CN101144448B

CN101144448B - 冷起动时的燃料预热

Info

Publication number: CN101144448B
Application number: CN2007101701013A
Authority: CN
Inventors: C·D·马里奥特
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: CN101144448A; BRPI0705696A; DE102007041090A1; US7849839B2; US20080053415A1

Abstract

一种在内燃机中预热燃料的方法，包括：在内燃机的燃料喷射器的螺线管线圈中引发电流；以及在开始内燃机的燃烧循环之前，使用由所述电流产生的热来加热所述燃料喷射器内的燃料。

Description

冷起动时的燃料预热

相关申请的交叉参考

本申请要求2006年9月1日提交的美国临时申请NO.60/842,108为优先权。上述申请公开的内容在此结合作为参考。

技术领域

本发明涉及一种内燃机，并且尤其涉及内燃机冷起动时预热燃料。

背景技术

本部分内容仅仅提供与本发明相关的背景技术信息并且可以不构成现有技术。

燃烧过程中，内燃机氧化汽油并且使氢(H₂)和碳(C)与空气相结合。燃烧生成化合物，例如二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_X)、未燃碳氢化合物(HC)、硫氧化物(SO_X)和其它一些化合物。在长时间停机后的初始起动时，发动机处于“冷态”并且可能阻碍燃料汽化、充气点火和/或燃料的完全燃烧。催化转化器用来处理发动机排放的尾气。在起动期间，催化转化器也处于“冷态”并且不能最理想地工作，这样产生了不能接受的高排放。

一种常用的方法中，发动机控制器命令稀空/然(A/F)比并且供给减少量的液态燃料到发动机中以提供补偿。相对于液体燃料的量，提供了更充足的空气，以充分地氧化CO和HC。然而，稀的条件降低了燃料蒸发和燃烧稳定性，对车辆的驾驶性带来不利影响。

另一种常用的方法中，为了稳定的燃烧和良好的车辆驾驶性，发动机控制器命令浓燃料混合物。辅助空气喷射系统提供了总体上稀的排气A/F比。在初始起动阶段，辅助空气喷射器将空气喷射到排气流中。增加喷射的空气通过氧化过量的CO和HC对催化转换器加热。被加热的催化转化器氧化CO和HC并且还原NO_X以降低排放水平。然而，辅助空气喷射系统增加了成本和发动机控制系统的复杂生并且仅仅在很短的初始冷起动期间使用。

另一种常用的方法中，诸如电阻加热器和/或管式加热器的外部装置可以插入到发动机舱中，以在起动前加热发动机。这种方式的明显不足之处包括附加设备的成本以及在发动机起动周期之间安装和拆卸设备所需的时间，以及由这些设备消耗的能量。例如，在巴西使用补充燃料系统。附加燃料导轨加热器也用来促进燃料的蒸发。

发明内容

因此，本发明公开了一种在内燃机中预热燃料的方法。该方法包括：在内燃机的燃料喷射器的螺线管线圈中引发电流；以及在开始内燃机的燃烧周期之前，使用由所述电流产生的热来加热所述燃料喷射器内的燃料。

尤其在冷起动期间，通过预热燃料，增加了燃料的蒸汽压力以与可点火的燃料空气混合物所需的燃料分压相匹配，这样允许点火并且更完全的燃烧由此改善排放。因为本发明利用在内燃机中已经可利用的装置来预热燃料，因此不需要额外的成本和内燃机内额外的空间。

其他特征中，该方法还包括监控温度并且当所述温度低于阈值温度时执行引发步骤。所述温度是指发动机的温度。可替换地，所述温度是环境温度。

其它特征中，燃料被加热预定时间段。

仍然其它的特征中，所述电流低于阈值电流。所述阈值电流不足以开始燃料喷射器的致动。

从这里提供的说明中可应用的其它方面将会变得明显。应当理解，说明书和具体实施例只是起示意性的目的并且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

在此说明的附图仅仅是起示意性的目的并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1示例性的内燃机功能框图；

图2是图1的示例性的发动机中使用的示例性的燃料喷射器的横截面图；和

图3是示出由本发明的燃料预热控制执行的示例性的步骤的流程图。

具体实施方式

以下优选实施例的说明实质上仅仅是示例性的并且并不旨在限制本发明，其应用或使用。为了简明，附图中使用相同的附图标记以表示相同的部件。如在此使用的，术语模块是指专用集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共享的、专用的或者集群的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器，组合逻辑电路或达到所说明的功能的其他部件。

