专利名称:发动机控制装置和多汽缸内燃机的汽缸工作模式转换方法
技术领域:
本发明涉及发动机控制装置和多汽缸内燃机的全汽缸工作模式与汽缸停止模式之间的转换方法。
背景技术:
内燃机全汽缸的燃料供应在发动机工作模式下可能被中断,通常称为减速燃料中断。US5,119,781公开了一种在减速燃料中断的转换期间控制发动机燃料喷射以中断汽缸的燃料供应的方法。当发动机减速时,例如发动机控制部件如节气阀或油门踏板位于使发动机空转的位置时,可能开始进入减速燃料中断模式。发动机操作的减速燃料中断模式可能被用于减少燃料消耗,以及将由发动机载荷施加的阻力或负扭矩所引起的发动机制动最大化。当发动机转速降至低于预设的最小发动机空转速度时或发动机控制部件离开空转位置以加快发动机转速并增大输出扭矩时,可以退出减速燃料中断模式。如果发动机从全汽缸工作模式迅速地转换到减速燃料中断模式或者从减速燃料中断模式迅速地转换到全汽缸工作模式,则发动机输出扭矩分别从正到负或者从负到正的突然转换,相应地,可能导致不期望的发动机传动系统震荡或颠簸。输出转矩瞬变可以通过不断调整发动机火花正时或者进入和退出减速燃料中断模式时喷射的燃料的质量来进行消除。但是由于发动机废气中的碳氢化合物的含量提高了,因此这两种方法对于发动机废气排放都有消极影响,因此,需要进一步改进对内燃机在进入和退出减速燃料中断时的控制。
发明内容
本发明提供了一种多汽缸内燃机的全汽缸工作模式与汽缸停止模式之间的转换方法。内燃机的多个汽缸在全汽缸工作模式下有点火顺序。转换方法包括当发动机在全汽缸工作模式时确定发动机是否在预设的减速工作条件下运行。如果发动机是在预设的减速工作条件下运行,多个汽缸中的二个或更多个汽缸分别以停止顺序被停止。停止顺序与点火顺序不同。可选地或另外地,如果发动机在汽缸停止模式下运行,确定发动机是否在预设的加速工作条件下运行。如果发动机在预设的加速工作条件下运行,多个汽缸中的两个或更多个汽缸分别以与点火顺序不同的重启顺序被重启。本文所使用的词语多个汽缸与多汽缸的意义相同。因此,当通过在全汽缸工作模式和汽缸停止模式之间转换进入减速燃料中断模式时,多个汽缸的两个或更多汽缸以不同于点火顺序的顺序被停止。这样做的优势为可以任意地选定第一个被停止的汽缸。因此,全汽缸工作模式和汽缸停止模式之间的转换时间与以点火顺序停用汽缸的方法相比减少了,因为没有必要再等候点火顺序中的第一个汽缸作为下一个将要被点火的汽缸,进而作为第一个被停止的汽缸。类似地,通过以不同于点火顺序的重启顺序分别重启多个汽缸的两个或更多汽缸,可以相对于以点火顺序重启汽缸的方法减少了减速燃料中断模式,即汽缸停用模式与全汽缸工作模式之间的转换时间。在一个实施例中,通过分别停止向相应的汽缸供应燃料,可以分别停用两个或更多个汽缸。通过分别重新启动向他们相应的汽缸供应燃料,可以分别重启两个或更多个汽缸。通过控制相应的汽缸的燃料喷射阀可以停止或者重新启动供应燃料。以停止顺序停止向数量逐渐增多的多个汽缸供应燃料,可以使发动机从全汽缸工作模式转换到汽缸停止模式。类似地,以重启顺序重新启动向数量逐渐增多的汽缸供应燃料,可以使发动机在减速燃料中断模式,即汽缸停用模式和全汽缸都工作的正常运行之间转换。通过确定依据点火顺序的下一个将要被点火的汽缸,可以确定停止顺序中的第一个被停用的汽缸。例如,直列四缸发动机的点火顺序为1-3-4-2。