CN101387232B - 直接喷射发动机的带有气缸解除激活的发动机起动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直接喷射发动机的带有气缸解除激活的发动机起动系统。一种发动机起动系统，包括与发动机的多个燃烧室相关的燃料喷射器。燃料喷射器包括：与第一燃烧室相关的第一燃料喷射器。第二燃料喷射器与第二燃烧室相关。控制模块联接到燃料喷射器，且控制模块在所述的发动机的起动期间在解除激活状态中运行第一燃料喷射器以用于第一室循环。第一室循环包括进气冲程和排气冲程，且与第一燃烧室相关。

Description

直接喷射发动机的带有气缸解除激活的发动机起动系统

技术领域

本披露涉及直接喷射发动机的运行，且更特定地涉及直接喷射发动机的启动和起动。

背景技术

在此描述的背景技术用于一般地给出披露的上下文的目的。本发明人的工作(其程度在此背景部分中描述)以及说明书的在提交时可能不另外认为是现有技术的方面不明确地或隐含地视作本披露的现有技术。

已建议了用于内燃机的火花点燃直接喷射(SIDI)系统以改进燃料经济性。SIDI系统包括高压燃料喷射系统，该系统直接将燃料喷射到发动机的燃烧室内。这造成了在燃烧室内的分层装填，这导致了燃料经济性的益处。此益处由于更少地限制了节流要求和改进的燃料燃烧特征而提供。

高压燃料喷射系统包括基于发动机转速而机械地驱动的高压泵。高压泵向发动机的燃料喷射器通过高压燃料轨提供燃料。当发动机长期处于静止时(称为长期浸透)，在高压燃料轨内的燃料轨压力下降到大致0kg/cm。在发动机起动期间，当发动机处于冷态时，燃料轨压力需要在短的时间期间内达到高压以初始化持续和有效的燃烧。燃料轨压力需要达到高于可以一般地从燃料箱由燃料喷射系统提供的压力的压力。

要求的燃料轨压力取决于喷射器流动参数，发动机起动速度和可允许的燃料喷射时间窗。发动机起动速度是电池状况和发动机温度的函数。在冷运行状况期间经历了低曲轴速度和高曲轴燃料脉宽。典型的发动机起动速度在冷运行温度下大致为100转/分(rpm)。由于低起动速度，高压泵不能在启动期间提供要求的燃料流动压力。

同样，在燃料喷射到燃烧室内期间，燃料轨压力必须高于燃烧室内的压力。这允许燃料的净流动流出燃料喷射器且流入到燃烧室内。

发明内容

因此，发动机起动系统包括燃料喷射器，该燃料喷射器与发动机的多个燃烧室相关。燃料喷射器包括与第一燃烧室相关的第一燃料喷射器。第二燃料喷射器与第二燃烧室相关。控制模块联接到燃料喷射器，且在所述的发动机的起动期间以解除激活的状态运行第一燃料喷射器以用于第一室循环。第一室循环包括进气冲程和排气冲程，且与第一燃烧室相关。

在其他的特征中，发动机系统包括具有带室循环的燃烧室的发动机。燃料喷射器与燃烧室相关。温度传感器生成了温度信号。控制模块在发动机的起动期间且基于温度信号以解除激活状态运行燃料喷射器以用于室循环。室循环包括进气冲程和排气冲程。

在再其他的特征中，发动机启动方法包括起动发动机。发动机的起动包括旋转发动机通过多个室循环。与发动机的燃烧室相关的燃料喷射器被解除激活以用于至少一个室循环。

可应用性的另外的范围将从在此提供的描述中变得显见。应理解的是说明书和特定的例子仅意图于图示的目的，且不意图于限制本披露的范围。

附图说明

本披露将从详细的说明书和附图中变得更完全地被理解，各图为：

图1是根据本披露的实施例的典型的发动机起动系统的功能性方框图；

图2是根据本披露的另一个实施例的典型的发动机起动系统的功能性方框图；和

图3是图示了根据本披露的实施例的起动发动机的方法的逻辑流程图。

具体实施方式

如下描述在本质上仅是典型的且不意图于限制此披露、其应用或使用。为清晰起见，相同的参考数字将在附图中用于识别类似的元件。如在此所使用，术语“模块”指特定用途集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享处理器，专用处理器或处理器组)，和存储器，组合逻辑电路，和/或提供了所述的功能性的其他合适的部件。如在此所使用，措辞“A、B和C的至少一个”应解释为意味着使用非排他逻辑OR的逻辑(A或B或C)。应理解的是在方法内的步骤可以以不同的次序执行而不改变本披露的原理。

