在换挡期间控制具有内燃发动机的道路车辆的方法与流程

在换挡期间控制具有内燃发动机的道路车辆的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求2022年3月22日提交的意大利专利申请第102022000005591号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种在换挡期间控制具有内燃发动机的道路车辆的方法。


背景技术：

4.高性能跑车的评判中的重要部分是排气系统发出的声音的“质量”(不仅仅且不主要在声音的强度方面，而且还特别是在发出的声音的“魅力(likeability)”方面)，即，高性能跑车的使用满意度也受到排气系统发出的声音的“质量”的显著影响。
5.一般而言，从排气系统发出的声音的角度来看，由于涡轮沿排气管道的存在和压缩机沿着进气管道的存在增加了对排气系统和进气系统两者的声级的过滤和降低，使涡轮增压发动机不利。此外，最近的euro6d排放标准建立了废气处理装置的使用，由于即使在汽油发动机中微粒过滤器(也称为gpf，即“gasoline particulate filter(汽油微粒过滤器)”)也必须与催化转化器串联存在并且微粒过滤器尤其影响排气系统发出的声音，因此废气处理装置显著地危害了声音性能。
6.专利申请us2014365092a1公开了在锁止离合器处于锁止状态时释放加速踏板的情况下在设置有变矩器的自动变速器中的换挡的执行。
7.专利申请de102008054060a1公开了一种控制内燃发动机的控制系统，该控制系统需要切断向一个或多个气缸的燃料供应来减小所产生的扭矩；以与燃料供应的切断协调的方式，增加点火提前量(spark advance)。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种在换挡期间控制具有内燃发动机的道路车辆的控制方法，所述控制方法允许用户在换挡期间获得由排气系统发出的声音，该声音具有高度“竞赛”特性，而不损害性能并且不使内燃发动机受到过度的机械和热应力。
9.根据本发明，提供了一种根据所附权利要求的在换挡期间控制具有内燃发动机的道路车辆的控制方法。
10.所附权利要求描述了本发明的优选实施方式并形成描述的组成部分。
附图说明
11.现在将参照示出本发明的非限制性实施方式的附图描述本发明，其中：
12.图1是利用根据本发明的控制方法控制的道路车辆的示意性平面图；
13.图2是图1的道路车辆的动力传动系统的示意图；以及
14.图3是图1的道路车辆的内燃发动机的示意图。
15.附图标记列表
16.1-道路车辆；2-前车轮；3-后车轮；4-内燃发动机；5-曲轴；6-动力传动系统；7-变速器；8-传动轴；9-差速器；10-半轴；11-发动机控制单元；12-动力传动系统控制单元；13-总线线路；14-同步线缆；15-主轴；16-离合器；17-副轴；18-气缸；19-进气管道；20-进气阀；21-排气管道；22-排气阀；23-节流阀；24-活塞；25-火花塞；26-燃料喷射器。
具体实施方式
17.在图1中，数字1表示具有两个前从动(即，非驱动)车轮2和两个后驱动车轮3的道路车辆(特别是汽车)的整体。在前部位置，存在内燃发动机4，内燃发动机4设置有曲轴5，曲轴5产生扭矩，扭矩通过动力传动系统6传递到驱动车轮3。动力传动系统6包括布置在后车轮驱动组件中的双离合器伺服辅助变速器7以及将曲轴5连接到双离合器伺服辅助变速器7的输入端的传动轴8。双离合器伺服辅助变速器7以串状的方式连接到自锁差速器9，一对半轴10从自锁差速器9开始，每个半轴与驱动车轮3成一体。
18.道路车辆1包括控制发动机4的发动机控制单元11、控制动力传动系统6的动力传动系统控制单元12以及例如根据can(汽车区域网络)协议制造的总线线路13，该总线线路13延伸到整个道路车辆1并且允许两个控制单元11和12彼此通信。换句话说，发动机控制单元11和动力传动系统控制单元12连接到总线线路13，并且因此可以借助于通过总线线路13发送的消息彼此通信。此外，发动机控制单元11和动力传动系统控制单元12可以通过专用的同步线缆14彼此直接连接，同步线缆14能够将信号从动力传动系统控制单元12直接传输到发动机控制单元11，而没有由总线线路13引起的延迟。替代地，同步线缆14可以不存在，并且两个控制单元11和12之间的所有通信可以使用总线线路13交换。
