CN106246370B - 用于发动机冷起动控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开用于改进发动机起动运转不平稳的方法和系统。在一个示例中，一种用于减少发动机起动NVH的方法包括通过分流燃料喷射来操作发动机，同时随着发动机冷却剂温度的增加而将喷射正时提前。该方法允许较平稳的发动机起动同时也减小了虚假失火发生率。

Description

用于发动机冷起动控制的方法和系统
技术领域
本说明书总体涉及用于在发动机冷起动期间控制车辆发动机以改善发动机运转不平稳(engine roughness)的方法和系统。
背景技术
在排气系统催化转化器的起燃之前生成的发动机停车(engine out)冷起动排放可能有助于大部分总排气排放。发动机控制系统可以使用各种方法以加快达到催化剂起燃温度。例如，气门重叠、燃料喷射以及火花延迟的各种组合可能被用于加快催化剂升温。
由Surnilla等人在US 20140297162中所示的一个示例方法利用分流燃料喷射(split fuel injection)来改善冷起动排放和驾驶性能。在其中，在冷起动期间，以分流喷射提供的燃料用于数个燃烧事件，其中一部分燃料直接被喷射在进气冲程中，另一部分燃料直接被喷射在压缩冲程中以及剩余部分的燃料被进气道喷射在排气冲程中。此外，火花正时被延迟。分流喷射引起分层燃烧(stratified combustion)，与单次燃料喷射相比，该分层燃烧可以使用较少的燃料同时允许更稳定的燃烧。
但是，在本文中发明人已经意识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，使用分流喷射达延长的时间可能导致发动机运转不平稳。由于在较暖温度下更多的燃料蒸发，所以运转不平稳可能随着发动机升温而被加剧，导致富失火。发明人已经意识到运转不平稳可能是由于应用到分流喷射上的燃料喷射正时较好适合于在冷起动处的冷发动机，但是不是很好适合于部分暖发动机或不是很好适合于热发动机重新起动。另一方面，如果分流喷射替换为单个同类(例如，进气冲程)喷射以解决发动机冷起动NVH问题，则在发动机怠速期间可能经历发动机运转不平稳。这样，这可能导致失火诊断代码被错误设定，引起虚假的保修问题。
发明内容
在一个示例中，以上所述的问题可以至少部分由一种用于发动机的方法来解决，包括：通过分流喷射传送的燃料来起动发动机；以及基于发动机温度来调节燃料喷射正时，该喷射正时随着该发动机温度增加而被提前。依此方式，发动机冷起动运转不平稳可以被减少。
作为一个示例，在发动机冷起动期间，燃料可以作为分流压缩冲程直接喷射而被传送到冷发动机以用于自发动机冷起动的第一燃烧事件以后的多个燃烧事件。在此，对于给定的燃烧循环，总燃料量的一部分在压缩冲程的早期部分期间可以被直接喷射到发动机中，以及总燃料量的剩余部分在相同的压缩冲程的后期部分期间可以被直接喷射。此外，燃料可以在更靠近压缩冲程TDC的(平均)喷射正时处被传送。具体地，燃料喷射正时可以是基于在发动机起动时的、在发动机起动旋转之前的以及在第一燃烧事件已经在发动机内发生之前的发动机冷却剂温度。然后，随着发动机被起动转动且发动机温度增加，同时保持分流压缩冲程直接喷射，平均喷射正时可以从压缩冲程TDC被提前。此外，虽然喷射正时被提前，但是火花正时可以从MBT被延迟以加快发动机加热。在发动机已经被充分升温之后(例如，在自起动以后的多个燃烧事件之后)，喷射正时可以被延迟并且燃料可以以单个进气冲程直接喷射来传送。
以此方式，通过在发动机起动期间使用分流压缩喷射并且基于发动机温度调节喷射正时，发动机起动运转不平稳问题可以被减少。随着升高的发动机冷却剂温度而将发动机起动分流喷射的平均喷射正时提前的技术效果是：发动机平稳性在发动机冷起动和发动机热起动两者期间被改善。通过延迟转变为单次燃料喷射，燃料经济性被改善。当喷射正时在发动机冷起动期间被提前时，冷发动机和冷排气催化剂的供给燃料需求被减少，进而改善冷起动排放。通过减少虚假失火的发生，虚假保修问题也被改善。总的来说，(对于发动机冷起动和热起动两者)发动机起动性能被改善。
应当理解，提供上述发明内容是为了以简化的形式介绍将在详细说明书中进一步描述的一些概念选择。这不意味着确认所要求保护的主题的关键或重要特征，本发明的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上面或本公开的任一部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出示例燃烧室。
图2示出用于在发动机起动期间基于发动机冷却剂温度调节燃料喷射正时以减少发动机起动运转不平稳的高层流程图。
图3示出根据本公开在发动机起动期间应用的燃料喷射正时提前相对于发动机冷却剂温度之间的示例关系。
图4-图5示出根据本公开包括燃料喷射数量和正时的示例发动机起动燃料喷射廓线。
具体实施方式
以下描述涉及用于调节内燃发动机中(例如在图1的发动机系统中)的燃料喷射的系统和方法，该燃料喷射包括平均燃料喷射正时。燃料喷射正时在发动机起动和起动转动期间基于发动机冷却剂温度而被调节以减少发动机起动运转不平稳。发动机控制器可以执行控制程序(例如图2的示例程序)以通过以分流压缩冲程直接喷射传送的燃料起动发动机，并且其中该分流燃料喷射的平均喷射正时随着发动机冷却剂温度发动机起动时的增加而被提前。参照图4-图5示出示例燃料喷射廓线(profile)。
