CN105723076A - 用于对置活塞发动机的冷起动策略 - Google Patents

用于对置活塞发动机的冷起动策略 Download PDF

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Abstract

一种冷起动对置活塞发动机的策略，其包括：在喷射燃料之前，阻止通过发动机的空气流，同时起动转动发动机以加热保留在发动机中的空气，随后根据冷起动计划控制通过发动机的汽缸的质量空气流和进入发动机的汽缸的燃料喷射，以便产生和保存用于稳定的发动机点火和转变到怠速操作状态的热。

Description

用于对置活塞发动机的冷起动策略
相关申请
本申请包含与题为“FuelInjectionStrategiesinOpposed-PistonEngineswithMultipleFuelinjectors”、公开为US2013/0104848的共同审理的美国专利申请13/654,340和题为“EGRConstructionsforOpposed-PistonEngines”、其专利已经发表为美国专利8,549,854的共同审理的美国专利申请14/039,856相关的主题。本申请的主题也与题为“ExhaustManagementStrategiesforOpposed-Piston，Two-StrokeEngines”的PCT申请US2013/026737相关。
背景技术
本公开的领域涉及车辆发动机，具体地涉及被构造用于压缩点火的二冲程循环、对置活塞发动机。
环境状况可以影响压缩点火发动机的燃烧行为。例如，当在低温状况下冷起动时，安装在车辆中的压缩点火发动机通常需要协助。在这方面，有效燃烧取决于通过压缩汽缸的孔中的空气实现高温。然而，在冷环境和发动机状况下，当发动机起动时，吸入发动机的空气可能太冷而不能支持燃烧。另外，随着发动机被起动转动，压缩热通过冷发动机部件从燃烧室抽离。在某些情况下，例如在冬季，最低限度配备的压缩点火发动机可能需要长周期的起动转动，以便将燃烧室元件的温度提高到支持点火、有效燃烧和最小的污染的水平。
压缩点火发动机可以配备有一个或多个电热塞、汽缸体加热器、进气加热器、乙醚喷射和/或其它辅助手段以促进在冷状况下起动。然而，这些解决方案带来这种发动机的构造和操作的增加的复杂性和费用。
对置活塞发动机是一种类型的压缩点火发动机，其中有效燃烧取决于通过压缩布置在汽缸的孔中用于相对运动的一对活塞的相邻端面之间的空气实现高温。当与常规单活塞压缩点火发动机相比时，发动机架构和二冲程操作的优点使对置活塞发动机能够提供优越的燃料、重量和体积效率。二冲程循环、对置活塞发动机必须能够在冷环境状况下快速地起动和有效地操作，并且其固有的优点尽可能少的减损。因而，可期望提供用于在冷状况下起动压缩点火、对置活塞发动机同时最小化任何添加的复杂性和费用的策略。
发明内容
期望目标和其它优点通过实现和执行用于在冷状况下起动压缩点火、对置活塞发动机的策略的方法和系统的方式实现。在这方面，“冷起动策略”是响应于指示可能的起动困难的热状况的检测而采取的给发动机点火的一系列步骤或程序。在本说明书中，冷起动策略包括发动机的特定组件或元件在控制机械化的支配下采取的在冷状况下起动发动机的动作。冷起动策略包括根据冷起动计划控制通过发动机的汽缸的质量空气流量和进入发动机的汽缸的燃料喷射，该冷起动计划产生和保存用于成功的发动机点火和转变到怠速状态的热。
一种冷起动策略，其体现在操作具有一个或多个汽缸的对置活塞发动机的方法中，其中每个汽缸具有耦接到排气子系统的排气道、耦接到增压空气子系统的进气道、被布置用于在汽缸的孔中相对运动的一对活塞和被布置用于将燃料喷射进入汽缸的一个或多个燃料喷射器。该方法包括产生发动机起动信号。如果在起动信号之后检测到冷起动状况，则发动机在燃料被喷射和通过汽缸的增压空气流被减少或阻塞之前起动转动，同时在起动转动发动机时通过压缩连续加热汽缸中的空气。然后，燃料根据冷起动计划被喷射进入汽缸中的活塞的相对端面之间的汽缸空间并且通过汽缸的增压空气流增加，直到达到发动机操作的怠速状态。当达到怠速状态时，燃烧控制被传递到怠速调节器。
在一些方面，发动机可以通过在发动机关闭期间调节汽缸中的空气而为预期的冷起动做准备。在这方面，调节的空气是具有很少或没有在关闭结束时发动机中保留的剩余排气产物的空气。
