CN101074633B - 减少曲轴速度变动的系统 - Google Patents

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Abstract

一种减小曲轴转速变动的系统，包括控制器、制动装置和控制模块。所述控制器将内燃机中至少一个气缸停缸。当所述至少一个气缸停缸时，所述制动装置向所述曲轴施加制动转矩。所述控制模块确定所述控制器是否使所述至少一个气缸停缸，并有选择性地将所述制动转矩与曲轴转速同步。

Description

减少曲轴速度变动的系统
技术领域
本发明涉及内燃机，尤其涉及减少内燃机配备的曲轴的速度变动。
背景技术
在具有自动变速器的车辆中，曲轴通常使用液力变矩器连接到变速器上。液力变矩器包括泵轮和涡轮。泵轮连接到曲轴上，以与曲轴相同的速度旋转。涡轮连接到变速器上，以与变速器相同的速度旋转。液力变矩器允许曲轴在一定程度上独立于变速器转动。如果发动机转动慢，那么由液力变矩器传递的转矩量就低，这允许车辆停止，而发动机继续旋转。在车速稳定时，变速器与曲轴以几乎相同的速度运行，这将转矩从曲轴更有效地传递至变速器。一些液力变矩器具有控制系统，当车辆达到所需速度时，控制系统调节涡轮与泵轮之间的滑动量，以减少滑动，提高燃料效率。
当发动机旋转时，曲轴转速可能周期性地变动，如图1中实线6所示。当发动机的气缸数量小时，曲轴速度变动尤其高。另外，涡轮的转速也可能会偶发地变动，如图1中虚线8所示。转速的变动可能导致曲轴与涡轮周期性地以相同的速度旋转，使变矩器离合器将泵轮与涡轮周期性地锁住和松开。周期性地锁住和松开变矩器离合器会损坏离合器。周期性地锁住和松开还会引起不可接收的噪声和振动水平。
发明内容
一种根据本发明的减小曲轴转速变动的系统，包括控制器、制动装置和控制模块。所述控制器将内燃机中至少一个气缸停缸。当所述至少一个气缸停缸时，所述制动装置向所述曲轴施加制动转矩。所述控制模块确定所述控制器是否使所述至少一个气缸停缸，并有选择性地将所述制动转矩与曲轴转速同步。
在一方面，当所述曲轴转速升高时，所述制动装置增大所述制动转矩。当所述曲轴转速降低时，所述制动装置减小所述制动转矩。所述控制模块基于曲轴位置确定所述曲轴转速是否升高或降低。所述控制模块基于发动机速度确定所述曲轴转速是否升高或降低。所述控制模块基于进气歧管压力确定所述曲轴转速是否升高或降低。
在另一方面，所述制动装置为具有转子的电机。所述控制模块有选择性地将转子转矩负载与所述曲轴转速同步。当所述曲轴转速升高时，所述控制模块通过增大所述转子中的电流而提高转子转矩负载。当所述曲轴转速降低时，所述控制模块减小所述转子中的电流而降低转子转矩负载。
从下文的详细描述会清楚本发明的其它方面的应用性。应当理解，尽管示出了本发明的优选实施例，但是其详细描述和具体实施例仅仅是示意性质的，而不是限制本发明的范围。
附图说明
从下面详细的描述和附图，会更加全面地理解本发明，其中：
图1为根据现有技术的曲轴转速和涡轮转速相对于时间的曲线图；
图2为示出了典型车辆的功能框图，包括发动机、变速器和液力变矩器；
图3为当发动机以正常模式和气缸停缸模式运行时曲轴转速相对于曲轴转角的曲线图；
图4为发动机的示意图，其中包括驱动车辆附件的传动带；
图5为示出了控制交流发电机以减少曲轴速度变动的系统的功能框图；
图6为曲轴转速相对于时间的曲线图。
具体实施方式
下面优选实施例的描述实际上仅仅是示意性的，绝不是限制本发明的应用或使用。为简便起见，在图中使用相同的附图标记表示相同的元件。如本文所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或适于提供所述功能的其它部件。
现在参考图2，车辆10包括驱动变速器14的发动机12。变速器14为自动变速器，由发动机12通过相应的液力变矩器16驱动。更具体地，发动机12产生驱动转矩以驱动曲轴18。曲轴18通过液力变矩器16有选择性地连接到变速器14的输入轴20。变速器14传递转矩以驱动输出轴22，输出轴22驱动传动系(未示出)以驱动车辆10。
液力变矩器16提供能够使发动机12在一定程度上独立于变速器14旋转的流体耦合。如果发动机12旋转缓慢(例如，怠速时)，通过液力变矩器传递的转矩量很小。随着发动机速度的提高，通过液力变矩器16传递的驱动转矩通常增加。尽管未示出，但是液力变矩器包括泵轮、涡轮和导轮。涡轮驱动输入轴20。导轮将液压流体从涡轮改向至泵轮。于2001年7月3日授权的美国专利No.6,254,507和于2004年2月24日授权的美国专利No.6,695,111中分别更详细地描述了典型的液力变矩器，本文通过参考引用其内容。
起初，泵与涡轮以不同的转速旋转。最后，泵与涡轮以共同的转速旋转。变矩器离合器23有选择性地锁住泵和涡轮以共同旋转。更具体地，变矩器离合器23操作于接合状态(即，连接泵与涡轮以共同旋转)和分离状态(即，将泵与涡轮从共同旋转分离)。在一些情形下，调节泵与涡轮之间的滑动，以在其间提供所需的转矩传递。当调节时，控制泵与涡轮之间的相对滑动(例如，40rpm)，提高液力变矩器效率。
