СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИВОДОВ КЛАПАНОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SYSTEM AND METHOD FOR INCREASING THE SERVICE LIFE OF VALVE ACTUATORS OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе и способам для выборочного включения и выключения цилиндров двигателя, что позволяет экономить топливо с обеспечением требований по крутящему моменту двигателя. Система и способы позволяют изменять цилиндры двигателя с зажиганием от одного цикла двигателя к следующему циклу двигателя.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатель может содержать множество различных приводов клапанов, используемых для включения или выключения одного или более цилиндров двигателя между циклами двигателя. В некоторых двигателях цилиндры двигателя для отключения могут выбирать на каждом цикле двигателя таким образом, чтобы набор отключаемых цилиндров изменялся, и чтобы каждый цилиндр двигателя отключался то же самое количество раз, как и другие цилиндры двигателя в течение множества циклов двигателя. Такое отключение цилиндров двигателя позволяет уменьшить насосные потери двигателя, а условия работы цилиндров двигателя могут стать более однородными. Однако в течение достаточно большого времени работы двигателя и при прохождении автомобилем достаточно большого расстояния, приводы клапанов двигателя могут изменить свое положение много раз, что может привести к их повреждению, и, таким образом, привести к уменьшению надежности отключения цилиндров двигателя. Это может быть особенно актуальным для двигателей, у которых изменяют набор цилиндров, которые следует отключить для каждого цикла двигателя или для каждого события двигателя, так как каждый привод клапана каждого цилиндра двигателя может неоднократно переключаться из состояния работающего клапана в состояние не работающего клапана, даже когда нагрузка двигателя не изменяется.
Автор настоящего изобретения обнаружил вышеупомянутые проблемы и разработал способ управления двигателем, содержащий: отключение цилиндров двигателя посредством контроллера, в соответствии с первой стратегией отключения цилиндров, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана ниже первого порогового значения; и отключение цилиндров двигателя посредством контроллера, в соответствии со второй стратегией отключения цилиндров, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана превышает второе пороговое значение.
Благодаря переключению между двумя или более стратегиями отключения цилиндров в качестве реакции на фактическое общее количество изменений состояния привода клапана, можно обеспечить технический результат в виде увеличения срока эксплуатации приводов клапанов двигателя. В частности, приводы клапанов могут иметь конечное число изменений состояния, которые они, как ожидается, могут выполнить с низкой вероятностью выхода из строя. Если приводы клапанов продолжают изменять состояние с той же интенсивностью после того, как достигнуто конечное число изменений состояния, вероятность выхода из строя приводов клапанов может увеличиться. Тем не менее, интенсивность изменения состояния приводов клапанов может быть уменьшена в случае отключения фиксированной группы цилиндров вместо осуществления ротации или изменения набора отключаемых цилиндров в каждом цикле двигателя. Интенсивность изменения состояния привода клапана может быть уменьшена, когда цилиндры отключают в фиксированных группах, потому что в этом случае приводы клапанов не должны изменять состояние в каждом цикле двигателя по сравнению со стратегиями, где приводы клапанов могут изменить состояние в каждом цикле двигателя. Поэтому, вторую стратегию отключения клапанов, при которой цилиндры отключают в фиксированной группе, можно заменить или объединить с первой стратегией, при которой цилиндры отключают по принципу ротации (например, в первом цикле двигателя цилиндр двигателя номер один могут отключить, в то время как цилиндры двигателя номер два, три и четыре продолжают работать; во втором цикле двигателя, происходящем сразу после первого цикла двигателя, могут отключить цилиндр двигателя номер два, в то время как цилиндры двигателя номер один, три и четыре продолжают работать; в третьем цикле двигателя, происходящем сразу после второго цикла двигателя, могут отключить цилиндр двигателя номер три, в то время как цилиндры двигателя номер один, два и четыре продолжают работать, и так далее), чтобы уменьшить количество изменений состояния привода клапана, и, таким образом, увеличить срок эксплуатации привода клапана.
Настоящее изобретение может обеспечить несколько преимуществ. В частности, такой подход может увеличить количество времени, в течение которого привод клапана может работать без выхода из строя. Кроме того, такой подход обеспечивает непрерывное управление, позволяющее увеличить время работоспособности привода клапана с сохранением возможности отключения цилиндра. Кроме того, такой подход может обеспечить отказ от выключения цилиндра таким образом, чтобы можно было продолжать работу цилиндров даже в том случае, когда состояние привода клапана приближается к условиям, позволяющим ожидать выхода из строя привода клапана.
Вышеуказанные преимущества, другие преимущества, а также отличительные признаки настоящего изобретения будут очевидными из приведенного подробного описания, которое можно рассматривать отдельно или вместе с приложенными иллюстрациями.
Следует подразумевать, что вышеприведенное раскрытие изобретения дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Раскрытие изобретения не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за осуществлением изобретения. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
Краткое описание чертежей
Раскрытые здесь преимущества будут более понятны при ознакомлении с примером варианта реализации, упоминаемым как осуществление изобретения, которое может использоваться без иллюстраций или со следующими иллюстрациями:
На фиг. 1 показана схема двигателя;
На фиг. 2А показана схема восьмицилиндрового двигателя с двумя блоками цилиндров;
На фиг. 2В показана схема четырехцилиндрового двигателя с одним блоком цилиндров;
На фиг. 3А показан график первого примера последовательности работы цилиндров двигателя;
На фиг. 3В показан график второго примера последовательности работы цилиндров двигателя;
На фиг. 4А и 4В показаны графики примеров диапазонов отключения двигателя; и
На фиг. 5 показана блок-схема алгоритма примера способа управления двигателем.
Подробное описание
Настоящее изобретение относится к увеличению срока эксплуатации приводов управления клапанами цилиндров двигателя. Привод клапана может быть частью двигателя, как показано на фиг. 1-2В. Контроллер может управлять двигателем в соответствии с управляющими последовательностями, показанными на фиг. 3А и 3В. Приводами клапанов цилиндров двигателя могут управлять в соответствии с диапазонами работы двигателя, показанными на фиг. 4А и 4В. Способ для управления двигателем, показанным на фиг. 1-2В и обеспечивающим увеличение срока эксплуатации приводов, показан на фиг. 5.
На фиг. 1 показан двигатель внутреннего сгорания 10, содержащий несколько цилиндров, один из которых показан на фиг. 1, причем двигателем управляют посредством электронного контроллера 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36, причем двигатель соединен с коленчатым валом 40.
Показано, что камера 30 сгорания соединена с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждым впускным и выпускным клапаном могут управлять посредством регулируемых приводов 51 впускного клапана и регулируемых приводов 53 выпускного клапана, которые могут приводиться в действие механическим, электрическим, гидравлическим, пневматическим способом или посредством их комбинации. Например, приводы клапанов могут иметь конструкцию, как указано в патентах США 2014/0303873, 6321704, 6273039 и 7458345, которые настоящим полностью включены для всех намерений и целей. Привод 51 впускного клапана и привод выпускного клапана могут соответственно открывать впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 синхронно или асинхронно с движением коленчатого вала 40. Датчик 55 положения впускного клапана может определять положение впускного клапана 52. Датчик 57 положения выпускного клапана может определять положение выпускного клапана 54.
Показано, что топливный инжектор 66 установлен для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы топливо может быть введено через впускной канал, что известно специалистам в данной области как впрыск во впускные каналы. Топливный инжектор 66 может подавать топливо пропорционально ширине импульса сигнала от контроллера 12. Топливо подают в топливный инжектор 66 посредством топливной системы 175. Кроме того, показано, что впускной коллектор 44 связан с опциональным электронным дросселем 62 (например, с двустворчатым клапаном) имеющим возможность регулирования положения дроссельной пластины 64 для управления потоком воздуха от воздушного фильтра 43 и воздухозаборника 42 во впускной коллектор 44. Дроссель 62 может регулировать поток воздуха от воздушного фильтра 43, расположенного в воздухозаборнике 42 двигателя, во впускной коллектор 44. Например, может использоваться двухступенчатая топливная система высокого давления, обеспечивающая более высокие давления топлива. В некоторых примерах дроссель 62 и дроссельная пластина 64 могут быть установлены между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44 таким образом, чтобы дроссель 62 представлял собой дроссель впускного канала.
