用於提高的燃料效率的內燃機控制的製作方法

2023-10-09 01:59:54 1

用於提高的燃料效率的內燃機控制的製作方法
【專利摘要】本發明記載了多種用於改進內燃機的燃料效率的方法和配置。通常，內燃機被控制以在跳越點火變排量模式中操作。反饋控制被用於動態地確定將跳過的工作循環從而提供期望的內燃機輸出。在一些實施例中，數量基本上得到優化的空氣和燃料在主動工作循環期間被輸送至工作腔室，這樣，點火的工作腔室就可以在靠近它們的最佳效率的效率下操作。在一些實施例中，適當的點火模式至少部分地使用預測的自適應控制來確定。作為實例，∑-△控制器可以為該目的很好地工作。在一些實現中，反饋包括指示實際和所需工作循環點火中的至少一個的反饋。在一些實施例中，適當的點火是由點火機會的基礎在點火機會上確定的。此外，在一些實施例中，內燃機當前旋轉速度的標記用作控制器的時鐘輸入，該控制器用於可選擇地使跳越工作循環被跳過。
【專利說明】用於提高的燃料效率的內燃機控制
[0001]本申請是申請日為2009年7月10日、申請號為200980126837.8、發明名稱為「用於提高的燃料效率的內燃機控制」的發明專利申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]該申請是2009年I月16日提交的編號為12/355，725的美國專利申請的部分繼續申請並且要求2008年7月11日提交的編號為61/080，192和2008年10月9日提交的編號為61/104，222的美國臨時專利申請的優先權。這些優先權申請中的每一個均在此引入作為參考並且全部題為:「用於提高的燃料效率的內燃機控制」。

【技術領域】
[0004]本發明總體上涉及內燃機和用於控制內燃機以更高效地操作的方法和配置。通常，所選的燃燒事件在內燃機的操作被跳過這樣其他工作循環就可以在更好的熱力效率下操作。

【背景技術】
[0005]現在存在多種通常使用的內燃機。大多數內燃機利用具有兩或四衝程工作循環的往復式活塞並且在遠低於它們的理論峰值效率的效率下操作。這種內燃機的效率這樣低下的原因之一是內燃機必需能夠在多種不同載荷下操作。因此，輸送到每個氣缸中的空氣和/或燃料的量通常會取決於期望的轉矩或功率輸出而改變。可以很好理解，當氣缸在允許完全或接近完全壓縮和針對氣缸尺寸和運行狀況定製的燃料噴射水平的特定狀況下操作時更高效。通常，當在最多空氣導入氣缸時可以找到內燃機的最好熱力效率，這通常輸送向內燃機的空氣未被節流時。然而，在使用節氣門調節進入氣缸的空氣流量的控制功率輸出的內燃機(例如許多客車中使用的奧託循環內燃機)中，在未節流位置操作(即，在「節氣門全開」)通常會導致比期望或適當的更多功率(並且通常多得多的功率)的輸送。
[0006]在通常不會對進入氣缸的空氣的流量節流的內燃機(例如，大多數柴油機)中，功率是通過調製輸送至氣缸的燃料的量控制的。同樣，在熱力學最佳燃料噴射水平處操作這種內燃機通常會導致比期望的或適當的輸送更多的功率。因此，在大多數應用中，標準內燃機在很大部分時間中是在遠低於它們的最佳熱力效率的狀況下操作的。
[0007]有很多內燃機不會在部分節氣門下有效地操作的原因。最重要的因素之一是在部分節氣門下向氣缸提供比節氣門全開下較少的空氣，這會降低氣缸的有效壓縮，而這又會降低氣缸的熱力效率。另一個非常重要的因素是在部分節氣門下操作比在氣缸節氣門全開下操作需要花費更多能量來泵送空氣到氣缸中和氣缸外，這些損失常常被稱作泵送損失。
[0008]這麼些年已經做過多種努力來提高內燃機的熱力效率。一種獲得流行的方法是改變內燃機的排量。大多數商業上可獲得的變排量內燃機在某些低載荷運行狀況期間有效地「關閉」一些氣缸。當氣缸時"關閉"後，它的活塞仍然往復運動，然而既不向氣缸輸送空氣也不輸送燃料，因此活塞在此工作衝程期間不會輸送任何功率。因為關閉的氣缸不會輸送任何功率，所以餘下的氣缸上按比例的載荷增大，從而使餘下的氣缸在提高的熱力效率下工作。提高的熱力效率引起燃料效率提高。雖然餘下的氣缸往往以高效率操作，但是它們在大多數時間仍然不會在最佳的效率下工作，因為它們仍然不能始終如一地在"節氣門全開"的狀態下操作。即，儘管它們的低效率的程度得到降低，但是它們仍然具有相同的缺點即部分節氣門操作(例如低壓縮比、高泵送損失)。
[0009]大多數商業上可獲得的變排量內燃機它們往往在發生改變以形成內燃機的期望操作狀態時非常迅速地脫離變排量模式。例如，許多商業上可獲得的汽車變排量內燃機會出現在任何時候只要駕駛者通過進一步踩下加速器踏板來需求獲得不小的附加功率時，它們就會通過脫離變排量操作模式並且進入到〃傳統的〃所有氣缸操作模式。在許多情況下，這會導致內燃機轉換脫離燃料節省的變排量模式，儘管內燃機在理論上完全能夠僅僅使用變排量模式中所用的數目減少的氣缸就能輸送期望的功率。可以相信，這種變排量內燃機如此迅速地脫離變排量模式的原因在於:在任何給定的時間，不論有多少個氣缸在使用時，控制內燃機提供基本上相同的反應存在我們能夠體會到的難度。
[0010]更為通常的是，通過使燃料的輸送跳越某些氣缸來改變內燃機的有效排量的內燃機控制方法通常被稱作內燃機的「跳越點火」控制。在傳統的跳越點火控制中，基於一些指定的控制算法燃料並沒有輸送到所選的氣缸。有效地關閉如上所述的氣缸的變排量內燃機基本上都是跳越點火內燃機的類別。過了這些年，已經提出了許多跳越點火內燃機控制配置，然而，大多數仍然預期使內燃機節流或者調製輸送到氣缸的燃料數量，從而控制內燃機的功率輸出。
[0011]如上所述，大多數商業上可獲得的變排量內燃機在不連續的階段關閉特定的氣缸從而改變排量。還有提出的其他方法用來改變內燃機的排量從而便於提高熱力效率。例如一些設計期望改變氣缸的有效尺寸從而改變內燃機的排量。雖然這種設計可以提高熱動力和燃料效率，但是現有的可變氣缸尺寸設計生產往往是相對複雜和昂貴的，從而使得它們對於商業車輛上的廣泛應用變得不切實際。
[0012]編號為4，509，488的US專利主張用於改變內燃機排量的另一種方法。』 488專利主張以近似均勻分布的方式跳過內燃機氣缸的工作循環的以未節流的方式操作內燃機，其中，該均勻分布根據載荷而發生改變。固定數量的燃料供給非跳過的氣缸，以便操作的氣缸可以在接近它們最佳效率處工作，從而提高內燃機的總體操作效率。然而，』488專利中描述的方法沒有實現商業上的成功。值得懷疑的是，這樣的部分原因是因為雖然跳過的工作衝程的分布基於載荷而發生改變，但是不同點火模式的分散數目是預期的，因此內燃機的功率輸出就不會精確地均勻匹配期望的載荷，而這從控制和用戶觀點來看又會造成麻煩。在一些實施例中，點火模式是固定的，這固有地會具有將諧振導入內燃機曲軸的風險。』488專利識別出了這種風險並且提出了第二實施例，該第二實施例利用實際氣缸點火的隨機分布來減少了諧振的可能性。然而，這種方法具有引入使驅動能量的變化更大的缺點。』 488專利識別出這個問題並且提出使用比正常更多的重型飛輪來補償驅動能量中產生的波動。簡而言之，』 488專利提出的方法並不能夠很好地控制內燃機操作從而達到商業上的成功。
[0013]雖然現有的變排量內燃機在許多應用中可以很好工作，但是仍然進行著一些努力進一步提高內燃機的熱力效率，而無需對內燃機設計進行花費頗高的改動。


【發明內容】

[0014]本發明描述了多種用於改進內燃機的燃料效率的方法和配置。通常，內燃機被控制以在跳越點火變排量模式中操作。在變排量模式中，所選的燃燒事件被跳過這樣其他工作循環就可以在更好的熱力效率下操作。更具體地，當其他「主動的」工作循環被點火時，所選的「跳過的」工作循環未被點火。通常，在跳過的工作循環期間，燃料未被輸送至工作腔室。
[0015]在本發明的一些方面中，反饋控制用在將被跳過的工作循環的確定中。在各種實現中，適當的點火模式至少部分地使用預測的自適應控制確定。作為實例，Σ -Λ控制器可以為該目的很好地工作。在一些實現中，反饋包括指示實際和所需工作循環點火中的至少一個的反饋。在一些實現中，指示由每次點火提供的功率的反饋或前饋還用於點火模式的確定中。
[0016]依照本發明的另一方面，充分地優化的空氣和燃料的量在主動工作循環期間被輸送至工作腔室，這樣點火的工作腔室就可以在靠近它們的最佳效率的效率下操作。
[0017]依照本發明的另一方面，控制器被用於動態地確定提供期望的內燃機輸出所需的腔室點火。在一些實施例中，適當的點火是由點火機會的基礎在點火機會上確定的。
[0018]在一些實施例中，用於確定跳越點火的點火模式的控制器包括驅動脈衝發生器，該驅動脈衝發生器設置成接收指示期望的內燃機輸出的輸入並且輸出與內燃機速度同步的驅動脈衝信號。驅動脈衝信號通常指示何時主動工作循環適於輸送期望的內燃機輸出。在一些實現中，驅動脈衝發生器的輸出可以直接被用於界定點火模式。在其他實施例中，序列發生器被用於至少部分地基於驅動脈衝模式界定實際點火模式。工作腔室點火可以按照有助於減少內燃機的不希望的振動的方式排序。
[0019]自適應預測控制器尤其好地用於控制跳越點火變排量模式中的內燃機操作。在該應用中工作地很好的一類自適應預測控制器是Σ-Λ控制器。在一些實施例中，控制器的時鐘信號設置成與內燃機速度成比例地改變。差動和混合信號Σ-Λ控制器也可以非常好運行。在其他應用中，包括脈衝寬度調製(PWM)、最小均方(LMS)和遞歸最小均方(RLS)控制器的多種其他控制器可以用於動態地確定期望的腔室點火。
[0020]在許多工作情況中，在變排量模式中噴射到工作腔室中的燃料的量被設定成在當前工作情況下基本上在它們的最佳熱力效率下操作工作腔室。在一些實施例中，控制器可以設置成有時導致噴射不同量的燃料到點火的工作腔室中。不同燃料數量的噴射可以用於提供對內燃機輸出的轉矩的平穩和/或更精確的控制和/或減少在變排量模式中的操作期間發生諧振的可能性和/或提高排放特性。
[0021]所述方法可以用於顯著地改善多種內燃機的燃料效率，包括2 —衝程、4 一衝程和6—衝程活塞內燃機、旋轉內燃機、混合內燃機、星形內燃機等等。該方法適用於依照多種不同熱動力循環操作的內燃機，這些熱動力循環包括奧託循環、狄塞爾循環、米勒循環、艾金森循環、混合循環等等。
[0022]各種所述實施例包括很好地適於下列中的應用實現:(a)改造現有的內燃機；(b)基於當前設計的新的內燃機；和/或(C)包含其他開發或優化以提高所述工作循環優化的利益的新的內燃機設計。所控制可以包含到內燃機控制單元(ECU)中或可以提供在與單獨的處理器或與內燃機控制單元合作的處理單元中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]通過下面的說明並結合附圖可以最好地理解本發明及其優點，其中:
[0024]圖1 (a)是顯示在節氣門全開下操作的典型4衝程奧託循環內燃機的熱動力工作循環的壓力容積(PV)圖。
[0025]圖1(b)是顯示在部分節氣門下操作的典型4衝程奧託循環內燃機的熱動力工作循環的壓力容積(PV)圖。圖1(a)和1(b)是按照Willard ff.Pulkrabek(2004)-1SBN0-13-140570-5 的Engineering Fundamentals of the Internal Combust1n Engine 中獲得的。
[0026]圖2(a)是概略地顯示適於操作依照本發明的一個實施例的內燃機的控制單元的功能塊框圖。
[0027]圖2(b)是圖2(a)的控制單元的功能塊框圖，它概略地顯示了可以由本發明的一些實施例中的驅動脈衝發生器使用的所選反饋。
[0028]圖2(c)是圖2(b)的控制單元的功能塊框圖，它概略地顯示了可以由本發明的一些實施例中的序列發生器使用的所選反饋。
[0029]圖3是適於用於本發明的一些實施例的基於驅動脈衝發生器的Σ-Λ控制電路的框圖。
[0030]圖4是顯示典型的驅動脈衝模式和一套由序列發生器的實施例生成的相應的氣缸點火模式的定時圖。
[0031]圖5是顯示由第二序列發生器實施例響應圖4中顯示的驅動脈衝模式生成的點火模式的定時圖。
[0032]圖6是包括依照本發明的一個實施例的點火控制協處理器的內燃機控制體系結構的框圖。
[0033]圖7是具有基於內燃機轉速的可變時鐘的Σ - Λ控制電路實施例的框圖。
[0034]圖8是具有多位比較器的Σ - Λ控制電路實施例的框圖。
[0035]圖9是依照本發明的另一個實施例的數字Σ - Λ控制電路實施例的框圖。
[0036]圖10是顯示作為傳統火花一點火內燃機中空氣/燃料混合物的函數特定汙染物的濃度的曲線圖。
[0037]圖11是包括依照本發明的另一個實施例的點火控制協處理器的內燃機控制體系結構的框圖。
[0038]圖12是依照本發明的另一個實施例適於實現單氣缸調製跳越點火技術的內燃機控制器的框圖。
[0039]圖13是顯示作為使用不同數目的氣缸的節氣門位置的函數的典型變排量內燃機的馬力輸出的曲線圖。
[0040]圖14是用於典型的美國客車內燃機的典型內燃機性能圖，該圖是從TheMIT Press 出版 的 Charles Fayette Taylor 的 The Internal-Combust1n Enginein Theory and Practice,Volume 1: Thermodynamics, Fluid Flow,Performance, 2ndEdit1n, Revised 獲得的。
[0041]圖15是包括依照本發明的另一個實施例的點火控制協處理器和多路轉換器的內燃機控制體系結構的框圖。
[0042]圖16是包括依照本發明的另一個實施例的點火控制協處理器和高電壓多路轉換器的內燃機控制體系結構的框圖。
[0043]圖17是依照本發明的另一個實施例的點火控制協處理器的框圖。
[0044]圖18是依照在點火模式的確定中使用反饋和前饋的本發明的另一個實施例的內燃機控制系統的框圖。
[0045]在附圖中，類似的參考數字有時用於指示相似的結構元件。還應該理解，圖中的描畫是概略的並且並非按比例。

【具體實施方式】
[0046]本發明總體上涉及用於控制內燃機的操作以提高它們的熱動力和燃料效率的方法和配置。本發明的各個方面涉及利用這種內燃機控制器的機動車輛和適於實現這種控制的內燃機控制單元。
[0047]大多數內燃機布置成基於使用者請求或在任意給定時間需要的內燃機輸出而改變輸送至氣缸(或其他工作腔室)的空氣和/或燃料的量。然而，固定尺寸氣缸的熱力效率在每個空氣/燃料水平上並不相同。當最佳量的空氣和燃料輸送至氣缸以實現最大容許壓縮和最佳燃燒效率時，熱力效率最好。因為內燃機需要能夠在多種不同載荷下操作，最終結果是內燃機趨於在比最佳壓縮或空氣/燃料比更低處操作並且因此在大部分時間是無效率的。本發明公開了控制內燃機的操作這樣大部分時間下其工作腔室(例如氣缸)就在接近它們的最佳熱力效率的狀態下操作。
[0048]從理論的觀點來看，內燃機的熱力效率可以僅僅通過在氣缸的最佳效率下引燃氣缸然後跳越不需要的工作循環而得到提高。例如，如果在給定時間，內燃機需要通過運行其所有的氣缸在它們的最大壓縮和優化的空氣/燃料比下輸出30%的功率，然後功率可以通過操作30%的內燃機工作循環在它們的最佳效率下而同時不向用於剩餘的70%的可用工作循環的氣缸供給燃料而最高效地生成。該方法的大體益處由Forster等人在編號為4，509, 488的美國專利中指出。
[0049]雖然』 488專利認識到了運行一些工作循環在它們的最大效率下同時跳越其他工作循環的總的益處，但是所描述的方法明顯地沒有經歷任何商業成功。據懷疑這部分地是由於控制這種內燃機的操作所固有的困難。本發明描述了許多內燃機設計和控制配置用於有效地控制內燃機的操作，其方式為允許一些內燃機的工作循環在其最大效率下或附近操作而跳越其他工作循環以提高內燃機的總燃料效率。各個描述的實施例包括多種應用實現，它們很好地用於:(a)改型的現有內燃機；(b)基於當前設計的新的內燃機；和/或(C)包含其他開發或優化以增強描述的工作循環優化的好處的新的內燃機設計。
[0050]使用所述方法提高內燃機的熱力效率可以顯著地提高內燃機的燃料效率。計算機模擬模型預計通過安裝實現所述技術並且與車的現有內燃機控制單元(ECU)合作或者替換該ECU為實現所述技術的ECU，當今道路上的現有車隊的燃料噴射的汽油氣體內燃機的燃料效率可以提高20 - 50%的數量級。在其中可以控制燃料噴射圖和/或提供渦輪增壓的(或增壓)空氣流(當前在道路上的一些車輛是可能的)的應用中和在其中內燃機及其控制器(或點火控制協處理器)利用所述技術特別地設計的應用中，許多顯著的改進是可能的。
[0051]緊密地控制內燃機的氣缸(或其他工作腔室)內的操作狀況的能力還開創了在傳統內燃機中使用不同的燃料和/或燃料組分的可能性，而這在當今由於需要在大範圍改變的載荷下操作氣缸而並不實際。在它們的最佳效率下操作氣缸還具有降低反應物一例如一氧化氮(NOx) —和在內燃機的操作期間生成的其他汙染物的排放物的總水平的潛在益處。
[0052]為了助於理解使用所述方法可以獲得的效率增益，考慮一下典型內燃機的效率是有幫助的。為了該說明的目的，我們可以討論奧託循環內燃機(它是在當今道路上的大多數客車中使用的內燃機類型)。然而，本發明的優點與多種其他內燃機同等地相關，包括使用狄塞爾循環、雙循環、艾金森循環、密勒循環、兩衝程火花點火(SI)內燃機循環、兩衝程壓縮點火(Cl)內燃機、混合內燃機、星形內燃機、混合循環內燃機、汪克爾內燃機和其他類型的旋轉內燃機等等。
[0053]圖1(a)和1(b)是顯示典型4衝程奧託循環內燃機的熱動力工作循環的PV(壓力一容積)圖形。圖1(a)顯示了在其中氣缸在其最高效率(即最佳量的燃料被輸送至氣缸)下使用的大開度節氣門下的氣缸的性能。圖1(b)顯示了部分節氣門下氣缸的性能。因為奧託循環是四衝程循環，對於氣缸的每個工作循環，活塞往復兩次(曲軸的720°旋轉)。因此，每個工作循環可以在PV圖形中形成兩個迴路。橫軸表示容積。每個迴路沿著容積軸線的範圍從最小容積一指示為TDC(上死點)到最大容積一指示為BDC(下死點)。一般而言，由上迴路(A，A』)為界的面積表示通過引燃氣缸生成的功的量，而由下迴路(B，B』)為界的面積表示由於將空氣泵入和泵出氣缸經歷的能量損失(這些損失經常被稱為泵送損失)。由內燃機輸出的總的功是上迴路面積和下迴路面積之差。
[0054]比較在節氣門全開下操作的氣缸和在部分節氣門下操作的氣缸的PV圖形，可以看出，在部分節氣門下操作的氣缸的總效率低於(並且通常遠低於)氣缸在節氣門全開下的效率。存在多個影響操作效率的因素一但是其中最大因素之一是節氣門自身的位置。當節氣門部分地閉合時，較少的空氣提供給氣缸。因此，當進氣門閉合時氣缸內的壓力就可以顯著地低於大氣壓。當氣缸內的起動壓力顯著地低於大氣壓時，內燃機循環中氣缸的有效壓縮就會降低，這會顯著地降低在燃燒衝程期間形成的壓力並且減少由氣缸的引燃生成的功的量。這一點可以通過比較迴路A的面積一它是由在節氣門全開下操作的氣缸生成的功一和迴路A』 一它是由在部分節氣門下操作的氣缸生成的功而看出來。此外，節氣門部分地閉合的事實使之很難將空氣吸入氣缸中，這樣泵送損失就升高。這一點可以通過比較迴路B的面積一它是由在節氣門全開下操作的氣缸經受的泵送損失一和迴路B』一它是由在部分節氣門下操作的氣缸經受的泵送損失而看出來。從A中減去B並且從A』中減去B』，可以看出，由在節氣門全開下操作的內燃機生成的淨功遠大於由在部分節氣門下操作的內燃機生成的淨功一即使是在做出調整以補償部分節氣門操作使用較少燃料的事實。
[0055]雖然上文顯示的比較是用於奧託循環內燃機上，但是應當理解，當在其他熱動力循環下操作的內燃機在低於它們的最佳效率(通常相對緊密地對應於基本上未節流的空氣輸送且結合在熱力學地最佳空氣/燃料比下燃燒)下操作時，它們會經受相似類型的效率損失。
