控制发动机的方法

专利名称：控制发动机的方法
控制发动机的方法技术领域：
本发明涉及汽车发动机的控制方法。背景技术：
近年来，已通过减小发动机排量并增加发动机的动态范围而改善了发动机燃料经 济性。具体地，对较小的发动机进行增压以提供较大但效率较低的发动机的性能，同时通过 减少发动机中泵送空气通过发动机的损失(泵气损失，pumping losses)来增加燃料经济 性。此外，通过将燃料直接喷射入增压发动机，可进一步改善发动机性能，因为燃料直接喷 射有助于冷却充气，从而允许额外的空气进入发动机汽缸。然而，增压以及将燃料直接喷射 至汽缸也会导致发动机温度以高于常见吸气式发动机的速度上升。特别地，因为更多的充 气被引入汽缸以及因为尺寸减小的发动机会具有较少的汽缸，汽缸温度可能迅速上升并将 额外的热量排至发动机冷却系统。由于这种发动机温度的上升速度高于自然吸气进气道燃 料喷射发动机温度，可能更加难以在发出扭矩要求时保持发动机温度低于所需水平。这样， 可以实现增加的发动机性能和燃料经济性，但增加的发动机性能可能使发动机遭受以高于 所需温度运转的可能性。
发明内容本发明的发明人已经开发出一种提供发动机性能和燃料经济性同时降低将发动 机加热至高于所需温度的可能性的方法。具体地，发明人已经开发出一种控制发动机的方 法，包含当发动机温度小于第一阈值时限制发动机温度改变速度小于第一量；当所述发 动机温度超过第一阈值时限制发动机温度改变速度小于第二量，所述第二量小于所述第一量。根据本发明，还提供了一种控制发动机的方法，包含当发动机温度小于第一阈值 温度时，调节发动机控制参数使得发动机温度改变速度小于第一量；以及当发动机温度高 于第二阈值温度时，调节发动机控制参数使得发动机温度改变速度小于第二量，其中第二量小于第一量。根据本发明的一个实施例，该方法还包含根据发动机温度改变第二量。根据本发明的一个实施例，该方法还包含当发动机温度高于第二阈值温度时限制 变速器的换档。根据本发明的一个实施例，当发动机换档后的转速将超过阈值时上述限制禁止变 速器降档。根据本发明的一个实施例，该方法还包含当发动机温度高于第二阈值温度且发动 机负载超过阈值时使发动机的至少一个汽缸的空气燃料混合物富化。根据本发明，还提供了一种控制发动机的系统，包含涡轮增压器；至少一个可调 节凸轮轴；用于将燃料喷射入发动机的至少一个汽缸的直接喷射器；连接至所述发动机的 自动变速器；控制器，当发动机温度小于第一阈值温度时控制器运转发动机使得发动机温度改变速度小于第一量，当发动机温度超过第一阈值温度时控制器运转发动机使得发动机 温度改变速度小于或等于第二量(第二量小于第一量)，当发动机温度超过第一阈值温度 时控制器限制涡轮增压器的增压，当发动机温度超过第一阈值温度时控制器调节至少一个 可调节凸轮轴的位置，当发动机温度超过第一阈值温度时控制器调节通过直接喷射器喷射 的燃料量，当发动机温度超过第一阈值温度时控制器调节自动变速器的换档。根据本发明的一个实施例，所述调节自动变速器的换档包括限制变速器的降档。根据本发明的一个实施例，通过在换档后的发动机校准的转速将超过阈值水平时 禁止降档来限制降档。根据本发明的一个实施例，调节至少一个可调节凸轮轴的位置包含延迟该至少一 个可调节凸轮轴的正时。根据本发明的一个实施例，该系统还包含当发动机超过第一阈值时调节节气门位置。根据本发明的一个实施例，所述至少一个可调节凸轮轴为进气凸轮轴。通过相关于发动机温度和发动机温度改变速度来控制发动机，可保持具有较宽动 态运转范围的发动机的性能同时降低运转发动机高于所需温度的可能性。例如，当发动机 以低负载运转且发动机冷却系统具有多余的冷却能力时，发动机可间歇地以满负载运转而 不限制发动机负载能力或功率输出。另一方面，当发动机以较高负载运转较长时间段时，在 要求发动机满功率的阶段期间可将发动机负载能力或功率输出降低至小于发动机满功率 的程度。另外，为了进一步改善发动机温度控制，较高发动机温度状况期间发动机功率输出 的降低可与发动机温度改变速度相关(例如成比例)。这样，当要求发动机扭矩时可控制发 动机功率输出使得运转发动机高于所述温度的可能性较低。本发明可提供多种优点。例如，本发明的方法可降低发动机劣化的可能性，同时发 动机提供了所需水平的性能。此外，本方法可允许发动机制造商提供合适的发动机冷却而 不必使发动机冷却系统过大。此外，本方法可在冷却系统具有多余冷却能力时提供满功率 输出。另外，本方法还可在发动机冷却系统以较高利用量运转时限制发动机功率输出。单独或结合附图阅读下文的具体实施方式
