CN107345501A - 用于发动机控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于发动机控制的方法和系统，公开了用于整合VCR发动机和CVT变速器的方法和系统。响应于驾驶员需求，控制器可以根据转变的燃料经济性效益并进一步根据可能在转变之后的发动机转速‑负荷下引起的任何发动机限制而确定是保持当前压缩比还是转变至替换的压缩比。为了在解决发动机限制的同时提升净燃料经济性效益，压缩比转变可以与CVT调整的发动机转速‑负荷规则相结合，同时保持发动机动力输出。

Description

用于发动机控制的方法和系统
技术领域
本说明书一般涉及用于控制混合动力车辆系统中发动机压缩比的方法和系统。
背景技术
内燃发动机的压缩比被定义为活塞位于下止点(BDC)时的汽缸容积与活塞位于上止点(TDC)时的汽缸容积之比。通常，压缩比越高则内燃发动机的热效率越高，这进而导致燃料经济性得到改善并且发动机能量输出与能量输入之比更高。传统发动机的压缩比是固定的，并且因此在多种工况期间不能优化发动机效率以改善燃料经济性和发动机动力性能。
开发了各种技术以使发动机的压缩比能够随着发动机工况而变化。一种示例方法显示在Yoshida等人的美国专利US7258099中。其中，凸轮正时调整被用于改变有效压缩比；例如，进气门延迟关闭被用于减小有效压缩比。还有一些其他方法，如Kamada等人的美国专利申请US20130055990中所示，依靠活塞位移改变机构，其移动活塞使其更靠近或远离汽缸盖，从而改变燃烧室的尺寸。
然而，本发明的发明人已经意识到了这些方法的潜在问题。如一个示例，由于固定的变速器齿轮比，与调整压缩比相关的最佳燃料经济性增益可能无法实现。具体来讲，在给定的驾驶员需求下，对于发动机的每个压缩比，可能存在满足驾驶员需求的相关的固定发动机转速和负荷范围。针对驾驶员需求，发动机控制器可转变至更大的燃料效率压缩比。然而，当压缩比改变后，发动机在相关的发动机转速-负荷下可能受到限制，这会减少压缩比转变的燃料经济性效益。例如，当发动机转变至更高的压缩比后，发动机在高负荷时会受到更多爆震限制。与减轻爆震有关的燃料损耗(fuel penalty)可能超过转变压缩比的燃料经济性效益。如另一示例，当发动机转变至低的压缩比后，发动机会在低负荷时受到更多摩擦限制。另一个问题是，操作者踏板需求的频繁更改会造成发动机负荷的往复摆动，导致压缩比之间的频繁切换。由于转变期间造成的损耗，过多的压缩比切换会降低燃料经济性。
发明内容
本发明的发明人已经意识到，通过与无级变速器(continuously variabletransmission,CVT)整合，可变压缩比(VCR)发动机的燃料经济性效益可被更好地调节。具体来讲，CVT可以在保持燃料高效的压缩比和保持发动机的动力输出的同时，使发动机的转速及负荷能够被调节。在一个示例中，通过用于耦接到CVT的发动机的方法可提升燃料经济性，该方法包含：对于期望的动力水平，比较当前压缩比下的发动机效率和在调节的发动机转速-负荷下经修改的压缩比下的发动机效率；以及响应于调整的发动机转速-负荷下的经修改的压缩比的发动机效率高于阀值提升，转变至经修改的压缩比，并且调整至调节的发动机转速-负荷。通过这种方式，对于给定的驾驶员需求，发动机能够以提供更高的燃料经济性的压缩比运行，且在高负荷下不会过度地受到爆震的限制。此外，可以减少频繁切换压缩比的需求。
例如，发动机系统可以配置有通过CVT变速器与车轮耦接的VCR发动机。VCR发动机可以配置有活塞位置改变机构，该机构能使压缩比(CR)在至少较低值和较高值之间变化。对于给定的驾驶员需求的动力水平，发动机控制器可以比较每个较高CR和较低CR的燃料效率。然后，对于燃料效率更高的压缩比，控制器可以预计是否存在与相应的发动机转速-负荷相关联的任何限制，比如爆震极限。如果存在，控制器可以进一步确定发动机转速-负荷是否可以在保持所选CR和保持需求的发动机动力输出的同时被改变，并且可以确定与其相关联的任何燃料损耗。如果在转变CR之后可以改变发动机转速-负荷，且实现燃料经济性的净提升，则控制器可以进行CR转变。否则可以保持原始的CR。例如，对于给定的驾驶员需求，当转变至更高的压缩比后，发动机转速可以增大而发动机负荷减小。为了解决在较高压缩比下可预料到的爆震，发动机控制器可以致动CVT以在减小发动机负荷的同时增大发动机转速，从而在提供净燃料效益的同时保持需求的发动机动力输出。相似的，当转变至较低的压缩比时，发动机转速可以(自先前较高CR下的发动机转速)降低，同时发动机负荷(与先前较高CR下的负荷相比)增加。
通过这种方式，燃料经济性效益可以被提升。将VCR发动机技术整合到具有CVT变速器的车辆中的技术效果在于，对于给定的驾驶员需求的动力，可变压缩比的效益可被更好地调节。具体来讲，对于给定的驾驶员需求的动力，发动机转速和扭矩可被调整，从而减少较高负荷下的爆震极限和在较低负荷下的摩擦损失，同时考虑到压缩比的改变。对通过与发动机在相应于所选择压缩比的发动机转速-负荷廓线下运行相关联的燃料损耗来评估改变压缩比的燃料经济性效益的技术效果是可以减少频繁的CR切换。此外，即使驾驶员或车轮动力需求发生改变，发动机以更高燃料效率的压缩比运行也是可以被延续的。
应理解的是，上述发明内容被提供用来以简化的形式介绍一系列概念，这些概念将在具体实施方式中被进一步描述。说明书并非旨在确定所要求保护主题的关键或必要特征，被要求保护主题的范围由随附权利要求唯一限定。另外，要求保护的主题不限于解决本公开的上述或任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出示例性车辆动力传动系统。
图2显示了部分发动机的视图。
图3显示了高水平流程图，其用于选择VCR发动机的发动机压缩比，以及在所选择CR下，通过无级变速器调整发动机的转速-负荷廓线。
图4显示了用于选择压缩比使用的示例图。
图5显示了发动机运行期间的示例性VCR和CVT调整。
图6显示了发动机在两种不同压缩比下的示例性制动器比燃料消耗(BSFC)视图。
具体实施方式
下述说明涉及提升具有无级变速器(本文中也被称为CVT)的车辆的燃料经济性的系统和方法，例如图1中的动力传动系统；参考图2中的发动机系统所述，该动力传动系统可以包含设置有活塞的发动机，该活塞在燃烧室内的位置可以改变。控制器可以被配置用来执行控制例程，如图3中的示例例程，以选择压缩比，同时在所选择CR下，通过调整CVT的转速比来调整发动机转速-负荷廓线，以更好地调节VCR发动机的燃料经济性效益。如图6中的图示，控制器可比较针对每个压缩比的燃料岛形数据图。参照图4显示了可被控制器用于选择是保持还是转换压缩比的示例性图示。图5显示了具有CR和CVT调整的示例性发动机运行。通过这种方式，VCT技术可与CVT技术整合且协同，以实现显著的燃料经济性提升。
参考图1，特别参考进一步描述于此的内燃发动机10被显示为通过曲轴40与液力变矩器11耦接。液力变矩器11还通过涡轮轴17耦接到变速器15。在一个实施例中，变速器15包含带有多个可选转速比的电子控制的变速器。变速器15还可以包含各种其他齿轮，例如主减速比(未显示)。在所阐述的示例中，变速器15是无级变速器(CVT)。CVT可以是能够无停顿地改变通过有效转速比的连续范围的自动变速器，与其形成对比的是提供有限数量固定齿轮比(转速比)的其他机械变速器。CVT的转速比灵活性允许输入轴保持更佳的角速度。如参考图3-4详尽说明的，通过调整CVT的转速比，发动机控制器可以被设置用于在保持所需发动机动力输出的同时改变发动机转速-负荷廓线。例如，通过调整CVT至较低转速比，发动机转速可以被降低，同时相应地增大发动机负荷，从而保持动力输出。如另一示例，通过调整CVT至较高转速比，发动机转速可以提高，同时相应地减小发动机负荷，从而保持动力输出。这使得在所选压缩比下运行发动机的燃料经济性效益能够被更好地调节。