[0056]在本發明的各個實施例中，通過在其中一些工作腔室在它們的最佳熱力效率下(或接近處)操作而跳越不需要的工作循環的變排量模式中操作內燃機，可以提高內燃機的熱力效率。
[0057]點火控制單元
[0058]圖2(a)是概略地顯示適於操作依照本發明的一個實施例的內燃機的控制單元的功能塊框圖。在主要描述的實施例中，受控的內燃機是活塞內燃機。然而，所描述的控制同樣地適用於其他內燃機設計。在所示實施例中，點火控制單元100包括驅動脈衝發生器104和序列發生器108。指示期望的內燃機輸出的輸入信號113提供給驅動脈衝發生器104。驅動脈衝發生器104可以布置成使用自適應預測控制以動態地計算總體上指示需要氣缸點火以獲得期望的輸出的時間的驅動脈衝信號110。如下面更詳細地描述的那樣，控制器可以與內燃機轉速(輸入信號116)同步，這樣所生成的驅動脈衝模式就適於輸送在當前內燃機轉速(它可以是不斷改變的)下期望的功率。驅動脈衝信號110然後可以提供給命令脈衝以提供最終的氣缸點火模式120的序列發生器。總體上，序列發生器108布置成以有助於防止內燃機內過多或不適當振動的方式命令點火模式。如在內燃機設計領域中眾所周知的那樣，氣缸被點火的命令可以對許多內燃機內的振動具有顯著的影響。因此，如下文更詳細地描述的那樣，序列發生器設計成助於保證由內燃機的操作生成的振動在設計公差內。如果特定內燃機可以使用任意點火模式運行(即氣缸能夠以任何模式點火而不會生成不適當的振動)，那麼序列發生器就可以被潛在地消除並且驅動脈衝信號110可以用於指示點火模式。
[0059]在第一實現中，被點火的每個氣缸在其最佳熱力效率處或附近操作。即，空氣和燃料導入氣缸，其數量允許大多數功從氣缸中燃燒的每單位的燃料獲得同時仍滿足對於內燃機的其他約束(例如排放要求、燃燒對內燃機壽命的影響等等)。在大多數有節氣門的內燃機中，該近似地對應於允許大多數空氣導入氣缸中的「節氣門全開」位置。許多車輛包括確定(在許多其他事情之外)期望的空氣/燃料比和將對於每個氣缸點火的噴射的燃料量的內燃機控制單元(ECT)。通常E⑶具有查找表格，且查找表格基於各個當前環境條件(包括氣壓、溫度、溼度等等)針對許多不同的運行狀況(例如不同的節氣門位置、內燃機轉速、歧管氣流等等)識別期望的空燃比和/或燃料噴射量。在這種車輛中，點火控制單元導致在連續變排量模式中噴射到每個氣缸中的燃料量可以是存儲在燃料噴射查找表格中用於在當前條件下以最佳模式操作氣缸的值。
[0060]期望的輸出信號113可以來自被認為是期望的內燃機輸出的合理代理的任意適當來源。例如，輸入信號可以僅僅是直接或間接地從加速器踏板位置傳感器獲取的加速器踏板的指示信號。或者，在不具有電子加速器位置傳感器但是具有節氣門的車輛中，期望的節氣門位置的指示信號可以代替加速器位置信號使用。在具有巡航控制特徵的車輛中，當巡航控制特徵是主動的時，輸入信號113可以來自巡航控制器。在其他實施例中，輸入信號113可以是除加速器位置之外的幾個變量的函數。在具有固定操作狀態的其他內燃機中，輸入信號113可以基於特定的操作設置進行設定。一般而言，期望的輸出信號可以來自在被控制的車輛或內燃機中可獲得的任意適當來源。
[0061]驅動脈衝發生器104通常布置成確定生成給出內燃機的當前操作狀態和運行狀況的期望輸出所需的氣缸點火的數量和一般定時。驅動脈衝發生器使用反饋控制，例如自適應預測控制以確定氣缸必須被點火以輸送期望的內燃機輸出的時間。因此，由驅動脈衝發生器104輸出的驅動脈衝信號110有效地指示內燃機所需的瞬時排量以輸送期望的內燃機輸出。內燃機所需的排量將隨著運行狀況改變並且可以基於過去發生的和預測在緊接的將來發生的。在各個實施例中，驅動脈衝發生器104通常並未被約束以限制曲軸的每個迴轉中所需的氣缸點火的數目中的波動以輸送期望的輸出。因此，內燃機的有效排量可以通過在點火機會上由點火機會的基礎選擇點火的氣缸和不點火的氣缸而連續地改變。這非常不同於傳統的商業上可用的變排量內燃機，其中不同排量之間的快速波動並且尤其是不同的氣缸點火模式被認為是不希望的(例如參見編號為5，408，974的美國專利)。連續地改變內燃機的有效排量的該能力有時在此被稱為操作的連續變排量模式。
[0062]在驅動脈衝發生器104內可以實現多種不同控制模式。通常，控制模式可以使用模擬部件或使用混合近似法數字地、算法地實現。驅動脈衝發生器可以使用模擬部件或任意其他適當的硬體在處理器上、可編程邏輯例如FPGA上、在電路例如ASIC中、在數位訊號處理器(DSP)上實現。
[0063]一類尤其好地適於用在驅動脈衝發生器中的控制器是自適應預測控制器。熟悉控制理論的人可以理解，自適應預測控制器在它們利用反饋以基於來自期望的輸出信號的輸出信號的方差適應或改變它們的輸出信號的性質方面是自適應的並且在它們是一體化的這樣輸入信號的過去的特性就影響未來的輸出信號方面是預測性的。
[0064]多種不同的自適應預測控制器可以用於計算所需的腔室點火以提供期望的輸出。一類在該應用中尤其好地工作的自適應預測控制器是Σ-Λ控制器。Σ-Λ控制器可以利用採樣數據Σ -Λ、連續時間Σ -Λ、基於Σ -Λ的算法、微分Σ -Λ、混合模擬/數字Σ-Δ配置或任意其他適當的Σ - Λ實現。在一些實施例中，Σ - Λ控制器的時鐘信號布置成與內燃機轉速成比例地改變。在其他實現中，包括脈衝寬度調製(PWM)、最小均方(LMS)和遞歸最小均方控制器的多種其他自適應預測控制器可以用於動態地計算所需的腔室點火。
[0065]驅動脈衝發生器104在確定驅動脈衝適於輸送期望的內燃機輸出時優選地使用反饋控制。反饋的分量可以包括通常顯示於圖2(b)中的驅動脈衝信號110的反饋和/或實際氣缸點火模式120的反饋。因為驅動脈衝信號110指示何時工作腔室點火是適當的，所以它通常被認為是請求的點火的指示信號。序列發生器然後確定請求點火的實際定時。當期望時，從實際點火模式12O反饋的信息可以包括指示點火模式自身的信息、點火的定時、點火的比例或關於由驅動脈衝發生器104期望或者對它有用的氣缸點火的其他信息。通常，還希望向驅動脈衝發生器104提供內燃機轉速116的示值這樣驅動脈衝信號110就通常與內燃機同步。
[0066]如果希望的話，可以向序列發生器108提供各種反饋。例如，如圖2(c)中概略地所示，指示實際點火定時和/或模式120的反饋或存儲器可以用於序列發生器，以允許它以有助於降低內燃機振動的方式對實際氣缸點火排序。
[0067]Σ - Λ控制電路
[0068]接下來參見圖3，將描述基於Σ - Λ控制的驅動脈衝發生器104的一種實現。驅動脈衝發生器104包括Σ - Λ控制器202和同步器240。Σ - Λ控制器202使用Σ - Λ轉換的原理，它是一種重複採樣的轉換的類型。(Σ-Λ轉換還被稱作Λ-Σ轉換。)Σ-Λ轉換的基本原理已經描述在通常被稱為關於該主題的開創性參考的資料:H.1nose, Y.Yasudaand J.Murakami 「A Telemetering System by Code Modulat1n:Modulat1n,，，IRETransact1ns on Space Electronics Telemetry, Vol.SET-8, 1962 年九月，第 204 —209 頁。在 1976 年由 IEEE Press and John Wiley 重新印刷在 N.S.Jayant, WaveformQuantizat1n and Coding 中，ISBN0-471-01970-4。
[0069]所示的Σ - Λ控制電路202 (a)是通常基於被稱為Richie體系結構的一個體系結構的模擬三階Σ -Λ電路。Σ -Λ控制電路202(a)接收指示期望輸出(如果希望的話，它可以被認為是功輸出或期望的轉矩)的模擬輸入信號113。因為所示類型的Σ-Λ控制器通常是已知並且可以理解的，下面的說明闡述了適當控制器的一般體系結構。然而，應當理解，存在可以配置成對特定實現工作得很好的多種不同的Σ-Λ控制器。
[0070]在所示實施例中，輸入信號113表示加速器踏板位置(雖然如上所述，指示或代理期望輸出的其他適當輸入信號也可以同樣使用)。輸入信號113提供為Σ - Λ控制電路202(a)並且尤其是第一積分器204的正輸入。積分器204的負輸入配置成接收作為輸出的函數的反饋信號206，這樣Σ -Λ控制電路202(a)的操作就是自適應的。如下文所述，反饋信號206實際上可以是基於一種以上的輸出級的複合信號。積分器204也可以接收其他輸入例如同樣在下文中詳細描述的顫動信號207。在各個實現中，積分器204的一些輸入可以在它們輸送至積分器204之前被組合或者可以對積分器直接做出多個輸出。在所示實施例中，顫動信號207由加法器212與輸入信號113結合併且結合的信號用作正輸入。反饋信號206是來自Σ - Λ控制電路和控制系統的輸出的反饋的結合，在所示實施例中它顯示為表示驅動脈衝模式110或點火的實際定時的反饋或從兩者的反饋的結合。
[0071]Σ -Λ控制電路202(a)包括兩個附加的積分器、積分器208和積分器214。Σ -Δ控制電路202(a)的「階」為三，它對應於其積分器(即積分器204、208和214)的數目。第一積分器204的輸出供給至第二積分器208並且還前饋至第三積分器214。
[0072]最後一個積分器214的輸出提供給充當一位量化器的比較器216。比較器216提供了與時鐘信號217同步的一位輸出信號219。通常，為了確保非常高質量的控制，希望時鐘信號217 (並且因此比較器216的輸出流)具有是最大期望點火機會率的許多倍的頻率。對於模擬Σ - Λ控制電路，通常希望比較器的輸出重複採樣期望驅動脈衝率一個至少大約為10的因子並且重複採樣因子在至少大約100的數量級上工作得尤其好。即，比較器216的輸出優選地為發生內燃機點火機會的速率的至少10倍的速率並且通常為至少100倍。提供給比較器216的時鐘信號217可以來自任意適當的來源。例如，在圖3所示實施例中，時鐘信號217是由晶體振蕩器218提供的。
[0073]應當理解，這些時鐘頻率對於現代數字電子系統實際上相對較慢並且因此很容易獲得和可用。例如，如果控制器內燃機是使用四衝程工作循環操作的八缸內燃機，然後期望的最大點火機會率可以是在8，000RPMX8氣缸X 1/2的數量級上。1/2的因子之所以被提供是因為在正常操作的四循環內燃機中，每個氣缸在內燃機曲軸的每兩個迴轉中僅具有一個點火機會。因此，點火機會的最大期望頻率可以近似地為每分鐘32，000次或每秒大約533次。在這種情形下，在大約50千赫茲下操作的時鐘將具有幾乎100倍的點火機會的最大期望速率。因此，具有50千赫茲或最大的時鐘頻率的固定時鐘將在該應用中很好地工作。
[0074]在其他實施例中，用於驅動比較器的時鐘可以是與內燃機轉速成比例地改變的可變時鐘。據信Σ-Λ控制器中變速時鐘的使用不同於傳統的Σ-Λ控制器設計。變速時鐘的使用具有的優點是確保比較器的輸出與內燃機轉速並且因此與點火機會更好地同步。時鐘可以利用由內燃機轉速的示值(例如測速信號)驅動的鎖相迴路很容易地與內燃機轉速同步。下面將參照圖7進一步描述使用基於內燃機轉速的變速時鐘的一些優點。
[0075]從比較器216輸出的一位輸出信號240是通過比較積分器214的輸出與參考電壓比較而生成的。該輸出有效地是以時鐘頻率輸出的一串一和零。比較器216的輸出240 (它是Σ - Λ控制電路202 (a)的輸出)提供給布置成生成驅動脈衝信號110的同步器222。在所示實施例中，Σ - Λ控制電路202 (a)和同步器222 —起構成驅動脈衝發生器104 (圖2)。
[0076]同步器222通常布置成確定應該輸出驅動脈衝的時間。驅動脈衝優選地布置成與點火機會的頻率匹配，這樣每個驅動脈衝通常指示工作腔室的特定工作循環是否應該執行。為了同步驅動脈衝信號110與內燃機轉速，在圖3中所示的該實施例中的同步器222使用基於內燃機轉速的變時鐘信號230操作。可以提供鎖相迴路234以同步時鐘與內燃機轉速。優選地，時鐘信號230具有與輸出的驅動脈衝信號110的期望頻率相等的頻率。SP，它優選地同步以匹配點火機會率。
[0077]Σ - Λ控制電路的輸出信號240通常是由Σ - Λ控制電路202(a)接收的模擬輸入信號113的數字表示。因為(a)輸入信號被有效地處理為期望的輸出，或期望的功輸出，並且(b)工作腔室內的燃燒被控制這樣會由每個內燃機點火生成通常已知和相對恆定量的功一當來自Σ - Λ控制電路202(a)的數字輸出信號240包含特定數目的「高」符號時，生成正驅動脈衝(即命令工作腔室的點火)是適當的。因此，概念地，同步器222的目的可以被認為是計算輸出信號中高符號的數目並且當計數了足夠的符號時，發送與內燃機轉速同步的驅動脈衝。在實踐中，實際上並不需要真正的計數(雖然它可以在一些應用中實現)。
[0078]當用在該類型的內燃機控制應用中時具有高重複採樣速率的所述Σ - Λ控制電路的輸出的另一種特性是該控制器趨於發射其後跟隨低信號塊的長的高信號塊。輸出信號240的該特性可被用於簡化同步器222的設計。在一個實現中，同步器僅僅測量在輸出信號240中發射的高信號塊的長度(即時間或周期)。如果高信號塊的長度超過指定閾值，就會生成驅動脈衝。如果高信號塊的長度並未超過閾值一就不會生成基於高信號塊的驅動脈衝。使用的實際閾值可以大範圍地改變以滿足特定設計的需要。例如，在一些設計中閾值可以是時鐘信號230的周期，它(因為時鐘與內燃機轉速同步)對應於驅動脈衝模式110的佔空比和在工作腔室點火機會之間的平均延遲。使用該配置，如果高信號塊的長度小於一個佔空比，就不會對應於該塊生成驅動脈衝；如果塊的長度超過一個佔空比並且小於兩個佔空比，那麼就會生成一個驅動脈衝；如果它超過兩個佔空比但是小於三個佔空比，那麼就會生成兩個時序驅動脈衝；並且依此類推。
[0079]應當理解使用該配置，與內燃機轉速高時為了觸發驅動脈衝所需的脈衝的長度相t匕，在內燃機轉速低時，從Σ - Λ控制電路的高輸出的脈衝的「長度」或持續時間將必須較長從而觸發驅動脈衝。這是因為驅動脈衝信號的佔空比在較低內燃機轉速下較長。
[0080]在其他實現中，閾值可以不同地設定。例如，閾值可以設定成具有超過驅動脈衝信號的佔空比的一些指定百分比(例如，百分之80或90)的長度的任意高輸出塊導致驅動脈衝生成，而更短的脈寬被有效地截去。
[0081]乍看上去，可以看出上面提出方式中忽略部分的脈衝可以降低控制系統的性能至不可接受的級別。然而，對於許多內燃機而言，點火機會的高頻和控制系統的響應度通常使之完美地可接受以使用這種簡單的同步器。當然，應當理解，也可以使用多種其他同步方案。
[0082]如上所述，Σ - Λ控制電路布置成向第一積分器提供反饋。在所示實施例中，反饋信號206是下列的合成:(a)來自比較器216的輸出240的反饋；(b)同步器222輸出的驅動脈衝模式110 ;和/或(c)實際點火模式120。組合器245布置成以期望的比例組合反饋信號。給予反饋至第一積分器204的各個反饋信號的相對比或比重可以改變以提供期望的控制。
[0083]應當理解，雖然比較器輸出、驅動脈衝信號和實際點火模式都被涉及一它們的定時將改變並且比較器輸出的一般量值可以彼此不同。反映實際內燃機特性的最精確反饋是點火模式一然而，在比較器的輸出和工作腔室的實際點火之間存在顯著的時間延遲(從Σ - Λ控制電路202的觀點來看)。反映實際內燃機特性的次最佳反饋是驅動脈衝信號。因此，在許多實現中，希望極大地加權朝驅動脈衝信號和/或點火模式的反饋。然而，在實踐中，Σ - Λ控制器的性能通常可以通過反饋一部分比較器輸出信號240而增強。通過實例，在一些實施實現中，在總反饋信號206的15 — 25%範圍內加權比較器輸出信號240的反饋且剩餘部分是驅動脈衝信號或點火模式或兩者組合的反映應該可以適當地工作。當然，這些比例僅僅是示例性並且適當的，優選和最佳反饋百分比將依照點火控制單元100和相關聯的內燃機的特定實現而改變。
[0084]在一些實施例中，會希望對輸入信號113和反饋信號206進行抗混濾波。抗混功能可以提供為Σ - Λ控制電路202的一部分或者它可以提供為在Σ - Λ控制電路之前的抗混濾波器或者它能夠以任意其他適當形式提供。在圖3所示的三階模擬連續時間Σ-Λ控制電路202(a)中，第一積分器204提供了抗混濾波功能。即，它有效地充當低通濾波器。
[0085]Σ - Λ控制器的另一種已知特性是它們有時會生成在輸出信號中相對於輸入信號循環變化的「音調」。當模擬輸入信號113緩慢地改變時，這種音調尤其明顯，而這通常是在驅動和許多其他內燃機控制應用中的情形。比較器輸出信號240內這種音調的存在會反映在內燃機點火模式中。在一些情況下中，存在驅動模式中的這種循環變化可以在內燃機中產生不希望的共振的風險，而這種共振會生成不希望的振動模式。在極端情形下，音調甚至可以出現為驅動能量中的顯著波動。因此，可以提供各種配置以努力幫助防止和/或破壞這種音調。
[0086]可以助於防止和/或破壞Σ -Λ控制器輸出中的音調的一個選項是向控制器中導入隨著時間平均為零的噪音信號，但是其局部差異趨於破壞Σ - Λ控制器的輸出信號中的音調。在信號處理應用中，這樣噪音信號通常被稱作中「顫動」。顫動信號實際上可以在控制環內的任意位置上導入。在圖3中所示的該實施例中，加法器212會結合輸入信號113與這種顫動信號246。然而，顫動信號也可以其他便利的位置導入。例如，在Σ -Λ控制器中，顫動通常被導入至量化器之前的末級(例如導入圖3中所示實施例中的積分器214中)。
[0087]在所示實施例中，使用了偽隨機顫動發電機(PRD) 226以生成顫動信號,但是應當理解，顫動也可以使用多種其他途徑導入。顫動可以使用軟體或通過離散顫動邏輯塊或其他適當的方法算法地生成，或者它可以從對控制器可用的任意其他適當來源獲取。
[0088]同步器222的輸出是上面參照圖2所述的驅動脈衝信號110。如上所述，驅動脈衝信號110有效地識別提供期望的內燃機輸出所需的氣缸點火(或瞬時有效內燃機排量)。即，驅動脈衝信號110提供了通常指示何時氣缸點火是適當的以提供期望的或請求的內燃機輸出的脈衝模式。在理論上，氣缸可以使用同步器222輸出的驅動脈衝信號110的定時直接地點火。然而，在許多情形下，與脈衝模式110使用完全相同的定時對氣缸點火併不是審慎的，因為這會在內燃機內產生不希望的振動。因此，驅動脈衝信號110可以被提供給確定適當的點火模式的序列發生器108。序列發生器108布置成被要求以允許內燃機平穩地運行而不生成過多振動的方式分配氣缸點火。序列發生器108用來對氣缸點火排序的邏輯控制可以大範圍地改變並且序列發生器的複雜將在很大程度上取決於特定應用的需要。
[0089]序列發生器
[0090]接下來參見圖4，將描述適於許多應用的序列發生器108的相對簡單的實施例的操作。現今使用的活塞內燃機以固定的順序操作它們的氣缸。出於說明的目的，考慮標準的四缸內燃機。四個氣缸按照它們在內燃機的「正常」操作(即，沒有控制跳越內燃機的工作循環的操作)的次序被標記為「1」、「2」、「3」和「4」。應當理解，該次序並不並且通常並不與氣缸在內燃機內的物理布置相符。簡單的序列發生器108(a)可以設計成以它們在正常操作中點火的完全相同的次序對氣缸點火。即，如果氣缸#1被點火，那麼下一個被點火的氣缸是#2，然後是#3、#4、#1、#2、#3、#4、#1，等等。