，本发明的上述及其它优点和特征将变 得显而易见。应理解，上述发明内容提供用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方 式中进一步进行描述。其并非意味着指出所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保 护的主题的范围仅由权利要求限定。另外，所要求保护的主题并未限定于解决上文或本说 明书中任意部分所提到的缺点的实施方案。
图1显示了涡轮增压汽油直接喷射发动机的示例性实施例的示意图。图2显示了控制发动机温度的流程图。图3显示了用于调节汽缸气流的气流控制方法的流程图。图4显示了将图2的方法应用于发动机时的示例信号的图表。
具体实施方式图1显示了示例发动机系统100的示意图，包括多缸内燃发动机110和两个涡轮 增压器120、130。作为非限定示例，发动机系统100可作为乘用车辆驱动系统的一部分。发 动机系统100可通过进气道140接收进气。进气道140可包括空气滤清器156。至少一部 分进气(MAF_1)可通过142处所指示的进气道140第一分支被引导至涡轮增压器120的压 缩机122，且至少一部分进气(MAFJ)可通过144处所指示的进气道140第二分支被引导至 涡轮增压器130的压缩机132。总进气第一部分(MAF_1)可通过压缩机122被压缩，在该处其可通过进气道146 被供应至进气歧管160。这样，进气道142和146形成发动机进气系统的第一分支。类似 地，总进气第二部分(MAFJ)可通过压缩机132被压缩，在该处其可通过进气道148被供应 至进气歧管160。这样，进气道144和148形成发动机进气系统的第二分支。如图1所示， 来自进气道146、148的进气可在到达进气歧管160之前通过共用进气道149重新结合，在 该处可将进气提供给发动机。在一些示例中，进气歧管160可包括进气歧管压力传感器182 和/或进气歧管温度传感器183，其均与控制系统190相通信。进气道149可包括空气冷 却器154和/或节气门158。控制系统可通过通信地连接至控制系统190的节气门驱动器 157调节节气门的位置。如图1中所示，可设置防喘振阀152用于选择性地通过旁通道150 旁通涡轮增压器120、130的压缩机部分。例如，当压缩器上游的进气压力达到阈值时可打 开防喘振阀152以使得气流能够穿过旁通道150。发动机110可包括多个汽缸，其中的两个在图1中显示为20A、20B。应注意，在一些 示例中发动机110可包括多于两个汽缸，例如4个、5个、6个、8个、10个或更多汽缸。多个汽 缸可平均分开并以V型配置与汽缸20A、20B中的一个对齐设置。在一些示例中汽缸20A、20B 及其它发动机汽缸可以相同并包括相同的组件。同样，仅详细描述汽缸20A。汽缸20A包括 由燃烧室壁24A形成的燃烧室22A。活塞30A设置在燃烧室22A中并通过曲柄32A连接至曲 轴；34。曲轴；34可包括发动机转速传感器181，其确定曲轴；34的旋转速度。发动机转速传感 器181可与控制系统190通信以能够确定发动机转速。汽缸20A可包括火花塞70A用于向燃 烧室22A传输点火火花。然而在一些示例中，例如发动机110配置为通过压缩点火提供燃烧 的情况下，可省略火花塞70A。燃烧室22A可包括燃料喷射器60A，其在本示例中配置为基于 进气道的燃料喷射器。然而，在其它示例中，燃料喷射器60A可配置为缸内直接喷射器。汽缸20A可进一步包括至少一个通过进气门驱动器42A驱动的进气门40A和至少 一个通过排气门驱动器52A驱动的排气门50A。汽缸20A可包括两个或更多进气门和/或 两个或更多排气门以及相关联的气门驱动器。在本特定示例中，驱动器42A和52A配置为凸 轮驱动器，然而在其它示例中，可利用电磁气门驱动器(EVA)。进气门驱动器42A可运转用 于打开并关闭进气门40A以允许进气通过与进气歧管160相连通的进气道162进入燃烧室 22A。类似地，排气门驱动器52A可运转用于打开并关闭排气门50A以将燃烧产物从燃烧室 22A排入排气道166。这样，可通过进气道162将进气供应至燃烧室22k并通过排气道166 将燃烧产物从燃烧室22A排出。应了解，汽缸20B或发动机110的其它汽缸可包括与上述汽缸20A相同或相似的 组件。这样，可通过进气道164将进气供应至燃烧室22B并通过排气道168将燃烧产物从 燃烧室22B排出。