CN113864068A - 可变压缩比发动机控制策略 - Google Patents

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Abstract

一种选择具有被构造为改变压缩比的机构的内燃发动机中的压缩比的方法，包括经由电子控制器接收请求的输出扭矩值。该方法还包括经由控制器确定与请求的输出扭矩值相对应的发动机速度值。该方法另外包括经由控制器确定与请求的输出扭矩值和确定的发动机速度值对应的压缩比值。该方法还包括经由控制器确定与所确定的压缩比值相对应的机构的位置。此外，该方法包括经由控制器命令机构的所确定的位置，并且从而选择确定的压缩比值。还公开了一种车辆，其采用可变压缩比内燃发动机和被构造为根据所述方法操作所述发动机的电子控制器。

Description

可变压缩比发动机控制策略
技术领域
本公开涉及一种用于具有可变压缩比的内燃发动机的控制策略。
背景技术
内燃发动机是一种热机，其中燃料的燃烧在作为发动机整体部分的燃烧室中与氧化剂（通常为空气）一起发生。内燃发动机通常用于为车辆提供动力，或者作为主动力源，或者作为混合动力系的一部分。在往复式内燃发动机中，由燃烧产生的高温和高压气体在气缸顶部处的燃烧室空间中的膨胀将直接的力施加到发动机的活塞上。施加到活塞的燃烧力随后通过发动机的连接杆作用以转动发动机的曲轴。
压缩比是内燃发动机的基本规格之一。内燃发动机的压缩比是表示发动机的燃烧室的容积从其最大容量到其最小容量的比的值。在往复式内燃发动机中，压缩比通常被定义为当活塞处于其冲程的底部时气缸和燃烧室的容积与当活塞处于其冲程的顶部时燃烧室的容积之间的比。内燃发动机的压缩比对目标发动机的扭矩输出和燃料效率有很大的影响。
发明内容
本公开的一个实施例涉及一种选择内燃发动机的压缩比的方法，所述内燃发动机具有构造成改变压缩比的机构。该方法包括经由电子控制器接收所请求的输出扭矩值。该方法还包括经由电子控制器确定与所请求的输出扭矩值相对应的发动机速度值。该方法另外包括经由电子控制器确定与所请求的输出扭矩值和所确定的发动机速度值相对应的压缩比值。该方法还包括经由电子控制器确定与所确定的压缩比值相对应的机构的位置。所述方法另外包括经由所述电子控制器命令所述机构的所确定位置，且从而选择所确定的压缩比值。
此外，该方法包括经由电子控制器命令机构的位置，并且从而选择所确定的压缩比值。
确定与所请求的输出扭矩值和所确定的发动机速度值相对应的压缩比值可以包括访问例如存储在电子控制器的存储器中的查找表。
发动机还可包括限定气缸的发动机缸体，安装到发动机缸体并限定燃烧室的至少一部分的气缸盖，以及布置在气缸内部并构造成压缩空气和燃料的混合物并接收燃烧力的往复活塞。在这样的发动机中，所述机构包括六杆连杆机构，所述六杆连杆机构被构造成将所述活塞可操作地连接到所述发动机缸体，铰接在七个不同的平行轴线上，并且连续地且选择性地改变所述发动机的压缩比。另外，在这样的发动机中，命令机构的位置并选择所确定的压缩比值可以包括相对于发动机缸体移动六杆连杆机构的位置。
该机构还可以包括定相致动器。在这样的实施例中，移动六杆连杆机构的位置可以经由定相致动器来实现。
该方法还可以包括在选择机构的位置以影响所确定的压缩比值之后，经由电子控制器确定实际的压缩比值。
该方法还可以包括经由电子控制器确定所确定的压缩比值与实际压缩比值之间的差。所述方法还可以包括经由所述电子控制器命令所述定相致动器使所述六杆连杆机构相对于所述发动机缸体移动，以使所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的所确定的差最小化。
确定所确定的压缩比值和实际压缩比值之间的差可以包括确定六杆连杆机构相对于曲轴的相位角，以及确定实现所述相位角所需的经由定相致动器实现的六杆连杆机构的移动速率。在这样的实施例中，命令定相致动器使六杆连杆机构相对于发动机缸体移动以使所确定的差最小化可以包括命令六杆连杆机构的所确定的移动速率实现所确定的相位角，并且从而生成所请求的输出扭矩值。
该方法还可以包括经由传感器检测输出扭矩，并将检测到的输出扭矩传送到电子控制器。该方法还可以包括确定检测到的输出扭矩与请求的输出扭矩值之间的差。该方法还可以包括命令定相致动器使六杆连杆机构相对于发动机缸体移动，以最小化检测到的输出扭矩与所请求的输出扭矩值之间的所确定的差。
所述发动机还可包括构造成调节进入所述发动机的空气量的节流阀、进气压缩机、经由凸轮轴操作并构造成调节进入所述燃烧室的空气量的进气阀、燃料喷射器和构造成产生火花以引发所述燃烧室内部的燃烧的火花塞中的至少一种。在这样的实施例中，所述方法还可以包括经由所述电子控制器调节所述发动机的至少一个对应的燃烧参数，所述至少一个对应的燃烧参数选自包括以下项的目录：1）所述节流阀的位置；2）由所述空气压缩机产生的增压量；3）通过使所述凸轮轴定相实现的所述进气阀的操作的正时；4）由所述燃料喷射器喷射到所述燃烧室中的燃料量；以及5）调节由所述火花塞产生的火花的正时。
