CN101408135A - 多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，在部分负荷工况下选取一个或几个气缸作为工作缸，所述作为工作缸的气缸组合由控制系统随机确定，控制系统对发动机和底盘的振动情况进行监视，在发动机和汽车底盘将要发生共振之前，随机确定另外一个不同的气缸组合作为工作缸。由于在不同工作循环中哪个气缸停缸是无规律的，输出扭矩的波动是非周期性的，不能激励系统的周期性强迫振动，因而系统振动的幅度受到控制，停缸的数目可以增加，不受缸数的限制，甚至可以减少到只有一个气缸在工作，从而扩大了停缸技术的应用范围，节油效果更显著。在各缸断气、断油都可以独立进行的情况下，这种控制策略可以通过软件的方法实现。

Description

多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略

技术领域

本发明涉及发动机的控制策略，具体涉及一种多缸发动机部分气缸停缸的控制策略。

背景技术

在发动机的部分负荷工况，发动机的比油耗，即单位功率输出的油耗，随负荷降低而增加。汽油机在负荷降低后需要进行进气节流，减小进气压力和流量，造成发动机泵气损失。

在部分负荷工况下采用部分气缸停缸的技术后，未停缸的气缸负荷增加，避免了气缸在低负荷下工作，使整机的效率得到提高。近年来有越来越多的汽车采用了停缸技术。

发动机的安装固定需要几个支点，汽车发动机是用数个装在支点上的“悬置”固定在汽车底盘上。发动机的重量、振动都通过几个具有一定减振特性的悬置传给汽车底盘。发动机和变速箱所输出的扭矩也需要几个在不同位置的悬置来提供平衡扭矩。为提供平衡扭矩，不同位置的悬置受到不同大小的附加作用力。活塞式发动机的扭矩输出是不均匀的，随时间波动，因而发动机的悬置所受的力也发生波动。汽车底盘、悬置、发动机都是弹性体，有一定的系统自振频率。发动机、悬置和底盘的设计要避免整个系统发生共振。系统的自振频率较低，共振最容易在发动机低速或怠速运转时发生。

部分气缸停缸后会使发动机的输出扭矩的波动幅度增加，频率降低，在怠速情况下尤为严重，波动频率可能接近系统自振频率。为了控制系统的振动，需要减小扭矩输出的波动，同时避免波动的频率过低。因此，目前停缸都应用于6缸或6缸以上的发动机，停缸的数目一般不超过气缸数的1/2。这样停缸技术的应用范围和节油效果都受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新的多缸发动机部分气缸停缸控制方法，可以减少部分停缸造成的系统振动，扩大停缸技术的应用范围。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，在部分负荷工况下选取一个或几个气缸作为工作缸，所述作为工作缸的气缸组合由控制系统随机确定，控制系统对发动机和底盘的振动情况进行监视，在发动机和汽车底盘将要发生共振之前，随机确定另外一个不同的气缸组合作为工作缸。

由于在发动机的一个或数个工作循环内对哪个或哪几个气缸进行停缸的选择是随机的，在不同工作循环中哪个气缸停缸是无规律的，尽管应用停缸方法后发动机输出扭矩的波动幅度增加，但扭矩的波动是非周期性的，不能激励系统的周期性强迫振动，不致发生共振，因而系统振动的幅度受到控制，停缸的数目可以增加，甚至可以减少到只有一个气缸在工作，从而扩大了停缸技术的应用范围。把能够应用停缸技术的范围扩大到4缸发动机甚至3缸发动机，同时可以增加停缸的数目，使工作气缸的数目甚至可以减少到1个气缸。这样不仅增加了可以应用停缸技术的发动机的类型，同时由于停缸的数目不再受到限制，使节油效果增加。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：首先，该控制策略可以适用于缸数为4，6，8等不同类型的发动机，不受缸数的限制，适用范围较广；其次，通过随机选择停止工作的气缸的方法，可以解决传统停缸技术所带来的振动和噪声问题，软件实现的方法可以降低系统的成本，提高系统的可靠性。

