СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ
ENGINE CYLINDERS OPERATION CONTROL SYSTEM AND METHOD (EMBODIMENTS)

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе и способам выборочной активации и деактивации цилиндров двигателя для экономии топлива при обеспечении требуемого крутящего момента. Система и способы обеспечивают варьирование цилиндров двигателя, в которых осуществляется зажигание, от одного цикла двигателя к следующему циклу двигателя.
Уровень техники и Раскрытие изобретения
Двигатель может содержать множество цилиндров для обеспечения высокого крутящего момента. В условиях высокого запрашиваемого крутящего момента давление впускного коллектора может быть высоким, таким образом, могут быть снижены насосные потери двигателя. Однако в условиях закрытого или частично открытого положения дросселя эффективность двигателя может быть снижена из-за более высоких насосных потерь и низкого теплового КПД. Одним из способов снижения насосных потерь двигателя при сохранении крутящего момента двигателя в условиях высоких нагрузок является выборочная активация и деактивация цилиндров двигателя. Деактивация цилиндров двигателя может осуществляться посредством удерживания впускного и выпускного клапанов в закрытом положении в течение цикла двигателя без впрыска топлива в деактивированные цилиндры. Цилиндры могут быть деактивированы и снова активированы по группам, но, если активация и деактивация цилиндров основаны только на включении и выключении заранее определенных групп и схем цилиндров двигателя, может требоваться хранение в запоминающем устройстве контроллера большого количества групп цилиндров и схем зажигания в цилиндрах двигателя. Поэтому может быть целесообразным предусмотреть способ выбора цилиндров, подлежащих активации или деактивации, не полагаясь на заранее определенные группы или схемы цилиндров.
Авторы настоящего изобретения выявили описанные выше проблемы и разработали способ управления двигателем, содержащий: активацию и деактивацию цилиндра двигателя посредством контроллера в зависимости от доли зажиганий в цилиндре двигателя и остаточного значения, причем остаточное значение основано на доле зажиганий в цилиндре двигателя.
Посредством активации и деактивации цилиндров двигателя в зависимости от доли зажиганий в цилиндре двигателя и остаточного значения, основанного на доле зажиганий в цилиндре двигателя, может быть возможно обеспечение технического результата, заключающегося в варьировании подлежащих деактивации цилиндров, в которых зажигание не осуществляется, без необходимости сохранения большого количества групп или схем зажигания в цилиндрах двигателя. Более конкретно, доля зажиганий в цилиндре может служить основой для расчетов, остаток которых принимает значения между верхним пороговым значением и нижним пороговым значением. Этот остаток обновляется для каждого наиболее позднего события цилиндра (например, такта цилиндра или другого события, связанного с цилиндром), и активацию цилиндров осуществляют или не осуществляют на основе значения, полученного путем суммирования доли зажиганий в цилиндре двигателя и упомянутого остатка. По мере того как указанный остаток изменяется в пределах между верхним пороговым значением и нижним пороговым значением, активацию цилиндров двигателя осуществляют или не осуществляют. Цилиндры двигателя активируют и в них осуществляется сгорание воздуха и топлива с частотой, соответствующей доле зажиганий в цилиндре двигателя.
Настоящее изобретение может обеспечивать ряд преимуществ. Более конкретно, упомянутый подход может упростить деактивацию цилиндров за счет снижения сложности алгоритмов управления активацией цилиндров с пропусками. Кроме того, упомянутый подход обеспечивает плавные переходы между режимами работы двигателя с различными долями зажиганий в цилиндре двигателя. Кроме того, упомянутый подход может обеспечить уменьшение объема используемой памяти контроллера за счет уменьшения количества групп и схем цилиндров двигателя, на основе которых осуществляется активация и деактивация цилиндров двигателя.
Приведенные выше преимущества и другие преимущества, а также признаки настоящего изобретения будут очевидны из последующего Осуществление изобретения, по отдельности или вместе с сопровождаемыми чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Описанные в настоящем документе преимущества могут быть более понятны при рассмотрении примера варианта осуществления, называемого здесь Осуществление изобретения, по отдельности или со ссылками на чертежи, где:
на фиг. 1 представлена блок-схема двигателя;
на фиг. 2А представлена блок-схема восьмицилиндрового двигателя с двумя рядами цилиндров;
на фиг. 2В представлена блок-схема четырехцилиндрового двигателя с одним рядом цилиндров;
на фиг. 3А представлен график первого примера рабочей последовательности;
на фиг. 3В представлен график второго примера рабочей последовательности; и
на фиг. 4 и 5 показаны алгоритмы примера способа управления работой двигателя.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к определению того, какие цилиндры двигателя во время цикла двигателя должны быть активированы с осуществлением сгорания, или быть деактивированными без осуществления сгорания. Упомянутым двигателем может быть двигатель, показанный на фиг. 1-2В. Управление упомянутым двигателем может осуществляться посредством контроллера в соответствии с рабочими последовательностями, показанными на фиг. 3А и 3В. На фиг. 4 и 5 показан способ управления работой двигателя, показанного на фиг. 1-2В, для обеспечения последовательностей, показанных на фиг. 3А и 3В.
Как показано на фиг. 1, управление двигателем 10 внутреннего сгорания, содержащим множество цилиндров, один из которых показан на фиг. 1, осуществляет электронный контроллер 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36, соединенным с коленчатым валом 40.
Камера 30 сгорания показана сообщающейся со впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 посредством, соответственно, впускного клапана 52 и выпускного клапана 54. Управление каждым впускным и выпускным клапанами может осуществляться посредством регулируемого привода 51 впускного клапана и регулируемого привода 53 выпускного клапана, которые могут быть механическими, электрическими, гидравлическими или их сочетаниями. Привод 51 впускного клапана и привод 53 выпускного клапана могут осуществлять открытие впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 синхронно или асинхронно по отношению к коленчатому валу 40. Положение впускного клапана 52 может определяться посредством датчика 55 положения впускного клапана. Положение выпускного клапана 54 может определяться посредством датчика 57 положения выпускного клапана.
