一种用于控制交替式气门发动机的空燃比的方法

专利名称：一种用于控制交替式气门发动机的空燃比的方法
一种用于控制交替式气门发动机的空燃比的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于改善运转有交替的进气门正时的内燃发动机的空燃比控制 的方法。
背景技术：
在美国专利公告号为7，066,121中描述了一种用于随机运转内燃发动机内的可运 转的气门的方法。这个方法描述了在一个汽缸的不同汽缸循环(本文的一个汽缸循环 定义为曲轴转角持续时间的期间，其中重复运转一个汽缸，例如在四冲程汽缸循环的 一个汽缸循环为720度曲轴转角，但是应注意的是取决于每个汽缸循环的冲程数，可增 加或减少汽缸循环)期间可交替地驱动或开启该汽缸的两个进气门。也就是说，在一 个汽缸循环期间，两个进气门中第一个进气门保持关闭，而第二进气门为开启。随后， 在接下来的汽缸循环中，当第一进气门开启时第二进气门保持关闭。这样，第一和第 二进气门的开启事件每隔一个汽缸循环交替进行。这种运转模式可减少动力消耗并改 善汽缸空气量控制。
上述提到的方法也可具有一些不利之处。例如，在具体的汽缸循环期间取决于运 转的气门可改变汽缸吸气特征。也就是说，当一个气门相对于另一个气门运转时，汽 缸可吸入更多或更少的空气。至少在一些情况下，这可能导致发动机空燃比变化和发 动机扭矩变化。
这里的发明人已经认识到上述提及的不利之处并揭露了一种改善交替式进气门控 制的方法，其可提供实质的改进。

发明内容
本发明一个实施例包括提供一种用于调节具有可变气门正时的内燃发动机的至少 一个汽缸的空燃比的方法，该方法包括运转具有第一进气门和第二进气门的内燃发 动机的至少一个汽缸；在所述汽缸的第一循环中开启所述第一进气门至少一次并且在 所述汽缸的第二循环中保持所述第一进气门关闭，所述汽缸的所述第二循环跟随所述 汽缸的所述第一循环；在所述第一汽缸循环期间保持所述第二进气门关闭并且在所述 第二汽缸循环期间开启所述第二进气门至少一次；及在所述第一汽缸循环和第二汽缸
循环中相对于所述内燃发动机的曲轴位置以不同的正时开启所述第一进气门和所述第 二进气门。该方法至少克服先前技术的一些不利之处。
对于进气门交替运转的发动机通过以不同的正时运转进气门在交替的汽缸循环期间可改善发动机和汽缸空燃比控制。当在交替的汽缸循环期间交替地运转(例如，开 启)气门时，通过以不同的正时运转气门可补偿在汽缸进气道形状和端口气流之间的 差别以使基本相同的空气量被吸入汽缸内。这可以改善汽缸和发动机空燃比控制，因 为当气门交替地运转时在每个汽缸循环期间吸入的空气量保持基本上恒定(例如，在 ±0. 05单元负载内，其中负载为吸入至汽缸内的空气量除以理论汽缸空气容积，其范 围在0-l之间)。
在可替代的实施例中，在交替的气门运转之间的气门正时可基本上相同(例如， 土5度曲轴转角)，而在交替的汽缸循环之间的燃料喷射量是变化的。这个方法可用于 在汽缸事件之间获得相似的空燃比，即使在汽缸循环之间汽缸具有不同的空气量。需 要时，如果在交替的汽缸循环期间吸入不同的空气量也可在每个汽缸循环改变点火正 时以平衡由汽缸产生的扭矩。
本发明可提供一些优点。特别地，在汽缸循环期间通过仅开启两个进气门中的一 个而节省能量，该方法可改善发动机排放。此外，当在交替的汽缸循环期间交替地运 转两个进气门时，该方法可使汽缸扭矩产生更加一致。更进一步地，当交替地运转进 气门时，该方法可考虑到聚积在进气道处的燃料浆的差别。结果是，至少在一些情况 下，发明人已经实现了此前没有实现的增效的好处。
当单独从下面详细描述或与附图结合，上面的本发明的优点和其他优点以及特征 将变得更显而易见。


当单独通过阅读实施例(这里称为详细说明)或结合参考附图将全面理解这里描 述的优点，其中
图l为发动机的示意图。
图2为显示处于中性状态的电动气门的示意图。
图3为气门正时调节的示例图表。
图4为气门正时调节的示例图表。
图5为气门正时调节的示例图表。
图6为空燃比控制策略的示例流程图。
具体实施方式
参阅图1,包括多个汽缸(其中一个汽缸显示在图1中)的内燃发动机IO由发动 机电子控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36位于汽缸壁32 内并连接至曲轴40。燃烧室30显示为通过各自的进气门52和排气门54与进气歧管 44和排气歧管48连通。每个进气门52和排气门54可通过机电控制气门线圈和电枢总 成53运转。可替代地，进气门52或排气门54可为机械驱动的。电枢温度由温度传感器51确定。气门位置由位置传感器50确定。气门位置可由线性可调位移、离散的或 光学的传感器或从驱动器电流测量值确定。在可替代的例子中，用于气门52和54的 每个气门驱动器具有位置传感器和温度传感器。在又一个可选例子中，由于电阻损耗 可与温度成比例，电枢温度可通过驱动器能量消耗确定。
进气歧管44显示为具有连接至其上的燃料喷射器66,其用于根据来自控制器12 的FPW信号脉宽按比例地输送液体燃料。在可替代的实施例中，两个喷射器可将燃料 供应至汽缸30。通过包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨(未显示)的燃料系统(未显示) 将燃料输送至燃料喷射器66。可替代的，发动机可配置为可将燃料直接喷射进发动机 汽缸内，其为本领域技术人员所知的直接喷射。此外，进气歧管44显示为与可选的电 子节气门125连通。