图1示出内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置132来自车辆驾驶员130的输入来至少部分地控制。在本示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(即燃烧室)14可以包括燃烧室壁136，活塞138位于燃烧室壁136内。活塞138可以被耦连到曲轴140使得活塞的往复运动被转变为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统被耦连到客运车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动机马达可以经由飞轮被耦连到曲轴140以便实现发动机10的起动操作。
汽缸14可以经由一系列的进气空气通道142、144和146接收进气空气。进气空气通道146可以与发动机10的除了汽缸14之外的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可以包括升压装置(例如涡轮增压器或机械增压器)。例如，图1示出配置为具有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括布置在进气道142与进气道144之间的压缩机174以及沿着排气道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以经由轴180由排气涡轮176至少部分地提供动力，其中该升压装置被配置为涡轮增压器。但是，在其他示例中，例如其中发动机10被提供有机械增压器时，排气涡轮176可以可选地被省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入来提供动力。包括节流板164的节气门162可以沿着发动机的进气道而被提供，以用于改变被提供到发动机汽缸的进气空气的流率和/或压力。例如，节气门162可以如在图1中所示被设置在压缩机174下游，或可以替代地被提供在压缩机174上游。
除了汽缸14之外，排气道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器128被示出耦连到排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可以是用于提供排气空/燃比的指示的任何合适的传感器，例如，线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(如所述)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸14被示出包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门150可以由控制器12经由致动器152来控制。类似地，排气门156可以由控制器12经由致动器154来控制。在一些条件期间，控制器12可以改变提供给致动器152和致动器154的信号以控制相应进气门和排气门的打开和关闭。进气门150和排气门156的位置可以由相应的气门位置传感器(未示出)来确定。气门致动器可以是电动气门致动型或凸轮致动型或其组合。进气门正时和排气门正时可以被同时控制，或者可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时的任何一种可能性可以被使用。每个凸轮致动系统可以包括一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。例如，汽缸14可以替代地包括经由电动气门致动来控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动来控制的排气门。在其他实施例中，进气门和排气门可以由共用的气门致动器或致动系统、或由可变气门正时致动器或致动系统来控制。
汽缸14可以具有压缩比，其是当活塞138处于下止点与上止点时容积的比。通常，压缩比是在9:1到10:1的范围内。但是，在使用不同燃料的一些示例中，压缩比可以被增加。例如当使用较高辛烷的燃料或具有较高的潜在汽化焓的燃料时，这种情况可以发生。如果直接喷射由于其对发动机爆震的影响而被使用，则压缩比也可以被增加。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于开始燃烧的火花塞192。在选择的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统190可以经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。但是，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，例如，在发动机10可以如具有一些柴油发动机的情况那样由自动点火或由燃料的喷射来开始燃烧的情况下。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有用于向汽缸提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸14被示出包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166被示出直接耦连到汽缸14，用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到汽缸14中。以此方式，燃料喷射器166向燃烧汽缸14提供所谓的燃料的直接喷射(下文称为“DI”)。虽然图1示出作为侧喷射器的喷射器166，但是喷射器166也可以位于活塞的上面(例如，靠近火花塞192的位置)。当通过醇基燃料来操作发动机时，由于一些醇基燃料的较低挥发性，这种位置可以改善混合和燃烧。替代地，喷射器可以位于进气门的上面并且靠近进气门以改善混合。燃料可以从高压燃料系统172被传送到燃料喷射器166，该高压燃料系统172包括燃料箱、燃料泵、燃料轨和驱动器168。替代地，燃料可以由单级燃料泵以低压传送，在该情况下，与如果使用高压燃料系统相比，直接燃料喷射的正时在压缩冲程期间可以被更多地限制。进一步地，虽然未示出，但是燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。
