用于发动机的系统和方法与流程

用于发动机的系统和方法
1.优先权要求
2.本技术要求于2020年7月24日提交的no.202041031788号印度申请的优先权。
技术领域
3.本文公开的主题的实施例涉及内燃机，并且更具体地涉及加热气缸排气口。


背景技术：

4.各种发动机可以具有润滑系统，其中可以使用加压机油来润滑和/或冷却发动机气门机构部件、凸轮轴组件、活塞以及相关的发动机部件。这样的机油系统可以提供足够的机油，用于在满负荷时对发动机进行润滑和冷却。
5.在某些发动机中，例如设计为在满负荷下大量运行的大缸径发动机，来自润滑系统的机油可能会滞留在气缸壁的凹槽中，并最终进入排气系统或发动机烟囱(engine stack)。特别是在低负荷条件下，燃烧产生的未燃燃料会导致未燃燃料和机油在排气系统中的积累和沉积，特别是在排气口温度降低时。
6.解决此类沉积物的一种方法涉及定期维护排气系统。在一示例中，维护排气烟囱可能需要维修人员爬上机车的顶面并手动清洁排气系统。然而，频繁需要维护排气系统，加上其中使用复杂的手动操作，可能会在运行中引入不必要的延误。另一种方法涉及在排气再循环(egr)冷却器加热模式期间，以气缸负荷操作至少一个供体气缸，该气缸负荷足以将排气温度提高到燃烧本地机油和燃料积聚的程度。但是，这种方法需要使用egr系统，并且未考虑发动机的机龄或长时间怠速期间的发动机的稠化(souping)。因此，存在与该排气口加热方法相关的燃料消耗损失。可能希望有一种不同于现有系统和方法的系统和方法。


技术实现要素：

7.在一个实施例中，一种系统包括：高速柴油发动机，其具有气缸排，每个气缸具有至少一个排气口；以及控制器，其被配置为以至少两种模式操作所述发动机，其中至少一种模式为排气口加热模式。所述控制器还配置为基于时间函数、发动机的机龄、以及测量或计算的发动机的兆瓦时数中的至少一者来改变排气口加热模式，从而对于排气口加热模式而言，改变后的操作方式基于减少以下一项或多项：排气口加热事件的频率、排气口加热事件的持续时间、排气口加热事件的目标温度、以及在排气口加热事件期间由至少一个气缸使用的燃料量。
8.在一个实施例中，一种系统包括：高速柴油发动机，其具有气缸排，每个气缸具有至少一个排气口；以及控制器。所述控制器配置为以至少两种模式操作所述发动机，其中至少一种模式为排气口加热模式。所述控制器还被配置为至少部分地基于所计算或测量的发动机稠化水平来减少排气口加热模式的操作方式。
附图说明
9.图1示出了柴油电力机车的示例实施例；
10.图2示出了高级流程图，其示出了根据本公开实施例的用于发动机的方法；
11.图3示出了高级流程图，其示出了根据本公开实施例的用于高速发动机的排气口加热的例程；
12.图4示出了高级流程图，其示出了根据本公开实施例的调节例程，可执行该调节例程以使高速发动机为随后的排气口加热程序做好准备；
13.图5示出了图形数据的非限制性示例，该图形数据示出了与在正常发动机操作期间相比，使用图3和4所示的程序进行排气口加热期间的正时提前角；和
14.图6示出了图形数据的非限制性示例，该图形数据示出了与在正常发动机操作期间相比，使用图3和4所示的程序进行排气口加热期间的油轨压力。
具体实施方式
15.发动机可以具有润滑系统，为润滑气门机构、活塞和其他相关的发动机部件提供润滑油。在发动机运行过程中，未燃烧的机油和/或燃料可能积聚在发动机排气歧管中。润滑系统可以与由发动机控制系统控制的发动机相互作用，以烧掉未燃烧的机油和/或燃料，从而减少发动机排气系统的积垢。参照图1示出了这种构造的一个示例，其中润滑系统与机车发动机相互作用以在发动机运行期间提供润滑，并且发动机控制器使得能够进行定期排气维护。
16.在一个实施例中，发动机控制器可以在不同的操作模式之间切换发动机。操作模式的示例可以包括正常运行模式、低负荷、高负荷、高热模式、启动模式、限氧模式等。在正常运行条件下，用于润滑活塞的机油会带入燃烧室并进入排气系统。在长时间的低负荷模式期间，排气温度不够高不足以燃烧掉残留的机油。残留物、稠化和/或产生过多的烟尘可能导致排气系统内的湿油或烟尘沉积在发动机附近，例如发动机外壳上和/或通过egr(如适用)返回进气系统。在一个实施例中，技术效果可以包括使用排气口加热来缓解机油残留。排气口加热可通过例如向一个或多个气缸过度加油来实现，以提高排气温度，并在油能够向排气口下游流动之前本地烧掉任何积聚的油。如图2、图3和图4中进一步阐述的那样，与当前方法相比，可执行控制例程以启动排气口加热而不进行egr冷却器再生，其中排气口加热随着时间的推移逐渐减少，并且加热通过发动机的机龄/稠化水平来加权。通过这种方式，利用发动机磨合时随时间而减少的稠化，可以最大限度地减少与气缸排气口加热相关的燃料消耗损失。
