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CN1821560A - 补偿随选排量系统由于老化产生的响应偏移 - Google Patents

补偿随选排量系统由于老化产生的响应偏移 Download PDF

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Abstract

一种用于在随选排量发动机中控制发动机在激活和去活模式下的操作的响应时间补偿系统包括一个LOMA系统和一个计数模块，该LOMA系统调整受压的流体流以在激活和去活模式之间切换发动机的操作，该计数模块监控该LOMA系统的周期数。基于该周期数，一个响应因数模块确定该LOMA系统的响应因数，并且基于该响应因数，一个补偿模块生成LOMA系统的被补偿的响应时间。

Description

补偿随选排量系统由于老化产生的响应偏移
技术领域
本发明涉及内燃机，并且更特别的是涉及控制随选排量(displacement on demand)发动机中的发动机运行的发动机控制系统。
背景技术
某些内燃机包括发动机控制系统，其在特定的低负载运行状态下使汽缸不起作用。比如，使用四个汽缸，操作一个八汽缸的发动机，以通过减少泵动损失(pumping loss)来提高燃料经济性。该过程通常被称为随选排量或DOD。使用所有发动机汽缸的操作被称为激活模式。去活模式指的是使用少于所有发动机汽缸(一个或多个汽缸不起作用)的操作。
在去活模式下，有较少的点火汽缸。从而，可以使用较小的驱动扭矩来驱动车辆的动力传动系统和附件(例如交流发电机、冷却剂泵、A/C压缩机)。但是，因为不起作用的汽缸不接收和压缩新鲜的吸入空气，所以减少了空气泵动损失，从而提高了发动机的效率。
实施挺杆油管组件(lifter oil manifold assembly(LOMA))来激活和去活选择的发动机汽缸。该LOMA包括一系列与相应汽缸关联的挺杆和螺线管。有选择地激励螺线管，以使液压流体流到挺杆以抑制阀门挺杆操作，从而使相应的汽缸不起作用。
基于螺线管、液压系统、挺杆和其他的LOMA部件的物理特性，一个控制系统产生LOMA系统响应时间估计。当激活或去活汽缸时，实施该响应时间估计来抑制误时误差。传统上，响应时间估计是基于使用模拟的或实际的LOMA系统测试产生的测试或定时数据。然而，该测试或定时数据无法解决由于部件老化而产生的响应时间偏差。
发明内容
因此，本发明提供了一种响应时间补偿系统，用于在随选排量发动机中控制发动机在激活和去活模式下运行。该响应时间补偿系统包括一个挺杆油管组件(LOMA)系统和一个计数模块，该挺杆油管组件(LOMA)系统调节受压液流以便在激活和去活模式之间切换发动机的运行，该计数模块监控LOMA系统的周期数。基于该周期数，一个响应因数模块确定LOMA系统的响应因数，并且基于该响应因数，一个补偿模块生成LOMA系统的被补偿的响应时间。
在一个特征里，基于周期数，从查找表中确定响应因数。
在另一个特征里，响应时间估计模块生成一个所估计的响应时间。补偿模块将被补偿的响应时间确定为响应因数和所估计的响应时间的积。
在另一个特征里，根据被补偿的响应时间，一个控制模块调节LOMA系统的运行。
从下文提供的详细描述中，本发明应用的其他方面将显而易见。应该知道虽然在描述本发明的优选实施例时，这些详细的描述和特定的例子仅是为了描述起见，而不是有意限制本发明的范围。
附图说明
从详细的描述和附图中，本发明将被更充分地理解，其中：
图1是一个功能方框图，示出了根据本发明的车辆的动力系，该车辆的动力系包括一个随选排量(DOD)发动机控制系统；
