CN105526013B - 用于发动机爆震控制的判断方法和系统 - Google Patents
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Abstract
用于发动机爆震控制的判断方法和系统。提供用于使用选择性的汽缸禁用以便通过降低的燃料代价进行爆震控制的方法和系统。具有较严重的爆震和/或更边界受限的火花的汽缸可以被暂时禁用,直到它们充分冷却。在冷却后重新激活汽缸的同时,爆震的、热的、或边界火花受限的其他汽缸可以被禁用。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制被配置为执行跳过-点火燃烧的发动机系统内的爆震事件的方法和系统。
背景技术
火花点火内燃发动机在高负载运行下可能遭遇异常燃烧事件,例如,爆震,特别是当使用较低的辛烷燃料运行时。汽缸内温度可以提供关于汽缸是否可能爆震的重要指示。具体地,较热的汽缸可能具有较大的爆震倾向。而且,基于发动机配置,诸如冷却通道的位置和发动机封装约束,一些汽缸可能比其他汽缸更易于爆震。可以通过延迟发动机汽缸的火花正时来解决爆震。虽然火花延迟改善爆震,但是它导致较低的发动机扭矩输出和降低的燃料经济性。
近年来,火花点火燃烧发动机已经被配置为通过可变数量的激活的(active)或禁用的(deactivated)汽缸来运行,以增加燃料的经济性,同时,将全部排气混合物空燃比可选地保持在化学计量。这种发动机可以通过在索引汽缸点火模式(也被称为“跳过-点火”模式)中跳过燃料到某些汽缸的输送来改变发动机的有效排量。例如,如由Tripathi等人在US8,651,091中所示出的,发动机燃料控制器可以持续地旋转命令哪些特定的汽缸被供应燃料、哪些汽缸被跳过,以及针对多少汽缸事件持续该模式。通过跳过到选择汽缸的燃料输送,激活的汽缸可以接近其最佳效率运行,从而增加了发动机的整体运行效率。
发明内容
发明人在此已经意识到被应用于爆震控制的火花延迟的量(并且因此与爆震控制有关的燃料代价(fuel penalty))可以通过利用独立的汽缸气门禁用机构而被降低。具体地,跳过-点火发动机的快速响应的汽缸气门禁用机构可以被用于暂时地禁用具有较高的爆震率的汽缸,被禁用的汽缸的识别随着汽缸的爆震模式的改变而改变,汽缸的爆震模式随发动机工况而变化。一种示例方法包括,根据基于每个发动机汽缸的爆震值选择的汽缸模式来禁用独立的汽缸气门机构。以此方式,爆震可以通过使用较少的火花延迟来控制。
作为一个示例,如果汽缸已经频繁地爆震,那么控制器可以针对一个或多个燃烧事件选择性地禁用指定的汽缸。可以通过禁用汽缸的进气门和排气门操作同时也停止到汽缸的燃料和火花来禁用爆震的汽缸。例如,当汽缸内的爆震率或出现率超过阈值时,可以禁用该汽缸。可替换地,对于每个爆震事件,火花正时可以远离边界值被延迟。随后,随着爆震频率增加且火花延迟超过阈值(例如,成为边界受限的),汽缸可以被禁用。由于禁用,汽缸可以开始冷却,从而降低其进一步爆震事件的倾向。当汽缸内温度下降到阈值温度以下时,汽缸可以被重新激活。然后汽缸可以通过较低的火花延迟来运行,例如,被重新激活的汽缸的火花正时可以朝向MBT被提前。可替换地,随着发动机汽缸冷却且另一发动机汽缸同时变得较热,并且更多的边界火花受限,更多的边界受限的汽缸可以被禁用,同时冷却的汽缸可以被重新激活。
以此方式,通过基于汽缸爆震出现率调整汽缸禁用的模式,发动机爆震可以通过使用较少的火花延迟来控制。因此,与爆震控制有关的燃料代价可以被降低。通过禁用具有更高爆震发生率的汽缸直到它们充分冷却,然后重新激活它们,汽缸可以通过更接近MBT的火花来运行。通过持续地改变被禁用的/激活的汽缸的模式使得汽缸在其更多地爆震时被禁用而在其更少地爆震时被重新激活,汽缸温度可以被控制,从而降低进一步爆震事件的倾向。通过以从边界朝向MBT提前的火花运行激活的汽缸,发动机可以以较少爆震出现率和较高的燃料的经济性来运行。
应当理解,提供以上概述是为了以简化的形式介绍一系列概念,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必要特征,要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外,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
图1示出发动机系统布局的示例实施例。
图2示出部分发动机视图。
图3示出用于响应于汽缸爆震出现调整用于独立的汽缸禁用的汽缸模式的高层次流程图。
图4示出被用于以改善的燃料经济性控制发动机爆震的示例汽缸禁用调整。
具体实施方式
提供当运行针对选择性的汽缸禁用配置的发动机(例如,图1-图2的发动机系统)时(本文中也被称为跳过-点火运行)用于调节燃料喷射样式的方法和系统。控制器可以响应于汽缸爆震指示,选择跳过-点火模式。例如,控制器可以被配置为执行程序,诸如图3的程序,以选择性地禁用以较高速率爆震的汽缸达一定持续时间,直到汽缸冷却下来。一旦汽缸冷却下来,该汽缸可以被重新激活,同时现在正在爆震的另一个汽缸被禁用。汽缸模式的示例调整参考图4被示出。以此方式,在以较少的边界受限火花运行时,汽缸爆震可以被减少。
