专利名称：内燃机起动系统及方法
技术领域：
本发明总体上涉及内燃机的起动系统，更具体地，涉及不需要起动机 的起动内燃机的内燃机起动装置及方法。
背景技术：
传统上，内燃机需要起动系统，该起动系统包含起动发动机的起动机。 如所知道的，当使用者启动点火电路时(例如通过转动钥匙或按下点火按 钮)，起动机就被启动。在启动后，起动机的功能是双重的。首先，起动 机使燃料泵转动以提供燃料给发动机。其次，起动机使发动机开动以产生 吸力，该吸力将燃料/空气混合物抽入发动机的汽缸中以进行燃烧。
传统的火花点火直喷(SIDI)发动机具有燃料供给系统，该燃料供给 系统包括高压燃料泵，该高压燃料泵将燃料供应给喷射器以使燃料直接喷 射到汽缸的燃烧室中进行燃烧。
在SIDI发动机工作期间，高压燃料泵在发动才几工作期间由发动机驱 动。然而，在发动机起动期间，需要起动机首先使高压燃料泵转动以提供 起动发动机所需的燃料。
这样，需要提供一种不需要起动机的内燃机的起动系统。
发明内容
在本发明的一个示例实施例中，提供了一种包含燃料蓄压器(fuel accumulator)而非起动才几的内燃才几起动系统。
提供一种起动系统，用于将加压燃料输送给发动机以在没有起动机的 情况下起动发动才几。该起动系统包括用于在发动机工作和发动机停才几期间 存储加压燃料的蓄压器。在发动机起动期间，蓄压器将存储的加压燃料输
送给发动机以在没有起动机的情况下起动发动机。
蓄压器与低压燃料储蓄器及发动机流体连通。蓄压器包括蓄压器壳 体，该蓄压器壳体限定蓄压器空腔并且包括蓄压器活塞和弹簧组件，该蓄 压器活塞和弹簧组件可在蓄压器空腔内纵向运动。与蓄压器相连的电磁阀包括用于接合在蓄压器活塞中形成的空腔的 棘爪。该电磁阀可操作用来选择地使棘爪接合/脱离在蓄压器活塞中形成的 空腔，从而分別将蓄压器活塞和弹簧组件保持在固定位置或者释放蓄压器 活塞和弹簧组件以^^其在蓄压器空腔内纵向运动。
在低压燃料源和蓄压器之间安置阀门。
电子控制模块(ECM)与起动系统及发动机电子通信。ECM可操作 使阀门在发动机工作期间的打开位置和发动机起动及发动机停机期间的 闭合位置之间致动。
在点火后，ECM可操作确定发动机内的哪个汽缸具有最接近于上止 点起火位置而又不在上止点起火位置之前的起火位置。在这样的确定之 后，ECM启动电磁阀以使棘爪脱离蓄压器活塞，驱使存储在蓄压器内的 加压燃料进入高压燃料管路以便喷射到所确定的发动机汽缸中。然后， ECM向所确定的汽缸中发出火花以产生至少一个起动燃烧事件，从而在 没有起动机的情况下起动发动机。
从起动系统除去起动机的好处包括使初始起动系统成本、重量和复杂 性减少。同样，除去起动机也将消除一种已知的故障模式，从而减少了将 来的维护成本并增进了客户满意度。
从以下结合附图的对实施本发明的最佳方式的详细描迷中可容易理 解本发明的上述特征和优点。
图l是车辆的示意图，所述车辆具有内燃机和根据本发明一个实施例 的包含蓄压器的起动系统；
图2是根据本发明一个实施例的用于内燃机的起动系统的示意图，包 括了所述蓄压器的详细图解；
图3是根据本发明 一个实施例的包含蓄压器的起动系统在发动机起动 时的示意图4是图2所示的根据本发明 一个实施例的包含蓄压器的起动系统在 发动机工作时的示意图；以及
图5是图2所示的根据本发明一个实施例的包含蓄压器的起动系统在 发动机停机时的示意图。
具体实施例方式
参考附图，其中，在各幅附图中同样的附图标记对应于同样或相似的
部件，在图1中，车辆IO具有可操作地连接到变速器14的发动机12。变 速器14具有输出构件16，所述输出构件16与多个车轮(未示出)驱动连 接，从而将动力从发动机12传递给车轮(未示出)以推进车辆10。发动 机12可以是火花点火直喷(SIDI)发动机，这种发动机的操作对于本领域 技术人员来说是已知的。发动机12可以是具有以V形方式排布的汽缸孔 (未示出)的V型发动机，或者是水平相对的直列式、W型、或者是采用 高压燃料喷射的其它类型或设计的发动机。
