自动发动机重启期间的排放控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及自动发动机重启期间的排放控制。本发明提供了用于执行自动停止-启动运行的实施例。在一个示例中，一种用于发动机的方法包括，在自动停止期间，当发动机处于静止时，将含水流体喷射在汽缸的关闭的进气门上；以及在随后的重启时，在汽缸中执行至少一个进气行程和随后的排气行程之后向汽缸供给燃料。
【专利说明】自动发动机重启期间的排放控制
【技术领域】
[0001]本公开涉及内燃发动机。
【背景技术】
[0002]车辆制造商已经意识到，可以期望在某些条件下自动启动以及停止车辆的发动机。停止发动机可以减少燃料消耗，特别是当车辆停止较长的时间段时，例如，在走走停停的交通中。然而，在自动停止期间，设置在发动机下游的排气装置中的催化剂可以被氧化。由于催化剂中的氧饱和，催化剂中的水可能不能用于氢的形成，而氢用于在随后的发动机重启时控制NOx，因此使排放降级。
【发明内容】
[0003]发明人已经认识到上述方法的问题，并且已经研究了一种用于在自动发动机启动期间改善排放的方法。在一个实施例中，一种用于发动机的方法包含，在自动停止期间，当发动机处于静止时，将含水的流体喷射在汽缸的关闭的进气门上；以及在随后重启时，在汽缸中执行至少一个进气行程和随后的排气行程之后向汽缸供给燃料。
[0004]通过将含水的流体喷射在热的、关闭的进气门上，水可以汽化，并且在之后的进气行程期间传递至催化剂。这样，进气在汽缸中可以用汽化的水取代，并且在燃烧开始之前到达催化剂的未燃烧的排气可以被耗尽氧，从而降低催化剂中的氧饱和度。另外，汽化的含水流体可以为催化剂贡献水用于氢的形成。以此方式，可以在自动发动机重启运行期间控制排放。
[0005]在另一实施例中，一种方法包含:在所选条件期间，停止发动机；响应于随后的发动机重启请求，用汽化的含水流体置换将要被引入汽缸中的空气的体积；以及在汽缸中开始燃烧之前将汽化的含水流体排至催化剂。
[0006]在另一实施例中，用汽化的含水流体置换被引入汽缸的空气的体积包括将含水的流体喷射至汽缸的关闭的进气门。
[0007]在另一实施例中，该方法还包括基于进气门的温度和将要被引入汽缸的空气的体积，确定将要喷射的含水流体的量。
[0008]在另一实施例中，基于进气门的温度和空气的体积确定将要喷射的含水流体的量包括:确定等于空气的体积的含水流体的第一量；确定进气门的温度是否足够高以使第一量的含水流体汽化；如果温度足够高以使第一量的含水流体汽化，则选择第一量作为将要喷射的含水流体的量；以及如果温度未高到足以使第一量的含水流体汽化，则选择将要喷射的含水流体的第二更低量。
[0009]在另一实施例中，该方法还包括延迟至汽缸的燃料喷射，直至至少汽化的含水流体已经被排至催化剂之后。
[0010]在另一实施例中，该方法还包括在置换空气的体积之后，通过喷射燃料并在第二不同的汽缸中开始燃烧，重启发动机。[0011]在另一实施例中，随后的重启请求基于制动器踏板位置和加速器踏板位置。
[0012]在另一实施例中，发动机系统包括:发动机，其包括具有进气门的汽缸；进气道喷射器，其用于将液体喷射到汽缸内；以及控制器，其具有用于在自动发动机停止期间将含水的液体从进气道喷射器喷射到进气门上的计算机可读指令。
[0013]在另一实施例中，控制器包括用于在进气门关闭时将含水的液体喷射在进气门上的指令。
[0014]在另一实施例中，该发动机系统还包括直接喷射器，其用于将燃料喷射到汽缸内，并且其中控制器包括如下指令，该指令用于在从进气道喷射器中喷射含水的液体之后以及在汽缸中执行随后的进气行程和排气行程之后从直接喷射器中喷射燃料。
[0015]在另一实施例中，控制器包括如下指令，该指令用于在从进气道喷射器中喷射含水的液体之后以及在汽缸中执行随后的进气行程和排气行程之后从进气道喷射器中喷射燃料。
[0016]根据单独或结合附图的以下【具体实施方式】，本发明的上述优点和其它优点以及特征将是显而易见的。
[0017]应当理解，提供以上概述以便以简化的形式介绍在【具体实施方式】中进一步描述的一系列概念。这并不意味着辨别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分提及的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是发动机的示意图。
[0019]图2不出了不例车辆系统布局。
[0020]图3是图示说明用于执行自动停止-启动操作的示例方法的流程图。
[0021]图4是在模拟的发动机启动期间的重要信号的示例图。
[0022]图5是在模拟的发动机启动期间的重要信号的另一示例图。
【具体实施方式】
[0023]在自动发动机停止-启动操作期间，排气装置中的催化剂可能被氧化并且耗尽水。在发动机启动期间，这些催化剂条件可能降低NOx转换的效率。为了减少催化剂中氧的量和/或增加可用的水的量，在发动机重启之前，含水的流体可以被喷到到关闭的进气门上，同时发动机处于静止，以便使流体汽化。然后，在发动机起动转动期间，汽化的流体可以被引入汽缸中，并被排至催化剂。汽化的流体可以置换催化剂中的空气的体积，从而减少到达催化剂的氧。在汽化的流体传送到催化剂之后，可以开始燃烧。