[0091]圖4是顯示輸入序列發生器108的可能的驅動脈衝信號110(a)、由每個氣缸的序列發生器輸出的相應的點火模式120(a) (I)、120 (a) (2)、120 (a) (3)和120(a) (4)、與由序列發生器輸出的合成點火模式120(a)的定時圖。信號以氣缸點火機會的速率被全部計時，這是4氣缸、4衝程內燃機的RPM的兩倍。在圖4所示的模式中，輸入的驅動脈衝信號要求第一氣缸點火Dl，然後兩個跳越(SI，S2)，第二點火D2，另一個跳越(33)，第三點火03，另兩個跳越(S4，S5)，第四點火D4和另三個跳越(S6 — S8)。因為在請求第一點火Dl時氣缸#1可用，所以它會如模式120(a) (I)中Fl所示點火。接下來的兩個點火機會(氣缸#2&#3)會依照輸入脈衝模式110(a)中的跳越SI和S2跳越。只有當氣缸#4可用時第二點火D2被請求一次一但是假定序列發生器108(a)設計成以指定(例如正常或傳統)次序對氣缸點火，它會在下一次可用時對氣缸#2點火，如模式120 (a) (2)(這對應於總體點火機會#6)中所示。因此D2被有效地延遲直到氣缸#2可用並且在氣缸#2恢復之前其他氣缸不會被點火，無論是否請求附加的點火請求，如模式120(a) (2)中的點火F2所示。
[0092]在第六點火機會處對第三點火D3請求驅動脈衝輸入信號110 (a)。序列發生器108將該點火分配至並未可用的氣缸#3 (然後僅僅氣缸#2是可用的)，所以F3被延遲直到氣缸#3變得可用一在所示實例中式下一個點火機會。序列發生器108(a)在變排量模式中的操作中使用該方法繼續操作。應當理解，序列發生器108 (a)指示的點火F的數目與接收的驅動脈衝D的數目相同一僅僅定時已經略微地改變從而助於平衡內燃機並且隨著時間的過去而更均一地利用每個氣缸。據信，即便是該非常簡單的序列發生器邏輯，由於Σ -Λ控制器生成的驅動脈衝信號110的偽隨機，也可以在利用所述Σ - Λ控制電路202的許多實施中而足以適當地平衡內燃機。當合理的顫動輸入組合器212中時，尤其是這樣。點火模式120並非與驅動脈衝發生器104生成的驅動脈衝信號110精確地相同的這一事實可能還有助於破壞可能會由驅動脈衝發生器104生成的任意音調。
[0093]應當指出，相對於驅動脈衝延遲氣缸點火在理論上會使內燃機對加速器踏板位置的變化的響應比驅動脈衝直接用於控制氣缸點火的情形略低。然而，在實踐中，該延遲可以是無關緊要的。例如，在3000RPM下操作的四氣缸內燃機中，每分鐘有6000個點火機會一每秒一百個。因此，最大延遲一將是三個點火循環一將近似為百分之三秒。給定了車輛相對於由一個點火提供的能量的氣缸點火率和總質量，在汽車應用中的操作者通常感覺不到該範圍的延遲。
[0094]對上面討論的序列發生器的第一實施例的約束是氣缸是以固定次序點火的一即使在點火機會被跳越時。然而，這並非是所有內燃機設計中的要求。在許多應用中，具有改變的點火順序是完全可以接受的。例如，在一些實現中，將序列發生器約束為特定的「跟隨模式」是適當的。即，在特定氣缸被點火之後，僅僅一組指定氣缸可以接下來被點火。例如，在8氣缸內燃機中，可以完全接受氣缸2或氣缸6跟隨氣缸1，並且氣缸3或7跟隨氣缸2，等等(在實踐中變化更多的跟隨模式通常可以有效地工作)。顯而易見，序列發生器邏輯可以很容易地配置成允許這些類型的固定點火順序約束。作為實例，圖5顯示了由允許氣缸2或4跟隨I或3並且反之亦然的序列發生器的第二實施例生成的點火模式120 (b)。點火模式120(b)是由與圖4所示相同的驅動脈衝信號110(a)生成的。可以看出雖然在兩個實施例中生成了相同數目的氣缸點火，但是它們各自的定時由於序列發生器邏輯中的差異而不同。適於特定內燃機的實際跟隨模式將高度地取決於內燃機設計的性質(即，V形或直列式；氣缸的數目、活塞的旋轉偏移等等)，並且做出這些確定所需的振動分析是很好理解的。
[0095]當然，序列發生器108可以設計成集成更複雜的跟隨模式。例如，在確定哪些氣缸可用於接下來的點火時可以考慮最近兩個、三個或更多點火。在其他實施例中，跟隨模式可以是內燃機轉速和/或其他因子的函數。
[0096]在其他實施例中，序列發生器108不需要限於特定跟隨模式。點火模式可以使用適於被控制的內燃機的任意標準確定或計算。序列發生器108可以包括存儲器以便於更先進的分析和/或可以適應或編程以識別和中斷已知或可能會向內燃機操作中導致不希望的振動的不希望的點火模式。或者或此外，序列發生器可以應用實時振動分析，它考慮可以被認為是適當的多種因子一包括例如內燃機的旋轉速度、跳越或部分能量工作循環的存在和/或影響等等以適當地對所需氣缸點火排序。
[0097]序列發生器也可以設計成準備被認為是對於特定內燃機重要或希望的任意其他設計標準。例如，為了助於延長內燃機壽命，可能希望設計序列發生器這樣在變排量模式的操作期間，隨著時間的過去，所有工作腔室基本上被點火相同的數量。
[0098]對於具有電子控制經歷的人而言，顯而易見，所述序列器的邏輯能夠以數字邏輯、算法地、使用模擬部件或以這些途徑的多種組合很容易地實現。雖然僅僅描述了少數幾種序列發生器邏輯，但是應當理解，序列發生器108的邏輯可以非常大地改變以符合任意特定實現的需要。
[0099]優化的點火和空氣/燃料比
[0100]許多內燃機的特徵在於模擬內燃機在不同內燃機轉速、載荷和其他運行狀況下的特性的內燃機性能圖。所述控制的特徵是在每個腔室點火期間輸送的燃料量可以布置成與內燃機性能圖上的任意期望的點匹配。在一些情況中，會希望提供稀薄空氣/燃料比，而在其他情況中，會希望提供富空氣/燃料比。
[0101]在大多數傳統內燃機中，輸送至工作腔室的空氣和燃料的實際量是內燃機當前操作狀態的函數。在特定工作循環期間輸送至工作腔室的燃料量將主要地取決於輸送至工作腔室的空氣的量。它還部分地取決於期望的空氣/燃料比。在特定工作循環期間輸送至腔室的空氣的實際量將取決於操作和環境因素例如歧管氣壓(受到節氣門位置的影響)、當前內燃機轉速、氣門定時、入口空氣溫度等等。通常，在特定節氣門位置下輸送至氣缸的空氣量在高內燃機轉速下時低於它在低內燃機轉速時，部分地是因為當內燃機操作高RPM時，進氣門趨於打開更短的一段時間。
[0102]現代內燃機控制單元從允許內燃機控制單元(ECU)的許多傳感器接收輸入以監視內燃機的操作狀態。作為實例，傳感器可以包括大量氣流傳感器(MAF傳感器)、環境空氣溫度傳感器、內燃機冷卻液溫度傳感器、歧管氣壓(MAP)傳感器、內燃機轉速傳感器、節氣門位置傳感器、廢氣氧傳感器等等。ECU解釋傳感器輸入從而計算將被噴射的適當量的燃料並且通過操縱燃料和/或氣流來控制內燃機操作。噴射的燃料的實際的量取決於內燃機的操作狀態和環境條件，包括變量例如內燃機和環境溫度、內燃機轉速和工作負荷、歧管壓力、節氣門位置、廢氣組分等等。通常，採取了大量的努力和分析從而界定在不同操作狀況下提供給氣缸的最佳或期望量的燃料。通常這些努力導致了針對特定運行狀況界定將被噴射的適當的燃料量的多維圖的發展。燃料噴射圖通常反映在ECU中存儲的查找表格中。ECU然後使用查找表格來確定適當量的燃料以基於內燃機的當前狀態噴射到工作腔室中。
[0103]當形成燃料噴射圖時，在針對導入氣缸的給定量的空氣確定輸送的最佳(或者期望)燃料量時需要考慮許多因素。這些因素可以包括對燃料效率、功率輸出、排放控制、燃料點火等的影響。這些分析必然會對可能不能精確地知道或可控的(例如，燃料如燃料的辛烷或能含量的性能)的相關因子做出一些估計和/或假設。因此，針對給定量的空氣輸送的「優化」量的燃料和/或優化的空氣/燃料比不是固定的值。相反，它們可以在內燃機之間和/或同一臺內燃機的操作狀態之間基於被認為對於內燃機或操作狀態很重要的性能參數而改變。這些設計選擇通常反映在ECU使用的燃料噴射圖中。另外，許多ECU設計成基於從各個傳感器例如廢氣λ (氧)傳感器接收的反饋動態地調節器空氣/燃料比。
[0104]當在連續變排量模式中時，可以考慮相同的事項。在一些實現中，連續變排量模式中的節氣門位置基本上是固定的(例如大開或接近大開)。然而，未必始終是這種情形並且應當理解，導入工作腔室的空氣的實際質量並非始終是相同的，即使是在空氣輸送由於內燃機的操作狀態和環境條件中的差異而未節流時。例如，在更高內燃機轉速下，在特定工作循環期間實際地進入氣缸的空氣小於在較低內燃機轉速下進入同一臺氣缸的空氣。類似地，在海平面上，與高地勢下相同內燃機轉速下相比，通常更多空氣會進入氣缸。氣門定時和其他因子也會影響導入氣缸的空氣量。優選地，在確定任意特定工作循環期間應該輸送多少燃料時會考慮這些因子。另外，在確定輸送的燃料量時會考慮因子例如期望的空氣/燃料比。期望的空氣/燃料比也可以基於內燃機的操作狀態動態地改變。在一些情況下，可能希望提供貧空氣/燃料混合物，而在其他操作狀態中，會希望利用富空氣/燃料混合物。
[0105]在任意特定的優化點火期間輸送的燃料量的確定可以通過使用與當今使用的相同(或簡化)類型的燃料噴射圖而很容易地實現。有節氣門的內燃機的差異是需要僅僅考慮節氣門位置之一(或有限的數目)。當改進現有的內燃機時，現有的燃料噴射圖通常可以用於該目的。當然，隨著技術的發展，會希望開發特別適合在連續變排量模式中操作的燃料噴射圖或是利用分析或計算方法以確定適當量的燃料進行輸送。
[0106]因此，應當理解，在每個工作循環期間噴射的燃料的實際量通常不是絕對和固定數(雖然這是可能的並且在一些實現中是希望的)。優選地是針對內燃機的當前操作狀態優化的數量。如上文所述，當我們提及「優化的」數量的燃料時一我們並不必然地意味著該數量針對任意特定變量(例如燃料效率、功率、熱力效率、環境考慮)優化。它可以是被認為適於特定操作狀態的燃料的數量優化量的燃料可以提供在查找表格中，動態地計算，或者以任意其他適當的方式確定。當提供了查找表格時，輸送的燃料的實際量可以相對於由查找表格提供的值基於排放物或ECU接收的其他反饋進行調節。
[0107]在一些實現中，將會希望更肯定地控制導入氣缸的空氣量。為了助於顯示控制輸送至氣缸的空氣的量的好處，參見圖14中所示的用於典型傳統客車的性能圖。該圖顯示了制動燃料消耗率(BSFC)和內燃機輸出都作為制動平均有效壓力(BMEP)和活塞速度(直接地對應於內燃機轉速)的函數。燃料消耗率(BSFC)越低，內燃機的燃料經濟性越好。如可以由曲線圖可以看出的那樣，以在曲線圖上的操作範圍標籤為50處發現圖14中所示的內燃機的最佳燃料效率。可以看出，這在略微小於節氣門全開的節氣門位置，且內燃機在相對狹窄範圍的內燃機轉速內操作。因此，應當理解，針對特定內燃機的最佳運行條件可能不在節氣門全開處並且因此，在有節氣門的內燃機中，可能會希望調節節氣門設置為小於節氣門全開以獲得更好的燃料效率或獲得其他期望的性能特徵。
[0108]應當指出，圖14顯示了典型的汽車內燃機的制動燃料消耗率(BSFC)。BSFC是對以傳統方式操作的有節氣門的內燃機的燃料效率的傳統測量。當內燃機以跳越點火方式操作時，針對於BSFC相反的指示比燃料消耗率(ISFC)優化通常是優選的。指示比燃料消耗率與熱力效率具有相反關係這樣對於最大熱力效率的優化就理解為與優化最小指示比燃料消耗率相同。應當理解，對與BSFC相反的ISFC製圖的性能圖看上去類似於BSFC性能圖，然而優化的區域可能會有些不同。
[0109]本領域的技術人員可以理解，許多因素會影響內燃機的總效率和性能。一個重要因素是實際輸送至氣缸的空氣量。在有節氣門的內燃機中，輸送至氣缸的空氣量可以使用節氣門進行調整。一些內燃機還允許氣門定時的動態調節，這提供了對主動工作循環期間輸送至氣缸的空氣量的進一步控制。其他內燃機包含渦輪增壓器、增壓器或其他機構以進一步增加或者改變特定工作循環期間輸送至氣缸的空氣量。當希望和可用時，節氣門中的任意一個或是組合、氣門定時或影響輸送至氣缸的空氣輸送的其他裝置可以被設定、優化或控制以助於優化氣缸點火。還應該理解，節氣門、氣門定時等的大多數燃料有效的(或優化的)設定可以基於內燃機的操作狀況改變。因此，有時會希望在內燃機的操作期間調節設定(例如節氣門設定)以進一步提高內燃機性能。例如，應當理解，在一些內燃機中，最高效的節氣門位置可以隨著內燃機的旋轉速度和其他因素而略微地改變。在這種內燃機中，可能會希望略微調節作為內燃機速度或其他適當因子的函數的節氣門位置。作為實例，可以很好理解，進氣歧管壓力對任意特定氣缸點火的效率具有很重大的影響。因此，可能希望以位置基本上恆定進氣歧管壓力的方式控制節氣門。
[0110]應當指出，該類型的節氣門調製與在有節氣門的內燃機的傳統操作期間使用的節氣門調製相當不同。在傳統操作中，節氣門是用於調製內燃機的輸出的主要機構。節氣門被打開更多以提供附加的功率，並且關閉更多以減少內燃機輸出。相比較而言，節氣門位置的所述調節被用於助於優化點火一併且內燃機的功率輸出使用在此所述的跳越點火技術主要地控制。
[0111]除優化空氣和燃料輸送之外，還存在影響內燃機性能的其他變量。例如，可以很好理解，在火花點火內燃機中，火花塞點火的定時可以影響氣缸點火的熱力效率和相應的排放圖。許多汽車內燃機能夠調節內燃機的操作期間火花塞點火的定時。如果這種控制是可用的，火花塞點火的定時也可以被調節以助於優化點火。本領域的技術人員可以理解，通常希望在內燃機較冷時提前火花並且在內燃機較暖時延遲火花。火花定時也可以隨內燃機的旋轉速度和/或其他因子而改變。
[0112]如在該應用中其他處討論的，當內燃機在跳越點火方式中運行時，在不同的氣缸的溫度中會由於這種因子作為每個特定氣缸的點火歷史而具有重要的變化。由於多種原因，在任意特定工作循環期間輸送的(或期望輸送的)實際燃料供送中存在變化。如果需要的話，火花定時控制器或控制算法可以設計成在基於特定氣缸的點火歷史和據信與火花定時相關的其它因子的點火對點火基礎上嘗試優化每個工作腔室的火花定時。
[0113]在另一個實例中，一些內燃機具有凸輪移相器、電子氣門控制或可以用於改變氣門定時的其他機構。一些機構(例如電子氣門)可以便於在氣缸/工作循環對工作循環的基礎上控制氣缸。其它(例如機械凸輪移相器)可以便於內燃機操作期間氣門定時的動態控制一但是不是在單個氣缸對單個氣缸的基礎上。控制器可以設計成基於改變氣門定時可用的機構以任意適當的級別控制氣門定時。
[0114]雖然僅僅描述了幾個操作變量(例如空氣、燃料和火花定時)的優化，但是應當理解，在內燃機操作期間影響內燃機操作的可控變量可選地按照希望調節以助於優化氣缸點火。同時，雖然可以優化許多變量，但是不需要優化所有可能的變量，並且不需要優化任意變量為它們的最大熱力效率或任意特定的排放特性。使用通常優化供送的空氣和燃料的內燃機的所述跳越點火類型的好處可以在影響氣缸點火的熱力效率的機構(例如燃料噴射器、氣門提升器、節氣門、火花定時等等)的不同的特定設定的範圍上獲得。
[0115]在內燃機的操作期間任意給定時間處使用的特定設定的確定能夠以任意適當的方式做出。例如，設定可以在內燃機的操作期間基於內燃機的當前操作狀態動態地實時計算。或者，適當的設定可以基於預定的內燃機性能圖存儲在查找表格中。在其他實現中，計算或檢索的值可以基於當前操作參數例如排放圖或催化轉化器的當前狀態而進行修改。當然，多種其他傳統或非傳統方法可以用於確定用於優化點火的特定參數。
[0116]富燃料驅動脈衝
[0117]有時會希望想工作腔室提供比正常/全驅動脈衝更富燃料的空氣/燃料混合物從而提供希望的排放圖(例如使內燃機的排放輸出更好地匹配催化轉化器)或用於某些其他目的。實際上，這會向氣缸輸送比認為是最佳量的燃料更多並且多於化學計算量的燃料的燃料。作為【背景技術】方面，在許多實現中，用於特定操作狀態的「優化」量的燃料將對應於略稀薄的混合物。即，略微少於化學計算量的燃料導入每個點火的工作腔室中。有時在運行稀薄內燃機時出現的問題是氣缸的排放圖可能不會始終落在催化轉化器的容量內。相似類型的問題會出現在傳統模式中的內燃機的操作中。為了解決該問題，一些傳統內燃機周期性地短期內在富燃料模式(即提供略微多於化學計算量的燃料)從而以便於催化轉化器的良好操作的方式調節排放圖。
[0118]參見圖10可以理解該問題的實質，該圖顯示了典型的奧託循環內燃機在不同空氣/燃料比下的所選排放特性。在其中可以看出，排放物中一氧化碳(CO)的量在混合物變得更富足時趨於增大並且在比化學當量計算更富足的混合物中相當顯著地增大。一氧化氮(NO)的量在接近化學當量計算混合比處趨於最高並且當空氣/燃料比變得更貧乏或更富足時相對迅速地下降。排氣中碳氫化合物(HC)的量通常也隨著混合比超過化學計算情況的增大而相對迅速地增大。許多催化轉化器需要特定量的一氧化碳的存在以有效地運行。如果內燃機稀薄地運行，催化轉化器可能將會變得耗盡並且由於缺乏一氧化碳而不能有效地工作。為了解決這些問題，一些現有的ECU設計成周期性地使用富燃料混合物運行內燃機很短的時間從而補充催化轉化器。
[0119]在所述跳越點火變排量模式中通過周期性地使用富燃料點火可以很容易地解決催化轉化器損耗問題。如果需要的話，驅動脈衝發生器可以配置成有時輸出請求輸送大於最佳量的燃料的「富燃料」驅動脈衝或者序列發生器可以布置成有時向所選氣缸適當地提供過量燃料。或者，序列發生器或燃料處理器內的其他邏輯或內燃機控制單元可以布置成指示燃料噴射驅動器以增加在特定點火或點火組中輸送的燃料量從而獲得期望的效果。
[0120]在利用Σ - Λ控制器202至少部分地確定富燃料脈衝的定時的實施中，例如下文參見圖8所述的多位比較器的狀態之一可以用於指定富燃料脈衝。雖然Σ - Λ控制器202可被用於指定富燃料脈衝的定時，但這並非必需的。富燃料點火的定時和生成可以由多種部件響應從廢氣監視傳感器和/或ECU接收的信號而確定。作為實例，在各種實現中，由同步器222、序列發生器108、E⑶或燃料處理器內的其他邏輯獨立地做出導入富燃料脈衝或一組富燃料脈衝的決定從而獲得期望的效果。應當指出，富燃料點火通常不會由點火顯著地影響功率。即，從富燃料點火得到的能量的量通常相對接近地近似於從正常/優化點火得到的能量。因此，從控制的觀點上說，通常不存在基於富燃料點火期間被輸送的附加燃料改變想Σ - Λ控制電路的反饋的需要。然而，如果需要的話，反饋可以以其他方式估算或調節以反映點火的實際能量輸出。
[0121]部分驅動脈衝
[0122]在大多數上面討論的實施例中一實際上被點火的所有氣缸都在它們的最佳效率附近操作，例如，在基本上未節流的運行狀況下(例如，在有節氣門的內燃機中在或者接近「節氣門全開」處)具有恆定或接近恆定的燃料供給。然而，並不存在這種要求。在一些情況，會希望在低於工作循環的最佳效率下操作一些工作循環以符合特定的短期要求例如更精確地控制和/或平滑內燃機的輸出或解決排放問題。所述驅動脈衝發電機104可以很容易地配置成在期望時使一些百分比(或所有)的非跳越工作循環在低於它們的最佳效率處操作。更具體地，驅動脈衝發電機可以設計成使一些生成的驅動脈衝是要求降低的能量輸出氣缸點火的部分驅動脈衝。部分驅動脈衝可以均具有相同的能量輸出級(例如，1/2能量)或可以具有多個分散的能量輸出級(例如，1/2和1/4能量)。當然，在任意特定實現中使用的不同能量輸出級的數目以及它們的相對量值可以大範圍地改變。
[0123]當序列發生器108接收到部分驅動脈衝時，它安排較低量的燃料噴射到對應於部分驅動脈衝而點火的氣缸中。如果內燃機中使用的燃料可以在稀薄環境中點火，則可能會減少針對特定點火輸送的燃料的量而不用調節節氣門用於部分驅動脈衝，這樣輸送至氣缸的空氣的量就不會受到部分驅動脈衝的影響。然而，大多數汽油內燃機不能在非常稀薄的環境中始終如一地並且可靠地點燃汽油燃料。因此，在這種內燃機中，需要還減少導入指定氣缸中的空氣的量以作為部分驅動脈衝點火。應當理解，大多數節氣門的響應時間相對較慢。因此，在有節氣門的內燃機中，在其中部分驅動脈衝散布於全驅動脈衝中的情況下，很難將節氣門位置在全驅動脈衝和部分驅動脈衝之間轉換。在這種內燃機中，可能會希望使用在特定內燃機中可控的任意其他技術來減少向氣缸提供的空氣，作為實例可以通過改變氣門打開定時，如果氣門定時是可控的話，因為它通常是可以使用電子氣門進行控制的。
