CN112963282B - 增加发动机的冷启动成功率的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统，包括：联接至发动机的进气通道的进气节气门阀；联接至进气通道的格栅加热器；和控制器。所述控制器被构造为：接收启动发动机的命令；响应于命令关闭进气节气门阀，以防止或基本上防止进气进入发动机；开启格栅加热器以加热进气；接收与发动机速度有关的信号，并确定发动机速度等于或高于预定阈值速度；响应于发动机的速度等于或高于预定阈值速度，至少部分地打开进气节气门阀以将加热的进气释放到发动机以进行燃烧。

Description

增加发动机的冷启动成功率的系统和方法

发明领域

本公开涉及增加发动机的冷启动能力。

背景技术

发动机，特别是柴油发动机的冷启动能力对于公路和非公路应用均很重要。例如，在寒冷的天气中，较低的进气温度将导致较低的燃烧室温度，这可能导致燃烧困难(例如，发生点火故障)。一种传统的冷启动辅助装置包括在进气路径中安装格栅加热器，并在特定的持续时间(例如30秒)内为格栅加热器通电。格栅加热器的功能是加热进气，从而提高气缸温度，从而提高发动机的冷启动能力。然后，曲柄起动发动机将使格栅加热器保持通电状态，直到发动机发动(fire)。但是，从曲柄转动(crank)开始到发动机发动，有几个进气和排气循环对点火没有帮助。在曲柄转动时，命令燃料不喷射到发动机中，直到发动机速度升高到特定的速度阈值，以便获得足够的气缸压力和温度以进行点火。如果燃烧不是很快发生，则发动机操作员可能会感到烦躁或沮丧。因此，确保发动机的冷启动能力是发动机系统的重要特征。

发明内容

一个实施例涉及一种发动机系统，该发动机系统包括发动机、设置在发动机的进气通道上的进气节气门阀、以及设置在进气通道上或附近的格栅加热器。进气节气门阀位于发动机上游，格栅加热器位于进气节气门阀上游。在进入发动机之前，进气在格栅加热器和进气节气门之间的进气通道的区段中存储和加热。传感器联接至发动机。传感器被配置为监测发动机速度并将指示发动机速度的信号发送给控制器。控制器接收启动发动机的命令，并将该命令传达给进气节气门阀和格栅加热器，使得进气阀关闭并密封通往发动机的进气通道，格栅加热器开始加热存储在该区段中的进气。控制器接收来自传感器的信号，并确定发动机速度是否等于或高于预定阈值速度。一旦确定发动机速度等于或高于预定阈值速度，控制器就与进气节气门阀和燃料喷射器通信，使得进气阀打开并将加热后的进气释放到发动机以进行燃烧。

在一些实施例中，预定阈值速度大于140RPM且小于160RPM。进气节气门阀可以是蝶形阀、节流阀、电磁致动阀和其他类似的流量控制阀。在一些实施例中，格栅加热器被配置成根据控制器的通信即启动燃烧和/或打开进气节气门阀(至少部分打开)将加热的空气释放到发动机时停止热量输出。

另一个实施例涉及一种控制器，其包括格栅加热器电路、进气节气门阀电路、发动机速度电路、燃料喷射器电路和通信接口。格栅加热器电路被构造成接收指示发动机启动请求的命令，并将该命令传达到格栅加热器以激活格栅加热器。进气节气门阀电路构造成接收指示发动机启动请求的命令，并将该命令传达到进气节气门阀中以关闭进气节气门阀。结果，格栅加热器开始加热被捕获在进气节气门阀上游的空气。发动机速度电路被构造成监测发动机速度并将发动机速度传达给格栅加热器电路和进气节气门阀电路。当速度等于或高于预定阈值时，进气节气门阀电路构造成打开阀以将加热后的空气释放到发动机，格栅加热器电路构造成关闭或停用格栅加热器，并且燃料喷射器电路构造成使燃料喷射器将燃料喷射到发动机中。结果，开始发动机中的燃烧。

另一个实施例涉及一种系统。该系统包括联接到发动机的进气通道的进气节气门阀；联接至进气通道的格栅加热器；和控制器。所述控制器被构造为：接收启动发动机的命令；响应于命令关闭进气节气门阀，以防止或基本上防止进气进入发动机；开启格栅加热器以加热进气；接收关于发动机速度的信号，并确定发动机速度等于或高于预定阈值速度；响应于发动机的速度等于或高于预定阈值速度，至少部分地打开进气节气门阀以将加热后的进气释放到发动机以进行燃烧。

另一个实施例涉及一种用于辅助发动机的冷启动能力的系统。该系统包括控制器，该控制器联接至进气阀和加热器，该加热器用于加热发动机的进气。所述控制器被构造为：关闭进气阀，以防止或基本防止进气在发动机曲柄转动期间进入发动机；在发动机曲柄转动时开启加热器以加热进气；接收关于发动机速度的信号，并确定发动机速度等于或高于预定阈值；响应于发动机的速度等于或高于预定阈值速度，至少部分地打开进气阀以将加热的进气释放到发动机以进行燃烧。

另一个实施例涉及一种方法。该方法包括：接收指示期望启动发动机的命令；响应于所述命令而激活加热器以加热发动机的进气；关闭进气节气门阀以防止或基本上防止加热后的进气进入发动机；接收指示发动机速度的信息；确定发动机速度等于或高于预定阈值；至少部分地打开进气节气门阀以将加热后的进气释放到发动机进行燃烧。

本发明内容仅是说明性的，并不以任何方式进行限制。结合附图，在本文阐述的详细描述中，本文描述的设备或过程的其他方面、特征和优点将变得显而易见，其中相似的附图标记指代相似的元件。