[0024]图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置132来自车辆操作者130的输入而控制。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号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被设置在其中。活塞138可以被连接至曲轴140，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速系统被连接至车辆的至少一个驱动轮。另外，启动机马达可以经由飞轮被连接至曲轴140，以实现发动机10的启动操作。
[0025]汽缸14可以经由一系列进气道142、144和146接收进气。除汽缸14夕卜，进气道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气道可以包括增压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了配备有涡轮增压器的发动机10，其中涡轮增压器包括布置在进气道142和144之间的压缩机174和沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以通过轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力，在此情况下增压装置被配置为涡轮增压器。然而，在诸如发动机10装备有机械增压器的其他示例中，排气涡轮176可以可选地被省略，在此情况下压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门162可以沿发动机的进气道提供，用于改变提供至发动机汽缸的进气的流率和/或压力。例如，如图1所示，节气门162可以被设置在压缩机174的下游，或者可以可替代地提供在压缩机174的上游。
[0026]排气通道148还可以从除汽缸14之外的发动机10的其他汽缸接收排气。排气传感器128被显示为连接至排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO (如所描述的)、HEG0 (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。
[0027]发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸14被显示为包括位于汽缸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。
[0028]进气门150可以经由执行器152由控制器12控制。类似地，排气门156可以经由执行器154由控制器12控制。在一些情况下，控制器12可以改变提供至执行器152和154的信号，从而控制各个进气门和排气门的打开和关闭。进气门150和排气门156的位置可以由各自的气门位置传感器(未示出)确定。气门执行器可以是电动气门驱动型或凸轮驱动型或其组合。可以同时控制进气门正时和排气门正时，或者可以使用可行的可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时中的任一个。每个凸轮驱动系统可以包括一个或更多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12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)系统中的一个或更多个，以改变气门操作。例如，汽缸14可以可替代地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。在其他实施例中，进气门和排气门可以由共同的电动气门执行器或驱动系统或者可变气门正时执行器或驱动系统控制。
[0029]汽缸14可以具有压缩比，压缩比是活塞138在下止点时与在上止点时的体积之t匕。通常，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增加压缩比。例如，当使用更高的辛烷燃料或具有更高的潜在蒸发焓的燃料时，这种情况可以发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，也可以增加压缩比。