Топливная форсунка 66 показана расположенной с возможностью впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, это известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы, впрыск топлива может осуществляться во впускной порт, это известно специалистам в данной области техники как распределенный впрыск. Топливный инжектор 66 может подавать жидкое топливо в количестве, пропорциональном ширине импульсов сигнала от контроллера 12. Подача топлива в топливный инжектор 66 осуществляется посредством топливной системы 175. Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62 (например, поворотной заслонкой), который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха из воздушного фильтра 43 и воздухозаборника 42 во впускной коллектор 44. Дроссель 62 осуществляет регулирование потока воздуха из воздушного фильтра 43 в воздухозаборнике 42 во впускной коллектор 44. В одном из примеров, для обеспечения более высокого давления топлива может быть использована двухступенчатая топливная система высокого давления. В некоторых примерах, дроссель 62 и дроссельная заслонка 64 могут быть расположены между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44, так что дроссель 62 является впускным дросселем.
Система 88 зажигания без распределителя обеспечивает искру зажигания в камеру 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигналы контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода отработавших газов (УДКОГ) показан соединенным с выпускным коллектором 48 перед каталитическим преобразователем 70 по ходу потока. В качестве альтернативы, датчик 126 УКОГ (UEGO) может быть заменен на датчик кислорода отработавших газов с двумя устойчивыми состояниями.
В одном из примеров преобразователь 70 может содержать несколько катализирующих блоков. В другом примере могут быть использованы несколько устройств снижения выбросов, каждое с несколькими блоками. В одном из примеров преобразователь 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в виде обычного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорный блок 102, входные/выходные порты 104, постоянное запоминающее устройство 106 (например, долговременное запоминающее устройство), запоминающее устройство 108 с произвольным доступом, энергонезависимое запоминающее устройство 110, и обычную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы сдатчиков, соединенных с двигателем 10 в том числе, в дополнение к ранее описанным сигналам: сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя ТОЖД (ЕСТ) от температурного датчика 112, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал датчика 134 положения, соединенного с педалью 130 акселератора для измерения усилия, прилагаемого водителем 132; показания давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP) от датчика 122 давления, соединенного со впускным коллектором 44; сигнал положения двигателя от датчика 118 Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; сигнал положения педали тормоза от датчика 154 положения педали тормоза, при нажатии водителем 132 педали 150 тормоза; и показания положения дросселя от датчика 58. Кроме того, для последующей обработки контроллером 12 может быть измерено барометрическое давление (датчик не показан). В предпочтительном аспекте настоящего изобретения датчик 118 положения двигателя выдает заранее определенное количество импульсов с равным интервалом за каждый оборот коленчатого вала, посредством чего можно определить скорость вращения (об/мин) двигателя.
В некоторых примерах, в гибридных транспортных средствах двигатель может быть соединен с электрическим двигателем/аккумуляторной системой. Кроме того, в некоторых примерах могут использоваться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.
Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит четырехтактный цикл: этот цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывается, и открывается впускной клапан 52. Воздух подается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, и поршень 36 перемещается в сторону низа цилиндра для увеличения объема камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится вблизи нижней части цилиндра и в конце своего хода (то есть, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), специалистам в данной области техники обычно известно как нижняя мертвая точка (НМТ). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра для сжатия воздуха в камере 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода, и ближе всего к головке цилиндра (то есть, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объемом), специалистам в данной области техники обычно известно как верхняя мертвая точка (ВМТ). В процессе, в дальнейшем упоминаемый как впрыск, топливо подается в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем упоминаемом как зажигание, впрыскиваемое топливо воспламеняется средством воспламенения, известным в уровне техники, таким как свечи зажигания 92, в результате чего происходит сгорание. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ (BDC). Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня во вращательный крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается для выпуска сгоревшей топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ (TDC). Следует отметить, что выше приведен лишь пример, и что время открытия и/или закрытия впускных и выпускных клапанов может варьироваться, например, для обеспечения открытия клапанов с положительным или отрицательным перекрытием, позднего закрытия впускного клапана, или различных других вариантов.
Обратимся теперь к фиг. 2А, на которой представлен пример многоцилиндрового двигателя, содержащего два блока цилиндров. Упомянутый двигатель содержит цилиндры и сопутствующие компоненты, как показано на фиг. 1. Двигатель 10 содержит восемь цилиндров 210. Каждый из восьми цилиндров пронумерован, и номера цилиндров расположены на фигуре внутри цилиндров. Топливные инжекторы 66 выборочно подают топливо в каждый из цилиндров, которые активированы (т.е. осуществляют сжигание топлива во время цикла двигателя). Цилиндры 1-8 могут быть выборочно деактивированы для улучшения топливной экономичности двигателя, когда требуемый крутящий момент двигателя ниже номинального. Например, в течение цикла двигателя (например, в течение двух оборотов для четырехтактного двигателя) могут быть деактивированы цилиндры 2, 3, 5 и 8 (т.е. схема деактивируемых цилиндров). В течение другого цикла двигателя могут быть деактивированы цилиндры 1, 4, 6 и 7. Кроме того, в зависимости от условий работы транспортного средства могут быть выборочно деактивированы другие схемы цилиндров. Каждый цилиндр содержит регулируемые приводы 51 впускных клапанов и регулируемые приводы 53 выпускных клапанов. Деактивация цилиндра двигателя может осуществляться посредством его регулируемых приводов 51 впускных клапанов и регулируемых приводов 53 выпускных клапанов, удерживающих впускные и выпускные клапаны цилиндров закрытыми в течение цикла цилиндра. Активация цилиндра двигателя может осуществляться посредством его регулируемых приводов 51 впускных клапанов и регулируемых приводов 53 выпускных клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выпускные клапаны цилиндров в течение цикла цилиндра. Двигатель 10 содержит первый ряд 204 цилиндров, который содержит четыре цилиндра 1, 2, 3 и 4. Кроме того, двигатель 10 содержит второй ряд 202 цилиндров, который содержит четыре цилиндра 5, 6, 7 и 8. В течение цикла двигателя цилиндры каждого блока могут быть активированы или деактивированы.
