用于确定最优跳过点火式点火特征曲线的方法和设备

摘要

在一方面，阐述了一种跳过点火式发动机控制器。该跳过点火式发动机控制器包括跳过点火模块，该跳过点火模块被安排成针对提供所希望的发动机输出来确定运行点火分数和相关联的汽缸负载。该跳过点火式发动机控制器还包括点火控制器，该点火控制器被安排成以提供选择的运行点火分数的跳过点火式方式来引导点火。还阐述了与选择适合的运行点火分数相关的多种不同方法、模块、查询表格和安排。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年3月13日提交的标题为“用于确定最优跳过点火式点火特征曲线的方法和设备(Method and Apparatus for Determining Optimum Skip FireFiring Profile)”的美国临时专利申请号61/952,737的优先权，该申请出于所有目的通过援引以其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及用于以跳过点火式方式运行发动机的方法和系统。更确切地，考虑了不同可能的工作室输出水平来帮助确定最优的跳过点火式点火特征曲线。

背景技术

现今在用的大多数车辆(以及许多其他装置)是由内燃(IC)发动机提供动力的。内燃发动机典型地具有多个汽缸或其他工作室，在这些汽缸或其他工作室中发生燃烧。在正常行驶条件下，内燃发动机产生的扭矩需要在宽泛的范围内变化，以便满足驾驶员的操作需要。多年来，已经提出并利用了用于控制内燃发动机扭矩的多种方法。一些这样的途径考虑了改变发动机的有效排量。改变发动机有效排量的发动机控制手段能够归类成两种类型的控制，多重固定排量式和跳过点火式。在固定多重排量式控制中，一些固定的汽缸组在低负载条件下解除激活；例如，能够在某些条件下以同样4个汽缸来运行的8汽缸发动机。相比之下，跳过点火式控制通过有时跳过任一给定汽缸和有时对其点火来运行。总体上，跳过点火式发动机控制被认为提供了多个潜在优点，包括显著改进许多应用中的燃料经济性的潜能。尽管跳过点火式发动机控制的概念已经存在许多年，并且人们明了其益处，但跳过点火式发动机控制还未能达成显著的商业成功。

众所周知，运行中的发动机趋于是显著的噪音和振动来源，它们在本领域中经常总和地称作NVH(噪音，振动和不平顺性)。总体上，与跳过点火式发动机控制相关联的老经验是发动机跳过点火式运行将使得发动机运转显著更粗暴，也就是相对于常规运行的发动机增加NVH。在诸如汽车应用的许多应用中，跳过点火式发动机控制所呈现出的最显著的挑战之一是振动控制。事实上，不能令人满意地解决NVH顾虑被认为是阻碍广泛采用跳过点火式类型的发动机控制的一个主要障碍。

美国专利号7,954,474；7,886,715；7,849,835；7,577,511；8,099,224；8,131,445和8,131,447以及美国专利申请号13/004,839；13/004,844；和其他文献阐述了使得以跳过点火式运行模式运行各种各样的内燃发动机可行的多种多样的发动机控制器。这些专利和专利申请各自通过引用并入本文。尽管所阐述的控制器工作良好，但仍继续努力来进一步改善这些以及其他跳过点火式发动机控制器的性能以进一步减轻在跳过点火式控制下运行发动机的NVH问题。本申请阐述了能够改善多种多样的应用中发动机性能的额外的跳过点火式控制特征和增强。

发明内容

本发明涉及用于以跳过点火式方式运行发动机的方法和安排。在一方面，阐述了一种跳过点火式发动机控制器。该跳过点火式发动机控制器包括跳过点火式特征曲线模块和点火控制器。该跳过点火式特征曲线模块被安排成针对提供所希望的发动机输出来确定运行点火分数和相关联的汽缸负载。该跳过点火式特征曲线模块被安排成从可供使用的点火分数组中选择运行点火分数。这个可供使用的点火分数组根据汽缸负载改变从而使得在较低的汽缸负载有比在较高的汽缸负载更多的点火分数可供使用。该点火控制器被安排成以提供选择的运行点火分数的跳过点火式方式来引导点火。

另一方面，阐述了一种跳过点火式发动机控制器。该跳过点火式发动机控制器包括查询表格、跳过点火式特征曲线模块和点火控制器。该查询表格被实施成一种计算机可读取的介质并且包括表格条目，这些表格条目指明不同的发动机速度、变速箱档位、和点火分数下的不同最大可允许汽缸负载。该跳过点火式特征曲线模块被安排成确定适合于提供所要求的发动机输出的运行点火分数。该跳过点火式特征曲线模块利用查询表格来确定运行点火分数。该点火控制器被安排成以提供运行点火分数的跳过点火式方式来引导点火。

在又另一方面，将阐述一种用于选择运行跳过点火式点火特征曲线的方法。确定所希望的发动机输出。从允许的点火分数列表中选择多个候选点火分数。计算针对这些候选点火分数中的每个候选点火分数的候选汽缸负载从而使得候选汽缸负载与每个相关联的候选点火分数的组合基本上产生所希望的发动机输出。每个这样的组合都被称为候选跳过点火式点火特征曲线。选择这些候选跳过点火式点火特征曲线之一来作为运行跳过点火式点火特征曲线。至少部分地基于所选择的运行跳过点火式点火特征曲线来运行内燃发动机。