图2是DOD发动机的局部剖面图，示出了一个挺杆油管组件(LOMA)和进气阀门系(valvetrain)；
图3是示出了一个典型的LOMA系统的响应时间测试数据的曲线图；
图4是示出了由本发明的响应时间补偿控制系统实现的响应因数的曲线图；
图5是一个流程图，示出了本发明的响应时间补偿控制；和
图6是一个功能方框图，示出了执行本发明的响应时间补偿控制的一个示意性模块。
具体实施方式
优选实施例的下列描述只不过本质上是示意性的，而决不是意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，图中使用相同的参考数字，以指示相同的元件。如在这里所使用的，激活指的是使用所有发动机汽缸的操作。去活指的是使用少于所有发动机汽缸(一个或多个汽缸不起作用)的操作。如在这里所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其他提供所述功能的合适的部件。
现在参照图1，车辆10包括驱动变速器14的发动机12。变速器14是一个自动的或者手动的变速器，由发动机12通过相应的变扭器或离合器16驱动该变速器。空气通过节气门13进入发动机12内。发动机12包括N个汽缸18。在发动机工作期间，有选择地使一个或多个选择的汽缸18’不起作用。尽管图1描述了八汽缸(N＝8)，但是应该知道，发动机12可以包括更多的或更少的汽缸18。比如，具有4、5、6、8、10、12和16个汽缸的发动机是预期的。空气通过一个进气管20进入发动机12内，并和燃料一起在汽缸18内燃烧。该发动机也包括一个挺杆油管组件(LOMA)22，该挺杆油管组件(LOMA)22使选择的汽缸18’不起作用，如在下文中进一步详细描述。
控制器24与发动机和如在此讨论的各种输入和传感器进行通信。一个车辆操作人员操作加速器踏板26来调整节气门13。更具体地是，踏板位置传感器28产生一个踏板位置信号，该踏板位置信号被传送给控制器24。基于该踏板位置信号，控制器24产生一个节气门控制信号。基于该节气门控制信号，一个节气门传动机构(未示出)调节节气门13来调整流进发动机12内的空气。
车辆操作人员操作制动踏板30来调整车辆的制动。更具体地，制动位置传感器32产生一个制动踏板位置信号，该制动踏板位置信号被传送给控制器24。基于该制动踏板位置信号，控制器24产生一个制动控制信号。基于该制动控制信号，一个制动系统(未示出)调节车辆制动来调整车辆的速度。基于发动机的速度，发动机速度传感器34产生一个信号。基于进气管20的压力，进气管绝对压力(MAP)传感器36产生一个信号。基于节气门位置，节气门位置传感器(TPS)38产生一个信号。
当发动机12进入一个启动去活模式的工作点时，控制器24将发动机12转换到去活模式。在一个示例性的实施例里，N/2个汽缸18不起作用，尽管一个或更多的汽缸可以不起作用。一去活选择的汽缸18’，控制器24增加剩余的或激活的汽缸18的功率输出。去活的汽缸18’的进气和排气口(未示出)被关闭以减少泵动损失。
基于进气MAP、汽缸模式和发动机速度，确定发动机负载。更特别地是，如果MAP低于给定RPM的阈值，则发动机负载被认为是轻的，并且发动机12可能运行在去活模式下。如果MAP高于给定RPM的阈值，发动机负载被认为是重的，并且发动机12运行在激活模式下。基于螺线管控制，控制器24控制LOMA 22，如在下文中进一步详细描述。
现在参照图2，发动机12的进气阀门系40包括一个进气阀门42、一个摇杆44和与每个汽缸18关联的推杆46。发动机12包括一个可旋转驱动的凸轮轴48，其具有沿其布置的多个阀凸轮50。阀凸轮50的凸轮面52与挺杆(下面详细讨论的)和推杆46接合，以使进气阀门42位于其内的进气口53循环地打开和关闭。通过一个偏置元件(未示出)、诸如弹簧，使进气阀门42偏置于关闭位置。从而，通过摇杆44把偏置力传递到推杆46，使得推杆46压靠在凸轮面52上。