在如下的描述中，术语“起动”指将发动机转动以开始其一个或多个部件的往复运动。例如，启动机可以起动或转动发动机的曲轴，以初始化其内的活塞的往复运动且便于燃烧循环。

另外，在如下的描述中，术语“燃烧循环”指多冲程循环，它可以包括进气冲程，压缩冲程，点火冲程和排气冲程。注意到燃烧循环例如可以包括两个冲程或四个冲程，或冲程的一些其他组合。

此外，在如下的描述中，术语“室循环”也指多冲程循环。然而，室循环可以是燃烧循环或非燃烧循环。换言之，室循环可以包括多个冲程，它们一般地与燃烧室的进气、压缩、点火和排气冲程相关，且尚未接收进气空气和燃料，接收来自点火系统的火花，且不能释放排气。在非燃烧或解除激活室循环期间，燃料喷射、气门开启和火花点燃可以被解除激活。

参考图1，图中使出了典型的发动机起动系统10的功能性方框图。应认识到的是发动机起动系统10仅是典型的。发动机起动系统10可以包括汽油直接喷射发动机系统，均匀装填压缩点燃发动机系统，柴油发动机系统和/或其他发动机系统。

发动机起动系统10包括内燃机12，共轨燃料喷射系统14，点火系统16和控制模块18。在运行中，发动机12燃烧了空气和燃料混合物以产生驱动转矩。发动机12包括以直列布置的形式构造成气缸组的四个气缸20。气缸20具有相关的燃烧室21，燃烧室21内包括活塞22的部分。虽然图1描绘了四个气缸(N＝4)，但可以认识到的是发动机12可以包括更多或更少的气缸。例如，可构思具有2、3、4、5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。

空气可以通过节气门抽吸到进气歧管内。空气从进气歧管抽吸到气缸20内且在气缸20内被压缩。燃料通过燃料喷射系统14喷射到气缸20内且已压缩的空气的热量将空气/燃料混合物点燃。排气从气缸22排放到排气系统内。

发动机12也可以包括曲轴24，一个或多个凸轮轴26和气门系28。当曲轴24旋转时它促动了活塞22在气缸20内往复运动。当合并凸轮轴26时，凸轮轴26用于开启和关闭气门系28的气门30，以允许进气空气进入燃烧室21且允许排气从燃烧室21释放。

燃料喷射系统14包括燃料喷射器40，该燃料喷射器40安装在发动机12上且直接将燃料喷射到燃烧室21内。燃料喷射器40从一个或多个燃料泵42，一个或多个燃料轨或管线44和燃料箱46接收燃料。在所示出的典型的实施例中，低压燃料泵48布置在燃料箱46内且将燃料通过低压燃料管线52提供到高压泵50。高压泵50安装在发动机12上或靠近发动机12，且基于发动机速度运行。高压泵50可以通过带60和一对带轮61等从曲轴24接收旋转能。带轮61提供了在发动机12的运行速度和高压泵50的运行速度之间的预先确定的比。高压泵可以基于凸轮轴速度或通过一些其他控制机构运行。高压燃料轨62将燃料在高压泵50和燃料喷射器40之间连通。燃料喷射器40基于来自控制模块18的信号将燃料提供到燃烧室21。

点火系统16提供了火花以点燃燃烧室21的每个内的空气/燃料混合物。点火系统16可以包括点火分配系统66，该系统66将电流提供到一个或多个火花塞68或其他点火设备。点火分配系统66可以包括线圈、分配器、导线和其他机械和/或电子点火部件和设备。

