CN104712439B - 用于操作发动机的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了用于改善发动机操作的系统和方法。在一个示例中，响应于变化的发动机压缩比，调整再激活已停用的发动机汽缸的阈值转矩。在其他示例中，响应于发动机转矩变化的速率和发动机压缩比，调整转距阈值。
Description
技术领域
本说明涉及用于改善发动机效率和性能的系统和方法。所述系统和方法对于包括汽缸停用和可变压缩比的发动机可以是特别有用的。
背景技术
车辆的发动机可以包括停缸以改善发动机效率。发动机汽缸可以被选择地激活和停用以减小发动机泵气损失并调整发动机转矩输出。发动机汽缸可以基于发动机转矩阈值被激活和停用。例如，如果期望的发动机转矩大于阈值转矩，所有的发动机汽缸可以被激活。如果期望的发动机转矩小于阈值转矩，一部分发动机汽缸可能被激活。因此，阈值发动机转矩是用于在不同激活汽缸排量之间选择的条件。然而，这对于发动机一直在相同的发动机转矩阈值下在不同激活汽缸排量之间转换可能是不期望的。
发明内容
发明人在此已经认识到上述缺点并且已经开发了一种用于操作发动机的方法，其包括：在发动机汽缸被激活时响应于发动机的压缩比改变发动机转矩。
通过在停用的发动机汽缸被再激活时响应于发动机的压缩比调整发动机转矩，这可能会在汽缸再激活期间提供降低发动机爆震的可能性的技术效果。此外，由于本文描述的方法响应于当发动机可以在具有选定的压缩比下更有效率地操作时提供选择不同发动机压缩比的方法，这可能会增加发动机效率。
在一些示例中，在停用的发动机汽缸被再激活时的转矩阈值可以响应于发动机转矩增加的速率被调整。例如，如果发动机转矩以较高的速率增加，在停用的发动机汽缸被再激活时的转距阈值相比于当发动机转矩以较小的速率增加时在停用的发动机汽缸被再激活时的转距阈值可以被减小。此外，当发动机转矩的变化率大于发动机转矩的阈值变化率时，发动机压缩比的调整可以被延迟直到停用的汽缸被再激活。
本说明可以提供若干优点。具体地，该方法可以降低发动机爆震。额外地，该方法可以改善发动机效率。此外，该方法可以通过降低调整发动机压缩比的可能性来改善车辆驾驶性能且同时汽缸被激活或停用。。
当单独或结合附图时，根据以下具体实施方式将易于理解本描述的上述优点和其他优点以及特征。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围被具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
当单独或者参考附图时，通过阅读示例实施例(在本文中被称为具体实施方式)将更充分地理解本文描述的优点，其中：
图1是发动机的示意图；
图2和图3示出发动机效率随发动机转矩变化的示例模拟曲线图；
图4示出示例模拟发动机操作顺序；以及
图5-图8示出用于操作发动机的示例方法。
具体实施方式
本描述涉及发动机的控制操作，该发动机可以选择性地激活和停用汽缸以改变激活汽缸排量。该发动机也可以包括用于可变压缩比的能力。图1示出示例发动机系统，其包括用于改变激活汽缸排量和压缩比两者的机构。该发动机可以如图2和图3所示的发动机效率随发动机转矩变化的曲线图所指示的那样操作。该发动机也可以如图4示出的顺序所示的那样操作。图5-图8是用于操作发动机的方法的流程图。图1的发动机可以根据图5-图8的方法操作而提供图4示出的顺序。
参考图1，包括多个汽缸的内燃发动机10通过电子发动机控制器12进行控制，其中图1中示出多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，其中活塞36定位在汽缸壁中并且被连接到曲轴40。可变压缩调整装置31通过增加或降低活塞高度可以增大或减小汽缸的压缩。替代地，可变压缩调整装置31可以调整有效的连接杆长度、曲轴系统几何形状、曲轴位置、汽缸盖位置或余隙容积以调整发动机压缩比。在另一些示例中，经由阀调整机构71通过提前或延迟进气门52的正时可以调整有效的发动机压缩比。
飞轮97和环形齿轮99被耦接到曲轴40。起动器96包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以可选择地推进小齿轮95以啮合环形齿轮99。起动器96可以被直接地安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中，起动器96经由皮带或链条可以可选择地将转矩供应到曲轴40。在一个示例中，当未接合到发动机曲轴时，起动器96处于基本状态。燃烧室30被示出经由各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53被操作。可以通过进气凸轮传感器55确定进气凸轮51的位置。可以通过排气凸轮传感器57确定排气凸轮53的位置。可以经由阀调整机构71和73相对于曲轴40移动进气凸轮51和排气凸轮53。阀调整机构71和73也可以使在闭合位置的进气门和/或排气门停用，使得进气门52和排气门54在汽缸循环期间保持闭合。
燃料喷射器66被示出定位成将燃料直接喷射到汽缸30内，这是本领域技术人员所知的直接喷射。替代地，燃料可以被喷射到进气道，这是本领域技术人员所知的进气道喷射。燃料喷射器66输送与来自控制器12的信号的脉冲宽度成比例的液体燃料。燃料通过燃料系统(未示出)被输送到燃料喷射器66，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料轨(未示出)。在一个示例中，高压、双级燃料系统可以用于产生较高的燃料压力。此外，进气歧管44被示出与可选的电子节气门62连通，该电子节气门62调整节流板64的位置以控制从空气进气口42到进气歧管44的空气流。在一些示例中，节气门62和节流板64可以被定位在进气门52和进气歧管44之间使得节气门62是进气道节气门。
