发动机运行的控制策略的制作方法

本发明涉及一种具有燃料喷射系统的内燃机的运行，该燃料喷射系统包括流体输送装置，该流体输送装置可操作为将夹带在气体中的燃料直接输送到发动机的燃烧室中。

本发明可以提供一种运行这种发动机的方法。该方法可以提供用于在启动阶段期间控制发动机的策略。该方法还可以提供用于在即将关闭发动机时控制发动机的策略。

本发明还可以提供根据所公开的方法运行的发动机、由这种发动机提供动力的运载工具以及可操作为执行所公开的方法的发动机管理系统。

背景技术：

下面对背景技术的讨论仅旨在有助于对本发明的理解。该讨论并不是认为或承认所提到的任何材料在本申请的优先权日之前是公知常识的一部分。

已知使用双流体直接喷射系统将燃料输送到内燃机的燃烧室中。通过一种这样的布置，将计量的一定量液体燃料夹带在气体(通常是空气)中而输送到发动机的燃烧室中。通常，将计量的一定量燃料输送到混合区域中，然后在流过混合区域以夹带燃料的气体的辅助下而将计量的一定量燃料输送到燃烧室中。这样的布置被称为气体辅助燃料输送系统，并且在气体包括空气的情况下更特别地被称为空气辅助燃料输送系统。

为了在燃料喷射和点火过程中具有可靠性和可重复性，在燃料供给的压力与气体(待输送的燃料进入其中用于随后的夹带和输送)供给的压力之间必须存在受控的压差。

使用气体辅助燃料输送系统来实现发动机的快速和可靠启动的重要因素是需要在适当的压力下随时供给压缩气体，以确保在发动机的启动阶段早期就有效地将燃料输送到发动机。这不仅需要有足够的可用气体，而且还必须使该气体处于有助于相对于燃料供给的压力的必要压差这样的压力下，以确保令人满意的双流体输送事件。通常，这需要调节气体供给的压力。

如本领域技术人员将容易理解的，通常可以通过在气体供给系统中提供已知种类的气体调节器来解决调节气体供给的压力的需要。

然而，并非总是能够为气体调节器提供气体供给系统。此外，即使在气体供给系统具有气体调节器的情况下，在某些情况下也可能需要提供补充调节以增强由气体调节器提供的调节。

举例来说，在用于无人机(uav)的具有气体辅助燃料输送系统的内燃机的情况下，可能不能或不希望为气体供给系统设置气体压力调节器(将在下面进一步说明)。考虑到这一点，将主要针对本发明在uav上的应用来讨论本发明。然而，应当理解，本发明可以应用于具有使用气体辅助燃料输送系统的内燃机的各种其他运载工具、机器、设备和装置。这种使用气体辅助燃料输送系统的内燃机可以包括单缸或多缸构造的发动机，以及二冲程和四冲程发动机。

通过气体辅助燃料输送系统为uav的内燃机加油，可以实现各种操作和经济优势。一个这样的发动机可以例如是小型的往复式活塞二冲程发动机，然而如本领域技术人员将理解的那样它当然也可以是任何其他合适的内燃机。

还应当指出的是，常常存在与用于uav的发动机有关的包装限制；例如，对于用于uav的发动机，可能存在与空间和重量限制相关的包装限制。

为了满足特定的包装和重量要求，并且也为了降低发动机的复杂性，以气体辅助燃料输送系统为特征的uav发动机可能会省略某些原本可能会使用的发动机部件。特别地，发动机可以在气体供给系统中不包括气体压力调节器。此外，发动机也可以不具有电池和起动机马达系统，在这种情况下，发动机可以适于通过可释放地联接至发动机曲轴的外部扭矩驱动器进行曲柄启动。可以在发动机曲柄起动(cranking)和运转时产生用于运行各种发动机部件和系统(诸如电子发动机管理系统、点火系统和电动燃料泵)的电能。更进一步地，uav发动机将可能具有大小满足燃料需求的燃料泵，而没有太多的剩余容量。最后，可以通过由发动机机械地驱动的压缩机来提供用于气体供给系统的加压气体。

利用这种压缩机由uav发动机机械地驱动的布置，压缩机在发动机曲柄起动时立即运行，从而逐渐增加气体供给系统中的压力。但是，在没有电池的系统中，发动机管理系统和电动燃料泵被(如上文所述，在发动机曲柄起动和运行时产生用于运行发动机管理系统和电动燃料泵的电能)充分供能以能够运行之前通常会有一个延迟。

因为在使用外部扭矩驱动器的布置中，曲柄起动速度通常较高(大约2000至3000rpm)，所以由压缩机(在发动机曲柄起动时直接由发动机驱动)产生的气体压力将很可能迅速上升到远远超过应满足的相对于燃料供给的压力的必要压差的水平。因此，在没有气体压力调节器的情况下，需要替代手段来调节用于这种uav发动机的气体辅助燃料输送系统的气体压力。

期望地，在发动机启动阶段的初始曲柄起动部分期间，应迅速实现必要的气体调节。这是为了确保能够进行燃料喷射，并且发动机能够在启动阶段的早期开始点火。

在wo01/014738中，本申请人提出了一种在双流体喷射系统中控制气体压力的方法，其中，气体压力用于将计量的一定量燃料输送至内燃机的燃烧室。气体通常包括空气。在检测到异常燃料供给状况时，将燃料喷射系统中的空气压力调节到小于在异常燃料供给状况下发动机的燃料供给系统可输送的燃料压力的水平，使得随后可以根据需要将燃料输送到双流体喷射系统。一个设想的异常燃料供给状况的示例涉及在寒冷的环境条件下曲柄起动，其中在曲柄起动期间从电池消耗的电流可能导致电池的端电压下降到这样的水平：不足以使燃料供给系统的电动燃料泵正确地运行，从而不能使燃料以令人满意的压力供给到燃料喷射系统的燃料计量单元。替代地，这可能导致燃料供给系统中的燃料压力以比空气压力供给系统中的空气压力低的速率上升。在这种低温曲柄起动和低电池电压条件下，这可能导致空气供给系统中的气压高于由电动燃料泵供给的燃料压力，因此将不可能计量在正常方式下通过空气输送至发动机的燃料。

