基于估计捕集空气质量停用和重新启用汽缸的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及基于估计捕集空气质量停用和重新启用汽缸的系统和方法。根据本发明原理的系统包括汽缸启用模块和火花控制模块。汽缸启用模块选择性地停用和重新启用发动机的汽缸。在进气空气被吸入汽缸内之后且在燃料被喷射到汽缸内或在汽缸内产生火花之前汽缸启用模块停用汽缸。当汽缸被重新启用时，火花控制模块选择性地控制火花塞以便在汽缸的进气门或排气门打开之前在汽缸内产生火花。
【专利说明】基于估计捕集空气质量停用和重新启用汽缸的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年8月24日提交的美国临时申请序列号61/693，023的权益。上述申请的公开内容被全部并入本文以供参考。
[0002]本申请是涉及2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，351、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，586、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，590、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，536、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，435、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，471、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，737、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，701、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，518、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/799，129、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，540、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，574、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/799，181、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/799，116、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，624、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，384、2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，775和2013年3月13日提交的美国专利申请序列号13/798，400。上述申请的全部内容并入本文以供参考。
【技术领域】
[0003]本公开涉及基于估计的被捕集在汽缸内的空气质量来停用发动机的该汽缸并重新启用该汽缸。
【背景技术】
[0004]这里提供的背景描述是用于大体呈现本公开背景的目的。本发明人在这个【背景技术】部分中所描述的工作以及在申请时没有作为现有技术被描述的各方面既不明确地也不暗示地被认为是抵触本公开内容的现有技术。
[0005]内燃发动机燃烧汽缸内的空气和燃料混合物以便驱动活塞，其产生驱动扭矩。进入发动机的空气流经由节气门被调整。更具体地，节气门调节节气面积，其增加或减少进入发动机的空气流。随着节气面积增加，进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调节燃料被喷射的速率以便提供所需空气/燃料混合物至汽缸和/或实现所需扭矩输出。增加被提供给汽缸的空气和燃料的量会增加发动机的扭矩输出。
[0006]在火花-点火发动机中，火花引燃被提供到汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩-点火发动机中，汽缸内的压缩引燃被提供到汽缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流动可以是用于调节火花-点火发动机的扭矩输出的主要机制，而燃料流动可以是用于调节压缩-点火发动机的扭矩输出的主要机制。
[0007]在一些情况下，可以停用发动机的一个或更多个汽缸以便减少燃料消耗。例如，当在一个或更多个汽缸被停用的同时发动机能够产生被请求的扭矩量时可以停用所述一个或更多个汽缸。停用汽缸可以包括禁止打开汽缸的进气门和排气门并且禁止向汽缸加燃料。
