CN101839181A - 发动机起停操作期间的氧气流量减少 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机起停操作期间的氧气流量减少。具体地，提供了一种发动机控制系统包括进气门停用模块和排气门停用模块。所述进气门停用模块基于发动机停止请求来停用发动机的气缸的进气门，使得所述进气门保持关闭。所述排气门停用模块在所述进气门停用模块停用所述进气门之后停用所述气缸的排气门，使得所述排气门保持关闭。

Description

发动机起停操作期间的氧气流量减少
技术领域
本公开涉及发动机控制系统，并且更具体地涉及具有气缸停用的车辆用的发动机控制系统。
背景技术
在这里提供的背景描述是为了一般地介绍本公开的背景的目的。就在此背景部分中所描述的范围以及在提交申请时可能不另外构成现有技术的描述的方面来说，当前命名的发明人的工作既不明确也不暗示地被承认为破坏本公开的现有技术。
主动燃料管理(AFM)或气缸停用可用于改善车辆中的燃料经济性。气缸停用包括在低负载和巡航状态期间停用发动机的一个或多个气缸以降低泵送损失。当利用AFM气门控制策略来停用气缸时，排气门先于进气门而被停用。高于大气压力的燃烧空气充量被截获在气缸中。所截获的燃烧充量保持被截获在气缸中，从而在活塞上提供了气弹簧效果。
可利用发动机起停操作来改善车辆中的燃料经济性。在发动机正常怠速期间，控制切断对发动机的燃料供应，从而使发动机停止。当系统感测到驾驶员即将请求车辆加速时，控制重新起动发动机。
发明内容
一种发动机控制系统包括进气门停用模块和排气门停用模块。所述进气门停用模块基于发动机停止请求来停用发动机的气缸的进气门，以使该进气门保持关闭。所述排气门停用模块在所述进气门停用模块停用所述进气门之后停用该气缸的排气门，以使得该排气门保持关闭。
在其它的特征中，所述发动机控制系统还包括发动机起停模块，其在包括停止发动机旋转的起停发动机模式期间产生发动机停止请求。所述发动机停止请求基于发动机速度、制动踏板位置、加速踏板位置以及车速中的至少一个。所述进气门停用模块在所述气缸接收空气和燃料之后停用所述进气门。所述排气门停用模块在从所述气缸排出排气之后停用所述排气门。
在又一些其它的特征中，所述进气门停用模块停用所述进气门，以使得在从所述气缸排出排气之后该进气门保持关闭。所述进气门停用模块在所述发动机停止旋转的同时停用所述进气门，以使得该进气门保持关闭。在又一些其它的特征中，所述排气门停用模块在所述发动机停止旋转的同时停用所述排气门，以使得该排气门保持关闭。
在又一些其它的特征中，所述进气门停用模块基于发动机点火次序来停用多个气缸的多个进气门。所述排气门停用模块基于发动机点火次序来停用多个气缸的多个排气门。
因此，根据本发明的第一技术方案，提供一种发动机控制系统，包括：进气门停用模块，所述进气门停用模块基于发动机停止请求来停用发动机的气缸的进气门，使得所述进气门保持关闭；以及排气门停用模块，所述排气门停用模块在所述进气门停用模块停用所述进气门之后停用所述气缸的排气门，使得所述排气门保持关闭。
在本发明的第二技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，进一步包括发动机起停模块，所述发动机起停模块在包括停止发动机旋转的起停发动机模式期间产生发动机停止请求。
在本发明的第三技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，其中所述发动机停止请求基于发动机速度、制动踏板位置、加速踏板位置和车速中至少之一。
在本发明的第四技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，其中所述进气门停用模块在所述气缸接收空气和燃料之后停用所述进气门。
在本发明的第五技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，其中所述排气门停用模块在从所述气缸排出排气之后停用所述排气门。
在本发明的第六技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，其中所述进气门停用模块在从所述气缸排出排气之后停用所述进气门，使得所述进气门保持关闭。