[0124]當使用部分驅動脈衝時，輸送至氣缸的空氣和燃料的量優選地被測量以提供反映在部分驅動脈衝中的成比例量的驅動能量。例如，如果部分驅動脈衝要求總能量的一半，然後供給的燃料量將是期望輸送一半的總驅動能量的燃料的量一它通常大於在最佳效率下操作所需的燃料的1/2，因為氣缸的熱力效率在它在次最佳狀況下操作時較低。
[0125]應當理解，雖然優選相對精確地聯繫由部分能量工作循環與部分驅動脈衝請求的內燃機輸出，但是這並非始終需要的。尤其是當部分驅動脈衝是驅動脈衝的總數的相對低的百分比(例如小於大約百分之10或15)時，它們對內燃機輸送的總驅動能量的累積影響並不是特別大這樣近似值仍可以適當地工作。例如，半驅動脈衝可以與全驅動脈衝中輸送的燃料的一半(或其他固定的百分比一例如65%)的輸送相關。
[0126]部分驅動脈衝能夠以多種方式有用。如上文所述，它們可以被用於助於平滑內燃機的輸出。該平滑可以在任意內燃機速度下有用並且在較低內燃機速度(低RPM)下尤其明顯。部分驅動脈衝有時是希望的另一個原因是助於進一步減少內燃機振動。如上文指出的那樣，許多控制器例如上所述的Σ - Λ控制電路202對生成的音調敏感一這在一些情況下會導致諧振或其他不希望的振動模式。顫動會導入控制器並且序列發生器可以適當地設計以助於破壞這些模式中的一些。然而，在許多應用中，可能希望提供其他機構以助於破壞模式和/或更主動地控制內燃機振動。部分驅動脈衝可以另外使用和/或代替在此討論的其他模式控制措施。
[0127]提供部分驅動脈衝的另外一個理由是改變內燃機的排放圖。例如，在一些工作情況下，在一些車輛中，催化轉化器可能不能很好地適於處理僅僅優化的全驅動脈衝的排放圖。在這種情況下，輸送至一些點火氣缸的燃料的量可以改變以使內燃機的排放輸出更好地匹配催化轉化器。
[0128]如上所述的簡單的同步器222可以很容易地配置成處理部分驅動脈衝。在一個實現中，同步器配置成每當從Σ-Λ控制電路的高輸出的脈衝時間在指定範圍內時就生成半能量脈衝。例如，如果高輸出的脈衝時間大於驅動脈衝的周期的一半但是小於全驅動脈衝周期，就可以生成半個脈衝。當然，實際的觸發點可以改變以符合特定應用的需要(例如，脈衝時間從驅動脈衝周期的百分之45至90或者其他適當的範圍可以設定成觸發部分驅動脈衝的生成)。
[0129]如果提供了多個部分驅動脈衝級，那麼每個級均可以配置成在具有相關範圍的脈衝時間上觸發。例如，驅動脈衝周期的25 - 49%的脈衝時間可以導致四分之一驅動脈衝的生成，並且驅動脈衝周期的50 - 99%的脈衝時間可以導致半驅動脈衝的生成。同樣，應當理解，這僅僅是一個實例並且觸發部分驅動脈衝的實際範圍和條件可以很大程度地改變。
[0130]當希望時，當脈衝時間顯著地長於驅動脈衝周期但是沒有足夠長以觸發另一個全驅動脈衝時，也可以使用部分驅動脈衝。例如，當脈衝的剩餘部分(即，超過驅動脈衝的整數的脈衝的長度)落在指定範圍內時，部分驅動脈衝可以觸發。
[0131]為了確保內燃機有效地操作並且在可接受的排放級內，在許多應用中，可能會希望限制由驅動脈衝發生器104輸出的部分驅動脈衝的數目。例如，可能會希望限制部分驅動脈衝為由驅動脈衝發生器生成的驅動脈衝的某些百分比(例如，最大量為百分之10或20)。如果需要的話，允許的驅動脈衝的百分比可以是內燃機速度的函數。例如，如果內燃機非常慢地運行(例如空轉)，可能會希望允許更多(或所有)驅動脈衝為部分驅動脈衝。
[0132]驅動脈衝發生器可以很容易地配置成提供部分驅動脈衝並且針對部分驅動脈衝的可用性、數目和/或定時設定適當的條件或限制。作為實例，下面將參照圖8描述適於生成多級驅動脈衝的Σ-Λ控制器和相應的驅動脈衝發生器。
[0133]部分節氣門操作
[0134]在有節氣門的內燃機的其他實施例中，內燃機有時可以在跳越點火型變排量模式中操作且節氣門位置基本上小於大開度(即，在部分節氣門處)。在這些實施例中，內燃機保持在連續變排量模式中，即使它沒有優化工作循環。即，輸送至每個氣缸/工作腔的空氣和燃料的量相對於優化的點火減少，雖然輸送的燃料的實際量可以針對實際地輸送至氣缸的空氣的量進行優化(例如以化學計算比例)。雖然在具有去優化工作循環的部分節氣門下操作的內燃機的燃料效率通常不如它在節氣門全開下好，部分節氣門跳越點火操作模式在給定的內燃機速度/功率下通常仍然比內燃機的傳統節流操作提供了更好的燃料效率，因為主動工作循環比每個氣缸都被點火的工作循環更高效。
[0135]該部分節氣門跳越點火操作在多種應用中是有用的一包括其中需要相對低的功率輸出的應用和/或在低內燃機速度下，作為實例，當內燃機空轉、車輛制動時等等。顯著地，部分節氣門跳越點火操作趨於便於更平滑的內燃機操作和/或低內燃機速度下的控制。而且，部分節氣門操作可以用於提供更好的內燃機制動、改進排放特性等等。在一些實現中，當內燃機在預定的操作狀態中時，控制器可以布置成自動調節為更低的節氣門設定同時繼續在跳越點火型變排量模式中操作。例如，在制動期間和/或內燃機完全地預熱之前，如果內燃機速度下降低於指定閾值(例如，低於2000RPM、1500RPM等等)，控制單元可以降低節氣門設定。
[0136]如果需要的話，可以應用多個不同的部分節氣門設定以符合特定應用的需要。例如，一種實現可以應用四個不同的節氣門狀態。一個狀態通常對應於節氣門全開位置，第二狀態對應於半節氣門位置，第三狀態對應於四分之一節氣門位置並且第四狀態對應於空轉和/或制動節氣門位置。用於觸發操作狀態之間的轉換的條件可以依照特定應用的需要而廣泛地改變。
[0137]節氣門位置不必在不同的部分節氣門操作狀態中完全地固定。次要考慮會影響在任意特定操作狀態中任意特定時間使用的特定節氣門設定。例如，用於空閒狀態的實際節氣門位置可以基於內燃機的冷熱而有些改變。在另一個實例中，用於「節氣門全開」狀態的實際節氣門位置可以改變以優化如上所述的燃料效率。當然，其他考慮也可以影響特定的節氣門設定。
[0138]變排量操作模式
[0139]有時在內燃機操作期間，不希望在所述連續變排量操作模式中操作內燃機。在這種時候，內燃機可以按照它當今操作的同樣的方式一即正常或傳統操作模式一或以被認為是適當的任意其他方式操作。例如，當內燃機冷啟動時，可能不希望立即在其最佳效率乃至部分節氣門跳越點火方式中操作氣缸中的任一個。另一個實例是當內燃機空轉和/或內燃機速度很低並且內燃機上的載荷很低時。在這種狀況下，可能不希望在其最佳效率乃至使用部分節氣門跳越點火操作氣缸，因為很難保證內燃機的平滑操作和/或控制振動。為了顯示該問題，考慮在600RPM下空轉且沒有大的外載荷(例如車輛在空擋中)的4氣缸內燃機。在這種狀態中，每分鐘將出現總共1200次或每秒20次點火機會(即每個氣缸300次點火機會)。然而，在空擋中，內燃機的載荷主要地是與保持曲軸轉動相關的摩擦損失。該載荷可以足夠低這樣在時序優化的點火之間就將過去大於一秒鐘。點火之間的這種延遲會導致許多內燃機中的粗暴操作和不希望的振動。類似地，當駕駛者正在制動並且在內燃機上的載荷非常低的其他情況下，可能不希望繼續優化工作循環。
[0140]為處理這些類型的情況，每當不希望跳越點火操作時，內燃機都可以在傳統模式中運行。多種觸發器可以用於確定何時適於在操作模式之間轉換。例如，包含在此所述的優化控制的內燃機控制單元可以布置成在每次起動之後一或直至內燃機達到期望的操作溫度以傳統模式操作固定時間。類似地，每當內燃機在規定範圍一例如內燃機空轉或低於閾值內燃機速度(例如1000或2000RPM)操作時一之外的速度下操作時，內燃機控制單元可以布置成以傳統模式操作。雖然當內燃機在低內燃機速度下操作時最關注，如果需要或是適當的，變排量模式的優化控制也可以在高於指定閾值(例如在高於6000RPM處)的內燃機速度下解除。在高內燃機速度下或當最大內燃機輸出是期望的時，可能會希望提供附加的功率。在另一個實例中，內燃機可以僅僅在特定範圍的內燃機速度(例如2000—4000RPM)內運行時在變排量模式中操作。在其他實例中，用於進入或離開變排量模式的觸發閾值可以顯示出滯後。例如，可能希望提供一個點火閾值(例如在2500RPM之上操作)以觸發進入變排量模式並且提供第二閾值(例如在低於2000RPM下操作)用於離開變排量模式。閾值的交錯有助於降低進出不同操作模式的頻繁轉換的可能性。
[0141]在其他特定實例中，變排量模式可以被解除:(a)當車輛制動時；(b)如果在內燃機中檢測到不希望的振動或其他感覺到的問題；(C)當內燃機上的載荷低於指定閾值時；和/或(d)當加速器踏板位置低於或高於指定閾值時。在其他實例中，當在時序點火之間的時間延遲大於指定時間段(例如，0.2秒)或時序點火之間的間隙大於指定數目的點火機會時，變排量模式可以被解除。在其他實施例中，可能希望在模式之間的轉換中提供一些滯後或延遲。例如，如果針對內燃機設定閾值在內燃機速度下降到低於2000RPM時從變排量模式轉換為傳統操作模式，可能也希望要求內燃機在作出模式轉換之前在低於2000RPM下操作一些時間(例如至少3秒)。這種等待期有助於降低非常短暫事件例如換擋的齒輪將觸發模式變化的可能性。
[0142]應當理解，這些只是其中希望退出連續變排量模式的情況的實例並且還有保證脫離和/或可以用於啟動脫離的觸發器的多種其他情況。所述情況和觸發器僅僅是可以單獨地、以任意期望的組合使用或根本不是用的實例。內燃機控制單元、點火控制單元、點火控制器、協處理器和包含所述優化的其他配置的各種實施例可以布置成當認為是適當的時和/或當在連續變排量模式中的操作被認為是不適當時解除連續變排量模式。
[0143]反饋控制
[0144]在此處的討論中，我們通常指的是控制內燃機以提供期望的輸出。在簡單的模擬求解法中，指示點火或驅動脈衝的反饋可以在通常恆定的水平(「高度」)下為對應於點火機會之間周期的時間段提供。應當理解，當提供該類型的反饋時，內燃機被控制以提供作為加速器踏板位置(或其他輸入信號)的函數的期望輸出並且踏板位置並不對應於固定的轉矩或功率值。因此，內燃機在任意期望的輸出級下輸送的實際功率將是內燃機的當前操作狀態和當前環境條件的函數，如同在大多數當前車輛控制系統中那樣。更具體地，應當理解，從每個工作腔室點火鍾獲得的驅動能量或功率的實際量將會作為多個變量的函數而改變。例如，在高地勢和高RPM下操作的內燃機的優化點火可能會比在低RPM下的優化點火提供較少的功率。類似地，針對排放物考慮調節的優化的點火可能會比主要針對燃料效率調節的優化的點火提供略微不同的功率量。
[0145]如上所述的控制器在任意情況下會更好地工作並且趨於模仿可在許多當今的車輛中發現類型的響應。然而，由內燃機針對給定節氣門位置輸送的實際功率量可以作為環境和/或運行狀況的函數而略微地改變。應當理解，可以很容易地設立控制器以在期望時提供不同的控制特性。例如，可以設立控制以處理期望的輸出信號作為對來自內燃機的指定功率量輸出的請求。在一個這種實施例中，氣缸的每個點火可被簡單地認為是提供指定量的功，並且反饋可以基於該概念。即，每個反饋點火機會向Σ-Λ控制器輸送相同量的負反饋。
[0146]應當理解，在實際內燃機中，功量、功率和/或從特定氣缸的點火實際獲得的轉矩並非始終是相同的。許多因子會影響從特定點火可用的熱動力能量。這些因子包括導入氣缸的空氣的質量、溫度和壓力、空氣/燃料比和燃料的能含量、內燃機速度等等。在各種實施例中，反饋可以調節和/或前饋可以使用，這樣控制器內使用的反饋可以更精確地反映從每次點火期望的功(或轉矩或功率)的實際量。在特定實施例中，可以在內燃機的運行狀況出現變化和/或當適當信息可用時調節反饋以考慮點火之間的變化。點火之間的變化可能是由於:受控因子例如輸送至氣缸的燃料供送(例如，稀薄、富和正常燃料供送之間的變化)；內在因子例如會導致不同空氣量導入不同氣缸中的進氣歧管澆口中的幾何差異；操作因子例如當前內燃機速度、點火歷史等等；和環境因子例如環境空氣溫度和壓力等等。
[0147]大多數現代汽車內燃機具有多種傳感器，它們可用於內燃機控制單元，而內燃機控制單元可用於助於估算由任意特定點火獲得的實際能量的量。作為實例，輸入變量例如歧管壓力(MAP)、空氣品質流量、空氣供送溫度、凸輪定時、內燃機速度(RPM)、噴射定時、火花定時、排氣氧含量、排氣背壓(尤其在渦輪增壓內燃機中)、廢氣再循環和在特定內燃機中可用的任意其他輸入都可以用於助於估算從當前點火期望的有效功的量並且適當地調節到控制電路的反饋。因此，向控制器提供的反饋可以布置成單獨或組合地作為這些因子的函數而改變。雖然反饋的這種微調在一些應用中是希望的，但是應當理解，它並非在所有應用中是必要的。
[0148]實際上，從任意特定點火獲得的實際功可以基於在特定內燃機中可用的有限數目的輸入(例如，僅僅提供了燃料的量、僅僅提供了空氣和燃料的量和內燃機速度等等)進行估算。當然，也可以使用估算輸出的其他方法。這些估算可以在操作期間動態地計算，提供在查找表格由控制器可訪問或使用多種其他方法確定。
[0149]另外，如果內燃機開始在其中內燃機輸出的功率或轉矩開始穩定或減少的範圍內操作，驅動脈衝發生器可以設計成適當地識別操作狀態和響應。在一些實施例中，這可以通過簡單地解除連續變排量模式並且使用傳統控制操作而實現。在一些其他實施例中，驅動脈衝發生器可以適於相應地調節輸出的驅動脈衝。當然，多種其他方法也可以用於處理這些情況。在其中形成部分驅動脈衝/節氣門點火的情況下，可以縮放反饋以更精確地反映由減少的燃料點火生成的減少的能量。
[0150]在設計成處理輸入信號作為期望的功率輸出的示值的控制器中，與每個點火相關的反饋的量可以縮放以反映從每次點火獲得的能量的量。在從幾個位置(作為實例，顯示在圖3中)獲取反饋的控制器中，來自每個來源的反饋以適當的比例縮放這樣總反饋就會相對精確地反映由特定點火提供的功率。應當指出，在數字系統中，所提供的反饋的量可以適當地設定以反映從特定點火期望的功率。在模擬的Σ - Λ系統中，反饋脈衝的「寬度」指示內燃機速度並且反饋脈衝的「高度」被縮放這樣反饋的總量對應於從相關的點火獲得的倉tfi。
[0151]在如上所述的大多數實施例中，可以預期來自驅動系統的反饋(例如由同步器222輸出的驅動脈衝模式110 ;和/或實際點火的點火模式120)基於外在的反饋信號。然而，應當理解，在一些實施例中，所需信息可以從對控制器可用的其他信號中得到。例如，工作腔室的每次實際點火將對內燃機速度具有一些影響(即它將提高內燃機速度)。該改變在其對從動的機械系統方面非常小一但是這種改變可以使用現代電子信號處理技術可以很容易地檢測出來。因此，如果需要並且測速信號足夠精確的話，如果需要的話，可以從測速(內燃機速度)信號得到實際的點火模式反饋。一般而言，反饋可以從對具有指示嵌入其中的點火模式的信息的控制器可用的任意信號源獲得。
[0152]接下來參見圖18，將描述本發明的另一個實施例，該實施例在點火模式的確定中使用了反饋和前饋。在本實施例中，控制器600布置成補償由每次點火提供的驅動能量中的變化。該圖除點火可以由任意一種所述內燃機控制器控制之外還顯示了一些其他的內燃機控制。在所示實施例中，加速器踏板位置的示值被供應給布置成預處理踏板位置信號的預處理器181。如此前討論的那樣，踏板位置信號被處理為內燃機的期望輸出的示值。下面在標記為預處理器階段的部分中更詳細地描述了預處理器181的目的。預處理的踏板信號供給至乘法器601，乘法器601使用適當的因子乘以踏板信號以補償由點火提供的驅動能量中的變化。這是使用前饋針對操作期間發生的變化調節控制器的一個實例。因子處理的期望輸出信號提供給生成驅動脈衝信號110的驅動脈衝發生器104。驅動脈衝信號110供給至如此前所述確定實際點火模式120的序列發生器108。點火模式120被用於控制內燃機604的氣缸點火。
[0153]內燃機控制器600還布置成控制其他內燃機變量例如節氣門位置、火花定時和噴射器。在所示實施例中，內燃機控制塊620布置成指示部件控制器以便於內燃機的高效或優化操作的方式控制其相關聯部件。內燃機控制塊620布置成針對多種可控部件中的任一種確定期望的設定從而允許內燃機有效地操作。通常，可以在適當的查找表格中找到適當的設定。然而，在期望時，可以基於當前操作和/或環境條件動態地計算適當的設定。
[0154]在所示實施例中，內燃機控制塊620包括節氣門控制器621、火花定時控制器624和噴射控制器627。在其他實施例中，內燃機控制塊可以包括適於控制特定內燃機或車輛的其他可控部件的附加設備驅動器。一個這種實例是用於控制自動變速器的變速器控制器。在其他實施例中，存量E⑶可以用於處理內燃機控制塊的這些函數。
[0155]內燃機控制塊620接收多個傳感器輸入，所屬輸入包括當前內燃機速度(RPM)、進氣歧管壓力(MAP)、車輪速度、可用環境傳感器等等。內燃機控制塊620還具有一系列查找表格，且查找表格存儲期望的設定以基於當前狀況提供期望的(例如優化的)點火。在簡單的系統中，這些變量可以包括期望的燃料供送、火花定時和歧管壓力。表格可以使基於因子例如內燃機的旋轉速度、當前環境條件和/或其他方面的內燃機的操作狀態的多維圖。特定控制器然後控制它們的相關聯的部件以獲得期望的點火。應當理解，現有的內燃機控制器技術非常好地適於處理這些部件的控制並且因此，這種功能可以很容易地包含到內燃機控制塊中。這些控制器也可以改變實際設定(例如燃料供送)中的一些以適應其他關心例如排放控制等等。應當理解，在各種部件控制器中使用的特定控制圖、算法和優先考慮也可以很大程度地改變以符合任意特定應用的需要。例如，如上文所述，在一些情況下，可能希望保持相對恆定的歧管壓力。針對特定運行狀況的期望的歧管壓力可以作為查找表格的一部分存儲在噴射圖中。該信息可以傳遞給接收適當的可用傳感器輸出一例如當前歧管壓力、當前內燃機速度(例如RPM)等等的節氣門控制器。基於這些輸入，節氣門控制器可以布置成以提供期望的歧管壓力的方式控制節氣門。
[0156]基於設定和內燃機的當前運行狀況，內燃機控制塊620也可以確定相對於額定驅動能量標準點火所提供的驅動能量的數量。然後可以計算適當的乘數因子以提供給乘法器601以補償點火的期望的驅動能量和點火的額定驅動能量之差。例如，如果期望從點火中獲得的驅動能量是額定驅動能量的95%，乘法器可以布置成使踏板輸入乘以95%的倒數。在優化點火期間乘法器以該方式的使用會導致控制器有效地處理加速器踏板位置為期望功率的請求。
[0157]如上文所述，還有時希望在部分節氣門下操作同時保持在跳越點火變排量模式中。乘法器也可以用於便於這種部分節氣門操作。例如，如果決定利用一半能量點火，內燃機控制塊620可以適當地設定節氣門和燃料供送，這樣每次點火就提供了近似一半的驅動能量。同時，提供給乘法器的乘數可以設定為「2」。這有效地告訴驅動脈衝發生器104需要多達兩倍的點火來提供期望的輸出。顯而易見，乘法器可以按該方式使用以便於在實際上任意期望級別的部分節氣門下的操作。
[0158]應當理解，圖18中顯示的內燃機控制器體系結構僅僅是一個適當的實現並且內燃機控制器的體系結構可以很大程度地改變以執行期望的功能並且適當地指示可控內燃機部件。還應該理解，在任意給定的實現中，所述乘法器可以用於便於基於期望功率的控制和部分節氣門操作一或者這些功能之一。
[0159]在一些實現中，會希望利用操作的所述跳越點火方式並連同巡航控制。通常同樣點火控制單元可以如此前所述與巡航控制連同使用，且巡航控制器正如當今巡航控制器工作那樣提供輸入信號113。