Обратимся теперь к фиг. 2В, на которой представлен пример многоцилиндрового двигателя, содержащего один ряд цилиндров. Упомянутый двигатель содержит цилиндры и сопутствующие компоненты, как показано на фиг. 1. Двигатель 10 содержит четыре цилиндра 210. Каждый из четырех цилиндров пронумерован, и номера цилиндров расположены на фигуре внутри цилиндров. Топливные инжекторы 66 выборочно подают топливо в каждый из цилиндров, которые активированы (т.е. осуществляют сжигание топлива во время цикла двигателя с открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов в течение цикла цилиндра, который активирован). Цилиндры 1-4 могут быть выборочно деактивированы (т.е. не осуществлять сжигание топлива в течение цикла двигателя при удерживании впускных и выпускных клапанов в закрытом положении в течение всего цикла цилиндра, который деактивирован) для улучшения топливной экономичности двигателя, когда требуемый крутящий момент двигателя ниже номинального. Например, в течение цикла двигателя (т.е. в течение двух оборотов для четырехтактного двигателя) могут быть деактивированы цилиндры 2 и 3 (т.е. схема деактивируемых цилиндров). В течение другого цикла двигателя могут быть деактивированы цилиндры 1 и 4. Кроме того, в зависимости от условий работы транспортного средства могут быть выборочно деактивированы другие схемы цилиндров.
Двигатель 10 содержит один ряд 250 цилиндров, который содержит цилиндры 1-4. Цилиндры одного ряда цилиндров могут быть активированы и деактивированы в течение цикла двигателя. Каждый цилиндр содержит регулируемые приводы 51 впускных клапанов и регулируемые приводы 53 выпускных клапанов. Деактивация цилиндра двигателя может осуществляться посредством его регулируемых приводов 51 впускных клапанов и регулируемых приводов 53 выпускных клапанов, удерживающих впускные и выпускные клапаны цилиндров закрытыми в течение цикла цилиндра. Активация цилиндра двигателя может осуществляться посредством его регулируемых приводов 51 впускных клапанов и регулируемых приводов 53 выпускных клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выпускные клапаны цилиндров в течение цикла цилиндра.
Таким образом, система на фиг. 1-2В обеспечивает систему двигателя, содержащую: двигатель, содержащий один или более механизмов деактивации цилиндров; контроллер, содержащий исполняемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для активации цилиндра и осуществления зажигания в цилиндре или для деактивации цилиндра и не осуществления зажигания в цилиндре, в зависимости от значения, основанного на доле зажиганий в цилиндре двигателя и остатке, причем остаток представляет собой значение, основанное на доле зажиганий в цилиндре двигателя и предыдущем остатке, причем предыдущему остатку присвоено заранее определенное начальное значение. Упомянутая система двигателя содержит вариант, в котором доля зажиганий в цилиндре двигателя равна фактическому общему количеству событий зажигания в цилиндре, деленному на фактическое общее количество тактов сжатия цилиндра в течение заранее определенного фактического общего количества тактов сжатия цилиндра. Упомянутая система двигателя содержит вариант, в котором остаток является значением, остающимся после добавления предыдущего остатка к доле зажиганий в цилиндре двигателя; и причем остаток дополнительно уменьшают на 1 при каждом зажигании в цилиндре.
В некоторых примерах упомянутая система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для корректирования предыдущего остатка в ответ на изменение доли зажиганий в цилиндре двигателя, и то, что доля зажиганий в цилиндре двигателя обеспечивает стационарную схему зажигания в цилиндре с базисным цилиндром; и дополнительные инструкции для не корректирования предыдущего остатка в ответ на изменение доли зажиганий в цилиндре двигателя, и то, что доля зажиганий в цилиндре двигателя не обеспечивает стационарную схему зажигания в цилиндре с базисным цилиндром. Упомянутая система двигателя содержит вариант, в котором предусмотрена возможность деактивации цилиндра двигателя посредством удерживания впускного и выпускного клапанов цилиндра в закрытом положении в течение цикла цилиндра. Упомянутая система двигателя содержит вариант, в котором предусмотрена возможность деактивации цилиндра двигателя посредством прекращения подачи топлива в цилиндр двигателя.
Обратимся теперь к фиг. 3А, на которой показаны графики последовательности работы двигателя. Упомянутые три графика выравнены по времени и отображают один и тот же интервал времени. Упомянутую последовательность может обеспечивать система, представленная на фиг. 1 и 2А, содержащая способ, показанный на фиг. 4 и 5, сохраненный в виде исполнимых инструкций в долговременной памяти. Последовательность на фиг. 3А основана на восьмицилиндровом четырехтактном двигателе с порядком зажигания или порядком сгорания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8. Упомянутая доля зажиганий в цилиндре двигателя для этой последовательности составляет 0.333.