无分电器点火系统88响应控制器12通过火花塞92将点火火花提供至燃烧室30。 宽域排气氧(UEGO)传感器76显示为连接至催化转化器70上游的排气歧管48。可替 代地，两态排气氧传感器可替代UEGO传感器76。两态排气氧传感器98显示为连接至 催化转化器70下游的排气歧管48。可替代地，传感器98也可以为UEGO传感器。催化 转化器温度由温度传感器77测量，和/或基于运转状况(例如发动机转速、负载、空 气温度、发动机温度和/或空气流或以上的组合)估算。
在一个例子中，转化器70可包括多个催化剂砖。在另一个例子中，可使用多个 排放控制装置，每个排放控制装置带有多个催化剂砖。在一个例子中，转化器70可为 三元催化剂。
在图1中控制器12显示为常规的微处理器，其包括微处理器单元(CPU) 102、 输入/输出端(I/O) 104以及只读存储器(ROM) 106、随机存取存储器(RAM) 108、保 活存储器UAM) IIO和常规的数据总线。控制器12显示为从连接至发动机10的传感
器接收多种信号，除了接收上面论述的那些信号，包括来自连接至水套1"的温度 传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、连接至加速踏板的位置传感器U9、来自连接 至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力测量值(MAP)、来自温度传感器1U 的发动机空气量温度或歧管温度的测量值(ACT)以及来自感应曲轴40位置的霍尔效 应传感器118的发动机位置传感器。在本说明的优选方面中，发动机位置传感器118 在曲轴的每转(其可确定发动机转速)中产生预定数量的等宽的脉冲。控制器12的存 储介质只读存储器106可编有计算机可读数据，其为用于执行下面描述方法的处理器 102可执行指令。
参阅图2，其显示了示例电动气门的示意图。气门驱动器显示在不带电状态(即， 无电流供应至气门驱动器线圏)。所述机电气门装置包括电枢组件和气门组件。电枢组 件包括电枢复位弹簧201、气门闭合线圏205、气门开启线圏209、电枢冲片207、气 门位移传感器217和电枢杆203。当气门线圈未加电时，电枢复位弹簧201压迫气门复 位弹簧211,气门杆213和电枢杆203处于彼此接触，并且电枢冲片2(H基本上处于开启线圈209和闭合线圈205中间。这允许气门头215相对于端口 219呈现部分开启状 态。当电枢处于完全开启位置时，电枢冲片207与开启线圈磁极面226接触。当电枢 处于完全闭合位置时，电枢冲片207与闭合线圈磁极面224接触。
在一个实施例中，电枢冲片207包括永久磁铁。在另外一个实施例中，电枢冲片 207不包括永久磁铁。永久磁铁可用于减小气门驱动器电流，因为至少在一些情况下， 永久磁铁在没有保持电流时可将气门保持在关闭位置。
典型地，包括永久磁铁电枢的气门驱动器通过控制给打开和/或闭合线圈的电流 可排斥和吸引电枢。另一方面，其他类型的气门驱动器可被限定用于吸引电枢，例如 非永久性磁铁电枢驱动器。通过施加力至驱动器电枢杆203、气门开启弹簧201和/或 磁力可导致电枢冲片207从闭合线圏极面224移开。结果，这个电枢移动可导致气门 杆213提起气门座并开始开启端口 219。
气门交替运转的发动机可展示不合适的汽缸空燃比的变化。所述变化可由在不同 汽缸循环期间吸入不同空气量产生，即使当交替式气门的气门正时基本上相同。空燃 比变化可由每个汽缸循环的吸入不同汽缸空气量的汽缸产生。这可由例如汽缸端的形 状差异或气门驱动器差异产生。由于偏离所需的汽缸空燃比的空燃比变化可增加发动 机排放并降低发动机扭矩控制，因此需要减轻汽缸空燃比偏差。
现参阅图3，显示了控制汽缸空燃比的模拟的交替式进气门策略的例子。在交替 式气门策略中，在汽缸的交替的循环期间运转(开启和关闭)汽缸的两个进气门或两 个排气门。在一个例子中，汽缸循环为四冲程或720度曲轴转角，在"0度曲轴转角 间隔内运转两个进气门中的第一个，而不运转第二进气门，然后在下一个720度曲轴 转角内运转第二进气门，而不运转第一进气门。这样，经过i"o度曲轴角时间间隔， 两个不同的进气门中的每一个运转一次或多次。
在图3中，标示为"气门A"的气门轨线表示在汽缸内运转的第一进气门。图示 说明了用于多缸发动机的一个汽缸的气门正时。标示为"气门B"的气门轨线表示在相 同汽缸内运转的第二进气门。进气门轨线"A"的左手侧标示为"0"和"C"。所述"0" 在气门轨线接近"0"时识别气门为开启。所述"C"在气门轨线接近"C"时识别气门 为关闭。每个气门轨线通过细分气门轨迹线的垂直标记可关联至发动机位置。所述数 目与数字右边的垂直标记相关联。数字O对应于所述说明的汽缸的上止点压缩冲程。
进气门开启事件303和305表示进气事件，其中对于气门"A"和"B"的所述气