[0030]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于使燃烧开始的火花塞192。在所选运行模式下，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提供点火火花至燃烧室14。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，诸如其中发动机10可以通过自动点火或通过燃料喷射使燃烧开始，这可以是一些柴油发动机的情况。
[0031]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配备有用于提供燃料或其他液体至汽缸的一个或更多个喷射器。作为非限制性的示例，汽缸14被显示为包括两个喷射器166和170。喷射器166被显示为直接连接至汽缸14，用于经由电子驱动器168与从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地在汽缸中直接喷射燃料。以此方式，喷射器166提供了到燃烧汽缸14内的所谓的燃料直接喷射(在下文中被成为“DI”)。尽管图1示出喷射器166为侧喷射器，但其也可以位于活塞的顶部，诸如在火花塞192的位置附近。当以醇基燃料运行发动机时，由于一些醇基燃料的较低的挥发性，这种位置可以改善混合和燃烧。可替代地，喷射器可以位于顶部并靠近进气门，以改善混合。燃料可以从包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的高压燃料系统-1172输送至燃料喷射器166。可替代地，燃料可以在较低的压力下通过单级燃料泵输送，在此情况下，在压缩行程期间直接喷射燃料的正时可能比使用高压燃料系统的情况更受限制。另外，尽管未示出，但燃料箱可以具有提供信号至控制器12的压力传感器。
[0032]喷射器170被显示为以如下构造布置在进气道146中，而不是在汽缸14中，该构造提供到汽缸14上游的进气道的所谓的燃料或其他流体的进气道喷射(在下文中被成为“PFI”)。喷射器170可以经由电子驱动器171与从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射水、清洗流体或燃料。液体可以通过包括箱、泵和轨道的燃料系统-2173输送至燃料喷射器170。注意，单个驱动器168或171可以用于两个喷射系统，或如所描述的，可以使用多个驱动器，例如用于喷射器166的驱动器168和用于喷射器170的驱动器171。
[0033]在汽缸的单个循环期间，燃料可以通过两个喷射器被输送至汽缸。例如，每个喷射器可以输送在汽缸14中被燃烧的总燃料喷射的一部分。然而，如在下面更详细地描述的，在一些实施例中，在每个发动机循环期间，燃料可以通过喷射器168被输送至汽缸用于燃烧，而水、清洗流体或其他非燃料液体可以通过喷射器170在发动机自动启动之前被输送至关闭的进气门。
[0034]如上所述，图1仅示出了多缸发动机中的一个汽缸。同样，每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气/排气门、(多个)燃料喷射器、火花塞等。
[0035]控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)106、输入/输出端口(I/O) 108、在这个具体示例中被示为只读存储器芯片(ROM) 110的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 112、保活存储器(KAM) 114和数据总线。控制器12可以接收来自被连接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，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；来自被连接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT);来自被连接至曲轴140以感测曲轴140的位置的霍尔效应传感器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的歧管绝对压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管内的真空或压力的指示。
[0036]存储介质只读存储器110可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器106执行的指令，用于执行以下所述方法以及其他变体。[0037]在一些实施例中，发动机可以被连接至混合动力车辆中的电机/电池系统。混合动力车辆可以具有并列配置、串联配置或者其变体或组合。另外，在一些实施例中，可以采用其他发动机配置，例如柴油发动机。