Первый сверху график на фиг. 3А является графиком решений об активации (т.е. осуществлении зажигания при открытии и закрытии впускного и выпускного клапанов в течение цикла цилиндра) или деактивации (т.е. отсутствии зажигания при удерживании впускного и выпускного клапанов в закрытом положении в течение цикла цилиндра) цилиндров двигателя в зависимости от номера события двигателя. Событием двигателя может быть совершение такта цилиндра (например, впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска), время открытия или закрытия впускного или выпускного клапанов, время зажигания воздушно-топливной смеси в цилиндре, положение поршня в цилиндре относительно положения коленчатого вала или другое событие, связанное с двигателем. Номер события двигателя соответствует определенному цилиндру. Например, событие двигателя номер один может соответствовать такту сжатия в цилиндре номер один. Событие двигателя номер два может соответствовать такту сжатия в цилиндре номер три.
Решение об активации или деактивации цилиндров и открытии и закрытии впускного и выпускного клапанов цилиндров может быть принято за несколько событий цилиндров (например, одно событие цилиндров, или, в качестве альтернативы, один цикл цилиндра или восемь событий цилиндров для восьмицилиндрового двигателя) до необходимости активации или деактивации цилиндра для обеспечения запаса времени для начала процесса открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов рассматриваемого цилиндра. Например, для восьмицилиндрового двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8 решение об активации или деактивации цилиндра номер семь может быть принято в течение такта впуска или такта сжатия цилиндра номер семь за один цикл двигателя до деактивации цилиндра номер семь. В качестве альтернативы, решение об активации или деактивации цилиндра может быть принято за несколько событий двигателя или событий цилиндра до активации или деактивации выбранного цилиндра. Цилиндр, осуществляющий такт сжатия в момент времени, соответствующий номеру события, активируют, если значение решения о зажигании, обозначенное кругом, равно единице. Цилиндр, осуществляющий такт сжатия в момент времени, соответствующий номеру события, не активируют, если значение решения о зажигании, обозначенное кругом, равно нулю. По вертикальной оси обозначено решение о зажигании, и по горизонтальной оси обозначен номер события или фактическое общее количество событий цилиндров.
На втором сверху графике на фиг. 3А показана зависимость остаточного значения от номера события цилиндра или фактического общего количества событий цилиндра. Упомянутое остаточное значение и способ его вычисления более подробно раскрыт со ссылкой на фиг. 4 и 5. Вертикальная ось является осью упомянутого остаточного значения. По горизонтальной оси обозначен номер события цилиндра или фактическое общее количество событий цилиндров.
На третьем сверху графике на фиг. 3А показана зависимость номеров цилиндров, которые соответствуют решениям о зажигании, показанным на первом сверху графике на фиг. 3. По вертикали обозначен номер цилиндра, для которого в настоящее время осуществляется оценка. По горизонтальной оси обозначен номер события цилиндра или фактическое общее количество событий цилиндров. Сплошными закрашенными кругами показаны активные цилиндры, в которых в течение цикла цилиндра осуществляется сгорание. Незакрашенными кругами показаны неактивные цилиндры, в которых в течение цикла цилиндра сгорание не осуществляется.
В этом примере, первое событие двигателя соответствует цилиндру номер три, как показано кругом 310. В цилиндре номер три осуществляется зажигание, как показано закрашенным кругом 310, и решением зажигания, обозначенным 312 и равным единице. Упомянутое остаточное значение, соответствующее первому событию двигателя, равно нулю, как показано кругом 314. Второе событие двигателя соответствует цилиндру номер семь, как показано кругом 320. В цилиндре номер семь зажигание не осуществляется, как показано незакрашенным кругом 320, и решением зажигания, обозначенным 322 и равным нулю. Упомянутое остаточное значение, соответствующее второму событию двигателя, равно 0.333 (т.е. 1, деленная на 3), как показано кругом 324. Третье событие двигателя соответствует цилиндру номер два, как показано кругом 332. Цилиндр номер два также деактивирован и в нем не осуществляется зажигание, как показано незакрашенным кругом 332, и решением зажигания, обозначенным 336 и равным нулю. Упомянутое остаточное значение для этого события равно 0.667 (т.е. 2, деленное на 3), как показано кругом 334.
Решения о зажигании для оставшихся цилиндров следуют аналогичным правилам. Как видно, цилиндры двигателя активированы и осуществляют зажигание три раза за каждые девять тактов сжатия, таким образом, двигатель поддерживает требуемое значение доли зажиганий в цилиндре двигателя, равное 0.333. Упомянутое остаточное значение приращивают для каждого события зажигания, и, если итоговое остаточное значение меньше единицы, соответствующий цилиндр деактивируют. Каждый раз, когда остаток превышает единичное значение, соответствующий цилиндр активируют и в нем осуществляется зажигание, и остаточное значение уменьшают на величину, равную 1. Упомянутая доля зажиганий в цилиндре двигателя, равная 0.333, соответствует нестационарной схеме, так активируемые цилиндры меняются от одного цикла двигателя к другому. Кроме того, базисный цилиндр не выбирают, поскольку активируемые цилиндры меняются от одного цикла двигателя к другому. По нестационарной схеме в течение одного или более циклов цилиндров зажигание может осуществляться во всех цилиндрах двигателя.
Обратимся теперь к фиг. 3В, на которой показаны графики последовательности работы двигателя. Упомянутые три графика выравнены по времени и отображают один и тот же интервал времени. Упомянутую последовательность может обеспечивать система, представленная на фиг. 1 и 2А, содержащая способ, показанный на фиг. 4 и 5, сохраненный в виде исполнимых инструкций в долговременной памяти. Последовательности на фиг. 3В основаны на восьмицилиндровом четырехтактном двигателе с порядком зажигания или порядком сгорания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8. Упомянутая доля зажиганий в цилиндре двигателя для этой последовательности составляет 0.5.
