Способ управления двигателем (варианты) и система автомобиля

Изобретение относится к способу и системе для интеграции двигателя с изменяемой степенью сжатия (ИСС) с бесступенчатой коробкой передач (БКП). В соответствии с запросом водителя контроллер может определять, поддерживать ли текущую степень сжатия или переходить на другую степень сжатия на основании преимущества экономии топлива от этого перехода и дополнительно на основании ограничений двигателя, которые могут возникать при частоте вращения/нагрузке двигателя после перехода. Для повышения чистой экономии топлива при устранении ограничений двигателя переход на другую степень сжатия можно объединять с режимом регулировки частоты вращения/нагрузки двигателя с помощью БКП, сохраняя при этом выходную мощность двигателя. Техническим результатом является увеличение экономии топлива. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в целом, к способам и системам для управления степенью сжатия двигателя в системе гибридного электромобиля.

Уровень техники/Сущность изобретения

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания определяется как отношение объема цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ) к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). В целом, чем выше степень сжатия, тем выше термический КПД двигателя внутреннего сгорания. Это, в свою очередь, приводит к улучшению экономии топлива и более высокому отношению выходной энергии к входной энергии двигателя. В обычных двигателях степень сжатия является фиксированной и, следовательно, КПД двигателя не может быть оптимизирован во время работы для улучшения экономии топлива и мощности двигателя.

Разработаны различные технологии, позволяющие варьировать степень сжатия двигателя в зависимости от рабочих параметров двигателя. Один из типовых подходов показан Yoshida с соавторами в патенте США №7258099. В данном подходе, для изменения эффективной степени сжатия используют регулировку фаз кулачкового распределения. Например, для снижения эффективной степени сжатия используют позднее закрытие впускного клапана. При других подходах, например, как в показанном Kamada с соавторами в US 20130055990, полагаются на механизм изменения рабочего объема цилиндра, который перемещает поршни ближе или дальше от головки цилиндров, тем самым изменяя размер камер сгорания.

Тем не менее, авторы настоящего изобретения в настоящем документе признают потенциальные проблемы с такими подходами. В качестве одного из примеров, оптимальное увеличение экономии топлива, связанное с регулированием степени сжатия, не может быть реализовано из-за фиксированного передаточного отношения коробки передач. В частности, при заданном запросе водителя, для каждой степени сжатия двигателя, может быть установлена фиксированная частота вращения двигателя и диапазон нагрузок, которые удовлетворяют запросу водителя. Контроллер двигателя может перевести двигатель на более топливоэкономичную степень сжатия для запроса водителя. Тем не менее, при изменении степеней сжатия, двигатель может испытывать ограничения, связанные с соответствующими частотой вращения/нагрузкой двигателя, что может снизить экономию топлива от перехода на другую степень сжатия. В качестве примера, при переходе на более высокую степень сжатия, двигатель может стать более ограниченным по детонации при высоких нагрузках. Повышение расхода топлива, связанное с предупреждением детонации, может перевесить экономию топлива от перехода на другую степень сжатия. В качестве другого примера, при переходе на более низкую степень сжатия, двигатель может стать более ограниченным по трению при низких нагрузках. Другая проблема состоит в том, что частые изменения в запросе оператора к педали могут привести к тому, что нагрузка двигателя будет меняться в разные стороны, что приведет к частому переключению между степенями сжатия. Чрезмерные переключения степени сжатия могут ухудшить экономию топлива из-за потерь, возникающих во время переходов.

Авторы настоящего изобретения признали, что преимущества экономии топлива в двигателе с изменяемой степенью сжатия (ИСС) могут быть лучше использованы за счет интеграции с бесступенчатой коробкой передач (БКП). В частности, БКП может позволить регулировать частоту вращения и нагрузку двигателя при сохранении эффективной степени сжатия топлива и при сохранении выходной мощности двигателя. В одном из примеров, экономия топлива может быть улучшена с помощью способа для двигателя, соединенного с БКП, содержащего, для требуемого уровня мощности, сравнение КПД двигателя при текущей степени сжатия с КПД двигателя при измененной степени сжатия со скорректированными частотой вращения/нагрузкой двигателя; и в соответствии с более высоким, чем пороговое, повышением КПД двигателя при измененной степени сжатия со скорректированными частотой вращения/нагрузкой двигателя, переход на измененную степень сжатия и регулировку до скорректированных частоты вращения/нагрузки двигателя. Таким образом, двигатель может работать со степенью сжатия, которая обеспечивает улучшенную экономию топлива при заданном запросе водителя без чрезмерных ограничений по детонации при более высоких нагрузках. Кроме того, может быть уменьшена потребность в частом переключении степени сжатия.

В качестве примера, система двигателя может быть выполнена с двигателем с ИСС, соединенным с колесами автомобиля через коробку передач БКП. Двигатель с ИСС может быть выполнен с механизмом изменения положения поршня, который позволяет изменять степень сжатия (СС) между, по меньшей мере, более низким значением и более высоким значением. Для заданного запрошенного водителем уровня мощности, контроллер двигателя может сравнить топливные КПД для каждой из более высокой СС и более низкой СС. Затем для более топливоэкономичной степени сжатия, контроллер может спрогнозировать, имеются ли какие-либо ограничения, такие как ограничения по детонации, связанные с соответствующими частотой вращения/нагрузкой двигателя. Если ограничения имеются, контроллер может дополнительно определить, можно ли изменить частоту вращения/нагрузку двигателя при сохранении выбранной СС и при поддержании требуемой выходной мощности двигателя, а также любые связанные с этим повышения расхода топлива. Если частоту вращения/нагрузку двигателя можно изменить после перехода на СС с повышением чистой экономии топлива, контроллер может приступить к переходу на эту СС. Иначе, может поддерживаться исходная СС. В качестве примера, при переходе на более высокую степень сжатия, при заданном запросе водителя, частота вращения двигателя может увеличиваться, пока уменьшается нагрузка двигателя. Для борьбы с детонацией, ожидаемой при более высокой степени сжатия, контроллер двигателя может привести в действие БКП для увеличения частоты вращения двигателя при уменьшении нагрузки двигателя, чтобы поддерживать запрашиваемую выходную мощность двигателя, обеспечивая при этом чистую выгоду по топливу. Аналогичным образом, при переходе на более низкую степень сжатия, частота вращения двигателя может быть понижена (с предыдущей частоты вращения двигателя для более высокой СС) при увеличении нагрузки (по сравнению с предыдущей нагрузкой для более высокой СС).

Таким образом, можно увеличить преимущества от экономии топлива. Технический эффект от интеграции технологии двигателя с ИСС и автомобиля, имеющего коробку передач БКП, состоит в том, что для заданной запрошенной водителем мощности могут быть лучше использованы преимущества изменяемой степени сжатия. В частности, можно регулировать частоту вращения и крутящий момент двигателя для заданной запрошенной водителем мощности для того, чтобы уменьшить ограничения по детонации при более высоких нагрузках и потери на трение при более низких нагрузках, учитывая при этом изменения степени сжатия. Технический эффект от сравнения выигрыша от экономии топлива от изменения степени сжатия с повышением расхода топлива, связанным с работой при характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя, соответствующих выбранной степени сжатия, состоит в том, что можно уменьшить частые переключения СС. Кроме того, может быть продлена работа двигателя при более топливоэкономичной степени сжатия, несмотря на изменения запрашиваемой водителем или колесами мощности.

Следует понимать, что представленная выше сущность изобретения предназначена для ознакомления в упрощенной форме с выбором концепций, которые описаны ниже в подробном раскрытии. Она не предназначена для идентификации ключевых или основных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется пунктами формулы изобретения, следующими после подробного раскрытия. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается осуществлениями, которые устраняют какие-либо из вышеуказанных недостатков, или в какой-либо части данного изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана типовой силовой агрегат автомобиля.

На фиг. 2 показано частичное изображение двигателя.

На фиг. 3 показана высокоуровневая блок-схема для выбора степени сжатия двигателя в двигателе с ИСС и регулировки характеристик частоты вращения/нагрузки при выбранной СС с бесступенчатой коробкой передач.

На фиг. 4 показана типовая диаграмма для выбора применяемой степени сжатия.

На фиг. 5 показаны типовые настройки ИСС и БКП при работе двигателя.

На фиг. 6 показаны диаграммы УРТ для двигателя при двух различных степенях сжатия.

