一種用於控制交替式氣門發動機的空燃比的方法

2023-07-01 12:25:01 2

專利名稱：一種用於控制交替式氣門發動機的空燃比的方法
一種用於控制交替式氣門發動機的空燃比的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於改善運轉有交替的進氣門正時的內燃發動機的空燃比控制 的方法。
背景技術：
在美國專利公告號為7，066,121中描述了一種用於隨機運轉內燃發動機內的可運 轉的氣門的方法。這個方法描述了在一個汽缸的不同汽缸循環(本文的一個汽缸循環 定義為曲軸轉角持續時間的期間，其中重複運轉一個汽缸，例如在四衝程汽缸循環的 一個汽缸循環為720度曲軸轉角，但是應注意的是取決於每個汽缸循環的衝程數，可增 加或減少汽缸循環)期間可交替地驅動或開啟該汽缸的兩個進氣門。也就是說，在一 個汽缸循環期間，兩個進氣門中第一個進氣門保持關閉，而第二進氣門為開啟。隨後， 在接下來的汽缸循環中，當第一進氣門開啟時第二進氣門保持關閉。這樣，第一和第 二進氣門的開啟事件每隔一個汽缸循環交替進行。這種運轉模式可減少動力消耗並改 善汽缸空氣量控制。
上述提到的方法也可具有一些不利之處。例如，在具體的汽缸循環期間取決於運 轉的氣門可改變汽缸吸氣特徵。也就是說，當一個氣門相對於另一個氣門運轉時，汽 缸可吸入更多或更少的空氣。至少在一些情況下，這可能導致發動機空燃比變化和發 動機扭矩變化。
這裡的發明人已經認識到上述提及的不利之處並揭露了一種改善交替式進氣門控 制的方法，其可提供實質的改進。

發明內容
本發明一個實施例包括提供一種用於調節具有可變氣門正時的內燃發動機的至少 一個汽缸的空燃比的方法，該方法包括運轉具有第一進氣門和第二進氣門的內燃發 動機的至少一個汽缸；在所述汽缸的第一循環中開啟所述第一進氣門至少一次並且在 所述汽缸的第二循環中保持所述第一進氣門關閉，所述汽缸的所述第二循環跟隨所述 汽缸的所述第一循環；在所述第一汽缸循環期間保持所述第二進氣門關閉並且在所述 第二汽缸循環期間開啟所述第二進氣門至少一次；及在所述第一汽缸循環和第二汽缸
循環中相對於所述內燃發動機的曲軸位置以不同的正時開啟所述第一進氣門和所述第 二進氣門。該方法至少克服先前技術的一些不利之處。
對於進氣門交替運轉的發動機通過以不同的正時運轉進氣門在交替的汽缸循環期間可改善發動機和汽缸空燃比控制。當在交替的汽缸循環期間交替地運轉(例如，開 啟)氣門時，通過以不同的正時運轉氣門可補償在汽缸進氣道形狀和埠氣流之間的 差別以使基本相同的空氣量被吸入汽缸內。這可以改善汽缸和發動機空燃比控制，因 為當氣門交替地運轉時在每個汽缸循環期間吸入的空氣量保持基本上恆定(例如，在 ±0. 05單元負載內，其中負載為吸入至汽缸內的空氣量除以理論汽缸空氣容積，其範 圍在0-l之間)。
在可替代的實施例中，在交替的氣門運轉之間的氣門正時可基本上相同(例如， 土5度曲軸轉角)，而在交替的汽缸循環之間的燃料噴射量是變化的。這個方法可用於 在汽缸事件之間獲得相似的空燃比，即使在汽缸循環之間汽缸具有不同的空氣量。需 要時，如果在交替的汽缸循環期間吸入不同的空氣量也可在每個汽缸循環改變點火正 時以平衡由汽缸產生的扭矩。
本發明可提供一些優點。特別地，在汽缸循環期間通過僅開啟兩個進氣門中的一 個而節省能量，該方法可改善發動機排放。此外，當在交替的汽缸循環期間交替地運 轉兩個進氣門時，該方法可使汽缸扭矩產生更加一致。更進一步地，當交替地運轉進 氣門時，該方法可考慮到聚積在進氣道處的燃料漿的差別。結果是，至少在一些情況 下，發明人已經實現了此前沒有實現的增效的好處。
當單獨從下面詳細描述或與附圖結合，上面的本發明的優點和其他優點以及特徵 將變得更顯而易見。


當單獨通過閱讀實施例(這裡稱為詳細說明)或結合參考附圖將全面理解這裡描 述的優點，其中
圖l為發動機的示意圖。
圖2為顯示處於中性狀態的電動氣門的示意圖。
圖3為氣門正時調節的示例圖表。
圖4為氣門正時調節的示例圖表。
圖5為氣門正時調節的示例圖表。
圖6為空燃比控制策略的示例流程圖。
具體實施方式
參閱圖1,包括多個汽缸(其中一個汽缸顯示在圖1中)的內燃發動機IO由發動 機電子控制器12控制。發動機10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36位於汽缸壁32 內並連接至曲軸40。燃燒室30顯示為通過各自的進氣門52和排氣門54與進氣歧管 44和排氣歧管48連通。每個進氣門52和排氣門54可通過機電控制氣門線圈和電樞總 成53運轉。可替代地，進氣門52或排氣門54可為機械驅動的。電樞溫度由溫度傳感器51確定。氣門位置由位置傳感器50確定。氣門位置可由線性可調位移、離散的或 光學的傳感器或從驅動器電流測量值確定。在可替代的例子中，用於氣門52和54的 每個氣門驅動器具有位置傳感器和溫度傳感器。在又一個可選例子中，由於電阻損耗 可與溫度成比例，電樞溫度可通過驅動器能量消耗確定。
進氣歧管44顯示為具有連接至其上的燃料噴射器66,其用於根據來自控制器12 的FPW信號脈寬按比例地輸送液體燃料。在可替代的實施例中，兩個噴射器可將燃料 供應至汽缸30。通過包括燃料箱、燃料泵和燃料導軌(未顯示)的燃料系統(未顯示) 將燃料輸送至燃料噴射器66。可替代的，發動機可配置為可將燃料直接噴射進發動機 汽缸內，其為本領域技術人員所知的直接噴射。此外，進氣歧管44顯示為與可選的電 子節氣門125連通。