无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92将点火火花提供到燃烧室30。通用排气氧(UEGO)传感器126被示出耦接到催化转化器70上游的排气歧管48。替代地，双态排气氧传感器可以替代UEGO传感器126。
在一个示例中，转化器70可以包括多块催化剂砖。在另一示例中，可以使用每个都具有多块砖的多个排放控制装置。在一个示例中，转化器70可以是三元型催化剂。
控制器12在图1中被示为常规微型计算机，该微型计算机包括：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106(例如，非临时性存储器)、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和常规数据总线。控制器12被示出接收来自耦接到发动机10的传感器的各种信号，除了先前讨论的这些信号，还包括：来自耦接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；耦接到加速器踏板130用于感测由驾驶员132所施加的力的位置传感器134；来自耦接到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；当驾驶员132应用制动踏板150时，来自制动踏板位置传感器154的制动踏板位置；和来自传感器58的节气门位置的测量值。大气压力也可以被感测(传感器未示出)，用于由控制器12处理。在本描述的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每转一圈产生预定数量的等距脉冲，根据曲轴的每次旋转可以确定发动机转速(RPM)。
在一些示例中，发动机可以被耦接到混合动力车辆的电动马达/电池系统。此外，在一些示例中，其他发动机配置可以被采用，例如柴油发动机。
在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常地，排气门54闭合而进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入燃烧室30内，并且活塞36移动到汽缸的底部以便增加燃烧室30内的体积。活塞36在靠近汽缸的底部并且在其冲程的结束处的位置(例如，当燃烧室30在其最大体积时)通常被本领域的技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54都闭合。活塞36移向汽缸盖以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程的结束处并且最靠近汽缸盖的点(例如，当燃烧室30在其最小体积时)通常被本领域的技术人员称为上止点(TDC)。在以下被称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室内。在以下被称为点火的过程中，喷射的燃料通过已知的点火方式如火花塞92被点火，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回BDC。曲轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧过的空气-燃料混合物释放到排气歧管48并且活塞返至TDC。注意以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或闭合正时可以变化，例如以提供正或负气门重叠、进气门延迟关闭或各种其它的示例。
现参考图2，示出不具有选择性的汽缸停用和激活的发动机的发动机转矩随发动机效率的变化的曲线图。Y轴线代表发动机效率并且发动机效率沿Y轴线箭头的方向增加。X轴线代表发动机转矩并且发动机转矩沿X轴线箭头的方向增加。
实线202代表针对以较高的压缩比(例如，11:1)操作的爆震受限的发动机的发动机效率随发动机转矩的变化。点划线204代表针对以较低的压缩比(例如，9:1)操作的相同发动机的发动机效率随发动机转矩的变化。虚线203代表当发动机不是爆震受限的而以较高的压缩比操作时的相同发动机的发动机效率。虚线203在实线202重叠虚线203的地方是不可见的。
因此，可以观察到当发动机以较高的压缩比操作时，发动机在较低至中等的转矩水平下更加有效地操作。然而，在较高的发动机转矩的情况下，当发动机是以较高的压缩比爆震受限时，相比于当相同发动机以较低的压缩比操作时或当发动机不是爆震受限的时，发动机效率和转矩在较高的发动机转矩(例如，由于火花延时)的情况下被减小。另外地，当发动机以较高的压缩比操作并且不是爆震受限的时，相比于当相同发动机以较低的压缩比操作时，发动机效率和转矩被改善。
现参考图3，示出在爆震受限的较高的压缩比、较低的压缩比、非爆震受限的较高的压缩比、汽缸停用和所有汽缸激活的情况下发动机操作的曲线图。Y轴线代表发动机效率并且发动机效率沿Y轴线箭头的方向增加。X轴线代表发动机转矩并且发动机转矩沿X轴线箭头的方向增加。
竖直线301代表用于调整发动机压缩比的第一发动机转矩阈值。竖直线305代表当以较高的压缩比操作发动机并且发动机是爆震受限时用于激活停用的汽缸的第二发动机转矩阈值。竖直线309代表当以较低的压缩比操作发动机时用于激活停用的汽缸的第三发动机转矩阈值。竖直线311代表当以较高的压缩比操作发动机并且发动机不是爆震受限的时用于激活停用的汽缸的第四发动机转矩阈值。竖直线323代表用于调整发动机压缩比的第五发动机转矩阈值。竖直线325代表当以在较低的压缩比下激活所有汽缸的情况下来操作发动机时的最大发动机转矩。竖直线327代表当以在较高的压缩比下激活所有汽缸的情况下来操作发动机并且发动机不是爆震受限的时的最大发动机转矩。