一种冷起动策略能够通过具有一个或多个汽缸的对置活塞发动机的冷起动系统启用，其中每个汽缸具有耦接到排气子系统的排气道、耦接到增压空气子系统的进气道、被布置用于在汽缸的孔中相对运动的一对活塞和被布置用于将燃料喷射进入汽缸的一个或多个燃料喷射器。冷起动系统包括可操作以在起动期间起动转动发动机的起动机马达、排气子系统中的反压阀和在具有输入和输出的增压空气子系统中的机械增压器。增压空气子系统中的进气岐管耦接到机械增压器的输出、与进气道流体连通，并且增压空气子系统中的再循环路径使机械增压器的输出耦接到机械增压器的输入。发动机控制机械化可操作以检测冷起动状况并且响应于冷起动状况通过关闭反压阀和打开再循环路径以减少通过汽缸的增压空气流并且起动转动发动机以在燃料被喷射之前在汽缸中通过压缩加热空气来操作起动机、反压阀、再循环路径和燃料喷射器。发动机控制机械化可进一步操作以使燃料喷射器根据冷起动计划将燃料喷射进入汽缸中的活塞的相对端面之间限定的燃烧室，并且渐进地打开反压阀和关闭再循环路径以增加通过汽缸的增压空气流，直到达到发动机怠速状态。
一种冷起动策略在操作具有排气子系统、增压空气子系统、使排气子系统耦接到增压空气子系统的EGR通道和一个或多个汽缸的对置活塞发动机的方法中体现，其中每个汽缸具有耦接到排气子系统的排气道、耦接到增压空气子系统的进气道、被布置用于在汽缸的孔中相对运动的一对活塞和被布置用于将燃料喷射进入汽缸的一个或多个燃料喷射器。该方法包括：在关闭发动机期间，关闭EGR通道，并且然后停止进入汽缸的燃料喷射和从汽缸冲出包含排气产物的增压空气。然后，当在发动机起动期间检测到冷起动状况时，发动机在燃料被喷射之前通过减少或阻塞通过汽缸的增压空气流来操作，同时通过起动转动发动机来压缩加热汽缸中的调节的空气。当通过汽缸的增压空气流增加时，冷起动序列的燃料脉冲被喷射进入汽缸，直到达到发动机怠速状态。当达到怠速状态时，怠速序列的燃料脉冲被喷射进入汽缸。
附图说明
下述附图意在图示说明在下面的描述中讨论的示例。附图包括依靠容易理解和广泛采用的符号表示压缩点火、对置活塞发动机的元件的示意图。
图1是被构造用于压缩点火的现有技术二冲程循环、对置活塞发动机的示意图，并且被恰当地标为“现有技术”。
图2是示出用于根据本公开的压缩点火、对置活塞发动机的空气处理系统的细节的示意图。
图3是示出用于根据本公开的压缩点火、对置活塞发动机的燃料喷射系统的细节的示意图。
图4是图示说明配备有根据本公开的冷起动系统的压缩点火、对置活塞发动机的示意图。
图5是图示说明通过根据图4的冷起动系统的操作实施的冷起动程序的流程图。
图6是示出在压缩点火、对置活塞发动机的关闭阶段期间的燃料输送的示例的图形。
图7是示出当冷起动压缩点火、对置活塞发动机时燃料输送的示例的图形。
图8是图示说明用于根据本公开的冷起动系统的可选附加元件的示意图。
具体实施方式
用于车辆的压缩点火发动机是内燃发动机，其中当空气被压缩时，压缩空气的热使与喷射进入空气并且与空气混合的燃料点火。二冲程循环发动机是完成动力循环的压缩点火发动机类型，该动力循环具有曲轴的单次完整旋转和连接到曲轴的活塞的两个冲程。对置活塞发动机是二冲程循环、压缩点火内燃发动机，其中两个活塞被相对地布置在汽缸的孔中，用于沿相对方向往复运动。汽缸具有位于汽缸的相应端附近的纵向间隔的进气道和排气道。对置活塞中的每一个控制一个气道，当活塞移动到下止点(BC)方位时打开气道，并且当活塞从BC朝向上止点(TC)方位移动时关闭气道。气道中的一个提供用于使燃烧产物从孔中出去的通道，另一个用于容许增压空气进入孔中，这些气道分别被称为“排气”道和“进气”道。在单向流扫气对置活塞发动机中，当排气流动出其排气道时，增压空气通过其进气道进入汽缸，因此气体沿单一方向(“单向流动”)-从进气道到排气道通过汽缸。
在本公开中，“燃料”是可以通过对置活塞发动机中空气的压缩点燃的任何燃料。燃料可以是相对均匀的合成物、掺和物、燃料混合物或单独喷射的不同燃料。例如，燃料可以为气态燃料、液态燃料或可通过压缩点火点燃的任何其它燃料。在一些方面，当对置活塞处于TC方位处或接近TC方位时，燃料可以被喷射进入燃烧室中的压缩空气。在其它方面，喷射可以在气道关闭不久之后在压缩冲程前期发生。空气是优选地加压的环境空气。然而，空气可以包括其它组分，诸如排气或其它稀释剂。在任何这种情况下，空气被称为“增压空气”。