附图说明

通过参照以下结合附图给出的说明，可以最好地理解本发明及其优点，在附图中：

图1是针对选择的点火频率的在多种不同汽缸负载下的NVH对发动机速度的、以及得出的汽缸负载极限的示例性绘图。

图2是不同的发动机速度下导致最优燃料效率的汽缸负载的示例性绘图。

图3是示例性查询表格，编汇了针对一定范围的发动机转矩分数和发动机速度的基础点火频率。

图4是展示根据本发明具体实施例的发动机控制器的框图。

图5是根据本发明具体实施例用于选择运行跳过点火式点火特征曲线的方法的流程图。

图6是示例性二维查询表格，编汇了随点火分数改变的最大可接受汽缸负载和发动机速度。

图7是示例性一维查询表格，编汇了根据跳过点火式点火特征曲线的可接受的发动机速度。

图8是针对选择的点火频率的在最大汽缸负载下的NVH对发动机速度的、以及得出的与多种不同可接受的NVH水平相关联的汽缸负载极限的示例性绘图。

图9是根据本发明具体实施例用于选择运行跳过点火式点火特征曲线的方法的流程图。

图10是根据本发明具体实施例指明特定燃料性能与汽缸负载之间关系的图表。

在附图中，有时使用相同的参考号来表示相同的结构元件。还应当认识到，附图中的描绘是图解的而不是按比例的。

具体实施方式

本发明涉及一种用于以跳过点火式方式运行发动机的系统。更确切地，本发明的多种不同实施方式将工作室输出纳入考虑来帮助确定适合的跳过点火式点火频率、点火分数、点火模式或点火顺序。

内燃发动机可以用作机动车辆的动力来源。在车辆应用中，由发动机产生的转矩被传递给一个或多个车辆车轮。典型地使用包括具有可调整的传动比的变速箱的动力传动系来传递发动机产生的转矩。调整变速箱改变发动机转速与车轮转速之间的比率。在机动车辆运行期间，车厢中的驾驶员典型地要求大范围的发动机转矩水平和发动机速度以适应变化的驾驶条件。现今在用的大多数车辆以基本上相等的负载水平运行所有的发动机工作室或汽缸来适应这些可变的转矩要求。也就是发动机中每个汽缸上的负载大致均衡，而汽缸负载上升和下降来满足驾驶员的转矩要求。对于自然吸气式火花点火发动机而言，工作室负载水平主要是通过使用对流动进入发动机的空气加以节流来调整的。以此方式运行是低效的，因为这些工作室经常是远离最大燃料效率条件运行的并且节流导致泵送损失。通过使得发动机以跳过点火式方式运行能够显著改善燃料效率，在该方式中一些工作室较接近于最优燃料效率地运行并且剩余的工作室解除激活。

总体上，跳过点火式发动机控制设想在选择的点火时机过程中选择性地跳过某些汽缸的点火。因此，例如，特定汽缸可以在一个点火时机过程中被点火并且然后可以在下一个点火时机过程中被跳过，并且然后在下一个点火时机过程中被选择性地跳过或点火。这与常规可变排量发动机操作形成对照，在常规可变排量发动机的运行中，在某些低负载运行条件的过程中固定的一组汽缸被解除激活。

跳过点火式发动机控制的一个难题是将令人不希望的噪音、振动和不平顺性(NVH)减少到可接受水平。发动机所产生的噪音和振动能够通过多种多样的途径传递给车厢中的乘员。这些途径中的一些，例如动力传动系，能够改变对发动机噪音和振动特征中存在的多种不同频率分量的放大。尤其是，较低的变速箱齿轮比趋于放大振动，因为变速箱正增大转矩和车轮处的转矩变化。噪音和振动还能激起多种不同车辆共振，这些共振能够汇入车厢。

一些噪音和振动频率能够是尤其令车辆乘员懊恼的。尤其是，低频率、重复模式(例如，在0.2至8Hz范围内的频率分量)趋于产生被车辆乘员感知到的令人不希望的振动。这些模式的较高阶谐波能够导致乘客厢中的噪音。尤其是，大约40Hz的频率可以在车厢内共鸣，所谓的“轰鸣”频率。商业可行的跳过点火式发动机控制要求以可接受的NVH水平运行而同时提供驾驶员所希望的或所要求的发动机转矩输出并且达成显著的燃料效率增益。

NVH特征随发动机速度、点火频率、和变速箱档位而改变。例如，考虑选择特定点火频率的发动机控制器，该特定点火频率指明对于在特定发动机速度和档位提供所希望的转矩所必需的点火百分数。基于该点火频率，发动机控制器产生重复的点火模式来以跳过点火式方式运行发动机的这些工作室。如熟悉本领域的人员所周知的，在给定发动机速度上以一些点火模式平顺运行的发动机用其他点火模式可能产生令人不希望的声响或振动效果。类似地，一种给定点火模式可能在一个发动机速度提供可接受的NVH，而同一模式在其他发动机速度可能产生不可接受的NVH。发动机引入的噪音和振动还受汽缸负载或工作室输出的影响。如果提供较少的空气和燃料给汽缸，汽缸的点火会产生较少的输出，以及较少的噪音和振动。结果，如果汽缸输出减少，曾经由于其低劣的NVH特征而不可使用的一些点火频率和顺序可能就会变得可用。

这一概念以图形描绘在图1中，该图示出了固定变速箱传动比下针对选择的点火频率和多种不同汽缸负载的NVH对发动机速度示例性绘图。图1示出对应于不同的汽缸负载值的三个曲线151、152和153的组。曲线151对应于最大汽缸负载，而曲线152和153对应于依次较低的汽缸负载值。汽缸负载可以是由汽缸转矩分数(CTF)限定的，该汽缸转矩分数给出了对工作室输出相对于参考值的指示。例如，这些CTF值可以是相对于在参考大气压力和温度下，即，100kPa和0℃、以及适当的气门和火花正时下的工作室以开大的节气门产生的最大可能的输出转矩的。当然，可以使用其他范围和参考值。在这一应用中，CTF总体上是0和1.0之间的值，尽管其可以在一些情形下大于1，诸如在低环境温度和/或在海平面以下运行或在增压发动机，即，带有超压增压器或涡轮增压器的发动机的情形下。如图1中示出的较低的水平的汽缸负载产生较低的NVH，但NVH曲线的形状本质上对于任一固定点火频率和变速箱传动比而言是一致的。总体上，低发动机速度下NVH较高，这是因为低发动机速度趋于产生0.2至8Hz频率范围内的振动，这对于车辆乘员而言尤其不悦。此外，对于低发动机速度的高NVH而言，可能在较高的发动机速度呈现出NVH特征中的一个或多个共振点150。这些峰可能对应于激励车厢轰鸣频率或车辆内的其他共振。

