發動機冷起動控制的製作方法
2023-07-25 10:38:16
本說明書總體涉及用於改善車輛發動機的冷起動控制的方法和系統。
背景技術：
由於使足夠的燃料汽化以提供可燃的空燃比的困難，所以在冷環境狀況期間以汽油加燃料的發動機的起動性(也被稱為發動機冷起動)可能是個問題。特別地，使燃料汽化所需要的更大量的時間可以劣化發動機起動性。當發動機以諸如乙醇燃料(例如，E85、E100等)的替代燃料加燃料時，這種問題可以被加劇。在其中，醇燃料的附加增壓空氣冷卻效果能夠在冷起動狀況期間降低進氣充氣溫度，從而進一步劣化燃燒穩定性並且增加發動機失火的可能性。
Krengel等人在US8,447,496中示出用於在冷狀況期間改善發動機起動性的一種示例方法。在其中，在發動機冷起動期間，燃料的至少一部分在壓縮衝程期間被直接噴射，而燃料的剩餘部分在進氣衝程期間被直接噴射。另外，以壓縮衝程噴射的方式輸送的燃料部分隨著噴射的燃料的醇含量增加而增加。通過以壓縮衝程噴射的方式輸送至少一些燃料，發動機在壓縮衝程期間的較高的充氣溫度被用於改善燃料汽化。
然而，發明人在此已經認識到這種系統的潛在問題。作為一個示例，甚至在壓縮衝程期間加燃料的情況下，在低環境狀況下，可能沒有足夠的充氣溫度使燃料汽化用於發動機起動。發明人在此已經進一步認識到：即使當加燃料在壓縮衝程期間被提供時，燃料汽化由壓縮衝程期間的燃料的沸點和充氣溫度之間的溫度差驅動。然而，燃料的沸點是壓縮衝程期間的充氣壓力的函數。如果燃料沸點能夠被減小同時保持充氣溫度相同，則燃料的汽化能夠被增強。
技術實現要素：
因此，在一個示例中，上述問題可以通過用於改善發動機起動性的方法來解決，該方法其包含：在發動機冷起動期間，基於發動機工況確定包括燃料量和噴射正時的燃料噴射；以及基於噴射結束時估計的燃料溫度而對於冷起動期間的發動機汽缸中的第一燃燒事件降低歧管壓力。在本文中，燃料噴射包括單一壓縮衝程噴射。以此方式，燃料汽化在冷起動期間被改善。
作為一個示例，對於發動機冷起動期間的每個汽缸的第一燃燒事件，燃料可以以單一壓縮衝程噴射的方式被輸送。此外，對於每個汽缸中的第一燃燒事件，可以通過減小進氣節氣門開度來降低歧管壓力。具體地，歧管壓力可以被降低至基於減小的歧管壓力對燃料沸點和充氣體積中的每一個的影響而被優化的值，所述優化使燃燒空燃比能夠被維持在目標值處(諸如在化學計量比處或附近)。因此，當歧管壓力被減小時，壓縮壓力也被減小。減小的壓力降低正在被輸送的燃料的沸點。由於充氣溫度在壓縮衝程期間獨立於歧管壓力，所以它保持相同，從而導致等熵的壓縮衝程噴射。燃料溫度然後在壓縮之前根據充氣的初始溫度而變化。因此，通過藉助較低的歧管壓力的應用來減小沸點同時保持充氣溫度相同，燃料的汽化被增強。同時，歧管壓力的降低減少汽缸中充氣的體積，從而減少待被汽化以維持給定空燃比所需要的燃料量。對於每個發動機汽缸的第二燃燒事件，歧管壓力然後可以被升高(例如，至標稱水平)。通過基於對燃料的減少的需要和較低的歧管壓力下的改善的燃料汽化而迭代地優化歧管壓力設定點，目標空燃比能夠在發動機冷起動時被更容易地實現。
通過降低歧管壓力而降低燃料在冷環境狀況期間的沸點同時保持充氣溫度相同的技術效果是：燃料沸點和充氣溫度之間的較大的差被實現。因此，燃料可以被有效地汽化以形成可燃/化學計量比的空燃混合物。通過基於汽缸充氣量的減少(並且因而汽缸中需要的燃料量的減少)和燃料汽化的增強之間的平衡而對於每個發動機汽缸中的第一燃燒事件(在發動機重起動期間)優化歧管壓力降低到的設定點，即使當醇燃料被使用時，發動機起動性在較低的溫度下也能夠被改善，而不會劣化發動機扭矩輸出或排氣排放。附加地，通過使大部分的噴射燃料汽化，較少的燃料可以在發動機操作期間被損失，並且在發動機冷起動時對較大的或預燃料噴射(pilot fuel injection)的需要可以被減少或消除。因此，這可以提供燃料經濟性益處以及減少的冷起動排氣排放。此外，發動機失火在發動機冷起動期間的發生率被減小。另外，通過對冷起動的第一燃燒事件維持壓縮噴射的使用，能夠維持可重複的發動機轉速廓線。
應當理解，提供以上本發明內容是為了以簡化的形式介紹一系列概念，這些概念在具體實施方式中被進一步描述。這並不意味著識別要求保護的主題的關鍵或必要特徵，要求保護的主題的範圍由所附權利要求唯一地限定。另外，要求保護的主題不限於解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。
附圖說明
圖1示出燃燒室的示例實施例。
圖2示出圖示說明可以被實施用於在冷起動狀況期間以降低的歧管壓力起動發動機的程序的高水平流程圖。
