補償隨選排量系統由於老化產生的響應偏移的製作方法
2023-06-03 21:34:36
專利名稱：補償隨選排量系統由於老化產生的響應偏移的製作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機，並且更特別的是涉及控制隨選排量(displacement on demand)發動機中的發動機運行的發動機控制系統。
背景技術：
某些內燃機包括發動機控制系統，其在特定的低負載運行狀態下使汽缸不起作用。比如，使用四個汽缸，操作一個八汽缸的發動機，以通過減少泵動損失(pumping loss)來提高燃料經濟性。該過程通常被稱為隨選排量或DOD。使用所有發動機汽缸的操作被稱為激活模式。去活模式指的是使用少於所有發動機汽缸(一個或多個汽缸不起作用)的操作。
在去活模式下，有較少的點火汽缸。從而，可以使用較小的驅動扭矩來驅動車輛的動力傳動系統和附件(例如交流發電機、冷卻劑泵、A/C壓縮機)。但是，因為不起作用的汽缸不接收和壓縮新鮮的吸入空氣，所以減少了空氣泵動損失，從而提高了發動機的效率。
實施挺杆油管組件(lifter oil manifold assembly(LOMA))來激活和去活選擇的發動機汽缸。該LOMA包括一系列與相應汽缸關聯的挺杆和螺線管。有選擇地激勵螺線管，以使液壓流體流到挺杆以抑制閥門挺杆操作，從而使相應的汽缸不起作用。
基於螺線管、液壓系統、挺杆和其他的LOMA部件的物理特性，一個控制系統產生LOMA系統響應時間估計。當激活或去活汽缸時，實施該響應時間估計來抑制誤時誤差。傳統上，響應時間估計是基於使用模擬的或實際的LOMA系統測試產生的測試或定時數據。然而，該測試或定時數據無法解決由於部件老化而產生的響應時間偏差。
發明內容
因此，本發明提供了一種響應時間補償系統，用於在隨選排量發動機中控制發動機在激活和去活模式下運行。該響應時間補償系統包括一個挺杆油管組件(LOMA)系統和一個計數模塊，該挺杆油管組件(LOMA)系統調節受壓液流以便在激活和去活模式之間切換發動機的運行，該計數模塊監控LOMA系統的周期數。基於該周期數，一個響應因數模塊確定LOMA系統的響應因數，並且基於該響應因數，一個補償模塊生成LOMA系統的被補償的響應時間。
在一個特徵裡，基於周期數，從查找表中確定響應因數。
在另一個特徵裡，響應時間估計模塊生成一個所估計的響應時間。補償模塊將被補償的響應時間確定為響應因數和所估計的響應時間的積。
在另一個特徵裡，根據被補償的響應時間，一個控制模塊調節LOMA系統的運行。
從下文提供的詳細描述中，本發明應用的其他方面將顯而易見。應該知道雖然在描述本發明的優選實施例時，這些詳細的描述和特定的例子僅是為了描述起見，而不是有意限制本發明的範圍。
從詳細的描述和附圖中，本發明將被更充分地理解，其中圖1是一個功能方框圖，示出了根據本發明的車輛的動力系，該車輛的動力系包括一個隨選排量(DOD)發動機控制系統；圖2是DOD發動機的局部剖面圖，示出了一個挺杆油管組件(LOMA)和進氣閥門系(valvetrain)；圖3是示出了一個典型的LOMA系統的響應時間測試數據的曲線圖；圖4是示出了由本發明的響應時間補償控制系統實現的響應因數的曲線圖；圖5是一個流程圖，示出了本發明的響應時間補償控制；和圖6是一個功能方框圖，示出了執行本發明的響應時間補償控制的一個示意性模塊。
具體實施例方式
優選實施例的下列描述只不過本質上是示意性的，而決不是意圖限制本發明、其應用或用途。為了清楚起見，圖中使用相同的參考數字，以指示相同的元件。如在這裡所使用的，激活指的是使用所有發動機汽缸的操作。去活指的是使用少於所有發動機汽缸(一個或多個汽缸不起作用)的操作。如在這裡所使用的，術語模塊指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟體或固件程序的處理器(共用的、專用的或成組的)和存儲器、組合邏輯電路、和/或其他提供所述功能的合適的部件。