同样，图1中示出了可接受的NVH极限160。这一极限被示出为对所有的发动机速度和驾驶条件都具有单一的恒定值；然而，如以下所阐述的并不一定是这种情况。在这一实例中，NVH极限160以下的运行区域代表了从NVH角度上看可接受的运行点区域，而NVH极限上方的区域是所排除的运行点。图1还显示了根据发动机速度的汽缸负载极限171。曲线171可以便捷地是通过比较每个汽缸负载和发动机速度所产生的NVH与可接受的NVH极限来产生的。查看该图表指明了CTF值为1的曲线151在发动机速度高于大致1000rpm是允许的而排除了共振点150附近的带，在该带中处于大致1950至2350rpm范围内的发动机速度被禁用。对于较低CTF值的曲线152而言，发动机速度高于大致900rpm是允许运行的而排除了大致2050至2250rpm之间的带。对于所示出的最低CTF的曲线153，高于大致700rpm的所有的发动机速度都是允许运行的。尽管曲线153显示出共振点150，但共振频率下的最大NVH仍然在可允许极限以下。总体上，针对每个点火频率和变速箱传动比可以获得与图1中所示出的相似的结果。这些曲线可以显示出在改变的发动机速度下的、具有不同的NVH值的多重共振点，但所有的点火频率和变速箱传动比将显示出在定性方面相似的曲线。注意在常规控制的发动机中，即，没有跳过点火，所获得的这组曲线对应于点火频率等于1的情况。

能够通过调整多种不同发动机参数来改变汽缸负载，诸如歧管绝对压力(MAP)、进气和排气气门正时、排放气体再循环、和火花正时。MAP典型地是使用节气门限制进入进气歧管的开口的大小来调整的。对于带有凸轮轴的发动机而言，气门正时是使用凸轮相位器来调整的。气压和环境温度也影响汽缸负载。对于增压发动机而言，可以通过调整增压水平来改变汽缸负载。总体上，提供了最有效的燃料利用率的汽缸负载根据发动机速度而改变。MAP在或接近附近气压典型地获得最高的燃料效率。产生最高的燃料效率的这些火花和凸轮相位器的设定取决于发动机设计。对于每个发动机速度，都能够确定产生最大燃料效率的火花和凸轮相位器设定。可以确定所导致的产生最高的燃料效率的最优汽缸负载(CTF_opt)。图2示出CTF_opt>opt低，其随着发动机速度增加而增加并且持平。在高的发动机速度(图2中未示出了)下CTF_opt趋于减小。注意CTF_opt可以取决于诸如环境温度、湿度和大气压力的大气条件而改变。位于车辆上的传感器可以检测这些值并且基于这些环境条件调整CTF_opt。通过辛烷值或一些可比较的量度来测量的燃料质量也可以影响CTF_opt值。

本申请阐述了将上述问题考虑在内来提供具有可接受的NVH特征的燃料有效的运行的多种不同发动机控制器实施方式。在一些实施例中，例如，发动机控制器使用指明发动机或工作室所要求的输出的因素(例如，汽缸转矩分数，充气质量(MAC)，每缸空气量，制动转矩，汽缸负载，净平均有效压力，或与发动机或工作室的输出相关的任一其他参数)来帮助确定点火频率、点火分数、模式、顺序或其他点火特征。一些实施方式涉及的发动机控制器并不是基于需要将特定固定量的或最大量的空气提供给每个点火的汽缸的假设来确定点火频率的。而是，发动机控制器在确定点火分数或其他点火特征时考虑不同的充气量或工作室输出水平的可能性。总体上，发动机控制器被安排成取决于当前的或预期的运行参数或发动机设定来避免或选择特定的点火频率、点火分数、点火模式或点火顺序。

发动机控制器可以在确定可接受的NVH极限时使用查询表格、控制算法、或将区分车辆运行参数或条件考虑在内的另一机制。给定当前的和/或预期的运行参数，发动机控制器可以使用查询表格来确定对于运行发动机而言适当的点火分数。这些和其他实施例在以下通过参考附图来阐述。

任何跳过点火式发动机控制器或跳过点火式发动机控制方法的总体目标都是提供所要求的发动机输出同时使得燃料消耗最小化并且提供可接受的NVH性能。这由于在车辆运行期间所遇到的大范围的运行条件而是个有挑战的问题。所要求的发动机输出可以被表达为发动机运行速度下的转矩要求。应理解的是所提供的发动机转矩的量可以由点火频率与汽缸负载的乘积来代表。因此，如果点火频率(FF)增加，则可以减小汽缸负载(CTF)来产生同一发动机转矩，并且反之亦然。换言之，

发动机转矩分数(ETF)＝CTF*FF(等式1)

其中ETF是代表归一化的净的或指明的发动机转矩的值。在这一等式中所有的值都是无量纲的，这允许其与所有的类型的发动机一起使用并且用于所有的类型的车辆。也就是说，可以使用多种多样的不同的点火频率和CTF的组合来提供同一发动机转矩。等式1并不包括发动机摩擦的影响。可以将摩擦包括在内来完成相似的分析。在这种情况下计算的参数应该是制动转矩分数。可以使用发动机净转矩分数、发动机制动转矩分数、发动机所指示的转矩分数、或一些相似的量度来作为控制算法的基础。清晰起见，术语发动机转矩分数可以是指发动机输出的这些度量的任一者并且将被使用在后续对发动机控制器和发动机控制方法的讨论中。