19.根据图2，双离合器伺服辅助变速器7包括一对主轴15，它们彼此同轴，彼此独立并且插入彼此内部。此外，双离合器伺服辅助变速器7包括两个同轴离合器16，每个离合器16被设计为通过传动轴8的插入而将相应的主轴15连接到内燃发动机4的曲轴5；每个离合器16是油浴离合器，因此是压力控制的(即，离合器16的打开/关闭的程度由离合器16内部的油压力决定)；根据替代实施方式，每个离合器16是干式离合器，因此是位置控制的(即，离合器16的打开/关闭的程度由离合器16的可移动元件的位置决定)。双离合器伺服辅助变速器7包括连接到差速器9的单个副轴17，差速器9将运动传递到驱动车轮3；根据替代和等效的实施方式，双离合器伺服辅助变速器7包括两个副轴17，这两个副轴都连接到差速器9。
20.根据图2，内燃发动机4包括多个气缸18；图2所示的实施方式的特征在于以“v”状的形状布置的八个气缸18，但是气缸18的数量和/或布置可以不同。
21.根据图3，每个气缸18(在图3中仅示出其中一个)通过两个进气阀20(在图3中仅示出其中一个)连接到进气管道19，并且通过两个排气阀22(在图3中仅示出其中一个)连接到排气管道21。进气管道19通过节流阀23接收新鲜空气(即，来自外部的空气)。
22.在每个气缸18内存在活塞24，活塞24沿着气缸18以往复运动滑动并且连接到曲轴5。在每个气缸18的冠部上，紧挨着进气阀20和排气阀22，存在火花塞25和直接将燃料喷射到气缸18中的燃料喷射器26。
23.每个气缸18一个接一个地执行热力学循环(通常是奥托循环)，每个热力学循环都具有四个冲程(进气、压缩、膨胀、排气)并且需要完成曲轴5的两次完整旋转(转数)。
24.在换挡(升挡或降挡)执行期间，动力传动系统控制单元12变为“主导装置”并且直接作用于双离合器变速器7以便物理地执行换挡，同时(通过总线线路13或通过同步线缆14)向发动机控制单元11发送在换挡的执行期间要操作的扭矩和转速目标。特别地，在换挡(升挡或降挡)期间，动力传动系统控制单元12要求发动机控制单元11暂时减小(即，对于几个热力学循环)由内燃发动机4产生的扭矩。
25.由于换挡所需的时间相对较短(在运动驾驶模式中，换挡的总持续时间可以小于100毫秒，并且在舒适驾驶模式中可以等于几百毫秒)，因此发动机控制单元11通过(也)作用于点火提前量来减小在换挡期间由内燃发动机4产生的扭矩，即通过与理想点火提前量相比减小(提前)实际点火提前量，这将确保由燃烧产生的推力的最大效率并且因此确保扭矩的最大产生。
26.点火提前量总体上涉及曲轴5的角位置(因此用度数表示)并且指示其中火花塞25被激活以产生点火火花的曲轴5的位置与其中活塞24到达上止点的曲轴5的位置之间存在的角距离。提前启动点火，是因为由于汽油燃烧相对较慢，因此在上止点处的混合物的点火将过度地延迟气缸18内的压力峰值，并且因此将显著地减小在膨胀冲程期间由燃烧施加在活塞24上的推力；通过设置理想的点火提前量，获得压力峰值的延迟，这允许利用尽可能接近上止点的燃烧，从而由于所指示的平均压力的增加而确保较高的发动机做功。
27.如果火花塞25恰好在活塞24到达上止点时被激活，则点火提前量是零，如果火花塞25在活塞24到达上止点之前被激活，则点火提前量是正的，如果火花塞25在活塞24已经到达上止点之后被激活，则点火提前量是负的(即，变成点火延迟)。因此，增加点火提前量意味着更大程度地提前火花塞25相对于活塞24的上止点的激活，而减少点火提前量意味着延迟火花塞25相对于活塞24的上止点的激活。
28.发动机控制单元11使用三维图，其根据内燃发动机1的速度和负载提供理想的点火提前量(也可以基于工作温度和供应压力来设置该图)。如上所述，在换挡期间，发动机控制单元11通过减小(降低、提前)点火提前量(即，通过使用小于理想点火提前量的实际点火提前量)来暂时减小(即，对于几个热力学循环)扭矩。
