空氣輔助的啟動停止方法和系統的製作方法

2023-12-03 18:21:41 2

專利名稱：空氣輔助的啟動停止方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明的示例性實施例涉及發動機系統，且更具體地涉及用於啟動和停止發動機 的方法和系統。
背景技術：
在一些情況下，內燃機藉助於電力起動機和蓄電池開始操作。蓄電池將高功率(例 如，200-600安培的電流)提供給電力起動機。使用該功率，電動機轉動或發動發動機。這種啟動系統給發動機系統提供增加的成本。此外，這種啟動操作可能在發動機 上產生磨損。因而，期望能夠在不使用起動機和蓄電池的情況下啟動內燃機。

發明內容
在本發明的一個示例性實施例中，提供一種控制具有多個氣缸的發動機的方法。 所述方法包括將存儲空氣從蓄能器選擇性地釋放到所述多個氣缸中的第一氣缸；以及在 所述多個氣缸中的第二氣缸的壓縮衝程期間控制第二氣缸的燃料和火花中的至少一個，其 中，第二氣缸是要點火的下一個可用氣缸。方案1. 一種控制具有多個氣缸的發動機的方法，所述方法包括 將存儲空氣從蓄能器選擇性地釋放到所述多個氣缸中的第一氣缸；以及
在所述多個氣缸中的第二氣缸的壓縮衝程期間控制第二氣缸的燃料和火花中的至少 一個，其中，第二氣缸是要點火的下一個可用氣缸。方案2.根據方案1所述的方法，其中，將存儲空氣從蓄能器選擇性地釋放到第一 氣缸在第一氣缸處於膨脹衝程時發生。方案3.根據方案2所述的方法，還包括控制發動機以在膨脹衝程停止第一氣 缸。方案4.根據方案1所述的方法，還包括在蓄能器中存儲來自於第一氣缸的空氣。方案5.根據方案5所述的方法，還包括基於壓力閾值來調節蓄能器中的存儲空氣。方案6. —種用於發動機系統的發動機控制系統，所述發動機系統包括具有多個 氣缸的發動機，所述控制系統包括
第一閥，與發動機的第一氣缸流體連通；和
發動機啟動模塊，通過選擇性地控制第一閥以將存儲空氣釋放到第一氣缸且通過在發 動機的第二氣缸的壓縮衝程期間控制第二氣缸的燃料和火花中的至少一個，所述發動機啟 動模塊啟動發動機，其中，第二氣缸是要點火的下一個可用氣缸。方案7.根據方案6所述的控制系統，其中，在第一氣缸處於膨脹衝程時，發動機 啟動模塊選擇性地控制第一閥以將存儲空氣釋放到第一氣缸。方案8.根據方案7所述的控制系統，還包括發動機停止模塊，所述發動機停止模塊選擇性地控制發動機以在膨脹衝程停止第一氣缸。方案9.根據方案6所述的控制系統，還包括 第二閥，與第一氣缸流體連通；和
壓力存儲模塊，所述壓力存儲模塊選擇性地控制第二閥以在蓄能器中保持來自於第一 氣缸的空氣壓力。方案10.根據方案9所述的控制系統，其中，第二閥是被動止回閥和主動控制閥 中的至少一種。方案11.根據方案6所述的控制系統，其中，第一閥是主動控制閥。方案12. —種車輛，包括 具有多個氣缸的發動機；
蓄能器，與所述多個氣缸中的第一氣缸流體連通，其中，蓄能器存儲空氣； 設置在第一氣缸和蓄能器之間的第一閥；以及
控制模塊，通過選擇性地控制第一閥以將存儲空氣釋放到第一氣缸且通過在發動機的 第二氣缸的壓縮衝程期間控制第二氣缸的燃料和火花中的至少一個，所述控制模塊啟動發 動機，其中，第二氣缸是要點火的下一個可用氣缸。方案13.根據方案12所述的車輛，其中，發動機具有四個氣缸，且其中，第一氣缸
是第一位置氣缸，第二氣缸是第三位置氣缸。方案14.根據方案12所述的車輛，其中，在第一氣缸處於膨脹衝程時，控制模塊 選擇性地控制第一閥以將存儲空氣釋放到第一氣缸。方案15.根據方案14所述的車輛，其中，所述控制模塊控制發動機以在膨脹衝程
