CN109863291B - 改变点火序列的相位的方法以及跳过点火发动机控制器 - Google Patents

Abstract

描述了用于在发动机的操作期间动态地改变点火序列的相位的方法和控制器。这些描述的方法和控制器结合该发动机的动态跳过点火操作特别有用。

Description

改变点火序列的相位的方法以及跳过点火发动机控制器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月20日提交的美国专利申请号15/299,259的优先权，该美国专利申请通过援引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及在发动机的跳过点火操作期间管理点火序列相位转变，更具体地，涉及一种改变点火序列的相位的方法以及跳过点火发动机控制器。

背景技术

本发明可用于希望从动态跳过点火发动机控制转变到基于固定汽缸的点火模式的应用中。

跳过点火发动机控制被理解成提供多项益处，包括可能提高燃料效率。通常，跳过点火发动机控制设想在选定的点火时机期间选择性地跳过某些汽缸的点火。因此，例如，特定汽缸可以在一个点火时机期间被点火并且然后可以在下一个点火时机期间被跳过，并且然后在下一个点火时机期间被选择性地跳过或点火。跳过点火发动机操作区别于传统的可变排量发动机控制，其中指定的一组汽缸在某些低负载操作条件期间基本上同时停用并且只要发动机保持在相同的排量模式下就保持停用。因此，在任何特定可变排量模式下的操作期间，对于每个发动机循环而言特定汽缸点火的序列总是完全相同(只要发动机保持在相同的排量模式下)，而在跳过点火操作期间通常不是这样。例如，8缸可变排量发动机可以停用这些汽缸中的一半(即，4个汽缸)，使得它仅使用剩余的4个汽缸操作。现今可获得的可商购可变排量发动机通常仅支持两种或至多三种固定排量模式。

通常，跳过点火发动机操作有助于比使用传统的可变排量途径可能实现的更精细地控制有效发动机排量。例如，对4缸发动机中的每三个汽缸进行点火将提供最大发动机排量的1/3的有效排量，这是通过简单地停用一组汽缸无法获得的分数排量。在概念上，使用跳过点火控制几乎可以获得任何有效排量，但在实践中大多数实现方式将操作限制于可用点火分数、序列或模式的集合。诸位申请人已经提交了描述跳过点火控制的多种不同途径的多份专利。举例来说，美国专利号8,099,224；8,464,690；8,651,091；8,839,766；8,869,773；9,020,735；9,086,020；9,120,478；9,175,613；9,200,575；9,200,587；9,291,106；9,399,964等描述了使得在动态跳过点火操作模式下操作各种各样的内燃发动机可行的各种发动机控制器。这些专利和专利申请各自通过援引并入本文。

在动态跳过点火模式下操作时使用的一些点火分数将导致相同的汽缸在每个发动机循环都被点火。当发生这种情况时，有时可能需要控制对哪些特定汽缸进行点火。本申请描述了可以用于管理点火序列的相位并且在与动态跳过点火控制结合时特别有用的技术。

发明内容

描述了用于在发动机的操作期间动态地改变点火序列的相位的方法和控制器。这些描述的方法和控制器结合该发动机的动态跳过点火操作特别有用。

在一个方面，一种控制方法包括确定选择的工作室点火决定是否与当点火序列处于希望的相位时将作出的点火决定一致。当确定选择的工作室点火决定与当点火序列处于希望的相位时将作出的点火决定不一致时，调整点火序列的相位。然后可以重复检查和调整步骤，直到达到希望的相位。

在一些实现方式中，在发动机的操作期间使用一阶ΣΔ转换器作出工作室跳过/点火判定。当使用一阶ΣΔ转换时，可以通过向ΣΔ转换器中的累加器添加偏移值来完成相位调整。在一些此类实现方式中，偏移值的绝对值是等于点火分数的分母的倒数的分数。在其他实现方式中，偏移值的绝对值是小于点火分数的分母的倒数的分数。

在一些实施例中，工作室具有设置的点火时机顺序，并且在工作室点火时机顺序中紧跟在前一工作室中的点火工作循环之后的任何工作循环期间不作出点火序列相位调整。还可以约束点火序列相位调整，使得在紧跟在作出前一点火序列相位调整的工作循环之后的任何工作循环期间不作出点火序列相位调整。

在另一方面，一种控制器利用一阶ΣΔ转换器来指导发动机在跳过点火模式下的操作。当发动机转变到具有在每个发动机循环重复的对应点火序列的点火分数时，检查点火序列的相位以确定它是否匹配希望的点火序列。如果不匹配，则将点火序列相位改变为希望的第二相位，由此致使在以第二点火分数的操作期间的每个发动机循环将工作室中的希望的一组工作室点火。

