发动机的汽缸切断模式的制作方法

1.本发明涉及一种控制发动机的汽缸切断模式的方法。此外，涉及一种发动机，其包括多个汽缸和能够启动汽缸切断模式的控制器。此外，涉及一种用于控制发动机的汽缸切断模式的控制器。


背景技术：

2.汽缸切断(又称为汽缸停用)是一种已知的技术，用于在轻负荷运行期间提高内燃发动机(ice)的燃料效率并且减少排放，尤其是未燃烧的碳氢化合物。可以通过为特定汽缸保持进气门和排气门关闭或者通过禁用特定汽缸的燃料喷射器来实现汽缸切断。


技术实现要素：

3.本发明的实施例提供了一种控制发动机的汽缸切断模式的方法，包括以下步骤：
4.a)启用汽缸切断模式，在其中，所述发动机的一个或多个汽缸被停用；
5.b)当汽缸切断模式是启用的时，监测一个或多个停用变量；所述一个或多个停用变量包括以下中的一个或多个：
6.进气歧管空气温度；
7.发动机负荷系数；
8.发动机速度；和
9.发动机冷却剂温度；
10.以及
11.c)当所述停用变量中的至少一个超过其阈值时，停用所述汽缸切断模式以便重新启用任何停用的汽缸。
12.本发明的另一个实施例提供了一种发动机，该发动机包括多个汽缸和控制器，该控制器能够启用汽缸切断模式，在其中，该多个汽缸中的一个或多个被停用；
13.所述控制器被配置为：
14.a)启用汽缸切断模式；
15.b)在所述汽缸切断模式是启用的同时监测一个或多个停用变量；所述一个或多个停用变量包括以下中的一个或多个：
16.进气歧管空气温度；
17.发动机负荷系数；
18.发动机速度；和
19.发动机冷却剂温度；
20.以及
21.c)当所述停用变量中的至少一个超过其阈值时，停用所述汽缸切断模式以便重新启用任何停用的汽缸。
22.本发明的另一个实施例提供了一种用于控制发动机的汽缸切断模式的控制器，该
控制器被配置为：
23.a)启用汽缸切断模式；
24.b)在所述汽缸切断模式是启用的同时监测一个或多个停用变量；所述一个或多个停用变量包括以下中的一个或多个：
25.进气歧管空气温度；
26.发动机负荷系数；
27.发动机速度；和
28.发动机冷却剂温度；
29.以及
30.c)当所述停用变量中的至少一个超过其阈值时，停用所述汽缸切断模式以便重新启用任何停用的汽缸。
附图说明
31.现在将仅以举例的方式参考附图来描述本发明的一个或多个实施例，在附图中：
32.图1是根据本发明的汽缸切断保护方法的实施例的示意性流程图；并且
33.图2是用于说明该方法的操作的发动机和控制器的示意图。
具体实施方式
34.除非另外定义，否则本说明书中使用的所有技术和科学术语具有与所要求保护的主题所属领域的读者通常理解的相同的含义。应当理解，本发明的上述概述和以下实施例仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的任何主题。
35.以下描述针对本发明的实施例。实施例的描述并不意味着包括所附权利要求书中要求保护的本发明的所有可能的实施例。在以下实施例中没有明确叙述的许多修改、改进和等同物可以落入所附权利要求的范围内。作为一个实施例的一部分描述的特征可以与一个或多个其他实施例的特征组合，除非上下文另外明确要求。
36.在本说明书中，单数的使用包括复数，除非上下文另有明确规定。在本技术中，除非另外说明，否则“和/或”的使用意指“和”以及“或”。
37.图1示出了根据本发明的汽缸切断保护方法的实施例的示意性流程图。
38.该方法可以用于确定何时启用发动机的汽缸切断模式和/或何时暂停/中止发动机的汽缸切断模式和/或何时停用发动机的汽缸切断模式。
39.该方法可以应用于发动机以控制发动机的功能。该方法可以在发动机启动期间和/或在发动机怠速期间和/或在发动机低负荷状况期间应用。