停止第一氣缸。方案16.根據方案14所述的車輛，還包括設置在第一氣缸和蓄能器之間的第二 閥，其中，第二閥控制蓄能器中的空氣壓力。方案17.根據方案16所述的車輛，其中，第二閥是被動止回閥和主動控制閥中的 至少一種。方案18.根據方案14所述的車輛，其中，第一閥是主動控制閥。本發明的上述特徵和優勢以及其它特徵和優勢從用於實施本發明的最佳模式的 以下詳細描述結合附圖顯而易見。


其它目的、特徵、優點和細節在實施例的以下詳細描述中僅通過示例的方式顯現， 以下詳細描述參考附圖，在附圖中
圖1是示出了包括根據示例性實施例的發動機啟動/停止系統的發動機系統的功能框
圖2是示出了根據示例性實施例的發動機系統的控制模塊的數據流圖；和 圖3是示出了根據示例性實施例的發動機啟動/停止方法的流程圖。
具體實施例方式以下描述本質上僅僅是示例性的，且不旨在限制本發明、應用或使用。應當理解的是，在附圖中，相應的附圖標記表示相同或相應的部件和特徵。如本文所使用的，術語「模 塊」指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或更多軟體或固件程序的處理器(共 享的、專用的、或組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其他合適的部件。現在參考圖1，框圖示出了車輛11的示例性發動機系統10，發動機系統10包括根 據示例性實施例的發動機啟動/停止系統。發動機系統10包括發動機12，發動機12燃燒 空氣和燃料混合物以產生驅動扭矩。所示發動機12是根據進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程 和排氣衝程操作氣缸的四衝程內燃機。可以理解的是，發動機啟動/停止系統可應用於各 種內燃機配置且並不限於該示例。在圖1所示的示例性發動機系統10中，在發動機12的操作期間，空氣通過節氣門 16抽吸到進氣歧管14中。節氣門16調節進入進氣歧管14的空氣品質流量。進氣歧管14 內的空氣分配給氣缸18a-18d。雖然示出了四個氣缸18a-18d，但是可以理解的是，本發明 的發動機啟動/停止系統可以在具有多個氣缸的發動機12中實施，包括但不限於2、3、4、5、 6、8、10和12個氣紅。每個氣缸18a_18d與燃料噴射器19、進氣閥20、排氣閥M和任選地火花塞22相 連。例如，燃料噴射器19將燃料噴射到氣缸18a (例如，直接噴射)中。燃料與通過進氣口 抽吸到氣缸18a中的空氣結合。燃料噴射器19可以是與電子或機械燃料噴射系統相關聯 的噴射器、用於將燃料與進氣空氣混合的汽化器或另一個系統的噴嘴或埠。燃料噴射器 19被控制以在氣缸18a內提供期望空氣-燃料(A/F)比。在各個其它實施例中，發動機12 是稀操作發動機，其中，燃料噴射器19被控制在氣缸18a內提供期望燃料量。進氣閥20選擇性地開啟和關閉以允許空氣進入氣缸18a。進氣閥位置通過進氣凸 輪軸周節。活塞(未示出)壓縮氣缸18a內的空氣/燃料混合物。在各個實施例中，火花 塞22啟動空氣/燃料混合物的燃燒，從而驅動氣缸18a中的活塞。活塞繼而驅動曲軸(未 示出)以產生驅動扭矩。當排氣閥M處於開啟位置時，氣缸18a的燃燒排氣被強制排出排 氣口。排氣閥位置由排氣凸輪軸觀調節。排氣通過排氣歧管30離開發動機12，在排氣系 統(未示出)中被處理，且被釋放到大氣。為了開始發動機12的操作，提供根據本發明的發動機啟動/停止系統32。發動機 啟動/停止系統32包括蓄能器34和一個或多個閥36、38，且與發動機12的單個氣缸18a、 18b、18c或18d (下文稱為氣缸18)相關聯。在各個實施例中，所述一個或多個閥36、38沿 一個或多個管道40、42設置在第一發動機氣缸18a和蓄能器34之間。可以理解的是，發動 機啟動/停止系統32可以與發動機12的任何一個氣缸18相關聯且不限於該示例。在圖1的示例中，壓力控制閥36被選擇性地控制以用來自於第一氣缸18a的壓力 裝載蓄能器34。