液力变矩器11具有可以被接合、断开、或部分接合的旁通离合器(未显示)。当离合器是断开的或正在被断开，液力变矩器被称为处于解锁状态。涡轮轴17也被认为是变速器输入轴。
变速器15可以进一步通过轴21与轮胎19耦接。轮胎19将车辆(未显示)与道路23接合。在一个示例性实施例中需注意的是，这种动力传动系统耦接于行驶在道路上的客车中。尽管多种车辆构造可被使用，但在一个示例中，发动机是唯一的动力来源，并且因此该车辆不是混合动力车辆也不是插电式混合动力车辆等。在其他实施例中，所述方法可被并入混合动力车辆中。
图2阐述了内燃发动机10中燃烧室或汽缸的示例性实施例，内燃发动机10如图1中的发动机10。发动机10可从包含控制器12的控制系统接收控制参数，并且从车辆操作者130处通过输入设备132接收输入。在此示例中，输入设备132包含加速器踏板和踏板位置传感器134，用于生成比例踏板位置信号PP。发动机10的汽缸(在此也称作“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136和位于燃烧室壁中的活塞138。活塞138可以与曲轴140耦接，使得活塞的往复运动被转化为曲轴的转动。曲轴140可以经由变速器系统耦接到客车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以通过飞轮与曲轴140耦接，从而起动发动机10的运行。
发动机10可以被配置为可变压缩比(VCR)发动机，其中每个汽缸的压缩比(CR，即活塞位于下止点(BDC)时的汽缸容积与活塞位于上止点(TDC)时的汽缸容积之比)可被机械地更改。发动机的CR可通过致动VCR机构204的VCR执行器202而被改变。在一些示例性实施例中，CR可以在第一较低CR(其中活塞位于BDC时的汽缸容积与活塞位于TDC时的汽缸容积之比较小)与第二较高CR(其中该比值较高)之间变化。在其他示例、实施例中，可以具有预定数量的分级压缩比。再进一步地，CR可以在第一较低CR与第二较高CR之间连续变化(至两者之间的任意CR)。
在一个示例中，VCR机构204耦接到活塞138。其中，可以通过改变活塞TDC位置的VCR机构改变发动机的CR。例如，活塞138可以通过改变活塞位置的VCR机构与曲轴140耦接，该机构移动活塞更靠近或远离汽缸盖并由此改变燃烧室14的大小。在一个示例中，燃烧室内活塞位置的改变也改变了活塞在汽缸中的相对位移。改变活塞位置的VCR机构可与传统曲轴系统或非传统曲轴系统耦接。可耦接VCR机构的非传统曲轴系统的非限制性示例包括，变距头曲轴(variable distance head crankshaft)和可变运动长度曲轴。在一个示例中，曲轴140可以被配置为偏心轴。在另一示例中，偏心轴(eccentric)可以耦接到活塞销或位于活塞销区域内，该偏心轴改变活塞在燃烧室中的位置。可以通过活塞杆中的油路控制偏心轴的移动。
应理解的是，仍有其他能机械地变更压缩比的VCR机构可以被使用。例如，通过改变汽缸盖容积(即汽缸盖内间隙容积(clearance volume))的VCR机构，发动机的CR可以被改变。应理解的是，如在此所使用的，VCR发动机可以被配置为通过机械性调整来调整发动机的CR，所述机械性调整更改活塞位置或汽缸盖容积。这样，VCR机构不包括通过调整气门或凸轮正时来实现的CR调整。
通过调整汽缸中活塞的位置，发动机的有效(静态)压缩比(即TDC时汽缸容积相对于BDC时汽缸容积之差)可以被更改。在一个示例中，降低压缩比包括，通过增加汽缸盖至活塞顶之间的距离来缩短活塞在燃烧室内的位移。例如，通过控制器发送信号使VCR机构致动至第一位置，发动机可以以第一、较低压缩比运行，在第一位置中，活塞在燃烧室内具有较小的有效位移。如另一示例，通过控制器发送信号以使VCR机构致动至第二位置，发动机可以以第二、较高压缩比运行，在第二位置中，活塞在燃烧室中具有较大的有效位移。如在此详尽说明的，发动机压缩比的改变可被有利地用于提升燃料经济性。此外，通过协调CVT调整与CR调整(图3)，发动机可以在选择的CR下以经修改的发动机转速-负荷廓线运行，使得获得燃料经济性的协同提升。经修改的发动机转速-负荷廓线可以自所选CR的默认(default)转速-负荷廓线修改以考虑默认转速-负荷廓线下的发动机限制，如爆震极限或摩擦损失。这样，CVT调整使得发动机转速-负荷廓线能被修改，使得在经修改的转速-负荷廓线中的所选CR下的发动机动力水平与默认转速-负荷廓线中的动力水平相同(图4)。在此所用的，动力水平对应于发动机动力传动系统输出，该动力传动系统输出被确定为发动机负荷和发动机转速的乘积。
汽缸14可以通过一系列进气通道142、144和146接收进气。除了汽缸14，进气通道146还可以与发动机10的其他汽缸相通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可以包括增压设备，如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2显示了发动机10配置有包括压缩机174和排气涡轮176的涡轮增压器，压缩机174被安置在进气通道142和144之间，排气涡轮176被沿排气通道148安置。排气涡轮176通过轴180为压缩机174提供至少部分动力，其中增压设备被配置为涡轮增压机。然而，在其他示例中，如发动机10被提供机械增压器的示例中，排气涡轮176可被选择性地省略，其中来自发动机马达的机械输入可以为压缩机174提供动力。包括节流板164的节气门20可以沿发动机的进气通道布置，以改变提供到发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图2所示，节气门20可以被设置在压缩机174的下游，或可替代地被提供在压缩机174的上游。
除了汽缸14，排气通道148还可以接收来自发动机10中其他气缸的排气。排气传感器128被显示与排放控制设备178上游的排气通道148耦接。传感器128可以选自多种适合的传感器以提供排气空燃比的指示，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(如图描绘)；HEGO(加热型EGO)；NOx、HC或CO传感器。排放控制设备178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制设备或上述各项的组合。
排气温度可以通过位于排气通道148中的一个或多个温度传感器(未显示)估计。可替代地，排气温度可根据诸如速度、负荷、空燃比(AFR)、火花延迟等发动机工况来推知。另外，排气温度可由一个或多个排气传感器128计算。应理解的是，排气温度可以可替代地由此处列出的温度估计方法的任意组合估计。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或多个进气门以及一个或多个排气门。例如，汽缸14被示出包括在汽缸14的上部区域处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，包括汽缸14的发动机10的每个汽缸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可以经凸轮致动系统151通过凸轮致动被控制器12控制。相似地，排气门156可以经凸轮致动系统153通过凸轮致动被控制器12控制。凸轮致动系统151和153可以均包括一个或多个凸轮，并且可以使用凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门提升(VVL)系统中的一个或多个，这些系统可由控制器12运行以更改气门运行。进气门150和排气门156的位置可由气门位置传感器155和157分别确定。在可替代实施例中，进气门和/或排气门可以通过电子气门致动而被控制。例如，汽缸14可以可替代地包括经由电子气门致动控制的进气门，和经由包含CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在其他实施例中，进气门和排气门可以受控于共同的气门执行器或致动系统、或可变气门正时执行器或致动系统。