附图简要说明

图1是根据示例实施例的具有控制器的系统的框图的示意图。

图2是根据示例实施例的图1的控制器的框图。

图3是根据示例实施例的操作图1的系统的方法的流程图。

图4是根据示例实施例的描绘图3的方法的各种特性和特征的曲线图。

具体实施方式

以下是对与有助于发动机(特别是柴油或压缩点火发动机)的冷启动能力的方法、装置和系统有关的各种概念的详细描述和实施方式。在转向详细示出某些示例性实施例的附图之前，应当理解，本公开不限于说明书中阐述的或在附图中示出的细节或方法。还应该理解，本文所使用的术语仅出于描述的目的，并且不应被视为限制。

总体上参考附图，本文示出并描述了系统和方法，用于控制关闭阀的进气节气门(IAT)阀以以将进气保留在进气或进气通道中、加热保留的空气直到发动机达到指定的或预定的速度阈值或值为止、当发动机达到指定或预定的速度阈值时，将加热的空气释放到发动机中以引起燃烧并促进发动机的冷启动能力。有利地，通过保留和加热保留的空气直到发动机达到预定的速度阈值，空气能够被加热并且不会像先前的系统一样在相对较低的温度下(例如，周围温度可能会凉爽，进而冷却发动机)通过发动机循环。在先前的系统中，这种热空气将在正常曲柄转动时被发散，这导致当发动机达到指定速度时，用于燃烧的空气相对不那么热。相反，本公开的系统和方法保留、存储或以其他方式保持加热的空气。因此，与先前系统中使用的进气/排气相比，释放到发动机中的空气-加热的空气-不会经历太多的温度变化。这会提高发动机温度，从而在冷启动应用中(尤其是在较冷的天气环境中)促进燃烧成功。

进气格栅加热器可以安装在发动机的进气口中。加热器由电阻线圈组成，这些电阻线圈由发动机电池或外部电源供电。线圈随着电流流过而变暖。进气格栅加热器通过在进气进入气缸之前预热进气来辅助启动发动机。由于进气温度较高，因此气缸更可能达到燃料(例如，柴油燃料)的点火温度。进气格栅加热器在发动机启动之前被供电。加热器通电短时间(例如，不超过50秒)后，可以尝试启动。一旦发动机发动后，加热器将断电。如果发动机在一定时间(例如起动的20秒)后未能启动，则加热器将断电，并且要至少2分钟后才能重复此过程，同时电池会恢复。对于电子控制的发动机，控制器控制燃料向气缸内喷射。发动机速度满足特定阈值(例如150或大约150转/分钟(RPM))后，才将燃料喷射到气缸中。如上所述，在达到阈值之前，预热的空气被吸入气缸(但不与燃料混合待燃烧)并排出。因此，当控制器发送开始燃料喷射的命令时，进气温度已经降低。在极端寒冷的天气中，粘性油会拖累发动机曲柄转动，并延长燃料开始喷射的时间，这将减轻格栅加热器的有益影响。一旦第一次尝试失败，另一个问题是电池可能无法完全恢复，因此无法使加热器通电以加热进气。因此，随后的启动尝试也可能会失败。

如本文中所描述的，控制与保留和加热进气的格栅加热器结合的IAT阀直到发动机曲柄转动达到预定的速度阈值会提高发动机的冷启动能力。在运行中，控制器在发动机曲柄转动到预定速度后开始喷射燃料并打开IAT阀。积聚的热空气被吸入气缸，并与燃油雾混合，由于增加了促进起火所需的热量和压力，因此大大提高了发动机的点火成功率。

本文所述的系统和方法对于冷启动应用特别有用。“冷启动”是指发动机长时间处于静止状态，其中发动机温度基本上是外部温度或外部环境温度。因此，在非常寒冷的情况下(例如，低于水的冻结温度)，进气也非常冷，这意味着增加进气温度以帮助促进燃烧对于发动机的可靠性很重要。本公开在这些类型的冷和极端冷启动情况下都是有用的。

现在参考图1，示出了根据示例性实施例的系统100。系统100包括IAT阀102、格栅加热器104、控制器106、发动机速度传感器108、发动机110和后处理系统112。系统100可以被包括在公路车辆(例如，卡车、运输卡车等)或非公路车辆(例如，采矿设备、海上应用等)中。系统100还可以包括在非车辆应用中，例如发电机或发电机组。因此并且虽然未示出，但是系统100可以包括操作员输入/输出(I/O)设备。操作员I/O设备联接到控制器106，使得可以在控制器106和操作员I/O设备之间交换信息，其中该信息可以与图1的一个或多个组件或控制器106的确定(以下描述)有关。操作员I/O设备使操作员能够与控制器106和系统100的一个或多个组件进行通信。例如，操作员I/O设备可以包括但不限于交互式显示器、触摸屏设备、一个或多个按钮和开关、语音命令接收器等。在各种替代实施例中，本文中描述的控制器106和组件可以与如上所述的非车辆应用(例如，发电机)一起来实现。因此，操作员I/O设备可以特定于那些应用。例如，在那些情况下，操作员I/O设备可以包括膝上型计算机、平板计算机、台式计算机、电话、手表、个人数字助理等。通过操作员I/O设备，控制器106可以基于一个或多个确定来提供诊断信息、故障或服务通知。例如，在一些实施例中，控制器106可以经由操作员I/O设备显示IAT阀102附近的进气温度、发动机110的温度以及各种其他信息。

系统100还示为包括空气过滤器10，空气最初在空气过滤器10中进入系统100。在该实施例中，空气然后经过涡轮增压器12，并且在进入发动机110(如下所述)之前由增压空气冷却器14冷却。在其他实施例中，可以从该布置中省略增压空气冷却器和/或涡轮增压器。