值得注意的是，wo01/014738中公开的方法可应用的发动机系统特征为具有确保空气压力不超过预定最大值的空气调节器。此外，该发动机系统需要电池用于发动机曲柄起动并给电动燃料泵供能。这样，wo01/014738中公开的方法将不太可能适用于构造为满足上述针对uav的特定包装和重量要求的发动机系统。

在此背景下开发了本发明。

然而，尽管本发明主要是针对适用于uav的内燃机而开发和讨论的，但是应当理解，本发明可以应用于具有使用气体辅助燃料输送系统的内燃机的各种其他运载工具、机器、设备和装置。这种内燃机可以包括单缸或多缸构造的发动机。此外，发动机可以是火花点火发动机或压缩点火发动机，以及二冲程和四冲程发动机。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供一种运行内燃机系统的方法，该内燃机系统具有燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括流体输送装置，该流体输送装置可操作为将夹带在气体中的燃料直接输送到燃烧室中，该方法包括从气体供给系统向流体输送装置供给加压气体，以及调节气体供给系统中的气体压力，其中，调节气体供给系统中的气体压力包括打开流体输送装置，以选择性地允许气体进入燃烧室中，以释放气体供给系统中的压力。

调节气体供给系统中的气体压力还可以包括打开流体输送装置，以选择性地使加压气体从燃烧室流向气体供给系统，从而对气体供给系统加压。这在快速增加气体供给系统中的压力，特别是在首先释放其中的压力之后重新给气体供给系统加压方面可以是有利的。利用这种布置，使用相同的装置(即流体输送装置)来选择性地允许气体进入燃烧室中，以释放气体供给系统中的压力，并选择性地允许加压气体从燃烧室流向气体供给系统以对气体供给系统加压。

打开流体输送装置以允许气体进入燃烧室中可包括单个打开事件或多个连续的打开事件。

类似地，打开流体输送装置以允许加压气体从燃烧室流向气体供给系统可以包括单个打开事件或多个连续的打开事件。

流体输送装置可以包括在控制系统的控制下可操作的流体喷射器。可以根据所需压力调节的程度，在打开的定时和打开的持续时间方面来控制流体喷射器的运行。

内燃机系统的运行可以包括启动阶段和运转阶段。启动阶段可以包括一个或多个初始燃烧事件以及随后的爆发期。爆发在初始燃烧之后发生并且通常会导致发动机转速在下降到更稳定(怠速)状况之前先上升。

该方法主要被设计为在启动阶段期间控制发动机的运行的控制策略。因此，可以在发动机的启动阶段中执行该方法。然而，也可以在发动机的运行阶段期间执行该方法。如果在发动机的运转阶段期间执行该方法，则该方法还可以包括感测燃料压力。

该方法还可以包括在调节气体供给系统中的气体压力之后，将计量的一定量燃料供给到流体输送装置，以将计量的一定量燃料夹带在气体中输送到燃烧室中。

该方法还可以包括发动机的曲柄起动以开始启动阶段。可以通过可释放地联接至发动机曲轴的外部扭矩驱动器进行曲柄起动。

该方法还可以包括为气体供给系统产生加压气体，该加压气体最初响应于发动机的曲柄起动而产生。

可以由可操作地联接至发动机的压缩机产生加压气体。

加压气体可以包括空气。空气可以包括随后被压缩以提供加压空气的环境空气。

该方法还可以包括产生电能，该电能最初响应于发动机的曲柄起动而产生。

该方法还可以包括为电动燃料泵供能，以将燃料输送到流体输送装置，使用响应于发动机的曲柄起动而产生的电能来为该电动燃料泵供能。

由于产生电能和给电动燃料泵供能的方式，在发动机曲柄起动的开始与燃料以必要的燃料压力向流体输送装置输送之间可以存在迟滞期。结果，气体供给系统中的气体压力可以以比燃料压力更快的速率增加，这在双流体输送时在燃料压力和气体压力之间实现一致的压差方面是有问题的。因此，在迟滞期期间通过调节的方式使气体压力的增加中断，该调节包括打开流体输送装置以允许气体进入燃烧室，以释放气体供给系统中的压力。该中断允许燃料压力超过气体压力并达到目标压差，以确保随后通过流体输送装置进行一致的燃料输送。

利用这种布置，气体供给系统中的气体压力可以在所有发动机的启动阶段期间并且通过所有流体输送装置先减小然后增加。这使气体供给系统中气体压力的增加中断，从而允许燃料压力赶上并超过气体压力，因此有助于实现目标压差，以确保随后通过流体输送装置进行一致的燃料输送。

可以显著降低气体供给系统中的气体压力(例如，在需要时接近零)，以确保随后可以以目标压差一致地计量燃料。此后，可以在不会发生任何燃烧事件的情况下使空气压力再次升高(例如从零开始升高)，直到在尝试燃烧事件之前空气压力达到最小压力。

该方法可用作发动机启动期间采用的控制策略。

该方法可用作在发动机即将关闭时控制发动机的运行的控制策略。在这种情况下，该方法可包括在即将关闭发动机时打开流体输送装置，以从气体供给系统中排出加压空气，为下一次发动机启动事件做准备(从而确保气体供给系统中的空气压力对于下一次启动事件相对不高)。