图1示出示例发动机10,其具有第一排15a和第二排15b。在所描述的示例中,发动机10是具有第一排和第二排的V8发动机,每排均具有四个汽缸。发动机10具有带有节气门20的进气歧管16,和耦接到排放控制系统30的排气歧管18。排放控制系统30包括一种或多种催化剂和空燃比传感器,诸如关于图2所描述的。作为一个非限制性示例,发动机10可以被包括作为用于乘客车辆的推进系统的一部分。
发动机系统10可以具有带有选择性地可禁用的进气门50和选择性地可禁用的排气门56的汽缸14。在一个示例中,进气门50和排气门56经由电动独立汽缸气门致动器被配置用于电动气门致动(EVA)。虽然所描述的示例示出每个汽缸具有单个进气门和单个排气门,但是在可替换示例中,如在图2中详细阐述的,每个汽缸可以具有多个选择性地可禁用的进气门和/或多个选择性地可禁用的排气门。
在选择的状况期间,诸如当不需要发动机的全扭矩容量时,发动机10的一个或多个汽缸可以被选择用于选择性的禁用(本文中也被称为独立的汽缸禁用)。这可以包括选择性地禁用仅在第一排15a上的一个或多个汽缸、仅在第二排15b上的一个或多个汽缸、或在第一排和第二排的每排上的一个或多个汽缸。在每排上的被禁用的汽缸的数量和识别可以是对称的或非对称的。
在禁用期间,所选择的汽缸可以通过关闭独立的汽缸气门机构(诸如进气门机构、排气门机构、或两者的组合)而被禁用。汽缸气门可以经由液压致动的挺柱(例如,耦接到气门推杆的挺柱)、经由凸轮廓线转换机构(其中凸轮凸角不具有被用于被禁用的气门的升力(lift)),或经由耦接到每个汽缸的电动致动汽缸气门机构被选择性地禁用。此外,到被禁用的汽缸的燃料流和火花可以诸如通过禁用汽缸燃料喷射器被停止。
在一些示例中,发动机10可以具有选择性地可禁用的(直接的)燃料喷射器,并且所选择的汽缸可以经由关闭相应的燃料喷射器而被禁用,同时保持进气门和排气门的运行,使得空气可以被继续泵送通过汽缸。
当所选择的汽缸被停用时,剩下的启用或激活的汽缸继续执行燃烧,其中燃料喷射器和汽缸气门机构激活且运行。为了满足扭矩需求,发动机在激活的汽缸上产生相同量的扭矩。这需要更高的歧管压力,从而导致降低的泵送损失和增加的发动机效率。同样,暴露于燃烧的较低的有效表面面积(只来自启用的汽缸)降低了发动机热损失,提高了发动机的热效率。
汽缸可以被禁用以基于指定的控制算法提供特定的点火(或跳过-点火)模式。更具体地,所选择的“被跳过的”工作循环不被点火而其他“激活的”工作循环被点火。可选地,与所选择的工作室的所选择的点火相关的火花正时也可以基于所选择的工作室的点火顺序或点火历史来调整。发动机控制器12可以被配置有适合的逻辑,如下面描述的,用来基于发动机工况确定汽缸禁用(或跳过-点火)模式。
发动机10可以在多种物质上运行,这些物质可以经由燃料系统8被输送。发动机10可以由包括控制器12的控制系统至少部分地控制。控制器12可以接收来自耦接到发动机10的(并且参考图2所描述的)传感器17的各种信号,并且发送控制信号到耦接到发动机和/或车辆的(如参考图2所描述的)各种致动器81。例如,各种传感器可以包括各种温度、压力和空燃比传感器。另外,控制器12可以接收来自沿发动机缸体分布的一个或多个爆震传感器90的汽缸爆震或预先点火的指示。多个爆震传感器90可以沿发动机缸体对称或非对称地分布。而且,一个或多个爆震传感器90可以包括加速计、电离传感器或汽缸内压力转换器。
发动机控制器可以包括用来基于在当前发动机工况下期望的发动机输出确定汽缸模式的驱动脉冲发生器和定序器。例如,驱动脉冲发生器可以使用自适应预测控制来动态地计算指示哪些汽缸要被点火和以何种间隔来获得期望的输出(即,汽缸点火/跳过-点火模式)的驱动脉冲信号。汽缸点火模式可以被调整以提供期望的输出而不在发动机内产生过多的或不适当的振动。因此,汽缸模式可以基于发动机的配置来选择,诸如基于发动机是否是V型发动机、直列式发动机、存在于发动机内的发动机汽缸的数量等。基于所选择的汽缸模式,所选择的汽缸的独立的汽缸气门机构可以被关闭,同时到汽缸的燃料流和火花被停止。
由于给定汽缸的最佳效率是接近全输出,因此可以选择点火事件的较低频率以减小输出。例如,每隔一个汽缸跳过将平均产生一半功率。由于变化的扭矩输出,将点火事件尽可能均匀地间隔开来趋于最小化振动。所有汽缸是否均被包括在跳过-点火模式内可以取决于期望的输出的部分,以及包括汽缸温度的其它考虑因素。
以此方式,通过调整独立汽缸气门机构和独立汽缸燃料喷射器的汽缸模式,可以通过更高效地运转较少的汽缸来提供期望的发动机输出,由此提高燃料的经济性。
图2描述内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数并经由输入设备132接收来自车辆操作者130的输入。在该示例中,输入设备132包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(本文中也被称为“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136,活塞138被定位在燃烧室壁136中。活塞138可以被耦接到曲轴140,以便活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统被耦接到乘客车辆的至少一个驱动轮。而且,起动机马达可以经由飞轮被耦接到曲轴140,以实现发动机10的起动操作。