Бесконтактная система зажигания 88 имеет возможность создавать искру зажигания в камере 30 сгорания при помощи свечи 92 зажигания по сигналу контроллера 12. Показано, что универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) соединен с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. В качестве альтернативы, вместо датчика 126 УДКОГ может быть использован бистабильный датчик кислорода в отработавших газах.
Нейтрализатор 70 может содержать, например, несколько блоков катализатора. В другом примере может быть использовано несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое с несколькими блоками катализатора. Например, нейтрализатор 70 может представлять собой трехрежимный каталитический нейтрализатор.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как обычный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106 (например, долговременную память), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. Показано, что контроллер 12 имеет возможность получать различные сигналы от датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, а именно: температура хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, присоединенного к охлаждающей рубашке 114; сигнал датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для измерения силы, прикладываемой водителем 132; сигнал измеренного давления в коллекторе двигателя ДКД (MAP) от датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; положение двигателя от датчика 118 Холла, имеющего возможность измерять положение коленчатого вала 40; измеренное значение массы воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120; измеренное положение педали тормоза от датчика 154 положения педали тормоза, которое может изменять водитель 132, прикладывая усилие к педали 150 тормоза; и измеренное положение дросселя от датчика 58. Атмосферное давление также может быть измерено (датчик не показан на схеме) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего изобретения датчик 118 положения двигателя имеет возможность генерировать заранее заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, на основе чего можно определить частоту вращения двигателя ЧВД (RPM).
В некоторых примерах двигатель может быть соединен с системой электромотора и аккумулятора в гибридном автомобиле. Кроме того, в некоторых примерах, могут использоваться другие конфигурации двигателя, например дизельный двигатель.
Во время эксплуатации каждый цилиндр в двигателе 10 обычно работает по четырехтактному циклу: цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывают и открывают впускной клапан 52. Воздух подают в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, причем поршень 36 имеет возможность двигаться к нижней части цилиндра, чтобы увеличить объем в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится около нижней части цилиндра в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), специалисты в данной области, как правило, называют нижней мертвой точкой НМТ (BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрывают. Поршень 36 имеет возможность двигаться к головке цилиндра, чтобы сжать воздух в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в конце своего хода и расположен ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем), специалисты в данной области, как правило, называют верхней мертвой точкой ВМТ (TDC). В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как инжекция, топливо имеет возможность поступать в камеру сгорания. В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как зажигание, впрыснутое топливо поджигают каким либо известным способом, например, при помощи свечи 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к НМТ. Коленчатый вал 40 имеет возможность преобразовывать движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывают для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень получает возможность вернуться к ВМТ. Обратите внимание, что вышеуказанное является только примером, поскольку времена открытия и закрытия впускного и выпускного клапана могут изменяться, обеспечивая положительные или отрицательные перекрытия периодов работы клапанов, позднее закрытие впускного клапана или различные другие варианты.
На фиг. 2А показан пример многоцилиндрового двигателя, содержащего два блока цилиндров. Двигатель содержит цилиндры и соответствующие компоненты, как показано на фиг. 1. Двигатель 10 содержит восемь цилиндров 210. Каждый из восьми цилиндров пронумерован, и соответствующие числа указаны внутри цилиндров. Топливные инжекторы 66 выполнены с возможностью выборочной подачи топлива в каждый соответствующий включенный цилиндр (например, имеющий возможность сжигания топлива в течение некоторого цикла двигателя). Цилиндры 1-8 могут быть выборочно отключены, что позволяет улучшить экономию топлива двигателем, когда требуется крутящий момент, который меньше полного крутящего момента. Например, цилиндры 2, 3, 5 и 8 (например, фиксированная схема отключенных цилиндров) могут отключить во время некоторого цикла двигателя (например, два оборота для четырехтактного двигателя) и могут отключить для множества циклов двигателя, в то время как частота вращения и нагрузка двигателя постоянны или изменяются в небольшой степени. Во время другого цикла двигателя могут отключить цилиндры в соответствии со второй фиксированной схемой: 1, 4, 6 и 7. Кроме того, на основе условий работы автомобиля могут быть выборочно отключены цилиндры в соответствии с другими схемами. Кроме того, цилиндры двигателя могут отключать таким образом, что фиксированная схема цилиндров будет соответствовать не отключаемым цилиндрам в течение множества циклов двигателя. Как правило, отключенные цилиндры могут изменить свой статус от одного цикла двигателя до следующего цикла двигателя. Каждый цилиндр содержит регулируемые приводы 51 впускного клапана и регулируемые приводы 53 выпускного клапана. Цилиндр двигателя могут отключить посредством его регулируемых приводов 51 впускного клапана и регулируемых приводов выпускного клапана, поддерживающих впускной и выпускной клапаны цилиндра закрытыми во время всего цикла цилиндра, в тот период, когда топливный инжектор 66 не может впрыскивать топливо в цилиндр во время всего цикла цилиндра. Цилиндр двигателя может быть включен посредством его регулируемых приводов 51 впускного клапана и регулируемых приводов 53 выпускного клапана, имеющих возможность открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов цилиндра во время цикла цилиндра, в тот период, когда топливный инжектор 66 может впрыскивать топливо в цилиндр во время цикла цилиндра. Двигатель 10 содержит первый блок 204 цилиндров, который содержит четыре цилиндра 1, 2, 3 и 4. Двигатель 10 также содержит второй блок 202 цилиндров, который содержит четыре цилиндра 5, 6, 7 и 8. Цилиндры каждого блока могут быть включены или отключены в течение цикла двигателя.
На фиг. 2В показан пример многоцилиндрового двигателя, содержащего один блок цилиндров. Двигатель содержит цилиндры и соответствующие компоненты, как показано на фиг. 1. Двигатель 10 содержит четыре цилиндра 210. Каждый из этих четырех цилиндров пронумерован, и соответствующие числа указаны внутри цилиндров. Топливные инжекторы 66 выполнены с возможностью выборочного впрыска топлива в каждый из включенных цилиндров (например, имеющих возможность сжигания топлива в течение цикла двигателя с открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов во время цикла включенного цилиндра). Цилиндры 1-4 могут быть выборочно отключены (например, могут не иметь возможности сжигания топлива в течение цикла двигателя с постоянно закрытыми впускными и выпускными клапанами в течение всего цикла отключенного цилиндра), что позволяет увеличить экономию топлива двигателем, когда требуется крутящий момент, который меньше полного крутящего момента. Например, цилиндры 2 и 3 (например, фиксированная схема отключенных цилиндров) могут отключить в течение множества циклов двигателя (например, два оборота для четырехтактного двигателя). Во время другого цикла двигателя цилиндры 1 и 4 могут быть отключены в соответствии со второй фиксированной схемой в течение множества циклов двигателя. Кроме того, могут выборочно отключить цилиндры в соответствии с другими схемами отключения, в зависимости от условий работы автомобиля. Кроме того, цилиндры двигателя могут отключать таким образом, что фиксированная схема цилиндров будет соответствовать цилиндрам, которые не отключают в течение множества циклов двигателя. Как правило, отключенные цилиндры могут изменить свой статус от одного цикла двигателя до следующего цикла двигателя. Таким образом, выбор цилиндров двигателя для отключения могут осуществлять по принципу ротации или иным способом от одного цикла двигателя до следующего цикла двигателя.
