優(yōu)化內(nèi)燃發(fā)動機的空轉(zhuǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及優(yōu)化內(nèi)燃發(fā)動機的空轉(zhuǎn)的方法、用于提供優(yōu)化的空轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)以及這樣控制的發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動機具有用以控制空氣流入至氣缸以及燃燒氣體流出至排氣系統(tǒng)的提升閥。必須小心地設(shè)定這些閥打開的定時和關(guān)閉的定時以確保在四個沖程循環(huán)內(nèi)的有效燃燒，并且通常，凸輪軸根據(jù)凸輪軸旋轉(zhuǎn)位置而控制閥的打開和關(guān)閉。
[0003]很早就認識到，閥操作的一些改變在確保最佳發(fā)動機性能方面會是有益的，尤其是改變閥定時和/或改變閥升程和/或改變閥打開的持續(xù)時間。進氣閥和排氣閥需要獨立的控制，因此，單獨的進氣凸輪軸和排氣凸輪軸是常見的。
[0004]通過將凸輪軸角位置相對于曲軸角重新相對定位，可以改變閥定時。通常，提供止端(end stop)之間的相對的角運動，以便給出兩種閥定時狀況(regime)一例如，用于正常模式和運動模式的閥定時狀況。還提出了中間角位置以便給出額外的定時時段。相對的凸輪軸角位置由適當?shù)陌l(fā)動機電子控制單元(ECU)確定，并且例如可以通過旋轉(zhuǎn)式凸輪致動器中的液壓信號的存在或不存在來實現(xiàn)。
[0005]例如通過使凸輪軸沿軸向移位以對閥施加不同的凸輪凸出部(cam lobe)，或者通過再次借助于致動器而使凸輪軸搖桿(rocker)的樞軸移位，也可以改變閥升程、閥打開的持續(xù)時間以及進氣閥定時與排氣閥定時的重疊(overlap)。
[0006]—般來說，為多缸發(fā)動機的所有閥都提供了這樣的閥操作的改變，從而進氣凸輪軸的相對運動將會改變與所有氣缸相關(guān)聯(lián)的進氣閥變量。
[0007]已知的改變閥操作的手段的一個特征在于其相對慢，并不僅僅因為慣性效應(yīng)以及傳統(tǒng)上機械的或液壓的致動手段。從一種凸輪狀況切換為另一種凸輪狀況會花費大約300ms ο
[0008]發(fā)動機操作的平順性和響應(yīng)性是期望的目標，不僅為了確保最低限度地偏離正常狀況，而且為車輛乘員提供了良好的駕駛員體驗以及高水平的感受舒適性和品質(zhì)。
[0009]發(fā)動機廢氣排放物還應(yīng)當遵守變得越來越嚴格的立法限制?？梢酝ㄟ^優(yōu)化發(fā)動機中的燃料燃燒效率來減少這樣的排放物。
[0010]對平順性、響應(yīng)性操作以及有效燃燒的要求不一定集中。
[0011]為了提供良好的性能和駕駛員體驗，期望發(fā)動機對扭矩需求的改變快速地做出響應(yīng)。一種扭矩需求由加速器踏板位置指示，但多種其它扭矩需求可以由其它車輛系統(tǒng)指示。例如，在變速器速比升檔期間或者在車輛車輪在冰上旋轉(zhuǎn)的情況下，可以指示扭矩降低需求。相反，在例如當致動動力轉(zhuǎn)向裝置或空氣調(diào)節(jié)栗時車輛發(fā)動機置于額外的負荷下時，可以指示扭矩升高需求。提出了用于優(yōu)先考慮多個扭矩改變需求的系統(tǒng)，并且這些系統(tǒng)并不構(gòu)成本發(fā)明的部分。
[0012]在汽油發(fā)動機中，對扭矩改變需求的快速響應(yīng)會受到在常規(guī)的節(jié)流閥下游且在發(fā)動機進氣閥上游的進氣歧管中的空氣量影響。通過改變節(jié)流閥的位置而對扭矩改變需求進行響應(yīng)的特征是“慢”，因為已存在于進氣歧管中的空氣會影響接下來的一些燃燒事件的發(fā)動機動力輸出。最后，隨著調(diào)整節(jié)流閥，至氣缸的進氣量將改變，從而扭矩輸出與需求相匹配;然而，該響應(yīng)速率不夠快，因而不能夠滿足當前要求。
