。
50.在402处，方法400判断车辆的发动机是否关闭(例如，不燃烧燃料并且不旋转)以及是否请求催化器加热。可以基于预期发动机起动的计划时间(例如，当预期车主离开家去工作时)或先前未预期到的发动机起动请求来请求催化器加热。如果方法400判断发动机关闭并且请求催化器加热，则答案为是，并且方法400前进到404。否则，答案为否，并且方法400前进到退出。
51.在404处，方法400判断是否选择了最短催化器加热时间。当车辆行程是意外的或计划外的时，可以经由车辆用户选择最短催化器加热时间。最短催化器加热时间可以允许车辆用户在比选择最小功率来加热催化器的情况下更快的时间将车辆驶离。如果方法400判断选择最短催化器加热时间，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440。
52.在406处，方法400针对当最大额定量的功率被输入到催化器加热器时要达到的目标催化器入口温度估计通过发动机的气流量。在一个示例中，方法400可以基于以下等式来估计发动机气流量：
53.engairflow＝f(tamb，pcat，tcatin，ivc)
54.其中engairflow是发动机气流量，tamb是环境空气温度，pcat是输入到催化器的功率量，tcatin是目标催化器入口温度，ivc是进气门关闭正时，并且f是返回发动机气流量的函数。方法400前进到408。
55.在408处，方法400激活催化器加热器并操作催化器加热器，使得催化器加热器可以消耗最大量的能量，使得催化器加热器可以产生最高温度。换句话说，催化器加热器可以在催化器加热器的基本上全输入功率或最大额定输入功率(例如，在催化器加热器的最大功率输入水平的15％内)操作以升高催化器温度。例如，催化器加热器可以具有300瓦的最大输入功率限制。因此，可以向催化器加热器供应300瓦的电功率或化学功率以升高可以通过催化器加热器的空气的温度。方法400前进到410。
56.在410处，方法400基于产生目标催化器入口温度所需的估计的发动机空气流速来调整发动机提升阀正时。在一个示例中，方法400可以参考表或函数，所述表或函数在使用估计的发动机空气流速参考表或函数时输出进气门关闭正时。方法400还可以完全打开发动机的节气门，以便减少发动机泵气功。方法400还可以使发动机旋转，其中一些发动机气缸的提升阀被停用，使得停用的气缸中的提升阀在整个发动机循环期间保持打开，或者使得提升阀在整个发动机循环期间保持关闭。因此，可以使用少于所有发动机气缸来泵送空气通过发动机。这可以进一步减少可以用于使发动机旋转的能量的量。可以调整用作空气泵的气缸中的提升阀的正时以及发动机转速以控制通过发动机的气流。例如，如果催化器入口温度低于目标催化器入口温度，则进气门关闭正时可以从其当前正时延迟，使得更少的空气可以流过发动机。较低的气流可以增加热量可以从催化器加热器传递到通过催化器的空气的时间量，由此升高催化器入口温度。类似地，如果催化器入口温度高于目标催化器入口温度，则进气门关闭正时可以从其当前正时提前，使得更多的空气可以流过发动机，使
得可以有更少的时间来加热通过催化器加热器的空气。方法400前进到412。
57.在412处，方法400在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机旋转。发动机可以经由电机旋转。电机可以是常规的起动机马达或可以向车辆的传动系(例如，图1的52)供电的电机。在一个示例中，方法400可以使发动机以输送目标催化器入口温度的最小转速旋转。目标催化器入口温度可以是相变材料改变相时的温度。例如，如果相变材料在700℃下从固相变为液相，则目标温度可以是基于700℃的温度的值。在另一个示例中，目标温度可以是与最大额定催化器温度相距阈值温度内(例如，与900℃相距20℃以内，其中900℃是示例性催化器的最大额定温度)的温度。最初，发动机可以以预期输送在406处估计的气流的转速旋转。可以根据如下文提及的催化器入口处的空气温度来调整发动机的转速。方法400前进到414。
58.在414处，方法400判断催化器的入口处的温度是否高于第一目标催化器入口温度。第一目标催化器入口温度可以低于第二目标催化器入口温度。如果方法400判断催化器入口处的温度高于第一目标催化器入口温度，则答案为是并且方法400前进到430。否则，答案为否，并且方法400前进到416。
59.在416处，方法400减少通过发动机的气流，使得流过催化器加热器的空气的温度可以升高，由此升高催化器的入口处的空气温度。可以经由降低发动机转速、减少泵送空气通过发动机的实际气缸总数和/或在下止点进气冲程之后将进气门关闭正时提前来减少通过发动机的气流。发动机转速可以是当发动机的油泵产生阈值油压力时发动机旋转的最小转速。方法400前进到418。
60.在430处，方法400判断催化器的入口处的温度是否高于第二目标催化器入口温度。如果方法400判断催化器入口处的温度高于第二目标催化器入口温度，则答案为是并且方法400前进到432。否则，答案为否，并且方法400前进到418。
61.在432处，方法400增加通过发动机的气流，使得流过催化器加热器的空气的温度可以降低，由此降低催化器的入口处的空气温度。可以经由增大发动机转速、增加泵送空气通过发动机的实际气缸总数和/或将进气门关闭正时延迟到下止点进气冲程之前来增加通过发动机的气流。方法400前进到418。
