专利名称：延伸按需排量范围的脉冲进气控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，尤其涉及发动机控制系统，其在按需排量的发动机中控制发动机的运转。
背景技术：
一些内燃机包括发动机控制系统，该系统在低负荷情况下切断气缸。例如，八缸发动机可使用四个气缸工作，以便通过降低吸排损失而改善燃料经济性。该过程通常称为按需排量(displacementon demand)或者DOD。使用发动机所有气缸的操作称为启用模式(activated mode)。停用模式(deactivated mode)指使用少于发动机所有气缸的操作(不启用一个或多个气缸)。
在停用模式中，较少的气缸运转。因此，可获得的用于驱动车辆传动系和附件(例如，交流发电机、冷却液泵、A/C压缩机)的驱动扭矩减小。但是，发动机效率因燃料消耗的减少(也就是，没有燃料供给到停用的气缸)和发动机吸排的减少而增加。因为停用的气缸不吸入空气，所以发动机总的吸排损失降低。在典型的处于停用模式的发动机运转中，当需求扭矩大于停用模式中可获得的最大扭矩的阈值(例如，大约95％)时，发动机切换到启用模式。
在正常行驶过程中，许多运转条件刚好在停用模式扭矩极限的阈值之上。因此，多次发生切换到燃料效率较低的启用模式。当进入启用模式时，滞后经常延迟转换回到停用模式。这些情况导致错失了降低燃料消耗的机会。
发明内容
因此，本发明提供一种发动机控制系统，该系统用于控制按需排量(DOD)发动机在启用和停用模式下的发动机运转。发动机控制系统包括脉冲进气装置，该脉冲进气装置布置在DOD发动机气缸的进气口上游，用于控制进入气缸的空气流。在发动机在停用模式下运转的过程中，当希望的发动机扭矩输出接近第一阈值发动机扭矩输出时，第一模块启动脉冲进气，以便控制进入气缸的空气流。
在一个特征中，脉冲进气装置在进气事件的一部分中抑制进入气缸的空气流。
在另一个特征中，脉冲进气装置包括高速阀，该高速阀位于开启位置时用于使空气流通过，位于闭合位置时用于抑制空气流通过。
还是在另一个特征中，发动机控制系统还包括第二模块，在发动机在具有脉冲进气的停用模式下运转的过程中，当希望的发动机扭矩接近第二阈值发动机扭矩时，该第二模块将发动机切换到启用模式下运转。当希望的发动机扭矩低于第一阈值发动机扭矩减去滞后值时，第二模块将发动机切换到停用模式下运转。
还是在另一个特征中，当希望的发动机扭矩低于第一阈值发动机扭矩时，第一模块停止脉冲进气。
根据下面提供的详细说明书，本发明更多的应用范围将变得显而易见。应理解指示本发明优选实施例的详细说明书和特殊示例仅用于解释的目的，并不用于限制本发明。
根据详细说明书和附图，将更完全地理解本发明，其中 图1是功能方框图，其阐述示例性的车辆动力系，其包括按需排量(DOD)的发动机系统，该系统具有根据本发明的脉冲进气系统； 图2A是包括处于闭合位置的脉冲进气阀的发动机气缸的示意性剖视图； 图2B是包括处于开启位置的脉冲进气阀的发动机气缸的示意性剖视图； 图3是阐述根据本发明的脉冲进气控制的流程图； 图4是阐述使用本发明的脉冲进气控制实现扭矩增加的示例性图表； 图5是阐述执行本发明的脉冲控制的示例性模块的逻辑图。
具体实施例方式优选实施例的下述描述本质上仅是示例性的，并不用于限制本发明，以及本发明的应用或使用。为了清楚，附图中使用相同的附图标记表示相同的元件。正如此处使用的，启用指使用发动机所有气缸的操作。停用指使用少于发动机所有气缸的操作(不启用一个或多个气缸)。正如此处使用的，术语模块指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用、专用、或者成组)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它适合组件。
现在参考图1，车辆10包括发动机12，该发动机驱动变速器14。变速器14或者是自动变速器，或者是手动变速器，该变速器通过相应的扭矩变换器或离合器16被发动机12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。在发动机工作中一个或多个气缸18有选择地停用。尽管图1描述了4个气缸(N＝4)，但意识到发动机12可包括更多或更少的气缸18。例如，考虑具有4、5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。通过进气歧管20进入发动机12的空气流通过通道22导入气缸18，与燃料一起在气缸18中燃烧。
现在参考图1、、2A和2B，发动机还包括位于与各个气缸18相关的各个进气通道22内的脉冲进气装置24。尽管显示了两个脉冲进气装置24，但意识到可实现更多或更少的脉冲进气装置24。如下文更详细讨论的，脉冲进气装置24有选择地抑制从进气歧管到它对应气缸的空气流。更特殊地，每个脉冲进气装置24包括高速阀26。在发动机正常工作中，阀26保持开启，对气缸18的进气口只有很小的影响。在脉冲进气模式中，阀26在大部分进气事件中闭合。因此，在气缸18内和沿着脉冲进气装置24下游的进气通道22存在低压或真空。
