專利名稱：內燃機的受控啟動和制動的制作方法
技術領域：
本公開涉及內燃機，尤其是涉及啟動和停止這種發(fā)動機。
背景技術：
在常規(guī)的內燃機中，無論是往復式發(fā)動機或者旋轉式發(fā)動機，通常設置有一個獨立的輔助設備，比如啟動電動機和大型電池，以便啟動該發(fā)動機。在這種發(fā)動機中，啟動電動機從電池獲取能量，以便使得一個飛輪轉動，相應地，旋轉發(fā)動機的曲軸。在四沖程發(fā)動機中，啟動電動機必須提供足夠的能量來旋轉曲軸，以便足以完成一個壓縮沖程。一旦壓縮沖程得以完成，那么發(fā)動機將點燃受壓縮的充氣(charge)，并且由此開始正常的發(fā)動機工作過程。
當內燃機被操作人員關閉時(比如斷開鑰匙開關(a key switch)或者關閉阻風門)，將通過簡單地中止向燃燒室供給燃料和/或空氣來阻止在燃燒室中發(fā)生燃燒而使得發(fā)動機停止工作。由于在燃燒室中沒有發(fā)生燃燒，所以曲軸停止旋轉并且發(fā)動機停止工作。但是，在這種發(fā)動機中，無法對曲軸(以及活塞)的停置位置進行控制。

發(fā)明內容
在一個方面，本發(fā)明提出了一種啟動內燃機的方法，包括基于氣缸中的活塞沿著其沖程位于一個預定位置而選擇一個用于進行初始點燃的氣缸；將燃料噴射入所選定的氣缸內，來形成一種未經壓縮的燃料-空氣混合物；以及對所選定氣缸中的未經壓縮燃料-空氣混合物進行點火。對用于點燃的氣缸的選擇作為氣缸活塞位置的一個函數進行，而不考慮正常的點火順序，向氣缸噴射燃料來形成一種未經壓縮的燃料-空氣混合物并且點燃，直至至少具有足夠的動能來在至少一個氣缸中完成一個壓縮沖程。在壓縮沖程完成之后，按照預定的正常點火順序點燃這些氣缸。
各種實施例可以包括下述特征中的一個或者多個。
這種方法還包括，在按照它們的正常點火順序點燃氣缸之前，通過調節(jié)所選定氣缸的氣門動作參數(比如氣門升程和定時(timing))，調節(jié)該氣缸的動態(tài)壓縮比。
為初始點燃而選定的氣缸的預定位置可以是這樣一個位置，即活塞具有足夠的機械優(yōu)勢(mechanical advantage)，來響應對第一選定氣缸中的混合物進行點火而使得曲軸(沿逆時針或者順時針方向)至少旋轉過180度。為初始點燃而選定的氣缸的預定活塞位置可以處于上止點之后的25至155曲軸角度(crankshaft degrees)之間。
在對所選定氣缸中的未經壓縮燃料-空氣混合物進行點火之前，可以將進氣門打開(并且隨后關閉)，來向該選定氣缸內導入新鮮的充氣。在對為初始點燃而選定的氣缸進行點火之后，可以在活塞從下止點朝向上止點移動時打開排氣門。該排氣門可以保持打開，直至活塞近乎到達上止點。
這種方法還可以包括選擇多個用于進行初始點燃的氣缸，其中基于各個氣缸中的活塞沿著其沖程位于一個預定位置而選擇各個氣缸。這種方法還可以包括在點燃為初始點燃而選定的氣缸之前，關閉進氣門和/或排氣門。
燃料可以借助于一個燃料噴射器進行噴射，并且可以被噴射成能夠形成一種燃料/空氣比率近乎理想配比值(with a fuel/air ratio approximatelystoichiometric)的可燃性混合物(a combustible mixture)。無需考慮正常的點火順序的、基于氣缸活塞位置執(zhí)行的對氣缸的選擇、點火和點燃操作可在按照預定的正常點火順序點燃氣缸的同時進行，這樣有助于順暢地從啟動模式過渡至發(fā)動機的正常點火順序。
在另外一個方面，本發(fā)明提出了一種降低內燃機轉速的方法，包括確定出發(fā)動機的第一轉速，估測出足以使得發(fā)動機轉速降低至第二轉速的泵送做功量(an amount of pumping work)，以及操控一個或者多個與一個或者多個發(fā)動機氣缸相關的氣門來在發(fā)動機內部至少部分地產生所估測的泵送做功量。
各種實施例可以包括下述特征中的一個或者多個。
第一轉速可以位于預定的轉速范圍之內，對于所述預定轉速范圍來說，已經確定出利用泵送做功可以使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度范圍之內，并且可以應用泵送做功來使得發(fā)動機停置在所述理想范圍之內。這種方法還可以使得發(fā)動機轉速降低至這樣一個轉速，即對于該轉速來說，已經確定出利用泵送做功可以使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度范圍之內。所述理想范圍可以是這樣一個位置，即在這里活塞具有一種機械優(yōu)勢，來使得曲軸旋轉通過下止點(比如位于25至155曲軸度之間)。所述泵送做功可以通過操控氣缸上的進氣門和/或排氣門來產生，并且氣門操控可以使得進氣門和排氣門同時或者依次打開和關閉，以便使得氣缸充分排出廢氣(比如通過在打開排氣門之前打開進氣門，來通過進氣門吸入新鮮充氣，并且在關閉排氣門之前關閉進氣門，來通過排氣門排出燃燒殘余物)。
預期的泵送做功量可以通過確定出活塞在氣缸內的位置來獲得，在活塞處于第一位置時打開氣門，并且在活塞處于第二位置時關閉氣門，其中第一和第二位置取決于發(fā)動機的進入轉速(the entering speed)。
這種方法還可以涉及確定出足以使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至第二轉速的活塞沖程數目，并且確定出各個所確定沖程所需的泵送做功量，來使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至第二轉速。
這種方法還可以包括確定出各種氣門動作參數，比如氣門定時、氣門升程以及次序，來產生出所估測的泵送做功量。氣門動作參數可以動態(tài)確定(即實時確定)或者可以通過訪問預先存儲的數據加以確定。
這種方法還可以包括估測出發(fā)動機的一個或者多個氣缸中的摩擦做功量，并且可以使用估測出的摩擦做功量來確定所估測的泵送做功量。
本發(fā)明的另外一個方面提出了一種停止內燃機的方法，包括確定出一個轉速范圍，在該轉速范圍中，可以利用泵送做功來使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度之內，和當發(fā)動機的轉速已經達到一個目標轉速時，操控氣門致動系統(tǒng)來在氣缸中產生出泵送做功，以便使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，其中所述目標轉速位于確定出的轉速范圍之內。
各種實施例可以包括下述特征中的一個或者多個。
轉速范圍的確定可以通過模擬或者實際的發(fā)動機測試來預先確定，對于所述轉速范圍來說，發(fā)動機將在一個制動沖程中停止工作，以便使得曲軸將停置在理想范圍之內。理想的曲軸角度范圍是這樣一個位置范圍，即在這里至少一個活塞具有足夠的機械杠桿作用(sufficient mechanicalleverage)，來使得曲軸沿順時針或者逆時針方向旋轉。
在操控所述氣門致動系統(tǒng)來使得發(fā)動機停止工作之前，可以確定出使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至目標轉速所需的泵送做功量和沖程數目。這種方法可以操控所述氣門致動系統(tǒng)來產生出使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至目標轉速所需的估測泵送做功，并且可以在若干個氣缸之間均勻地分配估測出的泵送做功，來使得進入轉速降低至目標轉速。在發(fā)動機已經停止之后，可以對一個氣門進行操控來使用來自于存儲在氣缸中的流體(比如壓縮的或者負壓的空氣)的壓能調節(jié)發(fā)動機的最終曲軸角度。