圖3示出描繪燃料沸點在汽缸壓縮衝程期間的改變的映射圖。
圖4示出可以用於基於在不同的MAP值下燃料沸點的變化相對於充氣體積的變化而在發動機設定點期間選擇歧管壓力設定點的映射圖。
圖5-6示出根據本公開的示例冷起動燃料噴射。
具體實施方式
以下描述涉及用於改善發動機(諸如圖1的發動機)在冷環境溫度下以汽油和醇基燃料起動的能力的系統和方法。發動機控制器可以被配置為在發動機冷起動期間執行控制程序(諸如圖2的示例程序)，以在壓縮衝程期間降低歧管壓力並且噴射燃料同時以較低的歧管壓力操作。通過基於在燃料噴射結束時估計的燃料溫度降低歧管壓力(圖3-4)，燃料汽化和可燃的空燃混合物的形成在冷起動下可以被改善。參考圖5-6示出示例冷起動操作。通過減少在冷起動期間引起的燃料損失，燃料效率和車輛冷起動排氣排放的質量可以被顯著地改善。
圖1描繪內燃發動機10的燃燒室或汽缸的示例實施例。發動機10可以接收來自包括控制器12的控制系統的控制參數並且接收藉助輸入裝置132來自車輛操作者130的輸入。在該示例中，輸入裝置132包括加速器踏板和用於產生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的汽缸(本文中也稱為「燃燒室」)14可以包括燃燒室壁136，活塞138定位在所述燃燒室壁中。活塞138可以耦接到曲軸140，使得活塞的往復運動被轉化為曲軸的旋轉運動。曲軸140可以藉助變速器系統耦接到乘客車輛的至少一個驅動輪。另外，起動機馬達可以藉助飛輪耦接到曲軸140以實現發動機10的起動操作。
汽缸14能夠藉助一系列進氣通道142、144和146接收進氣。除了汽缸14之外，進氣通道146能夠與發動機10的其它汽缸連通。在一些示例中，進氣通道中的一個或多個可以包括增壓裝置，諸如渦輪增壓器或機械增壓器。例如，圖1示出配置有渦輪增壓器的發動機10，所述渦輪增壓器包括布置在進氣通道142和144之間的壓縮機174以及沿排氣通道148布置的排氣渦輪176。壓縮機174可以藉助軸180由排氣渦輪176至少部分地提供動力，其中增壓裝置被配置為渦輪增壓器。然而，在其它示例中，諸如在發動機10配備有機械增壓器的情況下，排氣渦輪176可以可選地被省略，其中壓縮機174可以由來自馬達或發動機的機械輸入提供動力。包括節流板164的節氣門20可以沿發動機的進氣通道被提供，用於改變提供到發動機汽缸的進氣的流率和/或壓力。例如，如圖1所示，節氣門20可以被定位在壓縮機174的下遊，或者替代地可以被提供在壓縮機174的上遊。
排氣通道148能夠接收來自除汽缸14之外的發動機10的其它汽缸的排氣。排氣傳感器128被示出耦接到排放控制裝置178上遊的排氣通道148。傳感器128可以選自用於提供排氣空燃比的指示的各種合適的傳感器，例如，諸如線性氧傳感器或UEGO(通用或寬域排氣氧傳感器)、雙態氧傳感器或EGO(如所描繪的)、HEGO(加熱型EGO)、NOx、HC或CO傳感器。排放控制裝置178可以是三元催化劑(TWC)、NOx捕集器、各種其它排放控制裝置或其組合。
排氣溫度可以通過位於排氣通道148中的一個或多個溫度傳感器(未示出)來估計。替代地，排氣溫度可以基於發動機工況來推知，諸如轉速、負載、空燃比(AFR)、火花延遲等。另外，排氣溫度可以通過一個或多個排氣氧傳感器128計算。應當認識到，排氣溫度可以替代地通過本文列出的溫度估計方法的任何組合來估計。
發動機的10的每個汽缸可以包括一個或多個進氣門以及一個或多個排氣閥。例如，汽缸14被示出包括位於汽缸14的上部區域處的至少一個進氣提升閥150和至少一個排氣提升閥156。在一些示例中，發動機10的每個汽缸(包括汽缸14)可以包括位於汽缸的上部區域處的至少兩個進氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。
進氣門150可以由控制器12通過凸輪致動經由凸輪致動系統151來控制。類似地，排氣門156可以由控制器12通過凸輪致動系統153控制。凸輪致動系統151和153可以包括一個或多個凸輪並且可以利用可以由控制器12操作以改變氣門操作的凸輪廓線變換(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統中的一個或多個。進氣門150和排氣門156的位置可以通過相應的氣門位置傳感器155和157確定。在替代實施例中，進氣門/或排氣門可以由電動氣門致動控制。例如，汽缸14可以替代地包括藉助電動氣門致動控制的進氣門和藉助包括CPS和/或VCT系統的凸輪致動控制的排氣門。在其它實施例中，進氣門和排氣門可以由共同的氣門致動器或致動系統控制，或者由可變氣門正時致動器或致動系統控制。