無分電器點火系統88響應控制器12通過火花塞92將點火火花提供至燃燒室30。 寬域排氣氧(UEGO)傳感器76顯示為連接至催化轉化器70上遊的排氣歧管48。可替 代地，兩態排氣氧傳感器可替代UEGO傳感器76。兩態排氣氧傳感器98顯示為連接至 催化轉化器70下遊的排氣歧管48。可替代地，傳感器98也可以為UEGO傳感器。催化 轉化器溫度由溫度傳感器77測量，和/或基於運轉狀況(例如發動機轉速、負載、空 氣溫度、發動機溫度和/或空氣流或以上的組合)估算。
在一個例子中，轉化器70可包括多個催化劑磚。在另一個例子中，可使用多個 排放控制裝置，每個排放控制裝置帶有多個催化劑磚。在一個例子中，轉化器70可為 三元催化劑。
在圖1中控制器12顯示為常規的微處理器，其包括微處理器單元(CPU) 102、 輸入/輸出端(I/O) 104以及只讀存儲器(ROM) 106、隨機存取存儲器(RAM) 108、保 活存儲器UAM) IIO和常規的數據總線。控制器12顯示為從連接至發動機10的傳感
器接收多種信號，除了接收上面論述的那些信號，包括來自連接至水套1"的溫度 傳感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT)、連接至加速踏板的位置傳感器U9、來自連接 至進氣歧管44的壓力傳感器122的發動機歧管壓力測量值(MAP)、來自溫度傳感器1U 的發動機空氣量溫度或歧管溫度的測量值(ACT)以及來自感應曲軸40位置的霍爾效 應傳感器118的發動機位置傳感器。在本說明的優選方面中，發動機位置傳感器118 在曲軸的每轉(其可確定發動機轉速)中產生預定數量的等寬的脈衝。控制器12的存 儲介質只讀存儲器106可編有計算機可讀數據，其為用於執行下面描述方法的處理器 102可執行指令。
參閱圖2，其顯示了示例電動氣門的示意圖。氣門驅動器顯示在不帶電狀態(即， 無電流供應至氣門驅動器線圏)。所述機電氣門裝置包括電樞組件和氣門組件。電樞組 件包括電樞復位彈簧201、氣門閉合線圏205、氣門開啟線圏209、電樞衝片207、氣 門位移傳感器217和電樞杆203。當氣門線圈未加電時，電樞復位彈簧201壓迫氣門復 位彈簧211,氣門杆213和電樞杆203處於彼此接觸，並且電樞衝片2(H基本上處於開啟線圈209和閉合線圈205中間。這允許氣門頭215相對於埠 219呈現部分開啟狀 態。當電樞處於完全開啟位置時，電樞衝片207與開啟線圈磁極面226接觸。當電樞 處於完全閉合位置時，電樞衝片207與閉合線圈磁極面224接觸。
在一個實施例中，電樞衝片207包括永久磁鐵。在另外一個實施例中，電樞衝片 207不包括永久磁鐵。永久磁鐵可用於減小氣門驅動器電流，因為至少在一些情況下， 永久磁鐵在沒有保持電流時可將氣門保持在關閉位置。
典型地，包括永久磁鐵電樞的氣門驅動器通過控制給打開和/或閉合線圈的電流 可排斥和吸引電樞。另一方面，其他類型的氣門驅動器可被限定用於吸引電樞，例如 非永久性磁鐵電樞驅動器。通過施加力至驅動器電樞杆203、氣門開啟彈簧201和/或 磁力可導致電樞衝片207從閉合線圏極面224移開。結果，這個電樞移動可導致氣門 杆213提起氣門座並開始開啟埠 219。
氣門交替運轉的發動機可展示不合適的汽缸空燃比的變化。所述變化可由在不同 汽缸循環期間吸入不同空氣量產生，即使當交替式氣門的氣門正時基本上相同。空燃 比變化可由每個汽缸循環的吸入不同汽缸空氣量的汽缸產生。這可由例如汽缸端的形 狀差異或氣門驅動器差異產生。由於偏離所需的汽缸空燃比的空燃比變化可增加發動 機排放並降低發動機扭矩控制，因此需要減輕汽缸空燃比偏差。
現參閱圖3，顯示了控制汽缸空燃比的模擬的交替式進氣門策略的例子。在交替 式氣門策略中，在汽缸的交替的循環期間運轉(開啟和關閉)汽缸的兩個進氣門或兩 個排氣門。在一個例子中，汽缸循環為四衝程或720度曲軸轉角，在"0度曲軸轉角 間隔內運轉兩個進氣門中的第一個，而不運轉第二進氣門，然後在下一個720度曲軸 轉角內運轉第二進氣門，而不運轉第一進氣門。這樣，經過i"o度曲軸角時間間隔， 兩個不同的進氣門中的每一個運轉一次或多次。
在圖3中，標示為"氣門A"的氣門軌線表示在汽缸內運轉的第一進氣門。圖示 說明了用於多缸發動機的一個汽缸的氣門正時。標示為"氣門B"的氣門軌線表示在相 同汽缸內運轉的第二進氣門。進氣門軌線"A"的左手側標示為"0"和"C"。所述"0" 在氣門軌線接近"0"時識彆氣門為開啟。所述"C"在氣門軌線接近"C"時識彆氣門 為關閉。每個氣門軌線通過細分氣門軌跡線的垂直標記可關聯至發動機位置。所述數 目與數字右邊的垂直標記相關聯。數字O對應於所述說明的汽缸的上止點壓縮衝程。
進氣門開啟事件303和305表示進氣事件，其中對於氣門"A"和"B"的所述氣