图3示出了示例性表格340，编汇了针对一个发动机转矩分数(ETF)和发动机速度范围的燃料最有效的运行点火频率，记作基础点火频率(FF_基础)。点火频率被定义为汽缸点火相对于点火时机(即，所有的汽缸运行)的比率。图3中每列350对应于一个发动机速度并且每行360对应于一个发动机转矩分数。每个表格条目370代表基础点火频率，FF_基础，该基础点火频率是在特定的发动机速度和转矩要求下提供了燃料最有效的运行的点火频率。基础点火频率可以便捷地是使用等式1结合对(CTF_opt)的了解来在不同的发动机速度(见图2)计算的。基础点火频率特性中两个总体趋势是明显的。首先，对于固定的发动机速度而言随着发动机转矩要求增加，基础点火频率增加以匹配所要求的负载。其次，对于固定的ETF而言随着发动机速度增加，基础点火频率减小。这反映了图2中示出的事实，提供最优燃料效率的汽缸负载趋于随着发动机速度增加而增加。这些趋势会总体上呈现在所有的内燃发动机中；然而，基础点火频率的这些确切值将取决于发动机设计细节而改变。没有数值的表条目不能提供所要求的在(CTF_opt)下的转矩，因为点火频率不能大于1。为了提供这些转矩水平，汽缸将需要以大于CTF_opt的CTF值来运行。然而，即便在这些情形下，跳过点火式运行也总体上是比传统的发动机控制更有效的，因为跳过点火式运行允许汽缸负载更接近地匹配CTF_opt。虽然总体上有利的是使得图3中的FF_基础值代表提供所要求发动机转矩的燃料最有效的点火分数，但可以使用其他指标来限定FF_基础。

参见图4，将阐述根据本发明具体实施例的发动机100。发动机100包括发动机控制器130和发动机工作室112。发动机控制器130接收输入信号114，该输入信号代表所希望的发动机输出以及多种不同车辆运行参数，诸如发动机速度132和变速箱档位134。输入信号114可以是作为对所希望的发动机输出或转矩的要求来处理的。信号114可以是接收自或源自加速踏板位置传感器(APP)或其他适合的来源的，诸如定速巡航控制器、转矩计算器，等等。任选的预处理器可以在提供给发动机控制器130之前改变加速踏板信号。然而，应理解的是在其他实施方式中，加速踏板位置传感器可以与发动机控制器130直接通信。发动机控制器130可以包括基础点火频率计算器102、运行跳过点火式特征曲线模块136、动力传动系参数调整模块108、点火正时确定模块106、以及点火控制单元110。发动机控制器130被安排成以跳过点火式方式运行发动机工作室112。

基础点火频率计算器102接收输入信号114(并且在存在其他适合的来源时)和发动机速度132并且被安排成确定将会适合于提供所希望的输出的基础点火频率111。基础点火频率111是以燃料最有效的点火频率和如相对于图3所阐述的汽缸负载来提供所要求的转矩的点火频率。

基础点火频率111被输入到运行跳过点火式特征曲线模块136中。运行跳过点火式特征曲线是至少部分地基于发动机速度132和变速箱档位134来确定的，它们都是向运行跳过点火式特征曲线模块136的输入。输入信号114也可以用作向运行跳过点火式特征曲线模块136的输入。运行跳过点火式特征曲线模块136确定运行跳过点火式特征曲线。运行跳过点火式特征曲线包括运行点火分数(FF_op)和指明工作室输出的因素，例如汽缸转矩分数，CTF。替代汽缸转矩分数，也可以使用其他的汽缸负载指示器，诸如制动转矩、汽缸负载、净平均有效压力、每缸空气量(APC)、充气质量(MAC)或与工作室输出相关的任何其他参数。在多种不同实施例中，这种确定运行跳过点火式特征曲线是基于多种不同运行参数的，包括但不限于发动机速度、变速箱档位、道路条件、驾驶员设定、加速踏板位置以及加速踏板位置变化速率。

运行跳过点火式特征曲线模块136在确定适合的点火分数时考虑了多个可能的工作室输出水平。存在着各种各样的、运行跳过点火式特征曲线模块136能够将不同的可能的工作室输出水平考虑在内的方式。在一些实施例中，例如，运行跳过点火式特征曲线模块136参考一个或多个查询表格。这些查询表格可以含有多个表格条目，这些表格条目针对特定点火分数或频率指明了可允许的发动机速度、汽缸负载和/或其他发动机参数(例如，如图6和7所展示的)。使用这些查询表格估算出一个或多个可能的跳过点火式点火特征曲线。每个跳过点火式点火特征曲线通过点火频率和汽缸转矩分数的一些组合产生所希望的发动机转矩。这些跳过点火式点火特征曲线中的一些会在某些发动机速度范围和档位设定上产生不可接受的NVH并且将被排除而不作为运行跳过点火式特征曲线来考虑。在这些剩余的跳过点火式特征曲线中，运行跳过点火模块136可以有利地选择具有最佳燃料效率的跳过点火式特征曲线来作为运行跳过点火式特征曲线。替代地运行跳过点火模块136可以使用替代条件来确定运行跳过点火式特征曲线。

在所展示的实施例图4中示出了，提供了与运行跳过点火式特征曲线模块136合作的动力传动系参数调整模块108。动力传动系参数调整模块108引导这些发动机工作室112适当地设定选择的动力传动系参数以确保在该运行点火分数下实际发动机输出基本上等于所要求的发动机输出。例如，如果运行跳过点火式特征曲线模块136确定可以使用较高的点火分数、但将会要求使用较低的工作室输出水平或充气量，动力传动系参数调整模块就会帮助确保将适合的、较低的空气量提供给点火的工作室。动力传动系参数调整模块108可以负责设定任何适合的发动机设定(例如，充气量、火花正时、凸轮正时、气门控制、排放气体再循环、节气门，等等)以便帮助确保实际发动机输出匹配所要求的发动机输出。

点火正时确定模块106从运行跳过点火式特征曲线模块136接收运行点火分数117并且被安排成发出一系列的点火指令，这些点火指令导致发动机提供运行点火分数117所指明的点火百分数。点火正时确定模块106输出的这一系列的点火指令(有时称为驱动脉冲信号116)被递送给点火控制单元110，该点火控制单元通过引导至这些发动机工作室112的点火信号119来指挥实际点火。