這種方法還可以估測出一個或者多個氣缸中的摩擦做功量。估測這種摩擦做功的一種方式是在操控所述氣門致動系統(tǒng)之前預測出發(fā)動機的殘留轉速，并且在操控氣門致動系統(tǒng)之后將實際的殘留轉速與預測殘留轉速進行比較。估測這種摩擦做功的另外一種方式是在一個沖程中向氣缸施加最少的泵送做功量，并且在該沖程中對發(fā)動機轉速進行采樣，隨后基于在該沖程中發(fā)動機轉速的變化估測出摩擦做功量。
本發(fā)明的另外一個方面提出了一種內燃機，包括一個氣缸，該氣缸容納有一個固連在曲軸上的活塞，一個進氣門和致動器，對空氣進入所述氣缸之內進行控制，一個排氣門和致動器，對從所述氣缸中排出空氣進行控制，以及一個氣門控制模塊，在接收到一個使得發(fā)動機停止工作的指令時，相適應地地控制所述進氣門致動器和排氣致動器產生出泵送做功，來使得發(fā)動機停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度范圍之內。
各種實施例可以包括下述特征中的一個和多個。
所述氣門控制模塊可以被構造成在接收一個使得發(fā)動機停止工作的指令時，相適應地控制進氣門和/或排氣門致動器來產生出泵送做功，以便使得發(fā)動機從第一轉速降低至第二轉速，其中第二轉速位于一個預定的轉速范圍之內，對于該轉速范圍來說，已經確定出可以利用泵送做功來使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度范圍之內。
這種發(fā)動機還可以包括一個至少部分地設置在所述氣缸之內的點火元件，對所述氣缸之內的燃料進行點火，一個至少部分地設置在所述氣缸之內的燃料噴射元件，將合適量的燃料噴射入所述氣缸之內，以及一個點火和燃料噴射控制模塊，在接收到一個使得發(fā)動機停止工作的指令時，停止對燃料的噴射和點火操作。
在另外一個方面，本發(fā)明提出了一種內燃機，包括一個氣缸，該氣缸容納有一個固連在曲軸上的活塞，一個進氣門和致動器，對空氣進入所述氣缸之內進行控制，一個排氣門和致動器，對從所述氣缸中排出空氣進行控制，以及一個啟動模塊，識別出一個或者多個帶有處于預定位置范圍中的活塞的氣缸，獨立于它們的正常工作沖程循環(huán)，對識別出的氣缸進行選擇，并且點燃識別出的氣缸。
在另外一個方面，本發(fā)明提出了一種從停置狀態(tài)啟動四沖程內燃機的方法，包括使得多個氣缸中的第一數目的氣缸以一種兩沖程循環(huán)進行工作，該兩沖程循環(huán)在燃燒之前不對燃料-空氣混合物進行壓縮，和在發(fā)動機中已經累積足以完成一個壓縮沖程的動能之后，同時使得多個氣缸中的第二數目的氣缸以正常的四沖程循環(huán)進行工作。
各種實施例可以包括下述特征中的一個或者多個。在氣缸繼續(xù)以正常的四沖程循環(huán)進行工作的同時，可以使得氣缸中止以兩沖程循環(huán)進行工作。所述兩沖程循環(huán)中的第一沖程可以將新鮮的充氣導入燃燒室之內，而第二沖程可以釋放出燃燒殘余物。
本發(fā)明的其它方面涉及獨立地對發(fā)動機中燃燒室內的氣門、燃料噴射器和/或點火源進行控制，以便在無需啟動電動機協(xié)助的條件下啟動發(fā)動機。另外一個方面涉及使得發(fā)動機以反方向旋轉，來避免使用逆轉齒輪(areverse gear)。另外一個方面涉及停止發(fā)動機的旋轉，以便使得一個或者多個活塞停置在氣缸內部的理想位置或者位置范圍處，其中，所述理想位置是一個活塞將具有足夠機械杠桿作用的位置，來使得如果氣缸中的燃料發(fā)生燃燒，那么將啟動發(fā)動機。
按照本公開中的各種教導設計出的發(fā)動機的一個優(yōu)點是，這種發(fā)動機可以在無需獨立的啟動電動機和大型高功率電池協(xié)助的條件下被啟動。
這種發(fā)動機的另外一個優(yōu)點是，可以省掉逆轉齒輪。
這種發(fā)動機的另外一個優(yōu)點是，當閑置時該發(fā)動機可以停止工作而并非空轉，由此減少了排放和燃料消耗。
這種發(fā)動機的另外一個優(yōu)點是，該發(fā)動機可以停止工作，以便確保發(fā)動機活塞中的一個或者多個位于這樣一個位置處，即提供足夠的機械杠桿作用來在該發(fā)動機被重新啟動時使得曲軸旋轉。
本發(fā)明的一個或者多個實施例的細節(jié)在下面的附圖和描述中予以陳述。本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將從這些附圖和描述中以及從權利要求中明白。


圖1A示出了一個八缸內燃機，裝備有一個獨立的氣門致動機構、一個可程控的燃料噴射系統(tǒng)以及一個可程控的點火系統(tǒng)；圖1B示出了圖1A中所示八缸內燃機中的一個氣缸；圖2A示出了上止點(TDC)活塞位置；圖2B示出了下止點(BDC)活塞位置；圖2C示出了用于示例性V8發(fā)動機的壓縮沖程之前發(fā)動機初始轉速與壓縮沖程之后發(fā)動機最終轉速的對比；圖3是一個流程圖，示出了一種自啟動程式；圖4是一個圖表，示出了用于以四沖程循環(huán)進行工作的351立方英寸V8火花點火型發(fā)動機的啟動程式；圖5A示出了用于在氣缸內部產生出最大泵送做功的氣門定時；圖5B示出了用于在氣缸內部產生出低于最大的泵送做功量的氣門定時；圖5C示出了用于在氣缸內部產生出最少泵送做功的氣門定時；圖6A是一個流程圖，示出了一種兩階段受控制動程式；圖6B是一個圖表，示出了在示例性應用圖6A中所示受控制動程式中發(fā)動機轉速與曲軸角度的對比；在這些附圖中，類似的附圖標記指示類似元件。
具體實施例方式
如圖1A中所示，一個內燃機10包括8個氣缸，比如12a-12b，各個氣缸均容納有一個活塞，比如14a-14b。相應地，各個活塞均通過一根連桿，比如18a-18b，機械連接在曲軸16上。需要注意的是，盡管在圖1A中示出的發(fā)動機是一個V8發(fā)動機，但是下面描述的各種特征并非局限于V8發(fā)動機，而是可以應用于任何內燃機，比如直列式發(fā)動機或者臥式發(fā)動機，帶有任何數目的氣缸。
如圖1B中所示，各個氣缸，比如12a，均包括一個進氣門20、排氣門22、火花塞24、以及燃料噴射元件26，它們均至少部分地設置在于該氣缸之內。為了簡化起見，對于一個氣缸來說僅示出了一個進氣門和排氣門，但是在其它實施例中，對于各個氣缸來說可以存在不止一個進氣門和/或排氣門。一個控制單元(未示出)單獨并且可變地控制火花塞24和燃料噴射器26的工作，其中由燃料噴射器26將燃料送入各個氣缸的氣缸燃燒室內。該控制單元還獨立并且可變地通過控制氣門致動機構30、32來改變氣門動作參數，而對進氣門20和排氣門22進行控制。氣門動作參數(valve eventparamenters)包括氣門升程(即氣門的打開量)和氣門定時(即進氣門和排氣門相對于曲軸位置的打開點和關閉點)。進氣門20和排氣門22可以采用多種氣門致動機構，比如液壓、氣動、電磁或者壓電式，或者任何在本技術領域中公知的其它致動機構。例如，與本申請同時提交的由Thomas AFroeschle、Roger Mark、Thomas C.Schroeder、Richard Tucker Carlmark、DaveHanson以及Jun Ma提出的待審美國專利申請“Electromagneric Actuator andControl”，公開了一種用于控制氣缸的流入和流出的集成氣門與致動器機構，其可以被用作發(fā)動機10中的進氣門20和致動器30以及排氣門22和致動器32，通過參考將該美國專利申請結合入本發(fā)明。