选择所确定的压缩比值可以与调节发动机的燃烧参数并行地或在调节发动机的燃烧参数之前完成。
本公开的另一实施例涉及一种采用可变压缩比（VCR）内燃发动机和电子控制器的车辆，所述电子控制器被构造为根据上述方法操作VCR发动机。
本发明还包括如下方案：
方案1. 一种选择内燃发动机中的压缩比的方法，所述内燃发动机包括被构造成改变所述压缩比的机构，所述方法包括：
经由电子控制器接收请求的输出扭矩值；
经由所述电子控制器确定与所述请求的输出扭矩值相对应的发动机速度值；
经由所述电子控制器确定与所述请求的输出扭矩值和所确定的发动机速度值相对应的压缩比值；
经由所述电子控制器确定与所确定的压缩比值相对应的所述机构的位置；以及
经由所述电子控制器命令所述机构的所确定的位置，并且由此选择所确定的压缩比值。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，确定与所述请求的输出扭矩值和所确定的所述发动机速度值相对应的所述压缩比值包括经由所述电子控制器访问查找表。
方案3. 根据方案1所述的方法，其中，所述发动机还包括：
限定气缸的发动机缸体；
气缸盖，其安装到所述发动机缸体并限定燃烧室的至少一部分；
往复式活塞，其布置在所述气缸内，并且构造成压缩空气和燃料的混合物并接收燃烧力，其中所述活塞的压缩冲程限定所述发动机的压缩比；以及
所述机构包括六杆连杆机构，所述六杆连杆机构构造成将所述活塞可操作地连接到所述发动机缸体，铰接在七个不同的平行轴线上，并且连续地且选择性地改变所述发动机的压缩比；
其中，命令所述机构的位置和选择所确定的压缩比值包括使所述六杆连杆机构的位置相对于所述发动机缸体移动。
方案4. 根据方案3所述的方法，其中，所述机构还包括定相致动器，并且其中，经由所述定相致动器实现移动所述六杆连杆机构的位置。
方案5. 根据方案4所述的方法，还包括在选择所述机构的位置以影响所确定的压缩比值之后，经由所述电子控制器确定实际压缩比值。
方案6. 根据方案5所述的方法，还包括：
经由所述电子控制器确定所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的差；以及
经由所述电子控制器命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构，以使所述所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的所确定的差最小化。
方案7. 根据方案6所述的方法，其中，确定所述所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的所述差包括：
确定所述六杆连杆机构相对于所述曲轴的相位角；以及
确定实现所述相位角所需的经由所述定相致动器实现的所述六杆连杆机构的移动速率；以及
命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构以最小化所确定的差包括：命令所述六杆连杆机构的所确定的移动速率以实现所确定的相位角，并且从而产生所请求的输出扭矩值。
方案8. 根据方案1所述的方法，还包括：
经由传感器检测输出扭矩，并将检测到的输出扭矩传送至所述电子控制器；
经由所述电子控制器确定检测到的输出扭矩和所述所请求的输出扭矩值之间的差值；以及
经由所述电子控制器命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构，以使所述检测到的输出扭矩与所述所请求的输出扭矩值之间的所确定的差最小化。
方案9. 根据方案3所述的方法，其中，所述发动机还包括节流阀、进气压缩机、进气阀、燃料喷射器和火花塞中的至少一个，所述节流阀构造成调节进入所述发动机的空气量，所述进气阀经由凸轮轴操作并且构造成调节进入所述燃烧室的空气量，所述火花塞构造成产生火花以引发所述燃烧室内的燃烧，所述方法还包括经由所述电子控制器调节所述发动机的至少一个对应的燃烧参数，所述至少一个对应的燃烧参数选自包括以下项的目录：
所述节流阀的位置；
由所述空气压缩机产生的增压量；
通过定相所述凸轮轴实现的所述进气阀的操作的正时；
由所述燃料喷射器喷射到所述燃烧室中的燃料量；以及
由所述火花塞产生的火花的正时。
方案10. 根据方案9所述的方法，其中，选择所确定的压缩比值与调节所述发动机的燃烧参数同时完成，作为模型预测控制(MPC)策略的一部分。
方案11. 一种车辆，包括：