門開啟持續時間基本上相同(例如士4度曲軸轉角)。當所需汽缸空氣量(例如在汽缸 循環期間吸入汽缸內的所需空氣量)基本上恆定(例如，土0.5發動機載荷)時、當發 動機轉速基本上恆定(例如土1S0RPM)時以及當基本上相等的氣門正時導致在不同汽 缸循環期間基本上恆定的發動機空氣量被吸入至汽缸內時，交替式氣門的氣門開啟持 續時間可基本相同。在另一個例子中，如果在每個汽缸循環期間需要改變汽缸空氣量 以及如果基本相等的氣門正時改變汽缸吸入空氣量，可做出基本相同的進氣門正時。進氣門開啟事件306和311提供一個當氣門運轉在交替的汽缸循環期間氣門正時 是如何改變以調節汽缸空燃比的說明。氣門開啟事件306發生在與氣門開啟間隔303 相同的曲軸位置，但是氣門開啟事件306在關閉事件307處提前結東。這樣減少了汽 缸進氣。虛線說明了氣門關閉事件308,其顯示用於對比在氣門開啟事件303和顯示在 306和307處的氣門轉換之間的氣門開啟事件之間的不同的氣門正時持續時間。也就 是，氣門事件303具有與由轉換306和308表示的虛線氣門開啟事件相同的持續時間。 因此，氣門轉換306和307之間的氣門開啟事件的持續時間相較於通過氣門開啟事件 303的氣門開啟持續時間來說明的氣門開啟持續時間要短。
另一方面，在轉換311處開始的氣門開啟事件相較於在305處的氣門開啟事件增 加了氣門開啟時間。在311處開始的氣門開啟事件在轉換310處結東。虛線說明了氣 門關閉事件309,其顯示用於對比在氣門開啟事件305和顯示在311和310處氣門轉換 之間的氣門開啟事件之間的不同的氣門正時持續時間。顯然地，在311和310處的氣 門轉換之間的氣門開啟事件在持續時間上相較於通過氣門開啟事件305的氣門開啟持 續時間來說明的氣門開啟持續時間要長。
在306和311處開始的氣門開啟事件表示氣門正時可用於改變運轉有交替的氣門 的汽缸的空燃比的一個方法。在這個例子中，來自對應於在303和305處的進氣門開 啟的吸入事件的反饋與所需汽缸進氣量進行比較。當所需汽缸進氣量少於當氣門"A" 開啟時吸入至汽缸內的空氣量時，可減少氣門"A"開啟持續時間以使被吸入汽缸內的 空氣量與所需汽缸進氣量基本上相匹配。這由氣門轉換306和307表示。當所需汽缸 進氣量多於當氣門"B"開啟時吸入至汽缸內的空氣量時，可增加氣門"B"開啟持續 時間以使被吸入汽缸內的空氣量與所需汽缸進氣量基本上相匹配。這由氣門轉換311 和310表示。因此，進氣門交替運轉的汽缸的單個氣門正時可用於控制汽缸空燃比。
注意的是圖6中描述的方法能夠控制如圖3中顯示的汽缸空燃比。此外，當發動
機運轉有交替的氣門時，調節氣門相位(例如，相對於曲軸位置的氣門開啟和/或關閉 位置，無論氣門開啟持續時間是否改變)的氣門正時也可用於調節汽缸空燃比。如果 調節氣門相位，可延遲氣門正時以減少汽缸進氣量且可提前氣門正時以增加汽缸進氣。 在另一個實施例中，如果發動機控制器確定運轉有交替的氣門正時的汽缸偏離了 以所需空燃比運轉，則隨後可調節噴射進汽缸的單個進氣道的燃料量。這個動作允許 發動機控制器去補償汽缸空氣燃料混合物的差別，而不必要去調節用於運轉在汽缸的 不同循環期間(例如，每個氣門每隔一個汽缸循環運轉並且氣門在不同汽缸循環期間 運轉)的兩個氣門的氣門正時。同樣注意的是可在一些情況下增加或減少兩個氣門正 時持續時間。
現參閱圖4,顯示了用於控制汽缸空燃比的模擬的交替式進氣門策略的另一個例 子。圖示說明了多缸發動機的一個汽缸的氣門正時。圖4中顯示的氣門軌線的標記遵 循的慣例與顯示在圖3中的相似。標記的"汽缸1噴射器A"的信號表示用於將燃料輸送至汽缸內的燃料噴射器信號。同樣地，標記的"汽缸1噴射器B"的信號表示用於將 燃料輸送至汽缸內的另一個燃料噴射器信號。也就是，所述汽缸配置有兩個燃料噴射 器， 一個指向通過氣門"A"供應空氣的進氣道，也就是噴射器"A",另一個指向通過 氣門"B"供應空氣的進氣道，也就是噴射器"B"。這種設置允許發動機控制器將兩個 不同的燃料量供應至兩個不同的進氣道。結果，可用這種將燃料噴射事件與具體的進 氣門開啟事件相聯繫或安排的方法將不同的燃料量輸送至汽缸。
在圖4中，進氣門開啟事件401、 407、 403和410在開啟持續時間上基本相同。 然而，如上面所提及，這不能確保在交替式氣門開啟事件(即，在不同汽缸循環內當 不同氣門開啟時)之間吸入至汽缸內的空氣量相同。這個實施例調節噴射器正時以獲 得所需汽缸空燃比，即使氣門正時允許吸入不同空氣量至汽缸。所述在402和404處 的噴射事件(例如，當燃料噴射進汽缸氣道內時)表示基本上相同的噴射事件持續時 間(例如，±2ms)。如果反饋指示汽缸正在燃燒偏離所需空燃比的空氣燃料混合物， 可調節通過每個噴射器輸送的燃料。在420和422處開始的噴射事件顯示這樣的例子。
注意的是在405處識別為"*"的火花事件用於引發燃燒在噴射事件402處噴射 的燃料和在氣門開啟事件401處吸入的空氣。
在420處開始的噴射事件在409處結東並且在氣門開啟事件407期間吸入汽缸中。 在408處的虛線顯示作為前次噴射事件的持續時間的參照。也就是，如果噴射事件由 事件420和408限定，那麼噴射持續時間或燃料量可以與顯示在402處的相同。從這 個參照可看出在420處開始的噴射事件具有較所述在402處噴射事件減少的持續時間。 通過減少噴射持續時間，輸送至汽缸內的燃料量也減少了。結果，可增加具體的汽缸 循環的汽缸空燃比(例如，從13. 3: 1至14: 1)以使實際汽缸空燃比與所需空燃比相匹 配。
與進氣門開啟事件407關聯的燃燒事件通過火花事件413引發。可以看出413處 的火花事件比405處的火花事件更加提前。在這個例子中，火花被提前以平衡在由405 處的火花事件引發的燃燒事件和由413處的火花事件引發的燃燒事件之間的扭矩。
