用于在发动机被自动起动时控制燃料喷射以减少发动机起动时长的系统和方法

摘要

本发明涉及用于在发动机被自动起动时控制燃料喷射以减少发动机起动时长的系统和方法。根据本发明原理的系统包括停止-起动模块和燃料限制模块。停止-起动模块在驾驶员下压制动踏板同时点火系统处于接通并且发动机处于怠速时停止发动机并由此中断发动机循环。停止-起动模块在驾驶员释放制动踏板时重新起动发动机。燃料控制模块，当发动机被重新起动时，随着气缸完成被中断的发动机循环，基于对应在活塞被停止时活塞在气缸内的位置与上止点之间的差的曲轴旋转量，选择性地喷射燃料进入发动机的气缸。

说明书

技术领域

本公开涉及用于在发动机被自动起动时控制燃料喷射以减少发动机起动时长的系统和方法。

背景技术

此处提供的背景描述是用于概括地给出本发明的背景。在这个背景部分中所描述的本发明发明人的工作，以及本说明书中其它不能被作为申请时的现有技术的方面，都不能被明确地或隐含地认为是对抗本公开的现有技术。

内燃发动机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，这产生驱动扭矩。进入发动机的空气流由节气门调节。更具体地说，节气门调节节气门面积，这增加或减少进入发动机的空气流。随着节气门面积增加，进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调节燃料被喷射的速率以提供期望的空/燃混合物给气缸和/或实现期望的扭矩输出。增加提供给气缸的空气和燃料的量增加发动机的扭矩输出。

在火花点火发动机中，火花开始被提供给气缸的空/燃混合物的燃烧。在压燃发动机中，气缸内的压缩燃烧被提供给气缸的空/燃混合物。火花正时和空气流可能是调节火花点火发动机的扭矩输出的主要机制，而燃料流可能是调节压燃发动机的扭矩输出的主要机制。

发明内容

根据本公开原理的系统包括停止-起动模块和燃料控制模块。停止-起动模块在驾驶员下压制动踏板同时点火系统处于接通并且发动机处于怠速时停止发动机并由此中断发动机循环。停止-起动模块在驾驶员释放制动踏板时重新起动发动机。燃料控制模块，当发动机被重新起动时，随着气缸完成被中断的发动机循环，基于对应在活塞被停止时活塞在气缸内的位置与上止点之间的差的曲轴旋转量，选择性地喷射燃料进入发动机的气缸。

本公开的其它应用领域将通过下面提供的具体描述而明白易懂。应当理解的是，详细描述和具体的示例都是仅用于说明目的而不是用于限制本公开的范围。

本发明还提供了如下方案：

方案1. 一种系统，其包括：

停止-起动模块，其在点火系统接通且发动机处于怠速的同时驾驶员下压制动踏板时停止发动机并由此中断发动机循环，并且在驾驶员释放制动踏板时重新起动发动机；以及

燃料控制模块，当发动机被重新起动时，随着气缸完成被中断的发动机循环，其基于对应在活塞被停止时活塞在气缸内的位置与上止点之间的差的曲轴旋转量，选择性地喷射燃料进入发动机的气缸。

方案2. 如方案1所述的系统，其中，燃料控制模块在曲轴旋转量大于第一角度时在被中断的发动机循环期间喷射燃料进入气缸。

方案3. 如方案2所述的系统，其中，燃料控制模块基于曲轴旋转量确定喷射量和喷射正时。

方案4. 如方案3所述的系统，其中，燃料控制模块基于发动机的自动点火倾向对喷射量进行倍增，其中倍数大于1。

方案5. 如方案2所述的系统，其中，燃料控制模块基于气缸的压缩比和在发动机被关停时被捕获在气缸内的空气量确定喷射量和喷射正时。

方案6. 如方案5所述的系统，其中，燃料控制模块基于活塞停止位置、发动机几何形状、进气空气温度、和歧管压力估计被捕获的空气量，并且燃料控制模块基于气门正时和活塞停止位置处的气缸第一体积和在上止点处的气缸第二体积的比估计压缩比。