汽缸14能夠具有壓縮比，該壓縮比是在活塞138處於底部中心與頂部中心時的容積的比。通常，壓縮比在9∶1到10∶1的範圍內。然而，在使用不同燃料的一些示例中，壓縮比可以增加。例如，這可以在使用高辛烷值燃料或具有較高的潛在汽化焓的燃料時發生。如果使用直接噴射，則由於其對發動機爆震的影響，壓縮比也可以增加。
在一些實施例中，發動機10的每個汽缸可以包括用於開始燃燒的火花塞192。點火系統190能夠在選擇的操作模式下響應於來自控制器12的火花提前信號SA藉助火花塞192向燃燒室14提供點火火花。然而，在一些實施例中，可以省略火花塞192，諸如在發動機10可以通過自動點火或通過燃料的噴射開始燃燒的情況下，如同一些柴油發動機的情況。
在一些實施例中，發動機10的每個汽缸可以配置有一個或多個燃料噴射器，用於向其提供燃料。作為非限制性的示例，汽缸14被示出包括一個燃料噴射器166。燃料噴射器166被示出直接耦接到汽缸14，用於與藉助電子驅動器168從控制器12接收的信號FPW的脈衝寬度成比例將燃料直接噴射到其中。以此方式，燃料噴射器166提供被稱為燃料到燃燒汽缸14的直接噴射(下文中也稱為「DI」)。雖然圖1將噴射器166示為側噴射器，但是它也可以位於活塞的頂部，諸如在火花塞192的位置附近。當以醇基燃料操作發動機時，由於一些醇基燃料的較低的揮發性，這種位置可以改善混合和燃燒。替代地，噴射器可以位於頂部並且靠近進氣門以改善混合。燃料可以從包括燃料箱、燃料泵和燃料軌的高壓燃料系統8被輸送到燃料噴射器166。替代地，燃料可以在較低的壓力下由單級燃料泵輸送，在這種情況下，直接燃料噴射的正時在壓縮衝程期間可以比使用高壓燃料系統時更受限制。另外，雖然未示出，但是燃料箱可以具有向控制器12提供信號的壓力傳感器。應當認識到，在替代實施例中，噴射器166可以是將燃料提供到汽缸14上遊的進氣道內的進氣道噴射器。
還應當認識到，雖然在一個實施例中，發動機可以通過藉助單個直接噴射器噴射可變混合燃料來操作，但是在替代實施例中，發動機可以通過使用兩個噴射器(直接噴射器和進氣道噴射器)並且改變自每個噴射器的相對噴射量來操作。
在汽缸的單個循環期間，可以通過噴射器將燃料輸送至汽缸。另外，自噴射器輸送的燃料的分配和/或相對量可以如下文所描述的隨工況(諸如充氣溫度、燃料醇含量、環境溫度等)而改變。此外，對於單個燃燒事件，可以每個循環執行輸送的燃料的多次噴射。可以在壓縮衝程、進氣衝程或其任何適當的組合期間執行多次噴射。
如上所述，圖1僅示出多缸發動機的一個汽缸。因此，每個汽缸可以類似地包括其自己的一組進氣門/排氣門、(多個)燃料噴射器、火花塞等。
燃料系統8中的燃料箱可以容納具有不同燃料性質的燃料，諸如具有不同的燃料成分。這些不同可以包括不同的醇含量、不同的辛烷、不同的汽化熱、不同的混合燃料和/或其組合等。在一個示例中，具有不同的醇含量的燃料可以包括一種汽油燃料和另一種乙醇或甲醇燃料。在另一示例中，發動機可以將汽油用作第一物質，而將含有諸如E85(其約為85％的乙醇和15％的汽油)和M85(其約為85％的甲醇和15％的汽油)的混合燃料的醇用作第二物質。其它含醇燃料可以是醇和水的混合物、醇、水和汽油的混合物、乙醇、甲醇和水的混合物等。在又一示例中，兩種燃料可以是混合醇，其中第一燃料可以是具有較低的醇比例的混合汽油醇，第二燃料可以是具有較大的醇比例的混合汽油醇，第一燃料的醇比例小於第二燃料的醇比例，諸如E10(其約為10％的乙醇)作為第一燃料，而E85(其約為85％的乙醇)作為第二燃料。附加地，第一燃料和第二燃料也可以在其它燃料性質方面不同，諸如溫度、粘性、辛烷值、潛在汽化焓等的不同。
此外，燃料箱的燃料特性可以頻繁地改變。在一個示例中，駕駛員可以一天用E85、接著用E10並且再接著用E50再填充燃料箱。因此，箱再填充每天的變化能夠導致頻繁地改變燃料成分，由此影響噴射器166輸送的燃料成分。
控制器12在圖1中被示為微型計算機，其包括微處理器單元106、輸入/輸出埠108、用於可執行程序和校準值的電子存儲介質一在該特定示例中被示為只讀存儲器晶片110、隨機存取存儲器112、不失效存儲器114和數據總線。除先前討論的那些信號之外，控制器12還可以從耦接到發動機10的傳感器接收各種信號，包括：來自質量空氣流量傳感器122的引入的質量空氣流量(MAF)的測量；來自耦接到冷卻套管118的溫度傳感器116的發動機冷卻劑溫度(ECT)；來自耦接到曲軸140的霍耳效應傳感器120(或其它類型的傳感器)的表面點火感測信號(PIP)；來自節氣門位置傳感器的節氣門位置(TP)；以及來自傳感器124的絕對歧管壓力信號(MAP)。發動機轉速信號RPM可以通過控制器12根據信號PIP產生。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可以用於提供進氣歧管中的真空或壓力的指示。