На первом сверху графике на фиг. 3В показана зависимость решения об активации или деактивации цилиндров двигателя от номера события двигателя. По вертикальной оси обозначено решение о зажигании, и по горизонтальной оси обозначен номер события двигателя или фактическое общее количество событий двигателя.
На втором сверху графике на фиг. 3В показана зависимость упомянутого остаточного значения от номера события двигателя или фактического общего количества событий двигателя. Упомянутое остаточное значение и способ его вычисления более подробно раскрыт со ссылкой на фиг. 4 и 5. Вертикальная ось является осью упомянутого значения остатка. По горизонтальной оси показано число событий двигателя или фактическое общее количество событий цилиндров.
Третий сверху график на фиг. 3В является графиком номеров цилиндров, которые соответствуют решениям о зажигании, показанным на первом сверху графике на фиг. 3. По вертикальной оси показан номер цилиндра для рассматриваемого события двигателя. По горизонтальной оси обозначен номер события цилиндра или фактическое общее количество событий цилиндров. Сплошными закрашенными кругами показаны активные цилиндры, в которых в течение цикла цилиндра осуществляется сгорание. Незакрашенными кругами показаны неактивные цилиндры, в которых в течение цикла цилиндра сгорание не осуществляется.
В этом примере первое событие двигателя соответствует цилиндру номер один, как показано кругом 352. В цилиндре номер один осуществляется зажигание, как показано закрашенным кругом 352 и решением зажигания, показанным кругом 354, равным единице. Упомянутое остаточное значение, соответствующее первому событию двигателя, равно нулю, как показано кругом 356. Второе событие двигателя соответствует цилиндру номер три, как показано кругом 360. Цилиндр номер три деактивирован и зажигание в нем не осуществляется, как показано незакрашенным кругом 360, и решением зажигания, показанным кругом 362, равным нулю. Упомянутое остаточное значение, соответствующее второму событию двигателя, равно 0.5, как показано кругом 364. Решения о зажигании для оставшихся цилиндров следуют аналогичным правилам.
Как видно, цилиндры двигателя активированы и в них осуществляется зажигание пять раз за каждые десять тактов сжатия, таким образом, двигатель поддерживает требуемое значение доли зажиганий в цилиндре двигателя, равное 0.5. Каждый раз, когда упомянутое остаточное значение превышает единичное значение, соответствующий цилиндр активируют и в нем осуществляется зажигание, и остаточное значение уменьшают на величину, равную 1. Таким образом, сохраненное в запоминающем устройстве остаточное значение варьируется от нуля до единицы. Упомянутая доля зажиганий в цилиндре двигателя, равная 0.5, является стационарной схемой, так как активируемые цилиндры не меняются от одного цикла двигателя к другому. Например, в цилиндрах 1, 6, 7 и 4 всегда осуществляется зажигание, в то время как в цилиндрах 2, 3, 5 и 8 зажигание не осуществляется ни в какое время в течение этой последовательности. В стационарной схеме любой из цилиндров, в котором осуществляется зажигание, может быть выбран в качестве базисного цилиндра. Инициализация последовательности может быть основана на первом зажигании в базисном цилиндре. В настоящем примере базисным цилиндром может быть цилиндр номер один.
Обратимся теперь к фиг. 4 и 5 на которых представлен алгоритм, описывающий активацию и деактивацию цилиндров двигателя, рабочее состояние которых может изменяться каждый цикл цилиндра. Способ, описанный со ссылкой на фиг. 4 и 5, может быть реализован в виде системы, представленной на фиг. 1-2В, и может быть использован совместно с ней. Кроме того, по меньшей мере, части способа фиг. 4 и 5 могут быть реализованы в виде исполнимых инструкций, сохраненных в долговременной памяти, в то время как другие части способа могут быть выполнены посредством контроллера, изменяющего рабочие состояния устройств и исполнительных механизмов в реальном мире. Способ 400 содержит управление работой цилиндра на основе событий, как показано ниже. Управление работой цилиндра на основе событий может быть инициировано посредством аппаратных прерываний, обеспечиваемых датчиком положения двигателя или сигналом, основанным на входных данных от датчика положения двигателя.
На этапе 402 способ 400 содержит оценку того, запрашивается ли остановка двигателя. Остановка двигателя может быть запрошена водителем нажатием кнопки или поворотом ключа. Кроме того, остановка двигателя может быть запрошена контроллером в зависимости от различных условий работы транспортного средства. Если по способу 400 определено, что запрос остановки двигателя существует, способ 400 переходит к завершению. В противном случае, способ 400 переходит к этапу 404.
На этапе 404 способ содержит 400 определение наличия нового события двигателя. Новое событие двигателя может произойти по мере вращения двигателя и прохождения цилиндрами двигателя соответствующих тактов (например, впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска). В течение цикла двигателя (т.е. двух оборотов) для каждого цилиндра двигателя происходит одно событие двигателя. Таким образом, в восьмицилиндровом двигателе на каждые два оборота двигателя приходится восемь событий двигателя. Событием двигателя может быть, например, начало или завершение цилиндром определенного такта (например, впуска, сжатия, рабочего хода или выпуска), время открытия или закрытия клапана цилиндра, положение поршня в цилиндре относительно положения коленчатого вала, время зажигания или начала сгорания в цилиндре, или другое событие, связанное с цилиндром. Если по способу 400 определено, что событие цилиндра произошло, способ 400 подходит к этапу 406. В противном случае, способ 400 возвращается к этапу 402.
