CN105683544A - 对车辆的变速器中的换档能量进行管控 - Google Patents

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Abstract

一种用于根据扭矩需求连续且快速地调整发动机的输出扭矩的方法和设备使用主动式推杆来改变燃烧室中的即时空气充量，以便调节在自动速比改变期间的发动机扭矩。本发明使得能够在整个发动机操作图中实现充分有效的燃烧。公开了改变空气充量的各种方法。

Description

对车辆的变速器中的换档能量进行管控
技术领域
本发明涉及自动且自动化的变速器，其具有通过适当的控制系统一次能够选择一个的多个速比。这样的变速器通常设置在车辆中。本发明公开了对发动机的扭矩输出进行管控的方法、用于实现该方法的系统以及包括该系统的车辆。
背景技术
车辆变速器通常被分类为手动式或自动式。在手动式变速器中，车辆驾驶员主要通过小心地控制可脱开的离合器来确定速度以及速比改变的平滑性。
在“自动式”变速器中，这样的速比改变是由控制系统来确定的，其中，离合器断开(de-clutching)和离合器重新接合(re-clutching)的速率不是由车辆驾驶员确定的。这样的变速器通常可以以完全自动模式进行操作，或者按照要求允许驾驶员开始速比改变。为了本发明的目的，自动化的手动式变速器(即，具有用以使换档杆(shiftlever)和离合器移动的致动器的手动式变速器)由于设置有用于对离合器断开和离合器重新接合进行驱动的控制系统而落入自动式类别。
早已认识到，对在速比变换期间的能量进行管控略有难度。在手动式变速器中，车辆驾驶员通过使离合器充分地滑动来对通过离合器所传递的能量进行管控，以确保对驱动器的平滑脱离和重新接合。一般来说，驾驶员会尽可能快速地进行速比改变，同时避免突然拉紧(take-up)驱动器，这可能对于车辆乘员而言是不舒适的。通常应当避免驱动器的长时间拉紧以便防止离合器过度磨损。驾驶员还必须应对负载和坡度的变化，并且在经历空档的情况下避免发动机转速过度增大。
确保在自动速比改变期间的适当换档能量不是一项容易的任务，因为车辆使用的变化很多，并且还因为离合器性能会由于使用年限和其它外部因素(诸如温度)而变化。特别地，通常必须调节发动机扭矩以满足变速器的即时需求，使得例如新选择的速比既不会太慢接合也不会太快接合。例如可根据加速器踏板位置来要求离合器接合的速度的变化。
已知确定在速比改变期间的发动机扭矩要求的系统和方法，而这些系统和方法并不构成本发明的部分。发动机扭矩要求例如可以包含在发动机电子控制单元(ECU)的查找表中，或者通过参考考虑到诸如发动机转速、行驶速度和驾驶员要求的常规因素的适当算法来确定发动机扭矩要求。一般来说，应当在发动机处尽可能快速地且基本上即时地实现对改变扭矩需求的请求。
在汽油发动机中，对扭矩改变需求的快速响应受到在常规的节流阀下游且在发动机进气阀上游的进气歧管中的空气量的影响。通过改变节流阀的位置而对扭矩改变需求作出响应的特征是“慢”，这是因为已存在于进气歧管中的空气会影响接下来的一些燃烧事件的发动机动力输出。最后，随着调整节流阀，至气缸的进气量将会改变，从而扭矩输出与需求相匹配；然而，该响应速率并未快到足以满足在变速器中的速比改变期间的要求。
可以快速改变的一个燃烧因素是在火花塞处的点火火花的定时。该响应速度可以至少为比改变节流阀位置的影响快的量级，并且可以在发动机的一个TDC(上止点)内实现该响应速度。
为了在速比改变期间确保对扭矩减小需求的快速响应，已知的是改变点火定时以减小在燃烧事件期间产生的动力，可以预期的是，随着新速比接合，将会要求动力增大。可以通过将点火定时改变为用于有效燃烧的最佳位置来快速地实现动力的增大，而无需等待增加空气量。可以逐个气缸地实现这种快速响应，使得多缸发动机的连续点火事件可具有不同的点火火花定时。
因而，举例来说，在速比升档期间，可始终假设多缸发动机经受迫切的扭矩降低需求，接着经受扭矩升高需求直至初始水平。供给燃料的量通常与空气量相当以便实现化学计量燃烧。