汽缸14可以具有压缩比，其是当活塞138位于下止点时和上止点时的容积之比。通常，压缩比在9:1到10:1的范围内。然而，在一些使用不同燃料的示例中，压缩比会增加，例如当使用辛烷较高燃料或汽化潜热较高燃料时，这是可能发生的。由于直接喷射对发动机爆震的影响，如果使用直接喷射，压缩比也会增加。压缩比也可以基于驾驶员需求经由对致动VCR机构204的VCR执行器202的调整而改变，从而改变活塞138在燃烧室14内的有效位置。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括启动燃烧的火花塞192。在选择的运行模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可被省去，如发动机10可以通过自动点火或通过喷射燃料启动燃烧的情况，如一些柴油发动机是这样的。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配置有向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸14被显示为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被显示为与汽缸14直接耦接，用于将燃料直接喷射于汽缸中，该喷射与经电子驱动器168接收自控制器12的信号FPW的脉冲宽度成比例。以此方式，燃料喷射器166向燃烧汽缸14提供了所知悉的燃料直接喷射(下文中也被称为“DI”)。虽然图2将喷射器166显示为侧向喷射器，但也可被放置于活塞上方，如靠近火花塞192的位置。当发动机用醇基燃料运行时，由于一些醇基燃料挥发性较低，这种位置可促进混合和燃烧。可替代地，喷射器可以被放置于进气门上方且靠近进气门以促进混合。燃料可以从包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的高压燃料系统8输送至燃料喷射器166。可替代地，燃料可由单级燃料泵在较低压力下输送，在此情况下，相比于使用高压燃料系统，燃料直接喷射的正时在压缩冲程期间可受到更多限制。此外，尽管没有显示，但燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力换能器。应理解的是，在可替代的实施例中，喷射器166可以是向汽缸14上游的进气道内提供燃料的进气道喷射器。
也应理解的是，虽然所阐述实施例描绘了发动机通过经由单个直接喷射器喷射燃料来运行；但在可替代的实施例中，发动机可以通过使用两个或更多喷射器(例如，每个汽缸具有直接喷射器和进气道喷射器，或每个汽缸具有两个直接喷射器/两个进气道喷射器，等等)并且更改自每个喷射器到汽缸中的相对喷射量而被运行。
在汽缸的单个循环期间，喷射器可以输送燃料至汽缸。进一步地，喷射器所输送的燃料的分配和/或相对量可以随工况变化。此外，对于单次燃烧事件，每个循环可执行输送的燃料的多次喷射。多次喷射可在压缩冲程、进气冲程、或前述项的任意适当组合期间被执行。并且，可在所述循环期间喷射燃料以调整待喷射的空燃比(AFR)。例如，可以喷射燃料从而提供化学计量的AFR。AFR传感器可以被包含以估计汽缸内的AFR。在一个示例中，AFR传感器可以是排气传感器，如EGO传感器128。通过测量排气中残留氧量(对于稀混合物)或未燃烧的碳氢化合物量(对于富混合物)，传感器可确定AFR。这样，AFR可以被提供为Lambda(λ)值，即提供为给定混合物的实际AFR与其化学计量的比。因此，Lambda为1.0表示化学计量的混合物，比化学计量的混合物更富则可以具有小于1.0的lambda值，而比化学计量的混合物更稀则可以具有大于1的lambda值。
如上文所述，图2显示了多汽缸发动机的仅一个汽缸。这样，每个汽缸都可以相似地包括其自己的进气/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等的组。
燃料系统8中的燃料箱可以容纳具有不同燃料品质的燃料，如不同的燃料成分。这些差异可以包括不同的酒精含量、不同的辛烷、不同的汽化热、不同的燃料混合、和/或前述各项的组合等。
发动机10还可以包括与每个汽缸14耦接的爆震传感器90，以用于识别非正常汽缸燃烧事件。在可替代的实施例中，一个或多个爆震传感器90可以耦接到发动机汽缸体的选择的位置。爆震传感器可以是汽缸体上的加速度计，或是配置于每个汽缸的火花塞中的电离传感器。爆震传感器的输出可与曲轴加速度传感器的输出结合，从而指示汽缸中的不正常燃烧事件。在一个示例中，根据爆震传感器90在一个或多个被定义的窗口中(如曲柄转角正时窗口)的输出，由于一个或多个爆震和预点火导致的非正常燃烧可被识别并区分。进一步地，非正常燃烧可以被相应地解决。例如，可以通过降低压缩比和/或延迟点火正时来解决爆震，而预点火通过富发动机或限制发动机负荷来解决。
回到图2，被显示为微计算机的控制器12包括微处理器单元106、输入/输出端口108、在本特定示例中被显示为只读存储器芯片110的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。除之前讨论过的那些信号以外，控制器12还可以接收来自与发动机10耦接的传感器的各种信号，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；来自与冷却套筒118耦接的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自与曲轴140耦接的霍尔效应传感器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)；来自传感器124的歧管压力信号(MAP)；来自EGO传感器128的汽缸AFR；和来自爆震传感器90及曲轴加速度传感器的非正常燃烧。发动机转速信号RPM可以由控制器12从信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用于在进气歧管中提供真空或压力的指示。控制器12接收来自图1-2中的多种传感器的信号，并根据接收到的信号和存储于控制器的存储器上的指令而利用图1-2中的多种执行器以调整发动机运行。例如，调整发动机的压缩比可以包括发送信号给VCR执行器的控制器，所述执行器致动VCR机构以机械地移动活塞更靠近或远离汽缸盖，从而改变燃烧室的容积。在另一个例子中，根据来自控制器的信号，图1中变速器的转速比可被更改，以在给定动力输出下变更发动机转速-负荷廓线。
可以用计算机可读数据对非临时存储介质只读存储器110编程，该计算机可读数据表示可被处理器106执行的指令，该指令用来执行下述方法和可预料的但未具体列出的其他变体。