系统100还包括在发动机110的底部收集油的油底壳或油底盘16和用于打开或关闭油底壳泵的油压开关18。提供油压传感器22以监测油压并与油压开关18通信。

系统100还包括构造成将燃料泵送至发动机110的燃料泵20。沿着燃料入口管线/通道布置有计量阀21，该计量阀21调节从泵20到发动机的燃料流量。燃料流量的计量例如可以取决于从燃料压力传感器24接收的信号。

如图所示，系统100包括在各种位置上的各种传感器。应当理解，传感器的这种布置仅是示例性的，使得其他系统可以包括更多或更少的传感器，可以改变相对位置，并且也可以改变传感器类型(真实或虚拟)。在图1的示例中，系统100包括燃料温度传感器23、排气压力传感器26、发动机位置传感器28、冷却剂温度传感器30、制动传感器31、环境空气温度传感器32和发动机速度传感器108。在操作中，传感器可以向控制器106提供数据/信息，以监测某些组件的运行并控制某些组件(例如，打开或关闭进气节气门)。系统100可以包括各种致动器33。致动器33可以构造成操作发动机110的某些组件或联接到发动机110(例如，提升进气阀/排气阀等)。

仍参考图1，IAT阀102是构造成调节经由进气口(例如，进气通道、通道等)被引导到发动机110中的空气的量和流量的阀。IAT阀102的调节和控制可以至少部分地基于来自控制器106的控制指令或信号。如图所示，IAT阀102位于系统100的进气口内，位于发动机110的上游和格栅加热器104的下游。因此，IAT阀102联接至通向发动机110的进气通道。IAT阀102可以是蝶形阀、节流阀、螺线管致动阀或其他类似的流量(特别是空气)控制阀。通过将IAT阀102定位在格栅加热器104的下游，来自格栅加热器104的加热后空气流到IAT阀102，在此IAT阀102可以停止、调节或控制该加热后的空气流流向发动机110。在所示的示例中，致动器103用于促进IAT阀102的打开和关闭。致动器103可以是多种不同类型的阀致动器中的任何一种(例如，电子的、液压的、气动的、其组合等)。该阀可以完全、基本上或部分地打开或关闭。如果IAT阀完全打开，则进气流可能不会阻塞。如果IAT阀完全关闭，则完全防止了进气流流到发动机110。然而，致动器103可以将阀102调节为部分打开(即，在完全关闭和完全打开之间)，以使一些进气能够进入发动机。例如，根据给定时间的气压，IAT阀门可能仅部分打开以实现部分流动，从而减少了任何潜在的压力积聚。如下面进一步解释的，在IAT阀102和格栅加热器104之间的进气通道的区段114是在进气进入发动机110之前捕获进气并且随后被格栅加热器104加热的地方。

在一些实施例中，IAT阀102可以是自动关闭(ASO)阀。一些非公路用机器在一些易燃易爆的场合(例如在地下采矿中)安装ASO阀。ASO阀还用于发动机应用，发动机作为正常运行模式或系统故障可能会受到外部燃料源(例如甲烷气体泄漏或其他挥发性气体蒸气)的影响。ASO阀提供了防止发动机超速和失控的辅助手段。ASO阀还提供了一种防止点燃外部挥发性蒸气通过进气歧管逆火点燃发动机的方法。可以由控制器106以与本文关于IAT阀102所述相同或相似的方式来控制ASO阀。例如，从控制器106命令的信号可以被发送到ASO阀(例如，旋转门、断头台或蝶阀)以关闭(至少部分地)。像IAT阀一样，可以使用阀致动器来打开或关闭ASO阀。阀致动器可以包括例如电磁阀、气压缸和液压缸等。就这一点而言，控制器命令可以切换或以其他方式促进向电磁阀或气动或液压提供高电流，以(至少部分地)根据致动器类型关闭阀门。

如图所示，阀传感器105联接到IAT阀102。阀传感器105可以被构造为真实传感器或虚拟传感器。阀传感器105被构造为监测IAT阀102的运行。例如，阀传感器105可以是监测IAT阀102的开度的霍尔效应传感器。作为另一示例，阀传感器105可以监测阀的其他状况(基于提供命令的时间打开的响应时间，阀是否打开命令的量等)。因此，具有不同功能的多个传感器可以联接到IAT阀102。该信息可以被提供给控制器106以用于IAT阀102的附加控制和诊断。

格栅加热器104是被构造成输出热量以便增加进气温度的加热元件(或加热器)。加热进气提高了发动机在寒冷情况下(例如，环境温度等于或低于水的冰点)启动的效率和成功率。如图所示，格栅加热器104位于发动机和IAT阀102的上游，以便加热等待由IAT阀102释放到发动机110中的空气。当格栅加热器104处于“打开”或“激活”时，格栅加热器输出热量，而当格栅加热器104处于“关闭”或“停用”时，格栅加热器停止热量输出。格栅加热器104联接至通向发动机110的进气通道或进气管。格栅加热器104由控制器106控制以打开或关闭格栅加热器104，如下文进一步所述。格栅加热器104可具有各种典型设计中的任何一种(例如，所示的电阻线圈加热器或另一种类型的加热器)。因此，格栅加热器104可以由系统100的电池供电。继电器107可以联接至格栅加热器104，并被配置为将来自电池或交流发电机(或另一电子源，例如电容器)的电力提供给格栅加热器104以输出热量。因此，控制器106可以提供接通/断开继电器的命令以控制格栅加热器104何时激活/非激活。可替代地，可以省略继电器107，使得控制器106直接与格栅加热器104通信。