如果下一个将要被点火的汽缸是汽缸3,则汽缸3可以第一个被停用,而无需等候汽缸3、4和2被点火并且然后当汽缸1变成下一个将要点火的汽缸时停用汽缸1的阶段,因而第一个汽缸被停用。通过与查询表进行比较可以确定停用顺序中的第二个汽缸和更多的汽缸。所述查询表包括允许的停用顺序。重启顺序可与停用顺序不同,同时也可与点火顺序不同。因此,所述查询表可也包括允许的重启顺序,使得通过与查询表进行比较可以确定重启顺序中的第二个和更多的要重启的汽缸。在查询表中,汽缸可被以组的形式排列。组可以包括以点火顺序交替排列的多组汽缸。例如,在点火顺序为1-3-4-2的直列四缸发动机中,第一组可以包括汽缸1和4,第二组包括汽缸2和3。在停用顺序或重启顺序中,一组汽缸可以分别被停用或重启。在点火顺序为1-3-4-2的直列四缸发动机示例中,第一组的汽缸1和4将在第二组的汽缸2和3之前被顺序地停用。在组内,任一个汽缸都可以被第一个停用。通过确定点火顺序中的下一个将要被点火的汽缸,可以确定第一个被停用或重启的汽缸。例如,如果下一个将要被点火的汽缸是汽缸4,则汽缸4可以被第一个停用,紧随其后的是第一组的汽缸1。根据由启动信号(enable signal)确定的扭矩斜坡,可以顺序地停用或重启第一组的汽缸。例如,如果加速工作条件显示需要迅速加速,则选择第一组汽缸的重启顺序,使全汽缸被更迅速地重启。但是,如果决定需要缓慢的加速,则可以相应地选择第一组汽缸的重启顺序。在常规的发动机操作中,即全汽缸工作模式,燃料在进气阀开启之前被喷射入汽缸中。在一个实施例中,喷射入第一汽缸的第一喷射发生在重启和退出减速燃料中断模式之后,进气阀刚好关闭之前。在另一个实施例中,喷射的燃料的量超过了应喷射的燃料的正常量。例如,喷射的燃料的量可增加10-15%。预设的减速和加速条件可以由离合器产生的启动信号和/或加速器信号来确定。 例如,表征油门踏板没有被压下的信号表明需要减速。本申请还提供了发动机控制装置,其包括确定发动机是否在预设的减速工作条件或预设的加速工作条件下运行的器件。发动机控制装置还包括如果发动机在预设的减速工
5作条件下运行时以不同于点火顺序的停用顺序分别停用多个汽缸的两个或更多汽缸的器件,和/或如果发动机在预设的加速条件下运行时以不同于点火顺序的重启顺序分别重启多个汽缸的两个或更多汽缸的器件。发动机控制系统可以进一步包括查询表,其包括允许的停用和重启顺序和/或将要被顺序地停用或重启的汽缸的组。预设的减速条件和预设的加速条件可以由启动信号确定。发动机控制装置可以进一步包括产生离合器接合信号的器件、产生加速信号的器件和产生基于离合器接合信号及加速器信号的启动信号的器件。本发明还提供了一种具有多汽缸内燃机的车辆,多汽缸内燃机具有发动机控制装置。内燃机可以是火花点火发动机。本发明还提供了一种包括可以实现一个上文所述的实施例的计算机可执行代码的计算机程序。计算机程序可以被存储在数据载体中,如磁盘或发动机管理控制单元内的如半导体芯片的存储介质中。
现在将结合附图对实施例进行描述。图1示出了根据一个实施例的内燃机控制装置,和图2示出了使所述内燃机从全汽缸工作模式转换到汽缸停用模式或从汽缸停用模式转换到全汽缸工作模式的停用顺序和重启顺序。附图标记1控制装置2 汽缸3 汽缸4 汽缸5 汽缸6 活塞7 连杆8 曲轴9 输入轴10进气阀11排气阀12燃料喷射阀13火花塞14第一控制单元15第二控制单元16发动机管理系统17离合器18 油门踏板19 内燃机