[0013]可以快速改變的一個燃燒因素是在火花塞處的點火火花的定時。該響應(yīng)速度可以至少為約比改變節(jié)流閥位置的效果快的量級，并且可以在發(fā)動機的一個TDC(上止點)內(nèi)影響該響應(yīng)速度。
[0014]為了確保對扭矩改變需求的快速響應(yīng)，眾所周知的是，改變點火定時以減小在燃燒事件期間產(chǎn)生的動力，會預(yù)期到將要求動力增大?？梢酝ㄟ^將點火定時改變?yōu)橛糜谟行紵淖罴盐恢脕砜焖俚貙崿F(xiàn)動力的增大，而無需等空氣量增加?？梢灾饌€氣缸地實現(xiàn)這種快速響應(yīng)，使得多缸發(fā)動機的連續(xù)點火事件可以具有不同的點火火花定時。
[0015]因而，舉例來說，如果空轉(zhuǎn)速度降至預(yù)定的最小值以下，則假設(shè)空轉(zhuǎn)的多缸發(fā)動機會總是經(jīng)受迫切的扭矩升高需求。因此，節(jié)流閥位置被設(shè)定為通常允許過量的空氣進入進氣歧管，并且因而，經(jīng)由進氣閥而到達氣缸。供給燃料的量通常與空氣量相當以便實現(xiàn)化學(xué)計量燃燒。
[0016]為了防止在期望的空轉(zhuǎn)速度下產(chǎn)生比克服旋轉(zhuǎn)摩擦力、空氣阻力等所需的動力更大的動力，可以延遲點火定時，使得燃燒的效率相對低，但所產(chǎn)生的動力足以提供期望的空轉(zhuǎn)速度。不完全燃燒導(dǎo)致發(fā)動機冷卻系統(tǒng)吸收額外的廢熱、燃料消耗量增大以及產(chǎn)生不必要的有毒廢氣排放物。
[0017]然而，當接收到扭矩升高需求時，因為空轉(zhuǎn)速度例如由于離合器接入空氣調(diào)節(jié)栗而降低，因此可以(在單個點火事件內(nèi))將點火定時快速地改變?yōu)樽罴?，從而?dǎo)致動力和扭矩立即增大而空氣和燃料并沒有相應(yīng)地增加。因此，空轉(zhuǎn)速度升高，并且如果空轉(zhuǎn)速度達到上限，則延遲點火定時以允許空轉(zhuǎn)速度降低。根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷來不斷地改變點火定時和節(jié)流閥位置以保持期望的空轉(zhuǎn)速度，同時允許對扭矩升高需求進行即時響應(yīng)，但應(yīng)當理解的是，該速度控制方法具有如下影響:對于基本上所有的空轉(zhuǎn)時間，操作車輛發(fā)動機的效率低。
[0018]需要一種提供對增大空轉(zhuǎn)速度的需求的快速響應(yīng)的方法，但其并不依賴于上述的不完全燃燒方法。盡管改變閥定時或打開持續(xù)時間、或者重疊時間或升程有助于解決該問題，但改變閥操作的現(xiàn)有方法都太慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種優(yōu)化往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動機的空轉(zhuǎn)的方法，所述發(fā)動機具有位于氣缸的進氣口處的提升閥、進氣歧管以及位于所述歧管的進氣口處的節(jié)流閥，所述發(fā)動機還包括用于所述進氣閥的主動式推桿，由此可以按照需求調(diào)整閥升程，所述方法包括:檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速處于或低于較低的預(yù)定值;命令所述主動式推桿允許增加的空氣量進入所述氣缸;檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速處于或高于較高的預(yù)定值;命令所述主動式推桿允許減少的空氣量進入氣缸;在所述發(fā)動機空轉(zhuǎn)的同時，不斷地重復(fù)所述方法。