正如下面將要更為詳細解釋的那樣，所述控制單元對與各個發(fā)動機氣缸12a、12b相關的功能元件(比如氣門、燃料噴射器、點火源等等)進行控制，來在無需輔助電動機(比如啟動電動機)協(xié)助的條件下啟動發(fā)動機，并且使得發(fā)動機從啟動模式工作過渡至以正常工作模式工作。因此，發(fā)動機10被構造成以至少兩種模式進行工作，即啟動模式和正常工作模式。
在正常工作模式下，所有氣缸均以一種正常的多沖程循環(huán)進行工作，比如常規(guī)的四沖程循環(huán)，具有進氣、壓縮、燃燒和膨脹、以及排氣沖程。當活塞從其上止點(TDC)位置移動至其下止點(BDC)位置或者從其BDC移動至其TDC時，產生一個沖程，其中BDC和TDC在圖2A至2B中示出。隨著活塞在氣缸中上、下移動，它們會使得曲軸16發(fā)生旋轉。示例性發(fā)動機10被構造成使得曲軸16每兩個沖程完成一個回轉。由此，各個沖程在長度上被稱作180曲柄角(CA)角度。
在啟動模式下，至少一個氣缸以一種兩沖程循環(huán)進行工作，該兩沖程循環(huán)具有(i)進氣、燃燒和膨脹沖程，和(ii)排氣沖程。進氣、燃燒和膨脹沖程在氣缸活塞從TDC移動至BDC時發(fā)生。在該沖程中，氣缸的進氣門在TDC之前的一個特定提前角度處打開，來將新的充氣導入氣缸之內。當活塞離開TDC時，例如當活塞移動略微少于半個沖程時，進氣門關閉。接著，燃料噴射器噴射出特定量的燃料，這些燃料可以與所吸入的新鮮空氣形成一種燃料/空氣比率(空燃比)接近理想配比值的可燃性混合物。同時，火花塞對可燃性混合物進行點火，這樣能夠將活塞向下推動至其BDC位置。在這種燃燒過程中，所產生的動能被存儲在發(fā)動機中的活塞-連桿-曲軸機構中。所述兩沖程循環(huán)中的第二沖程，也就是說排氣沖程，在第一沖程之后立即隨著活塞從其BDC移動至TDC而發(fā)生。氣缸中的排氣門恰好在BDC之前的一個特定提前角度處打開，直至活塞到達其TDC(加上一個特定的氣門閉合延遲角)。在該第二沖程中，燃燒殘余物被釋放和排出至排放系統(tǒng)。
為了使得氣缸能夠引入所述兩沖程循環(huán)中的第一沖程，氣缸中的活塞必須處于這樣一個位置，該位置位于這樣一個位置范圍之內，在該位置范圍中，活塞具有足夠的機械優(yōu)勢(advantage)來使得曲軸發(fā)生旋轉。在本說明書中，活塞具有足夠機械優(yōu)勢來使得曲軸發(fā)生旋轉的位置被表示為TDC之后的α曲柄角度?；钊幱谄銽DC之后的α曲柄角度的另外一個益處在于，氣缸必須具有一種已經吸入于氣缸中的新鮮充氣，并且由此可以立即將燃料噴射入氣缸之內以便燃燒。由于在開始啟動模式之前活塞處于一個角度α處，這種啟動模式中的第一沖程必須使得曲軸旋轉通過(180-α)角度來到達BDC。
角度α的理想范圍主要利用連桿的長度與曲軸的半徑之間的幾何比率來加以確定，但是其也會受到活塞與氣缸壁之間的摩擦特性的影響。在一個V8 351火花點火型發(fā)動機中，角度α位于TDC之后25°CA至155°CA的范圍之內，并且最好是TDC之后的76°CA。
在啟動模式程式中，氣缸(可以是某些或者全部發(fā)動機氣缸)以一種特殊的兩沖程循環(huán)進行工作，來累積足夠的動能以便使得發(fā)動機過渡至其正常的四沖程循環(huán)(即發(fā)動機的正常工作模式)。在發(fā)動機中的活塞-連桿-曲軸機構累積足夠的動能來成功地使得至少一個氣缸以正常四沖程循環(huán)工作之后，發(fā)動機可以啟動其從特殊的兩沖程循環(huán)向正常四沖程循環(huán)的過渡。由于啟動模式中的特殊兩沖程循環(huán)不會在燃燒之前對燃料-空氣混合物進行壓縮，所以其具有較低的熱力學效率。因此，優(yōu)選的是盡可能快地從啟動模式過渡至正常的四沖程循環(huán)模式。
隨著發(fā)動機從其啟動模式過渡至其正常模式，最好對氣缸加以控制，以便在幾個沖程中使得某些氣缸繼續(xù)以啟動模式中的兩沖程循環(huán)進行工作，同時其它氣缸以正常的四沖程循環(huán)進行工作。在幾個沖程中使得所述兩沖程循環(huán)與正常的四沖程循環(huán)發(fā)生重疊有助于在這兩種工作模式之間順暢過渡。
由于發(fā)動機轉速易于測定并且直接與發(fā)動機中的動能相關，所以一個優(yōu)選實施例在啟動模式程式中對發(fā)動機的轉速進行監(jiān)控，來確定出何時具有足夠的動能來過渡至正常的工作模式。
對于特定的發(fā)動機來說，開始進行壓縮沖程所必需的發(fā)動機轉速(仍舊是一個用于發(fā)動機的動能的指標)可以通過模擬或者試驗加以預先確定。例如，如圖2C中所示，一個示例性V8 351火花點火型發(fā)動機的最終轉速(即在完成壓縮沖程之后的發(fā)動機轉速)，在發(fā)動機具有400rpm或者更高的初始轉速的任何情況下，在壓縮沖程中下降至一個非零值。換句話說，如果試圖在發(fā)動機達到400rpm的最小轉速之前進行壓縮沖程，發(fā)動機將熄火。由此，這種發(fā)動機需要在可以成功地完成全功率壓縮沖程之前具有至少400rpm的初始轉速。
壓縮沖程所需的能量也可以利用沖程的有效壓縮比(或者動態(tài)壓縮比)來加以確定，其可以通過調節(jié)氣門動作參數而得以調節(jié)。例如，正如本技術領域中公知的那樣，進氣門提前關閉(early intake valve close)(EIVC)或者進氣門延遲關閉(LIVC)策略可以被用來降低壓縮沖程的有效壓縮比，這樣也會降低閾值動能(即確保至少一個氣缸可以完成壓縮沖程和啟動緊隨其后的燃燒沖程所需的最小動能量)。
在正常的工作模式下，發(fā)動機10以合適的點火間隔以一種用于V8發(fā)動機(比如1-8-4-3-6-5-7-2)的常規(guī)點火順序為氣缸點火。用于發(fā)動機的點火間隔是沖程數目乘以每個沖程中的曲柄角度并且除以氣缸數目。因此，對于在圖1A中示出的V8發(fā)動機來說，點火間隔每90曲柄角度發(fā)生一次(即4個沖程×180度÷8個氣缸＝90°CA)。在啟動模式下，由于任何活塞大體落入其TDC之后的25°CA至155°CA范圍之內的氣缸(在這里活塞具有足夠的機械優(yōu)勢來推動曲軸進行旋轉)可以被選中來參與到該啟動程式中，所以點火順序可以發(fā)生變化。用于以所述特殊兩沖程循環(huán)進行工作的氣缸的可變點火順序可以與正常的點火順序截然不同。
在圖3中示出了一個流程圖，該流程圖示出了發(fā)動機10(在圖1中示出)的啟動工作模式。
當控制單元接收到一個啟動發(fā)動機的信號時，開始所述啟動工作模式(100)。在接收到一個啟動發(fā)動機的信號之后，控制單元選擇一個或者多個用于在其中開始所述啟動程式的氣缸?？刂茊卧x擇出那些其中的活塞相對于上止點(TDC)處于一個預定范圍內的氣缸(110)。在本實施例中，所述預定范圍是活塞具有足夠的機械優(yōu)勢來使得曲軸發(fā)生旋轉的位置，其大體是TDC之后的25至155°曲軸角度(CA)，同時優(yōu)選位置大約是TDC之后的76°CA處。如果多個氣缸具有處于預定范圍內的活塞，那么一些或者全部的這些氣缸可以被用作參與啟動程式的氣缸，來加快所述啟動程式?；钊奈恢眯畔⒖梢岳萌魏喂夹g來識別(110)，比如通過利用一個跟蹤當前曲軸角度的位置編碼器。