发动机速度传感器108是或真实或虚拟(或其任何组合，例如全部真实、全部虚拟、多数真实等)，被布置为测量、确定或获取指示或关于发动机110的速度(通常以每分钟转数表示)的数据、值或信息的一个传感器或多个传感器。发动机速度传感器108联接至发动机(当构造为真实传感器时)，并且构造为将指示发动机110的速度的信号发送至控制器106。当被构造为虚拟传感器时，控制器106可以在算法中使用至少一个输入来确定或估计发动机的速度。

同样如图所示，系统100包括温度传感器109、111。特别地，温度传感器109由IAT阀102定位，温度传感器111由发动机110定位。当然，系统100中可以包括更多的温度传感器。温度传感器109、111可以是真实的或虚拟的，进而可以是任何常规类型的温度传感器。位于IAT阀102附近的温度传感器109被构造成在空气被引导至发动机110之前测量或确定进气的温度(例如，在IAT阀102之前的区域中积聚发动机启动期间加热的进气温度)。联接至发动机的温度传感器111可以被构造成获取关于发动机温度的信息(例如，近似缸内温度)。

根据一个实施例，发动机110被构造为利用柴油的压燃式内燃发动机。然而，在各种替代实施例中，发动机110可以被构造为利用任何类型的燃料(例如，汽油、天然气)的任何其他类型的发动机(例如，火花点火)。发动机110包括一个或多个气缸以及相关活塞，在其中发生燃烧。就这一点而言，来自大气的空气与燃料结合并燃烧，以为发动机110提供动力。发动机110的压缩室中的燃料和空气的燃烧产生排气，该排气可操作地排放到排气歧管和排气后处理系统112。控制器106可以控制发动机的各个方面(例如，发动机的速度)。

在所示的示例中，系统100包括后处理系统112。排气后处理系统112构造为处理来自发动机110的排气，这些排气通过入口管/管道36进入后处理系统112，以减少有害或潜在有害元素的排放(例如，NOx排放、颗粒物等)。后处理系统112可以包括各种组件和系统，例如选择性催化还原(SCR)系统和柴油机颗粒过滤器(DPF)。SCR系统通过催化剂内的氧化将存在于由发动机110产生的排气中的氮氧化物转化为双原子氮和水。DPF被配置为将诸如煤烟的颗粒物质从在排气管道系统中流动的排气中去除。在一些实施方式中，可以省略DPF。

排气后处理系统112可以进一步包括还原剂输送系统120，该还原剂输送系统120可以包括分解室(例如，分解反应器、反应器管、分解管道、反应器管道等)，以将还原剂124(例如尿素、柴油机排气液(DEF)、

尿素水溶液(UWS)、尿素水溶液等)转化为氨。将柴油机排气液(DEF)添加到排气流中，以辅助催化还原。可以由SCR催化剂元件上游的喷射器126喷射还原剂，使得SCR催化剂元件接收还原剂和排气的混合物。还原剂液滴经过蒸发、热解和水解过程，以在分解室、SCR催化剂元件和/或排气管道系统内形成非NOx排放物(例如气态氨等)，其在出口38处离开后处理系统112。排气后处理系统112可以进一步包括流体联接到排气管道系统以氧化排气中的碳氢化合物和一氧化碳的氧化催化剂(例如，柴油氧化催化剂(DOC))。

在各种实施例中，还原剂输送系统控制器被配置为与具有排气后处理系统112的内燃机的中央控制器(例如，控制器106、发动机控制模块(ECM)等)通信。在一些实施例中，控制器106和还原剂输送系统控制器被集成到单个控制器中。

还如图1所示，提供包括冷却剂阀41和冷却剂液位传感器42的冷却剂系统40以循环冷却剂。冷却剂可以与多种组件交流，例如发动机110，以便从那些组件去除热量。在所示的示例中，冷却剂循环至还原剂储存器124(例如，DEF箱)以调节在后处理系统112中使用的还原剂的温度。

仍参考图1，系统100包括控制器106，该控制器106被构造为至少部分地控制系统100的各个方面(例如，发动机110、IAT阀102、格栅加热器104和后处理系统112)。作为运行的示例，一旦控制器106识别出点火触发(例如，插入启动系统的钥匙等)，则IAT阀102关闭。这导致进气在格栅加热器104和IAT阀102之间的进气道的区段(区段114)中被捕获。因为格栅加热器104还被配置为在识别到点火触发时开始加热，所以捕获的空气然后被加热。发动机速度传感器108监测发动机110的速度，并且联接至控制器106。控制器106从其接收指示发动机速度的信号，并且使用该数据来确定是否已经满足预定阈值并相应地执行动作。取决于发动机速度，控制器106与IAT阀102通信；如果发动机110曲柄转到到特定的阈值速度，例如在120-160RPM之间，则命令IAT阀102打开，从而将加热后的空气释放到发动机110。应当理解，压燃式发动机可以使用120-160RPM的预定的发动机速度，而其他发动机类型(例如天然气等)可以使用不同的阈值速度或发动机速度的阈值范围。

加热后的空气在发动机110上游的区段114内，格栅加热器104和IAT阀102之间积聚。一旦满足预定阈值速度(例如150RPM)，IAT阀102就打开以通过允许活塞将积聚的加热后的空气吸入气缸来将加热后的空气释放到发动机中。在一个实施例中，IAT阀102打开的同时喷射燃料。在一些实施例中，发动机速度阈值可以被设置为略低于燃料喷射触发速度，并且因此加热后的空气在燃料喷射之前通过(即，正好在喷射燃料之前，(至少部分)打开阀)。或者，可以使用温度传感器109来测量积聚的加热空气的温度。一旦满足某个温度阈值，则打开IAT阀102并且可以喷射燃料。

