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CN101328841A - 发动机位置识别 - Google Patents

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CN101328841A CN 200810124958 CN200810124958A CN101328841A CN 101328841 A CN101328841 A CN 101328841A CN 200810124958 CN200810124958 CN 200810124958 CN 200810124958 A CN200810124958 A CN 200810124958A CN 101328841 A CN101328841 A CN 101328841A
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Abstract

本发明涉及发动机位置识别，提供一种起动内燃发动机的方法，该方法包括响应于燃料导管压力在发动机起动期间识别汽缸冲程。以此方式，当在接近燃料喷射器位于的汽缸的TDC开启燃料喷射器时通过监测燃料导管压力是否增加或降低，可以识别冲程。

Description

发动机位置识别
技术领域
本发明涉及一种起动内燃发动机的方法。
背景技术
各种方法可以用来独立于凸轮轴信息在发动机点火顺序中识别汽缸冲程。在一个示例中，歧管压力可以用来识别汽缸冲程。
本发明人在此认识到各种方法是不精确的，特别是在发动机转速较低的工况期间(如在较低环境温度工况期间和/或弱电池工况期间)。这种不精确在直喷式发动机中特别困难，因为在膨胀和/或压缩冲程期间燃料可以至少部分地输送，在该情况中，未燃的燃料可以输送到排气中而没有燃烧。
发明内容
因此，在一个示例中，可以使用一种起动内燃发动机的方法，该方法包括响应于燃料导管压力在发动机起动期间识别汽缸冲程。在一个具体的示例中，在以高于环境压力，但低于接近TDC(top dead center上止点)的汽缸压缩压力的燃料压力开启燃料喷射器操作期间可以使用燃料导管压力。以此方式，当在接近燃料喷射器位于的汽缸的TDC开启燃料喷射器时通过监测燃料导管压力是增加还是降低，可以识别冲程。例如，若燃料导管压力增加，则冲程对应于TDC压缩，但若燃料导管压力降低，则冲程对应于TDC排气。注意这仅是一个示例的方法，可以使用各种其他方法。
附图说明
图1示出示例发动机汽缸系统；
图2示出示例燃料系统；
图3-图4示出示例控制系统操作的示例高级流程图；
具体实施方式
图1示出多汽缸发动机10的示例汽缸的详细视图。在一个示例中，发动机10可以包括在用于客车的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统控制。控制器12可以通过输入装置130从车辆驾驶员132接收输入。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸)30可以包括具有活塞36可移动地设置在其中的燃烧室壁32。活塞36连接到曲轴40以便活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴40可以通过中间变速器系统连接到车辆的至少一个驱动轮。或者，曲轴40可以连接到用于产生电能的发电机，例如，当发动机用在混合动力电动车辆(HEV)中或具有发电机应用时。此外，起动机马达可以通过飞轮连接到曲轴40以实现发动机的起动。
在汽缸向排气歧管提供净流量的操作期间，燃烧室30可以通过进气歧管44从进气道42接收进气并通过排气歧管46排放燃烧气体。然而，在汽缸向进气歧管提供净流量时，由燃烧室30产生或来自排气歧管的排气和/或由燃烧室壁32加热的空气可以排放到进气歧管44，如参考图4详细描述。进气歧管44和排气歧管46可以选择地分别通过各自的进气歧管阀52和排气歧管阀54与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或多个进气歧管阀和/或两个或多个排气歧管阀。
进气歧管阀52可以由具有齿轮51的进气凸轮轴驱动。同样，排气歧管阀54可以由排气凸轮轴驱动。在替代的实施例中，单顶置凸轮轴可以驱动进气门和排气门两者，且同样可以包括齿轮。在另一个示例中，齿轮可以连接到排气门。由在齿轮51上具体的齿或齿形产生的凸轮轴识别信号(CID)由传感器53测量，传感器53可以是霍尔效应传感器、可变磁阻传感器、或其他的传感器类型。同样，基于齿轮119曲轴位置传感器118提供曲轴位置信息(CPS)，齿轮119可以具有多个齿或齿形，包括缺齿位置。与传感器53一样，传感器118可以是霍尔效应传感器、可变磁阻传感器、或其他传感器类型。