40.该发动机可以形成机器的一部分或者可以是独立的发动机。该机器可以包括移动式或固定式机器。该机器可以包括轮式或履带式机器。该机器可以用于建筑和/或矿业。该机器可以包括例如拖拉机、推土机、铺管机、自动平地机、轮式铲土机、挖掘机、反铲装载机、履带式装载机、轮式装载机、铰接式自卸车、刚性自卸车或滚转机。该机器可以包括机车。该发动机可以是变速发动机。
41.该发动机可以形成发电机的一部分，也称为发电机组。该发电机可以是静止发电机或移动发电机。该发电机可以是备用发电机。该发电机可以用于产生电力或电力和有用
的热的组合，作为组合式热电(chp)发电机的一部分。该发动机可以是定速发动机。
42.该发动机可以是或包括内燃发动机(ice)。该ice可以使用柴油作为其主要燃料。该柴油可以例如是常规柴油或生物柴油。
43.该发动机可以具有多个汽缸。该发动机可以具有2个或更多个汽缸，任选地4个或更多个汽缸，任选地6个或更多个汽缸，任选地8个或更多个汽缸，任选地12个或更多个汽缸，任选地16个或更多个汽缸，任选地24个或更多个汽缸。
44.该方法可以全部或部分地通过控制器的操作来执行。该控制器可以包括硬件和/或软件。该控制器可以包括控制单元或者可以是在专用或共享的计算资源上运行的计算机程序。该控制器可以包括单个单元或者可以由多个可操作地连接的子单元组成。该控制器可以位于一个处理资源上或者可以分布在空间上分开的计算资源上。该控制器可以包括一个或多个可编程的和/或不可编程的存储器单元或子单元。该控制器可以包括数据存储和处理单元或子单元。该控制器可以包括发动机电子控制模块(ecm)或形成发动机电子控制模块(ecm)的一部分，该发动机电子控制模块可操作地连接到该发动机上。
45.图2示出了发动机40和用于示出该方法的运行的控制器41的示意图。发动机40可以包括多个汽缸42。
46.控制器41可以将与发动机40的运行相关联的一个或多个变量用作该方法的一部分。这些变量可以包括发动机速度43、发动机冷却剂温度44、发动机进气歧管温度45以及发动机负荷系数46中的一个或多个。
47.发动机40和/或控制器41可以包括用于检测、确定、计算或推断上述变量的一个或多个相关联的传感器。例如，可以提供发动机冷却剂温度传感器、发动机进气歧管温度传感器、发动机速度传感器、发动机歧管绝对压力传感器、节气门位置传感器和进气传感器中的一个或多个。
48.在步骤1，提供发动机启动命令。该发动机启动命令可以包括虚拟或物理键、开关、按钮或其他启用器的启用。在一些实施例中，发动机启动命令由用于操作点火控制器的键50提供。发动机40的启动可以在控制器41的控制下。
49.在步骤2，控制器41可以检查汽缸切断模式的启动状况是否被认为是正常(ok)。当以下陈述中的一个或多个为真(true)时，启动状况被认为是正常。
50.·
在控制器41中启用汽缸切断模式；
51.·
在与发动机40的汽缸42相关联的燃料喷射器中没有检测到故障状况；
52.·
没有检测到与发动机速度43或发动机速度传感器相关联的故障状况；和
53.·
发动机速度43不为零。
54.任选地，启动状况可以仅在所有上述陈述均为真时被认为是正常的。
55.汽缸切断模式可以仅在启动状况被认为是正常时启用。
56.如果启动状况被认为是正常，则该方法可以进行到步骤3。
57.如果在步骤2启动状况不被认为是正常，则该方法可以经由箭头21移动到步骤10。在步骤10，控制器可以将汽缸切断模式指定为关闭(off)。该方法然后可以进行到步骤11，在其中，发动机40可以在汽缸切断模式停用(即，发动机40的所有汽缸42都是启用的)的情况下运行，直到通过键50(或其他启用器)的操作使发动机40停止。
58.在步骤3中，在启动状况被认为是正常的情况下，控制器41可以检查汽缸切断模式
的进入状况是否为满足(met)。当以下陈述中的一个或多个为真时，进入状况被认为是met：
59.·
发动机冷却剂温度44低于或等于发动机冷却剂温度阈值；
60.·
发动机进气歧管温度45低于或等于发动机进气歧管温度阈值；和