图1图示说明例如将在车辆中使用的现有技术二冲程循环、压缩点火对置活塞发动机10。发动机10具有至少一个装有气道的汽缸50。例如，发动机可具有一个装有气道的汽缸、两个装有气道的汽缸、三个装有气道的汽缸或四个或更多个装有气道的汽缸。每个装有气道的汽缸50具有孔52以及在汽缸壁的相应端处形成或机械加工的纵向间隔的排气道54和进气道56。排气道54和进气道56中的每一个包括一个或多个圆周阵列的开口，其中相邻的开口由实体桥分开。在一些描述中，每个开口被称为“气道”。然而，这种“气道”的圆周阵列的构造没有不同于图1中示出的气道构造。活塞60和62被滑动地布置在孔52中，其中它们的端表面61和63彼此相对。活塞60控制排气道54，并且活塞62控制进气道56。在所示的示例中，发动机10进一步包括至少一个曲轴。优选地，发动机包括两个曲轴(曲轴71和72)。在所示的示例中，发动机的排气活塞60被耦接到曲轴71，并且发动机的进气活塞62被耦接到曲轴72。
由于活塞60和62接近TC，所以燃烧室被限定在活塞的端表面61和63之间的孔52中。燃烧正时通常参考压缩循环中最小燃烧室体积出现的点，这个点被称为“最小体积”。燃料被直接喷射进入位于端表面61和63之间的汽缸空间。在一些情况下，喷射发生在最小体积处或最小体积附近。在其它情况下，喷射可以在最小体积之前发生。燃料被喷射通过至少一个燃料喷射器喷嘴70，该喷嘴70被定位在通过汽缸50的侧壁的开口。优选地，该发动机包括两个燃料喷射器喷嘴70。燃料与容许通过进气道56进入孔的增压空气混合。随着空燃混合物在端表面之间被压缩，压缩空气达到引起燃料点燃的温度。随后进行燃烧。
进一步参考图1，发动机10包括空气处理系统80，其管理提供到发动机10的增压空气和由发动机10产生的排气的传输。典型的空气处理系统构造包括增压空气子系统和排气子系统。在空气处理系统80中，增压空气源接收新鲜空气并且将其加工成增压空气。增压空气子系统接收增压空气并且将其传输到发动机的至少一个进气道。排气子系统传输来自发动机的排气道的排气产物，以便传送到其它排气组件。
空气处理系统80包括具有涡轮121和压缩机122的涡轮增压器120，压缩机122在共用轴123上旋转。涡轮121被耦接到排气子系统，并且压缩机122被耦接到增压空气子系统。涡轮增压器120从排气提取能量，该排气离开排气道54并且从排气道54或从排气歧管配件125直接流到排气通道124，排气歧管配件125收集通过排气道54输出的排气。在这方面，涡轮121由通过它进入排气出口128的排气旋转。这旋转压缩机122，从而引起压缩机通过压缩新鲜空气产生增压空气。增压空气子系统包括机械增压器110和进气岐管130。增压空气子系统进一步包括至少一个空气冷却器，其被耦接以在增压空气被传送到发动机的一个或多个进气道之前接收和冷却增压空气。由压缩机122输出的增压空气流过增压空气通道126到冷却器127，由此它由机械增压器110泵送到进气道。由机械增压器110压缩的增压空气被输出到进气岐管130。进气岐管56接收由机械增压器110泵送通过进气岐管130的增压空气。优选地，在多汽缸对置活塞发动机中，进气岐管130由与所有汽缸50的进气道56连通的进气集气室组成。第二冷却器129可以在机械增压器110的输出和到进气岐管130的输入之间被提供。
在一些情况下，空气处理系统80可以被构造以通过将排气再循环通过发动机的装有气道的汽缸来减少燃烧产生的NOx排放。再循环的排气与增压空气混合以降低峰值燃烧温度，从而减少NOx的产生。这种过程被称为排气再循环(“EGR”)。所示的EGR构造获得在扫气期间从气道54流动的排气的一部分，并且经由汽缸外部的EGR通道131将所述排气传输进入增压空气子系统中的新鲜进气的进入流。在阀138(这个阀也可被称为“EGR阀”)的控制下，再循环的排气流动通过EGR通道131。
用于(诸如图1所示的)对置活塞发动机的冷起动策略的实施涉及大量发动机系统，包括空气处理系统和燃料喷射系统，其用于执行策略；以及热管理系统，其提供用于指导策略的执行的数据并且也可以有助于执行。
使用图1的发动机作为基础，图2示出修改和添加，其中空气处理系统80可以经构造以实施根据本说明书的冷起动策略。在这方面，增压空气子系统提供进气经由空气过滤器150到压缩器122。当压缩器旋转时，压缩的进气流过冷却器127进入机械增压器110的入口151。由机械增压器110泵送的空气流过机械增压器的出口152进入进气岐管130。加压的增压空气从进气岐管130被传送到汽缸50的进气道，汽缸50被支撑在发动机缸体160中。在一些情况下，虽然不是必须的，但是第二冷却器129被提供在增压空气子系统中、串联在机械增压器110的输出和进气岐管130之间。在其它情况下，增压空气子系统中也可以不存在第二冷却器129。