现在参考图2，根据示例性实施例示出了图1的系统100的控制器106的示意图200。控制器106可以被构造为一个或多个电子控制单元(ECU)。控制器106可以与变速器控制单元、排气后处理控制单元、动力系控制模块、发动机控制模块等中的至少一个分离或包括在其中。在一个实施例中，控制器106的组件被组合成一个单元。在另一实施例中，一个或多个组件可以在地理上分散在整个系统中。所有这些变型都旨在落入本公开的范围内。控制器106被示为包括具有处理器204和存储器设备206的处理电路202，具有格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216的控制系统208以及通信接口218。

在一种配置中，格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216被实现为可由处理器(例如，处理器204)执行的机器或计算机可读介质。如本文所述以及其他用途中，机器可读介质促进特定操作的执行以实现数据的接收和传输。例如，机器可读介质可以提供指令(例如，命令等)以例如获取数据。在这方面，机器可读介质可包括定义数据采集频率(或数据传输)的可编程逻辑。计算机可读介质可包括可以以包括但不限于Java等的任何编程语言和任何常规过程编程语言(诸如“C”编程语言或类似编程语言)编写的代码。计算机可读程序代码可以在一个处理器或多个远程处理器上执行。在后一种情况下，远程处理器可以通过任何类型的网络(例如，CAN总线等)彼此连接。

在另一种配置中，格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216被实现为硬件单元，例如电子控制单元。这样，格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216可以体现为包括但不限于处理电路、网络接口、外围设备、输入设备、输出设备、传感器等的一个或多个电路组件。在一些实施例中，格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216可以采用一个或多个模拟电路、电子电路(例如，集成电路(IC)、分立电路、片上系统(SOC)电路、微控制器等)、电信电路、混合电路、和任何其他类型的“电路”的形式。在这方面，格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216可以包括用于完成或促进本文所述操作实现的任何类型的组件。例如，本文描述的电路可以包括一个或多个晶体管、逻辑门(例如NAND、AND、NOR、OR、XOR、NOT、XNOR等)、电阻器、多路复用器、寄存器、电容器、电感器、二极管、布线等等)。格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216还可包括可编程硬件设备，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等。格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216可以包括一个或多个用于存储可由格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216的处理器执行的指令的存储器设备。一个或多个存储器设备和处理器可以具有与下面提供的与存储器设备206和处理器204相关的相同的定义。在一些硬件单元配置中，并且如上所述，格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216可以在地理上分散在系统中的各个单独位置。替代地并且如图所示，栅格加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216可以体现在单个单元/壳体中或内部，其显示为控制器106。

在所示的示例中，控制器106包括具有处理器204和存储器设备206的处理电路202。处理电路202可以被构造或配置为执行或实现本文所描述的与格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216相关的指令、命令和/或控制过程。所描绘的配置将格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216表示为机器或计算机可读介质。然而，如上所述，该图示并不意味着限制，因为本公开考虑了其他实施例，其中格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216或格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216中的至少一个电路被配置为硬件单元。所有这些组合和变化都旨在落入本公开的范围内。

处理器204可被实施为一个或多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理组件或者其他合适的电子处理组件。在一些实施例中，一个或多个处理器可以由多个电路共享(例如，格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216可包括或以其他方式共享相同的处理器，在一些示例实施例中，该处理器可以执行经由存储器的不同区域存储的或以其他方式访问的指令)。可选地或另外地，一个或多个处理器可构造成独立于一个或多个协同处理器来执行或以其他方式执行某些操作。在其他示例实施例中，两个或更多个处理器可通过总线联接以实现独立、并行、流水线或多线程指令执行。所有这些变化都旨在落入本公开的范围内。

存储器设备206(例如，存储器、存储器单元，存储设备)可以包括一个或多个用于存储数据和/或计算机代码的设备(例如，RAM、ROM、闪存、硬盘存储)，以完成或促进本公开中描述的各种处理、层和模块。存储器设备206可以可通信地连接到处理器204，以向处理器204提供计算机代码或指令以执行本文描述的至少一些处理过程。此外，存储器设备206可以是或包括有形的，非瞬态的易失性存储器或非易失性存储器。因此，存储器设备206可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件、或用于支持本文描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。

通信接口218可以包括有线和/或无线接口(例如，插孔、天线、发射器、接收器、收发器、有线终端)的任何组合，用于与被构造为实现车载通信(例如，在车辆的组件之间和之中；在所示的示例中，包括在车辆中的系统100)和车外通信(例如，与远程服务器的通信)的各种系统、设备或网络进行数据通信。例如并且关于车外/系统通信，通信接口218可以包括用于经由基于以太网的通信网络发送和接收数据的以太网卡和端口和/或用于经由无线通信网络进行通信的Wi-Fi收发器。通信接口218可以被构造为经由局域网或广域网(例如，互联网)进行通信，并且可以使用各种通信协议(例如，IP、LON、蓝牙、ZigBee、无线电、蜂窝，近场通信)。

通信接口218可以促进控制器106与系统100的一个或多个组件(例如，发动机110、变速器、排气后处理系统112、温度传感器109，111、发动机速度传感器108等)之间以及之中的通信。控制器106与发动机系统100的组件之间以及之中的通信可以通过任何数量的有线或无线连接(例如，IEEE下的任何标准)。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、CAT5电缆或任何其他形式的有线连接。相比之下，无线连接可以包括互联网、Wi-Fi、蜂窝、蓝牙、ZigBee、无线电等。在一些实施例中，控制器区域网络(CAN)总线提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线可以包括任何数量的有线和无线连接，其提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线可以包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以与外部计算机建立连接(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。