汽缸14可以经由一系列进气道142、144和146接收进气。除了汽缸14外,进气道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中,进气道中的一个或多个可以包括升压装置,例如涡轮增压器或机械增压器。例如,图2示出了被配置有涡轮增压器的发动机10,该涡轮增压器包括布置在进气道142与144之间的压缩机174和沿排气道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以至少部分地由排气涡轮176通过轴180提供动力,其中升压装置被配置为涡轮增压器。然而,在其他示例中,例如在发动机10装备有机械增压器的示例中,排气涡轮176可以可选地被省略,其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门20可以沿发动机的进气道提供,以便改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如,节气门20可以如图1中所示地被设置在压缩机174的下游,或者可替换地,可以在压缩机174的上游被提供。
除了汽缸14外,排气道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器128被显示为耦接至排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可以从用于提供排气空燃比的指示的各种合适的传感器中选择,例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(如所描述的)、HEGO(加热型EGO)、NOX、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOX捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
可以通过位于排气道148中的一个或多个温度传感器(未示出)测量排气温度。可替换地,可以基于发动机工况(例如,转速、负载、空燃比(AFR)、花火延迟等)推断排气温度。而且,排气温度可以通过一个或多个排气传感器128来计算。应当理解的是,排气温度可以可替换地由本文中列出的温度估计方法的任意组合来估计。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如,汽缸14被显示为包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中,发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门150可以由控制器12通过经由凸轮致动系统151的凸轮致动来控制。类似地,排气门156可以由控制器12经由凸轮致动系统153来控制。凸轮致动系统151和153均可以包括一个或多个凸轮,并且可以使用可以由控制器12运行的凸轮廓线转换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个来改变气门操作。进气门150和排气门156的操作可以分别由气门位置传感器(未示出)和/或凸轮轴位置传感器155和157来确定。在可替换的实施例中,进气门和/或排气门可以由电动气门致动、气动气门致动或液压气门致动来控制。例如,汽缸14可以可替换地包括通过电气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在又一些实施例中,进气门和排气门可以由共同的气门致动器或者致动系统或可变气门正时致动器或者致动系统来控制。
汽缸14可以具有压缩比,其为活塞138在下止点时与其在上止点时的体积之比。通常,压缩比在9:1至13:1的范围内。然而,在一些使用不同燃料的示例中,压缩比可以被增大。例如,当使用更高的辛烷燃料或具有更高的蒸发的潜焓的燃料时,这种情况可以发生。如果使用直接喷射,由于其对发动机爆震的影响,也可以增大压缩比。
在一些实施例中,发动机10的每个汽缸可以包括用于开始燃烧的火花塞192。在所选定的运行模式下,响应于来自控制器12的火花提前信号SA,点火系统190可以经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。
在一些实施例中,发动机10的每个汽缸可以被配置有用于将燃料输送到汽缸的一个或多个喷射器。作为非限制性示例,汽缸14被显示为包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可以配置为输送经由高压燃料泵和燃料导轨从燃料系统8接收的燃料。可替换地,燃料可以被单级燃料泵以较低压力输送,在这种情况下,在压缩冲程期间直接燃料喷射的正时可以比使用高压燃料系统时更受限。而且,燃料箱可以具有为控制器12提供信号的压力转换器。