在一些情况下，点火分数转变可以是从遍历跳过点火序列到非遍历点火分数的转变。

在一些实施例中，一阶ΣΔ转换器包括累加器，该累加器跟踪已经请求但并未递送或已经递送但并未请求的点火的部分，并且通过向累加器添加偏移值来改变点火序列的相位。

在一些实施例中，当从具有希望点火序列的点火分数转变为遍历点火分数时，结合转变到遍历点火分数，不向累加器添加偏移值或从累加器减去偏移值。

还描述了被配置成用于以所描述的方式控制发动机的各种跳过点火发动机控制器。

附图说明

参考结合附图进行的以下说明可以最佳地理解本发明及其优点，在附图中：

图1是展示了代表性动态跳过点火发动机控制器的架构的框图。

图2是展示了根据一个实施例的用于转变到优选序列相位的过程的流程图。

图3是展示了根据第二实施例的用于转变到优选序列相位的过程的流程图。

图4是展示了根据实施一阶ΣΔ转换器的实施例的代表性点火正时确定单元的框图。

图5是展示了用于将相位偏移添加到点火模式的代表性系统的框图。

在附图中，有时使用相同的附图标记来指定相同的结构元件。还应了解，附图中的描绘是图解的而不是按比例的。

具体实施方式

本申请描述了可以用于管理点火序列的相位的若干种技术。换句话说，所描述的技术允许在点火分数导致固定模式时消除将哪些汽缸点火以及跳过哪些汽缸的模糊性。

申请人已经描述了逐个点火时机地动态地作出点火决定而不使用预定义模式的许多基于ΣΔ转换的跳过点火发动机控制方案和控制器。这种技术有时被称为动态跳过点火。在一些实现方式中，使用一阶ΣΔ转换来确定点火序列。在图1中示出并在下文描述代表性的基于一阶ΣΔ的动态跳过点火控制器架构。通常，将请求的点火分数输入到ΣΔ转换器，然后该ΣΔ转换器输出命令以跳过或点火特定的汽缸工作循环，其方式为使得希望百分比的工作循环被点火而剩余的工作循环被跳过。

在图1中功能性地示出了代表性的跳过点火控制器10。所示出的跳过点火控制器10包括扭矩计算器20、点火分数和动力传动系设置确定单元30、转变调整单元40、以及点火正时确定单元50。为了说明的目的，跳过点火控制器10被示出为与发动机控制单元(ECU)70分离，该ECU实施所命令的点火并提供详细的部件控制。然而，应了解的是，在许多实施例中，跳过点火控制器10的功能性可以并入ECU 70中。实际上，预期将跳过点火控制器并入ECU或动力传动系控制单元中是最常用的实现方式。

扭矩计算器20被安排成基于多个输入在任何给定时间确定所希望的发动机扭矩。扭矩计算器向点火分数和动力传动系设置确定单元30输出请求扭矩21。点火分数和动力传动系设置确定单元30被安排成基于当前操作条件确定适合于递送所希望的扭矩的点火分数，并且输出适合于递送所希望的扭矩的希望操作点火分数33。单元30还确定适合于以指定点火分数递送所希望的扭矩的选定发动机操作设置(例如，歧管压力31、凸轮正时32、变矩器滑差等)。

在许多实现方式中，点火分数和发动机与动力传动系设置确定单元30在被确定为具有相对良好NVH特性的预定义点火分数集合之间进行选择。在此类实施例中，在所希望的操作点火分数之间存在周期性转变。已经观察到操作点火分数之间的转变可以是不希望的NVH的来源。转变调整单元40被安排成在转变期间以有助于减轻一些转变相关联NVH的方式调整命令的点火分数和某些发动机或动力传动系设置(例如，凸轮轴相位、节气门板位置、进气歧管压力、变矩器滑差)。

点火正时确定单元50负责确定递送所希望的点火分数的特定点火正时。该点火序列可以使用任何合适的途径来确定。在一些优选的实现方式中，可以逐个点火时机地动态地作出点火决定，这允许非常快速地实现所希望的改变。本申请人之前已经描述了非常适于基于潜在随时间改变的请求点火分数或发动机输出来确定适当点火序列的各种点火正时确定单元。许多这样的点火正时确定单元是基于ΣΔ转换器，该转换器特别适于逐个点火时机地作出点火决定。在一些优选实现方式中，ΣΔ转换器利用一阶ΣΔ转换，如下文将更详细地描述。在其他实现方式中，可以使用模式发生器、有限状态机、具有存储器的查找表或预定义模式来促进所希望的点火分数的递送。

扭矩计算器20接收可以影响或指明任何时刻的所希望发动机扭矩的多个输入。在汽车应用中，对扭矩计算器的主要输入之一是指示加速踏板的位置并用于指示驾驶员的驾驶扭矩请求的加速踏板位置(APP)信号24。在一些实现方式中，加速踏板位置信号是直接从加速踏板位置传感器(未示出)接收，而在其他实现方式中，可选的预处理器22可以在将加速踏板信号递送至跳过点火控制器10之前对其加以修改。在巡航控制器或自主驾驶单元(ADU)指导发动机的操作的实施例中，可以从巡航控制器(经由CCS命令26)或从ADU接收驾驶扭矩请求。有时，诸如变速器控制器(AT命令27)、牵引控制单元(TCU命令28)等的其他功能块可以发送重写或修改驾驶员请求的扭矩的命令。还存在诸如发动机转速等可能影响扭矩计算的多个因素。当在扭矩计算中利用这样的因素时，扭矩计算器在必要时还提供或可获得适当的输入，诸如发动机速度(RPM信号29)。

此外，在一些实施例中，可能希望考虑传动系中的能量/扭矩损失，和/或为了驱动发动机附件诸如空调器、交流发电机/发电机、动力转向泵、水泵、真空泵和/或这些以及其他部件的组合而需要的能量/扭矩。在这样的实施例中，扭矩计算器可以被安排成计算这样的值或接收对相关联负载的指示，使得可以在所希望扭矩的计算过程中考虑这些。

扭矩计算的性质将随着车辆的操作状态而改变。例如，在正常操作期间，所希望扭矩可以主要是基于驾驶员的输入，这可以通过加速踏板位置信号24来反映。当在巡航控制下操作时，所希望扭矩可以主要是基于来自巡航控制器的输入。在自主车辆中，所希望扭矩可以主要是基于来自ADU的输入。当变速器换档迫近时，可以使用变速器换档扭矩计算来确定换档操作期间的所希望扭矩。当牵引控制器等指示牵引事件的潜在损失时，可以使用牵引控制算法来确定适合于应对该事件的所希望扭矩。在一些情形下，压下制动踏板可以引起特定发动机扭矩控制。当发生要求对发动机输出进行测量控制的其他事件时，可以使用适当的控制算法或逻辑来确定此类事件从始至终的所希望扭矩。在这些情形中的任一者下，可以按任何被认为适合于具体情形的方式来进行所要求扭矩的确定。例如，可以按算法、使用基于当前操作参数的查找表、使用适当逻辑、使用设定值、使用存储的曲线、使用以上这些的任何组合和/或使用任何其他适当的途径来进行适当扭矩的确定。特定应用的扭矩计算可以由扭矩计算器自身进行，或者可以由其他部件(在ECU之内或之外)进行并且简单地报告给扭矩计算器以便实施。