Подробное раскрытие

Следующее изобретение относится к системам и способам для повышения экономии топлива в автомобиле, имеющем бесступенчатую коробку передач (в данном документе также упоминается как БКП), например, силовой агрегат на фиг. 1. Силовой агрегат может содержать двигатель, выполненный с поршнем, положение которого в камере сгорания может изменяться, как раскрыто со ссылкой на систему двигателя на фиг. 2. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения управляющей программы, например типовой программы на фиг. 3, для выбора степени сжатия при регулировании характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя при выбранной СС с помощью регулировок передаточного числа БКП, чтобы лучше использовать преимущества экономии топлива в двигателе с ИСС. Контроллер может сравнивать диаграммы данных по участкам потребления топлива для каждой степени сжатия, например, диаграммы на фиг. 6. Примерная диаграмма, которая может использоваться контроллером для выбора того, сохранять степень сжатия или переходить на новую, показана со ссылкой на фиг. 4. Пример работы двигателя с регулировками СС и БКП, показана на фиг. 5. Таким образом, технология БКП может быть интегрирована и объединена с технологией ИСС для получения значительного улучшения экономии топлива.

Рассмотрим фиг. 1, на котором двигатель 10 внутреннего сгорания, дополнительно раскрытый в данном документе с конкретной привязкой к фиг. 2, показан соединенным с гидротрансформатором 11 через коленчатый вал 40. Гидротрансформатор 11 также соединен с коробкой 15 передач через турбинный вал 17. В одном из вариантов осуществления, коробка 15 передач содержит передачу с электронным управлением с множеством выбираемых передаточных чисел. Коробка 15 передач может также содержать различные другие передачи, такие как, например, передаточное число главной передачи (не показано). В показанном примере, коробка 15 передач является бесступенчатой коробкой передач (БКП). БКП может быть автоматической коробкой передач, которая может плавно изменять эффективные передаточные числа в непрерывном диапазоне, в отличие от других механических коробок передач, которые предлагают конечное число фиксированных передаточных отношений (передаточных чисел). Гибкость передаточных чисел БКП позволяет входному валу поддерживать более оптимизированную угловую скорость. Как пояснено со ссылками на фигуры 3-4, путем регулирования передаточного числа БКП, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью изменения характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя при поддержании запрашиваемой выходной мощности двигателя. Например, частота вращения двигателя уменьшаться при соответствующем увеличении нагрузки двигателя для того, чтобы поддерживать выходную мощность путем регулирования БКП до более низкого передаточного числа. В качестве другого примера, частота вращения двигателя увеличиваться при соответствующем уменьшении нагрузки двигателя для того, чтобы поддерживать выходную мощность путем регулирования БКП до более высокого передаточного числа. Это позволяет лучше использовать преимущества от экономии топлива при работе двигателя с выбранной степенью сжатия.

Гидротрансформатор 11 имеет обводную муфту (не показана), которая может быть зацеплена, расцеплена, или частично зацеплена. Когда муфта расцеплена и расцепляется, говорят, что гидротрансформатор находится в разомкнутом состоянии. Турбинный вал 17 также известен как ведущий вал коробки передач.

Коробка 15 передач может быть дополнительно соединена с шиной 19 через ось 21. Шина 19 сцепляет автомобиль (не показан) с дорогой 23. Следует отметить, что в одном из примерных вариантов осуществления, этот силовой агрегат соединен в пассажирском автомобиле, который перемещается по дороге. Несмотря на то, что могут использоваться различные конфигурации автомобиля, в одном из примеров, двигатель является единственным движущим источником энергии, и таким образом, автомобиль не является гибридно-электрическим, гибридно-сменным, и т.д. В других вариантах осуществления, данный способ может быть внедрен в гибридный автомобиль.

На фиг. 2 показан примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания, например, двигателя 10 на фиг. 1. Двигатель 10 может принимать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12 и ввод от оператора 130 автомобиля через устройство 132 ввода. В данном примере, устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования сигнала, пропорционального положению педали ПП. Цилиндр (в данном документе также "камера сгорания") 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным в них поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня переводится во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен с, по меньшей мере, одним приводным колесом пассажирского автомобиля через систему силовой передачи. Кроме того, стартерный мотор может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для обеспечения запуска двигателя 10.

Двигатель 10 может быть выполнен как двигатель с изменяемой степенью сжатия (ИСС), причем степень сжатия (СС) каждого цилиндра (то есть, отношение объема цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ) к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ)) может механически изменяться. СС двигателя может изменяться с помощью исполнительного механизма 202, приводящего в действие механизм 204 ИСС. В некоторых примерных вариантах осуществления, СС может изменяться между первой, более низкой СС (где отношение объема цилиндра, когда поршень находится в НМТ к объему цилиндра, когда поршень находится в ВМТ, меньше) и второй, более высокой СС (где это отношение больше). В еще одних примерных вариантах осуществления, может быть предустановленное число дискретных степеней сжатия. Кроме того, СС может непрерывно изменяться между первой, более низкой СС и второй, более высокой СС (до любой СС между ними).

В одном из примеров, механизм 204 ИСС соединен с поршнем 138. В нем СС двигателя может изменяться посредством механизма ИСС, который меняет положение ВМТ поршня. Например, поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 через механизм ИСС изменения положения поршня, который перемещает поршни ближе к головке цилиндров или дальше от нее, изменяя таким образом размер камеры 14 сгорания. В одном из примеров, изменение положения поршня внутри камеры сгорания также изменяет относительный рабочий ход поршня внутри цилиндра. Механизм ИСС изменения положения поршня может быть соединен с типовым кривошипно-шатунным механизмом или нетиповым кривошипно-шатунным механизмом. Неограничивающий пример нетипового кривошипно-шатунного механизма, с которым может соединяться механизм ИСС, содержит коленчатые валы с головками изменяемой длины и коленчатые валы с изменяемой кинематической длиной. В одном из примеров, коленчатый вал 140 может быть выполнен в виде эксцентрикового вала. В другом примере, эксцентрик может быть соединен с поршневым пальцем или в области поршневого пальца, причем эксцентрик меняет положение поршня внутри камеры сгорания. Движение эксцентрика может контролироваться масляными каналами в штоке поршня.

Следует понимать, что могут использоваться и другие механизмы ИСС, которые механически изменяют степень сжатия. Например, СС двигателя может изменяться с помощью механизма ИСС, который изменяет объем головки цилиндра (то есть, объем мертвого пространства в головке цилиндра). Следует понимать, что в контексте настоящего документа, двигатель с ИСС может быть выполнен с возможностью регулировки СС двигателя посредством механических настроек, которые изменяют положение поршня или объем головки цилиндра. Как таковые, механизмы ИСС не содержат настроек СС, достигаемых посредством настроек фаз газораспределения и кулачкового распределения.

Регулировкой положения поршня внутри цилиндра можно изменять эффективную (статическую) степень сжатия двигателя (то есть, разность между объемами цилиндра при ВМТ относительно НМТ). В одном их примеров, уменьшение степени сжатия содержит уменьшение хода поршня внутри камеры сгорания за счет увеличения расстояния между днищем поршня и головкой цилиндра. Например, двигатель может работать при первой, более низкой степени сжатия путем отправки контроллером сигнала для приведения в действие механизма ИСС в первое положение, когда поршень имеет более маленький рабочий ход внутри камеры сгорания. В качестве другого примера, двигатель может работать при второй, более высокой степени сжатия путем отправки контроллером сигнала для приведения в действие механизма ИСС во второе положение, когда поршень имеет больший рабочий ход внутри камеры сгорания. Как указано в настоящем документе, изменения в степени сжатия двигателя могут быть с успехом использованы для улучшения экономии топлива. Кроме того, с помощью координации регулировок БКП с регулировками СС (фиг. 3), двигатель может работать с измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя при выбранной СС, так что достигаются комбинированные улучшения экономии топлива. Измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя могут быть изменены от характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя, используемых по умолчанию (базовых) для заданной СС, чтобы учитывать ограничения двигателя при характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя по умолчанию, такие как ограничения по детонации или потери на трение. Таким образом, регулировка БКП позволяет изменять характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя так, что уровень мощности двигателя при выбранной СС с измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя является таким же, как уровень мощности при характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя по умолчанию (фиг. 4). В контексте настоящего документа, уровень мощности соответствует выходной мощности силового агрегата, которая определяется как произведение нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя.

Цилиндр 14 может принимать впускной воздух через несколько воздушных впускных каналов 142, 144, и 146. Воздушный впускной канал 146, кроме цилиндра 14, может сообщаться и с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут содержать наддувочное устройство, например, турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на фиг. 2 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176 отработавших газов, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере, частично приводиться в действие турбиной 176 отработавших газов через вал 180, причем наддувочное устройство выполнено в виде турбонагнетателя. Тем не менее, в других примерах, например, там, где двигатель 10 снабжен нагнетателем, турбина 176 отработавших газов может быть опционально исключена, и компрессор 174 может приводиться в действие механическим вводом от мотора двигателя. Вдоль впускного канала может быть предусмотрен дроссель 20, содержащий дроссельную заслонку 164 для изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 2, или альтернативно может быть представлен выше по потоку от компрессора 174.