格栅加热器电路210被构造为至少部分地通信和控制格栅加热器104。当格栅加热器电路210提供这样做的命令或指令时，格栅加热器104可以打开/被激活。该激活/非激活还可以包括控制继电器。取决于格栅加热器104的能力，格栅加热器电路210可以命令加热器可能基于各种条件达到不同的温度水平(例如，当外部温度等于水冰点时，命令加热温度为X，并且当外部温度超过冰点以下的预定量时，加热温度为X+10华氏度)。因此，构想了通过格栅加热器电路210对格栅加热器104的细微控制。如本文所述，在一个实施例中，激活格栅加热器104(即，开启)的命令基于格栅加热器电路210检测到与期望启动或开启发动机110有关的输入。例如，格栅加热器电路210可以检测被移动到点火位置的钥匙、踩下引起点火的制动踏板和按钮、通过输入/输出设备(例如，语音命令)以启动发动机的肯定输入、定义何时应启动发动机的时间表并在该时间表上引起点火(例如，对于系统的某些非车载应用)等。格栅加热器电路210还联接至温度传感器111，以便进一步确定到底是否需要格栅加热器104。例如，在接收到关于期望启动发动机110的输入之后，如果环境温度以及因此的发动机110不等于或低于阈值温度(例如，冰点或任何防止或阻碍发动机启动的温度)，则可以不激活格栅加热器。因此，除了期望启动发动机之外，还可以使用温度(例如环境温度)来确定是否激活格栅加热器。就这一点而言，并且响应于启动发动机的输入和来自温度传感器111的有效温度读数(即，高于阈值)，格栅加热器电路210与格栅加热器104通信以开启格栅加热器104。因此，进气随后被格栅加热器104加热。格栅加热器电路210进一步构造成与格栅加热器104通信以根据命令停止加热空气。例如，这样的命令可以经由发动机速度电路212来指示不再需要加热空气，因为达到了阈值发动机速度并且将要打开IAT阀102。作为另一示例，在检测到发动机中的燃烧之后，格栅加热器电路210命令格栅加热器104关闭。作为又一个示例，格栅加热器可以在预定的开启持续时间之后关闭。作为又一个示例，区段114中的加热后的空气的温度可以用于关闭加热器。例如，如果进气温度等于或高于预定值，则可以命令格栅加热器关闭。

发动机速度电路212被构造为监测发动机110的速度。例如，经由发动机速度传感器108，发动机速度电路212被构造成接收关于发动机速度的信号或信息。发动机速度电路212被构造成存储发动机的预定阈值速度，以用于何时应当将燃料喷射到发动机的气缸中以开始点火。因此，基于发动机类型，预定阈值速度可以变化。此外，阈值速度可以是基于各种条件的动态值，例如发动机已经静置了多长时间、外界空气温度等。例如，低于水的冰点的温度可能与较高的阈值发动机速度相吻合，以说明由于寒冷天气而产生的粘性机油。较高的发动机速度可能导致粘性机油更多地运动以促进点火。因此，发动机速度电路212被构造为监测发动机110的速度以确定发动机110何时达到预定阈值速度。在一些实施例中，阈值速度在120-160rpm之间，并且具体地为150rpm。发动机速度传感器108被构造成监测发动机速度并将数据发送到发动机速度电路212。发动机速度电路212被编程为根据阈值处理数据。如果达到阈值或阈值速度，则发动机速度电路212与IAT阀电路214通信，IAT阀102可以至少部分地打开。

IAT阀电路214被构造为(至少部分地)控制IAT阀102。特别地，IAT阀电路214被构造为基于经由发动机速度电路212检测到的发动机110的速度来(至少部分地)打开或关闭IAT阀102。如果包含在系统中，则可以经由阀门致动器进行控制。IAT阀电路214经由通信接口218与IAT阀102通信以打开IAT阀102或保持关闭。例如，当接收到关于期望启动发动机110的输入时，IAT阀电路214被配置为关闭IAT阀102。该关闭将把进气捕获在进气通道中，以允许相同的空气被格栅加热器104连续加热，直到IAT阀电路214与IAT阀102通信以打开IAT阀102为止。加热后的空气积聚在发动机110上游的格栅加热器104和IAT阀102之间的区段114处。因此，一旦命令IAT阀102打开，加热后的空气将进入发动机110进行燃烧。IAT阀电路214被编程为与发动机速度电路212通信并从来自发动机速度电路212接收信息。一旦满足阈值速度，发动机速度电路212就这样向IAT阀电路214指示，以便打开IAT阀102并从区段114释放加热后的空气。可替代地，一旦满足预定阈值进气温度，温度传感器109可以发送这样的数据以使IAT阀102打开。

燃料喷射器电路216被构造为基于发动机速度电路212做出的确定来控制燃料喷射器。一旦已经满足阈值速度(并且已经释放了积聚的加热后空气)，燃料喷射器电路216就经由通信接口218与燃料喷射器通信以喷射燃料。当发动机速度电路212发出已经满足阈值速度的消息时，燃料喷射器电路216命令燃料与加热后的空气一起喷射到预定气缸中，从而在预定气缸中引起点火。在一个实施例中，在IAT阀打开的同时喷射燃料。在另一个实施例中，稍微在IAT阀打开之前喷射燃料。

有利地，通过保留加热后的空气直到发动机达到预定速度阈值，加热后的空气不会在发动机中循环，因此不会在曲柄转动期间排出，这导致用于燃烧的空气相对不那么热。这样，释放到发动机中的保留的加热空气不会经历太多的温度变化。这会提高发动机温度，从而在冷启动应用中(尤其是在较冷的天气环境中)促进燃烧成功。