在本发明的第七技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，其中所述进气门停用模块停用所述进气门，使得所述进气门在所述发动机停止旋转的同时保持关闭。
在本发明的第八技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，其中所述排气门停用模块停用所述排气门，使得所述排气门在所述发动机停止旋转的同时保持关闭。
在本发明的第九技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，进一步包括多个具有多个进气门的气缸，其中所述进气门停用模块基于发动机点火次序来停用各气缸的进气门。
在本发明的第十技术方案中，如上述第一技术方案所述的发动机控制系统，进一步包括多个具有多个排气门的气缸，其中所述排气门停用模块基于发动机点火次序来停用各气缸的排气门。
根据本发明的第十一技术方案，提供一种方法，所述方法包括：基于发动机停止请求来停用发动机的气缸的进气门，使得所述进气门保持关闭；以及在进气门停用模块停用所述进气门之后，停用所述气缸的排气门，使得所述排气门保持关闭。
在本发明的第十二技术方案中，如上述第十一技术方案所述的方法，进一步包括：在包括停止发动机旋转的起停发动机模式期间，产生所述发动机停止请求。
在本发明的第十三技术方案中，如上述第十一技术方案所述的方法，进一步包括：基于发动机速度、制动踏板位置、加速踏板位置和车速中至少之一，产生所述发动机停止请求。
在本发明的第十四技术方案中，如上述第十一技术方案所述的方法，进一步包括：在所述气缸接收空气和燃料之后，停用所述进气门。
在本发明的第十五技术方案中，如上述第十一技术方案所述的方法，进一步包括：在从所述气缸排出排气之后，停用所述排气门。
在本发明的第十六技术方案中，如上述第十一技术方案所述的方法，进一步包括：在从所述气缸排出排气之后，停用所述进气门，使得所述进气门保持关闭。
在本发明的第十七技术方案中，如上述第十一技术方案所述的方法，进一步包括：停用所述进气门，使得在所述发动机停止旋转的同时所述进气门保持关闭。
在本发明的第十八技术方案中，如上述第十一技术方案所述的方法，进一步包括：停用所述排气门，使得在所述发动机停止旋转的同时所述排气门保持关闭。
在本发明的第十九技术方案中，如上述第十一技术方案求所述的方法，进一步包括：基于发动机点火次序，停用多个气缸的多个进气门。
在本发明的第二十技术方案中，如上述第十一技术方案所述的方法，进一步包括：基于发动机点火次序，停用多个气缸的多个排气门。
从以下提供的详细说明中将会清楚本公开的其它应用领域。应当理解，这些详细的描述以及具体示例仅用于说明之目的，而并不意图限制本公开的范围。
附图说明
从详细的说明和附图中将会更充分地理解本公开，在附图中：
图1是根据本公开原理的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本公开原理的包括电动发电机的示例性发动机系统的功能框图；
图3示出了示例性气门停用部件；
图4是根据本公开原理的发动机控制模块的示例性实施的功能框图；以及
图5是示出了根据本公开原理的控制系统所执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述实质上仅仅是示意性的，而绝不意图限制本公开及其应用或使用。为清楚起见，附图中将使用相同的附图标记来表示相似的元件。如在此所使用的，措辞“A、B和C中的至少之一”应当被认为是意指使用了非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本公开原理的情况下，可以以不同的顺序来执行方法中的步骤。
如在此所使用的，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、专用或群组处理器)与存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适的部件。用在本文中时，“启用”是指利用所有发动机气缸的操作。“停用”是指未利用所有发动机气缸的操作(一个或多个气缸未启用)。