現在參照圖1，車輛10包括驅動變速器14的發動機12。變速器14是一個自動的或者手動的變速器，由發動機12通過相應的變扭器或離合器16驅動該變速器。空氣通過節氣門13進入發動機12內。發動機12包括N個汽缸18。在發動機工作期間，有選擇地使一個或多個選擇的汽缸18』不起作用。儘管圖1描述了八汽缸(N＝8)，但是應該知道，發動機12可以包括更多的或更少的汽缸18。比如，具有4、5、6、8、10、12和16個汽缸的發動機是預期的。空氣通過一個進氣管20進入發動機12內，並和燃料一起在汽缸18內燃燒。該發動機也包括一個挺杆油管組件(LOMA)22，該挺杆油管組件(LOMA)22使選擇的汽缸18』不起作用，如在下文中進一步詳細描述。
控制器24與發動機和如在此討論的各種輸入和傳感器進行通信。一個車輛操作人員操作加速器踏板26來調整節氣門13。更具體地是，踏板位置傳感器28產生一個踏板位置信號，該踏板位置信號被傳送給控制器24。基於該踏板位置信號，控制器24產生一個節氣門控制信號。基於該節氣門控制信號，一個節氣門傳動機構(未示出)調節節氣門13來調整流進發動機12內的空氣。
車輛操作人員操作制動踏板30來調整車輛的制動。更具體地，制動位置傳感器32產生一個制動踏板位置信號，該制動踏板位置信號被傳送給控制器24。基於該制動踏板位置信號，控制器24產生一個制動控制信號。基於該制動控制信號，一個制動系統(未示出)調節車輛制動來調整車輛的速度。基於發動機的速度，發動機速度傳感器34產生一個信號。基於進氣管20的壓力，進氣管絕對壓力(MAP)傳感器36產生一個信號。基於節氣門位置，節氣門位置傳感器(TPS)38產生一個信號。
當發動機12進入一個啟動去活模式的工作點時，控制器24將發動機12轉換到去活模式。在一個示例性的實施例裡，N/2個汽缸18不起作用，儘管一個或更多的汽缸可以不起作用。一去活選擇的汽缸18』，控制器24增加剩餘的或激活的汽缸18的功率輸出。去活的汽缸18』的進氣和排氣口(未示出)被關閉以減少泵動損失。
基於進氣MAP、汽缸模式和發動機速度，確定發動機負載。更特別地是，如果MAP低於給定RPM的閾值，則發動機負載被認為是輕的，並且發動機12可能運行在去活模式下。如果MAP高於給定RPM的閾值，發動機負載被認為是重的，並且發動機12運行在激活模式下。基於螺線管控制，控制器24控制LOMA 22，如在下文中進一步詳細描述。
現在參照圖2，發動機12的進氣閥門系40包括一個進氣閥門42、一個搖杆44和與每個汽缸18關聯的推桿46。發動機12包括一個可旋轉驅動的凸輪軸48，其具有沿其布置的多個閥凸輪50。閥凸輪50的凸輪面52與挺杆(下面詳細討論的)和推桿46接合，以使進氣閥門42位於其內的進氣口53循環地打開和關閉。通過一個偏置元件(未示出)、諸如彈簧，使進氣閥門42偏置於關閉位置。從而，通過搖杆44把偏置力傳遞到推桿46，使得推桿46壓靠在凸輪面52上。
隨著凸輪軸48旋轉，閥凸輪50引起相應的推桿46線性運動。隨著推桿46向外運動，搖杆44繞著軸(A)旋轉。搖杆44的旋轉使進氣閥門42朝打開位置運動，從而打開進氣口53。隨著凸輪軸48連續旋轉，偏置力使進氣閥門42運動到關閉位置。以這種方式，進氣口53被循環地打開以允許空氣進入。