具体实施例方式图1示出了用于内燃机19的控制装置1,在该实施例中,如图所示其具有直线排列的四个汽缸2、3、4、5。与往复式活塞6结合的汽缸2、3、4、5中的任一个都提供了一个容积可变的燃烧室。活塞6通过连杆7连接到曲轴8,使得活塞6的往复直线运行经由曲轴8 转化成通过输出轴9来驱动车辆的变速器的旋转运动,车辆和变速器在图中未示出。每个汽缸2、3、4、5都包括进气阀10、排气阀11、燃料喷射阀12和火花塞13。在本实施例中,内燃机19显示为火花点火发动机。每个燃料喷射阀12都是通过第一控制单元14独立运行的,每个火花塞13都是通过第二控制单元15独立运行的。第一控制单元14和第二控制单元15接收来自另一个可能是发动机管理系统的控制单元16的信号。发动机管理系统16接收来自车辆上的不同传感器的信号,所述传感器中的一个或多个可以用于确定发动机19的减速或加速,例如由车辆驾驶员操控的离合器17和油门踏板18。在本实施例中,内燃机1用于驱动带有手动变速器的车辆。内燃机19可以在全汽缸工作模式下运行,在该模式下四个汽缸2、3、4、5的每个都被通过燃料喷射阀12供应燃料,且喷射入的燃料在常规的四冲程燃烧过程中通过火花塞点燃。内燃机19的四个汽缸2、3、4、5具有描述燃料在汽缸中被点燃的顺序的点火顺序。点火顺序通常由向着输出轴方向的汽缸的编号来表示。在图1所示的实施例中, 在点火顺序中附图标记2所标注的汽缸是汽缸1,附图标记3所标注的汽缸是汽缸2,附图标记4所标注的汽缸是汽缸3,而附图标记5所标注的汽缸是汽缸4。在本实施例中,汽缸的点火顺序是1-3-4-2。在该点火顺序中,被顺序地点火的汽缸相互之间由于曲轴8的四个曲柄的排列而被通过曲轴8的弯曲隔开。在汽缸停用模式下,如果由汽缸2、3、4、5和活塞6限定的容积可变的燃烧室内没有发生燃烧,则所有的汽缸2、3、4、5被停用。随着越来越多的汽缸被停用,当所有四个汽缸都被停用时,施加给曲轴和输出轴的转矩减小直到没有转矩从汽缸2、3、4、5传递到曲轴8。 当车辆减速时,由于车辆减速时无需传递扭矩到变速器,此时可以使用汽缸停用模式。为了从全汽缸工作模式转换到汽缸停用模式并进入所述减速燃料中断,通过切断汽缸2、3、4、5的燃料供应,使四个汽缸2、3、4、5被停用或停止。为了避免扭矩迅速下降,增加数量的汽缸2、3、4、5可以被逐渐地停用,使得转换从四个产生扭矩的汽缸转换到四个产生扭矩的汽缸到两个产生扭矩的汽缸,再到一个产生扭矩的汽缸,最后没有产生扭矩的汽缸。根据本申请,通过以不同于点火顺序的停用顺序停用汽缸可以实现从全汽缸工作模式到汽缸停用模式的转换。选择的停用顺序在不产生车辆驾驶员和乘客讨厌的发动机震动的同时,缩短了从全汽缸工作模式到汽缸停用模式的转换时间。停用顺序与点火顺序不同,使得可以任意地选择第一个被停用的汽缸。可以对内燃机19进行如下操作使内燃机19从全汽缸工作模式转换到汽缸停用模式。发动机控制单元16接收来自离合器17和/或加速器18的指示车辆应该减速的信号。例如,发动机控制单元16可以接收表示驾驶员不再压下油门踏板18的信号。发动