需要扭矩降低需求是为了避免动力传动系统震动或移开(shunt)，并且通过延迟点火火花的定时来实现扭矩降低需求；通过重新提前点火火花的定时来实现扭矩升高需求。这种传统的解决方案在有效的同时还具有在有意延迟点火的时段期间降低燃烧效率的效果，由此扭矩输出降低。然而，不完全燃烧导致发动机冷却系统吸收额外的废热、燃料消耗量增大以及产生不必要的有毒的废气排放物。在当前的多级变速器中，这个问题很严重，其中，与传统的四档或五档变速相比，当前的多级变速器可具有多达九种至十种的前进档速比(forwardspeedratio)，由此在正常行驶期间所需要的升档和降档改变次数增加。
需要一种能够提供对发动机扭矩减小或增大的需求的快速响应但并不依赖于上述不完全燃烧方法的方法。
发明内容
在一个方面，提供了一种对发动机在发动机的自动变速器中的速比有级变速(stepchange)期间的扭矩输出进行管控的方法，所述发动机包括用于所述发动机的进气阀的主动式推杆，所述方法包括：检测所述变速器中的当前速比的改变的开始；命令所述主动式推杆减少能够用于所述发动机中的燃烧的空气量；检测随后速比的接合；以及命令所述主动式推杆增加能够用于所述发动机中的燃烧的空气量。
主动式推杆独立于凸轮轴或其它阀控制驱动器而逐个事件地提供相关联的阀的操作的基本上立即的改变。这样的推杆可以是液压式的，并且包括容量由电致动阀(诸如放泄阀)响应于来自发动机ECU的命令而控制的室。
在一个实施例中，通过命令主动式推杆改变阀升程来改变进入发动机的空气量。在另一实施例中，通过改变打开持续时间来进行改变。在另一实施例中，通过改变阀打开和/或阀关闭的定时来进行改变。可以以任何期望的组合结合使用这些实施例以实现期望的空气流入量和速率。
可以设想到，通过改变点火定时而确定扭矩减小量和扭矩增大量的现有技术方法可以用作本发明中使用的主动式推杆需要改变的指示。所需的扭矩改变量例如可以保存在查找表中，或者通过根据对经受操作条件的适当变化的试验发动机和变速器的经验观察的算法来生成。该数据可以保存在电子换档改变图(map)等中。
本发明提供了一种对容许极限内的换档能量进行管控、同时还确保在速比改变期间车辆发动机以基本上最佳的效率进行操作的方法。本发明允许在每个发动机燃烧事件时将恰当的空气量引入气缸中，以便允许在最佳点火定时产生给定的发动机转速所需的扭矩。通常避免了有意延迟点火定时以确保不产生过度的扭矩。
最重要的是，与依赖于凸轮轴或节流阀相关改变的现有的“慢”系统相比，本发明提供了对扭矩需求的“快速”响应，这是因为主动式推杆能够在一个点火事件内对改变请求作出响应，相应地，可以在多缸发动机中采用逐个气缸的策略。
如果改变点火火花的定时将不会显著影响燃烧的效率而是会对速比改变产生有益效果，或者如果与主动式推杆的改变相关联的响应时间不足以满足对于减小或增大扭矩的需求，那么本发明的方法还可以包括改变点火火花的定时。
这样的布置例如可以改进车辆驾驶员和乘员所觉察到的速比改变的平滑性，或者允许发动机扭矩的有益的斜降和斜升。
有益结果在于本发明避免了在速比改变期间产生与不完全燃烧相关联的废热。因此，车辆冷却系统置于较低的负荷下。此外，由于本发明避免了不完全燃烧，因此减少了不期望的废气排放物。
在本申请的范围内，明确地设想到，可以独立地使用或以任何组合的形式采用在前述段落中、在权利要求中和/或在以下描述和附图中所阐述的各个方面、实施例、示例和替选方案，特别地，采用它们的各个特征。结合一个实施例所描述的特征可应用于所有实施例，除非这样的特征不相容。
附图说明
根据以下在附图中仅通过示例说明的实施例的描述，本发明的其它特征将显而易见，在附图中：
图1示意性地示出了可应用本发明的发动机的进气口布置。
图2以曲线图示出了点火定时与燃烧效率之间的关系。
具体实施方式
参照附图，内燃发动机10具有气缸11，活塞12在气缸11内往复运动。燃烧室13被限定在活塞上方，并且容纳有提升阀14，提升阀14打开以允许空气从进气口15进入。进气口从进气歧管16进行供给，在进气歧管16的嘴部处设置有节流阀17。
提升阀14通过弹簧(未示出)而被关闭，并且通过可旋转凸轮18的作用而被打开，该可旋转凸轮18通常由凸轮轴的凸出部(lobe)来提供。在凸轮18与阀14之间设置有推杆19。
图1的总体布置非常常见，并且为了便于进行说明，没有示出某些其它部件，诸如相应的提升式排气阀。通常，推杆19是实心的，并且推杆19的特征可以是被动式的。还已知液压推杆提供预定的阀间隙。