燃料喷射器166被显示为直接耦接到汽缸14,以便与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地直接喷射燃料到汽缸中。以此方式,燃料喷射器166提供被称为到燃烧汽缸14的燃料的直接喷射(在下文中也被称为“DI”)。虽然图1示出喷射器166被定位在汽缸14的一侧,但是其可以可替换地位于活塞的顶部,诸如靠近火花塞192的位置。当使发动机以醇基燃料运行时,由于一些醇基燃料的较低的挥发性,这样的位置可以改善混合以及燃烧。可替换地,喷射器可以位于顶部并靠近进气门,以改善混合。
燃料喷射器170被显示为布置在进气道146中,而不是在汽缸14内,其处于提供被称为到汽缸14上游的进气道中的燃料的进气道喷射(下文被称作“PFI”)的配置。燃料喷射器170可以与经由电子驱动器171从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射从燃料系统8接收到的燃料。注意的是,单个驱动器168或171可以被用于两种燃料喷射系统,或可以使用多个驱动器,例如,如所描述的,驱动器168用于燃料喷射器166,而驱动器171用于燃料喷射器170。
燃料喷射器166和170可以具有不同的特性。这些包括不同的尺寸,例如,一个喷射器可以具有比另一个较大的喷射孔。其他不同包括但不限于不同的喷雾角度、不同的运行温度、不同的目标、不同的喷射正时、不同的喷雾特性、不同的位置等。而且,根据喷射器166和170中所喷射燃料的分配比,也可以获得不同的效果。
在汽缸的单个循环期间,燃料可以被两个喷射器输送到汽缸。例如,每个喷射器可以输送在汽缸14内燃烧的总燃料喷射的一部分。因此,即使对于单个燃烧事件而言,所喷射的燃料也可以在不同的正时从进气道和直接喷射器来喷射。而且,对于单个燃烧事件而言,所输送燃料的多重喷射可以在每个循环被执行。可以在压缩冲程、进气冲程或它们的任意适当的组合期间进行多重喷射。
如上所述,图2只示出多汽缸发动机中的一个汽缸。因此,每个汽缸可以类似地包括其本身的一组进气/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等。将理解的是,发动机10可以包括任意适合数量的汽缸,包括2、3、4、5、6、8、10、12个或多个汽缸。此外,这些汽缸中的每个均可以包括参考汽缸14由图2描述和描绘各种组件中的一些组件或全部组件。
发动机可以进一步包括用于将排气的一部分从发动机排气再循环到发动机进气的一个或多个排气再循环通道。由此,通过再循环一些排气,发动机的稀释可以受到影响,这可以通过降低峰值汽缸燃烧温度和压力、节流损失和NOX排放来提高发动机的性能。此外,边界火花可以朝向MBT火花被提前。在所描述的实施例中,排气可以经由EGR通道141从排气道148被再循环到进气道144。提供到进气道144的EGR的量可以由控制器12经由EGR阀143来改变。此外,EGR传感器145可以被布置在EGR通道内,并且可以提供排气的一个或多个压力、温度和浓度的指示。
发动机10可以进一步包括一个(如所描述的)或多个爆震传感器90,其沿发动机的主体(例如,沿发动机缸体)分布。当被包括时,多个爆震传感器可以沿发动机缸体对称或非对称地分布。爆震传感器90可以是加速计、电离传感器或振动传感器。在一个示例中,控制器12可以被配置为基于一个或多个爆震传感器90的输出(例如,信号正时、幅度、强度、频率等)检测和区分由于异常的燃烧事件(诸如爆震和预先点火)产生的发动机缸体振动。控制器可以在不同正时窗口内评估传感器输出,这些正时窗口是汽缸特有的并且基于被检测的振动的性质。例如,由于在点火汽缸内发生的爆震所引起的异常的汽缸燃烧事件可以被在汽缸的火花事件之后的窗口内感测到的爆震传感器输出识别,而由于预先点火所造成的异常的汽缸燃烧事件可以被在汽缸的火花事件之前的窗口内感测到的爆震传感器输出识别。在一个示例中,其中爆震信号被估计的窗口可以是曲柄转角窗口。此外,预先点火的阈值可以高于爆震的阈值。
在进一步的示例中,控制器12可以被配置为基于一个或多个爆震传感器的输出(例如,信号正时、幅度、强度、频率等)以及指示汽缸空气充气的参数的变化率(例如诸如歧管压力(MAP)的变化率、歧管空气流(MAF)的变化率等)来检测和区分振动的起源。
控制器12在图1被示为微型计算机,其包括微处理单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序和校准数值的电子存储介质(在这个具体示例中被示为只读存储器芯片110)、随机存取存储器112、保活存取器114和数据总线。控制器12可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号,除了之前所讨论的那些信号外,还包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)的测量值;来自耦接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT);来自连接至曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP),以及来自传感器124的歧管绝对压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管内的真空或压力的指示。另一些传感器可以包括耦接到燃料系统的(一个或多个)燃料箱的燃料水平传感器和燃料成分传感器。