【发明内容】
[0008]根据本公开原理的系统包括汽缸启用模块和火花控制模块。汽缸启用模块选择性地停用和重新启用发动机的汽缸。在进气空气被吸入汽缸内之后且在燃料被喷射到汽缸内或在汽缸内产生火花之前汽缸启用模块停用汽缸。当汽缸被重新启用时，火花控制模块选择性地控制火花塞以便在汽缸的进气门或排气门打开之前在汽缸内产生火花。
[0009]本发明还提供了以下技术方案。
[0010]方案1.一种系统，所述系统包括:
汽缸启用模块，所述汽缸启用模块:
选择性地停用和重新启用发动机的汽缸；和
在进气空气被吸入所述汽缸内之后且在燃料被喷射到所述汽缸内或在所述汽缸内产生火花之前停用所述汽缸；以及
火花控制模块，当所述汽缸被重新启用时，所述火花控制模块选择性地控制火花塞以便在所述汽缸的进气门或排气门打开之前在所述汽缸内产生火花。
[0011]方案2.根据方案I所述的系统，还包括燃料控制模块，当所述汽缸被重新启用时，所述燃料控制模块选择性地控制燃料喷射器以便在所述进气门或所述排气门打开之前且在所述汽缸内产生火花之前喷射燃料到所述汽缸内。
[0012]方案3.根据方案2所述的系统，其中当所述汽缸内的压力大于第一压力时，在所述进气门或所述排气门打开之前，所述火花控制模块选择性地在所述汽缸内产生火花。
[0013]方案4.根据方案3所述的系统，其中所述汽缸启用模块基于在所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的充气的体积、温度和质量来估计所述汽缸内的压力。
[0014]方案5.根据方案3所述的系统,其中当所述汽缸内的空气质量大于第一质量时，在所述进气门或所述排气门打开之前，所述火花控制模块在所述汽缸内产生火花。
[0015]方案6.根据方案5所述的系统,还包括汽缸充气模块,所述汽缸充气模块估计所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的、包括所述空气质量的充气质量。
[0016]方案7.根据方案6所述的系统，其中所述汽缸充气模块基于歧管压力、进气空气的质量流速、发动机转速、节气面积和凸轮移相器位置中的至少一者来估计当所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的空气质量。
[0017]方案8.根据方案6所述的系统，其中所述汽缸充气模块基于当所述汽缸被停用时随着活塞在所述汽缸内运动而在所述汽缸和所述发动机的曲轴箱之间的流量来调节所估计的充气质量。
[0018]方案9.根据方案8所述的系统，其中所述汽缸充气模块基于当汽缸被停用时所述活塞的位置和被捕集在所述曲轴箱内的气体质量来估计在所述汽缸和所述曲轴箱之间的流量。
[0019]方案10.根据方案9所述的系统，还包括曲轴箱气体模块，所述曲轴箱气体模块基于发动机转速、发动机冷却剂温度和所述曲轴箱内的压力中的至少一者来估计被捕集在所述曲轴箱内的气体质量。[0020]方案11.一种方法，所述方法包括:
选择性地停用和重新启用发动机的汽缸；以及
在进气空气被吸入所述汽缸内之后且在燃料被喷射到所述汽缸内或在所述汽缸内产生火花之前停用所述汽缸；以及
当所述汽缸被重新启用时，选择性地控制火花塞以便在所述汽缸的进气门或排气门打开之前在所述汽缸内产生火花。
[0021]方案12.根据方案11所述的方法，还包括，当所述汽缸被重新启用时，选择性地控制燃料喷射器以便在所述进气门或所述排气门打开之前且在所述汽缸内产生火花之前喷射燃料到所述汽缸内。
[0022]方案13.根据方案12所述的方法，还包括当所述汽缸内的压力大于第一压力时在所述进气门或所述排气门打开之前，选择性地在所述汽缸内产生火花。
[0023]方案14.根据方案13所述的方法，还包括基于在所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的充气的体积、温度和质量来估计所述汽缸内的压力。
[0024]方案15.根据方案13所述的方法，还包括当所述汽缸内的空气质量大于第一质量时在所述进气门或所述排气门打开之前，选择性地在所述汽缸内产生火花。
[0025]方案16.根据方案15所述的方法，还包括估计在所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的包括所述空气质量的充气质量。
[0026]方案17.根据方案16所述的方法,还包括基于歧管压力、进气空气的质量流速、发动机转速、节气面积和凸轮移相器位置中的至少一者来估计当所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的空气质量。
[0027]方案18.根据方案16所述的方法，还包括基于当所述汽缸被停用时随着活塞在所述汽缸内运动而在所述汽缸和所述发动机的曲轴箱之间的流量来调节所估计的充气质量。
