CN101915171A - 启动火花点火直喷发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及启动火花点火直喷发动机的方法。具体而言，提供一种直喷发动机的冷启动模块，包括燃料流量确定模块和气缸起动/停用模块。所述燃料流量确定模块确定所要求的燃料流量。所述气缸起动/停用模块在冷启动过程中当所述所要求的燃料流量超出所述燃料泵的最大燃料流量时停用至少一个气缸。

Description

启动火花点火直喷发动机的方法
技术领域
本发明涉及火花点火直喷(SIDI)发动机，并且更具体地涉及启动SIDI发动机的方法。
背景技术
此处提供的背景技术描述是为了对本发明的发明背景进行一般说明。当前署名发明人的工作(在背景技术部分所描述的程度上)，以及说明书中不能作为申请日现有技术的各个方面，都不能明确地或隐含地被认为是与本发明相抵触的现有技术。
火花点火直喷(SIDI)发动机相对于传统进气口喷射内燃机具有改进的燃料经济性和提高的动力。SIDI发动机的燃料喷射系统在高压下操作以将燃料直接喷洒入燃烧室。用于在高压下将燃料供应至燃料轨的燃料泵可由所述发动机机械地驱动。在发动机冷启动过程中，发动机也许没有足够的动力去驱动所述燃料泵以产生期望的高压。而且，发动机在冷启动时通常需要更浓的空气/燃料混合物以维持恒定的转速并且因此需要甚至更高的燃料压力。SIDI发动机的燃料泵也许不能满足发动机冷启动时的燃料要求。具有更大容量的燃料泵可以改进SIDI发动机在冷启动时的性能但同时提高了该发动机的制造成本。
发明内容
因此，根据本发明的教导用于直喷发动机的冷启动控制模块包括燃料流量确定模块和气缸起动/停用模块。所述燃料确定模块确定要求的燃料流量。所述气缸起动/停用模块在冷启动过程中当所要求的燃料流量超出了燃料泵的最大燃料流量时停用至少一个气缸。
在其它特征中，所述起动/停用确定模块基于所要求的燃料流量和燃料泵的最大燃料流量确定需要被停用的气缸的数量。所述最大燃料流量正比于发动机转速。所述气缸起动/停用模块在发动机转速低于阈值时停用上述数量的气缸。所述燃料流量确定模块基于燃料流量要求确定等效燃料比(EQR)。
根据本发明教导的启动直喷发动机的方法包括确定所要求的燃料流量和当冷启动过程中所要求的燃料流量超出了燃料泵的最大燃料流量时停用至少一个气缸。
本发明进一步的应用范围将从此后提供的详细描述变得显而易见。应当理解详细描述和具体例子仅旨在举例说明目的，并且无意限制本发明的范围。
附图说明
此处描述的附图仅为举例说明目的，并且无意限制本发明的范围。
图1是根据本发明的包括冷启动控制模块的发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的包括冷启动控制模块的控制模块的功能框图；而且
图3是根据本发明的启动SIDI发动机的方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示范性的并且无意限制本发明、应用或使用。应当理解，全部附图中使用相同的参考标记标识同样的部件和特征。正如本文中所使用的，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或集群的)和存储器，组合逻辑电路，和/或其他的提供所描述功能的适合部件。
在冷启动过程中，根据本发明的SIDI发动机系统确定所要求的燃料流量并且基于所要求的燃料流量和燃料泵的最大燃料流量停用至少一个发动机气缸，该燃料泵向燃料轨供应高压燃料。随着所起动的气缸数量的减少，该燃料泵向所起动的气缸供应更多的燃料以满足冷启动时的高燃料要求。
参考附图1，根据本发明的教导的发动机系统10包括发动机12，燃料系统14，进气系统16，点火系统18，和排气系统20。燃料系统14向发动机12提供燃料。发动机12是直喷系统，其中燃料在高压下被直接喷入到气缸的燃烧室。进气系统16向发动机12提供空气。点火系统18提供火花以点燃发动机12的燃烧室中的燃料和空气的混合物。该空气-燃料混合物在发动机12内的燃烧提供了传输到变速器(未示出)的动力并且同时产生废气。该废气通过排气系统20离开发动机12。