门开启持续时间基本上相同(例如士4度曲轴转角)。当所需汽缸空气量(例如在汽缸 循环期间吸入汽缸内的所需空气量)基本上恒定(例如，土0.5发动机载荷)时、当发 动机转速基本上恒定(例如土1S0RPM)时以及当基本上相等的气门正时导致在不同汽 缸循环期间基本上恒定的发动机空气量被吸入至汽缸内时，交替式气门的气门开启持 续时间可基本相同。在另一个例子中，如果在每个汽缸循环期间需要改变汽缸空气量 以及如果基本相等的气门正时改变汽缸吸入空气量，可做出基本相同的进气门正时。进气门开启事件306和311提供一个当气门运转在交替的汽缸循环期间气门正时 是如何改变以调节汽缸空燃比的说明。气门开启事件306发生在与气门开启间隔303 相同的曲轴位置，但是气门开启事件306在关闭事件307处提前结東。这样减少了汽 缸进气。虛线说明了气门关闭事件308,其显示用于对比在气门开启事件303和显示在 306和307处的气门转换之间的气门开启事件之间的不同的气门正时持续时间。也就 是，气门事件303具有与由转换306和308表示的虛线气门开启事件相同的持续时间。 因此，气门转换306和307之间的气门开启事件的持续时间相较于通过气门开启事件 303的气门开启持续时间来说明的气门开启持续时间要短。
另一方面，在转换311处开始的气门开启事件相较于在305处的气门开启事件增 加了气门开启时间。在311处开始的气门开启事件在转换310处结東。虛线说明了气 门关闭事件309,其显示用于对比在气门开启事件305和显示在311和310处气门转换 之间的气门开启事件之间的不同的气门正时持续时间。显然地，在311和310处的气 门转换之间的气门开启事件在持续时间上相较于通过气门开启事件305的气门开启持 续时间来说明的气门开启持续时间要长。
在306和311处开始的气门开启事件表示气门正时可用于改变运转有交替的气门 的汽缸的空燃比的一个方法。在这个例子中，来自对应于在303和305处的进气门开 启的吸入事件的反馈与所需汽缸进气量进行比较。当所需汽缸进气量少于当气门"A" 开启时吸入至汽缸内的空气量时，可减少气门"A"开启持续时间以使被吸入汽缸内的 空气量与所需汽缸进气量基本上相匹配。这由气门转换306和307表示。当所需汽缸 进气量多于当气门"B"开启时吸入至汽缸内的空气量时，可增加气门"B"开启持续 时间以使被吸入汽缸内的空气量与所需汽缸进气量基本上相匹配。这由气门转换311 和310表示。因此，进气门交替运转的汽缸的单个气门正时可用于控制汽缸空燃比。
注意的是图6中描述的方法能够控制如图3中显示的汽缸空燃比。此外，当发动
机运转有交替的气门时，调节气门相位(例如，相对于曲轴位置的气门开启和/或关闭 位置，无论气门开启持续时间是否改变)的气门正时也可用于调节汽缸空燃比。如果 调节气门相位，可延迟气门正时以减少汽缸进气量且可提前气门正时以增加汽缸进气。 在另一个实施例中，如果发动机控制器确定运转有交替的气门正时的汽缸偏离了 以所需空燃比运转，则随后可调节喷射进汽缸的单个进气道的燃料量。这个动作允许 发动机控制器去补偿汽缸空气燃料混合物的差别，而不必要去调节用于运转在汽缸的 不同循环期间(例如，每个气门每隔一个汽缸循环运转并且气门在不同汽缸循环期间 运转)的两个气门的气门正时。同样注意的是可在一些情况下增加或减少两个气门正 时持续时间。
现参阅图4,显示了用于控制汽缸空燃比的模拟的交替式进气门策略的另一个例 子。图示说明了多缸发动机的一个汽缸的气门正时。图4中显示的气门轨线的标记遵 循的惯例与显示在图3中的相似。标记的"汽缸1喷射器A"的信号表示用于将燃料输送至汽缸内的燃料喷射器信号。同样地，标记的"汽缸1喷射器B"的信号表示用于将 燃料输送至汽缸内的另一个燃料喷射器信号。也就是，所述汽缸配置有两个燃料喷射 器， 一个指向通过气门"A"供应空气的进气道，也就是喷射器"A",另一个指向通过 气门"B"供应空气的进气道，也就是喷射器"B"。这种设置允许发动机控制器将两个 不同的燃料量供应至两个不同的进气道。结果，可用这种将燃料喷射事件与具体的进 气门开启事件相联系或安排的方法将不同的燃料量输送至汽缸。
在图4中，进气门开启事件401、 407、 403和410在开启持续时间上基本相同。 然而，如上面所提及，这不能确保在交替式气门开启事件(即，在不同汽缸循环内当 不同气门开启时)之间吸入至汽缸内的空气量相同。这个实施例调节喷射器正时以获 得所需汽缸空燃比，即使气门正时允许吸入不同空气量至汽缸。所述在402和404处 的喷射事件(例如，当燃料喷射进汽缸气道内时)表示基本上相同的喷射事件持续时 间(例如，±2ms)。如果反馈指示汽缸正在燃烧偏离所需空燃比的空气燃料混合物， 可调节通过每个喷射器输送的燃料。在420和422处开始的喷射事件显示这样的例子。
注意的是在405处识别为"*"的火花事件用于引发燃烧在喷射事件402处喷射 的燃料和在气门开启事件401处吸入的空气。
在420处开始的喷射事件在409处结東并且在气门开启事件407期间吸入汽缸中。 在408处的虛线显示作为前次喷射事件的持续时间的参照。也就是，如果喷射事件由 事件420和408限定，那么喷射持续时间或燃料量可以与显示在402处的相同。从这 个参照可看出在420处开始的喷射事件具有较所述在402处喷射事件减少的持续时间。 通过减少喷射持续时间，输送至汽缸内的燃料量也减少了。结果，可增加具体的汽缸 循环的汽缸空燃比(例如，从13. 3: 1至14: 1)以使实际汽缸空燃比与所需空燃比相匹 配。
与进气门开启事件407关联的燃烧事件通过火花事件413引发。可以看出413处 的火花事件比405处的火花事件更加提前。在这个例子中，火花被提前以平衡在由405 处的火花事件引发的燃烧事件和由413处的火花事件引发的燃烧事件之间的扭矩。