[0028]方案19.根据方案18所述的方法，还包括基于当所述汽缸被停用时所述活塞的位置和被捕集在所述曲轴箱内的气体质量来估计在所述汽缸和所述曲轴箱之间的流量。
[0029]方案20.根据方案19所述的方法，还包括，基于发动机转速、发动机冷却剂温度和所述曲轴箱内的压力中的至少一者来估计被捕集在所述曲轴箱内的气体质量。
[0030]从下文提供的具体说明将显而易见到本公开的应用的其他方面。应该理解的是，详细描述和具体示例仅用于描述目的并且不试图限制本公开的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]从详细描述和附图将更加全面地理解本公开，附图中:
图1是根据本公开的原理的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本公开的原理的示例性控制系统的功能框图；以及
图3和图4是示出根据本公开的原理的示例性控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]在汽缸内燃烧空气/燃料混合物之后且在从汽缸排出排气气体之前，发动机控制系统可以停用发动机的汽缸。因此，燃烧所导致的所有的排气气体与少量未燃燃料被捕集在汽缸内。被捕集气体可以被称为完全燃烧充气。当汽缸内的活塞在其最顶部位置(被称为上止点(TDC))和其最底部位置(被称为下止点(BDC))之间运动时，被捕集气体起到弹簧的作用。
[0033]当活塞从BDC运动到TDC时，发动机随着活塞压缩被捕集气体而使用能量。当活塞从TDC运动到BDC时，由于被捕集气体朝向BDC偏压活塞，所以发动机重获一些能量。然而，发动机不会重获所有能量，这会导致对燃料经济性具有负面影响的泵送损失。此外，当活塞在汽缸内运动从而压缩和膨胀被捕集气体时，被捕集气体的高压导致发动机振动。
[0034]发动机控制系统可以在从汽缸排出排气气体之后且在打开进气门以便将新鲜空气吸入汽缸内之前停用发动机的汽缸。因此，残余排气和少量未燃燃料被捕集在汽缸内。被捕集气体可以被称为小燃烧充气(small burned charge)。相对于捕集完全燃烧充气(fullburned charge),捕集小燃烧充气会改进燃料经济性并且减少发动机振动。然而,在捕集小燃烧充气的汽缸中的压力会小于发动机的曲轴箱内的压力。因此，在汽缸内可能产生真空，其导致曲轴箱机油流过活塞环并进入汽缸内。一些曲轴箱机油可在汽缸被重新启用时燃
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[0035]根据本公开原理的发动机控制系统和方法在新鲜空气被吸入汽缸内之后且在燃料被喷射到汽缸内或在汽缸内产生火花之前停用汽缸。因此，新鲜空气、少量残余排气和少量未燃燃料被捕集在汽缸内。相对于捕集完全燃烧充气，捕集新鲜空气会改进燃料经济性并且减少发动机振动。此外，包含新鲜空气的汽缸内的压力大于包含小燃烧充气的汽缸内的压力。因此，相对于捕集小燃烧充气，捕集新鲜空气会减少油耗。
[0036]根据本公开原理的发动机控制系统和方法估计汽缸被重新启用时被捕集在汽缸内的新鲜空气、残余排气和未燃烧燃料的量。如果估计的量足以燃烧，则通过在打开进气门或排气门之前喷射燃料到汽缸内并且在汽缸内产生火花来重新启用汽缸。因此，相对于其他重新启用技术，汽缸能够更快速地产生扭矩。
[0037]现在参考图1，发动机系统100包括发动机102，其基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过进气系统108被吸入到发动机102内。进气系统108包括进气歧管110和节气门112。节气门112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节气门致动器模块116，其调整节气门112的打开以控制被吸入进气歧管110的空气的量。
[0038]来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的汽缸内。虽然发动机102可以包括多个汽缸，不过为了图释目的，示出单个代表性汽缸118。仅作为示例，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM 114可以选择性地停用一些汽缸，这可以在某些发动机运行条件下改善燃料经济性。
[0039]发动机102可以使用四冲程循环而操作。如下所述的四冲程被命名为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每转期间，这四个冲程中的两个发生于汽缸118内。因此，对于汽缸118而言，为了经历全部四个冲程，二圈曲轴回转是必要的。