Двигатель 10 содержит единственный блок цилиндров 250, который содержит четыре цилиндра 1-4. Цилиндры единственного блока могут быть включены или отключены в течение цикла двигателя. Каждый цилиндр содержит регулируемые приводы 51 впускного клапана и регулируемые приводы 53 выпускного клапана. Цилиндр двигателя могут отключить, установив впускной и выпускной клапаны цилиндра в закрытое положение во время цикла цилиндра, посредством регулируемых приводов 51 впускного клапана и регулируемых приводов выпускного клапана, в то время как топливный инжектор 66 не впрыскивает топливо в цилиндр в течение цикла цилиндра. Цилиндр двигателя могут включить, разрешив открытие и закрытие впускного и выпускного клапанов цилиндра в течение цикла цилиндра, посредством регулируемых приводов 51 впускного клапана и регулируемых приводов 53 выпускного клапана, в то время как топливный инжектор 66 имеет возможность впрыска топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра.
Система, показанная на фиг. 1-2В, представляет собой систему двигателя, содержащую: двигатель, содержащий один или более механизмов отключения цилиндра; контроллер, содержащий исполняемые инструкции, хранимые в долговременной памяти, для регулирования рабочего диапазона двигателя, который определяет, в каком случае могут быть отключены цилиндры двигателя, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана превышает первое пороговое значение, и отключения цилиндров двигателя в соответствии с рабочим диапазоном двигателя. В системе двигателя рабочий диапазон двигателя представляет собой диапазон частоты вращения и нагрузки двигателя. В системе двигателя регулирование рабочего диапазона двигателя содержит разделение рабочего диапазона двигателя на два рабочих диапазона. В системе двигателя первый рабочий диапазон из числа двух рабочих диапазонов соответствует более низкой нагрузке двигателя, по сравнению со вторым рабочим диапазоном из числа двух рабочих диапазонов.
В некоторых примерах система двигателя содержит дополнительные инструкции для управления двигателем с фиксированной группой отключенных цилиндров в течение множества циклов двигателя во втором рабочем диапазоне. Система двигателя содержит дополнительные инструкции для изменения перечня цилиндров двигателя, входящих в фиксированную группу отключаемых цилиндров, в соответствии с фактическим общим количеством изменений состояния привода клапана.
На фиг. 3А показаны графики последовательности работы двигателя. Два графика выровнены по времени и отображают процессы, происходящие в одно и то же время. Вертикальные пунктиры, определенные отметками Т0-Т4, разделяют циклы двигателя. Эта последовательность может соответствовать системе, показанной на фиг. 1 и 2А, в том числе способу, показанному на фиг. 5 и сохраненному в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти. Последовательность, изображенная на фиг. 3А, основана на работе восьмицилиндрового четырехтактного двигателя, имеющего порядок работы цилиндров или порядок осуществления сгорания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4 и 8. Доля зажигания для цилиндров двигателя для этой последовательности равна 0,333.
Первый график сверху на фиг. 3А представляет собой график принятия решений по включению цилиндров (например, использованию зажигания с открывающимися и закрывающимися впускными и выпускными клапанами и с впрыском топлива во время цикла цилиндра) или по отключению цилиндров (например, с отсутствием зажигания с постоянно закрытыми впускными и выпускными клапанами и без впрыска топлива во время цикла цилиндра) для цилиндров двигателя относительно количества событий двигателя. Событие двигателя может представлять собой происходящий такт цилиндра (например, впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), момент открытия или момент закрытия впускного или выпускного клапана, впрыск топлива, момент воспламенения воздушно-топливной смеси в цилиндре, положение поршня в цилиндре относительно положения коленчатого вала или другое событие, имеющее отношение к двигателю. Число событий двигателя соответствует конкретному цилиндру. Например, событие номер один двигателя может соответствовать рабочему ходу цилиндра номер один. Событие номер два двигателя может соответствовать рабочему ходу цилиндра номер три.
Решение включить или отключить цилиндр, а также открыть и закрыть впускной и выпускной клапаны цилиндра и впрыснуть топливо может быть принято до выполнения заранее заданного количества событий цилиндра (например, одно событие цилиндра или, в качестве альтернативы, один цикл цилиндра или восемь событий цилиндра), прежде чем цилиндр должен быть включен или отключен, чтобы дать достаточно времени для начала процесса открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов оцениваемого цилиндра. Например, для восьмицилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8 решение включить или отключить цилиндр номер семь может быть принято во время такта впуска или такта сжатия цилиндра номер семь за один цикл двигателя до этого, прежде чем цилиндр номер семь может быть отключен. В качестве альтернативы, решение включить или не включать цилиндр может быть принято до выполнения заранее заданного количества событий двигателя или событий цилиндра, прежде чем выбранный цилиндр будет включен или отключен. Цилиндр включают во время его такта сжатия, в момент времени, соответствующий количеству событий, когда значение решения использовать зажигание, обозначенное на графике кружком, равно единице. Цилиндр не включают во время его такта сжатия, в момент времени, соответствующий количеству событий, когда значение решения использовать зажигание, обозначенное на графике кружком, равно нулю. Вертикальная ось отображает решение по использованию зажигания, а горизонтальная ось отображает количество событий цилиндра или фактическое общее количество событий цилиндра.
Второй график сверху на фиг. 3А представляет собой график номеров цилиндров, которые соответствуют решениям использования зажигания, показанным в первом графике сверху на фиг. 3А. Вертикальная ось отображает номер цилиндра для оценки в данный момент времени. Горизонтальная ось отображает количество событий двигателя или фактическое общее количество событий двигателя. Заштрихованные кружки отображают включенный цилиндр со сгоранием во время цикла цилиндра. Незаштрихованные кружки отображают отключенные цилиндры, без сгорания в течение цикла двигателя.
В этом примере первый показанный цикл двигателя начинается в момент времени ТО. Первое событие двигателя соответствует цилиндру номер один, как обозначено кружком 302. Цилиндр номер один не использует зажигание, как обозначено незаштрихованным кружком 302, и решение по использованию зажигания в точке 304 равно нулю. Второе событие двигателя соответствует цилиндру номер три, как обозначено номером 310. Цилиндр номер три включен, и использует зажигание, как обозначено заштрихованным кружком 310, и решение по использованию зажигания в точке 312 равно единице. Решения по использованию зажигания для остальных цилиндров следуют подобному принципу.
Можно заметить, что цилиндры двигателя были включены и использовали зажигание три раза для каждых девяти тактов сжатия таким образом, чтобы двигатель обеспечивал требуемую долю зажигания цилиндров двигателя, равную 0,333. Кроме того, циклы двигателя начинаются и заканчиваются на вертикальных отметках Т0, Т1, Т2, Т3 и Т4. Например, первый цикл двигателя происходит между моментами времени Т0 и Т1. Второй цикл двигателя происходит между моментами времени Т1 и Т2. Для одного цикла двигателя и для следующего цикла двигателя отключают различные цилиндры двигателя таким образом, чтобы фиксированная схема отключенных цилиндров не сохранялась для смежных циклов двигателя. Значение доли зажигания цилиндров двигателя 0,333 соответствует нестационарной или нефиксированной схеме, потому что набор включаемых и отключаемых цилиндров изменяется от одного цикла двигателя к другому циклу двигателя. В том случае, когда цилиндры отключают, все цилиндры двигателя могут использовать зажигание в течение одного или более циклов цилиндра для нестационарной схемы.
На фиг. 3В показаны графики второй последовательности работы двигателя. Два графика выровнены по времени и отображают процессы, происходящие в одно и то же время. Эта последовательность может соответствовать системе, показанной на фиг. 1 и 2А, в том числе способу, показанному на фиг. 5 и сохраненному в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти. Последовательность, изображенная на фиг. 3В, основана на работе восьмицилиндрового четырехтактного двигателя, имеющего порядок работы цилиндров или порядок осуществления сгорания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8. Доля зажигания для цилиндров двигателя для этой последовательности равна 0,5.