随着凸轮轴48旋转，阀凸轮50引起相应的推杆46线性运动。随着推杆46向外运动，摇杆44绕着轴(A)旋转。摇杆44的旋转使进气阀门42朝打开位置运动，从而打开进气口53。随着凸轮轴48连续旋转，偏置力使进气阀门42运动到关闭位置。以这种方式，进气口53被循环地打开以允许空气进入。
尽管发动机12的进气阀门系40如图2所示，但是应该知道发动机12也包括以类似方式运行的一个排气阀门系(未示出)。更具体地，该排气阀门系包括排气阀门、摇杆和与每个汽缸18关联的推杆。凸轮轴48的旋转导致排气阀门往复运动，以打开和关闭相关的排气口，与上面针对进气阀门系所述的类似。
LOMA22提供受压流体给多个挺杆54，并包括与选择的汽缸18’(见图1)关联的螺线管56(示意性示出)。当在去活模式下操作发动机12时，选择的汽缸18’是那些不起作用的汽缸。挺杆54被布置在进气和排气阀门系内，以在凸轮50和推杆46之间提供一个接口。更具体地说，挺杆54有选择地使相应的推杆46产生线性运动。一般来说，对每个选择的汽缸18’来说，都提供两个挺杆54(一个挺杆用于进气阀门42，而一个挺杆用于排气阀门)。不过可以预料到有更多的挺杆54与每个选择的汽缸18’关联(也就是说，每个汽缸18’多个进气或排气阀门)。LOMA 22还需要一个压力传感器58，该压力传感器58产生压力信号，该压力信号指示供应给LOMA 22的液压流体的压力。可以预料到能实现一个或多个压力传感器22。
与选择的汽缸18’关联的每一个挺杆54都在第一和第二模式之间液压驱动。第一和第二模式分别对应于激活和去活模式。在第一模式下，挺杆54在凸轮50和推杆46之间提供机械连接。以这种方式，凸轮50使得挺杆54线性运动，这被传递给推杆46。在第二模式下，挺杆54作为缓冲器以在凸轮50和推杆46之间提供机械分离。尽管凸轮50使得挺杆54线性运动，但是该线性运动不被传递给推杆46。挺杆54的更详细的描述目前是预知的，因为挺杆及其运行对本领域的技术人员来说是公知的。
螺线管56有选择地使液压流体流到挺杆54，以便在第一和第二模式之间切换挺杆54。尽管通常有一个螺线管56与每个选择的汽缸18’关联(也就是说一个螺线管用于两个挺杆)，但是可以预料到能实现更多的或更少的螺线管56。在打开和关闭位置之间，每个螺线管56驱动相关联的阀门60(示意性示出)。在关闭位置，阀门60抑制了受压的液压流体流到相应的挺杆54。在打开位置，阀门60通过流体通道62使得受压流体流到相应的挺杆54。从一个受压的液压流体源将受压的液压流体流提供给LOMA 22。
尽管没有示出，但是这里提供了一个示例性螺线管的简单描述，以对本发明提供更好的理解。螺线管56通常包括一个电磁线圈和一个在线圈内同轴放置的活柱塞。柱塞在螺线管56和机械元件、诸如阀门60之间提供了机械接口。通过偏置力，柱塞被偏置到相对于线圈的第一位置。该偏置力能够通过偏置元件、诸如弹簧或通过受压流体给予。通过给线圈供应产生沿着线圈轴的磁力的电流，螺线管56被激励。该磁力使柱塞线性运动到第二位置。在第一位置，柱塞保持阀门60处于其关闭位置，以抑制受压的液压流体流到相应的挺杆。在第二位置，柱塞驱动阀门60到其打开位置，以使得受压的液压流体流到相应的挺杆。
