用于选择性汽缸停用的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于选择性汽缸停用的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年10月20日提交的名称为“用于选择性汽缸停用的方法和系统(METHOD AND SYSTEM FOR SELECTIVE CYLINDER DEACTIVAT1N) ” 的美国临时专利申请N0.62/066，258的优先权，其全部内容通过引用被结合在此，用于所有目的。
技术领域
[0003]本申请涉及用于选择性地停用在配置有可变凸轮正时(VCT)的发动机中的各个发动机汽缸的方法和系统。
【背景技术】
[0004]发动机可以被配置成能够用可变数目的活性或停用汽缸操作以增加燃料经济性，同时任选地维持大约化学计量比的总体排气混合物空气-燃料比。在其中，在所选择的条件由诸如速度/负荷窗口的参数以及包括车速的各种其它工况限定期间，发动机的汽缸的一部分可以被禁用。通过影响汽缸的进气门和排气门操作的多个汽缸气门停用器的控制，并且通过影响汽缸加燃料的多个选择性地可停用燃料喷射器的控制，发动机控制系统可禁用所选择的一组汽缸，诸如一行汽缸。
[0005]在燃料经济性方面的进一步改善能够在发动机中实现，所述发动机被配置成能够通过在索引的汽缸点火模式(也称为“跳跃-点火”模式)中跳过到某些汽缸的空气和燃料的递送而变化发动机的有效排量。跳跃-点火发动机的一个示例由Tripathi等人在US8，651，091中示出。在其中，发动机控制器可连续不断地转动接收空气和燃料的特定汽缸、被跳过的以及模式持续多少汽缸事件的汽缸。通过跳过到所选择的汽缸的空气和燃料的递送，活性汽缸能够在其最佳效率附近进行操作，增加发动机的总体操作效率。通过变化被跳过的汽缸的标识和数目，大范围的发动机排量选项是可能的。
[0006]然而，发明人在此已意识到使用此类发动机系统的潜在问题。在也配置有可变凸轮正时(VCT)装置用于变化各个汽缸的气门正时的发动机系统中，所选择的汽缸的停用可导致劣化凸轮轴定相的凸轮轴扭矩脉冲。因此，VCT装置可包括凸轮扭矩致动的叶片式凸轮相位器，其中相位器的致动取决于在凸轮致动期间生成的扭矩。具体地，根据赋予在来自与凸轮轴接触的每个配气机构构件的凸轮轴上的扭矩确定在任何发动机角度下凸轮轴赋予在凸轮轴相位器上的扭矩。在具有停用任何数目汽缸能力的发动机中，凸轮轴扭转特征可根据在给定发动机循环上哪些汽缸主动地打开和闭合气门而变化。由于凸轮轴相位器取决于扭转输入作为用于提前或延迟凸轮定相的能源，所以如果由所选择的汽缸停用模式造成的扭转特征包含较少的峰每循环或较低的幅度峰，那么可以减弱相位器的定相能力。发明人已认识到对于给定数目的停用汽缸，可存在能够支持发动机负荷需求的停用汽缸的一些组，但不一定能提供能够定相凸轮轴的足够的扭转负荷。结果，发动机的凸轮轴定相能力可以被降低，从而劣化发动机性能。
【发明内容】
[0007]在一个示例中，以上问题可以至少部分地通过用于发动机的方法解决，所述方法包括:根据汽缸模式停用各个汽缸气门机构；以及响应于对凸轮定相的请求重新激活气门机构。以这种方式，汽缸停用模式可以在定相需求存在下被调整以允许改善凸轮轴定相。