车辆10包括容纳可燃的燃料20供给源(例如汽油)的低压燃料储蓄 器或燃料箱18。低压(LP)供给泵22位于燃料箱18内，并且可操作使燃 料20运动通过燃料管路24到达高压(HP )泵组件26。 HP泵组件26可 操作用于迅速地使LP供给泵22以例如大约5巴(bar)输送给所述HP泵 组件26的燃料20加压到例如大约150-200巴。然后，加压燃料20A被输 送通过高压燃料管路24A到达燃料轨28，燃料轨28具有至少一个燃料压 力传感器30,该燃料压力传感器30适用于感测燃料轨28处的压力。加压 燃料20A由多个燃料喷射器28A从燃料轨28直接喷射到发动机12中。
蓄压器32与低压燃料储蓄器18及燃料轨28流体连通。蓄压器32从 高压燃料管路24A接收加压燃料20A并且在发动机工作期间存储加压燃 料20A。蓄压器在发动机12停机时继续存储加压燃料20A,并且可操作以 在发动机起动期间将加压燃料20A输送给所述多个喷射器28A,如图3进 一步详细所示。
在图示的实施例中，以升高的压力存储加压燃料20A;然而，替代性 地，可以以环境压力存储加压燃料20A。
电子控制模块(ECM)或控制器36与发动机12、变速器14、 LP供 给泵22、 HP泵组件26、燃料轨28、蓄压器32以及阀门34电子通信，从 而控制和同步各种起动系统和燃料供应部件。
阀门34 (例如止回阀或电^f兹阀)可"t喿作控制加压燃料20A在高压燃 料管路24A内的流动。阀门34在发动机工作期间处于打开位置以允许燃 料从低压燃料储蓄器18流向燃料轨28，从而由多个燃料喷射器28A输送 给发动机12。阀门34在发动机停机后移至闭合位置，并且在发动机12停机时保持在闭合位置，从而防止燃料从高压燃料管路24A流回到低压燃料 储蓄器18中。
如图2所示，蓄压器32包括限定蓄压器空腔40的蓄压器壳体38。蓄 压器活塞42和蓄压器弹簧44设置在蓄压器壳体38内。蓄压器活塞42包 括用于接收棘爪52的凹口 50。电磁阀54可操作用于选择地接合/分离棘 爪52。当棘爪52接合时，蓄压器活塞42在蓄压器壳体38内被固定在固 定位置。当棘爪52分离时，蓄压器活塞42可在蓄压器壳体38内纵向运 动。
在发动机工作期间，加压燃料20A通过入口/出口 56进入蓄压器32, 并且对蓄压器活塞42的前面46施加压力P,从而压缩蓄压器弹簧44,蓄 压器弹簧44对蓄压器活塞42的后面48施加弹簧力S。加压燃料20A由 蓄压器32存储在蓄压器空腔40内。
另外，为了适应初始的预填充和随后的维护，蓄压器32可从外部源 58填充加压燃料20A,所述外部源58例如是装配线(未示出)上的燃料 填充机。
在发动机起动时，如图3所示，阀门34处于闭合位置，蓄压器空腔 40充有加压燃料20A。在点火时，ECM 36可操作确定发动机12的哪个汽 缸60具有最接近于上止点起火位置而又不在上止点起火位置之前的起火 位置。也就是，ECM 36确定每个发动机活塞64在其相应的发动机12的 汽缸60内的实际起火位置。ECM 36将每个发动机活塞64的实际起火位 置与上止点起火位置进行比4吏。然后，ECM 36确定实际起火位置最接近 于上止点起火位置而又不在上止点起火位置之前的汽缸60。
根据最接近于上止点起火位置的汽缸60的实际起火位置，ECM 36可 操作确定包含在最接近于上止点起火位置的汽缸60内的空气量，并相应 地调整待喷射的加压燃料20A的量。
在这样的确定后，ECM 36启动电磁阀54以使棘爪52脱离蓄压器活 塞42,从而释放蓄压器活塞42，允许弹簧力S克服压力P。蓄压器活塞 42在蓄压器空腔40内纵向运动，从而将存储在蓄压器空腔40内的适量加 压燃料20A驱使到高压燃料管路24A中。
