專利名稱：噴射燃料到氣體燃料發(fā)動機的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機動車輛燃料控制系統(tǒng)和方法的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動機是降低燃油消耗并減少發(fā)動機排放的一種方法。與液體燃料 (如汽油或酒精)相比，氣體燃料發(fā)動機可以提供多個優(yōu)點。例如，氣體燃料在低溫時能很 好地揮發(fā)。此外，因為燃料在燃燒之前在發(fā)動機中不凝結(jié)，因此氣體燃料可以更完全地燃 燒。因此，氣體燃料在一些情況下可以產(chǎn)生更少的不合要求的排放。然而，本發(fā)明人已經(jīng)確定在低溫時可能難以啟動氣體燃料發(fā)動機，因為燃料噴射 器在低溫時抵抗移動，并且因為車輛電壓可能降到難以運行氣體燃料噴射器的水平。特別 是，當發(fā)動機起動轉(zhuǎn)矩增加時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和電池電壓會減小。例如，在發(fā)動機起動過程中， 起動機旋轉(zhuǎn)發(fā)動機曲軸。當曲軸旋轉(zhuǎn)時，發(fā)動機汽缸吸入并排出空氣以與燃料結(jié)合，以便提 供可燃混合氣用以運行發(fā)動機。在曲軸旋轉(zhuǎn)的過程中，空氣在進氣沖程進入汽缸并在壓縮 沖程被壓縮。當汽缸活塞接近壓縮沖程的上止點時發(fā)動機起動機轉(zhuǎn)矩增加，因為需要做功 來壓縮汽缸中的空氣。此外，馬達轉(zhuǎn)矩直接與馬達電流成比例。當起動機轉(zhuǎn)矩增加時，電池 提供增大的電流，并且電池電壓減小。如果電池電壓在氣體燃料噴射器的最小運行電壓以 下，則燃料噴射器會無法運行并且發(fā)動機會無法起動。此外，需注意的是盡管一些類型的燃料噴射器可以在低溫時產(chǎn)生更大的燃料噴射 器開啟力(如峰值保持燃料噴射器-在高電壓時被致動并在低電壓時保持開啟的燃料噴射 器)，這種類型的燃料噴射器可能要求更昂貴的電控驅(qū)動技術(shù)。因此，峰值保持燃料噴射器 (peak and hold fuel injector)可能較不可取。此外，峰值保持燃料噴射器不常用作進氣 道噴射器，因為正在開發(fā)具有更低的最小運行電壓的飽和噴射器。然而，還沒有開發(fā)出來在 低溫時可能遇到的較低的最小運行電壓下運行的飽和燃料噴射器。

發(fā)明內(nèi)容
此處發(fā)明人提出噴射燃料到發(fā)動機的方法，其包括在第一模式的發(fā)動機啟動中， 調(diào)整氣體燃料噴射器的噴射正時以便在不同的曲軸間隔期間傳送至少一部分氣體燃料到 發(fā)動機的汽缸；以及將所述氣體燃料噴射器的開啟與所述氣體燃料噴射器的供給電壓超過 閾值電壓時的曲軸角度對齊。通過調(diào)整噴射正時的起點(例如，在汽缸循環(huán)期間命令燃料噴射器開始傳送燃料 到發(fā)動機時的曲軸角度)以與供給到燃料噴射器的電壓處于較高水平的時刻一致，可以改 進氣體燃料發(fā)動機的發(fā)動機冷起動。通過在施加到燃料噴射器的電壓較高的時刻開始燃料 噴射，可以增加燃料噴射器運行并噴射燃料的可能性。例如，對于單缸發(fā)動機，在汽缸的膨 脹沖程期間當起動機嚙合時，電池電壓可能增加。在膨脹沖程期間，壓縮的汽缸氣體膨脹以 加速曲軸并減小起動機所汲取的電流。因此，可能有利于在一些條件下當供給到燃料噴射 器的電壓較高時在汽缸的膨脹沖程或在另一個曲軸間隔驅(qū)動氣體燃料噴射器。這樣，可以運行較低成本的飽和型燃料噴射器以便即使當電池電壓不如期望的高時仍傳送氣體燃料 到發(fā)動機。在多缸發(fā)動機的情況下，所有汽缸的氣體扭矩被疊加以產(chǎn)生凈氣體扭矩。最小 氣體扭矩的范圍可以產(chǎn)生最快的曲軸速度、最小的起動機電流和最高的電池電壓。在四缸、四沖程循環(huán)、甚至是點火發(fā)動機的情況下，每180度的曲軸角度，發(fā)動機 起動循環(huán)的較高電池電壓和較低電池電壓部分重復。因此，每180度的曲軸角度，可以確定 當電池電壓超過噴射器最小運行電壓時的曲軸角度區(qū)間或窗口。本說明可以提供多個優(yōu)點。特別地，該發(fā)明可以改善發(fā)動機的起動和排放。此外， 因為不需要峰值保持電路以運行氣體燃料噴射器，所以該方法能夠降低系統(tǒng)成本。另外，在 寒冷的條件下，車輛動力系統(tǒng)可能不必被升級以運行燃料噴射器。根據(jù)另一方面，提供起動氣體燃料發(fā)動機的方法。