控制可变气门致动减少再启用汽缸相关延迟的系统和方法

摘要

本发明涉及控制可变气门致动减少再启用汽缸相关延迟的系统和方法。根据本公开原理的系统包括汽缸控制模块和气门控制模块。在与发动机相关联的点火系统处于接通位置时，汽缸控制模块基于驾驶员扭矩请求来停用和再启用发动机的汽缸。气门控制模块基于汽缸被再启用的第一时间来选择性地调节汽缸的进气门和排气门中的至少一个被打开的时间段。

说明书

技术领域

本公开涉及用于控制可变气门致动系统来减少与再启用汽缸相关的延迟的系统和方法。

背景技术

这里提供的背景描述是用于大体呈现本公开背景的目的。本发明人在这个背景技术部分中所描述的工作以及在申请时没有作为现有技术被描述的各方面既不明确地也不暗示地被认为是抵触本公开内容的现有技术。

内燃发动机燃烧汽缸内的空气/燃料混合物以便驱动活塞，其产生驱动扭矩。空气通过进气门进入汽缸。在空气进入汽缸之前或之后，燃料可以与空气混合。在火花点火发动机中，火花引燃空气/燃料混合物在汽缸内的燃烧。在压缩点火发动机中，汽缸内的压缩使得汽缸内的空气/燃料混合物燃烧。排气通过排气门离开汽缸。

气门致动器致动进气门和排气门。气门致动器可以被凸轮轴驱动。例如，气门致动器可以是液压挺杆，其使用推杆被联接到凸轮轴或者被直接联接到凸轮轴。替代性地，气门致动器可以独立于凸轮轴来致动进气门和排气门。例如，气门致动器可以是液压的、气动的或机电的，并且可以用于无凸轮发动机和/或无凸轮气门机构中。

发明内容

根据本公开原理的系统包括汽缸控制模块和气门控制模块。在与发动机相关联的点火系统处于接通位置时，汽缸控制模块基于驾驶员扭矩请求来停用和再启用发动机的汽缸。气门控制模块基于汽缸被再启用的第一时间来选择性地调节汽缸的进气门和排气门中的至少一个被打开的时间段。

本发明还提供了以下技术方案。

方案1. 一种系统，包括：

汽缸控制模块，在与发动机相关联的点火系统处于接通位置时所述汽缸控制模块基于驾驶员扭矩请求停用和再启用所述发动机的汽缸；以及

气门控制模块，所述气门控制模块基于所述汽缸被再启用的第一时间来选择性地调节所述汽缸的进气门和排气门中的至少一个被打开的时间段。

方案2. 根据方案1所述的系统，其中所述气门控制模块在基于所述第一时间而定的第二时间打开所述排气门。

方案3. 根据方案2所述的系统，其中当曲轴转角大于第一预定角度时所述气门控制模块打开所述排气门，其中所述曲轴转角对应于在所述第一时间相对于上止点的活塞位置。

方案4. 根据方案3所述的系统，其中所述气门控制模块基于所述第二时间调节所述进气门被打开的第三时间。

方案5. 根据方案3所述的系统，其中当所述曲轴转角大于或等于第二预定角度时所述气门控制模块打开所述排气门第一时间段，并且当所述曲轴转角小于所述第二预定角度时所述气门控制模块打开所述排气门与所述第一时间段不同的第二时间段。

方案6. 根据方案1所述的系统，其中当所述驾驶员扭矩请求大于预定扭矩时所述气门控制模块调节所述时间段。

方案7. 一种系统，包括：

汽缸控制模块，在与发动机相关联的点火系统处于接通位置时所述汽缸控制模块基于驾驶员扭矩请求停用和再启用所述发动机的汽缸；以及

点火次序模块，所述点火次序模块基于所述汽缸被再启用的时间选择性地调节所述发动机的点火次序。

方案8. 根据方案7所述的系统，其中当所述驾驶员扭矩请求大于预定扭矩时所述点火次序模块调节所述点火次序。

方案9. 根据方案7所述的系统，其中当曲轴转角小于预定角度时所述点火次序模块使得所述汽缸内的火花提前N度，其中所述曲轴转角对应于在所述时间相对于上止点的活塞位置并且N是大于1的整数。

