專(zhuān)利名稱(chēng)：操作用于瞬態(tài)扭矩管理的脈沖進(jìn)氣器的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)控制，更具體地，本發(fā)明涉及控制內(nèi)燃機(jī)的脈沖進(jìn)氣器的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
汽車(chē)市場(chǎng)中當(dāng)前的消費(fèi)者期望已經(jīng)引起對(duì)改進(jìn)駕駛性和提高車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)性能的需求。在急劇加速操作或者類(lèi)似情況的中的內(nèi)燃機(jī)需要對(duì)扭矩需求的快速響應(yīng)，它們通常被空氣流動(dòng)的滯后性影響，從而導(dǎo)致了動(dòng)力輸送的延遲。脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)在燃燒過(guò)程開(kāi)始期間增加吸入氣缸中的空氣體積，減少在需要急劇加速的過(guò)程中動(dòng)力輸送的延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于控制內(nèi)燃機(jī)中脈沖進(jìn)氣的方法和設(shè)備，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)和管理扭矩?cái)_動(dòng)。


圖1是本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的示意圖；圖2是在本發(fā)明中發(fā)動(dòng)機(jī)橫截面圖；圖3是示出本發(fā)明的點(diǎn)火正時(shí)扭矩補(bǔ)償?shù)膱D；圖4是示出脈沖進(jìn)氣情況的圖；和圖5是本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明的車(chē)輛控制系統(tǒng)10的示意圖?？刂葡到y(tǒng)10包括由發(fā)動(dòng)機(jī)或者傳動(dòng)系控制器18控制的內(nèi)燃機(jī)(ICE)12，內(nèi)燃機(jī)12具有燃料噴射器14和火花塞16(在火花點(diǎn)火汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下)。在本發(fā)明中的燃料噴射器可以在進(jìn)氣口安裝，或者被安裝用于直接噴射到氣缸24中。ICE12的曲軸21速度和位置由產(chǎn)生諸如脈沖序列的速度和位置傳感器20檢測(cè)，并且發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制器18。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，ICE12包括可變排量?jī)?nèi)燃機(jī)。與固定排量ICE相比，可變排量ICE通過(guò)根據(jù)氣缸停缸的原理操作而提供改進(jìn)的燃料經(jīng)濟(jì)性和按需提供扭矩。在需要高的輸出扭矩的工況期間，可變排量ICE的每一個(gè)氣缸供應(yīng)燃料和空氣以為ICE提供扭矩。在全排量ICE的低速、低負(fù)荷工況和/或其它低效狀況期間，氣缸可以停缸以改進(jìn)可變排量ICE和車(chē)輛的燃料經(jīng)濟(jì)性。例如，在配備有八缸可變排量ICE的車(chē)輛運(yùn)行中，如果在低扭矩工況期間ICE僅僅有四個(gè)氣缸在工作，將通過(guò)減少節(jié)流損失提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。節(jié)流損失也稱(chēng)為泵送損失，是ICE必須執(zhí)行將空氣從相對(duì)低壓的進(jìn)氣歧管、通過(guò)節(jié)氣門(mén)體或板、通過(guò)ICE并排出到大氣中的額外功。停缸的氣缸將不允許空氣流過(guò)進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)，從而通過(guò)使ICE在更高進(jìn)氣歧管壓力下工作而減少泵送損失。
ICE12可以進(jìn)一步包括汽油ICE或者諸如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和/或在現(xiàn)有技術(shù)中公知的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的其它任何ICE。進(jìn)氣歧管22向ICE10的氣缸24提供空氣，并且氣缸具有閥25。閥25進(jìn)一步連接到致動(dòng)器設(shè)備27，致動(dòng)器設(shè)備27例如在頂置氣門(mén)(OHV)或者頂置凸輪(OHC)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造中使用并可以物理地連接到閥25和與閥25斷開(kāi)以關(guān)閉流過(guò)氣缸24的空氣。在另一個(gè)實(shí)施例中的致動(dòng)設(shè)備27包括可變氣門(mén)升程凸輪軸，其依工況改變氣門(mén)升程。氣流傳感器26和歧管氣壓(MAP)傳感器28檢測(cè)進(jìn)氣歧管22內(nèi)的氣流和氣壓，并且產(chǎn)生到傳動(dòng)系控制器18的信號(hào)。氣流傳感器26是熱絲測(cè)風(fēng)儀，MAP傳感器28優(yōu)選是應(yīng)變片。