如下文进一步详细描述，基于从传感器53和传感器118接收信号的正时，控制系统可以识别发动机位置和/或发动机的一个或多个汽缸(如所有汽缸)的具体的冲程。
燃料喷射器66如图所示直接连接到燃烧室30用于成比例于经电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度在其中直接喷射燃料。燃料可以通过燃料系统(未示出)提供，该示例的实施例如图2描述。以此方式，燃料喷射器66提供可称之为到燃烧室30的燃料的直接喷射。例如，燃料喷射器可以安装在燃烧室的侧面或安装在燃烧室的顶部。燃料可以通过包括燃料箱、第一燃料泵和第二燃料泵、及燃料导管的燃料系统输送到燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧室30可以替代地或附加地包括设置在进气歧管44中的配置为提供可称之为到燃烧室30的上游的进气端口的燃料的进气道喷射的燃料喷射器，该燃料喷射器可以由汽缸携带。
进气道42可以包括节气门64。在该具体的实施例中，节气门64的位置可以由控制器12通过提供到电动马达或执行器62的信号改变，该配置可称为电动节气门控制(ETC)。以此方式，可以控制节气门64以改变提供到进气歧管44的进气。节气门64的位置可以由节气门位置信号TP提供到控制器12。进气歧管44和/或进气道42包括用于提供各自的信号MAF和MAP到控制器12的质量空气流量传感器120和空气压力传感器122。
在选择的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统88可以经火花塞92提供点火火花到燃烧室30。
控制器12如图1所示可以配置为微计算机，包括微处理单元102、输入/输出端口104、在该具体示例中所示为只读存储芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储媒体、随机存取存储器108、保活存储器110、及数据总线。控制器12可以从连接到发动机的传感器接收各种信号，除了上述信号之外，包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自连接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12从信号CPS产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供在进气歧管中的真空或压力的指示。在一个示例中，可以用作发动机转速传感器的传感器118可以每曲轴旋转产生预定数目的等间隔脉冲。此外，如图2所示，燃料系统可以提供各种信号和/或信息到控制器，如燃料导管压力。
注意图1仅示出多汽缸发动机的一个汽缸，每个汽缸可以类似地包括其自身的一组进气/排气歧管阀、燃料喷射器、火花塞等。在一个示例中，由气门正时确定，发动机汽缸可以以具体预定的点火顺序操作。
现参考图2，示意性地示出示例高压直接燃料喷射系统。特别是，燃料箱210如图所示具有第一燃料泵212，第一燃料泵212可以安装到燃料箱内部、与燃料箱相邻、或安装到燃料箱的外部。第一燃料泵212可称为低压泵，其将燃料压力增加到接近4巴(bar)。取决于工况，加压的燃料离开第一燃料泵212并输送到第二燃料泵214，该第二燃料泵214可以称为高压泵，其将燃料压力增加到接近50-150巴。在一个示例中，第二燃料泵214可以具有由控制器12调节以取决于工况改变产生的燃料压力的增加的可调节的泵行程。
继续参考图2，第二燃料泵214还输送加压的燃料到燃料导管216，燃料导管然后将燃料分配到多个直接燃料喷射器218，直接燃料喷射器218中的一个可以是图1中所示的喷射器66。燃料导管压力传感器220如图所示连接到燃料导管。
注意虽然图2示出各种直接连接，如在第一燃料泵和第二燃料泵之间，但各种附加的阀、过滤器、和/或其他的装置可以在中间连接，也使第一燃料泵和第二燃料泵连接。
本领域技术人员应理解下文流程图中所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种步骤或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或在一些情况下略去。类似地，处理的顺序不是实现本文中所述的发明的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为便于演示和说明而提供。虽未详细描述但本领域技术人员应理解取决于所使用的具体策略，可以重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。此外，所述步骤可以在图形上表示编程到控制器中的计算机可读存储媒体中的代码。
现参考图3，描述了用于发动机起动操作的例程，虽然未在图3中描述，但还可
以执行各种附加的操作，如读取各种传感器数据，启用第一燃料泵和第二燃料泵等。