存储媒介只读存储器110可以被编程有计算机可读数据,该计算机可读数据表示可由处理器106执行以便执行以下所述的方法以及可预期但没有具体列出的其他变体的指令。
以此方式,图1-图2的系统实现一种用于发动机的方法,其包括根据基于每个发动机汽缸的爆震值所选择的汽缸模式禁用独立的汽缸气门机构。通过使用汽缸禁用来解决汽缸爆震,与爆震控制的有关的燃料代价可以被降低。此外,汽缸可以通过从边界朝向MBT被提前的火花来运行。这提高了发动机扭矩输出和燃料经济性。
图3示出用于响应于汽缸爆震事件调整汽缸禁用模式的程序300的示例。该方法允许在发动机不是爆震受限的状况期间,基于发动机负载来选择禁用模式,以及当发动机是爆震受限的时,基于独立的汽缸爆震值来选择汽缸禁用模式。
在302,程序包括估计和/或测量发动机工况。估计的状况可以包括,例如,发动机转速、驾驶员扭矩需求、发动机温度、诸如环境温度和大气压力的环境状况、升压水平等。在304,基于估计的状况,可以确定汽缸禁用条件已经被满足。在一个示例中,如果发动机负载低于阈值或驾驶员扭矩需求低于阈值,则可以视为满足汽缸禁用条件。如果汽缸禁用条件没有满足,那么在305,程序可以包括维持所有发动机汽缸激活。如果汽缸禁用条件被满足,则在306,控制器可以基于发动机负载选择汽缸模式。
汽缸禁用模式可以进一步基于发动机转速、车辆速度、发动机温度、发动机NVH以及变速器档位选择(例如发动机当前是否处于具有第一较低齿轮比的第一变速器档位或具有第二较高齿轮比的第二变速器档位)中一个或多个来选择。确定汽缸模式包括确定要被禁用的汽缸的数量并识别要被禁用的汽缸,以及进一步确定禁用的持续时间。例如,控制器可以在其上确定多个燃烧事件或发动机循环以维持所选择的汽缸禁用。被禁用/激活的汽缸的总数量可以取决于发动机汽缸的总的实际数量和驾驶员需求扭矩。作为非限制性示例,对于四汽缸发动机,两个汽缸可以被禁用;对于六汽缸发动机,三个汽缸可以被禁用;而对于八汽缸发动机,四个汽缸可以被禁用。在一些示例中,每次汽缸禁用条件被满足时,可以选择相同的一组汽缸来禁用,而在另一些示例中,每次汽缸禁用条件被满足时,被禁用的汽缸的识别可以改变。
在汽缸包括耦接到多个进气门和排气门中的每个的独立的汽缸气门机构的发动机系统中,在到汽缸的燃料和火花被终止的汽缸禁用期间,控制器可以进一步确定是否关闭一个或多个进气门机构、一个或多个排气门机构或两者的组合。此外,控制器可以确定被选择用于禁用的每个汽缸的进气门关闭和排气门关闭的相对正时。作为示例,控制器可以从存储在控制器的存储器内的查找表中检索模式。对于给定发动机配置,汽缸模式可以作为发动机负载的函数被存储在查找表内。在一个示例中,在较低的发动机负载下,汽缸模式可以包括每隔两个或三个汽缸点火。作为一个示例,在具有被标记为1到4的汽缸并具有1-3-4-2的汽缸点火模式的直列式4汽缸发动机中,在常规工况期间,当没有汽缸被禁用,且所有汽缸都激活时,汽缸可以按照134213421342等来点火。响应于汽缸禁用条件被满足,为了提供燃料经济性益处,控制器可以将发动机运行转换到每隔三个汽缸被点火的汽缸模式,从而导致模式1xx2xx4xx3xx1xx,其中x表示被跳过的汽缸。
在选择用于禁用的汽缸之后,发动机可以使用所选择的汽缸模式来运行。具体地,所选择的汽缸可以在306通过在至少整个发动机循环(例如,两个发动机曲轴转数)期间保持关闭汽缸的进气门和排气门被禁用。此外,被供应到被禁用的汽缸的燃料流和火花被终止,同时发动机继续旋转并且同时剩余激活汽缸的气门、燃料和火花运行被保持。因此,当汽缸禁用条件被满足时,发动机负载可以被给定较高的优先级。
在308,在禁用所选择的汽缸之后,方法包括估计和/或测量每个发动机汽缸的爆震值。因此,当一个或多个汽缸被禁用时,剩余激活的发动机汽缸以较高的平均汽缸负载运行。因此,激活的汽缸中一个或多个可能变得更热且更倾向于爆震。在一个示例中,每个发动机汽缸的爆震值可以基于沿发动机缸体耦接或耦接到独立的发动机汽缸的一个或多个爆震传感器的输出值来确定。每个汽缸的爆震值可以包括每个汽缸的爆震率、每个汽缸的爆震历史(例如,行驶周期的爆震计数)以及耦接到发动机汽缸的爆震传感器的输出中的一个或多个。
在310,可以确定汽缸的爆震值是否高于阈值。阈值爆震值可以基于独立的汽缸爆震历史。例如,每个汽缸的爆震值可以与基于对应的汽缸的爆震历史的爆震阈值相比较。然后,随着汽缸的爆震历史增加(例如,随着给定的行驶周期上的汽缸的爆震计数增加),阈值可以被降低。例如,阈值可以响应于汽缸的火花正时从边界火花更多地被延迟而被降低。在可替换地示例中,每个汽缸的爆震值可以与共同的阈值相比较。
如果所有汽缸的爆震值都低于阈值,也就是说,没有一个汽缸具有足够的爆震,那么在312,所有的发动机汽缸都被保持激活。也就是说,不执行汽缸禁用。