該方法包括在發(fā)動機起動期間， 調(diào)整氣體燃料噴射器的燃料噴射正時以在不同的曲軸間隔期間傳送至少一部分氣體燃料 到發(fā)動機的汽缸；將氣體燃料噴射器的開啟與氣體燃料噴射器的供給電壓超過閾值電壓時 的曲軸角度對齊；以及在供給電壓超過閾值電壓至少一個發(fā)動機旋轉(zhuǎn)之后，將氣體燃料噴 射器的燃料噴射正時調(diào)整為與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載相關(guān)的曲軸角度。在一個實施例中，對齊將氣體燃料噴射器的開啟移動到氣體燃料噴射器的供給電 壓基本處于曲軸間隔期間的最大值時的曲軸角度。在另一個實施例中，對齊氣體燃料噴射器的開啟包括在氣體燃料發(fā)動機汽缸的膨 脹沖程期間開啟所述氣體燃料噴射器。在另一個實施例中，氣體燃料噴射器是飽和燃料噴射器。在另一個實施例中，該方法進一步包括當發(fā)動機的溫度變化時調(diào)整氣體燃料噴射 器的開啟持續(xù)時間。根據(jù)另一方面，系統(tǒng)包括發(fā)動機、控制器，發(fā)動機包括汽缸和噴射燃料到發(fā)動機汽 缸的氣體燃料噴射器，控制器包括電子存儲介質(zhì)，該電子存儲介質(zhì)包括指令以在第一模式 期間，將氣體燃料噴射器的開啟對齊到氣體燃料噴射器的供給電壓超過閾值電壓時的曲軸 角度；以及在第二模式期間，將氣體燃料噴射器的開啟對齊到與發(fā)動機的速度和負載相關(guān) 的曲軸角度，當發(fā)動機的溫度處于閾值溫度或在閾值溫度以上時，進入所述第二模式。在一個實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)進一步包括在所述第一模式期間在氣體燃料噴射 器的開啟之前，旋轉(zhuǎn)發(fā)動機的曲軸至少一轉(zhuǎn)。在另一個實施例中，第一模式進一步包括氣體燃料噴射器的開啟，其中曲軸角度 對應(yīng)于由電池和交流發(fā)電機中的至少一者供給到氣體燃料噴射器的最大電壓。在另一個實施例中，第一模式進一步包括當發(fā)動機的溫度變化時調(diào)整氣體燃料噴 射器的開啟持續(xù)時間。在另一個實施例中，第一模式包括噴射第一量的燃料，第二模式包括噴射第二量 的燃料，第一量的燃料多于第二量的燃料。根據(jù)另一方面，提供噴射燃料到發(fā)動機的方法。該方法包括在第一模式的發(fā)動機 起動過程中，調(diào)整氣體燃料噴射器的噴射正時以在不同的曲軸間隔期間傳送至少一部分氣 體燃料到發(fā)動機汽缸，其中不同的曲軸間隔對應(yīng)于當電池電壓由于汽缸氣體轉(zhuǎn)矩而周期性 變化時的最大電池電壓。單獨地或結(jié)合相應(yīng)附圖來參考下述具體實施方式
，本說明的上述優(yōu)點和其它優(yōu)點以及特征將會非常清楚。應(yīng)該理解的是提供上述概述以簡化的形式介紹在具體實施方式
中進一步說明的 概念的選擇。不表示區(qū)分所聲明的主題的關(guān)鍵的或重要的特征，主題范圍通過說明書所附 的權(quán)利要求唯一地確定。此外，聲明的主題不限于解決任何上述或在本發(fā)明的任何部分提 及的缺點的實施方式。


圖1顯示了直噴式汽油發(fā)動機的典型實施例的示意圖；圖2A顯示了在發(fā)動機冷起動期間模擬的燃料噴射器電壓的曲線圖，發(fā)動機處于
第一速度；圖2B顯示了在發(fā)動機冷起動期間模擬的燃料噴射器電壓的曲線圖，發(fā)動機處于
第二速度；圖3顯示了在冷起動期間1-4發(fā)動機的進氣道燃料噴射正時信號的模擬圖；圖4顯示了在冷起動期間1-4發(fā)動機的直接燃料噴射正時信號的模擬圖；圖5顯示了在冷起動期間V-6發(fā)動機的進氣道燃料噴射正時信號的模擬圖；圖6顯示了在冷起動期間V-6發(fā)動機的直接燃料噴射正時信號的模擬圖；以及圖7顯示了在冷起動期間控制噴射正時的例程的流程圖。
具體實施例方式圖1顯示了直噴式汽油發(fā)動機系統(tǒng)(一般位于10)的示例性實施例。特別地，內(nèi) 燃發(fā)動機10包括多個汽缸，其中一個汽缸如圖1所示。發(fā)動機10由發(fā)動機電子控制器12 控制。發(fā)動機10包括燃燒室30和汽缸壁32，且活塞36位于汽缸壁32內(nèi)并連接到曲軸40。 燃燒室30經(jīng)由相應(yīng)的進氣門52和排氣門M與進氣歧管44和排氣歧管48相連。進氣門 52由可變位置凸輪51操作。排氣門M由可變位置凸輪53操作。進氣凸輪51的位置由凸 輪傳感器55感測。排氣凸輪53的位置由凸輪傳感器57感測。進氣歧管44經(jīng)由節(jié)流板64與節(jié)氣門體62連通。在一個實施例中，可以使用電子 控制節(jié)氣門。在一個實施例中，節(jié)氣門是電子控制的以周期性地或連續(xù)地保持進氣歧管44 中的特定的真空度水平?？