专利名称：发动机运转的有效控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机噪声，振动和生硬性(harshness)(NVH)，并且尤其涉及有效的气缸体动态燃烧扭矩的消除。
背景技术：
内燃机产生驱动扭矩，该驱动扭矩通过曲轴传送到动力传动系统。曲轴扭矩和气缸体动态燃烧扭矩通常在幅值上相等并且方向相反。发动机被设计以产生稳态(DC)扭矩。在一些情况下，动态(AC)扭矩被产生，并且引起可被车辆乘客察觉的噪声和振动。
一些内燃机包括发动机控制系统，该系统可以使一些气缸在低负荷情况下不工作。例如，8缸发动机能够只运行4个气缸，以便于通过减少泵气损失来改善燃料经济性。该过程通常称为随选排量或者DOD。所有发动机气缸运行的情况称为激活模式。小于所有的发动机气缸运行的情况(一个或多个气缸不运行)称为断缸模式。
车辆会进行调整来减少噪声，振动和生硬性(NVH)。例如，由于燃烧过程，在发动机和动力总成的其它剩余装置中会引起振动。发动机和在车辆中支撑发动机的构造(例如，发动机底座)会进行调整以减弱这些振动。
在断缸模式中，较少的气缸在运行。因此，振动频率会降低。例如，在8缸发动机中，燃烧引起的振动频率大约为80Hz。当运行在断缸模式时，只有4个气缸发火。因此，振动频率被减半为40Hz。在断缸模式中该减少的振动频率会引起NVH的增加，这会被车辆驾驶员所察觉。
发明概要因此，本发明提供一种用于控制发动机动态扭矩的发动机有效运转控制系统。该发动机控制系统包括产生第一动态扭矩的发动机。第一模块选择性地引起围绕发动机的曲轴的旋转轴的扭矩的产生，其方向与通过曲轴产生的第一动态扭矩相反。
在其它的特征中，该扭矩基于发动机速度产生。当发动机速度大于第一发动机速度阈值并且小于第二发动机速度阈值时，该扭矩产生。
在其它的特征中，发动机控制系统还包括第一对偏离旋转轴的有效质量吸收器(AMA)，每一个可产生一力以引起扭矩，该力的方向平行于通过旋转轴所定义的平面。在一个设置中，AMA设置在旋转轴的相对侧并且偏离旋转轴相等的距离。在另一个设置中，AMA设置在旋转轴的相对侧，并且偏离旋转轴不同的距离。第一对AMA中的一个所产生的力大于第一对AMA中另一个所产生的力。
在又一个特征中，发动机控制系统进一步包括偏离旋转轴的第二对AMA，每一个可产生一力以引起所述扭矩，该力的方向平行于通过旋转轴所定义的平面。
在又一个特征中，发动机是可运行在激活和断缸模式中的随选排量发动机。
本发明的应用的进一步的范围将才从下面所提供的详细描述中变得显然。应该理解的是表示本发明的优选实施例的详细的描述和具体的例子，其意图仅仅是为了说明，而不意图去限制本发明的范围。
附图简述通过下面的详细描述和附图，本发明将得到更加充分的理解，其中
图1是示出了不同扭矩的示例发动机的示意透视图；图2是根据本发明的包括一对有效质量吸收器(AMA)的示意透视图；图3是根据本发明的包括多对AMA的发动机的示意透视图；图4是实施本发明的发动机运转有效(EMA)控制系统的示例发动机系统的原理框图；图5A是根据本发明的包括AMA装置的发动机的侧视图；图5B是根据本发明的包括可选择的AMA装置的发动机的侧视图；图6是表示通过根据本发明的EMA控制所执行的示例步骤的流程图；和图7是执行本发明的EMA控制的示例模块的原理框图。
具体实施例方式
下面的优选实施例的描述实际上仅仅是示例并不意图去限制本发明、其应用或者使用。为了描述清楚的目的，在附图中相同的附图标记表示相同的元件。如在此所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的，专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它能提供所述功能的合适的组件。如在此所使用的，激活指所有发动机气缸都运行的情况。断缸指小于所有发动机气缸运行的情况(一个或多个气缸不运行)。
参见图1，示意的发动机3包括一曲轴5。如下面进一步详细描述的，发动机3产生曲轴扭矩，该扭矩包括动态(AC)扭矩(TCSAC)和稳态(DC)扭矩(TCSDC)两者。也产生了气缸体动态燃烧扭矩(TEBAC)和稳态扭矩(TEBDC)。TEBAC是本发明的发动机运转有效(EMA)控制系统试图去消除的，这将在下面进一步详细描述。