请注意，在一些示例中，发动机110的第一组汽缸(包括汽缸20A以及其它汽缸)可通过共用排气道166排出燃烧产物，而发动机110的第二组汽缸(包括汽缸20B 以及其它汽缸)可通过共用排气道168排出燃烧产物。发动机110通过排气道166排出的燃烧产物可被引导穿过涡轮增压器120的排气 涡轮124，其相应地能够通过轴1 向压缩机122提供机械功以便如上所述提供对进气的压 缩。可替代地，一些或全部穿过排气道166的排气可由废气门1 所控制通过涡轮旁通道 123旁通过涡轮124。如由控制系统190所指示的，废气门1 的位置可由驱动器1 控制。 如一个非限定示例，控制系统190可通过电磁阀121调节驱动器129的位置。在本特定示 例中，电磁阀121接收来自设置在压缩机122上游的进气道142和设置在压缩机122下游 的进气道149之间的空气压力差形成的压力差用于协助通过驱动器1 驱动废气门128。 如图1所示，控制系统190通过电磁阀121与驱动器1 连通。然而，应了解在其它示例中 可使用其它合适的驱动废气门128的方法。类似地，发动机110通过排气道168排出的燃烧产物可被弓丨导穿过涡轮增压器130 的排气涡轮134，其相应能够通过轴136向压缩机132提供机械功以便如上所述提供对进气 的压缩。可替代地，一些或全部穿过排气道168的排气可由废气门138所控制通过涡轮旁通 道133旁通过涡轮134。由控制系统190所指示，废气门138的位置可由驱动器139控制。 如一个非限定示例，控制系统190可通过电磁阀131调节驱动器139的位置。在本特定示 例中，电磁阀131接收来自设置在压缩机132上游的进气道144和设置在压缩机132下游 的进气道149之间的空气压力差形成的压力差用于协助驱动器139驱动废气门138。如图 1所示，控制系统190通过电磁阀131与驱动器139连通。然而，应了解在其它示例中可使 用其它合适的驱动废气门138的方法。在一些示例中，排气涡轮124、134可配置为可变几何涡轮，从而相关联的驱动器 125、135可用于调节涡轮叶片的位置以改变从排气流获得的能量水平并施加至其各自的压 缩机。例如，控制系统可配置用于通过其各自的驱动器125、135独立地改变排气涡轮124、 134的几何形状。
一个或多个汽缸通过排气道166排出的燃烧产物可通过排气道170被引导至周边 环境。排气道170可包括例如排气后处理装置(例如催化剂174)和一个或多个排气传感 器(如184、185处所指示)。类似地，一个或多个汽缸通过排气道168出的燃烧产物可通过 排气道172引导至周边环境。排气道172包括例如排气后处理装置(例如催化剂176和一 个或多个排气传感器(如186、187处所指示)。排气传感器184、185、186和/或187可与 控制系统190相通信。冷却剂泵59对从发动机系统100流向散热器55的发动机冷却剂加压。可机械或 电动驱动冷却剂泵59。在一个实施例中，控制系统190响应于发动机工况启动并关闭电驱 动冷却剂泵。已被发动机100加热的冷却剂在穿过散热器55时被冷却。温度调节装置57 调节从散热器阳流向发动机系统100的冷却剂流。温度调节装置57可由蜡球控制或由控 制器190电子控制。温度调节装置57打开以使冷却的发动机冷却剂进入发动机系统100。 发动机冷却剂温度可通过发动机冷却剂温度传感器112确定。发动机系统100可包括多个其它传感器。例如，进气道142、144中的至少一个可 包括质量空气流量传感器180。在一些示例中，进气道142、144中仅有一个可包括质量空气 流量传感器。在另一些示例中，进气道142、144均可包括质量空气流量传感器。质量空气流量传感器可包括热线式风速表(hot wire anemometer)或其它合适的装置用于测量进气 的质量流速。如图1中所示，质量空气流量传感器180可与控制系统190相通信。控制系统190可包括配置用于与本说明书中所描述的多个传感器和驱动器通信 的一个或多个控制器。例如，控制系统190可包括至少一个电子控制器，包含下列一种或多 种用于向多个传感器和驱动器发送并接收电子信号的输入/输出接口，中央处理单元，存 储器例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、保活存储器(KAM)，其均通过数据总线 通信。在一些示例中，控制系统190可包括比例积分微分(PID)控制器。然而应了解，也可 使用本领域技术人员所了解的其它合适的控制器。