对因LOMA部件老化产生的偏差，本发明的响应时间补偿控制系统补偿一个估计系统响应时间(RTEST)。RTEST被定义为在命令螺线管56改变其状态(即激活/去活)直到相应的挺杆54改变其模式(活性/非活性)之间的时间延迟。更具体地说，基于LOMA 22的周期数，响应时间补偿控制确定一个响应因数(RF)。RTEST乘上RF，以提供一个被补偿的响应时间(RTCOMP)。基于RTCOMP，调整发动机12在激活和去活模式之间切换。基于RT螺线管、液压系统响应时间(RT液压)和传动机构响应时间(RT传动机构)来确定RTEST。确定RTEST的一个典型的方法在共同受让的美国专利公开号US 2002/0189575中公开，该申请于2000年5月17日提交并于2002年12月19日公开，其公开的内容通过引用被结合在此。一般来说，RTEST是根据LOMA系统电压(VSYS)、液压油的压力(P油)和液压油的温度(T油)来确定的。
现在参照图3和图4，使用等效的LOMA系统，基于测试数据确定RT因数。更具体地说，在相当多的周期数(例如500,000个周期)内，监控基于实验室的LOMA系统的响应时间。基于实验室的LOMA系统包括一个同型号或者否则与螺线管56等效的螺线管。一个周期优选地被定义为螺线管从非激励状态到激励状态的一次切换，反之亦然。现对于周期画出基于实验室的LOMA系统的响应时间(见图3)。该响应时间数据被拟合(fit)为多项式数据拟合。如图4所示，多项式数据拟合被标准化，以对0周期提供1.00的响应因数(RF)。0周期指的是已经历小数量的周期的部分。基于标准化的多项式数据拟合，可以预料到能得到一个查找表，已给定特定的周期数来提供RF。也可以预料到RF能从等式中计算出来，基于特定的周期数，该等式确定了多项式数据拟合。
当从非激励状态切换到激励状态(RTESTENG)时，本发明的响应时间补偿控制系统能够补偿所估计的响应时间，以及当从激励状态切换到非激励状态(RTESTDENG)时，本发明的响应时间补偿控制系统也都能够补偿所估计的响应时间。更具体地说，当补偿RTESTENG时，响应时间补偿控制系统实现激励的响应因数(RFENG)。当补偿RTESTDENG时，响应时间补偿控制系统实现非激励的响应因数(RFDENG)。如上所述的并且使用第一组表示从非激励状态切换到激励状态的响应时间数据确定RFENG。如上所述的并使用第二组表示从激励状态切换到非激励状态的响应时间数据确定RFDENG。以这种方式，基于给定的周期数，第一和第二查找表或者第一和第二等式被用来确定各自的响应时间因数。
现在参照图5，详细描述了该响应时间补偿控制系统所执行的示例性步骤。在步骤100，控制确定螺线管56是否被切换(即从激励状态切换到非激励状态或者从非激励状态切换到激励状态)。如果螺线管不被切换，那么控制环返回。如果螺线管被切换，那么控制在步骤102处估计RTEST。在步骤104，基于周期数(k)，控制确定RF(例如RFENG，RFDENG)。k是在存储器里被更新和储存的一个值，如在下文中进一步详细描述。在步骤106，控制将RTCOMP确定为RTEST和RF的积。基于RTCOMP，在步骤108处，控制操作螺线管。在步骤110，控制使k加1。在步骤112，控制把更新的k值存储到存储器里并结束控制。
现在参照图6，响应时间补偿控制系统可以包括多个、示例性的模块。这些模块包括补偿模块600、RT估计模块602、周期计数模块604和螺线管控制模块606。基于k和RTEST，补偿模块600确定RTCOMP。基于VSYS、T油和P油，RT估计模块602确定RTEST。基于RTCOMP，螺线管控制模块606产生一个控制信号，并把更新信号发送给周期计数模块604。基于该更新信号，周期计数模块604更新k。
从前面的描述中，现在本领域的技术人员可以知道，本发明的概括性的教导是可以用多种形式实现的。因此，虽然结合其特定的实施例，本发明已经被描述了，但是本发明的真实范围不应该被这样限制，因为根据对附图、说明书和下面的权利要求的研究，其他修改对熟练的专业人员来说是显而易见的。