7机控制单元16向控制燃料喷射阀12的燃料供应的第一控制单元14提供启动信号。然后, 控制单元14以与停用顺序相对应的顺序分别切断汽缸2、3、4、5的燃料供应。在一个实施例中,点火顺序为1-3-4-2,停用顺序为1-4-3-2。在停用顺序中,来自汽缸的燃料被切断,使得四个汽缸2、3、4、5内发生如下过程汽缸1停用,汽缸3点火,汽缸 4停用,汽缸2点火,汽缸1已经被停用,汽缸3停用,汽缸4已经被停用,汽缸2停用。所有的四个汽缸现在都被停用,使得发动机19在发动机停用模式,即减速燃料中断模式下运行。如果发动机控制单元16检测到车辆现在要求加速,例如油门踏板被压下,控制单元16发送启动信号给燃料喷射阀12的第一控制单元14和控制火花塞13和火花正时的第二控制单元15。以不同于点火顺序和停用顺序的重启顺序向汽缸2、3、4、5供应燃料。当燃料以重启顺序被喷射入汽缸后,该燃料被第二控制单元15控制的火花塞13点燃。在一个实施例中,用于点火顺序为1-3-4-2的重启顺序为1-4-3-2。图2示出了可选的用于在全汽缸工作模式和汽缸停用模式之间相互转换的停用顺序和重启顺序。此外,图2示出了直列四缸内燃机的四个汽缸以各个停用顺序的停用情况,和该四个汽缸以各个重启顺序的重启情况。D用于表示停用汽缸,F用于表示汽缸被点火,括号表示该汽缸已经在停用状态(D)或者已经被重启并处于点火状态(F)。在另一个实施例中,这些停用和重启顺序被存储在查询表内,查询表可以被存储于发动机管理单元和/一个或多个第一控制单元和第二控制单元。在另一个实施例中,只有多个汽缸存储在查询表内,尤其是,将要被顺序地停用或重启的多个汽缸被存储在查询表内。例如,在四缸内燃机的上述实施例中,第一组汽缸包括汽缸1和4,第二组汽缸包括汽缸2和3。多个汽缸内的汽缸被停用或重启的顺序可以依据点火顺序选择,即点火顺序中下一个将要被点火的汽缸。同样,通过选择第一组汽缸的停用顺序和重启顺序可以提供较高的或较低的转矩斜坡。如图2所示,停用顺序1-4-3-2的转矩斜坡小于停用顺序4_1_3_2的转矩斜坡 (torque ramp),在停用顺序4_1_3_2中,第一组的汽缸1和4的停用顺序颠倒了,因为全汽缸都处于停用状态之前所需的事件的数量大于停用顺序1-4-3-2中所需的事件数量。这也是图2所示的其他停用顺序和重启顺序中前两个汽缸顺序颠倒的原因。为了进一步减少退出减速燃料中断时的废气排放,即在从汽缸停用模式到全汽缸工作模式的转换中,被喷射入第一汽缸的将以重启顺序点燃的燃料的量可以超过应喷射入的燃料的正常量。例如,可以增加10-15%。在另一个实施例中,燃料可以在进气阀刚好关闭前被喷射入,而不是如在所有汽缸都工作的情况下在进气阀刚好开启之前被喷射入。尽管图1所示的实施例中,燃料喷射阀控制单元14和火花塞控制单元15是与发动机管理控制单元16分开描述的,但是也可以应用其他的布置。例如,发动机控制单元16 可以包括用于控制四汽缸2、3、4、5的燃料喷射阀12和火花塞13的子系统。概括地说,上述内燃机和全汽缸工作模式与汽缸停用模式之间的转换方法可以被用于减少从全汽缸工作模式转换到汽缸停用模式的延时,在汽缸停用模式下,所有四个汽缸都被停用,因此在不产生固定汽缸模式所带来得劣势,如固定的转矩斜坡和顺序相关联的汽缸之间的预设事件的情况下,可以转换到可能的最小的转矩。压缩火花直至燃烧占据了发动机回转的四分之三。燃料喷射在进气冲程内完成, 因此在发动机的回转仅一半内。例如,四缸发动机的任意的第一汽缸的停用至多占据发动机回转的一半。因此,总共的延时被减少到转数的11/4至13/4,而不是在停用顺序与点火顺序相同时的3至5个回转。所有可能的允许发动机平稳运行的点火顺序的排列都可以被存储在发动机管理系统中。对于点火顺序为1-3-4-2的直列四缸发动机,典型的重启顺序为1-4-3-2。