[0038]在运行期间，发动机10内的每个汽缸通常经历一个四行程循环:该循环包括进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。一般来说，在进气行程期间，排气门54关闭，而进气门52打开。空气经由进气歧管146被引入燃烧室14，并且活塞138移动至汽缸的底部，以便增加燃烧室14内的容积。活塞138靠近汽缸的底部并处于其行程末期(例如，当燃烧室14处于其最大容积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩行程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞138朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室14内的空气。活塞138处于其行程末期并最靠近汽缸盖(例如，当燃烧室14处于其最小容积时)的位置通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文中被称为点火的过程中，被喷射的燃料通过已知的点火手段如火花塞192点燃，从而导致燃烧。在膨胀行程期间，膨胀的气体将活塞138推回至BDC。曲轴140将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气行程期间，排气门54打开，以便将已燃烧的空气-燃料混合物释放至排气歧管148，并且活塞返回至TDC。注意，上述内容仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以改变，诸如以便提供正或负气门重叠、延迟进气门关闭或各种其他示例。
[0039]在一个实施例中，停止/启动曲柄位置传感器具有零速度和双向能力。在一些应用中可以使用双向的霍尔传感器，在其他应用中磁体被安装至目标上。磁体可以被放置在目标上，并且如果传感器能够检测信号幅值的变化(例如，使用更强的或更弱的磁体来定位车轮上的特定位置)，则可以潜在地消除“缺齿间隙”。另外，使用双向的霍尔传感器或等同物，可以通过关闭来维持发动机位置，但在重启期间可替代的策略可以用于确保发动机沿向前的方向旋转。
[0040]因此，图1的系统提供了一种包含发动机的发动机系统，该发动机包括具有进气门的汽缸；进气道喷射器，其用于将液体喷射到汽缸内；以及控制器，其具有用于在自动发动机停止期间将含水的液体从进气道喷射器喷射在进气门上的计算机可读指令。
[0041]控制器可以包括用于在进气门关闭时将含水的液体喷射在进气门上的指令。该系统可以包括直接喷射器，其用于将燃料喷射到汽缸中，并且控制器可以包括如下指令，其用于在从进气道喷射器喷射含水的液体之后以及在汽缸中执行随后的进气行程和排气行程之后从直接喷射器中喷射燃料。控制器可以包括如下指令，其用于在从进气道喷射器喷射含水的液体之后以及在汽缸中执行随后的进气行程和排气行程之后从进气道喷射器中喷射燃料。
[0042]图2是车辆传动系统200的方框图。传动系统200可以由发动机10提供动力。发动机10可以通过发动机启动系统(未示出)启动。另外，发动机10可以经由扭矩执行器204产生或调节扭矩，扭矩驱动器204诸如为燃料喷射器、节气门等。
[0043]发动机的输出扭矩可以被传输至液力变矩器206，以驱动自动变速器208。另外，一个或更多个离合器(包括前进离合器210)可以被接合，以推动车辆。在一个示例中，液力变矩器可以被称为变速器的部件。另外，变速器208可以包括多个齿轮离合器，其可以根据需要接合，以激活多个固定的变速齿轮比。液力变矩器的输出进而可以由液力变矩器的锁止离合器212控制。例如，当液力变矩器的锁止离合器212完全分离时，液力变矩器206经由液力变矩器涡轮与液力变矩器叶轮之间的流体传输将发动机扭矩传输至自动变速器208，由此实现扭矩倍增。相比之下，当液力变矩器的锁止离合器212完全接合时，发动机的输出扭矩经由液力变矩器的离合器直接输送至变速器208的输入轴(未示出)。可替代地，液力变矩器的锁止离合器212可以部分接合，由此使传递至变速器的扭矩量能够被调节。控制器可以被配置为响应于各种发动机工况或根据基于驾驶员的发动机运行请求，通过调节液力变矩器的锁止离合器来调节通过液力变矩器212传输的扭矩量。
[0044]来自自动变速器208的扭矩输出可以进而传递至车轮216，以推动车辆。具体地，在将输出驱动扭矩传输至车轮之前，响应于车辆行驶条件，自动变速器208可以在输入轴(未不出)处输送输入驱动扭矩。
[0045]另外，可以通过接合车轮制动器218将摩擦力施加于车轮216。在一个示例中，车轮制动器218可以响应于驾驶员将其足部压在制动器踏板(未示出)上而接合。以相同的方式，响应于驾驶员从制动器踏板释放其足部，通过使车轮制动器218分离，可以减小至车轮216的摩擦力。另外，作为自动发动机停止程序的一部分，车辆制动器可以将摩擦力施加于车轮216。
[0046]机械油泵214可以与自动变速器208流体连通，以便提供液压压力以接合各种离合器，各种离合器诸如为前进离合器210和/或液力变矩器的锁止离合器212。例如，机械油泵214可以根据液力变矩器212运行，并且可以通过发动机或变速器输入轴的旋转而被驱动。因此，机械油泵214中产生的液压压力可以随着发动机转速增加而增加，并且可以随着发动机转速降低而降低。可以提供电动油泵220以补充机械油泵214的液压压力，其中电动油泵220也与自动变速器流体连通，但其独立于发动机10或变速器208的驱动力运行。电动油泵220可以由电动马达(未示出)驱动,其中例如通过电池(未示出)可以向电动马达提供电力。
