CN107781042B - 用于优化使用主动燃料管理的发动机操作的方法 - Google Patents

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Abstract

操作内燃机的方法包括提供具有包括多个气缸的汽油内燃机的车辆，并且其中发动机能够在多个点火部分的至少一个中运行，提供真空偏置管(Offsetvac)以调整多个点火部分中的每一个的空气流容量，确定多个点火部分中的每一个的扭矩容量和提供至少足够的扭矩容量以适应当前请求扭矩(Treq)的多个可用点火部分，确定多个可用点火部分中的多个可行点火部分，以及如果最佳的点火部分提供优于当前点火部分的足够的燃料经济性效益时确定和实施可行点火部分的最佳点火部分。

Description

用于优化使用主动燃料管理的发动机操作的方法
技术领域
本发明一般涉及汽车发动机控制，更具体地，涉及当发动机采用主动燃料管理模式运行以优化燃料效率时的内燃机的操作。
背景技术
本节的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能并不构成现有技术。
典型的内燃机是单独用作特定功能的系统的组合。进气系统将节流空气提供至发动机。燃料系统存储、运输并且调节进入发动机的燃烧室的燃料流。点火系统提供用于点燃空气/燃料混合物的火花。功率转换系统将燃烧的化学能转化为传送至车辆轮胎的功。其它系统执行改善燃料经济性和排气、冷却发动机和向车厢提供热量或者运行诸如动力转向或空气调节的其它附件的功能。
发动机的尺寸通常适用于车辆的尺寸和用途。例如，为燃料效率而建造的轻小型车可包括具有1.5-2.0升排量的三个小型气缸或四个气缸发动机。替代地，特意为承载工具和牵引器械而建造的全尺寸皮卡车或货车将要求发动机具有较大排量和更多气缸。V8或V10配置中的4.5L及以上的排量提供承载和牵引沉重负载所需的扭矩和功率。然而，存在这种车辆将不需要V8或V10发动机中的所有可用扭矩的使用情况。在这种情况期间，从燃料效率的观点看，期望完全不使用所有可用气缸。因此，操作发动机的方法被开发以在保持车辆操作者可用的扭矩的总容量的同时提高燃料经济性。
主动燃料管理方法或更一般称为气缸停用已经被开发，其包括当对发动机的扭矩需求不高时关闭至气缸的燃料传递。然而，在使用主动燃料管理时，控制发动机和动力系存在许多问题。在提高燃料经济性改善的同时，必须保持或改善驾驶性能、扭矩需求、噪声和振动(N&V)。因此，在当前主动燃料管理控制实现其预定目的时，实现对确保车辆操作者预期的新的和改善的主动燃料管理控制的需求基本上是恒定的。相应地，对于改进的和可靠的主动燃料管理控制系统和方法存在需求。
发明内容
提供了一种发动机控制方法，其包含提供具有包括多个气缸的汽油内燃机的车辆，并且其中发动机能够在多个点火部分的至少一个中运行，提供真空偏置管(Offsetvac)以调整多个点火部分中的每一个的空气流容量，确定多个点火部分中的每一个的扭矩容量和提供至少足够的扭矩容量以适应当前请求扭矩(Treq)的多个可用点火部分，确定多个可用点火部分中的多个可行点火部分，以及如果最佳的点火部分提供优于当前点火部分的足够的燃料经济性效益时确定和实施可行点火部分的最佳点火部分。
在本发明的一个方面中，提供真空偏置管(Offsetvac)以调整每个点火部分的空气流容量进一步包含如果进气歧管真空(Vac)小于第一预定阈值持续时间段(T)时增加Offsetvac，如果进气歧管真空(Vac)大于第一预定阈值持续时间段(T)并且发动机负载是高的时减少Offsetvac，以及保持当前Offsetvac。
在本发明的另一方面中，确定每个点火部分的扭矩容量和具有至少足够的扭矩容量以适应当前请求扭矩Treq的多个可用点火部分进一步包含确定发动机的净扭矩容量(Tnet)，确定每个点火部分的最大制动扭矩(TFF)，以及确定产生至少足够的制动扭矩TFF以适应当前请求扭矩Treq的最小点火部分。