17.在一个实施例中，一种系统可以包括：高速柴油发动机，其具有气缸排，每个气缸具有至少一个排气口；以及控制器，其能够以至少两种模式操作所述发动机，其中至少一种模式是排气口加热模式。控制器可以基于一个或多个触发器切换到排气口加热模式。合适的触发器可以包括基于时间函数、发动机的机龄、以及发动机的测量或计算的兆瓦(mw)时数(hrs)，从而对于排气口加热模式，改变后的操作方式基于减少以下一项或多项：排气口加热事件的频率、排气口加热事件的持续时间、排气口加热事件的目标温度、以及在排气口加热事件期间由至少一者气缸使用的燃料量。高速柴油发动机的最大功率输出可能约为5mw。作为非限制性示例，高速发动机可用于驱动车辆、卡车、公共汽车、轿车、游艇、船舶、压
缩机、泵和/或发电机。
18.在另一个实施例中，一种系统包括：高速柴油发动机，其具有气缸排，每个气缸具有至少一个排气口；以及控制器。所述控制器配置为以至少两种模式操作所述发动机，其中至少一种模式是排气口加热模式。控制器还被配置为至少部分地基于所计算或测量的发动机稠化水平来减少排气口加热模式的操作方式。图5和图6分别示出了在正常操作和使用关于图3和图4描述的例程的排气口加热期间，提前角正时和油轨燃料压力之间的差异的示例图形表示。
19.本文描述的方法可以在各种发动机类型、尺寸和速度以及各种发动机驱动的系统中使用。这些系统中的一些可能是固定的，而其他系统可能是在半移动或移动平台上。半移动平台可在操作期间重新安置，例如安装在平板拖车上时。移动平台包括自行式车辆。此类车辆可包括公路运输车辆(如汽车)、采矿设备、船舶、轨道车辆和其他非公路车辆(ohv)。提供机车作为支持包含本公开实施方式的系统的移动平台的示例。合适的非车辆应用可包括电站发电机。
20.在一个实施例中，公开了一种用于布置在车辆中的发动机的平台。图1是具有轨道车辆的示例车辆系统的框图。在所示的实施例中，车辆被描述为机车100，其具有可以在轨道104上行驶的主发动机壳体102。此外，机车是操作位于发动机壳体内的柴油发动机106的柴油电动车。在替代实施例中，合适的发动机可消耗或利用除柴油和润滑油以外的各种燃料和油。合适的其它燃料可包括汽油、煤油、酒精、天然气、生物柴油以及其两种或两种以上的混合物。发动机可包括多个气缸107。在一个示例中，发动机可以包括十二个气缸(两排气缸，每排有六个气缸)。此外，发动机中的多个气缸可以包括各种气缸集合和子集，例如气缸的第一子集109a和气缸的第二子集109b，在一些实施例中，每个气缸子集可以包括一个或多个供体气缸(donor cylinders)和一个或多个非供体气缸(non-donor cylinders)。例如，在其他实施例中，气缸的第一子集可以仅包括供体气缸，而气缸的第二子集可以仅包括非供体气缸。气缸的各种集合和子集可以包括用于所选操作模式的一个或多个气缸排，如本文所述。在替代实施例中，可采用替代发动机配置，例如汽油发动机或生物柴油或天然气发动机。
21.涉及车辆系统控制和管理的操作人员和电子部件可以被安置在机车驾驶室108内。在一个示例中，控制器110可以包括计算机控制系统和/或发动机控制系统。机车控制系统可具有计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括用于启用机车操作的车载监视和控制的代码。控制器可监督车辆系统控制和管理，并可接收来自各种来源的信号以估计车辆运行参数。控制器可与显示器(未示出)连接，以向车辆操作人员提供用户界面。在一种实施例中，控制器可以被配置为与怠速车辆100上的发动机自动启动/停止(aess)控制系统一起操作，从而使车辆发动机在满足由aess控制例程管理的aess标准时自动启动和停止。
22.可以使用发动机启动系统来启动发动机。在一个示例中，可以执行发电机启动，其中由发电机或交流发电机116产生的电能可以被用于启动发动机。另外，发动机启动系统可以使用马达来启动发动机。合适的马达可以包括电启动马达和压缩空气马达。发动机可以使用来自储能装置(例如电池)或其他合适的能源的能量来启动。
23.柴油发动机产生扭矩，该扭矩沿着驱动轴(未示出)传送到交流发电机116。所产生的扭矩被交流发电机用于产生用于车辆后续传送的电力。以这种方式产生的电力可以被称