[0047]控制器12可以被配置为接收来自发动机10的输入，如在图1中更详细地示出，并且相应地控制发动机的扭矩输出和/或液力变矩器、变速器、离合器和/或制动器的运行。作为一个示例，可以通过调整火花正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合，通过控制节气门打开和/或气门正时、气门升程和涡轮增压或机械增压的发动机的增压，控制扭矩输出。在柴油发动机的情况下，控制器12可以通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和空气充气的组合而控制发动机扭矩输出。在任何情况下，发动机控制可以在逐缸(cyIinder-by-cyIinder )基础上执行，以控制发动机扭矩输出。
[0048]当自动停止条件满足时，控制器12可以通过切断到发动机的燃料和火花而开始发动机关闭。另外，为了维持变速器中的扭矩量，控制器可以使变速器208的旋转元件接地(ground)至变速器的壳体，并且由此接地至车辆的框架。控制器可以使一个或更多个变速器离合器(诸如前进离合器210)接合，并将(多个)接合的变速器离合器锁定至变速器壳体和车辆框架。可以改变(例如，增加)离合器压力，以调节变速器离合器的接合状态，并提供期望量的变速器扭矩。在一个示例中，在发动机关闭期间，如果机械油泵214不能提供足够的液压压力，则可以通过启用电动油泵220来提供用于离合器调节的液压压力。
[0049]在发动机关闭期间，还可以基于离合器压力调节车轮制动压力，以辅助系紧变速器，同时减小通过车轮输送的扭矩。具体地，通过应用车轮制动器同时锁定一个或更多个接合的变速器离合器，相反的力可以施加在变速器上，并且因此施加于传动系，由此保持变速器齿轮处于主动接合，并将扭矩潜能保持在变速器的齿轮系中，而不使车辆移动。在一个示例中，在发动机关闭期间，可以调节车轮制动压力以使车轮制动器的应用与接合的变速器离合器的锁定相协调。这样，通过调节车轮制动压力和离合器压力，可以调节当发动机关闭时保留在变速器中的扭矩量。
[0050]当重启条件满足，和/或车辆操作者想要发动车辆时，控制器12可以通过恢复汽缸中的燃烧再次激活发动机。为了发动车辆，变速器208可以解除锁定，并且车轮制动器218可以被释放，以便使扭矩返回至驱动轮216。可以调节离合器压力以使变速器解除锁定，同时可以调节车轮制动压力以使制动器的释放与变速器的解除锁定和车辆的发动相协调。
[0051]现在转向图3，其图示说明了用于执行发动机的自动发动机停止-启动的方法300。方法300可以由发动机控制器根据存储在其上的计算机可读指令执行。方法300可以通过将含水的流体喷射在热的、关闭的进气门上而改善在自动发动机重启期间的排放，含水的流体诸如为水或挡风玻璃清洗流体。流体可以被进气门的热量汽化，并被引入发动机的汽缸。这样一来，通常将被引入的空气被置换，从而耗尽了催化剂的氧，并为氢的形成提供水。
[0052]方法300包含，在步骤302处，确定发动机运行参数。发动机运行参数可以包括但不限于:发动机温度、环境空气温度、大气压力(例如，高度的指示)、发动机曲轴位置、发动机凸轮轴位置、车辆制动压力、湿度、发动机转速以及发动机负荷。
[0053]在步骤304处，方法300判断用于执行自动停止的条件是否已经满足。用于执行自动停止的条件可以包括，例如，发动机正在运行(例如，进行燃烧)，电池的电荷状态(SOC)超过阈值(例如，大于30%)，车辆运行速度在期望的范围内(例如，不超过30mph)，以及发动机冷却剂温度在阈值范围内。另外，可以压低制动器踏板越过阈值位置，和/或可以压低加速器踏板位置小于阈值位置，从而表明操作者要停止车辆的意图。
[0054]另外，自动停止可以依发动机的一个或更多个进气门的温度而定。为了使含水的流体汽化，流体被喷射在其上的进气门可以具有比流体的汽化温度更高的温度。如果进气门的温度低于流体的汽化温度，那么自动停止条件可能没有满足，并且停止可能不会被执行。进气门的温度可以基于热模型确定，该热模型基于发动机转速与负荷以及例如发动机温度和增压空气温度的其他参数估计进气门温度。
[0055]如果用于执行自动停止的条件尚未满足，方法300返回至步骤302，以便继续监测工况。如果用于执行自动停止的条件已经满足，方法300进入到步骤306，以关闭发动机。例如，可以通过停止燃料喷射和火花点火而关闭发动机。在步骤308处，预测的下一个进气行程的汽缸空气量被确定。在由发动机执行的下一个未点燃的进气行程期间，诸如在起动转动以开始随后的发动机重启期间，空气可以是将被引入汽缸的进气。空气量可以是由在下一个发动机循环的进气门关闭时预测的MAP确定的增压空气的体积。