燃料喷射器170被示出布置在进气道146中而不是在汽缸14内，这种配置可以提供所谓燃料的进气道喷射(下文称为“PFI”)到汽缸14上游的进气端口内。燃料喷射器170可以与经由电子驱动器171从控制器12接收到的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射燃料。燃料可以由燃料系统172传送到燃料喷射器170。
在汽缸的单个循环期间，燃料可以由一个或两个喷射器被传送到汽缸。例如，每个喷射器可以传送在汽缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。进一步地，从每个喷射器传送的燃料的分配和/或相对量可以随着工况而改变，例如发动机负荷和/或发动机爆震，例如在本文中以下所述。在喷射器166和喷射器170之间的总喷射的燃料的相对分配可以由燃料喷射比来限定。例如，经由(进气道)喷射器170喷射较大量的燃料用于燃烧事件可以是较高的进气道喷射对直接喷射的燃料喷射比的示例，而经由(直接)喷射器166喷射较大量的燃料用于燃烧事件可以是较低的进气道喷射对直接喷射的燃料喷射比。应注意到，这些仅是不同喷射比的示例，并且各种其他喷射比可以被使用。附加地，应明白的是，在打开进气门事件、关闭进气门事件期间(例如，基本上在进气冲程之前，例如在排气冲程期间)、以及在打开进气门操作和关闭进气门操作两者期间进气道喷射的燃料可以被传送。
类似地，例如，在进气冲程期间，以及部分地在前一个排气冲程期间、在进气冲程期间、以及部分地在压缩冲程期间，直接喷射的燃料可以被传送。进一步地，直接喷射的燃料可以通过单次喷射或多次喷射被传送。这些可以包括在压缩冲程期间的多次喷射、在进气冲程期间的多次喷射或在压缩冲程期间的一些直接喷射和在进气冲程期间的一些直接喷射的组合。当进行多次直接喷射时，总直接喷射的燃料在进气冲程(直接)喷射与压缩冲程(直接)喷射之间的相对分配可以被称为分流喷射比。例如，在进气冲程期间喷射较大量的直接喷射燃料用于燃烧事件可以是较高的进气冲程直接喷射分流喷射比的示例，而在压缩冲程期间喷射较大量的燃料用于燃烧事件可以是较低的进气冲程直接喷射分流喷射比的示例。应注意，这些仅是不同喷射比的示例，并且各种其他喷射比可以被使用。
这样，对于单个燃烧事件而言，喷射的燃料可以在不同的正时从进气道喷射器和直接喷射器喷射。而且，对于单个燃烧事件，传送的燃料的多次喷射可以在每个循环中被执行。多次喷射可以在压缩冲程、进气冲程或其任何合适的组合期间被执行。
在一个示例中，多次压缩冲程直接喷射(例如，两次或多次喷射)可以在发动机起动(例如发动机冷起动)期间被使用以改善燃料蒸发、发动机起动性以及冷起动排放。如在本文中所详述的，当通过分流燃料喷射来起动发动机时，发动机运转不平稳和虚假失火可以通过随着发动机温度的增加而将分流燃料喷射的喷射正时提前而被减少。通过在暖发动机起动期间将分流燃料喷射正时提前，并且从而较早地喷射燃料，富失火事件可以被减少同时增加发动机起动平稳性。通过在冷发动机起动期间将分流燃料喷射正时提前，随着发动机升温，加快发动机升温所需的燃料量被减少，同时还降低了发动机起动运转不平稳和冷起动排放。
如以上所述，图1仅示出多汽缸发动机的一个汽缸。同样，每个汽缸可以类似地包括它自身的一组进气门/排气门、(多个)燃料喷射器、火花塞等。
燃料喷射器166和燃料喷射器170可以具有不同特性。这些包括尺寸的差异，例如，一个喷射器可以比另一喷射器具有较大的喷射孔。其他差异包括，但是不限于，不同的喷射角、不同的操作温度、不同靶向(targeting)、不同的喷射正时、不同的喷射特性、不同的方位等。而且，根据在喷射器170和喷射器166之间的所喷射燃料的分配比，可以达到不同效果。
在燃料系统172中的燃料箱可以容纳不同燃料品质(例如不同的燃料成分)的燃料。这些差异可以包括不同的酒精含量、不同的辛烷、不同的汽化热、不同的燃料混合物和/或其组合等。在一个示例中，具有不同的酒精含量的燃料可以包括汽油、乙醇(ethanol)、甲醇或例如E85(其是大约85％乙醇和15％汽油)或M85(其是大约85％甲醇和15％汽油)的酒精混合物。其它含酒精燃料包括酒精和水的混合物，酒精、水和汽油的混合物等。