现在参考图3，示出了根据示例性实施例的用于提供冷启动辅助的方法300。该方法可以由图1-2的组件执行，使得可以对其进行参考以辅助说明方法300。

在步骤302，接收到启动发动机110的命令。该命令可能来自于将钥匙插入点火器/移至点火位置、踩下引起点火的制动踏板和按钮、通过输入/输出设备(例如，语音命令)以启动发动机110的肯定输入、定义何时应启动发动机110在其上记录引起点火的时间表(例如，对于系统的某些非车载应用)等。在一个实施例中，在接收到启动发动机110的命令时，温度传感器111确定环境温度是否等于或低于阈值温度水平。如果温度低于阈值水平(例如水的冰点)，则可能表示冷启动条件。这样并且基于该确定，在步骤304，格栅加热器104被激活以加热进气。在步骤306，“启动”命令使IAT阀102关闭。关闭IAT阀102将空气捕获在格栅加热器104和IAT阀102之间的区段114中，从而防止或基本上防止进气进入发动机110。发动机110开始曲柄转动。在发动机曲柄转动期间，发动机速度传感器108监测发动机110的速度。在步骤308，控制器106接收发动机速度信号以确定接下来的步骤。在步骤310，控制器106确定发动机速度是否等于或高于预定阈值。例如，阈值可以大于140转/分钟(RPM)且小于160RPM；特别地，速度阈值可以是150RPM。在其他示例实施例中(例如，对于不同的发动机类型)，可以将不同的发动机速度用作阈值。可替代地，可以通过温度传感器109来监测所捕获的进气的温度，并且在该步骤中检查阈值温度值。如果在步骤310满足阈值速度(或温度)，则方法300进行到步骤312。在步骤312，控制器106控制IAT阀102至少部分地打开，以使加热后的进气从区段114释放到发动机110。此外，至少部分地打开的IAT阀102同时或几乎同时，控制器106可以控制格栅加热器104停止加热。然后可以将燃料喷射到发动机110中。也可以通过发动机速度等于或高于预定阈值来触发燃料喷射。此外，可以响应于发动机速度(或进气温度)等于或高于预定阈值而停用加热器。由于加热后的空气和燃料，基于比相对较冷的进气更好触发燃烧的加热后的空气，发动机110发动或可能发动(即发生燃烧)。

现在参考图4，以图形方式示出图3的方法300。曲线图400包括代表时间的流逝的x轴和代表各种条件的y轴。一旦发生点火触发(例如，插入钥匙)，方法300就开始。在时间点402，开启格栅加热器104(例如，如果环境温度等于或低于预定阈值温度值)。在一定时间段(例如30秒)之后，发动机110在时间点404开始曲柄转动。一旦发动机110达到阈值速度，则在时间点406处打开IAT阀102。类似地，在时间点408或同时，可以喷射燃料。在时间点410，加热后的空气和燃料的结合使发动机110发动/燃烧。

在一些实施例中，仅当环境空气温度等于或低于预定值时(例如，除非环境温度低于水的冰点即32华氏度，否则不启动格栅加热器104)，才可以使用本文所述的系统和方法。在其他实施例中，本文所述的系统和方法在无论何时需要格栅加热器时可能特别有用和适用。

如本文所使用的，术语“大约”、“约”、“基本上”和类似术语旨在具有广泛的含义，与本公开的主题所属领域的普通技术人员的普通和公认的用法相一致。阅读本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许某些描述和要求保护的某些特征不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为是在所附权利要求中所述的本公开的范围内。

应当注意的是，如本文中用来描述各种实施例的术语“示例性”及其变体旨在表示这样的实施例是可能的实施例的可能的示例、表示或说明(并且这样的术语不旨在暗示这样的实施例必须是非凡的或最优的示例)。

如本文所用，术语“联接”及其变型是指两个构件彼此直接或间接地连接。这样的连接可以是静止的(例如，永久的或固定的)或可移动的(例如，可移动的或可释放的)。可以通过将两个构件直接彼此联接、使用一个或多个单独的中间构件将两个构件彼此联接、或者使用与两个构件中的一个一体形成为单个整体的中间构件将两个构件彼此联接来实现这种连接。如果通过附加术语(例如，直接联接)对“联接”或其变体进行了修改，则上面提供的“联接”的通用定义将通过附加术语的简单语言含义进行修改(例如，“直接联接”是指没有任何单独的中间构件的两个构件的连接)，所得到的定义比上面提供的“联接”的通用定义要窄。这样的联接可以是机械的、电子的或流体的。例如，电路A“联接”到电路B可表示电路A直接与电路B通信(即没有中间媒介)或与电路B间接通信(例如通过一个或多个中间媒介)。

虽然在图3中示出了具有特定功能的各种电路，但是应该理解，控制器106可以包括用于完成本文描述的功能的任何数量的电路。例如，格栅加热器电路210、发动机速度电路212、IAT阀电路214和燃料喷射器电路216的活动和功能可以组合成多个电路或作为单个电路。还可以包括具有附加功能的附加电路。此外，控制器106还可以控制超出本公开范围的其他活动。

如上所述，在一种配置中，“电路”可以在机器可读介质中实现，以由各种类型的处理器(例如图2的处理器204)执行。例如，所识别的可执行代码的电路可以包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块(例如被组织为对象、过程或功能)。然而，所识别的电路的可执行文件不需要在物理上位于一起，而是可以包括存储在不同位置的分散指令，这些指令当逻辑地连接在一起时，构成电路并实现电路的所述目的。实际上，计算机可读程序代码的电路可以是单个指令或许多指令，甚至可以分布在几个不同的代码段上，不同的程序之间，以及几个存储器设备上。类似地，可以在电路内识别和说明操作数据，并且可以以任何合适的形式实现操作数据并且在任何合适类型的数据结构内组织操作数据。操作数据可以收集作为单个数据集，或者可以分布在包括不同存储设备的不同位置上，并且可以至少部分地仅作为系统或网络上的电子信号存在。