现在参照图1，示出了示例性的发动机系统10并且该发动机系统10包括产生驱动转矩的发动机12。更具体地，空气通过节气门16被吸入进气歧管14。所述空气引导进入气缸18并且与其中的燃料混合以形成燃烧混合物。燃料喷射器20直接喷射所需量的燃料到气缸18中。所述燃料由燃料系统22提供。燃料混合物在气缸18中被压缩并且点燃以往复地驱动活塞(未示出)，该活塞转动地驱动曲轴24。排气从气缸18排出并且被引导通过排气歧管26排出到废气后处理系统(未示出)，并且排出到空气中。尽管示例性的发动机12包括单个气缸，但是可以预料到本发明公开的燃料预热控制可以应用在包括任意个气缸的发动机上。

控制模块30调节发动机系统10的操作。更具体地，环境温度传感器32对环境温度(T_AMB)作出响应并且基于此产生信号。发动机温度传感器34对发动机温度(T_ENG)作出响应并且基于此产生信号。T_ENG可以提供作为发动机润滑油和/或冷却液的温度或可以提供作为发动机部件(例如，发动机机体)的温度。如在下面详细说明的，控制模块30基于T_AMB和/或T_ENG选择性地产生控制信号，以控制调节为燃料喷射器20提供的电流的电流驱动器36。

现在参照图2，示出了示例性的燃料喷射器20。该示例性的燃料喷射器20在2000年05月23日颁发的美国专利号No.6,065,684，题目为燃料喷射器及其方法的共同转让的专利中进行了详细的说明，其内容在此结合作为参考。示例性的燃料喷射器20包括上部组件40和下部组件42。所述上部组件40包括燃料进口44和燃料过滤器46，燃料通过燃料进口和燃料过滤器流入限定在上下部组件40、42内部的内部空腔48中。

螺线管组件50位于上部组件40内并且选择生地致动在上下部组件40，42之间延伸的阀组件52。螺线管组件50包括多个螺线管线圈54、56，该螺线管线圈通过驱动电路58与电流驱动器36电气连通，该驱动电路包括端子60、62。阀组件52包括布置在螺线管线圈54和56之间并且固定地连接到轴针66上的衔铁64。所述轴针66包括座靠位于下部组件42的端部处的阀座70上的阀头68。弹簧72向上部组件40偏置衔铁64和轴针66，以确保阀头68座靠在阀座70上。选择性地致动螺线管线圈54、56以克服弹簧72的偏置力引起衔铁64和轴针66的向下运动。当阀头68从阀座70移动时，内部空腔48内的加压液体离开燃料喷射器20并且喷射到气缸18中。

本发明公开的燃料预热控制使用燃料喷射器和相关的驱动电路可选择地对将喷入气缸的燃料进行预热。更具体地，所述燃料预热控制使用螺线管线圈和驱动电路中散失的能量对燃料喷射器内存在的燃料进行加热。燃料的加热增加了燃料的蒸汽压力，提高了燃料蒸发和起动性。当用在具有高乙醇含量，低里德(Reid)蒸汽压力(RVP)或低驱动能力指标时，燃料预热控制尤其有利。

在一个实施例中，当即将实施的发动机起动被认为是冷起动时，燃料预热控制对燃料进行预热。可以基于T_AMB和/或T_ENG来决定发动机起动是否是冷起动。例如，如果T_AMR低于阈值(T_THR)，则发动机起动被认为是冷起动。可选择地，如果T_ENG低于冷起动阈值(T_CS)，发动机起动被认为是冷起动。优选使用T_ENG，因为其能够更好地指示发动机的燃料汽化能力。例如，即使发动机在低于T_THR的T_AMB停止的情况下，如果发动机从上次运转仅停止很短的时间，则该发动机温度T_ENG仍然可能高于T_CS。

在点火开始前燃料预热控制对燃料的加热达阈值时间段。在不会打开阀的销柱的情况下由螺线管线圈产生热量，由此防止燃料喷射到气缸中。通过在开始点火之前向喷射器螺线管提供阈值时间的低电流或冷起动电流(i_SC)而完成。i_SC足够小以不会产生足够的力来抵消闭合弹簧并且移动喷射器衔铁，否则将导致燃料过早地射入气缸中。使用可变电流驱动器进行电流控制。

