CN107524535B - 用于基于活塞温度控制至活塞喷射器的可变油压的方法 - Google Patents
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Abstract
根据示例性实施例，一种用于基于活塞温度控制至活塞喷射器的可变油压的方法，包括温度估计模块和油泵压力控制模块。该温度估计模块基于发动机运行状态估计与汽缸相关联的活塞温度。基于温度估计值，该油泵压力控制模块控制传送至与汽缸相关联的至少一个活塞喷射器的油压水平，以选择性地在活塞上喷洒油。
Description
技术领域
本公开涉及用于基于活塞温度控制至活塞喷射器的可变油压的方法。
背景技术
在此所提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。当前署名的发明人的工作就其在该背景部分所描述的以及在提交时可以不另外被作为是现有技术的多个方面的描述而言既不明确地也不隐含地被认可为是本公开的现有技术。
内燃机在汽缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，这产生了驱动转矩。进入发动机的空气流量通过节流阀来调节，节流阀调整节流面积以控制进入发动机的空气流量。燃料控制系统调整燃料被喷射的速率以向汽缸提供期望的空气/燃料混合物和/或以获得期望的转矩输出。增加提供给汽缸的空气和燃料的量增加了发动机的转矩输出。
在火花点火式发动机中，火花发起提供给汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压燃式发动机中，汽缸中的压缩使提供给汽缸的空气/燃料混合物燃烧。
在燃烧过程期间，活塞的温度显著地升高。用于冷却活塞的方法可以包括使空气/燃料混合物富集和/或增加活塞喷射器。活塞喷射器在活塞的裙部处喷洒油。
发明内容
根据示例性实施例一方面的方法包括基于发动机运行状态估计与发动机汽缸相关联的活塞温度。油压控制模块可操作用于确定估计的活塞温度是否大于预定热温度阈值。油压控制模块进一步可操作用于控制至与汽缸相关联的至少一个活塞喷射器的油泵压力，以使得如果估计的活塞温度大于预定热温度阈值则该至少一个活塞喷射器启动。
从下文所提供的详细描述，该示例性实施例的方面的其它应用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例仅用于说明的目的而并不旨在限定本公开的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将变得更易理解本公开，其中：
图1是根据示例性实施例的方面的示例发动机系统的功能框图；
图2是根据示例性实施例的其它方面的示例发动机控制系统的功能框图；
图3是根据示例性实施例的方面的示例发动机控制方法的流程图；以及
图4是说明根据示例性实施例的方面的测量的活塞温度、估计的活塞温度以及在测量的温度和估计的温度之间的温度误差绘图的曲线图。
具体实施方式
在发动机运行期间，由连续移动的零件引起的摩擦力可能促进非预期的磨损、疲劳和/或劣化。为了对抗这种运行摩擦，发动机可以包括润滑系统(未示出)，其可以包括油泵压力控制模块、与储油器流体连通的油泵，以及至少一个活塞喷射器。在一种配置中，油泵可以是电动操作泵，其可以由根据示例性实施例的方面的控制模块可控地操作。优选地，发动机控制模块(ECM)可操作作为油泵压力控制模块，但是应当认识到，油泵压力控模块可以是专用于控制至至少一个活塞喷射器的压力的单独的单元。在另一种配置中，油泵可以是机械泵，其可以选择性地由发动机的转动输出驱动。
储油器可以部分地由油盘限定并且可以含有发动机油，比如石油基的或合成基的油。油泵可以从储油器吸取发动机油，对其加压，并将其供应至发动机内的各个移动部件以润滑和/或冷却那些部件。
如在内燃机中所常见的，以及根据示例性实施例的方面，油泵向至少一个活塞喷射器供应油，其中该油可以可操作为直接润滑和/或冷却活塞。反过来，油泵由油泵压力控制模块控制，该油泵压力控制模块可操作为控制油泵起动至少一个活塞喷射器所需的压力。
正如可以认识到的，在发动机内的主要热源是燃烧室，燃料在其中持续地燃烧。在过度和/或延长使用期间，相比于可以利用传统发动机冷却系统散发热量，活塞和汽缸可能更快地累积热量。在高压缩发动机中该热量累积问题被进一步加重，从而促使在每燃烧循环更大量的空气/燃料进入燃烧室内。
通过以(相对较冷的)发动机油喷洒活塞下侧，活塞喷射器在冷却活塞方面是有用的。尽管如此，在更轻的使用期间，使用活塞喷射器可能是不太有利的，任何微小的冷却和/或润滑效益通常被归因于增加的油流动/抽吸的寄生效率损失抵消。同样地，在某些情况下，比如低温冷发动机起动，如果目的是主动地对发动机加温至理想运行温度，则冷却效应甚至可能是不期望的。当活塞温度小于预定活塞温度阈值时，燃料糊状物形成在活塞表面上。防止燃料糊状物形成在发动机中的活塞表面上减少了由发动机所产生的颗粒物质的量。防止燃料糊状物形成在活塞表面上还可以防止诸如油稀释的其它负面效应。