来自汽缸50的排气道的排气从排气岐管配件125流入涡轮121的入口，并且从涡轮的出口流入排气出口通道128中。在一些情况下，一个或多个后处理设备162被提供在排气通道128中。在EGR阀138的控制下，排气被再循环通过EGR通道131。EGR通道131经由EGR混合器163被耦接到增压空气子系统。在一些情况下，虽然不是必须的，但是EGR冷却器164被提供在EGR通道131中、串联在EGR阀138和EGR混合器163之间。在其它情况下，EGR通道131中也可以不存在冷却器。
进一步参考图2，空气处理系统80被配备用于在增压空气子系统和排气子系统中的单独的控制点处控制气体流。在增压空气子系统中，增压空气流和升压压力通过使机械增压器的输出152耦接到机械增压器的输入151的再循环路径165的操作来控制。再循环路径165包括阀(“再循环阀”)166，阀166调控进入进气岐管130的增压空气流，并且因此调控进气岐管130中的压力。排气出口128中的阀(“反压阀”)170调控离开排气子系统的排气流，并且因此调控排气子系统中的反压。按照图2，反压阀被定位在涡轮121的输出和后处理设备162之间的排气出口128中。
在一些情况下，气体流(和压力)的附加控制通过可变速度机械增压器和/或可变几何结构涡轮的方式提供。因此，在一些方面，机械增压器110通过驱动机构(未示出)耦接到曲轴或发动机的另一旋转元件，从而驱动曲轴或发动机的另一旋转元件。驱动机构能够包含分段式变速器或连续可变的变速器(CVT)、设备，在这种情况下，增压空气流和升压压力可以通过响应于提供到驱动机构的转速控制信号改变机械增压器110的转速而改变。在其它情况下，机械增压器可以为单一速度设备。在其它方面，涡轮121可以为可变几何结构设备，其具有可以响应于发动机的转速和负载的改变而改变的有效的长宽比。
图3示出可以经配置以有助于根据本说明书的冷起动策略的执行的燃料喷射系统。燃料喷射系统180通过喷射燃料进入汽缸而将燃料传送至每个汽缸50。优选地，每个汽缸50提供有多个燃料喷射器70，该多个燃料喷射器70被安装用于直接喷射进入活塞的端表面之间的汽缸空间。例如，每个汽缸50具有两个燃料喷射器70。优选地，燃料从燃料源182被送入燃料喷射器70，该燃料源182包括导轨/累积器机构，燃料由燃料泵183泵入导轨/累积器机构。燃料返回岐管184收集来自燃料喷射器70和燃料源182的燃料，用于返回到储蓄器，燃料从该存储器泵送。虽然图3示出以小于180°的角度布置的每个汽缸的燃料喷射器70，但是这仅是示意性表示并且不意在关于喷射器的方位或它们喷射的喷雾的方向受限。在一个优选的配置中，喷射器喷嘴被布置用于在沿共同轴线的直径相反的方向上喷射燃料喷雾。优选地，每个燃料喷射器70包括操作喷射器的电操作的致动器(诸如螺线管)或与操作喷射器的电操作的致动器相关联。优选地，致动器由电子多通道喷射器驱动器186产生的相应驱动信号控制。
如图4所见，发动机控制单元(ECU)200可以经配置以响应于具体的发动机工况通过自动地操作阀138、166和170(以及可能的其它阀)、机械增压器110(如果使用多速或可变速度设备)和涡轮增压器121(如果使用可变几何结构设备)来控制增压空气流和与加压的增压空气混合的排气量。当然，用于EGR的阀和相关联元件的操作能够包括电气的、气动的、机械的和/或液压的操作中的任何一个或多个。为了实现快速、精确的自动操作，阀优选地是具有连续可变设置的高速、计算机控制的设备。每个阀具有其打开(到ECU200控制的一些设置)以允许气体流过的状态和其关闭以阻塞气体流过的状态。在一些方面，ECU200可以经配置以基于相关的美国专利申请14/039,856中的公开内容的方式来控制和操作空气处理系统。
按照图3和图4，ECU200可以经配置以响应于从发动机传感器获得的测量的参数值根据燃料喷射控制计划来控制燃料喷射机械化。这些控制计划引起耦合到储蓄器182、泵183和喷射器驱动器186的输出控制信号的产生。响应于该控制信号，喷射器驱动器186在单独的专用通道上产生驱动信号以操作燃料喷射器50。在一些方面，ECU200可以经配置以基于相关的美国专利申请13/654,340中的公开内容的方式来控制和操作燃料喷射系统180。
用于对置活塞发动机的冷起动策略
参考图4，用于具有一个或多个汽缸的二冲程循环对置活塞发动机的冷起动系统包括ECU200、起动机马达202、阀138、166和170以及燃料喷射器70，该一个或多个汽缸经配置以操作发动机的空气处理系统、燃料系统和热管理系统。在一些方面，冷起动系统进一步包括可变速度机械增压器110和/或可变几何结构涡轮121。
