专利名称：内燃发动机的起动系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机的起动系统和方法，其中燃油喷射和 点火在处在膨胀冲程中的气缸中执行，从而通过使用从形成于膨胀冲 程气缸中的空气燃油混合物的燃烧导致的燃烧能来起动发动机。
背景技术：
近年来，已经提出多种用于当车辆停止在怠速状态时自动停止发 动机并且自动重起动发动机以平稳地起动车辆的技术，作为用于减少 或者控制尾气排放和改善燃油经济性的方法。关于这些技术，如果重 起动发动机需要不期望的长的时间，则由于对驾驶员起动意图的响应 的延迟，驾驶性能可能恶化，因此迅速重起动发动机是重要的。通常， 起动机用于起动发动机，这使得难于迅速重起动发动机。进一步，上 述技术需要发动机以重复的方式经常停止和起动，导致起动机和它的 外围部件的使用寿命的减少，和由于电池的过度使用而充在电池中的 电能的量的减少。
考虑到上述问题，如公布在例如日本专利特开No. 2004-124754中 的发动机起动系统可应用到缸内直喷式发动机，其中燃油直接喷射进 燃烧室而非进气口。公布在本文献中的起动系统使得起动这种类型的 发动机而不使用起动机成为可能。当缸内直喷式发动机重起动时，如 上述文献中公布的发动机起动系统控制节流阀，使其在发动机停止过 程或降速期间位于预定打开位置中一段特定时间，从而增加了活塞朝 处在压縮冲程中的气缸和处在膨胀冲程中的气缸中的上止点的运动的 阻力。在节流阀以本方式打开的情况下，每个气缸的活塞能够停止在 合适的停止位置，并且恰当量的空气可确保充进膨胀冲程气缸中。
在如上所述的传统的发动机起动系统中，在发动机降速期间控制 节流阀位于预定打开位置一段特定时间，从而每个气缸的活塞停止在 合适的停止位置，并且足量的空气包含在膨胀冲程气缸中。然而，如 果当发动机停止时，基于从运行状态(例如怠速状态)的发动机停止条件 的满足而突然打开节流阔，则空气迅速流进进气管，产生例如不正常 声音或噪声的出现的问题，所述运行状态中，进气歧管的真空度是大 的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种内燃发动机的起动系统和方法， 用于更可靠和更高效地起动发动机，同时确保改善的发动机的静音性。
为了实现上述和/或其它目的(多个)，根据本发明的第一方面提供 一种内燃发动机的起动系统，包括(a)燃烧室，(b)与燃烧室相连通的 进气口和排气口 ， (C)分别打开和关闭进气口和排气口的进气阀和排气 阀，(d)设在与进气口相连通的进气通道中的节流设备，节流设备包括 节流阀，(e)用于将燃油喷射进燃烧室中的燃油喷射装置，(f)用于点燃 燃烧室中的空气/燃油混合物的点火装置，以及(g)用于检测内燃发动机 的曲柄角的曲柄角传感装置。在起动系统中，控制装置设置为用于运 行节流设备，以将节流阔打开到基于发动机停止期间的进气压力而设 定的节流阀开度。控制装置基于曲柄角传感装置的检测结果，确定在 发动机起动时刻处于膨胀冲程中的膨胀冲程气缸，并且当发动机起动 时，操作燃油喷射装置以将燃油喷射进膨胀冲程气缸中并操作点火装 置以点燃膨胀冲程气缸的燃烧室中的空气/燃油混合物。
在根据本发明第一方面的内燃发动机的起动系统中，操作节流设 备以将节流阀打开到基于发动机停止期间的进气压力而设定的节流阀 开度。当发动机起动时，促动燃油喷射装置以将燃油喷射进基于曲柄 角传感装置的检测结果而判定为正处在膨胀冲程的气缸中，并且促动 点火装置以点燃空气/燃油混合物。当节流阀因此在发动机停止之前的发动机怠速运行期间打开时，新鲜空气被吸进每一个气缸用于扫气， 导致气缸中氧气量的增加，并且气缸中的负压力减少使得活塞停止在 合适的位置。当发动机随后起动时，因此，空气/燃油混合物能够无失 效地点燃并且燃烧，由于混合物的燃烧提供了一定的驱动力，因此使 得发动机能够以改善的可靠性和效率起动。进一步，由于节流阀在发 动机停止期间打开到的节流阀开度基于进气压力来设定，因此能够防 止由于空气的快速流入导致的不正常声音的可能的出现，确保改善的 发动机的静音性。
在根据本发明的第一方面的起动系统中，控制装置可以设定节流 阀在发动机停止期间打开到的节流阀开度，从而节流阀开度随着进气 压力增加而减少。
根据本发明的第二方面，提供一种内燃发动机的起动系统，该内 燃发动机包括(a)燃烧室，(b)与燃烧室相连通的进气口和排气口， (C) 分别打开和关闭进气口和排气口的进气阀和排气阀，(d)设在与进气口 相连通的进气通道中的节流设备，节流设备包括节流阀，(e)用于将燃
油喷射进燃烧室中的燃油喷射装置，(f)用于点燃燃烧室中的空气/燃油 混合物的点火装置，以及(g)用于检测内燃发动机的曲柄角的曲柄角传 感装置。在起动系统中，控制装置设置为用于操作节流设备，以基于 在发动机停止期间的进气压力而设定的节流阀打开速度将节流阀打开 到预定的节流阀开度。控制装置基于曲柄角传感装置的检测结果，确 定在发动机起动时刻处在膨胀冲程中的膨胀冲程气缸，并且当发动机 起动时，操作燃油喷射装置以将燃油喷射进膨胀冲程气缸中并操作点 火装置以点燃膨胀冲程气缸的燃烧室中的空气/燃油混合物。
在根据本发明的第二方面的内燃发动机的起动系统中，操作节流 设备以基于在发动机停止期间的进气压力而设定的节流阀打开速度将 节流阔打开到预定的节流阀开度。在发动机起动时，燃油喷射装置被 促动以将燃油喷射进基于曲柄角传感装置的检测结果而判定为正处在