422处开始的喷射事件在411处结東并且在气门开启事件410期间吸入汽缸中。 412处的虛线显示作为前次喷射事件的持续时间的参照。从这个参照可看出422处开始 的喷射事件具有较所述404处喷射事件增加的持续时间。通过增加喷射持续时间，输 送至汽缸内的燃料量也增加了。结果，可减小具体的汽缸循环的汽缸空燃比(例如， 从15. 3: 1至14: 1)以使实际汽缸空燃比与所需空燃比相匹配。
与进气门开启事件410关联的燃烧事件通过火花事件414引发。可以看出414处 的火花事件比406处的火花事件更加延迟。在这个例子中，火花被延迟以平衡在由406 处的火花事件引发的燃烧事件和由414处的火花事件引发的燃烧事件之间的扭矩。
注意的是图6中描述的方法能够控制如图4中显示的汽缸空燃比。此外，当发动 机运转有交替式气门时，调节气门相位(例如，相对于曲轴位置的气门开启和/或关闭机运转有交替式气门时，调节气门相位(例如，相对于曲轴位置的气门开启和/或关闭 位置，无论气门开启持续时间是否改变)的气门正时也可用于调节汽缸空燃比。
现参阅图5,显示了用于控制汽缸空燃比的模拟的交替式进气门策略的另一个例 子。图示说明了多缸发动机的一个汽缸的进气门正时。图5中显示的进气门轨线和喷 射事件的标记遵循的惯例与显示在图3和4中的相似。该图说明了一个实施例，其中 单个喷射器将燃料供应至相同汽缸的两个进气道内，并且每个汽缸循环内进气门交替 运转。
燃料喷射事件502和503与进气门开启事件500和504关联。当502处喷射燃料 时，在500处的进气门开启事件期间其至少部分吸入汽缸内。502处喷射的一部分燃料 也通过进气门"B"进入引导至汽缸内的汽缸进气道内。该燃料停留在进气道内直到504 处的进气门开启事件，然后该燃料中的至少一部分被吸入汽缸内。同样地，在503处 喷射事件的一部分燃料停留在通过气门"A"引导至汽缸内的进气道内直到进气道内的 一部分燃料在进气门开启事件507处被吸入。在503处喷射的另一部分燃料在进气事 件504处被吸入。因此，对于通过一个具体的进气道的每个吸入事件在该具体进气道 处执行两次喷射事件。
如果是通过使用基本上相同的进气门正时和喷射基本上相同的燃料量的单个汽 缸的两个燃烧事件获得所需汽缸空燃比，则在交替的气门事件期间输送的燃料量可保 持基本上相同的量。然而，如果一个或两个燃烧事件的空气燃料混合物与所需空燃比 不同，那么喷射的燃料量可用于补偿后续的燃烧事件的空燃比。特别地，在具体的进 气门开启事件期间吸入的汽缸混合物可通过调节在进气门开启事件期间或就在其之前 发生的燃料喷射事件期间输送的燃料量得到补偿。
在一个例子中，燃料可在第一汽缸循环期间的第一时间喷射并在第二汽缸循环期 间的第二时间喷射；第一进气门可在第一汽缸循环期间开启而此时第二进气门可保持 关闭，并且第二进气门可在第二汽缸循环期间开启而此时第一进气门保持关闭；并且 燃料喷射器可在第一汽缸循环期间和在第二汽缸循环期间喷射燃料。
这个顺序允许发动机控制器去改变在第一和第二喷射期间喷射的燃料量以使得 在第一和第二汽缸循环期间燃烧不同的汽缸空燃比。有两个燃料喷射与每个单个进气
门开启相关联。当第一进气门保持关闭且第二进气门开启时，与第一进气门相关联的 第一燃料喷射在汽缸循环期间发生。与第一进气门关联的第一燃料喷射在第一进气门 的进气道内产生燃料蒸汽和燃料浆。当第二进气门保持关闭且第一进气门开启时，与 第一进气门关联的第二燃料喷射在汽缸循环期间发生。因此，当各自的进气门关闭时， 第一和第二进气门中的每一个均与汽缸循环期间发生的第一燃料喷射相关联。并且当
各自的进气门开启时，第一和第二进气门中的每一个均与在汽缸循环期间发生的燃料 喷射相关联。因此，在一个汽缸循环期间当具体的进气门运转时'与每个进气门关联 的第二燃料喷射事件可用于调节各自的汽缸空燃比。在一个例子中，与具体的进气门开启事件关联的汽缸空燃比可通过限制第二燃料 喷射来调节。例如，如果跳过第二燃料喷射且没有输送燃料，则在随后吸入事件期间 产生的汽缸空燃比通过在第一燃料喷射期间喷射的燃料量确定。然而，通过简单地增 加在第二喷射期间的燃料量，汽缸空燃比可增大超过在第一燃料喷射期间输送的燃料 量。因此，第二燃料喷射可用于调节汽缸空燃比控制的范围。
在图5中，508和514处开始的燃料喷射事件可从502和503处的前次喷射事件 调节。502和508处的喷射事件刚好在进气门"A"开启之前发生；因此，可对508处 开始的喷射事件做出调节以调节由520处火花事件引发的燃烧事件的空燃比。503和 514处的喷射事件刚好在进气门"B"开启之前发生；因此，可对514处开始的喷射事 件做出调节以调节由521处火花事件引发的燃烧事件的空燃比。
508处开始的燃料喷射事件在509处结東。510处的虛线用于提供参照，根据该 参照可在进气门"A"开启之前(即，502处)发生的上次燃料喷射指令和508处的燃 料喷射之间做出比较。由于气门正时为恒定且508处开始的燃料喷射在持续时间上较 短，汽缸混合物相比于受502处喷射影响的汽缸混合物变得稀化。火花相较于505处 的火花在520处被提前以减轻可能伴随汽缸空气燃料混合物稀化的扭矩损失。
514处开始的燃料喷射事件在516处结東。这里的虛线515也可提供参照，根据 该参照在进气门"B"开启之前(即，503处)发生的上次燃料喷射指令可与514处发 生的燃料喷射作比较。由于气门正时为恒定且514处开始的燃料喷射在持续时间上较 长，汽缸混合物将相比于受503处喷射影响的汽缸混合物变得富化。火花相较于506 处的火花在521处被延迟以减轻可能伴随汽缸空气燃料混合物富化的扭矩损失。