在各個實施例中，壓力控制閥36是被動止回閥。卸壓閥38被選擇性地控 制以將蓄能器34中的存儲壓力釋放到第一氣缸18a。在各個實施例中，卸壓閥38是主動控 制閥(即，火花點火直接噴射(SIDI)噴射器型閥)。壓力傳感器44感測蓄能器34內的壓力 且基於此產生壓力信號。控制模塊46接收壓力信號和各個其它發動機傳感器信號，且基於此控制發動機 12和發動機啟動/停止系統32。一般而言，控制模塊46管理蓄能器34中壓力的存儲和釋 放，且基於所管理的壓力來控制發動機12的啟動和停止。現在參考圖2，數據流圖示出了可以嵌入在控制模塊46內的發動機啟動/停止系
5統的各個實施例。根據本發明的發動機啟動/停止系統的各個實施例可包括嵌入在控制模 塊46內的任何數量的子模塊和/或資料庫。可以理解的是，圖2所示的子模塊可以組合和 /或進一步細分以類似地控制發動機系統10。控制系統的輸入可以從車輛11感測、從車輛 11內的其它控制模塊(未示出)接收、和/或由控制模塊46內的其它子模塊(未示出)確定。 在圖2所示的各個實施例中，控制模塊46包括壓力存儲模塊50、發動機停止模塊52和發動 機啟動模塊討。壓力存儲模塊50接收由壓力傳感器44 (圖1)生成的壓力信號56作為輸入。基 於壓力信號56，壓力存儲模塊50管理蓄能器34 (圖1)內的壓力量。在一個示例中，壓力 存儲模塊50經由控制閥控制信號57來控制壓力控制閥36 (圖1)以同步地取樣從第一氣 缸18a (圖1)釋放的壓力，直到壓力信號56指示蓄能器34 (圖1)內的壓力已經達到預定 閾值為止。壓力存儲模塊50生成壓力值58，壓力值58指示根據壓力信號56的當前壓力水 平和/或指示是否滿足閾值壓力。發動機停止模塊52接收發動機停止請求60和壓力值58作為輸入。發動機停止 請求60可以基於發動機系統10 (圖1)的一個或多個操作狀況產生。在一個示例中，發動 機停止請求60基於發動機12的驅動情形產生，例如，在沒有車輛速度的情況下的延長怠速 狀況。在各個其它示例中，發動機停止請求60基於點火停止請求產生，以關閉車輛11 (圖 1)。基於發動機停止請求60，發動機停止模塊52評估壓力值58。如果壓力值58指示 壓力水平足以重新啟動發動機12(圖1)，那麼發動機停止模塊52生成一個或多個火花控制 信號62、節氣門控制信號63、進氣閥控制信號64、排氣閥控制信號66、和/或燃料控制信號 68，以關閉發動機12 (圖1)。在各個實施例中，發動機停止模塊52生成所述一個或多個信 號62-68，使得與發動機啟動/停止系統32 (圖1)相關聯的氣缸在膨脹/做功衝程停止。 假定圖1的示例，發動機停止模塊52生成所述一個或多個信號62-68，使得發動機12 (圖 1)的第一氣缸18a (圖1)在膨脹/做功衝程停止。如果壓力值58指示壓力水平不足以重新啟動發動機12(圖1)，那麼發動機12(圖 1)的停止被延遲，直到已經滿足充分的壓力水平。在各個實施例中，可以在發動機啟動/停 止系統32 (圖1)上執行診斷方法以確保在延遲發動機12 (圖1)的停止之前可以滿足壓力 水平。發動機啟動模塊M接收發動機啟動請求70和壓力值58作為輸入。發動機啟動 請求70可以基於發動機系統10 (圖1)的一個或多個操作狀況產生。在一個示例中，發動 機啟動請求70基於發動機12 (圖1)的驅動情形和/或車輛狀況(例如，踩下離合器踏板和 /或釋放制動踏板)來產生。在各個其它示例中，發動機啟動請求70基於點火開通請求產 生，以發動車輛11 (圖1)。基於啟動請求70，發動機啟動模塊M評估壓力值58以確定是否存儲啟動發動機 12 (圖1)的充分壓力。如果壓力值58指示壓力水平足以重新啟動發動機12 (圖1)，那麼 發動機啟動模塊M生成控制閥控制信號72，以選擇性地開啟和關閉卸壓閥38 (圖1)以便 啟動發動機12(圖1)。