在上述控制策略中，当发动机负荷发生变化时，控制系统按照预定程序和准则判断是否需要改变工作缸的数目，以及判断何时对工作缸的数目进行改变。

进一步地，如果判定需要改变工作缸的数目，需要等待数个工作循环后再进行改变。

更进一步地，控制系统根据发动机的负荷及负荷的变化速度确定需要等待多少个工作循环后再改变工作缸的数目。

再进一步地，可以通过标定来建立一个模型或数据库，控制系统根据传感器信号判断发动机的负荷和负荷的变化速度后，根据上述模型或数据库确定需要等待的工作循环数。

优选地，除非需要改变工作缸的数目，在一般情况下工作缸应当持续工作两个或两个以上的工作循环。

作为一种判断将要发生共振的方法，控制系统根据安装在发动机或汽车底盘上的加速度传感器，计算振动的幅度，当幅度超过预定值后即认为发动机和汽车底盘将要发生共振。

作为另一种判断将要发生共振的方法，控制系统分析发动机爆震传感器的频率信号，通过对爆震传感器信号进行低通滤波、数字积分等方式计算发动机振动频率和幅度，从而判断发动机是否将要发生共振。

另外，也可以通过实验标定来建立一个模型或数据库，控制系统利用这个模型或数据库，根据工作缸的数目、发动机转速等信息来判断在随机选取工作缸后最多可以运行几个工作循环就要重新随机选缸，以避免系统发生共振。

优选地，当只需要一个气缸工作时，首先从所有气缸中随机选择一个气缸作为工作缸，工作一定时间后，直到控制系统判断发动机即将开始共振，则从其余的几个气缸中随机选择一个气缸作为工作缸运行一定时间，如此循环。

优选地，当需要多个气缸同时工作时，首先从所有气缸中随机选择多个气缸作为工作缸，这几个气缸工作一定时间后，系统判断发动机即将开始共振，则从所有气缸中再随机选择多个气缸作为工作缸，但除去前一气缸组合，如此循环。

优选地，由电磁阀带动液压控制阀的方式独立控制各缸的气门开闭状态，从而对各个气缸的工作或停缸状态进行独立控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施方式中发动机单缸工作的停缸策略图。

图2是本发明实施方式中发动机任意缸数工作的停缸策略图。

具体实施方式

本发明采用随机选缸工作的控制策略，减少停缸造成的系统振动，因而把能够应用停缸技术的范围从6缸和6缸以上的发动机扩大到4缸发动机甚至3缸发动机，同时可以增加停缸的数目，使工作气缸的数目甚至可以减少到1个气缸。这样不仅增加了可以应用停缸技术的发动机的类型，同时由于停缸的数目不再受到限制，使节油效果增加。

本发明的具体做法是：在部分负荷工况下，为了避免了气缸在低负荷下工作，由控制系统随机确定一个或几个气缸作为工作缸，对其余气缸进行停缸(即切断燃油供应和停止进排气)，同时运用共振点判断策略，由控制系统对发动机和底盘的振动情况进行监视，当控制系统判断发动机和汽车底盘将要发生共振时，再重新随机确定另外一个不同的气缸组合作为工作缸。

可以由电磁阀带动液压控制阀的方式独立控制各缸的气门开闭状态，从而可以实现对各个气缸的工作或停缸状态进行独立控制，电磁阀的数目不少于发动机的缸数。

上述共振点判断策略是根据发动机运行时的各种信息分析判断发动机是否即将发生共振，可以采用以下几种实现方法：

方法1：控制系统根据安装在发动机或汽车底盘上的加速度传感器，计算振动的幅度，当幅度超过事先预定的限值后即认为发动机和汽车底盘将要发生共振。

方法2：控制系统分析发动机爆震传感器的频率信号，通过对爆震传感器信号进行低通滤波、数字积分等方式，计算发动机振动频率和幅度，从而判断发动机是否即将发生共振。

方法3：通过实验标定来建立一个模型或数据库。控制系统根据停缸的气缸数目、发动机转速等信息来判断最多可以运行几个工作循环就可能将要发生共振。

除非需要改变工作缸的数目，在一般情况下工作缸应当持续工作两个或两个以上的工作循环。

发动机控制系统根据当前的转矩需求，即负荷需求，来确定所需要的工作气缸数。当发动机负荷发生变化时，发动机的控制系统接受传感器信号，判断发动机负荷变化所造成的需要工作气缸数目的变化，但并不一定要立即对工作气缸的数目进行改变，而是需要按照预定程序和准则判断是否需要改变工作缸的数目，以及判断何时对工作缸的数目进行改变。如果判定需要改变工作缸的数目，需要等待数个工作循环后再进行改变。控制系统根据发动机的负荷及负荷的变化速度确定需要等待多少个工作循环后再改变工作缸的数目。这可以通过标定来建立一个模型或数据库，控制系统根据传感器信号判断发动机的负荷和负荷的变化速度后，根据上述模型或数据库确定需要等待的工作循环数。

