专利名称：操作用于瞬态扭矩管理的脉冲进气器的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机控制，更具体地，本发明涉及控制内燃机的脉冲进气器的方法和设备。
背景技术：
汽车市场中当前的消费者期望已经引起对改进驾驶性和提高车辆内燃机性能的需求。在急剧加速操作或者类似情况的中的内燃机需要对扭矩需求的快速响应，它们通常被空气流动的滞后性影响，从而导致了动力输送的延迟。脉冲进气系统在燃烧过程开始期间增加吸入气缸中的空气体积，减少在需要急剧加速的过程中动力输送的延迟。
发明内容
本发明是用于控制内燃机中脉冲进气的方法和设备，以提高发动机响应和管理扭矩扰动。
图1是本发明的发动机控制系统的示意图；图2是在本发明中发动机横截面图；图3是示出本发明的点火正时扭矩补偿的图；图4是示出脉冲进气情况的图；和图5是本发明实施例的流程图。
具体实施例方式
图1是本发明的车辆控制系统10的示意图。控制系统10包括由发动机或者传动系控制器18控制的内燃机(ICE)12，内燃机12具有燃料喷射器14和火花塞16(在火花点火汽油发动机的情况下)。在本发明中的燃料喷射器可以在进气口安装，或者被安装用于直接喷射到气缸24中。ICE12的曲轴21速度和位置由产生诸如脉冲序列的速度和位置传感器20检测，并且发送到发动机控制器18。
在本发明的其它实施例中，ICE12包括可变排量内燃机。与固定排量ICE相比，可变排量ICE通过根据气缸停缸的原理操作而提供改进的燃料经济性和按需提供扭矩。在需要高的输出扭矩的工况期间，可变排量ICE的每一个气缸供应燃料和空气以为ICE提供扭矩。在全排量ICE的低速、低负荷工况和/或其它低效状况期间，气缸可以停缸以改进可变排量ICE和车辆的燃料经济性。例如，在配备有八缸可变排量ICE的车辆运行中，如果在低扭矩工况期间ICE仅仅有四个气缸在工作，将通过减少节流损失提高燃料的经济性。节流损失也称为泵送损失，是ICE必须执行将空气从相对低压的进气歧管、通过节气门体或板、通过ICE并排出到大气中的额外功。停缸的气缸将不允许空气流过进气门和排气门，从而通过使ICE在更高进气歧管压力下工作而减少泵送损失。
ICE12可以进一步包括汽油ICE或者诸如柴油发动机和/或在现有技术中公知的压燃式发动机的其它任何ICE。进气歧管22向ICE10的气缸24提供空气，并且气缸具有阀25。阀25进一步连接到致动器设备27，致动器设备27例如在顶置气门(OHV)或者顶置凸轮(OHC)发动机构造中使用并可以物理地连接到阀25和与阀25断开以关闭流过气缸24的空气。在另一个实施例中的致动设备27包括可变气门升程凸轮轴，其依工况改变气门升程。气流传感器26和歧管气压(MAP)传感器28检测进气歧管22内的气流和气压，并且产生到传动系控制器18的信号。气流传感器26是热丝测风仪，MAP传感器28优选是应变片。
电子节气门30具有由电子节气门控制器32控制的节流板，并且控制进入进气歧管22的空气量。电子节气门30可以利用现有技术中任何公知电动机或者致动技术，包括但不限于DC电动机、AC电动机、永磁无刷电动机和磁阻电动机。电子节气门控制器32包括调制电子节气门30的电路和从电子节气门30接收位置和速度输入的电路。电子节气门控制器32进一步包括经由汽车通信网络33与传动系控制器18通信的诸如串行链路或者汽车通信网络接口的通信电路。在本发明的其它实施例中，电子节气门控制器32可以完全集成到传动系控制器18以消除对物理上单独的电子节气门控制器的需要。
车辆中的制动踏板36配备有制动踏板传感器38以确定车辆的操作者作用在制动踏板36上所产生的压力量。制动踏板传感器36产生到传动系控制器18的信号以确定车辆的制动状况。制动状况将指示可变排量ICE12的低扭矩/低需求状况。车辆的加速器踏板40配备有踏板位置传感器42以检测加速器踏板位置。踏板位置传感器42信号还发送到传动系控制器18。在本发明优选的实施例中，制动踏板传感器38是应变片，踏板位置传感器42是绝对旋转式编码器。排放控制信号进一步集成到控制系统10中以监控ICE排放。