[0056]在步骤310处，等于空气量的含水的流体的量被确定，并且在步骤312处，可以被进气门汽化的流体量被确定。可以被进气门汽化的流体量取决于如在上面计算的气门的温度。例如，当喷射的流体被汽化时由气门吸收的潜热可以被确定。如果起始的气门温度不能吸收在流体的汽化期间产生的所有潜热，那么不是所有流体都将被汽化。基于气门的起始温度和流体的性质，可以确定可以汽化多少流体。尽管上述计算基于单个汽缸和进气门，但可以针对每个汽缸计算汽缸空气量和进气门温度。在其他实施例中，可以仅针对预期接收被喷射的含水流体的汽缸计算空气量和气门温度。可以基于关闭时发动机的位置确定接收水基流体的喷射的汽缸，使得选择在随后的重启时处于期望位置(例如，排气行程)的汽缸，以接收被喷射的流体。
[0057]在步骤314处，方法300判断是否已经接收到发动机重启请求。发动机重启请求可以基于加速器和/或制动器踏板位置，例如通过读取踏板位置传感器，以确定加速器踏板是否已经接合，和/或制动器踏板是否已经释放，和/或可以基于由驾驶员请求的估计扭矩超过预定阈值而确定所述请求。如果尚未接收重启请求，方法300循环返回，以便继续监测是否已经接收重启请求。如果已经接收重启请求，方法300进行到步骤316，以便将水基流体喷射在关闭的进气门上。可以从进气道喷射器喷射流体，诸如图1的喷射器170。
[0058]如在步骤318处所示，将要被喷射的含水流体的量可以基于如在上面确定的进气门能够吸收的潜热和估计的要被引入汽缸的空气量。例如，被喷射的流体量可以与将要被引入汽缸的空气量相等。然而，如果气门没有热到足以使所有流体汽化，则可以喷射更小量的流体。可以基于发动机的位置选择流体被喷射在其上的进气门。例如，如在步骤320处指出的，可以选择即将进入进气行程的汽缸的进气门。如在步骤322所示，被喷射的流体可以在发动机正起动转动时被传送到催化剂。因此，一旦接触进气门，喷射的流体就会被汽化。响应于重启请求，发动机可以开始起动转动，并且当进气门在随后的进气行程打开时，汽化的流体可以被引入汽缸，并被排至排气通道和催化剂。
[0059]在步骤324处，使燃烧开始以便使发动机启动。这可以包括不给接收流体的汽缸供给燃料，直到已经执行进气行程和随后的排气行程之后，如在步骤326所示。以此方式，在不妨碍发动机燃烧的情况下，汽化的流体可以传送到催化剂。在已经引入汽化的流体之后，燃烧可以在另一汽缸中开始，或其可以在已经接收流体的汽缸中开始。燃料可以经由直接喷射器或经由进气道喷射器被喷射至发动机。
[0060]因此，图3的方法提供将非燃料的、含水的流体喷射在热的、关闭的进气门上，以置换在随后的进气行程期间将被引入汽缸的空气。可以喷射等于将被引入汽缸的空气体积的流体量，除非进气门没有热到足以使流体完全汽化。如果气门不能使所有流体汽化，则可以喷射更少量的流体。然而，如果气门太凉以至于不能使足够的流体汽化以根据需要调节催化剂(例如，耗尽来自催化剂的期望量的氧，和/或提供期望量的水至催化剂)，发动机停止可以不被执行。在另一示例中，如果足够量的流体不能被汽化，则可以将置换期望量的空气的量的燃料喷射至汽缸。燃料可以传送至未燃烧的催化剂。在进一步的示例中，如果气门太凉以至于不能使流体汽化，则可以更早地喷射流体(例如，在发动机关闭之前或期间)，使得在发动机停止期间一小团耗尽氧的空气到达催化剂。这可以在随后的重启期间降低催化剂的氧饱和度。
[0061]另外，尽管方法300描述了水基流体到一个汽缸的进气门上的喷射，但到多个汽缸的多个喷射也是可能的。例如，可以期望置换两个汽缸的氧，以便使催化剂到达足以将排放控制到期望水平的状态。在这种情况下，可以将含水的流体喷射在两个单独的汽缸的进气门上，并且在两个汽缸已经引入汽化的流体，并已经将其排至催化剂或即将将其排至催化剂之后，燃烧可以在另一汽缸中开始。[0062]尽管方法300描述了响应于接收的发动机重启请求但在发动机开始起动转动之前喷射流体，但其他喷射时间也是可能的。例如，在自动停止之后的发动机减速期间，或在接收重启请求之前的发动机静止周期中，可以喷射流体。在另一示例中，一旦发动机起动转动开始，但在燃烧发生之前，就可以喷射流体。
[0063]参照图4，其示出了根据图3的方法模拟的发动机启动顺序的示例图。时间在图的左侧开始，并朝向图的右侧增加。图示的顺序代表非限制性的四缸四循环发动机的启动。在这个示例中，汽缸位置标示CYL.1-4之间的竖直标记表示各个汽缸行程的上止点或下止点，并且每个竖直标记之间有180曲轴角度。
[0064]自图顶部的第一图代表一号汽缸的位置。并且具体地，当发动机曲轴旋转时的一号汽缸的行程。在Ttl的左侧，发动机是停止的并且处于静止。在Ttl处，通过启动机马达提供的扭矩，发动机曲轴开始旋转。如上所述，可以响应于自动启动请求而激活启动机马达。根据发动机被假定为处于发动机停止的发动机位置而标记汽缸1-4的行程。例如，一号汽缸被显示为在时间Ttl之前在发动机停止时处于排气行程。