发动机起停操作可引起发动机频繁停止。当发动机停止旋转时，可禁止燃料供应。进气门和排气门可打开和关闭。发动机可通过气缸向催化器泵送包含高氧含量的新鲜空气。当催化器达到最大氧气储存容量时，可能会发生氮氧化物(NOx)突破(breakthrough)，从而降低了催化转化器转化NOx排放物的能力。而且，额外的空气流致使热从催化器传递至新鲜空气。该热传递可以冷却催化器并在重新起动时导致延迟的催化器升温和效率问题。
当前的氧气流量减少操作在发动机速度接近零时减少发动机泵送至催化器的空气量。减少空气量会减少在发动机停止的同时泵送至催化器的氧气。当前的氧气流量减少操作还减少了在发动机停止旋转之后被截获在发动机中的空气量。减少发动机停止时被截获在发动机中的空气量会减少在发动机重新起动时泵送至催化器的氧气。
当在发动机起停操作期间指令发动机停止时，气缸的进气门和排气门在发动机停止旋转的同时有选择地被停用，以保持关闭。在接收到最后的空气/燃料充量之后，进气门关闭并被停用，以使得进气门保持关闭，直至发动机停止。在已经接收到最后的空气/燃料充量之后，可以禁止对气缸进行燃料供应。最后的燃烧事件发生，并且排气门打开以排出排气。在排出排气后，排气门关闭并被停用，以使得排气门保持关闭，直至发动机停止。
各气缸的进气门和排气门以相同方式并以发动机的点火次序被停用。当发动机速度减小至停止时，进气门和排气门保持关闭。发动机接收少量新鲜空气或不接收新鲜空气。因此，发动机在停止的同时向催化器泵送少量氧气或不泵送氧气。而且，当发动机停止时，在发动机中截获了少量新鲜空气或不截获新鲜空气。因此，发动机在发动机重新起动期间向催化器泵送少量氧气或不泵送氧气。
现在参照图1，示出了内燃发动机系统的示例性实施。空气通过空气入口104进入发动机102，并行进至进气歧管106。可在入口104中布置空气质量流量(MAF)传感器108。MAF传感器108基于进入发动机102的空气质量产生MAF信号，并将该MAF信号发送至发动机控制模块(ECM)110。还可在入口104中布置进气温度(IAT)传感器112。IAT传感器112基于空气温度产生IAT信号，并将该IAT信号发送至ECM 110。
节气门致动器模块114定位节气门116，以控制进入进气歧管106中的气流。ECM 110可基于期望的发动机的扭矩输出来产生节气门信号，以控制节气门致动器模块114。节气门位置(TP)传感器118基于板的位置来产生TP信号，并将该TP信号发送至节气门致动器模块114。歧管绝对压力(MAP)传感器120基于进气歧管106内的压力来产生MAP信号，并将该MAP信号发送至ECM 110。
进气歧管106将空气分配至气缸122。燃料模块124可致使燃料喷射器(未示出)在中央位置或多个位置处向进气歧管106中喷射一定质量的燃料。可替换地，燃料喷射器可将燃料直接喷射到气缸122中。在汽油发动机中，燃料质量可基于MAF传感器108产生的空气流量信号。气缸122内的活塞(未示出)在进气冲程期间接收燃料和空气。空气和燃料在气缸122内混合，以生成空气/燃料混合物。
气缸122内的活塞在压缩冲程期间压缩空气/燃料混合物。火花模块126可致使火花塞(未示出)在燃烧或动力冲程期间点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧使气缸122中的压力增大，并迫使活塞在发动机中的曲轴(未示出)上施加扭矩。所述燃烧致使在气缸122中形成排气，该排气通过包括排气歧管128的排气系统排出，并经过氧气传感器130。氧气传感器感测排气中的氧气量，并基于该氧气量向ECM 110发送氧气信号。
排气流过排气系统并流向催化器132，催化器132可储存来自排气中的氧气。该催化器可基于残留在排气中并保留在催化器132中的未燃烧的氧气量来转化碳氢化合物以及NOx气体。第二氧气传感器134感测排气中的氧气量，并基于该氧气量向ECM 110发送氧气信号。
发动机速度传感器136基于曲轴的位置产生每分钟转数(RPM)信号，并将该RPM信号发送至ECM 110。发动机冷却液温度(ECT)传感器138基于循环穿过发动机102的冷却液的温度产生ECT信号并将该ECT信号发送至ECM 110。车速传感器(未示出)可基于变速器和/或与发动机102相关联的驱动轮的位置来产生车速信号。