控制模块18根据本披露的发动机启动和起动方法调节了系统10的运行。控制模块18可以接收来自多种传感器的传感器状态信号，例如燃料压力传感器70和其他传感器72。基于从传感器70和72接收到的状态信号，控制模块18控制了空气喷射，燃料喷射，起动，点火和其他发动机运行功能。燃料压力传感器70可以包括高压传感器74和/或低压传感器76。高压传感器74检测高压燃料轨62内的压力。低压传感器76可以检测低压管线52内的燃料压力。

其他传感器72例如可以包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、氧水平传感器、发动机速度传感器和空气-燃料传感器，以用于状态确定和控制发动机起动系统10。温度传感器可以包括发动机温度传感器、冷却剂温度传感器、机油温度传感器、环境温度传感器和/或其他温度传感器。压力传感器可以包括气缸压力传感器。

控制模块18可以是基于微处理器的控制模块，例如具有中央处理单元，存储器(RAM和/或ROM)和相关的输入和输出总线的计算机。控制模块18可以是专用集成电路或可以由其他在本领域中已知的逻辑设备形成。控制模块18可以每个是中央车辆主控制单元的部分，交互式车辆动态模块，主控制模块，具有电源的控制电路，组合为单独的集成的控制模块或可以是独立的控制模块，如所示出。

发动机起动系统10可以进一步包括启动机80。启动机80用于直接和间接起动曲轴24，且开始活塞22的往复运动以便于内部燃烧过程。启动机80可以从例如电池的电源82接收动力，或从其他电源82接收动力。启动机80可以使得联接到凸轮轴24的飞轮旋转。

参考图2，图中示出了另一个典型的发动机起动系统10′的功能性方框图。发动机起动系统10′包括带有独立地运行的进气门和排气门30’的气门系28’。进气和排气螺线管90用于运行进气门和排气门30’。进气门和排气门30’不通过一个或多个凸轮轴促动。螺线管90可以通过控制模块18’电子地运行。发动机起动系统10’作为一个例子提供以图示带有单独运行的气门的系统，本发明可以应用于利用了其他独立气门运行和控制系统和技术的发动机系统。

参考图3，图中示出了逻辑流程图，该流程图图示了例如发动机10和10’之一的发动机的启动方法。虽然如下的步骤主要关于图1和图2中的实施例描述，但步骤可以容易地修改以应用于本发明的其他实施例。

在步骤200中，发动机系统以启动模式运行，且一个或多个温度信号被生成且通过控制模块接收，例如控制模块18和18’的一个。发动机和/或发动机冷却剂、发动机机油、变速器或其他安装在发动机上的元件的温度可以被确定。也可以或替代地确定环境温度。

在步骤202中，确定了到一个或多个燃料喷射器(例如燃料喷射器40)的燃料压力。

在步骤204中，确定了缸压。在一个实施例中，基于已知的运行状况和发动机的特征间接地确定了缸压。

在步骤200至204中，温度和压力可以直接或间接地确定。当直接确定时，温度和压力信号可以从传感器接收。当间接地确定时，温度和压力可以通过控制模块确定。发动机的与温度和压力不同的参数也可以被确定。这些参数也可以直接和/或间接地通过传感器或通过使用其他已知技术确定。算法可以用于确定温度、压力和其他参数。例如，表可以存储在存储器内以从发动机和相关系统的其他参数、已知的运行状况和已知的运行特征来确定温度和/或压力。

在步骤206中，控制模块确定了一个或多个状况何时存在，例如温度的一个或多个是否低于相关的预先确定的阈值。当一个或多个状况存在时，控制模块可以前进到步骤208，否则，控制模块可以继续正常发动机启动和燃烧点火过程且前进到步骤210。

在步骤208中，控制模块在部分气缸解除激活模式中运行且对发动机的一个或多个气缸解除激活，以用于包括进气冲程和排气冲程的一个或多个燃烧循环。解除激活的气缸数基于燃料压力、高压泵输出、发动机起动速度、喷射器尺寸、一个或多个以上所述的温度和其他参数。