控制系统190可配置用于在单缸基础上改变发动机的一个或多个运转参数。例 如，控制系统可通过利用可变凸轮正时(VCT)驱动器调节气门正时、通过改变向火花塞提 供火花信号的时间调节火花正时、以及通过改变控制系统提供给燃料喷射器的燃料喷射信 号的脉冲宽度调节燃料喷射正时和喷射量。这样，控制系统至少可驱动火花正时、节气门角 度、气门正时、和燃料喷射正时。现在参考图2，显示了控制发动机温度的方法200的流程图。在202处，确定所需 发动机功率。在一个实施例中，将当前或现有发动机转速与所需扭矩相乘已得到所需发动 机功率。可通过将估算的发动机摩擦损失、发动机泵气损失、和发动机制动扭矩相加来确定 所需发动机扭矩。可通过图1的发动机转速传感器181来确定发动机转速。确定所需发动 机功率之后，方法200前进至204。在204处，方法选择所需发动机功率或预定功率水平Pstakt MIN中的较高值，并将结 果对变量PiniJK)赋值。通过选择两项中的较高项，即使所需功率低于Pstakt min，下文描述的 控制器也可将发动机功率限制于一定水平。方法200随后前进至206。在206处，方法200评估当前取样的所需发动机功率是 否高于先前取样的所需发动机功率。具体地，如果Pinit (K) > Pinit(K-I),则方法200前进至 208，否则方法200前进至218。如果当前取样的所需发动机功率高于先前取样的所需发动 机功率，则方法200前进至208，在该处将当前取样的所需发动机功率赋值给过滤的发动机 功率变量PFIU。否则，在218处通过低通过滤器处理所需发动机功率，更新过滤的发动机功 率变量Pfiu，且随后方法200前进至步骤210。在210处，方法200将现有取样的发动机温度(Teb)与阈值温度(Tj比较，在该阈 值温度响应于发动机温度的改变速度控制发动机温度。在一个实施例中，发动机温度可为 发动机缸体温度、发动机缸盖温度、或其它发动机组件的温度。方法200确定当前发动机温 度的样本是否高于或等于需要响应于发动机温度改变速度来控制发动机温度的阈值温度。 另外，在210处方法200确定发动机温度的先前样本(即，当前发动机温度样本之前的一个 发动机温度样本)是否小于需要响应于发动机温度改变速度来控制发动机温度的温度阈 值。如果发动机温度的当前样本高于或等于阈值温度且如果发动机温度的先前样本小于阈 值温度，则方法200前进至212。否则，方法200前进至220。在220处，方法200将控制变 量Pstakt设定为表示完全发动机功率的值(PfuJ。在212处，方法200设定控制变量Pstakt等 于PmT。Pstam表示在发动机温度调节开始时可用的发动机功率。这样，方法200可在发动 机温度超过响应于发动机温度改变速度来控制发动机温度的阈值温度Tm的功率水平和预 定阈值功率水平Pmimt (其表示发动机功率可被限制的范围)之间改变PSTAKT。7
在214处，方法200提供了对发动机温度上升的限制速度(T’ LMT)和发动机温度 上升的实际速度(T’EB)之间的误差进行积分的控制器以调节发动机功率，从而限制发动机 温度。可根据函数或由实际当前发动机温度进行索引的表格确定发动机温度上升的限制速 度。在一个实施例中，响应于实际当前发动机温度，发动机温度上升的限制速度函数输出当 前发动机温度下所需的发动机温度改变速度限制。例如，在50°C发动机温度下允许的发动 机温度上升速度可为15°C /min，而在100°C发动机温度下，允许的发动机温度上升速度可 为 2°C /min。限制发动机温度上升速度(T’ LMT)的表格的输出可包括滞后现象用于确定发动机 温度上升的限制速度。例如，如果发动机以低于响应于发动机温度改变速度来控制发动机 温度的阈值温度Tm的第一发动机温度(Teb)运转，则发动机温度上升的限制速度可为高于 其它值的第一值，这样发动机温度可相对较快地上升。如果发动机温度(Teb)上升至高于第 一发动机温度的第二发动机温度，该第二发动机温度高于响应于发动机温度改变速度来控 制发动机温度的阈值温度，则可将发动机温度上升限制速度(Τ’ΜΤ)调节为小于第一值的第 二值。可保持或使发动机温度上升限制速度略微降低但仍保持在第二值，直至发动机温度 下落至小于响应于发动机温度改变速度来控制发动机温度的阈值温度的值。这样，发动机 温度能够在响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的阈值温度附近改变而不会反 复启动并关闭控制器。