现参阅图6，显示了示例空燃比控制校正算法的流程图。在步骤601处，可确定 所需汽缸空气量和排气再循环(EGR)。在一个实施例中，搡作者要求(所需制动扭矩) 可通过感应踏板位置的传感器119确定并且其可被转换为所需制动扭矩。通过了解当 前发动机转速和操作者要求，从经验确定表或从回归的数据可确定所需汽缸空气量。 美国专利公告第7,072,758号中描述的方法可用于确定汽缸进气量并且该申请在此全 部引入本文作为参考。特别地，该方法将发动机扭矩关联于单个汽缸压力并且使用回 归法以确定将被输送至单个汽缸内的燃料量。
有效汽缸或运行汽缸(active cylinder)的汽缸泵和摩擦损失可基于下面回归 方程式A和B:<formula>formula see original document page 11</formula>
方程式A:
顺4 =C0 +C, uc2 7抓+C3+C4 -iV 其中PMEPACT为泵平均有效压力，C。-C4为存储的预定多项式系数，V则为处 于进气门开启位置的汽缸容积，VEvc为处于排气门关闭位置的汽缸容积，V^为进气门关 闭位置的汽缸容积，及N为发动机转速。气门正时位置进气门开启(IVO)和进气门关 闭(IVC)基于上组确定的气门正时。方程式B:
其中FMEPACT为摩擦平均有效压力，C。-C2为存储的预定多项式系数，及N 为发动机转速。
无效汽缸或停用汽缸(deactive cylinder)的汽缸泵和摩擦损失可基于下面回归
方程式C和D: 方程式C:
層尸一-Co-Ci.TV + C^
其中PMEPDl
为发动机转速。 方程式D:
为摩擦平均有效压力，C。-C2为存储的预定多项式系数，及N
.为摩擦平均有效压力，C。-C2为存储的预定多项式系数，及N为发动机
其中FMEP 转速。
下面进一步描述用于回归和插值方法的详细例子。 一维函数用于存储用于有效和 无效汽缸的摩擦和泵多项式系数。用于确定系数的数据在足够数量的发动机转速点处 收集以提供所需扭矩损失精度。系数能够插值在没有数据存在的地方。例如，可收集 数据且可确定用于运转在600, 1000， 2000和3000RPM的发动机的系数。如果随后发 动机运转在1500RPM，可从1000至2000RPM系数插值以确定用于1500RPM的系数。随
后总的摩擦损失可由下面方程式中至少一个确定
層户—[iV"附^/勿 i^ffiP勿+ M/附 FM五尸m, (G。c )]
或者 ^""^y'。'。/
Fikffi尸咖,=M峰".FM五P勿+ (1 - Mo咖").層l, 其中，Numcyl^为有效汽缸的数目，NumcyU"为无效汽缸的数目，Modfact为有效 汽虹的数目和汽缸总数目的比，以及FMEPt。ta,为总的摩擦平均有效压力。总的泵损失可 由下面方程式中一个确定
顺p—. [M/—,c, *魔尸似+ AWjVD。c *層L (W,)]
或者
户ME尸她,=她咖".尸爐尸勿+ (1 -她咖") 尸她尸傲， 其中，Numcyhc'为有效汽缸的数目，Numcyl,为无效汽缸的数目，Modfact为有 效汽缸的数目和汽缸总数目的比，以及PMEPt。t"为总的泵平均有效压力。基于期望曲线 拟合和策略复杂性，更多的或更少的多项式条件可用于PMEPA。'、 PMEPDM" 、 FMEPa"和 FMEP^t的回归式中。基于压力的损失可由下面方程式转换为扭矩:
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，、为有效汽缸的置换容积。
随后，可确定对于每个汽缸的指示平均有效压力(IMEP),例如通过方程式:
7V腦cy/
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，Num-cylw为有效汽缸的数目，V。为有效汽缸的置换容积，SPKTR为基于从 最大扭矩的最小点火提前角(MBT)延迟的点火角的扭矩比，例如，产生最大扭矩力的 最小点火提前角。基于期望曲线拟合和策略复杂性，更多的或更少的多项式条件可使 用在回归式中。可替代地，也可使用不同的估算公式。条件SPKTR可基于方程式
厂
其中，r^K为从最大扭矩的最小点火提前角(MBT)延迟的点火角处的扭矩，r
,为在MBT处的扭矩。在一个例子中，SPKTR的实际值可从基于下述的方程式的回归式 确定
S尸證=C0 + q * As—2 + C2 * A—2 * W + C3 * A—2 *鹏TW
其中，C。-C3为存储的预定多项式系数，N为发动机转速，IMEP附T为IMEP在MBT处
的点火正时。取决于从MBT处延迟的点火正时，SPKTR的值的范围可为从O至1。
在一个例子中，对于每个汽缸来说单个汽缸燃料质量可由下面的方程式确定 附,=C0 +C\ *iV + C2 *^1F7 + C3 *^FJ 2 +c4 "AffiP + q * ZM五尸2 +C6
其中mr为燃料质量，C。-C6为存储的预定多项式系数，N为发动机转速，AFR为空 燃比，且IMEP为指示平均有效压力。如上面显示，基于期望曲线拟合和策略复杂性， 额外的或更少的多项式条件可使用在回归式中。例如，也可包括发动机温度、进气温 度及高度的多项式条件。