在本发明的又一方面中，确定发动机的净扭矩容量(Tnet)进一步包含确定Tnet作为发动机速度(RPM)、最大扭矩凸轮位置、大气压力、Vac、Offsetvac、温度和湿度的函数。
在本发明的又一个方面中，确定每个点火部分的最大制动扭矩(TFF)进一步包含通过方程确定TFF：
TFF＝Tnet*FF+Tfriction
其中Tfriction是由于发动机的摩擦损失而造成的恒定扭矩损失。
在本发明的又一方面，确定多个可用点火部分中的多个可行点火部分进一步包含为多个可用点火部分中的一个确定新的发动机速度EngSpdnew和通行发动机速度EngSpdtransit，确定多个可用点火部分中的一个的最小发动机速度EngSpdmin，确定发现多个可用点火部分中的一个的最大发动机速度EngSpdmax，并且其中EngSpdmax是当前发动机速度EngSpdcurrent、EngSpdnew和EngSpdtransit中的最高一个，确定每个EngSpdmin和EngSpdmax的净扭矩TnetESmin和TnetESmax，确定扭矩限制Tlimit作为TnetESmin和TnetESmax的最小值，如果点火部分的制动扭矩限制Tbrklim除了滞后之外大于请求制动扭矩Tbrkreq并且如果Tlimit除了滞后之外大于请求净扭矩Tnetreq，分配多个可用点火部分中的一个作为可行点火部分，以及如果点火部分的制动扭矩限制Tbrklim除了滞后之外不大于请求制动扭矩Tbrkreq或者如果Tlimit除了滞后之外不大于请求净扭矩Tnetreq，分配多个可用点火部分中的一个作为不可行点火部分。
在本发明的又一方面，如果最佳点火部分提供优于当前点火部分的足够的燃料经济性效益，确定和实施可行点火部分的最佳点火部分进一步包含确定最省燃料的多个可行点火部分FFbest，确定当前点火部分FFcurrent的燃料效率，确定最省燃料的点火部分FFbest与当前点火部分FFcurrent的效率的燃料效率比Effratio，如果Effratio大于第一阈值比TH1时保持FFcurrent，如果Effratio小于第二阈值比TH2时切换到FFbest，保持FFcurrent，以及如果Effratio小于第一阈值比TH1且大于第二阈值比TH2时确定最省燃料的多个可行点火部分FFbest。
在本发明的又一方面，如果Effratio大于第一阈值比TH1时保持FFcurrent进一步包含如果Effratio大于98.5％时保持FFcurrent，并且如果Effratio小于第二阈值比TH2时切换到FFbest进一步包含如果Effratio小于95％时切换到FFbest。
参照以下描述和附图，本发明的其它目的、方面和优点将变得显而易见，其中相同附图标记指代相同部件、元件或特征。
附图说明
本文所描述的附图仅用于示例的目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本发明的一个方面的车辆的动力系的示意图；
图2是根据本发明的一个方面的内燃机的俯视示意图；
图3是根据本发明的一个方面的内燃机的侧面示意图；
图4是根据本公开的一个方面的描绘了控制车辆发动机的方法的顶层流程图；
图5是根据本公开的一个方面的描绘了控制车辆发动机的子例程的流程图；
图6是根据本公开的一个方面的描绘了控制车辆发动机的子例程的流程图；
图7是根据本公开的一个方面的描绘了控制车辆发动机的子例程的流程图，以及
图8是根据本公开的一个方面的描绘了控制车辆发动机的子例程的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或使用。
参照图1，示例性动力系一般由附图标记10指示。动力系10包括发动机12、变速器14、驱动轴和后差速器16、驱动轮18和动力系控制模块20。发动机12是向变速器14供应驱动扭矩的内燃机。传统地，内燃机由其包括的气缸的数量和气缸布置成的何种配置来识别。所示发动机12是V8配置的发动机12，因为发动机12包括布置为“V”型配置的八个气缸。具有多个前进传动比的变速器14进而将扭矩传递至驱动轴和后差速器16和驱动轮18。