限制了发动机温度上升速度(Τ’ΜΤ)的表格的输出还可进行校准，这样当取样的实 际发动机温度(Teb)小于响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的阈值温度 时， 发动机温度上升限制速度(T’ LMT)可高于发动机温度上升实际速度(T’ EB)。限制发动机温度上升速度(Τ’ΜΤ)的表格的输出还可进行校准，使得当取样的实际 发动机温度(Teb)等于响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的阈值温度Tm时，发 动机温度上升的限制速度(T’ LMT)可为零。限制了发动机温度上升速度(Τ’ΜΤ)的表格的输出还可进行校准，这样当取样的实 际发动机温度(Teb)高于响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的阈值温度 时， 发动机温度上升的限制速度(Τ’ΜΤ)可低于发动机温度上升的实际速度(Τ’ΕΒ)。这样，控制 器可使可用发动机扭矩降低至控制发动机温度的阈值。在214处，方法200还从发动机温度上升速度限制(Τ\ΜΤ)减去实际发动机温度上 升速度(τ’ ΕΒ)以得到误差项Τ’ Ε·κ。此外，方法200积分Τ’ ΕΕΕ0Ε并将其加至Pstakt以提供 发动机功率限制PUMIT，响应于发动机温度上升速度和当前发动机温度将发动机功率限制在 该发动机功率限制PUMIT。这样，如果发动机温度小于响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的阈值 温度Tw，则方法200进行控制以将发动机功率限制在Pstakt的程度或更高，因为当发动机以 小于Tw的温度运转时将Pstakt加至Τ’ EEE0E积分值可能作用于使Pumit增加至高于Pstakt的 值。另一方面，如果发动机温度高于响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的阈值 温度Tm，则方法200将发动机功率限制控制在Pstakt的程度或更低，因为当发动机以高于Ton 的温度运转时将Pstakt加至Τ’ EEE0E积分值可能作用于使Pumit降低至小于Pstakt的值。下一步在214处，将发动机功率限制Pumit除以当前发动机转速以得到限制扭矩 (Tlimit)。随后，方法200将所需扭矩Tdesiked与限制扭矩Tumit相比较并选择两个值中的较小者。通过选择较小值，方法200允许发动机传递所需发动机扭矩，除非所需扭矩超过会使发 动机温度增加至高于所需的程度。这样，方法200的控制器可在第一工况期间运转发动机使得所述发动机的温度改 变速度小于第一量，并在第二工况期间运转发动机使得当发动机温度超过第一阈值时所述 发动机温度改变速度小于或等于第二量，其中第二量小于所述第一量。此外，方法200可通 过调节发动机空燃比富化、通过废气门或叶片位置来调节发动机增压、通过控制向发动机 的至少一个汽缸供应火花的火花角度来调节火花正时、通过调节节流板的位置、或通过调 节气门正时(例如通过延迟或提前气门正时、或通过减少气门升程)来调节发动机温度上 升速度。另外，当降档后校准的发动机转速将高于阈值转速时时，方法200可限制自动变 速器降档。例如，当发动机负载从第一发动机负载增加至第二发动机负载(其中第二发动 机负载高于第一发动机负载)且发动机转速高于MOORPM时，可禁止从三档降至二档。另一 方面，当发动机负载从第一发动机负载减少至第二发动机负载(其中第二发动机负载小于 第一发动机负载)且发动机转速低于1200RPM时，可允许自动变速器降档。这样，方法200 可通过禁止变速器降档使得发动机转速被控制来控制发动机温度。此外，方法200可通过调节发动机控制参数使得当所述发动机温度小于第一阈值 温度时所述发动机温度改变速度小于第一量来调节发动机温度。方法200还可调节发动机 控制参数使得当所述发动机温度高于第二阈值温度时所述发动机温度改变速度小于第二 量来调节发动机温度，其中第二量小于所述第一量。在替代实施例中，可设置比例/积分/微分控制器，其在发动机温度达到阈值程度 时限制发动机功率。例如，可从所需发动机温度减去实际发动机温度以得到温度误差值。温 度误差值可进行积分并乘上积分增益项K1,再加至乘上增益项的比例项KP，再加至乘上增 益项的微分项KD。