[0008]例如，响应于发动机负荷的下降，发动机控制器可选择汽缸停用模式。模式可包括相对于活性汽缸总数的有待停用的各个汽缸气门机构总数。所选择的用于停用的汽缸的数目和标识可以基于发动机负荷的改变(即，下降)。各个汽缸气门机构可以然后根据确定的模式被停用。响应于凸轮定相请求，即对提前或延迟凸轮正时的请求，发动机控制器可重新激活停用汽缸中的一个或多个。此外，控制器可停用活性汽缸中的一个或多个，以便维持停用/活性汽缸总数恒定，同时调整汽缸停用模式。例如，控制器可比较不同汽缸模式的凸轮轴扭转特征以识别带有更有利于凸轮轴定相的一组停用汽缸的模式。因此，对于停用汽缸的给定总数，可存在具有更有利于凸轮定相的凸轮扭矩特征的汽缸(基于它们的标识、点火顺序、在发动机汽缸体上的位置等)的组合同时其它组合不太有利。例如，在不利的汽缸模式中对于每个(活性)汽缸的扭转峰的幅度和位置可导致较少的净能量以使凸轮轴定相。相比之下，在有利的汽缸模式中对于每个(活性)汽缸的扭转峰的幅度和位置可导致更多的净能量以使凸轮轴定相。控制器可重新激活停用汽缸和/或停用最初所选择的汽缸模式的活性汽缸以提供更有助于凸轮轴定相的汽缸停用模式。一旦完成凸轮轴定相，控制器可调整汽缸气门停用机构以重新开始最初的汽缸模式(或基于当前发动机负荷的另选模式)。
[0009]以这种方式，在用一个或多个停用发动机汽缸操作的情况下，可以改善凸轮轴定相效率。通过停用和/或重新激活发动机汽缸同时考虑到赋予在来自发动机汽缸中的每个气门的凸轮轴上的扭矩，递送到凸轮轴总能量能够得以改善。通过提供改善的来自汽缸气门的扭转负荷到凸轮轴上，同时停用所选择的各个汽缸气门机构，改善用于定相凸轮轴的能量。通过改善凸轮轴定相，较好地使能凸轮正时调整，从而改善发动机性能。
[0010]应当理解，提供以上内容是为了以简化形式引入选择的在【具体实施方式】中进一步描述的概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围是由下面详细描述的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决以上或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0011 ] 图1示出发动机系统布局的示例实施例。
[0012]图2不出部分发动机视图。
[0013]图3-图5示出对于在V8发动机中各种汽缸停用模式的示例扭矩特征。
[0014]图6示出用于响应于凸轮轴定相请求调整各个汽缸气门机构的操作以停用/重新激活发动机汽缸的高级别流程图。
[0015]图7示出在凸轮轴相位器的运动上扭转脉冲的效果。
[0016]图8示出调整各个汽缸气门机构的操作以改善来自在凸轮轴上的活性汽缸气门的扭转输入从而能够定相的示例。
【具体实施方式】
[0017]提供方法和系统，用于响应于定相请求调整被配置用于选择性汽缸停用(本文也称为跳跃-点火操作)的发动机的各个汽缸气门机构，诸如图1-图2的发动机系统。控制器可调整响应于(响应于凸轮定相请求的)汽缸停用条件所选择的跳跃-点火模式。控制器可以被配置成执行程序，诸如图6的程序，以响应于对凸轮正时提前/延迟的请求，重新激活先前停用汽缸以增加来自在凸轮轴上的活性汽缸气门的扭转负荷(图7)。可以选择汽缸用于基于每个汽缸模式的凸轮轴扭转特征而重新激活(图3-图5)。控制器也可以同时重新激活一个或多个其它汽缸以允许发动机带有汽缸停用益处的继续操作。在图8处示出增加来自施加于凸轮轴上以使能改善定相的气门扭转的净能量的示例调整。以这种方式，在用跳跃-点火模式操作发动机的情况下，改善凸轮轴定相。
[0018]图1示出具有第一行15a和第二行15b的示例发动机10。在示出的示例中，发动机10是带有第一行和第二行各自具有四个汽缸的V8发动机。发动机10具有带有节气门20的进气歧管16，以及耦合到排放控制系统30的排气歧管18。排放控制系统30包括一个或多个催化剂和空气-燃料比率传感器，诸如关于图2所述的。作为一个非限制性示例，发动机10能够被包括为用于客车的推进系统的一部分。