空气处理系统包括指示与气体流和燃烧相关的当前状况的一组传感器、指示与环境状况、发动机转速和发动机冷却和润滑系统的热管理相关的当前状况的其它发动机传感器。包括空气处理、热管理和其它传感器的传感器的子组将环境和发动机数据提供到ECU200，该ECU200由ECU使用以控制冷起动策略的执行。如图4所见，这个组包括在环境温度传感器210、环境压力传感器212、入口温度传感器214、进气温度传感器216、汽缸冷却剂温度传感器筒218和油温度传感器220。传感器210和212在发动机的外部并且分别感测周围环境的热和大气状况。按照图2，为了感测流入空气处理系统的进气的热状况，入口温度传感器214被置于滤器150的上游。如图2所见，进气温度传感器216位于进气歧管130中，并且计量进入汽缸进气道的增压空气的温度。由传感器218和220报告的温度数据指示发动机本身的热状态。
使用由这些(和可能的其它)传感器提供的环境数据，ECU200可以通过根据一组发动机操作参数编程以检测冷起动状况(C_S)。这些参数包括环境温度(ta)、环境压力(pa)、入口温度(til)、进气温度(tik)、冷却剂温度(tc)和油温度(to)(以及可能的其它参数)。换句话说：C_S＝f(ta，pa，til，tik，tc，to，...)。这些参数在发动机起动期间用于从冷起动策略是非常期望的情况中区分不需要冷起动策略的情况。例如，可能不需要冷起动策略以在冷天起动最近停止、仍然温暖的发动机。在另一个示例中，冷起动策略几乎必定被指示用于在发动机已经在零度以下的环境状况停止长周期(例如，过夜)之后在冷冬天早晨起动发动机。然而，可以有这种情况，相同发动机在温暖的小阳春时期的过夜关闭不会将发动机的内部温度降低至在凉爽的秋天早晨发动机的冷策略起动所需的水平。
图5图示说明方法的示例，通过该方法使用正操作二冲程循环、压缩点火、对置活塞发动机的图4的冷起动系统的元件执行冷起动程序。现在参考这两个图，假定发动机被安装在配备有发动机起动/停止机构(诸如能够向ECU200提供发动机起动/停止信号的机电或完全电气的关键系统)的车辆中。假定当在步骤300处接收停止信号时，运行发动机。在这点上，ECU200开始关闭序列。在一些方面，虽然不是必须的，但是关闭序列可以包括当发动机停止时预处理保留在发动机中的空气的过程。
因此，响应于停止信号，汽缸50中的增压空气可以被可选地预处理以准备随后的起动。在这方面，增压空气可以通过减少或消除发动机停止时可以另外包含的排气产物来达到期望的纯度水平。在步骤302中，如果已经选定预处理选项，则ECU200在发动机关闭期间起动以下动作：首先，它关闭EGR阀138以阻塞排气流通过EGR通道并进入增压空气子系统，并且然后它关闭燃料到喷射器70的传送和喷射器70的操作。接下来，ECU200关闭机械增压器旁通阀166并且打开排气反压阀170。如果涡轮122是可变几何结构设备，则ECU完全打开涡轮以最大化通过其的排气流。这最大化进入和通过汽缸50的增压空气流，同时冲出来自汽缸的排气。结果是保留在发动机的汽缸中的空气未被排气稀释，并且当在随后的起动期间与燃料混合时产生更接近化学计量的结果。
在关闭之后接收起动信号的情况下(步骤304)，在步骤306处ECU200检验冷起动参数(ta，pa，til，tik，tc，to，...)并且决定是否执行冷起动程序。如果为否，则ECU200在步骤308处使用常规起动程序以起动发动机，在步骤310处将发动机放置于怠速操作状态。否则，发动机被假定处于冷起动状态，并且冷起动程序在步骤312处开始。
在步骤312处，在引起燃料被喷射之前，ECU200通过激活起动机马达202开始发动机起动转动。发动机转速和转数的计数基于由发动机转速传感器203报告的曲柄角(CA)数据由ECU200确定，发动机转速传感器203监测曲轴71的运动。在步骤314处，在燃料被喷射之前和当发动机正由起动机马达202起动转动时，采取行动来加热增压空气。在这方面，ECU200关闭EGR阀138和反压阀170(和涡轮121，如果使用可变几何结构设备)，并且设置再循环阀166以限制通过发动机的增压空气流，同时操作起动机马达202以起动转动发动机，而不喷射燃料，以便获得如由ECU200确定的曲轴71的转数的具体数量。在限制增压空气流中，再循环阀166可以被完全打开，使得在反压阀170关闭的情况下，如果通过汽缸的增压空气流未被阻塞，则其可以被最小化。