СПОСОБ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2017 года по МПК F02D41/06 F02D9/02 F02D19/06 F02N19/00 

Уровень техники

Запуск двигателя с топливом, которое включает в себя спирт, может быть затруднительным на низких температурах, так как может быть трудно испарять спирт и облегчать сгорание. Один из способов улучшения испарения топлива, которое включает в себя спирт, состоит в том, чтобы нагревать топливо перед тем, как топливо впрыскивается в двигатель. Однако может быть трудным своевременно выдавать достаточное количество тепла в топливо для того, чтобы топливо испарялось при впрыскивании в цилиндр. Более конкретно, может быть затруднительным нагревать топливо до температуры, которая обеспечивает испарение топлива в промежуток времени между событиями сгорания. Поэтому может быть желательным создать способ запуска двигателя с топливом, которое включает в себя спирт, который не включает в себя нагревание топлива.

Раскрытие изобретения

Авторы в материалах настоящей заявки осознали вышеупомянутые ограничения и разработали способ запуска двигателя и систему управления двигателем.

Согласно одному аспекту предложен способ запуска двигателя, включающий по существу закрывание дросселя окна цилиндра и впрыскивание по меньшей мере части количества топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра при по существу закрытом дросселе окна, при этом количество топлива впрыскивается в течение интервала, который включает в себя среднее положение, которое по существу выровнено с заданным уровнем вакуума цилиндра.

Количество топлива предпочтительно непосредственно впрыскивается в цилиндр, а заданный уровень вакуума является минимальным уровнем вакуума цилиндра.

Двигатель предпочтительно включает в себя дроссель воздухозаборника, а топливо, содержащее спирт, впрыскивается в цилиндр в течение интервала, при этом заданный уровень вакуума оценивается посредством положения двигателя.

Интервал предпочтительно является временным интервалом или интервалом по коленчатому валу, при этом заданный уровень вакуума по существу соответствует положению нижней мертвой точки такта впуска цилиндра.

Количество топлива предпочтительно впрыскивается в цилиндр за два или более импульсов топлива.

Способ предпочтительно дополнительно включает по меньшей мере частичное открывание дросселя окна после установки момента начала впрыска топлива, при этом количество топлива впрыскивается в цилиндр через окно цилиндра.

Согласно другому аспекту предложен способ запуска двигателя, включающий по существу закрывание дросселя окна цилиндра в течение цикла цилиндра, по меньшей мере частичное открывание окна цилиндра до закрывания впускного клапана в течение цикла цилиндра после по существу закрывания дросселя окна и после начала впрыска топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра и по существу закрывание дросселя окна после того, как впускной клапан цилиндра закрывается.

Топливо предпочтительно впрыскивается с установкой момента начала впрыска, которая меняется в зависимости от процентного содержания спирта топлива.

Топливо предпочтительно впрыскивается через окно.

Дроссель окна предпочтительно открывается в момент времени, который основан на требуемом количестве воздуха в цилиндре, при этом поток воздуха в цилиндр ограничивается посредством впускного клапана цилиндра, закрывающегося после открывания дросселя окна и до закрывания дросселя окна.

Способ предпочтительно дополнительно включает впрыскивание топлива в цилиндр в течение интервала во время цикла цилиндра, при этом интервал по существу центрирован около заданного уровня вакуума цилиндра.

Топливо предпочтительно впрыскивается за два или более импульсов топлива, при этом заданный уровень вакуума расположен по существу около нижней мертвой точки такта впуска цилиндра.

Способ предпочтительно дополнительно включает опережение установки момента начала впрыска интервала в ответ на тип топлива, впрыскиваемого в цилиндр, при этом интервал не является по существу центрированным около нижней мертвой точки такта впуска цилиндра при впрыскивании бензина без спирта в цилиндр.

По меньшей мере частичное открывание дросселя окна предпочтительно включает увеличение величины открывания дросселя окна при увеличении количества воздуха в цилиндре.

Согласно еще одному аспекту предложена система управления двигателем, содержащая дроссель воздухозаборника двигателя, расположенный вдоль канала впуска воздуха двигателя, первый дроссель окна цилиндра двигателя, расположенный вдоль канала впуска воздуха двигателя ниже по потоку от дросселя воздухозаборника двигателя, первую топливную форсунку, расположенную ниже по потоку от первого дросселя окна цилиндра двигателя, цилиндр, принимающий топливо через первую топливную форсунку и воздух через первый дроссель окна цилиндра двигателя, и контроллер, включающий в себя команды для впрыска по существу одинакового количества топлива до и после достижения заданного уровня вакуума в течение цикла цилиндра, и дополнительные команды для открывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после начала впрыскивания топлива первой топливной форсункой в течение цикла цилиндра.

Первая топливная форсунка предпочтительно представляет собой топливную форсунку непосредственного впрыска, и дополнительно содержит второй дроссель окна цилиндра двигателя, и дополнительно содержит дополнительные команды для регулирования второго дросселя окна цилиндра двигателя независимо от первого дросселя окна цилиндра двигателя.

Система предпочтительно дополнительно содержит дополнительные команды для по существу полного открывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после достижения двигателем заданного числа оборотов двигателя.

Одинаковое количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр до и после достижения заданного уровня вакуума, предпочтительно впрыскивается за два отдельных импульса.

Система предпочтительно дополнительно содержит дополнительные команды для по существу закрывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после закрывания впускного клапана цилиндра в течение цикла цилиндра.

Контроллер предпочтительно включает в себя дополнительные команды для угловой синхронизации установки положения первого дросселя окна цилиндра двигателя с положением коленчатого вала двигателя, когда число оборотов двигателя является меньшим, чем пороговое значение.

Посредством закрывания дросселя окна цилиндра и создания вакуума в цилиндре может быть возможным улучшать запуск двигателя с топливом, которое включает в себя спирт. Более конкретно, дроссель окна цилиндра может быть закрыт в течение такта впуска цилиндра, так чтобы в цилиндре обеспечивался уровень вакуума, который является большим, чем вакуум в цилиндре, когда цилиндр не подвергается дросселированию окна. Кроме того, топливо может впрыскиваться в цилиндр, когда вакуум внутри цилиндра находится на высоком уровне, для улучшения испарения топлива. В одном из примеров топливо впрыскивается с установкой момента, которая по существу симметрична вокруг заданного уровня вакуума. Заданный уровень вакуума может быть максимальным уровнем вакуума цилиндра в течение данного цикла. В некоторых примерах максимальный уровень вакуума в течение цикла цилиндра может оцениваться по положению двигателя. Таким образом, установка момента впрыска топлива координируется с положением дросселя окна цилиндра и положением поршня для улучшения испарения топлива и запуска двигателя.

Настоящее изобретение может обеспечивать несколько преимуществ. В частности, подход может обеспечивать более надежный запуск двигателя при низких температурах двигателя. В дополнение, способ может снижать выбросы на запуске двигателя посредством улучшения испарения топлива и запуска. Например, улучшенное испарение топлива может сокращать пропуски зажигания во время запуска и в силу этого снижать выбросы углеводородов. Дополнительно, подход может быть более экономически эффективным по сравнению с другими подходами, поскольку дроссели окна цилиндра могут использоваться для целей, иных, чем запуск двигателя. Например, дроссели окна могут быть полезны для обеспечения вакуума, когда давление во впускном коллекторе является высоким.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания станут без труда очевидны из последующего подробного описания при прочтении в одиночку или в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения приведено для представления в упрощенном виде подборки концепций, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании изобретения. Это раскрытие изобретения не предназначено для идентификации ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения, а также не предназначено для ограничения объема заявленного объекта изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают любые или все недостатки, отмеченные в любой части данного описания.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематичный вид двигателя;

Фиг. 2 представляет собой график примерного давления в цилиндре;

Фиг. 3 и 4 представляют собой примерные моделированные последовательности запуска двигателя;

Фиг. 5 представляет собой подробный вид моделированного примера подачи топлива двигателя и приведения в действие дросселя окна в течение цикла цилиндра;

Фиг. 6 представляет собой подробный вид второго моделированного примера подачи топлива двигателя и приведения в действие дросселя окна в течение цикла цилиндра;

Фиг. 7 представляет собой блок-схему последовательности операций примерного способа запуска двигателя;

Фиг. 8 представляет собой примерную моделированную последовательность запуска двигателя; и

Фиг. 9 представляет собой блок-схему последовательности операций второго примерного способа для запуска двигателя.

