用于调节发动机气流的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于调节发动机气流的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 进入发动机的空气量可经由歧管绝对压力(MAP)传感器或质量空气流量(MAF)传 感器估计。MAP传感器具有对进气歧管压力直接进行取样以确定汽缸空气充气的优点。因 此，当发动机进气歧管压力由于发动机负载瞬变而改变时，MAP传感器可提供更准确的发动 机气流估计。在另一方面，MAF传感器在稳态状况期间提供对进入发动机的空气质量的更准 确测量，这可在稳态状况期间改善发动机的空燃比控制。然而，由于每个传感器的输出不补 偿湿度，所以MAP传感器和MAF传感器两者的输出可受空气中的湿度影响。因此，在湿状况期 间的发动机性能可没有在低湿度状况期间的发动机性能那么强有力。
【发明内容】
[0003] 本发明人已经认识到上述问题并且已经开发出一种发动机操作方法，该方法包 括:响应于环境湿度调节火花正时提前/延迟以减少爆震;响应于期望的发动机扭矩调节发 动机气流，所调节的发动机气流响应于空气中氧气的部分压力；以及除了所调节的火花正 时延迟/提前之外还响应于空气中氧气的部分压力调节估计的发动机扭矩，空气中氧气的 部分压力基于环境湿度。
[0004] 通过响应于环境空气湿度调节发动机火花正时和期望的发动机气流，可能提供发 动机在高湿度状况期间输出与在低湿度状况期间的发动机输出相同量的扭矩输出的技术 结果。响应于空气中氧气的部分压力调节期望的发动机气流可允许发动机在高环境空气湿 度状况期间以与低环境湿度状况下相同的氧气量操作。因此，流动通过发动机的氧气可与 合适量的燃料相匹配，从而与不针对湿度调节发动机气流的情况相比，增加高湿度环境状 况期间的发动机扭矩。进一步地，如果发动机控制系统包括MAF传感器，则可以响应于流动 通过发动机的空气的比热（specific heat)调节发动机气流，使得发动机在高环境湿度状 况下以与低环境空气湿度状况下相同量的氧气操作。另外，针对湿度的火花正时调节可增 加火花提前，以改善湿工况期间的发动机扭矩。
[0005] 本说明书可提供若干优点。具体地，该方法可提供环境空气湿度水平范围内的更 一致的发动机性能。进一步地，该方法适合于涡轮增压发动机和自然吸气发动机。更进一步 地，该方法可应用于质量气流系统和速度密度系统。
[0006]通过以下单独或结合附图的【具体实施方式】，本说明书的以上优点和其他优点以及 特征将显而易见。
[0007]应当理解，提供上述
【发明内容】
以便以简化的形式介绍在【具体实施方式】中进一步描 述的所选概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随附权 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上述或本公开任何部分提及 的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0008]图1示出发动机的示意图；
[0009] 图2示出传动系中的图1的发动机的示意图；
[0010] 图3至图5示出湿度对内燃发动机操作的示例影响；
[0011]图6不出不例发动机扭矩控制系统的方框图；
[0012]图7示出用于操作发动机的示例方法的流程图；以及 [0013]图8示出根据图7的方法的示例发动机操作顺序。
【具体实施方式】
[0014] 本说明书涉及在变化的环境湿度水平下操作发动机。发动机可如图1所示那样配 置在如图2所示的传动系中。图1的发动机可如图3至图5所述那样操作。图1的系统可包括如 由图6的方框图所描述的扭矩控制。图1的系统也可包括提供图7所述的发动机操作方法的 可执行指令。图7的发动机操作方法修改发动机操作以在低环境湿度状况和高环境湿度状 况期间改善发动机扭矩输出。发动机可如图8的操作顺序所示那样操作。
[0015] 参照图1，包括多个汽缸的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，在图1中示 出了多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32,其中活塞36定位在燃烧 室30内并且连接到曲轴40。飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动器96 (例如，低电压（以 小于30伏特操作）电动机器)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可选择性地推进小齿 轮95以接合环形齿轮99。起动器96可直接安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示 例中，起动器96可经由皮带或链条选择性地向曲轴40供应扭矩。在一个示例中，起动器96在 未接合到发动机曲轴时处于基本状态。所示燃烧室30经由相应的进气阀52和排气阀54与进 气歧管44和排气歧管48连通。每个进气阀和排气阀可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进 气凸轮51的位置可由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器57确 定。进气阀52相对于曲轴40的相位可经由进气凸轮轴相位器59调节。排气阀54相对于曲轴 40的相位可经由排气凸轮轴相位器58调节。