加压燃料20A从高压燃料管路24A输送到喷射器28A以喷射到所确 定的发动机12的汽缸60中。ECM 36经由火花塞62向所确定的汽缸60中发出火花，从而产生第一起动燃烧事件以起动发动机12而不需要传统
的起动才/L。
然而，如果发动机12在第一起动燃烧事件之后不起动，或者如果燃 料压力传感器30感测的燃料压力不足，那么ECM 36就可操作根据蓄压 器压力传感器66感测的蓄压器压力来产生随后的起动燃烧事件。在ECM 36产生的随后的起动燃烧事件期间内的加压燃料20A喷射的持续时间根 据所感测的蓄压器压力来调整。
现在参考图4， 一旦发动机12起动并且获得足够的燃料压力(由至少 一个燃料压力传感器30感测的燃料压力确定)，ECM 36就打开阀门34 以将加压燃料20A输送给发动机12进行继续的发动机工作。同时，加压 燃料20A的一部分进入入口/出口 56以再填充蓄压器空腔40。足以克服蓄 压器弹簧力S的加压燃料20A的压力P施压于蓄压器活塞42,使蓄压器 活塞42在蓄压器空腔40内纵向运动，压缩蓄压器弹簧44,并且允许蓄压 器空腔40填充加压燃料20A。
一旦蓄压器空腔40充满加压燃料20A, ECM 36就启动电磁阀54以 使棘爪52接合蓄压器活塞42的凹口 50,从而将蓄压器活塞42保持在固 定位置，将加压燃料20A存储在蓄压器32内以在接下来的发动机起动期 间使用。
最后，在发动才/M亭机后，如图5所示，ECM36关闭阀门34以防止存 储在蓄压器32内的加压燃料20A流回到低压燃料储蓄器18。加压燃料20A 存储在蓄压器32内直到使用者开始随后的发动机起动为止。
虽然已经具体描述了用于实施本发明的最佳方式，但是本发明所涉及 技术领域的本领域技术人员将会想到在所附权利要求的范围内实现本发 明的各种替代性设计和实施例。
权利要求
1. 一种用于起动内燃机的系统，所述内燃机可在火花点火直喷模式下操作，所述系统包括燃料箱；蓄压器；燃料泵，所述燃料泵与所述燃料箱和所述蓄压器流体连通并且位于所述燃料箱和所述蓄压器之间；以及多个喷射器，其中所述蓄压器输送燃料给所述多个喷射器之一以产生起动燃烧事件，从而在没有起动机的情况下起动发动机。
2. 根据权利要求1所述的用于起动内燃机的系统，其特征在于， 发动机包括多个汽缸，所述多个喷射器中的至少一个与所述多个汽缸的 每一个相关联，所述起动系统还包括电子控制模块，所述电子控制模块估算所述发动机内的所述多个汽缸中每一个的起火位置； 确定所述多个汽缸中的哪一个具有最接近于上止点起火位置而又 不在上止点起火位置之前的起火位置；以及 指令所述蓄压器输送燃料给所确定的汽缸。
3. 根据权利要求2所述的用于起动内燃机的系统，其特征在于还 包括燃料压力传感器；以及蓄压器压力传感器，其中，所述电子控制模块接收来自所迷燃料压 力传感器和所述蓄压器压力传感器的输入。
4. 根据权利要求3所述的用于起动内燃机的系统，其特征在于， 所述电子控制模块根据所感测的蓄压器压力调整喷射的持续时间，并且 根据所感测的燃料压力产生随后的起动燃烧事件。
5. 根据权利要求4所述的用于起动内燃机的系统，其特征在于， 所述蓄压器包括蓄压器活塞和弹簧组件；以及选择性地接合所述蓄压器活塞和弹簧组件的蓄压器电磁阀，其中在 发动机起动时，所述蓄压器活塞和弹簧组件被分离。
6. 根据权利要求5所述的用于起动内燃机的系统，其特征在于， 与所述蓄压器活塞和弹簧组件关联的弹簧力在发动机起动期间从所述 蓄压器驱使燃料供给与所述所确定的汽缸关联的喷射器。
7. 根据权利要求6所述的用于起动内燃机的系统，其特征在于还 包括位于所述燃料泵和所述蓄压器之间的阀门，其中所述阀门在发动机 运行时打开，所述阀门在发动机停机时闭合，所述阀门在发动机停止运 转时保持闭合。
8. 根据权利要求7所述的用于起动内燃机的系统，其特征在于， 所述燃料泵是发动机驱动的。