Claims (21)

1.一种响应时间补偿系统，用于在随选排量发动机中控制发动机在激活和去活模式下的操作，其包括：
一个LOMA系统，其调整受压流体流以在所述激活和所述去活模式下切换发动机的操作；
一个计数模块，其监控所述LOMA系统的周期数；
一个响应因数模块，其基于所述周期数，确定所述LOMA系统的响应因数；和
一个补偿模块，其基于所述响应因数，生成所述LOMA系统的被补偿的响应时间。
2.权利要求1的响应时间补偿系统，其中所述响应因数是基于所述周期数从一个查找表中确定的。
3.权利要求1的响应时间补偿系统，还包括一个响应时间估计模块，其生成一个所估计的响应时间。
4.权利要求3的响应时间补偿系统，其中所述补偿模块将所述被补偿的响应时间确定为所述响应因数和所述所估计的响应时间的积。
5.权利要求1的响应时间补偿系统，还包括一个控制模块，其基于所述被补偿的响应时间，调整所述LOMA系统的运行。
6.一个发动机控制系统，用于在随选排量发动机中控制发动机在激活和去活模式下的操作，其包括：
具有螺线管的挺杆油管组件(LOMA)系统，其调整受压流体流到其内部的其它部件；和
一个控制模块，其监控所述LOMA系统的周期数，基于所述周期数确定一个响应因数，而且基于所述响应因数确定所述LOMA系统的被补偿的响应时间。
7.权利要求6的发动机控制系统，其中所述控制模块确定所述LOMA系统的一个所估计的响应时间。
8.权利要求7的发动机控制系统，其中所述控制模块将所述被补偿的响应时间确定为所述响应因数和所述所估计的响应时间的积。
9.权利要求6的发动机控制系统，其中所述响应因数是基于所述周期数从一个查找表中确定的。
10.权利要求6的发动机控制系统，其中基于所述被补偿的响应时间，所述控制模块调整所述LOMA系统的运行。
11.在随选排量发动机中控制发动机在激活和去活模式下的操作的方法，其包括：
监控一个LOMA系统的周期数，所述LOMA系统调整受压流体流以在所述激活和所述去活模式之间切换发动机的操作；
基于所述周期数，确定所述LOMA系统的响应因数；和
基于所述响应因数，生成所述LOMA系统的被补偿的响应时间。
12.权利要求11的方法，其中所述响应因数是基于所述周期数从一个查找表中确定的。
13.权利要求11的方法，还包括确定一个所估计的响应时间。
14.权利要求13的方法，其中所述被补偿的响应时间被确定为所述响应因数和所述所估计的响应时间的积。
15.权利要求11中的方法，还包括基于所述被补偿的响应时间调整所述LOMA系统的运行。
16.为LOMA系统补偿系统响应时间的方法，所述LOMA系统在随选排量发动机中调整发动机在激活和去活模式下的操作，其包括：
对一个等效的LOMA系统，生成测试数据；
确定所述等效的LOMA系统的周期数和所述等效的LOMA系统的等效响应时间之间的关系；
监控所述LOMA系统的周期数；
基于所述周期数和所述关系，确定所述LOMA系统的响应因数；以及
基于所述响应因数，生成所述LOMA系统的被补偿的响应时间。
17.权利要求16的方法，其中所述响应因数是基于所述周期数从一个查找表中确定的。
18.权利要求17的方法，还包括基于所述关系和所述周期数生成所述查找表。
19.权利要求16的方法，还包括确定一个所估计的响应时间。
20.权利要求19的方法，其中所述被补偿的响应时间被确定为所述响应因数和所述所估计的响应时间的积。
21.权利要求16的方法，还包括基于所述被补偿的响应时间调整所述LOMA系统的运行。
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