Первый график сверху на фиг. 3В представляет собой график принятия решений по включению и отключению цилиндров для цилиндров двигателя относительно количества событий двигателя. Вертикальная ось отображает решение об использовании зажигания, а горизонтальная ось отображает количество событий двигателя или фактическое общее количество событий двигателя.
Второй график сверху на фиг. 3В представляет собой график номеров цилиндров, которые соответствуют решениям по использованию зажигания, показанным в первом графике сверху на фиг. 3В. Вертикальная ось отображает номер цилиндра для оцениваемого события двигателя. Горизонтальная ось отображает количество событий двигателя или фактическое общее количество событий двигателя. Заштрихованные кружки отображают включенные цилиндры, со сгоранием в течение цикла двигателя. Незаштрихованные кружки отображают отключенные цилиндры, без сгорания в течение цикла двигателя.
В этом примере первое событие двигателя соответствует цилиндру номер один, как обозначено кружком 352. Цилиндр номер один использует зажигание, как обозначено заштрихованным кружком 352, и решение по использованию зажигания в точке 354 равно единице. Второе событие двигателя соответствует цилиндру номер три, как обозначено кружком 360. Цилиндр номер три отключен, и он не использует зажигание, как обозначено незаштрихованным кружком в 360 и решение по использованию зажигания в точке 362 равно нулю. Решения по использованию зажигания для остающихся цилиндров следуют подобному соглашению.
Можно заметить, что цилиндры двигателя включены и использовали зажигание пять раз для каждых десяти тактов сжатия таким образом, чтобы двигатель обеспечивал требуемую долю зажигания цилиндров двигателя, равную 0,5. Значение доли зажигания цилиндров двигателя 0,5 соответствует фиксированной или стационарной схеме, потому что набор включаемых и отключаемых цилиндров не изменяется от одного цикла двигателя к другому циклу двигателя. Например, цилиндры 1, 6, 7, 4 всегда используют зажигание в цикле двигателя, в то время как цилиндры 2, 3, 5 и 8 никогда не используют зажигание в течение указанной последовательности. Вертикальные отметки времени Т10-Т14 отображают начало и конец циклов двигателя. Например, первый цикл двигателя выполняется между моментами времени Т10 и Т11. Второй цикл двигателя выполняется между моментами времени Т11 и Т12.
На фиг. 4А показан пример рабочего диапазона отключения цилиндров двигателя. Вертикальная ось отображает нагрузку двигателя, причем нагрузка двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает частоту вращения двигателя, причем частота вращения двигателя увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси.
Область, ограниченная сплошной линией 400, представляет собой рабочий диапазон двигателя, в котором могут отключить один или более цилиндров двигателя в целях экономии топлива. Цилиндры двигателя могут отключить (например, прекратив подачу топлива к отключенным цилиндрам и удерживая впускной и выпускной клапаны отключенных цилиндров закрытыми в течение всего цикла двигателя) внутри области, окруженный сплошной линией 400, посредством отключения цилиндров таким образом, чтобы для каждого цикла двигателя отключенными являлись различные цилиндры двигателя, то есть так, чтобы цилиндры, отключенные во время одного цикла двигателя, не были теми же самыми цилиндрами, отключаемыми во время следующего или смежного цикла двигателя. Например, для четырехцилиндрового двигателя с четырьмя циклами, с порядком работы цилиндров 1, 3, 4, 2, цилиндры 1 и 4 могут быть отключены во время первого цикла двигателя, и только цилиндр номер 1 могут отключить во время следующего цикла двигателя. На фиг. 3А также показан пример отключения цилиндров для этого рабочего диапазона двигателя. Таким образом, группа отключаемых цилиндров изменяется от одного цикла двигателя к следующему циклу двигателя. Режим работы, когда все цилиндры двигателя включены (например, когда топливо подают к включенным цилиндрам и сжигают воздушно-топливную смесь во включенных цилиндрах, и одновременно открывают и закрывают впускные и выпускные клапаны в течение цикла двигателя), соответствует внешней области графика, вокруг сплошной линии 400.
В этом примере сплошная линия 400 показывает, что рабочий диапазон отключения цилиндров двигателя имеет трапецеидальную форму, но в других примерах диапазон отключения цилиндров двигателя может иметь другую форму. Диапазон отключения цилиндров двигателя определен нагрузкой двигателя (в этом примере отображенной на вертикальной оси) и частотой вращения двигателя (в этом примере отображенной на горизонтальной оси). Диапазон отключения цилиндров двигателя проходит от значения нагрузки двигателя в точке 402 к значению нагрузки двигателя в точке 404 и от значения частоты вращения двигателя в точке 410 к значению частоты вращения двигателя в точке 412. Диапазон отключения цилиндров двигателя, ограниченный сплошной линией 400, может быть основой для отключения цилиндров, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана меньше первого порогового значения.
На фиг. 4В показан второй пример рабочего диапазона отключения цилиндров двигателя. Вертикальная ось отображает нагрузку двигателя, причем нагрузка двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает частоту вращения двигателя, причем частота вращения двигателя увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси. Диапазон отключения цилиндров двигателя, показанный на фиг. 4В, имеет тот же самый размер, что и диапазон отключения цилиндров двигателя, показанный на фиг. 4А, но диапазон, показанный на фиг. 4В, разделен на две части или на две секции.
Область или диапазон, ограниченный сплошной линией 462 и штрих-пунктирной линией 465, представляет собой рабочий диапазон двигателя, в котором могут отключить один или более цилиндров двигателя в целях экономии топлива. Цилиндры двигателя могут отключать внутри области, окруженной сплошной линией 462 и штрих-пунктирной линией 465, посредством отключения цилиндров таким образом, чтобы для каждого цикла двигателя отключенными являлись различные цилиндры двигателя, то есть так, чтобы цилиндры, отключенные во время одного цикла двигателя, не были теми же самыми цилиндрами, отключаемыми во время следующего или смежного цикла двигателя, когда частота вращения, нагрузка и температура двигателя по существу постоянны (например, изменяются меньше, чем на ±3%). Таким образом, цилиндры двигателя могут отключать теми же самыми способами, как раскрыто для диапазона 400 на фиг. 4А. Следовательно, когда цилиндры двигателя отключают в этом рабочем диапазоне двигателя, группа отключаемых цилиндров может изменяться от одного цикла двигателя к следующему циклу двигателя. Фиг. 3А изображает пример последовательности отключения цилиндров для этого рабочего диапазона двигателя.
Область или диапазон, ограниченный штриховой линией 460 и штрих-пунктирной линией 465, представляет собой рабочий диапазон двигателя, где также могут отключить один или более цилиндров двигателя в целях экономии топлива.
Цилиндры двигателя могут отключать внутри области, окруженной штриховой линией 460 и штрих-пунктирной линией 465, посредством отключения цилиндров таким образом, чтобы для каждого цикла двигателя были отключены те же самые цилиндры двигателя, то есть так, чтобы цилиндры, отключенные во время одного цикла двигателя, были теми же самыми цилиндрами, отключенными во время следующего или смежного цикла двигателя, когда частота вращения, нагрузка и температура двигателя по существу постоянны (например, изменяются меньше, чем на ±3%). Схема отключения цилиндров является фиксированной, как показано в примере на фиг. 3В.
Таким образом, цилиндры двигателя могут отключать посредством первой стратегии отключения цилиндров двигателя (например, для каждого цикла двигателя отключают различные цилиндры двигателя таким образом, чтобы цилиндры двигателя, отключенные во время одного цикла двигателя, не были теми же самыми цилиндрами, отключенными во время следующего или смежного цикла двигателя при работе двигателя с постоянной частотой вращения, нагрузкой и температурой) в первом рабочем диапазоне двигателя, обозначенном на графике сплошной линией 462 и штрих-пунктирной линией 465. Цилиндры двигателя могут отключать посредством второй стратегии (например, те же самые цилиндры двигателя отключают для каждого цикла двигателя таким образом, чтобы цилиндры двигателя, отключенные во время одного цикла двигателя, были теми же самыми цилиндрами, отключенными во время следующего или смежного цикла двигателя) во втором рабочем диапазоне двигателя, окруженным на графике штриховой линией 460 и штрих-пунктирной линией 465.