根据本发明的第二方面，提供了一种运行内燃机系统的方法，该内燃机系统具有燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括流体输送装置，该流体输送装置可操作为将夹带在气体中的燃料直接输送到燃烧室中，该方法包括：使发动机曲柄起动以开始启动阶段；在气体供给系统中产生压缩气体以将气体输送到流体输送装置，该压缩气体响应于发动机曲柄起动而产生；响应于发动机的曲柄起动而产生电能供给；为电动燃料泵供能以将燃料输送到流体输送装置，使用响应于发动机的曲柄起动而产生的电能为电动燃料泵供能，其中在发动机曲柄起动开始与燃料以必要的燃料压力向流体输送装置输送之间存在迟滞期；以及在迟滞期期间调节气体供给系统中的气体压力，其中，调节气体供给系统中的气体压力包括打开流体输送装置来选择性地允许气体进入燃烧室中，以释放气体供给系统中的压力。

可能合适的是，根据本发明第二方面的方法可以具有以上关于本发明的第一方面提及的特征中的任何一个或多个。特别地，在根据本发明第二方面的方法中，调节气体供给系统中的气体压力的特征还可以包括打开流体输送装置，以选择性地允许加压气体从燃烧室流向气体供给系统，从而对气体供给系统加压。

在气体供给系统中的气体压力最初降低之后，通过打开流体输送装置以选择性地允许加压的气体从燃烧室流向气体供给系统而调节气体供给系统中的气体压力以对气体供给系统加压，可以有助于气体供给系统中气体压力的增加。

根据本发明的第三方面，提供了一种运行内燃机系统的方法，该内燃机系统具有燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括流体输送装置，该流体输送装置可操作为将夹带在气体中的燃料直接输送到燃烧室中，该方法包括：从气体供给系统向流体输送装置供给加压气体，以及调节气体供给系统中的气体压力，其中调节气体供给系统中的气体压力包括打开流体输送装置，以选择性地允许气体进入燃烧室中，以释放气体供给系统中的压力；并且其中调节气体供给系统中的气体压力还包括打开流体输送装置，以选择性地允许加压气体从燃烧室流向气体供给系统，从而对气体供给系统加压。

利用该方法，可以在发动机的气体供给系统中的压力最初被释放之后对气体供给系统重新加压。

可能合适的是，根据本发明第三方面的方法可以具有以上关于本发明的第一方面或第二方面提及的特征中的任何一个或多个。

根据本发明第四方面，提供了一种内燃机系统，该内燃机系统根据本发明的第一方面、第二方面或第三方面的方法进行运行。

根据本发明第四方面的发动机系统可以包括单缸发动机或多缸发动机。

在多缸发动机的情况下，可以利用所有汽缸或者仅使用一个或一些但不是全部汽缸来执行该方法，以接收从气体供给系统排出的气体，从而使得能够进行气体供给系统的压力调节。举例来说，一个汽缸可用于接收从气体供给系统排出的气体，用于压力调节的目的，而另一个汽缸可用于接收夹带在气体中的计量的一定量燃料，用于在各自的燃烧室中点火和随后的燃烧。

根据本发明第四方面的发动机系统可以包括燃料和气体导轨(rail)单元，其中气体供给系统包括燃料的气体部和气体导轨单元。

根据本发明第四方面的发动机系统可以包括火花点火发动机或压缩点火发动机。

根据本发明第四方面的发动机系统可以包括二冲程或四冲程发动机。

根据本发明第四方面的发动机系统还可以包括流体喷射器，以提供流体输送装置。

如本领域技术人员将理解的，根据本发明第四方面的发动机系统可以加任何合适的燃料，包括例如汽油和重质燃料(例如，军用燃料，诸如jp-5和jp-8)。

根据本发明的第五方面，提供了一种由根据本发明第四方面的内燃机系统提供动力的运载工具。

运载工具可以包括uav。

根据本发明的第六方面，提供了一种发动机管理系统，其可操作为执行根据本发明的第一方面或第二方面的方法。

发动机管理系统可以首先由响应于发动机的曲柄起动而产生的电能来供能。

发动机管理系统可操作为响应由各种传感器接收的信息，以控制或调节发动机的一个或多个运行参数，包括控制流体输送装置的运行。

发动机管理系统可以控制流体输送装置的运行，以大致遵循在发动机的运行期间通常发生的大致相同的运行顺序(打开的定时和持续时间)，或者发动机管理系统可以根据压力调节所需的程度来改变或优化运行顺序。

附图说明

在以下几个非限制性实施例的描述中，将更全面地描述本发明的其他特征。仅出于例示本发明的目的而包括该描述。不应将其理解为对如上所述的本发明的广泛概括、公开或描述的限制。将参考附图进行描述，其中：

图1是根据本文公开的方法可操作的发动机系统的示意图；

图2是在发动机系统中使用的流体输送装置的示意性剖视图；

图3提供了在根据第一实施例的发动机控制策略下的发动机启动期间发生的某些状况和事件的图示；

图4提供了在根据第二实施例的发动机控制策略下的发动机启动期间发生的某些状况和事件的图示；

图5是对应于根据图4所示的第二实施例的发动机控制策略的ecu数据的图示；并且

图6提供了在根据第三实施例的发动机控制策略下的发动机启动期间发生的某些状况和事件的图示。

所示的附图不一定按比例绘制，而是通常着重于说明本发明的原理。

附图描绘了本发明的实施例。实施例均示出了特定的构造；然而，应当理解，对本领域技术人员明显的是，在仍然体现本发明的同时，本发明可以通过许多不同的构造来实现。这些构造被认为在本发明的范围内。

具体实施方式

在下面的详细描述中，结合几个优选实施例描述了本发明。然而，就以下描述特定于本技术的特定实施例或特定用途的程度而言，其仅旨在是说明性的，并且仅提供示例性实施例的简要描述。因此，本发明不限于以下描述的特定实施例，而是本发明包括落入所附权利要求的真实范围内的所有替代、修改和等同形式。