存儲介質只讀存儲器110能夠用表示可由處理器106執行的指令的計算機可讀數據編程，用於執行下述方法以及被預期但未被具體列出的其它變體。控制器可以接收來自各種傳感器的輸入數據、處理輸入數據並且基於接收的信號和存儲在控制器的存儲器上的指令而採用各種致動器。控制器可以基於對應於一個或多個程序(諸如在文本中關於圖2描述的示例控制程序)的編程在其中的指令或代碼響應於處理的輸入數據而採用致動器。
圖2描述用於在發動機冷起動期間調整進氣歧管壓力以改善發動機起動性的示例控制系統程序200。用於執行方法200和本文包括的剩餘方法的指令可以基於存儲在控制器的存儲器上的指令並且結合從發動機系統的傳感器(諸如上面參考圖1描述的傳感器)接收的信號由控制器執行。控制器可以根據下面描述的方法採用發動機系統的發動機致動器以調整發動機操作。
在201處，發動機工況可以被測量和/或估計。這些可以包括環境狀況(環境溫度、環境溼度、環境壓力)、充氣溫度、發動機轉速、歧管壓力、催化劑溫度、大氣壓力、駕駛員需求、燃料箱填充水平、燃料的醇含量等。在202處，可以確認發動機是否處於冷起動狀況。在一個示例中，如果發動機溫度(或環境溫度、或發動機催化劑溫度)低於閾值溫度和/或如果自先前的發動機關閉以後已經逝去閾值持續時間，則可以確認發動機冷起動。
如果發動機冷起動未被確認，則在203處該方法包括基於發動機工況以燃料噴射廓線操作發動機。例如，發動機可以在熱起動期間以熱起動燃料噴射廓線起動。因此，如果冷起動狀況未被確認，則可以不進行對歧管壓力的調整。即，歧管壓力可以被維持在較高的水平。
在確認發動機冷起動狀況後，在204處，該方法包括檢索燃料成分數據。例如，燃料醇含量(或辛烷含量)可以被檢索。在一個示例中，燃料成分可以基於先前的發動機操作來確定。在另一示例中，燃料成分可以基於燃料箱填充事件來確定。替代地，燃料成分可以基於燃料成分傳感器(諸如燃料醇傳感器)的輸出來確定。
在206處，對於發動機冷起動時的每個汽缸中的第一燃燒事件，燃料噴射設定可以基於估計的發動機工況並且進一步基於燃料成分來確定。確定的燃料噴射設定可以包括在第一燃燒事件待被噴射的燃料量以及噴射的正時。確定燃料噴射正時可以包括：對於發動機的每個汽缸中的第一燃燒事件，確定燃料要被噴射的衝程、噴射正時的開始、噴射正時的結束、噴射的持續時間以及用於燃料噴射器的佔空比脈衝。此外，可以確定燃料以進氣道噴射還是以直接噴射的方式被輸送。例如，噴射正時的開始和/或噴射正時的結束可以隨發動機轉速、負載、燃料醇含量，發動機溫度或其它參數而改變。在一個示例中，可以確定燃料在冷起動期間在每個汽缸的第一燃燒事件以單一壓縮衝程噴射的方式被輸送。
在208處，歧管壓力設定點基於在噴射結束時估計的燃料溫度。如下面詳述的，對於在冷起動期間每個汽缸中的第一燃燒事件，基於隨著歧管壓力(的變化)待被噴射的燃料的沸點的變化，歧管壓力被降低至設定點。因此，歧管壓力的下降降低燃料沸點。當燃料沸點下降而充氣溫度保持相同時，燃料沸點和充氣溫度之間的差增加，從而改善燃料的汽化和均勻的空燃混合物的形成。然而，同時隨著燃料汽化的改善，歧管壓力的下降還導致在第一汽缸燃燒事件期間每個汽缸中的充氣體積的下降。因此，提供均勻的且化學計量的(或其它空燃比)混合物所需要的燃料量減少。通過兩者之間的優化或平衡並且迭代地學習，歧管壓力設定點可以被確定。
圖3的映射圖300描繪在壓縮衝程噴射燃料的情況下的發動機起動期間燃料的沸點和充氣溫度之間的溫度差以及該溫度差對燃料汽化的影響。映射圖300描繪沿y-軸線的溫度和沿著x-軸線的(以曲軸角度的)發動機位置，其中範圍限於描繪壓縮衝程。在所描繪的示例中，噴射的燃料是E100。發動機是在-5℃的環境狀況下以250rpm操作的2L四缸直接噴射發動機。燃料在615CAD處在進氣門關閉(IVC)的壓縮衝程期間被噴射，並且噴射的結束被設定在TDC附近，具體地在720CAD處。
在曲線304(虛線)處示出在壓縮衝程期間汽缸中的充氣溫度。在曲線302(實線)處示出被噴射到汽缸內的燃料(在本文中燃料是E100)的沸點在壓縮衝程期間的變化。在本文中，發動機起動在100kPa的歧管壓力下處於固定的加燃料量。根據曲軸角的E100燃料的沸點示出燃料的沸點溫度隨汽缸內壓力的增加。燃料汽化通過燃料沸點和充氣溫度之間的差306(在本文中也被稱為δ溫度)來驅動。具體地，當δ溫度(或差)增加時，燃料汽化改善。