可以基于一些因素，但不限于这些因素，如将被加热的燃料的质量，燃料的具体类型和/或燃料的属性可以确定t_THR。例如，如果空腔48内存在的所有燃料都需要被加热，则t_THR可以较长，并且如果仅仅是空腔48内的燃料的一部分(例如，下部组件42中的燃料)需要被加热，则t_THR可以较短。t_THR还可以基于监测到的温度(例如，T_AMB和/或T_ENG)变化。例如，如果监测到的温度明显低于阈值(例如，T_THR或T_CS)，则可以用更长的时间加热燃料。因此，t_THR较长。如果监测到的温度稍微低于阈值(例如，T_THR或T_CS)，则可以不用很长的时间加热燃料。因此，t_THR较短。

现在参照图3，将详细描述由燃料预热控制执行的示例性的步骤。在步骤300时，控制确定是否请求发动机起动。这通常基于驾驶员请求而确定，基于钥匙位置可以典型地产生该驾驶员请求。如果没有请求发动机起动，则控制循环返回。如果请求了发动机起动，则在步骤302中控制判断T_ENG是否小于T_CS。如果T_ENG不低于T_CS，则在步骤304，控制开始正常发动机起动。如果T_ENG小于T_CS，则在步骤306中控制继续。

在步骤306中，控制将计时器t设定为等于0。在步骤308中，控制将电流ics提供给一个或多个喷射器。在步骤310中，控制确定t是否大于t_THR。如果t不大于t_THR，则在步骤312中递增t并且循环返回到步骤308。如果t大于t_THR，则在步骤314中控制开始点火并且控制结束。

本领域技术人员从上述说明中现在可以得知，可以以各种形式实施本发明的广义的教导。因此，尽管结合其特殊的实施例说明了本发明，但由于基于附图，说明书以及以下的权利要求的学习其他的修改对本领技术人员而言将是显而易见的，因此并不限制本发明的真实范围。

Claims

1.一种在内燃机中预热燃料的方法，包括：

当燃料出现在燃料喷射器中时，在内燃机的燃料喷射器的螺线管线圈中提供第一电流，其中所述第一电流低于阈值电流，该阈值电流不足以开始所述燃料喷射器的致动；

在内燃机起动期间，使用由所述螺线管线圈产生的热来加热所述燃料喷射器内的燃料；

基于燃料喷射器内的燃料的质量确定阈值时间；以及

在所述起动期间并在所述阈值时间之后，开始内燃机的点火；

其中所述燃料在开始所述内燃机的点火之前被加热，以及

其中在所述阈值时间期间进行所述燃料的加热。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

监测温度；以及

当所述温度低于阈值温度时，执行所述提供步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述温度为发动机温度。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述温度为环境温度。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述燃料的加热发生达预定的时间段。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

根据环境温度和内燃机温度确定阈值时间。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

当所述燃料喷射器中的所有燃料都要被加热时，确定第一阈值时间；

当所述燃料喷射器中的燃料的一部分要被加热时，确定第二阈值时间。

8.一种用于在内燃机中预热燃料的系统，包括：

布置在内燃机内的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括螺线管线圈并且其中具有燃料；和

当燃料出现在燃料喷射器中时在所述燃料喷射器的所述螺线管线圈中引发第一电流的第一模块，

其中在内燃机起动期间且在开始内燃机点火之前，使用由所述螺线管线圈产生的热来加热所述燃料喷射器内的燃料达预定的时间段，其中所述预定时间段是基于被加热的燃料的质量而确定的；

其中基于容纳所述燃料的所述燃料喷射器内的空腔的容积来确定将被加热的燃料的所述质量；

其中，所述第一电流低于阈值电流，所述阈值电流不足以开始所述燃料喷射器的致动，并且，

其中所述第一模块在开始内燃机的点火之前引发第一电流来加热所述燃料。

9.如权利要求8所述的系统，还包括监测温度并且当所述温度低于阈值温度时向所述第一模块发出信号以引发所述电流的第二模块。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述温度为内燃机温度。

11.如权利要求9所述的系统，其中所述温度为环境温度。

12.一种起动内燃机的方法，包括：

当燃料出现在燃料喷射器中时，在内燃机的燃料喷射器的螺线管线圈中引发第一电流；以及

在内燃机起动期间且在开始内燃机的点火之前，使用由所述螺线管线圈产生的热来加热所述燃料喷射器内的燃料达预定时间段，其中所述预定时间段是基于被加热的燃料的质量而确定的；

其中，所述第一电流低于阈值电流，所述阈值电流不足以开始所述燃料喷射器的致动。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

监测温度；以及

当所述温度低于阈值温度时执行所述引发步骤。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述温度为发动机温度。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述温度为环境温度。

16.如权利要求12所述的方法，其中至少部分地基于容纳所述燃料的所述燃料喷射器内的空腔的容积来确定将被加热的燃料的所述质量。