应了解的是，发动机控制器130不限于图4所示的特定安排。可以将所展示模块中的一个或多个整合在一起。替代地，具体模块的特征可以代替分布到多个模块中。基于以下专利申请，发动机控制器还可以包括多个额外的特征、模块或操作：包括美国专利号7,954,474、7,886,715、7,849,835、7,577,511、8,099,224、8,131,445、8,131,447和8,616,181；美国专利申请号13/774,134、13/963,686、13/953,615、13/953,615、13/886,107、13/963,759、13/963,819、13/961,701、13/963,744、13/843,567、13/794,157、13/842,234、13/654,244、13/654,248、和13/654,244；以及美国临时专利申请号61/080,192、61/104,222、和61/640,646，这些申请各自出于所有目的通过援引并入本文。可以将以上专利文献中描述的任何特征、模块和操作添加至所展示的发动机控制器130。在不同替代实现方式中，可以使用一个微处理器、ECU或其他计算装置，使用模拟部件或数字部件，使用可编程逻辑，使用前述各项的组合和/或以任何其他适合的方式来在算法上实现这些功能块。

接下来参见图5，将阐述根据本发明具体实施例的用于确定运行跳过点火式特征曲线200的方法。运行跳过点火式特征曲线包括运行点火分数和汽缸转矩分数或汽缸输出的一些等效度量。在多种不同实施例中，运行跳过点火式特征曲线模块136和/或发动机控制器130执行图5的这些步骤。

在步骤202，基于输入信号114(来自图4)和当前的发动机运行速度确定转矩要求。输入信号114自任何适合的一个或多个传感器或运行参数获得，包括，例如，加速踏板位置传感器。

在步骤204，基础点火频率计算器102确定基础点火频率与基础汽缸转矩分数。该基础点火频率与基础汽缸转矩分数是产生最优燃料效率同时提供所要求的转矩的组合。运行跳过点火式特征曲线模块136然后从一组可供使用的点火分数选择一个候选点火分数(步骤206)。候选点火分数可以是最接近于基础点火频率的点火分数。运行跳过点火式特征曲线模块136然后使用等式1从转矩要求和候选点火分数确定候选汽缸转矩分数(步骤208)。

运行跳过点火式特征曲线模块136然后查询点火特征曲线表格来确定是否允许候选点火分数和汽缸转矩分数(步骤210)。向这种决定的输入是当前的发动机速度和变速箱档位(步骤209)。如果候选转矩分数对于此候选点火分数而言是允许的，则过程移动至步骤212，在该步骤中候选点火分数和候选汽缸转矩要求被选择为运行点火分数和运行汽缸转矩分数，即，运行跳过点火式点火特征曲线。然后过程移动至步骤214，在该步骤使用运行跳过点火式点火特征曲线来运行发动机。

如果在步骤210中确定候选汽缸转矩分数是不可接受的，则过程前进至步骤211，其中选择新的候选点火分数。过程然后再次前进至步骤208，在该步骤计算与新的候选点火分数相关联的汽缸转矩分数。然后确定此新的跳过点火特征曲线是否可接受(步骤210)。这一循环继续直至选择可接受候选点火分数。一旦发生这一情况，过程就通过如先前所阐述的步骤212和214来继续。

可以在图5的步骤210使用查询表格来确定对于候选点火分数而言是否允许候选汽缸转矩分数。图6是样板查询表格300。查询表格300每行对应于一个特定点火分数或点火频率。在这一实例中，每行针对对应的点火分数指明一个最大允许的汽缸转矩分数。对于任一给定点火分数，这个最大允许的CTF可以基于发动机速度和/或其他参数而是不同的。这些行可以是以升序从最低运行点火分数，1/9，到最高的点火分数，1，来安排的。表格300中允许所有的点火分数带有为9或更少的分母。应理解的是在一些情况下可以针对点火分数分母使用较低的和较高的最大值。与每行相关联的是与每个发动机运行速度相关联的最大CTF值。在一些情况下有可能为每个点火分数提供单一的CTF极限而无需参考发动机速度。

为帮助理解图6中示出的查询表格300的使用，考虑了一个转矩要求为0.10并且发动机速度为1000rpm的特定实例(这对应于图3中的条目370)。从图3得到基础点火频率是0.211。查询这个查询表格300示出与基础点火频率最接近的点火分数是1/5或0.200。将此选择为候选点火分数(步骤206)。可以根据等式1将所要求的汽缸转矩分数确定为0.1/0.200或0.5。可以然后查询该查询表格300来确定CTF为0.5是否可接受。在这种情况下CTF极限表格372中的值是0.06，所以CTF为0.5是不可接受的并且必须如步骤211所指明地选择新的候选点火分数。这可以通过多种方式实现。一种方法是将候选点火分数增大到相邻的较高的值，等效于在表格300中向下一行，并且重复这个过程。在这种情况下，新的候选点火分数将会是2/9并且对应的候选CTF将会是0.1/(2/9)或0.45(步骤208)。对表格300进行查询(步骤210)指明适当的最大CTF值373为0.03，所以候选汽缸转矩分数为0.45再一次是不可接受的。候选点火分数可以再一次递增(步骤211)并且新的点火分数是1/3。对应的候选CTF是0.1/(1/3)或0.3。对表格300进行查询(步骤210)指明适当的最大CTF值374为0.51，所以候选汽缸转矩分数为0.3是可接受的。然后可以将这个候选点火分数和汽缸转矩分数选择为运行点火分数和汽缸转矩分数(步骤212)。可以用这一点火分数和汽缸转矩分数来运行发动机(步骤214)。