在图1中控制器12被示为微型计算机，包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该具体示例中被示为只读存储器片110)、随机存取存储器112、不失效存储器114以及数值总线。控制器12可以接收来自耦连到发动机10的传感器的各种信号，除了以前所述的那些信号之外，还包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)的测量值、来自耦连到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)、来自耦连到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)、来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)以及来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号即RPM可以由控制器12根据信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用于提供进气歧管内真空或压力的指示。
存储介质只读存储器110可以被编有计算机可读数据，所述计算机可读数据表示为执行下文所述的方法以及可预期但没有具体列举的其他变化而由处理器106可执行的指令。控制器12可以接收来自图1的各种传感器的输入数据、处理输入数据以及基于与一个或多个程序相应的被编入控制器12内或被存储在控制器的存储器内的指令或代码响应于处理过的输入数据而触发图1的各种致动器。在本文中参照图2示出一个示例程序。
在标准的发动机操作期间，发动机10被通常操作以在每个发动机循环期间对每个汽缸点火。因此，对于每个720CA(例如，曲轴的两个旋转)，每个汽缸将被点火一次。为了在每个汽缸中进行燃烧，每个进气门和排气门在规定的时间被致动(例如，被打开)。进一步地，在规定的时间，燃料被喷射到每个汽缸且火花点火系统向每个汽缸提供火花。因此，对于每个汽缸而言，火花点燃燃料-空气混合物以开始燃烧。
现在转向图2，示例程序200被示出用于在发动机起动期间基于发动机起动时的发动机温度来控制到发动机汽缸的燃料喷射以便改善发动机起动平稳性。用于实施方法200和本文所包括的其他方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令和连同从发动机系统的传感器(例如，参照图1以上所述的传感器)所接收的信号来执行。根据以下所述的方法，控制器可以运用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。
在202处，发动机工况可以被估计和/或被测量。这些可以包括，例如，发动机转速、发动机负荷、发动机温度(例如，如从发动机冷却剂温度推断的发动机温度)、排气温度、催化剂温度(Tcat)、期望的扭矩等。在本文中，发动机冷却剂温度可以是发动机内的燃烧开始之前所估计的温度。
在204处，可以确定发动机冷起动状况是否存在。这样，发动机冷起动可以包括来自停机状况的最初发动机起动。在一个示例中，如果发动机温度低于阈值且催化剂温度低于阈值(例如低于起燃温度)，则发动机冷起动状况可以被确认。在另一示例中，如果发动机起动在发动机已经被停机达到超过阈值持续时间之后被执行，则发动机冷起动状况可以被确认。
响应于发动机冷起动状况被满足，在210处，程序包括通过冷起动喷射廓线来操作发动机以加快催化剂活化且减少发动机起动运转不平稳。冷起动喷射廓线可以包括通过以分流喷射传送的燃料来起动发动机。具体地，分流喷射可以包括多次压缩冲程直接喷射。例如，在自发动机起动以后的第一燃烧事件期间，第一部分燃料可以在燃烧循环的压缩冲程期间在早期被喷射，并且剩余的第二部分燃料可以在燃烧循环的压缩冲程期间在后期被喷射。也就是说，通过以分流压缩冲程直接喷射传送的燃料来起动发动机。在另一示例中，在自发动机起动以后的第一燃烧事件期间，第一部分燃料可以在燃烧循环的进气冲程期间被喷射，以及剩余的第二部分燃料可以在燃烧循环的压缩冲程期间被喷射。
喷射的分流比，以及分流喷射的多次喷射的数目可以基于发动机冷起动状况(例如发动机冷起动时的发动机温度(其是环境温度的函数))以及喷射的燃料的酒精含量而被调节。此外，分流比和喷射的数目可以基于排气催化剂温度以及发动机起动时的发动机烟粒趋势(soot tendencies)而被进一步调节。例如，随着喷射的燃料的酒精含量的增加，在第一燃烧事件期间应用的压缩冲程喷射的数目可以被增加。作为另一示例，当发动机冷起动时的发动机温度、或环境温度减小时，在第一燃烧事件期间应用的压缩冲程喷射的数目可以被增加。也就是说，较大数量的压缩冲程喷射可以被应用在较冷的发动机冷起动(如与相对较暖和的发动机冷起动相比)的第一燃烧期间。在一个示例中，酒精燃料的多次压缩冲程直接喷射可以被有利地用于加热发动机和催化剂，从而加快催化剂活化并且改善发动机冷起动状况下的发动机和催化剂性能，同时降低直接喷射的烟粒负荷。
此外，当以分流喷射传送燃料时，燃料喷射正时可以基于发动机温度而被调节，喷射正时随着发动机起动时的发动机温度的增加而被提前。在本文中，发动机温度包括在发动机起动旋转之前以及在第一燃烧事件已经在发动机内发生之前所估计的发动机冷却剂温度。例如，在发动机冷起动期间，燃料喷射正时可以被提前较小的量。在一个示例中，其中分流喷射包括在燃烧循环的压缩冲程期间早期被直接喷射的第一部分燃料和在燃烧循环的压缩冲程期间后期被直接喷射的第二部分燃料，喷射正时可以是第一部分和第二部分的平均喷射正时。在一个示例中，喷射正时可以随着发动机冷启动时发动机温度的增加而从压缩冲程TDC被提前。作为示例，在冷起动期间，燃料喷射正时可以从16度BTDC被提前到20度BTDC。
除了冷起动燃料喷射廓线之外，火花正时可以被延迟。所应用的火花延迟量可以基于燃料的酒精含量、发动机起动时的排气催化剂温度和发动机温度中的一个或多个。例如，随着燃料的酒精含量的增加，或随着冷起动时发动机温度的增加，为了将额外的热量供应到排气催化剂，火花正时可以从MBT被进一步延迟。在本文中，在起动期间，控制器可以从MBT延迟火花正时，同时喷射正时被提前以用于第一燃烧事件以及自第一燃烧事件以后的数个燃烧事件。