[0040]在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入到汽缸118内。ECM 114控制燃料致动器模块124，其调整燃料喷射以达到所需空/燃比。燃料喷射器125直接喷射燃料到汽缸118内或与汽缸118关联的混合腔内。燃料致动器模块124可以中止燃料向被停用的汽缸的喷射。
[0041]被喷射的燃料与空气混合并且在汽缸118内产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩-点火发动机，在这种情况下汽缸118内的压缩点燃空气/燃料混合物。替代性地，发动机102可以是火花-点火发动机，在这种情况下火花致动器模块126基于来自ECM 114的信号给汽缸118内的火花塞128充能，这点燃空气/燃料混合物。可以相对于活塞处于TDC时来规定火花正时。
[0042]火花致动器模块126可以由规定在TDC之前或之后多久的正时信号控制来产生火花。因为活塞位置直接地相关于曲轴旋转，所以火花致动器模块126的操作可以同步于曲轴转角。在各种实施方式中，火花致动器模块126可以中止向被停用汽缸提供火花。
[0043]产生火花可以被称为点火事件。火花致动器模块126可以具有针对每个点火事件改变火花正时的能力。当火花正时信号在上一点火事件和下一点火事件之间改变时火花致动器模块126甚至能够针对下一点火事件改变火花正时。在各种实施方式中，发动机102可以包括多个汽缸并且火花致动器模块126可以针对发动机102内的所有汽缸相对于TDC改变火花正时相同的量。
[0044]在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动曲轴。燃烧冲程对应于活塞从TDC向下运动到BDC。
[0045]在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上运动并且通过排气门130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆排出。
[0046]可以通过进气凸轮轴140控制进气门122，而可以通过排气凸轮轴142控制排气门130。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制汽缸118的多个进气门(包括进气门122)和/或可以控制多组汽缸(包括汽缸118)的进气门(包括进气门122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可以控制汽缸118的多个排气门和/或可以控制多组汽缸(包括汽缸118)的排气门(包括排气门130)。
[0047]进气门122打开的时间可以相对于活塞TDC被进气凸轮移相器148改变。排气门130打开的时间可以相对于活塞TDC被排气凸轮移相器150改变。移相器致动器模块158可以基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。
[0048]ECM 114可以通过指令气门致动器模块160来停用进气门122和/或排气门130的打开来停用汽缸118。气门致动器模块160通过致动进气门致动器162来停用进气门122的打开。气门致动器模块160通过致动排气门致动器164来停用排气门130的打开。在一种示例中，气门致动器162、164包括电磁阀，所述电磁阀通过使得凸轮从动件从凸轮轴140、142脱离来停用气门122、130的打开。在该示例中，可以仅当活塞处于TDC处并且凸轮从动件处于凸轮凸角的基圆上时停用打开气门122、130，以便最小化气门致动器160、162上的负荷以允许致动器运动。
[0049]在另一示例中，气门致动器162、164是电磁致动器或电动液压致动器，其独立于凸轮轴140、142来控制气门122、130的升程、正时和持续时间。在该例子中，在活塞冲程期间的任意时间可以停用气门122、130的打开。此外，凸轮轴140、142、凸轮移相器148、150和移相器致动器模块158可以被省略。
[0050]发动机系统100可以包括选择性地将排气气体重新引导回进气歧管110的排气气体再循环(EGR)阀170。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。
[0051]可以使用曲轴位置(CKP)传感器180来测量曲轴的位置。可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182来测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以被放置在发动机102内或者冷却剂循环所处的其他部位，例如散热器(未示出)。
[0052]可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，可以测量发动机真空，即环境空气压力和进气歧管110内的压力之间的差。可以使用质量空气流量(MAF)传感器186来测量流入进气歧管110的空气的质量流速。在各种实施方式中，MAF传感器186可以被放置在也包括节气门112的外壳内。