На этапе 406 способ содержит определение условий работы транспортного средства. Условия работы могут содержать, в том числе, но не ограничиваясь, запрашиваемый крутящий момент, скорость вращения двигателя и скорость транспортного средства. Упомянутый запрашиваемый крутящий момент может быть основан на положении педали акселератора и скорости транспортного средства. Например, положение педали акселератора и скорость транспортного средства могут служить основой для составления таблицы, или функции, в запоминающем устройстве контроллера. Таблица, или функция, выдает запрашиваемый крутящий момент двигателя на основе эмпирически определенных значений, сохраненных в таблице. Способ 400 переходит к этапу 408.
На этапе 408 способа 400 осуществляется определение требуемой доли зажиганий в цилиндре двигателя. Упомянутая требуемая доля зажиганий в цилиндре двигателя равна фактическому общему количеству событий зажигания в цилиндре, деленному на фактическое общее количество тактов сжатия цилиндра в течение заранее определенного фактического общего количества тактов сжатия цилиндра. В одном из примеров, определение требуемой доли зажиганий в цилиндре двигателя осуществляется на основе запрашиваемого крутящего момента двигателя. Более конкретно, допустимые значения доли зажиганий в цилиндре двигателя могут быть сохранены в таблице или функции, которая может быть составлена в зависимости от требуемого крутящего момента двигателя и скорости вращения двигателя. Значения доли зажиганий в цилиндре двигателя, которые могут обеспечивать запрашиваемый крутящий момент двигателя, могут быть частью группы возможных значений доли зажиганий в цилиндре двигателя. Кроме того, требуемая доля зажиганий в цилиндре двигателя может быть исключена из группы возможных значений доли зажиганий в цилиндре двигателя на основе других условий работы транспортного средства. Например, некоторые значения доли зажиганий в цилиндре двигателя могут быть исключены из упомянутой группы, если эти значения доли зажиганий в цилиндре двигателя приводят к высокому уровню вибраций двигателя. Затем, для обеспечения требуемой доли зажиганий в цилиндре двигателя из группы возможных значений доли зажиганий в цилиндре двигателя может быть выбрана доля зажиганий в цилиндре двигателя, которая обеспечивает наименьшее количество активированных цилиндров в течение цикла двигателя. Таким образом, из группы с большим количеством значений доли зажиганий в цилиндре двигателя может быть выбрано единственное требуемое значение доли зажиганий в цилиндре двигателя. После определения требуемой доли зажиганий в цилиндре двигателя способ 400 переходит к этапу 410.
На этапе 410 способ 400 содержит определение того, изменилась ли доля зажиганий с момента последнего события двигателя. Если ответ положительный, способ 400 переходит к этапу 412. В противном случае, ответ отрицательный, и способ 400 переходит к этапу 450. Например, если ближайшее предыдущее значение доли зажиганий в цилиндре двигателя составляло 0.333, и значение доли зажиганий в цилиндре двигателя для текущего события двигателя составляет 0.5, то ответ положительный, и способ переходит к этапу 412. В противном случае, ответ отрицательный, и способ 400 переходит к этапу 450.
На этапе 450 способ 400 содержит принятие решения об активации цилиндра и зажигании, в соответствии со способом на фиг. 5. После решения об активации цилиндра и зажигании способ 400 возвращается к этапу 402.
На этапе 412 способ 400 содержит определение того, соответствует ли требуемая доля зажиганий в цилиндре двигателя стационарной схеме с базисным цилиндром. В одном из примеров, каждое значение доли зажиганий в цилиндре двигателя, сохраненное в таблице или функции на этапе 408, содержит сопутствующие атрибуты, указывающие на то, соответствует ли эта доля зажиганий в цилиндре двигателя стационарной схеме с базисным цилиндром. Например, значение упомянутого атрибута может быть единицей, если доля зажиганий в цилиндре двигателя соответствует стационарной схеме с базисным цилиндром. Упомянутый атрибут может иметь нулевое значение, если доля зажиганий в цилиндре двигателя не соответствует стационарной схеме с базисным цилиндром. Способ 400 содержит определение того, соответствует ли требуемая доля зажиганий в цилиндре двигателя стационарной схеме, на основе значений упомянутых атрибутов. Если по способу 400 определено, что доля зажиганий в цилиндре двигателя соответствует стационарной схеме, ответ положительный, и способ 400 переходит к этапу 444. В противном случае, ответ отрицательный, и способ 400 переходит к этапу 414.
На этапе 414 способ 400 содержит определение количества событий двигателя, для которых следует пропустить зажигание (т.е., тактов сжатия двигателя, при которых цилиндры деактивированы). Более конкретно, способ 400 содержит определение целого числа событий двигателя с пропусками (т.е., отсутствием активации цилиндров и зажигания в них) перед активацией цилиндров и осуществлением в них зажигания, на основе уравнения:
где Е1 является целым числом событий двигателя с пропусками, floor является функцией округления в меньшую сторону до ближайшего целого числа (например, floor (аргумент) равно -2, если аргумент равен -1.7), max - это функция, возвращающая максимальное значение из группы значений (например, max (-1,0) возвращает нулевое значение), и previous_remainder это значение ближайшего предыдущего остатка, соответствующего ближайшему предыдущему событию двигателя. Например, если цилиндром, соответствующим текущему событию двигателя, является цилиндр номер один двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8, то предыдущее остаточное значение соответствует остатку для цилиндра номер восемь, соответствующему последнему событию двигателя. Способ 400 переходит к этапу 416.
На этапе 416 способ 400 содержит определение того, выполняется ли неравенство, что Е1 больше или равно нулю. Если это так, ответ положительный, и способ 400 переходит к этапу 420. В противном случае, ответ отрицательный, и способ 400 переходит к этапу 430.