实线302和306代表针对以较高的压缩比(例如，11:1)操作的爆震受限的发动机的发动机效率随发动机转矩的变化。点划线304和308代理针对以较低的压缩比(例如，9:1)操作的相同发动机的发动机效率随发动机转矩的变化。虚线303和307代表当发动机不是爆震受限的而以较高的压缩比操作时针对相同发动机的发动机效率。虚线303和307在实线302和306重叠虚线303和307的地方是不可见的。线302、304和303代表当一部分发动机汽缸被停用时(例如，在汽缸循环期间进气门和排气门都闭合时无火花或燃料)发动机效率随发动转矩的变化。线306、308和307代表当所有发动机汽缸正操作时发动机效率随发动机转矩的变化。
第一发动机转矩区域A通过箭头320指示。区域A在低发动机转矩下开始并且其在线302和304的交叉点处结束。交叉点代表发动机工况，其中当发动机以较高的或较低的压缩比操作时发动机效率随发动机转矩的变化是相等的。可以观察到在区域A中以较高的压缩比操作发动机是更可取的，因为发动机效率通过较高的压缩比得以改善。
第二发动机转矩区域B是在竖直线301与竖直线305之间的发动机转矩量。区域B在当一部分发动机汽缸被停用时操作爆震受限的较高的压缩模式下的发动机的最大发动机转矩处结束。
第三发动机转矩区域C是在竖直线301与竖直线309之间的发动机转矩量，其由箭头322指示。区域C在当一部分发动机汽缸被停用时操作较低的压缩模式下的发动机的最大发动机转矩处结束。相比于当发动机在区域B中被操作时，在区域C中发动机以较高的效率操作。通过箭头324指示在区域B中操作发动机和在区域C中操作发动机之间的发动机转矩的增加。因此，在区域C中以较低的压缩比操作发动机是更可取的，因为发动机效率以较低的发动机压缩比得以改善。
第四发动机转矩区域D是在竖直线301和竖直线311之间的发动机转矩量。区域D在发动机不是爆震受限的较高的压缩模式下操作发动机的最大发动机转矩处结束的。在选定的状况期间，该发动机可以不是爆震受限的，所述选定的状况如当发动机不是暖的和当环境温度小于阈值时或当使用高辛烷值燃料时。相比于当在区域B和C中操作发动机时，在区域D中发动机以较高的效率和转矩操作。通过箭头331指出在区域C中操作发动机和在区域D中操作发动机之间的发动机转矩的增加。
第五发动机转矩区域E是在竖直线309和线323之间的发动机转矩量。然而，在一些示例中，区域E可以被表示为在线305和线323之间或在线311和线323之间的发动机转矩量。线323是在线306和线308的交叉点处的转矩量。可以观察到，在区域E中以较高的压缩比操作发动机是更可取的，因为发动机效率通过较高的压缩比得以改善。
第六发动机转矩区域F是在竖直线323和线325之间的发动机转矩量，其由箭头328表示。区域F可以从线323延伸到线327，从而如果可以在发动机不是爆震受限的情况下以较高的压缩比操作该发动机通过由箭头333指示的量增加发动机转矩。
发明人在此已经认识到，当发动机是爆震受限时，该发动机通过沿线302到竖直线301、沿线304从竖直线301到竖直线309、沿线306从竖直线309到竖直线323和沿线308到较高的发动机转矩可以最有效地被操作。因此，如果发动机从较低的转矩转换到较高的转矩，发动机可以以一组停用的汽缸起动同时激活的汽缸以较高的发动机压缩比操作，随着发动机转矩增加发动机切换到较低的压缩同时选定的汽缸保持停用，随着发动机转矩进一步增加，发动机汽缸被再激活并且所有汽缸的压缩比增加到较高的压缩比，以及在甚至更高的发动机转矩的情况下发动机在激活所有汽缸的情况下切换到较低的压缩。以此方式，发动机效率可以被维持在较高的水平同时发动机转矩从较低的转矩转换到较高的转矩。
另一方面，如果发动机转矩是通过大于发动机转矩增加或减小的阈值速率而变化，则在再激活汽缸之前和之后维持发动机在较高的压缩比处是可取的，使得发动机在短时间量内可以产生尽可能多的转矩。此外，通过在汽缸再激活期间维持发动机压缩比，可能会在停用和激活汽缸之间提供平稳的转矩过渡。因此，当发动机转矩变化的速率大于阈值量时，发动机压缩比的变化可以被抑制或停止。
图3示出仅停用一恒定部分汽缸的发动机，，例如6-汽缸发动机可以停用3个汽缸。众所周知其他布置是可能的，例如6-汽缸发动机在不同的时间可以停用2个或3个汽缸。这样的发动机可以具有多个转矩区域，所述多个转矩区域具有压缩比和许多停用汽缸的各种组合，但逻辑可以类似于图3。
现参考图4，示出示例发动机操作顺序。图4的操作顺序可以通过执行图5-图8的方法的图1的发动机系统来提供。在顺序中的感兴趣的时间由竖直时间标记T0-T8指示。
自图4顶部的第一曲线图是发动机压缩比随时间变化的曲线图。Y轴线代表压缩比。当压缩比轨迹更靠近X轴线时，指示较低的压缩比。当压缩比轨迹更靠近Y轴线箭头时，指示较高的压缩比。X轴线代表时间并且时间沿X轴线箭头的方向增加。
自图4顶部的第二曲线图是发动机汽缸停用状态随时间变化的曲线图。Y轴线代表汽缸停用状态。当汽缸停用轨迹更靠近X轴线时，指示停用的汽缸。当发动机汽缸停用轨迹更靠近Y轴线箭头时，指示所有汽缸激活。X轴线代表时间并且时间沿X轴线箭头的方向增加。
自图4顶部的第三曲线图是发动机汽转矩随时间变化的曲线图。Y轴线代表发动机转矩或替代地期望的发动机转矩，并且发动机转矩沿Y轴线箭头的方向增加。X轴线代表时间并且时间沿X轴线箭头的方向增加。水平线402代表第一发动机转矩量，其中发动机在该转矩下可以从较高的压缩比切换到较低的压缩比(例如，在图3的线301处的转矩)。水平线404代表第二发动机转矩量，其中当发动机是爆震受限的并且以较高的压缩比操作时发动机在该转矩下可以从以停用的汽缸操作切换到以所有汽缸激活操作(例如，在图3的线305处的转矩)。水平线406代表第三发动机转矩量，其中当发动机在较低的压缩比下操作时发动机在该转矩下可以从以停用的汽缸操作切换到以所有汽缸激活操作(例如，在图3的线309处的转矩)。水平线408代表第四发动机转矩量，其中当发动机不是爆震受限的并且发动机在较高的压缩比下操作时发动机在该转矩下可以从以停用的汽缸操作切换到以所有汽缸激活操作(例如，在图3的线311处的转矩)。水平线410代表第五发动机转矩量，其中发动机在该转矩下可以从以较高的压缩比操作切换到以较低的压缩比操作(例如，在图3的线323处的转矩)。