膨胀冲程中的气缸中，并且点火装置被促动以点燃空气/燃油混合物。 当节流阀在发动机停止之前的发动机怠速运行期间打开时，新鲜空气 被吸进每一个气缸用于扫气，导致气缸中氧气量的增加，并且气缸中 的负压力减少从而活塞停止在合适的位置。当发动机随后起动时，因 此，空气/燃油混合物能够无失效地点燃并且燃烧，以提供由于混合物 的燃烧导致的一定的驱动力，因此使得发动机能够以改善的可靠性和 效率起动。进一步，由于节流阀在发动机停止期间打开的节流阀打开 速度基于进气压力而设定，因此能够防止由于空气的快速流入导致的 不正常声音的可能的出现，确保改善的发动机的静音性。
在根据本发明的第二方面的起动系统中，控制装置可以设定节流 阀在发动机停止期间打开的节流阀打开速度，从而节流阔打开速度随 着进气压力增加而减少。
在根据本发明的第一或第二方面的起动系统中，节流阀开度或节 流阀在发动机停止期间打开的节流阀开度或节流阀打开速度可以设定 为随着进气压力增加而减少的节流阀开度或节流阀打开速度的上限 值。这种情况下，节流阀在发动机停止期间打开的节流阀开度或节流 阀打开速度的上限值可以根据发动机起动时的期望的起动性能和发动 机的期望的静音性来确定。
参照附图，从下面的示例性的实施例的说明中，本发明的前述和/ 或进一步的目标，特征和优点将变得明显，附图中类似参考标记用于 表示类似元件，并且其中
图1是示出根据本发明第一实施例构造的内燃发动机的起动系统 的示意图2是描述通过第一实施例的发动机起动系统执行的发动机停止 控制和起动控制的流程图3是示出当在第一实施例的发动机起动系统中发动机停止时观 测的在某些气缸中的活塞和阀的行为的示意图4是示出在发动机停止期间传感的节流阀开度相对于进气歧管 真空度的图5是示出在第一实施例的发动机起动系统中，在发动机停止期 间节流阀开度和进气管中的压力的变化的时间图6是描述通过根据本发明第二实施例的内燃发动机的起动系统 执行的发动机停止控制和起动控制的流程图7是示出在第二实施例的发动机起动系统中，在发动机停止期 间节流阀打开速度和进气管中的压力的时间具体实施例方式
如本发明的示例性实施例的内燃发动机的起动系统将参照附图进 行详细描述。但是，应当理解本发明不局限于这些实施例。
第一实施例
图1是示意性的示出根据本发明第一实施例构造的内燃发动机的 起动系统。图2是描述通过第一实施例的发动机起动系统执行的发动 机停止控制和起动控制的流程图。图3示意性地示出当在第一实施例 的发动机起动系统中发动机停止时观测的在某些气缸中的活塞和阀的 行为。图4是示出在发动机停止期间传感的节流阀开度相对于进气歧 管真空度的图。图5是示出在第一实施例的发动机起动系统中，在发 动机停止期间节流阀开度和进气管中的压力的变化的时间图。
第一实施例的起动系统应用到的内燃发动机是缸内直喷式的四缸 发动机10，如图1所示。发动机10包括气缸体11，固定安装在气缸 体11上的气缸盖12。活塞14容纳在形成在气缸体11中的缸膛13中， 从而每个活塞14能够在相应的缸膛13中上下移动。曲轴箱15紧固到 气缸体ll的下部，并且凸轮轴16可旋转地支撑在曲轴箱15中。每个 活塞14通过连杆17连接到曲轴15。
每个燃烧室18通过气缸体11，气缸盖12和相应的活塞14限定。
燃烧室1S成形为类似单坡屋顶，即，具有倾斜壁，倾斜壁使得燃烧室 18的上部的中央部分(即气缸盖12的下表面)高于其它部分。进气口 19 和排气口 20形成在燃烧室18的上部(即气缸盖12的下表面)从而进气 口 19位于排气口 20对面。进气阀21和排气阀22安装在气缸盖12中 从而进气阀和排气阀21， 22的下端部分分别位于进气口 19和排气口 20。进气阀21和排气阀22通过气缸盖12支撑从而阀21， 22沿其轴 向可移动，并且分别沿此方向偏压从而关闭进气口 19和排气口 20。而 且，进气凸轮轴23和排气凸轮轴24通过气缸盖12可旋转地支撑，并 且形成在进气凸轮轴23和排气凸轮轴24上的进气凸轮25和排气凸轮 26通过辊子摇臂(未示出)分别与进气阀21和排气阀22的上端部分接 触。
利用上述结构，当进气凸轮轴23和排气凸轮轴24与凸轮轴16同 时旋转时，进气凸轮25和排气凸轮26促动相应的辊子摇臂从而以特 定正时上下移动进气阀21和排气阀22。随着进气阔和排气阀21， 22 的上下移动，进气口 19和排气口 20打开和关闭，从而进气口和排气 口 19， 20分别与燃烧室18连通并且与燃烧室18断开。
发动机10以进气和排气可变阀正时系统(VVT:可变阀智能正 时)27， 28的形式装配有阀系统，用于根据发动机运行状况将进气阀21 和排气阀22的打开和关闭正时控制到最优正时。进气和排气可变阀正 时系统27， 28包括分别安装在进气凸轮轴23和排气凸轮轴24的轴向 端部的VVT控制器29， 30。在运行中，液压从燃油控制阀31， 32施 加到VVT控制器29， 30的提前燃烧室和滞后燃烧室(未示出)中的选定 的多个上，从而改变凸轮轴23， 24相对于凸轮齿的相位，并且因此提 前或滞后进气阀21和排气阀22的打开和关闭正时。这种情况中，进 气和排气可变阀正时系统27， 28分别提前或滞后进气阀21和排气阀 22的打开和关闭正时，同时保持这些阀21， 22的工作角(打开周期)不变。这种情况下，进气凸轮轴23和排气凸轮轴24分别设置有用于传 感凸轮轴23, 24的转动相位的凸轮位置传感器33， 34。