儘管發動機12的進氣閥門系40如圖2所示，但是應該知道發動機12也包括以類似方式運行的一個排氣閥門系(未示出)。更具體地，該排氣閥門系包括排氣閥門、搖杆和與每個汽缸18關聯的推桿。凸輪軸48的旋轉導致排氣閥門往復運動，以打開和關閉相關的排氣口，與上面針對進氣閥門系所述的類似。
LOMA22提供受壓流體給多個挺杆54，並包括與選擇的汽缸18』(見圖1)關聯的螺線管56(示意性示出)。當在去活模式下操作發動機12時，選擇的汽缸18』是那些不起作用的汽缸。挺杆54被布置在進氣和排氣閥門系內，以在凸輪50和推桿46之間提供一個接口。更具體地說，挺杆54有選擇地使相應的推桿46產生線性運動。一般來說，對每個選擇的汽缸18』來說，都提供兩個挺杆54(一個挺杆用於進氣閥門42，而一個挺杆用於排氣閥門)。不過可以預料到有更多的挺杆54與每個選擇的汽缸18』關聯(也就是說，每個汽缸18』多個進氣或排氣閥門)。LOMA 22還需要一個壓力傳感器58，該壓力傳感器58產生壓力信號，該壓力信號指示供應給LOMA 22的液壓流體的壓力。可以預料到能實現一個或多個壓力傳感器22。
與選擇的汽缸18』關聯的每一個挺杆54都在第一和第二模式之間液壓驅動。第一和第二模式分別對應於激活和去活模式。在第一模式下，挺杆54在凸輪50和推桿46之間提供機械連接。以這種方式，凸輪50使得挺杆54線性運動，這被傳遞給推桿46。在第二模式下，挺杆54作為緩衝器以在凸輪50和推桿46之間提供機械分離。儘管凸輪50使得挺杆54線性運動，但是該線性運動不被傳遞給推桿46。挺杆54的更詳細的描述目前是預知的，因為挺杆及其運行對本領域的技術人員來說是公知的。
螺線管56有選擇地使液壓流體流到挺杆54，以便在第一和第二模式之間切換挺杆54。儘管通常有一個螺線管56與每個選擇的汽缸18』關聯(也就是說一個螺線管用於兩個挺杆)，但是可以預料到能實現更多的或更少的螺線管56。在打開和關閉位置之間，每個螺線管56驅動相關聯的閥門60(示意性示出)。在關閉位置，閥門60抑制了受壓的液壓流體流到相應的挺杆54。在打開位置，閥門60通過流體通道62使得受壓流體流到相應的挺杆54。從一個受壓的液壓流體源將受壓的液壓流體流提供給LOMA 22。
儘管沒有示出，但是這裡提供了一個示例性螺線管的簡單描述，以對本發明提供更好的理解。螺線管56通常包括一個電磁線圈和一個在線圈內同軸放置的活柱塞。柱塞在螺線管56和機械元件、諸如閥門60之間提供了機械接口。通過偏置力，柱塞被偏置到相對於線圈的第一位置。該偏置力能夠通過偏置元件、諸如彈簧或通過受壓流體給予。通過給線圈供應產生沿著線圈軸的磁力的電流，螺線管56被激勵。該磁力使柱塞線性運動到第二位置。在第一位置，柱塞保持閥門60處於其關閉位置，以抑制受壓的液壓流體流到相應的挺杆。在第二位置，柱塞驅動閥門60到其打開位置，以使得受壓的液壓流體流到相應的挺杆。
對因LOMA部件老化產生的偏差，本發明的響應時間補償控制系統補償一個估計系統響應時間(RTEST)。RTEST被定義為在命令螺線管56改變其狀態(即激活/去活)直到相應的挺杆54改變其模式(活性/非活性)之間的時間延遲。更具體地說，基於LOMA 22的周期數，響應時間補償控制確定一個響應因數(RF)。RTEST乘上RF，以提供一個被補償的響應時間(RTCOMP)。基於RTCOMP，調整發動機12在激活和去活模式之間切換。基於RT螺線管、液壓系統響應時間(RT液壓)和傳動機構響應時間(RT傳動機構)來確定RTEST。確定RTEST的一個典型的方法在共同受讓的美國專利公開號US 2002/0189575中公開，該申請於2000年5月17日提交並於2002年12月19日公開，其公開的內容通過引用被結合在此。一般來說，RTEST是根據LOMA系統電壓(VSYS)、液壓油的壓力(P油)和液壓油的溫度(T油)來確定的。