此外，增益项Kp KP、和Kd可为随工况而改变的函数。例如，比例增益Kp 可在发动机温度误差小于阈值量时具有第一增益，而Kp可在发动机温度误差大于阈值量时 具有第二较高增益。这样，比例增益可为非线性的，这样发动机温度超过阈值预订量或可校 准量时发动机功率降低更为明显。同样，可类似地限定积分和微分增益。PID控制器的输出 可随后加至所需发动机功率或从其减去，从而在发动机温度达到阈值(Pumit)时限制发动机 功率。可将调整的发动机功率要求除以当前发动机转速以得到限制扭矩(Tumit)。随后，可 将所需扭矩Tdesiked与Tumit相比较，并选择两个值的较低者。在提供发动机扭矩要求Tkequest 之后方法200从214移动至216。在216处，方法200通过调节发动机驱动器来输出所需发动机扭矩要求。图3的 方法是在216处输出所需发动机功率的一种方式，当然也预见到了其它方法及变形。在输 出要求的功率之后，方法200结束。现在参考图3，显示了用于为所需发动机扭矩调节发动机驱动器的方法300的流 程图。在302处，方法300确定发动机工况。可通过对来自所显示的多个车辆和/或发动 机传感器的取样数据确定和/或监测发动机工况，但不限于图1中所示的那些传感器。例 如，可通过对图1中所示的发动机冷却剂温度传感器112的输出取样来确定发动机温度。另 外，发动机工况可包括但不限于发动机进气歧管中的压力、发动机进气歧管中的空气温度、发动机排气歧管中的压力、发动机排气歧管中的温度、发动机排气氧传感器的状态、发动机 扭矩要求、发动机转速、以及大气压力。在确定发动机工况之后，方法300前进至304。在304处，从当前发动机转速和驾驶员扭矩要求确定所需空气质量流速使得发动 机输出所需发动机功率。可通过观测加速踏板、换档杆位置或通过外部系统产生的信号 (例如来自混合动力车辆控制器的模拟或数字指令)来确定驾驶员扭矩要求。通过包含发 动机转速数据相对于加速踏板位置的二维表格将扭矩要求信号转化为驾驶员制动扭矩要 求。当查询后，表格输出所需驾驶员制动扭矩。可将所需驾驶员扭矩与图2的214处的发 动机扭矩限制Tumit相比较。如果Tumit高于所需驾驶员扭矩，则将所需驾驶员制动扭矩限 制在Tumit，否则所需驾驶员制动扭矩维持不变。将所需驾驶员制动扭矩加上用于运转附件 的扭矩和估算的发动机泵气扭矩以计算所需发动机制动扭矩。这通过下列方程说明Γ , , t = Γ , . +Γ +ΓLvvw」eng_brake_tordriver acc pump其中Γ eng_brake_tor为要求的发动机制动扭矩，Γ driver为要求的或所需的驾驶员扭矩 需求，Γ a。。为驱动附件(例如空调压缩机)的扭矩，且Γ ρ_为发动机泵气扭矩。要求的发 动机制动扭矩和当前发动机转速随后用于对输出发动机负载的表格进行索引。发动机负载 通过下列方程转化为空气质量流速des — am = sarchg * TV* ^um-c^ * Load其中deS_am为发动机所需的空气质量流速，sarchg为在标准温度和压力下基于 汽缸容积的汽缸充气容量，N为发动机转速，Num_cyl为发动机汽缸数，且Load为代表了发 动机充气容量的分数。可通过下列方程确定汽缸中具体的充气Cyl_air_chg = Load^sarchg随后可使用汽缸充气和进气歧管压力之间的已知关系将所需的汽缸充气转换为 进气歧管压力。具体地，在一些可变凸轮配置中，汽缸充气和进气歧管压力之间存在近似线 形关系。可存储基于发动机转速和凸轮位置的一族曲线，其描述了凸轮位置、发动机转速、 汽缸充气、和歧管压力之间的关系。可使用当前发动机转速、凸轮位置、和所需汽缸充气来 对这些表格进行索引以确定所需进气歧管压力。通过在数目有限的描述了汽缸充气相关于 凸轮位置和进气歧管压力的经验曲线之间进行插值来确定所需进气歧管压力。在其它可变 凸轮配置中，进气歧管压力和汽缸气流之间存在二次关系。在这些情况下，能够求解方程 根并得到根据给定凸轮位置下汽缸充气的函数输出歧管压力的方程。美国专利7，380，447 描述了汽缸充气和歧管压力之间的关系，其全文以其全部意图和目的以参考方式合并入本 文。可通过将节流板位置设定为与所需汽缸气流相匹配以达到所需歧管压力。具体 地，可基于所需节气门两端的压力比(即所需歧管压力和节气门入口压力之间的压力比) 和节气门角度(其在所需节气门两端压力比下产生所需发动机气流)来设定节气门位置。 如果需要的话，可进一步使用比例/积分控制器来调节节流板位置，该比例/积分控制器基 于来自歧管压力传感器的反馈移动节流板。另外，如果需要的话，可在调节发动机空气量时通过简单地访问对应于修改的汽 缸充气的火花值的表格来调节发动机火花正时。在一个示例中，当汽缸空气量降低时，火花 可提前。