将参考如图1中示意性示出的内燃机系统10来描述各实施例。内燃机系统10已经被特别设计用于uav，但它当然也可以具有其他应用。为了满足用于uav的包装和重量要求，并且还为了降低复杂性，内燃机系统10不具有某些原本期望的部件，这将在下文中变得清楚。

内燃机系统10包括在电子控制单元(ecu)14的控制下运行的小型单缸往复式活塞二冲程发动机12。发动机12可以加任何合适的燃料，包括汽油和重质燃料(例如军用燃料，诸如jp-5和jp-8)。

内燃机系统10还包括帮助气体辅助燃料输送过程的双流体直接喷射系统16。在将要描述的实施例中，气体包括空气，从而提供空气辅助燃料输送过程，其中，夹带在空气中的燃料直接输送到发动机12的燃烧室中。

发动机12包括发动机缸体17和汽缸盖18，发动机缸体17和汽缸盖18一起限定了汽缸20和曲轴箱(crankcase)22。活塞24容纳在汽缸20中。汽缸20和活塞24协作以限定燃烧室26。

活塞24以已知方式连接到可旋转地支撑在曲轴箱22内的曲轴28。

进气系统30设置为将助燃空气输送到曲轴箱22中，以通过曲轴箱压缩而经由传送口31输送到燃烧室26中。进气系统30包括进气路径32，进气路径32在结合有空气过滤器36的进气端34与通向曲轴箱22的出口端37之间延伸。进气路径32具有向ecu14提供指示空气流量的信号的空气流量传感器38。进气路径32还具有在ecu14的控制下可操作的空气流量控制阀39。然而，应当注意，在其他布置中，进气路径32可以不必包括空气流量传感器，并且在当前实施例中包括空气流量传感器38绝不限制本发明的范围。

设置润滑系统40以将润滑油输送到进气路径32中，以夹带在流入曲轴箱22中的进气。润滑系统40包括储油器42和在ecu14的控制下可操作的油泵44。

设置燃料供给系统50以将燃料输送到双流体直接喷射系统16。燃料供给系统50包括燃料储存器52和在ecu14的控制下可操作的电动燃料泵54。燃料供给系统50还包括：燃料供给管线56，其适于从燃料储存器52接收燃料并将燃料输送到双流体直接喷射系统16；以及燃料返回管线58，其以已知方式使过量的液体燃料返回到燃料储存器52。燃料泵54与燃料供给管线56相关联。燃料供给系统50还包括燃料压力调节器59，燃料压力调节器59用于根据双流体直接喷射系统16中的空气压力如本领域技术人员理解的那样来调节燃料压力。

设置点火系统60，用于点燃燃烧室26内的可燃混合物。点火系统60在ecu14的控制下可操作。

传感器62可操作地布置成向ecu14提供指示曲轴28的速度和旋转位置的信号。

帮助空气辅助燃料输送过程的双流体直接喷射系统16包括串联运行的燃料计量装置70和流体输送装置72。从燃料计量装置70接收的燃料被输送到混合区域75(如图2最佳所示的)，以与从加压供给源接收的空气混合，从而提供空气燃料混合物，用于通过流体输送装置72喷射到燃烧室26中。在所示的布置中，燃料计量装置70包括燃料喷射器71，并且流体输送装置72包括流体输送喷射器73。如上所述，由燃料压力调节器59控制供给至燃料计量装置70的燃料压力。

从对图2的考虑可以理解，流体输送装置72包括主体74，该主体74具有与燃烧室26连通的喷嘴部76。混合区域75有效地设置在流体输送装置72下端的喷嘴部76内。流体输送装置72还包括与喷嘴部76相关联的电子可操作的(螺线管)输送阀78。输送阀78以已知方式可操作为打开和关闭喷嘴部76中的阀口80，以控制空气燃料混合物通过输送阀78输送到燃烧室26中。在所示的布置中，输送阀78为提升阀的形式，该提升阀包括阀杆82和阀头84，阀头84与形成在喷嘴部76中的阀座86配合以限定阀口80。

仅出于说明性目的，在图2中示意性地示出了输送阀78及其相关特征(包括阀杆82、阀头84、阀座86和阀口80)。但是，应当理解，输送阀78可以采用如本领域技术人员可以理解的任何其他适当形式，包括这样的一种形式：阀杆82可以为空心结构，以使空气燃料混合物能够沿阀杆82的一部分流动。

燃料计量装置70和流体输送装置72各自可响应于从ecu14接收的控制信号而可操作。在由ecu14确定的状况下，在打开定时和打开持续时间方面来控制每个装置70、72的运行。

设置气体供给系统90以将加压空气供给到双流体直接喷射系统16。更具体地，气体供给系统90可操作为将压力下的空气供给到流体输送装置72，在流体输送装置72打开时，加压空气可以流过流体输送装置72并被输送到燃烧室26中。加压空气与混合区域75连通，并且当流体输送装置72打开时，由燃料计量装置70输送到混合区域75中的任何燃料被加压夹带并通过阀口80输送到燃烧室26中。

气体供给系统90包括在空气压缩机94和流体输送装置72之间延伸的空气流动管线92。空气压缩机94由发动机12机械地驱动，并因此独立于ecu14运行；即，空气压缩机94不受ecu14控制。在所示的布置中，空气压缩机94经由曲轴箱22从进气系统30接收进入的空气；即，空气压缩机94的进气口与曲轴箱22连通以接收进入的空气从而进行压缩。

如图1所示，燃料压力调节器59与气体供给系统90连通。更具体地，燃料压力调节器59经由分支管线96与空气流动管线92连通。

ecu14构造为通过控制和/或调节内燃机系统10的一个或多个运行参数来响应由各种传感器接收的信息。ecu14包括定时装置(未示出)，诸如可操作为将内燃机系统10的某些运行参数延迟启动规定的持续时间的计数器。