[0016] 所示燃料喷射器66被定位成将燃料直接喷射到汽缸30内，这是本领域的技术人员 已知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料 由包括燃料箱、燃料栗和燃料导轨(未示出）的燃料系统(未示出）输送到燃料喷射器66。在 一个示例中，高压双级燃料系统可用于生成较高燃料压力。
[0017] 此外，所示进气歧管44与涡轮增压器压缩机162和发动机进气口 42连通。在其他示 例中，压缩机162可以是机械增压器压缩机。轴161将涡轮增压器涡轮164机械地联接到涡轮 增压器压缩机162。可选的电子节流阀62(例如，中心或发动机进气歧管节流阀）调节节流板 64的位置，以控制从压缩机162到进气歧管44的气流。由于节流阀62的入口在增压室45内， 因而增压室45中的压力可被称为节流阀入口压力。节流阀出口在进气歧管44中。在一些示 例中，节流阀62和节流板64可定位在进气阀52和进气歧管44之间，使得节流阀62是端口节 流阀。压缩机再循环阀47可以被选择性地调节到在完全打开和完全闭合之间的多个位置。 废气门163可经由控制器12调节，以允许排气选择性地绕过涡轮164,从而控制压缩机162的 速度。另选地或另外，叶片致动器167调节涡轮叶片的位置以增加或降低涡轮效率。
[0018] 空气过滤器43清洁经由暴露于环境温度、压力和湿度的入口 3进入发动机进气口 42的空气。转化的燃烧副产品在暴露于环境温度和压力的出口5处被排出。因此，当发动机 10旋转以从入口 3抽吸空气并且将燃烧副产品排出到出口 5时，活塞36和燃烧室30可作为栗 操作。根据穿过发动机10、排气歧管48和发动机进气口 42的流动方向，入口 3在出口 5的上 游。上游不包括经过入口 3在发动机外部的任何事物，并且下游不包括经过出口 5在发动机 外部的任何事物。
[0019] 无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。所 示通用或排气氧(UEG0)传感器126联接到在催化转化器70上游的排气歧管48。另选地，双态 排气氧传感器可替代UEG0传感器126。
[0020] 在一个示例中，转化器70能够包括多块催化剂砖。在另一个示例中，能够使用多个 排放控制装置，每个排放控制装置均带有多块砖。在一个示例中，转化器70能够是三元型催 化器。
[0021] 控制器12在图1中示为常规微型计算机，其包括:微处理器单元(CPU)102、输入/输 出端口（I/O) 104、只读存储器(R0M)106(例如，非暂时性存储器）、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM)llO和常规数据总线。所示控制器12接收来自联接到发动机10的传感 器的各种信号，除先前讨论的那些信号外，还包括:来自联接到冷却套管114的温度传感器 112的发动机冷却液温度(ECT);联接到加速器踏板130用于感测脚132施加的力的位置传感 器134;联接到制动踏板150用于感测脚152施加的力的位置传感器154;来自联接到进气歧 管44的压力传感器123的发动机歧管绝对压力(MAP)的测量;来自压力传感器122的发动机 增压压力或节流阀入口压力的测量;来自湿度传感器113的环境空气湿度的测量;来自感测 曲轴40的位置的霍尔效应传感器118的发动机位置;来自传感器120的进入发动机的空气质 量的测量；以及来自传感器68的节流阀位置的测量。还可感测大气压力（未示出传感器）以 便由控制器12处理。在本说明书的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每转一次产生预 定数目的等间隔脉冲，由此能够确定发动机转速(RPM)。
[0022] 在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环:该循环包括进气冲程、 压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。通常，在进气冲程期间，排气阀54关闭而进气阀52打开。空 气经由进气歧管44引入燃烧室30中，并且活塞36移动到汽缸底部，以便增加燃烧室30内的 体积。本领域的技术人员通常将活塞36靠近汽缸底部并且处于其冲程结束时的位置(例如， 当燃烧室30处于其最大体积时)称为下止点(BDC)。
[0023]在压缩冲程期间，进气阀52和排气阀54关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以便压缩燃 烧室30内的空气。本领域的技术人员通常将活塞36在其冲程结束时并且最靠近汽缸盖(例 如，当燃烧室30处于其最小体积时）的点称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，将燃 料引入燃烧室。在下文称为点火的过程中，喷射的燃料由已知点火工具诸如火花塞92点燃， 从而导致燃烧。
[0024]在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞运动转化为旋转轴 的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气阀54打开以将燃烧后的空气燃料混合物释放到排 气歧管48,并且活塞返回到TDC。需注意，上述内容仅仅作为示例示出，并且进气阀和排气阀 打开正时和/或关闭正时可变化，诸如以提供正或负阀门重叠、进气阀延迟关闭或各种其他 示例。
[0025] 现在参照图2,图2是包括传动系200的车辆225的方框图。图2的传动系包括图1所 示的发动机10。传动系200可由发动机10提供动力。所示发动机曲轴40联接到液力变矩器 206。具体地，发动机曲轴40机械联接到液力变矩器叶轮285。液力变矩器206也包括向变速 器输入轴270输出扭矩的涡轮286。变速器输入轴2