在306处，设定涡轮增压器废气门位置或叶片位置。使用发动机转速和所需发动 机负载对输出所需废气门位置的表格进行索引。对于节气门入口压力误差(即所需节气门 入口压力减去实际节气门入口压力)，可通过相应于节气门入口压力误差调节废气门位置 来调节废气门位置。在一个示例中，比例/积分控制器可用于基于节气门压力误差进行废 气门调节。方法前进至308。在308处，确定开环凸轮轴位置或气门正时。凸轮轴可为进气和排气凸轮轴，或简 单地为单个进气或排气凸轮轴。可替代地，可在该步骤以基本上相同的方式(即通过对预 定表格进行索引和/或函数)确定气门升程。发动机转速和所需发动机扭矩用于对表格进 行索引，其输出根据经验预定的各个汽缸组的凸轮位置或气门正时。在一个实施例中，当发 动机温度高于阈值量时可延迟进气凸轮轴使得汽缸空气量减少。在另一实施例中，当发动 机温度高于阈值量时可提前进气凸轮轴使得汽缸空气量减少。方法300随后前进至310。在310处，将所需气门运转调节输出至驱动器。在一个实施例中，将关于曲轴正时 的凸轮轴角位置转换为工作循环信号，其通过对流至凸轮相位驱动器的油进行控制导致凸 轮驱动器提前或延迟。凸轮轴相位角控制器可简单地输出以开环方式定位凸轮轴的指令， 或者控制器可利用凸轮轴位置反馈和比例/积分位置控制器。类似地处理气门升程量。在 利用其它类型可变气门驱动器(例如电控或液压控制驱动器)的系统配置中，可简单地进 行正时或升程调节以修改驱动电路驱动特定气门驱动器的正时。方法300随后前进至步骤 312。在312处，确定所需燃料质量充量。将补偿的汽缸充气质量乘上所需空燃比以确 定所需燃料质量。在更新燃料传输后方法300结束。现在参考图4，显示了当图2的方法应用于发动机以控制发动机温度时的示例信 号的图表。各个图表均从页面的左手侧开始，并随着时间增长向页面右手侧移动。从顶部 起第一张图表表示了重要时段的发动机冷却剂温度。发动机温度从图表底部向图表顶部增 长。标签&和对应的虚线表示滞后温度，高于该温度则用于控制发动机温度的发动机功率 调节一旦开始便维持启动直至发动机温度低于该发动机温度。标签&和对应的虚线表示 响应于发动机温度改变速度来控制发动机温度的发动机温度(即图2的TJ。标签&和对 应的虚线表示可能需要不被超过的发动机温度。从页面顶部起的第二张图表说明了所需发动机扭矩。可由控制器或通过来自加速 踏板的驾驶员输入和发动机转速提供所需发动机功率。所需发动机功率可与类似于驾驶员 需求扭矩(当然，根据发动机转速进行了修改)的轨迹相一致。从页面顶部期的第三张图表说明了发动机功率限制扭矩(即图2的Pumit)。在Ttl 和T1之间，可看出发动机温度并未达到足以开始响应于发动机温度改变速度控制发动机温 度的温度(TJ。因此，发动机功率限制功率(Pumit)和所需发动机功率(自页面顶部起的 第二张图表)之间可能有一一对应的关系。在T1和T2之间，发动机温度增加高于足以开 始响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的温度(TJ。更为具体地，所需发动机功 率首先在T1处越过足以开始响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的发动机温度 (TJ。在T1和T2之间，所需发动机功率降低并随后在T2之前增加。在相同的时段内，发动 机冷却剂温度降低至足以开始响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的发动机温 度(TJ之下，但发动机温度维持高于&所指示的滞后温度。请注意，在发动机冷却剂温度越过足以开始响应于发动机温度增加速度来控制发动机温度的发动机温度(TJ时，发动 机限制功率Pumit降低。在相同的时段内，由于发动机温度继续增加，发动机限制功率降低。 因此，图2中所描述的控制器导致发动机功率减小使得发动机温度不会超过阈值水平。当 所需发动机功率继续降低时，发动机限制功率开始再一次跟随所需发动机功率。然而，在T2 处，所需发动机功率增加且发动机限制功率以比Ttl和T1之间的时段更慢的速度增加。此 外，限制发动机限制功率以使得可降低发动机温度。