值得注意的是，发动机12不具有电池和起动器马达系统。反而，发动机12适于通过可释放地联接至发动机曲轴28的外部扭矩驱动器进行曲柄起动。此外，由发电机(未示出)产生用于运行各种发动机部件和系统(诸如ecu14、电动燃料泵54、点火系统60、燃料计量装置70和流体输送装置72)的电能，发电机机械地联接至发动机12并且在发动机12的曲柄起动和随后运行时可操作。

此外，值得注意的是，气体供给系统90不包括空气压力调节器。然而，由于空气压缩机94可操作地联接至发动机12，并且由于空气压缩机94在发动机12曲柄起动时立即运行，从而逐渐增加气体供给系统90中的压力，因此调节气体供给系统90中的空气压力是必要的。

由于空气压缩机94在发动机曲柄起动时立即运行，因此在电能可用于为电动燃料泵54供能之前，气体供给系统90开始被加压。

为了在燃料喷射和点火过程中具有可靠性和可重复性，有必要在双流体输送时在燃料供给系统50中的燃料计量装置70处的燃料压力与气体供给系统90中的空气压力之间保持一致的压差。设置燃料压力调节器59用于建立和保持燃料压力和空气压力之间的必要压差。燃料压力调节器59通过参考气体供给系统90中的空气压力来完成此操作；特别地，通过参考经由分支管线96连通的空气流动管线92中的空气压力来完成此操作。换言之，燃料压力调节器59相对于气体供给系统90中的空气压力调节燃料压力，从而在不考虑发动机12的启动阶段以及运行阶段的空气压力的情况下确保必要的压差。

期望压差在70kpa至300kpa的范围内，并且优选地为约250kpa。

由于通过施加外部扭矩驱动器而导致的发动机12的曲柄起动速度通常较高(约2000至3000rpm)，因此在启动期间由空气压缩机94产生的空气压力很可能会迅速上升到远远超过双流体直接喷射系统16有效运行所需的水平。因此，需要调节空气压力。

本实施例旨在提供根据提供必要的空气压力调节的控制策略来运行内燃机系统10的示例性方法。

期望地，运行内燃机系统10的示例性方法使得能够在发动机启动阶段的初始曲柄起动部分期间快速实现必要的空气压力调节，从而确保能够进行燃料计量和随后的空气燃料输送事件，并且发动机可以在启动阶段早期开始点火。当打算将使用重油的uav发动机用于不利或恶劣条件下运行时，这是重要因素，其中，在不利或恶劣条件下快速且可靠的发动机启动是必要的。

广泛地，本发明的实施例提供了一种控制策略，该控制策略选择性地打开流体输送装置72，以允许气体供给系统90中的加压空气进入燃烧室26中，以释放气体供给系统90中的压力。换言之，气体供给系统90中一定量的加压空气选择性地“排放”到燃烧室26中。

在某些应用中，调节气体供给系统90中的气体压力还可以包括打开流体输送装置72，以选择性地允许加压气体从燃烧室流向气体供给系统90，从而对气体供给系统90加压。换言之，燃烧室26中一定量的加压气体被选择性地“泵送”到气体供给系统90中。这对于迅速增加气体供给系统90中的压力，特别是对于在通过将加压空气排放到燃烧室26中而释放压力之后重新加压气体供给系统90的方面可能是有利的。利用这种布置，使用相同的装置(即，流体输送装置72)来选择性地允许气体进入燃烧室26中以释放气体供给系统90中的压力，并选择性地允许加压气体从燃烧室26流到气体供给系统90，以对气体供给系统90加压。

将燃烧室中的加压气体“泵送”到气体供给系统中的策略是已知的，并且在申请人的美国专利4936279和已公开的pct专利申请wo98/01667中进行了描述，上述美国专利和pct专利的内容通过引用并入本文，并且其中该策略被称为“打气(pump-up)”策略。根据该点，这样的策略可以被称为“抽气(pump-down)”策略：选择性地打开流体输送装置72以允许气体供给系统90中的加压空气进入燃烧室26，以释放气体供给系统中压力。

可以通过单个打开事件或多个连续的打开事件来实现流体输送装置72的运行以允许空气或加压气体在气体供给系统90和燃烧室26之间通过。此外，可以改变流体输送装置72的打开和关闭的定时以管理或优化对于特定要求如何降低空气压力。换言之，可以根据在发动机曲柄起动、发动机启动或发动机运行期间可能出现的特定情况来控制流体输送装置72的打开和关闭，以调节气体供给系统90中的空气压力。

可以在发动机12的启动阶段以及可选地也在发动机12的运行阶段期间实施控制策略。然而，已经将控制策略主要设计为在启动阶段期间控制发动机12的运行，因此将在该上下文中进一步描述该实施例。

在图3中，示意性地示出了根据本发明的第一实施例的控制策略，该控制策略涉及在发动机12的启动阶段中流体输送装置72的多个打开事件，以允许空气进入燃烧室26中。

图3包括水平条形图，描绘了在发动机启动期间发生的某些状况和事件。特别地，该图包括：a)条形101，其描绘了发动机状态(曲柄起动或运转)；b)条形102，其描绘了曲柄模式(曲柄起动或爆发(flare))；c)条形103，其描绘了点火系统60的状态(激活或未激活)；d)条形104，其描绘了电动燃料泵54的运行(激活或未激活)；e)条形105，其描绘了燃料计量装置70的运行(激活或未激活)；以及f)条形106，其描绘了流体输送装置72的运行(激活或未激活)。

流体输送装置72的激活状态对应于流体输送装置72的运行，以允许流体(其可以包括空气或空气燃料混合物)进入燃烧室26中。如上所述，这可以涉及单个打开事件或多个连续的打开事件。换言之，流体输送装置72的每个激活状态可以以单个打开事件或多个连续的打开事件为特征。