商鎿Q地，節(jié)氣門體62和節(jié)流板64可以省略。還顯示燃燒室30帶有燃料噴射器66，該燃料噴射器66被連接到燃燒室30以便用 來與來自控制器12的信號的脈沖寬度(fpw)成比例地傳送燃料。燃料通過包含燃料箱和 燃料導軌(未顯示)的常規(guī)氣體燃料系統(tǒng)(未顯示)被傳送到飽和燃料噴射器66。在直噴 式發(fā)動機的情況下，如圖1所示，還可以包括燃料增壓器以增加燃料壓力。在可替換實施例 中，氣體燃料可以被進氣道噴射到每個汽缸，或中心燃料噴射器可以供給燃料到所有汽缸。 燃料噴射器66由驅(qū)動器電路68所提供的電流驅(qū)動?；鸹ㄈ?4為燃燒室30的容納物提供點火源。產(chǎn)生火花的能量由點火系統(tǒng)88提 供。控制器12調(diào)整為火花塞92提供電壓的點火線圈的充電。在描述的實施例中，控制器12是常規(guī)的微型計算機，并且包括微處理器單元 (CPU) 102、輸入/輸出口 (I/O) 104、只讀存儲器(ROM) 106、隨機存儲器(RAM) 108和保活存 儲器(KAM) 110。微處理器102是電子可編程的，并能夠執(zhí)行此處介紹的例程。
控制器12接收來自連接到發(fā)動機10的傳感器的各種信號，其包括但不限于來 自質(zhì)量空氣流量傳感器120的進氣質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量值；來自連接到冷卻套114 的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)；來自連接到進氣歧管44的歧管壓力傳感器 122的歧管壓力(MAP)的測量值；來自連接到節(jié)流板64的節(jié)氣門位置傳感器58的節(jié)氣門位 置(TP)的測量值；以及來自連接到指示發(fā)動機轉(zhuǎn)速的曲軸20的霍爾效應(yīng)(或可變磁阻) 傳感器118的表面點火感測信號(PIP)。排氣系統(tǒng)中含有的氧氣濃度可以通過氧傳感器1 測定。此外，額外的氧傳感器 (未顯示)可以被置于催化劑70之后。氧傳感器1 檢測發(fā)動機供給氣的氧氣濃度。氧傳 感器可以是具有線性化輸出的大范圍的傳感器或是指示接近化學計量條件的高增益信號 的傳感器。此外，駕駛員踏板130與駕駛員的腳132—同顯示。踏板位置傳感器(pps) 134 測量被駕駛員致動的踏板的角位置。可以理解的是顯示描述的發(fā)動機10僅為了示例的目的，并且此處介紹的系統(tǒng)和 方法可以被實施于或被適用于任何其它帶有任何合適組件和/或組件布置的合適的發(fā)動 機中。如上述討論的，當發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)時，在發(fā)動機起動過程中供給燃料噴射器的電 壓可能變化。此外，根據(jù)電池的強度、氣門正時和電池負荷，燃料噴射器電壓可能變化。為 了提高在冷起動條件下燃料噴射器運行的可能性，可能有利的是，確定燃料噴射器供給電 壓高于燃料噴射器最小運行電壓時的曲軸角度。如果發(fā)動機燃料噴射器在燃料噴射器供給 電壓高于燃料噴射器最小運行電壓時的曲軸角度處被致動，則可以改善發(fā)動機的起動。現(xiàn)在參考圖2A，其顯示了在冷起動期間處于第一發(fā)動機轉(zhuǎn)速的單缸發(fā)動機的燃料 噴射器供給電壓的模擬圖。Y軸線表示燃料噴射器供給電壓，燃料噴射器供給電壓從圖的 底部向頂部增大。X軸線表示時間，時間從圖的左邊向右邊增加。燃料噴射器供給電壓200 被顯示成隨時間變化，并且在此情況下具有720度曲軸角度的周期。特別是，當發(fā)動機起動 期間旋轉(zhuǎn)時，發(fā)動機汽缸經(jīng)過進氣、壓縮、膨脹和排氣事件。該曲線圖說明了與一個汽缸的 沖程相關(guān)的燃料噴射器供給電壓。豎直線表示汽缸沖程的開始和結(jié)束。在此示例中，進氣 沖程被縮寫為INT.，壓縮沖程被縮寫為C0MP.，膨脹沖程被縮寫為EXP，以及排氣沖程被縮 寫為EXH。該圖示出了，在膨脹沖程期間，燃料噴射器供給電壓可能達到發(fā)動機循環(huán)中的最 高電壓值。此外，在進氣沖程期間，燃料噴射器供給電壓的一部分可能比較低并且隨后半途 增大貫穿該汽缸沖程。如果在進氣沖程的一部分期間(如在曲軸角度窗口期間)燃料噴射 器供給電壓超過燃料噴射器的最小運行電壓，則可能理想的是，在燃料噴射器供給電壓處 于燃料噴射器最小運行電壓之上的曲軸角度期間運行燃料噴射器。在發(fā)動機具有多于單個 汽缸的情況下，電壓可能重復被汽缸數(shù)除的720度曲軸角度。