气缸被解除激活以增加高压燃料轨内的压力，例如高压燃料轨62内的压力。当高压燃料轨内的压力高于气缸压力时，燃料可以喷射到气缸内。因此，气缸可以解除激活直至高压燃料轨内的压力高于气缸压力。当高压燃料轨内的压力高于预先确定的压力时，可以初始化有效的燃烧且在气缸内维持燃烧。

解除激活的气缸的且与一个或多个燃烧循环相关的燃料、火花和进气和排气特征被解除激活。燃料、火花和进气和排气特征可以同时或基于合适的定时方案来解除激活。这由于燃料需要的降低和高压燃料轨内的燃料压力的快速增加而增加了效率。进气门和排气门关闭以降低由发动机施加的泵送功且防止稀薄排气的产生。维持合适的排气水平有助于维持催化转换器的起燃时间。

注意到一定的气缸可以在这样的解除激活和如下描述的发动机起动期间维持处于激活状态。解除激活的气缸可以以任何次序、方式等选择。

在步骤208A中，控制模块将与一个或多个燃烧室相关的一个或多个燃料喷射器解除激活。在步骤208B中，控制模块将与一个或多个解除激活的燃料喷射器相关的进气门和排气门关闭。气门可以基于燃料喷射器的状态和/或响应于解除激活信号而关闭。进气门和排气门的螺线管可以被促动以关闭进气门和排气门。

在步骤208C中，控制模块将与解除激活的燃料喷射器相关的一个或多个燃烧室的点燃解除激活。点燃可以基于燃料喷射器的状态和/或响应于解除激活信号而被解除激活。

在步骤210中，控制模块将内部燃烧过程初始化且通过启动机和曲轴来起动发动机。发动机被旋转或换言之曲轴被旋转通过多个室循环。

在步骤212中，当发动机被起动和/或气缸的一个或多个保持解除激活时，控制模块可以返回到步骤200，否则可以执行步骤214。当所有气缸被激活或当内部燃烧过程处于持续模式时，控制模块可以前进到步骤214。持续模式指发动机能继续内部燃烧过程且不再需要起动。

在步骤214中，当步骤206的状况的一个或多个不再存在时，控制模块可以前进到步骤206。例如，当高压燃料轨内的压力高于当前的气缸压力和/或高于预先确定的压力时，控制模块可以前进到步骤216。例如，当温度高于或等于阈值时，控制模块可以前进到步骤216。在步骤216中，被解除激活的气缸的一个或多个被激活。

在步骤218中，解除激活的气缸维持在激活状态且正常的起动和内部燃烧过程继续。被激活的气缸的燃料、点火和进气和排气特征在正常模式中运行。空气和燃料进气量或流量可以对于启动调节，如与在持续模式中的运行相对。当发动机处于持续模式中，步骤220被进行。解除激活的气缸经历了非燃烧或解除激活的室循环。在解除激活的气缸内的活塞可以往复运动，然而空气、燃料和火花可以不提供到相关的燃烧室。在步骤220中，持续模式被维持。

以上所述的步骤意味着被图示的例子；步骤可以相继地、同步地、同时地、连续地、在重叠的时间期间内或以不同的次序而执行，这取决于应用。

以上所述的实施例允许发动机系统以高轨压力在冷态运行温度时喷射燃料。高轨压力降低了发动机的排放输出。以上所述的实施例也允许使用尺寸降低的喷射器，因为在冷启动期间的燃料要求影响了喷射器的尺寸。

本领域一般技术人员现在可以从前述描述中认识到此披露的广泛的教示可以以多种形式实施。因此，虽然此披露包括特定的例子，但披露的真实范围不应被限制，因为当阅读了附图、说明书和如下的权利要求书时，其他修改将对于一般技术人员是显见的。

Claims (19)