方案7. 如方案1所述的系统，还包括，火花控制模块，其在发动机被重新起动时，基于曲轴旋转量在气缸完成被中断的发动机循环时选择性地在气缸内产生火花。

方案8. 如方案7所述的系统，其中，火花控制模块在曲轴旋转量大于第一角度时在被中断的发动机循环期间在气缸内产生火花。

方案9. 如方案8所述的系统，其中，火花控制模块基于活塞停止位置确定火花正时。

方案10. 如方案9所述的系统，其中，火花控制模块还基于发动机关停时长、歧管压力、和进气空气温度中的至少一个确定火花正时。

方案11. 一种方法，其包括：

在点火系统处于接通并且发动机处于怠速的同时驾驶员下压制动踏板时停止发动机并由此中断发动机循环；

当驾驶员释放制动踏板时重新起动发动机；以及

当发动机被重新起动时，随着气缸完成被中断的发动机循环，基于对应在活塞被停止时活塞在气缸内的位置与上止点之间的差的曲轴旋转量，选择性地喷射燃料进入发动机的气缸。

方案12. 如方案11所述的方法，还包括，在曲轴旋转量大于第一角度时在被中断的发动机循环期间喷射燃料进入气缸。

方案13. 如方案12所述的方法，还包括，基于曲轴旋转量确定喷射量和喷射正时。

方案14. 如方案13所述的方法，还包括，基于发动机的自动点火倾向对喷射量进行倍增，其中倍数大于1。

方案15. 如方案12所述方法，还包括，基于气缸的压缩比和在发动机被关停时被捕获在气缸内的空气量确定喷射量和喷射正时。

方案16. 如方案15所述的方法，还包括： 

基于活塞停止位置、发动机几何形状、进气空气温度、和歧管压力估计被捕获的空气量；以及

基于气门正时和在活塞停止位置处的气缸第一体积和在上止点处的气缸第二体积的比估计压缩比。

方案17. 如方案11所述的方法，还包括，在发动机被重新起动时，基于曲轴旋转量在气缸完成被中断的发动机循环时选择性地在气缸内产生火花。

方案18. 如方案17所述的方法，还包括，在曲轴旋转量大于第一角度时在被中断的发动机循环期间在气缸内产生火花。

方案19. 如方案18所述的方法，还包括，基于活塞停止位置确定火花正时。

方案20. 如方案19所述的方法，还包括，还基于发动机关停时长、歧管压力、和进气空气温度中的至少一个确定火花正时。

附图说明

本公开将通过具体描述和附图而被更全面地理解，附图中：

图1是根据本公开原理的示例性发动机系统的功能框图；

图2是根据本公开原理的示例性控制系统的功能框图；以及

图3是图示根据本公开原理的示例控制方法的流程图。

具体实施方式

发动机控制系统可在发动机处于怠速时自动地关停发动机以减少燃料消耗和排放。发动机控制系统可在驾驶员下压制动踏板并且交通工具速度为零时自动地关停发动机。发动机控制系统可在发动机被自动关停之后驾驶员释放制动踏板时自动地重新起动发动机。

发动机控制系统可在发动机的气缸内的活塞正完成压缩冲程时自动地关停发动机。接着，当发动机被重新起动时，发动机控制系统在活塞完成被中断的压缩冲程时可不喷射燃料进入气缸或者在气缸内产生火花。代替地，发动机控制系统可等待直到下一个完整的压缩冲程以喷射燃料进入气缸并在气缸内产生火花。

等待直到下一个完整的压缩冲程以喷射燃料和产生火花增加了自动重新起动时长。而且，交通工具振动可更容易被驾驶员感知，因为自动重新起动所要求的相对高的曲轴速度具有更多的时间来以交通工具本体的共振频率振动。另外，因为在发动机被关停时气缸内的空气被周围的发动机部件加热，所以气缸内的空/燃混合物可能在下一个完整的压缩冲程期间自动点燃（即，没有火花的情况下点燃）。