[0160]在另外一個實施例中，巡航控制功能甚至可以創建到驅動脈衝發生器中，雖然輸入信號113的解釋和到控制器的反饋需要適當地改變。通常，巡航控制試圖保持恆定的車輛速度，這與恆定的功率輸出相反。為了充當巡航控制器，期望速度的示值可以代替加速器踏板位置的示值用作輸入信號113。期望的速度輸入信號可以直接或間接地來自巡航控制單元或任意其他適當的來源。在這種實現中，提供給驅動脈衝發生器的反饋指示車輛的當前速度，這與特定點火相反。該示值可以來自任意適當的來源，作為實例，可以來自一個或多個車輪速度傳感器、速度計或其他適當的來源。當車輛從巡航控制中轉換出來時，輸入信號和反饋可以迴轉回分別適當地指示點火的期望的輸出信號和反饋。或者，如果當車輛轉換出巡航控制時出現的狀況不適合跳越點火操作，車輛可以轉換到其中所有氣缸在所有時間點火的傳統操作模式。
[0161]在此處的說明中，描述了許多不同的反饋和前饋方法。這些方法中的任一種可以在特定應用中適當地工作。所用方法的選擇將對內燃機的性能和效率產生影響並且特定反饋方法的選擇可以基於內燃機的期望的性能特性。
[0162]改進當前的內燃機
[0163]在當前商業上可用的變排量內燃機中，所選的氣缸被停止一通常在成組地一併且在它們的正常操作模式中使用剩餘的氣缸。因為當一些氣缸被停止時較少的氣缸在工作，所以剩餘的氣缸會在比它們在所有氣缸操作時更高效的狀況下操作。然而，它們仍然不會在它們的最佳效率下操作。
[0164]當傳統變排量內燃機的所選氣缸停止時，與這些氣缸相關的氣門通常會閉合併且在內燃機的操作中保持閉合。在不具有電子氣門的內燃機中，這需要更複雜的機械結構和一些協作努力以可選地使氣門脫離凸輪軸。因此，商業上可用的變排量內燃機並沒有設計成在不同的排量之間迅速地前後改變。
[0165]在傳統的商業上可用的變排量內燃機中氣門在停止的氣缸中保持閉合的一個原因是助於減少固有地發生在停止的氣缸中的泵送損失，如果跳越的氣缸的氣門在它們的正常時間打開和閉合的話。如果當在所述連續變排量模式中操作時氣門在它們的正常時間打開和閉合，將會發生相同類型的泵送損失。因此，當用於對氣門的打開和閉合具有選擇性控制的內燃機中時，可能會希望閉合跳越的氣缸的進氣門和排氣門。然而，燃料和內燃機的熱力效率將會實質地提高，即使跳越氣缸的氣門在它們的正常次數被打開和閉合。
[0166]閉合與停止氣缸相關的氣門的感覺的需要可以導致將現有的定排量內燃機轉變為變排量內燃機是不切實際的印象。本發明的一個非常顯著的優點是適當的控制器可以很容易地安裝在許多現有的內燃機上以改進現有的內燃機以顯著地提高它們的燃料效率。即使不可能或不實際閉合跳越氣缸的氣門一這將是大多數現有內燃機中的情形，也會如此。改進可以實現為:通過替換內燃機控制單元(通常也被稱作內燃機控制模塊)為包含本發明的控制的改進的內燃機控制單元；或連接包含本發明的控制的點火控制協處理器或協處理單元與現有的內燃機控制單元；或通過將所述控制合併到現有的內燃機控制單元中。
[0167]在傳統變排量內燃機中與停止的氣缸相關的氣門保持在關閉位置的另一個原因是確保排放控制單元不會由於如果與非燃燒的跳越氣缸相關的氣門正常地打開和閉合而出現在廢氣中的很大量的氧氣而改變內燃機的操作。特別地，如果空氣抽吸到氣缸中並且在從氣缸排出之前未燃燒，與如果燃料已經噴射到氣缸中並且燃燒(這將具有消耗出現的大部分氧氣的效果)中相比，排氣就會顯著地具有更多氧氣。許多內燃機有廢氣氧傳感器以檢測在廢氣流中出現的氧氣的量。氧傳感器向排放控制單元提供信息，而排放控制單元利用該信息以助於管理內燃機操作以確保廢氣排放減小到最低並且遵守環境法規。如果允許跳越的氣缸的氣門在以連續變排量模式中操作時以傳統方式打開和閉合，那麼廢氣就會比控制單元期望的排放物具有多得多的氧氣。因此，當具有廢氣氧傳感器的內燃機以允許跳越的氣缸的氣門以正常方式打開和閉合的方式運行時，通常希望調節或不考慮氧傳感器信號，或調節基於廢氣中氧氣的水平的任意控制以考慮預料在排氣中的額外的氧氣。在其他應用中，可能希望或需要替換氧傳感器為與內燃機控制單元或點火控制協處理器共同工作的寬帶λ傳感器。此外，如此前提到的那樣，有時會希望以每次點火優化提供的燃料量和/或周期性地提供部分或富燃料供送以確保廢氣排放適於催化轉化器的良好的操作。
[0168]在改進當前內燃機時希望考慮的另一個因素是設法保證操作內燃機的「感覺」(例如，駕駛包括受控內燃機的車輛)在作出改進之後不會過於明顯地改變。即，希望內燃機的感覺在作出改進前後是相似的。一種助於實現這一點的一種方式是無論何時感覺到操作內燃機的感覺可能會顯著改變時就將內燃機從連續變排量模式轉換為調節節氣門並且不會跳越氣缸的「正常」操作模式。在其他實現中，變排量模式中的控制可以在特定情況下改變以提供近似於在正常操作期間經歷感覺的感覺。
[0169]作為實例，許多車輛(包括卡車、小汽車等等)在釋放加速器踏板時會經歷顯著的「內燃機制動」。在連續變排量模式中，節氣門通常保持在有些靠近大開處以允許最大量的空氣供給工作腔室並且因此便於優化內燃機的熱力效率。然而，當節氣門為大開時，內燃機經受的泵送損失會降低並且因此，使用者可以感覺到的內燃機制動的量會降低顯著的數量。在一些情況下，可能希望嘗試更緊密地模擬在預改進操作期間察覺到的內燃機制動感覺。同樣，這可以通過無論何時加速器踏板被釋放或施加制動就將內燃機從連續變量操作模式轉換為正常操作模式來實現。或者，節氣門可以部分地或完全地閉合(例如，靠近它在正常操作期間被關閉的程度)，而仍然在連續變排量模式中跳越所選點火。如果這種方法被用於便於內燃機制動，則導入點火的工作腔室中的燃料量將會被調節以對應於由於節氣門的閉合或部分閉合而提供給氣缸的減少量的空氣。
[0170]雖然結合改進現有內燃機的討論討論了內燃機制動的概念，但是應當理解，針對特定內燃機的設計目標可能比設置有全開節氣門(甚至在新的內燃機中)需要更有效的內燃機制動。因此，點火控制單元100可以布置成調節節氣門位置以提供期望的內燃機制動，如果希望的話。或者或此外，在便於氣門的打開和閉合的選擇性控制的內燃機(例如具有電子氣門的內燃機)中，調製跳越的氣缸的氣門的打開和/或閉合以提供增強的內燃機制動是可能的。
[0171]應當理解，內燃機制動只是在變排量模式中的操作期間希望重複的內燃機的「正常」感覺的一個方面。點火控制單元100可以設計成同樣重複內燃機操作感覺的其他期望的方面。
[0172]排氣和排放系統
[0173]熟悉車輛內燃機設計的技術人員可以理解，許多現有內燃機的排氣系統可以適應廢氣的期望的化學和溫度。當在連續變排量模式中操作而允許以傳統的方式打開和閉合跳越的氣缸的氣門時，空氣可以有效地泵送通過未燃燒的氣缸。這導致在跳越點火操作下輸出的廢氣與內燃機的正常操作期間期望的廢氣具有非常不同的圖形。最顯著地，當空氣泵送通過未燃燒的氣缸時，廢氣將比內燃機的正常操作期間出現的具有更多的氧氣(並且通常是多得多的氧氣)。泵送通過跳越的氣缸的未燃燒的空氣還比從點火的氣缸排出的廢氣冷得多。許多傳統排放系統不能處理當空氣泵送通過未燃燒的氣缸時固有的冷或過量的氧氣。因此，在許多應用(並且尤其是在泵送空氣通過未燃燒的氣缸的應用)中，確保排氣和排放系統能夠處理使用跳越點火方法輸出的廢氣十分重要。
[0174]該問題的實質在需要符合高排放標準並且設計成節流輸送至工作腔室的空氣從而調節功率(例如，大多數非狄賽爾汽車內燃機)的內燃機中尤其尖銳。這種內燃機中利用的排氣系統通常具有催化轉化器，催化轉化器並未設計成處理當空氣泵送通過跳越的氣缸時固有地出現的大量氧氣或相對冷的空氣。
[0175]不同於大多數奧託循環內燃機，大多數商業上可用的柴油機會未節流地運行並且調節輸送至氣缸的燃料量從而控制內燃機輸出。同樣地，柴油機傾向於在廢氣中具有大範圍地改變量的氧氣。因此，柴油機中的排氣系統通常布置成比許多奧託循環內燃機中使用的排氣系統處理更寬種類的排氣化學。作為實例，一些汽車柴油機使用洗滌系統來清潔廢氣。這種洗滌系統很好地適於處理具有當空氣泵送通過跳越的氣缸時固有的富氧脈衝和改變的溫度的廢氣。當然，也可以使用多種其他排放系統，只有它們能夠處理在跳越點火操作期間輸出的廢氣數據圖即可。
[0176]在設計新的內燃機時，排氣和排放系統可以很容易地設計以符合任意特定設計的需要。然而，當改進現有的內燃機以在所述變排量模式中運行時，通常也需要考慮排放和排氣問題。如果內燃機能夠閉合未燃燒氣缸的氣門，則現有的排氣和排放系統通常可以處理在變排量模式中的操作期間生成的排氣。排氣數據圖的任意所需微調通常可以由燃料處理器或內燃機控制器中的固件或軟體適當地設定和/或有時候改變如上所述點火機會期間輸送的燃料的供送來實現。
[0177]許多現有的內燃機並不具有複雜的排放系統並且因此當空氣泵送通過未用的氣缸時它們的現有排氣系統就不會被出現在排氣流中的過量氧氣不利地影響。在這些內燃機中，排放通常可以由變排量模式中的操作改進，因為內燃機會使用更一致燃燒室狀況更有效地操作，這樣燃料供送就可以很容易地適應以提供更好的排放數據圖。
[0178]許多其他現有的內燃機應用不能處理泵送通過未燃燒系統的過量氧氣的排放系統。在這種內燃機中，可能需要修改排氣和/或排放系統，這樣它們能夠處理流經排氣的過量氧氣和相對冷的空氣的脈衝。在一些應用中，這可以需要替換排氣和排放系統為能夠處理排氣流的系統。
[0179]在其他實施例中，可能希望有效地提供兩個平行的排氣路徑。一個用於從點火的工作腔室排出的廢氣並且另一個用於泵送通過未燃燒氣缸的空氣。這在理論上可以如下實現:通過在排氣路徑(例如在排氣歧管)中插入可以在兩個位置一指引廢氣到正常排氣和排放系統的第一位置和指引廢氣到對正常排放設備設置旁路的可選排氣路徑的第二位置之間轉換的流導向器，但是具有處理泵送通過未燃燒氣缸的空氣所需的任意排放設備。使用該配置，燃料處理器可以控制排氣流導向器(未顯示)在位置之前前後轉換以指引廢氣進入適當的路徑。應當理解，這種控制非常易於實現，因為燃料處理器知道每次點火發生的時間和點火之間的延遲並且到達流導向器的相應的廢氣可以基於內燃機的幾何尺寸和當前旋轉速度相對容易地確定。
[0180]在其他實現中，一個或多個高速閥可以在理論上插入進氣歧管(或吸入空氣流程中的另一個適當位置)中並且被控制以阻止空氣輸送至跳越的氣缸(即，在空氣到達氣缸的進氣門之前)。這將充分地減少或消除空氣泵送通過未燃燒的氣缸並且將消除改變現有的排氣和/或排放系統的相應需要。當然，在其他實施例中，可以對內燃機做出其他適當修改以確保(I)空氣沒有泵送通過未用氣缸；或(2)排氣和排放系統可以處理泵送通過未用氣缸的所有空氣。
[0181]壁潤溼問題
[0182]存在多種不同的用於傳統內燃機中的燃料噴射方案圖。一個常見技術一被稱作氣口噴射一設想將燃料噴射到燃料進氣歧管中的進氣口中。然後在空氣/燃料混合物由氣缸的進氣門打開而導入氣缸之前，燃料與進氣歧管中的空氣混合。在大多數氣口噴射系統中，做出相當多的努力以優化燃料噴射特性(包括噴射器瞄準、噴射定時、噴射噴霧包絡和噴射燃料液滴尺寸)從而減少內燃機排放、提高性能和/或改進燃料經濟性。然而，在跳越點火方式中運行這種內燃機時，可能會希望不同的噴射特性。
[0183]氣口噴射系統的一個已知問題被稱作壁潤溼。特別地，當燃料噴射到進氣歧管中並且一些量的燃料撞擊到進氣歧管的壁傷因此導致在進氣歧管壁上形成燃料薄膜時，就會發生壁潤溼。覆蓋歧管的壁的燃料的量基於多種因素改變，這些因素包括:(a)包括來自噴射器的燃料噴霧相對於進氣門的方向的噴射器瞄準；(b)包括來自噴射器的燃料噴霧的寬度的噴射噴霧包絡；(C)燃料液滴尺寸；(d)涉及相對於氣門被打開和閉合的時間的用於噴射燃料的開始和結束時間的噴射定時。(注意，如果在進氣門閉合之後繼續噴射，燃料將撞擊在閉合的氣門上並且噴射回到進氣歧管的壁上)。
[0184]當在其中空氣被泵送通過未點燃的氣缸的跳越點火方式中運行內燃機時，壁潤溼具有幾個獨特的含義。最顯著地，如果鄰近特定氣缸的進氣歧管的壁在特定氣缸被點火之後覆蓋燃料並且該氣缸在其下一個點火機會期間未被點火，那麼經過進氣歧管的潤溼部分的空氣通常會蒸發潤溼氣缸壁的燃料薄膜中的一些。潤溼進氣歧管壁的燃料的這種蒸發具有幾個潛在效果。一個潛在效果是蒸發的燃料可以泵送通過未燃燒的氣缸並且離開排氣。這會增大排氣中碳氫化合物的水平並且降低燃料效率。當未燃燒的碳氫化合物出現在排氣中時，可能會被催化轉化器消耗。隨著時間的過去，排氣中的過多碳氫化合物會降低催化轉化器的壽命。壁潤溼蒸發的另一個效果是下一次跳越的氣缸被點火時，較少的燃料對氣缸可用，因為一些打算用於氣缸的燃料會有效地「再潤溼」進氣歧管的壁。
[0185]為了降低壁潤溼損失的影響，可能會希望改變噴射數據圖為對壁潤溼較不敏感的數據圖一例如，通過改變噴射定時或噴射的其他特性。還會希望調節在任意特定氣缸點火中輸送的燃料的量以補償期望在跳越的氣缸被點火之後發生的蒸發潤溼壁損失。當然，適於任意給定點火的附加燃料的實際量(數量)將會隨內燃機的操作狀態而很大程度地改變並且可以使用任意適當的補償。
[0186]熟悉壁潤溼的技術人員可以理解，在一些現有的內燃機設計中，出現在進氣歧管壁上的燃料的量幾乎與在任意一次氣缸點火期間噴射的燃料的量一樣多或者甚至潛在地更多。如果在幾個跳越循環之後噴射正常的燃料供送，就存在幾乎所有噴射的燃料會「再潤溼」進氣歧管的壁的風險並且氣缸可能不會接收到足夠的燃料以適當地點火，而這是不希望的。應當理解，尤其地希望調節在這些類型的情況下噴射的燃料的數量。
[0187]在一些上面討論的實施例中，氣缸的點火被有效地隨機化。在具有對壁潤溼或相似類型的損失敏感的燃料輸送技術的內燃機中，氣缸點火的這種隨機化由於壁潤溼損失而固有地經歷燃料效率中的一些下降。因此，當適當時，可能會希望以支持最近使用的氣缸的方式對點火排序。這可以使用序列發生器中適當的氣缸點火優先算法很容易地實現。
[0188]作為實例，設計用於多缸內燃機中的簡單序列發生器可以被編程以僅僅點燃在其前一個點火機會期間點火的氣缸，除非多於指定書目的請求點火(例如，一個或兩個以上的請求點火)在序列發生器中排隊。或者，序列發生器可以被編程以延遲請求的點火直至指定數目的點火機會(例如直至2或3次點火機會)，如果可以通過點燃前一輪點燃的氣缸滿足的話。這些實施例僅僅旨在作為可能進入排序邏輯的開發的考慮類型的實例。應當理解，適當的邏輯可以在不同內燃機之間並且給予不同的設計優先權而顯著地改變。當然，顯著地更複雜的邏輯可以並且通常包含到排序算法中。作為一般規律，在試圖減少壁潤溼損失的實施例中，希望以保證點火的實際點火的大部分發生在它們的上一個工作循環期間點火的工作腔室中的方式來設計序列發生器。作為實例，會希望保證至少75%的點火發生在他們的前一個工作循環期間點火的工作腔室中，即使是在小於50%的工作腔室實際上被點火時。
[0189]現在將描述降低壁潤溼損失和相應的排放增多的另一種點火控制方法。在本實施例中，代替隨機化所有氣缸，僅僅一個氣缸(或氣缸的小子集)在任意給定時間被隨機化。其他氣缸在所有的時間被點火或者都不被點火。出於說明的目的，考慮其中六氣缸內燃機被操作的情景，其中操作方式為需要在優化效率(即在它們的最大壓縮和優化的空氣/燃料比下)操作的二又二分之一(2V2)氣缸的輸出。在理論上，可以通過在所有時間內氣缸中的兩個點火和在一半時間內對第三個氣缸點火而輸送適當量的功率。如果需要相對適度量的附加的功率，那麼第三氣缸可以被控制以在更高百分比的時間內點火以提高內燃機的功率輸出以符合需要。如果需要較小的功率，那麼第三氣缸可以在較低百分比的時間內被點火以符合內燃機減少的功率要求。如果做出高於三個氣缸在所有時間都點火所能輸送的更高功率的請求，那麼三個氣缸可以在所有時間內都點火併且另一個氣缸(例如，第四氣缸)可以被控制以輸送所需的附加的功率。如果需要更多功率，則可以向點火組的氣缸中添加附加的氣缸。當需要更低功率時，可以從點火氣缸組中除去氣缸。進行排序的該方法在此通常被稱為單氣缸調製跳越點火方法。
[0190]單氣缸調製跳越點火方法的一個優點是它趨於顯著地減少特定類型的內燃機(例如氣口噴射內燃機)中發生的壁潤溼損失和燃料效率中相應的降低和增加的排放問題。一個側面效應是單氣缸調製跳越點火方法趨於具有好的振動特性(即，它趨於比許多其他點火模式生成更小的振動)。據信這是由於點火模式中變化的頻率降低(例如減少等於內燃機具有的氣缸數目的因子)。
[0191]所述單氣缸調製跳越點火方法可以使用多種不同配置實現。例如，如上所述的序列發生器108可以很容易地配置成提供這種點火模式。當使用依照其他所述實施例中的任一個時，單氣缸調製跳越點火方法可以算法地或在序列發生器內的邏輯中實現。或者，可以使用包含僅僅控制可用氣缸的子集的點火的專用驅動脈衝發生器的另一種控制體系結構。作為實例，下面參照圖12描述了尤其適於提供單氣缸調製跳越點火的可選控制器體系結構。
[0192]熟悉壁潤溼問題的技術人員可以理解，直接噴射式內燃機趨於避免氣口噴射內燃機經歷的大多數壁潤溼問題(雖然即使直接噴射式內燃機可以經歷燃料的小薄膜在氣缸壁上的形成)。因此，與氣口噴射內燃機相比，所述跳越點火變排量內燃機的一些優點對於直接噴射式內燃機更顯著。然而，通過對壁潤溼問題的良好管理，氣口噴射系統可以獲得接近對直接噴射系統可用效率的效率。
[0193]燃料控制處理器
[0194]所述控制可以使用多種不同方式實現。它可以使用數字邏輯、模擬邏輯、算法地或以任意其他適當的方式實現。在一些實施例中，連續地可變控制邏輯將建立到內燃機控制單元(ECU—有時也被稱為ECM—內燃機控制模塊)中。在其他實施例中，連續變排量模式控制邏輯可以建立到布置成與現有的內燃機控制單元一起工作的點火控制協處理器或協處理單元中。
[0195]預期隨著技術發展，連續變排量模式控制邏輯將集成到設置有新的車輛或內燃機的內燃機控制單元中。這是尤其有益的，因為它允許ECU很容易地利用可用內燃機的所有特性以使用連續變排量模式提高內燃機性能。
[0196]包含連續變排量模式的新的ECU也可以針對當今在路上行駛的車輛(並且用於其他現有的內燃機和/或內燃機設計)開發。當開發了這種ECU時，可以通過替換現有的ECU為包含變排量模式的改進的ECU而很容易地改進現有的內燃機。
[0197]可替換的是，熟悉當前汽車內燃機控制設計的技術人員可以理解一最新樣式汽車中的內燃機控制單元布置成第三方設備可以與內燃機控制單元相互作用。通常至少部分地提供了這些接口以便於內燃機診斷一然而，多種第三方產品例如渦輪增壓器、增壓器等等包括已經設計成利用這種接口以與內燃機合作而不使製造商的保證無效的控制協處理器。可以有利地利用這些接口以允許包含連續地可變控制邏輯的低成本點火控制協處理器作為改進安裝以極大地改進當今在路上行駛的汽車的燃料效率。
[0198]點火控制協處理器
[0199]接下來參見圖6，下面將描述包括依照本發明的一個實施例的點火控制協處理器(有時被稱作燃料協處理器)的內燃機控制體系結構。內燃機控制系統300包括傳統內燃機控制單元(E⑶)305和包含例如圖2中所示邏輯的連續變排量模式控制邏輯的點火控制協處理器320。該設計尤其好地適於改進現有的內燃機以包含所述連續變排量操作模式。
[0200]本領域的技術人員可以理解，現有E⑶和它們的各自的接口的設計可以顯著地改變並且因此，點火控制協處理器必需被改動和設計成與針對內燃機提供的特定ECU合作。概念地，E⑶通常包括輸入電纜325和輸出電纜327，其中輸入電纜325具有多根輸送E⑶需要的信號和傳感器輸入的輸入線，並且輸出電纜327包括多根輸送控制和憂E⑶提供給其他設備的其他輸出的輸出線。實際上，輸入和輸出電纜可以集成到單個電纜束或混合輸入和輸出線的多個束中，和/或可以包括一些雙向I/O線。