阀26在朝着进气事件结束的预定时刻快速开启，空气的涌入在气缸18内产生增压效果。采用这种方式，活塞上方的空气压力相比传统的进气事件增加。阀26关闭，由空气涌入产生的正压力波得以保存。在随后的进气事件开始时，正压力波起到消除排气残余的作用。在脉冲进气模式中，发动机的扭矩输出在发动机低速下增加了20％。
如此处讨论的，控制模块38与发动机12、各种输入和传感器通讯。发动机速度传感器48生成基于发动机速度的信号。进气歧管绝对压力(MAP)传感器50生成基于进气歧管20压力的信号。节气门位置传感器(TPS)52生成基于节气门位置的信号。
当轻发动机负荷发生时，控制模块38将发动机12转换到停用模式。尽管一个或多个气缸可被停用，但在示例性实施例中，N/2个气缸18被停用。当所选择的气缸停用时，控制模块38增加剩余或者启用气缸18的功率输出。停用气缸18的进气口和排气口(未显示)关闭，以便降低吸排损失。
基于各种发动机运转参数确定发动机负荷，这些参数包括，但不局限于，进气MAP、气缸模式、脉冲进气模式和发动机速度。更特殊地，发动机负荷表达为最大可获得发动机扭矩的百分比。为了讨论的目的，发动机扭矩将在前述讨论中使用。如果发动机扭矩低于给定RPM下的阈值水平时，认为是轻发动机负荷，发动机12在停用模式下运转。如果发动机扭矩高于给定RPM下的阈值水平时，认为是重发动机负荷，发动机12在启用模式下运转。示例性的阈值水平是最大可获得扭矩(TDEAC)的95％。控制模块38基于脉冲进气控制而控制发动机12，以便维持发动机在更高的燃料效率区域内运转，延长发动机12在停用模式下运转的时间。
本发明的脉冲进气控制在脉冲进气模式中控制发动机运转，在脉冲进气模式的同时，发动机在停用模式下运转。更特殊地，当在停用模式下运转时存在最大可获得发动机扭矩(TDEAC)。当发动机需求扭矩(TDES)超过阈值扭矩(TTHR)(例如，TDEAC的90％-95％)时，处于停用气缸模式的发动机同时在脉冲进气模式下运转。当在停用模式下运转时，脉冲进气提供增加的可获得发动机扭矩(TDEACIC)(也就是，TDEAC＜TDEACIC)。通常，可实现增加的扭矩一直达到大约20％(例如，TDEACIC＝(1.2)TDEAC)。
当同时在停用和脉冲进气模式下运转时，TTHR相应地增加，以便提供第二阈值(TTHRIC)。使用95％的示例性数值，TTHR大约等于停用模式下的0.95*TDEAC，TTHRIC大约等于具有脉冲进气的停用模式下的0.95*TDEACIC。因为TDEACIC大于TDEAC，所以具有脉冲进气的停用模式下的TTHRIC大于不具有脉冲进气的停用模式下的TTHR。当TDES超过TTHRIC时，发动机运转切换到启用模式。更具体地，当TDEACIC不足以提供TDES时，发动机运转切换到启用模式。基于驾驶员需求(例如，加速踏板位置)确定TDES。
现在参考图3，详细描述了脉冲进气控制执行的示例性步骤。在步骤100，控制确定是否转换到停用模式。如果控制确定没有转换到停用模式，则控制循环退回。如果控制确定转换到停用模式，则在步骤102中控制停用所选择的气缸18。
在步骤104中控制监视TDES。在步骤106中控制确定TDES是否超过TTHR。如果TDES没有超过TTHR，则在步骤108中如果脉冲进气正在使用中，控制就结束脉冲进气。如果TDES超过TTHR，则在步骤110中控制启动脉冲进气。在步骤112中，控制确定TDES是否超过TTHRIC。如果TDES没有超过TTHRIC，则控制循环退回到步骤104。如果TDES超过TTHRIC，则在步骤113、114中控制结束脉冲进气行为，启用所有气缸(也就是，切换到启用模式)，接着结束。
现在参考图4，阐述了用于脉冲进气控制的示例性扭矩与发动机速度的关系曲线。从大约950RPM到大约2900RPM定义了停用模式的示例性DOD范围。TDEAC(虚线)指示停用模式下在发动机正常运转过程中的扭矩曲线。TDEACIC(实线)指示在停用模式下脉冲进气时的发动机运转过程中的扭矩曲线。同时在停用模式和脉冲进气模式下运转实现了显著的扭矩增加，使发动机能在延长的时间段内维持在停用模式下。
现在参考图5，详细描述脉冲进气控制的逻辑流程。气缸模式模块500接收包括扭矩和RPM信号的发动机运转参数，基于这些参数生成气缸启用或停用信号。气缸启用或停用信号发送到气缸执行器模块502和扭矩模块504。气缸执行器模块502基于启用或停用信号停用或者启用所选择的气缸。扭矩模块504监视发动机可获得的扭矩输出，将其与TDES比较。如果TDES接近TTHR，则扭矩模块504生成脉冲进气控制信号。脉冲进气控制信号发送到脉冲进气模块506，该模块控制脉冲进气装置24的操作。
熟悉本技术领域的人员根据前述说明书现在能意识到本发明宽泛的教导可以各种形式实现。因而，尽管结合特殊示例描述了该发明，但本发明的真实范围不应被限制，因为在研究附图、说明书和下面的权利要求的基础上，其它修改对熟悉的从业者而言是显而易见的。