[0053]节气门致动器模块116可以使用一个或更多个节气门位置传感器(TPS) 190来监测节气门112的位置。可以使用进气空气温度(IAT)传感器192来测量被吸入发动机102内的空气的环境温度。ECM 114可以使用来自传感器的信号做出发动机系统100的控制判定。
[0054]现在参考图2，ECM 114的示例性实施方式包括驾驶员扭矩模块202、发动机转速模块204、汽缸启用模块206、汽缸充气模块208和曲轴箱气体模块210。驾驶员扭矩模块202基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入确定驾驶员扭矩请求。驾驶员输入可以基于加速器踏板的位置而定。驾驶员输入也可以基于巡航控制而定，该巡航控制可以是改变车辆速度以便维持预定跟随距离的自适应巡航控制系统。驾驶员扭矩模块202可以存储加速器踏板位置至所需扭矩的一个或更多个映射，并且可以基于所述映射中的选定映射来确定驾驶员扭矩请求。驾驶员扭矩模块202输出驾驶员扭矩请求。
[0055]发动机转速模块204确定发动机转速。发动机转速模块204可以基于从CKP传感器180接收的输入来确定发动机转速。发动机转速模块204可以基于齿探测(toothdetection)之间的曲轴旋转量和对应时段来确定发动机转速。发动机转速模块204输出发动机转速。
[0056]汽缸启用模块206基于驾驶员扭矩请求来停用和重新启用发动机102的一个或更多个汽缸。当在汽缸被停用的同时发动机102能够满足驾驶员扭矩请求时，汽缸启用模块206可以停用一个或更多个汽缸。当在汽缸被停用的同时发动机102不能满足驾驶员扭矩请求时，汽缸启用模块206可以重新启用一个或更多个汽缸。
[0057]汽缸启用模块206通过发送指令到燃料控制模块212、火花控制模块214和气门控制模块216来停用汽缸118。继而，燃料控制模块212指令燃料致动器124停止喷射燃料到汽缸118内，并且火花控制模块214指令火花致动器模块126停止在汽缸118内产生火花。此外，气门控制模块216指令气门致动器模块160闭合气门122、130和/或停止打开气门122,130ο
[0058]在进气空气被吸入汽缸118内之后且在燃料喷射器125将燃烧喷射到汽缸118内或火花塞128在汽缸118内产生火花之前，汽缸启用模块206可以停用汽缸118。在此时停用汽缸118在汽缸118内捕集新鲜进气空气且同时停用汽缸118。当在进气冲程结束处闭合进气门122时汽缸启用模块206可以停用汽缸118。
[0059]当气门致动器162是电磁致动器或电动液压致动器时，汽缸启用模块206可以在完成进气冲程之前闭合进气门122并且停用汽缸118。可以调节进气门122闭合的时间以便控制被捕集在汽缸118内的空气量。被捕集在汽缸118内的空气量可以被控制成最小化汽缸118内的压力且同时确保汽缸118内存在足够的空气来允许适度燃烧并防止曲轴箱机油进入汽缸118。最小化汽缸118内的压力会减少在汽缸118被停用的同时与汽缸118相关联的泵送损失，这会提高发动机102的燃料经济性。
[0060]汽缸充气模块208估计发动机102的汽缸内的充气质量。汽缸充气可以包括进气空气、未燃烧燃料和/或排气。汽缸充气模块208可以在每次发动机循环估计一次发动机102的每个汽缸内的充气质量。
[0061]汽缸充气模块208可以估计当进气门122关闭且汽缸118被停用时被捕集在汽缸118内的充气质量。因此，汽缸充气可以包括空气、未燃烧燃料和残余排气。汽缸充气模块208可以估计汽缸充气的每个成分的质量。汽缸充气模块208可以基于歧管压力、进气空气的质量流速、发动机转速、节气面积和/或凸轮移相器位置来估计汽缸118内最初捕集的空
气质量。
[0062]当汽缸118被停用时，随着活塞在TDC和BDC之间运动，汽缸充气模块208调节汽缸充气的估计质量。随着活塞从BDC运动到TDC，汽缸118内的压力相对于发动机102的曲轴箱内的压力增加。这导致一部分汽缸充气流过活塞环并流到曲轴箱，这被称为窜气(blow-by)。因此，汽缸充气的估计质量可以减少。随着活塞从TDC运动到BDC，汽缸压力相对于曲轴箱压力减小。这导致一部分曲轴箱气体流过活塞环并流入汽缸118。因此，汽缸充气的估计质量可以增加。
[0063]曲轴箱气体模块210估计曲轴箱内的气体质量。曲轴箱气体模块210可以估计当进气门122闭合并且汽缸118被停用时曲轴箱气体的质量。此时，汽缸充气主要由空气构成。因此，曲轴箱气体模块210可以基于被捕集在汽缸118内的空气的估计质量而不考虑汽缸充气的其他成分的质量来估计曲轴箱气体的质量。
