專利名稱：使用協(xié)調(diào)扭矩控制的氣缸燃燒性能監(jiān)控和控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及內(nèi)燃機(jī)，更具體地，涉及燃燒控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在此提供的背景描述是為了總體呈現(xiàn)本公開的背景的目的。在本背景技術(shù)部分中所描述的程度上的當(dāng)前所署名發(fā)明人的工作和本描述中否則不足以作為申請時(shí)的現(xiàn)有技術(shù)的各方面，既非明示地也非默示地被承認(rèn)為與本發(fā)明相抵的現(xiàn)有技術(shù)。車輛包括產(chǎn)生扭矩的發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)通過曲軸向變速器傳遞扭矩。當(dāng)扭矩傳遞到車輛的一個(gè)或多個(gè)車輪(未示出)時(shí)，車輛移動(dòng)。曲軸傳感器基于曲軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生曲軸信號。發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)火會(huì)干擾曲軸的旋轉(zhuǎn)，且因此會(huì)引起曲軸信號的波動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)火可能由多種原因引起，諸如燃料、空氣和/或火花的不適當(dāng)傳遞。不發(fā)火檢測模塊接收曲軸信號并基于曲軸信號確定是否發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)火。在一些情況下，各個(gè)氣缸不產(chǎn)生等量驅(qū)動(dòng)扭矩。也就是說，部分氣缸比其他氣缸可能更弱，導(dǎo)致氣缸間的扭矩不平衡。這種扭矩不平衡可能在動(dòng)力系中產(chǎn)生明顯振動(dòng)，且甚至可能被車輛的駕駛員感受到。

發(fā)明內(nèi)容
一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)包括擾動(dòng)模塊、扭矩校正模塊、扭矩_火花模塊和火花校正模塊。擾動(dòng)模塊基于曲軸的旋轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的過去燃燒沖程的擾動(dòng)值。扭矩校正模塊基于所述擾動(dòng)值選擇性地確定氣缸的未來燃燒沖程的扭矩校正。扭矩_火花模塊基于所述扭矩校正確定火花校正，并且基于扭矩請求確定未校正火花正時(shí)。火花校正模塊基于未校正火花正時(shí)和火花校正確定校正火花正時(shí)，且基于校正火花正時(shí)產(chǎn)生未來燃燒沖程期間的火花。一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，包括基于曲軸的旋轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的過去燃燒沖程的擾動(dòng)值；基于所述擾動(dòng)值選擇性地確定氣缸的未來燃燒沖程的扭矩校正；基于所述扭矩校正確定火花校正；基于扭矩請求確定未校正火花正時(shí)；基于未校正火花正時(shí)確定校正火花正時(shí)；以及基于校正火花正時(shí)產(chǎn)生未來燃燒沖程期間的火花。在其他特征中，通過一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)上述系統(tǒng)和方法。 所述計(jì)算機(jī)程序可以駐留在有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，諸如但不限于，存儲(chǔ)器、非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和/或其他適當(dāng)?shù)挠行未鎯?chǔ)介質(zhì)。根據(jù)下面提供的詳細(xì)描述，本公開的進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)該理解，示出本公開優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述和特定示例僅意在說明目的，而不是意在限制本公開的范圍。
本發(fā)明還提供如下方案
1. 一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其包括
擾動(dòng)模塊，其基于曲軸 的旋轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的過去燃燒沖程的擾動(dòng)值； 扭矩校正模塊，其基于所述擾動(dòng)值選擇性地確定氣缸的未來燃燒沖程的扭矩校正； 扭矩-火花模塊，其基于所述扭矩校正確定火花校正，并且基于扭矩請求確定未校正火花正時(shí)；以及