现在参照图2和图3，对发动机12进行了更加详细的示例和描述。作为系统的发动机12是由动力系控制模块20管理的以协同方式操作的多个子系统的组合，以将燃烧转化为机械功。例如，除其它子系统外，发动机12可包括燃料传递系统22、点火系统24、进气系统26、功率转换系统28、排气系统30和气门系统32。更具体地，功率转换系统28包括多个活塞34、连接杆36、气缸38和曲轴40。每个活塞34设置在一个气缸38中，活塞34销接至连接杆36的端部并且连接杆36的另一端部销接至曲轴38的偏置轴颈。活塞34的顶侧和气缸38形成燃烧室42。
进气系统26包括多个空气导管44和节流阀46。在空气导管44将在燃烧过程中使用的引入空气引导至燃烧室42内的同时，节流阀46控制通入进气系统26的空气流量。
气门系统32包括在每个气缸38中的进气阀48和排气阀50，以及用于致动进气阀46和排气阀48的机构(未示出)。进气阀48打开以允许进气系统26和燃烧室42的空气导管44之间的连通。在本实例中，每个燃烧室42中仅有一个进气阀48和一个排气阀50。然而，在不脱离本发明范围的情况下可以考虑在每个气缸38中具有多于一个的进气阀48或排气阀50的气门系统32。
燃料传递系统22包括增压燃料源或燃料泵52、燃料管线54和燃料喷射器56。燃料泵52设置在位于车辆中其它位置的燃料箱(未示出)中。燃料泵52对将增压燃料传递至燃料喷射器56的燃料管线54增压。燃料喷射器56设置在邻近进气阀48的进气系统26的空气导管44中。燃料喷射器56还可以位于燃烧室42中，其中燃料被直接喷射到燃烧室42内。
点火系统24包括火花塞58、点火线圈60和点火导线62。单个火花塞58设置在每个燃烧室42中。点火线圈60电设置在动力系控制模块20于每个火花塞58之间。动力系控制模块20将低压电信号发送至点火线圈60，其中信号步进至创造火花所需的高压信号并且随后通过点火导线62被发送至火花塞58。替代地，可以将单个线圈直接放置在每个火花塞58的顶部上，从而消除高压点火导线62。
排气系统30收集来自燃烧室42中的燃烧过程的排气并且通过诸如催化转换器和消音器(未示出)的一系列后处理机构来引导气体。一些排气可以转回到进气系统，以改善燃烧和燃料经济性。
动力系控制模块20电连接至至少发动机12和变速器14并且优选地是具有预编程数字计算机或处理器、控制逻辑、用于存储数据的存储器、以及至少一个I/O外设的电子控制装置。控制逻辑包括用于监测、操纵和生成数据的多个逻辑例程。动力系控制模块20控制每个发动机12和变速器14的操作。控制逻辑可以以硬件、软件或硬件与软件的组合来实施。例如，控制逻辑可以是存储在电子存储器存储上并由处理器执行的程序代码的形式。动力系控制模块20接收整个变速器和发动机中的若干传感器的输出信号，执行控制逻辑并且将指令信号发送至发动机12和变速器14。发动机12和变速器14接收来自动力系控制模块20的指令信号并且将指令信号转化为在发动机12和变速器14中操作的控制动作。除许多其它控制动作外，一些控制动作包括但不限于增加发动机12速度、改变空气/燃料比和改变变速器14传动比等。
例如，在由动力系控制模块20的处理器执行的软件程序代码中实施的控制逻辑包括用于采用主动燃料管理模式或方法100实施操作发动机12的方法的控制逻辑。主动燃料管理方法100被启动，以通过在发动机的扭矩需求小于可从发动机获得的最大扭矩的情况下切断至所选气缸的燃料传递和停用所选气缸来改善燃料消耗。所选气缸可从一个曲轴旋转改为下一个。以这种方式，可开发多种点火模式。点火模式从点火部分得到。每个点火部分具有与该点火部分相关联的以及与从发动机12获得的总扭矩相比的特定扭矩容量。扭矩比等于发动机12以特定点火部分操作时的可用扭矩容量除以从发动机12获得的总扭矩。