在各個實施例中，發動機啟動模塊M生成所述控制閥控制信號72， 以在期望發動機啟動時開啟卸壓閥38 (圖1)。卸壓閥38 (圖1)被控制在開啟位置以將蓄 能器34 (圖1)內的存儲空氣釋放到氣缸18 (圖1)中，以通過下一次氣缸點火機會來旋轉發動機12 (圖1)。一旦下一次點火機會發生，卸壓閥38 (圖1)被控制在關閉位置，從而蓄 能器34可以被裝載用於下一次啟動-停止事件。基於空氣釋放到氣缸18 (圖1)中，發動機啟動模塊M還控制將發生下一次點火 機會的氣缸18c (圖1)的燃料噴射和火花定時。在各個實施例中，發動機啟動模塊M在卸 壓閥38 (圖1)處於開啟位置時生成燃料控制信號74，以控制氣缸18c (圖1)的燃料。發 動機啟動模塊然後任選地生成火花控制信號76，以控制氣缸18(圖1)中的火花以點火燃料 和空氣混合物。火花定時可以根據常規火花定時方法(即，在上止點處或附近)。發動機啟 動模塊討生成隨後的燃料控制信號74和火花控制信號76，從而隨後氣缸18a、18b和18d 然後以合適的點火順序供應燃料和點火，以完成和保持啟動過程。在一個示例中，當第一氣缸18a (圖1)與蓄能器34 (圖1)相關聯且在膨脹/做功 衝程停止時，發動機啟動模塊M生成燃料控制信號74，從而在卸壓閥38 (圖1)處於開啟 位置時燃料噴射到第三氣缸18c (圖1)中(要點火的下一個氣缸)。發動機啟動模塊討然 後生成火花控制信號76，以控制噴射燃料的第三氣缸18c (圖1)的火花。卸壓閥38 (圖1) 然後被控制在關閉位置，從而蓄能器34可以被裝載用於下一次啟動-停止事件。然而，如果壓力值58指示壓力水平不足以重新啟動發動機12 (圖1)，那麼發動機 啟動模塊M經由常規控制信號78基於常規啟動方法(即，起動機)來重新啟動發動機12。現在轉向圖3且繼續參考圖1和2，流程圖示出了可以由根據本發明的各個方面的 圖2控制模塊46執行的發動機啟動/停止控制方法。可以理解的是，根據本發明，方法內 的操作順序並不限於圖3所示的次序執行，而能以可應用的且根據本發明的一種或多種不 同順序執行。在各個實施例中，所述方法可以被排定以基於預定事件運行和/或在車輛11操作 期間連續地運行。在一個示例中，方法可以在100開始。在110和120評估發動機操作請求70、60。 當在110未接收發動機啟動請求70且在120未接收發動機停止請求60時，發動機12處於 操作中。在130，蓄能器34經由壓力控制閥36 (S卩，打開壓力控制閥36)用來自於氣缸18 的壓力裝載。之後，方法繼續在110和120監測發動機操作請求70、60。當在110未接收發動機啟動請求70而在120接收發動機停止請求60時，在140 評估壓力值58。如果在140壓力值58大於或等於預定壓力閾值，那麼在150停止發動機 12，使得與蓄能器34相關聯的氣缸18 (第一氣缸18a)在膨脹/做功衝程中停止。在各個 實施例中，發動機12經由一個或多個火花控制信號62、節氣門控制信號63、閥控制信號64、 66和燃料控制信號68以這種方式停止。然而，如果在140壓力值58小於預定壓力閾值，那 麼在160延遲發動機的停止以允許蓄能器繼續裝載，直到在140滿足充分的壓力水平為止。 之後，在150停止發動機12且方法繼續在110和120監測發動機操作請求70、60。當在110接收發動機啟動請求70時，在170評估蓄能器34中的壓力。如果在170 蓄能器34中的壓力大於或等於壓力閾值，那麼在190-230使用蓄能器34中的壓力來重新 啟動發動機12。然而，在170，如果蓄能器34中的壓力小於壓力閾值，那麼在180執行啟動 發動機12的替代方法。