以这种方式，图1-2中所述的系统提供用于车辆系统，所述系统包含：具有汽缸的发动机；VCR机构，其与汽缸的活塞耦接，以通过对汽缸内活塞位置的机械性变更来更改发动机的压缩比；无级变速器(CVT)，其将发动机耦接到车轮，CVT具有多个转速比；和控制器。控制器可以配置有存储于非临时存储器上的计算机可读指令，该指令用来：估计与维持第一压缩比相关联的第一燃料经济性与和转换到第二压缩比相关联的第二燃料经济性；如果第二燃料经济性更高，则预测与在第二压缩比下以经修改的发动机转速-负荷廓线运行相关联的燃料损耗；并且如果调整燃料损耗的第二燃料经济性高于第一燃料经济性，则致动VCR机构以转变至第二压缩比，同时选择多个转速比中的一个转速比以提供经修改的发动机转速-负荷廓线。额外地或可选择地，控制器可包括进一步的指令，该指令用来：如果第一燃料经济性高于调整燃料损耗的第二燃料经济性，则保持VCR机构的位置从而保持发动机以第一压缩比运行。额外地或可选择地，在第二压缩比下的经修改的发动机转速-负荷廓线可以是基于在第二压缩比中的发动机爆震极限的经修改的第一发动机转速-负荷廓线，其中控制器包括进一步的指令，该指令用来：当保持发动机以第一压缩比运行时，预测与在第一压缩比下以经修改的第二发动机转速-负荷廓线运行相关联的燃料损耗，经修改的第二发动机转速-负荷廓线在第一压缩比下基于发动机摩擦损失；如果燃料损耗较小，则在第一压缩比下以经修改的第二发动机转速-负荷廓线运行；而如果燃料损耗较大，则在第一压缩比下保持默认的发动机转速-负荷廓线。额外地或可选择地，所述选择可以包括：当经修改的发动机转速-负荷廓线包括较高的发动机转速和较低的发动机负荷时，选择第一较低转速比；和当经修改的发动机转速-负荷廓线包括较低的发动机转速和较高的发动机负荷时，选择第二较高转速比。
现转向图3，描述了用来协调对配置有VCR机构的发动机的压缩比的调整与对无级变速器(CVT)的转速比的调整的示例例程300。以这种方式，在保持发动机需求的动力输出以及根据VCR调整和CVT调整中的每个协同增强(synergize)燃料经济性效益的同时，可以调整发动机的动力传动系统廓线(包括发动机转速和负荷)。即使驾驶员动力需求频繁改变，但该方法可实现燃料经济性的提升。用于执行方法300及包括在本文中的其他方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器接收的信号而被实施，所述传感器例如以上参考图1-2所述的传感器。根据下文所述方法，控制器可利用发动机系统的发动机执行器来调整发动机运行。
在302，所述例程包括估计和/或测量发动机工况。这些(工况)可以包括，例如驾驶员动力需求(如根据耦接到操作者踏板的踏板位置传感器的输出)、环境温度、压力和湿度、发动机温度、燃料箱中燃料液面、可用燃料的燃料辛烷值、歧管压力(MAP)、歧管气流(MAF)、催化剂温度、进气温度、增压水平等。
在304，所述方法包括，对于给定的驾驶员动力需求，比较发动机在每个压缩比下的燃料效率。在一个示例中，发动机配置有VCR机构，VCR机构在第一较低CR与第二较高CR之间机械地变更发动机压缩比。在可替代的示例中，更多的压缩比是可能的。在一个示例中，通过比较发动机在每个压缩比下的制动器比燃料消耗(BSFC)，控制器可以比较两个压缩比下的燃料经济性。发动机在每个压缩比下的BSFC可以被存储于表格、图示、和/或关于工况的函数的等式中，所述工况如RPM、扭矩、温度、湿度、推断的燃料辛烷值、等等。
在一个示例中，发动机可在每个压缩比下被校准，以描绘出恒定的BSFC的岛形区。图6描绘了示例性BSFC图示，图示具有发动机在不同压缩比下的BSFC岛形区。具体来讲，图示600描绘了第一较低压缩比(如10.0)的BSFC岛形区，而图示620描绘了第二较高压缩比(如11.9)的BSFC岛形区。所述图示描绘了沿x轴的发动机转速(单位是RPM)和沿y轴的发动机负荷或扭矩或BMEP(单位是bar)。根据发动机转速相对于负荷(单位是g/kW-hr)，绘制出BSFC岛形区。这样，发动机效率可以被确定为BSFC的倒数。因此，对于任意一组BSFC岛形区，具有最小面积的最内的岛形区(分别是图示600和620中的岛形区602和622)代表具有最高效率以及由此具有最低燃料消耗的发动机运行区域。此外，发动机的BSFC在给定的岛形区上保持恒定。
如可以看到的，相对于岛形区602、622，当发动机转速降低时，发动机效率下降；这是由于汽缸内的热气散失热量至汽缸壁导致的，这种散失在较低发动机转速下更加明显。相对于岛形区602、622，当发动机转速提高时，发动机效率也下降。这是由于在较高发动机转速下摩擦损失增加导致的。尽管在本区域内摩擦占有用的发动机做功的较大部分，但是相对于岛形区602、622，当扭矩增加时，发动机效率也下降。发动机效率的下降是由于需要延迟点火以解决爆震导致的。最后，相对于岛形区602、622，当扭矩降低时，发动机效率下降，这是由于发动机部件如油泵和水泵在运行中引起的固定开支导致的。泵送做功和摩擦损失(如由于机械摩擦导致的)相比于完成的做工量而增大，从而降低了效率。
此外，当发动机CR增大时，岛形区的尺寸和位置改变。具体来讲，与针对较低压缩比的最佳效率的岛形区(602)相比，针对较高压缩比的最佳效率的岛形区(622)可以移动到相对较高的发动机转速和相对较高的发动机扭矩。并且，针对较低压缩比的最佳效率的岛形区可以包围在一系列发动机转速和扭矩内均匀展开的较小区域(即基本为圆形)，而针对较高压缩比的最佳效率的岛形区可以包围较大的区域，该较大的区域在比发动机扭矩的范围更宽的发动机转速的范围内展开(即基本为水平的椭圆形)。
在306，所述方法包括，确定发动机的燃料效率是否通过自发动机所处的当前压缩比改变压缩比至另一个压缩比而提升大于阀值量。例如，发动机当前可以以第一较低压缩比运行，并且响应于驾驶员需求的改变，可以确定发动机的燃料效率是否通过转变至第二较高压缩比而得到大于阀值量的提升。在另一示例中，发动机当前可以以第二较高压缩比运行，并且响应于驾驶员需求的改变，可以确定发动机的燃料效率是否通过转变至第一较低压缩比而得到大于阀值量的提升。这样，控制器可以选择提供较低BFSC的压缩比作为较高的燃料效率压缩比。在一个示例中，如参考图4示例所详细描述的，控制器可以使用针对每个压缩比的燃料岛形区图示来预先确定(依据函数被校准的)最优效率的线。
如果发动机的燃料效率没有得到大于阀值量的提升，则在318，所述方法包括保持发动机的当前压缩比。其中，VCR机构(并且因此活塞的TDC位置)保持在其当前位置。换句话说，响应于燃料效率低于阈值提升，保持当前CR。可选择地，CVT调整可以被用于调整当前CR下的发动机转速-负荷廓线，以实现额外的燃料经济性效益。例如，如果当前CR是较低CR，则发动机转速可以被降低，同时发动机负荷被提高以在当前CR下以及保持发动机的需求的动力水平的同时减少低负荷下的摩擦损失。
如果发动机的燃料效率得到大于阀值量的提升(根据304处的燃料效率)，接下来在308，所述方法包括在CR转变为经修改的CR之后预测发动机转速和负荷。具体来讲，为了保持响应于驾驶员需求的动力输出，CR的改变会引起不同的发动机转速-负荷廓线。例如，对于给定的驾驶员需求，发动机可以通过在较低压缩比下以较低发动机转速和较高发动机负荷运行或通过在较高压缩比下以较高发动机转速和较低发动机负荷运行而提供相同的动力输出。
在310处，可以确定在所预测的针对较高燃料效率压缩比的发动机转速-负荷下是否预期到任何发动机运行限制。这些限制可以包括如爆震极限或摩擦损失。例如，可确定在所预测的发动机转速-负荷下是否可能发生爆震。
如果在所预测的发动机转速-负荷下未预期发生爆震，则在312，所述方法包括通过调整VCR机构，使发动机转变至具有较高燃料效率的经修改的压缩比。其中，控制器可以转变至提供较低BFSC的压缩比。这包括控制器向与VCR机构耦接的VCR执行器发送信号，所述VCR机构机械地变更汽缸内活塞TDC位置。例如，给VCR执行器的信号可致动VCR机构至某位置，在该位置上，活塞在汽缸内的位置与所选择压缩比相对应。在一个示例中，VCR机构是改变活塞位置的机构。在另一示例中，VCR机构是改变汽缸盖容积的机构。
