CN101520008B - 延迟关闭进气阀以提高点火直喷式发动机的冷启动性能 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及延迟关闭进气阀以提高点火直喷式发动机的冷启动性能。具体地，提供了一种发动机控制系统，其包括凸轮相位器，所述凸轮相位器引入凸轮轴进气凸起部与相关的曲轴之间的凸轮相位角θ。发动机控制模块与所述凸轮相位器通信以便在发动机正被启动时引入所述凸轮相位角θ。所述凸轮相位角θ被选择使得在与所述凸轮轴进气凸起部相关的气缸的压缩冲程的至少一部分过程中，所述凸轮轴进气凸起部打开进气阀。

Description

延迟关闭进气阀以提高点火直喷式发动机的冷启动性能
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年2月25日递交的美国临时申请No.61/031096的权益。上述申请的公开内容作为参考被合并于此。
技术领域
本发明涉及在启动点火直喷式(SIDI)发动机的同时减小气缸压力。
背景技术
本文提供的背景技术描述是为了一般性地表述本公开的背景信息。在此背景技术部分中所描述的范围内以及在递交时并不被认定为现有技术的说明书各方面上，当前的署名发明人的工作并没有明显地或隐含地被承认为是破坏本公开新颖性的现有技术。
点火直喷式(SIDI)发动机包括一个或更多的直接将燃料喷射至相关的发动机气缸内的燃料喷射器。当发动机正在运行时，燃料泵在高压下，例如3-15百万帕斯卡(435-2176磅每平方英寸)，将燃料供应给燃料轨。燃料泵可由发动机机械驱动。燃料轨将加压燃料提供给燃料喷射器，燃料喷射器以发动机控制模块确定的时间和脉冲宽度将燃料喷射入气缸。
当发动机正被启动时，需要一些时间用于燃料泵提升燃料轨内的压力。在此期间，燃料压力对于燃料喷射器来说可能太低而不用提供足够的燃料以快速和可靠地启动发动机。经过燃料喷射器的燃料流率基于穿过燃料喷射器喷嘴的压力差。当发动机被首次启动时，发动机缓慢旋转，而被机械驱动的燃料泵可能不能开发出大于气缸内的压力的燃料压力。燃料压力因此有可能不能像所需要的那样克服气缸压力以便通过喷射器将燃料传送到气缸。
发明内容
发动机控制系统包括凸轮相位器，其引入凸轮轴进气凸起部(lobe)与相关的曲轴之间的凸轮相位角θ。发动机控制模块，其与所述凸轮相位器通信以便在发动机正被启动时引入所述凸轮相位角θ。所述凸轮相位角θ被选择使得在与所述凸轮轴进气凸起部相关的气缸的压缩冲程的至少一部分过程中，所述凸轮轴进气凸起部打开进气阀。
在其它特征中，所述发动机控制系统包括由所述凸轮轴驱动的机械式燃料泵。所述发动机控制模块与所述凸轮相位器通信以便在所述发动机被启动之后消除所述凸轮相位角θ，使得所述凸轮轴进气凸起部在与所述凸轮轴进气凸起部相关的气缸的压缩冲程过程中被关闭。燃料喷射器将燃料直接喷射入所述气缸。
控制发动机的方法，包括确定发动机是否正被启动，以及在所述发动机正被启动时引入凸轮相位角θ。所述凸轮相位角θ被选择使得进气阀在与所述进气阀相关的气缸的压缩冲程的至少一部分过程中是被打开。
在其它特征中，所述方法在所述发动机被启动之后消除所述凸轮相位角θ，使得所述进气阀在所述压缩冲程期间内被关闭。所述方法包括将燃料直接喷射入所述气缸。
发动机控制系统包括：凸轮相位器，其控制发动机的凸轮轴进气凸起部与相关的曲轴之间的凸轮相位角θ；燃料喷射器，其将燃料直接喷射入气缸；机械式燃料泵，其由曲轴驱动且将所述燃料提供到所述燃料喷射器；以及发动机控制模块，其在发动机正被启动时与所述凸轮相位器通信以引入所述凸轮相位角θ，以及在所述发动机被启动之后消除所述凸轮相位角θ。所述凸轮相位角θ被选择使得在与所述凸轮轴进气凸起部相关的气缸的压缩冲程的至少一部分过程中，所述凸轮轴进气凸起部打开进气阀。
仍然在其它特征中，上述的系统和方法由被一个或更多的处理器执行的计算机程序实现。所述计算机程序可以保存在计算机可读介质上，例如但不限于存储器、非易失性数据存储器、和/或其它适合的有形存储介质。