為了經由存儲壓力來重新啟動發動機12，在190，第二閥(V2)38被控制開啟，以將 壓力釋放到與蓄能器34相關聯的氣缸18 (第一氣缸18a)中。在200和210分別控制下一個點火氣缸18 (第三氣缸18c)的燃料和火花。一旦氣缸18完成點火事件，在220，第二閥 (V2) 38被控制關閉。在230，隨後氣缸18 (第一氣缸18a、第二氣缸1 和第四氣缸18d) 的燃料和火花被控制以完成發動機12的啟動。之後，方法繼續在110和120監測發動機操 作請求70、60。 雖然本發明已經參考示例性實施例進行描述，但是本領域技術人員將理解的是， 可以作出各種變化且等價物可替代其元件，而不偏離本發明的範圍。此外，可以作出許多修 改以使得具體情況或材料適合於本發明的教導，而不偏離其實旨範圍。因而，本發明並不旨 在限於作為設想用於實施本發明的最佳模式公開的具體實施例，而本發明將包括落入本申 請範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種控制具有多個氣缸的發動機的方法，所述方法包括將存儲空氣從蓄能器選擇性地釋放到所述多個氣缸中的第一氣缸；以及在所述多個氣缸中的第二氣缸的壓縮衝程期間控制第二氣缸的燃料和火花中的至少 一個，其中，第二氣缸是要點火的下一個可用氣缸。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，將存儲空氣從蓄能器選擇性地釋放到第一氣缸 在第一氣缸處於膨脹衝程時發生。
3.根據權利要求2所述的方法，還包括控制發動機以在膨脹衝程停止第一氣缸。
4.根據權利要求1所述的方法，還包括在蓄能器中存儲來自於第一氣缸的空氣。
5.根據權利要求5所述的方法，還包括基於壓力閾值來調節蓄能器中的存儲空氣。
6.一種用於發動機系統的發動機控制系統，所述發動機系統包括具有多個氣缸的發動 機，所述控制系統包括第一閥，與發動機的第一氣缸流體連通；和發動機啟動模塊，通過選擇性地控制第一閥以將存儲空氣釋放到第一氣缸且通過在發 動機的第二氣缸的壓縮衝程期間控制第二氣缸的燃料和火花中的至少一個，所述發動機啟 動模塊啟動發動機，其中，第二氣缸是要點火的下一個可用氣缸。
7.根據權利要求6所述的控制系統，其中，在第一氣缸處於膨脹衝程時，發動機啟動模 塊選擇性地控制第一閥以將存儲空氣釋放到第一氣缸。
8.根據權利要求7所述的控制系統，還包括發動機停止模塊，所述發動機停止模塊選 擇性地控制發動機以在膨脹衝程停止第一氣缸。
9.根據權利要求6所述的控制系統，還包括第二閥，與第一氣缸流體連通；和壓力存儲模塊，所述壓力存儲模塊選擇性地控制第二閥以在蓄能器中保持來自於第一 氣缸的空氣壓力。
10.一種車輛，包括具有多個氣缸的發動機；蓄能器，與所述多個氣缸中的第一氣缸流體連通，其中，蓄能器存儲空氣；設置在第一氣缸和蓄能器之間的第一閥；以及控制模塊，通過選擇性地控制第一閥以將存儲空氣釋放到第一氣缸且通過在發動機的 第二氣缸的壓縮衝程期間控制第二氣缸的燃料和火花中的至少一個，所述控制模塊啟動發 動機，其中，第二氣缸是要點火的下一個可用氣缸。
全文摘要
本發明涉及空氣輔助的啟動停止方法和系統。在本發明的一個示例性實施例中，提供一種控制具有多個氣缸的發動機的方法。所述方法包括將存儲空氣從蓄能器選擇性地釋放到所述多個氣缸中的第一氣缸；以及在所述多個氣缸中的第二氣缸的壓縮衝程期間控制第二氣缸的燃料和火花中的至少一個，其中，第二氣缸是要點火的下一個可用氣缸。
文檔編號F02N9/02GK102094722SQ20101058917
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者D. 馬裡奧特 C., 瓦哈布扎德 H. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司