例如，发动机可以被配置有VCR机构，该VCR机构在第一较低压缩比和第二较高压缩比之间机械地变更发动机压缩比。当较低CR是较高燃料效率CR时，控制器可以使发动机(由较高CR)转变至较低CR，发动机在较低压缩比的运行包括控制器向VCR执行器发出信号以移动VCR机构。例如，经由椭圆形曲轴转动、耦接于活塞销的偏心轴、可变高度活塞冠部、可变长度连接杆、和非传统曲轴系统联动装置中的一个，可通过降低活塞在汽缸中的位置来减小压缩比。在另一示例中，当较高CR是较高燃料效率CR时，控制器可以使发动机(由较低CR)转变至较高CR，发动机在较高压缩比的运行包括控制器向VCR执行器发出信号以移动VCR机构。例如，经由椭圆形曲轴转动、耦接于活塞销的偏心轴、可变高度活塞冠部、可变长度连接杆、和非传统曲轴系统联动装置中的一个，可通过提高活塞在汽缸中的位置来增大压缩比。
例程之后可以移至320，其中控制器调整CVT以提供对于所选CR最优的发动机转速-负荷廓线。例如，CVT可以响应于至较低CR的转变被调整为较低转速比，由此降低发动机转速。在另一示例中，CVT可以响应于至较高CR的转变被调整至较高转速比，从而提高发动机转速。
除了致动VCR机构和CVT之外，控制器也可以致动发动机进气节气门、进气凸轮和/或排气凸轮、气门升程、增压压力、和点火正时中的一个或多个以在所选压缩比下传输最优的负荷(扭矩)。
回到310，如果在所预测的发动机转速-负荷下预料到爆震，则在314，所述方法包括预测与减轻爆震的调整相关的燃料损耗。例如，可以确定发动机转速-负荷廓线是否可被修改(通过调整CVT的转速比)以减少爆震。调整至经调整/修改的发动机转速-负荷廓线可以包括选择与调整的发动机转速-负荷廓线匹配的CVT的转速比。这可以包括选择在较高压缩比下以及在降低发动机负荷的同时提高发动机转速的转速比，从而在减少爆震的同时保持发动机的动力输出。在一个示例中，当以经修改的CR运行的发动机接近爆震极限时，发动机转速可以增加，同时发动机负荷被降低。这样，发明人已经意识到通过CVT转速比的调整，可改变发动机转速-负荷廓线，同时保持发动机动力输出。然后，可以计算发动机在新的发动机转速-负荷廓线下和所选CR下的燃料效率(在本示例中，是在较高CR的较高转速和较低负荷下的燃料效率)。在一个示例中，控制器可以参考如图4中的示例性图示(详尽描述于下文)的图示，以确定发动机转速-负荷的改变是否造成发动机从第一线(或岛形区)的最佳燃料效率转变至第二不同线(或岛形区)的最佳燃料效率，相比于第一线，第二线具有较低燃料效率。其中，根据燃料效率的下降(如根据第一线相对于第二线的燃料效率之差)估计燃料损耗。参考以上描述的示例，在具有默认的较低发动机转速和较高发动机负荷的较高CR的发动机的第一燃料效率可以与具有经调整的CVT的较高发动机转速和较低发动机负荷的较高CR下的发动机的第二燃料效率进行比较。在可替代的示例中，可以确定减轻爆震所需要的点火延迟量，并可以计算相应的燃料损耗。
在316，可以比较所预测的与爆震相关联的燃料损耗(Knh_燃料损耗)和与转换至所选CR相关联的燃料经济性变化(CR_燃料经济性)。换句话说，比较与发动机以当前CR运行相关联的燃料经济性与和发动机在经修改的CR下以经修改的发动机转速-负荷廓线运行相关联的燃料经济性改变。其中，发动机可在当前CR下以针对当前CR的默认的发动机转速-负荷廓线或者根据当前CR下的发动机限制(与经修改的CR下的发动机限制相同或不同)修改的经修改的转速-负荷廓线而运行。因此，当前CR下的经修改的转速-负荷廓线可以不同于经修改的CR下的经修改的转速-负荷廓线。例如，当前CR下的经修改的发动机转速-负荷廓线可以针对摩擦损失而被调整，而经修改的CR下的经修改的发动机转速-负荷廓线可以针对爆震极限而被调整。然而，发动机的动力水平被维持在当前CR下(具有默认或经修改的发动机转速-负荷廓线)的发动机运行和具有经修改的/调整后的发动机转速-负荷廓线的经修改的CR下的发动机运行中的每个。
如果燃料损耗低于由CR造成的燃料经济性改变，就是说即使具有发动机转速-负荷廓线改变和CR转换的净结果(net result)是燃料有益的，则方法移至312，从而经由调整VCR机构，使发动机转变至具有更高燃烧效率的压缩比。这包括控制器向耦接于VCR机构的VCR执行器发送信号，以移动VCR机构。
此外，在320中，控制器可调整CVT以提供对于所选择CR和对于解决给定爆震极限最优的发动机转速-负荷廓线。例如，当CVT被调整至增加发动机转速并降低发动机负荷的转速比，同时保持相同的发动机动力传动系统输出的同时，发动机可以转变至较高CR。
如果燃料损耗高于由CR造成的燃料经济性改变，就是说即使具有发动机转速-负荷廓线改变和CR转变的净结果是燃料损失，则方法移至318，从而保持发动机当前的压缩比。因此，对于给定的驾驶员需求，即使其他CR可以是标称地更大燃料效率的，鉴于在其他CR下运行时可能经历的燃料低效限制，控制器会使发动机保持当前CR。保持当前CR包括控制器向耦接于VCR机构的VCR促动器发送信号以保持VCR机构的位置。此外，在320中，控制器可以调整CVT用以提供对于所选CR最佳的发动机转速-负荷廓线。这可以包括针对当前CR保持默认的发动机转速-负荷廓线，同时维持当前CR。可替代的是，这可以包括在保持当前CR的同时，通过调整CVT转速比调整针对当前CR的发动机转速-负荷廓线。
应当理解的是，尽管以上方法讨论了在310中处以所预测的发动机转速-负荷预测爆震极限，和在314处预测减轻爆震的燃料损耗，但这不意味着作为限制。在可替代的示例中，控制器可以在所预测的发动机转速-负荷下预测摩擦损失，并且然后预测摩擦减轻的燃料损耗。例如，当在较低负荷下以较低CR运行时，可以用摩擦替换爆震约束。因此，可能具有更高燃料效率的是发动机转换至较低CR，同时CVT被调整至降低发动机转速且提升发动机负荷的转速比，同时保持相同的发动机动力输出。
在一个示例中，参考图4详尽说明的，来自针对每个压缩比的燃料岛形区数据图示的数据可以被减少至两条最佳效率线，控制器可更快地实时插入到两条线之间。否则，控制器必须在每个燃料图示上进行优化，并且然后尝试进一步在两个压缩比状态之间优化出一个点。在本方法中，控制器可使用针对压缩比的燃料岛形区图示，以预先确定最优效率线。然后，针对当前动力需求，控制器可以寻找当前运行动力下的最优效率线，并评估两条曲线以确定最优效率。如果CR是可变的(例如，如果CR从第一CR，CR1改变40％至第二CR，CR2)，则控制器可线性地插入到针对第一CR的最优效率线与针对第二CR的最优效率线之间。尽管该线可能不是严格线性的，但变化可以足够小以使得线性近似可以是合理的实时近似。
现转向图4，示例性图示400被显示为比较与针对给定的驾驶员需求的动力输出下的不同CR相关联的燃料效率，以及比较与针对给定CR下的不同发动机转速-负荷廓线相关联的燃料效率。在一个示例中，图4中的图示可以生成于发动机校准期间并被存储于发动机控制器的存储器中。然后，控制器可以在发动机运行期间参考该图示，从而确定是否保持当前CR或响应于驾驶员需求改变转变至可替换的CR。
图示400描绘了在较高压缩比下的最佳效率与动力的第一线，在此也被称为较高的CR最佳效率负荷极限404(表示为实线)。图示400还描绘了在较低压缩比下的最佳效率与动力的第二线，在此也被称为较低CR最佳效率负荷极限406(表示为虚线)。所示绘图中具有沿x轴的发动机转速，以及沿y轴的发动机负荷或扭矩。针对较高压缩比的最佳燃料效率的示例性BSFC岛形区(在此为椭圆形)被点线408覆盖，而针对较低压缩比的相应岛形区被点线409覆盖。应理解的是，岛形区408和409代表燃料消耗最低的最内侧岛形区，并且为了清晰，该岛形区之外的燃料岛形区未被显示于此。这样，等效率的椭圆形的准确位置将根据当前爆震极限而改变，其随着燃料辛烷值、温度、湿度、以及压缩比而变化。曲线402显示了给定发动机转速下的发动机的最大扭矩。对应于10kW-50kW的恒定动力输出的线分别在动力线450-490处描绘。