方案10. 根据方案9所述的系统，其中N是360。

方案11. 一种方法，包括：

在与发动机相关联的点火系统处于接通位置时，基于驾驶员扭矩请求来停用和再启用所述发动机的汽缸；和

基于所述汽缸被再启用的第一时间来选择性地调节所述汽缸的进气门和排气门中的至少一个被打开的时间段。

方案12. 根据方案11所述的方法，还包括当所述驾驶员扭矩请求大于预定扭矩时调节所述时间段。

方案13. 根据方案11所述的方法，还包括在基于所述第一时间而定的第二时间打开所述排气门。

方案14. 根据方案13所述的方法，还包括当曲轴转角大于第一预定角度时打开所述排气门，其中所述曲轴转角对应于在所述第一时间相对于上止点的活塞位置。

方案15. 根据方案14所述的方法，还包括基于所述第二时间调节所述进气门被打开的第三时间。

方案16. 根据方案14所述的方法，还包括：

当所述曲轴转角大于或等于第二预定角度时打开所述排气门第一时间段；以及

当所述曲轴转角小于所述第二预定角度时打开所述排气门与所述第一时间段不同的第二时间段。

方案17. 根据方案14所述的方法，还包括基于所述第一时间选择性地调节所述发动机的点火次序。

方案18. 根据方案17所述的方法，还包括当所述驾驶员扭矩请求大于预定扭矩时调节所述点火次序。

方案19. 根据方案17所述的方法，还包括当所述曲轴转角小于或等于所述预定角度时使得所述汽缸内的火花提前N度，其中N是大于1的整数。

方案20. 根据方案19所述的方法，其中N是360。

从下文提供的具体说明将显而易见到本公开的应用的其他方面。应该理解的是，详细描述和特殊的示例旨在仅用于描述目的并且不试图限制本公开的范围。

附图说明

从详细描述和附图将更加全面地理解本公开，附图中:

图1是示出根据本公开的原理的示例性发动机系统的功能框图；

图2是示出根据本公开的原理的示例性发动机控制系统的功能框图；以及

图3是示出根据本公开的原理的示例性发动机控制方法的流程图。

具体实施方式

发动机控制系统可以停用发动机的一个或更多个汽缸以改善燃料经济性。当汽缸被停用时，可以停止通向汽缸的燃料输送和/或汽缸内的火花生成。此外，汽缸的进气门和排气门可以被闭合以将排气气体捕集在该汽缸内。将排气气体捕集在汽缸内减少了与将空气泵入和泵出汽缸相关联的泵送损失并且因此改善了燃料经济性。

当汽缸被停用时，排气门可以被打开以便从汽缸排出排气气体。当汽缸中的活塞处于其最顶部位置（被称为上止点（TDC））时排气门可以被闭合。排气门可以针对每个发动机循环的固定时间段被打开。例如，如果排气门使用由发动机凸轮轴驱动的气门机构被打开，则排气门打开的时间段可以取决于凸轮轴的旋转。如果在若汽缸没有被停用时排气门应该已经打开的时间段期间再启用该汽缸，则排气门可能不被打开直到下一发动机循环的排气冲程。这样，可能延迟发动机的扭矩响应。

根据本公开原理的系统和方法，如果汽缸内的活塞到达TDC之前的时间段足以从汽缸排出排气气体，则在再启用汽缸时打开汽缸的排气门。可以使用无凸轮气门机构来改变排气门打开的时间段。因此，当汽缸被再启用时排气门可以在稍后时间打开且持续较短时间段。例如，在若该汽缸没有被停用时排气门应该已经被打开的时间段期间可以打开排气门。

如果活塞到达TDC之前的时间段不足以从汽缸排出排气气体，则可以调节发动机的点火次序。例如，被再启用汽缸的火花正时可以被提前360度而不调节发动机内的其他汽缸的火花正时。排气门之后可以在下一活塞冲程期间打开。当汽缸被再启用时或在下一活塞冲程期间打开排气门而不是等待到下一发动机循环的排气冲程改善了发动机的扭矩响应。

现在参考图1，发动机系统100的示例性实施方式包括发动机102，其基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入来燃烧空气/燃料混合物以生产用于车辆的驱动扭矩。空气通过进气系统108被吸入到发动机102内。在各种示例中，进气系统108包括进气歧管110和节气门112。在各种示例中，节气门112包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块（ECM）114控制节气门致动器模块116，其调整节气门112的打开以控制被吸入进气歧管110的空气量。

来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的汽缸内。虽然发动机102可以包括多个汽缸，不过为了图释目的，示出单个代表性汽缸118。在各种示例中，发动机102包括2、3、4、5、6、8、10或12个汽缸。ECM 114在某些发动机工况下停用发动机102的一个或更多个汽缸以改善燃料经济性。在点火系统120处于接通位置时，ECM 114可以停用所有汽缸或比所有汽缸少的汽缸。ECM 114基于经由驾驶员输入模块104从点火系统120接收的输入来起动和停止发动机102。