为原动机电力。电力可以沿着电力总线117传输到各种下游电气部件。基于所产生的电力输出的性质，电力总线可以是直流(dc)总线(如图所示)或交流(ac)总线。各种电力电子元件可用于管理电流。
24.发动机可以在多个负荷水平和/或多个发动机转速下运行。这些负荷水平可以从低端点的怠速到高端点的发动机输出峰值。低发动机负荷可包括在发动机负荷范围的低端点操作。中发动机负荷可包括在高于低负荷的中级发动机负荷范围的操作。高发动机负荷可包括在高于中发动机负荷的发动机负荷范围的较高端点处的操作。虽然发动机可在给定的发动机负荷下运行，但每个气缸可具有可变的气缸负荷。这些气缸负荷可以从气缸低负荷到气缸高负荷。在某些情况下，发动机负荷和气缸负荷可能是重合的，而在其它情况下则不是。例如，发动机整体可以在低负荷下运行，然而，一些气缸可以在基本上无负荷(例如，停用)下运行，而其他气缸在中高负荷下运行，这取决于在不同负荷下运行的气缸数量。此外，气缸燃料喷射量可以设定气缸的负荷。例如，在没有燃料喷射的情况下工作的气缸可以被认为是停用的(在这种情况下，它可以被称为跳过点火操作，将参考图2更详细地描述)，而在低燃料喷射的情况下运行的气缸可以被认为是在低负荷下运行的。
25.交流发电机可串联至具有一个或多个整流器(未示出)的电力电子设备，该整流器在沿着dc总线传输之前将交流发电机的电输出转换为dc电能。基于从dc总线接收电力的下游电气部件的配置，一个或多个逆变器118可以配置为在向下游部件供电之前转换来自电力总线的电力。在一个实施例中，单个逆变器可以从dc电力总线向多个部件提供ac电力。在另一个实施例中，多个不同的逆变器中的每一个都可以向不同的组件供电。车辆可包括连接到开关的一个或多个逆变器，该逆变器可被控制以选择性地向连接到开关的不同组件提供电力。
26.安装在主发动机壳体下方的卡车122上的牵引马达120可通过dc总线从交流发电机接收电力，以提供牵引动力以推进车辆。如本文所述，牵引马达可以是ac马达。因此，与牵引马达配对的逆变器可将dc输入转换为适当的ac输入，例如三相ac输入，以供牵引马达随后使用。在替代实施例中，牵引马达可以是直接采用整流和沿dc总线传输后的交流发电机的输出的dc马达。一个示例车辆配置可包括每对轮轴124的一对逆变器/牵引马达。如本文所述，对于车辆的六对轮轴中的每一对，示出了六对逆变器/牵引马达。在替代实施例中，车辆可具有四个逆变器/牵引马达对。在替代实施例中，单个逆变器可与多个牵引马达配对。
27.牵引马达120可充当提供动态制动以制动车辆的发电机。特别是在动态制动期间，牵引马达可能会在与滚动方向相反的方向上提供扭矩，从而产生电能，该电能通过连接到电力总线的电阻器126的电网作为热量散发。在一个示例中，电网可以包括直接串联到电力总线的电阻元件的堆叠。电阻元件的堆叠可以放置在主发动机壳体顶部附近，以便于空气冷却和从电网散热。在一些实施例中，利用压缩空气的空气制动器(未示出)可由车辆用作车辆制动系统的一部分。压缩空气可由压缩机128从进气产生。
28.可操作多种马达驱动的气流装置来控制车辆部件的温度。气流装置可包括但不限于鼓风机、散热器和风扇。可提供各种鼓风机(未显示)用于各种电气部件的强制空气冷却。例如，牵引马达鼓风机用于在繁重工作期间冷却牵引马达，交流发电机鼓风机用于冷却交流发电机，电网鼓风机用于冷却电阻的电网。每个鼓风机可由ac或dc电机驱动，并相应地可配置成通过各自的逆变器从dc总线接收电力。
29.发动机温度可部分地由散热器132维持。水可在发动机周围循环，以吸收多余的热量，并将温度控制在所需范围内，以实现发动机的高效运行。然后，热水可以通过散热器132，其中通过散热器风扇吹出的空气可以冷却热水。散热器风扇可位于靠近车辆的后顶棚的水平位置，以便叶片旋转时，空气可从下方吸入并排出。可以将包含水基冷却剂的冷却系统可选择地与散热器结合使用，以提供发动机的额外冷却。
30.在本示例中，由电池134表示的车载电能存储设备可以连接到dc总线。dc-dc转换器(未示出)可布置在dc总线和电池之间，以允许dc总线的高电压(例如在1000v范围内)被适当降压以供电池使用(例如在12-75v范围内)。在混合动力车辆的情况下，车载电能存储装置可以是高压电池的形式，使得可能不需要设置中间dc-dc转换器。可以通过运行发动机给蓄电池充电。存储在电池中的电能可在发动机运行的待机模式期间或当发动机关闭时用于操作各种电子部件，例如灯、车载监控系统、微处理器、处理器显示器、气候控制器等。蓄电池可用于从停机状态向起动发动机提供初始充电。在替代实施例中，电能存储装置例如可以是超级电容器。
