CN1806108A - 调整内燃机可变气门的控制方法和具有配备用于气门控制的电子控制装置的内燃机的车辆 - Google Patents

调整内燃机可变气门的控制方法和具有配备用于气门控制的电子控制装置的内燃机的车辆 Download PDF

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Abstract

具有一台内燃机(1)的车辆，该内燃机具有气门(7，8)，它们具有可变的气门正时和/或气门升程。这些气门配备有操作装置(9，10)，它们被电子控制装置(3)控制，这些控制装置被设计用于在车辆被驱动时，利用至少关于路面坡度和节气门位置的输入信息而计算未来的前进阻力和到发动机工作状况将要发生瞬变的时间，例如有关发动机工作模式将要进行的改变和/或与发动机连接的变速器(2)将要发生的换档。这些控制装置被设计用于一旦发生瞬变时，在所述的时间内控制气门正时和/或气门升程，以优化发动机的性能。

Description

调整内燃机可变气门的控制方法和具有 配备用于气门控制的电子控制装置的内燃机的车辆
技术领域
本发明涉及一种在具有内燃机的车辆中、在车辆被驱动时用于调整气门正时和/或气门升程的方法，在该内燃机的每个燃烧室上具有至少一个进气门和至少一个排气门，这些气门中至少之一具有可变气门正时和/或气门升程。
本发明还涉及具有这样一台内燃机的车辆，在该内燃机的每个燃烧室上具有至少一个进气门和至少一个排气门，这些气门中至少之一具有用于改变气门的打开时间和/或升程的操作装置，以及控制所述的操作装置的电子控制装置。
本发明还涉及利用计算机执行这种控制方法的计算机程序。
背景技术
常见的是内燃机配备有这样的机构，所述机构可以关于打开的时间长度和相对于曲柄角的气门位置来改变气门的打开和关闭，另外还可以改变气门的升程。一个机构可以被布置为同时改变所有进气门的气门正时和升程，而另一个机构可以被布置为同时改变所有排气门的气门正时和升程。但是，近来已经开发出可以个别地调整每个气门的气门正时和升程的机构。在车辆被驱动时，通过连续地调整气门正时和气门升程来适合发动机的工作状况，与没有可变气门正时和/或气门升程的发动机相比，前者可以获得更好的效率、更高的零部件寿命、更好的性能(例如排放)、更好的响应(动力性能)，以及更好的操纵性。
这些已知的调整方法的一个共性是，气门的调整是瞬间的、并且在发动机内部，这意味着不能够预测和考虑发动机工作状况中将来的瞬变过程。这些瞬变过程是，例如，下坡时车辆变速箱中的换档或与扭矩的全面增大/减小相关或与发动机制动的连接/分离相关。即使用于与一个新的工作状况相配合的实际气门调整可以通过利用现代设备而迅速执行，但到目前为止，特别是涡轮增压发动机进气侧的管道系统的巨大体积以及涡轮单元的惯量仍然意味着，不能避免对工作状况的调整中的延时。例如，延时多达三到四秒钟也不是罕见的，这对发动机的排放、响应、效率和操纵性具有负面影响。
发明内容
本发明的目的是实现一种用于控制带有可变气门的发动机的气门调整的方法，使得气门正时和/或气门升程的变化可以提前匹配将要发生的情况，而不是目前仅仅在发动机中瞬间地、内部地受到控制。
根据本发明，该方法是这样实现的：通过计算对车辆未来的前进阻力，通过计算到发动机工作状况中将要发生的瞬变为止的时间，以及通过在瞬变发生时，为了优化发动机性能，在这段时间内对所述的气门正时和/或气门升程进行必要的调整。
在具有可变气门正时的情况下，可以在不同的行驶情况下使发动机以不同的工作模式工作，例如米勒循环(Miller cycle)(例如可以参见US 2670595)和通常的狄塞尔循环(Diesel cycle)。在从一个工作模式变换到另一个工作模式期间，会产生不必要的延时。从由一个模式变换开始的时间起，到完成向另一个模式的变换为止，会有一定时间的延时。如上所述，延时主要是由进气侧上的发动机管道系统的气体体积而引起的，若发动机还配备有涡轮单元，那么涡轮单元的惯量也会引起延时。通过根据本发明提前控制气门设置，从而，例如在上陡坡前，从依照米勒循环的发动机工作模式变换到依照通常狄塞尔循环的发动机工作模式，因此在车辆开始上坡之前可以完成这种到狄塞尔循环的变换。通过这种方式，可以避免任何对发动机工作的干扰，而在车辆开始爬坡引起扭矩增大的同时改变模式，则会引起这种干扰。通过在车辆开始爬坡之前就使发动机变换到狄塞尔循环，这样当车辆开始爬坡并且为了适应坡度并保持车速而增大扭矩时，驾驶员会感觉到有更好的响应。