例如，主动燃料管理方法100控制逻辑包括具有图4所示流程图中的若干方法步骤的例程。每个若干主动燃料管理方法100步骤进一步包括作为主动燃料管理方法100的一部分的子例程，并且以流程图形式示出在图5-7中。例如，主动燃料管理方法100的第一步骤200是用于容量适配210的第一子例程，其中可变真空偏置管(Offvac)被调整为改变用于发动机容量的真空请求以适应负载。如果进气系统的容量未被调整，随后可能发生不期望的情况，其中发动机不传递期望扭矩。主动燃料管理方法100的第二步骤300用于通过点火部分确定扭矩容量并且产生能够提供足够扭矩以适应发动机12请求的当前扭矩的最小点火部分。主动燃料管理方法100的第三步骤400用于确定实现噪声和振动规格的可用点火部分当中的哪一个。主动燃料管理方法100的第四步骤500选择来自第三步骤400的可行点火部分的最佳点火部分并且确定最佳点火部分是否提供了优于当前点火部分的足够的燃料经济性效益以改变新最佳点火部分。
现在参照图5，示出了并且现在将描述描绘了用于操作动力系10的实施例的主动燃料管理方法100的第一步骤200的容量适配的第一子例程202的流程图。容量适配的第一子例程202包括第一步骤204，其用于判断进气歧管真空(Vac)是否小于大于第二预定阈值的第一预定阈值持续时间段(T)以及点火部分是否是稳定的或未改变成另一点火部分。如果第一步骤204的结果是肯定的，则容量适配202的第一子例程继续至用于增加Offsetvac的第二步骤206。然而，如果第一步骤204的结果是否定的，则容量适配202的第一子例程继续至第三步骤208。容量适配202的第一子例程的第三步骤208判断发动机上的负载是否是高的以及Vac是否大于大于第二预定阈值的第一预定阈值持续时间段(T)。如果第三步骤208的结果是肯定的，则容量适配202的第一子例程继续至减少Offsetvac的第四步骤210。然而，如果第三步骤208的结果是否定的，则容量适配202的第一子例程结束而不用改变Offsetvac。
现在参照图6，示出了并且现在将描述描绘了用于通过点火部分确定用于操作动力系10的实施例的主动燃料管理方法100的第二步骤300的扭矩容量的第二子例程302的流程图。用于通过点火部分确定所有主动气缸的净扭矩容量的第二子例程302包括用于发现发动机12净扭矩容量(Tnet)的第一步骤304。Tnet是发动机速度(RPM)、最大扭矩凸轮位置、大气压力、Vac、Offsetvac(来自第一子例程202)、温度和湿度的函数。使用输入变量、系数校准表和嵌入式方程的组合来得到发动机净扭矩容量Tnet。第二步骤306发现每个点火部分(FF)的最大制动扭矩TFF；
TFF＝Tnet*FF+Tfriction
其中Tfriction是由于发动机12中的各种摩擦损失造成的恒定扭矩损失(因此是负值)。第三步骤308确定产生至少足够的TFF以适应当前扭矩请求Treq的最小点火部分FFmin。
现在参照图7，示出了并且现在将描述描绘了用于确定用于操作动力系10的实施例的主动燃料管理方法100的第三步骤400的可行点火部分的第三子例程402的流程图。用于确定可行点火部分的第三子例程402包括用于发现特定点火部分的新发动机速度EngSpdnew和通行发动机速度EngSpdtransit的第一步骤404，特定点火部分满足由第二子例程302确定的最小扭矩要求。EngSpdnew是除了来自变速器14(来自查找表)的变矩器的预期滑动之外的特定扭矩请求和点火部分的变速器输入速度。EngSpdtransit是特定扭矩请求、点火部分和瞬时滑动(来自查找表)的变速器输入速度。第二步骤406发现点火部分的最小或最低发动机速度EngSpdmin，其是当前发动机速度EngSpdcurrent、EngSpdnew和EngSpdtransit中的最小值。