从下面提供的详细描述，本公开的进一步应用领域将变得显而易见。应该理解的是，详细描述和具体示例仅旨在说明的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
从详细描述和附图，本公开将能被更完全地理解，其中：
图1为点火直喷式发动机和相关的发动机控制模块的功能块图；
图2为当图1的发动机正被启动和正运行时的进气阀相位图；以及
图3为改变图2的进气阀相位的方法流程图。
具体实施方式
下面的描述实际上仅为示例性的，而决不旨在限制本公开、其应用或使用。为了清楚起见，附图中使用相同的附图标记代表相似的元件。如本文所使用的，表述A、B和C中的至少一个应该被解释为意味着使用非排外逻辑或的逻辑(A或B或C)。应该理解的是，方法中的步骤可以不同的顺序被执行，而不改变本公开的原理。
如本文所使用，术语模块表示的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多的软件或固件程序的处理器(共享、专用或组群)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它提供所述功能的适合的器件。
现在参见图1，示出具有相关的发动机控制模块12的点火直喷式发动机10的功能块图。发动机10包括容纳往复运动活塞16的气缸14。进气阀18打开以允许空气进入气缸14。排气阀20打开以允许排放的气体从气缸14排出。进气阀18和排气阀20的打开和关闭由相关的进气凸轮凸起部22和排气凸轮凸起部24控制。进气凸轮凸起部22和排气凸轮凸起部24与凸轮轴26一起旋转。凸轮轴26还包括驱动机械式燃料泵30的燃料泵凸起部28。应该理解的是，燃料泵30还可以是齿轮驱动的或是电动的。凸轮轴齿轮32通过可调凸轮相位器34来驱动凸轮轴26。
往复运动活塞16驱动曲轴40。曲轴齿轮42与曲轴40一起旋转。曲轴齿轮42通过带或链条44驱动凸轮轴齿轮32。在一些实施例中，带或链条44可由齿轮代替。环形齿轮50也连接到曲轴40。启动器电动机52包括旋转和啮合环形齿轮50的小齿轮54。启动器电动机52能够因此旋转曲轴40以便开始上下移动往复运动活塞16和启动器发动机。
发动机控制模块12包括与凸轮相位器34通信的输出，以选择性地建立凸轮相位角θ(如最佳地在图2中所示)。发动机控制模块12还包括输出以控制电动燃料泵60、燃料喷射器62和启动器52。曲轴位置传感器64根据曲轴40的速度产生信号且将该曲轴信号传递给发动机控制模块12。
当发动机10正被启动时，凸轮轴26的速度对于机械式燃料泵30来说太低而不能产生适合的速率的燃料压力增加(每单位时间)。因此，在燃料喷射器62处可用的燃料压力低于当发动机运行时的燃料压力。较低的燃料压力可能不足以向气缸14提供期望量的燃料。当燃料是具有比汽油低的能量密度的乙醇且气缸14需要更多的燃料来启动发动机10时，这是尤其存在的(true)。为了减小启动发动机时气缸14中的压力，发动机控制模块12调节凸轮相位器34使之引入凸轮相位角θ。凸轮相位角θ在发动机10的压缩冲程的至少一部分过程中保持进气阀18打开。产生的减小的气缸压力增加了通过燃料喷射器62的燃料流率并且也减小了出现在启动器电动机52上的负载。减小的负载允许启动器电动机52以较高的RPM(每分钟转数)旋转曲轴40。较高的RPM减小了使机械式燃料泵30开发出适合的燃料压力所需要的时间量。
现在参见图2，时刻图示出了发动机循环的四个冲程。进气阀18和排气阀20的运动分别以80和90示出。可以看到，当发动机运行时，进气阀18在其相关的压缩冲程开始之前关闭。然而，当发动机10正被启动时，凸轮相位器34引入凸轮相位θ。凸轮相位θ使得进气阀18在压缩冲程的一部分过程中保持打开，如92所示。当排气凸起部24和进气凸起部22位于相同的凸轮轴26上时，排气阀20的打开和关闭也可偏移凸轮相位θ，如94所示。
现在参见图3，方法100示出何时引入相位角θ。方法100可由发动机控制模块12执行。方法100可由存储在发动机控制模块12中的实体计算机可读存储器中的计算机可读指令实现。