62.在418处，方法400判断催化器是否与目标催化器温度相距在阈值温度(例如，10℃)以内。如果是这样，则答案为是并且方法400前进到420。否则，答案为否，并且方法400返回到414。
63.在420处，方法400经由减少输送到催化器加热器的功率量来将催化器的入口处的温度降低到目标催化器温度。例如，输送到催化器加热器的电功率量可以从300瓦减少到180瓦。通过减少输送到催化器加热器的功率量，可以在不消耗更大量功率的情况下维持催化器的温度。在一个示例中，催化器的目标温度可以是相变材料改变相时的温度。在另一个示例中，目标温度可以是催化器可以以阈值效率(例如，大于90％的效率)操作时的温度。方法400前进到422。
64.在422处，方法400判断是否已经请求发动机起动或者自从催化器最近达到目标催化器温度以来是否已经过了阈值时间量。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到424。
65.在424处，方法400将发动机提升阀的正时调整到基本正时。另外，方法400可以判
断发动机转速是否处于所请求的转速。如果否，则方法400可以增大或降低发动机转速，使得发动机处于所请求的转速。方法400前进到426。
66.在426处，如果请求了发动机起动，则方法400起动发动机。可以经由向发动机供应燃料来起动发动机。如果发动机是汽油发动机，则火花也可以被供应给发动机。方法400前进到428。
67.在428处，一旦发动机中开始燃烧，方法400就停止经由电机使发动机旋转。方法400还可以停止向催化器加热器供电。方法400前进到退出。
68.在440处，方法400确定请求的发动机起动时间。可以从人机接口、云服务器或其他装置检索所请求的发动机起动时间。在一个示例中，用户可以将所请求的发动机起动时间输入到人机接口中，并且车辆和发动机可以准备在所请求的发动机起动时间起动。方法400前进到442。
69.在442处，方法400估计将催化器加热到目标温度可能花费的时间量。在一个示例中，方法400可以参考基于催化器的当前温度和环境空气温度输出时间量的表或函数。可以经验确定表或函数中的值并且可以将函数存储在控制器只读存储器中。方法400估计加热催化器将花费的时间量并前进到444。
70.在444处，方法400将催化器的加热延迟到等于所请求的发动机起动时间减去在442处确定的加热催化器的时间量的时间。例如，如果发动机预期在上午7:00起动并且预期加热催化器的时间量为20分钟，则方法400在上午6:40开始加热催化器。在当前时间等于预期的发动机起动时间减去预期经由加热催化器策略的最小功率将催化器加热到目标催化器温度所花费的时间量时，方法400前进到446。
71.在446处，方法400在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机旋转。另外，方法400可以调整发动机提升阀正时并在发动机的节气门完全打开的情况下使发动机旋转。在一个示例中，发动机以发动机油泵产生最小阈值油压时的最低转速旋转。该转速可能远低于发动机怠速转速。最小阈值压力可以是充分润滑发动机的压力。可以根据环境空气温度和目标催化器入口温度经由参考表或函数来确定提升阀正时。方法400前进到448。
72.在448处，方法400调整被供应给催化器的功率量。具体地，如果催化器入口温度低于目标催化器入口温度，则可以增加提供给催化器加热器的功率量。在一个示例中，目标催化器温度可以等于当前催化器温度加上预定偏移温度(例如，2℃)或目标催化器温度中的较低温度。如果催化器包括相变材料，则目标温度可以基于相变材料改变相时的温度。通过这种方式，可以根据催化器的当前温度来调整目标催化器温度。如果催化器入口温度低于目标催化器入口温度，则增加提供给催化器加热器的功率量。通过这种方式，可以通过将热量从进入催化器的空气传递到催化器来逐渐升高催化器温度。方法400前进到450。
73.在450处，方法400判断催化器的温度是否与目标催化器温度相距在阈值温度以内。在一个示例中，目标催化器温度是催化器可以具有阈值效率水平时的温度。在另一个示例中，目标催化器温度可以是相变材料改变相时的温度。如果方法400判断催化器的温度与目标催化器温度相距在阈值温度(例如，2℃)以内，则答案为是并且方法400前进到452。否则，答案为否并且方法400返回到448。
74.在452处，方法400降低被供应到催化器加热器的功率量，使得催化器入口处的温度等于目标催化器温度。例如，如果催化器加热器是电加热器，则方法400可以将提供给催
化器加热器的功率量从150瓦减少到120瓦。在一个示例中，催化器的目标温度可以是相变材料改变相时的温度。在另一个示例中，目标温度可以是催化器可以以阈值效率(例如，大于90％的效率)操作时的温度。另外，方法400可以调整发动机提升阀正时，使得催化器的入口处的温度等于目标催化器温度。例如，方法400可以将进气门关闭正时提前以减少通过发动机的气流。方法400前进到454。
75.在454处，方法400判断是否已经请求发动机起动或者自从催化器最近达到目标催化器温度以来是否已经过了阈值时间量。如果是的话，则答案为是，并且方法400前进至456。