在X軸線下方，圖2A還說明了對應(yīng)于與汽缸循環(huán)相同的間隔的一個發(fā)動機循環(huán)的 周期。在一個發(fā)動機循環(huán)期間，可能存在一部分時間或曲軸角度期間燃料噴射器供給電壓 超過燃料噴射器的最小運行電壓。此曲軸角度可以被稱為噴射窗口。根據(jù)可用的燃料噴射 器供給電壓和燃料噴射器最小運行電壓，噴射窗口可以變化。圖2A顯示了與汽缸循環(huán)相關(guān) 的噴射窗口?，F(xiàn)在參考圖2B，與圖2A相似，其顯示了在冷起動期間單缸發(fā)動機的燃料噴射器供 給電壓的模擬圖，但其處于第二發(fā)動機轉(zhuǎn)速。同樣，Y軸線表示燃料噴射器供給電壓，燃料噴射器供給電壓從圖的底部向頂部增大。X軸線表示時間，時間從圖的左邊向右邊增加。燃料 噴射器供給電壓202被顯示為隨時間變化。圖2B使用了與圖2A相同的術(shù)語和附圖標記。 圖2B提供了在汽缸循環(huán)期間燃料噴射器的供給電壓增加的解決方法。此外，圖2B表明在 特別說明的汽缸循環(huán)期間的最大電壓發(fā)生在膨脹沖程期間，并用MAXV標記表示?，F(xiàn)在參考圖3，其顯示了在冷起動期間1-4發(fā)動機的進氣道燃料噴射正時信號的 模擬圖。豎直標記300表明在發(fā)動機冷起動過程中發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的開始。發(fā)動機在300的左 側(cè)是靜止的，并且以汽缸沖程的方式被顯示在300的右側(cè)。頂部的線表示汽缸一的發(fā)動機 位置，之后是汽缸三、汽缸四和汽缸二。豎直標記表示各汽缸中上止點和下止點的活塞位 置。標記了 302的方框顯示當汽缸一處于膨脹沖程時燃料噴射器開啟正時的窗口。在 燃料噴射器開啟正時方框中的兩個數(shù)字表明在汽缸一的膨脹沖程期間適合開始噴射的汽 缸號。在此示例中，汽缸二和汽缸四被表明為可以運行的汽缸燃料噴射器。注意當汽缸一 處于膨脹沖程時，汽缸二處于排氣沖程并且汽缸四處于進氣沖程。氣體燃料可能在間隔302 被噴射到汽缸二或汽缸四中。如果氣體燃料被噴射到汽缸二中，則一些氣體可能在被導入 汽缸二之前進入進氣歧管。如果氣體燃料被噴射到汽缸四，則與燃料被噴射到汽缸二相比， 更大量的燃料可能進入汽缸四。汽缸一的附加循環(huán)顯示了相似的噴射正時。被標記了 304的燃料噴射器開啟正時方框顯示了當汽缸三處于膨脹沖程時燃料 噴射器開啟正時的窗口。在燃料噴射器開啟正時方框中的兩個數(shù)字表明在汽缸三的膨脹沖 程中適合開始噴射的汽缸號。同樣，在燃料噴射器開啟正時方框中的兩個數(shù)字表明在汽缸 三的膨脹沖程期間適合開始噴射的汽缸號。汽缸一和汽缸二被表明是可以運行的汽缸燃料 噴射器。在此階段，汽缸一處于排氣沖程并且汽缸二處于進氣沖程。因此，在與上述描述同 樣的基礎(chǔ)上的燃料噴射器的噴射是可能的。同樣地，燃料噴射器開啟正時方框306和308 表明汽缸三和汽缸一以及汽缸四和汽缸三的可能的燃料噴射正時。應(yīng)該注意的是圖3-6中的噴射正時窗口是示例性的。窗口可以是當燃料噴射器的 供給電壓大于燃料噴射器最小運行電壓或閾值電壓時的任何曲軸間隔。現(xiàn)在參考圖4，其顯示了在冷起動期間1-4發(fā)動機的直接燃料噴射正時信號的模 擬圖。豎直標記400表明在發(fā)動機冷起動過程中發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的開始。與圖3相似，發(fā)動機 在400的左側(cè)是靜止的，并且以汽缸沖程的方式被顯示在400的右側(cè)。除了燃料噴射器開 啟正時方框之外，圖3和圖4之間的標記和標號是相同的。直噴式發(fā)動機的燃料噴射器開啟正時可以不同于進氣道燃料噴射發(fā)動機，因為當 進氣門開啟時或在汽缸循環(huán)期間當汽缸處于壓縮沖程使燃料到汽缸時，直噴式發(fā)動機能夠 噴射燃料到汽缸中。另一方面，為了在特定的汽缸循環(huán)期間使燃料到汽缸，進氣道燃料噴射 器必須在汽缸的進氣門打開之前或進氣門打開時噴射燃料。并且如果當汽缸的進氣門關(guān)閉 時氣體燃料被噴射到汽缸，則噴射的燃料的一部分可以進入進氣歧管并可以被導入其它汽 缸中。因此，進氣道燃料噴射系統(tǒng)和直接噴射燃料系統(tǒng)的燃料噴射正時可以是不同的。在燃料噴射器開啟正時方框402處，汽缸一處于膨脹沖程。由于在此時燃料噴射 器供給電壓可能較高，所以可能適合噴射燃料到汽缸四和汽缸三。注意在汽缸一的膨脹沖 程期間，汽缸四處于進氣沖程并且汽缸三處于壓縮沖程。如果在402所示的正時處燃料被 噴射到汽缸四或汽缸三，則有可能大多數(shù)噴射的燃料會進入各自的汽缸而不是流到進氣歧