当所需发动机功率小于发动机限制功 率时，发动机限制功率接近于所需发动机功率。自页面顶部起的第四张图表说明了对于超过阈值发动机转速的计算的发动机总 转速，何时停止变速器降档。当发动机温度超过足以开始响应于发动机温度增加速度来控 制发动机温度的发动机温度(TJ时，停止变速器降档。通过从低水平变为高水平的信号 指示停止变速器降档。当发动机温度超过小于滞后温度的发动机温度时重新开始变速器降 档。通过从高水平变为低水平的信号指示停止变速器降档。应了解，本说明书中所公开的配置和程序本质上为示例性的，且这些具体实施例 不应当被认为是限定，因为也可能是多种变形。例如，上述方法可应用至I-3、V-6、I-4、I-5、 1-6、V-8、V-12、对置四缸、和其它发动机类型。本发明的主题包括了本说明书中所公开的多种系统和配置及其它特征、功能、和/ 或特性的所有新颖且非显而易见的组合与子组合。权利要求特别指出了新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可涉 及“一个”元素或“第一”元素或其等效。这种权利要求应当理解为包括了一个或多个这种 元素的集合，既不必需也不排除两个或更多这种元素。在本申请或相关申请中通过对本发 明权利要求的修改或通过提出新的权利要求可要求保护公开的特征、功能、元素、和/或特 性的其他组合和子组合。这种权利要求(无论与原始权利要求的范围相比更宽、更窄、相同 或不同)也被认为包括在本说明书的主题中。例如，一种方法包括运转发动机使得发动机 温度改变速度小于第一量，并在发动机温度超过第一阈值时运转发动机使得所述发动机温 度改变速度小于或等于第二量，其中所述第二量小于第一量。然而，该方法可包括相应于发 动机温度超过阈值调节或限制增压、节气门、凸轮正时、燃料流量、或另一参数中的一个。
权利要求
1.一种控制发动机的方法，包含当发动机温度小于第一量时，限制发动机温度改变速度小于第一量；以及当所述发动机温度超过所述第一量时，限制所述发动机温度改变速度小于第二量，所 述第二量小于所述第一量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限制所述发动机温度改变速度包括 减少提供给所述发动机的增压量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限制所述发动机温度改变速度包括 限制向所述发动机的至少一个汽缸供应火花的点火角度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过废气门限制所述增压量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限制发动机温度改变速度包括控制 所述发动机的节流板的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限制所述发动机温度改变速度包括 调节传输至所述发动机的燃料类型和燃料量。
7.—种控制发动机的方法，包含当所述发动机温度小于第一阈值温度时，调节发动机控制参数使得所述发动机温度改 变速度小于第一量；以及当所述发动机温度高于第二阈值温度时，调节发动机控制参数使得所述发动机温度改 变速度小于第二量，其中所述第二量小于所述第一量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制参数为所需增压量。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制参数为汽缸空气量。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制参数为凸轮轴相对于曲轴位置 的角度。
全文摘要
本发明公开了一种控制带有较宽动态范围的发动机温度的方法。在一个示例中，控制器评估发动机温度的导数。控制器可调节发动机驱动器以响应于该导数限制发动机温度。本发明的方法可降低发动机劣化的可能性，同时发动机提供了所需水平的性能。
文档编号F01L1/34GK102052168SQ20101052300
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月26日 优先权日2009年10月30日
发明者B·C·穆卡拉, B·M·奥尼尔, J·E·德弗里斯, M·J·甘塔, N·D·肖 申请人:福特环球技术公司