[0201]最新樣式的汽車內燃機控制單元(ECU)具有允許第三方設備與ECU相互作用的外部接口。通常，該接口採取診斷接口的形式。圖6中所示的實施例中的E⑶300包括外部診斷接口 310並且點火控制協處理器320通過診斷接口與E⑶連通。特別地，E⑶總線電纜331連接點火控制協處理器320至診斷接口 310。輸入電纜325連接至輸送輸入信號至E⑶305和點火控制協處理器320的分路器333。因此，協處理器使所有對它可用的信息對ECU可用。當在連續變排量模式中操作時，點火控制協處理器通過ECU總線電纜331與E⑶連通並且無視由E⑶計算的節氣門和燃料噴射水平指令並且命令由點火控制協處理器確定為適當的點火和節氣門位置。協處理器還適當地無視其他輸入(例如氧傳感器輸入)以確保內燃機的系統的剩餘部分正確地運行。
[0202]圖11中顯示了另一個點火控制協處理器實施例。在所示實施例中，內燃機控制系統300 (a)包括傳統內燃機控制單元(ECU) 305、包含連續變排量模式控制邏輯的點火控制協處理器320 (a)和多路轉換器342。在本實施例中，點火控制協處理器320 (a)(除了 ECU305之外)包括一組噴射器驅動器(每個驅動器均用於燃料噴射器中的每一個)，這樣點火控制協處理器自身就可以驅動燃料噴射器。在該配置中，ECU 305和點火控制協處理器320(a)平行操作，且每個均從輸入電纜325接收輸入並且兩者都確定適當的內燃機控制，且內燃機控制被供給至多路轉換器342。當內燃機在連續變排量模式中操作時，多路轉換器342被指示以僅僅向燃料噴射器(和由點火控制協處理器控制的任意其他部件)輸送由點火控制協處理器320 (a)接收的信號。無論何時內燃機離開變排量模式，多路轉換器342被指示以僅僅向燃料噴射器(和其他部件)輸送從ECU接收的信號。在正常和變排量操作模式中由ECU控制的所有部件都始終由ECU直接地控制。
[0203]應當理解，燃料噴射器驅動器的生產相對昂貴，部分地是因為它們(在內燃機控制器的情況下)是相對高功率的設備。因此，在噴射器驅動器之前的所述多路轉換是希望的特徵。事實上，尤其希望在邏輯級上(即在涉及高壓或高功率信號之前)多路復用。
[0204]在圖11的實施例中，點火控制協處理器320(a)通過E⑶總線電纜331穿過診斷接口 310與ECU連通並且布置成無視當內燃機在變排量模式中操作時需要被校正的所有輸入信號(例如氧傳感器信號)。
[0205]接下來參見圖15，將要描述包括依照本發明的另外一個實施例的點火控制協處理器的內燃機控制體系結構。如在先前實施例中那樣，傳感器和其他預定用於ECU 305的輸入由分路器337分離並且同時提供給燃料協處理器449。然後來自E⑶305和燃料協處理器449的輸出控制信號提供給多路轉換器454。
[0206]在一個實施例中，燃料協處理器449包括燃料模式控制模塊450。燃料模式控制模塊450確定內燃機是否應該在連續變排量(跳越點火)模式中操作。燃料模式控制模塊450的輸出可以是控制多路轉換器454的選擇線452。
[0207]在參照圖15描述的實施例中，多路轉換器454是在邏輯級實現的。S卩，低壓數位訊號線從ECU和燃料協處理器449直接地提供給多路轉換器454。選擇線452控制允許哪組輸出信號由多路轉換器454通過。這種數字邏輯線的電壓通常低於6V。
[0208]將由多路轉換器454多路轉換的信號的數目可以依照實現而改變。在圖15中所示的實例中，僅僅顯示了用於火花和燃料噴射的輸出，並且這些線的數目還將依照特定內燃機的氣缸數目而改變。選擇線452的寬度將取決於被多路轉換的控制邏輯線的數目。
[0209]多路轉換器454的輸出提供給火花塞驅動器460和燃料噴射器驅動器456。火花塞驅動器460不需要知道它們的輸入控制信號是否源於燃料協處理器449或存量E⑶305。火花塞驅動器460將使用輸入控制信號並且對將被點火的火花塞生成適當的電脈衝。類似地，燃料噴射器驅動器456不需要知道它們的輸入控制信號是否源於燃料協處理器449或存量ECU 305。燃料噴射器驅動器456將使用輸入控制信號並且生成適當的電脈衝以操作將被使用的一或多個噴射器。
[0210]燃料協處理器449的另一種配置顯示在圖16中並且現在將參見該圖進行描述。在本實施例中，燃料協處理器449和ECU 305的輸出信號首先提供給由這些信號控制的驅動器。例如，來自ECU 305的燃料噴射控制信號提供給燃料噴射驅動器470，而來自燃料協處理器449的燃料噴射控制信號提供給燃料噴射驅動器472。類似地，來自E⑶305的火花塞控制信號提供給火花塞驅動器476，而來自燃料協處理器449的火花塞控制信號提供給火花塞驅動器478。
[0211]然後更高壓的驅動器控制信號提供給多路轉換器474，而多路轉換器474由燃料模式控制模塊450使用選擇線452控制，如上所述。
[0212]圖17顯不了實例燃料協處理器449的一些可能的輸入和輸出信號。一些輸入信號僅僅用在跳越點火的點火模式的確定中，一些輸入信號僅僅用於確定是否在連續變排量模式中操作(例如由燃料模式控制模塊450)，並且一些輸入信號可以用於這兩種目的。其他輸入信號可以提供給燃料協處理器449以在輸送至內燃機控制單元之前被調節或無視。
[0213]上面已經討論了加速器作為燃料協處理器449的驅動脈衝發生器的輸入的使用。加速器輸入信號可以提供為踏板、杆或其他加速器位置傳感器。在一些應用中，加速器可以被通稱作節氣門，但是實際的節氣門位置傳感器是向燃料協處理器449的單獨的輸入。
[0214]—些用於燃料協處理器449的其他輸入包括一個或多個λ傳感器一也被稱作氧或O2傳感器一曲軸和凸輪軸角度傳感器、冷卻劑、近期和廢氣溫度傳感器、檢測蝶形閥位置的節氣門位置傳感器、空氣品質流量傳感器和進氣和排氣歧管壓力傳感器。附加的輸入信號可以包括離合、制動、和巡航控制傳感器。離合和制動傳感器通常為這些車輛控制報告二進位狀態(嚙合/脫離)。通常，這些傳感器中的大多數輸出表示隨著時間而檢測的參數的模擬信號，但是大多數傳感器的數字實現是可能的。
[0215]在一個實施例中，燃料協處理器449向燃料噴射驅動器和火花塞驅動器輸出控制信號。連續變排量模式是使用這些控制信號來在工作循環上由工作循環基礎識別哪些噴射器和火花塞將被驅動而實現的。
[0216]燃料協處理器449的其他輸出可以包括重複和重寫的傳感器信號。例如，輸入傳感器信號可能需要提供給E⑶305，如果燃料協處理器449與E⑶305串連的話。另外，如上文所述，一些傳感器讀數可能需要被重寫一或欺騙一在將它們提供給E⑶305從而保持E⑶305響應由燃料協處理器449有意地生成的情況之前。
[0217]燃料協處理器449的另一個輸出是指示是否在連續變排量模式中操作的燃料模式控制信號。如圖15和16中所示，該信號可以被用於控制在來自ECU 305和燃料協處理器449的各種控制線之間選擇的多路轉換器454。
[0218]另外，燃料協處理器449可以包括幾個輸入/輸出接口，例如使用者接口以執行診斷、數據分析和燃料協處理器449的設置和配置，以及FPGA程序設計接口以允許燃料協處理器449的低級配置，如果它是使用FPGA(現場可編程門陣列)實現的話。燃料協處理器449還可包括伸縮總線以允許附加的外圍車輛控制或分析設備的連接。
[0219]點火控制協處理器可以實現為單晶片解決方案、晶片組、板級解決方案。例如，在一個實施例中，點火控制協處理器可以包括母板和與母板相互作用的子板。概念地，母板預計是可以用於多種不同內燃機的相對一般的內燃機控制器。子板預計是用於特定內燃機的定製單元並且設計成提供特定內燃機和母板之間的適當接口。優選地，母板和子板均被實現為單晶片解決方案。然而，如果未實現該集成級，一個或兩者可以實現為晶片組或在電路板級實現。母板/子板體系結構在便於針對不同內燃機的燃料處理器的更快速開發方面是有利的，因為提供了核心功能的母板不需要為用於不同內燃機而重新設計。僅僅需要使子板適於用於特定內燃機或車輛等等。
[0220]雖然圖6和11中顯示了點火控制協處理器的特定接線，但是應當理解，可以使用多種其他接線。例如，分路器333可以設計成僅僅向點火控制協處理器320輸送輸入信號中的一些，因為一些輸入信號可能與點火控制協處理器的操作不相關。另外或者可選地，預計由點火控制協處理器修改的輸入信號可以接線以首先輸入協處理器，然後(潛在地)修改的信號可以由點火控制協處理器供給ECU。即，點火控制協處理器可以在輸送信號輸送至E⑶之前截取一些或全部的輸入信號並且適當地修改這些信號中的一些。
[0221]在其他實施例中，輸出線中的一些或所有可以連接至燃料處理器而非E⑶。在其中點火控制協處理器設計成確定內燃機的所有操作中的點火模式的實施中，這尤其是適當的。
[0222]在大多數如上所述的點火控制協處理器中，點火控制協處理器形成為與內燃機控制單元分開的設備。這種配置很適於許多應用。然而，最後，會希望將所述跳越點火變排量控制包含到ECU晶片中。因為實現所述跳越點火變排量方法所需的邏輯相對專門但是同樣的邏輯塊可以用於控制多種不同的內燃機，所以在許多應用中，就會希望將點火控制協處理器塊集成到還包含另一個E⑶的所有功能的單個集成電路模具中。這類似於一些微處理器晶片將數學協處理器集成到同一個模具中的方式。集成的ECU/點火控制協處理器體系結構可以助於進一步降低實現所述跳越點火內燃機控制的成本。
[0223]電子氣門及半循環操作
[0224]在傳統的4衝程往復運動活塞內燃機中，每個活塞的工作循環僅僅可以在活塞的每個第二往復運動之後(例如在活塞的0、2、4、6、8…之後)才開始。在利用傳統的凸輪軸打開和閉合氣門的內燃機中，在連續變排量模式中也是如此。即，進氣門僅僅可以在曲軸的每隔一個的往復運動中才能打開，即使在跳過一個或多個工作循環的情況下也是如此。然而，一些更新的內燃機設計中都包含有電子氣門(即氣門通過電子而不是通過機械方式打開和閉合)。在這種內燃機中，可以在任意期望的時間打開氣門。當含有電子氣門的內燃機在能跳越過內燃機的工作循環的變排量模式下操作時，就沒有必要非要限制工作循環在每隔一個往復運動時啟動。即，不是限制控制器跳過整數個工作循環(例如1、2、3個工作循環)，而是控制器可以設置成也可以跳過半個工作循環(例如l/2、l、lV2、2、272、3個工作循環)。這可以助於平滑和提高內燃機的精確性和敏感度。從振動控制的觀點來看，這樣也可以控制振動，因為半循環時的有效啟動能夠消除可能在驅動脈衝信號中發展的圖形。例如，如果上面參照圖4討論的簡單序列發生器被用於生成點火模式，序列發生器就可以很容易地用於允許「下一個」工作循環在傳統中被認為是工作循環的中點時開始。在4衝程活塞內燃機中，這意味著工作循環可以在活塞任意數目的往復運動之後啟動(包括在活塞的奇數個往復運動之後啟動)。相比較而言，傳統的4衝程活塞內燃機僅僅可以在活塞的偶數個往復運動之後啟動。當然，相同的原理也適用於具有更長(例如6衝程)工作循環的活塞內燃機。
[0225]工作循環的半循環(或部分循環)啟動方法可以用於具有在任何時候能夠可選擇地打開和閉合氣門的能力的任意內燃機。帶有電子控制氣門的內燃機是唯一的商業上可獲得的目前具有這種能力的內燃機。然而，如果發展了利用磁性、電磁、機械或其他適當技術來控制氣門的打開和閉合的其他氣門控制技術，它們也可以很容易地使用。
[0226]當提供了氣門的定時打開和閉合的控制的時候，在工作循環跳越期間氣門可以保持閉合，如果它們在目前大多數商業上可獲得的變排量內燃機中一樣。可替換的是，也可以希望在正常的點火氣缸之外的另一個順序中打開和閉合氣門以便減少泵送損失。
[0227]應當理解，在內燃機的任意往復運動期間開始工作循環的能力與當前的內燃機設計中可能的操作是很不相同的。
[0228]Σ - Λ控制器與可變時鐘
[0229]如上所述，多種自適應預測控制器包括可以用於驅動脈衝發生器104的多種不同的Σ -Λ控制器。如上所述，可變時鐘可以用於Σ -Λ控制電路202。對於比較器使用基於內燃機速度的可變時鐘具有能使Σ-Λ控制電路與內燃機的操作的輸出更好地同步的優點。這反過來又可以幫助驅動脈衝發生器的同步器部分的總體設計變得簡化。
[0230]接下來參見圖7，將描述包含可變時鐘Σ - Λ控制器202(b)的驅動脈衝發生器的可選實施例。驅動脈衝發生器104(b)具有與如上所述參見圖3的驅動脈衝發生器104(a)非常類似的結構。然而，在本實施例中，向比較器216提供的時鐘信號217(b)是基於內燃機速度的可變時鐘信號。時鐘信號通常利用由內燃機速度的示值(例如測速信號)驅動的鎖相迴路234實現與內燃機速度同步。如上所述，希望Σ - Λ控制器Σ - Λ控制器具有一個採樣速率，由此輸出信號240(b)的頻率能夠基本上高於同步器222輸出的驅動脈衝模式的期望頻率。這樣，又可以大大地改變重複採樣的數量。如上所示，重複採樣速率是期望驅動脈衝頻率的100倍的數量級時可以正常工作，並且由此，在所示實施例中，除法器252設置成用因子100來除同步器邏輯提供的時鐘信號230，並且除法器252的輸出用作比較器216的時鐘。這種配置導致比較器216的輸出頻率為同步器222輸出的驅動脈衝模式的頻率的100倍。當然，在其他實施例中，除法器可以設置成用能夠提供足夠重複採樣的任意整數去除該信號。在其他方面，Σ - Λ控制器202的其他部件可以與參照圖3所描述的相同。上面討論的同步器222和/或序列發生器108或多種其他的同步器和序列發生器的設計的任意之一也可以用於與可變時鐘Σ - Λ控制器202(b) —起使用。使Σ - Λ控制器202的輸出與內燃機速度的同步的一個優點在於能夠允許簡單的同步器設計。
[0231]具有多位比較器輸出的Σ - Λ控制器
[0232]如上所述，在一些實施例中使用少的能量進行氣缸點火是所期望的。降低能量點火可以用於多種目的，其中包括降低不希望的內燃機產生的振動的可能性，以及幫助微調控制以便於在空轉或者內燃機低速期間的操作。為了利於降低能量點火，驅動脈衝發生器104可以設置成在驅動脈衝模式中產生一些部分驅動脈衝，從而在期望減少能量點火時進行指示。
[0233]接下來參見圖8，將描述能輸出多位信號的Σ - Λ控制器的變體。在所示實施例中，Σ -Λ控制器的多位輸出同步器222來生成部分驅動脈衝。在本實施例中，Σ -Λ控制器202(c)可以具有與預先描述的任意實施例類似的設計，然而，比較器216(c)設置成可以輸出多位信號240(c)。在描述的主要實施例中，比較器216(c)是個兩位比較器，由此輸出信號240(c)是兩位信號。然而，在其他實施例中也可以提供高位比較器，從而產生高位輸出信號240(c)。使用的位的實際數目可以發生改變來滿足任意特定應用的需要。
[0234]多位輸出信號的各種狀態可以每種進行設定從而具有相關的意義。例如，在兩位比較器中一0，O輸出信號可以反映零輸出；1，I輸出信號可以是全信號輸出一例如I ;0，I可以設置成表示1/4信號；1，O可以設置成表示1/2信號。當然，兩位比較器可以很容易地設計成具有與以上提出的0，1/4，1/2和I電平不同的各種狀態。在高階比較器中，許多其他的狀態也是可用的。例如，在三位比較器中，有8種狀態可用；在四位比較器中，有16種狀態可用，等等。
[0235]那些熟悉多位比較器Σ - Λ設計的人可以理解，比較器216 (C)可以設計成能夠輸出非零樣本的一定(通常是可控的)百分比作為中間電平信號。這種中間信號可以由同步器222和序列發生器208來響應部分能量驅動脈衝和降低能量點火的需求來進行處理。例如如果Σ - Λ控制器202 (c)輸出充分長的半(1/2)電平輸出信號串，從而使同步器222 (c)生成驅動脈衝一那麼該輸出的驅動脈衝就可以是半能量驅動脈衝。該半能量驅動脈衝反過來又會由序列發生器108(c)用來指示半能量點火。相同類型的邏輯也可以用於其他(例如四分之一)電平輸出信號。當比較器輸出是多位輸出時，同步器和序列發生器可以很容易地設置來處理和輸出相應的多位信號。
[0236]應當理解，多位比較Σ - Λ控制器通常設置成可以產生具有相同狀態的擴展字符串。因此，任意的如上所述的一般序列發生器邏輯可以被用於輸出與供給同步器222(c)的信號240(c)具有相同狀態的驅動脈衝。即，由同步器輸出的驅動脈衝可以設置成與信號240(c)的電平相匹配，該信號240(c)輸入到同步器從而產生驅動脈衝。
[0237]再次應當理解，同步器222 (C)的邏輯可以優化和/或較大程度地改變從而滿足任意特定應用的要求。在一些應用中，可以期望提供更複雜的同步器邏輯從而以期望的方式來處理特定的情況。例如，可以提供不同邏輯來處理以下的情況，在該情況下，其中輸入至同步器的信號240從高電平轉換到在驅動脈衝周期末尾一直保持的較低的非零電平。在一些實現中，在這種情況下具有低電平的驅動脈衝輸出是值得期望的。類似地，當信號從較低的非零電平轉換到較高的非零電平時，可以期望提供特定的邏輯來指示在這些情況下發生了什麼。
[0238]應當理解，當工作腔室以它們的最佳效率運行時，內燃機的熱動力(和燃料)效率會最佳。因此，通常不希望具有太多的降低能量點火，除非有特定的需要。然而，在一些情況下，從控制的立場出發期望有降低能量點火。通常，當內燃機以中等內燃機速度向高速運行時，優選降降低能量點火的數目相對較低(例如小於20%或更為優選小於10% )。比較器216(c)可以很容易地設計成輸出這種百分比的中間信號，從而儘量保證降低能量點火的最終數據位於期望範圍內。
[0239]比較器和/或同步器邏輯也可以設置成在確定中間比較器的輸出信號的百分比和/或部分驅動脈衝的輸出時，將內燃機的速度和/或操作狀態(例如冷啟動等等)考慮在內。例如當內燃機空轉或冷啟動時候，僅僅從比較器輸出中間信號是值得期望的，這樣在這種情況下就能夠僅僅生成部分驅動脈衝。應當理解，比較器和/或同步器邏輯可以布置成容納多種不同期望的操作規則。
[0240]差動Σ-Λ控制器
[0241]在其他實施例中可以使用差動Σ - Λ控制器。在這種實施例中，同步器可以設置成基於Σ-Λ控制器輸出的差動信號生成驅動脈衝模式。多種不同的差動Σ-Λ控制器可以使用，並且通常它們可以包括在期望時具有如上所討論的可變時鐘和/或多位比較器的輸出特徵。差動Σ-Λ控制器的一個優點是它們通常可以布置成能夠提供比相應的非差動Σ - Λ控制器更平穩的性能。
[0242]在一些情況下，在我們稱作隱式差動Σ - Λ的模式下運行時有利的。在這種模式下，制約同步器或序列發生器的任一個(或兩個)來限制驅動脈衝和/或腔室點火為一次一個。即，在這種模式下，制約每個點火的工作腔室後跟隨一次跳過的點火機會(和/或制約每個驅動脈衝後跟隨著零脈衝)。當內燃機在需要顯著低於50%的點火機會的電平下操作從而輸送期望的內燃機輸出時，這種隱式差動Σ - Λ更為有利，在該情況下，因為當需要的輸出相對較低時，通過確保這兩次點火不會彼此緊跟著能有助於進一步平滑內燃機的輸出。
[0243]應當理解，汽車內燃機通常在需要能夠輸送較小(例如，10 - 25% )的內燃機功率的狀況下操作。在這類運行狀況下隱式差動Σ-Λ方法尤其有用。在一些實現中，可以期望在一些工作情況期間內燃機在隱式差動Σ - Λ模式操作，在另外的工作情況期間以另一種形式的連續變排量模式操作，並且在其他工作情況下以傳統的操作模式操作。當然，各種操作模式的數目和性質可以較大地改變。因此，應當理解，內燃機控制器通常可以設置成在不同工作情況期間以多種不同的操作模式操作。
[0244]由隱式差動Σ - Λ提供的約束也可以很大地改變。例如，在需要較低的內燃機輸出時，當期望制約點火模式在每個點火之後跳過至少兩個點火機會時，就是這種情況。在其他情況下，可以期望允許兩個點火彼此跟隨，而不是三個。在其他情況下，可能需要在任意時間跳過指定數目的彼此跟隨的點火。通常，應當理解，對於特定內燃機的點火模式可以通過序列發生器或同步器以能提供期望的內燃機輸出而確定的適當的多種方式來制約，並且這些制約可以設置成隨著內燃機上的載荷、跳越點火的總體比值或適合控制特定內燃機的任意其他因子而變化。
[0245]數字Σ-Λ控制器