61.·
发动机负荷系数46低于或等于发动机负荷系数阈值。
62.任选地，只有当上述所有陈述均为真时，进入状况才被认为是met。
63.只有当进入状况被认为是met时，才可以进入汽缸切断模式。
64.该发动机冷却剂温度阈值可以被设定在
‑
60至150℃，任选地
‑
40至90℃的温度。
65.该发动机进气歧管温度阈值可以被设定在
‑
60至300℃，任选地
‑
40至60℃的温度。
66.该发动机负荷系数阈值可以被设定为0至120％，任选地1至100％的百分比。
67.任选地，发动机速度43、发动机冷却剂温度44、发动机进气歧管温度45和发动机负荷系数46中的一个或多个变量可以与去抖动变量相关联，该去抖动变量可以起到防止控制器41过于频繁地调用相应的变量或者过于迅速地作用于超过其阈值的相应的变量的作用。例如，发动机冷却剂温度44的变量可以具有设定在0至60秒的时间的去抖动变量。例如，发动机进气歧管温度45可以具有设定在0至60秒的时间的去抖动变量。例如，发动机负荷系数46可以具有设定在0至10秒的时间的去抖动变量。
68.在步骤3，如果进入状况是met，则该方法可以进行到步骤4。
69.在步骤3，如果进入状况不是met，则该方法可以经由箭头22移动到步骤10。在步骤10，控制器可以将汽缸切断模式指定为关闭(off)。该方法然后可以进行到步骤11，在其中，发动机40可以在汽缸切断模式停用的情况下运行，直到通过键50(或其他启用器)的操作使发动机40停止。
70.在步骤4，控制器41可以确定发动机速度43是否低于或等于发动机速度阈值。该发动机速度阈值可以是0至2000rpm的速度。该发动机速度阈值可以用于确定是否不存在发动机速度或发动机速度不足以要求或准许汽缸切断模式被启用。
71.在步骤4，如果发动机速度43低于或等于阈值，则该方法可以经由箭头23移至步骤10。在步骤10，控制器可以将汽缸切断模式指定为关闭。该方法然后可以进行到步骤11，在其中，发动机40可以在汽缸切断模式停用(即，发动机40的所有汽缸都是启用的)的情况下运行，直到通过键50(或其他启用器)的操作使发动机40停止。
72.在步骤4，控制器41可以确定发动机40是正在起转(即从关闭状态启动)还是正在运行。如果发动机40正在起转，则该方法可以经由箭头24移动到步骤5。如果发动机40正在运行，则该方法可以经由箭头25移动到步骤6。
73.控制器41可以通过监测发动机速度来确定发动机40是正在起转还是正在运行。该决定因素可以是例如指定的rpm发动机速度或与期望的rpm发动机速度的预定偏差。例如，如果发动机40的期望运行速度(其可以任选地是固定的期望运行速度)是3000rpm，则控制器41可以被配置为当发动机40经历起转时处理低于例如2900rpm的发动机速度，并且当发动机40运行时处理高于2900rpm的速度。在另一个示例中，控制器41可以被配置为在发动机40运行时将发动机速度处理在例如所期望的运行速度的100rpm内，并且在起转时将所有较低的速度处理在例如所期望的运行速度的100rpm内。控制器41可以被配置为使得一旦发动机40被确定为正在运行，发动机40就不能被确定为正在起转，直到发动机40被关闭并且重新启动。
74.在步骤5，控制器41可以监测发动机40的起转功能。例如，可以在发动机40的启动期间遇到起转功能。
75.在步骤5，控制器41可以检查汽缸切断模式的启动状况是否被认为是“不正常”。当以下陈述中的一个或多个不为真时，启动状况被认为是不正常：
76.·
在控制器41中启用汽缸切断模式；
77.·
在与发动机40的汽缸42相关联的燃料喷射器中没有检测到故障状况；
78.·
没有检测到与发动机速度43或发动机速度传感器相关联的故障状况；
79.·
发动机速度43不为零；
80.·
汽缸切断模式已经启用了长于10至30秒的时间。