На этапе 420 способ 400 содержит принятие решения об активации цилиндра и осуществлении зажигания для цилиндра, соответствующего настоящему событию двигателя. Например, если настоящим событием двигателя является такт сжатия для цилиндра номер один двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8, то цилиндр номер три может быть активирован, и может осуществляться зажигание, поскольку цилиндр номер три находится в порядке зажигания двигателя на удалении на заранее определенное количество событий от первого цилиндра (например, на удалении в одно событие двигателя). В качестве альтернативы, цилиндр номер один может быть активирован в следующий цикл цилиндра, и в нем может осуществляться зажигание. Способ 400 переходит к этапу 422.
На этапе 422 способа 400 значение остатка изменяют на нулевое. Таким образом, остаток принимает новое значение, и становится новым остатком для текущего события двигателя. Упомянутый новый остаток становится предыдущим остатком для следующего события двигателя. Способ 400 возвращается к этапу 402.
На этапе 430 способ 400 содержит принятие решение о том, чтобы не активировать цилиндр и не осуществлять в нем зажигание, для цилиндра, соответствующего настоящему событию двигателя. Например, если настоящим событием двигателя является такт сжатия для цилиндра номер один двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8, то цилиндр номер три может не быть активирован, и зажигание может не осуществляться, поскольку цилиндр номер три находится в порядке зажигания двигателя на удалении на заранее определенное количество событий от первого цилиндра (например, на удалении в одно событие двигателя). В качестве альтернативы, в следующий цикл цилиндра активация цилиндра номер один и зажигание в нем могут не осуществляться. Способ 400 переходит к этапу 432.
На этапе 432 способа 400 значение остатка определяют на основе следующего уравнения:
где New_remainder является значением нового остатка, max является функцией, возвращающей максимальное значение из группы значений, desiredFF является требуемой долей зажиганий в цилиндре двигателя, определенной на этапе 408, и Е1 является целым числом событий двигателя с пропуском. Текущее значение остатка принимает новое значение, и становится новым остатком для текущего события двигателя. Упомянутый новый остаток становится предыдущим остатком для следующего события двигателя. Упомянутый новый остаток и остаток являются действительными числами. Способ 400 возвращается к этапу 402.
На этапе 440 способ 400 содержит определение фактического общего количества событий двигателя после базисного цилиндра. Например, если текущим событием двигателя является цилиндр номер 6 двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8 и базисным цилиндром является цилиндр номер 3, упомянутое фактическое общее количества событий двигателя после базисного цилиндра равно трем. Упомянутое фактическое общее количество событий двигателя после базисного цилиндра может быть сохранено в виде переменной Е2. Способ 400 переходит к этапу 442.
На этапе 442 способ 400 содержит определение основы для определения предыдущего значения остатка. Упомянутая основа для определения предыдущего остатка может быть переменной Х1, и может быть определена из следующего уравнения:
где Х1 является переменной основы для определения предыдущего остаточного значения, mod является функцией деления первого аргумента на второй аргумент, возвращающей целочисленный остаток деления (например, mod(аргумент1, аргумент2)), Е2 является фактическим общим количеством событий двигателя после базисного цилиндра, и Ncyl является количеством цилиндров двигателя. Способ 400 переходит к этапу 444.
На этапе 444 способ 400 содержит определение значения предыдущего остатка, частично основываясь на фактическом общем количестве событий двигателя после базисного цилиндра, определенном на этапе 440. Упомянутое предыдущее остаточное значение определяют из следующего уравнения:
где previous_remainder является значением ближайшего предыдущего остатка для ближайшего предшествующего события, mod является функцией деления первого аргумента на второй аргумент, возвращающей целочисленный остаток деления (например, mod(аргумент1, аргумент2)), Х1 является переменной, описанной для этапа 442, и Ncyl является количеством цилиндров двигателя. После определения предыдущего остатка способ 400 переходит к этапу 414.
Как показано на фиг. 5, способ 500 содержит получение требуемой доли зажиганий в цилиндре двигателя, определенной на этапе 408, из запоминающего устройства контроллера, и способ 500 переходит к этапу 504.
На этапе 504 способа 500 значение предыдущего остатка последнего события зажигания прибавляют к требуемой доле зажиганий в цилиндре двигателя. Способ 500 переходит к этапу 506.
На этапе 506 способ 500 содержит определение того, выполняется ли неравенство, что результат сложения предыдущего остатка с долей зажиганий в цилиндре двигателя больше или равен единице. Если это так, ответ положительный, и способ 500 переходит к этапу 520. В противном случае, ответ отрицательный, и способ 500 переходит к этапу 510.
На этапе 520 способ 500 содержит обновление схемы зажигания в цилиндрах для активации цилиндра и осуществления зажигания в цилиндре, соответствующем событию двигателя для следующего цикла двигателя, или более раннему. Например, если цилиндром, соответствующим текущему событию двигателя, является цилиндр номер один двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8, то в течение следующего цикла цилиндра активируют цилиндр номер один, и в нем осуществляется зажигание. В качестве альтернативы, может быть активирован цилиндр, удаленный от текущего цилиндра на заранее определенное количество событий зажигания. Например, если цилиндром, соответствующим текущему событию двигателя, является цилиндр номер один двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8, то в течение текущего цикла цилиндра может быть активирован цилиндр номер два, и в нем может осуществляться зажигание. Способ 500 переходит к этапу 522.
На этапе 522 способ 500 содержит определение значения нового остатка. По способу 500 остаточное значение определяют из следующего уравнения:
где New_remainder является значением нового остатка, desiredFF является требуемой долей зажиганий в цилиндре двигателя, определенной на этапе 408, и previous_remainder является значением ближайшего предыдущего остатка для ближайшего предшествующего события двигателя. Способ 500 возвращается к этапу 450 на фиг. 4.