点火分数和动力传动系设置确定单元30接收来自扭矩计算器20的请求扭矩信号21以及其他输入，诸如发动机速度29以及可用于确定适当的操作点火分数33以在当前条件下递送所请求的扭矩的各种动力传动系操作参数和/或环境条件。动力传动系参数包括，但不限于，节气门位置、凸轮相位角、燃料喷射正时、火花正时、岐管进气压力、空气进气质量、变矩器滑差、变速器档位等。点火分数指示要用于递送所希望输出的点火的分数或百分比。在一些实施例中，点火分数可以被认为是ΣΔ转换器的模拟输入。通常，将点火分数确定单元约束为有限的可用点火分数、模式或序列集合，这些是至少部分地基于其相对更希望的NVH特性而选择的(在本文中有时统称为可用点火分数集合)。有多个因素可能影响该可用点火分数集合。这些通常包括所请求的扭矩、汽缸负载、发动机速度(例如，RPM)、车辆速度、以及当前变速器档位。它们可能还可以包括各种环境条件，诸如环境压力或温度和/或其他所选动力传动系参数。单元30的点火分数确定方面被安排成基于此类因素和/或跳过点火控制器设计者可能认为重要的任何其他因素来选择所希望的操作点火分数33。举例而言，在美国专利号9,086,020和美国专利申请号13/963,686、14/638,908和15/147,690中描述了几个适合的点火分数确定单元，这些申请中的每一者通过援引并入本文。

可用点火分数/模式的数量以及其间可以使用它们的操作条件可以基于各种设计目标和NVH考虑因素而广泛地改变。在一个具体实例中，点火分数确定单元可以被安排成将可用点火分数限制为29个可能的操作点火分数的集合，其中的每一者都是分母为9或更小的分数，即，0、1/9、1/8、1/7、1/6、1/5、2/9、1/4、2/7、1/3、3/8、2/5、3/7、4/9、1/2、5/9、4/7、3/5、5/8、2/3、5/7、3/4、7/9、4/5、5/6、6/7、7/8、8/9和1。然而，在某些(其实大多数)操作条件下，该可用点火分数集合可以减少，并且有时可用集合被大大减小。通常，该可用点火分数集合趋向于在较低档位和较低发动机速度下较小。例如，可能存在这样的操作范围(例如，接近怠速和/或在第一档中)：其中，可用点火分数集合限于仅两个可用分数(例如，1/2或1)或仅4个可能的点火分数，例如，1/3、1/2、2/3和1。当然，在其他实施例中，针对不同操作条件的容许点火分数/模式可以广泛改变。

当可用点火分数集合是有限的时，通常将需要改变各种动力传动系工作参数诸如空气进气质量(MAC)和/或火花正时，以确保实际的发动机输出匹配所希望的输出。在图1所示的实施例中，这个功能并入单元30的动力传动系设置部件中。在其他实施例中，它可以以与点火分数计算器协作的动力传动系参数调整模块(未示出)的形式实施。无论哪种方式，单元30的动力传动系设置部件或动力传动系参数调整模块都确定适合于确保以下情况的所选择的动力传动系参数：实际发动机输出基本上等于在命令点火分数处所请求的发动机输出并且车轮接收到希望的制动扭矩。在确定适当的动力传动系参数时可以包括变矩器滑差，因为增加变矩器滑差通常会降低感知的NVH。根据发动机的性质，可以以多种方式控制空气进气量。最常见的是，通过控制进气歧管压力和/或凸轮相位来控制空气进气量(当发动机具有凸轮相位器或用于控制气门正时的其他机构时)。然而，当可用时，诸如可调整气门挺杆的其他机构、类似涡轮增压器或机械增压器的气压增压装置、诸如排气再循环的空气稀释机构或者其他机构也可以用于帮助调整空气进气量。在所示实施例中，根据希望的进气歧管压力(MAP)31和希望的凸轮相位设置32来指示希望的空气进气量。当然，当使用其他部件来帮助调节空气进气量时，也可以指示这些部件的值。

点火正时确定单元50被安排成发出点火命令序列52以致使发动机递送由命令点火分数48指定的点火百分比。点火正时确定模块50可以采用多种多样的不同形式。举例而言，ΣΔ转换器作为点火正时确定单元50工作良好。本申请人的多份专利和专利申请描述了各种适合的点火正时确定模块，包括多种多样的作为点火正时确定模块工作良好的基于ΣΔ的转换器。参见，例如，美国专利号7,886,715、8,099,224、8,131,445、8,839,766、9,020,735和9,200,587。由点火正时确定单元50输出的点火命令序列(有时被称为驱动脉冲信号52)可以被传递给发动机控制单元(ECU)70或另一模块，诸如协调实际点火的燃烧控制器(图1中未示出)。使用ΣΔ转换器或类似结构的显著优点在于，它固有地包括跟踪已经请求但还尚未递送的点火部分的累加器或存储器功能。这样的安排通过考虑之前点火/零点火决定的影响而帮助使转变平稳。

当单元30命令改变点火分数时，通常(实际上典型地)希望同时命令改变汽缸空气进气质量(MAC)。由于填充或排空进气歧管和/或调整凸轮相位所固有的等待时间，实现空气进气量的变化趋向于比可以实施点火分数的变化更慢。转变调整单元40被安排成在转变期间以减轻转变过程中的意外扭矩激增或下降的方式调整命令点火分数以及各种操作参数，诸如命令凸轮相位和命令歧管压力。也就是说，转变调整单元40至少管理凸轮相位或影响空气进气量(例如，节气门位置)的一个或多个其他致动器，以及在命令点火分数之间的转变期间的点火分数。它还可以控制其他动力传动系参数，诸如变矩器滑差。

