利用动态气缸启动动态确定发动机点火模式的方法技术

公开了一种使配备有停缸系统的发动机的发动机气缸动态停止的系统和方法，该系统和方法利用通过期望点火密度和发动机振动频率的控制范围设置程序的计算机在使气缸停止的同时控制发动机中的扭转振动。该计算机动态确定提供期望点火密度的气缸点火模式，同时在发动机振动频率的控制范围内优化成本函数范数。然后利用确定的气缸点火模式控制发动机中的停缸系统。缸系统。缸系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用动态气缸启动动态确定发动机点火模式的方法


[0001]本公开总体上涉及一种利用动态气缸启动动态确定操作发动机的点火模式。

技术介绍

[0002]现代发动机一般依靠后处理系统降低控制的车辆排放。然而，柴油发动机后处理系统为了有效的降低排放需要升高的部件温度，通常超过200℃。停缸(CDA)已被证实是分别通过较低的泵工作和空气
‑
燃油比实现在低中负载柴油发动机操作状态节省燃油和提高后处理热管理的手段。申请人不知道陆上车辆生产中柴油发动机CDA的任何应用。
[0003]2018年公布的实验证实在3bar的制动平均有效压力(BMEP)以下实施CDA在重型联邦测试程序(HD
‑
FTP)中产生达到3.4％的燃油节省，并且在奥兰治县巴士和NREL港口短途运输周期(Orange County Bus and NREL Port Drayage cycles)中预计4％
‑
35％的燃油节省。其他实验已证实在CDA过程中较低的排放流率能够使后处理部件的冷却减慢34分钟，同时分别在延长怠速和低负载爬行操作过程中实现40％和16％的燃油节省。其他方面指出CDA过程中基本扰动频率低于基线发动机操作，并且提出对于固定CDA在低于3bar BMEP管理扭转振动的发动机速度依赖配方。
[0004]作为柴油发动机CDA的变型的点火和不点火气缸设置基于周期改变的动态气缸启动(DCA)已被证实实现与固定CDA类似的燃油经济性和后处理热管理优势。图1示出了在极限怠速操作状态具有相等数量启动气缸的情况下(在800rev/min制动平均有效压力1.3bar)，与固定CDA相比，两个DCA点火模式实现类似的涡轮排放温度和燃油节省。
[0005]与柴油发动机DCA类似的策略已经针对汽油机进行了研究。动态跳跃点火(DSF)是汽油发动机CDA的变型，在该过程中基于发动机负载在每个发动机循环使不同数量和组合的气缸停止。已经显示DSF提供7％
‑
15％的碳氧化合物排放降低，并且由于更大数量的点火模式能够减少使用保持在不同负载化学计量的空气燃油比的节流调节，实现10％
‑
20％的汽油发动机燃油经济性提高。DSF预期在2019雪佛兰席尔瓦拉多(Chevrolet Silverado)的生产中实施。
[0006]现有的相关点火模式选择策略依赖广泛使用检索表，其中对于给定点火密度的最优点火模式从一组具有期望的噪音、振动和不平顺性(NVH)特征的预定点火模式中选择。提出多重或多维检索表以考虑由于速比、发动机速度和其他发动机操作状况的不同造成的NVH特征的不同。一个现有技术方法针对一组点火模式存储包括相位的幅值、频率和相位的振动特征，并且执行在给定发动机操作状态下满足一组预定标准的点火模式。另一现有技术方法使用预定顺序的点火模式，并结合针对在可变CDA过程中提高的瞬时振动的转换参数。这些方法不需要对于给定发动机构造的大量校准，而且对于不同类的发动机不适用。
[0007]另一个消除在跳跃点火发动机操作过程中的不利扭转振动的现有技术策略除了利用期望NVH特性从预定组中选择点火模式，还通过能量/释放装置施加外部平滑力矩。又一现有技术方法从固定CDA的一个模式转换到另一模式，从而使用主动悬置抵消这些转换造成的变化。然而，这些用于传动系振动管理的方法需要在大多数动力系统中不存在的能
量存储/释放装置或者主动悬置。