422處開始的噴射事件在411處結東並且在氣門開啟事件410期間吸入汽缸中。 412處的虛線顯示作為前次噴射事件的持續時間的參照。從這個參照可看出422處開始 的噴射事件具有較所述404處噴射事件增加的持續時間。通過增加噴射持續時間，輸 送至汽缸內的燃料量也增加了。結果，可減小具體的汽缸循環的汽缸空燃比(例如， 從15. 3: 1至14: 1)以使實際汽缸空燃比與所需空燃比相匹配。
與進氣門開啟事件410關聯的燃燒事件通過火花事件414引發。可以看出414處 的火花事件比406處的火花事件更加延遲。在這個例子中，火花被延遲以平衡在由406 處的火花事件引發的燃燒事件和由414處的火花事件引發的燃燒事件之間的扭矩。
注意的是圖6中描述的方法能夠控制如圖4中顯示的汽缸空燃比。此外，當發動 機運轉有交替式氣門時，調節氣門相位(例如，相對於曲軸位置的氣門開啟和/或關閉機運轉有交替式氣門時，調節氣門相位(例如，相對於曲軸位置的氣門開啟和/或關閉 位置，無論氣門開啟持續時間是否改變)的氣門正時也可用於調節汽缸空燃比。
現參閱圖5,顯示了用於控制汽缸空燃比的模擬的交替式進氣門策略的另一個例 子。圖示說明了多缸發動機的一個汽缸的進氣門正時。圖5中顯示的進氣門軌線和噴 射事件的標記遵循的慣例與顯示在圖3和4中的相似。該圖說明了一個實施例，其中 單個噴射器將燃料供應至相同汽缸的兩個進氣道內，並且每個汽缸循環內進氣門交替 運轉。
燃料噴射事件502和503與進氣門開啟事件500和504關聯。當502處噴射燃料 時，在500處的進氣門開啟事件期間其至少部分吸入汽缸內。502處噴射的一部分燃料 也通過進氣門"B"進入引導至汽缸內的汽缸進氣道內。該燃料停留在進氣道內直到504 處的進氣門開啟事件，然後該燃料中的至少一部分被吸入汽缸內。同樣地，在503處 噴射事件的一部分燃料停留在通過氣門"A"引導至汽缸內的進氣道內直到進氣道內的 一部分燃料在進氣門開啟事件507處被吸入。在503處噴射的另一部分燃料在進氣事 件504處被吸入。因此，對於通過一個具體的進氣道的每個吸入事件在該具體進氣道 處執行兩次噴射事件。
如果是通過使用基本上相同的進氣門正時和噴射基本上相同的燃料量的單個汽 缸的兩個燃燒事件獲得所需汽缸空燃比，則在交替的氣門事件期間輸送的燃料量可保 持基本上相同的量。然而，如果一個或兩個燃燒事件的空氣燃料混合物與所需空燃比 不同，那麼噴射的燃料量可用於補償後續的燃燒事件的空燃比。特別地，在具體的進 氣門開啟事件期間吸入的汽缸混合物可通過調節在進氣門開啟事件期間或就在其之前 發生的燃料噴射事件期間輸送的燃料量得到補償。
在一個例子中，燃料可在第一汽缸循環期間的第一時間噴射並在第二汽缸循環期 間的第二時間噴射；第一進氣門可在第一汽缸循環期間開啟而此時第二進氣門可保持 關閉，並且第二進氣門可在第二汽缸循環期間開啟而此時第一進氣門保持關閉；並且 燃料噴射器可在第一汽缸循環期間和在第二汽缸循環期間噴射燃料。
這個順序允許發動機控制器去改變在第一和第二噴射期間噴射的燃料量以使得 在第一和第二汽缸循環期間燃燒不同的汽缸空燃比。有兩個燃料噴射與每個單個進氣
門開啟相關聯。當第一進氣門保持關閉且第二進氣門開啟時，與第一進氣門相關聯的 第一燃料噴射在汽缸循環期間發生。與第一進氣門關聯的第一燃料噴射在第一進氣門 的進氣道內產生燃料蒸汽和燃料漿。當第二進氣門保持關閉且第一進氣門開啟時，與 第一進氣門關聯的第二燃料噴射在汽缸循環期間發生。因此，當各自的進氣門關閉時， 第一和第二進氣門中的每一個均與汽缸循環期間發生的第一燃料噴射相關聯。並且當
各自的進氣門開啟時，第一和第二進氣門中的每一個均與在汽缸循環期間發生的燃料 噴射相關聯。因此，在一個汽缸循環期間當具體的進氣門運轉時'與每個進氣門關聯 的第二燃料噴射事件可用於調節各自的汽缸空燃比。在一個例子中，與具體的進氣門開啟事件關聯的汽缸空燃比可通過限制第二燃料 噴射來調節。例如，如果跳過第二燃料噴射且沒有輸送燃料，則在隨後吸入事件期間 產生的汽缸空燃比通過在第一燃料噴射期間噴射的燃料量確定。然而，通過簡單地增 加在第二噴射期間的燃料量，汽缸空燃比可增大超過在第一燃料噴射期間輸送的燃料 量。因此，第二燃料噴射可用於調節汽缸空燃比控制的範圍。
在圖5中，508和514處開始的燃料噴射事件可從502和503處的前次噴射事件 調節。502和508處的噴射事件剛好在進氣門"A"開啟之前發生；因此，可對508處 開始的噴射事件做出調節以調節由520處火花事件引發的燃燒事件的空燃比。503和 514處的噴射事件剛好在進氣門"B"開啟之前發生；因此，可對514處開始的噴射事 件做出調節以調節由521處火花事件引發的燃燒事件的空燃比。
508處開始的燃料噴射事件在509處結東。510處的虛線用於提供參照，根據該 參照可在進氣門"A"開啟之前(即，502處)發生的上次燃料噴射指令和508處的燃 料噴射之間做出比較。由於氣門正時為恆定且508處開始的燃料噴射在持續時間上較 短，汽缸混合物相比於受502處噴射影響的汽缸混合物變得稀化。火花相較於505處 的火花在520處被提前以減輕可能伴隨汽缸空氣燃料混合物稀化的扭矩損失。
514處開始的燃料噴射事件在516處結東。這裡的虛線515也可提供參照，根據 該參照在進氣門"B"開啟之前(即，503處)發生的上次燃料噴射指令可與514處發 生的燃料噴射作比較。由於氣門正時為恆定且514處開始的燃料噴射在持續時間上較 長，汽缸混合物將相比於受503處噴射影響的汽缸混合物變得富化。火花相較於506 處的火花在521處被延遲以減輕可能伴隨汽缸空氣燃料混合物富化的扭矩損失。