控制系统从块102进入，且随即进行到决策块104。在决策块104中，控制系统确定发动机10的速度是否小于N1转每分钟(RPM)，其中N1为有理数。N1应该被选择为大于发动机10的曲轴启动RPM。如果发动机RPM小于N1，随后控制系统分岔进入块110，清除“发动机运行”标志。发动机运行标志可在发动机控制模块12中作为一个单独的比特位实现。控制系统随后进行到块112，调节凸轮相位器34以引入凸轮相位θ。控制系统随后从块118退出到其它任务。
现在返回决策块104，如果发动机RPM大于N1，则控制系统分岔进入决策块106。在决策块106中，控制系统确定发动机运行标志是否被设置。如果是，则控制系统从块118退出到其它任务。如果没有，则控制系统分岔进入决策块108，确定发动机RPM是否大于N2，其中N2为有理数。N2的值应该大于N1以便在引入和移除凸轮相位θ之间提供RPM滞后。而且，N2还应该小于发动机10的最低预期空转RPM。
如果在决策块108中发动机RPM小于N2，则发动机10不运行而控制系统分岔进入块110。另一方面，如果发动机RPM大于N2，则发动机10已经被启动。控制系统随后分岔进入块114且设置发动机运行标志。控制系统随后进行到块116，致动凸轮相位器34以移除凸轮相位θ。控制系统随后从块118退出到其它任务。
本领域技术人员现在能够从前面描述理解的是，本公开的宽泛的教导能够以各种形式实现。因此，虽然本公开包括具体的示例，而本公开真实的范围不应该被限制于此，因为基于对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于熟练技术人员将变得显而易见。

Claims (9)

1.一种发动机控制系统，包括：
凸轮相位器，其引入凸轮轴进气凸起部与相关的曲轴之间的凸轮相位角θ；以及
发动机控制模块，其在发动机正被启动时与所述凸轮相位器通信以引入所述凸轮相位角θ，其中所述凸轮相位角θ被选择使得在与所述凸轮轴进气凸起部相关的气缸的压缩冲程的至少一部分过程中，所述凸轮轴进气凸起部打开进气阀。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，还包括由所述凸轮轴驱动的机械式燃料泵。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述发动机控制模块与所述凸轮相位器通信以在所述发动机被启动之后消除所述凸轮相位角θ，使得所述凸轮轴进气凸起部在与所述凸轮轴进气凸起部相关的气缸的压缩冲程过程中被关闭。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，还包括将燃料直接喷射入所述气缸的燃料喷射器。
5.一种控制发动机的方法，包括：
确定发动机是否正被启动；以及
在所述发动机正被启动时引入凸轮相位角θ，其中所述凸轮相位角θ被选择使得在与所述进气阀相关的气缸的压缩冲程的至少一部分过程中，进气阀被打开。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在所述发动机被启动之后消除所述凸轮相位角θ，使得所述进气阀在所述压缩冲程期间内被关闭。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括将燃料直接喷射入所述气缸。
8.一种发动机控制系统，包括：
凸轮相位器，其控制发动机的凸轮轴进气凸起部与相关的曲轴之间的凸轮相位角θ；
燃料喷射器，其将燃料直接喷射入气缸；
燃料泵，其由所述发动机驱动且将所述燃料提供到所述燃料喷射器；以及
发动机控制模块，其在所述发动机正被启动时与所述凸轮相位器通信以引入所述凸轮相位角θ，以及在所述发动机被启动之后消除所述凸轮相位角θ，其中所述凸轮相位角θ被选择使得在与所述凸轮轴进气凸起部相关的气缸的压缩冲程的至少一部分过程中，所述凸轮轴进气凸起部打开进气阀。
9.如权利要求8所述的发动机控制系统，其特征在于，所述发动机控制模块比较发动机RPM与预先确定的N1和N2，以确定所述发动机是否正被启动，其中N1和N2为有理数。
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