根据示例性实施例的方面的方法基于估计的活塞温度控制至与发动机汽缸相关联的至少一个活塞喷射器的可变油压。现在参考图1，呈现了示例发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，该发动机102燃烧空气/燃料混合物以基于来自驱动器输入模块104的驱动器输入来产生用于车辆的驱动转矩。驱动器输入模块104包括加速器踏板位置和/或巡航控制设置(未示出)。该巡航控制设置从巡航控制系统接收，其可以是改变车辆速度以维持预定行车间距的自适应巡航控制系统。
空气通过进气系统108被吸入发动机102内。进气系统108包括进气歧管110和节流阀112，该节流阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM)114控制节流致动器模块116，该节流致动器模块116调节节流阀112的打开以控制被吸入进气歧管110内的空气的量。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的汽缸内。尽管发动机102可以包括多个汽缸，但是为了说明的目的示出了单个的代表性汽缸118。仅举例而言，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM114可以停用一些汽缸，这可以改善在某些发动机运行状态下的燃料经济性。
发动机102可以利用四冲程循环运行。以下描述的四冲程被命名为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每个旋转期间，在汽缸118内发生四个冲程中的两个。因此，汽缸118需要两个曲轴旋转来经历所有四个冲程。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入汽缸118内。ECM114控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块124调节燃料喷射器126以获得期望的空气/燃料比。如当前已示出的，燃料喷射器126将燃料直接喷射到汽缸内。另外地或替代地，可以将燃料喷射到与汽缸相关联的混合室内。另外，可以将燃料喷射到在中心位置处或在诸如每个汽缸的进气阀122附近的多个位置处的进气歧管110内。燃料致动器模块124可以暂停向已被停用的汽缸喷射燃料。
在压缩冲程期间，在汽缸118内的活塞128压缩空气/燃料混合物。至少一个活塞喷射器(未示出)设置在邻近活塞的下侧以用于在活塞上喷洒油。应当认识到，并不期望允许油和空气/燃料混合物一起进入燃烧室，因此将油喷洒在活塞的下侧上将最小化此类事件的相关风险。
发动机102可以是压燃式发动机，在该情况下汽缸118中的压缩将空气/燃料混合物点燃。替代地，发动机102可以是火花点燃式发动机(例如，火花点燃直接喷射(SIDI)发动机)，在该情况下火花致动器模块130基于来自ECM114的信号对汽缸118中的火花塞132供能，这点燃了空气/燃料混合物。可以相对于活塞处于其称为上止点(TDC)的最高位置时的时间指定火花的定时。
火花致动器模块130可以由定时信号控制，该定时信号指定在TDC之前或之后多远处产生火花。由于活塞位置直接与曲轴转动相关，火花致动器模块130的操作可以与曲轴角度同步。在各种实施方式中，火花致动器模块130可以暂停向已被停用的汽缸提供火花。
产生火花可以被称作点火事件。火花致动器模块130可以具有针对每个点火事件改变火花的定时的能力。火花致动器模块130甚至可以当上个点火事件与下个点火事件之间的火花定时信号改变时，能够针对下个点火事件改变火花定时。在各种实施方式中，发动机102可以包括多个汽缸并且火花致动器模块130可以针对发动机102中的所有汽缸按相同的量相对于TDC改变火花定时。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，由此驱动曲轴。燃烧冲程可以被定义为在活塞到达TDC和活塞返回至下止点(BDC)时的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞从BDC开始向上移动并且通过排气阀134排出燃烧的副产物。燃烧的副产物通过排气系统136从车辆排出。