現在參照圖3和圖4，使用等效的LOMA系統，基於測試數據確定RT因數。更具體地說，在相當多的周期數(例如500,000個周期)內，監控基於實驗室的LOMA系統的響應時間。基於實驗室的LOMA系統包括一個同型號或者否則與螺線管56等效的螺線管。一個周期優選地被定義為螺線管從非激勵狀態到激勵狀態的一次切換，反之亦然。現對於周期畫出基於實驗室的LOMA系統的響應時間(見圖3)。該響應時間數據被擬合(fit)為多項式數據擬合。如圖4所示，多項式數據擬合被標準化，以對0周期提供1.00的響應因數(RF)。0周期指的是已經歷小數量的周期的部分。基於標準化的多項式數據擬合，可以預料到能得到一個查找表，已給定特定的周期數來提供RF。也可以預料到RF能從等式中計算出來，基於特定的周期數，該等式確定了多項式數據擬合。
當從非激勵狀態切換到激勵狀態(RTESTENG)時，本發明的響應時間補償控制系統能夠補償所估計的響應時間，以及當從激勵狀態切換到非激勵狀態(RTESTDENG)時，本發明的響應時間補償控制系統也都能夠補償所估計的響應時間。更具體地說，當補償RTESTENG時，響應時間補償控制系統實現激勵的響應因數(RFENG)。當補償RTESTDENG時，響應時間補償控制系統實現非激勵的響應因數(RFDENG)。如上所述的並且使用第一組表示從非激勵狀態切換到激勵狀態的響應時間數據確定RFENG。如上所述的並使用第二組表示從激勵狀態切換到非激勵狀態的響應時間數據確定RFDENG。以這種方式，基於給定的周期數，第一和第二查找表或者第一和第二等式被用來確定各自的響應時間因數。
現在參照圖5，詳細描述了該響應時間補償控制系統所執行的示例性步驟。在步驟100，控制確定螺線管56是否被切換(即從激勵狀態切換到非激勵狀態或者從非激勵狀態切換到激勵狀態)。如果螺線管不被切換，那麼控制環返回。如果螺線管被切換，那麼控制在步驟102處估計RTEST。在步驟104，基於周期數(k)，控制確定RF(例如RFENG，RFDENG)。k是在存儲器裡被更新和儲存的一個值，如在下文中進一步詳細描述。在步驟106，控制將RTCOMP確定為RTEST和RF的積。基於RTCOMP，在步驟108處，控制操作螺線管。在步驟110，控制使k加1。在步驟112，控制把更新的k值存儲到存儲器裡並結束控制。
現在參照圖6，響應時間補償控制系統可以包括多個、示例性的模塊。這些模塊包括補償模塊600、RT估計模塊602、周期計數模塊604和螺線管控制模塊606。基於k和RTEST，補償模塊600確定RTCOMP。基於VSYS、T油和P油，RT估計模塊602確定RTEST。基於RTCOMP，螺線管控制模塊606產生一個控制信號，並把更新信號發送給周期計數模塊604。基於該更新信號，周期計數模塊604更新k。
從前面的描述中，現在本領域的技術人員可以知道，本發明的概括性的教導是可以用多種形式實現的。因此，雖然結合其特定的實施例，本發明已經被描述了，但是本發明的真實範圍不應該被這樣限制，因為根據對附圖、說明書和下面的權利要求的研究，其他修改對熟練的專業人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種響應時間補償系統，用於在隨選排量發動機中控制發動機在激活和去活模式下的操作，其包括一個LOMA系統，其調整受壓流體流以在所述激活和所述去活模式下切換發動機的操作；一個計數模塊，其監控所述LOMA系統的周期數；一個響應因數模塊，其基於所述周期數，確定所述LOMA系統的響應因數；和一個補償模塊，其基於所述響應因數，生成所述LOMA系統的被補償的響應時間。
2.權利要求1的響應時間補償系統，其中所述響應因數是基於所述周期數從一個查找表中確定的。