Выпускной канал 148 может, кроме цилиндра 14, принимать отработавшие газы и от других цилиндров двигателя 10. Показано, что датчик 128 кислорода в отработавших газах соединен с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 контроля выбросов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных подходящих датчиков для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, таких как линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), датчик кислорода в двух состояниях или ДКОГ (как показано), НДКОГ (ДКОГ с подогревом), датчик NOx, УВ, или СО, например. Устройство 178 контроля выбросов быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), уловителем NOx, любыми другими устройствами контроля выбросов, или их комбинациями.

Температура отработавших газов может оцениваться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может быть выведена на основе рабочих параметров двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывания зажигания, и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может вычисляться с помощью одного или более датчиков 128 кислорода в отработавших газах. Следует понимать, что температура отработавших газов может альтернативно оцениваться с помощью любой комбинации способов оценки температуры, перечисленных в настоящем документе.

Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, показано, что цилиндр 14 содержит по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.

Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством приведения в действие кулачков через систему 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 через систему 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может содержать один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено датчиками 155 и 157 положения клапанов, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной и/или выпускной клапан могут управляться с помощью электропривода клапанов. Например, цилиндр 14 может, в качестве альтернативы, содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР. В еще одних вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться общим приводом или системой привода, или приводом или системой привода изменения фаз газораспределения.

Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, и когда находится в верхней мертвой точке. Стандартно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Тем не менее, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высокой скрытой энтальпией испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется прямой впрыск, благодаря его воздействию на детонацию двигателя. Степень сжатия может также изменяться в зависимости от запроса водителя через настройки исполнительного механизма 202 ИСС, который приводит в действие механизм 204 ИСС, изменяя действительное положение поршня 138 в камере сгорания 14.

В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициирования горения. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал 03 опережения зажигания от контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть исключена, например, когда двигатель 10 может инициировать горение автоматическим зажиганием или впрыском топлива, как это может быть в случае некоторых дизельных двигателей.

В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр может быть выполнен с одним или более топливными инжекторами для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, содержащий один топливный инжектор 166. Топливный инжектор 166 показан соединенным непосредственно с цилиндром 14 для прямого впрыска топлива в него пропорционально длительности топливного импульса ДТИ, полученному от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом, топливный инжектор 166 так называемый прямой впрыск (далее называемый также ПВ) топлива в цилиндр 14 сгорания. Хотя на фиг. 2 инжектор 166 показан как боковой инжектор, он может также быть расположен над поршнем, например, рядом с местоположением свечи 192 зажигания. Такое местоположение может улучшить перемешивание и сжигание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе из-за меньшей летучести некоторых видов спиртосодержащего топлива. В качестве альтернативы, инжектор может быть расположен наверху и рядом с впускным клапаном для улучшения перемешивания. Топливо может подаваться в топливный инжектор 166 из топливной системы 8 высокого давления, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. В качестве альтернативы, топливо может подаваться одноступенчатым топливным насосом под более низким давлением, и в этом случае время прямого впрыска топлива может быть более ограниченным во время такта сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут иметь преобразователь давления, подающий сигнал на контроллер 12. Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления, инжектор 166 может быть инжектором распределенного впрыска, подающим топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14.

Следует также понимать, что, несмотря на то, что изображенный вариант осуществления иллюстрирует двигатель, работающий от впрыска топлива через единственный прямой инжектор, в альтернативных вариантах осуществления, двигатель может работать, используя два или более инжекторов (например, инжектор прямого впрыска и инжектор распределенного впрыска на цилиндр, или два инжектора прямого впрыска/инжектора распределенного впрыска на цилиндр, и т.д.) и изменяя относительное количество впрыска в цилиндр от каждого инжектора.

Топливо может подаваться инжектором в цилиндр во время одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество подаваемого от инжектора топлива может изменяться в зависимости от рабочих параметров. Кроме того, для одного события сгорания, может выполняться многократный впрыск поставляемого топлива за такт. Многократный впрыск может выполняться во время такта сжатия, такта впуска, или любой их соответствующей комбинации. Кроме того, топливо может впрыскиваться в течение цикла для регулирования воздушно-топливного отношения (ВТО) при сгорании. Например, топливо может впрыскиваться для обеспечения стехиометрического ВТО. Для оценки ВТО в цилиндре может использоваться датчик ВТО. В одном из примеров, датчик ВТО может быть датчиком кислорода в отработавших газах, например, датчиком 128 ДКОГ. Датчик может определить ВТО путем измерения количества остаточного кислорода (для обедненных смесей) или несгоревших углеводородов (для обогащенных смесей) в отработавших газах. По существу, ВТО может быть представлено в виде Лямбда-значения (λ), т.е. как отношение фактического ВТО к стехиометрии для данной смеси. Таким образом, Лямбда-значение 1.0 указывает на стехиометрическую смесь, являющуюся более обогащенной, чем стехиометрические смеси, которые могут иметь Лямбда-значение меньше 1.0, и более обедненной, чем стехиометрические смеси, которые могут иметь Лямбда-значение больше 1.

Как было раскрыто выше, на фиг. 2 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр может аналогично содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливных инжекторов, свечу зажигания, и т.д.

Топливные баки в топливной системе 8 могут содержать топливо с различными качествами топлива, например, различные топливные составы. Эти отличия могут содержать разное содержание алкоголя, разное октановое число, различную теплоту испарения, различные топливные смеси, и/или их комбинации и т.д.

Двигатель 10 может дополнительно содержать датчик 90 детонации, соединенный с каждым цилиндром 14 для идентификации ненормальных событий сгорания в цилиндре. В альтернативных вариантах осуществления, один или более датчиков 90 детонации могут соединяться в выбранных местах блока двигателя. Датчик детонации может быть акселерометром на блоке цилиндров, или ионизационным датчиком, расположенном в свече зажигания каждого цилиндра. Выходной сигнал датчика детонации может быть объединен с выходным сигналом датчика ускорения коленчатого вала для идентификации ненормальных событий сгорания в цилиндре. В одном из примеров, на основе выходного сигнала датчика 90 детонации в одно или более определенных окон (например, временные окна угла поворота кривошипа) может быть установлено и дифференцировано ненормальное сгорание из-за одного или более из детонации и преждевременного зажигания. Кроме того, ненормальное сгорание может быть соответственно устранено. Например, детонация может быть устранена путем уменьшения степени сжатия и/или уменьшения угла опережения зажигания, а преждевременное зажигание устраняется путем обогащения двигателя или ограничения нагрузки двигателя.

Вернемся к фиг. 2, где контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, содержащего блок 106 микропроцессора, входной/выходной порты 108, электронный накопитель для исполняемых программ и калибровочных значений показан в виде чипа 110 постоянного запоминающего устройства в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114, и шину данных. Контроллер 12, в дополнение к ранее упомянутым сигналам, может принимать различные сигналы от датчиков, подсоединенных к двигателю 10, содержащие измерения массового расхода засосанного воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, соединенного с рукавом 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 124, ВТО цилиндра от датчика 128 ДКОГ, и ненормальное сгорание от датчика 90 детонации и датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал частоты вращения двигателя, в об/мин, может генерироваться контроллером 12 от сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе ДВК от датчика давления в коллекторе может использоваться для обеспечения индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, показанных на фигурах 1-2 и использует различные исполнительные механизмы, показанные на фигурах 1-2, для настройки работы двигателя на основании полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера. Например, настройка степени сжатия двигателя может содержать посылку контроллером сигнала исполнительному механизму ИСС, который приводит в действие механизм ИСС, для механического перемещения поршня ближе к головке цилиндра или дальше от нее, чтобы таким образом изменять объем камеры сгорания. В качестве другого примера, на основании сигналов от контроллера, передаточное число коробки передач, показанной на фиг. 1, может изменяться для изменения характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя при заданной выходной мощности.

Носитель 110 с постоянным запоминающим устройством может быть запрограммирован машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов.