进气口 19通过进气歧管35连接到稳压罐36,并且进气管37连 接到稳压罐36。空气滤清器38连接到进气管37的空气入口，并且具 有节流阀39的电子节流设备40设在空气滤清器38的下游侧。用于将 燃油直接喷射进燃烧室18中的喷射器41安装在气缸盖12中，从而喷 射器41位于接近进气口 19并且相对于垂直方向倾斜一定角度。为相 应气缸设置的喷射器41通过输送管42相互连接，并且高压泵44通过 供油管43连接到输送管42。低压泵和燃油箱通过燃油供给管(未示出) 连接到高压泵44。进一步，用于点燃空气/燃油混合物的火花塞45安 装在气缸盖12中，从而火花塞45位于燃烧室18的上方。
另一方面，排气管47通过排气歧管46连接到排气口 20，并且用 于去除或处理包含在尾气中的例如HC， CO和N0x的有害物质的催化 剂设备或者催化转化器48， 49安装在排气管47中。发动机10还设置 有用于通过转动曲柄起动发动机10的起动机50。为了起动发动机10， 起动机50的小齿轮(未示出)与齿圈啮合，然后旋转运动或者驱动力从 小齿轮传递到齿圈从而转动凸轮轴16。
同时，电子控制单元(ECU)51安装在车辆中。ECU51能够控制喷 射器41和火花塞45。更具体地，空气流量计52和进气温度传感器53 安装在进气管37的上游侧，同时进气压力传感器54设置在稳压罐36 中，并且通过这些传感器52，53, 54测量的进入空气的比容，进入空气 的温度和进气压力(进气歧管真空度)传输到ECU 51。节气门位置传感 器55安装在电子节流设备40中并且将当前节流阀开度输出到ECU51， 并且加速器位置传感器56设置为用于将当前加速踏板的位置输出到 ECU 51。进一步，曲柄角传感器57设置为用于将检测到的每个气缸的 曲柄角输出到ECU51，并且ECU 50确定每个气缸处在进气，压縮， 膨胀(爆炸)和排气冲程中的哪个冲程中，并且基于检测到的曲柄角计算发动机速度。而且，水温传感器58设置在气缸体11中，用于传感发
动机冷却液温度并将传感的冷却液温度输出到ECU 51。燃油压力传感 器59设置在与相应喷射器41相连通的输送管42中，用于传感管道42 中的燃油压力并将传感的燃油压力输出到ECU51。
利用上述结构，ECU 51可操作以基于传感的燃油压力驱动高压泵 44，从而燃油压力变得与预定压力水平相等。ECU51基于例如检测的 进入空气的比容，进入空气的温度，进气压力，节流阀开度，加速踏 板位置，发动机速度和发动机冷却液温度的发动机运行状况，还可操 作以确定燃油喷射量，喷射正时，点火正时等，并且驱动喷射器41和 火花塞45从而执行燃油的喷射和空气/燃油混合物的点火。
ECU 51还能够基于发动机运行情况控制进气和排气可变阀正时 系统27，2S。更具体地，当发动机以低温或轻负载运行时，或者当发动 机起动或者怠速运行时，控制可变阀正时系统27， 28以消除在排气阀 22的打开周期和进气阀21的打开周期之间的重叠，从而减少流回到进 气口 19或者燃烧室18的废气的量，改善了燃烧稳定性和燃油经济性 或效率。当发动机以中等负载运行时，控制系统27, 28以增加上述重 叠，借此增加内部EGR率并增强废气净化(排放控制)效率，同时减少 了泵损失，改善了燃油经济性。当发动机以高负载和低或中等速度运 行时，ECU 51运行以提前进气阀21的关闭正时从而减少流回到进气 口19的进气量，改善了容积效率。当发动机以高负载和高速运行时， ECU 51运行以根据发动机速度滞后进气阀21的关闭正时，从而提供 与进气的惯性力相匹配的阀正时，改善了容积效率。
如上构造的发动机10具有当车辆停止在怠速状态时自动停止发 动机10的自动发动机停止功能，和当发动机10处在自动停止状态时 相应于起动命令自动重起动发动机IO的发动机重起动功能。在本实施 例中，当发动机10重起动时，直接缸内喷射机构用于除使用起动机50 外，还通过燃油混合物的点火和燃烧起动发动机10。
更具体地，在发动机IO停止之后，用作控制装置或控制器的ECU
51基于曲柄角传感器57的检测结果，确定其中活塞14处在膨胀冲程 中的气缸。当发动机10随后重起动时，ECU 51运行以将燃油喷射进 停止在膨胀冲程的气缸中，并且点火并燃烧空气/燃油混合物从而提供 用于移动活塞14并且驱动凸轮轴16的爆炸力。然后ECU 51运行以驱 动起动机50从而将驱动力施加给凸轮轴16并因此重起动发动机10。
在其中发动机10是直接缸内喷射型的四缸直列式发动机的本实 施例中，当第一气缸#1的活塞14超过上止点(TDC)并且停止在膨胀冲 程中时，例如，跟随第一气缸#1的第三气缸#3的活塞14停止在压縮 冲程中，如图3所示。这种情况下，燃油喷射和点火在停止在膨胀冲 程的第一气缸#1中执行，从而空气/燃油混合物燃烧以产生爆炸力，并 且在第一气缸#1中产生的爆炸力将第一气缸#1的活塞14推下并且同 时通过凸轮轴16向上移动第三气缸#3的活塞14。为了使处在压縮冲 程的第三气缸#3能够从第一气缸#1中产生的爆炸力中获得用于提升活 塞14并压縮燃烧室18中的空气的力，期望将第一气缸#1停止在超过 TDC的膨胀冲程的后半部分，并且将第三气缸#3停止在超过BDC的 压縮冲程的后半部分。