在各种替代实现方式中，构成跳过点火控制器10的功能块可以以多种多样不同的形式实现。例如，可以使用微处理器、ECU或其他计算装置，使用模拟部件或数字部件，使用可编程逻辑，使用前述各项的组合和/或以任何其他合适的方式在算法上实现特定部件中的任一者。

如上所述，点火正时确定单元50的一个优选实现方式利用一阶ΣΔ转换。下表1将用于促进解释一阶ΣΔ计算的性质。通常，每次出现点火时机时，ΣΔ转换器将当前请求的点火分数添加到累加的结转值(carryover value)。如果总和小于1，则不将汽缸点火并且将总和结转以用于确定下一次点火。如果总和超过1，则将汽缸点火并从累加值中减去值1。然后针对每个点火时机重复该过程。通过这种安排，累加器有效地牵引已经请求但尚未递送的点火部分。被认为是一目了然的下表示出了响应于所请求的点火分数的特定序列而生成的点火序列。

当然，总体等效的控制器可以基于负数，其中累加器用公式表示为递减函数而不是递增函数。也就是说，第一跟踪点火时机可能是点火，并且累加器可以被安排成跟踪已经递送但尚未请求的点火部分。

在点火正时确定单元50中使用的ΣΔ转换器可以使用数字或模拟硬件、使用可编程逻辑、在使用可编程代码的处理器上或以任何其他合适的方式来实施。图4中示出了一阶ΣΔ转换器的代表性硬件实现方式。该转换器包括累加器/积分器55，该累加器/积分器接收命令点火分数48并将模拟信号54输出到比较器/量化器56。如果输入模拟信号54等于或大于1，则量化器56输出“1”，并且如果输入模拟信号小于1，则输出“0”。量化器56的输出是点火命令52，这些点火命令也被反馈到累加器55。ΣΔ转换器的循环与发动机点火时机同步，使得由ΣΔ转换器输出的每个比特可以被视为对应发动机点火时机(汽缸工作循环)的跳过/点火命令。因此，ΣΔ转换器输出比特流(零和一)，其中每个比特被解释为相关联点火时机的跳过命令(零)或点火命令(一)。

在所示出的实施例中，累加器/积分器55有三个输入，它们在每个ΣΔ循环之后与累加器55中保持的值相加。那些输入包括点火分数48、可选的偏移49(下文参考图2讨论)和来自前一ΣΔ循环的累加器输出的负反馈。在图中，反馈路径中的符号1/z指示一个ΣΔ循环延迟。在总和值(前一累加值+点火分数48+偏移减去前一循环输出)大于或等于1的任何ΣΔ循环中，累加器/积分器输出对应于点火命令的“1”。在总和值小于1的任何ΣΔ循环中，累加器/积分器55输出对应于跳过命令的“0”。

一阶ΣΔ转换具有若干有利特征。一个特别希望的特征在于，在给定任何特定请求的点火分数的情况下，命令的点火将始终是可能的最均匀间隔的序列。在不同的请求点火分数之间的转变期间，点火的这种分布特别有用，因为由ΣΔ转换的累加器功能固有地施加的点火的分布有助于平滑转变。

ΣΔ转换器能够发出对应于任何请求的点火分数的点火命令。然而，在许多实现方式中，已经发现，通过限制可以在正常操作期间使用的点火分数，可以改善发动机的噪声、振动和不平顺性(NVH)特性(和因此被驱动车辆的驾驶性能)。举例而言，申请人设计的适用于8缸发动机的一些跳过点火控制器有助于在零(0)与一(1)之间的具有九(9)或更小的整数分母的任何点火分数下操作。这种控制器具有29个潜在点火分数的集合，具体为：0、1/9、1/8、1/7、1/6、1/5、2/9、1/4、2/7、1/3、3/8、2/5、3/7、4/9、1/2、5/9、4/7、3/5、5/8、2/3、5/7、3/4、7/9、4/5、5/6、6/7、7/8、8/9和1。虽然29个潜在点火分数可以是可能的，但并非所有点火分数都适合于在所有环境中使用。而是，在任何给定时刻，可能存在能够递送希望的发动机扭矩同时满足制造商强加的驾驶性能和噪音、振动和不平顺性(NVH)约束的更有限的点火分数集合。被设计用于较小发动机(例如，四缸发动机)的跳过点火控制器通常将使用明显更小的潜在点火分数集合。

无论潜在可用的点火分数的数量如何，一些请求的点火分数将导致一阶ΣΔ转换器生成遍历点火模式，其中点火(随时间推移)均匀地分布在汽缸(工作室)之间。其他点火分数导致生成点火模式，其中在每个发动机循环(例如，在4冲程活塞发动机中，曲轴的每两个旋转)将相同的汽缸点火。只要点火分数的分母是发动机汽缸数的倍数，就会发生这种情况。因此，例如，在八缸发动机中，点火分数1/4将导致每个发动机循环将相同的两个汽缸点火，点火分数1/2将使每个发动机循环将相同的四个汽缸点火，分母为8的任何点火分数将使每个发动机循环将相同汽缸组(等于分子)点火等等。在四缸发动机中，分母为2或4的任何点火分数将具有这种特性，并且在六缸发动机中，分母为2、3或6的任何点火分数将具有该特性。在需要多个发动机循环才能完成的模式中，另外的其他点火分数仅将有限数量的汽缸点火。例如，在8缸发动机中，点火分数1/6间歇地仅将四个汽缸点火，并且点火分数5/6间歇地仅跳过8个汽缸中的4个。这种点火分数的特征在于点火分数的分母和含有公因数但也具有非公因数的发动机汽缸的数量。在上面的实例中，2是公因数，并且3是非公因数。