另外，在增大扭矩时，需要较低的内部废气循环。这可以通过在进气门和排气门之间的小重叠而实现。根据本发明，通过提前控制气门调整，例如在换档时，如果换档后扭矩增大的情况下进行气门调整使气门重叠较小，从而可以避免发动机内出现负压比，也就是说在排气一侧比进气一侧高的压力不会引起不想要的内部废气循环，在涡轮增压发动机中如果伴随着换档出现扭矩增大则会产生这样的压力。
在瞬变前及时地匹配气门正时还可以对发动机压缩制动产生有利的影响，发动机压缩制动可以在具有压缩制动装置的发动机内伴随换高速档而进行。
本发明基于一种控制所述气门调整的电子控制装置，并具有有关未来瞬变——例如换档和/或变换发动机工作模式——将何时发生的信息。这个信息的基础是有关车辆前进阻力的未来变化的信息。本发明由此是基于如专利申请SE 0103629-2中所述的技术的。这里的控制装置被设计用于根据一个所选择的换档策略、利用输入参数以及有关至少路面坡度和车辆节气门位置的知识，可能还包含发动机、涡轮机和变速器特性的信息，而选择何时将要进行未来的换档。用于该目的的有关未来的前进阻力的信息可以通过GPS设备和存储有关周围环境的地形学信息的电子地图而获得。要获得有关这种车辆周边环境识别技术的详细信息，可以参考上述的专利申请。
在前言所述这种类型的机动车，根据本发明，其特征在于，控制装置被设计用于利用至少有关路面坡度和节气门位置的信息，而计算在车辆被驱动时未来的前进阻力和到发动机工作状况中发生未来瞬变的时间，并一旦发生瞬变，为提高优化发动机性能的水平，在所述的时间内控制所述的操作装置。
附图说明
下面将结合如附图所示的实施例而对本发明进行详细的说明。图1显示了一辆机动车的驱动单元的原理图，图2显示了伴随换高速档车辆的驱动特性的模拟图，图3显示了根据本发明一个实施例而使用的一个装置。
具体实施方式
在图1中，1代表在车辆A上的一个内燃机，一个变速器2与之连接，使得该变速器被发动机驱动。发动机1和变速器2被一个电子控制单元3控制，该控制单元包含一个发动机控制部件4和一个变速器控制部件5，它们相互通信。可以根据上面提到的SE 0103629-2中描述的模型而进行该控制，并用符号表示为，箭头“a”和“b”代表发动机控制、“c”和“d”代表变速器控制。
发动机1可以是一种多缸发动机，例如六缸、奥托循环(Ottocycle)或具备或不具备增压系统(涡轮单元)的柴油发动机，每个气缸具有一个或两个进气和排气门。在图1中，7原理地代表用于一个气缸的一个进气门，而8代表用于一个气缸的一个排气门。每个气门7和8都分别配备有独立电子控制的操作装置9和10，例如电磁铁，通过这些电磁铁，气门响应来自控制单元3的信号(用符号表示为箭头“e”)而打开和关闭。通过控制单元3和操作装置9和10，气门可以被单独并完全自由地控制，即每个气门的打开和关闭都是可以关于打开的时间长度和相对于曲柄角的位置而自由地变化，目的是为了使进气门和排气门的气门重叠可完全自由的变化。在必要时，各个气门的最大升程也可以按需要地变化。控制单元3可以被编程，以在一个相对较短的时间(瞬间或逐步瞬间)或一个相对较长的时间(逐渐地)内进行气门的打开或关闭。
在控制单元3中，车辆的行驶特性被存储为发动机速度随时间而增大的一个函数形式，如图2上实线“f”所示。利用有关驾驶员要求(节气门位置或巡行车速控制设定)的发动机扭矩的信息以及例如从带有存储地形学的电子地图的GPS设备而获得的信息，可以仿真计算出未来的前进阻力以及从当前发动机速度变化到计算出要发生变速器2的下一次换档而对应的发动机速度之间(在图2被标记为曲线“f”的延长虚线“g”)的时间。要获得车辆行驶特性如何能够根据模型而仿真计算的详细信息，可以参考上述的SE 0103629-2。