Таким образом, системы, показанные на фигурах 1-2, представляют систему автомобиля, содержащую: двигатель с цилиндром, механизм ИСС, соединенный с поршнем цилиндра для изменения степени сжатия двигателя посредством механического изменения положения поршня внутри цилиндре; бесступенчатую коробку передач (БКП), соединяющую двигатель с колесами автомобиля, при этом БКП имеет множество передаточных чисел; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти для: оценки первой экономии топлива, связанной с поддержанием первой степени сжатия, ко второй экономии топлива, связанной с переходом ко второй степени сжатия; если вторая экономия топлива выше, прогнозирования повышения расхода топлива, связанного с работой при измененных характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя при второй степени сжатия; и если скорректированная с учетом повышения расхода топлива вторая экономия топлива выше, чем первая экономия топлива, приведения в действие механизма ИСС для перехода ко второй степени сжатия при выборе одного из множества передаточных чисел для поддержания измененных характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя. Дополнительно или опционально, контроллер может содержать дополнительные инструкции для того, чтобы: если первая экономия топлива выше, чем скорректированная с учетом повышения расхода топлива вторая экономия топлива, сохранять положение механизма ИСС для поддержания работы двигателя с первой степенью сжатия. Дополнительно или опционально, измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя при второй степени сжатия могут быть первыми измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя на основании предела детонации двигателя при второй степени сжатия, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для того, чтобы: при поддержании работы двигателя с первой степенью сжатия, прогнозировать повышение расхода топлива, связанное с работой со вторыми измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя при первой степени сжатия, причем вторые измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя основаны на потерях двигателя на трение на первой степени сжатия; если повышение расхода топлива меньше, то работа при вторых измененных характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя при первой степени сжатия; а если повышение расхода топлива больше, то поддержание базовых характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя для первой степени сжатия. Дополнительно или опционально, выбор может содержать выбор первого пониженного передаточного числа, когда измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат повышенную частоту вращения двигателя и пониженную нагрузку двигателя, и выбор второго повышенного передаточного числа, когда измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат пониженную частоту вращения двигателя и повышенную нагрузку двигателя.

Теперь рассмотрим фиг. 3, на котором раскрыта типовая процедура 300 по координации регулировок степени сжатия двигателя, выполненного с механизмом ИСС с регулировками передаточного числа бесступенчатой коробки передач (БКП). Таким образом, характеристики силового агрегата двигателя (содержащие частоту вращения и нагрузку двигателя) могут регулироваться при поддержании запрашиваемой выходной мощности двигателя и при суммировании преимуществ экономии топлива как от регулировки ИСС, так и от регулировки БКП. Этот способ позволяет улучшить экономию топлива несмотря на частые изменения в запрашиваемой водителем мощности. Инструкции по выполнению способа 300 и других содержащихся в настоящем документе способов могут исполняться контроллером на основании инструкций, хранящихся в памяти контроллера и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше со ссылками на фигуры 1-2. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.

На шаге 302, процедура содержит оценку и/или измерение рабочих параметров двигателя. Эти параметры могут содержать, например, запрашиваемую водителем мощность (например, на основании выходного сигнала датчика положения педали, соединенного с педалью оператора), наружные температуру, давление и важность, температуру двигателя, уровень топлива в топливном баке, октановое число располагаемого топлива, давление во впускном коллекторе (ДВК), расход воздуха в коллекторе (МРВ), температуру катализатора, температуру впускного воздуха, уровень наддува, и т.д.

На шаге 304, способ содержит, для данной запрашиваемой водителем мощности, сравнение топливных КПД для каждой степени сжатия двигателя. В одном из примеров, двигатель выполнен с механизмом ИСС, который механически изменяет степень сжатия двигателя между первой, более низкой и второй, более высокой СС. В альтернативных примерах может быть еще больше степеней сжатия. В одном из примеров, контроллер может сравнить топливные КПД топлива при двух степенях сжатия путем сравнения удельного расхода топлива (УРТ) двигателя при каждой степени сжатия. УРТ двигателя при каждой степени сжатия может храниться в таблицах, диаграммах, и/или уравнениях как функция от рабочих параметров, таких как об/мин, крутящий момент, температура, влажность, предполагаемое октановое число топлива, и т.д.

В одном из примеров, двигатель может быть откалиброван при каждой степени сжатия для определения участков с постоянным УРТ. На фиг. 6 изображены типовые диаграммы УРТ с участками УРТ для двигателя при различных степенях сжатия. В частности, на диаграмме 600 изображены участки УРТ при первой, более низкой степени сжатия (например, 10.0), а на диаграмме 620 изображены участки УРТ при второй, более высокой степени сжатия (например, 11.9). На диаграммах изображены частота вращения двигателя (в об/мин) по оси х, и нагрузка двигателя или крутящий момент или СЭД (среднее эффективное давление, в барах) по оси у. Затем строятся участки УРТ на основании частоты вращения двигателя относительно нагрузки (в г/кВт-час). По существу, КПД двигателя может быть определен как величина, обратная УРТ. Таким образом, для любого множества участков УРТ, самый внутренний участок с наименьшей площадью (участок 602 и 622 на диаграммах 600 и 620, соответственно) представляет рабочую зону двигателя с наивысшим КПД, и, следовательно, наименьшим расходом топлива. Кроме того, УРТ для двигателя остается постоянным на данном участке.

Как можно видеть, относительно участков 602, 622, КПД двигателя падает с уменьшением частоты вращения двигателя. Это связано с тем, что горячие газы в цилиндре теряют тепло на стенках цилиндров, причем потери наиболее выражены при более низких частотах вращения двигателя. КПД двигателя также падает с увеличением частоты вращения двигателя относительно участков 602, 622. Это связано с увеличением потерь на трение при высоких частотах вращения двигателя. КПД двигателя также снижается по мере увеличения крутящего момента относительно участков 602, 622 даже несмотря на то, что на трение приходится большая часть полезной работы двигателя в этой зоне. Снижение КПД двигателя связано с необходимостью замедлять зажигание для борьбы с детонацией. Наконец, КПД двигателя падает по мере того, как крутящий момент уменьшается относительно участков 602, 622 из-за постоянных накладных расходов, возникающих при эксплуатации таких компонентов двигателя, как масляные насосы и водяные насосы. Работа насосов и потери на трение (например, из-за механического трения) растут относительно объема совершенной работы, уменьшая таким образом КПД.

Кроме того, размер и положение участков изменяются по мере увеличения СС двигателя. В частности, участок с наивысшим КПД для более высокой степени сжатия (622) может перемещаться к относительно более высокой частоте вращения двигателя и более высокому крутящему моменту двигателя по сравнению с участком с наивысшим КПД для более низкой степени сжатия (602). Кроме того, участок с наивысшим КПД для более низкой степени сжатия может охватывать меньшую площадь, распространенную равномерно в диапазоне частот вращения и крутящих моментов двигателя (то есть, по существу, круглый по форме), в то время как участок с наивысшим КПД для более высокой степени сжатия может охватывать большую площадь, распространенную в более широком диапазоне частот вращения двигателя по сравнению с диапазоном крутящих моментов двигателя (то есть, по существу, горизонтально овальный по форме).

На шаге 306, способ содержит определение того, повышается ли топливное КПД двигателя более чем на пороговое значение путем изменения степени сжатия от текущей степени сжатия, на которой находится двигатель, на другую степень сжатия. Например, двигатель может на данный момент работать при первой, более низкой степени сжатия и, в соответствии с изменением запроса водителя, может быть определено, повышается ли топливное КПД двигателя более чем на пороговое значение путем перехода ко второй, более высокой степени сжатия. В другом примере, двигатель может на данный момент работать при второй, более высокой степени сжатия и, в соответствии с изменением запроса водителя, может быть определено, повышается ли топливное КПД двигателя более чем на пороговое значение путем перехода на первую, более низкую степень сжатия. Таким образом, контроллер может выбрать степень сжатия, обеспечивающую более низкое значение УРТ в качестве более топливоэкономичной степени сжатия. В одном из примеров, контроллер может использовать диаграммы с участками потребления топлива для каждой степени сжатия для предварительного определения линии оптимальной эффективности (калиброванной как функция), как это было сделано со ссылкой на пример, показанный на фиг. 4.

Если топливное КПД двигателя не повышается более чем на пороговое значение, тогда на шаге 318, способ содержит поддержание текущей степени сжатия двигателя. При этом, механизм ИСС (и, следовательно, положение ВМТ поршня) поддерживается в его текущем положении. Другими словами, в соответствии с более низким, чем пороговое, повышением топливного КПД, поддерживается текущая СС. Опционально, могут использоваться регулировки БКП для регулирования характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя на текущей СС для получения дополнительной экономии топлива. Например, если текущая СС является более низкой степенью сжатия, частота вращения двигателя может быть понижена при увеличении нагрузки двигателя, чтобы уменьшить потери на трение при низких нагрузках, при текущей СС и при поддержке запрашиваемого уровня мощности двигателя.