被应用的火花延迟量可以是进一步基于燃料喷射正时。例如，当燃料喷射正时被从压缩冲程TDC进一步提前时，为了燃烧稳定，火花正时可以被提前。
如果发动机冷起动状况没有被确认，则在206处发动机热起动(或暖起动)状况可以被确认。这样，发动机热起动可以包括发动机重新起动，其中发动机在先前的发动机停机之后不久(自先前的停机已经逝去小于阈值持续时间时)被重新起动。在一个示例中，如果发动机温度和/或催化剂温度高于阈值，则发动机热起动状况可以被确认。
响应于发动机热起动状况被满足，在212处，程序包括以暖起动喷射廓线操作发动机以减少发动机起动和怠速运转不平稳。暖起动喷射廓线可以包括通过分流喷射传送的燃料来起动发动机。具体地，分流喷射可以包括多次压缩冲程直接喷射。例如，在自发动机起动以后的第一燃烧事件期间，第一部分燃料可以在燃烧循环的进气冲程期间被喷射，并且剩余的第二部分燃料可以在燃烧循环的压缩冲程期间被喷射。也就是说，发动机通过分流压缩冲程直接喷射传送的燃料来起动。例如，在冷起动期间，分流喷射可以被有利地用于获得稀燃烧的优点。在热起动期间，由于较好的蒸发，分流喷射可以不被需要以用于稀燃烧。
喷射的分流比、以及分流喷射的多次喷射的数目可以基于发动机热起动状况(例如发动机温度)以及所喷射燃料的酒精含量而被调节。此外，喷射的分流比和数目可以基于排气催化剂温度以及发动机起动时的发动机的烟粒趋势而被进一步调节。例如，随着喷射的燃料的酒精含量增加，在第一燃烧事件期间应用的分流喷射的喷射数目可以被增加。作为另一示例，随着发动机起动时的发动机温度增加，在第一燃烧事件期间应用的进气冲程喷射的数目可以被增加。在一个示例中，酒精燃料的进气冲程直接喷射和压缩冲程直接喷射的组合可以被有利地用于改善发动机热起动状况下的发动机性能，同时降低直接喷射的烟粒负荷。
此外，当将以分流喷射传送燃料时，燃料喷射正时可以基于发动机温度而被调节，喷射正时随着发动机起动时的发动机温度的增加而被提前。在本文中，发动机温度包括发动机冷却剂温度。例如，在发动机热起动期间，燃料喷射正时可以被提前较大的量。在一个示例中，其中分流喷射包括在燃烧循环的进气冲程期间在早期被直接喷射的第一部分燃料和在相同燃烧循环的压缩冲程期间被直接喷射的第二部分燃料，喷射正时可以是第一部分和第二部分的平均喷射正时。在一个示例中，喷射正时随着发动机热起动时发动机温度的增加被从压缩冲程TDC提前。作为示例，在热起动期间，燃料喷射正时可以从16度BTDC被提前到20度BTDC。
除了热起动燃料喷射廓线之外，火花正时可以被延迟。所应用的火花延迟量可以基于燃料的酒精含量、排气催化剂温度和发动机起动时的发动机温度中的一个或多个。例如，在热起动期间，火花正时可以从MBT被较小地延迟。在一个示例中，在发动机热起动期间，没有火花延迟可以被应用并且火花正时可以被保持在MBT处或从MBT被提前。
应用的火花延迟量可以进一步基于燃料喷射正时。例如，当燃料喷射正时从压缩冲程TDC被进一步提前时，为了燃烧稳定，火花正时可以被提前。
从210和212中的每个，方法移动到214，其中方法包括对于自发动机起动的第一燃烧事件以后的多个燃烧事件继续提前燃料喷射正时。在本文中，提前喷射正时包括：随着发动机温度增加，从最初喷射正时持续提前喷射正时，该最初喷射正时基于发动机转速和负荷。因此，对于自发动机起动(即发动机冷起动或发动机热起动)以后的每个燃烧事件，随着发动机温度增加，维持分流燃料喷射的同时可以将(分流燃料喷射的)(平均)燃料喷射正时提前。所述提前进一步包括维持分流喷射之间的持续时间。例如，在分流喷射包括两个压缩冲程燃料喷射部分的情况下，平均喷射正时可以被提前，同时维持在第一部分的喷射与第二部分的喷射之间的持续时间。在自第一燃烧事件以后的数个燃烧事件已经过去之后，方法包括：随着发动机温度的增加，朝向压缩冲程TDC延迟喷射正时。
应当明白的是，在一些示例中，燃料喷射正时可以被提前直到提前的阈值量(例如，提前的最大可允许量)，并且此后，当发动机温度增加时，燃料喷射正时可以被保持在提前的阈值量。作为又一示例，燃料喷射正时对于自发动机起动以后的限定的数个燃烧事件可以向着提前的阈值量而被提前，并且此后，当发动机温度增加时，燃料喷射正时可以被保持在提前的正时或被延迟朝向最初正时。
在218处，可以确定发动机转速是否高于阈值转速。特别地，可以确定起动转动是否已经被完成且发动机怠速转速是否已经被达到。在替代示例中，可以确定自第一燃烧事件以后阈值数目的燃烧事件是否已经过去。如果是，则在220处，在起动转动已经被完成之后，程序包括将燃料喷射转变为能够实现怠速转速控制的燃料喷射廓线。该过程可以包括例如转变为仅进气道喷射燃料或仅直接喷射燃料中的一个。该过程可以替代地包括转变为以单次进气冲程(或压缩冲程)喷射传送燃料。作为示例，该转变包括，在起动转动之后，将燃料喷射转变到在进气门打开之前进气道喷射一部分燃料并且在进气冲程期间直接喷射剩余部分的燃料。在本文中，直接喷射的燃料与进气道喷射的燃料的喷射比可以基于燃料质量而改变。这样，在218处，如果阈值发动机转速还没有被达到，或阈值数目的燃烧事件还没有过去，则在219处，在发动机起动和起动转动时使用的燃料喷射廓线可以被维持，其中燃料喷射正时继续随着发动机温度而被提前。