参考工作点410-416，显示了第一CR和CVT调整。根据当前驾驶员需求，发动机可以处于发动机转速-负荷图示中的工作点410。具体来讲，根据对应于较高CR最佳效率负荷极限404上的(或下方的)位置的发动机负荷以及10kW的动力需求，发动机可以在工作点410以较高压缩比和沿功率线450的发动机转速/负荷运行。当前CR下的发动机转速-负荷可以根据BSFC岛形区408选择。
如果驾驶员需求增加至20kW(比如当发动机处于较高压缩比时，由操作者踩加速器踏板导致的)，则发动机可以转变至沿动力线460运行，并根据燃料效率的变化确定是否保持在较高CR或转变至较低CR。作为第一选项，发动机可以沿动力线460移动至工作点412。其中，在保持当前较高CR的同时提供驾驶员需求。作为第二选项，发动机可以沿动力线460移动至工作点414，其中在转变至较低CR的同时提供相同的动力输出。这样，对于给定的驾驶员需求，由于发动机在较高燃料效率的岛形区上的点414处运行，使得较高的燃料效率提供在较低CR处。然而，控制器可以进一步确定工作点414与极限(如爆震极限)相关联，其可以通过第三选项解决，作为第三选项，移动至发动机负荷增加且发动机转速降低的工作点416，同时保持在动力线460上。发动机转速-负荷的调整可以通过调整CVT的转速比而被执行。相对于停留在工作点414，移动至工作点416导致燃料经济性的下降(即导致燃料损耗)。然而，与从工作点414转变至工作点416相关联的燃料损耗小于与从工作点412转变至工作点414相关联的燃料提升。因此，响应于驾驶员需求的增加，通过转变至较低压缩比和降低发动机转速，同时在较高CR下降低发动机负荷，由工作点410移动至工作点416是更加燃料有效的。
应了解的是，作为第四选项，如果解决极限所需的发动机转速-负荷调整使发动机移动至工作点418(其中，在保持在动力线460上的同时，发动机负荷进一步增加且发动机转速进一步降低)，则该移动会导致更大的燃料损耗。这种情况下，与从工作点414转变至工作点418相关联的燃料损耗被预测为大于与从工作点412转变至工作点414相关联的燃料提升。因此，响应于驾驶员需求的增加，通过保持较高压缩比，由工作点410移动至工作点414是更加燃料有效的。
参考工作点420-424显示了第二CR和CVT调整。根据当前驾驶员需求，发动机可以处于发动机转速-负荷图示中的工作点420。具体来讲，根据对应于较高CR最佳效率负荷极限404上的(或下方的)位置的发动机负荷以及40kW的动力需求，发动机可以在工作点420以较高压缩比(即通过VCR机构致动到活塞与汽缸盖间的距离更大的位置)和沿功率线480的发动机转速/负荷运行。当前CR下的发动机转速-负荷可以根据BSFC岛形区409选择。
如果驾驶员需求增加至50kW(比如当发动机处于较高压缩比时，由操作者踩加速器踏板导致的)，则发动机可以转变至沿动力线490运行，并根据燃料效率的变化确定是否保持在较高CR或转变至较低CR。作为第一选项，发动机可以沿动力线490移动至工作点422。其中，驾驶员需求在保持当前较高CR的同时被提供。作为第二选项，发动机可以沿动力线490移动至工作点424，其中在转变至较低CR的同时提供相同的动力输出。这样，对于给定的驾驶员需求，如根据对BSFC岛形区的比较确定的，较高的燃料效率在较高CR下提供。因此，响应于驾驶员需求的增加，通过保持较高压缩比，由工作点420移动至工作点424是更加燃料有效的。此外，在保持较高CR的同时，可通过CVT调整实现进一步的燃料经济性效益。具体来讲，可以调整CVT的转速比，以使发动机沿着动力线490移动至工作点426，其中通过在提高发动机转速的同时减少发动机负荷，在保持较高CR的同时提供相同的动力输出。
通过这种方式，对于给定驾驶员需求，在以爆震调整的发动机转速-负荷廓线运行的同时，发动机控制器可以估计与保持第一压缩比相关联的第一燃料经济性与和转变至第二压缩比相关联的第二燃料经济性。如果第二燃料经济性高于第一燃料经济性，则控制器可以确定转变是更加燃料有效的，并且控制器可以通过对活塞位置的机械调整(如经由VCR机构)使发动机转变至第二压缩比。此外，控制器可以通过调整CVT的转速比使发动机转变至爆震调整的发动机转速-负荷廓线。其中，转变至爆震调整的发动机转速-负荷廓线包括转变自第二压缩比的默认的发动机转速-负荷廓线。在一个示例中，爆震调整的发动机转速-负荷廓线包括在给定压缩比和给定动力水平下，与默认的发动机转速-负荷廓线相比更高的发动机转速和更低的发动机负荷。此外，在发动机以第一压缩比运行期间的发动机动力输出与在发动机以具有爆震调整的发动机转速-负荷廓线的第二压缩比运行期间的发动机动力输出相同。经比较，如果第二燃料经济性低于第一燃料经济性，则控制器可以确定转变不是燃料有效的，并且控制器可以保持第一压缩比。额外地或可选择地，如果摩擦调整的发动机转速-负荷廓线提供更多燃料经济性效益(相比于停留在具有默认发动机转速-负荷廓线的第一压缩比)，则控制器可以在处于第一压缩比的同时通过调整CVT的转速比而转变至摩擦调整的发动机转速-负荷廓线。在一个示例中，在第二压缩比高于第一压缩比的情况下，第二压缩比下的爆震调整的发动机转速-负荷廓线包括高于默认的发动机转速的发动机转速和低于默认的发动机负荷的发动机负荷，同时在第一压缩比下的摩擦调整的发动机转速-负荷廓线包括低于默认的发动机转速的发动机转速和高于默认的发动机负荷的发动机负荷。
现转向图5，图500描绘了示例性CVT和VCR调整，该CVT和VCR调整可被整合以提供协同增强的燃料经济性效益。图示500在曲线502上描绘了发动机转速的改变，在曲线504上描绘了发动机负荷的改变，在曲线506上描绘了发动机动力输出的改变，在曲线508上描绘了发动机压缩比(CR)的改变，以及在曲线510上描绘了爆震传感器输出。应理解如在此处所使用的，发动机动力被确定为发动机转速和发动机负荷(或扭矩)的乘积。此外，通过调整耦接于发动机与输出轴之间的CVT的转速比，实现了发动机转速-负荷的调整。在本示例中，CR可在第一值与第二值之间调整，但是在可替代的示例中，额外的CR是可能的和/或CR可被调整为第一值与第二值之间的任意CR。
在t1之前，发动机可以运行以提供在经由所描绘的发动机转速-负荷廓线以及发动机处于较高CR下传输的动力输出。在t1，响应于驾驶员需求的增加，发动机的动力输出可以增加。其中，由于较低CR比较高CR更加燃料有效，通过转变至较低CR增加了动力输出。此外，通过经由CVT调整而调整较低CR下的发动机转速-负荷廓线，可实现进一步的燃料经济性效益，使得使用高于默认的发动机转速的发动机转速和低于默认的发动机负荷的发动机负荷来提供相同的发动机动力。默认的发动机转速和负荷(对于给定CR)在此以虚线描绘。具体来讲，如果发动机保持在较高CR并以默认发动机转速-负荷运行，则如由超出爆震阈值(Knk_Thr)的预测的爆震传感器输出512(虚线部分)所表明的，发动机将被爆震限制。其中，通过经CVT调整转变至较高发动机转速和较低发动机负荷，同时经VCR调整转变至较低CR，较高负荷下的爆震被解决，同时无需损害发动机动力输出即可提升发动机整体燃料经济性。
发动机可以以较低CR下的高于默认的发动机转速和低于默认的发动机负荷运行达直到t2的持续时间。在t2，响应于驾驶员需求的降低，发动机可以保持在较低CR，同时由于发动机不再被爆震限制，发动机继续以默认发动机转速和默认发动机负荷运行。这种运行可以持续至t3。
在t3，响应于驾驶员需求的降低，发动机的动力输出可以被降低。此处，由于较高CR比较低CR更加燃料有效，通过转变至较高CR来降低动力输出。此外，通过在较高CR下经由CVT调整来调整发动机转速-负荷廓线，可实现进一步的燃料经济性效益，使得使用低于默认的发动机转速和高于默认的发动机负荷来提供相同的发动机动力。默认的发动机转速和负荷(对于给定CR)在此以虚线描绘。具体来讲，如果发动机转变到较低CR并以默认发动机转速-负荷运行，则发动机可以被摩擦限制。在此，通过经CVT调整转变至较低发动机转速和较高发动机负荷，同时经VCR调整转变至较高CR，较低负荷下的摩擦损失被减少，同时提升发动机整体燃料经济性而无需损害发动机动力输出。