31.润滑系统140可包括具有曲柄驱动油泵的压力供油系统，用于润滑发动机曲轴、气门和活塞。储油器可储存在发动机下方的油底壳中。气门由飞溅的机油润滑，而缸套则由从曲轴送入活塞的加压机油润滑，以达到冷却和润滑的目的。带入燃烧室的机油由活塞环控制。因此，活塞环的形状可以允许足够的机油到达顶部活塞环，并在气缸满负荷工作时对其进行润滑。活塞环槽中的气体压力平衡进一步控制进入燃烧室的机油。机油在机油控制环下方排出，当活塞在缸套上下运动时，机油控制环通过刮擦将这些机油大部分带走。剩余的机油由剩余的活塞环带走，为它们提供所需的润滑。如果机油在通过发动机的过程中被加热，则可能会通过散热器而被冷却。排气烟囱142可以接收来自发动机的废气，并将废气引离其中。可以在曲轴箱(容纳润滑油)和排气烟囱之间设置风管或管道(未显示)，以使曲轴箱通风，例如，用于对曲轴箱中的窜气进行通风。
32.润滑系统可以为满负荷运行提供足够的润滑油。然而，在轻负荷时，可能供应过量的机油。一些过量的机油可能被带入气缸室和排气口。燃烧室中的机油可能来源于保留在缸套壁的沟槽中的机油。因此，发动机可在沟槽中保留一些机油，以便为活塞和环提供润滑。燃烧室中的残留油也可能是润滑气门的油造成的。在此，机油沿气门向下流动，以在气门和气门导管之间提供润滑，并进一步在缸盖上的气门座表面提供润滑。在某些情况下，当发动机累积运行数小时后，机油残留状况可能更为严重，并且在一段时间内，过量润滑油残留进入相关涡轮增压器，可能会加剧这种状况。因此，与发动机系统通信的控制器可启用排气口加热例程，如图2和3中进一步阐述的，以允许未燃机油被烧掉并避免由于未燃机油的积聚而导致发动机性能降低。可以理解的是，该例程还可以使未燃烧的燃料，如在低负荷条件下由于燃料燃烧不良而积聚在燃烧室中的燃料，也被烧掉。或者，发动机在使用一段时间后，在磨损之前可能会发生磨合，以降低稠化的风险。在这种情况下，控制器可以减少或消除排气口加热例程。可以采用各种控制算法，例如，基于对不同位置的实际稠化量的测量、间接因素(例如烟尘的产生或排气不透明)，或基于发动机的机龄、工作周期或产生的兆瓦时数进行计算。
33.图2描绘了确定是否可以在非egr发动机和/或高速内燃发动机内执行排气口加热操作模式的方法200。该方法可以由与发动机连通的控制系统或控制器执行，以实现排气口
加热以及随后燃烧未燃烧的机油和/或燃料。控制系统可以在至少两种模式下操作，其中至少一种模式是排气口加热模式，并且控制器可以至少部分地基于计算的或测量的发动机的稠化水平和/或发动机的机龄来改变排气口加热模式的操作方式。
34.在步骤202，可以确定发动机工作条件。发动机工作条件可以包括发动机怠速条件、怠速时间、发动机负荷、发动机负荷时间等。在步骤204，确定发动机负荷。如上所述，发动机负荷的范围从低端点的怠速到高端点的发动机输出峰值。在步骤206，该方法可确定是否满足排气口的任何加热条件。可能满足的条件可以包括当发动机负荷低于阈值(例如，低负荷)时，在发动机经历使发动机处于排气中有机油风险的条件后(例如，在发动机处于低负荷的持续时间之后，该持续时间可以是相对延长的时间)，当发动机怠速运转时，或在动态制动时。在发动机负荷低于第一阈值负荷的操作期间，选择的气缸可以以较高的气缸负荷操作(例如，通过排气口加热模式)，使得排气口温度升高，从而可以去除沉积物。
35.在另一个示例中，控制器可以确定在低负荷或无负荷时的累计发动机转速、负荷量和作为兆瓦时数函数的发动机转速中的一个或多个，作为确定是否启动排气口加热的至少一个因素。例如，可以考虑速度、发动机负荷、兆瓦时数和时间，以便在多个速度下采用不同的排气口加热(例如，不同的速度水平可以触发不同的排气口加热水平)。在一个实施例中，怠速计时器标准可用于确定是否满足排气口加热的条件。怠速计时器可以基于不同的发动机速度(例如，第一速度、第二速度、第三速度、高速、中速、低速等)以及发动机的机龄，并且标准化为发动机转数(例如，通过使用二维(2d)表)。标准化的发动机转数计数器限值可用作启用排气口加热的阈值。可以使用以兆瓦时数的发动机的机龄对标准化发动机转速计数器极限将计数器限值表示为一维(1d)向量。
