用于汽油直喷式压燃发动机的冷起动策略和系统的制作方法
【专利说明】用于汽油直喷式压燃发动机的冷起动策略和系统
[0001]有关联邦赞助的研究或开发的陈述
[0002]本发明是在由能源部授予的合同N0.DE-EE0003258下借助于政府支持而作出的。政府具有本发明中一定的权利。
【背景技术】
[0003]汽油直喷式压缩点火(GDCI)是发动机的一种运行模式，其显示改进发动机排放特性和效率有成功的希望。GDCI提供高效率下低温燃烧、低的NOx以及在全部发动机运行范围上低的颗粒排放。采用多点延迟喷射(MLI)、进气增压和中度EGR可使汽油达到低温燃烧。在美国专利申请出版物2013/0213349A1中详细地描述了 GDCI发动机操作，本文以参见方式引入其全部内容。
[0004]为达到压缩点火，相比于柴油燃料，汽油燃料的自点火特性需要更高的缸内压力和温度。尤其在冷起动发动机时这是一个问题。
[0005]由于汽油燃料的自点火特性，需要提高冷起动GDCI发动机的能力。
【发明内容】
[0006]在本发明的第一方面，提供起动GDCI发动机的方法。该方法包括起动发动机、调整发动机气缸吸入端口处提供的进气空气以提高缸内空气的温度和/或压力，以及控制阀定时以允许压缩缸内空气来附加地增高缸内温度和/或压力。当缸内条件足以支持汽油的压缩点火和缸内空气的混合时，该气缸的燃烧便开始。
[0007]在本发明的第二方面，提供起动GDCI发动机的系统。该系统包括用于起动发动机的装置、用来增大发动机气缸吸入端口处提供的进气空气的温度和/或压力的装置、用来控制发动机进气和排气阀打开和关闭定时的装置，以及用来将燃料喷射气缸内的装置。该系统还包括控制器，控制器构造成能使发动机控制硬件根据本发明的第一方面来执行该方法的诸步骤。
【附图说明】
[0008]图1是适于控制GDCI发动机的发动机控制系统的一个实施例的示意图。
[0009]图2是发动机系统的气体(空气和/或排气)路径的一个实施例的方框图。
[0010]图3是发动机系统的冷却剂路径的一个实施例的方框图。
【具体实施方式】
[0011 ]如文中所使用的，术语“冷起动”是指这样的时间起动发动机，此时发动机部件和发动机内燃料的温度低于当发动机已经运行足够长时间达到高于环境温度的温度处的热平衡时的相应温度。“冷起动事件”是指执行发动机冷起动的动作，包括如下的时刻:预计到发动机起动但在发动机起动实际启动之前、发动机被起动以及过渡到运行状态，此时起动装置脱开啮合而发动机转速保持高于最小阈值。
[0012]图1示出发动机控制系统10的非限制性实施例，其适于控制GDCI内燃机12的冷起动。内燃机12图示为具有包含活塞66的单一气缸孔64，其中，活塞66上方的区域形成燃烧室28;然而，将会认识到该系统10可适用于具有多个气缸和燃烧室的发动机。发动机控制系统10可通过个别地控制多个燃烧室中的每一个来控制具有多个燃烧室的发动机，或可基于来自传感器的信号来控制如此的发动机，该传感器的信号代表着每个燃烧室内典型的或平均的状态。发动机控制系统1可包括有齿的曲柄轮14和曲柄传感器16，曲柄传感器16靠近曲柄轮14定位，使得曲柄传感器16能够感测曲柄轮齿的转动运动，并输出表示曲柄角和曲柄速度的信号18。
