[发明专利]用于发动机控制的方法和系统

说明书

技术领域

本说明书一般涉及用于控制混合动力车辆系统中发动机压缩比的方法和系统。

背景技术

内燃发动机的压缩比被定义为活塞位于下止点(BDC)时的汽缸容积与活塞位于上止点(TDC)时的汽缸容积之比。通常，压缩比越高则内燃发动机的热效率越高，这进而导致燃料经济性得到改善并且发动机能量输出与能量输入之比更高。传统发动机的压缩比是固定的，并且因此在多种工况期间不能优化发动机效率以改善燃料经济性和发动机动力性能。

开发了各种技术以使发动机的压缩比能够随着发动机工况而变化。一种示例方法显示在Yoshida等人的美国专利US7258099中。其中，凸轮正时调整被用于改变有效压缩比；例如，进气门延迟关闭被用于减小有效压缩比。还有一些其他方法，如Kamada等人的美国专利申请US20130055990中所示，依靠活塞位移改变机构，其移动活塞使其更靠近或远离汽缸盖，从而改变燃烧室的尺寸。

然而，本发明的发明人已经意识到了这些方法的潜在问题。如一个示例，由于固定的变速器齿轮比，与调整压缩比相关的最佳燃料经济性增益可能无法实现。具体来讲，在给定的驾驶员需求下，对于发动机的每个压缩比，可能存在满足驾驶员需求的相关的固定发动机转速和负荷范围。针对驾驶员需求，发动机控制器可转变至更大的燃料效率压缩比。然而，当压缩比改变后，发动机在相关的发动机转速-负荷下可能受到限制，这会减少压缩比转变的燃料经济性效益。例如，当发动机转变至更高的压缩比后，发动机在高负荷时会受到更多爆震限制。与减轻爆震有关的燃料损耗(fuel penalty)可能超过转变压缩比的燃料经济性效益。如另一示例，当发动机转变至低的压缩比后，发动机会在低负荷时受到更多摩擦限制。另一个问题是，操作者踏板需求的频繁更改会造成发动机负荷的往复摆动，导致压缩比之间的频繁切换。由于转变期间造成的损耗，过多的压缩比切换会降低燃料经济性。

发明内容

本发明的发明人已经意识到，通过与无级变速器(continuously variable transmission,CVT)整合，可变压缩比(VCR)发动机的燃料经济性效益可被更好地调节。具体来讲，CVT可以在保持燃料高效的压缩比和保持发动机的动力输出的同时，使发动机的转速及负荷能够被调节。在一个示例中，通过用于耦接到CVT的发动机的方法可提升燃料经济性，该方法包含：对于期望的动力水平，比较当前压缩比下的发动机效率和在调节的发动机转速-负荷下经修改的压缩比下的发动机效率；以及响应于调整的发动机转速-负荷下的经修改的压缩比的发动机效率高于阀值提升，转变至经修改的压缩比，并且调整至调节的发动机转速-负荷。通过这种方式，对于给定的驾驶员需求，发动机能够以提供更高的燃料经济性的压缩比运行，且在高负荷下不会过度地受到爆震的限制。此外，可以减少频繁切换压缩比的需求。

例如，发动机系统可以配置有通过CVT变速器与车轮耦接的VCR发动机。VCR发动机可以配置有活塞位置改变机构，该机构能使压缩比(CR)在至少较低值和较高值之间变化。对于给定的驾驶员需求的动力水平，发动机控制器可以比较每个较高CR和较低CR的燃料效率。然后，对于燃料效率更高的压缩比，控制器可以预计是否存在与相应的发动机转速-负荷相关联的任何限制，比如爆震极限。如果存在，控制器可以进一步确定发动机转速-负荷是否可以在保持所选CR和保持需求的发动机动力输出的同时被改变，并且可以确定与其相关联的任何燃料损耗。如果在转变CR之后可以改变发动机转速-负荷，且实现燃料经济性的净提升，则控制器可以进行CR转变。否则可以保持原始的CR。例如，对于给定的驾驶员需求，当转变至更高的压缩比后，发动机转速可以增大而发动机负荷减小。为了解决在较高压缩比下可预料到的爆震，发动机控制器可以致动CVT以在减小发动机负荷的同时增大发动机转速，从而在提供净燃料效益的同时保持需求的发动机动力输出。相似的，当转变至较低的压缩比时，发动机转速可以(自先前较高CR下的发动机转速)降低，同时发动机负荷(与先前较高CR下的负荷相比)增加。