车轮；
可变压缩比(VCR)内燃发动机，所述可变压缩比内燃发动机被构造为产生用于驱动所述车轮的输出扭矩，所述发动机具有被构造为改变所述VCR发动机的压缩比的机构；以及
电子控制器，所述电子控制器被构造为经由以下操作来调节所述VCR发动机的操作：
接收所请求的输出扭矩值；
确定与所述所请求的输出扭矩值相对应的发动机速度值；
确定与所述所请求的输出扭矩值和所确定的所述发动机速度值相对应的压缩比值；
确定与所确定的压缩比值相对应的所述机构的位置；以及
命令所述机构的所确定的位置，并且从而选择所确定的压缩比值。
方案12. 根据方案11所述的车辆，其中，所述电子控制器构造成通过经由所述电子控制器访问查找表来确定与所述所请求的输出扭矩值和所述所确定的发动机速度相对应的所述压缩比值。
方案13. 根据方案11所述的车辆，其中，所述发动机还包括：
限定气缸的发动机缸体；
气缸盖，其安装到所述发动机缸体并限定燃烧室的至少一部分；
往复式活塞，其布置在所述气缸内，并且构造成压缩空气和燃料的混合物并接收燃烧力，其中所述活塞的压缩冲程限定所述发动机的压缩比；以及
所述机构包括六杆连杆机构，其构造成将所述活塞可操作地连接到所述发动机缸体，铰接在七个不同的平行轴线上，并且连续地且选择性地改变所述发动机的压缩比；以及
其中，所述电子控制器另外构造成经由命令所述六杆连杆机构相对于所述发动机缸体的位置的移动来命令所述机构的位置并且选择所确定的压缩比值。
方案14. 根据方案13所述的车辆，其中，所述机构还包括定相致动器，所述定相致动器构造成使所述六杆连杆机构相对于所述发动机缸体移动。
方案15. 根据方案14所述的车辆，其中，所述电子控制器还构造成在选择所述机构的位置以影响所确定的压缩比值之后确定实际压缩比值。
方案16. 根据方案15所述的车辆，其中，所述电子控制器还被构造为：
确定所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的差；以及
命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构，以使所述所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的所确定的差最小化。
方案17. 根据方案16所述的车辆，其中，所述电子控制器构造成通过以下步骤确定所述所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的差：
确定所述六杆连杆机构相对于所述曲轴的相位角；以及
确定实现所述相位角所需的经由所述定相致动器实现的所述六杆连杆机构的移动速率；以及
其中所述电子控制器构造成经由命令所述六杆连杆机构的所确定的移动速率以实现所确定的相位角并且由此产生所述所请求的输出扭矩值来命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构以使所述所确定的差最小化。
方案18. 根据方案11所述的车辆，还包括传感器，所述传感器被构造为检测输出扭矩并将检测到的输出扭矩传送至所述电子控制器，其中，所述电子控制器还被构造为：
接收所述检测到的输出扭矩；
确定所述检测到的输出扭矩和所请求的输出扭矩值之间的差；以及
命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构，以使所述检测到的输出扭矩与所述所请求的输出扭矩值之间的所确定的差最小化。
方案19. 根据方案13所述的车辆，其中，所述发动机还包括节流阀、进气压缩机、进气阀、燃料喷射器和火花塞中的至少一个，所述节流阀构造成调节进入所述发动机的空气量，所述进气阀经由凸轮轴操作并且构造成调节进入所述燃烧室的空气量，所述火花塞构造成产生火花以引发所述燃烧室内的燃烧，并且其中，所述电子控制器还构造成调节所述发动机的至少一个对应的燃烧参数，所述至少一个对应的燃烧参数选自包括以下项的目录：
喷射到所述燃烧室中的燃料量；
所述火花的正时；
所述节流阀的位置；以及
通过定相所述凸轮轴实现的所述进气阀的操作正时。
方案20. 根据方案19所述的车辆，其中，所述电子控制器构造成在调节所述发动机的燃烧参数的同时选择所确定的压缩比值，作为模型预测控制(MPC)策略的一部分。
从以下结合附图和所附权利要求对实施所述公开的实施例和最佳模式的具体实施方式中，本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是根据本公开的具有可变压缩比(VCR)发动机和被构造为调节VCR发动机的操作的电子控制器的车辆的示意图。