发动机12包括N个气缸24。在发动机运行期间，一个或多个可选气缸24’有选择性地停缸。尽管图2描述八个气缸(N＝8)，但是应当理解，发动机12可包括更多的或更少的气缸24。例如，可预计具有4、5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。空气通过进气歧管26流入发动机12，与燃料在气缸24中燃烧。发动机还包括气门挺杆机油歧管组件(lifter oil manifold assembly)(LOMA)28，其使可选气缸24’停缸，如下面所进一步描述的。
控制器30与发动机12和本文所述的各种输入与传感器通信。发动机速度传感器34基于发动机速度产生发动机速度信号。进气歧管绝对压力(MAP)传感器36基于进气歧管20的压力产生MAP信号。曲轴位置传感器38基于曲轴位置产生曲轴位置信号。
当发动机12达到能够进行停缸模式的运行点时，控制器30将发动机12转变成停缸模式。在典型实施例中，N/2个气缸24停缸，但是也可停缸一个或多个气缸。在可选气缸24’停缸时，控制器30提高剩余或活动气缸24的功率输出。停缸气缸24’的进气口和排气口(未示出)关闭，以降低泵气损失。当发动机12运行于停缸模式时，运行较少的气缸24，这可能增加曲轴18转速的变动。
在进气MAP、气缸模式和发动机速度的基础上确定发动机负载。更具体地，如果对于给定的RPM，MAP低于阈值水平，那么认为发动机负载轻，发动机12可运行于停缸模式。如果对于给定的RPM，MAP高于阈值水平，那么认为发动机负载重，发动机12工作于活动模式。
现在参考图3，示出了曲轴速度相对于曲轴转角的曲线图。曲线A示出了发动机12中所有气缸24都活动时的曲轴速度变动。曲线B示出了发动机12运行于停缸模式时的曲轴速度变动。如图所示，当气缸24停缸时，曲轴速度变动的幅值增大，这是由于气缸发火事件的频率减小。因此，当发动机12运行于停缸模式时，希望使速度变动最小。
现在参考图4，发动机12包括驱动各种附属系统的传动带100。传动带100由连接到曲轴18上的曲轴皮带轮12驱动。传动带驱动水泵皮带轮104、空调压缩机皮带轮106、气泵皮带轮108、交流发电机皮带轮110和动力转向泵皮带轮112。设有弹簧加载的传动带张紧轮114以保持传动带100中的张力。交流发电机皮带轮110连接到交流发电机116。通常，交流发电机116由传动带100驱动，用于给车辆100发电。但是，交流发电机116还可用作制动装置，以有选择性地通过制动转矩降低曲轴的转速。当向交流发电机116施加转子电流时，产生磁矩，可操纵交流发电机皮带轮110的转矩负载。通过操纵交流发电机116的转矩负载，可控制曲轴18的转速变动。
现在参考图5，示出了用于降低曲轴速度变动的系统200。系统200将交流发电机116用作可控制动装置，以减少曲轴18中的转速变动。交流发电机包括定子202和转子204。通过电刷206、208和集流环210、212向转子204施加电压，使电流流过转子204的绕组。当向转子204的绕组施加电压时，转子204作用电磁铁。
当转子204旋转时，磁场在定子202的固定线圈中产生交流电流。定子的区214、216和218流中的交流电流通过二极管220、222、224、226、228和230转换为直流电流。直流电用于给电池(未示出)充电，并驱动车辆10的电力系统。
系统200包括交流发电机控制模块232，其可包括在控制器30之中。系统200通过读取存储在控制器30存储器中的气缸停缸标记234来确定发动机12是否运行于停缸模式。当发动机运行于停缸模式时，系统200确定向交流发电机116施加的电压曲线236。向交流发电机116施加电压曲线236会在转子204中产生电流，以实现所需的交流发电机116的制动转矩。电压曲线236可基于曲轴位置信号238、发动机速度信号240、进气歧管压力信号242和表示车辆电力系统电压的电压信号244。当发动机12运行于活动模式(即，没有气缸停缸)时，向交流发电机116提供平直电压曲线C。当发动机12运行于停缸模式时，向交流发电机116提供变化电压曲线D，以提供所需的制动转矩来使转子转矩负载与曲轴速度同步。
现在参考图6，示出了发动机每分钟转数(RPM)相对于时间的曲线表示。虚线300表示车辆10在没有系统200的情况下运行时的曲轴速度变动。实线302表示车辆在有系统200的情况下运行时的曲轴速度变动。线304表示曲轴18的平均转速。如图中所示，当车辆10在有系统200的情况下运行时，减小了变动的幅值。
本领域的技术人员从前面的描述中会认识到，本发明的明确教导可以各种各样的形式执行。因此，尽管已经结合了特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和权利要求书的研究，其它修改对于本领域的技术人员是显而易见的，因此本发明的实质范围不应当因此受限。