現參閱圖6，顯示了示例空燃比控制校正算法的流程圖。在步驟601處，可確定 所需汽缸空氣量和排氣再循環(EGR)。在一個實施例中，搡作者要求(所需制動扭矩) 可通過感應踏板位置的傳感器119確定並且其可被轉換為所需制動扭矩。通過了解當 前發動機轉速和操作者要求，從經驗確定表或從回歸的數據可確定所需汽缸空氣量。 美國專利公告第7,072,758號中描述的方法可用於確定汽缸進氣量並且該申請在此全 部引入本文作為參考。特別地，該方法將發動機扭矩關聯於單個汽缸壓力並且使用回 歸法以確定將被輸送至單個汽缸內的燃料量。
有效汽缸或運行汽缸(active cylinder)的汽缸泵和摩擦損失可基於下面回歸 方程式A和B:formula see original document page 11
方程式A:
順4 =C0 +C, uc2 7抓+C3+C4 -iV 其中PMEPACT為泵平均有效壓力，C。-C4為存儲的預定多項式係數，V則為處 於進氣門開啟位置的汽缸容積，VEvc為處於排氣門關閉位置的汽缸容積，V^為進氣門關 閉位置的汽缸容積，及N為發動機轉速。氣門正時位置進氣門開啟(IVO)和進氣門關 閉(IVC)基於上組確定的氣門正時。方程式B:
其中FMEPACT為摩擦平均有效壓力，C。-C2為存儲的預定多項式係數，及N 為發動機轉速。
無效汽缸或停用汽缸(deactive cylinder)的汽缸泵和摩擦損失可基於下面回歸
方程式C和D: 方程式C:
層屍一-Co-Ci.TV + C^
其中PMEPDl
為發動機轉速。 方程式D:
為摩擦平均有效壓力，C。-C2為存儲的預定多項式係數，及N
.為摩擦平均有效壓力，C。-C2為存儲的預定多項式係數，及N為發動機
其中FMEP 轉速。
下面進一步描述用於回歸和插值方法的詳細例子。 一維函數用於存儲用於有效和 無效汽缸的摩擦和泵多項式係數。用於確定係數的數據在足夠數量的發動機轉速點處 收集以提供所需扭矩損失精度。係數能夠插值在沒有數據存在的地方。例如，可收集 數據且可確定用於運轉在600, 1000， 2000和3000RPM的發動機的係數。如果隨後發 動機運轉在1500RPM，可從1000至2000RPM係數插值以確定用於1500RPM的係數。隨
後總的摩擦損失可由下面方程式中至少一個確定
層戶—[iV"附^/勿 i^ffiP勿+ M/附 FM五屍m, (G。c )]
或者 ^""^y'。'。/
Fikffi屍咖,=M峰".FM五P勿+ (1 - Mo咖").層l, 其中，Numcyl^為有效汽缸的數目，NumcyU"為無效汽缸的數目，Modfact為有效 汽虹的數目和汽缸總數目的比，以及FMEPt。ta,為總的摩擦平均有效壓力。總的泵損失可 由下面方程式中一個確定
順p—. [M/—,c, *魔屍似+ AWjVD。c *層L (W,)]
或者
戶ME屍她,=她咖".屍爐屍勿+ (1 -她咖") 屍她屍傲， 其中，Numcyhc'為有效汽缸的數目，Numcyl,為無效汽缸的數目，Modfact為有 效汽缸的數目和汽缸總數目的比，以及PMEPt。t"為總的泵平均有效壓力。基於期望曲線 擬合和策略複雜性，更多的或更少的多項式條件可用於PMEPA。'、 PMEPDM" 、 FMEPa"和 FMEP^t的回歸式中。基於壓力的損失可由下面方程式轉換為扭矩:
formula see original document page 13
其中，、為有效汽缸的置換容積。
隨後，可確定對於每個汽缸的指示平均有效壓力(IMEP),例如通過方程式:
7V腦cy/
formula see original document page 13
其中，Num-cylw為有效汽缸的數目，V。為有效汽缸的置換容積，SPKTR為基於從 最大扭矩的最小點火提前角(MBT)延遲的點火角的扭矩比，例如，產生最大扭矩力的 最小點火提前角。基於期望曲線擬合和策略複雜性，更多的或更少的多項式條件可使 用在回歸式中。可替代地，也可使用不同的估算公式。條件SPKTR可基於方程式
廠
其中，r^K為從最大扭矩的最小點火提前角(MBT)延遲的點火角處的扭矩，r
,為在MBT處的扭矩。在一個例子中，SPKTR的實際值可從基於下述的方程式的回歸式 確定
S屍證=C0 + q * As—2 + C2 * A—2 * W + C3 * A—2 *鵬TW
其中，C。-C3為存儲的預定多項式係數，N為發動機轉速，IMEP附T為IMEP在MBT處
的點火正時。取決於從MBT處延遲的點火正時，SPKTR的值的範圍可為從O至1。
在一個例子中，對於每個汽缸來說單個汽缸燃料質量可由下面的方程式確定 附,=C0 +C\ *iV + C2 *^1F7 + C3 *^FJ 2 +c4 "AffiP + q * ZM五屍2 +C6
其中mr為燃料質量，C。-C6為存儲的預定多項式係數，N為發動機轉速，AFR為空 燃比，且IMEP為指示平均有效壓力。如上面顯示，基於期望曲線擬合和策略複雜性， 額外的或更少的多項式條件可使用在回歸式中。例如，也可包括發動機溫度、進氣溫 度及高度的多項式條件。
所需進氣量可由所需進料量確定。在一個例子中，無論有或沒有排氣傳感器反饋， 預定的空氣燃料混合物(基於發動機轉速、溫度和負載)可用於確定所需空燃比。此 外，當以交替的氣門模式運轉時，對於不同的汽缸氣門需要具有不同的所需空燃比。 也就是，可能需要具有與第一進氣門運轉關聯的第一空燃比，並需要具有與第二進氣 門運轉關聯的第二空燃比。這樣，在交替的汽缸循環、交替的空燃比的燃燒混合物期 間，汽缸可具有交替的氣門運轉。
