用于使泵送损失减少最大化的内燃机凸轮轴调度策略

摘要

本发明涉及用于使泵送损失减少最大化的内燃机凸轮轴调度策略。公开了一种凸轮轴调度方法，包括：测量驾驶员输入；基于所测量到的驾驶员输入计算驾驶员请求扭矩；以及基于所述驾驶员请求扭矩调度所述凸轮轴。在一个实施例中，所述驾驶员输入为加速踏板位置，其与驾驶员请求扭矩的百分比相关。基于所述驾驶员请求扭矩的百分比，凸轮位置被调节以提供最佳燃料经济性凸轮位置和最佳扭矩输出凸轮位置中的一个。

说明书

技术领域

本发明总体涉及内燃机，且更具体地涉及通过减少泵送损失而提供增加的燃料经济性的内燃机凸轮轴调度策略。

背景技术

在改进燃料经济性的努力中，内燃机结合了凸轮轴调度策略，该凸轮轴调度策略主要基于发动机速度(RPM)和发动机负荷来调节凸轮轴正时，其中发动机负荷基于空气流(例如每个汽缸捕集的空气(APC))、相对负荷(与APC成比例的排量)或容积效率的其它量度来确定。

控制发动机负荷的一种已知技术是进气门延迟关闭(LIVC)。在LIVC中，进气节流被进气回流替代，即，气体返回到进气歧管，直到汽缸内获得了所需要的充气，这有效地减少了系统中的泵送损失。

但是，因为已知的凸轮轴调度策略利用基于APC的表格，并且还因为在发动机运行范围的重-中负荷区域中，相对于APC中的相对小的变化，LIVC引起歧管绝对压力(MAP)的不相称地大的变化，所以这些已知的凸轮轴调度策略将LIVC的应用限于发动机运行范围的轻负荷区域。

因此，尽管这些已知凸轮轴调度策略可用于改进燃料经济性，但是这种改进受限于发动机运行范围的轻负荷区域，并且导致在重-中负荷运行范围中的未达到最佳的燃料效率。

发明内容

公开了一种凸轮轴调度方法，包括：测量驾驶员输入；基于所测量到的驾驶员输入计算驾驶员请求的扭矩；以及基于所述驾驶员请求的扭矩调度凸轮轴。

在一个示例实施例中，所述驾驶员输入为加速踏板位置，其与驾驶员请求扭矩的百分比相关。基于所述驾驶员请求扭矩选择凸轮位置，并且基于所述驾驶员请求扭矩的百分比，凸轮位置被调节以提供最佳燃料经济性凸轮位置和最佳扭矩输出凸轮位置中的一个。

从下面对实施本发明的最佳模式的详细描述并结合附图，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点显而易见。

附图说明

图1为包括根据本发明一个实施例的凸轮轴调度策略的内燃机系统的示意图；

图2为图1的内燃机的详细视图；

图3为示出根据本发明一个实施例的凸轮轴调度策略的流程图；以及

图4为用于在根据本发明一个实施例的凸轮轴调度策略中的驾驶员输入的示例曲线图。

具体实施方式

参考附图，其中相似的附图标记表示相似的部件，图1为根据本发明一个实施例的内燃机系统10的示意图。内燃机系统10包括内燃机12和与内燃机12通信的发动机控制模块14。发动机控制模块14包括用于存储凸轮轴调度策略的存储器16。

如下所进一步描述的，凸轮轴调度策略用于选择地控制凸轮轴的旋转，凸轮轴的旋转进而调节进气和排气门的打开和关闭。

发动机控制模块14用于接收驾驶员输入18，并根据凸轮轴调度策略和基于驾驶员输入18来选择地转动凸轮轴和/或调节节气门。

如图2中所示，内燃机12包括至少一个凸轮轴20，所述凸轮轴20布置成与内燃机12可旋转地连接。凸轮定相致动器或相位器21与发动机控模块14器可操作的通信，并且相位器21基于凸轮轴调度策略来相应地调度每个凸轮轴20。

每个凸轮轴20都包括多个凸角20A。当凸轮轴20旋转时，所述多个凸角20A用于与活塞26的运动相合拍地打开和关闭进气和排气门24，所述活塞26基于曲轴30的旋转而在汽缸孔28内运动。

刚好在活塞26中的一个在进气冲程中开始从上止点(TDC)向下移动时，与该活塞26相关联的进气门将打开，从而允许空气/燃料混合物加速进入与该活塞相关联的汽缸孔28中。然后刚好在活塞26到达汽缸孔28的底部，即靠近进气冲程的底部时，进气门关闭。

然后，在压缩空气/燃料混合物的压缩冲程中活塞26向上移动，刚好在活塞26到达汽缸孔28的顶部，即压缩冲程的末尾附近，空气/燃料混合物被点燃。例如，空气/燃料混合物被汽油机中的火花塞(未示出)或由柴油机中与燃烧相关联的热和压力点燃，从而在汽缸孔28内产生压力。然后，在动力冲程中该压力将活塞26向下推回。

因此，刚好在活塞26到达底部，即在动力冲程末尾汽缸孔28的下止点(BDC)时，与该活塞26相关联的排气门打开。然后，活塞26向上移动以将燃烧产物或废气从汽缸孔28通过与该活塞26相关联的排气门推出，该循环重复。