Claims (16)

1.一种减小曲轴的转速变动的系统，包括：
控制器，其将内燃机中至少一个气缸停缸；
制动装置，当所述至少一个气缸停缸时，所述制动装置向所述曲轴施加制动转矩；以及
控制模块，其确定所述控制器是否使所述至少一个气缸停缸，并有选择性地将所述制动转矩与曲轴转速同步；
其中当所述曲轴转速升高时，所述制动装置增大所述制动转矩；以及，当所述曲轴转速降低时，所述制动装置减小所述制动转矩。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制模块基于曲轴位置确定所述曲轴转速是否升高或降低。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述控制模块基于发动机速度确定所述曲轴转速是否升高或降低。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述控制模块基于进气歧管压力确定所述曲轴转速是否升高或降低。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述制动装置包括具有转子的电机，其中所述转子使用传动带与所述曲轴相连。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述控制模块有选择性地将转子转矩负载与所述曲轴转速同步。
7.如权利要求6所述的系统，其中当所述曲轴转速升高时，所述控制模块增大所述转子中的电流。
8.如权利要求7所述的系统，其中当所述曲轴转速降低时，所述控制模块减小所述转子中的电流。
9.一种减小曲轴的转速变动的方法，包括：
将内燃机中至少一个气缸停缸；
当所述至少一个气缸停缸时，向所述曲轴施加制动转矩；以及
当所述气缸停缸时，有选择性地将所述制动转矩与曲轴转速同步，其中，当所述曲轴转速升高时，增大所述制动转矩；当所述曲轴转速降低时，减小所述制动转矩。
10.如权利要求9所述的方法，还包括基于曲轴位置确定所述曲轴转速是否升高或降低。
11.如权利要求10所述的方法，还包括基于发动机速度确定所述曲轴转速是否升高或降低。
12.如权利要求11所述的方法，还包括基于进气歧管压力确定所述曲轴转速是否升高或降低。
13.如权利要求9所述的方法，还包括提供具有转子的电机以产生所述制动转矩，其中所述转子使用传动带与所述曲轴相连。
14.如权利要求13所述的方法，还包括有选择性地将转子转矩负载与所述曲轴转速同步。
15.如权利要求14所述的方法，还包括当所述曲轴转速升高时，增大所述转子中的电流。
16.如权利要求15所述的方法，还包括当所述曲轴转速降低时，减小所述转子中的所述电流。
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