所需进气量可由所需进料量确定。在一个例子中，无论有或没有排气传感器反馈， 预定的空气燃料混合物(基于发动机转速、温度和负载)可用于确定所需空燃比。此 外，当以交替的气门模式运转时，对于不同的汽缸气门需要具有不同的所需空燃比。 也就是，可能需要具有与第一进气门运转关联的第一空燃比，并需要具有与第二进气 门运转关联的第二空燃比。这样，在交替的汽缸循环、交替的空燃比的燃烧混合物期 间，汽缸可具有交替的气门运转。
从上面确定的燃料质量可乘以所述预定的所需空燃比以确定所需汽缸空气量。所 需空气质量可从下面的方程式确定其中，ma为进入汽缸内的所需空气质量，mf为进入汽缸内的所需燃料质量，且AFR 为所需空燃比。
此外，EGR可通过检索含有通过经验确定的EGR量的表来确定。表项目的特定值 基于发动机排放、燃烧稳定性和燃料经济性。此外，所述表可以通过发动机转速、发 动机温度和汽缸负载来检索。然后程序进入至步骤603。
在步骤603处，决定运转带有两个同时运转的气门的汽缸，还是运转带有交替的 气门的汽缸。从步骤601确定的所需汽缸空气量与在当前发动机转速下使用交替的气 门模式和同时气门模式的可变的汽缸空气量的范围相比较。此外，由于汽缸空气量可 为可用汽缸容积和EGR量的函数，在步骤601处确定的EGR的量可用于确定EGR量和 汽缸空气量的结合在交替的气门模式和同时气门模式下是否可能。如果所需汽缸空气 量和EGR量不在交替的气门模式内，则然后气门运转于同时气门模式并且程序在步骤 605处的决定之后退出。同样，如果发动机扭矩需求或发动机负载已改变很大，然后程 序可配置在步骤605处的决定之后退出。这允许程序仅在发动机运转在充分稳态状况 时去适应气门正时，如果需要的话。
在确定所需汽缸进气量和所需气门模式后，可确定气门正时。程序通过检索一个 或多个表和/或具备在当前发动机转速下产生所需汽缸进气量的由经验确定的气门正 时的函数确定基本气门正时。每个气门模式可被分配特定表和/或可输出用于具体气门 模式的气门正时的函数。此外，当汽缸(i)以相同的或不同的模式运转时，可为气门 (j)和U+l)分配不同的气门正时。例如，当汽缸以交替的气门模式运转时，每个 气门可被分配不同的基本气门正时。这样，如果需要的话，可对于每个汽缸模式确定 唯一的气门正时。类似的，可为不同的汽缸运转状况分配基本燃料喷射正时。
如果选择了交替式气门模式且发动机处于所需的状况，然后程序进入至步骤605处。
在步骤605处，程序确定气门是否将以交替的模式运转和运转的模式是否有益于 调节气门正时和/或喷射正时(喷射正时包括当燃料被输送至相对于发动机位置的汽缸 和通过燃料喷射器输送的燃料量)。如果在步骤603处选择了交替的气门模式以及如果 发动机运转在所需状况，然后程序进入至步骤607。否则，程序退出。
在步骤607处，程序确定是否去运转一个或另一个具体汽缸的特定进气门。程序 记录在以交替的气门模式运转的每个汽缸的上个交替的气门循环期间运转哪个气门。 如果自发动机启动起还没有交替的气门循环，则程序可配置以总是用一特定的气门启 动或做出随机的气门分配。如果特定的进气门(例如开启和关闭)在汽缸的上个循环 运转了，则选择没有在上个循环运转的进气门以在当前或下个汽缸循环运转。然后， 程序进入步骤609。
在步骤609处，程序确定上次以交替的气门模式运转的每个汽缸和每个气门的汽缸进气误差和汽缸空燃比误差。由于气门(j)每隔一个汽缸(i)的汽缸循环运转一 次，上次运转的气门(j)进入汽缸的空气量存储在存储器内。这个存储值减去在汽缸 (i )内的上次运转的气门(j )处的所需汽缸空气量，其结果为汽缸(i )气门(j ) 的汽缸进气量误差。对于每个汽缸(i)气门(j)组合确定并存储汽缸进气量误差。
注意(i)和a)为描述具体汽缸和气门组合的整数变量。
同样的，确定对于上次以交替的气门模式运转的每个汽缸(i)气门(j)组合的 空燃比误差。由于在汽缸(i)中的气门(j)仅每隔汽缸(i)的一个汽缸循环运转一 次，上次气门(j)运转的空燃比存储在存储器中。用上次气门(j)运转的所需汽缸 空燃比的量减去这个值，其结果为汽缸(i)气门(j)组合的汽缸空燃比误差。在一 个例子中，通过使用氧传感器感应在燃烧事件之后的具体时间的排气确定汽缸空燃比 以确定用于燃烧事件的汽缸空燃比。程序进入至步骤611。
在步骤611处，程序决定是否做出气门正时调节、燃料量调节或燃料量和气门正 时二者的调节。在一个实施例中，如果程序确定实际的发动机扭矩偏离所需发动机扭 矩，则调节气门正时和燃料量。如果实际发动机扭矩接近所需发动机扭矩，但发动机 空燃比偏离所需空燃比，则需要仅调节气门正时或仅调节燃料量。然而，需要时燃料 喷射器正时和气门正时可在同一汽缸循环内调节。
在一个例子中，在汽缸空燃比偏离所需空燃比情况下，做出调节初始气门正时调 节，并且如果在相同的特定进气门在运转时经过另一个汽缸循环发生偏离，则做出燃 料调节。在不同汽缸循环期间可做出气门正时和燃料量的进一步调节直至基本上消除 或减小空燃比偏离。喷射器正时和气门正时的调节与具体的汽缸和具体的气门有关系。 也就是，可对在具体的汽缸循环期间运转的具体气门的正时和具体的喷射器的正时做 出调节。例如，如果在第三号汽缸的一个具体的循环期间当第二号气门运转时第二号 燃料喷射器喷射燃料，随后当下次在第三号汽缸中第二号气门运转时可做出第二号燃 料喷射器和第二号气门的正时调节。程序保持在具体的汽缸(i)和气门(j)组合的 上个汽缸循环中发生的上个调节类型的记录。
如果程序确定汽缸进气量和空燃比在具体的汽缸U)气门(j)组合的所需范围 内，程序可停止对喷射器和气门正时控制的更新。程序进入至步骤613。