Если топливное КПД двигателя повышается более чем на пороговое значение (на основании сравнения топливных КПД на шаге 304), тогда на шаге 308, способ содержит прогнозирование частоты вращения и нагрузки двигателя после перехода СС на измененную СС. В частности, для поддержания выходной мощности в соответствии с запросом водителя, изменение СС может привести к изменению характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя. Например, для данного запроса водителя, двигатель может обеспечить ту же выходную мощность, работая с более низкой частотой вращения двигателя и более высокой нагрузкой двигателя на более низкой степени сжатия или с более высокой частотой вращения двигателя и более низкой нагрузкой двигателя на более высокой степени сжатия.

На шаге 310, может быть определено, ожидаются ли какие-либо ограничения работы двигателя при прогнозируемых частоте вращения/нагрузке двигателя для более топливоэкономичной степени сжатия. Эти ограничения могут содержать, например, ограничения по детонации или потери на трение. Например, может быть определено, вероятна ли детонация при прогнозируемых частоте вращения/нагрузке двигателя.

Если при прогнозируемых частоте вращения/нагрузке двигателя не ожидается детонация двигателя, затем на шаге 312, способ содержит переход двигателя на измененную степень сжатия с более высоким топливным КПД через настройки в механизме ИСС. Здесь контроллер может перейти к степени сжатия, обеспечивающей более низкий УРТ. В частности, контроллер посылает сигнал исполнительному механизму ИСС, соединенному с механизмом ИСС, который механически изменяет положение ВМТ поршня внутри цилиндра. Например, сигнал исполнительному механизму ИСС может устанавливать механизм ИСС в положение, при котором положение поршня внутри цилиндра соответствует выбранной степени сжатия. В одном из примеров, механизм ИСС является механизмом изменения положения поршня. В другом примере, механизм ИСС является механизмом изменения объема головки цилиндра.

Например, двигатель может быть выполнен с механизмом ИСС, который механически меняет степень сжатия двигателя между первой, более низкой степенью сжатия и второй, более высокой степенью сжатия. Когда более низкая СС является более топливоэкономичной СС, контроллер может переводить двигатель на более низкую СС (с более высокой СС), при этом двигатель работает при более низкой степени сжатия, причем контроллер посылает сигнал исполнительному механизму ИСС для приведения в движение механизма ИСС. Например, степень сжатия может быть уменьшена путем уменьшения положения поршня внутри цилиндра с помощью одного из следующего: эллиптическое вращение коленчатого вала и эксцентрик, соединенный с поршневым пальцем, и регулируемая по высоте головка поршня, и шатун изменяемой длины, и специальное соединение кривошипа. В другом примере, когда более высокая СС является более топливоэкономичной СС, контроллер может переводить двигатель на более высокую СС (с более низкой СС), при этом двигатель работает при более высокой степени сжатия, причем контроллер посылает сигнал исполнительному механизму ИСС для приведения в движение механизма ИСС. Например, степень сжатия может быть увеличена путем увеличения положения поршня внутри цилиндра с помощью одного из следующего: эллиптическое вращение коленчатого вала и эксцентрик, соединенный с поршневым пальцем, и регулируемая по высоте головка поршня, и шатун изменяемой длины, и специальное соединение кривошипа.

Процедура может затем перейти к шагу 320, на котором контроллер регулирует БКП для обеспечения характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя, которые являются оптимальными для выбранной СС. Например, БКП может быть регулироваться на более низкое передаточное число в соответствии с переходом на более низкую СС, понижая таким образом частоту вращения двигателя. В качестве другого примера, БКП может регулироваться на более высокое передаточное число в соответствии с переходом на более высокую СС, повышая таким образом частоту вращения двигателя.

В дополнение к приведению в действие механизма ИСС и БКП, контроллер может также приводить в действие одно или более из следующего: впускной дроссель двигателя, впускные и/или выпускные кулачки, подъем клапанов, давление наддува, и установка момента зажигания для обеспечения оптимальной нагрузки (крутящего момента) для выбранной степени сжатия.

Возвращаясь к шагу 310, если при прогнозируемых частоте вращения/нагрузке двигателя ожидается детонация двигателя, тогда на шаге 314, способ содержит прогнозирование повышения расхода топлива, связанное с регулировкой по уменьшению детонации. Например, может быть определено, можно ли изменить характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя (посредством регулировок передаточного числа в БКП) для уменьшения детонации. Настройка на скорректированные/измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя может содержать выбор передаточного числа БКП, которое соответствует скорректированным характеристикам частоты вращения/нагрузки двигателя. Сюда может входить выбор передаточного числа, которое повышает частоту вращения двигателя, при снижении нагрузки двигателя на более высокой степени сжатия для поддержания выходной мощности двигателя при уменьшении детонации. В одном из примеров, частота вращения двигателя может быть увеличена, когда нагрузка двигателя уменьшается, в то время как работа двигателя на измененной СС приближается к границе детонации. Таким образом, авторы настоящего изобретения признают, что характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя могут изменяться при поддержании выходной мощности двигателя посредством настроек передаточного числа БКП. Затем, может быть рассчитан топливный КПД двигателя при новых характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя и выбранной СС (в настоящем примере, топливный КПД при более высокой частоте вращения и более низкой нагрузке более высокой СС). В одном из примеров, контроллер может обращаться к диаграмме, такой как примерная диаграмма на фиг. 4 (разъяснена ниже), для определения того, приводит ли изменение частоты вращения/нагрузки двигателя к переходу двигателя от первой линии (или участка) наивысшего КПД топлива ко второй, другой линии (или участку) наивысшего топливного КПД, причем вторая линия имеет более низкий топливный КПД по сравнению с первой линией. Здесь, может быть оценено повышение расхода топлива на основании падения топливного КПД (например, на основании разности между топливным КПД на первой линии относительно второй линии). В отношении вышеописанного примера, первый топливный КПД двигателя при более высокой СС с базовыми, более низкой частотой вращения двигателя и более высокой нагрузкой двигателя, может сравниваться со вторым топливным КПД двигателя при более высокой СС со скорректированными БКП более высокой частотой вращения двигателя и более низкой нагрузкой двигателя. В альтернативном примере, может быть определена величина запаздывания зажигания, необходимого для уменьшения детонации, и может быть рассчитано соответствующее повышение расхода топлива.

На шаге 316, прогнозируемое повышение расхода топлива, связанное с детонацией (Knk_fuel penalty) может сравниваться с изменением экономии топлива, связанным с переходом на выбранную СС (CR_fuel economy). Другими словами, экономия топлива, связанная с работой двигателя при текущей СС сравнивается с изменением экономии топлива, связанной с работой двигателя при измененной СС с измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя. Здесь, двигатель может работать при текущей СС либо с базовыми характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя, либо с измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя на основании ограничений двигателя при текущей СС (которые могут быть теми же самыми или отличными от ограничений двигателя при измененной СС). Таким образом, измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя при текущей СС могут отличаться от измененных характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя при измененной СС. Например, измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя при текущей СС могут регулироваться с учетом потерь на трение, а измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя при измененной СС могут регулироваться с учетом ограничений по детонации. Тем не менее, уровень мощности двигателя поддерживается как при работе двигателя на текущей СС (с базовыми или измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя), так и при работе двигателя на измененной СС с измененными/скорректированными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя.

Если повышение расхода топлива ниже изменения экономии топлива, связанного с СС, то есть, чистый результат даже с изменением характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя и изменением СС является выигрышем по топливу, тогда способ переходит к шагу 312 для перевода двигателя на степень сжатия с более высоким топливным КПД с помощью регулировок механизма ИСС. Сюда входит посылка контроллером сигнала на исполнительный механизм ИСС, соединенный с механизмом ИСС для приведения в движение механизма ИСС.

Кроме того, на шаге 320, контроллер может регулировать БКП для обеспечения характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя, которые являются оптимальными для выбранной СС и для решения проблем с данными ограничениями по детонации. Например, двигатель могут переводить на более высокую СС при установке БКП на передаточное число, которое повышает частоту вращения двигателя и понижает нагрузку двигателя при сохранении той же выходной мощности силового агрегата двигателя.

Если повышение расхода топлива выше изменения экономии топлива, связанного с СС, то есть, чистый результат даже с изменением характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя и изменением СС является проигрышем по топливу, тогда способ переходит к шагу 318 для поддержания двигателя при текущей степени сжатия. Таким образом, даже несмотря на то, что другая СС может быть номинально более топливоэкономичной для заданного запроса водителя, контроллер может поддерживать двигатель на текущей СС в виду неэкономичных топливных ограничений, которые могут возникать при работе на другой СС. Поддержание текущей СС содержит посылку контроллером сигнала на исполнительный механизм ИСС, соединенный с механизмом ИСС, для сохранения положения механизма ИСС. Кроме того, на шаге 320, контроллер может регулировать БКП для поддержания характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя, которые являются оптимальными для выбранной СС. Сюда может входить поддержание базовых характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя для текущей СС при сохранении текущей СС. В качестве альтернативы, сюда может входить регулировка характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя для текущей СС с помощью регулировок передаточного числа БКП при сохранении текущей СС.