36.如果未满足排气口加热的条件，则可以在步骤208继续当前的发动机操作。如果满足排气口加热的条件，则该方法可以在步骤210处继续，在步骤210处，确定发动机的机龄和稠化水平。在柴油发动机长时间怠速运转期间，如果发动机排放物中有相当一部分没有排放，但保留为“稠液”(例如半挥发性碳氢化合物和润滑油)，随后在发动机恢复高负荷运行时排放，则可能发生稠化。这种汤会在气缸排气口下游积聚并形成不必要的沉积物。在步骤212，可基于发动机的机龄、稠化水平和/或所满足的排气口加热条件在一组气缸上运行排气口加热。在一个实施例中，控制系统可配置为在至少两种模式下操作，其中至少一种模式为排气口加热模式，并且控制器进一步配置为基于排气口加热事件的频率、排气口加热事件的持续时间、排气口加热事件的目标温度以及排气口加热事件期间使用的燃料量中的一个或多个来减少排气口加热模式的操作方式。
37.图3描绘了由与高速柴油机通信的控制系统(例如，控制器)执行的示例性例程300，以实现排气口加热以及未燃烧的机油和/或燃料的后续燃烧。作为非限制性示例，该例程在轨道车辆的车辆系统内操作。该操作可以考虑发动机工作条件，例如发动机怠速状态、发动机的机龄、发动机转速、怠速时间、发动机负荷、发动机负荷时间，并相应地启动排气口加热操作。排气口加热操作可以根据发动机的机龄、稠化水平和发动机转速而变化。这样，随着发动机的磨合，对排气口加热的需求减少，与排气口加热相关的燃料消耗损失可以随着时间的推移而减少。例如，可以基于随时间和发动机使用的排气口加热事件的频率和/或持续时间来减小排气口加热的变化，响应于满足不同的阈值或比率(例如，不同的速度、油轨压力或提前角比率/范围)而采用不同的排气口加热。
38.在一个示例中，排气口加热操作可包括在气缸负荷或燃料喷射量下连续操作不同的气缸子集，该气缸子集足以提高子集的排气温度以燃烧沉积在气缸子集和/或排气系统中的未燃烧的燃料和/或机油，同时在整体低负荷模式或怠速模式下操作发动机。在这种操作过程中，每个连续操作的气缸子集可以包括来自同一发动机气缸排的至少两个气缸。当前未在子集中操作的气缸在低燃料或无燃料模式下操作。连续操作可以包括首先在排气口加热模式下操作气缸子集，然后在排气口加热模式下操作不同的气缸子集，以此类推。此外，不同的子集可以具有共同的气缸，但每个子集在至少一个气缸方面与其他子集不同。通过这种方式，可以从所有气缸的排气中去除碳氢化合物沉积物。
39.在另一个示例中，排气口加热可以包括在至少两种模式下操作发动机，即具有较低燃料喷射量的第一模式和具有较高燃料喷射量的第二模式。具体而言，该操作可以包括在第二模式下操作发动机气缸排(例如，右气缸排)的至少两个气缸，而相对气缸排(例如，左气缸排)的至少另一个气缸在第一模式下运行，以在指定量的低负荷发动机运行之后以及在低负荷发动机运行期间，在第二模式下至少增加至少两个气缸的排气温度。因此，即使整体发动机负荷较低，选择的气缸也可以在高气缸负荷下运行，从而产生足够的排气口温度以至少去除该气缸的沉积物。然后，通过更改哪些气缸在每种模式下运行，不同的气缸可以清除各自的排气系统中的沉积物。这样的操作可以继续进行，直到所有气缸都在排气口加热的情况下被操作，或者直到发动机负荷从怠速或低负荷运行增加为止(例如，由于车辆的行驶状况)。在这种情况下，如果发动机在更高的负荷下充分运行，排气口加热可能会中断(例如，任何尚未在第二种模式下运行的气缸都会被更高的负荷运行清洁，因此可能不需要恢复排气口加热)。但是，如果负荷条件不够高或持续时间太短，则排气口加热可能会在停止的地方恢复。
40.参照图3描述上述操作的示例以及变化和附加操作。在步骤302，启动怠速计时器，并指示时间为零的初始设置。怠速计时器可以测量发动机在怠速条件下花费的时间量。在一个示例中，怠速条件可以包括车辆长期停放在旁轨上而发动机以怠速速度运行。在步骤304，基于在怠速模式下花费的时间来增加怠速定时器。在步骤306，确定在怠速模式下花费的时间是否大于预定的最大怠速时间。在一示例中，指定的最大怠速时间为6小时。如果是，则在步骤308，可以调节发动机以进行排气口加热。注意，怠速时间可以是连续的怠速时间而不会中断其他操作模式，或者可以包括一起达到最大怠速时间的多个怠速条件。
41.而且，尽管所描绘的示例使用满足怠速计时器标准来实现排气口加热，但是在替代实施例中，除了怠速计时器要求之外，可以使用其他标准。作为一个示例，可以确定发动机怠速速度，并且如果该速度高于所确定的排气口加热速度极限，则可以禁用排气口加热操作。如在图3中进一步阐述的，调节过程可以包括确定可启动排气口加热的第一目标气缸以及后续气缸的顺序。此外，该过程可能需要确定喷射设置、转换速率和排气口加热速度。一旦发动机已经被适当地调节，就可以在步骤310进行排气口加热操作。或者，如果在先前中断的排气口加热操作之后例程被重新启动，则在步骤310处，操作可以恢复。