加速器模块135可基于加速踏板(未示出)的位置产生加速踏板位置信号以调节节气门116。加速踏板位置可基于车辆操作员向加速踏板的输入。ECM 110基于加速踏板位置信号来产生节气门控制信号。节气门致动器模块114基于节气门控制信号来调整节气门116，以调节进入发动机102的空气流量。
制动模块137可基于制动踏板(未示出)的位置产生制动踏板位置信号。制动踏板位置可基于车辆操作员向制动踏板的输入。ECM 110基于制动踏板位置信号产生制动控制信号。制动系统(未示出)基于制动控制信号来调整车辆制动，以调节车速。
可基于MAP信号和/或MAF信号、气缸122以及发动机速度确定发动机负载。更具体地说，对于给定的发动机速度，若MAP小于阈值，则发动机负载可被视为轻载，且发动机102可转变至AFM模式。对于给定的RPM，若MAP大于或等于阈值，则发动机负载可被视为重载，并且发动机102可操作在启用所有气缸122的正常模式下。ECM 110可在发动机起停模式期间控制挺杆油歧管组件(LOMA)139和燃料模块124，以停用气缸122，正如以下进一步详细论述的。
现在参照图2，发动机102可通过带式交流发电机-起动机(belt-alternator-starter)(BAS)系统204联接至电机202。BAS系统204可包括通过皮带210联接以用于旋转的带轮206和208。带轮206可与发动机102的曲轴(未示出)联接以便旋转。带轮208可与电机202联接以便旋转。电机202可用于起动发动机102。BAS系统204可由飞轮式交流发电机-起动机(FAS)系统(未示出)取代，该FAS系统可包括可操作地布置在发动机102和变速器216之间的电机或者在电机202与曲轴之间实施的链条或齿轮系统。
更具体地说，电机202可以是发动机起动机(即，电动机)和/或交流发电机(即，发电机)。在又一实施中，混合动力发动机可包括例如用于起动发动机102和/或车辆的电动机之类的电机。
发动机控制模块110可以以各种模式来操作发动机102和电机202。在一种模式中，发动机102可驱动电机202，以产生对储能装置(ESD)212进行再充电所用的功率。在另一模式中，电机202利用来自ESD 212的能量来驱动发动机102。可在ESD 212和电机202之间使用AC/DC转换器214。ESD 212可包括但不限于电池或超级电容器。
当不需要发动机扭矩来使车辆前进时，ECM 110可开始起停控制，以停止发动机102，并提高燃料效率。起停控制可包括切断对气缸122的燃料供应。在本公开的起停控制期间，ECM 110可通过在进气冲程之前停用进气门机构而使发动机102停止。ECM 110在各气缸完成排气冲程之后停用排气门机构。各气缸122以点火次序被停用，以使得发动机102在停止的同时向催化器132泵送少量新鲜空气或不泵送新鲜空气。ECM可利用电机202稍后重新起动发动机102。
现在参照图3，发动机102的进气门机构140可包括进气门142、摇杆144和与各气缸122相关联的推杆146。发动机102包括可旋转驱动的凸轮轴148以及布置在凸轮轴148上的多个气门凸轮150。气门凸轮150的凸轮面152与挺杆154接合以使进气门142循环。通过例如弹簧之类的偏压构件(未示出)将进气门142偏压到关闭位置。结果，偏压力通过摇杆144被传递至推杆146，并从推杆146被传递至挺杆154，致使挺杆154压靠凸轮面152。
随着凸轮轴148旋转，气门凸轮150引起对应挺杆154的线性运动。挺杆154引起对应推杆146的线性运动。随着推杆146向外运动，摇杆144绕轴(A)枢转。摇杆144的枢转引起进气门142朝打开位置运动。随着凸轮轴148继续旋转，偏压力致使进气门143进入关闭位置。进气门142周期性地打开，以使空气能够进入。
凸轮轴位置传感器(CPS)155基于凸轮轴148的位置产生凸轮轴位置信号。CPS 155可用于确定气缸122在发动机点火次序中的位置。特别地，CPS 155可用于确定燃料正时、点火正时以及气门位置。例如，CPS 155可用于确定各气缸122的当前冲程以及相关气门。气缸122可以以包括进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程的四冲程循环来操作。