发动机102可以使用四冲程循环来操作。如下所述的四冲程被命名为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴（未示出）的每转期间，这四个冲程中的两个发生于汽缸118内。因此，对于汽缸118而言，为了经历全部四个冲程，二圈曲轴回转是必要的。

在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入到汽缸118内。ECM 114控制燃料致动器模块124，其调整燃料喷射以达到所需空/燃比。燃料可以在中心部位或在多个部位（例如每个汽缸的进气门122附近）被喷射到进气歧管110内。在各种实施方式（未示出）中，燃料被直接喷射到汽缸内或与汽缸关联的混合腔内。燃料致动器模块124可以中止燃料向被停用汽缸的喷射。

被喷射燃料与空气混合并且在汽缸118内产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞（未示出）压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火发动机，在这种情况下汽缸118内的压缩点燃空气/燃料混合物。替代性地，发动机102可以是火花点火发动机，在这种情况下火花致动器模块126基于来自ECM 114的信号给汽缸118内的火花塞128充能，这点燃空气/燃料混合物。可以相对于活塞处于其最顶部位置（被称为上止点（TDC））的时间来规定火花正时。

火花致动器模块126可以由规定在TDC之前或之后多久的正时信号控制来产生火花。因为活塞位置直接地相关于曲轴旋转，所以火花致动器模块126的操作可以同步于曲轴转角。在各种实施方式中，火花致动器模块126可以中止向被停用汽缸提供火花。

生成火花可以被称为点火事件。火花致动器模块126能够针对每个点火事件改变火花正时。当火花正时信号在最近一次点火事件和下一点火事件之间改变时火花致动器模块126能够针对所述下一点火事件改变火花正时。在各种实施方式中，火花致动器模块126针对发动机102内的所有汽缸相对于TDC改变火花正时相同的量。

在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动曲轴。燃烧冲程可以被定义成在活塞到达TDC和活塞返回到下止点（BDC）的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上运动并且通过排气门130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆排出。

可以使用进气门致动器140来致动进气门122，而可以使用排气门致动器142来致动排气门130。在各种实施方式中，进气门致动器140可以致动汽缸118的多个进气门（包括进气门122）。类似地，排气门致动器142可以致动汽缸118的多个排气门（包括排气门130）。另外，单个气门致动器可以致动汽缸118的一个或更多个排气门以及汽缸118的一个或更多个进气门。

进气门致动器140和排气门致动器142分别独立于凸轮轴来致动进气门122和排气门130。在此方面，气门致动器140、142 可以是液压的、气动的或机电的，并且可以用于无凸轮气门机构，并且发动机102可以是无凸轮发动机。如当前所示，气门致动器140、142是液压的，并且液压系统144向气门致动器140、142供应液压流体。

液压系统144包括低压泵146、高压泵148和贮存器150。低压泵146将液压流体从贮存器150通过供应管线152供应到高压泵148。高压泵148将液压流体从供应管线152供应到气门致动器140、142。低压泵146可以是电动泵，并且高压泵148可以使用例如皮带由发动机102驱动。

气门致动器模块158基于来自于ECM 114的信号来控制进气门致动器140和排气门致动器142。气门致动器模块158可以控制进气门致动器140以调节进气门122的升程、持续时间和/或正时。气门致动器模块158可以控制排气门致动器142以调节排气门130的升程、持续时间和/或正时。

泵致动器模块160基于来自于ECM 114的信号来控制低压泵致动器146和高压泵148。泵致动器模块160可以控制低压泵146以调节向高压泵148供应的液压流体的压力。泵致动器模块160可以控制高压泵148以调节向气门致动器140、142供应的液压流体的压力。

发动机系统100可以使用曲轴位置（CKP）传感器180来测量曲轴的位置。可以使用发动机冷却剂温度（ECT）传感器182来测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以被放置在发动机102内或者冷却剂循环所处的其他部位，例如散热器（未示出）。可以使用歧管绝对压力（MAP）传感器184来测量进气歧管110内的压力。

可以使用质量空气流量（MAF）传感器186来测量流入进气歧管110的空气的质量流速。在各种实施方式中，MAF传感器186可以被放置在也包括节气门112的外壳内。可以使用一个或更多个节气门位置传感器（TPS）190来测量节气门112的位置。可以使用进气空气温度（IAT）传感器192来测量被吸入发动机102内的空气的环境温度。