尽管如此,在发动机工作不平稳性方面等价的顺序为4-1-3-2、3-2-1-4和2_3_1_4。取决于转矩斜坡的斜率,也可以交换第三和第四汽缸的顺序以得到1-4-2-3、4-1-2-3、3-2-4-1和 2-3-4-1。在另一个实施例中,只有所谓强制的下列汽缸1-4和2-3对被存储,而不是所有可能的停用模式都被存储,同时发动机管理系统选择每对需要位于前面的汽缸。发动机控制装置也可以利用如下事实,即发动机载荷较低时,从汽缸停用模式发生恢复,只有少量的燃料能够被喷射,其并不占据连续的燃料边界之间的两个发动机回转的全部时间。燃料边界代表燃料在吸气冲程中从燃料喷射器喷射到燃烧室的最近时间。尤其是,没有必要保持用于退出燃料中断模式后的第一次喷射的固定发动机操作的最佳喷射定时。第一喷射事件可以尽可能晚发生,即刚好在进气阀关闭前发生,而不是使用标准的在进气阀开启前完成喷射。在另一个实施例中,可以通过将用于第一次喷射的喷射燃料的量提高一定比例, 如10-15%,来补偿质量较差的空气/燃料混合物的劣势,如高废气排放。除了改善燃烧情况,该额外的燃料也可用于耗尽来自前一个汽缸停用模式的存储氧气的催化剂。使用转矩请求来安排减速燃料中断的劣势在于转矩是独立于发动机汽缸的点火顺序运行的,但是通常情况下,尤其对于快速斜坡,在适宜的时间启用或停止汽缸是不可能的。一个原因在于对于多汽缸发动机而言,只有那些在点火顺序上均等地将各汽缸彼此分隔开以阻止发动机不均勻运转的汽缸才可以被停用。此外,已经注入的燃料必须被点燃,即如果事先将燃料喷射入相同的汽缸,点火事件仅产生转矩。因此,如果将点火顺序用作重启顺序,将发生下列延时。在燃烧冲程中转矩的产生要比火花传递典型地晚约小于四分之一发动机回转的时间。但是,火花仅能在持续另半个发动机回转的减压阶段之后被安排。该阶段典型地是由上一个和当前的循环的进气阀的关闭来限定的。这被称作燃料边界。在这个持续两个发动机回转的时期内,发动机管理系统选择最佳的注入时间以实现良好的混合物准备和充分燃烧。在很多情况下,会选择预喷射, 其意味着在进气阀开启之前将燃料完全喷入。在各种情况下,需要为发动机管理系统定义一个状态,该状态确定燃料是否需要喷射,同时该状态在尽可能早的喷射开始之前,即燃料边界之前是固定的。如果汽缸的重启顺序是预先确定的,那么最差的情况为依据点火顺序在第一个汽缸点火之前需要两个发动机回转的时间。因此,在转矩需求被接收到以前总共需要3至5个发动机回转的时间。相比之下,通过以不同于点火顺序的停用顺序停用任意的第一汽缸进而停用其他汽缸,可以将上述3至5个发动机转数的延时减少到1 1/4和13/4个发动机回转。
权利要求
1.一种多汽缸内燃机(19)的全汽缸工作模式与汽缸停止模式之间的转换方法,多个汽缸(2、3、4、幻在全汽缸工作模式下具有点火顺序,该方法包括当在全汽缸工作模式下,确定发动机(19)是否在预设的减速工作条件下运行,且如果发动机(19)是在预设的减速工作条件下运行,分别以不同于点火顺序的停用顺序停止多个汽缸0、3、4、5)中的两个或更多个汽缸, 和/或当在汽缸停止模式下,确定发动机(19)是否在预设的加速工作条件下运行,且如果发动机(19)是在预设的加速工作条件下运行,分别以不同于点火顺序的重启顺序重启多个汽缸0、3、4、5)中的两个或更多个汽缸。
2.如权利要求1所述的方法,其中通过分别停止向相应的汽缸(2、3、4、幻供应燃料,分别停用两个或更多个汽缸0、3、 4,5),或通过分别重新启动向相应的汽缸(2、3、4、幻供应燃料,分别重启两个或更多个汽缸 (2、3、4、5)。