图3示出描述分流燃料喷射正时的平均提前随着发动机冷却剂温度(ECT)的增加而变化的第一曲线300。如所示，平均提前在较高发动机温度下以较快速率增加并且在较低发动机温度下以较慢速率增加。图3也示出描绘了分流燃料喷射的喷射之间的平均间隔随着发动机冷却剂温度(ECT)增加而变化的第二曲线350。如所示，平均间隔在低－中发动机温度下被维持，并且然后在较高发动机温度下被增加。图4示出对于给定发动机汽缸而言相对于发动机位置的气门正时和活塞位置的曲线组400。在发动机起动期间，当发动机正在被起动转动时，发动机控制器可以被配置为调节被传送到汽缸的燃料的燃料喷射廓线。特别地，燃料在发动机起动的第一燃烧事件期间并且对于第一燃烧事件之后的数个燃烧事件以分流燃料喷射传送，之后被转变为具有发动机起动转动之后的单次燃料喷射的发动机怠速廓线。此外，超过所述数个燃烧事件之后，随着发动机冷却剂温度增加，燃料喷射正时(其是分流燃料喷射的多次喷射的平均喷射正时)可以被提前。
曲线组400示出沿着曲柄转角角度(CAD)的x轴的发动机位置。参照活塞相对于上止点(TDC)和/或下止点(BDC)的方位，以及进一步参照活塞在发动机循环的四个冲程(进气、压缩、做功和排气)内的方位，曲线408示出了活塞位置(沿着y轴)。如正弦曲线408所示，活塞从TDC逐渐向下移动，到做功冲程结束时在BDC处降到最低点。然后活塞到排气冲程结束时在TDC处返回到顶部。然后在进气冲程期间，活塞再次朝向BDC往回向下移动，到压缩冲程结束时在TDC处返回到其原始顶部位置。
曲线402和曲线404描绘了正常发动机操作期间排气门的气门正时(虚曲线402)和进气门的气门正时(实曲线404)。如所示，正当活塞在做功冲程结束降到最低点时，排气门可以被打开。当活塞完成排气冲程时，排气门保持打开至少直到随后的进气冲程已经开始，然后排气门可以关闭。以相同的方式，进气门可以在进气冲程开始时或在进气冲程开始之前被打开，并且可以保持打开至少直到随后的压缩冲程已经开始。
由于排气门关闭与进气门打开之间的正时差，对于在排气冲程结束之前且在进气冲程开始之后的短暂持续时间，进气门和排气门两者可以是打开的。这个时期(在该时期期间两个气门可以是打开的)被称为正进气门排气门重叠406(或简单地，正气门重叠)，其由曲线402和曲线404的相交处的阴影区域来表示。在一个示例中，正进气门排气门重叠406可以是发动机冷起动期间现有发动机的默认凸轮位置(default cam position)。
曲线组400的(从顶部)第三图形描绘了示例燃料喷射廓线450，该示例燃料喷射廓线450可以用于发动机冷起动以减少发动机冷起动运转不平稳。曲线组400的(从顶部)第四图形描绘了示例燃料喷射廓线460，该示例燃料喷射廓线460可以用于发动机热起动以减少发动机热起动运转不平稳。
在所示示例中，在发动机冷起动的第一燃烧事件期间所使用的燃料喷射廓线450包括分流压缩冲程喷射，其中传送到汽缸的燃料总量包括在414处所示的第一早期压缩冲程直接喷射(斜条纹块)以及在416处所示的第二后期压缩冲程直接喷射(斜条纹块)。第一喷射414可以包括在第一正时CAD1处直接喷射的第一部分燃料(D1)。然后，剩余部分燃料(D2)在CAD2处被直接喷射，使得分流燃料喷射的平均喷射正时是CAD3。
相比之下，在发动机热起动的第一燃烧事件期间所使用的燃料喷射廓线460包括分流压缩冲程喷射，其中传送到汽缸的燃料总量包括在424处所示的第一进气冲程直接喷射(阴影线条纹块)以及在426处所示的第二压缩冲程直接喷射(斜条纹块)。第一喷射424可以包括在第一正时CAD11直接喷射的第一部分燃料(D11)。然后，剩余部分燃料(D12)在CAD12处被直接喷射使得分流燃料喷射的平均喷射正时是CAD13。通过比较廓线450和廓线460的可以看出，随着发动机起动时的发动机温度增加(热起动比发动机冷起动具有较高的发动机温度)，平均燃料喷射正时被从压缩冲程TDC提前。早期的喷射正时降低富失火的可能性同时提供了发动机起动平稳性。
除了分流喷射之外，与热起动(见428)相比，在发动机冷起动(见418)期间火花可以被延迟较大的量。
现在转向图5，曲线500示出了燃料喷射正时和廓线的示例调节，其可以用于第一发动机冷起动状况(曲线500)和第二发动机热起动(曲线550)的发动机起动以及随后的起动转动和发动机怠速控制期间。如在本文中所详述的，对于任何给定的发动机起动，喷射正时可以基于发动机温度而被调节。同样，每个喷射廓线描绘了相对于汽缸活塞位置的喷射正时。基于在发动机循环内任何时间处的汽缸活塞的位置，燃料可以在进气冲程(I)、压缩冲程(C)、做功冲程(P)或排气冲程(E)期间被喷射到汽缸中。喷射廓线进一步描绘了燃料是以单次喷射的方式喷射还是以分流多次喷射的方式喷射。虽然未描绘，但喷射廓线可以进一步包括并发的火花正时调节(例如，火花延迟的使用)。
在冷起动期间所应用的第一燃料喷射曲线500包括在起动期间和数个随后燃烧事件使用分流压缩冲程喷射，之后在发动机怠速控制期间重新开始单次进气冲程喷射。在随后的燃烧事件期间，随着发动机冷却剂温度增加，燃料喷射正时被提前，同时维持分流燃料喷射并且维持连续喷射之间的持续时间。在替代示例中，随着发动机温度增加，喷射之间的持续时间可以被增加。
除了将喷射的总燃料量分流之外，火花点火正时可以被调节。例如，在500处，火花正时可以是-20度BTDC。在热起动期间所应用的第二燃料喷射曲线550包括在起动期间以及数个随后的燃烧事件中使用具有第一进气冲程喷射和第二压缩冲程喷射的分流喷射，之后在发动机怠速控制期间重新开始单次进气冲程喷射。在随后的燃烧事件期间，随着发动机冷却剂温度增加，燃料喷射正时被提前，同时维持分流燃料喷射并且维持连续喷射之间的持续时间。在替代示例中，随着发动机温度增加，喷射之间的持续时间可以被减少。