变速器13连接到ICE12以将发动机扭矩/动力传递到车轮。变速器可以包括现有技术中公知的任何变速器，包括如在Schmidt的美国专利5,931,757和Holmes等人的6,527,658中说明的电动可变变速器，这些专利通过引用的方式全部包含于此。
图2是结合了脉冲进气门50的ICE12的横截面图。在优选的实施例中，每个气缸24将具有控制空气进入气缸的脉冲进气门50。脉冲进气门50包括由传动系控制器18控制的电磁控制阀。在标准操作中，在进气阶段脉冲进气门50随着活塞52向下运动而关闭，通过密封气缸24形成真空。就在活塞52换向开始压缩之前，脉冲进气门50打开，压力差以接近声速的相对高的速度将空气吸入到气缸24中。高速空气还产生了从增压室22导向气缸24的压力波，其在效果上类似于调谐进气歧管中的压力波调谐(ram tuning)，但是以相对更强的幅值。脉冲进气门50密封和捕获该压力，导致气缸24中空气质量的增加和伴随着的可用发动机功率的增加。
脉冲进气门50可以在几毫秒内切换开启和关闭，以提供瞬时功率。在本发明中脉冲进气门50的快速响应允许ICE12的容积效率在不使ICE12的节气门30移动的情况下增加超过20％或者基本减少到零。脉冲进气门50对传动系控制器18提供附加控制“旋钮”以控制发动机扭矩。在本发明优选的实施例中，对于显著大于4000RPM的发动机速度，(多个)脉冲进气门50开启以允许空气流动。
本发明使用脉冲进气系统以满足瞬态扭矩要求。本发明的脉冲进气系统可以用来代替点火正时控制的传统方法使用，或者结合点火正时控制使用以提供改进的发动机扭矩和性能。本发明的脉冲进气系统还可以结合节气门30控制使用以优化和改进发动机扭矩。
在ICE12的稳态怠速运转过程中，脉冲进气门50通常保持非工作模式(空气流入气缸24中)。脉冲进气门在断电(没有电流施加到阀50)状态下打开，并且在通电的状态(电流施加到阀50)下关闭。如图3所示，ICE12的点火正时通常针对最小燃料消耗和最佳燃烧稳定性在最小的最佳扭矩(MBT)附近标定。
当检测到因由诸如动力转向泵、交流发电机或者空气调节压缩机的附件产生的任何急剧扭矩需求而引起的发动机速度降低时，脉冲进气门50与如图4所示进气门事件同步动作，以满足所需的扭矩需求。脉冲进气器事件在优选的实施例中包括在大致进气行程的下止点处关闭(多个)脉冲进气门50以最小化新鲜空气进气回流出气缸24，和在排气门完全关闭之后(多个)脉冲进气门50开启以减少残余气体，这对于怠速很关键，但是仍然足够早避免气缸进气过度膨胀。在本发明的其它实施例中，脉冲进气门50可以从下止点关闭被调整以细微调转气流速率。如果需要更多的内部残留气体，则脉冲进气门50的开启点能够进一步提前。当要求较少的扭矩时，在进气冲程中一旦足够空气被允许进入气缸就关闭脉冲进气门50，来缩短脉冲进气门50开启时间段。燃料流速根据流量而调整以在维持所需的空燃比的同时，改变发动机扭矩。有效地，(多个)脉冲进气门50起着与实际凸轮轴串联的第二凸轮轴的作用，因而其事件的布置在实际凸轮轴的气门事件内。
图5是本发明方法的流程图。在优选的实施例中，发动机速度(RPM)用作表示扭矩扰动的反馈信号。在本发明的其它实施例中，质量空气流量和直接扭矩传感器也可以用来确定扭矩扰动。在方框70开始，发动机速度(RPM)被监视。在方框72处发动机速度与下限RPMLL相比较。如果发动机速度小于下限RPMLL，则在方框74处脉冲进气门50工作(如之前所述)以增大扭矩和RPM，并且在方框80更新主节气门指令。如果发动机速度大于RPMLL，那么在方框76，发动机速度与上限RPMUL相比较。为了减少扭矩，如果它们在进气过程中已经起动或者以缩短的开启期间起动则脉冲进气门50可以工作以减少气流。如果发动机速度大于RPMUL，那么在方框78，脉冲进气门50工作以减少发动机RPM，并且节气门指令在方框80被更新。如果发动机速度小于RPMUL，那么脉冲进气门50不再工作，并且节气门指令在方框80被更新。当需要时，可以结合脉冲进气门50的控制维持点火正时控制以提供所需的扭矩补偿。
脉冲进气门50操作还可以结合可变排量内燃机的操作使用。脉冲进气器可以用来供应扭矩使可变排量发动机能够延长在部分排量的运行模式下运行以提高单位燃料里程数。例如，瞬态扭矩扰动可以通常使部分排量发动机进入到全排量以补偿扭矩扰动。脉冲进气门50可以补偿和/或者供应扭矩以补偿该扭矩扰动以允许可变排量内燃机停留在部分排量运行模式下。