就其本质而言，当点火序列在每个发动机循环重复时，所描述的动态跳过点火并不试图控制将哪些特定的汽缸点火。因此，如果发动机具有汽缸的汽缸点火顺序(或在跳过点火控制的情况下点火时机顺序)1-2-3-4-5-6-7-8，则请求的点火分数1/4可以导致汽缸1和5重复地点火、或汽缸2和6重复地点火、或汽缸3和7重复地点火、或汽缸4和8重复地点火。这些不同的模式在它们输出方面基本上相同，但可以说它们在点火序列的相位上不同。

存在各种情况，其中可以认为希望控制当跳过点火控制的发动机转变到具有在每个发动机循环重复的点火序列的点火分数或者以该点火分数操作时被点火的特定汽缸。例如，可能希望控制点火的相位以有助于诊断(例如，汽缸诊断、排气传感器诊断、催化剂诊断等)。替代性地，一些点火相位可以比其他相位具有更好的NVH特性，并且因此出于NVH相关原因而是优选的。例如，在V8发动机中，不同的四个汽缸组可能听起来不同。在又一个实例中，可能希望控制被点火的特定汽缸，以确保随时间推移所有汽缸在统计上被点火相似的数量或者有助于在给定点火分数的长期操作期间管理热问题。在另外的其他情况下，一个汽缸可能不像其他汽缸那样良好地操作(基于任何相关的度量)，并且因此可能希望在可能的情况下减少对该汽缸的使用。当然，为何可能希望结合跳过点火控制来控制在每个发动机循环重复的点火相位存在多种多样的其他原因。

实施希望的固定模式的最简单方式是停止使用ΣΔ转换器的输出来确定将哪些汽缸工作循环点火，而是使用希望的点火模式来开始。尽管这种途径很快，但在进入和离开固定模式时都易受NVH问题和/或扭矩下降的影响。这是因为转变可能导致连续多次点火或者在点火之后连续跳过太多次。为了说明这个问题，考虑从动态跳过点火点火分数1/3直接转变到对应于点火分数1/4的固定模式。在一些(但不是全部)情况下，这种转换可能导致如下所示的点火序列：

xooxooXXoooxooo

在这个实例中，“X”表示点火并且“O”表示跳过，并且斜体部分表示以老的1/3点火分数的操作，并且下划线部分表示以“新的”1/4点火分数的操作。可以看出，存在两个紧接着的点火(用大写表示)，在这些相对较低点火分数的情况下，这从NVH的观点来看通常是不合希望的并且可能导致不想要的扭矩激增。

类似地，从固定模式转变回到ΣΔ转换器的输出可以导致具有延长的跳过的序列，诸如以下：

xoooxOOOOOxoox

这种延长的跳过序列可以导致不想要的扭矩下降，并且从NVH的观点来看同样可能不合希望的。

减轻这种转变的影响的一种方式是让ΣΔ转换器继续指示点火，但致使ΣΔ转换器改变其输出的相位。这可以通过以影响累加器的输出的方式改变该累加器的输入来完成。接下来参考图2，将描述一种用于改变点火序列的相位的合适途径。通常，所示出的途径设想以指定的间隔向累加器添加增量，以致使点火正时确定单元50将所得的点火序列的相位朝向并最终移位到希望的相位。添加到累加器的增量在本文中有时称为“偏移”，并且被设计成以平滑的方式逐渐地使点火序列的相位移位。

图4示出了具有偏移能力的代表性的基于一阶ΣΔ转换器的点火正时确定单元50。偏移由累加器/积分器55的偏移输入49表示。累加器的其他输入是点火分数48和累加器52的延迟输出。输出52表示点火命令，例如，“1”是点火并且“0”是一阶ΣΔ转换器的跳过。

图2的方法在202处开始，其中接收使用优选模式的请求。假设所请求的模式与当前请求的操作点火分数一致，使得所请求的模式对应于当前点火序列的特定相位。因此，例如，如果当前请求的操作点火分数是1/4，那么所请求的模式也必须具有1/4的对应点火密度并且必须是可以由基于一阶ΣΔ转换器的点火正时确定单元50输出的模式。如果不满足这些条件中的任何一个，则将忽略该请求。如上所述，优选模式请求可以来自任何合适的授权来源，包括ECU 70、诊断模块(未示出)或其他合适的来源等。这些命令可以通过控制器区域网络(CAN)或其他车辆总线、或通过任何其他适当的连接直接从请求来源接收。

ΣΔ转换器本身典型地不知道其点火命令与基于那些命令而点火的特定汽缸工作循环之间的关联。因此，当接收到特定模式请求时，点火序列的相位可能已经对应于所请求的模式。因此，在步骤205中，逻辑最初判定最后的跳过/点火点火决定(即，ΣΔ转换器的最后输出)是否对应于优选模式希望的决定。如果存在匹配，则可能(尽管通常不能保证)希望的点火序列相位已经在使用，从而生成优选模式。因此，当发现匹配时，不向ΣΔ转换器添加偏移(步骤206)并且ΣΔ在正常过程中行进到输出其下一个点火决定(步骤214)，如由来自判定框205的Y分支表示。替代性地，如果最后点火决定不匹配优选模式，则知道离开点火序列的相位。尽管知道离开了该相位，但不一定知道离该相位实际上有多远。在这种情况下，可以进行查看在最后ΣΔ循环期间发生了什么的两次检查。如果(a)最后点火决定是点火命令(检查207)；或者(b)在最后ΣΔ循环中引入偏移(检查209)，则逻辑流到步骤206并且在当前ΣΔ循环中不引入偏移。替代性地，如果最后点火命令是跳过命令(检查207)并且在最后ΣΔ循环中没有添加偏移(检查209)，则在当前ΣΔ循环中将偏移添加到累加器，如步骤211所示。在其他实施例中，可以消除检查207和检查209中的任一者或两者。