在未激活状态下，流体输送装置72关闭以防止流体流入燃烧室26中。

图3还包括几个曲线图，这些曲线图将发动机12的各种运行参数与水平条形图中描述的状况和事件相关联。特别地，这些曲线图包括：a)线图111，其与气体供给系统90中的空气压力有关；以及b)线图112，其与曲轴28的转速有关；c)线图113，其与由可操作地联接至发动机12的发电机输送的电压有关；d)线图114，其与在ecu14的控制下与燃料计量装置70和流体输送装置72相关的事件的定时有关；e)线图115，其与在ecu14的控制下与电动燃料泵54的运行相关的事件的定时有关；以及f)线图116，其与时间有关。

图3还描绘了区域121，该区域表示用于气体供给系统90中的空气压力的标称压力范围，该标称压力范围对于发动机曲柄起动被认为是可接受的。

在图3中描绘了控制策略，并将其应用于两个场景，分别标识为实例1和实例2。

实例1涉及这样一种场景，其中在发动机12的启动阶段的早期阶段，气体供给系统90中的空气压力(如曲线111a所示的)相对较高，因此，为了达到相对于燃料计量装置70处的燃料压力的必要压差，必须减小空气压力。

实例2涉及这样一种场景，其中在发动机12的启动阶段的早期阶段，气体供给系统90中的空气压力(如曲线111b所示的)相对较低，因此，为了达到相对于燃料计量装置70处的燃料压力的必要压差，需要在压力升高受控的情况下升高空气压力。

从图3中可以看出，流体输送装置72最初是未激活的，然后变为激活的(在多次发动机循环中被致动)，并且然后在发动机曲柄起动期间再次变为未激活的。流体输送装置72的未激活状态和激活状态都在燃料计量装置70变得激活之前发生。随后，燃料计量装置70和流体输送装置72均被控制为同时激活，使得燃料能够被计量以用于随后夹带在空气中，以在连续的发动机循环中以已知方式输送至燃烧室26中以帮助初始爆发和随后的发动机12运转。

关于图3中的实例1，在启动阶段的初始部分内的第一激活时段期间，流体输送装置72的运行允许气体供给系统90中的加压空气进入(即“排放”)到燃烧室26中，以释放气体供给系统90中的压力，从而提供压力调节。通常通过在运行的该初始激活期间流体输送装置72的连续打开和关闭事件来实现气体供给系统90的这种“减压”。在达到气体供给系统90与燃料计量装置70处的燃料压力之间的必要压差时，作为下一个激活时段的一部分，以已知的方式致动流体输送装置72和燃料计量装置70(即，在一定数量的连续的计量和输送事件中打开和关闭)，使得计量的一定量燃料夹带在空气中并输送到燃烧室26中，以开始发动机点火(爆发)。这完成了发动机12的启动阶段，此后，在发动机正常运转期间，燃料计量装置70和流体输送装置72在ecu14的控制下正常运行。

在图3中值得注意的是，在燃料计量装置70之前(参见条形105)开始电动燃料泵54的致动(参见条形104)。这是为了确保燃料以足够的压力可用于输送到气体供给系统90中的加压空气(特别是混合区域75)中，并且还为了在需要时允许对燃料泵54进行加注。

此外，值得注意的是，在发动机曲柄起动开始与电动燃料泵54将燃料在必要的燃料压力下输送到流体输送装置72的完全运行之间存在迟滞期。特别地，在发动机曲柄起动(如图3中由条形101以及与曲轴28的转速有关的线图112所示的)与由可操作地联接至发动机12的发电机输送的电压(如图3中由线图113所示的)之间存在初始迟滞。此外，随着由发电机输送的电压逐渐上升到必要水平(即，如图3中以示例的方式描绘的从0伏到14伏)，存在随后的迟滞。在该随后的迟滞内，由发电机输送的电压达到阈值水平(如图3中以示例的方式描绘的6伏)，在该阈值水平处首先为燃料泵54供能并使其运行。随着电压上升到必要水平(如图3中以示例的方式描绘的14伏)，由电动燃料泵54输送的燃料压力逐渐增加，以便将燃料在必要的燃料压力下输送到流体输送装置72。

在发动机曲柄起动开始与电动燃料泵54将燃料在必要的燃料压力下输送到流体输送装置72的完全运行之间的这段迟滞期期间，通过以下方式的调节使气体供给系统90中气体压力的增加中断：该调节包括打开流体输送装置72以允许气体(空气)进入燃烧室26中，以释放气体供给系统中的压力。该中断允许燃料压力超过气体压力，以确保燃料计量装置70随后能够以目标压差一致地计量燃料。

在根据该第一实施例，特别是实例1的控制策略中，气体供给系统90中的压力显著降低(例如接近零)，以确保燃料计量装置70能够以目标压差一致地计量燃料。此外，在所示的布置中，调用延迟计数器2以在流体供给装置72已经变得未激活之后(在启动阶段期间先前已经激活之后)确保足够的时间流逝，以便气体供给系统90中空气压力随后上升到这样的水平：通过燃料计量装置70能够可靠地重复计量燃料并且然后通过流体输送装置72能够将燃料直接注入燃烧室26中。

从参考图3的控制策略的前述描述中将清楚的是，根据本发明的控制策略特别适用于这样的内燃机系统10，其中双流体燃料系统50不包含通过分离的装置进行的气体压力调节；即，没有空气体压力调节器。取而代之的是，通过在ecu14控制下的流体输送装置72的特定运行来提供空气压力调节，以根据需要管理气体供给系统90内的空气压力。