[0065]在自动启动期间使燃烧开始之前，可以将含水的流体喷射在发动机的一个汽缸的关闭的进气门上。含水的流体将通过进气门的热而被汽化，并且汽化的流体然后可以被引入汽缸，并且最终传送到催化剂。如图4所示，在时间Ttl之前，流体被喷射至汽缸I的进气门，如由箭头400所示。由于汽缸I即将进入进气行程，因此流体可以在被引入汽缸之前有时间汽化而非浪费。然而，可以将流体喷射至其他合适的汽缸。
[0066]在Ttl之后，发动机旋转，并且I号汽缸进入进气行程，压缩、膨胀和排气行程紧随其后。I号汽缸的汽缸循环然后重复。对于四行程发动机来说，汽缸循环可以是720°，发动机的完整循环的曲轴间隔也是720°。然而，燃料没有被喷射至汽缸1，直到在喷射流体之后已经执行第一排气行程之后，从而允许汽化的流体传送到催化剂。因此，在发动机的起动转动期间通过汽缸I引入空气，并且随后在其他汽缸中燃烧，但燃烧在汽缸I中不发生，直到随后的压缩行程。
[0067]自图顶部的第二汽缸位置轨迹表示3号汽缸的位置和行程。如之前所阐述的，汽缸I的燃烧供给可以被延迟，从而将汽化的流体引入汽缸并到达排气装置，以便置换到达汽缸的空气。因此，可以在按照点火顺序的下一个汽缸中使燃烧开始。由于这个具体发动机的燃烧顺序是1-3-4-2，自发动机停止后的第一燃烧事件在汽缸3中发生。在标记402处的星号指示自发动机停止以后的第一燃烧事件的第一点火事件。可以通过火花塞或通过压缩使点火开始。在这个顺序中，3号汽缸的气门在至少一部分进气行程内是打开的，以便提供空气至汽缸。可以通过进气道喷射器或直接喷射器将燃料喷射至发动机汽缸。燃料与空气的混合物在压缩行程期间被压缩并被点燃。峰值汽缸压力可能在压缩行程的上止点处或在膨胀行程期间发生。因此，由于在汽缸中开始的燃烧，发动机在时间T1之后启动。
[0068]应当注意，发动机停止时的发动机位置可以通过当火花和燃料被停用时跟踪发动机位置而确定。在一个实施例中，当发动机基本停止时，发动机位置被确定，并被存储至存储器，用于在下一个发动机启动期间检索。在另一实施例中，在发动机开始旋转之后，在发动机启动时的发动机位置可以通过感测凸轮轴和曲轴位置被确定。
[0069]自图顶部的第三汽缸位置轨迹代表4号汽缸的位置和行程。星号404代表在发动机停止之后4号汽缸的第一燃烧事件和自发动机停止后的第二燃烧事件的开始。[0070]自图顶部的第四汽缸位置轨迹代表2号汽缸的位置和行程。星号406代表在发动机停止之后2号汽缸的第一燃烧事件和自发动机停止后的第三燃烧事件的开始。燃烧然后在由汽缸I中开始，用星号408表不。
[0071]应当注意，燃烧空气燃料混合物的第一汽缸能够依据发动机停止位置以及确定发动机位置的方法而改变。在一些实施例中，燃料可以不输送至一个或更多个发动机汽缸，直到确定发动机位置。在其他实施例中，可以在发动机开始旋转之前或一旦发动机开始旋转就输送燃料，而不管发动机停止位置。发动机停止位置还可以用于确定哪一个汽缸或哪几个汽缸将接收含水的流体的喷射。例如,接收含水流体的汽缸的数量可以基于发动机位置改变，其中在第一发动机位置，一个汽缸可以接收含水的流体的喷射，而在第二发动机位置，两个汽缸可以接收含水的流体的喷射。发动机位置可以在关闭时确定，并且基于发动机位置，汽缸可以选择作为点火的第一汽缸(例如，基于以充足空气引入经历进气行程，所选汽缸可以是在点火位置的第一汽缸)。取决于所选汽缸，如果汽缸在燃烧开始之前将经历进气行程，则可以选择一个或更多个不同的汽缸以接收含水的流体。另外，接收流体喷射的汽缸的数量可以基于催化剂的条件改变，例如，如果催化剂完全氧饱和，则两个汽缸可以接收流体喷射，而如果催化剂仅部分氧饱和，则一个汽缸可以接收流体喷射。
[0072]图5示出了依据图3的方法模拟的发动机启动顺序的另一示例图。与图4相似，沿水平轴图示了时间，并且图示了发动机行程和汽缸1-4的燃烧事件。图5图示说明了示例发动机启动，其中两个汽缸正接收水基流体的喷射。图示说明了在汽缸I的进气行程之前到汽缸I的第一喷射500。该喷射可以在时间Ttl处开始的发动机起动转动之前发生。图示说明了当汽缸3处于排气行程时，在发动机起动转动期间到汽缸3的第二喷射502。然而，各个汽缸可以基本同时接收喷射，诸如在汽缸I的进气行程之前。为了允许两个汽缸在已燃烧的排气到达催化剂之前将其内含物排至催化剂，燃烧可以在汽缸4中开始，如星号504所示，并且因此发动机在时间T1之后启动。因此，在图5中，基于发动机关闭时的位置，可以选择汽缸4作为经历燃烧的第一汽缸。由于汽缸I和3两者都将在燃烧开始之前经历进气行程，每个汽缸均可以接收含水的流体的喷射。然而，如果选择汽缸3作为第一点火汽缸，但期望到多个汽缸的喷射，则可以延迟燃烧开始，而燃烧在汽缸4处开始，以允许有到两个汽缸I和3的喷射的时间。
[0073]在一个示例中，一种用于发动机的方法包含，在自动停止期间，当发动机处于静止时，将含水的流体喷射在汽缸的关闭的进气门上；以及在随后的重启时，在汽缸中执行至少一个进气行程和随后的排气行程之后向汽缸供给燃料。含水的流体可以响应于接触关闭的进气门而被汽化。汽化的含水流体可以在汽缸中开始燃烧之前传送到排气装置。在执行自动停止之前，进气门的温度可以被确定，并且如果温度低于阈值，自动停止可以不被执行。