[0246]也可以使用上面所提到的早期的數字Σ-Λ控制器。這種實施例在圖9中顯示了，其中顯示了數字三階Σ - Λ控制電路202 (C)。在本實施例中，加速器踏板位置指示信號輸入到第一數字積分器304中。第一數字積分器304的輸出供給到第二數字積分器308，並且第二數字積分器312的輸出供給第三數字積分器314。第三數字積分器314的輸出供給比較器116，該比較器116可以設置成與如上所述與模擬Σ-Λ電路相對應的單位或多位比較器相同的方式來操作。在圖9所示的該實施例中，第一數字積分器304有效地充當抗混濾波器。
[0247]為三個數字積分器段304、308和314的每一個提供負反饋。反饋可以來自比較器116的輸出、同步器邏輯222的輸出或序列發生器126的輸出的任意一個或任意組合。每個階段反饋分別具有倍增因數L、M和N。
[0248]像如上所述的模擬Σ - Λ控制電路一樣，向數字Σ - Λ控制電路的主輸入可以是加速器位置113的指示或任意其他的期望輸出的適當指示。如預先所描述的，在所示實施例中期望輸出信號113與偽隨機顫動信號246組合從而減少生成不希望的音調的可能性。
[0249]模擬和數字操作之間的主要差別在於模擬Σ - Λ中的積分器是連續工作的，而數字積分器通常僅僅在每個時鐘循環的起始階段工作。在一些實現中，期望相對於各種模擬Σ - Λ設計像如上所述一樣以非常高的速度運行時鐘，該速度非常類似固定的可變時鐘的速度。然而，並不存在這種要求。因為最終期望的輸出的頻率等於受到控制的點火機會，所以時鐘可以與點火機會同步，這樣就可以消除對於同步器和/或序列發生器的需要(或簡化其功能)。因此，當使用數字控制時，通過在受控的點火機會的頻率下運行時鐘可以簡化控制器的設計。
[0250]雖然已經描述了模擬和數字控制器，但是應當理解在其他實現中也可以期望提供模擬/數字混合Σ -Λ控制器。在混合的模擬/數字控制器中，可以從模擬部件形成Σ -Λ控制器的一些階段，同時另外的部分也可以從數字部件形成。混合模擬/數字Σ - Λ控制器的一個實例使用了模擬積分器204代替第一數字積分器304作為控制器的第一階段。然後從數字部件形成第二和第三積分器。當然，在其他實施例中也可以使用具有其他個數的階段，並且模擬與數字積分器的相對數目也可以改變。在其他實施例中，可以使用數字或混合差動Σ - Λ控制器。
[0251]單氣缸調製跳越點火
[0252]接下來參見圖12，將依照本發明的另外一個實施例描述內燃機控制單元400。該實施例尤其適用於在如上所述的單氣缸調製跳越點火方法或各種方法的變體中使用。在所示實施例中，向可選的低通濾波器402配置加速器踏板位置113的指示(或其他適當的期望輸出的指示)。低通濾波器(也可以與任意其他描述的實施例一起使用)旨在消除期望輸出信號中非常短(例如高頻)的變化。該類變化例如可能會由因為道路不平而導致的駕駛者腳部位置的抖動或其他原因而產生。低通濾波器可以被用於減少或消除這種抖動和輸入信號113中的其他未料的高頻變化。
[0253]然後期望輸出的經過濾後的示值供給能夠有效將輸入信號除以氣缸的可用數目的剩餘計算器404。例如如果內燃機具有六氣缸，那麼輸入信號就在概念上除以6。剩餘計算器可以縮放從而結果包括整數和餘數。一般而言，整數輸出406可以通過控制器用作指示器來指示所有時間中有多少氣缸點火，餘數輸出407可以有效地用於控制受調製的氣缸。除法器優選可以適當地縮放以便輸出能針對內燃機提供期望的功率輸出範圍。例如，在概念上講，它可以縮放從而當期望最大功率時(例如當加速器踏板完全踩下時)，除法器輸出等於內燃機中的氣缸數目的整數，而沒有餘數。當然，在其他實現中可以使用不同的縮放，非線性除法器可以用作期望的縮放工具，和/或其他部件可以用來調節對於縮放的補償或者使用其他的變體。
[0254]在所示實施例中，剩餘計算器的整數輸出406供給噴射控制器440，餘數輸出407供給受調製的工作腔室控制器405。更具體地說，餘數提供給包含在受調製的工作腔室控制器中的乘法器410。乘法器410用等於內燃機可用氣缸數目的因子乘以餘數信號。例如在典型的六氣缸內燃機中，乘法器可以用因子6乘以餘數。然後乘法器410的輸出用作驅動脈衝發生器的控制輸入。驅動脈衝發生器可以具有任意適當的形式。在所示實施例中，作為實例，驅動脈衝發生器包括預測的自適應控制器420，該控制器420具有數字三階Σ - Δ控制器的形式，即類似於如上所述的數字Σ - Λ控制器202(a)，雖然他使用了另一種時鐘信號。當然，在其他實施例中可以去掉乘法器並且Σ - Λ控制器420可以適當地縮放從而提供期望的輸出。
[0255]在本實施例中，乘法器410的輸出輸入到第一數字積分器304中。如果需要的話，可選的偽隨機顫動器也可以與乘法器的輸出在第一數字積分器304之前進行組合。第一數字積分器304的輸出供給到第二數字積分器308，並且第二數字積分器308的輸出供給第三數字積分器314。第三數字積分器314的輸出供給預先描述的比較器116。因為Σ_Λ控制器420的設計與參見圖9所述的設計非常類似，所以在此沒有重複相似特徵的解釋。比較器116的輸出提供給閂鎖430，閂鎖430依次又將該驅動信號輸送給噴射控制器440。比較器的輸出還作為第一數字積分器304的負輸入進行反饋。時鐘信號提供給Σ - Λ控制器420，並且閂鎖430與調製氣缸的點火機會同步。使用這種配置，閂鎖430的輸出可以用作調製氣缸的驅動脈衝模式442。在不包括閂鎖的實施例中，比較器116的輸出可能直接用作驅動脈衝模式。這可以消除對圖9的實施例中使用的同步器的需要。
[0256]應當指出，在大多數預先描述的實施例中，使用了高頻時鐘。相比較而言，圖12的實施例使用了頻率非常低的時鐘，該時鐘頻率與受控的(多個)氣缸的點火機會同步。因此，在任意給定時間，Σ - Λ控制器420正在控制一個氣缸，然後時鐘就會具有與受控的單個氣缸的點火機會同步的頻率，從而在受控氣缸的每個點火機會時就會緊緊發生一個時鐘循環。在其他實施例中，其中控制器420正在控制一個以上的氣缸(例如2個、3個或所有氣缸)的點火時，時鐘頻率可以與所有受控氣缸的點火機會的頻率相匹配。
[0257]在所示實施例中，剩餘計算器404的整數輸出406和驅動脈衝模式信號442都提供給噴射控制器440。噴射控制器440充當簡化的序列發生器並且控制燃料噴射驅動器444。噴射控制器的邏輯設置成始終通過噴射控制器的整數輸出來識別與氣缸的數目相等的一組氣缸點火。由此，在驅動脈衝模式442指示的圖形中為一個氣缸進行點火。餘下的氣缸組沒有進行點火。點火氣缸組中的特定氣缸通過能提供良好的內燃機振動以及熱管理特徵的方式來優選。在許多實現中，期望將噴射控制器440設置成隨著時間的變化使點火氣缸中的氣缸周期性地變化。周期性地改變點火氣缸中的特定氣缸存在幾種可能的好處。在一些內燃機設計中一個重要的考慮是內燃機的熱管理。應當理解，在所有的時間內在點火的氣缸和跳過的氣缸之間存在較大的溫差。如果相對較冷的空氣通過跳過的氣缸進行泵送，那麼該溫差還會放大。溫差也會對排放物有影響。因此，期望有時期望能夠改變跳過的以及始終點火的氣缸組中的特定氣缸，從而確保內燃機維持可接受的熱平衡。
[0258]周期性地改變點火氣缸中的特定氣缸也出於其他的原因。例如，期望確保隨著時間的過去，所有的氣缸大體上具有相同的點火數量。這可以有助於確保內燃機均勻的磨損特性並且有助於清潔不用的氣缸。各種氣缸組中的特定氣缸可以相對經常地(例如在每隔幾分鐘的數量級上或者更頻繁地)、相對很少地(例如每次內燃機熄滅的數量級上、內燃機操作的小時數等等)或者以這二者之間的頻次發生改變。
[0259]應當理解，使用所述的方法，通常通過更頻繁地對單個調製氣缸進行點火也可以適應要求附加功率相對較小這一需求。類似地，使用所述的方法，通常通過較低頻率地對單個調製氣缸進行點火也可以適應要求功率降低相對較小這一需求。然而，在一些情況下，對於附加功率或者降低功率的要求也對剩餘計算器404計算的整數值的改變會產生影響。在這些情況下，附加的氣缸可以添加，或者從始終點火的氣缸組中除去。應當理解，在一些實現中，Σ - Λ控制器420會存在等待時間，這樣，當從始終點火的氣缸組中添加或者減去氣缸形成轉換時，這回對內燃機的「感覺」產生不利影響。潛在的問題可以通過考慮在假想情況來理解，即，其中一個氣缸在所有的時間內操作，第二調製氣缸95%的時間操作(即剩餘計算器404的整數輸出406為「1」，餘數輸出407的有效值y為0.95)。當驅動時，操作者會對加速器踏板進行微小的調整，將需求功率提高到「2.05」的等級，這樣就會使剩餘計算器404的整數輸出406增加到「2」，餘數輸出407降低到5%。如果不管的話，Σ - Λ控制器將會時候總適應新需求的功率等級。然而，因為控制器具有等待時間，所以可能產生如下的瞬時影響，即在很短的時期內產生太大的輸送功率。這可以想像，即控制器設法在較短的周期繼續以95%的點火頻率操作，而此時卻期望僅僅以5%的點火頻率進行操作。
[0260]當增加或減少始終點火氣缸組中的氣缸數目時，為了改進控制器的瞬時反應，通過在調製氣缸的點火機會之間的周期中向Σ - Λ控制器420施加短脈衝的高速時鐘信號，Σ - Λ控制器就可以「有效地」進行重新設置。這就允許積分器相對於調製氣缸調節到新的需求功率等級。應當理解，可以以多種不同的方式實現Σ-Λ控制器420的復位。作為實例，實現這種方法的一種方式是提供一種時鐘多路傳送換器425，該時鐘多路傳送換器425在每次剩餘計算器的整數計數遞增或遞減時，將調製的氣缸點火機會時鐘信號423與剩餘計算器404發送的復位信號429驅動的高頻時鐘信號427 —起進行多路傳送。該脈衝顯著短於點火機會時鐘信號423的周期，並且優選具有充分的周期從而允許Σ - Λ控制器420完全調節到新的功率等級需求。因為數字電子設備可以很容易地在高速下操作(例如在千赫、兆赫或高頻範圍的時鐘速率下)，同時單個氣缸的點火機會通常大大低於100Hz，因此有充分的時間來使控制器420在點火機會之間進行復位。
[0261]在本實施例中，當調製氣缸點火機會時鐘信號觸發閂鎖時，僅僅閂鎖使用的比較器的輸出作為激活的比較器輸出。如果需要的話，短脈衝可以定時以便脈衝可以僅僅在有序的點火機會之間發生。使用這種配置，復位脈衝中的所有信號都由閂鎖忽略了，從而脈衝永遠不會對點火發生影響。然而，並不存在這種要求。
[0262]在描述的實施例中，在任意給定的時間，僅僅單個氣缸進行調製，同時其他的每個氣缸要麼始終被跳過，要麼始終被點火。然而，在其他實現中，內燃機控制器400可以修改成對一個以上(例如2個氣缸等等)進行調製，同時其他的每個氣缸要麼始終被跳過，要麼始終被點火。
[0263]當剩餘計算器404確定更多或者更少的氣缸應該在「始終點火的」組中時，就會向噴射控制器440發送適當的信號從而產生適當的調節。向始終點火組添加的(或除去的)特定氣缸可以基於多種設計方案和任意特定系統的需要而大大地改變。例如，在一些實現或情況下，當向始終點火組添加氣缸時，可能期望指定目前調製的氣缸作為「下一個」始終點火的氣缸，然後指定跳過的氣缸組的氣缸之一作為「新的」調製氣缸。在其他實現或情況下，也可以期望簡單地指定跳過的氣缸組中的氣缸之一作為下一個「始終點火」的氣缸並且調製該氣缸。在其他實現或情況下，可以優選簡單選擇新的一組始終點火的氣缸以及新的調製氣缸，而無需考慮先前的指定。當然，在安排「始終點火」、「跳過的」和「調製的」氣缸組中的氣缸時，也會考慮多種其他的因素。
[0264]在操作期間，剩餘計算器404連續地監視期望輸出信號113並且連續地除該信號。實際上，期望輸出信號113的任何變化都會導致供給調製工作腔室控制器405的餘數輸出信號407的變化。控制器405依次產生由余數輸出信號407指定的輸出的驅動脈衝模式。每當剩餘計算器的整數值發生改變時，復位信號就會發送給時鐘多路傳送換器425，該時鐘多路傳送換器425在較短的時間內向Σ - Λ控制器420施加高頻時鐘427的由此使Σ - Δ控制器復位並且允許它調節到新的餘數等級。每當整數輸出增加或減少時復位信號就會觸發。
[0265]如上所述，在跳越點火方式下操作會產生的一個潛在問題涉及跳過的氣缸的操作。如果在跳過的工作循環期間氣門打開和閉合，那麼空氣就會通過氣缸泵送到排氣系統，並且排氣/排放系統必需設計成能夠處理廢氣中的過量氧氣。在一些內燃機(例如使用電子氣門的內燃機中)，氣門的打開和閉合可以在工作循環對工作循環的基礎上控制，這種情況是理想的，因為這樣允許跳過的氣缸可以保持閉合。然而，實際上，現今道路上極少的車輛具有電子控制閥(或者，具有在工作循環對工作循環的基礎上控制閥的打開和閉合的能力)。
[0266]如上所述，大多數商業上可獲得的變排量內燃機設計成關閉所選擇的氣缸從而改變內燃機的位置。當氣缸關閉時，其氣門通常在內燃機的進氣或排氣衝程期間不會打開。雖然所選擇的氣缸可以關閉，但是脫離機構的響應時間可以阻止氣缸在工作循環對工作循環的基礎上發生啟動和停用。雖然傳統的變排量內燃機顯示了與普通內燃機相比得到提高的效率，但是內燃機輸出仍然通過改變輸送到主動氣缸中的空氣和/或燃料的量而發生改變。因此，它們的效率還可以利用在此所述的優化的跳越點火技術來提高。參見圖12描述的內燃機控制單元400也適用於與這類變排量內燃機一起使用。例如，如果特定內燃機能夠關閉特定氣缸或特定組的氣缸，那麼在單氣缸調製跳越點火方式下未使用的氣缸就可以在操作期間關閉。這還可以改進受控內燃機的排放特性，部分原因是因為減少了排氣中的過量氧氣的數量。關閉跳過的氣缸也可以減少相對於不能夠關閉任意氣缸的內燃機的泵送損失，從而也同樣可以立於改進熱力效率。
[0267]本領域的技術人員可以理解，一些現有的變排量內燃機能夠單個地或者成組地關閉選擇的氣缸。例如，Honda目前生產六氣缸的可變氣缸管理內燃機，它能夠關閉2個、3個或略微改動的4個氣缸。其他的內燃機可以設置成成對或成組地關閉氣缸。單氣缸調製跳越點火控制器400也適用於與這種內燃機一起使用，因為一些、甚至可能全部的未使用的氣缸可以關閉從而減少了排氣中的過量氧氣和泵送損失。在這種配置中，噴射控制器440可以設置成基於內燃機的設計適當地在操作狀態之間進行額外的轉換內燃機。
[0268]變排量內燃機操作狀態的快速調製
[0269]
【發明者】觀察到商業上可獲得的變排量內燃機的操作中存在問題在於，在任意時候在內燃機的狀態中產生了非微小的改變時，例如如果存在增多或減少功率的需求，或者存在載荷發生較大改變的需求的時候，等等，它們的控制器就會出現脫離變排量模式。結果是在正常的行車狀況下，內燃機往往不會在大多數時間內以更高效的減少位移的模式操作(或者保持)。可以懷疑的一個原因是，在不論使用的氣缸的數目多少時，以提供與響應加速器踏板的運動相同的「感覺」的方式控制內燃機存在難度。因此，對於大多數傳統的變排量內燃機控制器，不是冒險改變內燃機的感覺，而是選擇脫離變排量模式。
[0270]參照圖12描述的反饋控制系統非常適合於以下情況，即在任意時間不論操作的氣缸的數目多少而提供期望的功率時。結果是內燃機可以相對於更多(或更低)功率的需求而產生基本相同的感覺，而不論任意特定時間下所使用的氣缸的數目為多少。因此，描述的控制器非常適合於傳統的變排量內燃機，並且可以進一步提高它們的燃料效率，不僅僅由於使用了更高效(例如優化的)點火，還由於具有在較多的時間內便於以減少數量的氣缸操作的能力。因為它有能力在氣缸數量較少時有效地控制內燃機，所以所描述的反饋控制系統可以改進傳統的變排量內燃機的效率，即使在點火沒有優化(例如即使內燃機被節流)的情況下。
[0271]如上所述，在使用如上所述的純單氣缸調製跳越點火方法會遇到的一個潛在問題在於，如果未點火的氣缸的氣門不能保持閉合，那麼空氣就會泵送經過內燃機。對於一些內燃機而言，排除有效成本改造這個缺點已經夠充分了，因為內燃機現存的排放系統不能處理經過跳過的氣缸泵送的未燃燒的空氣。
[0272]如果變排量內燃機能夠關閉不同組的氣缸從而提供幾種不同的排量(例如能夠在2、3、4或6個氣缸上操作的內燃機)，由泵送空氣通過未點火氣缸的空氣生成的問題可以通過在內燃機的不同操作模式之間迅速地轉換而潛在地消除。例如，如果內燃機的期望的輸出可以由在所有時間最優地對兩個氣缸點火併且在一半時間對第三氣缸點火提供，然後在概念上，期望的輸出可以通過在兩氣缸操作狀態和三氣缸操作狀態之間迅速地前後轉換獲得，這樣平均起來，在內燃機的每個完整循環期間就有兩個半氣缸被點火。如果有效地做到這一點，那麼空氣就不會輸送到(並因此不會泵送通過)所有未點火的氣缸。這類應用的限制因素在於不同操作狀態之間變換的速度。
[0273]如果變排量內燃機可以相對迅速地轉換到新的操作狀態，那麼就可以類似於如上參照圖12所述的控制器那樣來使用控制器以控制內燃機。在這種實施例中，噴射控制器440還可以設置成根據需要指示內燃機在操作狀態之間轉換。接下來參見圖13，將描述對於操作這種內燃機的適當的控制圖。圖13是顯示在傳統的變排量內燃機中作為節氣門位置的函數的可用功率的曲線圖。在所示實施例中，內燃機是能夠使用2、3、4或6各氣缸操作的奧託循環內燃機。當期望的內燃機輸出低於可以通過在其最佳狀態中操作兩個氣缸提供的功率量時，所需功率可以通過操作內燃機在使用兩個操作氣缸的節流以調製功率的節流的兩氣缸操作模式中輸送。這通常類似於其中傳統的變排量內燃機當今的操作方式並且內燃機性能由圖13中顯示兩個節流氣缸的功率輸出的曲線470表示。當請求的功率等於或超過可以由在其最佳級操作的兩個氣缸輸送的功率量時，內燃機就可以轉換為優化的(例如基本上未節流的)操作模式，且該操作模式使用類似於圖12中所示控制器的控制器來輸送所需功率。如上參照圖14和其他處所述，「優化的」操作狀態可能實際上不對應於完全開口節氣門狀態。因此，應當理解，在本說明書的情況下，當我們使用術語「未節流的」或「基本上未節流的」時，並非旨在僅僅限於其中節氣門全開的情況。相反，預計指示其中節氣門充分地打開以允許相對充分的空氣進入氣缸並且不用作調製內燃機輸出的主要機構的狀態。
[0274]當所需功率是可以由在所有時間在其最佳級上操作的兩個和三個氣缸輸送的功率之間的數量時，那麼噴射控制器440就指示內燃機在由驅動脈衝信號442指示的兩和三氣缸模式之間前後轉換。即，當驅動脈衝信號442低時，噴射控制器440將將內燃機置於兩氣缸模式中，並且當驅動脈衝信號442高時，噴射控制器440就將內燃機置於三氣缸模式中。在這種操作狀態中，內燃機基本上未節流的運行並且氣缸點火如上文所述被優化。因此，驅動脈衝信號442有效地充當何時內燃機應該被放入兩氣缸模式時和何時它應該在三氣缸模式中的指示器。類似地，當所需功率是可以由在所有時間在其最佳級上操作的三個和四個氣缸輸送的功率之間的數量時，那麼噴射控制器就指示內燃機在由驅動脈衝信號442指示的三和四氣缸模式之間前後轉換。
[0275]在圖13中，當在兩和三氣缸模式之間轉換時的內燃機輸出由線475表示並且當在三和四氣缸之間轉換時的內燃機輸出由線476表示。這與顯示分別以傳統的節流方式使用三個、四個和六個氣缸的內燃機輸出的線471、472和473形成對照。應當理解，當輸送比可以由兩個氣缸單獨地輸送更多功率時允許內燃機基本上未節流的運行可以顯著地提高內燃機的燃料效率。
[0276]當所需功率是可以由在所有時間在其最佳級上操作的四個和六個氣缸輸送的功率之間的數量時，那麼噴射控制器就指示內燃機基於驅動脈衝信號442適當地在四和六氣缸模式之間前後轉換。應當理解，內燃機控制器400必須被設置成考慮到當內燃機從四氣缸操作狀態轉換為六氣缸操作狀態時兩個附加的氣缸被點火的事實。這種差異可以使用幾種不同的方式處理。出於說明的目的，考慮其中內燃機在內燃機的完整操作循環中僅僅可以在操作狀態之間轉換一次的實現。即，當內燃機轉換操作狀態時，每個操作氣缸必須被點火一次。補償附加的氣缸的一個適當方法是利用噴射控制器邏輯來確定何時在四氣缸狀態和六氣缸狀態之間轉換。例如，如果剩餘計算器的整數輸出407是「4」，那麼對於內燃機的一個操作循環，在轉換為六氣缸模式之前，噴射控制器需要兩個「高」驅動脈衝的累積，其後噴射控制器將內燃機轉換回四氣缸操作狀態直到已經累積了另兩個「高」驅動脈衝。