Подробное описание изобретения

Настоящее описание имеет отношение к управлению дросселями окна цилиндра двигателя, как проиллюстрировано на фиг. 1. Примерный график давления в цилиндре показан на фиг. 2 и дает представление об отношении местоположения максимального вакуума в цилиндре во время условий низкого числа оборотов двигателя. В одном из примеров множество дросселей окна цилиндра регулируются по отдельности для обеспечения улучшенного испарения топлива во время запуска двигателя. Фиг. 3 и 4 иллюстрируют интересующие сигналы во время запуска двигателя. Фиг. 5 и 6 иллюстрируют подробные изображения разных установок момента для топлива во время запуска двигателя. Дроссели окна цилиндра могут управляться согласно способу по фиг. 7, чтобы давать последовательности, проиллюстрированные на фиг. 3-6. Фиг. 8 показывает альтернативную последовательность запуска двигателя для системы, где дроссели окна цилиндра могут приводиться в действие в унисон. Фиг. 9 представляет собой блок-схему последовательности операций альтернативного способа для управления дросселями окна цилиндра.

Со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться во впускной канал, что известно специалистам в данной области техники в качестве впрыска во впускной канал. Если топливо впрыскивается через окно, форсунка окна расположена между впускным клапаном 52 и дросселем 83 окна цилиндра. Топливная форсунка 66 выдает жидкое топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показана). Топливная форсунка 66 питается рабочим током из формирователя 68, который реагирует на действие контроллера 12. В дополнение, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из воздухозаборника 42 двигателя. Дроссель 83 окна управляет потоком воздуха в цилиндр 30 посредством сужения или открывания впускного окна 81 цилиндра. В двигателях с множеством цилиндров множество управляемых по-отдельности дросселей окна может быть предусмотрено так, чтобы дроссель окна первого цилиндра мог устанавливаться иным образом от дросселей окна другого цилиндра. В других примерах, каждый дроссель окна ряда цилиндров может быть механически присоединен к другим дросселям окна ряда цилиндров из условия, чтобы дроссели окна ряда цилиндров двигались в унисон.

Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания через запальную свечу 92 в ответ на действие контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода выхлопных газов (UEGO) показан присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. В качестве альтернативы, двухрежимный датчик кислорода выхлопных газов может использоваться вместо датчика 126 UEGO.

Нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, включает в себя множество блоков катализатора. В еще одном примере может использоваться множество устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое с множеством блоков. Нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, может быть катализатором трехходового типа.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве обычного микрокомпьютера, включающего в себя: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и обычную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) с датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом) и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться частота вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

В некоторых примерах двигатель может быть присоединен к системе электродвигателя/аккумуляторной батареи в транспортном средстве с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию либо их варианты или комбинации. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления могут применяться другие конфигурации двигателя, например дизельный двигатель.

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра для того, чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), обычно упоминается специалистами в данной области техники как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров для того, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), обычно упоминается специалистами в данной области техники как верхняя мертвая точка (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем упоминаемом как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем упоминаемом как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется известным средством воспламенения, таким как свеча 92 зажигания, приводя к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливо-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера и что привязка по времени открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов может меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры.

Таким образом, система по фиг. 1 предусматривает двигатель, содержащий: дроссель воздухозаборника двигателя, расположенный вдоль канала впуска воздуха двигателя; первый дроссель окна цилиндра двигателя, расположенный вдоль канала впуска воздуха двигателя ниже по потоку от дросселя воздухозаборника двигателя; первую топливную форсунку, расположенную ниже по потоку от первого дросселя окна цилиндра двигателя; цилиндр, принимающий топливо через первую топливную форсунку и воздух через первый дроссель окна цилиндра двигателя; и контроллер, включающий в себя команды для впрыска по существу одинакового количества топлива до и после того, как заданный уровень вакуума достигнут в течение цикла цилиндра, и включающий в себя дополнительные команды для открывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после того, как первая топливная форсунка начинает впрыскивать топливо, в течение цикла цилиндра. Таким образом, топливо может впрыскиваться в моменты времени, когда может увеличиваться испарение топлива.

Система также включает в себя те случаи, когда первая топливная форсунка является топливной форсункой непосредственного впрыска, и дополнительно содержит второй дроссель окна цилиндра двигателя, и дополнительно содержит дополнительные команды для регулирования второго дросселя окна цилиндра двигателя независимо от первого дросселя окна цилиндра двигателя. Система дополнительно содержит дополнительные команды для по существу полного открывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после того, как двигатель достигает заданного числа оборотов двигателя. В некоторых примерах система включает в себя те случаи, когда одинаковое количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр до и после того, как достигнут заданный уровень вакуума, впрыскивается за два отдельных импульса. Система дополнительно содержит дополнительные команды для по существу закрывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после того, как впускной клапан цилиндра закрыт, в течение цикла цилиндра. Система дополнительно включает в себя те случаи, когда первая топливная форсунка является топливной форсункой окна, и дополнительно содержит дополнительные команды для впрыска топлива в цилиндр через топливную форсунку окна, в то время как впускной клапан цилиндра открыт.

Далее, со ссылкой на фиг. 2, показан примерный график давления в цилиндре для двигателя, работающего на 750 оборотах в минуту. Ось X указывает объем цилиндра, и объем цилиндра увеличивается слева направо. Ось Y указывает давление в цилиндре, и давление увеличивается снизу вверх по графику. Давление в цилиндре представлено кривой 200.

Давление в цилиндре придерживается траектории, указанной направленными стрелками 210, 212, 214 и 216 для соответствующих тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска. Объем цилиндра увеличивается по мере того, как поршень перемещается к нижней мертвой точке такта впуска в направлении стрелки 210. Давление в цилиндре достигает минимального уровня, указанного горизонтальной линией 202, незадолго до того, как поршень достигает нижней мертвой точки такта впуска на 204. Топливо может впрыскиваться в цилиндр или впускное окно цилиндра из условия, чтобы середина интервала впрыска топлива была по существу центрирована на минимальном давлении в цилиндре, указанном на 206. Давление в цилиндре начинает расти и придерживается траектории, указанной стрелкой 212, после того, как поршень заходит за нижнюю мертвую точку и входит в такт сжатия.

Следует отметить, что траектория кривой 200 давления в цилиндре имеет более отлогий угол наклона слева от метки 206, и давление в цилиндре поднимается быстрее справа от метки 206. Поэтому, в некоторых примерах, часть длительности впрыска топлива может смещаться с опережением (например, влево от метки 206 во время такта впуска), когда центрирование интервала впрыска топлива по минимальному давлению в цилиндре размещало бы часть интервала впрыска в области более высокого давления у давления в цилиндре по сравнению с интервалом впрыска по другую сторону от средней точки интервала впрыска. Например, 60% импульса впрыска топлива в течение цикла цилиндра может впрыскиваться за время слева от метки 206 наряду с тем, что оставшиеся 40% импульса впрыска топлива могут размещаться справа от метки 206. Таким образом, импульс впрыска топлива может быть расположен из условия, чтобы топливо, впрыскиваемое в течение интервала впрыска, подвергалось самому низкому давлению в цилиндре за длительность интервала впрыска.

Средний участок интервала впрыска топлива может располагаться по существу на нижней мертвой точке такта впуска, когда средний участок интервала топливной форсунки находится в периоде, где объем цилиндра имеет значение в пределах 20% максимального объема цилиндра в течение такта впуска и/или сжатия цилиндра. В других примерах средний участок интервала впрыска топлива может располагаться по существу на нижней мертвой точке такта впуска, когда средний участок интервала топливной форсунки находится в периоде, где объем цилиндра имеет значение в пределах 10% максимального объема цилиндра в течение такта впуска и/или сжатия цилиндра. Например, средний участок интервала впрыска топлива может быть расположен на метке 206 или там, где объем цилиндра находится на 500, и по-прежнему считается расположенным по существу на нижней мертвой точке такта впуска.

Далее, со ссылкой на фиг. 3, проиллюстрирована последовательность запуска двигателя. Последовательность может обеспечиваться контроллером 12, выполняющим команды способа, описанного на фиг. 7, в системе, показанной на фиг. 1. Последовательность является иллюстрирующей двигатель, включающий в себя дроссель воздухозаборника и дроссели окна цилиндра.

