专利名称：用于按需排量的发动机控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种内燃机，尤其涉及到一种对按需排量发动机的 发动机运行进行控制的发动机控制系统。
背景技术：
一些内燃机中包括在低负荷工况下使气缸停用的发动机控制系 统。例如， 一种/\缸发动才几可以^吏用四个气缸工作，/人而通过减小泵气损失来提高燃油经济性。该过程通常被称为按需排量或DOD。使用发 动机所有气缸的运行称为启用模式。停用模式是指使用少于发动机所 有气缸的运行(l或多个气缸停用)。停用模式中，运行的气缸数变少。因此，可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。 发动机效率因为燃耗的减小(即，不向停用气缸供给燃料)和泵气损 失的减小而提高。因为停用气缸不吸入和压缩新鲜的吸入空气，泵气 损失得以减小。当发动机转速与变矩器涡轮转速相匹配时，发动机停用模式的运 行可被限制以避免噪音，振动和不平顺(NVH)的产生。因此，整机效 率也被降低以避免NVH。发动机转速在低发动机转速时比在高发动机转 速时更可能与变矩器涡轮转速匹配。 一般地，停用模式在发动机低转 速下更受限制。提高变矩器离合器的打滑速度以避免NVH可能导致变矩 器离合器的高温和对变矩器离合器表面的磨损。发明内容因此，本发明提供一种控制具有多个气缸的按需排量发动机的发 动机控制系统。该发动机控制系统包括 一 个带有变矩器离合器的变矩 器和一个控制模块。该控制模块确定变矩器离合器的打滑速度并基于 该打滑速度估算出变矩器离合器的温度状态。该控制模块基于该温度 状态选择性地启用至少 一个气缸。在 一 个特征中，集油槽温度传感器基于用于为变矩器保持流体源的集油槽的温度产生集油槽温度信号。控制模块基于该集油槽温度估 计出该温度状态。在另一个特征中，控制模块根据变矩器离合器的至少一个先前温 度状态确定变矩器的累积损伤并基于该累积损伤选择性地启用至少一 个气缸。通过在后的详细说明，本发明进 一 步的适用范围更容易被理解。 应该了解到，虽然这些详细的说明和特定的实施方式虽然指出本发明 优选实施例，但仅作示例用而并不对发明的范围作出限制。
结合附图，从下面对实现本发明的详细描述，可容易地理解本发明图l是示出了包括根据本发明的驱动自动变速器的按需排量(D0D ) 发动机的车辆动力传动系的功能结构图；图2是示出示例性的发动机转速曲线和示例性涡轮转速曲线的图表；图3是示出根据本发明的发动机控制系统执行步骤的流程图；图4是示出对于传统发动机控制系统和根据本发明的示例性发动机控制系统的基于转速的进气歧管压力阀值的图表；以及图5是示出在停用模式运行中基于发动机转速的最小TCC打滑速度的图表。
具体实施方式
下面对优选实施例的说明仅作示例用而不对本发明及其应用和使 用进行限制。为清楚起见，附图中的同一附图标记表示类似的部件。 如本文所使用的一样，启用是指使用所有发动机气缸的操作。停用指 使使用少于发动机全部气缸的操作(一或多个气缸不启用)。如本文所 使用的一样，术语模块是指特定用途集成电路(ASIC),电子电路，执行一或多个软件或硬件程序的处理器(共用，专用或集群)和存储器， 组合逻辑电路，和/或其他提供上述功能的合适部件。参见图l,车辆10包括一个通过变矩器16驱动变速器14的变速器输 入轴13的发动机12。发动机12包括N个气缸18。 一或多个气缸18在发动机运行过程中选择性地被停用。可理解到，发动机12可以包括更多或 更少的气缸18。尽管图1标明了8个气缸(N = 8),具有4, 5， 6, 8, 10, 12和16个气缸的发动机也是可以预期的。空气通过节气门15和进气歧 管20流入发动机12并与燃料在气缸18中燃烧。变矩器16是液力耦合，其使发动机12可以近乎独立于变速器输入 轴13而转动。当发动机12变慢或怠速时，通过变矩器16传到变速器输 入轴13的驱动转矩量相对较小。当发动机转速提高时，更多的流体经 由变矩器泵送，将更多的驱动转矩传到变速器输入轴13。储存池或集 油槽17维持流体的供给。冷却系统(未示出)可冷却流体。变矩器16包括可在锁定和非锁定状态下操作的变矩器离合器 (TCC) 19。在非锁定状态下，在变矩器16中产生变矩器打滑。在锁定TCC19还可以在锁定模式和非锁定模式之间进行调节以提供可变的打 滑程度。在一定的驱动条件下，TCC19的打滑可以被控制以消除噪音， 振动和不平顺(NVH),下面进行进一步描述。泵22由发动机12驱动并对用于调节TCC19的接合的液压流体进行 增压。