如果任何一个汽缸的爆震值高于阈值,那么在314,该方法包括运行(一个或多个)爆震汽缸被禁用的发动机。具体地,控制器可以禁用爆震汽缸的独立的气门机构,且停止到爆震汽缸的燃料和火花。因此,控制器可以根据基于每个发动机汽缸的爆震值选择的汽缸模式来禁用独立的汽缸气门机构。在一个示例中,控制器可以选择具有比阈值爆震值高的第一汽缸以便禁用,同时在禁用期间,保持具有比阈值爆震值低的第二汽缸激活。第二汽缸不同于第一汽缸。例如,第二汽缸可以在点火顺序上相对于第一汽缸在下一个。作为另一示例,第二汽缸可以接着第一汽缸被定位在发动机缸体上。在又一示例中,第二汽缸可以被定位在与第一汽缸不同的发动机排上。
将要理解的是,汽缸模型的选择可以进一步额外或可替换地基于每个发动机汽缸的火花正时。例如,响应于汽缸内的爆震的指示,汽缸的火花点火正时可以从MBT被延迟。如果汽缸正变为边界受限的,也就是说,汽缸的火花正时已经从MBT被延迟到或接近边界火花(BDL),则边界受限的汽缸可以被选择以便禁用。其中,控制器可以禁用具有较高量的边界火花的第一汽缸,同时在禁用期间,保持具有较低量的边界火花的第二汽缸激活。在本文中,如上所述,第二汽缸可以接着第一汽缸被定位在发动机缸体内,或可以在点火顺序上接着第一汽缸。
然后,控制器可以保持第一汽缸禁用达一定发动机周期数目,该周期的数目基于第一汽缸的温度。因此,当爆震汽缸被禁用时,该汽缸可以开始冷却。随着汽缸内温度下降,汽缸的爆震倾向也下降。因此,第一汽缸可以被保持禁用,直到汽缸内温度下降到阈值以下,使得汽缸爆震被降低。第一汽缸上被保持禁用的发动机循环的数目可以随着第一汽缸的温度超过在汽缸禁用时的阈值的增加而增加。在该数量的发动机循环已经经过后,第一汽缸可以被重新激活。
附加或可选地,当爆震汽缸开始冷却且另一汽缸变的较热且更易于爆震(或更边界受限)时,汽缸模式可以通过重新激活较冷的汽缸(之前爆震的汽缸)同时禁用较热的汽缸(当前爆震的汽缸)来调节,如下面所阐述的。
在316,可以确定爆震汽缸的汽缸内温度是否低于阈值温度。也就是说,可以确定爆震汽缸是否已经充分地冷却。如果是,那么在322,程序包括重新激活之前爆震的汽缸。然后,被进行重新激活的汽缸通过从BDL朝向MBT被提前的火花正时来运行。换言之,汽缸可以通过被平均更提前的火花来运行。这提高了汽缸的扭矩输出,同时降低了与汽缸的爆震控制有关的燃料代价。当重新激活第一汽缸时,在禁用期间激活的第二汽缸可以被禁用。例如,如果第二汽缸已经变得较热、更边界火花受限或爆震受限,那么第二汽缸可以在第一汽缸被重新激活时被禁用。
如果爆震汽缸(第一汽缸)的汽缸内温度不在阈值温度之下,那么在318,可以确定另一汽缸的爆震值是否已经上升到阈值之上。在一个示例中,当第一汽缸被禁用时,剩余的激活的发动机汽缸以较高的平均汽缸负载运行。因此,激活汽缸中的一个或多个可以变得较热,且更易于爆震。另外,当激活汽缸内的爆震出现率增加时,激活汽缸的火花正时可以被逐渐延迟,从而导致激活的汽缸变得边界受限。因此,如果另一汽缸的爆震值在禁用期间上升,则在320,之前爆震的汽缸可以被重新激活,同时当前爆震的汽缸被禁用。如以上所述的,被重新激活的汽缸可以通过从边界向朝MBT被提前的火花正时来运行。在一个示例中,控制器可以保持第一汽缸被禁用,直到下列中的一者:第一汽缸的爆震值下降至阈值以下,和第二汽缸的爆震值上升至高于阈值。然后,控制器可以重新激活第一汽缸,同时禁用第二汽缸。
如果爆震汽缸(第一汽缸)的汽缸内温度不低于阈值温度(在316),并且进一步,如果没有其他汽缸在第一汽缸被禁用时变得爆震受限(在318),则在320,爆震的汽缸被保持禁用,直到316和318的条件被满足。
因此,在所有汽缸上运行以输送相等的扭矩的发动机具有较高的泵送损失和降低的燃料效率。发动机可以使用汽缸禁用来降低泵送损失。然而,由于汽缸以较高的负载运行,它们通常变得边界受限。通过基于独立的汽缸爆震发生率来调整哪些汽缸被保持激活以及哪些汽缸被保持禁用,激活的汽缸被允许间接地冷却,且变得不那么边界受限。通过使它们能够以更提前的火花输出(更接近MBT的火花正时)运行,使汽缸运行更有效率,从而导致降低的燃料消耗。
现在转向图4,曲线图400描述响应于汽缸爆震的汽缸禁用模式的示例调整。曲线图400在曲线402处检测第一汽缸(汽缸_1)的运行模式(被禁用或被重新激活),在曲线404处检测第二汽缸(汽缸_2)的运行模式,在曲线406处检测第一汽缸的爆震值,在曲线408处检测第二汽缸的爆震值,在曲线410处检测第一汽缸内的火花延迟,并且在曲线412处检测第二汽缸内的火花延迟。所有曲线被示为沿着X轴随着时间变化。
在t1之前,发动机可以以所有汽缸激活来运行。在t0和t1之间,第二汽缸的爆震值可以低于阈值。例如,第二汽缸可以不爆震。在相同的时间,第一汽缸可以间歇地爆震,如通过第一汽缸的爆震值的间歇增加所示。因此,第二汽缸的火花正时可以基本上被保持在MBT。相比而言,第一汽缸的火花正时可以随着爆震频率的增加逐渐朝向BDL移动。到t1为止,第一汽缸可以是爆震受限且边界火花受限的。