在时间T0处，发动机压缩比处于较高的水平，汽缸被停用，并且发动机转矩量是低的。这样的状况可以代表何时车辆中的发动机处在非常低的车辆速度下操作。
在时间T0和时间T1之间，发动机转矩以大于转矩增加的阈值速率的速率增加。压缩比被维持在较高的水平处并且汽缸保持停用。
在时间T1处，汽缸被再激活而发动机压缩比不从较高的水平变化到较低的水平。发动机汽缸以由线404指示的发动机转矩水平并且响应于发动机转矩增加的速率大于阈值量而被再激活。
在时间T2处，发动机转矩持续增加到由线410指示的水平。在该示例中，由于发动机在较高的发动机转矩下是爆震受限的，所以发动机压缩比从较高的水平减小到较低的水平以改善发动机效率并且增加可用的发动机转矩量。以此方式，在发动机转矩变化大于转矩变化的阈值速率期间，从以较高的压缩比到较低的压缩比操作发动机的转换可以被避免。然而，在一些示例中，在相同的发动机转矩下切换发动机压缩比和激活汽缸是可取的。另外地，如果发动机在发动机汽缸被再激活之前已经以较低的压缩比被操作，则该发动机可以持续以较低的压缩模式操作直到所有汽缸被再激活之后。
在时间T2和时间T3之间，发动机转矩增加并且然后开始减小。在此时间期间，发动机压缩比和激活的汽缸的数目保持恒定。
在时间T3处，发动机转矩小于阈值并且发动机转矩变化的速率小于阈值量。因此，发动机压缩比从较低的压缩比增加到较高的压缩比以增加发动机效率。激活的汽缸的数目保持不变并且发动机转矩继续减小。
在时间T4处，发动机转矩减小到小于由线406指示的发动机转矩水平的预定转矩。因此，响应于发动机转矩小于由线406指示的转矩，一部分发动机汽缸被停用并且发动机压缩比被减小。发动机转矩拉出在由线402和406指示的转矩之间的值之外。
在时间T5处，发动机转矩已经增加到由线406指示的转矩水平。因此，所有发动机汽缸被再激活并且发动机压缩比增加到较高的压缩比以改善发动机转矩输出和效率。发动机转矩在时间T5处和在时间T5之前以小于转矩变化的阈值速率的速率而改变。因此，发动机压缩比和激活的汽缸的数目响应于转矩变化的速率，而不是响应于发动机转矩量而不被改变。
在时间T6处，发动机转矩量已经增加到由线410指示的水平。发动机压缩比被减小并且所有汽缸响应于发动机达到线410的转矩水平保持激活，以便可以增加发动机效率和最大转矩。在时间T6之后，发动机转矩继续增加。
在时间T7之前，发动机转矩以大于阈值量的速率减小。在时间T7之前，发动机也以所有汽缸激活和较低的压缩比操作。发动机汽缸在时间T7处响应于发动机转矩小于由线406指示的水平和发动机转矩变化的速率大于转矩变化的阈值速率而被停用。以此方式，发动机汽缸可以被停用而不用发动机在其汽缸被停用之前首先必须在较低的和较高的压缩模式之间来回地变化。
在时间T8处，发动机转矩减小到由线402指示的水平。发动机压缩比在时间T8处响应于发动机转矩小于由线402指示的水平而增加。发动机压缩比在时间T8处被增加以在较低的发动机转矩下改善发动机效率。
因此，响应于发动机转矩和发动机转矩变化的速率，可以调整或改变发动机压缩比和汽缸激活/停用。通过改变响应发动机转矩的发动机压缩比，发动机效率可以被改善。然而，发动机压缩比改变的频率可以响应于发动机转矩变化的较高速率而减小，使得压缩比变化的忙碌性/频率(busyness)可以被减小，从而降低到车辆传动系的诱导转矩扰动的可能性。
现参考图5-图8，描述了用于操作发动机的方法。图5-图8的方法可以作为可执行指令被包括，该可执行指令存储在如图1所示的控制器的非临时性存储器中。图5-图8的方法可以提供图4所示的操作顺序。
在502处，方法500确定发动机工况，其可以包括发动机转矩、发动机转速、发动机温度、环境温度、燃料辛烷值等。在一个示例中，发动机转矩可以基于发动机转速和进入发动机的空气量被估计。发动机空气量和转速被用于索引表或函数，该表或函数将发动机转矩描述为发动机空气量和发动机速度的函数。发动机转速根据发动机曲轴位置确定。在确定发动机工况后，方法500前进到504。
在504处，方法500确定当前的发动机压缩比。在一个示例中，当前的发动机压缩比可以经由发动机压缩比调整装置的位置被确定。替代地，方法500可以根据存储在存储器中的变量值确定发动机压缩比。在确定发动机压缩比后，方法500前进到506。
在506处，方法500判断发动机汽缸的可变压缩比(VCR)是否可用。在一些示例中，所有发动机汽缸可以包括压缩比调整装置。在其他示例中，只有一直是激活的汽缸可以包括压缩比调整装置。方法500可基于存储在控制器存储器中的变量值判断发动机是否是可变压缩比发动机。如果方法500判断发动机是可变压缩比发动机，则答案为是并且方法500前进到520。否则，答案为否并且方法500前进到508。
在508处，方法500判断发动机转矩是否大于(G.T.)发动机汽缸有待被再激活的阈值转矩。如果方法500判断发动机转矩大于阈值转矩，答案为是并且方法500前进到510。否则，答案为否并且方法500前进到512。
应当注意，滞后也可以被包括在508处使得汽缸激活和停用的忙碌性可以被减小。例如，如果发动机转矩正在减小，则方法500不会移动到512直到发动机转矩小于阈值转矩达预定量。
在510处，方法500激活所有发动机汽缸或发动机汽缸的一个子集以增加发动机的输出转矩容量。发动机汽缸可以通过在汽缸循环期间允许进气门和排气门打开和闭合被再激活。此外，火花和燃料可以被供应到发动机汽缸以再激活汽缸。在再激活发动机汽缸后，方法500前进到退出。
在512处，方法500停用一部分发动机汽缸以减小发动机转矩容量和发动机泵气损失。发动机汽缸可以通过在发动机循环期间关闭和保持闭合的进气门和排气门而被停用。燃料和火花也可以停止被提供到被停用的汽缸。在停用发动机汽缸后，方法500前进到退出。