首先，在312，例程确定发动机是否起动转动。例如，例程可以监测起动机马达是否接合，或如在混合动力传动系中，另一个相关的马达是否正旋转发动机以起动发动机燃烧操作。若是，例程继续到314以确定是否已检测到发动机旋转，如通过CPS信号(CPS信号可以基于齿轮119的缺齿)。若是，例程继续到316以确定是否已在期望的窗口之内检测到CID信号。例如，在较冷工况期间，如当发动机冷却剂温度和/或空气进气温度低于阈值和/或电池电压低于阈值时，不能合适地产生CID信号。
若识别到CID信号，例程继续到318以基于CID和CPS信号执行汽缸冲程识别，然后相应地输送燃料。例如，一旦识别汽缸冲程，例程可以执行顺序的燃料喷射以在汽缸中以发动机的点火顺序执行顺序的燃烧，从而减少不在合适的冲程(例如进气)输送到汽缸的燃料。
或者，若对316的回答为否，例程继续到320以实施替代的汽缸冲程识别顺序，其中燃料导管压力可以用来识别汽缸冲程。注意虽然在该示例中，由于较低的温度可能不提供CID信号，但各种其他的工况可以存在，其中凸轮轴和/或曲轴信号劣化，如由于随时间的传感器劣化等。若期望，从而可以在这些附加的工况下使用基于燃料导管压力的随后的汽缸识别。
继续参考图3，在320，例程关闭高压泵(若高压泵开启)，保持低压泵接合(或若低压泵关闭时将其开启)。该操作有效地将燃料导管压力限制到内燃料箱(in-tank)系统的压力(例如4巴)。然后，在322，例程基于CPS和/或其他的工作参数检测相对于TDC和/或BDC(bottom dead center下止点)的一个或多个汽缸的活塞位置。从在322的位置，在324例程选择和/或识别期望达到TDC的下一个汽缸。例如，例程可以基于发动机点火顺序和曲轴的位置识别下一个汽缸在活塞TDC或接近活塞TDC。尽管在324可以选择汽缸，但不知道在该点汽缸冲程是在压缩的TDC还是排气的TDC。
在326，例程如基于CPS信号，监测选择的汽缸以确定选择的汽缸何时在TDC或接近TDC。当该工况出现时，例程继续到328以开启关联于选择的汽缸的燃料喷射器(例如，喷射器可以开启)并监测燃料导管压力。然后，在330，例程基于燃料导管压力响应识别汽缸冲程，如参考图4详细描述。在识别汽缸冲程之后，例程继续进行到332以执行同步的燃料喷射，再启用高压燃料泵。例如，在燃料喷射器关闭后，在同步化之后响应于燃料导管压力传感器可以启用和调节高压泵以实现用于燃料喷射的期望的燃料导管压力。此外，在燃料压力监测(328/330)期间例程可以调节后续的燃料喷射以考虑输送的燃料。在一个示例中，因为仅启用低压泵，燃料补偿的量应该相对较小。
现参考图4，提供了基于燃料导管压力确定汽缸冲程的附加的细节。具体地，在410，如图3所述，在高压泵停止且低压泵启用的喷射器开启操作期间，例程监测燃料导管压力。然后，在412，例程确定在喷射器开启时燃料导管压力是否增加。若是，例程识别选择的汽缸的汽缸冲程在TDC压缩或接近TDC压缩。具体地，若汽缸接近TDC压缩，取决于气门正时，发动机压缩比等，汽缸内压力约为10巴。当在该循环期间喷射器开启时，由于通过喷射器的负压力差(导管压力-汽缸内压力)燃料导管压力可以增加。然而，如在416和418中所述，当燃料导管压力降低时，冲程接近TDC排气。具体地，若汽缸接近TDC排气，汽缸内压力接近大气的(例如1巴)。当在该循环期间喷射器开启时，由于通过喷射器的正压力差(导管压力-汽缸内压力)燃料导管压力可以降低。因此，燃料导管压力中的正或负的变化可以提供足够的信息以使发动机位置同步化，其中若具有任何排放的影响，使排放影响最小化。
虽然上述示例示出在CID信号不足时的操作，示例还可能使用燃料导管压力以确定由于传感器劣化CID信号是否不合适地产生。例如，甚至在起动转动期间接收CID时，上述方法可以用来确定CID信号的精确性。此外，虽然上述方法示出监测燃料导管压力持续单个汽缸燃料喷射器开启持续期的操作，该方法可以扩展到在多个汽缸的各自的活塞通过接近TDC，多个燃料喷射器开启时监测燃料导管压力。由于可以提供附加的信息这种操作可以提供改进的识别。多个选择的汽缸可以选择为顺序的汽缸、同相位汽缸、异相位汽缸(例如异相位180度曲轴角)等。另外，例程可以选择已知的在点火顺序中异相位的两个汽缸来改进冲程识别中的精确性以增加在燃料导管压力测量间隔之间的间隔。即各自的两个燃料喷射器可以开启异相位180度以便两个测量时机彼此影响最小化。
应理解，在本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。本发明的主题包括在本文中公开的各种系统和配置，及其他特征、功能，和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合及子组合。
本发明的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本发明的主题之内。