在停缸的数目确定后，需要决定哪几个气缸进行停缸，即哪些气缸进行工作。对哪些气缸停缸的确定是由控制系统产生一些随机数，并根据随机数决定的。选定的一个或数个气缸工作一段时间直到控制系统判断发动机与悬置系统即将发生共振，系统重新随机选择一个或者数个气缸工作，但所选气缸组合与前一循环工作气缸组合并不相同。

下面结合图1和图2对本发明作进一步说明。

图1表示单缸工作状态下的控制策略，假定发动机为n缸机，发动机工作中切换到单缸工作状态后，首先随机选定其中一缸为工作的气缸，记为Index_0。第Index_0缸工作一定时间后，系统根据共振点判断策略判定即将引起发动机共振时，退出第Index_0缸工作模式。从1，…，n集合中除去Index_0取随机数，记为Index_1，然后将Index_0的值设为Index_1。发动机重新选定Index_0对应的缸工作一定时间，直到共振点判断策略判定发动机需要退出该缸循环工作模式。

图2表示任意缸数工作状态下的控制策略，假定发动机为n缸机，发动机工作中切换到停缸工作状态后，首先根据工况判断所需工作缸数为z，随机选定z个缸为工作缸，记为Index_0[z]。Index_0[z]缸组合工作一定时间后，系统根据共振点判断策略判定即将引起发动机共振时，退出Index_0[z]缸组合工作模式。从1，…，n集合中取z个随机数，但排除组合Index_0[z]本身，记为Index_1[z]，然后将Index_0[z]的值设为Index_1[z]。发动机重新选定Index_0[z]缸组合对应的缸工作一定时间，直到共振点判断策略判定发动机需要退出该缸组合循环工作模式。

Claims (12)

1.一种多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，在部分负荷工况下选取一个或几个气缸作为工作缸，其特征是：所述作为工作缸的气缸组合由控制系统随机确定，控制系统对发动机和底盘的振动情况进行监视，在发动机和汽车底盘将要发生共振之前，随机确定另外一个不同的气缸组合作为工作缸。

2.根据权利要求1所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：当发动机负荷发生变化时，控制系统判断是否需要改变工作缸的数目，以及判断何时对工作缸的数目进行改变。

3.根据权利要求2所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：如果判定需要改变工作缸的数目，需要等待数个工作循环后再进行改变。

4.根据权利要求3所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：控制系统根据发动机的负荷及负荷的变化速度确定需要等待多少个工作循环后再改变工作缸的数目。

5.根据权利要求4所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：可以通过标定来建立一个模型或数据库，控制系统根据传感器信号判断发动机的负荷和负荷的变化速度后，根据上述模型或数据库确定需要等待的工作循环数。

6.根据权利要求1所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：除非需要改变工作缸的数目，在一般情况下工作缸应当持续工作两个或两个以上的工作循环。

7.根据权利要求1所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：控制系统根据安装在发动机或汽车底盘上的加速度传感器，计算振动的幅度，当幅度超过预定值后即认为发动机和汽车底盘将要发生共振。

8.根据权利要求1所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：控制系统分析发动机爆震传感器的频率信号，通过对爆震传感器信号进行低通滤波、数字积分等方式计算发动机振动频率和幅度，从而判断发动机是否将要发生共振。

9.根据权利要求1所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：通过实验标定来建立一个模型或数据库，控制系统利用这个模型或数据库，根据工作缸的数目、发动转速等信息来判断在随机选取工作缸后最多可以运行几个工作循环就要重新随机选缸，以避免系统发生共振。

10.根据权利要求1所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：当只需要一个气缸工作时，首先从所有气缸中随机选择一个气缸作为工作缸，工作一定时间后，直到控制系统判断发动机即将开始共振，则从其余的几个气缸中随机选择一个气缸作为工作缸运行一定时间，如此循环。

11.根据权利要求1所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：当需要多个气缸同时工作时，首先从所有气缸中随机选择多个气缸作为工作缸，这几个气缸工作一定时间后，系统判断发动机即将开始共振，则从所有气缸中再随机选择多个气缸作为工作缸，但除去前一气缸组合，如此循环。

12.根据权利要求1所述的多缸发动机部分气缸停缸的随机控制策略，其特征是：由电磁阀带动液压控制阀的方式独立控制各缸的气门开闭状态，从而对各个气缸的工作或停缸状态进行独立控制。

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