然而，图1的推杆是主动式的，并且其特征在于液压室20，该液压室20的容量是根据允许流体如箭头22所示的那样流出的放泄阀21的打开和关闭来确定的。室20在压力作用下接收持续不断的油供给，并且通过随着时间而改变放泄阀的开度，可以改变该室中的即时油量以影响进气阀的操作的升程、持续时间和定时。应当理解的是，主动式推杆可以增强、抵抗或抵消凸轮18的影响。除了应当允许基于事件快速改变阀升程之外，主动式推杆的种类并不重要，图1的推杆是作为示例。因而，可以设想，对于多缸发动机的每个气缸而言，根据需要，阀升程可以随着阀的每个连续开度改变。
EP-A-2511504中公开了主动式推杆的一个示例，该主动式推杆依赖于电动液压装置。对该主动式推杆的命令是通过ECU23而进行的。
根据需要，可以为气缸或每个气缸设置多个进气阀，并且一个或多个这样的阀可以由主动式推杆来致动。
在使用时，允许空气进入发动机中通常是经由节流阀17来控制的，节流阀17进而由ECU23根据诸如加速器踏板位置、高度、空气温度等常规控制参数来命令。应当理解的是，改变节流阀17的位置会改变空气流入速率，但由于进气歧管16和进气管(inlettract)15中容纳的空气量而不会立即影响允许进入燃烧室的空气量。
在对扭矩需求改变作出响应的现有技术方法中，进气阀的升程是由固定长度的推杆(即，被动式推杆)确定的，并且阀打开和关闭的定时是由凸轮18的轮廓(profile)确定的。
通过发动机的空气流量可大于产生所要求的扭矩所需的空气流量，但所产生的扭矩由于延迟点火定时而减小。
这种现有技术在发动机空转速度下尤其适用，在这种情况下，扭矩升高需求会是期望的。
作为对扭矩升高需求的响应，将点火定时提前。因而，由于点火定时接近最佳，因此燃烧变得更有效。可以非常快地改变点火定时，因此，(在一个TDC内)发动机对提高的扭矩需求的响应很迅速。
应当理解的是，在对现有技术的该简化说明中，并未充分考虑某些控制方面。例如，假定可以根据说明精确地控制发动机扭矩，而实际上，发动机扭矩会在上限和下限内略微且连续地变化。点火定时通常逐个气缸地变化以实现对扭矩升高需求的快速响应，但存在燃烧效率低的风险。
在本发明中，通过主动式推杆，例如阀升程由此大大减小而限制允许进入气缸的空气量，在以全效率充分燃烧的情况下，空气充量与扭矩需求相当。点火定时充分提前以保证充分有效的燃烧。对于扭矩增大需求，可以增大阀升程以增加空气充量。
在不作任何其它考虑的情况下，累积的废气排放物由于主动式推杆的操作而以降低的速率上升，从而燃料消耗量较低并且废气排放物减少。
对阀升程的调整非常迅速，并且该响应与对点火定时的变化的响应相当。响应时间快到足以满足所要求的规范，并且一般约为比基于调整阀操作或调整节流阀的现有方法的响应更好的量级。
作为增大阀升程的结果，吸入发动机中的空气增加，从而由燃烧产生了较大的扭矩。可以略微延迟点火定时以保证最佳燃烧。可以单独地改变连续的进气阀操作以确保平滑快速的扭矩改变。
在多缸发动机中，主动式推杆设置在每个气缸的进气阀上并且被独立地激活。因此，可以逐个气缸地进行调整，使得扭矩输出可以非常接近地遵循需求。根据已知的滞环控制(hysteresiscontrol)方法，通过接连地打开进气阀的操作而允许的空气充量可以不同以允许本发明的效果的斜升和斜降。
有意延迟点火定时所造成的不完全燃烧不可避免地向发动机冷却系统引入额外的废热，其中该发动机冷却系统通常依赖于液体冷却剂和冷却剂/空气散热器。
本发明的有效燃烧提供了量减少的废热，由此冷却剂的量和冷却剂空气散热器可以相对较小。
可以仅仅在内燃发动机的每个气缸的一个或多个进气阀上使用主动式进气阀推杆来确保对扭矩升高和扭矩降低需求的快速响应。然而，另外改变点火定时以确保火花最佳化和点火效率也可以是有用的技术。
图2示出燃烧效率并不关于火花延迟而线性地下降。效率(η)是相对于点火定时I而绘制的，其中，零点表示针对最佳燃烧的火花定时；在零点的左边，点火定时延迟(-)；而在零点的右边，点火定时提前(+)。
会观察到，起初，延迟点火定时对燃烧效率的影响相对较小，因此，调整点火定时与使用主动式推杆的结合在窄带内可用于控制扭矩输出。容许延迟量会根据特定发动机及其负荷/转速操作图而改变，但容许延迟量可以小于15°，或者小于10°，或者小于5°。