可以在表格300中使用其他的搜索方法来确定可接受的跳过点火式点火特征曲线。例如，如果候选点火分数不可接受，不是使得点火分数递增到下一个较高的允许点火分数，而是算法可以移动到与基础点火频率最接近的下一个点火分数。这可以是比原候选点火分数更小的点火分数。并且，不是将最接近于基础点火频率的点火分数选择为初始候选点火分数，而是算法可以选择具有的值大于基础点火频率的最接近的点火分数。这种搜索可接受的跳过点火式点火特征曲线不必以选择最接近于基础点火频率的候选点火分数来开始。可以使用其他搜索方法，其目标为寻找运行条件就在产生最优的燃料效率的条件下或在其附近的可接受的跳过点火式点火特征曲线。

总体上，通过移动至较高的点火分数将找到可接受的跳过点火式点火特征曲线，这是因为相关联的汽缸转矩分数将会是较低的。在极端的情况下点火分数移动至1并且发动机就像常规控制的发动机一样以所有汽缸运行。本发明多种不同实施方式的重要优点是以可接受的NVH以在或接近于基础点火频率的点火分数运行发动机的能力，这导致了改善的燃料经济性。

本发明多种不同实施例的优点是它们在确定可接受的点火分数时考虑了汽缸负载和燃料效率。也就是说，它们不必假设需要以其最优的效率或在其最优的效率附近运行点火的汽缸。在一些情况下，如果令人不希望的频率的幅值足够低的话可能仍然是可接受的。多个不同实施例表明在以减少的汽缸负载运行时NVH低于以与最优燃料效率相对应的汽缸负载运行。这就允许采用较接近于基础点火频率的点火分数并且因此产生改善的燃料效率。

存在多种多样的可以用来呈现和查询表格300(图6)中所显示的信息的方法。表格300是二维表格，表格条目对应于针对给定变速箱档位的在任一给定点火分数和发动机速度下的最大允许CTF。该信息能够替代地被表达为一维表格，其中表格的每一行列表出一个点火分数和最大CTF。这意味着，出于此说明书的目的，能够将涵盖了最大CTF和多个范围的发动机速度操作的数据列表考虑成单一的条目。与每个条目相关联的是可接受的发动机运行速度。可以针对每个变速箱传动比构建不同表格。应理解的是带有连续可变传动，即，没有固定的传动比的车辆，可以针对不同的范围的传动速度比率构建这些表格。图7示出了这样的表格700的一部分。每一行740对应于一个点火分数和最大允许的汽缸转矩分数。可以如图7中示出的首先基于点火分数并且然后基于汽缸转矩分数来安排这些行，尽管也可以使用其他安排。每一行指明了与一个特定最大允许的CTF和一个点火分数相关联的可允许发动机运行速度。在表格700中这些可接受发动机速度是通过一系列允许的范围来描绘的。针对表格700中示出的这些值使用了上至三个范围，尽管在一些情况下也可以使用更多的范围和更少的范围。替代地，可以示出代表所允许的发动机速度的其他方法。总体上随着CTF水平减小，发动机速度的可允许范围增加，这是因为与每次点火相关联的能量减少。相反，对于一个固定的点火分数而言所允许的速度范围随着CTF增加而变窄。这与图1中示出的物理模型一致。在表格700中，一些发动机速度范围是对于所有列出的点火分数都可接受的；然而，在一些情形中，一个点火分数可能就不具有所允许的发动机速度。例如，在以某些变速箱档位运行时可以排除掉一些点火分数。

可以用各种各样的方式来执行这种选择运行跳过点火式点火特征曲线和/或对应的点火分数。在多种不同实施方式中，例如，使用线性搜索或算法来在查询表格中导航以确定适合的特征曲线。在图7的查询表格700中，例如，可以使用以下算法来寻找适合的跳过点火式点火特征曲线/点火分数：

1)以表格的顶行开始。

2)移动至下一行直至点火分数大于基础点火频率。

3)在那一行，查找CTF极限列。如果CTF极限列中的值小于候选CTF，去到步骤4。否则，重复步骤2。

4)如果当前的发动机速度在表格700的允许运行范围之外，就移动至下一行并且重复步骤3。否则，在此停止。候选点火分数和对应的汽缸转矩分数产生可接受的NVH性能同时使得燃料效率最大化。这些条件代表了运行跳过点火式点火特征曲线。注意在任何条件下，对应于点火分数为1的这行都是可接受的，所以这种搜索总会成功结束。

在多种不同实施例中，表格的这些行是按低至高点火分数的顺序加以分析的。也就是说，如果当前的运行条件并不提供可接受的NVH性能，运行跳过点火式特征曲线模块136就会继续移动至针对下一个最高的点火分数的行。再一次对当前的运行参数是否满足可接受的NVH指标进行确定，并且该过程继续直至找到适合的点火分数和/或所有可供使用的特征曲线都已经被考虑过，这会使得发动机运行返回至为1的点火分数。结果，在一些实施方式中，运行跳过点火式特征曲线模块136选择带有满足以下指标的最低点火分数的运行跳过点火式点火特征曲线：1)该特征曲线适合于提供所希望的转矩；并且2)针对选择的点火分数而言当前的或预期的运行参数提供可接受的NVH性能。

一旦运行跳过点火式特征曲线模块136已经选择了适合的运行跳过点火式点火特征曲线，点火正时确定模块106(来自图4)就基于选择的特征曲线产生一个点火顺序(图5的步骤210)。在一些实施例中，例如，每个特征曲线对应于一个可供使用的点火分数。这一运行点火分数117然后被点火正时确定模块106接收。点火正时确定模块基于运行点火分数117产生一个点火顺序116，将该点火顺序发送给点火控制单元110。点火控制单元110进而引导发动机的工作室112以跳过点火式方式基于点火顺序119运行。

除了以一维表格状的表格700和二维表格状的表格300来呈现可接受的跳过点火式点火特征曲线之外，这些可接受特征曲线也可以被编汇成三维表格，该表格将发动机速度、变速箱档位、和点火分数列为变量并且将最大CTF列为表格条目。这一表格含有关于针对每个点火分数、变速箱档位设定、和发动机速度所允许的汽缸负载的信息。可以来使用不同的、但能够提供基本上相同的信息(即，针对不同的车辆运行条件的可接受的跳过点火式点火特征曲线)的变量来构建相似的表格。