[0064]此外，曲轴箱气体模块210可以基于发动机转速、发动机冷却剂温度和/或曲轴箱内的压力来估计曲轴箱气体的质量。可以基于发动机冷却剂温度来估计曲轴箱气体的质量，因为流过活塞环的流量随着发动机温度减小和活塞环密封件的效率的减小而增加。曲轴箱气体模块210可以基于流过活塞环的流量和/或通过泄压阀的流量来估计曲轴箱压力。当曲轴箱压力大于预定压力时，泄压阀从曲轴箱释放气体。释放气体被引导到进气系统 108。
[0065]汽缸启用模块206通过发送指令到燃料控制模块212、火花控制模块214和气门控制模块216来重新启用汽缸118。继而，燃料控制模块212指令燃料致动器124恢复喷射燃料到汽缸118内，并且火花控制模块214指令火花致动器模块126恢复在汽缸118内产生火花。此外，气门控制模块216指令气门致动器模块160恢复打开气门122、130。
[0066]汽缸启用模块206可以以大量方式来重新启用汽缸118。汽缸启用模块206可以在打开排气门130或喷射燃料到汽缸118内以及在汽缸118内产生火花之前首先打开进气门122。汽缸启用模块206可以在打开进气门122或喷射燃料到汽缸118内以及在汽缸118内产生火花之前首先打开排气门130。汽缸启用模块206可以在打开气门122、130之前首先喷射燃料到汽缸118内并在汽缸118内产生火花。
[0067]当汽缸118内的最大压力小于第一压力从而表明如果进气门122打开则最小充气量将被推回到进气歧管110时，汽缸启用模块206首先打开进气门122。最大压力是活塞处于TDC时在汽缸118内的压力。可以基于汽缸118内捕集的充气的体积、温度和质量来估计最大压力。第一压力可以是预先确定的值(例如5千帕)。
[0068]如果最大压力大于或等于第一压力，则汽缸启用模块206比较被捕集在汽缸118内的空气的估计质量与第一质量。第一质量可以是预先确定的值(例如50毫克)。当被捕集空气的估计质量大于第一质量从而表明被捕集空气质量适于燃烧时，汽缸启用模块206首先喷射燃料到汽缸118内并且在汽缸118内产生火花。当被捕集空气的估计质量小于或等于第一质量时，汽缸启用模块206首先打开排气门130。
[0069]当汽缸启用模块206首先喷射燃料到汽缸118内并在汽缸118内产生火花时，汽缸启用模块206在打开进气门122来吸入新鲜进气空气之前打开排气门130来排出排气。在此方面，汽缸启用模块206首先重新启用排气门130。类似地，汽缸启用模块206首先停用排气门130，因为排气门130是气门122、130中在汽缸118被停用时不是常开的第一气门。因为汽缸启用模块206可以首先停用和重新启用相同气门(B卩，排气门130)，所以可以仅需要一个电磁阀来停用和重新启用汽缸118。因此，如果气门致动器162、164包括电磁阀，则可以省略气门致动器162、164中的一个，这降低车辆成本。
[0070]现在参考图3，用于估计汽缸内的充气质量的方法开始于302。汽缸充气可以包括进气空气、未燃烧燃料和/或排气。方法可以在每次发动机循环估计发动机的每个汽缸内的充气质量。
[0071]在304，方法估计汽缸充气的质量。当汽缸内的活塞完成进气冲程之后汽缸的进气门关闭时，方法可以估计被捕集在汽缸内的充气的质量。因此，汽缸充气可以包括被捕集空气、未燃烧燃料和残余排气。方法可以估计汽缸充气的每个成分的质量。方法可以基于歧管压力、进气空气的质量流速、发动机转速、节气面积和/或凸轮移相器位置来估计汽缸内捕集的空气质量。
[0072]在306，方法估计发动机的曲轴箱内的气体质量。方法可以基于汽缸内捕集的空气的估计质量、发动机转速、发动机冷却剂温度和/或曲轴箱内的压力来估计曲轴箱气体的质量。方法可以基于流过活塞环的流量和/或通过泄压阀的流量来估计曲轴箱压力，其中该泄压阀基于曲轴箱压力选择性地从曲轴箱释放气体。
[0073]在308，方法确定汽缸是否被停用。如果汽缸被停用则方法继续到310。否则，方法继续到304。在310至316，随着气体由于“窜气”而在汽缸和曲轴箱之间交换时，方法估计被停用汽缸内捕集的充气的估计质量以及曲轴箱内的气体的估计质量的变化。
[0074]方法可以基于流过活塞环的流量来估计被停用汽缸内捕集的充气的估计质量和曲轴箱内的气体的估计质量的变化。方法可以使用理论模型和/或经验模型来估计流过活塞环的流量。理论模型可以被用于基于有效孔口大小和压力差来估计流过活塞环的流量。有效孔口大小是活塞环和活塞孔之间的缺口的大小。可以基于发动机几何构型和发动机运行条件(例如发动机冷却剂温度)来确定有效孔口大小。
[0075]压力差是曲轴箱压力和汽缸压力之间的差。可以如上所述地估计曲轴箱压力。可以基于汽缸的体积以及汽缸充气的温度和质量来估计汽缸压力。可以基于发动机几何构型来确定汽缸体积。可以基于来自前一迭代的被捕集汽缸充气的估计质量来估计汽缸压力。
[0076]可以通过在各种发动机运行条件下测量曲轴箱压力和汽缸压力从而确定流过活塞环的流量来形成经验模型。当发动机被安装到实验室内的动力计时，可以测量曲轴箱压力和汽缸压力。可以以等式和/或查找表的形式获得曲轴箱压力、汽缸压力和发动机运行条件之间的关系。