42.在排气口加热程序运行(或恢复)之后，在步骤312，确定发动机是否处于怠速状态。如果发动机处于怠速状态，则在步骤314，可以确定排气口加热程序是否已经完成。如果排气口加热程序已经完成，则在步骤316处可以停止进一步的排气口加热，并且在步骤318处可以将怠速计时器复位为零。然而，如果在步骤312处确定发动机没有怠速，即确定发动
机在较高的负荷条件下工作，则可在步骤320处暂停排气口加热。然后，该例程可在步骤322继续确定发动机负荷条件是否符合负荷定时器标准，下文将进一步阐述。因此，在长时间的发动机怠速条件下，可能会发生未燃烧的机油和/或燃料积累。然而，在发动机在非怠速条件下运行期间，发动机排气歧管可以产生温度上升，从而可以自发地烧掉积累的未燃烧的机油和/或燃料。因此，在发动机在非怠速条件下运行期间，可能不需要排气口加热程序，并相应地可以暂停。这样，例程可以调整排气口加热操作，使其在发动机怠速时发生，从而在未燃烧的机油积聚的可能性较高时发生。当发动机在较高负荷下运行时，例程可能会暂停排气口加热操作，从而在发动机正常运行过程中可能会烧掉未燃烧的机油。尽管在高负荷下操作是一个示例，但是各种操作可能会触发排气口加热模式的暂停(例如，操作员节气门请求、寒冷的环境温度、辅助负荷的接合等)。
43.回到步骤306，如果在怠速状态下花费的时间量不大于最大怠速时间，则在步骤322，确定发动机是否已经在最小负荷时间内进行了负荷。此外，在步骤320处暂停已负荷发动机的排气口加热操作后，例程可在步骤322处继续确定是否已满足最小负荷定时器持续时间。如果发动机已经负荷了至少最小负荷时间，那么在预期排气温度上升到足以烧掉累积的未燃烧的机油和/或燃料时，可能不需要进一步的排气口加热。相应地，在步骤323，可能不会发生排气口加热，并且怠速计时器可以被重置为零。
44.然而，如果在步骤306处既没有满足最大怠速时间，也没有在步骤322处满足最小负荷时间，则在步骤324处确定发动机是否仍处于怠速状态。如果发动机仍处于怠速状态，则例程可返回步骤304继续增加怠速计时器，此后在满足怠速时间标准时继续进行排气口加热操作。如果发动机在步骤324没有怠速运转，则在步骤326，例程可以代替地继续增加负荷计时器。在步骤328，验证在例程的先前迭代中排气口加热操作是否已被暂停。如果是这样，则例程可以在步骤330恢复排气口加热操作。如果没有中断先前的排气口加热，则例程可以返回到步骤322，并继续增加负荷计时器，直到达到最小负荷时间为止，此后可以取消对排气口加热操作的需要，因此可以将怠速计时器重置为零。
45.这样，在确定是否进行排气口加热程序时可以考虑两个标准。这些标准可以是在怠速模式下花费的时间(可以由怠速计时器定义)和发动机负荷条件(可以由负荷计时器和/或发动机的负荷或非怠速条件定义)。应当理解，在怠速或低发动机负荷条件下，未燃烧的机油和/或燃料的积聚可能是潜在的问题，此外，在发动机处于足够持续时间的充分负荷条件下运行期间，排气歧管的温度可以升高到足以使未燃烧的燃料和机油在负荷发动机运行过程中燃烧的程度。
46.在一个示例情形中，发动机处于怠速状态，并且已经在怠速状态下花费了足够的时间以保证排气口加热操作，以避免累积的未燃烧机油的不利影响。在这种情况下，在满足怠速计时器标准的情况下，可能会发生排气口加热操作。操作完成后，可以重置怠速计时器，以允许随后进行新的操作迭代。在另一个示例中，发动机没有怠速运转，而是已有负荷。在此，发动机在负荷状态下可能已经花费了足够的时间来满足负荷计时器标准并确保高排气歧管温度，从而可能不需要进排气口加热操作。在此，只要发动机在非怠速条件下运行并且满足负荷计时器标准，则怠速计时器可以保持为零。
47.在又一个示例中，发动机已经怠速运转，但时间不足以满足怠速计时器标准。此外，发动机的怠速状态可以通过在负荷状态下发动机的突然操作而中断。如果发动机在负
荷状态下的中断操作持续足够长的时间以满足负荷计时器标准，则排气歧管温度可能会再次达到所需的高温，以使未燃烧的机油燃烧掉，从而在返回到在怠速条件下时，可能不需要排气口加热操作，因此怠速计时器可以重置为零。然而，如果在负荷条件下发动机的中断操作的时间不足以满足负荷计时器标准，则在负荷发动机操作完成时，发动机可以返回到怠速条件并恢复确定怠速正时。