7管和其它汽缸。因此，當汽缸一處于膨脹沖程時，可以期望噴射燃料到汽缸四或汽缸三中的
任一者。在燃料噴射器開啟正時方框404處，汽缸三處于膨脹沖程。由于汽缸二處于進氣 沖程并且汽缸四處于壓縮沖程，所以可以適合在燃料噴射器開啟正時方框404所指示的正 時處向汽缸二和汽缸四中的任一者或兩者噴射。同樣，在406處，汽缸四處于膨脹沖程，汽 缸一處于進氣沖程并且汽缸二處于壓縮沖程。因此，在燃料噴射器開啟正時方框406的正 時處，可以期望噴射燃料到汽缸一和汽缸二中的任一者或兩者。同樣，在燃料噴射器開啟正 時方框408，汽缸二處于膨脹沖程，汽缸三處于進氣沖程并且汽缸一處于壓縮沖程。因此，在 燃料噴射器開啟方框408的正時處，可以期望噴射燃料到汽缸三和汽缸一中的任一者或兩 者。當發(fā)動機旋轉(zhuǎn)并且發(fā)動機位置變化移動到圖的右側(cè)時，標示出了額外的燃料噴射器開 啟正時方框。此外，還應(yīng)該提及的是一旦發(fā)動機被起動并且燃料噴射器電壓在燃料噴射器 最小運行電壓以上，則每個汽缸的燃料噴射器開啟正時可以移動到與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和載荷相 關(guān)的基本燃料噴射器正時。不同于每180度曲軸角度可以有一次燃燒事件的四缸發(fā)動機，六缸發(fā)動機可以每 120度曲軸角度有一次燃燒事件。因此，與四缸發(fā)動機相比，在六缸發(fā)動機的汽缸沖程之間 有不同的重疊。此外，一個汽缸沖程的正時可以對應(yīng)于不同汽缸的兩個汽缸沖程的一部分 的正時。例如，在六缸發(fā)動機的汽缸一的膨脹沖程期間，汽缸五、汽缸三、汽缸二和汽缸四在 兩個其它汽缸沖程(如壓縮和膨脹沖程)的部分旋轉(zhuǎn)。另一方面，對于四缸發(fā)動機，汽缸沖 程對應(yīng)于另一個汽缸的單個汽缸沖程。例如，汽缸一的膨脹沖程與汽缸三的壓縮沖程的正 時對齊。因此，在燃料噴射器供給電壓較高的曲軸間隔期間六缸發(fā)動機的噴射正時可以與 四缸發(fā)動機的不同?，F(xiàn)在參考圖5，其顯示了在冷起動期間V-6發(fā)動機的進氣道燃料噴射正時信號的 模擬圖。豎直標記500表明在發(fā)動機冷起動過程中發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的開始。發(fā)動機在500的左 側(cè)是靜止的，并以汽缸沖程的方式被顯示在500的右側(cè)。頂部的線表示汽缸一的發(fā)動機位 置，之后是汽缸五、汽缸三、汽缸六、汽缸二和汽缸四。豎直標記表示在各汽缸中上止點和下 止點的活塞位置。燃料噴射開啟正時方框502顯示了當汽缸一處于膨脹沖程時燃料噴射器開啟正 時的窗口。在燃料噴射器開啟正時方框中的三個數(shù)字表明在汽缸一的膨脹沖程期間適合開 始噴射的汽缸號。在此示例中，汽缸三、汽缸六和汽缸二被表明為可以運行的汽缸燃料噴射 器。注意當汽缸一處于膨脹沖程時，汽缸三處于進氣沖程的末期，汽缸六處于進氣沖程，并 且汽缸四處于在進氣沖程之前的排氣沖程。如果氣體燃料被噴射到汽缸二，則一些氣體可 以在被導入汽缸二之前進入進氣歧管。如果氣體燃料被噴射到汽缸三或汽缸六，則與燃料 被噴射到汽缸二相比，更大量的燃料可能進入汽缸三和汽缸六。燃料噴射器開啟正時方框504、506、508、510和512顯示了與汽缸一相似的正時。 然而，在燃料噴射器正時方框中標示的數(shù)字是隨汽缸變化的，因為汽缸沖程之間的重疊在 不同的汽缸中是不同的。如圖3和圖4，當發(fā)動機旋轉(zhuǎn)并且發(fā)動機的位置變化移動到圖的右 側(cè)時，標示出額外的燃料噴射器開啟正時方框。此外，如之前討論的，還應(yīng)該提及的是一旦 發(fā)動機被起動并且燃料噴射器電壓處于燃料噴射器的最小運行電壓之上，則每個汽缸的燃 料噴射器開啟正時可以移動到與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和載荷相關(guān)的基本燃料噴射器正時。