燃料系统14包括燃料泵22，燃料轨24，喷射系统26，燃料管线28，和压力传感器30。发动机曲轴(未示出)通过凸轮轴机构32驱动燃料泵22。燃料泵22是高压燃料泵，其通过燃料管线28向燃料轨24提供高压燃料。燃料泵22通过调节吸入到燃料泵22的活塞缸中的燃料质量数量来控制流向燃料轨24的燃料质量数量。燃料泵22可以提供例如在6MPa至超过20MPa范围内的燃料轨压力。
燃料轨24将高压燃料输送至喷射系统26。喷射系统26包括多个燃料喷射器(未示出)，这些燃料喷射器与燃料轨24连通并将燃料顺序地且直接地供应到气缸的燃烧室。在燃料轨24处设置压力传感器30以监测轨压力。
控制模块40包括冷启动评估模块42和冷启动控制模块44。冷启动评估模块42接收来自多个传感器(未示出)的数据并且评估冷启动状况是否存在。冷启动状况可以例如在排气系统20中的催化剂低于阈值温度时存在。当冷启动状况存在时，起动冷启动控制模块44。
参考附图2，所述冷启动控制模块44包括燃料流量确定模块46，起动/停用确定模块48和气缸起动/停用模块50。燃料流量确定模块46基于发动机参数确定每个气缸所要求的燃料流量。更具体地，燃料流量确定模块46基于来自控制模块40的燃料流量要求确定所要求的等效比(EQR)。
等效比(EQR)指的是所要求的燃料/空气比与化学当量燃料/空气比的比值。化学当量燃料/空气比指的是燃料被完全氧化时的燃料/空气比。当所要求的EQR大于1时，需要比化学当量比更浓的燃料-空气混合物。当所要求的EQR小于1时，需要比化学当量比更稀的燃料-空气混合物。EQR指示的是超过化学当量比燃料供应中的燃料的多余燃料的百分数。例如，EQR1.146表示发动机需要的燃料量比化学当量比燃烧所需要的燃料量多14.6％。对于直喷发动机来说，在最大动力条件下且允许催化剂保护的情况下，EQR可以在1.3到1.8的范围内。
起动/停用确定模块48将所要求的EQR与燃料泵的容量(也就是，最大燃料流量)相比较并且确定在特定的发动机转速下所要求的EQR是否超出了燃料泵22的最大燃料流量。燃料泵的最大燃料流量与发动机转速成正比。在冷启动过程中，可以要求浓燃料/空气混合物以帮助发动机启动。在低发动机转速时燃料泵的最大燃料流量可能太低而不能提供所要求的燃料流量。如果在特定的发动机转速下所要求的EQR超出了燃料泵22的最大燃料流量，那么就需要停用气缸。起动/停用确定模块48基于所要求的EQR和燃料泵22的最大燃料流量确定要被停用的气缸的数量。气缸起动/停用模块50关闭一些喷射器并停用相关的气缸。因为燃料泵22只向一些气缸提供燃料，所以燃料泵22可以向每个使用着的气缸提供更多的燃料以满足高燃料要求。
在冷启动过程中所要求的EQR可以改变。燃料泵的最大燃料流量也随着发动机的转速而变化。因此，可以每隔一定时间由燃料流量确定模块46确定所要求的EQR并且由起动/停用确定模块48将该所要求的EQR与燃料泵的最大燃料流量相比较。每隔一定时间监测该要求的EQR和该最大燃料流量确保当前使用的气缸的数量与燃料泵的最大燃料流量相对应。如果所要求的EQR没有超出燃料泵的最大燃料流量，那么起动/停用确定模块48确定是否应当起动一些已经被停用的气缸以帮助发动机启动并确定应当被起动的气缸的数量。然后在不超过燃料泵的最大燃料流量的情况下气缸起动/停用模块50起动一些被停用的气缸。该气缸起动/停用模块50依据不断监测的EQR和燃料泵的最大燃料流量继续起动被停用的气缸直至所有气缸都被起动而正常运行。当发动机正常运行时，发动机获得足够的发动机转速(也就是，在阈值速度以上)以向燃料泵提供足够的动力。结果，燃料泵22可以产生所要求的高压以满足发动机正常运行期间的燃料要求。
根据本发明的冷启动控制模块44具有增加了燃料选择的优点。传统的直喷发动机仅设计为用于汽油。与传统发动机相关的硬件和软件可能只在窄的空气/燃料比范围内工作良好。为了利用不同类型的燃料，发动机可能需要在宽的空气/燃料比范围内运行。