特别是，电磁阀23调节流到TCC19的加压流体流量。当提供最大 量的增压流体时，TCC19处于非锁定模式，而当提供最小量的增压流体 时，TCC处于锁定模式下。该增压流体量可通过在最小和最大量之间进 行调节来对TCC19的打滑进行调节。图1中的流体流向由实线箭头示出。控制模块38与不同的传感器进行通讯并调节车辆的运行。发动机 转速传感器48基于发动机转速产生一个发动机转速信号(ERPM)。变速 器输入轴转速传感器49基于变速器输入轴转速产生一个变速器输入轴 转速信号(TIRPM)。进气歧管绝对压力传感器50根据进气歧管20中的 空气压力产生一个进气歧管绝对压力信号(MAP)。集油槽温度传感器 53基于集油槽17中流体的温度产生一个集油槽温度信号(Tsurap)。控制 模块38通过控制电磁阀23的占空比来调节TCC的打滑速度，进而控制流 入到TCC19的流体流量。控制模块38通过停用和/或重新启用气缸18来选择性地启用气缸 18。当发生发动机低负载时，控制模块38将发动机12转变为停用模式。 在示例性实施例中，N/2个气缸18被停用，尽管还可以停用一个或多个 气缸。在停用所选择气缸18时，控制模块38对余下的或启用的气缸18的动力输出进行调节。停用气缸18的入口和排气口 (未示出)关闭以 减少泵气损失。发动机负载基于MAP,气缸模式以及ERPM来确定。特别地，发动机 负载基于作为MPA和大气压力之间差值的歧管真空度。为讨论起见，一 般用MAP作发动机负载的指示。当MAP低于对应于给定的ERPM的阀值水式下。当MAP高于对应于给定ERPM的阀值水平时，可认为发动机负载较 重并且发动机12运行在启用模式下。 一个示例性的阀值水平为95kPa。 当运行于停用模式下时，控制模块38调节TCC的打滑以隔离NVH。 更特别地，当发动机运行于停用模式下时，控制模块38提高TCC的打滑。 对于一个示例性的按需排量的变矩器打滑控制在于2005年1月18日授 权的美国专利US6843752中被描述，在此其所有公开内容作为整体被引 用。控制模块38通过监控TCC的温度状态(TTee)来使发动机12在延长的 时间段内保持在停用模式下。温度状态可以是温度或者热能。控制模 块38采用一个TCC19的实时热能模型来监测TW和对TCC19的总体损伤， 并确定是否转换到较低的TCC打滑速度的启用模式下。 一个示例性的热 能模型在于2003年8月28日递交的申请号为10/650208的共同转让美国 专利申请中被描述，在此其所有公开内容作为整体被引用。控制模块38确定TCC扭矩和TCC打滑速度。TCC扭矩基于通过电磁阀 23调节的通向TCC19的增压流体的流量。可选地，可设想到TCC扭矩传 感器(未示出)可产生一个TCC扭矩信号。TCC扭矩传感器可包括一个 挠曲传感器或应变传感器。TCC打滑速度用ERPM和TIRPM的差计算得出。实时热能模型根据TCC19的热耗率(HR)来估算Ttcc。 hr基于TCC扭矩 和T C C打滑速度。实时热能模型估算出随着时间变化热量的蓄积和散 发。 一个示例性的热能模型根据下列公式提供其中仏=热耗率，基于TCC扭矩和TCC打滑速度;r =集油槽温度；a,=热能模型的周期时间；Mrcc= TCC的近似热惯量(J / °C ) K 二TCC和冷却系统的排热率(W/°C)力'm热能模型可作为采用与相等的时间常数来跟踪i + r 的值f ^ 細p的低通滤波器。任何类似的低通滤波器函数都可以实现来有效地执行 为热能模型。提高的TCC打滑速度可能会导致TCC的温度状态提高。当U匕预定 的温度状态阀值(Tmax)高时，控制模块38脱离停用模式并减小TCC打滑 速度。此外，当TKc比预定的温度状态阀值高时，控制模块38可以不进 入停用模式。控制模块38配置有存储器54用来存储累积损伤数据。高温减小了 TCC摩擦表面的有效寿命。当U匕预定的损伤温度阀值高时，控制模块 38监测TCC摩擦表面的累积损伤。特别地，当TTcc比损伤温度阀值高时， 控制模块3 8确定T C C的转动次数。随TCC摩擦表面的寿命所累积的TCC转动次数存储于存储器54中， 其代表对TCC摩擦表面的累积损伤(CD)。在摩擦表面有效寿命的开始， 存储器54初始化以反映无CD。当高温阶段发生TCC转动时，控制模块38 写入存储器以反映增长的CD。存储器中可储存一个计数器以代表随着 摩擦表面的寿命在高温状态下TCC的总的转动次数。当CD高于一个预定损伤阀值(CDMax)时，控制模块38退出停用模式 并减小TCC打滑速度。