9. 一种不需要起动机的起动内燃机的方法，所述内燃机可在火花 点火直喷^t式下操作，所述方法包括以下步骤在发动机处于起动模式时确定多个汽缸的每一个的起火位置； 根据所确定的起火位置选择所述多个汽缸中的一个； 向所选择的汽缸中喷射加压燃料并且发出火花以产生起动燃烧事 件；以及根据至少一个起动燃烧事件起动发动机。
10. 根据权利要求9所述的起动内燃机的方法，其特征在于，所述 加压燃料由蓄压器输送。
11. 根据权利要求10所述的起动内燃机的方法，其特征在于还包 括以下步骤在发动机工作期间用来自高压泵的加压燃料填充所述蓄压器；以及 在发动机停机后将所述加压燃料存储在所述蓄压器内。
12. 根据权利要求11所述的起动内燃机的方法，其特征在于还包 括步骤在发动机停机时关闭阀门以防止存储在所述蓄压器内的加压燃 料在发动机停机期间流回到燃料箱。
13. 根据权利要求12所述的起动内燃机的方法，其特征在于还包 括步骤启动与所述蓄压器相连的电磁阀，从而分离蓄压器活塞，允许 所述加压燃料在发动机工作期间积聚在所述蓄压器内。
14. 根据权利要求13所述的起动内燃机的方法，其特征在于还包 括步骤 一旦所述蓄压器在发动机工作期间达到填充容量，则启动所述 电磁阀以接合所述蓄压器活塞。
15. 根据权利要求14所述的起动内燃机的方法，其特征在于，一 旦所述蓄压器在发动机工作期间达到填充能力时和在发动机停机时，所 述蓄压器活塞保持接合。
16. 根据权利要求15所述的起动内燃机的方法，其特征在于，所述蓄压器活塞被分离以释放加压燃料输送给所述蓄压器，从而产生至少 一个起动燃烧事件。
17. —种不需要起动机的起动内燃机的方法，所述内燃机可在火花 点火直喷模式下操作，所述方法包括以下步骤在发动机处于起动模式时确定多个汽缸的每一个的实际起火位置； 关联所述实际起火位置与所述多个汽缸的每一个； 根据所确定的起火位置选择所述多个汽缸中的一个； 向所选择的汽缸中喷射加压燃料并且发出火花以产生起动燃烧事 件；以及根据至少一个起动燃烧事件起动发动机。
18. 根据权利要求17所述的起动内燃机的方法，其特征在于还包 括以下步骤将所确定的每个实际起火位置与上止点起火位置进行比较；以及 选择所述多个汽缸中实际起火位置最接近于上止点起火位置而又不在上止点起火位置之前的一个。
19. 根据权利要求18所述的起动内燃机的方法，其特征在于还包 括以下步骤确定与所选汽缸关联的空气量；以及根据所确定的空气量调整待喷射的加压燃料量。
20. 才艮据权利要求19所述的起动内燃^L的方法，其特征在于还包 括以下步骤感测燃料压力；感测蓄压器压力；根据所感测的蓄压器压力调整所述加压燃料喷射的持续时间；以及根据所感测的燃料压力产生随后的起动燃烧事件。
21. 根据权利要求10所述的起动内燃机的方法，其特征在于还包 括步骤在发动机停机时用来自外部源的加压燃料填充蓄压器。
全文摘要
本发明涉及内燃机起动系统及方法。提供了一种起动系统，将加压燃料输送给发动机以在没有起动机的情况下起动发动机。起动系统包括在发动机工作和发动机停机期间存储加压燃料的蓄压器。在发动机起动期间，蓄压器将存储的加压燃料输送给发动机以起动发动机。蓄压器与低压燃料储蓄器及发动机流体连通。蓄压器包括蓄压器壳体，蓄压器壳体限定蓄压器空腔并且包括蓄压器活塞和弹簧组件，蓄压器活塞和弹簧组件可在蓄压器空腔内纵向运动。电子控制模块(ECM)与起动系统和发动机呈电子控制关系。ECM可操作启动蓄压器，驱使存储在蓄压器内的加压燃料进入高压燃料管路以喷射到发动机中，从而产生至少一个起动燃烧事件以在没有起动机的情况下起动发动机。
文档编号F02D29/02GK101435376SQ20081017544
公开日2009年5月20日 申请日期2008年11月12日 优先权日2007年11月13日
发明者G·P·普赖尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司