在步骤613处，程序决定是否做出气门正时调节。基于在步骤611处确定的调节， 程序确定是否要做出特定的气门正时调节或是否应该绕过气门调节程序。如果需要气 门调节，程序进入步骤615处。如果不需要，则程序进入步骤619。
在步骤615处，程序确定用于运转在汽缸(i)的当前或下个汽缸循环的气门(j) 的特定的气门正时调节。注意的是一些气门控制系统将允许在气门循环期间当气门将 要运转时确定气门正时。其他气门系统将要求在计划的气门运转之前的一个或多个气 门循环确定气门正时。因此，取决于气门控制器配置在下一个汽缸循环或当前汽缸循 环时可计划气门正时的调节。为了确定气门正时调节，当气门(j)运转在汽缸(i)的前次汽缸循环期间时， 程序确定汽缸进气量误差。由于气门(j)仅每隔一个汽缸(i)的汽缸循环运转一次 通过上次运转的气门(j)进入汽缸的空气量存储在存储器内。用运转在汽缸(i)的 上次气门(j)处的所需汽缸空气量减去该值，其结果为汽缸(i)气门(j)组合的汽 缸进气量误差。可对以交替的气门模式运转的所有汽缸做出该确定。程序进入至步骤 617。
汽缸进气量误差用于确定从与在汽缸(i)中运转的气门(j)关联的基本气门正 时加上或减去的调节量。在一个实施例中，汽缸(i)气门(j)组合的进气量误差乘 以增益项，其结果被加至在步骤603处确定的基本气门正时。在另一个实施例中，几 何气门模型可用于估算用来消除在当前发动机转速和运转状况下汽缸进气量误差所需 要的气门提前或延迟关闭的量。在美国专利公告第6,850，831号中描述的几何模型为 一可基于汽缸进气误差确定气门调节的模型，因此其在此全部被引入作为参考的意图。 程序进入至步骤617。
在步骤617处，程序将在步骤615处确定的气门调节存储进存储器内。在一个实
施例中，气门调节存储在以发动机转速和汽缸负载作为索引的阵列中。程序进入步骤 619。
在步骤619处，程序决定是否做出燃料喷射器正时调节。基于在步骤611处确定 的调节，程序确定是否要做出特定的燃料喷射器正时调节，或者是否应该绕过燃料喷 射器调节程序。如果需要燃料喷射器调节，程序进入至步骤621。如果不需要，则程序 进入至步骤625。
在步骤621处，程序确定用于将在汽缸(i)的当前或下个汽缸循环运转的气门 (j)的燃料喷射器调节。注意的是一些喷射控制系统将允许在汽缸(i)的当前汽缸 循环时确定喷射正时，而其他喷射控制器将要求在汽缸(i)的前次汽缸循环时确定喷 射正时。因此，取决于喷射器控制器配置在当前循环期间或者在过去的汽缸循环期间 可计划喷射正时的调节。当气门(j)运转在汽缸(i)的上个汽缸循环时，程序确定 汽缸空燃比误差。
在一个实施例中，在气门(j)被打开以允许空气被吸入至汽缸(O内的汽缸循环 期间，在汽缸(i)内发生燃烧之后的特定时间处从排气中取样来确定汽缸空燃比误差。 排气中的氧浓度提供汽缸中燃烧的空燃比的推断。用所需汽缸空燃比减去基于排气的 空燃比以确定在具体汽缸循环期间与汽缸(i)内的气门(J)的运转关联的空燃比误 差。在一个实施例中，空燃比误差乘以增益项，然后将其结果加至与在当前发动机运 转状况下汽缸U)的汽缸循环期间运转的气门(j)关联的基本喷射正时。
当单个喷射器用于对准汽缸的两个进气道时，对在气门(j)开启时或刚好在气
门开启之前发生的喷射事件做出燃料调节。当然，增加或减少刚好在气门U)开启之 前或开启时的输送的燃料量可影响当气门U+l)开启(例如在相同汽缸内的其他气门)时带来的燃料浆。因此，也可以更新刚好在气门(j)的气门开启事件之前输送的燃料 以反映燃料浆内的改变，所述燃料浆预期在气门(j + l)开启时吸入至汽缸内。程序进 入步骤623。
在步骤623处，程序将在步骤621处确定的喷射调节存储进存储器内。在一个实
施例中，喷射器调节存储在以发动机转速和汽缸负载作为索引的阵列中。程序进入步 骤625。
在步骤625处，程序决定是否更新汽缸气门正时和/或燃料喷射器正时。如果程 序从前述步骤的运转确定调节是所需要的，然后程序进入至步骤627。否则，程序退出。
在步骤627处，程序输出调节的气门正时和/或燃料喷射器正时。在步骤615处 确定的气门调节可与在步骤603处确定的基本气门正时结合以产生使实际汽缸进气量 接近所需汽缸进气量的修正的气门正时。修正的气门正时可被发送至专用的气门控制 器或者可通过发动机控制器直接应用至气门。
同样地，在步骤621处确定的燃料喷射器调节可与在步骤603处确定的基本喷射 器正时结合以产生可使实际的汽缸空燃比接近所需汽缸空燃比的修正的喷射器正时。 可从发动机控制器对喷射器做出修正的喷射器正时。在输出新的喷射器正时指令和/或 气门正时之后，程序退出。
注意的是可在程序退出之前将额外的步骤加至程序，从而可响应任何气门或喷射 器正时调节来调节点火正时。特别地，如果汽缸进气量减少或如果汽缸空燃比增大， 可提前点火。另一方面，如果汽缸进气量增加或如果汽缸空燃比减小，可延迟点火。 应该认识到的是在具体汽缸循环期间基于具体气门的运转可调节点火。也就是，例如 在汽缸(i)的一个循环期间当气门(j)运转比当气门(j+l)运转时可提前或延迟点 火。
如本领域普通技术人员应明白地，描述在图6中的程序可表示任何数目处理策略 (例如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。这样，说明的 多种步骤或功能可以说明的顺序、并行或在一些情况下忽略等方式执行。同样地，处 理的顺序并不是完成目标、特征和本文描述的优点所必要，而是为了易于说明和描述 而提供。尽管没有明确的说明，本领域普通技术人员会认识到取决于具体使用的策略