此外，当CD高于CDMax时，控制模块38可以不进入 停用模式。参照图2，图表显示出了一个示例性的发动机速度曲线和一个示例 性的变矩器涡轮速度曲线。在一定的操作条件下，TCC打滑(例如，大 约40RPM的打滑)足以隔离NVH和避免碰撞。这样的例子在区域100处突 出显示。术语碰撞指发动机转速和涡轮转速相等时的情况，如区域200 处显示。碰撞会导致车辆上的乘客感到不期望的干扰或NVH。 一般地， 要对TCC打滑速度进行限制以防止TCC19经历极端的温度偏离和造成对 TCC19的损伤。本发明的发动机控制系统使得TCC打滑能够基于热能模 型得到调节从而提供了充分的隔离并使发动机运行维持在停用模式 下。参照图3 ， 一个流程图示出了本发明的发动机控制执行的示例性步骤。当发动机在启用模式下运行时控制在步骤300开始。在步骤302中， 控制基于ERPM和启用气缸模式计算出MAP^esh。在步骤304中，当MAP低 于MAPThresh时，可认为发动机负载较轻，控制进入步骤306。当MAP不小于MAP^esh时，可认为发动机负载较重，控制返回至步骤302。在步骤306中，控制基于上面描述的热能模型计算出T^。步骤308中，当TTcc低于T^时，控制进入步骤310。当丁Tcc不低于TMax时，控制返回至步骤302。在步骤310中，控制检查储存于存储器54中的累积损伤(CD)。在 步骤312中，当CD低于CDMax时，控制进入步骤314。当CD不低于CD^时， 控制返回至步骤302中。在步骤314中，气缸被停用。步骤316中，控制调节TCC打滑速度。 TCC打滑速度可被提高以避免NVH并维持驾驶性。在其后的迭代中，TCC 打滑速度可被调节至避免NVH和维持驾驶性所需的最小TCC打滑速度。在步骤318中，控制基于热能模型计算得到T^。在步骤320中，当 TTcc低于T^时，控制进入步骤322并检查CD。当TW不低于TMax时，控制进 入步骤330。当步骤324中CD低于CDMax时，控制进入步骤326。当CD不低 于CD^时，控制进入步骤330。在步骤326中，控制基于ERPM和停用气缸模式计算出MAPThresh。在步骤328中，当MAP低于MAPThresh时，控制返回至步骤316并以避免NVH和维持驾驶性所需地调节TCC打滑。当MAP不低于MAPThresh时，控制进入步骤330。在步骤330中，控制启 用气缸并进入步骤332 。步骤332中，控制调节TCC打滑速度。步骤332 中，TCC打滑速度一般降低至一个较低的TCC打滑速度，其导致一个较 低的TCC温度状态。然后控制进入步骤302。参考图4，图表示出了停用才莫式下，1 000至2000的ERPM范围下以及 在100kPa的大气压力下的MAP^esh。为维持驾驶性，减少NVH和TCC损伤， 在较低的发动机转速下MAP^esh降低。线400表示不监测T肌的传统的发 动机控制系统中的MAPThresh 。线4 0 2表示根据本发明的监测Ttcx的示例性 发动机控制系统中的MAP^^。如图示，该示例性的发动机控制通过监 测T^在给定的ERPM下允许更高的MAPThresh o参考图5，图表示出了停用模式运行下的最小TCC打滑速度。为维 持驾驶性和减少NVH,最小TCC打滑速度随着发动机速度减小而提高。 更高的变矩器打滑速度造成了更高的变矩器温度状态。对于较低的发动机转速，根据本发明的发动机控制系统在图5所示最小TCC打滑速度 (或更高)下操作变矩器，直到发动机控制系统转换至启用模式运行。 本领域技术人员可以乂人前述的说明书中认识到本发明的宽泛教导 可以实现为不同的形式。因此尽管本发明采用特定的例子进行描述， 但是本发明的范围不应被如此限制，因为所属领域的技术人员在研究 附图、说明书和所附权利要求后会认识到其他修改。
权利要求
1.一种控制具有多个气缸的按需排量发动机的发动机控制系统，包括带有变矩器离合器的变矩器；和控制模块，其确定变矩器离合器的打滑速度并基于所述打滑速度估算出变矩器离合器的温度状态；其中所述控制模块基于该温度状态选择性地启用至少一个气缸。
2. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中所述控制模块确定 所述变矩器的扭矩并基于该扭矩估算出所述温度状态。
3. 如权利要求2所述的发动机控制系统，其中所述控制模块调节 流至所述变矩器的流体流量并基于该流体流量确定所述扭矩。
4. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中所述控制模块基于 所述变矩器离合器的预定热惯量估算出所述温度状态。
5. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中所述控制模块基于 所述变矩器离合器的预定热耗率估算出所述温度状态。
6. 如权利要求l所述的发动机控制系统，进一步还包括 用于保持所述变矩器的流体供给的集油槽；和集油槽温度传感器，其基于所述集油槽的温度产生集油槽温度信号；其中，所述控制模块基于所述集油槽温度估算出所述温度状态。
7. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中所述控制模块基于 变矩器离合器的至少一个先前温度状态确定变矩器的累积损伤并基于 该累积损伤选择性地启用至少 一个气缸。
8. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中所述控制模块在重 新启用至少一个所述气缸之前等待直到所述温度状态高于一个预定的 温度状态阀值。
9. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中所述控制模块在停 用至少一个所述气缸之前等待直到所述温度状态低于一个预定的温度 状态阀值。
10. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中当至少一个所述气 缸停用时，所述控制模块提高所述打滑速度。
11. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中所述温度状态是所 述变矩器离合器的温度。
12. 如权利要求l所述的发动机控制系统，其中所述温度状态是所 述变矩器离合器的热能。
13. —种控制车辆中的具有多个气缸的按需排量发动机的方法， 该发动机具有带变矩器离合器的变矩器，所述方法包括确定所述变矩器离合器的温度状态；以及基于所述温度状态选择性地启用至少一个所述气缸。
14. 如权利要求13所述的方法，进一步包括 确定所述变矩器的打滑速度；以及 确定所述变矩器的扭矩；其中所述温度状态基于所述扭矩打滑速度和所述扭矩。
15. 如权利要求13所述的方法，进一步包括 监测所述变矩器的累积损伤；以及基于所述累积损伤选择性地启用至少 一 个所述气缸。
16. 如权利要求15所述的方法，其中所述监测所述变矩器的累计 损伤包括监测所述变矩器离合器的温度状态；以及监测当所述温度状态高于预定受损温度状态时所述变矩器离合器 的转动次数。
17. 如权利要求13所述的方法，进一步包括在重新启用至少一个 所述气缸之前等待直到所述温度状态高于 一 个预定的温度状态阀值。
18. 如权利要求13所述的方法，进一步包括在温度状态低于一个 预定的温度状态阀值之后再停用至少 一 个所述气缸。
19. 一种控制具有多个气缸的按需排量发动机的发动机控制系统， 包括带有变矩器离合器的变矩器；用于保持所述变矩器的流体供给的集油槽；集油槽温度传感器，其基于所述集油槽的温度产生集油槽温度信号；发动机转速传感器，其产生发动机转速信号； 变速器输入轴转速传感器，其产生变速器输入轴转速信号；电磁阀，其调节流到所述变矩器离合器的流体流量；控制模块，其基于所述发动机转速信号和所述变速器输入轴转速 信号监测所述变矩器离合器的打滑速度，通过控制所述电磁阀的占空 比来调节所述变矩器离合器的打滑速度，并基于所述打滑速度、所述 占空比、所述变矩器离合器的预定热惯量和所述变矩器离合器的预定 热耗率估算出所述变矩器离合器的温度；其中所述控制模块在重新启用至少一个所述气缸之前等待直到所 述温度状态高于一个预定的温度状态阀值，并在停用至少 一个所述气 缸之前等待直到所述温度状态低于一个预定的温度状态阀值。
20.如权利要求19所述的发动机控制系统，其中所述控制模块监 测对所述变矩器离合器的累积损伤，并在所述累计损伤数据高于 一 个 累积损伤阀值时重新启用至少 一 个所述气缸。
全文摘要
一种控制具有多个气缸的按需排量发动机的发动机控制系统，该发动机包括带有变矩器离合器的变矩器。控制模块确定变矩器离合器的打滑速度，并基于该打滑速度估算出变矩器离合器的温度状态，再基于该温度状态选择性地启用至少一个气缸。
文档编号F02D17/00GK101270696SQ20081008307
公开日2008年9月24日 申请日期2008年3月21日 优先权日2007年3月22日
发明者J·M·马圭尔, J·R·杜尔佐, T·E·博兰德, W·C·阿尔伯森 申请人:通用汽车环球科技运作公司