29.发动机控制单元11使用另外的三维图，其根据内燃发动机1的速度和负载提供最小点火提前量(也可以基于工作温度和供应压力来设置该图)；不应超过最小点火提前量，以避免混合物的爆震或自发点火的风险，即实际点火提前量可以相对于理想点火提前量减小，以便减小扭矩，但决不应小于最小点火提前量，以便避免触发混合物的爆震或自发点火。
30.当在火花点火发动机中，火焰从火花塞的区域开始撞击整个室，而不会沿着其路径遇到其他自发点火时，燃烧以规则的方式发生。然而，在一些工作条件下，可能存在从仍未燃烧的区域开始的火焰前缘，这是由于燃烧提前造成尚未起反应的区域的压力和温度的增加，或者是由于燃烧室中存在的特定条件造成甚至在火花产生之前就开始的燃烧。这些现象分别被称为爆震和预点火或大爆震。它们都是异常燃烧形式并且非常重要，因为它们限制了发动机性能和效率。它们通过以下方式将自身向外部显现：发出类似于敲击声音的特征金属类噪声、振动以及增强的加热，这也可能在特别严重的情况下引起发动机的机械部件的损坏。
31.总而言之，在换挡期间，发动机控制单元11建立最小点火提前量，该最小点火提前
量不应被超过，以避免混合物的爆震或自发点火，同时通过(也)作用于点火提前量而暂时减小由内燃发动机4产生的扭矩。
32.为了在换挡期间暂时减小(即，对于几个热力学循环)扭矩，发动机控制单元11针对每个气缸18的单个热力学循环设置小于最小点火提前量的实际点火提前量，使得点火晚于通过最小点火提前量建立的点火发生；即，对于每个气缸18的单个热力学循环，实际点火提前量小于最小点火提前量，使得对于每个气缸18的唯一热力学循环，点火晚于通过最小点火提前量建立的点火发生(因此，在没有下文解释的校正措施的情况下，具有混合物的爆震或自发点火的风险)。
33.此外，发动机控制单元11在紧接在以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环之后的热力学循环中取消向每个气缸18中的燃料喷射；即，在每个气缸18已经进行了实际点火提前量小于最小点火提前量的热力学循环之后，在切断条件下(即，没有喷射燃料)进行热力学循环，以便不产生任何燃烧(其在不存在燃料的情况下是不可能的)并且从先前的热力学循环的燃烧的剩余部分“清洗”(“清洁”)气缸18(实际上，先前的热力学循环的燃烧由于实际点火提前量小于最小点火提前量而发生了大延迟，并且因此可能在接下来热力学循环中留下残余影响，尤其是热类型的残余影响)。
34.由于紧接在以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环之后执行在切断条件下并且因此在完全不存在燃料的情况下的热力学循环，因此避免了混合物的爆震或自发点火，因为气缸18(由于以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的先前的热力学循环)将受到爆震或混合物自发点火事件的发生的影响(因为其在内部具有较高的温度，因为其由于延迟的燃烧而没有时间来适当冷却)，但是由于其在内部没有燃料，因此实际上不能引起混合物的爆震或自发点火。
35.由于在以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环期间发生的混合物的延迟燃烧，在排气阀22打开时，气缸18内的压力仍然非常高，这在内燃发动机4的整个排气系统中产生压力波，该压力波变成脉冲式的、极强烈的排气噪声(一种爆炸)，这是赛车的典型特征，因此受到高性能汽车驾驶员的高度赞赏。
36.如上所述，发动机控制单元11使内燃发动机4的每个气缸18以小于最小点火提前量的实际点火提前量执行单个热力学循环，因此，如果存在八个气缸18，则对于每次换挡整体进行实际点火提前量小于最小点火提前量的八个热力学循环。特别地，发动机控制单元11在所有气缸18中依次以小于最小点火提前量的点火提前量进行单个热力学循环，使得所有气缸18在对应于曲轴5的两次完整旋转的时间窗口内以小于最小点火提前量的点火提前量进行所述单个热力学循环。以这种方式，由排气系统产生的噪声的增加集中在减小的时间窗口中，并且因此特别强烈且是脉冲式的(高性能汽车的驾驶员高度地赞赏的特征)。