可以使用进气门升程（IVL）传感器194来测量进气门122的升程。可以使用排气门升程（EVL）传感器196来测量排气门130的升程。气门升程传感器194、196可以将进气门和排气门122、130的升程输出到气门致动器模块158，如所示，并且气门致动器模块158可以将进气门和排气门122、130的升程输出到ECM 114。替代性地，气门升程传感器194、196 可以将进气门和排气门122、130的升程直接输出到ECM 114。ECM 114可以使用来自传感器的信号做出发动机系统100的控制判定。

现在参考图2，ECM 114的示例性实施方式包括驾驶员扭矩模块202、汽缸控制模块204和点火次序模块206。驾驶员扭矩模块202基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入来确定驾驶员扭矩请求。驾驶员输入可以基于加速器踏板的位置而定。驾驶员输入也可以基于巡航控制而定，该巡航控制可以是改变车辆速度以便维持预定跟随距离的自适应巡航控制系统。驾驶员扭矩模块202可以存储加速器踏板位置至所需扭矩的一个或更多个映射，并且可以基于所述映射中的选定映射来确定驾驶员扭矩请求。

汽缸控制模块204可以停用发动机102的一个或更多个汽缸，例如汽缸118。在各种实施方式中，一组预定汽缸被一起停用。汽缸控制模块204可以指导气门控制模块208关闭被停用汽缸的进气门和排气门。气门控制模块208向气门致动器模块158输出信号以打开或关闭进气门122和/或排气门130。

气门控制模块208可以安排进气门122和排气门130关闭的时间以便在停用汽缸118时将排气气体捕集在汽缸118内。在各种示例中，气门控制模块208在汽缸118完成进气冲程之后关闭进气门122并且在汽缸118完成排气冲程之前关闭排气门130。当汽缸被停用时将排气气体捕集在该汽缸内减少了该汽缸的泵送损失。

汽缸控制模块204指导燃料控制模块210停止向被停用汽缸提供燃料。燃料控制模块210向燃料致动器模块124输出信号以调节向汽缸118的燃料输送。汽缸控制模块204可以或可以不指导火花控制模块212来停止向被停用汽缸提供火花。在各种实施方式中，一旦汽缸中存在的任意燃料/空气混合物已经燃烧，则火花控制模块212仅停止向该汽缸提供火花。火花控制模块212向火花致动器模块126输出信号以调节汽缸118内的火花生成。

当驾驶员扭矩请求大于第一扭矩（这可以是被预先确定的）时，汽缸控制模块204再启用该汽缸118。当驾驶员扭矩请求小于或等于第一扭矩时，汽缸控制模块204指导节气门控制模块214调节节气门112以满足驾驶员扭矩请求。节气门控制模块214向节气门致动器模块116输出信号以调节节气门112。

在各种实施方式中，仅当驾驶员扭矩请求大于第二扭矩时，点火次序模块206调节发动机102的点火次序并且/或者气门控制模块208调节发动机102的气门正时。汽缸控制模块204可以确定驾驶员扭矩请求是否大于第二扭矩。第二扭矩可以被预先确定并且可以对应于节气门完全打开的百分比（例如百分之九十）。

气门控制模块208可以基于汽缸118被再次启用的第一时间来调节当前发动机循环期间的气门正时。当对应于第一时间的曲轴转角大于或等于第一角度时气门控制模块208正常地打开进气门和排气门122、130。曲轴转角可以被规定为TDC之前的度数。汽缸控制模块204可以基于CKP传感器180来确定曲轴转角。

当正常打开排气门130时，气门控制模块208打开排气门130第一时间段。当活塞到达TDC之前的时间段小于第一时间段时，气门控制模块208可以不打开该排气门130直到下一发动机循环。汽缸控制模块204可以基于曲轴转角和发动机速度来确定活塞到达TDC之前的时间段。基于来自CKP传感器180的输入来确定发动机速度。当气门控制模块208正常打开进气门122时，气门控制模块208在排气门130关闭之前打开进气门122。

当对应于第一时间的曲轴转角小于第一角度但大于第二角度时，气门控制模块208打开排气门130第二时间段，该第二时间段小于第一时间段。此外，气门控制模块208不打开进气门122直到排气门130关闭以防止气门交叠。由于从汽缸118排出排气的时间段缩短，所以汽缸118内的压力会较高。防止气门交叠确保了不强迫排气气体穿过进气门122。在基于第一时间调节气门正时之后，气门控制模块208在下一发动机循环期间正常打开进气门和排气门122、130。