Если фактическое количество изменений состояния привода клапана превышает пороговое значение, то второй диапазон может быть расширен таким образом, чтобы он содержал область первого диапазона, а первый диапазон может быть исключен таким образом, чтобы цилиндры двигателя могли быть отключены только посредством второй стратегии.
Режим работы, когда все цилиндры двигателя включены (например, когда топливо подают к включенным цилиндрам и сжигают воздушно-топливную смесь во включенных цилиндрах, и одновременно открывают и закрывают впускные и выпускные клапаны в течение цикла двигателя), соответствует внешней области графика, вокруг сплошной линии 462 и пунктирной линии 460.
В этом примере сплошная линия 462 и пунктирная линия 460 показывают, что рабочий диапазон отключения цилиндров двигателя имеет трапецеидальную форму, но в других примерах диапазон отключения цилиндров двигателя может иметь другую форму. Диапазон отключения цилиндров двигателя определен нагрузкой двигателя (в этом примере отображенной на вертикальной оси) и частотой вращения двигателя (в этом примере отображенной на горизонтальной оси). Диапазон отключения цилиндров двигателя проходит от значения нагрузки двигателя в точке 402 к значению нагрузки двигателя в точке 404 и от значения частоты вращения двигателя в точке 410 к значению частоты вращения двигателя в точке 412. Диапазон отключения цилиндров двигателя, ограниченный сплошной линией 400, может быть основой для отключения цилиндров, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана меньше первого порогового значения.
Нужно отметить, что рабочий диапазон двигателя, окруженный штриховой линией 460 и штрих-пунктирной линией 465, может быть увеличен посредством расширения диапазона в направлении уменьшения нагрузок двигателя, как показано стрелкой 470 (например, посредством смещения штрих-пунктирной линии 465), в качестве реакции на увеличение фактического общего количества изменений состояния привода клапана. В то же время диапазон, окруженный сплошной линией 462 и штрих-пунктирной линией 465, может быть уменьшен таким образом, чтобы область, окруженная сплошной линией 462 и штриховой линией 460, не изменила свой размер. За счет увеличения области, ограниченной штриховой линией 460 и штрих-пунктирной линией 465, может быть уменьшена скорость изменения фактического общего количества изменений состояния привода клапана, так как цилиндры отключают согласно фиксированной схеме в течение множества циклов двигателя в диапазоне, ограниченном штриховой линией 460 и штрих-пунктирной линией 465. Если цилиндры отключают согласно фиксированной схеме, когда набор отключенных цилиндров не изменяется в каждом цикле двигателя, может быть уменьшена скорость изменения фактического общего количества изменений состояния привода клапана.
На фиг. 5 показана блок-схема алгоритма, раскрывающая различные стратегии отключения цилиндров двигателя в зависимости от фактического общего количества изменений состояния привода клапана. Способ на фиг. 5 может быть использован в системе, показанной на фиг. 1-2В, и может взаимодействовать с этой системой. Кроме того, по меньшей мере части способа, показанного на фиг. 5, могут быть реализованы как исполняемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, в то время как другие части способа могут быть выполнены посредством контроллера, имеющего возможность изменения рабочего состояния устройств и приводов в материальном мире.
На шаге 502 способ 500 подсчитывает или выводит фактическое общее количество изменений состояния привода клапана (например, изменений от состояния, при котором привод клапана управляет клапаном таким образом, что клапан открывается и закрывается в течение цикла двигателя, до состояния, при котором привод клапана не управляет клапаном, и клапан остается закрытым во время всего цикла двигателя или наоборот). Например, фактическое общее количество изменений состояния привода клапана может быть сохранено в памяти, с возможностью увеличения этого значения, сохраненного в памяти, каждый раз, когда подают команду на изменение состояния привода клапана. В других примерах положение привода клапана может давать информацию об изменении состояния привода клапана, причем датчик может указывать на такие изменения состояния. Величину, сохраненную в памяти, могут увеличивать каждый раз, когда изменение состояния привода клапана обнаружено датчиком. В качестве альтернативы фактическое общее количество изменений состояния привода клапана могут вывести, выполнив наблюдение в течение некоторого времени при работе двигателя в конкретном рабочем диапазоне. Количество времени могут использовать для выполнения поиска в таблице или функции, содержащей величины, полученные эмпирически и отображающие фактическое общее количество изменений состояния привода клапана. Данные из таблицы или функции могут прибавить к значению накопителя, подсчитывающего общее количество изменений состояния привода клапана, чтобы определить общее количество изменений состояния привода клапана. Затем способ 500 переходит к шагу 504 после определения фактического общего количества изменений состояния привода клапана.
На шаге 504 способ 500 определяет, больше ли фактическое общее количество изменений состояния привода клапана для одного или более приводов клапанов, чем первое пороговое значение. Если это так, то ответ «да», и способ 500 переходит к шагу 506. В противном случае ответ «нет», и способ 500 переходит к шагу 520. Первое пороговое значение может быть определено опытным путем на основе данных о выходе из строя привода клапана. Например, первое пороговое значение может быть основано на фактическом общем количестве изменений состояния привода клапана, которое соответствует восьмидесяти процентам фактического общего количества изменений состояния привода клапана, когда может ожидаться выход из строя привода клапана.
На шаге 506 способ 500 определяет, больше ли фактическое общее количество изменений состояния привода клапана для одного или более приводов клапанов, чем второе пороговое значение. Если это так, то ответ «да», и способ 500 переходит к шагу 508. В противном случае ответ «нет», и способ 500 переходит к шагу 540. Второе пороговое значение может быть определено опытным путем на основе данных о выходе из строя привода клапана. Например, второе пороговое значение может быть основано на фактическом общем количестве изменений состояния привода клапана, которое соответствует девяноста процентам фактического общего количества изменений состояния привода клапана, когда может ожидаться выход из строя привода клапана.
На шаге 508 способ 500 определяет, больше ли фактическое общее количество изменений состояния привода клапана для одного или более приводов клапанов, чем третье пороговое значение. Если это так, то ответ «да», и способ 500 переходит к шагу 510. В противном случае ответ «нет», и способ 500 переходит к шагу 530. Третье пороговое значение может быть определено опытным путем на основе данных о выходе из строя привода клапана. Например, третье пороговое значение может быть основано на фактическом общем количестве изменений состояния привода клапана, которое соответствует девяноста пяти процентам фактического общего количества изменений состояния привода клапана, когда может ожидаться выход из строя привода клапана.
На шаге 510 способ 500 запрещает все режимы отключения цилиндров двигателя таким образом, чтобы двигатель работал со всеми включенными цилиндрами двигателя во время своей работы (например, когда происходит сжигание воздушно-топливной смеси). Режимы отключения цилиндров двигателя отключают таким образом, чтобы двигатель мог обеспечить крутящий момент для своей полной мощности и таким образом, чтобы могла быть уменьшена вероятность выхода из строя привода клапана. Затем способ 500 переходит к шагу 512.
На шаге 512 способ 500 управляет двигателем со всеми включенными цилиндрами двигателя (например, когда происходит сжигание воздушно-топливной смеси), когда требуется обеспечить крутящий момент двигателя. Если требуется небольшой крутящий момент двигателя, то двигатель могут дросселировать, чтобы обеспечить требуемое значение крутящего момента. Затем способ 500 заканчивает свою работу.