在t1处,第一汽缸可以被选择性地禁用,同时第二汽缸被保持激活。由于汽缸禁用,第一汽缸可以开始冷却,并且第一汽缸的爆震输出开始下降,使得到t2为止,汽缸不再是爆震受限的。同时,由于第二汽缸以较高的平均汽缸负载运行,因此第二汽缸可以变得较热,并且第二汽缸的爆震输出开始上升。因此,在t1和t2之间,第二汽缸的火花正时可以从MBT朝向BDL逐渐延迟,使得在t2处,第二汽缸是爆震受限的。
在t2处,响应于第二汽缸变成边界火花受限的,第一汽缸可以被重新激活,同时第二汽缸被禁用。另外,被重新激活的第一汽缸可以通过从BDL朝向MBT被提前的火花正时来运行。到t3为止,第一汽缸的火花正时可以已经被提前更接近MBT。
在t2和t3之间,第二汽缸被保持禁用,直到其充分冷却。在t3处,响应于第二汽缸的较低的爆震值,第二汽缸可以被重新激活。另外,被重新激活的第二汽缸可以通过从BDL朝向MBT被提前的火花正时来运行。到t4为止,第二汽缸的火花正时可以被提前更接近MBT。
以此方式,控制器可以响应于第一汽缸内的爆震的指示禁用第一汽缸;并且响应于第二汽缸内的爆震的指示重新激活第一汽缸。此外,控制器可以响应于第二汽缸内的爆震的指示禁用第二汽缸同时重新激活第一汽缸。禁用第一汽缸或第二汽缸包括禁用独立的汽缸气门机构,同时停止汽缸燃料和火花。控制器可以进一步基于第二汽缸的汽缸内温度将第二汽缸保持禁用达一定发动机周期数目,发动机周期的数目随着在第二汽缸禁用时估计的第二气缸的汽缸内温度的增加而增加。控制器可以进一步被配置为在第二汽缸的汽缸内温度下降到阈值以下之后,重新激活第二汽缸,同时禁用第一汽缸,阈值基于第二汽缸的爆震历史被调整。在一个示例中,在发动机负载低于阈值负载或在驾驶员需求扭矩低于阈值扭矩时执行禁用。
在另一示例中,发动机系统包括第一和第二发动机汽缸,第一和第二发动机汽缸中的每个均包括电动致动的进气门和排气门;用于感测第一汽缸和第二汽缸中每个汽缸内的爆震的爆震传感器;分别用于感测第一汽缸和第二汽缸的汽缸内温度的第一和第二温度传感器;以及控制器。控制器可以被配置有储存在非暂时性存储器上的计算机可读指令,该计算机可读指令用于:响应于第一汽缸的爆震值高于第一阈值同时第二汽缸的爆震值低于第二阈值,禁用第一汽缸达一定燃烧事件数目,直到第一汽缸的汽缸内温度低于阈值温度且第二汽缸的爆震值高于第二阈值二者之一;以及重新激活第一汽缸,同时禁用第二汽缸。在本文中,第一阈值基于第一汽缸的爆震频率,第一阈值随着第一汽缸的爆震频率的增加而降低,而第二阈值基于第二汽缸的爆震频率,第二阈值随着第二汽缸的爆震频率的增加而降低。控制器可以包括进一步的指令,这些指令用于在禁用第一汽缸时,朝向MBT提前第二汽缸的火花正时,而在禁用第二汽缸时,朝向MBT提前第一汽缸的火花正时。
以此方式,基于被选择用于独立禁用的汽缸的爆震历史来调整该汽缸的识别的技术效果,因为汽缸爆震可以通过减小的火花延迟来解决。特别地,激活的汽缸可以通过更提前的火花输出(更接近MBT)来运行。通过改变激活的汽缸,从而使它们能够在允许他们变得不那么边界受限的运行之间被冷却。当运行具有汽缸禁用的发动机时,通过降低激活的汽缸的爆震倾向,汽缸禁用的燃料经济性效益可以被扩大。另外,进一步的燃料经济性效益可以通过以整体较少的火花延迟来解决汽缸爆震并通过以平均更提前的火花来运行激活的发动机汽缸而获得。
要注意的是,本文中所包括的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文中公开的控制方法和程序可以作为可执行指令被存储在非暂时性存储器中,并且可以被包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器的控制系统执行。此处所描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种,例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此,所示的各种动作、操作或功能可以按照所示的顺序执行、并行地执行,或在某些情况下被省略。同样地,处理顺序并非是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必须的,而是被提供以便于说明和描述。根据所使用的具体策略,所示的动作或功能中的一个或多个可以被反复地执行。而且,所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示将被编程到发动机控制系统中的计算机中的非暂时性存储器内的代码,其中所描述的动作通过执行包括与电子控制器组合的各种发动机硬件组件的系统内的指令而被执行。
应当理解,本文公开的配置和方法本质上是示例性的,并且这些具体实施例并不被认为是限制性的,因为多种变化是可能的。例如,以上技术可以被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求具体指出被认为新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个/一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包含一个或多个这种元件的组合,既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求来主张,或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张。这些权利要求,不管在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同,都认为被包含在本公开的主题内。