当对应于第一时间的曲轴转角小于或等于第二角度时，点火次序模块206调节发动机102的点火次序。点火次序模块206可以使得汽缸118的火花正时提前360度而不提前汽缸102内的其他汽缸的火花正时。点火次序模块206可以通知汽缸控制模块204何时点火次序模块使得汽缸118的火花正时提前360度。继而气门控制模块208和燃料控制模块212可以基于被提前的火花正时分别调节气门正时和燃料喷射正时。

因此，如果TDC之前的时间段小于第一时间段，则气门控制模块208在打开排气门103之前不等待几乎完整的发动机循环。而是，气门控制模块208在下一活塞冲程期间打开排气门130。气门控制模块208打开排气门130第一时间段并且在下一活塞冲程的TDC处或附近关闭排气门130。

现在参考图3，用于减少与再启用发动机汽缸相关联的发动机的扭矩响应的延迟的方法开始于302。在304，方法确定汽缸是否被停用。如果汽缸被停用则方法继续到306。否则，方法继续到308。

在306，方法确定驾驶员扭矩请求是否大于第一扭矩。可以基于诸如加速器踏板位置或巡航控制设定的驾驶员输入来确定驾驶员扭矩请求。第一扭矩可以被预先确定。如果驾驶员扭矩请求大于第一扭矩，则方法继续到310。否则，方法继续到312。在312，方法通过调节节气门的位置来满足驾驶员扭矩请求。

在310，方法确定驾驶员扭矩请求是否大于第二扭矩。第二扭矩可以被预先确定并且可以是节气门完全打开的百分比（例如百分之九十）。如果驾驶员扭矩请求大于第二扭矩，则方法继续到314。否则，方法继续到316。

在316，方法确定对应于汽缸被再次启用的第一时间的曲轴转角是否小于第一角度。曲轴转角可以代表汽缸内的活塞到达TDC之前曲轴旋转的量。如果曲轴转角小于第一角度，则方法继续到318。否则，方法返回到304。在318，方法打开汽缸的排气门第一时间段。第一角度和第一时间段可以被预先确定并且可以对应于正常操作。如果曲轴转角小于第一角度，则方法可以在下一发动机循环的排气冲程期间打开排气门。

在314，方法确定曲轴转角是否大于第二角度。如果曲轴转角大于第二角度，则方法继续到320。否则，方法继续到322。在320，方法打开排气门第二时间段，该第二时间段小于第一时间段。可以基于从汽缸排出排气气体所需的时间量来预先确定第二时间段。在324，方法延迟打开进气门直到排气门关闭之后以防止气门交叠。

在322，方法调节发动机的点火次序。例如，方法可以使得汽缸的火花正时提前360度而不提前发动机内的其他汽缸的火花正时。方法可以基于被提前的火花正时来调节汽缸的气门时间和燃料喷射正时。

在308，方法确定发动机的点火次序是否失序。当汽缸的火花正时被提前360度时发动机的点火次序可能失序。当发动机的点火次序失序时，方法继续到326。否则，方法返回到304。通过打开排气门第二时间段或者提前汽缸的火花正时360度，所述方法改善了发动机的扭矩响应。

在326，方法确定驾驶员扭矩请求是否正在减小。如果驾驶员扭矩请求正在减小，则方法继续到328。否则，方法返回到304。在328，方法略过点火事件并且再次调节发动机的点火次序以使得点火次序不失序。方法可以通过延迟发动机的火花正时360度来再次调节发动机的点火次序。

前文描述实质上仅是说明性的并且决不试图限制本公开、其应用或使用。本公开的广义教导可以以各种方式被实现。因此，虽然本公开包括具体示例，但是本公开的真实范围不应该被如此限制，因为在学习附图、说明书和所附权利要求的基础上将显而易见到其他改型。为了清晰的目的，将在附图中使用相同的附图标记来标识同样的元件。如本文使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应被理解为表示使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应该理解，方法中的一个或更多个步骤可以按不同次序（或同时地）被执行而不改变本公开的原理。

如本文使用的，术语“模块”是指以下器件的一部分或包含以下器件：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享、专用或成组）；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或上述器件的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。术语“模块”可以包含存储由处理器执行的代码的存储器（共享、专用或成组）。

上面使用的术语“代码”可以包含软件、固件和/或微代码，并且可以涉及程序、例程、函数、类和/或对象。上面使用的术语“共享的”表示来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享的）处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共享的）存储器存储。上面使用的术语“成组”表示来自单个模块的一些或全部代码可以采用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器来存储。

本文描述的装置和方法可以通过由一个或更多个处理器执行的一个或更多个计算机程序来实现。计算机程序包含存储在非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包含存储的数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储装置和光学存储装置。