本实施例中，节流阀39在发动机10的停止过程(怠速运行)或降速 期间打开仅仅一特定时间，从而将在发动机停止时刻停止在膨胀冲程 的气缸的活塞14停止在膨胀冲程中的预定停止位置，确保包含在处在 膨胀冲程气缸中的氧气的量。如果节流阀39在发动机降速期间打开， 然而，空气迅速流入位于节流阀39下游的进气管37中，导致不正常 的声音或噪声。特别是，如果节流阀39突然打开而发动机10从例如 怠速状态的运行状态停止，则不正常的声音可能出现，所述怠速状态 中，进气管37中的进气歧管真空度或负压力是大的。
本实施例中，因此，电子节流设备40使得节流阀39打开到在发
动机IO的降速期间基于进气歧管真空度而设定的节流阀开度，从而将 活塞14停止在膨胀冲程中的预定位置，同时防止不正常的声音或噪声 并且确保停止在膨胀冲程中的气缸中的氧气的合适的量。当发动机10 随后起动时，燃油喷射和点火在处在膨胀冲程的气缸中执行，从而发 动机10能够高可靠性地起动。
参照图4，当节流阀在发动机10的降速期间打开到的节流阀开度
较大，或者当在此期间测量的进气歧管真空度较大时，在发动机的降 速期间不正常的声音或噪声更可能出现。为了抑制或消除不正常声音
并确保期望的发动机10的静音性，因此，期望在发动机10的降速期 间在区域A(如图4所示)执行节流阀39的控制，区域A中节流阀开度 的上限值随着进气歧管真空度增加而减少。同时，为了通过对停止在 膨胀冲程的气缸中的氧气的量和相同气缸中活塞停止位置的控制而使 发动机10高可靠性和高效率地重起动，期望将节流阀39的开度设定 为如在发动机10降速期间的一样大。因此，根据发动机10的重起动 性能和静音性，在发动机10降速期间，节流阀39的节流阀开度设置 为图4中区域A的上限值"a"。
再参照图2的流程图，将详细描述如上所述的第一实施例的发动 机起动系统的发动机停止控制和重起动控制。
如图1和图2中所示，步骤Sl中ECU 51确定用于在车辆运行期 间停止发动机10的自动停止条件是否满足。这里，发动机10的自动 停止意味着当发动机怠速时停止发动机10，或所谓的"怠速停止"。 这种情况下，自动停止条件包括，例如，车辆速度是0 km/h，制动开 关处在开状态，和变速杆保持在空挡(N)位置预定的时间。当车辆处在 这些情况中时，例如，在红灯时，ECU51确定车辆停止，并且自动停 止条件满足。然而，应当理解在车辆减速的同时发动机io可能停止。 在这种情况下，用于停止发动机10的自动停止条件包括，例如，车辆 速度等于或低于特定速度，发动机速度等于或低于特定速度，发动机 冷却液温度等于或低于特定温度水平，和空调处在关状态。对于处在 这些条件中的车辆，ECU51确定车辆正在减速，并且自动停止条件满 足。
如果在步骤Sl中确定用于发动机10的自动停止条件满足，则ECU 51进行到S2以使喷射器41不能喷射燃油，并且使火花塞45不能点燃 空气/燃油混合物。在下面的步骤S3中，ECU 51设定通过电子节流设 备40将节流阀39打开到的节流阀开度。这种情况下，基于通过进气 压力传感器54检测的进气压力(即进气歧管真空度)，ECU 51将节流阀 开度设定为上限值"a"，参照图4中所示的图。 一旦节流阀开度在步 骤S3中设定，ECU 51就进行到步骤S4以运行电子节流设备40从而 将节流阀39打开到设定的节流阀开度。
如果节流阀39在发动机10的降速期间打开，则进气管37中的空 气通过节流阀39流向稳压罐36,并且进气压力增加至正压力。因此， 将要停止在膨胀冲程中的活塞14停止在膨胀冲程中的合适停止位置， 同时进气流导致每个气缸的扫气，因此确保停止在膨胀冲程中的气缸 中的氧气的合适的量。进一步，由于节流阀39在发动机降速期间打幵 到的节流阀开度如上所述恰当的设定，因此阻止了空气通过节流阀39 迅速地流入稳压罐36，因此抑制或消除了可能的不正常的声音。
步骤S5中，确定发动机速度是否变为等于O。如果发动机速度变 为等于0，则步骤S6执行以操作电子节流设备40关闭节流阀39，并 且发动机停止在步骤S7中。
随后，步骤S8中确定当发动机IO处在自动停止状态时发动机重 起动条件是否满足。用于发动机10的重起动条件可包括，例如，车辆 速度等于0km/h，制动开关处在开状态，和变速杆处在运行(l， 2， D， 或者R)位置。当这些条件满足时，ECU51确定驾驶者想起动车辆，并 且重起动条件满足。如果步骤SS中确定用于起动发动机10的重起动条件满足，则步骤S10和随后的步骤通过空气/燃油混合物的点火和燃 烧以执行起动发动机10。
更具体地，在发动机重起动之前，步骤S9中ECU51基于曲柄角 传感器57的检测结果，确定哪个气缸停止在膨胀冲程中。步骤S10中， 特定量的燃油从喷射器41喷射进停止在膨胀冲程的气缸的燃烧室1S 中，并且空气/燃油混合物由火花塞45点燃，从而混合物开始在气缸中 燃烧，提供使活塞14向下移动的爆炸力。
当燃烧在停止在膨胀冲程中的气缸中发生以推下该同一气缸的活 塞14时，凸轮轴16旋转，从旋转得到的力传递到跟随停止在膨胀冲 程中的气缸的气缸中，即，传递到停止在压缩冲程中的气缸中，从而 向上移动停止在压缩冲程中的气缸的活塞14。当停止在压縮冲程中的 气缸经过压縮冲程并到达膨胀冲程时，以如上方式，特定量的燃油从 喷射器41喷射进气缸中，并且空气/燃油混合物通过火花塞45点燃， 从而混合物在气缸中开始燃烧，提供使活塞14向下移动的爆炸力。