在選擇了用于進行點燃的氣缸之后，控制單元通過關閉進氣門和排氣門、經由燃料噴射器26(圖1B中示出)噴射出合適量的燃料以及經由火花塞24對識別出的氣缸進行點火，點燃所選定的氣缸(120)。需要注意的是，在所選定的氣缸中將存在有新鮮空氣，因為當發(fā)動機停機時，一種受控的發(fā)動機制動程式(下面予以描述)確保了至少一個帶有新鮮充氣的氣缸位于預定的曲軸角度范圍內。需要注意的是，可以采用各種燃料噴射機構，只要它們能夠向燃燒室內噴射一定量的燃料來與所吸入的新鮮空氣形成一種燃料/空氣比率接近理想配比值的可燃性混合物即可。
初始參與點燃的氣缸必須產生足夠的動能來使得曲軸發(fā)生旋轉，以便使得其它氣缸中的一個或者多個活塞在預定的范圍之內移動，這樣容許它們參與到啟動程式之中。需要注意的是，在初始啟動模式下，對初始點燃氣缸的氣門動作參數進行控制，以便使得這些初始點燃氣缸不會遵循正常的四沖程循環(huán)，而是遵循所述啟動兩沖程循環(huán)。發(fā)動機10不會在使得初始點燃氣缸發(fā)生燃燒之前對燃料/空氣混合物進行壓縮。
在對所選定氣缸進行初始點燃之后，控制單元確定出是否在活塞-連桿-曲軸機構中存在足夠的動能(如早先所描述的那樣)，來完成一個壓縮沖程(130)。如果沒有，那么控制單元將重復選擇出那些活塞位于預定曲軸角度范圍之內的氣缸的步驟(110)和點燃這些氣缸的步驟(120)。
一旦在氣缸中存在足以完成一個壓縮沖程的動能，那么控制單元將開始使得發(fā)動機過渡至正常的工作模式(140)。在從啟動模式過渡至正常模式的過程中，控制單元使得某些氣缸以正常的四沖程循環(huán)進行工作，同時使得某些氣缸以所述特殊的啟動兩沖程循環(huán)進行工作。這樣，發(fā)動機10可以順暢的從啟動模式過渡至正常的工作模式。所述啟動程式終止于完全執(zhí)行正常工作循環(huán)之后的任何時間(150)。
發(fā)動機10還可以被反向啟動，即通過選擇出那些活塞相對于上止點位于預定范圍中的氣缸，以便使得所選定的氣缸具有足夠的機械優(yōu)勢來使得曲軸沿逆時針方向轉動(比如在TDC之前的25至155CA度)，并且隨后在通過使得曲軸沿順時針方向轉動而啟動發(fā)動機之后以它們正常點火順序的反向順序點燃這些氣缸。由此，控制單元可以被構造成通過點燃氣缸使得活塞-連桿-曲軸組件順時針(即正向)或者逆時針(即反向)旋轉曲軸而正向或者反向啟動發(fā)動機。通過使得控制單元正向或者反向啟動發(fā)動機，可以省去逆轉齒輪。當控制單元接收到一個使得發(fā)動機倒轉的指令時，其可以首先使得發(fā)動機受控停止工作(正如將要在后面更為詳細描述的那樣)，以便使得至少一個活塞位于預定的范圍內，來提供足夠的機械杠桿作用使得曲軸沿逆時針方向旋轉，并且接著根據前述程式自啟動發(fā)動機。
圖4示出了一個351立方英寸V8火花點火型四沖程循環(huán)發(fā)動機的啟動程式，這種發(fā)動機具有一種1-8-4-3-6-5-7-2的常規(guī)前進齒輪點火順序(a conventional forward gear firing order)，并且需要一個或者多個活塞位于TDC之后25至155°CA的預定曲軸角度范圍之內。當控制單元(未示出)接收到一個啟動發(fā)動機的信號時，其控制使得發(fā)動機以一種啟動模式進行工作。在這種啟動模式開始時，控制單元識別出處于90°CA的氣缸1和6，它們均位于TDC之后25至155°CA的預定曲軸角度范圍之內，并且選擇這兩個氣缸進行點燃。由此，在本示例中，α等于90°CA。但是，需要明白的是，所選定的氣缸可以處于所述預定范圍之內的任何角度處。需要注意的是，對于氣缸1和6來說，最早的第一沖程(200-1，200-1)并非從TDC開始，而是從一個落入可接受位置預定范圍之內的預定位置(α曲柄角度)開始。啟動循環(huán)中的下一個沖程在一個或者多個活塞移動至TDC時開始，并且由此最早的第一沖程應產生出足夠的動能來使得曲軸發(fā)生旋轉，以便使得至少一個活塞移動至TDC。由于氣缸1和6均處于90°曲柄角度處，所以它們必須使得曲軸旋轉90°CA，以便將氣缸5移動到位。需要明白的是，氣缸1和6均具有新鮮的充氣，這些新鮮的充氣在發(fā)動機停止工作之前通過一種換氣過程(后面予以描述)吸入，并且由此無需進氣沖程來吸入新鮮的充氣。
在選擇了用于進行點燃的氣缸1和6之后，控制單元向各個氣缸1和6中噴射出合適量的燃料，并且啟動火花塞來點燃這些氣缸。氣缸1和6由此開始所述啟動燃燒和膨脹沖程(CES)(230-1，230-2)，而未進行預壓縮，所產生的動能將推動活塞并且促使曲軸發(fā)生旋轉。如前所述，對于氣缸1和6來說，僅經過大約90(180-α)曲柄角度來完成它們最早的第一特殊兩沖程循環(huán)中的第一沖程。
氣缸1和6中的活塞一旦被推動至它們各自的下止點(BDC)，氣缸1和6中的排氣門就打開。對于氣缸1和6來說，經過了大約180°曲柄角度來完成它們的啟動排氣過程，直至它們中的活塞被回推至它們各自的TDC(231-1，231-2，231-3，231-4)。需要注意的是，氣缸1和6可以同時被用來開始所述啟動程式，因為它們中的氣門均獨立于曲軸位置受到控制。
在氣缸1和6的燃燒和膨脹沖程中(230-1，230-2)，氣缸5和8中的進氣門保持打開來從進氣歧管吸入新鮮的充氣(210-1，210-2)。在曲軸已經旋轉到這樣一個位置時，即在這里氣缸5和8具有足夠的機械優(yōu)勢來推動曲軸(需要注意的是，為了簡單，圖4示出了大約旋轉過90度的曲軸)，控制單元隨后關閉氣缸8中的進氣門，向該氣缸8內噴射出合適量的燃料，并且對燃料-空氣混合物進行點火來點燃氣缸8(230-3)。需要注意的是，氣缸5可以取代氣缸8被點燃或者與氣缸8同時點燃。相反，在本實施例中，氣缸5繼續(xù)其正常的進氣沖程，直至其中的活塞向下移動至其BDC(230-4)。完全充氣的氣缸5將在后續(xù)沖程(CS4，241-1，241-2)中受到壓縮，這樣將變?yōu)榈谝徽Ｈ紵龥_程(CE4，250)。
由于所述特殊的兩沖程循環(huán)不會對燃料-空氣混合物進行壓縮，所以具有低于常規(guī)四沖程循環(huán)中的熱效率，其中在常規(guī)的四沖程循環(huán)中燃料-空氣混合物受到壓縮。因此，通常優(yōu)選的是一確定出活塞-連桿-曲軸機構可以提供足夠的動能來使得氣缸(在本示例中為氣缸5)成功地以正常四沖程循環(huán)進行工作，就立即啟動過渡進程。在某些情形下，比如在寒冷環(huán)境中，發(fā)動機有可能較難以啟動，并且控制單元有可能需要積累比在溫暖環(huán)境中正常所需動能更多的動能，以便完成一次壓縮沖程。
仍舊參照圖4，當氣缸8在其啟動循環(huán)中發(fā)生燃燒和膨脹時(230-3)，其向活塞-連桿-曲軸機構增添更多的動能。與此同時，控制單元在氣缸4中開始一個啟動進氣沖程(221-1)，而在氣缸7中開始一個進氣沖程(221-2)。氣缸8的燃燒和膨脹沖程(CES)(230-3)之后是氣缸4的啟動燃燒和膨脹沖程(CES)(230-4)，此后又是氣缸3的啟動燃燒和膨脹過程(CES)(230-5)，隨后又是氣缸6的啟動燃燒/膨脹過程(CES)(230-6)。所有這些啟動燃燒/膨脹沖程(CES)均向活塞-連桿-曲軸機構增添越來越多的動能，并且有助于使得發(fā)動機從啟動模式過渡至正常的四沖程循環(huán)工作模式。