可以選擇低於標稱歧管壓力設定點以改善燃料汽化的歧管壓力設定點。例如，歧管壓力可以從100kPa被降低至70kPa。曲線308(虛線)描繪在壓縮衝程期間被噴射到汽缸內的燃料的沸點在70kPa的歧管壓力下的變化。根據曲軸角的E100燃料的沸點在較低的歧管壓力下示出燃料的沸點溫度隨汽缸內壓力增加具有類似趨勢。然而，在較低的歧管壓力下，燃料沸點被降低，從而導致燃料沸點和充氣溫度之間的較大的差310。即，實現較大的δ溫度，從而改善燃料汽化。
圖4的映射圖400描繪歧管壓力設定點的優化或選擇。具體地，映射圖400描繪沿x-軸線的歧管壓力(MAP)、沿第一y-軸線的汽缸充氣體積和沿第二y-軸線的燃料汽化的量。曲線402(實線)示出汽缸充氣體積和MAP之間的關係。隨著MAP在汽缸進氣衝程期間降低，汽缸充氣質量減少。換言之，汽缸中存在較少的空氣。曲線404(虛線)示出燃料汽化和MAP之間的關係。隨著MAP在汽缸進氣衝程期間降低，燃料汽化增加(由於較低密度的空氣)。換言之，汽缸中存在較多的燃料。為了允許目標空燃比的均勻的空燃混合物被實現，平衡必須處於對燃料的減少的需要(由於較小的空氣體積)和燃料的增加的可用性(由於較高的汽化)之間。在一個示例中，線之間的交叉點可以用於識別歧管壓力設定點。在所描繪的示例中，MAP設定點可以從標稱值MAP1(例如，100kPa)被降低至MAP2(例如，70kPa)。
返回到208，如上所述，基於噴射的燃料的沸點隨壓力的變化，歧管壓力可以被降低至設定點。具體地，基於(估計的或預測的或建模的)噴射的燃料的沸點的變化相對於(估計的或預測的或建模的)汽缸充氣體積隨壓力的變化，選擇歧管壓力設定點。在其它示例中，降低可以為降到基於噴射結束時汽缸中的預期的空燃比的設定點。例如，設定點可以被調整以將空燃比維持在目標比處(例如，在化學計量比處或附近)。在一些示例中，降低可以進一步基於噴射的燃料的醇含量，當噴射的燃料的醇含量增加時，歧管壓力被降低至較小的值。
在210處，該方法包括通過減小進氣節氣門的開度而將歧管壓力降低至確定的設定點。例如，降低可以包括基於在致動器處從控制器接收的信號致動耦接到進氣節流閥的機電致動器以朝向較大的關閉位置移動閥。在一個示例中，節氣門可以被保持短暫地關閉，直至達到MAP設定點。
在212處，可以確認MAP是否已經被降低至確定的設定點。如果為否，則該方法返回到210，以繼續朝向較小的打開位置致動節流閥。如果確認MAP已經被降低至確定的設定點，則在214處該方法包括在冷起動下對每個汽缸中的第一燃燒事件以單一壓縮衝程噴射的方式噴射燃料。燃料可以以(在206處)先前確定的量和正時被噴射。換言之，對於每個汽缸中的第一燃燒事件，燃料的輸送被延遲，直至MAP已經被充分地降低，由此確保噴射的燃料能夠充分地汽化以形成均勻的空燃混合物。
因此，降低歧管壓力可以精細地增加發動機的起動時間(例如，從0.5秒到0.7秒)。然而，冷環境狀況下(諸如在5℃下)的發動機起動時間處於較高的範圍，諸如大約2-3秒。在這些狀況下，歧管壓力的降低基本上不增加發動機冷起動時間。實際上，由於在減少的MAP下燃料汽化的改善，發動機冷起動時間可以被改善，諸如從2-3秒到大約1.2-2秒。
在216處，該方法包括基於降低的歧管壓力調整一個或多個發動機操作參數以減少扭矩誤差或扭矩幹擾。例如，對於每個汽缸中的第一燃燒事件，可以基於降低的歧管壓力調整點火火花正時和燃料軌壓力中的一個或多個。例如，在第一狀況期間，當降低的歧管壓力導致比期望的空燃比更富的空燃比時，火花正時可以被提前或延遲以減少扭矩誤差。作為另一示例，在第二狀況期間，當降低的歧管壓力導致比期望的空燃比更稀的空燃比時，火花正時可以被提前或延遲以減少扭矩誤差。然而，如果混合物太稀，則可能需要更多的燃料來獲得期望的扭矩。
在218處，在發動機冷起動期間每個汽缸中的第一燃燒事件完成後，該方法包括對於緊隨每個汽缸中的第一燃燒事件之後而無介於其間的燃燒事件的第二燃燒事件，升高歧管壓力。例如，升高可以包括基於在致動器處從控制器接收的信號致動耦接到進氣節流閥的機電致動器以朝向較大的打開位置移動閥。