48.在又一个示例中，发动机已经怠速运转了足够长的时间以满足怠速计时器标准，并且已经开始运行排气口加热操作。然而，在负荷条件下，发动机的突然运转可能会中断排气口供暖运转。首先，发动机的怠速状态中断运转将导致排气口加热操作暂停。接下来，如果发动机运转了足够长的时间以满足负荷计时器标准，那么未燃烧的机油和/或燃料可能会被清除，因此排气口加热操作可能会中止，并且怠速计时器可能会因新的迭代而归零。但是，如果发动机仅短时间运行(例如，不足以满足负荷计时器条件)，然后又返回怠速状态，则可以在需要清除未燃烧的机油和/或燃料的情况下恢复排气口加热操作。以这种方式，控制系统可以被配置为基于发动机在怠速状态下相对于运行(或负荷)条件所花费的时间量来预测发动机排气歧管中未燃烧机油的积累和/或燃烧。因此，通过明智地调整排气口加热程序的操作，可以避免与未燃机油积聚有关的潜在问题。在图4的示例例程400的背景下，将详细说明预处理程序的进一步细节以及排气口加热操作的运行和恢复。
49.图4示出了示例例程400，该例程可以由控制系统执行以调节发动机以用于排气口加热操作的后续运行(或恢复)。这样，该例程可以作为在步骤308处参考图3描述的例程的调节步骤的一部分来执行。该例程确定要清除未燃烧机油积聚的气缸的顺序。该程序允许根据发动机的机龄、发动机转速和稠化程度来调节排气口加热。在步骤402，确定排气口加热状态机是否处于“运行”模式(相对于“保持”模式)。如果选择了运行模式，则例程可以继续，这又需要满足所有排气口加热操作标准。如果状态机未处于运行模式，则例程可能会结束。
50.在步骤404，从气缸排中选择目标气缸集合以启动排气口加热操作。此外，可以确定气缸清洁操作的后续顺序。例如，基于各种发动机配置，可基于发动机气缸排将发动机分为加热排气口和非加热排气口。在一个示例中，发动机可以是v-12发动机，其具有两排六个直列气缸，每个气缸具有对数式排气歧管。可以从第一气缸排(例如，右气缸排)中选择气缸的目标集合，第二气缸排(例如，左气缸排)中的气缸包括非加热排气口。在该配置中，排气口加热的顺序可以包括从指定气缸排中的目标气缸集合开始，并且依次对同一气缸排中的其余气缸集合进行排气口加热。此外，可选择气缸集合以利用先前加热的相邻气缸，使得可能具有最大排气碳氢化合物积聚的气缸可能具有最长的高温排气持续时间。在一些示例中，排气口加热可在整个气缸排内操作，而气缸排内的气缸集合可能要求非加热气缸排接收正常的燃料。
51.在步骤406，可以确定目标气缸集合的排气口加热设置。可以基于发动机转速、发动机的机龄、稠化水平、累积的兆瓦时数和怠速时间中的至少一项来确定排气口加热设置。例如，目标温度和排气口加热的持续时间可以基于当前发动机对既定速度、油轨压力(rp)和/或提前角(aa)范围或比率的需求来确定。此外，可至少部分地基于计算或测量的发动机稠化水平来进一步减少排气口加热的操作方式(例如持续时间、温度、过量加油量等)，从而减少相关联的随时间推移的燃料消耗损失。例如，可以为高速发动机工况确定第一组排气
口加热设置，为中速发动机工况确定第二组排气口加热设置，和/或为低速或怠速发动机工况确定第三组排气口加热设置。
52.在一个示例中，高速发动机工况可以包括范围为1200至1800rpm的发动机转速，范围为17至24度的提前角(aa)，和/或范围为800至1000bar的油轨压力(rp)。中速发动机工况可包括600至1200rpm的发动机转速，5至17度的提前角(aa)和/或600至800bar的油轨压力(rp)。低速发动机工况可以包括低于600rpm的发动机转速，低于5度的提前角(aa)和/或低于600bar的油轨压力(rp)。或者，可以根据不同的速度、兆瓦时数、油轨压力(rp)和/或提前角(aa)比率来更改排气口加热设置(例如，相对于以兆瓦时数为单位的发动机的机龄指定的速度增加，排气口加热的温度或持续时间可能会增加指定的量)。例如，在高速发动机工况期间，作为排气口加热设置的一部分，可以将发动机控制为降至“高速”以下的rpm水平。在中速或低速发动机状态下，排气口加热的设置可能不包括rpm水平的变化。与怠速或中速条件下相比，在高速条件下，排气口加热的持续时间和目标温度可能会降低。
53.在一个示例中，排气口加热可以基于兆瓦时数、发动机的机龄和/或时间函数而在高于高速阈值的情况下变化，而在高速阈值以下，排气口加热可以是固定的。例如，高于1200rpm，在排气口加热期间，至少一个气缸使用的温度、持续时间、频率和/或燃料的量可以变化。对于低于1200rpm的速度，可以将排气口加热期间的温度、持续时间、频率和/或使用的燃料量设置为固定值，该固定值与兆瓦时数、发动机的机龄和/或时间函数无关。在一个示例中，对于1200rpm以下的所有速度，排气口加热可以每工作60分钟运行18分钟，而对于1200rpm或以上的速度，排气口加热的持续时间可以根据运行时间和/或其他因素而变化。