[0019]发动机系统10可具有汽缸14，其带有选择性地可停用进气门50和选择性地可停用排气门56。在一个示例中，进气门50和排气门56被配置用于经由各个基于凸轮的汽缸气门致动器而凸轮致动(如在图2中所详细说明的)。每个发动机行可包括致动进气门和排气门的一个凸轮轴。在一个另替代示例中，每个发动机行可包括致动进气门的一个凸轮轴和致动排气门的独立凸轮轴。在替代示例中，气门可以被配置用于经由电动的各个汽缸气门制动器而电动气门致动(EVA)。在替代示例中，在所示的示例示出每个汽缸具有单个进气门和单个排气门的情况下，如在图2处所详细说明的，每个汽缸可具有多个选择性地可停用进气门和/或多个选择性地可停用排气门。
[0020]在所选择的条件期间，诸如当不需要发动机的全部扭矩能力时，可以选择发动机10中的一个或多个汽缸用于选择性停用(本文也称为各个汽缸停用)。这可包括选择性地停用在仅第一行15a上的一个或多个汽缸、在仅第二行15b上的一个或多个汽缸，或在第一行和第二行中的每个上的一个或多个汽缸。在各行上停用的汽缸的数目和标识可以是对称的或不对称的。
[0021]在停用期间，所选择的汽缸可以通过闭合各个汽缸气门机构(诸如进气门机构、排气门机构或两者的组合)而被停用。经由液压式致动的升降器(例如，耦合到气门推杆的升降器)、经由停用从动件机构，或经由耦合到每个汽缸的电致动的汽缸气门机构可以选择性地停用汽缸气门，其中从动件的凸轮升降从动部分能够从从动件的气门致动部分脱离。此外，可以停止燃料流向并发出火花到停用汽缸，诸如通过停用汽缸燃料喷射器。
[0022]在所选择的汽缸被禁用的情况下，剩余使能或活性汽缸继续用燃料喷射器和汽缸气门机构活性与操作完成燃烧。为了满足扭矩需求，发动机在活性汽缸上产生相同量的扭矩。这需要较高的歧管压力，导致降低栗送损失并增加发动机效率。并且，接触到燃烧的较低的有效表面积(仅来自启用的发动机)降低发动机热损失，改善发动机的热效率。
[0023]汽缸可以被停用以基于指定控制算法提供具体点火(或跳跃-点火)模式。更具体地，当其它“活性”工作循环被点火时，所选择的“跳过”工作循环没有被点火。任选地，与所选择的工作室的所选择的点火相关联的火花正时也可以基于所选择的工作室的点火顺序或点火历史进行调整。发动机控制器12可以配置有合适的逻辑，如下所述，用于基于发动机工况确定汽缸停用(或跳跃-点火)模式。
[0024]发动机10可在经由燃料系统8可以递送的多种物质上操作。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统控制。控制器12可从耦合到发动机10的传感器82接收各种信号(并且参考图2所述)，并将控制信号发送到耦合到发动机和/或车辆的各种致动器81 (如参考图2所述)。各种传感器可包括，例如，各种温度传感器、压力传感器和空气-燃料比率传感器。此外，控制器12可从沿发动机汽缸体分布的一个或多个爆震传感器接收汽缸爆震或预点火的指示。当包括多个爆震传感器时，多个爆震传感器可以沿发动机汽缸体对称地或不对称地分布。进一步地，一个或多个爆震传感器可以包括加速计、电离传感器或汽缸内压力换能器。
[0025]发动机控制器可包括用于在当前发动机工况下基于期望发动机输出确定汽缸模式的驱动脉冲发生器和定序器。例如，驱动脉冲发生器可使用自适应预测控制以动态地计算驱动脉冲信号，该驱动脉冲信号指示哪个汽缸被点火的和在什么时间间隔下获得期望输出(即，汽缸点火/跳跃-点火模式)。可以调整汽缸点火模式以提供期望输出，而无需在发动机内生成过量或不适当的振动。因此，汽缸模式可以基于发动机的配置(诸如基于发动机是否是V-发动机、直列式发动机、存在于发动机中的发动机汽缸的数目等)进行选择。基于所选择的汽缸模式，当停止燃料流向并发出火花到停用汽缸时，所选择的汽缸的各个汽缸气门机构可以是闭合的。
[0026]因为对于给定的汽缸最佳效率是几乎全部输出，较低频率的点火事件可以被选择以减少输出。例如，跳过所有其它汽缸将产