在220處，該方法包括對於在發動機冷起動下每個汽缸中的第二隨後的燃燒事件，以一個或多個壓縮衝程和/或進氣衝程噴射的方式輸送燃料。例如，對於汽缸中的第二燃燒事件，控制器可以將燃料噴射轉變為分離噴射(split injection)，分離噴射包括以進氣衝程噴射的方式輸送燃料的第一部分和以壓縮衝程噴射的方式輸送燃料的第二剩餘部分，第一部分相對於第二部分的比基於溫度來調整。在本文中，溫度可以是燃料溫度、發動機溫度、排氣催化劑溫度和環境溫度中的一個。第一部分相對於第二部分的比可以隨溫度增加而增加。所述比可以進一步基於噴射的燃料的醇含量，第一部分相對於第二部分的比隨噴射的燃料的醇含量增加而減小。
另外，進氣衝程中輸送的燃料相對於壓縮衝程中輸送的燃料的比以及用於分離噴射的噴射次數(如果多次噴射被使用)可以進一步基於燃燒事件數量。例如，在每個汽缸中的第一燃燒事件之後，對於多個燃燒事件，燃料可以以分離進氣和/或壓縮噴射的方式被輸送，此後加燃料可以被轉變為單一進氣衝程噴射。
以此方式，對於發動機冷起動的第一燃燒事件，通過降低進氣歧管壓力，隨著噴射結束時估計的燃料溫度降低，燃料汽化被改善，即使當以醇燃料操作時。此外，較低的歧管壓力實現減小失火事件發生率。
現在轉向圖5，其對於接收用於發動機起動的第一燃燒事件的燃料的發動機汽缸示出關於發動機位置的氣門正時和活塞位置的映射圖500。在發動機起動期間，當發動機正在被起動轉動時，發動機控制器可以被配置為對於發動機冷起動下發動機汽缸中的第一燃燒事件調整歧管壓力(MAP)以改善燃料汽化。在發動機熱起動的情況下，可以不執行MAP調整，如下面描述的。應當認識到，如在本文中使用的，第一燃燒事件指在發動機起動期間第一汽缸中要點火的第一燃燒事件。然而，類似的廓線可以在發動機起動期間用於每個汽缸中的第一燃燒事件。
映射圖500圖示說明沿x-軸線以曲軸角度(CAD)的發動機位置。曲線508參考其相距上止點(TDC)和/或下止點(BDC)的方位並且進一步參考其在發動機循環的四個衝程(進氣、壓縮、做功和排氣)內的方位描繪活塞位置(沿y-軸線)。如通過正弦曲線508所指示的，活塞從TDC逐漸向下移動，到做功衝程結束時在BDC處降到最低點。活塞然後到排氣衝程結束時在TDC處返回到頂部。活塞然後在進氣衝程期間再次朝向BDC向下移動，到壓縮衝程結束時在TDC處返回到其原始頂部位置。
曲線502和504描繪在正常的發動機操作期間用於排氣門(虛線曲線502)和進氣門(實線曲線504)的氣門正時。如所圖示說明的，恰好在活塞在做功衝程結束時降至最低點時，排氣門可以被打開。然後在活塞完成排氣衝程時，排氣門可以關閉，至少直至隨後的進氣衝程已經開始才保持打開。以相同的方式，進氣門可以在進氣衝程開始時或進氣衝程開始之前被打開，並且可以保持打開至少直至隨後的壓縮衝程已經開始。
由於排氣門關閉和進氣門打開之間的正時差，對於在排氣衝程結束之前並且在進氣衝程開始之後的短持續時間，進氣門和排氣門可以打開。兩個氣門都可以打開的該時期被稱為正進氣門到排氣門重疊506(或簡稱為正氣門重疊)，通過曲線502和504的交叉處的陰影區域來表示。在一個示例中，正進氣門到排氣門重疊506可以是發動機冷起動期間存在的發動機的默認凸輪位置。
映射圖500的第三曲線(自頂部)描繪可以用於發動機冷起動的第一燃燒事件以減少發動機冷起動粗糙度並且改善發動機起動性的示例燃料噴射廓線510。曲線514描繪發動機冷起動的第一燃燒事件下的MAP。映射圖500的第五曲線(自頂部)描繪可以用於發動機熱起動的第一燃燒事件的示例燃料噴射廓線520。曲線516描繪MAP發動機熱起動的第一燃燒事件下的MAP。
在所描繪的示例中，在發動機冷起動的第一燃燒事件期間使用的燃料噴射廓線510包括在壓縮衝程期間以被輸送到汽缸的燃料量的單一壓縮衝程噴射D1，燃料在正時CAD1處被直接噴射。此外，對於發動機冷起動的第一燃燒事件，歧管壓力(曲線514)從標稱設定512被降低以允許噴射的燃料的沸點和充氣溫度之間的較大的δ溫度。
相比之下，在發動機熱起動的第一燃燒事件期間使用的燃料噴射廓線520包括以第一進氣衝程直接噴射D11和附加的進氣衝程噴射D12或附加的壓縮衝程噴射D12』的方式輸送到汽缸的總燃料量的多次噴射。總燃料量的第一較大的部分在進氣衝程中在第一正時CAD11處被直接噴射。然後，燃料的剩餘部分在進氣衝程中在CAD12處或在壓縮衝程中在CAD13處被直接噴射。此外，對於發動機熱起動的第一燃燒事件，歧管壓力(曲線516)被保持在標稱設定512處，因為熱起動下的燃料汽化不是問題。
應當認識到，在一些示例中，對於發動機熱起動的第一燃燒事件，輸送的總燃料可以包括進氣衝程噴射D12和壓縮衝程噴射D12』中的每一個以及進氣衝程噴射D11。另外，相比於熱起動，火花正時(未示出)可以在發動機冷起動的第一燃燒事件期間被延遲較大量。