[0277]當剩餘計算器的整數輸出407是「5」時，那麼噴射控制器將對內燃機的每個完整工作循環有效地向累加器加一，這將具有使內燃機在六氣缸狀態中操作更高百分比的時間的期望效果以因此輸送期望的功率。
[0278]補償附加的氣缸的第二中適當方法是利用Σ - Λ控制器邏輯來指示何時四氣缸狀態和六氣缸狀態是適當的。在一個這種實現中，向Σ - Λ控制器的輸入可以適當地調節以考慮兩個氣缸被控制而代替僅僅一個氣缸被控制的事實。這可以涉及基於期望的輸出信號超出「4」氣缸的數量改變剩餘計算器為輸出「餘數」信號的邏輯，然後將該值除以2的因子從而補償「高」驅動脈衝信號導致兩個附加的氣缸被點火的事實。
[0279]在另一個實現中，如果內燃機的模式轉換響應時間足夠快，這樣會在「第五個」和「第六個」氣缸的點火機會之間生成模式轉換，那麼內燃機控制器就可以配置成就如同如上使用用於適當地關閉氣缸的模式轉換所述的單氣缸調製跳越點火內燃機控制器那樣操作。
[0280]應當理解，前述實例在本質上僅僅是示例性的而且任意特定實現的細節都需要被調節以補償被控制的特定變排量內燃機的容量。容許的操作狀態的實際數目和每個這種狀態中的可用氣缸的實際數目將隨著內燃機的不同而改變。控制器需要被調節以利用可用狀態。此外，用於在不同操作狀態之間轉換的響應時間將隨著內燃機的不同而改變。一些內燃機可以採用內燃機的一個以上的完整操作循環來在操作模式之間轉換，而其他的可以足夠快以便於在氣缸的點火機會上由點火機會的基礎在模式之間前後轉換。有鑑於這些變體，內燃機控制器的邏輯將需要針對內燃機的容量定製。應當理解，不是所有現有的變排量內燃機都是耐用的並且足夠快以在所述模式轉換方式中平穩地運行內燃機所需的速度中在模式之間前後轉換。然而，應當理解，以該類型的模式轉換方式操作適當的傳統地設計的變排量模式是一種可以解決空氣泵送問題的方法。
[0281]預處理器階段
[0282]在一些如上所述的實施例中，來自加速器踏板位置的信號被處理為用作控制系統的輸入(例如驅動脈衝發生器104、內燃機控制單元400等等)的期望的內燃機輸入的指示。在這種實施例中，期望的內燃機輸出信號113可以直接地從車輛上的踏板位置傳感器上取得，或者它可以採用適當的方式放大。在其他實施例中，踏板位置傳感器信號可以在提供給驅動脈衝發生器104之前與其他輸入(例如如上所述的顫動信號207)組合。在其他實施例中，加速器踏板位置傳感器信號可以提供給預處理器181 (例如由圖3中的虛線箱表示)，且預處理器181生成其自己的信號或對踏板傳感器信號進行一些級別的處理。預處理器181的輸出然後用作驅動脈衝發生器的輸入，具有或未具有可能適於特定設計的附加的顫動信號。
[0283]預處理器181可以設置成提供任意期望類型的加速器踏板位置傳感器信號的預處理。例如，可能期望汽車提供一種燃料節省模式，其中加速器踏板位置信號以助於以燃料最高效方式操作內燃機的方式被預處理。在另一個實例中，通常已知一些驅動器趨於相對迅速地升降踏板位置。對於這種驅動器，可能期望汽車提供一種平穩的駕駛方式，其中預處理器平均或平滑特定踏板位置波動(例如，預處理器可以採取如上參照圖12所述的低通濾波器402的形式或者包含低通濾波器402)。在其他實現中，車輛可以包括巡航控制器。在這種車輛中，當車輛在巡航控制模式中時，巡航控制器可以包含在預處理器中或可以用作驅動脈衝發生器的輸入信號113的來源。在其他實施例中，可以在預處理器181中提供踏板位置的抗混濾波。當然，預處理器可以設置成執行被認為適於被控制的內燃機和/或車輛的任意類型的預處理。
[0284]變速器控制和無級變速器
[0285]眾所周知內燃機速度對內燃機的燃料效率具有影響。在圖14中顯示的性能圖中可以圖形地看出該影響。如圖14中所述和上文所述，內燃機在相對狹窄範圍的內燃機速度、歧管壓力等等內操作時趨於最高效。為此，在具有自動變速器的許多車輛上使用的內燃機控制單元(ECU)被設置成至少部分地基於內燃機速度控制變速器的換擋以改進總體燃燒效率。燃料處理器可以設置成以與在跳越點火型變排量模式中操作類似的方式控制或影響檔位選擇。
[0286]一些現有的車輛使用無級變速器。無級變速器的一個已知優點是它允許內燃機比標準變速器在一定範圍的車輛速度上更接近其峰值效率處操作。應當理解，無級變速器的使用並連同所述基於跳越點火的變排量內燃機操作允許內燃機在大多數時間在非常接近其最佳熱力效率處運行。即，所述跳越點火方法允許每次點火都針對熱力效率(或其他期望的參數)進行優化並且無級變速器的使用允許內燃機在最佳內燃機速度(RPM)處操作，因此允許內燃機大多數時間內在最佳區域(例如圖14中的區域50)中操作。
[0287]雖然現有的內燃機控制器通常控制傳動裝置以提高效率，但是
【發明者】並不知道如下的現有內燃機控制器，該控制器能夠以保證點火的工作腔室在針對燃料效率或其它期望標準進行優化的相對密封的區域內操作的方式來控制傳動裝置、歧管壓力和工作腔室的點火。
[0288]柴油機
[0289]雖然上文闡述的許多實例討論了應用基於所述跳越點火的變排量方法到基於通過節流向工作腔室的空氣輸送調製功率的奧託循環或其他熱動力循環的內燃機，但是應當理解，本發明也可以很好地適於用於柴油機。許多現有的柴油機設計尤其好地適於使用所述跳越點火方法操作。例如，許多現有的柴油機中使用的排氣和排放系統已經適於利用高含氧排氣流，這可以簡化改造和新的內燃機設計。而且，大多數柴油機使用消除了上面討論的壁潤溼問題的直接噴射。另外，許多柴油機當前應用噴射仿形(inject1n profiling)。即，燃料進入氣缸的噴射式分級並且定時的以提高氣缸的熱力效率。當使用優化的點火時，這種仿形可以進一步提高內燃機的效率。因此，應當理解，如上所述任意內燃機控制實施例都可以與柴油機聯合使用。
[0290]其他特徵
[0291]雖然僅僅詳細描述了本發明的幾個實施例，但是應當理解，本發明可以使用許多其他形式實現而不脫離本發明的精神或範圍。上面給出的許多實例涉及適於汽車中使用的4衝程活塞內燃機。然而，應當理解，所述連續變排量方法非常好地適於用在多種內燃機中。這些包括實際上用於任意類型車輛的內燃機一包括汽車、卡車、船隻、飛機、摩託車、踏板車等等:用於非車輛應用例如發電機、剪草機、樹葉鼓風機、模型等等；和實際上使用內燃機的任意其他應用。各種所述方法用於在多種不同熱動力循環下操作的內燃機一實際上包括任意類型的兩衝程活塞內燃機、柴油機、奧託循環內燃機、雙循環內燃機、米勒循環內燃機、艾金森循環內燃機、汪克爾內燃機和其他類型的旋轉內燃機、混合循環內燃機(例如雙奧託和柴油機)、混合內燃機、星形內燃機等等。據信所述方法將很好地用於新開發的內燃機，無論它們是否利用當前已知的或後面開發的熱動力循環操作。
[0292]上面的一些實例是基於奧託循環內燃機的，該內燃機通常進行節流因此它們通常不會以最大的壓縮比操作。然而，這些概念也對等地適用於未節流的內燃機例如狄塞爾循環內燃機、雙循環內燃機和密勒循環內燃機等等。
[0293]在一些上面明確討論的這些實施例中，假定所有氣缸都被使用或者以連續變排量模式操作。然而，並不存在這種要求。如果需要的話，對於特定申請，點火控制單元可以很容易地設計成如下方式:當需要的位移低於特定的閾值時始終跳過一些指定(多個)氣缸(一個或多個工作腔室)，和/或在特定的位移等級處始終對所選的氣缸點火。在其他實現中，所有描述的工作循環跳越方法可以應用到傳統的變排量內燃機上，同時在其中關閉一些氣缸的模式下進行操作。
[0294]描述的連續變排量模式操作可以很容易地與多種其他燃料經濟技術和/或性能提高的技術一起使用，其中包括稀薄燃燒技術、燃料噴射圖形技術、渦輪增壓以及增壓等等。應該相信的是，點火氣缸內的狀況相對固定使得易於實現基本上已知但是還沒有廣泛使用的增強技術(例如在汽車內燃機中使用具有多階段噴射的燃料噴射圖形技術)。此外，應該相信的是，氣缸內受控的狀況也可以使多種在傳統內燃機中不可行的其他增強技術能夠應用。
[0295]上面詳細描述的大多數驅動脈衝發生器實施例都使用了 Σ - Λ控制器。雖然值得相信，Σ - Λ控制器非常適合在控制內燃機中使用，但是應當理解，多種其他的控制器並且尤其是自適應(即反饋)控制器都可以使用或者發展，從而代替Σ - Λ控制器。例如，應當理解其他反饋控制圖可以用於將期望內燃機輸出信號113輸入到直接或間接用來驅動內燃機的驅動脈衝流中。
[0296]在幾個描述的實施例中，Σ - Λ控制器通常被設計成將期望內燃機輸出信號輸入到可以被用於生成驅動脈衝的信號中。Σ-Λ是一種可以用於表不輸入信號的轉換器。一些描述的Σ - Λ轉換器顯示了重複採樣轉換，並且在各種可選實施例，其他的重複採樣轉換器也可以使用來代替Σ - Λ轉換。在其他實施例中，也可以使用其他類型的轉換器。應當理解，轉換器可以應用多種調製圖，其中包括各種脈衝寬度調製圖、脈衝高度調製、CDMA定向調製，或其他調製圖也可以用來表示輸入信號，只要驅動脈衝發生器的同步器部件相應地調節即可。
[0297]從前面的描述中顯而易見的是，所述的連續變排量方法與現有的內燃機設計可以很好地匹配。然而，應該相信的是，描述的跳越工作循環控制方法還有利於甚至使能夠進一步提高內燃機熱力效率的多種其他技術能夠使用。例如增壓或渦輪增壓器與描述的連續變排量方法結合使用可以進一步提高內燃機的效率。計算機模擬模型表示所述的連續變排量控制方法與增壓技術的組合可以很容易地將許多現有的奧託循環內燃機的燃料效率提高超過100%。
[0298]這種顯著的改進能在汽車內燃機中成為可能的原因之一在於，大多數汽車內燃機在大多數時間都處在它們的潛在功率的相對很小的百分比上操作。例如，設計成在200—300馬力數量級上輸送最大功率輸出的內燃機在大多數時候例如車輛以100千米每小時的速度行駛時可能需要不多於20—30的馬力。
[0299]在以上所述中，已經描述了基於控制技術的許多不同方式的跳越點火以及多種增強技術。在眾多情況下，在特定控制器的情況下描述了增強技術。然而，應當理解許多增強技術可以與許多控制器協同使用。例如，所述的燃料脈衝變化(例如燃料噴射量的優化、富燃料脈衝、貧脈衝等等)可以與任何所述的控制器協同使用。所有的描述的控制方法和控制器可以作為協處理器或內燃機控制單元本身的所屬等等來實現。
[0300]在一些實現中，可以期望提供冗餘的控制器，例如冗餘Σ - Λ控制器。冗餘控制器可以同時運行，這樣，如果一個失效了，其他的就能夠接管。通常，數字Σ -Λ控制器可以比模擬Σ-Λ控制器調節得更精確。同時，數字Σ-Λ控制器可以略微比模擬Σ-Λ控制器對失效更敏感。因此，在一些實現中，期望提供冗餘Σ -Λ，其中主控制器是數字控制器輔助或備用控制器是模擬Σ-Λ控制器。
[0301]應當指出，隨著時間的過去，已經有了多種預期在「跳越點火」模式下運行特定內燃機的方法。然而， 申請人:的理解是這些方法中沒有能夠獲得顯著的商業成功的。可疑的是，導致這種不認可的主要因素是現有的努力不能夠通過按照內燃機所需的平穩性、性能以及駕駛性能特性的方式來控制內燃機，從而得不到商業上的發展。相比較而言，值得相信的是，所描述的內燃機控制和操作方法很適用於多種不同的應用裡使用。
[0302]因此，本實施例應該被視為示意性的而不是限制性的，本發明並不限於在此所給出的細節，但是可以在所附權利要求書的範圍內進行修改。
【權利要求】
1.一種用於控制具有至少一個工作腔室的內燃機的操作的方法，每個工作腔室通常布置成在一系列工作循環中操作，該方法包括: 在內燃機操作期間使用反饋控制由點火機會的基礎在點火機會上動態地確定點火模式以提供期望的內燃機輸出；以及 在點火模式中點燃至少一個工作腔室，其中點火模式跳越所選跳越的工作循環的點火併且點燃所選主動工作循環。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，內燃機的每個工作腔室具有相關聯的進氣門和相關聯的排氣門，該方法還包括在所選跳越的工作循環期間保持進氣門和排氣門閉合以防止在所選跳越的工作循環期間泵送空氣通過相關聯的工作腔室。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，當在同一個工作腔室中主動工作循環跟隨跳越的工作循環時，相對於在同一個工作腔室中當主動工作循環跟隨另一個主動工作循環時輸送至工作腔室的燃料的量，被噴射用於輸送至工作腔室的燃料的量增加從而補償在跳越的工作循環期間發生的壁潤溼損失。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，將被跳越的工作循環的選擇是在內燃機的操作期間未使用預定點火模式而動態地確定的。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，點火模式至少是部分地使用預測的自適應反饋控制被確定的以提供期望的內燃機輸出。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，Σ- Λ控制器被用於跳越的工作循環的確定。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在每次點火的工作循環期間，充分地優化量的空氣和燃料輸送至點火的工作腔室。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，指示由每個各自的工作循環點火提供的功率的反饋或前饋被用於將被跳越的工作循環的確定。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，在將被跳越的工作循環的確定中所使用的反饋或前饋被動態地調劑以補償歧管壓力、歧管溫度、火花定時和氣門定時中的至少一個中的變化。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，內燃機的當前旋轉速度的標記被用作用於可選地使所選工作腔室的工作循環被跳越的控制器的時鐘輸入。
11.一種用於控制具有多個工作腔室的內燃機的操作的方法，所述內燃機在沒有空轉時提供期望的輸出，其中所述內燃機是在每個工作循環中具有至少四個衝程的活塞發動機，該方法包括: 以跳越點火的方式操作所述內燃機，其在對所選跳越工作循環進行跳越並且對所選主動工作循環進行點火以提供期望的內燃機輸出，其中每個工作循環是否進行跳越和點火的決定是在所述內燃機在工作循環操作期間由工作循環的基礎動態地確定的；以及 使得跳越操作的工作腔室在所選跳越工作循環期間不工作以便在所選跳越工作循環期間防止空氣泵送通過所述跳越操作的工作腔室。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述內燃機的每個工作腔室具有相關聯的進氣門和相關聯的排氣門，通過在所選跳越的工作循環期間保持進氣門和排氣門閉合使得跳越操作的工作腔室不工作以防止在所選跳越的工作循環期間泵送空氣通過相關聯的工作腔室
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，當在同一個工作腔室中主動工作循環跟隨跳越的工作循環時，相對於在同一個工作腔室中當主動工作循環跟隨另一個主動工作循環時輸送至工作腔室的燃料的量，被噴射用於輸送至工作腔室的燃料的量增加從而補償在跳越的工作循環期間發生的壁潤溼損失。
14.一種布置成控制內燃機中的工作腔室點火的內燃機控制器，該內燃機控制器包括: 布置成接收指示期望的內燃機輸出並且輸出指示適於輸送期望的輸出的工作循環點火的驅動脈衝信號的Σ - Λ控制器，其中驅動脈衝信號被至少部分地使用來確定對所選的主動工作循環點火併且在所選被動工作循環期間跳越點火的點火模式。
15.如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，內燃機控制器布置成在內燃機操作期間由工作循環的基礎在工作循環上動態地計算點火模式以提供期望的內燃機輸出。
16.一種適於用於具有至少一個工作腔室的內燃機的內燃機控制器，每個工作腔室布置成在一系列工作循環中操作，其中: 該內燃機控制器具有跳越點火連續變排量操作模式，該操作模式在導致所選的主動工作循環被點火併且所選被動工作循環不被點火的動態地計算的點火模式中指示至少一個工作腔室的選擇性點火；並且 點火模式是由工作循環的基礎在工作循環上被計算的以輸送期望的功率輸出。
17.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，控制器還布置成與在同一個工作腔室中當主動工作循環緊跟著前一個主動工作循環時噴射的燃料的量相比，提高同一個工作腔室中緊接著跳越的工作循環的主動工作循環期間噴射的燃料的量，從而補償在跳越的工作循環期間發生的壁潤溼損失。
18.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，內燃機控制器包括布置成有助於確定點火模式的預測的自適應控制器。
19.如權利要求18所述的裝置，其特徵在於，預測的自適應控制是Σ- Λ控制器。
20.如權利要求18所述的裝置，其特徵在於，預測的自適應控制器是具有與調製工作腔室的點火機會同步的時鐘信號的數字Σ-Λ控制器。
21.如權利要求18所述的裝置，其特徵在於，預測的自適應控制器是從包括下列的組中選取的:脈衝寬度調製控制器、最小均方控制器和遞歸最小均方控制器。
22.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，還包括布置成指示充分地優化量的空氣和燃料向點火的工作腔室的輸送的內燃機控制器邏輯。
23.如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，Σ-Λ控制器是從包括下列的組中選擇的一個:模擬Σ - Λ控制器、數字Σ - Λ控制器、混合Σ - Λ控制器和微分Σ - Λ控制器。
24.如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，Σ- Λ控制器是三階Σ - Λ控制器。
25.一種內燃機，包括: 每個均布置成在一系列工作循環中操作的多個工作腔室； 布置成便於燃料輸送進入工作腔室中的燃料輸送系統；和 如權利要求14-24中的任一項所述的內燃機控制器。
26.如權利要求25所述的內燃機，其特徵在於，內燃機在從包括下列的組中選取的循環上操作:狄塞爾循環、奧託循環、米勒循環、汪克爾循環和混合熱動力循環。
27.如權利要求25所述的內燃機，其特徵在於，內燃機是具有多個氣缸的往復式活塞內燃機，每個氣缸均用作工作腔室之一，並且其中，每個氣缸均具有相關聯的活塞、進氣門和排氣門，其中內燃機是從包括下列的組中選取的:兩衝程活塞內燃機；四衝程活塞內燃機；和六衝程活塞內燃機。
【文檔編號】F02D41/30GK104481713SQ201410553115
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2009年7月10日 優先權日:2008年7月11日
【發明者】A·S·特裡帕蒂, C·J·西爾維斯特裡, M·皮爾雅伯裡, F·薩罕蒂爾斯範賈尼, J·P·斯威特克斯, C·W·錢德勒, C·漢德, M·維爾卡茨 申請人:圖拉技術公司