图2是图1中所示的发动机的示意性截面图，VCR发动机具有往复运动的活塞和六杆连杆机构，该六杆连杆机构包括主曲轴和控制曲轴，主曲轴和控制曲轴构造成连续地改变活塞的冲程和发动机的压缩比，并且示出定相致动器，该定相致动器构造成调节控制曲轴的位置。
图3是根据本公开的一个实施例的图1中所示的VCR发动机的示意性截面图，并且其示出了构造成将控制曲轴可操作地连接至主曲轴的扭矩传递机构。
图4是根据本公开的另一实施例的图1中所示的VCR发动机的示意性截面图，并且其示出了构造成将控制曲轴可操作地连接至主曲轴的扭矩传递机构。
图5是根据本公开的选择内燃发动机中的压缩比的方法的流程图，该内燃发动机具有如图1-图4中所示的构造成改变压缩比的机构。
具体实施方式
参考附图，其中，贯穿若干附图相同的附图标记对应于相同或相似的部件，图1示出了车辆10，其采用动力系12，用于经由从动轮或车轮14相对于路面16推进车辆。车辆10可以包括但不限于商用车辆、工业车辆、客车、飞行器、船只、火车等。还设想到车辆10可以是移动平台，诸如飞机、全地形车(ATV)、船、个人移动设备、机器人等，以实现本公开的目的。如图1中所示，动力系12包括可操作地连接到内燃发动机20的变速器组件18，其中发动机产生输出扭矩T，并且变速器将发动机扭矩传递到从动轮14。
内燃发动机20具体地构造为可变压缩比(VCR)发动机，并且可以是火花点火或压缩点火类型，如本领域所理解的。发动机20还可以被构造为4冲程发动机。因此，发动机20的操作可以限定单独的和分开的进气冲程、膨胀冲程、压缩冲程和排气冲程。在这种4冲程操作期间，发动机20通常需要720度或两个完整的旋转来完成单个燃烧循环。如图2-图4中所示，发动机20包括发动机缸体22。发动机缸体限定了气缸24，每个气缸沿着相应的气缸中心线CL布置。气缸盖26安装，诸如紧固到发动机缸体22。在替代方案中，气缸盖26可与发动机缸体22 (未示出)集成或铸造在一起。气缸盖26接收空气和燃料作为预燃烧充气，以在气缸24内使用，用于随后的燃烧。
如图2-图4中可以看到的，每个气缸24包括构造成在其中往复运动的相应的动力产生活塞28。另外，燃烧室30形成在气缸24内，位于气缸盖26的底表面和活塞28的顶部之间。因此，气缸盖26限定了燃烧室30的至少一部分。活塞28的冲程S与在冲程的上死点(TDC)处燃烧室30中剩余的容积一起限定了发动机20的压缩比CR。换句话说，发动机20的压缩比CR是当活塞28处于其冲程S的底部时气缸24和燃烧室30的容积与当活塞处于其冲程的顶部时燃烧室30的容积之间的比率。
来自环境的空气流通过进气歧管32被引导到每个燃烧室30。环境空气在进气歧管32中或在燃烧室30内与通常由燃料喷射器34引入的适当计量的燃料量结合，以形成用于随后在目标燃烧室内燃烧的燃料-空气混合物。而且，可以采用进气压缩机35，诸如涡轮增压器或机械增压器，来增加环境空气充气的压力，以提高输出发动机扭矩T。尽管图1-图2中示出了直列四缸发动机，但并不排除本公开应用于具有不同数量和/或布置的气缸的发动机。
如图2-图4中所示，发动机20还包括一个或多个进气阀36，其可操作地连接到气缸盖26并构造成控制进气向每个气缸24的供应，以便与其中的燃料一起燃烧。在发动机20的操作期间，进气凸轮轴38可用于调节相应的进气阀36的打开和关闭。发动机20还包括一个或多个排气阀40，其可操作地连接到气缸盖26并构造成控制燃烧后气体从每个气缸24的去除。排气凸轮轴42可用于在发动机20的操作期间调节相应的排气阀40的打开和关闭。
气缸盖26还构造成诸如经由排气歧管44从燃烧室30排出燃烧后气体。如图2-图4中所示，发动机20可采用火花塞46，即，每个火花塞的至少一部分可布置在相应的燃烧室30内并构造成点燃空气和燃料的混合物以开始其燃烧。具体地，每个相应的燃烧室30可以采用多个火花塞46、例如两个火花塞46。如果发动机20被构造为压缩点火类型，则气缸24可以没有这种火花塞，因为燃料-空气混合物的燃烧可以仅经由其压缩来开始。
发动机20还包括机构48，其构造成改变发动机的压缩比CR而与发动机速度S无关。换句话说，机构48的位置49限定发动机的压缩比CR。例如，机构48可包括六杆连杆机构48A，其构造成将活塞28可操作地连接到发动机缸体22并在七个不同的平行轴线上铰接，这将在下文中详细描述。六杆连杆机构48A也可以用于将发动机20的压缩冲程与其膨胀冲程分离，即，使得压缩冲程的长度不建立或不必与膨胀冲程的长度相同。结果，发动机20的膨胀冲程和压缩冲程中的每一个都可以单独地调节，而不影响另一个的持续时间。六杆连杆机构48A可用于连续地和选择性地改变燃烧室30在TDC位置处的容积，从而改变发动机20的压缩比CR以及活塞28的压缩冲程和膨胀冲程。在一些实施例中，机构48的操作可与发动机20的操作条件(诸如扭矩和速度)相关。