大約在270曲柄角度處，氣缸1和6繼續(xù)一個啟動排氣沖程，氣缸8開始一個啟動排氣沖程，氣缸2開始一個正常的進氣沖程，氣缸3開始一個特殊的進氣沖程，氣缸7繼續(xù)一個進氣沖程，而氣缸4開始一個啟動燃燒和膨脹沖程。此外，已經在發(fā)動機中累積了足夠的動能，以便使得氣缸5開始一個壓縮沖程(241-1)。當氣缸5開始其壓縮沖程時，發(fā)動機開始從啟動模式至正常工作模式的過渡。
大約在360曲柄角度處，氣缸1和6開始另外一個進氣沖程，氣缸2繼續(xù)一個進氣沖程，氣缸3開始一個啟動燃燒和膨脹沖程，氣缸4開始一個啟動排氣沖程，氣缸5繼續(xù)一個壓縮沖程，氣缸7開始一個壓縮沖程(240-1)，而氣缸8繼續(xù)其啟動排氣沖程。
大約在450曲柄角度處，氣缸1繼續(xù)其進氣沖程，氣缸2開始其壓縮沖程(240-2)，氣缸3開始其啟動排氣沖程，氣缸4繼續(xù)其啟動排氣沖程，氣缸5和6開始一個燃燒和膨脹沖程(對于氣缸6來說是啟動CES 230-6，對于氣缸5來說是正常的燃燒和膨脹沖程CE4 250)，氣缸7開始一個壓縮沖程，而氣缸8開始一個進氣沖程。需要注意的是，氣缸5在壓縮沖程之后被點燃，并且由此作為正常工作模式的一部分被點燃，而氣缸6并非在一個壓縮沖程被點燃，并且由此作為啟動模式的一部分被點燃。
大約在540曲柄角度處，氣缸1開始一個壓縮沖程(240-3)，氣缸2繼續(xù)一個壓縮沖程，氣缸3繼續(xù)一個啟動排氣沖程，氣缸4開始一個進氣沖程，氣缸5繼續(xù)一個燃燒和膨脹沖程，氣缸6開始一個啟動排氣沖程，氣缸7開始一個燃燒和膨脹沖程，而氣缸8持續(xù)一個進氣沖程。
大約在630曲柄角度處，氣缸1繼續(xù)一個壓縮沖程，氣缸2開始一個燃燒和膨脹沖程，氣缸3開始一個進氣沖程，氣缸4繼續(xù)一個進氣沖程，氣缸5開始一個排氣沖程，氣缸6繼續(xù)所述啟動排氣沖程，氣缸7繼續(xù)一個燃燒和膨脹沖程，而氣缸8開始一個壓縮沖程(240-4)。
如圖4中所示，存在有七個點火間隔，其中啟動循環(huán)和正常的四循環(huán)程式重疊。這種重疊有助于順暢地從啟動模式過渡至正常工作模式。大約在720曲柄角度處，控制單元70開始完全使得發(fā)動機以其正常的四沖程工作模式進行工作，由此標志著所述啟動模式的終止。
如前所述，為了開始所述自啟動程式，至少一個位于氣缸內部的活塞必須處于預定的曲軸角度范圍中，以便當氣缸被點燃時使得曲軸沿正確方向發(fā)生旋轉。此外，在氣缸內部應有吸入的新鮮的充氣，而并非燃燒殘余物。
在典型的八缸發(fā)動機中，比如351立方英寸V8火花點火型發(fā)動機，發(fā)動機將一直具有兩個處于預定范圍中的氣缸。在帶有四個或者更少氣缸的發(fā)動機中，在發(fā)動機停止工作時，有可能沒有一個活塞將位于所述預定范圍之內。因此，控制單元可以被構造成可發(fā)生一種受控制動程式，該程式使發(fā)動機停止工作以便使得至少一個活塞停置在預定的CA范圍之內，并且還在相應的氣缸中提供新鮮的充氣。
能夠使得發(fā)動機停止工作的兩種因素是(i)摩擦做功，這是由于發(fā)動機內部的摩擦作用所導致的，并且在很大程度上難以控制；和(ii)泵送做功，其是為吸入工作介質(即燃料和/或空氣)、對工作介質進行壓縮以及將工作介質從氣缸中排出而由氣缸消耗的功。在發(fā)動機制動程式中，所有的氣缸要么對工作介質進行壓縮并且隨后在活塞從BDC移動至TDC(壓縮沖程)是將其排出，或者排出工作介質并且隨后在活塞從TDC移動至BDC(排氣沖程)時吸入新鮮的充氣。來自于各個氣缸的壓縮沖程的泵送做功可以通過改變該氣缸的有效壓縮比來加以調節(jié)，還可以通過操控該氣缸的進氣門和排氣門動作參數(主要是氣門定時參數，比如氣門動作角度(valve eventangle))來實現。類似地，來自于各個氣缸的排氣沖程的泵送做功也可以通過操控進氣和排氣門動作參數來加以調節(jié)，正如將在后面更為詳細描述的那樣。
在發(fā)動機制動程式中，氣缸交替地進行一個壓縮沖程和一個排氣沖程。為了增加在壓縮沖程中的泵送做功，氣缸將在壓縮過程開始之前吸入更多的空氣。類似地，為了增加在排氣沖程中的泵送做功，氣缸會在排氣過程開始之前排出更多的空氣。因此，氣缸會引入一種換氣過程，在該換氣過程進行過程中，氣缸暫時地在TDC和BDC附近打開其中的氣門，來使得其中的壓力與周圍壓力均衡，以便在后續(xù)沖程中產生出大量的泵送做功。在一個實施例中，在BDC和TDC附近，在一個氣缸中的所有氣門(即進氣門和排氣門)被完全打開(即最大的氣門升程)，并且隨后關閉，以便吸入空氣(在TDC附近)或者排出空氣(在BDC附近)。但是，在本實施例中，氣缸或許將不會被徹底換氣。換氣操作指的是通過進氣門導入新鮮充氣的過程，來有助于通過排氣門排出燃燒后的廢氣。通過對氣缸進行徹底換氣，可以在氣缸內部獲得新鮮的充氣，這是重新啟動發(fā)動機所必需的。
在另外一個實施例中，在圖5A-5C中所示，對進氣門和排氣門進行控制來提供一個受控的泵送做功水平，同時還確保了對氣缸進行徹底換氣。
圖5A示出了在所述制動程式中的氣門定時動作(event)，其能夠產生出最大量的泵送做功，同時確保了對氣缸進行充分換氣。恰好在活塞到達其TDC之前，即在TDC之前的φ1曲柄角度處，該氣缸中的排氣門被完全(即最大氣門升程)打開，并且從最后的制動沖程中將壓縮充氣釋放至排氣系統(tǒng)。需要注意的是，無需一直具有最大的氣門升程，而是氣門升程參數可以根據所需的泵送做功和其它諸如發(fā)動機轉速這樣的因素加以調節(jié)。在活塞經過其TDC之后，即在TDC之后的φ2曲柄角度處，排氣門立即關閉。在排氣閥關閉的過程中，氣缸會吸入少量的充氣。隨著活塞從TDC朝向其BDC移動，氣缸被排空，并且產生出大量的泵送做功，直至活塞移動至足夠接近其BDC，在這里進氣門完全打開，即處于BDC之前的ω1曲柄角度處，來從進氣歧管中導入新鮮的充氣。在活塞經過其BDC之后，即在BDC之后的ω2曲柄角度處，進氣門被立即關閉。在進氣門關閉過程中，氣缸會從進氣歧管吸入足夠的新鮮充氣。隨著活塞從BDC朝向其TDC回移，所吸入的新鮮充氣受到壓縮，由此產生出大量的泵送做功。
為了減少來自于氣缸的泵送做功，如圖5B中所示，可以增大進氣門提前打開角度ω1和排氣門提前打開角度φ1。在極端情形下，進氣門在排氣門關閉之后才打開，并且排氣門在進氣門關閉之后才打開，由此減少氣缸的泵送做功。圖5C示出了氣門動作定時，其能夠產生出最少量的泵送做功，同時確保了對氣缸進行充分換氣。
使得泵送做功最大化同時又確保對氣缸進行充分換氣的理想氣門動作參數可以隨著特定發(fā)動機的設計而發(fā)生變化。這些參數可以通過模擬、發(fā)動機測試或者其它對于本領域中普通技術人員來說公知的技術加以確定。對于整個發(fā)動機來說，可以通過利用由各個氣缸產生出的泵送做功來對泵送做功總量加以控制。需要注意的是，無需對由各個獨立氣缸產生出的泵送做功進行規(guī)定。
如圖6A-6B中所示，一種受控發(fā)動機制動程式600使用了泵送做功調節(jié)來使得發(fā)動機停止工作，以便使得至少一個發(fā)動機中的活塞停置在預定位置。如圖6A中所示，一個控制單元首先接收到一個使得發(fā)動機停止工作的指令(602)，并且作為響應，該控制單元使得發(fā)動機從正常的四沖程工作模式過渡至一種受控制動模式(604)。