在一些可替换的方面，ECU200可以经配置以部分地关闭机械增压器旁通阀166，以便在进气歧管130内侧实现预喷射升压压力目标。在这些方面，机械增压器不仅引起增压空气在压缩过程中被加热，还将提供较高的起动压力用于保留的空气的压缩，这将导致汽缸内甚至更高的温度。在任一情况下，发动机起动转动引起活塞往复运动，从而通过一系列非燃料压缩加热增压空气。在一些情况下，ECU200还可以设置冷却系统205的控制阻塞液体冷却剂流到(例如，由水冷却的)汽缸和/或(例如，由油冷却的)活塞，这阻止由压缩产生的热从汽缸和活塞导出。这个过程允许燃烧壁的温度的升高和保留在汽缸中的增压空气的温度的升高。
在对曲轴转数的具体数量计数之后，ECU200关闭起动机马达202同时在步骤316处开始燃烧。ECU基于发动机转数的具体数量在预定正时处通过喷射器70触发第一燃料喷射。第一燃料喷射由冷起动计划限定，该冷起动计划表限定包含在预定喷射压力和预定质量下的一个或多个主喷射和一系列子喷射的分流(split)喷射方法。例如，主喷射正时可以被设置成在最小体积之前的10度CA，其中两个前导喷射(pilotinjection)在其之前达10度CA并且燃料压力被设置成600巴。每个汽缸中的每个燃烧事件处喷射的燃料量高于怠速量，以便确保发动机转速快速地达到怠速设置点。
在步骤318处，ECU200可以经配置以通过怠速调节器209、包括在ECU200的程序设计中的程序来稳定燃烧，该程序调节发动机转速。在这方面，怠速调节器209引起燃料经由喷射器70大量喷射，以获得并保持预定怠速。在稳定期间，喷射正时在步骤318处比在步骤316处的初始燃烧事件期间更延迟。例如，主喷射现在可以在最小体积之前的5度CA处发生，同时前导喷射继续在主喷射之前的10度CA处发生。在这些情况下，导轨压力可被降低到例如400巴，以最小化燃烧噪声。上述情况在ECU200使用预定质量流计划引起反压阀170逐渐移动到更大的打开方位并且机械增压器旁通阀166逐渐移动到更大的关闭位置时发生，以便用足够新鲜的增压空气补充燃烧室以确保燃烧稳定性。在一些方面，ECU200可以经配置以将空气处理系统的控制转变为闭环怠速调节器过程，该闭环怠速调速器过程通过自动地控制机械增压器旁通阀166、排气反压阀170(和/或VGT121(如果配备))和EGR阀138的位置以具体升压压力、空气质量流和EGR率目标为目标。最后，在步骤310处，ECU200可以经配置以激活冷却系统205，以便管理汽缸、活塞和其它发动机组件的加热。
在冷起动程序期间通过发动机的空气流和到发动机的燃料传送的冷起动计划的示例存在于表1中。
表1：空气流和燃料传送的冷起动计划
1.处于最小体积之前的度CA
2.处于主喷射之前的度CA
在图6中，绘制在发动机关闭期间发动机转速和传送到汽缸的燃料率对时间的曲线。参考图4、图5和图6，ECU200可以经配置以当发动机关闭开始时在320处使燃料喷射停止。当喷射率在322处下降到零时，发动机转速在323处开始急剧下降，最后在325处停止。在未发生燃烧、没有排气或增压空气被再循环并且排气子系统在发动机停止运行花费的短时间期间完全打开的情况下，无排气的增压空气由机械增压器110泵送到进气歧管139，并且从进气歧管139流到汽缸。结果是通过汽缸的清洁的增压空气流。
在图7中，绘制在发动机关闭期间发动机转速和传送到汽缸的燃料率对时间的曲线。参考图4、图5和图7，ECU200可以经配置以使冷起动系统元件执行冷起动程序，该冷起动程序快速和有效地将燃烧温度提高到导致稳定燃烧和低排放的水平。期望地，快速达到高燃烧温度确保所需要的提高的排气温度快速地点火后处理催化剂设备。因此，在330处，ECU200使起动机马达202开始起动转动发动机。在332处，在预定数量的曲柄将发动机转速增加到预定水平之后并且当没有燃料被喷射时，ECU200引起阀138和170关闭并且引起阀166打开，从而最小化空气流，这在标有“增压加热”的图形部分中引起保留在汽缸50中的空气的加热。在图形的“初始燃烧”部分中，在334处，ECU200根据所有汽缸遵循的冷起动分流燃料喷射计划使燃料以迅速增加的速率被喷射，从而开始和快速加剧燃烧直到在336处达到喷射峰值。这引起发动机转速在337处斜线上升至峰值。ECU200可以经配置以通过将燃料喷射率从336逐步减小到338来引起转变到燃烧稳定(“稳定”)，其中在338处达到怠速计划中的喷射率范围的最大点。从338，ECU可以经配置以根据怠速计划减小燃料喷射率，以便达到(或维持)发动机怠速目标，并且该图形示出发动机转速从337处的峰值下降到约800RPM的怠速。按照表1，从初始通过稳定到怠速，ECU200可以经配置以控制阀170和166，以便用足够新鲜的增压空气持续地补充燃烧室以实现并维持燃烧稳定性。按照表1，从初始通过稳定到怠速，ECU200可以经配置以控制EGR阀138，以便将足够量的排气产物再循环至增压空气子系统以实现并维持低水平的NOx排放。