На этапе 510 способ 500 содержит деактивацию цилиндра, и не осуществление в нем зажигания для текущего/следующего события двигателя в порядке зажигания двигателя. Например, если цилиндром, соответствующим текущему событию двигателя, является цилиндр номер один двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8, то цилиндр номер один в течение следующего цикла цилиндра не активируют, и зажигание в нем не осуществляется. В качестве альтернативы, может быть активирован цилиндр, удаленный от текущего цилиндра на заранее определенное количество событий зажигания. Например, если цилиндром, соответствующим текущему событию двигателя, является цилиндр номер один двигателя с порядком зажигания 1, 3, 7, 2, 6, 5, 4, 8, то в течение текущего цикла двигателя цилиндр номер два может быть не активирован, и в нем может не осуществляться зажигание. Способ 500 переходит к этапу 512.
На этапе 512 способ 500 содержит определение значения нового остатка. По способу 500 остаточное значение определяют из следующего уравнения:
где New_remainder является значением нового остатка, desiredFF является требуемой долей зажиганий в цилиндре двигателя, определенной на этапе 408, и previous_remainder является значением ближайшего предыдущего остатка для ближайшего предшествующего события двигателя. Способ 500 возвращается к этапу 450 на фиг. 4.
Таким образом, способы на фиг. 4 и 5 обеспечивают способ управления двигателем, содержащий: активацию и деактивацию цилиндра двигателя посредством контроллера в зависимости от доли зажиганий в цилиндре двигателя и остаточного значения, причем остаточное значение основано на доле зажиганий в цилиндре двигателя. Упомянутый способ содержит вариант, в котором деактивацию цилиндра двигателя осуществляют посредством удерживания впускного и выпускного клапанов цилиндра в закрытом положении в течение цикла цилиндра. Упомянутый способ содержит вариант, в котором деактивацию цилиндра осуществляют посредством прекращения подачи топлива в цилиндр двигателя. Упомянутый способ дополнительно содержит корректирование остаточного значения в ответ на событие цилиндра, причем событие цилиндра - это событие, связанное с работой цилиндра. Упомянутый способ содержит вариант, в котором событием, связанным с работой цилиндра, является положение поршня в цилиндре или такт цилиндра. Упомянутый способ содержит вариант, в котором доля зажиганий в цилиндре двигателя равна фактическому общему количеству событий зажигания в цилиндре, деленному на фактическое общее количество тактов сжатия цилиндра в течение заранее определенного фактического общего количества тактов сжатия цилиндра. Упомянутый способ содержит вариант, в котором остаток является значением, остающимся после добавления предыдущего остатка к доле зажиганий в цилиндре двигателя, причем предыдущему остатку присваивают заранее определенное начальное значение.
Кроме того, способы на фиг. 4 и 5 обеспечивают способ управления двигателем, содержащий: обеспечение доли зажиганий в цилиндре двигателя посредством контроллера на основе требуемого крутящего момента двигателя; корректирование предыдущего остаточного значения в ответ на изменение доли зажиганий в цилиндре двигателя, и то, что доля зажиганий в цилиндре двигателя обеспечивает стационарную схему зажигания в цилиндре с базисным цилиндром, причем предыдущее остаточное значение не корректируют в ответ на изменение доли зажиганий в цилиндре двигателя и то, что доля зажиганий в цилиндре двигателя не обеспечивает стационарную схему зажигания в цилиндре с базисным цилиндром; и осуществление зажигания или не осуществление зажигания в цилиндре двигателя посредством контроллера в зависимости от предыдущего остаточного значения.
В некоторых примерах упомянутый способ содержит вариант, в котором зажигание в цилиндре двигателя осуществляют посредством подачи искры в цилиндр двигателя, и дополнительно содержит: активацию цилиндра двигателя посредством открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов цилиндра двигателя в течение цикла цилиндра двигателя, при котором в цилиндре двигателя осуществляют зажигание. Упомянутый способ дополнительно содержит деактивацию цилиндра двигателя посредством удерживания впускного и выпускного клапанов цилиндра в закрытом положении в течение цикла цилиндра двигателя, при котором в цилиндре двигателя не осуществляют зажигание. Упомянутый способ содержит вариант, в котором зажигание в цилиндре двигателя осуществляют тогда, когда округленное значение больше нуля, и причем зажигание в цилиндре двигателя не осуществляют, когда округленное значение меньше нуля. Упомянутый способ дополнительно содержит отсутствие корректирования предыдущего остатка в ответ на отсутствие изменения доли зажиганий в цилиндре двигателя. Упомянутый способ содержит вариант, в котором корректирование предыдущего остатка содержит корректирование предыдущего остатка для базисного цилиндра.
Необходимо отметить, что примеры приведенных здесь алгоритмов управления и оценки могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти, и могут исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и тому подобные. Таким образом, различные описанные действия, процессы и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, могут быть опущены. Аналогично, такой порядок обработки не обязателен для достижения преимуществ и реализации признаков, раскрытых в настоящей заявке примеров осуществления, но приведен для простоты графического представления и описания. Одно или более описанных действий, процессов и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Более того, описанные действия, процессы и/или функции могут графически представлять код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления. Управляющие действия могут дополнительно изменять рабочее состояние одного или более датчиков или исполнительных устройств в физическом мире, когда описанные действия осуществляются путем выполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с одним или несколькими контроллерами.
На этом описание завершено. Специалисту в уровне техники должны быть очевидны множество возможных изменений и модификаций, не отступающих за пределы объема и духа настоящего изобретения. Например, преимущества данного изобретения можно использовать для рядного трехцилиндрового, рядного четырехцилиндрового, рядного пятицилиндрового, V-образного шестицилиндрового, V-образного восьмицилиндрового, V-образного десятицилиндрового и V-образного двенадцатицилиндрового, работающих на природном газе, бензине, дизельном топливе или в альтернативных топливных конфигурациях.