現在轉向圖6，映射圖600示出在發動機冷起動和隨後的起動轉動期間燃料噴射廓線和MAP的示例調整。映射圖600在曲線602處描繪燃燒事件數量計數器的輸出、在曲線604處描繪燃料噴射廓線、在曲線606處描繪MAP並且在曲線608處描繪失火計數器的輸出。應當認識到，如在本文中使用的，燃燒事件計數器對在給定的發動機汽缸中發生的燃燒事件計數。因此，第一燃燒事件指在發動機起動期間第一汽缸中要點火的第一燃燒事件，並且隨後的燃燒事件指在發動機起動下給定的汽缸中的隨後的燃燒事件(在第一燃燒事件之後)。因此，應當認識到，類似的廓線可以在發動機熱起動或冷起動期間用於發動機的每個汽缸中的第一燃燒事件。
在t0處，發動機起動命令可以被接收。由於環境狀況在閾值溫度之下，所以發動機起動在t1處可以繼續發動機冷起動。在t0與t1之間，發動機可以利用起動馬達起動轉動。在t1處或之後不久，對於第一燃燒事件，燃料可以被輸送。然而，為了在冷起動的第一燃燒事件時改善燃料汽化，在t1之前，MAP可以被降低。在一個示例中，MAP通過減小進氣節氣門的開度來降低。例如，節氣門可以被保持關閉達一持續時間，直至MAP被降低至預定的設定點。此後，節氣門開度可以基於工況和期望的氣流來調整。一旦MAP被降低，對於第一燃燒事件，開始加燃料。在本文中，對於第一燃燒事件，燃料以單一壓縮衝程噴射C1(陰影條柱)的方式被輸送。
在t2處或之後不久，對於第二燃燒事件，燃料可以被輸送。然而，燃料可以在第二燃燒事件時充分熱，使得對於燃料汽化不需要進一步維持較低的MAP。相應地，在第一燃燒事件完成後，並且在冷起動的第二燃燒事件之前不久(即，在t2之前)，MAP可以被升高。在一個示例中，MAP通過增加進氣節氣門的開度來升高。一旦MAP被升高，對於第二燃燒事件，開始加燃料。在本文中，對於第二燃燒事件，燃料以第一進氣衝程噴射I2(線形條柱)和第二壓縮衝程噴射C2(陰影條柱)的方式被輸送，所述噴射包括與進氣衝程噴射相比壓縮衝程噴射中更高的燃料比。對於隨後的第三燃燒事件和此後的所有燃燒事件，MAP被保持處於較高的值。此外，對於第三燃燒事件，燃料以第一進氣衝程噴射I3(線形條柱)和第二壓縮衝程噴射C3(陰影條柱)的方式被輸送，所述噴射包括與壓縮衝程噴射相比進氣衝程噴射中更高的燃料比。此外，通過實現發動機怠速控制的時間處於t4或在t4之後，MAP被保持在較高的值，並且燃燒事件(諸如事件n-1和n)利用進氣衝程噴射的燃料(例如，In-1和In)來加燃料。
通過在第一燃燒事件期間減小MAP，燃料汽化被改善。此外，失火事件發生率被減小。因此，如果對於第一燃燒事件未降低MAP，如通過虛線節段610所指示的，則更多的失火事件可以發生，如通過在608處的失火計數器的輸出(虛線曲線)所指示的。
在一個示例中，用於發動機的方法包含：對於發動機冷起動期間的發動機的每個汽缸的第一燃燒事件，將歧管壓力降低至基於噴射的燃料的沸點隨壓力的變化相對於汽缸充氣的體積隨壓力的變化而選擇的設定點；以及在較低的歧管壓力下，以單一壓縮衝程噴射的方式向汽缸輸送燃料。在上述示例中，基於噴射的燃料的沸點隨壓力的變化相對於汽缸充氣的體積隨壓力的變化而選擇的設定點可以附加地或可選地包括基於在噴射結束時預期的汽缸的空燃比而選擇的設定點，所述預期的空燃比基於噴射的燃料的沸點的變化和汽缸充氣的體積的變化。在前述示例中的任一個或全部中，降低附加地或可選地包括致動耦接到進氣節流閥的致動器以朝向更關閉的位置移動節流閥。在前述示例中的任一個或全部中，降低包括從第一歧管壓力降低至設定點，所述第一歧管壓力基於環境溫度和噴射的燃料的醇含量中的一個或多個。前述示例中的任一個或全部可以附加地或可選地進一步包含：對於緊隨發動機冷起動的每個汽缸的第一燃燒事件之後的每個汽缸的第二燃燒事件(其間沒有事件)，將歧管壓力升高至第一歧管壓力並且在較高的歧管壓力下以一個或多個進氣衝程噴射的方式輸送燃料。前述示例中的任一個或全部可以附加地或可選地進一步包含：相對於駕駛員扭矩需求，基於在降低的歧管壓力下輸出的發動機扭矩調整點火火花正時和燃料軌壓力中的一個或多個。