Следует понимать, что несмотря на то, что в вышеупомянутом способе обсуждается прогнозирование ограничений по детонации при прогнозируемых на шаге 310 характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя, и прогнозирование на шаге 314 повышения расхода топлива, связанного с уменьшением детонации, это не является ограничивающим. В альтернативном примере, контроллер может прогнозировать потери на трение при прогнозируемых характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя, а затем прогнозировать повышение расхода топлива, связанное с уменьшением трения. Например, при работе с более низкой СС при более низких нагрузках, трение может быть поменяно на ограничения по детонации. Таким образом, может оказаться более топливоэкономичным переводить двигатель на более низкую СС при установке БКП на передаточное число, которое понижает частоту вращения двигателя и повышает нагрузку двигателя при сохранении той же выходной мощности двигателя.

В одном из примеров, как подробно раскрыто со ссылками на фиг. 4, данные из диаграмм данных с участками потребления топлива для каждой степени сжатия могут быть приведены к двум линиям наивысшего КПД, между которыми контроллер может быстрее интерполировать в режиме реального времени. В противном случае, контроллеру пришлось бы выполнять оптимизацию по каждой диаграмме потребления топлива, а затем пытаться дополнительно оптимизировать точку между двумя состояниями степени сжатия. В настоящем подходе, контроллер может использовать диаграммы участков потребления топлива для степени сжатия для того, чтобы заранее определить линию оптимального КПД. Затем, для текущей запрашиваемой мощности, контроллер может искать линии оптимального КПД для текущей рабочей мощности и оценивать две кривые для определения оптимального КПД. Если СС является изменяемой (например, если СС изменяется на 40% от первой СС, СС1 до второй СС, СС2), контроллер может линейно интерполировать между линией оптимального КПД для первой СС и второй СС. Хотя линия может быть не совсем прямолинейной, изменения могут быть достаточно небольшими, чтобы линейное приближение было удовлетворительным приближением в режиме реального времени.

Теперь рассмотрим фиг. 4, где показана примерная диаграмма для сравнения топливных КПД, связанных с различными СС для данной запрашиваемой водителем выходной мощности, а также для сравнения топливных КПД, связанных с различными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя для данной СС. В одном из примеров, диаграмма, изображенная на фиг. 4, может быть построена во время калибровки двигателя и храниться в памяти контроллера двигателя. Контроллер может затем обращаться к диаграмме во время работы двигателя, чтобы определить, следует ли поддерживать текущую СС или переходить к альтернативной СС в соответствии с изменением запроса водителя.

На диаграмме 400 изображена первая линия наивысшего КПД в зависимости от мощности при более высокой степени сжатия, в настоящем документе также упоминаемая как граничная нагрузка 404 оптимального КПД при более высокой СС (изображена сплошной линией). На диаграмме 400 также изображена вторая линия наивысшего КПД в зависимости от мощности при более низкой степени сжатия, в настоящем документе также упоминаемая как граничная нагрузка 406 оптимального КПД при более низкой СС (изображена штриховой линией). Графики показаны с частотой вращения двигателя по оси х и нагрузкой двигателя или крутящим моментом по оси у. Примерный участок УРТ (здесь овальный) с наивысшим топливным КПД для более высокой степени сжатия очерчен пунктирной линией 408, тогда как соответствующий участок для более низкой степени сжатия очерчен пунктирной линией 409. Следует понимать, что участки 408 и 409 представляют внутренний участок наименьшего потребления топлива и, что участки потребления топлива, внешние к этому участку, здесь не показаны из соображений ясности. Таким образом, точное положение овалов с постоянным КПД будет меняться в зависимости от текущих пределов детонации, которые варьируются в зависимости от октанового числа топлива, температуры, влажности и, конечно же, степени сжатия. Максимальный крутящий момент двигателя при заданной частоте вращения двигателя показан кривой 402. Линии постоянной выходной мощности, соответствующие 10 кВт-50 кВт, изображены на линиях 450-490 мощности, соответственно.

Первая СС и настройка БКП показаны со ссылкой на рабочие точки 410-416. На основании текущего запроса водителя, двигатель может находиться в рабочей точке 410 на диаграмме частоты вращения/нагрузки двигателя. В частности, на основании нагрузки двигателя, соответствующей положению на (или чуть ниже) граничной нагрузке 404 оптимального КПД при более высокой СС, и запрашиваемой мощности в 10 кВт, двигатель может работать в рабочей точке 410 с более высокой степенью сжатия и с частотой вращения/нагрузкой двигателя по линии 450 мощности. Частота вращения/нагрузка двигателя при текущей СС могут выбираться на основании участка 408 УРТ.

Если запрос водителя увеличивается до 20 кВт (например, из-за нажатия водителем педали, когда двигатель работает на более высокой степени сжатия), двигатель может перейти для работы по линии 460 мощности и определить, оставаться ли на более высокой СС или перейти на более низкую СС на основании изменений топливного КПД. В качестве первого варианта, двигатель можно перевести в рабочую точку 412 по линии 460 мощности. Здесь, обеспечивается запрос водителя при сохранении текущей более высокой СС. В качестве второго варианта, двигатель можно перевести в рабочую точку 414 по линии 460 мощности, причем при переходе на более низкую СС, обеспечивается та же самая выходная мощность. Таким образом, для заданного запроса водителя, обеспечивается более высокий топливный КПД при более низкой СС, так как двигатель работает на участке более высокого топливного КПД в точке 414. Тем не менее, контроллер может дополнительно определить, что точка 414 связана с ограничением (например, по детонации), которое может быть устранено путем перехода, в качестве третьего варианта, в рабочую точку 416, где нагрузка двигателя увеличивается, а частота вращения двигателя уменьшается, при этом оставаясь на линии 460. Регулировку частоты вращения/нагрузки двигателя можно провести с помощью регулировок передаточного числа для БКП. Переход в рабочую точку 416 приведет к ухудшению экономии топлива (то есть, вызовет повышение расхода топлива) по сравнению с пребыванием в рабочей точке 414. Тем не менее, повышение расхода топлива, связанное с переходом из рабочей точки 414 в рабочую точку 416, меньше, чем улучшение экономии топлива, связанное с переходом из рабочей точки 412 в рабочую точку 414. Следовательно, в соответствии с увеличением запроса водителя, более топливоэкономично переходить из рабочей точки 410 в 416 путем перехода на более низкую степень сжатия и уменьшения частоты вращения двигателя при уменьшении нагрузки двигателя на более высокой степени сжатия.

Следует понимать, что, если регулировка частоты вращения/нагрузки двигателя, требуемая для устранения ограничения, перевела двигатель, в качестве четвертого варианта, в рабочую точку 418 (где нагрузка двигателя дополнительно увеличивается, а частота вращения двигателя дополнительно уменьшается, оставаясь на линии 460 мощности), этот переход вызовет более крупное повышение расхода топлива. В этом случае, прогнозируемое повышение расхода топлива, связанное с переходом из рабочей точки 414 в рабочую точку 418, было бы больше, чем улучшение экономии топлива, связанное с переходом из рабочей точки 412 в рабочую точку 414. Следовательно, в соответствии с увеличением запроса водителя, более топливоэкономично переходить из рабочей точки 410 в 414 путем поддержания более высокой степени сжатия.

Вторая СС и настройка БКП показаны со ссылкой на рабочие точки 420-424. На основании текущего запроса водителя, двигатель может находиться в рабочей точке 420 на диаграмме частоты вращения/нагрузки двигателя. В частности, на основании нагрузки двигателя, соответствующей положению на (или чуть ниже) граничной нагрузке 404 оптимального КПД при более высокой СС, и запрашиваемой мощности в 40 кВт, двигатель может работать в рабочей точке 420 с более высокой степенью сжатия (то есть, с механизмом ИСС, приведенным в положение, в котором расстояние между поршнем и головкой цилиндров больше) и с частотой вращения/нагрузкой двигателя по линии 480 мощности. Частота вращения/нагрузка двигателя при текущей СС могут выбираться на основании участка 409 УРТ.