现在参见图2和3，发动机3和曲轴5被示出，如图1中所示的。平面A被定义并且垂直于曲轴5。一组有效质量吸收器(AMA)7a，7b被设置，使得它们的轴位于平面A中。AMA将在下面进行进一步详细解释。AMA7a的轴平行于AMA7b的轴。AMA7a，7b刚性地固定到发动机3上。当被供能时，AMA7a，7b围绕曲轴的轴线产生一动态扭矩(TAC)。TAC的频率和幅值设置成与TEBAC的频率和幅值相等，但是相位相反。如此，TAC和TEBAC相互抵消，并且优选产生净值零的振动扭矩。
图3示出了具有两组AMA7，9的EMA控制系统的可选择的实施例。第一组AMA7a，7b被设置为如图2所描述的。第二平面B被定义为垂直于曲轴5。两个AMA装置9a，9b被设置使得它们的轴位于平面B上，并且AMA9a的轴平行于AMA9b的轴。AMA9a，9b刚性固定到发动机3上，并且当被供能时，它们围绕曲轴5产生了第二动态扭矩(T’AC)。该扭矩的频率被设置成与TEBAC的频率相等。TAC和T’AC两者的幅值加到一起与TEBAC的幅值大小相等并且方向相反。因此，总的动态扭矩还是为净值零的扭矩。
注意到设置在平面A中的AMA7a，7b的位置与设置在平面B中的AMA9a，9b的位置不相关。因此，任意数目的垂直于曲轴5的附加平面可以被产生，每个平面设置一附加AMA组。还注意到每个AMA组可包含任意数目的AMA。在一组中的AMA必须都位于同一平面上，垂直于曲轴5并且通过AMA一致作用所产生的净值动态扭矩与TEBAC大小相等并且方向相反。
现在参见图4至7，本发明的EMA控制系统的具体实施将进行详细描述。更具体的，所描述的EMA控制系统在随选排量(DOD)发动机上实现。但是，需要理解的是，本发明的EMA控制系统可实施在不同类型的发动机上，这些发动机包括但不限于传统的内燃机和DOD发动机。
现在参见图4，车辆10包括驱动变速器14的发动机12。变速器14可以为自动的或者手动的变速器，其通过相应的变矩器或离合器16由发动机12所驱动。空气通过节气门13流入发动机12。发动机12包括N个气缸18。在发动机运行期间，一个或多个气缸18可选择性的断缸。尽管图1描述了8个气缸(N＝8)，需要理解的是发动机12可包括更多或更少的气缸18。例如，设想发动机具有4，5，6，8，10，12和16个气缸。空气通过进气岐管20流入发动机12中并且在气缸18中与燃料进行燃烧。燃烧过程在气缸内往复驱动活塞(未示出)。活塞旋转驱动曲轴30(见图2A和2B)以提供驱动扭矩到动力总成中。
控制模块38与发动机12、不同输入装置和在此所描述的传感器相连通。车辆驾驶员操作加速踏板40以调节节气门13。更具体的，踏板位置传感器42产生一传送到控制模块38中的踏板位置信号。控制模块38基于踏板位置信号产生一节气门控制信号。节气门调节器(未示出)基于节气门控制信号调节节气门13，以调节流入发动机12中的空气。
车辆驾驶员操作制动踏板44以调节车辆制动。更具体的，制动位置传感器产生一传送到控制模块38中的制动踏板位置信号。控制模块38基于制动踏板位置信号产生制动控制信号。制动系统(未示出)基于制动控制信号调节车辆的制动，以便于调节车辆速度。发动机速度传感器48基于发动机速度产生信号。进气岐管绝对压力(MAP)传感器50基于进气岐管20的压力产生信号。节气门位置传感器(TPS)52基于节气门位置产生信号。
当发动机为轻负荷时，控制模块38将发动机12转换到断缸模式。在示例的实施例中，N/2的气缸18断缸，尽管可以为一个或多个气缸断缸。在所选择气缸18断缸的情况下，控制模块38会增加剩余的或者激活的气缸18的动力输出。断缸的气缸18的进气口和排气口(未示出)被关闭以减少泵气损失。
发动机的负荷是基于进气MAP，气缸模式和发动机速度所确定的。更具体的，如果在一给定的RPM下MAP小于一阈值时，发动机负荷被认为是轻负荷并且发动机运行在断缸模式。如果在一给定的RPM下MAP大于一阈值时，发动机负荷被认为是重负荷并且发动机12运行在激活模式下。
现在参见图5A和5B，车辆10包括发动机运转有效(EMA)控制系统60。该EMA控制系统包括至少一对设置在曲轴30相对侧的有效质量吸收器(AMA)62。每个AMA62是有效质量和弹性系统，其引起线性力(F)。因为AMA62相对曲轴30的旋转轴(A)偏移一距离，AMA62可选择地围绕轴线A产生一力矩或扭矩。更具体的，如下面进一步详细描述的，在接通模式下，AMA产生一方向与曲轴30旋转方向相反的扭矩。在断开模式下，AMA是无效的并且围绕轴A不会产生扭矩。