根据本公开的原理的发动机控制系统在自动关停期间检查活塞停止位置并且基于活塞停止位置确定在接下来的重新起动期间何时要喷射燃料。如果活塞停止位置指示在气缸内有足够的空气来实现目标发动机速度，那么发动机控制系统就在被中断的发动机循环期间喷射燃料并产生火花。如果活塞停止位置指示气缸内的空气量不足以实现目标发动机速度，那么发动机控制系统就等待直到下一个完整的压缩冲程来喷射燃料并产生火花。

在下一个完整的压缩冲程之前喷射燃料和产生火花减少了自动重新起动发动机所需的时长。而且，交通工具振动可能更不容易被驾驶员感知，因为自动重新起动所要求的相对高的曲轴速度将有更少的时间来以交通工具本体的共振频率振动。而且，在下一个完整的压缩冲程之前产生火花确保了气缸内的空/燃混合物不会自动点燃。

参照图1，发动机系统100包括发动机102，其基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空/燃混合物以产生交通工具的驱动扭矩。驾驶员输入可基于加速器踏板的位置。驾驶员输入也可基于巡航控制，其可以是自适应巡航控制系统，该系统改变交通工具速度以维持预定的跟随距离。

空气通过进气系统108被吸入发动机102。仅作为示例，进气系统108可包括进气歧管110和节气门112。仅作为示例，节气门112可包括具有可旋转的叶片的蝶阀。发动机控制模块（ECM）114控制节气门致动器模块116，节气门致动器模块116调节节气门112的开度以控制被吸入进气歧管110的空气量。

空气从进气歧管110被吸入发动机102的气缸。虽然发动机102可包括多个气缸，但是为了说明目的，仅示出了一个代表性气缸118。仅作为示例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM114可指示气缸致动器模块120以选择性地去激活气缸中的一些，这可在某些发动机操作条件下改善燃料经济性。

发动机102可使用四冲程循环来操作。下面描述的四冲程被命名为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程、和排气冲程。在曲轴（未示出）每转一圈期间，在气缸118中发生四个冲程中的两个。因此，气缸118经历全部四个冲程需要曲轴转两圈。

在进气冲程期间，空气从进气歧管110被通过进气门122吸入气缸118。ECM114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射以实现期望的空/燃比。燃料可在中间位置或在多个位置被喷射入进气歧管110，例如在每个气缸的进气门122附近。在各种实施方式中（未示出），燃料可被直接喷射入气缸或者被喷射入与气缸相关联的混合室。燃料致动器模块124可停止向被去激活的气缸的燃料喷射。

所喷射的燃料与空气混合并在气缸118中建立空/燃混合物。在压缩冲程期间，活塞（未示出）在气缸118内压缩该空/燃混合物。发动机102可以是压燃发动机，在此情况下气缸118内的压缩点燃空/燃混合物。替换地，发动机102可以是火花点火发动机，在此情况下火花致动器模块126基于来自ECM114的信号激励在气缸118内的火花塞128，其点燃空/燃混合物。火花的正时可相对于活塞处于其最高位置，称之为上死点（TDC），来被具体规定。

火花致动器模块126可由具体规定在TDC之前或之后多久产生火花的正时信号控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可与曲轴角度同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可停止向被去激活的气缸提供火花。

产生火花可被称为点火事件。火花致动器模块126可具有改变每个点火事件的火花的正时的能力。火花致动器模块126甚至可以在火花正时信号在上一点火事件和下一点火事件之间改变时能够改变下一点火事件的火花正时。在各种不同的实施方式中，发动机102可包括多个气缸并且火花致动器模块126可对发动机102内的全部气缸来说以相同的量相对于TDC改变火花正时。

在燃烧冲程期间，空/燃混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动曲轴。燃烧冲程可被定义为在活塞到达TDC和活塞返回到下死点（BDC）的时间之间的时间。

在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且通过排气门130排出燃烧的副产品。燃烧的副产品通过排气系统134被从交通工具排出。

进气门122可由进气凸轮轴140控制，而排气门130可由排气凸轮轴142控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴（包括进气凸轮轴140）可控制气缸118的多个进气门（包括进气门122）和/或可控制多排气缸（包括气缸118）的进气门（包括进气门122）。类似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可控制气缸118的多个排气门和/或多排气缸（包括气缸118）的排气门（包括排气门130）。