在520处，方法500确定来自最佳转矩的最小火花提前角(MBT火花正时)的发动机火花延迟。在一个示例中，当前的发动机转速和转矩的MBT火花正时被存储在控制器存储器中。来自MBT火花正时的火花延迟通过从MBT火花正时减去当前的火花正时来确定。当前的火花正时响应于发动机爆震可以被调整更多的延迟值。来自MBT火花正时的火花延迟量可以是用于从较高的压缩比到较低的压缩比切换的基础。在确定来自MBT火花正时的火花延迟后，方法500前进到522。
在522处，方法500确定发动机转矩变化的速率。在一个示例中，发动机转矩变化的速率通过从发动机转矩的当前值减去发动机转矩的最近过去的值来确定。如果发动机转矩正增加，发动机转矩变化的速率可以是正的，而如果发动机转矩正减小，则发动机转矩变化的速率可以是负的。在确定发动机转矩变化的速率后，方法500前进到524。
在524处，方法500判断发动机是否处于较高的压缩比模式中。方法500可以基于可变压缩调整装置的位置或者存储在控制器存储器中的变量值判断发动机是否处于较高的压缩比模式中。如果方法500判断发动机以较高的压缩比运行，答案为是且方法500前进到593。否则，答案为否且方法500前进到526。
在526处，方法500判断在522处确定的发动机转矩变化的速率是否大于阈值速率。发动机转矩变化的阈值速率可以随发动机转速、发动机温度和其他工况而变化。如果方法500判断发动机转矩变化的速率大于阈值速率，答案为是且方法500前进到528。否则，答案为否且方法500前进到540。
在528处，方法判断是否所有发动机汽缸是激活的。在一个示例中，方法500基于发动机气门状态或存储在控制器存储器中的变量值判断所有汽缸是否是激活的。如果方法500判断所有汽缸是激活的，则答案为是且方法500前进到570。否则，答案为否且方法500前进到530。
在530处，当发动机转矩大于第三阈值转矩水平(例如，图3的线309)时，方法500激活所有发动机汽缸，其代表在汽缸被再激活之前，当发动机以较低的压缩比操作时，用于再激活停用的发动机汽缸的发动机转矩。如果发动机转矩小于第三阈值转矩水平并且发动机转矩正增加，发动机汽缸不被再激活。另一方面，如果发动机转矩正减小，当发动机转矩是小于第三阈值发动机转矩的预定量转矩时，一部分发动机汽缸被停用。在发动机汽缸被有条件地再激活之后，方法500返回至526。
在540处，方法500判断发动机转矩是否小于(L.T.)第一阈值转矩(例如，图3的线301)。第一转矩代表用于从较低的压缩比调整到较高的压缩比的发动机转矩。第一转矩处在针对较高的和较低的发动机压缩比的发动机效率随发动机转矩变化的曲线的交叉点处。如果方法500判断发动机转矩小于第一转矩，答案为是且方法500前进到542。否则，答案为否且方法500前进到550。
在542处，方法500停用一部分发动机汽缸。发动机汽缸通过在发动机循环期间关闭和保持闭合的汽缸进气门和排气门被停用。另外地，火花和到汽缸的燃料流也被停止。在一部分发动机汽缸被停用之后，方法500前进到544。
在544处，方法500针对转矩小于第一阈值转矩(例如，图3的区域A)判断发动机是否是火花受限到低压缩效率。在一个示例中，当自在520处确定的MBT的火花延迟大于火花延迟的阈值量时，发动机是火花受限到较低压缩比发动机效率。此外，对于特定的发动机工况，自MBT火花正时的火花延迟可以被存储在存储器中并且用于调整发动机效率随发动机转矩变化的曲线(例如，图3的302)。如果方法500判断发动机是火花受限到较低压缩比发动机效率，答案为是且方法500前进到548。否则，答案为否且方法500前进到546。
在546处，方法500将激活的汽缸切换到较高的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较高的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较高的压缩模式而被调整到较高的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到退出。
在548处，方法500将激活的汽缸切换到较低的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较低的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较低的压缩模式而被调整到较低的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到退出。
在550处，方法500判断一部分发动机汽缸是否被停用。在一个示例中，方法500基于阀调整机构的位置或控制器存储器中的变量值判断一部分发动机汽缸是否被停用。如果方法500判断一部分发动机汽缸被停用，答案为是且方法500前进到552。否则，答案为否且方法500前进到570。
在552处，方法500针对转矩小于第四阈值转矩(例如，图3的区域D)并且大于第一阈值转矩，判断发动机是否是火花受限到低压缩效率。在一个示例中，当自在520处确定的MBT的火花延迟大于火花延迟的阈值量时，发动机是火花受限到较低压缩比发动机效率。此外，对于特定的发动机工况，自MBT火花正时的火花延迟可以被存储在存储器中并且用于调整发动机效率随发动机转矩变化的曲线(例如，图3的302)。如果方法500判断发动机是火花受限到较低压缩比发动机效率，答案为是且方法500前进到554。否则，答案为否且方法500前进到560。
在560处，方法500将激活的汽缸切换到较高的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较高的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较高的压缩模式而被调整到较高的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到562。
