专利名称：控制内燃发动机中的起动过程的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制内燃发动机中的起动过程的方法和装置。本发明可以有 利地结合具有直接喷射的火花点火式发动机进行使用，此直接喷射使分层进气操作成为可 能。
背景技术：
在火花点火式发动机中，直接喷射允许将燃料导入到压缩加热的空气中。这为燃 料(尤其是酒精燃料)的汽化提供更有利的条件。然而，为了确保内燃发动机能够在低温 下起动，在常规的冷起动方式中通常供应过量燃料，并与直接喷射的火花点火式发动机相 结合。然而，尤其在使用乙醇/汽油混合物时，要大大增加这样的过量燃料供应。这样的过 量燃料供应可能会引起由喷射压力下降产生的问题。过量燃料的加热会导致可用于燃料汽 化的焓的进一步降低。结果是，进一步降低可被汽化的燃料总量。在温度非常低的情况下，很高的过量燃料供应会在燃料输送时产生问题，并由于 低温下的低汽化导致起动困难，例如在使用酒精(例如乙醇)或乙醇/汽油混合物时。为了避免这些问题，在常规的起动方式中有时使用特别的加热装置或双燃料供给 系统，以便即使在使用乙醇/汽油混合物时也能实现冷起动。在用于直接喷射(缩写为DI)火花点火式发动机的喷射方式(其已被证明在使用 常规汽油燃料时有效)中，所谓的“分散/分离(split)”喷射被用在起动过程中，在该分 散喷射中，在燃料分配管道中建立预定的压力后，起动所需的燃料数量被分成两个(或更 多个)喷射过程，典型的是第一次喷射的开始(S0I 1)发生在进气循环中，例如在上死点前 (BTDC)的约250°的曲轴角(CA)上；且第二次喷射的结束(E0I2)发生在压缩循环中，例如 在上死点前的约60°的曲轴角上，分散率(第一次喷射与第二次喷射之比)和点火提前是 在考虑到短暂的起动持续时间的情况下进行设计的。然而，在燃料包含乙醇并在低温下时， 这种方式需要增加燃料的供应，这会使喷射系统达到其设计极限。
发明内容
针对以上背景，本发明的目的是，提供一种用于控制内燃发动机中的起动过程的 方法和装置，其中在使用含乙醇的燃料或通常为低挥发性的燃料时，并在低起动温度下，可 避免与燃料供应有关的问题。此目的通过根据本发明的特征所述的方法得以实现，并通过根据本发明的特征所 述的装置得以实现。在根据本发明的方法中，在起动过程中用贫空气-燃料混合物来实现燃料供应。 使用贫空气-燃料混合物(lean air-fuel mixture)来执行起动过程会大大降低所需的燃 料流。因此，可避免与燃料供应有关的问题。在一个实施例中，提供一种控制内燃机发动机 中的起动过程的方法，其中在所述内燃发动机的起动过程中至少间歇地用贫空气-燃料混 合物来进行燃料喷射。
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在本发明的优选构造方案的背景下，提供在起动过程中执行喷射的时间推移，以 便实现分层进气操作。在稍后的时间点执行的单喷射中，燃料被喷入已压缩的空气中。因 此，空气温度会上升，从而改善燃料的汽化，因为雾化的燃料直接与加热空气相接触，而不 必首先从汽缸壁上蒸发。在这种情况下，往已经压缩的空气中喷射的优点是可省去额外的 加热装置和/或双燃料供应系统。因为喷射的燃料必须汽化，燃料数量依赖于由压缩实现 的或可以实现的温度上升和热能。然而，这样的起动过程的先决条件是，内燃发动机必须适 用于分层进气操作，也就是说，存在用于产生非均质混合物形成的布置，其中在火花塞的区 域中存在着富混合物。通过本发明，避免了在常规的冷起动方式(例如在低于0°的温度下)中与过量 的燃料供应(特别是结合乙醇混合物)相关联的问题。相反，本发明的起动方式利用贫空 气-燃料混合物(例如，整体Lambda值(global lambda value)的参考值至少是3)，这增 加了燃料的汽化，并减少了壁润湿。在起动过程中利用贫空气-燃料混合物的另一优点是，依赖于所用的燃料，可在 冷起动过程中大大降低碳氢化合物(HC)的排放。根据优选的实施例，发生单喷射或单喷射过程(尤其在稍后的时间点上)。此单喷 射优选发生在上死点前(BTDC)0°至15°范围内的曲轴角上，特别是在上死点前0°的曲 轴角上。这实现了进一步的改善，因为已经流向燃烧室的壁板的燃料部分的汽化变得可有 可无。随后的喷射过程可通过火花点火实现基本上更丰富的混合物。同样地，在此利用了 内燃发动机适用于分层进气操作的事实，因此可实现在稍后的时间点喷射的燃料的点火。本发明还涉及一种用于控制内燃发动机中的起动过程的装置，该装置被配置为执 行根据本发明的方法。关于此装置的优选构造方案和优点，参考先前的阐述中提到的有关 发明方法。从附图描述和从属权利要求中可得出其它的构造方案。