電子節(jié)氣門(mén)30具有由電子節(jié)氣門(mén)控制器32控制的節(jié)流板，并且控制進(jìn)入進(jìn)氣歧管22的空氣量。電子節(jié)氣門(mén)30可以利用現(xiàn)有技術(shù)中任何公知電動(dòng)機(jī)或者致動(dòng)技術(shù)，包括但不限于DC電動(dòng)機(jī)、AC電動(dòng)機(jī)、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)和磁阻電動(dòng)機(jī)。電子節(jié)氣門(mén)控制器32包括調(diào)制電子節(jié)氣門(mén)30的電路和從電子節(jié)氣門(mén)30接收位置和速度輸入的電路。電子節(jié)氣門(mén)控制器32進(jìn)一步包括經(jīng)由汽車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)33與傳動(dòng)系控制器18通信的諸如串行鏈路或者汽車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)接口的通信電路。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，電子節(jié)氣門(mén)控制器32可以完全集成到傳動(dòng)系控制器18以消除對(duì)物理上單獨(dú)的電子節(jié)氣門(mén)控制器的需要。
車(chē)輛中的制動(dòng)踏板36配備有制動(dòng)踏板傳感器38以確定車(chē)輛的操作者作用在制動(dòng)踏板36上所產(chǎn)生的壓力量。制動(dòng)踏板傳感器36產(chǎn)生到傳動(dòng)系控制器18的信號(hào)以確定車(chē)輛的制動(dòng)狀況。制動(dòng)狀況將指示可變排量ICE12的低扭矩/低需求狀況。車(chē)輛的加速器踏板40配備有踏板位置傳感器42以檢測(cè)加速器踏板位置。踏板位置傳感器42信號(hào)還發(fā)送到傳動(dòng)系控制器18。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，制動(dòng)踏板傳感器38是應(yīng)變片，踏板位置傳感器42是絕對(duì)旋轉(zhuǎn)式編碼器。排放控制信號(hào)進(jìn)一步集成到控制系統(tǒng)10中以監(jiān)控ICE排放。
變速器13連接到ICE12以將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩/動(dòng)力傳遞到車(chē)輪。變速器可以包括現(xiàn)有技術(shù)中公知的任何變速器，包括如在Schmidt的美國(guó)專(zhuān)利5,931,757和Holmes等人的6,527,658中說(shuō)明的電動(dòng)可變變速器，這些專(zhuān)利通過(guò)引用的方式全部包含于此。
圖2是結(jié)合了脈沖進(jìn)氣門(mén)50的ICE12的橫截面圖。在優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)氣缸24將具有控制空氣進(jìn)入氣缸的脈沖進(jìn)氣門(mén)50。脈沖進(jìn)氣門(mén)50包括由傳動(dòng)系控制器18控制的電磁控制閥。在標(biāo)準(zhǔn)操作中，在進(jìn)氣階段脈沖進(jìn)氣門(mén)50隨著活塞52向下運(yùn)動(dòng)而關(guān)閉，通過(guò)密封氣缸24形成真空。就在活塞52換向開(kāi)始?jí)嚎s之前，脈沖進(jìn)氣門(mén)50打開(kāi)，壓力差以接近聲速的相對(duì)高的速度將空氣吸入到氣缸24中。高速空氣還產(chǎn)生了從增壓室22導(dǎo)向氣缸24的壓力波，其在效果上類(lèi)似于調(diào)諧進(jìn)氣歧管中的壓力波調(diào)諧(ram tuning)，但是以相對(duì)更強(qiáng)的幅值。脈沖進(jìn)氣門(mén)50密封和捕獲該壓力，導(dǎo)致氣缸24中空氣質(zhì)量的增加和伴隨著的可用發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加。
脈沖進(jìn)氣門(mén)50可以在幾毫秒內(nèi)切換開(kāi)啟和關(guān)閉，以提供瞬時(shí)功率。在本發(fā)明中脈沖進(jìn)氣門(mén)50的快速響應(yīng)允許ICE12的容積效率在不使ICE12的節(jié)氣門(mén)30移動(dòng)的情況下增加超過(guò)20％或者基本減少到零。脈沖進(jìn)氣門(mén)50對(duì)傳動(dòng)系控制器18提供附加控制“旋鈕”以控制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，對(duì)于顯著大于4000RPM的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，(多個(gè))脈沖進(jìn)氣門(mén)50開(kāi)啟以允許空氣流動(dòng)。
本發(fā)明使用脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)以滿(mǎn)足瞬態(tài)扭矩要求。本發(fā)明的脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)可以用來(lái)代替點(diǎn)火正時(shí)控制的傳統(tǒng)方法使用，或者結(jié)合點(diǎn)火正時(shí)控制使用以提供改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和性能。本發(fā)明的脈沖進(jìn)氣系統(tǒng)還可以結(jié)合節(jié)氣門(mén)30控制使用以?xún)?yōu)化和改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。
在ICE12的穩(wěn)態(tài)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，脈沖進(jìn)氣門(mén)50通常保持非工作模式(空氣流入氣缸24中)。脈沖進(jìn)氣門(mén)在斷電(沒(méi)有電流施加到閥50)狀態(tài)下打開(kāi)，并且在通電的狀態(tài)(電流施加到閥50)下關(guān)閉。如圖3所示，ICE12的點(diǎn)火正時(shí)通常針對(duì)最小燃料消耗和最佳燃燒穩(wěn)定性在最小的最佳扭矩(MBT)附近標(biāo)定。