在562处，方法500判断发动机转矩是否大于或等于第四阈值转矩(例如，在图3的线311处的转矩)。当发动机以较高的压缩比操作时，第四阈值转矩代表用于激活停用的汽缸的发动机转矩。如果发动机在562处以较高的压缩比操作，则发动机在当前的发动机工况下不是爆震受限的。如果方法500判断发动机转矩大于或等于第四转矩，答案为是且方法500前进到564。否则，答案为否且方法500前进到退出。
在564处，所有发动机汽缸被激活。所有发动机汽缸可以在汽缸循环期间通过允许进气门和排气门打开和闭合而被激活。燃料和火花也可以被供应到发动机以再激活汽缸。在所有发动机汽缸被激活之后，方法500前进到退出。
在554处，方法500将激活的汽缸切换到较低的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较低的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较低的压缩模式而被调整到较低的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到556。
在556处，方法500判断发动机转矩是否大于或等于第三阈值转矩(例如，在图3的线309处的转矩)。当发动机以较低的压缩比操作时，第三阈值转矩代表用于激活停用的汽缸的发动机转矩。如果方法500判断发动机转矩大于或等于第三阈值转矩，答案为是且方法500前进到558。否则，答案为否且方法500前进到退出。
在558处，所有发动机汽缸被激活。所有发动机汽缸可以在汽缸循环期间通过允许进气门和排气门打开和闭合而被激活。燃料和火花也可以被供应到发动机以再激活汽缸。在所有发动机汽缸被激活之后，方法500前进到退出。
在570处，方法500判断发动机转矩是否小于第二阈值转矩(例如，在图3的线305处的转矩)达多于预定量。预定量可以在汽缸激活和停用转矩中提供滞后以减少不期望的汽缸停用。如果方法500判断发动机转矩小于第二阈值转矩，答案为是且方法500前进到572。否则，答案为否且方法500前进到580。
在572处，方法500针对转矩小于第二阈值转矩(例如，图3的区域B)并且大于第一阈值转矩，判断发动机是否是火花受限到低压缩效率。在一个示例中，当自在520处确定的MBT的火花延迟大于火花延迟的阈值量时，发动机是火花受限到较低压缩比发动机效率。此外，对于特定的发动机工况，自MBT火花正时的火花延迟可以被存储在存储器中并且用于调整发动机效率随发动机转矩变化的曲线(例如，图3的302)。如果方法500判断发动机是火花受限到较低压缩比发动机效率，答案为是且方法500前进到574。否则，答案为否且方法500前进到578。
在574处，方法500将激活的汽缸切换到较低的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较低的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较低的压缩模式而被调整到较低的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到576。
在578处，方法500将激活的汽缸切换到较高的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较高的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较高的压缩模式而被调整到较高的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到576。
在576处，方法500停用一部分发动机汽缸。发动机汽缸可以在发动机循环期间通过关闭和保持闭合的汽缸进气门和排气门而被停用。另外地，火花和至汽缸的燃料流也被停止。在一部分发动机汽缸被停用之后，方法500前进到退出。
在580处，方法500判断发动机转矩是否小于第五阈值转矩(例如，在图3的线323处或区域E的转矩)。如果方法500判断发动机转矩小于第五阈值转矩，答案为是且方法500前进到582。否则，答案为否且方法500前进到588。
在582处，方法500针对转矩小于第五阈值转矩(例如，图3的区域E)并且大于第四阈值转矩，判断发动机是否是火花受限到低压缩效率。在一个示例中，当自在520处确定的MBT的火花延迟大于火花延迟的阈值量时，发动机是火花受限到较低压缩比发动机效率。此外，对于特定的发动机工况，自MBT火花正时的火花延迟可以被存储在存储器中并且用于调整发动机效率随发动机转矩变化的曲线(例如，图3的302)。如果方法500判断发动机是火花受限到较低压缩比发动机效率，答案为是且方法500前进到586。否则，答案为否且方法500前进到584。
在586处，方法500将激活的汽缸切换到较低的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸被调整到较低的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸可以通过将可变压缩调整装置命令到较低的压缩模式而被调整到较低的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到退出。
在584处，方法500将激活的汽缸转换到较高的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较高的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较高的压缩模式而被调整到较高的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到退出。
