用于对置活塞发动机的冷起动策略的制作方法
【专利说明】用于对置活塞发动机的冷起动策略
[0001] 相关申请
[0002] 本申请包含与题为"Fuel Injection Strategies in Opposed-Piston Engines with Multiple Fuel injectors"、公开为US2013/0104848的共同审理的美国专利申请13/ 654,340和题为"EGR Constructions for Opposed-Piston Engines"、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 "Exhaust Management Strategies for Opposed-Piston, Two-Stroke Engines" 的 PCT 申请 US2013/026737 相关。
【背景技术】
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 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。
[0008] -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。
[0009] 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。
[0010] -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。
[0011] -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】
[0012] 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。
[0013] 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"。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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】
[0021] 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。
[0022] 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"。
[0023] 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