特别参见图5A，第一AMA62A偏离轴A的距离为da，并且第二AMA62B偏离轴A的距离为db。当处于接通模式时，AMA62A产生一力Fa并且AMA62B产生一力Fb，从而围绕轴A根据下面的关系式提供一合成的力矩(T)T＝Fada+Fbdb围绕轴A所产生的扭矩(T)与通过曲轴30传送的驱动扭矩存在相位差。例如，T与驱动扭矩存在大约180°的相位差。在一个结构中，每个AMA62A，62B产生一半的T，根据下面的关系式Fada＝1/2T和Fbdb＝1/2T结果Fada＝Fbdb并且Fa＝Fb(db/da)因为da大于db，Fb小于Fa。因此，AMA62A小于AMA62B。Fa和Fb的方向平行于通过轴A定义的平面A-A。
继续参见图5A，在一个可选择的结构中，AMA62A被偏离轴A的距离为dc的AMA62C所代替，在此dc等于db。扭矩(T)根据下面关系式被确定T＝Fcdc+Fbdb因为每个AMA62B，62C产生一半的T，并且db等于dc，Fb等于Fc并且AMA62B，62C为相同的尺寸。
现在参见图5B，另一个可选择结构提供了两对AMA62。第一对包括AMA62D和62E，并且第二对包括62F和62G。每一对产生一半的扭矩(T)。每一对的AMA优选构造成与以上针对AMA62A，62B和/或AMA62B，62C所述的那样。更具体的，每一对的AMA可以偏离轴A不同的距离并且尺寸不同，每一对的AMA可以偏离轴A相等的距离并且尺寸相等。
控制模块38根据本发明的EMA控制调节AMA在接通和断开模式之间的运行。更具体的，当发动机12转换到断缸模式并且发动机速度(RPM)在一阈值范围之内时，控制模块38转换AMA到接通模式。例如，如果发动机处于断缸模式并且发动机的RPM大于第一RPM阈值(RPMA)并且小于第二RPM阈值(RPMB)时，AMA被切换到接通模式。当处于接通模式时，扭矩(T)会消除在不进行本发明控制的情况下会由数量减少的发火气缸所产生的振动。如果发动机处于断缸模式并且发动机RPM或者小于RPMA或者大于RPMB，则AMA切换到断开模式。
现在参见图6，由本发明的EMA控制所执行的示例步骤将详细进行描述。在步骤100处，控制基于RPM和MAP确定是否需要将发动机12转换到断缸模式。如果发动机12不转换到断缸模式，控制返回。如果发动机12被转换到断缸模式，在步骤102处控制使选择的气缸18断缸。
在步骤104处，控制确定RPM是否大于RPMA和小于RPMB。如果RPM不大于RPMA并且不小于RPMB，控制继续到步骤106。如果RPM大于RPMA并且小于RPMB，控制继续到步骤108。在步骤106处，控制不启动AMA(也就是，断开模式)。在步骤108处，控制启动AMA(也就是，接通模式)。在步骤110处，控制基于RPM和MAP确定是否需要将发动机12转换到激活模式。如果发动机12没有转换到激活模式，控制返回到步骤104。如果发动机12转换到激活模式，在步骤112处控制激活所有的气缸18并且控制结束。
现在参见图7，执行EMA控制的示例的模块将详细描述。示例的模块包括查询模块400，气缸启动器模块402和AMA控制模块404。查询模块400基于RPM和MAP可选择地产生激活(ACT)或者断缸(DEACT)信号。气缸启动器模块402基于ACT/DEACT信号产生控制信号来可选择性地激活或者断缸气缸18。AMA控制模块404基于RPM和ACT/DEACT信号产生AMA接通/断开信号。更具体的，当DEACT信号存在并且RPM大于大于RPMA和小于RPMB时，AMA控制模块404产生断开信号。
本领域的技术人员从上述描述中将会理解到本发明的较宽的教导能够以多种形式进行实施。因此，虽然本发明以相关的具体的例子进行了描述，但本发明的真实的范围不应被限于此，因为其它的修改对本领域技术人员通过附图，说明书和下面的权利要求进行理解后将会变得显然。
权利要求
1.用于控制发动机动态扭矩的发动机有效运转控制系统，其包括发动机，其产生第一动态扭矩；和第一模块，其选择性地引起围绕所述发动机的曲轴的旋转轴的第二动态扭矩的产生，该第二动态扭矩的方向与通过所述曲轴产生的所述第一动态扭矩相反。
2.如权利要求1所述的发动机有效运转控制系统，其中所述扭矩基于发动机的速度产生。
3.如权利要求2所述的发动机有效运转控制系统，其中当所述发动机速度大于第一发动机速度阈值并且小于第二发动机速度阈值时，所述扭矩被产生。