气缸致动器模块120可通过使进气门122和/或排气门130不能打开来去激活气缸118。在各种其它的实施方式中，进气门122和/或排气门130可由凸轮轴之外的设备控制，例如电磁致动器。

进气门122被打开的时间可由进气凸轮相位器148相对于活塞TDC改变。排气门130被打开的时间可由排气凸轮相位器150相对于活塞TDC改变。相位器致动器模块158可基于来自ECM114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当被实施时，相位器致动器模块158也可控制可变气门升程（未示出）。

ECM114可基于从点火系统160接收的输入起动发动机102和停止发动机102。点火系统160可包括钥匙或按钮。ECM114可在驾驶员将钥匙从断开位置转到接通位置时或者在驾驶员按下按钮时起动发动机102。ECM114可在驾驶员将钥匙从接通位置转到断开位置时或者在驾驶员在发动机102处于运转的同时按下按钮时停止发动机102。

驾驶员可下压制动踏板162以减速和/或停止交通工具。发动机系统100可使用制动踏板位置（BPP）传感器164测量制动踏板162的位置。ECM114可基于接收自BPP传感器164的输入和/或基于接收在制动管线压力传感器（未示出）的输入确定制动踏板162何时被下压或释放。

发动机系统100可使用交通工具速度传感器（VSS）178测量交通工具的速度。发动机系统100可使用曲轴位置（CKP）传感器180测量曲轴的位置。可使用发动机冷却剂温度（ECT）传感器182测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可被定位在发动机102内或者定位在冷却剂被循环的其它位置，例如在散热器（未示出）上。

进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力（MAP）传感器184测量。在各种实施方式中，可测量发动机真空度，其是周围空气压力和进气歧管110内的压力之间的差。流入进气歧管110的空气质量流量可使用空气质量流量（MAF）传感器186测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可被定位在壳体内，该壳体还包括节气门112。

节气门致动器模块116可使用一个或多个节气门位置传感器（TPS）190监测节气门112的位置。正被吸入发动机102的空气的周围温度可使用进气空气温度（IAT）传感器192来测量。ECM114可使用来自传感器的信号做出用于发动机系统100的控制决定。

ECM114可与变速器控制模块194通信以协调变速器中的换挡（未示出）。例如，ECM114可在换挡期间减少发动机扭矩。ECM114可与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电动马达198的操作。

电动马达198还可用作发电机并且可被用于产生供交通工具 电力系统使用和/或存储在蓄电池内的电能。在各种实施方式中，ECM114，变速器控制模块194，和混合动力控制模块196的各种功能可被集成在一个或多个模块中。

ECM114可基于接收自CKP传感器180的输入确定发动机速度。CKP传感器180可包括霍尔效应传感器、光学传感器、电感器传感器、和/或定位在具有N个齿（例如，58个齿）的盘附近的另一合适类型的传感器。该盘可在传感器保持静止不动的同时随曲轴旋转。传感器可检测齿何时经过该传感器。ECM114可基于在齿检测之间的曲轴旋转量和齿检测之间的时长来确定发动机速度。

CKP传感器180可包括双向曲轴传感器，其在齿经过传感器时检测齿的行进方向。因此，CKP传感器180可检测曲轴位置和曲轴旋转的方向。ECM114可基于接收自CKP传感器180的输入确定曲轴旋转的方向何时被反向。

ECM114可在发动机102处于怠速时自动地关停发动机102以减少燃料消耗和排放。ECM114可在交通工具速度小于或等于预定速度（例如，零）并且驾驶员下压制动踏板162时关停发动机102。ECM114可在驾驶员释放制动踏板162时自动重新起动发动机102。

ECM114可在气缸118中的活塞正完成压缩冲程时自动地关停发动机102。当ECM114重新起动发动机102时，ECM114可在气缸118内有足够的空气以实现目标发动机速度时随着活塞完成压缩冲程喷射燃料进入气缸118。ECM114可基于在发动机关停期间活塞被停止时的活塞位置确定气缸118内的空气量。