從上面確定的燃料質量可乘以所述預定的所需空燃比以確定所需汽缸空氣量。所 需空氣品質可從下面的方程式確定其中，ma為進入汽缸內的所需空氣品質，mf為進入汽缸內的所需燃料質量，且AFR 為所需空燃比。
此外，EGR可通過檢索含有通過經驗確定的EGR量的表來確定。表項目的特定值 基於發動機排放、燃燒穩定性和燃料經濟性。此外，所述表可以通過發動機轉速、發 動機溫度和汽缸負載來檢索。然後程序進入至步驟603。
在步驟603處，決定運轉帶有兩個同時運轉的氣門的汽缸，還是運轉帶有交替的 氣門的汽缸。從步驟601確定的所需汽缸空氣量與在當前發動機轉速下使用交替的氣 門模式和同時氣門模式的可變的汽缸空氣量的範圍相比較。此外，由於汽缸空氣量可 為可用汽缸容積和EGR量的函數，在步驟601處確定的EGR的量可用於確定EGR量和 汽缸空氣量的結合在交替的氣門模式和同時氣門模式下是否可能。如果所需汽缸空氣 量和EGR量不在交替的氣門模式內，則然後氣門運轉於同時氣門模式並且程序在步驟 605處的決定之後退出。同樣，如果發動機扭矩需求或發動機負載已改變很大，然後程 序可配置在步驟605處的決定之後退出。這允許程序僅在發動機運轉在充分穩態狀況 時去適應氣門正時，如果需要的話。
在確定所需汽缸進氣量和所需氣門模式後，可確定氣門正時。程序通過檢索一個 或多個表和/或具備在當前發動機轉速下產生所需汽缸進氣量的由經驗確定的氣門正 時的函數確定基本氣門正時。每個氣門模式可被分配特定表和/或可輸出用於具體氣門 模式的氣門正時的函數。此外，當汽缸(i)以相同的或不同的模式運轉時，可為氣門 (j)和U+l)分配不同的氣門正時。例如，當汽缸以交替的氣門模式運轉時，每個 氣門可被分配不同的基本氣門正時。這樣，如果需要的話，可對於每個汽缸模式確定 唯一的氣門正時。類似的，可為不同的汽缸運轉狀況分配基本燃料噴射正時。
如果選擇了交替式氣門模式且發動機處於所需的狀況，然後程序進入至步驟605處。
在步驟605處，程序確定氣門是否將以交替的模式運轉和運轉的模式是否有益於 調節氣門正時和/或噴射正時(噴射正時包括當燃料被輸送至相對於發動機位置的汽缸 和通過燃料噴射器輸送的燃料量)。如果在步驟603處選擇了交替的氣門模式以及如果 發動機運轉在所需狀況，然後程序進入至步驟607。否則，程序退出。
在步驟607處，程序確定是否去運轉一個或另一個具體汽缸的特定進氣門。程序 記錄在以交替的氣門模式運轉的每個汽缸的上個交替的氣門循環期間運轉哪個氣門。 如果自發動機啟動起還沒有交替的氣門循環，則程序可配置以總是用一特定的氣門啟 動或做出隨機的氣門分配。如果特定的進氣門(例如開啟和關閉)在汽缸的上個循環 運轉了，則選擇沒有在上個循環運轉的進氣門以在當前或下個汽缸循環運轉。然後， 程序進入步驟609。
在步驟609處，程序確定上次以交替的氣門模式運轉的每個汽缸和每個氣門的汽缸進氣誤差和汽缸空燃比誤差。由於氣門(j)每隔一個汽缸(i)的汽缸循環運轉一 次，上次運轉的氣門(j)進入汽缸的空氣量存儲在存儲器內。這個存儲值減去在汽缸 (i )內的上次運轉的氣門(j )處的所需汽缸空氣量，其結果為汽缸(i )氣門(j ) 的汽缸進氣量誤差。對於每個汽缸(i)氣門(j)組合確定並存儲汽缸進氣量誤差。
注意(i)和a)為描述具體汽缸和氣門組合的整數變量。
同樣的，確定對於上次以交替的氣門模式運轉的每個汽缸(i)氣門(j)組合的 空燃比誤差。由於在汽缸(i)中的氣門(j)僅每隔汽缸(i)的一個汽缸循環運轉一 次，上次氣門(j)運轉的空燃比存儲在存儲器中。用上次氣門(j)運轉的所需汽缸 空燃比的量減去這個值，其結果為汽缸(i)氣門(j)組合的汽缸空燃比誤差。在一 個例子中，通過使用氧傳感器感應在燃燒事件之後的具體時間的排氣確定汽缸空燃比 以確定用於燃燒事件的汽缸空燃比。程序進入至步驟611。
在步驟611處，程序決定是否做出氣門正時調節、燃料量調節或燃料量和氣門正 時二者的調節。在一個實施例中，如果程序確定實際的發動機扭矩偏離所需發動機扭 矩，則調節氣門正時和燃料量。如果實際發動機扭矩接近所需發動機扭矩，但發動機 空燃比偏離所需空燃比，則需要僅調節氣門正時或僅調節燃料量。然而，需要時燃料 噴射器正時和氣門正時可在同一汽缸循環內調節。
在一個例子中，在汽缸空燃比偏離所需空燃比情況下，做出調節初始氣門正時調 節，並且如果在相同的特定進氣門在運轉時經過另一個汽缸循環發生偏離，則做出燃 料調節。在不同汽缸循環期間可做出氣門正時和燃料量的進一步調節直至基本上消除 或減小空燃比偏離。噴射器正時和氣門正時的調節與具體的汽缸和具體的氣門有關係。 也就是，可對在具體的汽缸循環期間運轉的具體氣門的正時和具體的噴射器的正時做 出調節。例如，如果在第三號汽缸的一個具體的循環期間當第二號氣門運轉時第二號 燃料噴射器噴射燃料，隨後當下次在第三號汽缸中第二號氣門運轉時可做出第二號燃 料噴射器和第二號氣門的正時調節。程序保持在具體的汽缸(i)和氣門(j)組合的 上個汽缸循環中發生的上個調節類型的記錄。
如果程序確定汽缸進氣量和空燃比在具體的汽缸U)氣門(j)組合的所需範圍 內，程序可停止對噴射器和氣門正時控制的更新。程序進入至步驟613。