На шаге 520 способ 500 использует первую стратегию отключения цилиндров, которая допускает отключение различных цилиндров двигателя для каждого цикла двигателя таким образом, чтобы цилиндры, отключенные во время одного цикла двигателя, не были теми же самыми цилиндрами, отключаемыми во время следующего или смежного цикла двигателя при работе двигателя с постоянной по существу (например, с изменениями, не превышающими ±3 процента для заранее заданного интервала времени) частотой вращения, с постоянной по существу нагрузкой двигателя и с постоянной по существу температурой двигателя. На фиг. 3А показан один пример отключения цилиндров согласно первой стратегии, в соответствии с настоящим раскрытием. Кроме того, количество включенных цилиндров (например, цилиндров, в которых происходит сжигание топливо-воздушной смеси, а также открытие и закрытие выпускного и впускного клапанов в течение цикла двигателя), может изменяться от одного события двигателя до другого события двигателя, когда изменяется требование по крутящему моменту двигателя и/или по частоте вращения двигателя. Первую стратегию отключения цилиндров могут применить, чтобы отключать цилиндры двигателя в рабочем диапазоне двигателя, как обозначено сплошной линией 400 на фиг. 4А.
Первая стратегия отключения цилиндров двигателя также обеспечивает выбор тех цилиндров, которые должны быть включены и отключены на основе частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, требуемой доли зажигания цилиндров и других условий. Например, в соответствии с первой стратегией отключения цилиндров двигателя могут выбрать цилиндры, которые будут отключены, как указано в патенте США 7577511, который настоящим полностью включен посредством ссылок для всех намерений и целей. В качестве альтернативы могут использовать другую стратегию отключения цилиндров двигателя, чтобы выбрать, какие цилиндры двигателя должны быть включены и отключены. Затем способ 500 переходит к шагу 522.
На шаге 522 способ 500 управляет цилиндрами двигателя в соответствии с первой стратегией при работе двигателя в диапазоне частоты вращения и нагрузки двигателя, где разрешено отключение цилиндров (например, диапазон внутри сплошной линии 400 на фиг. 4А). Цилиндры могут отключить на основе требуемого крутящего момента двигателя, частоты вращения двигателя и температуры двигателя. Цилиндр могут отключить, удерживая впускной и выпускной клапаны цилиндра закрытыми в течение всего цикла двигателя и остановив подачу топлива в отключенный цилиндр. Если двигатель работает в области параметров за пределами диапазона, разрешающего отключение цилиндров двигателя, двигатель работает со всеми включенными цилиндрами двигателя. Затем способ 500 заканчивает свою работу.
На шаге 540 способ 500 уменьшает размер первого рабочего диапазона двигателя (например, диапазона частоты вращения и нагрузки двигателя, заданного областью, окруженной штрих-пунктирной линией 465 и сплошной линией 462 на фиг. 4В), где первая стратегия отключения цилиндров двигателя представляет собой основу для отключения цилиндров. Кроме того, способ 500 обеспечивает второй рабочий диапазон двигателя, где вторая стратегия отключения цилиндров двигателя представляет собой основу для отключения цилиндров. Второй рабочий диапазон двигателя соответствует более высоким нагрузкам двигателя, по сравнению с первым рабочим диапазоном двигателя (например, представляет собой область, окруженную штриховой линией 460 и штрих-пунктирной линией 465 на фиг. 4В).
Первая стратегия отключения цилиндров двигателя позволяет отключать различные цилиндры двигателя для каждого цикла двигателя таким образом, чтобы цилиндры, отключенные во время одного цикла двигателя, не были теми же самыми цилиндрами, отключаемыми во время следующего или смежного цикла двигателя при работе двигателя с постоянной скоростью, нагрузкой и температурой двигателя. Стратегия отключения цилиндров двигателя, показанная на фиг. 3А, представляет собой один пример первой стратегии отключения цилиндров двигателя. В другом примере, где двигатель представляет собой восьмицилиндровый четырехтактный двигатель с порядком работы цилиндров 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4 и 8, двигатель может работать с использованием зажигания в цилиндрах 1, 7, 6, 4 и 8, в то время как все другие цилиндры остаются отключенными во время первого цикла двигателя, может работать с использованием зажигания в цилиндрах 1, 3, 7, 6 и 4, в то время как все другие цилиндры остаются отключенными во время следующего цикла двигателя, может работать с использованием зажигания в цилиндрах 1, 7, 2, 5 и 4, в то время как все другие цилиндры остаются отключенными во время следующего цикла двигателя, с использованием зажигания в цилиндрах 3, 2, 5, 4 и 8, в то время как все другие цилиндры остаются отключенными во время следующего цикла двигателя и так далее. За счет уменьшения размера диапазона, в котором могут применить первую стратегию отключения цилиндров двигателя, можно сохранить преимущество использования первой стратегии отключения цилиндров двигателя, при которой это преимущество (например, уменьшенный расход топлива) максимальное.
Вторая стратегия отключения цилиндров двигателя позволяет отключать только фиксированные группы цилиндров двигателя в течение множества циклов двигателя, таким образом, что цилиндры двигателя, отключаемые во время одного цикла двигателя, являются теми же самыми цилиндрами, которые отключают во время следующего или смежного цикла двигателя при работе двигателя с постоянной по существу (например, с изменениями, не превышающими ±3 процента для заранее заданного интервала времени) частотой вращения двигателя, с постоянной по существу (например, с изменениями, не превышающими ±3 процента для заранее заданного интервала времени) нагрузкой двигателя и с постоянной по существу (например, с изменениями, не превышающими ±3 процента для заранее заданного интервала времени) температурой двигателя. Стратегия отключения цилиндров двигателя, показанная на фиг. 3В, представляет собой один пример второй стратегии отключения цилиндров двигателя. В другом примере, где двигатель представляет собой восьмицилиндровый четырехтактный двигатель с порядком работы цилиндров 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4 и 8, двигатель может работать, с использованием зажигания для фиксированной группы цилиндров (например, 2, 3, 5 и 8), в то время как все другие цилиндры остаются отключенными во время первого цикла двигателя и множества последующих циклов двигателя. За счет использования рабочего диапазона двигателя, позволяющего применять вторую стратегию отключения цилиндров двигателя, может быть получено по меньшей мере некоторое преимущество (например, уменьшение расхода топлива), в то время как может быть уменьшена скорость, с которой происходят изменения состояния приводов клапана двигателя, и, таким образом, может быть доступно увеличение количества времени для работы с отключением цилиндров. Затем способ 400 переходит к шагу 541.
На шаге 541 способ 500 определяет, работает ли двигатель во втором рабочем диапазоне двигателя, где вторая стратегия отключения цилиндров представляет собой основу для отключения цилиндров двигателя. Способ 500 может определить, что двигатель находится во втором рабочем диапазоне двигателя, если частота вращения двигателя и нагрузка двигателя находятся в пределах второго рабочего диапазона двигателя. Если это так, то ответ «да», и способ 500 переходит к шагу 542. В противном случае ответ «нет», и способ 500 переходит к шагу 546.
На шаге 542 способ 500 определяет, могут ли две или более групп с фиксированными отключенными цилиндрами обеспечить в настоящее время требуемый крутящий момент двигателя. Например, для восьмицилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4 и 8, где требование по крутящему моменту двигателя можно удовлетворить, используя четыре включенных цилиндра, в то время как четыре цилиндра из восьми цилиндров двигателя отключены, ответ «да», если крутящий момент двигателя может быть обеспечен, когда первая фиксированная группа цилиндров 2, 3, 5 и 8 отключена в первом режиме отключения цилиндров двигателя, и если крутящий момент двигателя может быть обеспечен, когда вторая фиксированная группа цилиндров 1, 4, 6 и 7 отключена во втором режиме отключения цилиндров двигателя, причем первый режим отключения цилиндров двигателя и второй режим отключения цилиндров двигателя не могут использоваться в одно и то же время. Если требуемый крутящий момент двигателя может быть обеспечен двумя или более группами с фиксированными отключенными цилиндрами, то ответ «да», и способ 500 переходит к шагу 543. Если требуемый крутящий момент двигателя не может быть обеспечен двумя или более группами с фиксированными отключенными цилиндрами (например, требуемый крутящий момент двигателя может быть обеспечен только при отключении цилиндров 2, 3, 5 и 8), то ответ «нет», и способ 500 переходит к шагу 546.