发动机系统100可以利用曲轴位置(CKP)传感器180测量曲轴的位置。根据示例性实施例的方面，CKP传感器180还用于确定发动机速度。可以利用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以位于发动机102内或者在冷却剂所循环处的其它位置，比如散热器(未示出)。油压传感器183位于发动机102上并且用于测量发动机油压和将测量值发送给ECM114。油压传感器183还可以位于油泵输出(未示出)附近以用于测量油压。
利用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，可以测量发动机真空，其为环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差异。利用空气质量流量(MAF)传感器186测量流入进气歧管110内的空气的质量流率。在各种实施方式中，MAF传感器186可以位于壳体中，该壳体还包含节流阀112。
节流致动器模块116利用一个或多个节流位置传感器(TPS)190监控节流阀112的位置。利用进气空气温度(IAT)传感器192测量正在被吸入发动机102内的空气的环境温度。利用空气/燃料比(AFR)传感器194测量由发动机102输出的废气的空气/燃料比。ECM114利用来自传感器的信号为发动机100做出控制决定。例如，ECM114估计活塞温度并基于活塞温度调整喷射定时、喷射压力、喷射位置和/或每发动机循环喷射的数目。根据示例性实施例的方面，ECM114可操作为控制活塞喷射器的喷洒。
现在参考图2，ECM114的示例实施方式包括速度确定模块202、负载确定模块204、温度估计模块206，以及温度滤波器模块208。速度确定模块202基于来自CKP传感器180的输入确定发动机速度。例如，速度确定模块202可以基于随着曲轴完成一个或多个旋转而过去的一段时间计算发动机速度。速度确定模块202输出该发动机速度。
负载确定模块204基于来自MAF传感器186的输入确定发动机负载。负载确定模块204可以基于空气的质量流率和发动机102中的汽缸的数目确定每汽缸的空气流的量。发动机负载可以与每汽缸的空气流的量直接成比例。负载确定模块204输出该发动机负载。
温度估计模块206基于发动机运行参数估计活塞温度。发动机运行参数可以包括发动机速度、发动机负载、进气空气温度、发动机冷却剂温度、油压、每气缸空气、空气/燃料比，和/或火花定时。根据示例性实施例，发动机运行状态是发动机速度、发动机冷却剂温度、油压，以空气汽缸压力。如果汽缸被停用，则用于估计活塞温度的发动机运行状态是发动机冷却剂温度和用来精确模拟由摩擦产生的热的预定补偿值。空气/燃料比和/或火花定时可以与发动机102中的所有汽缸和/或活塞温度所关联的单个汽缸相关联。
温度估计模块206可以从AFR传感器194接收空气/燃料比。另外地或替代地，温度估计模块206可以基于从节流控制模块210和燃料控制模块212接收的输入确定空气/燃料比。所接收的输入可以包括期望的节流面积和期望的脉冲宽度。温度估计模块206基于从火花控制模块214接收的输入确定火花定时。所接收的输入可以包括期望的火花定时。油泵压力控制模块215控制传送到至少一个活塞喷射器135的压力水平。根据示例性实施例的方面，如果油泵压力控制模块215引起到至少一个活塞喷射器135的压力水平升高，则将油喷洒到活塞128的下侧上。如果油泵压力控制模块215引起到至少一个活塞喷射器135的压力水平降低，则不将油喷洒到活塞128的下侧上。
温度估计模块206可以基于发动机运行状态利用预定关系估计活塞温度。预定关系可以体现为数学模型和/或查找表。预定关系可以对发动机运行状态应用权重因子。应用于一些发动机运行状态(例如，发动机速度、发动机负载、空气/燃料比)的权重因子可以大于应用于其它发动机运行状态(例如，进气空气温度、火花定时)的权重因子。
当发动机102运行在稳态状态时可以求出预定关系。当发动机102是温热时(例如，在运行温度下)和/或以相对恒速运行时，发动机102可以运行在稳态状态。利用预定关系估计的活塞温度可以被称为稳态温度。温度估计模型206输出该稳态活塞温度。
温度滤波器模块208利用滞后滤波器过滤活塞温度以考虑运行在瞬时状态的发动机102。当发动机102是冷的时(例如，在低于运行温度的温度下)和/或当发动机102迅速加速或减速时，发动机102可能运行在瞬时状态。当发动机102运行在瞬时状态时，活塞温度可以不和发动机运行状态变化一样地迅速变化。由此，滞后滤波器可以用来弥补活塞温度变化率和发动机运行状态变化率之间的差异。被过滤的活塞温度可以被称为瞬时温度。
温度滤波器模块208可以利用一阶滞后滤波器过滤活塞温度。例如，温度滤波器模块208可以利用以下等式确定在当前迭代中的已过滤活塞温度(Tf)pres：
(1)(Tf)pres＝(Tf)prev+k*[(Tss)pres-(Tf)prev)]