Первый график сверху по фиг. 3 представляет траектории поршней в цилиндрах 1 и 4 четырехцилиндрового четырехтактного двигателя, имеющего порядок работы цилиндров 1-3-4-2. Линия 302 представляет положение поршня цилиндра номер один наряду с тем, что линия 304 представляет положение поршня цилиндра номер три. Каждый из поршней находится в верхней мертвой точке, когда траектория находится в высшей точке синусоиды. Каждый из поршней находится в нижней мертвой точке на низшей точке синусоиды. Точки 306 представляют установку момента закрывания впускного клапана для каждого цилиндра относительно траектории поршня. Время начинается с левой стороны графика и увеличивается к правой стороне графика.

Второй график сверху по фиг. 3 представляет давление на впускном окне цилиндра для окон цилиндров у цилиндров номер один и три. Сплошная линия 308 представляет давление на окне цилиндра для цилиндра номер один. Пунктирная линия 309 представляет давление на окне цилиндра для цилиндра номер три. Ось Y представляет давление в цилиндре, и давление в цилиндре увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны к правой стороне графика. Горизонтальная линия 330 представляет атмосферное давление. Таким образом, когда давление на впускном окне цилиндра находится ниже горизонтальной линии 330, вакуум существует на окне цилиндра.

Третий график сверху по фиг. 3 представляет установку момента впрыска топлива для цилиндров один и три двигателя. Впрыск топлива для цилиндра один представлен сплошной линией 310. Впрыск топлива для цилиндра три представлен пунктирной линией 312. Ось Y представляет, когда впрыскивается топливо. Впрыск топлива выше оси X указывает, что топливо впрыскивается в проиллюстрированный момент времени. Ось X представляет время, и время начинается с левой стороны графика и увеличивается к правой стороне графика. Номера над импульсами топлива указывают, в какой цилиндр впрыскивается топливо. Таким образом, нумерация придерживается очередности сгорания в двигателе.

Четвертый график сверху по фиг. 3 представляет положение дросселя воздухозаборника в зависимости от времени. Ось Y представляет величину открывания дросселя воздухозаборника, и величина открывания дросселя увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика.

Пятый график сверху по фиг. 3 представляет положение первого дросселя окна, который может регулировать поток воздуха в цилиндр номер один в зависимости от времени. Ось Y представляет величину открывания дросселя окна, и величина открывания дросселя окна увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне фигуры.

Шестой график сверху по фиг. 3 представляет положение третьего дросселя окна, который может регулировать поток воздуха в цилиндр номер три, в зависимости от времени. Ось Y представляет величину открывания дросселя окна, и величина открывания дросселя окна увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика.

Седьмой график сверху по фиг. 3 представляет требуемое среднее индикаторное эффективное давление в цилиндре (IMEP) во время процесса сгорания в течение цикла цилиндра. IMEP может увеличиваться посредством увеличения количества воздуха и топлива, введенного в цилиндр. Ось Y представляет IMEP, и IMEP увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика.

Восьмой график сверху по фиг. 2 представляет собой частоту вращения двигателя в зависимости от времени. Ось Y представляет число оборотов двигателя, и число оборотов двигателя увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны графика к правой стороне графика.

Вертикальные метки T₀-T₁₈ представляют интересующие моменты времени в последовательности. Последовательность начинается в момент T₀ времени и продолжает движение в направлении T₁₈.

В момент T₀ времени двигатель остановлен и топливо не впрыскивается в двигатель. Дроссель воздухозаборника установлен в по существу закрытое положение, как и первый и третий дроссели окна цилиндра. Требуемое значение IMEP цилиндра задается командой относительно высоким, так чтобы двигатель мог быстро разгоняться с числа оборотов прокручивания коленчатого вала до числа оборотов холостого хода во время запуска двигателя. Поршень цилиндра номер один остановлен непосредственно перед верхней мертвой точкой (ВМТ) такта выпуска. Поршень цилиндра номер три остановлен непосредственно перед нижней мертвой точкой (НМТ) рабочего такта.

Между моментом T₀ времени и моментом T₁ времени двигатель подвергается проворачиванию коленчатого вала посредством стартера и поршни начинают двигаться в цилиндрах. Число оборотов двигателя возрастает до числа оборотов прокручивания коленчатого вала (например, 250 оборотов в минуту). По мере того как двигатель вращается, контроллер 12 двигателя оценивает, сколько топлива следует впрыскивать в цилиндры, а также сколько воздуха допускать в цилиндры. Контроллер двигателя также определяет, когда начинать и заканчивать впрыск топлива, а также установку момента зажигания. В некоторых примерах положение двигателя может определяться по датчику положения распределительного вала и коленчатого вала во время проворачивания коленчатого вала. В других примерах положение двигателя может сохраняться в памяти в момент времени, когда двигатель останавливается.

В момент T₁ времени поршень для цилиндра номер один (например, смотрите траекторию линии 302) приближается к НМТ такта впуска. Первый впрыск топлива, начиная с останова двигателя, происходит в момент T₁ времени, где топливо впрыскивается в цилиндр номер один. Топливо может впрыскиваться непосредственно в цилиндр номер один или во впускное окно цилиндра номер один. Впрыск топлива продолжается до момента T₂ времени. Таким образом, интервал впрыска топлива для первого впрыска топлива в цилиндр номер один, начиная с останова двигателя, является промежутком времени между моментом T₁ и T₂ времени. Кроме того, количество топлива впрыскивается в течение интервала, и интервал включает в себя среднее положение, которое по существу выровнено с максимальным вакуумом на окне цилиндра (минимальным давлением в цилиндре) в течение цикла цилиндра или с нижней мертвой точкой такта впуска цилиндра. В некоторых примерах интервал впрыска топлива может измеряться в градусах по коленчатому валу. Следует отметить, что интервал впрыска топлива для цилиндра номер один центрирован вокруг минимального давления на впускном окне цилиндра номер один. Например, до того, как поршень по существу достигает минимального давления на окне цилиндра, в цилиндр впрыскивается такое же количество топлива, как после того, как давление на окне цилиндра начинает возрастать. В некоторых примерах время впрыска может быть центрировано по нижней мертвой точке такта впуска цилиндра. В этом примере топливо впрыскивается за одиночную длительность импульса; однако в других примерах топливо может подаваться в цилиндр за два или более отдельных импульсов.

Первый дроссель окна удерживается закрытым от момента T₀ времени до момента T₂ времени, так чтобы вакуум создавался в цилиндре номер один по мере того, как увеличивается объем цилиндра. Вакуум в цилиндре номер один достигает почти максимального значения, когда поршень цилиндра номер один приближается к НМТ. Таким образом, впрыск топлива в цилиндр там, где имеет место максимальный вакуум, может улучшать испарение топлива, такого как спирт. Первый дроссель окна начинает открываться в момент T₂ времени. Однако в других примерах первый дроссель окна может начинать движение до окончания впрыска топлива. Открывание первого дросселя окна позволяет воздуху поступать в цилиндр с более высоким расходом, так чтобы требуемое количество воздуха могло проникать в цилиндр. Требуемое количество воздуха может быть основано на требуемом IMEP. Выбор времени, в которое открывается первый дроссель окна, и величина, на которую открывается первый дроссель окна, регулирует количество воздуха, которое поступает в цилиндр. Говоря иначе, открывание дросселя окна после впрыска, но до закрывания впускного клапана (IVC), определяет заряд воздуха. Заряд воздуха устанавливается давлением в цилиндре при IVC. На протяжении многих десятков градусов после IVC положение дросселя окна не оказывает никакого влияния ни на испарение топлива, ни на управление зарядом воздуха. Это уменьшает требования к синхронному управлению дросселями окна двигателя. Момент времени закрывания впускного клапана цилиндра номер один в T₃, как указано точкой, определяет, когда прекращается поток воздуха в цилиндр. Таким образом, поток воздуха в цилиндр увеличивается посредством открывания первого дросселя окна. С другой стороны, поток воздуха в цилиндр номер один прекращается закрыванием впускного клапана цилиндра номер один. Таким образом, воздух, втекающий в цилиндр, может регулироваться временем открывания первого дросселя окна и временем закрывания впускного клапана цилиндра номер один.