[0013]发动机控制系统10还可包括控制器20，诸如是发动机控制模块(ECM)，其构造成依据曲柄信号18来确定曲柄角和曲柄速度。控制器20可包括处理器22或如本技术领域内技术人员所知悉的其他控制电路。控制器20或处理器22可包括存储器，其包括非易失性存储器，诸如是用来储存一个或多个程序、阈值和捕获数据的电可擦去的可编程的只读存储器(EEPROM)。一个或多个程序可由处理器22执行，以履行用来确定先前发动机控制参数和计划未来发动机控制信号的诸多步骤，以使未来发动机控制参数对应于理想的发动机控制参数。图1示出处理器22和作为控制器20—部分的其他功能块。然而，将会认识到，并不要求处理器22和其他功能块被组装在单个外壳之内，且它们可围绕发动机12分布。
[0014]继续参照图1，发动机控制系统10可包括燃烧感测装置24，其构造成输出表示发生在燃烧室28内的燃烧事件的燃烧特征的燃烧信号26。监控燃烧事件进程的一种方式是确定该燃烧事件的热释放率或累积热释放。然而，因为测量的次数和复杂程度的缘故，在诸如行驶在像公共道路那样无法控制环境中的车辆中所运行的发动机的现场使用过程中，确定热释放可能不适合于控制发动机。适用于现场使用的燃烧探测装置可提供燃烧特征的指示，其可相关于诸如热释放那样的实验室类型的测量值。示范的燃烧探测装置24包括但不限于离子传感器或压力传感器，离子传感器构造成感测燃烧室28内燃烧产物的离子化水平，而压力传感器构造成感测燃烧室28内的压力。可用于表示燃烧过程某些方面的其他装置是燃烧爆震传感器。燃烧感测装置24可以是示范传感器中的任何一种，或是布置成提供表示燃烧特征的两个或更多个传感器的组合。
[0015]发动机控制系统10包括一个或多个发动机控制设备，其可响应于发动机控制信号进行操作来控制发动机控制参数，其中，在自动点火发生时发动机控制参数会受影响。发动机控制设备的一个实例是燃料喷射器30，其适于根据响应于由处理器22输出的喷射信号36由喷射器驱动器34输出的喷射器控制信号32来分配燃料68。燃料喷射曲线可包括多个喷射事件。燃料喷射曲线的可控方面可包括:燃料喷射器30如何快速或缓慢地打开和/或关闭、在燃料喷射器30打开时由燃料喷射器30分配的燃料68的燃料分配率，或为达到燃烧事件所分配的燃料喷射的次数。改变燃料喷射曲线一个或多个方面可以有效地控制自动点火。
[0016]示范的发动机控制系统10包括废气再循环(EGR)阀42。尽管未明确地显示出来，但熟悉发动机控制行业的人员应该理解到，EGR阀调节与供应到发动机的新鲜空气混合的发动机废气速率或废气量，以稀释接纳到燃烧室28内的空气混合物中氧和/或氮的百分比。控制器20可包括EGR驱动器44，其输出EGR控制信号46来控制EGR阀42的位置。EGR驱动器例如可以脉宽调制电压来产生EGR控制信号46，以便有效地控制EGR阀来调节被发动机12接受的废气流量。
[0017]再参照图1，发动机控制系统10可包括其他发动机管理装置。例如，发动机控制系统10可包括涡轮增压器118。涡轮增压器118从涡轮增压器控制块中接受涡轮增压器控制信号，涡轮增压器控制块可通过控制废气门或旁路阀的位置或控制可变几何形涡轮增压器内的叶轮位置来控制增压。发动机控制系统10还可包括由发动机驱动的增压器，发动机通过增压器的离合器140来驱动增压器，该增压器的离合器140由控制器20内的增压器控制块进行控制。发动机控制系统10还可包括阀控制块58，该阀控制块58可直接控制发动机进气阀62A和排气阀62B的起动，或可控制起动进气阀62A和/或排气阀62B的凸轮(未示出)的相位。
[0018]仍然参照图1，发动机控制系统10可包括一个或多个进气空气加热器80，其构造成加热每个气缸的进气集管或进气端口处的空气。每个进气空气加热器80由从进气空气加热器控制块中接收到的控制信号进行控制，控制方