火花校正模塊，其基于所述未校正火花正時(shí)和所述火花校正確定校正火花正時(shí)，并且基于所述校正火花正時(shí)產(chǎn)生未來燃燒沖程期間的火花。2.如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩-火花模塊還基于所述扭矩請求確定火花校正。3.如方案2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩_火花模塊基于扭矩與火花正時(shí)之間的關(guān)系確定火花校正。4.如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩_火花模塊基于所述扭矩校正和所述扭矩請求確定第二扭矩請求，基于所述第二扭矩請求確定絕對火花正時(shí)，并且基于所述絕對火花正時(shí)與所述未校正火花正時(shí)之間的差確定所述火花校正。5.如方案4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括安全模塊，其基于所述扭矩校正和所述扭矩請求確定冗余火花校正，并且基于火花校正與冗余火花校正的比較選擇性地調(diào)整火花校正。6.如方案5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)火花校正與冗余火花校正之間的差大于預(yù)定量時(shí)，所述安全模塊將火花校正設(shè)置為先前的火花校正。7.如方案5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述安全模塊基于扭矩校正和扭矩請求確定第二冗余扭矩請求，基于第二冗余扭矩請求確定第二絕對火花正時(shí)，并且基于第二絕對火花正時(shí)與未校正火花正時(shí)之間的差確定冗余火花校正。8.如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩校正模塊分別確定發(fā)動(dòng)機(jī)的其他氣缸的其他扭矩校正，并且驗(yàn)證所述扭矩校正與其他扭矩校正之和處在以零為中心的預(yù)定范圍內(nèi)。9.如方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，火花校正模塊分別基于其他扭矩校正確定發(fā)動(dòng)機(jī)的其他氣缸的其他火花校正，并且分別基于所述其他火花校正產(chǎn)生其他氣缸的其他未來燃燒沖程期間的火花。10.如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，火花校正模塊基于未校正火花正時(shí)和火花校正的和確定校正火花正時(shí)。11. 一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其包括
基于曲軸的旋轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的過去燃燒沖程的擾動(dòng)值；
基于所述擾動(dòng)值選擇性地確定氣缸的未來燃燒沖程的扭矩校正；
基于所述扭矩校正確定火花校正；
基于扭矩請求確定未校正火花正時(shí)；
基于所述未校正火花正時(shí)確定校正火花正時(shí)；以及
基于所述校正火花正時(shí)產(chǎn)生未來燃燒沖程期間的火花。12.如方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括還基于扭矩請求確定火花校正。13.如方案12所 述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括基于扭矩與火花正時(shí)之間的關(guān)系確定火花校正。14.如方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括 基于扭矩校正和扭矩請求確定第二扭矩請求；
基于所述第二扭矩請求確定絕對火花正時(shí)；以及
基于絕對火花正時(shí)與未校正火花正時(shí)之間的差確定火花校正。15.如方案14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括 基于扭矩校正和扭矩請求確定冗余火花校正；以及
基于火花校正與冗余火花校正的比較選擇性地調(diào)整火花校正。16.如方案15所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括當(dāng)火花校正與冗余火花校正之間的差大于預(yù)定量時(shí)，將火花校正設(shè)置為先前的火花校正。17.如方案15所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括 基于扭矩校正和扭矩請求確定第二冗余扭矩請求；
基于第二冗余扭矩請求確定第二絕對火花正時(shí)；以及基于第二絕對火花正時(shí)與未校正火花正時(shí)之間的差確定冗余火花校正。18.如方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括 分別確定發(fā)動(dòng)機(jī)的其他氣缸的其他扭矩校正；以及