用於發動機的另一種方法包含：在發動機冷起動期間，基於發動機工況確定包括燃料量和噴射正時的燃料噴射；以及基於噴射結束時估計的燃料溫度而對於冷起動下發動機的每個汽缸的第一燃燒事件降低歧管壓力。在前述示例中，降低可選地包括將歧管壓力降低至基於噴射的燃料的沸點隨壓力變化的設定點。在前述示例中的任一個或全部中，設定點附加地或可選地基於噴射的燃料的沸點的變化相對於汽缸充氣的體積隨壓力的變化。在前述示例中的任一個或全部中，降低附加地或可選地進一步基於噴射的燃料的醇含量，當噴射的燃料的醇含量增加時，歧管壓力被降低至較小的值。在前述示例中的任一個或全部中，降低附加地或可選地包括減小進氣節氣門的開度。前述示例中的任一個或全部可以附加地或可選地進一步包含：對於緊隨每個汽缸的第一燃燒事件之後的第二燃燒事件，升高歧管壓力，並且對於每個汽缸的第一燃燒事件，以單一壓縮衝程噴射的方式噴射燃料。前述示例中的任一個或全部可以附加地或可選地進一步包含：對於第二燃燒事件，將燃料噴射轉變為分離噴射，分離噴射包括以進氣衝程噴射的方式輸送燃料的第一部分和以壓縮衝程噴射的方式輸送燃料的第二剩餘部分，第一部分相對於第二部分的比基於溫度來調整。在前述示例中的任一個中，其中所述比基於溫度來調整，溫度可選地是燃料溫度、發動機溫度、排氣催化劑溫度和環境溫度中的一個，並且第一部分相對於第二部分的比隨溫度增加而增加。在前述示例中的任一個中，所述比附加地或可選地進一步基於噴射的燃料的醇含量，第一部分相對於第二部分的比隨噴射的燃料的醇含量增加而減小。前述示例中的任一個可以附加地或可選地進一步包含：基於降低的歧管壓力調整點火火花正時和燃料軌道壓力中的一個或多個。
在又一示例中，耦接至車輛的第一示例發動機系統可以包含：發動機，其具有進氣歧管和一個或多個發動機汽缸；直接噴射器，其用於將燃料直接噴射到發動機汽缸內；節流閥，其被耦接在進氣歧管中，閥的開度通關機電致動器來調整；壓力傳感器，其用於估計進氣歧管的壓力；以及控制器。控制器可以配置有存儲在非臨時性存儲器上的計算機可讀指令，用於：在第一發動機冷起動期間，對於每個發動機汽缸的第一燃燒事件，在較高的歧管壓力下輸送燃料，並且然後在第一燃燒事件之後，將歧管壓力增加至較高的歧管壓力之上。控制器可以被進一步配置用於：在第二發動機冷起動期間，對於每個發動機汽缸的第一燃燒事件，在較低的歧管壓力下輸送燃料，並且然後在第一燃燒事件之後，將歧管壓力增加至較高的歧管壓力。在前述示例發動機系統中，第二發動機冷起動期間的環境溫度處於較低的溫度。在前述示例發動機系統中，附加地或可選地，在第一發動機冷起動期間，對於每個汽缸的第一燃燒事件，以進氣衝程噴射和壓縮衝程噴射中的每一個的方式輸送燃料，而在第二發動機冷起動期間，對於每個汽缸的第一燃燒事件，以單一壓縮衝程噴射的方式輸送燃料。
以此方式，以汽油和柴油燃料(諸如E100或E85)在非常冷的溫度下起動發動機的能力被改善。改善被實現而不需要輔助的燃料加熱系統，諸如加熱的燃料軌、汽油噴射器起動、預噴射、加熱的噴射器等。通過使噴射的燃料的較大的部分能夠在冷起動下被汽化，原料氣/進氣烴排放能夠被顯著地減少。此外，通過在發動機起動下減少負載，發動機轉速爆發能夠被減少。通過在發動機冷起動期間減小發動機失火的發生率，較低的排放和更可靠且可預測的發動機起動的優點被實現。總之，冷起動下的發動機起動性被改善。
注意，包括在本文中的示例控制和估計程序能夠與各種發動機和/或車輛系統配置一起使用。本文公開的控制方法和程序可以存儲為非臨時性存儲器中的可執行指令，並且可以由包括控制器與各種傳感器、致動器和其它發動機硬體的控制系統執行。本文描述的具體程序可以表示任何數量的處理策略中的一個或多個，諸如事件驅動的、中斷驅動的、多任務的、多線程的等。因此，所示的各種行為、操作和/或功能可以按所示的順序執行、並行地執行或在一些情況下省略。同樣，處理的順序不是實現本文面描述的實施例的特徵和優點所必需的，而是為了便於說明和描述提供。根據使用的特定策略，所示的行為、操作和/或功能中的一個或多個可以被重複地執行。此外，所述的行為、操作和/或功能可以圖形化地被程序化到發動機控制系統的計算機可讀存儲介質的非臨時性存儲器之內的代碼，其中所述的行為通過執行包括各種發動機硬體組件與電子控制器的系統中的指令而被執行。
應當認識到，本文所公開的構造和程序在本質上是示例性的，並且這些具體實施例不應被認為具有限制意義，因為許多變體是可能的。例如，上述技術可以使用到V-6、I-4、I-6、V-12、對置4缸和其它發動機類型。本公開的主題包括本文所公開的各種系統和配置和其它特徵、功能和/或性質的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
隨附的權利要求具體指出被認為新穎的和非顯而易見的特定組合和子組合。這些權利要求可以涉及「一個」元件或「第一」元件或其等同物。這樣的權利要求應當被理解為包括一個或多個這樣的元件的組合，既不要求也不排除兩個或更多個這樣的元件。所公開的特徵、功能、元件和/或性質的其它組合和子組合可以通過修改本申請的權利要求或通過在本申請或相關的申請中提出新權利要求被要求保護。這樣的權利要求，無論比原權利要求範圍更寬、更窄、等同或不同，均被認為包含在本公開的主題內。