Claims (18)

1.一种起动内燃发动机的方法，所述方法包括：
响应于燃料导管压力在所述发动机起动期间识别汽缸冲程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在连接到所述发动机的汽缸的直接燃料喷射器的开启期间监测所述燃料导管压力。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃料喷射器在接近所述汽缸的活塞位置的上止点开启。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，基于连接到所述发动机的燃料导管的燃料导管压力传感器监测所述燃料导管压力，所述直接燃料喷射器连接到所述燃料导管。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括在所述燃料导管压力的监测期间停止所述发动机的燃料系统的高压燃料泵以识别汽缸冲程。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在所述燃料导管压力的监测期间启用所述燃料系统的低压燃料泵以识别汽缸冲程。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述汽缸冲程识别独立于来自凸轮轴传感器的数据，包括在所述凸轮轴传感器的劣化期间。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括响应于曲轴传感器和凸轮传感器在另一个发动机起动期间识别汽缸冲程。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在识别汽缸冲程之后再启用所述高压燃料泵。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在识别汽缸冲程之后执行顺序燃料喷射。
11.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在所述汽缸冲程的识别期间基于输送的燃料的量补偿到所述汽缸的后续的燃料喷射。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于所述识别确定汽缸识别传感器的劣化。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述汽缸冲程的识别包括确定所述汽缸当前在进气冲程、压缩冲程、动力冲程、及排气冲程的哪个中操作。
14.一种起动内燃发动机的系统，所述系统包括：
燃料导管；
具有直接燃料喷射器连接在其中的至少一个汽缸，所述直接燃料喷射器连接到所述燃料导管；
第一燃料泵和第二燃料泵，所述第二燃料泵配置为增加燃料压力高于由所述第一燃料泵产生的压力，所述第二燃料泵在所述第一燃料泵和所述燃料导管之间连接；
连接到所述燃料导管的燃料导管压力传感器；及
起动转动所述发动机和操作所述第一燃料泵启用及所述第二燃料泵停止的控制系统，其中基于所述燃料导管压力传感器的输出所述控制系统开启所述直接燃料喷射器和随后同步地输送燃料到发动机汽缸。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述同步的燃料输送响应于在所述起动转动期间通过开启所述直接燃料喷射器产生的所述燃料导管压力传感器的输出的改变的方向。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，还包括曲轴角传感器，所述燃料输送还响应于所述曲轴角传感器。
17.一种起动内燃发动机的系统，所述系统包括：
燃料导管；
具有活塞和直接燃料喷射器连接在其中的至少一个汽缸，所述直接燃料喷射器连接到所述燃料导管；
第一燃料泵和第二燃料泵，所述第二燃料泵配置为增加燃料压力高于由所述第一燃料泵产生的压力，所述第二燃料泵在所述第一燃料泵和所述燃料导管之间连接；
连接到所述燃料导管的燃料导管压力传感器；及
起动转动所述发动机和操作所述第一燃料泵启用及所述第二燃料泵停止的控制系统，其中基于所述燃料导管压力传感器的输出所述控制系统在接近所述活塞位置的上止点开启所述直接燃料喷射器和随后同步地输送燃料到发动机汽缸，其中所述同步的燃料输送响应于在所述起动转动期间通过开启所述直接燃料喷射器产生的所述燃料导管压力传感器的输出的改变的方向，在所述直接燃料喷射器的开启之后所述控制系统还启用所述第二燃料泵。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，在所述燃料喷射器关闭之后响应于所述燃料导管压力传感器，所述控制系统还调节所述第一燃料泵和所述第二燃料泵中的至少一个的操作。
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