除了将喷射的总燃料量分流之外，火花点火正时可以被调节。例如，在550处，火花正时可以是+5度BTDC。
以此方式，一种用于发动机的方法包括：在发动机冷起动期间，通过在第一喷射正时以分流喷射传送的燃料起动转动发动机；以及在发动机热起动期间，通过在第二喷射正时以分流喷射传送的燃料起动转动发动机，第二正时相对于第一正时被提前。在发动机冷起动期间，燃料对于第一数目的燃烧事件在第一喷射正时处被以分流喷射传送，并且然后，随着发动机冷却剂温度增加，燃料喷射正时被从第一喷射正时向第二喷射正时提前。相比之下，在发动机热起动期间，燃料对于第二数目的燃烧事件在第二喷射正时处被以分流喷射传送，其中第二数目小于第一数目，并且然后，随着发动机冷却剂温度增加，燃料喷射正时被从第二喷射正时向第一喷射正时延迟。在发动机冷起动期间的分流喷射包括第一数目的压缩冲程直接喷射，其中第一喷射正时是第一数目的压缩冲程直接喷射的平均喷射正时。在发动机热起动期间的分流喷射包括第二数目的压缩冲程直接喷射，第二数目小于第一数目，其中第二喷射正时是第二数目的压缩冲程直接喷射的平均喷射正时。在发动机冷起动期间的分流喷射包括多个压缩冲程直接喷射，而在热起动期间的分流喷射包括至少一个压缩冲程直接喷射和一个进气冲程直接喷射。进一步地，在发动机冷起动期间，发动机被用延迟了较大量的火花正时起动转动，而在发动机热起动期间，发动机被用延迟了较小量的火花正时起动转动。
在另一示例中，发动机系统包括：发动机，其包括汽缸；直接喷射器，其用于将燃料直接喷射到汽缸中；温度传感器，其用于估计发动机冷却剂温度；以及控制器。控制器可以被配置为具有存储在非临时存储器上的计算机可读指令，用于：在发动机起动期间，对于自第一燃烧事件以后的数个燃烧事件，通过多次压缩冲程喷射传送的燃料操作发动机，并且其中多次压缩冲程喷射的平均喷射正时被从压缩冲程TDC处提前，喷射正时提前的量随着(在发动机燃烧开始之前所估计的)发动机冷却剂温度的增加而增加。控制器可以包括进一步指令以用于：在数个燃烧事件之后，虽然继续通过多次压缩冲程喷射传送的燃料来操作发动机，但是将多次压缩冲程喷射的平均喷射正时向着压缩冲程TDC延迟，喷射正时延迟的量随着发动机冷却剂温度的增加而增加。控制器可以包括更进一步指令以用于：在数个燃烧事件期间，从MBT延迟火花正时，火花延迟量基于喷射正时提前，以及在数个燃烧事件之后，基于发动机转速和负荷来调节火花延迟量。
以此方式，在发动机起动期间，响应于发动机起动时的(并且在发动机内第一燃烧事件之前的)发动机冷却剂温度)，通过调节分流喷射的燃料喷射正时，发动机起动和怠速运转不平稳被减少。特别地，改善了发动机冷起动和暖起动两者的发动机运转平稳性。通过在发动机行驶循环中的较晚点处将分流燃料喷射转变为单次燃料喷射，富失火发生率被减少，进而减少与虚假保修关联的问题。此外，分流燃料喷射和提前的燃料喷射正时的组合使用能够通过较少的燃料量加快催化剂加热，进而改善燃料经济性和冷起动排气排放。通过减少发动机起动运转不平稳，(发动机冷起动和热起动二者的)发动机起动性能被改善。
要注意的是，本文中所包括的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文中公开的控制方法和程序可以作为可执行指令而被存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器的控制系统执行。此处所描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以按照所示的顺序执行，并行地执行，或在某些情况下被省略。同样地，处理顺序并非是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是被提供以便于说明和描述。根据所使用的具体策略，所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被反复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器内的代码，其中所描述的动作通过执行包括与电子控制器组合的各种发动机硬件组件的系统内的指令而被完成。
应当理解，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例并不被认为是限制性的，因为多种变型是可能的。例如，以上技术可以被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求具体指出被认为新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个/一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包含一个或多个这种元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求来要求保护，或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这些权利要求，不管在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，都被认为包含在本公开的主题内。

Claims (17)

1.一种用于发动机的方法，其包括：
在发动机冷起动期间，通过分流喷射传送的燃料起动所述发动机，所述分流喷射包括在燃烧循环的压缩冲程期间早期直接喷射的第一部分燃料和在所述燃烧循环的所述压缩冲程期间后期直接喷射的第二部分燃料；以及