当由停止在膨胀冲程中的气缸的燃烧室18中的燃油喷射、点火和 燃烧导致的力，使得停止在膨胀冲程中的气缸的活塞14开始向下移动 时，步骤Sll执行以起动起动机50从而起动发动机10。在步骤S10 中，跟随停止在膨胀冲程和压縮冲程中的气缸以正常方式经过空气吸 入，燃油喷射和点火。更具体地，空气从进气口 19吸入到每一个随后 的气缸中，同时特定量的燃油从喷射器41喷射进气缸中，并且空气/ 燃油混合物通过火花塞45点燃并燃烧以提供导致活塞14向下移动的 力。因此，在每个气缸中产生的爆炸力保持作用在发动机IO上特定时 间，并且驱动力从起动机50施加到发动机10上，从而重起动发动机 10。
在步骤S12中，确定发动机速度是否已经上升到预定的起动速度。 如果发动机速度变为等于或高于起动速度，则ECU 51进行到步骤S13
以完成通过起动机50起动发动机10。以这种方式，恰当地重起动发动 机10。
再参照图5，将描述在发动机10的降速期间，节流阀39的开度 和进气压力中的变化。在发动机10的降速期间，如果节流阀39打开 到如图5中双点划线所示的如在传统系统中的较大节流阀开度，则由 于迅速的空气流入进气压力急剧增加(如图5中双点划线所示)，并且不 正常的声音或噪声可能产生。另一方面，如果节流阀39打开到如图5 中实线所示合适的受控的节流阀开度，如在本实施例中，则空气被阻 止迅速流入进气管37中，并且进气压力逐渐增加，导致不正常声音的 减少或消除。
如上所述，第一实施例的发动机起动系统设置有用于将燃油喷射 到燃烧室18中的喷射器41，用于点燃燃烧室18中的空气/燃油混合物 的火花塞45，和位于进气管37中的电子节流设备40。在发动机10的 降速期间，起动系统操作节流设备40以将节流阀39打开到基于进气 压力(即进气管37中的负压力或者进气歧管真空度)而设定的节流阀开 度。当发动机IO起动时，起动系统致动喷射器41以将燃油喷射到处 在膨胀冲程的气缸中，并且致动火花塞45以点燃相同气缸的燃烧室18 中的空气/燃油混合物。
通过在发动机10的降速期间打开节流阀39，可能将新鲜空气吸 入每个气缸中用于扫气，由此增加气缸中氧气的量，并且减少气缸中 的负压力，使得停止在膨胀冲程中的活塞14停止在合适位置。当发动 机10随后重起动时，因此，停止在膨胀冲程中的气缸中的空气/燃油混 合物能够无失效地点火并燃烧以提供特定的驱动力，因此使得发动机 IO能够以改善的可靠性和效率而起动。而且，由于节流阀在发动机IO 降速期间打开到的节流阀开度基于进气压力或进气歧管真空度来设 定，因此由于空气的迅速流入可能出现的不正常的声音被抑制或消除， 并且发动机10能够安静地停止。
在发动机10降速期间，当节流阀39打开时产生的不正常声音或 噪声由于节流阀开度较小或者进气歧管真空度较小而出现的可能性较
小。当发动机10的重起动特性，即发动机10重起动时的可靠性和效
率，受到停止在膨胀冲程中的气缸中的氧气量和该相同气缸中的活塞
14的停止位置的影响时，这些重起动特性随着节流阀39的开度的增加 而改善。考虑到发动机10的静音性和重起动性能，因此，发动机10 的降速期间的节流阀39的开度设定为区域A(图4中)的上限值"a"， 在区域A中，节流阀开度的上限值随着进气歧管真空度增加而减少。
因此，所述实施例的起动系统使得确保抑制在发动机10降速期间 可能出现的不正常声音，而同时确保起动发动机IO期间的足够高的可 靠性和效率成为可能，因此实现了发动机10的静音性和重起动性能的 兼容性。
第二实施例
图6是描述通过作为本发明第二实施例的内燃发动机的起动系统 执行的发动机停止控制和起动控制的流程图。图7是示出在第二实施 例的发动机起动系统中，在发动机停止期间观测的节流阀打开速度和 进气管中的压力的时间图。本实施例的发动机起动系统的整个结构与 如上所述的第一实施例的发动机起动系统的整个结构基本相同，并且 将参照图1进行描述。在下列描述中，将使用与第一实施例的解释中 使用的参考标记相同的参考标记，用于标记结构上和/或功能上相应的 元件，将不提供其详细描述。
类似于如上所述的第一实施例的发动机起动系统，第二实施例的 发动机起动系统具有当车辆停止在怠速状态时自动停止发动机10的功 能，和当发动机IO处在自动停止状态时相应于起动命令自动重起动发 动机10的功能，如图1所示。更具体地，在发动机10停止之后，ECU 51确定活塞14停止在膨胀冲程中的气缸中。当发动机10重起动时，ECU 51运行以将燃油喷射到停止在膨胀冲程中的气缸中，并且点燃并 燃烧空气/燃油混合物以提供由于混合物爆炸导致的力，所述力用于移动活塞14并驱动凸轮轴16。然后ECU 51运行以驱动起动机50从而 将驱动力施加到凸轮轴16上，由此重起动发动机IO。
在本实施例中，在发动机10停止或降速期间，节流阀39打开仅 仅一特定时间，从而停止在膨胀冲程中的活塞14位于膨胀冲程中的预 定停止位置，并且适当量的氧气确保包含在停止在膨胀冲程中的气缸 中。而且，本实施例的起动系统基于进气歧管真空度来设定节流阀39 在发动机降速期间打开的节流阀打开速度，从而阻止空气的迅速流入 并且抑制或消除了由于空气的迅速流入导致的不正常的声音或噪声。
如在第一实施例的节流阀开度的情况中一样，考虑到发动机10的 重起动性能和静音性，节流阀39在发动机10的降速期间打开的节流 阀打开速度设定为区域的上限值，该区域中节流阀打开速度随着进气 歧管真空度增加而减少。
参照图6的流程图，将详细描述通过如上所述的第二实施例的发 动机起动系统执行的发动机停止控制和重起动控制。