[0077]经验模型也可以被用于估计被捕集在汽缸内的空气质量。当汽缸最初被停用时，可以基于发动机操作参数，例如进气空气的质量流速、发动机转速、节气面积和/或凸轮移相器位置，来估计被捕集在汽缸内的空气质量。然而，因为汽缸被停用，所以被捕集在汽缸内的空气质量以及汽缸充气中由空气构成的部分由于“窜气”的原因而改变。
[0078]通过针对预定数量(例如3个)的发动机循环在已经停用汽缸之后喷射燃料到汽缸内来形成用于估计被捕集在汽缸内的空气质量的经验模型。燃料之后可以燃烧并被排放，并且排气的空/燃比可以被测量。之后可以基于被喷射的燃料量和测量的空/燃比来确定预定数量的发动机循环之后被捕集在汽缸内的空气量。在形成经验模型的同时可以测量发动机运行条件，并且可以以等式和/或查找表的形式获得发动机运行条件和被捕集在汽缸内的空气质量之间的关系。
[0079]在310，方法确定活塞是否处于TDC。如果活塞处于TDC，则方法继续到312。否则，方法继续到314。在312，方法估计被捕集汽缸充气的质量的减少。
[0080]在314，方法确定活塞是否处于BDC。如果活塞处于BDC，则方法继续到316。否则，方法继续到304。在316，方法估计被捕集汽缸充气的质量的增加。
[0081]为了简化，参考图3示出了用于估计发动机的一个汽缸内的充气质量的方法。然而，可以针对发动机内的每个汽缸重复图3示出的方法。此外，可以基于发动机的每个汽缸内的充气的估计质量来调节曲轴箱气体的质量。
[0082]现在参考图4，基于被捕集在汽缸内的空气的估计质量来停用发动机的汽缸并重新启用该汽缸的方法开始于402。在404，方法确定是否产生汽缸停用请求。在各种实施方式中，当在发动机的所述一个或更多个汽缸被停用的同时发动机能够产生请求的扭矩量时产生汽缸停用请求。如果产生汽缸停用请求，则方法继续到406。否则，方法继续到408。
[0083]在406，在汽缸内的活塞完成进气冲程且汽缸的进气门关闭之后且在汽缸的排气门打开之前，方法停用汽缸。因为汽缸被停用，其在汽缸内捕集新鲜进气空气。
[0084]例如当使用诸如电磁致动器或电动液压致动器来控制进气门时，在进气冲程完成之前，方法可以关闭进气门并且停用汽缸。可以调节进气门闭合的时间以便控制被捕集在汽缸内的空气量。被捕集在汽缸内的空气量可以被控制成最小化汽缸内的压力且同时确保汽缸内存在足够的空气来允许适度燃烧并防止曲轴箱机油进入汽缸。
[0085]在408，方法确定是否产生汽缸重新启用请求。在各种实施方式中，当在发动机的所述一个或更多个汽缸被停用的同时发动机不能产生请求的扭矩量时产生汽缸重新启用请求。如果产生汽缸重新启用请求，则方法继续到410。否则，方法继续到404。
[0086]在410，方法确定汽缸内的最大压力是否大于或等于第一压力。汽缸内的最大压力可以是在活塞处于TDC时汽缸内的压力。可以基于被捕集汽缸充气的体积、成分、温度和质量来估计最大压力。可以参考图3如上所述地估计被捕集汽缸充气的质量。第一压力可以是预先确定的值(例如5千帕)。如果最大压力大于或等于第一压力，则方法继续到412。如果最大压力小于第一压力，从而表明如果进气门打开的话则最小充气量将被推回到发动机的进气歧管，则方法继续到414。
[0087]在414，在重新启用排气门或喷射燃料到汽缸内并且在汽缸内产生火花之前，方法首先重新启用进气门。换言之，在从汽缸排出充气或喷射燃料到汽缸内并且在汽缸内产生火花之前，方法将空气吸入汽缸内。
[0088]在412，方法确定被捕集在汽缸内的空气质量是否大于第一质量。可以参考图3如上所述地估计被捕集在汽缸内的空气质量。第一质量可以是预先确定的值(例如50毫克)。如果被捕集在汽缸内的空气质量大于第一质量，则方法继续到416。否则，方法继续到418。
[0089]在418，在重新启用进气门或喷射燃料到汽缸内并且在汽缸内产生火花之前，方法首先重新启用排气门。换言之，在将空气吸入汽缸或喷射燃料到汽缸内并且在汽缸内产生火花之前，方法从汽缸排出充气。
[0090]在416，在重新启用进气门或排气门之前，方法首先喷射燃料到汽缸内并且在汽缸内产生火花。换言之，在将空气吸入汽缸内或从汽缸排出充气之前，方法喷射燃料到汽缸内并且在汽缸内产生火花。
[0091]前文描述实质上仅是说明性的并且决不试图限制本公开、其应用或使用。能够以各种形式来实施本公开的广泛教导。因此，虽然本公开包括具体示例，但是不应该将本公开的真实范围限制于此，这是因为一旦学习了附图、说明书以及所附权利要求，则将显而易见到其他改型。为了清楚的目的，在附图中将使用相同附图标记指代类似元件。如这里所述，短语“A、B和C中的至少一个”应被解释为使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应理解方法中的一个或更多个步骤可以按不同顺序(或同时)被执行而不改变本公开的原理。