Если запрос водителя увеличивается до 50 кВт (например, из-за нажатия водителем педали, когда двигатель работает на более высокой степени сжатия), двигатель может перейти для работы по линии 490 мощности и определить, оставаться ли на более высокой СС или перейти на более низкую СС на основании изменений топливного КПД. В качестве первого варианта, двигатель можно перевести в рабочую точку 422 по линии 490 мощности. Здесь, обеспечивается запрос водителя при сохранении текущей более высокой СС. В качестве второго варианта, двигатель можно перевести в рабочую точку 424 по линии 490 мощности, причем при переходе на более низкую СС, обеспечивается та же самая выходная мощность. Таким образом, для заданного запроса водителя, обеспечивается более высокий топливный КПД при более как определено на основании сравнения их участков УРТ. Следовательно, в соответствии с увеличением запроса водителя, более топливоэкономично переходить из рабочей точки 420 в 424 путем поддержания более высокой степени сжатия. Кроме того, дополнительные преимущества экономии топлива могут быть получены благодаря настройке БКП во время пребывания на более высокой СС. В частности, может регулироваться передаточное число БКП для перевода двигателя в рабочую точку 426 по линии 490 мощности, причем та же выходная мощность обеспечивается при поддержании более высокой СС путем уменьшения нагрузки двигателя при увеличении частоты вращения двигателя.

Таким образом, для заданного запроса водителя, контроллер двигателя может оценивать первую экономию топлива, связанную с поддержанием первой степени сжатия, со второй экономией топлива, связанной с переходом ко второй степени сжатия при работе с характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя, скорректированными с учетом детонации. Если вторая экономия топлива выше, чем первая экономия топлива, контроллер может определить, что более топливоэкономично совершить перевод, и контроллер может перевести двигатель ко второй степени сжатия с помощью механических регулировок положения поршня (например, с помощью механизма ИСС). Кроме того, контроллер может перевести двигатель на скорректированные с учетом детонации характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя с помощью регулировок передаточного числа БКП. Здесь, переход на скорректированные с учетом детонации характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержит переход от базовых характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя для второй степени сжатия. В одном из примеров, скорректированные с учетом детонации характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат более высокую частоту вращения двигателя и более низкую нагрузку двигателя по сравнению с базовыми характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя для заданного уровня мощности при заданной степени сжатия. Кроме того, выходная мощность двигателя во время работы двигателя с первой степенью сжатия совпадает с выходной мощностью двигателя во время работы двигателя со второй степенью сжатия со скорректированными с учетом детонации характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя. Для сравнения, если вторая экономия топлива меньше, чем первая экономия топлива, контроллер может определить, что совершать переход не экономично по топливу, и контроллер может поддерживать первую степень сжатия. Дополнительно или опционально, контроллер может перевести двигатель на скорректированные с учетом трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя с помощью регулировок передаточного числа БКП, оставаясь на первой степени сжатия, если скорректированные с учетом трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя обеспечивают еще большую экономию топлива (чем оставаясь на первой степени сжатия с базовыми характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя). В одном из примеров, где вторая степень сжатия выше, чем первая степень сжатия, скорректированные с учетом детонации характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя при второй степени сжатия содержат более высокую, чем базовая частоту вращения двигателя и более низкую, чем базовая нагрузку двигателя, в то время как скорректированные с учетом трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя при первой степени сжатия содержат более низкую, чем базовая, частоту вращения двигателя и более высокую, чем базовая, нагрузку двигателя.

Теперь рассмотрим фиг. 5, на которой диаграмма 500 изображает примерные регулировки БКП и ИСС, которые могут быть которые могут быть интегрированы для обеспечения совместных преимуществ экономии топлива. Диаграмма 500 изображает изменения частоты вращения двигателя на графике 502, изменения нагрузки двигателя на графике 504, изменения выходной мощности двигателя на графике 506, изменение степени сжатия (СС) двигателя на графике 508, и выходной сигнал датчика детонации на графике 510. Следует понимать, что в контексте настоящего документа, мощность двигателя определяется как произведение частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя (или момента). Кроме того, регулировки частоты вращения двигателя достигаются посредством регулировок передаточного числа БКП, установленной между двигателем и вторичным валом. В настоящем примере СС является регулируемой между первым и вторым значением, хотя в альтернативных примерах, возможны дополнительные СС и/или СС может быть регулироваться до любой СС между первым и вторым значениями.

До момента времени t1, двигатель может работать для обеспечения выходной мощности с помощью изображенных характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя и двигатель находится на более высокой СС. В момент времени t1, в соответствии с ростом запроса водителя, выходная мощность двигателя может быть увеличена. Здесь, выходная мощность двигателя увеличивается путем перехода на более низкую СС из-за того, что более низкая СС более топливоэкономична, чем более высокая СС. Кроме того, дополнительные преимущества экономии топлива достигаются путем регулировки характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя на более низкой СС с помощью регулировок БКП таким образом, чтобы обеспечить ту же мощность двигателя, используя более высокую, чем базовая, частоту вращения двигателя и более низкую, чем базовая, нагрузку двигателя. Базовые частота вращения и нагрузка двигателя (для данной СС) изображены здесь в виде штриховых линий. В частности, если бы двигатель поддерживали на более высокой СС и он работал с базовыми частотой вращения/нагрузкой двигателя, то двигатель был бы ограничен детонацией, как указано прогнозируемым выходным сигналом 512 датчика детонации (штриховой сегмент), превышающим порог детонации (Knk_Thr). Здесь, путем перехода на более высокую частоту вращения двигателя и более низкую нагрузку двигателя с помощью настроек БКП при переходе на более низкую СС с помощью настроек ИСС, устраняется детонация при более высоких нагрузках при одновременном улучшении общей топливной экономичности двигателя, и без ущерба для выходной мощности двигателя.

Двигатель может работать с более высокой, чем базовая, частотой вращения двигателя и более низкой, чем базовая, нагрузкой двигателя при более низкой СС до наступления момента времени t2. В момент времени t2, в соответствии со снижением запроса водителя, двигатель может поддерживаться на более низкой СС, при этом возобновляя базовую частоту вращения двигателя и базовую нагрузку двигателя, так как двигатель больше не ограничен по детонации. Это работа может поддерживаться до момента времени t3.

В момент времени t3, в соответствии с уменьшением запроса водителя, может уменьшаться выходная мощность двигателя. Здесь, выходная мощность снижается путем перехода к более высокой СС, так как более высокая СС является более топливоэкономичной, чем более низкая СС. Кроме того, дополнительные преимущества экономии топлива достигаются путем регулировки характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя на более высокой СС с помощью регулировок БКП таким образом, чтобы обеспечить ту же мощность двигателя, используя более низкую, чем базовая, частоту вращения двигателя и более высокую, чем базовая, нагрузку двигателя. Базовые частота вращения и нагрузка двигателя (для данной СС) изображены здесь в виде штриховых линий. В частности, если бы двигатель поддерживали на более низкой СС и он работал с базовыми частотой вращения/нагрузкой двигателя, то двигатель был бы ограничен по трению. Здесь, путем перехода на более низкую частоту вращения двигателя и более высокую нагрузку двигателя с помощью настроек БКП при переходе на более высокую СС с помощью настроек ИСС, уменьшаются потери на трение при более низких нагрузках при одновременном улучшении общей топливной экономичности двигателя, и без ущерба для выходной мощности двигателя.

Таким образом, может быть улучшена топливная экономичность двигателя за счет интеграции технологии ИСС с технологией БКП. Используя различные комбинации частоты вращения/нагрузки двигателя, достижимые для данной выходной мощности двигателя посредством регулировок БКП, контроллер двигателя может более точно устранять ограничения двигателя, такие как ограничения по детонации, связанные с переходом на другую степень сжатия. Таким образом, это позволяет более точно определять затраты на топливо, связанные с переходом на другую степень сжатия, уменьшая частоту неэкономичных по топливу переключений степени сжатия в соответствии с частыми изменениями запрашиваемого оператором или колесами крутящего момента. В целом, может быть увеличена экономия топлива двигателя.