如之前討論的，直噴式發(fā)動機的燃料噴射器開啟正時不同于進氣道燃料噴射發(fā)動 機，因為當進氣門打開時，或在汽缸循環(huán)期間當汽缸處于壓縮沖程使燃料到汽缸時，直噴式 發(fā)動機能夠噴射燃料到汽缸。如上述提及的，四缸發(fā)動機和六缸發(fā)動機的汽缸沖程重疊是 不同的。圖6顯示了六缸直噴式發(fā)動機的模擬的燃料噴射器正時的示例。豎直標記600表明在發(fā)動機冷起動過程中發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的開始。發(fā)動機在600的左 側(cè)是靜止的，并且以汽缸沖程的方式被顯示在600的右側(cè)。頂部的線表示汽缸一的發(fā)動機 位置，之后是汽缸五、汽缸三、汽缸六、汽缸二和汽缸四。豎直標記表示在各汽缸中上止點和 下止點的活塞位置。燃料噴射器開啟正時方框602顯示了當汽缸一處于膨脹沖程時燃料噴射器開啟 正時的窗口。在燃料噴射器開啟正時方框中的三個數(shù)字表明在汽缸一的膨脹沖程期間適合 開始噴射的汽缸號。在此示例中，汽缸五、汽缸三和汽缸六被表明為可以運行的汽缸燃料噴 射器。注意當汽缸一處于膨脹沖程時，汽缸五處于壓縮沖程，汽缸三處于進氣沖程和壓縮沖 程，以及汽缸六處于進氣沖程。如果氣體燃料被直接噴射到汽缸五、汽缸三或汽缸六中，則 有可能大多數(shù)燃料會保留在它所被噴射的汽缸中，因為汽缸處于進氣沖程或因為該汽缸的 進氣門關(guān)閉。燃料噴射器開啟正時方框604、606、608、610和612顯示了與汽缸一相似的正時。 然而，燃料噴射器正時方框中標示的數(shù)字在各汽缸之間是變化的，因為汽缸沖程之間的重 疊在不同的汽缸之間是不同的。并且如圖3、圖4和圖5，當發(fā)動機旋轉(zhuǎn)并且發(fā)動機的位置 變化移動到圖的右側(cè)時，標明額外的燃料噴射器開啟正時方框。此外，如前面討論的，還應(yīng) 該提及的是一旦發(fā)動機被起動并且燃料噴射器電壓處于燃料噴射器最小運行電壓之上，則 每個汽缸的燃料噴射器開啟正時可以變換到與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和載荷相關(guān)的基本燃料噴射器 正時?，F(xiàn)在參考圖7，其顯示了噴射氣體燃料到汽缸的例程的流程圖。應(yīng)該注意的是圖 3-6所說明的燃料噴射器正時在圖7的例程的范圍之內(nèi)。此外，例程可以由圖1中的發(fā)動機 控制器12編程并執(zhí)行。在702，例程700判斷發(fā)動機是否被冷起動。在一個實施例中，例程700可以確定 發(fā)動機運行參數(shù)的狀態(tài)以確定發(fā)動機是否被冷起動。例如，如果發(fā)動機冷卻劑溫度低于閾 值溫度，并且發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于閾值轉(zhuǎn)速，則可以判斷發(fā)動機正在經(jīng)歷冷起動。在704，例程700從基本燃料噴射器正時變換到冷起動燃料噴射器正時。在一個 實施例中，基本燃料噴射器正時可以被經(jīng)驗地確定并且關(guān)聯(lián)于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機載荷。 例如，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，直接燃料噴射器可以在壓縮沖程的上止點之前的壓縮沖程160 度曲軸角度期間噴射燃料。在更高的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，直接燃料噴射器可以開始在進氣沖程 的下止點之前的20度曲軸角度開始噴射燃料。因此，氣體燃料噴射器的開啟可以與涉及發(fā) 動機轉(zhuǎn)速和載荷的曲軸角度對齊。取決于燃料噴射器特征、燃料類型和發(fā)動機設(shè)計，特定的 燃料噴射器開啟和關(guān)閉正時可以變化。燃料噴射器正時的變換可以在發(fā)動機停止之后第一 次噴射之前完成。在一個實施例中，每個汽缸的燃料噴射器開啟正時可以移動到在適于噴 射燃料到汽缸的曲軸角度持續(xù)時間期間當燃料噴射器供給電壓被期望為最高值時的曲軸 角度。例如，燃料噴射到一個汽缸可能基本發(fā)生在進入另一個汽缸的膨脹沖程內(nèi)接近60度 曲軸角度處，接收燃料的汽缸緊鄰在發(fā)動機的燃燒順序中處于膨脹沖程的汽缸并在該汽缸之前。適當?shù)娜剂蠂娚溟_啟正時在燃料被噴射到的汽缸的排氣沖程中、進氣沖程中或壓縮 沖程中可以較晚。此外，噴射正時可以隨發(fā)動機的溫度而變化。因此，在第一模式的發(fā)動機起動過程中，氣體燃料的燃料噴射正時可以被調(diào)整以 在不同的曲軸間隔期間傳送至少一部分氣體燃料到汽缸。并且，在第二模式中，氣體燃料的 燃料噴射正時可以被調(diào)整以響應(yīng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負載。在706，例程700判斷是否旋轉(zhuǎn)發(fā)動機而不噴射燃料到發(fā)動機。在一個實施例中， 可以期望使得發(fā)動機旋轉(zhuǎn)一個發(fā)動機循環(huán)或發(fā)動機循環(huán)的至少一部分以確定在什么曲軸 角度處燃料噴射器供給電壓大于燃料噴射器最小運行電壓(例如，在發(fā)動機循環(huán)期間的峰 值或基本最大測量電壓處)。