當(dāng)檢測(cè)到因由諸如動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵、交流發(fā)電機(jī)或者空氣調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的附件產(chǎn)生的任何急劇扭矩需求而引起的發(fā)動(dòng)機(jī)速度降低時(shí)，脈沖進(jìn)氣門(mén)50與如圖4所示進(jìn)氣門(mén)事件同步動(dòng)作，以滿(mǎn)足所需的扭矩需求。脈沖進(jìn)氣器事件在優(yōu)選的實(shí)施例中包括在大致進(jìn)氣行程的下止點(diǎn)處關(guān)閉(多個(gè))脈沖進(jìn)氣門(mén)50以最小化新鮮空氣進(jìn)氣回流出氣缸24，和在排氣門(mén)完全關(guān)閉之后(多個(gè))脈沖進(jìn)氣門(mén)50開(kāi)啟以減少殘余氣體，這對(duì)于怠速很關(guān)鍵，但是仍然足夠早避免氣缸進(jìn)氣過(guò)度膨脹。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，脈沖進(jìn)氣門(mén)50可以從下止點(diǎn)關(guān)閉被調(diào)整以細(xì)微調(diào)轉(zhuǎn)氣流速率。如果需要更多的內(nèi)部殘留氣體，則脈沖進(jìn)氣門(mén)50的開(kāi)啟點(diǎn)能夠進(jìn)一步提前。當(dāng)要求較少的扭矩時(shí)，在進(jìn)氣沖程中一旦足夠空氣被允許進(jìn)入氣缸就關(guān)閉脈沖進(jìn)氣門(mén)50，來(lái)縮短脈沖進(jìn)氣門(mén)50開(kāi)啟時(shí)間段。燃料流速根據(jù)流量而調(diào)整以在維持所需的空燃比的同時(shí)，改變發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。有效地，(多個(gè))脈沖進(jìn)氣門(mén)50起著與實(shí)際凸輪軸串聯(lián)的第二凸輪軸的作用，因而其事件的布置在實(shí)際凸輪軸的氣門(mén)事件內(nèi)。
圖5是本發(fā)明方法的流程圖。在優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)速度(RPM)用作表示扭矩?cái)_動(dòng)的反饋信號(hào)。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，質(zhì)量空氣流量和直接扭矩傳感器也可以用來(lái)確定扭矩?cái)_動(dòng)。在方框70開(kāi)始，發(fā)動(dòng)機(jī)速度(RPM)被監(jiān)視。在方框72處發(fā)動(dòng)機(jī)速度與下限RPMLL相比較。如果發(fā)動(dòng)機(jī)速度小于下限RPMLL，則在方框74處脈沖進(jìn)氣門(mén)50工作(如之前所述)以增大扭矩和RPM，并且在方框80更新主節(jié)氣門(mén)指令。如果發(fā)動(dòng)機(jī)速度大于RPMLL，那么在方框76，發(fā)動(dòng)機(jī)速度與上限RPMUL相比較。為了減少扭矩，如果它們?cè)谶M(jìn)氣過(guò)程中已經(jīng)起動(dòng)或者以縮短的開(kāi)啟期間起動(dòng)則脈沖進(jìn)氣門(mén)50可以工作以減少氣流。如果發(fā)動(dòng)機(jī)速度大于RPMUL，那么在方框78，脈沖進(jìn)氣門(mén)50工作以減少發(fā)動(dòng)機(jī)RPM，并且節(jié)氣門(mén)指令在方框80被更新。如果發(fā)動(dòng)機(jī)速度小于RPMUL，那么脈沖進(jìn)氣門(mén)50不再工作，并且節(jié)氣門(mén)指令在方框80被更新。當(dāng)需要時(shí)，可以結(jié)合脈沖進(jìn)氣門(mén)50的控制維持點(diǎn)火正時(shí)控制以提供所需的扭矩補(bǔ)償。
脈沖進(jìn)氣門(mén)50操作還可以結(jié)合可變排量?jī)?nèi)燃機(jī)的操作使用。脈沖進(jìn)氣器可以用來(lái)供應(yīng)扭矩使可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)能夠延長(zhǎng)在部分排量的運(yùn)行模式下運(yùn)行以提高單位燃料里程數(shù)。例如，瞬態(tài)扭矩?cái)_動(dòng)可以通常使部分排量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入到全排量以補(bǔ)償扭矩?cái)_動(dòng)。脈沖進(jìn)氣門(mén)50可以補(bǔ)償和/或者供應(yīng)扭矩以補(bǔ)償該扭矩?cái)_動(dòng)以允許可變排量?jī)?nèi)燃機(jī)停留在部分排量運(yùn)行模式下。
類(lèi)似地，脈沖進(jìn)氣器可以用來(lái)控制電動(dòng)可變變速器的操作。脈沖進(jìn)氣器能夠用來(lái)在需要瞬態(tài)扭矩增大的運(yùn)行狀況過(guò)程中供應(yīng)扭矩。能夠使用脈沖進(jìn)氣器以增加和/或減少扭矩的其它潛在應(yīng)用包括變速器換檔瞬態(tài)、變矩器鎖止進(jìn)度、尤其用于空檔怠速的車(chē)輛起動(dòng)增強(qiáng)和車(chē)輛牽引控制。本發(fā)明還可以應(yīng)用到涉及有級(jí)變化的任何傳動(dòng)系統(tǒng)，該有級(jí)變化需要扭矩平穩(wěn)以改進(jìn)可驅(qū)動(dòng)性，例如兩級(jí)氣門(mén)升程、按需排量或者有級(jí)變速。