如图所示，六杆连杆机构48A可包括可旋转地安装到发动机缸体22的主曲轴50。主曲轴50构造成经由由活塞28接收的燃烧力在发动机缸体22内绕第一轴线X1旋转 (限定发动机速度)，并将发动机扭矩T输出到诸如变速器18。六杆连杆机构48A还可包括在第二轴线X2处可枢转地连接到活塞28的连接杆52。六杆连杆机构48A可另外包括在第三轴线X3处可旋转地连接到连接杆52且在第四轴线X4处可旋转地连接到主曲轴50的多杆连接件54。具体地，多杆连接件54被示出为限定一体的双连杆构件的大致三角形结构，使得两个连杆的运动完全同步。在所示的实施例中，三角形多杆连接件54的夹角θ构造成限定第一轴线X1、第三轴线X3和第五轴线X5之间的空间关系，并且部分地限定活塞28的冲程S的可用调节范围。
六杆连杆机构48A还可包括在第五轴线X5处可枢转地连接到多杆连接件54的控制连杆56。六杆连杆机构48A还可包括布置在发动机缸体22中的控制曲轴58，其在第六轴线X6处连接到控制连杆56，并且构造成绕第七轴线X7旋转。控制连杆56和控制曲轴58的长度是影响活塞28的冲程S的可用调节范围的附加因素。结果，控制曲轴58可以构造成使得经由旋转或重新定位相对于发动机缸体22调节控制曲轴来调节TDC位置处的燃烧室30的容积，以改变压缩比CR。
有效地，六杆连杆机构48A使得能够沿活塞28的冲程S调节活塞的TDC和下止点(BDC)位置中的一个或两个。因此，控制曲轴58的位置的连续调节可以用于连续地和选择性地改变发动机20的压缩冲程和压缩比CR。此外，旋转或重新定位控制曲轴58还可以用于控制(改变或维持)活塞28的膨胀冲程。结果，六杆连杆机构48A可构造成相对于活塞28的压缩冲程延长膨胀冲程，使得膨胀冲程变得大于压缩冲程。与压缩冲程相比，相对较大的膨胀冲程旨在通过使发动机以阿特金森循环（Atkinson cycle）操作来提高发动机20的效率。
在图2中所示的发动机20的特定实施例中，主曲轴50和控制曲轴58的旋转可以是不同步的，从而允许主曲轴和控制曲轴的定位之间的操作变化或定相。如图2中所示，在这种实施例中，发动机20可包括定相致动器60，其构造为相对于发动机缸体22移动六杆连杆机构48A的位置，并由此选择机构48的位置49。定相致动器60可特别构造为选择控制曲轴58相对于主曲轴50的位置，并由此调节第五轴线X5相对于第七轴线X7的位置，以及第三轴线X3相对于第一轴线X1的位置。经由定相致动器60对控制曲轴58的位置进行的目标调节可用于在一个完整的发动机旋转内或在发动机20的360度的操作内实现4冲程操作。因此，采用如图2中所示的定相致动器60允许4冲程发动机20实现2冲程循环的功率密度。具体地，定相致动器60可构造为步进电机，以调节控制曲轴58相对于主曲轴50的位置。定相致动器60可安装到发动机缸体22，在主曲轴50的一侧(如图2中所示)，或在主曲轴(未示出)下方，诸如在发动机20的曲轴箱内。
在图3-图4中所示的发动机20的单独实施例中，主曲轴50和控制曲轴58的旋转可以同步。在这种实施例中，发动机20可包括扭矩传递机构62，其构造成可操作地将控制曲轴58连接到主曲轴50，以便在其间同步操作。扭矩传递机构62可以构造为齿轮系(图3中所示)或链条，其接合主曲轴50和控制曲轴58上的相应链轮(图4中所示)。齿轮系的构造可以改变，并且同样地，控制曲轴58可以与主曲轴50共同旋转或反向旋转，同时仍然实现活塞28的期望运动特性。
经由电子控制器64调节发动机20的操作。控制器64可以是专用于操作发动机20的电子控制模块(ECM)或位于车辆10中并被构造为调节动力系12的操作的动力系控制器。电子控制器64包括存储器64A，其中至少一些是有形的和非暂时性的。存储器64A可以是参与提供计算机可读数据或处理指令的可记录介质。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。用于控制器64的非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘和其它永久存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。这些指令可以由一种或多种传输介质传输，包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含耦合到计算机处理器的系统总线的电线。
存储器64A还可以包括软盘或硬盘、磁带、其它磁介质、CD-ROM、DVD、其它光介质等。电子控制器64可被构造或配备有其它所需的计算机硬件，诸如内部高速时钟、必需的模拟-数字(A/D)和/或数字-模拟(D/A)电路、输入/输出电路和装置(I/O)以及适当的信号调节和/或缓冲电路。控制器64所需的或由此可访问的算法可以存储在存储器中，并且自动执行以提供所需的功能。具体地，电子控制器64可构造成(即，编程为)接收对特定发动机输出扭矩T值66的请求，诸如经由车辆10的操作者的输入，例如使用布置在车辆的乘客舱(未示出)内的加速器踏板。