Claims (19)
1.一种用于发动机的方法,包括:
根据基于每个发动机汽缸的爆震值选择的汽缸模式禁用独立的汽缸气门机构;
其中所述选择包括,选择具有高于第一阈值爆震值的第一汽缸用于禁用,同时在所述禁用期间将具有低于第二阈值爆震值的第二汽缸保持激活;以及
其中所述第一阈值爆震值或第二阈值爆震值基于相应汽缸的独立的爆震历史而被调节。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述选择进一步基于每个发动机汽缸的火花正时。
3.根据权利要求1所述的方法,其中每个汽缸的所述爆震值包括下列中的一个或多个:耦接到每个汽缸的爆震传感器的输出、爆震率,以及每个汽缸的爆震历史。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述阈值爆震值基于汽缸爆震历史。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述选择的汽缸模式包括禁用具有较高量的边界火花的第一汽缸,同时在所述禁用期间将具有较低量的边界火花的第二汽缸保持激活。
6.根据权利要求1所述的方法,将所述第一汽缸保持禁用达一定发动机周期数目,该数目基于所述第一汽缸的温度,所述发动机周期的数目随着所述第一汽缸的温度增加高于阈值而增加,其中所述汽缸的温度包括测量的或推测的汽缸内温度。
7.根据权利要求6所述的方法,进一步包括在所述发动机周期数目已经结束后,重新激活所述第一汽缸。
8.根据权利要求7所述的方法,进一步包括在重新激活所述第一汽缸的同时禁用所述第二汽缸。
9.根据权利要求6所述的方法,进一步包括,将所述第一汽缸保持禁用直到所述第一汽缸的温度下降到阈值温度以下,并且所述第二汽缸的所述爆震值上升至所述阈值爆震值之上,并且随后重新激活所述第一汽缸同时禁用所述第二汽缸。
10.一种用于发动机的方法,包括:
响应于第一汽缸内的爆震的指示禁用所述第一汽缸;以及响应于第二汽缸内的爆震的指示重新激活所述第一汽缸;
其中响应于第一汽缸内的爆震的指示禁用所述第一汽缸包括响应于第一汽缸爆震值高于第一阈值而禁用所述第一汽缸,同时在所述禁用期间将第二汽缸爆震值低于第二阈值的第二汽缸保持激活,以及
其中所述第一阈值或第二阈值基于相应汽缸的独立的爆震历史而被调节。
11.根据权利要求10所述的方法,进一步包括,响应于所述第二汽缸内的爆震的指示,禁用所述第二汽缸,同时重新激活所述第一汽缸。
12.根据权利要求11所述的方法,其中禁用所述第一汽缸和所述第二汽缸包括禁用独立的汽缸气门机构,同时停止汽缸燃料和火花。
13.根据权利要求11所述的方法,进一步包括,基于所述第二汽缸的汽缸内温度将所述第二汽缸保持禁用达一定发动机周期数目,所述汽缸内温度通过温度传感器估计或基于汽缸内的状况推测。
14.根据权利要求13所述的方法,其中发动机周期的数目随着在第二汽缸禁用时估计的所述第二汽缸的汽缸内温度的增加而增加。
15.根据权利要求14所述的方法,进一步包括,在所述第二汽缸的所述汽缸内温度下降到阈值以下之后,重新激活所述第二汽缸,同时禁用所述第一汽缸,所述阈值基于所述第二汽缸的爆震历史来调节。
16.根据权利要求10所述的方法,其中在发动机负载低于阈值负载或驾驶员需求扭矩低于阈值扭矩时执行所述禁用。
17.一种发动机系统,包括:
第一和第二汽缸,所述第一汽缸和所述第二汽缸中的每个均包括独立致动的进气门和排气门;
用于感测所述第一汽缸和所述第二汽缸中每个汽缸内的爆震的爆震传感器;
分别用于估计所述第一汽缸和所述第二汽缸的汽缸内温度的第一温度传感器和第二温度传感器;和
具有存储在非暂时性的存储器上的计算机可读指令的控制器,所述计算机可读指令用于:
响应于所述第一汽缸的爆震值高于第一阈值,同时所述第二汽缸的爆震值低于第二阈值,禁用所述第一汽缸达一定燃烧事件数目,直到所述第一汽缸的汽缸内温度低于阈值温度和所述第二汽缸的所述爆震值高于所述第二阈值二者之一,其中所述第一阈值或所述第二阈值基于相应汽缸的独立的爆震历史而被调节;以及
重新激活所述第一汽缸,同时禁用所述第二汽缸。
18.根据权利要求17所述的系统,其中所述第一阈值基于所述第一汽缸的爆震频率,所述第一阈值随着所述第一汽缸的所述爆震频率的增加而减小,并且其中所述第二阈值基于所述第二汽缸的爆震频率,所述第二阈值随着所述第二汽缸的所述爆震频率的增加而减小。
19.根据权利要求18所述的系统,其中所述控制器包括进一步的指令,所述进一步的指令用于在禁用所述第一汽缸时,朝向最佳点火提前角提前所述第二汽缸的火花正时,并且在禁用所述第二汽缸时,朝向最佳点火提前角提前所述第一汽缸的火花正时。
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