Следует понимать, что на низких числах оборотов двигателя, таких как во время проворачивания коленчатого вала и по меньшей мере части увеличения числа оборотов двигателя до числа оборотов холостого хода, дроссели окна цилиндра могут открываться согласно положению коленчатого вала, поскольку число оборотов двигателя является низким, и время между событиями впуска в цилиндр является относительно длительным. Установка момента закрывания дросселей окна цилиндра менее важна, так как установка момента закрывания клапана определяет, когда прекращается поток воздуха в цилиндры. Таким образом, динамические требования к изменению положения дросселей окна цилиндра могут быть снижены, все же дроссели окна цилиндра могут дозировать поток воздуха в цилиндры двигателя. Кроме того, дроссели окна цилиндра подвергаются угловой синхронизации с положением коленчатого вала двигателя, когда число оборотов двигателя является меньшим, чем пороговое число оборотов. Например, дроссели окна цилиндра могут открываться с заданными установками моментов по коленчатому валу во время прокручивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов.

Таким образом, топливо впрыскивается в цилиндр номер один, когда высок вакуум на окне цилиндра (например, когда давление на окне является низким) в течение цикла цилиндра, и воздуху обеспечена возможность втекания в цилиндр после того, как испаряется топливо, чтобы снабжать цилиндр количеством воздуха, которое соответствует количеству топлива, в требуемом соотношении (например, топливо-воздушном соотношении 1:10). Первый дроссель окна закрывается, в то время как цилиндр номер один продолжает движение по своему циклу цилиндра, и до того, как другой заряд воздуха вводится в цилиндр номер один.

Третий дроссель окна остается закрытым в течение периода времени между T₁ и T₃. Дроссель воздухозаборника также показан в закрытом положении, и требуемый IMEP цилиндра остается на высоком уровень, так что двигатель может быстро разгоняться от числа оборотов проворачивания коленчатого вала до числа оборотов холостого хода.

В момент T₄ времени цилиндр номер три приближается к НМТ и начинается впрыск топлива в цилиндр номер три. Впрыск топлива в цилиндр номер три продолжается до момента T₅ времени. Может быть отмечено, что топливо, подаваемое в цилиндр номер три, также распределяется симметрично вокруг момента времени, когда давление на окне цилиндра номер три находится на минимуме в течение цикла цилиндра. Третий дроссель окна начинает открываться после того, как впрыск топлива в цилиндр номер три прекращается в момент T₅ времени. Однако третий дроссель окна может начинать открываться раньше, но испарение топлива может снижаться, если дроссель окна цилиндра открывается во время впрыска топлива. Третий дроссель окна открывается меньше, когда впускной клапан цилиндра номер три закрывается в момент T₆ времени, по сравнению с величиной, на которую открывается первый дроссель окна, когда впускной клапан цилиндра номер один закрывается в момент T₃ времени. Следовательно, количество воздуха, вводимое в цилиндр номер три в течение его первого цикла сгорания, является меньшим, чем у цилиндра номер один в течение его первого цикла сгорания. Количество воздуха и топлива, допускаемое в цилиндр номер три, уменьшается на основании уменьшенного требуемого IMEP. IMEP уменьшается так, чтобы число оборотов двигателя не превышало требуемое число оборотов двигателя на большую величину. Третий дроссель окна закрывается до того, как начинается следующий цикл сгорания.

Между моментом T₆ времени и моментом T₇ времени двигатель разгоняется и двигатель вращается на протяжении дополнительных циклов цилиндра. По мере того как число оборотов двигателя увеличивается, требуемое IMEP цилиндра уменьшается, так что число оборотов двигателя не превышает требуемого числа оборотов двигателя на более чем требуемую величину. Дроссель воздухозаборника также остается закрытым для того, чтобы убывал воздух во впускном коллекторе двигателя.

В момент T₇ времени положение цилиндра номер один вновь приближается к НМТ такта впуска, значит начало впрыска топлива инициируется для данного цикла цилиндра номер один. Впрыск топлива вновь по существу центрирован вокруг минимального давления на окне цилиндра (максимального вакуума на окне цилиндра) в течение цикла цилиндра, и минимальное давление на окне цилиндра находится в определенном отношении с минимальным давлением в цилиндре. Поэтому впрыск топлива, в качестве альтернативы, может быть центрирован вокруг минимального давления в цилиндре в этом цикле, а также других циклах цилиндра. Впрыск топлива в цилиндр номер один прекращается в момент T₈ времени. Аналогично тому, как в течение первого цикла сгорания цилиндра номер один дроссель окна первого цилиндра начинает открываться после того, как прекращен впрыск топлива. Впускной клапан цилиндра номер один закрывается в момент T₉ времени, и поток воздуха в цилиндр номер один прекращается. По мере того как двигатель разгоняется, время между тактами цилиндра уменьшается. Однако количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры, снижается с уменьшением требуемого IMEP цилиндра. Поэтому более короткое время между циклами цилиндра по меньшей мере отчасти нейтрализуется более коротким временем, которое отнимается для впрыска меньших количеств топлива в цилиндры. Дополнительно, дроссель окна первого цилиндра открывается в меньшей степени по сравнению с предыдущим циклом сгорания цилиндра номер один для уменьшения IMEP цилиндра и чтобы добиваться требуемой топливо-воздушной смеси в цилиндре.

Между моментами T₁₀-T₁₂ времени поршень цилиндра номер три вновь приближается к НМТ такта впуска, поэтому топливо впрыскивается симметрично вокруг минимального давления на окне цилиндра такта впуска цилиндра номер три. Дополнительно, положение дросселя окна третьего цилиндра регулируется, чтобы дополнительно уменьшать IMEP, по мере того, как требуемое IMEP продолжает снижаться.

Между моментами T₁₃-T₁₈ времени поршни цилиндров номер один и три вновь приближаются к соответствующим местоположениям НМТ тактов впуска, поэтому топливо впрыскивается симметрично вокруг минимального давления на окне цилиндра такта впуска цилиндра. Первый и третий дроссели окна также регулируются для снижения IMEP цилиндров один и три. Однако вместо закрывания вновь дроссели окна первого и третьего цилиндров полностью открываются и воздух втекает в цилиндр, будучи регулируемым посредством дросселя воздухозаборника. Дроссель воздухозаборника открывается, чтобы обеспечить возможность потока воздуха в цилиндры двигателя на уровне, который обеспечивает крутящий момент для достижения требуемого числа оборотов двигателя. Число оборотов двигателя продолжает возрастать и в итоге выравнивается до требуемого числа оборотов двигателя.

Таким образом, топливо может впрыскиваться в цилиндры двигателя во время запуска двигателя, чтобы содействовать испарению топлива. Дополнительно, дроссели окна могут регулироваться, как показано, для содействия испарению топлива управления количеством воздуха в цилиндре, так что может достигаться требуемое IMEP. В некоторых примерах установка момента впрыска топлива может регулироваться, чтобы выдавать на вплоть до 25% больше топлива с одной стороны от минимального давления в цилиндре или НМТ такта впуска по сравнению с другой стороной от минимального давления в цилиндре или НМТ такта впуска.

Например, в тех случаях, когда общее количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр, в течение цикла цилиндра имеет значение 3,3×10^-2 грамм, 2,48×10^-2 грамм топлива может впрыскиваться с опережением НМТ такта впуска наряду с тем, что 0,82×10^-2 грамм топлива может впрыскиваться с запаздыванием от НМТ такта впуска в течение цикла цилиндра. Наоборот, 2,48×10^-2 грамм топлива может впрыскиваться с запаздыванием от НМТ такта впуска наряду с тем, что 0,82×10^-2 топлива может впрыскиваться с опережением от НМТ такта впуска в течение цикла цилиндра. Такое регулирование может предусматривать условия, где самый высокий вакуум в цилиндре около НМТ такта впуска может отклоняться от НМТ такта впуска.

Фиг. 3 также показывает, что топливо впрыскивается вокруг минимального давления на окне цилиндра или НМТ такта впуска для каждого цилиндра двигателя для трех событий сгорания, начиная с останова двигателя. Однако топливо может впрыскиваться около минимального давления на окне цилиндра или НМТ в течение заданного количества событий сгорания, начиная с останова двигателя, которое меняется в зависимости от условий работы двигателя. В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться около минимального давления на окне цилиндра или НМТ для соответствующих тактов впуска цилиндров с номера один по номер четыре в течение заданного времени, начиная с останова двигателя. Также следует понимать, что топливо может впрыскиваться вокруг минимального давления на окне цилиндра аналогичным образом, как впрыск топлива около минимального давления на окне цилиндра, как показано на фиг. 3.