[0092]如本文使用的，术语“模块”可以指以下器件的一部分或包含以下器件:专用集成电路(ASIC);离散电路；集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA);执行代码的处理器(共享、专用或成组)；提供描述的功能的其他合适的硬件部件；或上述器件的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。术语“模块”可以包含存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用或成组)。
[0093]上面使用的术语“代码”可以包含软件、固件和/或微代码，并且可以涉及程序、例程、函数、类和/或对象。上面使用的术语“共享”表示来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个(共享)处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个(共享)存储器存储。上面使用的术语“成组”表示来自单个模块的一些或全部代码可以采用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器来存储。
[0094]本文描述的设备和方法可以通过由一个或更多个处理器执行的一个或更多个计算机程序被部分或全部地实现。计算机程序包含存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包含和/或依赖于存储的数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器、易失性存储器、磁存储装置和光学存储装置。
【权利要求】
1.一种系统，所述系统包括: 汽缸启用模块，所述汽缸启用模块: 选择性地停用和重新启用发动机的汽缸；和 在进气空气被吸入所述汽缸内之后且在燃料被喷射到所述汽缸内或在所述汽缸内产生火花之前停用所述汽缸；以及 火花控制模块，当所述汽缸被重新启用时，所述火花控制模块选择性地控制火花塞以便在所述汽缸的进气门或排气门打开之前在所述汽缸内产生火花。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括燃料控制模块，当所述汽缸被重新启用时，所述燃料控制模块选择性地控制燃料喷射器以便在所述进气门或所述排气门打开之前且在所述汽缸内产生火花之前喷射燃料到所述汽缸内。
3.根据权利要求2所述的系统，其中当所述汽缸内的压力大于第一压力时，在所述进气门或所述排气门打开之前，所述火花控制模块选择性地在所述汽缸内产生火花。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述汽缸启用模块基于在所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的充气的体积、温度和质量来估计所述汽缸内的压力。
5.根据权利要求3所述的系统，其中当所述汽缸内的空气质量大于第一质量时，在所述进气门或所述排气门打开之前，所述火花控制模块在所述汽缸内产生火花。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括汽缸充气模块，所述汽缸充气模块估计所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的、包括所述空气质量的充气质量。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述汽缸充气模块基于歧管压力、进气空气的质量流速、发动机转速、节气面积和凸轮移相器位置中的至少一者来估计当所述汽缸被停用时被捕集在所述汽缸内的空气质量。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述汽缸充气模块基于当所述汽缸被停用时随着活塞在所述汽缸内运动而在所述汽缸和所述发动机的曲轴箱之间的流量来调节所估计的充气质量。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述汽缸充气模块基于当汽缸被停用时所述活塞的位置和被捕集在所述曲轴箱内的气体质量来估计在所述汽缸和所述曲轴箱之间的流量。
10.一种方法，所述方法包括: 选择性地停用和重新启用发动机的汽缸；以及 在进气空气被吸入所述汽缸内之后且在燃料被喷射到所述汽缸内或在所述汽缸内产生火花之前停用所述汽缸；以及 当所述汽缸被重新启用时，选择性地控制火花塞以便在所述汽缸的进气门或排气门打开之前在所述汽缸内产生火花。
【文档编号】F02P9/00GK103628995SQ201310371757
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】A.B.雷尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司