76.在456处，方法400将发动机提升阀的正时调整到基本正时。方法400还可以增大或降低发动机转速，使得发动机转速处于发动机起动所请求的发动机转速。方法400前进到458。
77.在458处，如果请求了发动机起动，则方法400起动发动机。可以经由向发动机供应燃料来起动发动机。如果发动机是汽油发动机，则火花也可以被供应给发动机。方法400前进到460。
78.在460处，一旦发动机中开始燃烧，方法400就停止经由电机使发动机旋转。方法400还可以停止向催化器加热器供电。方法400前进到退出。
79.通过这种方式，方法400可以在自动发动机起动之前升高催化器的温度，使得当发动机起动时可以有效地转换发动机排放。催化器可以在最小时间量内或以最小功率量被加热到目标。另外，发动机可以充当空气泵以将来自催化器加热器的加热后的空气分配到催化器。
80.因此，图4的方法提供了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：激活发动机排气系统中的催化器加热器(例如，电动催化器加热器)并以基本上全功率操作所述电驱动加热器；在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机旋转；以及调整通过所述发动机的气流量，使得在催化器的入口处实现目标温度。所述方法包括其中所述目标温度是基于相变材料改变相时的温度。所述方法包括其中所述目标温度是所述催化器的最大额定温度。所述方法包括在所述发动机的节气门打开超过50％的情况下使所述发动机旋转。所述方法还包括调整一个或多个气缸的气门正时以实现所述目标温度。所述方法还包括在一个或多个气缸的提升阀在打开状态下停用的情况下使所述发动机旋转。所述方法还包括在一个或多个气缸的提升阀在完全关闭状态下停用的情况下使所述发动机旋转。
81.图4的方法还提供了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：响应于催化器加热请求在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机以一定转速旋转，所述转速使所述发动机的油泵输送最小阈值压力；以及调整输送到催化器加热器的功率(例如，电功率)的量以在催化器的入口处产生目标温度，所述催化器的所述入口处的所述目标温度是目标催化器温度和当前催化器温度加上偏移温度中的较低值。所述方法还包括将所述目标温度调整到基于一旦所述催化器的温度达到目标温度相变材料就改变相时的温度的温度。所述方法还包括根据环境空气温度来调整通过所述发动机的气流。所述方法还包括响应于所述催化器加热请求而调整向所述催化器加热器输送空气的实际气缸总数。所述方法还包括响应于所述催化器加热请求而调整发动机提升阀正时。
82.应注意，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。同样地，处理次序不一定是达成本文所述的示例性示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，所述动作、操作和/或功能可以以图形表示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，其中所述动作通过结合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令来执行。
83.应理解，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体示例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。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。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/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
84.所附权利要求特别地指出被视为新颖和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、要素和/或性质的其他组合和子组合可以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。
85.根据本发明，一种用于操作发动机的方法包括：激活发动机排气系统中的催化器加热器并以基本上全功率操作所述催化器加热器；在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机旋转；以及调整通过所述发动机的气流量，使得在催化器的入口处实现目标温度。
86.根据一个实施例，所述目标温度是基于相变材料改变相时的温度。
87.根据一个实施例，所述目标温度是所述催化器的最大额定温度。
88.根据一个实施例，在所述发动机的节气门打开超过50％的情况下使所述发动机旋转。
89.根据一个实施例，上述发明的特征还在于调整一个或多个气缸的气门正时以实现所述目标温度。
90.根据一个实施例，上述发明的特征还在于在一个或多个气缸的提升阀在打开状态下停用的情况下使所述发动机旋转。
91.根据一个实施例，上述发明的特征还在于在一个或多个气缸的提升阀在完全关闭状态下停用的情况下使所述发动机旋转。