在步驟613處，程序決定是否做出氣門正時調節。基於在步驟611處確定的調節， 程序確定是否要做出特定的氣門正時調節或是否應該繞過氣門調節程序。如果需要氣 門調節，程序進入步驟615處。如果不需要，則程序進入步驟619。
在步驟615處，程序確定用於運轉在汽缸(i)的當前或下個汽缸循環的氣門(j) 的特定的氣門正時調節。注意的是一些氣門控制系統將允許在氣門循環期間當氣門將 要運轉時確定氣門正時。其他氣門系統將要求在計劃的氣門運轉之前的一個或多個氣 門循環確定氣門正時。因此，取決於氣門控制器配置在下一個汽缸循環或當前汽缸循 環時可計劃氣門正時的調節。為了確定氣門正時調節，當氣門(j)運轉在汽缸(i)的前次汽缸循環期間時， 程序確定汽缸進氣量誤差。由於氣門(j)僅每隔一個汽缸(i)的汽缸循環運轉一次 通過上次運轉的氣門(j)進入汽缸的空氣量存儲在存儲器內。用運轉在汽缸(i)的 上次氣門(j)處的所需汽缸空氣量減去該值，其結果為汽缸(i)氣門(j)組合的汽 缸進氣量誤差。可對以交替的氣門模式運轉的所有汽缸做出該確定。程序進入至步驟 617。
汽缸進氣量誤差用於確定從與在汽缸(i)中運轉的氣門(j)關聯的基本氣門正 時加上或減去的調節量。在一個實施例中，汽缸(i)氣門(j)組合的進氣量誤差乘 以增益項，其結果被加至在步驟603處確定的基本氣門正時。在另一個實施例中，幾 何氣門模型可用於估算用來消除在當前發動機轉速和運轉狀況下汽缸進氣量誤差所需 要的氣門提前或延遲關閉的量。在美國專利公告第6,850，831號中描述的幾何模型為 一可基於汽缸進氣誤差確定氣門調節的模型，因此其在此全部被引入作為參考的意圖。 程序進入至步驟617。
在步驟617處，程序將在步驟615處確定的氣門調節存儲進存儲器內。在一個實
施例中，氣門調節存儲在以發動機轉速和汽缸負載作為索引的陣列中。程序進入步驟 619。
在步驟619處，程序決定是否做出燃料噴射器正時調節。基於在步驟611處確定 的調節，程序確定是否要做出特定的燃料噴射器正時調節，或者是否應該繞過燃料噴 射器調節程序。如果需要燃料噴射器調節，程序進入至步驟621。如果不需要，則程序 進入至步驟625。
在步驟621處，程序確定用於將在汽缸(i)的當前或下個汽缸循環運轉的氣門 (j)的燃料噴射器調節。注意的是一些噴射控制系統將允許在汽缸(i)的當前汽缸 循環時確定噴射正時，而其他噴射控制器將要求在汽缸(i)的前次汽缸循環時確定噴 射正時。因此，取決於噴射器控制器配置在當前循環期間或者在過去的汽缸循環期間 可計劃噴射正時的調節。當氣門(j)運轉在汽缸(i)的上個汽缸循環時，程序確定 汽缸空燃比誤差。
在一個實施例中，在氣門(j)被打開以允許空氣被吸入至汽缸(O內的汽缸循環 期間，在汽缸(i)內發生燃燒之後的特定時間處從排氣中取樣來確定汽缸空燃比誤差。 排氣中的氧濃度提供汽缸中燃燒的空燃比的推斷。用所需汽缸空燃比減去基於排氣的 空燃比以確定在具體汽缸循環期間與汽缸(i)內的氣門(J)的運轉關聯的空燃比誤 差。在一個實施例中，空燃比誤差乘以增益項，然後將其結果加至與在當前發動機運 轉狀況下汽缸U)的汽缸循環期間運轉的氣門(j)關聯的基本噴射正時。
當單個噴射器用於對準汽缸的兩個進氣道時，對在氣門(j)開啟時或剛好在氣
門開啟之前發生的噴射事件做出燃料調節。當然，增加或減少剛好在氣門U)開啟之 前或開啟時的輸送的燃料量可影響當氣門U+l)開啟(例如在相同汽缸內的其他氣門)時帶來的燃料漿。因此，也可以更新剛好在氣門(j)的氣門開啟事件之前輸送的燃料 以反映燃料漿內的改變，所述燃料漿預期在氣門(j + l)開啟時吸入至汽缸內。程序進 入步驟623。
在步驟623處，程序將在步驟621處確定的噴射調節存儲進存儲器內。在一個實
施例中，噴射器調節存儲在以發動機轉速和汽缸負載作為索引的陣列中。程序進入步 驟625。
在步驟625處，程序決定是否更新汽缸氣門正時和/或燃料噴射器正時。如果程 序從前述步驟的運轉確定調節是所需要的，然後程序進入至步驟627。否則，程序退出。
在步驟627處，程序輸出調節的氣門正時和/或燃料噴射器正時。在步驟615處 確定的氣門調節可與在步驟603處確定的基本氣門正時結合以產生使實際汽缸進氣量 接近所需汽缸進氣量的修正的氣門正時。修正的氣門正時可被發送至專用的氣門控制 器或者可通過發動機控制器直接應用至氣門。
同樣地，在步驟621處確定的燃料噴射器調節可與在步驟603處確定的基本噴射 器正時結合以產生可使實際的汽缸空燃比接近所需汽缸空燃比的修正的噴射器正時。 可從發動機控制器對噴射器做出修正的噴射器正時。在輸出新的噴射器正時指令和/或 氣門正時之後，程序退出。
注意的是可在程序退出之前將額外的步驟加至程序，從而可響應任何氣門或噴射 器正時調節來調節點火正時。特別地，如果汽缸進氣量減少或如果汽缸空燃比增大， 可提前點火。另一方面，如果汽缸進氣量增加或如果汽缸空燃比減小，可延遲點火。 應該認識到的是在具體汽缸循環期間基於具體氣門的運轉可調節點火。也就是，例如 在汽缸(i)的一個循環期間當氣門(j)運轉比當氣門(j+l)運轉時可提前或延遲點 火。
如本領域普通技術人員應明白地，描述在圖6中的程序可表示任何數目處理策略 (例如，事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等)中的一個或多個。這樣，說明的 多種步驟或功能可以說明的順序、並行或在一些情況下忽略等方式執行。同樣地，處 理的順序並不是完成目標、特徵和本文描述的優點所必要，而是為了易於說明和描述 而提供。儘管沒有明確的說明，本領域普通技術人員會認識到取決於具體使用的策略