参照图2，ECM114的示例实施方式包括速度确定模块202、位置确定模块204、和停止-起动模块206。速度确定模块202确定发动机速度。速度确定模块202可基于接收自CKP传感器180的输入确定发动机速度。速度确定模块202可基于在齿检测之间的曲轴旋转量和对应的时长确定发动机速度。速度确定模块202输出发动机速度。

位置确定模块204确定活塞在气缸118内的位置。位置确定模块204可基于接收自CKP传感器180的输入确定活塞位置。如果发动机102包括多个气缸，那么位置确定模块204可基于接收自CKP传感器180的输入确定在该多个气缸内的活塞的位置。位置确定模块204可基于曲轴位置和活塞位置之间的预定关系确定活塞位置。位置确定模块204输出活塞位置。

停止-起动模块206在发动机102处于怠速时自动地停止和重新起动发动机102。停止-起动模块206可在交通工具速度小于或等于预定速度（例如，零）并且驾驶员下压制动踏板162时自动地停止发动机102。停止-起动模块206可在驾驶员释放制动踏板162时自动重新起动发动机102。停止-起动模块206可从VSS传感器178接收交通工具速度。停止-起动模块206可基于接收自BPP传感器164的输入确定驾驶员何时下压或释放加速器踏板。

停止-起动模块206可确保在自动停止发动机102之前满足额外的条件。例如，停止-起动模块206可确保发动机冷却剂温度大于第一温度，变速器油温度大于第二温度，以及环境空气温度在温度范围内。第一温度、第二温度和温度范围可以预先确定。

停止-起动模块206可从ECT传感器182接收发动机冷却剂温度。停止-起动模块206可基于进气空气温度估计环境空气温度。停止-起动模块206可从IAT传感器192接收进气空气温度。停止-起动模块206可从变速器控制模块194和/或变速器油温度传感器（未示出）接收变速器油温度。

停止-起动模块206可通过发出信号给节气门控制模块208、燃料控制模块210、和/或火花控制模块212来自动地停止和重新起动发动机102。节气门控制模块208可通过指示节气门致动器模块116关闭或打开节气门112来停止或起动发动机102。燃料控制模块210可通过指令燃料致动器模块124停止或开始提供燃料给气缸118来停止或起动发动机102。火花控制模块212可通过指令火花致动器模块126停止或开始提供火花给气缸118来停止或起动发动机102。

当发动机102被重新起动时，基于活塞被停止时活塞在气缸118内的位置，燃料控制模块210确定何时要提供燃料并且火花控制模块212确定何时要提供火花。燃料控制模块210和火花控制模块212从位置确定模块204接收活塞停止位置。活塞停止位置可被规定为在活塞达到TDC之前的度数。

如果活塞停止位置大于第一角度，那么燃料控制模块210和火花控制模块212在目前发动机循环的压缩冲程期间分别提供燃料和火花。如果对应活塞停止位置的曲柄角小于或等于第一角度，那么燃料控制模块210和火花控制模块212等待直到下一个完整的压缩冲程才提供燃料和火花给气缸118。第一角度可以是预定的角度（例如，90度）和/或在预定范围内（例如，在60度和110度之间）。

在目前发动机循环的压缩冲程期间被吸入气缸118的空气流足以实现目标发动机速度时，燃料控制模块210在该压缩冲程期间提供燃料给气缸118。发动机的扭矩输出是被吸入发动机的气缸内的空气量的函数。当足够量的空气被吸入气缸时，发动机的扭矩输出可通过调节被喷入气缸的燃料量、喷射正时、和火花正时被控制以调节发动机速度。

被吸入气缸118内的空气量可基于活塞被停止时的气缸体积来确定。当活塞被停止时的气缸体积可基于活塞停止位置和发动机几何形状来确定。当活塞停止位置大于第一角度时，被吸入气缸118的空气量可足以实现目标发动机速度。在这方面，第一角度可基于目标发动机速度被调节。