其中(Tf)prev是在先前迭代中确定的已过滤温度，k是常数，且(TSS)pres是在当前迭代中确定的稳态温度。常数k可以是在0和1之间的预定值，包含0和1。
滞后滤波器可以通过建模、测试和/或校正来求出。可以基于发动机102的运行状态调整滞后滤波器。例如，可以基于发动机速度和/或ECM114的迭代循环率调整常数k。在各种实施方式中，常数K与发动机速度和ECM114的迭代循环率直接成比例。温度滤波器模块208输出活塞温度作为已过滤的。
燃料控制模块212基于活塞温度控制喷射定时、喷射压力、喷射位置和/或每发动机循环喷射的数目。当活塞温度小于温度阈值时，燃料控制模块212可以延迟喷射定时，调整喷射压力，调整喷射位置和/或命令每发动机循环多次喷射。燃料控制模块212可以通过从经由端口喷射和直接喷射喷射燃料切换为仅经由端口喷射喷射燃料来调整喷射位置。当活塞温度大于温度阈值时，燃料控制模块212可以停止延迟喷射定时，经由直接喷射喷射燃料和/或命令每发动机循环单次喷射。
燃料控制模块212输出期望的脉冲宽度。燃料控制模块212可以基于驱动器转矩请求确定期望的脉冲宽度，该驱动器转矩请求可以基于驱动器输入来确定。当燃料控制模块212命令每发动机循环多次喷射时，燃料控制模块212可以按照喷射的数目划分期望的脉冲宽度以获得每喷射的脉冲宽度。
燃料控制模块212还输出期望的曲柄角，其是与当期望喷射开始时的时间对应的曲柄角。当活塞128完成进气冲程时，燃料控制模块212可以调整期望的曲柄角以将燃料喷射到汽缸118内。由此，可以以TDC之前的度数来指定期望的曲柄角。当燃料控制模块212延迟喷射定时时，燃料控制模块212可以减小期望的曲柄角以将喷射开始推迟。
节流控制模块210基于期望的节流面积指示节流致动器模块116调节节流阀112。燃料控制模块212基于期望的脉冲宽度和期望的曲柄角指示燃料致动器模块124调节燃料喷射器126。火花控制模块214基于期望的火花定时指示火花致动器模块130调节火花塞132。油泵压力控制模块215与温度估计模块206和温度滤波器模块208进行通信以确定何时增大或减小传送至至少一个活塞喷射器135的油压。
根据示例性实施例的方面，当估计的活塞温度大于预定热温度阈值时，油泵压力控制模块215增大传送至至少一个活塞喷射器135的压力，而当估计的活塞温度并未超过预定热温度阈值时，减小至少一个活塞喷射器135的压力。如此，该至少一个活塞喷射器135仅当估计的温度超过预定温度阈值时喷洒活塞128且需要对照预定冷却计划表或查找表阈值被冷却。相应地，来自启动该至少一个活塞喷射器135的发动机工作负载被有效地降低，这带来燃料经济性的提高。
现在参考图3，方法300用于基于活塞温度控制至活塞喷射器的可变油压。在框310处，方法以ECM114确定发动机102是否打开而开始。如果ECM114确定发动机102打开则在框320处ECM开始监控发动机114的运行状态。根据示例性实施例的方面，ECM114监控曲轴位置传感器180以确定发动机速度、监控发动机冷却剂温度传感器182以确定发动机冷却剂温度、监控油压传感器183以确定油压，以及监控MAF传感器186以确定每汽缸空气的值。这些发动机运行状态由温度估计模块206和温度滤波器模块208用来确定估计的活塞温度。
在框330处，温度估计模块206基于数学模型，利用由CKP传感器180、ECT传感器182、油压传感器183和MAF传感器186感测的发动机运行状态来确定估计的活塞温度。
在框340处，ECM确定是否正在出现发动机瞬时状态。如果检测到瞬时状态，则在框350处，温度滤波器模块208基于用于确定活塞128热惯性的数学模型调整估计的活塞温度。该数学模型可以弥补但不限于活塞质量、热历史，以及各种发动机运行状态。在温度滤波器模块208调整由温度估计模块206计算出的估计的活塞温度之后，则方法继续到框360。此外，如果未检测到瞬时状态，则方法在框360处继续。
在框360处，油压控制模块215确定估计的活塞温度是否大于预定热温度阈值。如果油泵压力控制模块215确定估计的活塞温度大于预定热温度阈值，则在框370处，油泵压力控制模块将传送至至少一个活塞喷射器135的油压水平控制为升高且将油喷洒在活塞128的下侧上以用于冷却。如果油泵压力控制模块215确定估计的活塞温度小于预定热温度阈值，则在框380处，油泵压力控制模块215将传送至活塞喷射器135的油压水平控制为降低，使得不将油喷洒在活塞128上。从框370和框380起，该方法在框310处重复直到发动机102关闭为止。
现在参考图4，曲线图400说明了根据示例性实施例的测量的活塞温度、估计的活塞温度以及在测量的温度和估计的温度之间的温度误差的绘图。x轴表示以秒为单位的时间，且y轴表示以摄氏度为单位的温度。如所示出的，估计的活塞温度410和测量的活塞温度420轨迹非常接近，如可以由相对活塞温度误差430所验证的。应当认识到，实时的活塞温度估计模块允许最优化缓解策略以用于对照基于预定计划表的冷却策略选择性地冷却活塞。