[0020]主動式推桿逐個事件地獨立于凸輪軸或其它閥控制裝置而提供相關(guān)聯(lián)的閥的操作的基本上立即的改變。這樣的推桿可以是液壓式的，并且包括室，該室的容量由電致動閥(諸如泄放閥)響應(yīng)于來自發(fā)動機ECU的命令而來控制。
[0021]在一個實施例中，通過命令主動式推桿改變閥升程來改變進入氣缸的空氣量。在另一實施例中，通過改變閥打開的持續(xù)時間來進行改變。在又一實施例中，通過改變閥打開和/或閥關(guān)閉的定時來進行改變?？梢砸匀魏纹谕慕M合結(jié)合使用這些實施例以實現(xiàn)期望的空氣流入量和速率。
[0022]眾所周知的是，空轉(zhuǎn)的發(fā)動機以與最少的燃料消耗量和最廢氣排放物相稱的低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。選擇空轉(zhuǎn)速度以在能夠?qū)υ龃蟮呐ぞ匦枨筮M行立即響應(yīng)的情況下確?？山邮艿男D(zhuǎn)平順性。典型的空轉(zhuǎn)速度約為800rpm至lOOOrpm，并且可以根據(jù)環(huán)境條件改變?？辙D(zhuǎn)速度通常由ECU命令，但受到許多因素的影響，這些因素例如包括諸如空氣調(diào)節(jié)裝置的輔助裝置對發(fā)動機施加的額外負荷。
[0023]本發(fā)明提供了一種將汽油發(fā)動機的空轉(zhuǎn)速度保持在預(yù)定極限內(nèi)、同時還確保對于所述極限內(nèi)的所有速度而言車輛發(fā)動機以基本上最佳的效率進行操作的方法。本發(fā)明允許在每個發(fā)動機燃燒事件時將恰當?shù)目諝饬恳霘飧字校员阍试S在最佳的點火定時產(chǎn)生給定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速所需的扭矩。通常避免了有意延遲點火定時以確保不產(chǎn)生過度的扭矩。
[0024]最重要的是，與依賴于凸輪軸或節(jié)流閥相關(guān)改變的現(xiàn)有的“慢”系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供了對扭矩需求的“快速”響應(yīng)，因為主動式推桿能夠在一個點火事件內(nèi)對改變請求進行響應(yīng)，并且相應(yīng)地，可以在多缸發(fā)動機中采用逐個氣缸的策略。
[0025]本發(fā)明的方法還可包括:改變點火火花的定時以提供最佳燃燒效率，使得在空轉(zhuǎn)期間，如果允許進入的空氣量增加，則可以延遲點火定時，而如果允許進入的空氣量減少，則可以提前點火定時。這種對點火定時的改變通常與僅僅通過改變點火定時而進行空轉(zhuǎn)速度控制所需的改變形成對比。
[0026]有益結(jié)果在于本發(fā)明避免了產(chǎn)生與不完全燃燒相關(guān)聯(lián)的廢熱。因此，車輛冷卻系統(tǒng)可以被制造得較小。此外，減少了不期望的廢氣排放物，因為本發(fā)明避免了不完全燃燒。
[0027]在本申請的范圍內(nèi)，明確地設(shè)想到，可以獨立地使用或以任何組合的形式采用在前述段落中、在權(quán)利要求中和/或在以下描述和附圖中所闡述的各方面、實施例、示例和替選方案，特別地，采用它們的各個特征。結(jié)合一個實施例所描述的特征可應(yīng)用于所有實施例，除非這種特征不相容。
【附圖說明】
[0028]根據(jù)以下在附圖中僅通過示例說明的實施例的描述，本發(fā)明的其它特征將顯而易見，在附圖中:
[0029]圖1示意圖性地示出了可應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)動機的進氣口布置。
[0030]圖2以曲線圖示出