在進入所述受控制動模式時，控制單元停止向氣缸內噴射燃料(606)。如果燃料-空氣混合物在發(fā)動機過渡至制動模式之前存在于一個氣缸中，那么控制單元可以對該氣缸進行點火，來使得這些混合物發(fā)生燃燒，并且結束最后的正常燃燒沖程。在一個實施例中，已經結束它們最后排氣沖程的氣缸會立即進入制動模式，并且可以對這些氣缸的泵送做功進行調節(jié)，同時其它氣缸仍舊被點燃。在另外一個實施例中，氣缸將在所有氣缸均結束最后的正常燃燒沖程之后進入制動模式。在再一個實施例中，控制單元一直等待，直至所有氣缸均已經在從正常的四沖程工作模式過渡至一種受控制動模式之前停止點燃操作。
在進入所述制動模式之后，控制單元進入一個第一制動階段(608)，在該第一制動階段中，控制單元會操控一個或者多個氣缸中的氣門來在一個或者多個制動沖程上產生泵送做功，以便將發(fā)動機轉速從進入轉速(在圖6B被圖示為在點A處的轉速)降低至一個目標轉速(在圖6B中被圖示為在點D處的轉速)，該目標轉速位于一個理想目標轉速范圍(在圖6B中被圖示為陰影區(qū)域612)之內。
所述目標轉速最好被選擇為處于理想目標轉速范圍內的中點處，以便在完成第一階段中的制動沖程之后且將實際轉速保持在理想目標轉速范圍內時防止目標轉速與實際轉速之間存在最大差異。
理想目標轉速范圍是這樣一個發(fā)動機轉速范圍，對于該發(fā)動機轉速范圍來說，已經通過模擬或者實際發(fā)動機測試確定出的氣門參數能夠產生出足夠的泵送做功來使得發(fā)動機在一個沖程中停止工作，從而使得該發(fā)動機最后沖程(在該沖程中發(fā)動機停止工作)的角度落入一個理想曲軸角度范圍之內。該理想曲軸角度范圍是這樣的曲軸角度，即具有至少一個活塞相對于上止點位于一個預定CA范圍之內，在這里，活塞具有足夠的機械優(yōu)勢來使得曲軸發(fā)生旋轉(比如TDC之后的25至155曲軸角度)。所述目標轉速范圍的上界是最大進入轉速(即發(fā)動機在進入最后制動沖程之前的轉速)，在該最大進入轉速下，發(fā)動機可以利用最大的泵送做功停置在所述理想曲軸角度范圍之內。所述目標轉速范圍的下界是最小進入轉速，以該最小進入轉速，發(fā)動機可以利用最小的泵送做功停置在所述預期曲軸范圍之內。
為了進一步圖示出預期目標轉速的范圍，考慮到一種發(fā)動機，已經通過模擬確定出當具有位于100-500rpm之間的進入轉速時，向該發(fā)動機施加最大量的泵送做功將導致最后沖程角度(a last stroke angle)落入一個理想曲軸角度范圍之內。還考慮到，已經通過模擬確定出，當發(fā)動機具有一個位于50-200rpm之間的進入轉速時，向這種發(fā)動機施加最小量的泵送做功將導致最后沖程角度落入相同的理想曲軸角度范圍之內。在本示例中，預期目標轉速的范圍是50-500rpm，因為在該范圍中的任何轉速下可施加泵送做功，來促使曲軸停置在理想位置處。用于產生出所述發(fā)動機轉速范圍所需泵送做功量的氣門動作參數可以通過一種閉式計算(a closed-formcalculation)來動態(tài)確定，或者通過一個對照表或者其它數據結構來靜態(tài)確定，其中對應于不同泵送做功量的氣門參數已經靜態(tài)計算出并且存儲在存儲器中?？蛇x擇地，氣門動作參數可以基于發(fā)動機轉速監(jiān)控和一種預定的反饋控制法則來實時動態(tài)調節(jié)，以便降低發(fā)動機的轉速。
仍舊參照圖6A，在制動操作模式的第一階段中(608)，控制單元首先測定出發(fā)動機的進入轉速，該進入轉速是發(fā)動機在進入制動沖程之前的轉速(比如發(fā)動機的每分鐘轉數)?？刂茊卧S后計算出使得發(fā)動機轉速從進入轉速降低至目標轉速所需的泵送做功總量。在計算出使得發(fā)動機轉速從進入轉速降低至目標轉速所需的泵送做功總量之后，控制單元確定出使得進入轉速減小至一個位于目標轉速范圍內的轉速所需的制動沖程數目。需要指出的是，所需的泵送做功總量和所需的制動沖程數目也取決于氣門動作參數。例如，如果使用了各個制動沖程的最大泵送做功，那么所需的制動沖程數目將少于當使用各個制動沖程的最小泵送做功時所需的數目。為了降低摩擦變化的影響，總的泵送做功最后在確定出的那些制動沖程之間均勻分配。例如，如圖6B中所示，使得發(fā)動機轉速從進入轉速(即在點A處的轉速)降低至目標轉速(即在點D處的轉速)所需的泵送做功在三個制動沖程之間均勻分散。
接著，控制單元基于計算出的用于三個制動沖程中每一個所需的泵送做功，確定出能夠產生出預期的泵送做功量來使得發(fā)動機在各個制動沖程中降低轉速的氣門動作參數。對用于產生出所計算泵送做功量所需的氣門動作參數的確定，可以通過一種動態(tài)計算的閉式計算來實現，或者借助于一個對照表來實現，其中對應于不同泵送做功量的氣門動作參數已經被預先計算出并且存儲在存儲器中。最后，控制單元在制動沖程上施加必要的泵送做功，來使得發(fā)動機轉速減小至目標轉速。
在通過一個或者多個制動沖程使得發(fā)動機轉速從進入轉速減小至目標轉速之后，所述受控發(fā)動機制動程式(600)隨后進入第二制動階段(610)。在該第二階段中，基于從第一制動階段殘余的轉速，控制單元對氣門動作參數進行控制，來施加合適量的泵送做功以便使得發(fā)動機停置在預期的曲軸角度范圍之內?？刂茊卧梢酝ㄟ^一個氣門動作參數圖表來確定出合適的氣門動作參數，所述圖表利用各種氣門動作參數繪制出了進入轉速與最后沖程角度的關聯曲線(maps entering speed to the last stroke angle withvarious valve event parameters)。
由于發(fā)動機的摩擦狀況會隨著時間的推移而改變，所以可以在所述制動程式的第一階段中估測出摩擦狀況，從而可以相應地進行補償?？刂茊卧梢员粯嬙斐桑罍y出在所述制動程式第一階段中響應于各種氣門動作和其它參數、基于所測定的曲軸轉速發(fā)生于發(fā)動機內部的摩擦做功量。該控制單元還可以被構造成基于估測出的摩擦做功對氣門動作參數進行調節(jié)。
在一個實施例中，發(fā)動機采用了這樣一種程式，該程式通過如下方式相適應地補償發(fā)動機中摩擦變化，首先基于制動沖程中的進入轉速和在該制動沖程中的預期泵送做功預測出該制動沖程中的殘余轉速。接著，在所述制動沖程結束時，該程式將實際的殘余轉速與所預測的殘余轉速進行比較，來估測出摩擦力變化，假設兩者之間的偏移量是由于對存在于氣缸中的摩擦做功高估和低估所造成的。如果估測出的摩擦做功高于或者低于其正常值，那么所述制動程式可以相適應地減少或者增加在下一個制動沖程中施加的泵送做功量(通過調節(jié)氣門參數)。
在另外一個實施例中，發(fā)動機采用了這樣一種通過如下方式相適應地補償發(fā)動機中摩擦變化的程式，首先，在制動工作模式的第一階段中的最早第一制動沖程中施加最小的泵送做功，從而使得發(fā)動機摩擦力支配該制動沖程。在該制動沖程中，程式對發(fā)動機轉速進行采樣，并且利用采集的轉速獲得發(fā)動機的加速度和慣性。接著，基于發(fā)動機的慣性和加速度估測出發(fā)動機的摩擦力。隨后，將估測出的發(fā)動機摩擦力與正常的摩擦力值進行比較，并且通過調節(jié)氣門參數對施加于各個后續(xù)制動沖程的泵送做功進行調節(jié)，來補償所述摩擦變化。例如，如果實際摩擦低于正常值，那么所述程式可以增大用于制動沖程的泵送做功來獲得預期的殘余轉速。