Один из примерных способов для двигателя, соединенного с бесступенчатой коробкой передач (БКП), содержит: для некоторого уровня мощности, сравнение КПД двигателя при текущей степени сжатия с КПД двигателя при измененной степени сжатия со скорректированными частотой вращения/нагрузкой двигателя; и в соответствии с более высоким, чем пороговое, повышением КПД двигателя при измененной степени сжатия со скорректированными частотой вращения/нагрузкой двигателя, переход на измененную степень сжатия и регулировку до скорректированных частоты вращения/нагрузки двигателя. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит, в соответствии с более низким, чем пороговое, повышением КПД двигателя, поддержку текущей степени сжатия. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит регулировку частоты вращения/нагрузки двигателя при поддержании текущей степени сжатия, скорректированные частота вращения/нагрузка двигателя при текущей степени сжатия отличаются от скорректированных частоты вращения/нагрузки двигателя при измененной степени сжатия. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, скорректированные частота вращения/нагрузка двигателя при измененной степени сжатия основаны на пределе детонации двигателя при измененной степени сжатия. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулировка до скорректированных частоты вращения/нагрузки двигателя содержит повышение частоты вращения двигателя при понижении нагрузки двигателя для поддержания уровня мощности по мере того, как работа двигателя при измененной степени сжатия приближается к пределу детонации. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулировка до скорректированных частоты вращения/нагрузки двигателя содержит выбор передаточного числа БКП, соответствующего скорректированным частоте вращения/нагрузке двигателя. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, уровень мощности двигателя поддерживается как при работе двигателя при текущей степени сжатия, так и при работе двигателя при измененной степени сжатия со скорректированными частотой вращения/нагрузкой двигателя. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, уровень мощности является выходной мощностью силового агрегата, которая определяется как произведение нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, переход на измененную степень сжатия содержит приведение в действие механизма изменения степени сжатия для механического изменения положения поршня внутри цилиндра двигателя. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, механизм изменения степени сжатия является механизмом изменения положения поршня, содержащим одно из следующего: эллиптический коленчатый вал и эксцентрик, соединенный с поршневым пальцем. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, механизм изменения степени сжатия является механизмом изменения объема головки цилиндра.

Другой примерный способ для двигателя, соединенного с бесступенчатой коробкой передач (БКП), содержит: для некоторого запроса водителя, оценку первой экономии топлива, связанной с поддержанием первой степени сжатия и второй экономии топлива, связанной с переходом ко второй степени сжатия при работе с характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя, скорректированными с учетом детонации; и в ответ на то, что вторая экономия топлива выше, чем первая экономия топлива, переход ко второй степени сжатия с помощью механических регулировок положения поршня и перехода на скорректированные с учетом детонации характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя с помощью регулировок передаточного числа БКП. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, переход на скорректированные с учетом детонации характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержит переход от базовых характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя для второй степени сжатия. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, выходная мощность двигателя во время работы двигателя с первой степенью сжатия совпадает с выходной мощностью двигателя во время работы двигателя со второй степенью сжатия со скорректированными с учетом детонации характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит, в ответ на то, что вторая экономия топлива меньше, чем первая экономия топлива, поддержание первой степени сжатия и дополнительный переход на скорректированные с учетом трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя с помощью регулировок передаточного числа БКП. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, вторая степень сжатия выше, чем первая степень сжатия, причем скорректированные с учетом детонации характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат более высокую, чем базовая, частоту вращения двигателя и более низкую, чем базовая, нагрузку двигателя, и при этом скорректированные с учетом трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат более низкую, чем базовая, частоту вращения двигателя и более высокую, чем базовая, нагрузку двигателя.

Другая примерная система автомобиля содержит: двигатель с цилиндром, механизм ИСС, соединенный с поршнем цилиндра для изменения степени сжатия двигателя посредством механического изменения положения поршня внутри цилиндра; бесступенчатую коробку передач (БКП), соединяющую двигатель с колесами автомобиля, при этом БКП имеет множество передаточных чисел; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти для: оценки первой экономии топлива, связанной с поддержанием первой степени сжатия ко второй экономии топлива, связанной с переходом ко второй степени сжатия; если вторая экономия топлива выше, прогнозирование повышения расхода топлива, связанного с работой при измененных характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя при второй степени сжатия; и если скорректированная с учетом повышения расхода топлива вторая экономия топлива выше, чем первая экономия топлива, приведение в действие механизма ИСС для перехода ко второй степени сжатия при выборе одного из множества передаточных чисел для поддержания измененных характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, контроллер содержит дополнительные инструкции для того, чтобы: если первая экономия топлива выше, чем скорректированная с учетом повышения расхода топлива вторая экономия топлива, сохранять положение механизма ИСС для поддержания работы двигателя с первой степенью сжатия. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя при второй степени сжатия являются первыми измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя на основании предела детонации двигателя на второй степени сжатия, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для того, чтобы: при поддержании работы двигателя с первой степенью сжатия, спрогнозировать повышение расхода топлива, связанное с работой со вторыми измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя при первой степени сжатия, причем вторые измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя основаны на потерях двигателя на трение на первой степени сжатия; если повышение расхода топлива меньше, то работа при вторых измененных характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя при первой степени сжатия; а если повышение расхода топлива больше, то поддержание базовых характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя для первой степени сжатия. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, выбор содержит выбор первого пониженного передаточного числа, когда измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат повышенную частоту вращения двигателя и пониженную нагрузку двигателя, и выбор второго повышенного передаточного числа, когда измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат пониженную частоту вращения двигателя и повышенную нагрузку двигателя.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами, и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем указанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на "один" элемент или "первый" элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

1. Способ для двигателя, соединенного с бесступенчатой коробкой передач (БКП), в котором:

для некоторого запроса водителя оценивают первую экономию топлива, связанную с поддержанием первой степени сжатия, со второй экономией топлива, связанной с переходом ко второй степени сжатия, при работе с характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя, скорректированными с учетом детонации и трения; и

в ответ на то, что вторая экономия топлива выше, чем первая экономия топлива, переходят ко второй степени сжатия с помощью механических регулировок положения поршня и переходят на скорректированные с учетом детонации и трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя с помощью регулировок передаточного числа бесступенчатой коробки передач.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при переходе на скорректированные с учетом детонации и трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя переходят от базовых характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя для первой степени сжатия и при этом выходная мощность двигателя во время работы двигателя с первой степенью сжатия совпадает с выходной мощностью двигателя во время работы двигателя со второй степенью сжатия со скорректированными с учетом детонации и трения характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно, в ответ на то, что вторая экономия топлива меньше, чем первая экономия топлива, поддерживают первую степень сжатия и переходят на скорректированные с учетом детонации и трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя с помощью регулировок передаточного числа БКП.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что вторая степень сжатия выше, чем первая степень сжатия, и при этом скорректированные с учетом детонации и трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат более высокую, чем базовая, частоту вращения двигателя и более низкую, чем базовая, нагрузку двигателя.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что вторая степень сжатия ниже, чем первая степень сжатия, и при этом скорректированные с учетом детонации и трения характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат более низкую, чем базовая, частоту вращения двигателя и более высокую, чем базовая, нагрузку двигателя.

6. Система автомобиля, содержащая:

двигатель с цилиндром;

механизм изменения степени сжатия (ИСС), соединенный с поршнем цилиндра для изменения степени сжатия двигателя посредством механического изменения положения поршня внутри цилиндра;

бесступенчатую коробку передач (БКП), соединяющую двигатель с колесами автомобиля, при этом бесступенчатая коробка передач имеет множество передаточных чисел; и

контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти для:

оценки первой экономии топлива, связанной с поддержанием первой степени сжатия, и второй экономии топлива, связанной с переходом ко второй степени сжатия;

если вторая экономия топлива выше, прогнозирования скорректированной с учетом повышения расхода топлива второй экономии топлива, связанной с работой при измененных характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя при второй степени сжатия; и

если скорректированная с учетом повышения расхода топлива вторая экономия топлива выше, чем первая экономия топлива, приведения в действие механизма изменения степени сжатия для перехода ко второй степени сжатия при выборе одного из множества передаточных чисел для поддержания измененных характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для:

если первая экономия топлива выше, чем скорректированная с учетом повышения расхода топлива вторая экономия топлива, сохранения положения механизма ИСС для поддержания работы двигателя с первой степенью сжатия.

8. Система по п. 6, отличающаяся тем, что измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя при второй степени сжатия являются первыми измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя на основании предела детонации двигателя и трения двигателя при второй степени сжатия и при этом контроллер содержит дополнительные инструкции для:

при поддержании работы двигателя с первой степенью сжатия, прогнозирования повышения расхода топлива, связанного с работой со вторыми измененными характеристиками частоты вращения/нагрузки двигателя при первой степени сжатия, причем вторые измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя основаны на пределе детонации двигателя и трении двигателя при первой степени сжатия;

если повышение расхода топлива меньше, работы при вторых измененных характеристиках частоты вращения/нагрузки двигателя при второй степени сжатия; и

если повышение расхода топлива больше, поддержания базовых характеристик частоты вращения/нагрузки двигателя при первой степени сжатия.

9. Система по п. 6, отличающаяся тем, что выбор содержит выбор первого пониженного передаточного числа, когда измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат повышенную частоту вращения двигателя и пониженную нагрузку двигателя, и выбор второго повышенного передаточного числа, когда измененные характеристики частоты вращения/нагрузки двигателя содержат пониженную частоту вращения двигателя и повышенную нагрузку двигателя.