驗(yàn)證所述扭矩校正與其他扭矩校正之和在以零為中心的預(yù)定范圍內(nèi)。19.如方案18所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括 分別基于其他扭矩校正確定發(fā)動(dòng)機(jī)的其他氣缸的其他火花校正；以及分別基于所述其他火花校正產(chǎn)生其他氣缸的其他未來燃燒沖程期間的火花。20.如方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，其還包括基于未校正火花正時(shí)和火花校正的和確定校正火花正時(shí)。


根據(jù)詳細(xì)描述和附圖，本公開將得到更充分地理解，其中 圖1是根據(jù)本公開原理的示例性車輛系統(tǒng)的功能框圖2是根據(jù)本公開原理的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的功能框圖； 圖3是根據(jù)本公開原理的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)火模塊的功能框圖； 圖4是根據(jù)本公開原理的加速度與加速度變化率的示例性曲線圖； 圖5是根據(jù)本公開原理的示例性扭矩平衡模塊的功能框圖； 圖6是根據(jù)本公開原理的示例性火花控制模塊的功能框圖；以及圖7是描述根據(jù)本公開原理的氣缸扭矩平衡的示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面的描述本質(zhì)上僅是示例性的，且決不意在限制本公開、其應(yīng)用或使用。為了清楚，將在附圖中使用相同的標(biāo)號來標(biāo)識相似的部件。如在此使用，短語A、B和C中的至少一個(gè)應(yīng)該被解釋為使用非排他性邏輯或的邏輯(A或B或C)。應(yīng)該理解，可以在不改變本公開的原理的情況下以不同 順序執(zhí)行方法中的步驟。如在此使用，術(shù)語模塊是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(共享、專用或成組)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路和/或提供所描述功能的其它適合的部件?？刂颇K在氣缸的燃燒沖程期間基于曲軸的旋轉(zhuǎn)選擇性地診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)發(fā)生的不發(fā)火?？刂颇K在氣缸的燃燒沖程期間監(jiān)控曲軸的旋轉(zhuǎn)速度?？刂颇K確定燃燒沖程期間速度的一階導(dǎo)數(shù)(即，加速度)以及燃燒沖程期間速度的二階導(dǎo)數(shù)(即，加速度變化率)。僅例如，當(dāng)加速度和加速度變化率值分別小于預(yù)定加速度和加速度變化率值時(shí)，控制模塊可以診斷氣缸內(nèi)發(fā)生的不發(fā)火?？刂颇K基于加速度和加速度變化率值確定氣缸的燃燒沖程的擾動(dòng)值?？刂颇K還基于根據(jù)按照預(yù)定點(diǎn)火順序的下一氣缸的燃燒沖程期間曲軸的旋轉(zhuǎn)所確定的加速度變化率值確定氣缸的燃燒沖程的擾動(dòng)值。本公開的控制模塊基于擾動(dòng)值和預(yù)定加速度變化率值確定氣缸的燃燒事件的擾動(dòng)率?？刂颇K基于擾動(dòng)率選擇性地確定氣缸的未來(例如，下一次)燃燒事件的扭矩校正。 控制模塊基于扭矩校正選擇性地調(diào)整未來燃燒沖程的火花正時(shí)?？刂颇K還可以基于分別為其他氣缸確定的扭矩校正調(diào)整其他氣缸的未來燃燒事件的火花正時(shí)。按照這種方式，控制模塊使扭矩產(chǎn)生平衡，使得氣缸和其他氣缸每一個(gè)都產(chǎn)生近似相同的扭矩量?，F(xiàn)參照圖1，呈現(xiàn)示例性車輛系統(tǒng)100的功能框圖。發(fā)動(dòng)機(jī)102產(chǎn)生扭矩。僅為了討論目的，將發(fā)動(dòng)機(jī)102描述為汽油型內(nèi)燃機(jī)。通過進(jìn)氣歧管104將空氣抽入發(fā)動(dòng)機(jī)102。通過節(jié)氣門106可以改變抽入發(fā)動(dòng)機(jī) 102的空氣量。節(jié)氣門致動(dòng)器模塊107 (例如，電子節(jié)氣門控制器)控制節(jié)氣門106的開度。 一個(gè)或多個(gè)燃料噴射器，諸如燃料噴射器108將燃料與空氣混合，以形成可燃燒的空氣/燃料混合物。燃料致動(dòng)器模塊109控制燃料噴射器。氣缸110包括連接到曲軸112的活塞(未示出)。盡管將發(fā)動(dòng)機(jī)102描述為僅包括氣缸110，但是發(fā)動(dòng)機(jī)102可以包括一個(gè)以上的氣缸?？諝?燃料混合物的燃燒可以包括四個(gè)沖程進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、燃燒(或膨脹)沖程和排氣沖程。在進(jìn)氣沖程期間，活塞降低到最低位置，且空氣和燃料被引入氣缸110。最低位置可以被稱為下止點(diǎn)(BDC)位置。在壓縮沖程期間，曲軸112朝最高位置驅(qū)動(dòng)活塞，從而在氣缸110內(nèi)壓縮空氣/燃料混合物。最高位置可以被稱為上止點(diǎn)(TDC)位置。膨脹沖程在例如來自火花塞114的火花點(diǎn)燃空氣/燃料混合物時(shí)開始?