如图1和图6所示，步骤S31中ECU 51确定用于自动停止发动 机IO的自动停止条件在车辆运行期间是否满足。如果步骤S31中确定 用于发动机10的自动停止条件满足，则ECU 51进行到步骤S32以使 喷射器41不能喷射燃油并且使火花塞45不能点燃空气/燃油混合物。 在下列的步骤S33中，ECU 51基于通过进气压力传感器54检测的进 气压力(即进气歧管真空度)设定节流阀39通过电子节流设备40打开的 节流阀打开速度。 一旦节流阀打开速度在步骤S33中设定，ECU 51就 进行到步骤S34以操作电子节流设备40以在步骤S33中设定的打开速 度打开节流阀39，从而提供预定的节流阀开度。
当节流阀39在发动机10降速期间打开时，进气管37中的空气通 过节流阀39流向稳压罐36,从而进气压力升至正压。因此，停止在膨 胀冲程中的活塞14位于膨胀冲程中的特定停止位置，并且空气的流入 导致每个气缸的扫气，因此确保停止在膨胀冲程的气缸中的恰当的氧 气量。进一步，由于节流阀39在发动机降速期间以恰当设定的速度打 开一定角度，因此阻止空气通过节流阀39迅速流入稳压罐36中，并 且因此抑制或消除了可能的不正常的声音或噪声。
步骤S35中，确定发动机速度是否变为等于0。如果发动机速度 变为等于0,则ECU51进行到步骤S36以运行电子节流设备40从而关 闭节流阀39，然后进行到步骤S37以停止发动机10。
随后，在步骤S38中确定当发动机IO处在自动停止状态时发动机 重起动条件是否满足。如果步骤S38中确定用于发动机10的发动机重 起动条件满足，则步骤S40和随后的步骤执行以通过空气/燃油混合物 的点火和燃烧来起动发动机10。更具体地，在发动机10重起动之前， 步骤S39中ECU 51基于曲柄角传感器57的检测结果确定哪个气缸停 止在膨胀冲程中。步骤S40中， 一定量的燃油从喷射器41喷射到停止 在膨胀冲程中的气缸的燃烧室18中，并且然后空气/燃油混合物通过火 花塞45点燃，从而混合物开始在气缸中燃烧以提供用于向下移动活塞 14的爆炸力。
一旦空气/燃油混合物开始在停止在膨胀冲程中的气缸中燃烧从 而向下移动活塞14，则凸轮轴16旋转，并且旋转运动或者导致的力传 递到跟随停止在膨胀冲程中的气缸的气缸，即传递到停止在压縮冲程 中的气缸。因此，停止在压縮冲程中的气缸的活塞14向上移动以继续 压縮冲程。当这个气缸然后到达膨胀冲程时， 一特定量的燃油从喷射 器41喷射到该气缸中，并且以如上所述的方式，空气/燃油混合物然后 通过火花塞45点燃，从而混合物开始在气缸中燃烧从而提供用于推下 活塞14的爆炸力。
当由于停止在膨胀冲程中的气缸的燃烧室18中的燃油喷射，点火
和燃烧，活塞14开始向下移动时，ECU 51执行步骤S41以起动起动 机50从而起动发动机10。步骤S40中，跟随停止在膨胀冲程中的气缸 的和处在压縮冲程的气缸以正常方式经过空气吸入，燃油喷射和点火。 更具体地，空气从进气口 19吸入到每个随后的气缸中，同时特定量的 燃油从喷射器41喷射进气缸中，并且空气/燃油混合物通过火花塞45 点燃并燃烧以提供使活塞14向下移动的爆炸力。因此，在每个气缸中 生成的爆炸力保持施加到发动机IO上一特定时间，并且驱动力从起动 机50施加给发动机10，从而重起动发动机10。
然后，步骤S42中确定发动机速度是否已经升高到等于或高于预 定起动速度。如果发动机速度变为等于或高于起动速度，则ECU 51进 行到步骤S43以完成通过起动机50起动发动机10。以这种方式，恰当 地重起动发动机10。
再参照图7，将描述在发动机10的停止过程或降速期间节流阀39 的幵度和打开速度以及进气压力中的变化。如图7所示，如果节流阀 39在发动机10的停止期间，以图7中双点划线所示的如在传统系统中 的大的节流阀打开速度打开，则进气压力由于空气的迅速流入而急剧 增加，并且不正常的声音或噪声可能出现。另一方面，如果节流阀39 以图7中实线所示的如在本实施例中的恰当设定的速度打开，则空气 禁止迅速流入进气管37中，并且进气压力逐渐增加，导致不正常声音 的减少或消除。
如上所述，第二实施例的发动机起动系统设置有用于将燃油直接 喷射进燃烧室1S中的喷射器41，用于点燃燃烧室18中的空气/燃油混 合物的火花塞45，和位于进气管37中的电子节流设备40。在发动机 10降速期间，起动系统运行节流设备40以基于进气压力(即进气管37 中的负压力或进气歧管真空度)而设定的节流阔打开速度打开节流阀
39到特定节流阀开度。当发动机IO随后重起动时，起动系统运行喷射
器41以将燃油直接喷射到处在膨胀冲程中的气缸中，并且运行火花塞 45以点燃形成在膨胀冲程气缸的燃烧室18中的空气/燃油混合物。
通过在发动机10的降速期间打开节流阀39，可能将空气吸入每 个气缸用于扫气，由此增加气缸中氧气的量，并且减少气缸中的负压 力使得停止在膨胀冲程中的活塞14位于恰当的位置。当发动机10随 后重起动时，因此，停止在膨胀冲程的气缸中的空气/燃油混合物无失 效地点燃并燃烧以提供特定的驱动力，从而使得发动机10以改善的可 靠性和效率起动。而且，由于节流阀在发动机IO降速期间打开的节流 阀打开速度基于进气歧管真空度而设定，因此由于空气的快速流入可 能出现的不正常的声音可以被抑制或消除，并且发动机10可以安静地 停止。
在发动机10的降速期间，当节流阀39打开时不正常的声音或噪 声因为节流阀打幵速度较低或者因为进气歧管真空度较低而出现的可 能较小。尽管重起动特性，即，发动机IO重起动时的可靠性和效率受 到停止在膨胀冲程中的气缸中的氧气量和该相同气缸中活塞14的停止 位置的影响，但是这些重起动特性随着节流阀39的幵度增加而改善。 考虑到发动机10的静音性和重起动特性，因此，节流阀39在发动机 10降速期间的打开速度设定为区域的上限值，该区域中，节流阀打开 速度的上限值随着进气歧管真空度增加而减少。