盡管根據(jù)一些具體的最佳實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)地描述本發(fā)明，但可以理解到，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠易于改變成其它形式。因而，本發(fā)明的范圍被認(rèn)為僅僅由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種車(chē)輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機(jī)；變速器，連接到所述內(nèi)燃機(jī)；進(jìn)氣歧管，連接到所述內(nèi)燃機(jī)；脈沖進(jìn)氣門(mén)，連接到所述進(jìn)氣歧管；控制器，用于控制所述脈沖進(jìn)氣門(mén)；其中，所述控制器控制所述脈沖進(jìn)氣門(mén)以補(bǔ)償扭矩瞬態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)燃機(jī)是可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述變速器是電動(dòng)可變變速器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述可變排量?jī)?nèi)燃機(jī)是頂置氣門(mén)式發(fā)動(dòng)機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述可變排量?jī)?nèi)燃機(jī)是頂置凸輪式發(fā)動(dòng)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)燃機(jī)包括兩級(jí)氣門(mén)組。
7.一種控制內(nèi)燃機(jī)扭矩的方法，包括以下步驟檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)速度；判斷所述內(nèi)燃機(jī)速度是否在下限之下；和起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖進(jìn)氣門(mén)以提供扭矩來(lái)增加所述內(nèi)燃機(jī)速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述內(nèi)燃機(jī)是可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)，并且控制所述脈沖進(jìn)氣門(mén)以允許所述可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)在部分排量的運(yùn)行模式下運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括修改點(diǎn)火正時(shí)以控制內(nèi)燃機(jī)速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括判斷所述內(nèi)燃機(jī)速度是否在上限之上；和停止所述發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖進(jìn)氣門(mén)的操作。
11.一種控制內(nèi)燃機(jī)的方法，包括以下步驟檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)中的轉(zhuǎn)矩特征；判斷所述內(nèi)燃機(jī)扭矩是否在下限之下；和起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖進(jìn)氣門(mén)以提供扭矩來(lái)增加所述內(nèi)燃機(jī)扭矩。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述內(nèi)燃機(jī)是可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)，并且結(jié)合所述可變排量操作控制所述脈沖進(jìn)氣門(mén)。
13.一種控制內(nèi)燃機(jī)扭矩的方法，包括以下步驟確定內(nèi)燃機(jī)中排氣門(mén)的位置；確定內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)氣門(mén)的位置；在打開(kāi)所述進(jìn)氣門(mén)之后，打開(kāi)脈沖進(jìn)氣門(mén)與所述進(jìn)氣門(mén)流體連通；和在所述進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉之前關(guān)閉所述脈沖進(jìn)氣門(mén)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括修改所述進(jìn)氣門(mén)的升程。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括在所述排氣門(mén)已經(jīng)關(guān)閉之后打開(kāi)所述脈沖進(jìn)氣門(mén)。
全文摘要
車(chē)輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、連接到內(nèi)燃機(jī)的變速器、連接到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管、連接到進(jìn)氣歧管的脈沖進(jìn)氣門(mén)和用于控制脈沖進(jìn)氣門(mén)的控制器，其中控制器控制脈沖進(jìn)氣門(mén)以補(bǔ)償扭矩瞬態(tài)。
文檔編號(hào)F02D41/04GK101021185SQ20071000571
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日
發(fā)明者K·-J·吳, J·C·埃姆斯利, J·J·張 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司