上面并未描述允许燃料进入气缸，但可以采用已知的方法来确保燃料进入量与空气充量相当，以便实现充分化学计量燃烧。例如，ECU23可以命令喷射与经由放泄阀21所命令的空气充量相当的燃料。
上述示例描述了改变阀升程以改变经由进气阀14而允许进入的空气量；阀打开的持续时间是由凸轮18的轮廓确定的。
然而，应当理解的是，例如通过延迟阀打开和阀关闭，放泄阀可以用于抵抗或增强凸轮的作用。在一个示例中，可以允许流体从室泄出以精确地抵消凸轮的提升效果。
因而，应当理解的是，另外地或替选地，可以通过改变阀打开的持续时间和/或通过改变阀打开的定时和阀关闭的定时来改变允许进入气缸中的空气量。
本发明通常用于车辆发动机，不过也会想到应用于非车辆安装。
此外，在实际的车辆安装中，能够设想，将保持充分改变点火定时的可能性，以不仅在发动机转速的整个范围内实现有效燃烧，而且在与主动式推杆有关或者与主动式推杆的控制系统有关的误差或故障的情况下提供冗余。
因此，本发明允许快速地调节在自动速比改变期间的发动机扭矩，而没有与调整点火火花的定时的现有技术方法相关联的不完全燃烧的风险。
可以进行变型，并且本发明不限于上述示例。
根据以下编号的段落，本发明的各方面将显而易见：
1.一种对发动机在所述发动机的自动变速器中的速比有级变速期间的扭矩输出进行管控的方法，所述发动机包括用于所述发动机的进气阀的主动式推杆，所述方法包括：
检测所述变速器中的当前速比的改变的开始；
命令所述主动式推杆减少能够用于所述发动机中的燃烧的空气量；
检测随后速比的接合；以及
命令所述主动式推杆增加能够用于所述发动机中的燃烧的空气量。
2.根据方面1所述的方法，其中，检测当前速比的改变的开始是通过检测所述发动机的离合器分离来进行的。
3.根据方面1所述的方法，其中，检测随后速比的接合是通过检测所述发动机的离合器重新接合来进行的。
4.根据方面2所述的方法，其中，检测随后速比的接合是通过检测所述发动机的离合器重新接合来进行的。
5.根据方面1所述的方法，所述方法应用于火花点火式发动机，燃烧开始的定时由点火火花确定。
6.根据方面2所述的方法，所述方法应用于火花点火式发动机，燃烧开始的定时由点火火花确定。
7.根据方面3所述的方法，所述方法应用于火花点火式发动机，燃烧开始的定时由点火火花确定。
8.根据方面5所述的方法，包括如下步骤：调整点火火花的定时以提供充分有效的燃烧。
9.根据方面8所述的方法，其中，对扭矩降低需求的响应包括：
将点火火花的定时延迟不到10°。
10.根据方面8所述的方法，其中，对扭矩升高需求的响应包括：
将点火火花的定时提前。
11.根据方面1所述的方法，其中，能够用于燃烧的空气量通过以下操作中的一个或多个操作来改变：
改变所述推杆的升程；
通过控制所述推杆而改变所述进气阀打开的持续时间；
通过控制所述推杆而改变所述进气阀打开的定时；
通过控制所述推杆而改变所述进气阀关闭的定时；
通过控制所述推杆而改变所述燃烧室的所述进气阀与排气阀的重叠。
12.根据方面1所述的方法，其中，在前一阀开度之后，作为确定扭矩需求的改变的结果，所述主动式推杆允许改变紧接在后的阀开度。
13.根据方面1所述的方法，其中，所述主动式推杆包括液压室，所述液压室具有用以改变所述液压室的即时容量的电气命令阀。
14.根据方面13所述的方法，其中，所述液压室被提供了基本上未被阻塞的液体油输入流，并且包括用以改变来自所述液压室的输出流的受螺线管控制的放泄阀。
15.根据方面1所述的方法，所述方法应用于多缸发动机，所述多缸发动机具有用于所述多缸发动机的每个气缸的进气阀的主动式推杆。
16.根据方面15所述的方法，其中，所述发动机的电子控制单元独立地命令每个主动式推杆针对相应气缸中的连续燃烧事件而改变能够用于所该气缸中的燃烧的空气量。
17.一种控制系统，用于实现根据方面1至16中的任一项所述的方法，所述控制系统包括电子控制单元，所述电子控制单元具有处理器，所述处理器用于包括在根据所述处理器的存储器中的扭矩需求参数而以电子方式命令所述主动式推杆。
18.一种往复活塞式汽油发动机，具有多个气缸、用于每个气缸的进气阀以及用于每个所述进气阀的主动式推杆，所述发动机适于根据方面1至16中的任一项所述的方法而进行操作。