检查207和209背后的原因是为了帮助转变平滑。当最后点火决定导致点火命令时，则在当前ΣΔ循环中向累加器添加偏移会增加两个汽缸将被连续点火的概率，否则这个结果将不合希望。具体地，如果累加器值相对较高并且偏移足以将ΣΔ的输出改变为点火命令，否则它将为跳过，那么在不应该有两次相继点火的情况下将连续发生两次点火，这可能产生不想要的NVH或需要燃料低效途径，诸如使用过量的火花延迟来减轻这种不想要的NVH。

步骤209是防止在两个相继跳过/点火确定中添加偏移的可选步骤。在进行另外的相位变化之前等待另外的循环有助于避免超出希望的相位。它还稍微减缓较大的相位转变，这往往有助于减少不希望的NVH。具体地，当不为特定的ΣΔ循环添加偏移时，将不进一步改变与该ΣΔ循环相关的序列的相位(和因此相关联的点火时机)。如果相位控制设计考虑因素促使较慢的转变(在统计上具有感觉更平滑的优点)，则在偏移引入之间可能需要两个(或更多)点火决定。

在步骤211中引入偏移之后，逻辑行进到214，其中作出与当前ΣΔ循环相关联的点火决定。一如既往，如果总ΣΔ和是1或更大，则点火正时确定单元50将输出点火命令，而如果总ΣΔ和小于1，则它将输出跳过命令并将总和结转以用于下一个ΣΔ循环。

当向累加器添加偏移时(步骤211)，偏移的大小可以变化。在一些实施例中，偏移被设置为等于汽缸数量的倒数。例如，如果发动机总共有四个汽缸，则将向累加器添加1/4的偏移值，这具有无论当前累加器值可能是多少都将点火序列的相位向前移位一个汽缸的净效果(当1或更大的ΣΔ总和表示当前工作循环的点火命令时，ΣΔ总和是累加器值、请求的点火分数和引入的任何偏移的总和)。如果发动机有八个汽缸，则偏移值1/8将具有相同的效果。

在其他实施例中，可以使用小于发动机汽缸数量的倒数的偏移值。在统计上，这具有使转变更慢并且可能更平滑的效果。例如，如果在四缸发动机中将偏移设置为1/8，则转变可能要花费两倍于其他情况的时间，这在一些情况下可能合乎希望而在其他情况下不太合乎希望。在另外的其他实施例中，可以消除检查209并且可以降低偏移。

有时不希望添加大于汽缸数量的倒数的偏移，因为这在一些情况下引入可能跳过所希望相位的可能性，这是不合乎希望的，因为它可能对转变序列引入不必要的点火。在一些实施例中，可以使用添加1/m，其中点火分数是n/m。例如，当点火分数是1/2时可以使用1/2的偏移，并且当点火分数是1/4或3/4时可以使用1/4的偏移。较大的偏移可以是不合乎希望的，导致扭矩激增或下降，但是偏移的1/m的整数分数可以用于减慢转变并使其平滑。

在步骤211中引入点火偏移之后，逻辑行进到214，其中作出与当前ΣΔ循环相关联的点火决定。一如既往，如果总ΣΔ和是1或更大，则点火正时确定单元50将输出点火命令，而如果总ΣΔ和小于1，则它将输出跳过命令并将总和结转以用于下一个ΣΔ循环。

之后，在步骤214中输出点火决定，ΣΔ转换器转变到其下一个循环，如由217表示，并且只要系统保持在请求优选模式的模式下就重复该过程，如判定框220的“是”分支表示。当不再请求优选模式或优选模式不再有效时(例如，由于请求新的点火分数)，则继续发动机在动态跳过点火模式下的正常操作。值得注意的是，当退出优选模式时，不需要转变回到前一相位，并且不需要进一步调整累加器值。这意味着没有与退出优选模式直接相关的任何NVH影响(但当然，仍应考虑与不同点火分数之间的转变相关联的任何转变影响，如申请人的多份其他专利和专利申请中讨论，例如，美国专利申请号15/147,690；14/857,371和62/353,674；以及美国专利号9,086,020；和9,200,575；其中每一者通过援引并入本文)。

利用上述途径，序列的相位以平滑的方式向前移位，并且在整个任何潜在的移位期间可以有效地“添加”的点火的最大部分将始终小于一次完全点火。因此，在转变期间生成的额外扭矩将始终小于在当前操作条件下通过一次点火所施加的扭矩。因此，在许多情况下，可以进行移位，而无需尝试补偿在移位期间生成的另外扭矩。在任何特定实现方式担忧生成的另外扭矩的情况下，通常可以使用传统的扭矩减轻技术来减轻或消除这种担忧，诸如在转变期间改变燃料和/或空气进气量、延迟火花等。

在上面的实例中，使用了正偏移值。然而，在其他实施例中，可以使用负偏移来实现相同的结果。在这样的实现方式中，转变将导致轻微的扭矩不足(同样地，始终总计小于在当前操作条件下由一次点火所施加的扭矩)。

应当理解，上述途径并不要求ΣΔ转换器本身知道响应于其点火命令而被点火的特定汽缸，并且它不要求ECU或ΣΔ转换器之外的其他部件功能中的任一者知道当前累加器值或尝试使用这样的值来确定如何实施相位移位。因此，所描述的途径实现起来非常简单并且可以大力促进转变到对应于ΣΔ转换器的当前输出的任何序列相位/模式。

接下来参考图3的流程图，将描述另一序列相位转变途径。如将在下面的讨论中看出，这个实施例与关于图2描述的实施例之间的最显着差异在于，运行虚ΣΔ循环来给序列编索引而不是向累加器添加偏移。