本领域技术人员将认识到表1中图示说明的冷启动计划以及图6和图7中的图形仅用于说明并且是非限制性的。
图8图示说明可以并入图4的冷起动系统内的附加选项。在这方面，冷起动系统可以包括增压空气冷却器子系统中的增压空气冷却器旁通路径和EGR通道中的EGR冷却器旁通路径(如果提供EGR冷却器)中的一个或多个。在一些方面，可以存在用于冷却器127的旁通路径350和/或用于冷却器129的旁通路径352。如果旁通路径350被提供，则旁通路径350通过三通阀351打开或关闭；如果旁通路径352被提供，则旁通路径352通过三通阀353打开或关闭。ECU200可以经配置以控制三通阀351和353中的任一者或两者的方位，以便打开或关闭其控制的冷却器旁通路径。当打开时，冷却器旁通路径引导增压空气通过冷却器；当关闭时，旁通路径引导增压空气围绕冷却器。因此，ECU200可以进一步经配置以通过使增压空气流能够通过增压空气冷却器旁通路径350和352中的任一者或两者直到达到怠速状态的加热阶段，而在步骤314处开始抑制增压空气的冷却(图5)。
按照图8，在一些方面，如果EGR通道包括EGR冷却器164，则可以存在用于冷却器164的旁通路径356。如果旁通路径356被提供，则旁通路径356通过三通阀357被打开或被关闭。ECU200可以经配置以控制三通阀357的方位，以便打开或关闭冷却器旁通路径356。当打开时，冷却器旁通路径356引导排气通过冷却器164；当关闭时，旁通路径356引导排气在冷却器164周围。因此，ECU200可以进一步经配置以通过在步骤316处开始(图5)使排气流能够通过EGR冷却器旁通路径356直到达到怠速状态，而抑制再循环排气的冷却。
本文描述的冷起动策略实施例以及实施它们的系统和程序是说明性的并且不意在是限制性的。

Claims (14)

1.一种操作具有一个或多个汽缸(50)的对置活塞发动机(10)的方法，其中每个汽缸具有耦接到排气子系统的活塞控制的排气道(54)、耦接到增压空气子系统的活塞控制的进气道(56)、被布置用于在所述汽缸的孔(52)中相对运动的一对活塞(60、62)和被布置用于将燃料喷射进入所述汽缸内的一个或多个燃料喷射器(70)，所述方法包含：
接收(304)信号以起动所述发动机；
检测(306)冷起动状况，随后：
在燃料被喷射之前，限制通过所述汽缸的增压空气流，并且通过起动转动(312)所述发动机加热保留在所述汽缸中的空气；并且然后
根据冷起动计划(334)将燃料喷射进入所述汽缸中的活塞的相对端表面(61、63)之间的燃烧空间(316)；
提供通过所述汽缸的增压空气流(318)的渐进式增加，直到达到发动机怠速状态；以及
根据怠速计划(338)将燃料喷射进入所述燃烧空间(310)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机还包括使所述排气子系统耦接到所述增压空气子系统的EGR通道(131)，并且在接收所述起动信号的步骤之前：
接收发动机关闭信号(300)，随后：
通过阻塞通过所述EGR通道的排气流预处理空气(302)，随后打开所述排气子系统和所述增压空气子系统。
3.根据权利要求1所述的方法，还包含阻塞液体冷却剂循环到所述汽缸或所述活塞，直到达到所述发动机怠速状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其中限制通过所述汽缸的增压空气流(314)包括减少或阻塞通过所述排气子系统和所述增压空气子系统的气体流的步骤或减少或阻塞通过所述排气子系统的气体流并且在目标增压压力下向所述汽缸提供增压空气的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述增压空气子系统包括具有输入(151)和输出(152)的机械增压器(110)、耦接到所述机械增压器的输出并且与所述一个或多个进气道(54)流体连通的进气歧管(130)以及将所述机械增压器的输出耦接到所述机械增压器的输入的再循环路径(165)，并且减少或阻塞通过所述增压空气子系统的气体流包括增加通过所述再循环路径的增压空气流。