81.任选地，可以仅在以上陈述中的任一个不为真时，启动状况才可以被认为是不正常。
82.如果该启动状况被认为是不正常，则该方法可以进行到步骤10。在步骤10，控制器可以将汽缸切断模式指定为关闭。该方法然后可以进行到步骤11，在其中，发动机40可以在汽缸切断模式停用(即，发动机40的所有汽缸42都是启用的)的情况下运行，直到通过键50(或其他启用器)的操作使发动机40停止。
83.另外地或可替代地，如果控制器41不再请求汽缸切断模式，例如如果发动机40处于下垂模式，则该方法可以经由箭头26移动到步骤10。下垂模式可用作发动机负荷
‑
速度系数特征，其允许发动机40接收作为发动机速度的函数的负荷。这可以用作开环发动机调速器。
84.在步骤5，如果启动状况是正常并且控制器41仍然请求汽缸切断模式，则可以在起转和运行到期望的发动机速度期间启用汽缸切断模式。
85.在步骤5中，如果在起转期间发动机冷却剂温度44超过前述发动机冷却剂温度阈值，则该方法可经由箭头28移至步骤7。在步骤7，可以中止汽缸切断模式(即，可以重新启用任何被停用的汽缸42)，直到发动机冷却剂温度44返回到发动机冷却剂温度阈值以下。任选地，可以提供冷却剂温度滞后变量。冷却剂温度滞后变量可以是例如20℃。任选地，该方法可以仅在发动机冷却剂温度44已经返回到等于
‘
发动机冷却剂温度阈值减去冷却剂温度滞后变量premated’的温度以下时经由箭头28返回到步骤5。例如，当：
86.发动机冷却剂温度阈值＝90℃
87.冷却剂温度滞后变量＝20℃
88.当发动机冷却剂温度44超过90℃时，将中止汽缸切断模式，并且一旦发动机冷却剂温度44返回到70℃(90℃
‑
20℃＝70℃)以下，将重新启用汽缸切断模式。
89.如上所述，发动机冷却剂温度44可以具有设定在0至60秒的时间的去抖动变量。照此，该方法可以不从步骤5移至步骤7，除非发动机冷却剂温度44持续超过发动机冷却剂温度阈值达至少被设定为去抖动变量的时间段。
90.在步骤5，一旦已经完成起转，该方法可以经由箭头27移动到步骤6。如上所述，从步骤5移动到步骤6的点可以由控制器41通过监测发动机速度来确定。该决定因素可以是例如指定的rpm发动机速度或与期望的rpm发动机速度的预定偏差。
91.在步骤6，控制器41可以监测发动机40的怠速模式。例如，可以在发动机40启动之后的运行期间遇到怠速模式，并且特别地可以在发动机40的怠速期间或当发动机处于低负
荷状况下时遇到怠速模式。
92.在步骤6中，如果在怠速期间发动机负荷系数46超过上述发动机负荷系数阈值，则该方法可以经由箭头33移至步骤9，在其中，控制器41可以监测发动机40的负荷功能。如上所述，发动机负荷系数46可以具有设定在0至10秒的时间的去抖动变量。照此，该方法可以不从步骤6移至步骤9，除非发动机负荷系数46持续超过发动机负荷系数阈值达至少被设定为去抖动变量的时间段。
93.在步骤6中，如果在怠速期间发动机冷却剂温度44超过前述发动机冷却剂温度阈值，则该方法可以经由箭头29移至步骤7。步骤7以与上述相同的方式起作用，除了当发动机冷却剂温度44返回低于发动机冷却剂温度阈值或发动机冷却剂温度阈值加上冷却剂温度滞后变量时，该方法可以经由箭头29返回到步骤6。从步骤6到步骤7的移动可以包括根据前述关于从步骤5到步骤7的移动所讨论的去抖动变量。
94.在步骤6中，如果在怠速期间发动机速度43超过所期望的发动机速度(例如所期望的发动机怠速)大于发动机速度阈值量，则该方法可以经由箭头30移至步骤8，在该其中，控制器41可以暂停汽缸切断模式(即，暂时地重新启用任何停用的汽缸42)。发动机速度阈值量可以是rpm的固定值，期望发动机速度rpm的百分比值等。例如，发动机速度阈值量可以设定为1至300rpm的值。在一个示例中，阈值量设定为30rpm。