На шаге 543 способ 500 определяет, переходит ли двигатель во второй рабочий диапазон двигателя, раскрытый на шаге 540. Способ 500 может определить, что двигатель переходит во второй рабочий диапазон двигателя, если частота вращения двигателя и нагрузка двигателя изменяются таким образом, что перестают находиться за пределами области второго рабочего диапазона двигателя и перемещаются внутрь области, определяемой вторым рабочим диапазоном двигателя. Если способ 500 определяет, что двигатель переходит во второй рабочий диапазон двигателя, то ответ «да», и способ 500 переходит к шагу 544. В противном случае ответ «нет», и способ 500 переходит к шагу 545.
На шаге 544 способ 500 выбирает новую фиксированную группу цилиндров двигателя для отключения, обеспечивая при этом требуемый крутящий момент двигателя. Например, если двигатель может обеспечить требуемый крутящий момент двигателя с отключенными цилиндрами 2, 3, 5 и 8 или с отключенными цилиндрами 1, 4, 6 и 7, и если двигатель работал с цилиндрами 2, 3, 5 и 8, отключенными в прошлый раз, и двигатель работал во втором рабочем диапазоне двигателя, прежде чем выйти из второго рабочего диапазона двигателя, то для двигателя выбирают отключение цилиндров 1, 4, 6 и 7. Таким образом, фактическое общее количество изменений состояния привода клапана может быть распределено между приводами клапанов различных цилиндров двигателя. Если двигатель может обеспечить требуемый крутящий момент двигателя за счет трех или более различных фиксированных групп цилиндров, то способ 500 может выбрать для отключения фиксированную группу цилиндров двигателя, имеющих меньшее количество изменений состояния привода клапана. Таким образом, фактическое общее количество изменений состояния привода клапана может быть уравнено между различными цилиндрами. Затем способ 500 переходит к шагу 546 после определения, какую фиксированную группу цилиндров двигателя следует отключить.
На шаге 545 способ 500 продолжает управлять двигателем с отключенной фиксированной группой цилиндров, которые были отключены, когда двигатель в первый раз перешел во второй рабочий диапазон. Таким образом, как только двигатель переходит во второй рабочий диапазон двигателя и фиксированную группу цилиндров отключают, двигатель продолжает работать с той же самой группой отключенных цилиндров то тех пор, пока двигатель не выйдет из второго рабочего диапазона. Затем способ 500 переходит к шагу 546.
На шаге 546 способ 500 управляет цилиндрами двигателя в соответствии с первой стратегией при работе двигателя в первом рабочем диапазоне двигателя, и управляет цилиндрами двигателя в соответствии со второй стратегией при работе двигателя во втором рабочем диапазоне, как раскрыто на шаге 540. Кроме того, если двигатель работает во втором рабочем диапазоне двигателя, то фиксированной группой отключенных цилиндров является группа, раскрытая на шаге 544, или способ 500 переходит к отключениям цилиндров, как раскрыто на шаге 545. Цилиндры могут быть отключены на основе требуемого крутящего момента двигателя, требуемой частоты вращения двигателя и требуемой температуры двигателя. Если двигатель работает за пределами диапазона, в котором разрешено отключение цилиндров двигателя, то двигатель работает со всеми включенными цилиндрами двигателя. Затем способ 500 заканчивает свою работу.
На шаге 530 способ 500 разрешает использование только второй стратегии отключения цилиндров двигателя для отключения фиксированных групп цилиндров двигателя во втором рабочем диапазоне. Первый рабочий диапазон двигателя исключают из работы, а второй рабочий диапазон двигателя расширяют, чтобы охватить весь рабочий диапазон двигателя, в котором могут быть отключены цилиндры (например, область, окруженная сплошной линией 462 и штриховой линией 460, как показано на фиг. 4В).
Вторая стратегия отключения цилиндров двигателя разрешает отключать только фиксированные группы цилиндры двигателя в течение множества циклов двигателя, то есть, цилиндры двигателя, отключенные во время одного цикла двигателя, являются теми же самыми цилиндрами, которые отключают во время следующего или смежного цикла двигателя при работе двигателя с постоянной по существу (например, с изменениями, не превышающими ±3 процента для заранее заданного интервала времени) частотой вращения двигателя, с постоянной по существу (например, с изменениями, не превышающими ±3 процента для заранее заданного интервала времени) нагрузкой двигателя и с постоянной по существу (например, с изменениями, не превышающими ±3 процента для заранее заданного интервала времени) температурой двигателя. Стратегия отключения цилиндров двигателя, показанная на фиг. 3В, представляет собой один пример второй стратегии отключения цилиндров двигателя. В другом примере, где двигатель представляет собой восьмицилиндровый четырехтактный двигатель с порядком работы цилиндров 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4 и 8, двигатель может работать с использованием зажигания для фиксированной группы цилиндров (например, 2, 3, 5 и 8), в то время как все другие цилиндры остаются отключенными во время первого цикла двигателя и множества последующих циклов двигателя. За счет использования рабочего диапазона двигателя, позволяющего применять вторую стратегию отключения цилиндров двигателя, может быть получено по меньшей мере некоторое преимущество (например, уменьшение расхода топлива), в то время как может быть уменьшена скорость, с которой происходят изменения состояния приводов клапана двигателя, и, таким образом, может быть доступно увеличение количества времени для работы с отключением цилиндров.
Вторая стратегия отключения цилиндров двигателя также позволяет выбрать, на основе частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, какие цилиндры следует включить и отключить. Например, множество режимов работы цилиндров двигателя может быть сохранено в памяти, причем режимы работы цилиндров, не обеспечивающие требуемый крутящий момент, исключают из доступных режимов работы цилиндров двигателя. Двигатель может работать с оставшимися доступными режимами работы цилиндров двигателя. Режимы работы цилиндров двигателя могут содержать схемы включенных цилиндров двигателя и отключенных цилиндров, с которыми может работать двигатель. Например, рабочий режим двигателя или схема работы цилиндров для восьмицилиндрового двигателя могут содержать включенные цилиндры 1, 4, 6 и 7 и отключенные цилиндры 2, 3, 5 и 8. В другом примере рабочий режим двигателя или схема работы цилиндров для восьмицилиндрового двигателя могут содержать включенные цилиндры 2, 3, 5 и 8 и отключенные цилиндры 1, 4, 6 и 7. Затем способ 500 переходит к шагу 531.
На шаге 531 способ 500 определяет, могут ли две или более групп с фиксированными отключенными цилиндрами обеспечить в настоящее время требуемый крутящий момент двигателя. Например, для восьмицилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4 и 8, где требование по крутящему моменту двигателя можно удовлетворить, используя четыре включенных цилиндра, в то время как четыре цилиндра из восьми цилиндров двигателя отключены, ответ «да», если крутящий момент двигателя может быть обеспечен, когда первая фиксированная группа цилиндров 2, 3, 5 и 8 отключена в первом режиме отключения цилиндров двигателя, и если крутящий момент двигателя может быть обеспечен, когда вторая фиксированная группа цилиндров 1, 4, 6 и 7 отключена во втором режиме отключения цилиндров двигателя, причем первый режим отключения цилиндров двигателя и второй режим отключения цилиндров двигателя не могут использоваться в одно и то же время. Если требуемый крутящий момент двигателя может быть обеспечен двумя или более группами с фиксированными отключенными цилиндрами, то ответ «да», и способ 500 переходит к шагу 532. Если требуемый крутящий момент двигателя не может быть обеспечен двумя или более группами с фиксированными отключенными цилиндрами (например, требуемый крутящий момент двигателя может быть обеспечен только при отключении цилиндров 2, 3, 5 и 8), то ответ «нет», и способ 500 переходит к шагу 534.