类似地，脉冲进气器可以用来控制电动可变变速器的操作。脉冲进气器能够用来在需要瞬态扭矩增大的运行状况过程中供应扭矩。能够使用脉冲进气器以增加和/或减少扭矩的其它潜在应用包括变速器换档瞬态、变矩器锁止进度、尤其用于空档怠速的车辆起动增强和车辆牵引控制。本发明还可以应用到涉及有级变化的任何传动系统，该有级变化需要扭矩平稳以改进可驱动性，例如两级气门升程、按需排量或者有级变速。
尽管根据一些具体的最佳实施例已经详细地描述本发明，但可以理解到，本技术领域的技术人员能够易于改变成其它形式。因而，本发明的范围被认为仅仅由权利要求限定。
权利要求
1.一种车辆中的发动机控制系统，包括内燃机；变速器，连接到所述内燃机；进气歧管，连接到所述内燃机；脉冲进气门，连接到所述进气歧管；控制器，用于控制所述脉冲进气门；其中，所述控制器控制所述脉冲进气门以补偿扭矩瞬态。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述内燃机是可变排量发动机。
3.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述变速器是电动可变变速器。
4.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，所述可变排量内燃机是顶置气门式发动机。
5.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，所述可变排量内燃机是顶置凸轮式发动机。
6.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述内燃机包括两级气门组。
7.一种控制内燃机扭矩的方法，包括以下步骤检测内燃机速度；判断所述内燃机速度是否在下限之下；和起动发动机脉冲进气门以提供扭矩来增加所述内燃机速度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述内燃机是可变排量发动机，并且控制所述脉冲进气门以允许所述可变排量发动机在部分排量的运行模式下运行。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括修改点火正时以控制内燃机速度。
10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括判断所述内燃机速度是否在上限之上；和停止所述发动机脉冲进气门的操作。
11.一种控制内燃机的方法，包括以下步骤检测内燃机中的转矩特征；判断所述内燃机扭矩是否在下限之下；和起动发动机脉冲进气门以提供扭矩来增加所述内燃机扭矩。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述内燃机是可变排量发动机，并且结合所述可变排量操作控制所述脉冲进气门。
13.一种控制内燃机扭矩的方法，包括以下步骤确定内燃机中排气门的位置；确定内燃机中进气门的位置；在打开所述进气门之后，打开脉冲进气门与所述进气门流体连通；和在所述进气门关闭之前关闭所述脉冲进气门。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括修改所述进气门的升程。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在所述排气门已经关闭之后打开所述脉冲进气门。
全文摘要
车辆中的发动机控制系统包括内燃机、连接到内燃机的变速器、连接到内燃机的进气歧管、连接到进气歧管的脉冲进气门和用于控制脉冲进气门的控制器，其中控制器控制脉冲进气门以补偿扭矩瞬态。
文档编号F02D41/04GK101021185SQ20071000571
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月13日 优先权日2006年2月13日
发明者K·-J·吴, J·C·埃姆斯利, J·J·张 申请人:通用汽车环球科技运作公司