通过这种方式，通过整合VCR技术和CVT技术，发动机的燃料效率可被提升。通过经CVT调整来调节对于给定发动机动力输出可实现的不同发动机转速-负荷组合，发动机控制器可更精确地解决发动机极限，如与压缩比转变相关联的爆震极限。这样，这允许了与压缩比转变相关联的燃料成本被更精准地确定，降低了响应于操作者或车轮扭矩需求的频繁改变的燃料低效压缩比切换的频率。总之，发动机的燃料经济性可被增强。
用于与无级变速器(CVT)耦接的发动机的一个示例性方法包含：对于动力水平，比较当前压缩比下的发动机效率与具有调整的发动机转速-负荷的经修改的压缩比下的发动机效率；以及响应于在具有调整的发动机转速-负荷的经修改的压缩比下发动机效率高于阈值提升，转变到经修改的压缩比并调整至经调整的发动机转速-负荷。在之前示例中，额外地或可选择地，所述方法另外包含，响应于低于发动机效率的阈值提升，保持当前压缩比。在任意或所有之前示例中，额外地或可选择地，所述方法另外包含，在保持当前压缩比的同时调整发动机转速-负荷，具有当前压缩比的调整的发动机转速-负荷与具有经修改的压缩比的调整的发动机转速-负荷不同。在任意或所有之前示例中，额外地或可选择地，具有经修改的压缩比的调整的发动机转速-负荷基于具有经修改的压缩比的发动机的爆震极限。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，调整至经调整的发动机转速-负荷包括，当以经修改的压缩比运行的发动机接近爆震极限时，增加发动机转速，同时降低发动机负荷，以保持动力水平。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，调整至经调整的发动机转速-负荷包括选择与调整的发动机转速-负荷匹配的CVT转速比。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，动力水平被维持在当前压缩比下的发动机运行以及具有调整的发动机转速-负荷的经修改的压缩比下的发动机运行中的每个。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，动力水平是被确定为发动机负荷与发动机转速的乘积的发动机的动力传动系统输出。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，转变至经修改的压缩比包括，致动可变压缩比机构，从而机械地更改发动机汽缸内的活塞位置。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，可变压缩比机构是改变活塞位置的机构，其包括椭圆形曲轴和耦接到活塞销的偏心轴中的一个。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，可变压缩比机构是汽缸盖容积改变机构。
用于耦接无级变速器(CVT)的发动机的另一个示例性方法包含：对于驾驶员需求，估计与保持第一压缩比相关联的第一燃料经济性与和转变至第二压缩比相关联的第二燃料经济性，同时以爆震调整的发动机转速-负荷廓线运行；并且响应于第二燃料经济性高于第一燃料经济性，通过活塞位置的机械调整转变至第二压缩比，以及通过CVT转速比的调整转变至爆震调整的发动机转速-负荷廓线。在之前示例中，额外地或可选择地，转变至爆震调整的发动机转速-负荷廓线包括转变自第二压缩比的默认的发动机转速-负荷廓线。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，发动机以第一压缩比运行期间的发动机动力输出与发动机以具有爆震调整的发动机转速-负荷廓线的第二压缩比运行期间的发动机动力输出相同。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，所述方法另外包含，响应于第二燃料经济性小于第一燃料经济性，保持第一压缩比，并可选择地通过调整CVT的转速比而转换到摩擦调整的发动机转速-负荷廓线。在任意或所有之前的示例中，额外地或可选择地，第二压缩比高于第一压缩比，其中爆震调整的发动机转速-负荷廓线包括高于默认的发动机转速的发动机转速和低于默认的发动机负荷的发动机负荷，并且其中摩擦调整的发动机转速-负荷廓线包括低于默认的发动机转速的发动机转速和高于默认的发动机负荷的发动机负荷。
另一个示例性车辆系统包含：具有汽缸的发动机；VCR机构，其耦接于汽缸的活塞，用于通过对汽缸内活塞位置的机械性更改来改变发动机的压缩比；无级变速器(CVT)，其将发动机耦接到车轮，所述CVT具有多个转速比；和控制器。控制器可以配置有存储于非临时存储器上的计算机可读指令，该指令用来：估计与保持第一压缩比相关联的第一燃料经济性与和转变至第二压缩比相关联的第二燃料经济性；如果第二燃料经济性更高，则预测与在第二压缩比下以经修改的发动机转速-负荷廓线运行相关联的燃料损耗；并且如果经调整燃料损耗的第二燃料经济性高于第一燃料经济性，则致动VCR机构以转变至第二压缩比，同时从多个转速比中选择一个转速比以提供经修改的发动机转速-负荷廓线。在之前示例中，额外地或可选择地，控制器包括进一步的指令，该进一步的指令用来：如果第一燃料经济性高于经调整燃料损耗的第二燃料经济性，则保持VCR机构的位置从而保持发动机以第一压缩比运行。在任意或所有之前示例中，额外地或可选择地，第二压缩比下的经修改的发动机转速-负荷廓线是根据第二压缩比下发动机爆震极限的第一经修改的发动机转速-负荷廓线，其中控制器包括进一步的指令，该进一步的指令用来：当保持发动机以第一压缩比运行时，预测与在第一压缩比下以第二经修改的发动机转速-负荷廓线运行相关联的燃料损耗，第二经修改的发动机转速-负荷廓线根据第一压缩比下发动机的摩擦损失；如果燃料损耗较小，则在第一压缩比下以第二经修改的发动机转速-负荷廓线运行；而如果燃料损耗较大，则在第一压缩比下保持默认的发动机转速-负荷廓线。在任意或所有之前示例中，额外地或可选择地，所述选择包括：当经修改的发动机转速-负荷廓线包括更高的发动机转速和更低的发动机负荷时，选择第一较低转速比；和当经修改的发动机转速-负荷廓线包括更低的发动机转速和更高的发动机负荷时，选择第二较高转速比。
注意，在此所包括的示例性控制和估计例程可被用于多种发动机和/或车辆系统构造。公开于此的控制方法和例程可以作为可执行指令存储于非临时存储器中并可以由控制系统实施，控制系统包括与多种传感器组合的控制器、执行器、和其他发动机硬件。在此所描述的具体例程可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的、等等。这样，所说明的多种动作、运行和/或功能可以以所说明的次序执行、并行执行、或在一些情况下被省略。相似地，所述处理的次序不是为实现在此描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了简化说明和描述被提供。一个或多个所说明的动作、运行和/或功能可以基于所使用的特定策略被重复执行。进一步地，所说明的动作、运行和/或功能可以以图表形式表示将被编程至发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时存储器中的代码，其中所述的动作通过执行系统中的指令被实施，该系统包括与电子控制器结合的多种发动机硬件组件。
