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。