应理解的是这些附图中的查询表格仅是出于展示性目的，并且可以用各种各样的方式来实施确定可接受的跳过点火式点火特征曲线的这种概念。当然能够修改数据的格式和结构、条目的数目、向查询表格的这些输入、查询表格的数目以及查询表格中的这些值来适合不同的应用的需要。总体上，来自上述表格的数据能够被存储在或涉及任何适合的机制、数据结构、软件、硬件、算法或者指明或代表了针对特定类型的与点火相关的运行、特征或点火分数的使用约束条件的查询表格。

尤其是在一些实施例中可以确定运行跳过点火式特征曲线而无需首先确定基础点火频率。在这种情况下，可以通过运行跳过点火式特征曲线模块136考虑提供所要求的转矩的多个候选跳过点火式特征曲线。运行跳过点火式特征曲线模块136然后可以从这些候选跳过点火式特征曲线基于多重指标来进行选择，包括但不限于，NVH和燃料效率。

在本发明额外的实施例中可以使用多个可接受的NVH水平。可以取决于许多条件来选择适当的NVH水平，诸如车辆运行参数、道路不平度、车厢噪音水平、和/或使用者喜好。图8图形描绘了这一实施例。图8是与图1相似的，横轴是发动机速度，左侧纵轴是NVH水平并且右侧纵轴是最大可接受汽缸负载。就像在图1中，曲线151对应于最大汽缸负载，即，CTF＝1。曲线151在大致2200rpm的发动机速度上具有共振点150。在这种情况下，存在三个不同的可接受NVH水平、对应于曲线160、161、和162。曲线161对应于最具限制性的NVH指标。曲线162对应于最不具限制性的NVH指标。曲线160对应于中间NVH指标。与这些不同的可接受的NVH水平相关联的是对应的最大汽缸负载极限。针对最不具限制性的NVH指标，曲线162，得到的最大汽缸负载曲线是172。在这种情况下，发动机允许在除了大致750rpm以下的低速度之外的所有发动机速度以最大汽缸负载运行。针对最具限制性的NVH指标，曲线161，对应的最大汽缸负载曲线是171。在这种情况下存在允许以最大CTF运行的两个发动机速度范围。第一范围是在大致1150与1750rpm之间并且第二范围是在2500rpm以上。在曲线160的中间NVH水平，所导致的最大汽缸负载极限曲线是170。这是与关于图1所阐述的相同的情况。虽然图8示出了可接受的NVH水平在所有情况下独立于发动机速度，但并不一定是这种情况。例如，在高发动机速度下较高的NVH水平可以是可接受的。

接下来参见图9，将阐述一种根据相对于图8讨论的实施例的、用于确定跳过点火式点火特征曲线的方法500。方法500涉及使用一个或多个运行参数来确定构成可接受的NVH水平的事项。这一水平能够取决于这些运行参数而改变，并且因此可接受的跳过点火式点火特征曲线也可以改变。

在一些情形中，希望的是使用较多或较少限制性的NVH指标。限制性的程度可以取决于加速踏板位置改变的速率和方向。可以在踏板向里倾倒时应用较少限制性的NVH指标而在踏板向外倾倒时应用较多限制性的指标。激烈的向里倾倒指明驾驶员正迅速要求增加来自发动机的转矩并且在这些条件下可以放松可接受的NVH指标。限制性的程度也可以取决于或受各种各样的检测到的条件的影响，例如，检测到切换档位、车辆速度、道路条件、或是确定发动机正处于怠速。此外，指标可以取决于除了与发动机动力传动系相关联的因素之外的其他因素，诸如道路不平度或车厢中的噪音水平。在一些情况下可接受的NVH水平可以是车辆驾驶员可选择的。驾驶员可以在可接受的NVH水平与燃料经济性之间进行权衡。

所展示的方法500对以上手段提供了一个实例实施方式。所展示的方法与关于图5所阐述的相似，只是添加了运行参数输入，该输入导致使用不同的查询表格或控制算法来确定可接受的跳过点火式点火特征曲线。

向方法500的输入包括驾驶员的转矩要求或等效物551、发动机速度552、变速箱档位553、以及车辆或使用者确定的运行参数554。

在步骤502，基于转矩要求551和当前的发动机运行速度552确定转矩要求。

在步骤504，确定基础点火频率和基础汽缸转矩分数。该基础点火频率与基础汽缸转矩分数是产生最优燃料效率同时提供所要求的转矩的组合。

在步骤506，从一组可供使用的点火分数中选出候选点火分数。这些可供使用的点火分数可以取决于变速箱档位设定553和车辆运行参数554。车辆运行参数554可以是帮助确定应使用较少还是较多限制性的NVH指标的任何参数(例如，加速踏板位置改变的速率和方向，等等)。

在步骤508，确定将会导致发动机在候选点火分数产生所希望的转矩的候选汽缸转矩分数。运行跳过点火式特征曲线模块136(图4)然后使用等式1从转矩要求和候选点火分数确定候选汽缸转矩分数。在步骤510，查询点火特征曲线表格来确定是否允许候选点火分数和汽缸转矩分数。该表(其格式和使用可以类似于图6的表格300和图7的表格700)中的这些值(例如，最大CTF值，等等)可以取决于运行参数554而不同。在步骤510对这种确定的输入是当前的发动机速度552、变速箱档位553、以及车辆参数554。如果允许候选转矩分数，则过程移动至步骤512，在该步骤中候选点火分数和候选汽缸转矩要求被选择为运行点火分数和运行汽缸转矩分数，即，运行跳过点火式点火特征曲线。然后过程移动至步骤514，在该步骤使用运行跳过点火式点火特征曲线来运行发动机。

如果在步骤510中确定候选汽缸转矩特征曲线是不可接受的，则过程前进至步骤511，其中选择新的候选点火分数。过程然后再次前进至步骤508，在该步骤计算与新的候选点火分数相关联的汽缸转矩分数。然后确定此新的跳过点火特征曲线是否可接受(步骤510)。这一循环继续直至选择可接受候选点火分数。一旦发生这一情况，过程就通过如先前所阐述的步骤512和514来继续。