如果被吸入气缸118的空气量足够，那么燃料控制模块210可基于被捕获在气缸118内的空气量和气缸118的压缩比来确定喷射量和喷射正时。燃料控制模块210可基于活塞停止位置、发动机几何形状、进气空气温度、和/或歧管压力来估计被捕获的空气质量。燃料控制模块210可基于气门正时和活塞被停止时的气缸体积与活塞在气缸118内处于TDC时的气缸体积的比来估计气缸的压缩比。如上所讨论的，当活塞被停止时的气缸体积可基于活塞停止位置和发动机几何形状来确定。

当在目前发动机循环的压缩冲程期间提供火花给气缸118时，火花控制模块212可基于活塞停止位置使用例如查询表来确定火花正时。火花控制模块212也可基于发动机102被关停的时长、歧管压力、和/或进气空气温度确定火花正时。

参照图3，用于改善发动机的自动起动时长的方法开始于302。在304，方法确定发动机是否被自动停止。如果发动机被自动停止，那么方法在306继续。否则，方法在308继续。在306，方法确定对应活塞被停止时活塞在发动机的气缸内的位置的曲柄角。曲柄角可被具体规定为在活塞到达其最高位置，被称为上止点（TDC），之前的角度数。

在308，方法确定对应活塞停止位置的曲柄角是否大于第一角度。第一角度可以是预定值（例如，90度）和/或在预定范围（例如，在60度和110度之间）内。如果曲柄角大于第一角度，方法在310继续。否则，方法在312继续。

在310，方法确定要喷入气缸或与气缸相关联的喷射端口的燃料量。而且，方法确定喷射正时（即，何时开始和/或停止喷射燃料进入气缸或喷射端口）。方法可基于对应活塞停止位置的曲柄角使用例如查询表来确定喷射正时和喷射量。

为了防止气缸自动点火，方法可基于发动机自动点火的倾向对喷射量进行倍增。倍数可在预定范围（例如，在1和2之间）内。因此，进行倍增可增加喷射量，这可冷却气缸内的空/燃混合物。

在314，方法确定火花正时（即，何时要在气缸内产生火花）。方法可基于对应活塞停止位置的曲柄角使用例如查询表来确定火花正时。

在316，方法在目前发动机循环期间喷射燃料并产生火花。例如，方法可在目前发动机循环的压缩冲程期间喷射燃料并产生火花，即使压缩冲程已经在进行中。在312，方法等待直到下一个发动机循环才在气缸内产生火花并喷射燃料进入气缸或者与气缸相关联的喷射端口。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并非用于限定本发明、其应用或使用。本公开的概括教导可以不同的形式实施。因此，虽然本公开包括了特定示例，但是本公开的真实范围不应该被如此限制，因为其它的改变将在研究了附图、说明书和下面的权利要求之后而显而易见。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记指示相似的元件。当在本文中被使用时，短语A、B和C中的至少一个应该被理解为表示使用非排他性逻辑或的逻辑（A或B或C）。应该理解的是，方法中的一个或多个步骤可在不改变本公开的原理的情况下以不同的顺序（或同时）被执行。

在本文中使用时，术语模块可指的是下列各项、作为其一部分、或包括下列各项：专用集成电路（ASIC）、离散电路、集成电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）、执行代码的处理器（共享的、专用的或集群的）、提供所描述功能的其它合适的硬件部件；或上面各项的一些或全部的组合，例如片上系统。术语模块可包括存储被处理器执行的代码的内存（共享的、专用的或集群的）。

上面使用的术语代码可包括软件、固件、和/或微代码，并且可指的是程序、例程、函数、类、和/或对象。上面使用的术语共享的，意思是来自多个模块的一些或全部代码可使用单个（共享的）处理器执行。而且，来自多个模块的一些或全部代码可由单个（共享的）内存存储。上面使用的术语集群的，意思是来自单个模块的一些或全部代码可由一群处理器执行。而且，来自单个模块的一些或全部代码可使用一群内存存储。

本文描述的装置和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序部分地或全部实施。计算机程序包括存储在至少一个非瞬态有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可包括和/或依赖所存储的数据。非瞬态有形计算机可读介质的非限定性示例是非易失内存、易失内存、磁存储器、和光存储器。