在588处，当以较高的压缩比(例如，图3的区域F中)操作时，方法500判断发动机是否是火花受限的。如果方法500判断发动机在较高的压缩比下是火花受限的，答案为是且方法500前进到590。否则，答案为否且方法500前进到592。
在590处，方法500将激活的汽缸切换到较低的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较低的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较低的压缩模式而被调整到较低的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到退出。
在592处，方法500将激活的汽缸切换到较高的压缩比。在所有发动机汽缸是可变压缩比的一些示例中，所有发动机汽缸可以被调整到较高的压缩比。在一个示例中，发动机汽缸通过将可变压缩调整装置命令到较高的压缩模式而被调整到较高的压缩比。在发动机压缩比被调整后，方法500前进到退出。
在593处，方法500判断在522处确定的发动机转矩变化的速率是否大于阈值速率。发动机转矩变化的阈值速率可以随发动机转速、发动机温度和其他工况而变化。替代地，方法500可以判断发动机转矩是否大于阈值转矩，该阈值转矩是要求的转矩加上增益系数乘以要求的发动机转矩变化的速率。如果方法500判断发动机转矩变化的速率大于阈值速率或如果替代的状况为真，答案为是且方法500前进到594。否则，答案为否且方法500前进到540。
在594处，方法500判断是否所有发动机汽缸是激活的。在一个示例中，方法500基于发动机气门状态或存储在存储器控制器中的变量值判断是否所有汽缸是激活的。如果方法500判断所有汽缸是激活的，答案为是且方法500前进到570。否则，答案为否且方法500前进到596。
在596处，方法500判断发动机火花在当前工况下是否受限到小于低压缩发动机效率(例如，当发动机以低压缩比操作时的发动机效率)。在一个示例中，基于相比于在相同状况下以较低的压缩比和爆震受限的火花正时操作发动机，如果发动机在高压缩比下并且以自MBT的火花延迟操作，方法500在当前工况下比较发动机效率。如果方法500判断发动机是火花受限到小于低压缩比发动机效率，答案为是且方法500前进到598。否则，答案为否且方法500前进到599。
在598处，当发动机转矩等于或大于第二阈值发动机转矩(例如，在图3的线305处的发动机转矩)时，如果发动机转矩正增加，方法500激活所有发动机汽缸。如果发动机转矩不能达到阈值发动机转矩并且发动机转矩正增加，方法500返回至593而不停用一部分发动机汽缸或激活所有发动机汽缸。另一方面，如果发动机转矩正减小，当发动机转矩是小于第二阈值发动机转矩的预定量转矩时，一部分发动机汽缸被停用。
在599处，当发动机转矩等于或大于第四阈值发动机转矩(例如，在图3的线311处的发动机转矩)时，方法500激活所有发动机汽缸。如果发动机转矩不能达到第四阈值发动机转矩，方法500返回至593而不激活所有发动机汽缸。以此方式，如果未检测到爆震(例如，发动机不是火花受限的)，激活汽缸的发动机转矩可以增加。另一方面，如果发动机转矩正减小，当发动机转矩是小于第四阈值发动机转矩的预定量转矩时，一部分发动机汽缸被停用。
应当注意，方法500也可以包括激活和停用汽缸的转距阈值之间的滞后，使得模式切换的忙碌性可以被减小。例如，停用汽缸的发动机转矩可以小于激活汽缸的发动机转矩。
因此，图5-图8的方法提供用于操作发动机，包括：响应于发动机的压缩比，改变激活发动机汽缸的发动机转矩。该方法包括：当压缩比是第一压缩比时，发动机汽缸在第一发动机转矩下被激活，并且当压缩比是第二压缩比时，发动机汽缸在第二发动机转矩下被激活，第一压缩比小于第二压缩比。该方法包括第一发动机转矩大于第二发动机转矩。
该方法进一步包括响应于发动机爆震的指示，将发动机的压缩比从较高的值调整到较低的值。该方法进一步包括当发动机在第二压缩比下操作时，响应于不存在发动机爆震的指示，增加激活发动机汽缸的发动机转矩，第二压缩比大于第一压缩比。该方法包括在进气门和排气门不打开的发动机循环期间通过打开和关闭进气门和排气门来激活发动机汽缸。该方法进一步包括压缩比基于发动机效率被改变。
在另一示例中，该方法包括响应于发动机转矩变化的速率，改变再激活停用的发动机汽缸的发动机转矩。该方法进一步包括响应于发动机转矩变化的速率小于发动机转矩变化的阈值速率，不改变再激活停用的发动机汽缸的发动机转矩。该方法包括当发动机以较低的压缩比操作时，发动机转矩是第一发动机转矩，而当发动机以较高的压缩比操作时，发动机转矩是第二发动机转矩。该方法包括第一发动机转矩大于第二发动机转矩。
在另一示例中，该方法进一步包括响应于再激活停用的汽缸，在停用的汽缸被再激活之后，调整发动机的压缩比。该方法进一步包括响应于再激活停用的汽缸，在停用的汽缸被再激活之后，不调整发动机的压缩比。该方法进一步包括响应于发动机转矩变化的速率，改变停用激活的汽缸的发动机转矩。
在另一示例中，该方法提供用于操作发动机，包括：响应于发动机转矩变化的速率超过阈值以及紧接在发动机转矩变化的速率超过阈值之前的发动机压缩比，改变再激活停用的汽缸的发动机转矩。该方法进一步包括响应于发动机转矩变化减小的速率超过阈值以及紧接在发动机转矩变化减小的速率超过阈值之前的发动机压缩比，改变停用激活的汽缸的发动机转矩。该方法包括当发动机压缩比是较高的压缩比时，再激活停用的汽缸的发动机转矩是较小的。该方法包括当发动机压缩比是较低的压缩比时，再激活停用的汽缸的发动机转矩是较大的。该方法进一步包括响应于再激活停用的汽缸，调整发动机的压缩比。该方法进一步包括响应于发动机转矩变化的速率小于发动机转矩变化的阈值速率，不改变再激活停用的汽缸的发动机转矩。