在图3的实施例中，方法在302处开始，其中接收使用优选模式的请求。最初，根据ΣΔ转换器的标准操作来运行下一个ΣΔ循环。然而，代替简单地输出点火决定，在步骤305中，作出关于点火决定是否对应于优选模式将希望的决定的判定。如果存在匹配，则以正常方式输出点火决定，如由步骤314表示。然而，如果点火决定不匹配希望输出，则忽略该点火决定并且运行另一个ΣΔ循环(步骤316)，其中该循环的输出被视为当前工作循环的正确点火决定，如由步骤318表示。当执行第二ΣΔ循环(本文中有时称为虚ΣΔ循环)时，将另一个点火分数值添加到累加器。这具有将点火序列向前索引相当于当前点火分数的量的实际效果。此后，如果点火控制器保持在优选模式的模式下(步骤320)，则ΣΔ转换器转变到其下一个循环，如由304表示，并且只要系统保持在请求优选模式的模式下就重复该过程。当不再请求优选模式或优选模式不再有效时(例如，由于请求新的点火分数)，则以上文关于图2描述的相同方式继续发动机在动态跳过点火模式下的正常操作，如由步骤323表示。

应当清楚，每当常规ΣΔ输出与希望输出不同时，所描述的途径将使点火序列向前索引当前点火分数。因此，可以说图3的实施例不具有类似于图2的步骤207的延迟，其只有在先前(所实施的)点火决定是跳过的情况下才允许添加相位偏移。当然，在替代性实施例中，这种只有在跳过之后的移位延迟也可以容易地添加到图3的实施例。尽管这种途径工作良好，但应该理解，转变可能不如关于图2描述的途径平滑。

如果虚循环输出不匹配希望输出，则图3的实施例的变型将是运行一个或多个另外的虚循环。可以按希望改变可允许的虚循环的总数。例如，在不同的实施例中，可以允许最多两个或三个虚循环。在其他实施例中，可以运行虚循环直到虚循环输出匹配希望输出为止。后一种途径在统计上加速了转变，但转变序列在统计上不太平滑。

在一些实施例中，可以使用诸如图5中所示的安排的插入机构来将添加的相位插入到点火模式中。框图80包括如相对于图4描述的一阶ΣΔ转换器。框图的输入是如图4中所述的点火分数信号48。一阶ΣΔ转换器50的输出52用于确定点火序列并且被反馈到偏移发生器60中。偏移发生器60的其他输入可以包括点火模式启用输入62、点火分数分母64和希望模式66。点火模式启用输入62简单地控制偏移发生器60是否被激活。如果偏移发生器60被激活，则它将一阶信号Δ输出52与希望模式66进行比较。如果两者相等，即两者都是“1”或两者都是“0”，则输出偏移49被设置为零。如果两者不相等，则偏移发生器60可以添加非零偏移。是否添加偏移的决定可以至少部分地基于在先前点火时机期间是否添加了非零偏移49(类似于图2中的步骤209)。是否添加偏移的决定可以至少部分地基于最后ΣΔ输出是否为点火(类似于图2中的步骤207)。如果满足这些条件中的任何一者，则不会在当前点火时机上添加偏移。如果满足这两个条件，则添加非零偏移49。在一些实施例中，可以去除这些条件中的一者或两者。偏移49的量由偏移发生器60的点火分数分母输入64确定。在一些实施例中，偏移49的量可以等于作为点火分数的分母的倒数的分数。这有效地将所得跳过点火模式的相位改变一个点火时机。在其他实施例中，可以使用更大或更小的偏移。具体地，可以使用点火分数的分母的倒数的整数分数，从而有效地减慢相位转变。框图80中所示的插入机构可以针对每个点火时机操作，确定是否添加偏移，如ECU 10(参见图1)所指示。

在上述实例中，非常快速地刷新或执行每个部件和各种检查、优选地在逐个点火时机的基础上刷新或执行。如果使用虚ΣΔ循环，则任何这样的虚循环必须在点火时机的时间约束内执行。在可商购的汽车发动机中，点火时机倾向于以每几毫秒到每几百分之一秒的间隔出现。尽管从机械系统的角度来看这些间隔非常快，但现代电子器件和微处理器(包括ECU)非常能够在发动机点火所施加的时间约束内执行所需的步骤。

虽然仅详细描述了本发明的几个实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可以以许多其他形式实施。已经主要在运行适合用在机动车辆中的自然吸气式、4冲程、内燃活塞发动机的背景下阐述了本发明。然而，应当理解，所描述的应用非常适合用于多种多样的内燃发动机中。这些内燃发动机包括用于几乎任何类型的载具(包括汽车、卡车、船、飞机、摩托车、轻便摩托车等)的发动机；以及涉及对工作室的点火并且利用内燃发动机的几乎任何其他应用。所描述的各种途径适用于在广泛多种不同的热力循环下操作的发动机，包括几乎任何类型的二冲程或多冲程活塞发动机、柴油发动机、奥托循环发动机、双循环发动机、米勒循环发动机、阿特金森循环发动机、汪克尔发动机以及其他类型的旋转发动机、混合循环发动机(诸如双奥托和柴油发动机)、混合发动机、径向发动机等。还相信所描述的途径将适用于新开发的内燃机，无论它们是利用目前已知还是后来开发的热力循环进行操作。也可以使用增压发动机，诸如那些使用超压增压器或涡轮增压器的发动机。

还应当理解，在此描述的任何方法或操作可以采用可执行计算机代码的形式存储在适合的计算机可读介质中，其中在处理器执行计算机代码时执行操作。这些操作包括，但不限于，由扭矩计算器、点火分数和动力传动系设置确定单元、转变调整单元、点火正时确定单元、ECU或本申请中描述的任何其他模块、部件或控制器执行的任何和所有操作。