因此，所述实施例的起动系统使得确保抑制在发动机10降速期间 可能出现的不正常的噪声同时确保重起动发动机io时的足够高的可靠 性和效率成为可能，因此实现了发动机10的静音性和重起动性能之间 的兼容性。
在所述的实施例中，当发动机10重起动时，燃油喷射进停止在膨 胀冲程中的气缸的燃烧室18中，并且该相同气缸中的空气/燃油混合物
点火并燃烧。这种情况下，喷射进燃烧室18中的燃油的量可以基于发 动机10以其停止的曲柄角，发动机冷却液温度，和曲轴箱内的压力而 设定。由于燃烧室18的容积可以从发动机10停止的曲柄角获得，并 且空气密度可以从发动机冷却液温度获得，同时气缸内的压力可以从 曲轴箱内的压力获得，因此燃油喷射量能够基于这些数据设定为最优 值。
尽管本发明的发动机起动系统具有重起动系统的形式用于重起动 在所述实施例中已经自动停止的发动机10，但是本发明可以同样应用 于起动系统，用于在发动机IO完全停止的情况下，响应于点火钥匙开
关的处理而起动发动机10。
尽管本发明的发动机起动系统应用在直接缸内喷射型的四缸发动 机，但是本发明不局限于用于这种类型的发动机，而可以应用于六缸
或者其它多缸或直列式或v型发动机。
工业应用
当发动机起动时刻，在通过使用由处在膨胀冲程的气缸中的燃油 喷射、点火和燃烧导致的爆炸力来起动的内燃发动机中，根据本发明 构造的起动系统在发动机的停止期间运行以将节流阀打开到基于进气 压力而设定的节流阀开度，或者以基于进气压力而设定的节流阀打开 速度将节流阔打开到特定开度，从而防止不正常声音或噪声的出现。 因此，本发明可以应用到属于缸内直接喷射型的任何类型的内燃发动 机中。
权利要求
1.一种内燃发动机的起动系统，包括(a)燃烧室(18)，(b)与所述燃烧室(18)连通的进气口(19)和排气口(20)，(c)分别打开和关闭所述进气口(19)和所述排气口(20)的进气阀(21)和排气阀(22)，(d)设置在与所述进气口(19)连通的进气通道(37)中的节流设备(40)，所述节流设备包括节流阀(39)，(e)用于将燃油喷射进所述燃烧室(18)中的燃油喷射装置(41)，(f)用于点燃所述燃烧室(18)中的空气/燃油混合物的点火装置(45)，以及(g)用于检测所述内燃发动机的曲柄角的曲柄角传感装置(57)，其中控制装置(51)设置为用于操作所述节流设备(40)，以将所述节流阀(39)打开到基于所述发动机停止期间的进气压力而设定的节流阀开度；所述控制装置(51)基于所述曲柄角传感装置(57)的检测结果，确定在所述发动机起动的时刻处于膨胀冲程中的膨胀冲程气缸；以及当所述发动机起动时，所述控制装置(51)操作所述燃油喷射装置(41)以将所述燃油喷射进所述膨胀冲程气缸，并且操作所述点火装置(45)以点燃所述膨胀冲程气缸的所述燃烧室(18)中的所述空气/燃油混合物。
2. 如权利要求1所述的起动系统，其中所述控制装置(51)设定所 述节流阀(39)在所述发动机的停止期间打开到的所述节流阀开度，使得 所述节流阀开度随着所述进气压力增加而减少。
3. —种内燃发动机的起动系统，包括(a)燃烧室(18)， (b)与所述 燃烧室(18)连通的进气口(19)和排气口(20)， (c)分别打开和关闭所述进 气口(19)和所述排气口(20)的进气阀(21)和排气阈(22)，(d)设置在与所述 进气口(19)连通的进气通道(37)中的节流设备(40)，所述节流设备包括 节流阀(39)， (e)用于将燃油喷射到燃烧室(18)中的燃油喷射装置(41)，(f) 用于点燃所述燃烧室(18)中的空气/燃油混合物的点火装置(45)，以及(g) 用于检测所述内燃发动机的曲柄角的曲柄角传感装置(57)，其中控制装置(51)设置为用于操作所述节流设备(40)，以将所述节流阀 (39)以一节流阀打开速度打开到预定的节流阀开度，所述节流阀打开速 度基于所述发动机停止期间的进气压力来设定；所述控制装置(51)基于所述曲柄角传感装置(57)的检测结果，确定 在所述发动机起动的时刻处于膨胀冲程中的膨胀冲程气缸；以及当所述发动机起动时，所述控制装置(51)操作所述燃油喷射装置 (41)以将所述燃油喷射进所述膨胀冲程气缸，并且操作所述点火装置 (45)以点燃所述膨胀冲程气缸的所述燃烧室(18)中的所述空气/燃油混 合物。
4. 如权利要求3所述的起动系统，其中所述控制装置(51)设定所 述节流阀(39)在所述发动机停止期间打开的所述节流阀打开速度，使得 所述节流阀打开速度随着所述进气压力增加而减少。
5. 如权利要求1或3所述的起动系统，其中所述节流阀开度或者 所述节流阀(39)在所述发动机停止期间打开的节流阀打开速度被设定 为所述节流阀开度或者随着所述进气压力增加而减少的节流阀打开速 度的上限值。
6. 如权利要求5所述的起动系统，其中所述节流阀开度或者所述 节流阀(39)在所述发动机停止期间打开的节流阀打开速度的所述上限 值根据所述发动机起动时的起动能力和所述发动机的静音性来确定。