Далее, со ссылкой на фиг. 4, показаны интересующие сигналы во время запуска двигателя. Сигналы по фиг. 4 аналогичны сигналам по фиг. 3. Кроме того, аналогичные сигналы пронумерованы сходным образом за исключением главной цифры идентификатора, который отслеживает номер фигуры. Например, сигнал 402 по фиг. 4 представляет положение поршня цилиндра номер один и он придерживается той же самой траектории сигнала 302 на фиг. 3. Дополнительно, время вертикальных меток с T₀ по T₁₈ установки моментов времени идентичны событиям с аналогичной установкой момента времени на фиг. 3. Поэтому, для краткости, описания общих признаков опущены и описаны отличия между последовательностью по фиг. 3 и последовательностью по фиг. 4.

В моменты T₁₅ и T₁₈ времени первый и третий дроссели окна удерживаются открытыми в среднем положении, отличном от по существу закрытого положения. Регулирование дросселей окна на среднее положение обеспечивает дросселям окна возможность регулирования потока воздуха в соответствующие цилиндры в течение всего времени, когда открыты впускные клапаны цилиндров. Например, если впускной клапан цилиндра открыт от ВМТ такта впуска цилиндра номер один до двадцати градусов после НМТ такта впуска цилиндра номер один, первый дроссель окна регулирует воздух, чтобы втекал в первый цилиндр от ВМТ такта впуска цилиндра номер один до двадцати градусов после НМТ такта впуска цилиндра номер один. Таким образом, поток воздуха цилиндра может регулироваться отдельными дросселями окна, так чтобы дроссель воздухозаборника мог быть удален из системы.

Далее, со ссылкой на фиг. 5, показан подробный вид моделированного примера подачи топлива двигателя в цилиндр и приведения в действие дросселя окна в течение цикла цилиндра. Способ по фиг. 7, выполняемый контроллером 12 в системе по фиг. 1, может давать проиллюстрированную последовательность.

Первый график сверху по фиг. 5 представляет траекторию поршня в цилиндре номер один четырехцилиндрового четырехтактного двигателя в зависимости от времени. Поршень находится в верхней мертвой точке, когда траектория находится в высшей точке синусоиды. Поршень находится в нижней мертвой точке на низшей точке синусоиды. Время начинается с левой стороны графика и увеличивается к правой стороне графика.

Второй график сверху по фиг. 5 представляет установку момента впрыска топлива цилиндра номер один. Первая установка 502 момента впрыска топлива, вторая установка 504 момента впрыска топлива и необязательная третья установка 510 показаны в зависимости от времени. Ось Y представляет, когда впрыскивается топливо. Впрыск топлива выше оси X указывает, что топливо впрыскивается в проиллюстрированный момент времени. Ось X представляет время, и время начинается с левой стороны графика и увеличивается к правой стороне графика.

Третий график сверху по фиг. 5 представляет положение первого дросселя окна, который может регулировать поток воздуха в цилиндр номер один, в зависимости от времени. Ось Y представляет величину открывания дросселя окна, и величина открывания дросселя окна увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается от левой стороны фигуры к правой стороне фигуры.

Четвертый график сверху по фиг. 5 представляет давление на окне цилиндра номер один в зависимости от времени. Ось Y представляет давление на окне цилиндра, и давление на окне цилиндра увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет время, и время увеличивается от левой стороны фигуры к правой стороне фигуры.

Давление на окне цилиндра снижается после того, как открывается впускной клапан и поршень цилиндра проходит ВМТ такта впуска. Давление на окне цилиндра достигает минимального уровня по существу в НМТ такта впуска. Импульс 504 форсунки начинает впрыск топлива до того, как цилиндр номер один достигает минимального давления в цилиндре возле НМТ такта впуска. Импульс 504 форсунки заканчивает впрыск топлива после того, как цилиндр номер один достигает минимального давления в цилиндре в течение цикла цилиндра после НМТ такта впуска. Кроме того, импульс 504 форсунки расположен симметрично вокруг минимального давления в цилиндре в течение цикла цилиндра, так что вся длительность импульса топлива испытывает самое низкое давление в цилиндре в течение цикла цилиндра. Таким образом, как можно больше впрыскиваемого топлива может подвергаться наивысшему вакууму в цилиндре в течение цикла цилиндра. По существу, испарение топлива в цилиндре может быть улучшено по сравнению с тем, когда топливо просто впрыскивается в течение времени открывания впускного клапана.

С другой стороны, импульс 502 впрыска топлива показан начинающим впрыскивать топливо с опережением от того, когда длительность 504 импульса впрыска топлива начинает впрыскивать топливо в цилиндр. В некоторых примерах установка момента импульса 502 впрыска топлива может подвергаться опережению до установки момента импульса 504 впрыска топлива, чтобы учесть отлогий уклон наклона кривой 200 во время такта впуска цикла цилиндра, как показано на фиг. 2. Кроме того, установка момента впрыска топлива может подвергаться опережению по мере того, как двигатель прогревается, и испарение топлива посредством вакуума может быть необходимым в меньшей степени. Осуществление опережения установки момента начала впрыска топлива до таковой у импульса 504 может улучшать смешивание воздуха и топлива в цилиндре. Таким образом, в некоторых примерах впрыск топлива в цилиндр может начинаться на установке момента 504 и осуществлять опережение до установки момента 502.

Фиг. 5 также показывает, что первый дроссель окна может начинать открываться незадолго до того, как прекращается впрыск топлива в цилиндр номер один. Такая работа первого дросселя окна может быть предусмотрена, когда дроссель окна не может открываться в достаточной мере между окончанием впрыска топлива и закрыванием впускного клапана цилиндра номер один, чтобы снабжать цилиндр требуемым количеством воздуха в цилиндре. Давление на окне цилиндра возрастает по мере того, как открывается первый дроссель окна. Открывание первого дросселя окна обеспечивает давлению на окне цилиндра возможность приближения к давлению во впускном коллекторе. Таким образом, большая часть воздуха, поступающего в цилиндр номер один, имеет место между моментом времени открывания первого дросселя окна и моментом времени закрывания впускного клапана цилиндра номер один. Таким образом, первый дроссель окна и впускной клапан цилиндра управляют потоком воздуха в цилиндр номер один.

Второй импульс 510 топлива может впрыскиваться поздно в такте сжатия цилиндра, чтобы воспользоваться нагревом цилиндра благодаря работе сжатия. Когда топливо впрыскивается поздно в течение такта сжатия (например, в пределах 45 градусов по коленчатому валу от ВМТ такта сжатия), тепло от сжатия может дополнительно содействовать испарению и смешиванию топлива. Таким образом, первый впрыск может использовать вакуум в цилиндре наряду с тем, что второй впрыск использует тепло в цилиндре. Следовательно, испарение топлива может усиливаться в двух отдельных режимах впрыска (например, при усиленном вакуумом испарении и усиленном теплом испарении) в течение цикла цилиндра.

Далее, со ссылкой на фиг. 6, сигналы по фиг. 6 идентичны цилиндрам по фиг. 5 за исключением импульсов 602 и 604 топлива. Поэтому описание дублирующих элементов опущено и описаны отличия между фиг. 5 и 6.

В этом примере общее количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр номер один, содержит две длительности 602 и 604 импульса топлива. Дополнительно, необязательный третий импульс 610 топлива может быть предусмотрен для использования тепла от сжатия. В некоторых примерах длительность 602 импульса топлива может подвергаться опережению наряду с тем, что импульс 604 топлива может оставаться возле минимального давления в цилиндре или возле НМТ такта впуска, в то время как двигатель начинает прогреваться после запуска. Таким образом, установка момента, когда впрыскиваются две длительности импульса топлива, изначально может быть симметричной вокруг минимального давления в цилиндре (например, максимального вакуума в цилиндре) в течение цикла цилиндра или НМТ такта впуска цилиндра, а по мере того, как двигатель прогревается, установка момента двух импульсов топлива может становиться асимметричной. Третий импульс 610 топлива может использовать тепло от сжатия для испарения дополнительного топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

Далее, со ссылкой на фиг. 7, показана блок-схема последовательности операций примерного способа для запуска двигателя. Способ по фиг. 7 может быть заключен в командах контроллера 12, показанного в системе по фиг. 1.

