[发明专利]用于可变压缩比发动机的系统和方法

说明书

提供了用于改进可变压缩比发动机的校准的方法和系统。通过在每个压缩比设定下比较气缸燃料流量和IMEP来检测并虑及气缸间压缩比变化。还校准包括EGR和VCT计划的稀释参数以虑及所述气缸间压缩比变化。

技术领域

本说明书大体上涉及用于控制可变压缩比发动机的压缩比的方法和系统。

背景技术/发明内容

内燃机的压缩比(CR)被限定为活塞处于下死点(BDC)时的气缸容积与活塞处于上死点(TDC)时的气缸容积的比率。一般，压缩比越高，内燃机的热效率和燃料经济性越高。已开发了可变压缩比(VCR)发动机，其中每个气缸的压缩比可以在较高设定与较低设定之间变化，以提高发动机性能。例如，可以在无爆震状况期间使用较高压缩比设定以利用高热效率，而可以在易爆震状况下使用较低压缩比设定。在VCR发动机中，连杆或其它机构(例如，偏心轮)可以联接到每个气缸的活塞，以使压缩比在较高设定与较低设定之间机械地变化。

Caswell在US 4,469,055中示出了VCR发动机的一个示例。其中，在发动机运转期间，基于发动机工况而调整发动机的CR。例如，CR可以针对发动机燃料效率或发动机性能或两者进行优化。CR校准，也就是说根据发动机速度和负荷的CR命令，可以基于原型发动机而校准。

然而，本发明人已经发现此类系统的潜在问题。作为一个示例，在发动机操作期间的CR调整需要准确地知道实际CR。然而，由于制造公差，每个发动机可能在每个气缸中具有略微不同的压缩比(CR)。在VCR发动机中，除了非VCR发动机的正常变化之外，VCR机构的每个部件可能具有制造公差，以引起显著的部件间变化。基于平均CR(也就是说，所有发动机气缸的CR的平均值)的VCR校准可能造成具有高于平均的CR的那些气缸的附加的火花延迟使用，以引起在这些气缸上的效率低得多。使用优质制造方法和/或“选择配合”部件可以用于控制气缸之间的CR差值，但是此类方法增加显著的成本。由于VCR发动机尽可能地提高压缩比，因此它们往往在发动机运行图的大部分上以及行驶周期的大部分中是爆震受限的。在不知道每个气缸的实际CR以及气缸间变化的情况下，可能难以优化CR校准，以造成发动机性能损失。

在另一个示例中，以上问题可以至少部分地通过一种方法解决，该方法包括：根据经更新的校准来致动发动机的可变压缩比机构以机械地调整所述发动机的目标压缩比，所述经更新的校准是基于在所述机构的每个压缩比设定下每个气缸的燃料流量和峰值扭矩中的每一个。以此方式，改进了VCR发动机的CR优化。

作为一个示例，可以根据每个VCR机构设定来量化VCR发动机的每个气缸的实际CR。例如，当在较低CR设定下操作VCR发动机时，可以首先量化每个发动机气缸的CR。接着，当在较高CR设定下操作VCR发动机时，可以量化每个发动机气缸的CR。接着，可以根据每个VCR机构设定来量化每个气缸的燃料流量和最大IMEP。另外，参数可以根据现有发动机工况(诸如发动机速度、发动机扭矩、燃料辛烷值、进气温度、湿度等)来量化。接着，可以求所有气缸的燃料流量和IMEP的总和以根据在当前工况下每个VCR机构设定来量化发动机的总发动机燃料流量和总IMEP。此后，在驾驶员需要低于阈值的每个发动机工况下，发动机控制器可以选择给出最小总发动机燃料流量的VCR机构设定。在驾驶员需要高于阈值的每个工况下，控制器可以选择给出最大总发动机IMEP的VCR机构设定。阈值可以是预定值，或其可以根据当前发动机速度、燃料辛烷值、环境温度、湿度等来调整。

以此方式，可以通过检测和补偿压缩比的气缸间变化来提高VCR发动机的效率。根据VCR发动机的每个CR设定来获悉所有气缸的燃料流量和IMEP的技术效果是可以获悉实际发动机的CR变化，而不是依赖于可能与给定发动机显著不同的原型发动机。此外，可以在不依赖于昂贵的制造方法和/或部件的情况下校准VCR发动机。通过选择VCR发动机的对应于在操作者扭矩需要低时的最低总发动机燃料流量的CR设定，可以使燃料消耗和二氧化碳(CO2)排放量最小化。通过选择VCR发动机的对应于在操作者扭矩需要高时的最高总扭矩的CR设定，可以使发动机性能最大化。总的来说，可以提高VCR发动机的发动机性能和燃料效率。