技术实现思路

[0008]本公开总体上涉及通过动态气缸启动动态确定操作发动机的点火模式。
[0009]本申请提出基于物理模型的算法以设计用于柴油发动机动态气缸启动(DCA)的点火和不点火顺序(点火模式)，从而在给定点火密度、点火模式的最大长度和发动速度的情况下使扭转振动内容在用户定义的频率范围内最小化。该算法使用相位角方法针对给定点火模式确定不平衡发动机阶次，并且通过混合整数规划优化点火模式。点火模式可以设计成使在用户定义的频率范围内飞轮角加速度中的最大偏差、不平衡存在振动内容的频率数或者不平衡频率的幅值总和/幅值的和的平方根最小化。该算法也适用于不同位置气缸几何构型和气缸数。
[0010]在仅在发动机的气缸的其部分气缸上实施CDA硬件的情况下，该算法也能扩展至进一步约束类型的DCA，使得剩余气缸在每个发动机循环保持启动。已经正式振动内容能够最小化，然而在定义的
‘
不期望
’
频率范围内，只能在较小程度上最小化。
附图说明
[0011]图1是在稳定状态极限空转操作(800RPM,1.3bar BMEP)情况下DCA
‑‘
长模式
’
和DCA
‑‘
交替模式
’
与固定CDA(3气缸点火)相比，针对六缸发动机的燃油消耗对涡轮输出温度(℃)图；
[0012]图2是示出了点火模式如何能够通过算法计算的流程图；
[0013]图3是示出了针对四冲程六缸发动机不同的固定CDA和DCA模型的阶次分析的气缸图；
[0014]图4示出了针对(a)发动机阶次数＝0.5，(b)发动机阶次数＝1，(c)发动机阶次数＝1.5，(d)具有点火顺序1
‑5‑3‑6‑2‑
4的六缸发动机的发动机阶次数＝3的相位角图，各个矢量方向表示气缸点火时机；
[0015]图5示出了针对(a)CDA
‑
2CF，(b)CDA
‑
3CF和(c)DCA交替模式(50％点火密度)；
[0016]图6是针对(a)六缸操作、(b)CDA
‑
3CF、(c)CDA
‑
2CF和(d)具有交替模式的DCA，与飞轮角加速度的实验数据(右侧示出)相比较的使用相位角方法(左侧示出)得到的存在非零矢量和和相对峰值的发动机阶次图；
[0017]图7是示出了针对36气缸的50％点火密度和模式长度w在800RPM时在频率范围(a)1Hz
‑
18Hz、(b)3.8Hz
‑
7.6Hz，12Hz
‑
24Hz，和(c)0Hz
‑
40Hz的振动内容的优化DCA点火模式和模拟飞轮角加速度的相应FFT图；
[0018]图8示出了针对30气缸的(a)20％(b)40％和(c)80％点火密度和模式长度w在800RPM时，使得在上至(不包括)第三阶次的所有发动机阶次的振动内容的最大值最小化的优化DCA点火模式和模拟飞轮角加速度的相应FFT图；
[0019]图9包括针对30气缸66％点火密度和模式长度w在800RPM时，以使在上至(不包括)第三阶次的所有发动机阶次的扭转振动最小化为目的，在优化问题中使用(a)0
‑
范数(b)1
‑
范数，(c)2
‑
范数和(d)无穷
‑
范数时的优化DCA点火模式和模拟飞轮角加速度的相应FFT图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使配备有停缸系统的发动机的发动机气缸动态停止的方法，所述方法设计成在使气缸停止的同时控制发动机中的扭转振动，所述方法包括：在计算机中确定期望点火密度；在所述计算机中确定发动机振动频率的控制范围；在所述计算机中动态计算提供所述期望点火密度的气缸点火模式，同时优化所述发动机振动频率的控制范围中的成本函数范数，其中所述气缸点火模式是一系列的点火和不点火事件；和利用计算的所述气缸点火模式控制所述发动机的停缸系统。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定所述气缸点火模式中的点火时机数，其中在所述气缸点火模式中的点火时机数之后，所述气缸点火模式重复。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的方法，还包括，在所述计算机中使用以下方程式动态计算所述气缸点火模式：满足以下条件满足以下条件其中
4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，还包括，在所述计算机中并且在数学计算环境内动态计算所述气缸点火模式。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，还包括，限制连续不点火事件数。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，还包括，选择成本函数范数以使得在发动机振动频率的控制范围内的振动波峰数或者振动波峰幅值最小化。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的方法，其中所述停缸系统在发动机气缸的一部分气缸上实施。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中所述发动机振动频率的控制范围包括发动机的传动系统共振频率的5％内的频率。9.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中所述发动机振动频率的控制范围介于0Hz
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40Hz之间。10.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中所述发动机振动频率的控制范围介于1Hz
‑
18Hz之间。11.根据权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中所述发动机振动频率的控制范围介于5.4√2Hz
–
17√2Hz之间。12.一种系统，包括：包括多个气缸的发动机，其中所述发动机响应于不同负载；停缸系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里，
申请(专利权)人：普渡研究基金会，
类型：发明
国别省市：