在如图2标记的时间内，在换档过程中，控制单元3使操作装置9，10调整气门控制，从而在换档程序开始、并且发动机扭矩下降时使发动机得到调整以适合其新的工作条件。在换档过程开始前，控制单元3开始并可能完成(取决于编程)用于随后扭矩增大的必要准备(调整为较小的气门重叠)，从而在扭矩增大的过程中获得最佳的响应。在这儿以及在专利权利要求中，最佳的响应意味着，车辆驾驶员所要求的发动机扭矩的变化——扭矩减小或增大，将在最小可能的延时下发生，即，简单地说，该响应意味着扭矩在正(驱动)方向和反(制动)方向上都快速增大。
压缩制动装置被设计用于在换高速档时自动地触发，以迅速减小发动机速度。若发动机配备有压缩制动装置，在所述的变速器换档的过程中，控制单元3使操作装置9，10调整气门控制，以优化发动机制动扭矩。这种压缩制动装置可以是如EP 0458857B1所描述和说明的一种类型，要获得压缩制动器的更加详细的说明和功能，应参考该专利申请。
瞬变(瞬态)可以是为了优化发动机的性能而必须进行发动机工作模式的改变。根据本发明的一个实施例，车辆的行驶特性以发动机速度随时间增大的函数形式而被存储于控制单元3中。利用有关驾驶员所需的发动机扭矩(节气门位置或巡行车速控制设定)的信息和例如从带有存储地形学的电子地图的GPS设备而获得的信息，可以模拟未来的前进阻力以及从当前发动机速度变化到所计算的发生发动机工作模式变换的下一次瞬变而对应的发动机速度之间的时间。利用所述的时间，所述的发动机工作模式的变换可以在该时间结束之前适时地开始，从而使所述模式的变换可以在该时间结束之前和瞬变发生之前完成。因此，在所述的时间内控制单元3为了模式的变换而对气门控制(气门正时和/或气门升程)进行必要的调整，通过这种方式而特别提高发动机的响应。
因此，根据本发明，控制单元3在所计算的某个预计瞬变要发生之前的一段预定时间内就开始至少对气门正时进行调整。所述的预定时间取决于瞬变的类型和当前车辆状况以及预计车辆状况，预计车辆状况与预计瞬变相关的车辆状况。
在本发明的另一个实施例中，模式的变换可以至少在瞬变发生之前就开始。这样，模式的变换可以在瞬变发生过程中或瞬变刚刚结束时才完成。对气门控制的必要调整可以在所述时间结束前完成。但是，实际的模式变换会由于上述发动机1中——例如发动机的进气系统——的惯量而有所延时。但是，模式的变换要比已知技术开始得早。在另一个实施例中，用于模式变换的必要调整可以在所述的时间内进行，并可在所述的时间刚刚结束时完成，即，若有必要，在瞬变过程中。因此，可以在一段相对较长的时间内逐渐进行，或在瞬间也就是在一段相对较短的时间内进行气门的打开/关闭控制。
图3显示了根据本发明一个实施例的一个装置500，它包含一个非易失性存储器520，一个处理器510和一个读写存储器560。存储器520具有第一个存储部件530，在第一个存储部件530上存储了用于控制装置500的计算机程序。在存储部件530中的用于控制装置500的计算机程序可以是一个操作系统。
装置500可以被包含在，例如，控制单元如控制单元3内。数据处理单元510可以包含，例如，微型计算机。
存储器520还具有第二个存储部件540，在第二个存储部件540上存储了用于根据本发明控制气门正时的程序。在另一个实施例中，用于控制气门正时的程序被存储于一个单独的非易失性的数据存储介质550中，如，CD或即插即用的半导体存储器。该程序可以被存储为可执行的形式或以压缩状态存储。
当在下面说明到数据处理单元510执行一个特别功能时，应当清楚的是，该数据处理单元510执行存储于存储器540的程序的一个特别部分，或者存储于非易失性记录介质550上的程序的一个特别部分。
数据处理单元510被配置为通过数据总线514而与存储器550进行通信。数据处理单元510还被配置为通过数据总线512而与存储器520进行通信。另外，数据处理单元510被配置为通过数据总线511而与存储器560进行通信。该数据处理单元510还被配置为通过数据总线515而与数据端口590进行通信。
能够通过数据处理单元510执行存储于存储器540的程序或存储于非易失性记录介质550上的程序而由数据处理单元510执行根据本发明的方法。