На 702 способ 700 определяет условия работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себя, но не в качестве ограничения, число оборотов двигателя, температуру двигателя, барометрическое давление, положение двигателя, время после останова двигателя и события сгорания после останова двигателя. Способ 700 переходит на 704 после того, как определены условия работы двигателя.

На 704 способ 700 определяет тип топлива, которое должно впрыскиваться в двигатель. В этом примере тип топлива может определяться посредством датчика типа топлива. В других примерах тип топлива может выводиться по датчику содержания кислорода и сохраняться в памяти. Например, способ, описанный в патенте США № 6644097, который включен сюда путем ссылки, может быть основой для определения типа топлива. Как только тип топлива определен, он может сохраняться в памяти контроллера и храниться для последующего извлечения.

На 706 способ 700 определяет количество топлива для впрыска в двигатель и количества воздуха для ввода в цилиндры двигателя. В одном из примеров количество топлива, впрыскиваемого в двигатель, и количества воздуха в цилиндрах могут быть основаны на запросе крутящего момента двигателя и типе топлива во время запуска двигателя. Например, требуемый крутящий момент двигателя или давление в цилиндре (например, IMEP) при запуске двигателя могут определяться опытным путем и сохраняться в памяти. По запросу запуска двигателя величина крутящего момента двигателя или давление в цилиндре может извлекаться из памяти. Крутящий момент двигателя или давление в цилиндре может преобразовываться в количество воздуха и количество топлива в цилиндре согласно способу, описанному в патенте США № 7321821, который включен сюда путем ссылки. В тех случаях, когда разное топливо может сжигаться двигателем, коэффициент умножения может использоваться для регулирования количества впрыскиваемого топлива, так чтобы требуемый крутящий момент двигателя обеспечивался разными типами топлива. Способ 700 переходит на 708 после того, как определено количество топлива и количества воздуха в цилиндрах.

На 708 способ 700 определяет величину опережения для регулирования установки момента начала впрыска топлива. Другими словами, способ 700 определяет, насколько раньше по времени или по положению коленчатого вала следует регулировать начало впрыска топливной форсунки от базовой установки момента впрыска топлива. В одном из примеров опережение впрыска топливной форсунки определяется опытным путем и сохраняется в таблицах или функциях, которые могут индексироваться посредством температуры двигателя и номера события сгорания, начиная со времени останова двигателя. Таким образом, по мере того как прогревается двигатель, установка момента впрыска топлива может подвергаться опережению.

В некоторых примерах величина, на которую момент времени впрыска топлива подвергается опережению относительно положения коленчатого вала, может быть основана на типе топлива. Например, если бензин впрыскивается в цилиндр, момент времени начала впрыска у впрыска топлива может подвергаться опережению больше, чем топливо, которое содержит спирт. По мере того как процентное содержание топлива возрастает, момент времени начала впрыска перемещается ближе к базовой установке момента впрыска топлива. В одном из примеров базовая установка момента начала впрыска основана на топливе со 100% этилового спирта. Способ 700 переходит на 710 после того, как определено опережение установки момента впрыска топливной форсунки.

На 710 способ 700 закрывает дроссели окна цилиндра. Дроссели окна цилиндра могут управляться независимо из условия, чтобы некоторые дроссели окна цилиндра могли частично открываться, в то время как другие по существу закрыты. Закрывание дросселя окна цилиндра обеспечивает дополнительному вакууму возможность формирования в цилиндрах двигателя по сравнению с вакуумом во впускном коллекторе двигателя. Способ 700 переходит на 712 после того, как закрываются дроссели окна двигателя.

На 712 способ 700 оценивает, является или нет двигатель проворачивающим коленчатый вал или вращающимся посредство стартера или электродвигателя. В одном из примеров способ 700 делает вывод, что двигатель является проворачивающим коленчатый вал, когда число оборотов двигателя является большим, чем пороговое число оборотов. Способ 700 переходит на 714, если сделан вывод, что двигатель является проворачивающим коленчатый вал. Иначе способ 700 возвращается на 712.

На 714 определяется установка момента впрыска топлива. В одном из примеров время, которое отнимается на впрыск требуемого количества топлива в цилиндр, определяется посредством передаточной функции топливной форсунки. Например, требуемое количество топлива используется для индексации таблицы или функции, которая описывает работу форсунки. Таблица или функция выдает время для открывания форсунки, чтобы выдавать требуемое количество топлива при данном давлении топлива (например, 40 мс). Время для впрыска топлива делится на два, и впрыск топлива в цилиндр начинается за 20 мс до того, как цилиндр достигает минимального давления в течение цикла цилиндр, или когда поршень находится по существу в НМТ, так чтобы вся длительность импульса 40 мс была распределена симметрично по времени относительно минимального давления в цилиндре или положения коленчатого вала около НМТ такта впуска цилиндра, принимающего топливо. Установка момента начала впрыска может преобразовываться в угол поворота коленчатого вала относительно минимального давления в цилиндре или НМТ такта впуска цилиндра, принимающего топливо, поскольку момент времени начала впрыска может соотноситься с положением двигателя (например, НМТ такта впуска цилиндра). Например, для двигателя, который имеет число оборотов проворачивания коленчатого вала 250 оборотов в минуту, начало впрыска топлива может начинаться за 30 градусов по коленчатому валу до НМТ такта впуска цилиндра, принимающего топливо, когда совокупное время впрыска топлива имеет значение 40 мс. Поскольку занимает 20 мс, чтобы двигатель проворачивался на 30 градусов по коленчатому валу (например, 30 градусов=20 мс⋅250 RPM⋅360 градусов/оборот⋅1 с/1000 мс⋅1 мин/60 с), топливо подается по существу около НМТ такта впуска цилиндра. Если момент времени впрыска топлива должен быть подвергнут опережению от базовой установки момента, величина опережения, определенная на 708, добавляется к установке момента начала впрыска топлива, чтобы осуществить дополнительное опережение установки момента впрыска топлива. Таким образом, может определяться установка момента впрыска топливной форсунки. Способ 700 переходит на 716 после того, как определена установка момента впрыска топлива.

На 716 способ 700 впрыскивает топливо в двигатель с предписанной установкой момента посредством открывания топливной форсунки. Топливная форсунка может открываться на угле поворота коленчатого вала, как определено на 714, на время, определенное на 706. По выбору, дополнительный впрыск топлива может начинаться с задержкой в такте сжатия в течение цикла цилиндра для использования нагрева от сжатия. Таким образом, порция впрыснутого топлива может испаряться посредством вакуума наряду с тем, что остаток впрыснутого топлива может испаряться с использованием тепла от сжатия. Способ 700 переходит на 718 после того, как выдана установка момента впрыска топлива.

На 718 способ 700 открывает дроссель окна цилиндра, чтобы выдавать требуемое количество воздуха в цилиндр, как описано на 706. В одном из примеров поток воздуха через дроссель окна цилиндра может быть описан функцией или таблицей, которая устанавливает отношение падения давления на дросселе окна цилиндра и положения дросселя окна с потоком воздуха через дроссель окна. Кроме того, время для полного открывания дросселя окна цилиндра может определяться опытным путем и сохраняться в памяти. На основании максимального открывания дросселя окна цилиндра и описания потока дросселя окна цилиндра поток через дроссель интегрируется из условия, чтобы определялось время, которое отнимается для протекания требуемого количества воздуха через дроссель окна. Дроссель окна цилиндра открывается за определенное время до того, как закрывается впускной клапан цилиндра. В некоторых примерах смещение для учета влияний подъема клапана и числа оборотов двигателя может добавляться к времени, определенному для протекания требуемого количества воздуха через дроссель окна цилиндра. Дроссель окна цилиндра открывается для цилиндра, принимающего топливо, на время, которое отнимается для протекания требуемого количества воздуха в цилиндре до того, как закрывается впускной клапан. Например, если определено, что отнимается 25 мс для протекания требуемого количества воздуха через дроссель окна цилиндра, дроссель окна цилиндра открывается за 25 мс до того, как закрывается впускной клапан. Способ 700 переходит на 720 после того, как дроссель окна цилиндра планируется и подвергается выводу.