例如，当使用乙醇85时，发动机可能要求比相似条件下使用汽油时更浓的空气/燃料混合物(例如，多需要27％-30％的燃料)。传统发动机的高压燃料泵22或许不具有在正常运行和冷启动过程中提供足够燃料的容量。然而，利用本发明的冷启动控制模块44，可以停用一些气缸以允许剩下的使用气缸能够接收到更多的燃料以满足更高的燃料要求。因此，发动机12可以在宽的燃料/空气比范围内运行并且因此能够使用多种燃料运行而不需要改变硬件设计或增加燃料泵的容量。
参考附图3，启动SIDI发动机的方法80开始于步骤82。在步骤84中发动机条件评估模块44确定发动机是否处于冷启动状况。如果发动机处于冷启动状况，则在步骤86起动冷启动控制模块44。在步骤88燃料流量确定模块46基于燃料流量要求确定所要求的燃料流量(或所要求的EQR)。在步骤90起动/停用确定模块48基于所要求的EQR确定燃料泵22是否能满足燃料要求。如果燃料泵22不能满足燃料要求，那么在步骤92中起动/停用确定模块48确定需要被停用的气缸的数量。在步骤94中气缸起动/停用模块50停用一些气缸。
方法80返回到步骤88继续基于发动机参数确定所要求的EQR。如果在步骤90中燃料泵满足燃料要求，那么在步骤96中起动/停用确定模块48确定是否有一些气缸处于停用状态。在步骤98中起动/停用确定模块48还确定是否需要起动一些被停用的气缸。在步骤100中气缸起动/停用模块50起动一些停用的气缸以与燃料泵的最大燃料流量匹配。在步骤102中如果不是所有的气缸都在被使用，那么方法80返回到步骤88继续确定所要求的EQR并控制气缸的起动/停用直至所有的气缸都被使用。当在步骤102中所有的气缸都被使用时，在步骤104中发动机正常运行。方法80结束于步骤106。
本领域技术人员现在可以从前述说明了解到，本发明的广泛教导能够以各种不同形式实施。所以，虽然本发明结合具体示例进行了说明，但是本发明的真实范围不应限于此，因为本领域技术人员在学习附图、说明书和所附权利要求之后将会显而易见到其它的改进。

Claims (14)

1.一种直喷发动机的冷启动控制模块，包括：
燃料流量确定模块，其确定所要求的燃料流量；和
气缸起动/停用模块，其在冷启动过程中当所述所要求的燃料流量超出了燃料泵的最大燃料流量时停用至少一个气缸。
2.如权利要求1所述的冷启动控制模块，其中所述气缸起动/停用模块在发动机转速低于阈值时停用所述至少一个气缸。
3.如权利要求1所述的冷启动控制模块，其中所述燃料泵的最大燃料流量与发动机转速成正比。
4.如权利要求1所述的冷启动控制模块，其中起动/停用确定模块基于所述所要求的燃料流量和所述燃料泵的最大燃料流量确定需要被停用的气缸的数量。
5.如权利要求1所述的冷启动控制模块，其中所述燃料流量确定模块基于燃料流量要求确定等效燃料比(EQR)。
6.如权利要求1所述的冷启动控制模块，其中所述起动/停用确定模块将所述EQR与所述燃料泵的最大燃料流量相比较。
7.如权利要求1所述的冷启动控制模块，其中在停用所述至少一个气缸之后，当所述所要求的燃料流量不超过所述燃料泵的最大燃料流量时所述起动/停用模块起动所述至少一个气缸。
8.一种启动直喷发动机的方法，包括：
确定所要求的燃料流量；并且
在冷启动过程中当所述所要求的燃料流量超出燃料泵的最大燃料流量时停用至少一个气缸。
9.如权利要求8所述的方法，其中当发动机转速低于阈值时执行所述停用。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述最大燃料流量与发动机转速成正比。
11.如权利要求8所述的方法，进一步包括基于所述所要求的燃料流量和所述燃料泵的最大燃料流量确定需要被停用的气缸的数量。
12.如权利要求8所述的方法，进一步包括基于所述所要求的燃料流量确定所要求的等效比(EQR)。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括将所述EQR与所述燃料泵的最大燃料流量相比较。
14.如权利要求8所述的方法，进一步包括在停用所述至少一个气缸后，当所述所要求的流量不超过所述最大燃料流量时起动所述至少一个气缸。
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