本发明的各种实现方式非常适用于结合动态跳过点火操作，在该操作中累加器或其他机构跟踪已经请求但并未递送的、或已经递送但并未请求的点火部分，使得可以逐个点火时机地作出点火决定。然而，所描述的技术同样很好地适合于在包括使用如在利用轮流汽缸停用和/或各种其他跳过点火技术时可能发生的固定点火模式或点火序列的跳过点火操作在内的几乎任何跳过点火应用中使用(在单独汽缸在特定操作模式的操作期间有时被点火并且有时被跳过的运行模式下)。还可以在可变冲程发动机控制中使用类似技术，在该可变冲程发动机控制中，改变每个工作循环中的冲程数量以有效改变发动机的排量。

此外，尽管本发明主要结合发动机的跳过点火操作进行了描述，但应该理解，相同的原理可以应用于通过改变发动机的排量来改善燃料消耗的大多数任何系统。这可以包括可能希望在利用相同数量的汽缸的两个不同状态之间或在两个不同的点火模式相位之间转变的其他可变排量发动机。它还可以包括多级发动机操作，其中不同的汽缸以不同的动态确定的输出水平点火，例如，在美国专利号9,399,964号中所描述，该美国专利通过援引并入本文。因此，当前的实施例应被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明并不局限于在此给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等同范围内修改。

Claims (21)

1.一种在具有多个工作室的发动机以小于一的第一点火分数的操作期间改变点火序列的相位的方法，该方法包括：

(a)确定选择的工作室点火决定是否与当该点火序列处于希望的相位时将作出的点火决定一致；以及

(b)当确定该选择的工作室点火决定与当该点火序列处于该希望的相位时将作出的点火决定不一致时，至少调整该点火序列的相位；以及

(c)必要时重复步骤(a)和步骤(b)，至少直到达到该希望的相位，其中，在该发动机以该第一点火分数的操作期间使用一阶ΣΔ转换器来执行步骤(a)和步骤(b)；并且

由此将该点火序列的相位从第一相位改变到该希望的相位，通过向该一阶ΣΔ转换器中的累加器添加偏移值来完成点火序列相位调整。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该偏移值的绝对值是等于该第一点火分数的分母的倒数的分数。

3.如权利要求1所述的方法，其中，该偏移值的绝对值是小于该第一点火分数的分母的倒数的分数。

4.如权利要求1所述的方法，其中，该偏移值的绝对值是该发动机具有的工作室的数量的倒数。

5.如权利要求1所述的方法，其中，这些工作室具有设置的点火时机顺序，并且在该工作室点火时机顺序中紧跟在前一工作室中的点火工作循环之后的任何工作循环期间不作出点火序列相位调整。

6.如权利要求1所述的方法，其中，在紧跟在作出点火序列相位调整的工作循环之后的任何工作循环期间不作出点火序列相位调整。

7.如权利要求1所述的方法，通过运行该一阶ΣΔ转换器的一个或多个虚循环来完成该点火序列相位调整。

8.如权利要求1所述的方法，其中，该偏移值是负值。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，这些工作室具有设置的点火时机顺序，并且在该工作室点火时机顺序中紧跟在前一工作室中的点火工作循环之后的任何工作循环期间不作出点火序列相位调整。

10.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在紧跟在作出点火序列相位调整的工作循环之后的任何工作循环期间不作出点火序列相位调整。

11.一种跳过点火发动机控制器，该跳过点火发动机控制器被配置成用于执行如权利要求1至10中任一项所述的方法。

12.一种操作具有多个工作室的发动机的方法，该方法包括：

以第一点火分数在跳过点火模式下操作发动机，其中，在该发动机以该第一点火分数在该跳过点火模式下的操作期间使用一阶ΣΔ转换器作出跳过/点火判定；

转变到以第二点火分数操作该发动机，该第二点火分数具有在每个发动机循环重复的对应第二点火序列，其中，在第一相位输入该第二点火分数，该第一相位对应于在每个发动机循环将这些工作室中的第一组点火并且不将剩余的工作室点火；以及

将该第二点火序列的相位改变为希望的第二相位，以由此使得这些工作室中的第二组在以该第二点火分数的操作期间的每个发动机循环点火，该第二组工作室不同于该第一组工作室，其中，通过向该一阶ΣΔ转换器中的累加器添加偏移值来完成将该第二点火序列的相位改变为希望的第二相位。

13.如权利要求12所述的方法，其中，该第一点火分数具有遍历跳过点火的点火序列。

14.如权利要求12所述的方法，其中，该第二点火分数是具有作为该发动机具有的工作室的数量的倍数的分母的简分数。

15.如权利要求12所述的方法，其中：

该累加器跟踪已经请求但并未递送或已经递送但并未请求的点火部分。

16.如权利要求12所述的方法，其中，通过运行该一阶ΣΔ转换器的至少一个虚循环来改变该第二点火序列的相位，以由此使得产生不影响与任何工作室工作循环相关联的点火决定的点火决定输出。

17.如权利要求16所述的方法，该方法包括运行该一阶ΣΔ转换器的多个虚循环，其中，该一阶ΣΔ转换器的多个虚循环紧跟着彼此，直到达到该第二点火序列的希望相位。

18.如权利要求15所述的方法，其中，该偏移值的绝对值是作为该第二点火分数的分母的倒数的分数。

19.如权利要求15所述的方法，其中，该偏移值的绝对值小于作为该第二点火分数的分母的倒数的分数。

20.如权利要求15所述的方法，该方法还包括：在以该第二点火分数以改变的相位的操作之后，转变到不同于该第二点火分数的第三点火分数；并且其中，结合转变到该第三点火分数，不向该累加器添加偏移值或从该累加器减去偏移值。

21.一种跳过点火发动机控制器，该跳过点火发动机控制器被配置成用于执行如权利要求12至20中任一项所述的方法。

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