54.控制器可操作以至少部分地基于所计算或测量的发动机稠化水平来减少排气口加热模式的操作方式。在一个示例中，可以通过从稠化测试期间的排放中减去稠化测试基准期间的排放，然后除以两次测试之间的怠速运转的分钟数，来计算发动机稠化水平。计算出的稠化量可以用于调节排气口加热的参数，以增加清洁的效率/减少变化以及减少与排气口加热随时间相关的燃料消耗损失。例如，对于每个阈值(例如，速度范围)的排气口加热的温度和持续时间可以在较低的稠化水平下(例如，当发动机磨合时)降低。
55.在一个示例中，排气口加热事件可以包括对正在运行排气口加热的气缸排内的一组气缸过量加油(例如，通过启动至少两个气缸的燃料喷射器来增加喷射到气缸中的燃料量)。过量加油量(例如，额外喷射的燃料量)可基于初始排气口加热设置，并进一步调整，以考虑发动机的机龄、稠化水平、燃料喷射器保养状况、燃料喷射器磨损、环境(例如，温度、海拔、湿度等)、自上次发动机大修以来的时间等和/或类似情况。一旦确定了设置，就可以将它们传达给目标气缸集合，并且在步骤408，可以基于所确定的设置在目标气缸集合中提供排气口加热。在步骤410，可以将其余气缸(即，不是在步骤404选择的目标集合中的一部分的气缸)设置为低气缸负荷条件。在步骤412，在目标气缸集合中的排气口加热完成时，状态更新可以反馈到控制器。在步骤414，例程然后可以按照先前在步骤404确定的顺序前进到同一发动机气缸排的下一个目标气缸集合。
56.在另一示例中，控制器可以确定在低负荷或无负荷下累积的发动机转数、负荷量和作为兆瓦时数的函数的发动机转数中的一者或多者，作为确定是否启动排气口加热的至少一个因素。例如，可以考虑速度、发动机负荷、兆瓦时数和时间，以便在多个速度下采用不
同的排气口加热(例如，不同的速度水平可以触发不同的排气口加热水平)。在一个实施例中，怠速计时器标准可用于确定是否满足排气口加热的条件。怠速计时器可以基于不同的发动机速度(例如，第一速度、第二速度、第三速度、高速、中速、低速等)以及发动机的机龄，并且标准化为发动机转数。标准化的发动机转数计数器限值可用作启用排气口加热的阈值。可以将计数器限值表示为一维(1d)向量(例如，以兆瓦时数的发动机的机龄对标准化发动机转速计数器极限)。
57.图5和图6示出了非限制性示例，分别示出了使用图3和图4所示的例程进行排气口加热时与正常发动机运行期间相比在不同发动机速度下的提前角(aa)和油轨压力(rp)。如图5的曲线图500所示，可以使用图3和图4中的例程在较低的发动机速度(例如，从500到1750rpm的范围)下的排气口加热期间降低提前角(aa)。类似地，如图6的曲线图600所示，在排气口加热事件期间，在较低的发动机转速下(例如，从500到1500rpm的范围)，油轨压力(rp)可以减小。可替代地，在较高速度条件下(例如，高于1500rpm)，油轨压力(rp)和提前角(aa)可以与正常运行期间相同。
58.发动机的气缸排气口可以被顺序地和周期性地加热以允许其中的未燃烧的机油蒸发和/或燃烧。这可以减少或消除排气口和排气烟囱中不必要的燃料和/或机油积聚。通过响应于怠速工况下发动机花费的时间量并进一步基于发动机负荷工况、发动机的机龄和稠化水平来调节排气口加热操作，可以使排气维护自动化并且可以减少人为干预。
59.如本文所使用的，以单数形式表述并以词语“一个”或“一种”进行描述的元素或步骤应该理解为不排除元素或步骤的复数形式，除非这种排除被明确指出。此外，对本发明的“一个实施方式”的引用不排除也包含所述特征的另外的实施方式的存在。此外，除非另有相反的明确说明，否则“包括”、“包含”或“具有”一个或多个元件具有特定特性的元件的实施方式可以包括不具有该特性的其他这样的元件。术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“在其中”的通俗等价表达。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求或特定位置顺序。
60.本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例落入权利要求的范围内。