可重複執行說明的步驟或功能中的一個或多個。
這裡結東描述。本領域技術人員通過閱讀本文可想出多種變更和修改而不脫離本 發明的精神和範圍。例如，本描述也可使用以天然氣、汽油、柴油或可替代燃料配置 的直列3缸(13)、直列4缸(14)、直列5缸(15)、 V形6缸(V6)、 V形8缸(V8) 、 V形 10缸(VI0)和V形12缸(VI2)發動機以實現優點。
權利要求
1.一種用於調節具有可變氣門正時的內燃發動機的至少一個汽缸的空燃比的方法，該方法包括運轉具有第一進氣門和第二進氣門的內燃發動機的至少一個汽缸；在交替的汽缸循環期間運轉所述第一進氣門和所述第二進氣門；及響應被吸入至所述汽缸內的汽缸進氣量調節所述第一進氣門或所述第二進氣門的正時，所述汽缸進氣量在汽缸循環期間吸入，所述汽缸循環發生在所述調節過的正時用於汽缸循環之前的所述汽缸的兩個汽缸循環。
2. 如權利要求l所述的方法，其中，所述內燃發動機正運轉在穩態狀況。
3. 如權利要求l所述的方法，其中，所述第一進氣門和所述第二進氣門為電動氣門。
4. 如權利要求l所述的方法，其中，所述第一進氣門或所述第二進氣門的進氣門 的關閉位置遲於其他進氣門。
5. —種用於調節具有可變氣門正時的內燃發動機的至少一個汽缸的空燃比的方 法，該方法包括運轉具有第一進氣門和第二進氣門的內燃發動機的至少一個汽缸；在所述汽缸的第一循環期間開啟所述第一進氣門至少一次並且在所述汽缸的第二 循環期間保持所述第一進氣門關閉，所述汽缸的所述第二循環跟隨所述汽缸的所述第一循環；在所述第一汽缸循環期間保持所述第二進氣門關閉並且在所述第二汽缸循環期間 開啟所述第二進氣門至少一次；及在所述第一汽缸循環和第二汽缸循環期間相對於所述內燃發動機的曲軸位置以不 同的正時開啟所述第一進氣門和所述第二進氣門。
6. 如權利要求5所述的方法，其中，所述第一進氣門和所述第二進氣門為電動氣門。
7. 如權利要求5所述的方法，其中，所述第一進氣門或所述第二進氣門的進氣門 的關閉位置遲於其他進氣門。
8. 如權利要求5所述的方法，其中，在所述第一汽缸循環期間輸送的燃料量不同於在所述第二汽缸循環期間輸送的燃料量。
9. 如權利要求5所述的方法，其中，所述第一汽缸循環和所述第二汽缸循環之間的燃料輸送的正時不同。
10. 如權利要求8所述的方法，其中，將燃料直接噴射進所述汽缸內。
11. 如權利要求8所述的方法，其中，將燃料噴射進所述汽缸的進氣道內。
12. —種用於調節具有可變氣門正時的內燃發動機的至少一個汽缸的空燃比的方法，該方法包括運轉具有第一進氣門和第二進氣門的內燃發動機的至少一個汽缸； 在所述至少一個汽缸的交替的汽缸循環期間運轉所述第一進氣門和第二進氣門；及在所述第一進氣門運轉的汽缸循環期間的燃料噴射正時不同於在所述第二進氣門 運轉的汽缸循環期間的燃料噴射正時。
13. 如權利要求12所述的方法，其中進所述汽缸內。
14. 如權利要求12所述的方法，其中缸內。
15. 如權利要求12所述的方法，其中氣門。
16. 如權利要求12所述的方法，其中 間正時燃料噴射。
17. —種控制車輛中內燃發動機的汽缸內的電動氣門的方法，所述方法包括 運轉具有第一進氣門和第二進氣門的內燃發動機的至少一個汽缸； 在所述汽缸的第一循環期間運轉所述第一進氣門並且在所述汽缸的第二循環期間保持所述第一進氣門關閉，所述汽缸的所述第二循環跟隨所述汽缸的所述第一循環；在所述第一汽缸循環期間保持所述第二進氣門關閉並且在所述第二汽缸循環期間開啟所述第二進氣門；及在所述第一汽缸循環期間和第二汽缸循環期間相對於所述內燃發動機機的曲軸位 置的以基本相同的正時開啟所述第一進氣門和所述第二進氣門。在所述第一汽缸循環期間和所述第二汽缸循環期間將不同量的燃料噴射至所述汽 缸的；及在所述第一和所述第二汽缸循環期間傳輸不同點火正時。
18. 如權利要求17所述的方法，其中，通過單個進氣道燃料噴射器噴射燃料。
19. 如權利要求17所述的方法，其中，通過單個噴射器將燃料直接噴射進所述汽缸內。,通過單個噴射器或兩個噴射器將燃料噴射 ，通過單個噴射器將燃料直接噴射進所述汽 ,所述第一進氣門和所述第二進氣門為電動 ,在所述第一進氣門運轉的所述汽缸循環期
全文摘要
本發明提供一種用於控制交替式氣門發動機的空燃比的方法，包括運轉具有第一進氣門和第二進氣門的內燃發動機的至少一個汽缸；在交替的汽缸循環期間運轉所述第一進氣門和所述第二進氣門；及響應被吸入至所述汽缸內的汽缸進氣量調節所述第一進氣門或所述第二進氣門的正時，所述汽缸進氣量在汽缸循環期間吸入，所述汽缸循環發生在所述調節過的正時用於汽缸循環之前的所述汽缸的兩個汽缸循環。依據所述方法，通過在汽缸循環期間改變氣門正時或燃料正時可調節發動機的空燃比。本發明的方法可以減少發動機的排放。
文檔編號F02B15/00GK101408126SQ200810169670
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月8日 優先權日2007年10月9日
發明者亞歷山大·奧康諾·吉布森, 伊爾亞·弗拉迪米爾·科爾馬納弗斯凱, 剛 宋, 約翰·奧塔維奧·米歇裡尼 申請人:福特環球技術公司