可重复执行说明的步骤或功能中的一个或多个。
这里结東描述。本领域技术人员通过阅读本文可想出多种变更和修改而不脱离本 发明的精神和范围。例如，本描述也可使用以天然气、汽油、柴油或可替代燃料配置 的直列3缸(13)、直列4缸(14)、直列5缸(15)、 V形6缸(V6)、 V形8缸(V8) 、 V形 10缸(VI0)和V形12缸(VI2)发动机以实现优点。
权利要求
1.一种用于调节具有可变气门正时的内燃发动机的至少一个汽缸的空燃比的方法，该方法包括运转具有第一进气门和第二进气门的内燃发动机的至少一个汽缸；在交替的汽缸循环期间运转所述第一进气门和所述第二进气门；及响应被吸入至所述汽缸内的汽缸进气量调节所述第一进气门或所述第二进气门的正时，所述汽缸进气量在汽缸循环期间吸入，所述汽缸循环发生在所述调节过的正时用于汽缸循环之前的所述汽缸的两个汽缸循环。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，所述内燃发动机正运转在稳态状况。
3. 如权利要求l所述的方法，其中，所述第一进气门和所述第二进气门为电动气门。
4. 如权利要求l所述的方法，其中，所述第一进气门或所述第二进气门的进气门 的关闭位置迟于其他进气门。
5. —种用于调节具有可变气门正时的内燃发动机的至少一个汽缸的空燃比的方 法，该方法包括运转具有第一进气门和第二进气门的内燃发动机的至少一个汽缸；在所述汽缸的第一循环期间开启所述第一进气门至少一次并且在所述汽缸的第二 循环期间保持所述第一进气门关闭，所述汽缸的所述第二循环跟随所述汽缸的所述第一循环；在所述第一汽缸循环期间保持所述第二进气门关闭并且在所述第二汽缸循环期间 开启所述第二进气门至少一次；及在所述第一汽缸循环和第二汽缸循环期间相对于所述内燃发动机的曲轴位置以不 同的正时开启所述第一进气门和所述第二进气门。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，所述第一进气门和所述第二进气门为电动气门。
7. 如权利要求5所述的方法，其中，所述第一进气门或所述第二进气门的进气门 的关闭位置迟于其他进气门。
8. 如权利要求5所述的方法，其中，在所述第一汽缸循环期间输送的燃料量不同于在所述第二汽缸循环期间输送的燃料量。
9. 如权利要求5所述的方法，其中，所述第一汽缸循环和所述第二汽缸循环之间的燃料输送的正时不同。
10. 如权利要求8所述的方法，其中，将燃料直接喷射进所述汽缸内。
11. 如权利要求8所述的方法，其中，将燃料喷射进所述汽缸的进气道内。
12. —种用于调节具有可变气门正时的内燃发动机的至少一个汽缸的空燃比的方法，该方法包括运转具有第一进气门和第二进气门的内燃发动机的至少一个汽缸； 在所述至少一个汽缸的交替的汽缸循环期间运转所述第一进气门和第二进气门；及在所述第一进气门运转的汽缸循环期间的燃料喷射正时不同于在所述第二进气门 运转的汽缸循环期间的燃料喷射正时。
13. 如权利要求12所述的方法，其中进所述汽缸内。
14. 如权利要求12所述的方法，其中缸内。
15. 如权利要求12所述的方法，其中气门。
16. 如权利要求12所述的方法，其中 间正时燃料喷射。
17. —种控制车辆中内燃发动机的汽缸内的电动气门的方法，所述方法包括 运转具有第一进气门和第二进气门的内燃发动机的至少一个汽缸； 在所述汽缸的第一循环期间运转所述第一进气门并且在所述汽缸的第二循环期间保持所述第一进气门关闭，所述汽缸的所述第二循环跟随所述汽缸的所述第一循环；在所述第一汽缸循环期间保持所述第二进气门关闭并且在所述第二汽缸循环期间开启所述第二进气门；及在所述第一汽缸循环期间和第二汽缸循环期间相对于所述内燃发动机机的曲轴位 置的以基本相同的正时开启所述第一进气门和所述第二进气门。在所述第一汽缸循环期间和所述第二汽缸循环期间将不同量的燃料喷射至所述汽 缸的；及在所述第一和所述第二汽缸循环期间传输不同点火正时。
18. 如权利要求17所述的方法，其中，通过单个进气道燃料喷射器喷射燃料。
19. 如权利要求17所述的方法，其中，通过单个喷射器将燃料直接喷射进所述汽缸内。,通过单个喷射器或两个喷射器将燃料喷射 ，通过单个喷射器将燃料直接喷射进所述汽 ,所述第一进气门和所述第二进气门为电动 ,在所述第一进气门运转的所述汽缸循环期
全文摘要
本发明提供一种用于控制交替式气门发动机的空燃比的方法，包括运转具有第一进气门和第二进气门的内燃发动机的至少一个汽缸；在交替的汽缸循环期间运转所述第一进气门和所述第二进气门；及响应被吸入至所述汽缸内的汽缸进气量调节所述第一进气门或所述第二进气门的正时，所述汽缸进气量在汽缸循环期间吸入，所述汽缸循环发生在所述调节过的正时用于汽缸循环之前的所述汽缸的两个汽缸循环。依据所述方法，通过在汽缸循环期间改变气门正时或燃料正时可调节发动机的空燃比。本发明的方法可以减少发动机的排放。
文档编号F02B15/00GK101408126SQ200810169670
公开日2009年4月15日 申请日期2008年10月8日 优先权日2007年10月9日
发明者亚历山大·奥康诺·吉布森, 伊尔亚·弗拉迪米尔·科尔马纳弗斯凯, 刚 宋, 约翰·奥塔维奥·米歇里尼 申请人:福特环球技术公司