应理解的是，在此公开的结构和例程本身是示范性的，并且因为多种变化是可能的，所以这些具体的实施例不应被认为具有限制意义。例如，以上技术可被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他种类发动机。本公开的主题包括本文公开的多种系统和配置和其他特征、功能和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求特别指明被视为新颖和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”元素或“第一”元素或其等价物。这些权利要求应被理解为包括一个或多个这些元素的合并，既不需要也不排除两个或更多的这些元素。对所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而要求保护。这些权利要求，无论比原权利要求的范围更宽、更窄、等同或不同，均被视为被包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于耦接无级变速器CVT的发动机的方法，所述方法包含：
针对动力水平，比较当前压缩比下的发动机效率与具有经调整的发动机转速-负荷的经修改的压缩比下的发动机效率；以及
响应于具有所述经调整的发动机转速-负荷的所述经修改的压缩比下的所述发动机效率高于阈值提升，转变至所述经修改的压缩比并调整至所述经调整的发动机转速-负荷。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含响应于低于所述发动机效率的阈值提升，保持所述当前压缩比。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包含在保持所述当前压缩比的同时调整所述发动机转速-负荷，所述当前压缩比下的所述经调整的发动机转速-负荷不同于所述经修改的压缩比下的所述经调整的发动机转速-负荷。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述经修改的压缩比下的所述经调整的发动机转速-负荷基于所述经修改的压缩比下的所述发动机的爆震极限。
5.根据权利要求4所述的方法，其中调整至所述经调整的发动机转速-负荷包括增加所述发动机转速，同时降低所述发动机负荷，从而在发动机以所述经修改的压缩比运行接近爆震极限时保持所述动力水平。
6.根据权利要求4所述的方法，其中调整至所述经调整的发动机转速-负荷包括降低所述发动机转速，同时增加所述发动机负荷，从而在发动机以所述经修改的压缩比运行远离爆震极限时保持所述动力水平。
7.根据权利要求1所述的方法，其中调整至所述经调整的发动机转速-负荷包括选择与所述经调整的发动机转速-负荷匹配的CVT转速比。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述当前压缩比下的发动机运行以及具有所述经调整的发动机转速-负荷的所述经修改的压缩比下的发动机运行中的每个中保持所述动力水平，并且其中所述动力水平是被确定为发动机负荷和发动机转速的乘积的所述发动机的动力传动系统输出。
9.根据权利要求1所述的方法，其中转变至所述经修改的压缩比包括致动可变压缩比机构，从而机械地变更所述发动机的汽缸内的活塞位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述可变压缩比机构是活塞位置改变机构，所述活塞位置改变机构包括以下元件中的一个：可变高度活塞冠部、可变长度连接杆、曲轴系统中的额外联动装置、耦接到曲轴轴承的偏心轴、耦接到连接杆的偏心轴、和耦接到活塞销的偏心轴。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述可变压缩比机构是汽缸盖间隙容积改变机构。
12.一种用于耦接无级变速器CVT的发动机的方法，所述方法包含：
针对驾驶员需求，
估计与保持第一压缩比相关联的第一燃料经济性与和转变至第二压缩比相关联的第二燃料经济性，同时以爆震调整的和摩擦调整的发动机转速-负荷廓线运行；以及
响应于所述第二燃料经济性高于所述第一燃料经济性，通过对活塞位置的机械调整转变至所述第二压缩比，并且通过对CVT转速比的调整转变至所述爆震调整的和摩擦调整的发动机转速-负荷廓线。
13.根据权利要求12所述的方法，其中转变至所述爆震调整的和摩擦调整的发动机转速-负荷廓线包括自所述第一压缩比的默认的发动机转速-负荷廓线转变；并且其中发动机以所述第一压缩比运行期间的发动机动力输出与发动机以具有所述爆震调整的和摩擦调整的发动机转速-负荷廓线的所述第二压缩比运行期间的发动机动力输出相同。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包含，响应于所述第二燃料经济性低于所述第一燃料经济性，保持所述第一压缩比，并通过对所述CVT的转速比的调整，可选择地转变至爆震调整的和摩擦调整的发动机转速-负荷廓线。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二压缩比高于所述第一压缩比，并且其中所述爆震调整的和摩擦调整的发动机转速-负荷廓线包括高于默认的发动机转速的发动机转速和低于默认的发动机负荷的发动机负荷。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二压缩比低于所述第一压缩比，并且其中所述爆震调整的和摩擦调整的发动机转速-负荷廓线包括低于默认的发动机转速的发动机转速和高于默认的发动机负荷的发动机负荷。
17.一种车辆系统，包含：
具有汽缸的发动机；
耦接到所述汽缸的活塞的VCR机构，所述VCR机构用于通过对所述汽缸内的活塞位置的机械性变更而更改所述发动机的压缩比；
无级变速器CVT，其将所述发动机耦接到车轮，所述CVT具有多个转速比；和
控制器，其具有存储于非临时存储器上的计算机可读指令，该指令用于：
估计与保持第一压缩比相关联的第一燃料经济性与和转变至第二压缩比相关联的第二燃料经济性；
如果所述第二燃料经济性较高，则预测与在所述第二压缩比下以经修改的发动机转速-负荷廓线运行相关联的燃料损耗；以及
如果所述燃料损耗调整的第二燃料经济性高于所述第一燃料经济性，则致动所述VCR机构，从而转变至所述第二压缩比，同时从多个转速比中选择一个以提供所述经修改的发动机转速-负荷廓线。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令，该指令用于：
如果所述第一燃料经济性高于所述燃料损耗调整的第二燃料经济性，则保持所述VCR机构的位置，从而保持发动机以所述第一压缩比运行。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述第二压缩比下的所述经修改的发动机转速-负荷廓线是基于所述第二压缩比下的发动机爆震极限和发动机摩擦的第一经修改的发动机转速-负荷廓线，其中所述控制器包括进一步的指令，该指令用于：
在保持发动机以所述第一压缩比运行的同时，预测与在所述第一压缩比下以第二经修改的发动机转速-负荷廓线运行相关联的所述燃料损耗，所述第二经修改的发动机转速-负荷廓线基于所述第一压缩比下的发动机爆震极限和发动机摩擦；
如果所述燃料损耗较小，则在所述第二压缩比下以所述第二经修改的发动机转速-负荷廓线运行；以及
如果所述燃料损耗较大，则在所述第一压缩比下保持默认的发动机转速-负荷廓线。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述选择包括，当所述经修改的发动机转速-负荷廓线包括较高的发动机转速和较低的发动机负荷时，选择第一较低转速比，并且当所述经修改的发动机转速-负荷廓线包括较低的发动机转速和较高的发动机负荷时，选择第二较高转速比。
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