На 720 способ 700 оценивает, вышел или нет двигатель из проворачивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов. В одном из примеров может делаться вывод, что двигатель вышел из проворачивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов, когда число оборотов двигателя превышает пороговое число оборотов двигателя. Если двигатель вышел из проворачивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов, способ 700 переходит на выход. Если двигатель включает в себя дроссель воздухозаборника, дроссели окна цилиндра могут переходить в полностью открытое положение при выходе из способа 700. Если двигатель не включает в себя дроссель воздухозаборника, дроссели окна цилиндра могут переходить в частично открытое положение из условия, чтобы двигатель работал на требуемом числе оборотов холостого хода двигателя.

В качестве альтернативы, способ 700 может осуществлять выход после того, как произошло заданное количество событий сгорания, или если достигнуто некоторое другое состояние двигателя, такое как требуемая температура двигателя или требуемое число оборотов двигателя. Таким образом, контроллер двигателя может впрыскивать топливо в цилиндр симметрично вокруг максимального вакуума в цилиндре (минимального давления в цилиндре) или НМТ такта впуска цилиндра, а затем переходить в другой режим впрыска топлива.

На 722 способ 700 по существу открывает дроссель окна цилиндра после того, как требуемое количество воздуха прошло через дроссель окна цилиндра и в цилиндр. Кроме того, количество воздуха в цилиндре и количество топлива в цилиндре, определенные на 706, могут корректироваться на основании данных условий работы двигателя (например, количества событий сгорания, начиная с останова двигателя, температуры двигателя, времени, начиная с останова двигателя), как описано на 706. Способ 700 возвращается на 714 после того, как закрываются дроссели окна цилиндра.

Таким образом, способ 700 может приводить в действие топливные форсунки и дроссели окна цилиндра, как проиллюстрировано на фиг. 3-6. Способ 700 может выполняться для каждого цилиндра двигателя из условия, чтобы все дроссели окна цилиндра и топливные форсунки могли управляться для выдачи требуемых количеств топлива и воздуха.

Далее, со ссылкой на фиг. 8, показаны интересующие сигналы во время запуска двигателя. Сигналы по фиг. 8 аналогичны сигналам на фиг. 3 и 4. Кроме того, аналогичные сигналы пронумерованы сходным образом за исключением главной цифры идентификатора, который отслеживает номер фигуры. Например, сигнал 802 по фиг. 8 представляет положение поршня цилиндра номер один, и он придерживается той же самой траектории сигнала 302 на фиг. 3. Дополнительно, время вертикальных меток с T₀ по T₁₈ установки моментов времени идентично событиям с аналогичной установкой момента времени на фиг. 3. Поэтому, для краткости, описания общих признаков опущены и описаны отличия между последовательностью по фиг. 3 и последовательностью по фиг. 8.

В примерной последовательности по фиг. 8 дроссели окна цилиндра механически связаны друг с другом так, чтобы, когда дроссель окна цилиндра номер один изменяет положение, дроссель окна цилиндра номер три также изменял положение. Дроссели окна также находятся в аналогичных положениях.

Например, когда дроссель окна цилиндра номер три закрыт, дроссель окна цилиндра номер один закрыт.

Дроссели окна цилиндра для цилиндров номер один и три по существу закрываются в момент T₀ времени и открыты после момента T₁₈ времени. Дроссели окна цилиндра могут открываться вместе на основании того, когда давление во впускном коллекторе снижается до заданного давления, через заданное количество событий впуска или событий сгорания, начиная с останова двигателя, или после того, как число оборотов двигателя достигает заданного порогового числа оборотов.

Топливо впрыскивается в каждый цилиндр из условия, чтобы импульс топлива был по существу центрирован вокруг минимального давления на окне цилиндра (например, максимального вакуума на окне цилиндра) или НМТ такта впуска цилиндра. В качестве альтернативы, интервал впрыска топлива может быть по существу центрированным или может слегка осуществлять опережение от максимального вакуума в цилиндре или в течение времени, когда объем цилиндра находится в пределах 20% от максимального объема цилиндра в течение такта впуска цилиндра.

Таким образом, двигатель, имеющий дроссели окна, которые механически связаны друг с другом, может управляться во время запуска двигателя. Приведение в действие вместе множества дросселей окна посредством единого исполнительного механизма может снижать себестоимость системы.

Поскольку дроссели окна регулируют только давление воздуха на впрыске и заряд воздуха во время такта впуска и такта сжатия до IVC, дроссели окна для множества цилиндров могут совместно использовать вал (а соответственно, положение), не жертвуя признаком, описанным изначально, с независимыми дросселями окна между цилиндрами. Это происходит потому, что приблизительно 3/4 из всех положений двигателя положение дросселя окна безразлично, означая, что положение одиночного дросселя окна не является регулирующим наполнение воздухом и топливом в течение такого углового участка.

Далее, со ссылкой на фиг. 9, показана блок-схема последовательности операций способа для запуска двигателя. Способ по фиг. 9 применим к системам двигателя, которые включают в себя дроссели окна, которые механически связаны друг с другом. Операции по фиг. 9 аналогичны операциям на фиг. 7. Кроме того, аналогичные операции пронумерованы сходным образом за исключением главной цифры идентификатора, которая отслеживает номер фигуры. Например, условия работы двигателя определяются на 902 по фиг. 9, в то время как условия работы двигателя определяются на 702 по фиг. 7. Поэтому, для краткости, описания общих операций опущены и описаны отличия между операциями по фиг. 7 и способом по фиг. 9.

На 910 способ 900 регулирует положение дросселей окна цилиндра ряда цилиндров на положение для проворачивания коленчатого вала. Положение дросселя окна во время проворачивания коленчатого вала может определяться опытным путем и регулироваться под барометрическое давление. Например, функция, которая описывает положение дросселя окна на основании барометрического давления, может индексироваться посредством барометрического давления для определения требуемого положения дросселя окна цилиндра. Требуемый дроссель окна цилиндра может задаваться командой до того, как начинается проворачивание коленчатого вала двигателя. Способ 900 переходит на 912, как только установлено положение дросселей окна цилиндра.

На 918 может регулироваться положение дросселей окна цилиндра. В одном из примеров положение дросселей окна может регулироваться во время проворачивания коленчатого вала двигателя на основании количества событий впуска воздуха цилиндра или количества событий сгорания, начиная с останова двигателя. Например, после первого события впуска, дроссель окна цилиндра может дополнительно открываться, поскольку давление во впускном коллекторе может уменьшаться по мере того, как воздух переводится из впускного коллектора в цилиндр двигателя. Таким образом, равномерные количества воздуха в цилиндре могут выдаваться за несколько событий впуска воздуха цилиндра, если требуется. В других примерах положения дросселей окна цилиндра могут удерживаться в неизменном состоянии во время проворачивания коленчатого вала двигателя.

На 920 способ 900 оценивает, следует или нет выходить из проворачивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов. В одном из примеров способ 900 может выходить из режима проворачивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов, когда число оборотов двигателя превышает пороговое число оборотов двигателя. В одном из примеров способ 900 может выходить из режима проворачивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов, когда давление во впускном коллекторе снижается до уровня, меньшего, чем пороговое давление. В еще одном другом примере способ 900 может выходить из режима проворачивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов через заданное количество событий сгорания в цилиндре. Если способ 900 выходит из проворачивания коленчатого вала и увеличения числа оборотов, способ 900 переходит на 922. Иначе способ 900 возвращается на 914.

На 922 способ 900 открывает дроссель окна цилиндра в полностью открытое положение. Посредством открывания дросселей окна цилиндра в полностью открытое положение способ 900 обеспечивает воздуху, втекающему в цилиндры двигателя, возможность регулирования дросселем воздухозаборника и впускными клапанами цилиндра. Способ 900 переходит на выход после того, как открываются дроссели окна цилиндра.

Таким образом, способы по фиг. 7 и 9 предусматривают способ для запуска двигателя, содержащий: по существу закрывание дросселя окна цилиндра и впрыскивание по меньшей мере порции количества топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра, в то время как дроссель окна по существу закрыт, объем топлива, впрыскиваемый в течение интервала, который включает в себя среднее положение, которое по существу выровнено с нижней мертвой точкой такта впуска цилиндра. Посредством выравнивания импульса топлива с НМТ такта впуска цилиндра возможность испарения топлива может быть увеличена.