电子控制器64可被另外编程以确定对应于请求的输出扭矩T值66的特定发动机速度值70。控制器64也可被编程以确定对应于请求的输出扭矩T值66和确定的发动机速度70的特定压缩比CR值72。控制器64还可被编程以命令机构48的位置49，从而选择确定的压缩比CR值72。发动机压缩比CR、发动机速度和发动机输出扭矩T之间的关系可以根据经验得出，并编程到电子控制器64中，例如作为在发动机20的操作期间被访问的查找表74。因此，电子控制器64可以构造成经由访问诸如存储在电子控制器的存储器64A中的查找表74来确定压缩比CR值72。
控制器64可以被特别编程以调节定相致动器60，从而调节控制曲轴58的位置，并因此调节第五轴线X5相对于第七轴线X7的位置以及第三轴线X3相对于第一轴线X1的位置。因此，控制器64可被编程为主动控制发动机的压缩比CR以及相对于活塞28的压缩冲程主动控制膨胀冲程。电子控制器64可另外地被构造为在选择机构48的位置49以影响确定的压缩比CR值72之后确定发动机的压缩比CR的实际值76。电子控制器64还可被构造为确定所确定的压缩比CR值72和实际压缩比值76之间的差78。电子控制器64可另外地被构造为命令定相致动器60相对于发动机缸体22移动六杆连杆机构48A，以使确定的压缩比值72和实际压缩比值76之间的确定的差78最小化。
电子控制器64还可构造成经由确定六杆连杆机构48A相对于曲轴58的相位角80来确定所确定的压缩比值72和实际压缩比值76之间的差78。差78的确定可另外经由确定实现相位角80所需的六杆连杆机构48A经由定相致动器60的移动速率82来确定。电子控制器64还可构造成经由命令六杆连杆机构的确定的移动速率82来实现确定的相位角80并由此产生请求的输出扭矩T值66而命令定相致动器60使六杆连杆机构48A相对于发动机缸体22移动以最小化确定的差78。通常将要求六杆连杆机构48A以与发动机20能够在瞬态操纵中建立扭矩的速率类似的时间尺度移动。
车辆10可另外包括传感器84，其构造成检测输出扭矩T并将检测到的输出扭矩传送到电子控制器64。电子控制器64可另外构造成从传感器84接收检测到的输出扭矩T并确定检测到的输出扭矩与请求的输出扭矩值66之间的差86。电子控制器64还可构造成命令定相致动器60使六杆连杆机构48A相对于发动机缸体22移动，以使检测到的输出扭矩T与请求的输出扭矩值66之间的确定的差86最小化。
发动机20的特定实施例可另外包括构造成调节进入燃烧室30的空气量的节流阀90。另外，发动机20的特定实施例可包括凸轮轴移相器92，其构造成经由定相进气凸轮轴38来改变进气阀36的正时，并构造成调节进入燃烧室30的空气量。此外，发动机20可包括构造成经由排气凸轮轴42来改变排气阀40的正时的单独的凸轮轴移相器94。燃料喷射器34、火花塞46、节流阀90和凸轮轴移相器92、94中的每一个都可与电子控制器64操作连通。
在发动机20的这种实施例中，电子控制器64可另外且大致构造成调节发动机的燃烧参数96，诸如进入燃烧室30的成分。燃烧参数96可经由电子控制器64被控制，调节构造成改变输送到燃烧室30中的空气量的节流阀90的位置。燃烧参数96也可经由电子控制器64被控制，诸如经由废气门(未示出)调节由空气压缩机35产生的增压量。燃烧参数96可另外经由电子控制器64被控制，诸如经由相位器92、94定相相应的凸轮轴来调节进气阀36和/或排气阀40的操作正时。燃烧参数96也可经由电子控制器64被控制，调节经由燃料喷射器34喷射到燃烧室中的燃料量。燃烧参数96可进一步经由电子控制器64被控制，经由火花塞46调节火花的正时。
电子控制器64可构造成与选择和调节燃烧参数96中的至少一个燃烧参数同时(即并行)选择确定的压缩比值72，作为模型预测控制(MPC)策略的一部分。因此，与选择和调节燃烧参数96分开或同时选择确定的压缩比值72作为模型预测控制(MPC)策略的一部分旨在允许在宽的操作范围内优化发动机的效率。例如，如上所述选择确定的压缩比值72可允许在低发动机速度和负载期间使用升高的压缩比以最大化热效率，而在高发动机速度和负载下使用降低的压缩比以实现增加的功率和可接受的燃料效率。
通常，MPC是一种控制策略，其用于通过基于当前捕获的数据和根据经验确定的指示系统的可能行为的系统参数之间的相关性来预测系统的未来行为，从而优化每个随后的控制步骤。受控系统的简化模型允许预测系统的行为，该简化模型被结合到反馈控制回路中。基于当前捕获的数据和目标模型，系统的处理器评估多个可能的解决方案，并基于优先级和约束选择被认为最可能优化结果的解决方案。因此，在该方法的每个控制步骤处完成预测和优化。MPC的一个优点是在考虑宽范围的优先级和约束的同时，多个输入和输出的同时优化。