95.在步骤8，一旦发动机速度43已经返回到期望发动机速度的发动机速度阈值量内，该方法可以返回到步骤6，任选地持续去抖动时间。在返回到步骤6时，汽缸切断模式可以不暂停。该去抖动时间可以是例如从0至10秒的时间。
96.控制器41可以配置有暂停限制变量，以限制在完全禁用汽缸切断模式之前方法可以访问步骤8的次数，直到发动机40停止和重新启动。暂停限制变量可以是例如2、3、4或5。
97.例如，当：
98.期望的发动机怠速＝1200rpm
99.发动机速度阈值量＝200rpm
100.去抖动时间＝5秒
101.访问限制＝2
102.方法可以起到如下作用：
[0103][0104]
在步骤9，控制器41可以监测发动机40的负荷功能。例如，当发动机处于中等或高负荷状况下时，可以在发动机40的运行期间遇到负荷功能。
[0105]
在步骤6和/或在步骤9，控制器41可以检查汽缸切断模式的启动状况是否被认为是不正常。当以下陈述中的一个或多个不为真时，启动状况被认为是不正常：
[0106]
·
在控制器41中启用汽缸切断模式；
[0107]
·
在与发动机40的汽缸42相关联的燃料喷射器中没有检测到故障状况；
[0108]
·
没有检测到与发动机速度43或发动机速度传感器相关联的故障状况；
[0109]
·
发动机速度43不为零；
[0110]
任选地，可以仅在以上陈述中的任一个不为真时，启动状况才可以被认为是不正常。
[0111]
如果该启动状况被认为是不正常，则该方法可以经由相应的箭头32和34从步骤6和/或从步骤9移至步骤10。在步骤10，控制器可以将汽缸切断模式指定为关闭。该方法然后可以进行到步骤11，在其中，发动机40可以在汽缸切断模式停用(即，发动机40的所有汽缸42都是启用的)的情况下运行，直到通过键50(或其他启用器)的操作使发动机40停止。
[0112]
另外地或可替代地，如果控制器41不再请求汽缸切断模式，例如如果发动机40处于下垂模式，则该方法可以经由相应的箭头32和34移动到步骤10。
[0113]
另外地或可替代地，如果发动机速度43超过发动机40的发动机速度最大阈值(其可以例如是发动机额定最大速度以上50rpm和/或发动机负荷系数46超过发动机40的发动机负荷系数最大阈值)，则该方法可以经由相应的箭头32和34移动至步骤10，这可以例如比发动机的最大额定负荷系数高25％。
[0114]
另外地或可替代地，如果控制器41检测到汽缸燃烧燃料的能力受损和/或如果控制器41检测到接收到指示将负荷施加到发动机41的意图的控制器区域网络(can)总线消息，则该方法可以经由相应的箭头32和34移动到步骤10。
[0115]
工业实用性
[0116]
本发明可应用于控制发动机的汽缸切断模式。
[0117]
该发动机可以是或包括内燃发动机(ice)。该ice可以使用柴油作为其主要燃料。在一些示例中，发动机可以是柴油发电机组发动机。
[0118]
在发动机在冷状况下操作的情况下
‑
例如在发动机周围的环境温度小于10℃的情况下，本发明可以发现特别的益处。在这样的状况下，在没有启动辅助的情况下启动发动机可能是一个挑战，特别是对于使用柴油作为主要燃料的ice。例如，在冷的状况下，可能存在多个汽缸，这些汽缸直到负荷被施加到发动机或发动机冷却剂变热才燃烧。不良的不完全燃烧可能导致不利的状况，例如增加的振动、噪声和指示未燃烧的烃的白烟排放。
[0119]
根据本发明，提供了一种控制发动机的汽缸切断模式的方法，该方法可以帮助发动机运行，特别是在冷的状况下。
[0120]
本发明的控制发动机的汽缸切断模式的方法可以包括以下步骤：
[0121]
a)启用汽缸切断模式，在其中，所述发动机的一个或多个汽缸被停用；
[0122]
b)当汽缸切断模式是启用的时，监测一个或多个停用变量；所述一个或多个停用变量包括以下中的一个或多个：
[0123]
进气歧管空气温度；
[0124]
发动机负荷系数；
[0125]
发动机速度；和
[0126]
发动机冷却剂温度；