这些气门事件的正时通过凸轮轮廓(即，凸轮凸角20A的几何形状)和凸轮轴调度策略来控制，该调度策略可操作以选择地转动凸轮轴20，从而延迟进气和/或排气门24的打开和/或关闭。

凸轮轴调度策略存储在发动机控制模块14的存储器16内。发动机控制模块14接收驾驶员输入18；基于驾驶员请求扭矩选择凸轮位置，并基于所选择的凸轮位置调度凸轮轴20。

如图3中所示，根据本发明的一个具体实施例，当驾驶员输入18表现出恒定的或渐减的扭矩请求40时，发动机控制模块14基于第一或默认的凸轮轴调度策略42来调度凸轮轴20，在所示实施例中，第一或默认的凸轮轴调度策略42为最小泵送损失模式。

在最小泵送损失模式中，电子控制模块14结合了进气门延迟关闭(LIVC)，从而延迟进气门关闭事件、减小汽缸捕集、进而降低有效压缩比和允许更加靠近最佳扭矩点火提前的最小提前(MBT)。这样，在最小泵送损失模式时，内燃机12内的泵送损失最小化，从而产生改进的燃料效率。

当驾驶员输入18表现出渐增扭矩请求44时，即更高百分比的驾驶员请求扭矩，并且歧管绝对压力(MAP)46比环境压力P减去预定值X更小时，如块48中所示，发动机控制模块14可运行以保持默认的凸轮轴调度策略42，同时为了提高性能打开节气门50。

然而，当驾驶员输入18为渐增扭矩请求，并且歧管绝对压力(MAP)46比环境压力P减去预定值X更大时，如块52中所示，那么发动机控制模块14可运行以基于第二凸轮调度策略54来调度凸轮轴20，在所示实施例中，第二凸轮调度策略54为扭矩模式。

在扭矩模式中，电子控制模块14指令进气凸轮提前，其中进气门关闭正时被提前以利用进气惯性(即，进气进入燃烧室的速度)，从而增大进气速度。该增大的速度在进气上产生“增压”效果。这样，在扭矩模式中，内燃机12的扭矩输出被最大化，从而产生提高的车辆性能和响应性。

在所示的示例实施例中，驾驶员输入18为加速踏板位置，其与驾驶员请求扭矩的百分比有关。当驾驶员踩踏加速踏板时，加速踏板位置从零变到最大位置(即，全加速踏板行程)。同样，在所示示例实施例中，预定值X基于、但不限于发动机RPM和/或大气压力。

发动机控制模块14可操作用于基于加速踏板位置来确定全加速踏板位置行程的百分比，并基于发动机RPM将全加速踏板行程的百分比与最大扭矩的百分比(即，驾驶员请求扭矩的百分比)关联，如图4中所示。

当基于加速踏板位置计算驾驶员请求扭矩的百分比，并且驾驶员请求扭矩的百分比为凸轮轴调度策略的输入时，进气门可完全延迟直至零发动机真空的点，这显著地降低与歧管真空相关联的泵送功损失。

另外，由于1％至4％的制动比燃料消耗(BSFC)稳态增益导致重-中负荷操作区域，并且当车重增加或当发动机排量降低时，重-中负荷操作区域为更加频繁的速度-负荷区域，且还受比传统策略更早加档的积极的“燃料经济性”变速标定的影响，所以，凸轮轴和节气门调度策略允许在爆震受限的发动机运行工况中的有效压缩比管理。也就是说，在低发动机速度和相对高发动机速度或高环境温度时，内燃机对于推荐的燃料有爆震限制。这样，在没有可听得见的发动机爆震发生的情况下，不能获得最佳扭矩的最佳点火提前。

如上所述，通过延迟进气门关闭事件，可减少汽缸捕集，从而降低有效压缩比，允许更加靠近MBT。

有效压缩比管理的燃料经济性益处有两点：第一，内燃机的爆震限制较少，这允许利用更高的几何压缩比来提高轻负荷燃料经济性；第二，点火正时的提前降低了催化转化器温度，这允许延迟燃料富化保护。

这样，根据本发明示例的凸轮轴调度策略，当驾驶员请求扭矩的百分比超过阈值时，发动机控制模块14调节凸轮位置，以提供由凸轮轴调度策略指示的最佳扭矩输出凸轮轴位置。相反，当驾驶员请求扭矩的百分比低于阈值时，发动机控制模块14调节凸轮位置，以提供也是由凸轮轴调度策略指示的最佳燃料经济性凸轮位置。

另外，因为本发明示例的凸轮轴策略基于驾驶员输入动态地调节凸轮位置，与当前已知的静态APC表相反，所以通过更大百分比的发动机运行范围可包含LIVC，从而提供重-中负荷范围中的改善的燃料经济性。

虽然已经详细描述了实施本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员会认识到在所附权利要求保护的范围内用于实施本发明的各种替代设计和实施方式。例如，虽然内燃机12图示为包括图2中单个凸轮轴20的推杆式发动机，但是应当理解，内燃机12不限于推杆式发动机，而是也可为已知的单个顶置凸轮(SOHC)发动机、双顶置凸轮(DOHC)发动机等等。

另外，在所示示例实施例中，凸轮轴调度策略仅应用于进气凸轮轴。但是，所图示的凸轮轴调度策略不限于仅调度进气凸轮轴，因为所图示的策略可应用于排气凸轮轴，其中排气凸轮轴独立于进气凸轮轴的控制是可能的。