在再一個實施例中，發(fā)動機可以采用這樣一種用于調節(jié)發(fā)動機中摩擦變化的程式，即通過將實際的最后沖程角度與預期的最后沖程角度進行比較，并且接著調節(jié)氣門參數來在下一個制動程式中補償這種摩擦力變化。
發(fā)動機可以帶有這樣一種程式，其利用存儲的能量，比如氣缸中的流體的壓能，來調節(jié)發(fā)動機在其停止工作之后的曲柄角度。如果所述最后沖程角度小于180CA，那么這種存儲能量可以被用來推動發(fā)動機反回旋轉，而當所述最后沖程角度大于180CA時，推動發(fā)動機正向旋轉，否則會使得發(fā)動機在TDC或者BDC處的構造不穩(wěn)定。由此，利用這種存儲能量，所述程式通過將最后沖程角度推動至預期范圍之內和/或對最后沖程角度進行調節(jié)來位于或者接近一個最佳角度，以對所述最后沖程角度進行微調。
所述自啟動程式可以與所述受控制動程式一起使用，由所述受控制動程式將至少一個活塞設置在預定范圍處并且向對應的氣缸提供新鮮充氣，來為所述自啟動程式做好準備。
前面已經對本發(fā)明的多個實施例進行了描述。盡管如此，將會明白的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神實質和保護范圍的條件下進行各種變型。例如，盡管在前面實施例中已經總體上對具有8個氣缸的四沖程發(fā)動機進行了描述，但是本公開中的各種有獨創(chuàng)性的方面并不局限于四沖程發(fā)動機，而是可以應用于其它類型的多沖程發(fā)動機，比如具有任何數目的氣缸的兩沖程或者六沖程發(fā)動機。因此，其它實施例也落入所附權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1.一種啟動內燃機的方法，其中所述內燃機包括多個氣缸，各個氣缸均包含有一個機械連接在一曲軸上的活塞，并且所述內燃機被構造成利用一種預定的正常點火順序進行工作，該方法包括選擇一個用于初始點燃的氣缸，基于該氣缸中的活塞沿著其沖程位于一個預定位置來對氣缸進行選擇；將燃料噴射入所選定的氣缸內，來形成一種未經壓縮的燃料-空氣混合物；對所選定氣缸中的未經壓縮燃料-空氣混合物進行點火；重復所述選擇、噴射和點火操作，直至存在有足夠的動能來在至少一個氣缸中完成一個壓縮沖程，其中所述選擇作為氣缸活塞位置的一個函數進行，而不考慮正常的點火順序；以及在完成一個壓縮沖程之后，按照預定的正常點火順序點燃這些氣缸。
2.如權利要求1中所述的方法，還包括在按照正常的點火順序點燃所述氣缸之前，通過調節(jié)所選定氣缸的氣門動作參數來調節(jié)所選定氣缸的動態(tài)壓縮比。
3.如權利要求1中所述的方法，其特征在于，為初始點燃而選定的氣缸的預定活塞位置是這樣一個位置，即活塞具有足夠的機械優(yōu)勢，來響應對第一選定氣缸中的混合物進行點火而使得曲軸至少旋轉過180度。
4.如權利要求3中所述的方法，其特征在于，為初始點燃而選定的氣缸的預定活塞位置是一個具有足夠機械優(yōu)勢來使得曲軸沿逆時針方向旋轉的位置。
5.如權利要求3中所述的方法，其特征在于，為初始點燃而選定的氣缸的預定活塞位置是一個具有足夠機械優(yōu)勢來使得曲軸沿順時針方向旋轉的位置。
6.如權利要求3中所述的方法，其特征在于，為初始點燃而選定的氣缸的預定活塞位置處于上止點之后的25至155曲軸角度之間。
7.如權利要求1中所述的方法，其特征在于，在對為初始點燃而選定的氣缸進行點火之后，所選定氣缸中的活塞朝向下止點移動。
8.如權利要求7中所述的方法，還包括當活塞從下止點朝向上止點移動時，打開排氣門。
9.如權利要求8中所述的方法，其特征在于，所述排氣門保持打開，直至活塞近乎到達上止點。
10.如權利要求1中所述的方法，還包括選擇多個用于初始點燃的氣缸，對各個氣缸進行的選擇是基于各個氣缸中的活塞沿著其沖程位于一個預定位置。
11.如權利要求1中所述的方法，還包括在點燃為初始點燃而選定的氣缸之前，關閉進氣門。
12.如權利要求11中所述的方法，還包括在點燃為初始點燃而選定的氣缸之前，關閉排氣門。
13.如權利要求1中所述的方法，其特征在于，噴射所述燃料來形成一種燃料/空氣比率接近理想配比值的可燃性混合物。
14.如權利要求1中所述的方法，其特征在于，經由從一個相關噴射器直接噴射入所選定的氣缸內來噴射所述燃料。
15.如權利要求1中所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機被構造成以四沖程燃燒循環(huán)正常工作。
16.如權利要求1中所述的方法，還包括在對所選定氣缸中的未經壓縮燃料-空氣混合物進行點火之前，打開進氣門來將新鮮的充氣導入該選定氣缸內。
17.如權利要求1中所述的方法，其特征在于，在所述氣缸按照預定的正常點火順序被點燃的同時，進行所述選擇、噴射和點火操作。
18.一種降低內燃機轉速的方法，所述內燃機包括多個氣缸，各個氣缸均包含有一個活塞，并且各個氣缸均具有一個進氣門和一個排氣門，其中進氣門和排氣門均可以獨立于發(fā)動機的旋轉進行控制，該方法包括確定出發(fā)動機的第一轉速；估測出足以使得發(fā)動機轉速降低至第二轉速的泵送做功量；操控一個或者多個氣門來在發(fā)動機內部至少部分產生出所估測的泵送做功量；以及使得發(fā)動機的轉速降低至第二轉速。
19.如權利要求18中所述的方法，還包括確定出足以使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至第二轉速的活塞沖程數目。
20.如權利要求18中所述的方法，其特征在于，所確定的活塞沖程數目是使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至第二轉速所需的最少沖程數目。
21.如權利要求19中所述的方法，還包括確定出用于每個所確定沖程所需的泵送做功量，來使得發(fā)動機的轉速從第一轉速降低至第二轉速。
22.如權利要求18中所述的方法，還包括確定出所述氣門的理想定時，來產生出所估測的泵送做功量。
23.如權利要求18中所述的方法，還包括確定出所述氣門的理想升程量，來產生出所估測的泵送做功量。
24.如權利要求22中所述的方法，其特征在于，確定出理想氣門定時包括動態(tài)地確定出產生所估測泵送做功量所需的理想氣門定時。
25.如權利要求22中所述的方法，其特征在于，確定出理想氣門定時包括訪問預先存儲的數據，這些數據指示了產生出所估測泵送做功量所需的理想氣門定時。
26.如權利要求18中所述的方法，還包括估測出所述發(fā)動機的一個或者多個氣缸內的摩擦做功量，并且所估測的泵送做功量是所估測摩擦做功量的一個函數。
27.如權利要求18中所述的方法，其特征在于，所述第二轉速為零，而所述第一轉速是一個位于預定轉速范圍之內的轉速，對于該預定轉速范圍來說，已經確定可以利用泵送做功來使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度范圍之內。
28.如權利要求18中所述的方法，其中所述第二轉速大于零，該方法還包括估測出一個足以在一個制動沖程中使得所述第二轉速降低至零的第二泵送做功量；和在使得發(fā)動機轉速降低至所述第二轉速之后，操控一個或者多個氣門來在發(fā)動機內部至少部分產生出所述第二泵動做功量，使得發(fā)動機的轉速降低至零。