随着发动机温度在所述发动机冷起动时的增加而使所述分流喷射的平均燃料喷射正时提前并且增加将所述分流喷射分开的曲柄转角角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中提前所述平均燃料喷射正时包括提前所述分流喷射的每次喷射的喷射正时。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述平均燃料喷射正时随着所述发动机温度增加而被从最初喷射正时提前，所述最初喷射正时基于发动机转速和负荷。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述平均燃料喷射正时随着所述发动机温度增加而被从压缩冲程TDC提前。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括，对于自所述发动机冷起动的第一燃烧事件以后的数个燃烧事件维持提前的所述平均燃料喷射正时。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括，在自所述第一燃烧事件以后的所述数个燃烧事件之后，随着发动机温度增加朝向压缩冲程TDC延迟所述平均燃料喷射正时。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在所述冷起动期间，从MBT延迟火花正时同时所述平均燃料喷射正时被提前，其中所述平均燃料喷射正时是所述第一部分燃料和所述第二部分燃料的平均喷射正时。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机温度包括在所述发动机冷起动时的、在第一燃烧事件之前的发动机冷却剂温度。
9.一种用于发动机的方法，其包括：
在发动机冷起动期间，通过在第一平均喷射正时以分流喷射传送的燃料起动转动所述发动机，其中在所述发动机冷起动期间的所述分流喷射包括第一数目的压缩冲程直接喷射；以及
在发动机热起动期间，通过在第二平均喷射正时以分流喷射传送的燃料起动转动所述发动机，所述第二平均喷射正时相对于所述第一平均喷射正时被提前，其中在所述发动机热起动期间的所述分流喷射包括第二数目的压缩冲程直接喷射，所述第二数目小于所述第一数目。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述发动机冷起动期间，对于第一数目的燃烧事件，燃料在所述第一平均喷射正时处以分流喷射被传送，并且然后，随着发动机冷却剂温度增加，将平均燃料喷射正时从所述第一平均喷射正时向所述第二平均喷射正时提前。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述发动机热起动期间，对于第二数目的燃烧事件，燃料在所述第二平均喷射正时处以分流喷射被传送，所述第二数目小于所述第一数目，并且然后，随着发动机冷却剂温度增加，将平均燃料喷射正时从所述第二平均喷射正时向所述第一平均喷射正时延迟。
12.根据权利要求10所述的方法，其中在所述发动机冷起动期间的所述分流喷射包括第一数目的压缩冲程直接喷射，并且其中所述第一平均喷射正时是所述第一数目的压缩冲程直接喷射的平均喷射正时，以及其中在所述发动机热起动期间的所述分流喷射包括第二数目的压缩冲程直接喷射，所述第二数目小于所述第一数目，并且其中所述第二平均喷射正时是所述第二数目的压缩冲程直接喷射的平均喷射正时。
13.根据权利要求9所述的方法，其中在所述发动机冷起动期间的所述分流喷射包括多次压缩冲程直接喷射，并且其中在所述发动机热起动期间的所述分流喷射包括至少一个压缩冲程直接喷射和至少一个进气冲程直接喷射。
14.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括，在所述发动机冷起动期间，以延迟了较大量的火花正时起动转动所述发动机，以及在所述发动机热起动期间，以延迟了较小量的火花正时起动转动所述发动机。
15.一种发动机系统，其包括：
发动机，其包括汽缸；
直接喷射器，其用于将燃烧直接喷射到所述汽缸中；
温度传感器，其用于估计发动机冷却剂温度；以及
控制器，其具有存储在非临时存储器上的计算机可读指令以用于：
在发动机冷起动期间，
对于自第一燃烧事件以后的数个燃烧事件，在每次燃烧事件期间通过多次压缩冲程喷射传送的燃料操作所述发动机，其中所述多次压缩冲程喷射的数目基于发动机温度和喷射燃料的酒精含量来调整，压缩冲程喷射的数目随着发动机温度的减小而增加或随着喷射燃料的酒精含量的增加而增加，并且其中所述多次压缩冲程喷射的平均喷射正时从压缩冲程TDC被提前，喷射正时提前的量随着所述发动机冷却剂温度的增加而增加，并且其中所述多次压缩冲程喷射的喷射之间的持续时间随着所述发动机冷却剂温度的增加而增加。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器包括进一步指令用于：在所述数个燃烧事件之后，虽然继续通过多次压缩冲程喷射传送的燃料操作发动机，但是将所述多次压缩冲程喷射的所述平均喷射正时向着压缩冲程TDC延迟，喷射正时延迟的量随着所述发动机冷却剂温度的增加而增加。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括进一步指令以用于：在所述数个燃烧事件期间，从MBT延迟火花正时，火花延迟的量基于所述喷射正时提前的量，以及在所述数个燃烧事件之后，基于发动机转速和负荷调节所述火花延迟的量。
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