37.由于上述原因，发动机控制单元11以大于最小点火提前量的点火提前量进行在换挡期间发生的、以小于最小点火提前量的点火提前量进行的热力学循环除外的所有其他热力学循环，使得点火比通过最小点火提前量所建立的点火更早(更提前)发生。
38.根据优选的实施方式，发动机控制单元11确定以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的单个热力学循环期间要喷射到每个气缸18中的燃料的量，使得燃烧恰好在化学计量条件下发生(在换挡期间，燃烧通常在过量燃料的条件下发生，以便使气缸18冷却)。这样，在以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环期间发生的燃料燃烧
产生更大的压力，因此使沿着内燃发动机4的排气系统传播的压力波更强烈。
39.根据优选的实施方式，发动机控制单元11确定在换挡期间发生的、以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环除外的所有其他热力学循环期间要喷射到每个气缸18中的燃料的量，使得燃烧在过量燃料的条件下发生(如上所述，过量燃料有助于气缸18冷却)。
40.根据优选的实施方式，在以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的单个热力学循环期间，发动机控制单元11使每个气缸18中的排气阀22的打开提前量取最大值；这样，当气缸18内部的压力更高并且因此沿着内燃发动机4的排气系统传播的压力波更强烈时，排气阀22打开。
41.根据优选的实施方式，发动机控制单元11在进气期间(尽可能地)使节流阀23的开度最大化，以便使在以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的单个热力学循环期间吸收的空气量最大化。这样，在以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环期间发生的燃料燃烧产生更大的压力，因为其使用更多的空气(明显地，在化学计量条件下发生时使用更多的燃料)，并且因此使沿着内燃发动机4的排气系统传播的压力波更强烈。
42.根据优选的实施方式，发动机控制单元11针对每个气缸18以小于最小点火提前量的点火提前量进行单个热力学循环，该最小点火提前量与在换挡期间的最大扭矩减小一致(即，当请求换挡期间的最大扭矩减小时，在请求换挡的时刻)。实际上，以小于最小点火提前量的点火提前量进行的单个热力学循环产生中等扭矩，然后是切断热力学循环，其产生零扭矩；因此，以小于最小点火提前量的点火提前量进行的单个热力学循环即使非常快也导致显著的扭矩“间隙”。
43.根据优选的实施方式，小于最小点火提前量的实际点火提前量是负的(即，构成相对于上止点的点火延迟)，从而导致点火在活塞18的膨胀冲程期间过了对应活塞24的上止点发生(实际上，最小点火提前量通常也是负的，在这种情况下，实际点火提前量是负的并且绝对值大于最小点火提前量的绝对值)。换句话说，小于最小点火提前量的实际点火提前量是负的，即对应于点火延迟，并且导致点火过了对应活塞24的上止点发生。
44.根据优选的实施方式，实际点火提前量使得导致点火在排气阀22打开之前发生；即，实际点火提前量的最大极限包括排气阀22的打开。
45.根据优选的实施方式，实际点火提前量比最小点火提前量至少小曲轴5的40
°‑
50
°
的旋转。
46.即使在道路车辆1的动力传动系统6配备有单离合器伺服辅助变速器时，也可以应用上述内容，而没有显著的变化。
47.本文描述的实施方式可彼此组合，而不会因此原因超出本发明的保护范围。
48.上文描述的控制方法具有不同的优点。
49.首先，上文公开的控制方法允许用户在换挡期间获得由排气系统发出的声音，该声音具有高度“竞赛”特性，而不损害性能并且不使内燃发动机受到过度的机械和热应力。
50.此外，上文描述的控制方法实现起来容易且经济，因为其执行需要有限的存储空间和降低的计算能力。

技术特征：