[0074]被喷射的含水的流体的量可以基于进气门的温度和预计在随后重启的进气行程期间进入汽缸的空气体积。当发动机处于静止时将含水的流体喷射在汽缸的关闭的进气门上还可以包含，响应于发动机启动请求而喷射含水的流体。在喷射含水的流体之后通过喷射燃料并使燃烧在第二不同的汽缸中开始，可以使发动机重启。可以基于发动机关闭时的位置，和/或基于催化剂的氧存储状态，选择第二不同的汽缸。
[0075]在另一示例中，一种方法包含，在所选条件期间，停止发动机；响应于随后的发动机重启请求，用汽化的含水流体置换将要被引入汽缸的空气体积；以及在汽缸中开始燃烧之前将汽化的含水流体排至催化剂。
[0076]所选条件可以包含，汽缸的进气门超过阈值温度，以及发动机的自动发动机停止条件满足。自动发动机停止条件可以基于发动机转速、发动机负荷和制动器踏板位置中的一个或更多个。用汽化的含水流体置换将被引入汽缸的空气体积可以包含，将含水流体喷射至汽缸的关闭的进气门。将要喷射的含水流体的量可以基于进气门的温度和将要被引入汽缸的空气体积确定。
[0077]基于进气门的温度和空气的体积确定将要喷射的含水流体的量可以包括:确定等于空气体积的含水流体的第一量；确定进气门的温度是否足够高以使第一量的含水流体汽化；如果温度足够高以使第一量的含水流体汽化，那么选择第一量作为将要喷射的含水流体的量；以及如果温度未高到足以使第一量的含水流体汽化，那么选择将要喷射的含水流体的第二较低量。
[0078]到汽缸的燃料喷射可以被延迟，直至至少在汽化的含水流体已经被排至催化剂之后。在置换空气的体积之后，通过喷射燃料并使燃烧在第二不同的汽缸中开始，可以使发动机重启。随后的重启请求可以基于制动器踏板位置和加速器踏板位置。
[0079]应理解，本文中所公开的构造和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本发明的主题包括本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0080]所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当理解，这样的权利要求应该被理解为包括一个或更多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围宽、窄、相同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种用于发动机的方法，其包括: 在自动停止期间，当所述发动机处于静止时，将含水流体喷射在汽缸的关闭的进气门上；以及 在随后的重启时，在所述汽缸中执行至少一个至少部分进气行程和随后的排气行程之后向所述汽缸供给燃料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水流体响应于接触所述关闭的进气门而被汽化。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括使被汽化的含水流体在所述汽缸开始燃烧之前传送到排气。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括在执行所述自动停止之前，确定所述进气门的温度，并且如果所述温度低于阈值，则不执行所述自动停止。
5.根据权利要求1所述的方法，其中被喷射的含水流体的量基于所述进气门的温度和预计在所述随后重启的所述进气行程期间进入汽缸的空气的体积。
6.根据权利要求1所述的方法，其中当所述发动机处于静止时将所述含水流体喷射在所述汽缸的所述关闭的进气门上还包括响应于发动机启动请求而喷射所述含水流体。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括在喷射所述含水流体之后，通过喷射燃料并使燃烧在第二不同的汽缸中开始，从而重启所述发动机。
8.一种方法，其包括: 在选择条件期间，停止发动机； 响应于随后的发动机重启请求，用汽化的含水流体置换将被引入汽缸的空气的体积；以及 在所述汽缸中开始燃烧之前将所述汽化的含水流体排至催化剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述选择条件包括所述汽缸的进气门超过阈值温度，以及所述发动机的自动发动机停止条件满足。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述自动发动机停止条件基于发动机转速、发动机负荷和制动器踏板位置中的一个或更多个。
【文档编号】F02D29/02GK103790723SQ201310451468
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】D·K·比德纳, M·A·德思 申请人:福特环球技术公司