尽管图3中所示了发动机102的进气门机构140，然而发动机102还可包括以类似方式操作的排气门机构(未示出)。更具体地说，排气门机构包括排气门、摇杆以及与各气缸122相关联的推杆。凸轮轴148的旋转引起排气门的往复运动，以打开和关闭相关联的排气口，如以上针对进气门机构140类似描述的。
LOMA 139向多个挺杆154提供加压流体并包括与气缸122相关联的螺线管156(示意性示出)。挺杆154被布置在进气门机构和排气门机构内，以在凸轮150与推杆146之间提供联接。通常，为每个气缸122设置两个挺杆154(一个挺杆用于进气门142，一个挺杆用于排气门)。然而，可以预料到，每个气缸122可关联更多个挺杆154(即，每个气缸122有多个进气门或排气门)。LOMA 139可包括压力传感器158，其产生压力信号，该压力信号指示供应至LOMA 139的液压(机)流体的压力。可实施一个或多个压力传感器158。
与气缸122相关联的各挺杆154在第一模式和第二模式之间液压致动。第一模式和第二模式分别对应于启用模式和停用模式。在第一模式中，挺杆154提供了凸轮150与推杆146之间的机械连接。以这样的方式，凸轮150引起挺杆154的线性运动，该线性运动被传递至推杆146。在第二模式中，挺杆154用作缓冲器，以在凸轮150与推杆146之间提供机械断开。尽管凸轮150引起挺杆154的线性运动，但是该线性运动不会被传递至推杆146。
螺线管156有选择地使液压流体能流向挺杆154，以使挺杆154在第一模式和第二模式之间切换。尽管通常各选定气缸122关联有一个螺线管156(即，一个螺线管用于两个挺杆)，但是可预料到的是，能够实施更多或更少的螺线管156。各螺线管156在打开位置和关闭位置之间致动相关联的气门160(示意性示出)。在关闭位置中时，气门160禁止加压的液压流体流向对应的挺杆154。在打开位置中时，气门160使加压的流体能够经由流路162流向对应的挺杆154。从加压液压流体源给LOMA 139提供加压的液压流体流。
可用于停用气缸的其它部件包括电禁用气门机构。而且，可利用包括顶置凸轮轴在内的其它气门机构来启用气门。本公开可应用于利用了起停控制和气缸停用的任何发动机。
现在参照图4，更详细地示出了ECM 110的示例性实施。起停启用模块402可基于发动机速度、来自ESD的信号(例如，电池电压输出)和/或车速来启用起停模式。仅作为示例，该启用模块可在发动机速度低于怠速阈值时启用起停模式。起停启用模块402可在电池或用于起动发动机的其它装置低于预定能量水平阈值时防止发动机102在起停模式中停止。
起停启用模块402可基于加速踏板位置、制动踏板位置以及定时器值403产生起停请求。仅作为示例，当制动踏板位置大于制动阈值并持续预定时间时，可产生发动机停止请求。所述预定时间可表示停止车辆的期望。当加速踏板位置大于加速器阈值时，可产生起动请求。
当启用起停模式并产生停止信号时，进气门停用模块404可停用气缸122的进气门。进气门停用模块404可基于凸轮轴位置信号来确定活塞的冲程。当CPS 155指示进气冲程完成时，可停用进气门。在进气门停用时，进气门保持关闭。例如，进气门停用模块404可向LOMA139发送信号以使凸轮从推杆断开，从而进气门保持关闭。
在进气门停用之后，排气门停用模块406可在排气冲程之后停用相应气缸的排气门。气缸可在燃烧冲程期间使来自进气冲程的空气/燃料充量燃烧。气缸可在排气门停用之前在排气冲程期间排出排气。例如，排气门停用模块406可向LOMA 139发送信号以使凸轮从推杆断开，从而排气门保持关闭。此外，可基于起停启用信号和发动机停止信号来切断对气缸122的燃料供应。
起停模式可基于气缸位置和发动机点火次序来停用各气缸122。在各气缸122在进气冲程期间接收到燃料和新鲜空气充量之后，相应的进气门关闭并被停用。通过停用进气门，防止气缸从进气歧管接收任何更多的新鲜空气。燃烧冲程发生在压缩冲程之后。在燃烧之后，排气门打开以排出排气。在排出排气之后，排气门关闭并被停用。通过停用排气门，防止气缸在随后的进气冲程中由于排气回流而接收任何排气。