3.權利要求1的響應時間補償系統，還包括一個響應時間估計模塊，其生成一個所估計的響應時間。
4.權利要求3的響應時間補償系統，其中所述補償模塊將所述被補償的響應時間確定為所述響應因數和所述所估計的響應時間的積。
5.權利要求1的響應時間補償系統，還包括一個控制模塊，其基於所述被補償的響應時間，調整所述LOMA系統的運行。
6.一個發動機控制系統，用於在隨選排量發動機中控制發動機在激活和去活模式下的操作，其包括具有螺線管的挺杆油管組件(LOMA)系統，其調整受壓流體流到其內部的其它部件；和一個控制模塊，其監控所述LOMA系統的周期數，基於所述周期數確定一個響應因數，而且基於所述響應因數確定所述LOMA系統的被補償的響應時間。
7.權利要求6的發動機控制系統，其中所述控制模塊確定所述LOMA系統的一個所估計的響應時間。
8.權利要求7的發動機控制系統，其中所述控制模塊將所述被補償的響應時間確定為所述響應因數和所述所估計的響應時間的積。
9.權利要求6的發動機控制系統，其中所述響應因數是基於所述周期數從一個查找表中確定的。
10.權利要求6的發動機控制系統，其中基於所述被補償的響應時間，所述控制模塊調整所述LOMA系統的運行。
11.在隨選排量發動機中控制發動機在激活和去活模式下的操作的方法，其包括監控一個LOMA系統的周期數，所述LOMA系統調整受壓流體流以在所述激活和所述去活模式之間切換發動機的操作；基於所述周期數，確定所述LOMA系統的響應因數；和基於所述響應因數，生成所述LOMA系統的被補償的響應時間。
12.權利要求11的方法，其中所述響應因數是基於所述周期數從一個查找表中確定的。
13.權利要求11的方法，還包括確定一個所估計的響應時間。
14.權利要求13的方法，其中所述被補償的響應時間被確定為所述響應因數和所述所估計的響應時間的積。
15.權利要求11中的方法，還包括基於所述被補償的響應時間調整所述LOMA系統的運行。
16.為LOMA系統補償系統響應時間的方法，所述LOMA系統在隨選排量發動機中調整發動機在激活和去活模式下的操作，其包括對一個等效的LOMA系統，生成測試數據；確定所述等效的LOMA系統的周期數和所述等效的LOMA系統的等效響應時間之間的關係；監控所述LOMA系統的周期數；基於所述周期數和所述關係，確定所述LOMA系統的響應因數；以及基於所述響應因數，生成所述LOMA系統的被補償的響應時間。
17.權利要求16的方法，其中所述響應因數是基於所述周期數從一個查找表中確定的。
18.權利要求17的方法，還包括基於所述關係和所述周期數生成所述查找表。
19.權利要求16的方法，還包括確定一個所估計的響應時間。
20.權利要求19的方法，其中所述被補償的響應時間被確定為所述響應因數和所述所估計的響應時間的積。
21.權利要求16的方法，還包括基於所述被補償的響應時間調整所述LOMA系統的運行。
全文摘要
一種用於在隨選排量發動機中控制發動機在激活和去活模式下的操作的響應時間補償系統包括一個LOMA系統和一個計數模塊，該LOMA系統調整受壓的流體流以在激活和去活模式之間切換發動機的操作，該計數模塊監控該LOMA系統的周期數。基於該周期數，一個響應因數模塊確定該LOMA系統的響應因數，並且基於該響應因數，一個補償模塊生成LOMA系統的被補償的響應時間。
文檔編號F01L9/00GK1821560SQ20061000906
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月17日 優先權日2005年2月18日
發明者W·C·阿爾伯特森, M·M·麥唐納 申請人:通用汽車環球科技運作公司