关于控制所述发动机20，MPC可以包括基于操作者输入产生扭矩请求，诸如输出扭矩T值66，并基于扭矩T值66识别燃烧参数96的多组可能的目标值。每组可能的燃烧参数96目标值可包括例如机构48的对应于特定压缩比CR的可能的目标有效位置。MPC然后可用于基于每组可能的目标燃烧参数96值彼此的关系和对彼此的影响以及基于发动机输出扭矩T来确定用于每组可能的目标燃烧参数96值的预测的一组操作参数。
MPC可另外用于基于每组可能的目标燃烧参数96值的预测的一组操作约束来确定迭代控制回路中每组可能的目标燃烧参数96值的成本或权重值。MPC可以进一步用于基于成本值选择多组可能的目标燃烧参数96值中的一组，并基于所选择的一组可能的目标值选择一组目标值，其中该组目标值包括，例如，机构48的目标有效位置。因此，经由MPC来确定机构48的目标有效位置可以基于机构48的可能的目标有效位置，并且通过基于机构48的目标位置选择所述机构48的位置以影响所确定的压缩比CR值72，可以实现所请求的输出扭矩 T值66。
图5描述了使用上文关于图1-图4所述的机构48选择VCR发动机20的压缩比的方法100。方法100开始于框102，其中发动机20诸如在车辆10中操作并产生扭矩T。在框102之后，方法进行到框104。在框104中，方法包括经由电子控制器64接收请求的输出扭矩T值66。在框104之后，方法前进到框106。在框106中，方法包括经由电子控制器64确定对应于请求的输出扭矩T值66的发动机速度的值70。在框106之后，方法继续进行到框108。
在框108中，该方法包括经由电子控制器64确定对应于请求的输出扭矩T值66和确定的发动机速度值70的压缩比值72。确定压缩比值72可以包括经由电子控制器64访问查找表74，如上文关于图1-图4所述。在框108之后，方法前进到框110。在框110中，该方法包括经由电子控制器64确定与所确定的压缩比值72相对应的机构48的位置49。在框110之后，该方法前进到框112。在框112中，该方法包括经由控制器64命令机构48的所确定的位置49，并由此选择确定的压缩比值72。
在上文参考图1-图4所述的发动机20的具体实施例中，在框112中命令机构48的位置49并选择确定的压缩比值72可包括相对于发动机缸体22移动六杆连杆机构48A的位置。移动六杆连杆机构48A的位置可以经由定相致动器60来实现。选择确定的压缩比值72可以与调节发动机20的至少一个燃烧参数96同时实现，作为上文关于图1-图4所述的MPC策略的一部分。在框112之后，方法可以前进到框114。
在框114中，该方法包括在选择机构48的位置49之后经由电子控制器64确定实际压缩比值76以影响确定的压缩比值72。在框114之后，该方法可以前进到框116。在框116中，该方法包括经由电子控制器64确定所确定的压缩比值72和实际压缩比值76之间的差78。确定所述差78可包括确定六杆连杆机构48A相对于曲轴58的相位角80，以及经由实现相位角80所需的定相致动器60确定六杆连杆机构48A的移动速率82。在框116之后，该方法可前进至框118。
在框118中，该方法可包括经由电子控制器64命令定相致动器60相对于发动机缸体22移动六杆连杆机构48A以最小化确定的压缩比值72和实际压缩比值76之间的确定的差78。命令定相致动器60因此相对于发动机缸体22移动六杆连杆机构48A以最小化确定的差78可包括命令六杆连杆机构48A的确定的移动速率82以实现确定的相位角80，并由此产生请求的输出扭矩T值66。在框112之后，在命令所述机构48的确定的位置49并选择确定的压缩比值72之后，或在每个框114-118之后，该方法可循环回到框104。替代地，在框112之后或者在框114-118中的每一个之后，该方法可以在框120中结束。
具体实施方式和附图或图对本公开是支持性和描述性的，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的公开的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践在所附权利要求中限定的公开的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，在实施例的示例中的一者中描述的每个特征可以与来自其它实施例的一个或多个其它期望特征组合，从而得到没有以文字或通过参考附图描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落入所附权利要求的范围的框架内。