Способ включает в себя те случаи, когда количество топлива непосредственно впрыскивается в цилиндр. Способ также включает в себя те случаи, когда интервал является временным интервалом, или те случаи, когда интервал является интервалом по коленчатому валу. В некоторых примерах способ включает в себя те случаи, когда двигатель имеет дроссель воздухозаборника, и те случаи, когда топливо, содержащее спирт, впрыскивается в цилиндр в течение интервала. Способ также включает в себя те случаи, когда количество топлива впрыскивается в цилиндр за два или более импульсов топлива. Способ дополнительно содержит по меньшей мере частичное открывание дросселя окна после установки момента начала впрыска топлива.

Способы по фиг. 7 и 9 также предусматривают запуск двигателя, содержащий: по существу закрывание дросселя окна цилиндра в течение цикла цилиндра; по меньшей мере частичное открывание дросселя окна в течение цикла цилиндра после по существу закрывания дросселя окна и после начала впрыска топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра; и по существу закрывание дросселя окна после того, как впускной клапан цилиндра закрывается. Способ также включает в себя те случаи, когда топливо впрыскивается, имея установку момента начала впрыска, которая меняется в зависимости от процентного содержания спирта топлива. В некоторых примерах способ включает в себя те случаи, когда топливо впрыскивается через окно.

Способ также может включать в себя те случаи, когда дроссель окна открывается в момент времени, который основан на требуемом количестве воздуха в цилиндре. Способ дополнительно содержит впрыск топлива в цилиндр в течение интервала во время цикла цилиндра, где интервал по существу центрирован вокруг нижней мертвой точки такта впуска цилиндра. Способ также включает в себя те случаи, когда топливо впрыскивается за два или более импульсов топлива. Способ дополнительно содержит осуществление опережения установки момента начала впрыска интервала в ответ на тип топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и где интервал не является по существу центрированным вокруг нижней мертвой точки такта впуска цилиндра, когда бензин без спирта впрыскивается в цилиндр. Способ также включает в себя те случаи, когда по меньшей мере частичное открывание дросселя окна включает в себя повышение величины открывания дросселя окна по мере того, как возрастает количество воздуха в цилиндре.

Специалистам в данной области техники следует понимать, что способ, описанный на фиг. 7 и 9, может представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная и тому аналогичная. По существу, различные проиллюстрированные этапы или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях пропускаться. Аналогичным образом, порядок обработки необязательно требуется для достижения целей, признаков и преимуществ, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя не проиллюстрировано явным образом, рядовой специалист в данной области техники будет осознавать, что один или более из проиллюстрированных этапов или функций могут выполняться неоднократно в зависимости от конкретной используемой стратегии.

На этом описание завершено. Однако после его прочтения специалистам в данной области техники будут очевидны многие изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема описания. Например, одноцилиндровый двигатель, рядные двигатели I2, I3, I4, I5 и V-образные двигатели V6, V8, V10, V12 и V16, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящее описание для получения преимуществ.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ запуска двигателя заключается в том, что осуществляют закрытие дросселя окна цилиндра и впрыскивают по меньшей мере часть топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра при по существу закрытом дросселе окна. Количество топлива впрыскивается в течение интервала, который включает в себя среднее положение, которое по существу выровнено с заданным уровнем вакуума цилиндра. Раскрыты вариант способа запуска двигателя и система управления двигателем. Технический результат заключается в повышении надежности запуска двигателя при низких температурах и снижении выбросов при запуске двигателя посредством улучшения испарения топлива. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ запуска двигателя, включающий:

по существу закрывание дросселя окна цилиндра; и

впрыскивание по меньшей мере части количества топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра при по существу закрытом дросселе окна, при этом количество топлива впрыскивается в течение интервала, который включает в себя среднее положение, которое по существу выровнено с заданным уровнем вакуума цилиндра.

2. Способ по п. 1, в котором количество топлива непосредственно впрыскивается в цилиндр, а заданный уровень вакуума является минимальным уровнем вакуума цилиндра.

3. Способ по п. 2, в котором двигатель включает в себя дроссель воздухозаборника, а топливо, содержащее спирт, впрыскивается в цилиндр в течение интервала, при этом заданный уровень вакуума оценивается посредством положения двигателя.

4. Способ по п. 1, в котором интервал является временным интервалом или интервалом по коленчатому валу, при этом заданный уровень вакуума по существу соответствует положению нижней мертвой точки такта впуска цилиндра.

5. Способ по п. 1, в котором количество топлива впрыскивается в цилиндр за два или более импульсов топлива.

6. Способ по п. 1, дополнительно включающий по меньшей мере частичное открывание дросселя окна после установки момента начала впрыска топлива, при этом количество топлива впрыскивается в цилиндр через окно цилиндра.

7. Способ запуска двигателя, включающий:

по существу закрывание дросселя окна цилиндра в течение цикла цилиндра;

по меньшей мере частичное открывание дросселя окна до закрывания впускного клапана в течение цикла цилиндра после по существу закрывания дросселя окна и после начала впрыска топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра; и

по существу закрывание дросселя окна после того, как впускной клапан цилиндра закрывается.

8. Способ по п. 7, в котором топливо впрыскивается с установкой момента начала впрыска, которая меняется в зависимости от процентного содержания спирта топлива.

9. Способ по п. 7, в котором топливо впрыскивается через окно.

10. Способ по п. 7, в котором дроссель окна открывается в момент времени, который основан на требуемом количестве воздуха в цилиндре, при этом поток воздуха в цилиндр ограничивается посредством впускного клапана цилиндра, закрывающегося после открывания дросселя окна и до закрывания дросселя окна.

11. Способ по п. 7, дополнительно включающий впрыскивание топлива в цилиндр в течение интервала во время цикла цилиндра, при этом интервал по существу центрирован около заданного уровня вакуума цилиндра.

12. Способ по п. 11, в котором топливо впрыскивается за два или более импульсов топлива, при этом заданный уровень вакуума расположен по существу около нижней мертвой точки такта впуска цилиндра.

13. Способ по п. 11, дополнительно включающий опережение установки момента начала впрыска интервала в ответ на тип топлива, впрыскиваемого в цилиндр, при этом интервал не является по существу центрированным около нижней мертвой точки такта впуска цилиндра при впрыскивании бензина без спирта в цилиндр.

14. Способ по п. 7, в котором по меньшей мере частичное открывание дросселя окна включает увеличение величины открывания дросселя окна при увеличении количества воздуха в цилиндре.

15. Система управления двигателем, содержащая:

дроссель воздухозаборника двигателя, расположенный вдоль канала впуска воздуха двигателя;

первый дроссель окна цилиндра двигателя, расположенный вдоль канала впуска воздуха двигателя ниже по потоку от дросселя воздухозаборника двигателя;

первую топливную форсунку, расположенную ниже по потоку от первого дросселя окна цилиндра двигателя;

цилиндр, принимающий топливо через первую топливную форсунку и воздух через первый дроссель окна цилиндра двигателя; и

контроллер, включающий в себя команды для впрыска по существу одинакового количества топлива до и после достижения заданного уровня вакуума в течение цикла цилиндра и дополнительные команды для открывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после начала впрыскивания топлива первой топливной форсункой в течение цикла цилиндра.

16. Система по п. 15, в которой первая топливная форсунка представляет собой топливную форсунку непосредственного впрыска, и дополнительно содержит второй дроссель окна цилиндра двигателя, и дополнительно содержит дополнительные команды для регулирования второго дросселя окна цилиндра двигателя независимо от первого дросселя окна цилиндра двигателя.

17. Система по п. 16, дополнительно содержащая дополнительные команды для по существу полного открывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после достижения двигателем заданного числа оборотов двигателя.

18. Система по п. 15, в которой одинаковое количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр до и после достижения заданного уровня вакуума, впрыскивается за два отдельных импульса.

19. Система по п. 15, дополнительно содержащая дополнительные команды для по существу закрывания первого дросселя окна цилиндра двигателя после закрывания впускного клапана цилиндра в течение цикла цилиндра.

20. Система по п. 15, в которой контроллер включает в себя дополнительные команды для угловой синхронизации установки положения первого дросселя окна цилиндра двигателя с положением коленчатого вала двигателя, когда число оборотов двигателя является меньшим, чем пороговое значение.