；鸹ㄖ聞?dòng)器模塊116控制火花塞114。空氣/燃料混合物的燃燒朝向BDC位置驅(qū)動(dòng)活塞，從而可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)曲軸112。這種旋轉(zhuǎn)力(即，扭矩)可以是壓縮力，從而在按照預(yù)定氣缸點(diǎn)火順序的下一氣缸的壓縮沖程期間壓縮空氣/燃料混合物。在排氣沖程期間將空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)生的廢氣從氣缸110排出。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出速度(EOS)傳感器120測量曲軸112的旋轉(zhuǎn)速度，且產(chǎn)生指示EOS的 EOS信號。僅例如，EOS傳感器120可以包括可變磁阻(VR)傳感器或另一適當(dāng)類型的EOS 傳感器。當(dāng)與曲軸112 —起旋轉(zhuǎn)的N齒車輪122的齒通過EOS傳感器120時(shí)，EOS傳感器 120可以產(chǎn)生脈沖。因此，每個(gè)脈沖可以以等于360°被N個(gè)齒劃分的量而對應(yīng)于曲軸112的角旋轉(zhuǎn)。僅例如，N齒車輪122可 以包括60個(gè)等間隔的齒(即，N=60)，每個(gè)脈沖可以對應(yīng)于曲軸112 的6°旋轉(zhuǎn)。在各種實(shí)現(xiàn)中，可以省略N個(gè)等間隔的齒中的一個(gè)或多個(gè)。例如，可以省略N 個(gè)齒中的兩個(gè)。例如，可以省略一個(gè)或多個(gè)齒，作為曲軸112的一個(gè)循環(huán)的指示符。EOS傳感器120可以基于脈沖之間的周期產(chǎn)生EOS。僅例如，EOS傳感器120可以基于在氣缸110 的膨脹沖程期間曲軸112旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度(例如，90° )所花費(fèi)的周期產(chǎn)生EOS。不發(fā)火在氣缸110內(nèi)可因多種原因發(fā)生，諸如燃料、空氣和/或火花的不適當(dāng)傳遞。不發(fā)火可擾動(dòng)曲軸112的旋轉(zhuǎn)。因此，不發(fā)火可引起EOS信號的波動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)102可以通過曲軸112將扭矩傳遞到變速器130?？梢酝ㄟ^扭矩傳遞設(shè)備 132，諸如變速器130是自動(dòng)變速器情況下的扭矩轉(zhuǎn)換器，將扭矩從發(fā)動(dòng)機(jī)102傳遞到變速器130。變速器130可以通過變速器輸出軸134和動(dòng)力系(未示出)向一個(gè)或多個(gè)車輪(未示出)傳遞扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM) 150控制通過發(fā)動(dòng)機(jī)102輸出的扭矩(S卩，關(guān)于曲軸112的扭矩)。ECM 150可以通過控制一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器來控制發(fā)動(dòng)機(jī)102輸出的扭矩。ECM 150向每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器提供相關(guān)的致動(dòng)器值。僅例如，發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器可以包括節(jié)氣門致動(dòng)器模塊107、燃料致動(dòng)器模塊109和火花致動(dòng)器模塊116。相關(guān)的致動(dòng)器值可以分別是節(jié)氣門106的開度面積、燃料量或供燃料率和火花正時(shí)。盡管在圖1的示例性實(shí)施例中沒有示出，但是ECM 150還可以控制其他發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器。例如，ECM 150可以控制升壓致動(dòng)器模塊、廢氣再循環(huán)(EGR)致動(dòng)器模塊和相位器致動(dòng)器模塊和/或其他適當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器，所述升壓致動(dòng)器模塊控制升壓設(shè)備提供的升壓，所述廢氣再循環(huán)(EGR)致動(dòng)器模塊控制EGR閥的開度，所述相位器致動(dòng)器模塊控制進(jìn)氣凸輪相位器和排氣凸輪相位器位置。現(xiàn)參照圖2，呈現(xiàn)了示例性發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的功能框圖。ECM 150的示例性實(shí)現(xiàn)包括駕駛員扭矩模塊202。駕駛員扭矩模塊202可以基于駕駛員輸入確定駕駛員扭矩請求。 駕駛員輸入可以基于加速器踏板位置和/或制動(dòng)器踏板位置。駕駛員輸入還可以基于巡航控制，其可以是改變車輛速度以保持預(yù)定跟隨距離的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。