第三步骤408发现点火部分的最高或最大发动机速度EngSpdmax，其是当前发动机速度EngSpdcurrent、EngSpdnew和EngSpdtransit中的最大值。第四步骤410通过使用查找表发现满足对EngSpdmin(TnetESmin＝f(EngSpdmin，变速器14传动比))和EngSpdmax(TnetESmax＝f(EngSpdmax，变速器14传动比))的净扭矩的噪声和振动要求的净扭矩限制。第五步骤412确定扭矩限制Tlimit为TnetESmin和TnetESmax的最小值。第六步骤414确定Tlimit是否大于除滞后之外的请求净扭矩Tnetreq。如果第六步骤414的结果是肯定的，则第七步骤416确定点火部分的制动扭矩限制Tbrklim是否大于除滞后之外的请求制动扭矩。如果第七步骤416的结果是否定的，则点火部分在第八步骤418中被标记为可行的。如果第六步骤414或第七步骤416的结果是否定的，则点火部分在第九步骤420中被标记为不可行的。第十步骤422重新启动第三子例程402以获得新的点火部分，直到发现多个可行点火部分是可行的或者已经评估了所有点火部分。
现在参照图8，示出了并且现在将描述描绘了用于选择用于操作动力系10的实施例的主动燃料管理方法100的第四步骤500的点火部分的第四子例程502的流程图。用于选择点火部分的第四子例程502包括确定最省燃料的可行点火部分FFbest的第一步骤504。第二步骤506确定当前点火部分FFcurrent的燃料效率。第三步骤508确定最省燃料的点火部分FFbest的燃料效率Effratio与当前点火部分FFcurrent的效率的比。第四步骤510确定Effratio是否大于第一阈值比TH1(例如TH1＝99.5％)。如果第四步骤的结果是肯定的，则FFbest并非足够地更加有效并且当前点火部分在第四步骤512中保持不变。如果第四步骤510的结果是否定的，则执行第六步骤514。第六步骤514确定Effratio是否小于第二阈值比TH2(例如TH2＝95％)。如果第六步骤514的结果是肯定的，则FFbest是足够地更加有效的，并且点火部分在步骤七516中从第一步骤504改变为的最有效的可行点火部分FFbest。如果第七步骤514的结果是否定的，则执行第八步骤518和第九步骤520。第八步骤518对回路的数量N进行计数。第九步骤520确定N个回路是否已被完成。如果第九步骤520的结果是肯定的，则步骤七516将点火部分从第一步骤504改变为最有效的可行点火部分FFbest。如果第九步骤520的结果是否定的，则步骤五512保持点火部分不变，并且第四子例程502再一次运行。运行此例程确保了效率改善是一致的并且避免了过度的点火部分转换，使得改变为Effratio在两个阈值限制TH1和TH2之间的点火部分将切实有益于发动机12的燃料效率。
本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本发明要旨的变型都旨在属于本发明的范围内。这种变型不能被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于操作内燃发动机的方法，所述方法包含：
提供具有包括多个气缸的汽油内燃机的车辆，并且其中发动机能够在多个点火部分的至少一个中运行；
提供真空偏置Offsetvac以调整所述多个点火部分中的每一个的空气流容量；
确定所述多个点火部分中的每一个的扭矩容量和提供至少足够的扭矩容量以适应当前请求扭矩Treq的多个可用点火部分；
确定所述多个可用点火部分中的多个可行点火部分；以及
如果最佳点火部分提供优于当前点火部分的足够的燃料经济性效益时确定和实施所述可行点火部分的所述最佳点火部分。
2.如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其中，提供真空偏置Offsetvac以调整每个所述点火部分的空气流容量进一步包含：
如果进气歧管真空度Vac小于第一预定阈值持续时间段(T)时增加Offsetvac；