下面参照优选的示例性实施例和附图详细阐述本发明，其中图1示出针对常规方式和本发明喷射方式、作为整体Lambda值的函数的汽化燃料 部分和壁润湿的Lambda值的曲线；图2是汽化燃料部分可达到的最小Lambda值的曲线图，该最小Lambda值是用于 关闭进气阀的控制时间的函数；以及图3是一个图表，其中所谓的起动因子被绘制成用于含85%乙醇和15%汽油的燃 料混合物(E85燃料)的常规冷起动方式的起动温度的函数。
具体实施例方式首先参考图3解释在引言中提到的当起动内燃发动机和在低温下时已知的“分 散”喷射方式的问题。图3的曲线显示所谓的起动因子，即与实际用于燃烧目的所需的燃料 数量相比，达到充足数量的燃料蒸气所需的燃料喷射的过量增长，其被描绘为起动温度的 函数。图3的上方曲线示出典型的分散起动方式的起动因子，其中第一次喷射的开始(SOI 1)发生在上死点前(BTDC)250°的曲轴角(CA)上，第二次喷射的结束(E0I 2)发生 在上死点前60°的曲轴角上，分散率(第一次喷射与第二次喷射之比)是从40%至60%， 点火提前是5°，使用的是E85燃料。利用这种类型的分散方式，在使用含有乙醇的燃料时，得到以下用于起动的调节 数据 即使在_7°C下，所需的燃料喷射参数会碰到传统燃料喷射泵的极限，这会在第一 喷射后使燃料供应线路中的压力下降，该压力下降会带来这样的危险，即发动机会(再次) 停下来，并最终必须通过进一步增加燃料数量来抵消。相反，下方的曲线示出根据本发明具有单喷射的方式(具有分层进气操作)所预 期的起动因子。即使在低温下，各种情况下所需的起动因子不超过数值4.0，但达到最大约 3. 4。图1是通过模拟汽化的热经济性获得的一个图表，其中汽化燃料部分以及壁润湿 的Lambda值曲线被显示为在200rpm的起动转速和在_10°C的起动温度下的整体Lambda值 的函数。如前所述，与根据本发明的单喷射方式相比，示出了源自常规分散方式的数值。在 此背景下，单喷射是指只发生一次喷射过程，优选在上死点前约0°的曲轴角上。图2的曲线上Lambda值为0. 125的第一点对应于燃料供应因子8 (如在常规分散 方式中)。因为能量守恒，Lambda值高于3. 2的富空气-燃料混合物不再导致可用于燃烧 的燃料数量增加，尽管燃烧室中的液体燃料的数量大大增加。如果假定用来使燃料从燃烧室的壁板上蒸发的能量增加，则稍后的单喷射应该是 有利的，只要混合生成允许它。因此，对本发明最重要的理解是，因为可使用的压缩热量是有限的，可被汽化的燃 料数量因此也是有限的，因此进一步增加燃料的用量最终会产生反作用。图2是一个图表，其中汽化燃料部分可达到的最小Lambda值的曲线被绘制成在 200rpm的起动转速和在-10°C的起动温度下当进气阀关闭时的曲轴角(在上死点后的角 度)的函数，壁润湿限制在10%。有效压缩率(CR)的上升以及进气阀的提前关闭在起动过 程中会略微改进最小Lambda值。
权利要求
一种控制内燃发动机中的起动过程的方法，其中在所述内燃发动机的起动过程中至少间歇地用贫空气-燃料混合物来进行燃料喷射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在该燃料喷射中，至少间歇地设置整体Lambda值 的参考值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在该燃料喷射中，燃料的单喷射发生在已经压 缩的空气中。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述单喷射在上死点前0°至上死点前15°范围 内的曲轴角上发生。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述单喷射在上死点前0°的曲轴角上发生。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中使用汽油_乙醇混合物或纯乙醇(或 乙醇/水)或其它低挥发性的燃料作为所述燃料。
7.—种控制内燃发动机中的起动过程的装置，其中所述装置被配置为实施根据上述权 利要求中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制内燃发动机中的起动过程的方法和装置。在用于控制起动过程的方法中，至少间歇地用贫空气-燃料混合物把燃料喷入已压缩的空气中。
文档编号F02D41/30GK101876278SQ201010135659
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月15日 优先权日2009年4月30日
发明者G·卢文, H·鲁兰, M·K·施普林格, T·洛仑兹 申请人:福特环球技术公司