图5-图8中所描述的方法用于发动机，该发动机可以仅停用恒定部分的汽缸，例如6-汽缸发动机可以停用3个汽缸。众所周知其他布置是可能的，例如6-汽缸发动机在不同的时间可以停用2个或3个汽缸。这样的发动机可以具有多个转矩区域，所述多个转矩区域具有压缩比和多个停用汽缸的各种组合，但根本上该方法可以类似于图5-图8。
如由本领域的一位普通技术人员将理解的，图5-图8中所描述的方法可以代表任意数目的处理策略中的一个或更多个，如事件驱动的、中断驱动、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种步骤或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在某些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文描述的目的、特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供。虽然没有明确地示出，根据使用的特定策略，本领域的一位普通技术人员将认识到所示步骤或功能中的一个或更多个可以被重复地执行。此外，描述的动作、操作、方法和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码。
在此总结本描述。本领域的技术人员阅读它可以想到许多变更和修改，而不脱离本描述的精神和范围。例如，以天然气、汽油、柴油或其他燃料配置操作的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可以利用本描述以获益。
Claims (15)
1.一种用于操作发动机的方法，其包括：
在第一压缩比下的发动机操作期间，其中一个或多个汽缸被停用，在发动机转矩达到第一阈值时再激活所述停用的汽缸；
在第二压缩比下的发动机操作期间，其中所述第二压缩比大于所述第一压缩比并且一个或多个汽缸被停用，在发动机转矩达到小于所述第一阈值的第二阈值时再激活所述停用的汽缸。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：使所述第一阈值和所述第二阈值随发动机转速、变速器齿轮、环境温度、环境压力和燃料辛烷值而改变。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：响应于发动机爆震的指示，减小所述发动机的所述压缩比。
4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：在所述第二压缩比下的发动机操作期间，其中一个或多个汽缸被停用，响应于不存在发动机爆震的所述指示，在发动机转矩达到第三阈值时再激活所述停用的汽缸，所述第三阈值高于所述第二阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述停用的发动机汽缸在进气门和排气门不打开的所述发动机的循环期间通过打开和关闭所述进气门和所述排气门而被再激活。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：基于发动机效率改变所述发动机的所述压缩比。
7.一种用于操作发动机的方法，其包括：
在发动机操作期间，其中一个或多个汽缸被停用，
当发动机转矩的变化速率小于变化速率阈值时，不改变再激活所述停用的汽缸的发动机转矩阈值，其中所述变化速率阈值等于要求的发动机转矩加上增益系数乘以所述要求的发动机转矩的变化速率；
当所述发动机转矩的变化速率达到所述变化速率阈值时，改变再激活所述停用的汽缸的所述发动机转矩阈值，其中所述发动机转矩阈值在所有发动机汽缸的压缩比较高时被改变到较低值且在所有发动机汽缸的所述压缩比较低时被改变到较高值；以及
当发动机转矩达到所述发动机转矩阈值时，再激活所述停用的汽缸。
8.根据权利要求7所述的方法，其中当所述发动机转矩的变化速率达到所述变化速率阈值时，改变再激活所述停用的汽缸的所述发动机转矩阈值包括：当所述发动机以较低的压缩比操作时，将所述发动机转矩阈值设置成等于第一阈值，以及当所述发动机以较高的压缩比操作时，将所述发动机转矩阈值设置成等于与所述第一阈值不同的第二阈值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一阈值大于所述第二阈值。
10.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：响应于再激活所述停用的汽缸，在所述停用的汽缸被再激活之后调整所有发动机汽缸的压缩比。
11.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：响应于再激活所述停用的汽缸，在所述停用的汽缸被再激活之后不调整所有发动机汽缸的压缩比。
12.一种用于操作发动机的方法，其包括：
响应于发动机转矩的变化速率超过第一阈值，紧接在所述发动机转矩的变化速率超过所述第一阈值之前改变再激活一个或多个停用的发动机汽缸的发动机转矩阈值，其中所述发动机转矩阈值在所有发动机汽缸的压缩比较高时被改变成到较低值且在所有发动机汽缸的所述压缩比较低时被改变到较高值；以及
当发动机转矩达到所述发动机转矩阈值时，再激活所述停用的汽缸。
13.根据权利要求12所述的用于操作发动机的方法，其进一步包括：响应于所述发动机转矩的变化速率减小低于第二阈值以及基于紧接在所述发动机转矩的变化速率减小低于所述第二阈值之前的所有发动机汽缸的所述压缩比，改变停用激活的汽缸的发动机转矩阈值。
14.根据权利要求13所述的用于操作发动机的方法，其进一步包括：响应于再激活所述停用的汽缸，调整所有发动机汽缸的所述压缩比。
15.根据权利要求14所述的用于操作发动机的方法，其进一步包括：响应于所述发动机转矩的变化速率小于第三阈值，不改变再激活所述停用的汽缸的所述发动机转矩阈值。
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