在图4中，示意性地示出了根据第二实施例的控制策略。图4中描绘的水平条形图和曲线图与图3中描绘的相似，因此具有相应的附图标记。图4中描绘的控制策略类似地涉及流体输送装置72的连续打开事件的时间段(即在其激活的时间段期间)，以允许空气在发动机12的启动阶段期间进入燃烧室26中。这些打开事件最初允许气体供给系统90中的加压空气进入(即“排放”)到燃烧室26中，以释放气体供给系统90中的压力，从而提供压力调节。与图3所示的实施例不同，流体输送装置72的激活时间段不被未激活时间段打断，而是被控制成有助于随后将气体供给系统90中的空气压力升高到期望水平。在随后致动燃料计量装置70时，气体供给系统90内的加压空气处于期望的水平，使得计量的一定量燃料能够夹带在空气中并输送到燃烧室26中以开始发动机的点火(爆发)。这完成了发动机12的启动阶段，此后，在发动机正常运转期间，燃料计量装置70和流体输送装置72在ecu14的控制下正常运行。

图5是对应于根据图4所示的第二实施例的发动机控制策略的ecu14的数据的图示。使用专有的inca软件将数据提取为日志文件(如本领域技术人员所知的)。

在根据该第二实施例的控制策略中，气体供给系统90中的压力减小到已知能够可靠地开始燃料喷射的水平。此外，在所示的布置中，延迟计数器2被禁用，从而允许发动机较早点火(爆发)。

根据第二实施例的控制策略特别适用于如下情况：不需要非常低的空气压力以便燃料能够通过燃料计量装置70可靠地计量，以用于随后夹带在空气中并通过流体输送装置72输送到燃烧室26中。因此，与参考图3中的实例1所描述的相比，采用了不太激进的方法来降低气体供给系统90中的空气压力。

然而，如果需要相对较低的空气压力(例如，由于给电动燃料泵54加注引起的问题)，则可以调用延迟计数器2，从而提供压缩机94可以将空气压力从零再次升高回去而没有发生任何燃烧事件的时间段(即，控制策略一直等到空气压力达到最小压力，然后通过安排一些燃料计量和空气燃料输送事件来尝试对发动机12进行点火)。

可以从图4中的条形102和105注意到，当燃料计量装置70首先被致动时，在燃料计量开始时，发动机不会立即点火(爆发)。然而，这不是有意的并且被认为可能是燃料系统中流体动力学的结果。

在前述两个实施例中，控制策略选择性地打开流体输送装置72，以允许气体供给系统90中的加压空气进入燃烧室26中，以释放气体供给系统90中的压力。换言之，如先前所讨论的，气体供给系统90中一定量的加压空气选择性地“排放”到燃烧室26中。

在其他实施例中，调节气体供给系统90中的气体压力还可以包括打开流体输送装置72，以选择性地允许加压气体从燃烧室流向气体供给系统，从而对气体供给系统加压。换言之，如先前所讨论的，燃烧室26中一定量的加压气体被选择性地“泵送”到气体供给系统90中。根据这样的实施例的控制策略提供了可以提供更多的选择以在曲柄起动期间控制空气压力的布置。特别地，“抽气”策略能够按所需顺序更好地安排“抽气”和“打气”。这是根据第三实施例的控制策略的特征。

现在参考图6，描绘了在根据本发明的第三实施例的发动机控制策略下在发动机启动期间发生的某些状况和事件的图示。图6包括几个曲线图，其涉及在启动阶段中发动机12的各种运行参数相对于时间的关系。特别地，这些曲线图包括：a)线图201，其与气体供给系统90中的空气压力有关；b)线图202，其与曲轴28的平均转速有关；c)线图203，其与由可操作地联接至发动机12的发电机输送的电压有关；d)线图204，其与汽缸压力(即燃烧室26内的压力)有关；e)线图205，其与由电动燃料泵54输送的燃料压力有关；以及f)线图206，其与燃料计量装置70的状态(激活或未激活)有关。

如图6中的线图201所示，在曲柄起动之前存在一定程度的残余空气压力(在此实例中约为270kpa)，并且在曲柄起动开始时该压力开始升高。由曲线201的部分201a指示该升高的空气压力。

通过汽缸压力中的连续峰值(线图204)反映曲柄起动动作。

如图所示，由发电机输送的电压(图线203)上升，这最终使得能够为ecu和其他部件(包括电动燃料泵54)供电。此时，在曲轴转角期间安排了几个空气喷射器(即燃料输送装置72)事件(即抽气)，这使得能够降低空气压力；即，使流体输送装置72处于激活状态，并且将空气排放到发动机汽缸(即，燃烧室26)中，从而降低气体供给系统90中的空气压力。在该实施例中，气体供给系统90中的空气压力降低到非常接近零的水平。由曲线201的部分201b指示减小的空气压力。

紧接该续发事件(sequence)，安排一些其他空气喷射器事件以经由捕获汽缸压力来产生空气压力(即“打气”)；即，使流体输送装置72处于激活状态，并将燃烧室26中的加压气体泵入气体供给系统90。由曲线201的部分201c表示气体供给系统90中增加的空气压力。

在该续发事件的结束时，空气压力已达到标称目标范围(在此实例中约为400kpa)，并且安排正常运行空气/输送事件与燃料事件依次进行。在该阶段，在双流体输送时，燃料供给系统50内燃料计量装置70处的燃料压力与气体供给系统90内空气的压力之间存在一致的压差。

值得注意的是，在发动机曲柄起动开始与电动燃料泵54将燃料在必要的燃料压力下输送到流体输送装置72的完全运行之间存在迟滞期。在该迟滞期期间，“抽气”和“打气”事件的顺序(由曲线201的部分201b和201c表示的)有效地延迟了气体供给系统90中空气压力的升高。该延迟补偿了迟滞的燃料压力(其比空气压力升高的慢得多)，这将在下面进一步讨论。该延迟允许燃料压力赶上并超过气体压力，并达到目标压差，以通过流体输送装置72确保随后一致的燃料输送。