92.根据本发明，提供了一种用于操作发动机的系统，所述系统具有：内燃发动机，所述内燃发动机包括催化器和催化器加热器；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中使所述控制器最大程度地减少在第一模式下将催化器加热到阈值温度的时间量的可执行指令以及使所述控制器最大程度地减少在第二模式下将所述催化器加热到阈值温度的功率量的附加指令，所述时间量通过调整在以基本上恒定的电功率量操作所述催化器加热器时通过所述内燃发动机的气流量来最小化。
93.根据一个实施例，经由基于当前催化器温度调整目标催化器入口温度而最大程度地减少所述功率量。
94.根据一个实施例，经由使所述发动机以低于发动机怠速的转速旋转而最大程度地减少所述功率量。
95.根据一个实施例，上述发明的特征还在于用于基于相变材料改变相时的温度来调整目标催化器入口温度的附加指令。
96.根据一个实施例，可以经由用户输入来选择所述第一模式和所述第二模式。
97.根据一个实施例，调整所述空气量以在所述催化器的入口处产生目标温度。
98.根据一个实施例，所述基本上恒定电功率量是所述催化器加热器的最大额定功率。
99.根据一个实施例，上述发明的特征还在于用于将在所述催化器达到阈值温度之后所述催化器的入口处的目标温度调整为基于相变材料的性质的温度的附加指令。
100.根据本发明，一种用于操作发动机的方法包括：响应于催化器加热请求在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机以一定转速旋转，所述转速使所述发动机的油泵输送最小阈值压力；以及调整输送到催化器加热器的功率的量以在催化器的入口处产生目标温度，所述催化器的所述入口处的所述目标温度是目标催化器温度和当前催化器温度加上偏移温度中的较低值。
101.根据一个实施例，上述发明的特征还在于将所述目标温度调整到基于一旦所述催化器的温度达到目标温度相变材料就改变相时的温度的温度。
102.根据一个实施例，上述发明的特征还在于根据环境空气温度调整通过所述发动机的气流。
103.根据一个实施例，上述发明的特征还在于响应于所述催化器加热请求而调整向所述催化器加热器输送空气的实际气缸总数。
104.根据一个实施例，上述发明的特征还在于响应于所述催化器加热请求而调整发动机提升阀正时。

技术特征：
1.一种用于操作发动机的方法，其包括：激活发动机排气系统中的催化器加热器并以基本上全功率操作所述催化器加热器；在不向发动机供应燃料的情况下使所述发动机旋转；以及调整通过所述发动机的气流量，使得在催化器的入口处实现目标温度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述目标温度是基于相变材料改变相时的温度。3.如权利要求1所述的方法，其中所述目标温度是所述催化器的最大额定温度。4.如权利要求1所述的方法，其中在所述发动机的节气门打开超过50％的情况下使所述发动机旋转。5.如权利要求4所述的方法，其还包括调整一个或多个气缸的气门正时以实现所述目标温度。6.如权利要求1所述的方法，其还包括在一个或多个气缸的提升阀在打开状态下停用的情况下使所述发动机旋转。7.如权利要求1所述的方法，其还包括在一个或多个气缸的提升阀在完全关闭状态下停用的情况下使所述发动机旋转。8.一种用于操作发动机的系统，其包括：内燃发动机，所述内燃发动机包括催化器和催化器加热器；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中使所述控制器最大程度地减少在第一模式下将催化器加热到阈值温度的时间量的可执行指令以及使所述控制器最大程度地减少在第二模式下将所述催化器加热到阈值温度的能量的量的附加指令，所述时间量通过调整在以基本上恒定的电功率量操作所述催化器加热器时通过所述内燃发动机的气流量来最小化。9.如权利要求8所述的系统，其中经由基于当前催化器温度调整目标催化器入口温度而最大程度地减少所述能量的量。10.如权利要求9所述的系统，其中经由使所述发动机以低于发动机怠速的转速旋转而最大程度地减少能量的量。11.如权利要求8所述的系统，其还包括用于基于相变材料改变相时的温度来调整目标催化器入口温度的附加指令。12.如权利要求8所述的系统，其中可以经由用户输入来选择所述第一模式和所述第二模式。13.如权利要求8所述的系统，其中调整所述空气量以在所述催化器的入口处产生目标温度。14.如权利要求8所述的系统，其中所述基本上恒定电功率量是所述催化器加热器的最大额定功率。15.如权利要求8所述的系统，其还包括用于将在所述催化器达到阈值温度之后所述催化器的入口处的目标温度调整为基于相变材料的性质的温度的附加指令。

技术总结
本公开提供了“用于使发动机准备进行起动的方法和系统”。提供了用于经由催化器加热器加热催化器的方法和系统。在一个示例中，可以加热所述催化器以提供使所述催化器达到阈值温度的最小时间量。在另一个示例中，可以加热所述催化器加热器以最大程度地减少用于加热所述催化器的功率量。所述催化器的功率量。所述催化器的功率量。


技术研发人员：贾森
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2022.11.08
技术公布日：2023/5/23