如果进气歧管真空度Vac大于第一预定阈值持续时间段(T)并且发动机负载是高的时减少Offsetvac；以及
保持当前Offsetvac。
3.如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其中，确定每个点火部分的扭矩容量和具有至少足够的扭矩容量以适应当前请求扭矩Treq的多个可用点火部分进一步包含：
确定所述发动机的净扭矩容量Tnet；
确定每个点火部分的最大制动扭矩TFF；以及
确定产生至少足够的制动扭矩TFF以适应当前请求扭矩Treq的最小点火部分。
4.如权利要求3所述的操作内燃机的方法，其中，确定所述发动机的所述净扭矩容量Tnet进一步包含确定所述Tnet作为发动机速度(RPM)、最大扭矩凸轮位置、大气压力、Vac、Offsetvac、温度和湿度的函数。
5.如权利要求3所述的操作内燃机的方法，其中，确定每个点火部分FF的所述最大制动扭矩TFF进一步包含通过所述方程确定TFF：
TFF＝Tnet*FF+Tfriction
其中Tfriction是由于所述发动机的摩擦损失而造成的恒定扭矩损失。
6.如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其中，确定所述多个可用点火部分中的多个可行点火部分进一步包含：
为所述多个可用点火部分中的一个确定新的发动机速度EngSpdnew和通行发动机速度EngSpdtransit；
确定所述多个可用点火部分中的一个的最小发动机速度EngSpdmin；
确定发现所述多个可用点火部分中的所述一个的最大发动机速度EngSpdmax，并且其中EngSpdmax是当前发动机速度EngSpdcurrent、EngSpdnew和EngSpdtransit中的最大值；
确定每个EngSpdmin和EngSpdmax的净扭矩TnetESmin和TnetESmax；
确定扭矩限制Tlimit作为TnetESmin和TnetESmax的最小值；
如果所述点火部分的制动扭矩限制Tbrklim除了滞后之外大于请求制动扭矩Tbrkreq并且如果Tlimit除了所述滞后之外大于请求净扭矩Tnetreq，分配所述多个可用点火部分中的所述一个作为可行点火部分；以及
如果所述点火部分的所述制动扭矩限制Tbrklim除了所述滞后之外不大于所述请求制动扭矩Tbrkreq或者如果Tlimit除了所述滞后之外不大于请求净扭矩Tnetreq，分配所述多个可用点火部分中的所述一个作为不可行点火部分。
7.如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其中，如果所述最佳点火部分提供优于当前点火部分的足够的燃料经济性效益，确定和实施所述可行点火部分的最佳点火部分进一步包含：
确定最省燃料的多个可行点火部分FFbest；
确定所述当前点火部分FFcurrent的所述燃料效率；
确定最省燃料的点火部分与所述当前点火部分FFcurrent的所述效率的燃料效率比Effratio；
如果所述Effratio大于第一阈值比TH1时保持所述FFcurrent；
如果所述Effratio小于第二阈值比TH2时切换到所述FFbest；
保持所述FFcurrent，并且如果所述Effratio小于第一阈值比TH1且大于第二阈值比TH2时确定最省燃料的多个可行点火部分FFbest。
8.如权利要求7所述的操作内燃机的方法，其中，如果所述Effratio大于第一阈值比TH1时保持所述FFcurrent进一步包含如果所述Effratio大于98.5％时保持所述FFcurrent，并且如果所述Effratio小于第二阈值比TH2时切换到所述FFbest进一步包含如果所述Effratio小于95％时切换到所述FFbest。
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