在电压升高(由曲线203的部分203a表示)之后不久，电动燃料泵54被供能并产生燃料压力(线图205)。在所描绘的情况下，在空气压力低的同时，燃料压力升高，从而为电动燃料泵54提供从燃料系统中清除空气的机会。随着气体供给系统90中空气压力(曲线201)开始升高，燃料压力(曲线205)开始按预期“追随”空气压力，最终达到必要的燃料压力并经由燃料调节器59保持该压力。

汽缸压力曲线204提供了所有这些与实际发动机事件如何相关的指示；更特别地说，每360度一次汽缸压力循环，这意味着一次抽气或一次打气并且也意味着一次压缩机循环。

在所描述的实施例中，空气压缩机94在发动机曲柄起动时立即运行，并且因此在电能可用于为电动燃料泵54供能之前，气体供给系统90开始被加压。如上所述，由于内燃机系统10不具有空气调节器，因此流体输送装置72提供了唯一的调节形式。通过“抽气”策略，气体供给系统90中的气体压力可以减小然后增加，这些减小和增加都发生在发动机的启动阶段期间并且都通过相同的流体输送装置72进行。这使气体供给系统90中气体压力的增加中断，从而允许燃料压力赶上并超过该气体压力，达到目标压差，以确保通过流体输送装置72进行一致的燃料输送。

实际上，“抽气”策略用于防止气体供给系统90的超压。

本文中参考前述实施例公开的控制策略还可以包括在发动机即将关闭时打开流体输送装置72，以帮助从气体供给系统90排放加压空气(即不再通过燃料计量装置70计量燃料)，从而为发动机的下一次启动做准备(从而确保对于下一次启动来说空气压力不会相对较高)。

已经参考包括单缸的发动机12描述了实施例。这些实施例当然也将适用于多缸发动机。在多缸发动机的情况下，如本领域技术人员所理解的，气体供给系统90可以以燃料和气体导轨为特征。在这种布置中，通常将存在多个流体输送装置72，至少一个流体输送装置与每个汽缸相关联。可以打开一个或多个流体输送装置72以实现气体压力调节。在可以打开多个流体输送装置72以实现气体压力调节的情况下，可以同时打开或在不同时间打开多个流体输送装置。此外，至少一个流体输送装置72可以可选地专用于执行“抽气”策略，并且至少一个流体输送装置可以可选地专用于执行“打气”策略。

在具有燃料和气体导轨的发动机的情况下，控制策略还可以包括在即将关闭发动机时打开与燃料和气体导轨相关联的一个或多个流体输送装置72，以从燃料和气体导轨的空气部排放加压空气，为下一次启动做准备。

上述各种控制策略特别适合于具有燃料喷射系统的发动机系统，该燃料喷射系统包括流体输送装置，该流体输送装置可操作为将夹带在气体中的燃料直接输送到燃烧室中，并且其中在产生电能以为发动机部件(例如电动燃料泵)供能之前，可以由发动机系统产生气体压力。因此，上述各种控制策略特别适合用于这种uav的发动机系统，该发动机系统依赖于施加外部扭矩来实现发动机启动的曲柄起动。

前述公开内容旨在解释如何形成和使用所描述的特定实施例，而不是限制本发明的真实、预期和公平的范围和要旨。前述描述并非旨在是详尽无遗的，也不旨在限于所公开的精确形式。

此外，应当理解，可以在不脱离本发明原理的情况下进行各种修改。因此，应当理解本发明包括其范围内的所有此类修改。例如，尽管主要就其在发动机启动中的应用进行了描述，但是根据本发明的方法可以同样地在正常发动机运转期间应用，以管理可能出现的任何空气燃料压差问题。在正常发动机运转中的这种更广泛的应用可能具有特殊的吸引力，其中可以在燃料系统50和气体供给系统90中采用额外的燃料和空气压力传感器。

本文所使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，而不旨在进行限制。

如本文所用，除非上下文另外明确指出，单数形式的“一”、“一个”和“该”也可以意图包括复数形式。

除非明确标识为执行顺序，否则本文所述的方法步骤、过程和运行不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可以采用附加或替代步骤。

关于任何位置描述，例如“顶部”、“底部”和“侧面”，将在所描述的实施例的上下文中考虑(并且在第一实施例的情况下在附图中进行描绘)，并且不应视为将本发明限制于该术语的字面解释，而是如本领域技术人员所理解的那样。

为了便于描述，在本文中可以使用空间相对术语，例如“内部”、“外部”、“之下”，“下方”，“下部”、“上方”、“上部”等来描述如附图中示出的一个元素或特征与另一个或多个元素或特征的关系。空间相对术语除了附图中描绘的方位之外，还可以旨在涵盖设备在使用或运行中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将取向为在该其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。可以以其他方式取向设备(旋转90度或其他取向)，并据此解释本文使用的空间相对描述语。

尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅可用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分。除非上下文明确指出，否则本文中使用的诸如“第一”、“第二”和其他数字术语之类的术语并不暗示顺序或次序。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以也称为第二元件、部件、区域、层或部分。

当一个元件或层被称为在另一元件或层“上”，“接合”、“连接”或“联接”至另一元件或层时，该一个元件或层可以直接在另一元件或层上，接合、连接或联接至另一元件或层，或可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”，“直接接合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其他词语(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

另外，在本发明的上下文中使用术语“系统”、“装置”和“设备”时，它们应理解为包括指代可以彼此靠近、分离、集成或分离的功能相关或相互作用、相互关联、相互依赖或相关联的部件或元件的组。

在整个说明书中，除非上下文另外要求，否则词语“包含”或诸如“包括”或“含有”等变体应理解为暗示包括所述整数或整数组，但不排除任何其他整数或整数组。