29.如權利要求18中所述的方法，其特征在于，受操控的氣門包括進氣門和排氣門。
30.如權利要求29中所述的方法，還包括在下止點和上止點附近打開并且隨后關閉所有的受操控氣門。
31.如權利要求18中所述的方法，其特征在于，操控一個或者多個氣門來產生出所估測的泵送做功量包括確定出活塞在氣缸中的位置；當活塞處于第一位置處時打開所述氣門；以及當活塞處于第二位置處時關閉所述氣門，其中所述第一和第二位置取決于發(fā)動機的進入轉速。
32.如權利要求18中所述的方法，其特征在于，估測出使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至第二轉速所需的泵送做功量包括估測出使得發(fā)動機轉速降低至第二轉速所需的泵送做功量，以便使得至少一個活塞停置在一個預定位置處。
33.如權利要求32中所述的方法，其特征在于，所述預定位置是上止點之后的25至155度之間的任何位置。
34.一種停止內燃機的方法，所述內燃機具有多個氣缸，各個氣缸均包括一個可控的氣門致動系統(tǒng)，用于操作該氣缸中的一個或者多個氣門，該方法包括確定出一個轉速范圍，在該轉速范圍中，可以利用泵送做功使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度之內；和當發(fā)動機轉速已經達到一個目標轉速時，操控所述氣門致動系統(tǒng)來在氣缸中產生出泵送做功，以便使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，其中所述目標轉速位于所確定的轉速范圍之內。
35.如權利要求34中所述的方法，其特征在于，所述理想曲軸角度范圍是這樣一個位置范圍，在這里，至少一個活塞具有足夠的機械杠桿作用來使得曲軸沿順時針方向旋轉。
36.如權利要求34中所述的方法，其特征在于，所述理想曲軸角度范圍是這樣一個位置范圍，在這里，至少一個活塞具有足夠的機械杠桿作用來使得曲軸沿逆時針方向旋轉。
37.如權利要求34中所述的方法，還包括在操控所述氣門致動系統(tǒng)來使得發(fā)動機停止工作之前，估測出使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至目標轉速所需的泵送做功量。
38.如權利要求37中所述的方法，還包括確定出足以使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至目標轉速的沖程數目。
39.如權利要求38中所述的方法，還包括操控所述氣門致動系統(tǒng)來產生出所估測的使得發(fā)動機轉速從第一轉速降低至目標轉速所需的泵送做功。
40.如權利要求38中所述的方法，還包括使得所估測的泵送做功在所確定的使得發(fā)動機轉速降低至目標轉速所需的那些沖程之間均勻分配。
41.如權利要求34中所述的方法，還包括估測出一個或者多個氣缸中的摩擦做功量。
42.如權利要求41中所述的方法，其特征在于，估測出摩擦做功量包括在操控所述氣門致動系統(tǒng)之前，預測出發(fā)動機的殘余轉速；在操控所述氣門致動系統(tǒng)之后，將實際的殘余轉速與預測的殘余轉速進行比較；以及基于實際的殘余轉速與預測的殘余轉速之間的差值估測出摩擦做功。
43.如權利要求41中所述的方法，其特征在于，估測出摩擦做功量包括在一個沖程中向氣缸施加最少的泵送做功量；在該沖程中對發(fā)動機轉速進行采樣；以及基于發(fā)動機轉速在該沖程中的變化估測出摩擦做功量。
44.如權利要求34中所述的方法，還包括在發(fā)動機已經停止工作之后，通過操控所述氣門致動系統(tǒng)來釋放開受壓縮或者被排空的氣缸，對發(fā)動機的曲柄角度進行調節(jié)。
45.一種內燃機，包括一個氣缸，容納有一個固連在一曲軸上的活塞；一個進氣門，對空氣進入所述氣缸內進行控制；一個排氣門，對從所述氣缸中排出空氣進行控制；一個進氣門致動器，對所述進氣門的工作過程進行控制；一個排氣門致動器，對所述排氣門的工作過程進行控制；以及一個氣門控制模塊，在接收到一個使得發(fā)動機停止工作的指令時，相適應地控制所述進氣門致動器和排氣致動器產生出泵送做功，來使得發(fā)動機停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度范圍之內。
46.如權利要求45中所述的內燃機，其特征在于，所述氣門控制模塊可以被構造成在接收一個使得發(fā)動機停止工作的指令時，相適應地控制進氣門和/或排氣門致動器來產生出泵送做功，以便使得發(fā)動機從第一轉速降低至第二轉速，其中第二轉速位于一個預定的轉速范圍之內，對于該轉速范圍來說，已經確定出可以利用泵送做功來使得發(fā)動機在一個制動沖程中停止工作，以便使得曲軸將停置在一個理想的曲軸角度范圍之內。
47.如權利要求45中所述的內燃機，還包括一個至少部分地設置在所述氣缸之內的點火元件，對所述氣缸之內的燃料進行點火；一個至少部分地設置在所述氣缸之內的燃料噴射元件，將合適量的燃料噴射入所述氣缸之內；以及一個點火和燃料噴射控制模塊，在接收到一個使得發(fā)動機停止工作的指令時，停止對燃料的噴射和點火操作。
48.一種內燃機，包括一個氣缸，容納有一個固連在一曲軸上的活塞；一個進氣門，對空氣進入所述氣缸內進行控制；一個排氣門，對從所述氣缸中排出空氣進行控制；一個進氣門致動器，對所述進氣門的工作過程進行控制；一個排氣門致動器，對所述排氣門的工作過程進行控制；以及一個啟動模塊，識別出一個或者多個帶有處于預定位置范圍中的活塞的氣缸，獨立于它們的正常工作沖程循環(huán)對識別出的氣缸進行選擇，并且點燃識別出的氣缸。
49.如權利要求48中所述的內燃機，其特征在于，所述啟動模塊被構造成正向或者反向啟動該發(fā)動機。
50.一種從停置狀態(tài)啟動四沖程內燃機的方法，其中所述內燃機包括多個氣缸，各個氣缸均包含有一個活塞，該方法包括使得多個氣缸中第一數目的氣缸以一種兩沖程循環(huán)進行工作，該兩沖程循環(huán)在燃燒之前不對燃料-空氣混合物進行壓縮；和在發(fā)動機中已經累積足以完成一個壓縮沖程的動能之后，同時使得所述多個氣缸中的第二數目的氣缸以正常的四沖程循環(huán)進行工作。
51.如權利要求50中所述的方法，還包括在第二數目的氣缸繼續(xù)以正常的四沖程循環(huán)進行工作的同時，使得第一數目的氣缸中止以兩沖程循環(huán)進行工作。
52.如權利要求50中所述的方法，其特征在于，所述兩沖程循環(huán)包括導入新鮮充氣的第一沖程和釋放掉燃燒殘余物的第二沖程。
全文摘要
一種內燃機可以帶有可獨立控制的氣門、燃料噴射器以及點火元件，它們可以被用來在無需諸如啟動電動機這樣的單獨輔助設備的條件下啟動發(fā)動機。這種發(fā)動機可以以一種啟動控制模式點燃氣缸，同時以正常的控制模式點燃氣缸，以便順暢地從啟動模式過渡至正常工作模式。此外，提供一種內燃機，可以使用可獨立控制的氣門來使得發(fā)動機停止工作，并且確保一個或者多個活塞停置在一個容許它們被用來重新啟動該發(fā)動機的位置處。
文檔編號F02N99/00GK1673510SQ200510059258
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權日2004年3月26日
發(fā)明者戴維·E·漢森, 馬俊, 本杰明·G·K·彼得森, 杰弗里·C·奇克 申請人:伯斯有限公司