На шаге 532 способ 500 определяет, переходит ли двигатель во второй рабочий диапазон двигателя, раскрытый на шаге 530. Способ 500 может определить, что двигатель переходит во второй рабочий диапазон двигателя, если частота вращения двигателя и нагрузка двигателя изменяются таким образом, что перестают находиться за пределами области второго рабочего диапазона двигателя и перемещаются внутрь области, определяемой вторым рабочим диапазоном двигателя. Если способ 500 определяет, что двигатель переходит во второй рабочий диапазон двигателя, то ответ «да», и способ 500 переходит к шагу 533. В противном случае ответ «нет», и способ 500 переходит к шагу 534.
На шаге 533 способ 500 выбирает новую фиксированную группу цилиндров двигателя для отключения, обеспечивая требуемый крутящий момент двигателя. Например, если двигатель может обеспечить требуемый крутящий момент двигателя с отключенными цилиндрами 2, 3, 5 и 8 или с отключенными цилиндрами 1, 4, 6 и 7, и если двигатель работал с цилиндрами 2, 3, 5 и 8, отключенными в прошлый раз, и двигатель работал во втором рабочем диапазоне двигателя, прежде чем выйти из второго рабочего диапазона двигателя, то для двигателя выбирают отключение цилиндров 1, 4, 6 и 7. Таким образом, фактическое общее количество изменений состояния привода клапана может быть распределено между приводами клапанов различных цилиндров двигателя. Если двигатель может обеспечить требуемый крутящий момент двигателя за счет трех или более различных фиксированных групп цилиндров, то способ 500 может выбрать для отключения фиксированную группу цилиндров, имеющих меньшее количество изменений состояния привода клапана. Таким образом, фактическое общее количество изменений состояния привода клапана может быть уравнено между различными цилиндрами. Затем способ 500 переходит к шагу 535 после определения, какую фиксированную группу цилиндров двигателя следует отключить.
На шаге 534 способ 500 продолжает управлять двигателем с отключенной фиксированной группой цилиндров, которые были отключены, когда двигатель в первый раз перешел во второй рабочий диапазон. Таким образом, как только двигатель переходит во второй рабочий диапазон двигателя и фиксированную группу цилиндров отключают, двигатель продолжает работать с той же самой группой отключенных цилиндров то тех пор, пока двигатель не выйдет из второго рабочего диапазона. Затем способ 500 переходит к шагу 546.
На шаге 535 способ 500 управляет цилиндрами двигателя в соответствии со второй стратегией при работе двигателя во втором рабочем диапазоне, как раскрыто на шаге 540. Кроме того, если двигатель работает во втором рабочем диапазоне двигателя, то фиксированной группой отключенных цилиндров является группа, раскрытая на шаге 544, или способ 500 переходит к отключениям цилиндров, как раскрыто на шаге 545. Цилиндры могут быть отключены на основе требуемого крутящего момента двигателя, требуемой частоты вращения двигателя и требуемой температуры двигателя. Если двигатель работает за пределами диапазона, в котором разрешено отключение цилиндров двигателя, то двигатель работает со всеми включенными цилиндрами двигателя. Затем способ 500 заканчивает свою работу.
Таким образом, способ, показанный на фиг. 5, обеспечивает способ управления двигателем, содержащий шаги, на которых: отключают цилиндры двигателя посредством контроллера в соответствии с первой стратегией отключения цилиндров, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана ниже первого порогового значения; и отключают цилиндры двигателя посредством контроллера в соответствии со второй стратегией отключения цилиндров, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана превышает второе пороговое значение. Способ дополнительно отличается тем, что в соответствии с первой стратегией отключения цилиндров отключают первый цилиндр двигателя и включают второй цилиндр двигателя в течение первого цикла двигателя при работе двигателя по существу с постоянной частотой вращения двигателя, по существу с постоянной нагрузкой и по существу с постоянной температурой, и в соответствии с первой стратегией отключения цилиндров включают первый цилиндр двигателя и отключают второй цилиндр двигателя в течение второго цикла двигателя при работе двигателя по существу с постоянной частотой вращения двигателя, по существу с постоянной нагрузкой и по существу с постоянной температурой.
В некоторых примерах способ дополнительно отличается тем, что в соответствии со второй стратегией отключения цилиндров отключают первую группу цилиндров двигателя в течение первого цикла двигателя при работе двигателя по существу с постоянной частотой вращения двигателя, по существу с постоянной нагрузкой и по существу с постоянной температурой, и в соответствии со второй стратегией отключения цилиндров отключают первую группу цилиндров двигателя в течение второго цикла двигателя при работе двигателя по существу с постоянной частотой вращения двигателя, по существу с постоянной нагрузкой и по существу с постоянной температурой. Способ дополнительно отличается тем, что отключают цилиндры двигателя посредством контроллера в соответствии со второй стратегией отключения цилиндров и в соответствии с первой стратегией отключения цилиндров, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана больше первого порогового значения и меньше второго порогового значения. Способ дополнительно отличается тем, что первая группа цилиндров представляет собой фиксированную группу цилиндров. Способ дополнительно отличается тем, что фактическое общее количество изменений состояния привода клапана выводят на основе имеющихся данных. Способ дополнительно отличается тем, что отключают цилиндры двигателя, если фактическое общее количество изменений состояния привода клапана превышает третье пороговое значение.
Способ, показанный на фиг. 5, дополнительно содержит способ управления двигателем, содержащий шаги, на которых: изменяют перечень цилиндров двигателя, подлежащих отключению, во множестве циклов двигателя при работе двигателя по существу с постоянной температурой и по существу с постоянными частотой вращения и нагрузкой двигателя, посредством контроллера, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана ниже первого порогового значения; и отключают фиксированную группу цилиндров двигателя при работе двигателя по существу с постоянной температурой и по существу с постоянными частотой вращения и нагрузкой двигателя, посредством контроллера, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана выше первого порогового значения. Способ дополнительно отличается тем, что цилиндры двигателя отключают посредством прекращения подачи топлива к отключаемым цилиндрам и удержания в закрытом состоянии впускных и выпускных клапанов отключаемых цилиндров по меньшей мере в течение одного цикла цилиндра.
В некоторых примерах способ дополнительно содержит шаги, на которых изменяют перечень цилиндров двигателя, содержащихся в фиксированной группе цилиндров двигателя, в соответствии с фактическим общим количеством изменений состояния привода клапана. Способ дополнительно отличается тем, что отключают цилиндры двигателя, когда фактическое общее количество изменений состояния привода клапана выше третьего порогового значения. Способ дополнительно отличается тем, что при изменении перечня цилиндров двигателя, подлежащих отключению, отключают первый цилиндр в течение первого цикла двигателя и включают первый цилиндр в течение второго цикла двигателя. Способ дополнительно отличается тем, что изменение состояния привода клапана содержит переход от состояния, при котором привод клапана имеет возможность открытия и закрытия клапана в течение цикла цилиндра, к состоянию, при котором привод клапана удерживает клапан закрытым в течение цикла цилиндра. Способ дополнительно отличается тем, что при изменении перечня цилиндров двигателя, подлежащих отключению, во множестве циклов двигателя, не отключают фиксированную группу цилиндров двигателя во множестве циклов двигателя.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, по меньшей мере часть раскрытых действий, операций и/или функций могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе. Действия управляющей системы могут также изменить рабочее состояние одного или более датчиков или приводов в физическом мире, когда раскрытые действия осуществляются посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования двигателя, совместно с одним или более контроллерами.
Здесь заканчивается раскрытие. Читающим этот документ специалистам в данной области следует учитывать, что возможны многочисленные изменения и модификации без отклонения от духа и объема настоящего изобретения. Например, с целью получения преимуществ, настоящее изобретение может быть применено в двигателях с конфигурацией цилиндров I3, I4, I5, V6, V8, V10 и V12, с возможностью потребления природного газа, бензина, дизельного топлива или с альтернативными конфигурациями потребления топлива.