气门可保持被停用，直至发动机速度小于或等于预定阈值。例如，发动机速度持续降低，直至发动机停止且发动机速度为零。当发动机速度减小时，少量新鲜空气或没有新鲜空气流过发动机102。因此，少量的氧气或没有氧气被泵送至催化器132。当发动机102停止时，气门可再次被启用。当起停启用模块402在发动机速度小于或等于预定阈值之前产生发动机起动请求时，可启用气门。
现在参照图5，示出了用于操作图1至图4的发动机系统的方法500的示例性步骤。在步骤502中，控制基于发动机点火次序和凸轮轴位置来确定气门位置。在步骤504中，控制确定起停控制是否请求发动机停止。当请求发动机停止时，控制开始按点火次序来停用气缸。
在步骤506中，控制在各气缸完成进气冲程之后停用各气缸的进气门。进气冲程可包括空气和燃料进入气缸。进气门在被停用时保持关闭。空气和燃料燃烧致使排气形成，该排气随后经由对应的排气门从各气缸排出。
在步骤508中，控制在排气冲程之后停用各气缸的排气门。排气冲程可包括排气离开气缸。排气门在被停用时保持关闭。当发动机速度降低至停止时，进气门和排气门保持关闭，并基本上被清除空气、燃料和排气。
在步骤510中，控制确定发动机速度是否小于或等于阈值。例如，所述阈值可为0，这表明发动机已停止旋转。当发动机速度大于阈值时，控制可在步骤512中确定起停模式是否请求了发动机起动。当请求发动机起动时，控制在步骤514中启用所有气门。否则，控制返回步骤510。当发动机速度小于或等于阈值时，控制在步骤514中启用所有气门。
本公开的广义教导可以以各种形式来实施。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当受此限制，这是因为本领域技术人员通过研究附图、说明书和所附的权利要求将会清楚其它的修改。

Claims (10)

1.一种发动机控制系统，包括：
进气门停用模块，所述进气门停用模块基于发动机停止请求来停用发动机的气缸的进气门，使得所述进气门保持关闭；以及
排气门停用模块，所述排气门停用模块在所述进气门停用模块停用所述进气门之后停用所述气缸的排气门，使得所述排气门保持关闭。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，进一步包括发动机起停模块，所述发动机起停模块在包括停止发动机旋转的起停发动机模式期间产生发动机停止请求。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述发动机停止请求基于发动机速度、制动踏板位置、加速踏板位置和车速中至少之一。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述进气门停用模块在所述气缸接收空气和燃料之后停用所述进气门。
5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述排气门停用模块在从所述气缸排出排气之后停用所述排气门。
6.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述进气门停用模块在从所述气缸排出排气之后停用所述进气门，使得所述进气门保持关闭。
7.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述进气门停用模块停用所述进气门，使得所述进气门在所述发动机停止旋转的同时保持关闭。
8.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述排气门停用模块停用所述排气门，使得所述排气门在所述发动机停止旋转的同时保持关闭。
9.如权利要求1所述的发动机控制系统，进一步包括多个具有多个进气门的气缸，其中所述进气门停用模块基于发动机点火次序来停用各气缸的进气门。
10.一种方法，所述方法包括：
基于发动机停止请求来停用发动机的气缸的进气门，使得所述进气门保持关闭；以及
在进气门停用模块停用所述进气门之后，停用所述气缸的排气门，使得所述排气门保持关闭。
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