接下来参见图10，将阐述根据本发明具体实施例的、指明汽缸负载与燃料消耗之间关系的图表1000。图表1000的纵轴对应于比燃料消耗。比燃料消耗越低，燃料效率就越高。图表1000的横轴对应于汽缸负载。最优燃料有效的CTF水平是通过曲线1002上标示为CTF_opt的点来指明的。曲线1002假设一个特定发动机速度并且可以随发动机速度改变而改变。诸如燃料质量、大气压力、环境温度的其他因素以及其他外部因素可能影响曲线1002。

本发明一些实施方式涉及将图表1000所指明的数据以一种数据结构存储在发动机控制器130处。可以将这种汽缸负载/燃料消耗数据存储在任何适合的数据结构中，包括但不限于查询表格。汽缸负载/燃料消耗数据可以是针对大范围的发动机速度提供的。给定特定发动机速度、汽缸负载和/或其他发动机参数的话，汽缸负载/燃料消耗数据帮助指明燃料使用或效率。发动机控制器130可以使用存储在查询表格中的关于燃料效率的信息来确定燃料最有效的运行跳过点火式点火特征曲线。

可以用各种各样的方式来使用这些数据。在一些实施例中，例如，选择多个候选点火分数。针对这些候选点火分数中的每一者计算一个候选汽缸负载从而使得每个汽缸负载-点火分数组合提供所希望的发动机输出。上述汽缸负载/燃料消耗数据然后被用于确定这些组合中哪一个是燃料最有效的。然后使用燃料最有效的组合或跳过点火式点火特征曲线来运行发动机。在一些实施例中，例如，以此方式选择的点火分数被用作基础点火分数，如图5的步骤204所阐述的。

可以将任何和所有所描述的部件安排成非常快速地刷新它们的确定/计算。在一些优选实施例中，逐个点火时机地刷新这些确定/计算，尽管并不要求这样。在一些实施例中，例如，逐个点火时机地执行对运行跳过点火式点火特征曲线的选择(例如，图5的步骤212或图9的步骤512)。逐个点火时机地控制多种不同部件的优点是使得发动机对改变的输入和/或条件非常具有响应性。尽管逐个点火时机操作非常有效，但应当理解，这些不同部件可以是更缓慢地被刷新的，而同时仍提供良好的控制(例如，可以曲轴每一转、每两个或更多个点火时机等地执行点火分数确定)。

除了考虑NVH之外，其他考虑可能影响对可接受运行跳过点火式点火特征曲线的选择。例如，在一些情况下可能希望的是减小进气歧管压力一段时间以便为诸如动力制动的多种不同车辆部件提供真空。在这种情况下以提供最优燃料效率的跳过点火式点火特征曲线运行将会是禁用的，因为其不会产生显著的歧管真空。可以使用不同查询表格或不同的搜索算法来确定满足这一进气歧管压力约束而同时使得燃料经济性最大化的跳过点火式点火特征曲线。相似地在发动机持续敲缸或给定汽缸故障的情况下，可以使用不同的、基本上消除了发动机敲缸或避免使用故障汽缸的跳过点火式点火特征曲线。

应理解的是表格600和表格700中列出的这些可允许的点火分数可以是针对不同的档位、车辆参数、和驾驶条件而不同的。例如较少限制性的NVH约束可以比较多限制性的NVH约束允许更多的点火分数。并且，并非所有分子与分母的组合都需要被包括在表格中。例如，在一些情形中1/9可以是分母为9的仅有的允许点火分数。明智地选择可允许点火分数可以产生允许的点火分数的更均匀的分配。

已经主要在运行适合用在机动车辆中的自然吸气式、4冲程、内燃活塞发动机的背景下阐述了本发明。然而，应当理解，所描述的应用非常适合用于多种多样的内燃发动机中。这些内燃发动机包括用于几乎任何类型的车辆—包括汽车、卡车、船、飞机、摩托车、轻便摩托车等；并且适合于涉及工作室的点火和利用内燃发动机的几乎任何其他应用的发动机。所描述的这些不同途径与在多种多样的不同热力学循环下操作的发动机一起工作，包括几乎任何类型的两冲程活塞发动机、柴油发动机、奥托循环发动机、双循环发动机、米勒循环发动机、阿克金森(Atkinson)循环发动机、转子(Wankel)发动机以及其他类型的旋转发动机、混合循环发动机(例如，奥托和柴油双发动机)、混合发动机、径向发动机等。还认为所描述的方法将良好地适用于新开发的内燃发动机，无论它们是否利用当前已知的或以后开发的热力学循环来运行。也可以使用增压发动机，诸如那些使用超压增压器或涡轮增压器的发动机。在这种情况下最大汽缸负载可以对应于通过加压空气进气获得的最大汽缸充气量。

还应当理解，在此描述的任何操作可以是以可执行计算机代码的形式存储在适合的计算机可读介质中的。这些操作是在处理器执行计算机代码时实行的。此类操作包括不但限于点火分数计算器102、点火正时确定模块106、点火控制单元110、动力传动系参数调节模块108、运行跳过点火式特征曲线模块136、发动机控制器130、或本申请中所描述的任何其他模块、部件、或控制器执行的任意和所有操作。

虽然已经详细描述了本发明的几个实施例，但应当理解，可以用许多其他形式来实施本发明而不背离本发明的精神或范围。若干次引用了术语点火分数。应了解的是，可以用多种多样的方式来表达或表示点火分数。例如，点火分数可以采取点火模式、顺序、或者涉及或固有地表达上述点火百分比的任何其他点火特征的形式。还若干此引用了术语“汽缸”。应理解的是术语汽缸应理解为广义地涵盖任何适合类型的工作室。因此，本发明实施例应当被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明不限于在此给出的这些细节。