7. —种内燃发动机的起动系统，该内燃发动机包括燃烧室，与所 述燃烧室连通的进气口和排气口，以及分别打开和关闭所述进气口和 所述排气口的进气阀和排气阀，所述内燃发动机的起动系统包括节流设备，设置在与所述进气口连通的进气通道中，所述节流设 备包括节流阀；燃油喷射器，将燃油喷射进所述燃烧室； 点火器，点燃所述燃烧室中的空气/燃油混合物；曲柄角检测器，检测所述内燃发动机的曲柄角；以及 控制器，所述控制器操作所述节流设备以将所述节流阀打开到基于所述发动机停止期 间的进气压力而设定的节流阀开度；基于所述曲柄角检测器的检测结果，确定在所述发动机起动的时 刻处于膨胀冲程中的膨胀冲程气缸；以及当所述发动机起动时，操作所述燃油喷射器以将所述燃油喷射进 所述膨胀冲程气缸，并且操作所述点火器以点燃所述膨胀冲程气缸的 所述燃烧室中的所述空气/燃油混合物。
8. —种内燃发动机的起动系统，所述内燃发动机包括燃烧室，与 所述燃烧室连通的进气口和排气口，以及分别打开和关闭所述进气口 和所述排气口的进气阀和排气阀，所述内燃发动机的起动系统包括节流设备，设置在与所述进气口连通的进气通道中，所述节流设 备包括节流阀；燃油喷射器，将燃油喷射进所述燃烧室； 点火器，点燃所述燃烧室中的空气/燃油混合物；曲柄角传感器，检测所述内燃发动机的曲柄角；以及 控制器，所述控制器操作所述节流设备以基于所述发动机停止期间的进气压力而设定 的节流阀打开速度打开所述节流阔；基于所述曲柄角传感器的检测结果，确定在所述发动机起动的时 刻处于膨胀冲程中的膨胀冲程气缸；以及当所述发动机起动时，操作所述燃油喷射器以将所述燃油喷射进 所述膨胀冲程气缸，并且操作所述点火器以点燃所述膨胀冲程气缸的 所述燃烧室中的所述空气/燃油混合物。
9. 一种内燃发动机的起动方法，所述内燃发动机包括(a)燃烧室 (18)， (b)与所述燃烧室(18)连通的进气口(19)和排气口(20)， (c)分别打 开和关闭所述进气口(19)和所述排气口(20)的进气阀(21)和排气阀(22)，(d)设置在与所述进气口(19)连通的进气通道(37)中的节流设备(40)，所 述节流设备包括节流阀(39)， (e)用于将燃油喷射进所述燃烧室(18)中的 燃油喷射装置(41)， (f)用于点燃所述燃烧室(18)中的空气/燃油混合物的 点火装置(45)，以及(g)用于检测所述内燃机的曲柄角的曲柄角传感装置 (57)，所述内燃发动机的起动方法包括下述步骤操作所述节流设备(40)，以将所述节流阀(39)打开到基于所述发动 机停止期间的进气压力而设定的节流阀开度；基于所述曲柄角传感装置(57)的检测结果，确定在所述发动机起动 的时刻处于膨胀冲程中的膨胀冲程气缸；以及当所述发动机起动时，操作所述燃油喷射装置(41)以将所述燃油喷 射进所述膨胀冲程气缸，并且操作所述点火装置(45)以点燃所述膨胀冲 程气缸的所述燃烧室(18)中的所述空气/燃油混合物。
10. 如权利要求9所述的起动方法，其中所述节流阀(39)在所述发 动机停止期间打开到的所述节流阀开度被设定为使得所述节流阀开度 随着所述进气压力增加而减少。
11. 一种内燃发动机的起动方法，所述内燃发动机包括(a)燃烧 室(1S)， (b)与所述燃烧室(18)连通的进气口(19)和排气口(20)， (c)分别(22)， (d)设置在与所述进气口(19)连通的进气通道(37)中的节流设备 (40)，所述节流设备包括节流阀(39)， (e)用于将燃油喷射进所述燃烧室 (18)中的燃油喷射装置(41)， (f)用于点燃所述燃烧室(18)中的空气/燃油 混合物的点火装置(45)，以及(g)用于检测所述内燃发动机的曲柄角的曲 柄角传感装置(57)，所述内燃发动机的起动方法包括下述步骤操作所述节流设备(40)，以将所述节流阀(39)以一节流阀打开速度 打开到预定的节流阀开度，所述节流阀打开速度基于所述发动机停止 期间的进气压力来设定；基于所述曲柄角传感装置(57)的检测结果，确定在所述发动机起动的时刻处于膨胀冲程中的膨胀冲程气缸；当所述发动机起动时，操作所述燃油喷射装置(41)以将所述燃油喷射进所述膨胀冲程气缸，并且操作所述点火装置(45)以点燃所述膨胀冲 程气缸的所述燃烧室(18)中的所述空气/燃油混合物。
12. 如权利要求11所述的起动方法，其中所述节流阀(39)在所述 发动机停止期间打开的所述节流阀打开速度被设定为使得所述节流阀 打开速度随着所述进气压力增加而减少。
13. 如权利要求9或11所述的起动方法，其中所述节流阀开度或 者所述节流阀(39)在所述发动机停止期间打开的节流阀打开速度被设 定为所述节流阀开度或者随着所述进气压力增加而减少的节流阔打开 速度的上限值。
14. 如权利要求13所述的起动方法，其中所述节流阀开度或者所 述节流阀(39)在所述发动机停止期间打开的节流阀打开速度的所述上 限值根据所述发动机起动时的起动能力和所述发动机的静音性来确 定。
全文摘要
一种内燃发动机的起动系统中，设置用于将燃油直接喷射进燃烧室(18)的喷射器(41)和用于点燃燃烧室(18)中的空气/燃油混合物的火花塞(45)，并且进气管(37)中设置有节流设备(40)。在发动机(10)停止期间，起动系统运行节流设备(40)以打开节流阀(39)到基于进气压力而设定的节流阀开度。当发动机(10)起动时，起动系统促动喷射器(41)以将燃油喷射进处在膨胀冲程的气缸中，并且促动火花塞(45)以点燃燃烧室(18)中的混合物。
文档编号F02D41/00GK101198781SQ200680021689
公开日2008年6月11日 申请日期2006年6月14日 优先权日2005年6月16日
发明者小岛进 申请人:丰田自动车株式会社