4.如权利要求1所述的发动机有效运转控制系统，进一步包括第一对偏离所述旋转轴的有效质量吸收器(AMA)，每一个可产生一力以引起所述扭矩，该力的方向平行于通过所述旋转轴所定义的平面。
5.如权利要求4所述的发动机有效运转控制系统，其中所述AMA设置在所述旋转轴的相对侧并且偏离所述旋转轴相等的距离。
6.如权利要求4所述的发动机有效运转控制系统，其中所述AMA设置在所述旋转轴的相对侧，并且偏离所述旋转轴不同的距离，其中所述的第一对AMA中的一个所产生的力大于所述的第一对AMA中另一个所产生的力。
7.如权利要求4所述的发动机有效运转控制系统，进一步包括偏离所述旋转轴的第二对AMA，每一个可产生一力以引起所述扭矩，该力的方向平行于通过所述旋转轴所定义的平面。
8.如权利要求1所述的发动机有效运转控制系统，其中所述发动机是可运行在激活和断缸模式中的随选排量发动机。
9.一种在随选排量发动机中在激活和断缸模式期间控制发动机运行的方法，其包括转换所述发动机到所述断缸模式；和选择性地围绕所述发动机的曲轴的旋转轴产生一扭矩，该扭矩的方向与通过所述曲轴产生的驱动扭矩方向相反。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述扭矩基于发动机速度产生扭矩。
11.如权利要求10所述的方法，其中当所述发动机速度大于第一发动机速度阈值并且小于第二发动机速度阈值时，所述扭矩被产生。
12.如权利要求9所述的方法，进一步包括提供第一对偏离所述旋转轴的有效质量吸收器(AMA)，每一个可产生一力以引起所述扭矩，该力的方向平行于通过所述旋转轴所定义的平面。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述AMA设置在所述旋转轴的相对侧并且偏离所述旋转轴相等的距离。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述AMA设置在所述旋转轴的相对侧，并且偏离所述旋转轴不同的距离，其中所述的第一对AMA中的一个所产生的力大于所述的第一对AMA中另一个所产生的力。
15.如权利要求12所述的方法，进一步包括提供偏离所述旋转轴的第二对AMA，每一个可产生一力以引起所述扭矩，该力的方向平行于通过所述旋转轴所定义的平面。
16.一种在随选排量发动机的断缸模式期间减小发动机振动的方法，其包括确定是否需要转换所述发动机到所述断缸模式；监控发动机速度；和基于所述发动机速度启动有效质量吸收器(AMA)，以围绕所述发动机的曲轴的旋转轴产生一扭矩，该扭矩的方向与通过所述曲轴产生的驱动扭矩的方向相反。
17.如权利要求16所述的方法，其中当所述发动机速度大于第一发动机速度阈值并且小于第二发动机速度阈值时，所述扭矩被产生。
18.如权利要求16所述的方法，进一步包括提供第一对偏离所述旋转轴的有效质量吸收器(AMA)，每一个可产生一力以引起所述扭矩，该力的方向平行于通过所述旋转轴所定义的平面。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述AMA设置在所述旋转轴的相对侧并且偏离所述旋转轴相等的距离。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述AMA设置在所述旋转轴的相对侧，并且偏离所述旋转轴不同的距离，其中所述的第一对AMA中的一个所产生的力大于所述的第一对AMA中另一个所产生的力。
21.如权利要求18所述的方法，进一步包括提供偏离所述旋转轴的第二对AMA，每一个可产生一力以引起所述扭矩，该力的方向平行于通过所述旋转轴所定义的平面。
全文摘要
一种用于控制发动机动态扭矩的发动机有效运转控制系统，其包括产生第一动态扭矩的发动机。第一模块选择性地引起围绕所述发动机的曲轴的旋转轴的第二动态扭矩的产生，该扭矩的方向与通过所述曲轴产生的所述第一动态扭矩相反。
文档编号F02D17/00GK101016865SQ20061009457
公开日2007年8月15日 申请日期2006年6月21日 优先权日2005年6月21日
发明者F·P·霍恩斯塔德特, S·A·特尔沃, E·N·雅各布森, B·E·费拉里, D·R·小埃尔津加, E·J·德芬德菲尔, S·怀斯, W·博尔斯, B·法里博尔兹 申请人:通用汽车环球科技运作公司