前述的描述本质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开及其应用或使用。本公开的广泛教导可以通过各种形式来实现。因此，虽然本公开包括了特定示例，但是本公开的真实范围不应该局限于此，因为通过研究附图、说明书以及所附权利要求书其它修改将是显而易见的。为了清楚起见，相同的附图标记在图中被用来标识相似的元件。如本文所使用的，短语“A、B或C中的至少一个”应该被理解为是指逻辑(A或B或C)，使用非排他性的逻辑或。应当理解，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行，而并不改变本公开的原理。
如本文所使用的，术语“模块”可以指的是部分的或包括：专用集成电路(ASIC)，电子电路，组合逻辑电路，可编程门阵列(FPGA)，执行代码的(共享、专用或组)处理器，提供所述功能的其它合适的硬件部件，或以上的一些或全部的组合，比如在片上系统中。术语“模块”可以包括(共享、专用或组)存储器，其存储由处理器执行的代码。
术语“代码”，如以上所使用的，可以包括软件、固件和/或微码，并且可以是指程序、例程、函数、类和/或对象。术语“共享”，如以上所使用的，意思是指来自多个模块的一些或所有代码可以利用单个(共享)处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个(共享)存储器来存储。术语“组”，如以上所使用的，意思是指来自单个模块的一些或全部代码可以利用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以由一组存储器来存储。
本文所述的设备和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现。计算机程序包括处理器可执行指令，其存储在非瞬时性有形计算机可读介质上。计算机程序还可以包括存储的数据。非瞬时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、磁存储器以及光存储器。
Claims (11)
1.一种用于控制与汽缸相关联的至少一个活塞喷射器的油泵压力的方法，包括：
当所述汽缸被停用时，基于发动机冷却剂温度和预定补偿值估计活塞温度；
确定估计的活塞温度是否大于预定热温度阈值；以及
控制与所述汽缸相关联的至少一个活塞喷射器的油泵压力，以使得如果所述估计的活塞温度大于所述预定热温度阈值则所述至少一个活塞喷射器启动。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述活塞的预定热惯性估计所述活塞温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述油泵压力进一步包括，如果所述估计的活塞温度大于所述预定热温度阈值，则增大至所述至少一个油喷射器的所述油泵压力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述油泵压力进一步包括，如果所述估计的活塞温度小于所述预定热温度阈值，则减小至所述至少一个油喷射器的油泵压力。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于发动机运行状态估计活塞温度，所述发动机运行状态包括发动机速度、发动机油压、每汽缸空气，以及发动机冷却剂温度。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括基于高发动机油压估计所述活塞温度。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括基于低发动机油压估计所述活塞温度。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用滞后滤波器过滤所述活塞温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述滞后滤波器是一阶滞后滤波器。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括基于发动机速度和迭代循环率中的至少一个调整所述滞后滤波器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，以第一速率调整所述活塞温度，所述第一速率与所述发动机速度和所述迭代循环率中的至少一个直接成比例。
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