Claims (10)

1.一种选择内燃发动机中的压缩比的方法，所述内燃发动机包括被构造成改变所述压缩比的机构，所述方法包括：
经由电子控制器接收请求的输出扭矩值；
经由所述电子控制器确定与所述请求的输出扭矩值相对应的发动机速度值；
经由所述电子控制器确定与所述请求的输出扭矩值和所确定的发动机速度值相对应的压缩比值；
经由所述电子控制器确定与所确定的压缩比值相对应的所述机构的位置；以及
经由所述电子控制器命令所述机构的所确定的位置，并且由此选择所确定的压缩比值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定与所述请求的输出扭矩值和所确定的所述发动机速度值相对应的所述压缩比值包括经由所述电子控制器访问查找表。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机还包括：
限定气缸的发动机缸体；
气缸盖，其安装到所述发动机缸体并限定燃烧室的至少一部分；
往复式活塞，其布置在所述气缸内，并且构造成压缩空气和燃料的混合物并接收燃烧力，其中所述活塞的压缩冲程限定所述发动机的压缩比；以及
所述机构包括六杆连杆机构，所述六杆连杆机构构造成将所述活塞可操作地连接到所述发动机缸体，铰接在七个不同的平行轴线上，并且连续地且选择性地改变所述发动机的压缩比；
其中，命令所述机构的位置和选择所确定的压缩比值包括使所述六杆连杆机构的位置相对于所述发动机缸体移动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述机构还包括定相致动器，并且其中，经由所述定相致动器实现移动所述六杆连杆机构的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括在选择所述机构的位置以影响所确定的压缩比值之后，经由所述电子控制器确定实际压缩比值。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
经由所述电子控制器确定所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的差；以及
经由所述电子控制器命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构，以使所述所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的所确定的差最小化。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述所确定的压缩比值与所述实际压缩比值之间的所述差包括：
确定所述六杆连杆机构相对于所述曲轴的相位角；以及
确定实现所述相位角所需的经由所述定相致动器实现的所述六杆连杆机构的移动速率；以及
命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构以最小化所确定的差包括：命令所述六杆连杆机构的所确定的移动速率以实现所确定的相位角，并且从而产生所请求的输出扭矩值。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
经由传感器检测输出扭矩，并将检测到的输出扭矩传送至所述电子控制器；
经由所述电子控制器确定检测到的输出扭矩和所述所请求的输出扭矩值之间的差值；以及
经由所述电子控制器命令所述定相致动器相对于所述发动机缸体移动所述六杆连杆机构，以使所述检测到的输出扭矩与所述所请求的输出扭矩值之间的所确定的差最小化。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述发动机还包括节流阀、进气压缩机、进气阀、燃料喷射器和火花塞中的至少一个，所述节流阀构造成调节进入所述发动机的空气量，所述进气阀经由凸轮轴操作并且构造成调节进入所述燃烧室的空气量，所述火花塞构造成产生火花以引发所述燃烧室内的燃烧，所述方法还包括经由所述电子控制器调节所述发动机的至少一个对应的燃烧参数，所述至少一个对应的燃烧参数选自包括以下项的目录：
所述节流阀的位置；
由所述空气压缩机产生的增压量；
通过定相所述凸轮轴实现的所述进气阀的操作的正时；
由所述燃料喷射器喷射到所述燃烧室中的燃料量；以及
由所述火花塞产生的火花的正时。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，选择所确定的压缩比值与调节所述发动机的燃烧参数同时完成，作为模型预测控制(MPC)策略的一部分。
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