1.一种发动机起动系统，包括：

与发动机的多个燃烧室相关的多个燃料喷射器，包括：

与第一燃烧室相关的第一燃料喷射器；和

与第二燃烧室相关的第二燃料喷射器；

将燃料供给到所述的多个燃料喷射器的燃料轨；和

控制模块，所述的控制模块在所述的发动机的起动期间且在解除激活状态中运行所述的第一燃料喷射器以用于第一室循环，从而将所述燃料轨中的燃料压力提升至高于气缸压力的水平；

其中所述的第一室循环包括进气冲程和排气冲程，且与所述的第一燃烧室相关。

2.根据权利要求1所述的发动机起动系统，进一步包括与所述的进气冲程和排气冲程相关的气门，其中所述的控制模块在所述的进气冲程和排气冲程期间将所述的气门维持在关闭状态。

3.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中在第二室循环期间所述的第二燃料喷射器处于激活状态，所述的第二室循环至少部分地在所述的第一室循环期间发生。

4.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中所述的多个燃料喷射器直接将燃料喷射到所述的多个燃烧室内。

5.根据权利要求1所述的发动机起动系统，进一步包括基于所述的发动机转速运行的泵，且所述的泵将燃料供给到所述的多个喷射器。

6.根据权利要求5所述的发动机起动系统，其中所述的发动机包括曲轴，且其中所述的泵基于所述的曲轴转速运行。

7.根据权利要求5所述的发动机起动系统，其中所述的发动机包括凸轮轴，且其中所述的泵基于所述的凸轮轴转速运行。

8.根据权利要求3所述的发动机起动系统，进一步包括生成了温度信号的温度传感器，其中所述的控制模块在所述的解除激活状态中运行所述的第一燃料喷射器，且在所述的激活状态中基于所述的温度信号运行所述的第二燃料喷射器。

9.根据权利要求8所述的发动机起动系统，其中所述的温度传感器检测所述的发动机、冷却剂、机油和空气的至少一个的温度。

10.根据权利要求1所述的发动机起动系统，进一步包括：

联接到所述的燃料轨且生成了压力信号的压力传感器，

其中所述的控制模块在所述的解除激活状态中运行所述的第一燃料喷射器，且在激活状态中基于所述的压力信号运行所述的第二燃料喷射器。

11.根据权利要求1所述的发动机起动系统，进一步包括起动了所述的发动机的启动机，其中所述的控制模块通过所述的启动机控制了在启动期间所述的发动机的起动速度。

12.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中所述的发动机包括气门系，其中所述的控制模块基于对于室循环的所述的多个燃料喷射器的状态对于该室循环选择地开启和关闭所述的气门系内的气门。

13.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中所述的发动机包括气门系，其中所述的控制模块在所述的发动机起动期间选择地开启和关闭所述的气门系内的气门。

14.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中所述的控制模块在所述的发动机起动期间维持所述的第一燃料喷射器在解除激活状态。

15.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其中所述的第一室循环包括燃烧室内的多个活塞冲程。

16.根据权利要求1所述的发动机起动系统，进一步包括在所述的多个燃烧室内点燃混合物的点火系统，其中所述的控制模块在所述的第一室循环期间将与所述的第一燃烧室相关的所述的点火系统的部分解除激活。

17.一种发动机系统，包括：

具有带有室循环的燃烧室的发动机；

与所述的燃烧室相关的燃料喷射器；

将燃料供给到所述的燃料喷射器的燃料轨；

生成温度信号的温度传感器；和

控制模块，所述的控制模块在所述的发动机起动期间且基于所述的温度信号在解除激活状态中运行所述的燃料喷射器以用于所述的室循环，从而将所述燃料轨中的燃料压力提升至高于气缸压力的水平，所述的室循环包括进气冲程和排气冲程。

18.根据权利要求17所述的发动机系统，其中所述的控制模块在所述的发动机起动期间当所述的温度信号低于预先确定的阈值时以解除激活状态运行所述的燃料喷射器。

19.一种启动发动机的方法，包括：

起动发动机，包括通过多个室循环旋转所述的发动机；和

对于所述的室循环的至少一个将与所述的发动机的燃烧室相关的燃料喷射器解除激活，从而将所述发动机的燃料轨中的燃料压力提升至高于气缸压力的水平。

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