权利要求
1.一种发动机控制系统，该系统用于控制按需排量(DOD)发动机在启用和停用模式下的发动机运转，包括脉冲进气装置，其布置在所述DOD发动机气缸的进气口上游，用于控制进入所述气缸的空气流；和第一模块，在发动机在所述停用模式下运转的过程中，当希望的发动机扭矩输出超过第一阈值发动机扭矩输出时，该第一模块启动脉冲进气，以便控制进入所述气缸的空气流。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述脉冲进气装置在进气事件的一部分中抑制进入所述气缸的空气流。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，所述脉冲进气装置包括高速阀，该高速阀位于开启位置时用于使空气流通过，位于闭合位置时用于抑制空气流通过。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括第二模块，在发动机在具有脉冲进气的所述停用模式下运转的过程中，当所述希望的发动机扭矩超过第二阈值发动机扭矩时，该第二模块将发动机切换到所述启用模式下运转。
5.如权利要求4所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述希望的发动机扭矩低于所述第一阈值发动机扭矩减去滞后值时，所述第二模块将发动机切换到所述停用模式下运转。
6.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述希望的发动机扭矩低于所述第一阈值发动机扭矩时，所述第一模块停止脉冲进气。
7.一种方法，该方法用于控制按需排量(DOD)发动机在启用和停用模式下的发动机运转，包括确定希望的发动机扭矩；比较所述希望的发动机扭矩和第一阈值发动机扭矩；和当在所述停用模式下运转，且所述希望的发动机扭矩超过所述第一阈值发动机扭矩时，启动进入所述DOD发动机气缸的脉冲进气。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述脉冲进气包括在进气事件的一部分中抑制进入所述气缸的空气流。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述脉冲进气实现为脉冲进气装置，该装置包括高速阀，该高速阀位于开启位置时用于使空气流通过，位于闭合位置时用于抑制空气流通过。
10.如权利要求7所述的方法，还包括，在发动机在具有脉冲进气的所述停用模式下运转的过程中，当所述希望的发动机扭矩超过第二阈值发动机扭矩时，发动机切换到所述启用模式下运转。
11.如权利要求10所述的方法，还包括，当所述希望的发动机扭矩低于所述第一阈值发动机扭矩时，发动机切换到所述停用模式下运转。
12.如权利要求7所述的方法，还包括，当所述希望的发动机扭矩低于所述第一阈值发动机扭矩时，停止脉冲进气。
13.一种方法，该方法用于控制按需排量(DOD)发动机在启用和停用模式下的发动机运转，包括确定希望的发动机扭矩；基于所述停用模式下的第一可获得发动机扭矩计算第一阈值发动机扭矩；比较所述希望的发动机扭矩和所述第一阈值发动机扭矩；和当在所述停用模式下运转，且所述希望的发动机扭矩超过所述第一阈值发动机扭矩时，启动进入所述DOD发动机气缸的脉冲进气。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述脉冲进气包括在进气事件的一部分中抑制进入所述气缸的空气流。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述脉冲进气实现为脉冲进气装置，该装置包括高速阀，该高速阀位于开启位置时用于使空气流通过，位于闭合位置时用于抑制空气流通过。
16.如权利要求13所述的方法，还包括基于具有脉冲进气的所述停用模式下的第二可获得发动机扭矩计算第二阈值发动机扭矩；和当所述希望的发动机扭矩超过第二阈值发动机扭矩时，发动机切换到所述启用模式下运转。
17.如权利要求16所述的方法，还包括，当所述希望的发动机扭矩低于所述第一阈值发动机扭矩时，发动机切换到所述停用模式下运转。
18.如权利要求13所述的方法，还包括，当所述希望的发动机扭矩低于所述第一阈值发动机扭矩时，停止脉冲进气。
全文摘要
一种发动机控制系统，该系统用于控制按需排量(DOD)发动机在启用和停用模式下的发动机运转，包括脉冲进气装置，该脉冲进气装置布置在DOD发动机气缸的进气口上游，用于控制进入气缸的空气流。在发动机在停用模式下运转的过程中，当希望的发动机扭矩输出接近第一阈值发动机扭矩输出时，第一模块启动脉冲进气，以便控制进入气缸的空气流。
文档编号F02D9/08GK1940268SQ200610141330
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者F·J·罗扎里奥, M·M·麦唐纳, W·C·阿尔伯森, 吴克仁 申请人:通用汽车环球科技运作公司