3.如权利要求2所述的方法,其中以停用顺序停止或以重启顺序重新启动向数量逐渐增多的汽缸(2、3、4、幻供应燃料。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其中通过确定点火顺序中的下一个将要被点火的汽缸来确定第一个被停用的汽缸, 或通过确定点火顺序中的下一个将要被点火的汽缸来确定第一个被重启的汽缸。
5.如权利要求4所述的方法,其中通过与包括允许的停用顺序的查询表进行比较来确定将被停用的第二个和更多的汽缸,或通过与包括允许的重启顺序的查询表进行比较来确定将被重启的第二个和更多的汽缸。
6.如权利要求5所述的方法,其中查询表包括汽缸的组,所述组以点火顺序交替排列,其中同一组的汽缸被顺序地停用或重启。
7.如权利要求6所述的方法,其中所述组的依据点火顺序的下一个汽缸将首先被停用或重启。
8.如权利要求6或7所述的方法,其中一组的汽缸在另一组的汽缸被顺序地停用或重启之前被分别地按顺序停用或重启。
9.如权利要求8所述的方法,其中根据由启动信号确定的转矩斜坡,顺序地重启另一组的汽缸。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法,其中重启顺序与停用顺序不同。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法,其中在重启开始之后,第一次燃料喷射在进气阀(10)刚好关闭之前进行。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法,其中重启开始之后,第一汽缸的燃料喷射量超过了燃料喷射的正常量。
13.一种发动机控制装置,包括用于确定发动机(19)是否在预设的减速工作条件或预设的加速工作条件下运行的设备(16),用于发动机(19)在预设的减速工作条件下运行时以不同于点火顺序的停用顺序分别停用多个汽缸(2、3、4、幻的两个或更多个汽缸,和/或发动机(19)在预设的加速条件下运行时以不同于点火顺序的重启顺序分别重启多个汽缸0、3、4、5)的两个或更多个汽缸的设备(14、15)。
14.如权利要求13所述的车辆控制系统,进一步包括查询表,其包括允许的停用顺序和重启顺序。
15.一种计算机程序,包括可以实现权利要求1-13中之一所述的方法的计算机可执行代码。
全文摘要
本发明涉及发动机控制装置和多汽缸内燃机的全汽缸工作模式与汽缸停止模式之间的转换方法。该发动机控制装置(1)包括确定发动机(19)是否在预设的减速工作条件或预设的加速工作条件下运行的设备(16)和发动机(19)在预设的减速工作条件下运行时以不同于点火顺序的停用顺序分别停用多个汽缸(2、3、4、5)的两个或更多个汽缸,和/或发动机(19)在预设的加速条件下运行时以不同于点火顺序的重启顺序分别重启多个汽缸(2、3、4、5)的两个或更多个汽缸的设备(14、15)。
文档编号F02D17/02GK102454493SQ20111041632
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月17日 优先权日2010年10月15日
发明者E·特罗普舒格, K·波奇纳 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司