Claims (11)

1.一种方法，在具有内燃机(1)的车辆上，在该内燃机的每个燃烧室内具有至少一个进气门(7)和至少一个排气门(8)，这些气门的至少一个具有可变气门正时和/或气门升程，该方法用于在车辆被驱动时调整所述的气门正时和/或气门升程，其特征在于，计算车辆未来的前进阻力，计算到发动机工作状况中将要发生的瞬变为止的一段时间，以及当瞬变发生时，在这段时间内至少开始所述气门正时和/或气门升程的必要调整，以提高发动机性能优化的水平。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的气门正时和/或气门升程的必要调整也在所述段时间内结束。
3.如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，进行所述的气门正时和/或气门升程的调整以便引起发动机工作模式的变换。
4.如上述权利要求所述的方法，其特征在于，为了变换发动机工作模式而进行的所述调整在所述段时间结束前适时地开始，从而所述发动机工作模式的变换能够在所述段时间结束前以及瞬变发生前完成。
5.如上述任一权利要求所述的方法，该方法用于结合自动变速器的换档而调整所述气门正时和/或气门升程，该自动变速器与配备有压缩制动装置的发动机相连，该压缩制动装置被布置用于在换高速档时自动触发，其特征在于，至少为了在压缩制动装置作为发动机速度控制器的情况下对换高速档进行优化，进行所述的气门正时和/或气门升程的调整。
6.如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述的气门正时和/或气门升程的调整是在所述段时间内的一段相对较长的时间上逐渐进行，或者在所述段时间内的一段相对较短的时间上瞬间进行。
7.一种配备内燃机(1)的车辆，在该内燃机的每个燃烧室上具有至少一个进气门(7)和至少一个排气门(8)，这些气门的至少一个具有用于控制气门的打开时间和/或气门升程的操作装置(9，10)，以及控制所述操作装置的电子控制装置(3)，其特征在于，所述控制装置(3)被配置用于利用至少有关路面坡度和节气门位置的输入信息，在车辆被驱动时，计算未来的前进阻力和到发动机工作状况中将要发生瞬变的时间，并当发生瞬变时，在所述段时间内控制所述的操作装置(9，10)，以提高发动机性能优化的水平。
8.如权利要求7所述的车辆，具有增压内燃机(1)和由发动机驱动的自动变速器(2)，其特征在于，所述控制装置(3)具有发动机和变速器控制功能，并被配置用于计算到将要换档的时间并在该段时间内控制所述的操作装置(9，10)，从而至少为优化换档而进行所述的气门正时和/或气门升程的调整。
9.一种计算机程序，它包含用于在该计算机程序被计算机运行时执行如权利要求1所述的控制方法的程序代码。
10.一种计算机程序产品，它包含存储于计算机可读的介质上的程序代码，在所述的计算机程序被计算机运行时，用于执行如权利要求1所述的控制方法。
11.一种计算机程序产品，它可以被直接装载到计算机的内存里，该计算机程序产品包含计算机程序，当计算机程序产品上的所述的计算机程序被计算机运行时，用于执行如权利要求1所述的控制方法。
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