19.一种车辆，包括根据方面18所述的发动机和用于实现所述方法的电子控制系统。
20.一种车辆，包括根据方面17所述的控制系统。

Claims (18)

1.一种对发动机在所述发动机的自动变速器中的速比有级变速期间的扭矩输出进行管控的方法，所述发动机包括用于所述发动机的进气阀的主动式推杆，所述方法包括：
检测所述变速器中的当前速比的改变的开始；
命令所述主动式推杆减少能够用于所述发动机中的燃烧的空气量；
检测随后速比的接合；以及
命令所述主动式推杆增加能够用于所述发动机中的燃烧的空气量。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法应用于多缸发动机，所述多缸发动机具有用于所述多缸发动机的每个气缸的进气阀的主动式推杆。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述发动机的电子控制单元独立地命令每个主动式推杆针对相应气缸中的连续燃烧事件而改变能够用于该气缸中的燃烧的空气量。
4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，检测当前速比的改变的开始是通过检测所述发动机的离合器分离来进行的。
5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，检测随后速比的接合是通过检测所述发动机的离合器重新接合来进行的。
6.根据任一项前述权利要求所述的方法，所述方法应用于火花点火式发动机，燃烧开始的定时由点火火花确定。
7.根据权利要求6所述的方法，包括如下步骤：调整点火火花的定时以提供充分有效的燃烧。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，对扭矩降低需求的响应包括：
将点火火花的定时延迟不到10°。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，对扭矩升高需求的响应包括：
将点火火花的定时提前。
10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，能够用于燃烧的空气量通过以下操作中的一个或多个操作来改变：
改变所述推杆的升程；
通过控制所述推杆而改变所述进气阀打开的持续时间；
通过控制所述推杆而改变所述进气阀打开的定时；
通过控制所述推杆而改变所述进气阀关闭的定时；
通过控制所述推杆而改变所述燃烧室的所述进气阀与排气阀的重叠。
11.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，在前一阀开度之后，作为确定扭矩需求的改变的结果，所述主动式推杆允许改变紧接在后的阀开度。
12.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述主动式推杆包括液压室，所述液压室具有用以改变所述液压室的即时容量的电气命令阀。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述液压室被提供了基本上未被阻塞的液体油输入流，并且包括用以改变来自所述液压室的输出流的受螺线管控制的放泄阀。
14.一种控制系统，用于实现根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，所述控制系统包括电子控制单元，所述电子控制单元具有处理器，所述处理器用于根据包括在所述处理器的存储器中的扭矩需求参数而以电子方式命令所述主动式推杆。
15.一种往复活塞式汽油发动机，具有多个气缸、用于每个气缸的进气阀以及用于每个所述进气阀的主动式推杆，所述发动机适于根据权利要求1至13中的任一项所述的方法来进行操作。
16.一种车辆，包括根据权利要求15所述的发动机和用于实现所述方法的电子控制系统。
17.一种对基本上如本文中参照附图描述的发动机的扭矩输出进行管控的方法。
18.一种用于对基本上如本文中参照附图描述的发动机的扭矩输出进行管控的系统。
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