尽管以上简要地定义了术语“处理器”，但是术语“处理器”和“处理电路”意在被广泛地解释。就此而言并且如上所述，“处理器”可以被实现为一个或多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或构造成执行由存储器提供的指令的其他合适的电子数据处理组件。一个或多个处理器可以采取单核处理器、多核处理器(例如，双核处理器、三核处理器、四核处理器等)、微处理器等形式。在一些实施例中，一个或多个处理器可以在装置外部，例如，一个或多个处理器可以是远程处理器(例如，基于云的处理器)。优选地或另外地，一个或多个处理器可以是在装置的内部和/或本地的。在这方面，给定电路或其组件可以布置在本地(例如，作为本地服务器、本地计算系统等的一部分)或远程(例如，作为远程服务器的一部分，例如基于云的服务器)。为此，如本文所述的“电路”可包括分布在一个或多个位置上的组件。

尽管附图和描述可以示出方法步骤的特定顺序，但是除非上文另外指定，否则这些步骤的顺序可能与所描绘和描述的步骤不同。另外，除非以上另外指定，否则可以同时或部分同时执行两个或更多步骤。这种变化可以例如取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，可以使用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成所描述方法的软件实现，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。

出于说明和描述的目的提出了对实施例的上述描述。并非旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式，并且可以根据上述教导进行或者可以从本公开中获得修改和变化。选择和描述实施例是为了解释本公开的原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够利用各种实施方式以及适合于预期的特定用途的各种修改。在不脱离如所附权利要求中表达的本公开的范围的情况下，可以在实施例的设计、操作条件和布置中做出其他替代、修改、改变和省略。

因此，可以在不脱离其精神或基本特征的情况下以其他具体形式来体现本公开。所描述的实施例在所有方面仅被认为是说明性的而非限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是前面的描述表示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都将被包含在其范围内。

Claims (20)

1.一种增 加发动机的冷启动成功率的 系统，其特征在于，包括：

进气节气门阀，所述进气节气门阀联接至发动机的进气通道；

联接至进气通道的格栅加热器；和

控制器，所述控制器构造为：

接收启动发动机的命令；

响应于命令关闭进气节气门阀，以防止或基本上防止进气进入发动机；

开启格栅加热器以加热进气；

接收与发动机速度有关的信号，并确定发动机速度等于或高于预定阈值速度；和

响应于发动机的速度等于或高于预定阈值速度，至少部分地打开进气节气门阀以将加热后的进气释放到发动机以进行燃烧。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定阈值速度大于140转每分钟(RPM)并且小于160转每分钟(RPM)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进气节气门阀是蝶形阀、节流阀或电磁致动阀中的一种。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括联接至所述发动机的传感器，其中，所述传感器被配置为监测所述发动机的速度，并将与所述发动机速度有关的信号发送至所述控制器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述格栅加热器联接至进气节气门阀的上游的进气口，使得进气在进入发动机之前，在格栅加热器与进气节气门阀之间的进气通道的区段中被存储并加热。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还被构造为响应于所述发动机的速度等于或高于所述预定阈值速度中的至少一个，或者响应于部分打开所述进气节气门阀将加热后的进气释放到发动机进行燃烧而关闭所述格栅加热器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，启动发动机的所述命令是以下中的至少一个：将钥匙插入发动机的点火器、踩下引起所述发动机的所述点火的制动踏板和按下引起发动机点火的按钮、通过系统的输入/输出设备以引起所述点火的肯定信息、或者时间表，所述时间表定义了何时启动发动机并引起所述点火。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发动机是压燃式内燃机。

9.一种用于辅助发动机的冷启动能力的系统，其特征在于，所述系统包括：

控制器，所述控制器联接到进气阀和用于加热发动机的进气的加热器，所述控制器构造成：

关闭进气阀，以防止或基本防止所述进气在发动机曲柄转动期间进入发动机；

在发动机曲柄转动时开启加热器以加热进气；

接收与发动机速度有关的信号，并确定发动机速度等于或高于预定阈值；和

响应于发动机的速度等于或高于预定阈值速度，至少部分地打开进气阀以将加热后的进气释放到发动机以进行燃烧。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器还被构造为响应于所述发动机的速度等于或高于所述预定阈值而使所述发动机中的燃料喷射。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器被构造为响应于所述发动机的速度等于或高于所述预定阈值速度而关闭所述加热器。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器被构造为响应于所述进气的温度等于或高于预定阈值而关闭所述加热器。

13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括传感器，所述传感器被构造为监测所述发动机的速度并将信号提供给所述控制器。

14.一种增加发动机的冷启动成功率的方法，其特征在于，包括：

接收指示期望启动发动机的命令；

响应于所述命令而激活加热器以加热发动机的进气；

关闭进气节气门阀以防止或基本上防止加热后的进气进入发动机；

接收指示发动机速度的信息；

确定发动机速度等于或高于预定阈值；和

至少部分地打开进气节气门阀以将加热后的进气释放到发动机进行燃烧，作为响应确定发动机速度处于或高于预定阈值。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括在开启所述加热器之前确定环境空气温度等于或低于预定阈值环境温度。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括响应于所述发动机速度等于或高于所述预定阈值而使燃料被喷射到所述发动机中。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括响应于所述发动机速度等于或高于所述预定阈值而停用所述加热器。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括响应于所述加热后的进气的温度等于或高于预定的空气温度值而停用所述加热器。

19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述发动机是压燃式发动机。

20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预定阈值在140转每分钟(RPM)和160转每分钟(RPM)之间。

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