發(fā)動機可以被旋轉(zhuǎn)一整轉(zhuǎn)、半轉(zhuǎn)或其中一部分，而不噴射燃料 到發(fā)動機。判斷是否旋轉(zhuǎn)發(fā)動機可以在發(fā)動機控制器是否被預配置成具有噴射器供給電壓 被期望較高時的曲軸角度的基礎(chǔ)上。如果發(fā)動機控制器被編程為使得噴射器供給電壓被期 望較高時所處的曲軸角度被存儲在內(nèi)存中，在例程700可以繼續(xù)到708，在此發(fā)動機被旋轉(zhuǎn) 并且燃料被噴射以起動發(fā)動機。在714，例程700引起發(fā)動機旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或一轉(zhuǎn)的至少一部分而不給發(fā)動機添加燃 料。當發(fā)動機旋轉(zhuǎn)時，例程700可以記錄燃料噴射器供給電壓超過燃料噴射器最小運行電 壓時的曲軸間隔。在一個實施例中，可以在每個單獨的燃料噴射器處監(jiān)測燃料噴射器供給 電壓。在其它實施例中，電壓源與燃料噴射器之間的單個電壓可以被監(jiān)測。在708，當發(fā)動機旋轉(zhuǎn)時，例程700噴射燃料到發(fā)動機從而發(fā)動機可以被起動。在 一個實施例中，其中發(fā)動機控制器被編程成具有當燃料噴射器供給電壓被期望大于燃料噴 射器最小運行電壓時的曲軸間隔，則之后曲軸間隔可以與在特定的曲軸間隔期間適合燃料 噴射的汽缸匹配。例如，如果在汽缸一膨脹沖程的0到60度曲軸角度之間的曲軸間隔期間， 燃料噴射器供給電壓被期望較高，則可以期望根據(jù)圖4所說明的正時直接噴射氣體燃料到 汽缸四或汽缸三。因此，氣體燃料噴射器的開啟可以發(fā)生在緊鄰發(fā)動機的燃燒順序中的汽 缸且在該汽缸之前的汽缸的膨脹沖程的曲軸間隔內(nèi)。換言之，當一個汽缸處于膨脹沖程或 處于當燃料噴射器供給電壓超過燃料噴射器最小運行電壓時的沖程時，燃料可被噴射到另 一個汽缸。在另一個實施例中，當發(fā)動機旋轉(zhuǎn)時，例程700可以監(jiān)測燃料噴射器供給電壓。當 燃料噴射器供給電壓超過最小供給電壓時，接近或處于進氣或壓縮沖程的汽缸的燃料噴射 器可以被打開以傳送燃料到汽缸。在另一個實施例中，如果例程700僅從714繼續(xù)，則當燃料噴射器供給電壓超過燃 料噴射器最小運行電壓時的曲軸間隔處，燃料可以被噴射。此外，當燃料噴射器供給電壓超 過燃料噴射器最小運行電壓時，燃料可以被噴射到可適合噴射燃料的汽缸。在另一個實施例中，燃料噴射正時可以被調(diào)整從而在不同的曲軸間隔期間氣體燃 料噴射器傳送至少一部分氣體燃料到發(fā)動機的汽缸，其中當電池電壓由于汽缸氣壓扭矩而 周期性變化時，所述不同的曲軸間隔對應(yīng)于最大電池電壓。因此，在708，當燃料噴射器供給電壓大于燃料噴射器的最小運行電壓時，例程 700對齊每個汽缸的燃料噴射器開啟的起點以與曲軸間隔相一致。這樣，在燃料噴射器供給 電壓的基礎(chǔ)上調(diào)整燃料噴射器正時，從而可以提高在冷起動期間噴射燃料以起動發(fā)動機的 可能性。此外，當燃料噴射器開啟正時與在閾值以上的燃料噴射器供給電壓對齊時燃料噴射器開啟的持續(xù)時間可以隨環(huán)境或發(fā)動機溫度而變化。例如，額外的燃料可以被噴射到冷 發(fā)動機以占有更高的空氣密度。在710，例程700判斷發(fā)動機是否被起動。在一個實施例中，如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過 閾值轉(zhuǎn)速一預定時間量，則例程判斷發(fā)動機被起動。如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速沒有超過閾值，則例程 700繼續(xù)到退出。如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過閾值，則例程700繼續(xù)到712。在712，例程700使噴射正時從基于燃料噴射器供給電壓的正時回到基本正時。在 一個實施例中，每個汽缸的噴射開啟正時可以根據(jù)發(fā)動機的燃燒順序連續(xù)地移動。當燃料 沒有被噴射到汽缸中時，對汽缸進行噴射正時調(diào)整，從而燃料噴射不被噴射正時的變化所 干擾。在燃料噴射器正時從基于燃料噴射器供給電壓的正時變換到基本燃料噴射器正時之 后，例程700繼續(xù)到退出。注意如果在沒有將燃料噴射器正時從基于燃料噴射器供給電壓的正時變換為基 本燃料噴射器正時的情況下例程700退出，則例程700可能被重復執(zhí)行直到發(fā)動機起動或 發(fā)動機起動請求被撤回。