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述增压空气子系统还包括串联耦接在所述机械增压器的输出(152)和到所述再循环路径(165)的输入之间的冷却设备(129)，还包括当起动转动所述发动机时，通过使所述机械增压器的输出直接耦接到所述再循环路径的输入而绕过(352)所述冷却设备，直到达到所述怠速状态。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述排气子系统包括用于调整通过所述排气子系统的气体流的反压阀(170)，并且减少或阻塞通过所述排气子系统的气体流包括关闭所述反压阀。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述增压空气子系统包括具有输入(151)和输出(152)的机械增压器(110)、耦接到所述机械增压器的输出并且与所述一个或多个进气道(54)流体连通的进气歧管(130)以及将所述机械增压器的输出耦接到所述机械增压器的输入的再循环路径(165)，并且减少或阻塞通过所述增压空气子系统的气体流包括增加通过所述再循环路径的增压空气流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中提供通过所述汽缸的增压空气流包括根据冷起动计划(334)渐进地打开所述反压阀(170)并且渐进地减少通过所述再循环路径(165)的增压空气流，直到达到所述怠速状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述发动机还包括使所述排气子系统耦接到所述增压空气子系统的EGR通道(131)，并且在接收所述起动信号的步骤之前：
接收发动机关闭信号(300)，随后：
预处理空气(302)包括阻塞通过所述EGR通道的排气流，随后打开所述排气子系统和所述增压空气子系统。
11.根据权利要求10述的方法，还包含阻塞液体冷却剂循环到所述汽缸或所述活塞，直到达到所述发动机怠速状态。
12.一种用于具有一个或多个汽缸(50)的对置活塞发动机(10)的冷起动系统，其中每个汽缸具有耦接到排气子系统的活塞控制的排气道(54)、耦接到增压空气子系统的活塞控制的进气道(56)、被布置用于在所述汽缸的孔中相对运动的一对活塞(60、62)和被布置用于将燃料喷射进入所述汽缸中的一个或多个燃料喷射器(70)，所述系统包含：
起动机马达(202)，其可操作以在起动期间起动转动所述发动机；
反压阀(170)，其在所述排气子系统中；
所述增压空气子系统，其包括具有输入和输出的机械增压器(110)、耦接到所述机械增压器的输出并且与所述一个或多个进气道(56)流体连通的进气歧管(130)以及使所述机械增压器的输出耦接到所述机械增压器的输入的再循环路径(165)；以及
发动机控制机械化(200)，其可操作以检测冷起动状况(C_S)并且响应于所述冷起动状况通过以下条件操作所述起动机马达、所述反压阀、所述再循环路径和所述燃料喷射器：
关闭所述反压阀和打开所述再循环路径以减少或阻塞通过所述汽缸的增压空气流并且起动转动所述发动机以通过在燃料被喷射之前所述汽缸中压缩加热空气，随后：
根据冷起动计划使所述燃料喷射器将燃料喷射进入在所述汽缸中的活塞的相对端表面之间限定的燃烧空间，并且渐进地打开所述反压阀和关闭所述再循环路径以增加通过所述汽缸的增压空气流，直到达到发动机怠速状态。
13.根据权利要求12所述的冷起动系统，还包括使所述排气子系统耦接到所述增压空气子系统的EGR通道(131)，并且其中所述发动机空气机械化(200)可操作以限制通过所述EGR通道的排气流，直到达到所述怠速状态。
14.根据权利要求13所述的冷起动系统，还包括所述排气子系统中的一个或多个可变几何结构涡轮(121)、所述增压空气子系统中的增压空气冷却器旁通路径(352)和所述EGR通道中的EGR冷却器旁通路径(356)，并且其中所述控制机械化还可操作以执行以下一个或多个：
配置所述可变几何结构涡轮以限制气体流，直到达到所述怠速状态；
使增压空气流能够通过所述增压空气冷却器旁通路径，直到达到所述怠速状态；以及
使排气流能够通过所述EGR冷却器旁通路径，直到达到所述怠速状态。
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