[0127]
以及
[0128]
c)当所述停用变量中的至少一个超过其阈值时，停用所述汽缸切断模式以便重新启用任何停用的汽缸。
[0129]
在步骤b)中，该步骤另外地或可替代地可以包括监测以下中的一个或多个：
[0130]
汽缸燃烧燃料的能力；以及
[0131]
接收指示向所述发动机施加负荷的意图的can总线消息。
[0132]
在步骤c)中，当这些停用变量中的任一个超过其阈值时，可以停用汽缸切断模式。
[0133]
在步骤a)中，可以在发动机的起转模式和/或发动机的怠速模式期间启用汽缸切断模式。
[0134]
在步骤b)中，汽缸切断模式在发动机的怠速模式期间可以是启用的。
[0135]
在步骤c)中，当该发动机负荷系数和/或该进气歧管空气温度超过其阈值时，可以停用该汽缸切断模式直到该发动机停止和重新启动。
[0136]
一旦超过发动机负荷系数阈值就停用汽缸切断模式可以有利地防止在被启用的汽缸上超过最大汽缸压力。
[0137]
在步骤c)中，当发动机冷却剂温度超过其阈值时，可以停用汽缸切断模式直到发动机冷却剂温度降低到低于其阈值，任选地直到发动机冷却剂温度降低到低于其阈值一个滞后量。
[0138]
在步骤c)中，当发动机速度超过其阈值时，可以停用汽缸切断模式直到发动机速度降低到低于其阈值，任选地直到发动机速度降低到低于其阈值持续预定的时间段。
[0139]
在步骤c)中，由于发动机速度超过其阈值可以使所述汽缸切断模式能够经受预定最大数目的停用和重新启用循环，并且此后所述发动机速度超过其阈值的另一个实例导致停用所述汽缸切断模式直到所述发动机停止和重新启动。
[0140]
本发明的发动机可以包括多个汽缸和控制器，该控制器可以启动以启用汽缸切断模式，在其中，该多个汽缸中的一个或多个被停用；
[0141]
该控制器可以被配置为：
[0142]
a)启用汽缸切断模式；
[0143]
b)在所述汽缸切断模式是启用的同时监测一个或多个停用变量；所述一个或多个停用变量包括以下中的一个或多个：
[0144]
进气歧管空气温度；
[0145]
发动机负荷系数；
[0146]
发动机速度；和
[0147]
发动机冷却剂温度；
[0148]
以及
[0149]
c)当所述停用变量中的至少一个超过其阈值时，停用所述汽缸切断模式以便重新启用任何停用的汽缸。
[0150]
该控制器可以另外地或可替代地被配置为监测下中的一个或多个：
[0151]
汽缸燃烧燃料的能力；以及
[0152]
接收指示向所述发动机施加负荷的意图的can总线消息。
[0153]
本发明的用于控制发动机的汽缸切断模式的控制器可以配置为：
[0154]
a)启用汽缸切断模式；
[0155]
b)在所述汽缸切断模式是启用的同时监测一个或多个停用变量；所述一个或多个停用变量包括以下中的一个或多个：
[0156]
进气歧管空气温度；
[0157]
发动机负荷系数；
[0158]
发动机速度；和
[0159]
发动机冷却剂温度；
[0160]
以及
[0161]
c)当所述停用变量中的至少一个超过其阈值时，停用所述汽缸切断模式以便重新启用任何停用的汽缸。
[0162]
该控制器可以另外地或可替代地被配置为监测下中的一个或多个：
[0163]
汽缸燃烧燃料的能力；以及
[0164]
接收指示向所述发动机施加负荷的意图的can总线消息。
[0165]
有利地，本发明可以实现可以减少来自发动机的过度振动、噪音和白烟排放的汽缸切断模式的运行，同时确保在需要时停用汽缸切断模式。特别地，该方法可以允许在发动机的怠速模式期间控制汽缸切断模式。
[0166]
应当理解，已经简化了本发明的附图和描述中的至少一些以集中于与清楚地理解本发明相关的要素，同时出于清楚的目的消除了本领域技术人员将理解的也可能需要的其他要素。因为这些要素是本领域技术人员熟知的，并且因为它们不一定有助于更好地理解本发明，所以在此不提供对这些要素的描述。