應(yīng)該意識到，此處公開的結(jié)構(gòu)和例程實質(zhì)上是示范性的，并且這些特定的實施例 不被認為有限制的意思，因為可能有很多變化。例如，上述方法可以應(yīng)用于V-6、1-4、1-6、 V-12、對置4缸和其它發(fā)動機類型。本發(fā)明的主題包括此處公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)以及其它特征、功能和/或特性的 所有新的和不明顯的組合和子組合。所附權(quán)利要求特別地指出被認為是新的和不明顯的確定的組合和子組合。這些權(quán) 利要求可能涉及“一個”元件或“第一”元件或其等價物。這些權(quán)利要求應(yīng)該被理解為包括 一個或更多個這種元件的合并，不要求也不排除兩個或更多個這種元件。公開的特征、功 能、元件和/或特性的其它組合和子組合可以通過對本權(quán)利要求的修改或通過在這個或相 關(guān)的應(yīng)用中的新的權(quán)利要求的陳述來聲明。這些權(quán)利要求，無論在范圍上是否比原始權(quán)利 要求更寬、更窄、相當或不同，均被認為是包含在現(xiàn)有公開的主題以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種噴射燃料到發(fā)動機的方法，其包括在第一模式的發(fā)動機起動過程中，調(diào)整氣體燃料噴射器的噴射正時以在不同曲軸間隔 期間傳送至少一部分氣體燃料到發(fā)動機的汽缸；以及將所述氣體燃料噴射器的開啟與曲軸角度對齊，其中在所述曲軸角度所述氣體燃料噴 射器的供給電壓超過閾值電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體燃料噴射器的所述開啟發(fā)生在所述發(fā)動 機的燃燒順序中緊鄰所述汽缸且在所述汽缸之前的汽缸的膨脹沖程的曲軸間隔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述不同的曲軸間隔是隨所述發(fā)動機的溫度的變 化而變化的預定間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在發(fā)動機起動過程中感測所述供給電壓， 并且當所述供給電壓超過所述閾值電壓時開啟所述氣體燃料噴射器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體燃料噴射器是飽和燃料噴射器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體燃料噴射器的開啟發(fā)生在所述汽缸的膨 脹沖程的至少一部分期間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中特定的汽缸循環(huán)期間的峰值電壓發(fā)生在所述汽缸 的上止點壓縮沖程之后的基本接近60度的曲軸角度處，或在在所述發(fā)動機的燃燒順序中 緊鄰所述汽缸且在所述汽缸之前的汽缸的上止點壓縮沖程之后的基本上接近60度的曲軸 角度處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在第二模式的起動過程期間，調(diào)整所述氣 體燃料噴射器的噴射正時以在與所述第一模式不同的正時處傳送氣體燃料到所述汽缸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在開啟所述氣體燃料噴射器并噴射燃料到 所述汽缸之前，使得所述氣體燃料發(fā)動機的曲軸旋轉(zhuǎn)至少一周，而不噴射氣體燃料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括在發(fā)動機停止之后和所述至少一周之后 的發(fā)動機循環(huán)期間噴射燃料，當所述氣體燃料噴射器的所述供給電壓基本上是曲軸間隔期 間的峰值時噴射所述氣體燃料。
全文摘要
本發(fā)明描述了控制氣體燃料噴射器的噴射正時的方法。在一個實施例中，燃料噴射器是開啟的，飽和燃料噴射器處于預定的曲軸角度位置。在一個實施例中，預定的曲軸角度位置對應(yīng)于在發(fā)動機起動過程中電池電壓增加的至少一個曲軸角度位置。
文檔編號F02D41/30GK102108907SQ201010560089
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者R·D·普斯夫 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司