1.一种控制具有内燃发动机(4)的道路车辆(1)的控制方法，所述内燃发动机(4)具有多个气缸(18)，所述道路车辆(1)具有伺服辅助变速器(7)，所述控制方法包括以下步骤：建立不应当被超过的最小点火提前量，以避免混合物的爆震或自发点火的风险；以及在所述伺服辅助变速器(7)中的换挡期间，暂时减小由所述内燃发动机(4)产生的扭矩；所述控制方法的特征在于，在所述换挡期间暂时减小所述扭矩的步骤还包括以下步骤：针对每个气缸(18)的单个热力学循环，设置小于所述最小点火提前量的实际点火提前量，使得点火晚于通过所述最小点火提前量所建立的点火发生；以及紧接在以小于所述最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环之后的热力学循环中，取消向每个气缸(18)中的燃料喷射。2.根据权利要求1所述的控制方法，其还包括以下步骤：确定在以小于所述最小点火提前量的实际点火提前量进行的所述单个热力学循环期间要喷射到每个气缸(18)中的燃料的量，使得燃烧恰好在化学计量条件下发生。3.根据权利要求2所述的控制方法，其还包括以下步骤：确定在所述换挡期间发生的、以小于所述最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环除外的所有其他热力学循环期间要喷射到每个气缸(18)中的燃料的量，使得燃烧在过量燃料的条件下发生。4.根据权利要求1所述的控制方法，其还包括以下步骤：以大于所述最小点火提前量的点火提前量进行在所述换挡期间发生的、以小于所述最小点火提前量的点火提前量进行的热力学循环除外的所有其他热力学循环，使得点火早于通过所述最小点火提前量所建立的点火发生。5.根据权利要求1所述的控制方法，其还包括以下步骤：在以小于所述最小点火提前量的实际点火提前量进行的所述单个热力学循环期间，使每个气缸(18)中的排气阀(22)的打开提前量取最大值。6.根据权利要求1所述的控制方法，其还包括以下步骤：在进气期间使节流阀(23)的开度最大化，以便使在以小于所述最小点火提前量的实际点火提前量进行的所述单个热力学循环期间吸收的空气量最大化。7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制方法，其还包括以下步骤：在所有气缸(18)中依次以小于所述最小点火提前量的点火提前量进行所述单个热力学循环，使得所有气缸(18)都在对应于曲轴(5)的两次完整旋转的时间窗口内以小于所述最小点火提前量的点火提前量进行所述单个热力学循环。8.根据权利要求1至6中任一项所述的控制方法，其特征在于，在请求所述换挡期间的最大扭矩减小时，以小于所述最小点火提前量的点火提前量进行所述单个热力学循环。9.根据权利要求1至6中任一项所述的控制方法，其特征在于，小于所述最小点火提前量的所述实际点火提前量是负的，即对应于点火延迟，并且导致点火过了对应的活塞(24)的上止点发生。10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，小于所述最小点火提前量的所述实际点火提前量使得导致点火在排气阀(22)打开之前发生。11.根据权利要求1至6中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述实际点火提前量比
所述最小点火提前量至少小曲轴(5)的40
°
的旋转。

技术总结
本发明提供一种控制具有内燃发动机(4)的道路车辆(1)的方法，内燃发动机(4)具有多个气缸(18)，道路车辆(1)具有伺服辅助变速器(7)。所述控制方法包括以下步骤：建立不应当被超过的最小点火提前量，以避免混合物的爆震或自发点火的风险；在伺服辅助变速器(7)中的换档期间，通过针对每个气缸(18)的单个热力学循环设置小于最小点火提前量的实际点火提前量来暂时减小由内燃发动机(4)产生的扭矩；以及在紧接在以小于最小点火提前量的实际点火提前量进行的热力学循环之后的热力学循环中取消向每个气缸(18)中的燃料喷射。每个气缸(18)中的燃料喷射。每个气缸(18)中的燃料喷射。


技术研发人员：斯特凡诺
受保护的技术使用者：法拉利股份有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/9/23