駕駛員扭矩模塊202可以包括加速器踏板位置到期望扭矩的一個(gè)或多個(gè)映射，且可以基于所選擇的一個(gè)映射確定駕駛員扭矩請求。車軸扭矩仲裁模塊204在來自駕駛員扭矩模塊202的駕駛員扭矩請求與其他車軸扭矩請求之間進(jìn)行仲裁。可以通過包括發(fā)動(dòng)機(jī)102和/或電動(dòng)馬達(dá)的各種源產(chǎn)生車軸扭矩 (車輪處的扭矩)。車軸扭矩仲裁模塊204基于接收到的扭矩請求之間的仲裁結(jié)果輸出預(yù)測扭矩請求和即時(shí)扭矩請求。如下所述，在用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器之前，可以通過ECM 150的其他模塊選擇性地調(diào)整來自車軸扭矩仲裁模塊204的預(yù)測扭矩請求和即時(shí)扭矩請求。一般地，車軸扭矩仲裁模塊204輸出的即時(shí)扭矩請求是當(dāng)前期望的車軸扭矩量， 車軸扭矩仲裁模塊204輸出的預(yù)測扭矩請求是短時(shí)間內(nèi)可能需要的車軸扭矩量。ECM 150 控制發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器產(chǎn)生等于即時(shí)扭矩請求的車軸扭矩。然而，致動(dòng)器值的不同組合可能導(dǎo)致產(chǎn)生相同的車軸扭矩。ECM 150可以因此調(diào)整致動(dòng)器值以在仍保持即時(shí)扭矩請求時(shí)的車軸扭矩的情況下允許更快過渡到預(yù)測扭矩請求。一般地，即時(shí)扭矩請求與(推測地)更高預(yù)測扭矩請求之間的差可以被稱為扭矩儲(chǔ)備。扭矩儲(chǔ)備可以表示發(fā)動(dòng)機(jī)102可以開始以最小延遲產(chǎn)生的附加扭矩量?？彀l(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器用于增加或減小當(dāng)前車軸扭矩。如下面更加詳細(xì)描述，快發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器相對于慢發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器來定義。在各種 實(shí)現(xiàn)中，快發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器能夠在慢發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器建立的范圍內(nèi)改變車軸扭矩。在這些實(shí)現(xiàn)中，該范圍的上限是預(yù)測扭矩請求，而該范圍的下限是通過快致動(dòng)器的扭矩能力來限制的。僅例如，快致動(dòng)器可以僅能夠?qū)④囕S扭矩減少第一量，而第一量是快致動(dòng)器的扭矩能力的測量值。第一量可以基于慢發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器設(shè)置的發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件而改變。當(dāng)即時(shí)扭矩請求處于該范圍內(nèi)時(shí)，快發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器可以被設(shè)置為使車軸扭矩等于即時(shí)扭矩請求。 當(dāng)ECM 150請求輸出預(yù)測扭矩請求時(shí)，可以控制快發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器將車軸扭矩改變到該范圍的頂點(diǎn)，其是預(yù)測扭矩請求。一般地，與慢發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器比較，快發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器可更快地改變車軸扭矩。與快發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器相比，慢致動(dòng)器可以更慢地響應(yīng)其各個(gè)致動(dòng)器值中的改變。例如，慢致動(dòng)器可以包括機(jī)械部件，其響應(yīng)于致動(dòng)器值的改變需要時(shí)間從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置。慢致動(dòng)器也可以由其開始執(zhí)行所被改變的致動(dòng)器值時(shí)車軸扭矩開始變化所花費(fèi)的時(shí)間量來表征。通常，與快致動(dòng)器相比，對于慢致動(dòng)器，此時(shí)間量將更長。另外，即使在開始改變之后，車軸扭矩可能需要更長的時(shí)間來完全響應(yīng)慢致動(dòng)器中的改變。僅例如，如果快致動(dòng)器被設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹?，則ECM 150可以將慢致動(dòng)器的致動(dòng)器值設(shè)置為使發(fā)動(dòng)機(jī)102能夠產(chǎn)生預(yù)測扭矩請求的值。同時(shí)，在給定慢致動(dòng)器值的情況下， ECM 150可以將快致動(dòng)器的致動(dòng)器值設(shè)置為使發(fā)動(dòng)機(jī)102產(chǎn)生即時(shí)扭矩請求而不是預(yù)測扭矩請求的值。因此，快致動(dòng)器值使發(fā)動(dòng)機(jī)102產(chǎn)生即時(shí)扭矩請求。當(dāng)ECM 150決定從即時(shí)扭矩請求過渡到預(yù)測扭矩請求時(shí)，ECM 150將一個(gè)或多個(gè)快致動(dòng)器的致動(dòng)器值改變到以實(shí)現(xiàn)預(yù)測扭矩請求的值。因?yàn)橐呀?jīng)基于預(yù)測扭矩請求設(shè)置了慢致動(dòng)器值，所以發(fā)動(dòng)機(jī)102能夠僅在快致動(dòng)器施加的延遲之后產(chǎn)生預(yù)測扭矩請求。換句話說，避免了使用慢致動(dòng)器改變導(dǎo)致的更長的延遲。僅例如，當(dāng)預(yù)測扭矩請求等于駕駛員扭矩請求時(shí)，可以在由于臨時(shí)扭矩減小請求導(dǎo)致即時(shí)扭矩請求小于駕駛員扭矩請求時(shí)產(chǎn)生扭矩儲(chǔ)備。替代地，可以在將即時(shí)扭矩請求保持在駕駛員扭矩請求的情況下將預(yù)測扭矩請求增加到高于駕駛員扭矩請求來產(chǎn)生扭矩儲(chǔ)備。得到的扭矩儲(chǔ)備可以承擔(dān)即時(shí)扭矩請求中的突然增加。僅例如，通過增加即時(shí)扭矩請求來補(bǔ)償來自空調(diào)或動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的突然負(fù)荷。如果即時(shí)扭矩請求中的增加小于扭矩儲(chǔ)備， 則可以通過使用快致動(dòng)器快速產(chǎn)生增加。然后，還可以增加預(yù)測扭矩請求重新建立先前的扭矩儲(chǔ)備。扭矩儲(chǔ)備的另一示例使用是減小慢致動(dòng)器值的波動(dòng)。因?yàn)樗鼈兿鄬β?，所以改變慢致?dòng)器值會(huì)產(chǎn)生控制不穩(wěn)定。另外，慢致動(dòng)器可以包括機(jī)械部件，其在頻繁移動(dòng)時(shí)可抽取更多動(dòng)力和/或磨損更快。創(chuàng)建充分扭矩儲(chǔ)備允許在保持慢致動(dòng)器的值的情況下經(jīng)由即時(shí)扭矩請求通過改變快致動(dòng)器來做出發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的改變。例如，為了保持給定的怠速， 即時(shí)扭矩請求可以在一范圍內(nèi)改變。如果預(yù)測扭矩請求被設(shè)置為高于此范圍，則在不需要調(diào)整慢致動(dòng)器的情況下，可以使用快致動(dòng)器做出保持怠速的即時(shí)扭矩請求中的改變。
僅例如，火花正時(shí)可以 是快致動(dòng)器值，而節(jié)氣門開度面積可以是慢致動(dòng)器值。火花點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過施加火花燃燒例如包括汽油和乙醇的燃料?；鸹ㄖ聞?dòng)器模塊116可以是快致動(dòng)器，節(jié)氣門致動(dòng)器模塊107可以是慢致動(dòng)器。在接收到新致動(dòng)器值之后，火花致動(dòng)器模塊116能夠改變按照點(diǎn)火順序的下一氣缸的燃燒沖程的火花正時(shí)。相比之下，節(jié)氣門開度面積中的改變需要很長時(shí)間來影響發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。節(jié)氣門致動(dòng)器模塊107通過調(diào)整節(jié)氣門106的葉片的角來改變節(jié)氣門開度面積。因此，一旦接收到新的致動(dòng)器值，在節(jié)氣門106基于該新的致動(dòng)器值從其先前位置移動(dòng)到新位置時(shí)就存在機(jī)械延遲。另外，基于節(jié)氣門開度的空氣流量變化經(jīng)受進(jìn)氣歧管104中的空氣傳輸延遲。 此外，直到氣缸110接收到下一進(jìn)氣沖程中的額外空氣、壓縮該額外空氣并且開始燃燒沖程，進(jìn)氣歧管104中增加的空氣流量才被實(shí)現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的增加。使用這些發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器作為示例，可以通過將節(jié)氣門開度面積設(shè)置為允許發(fā)動(dòng)機(jī) 102產(chǎn)生預(yù)測扭矩請求的值來產(chǎn)生扭矩儲(chǔ)備。同時(shí)，可以基于小于該預(yù)測扭矩請求的即時(shí)扭矩請求來設(shè)置火花正時(shí)。盡管節(jié)氣門開度面積產(chǎn)生對于發(fā)動(dòng)機(jī)102來說足夠的空氣流量以產(chǎn)生預(yù)測扭矩請求，但是基于該即時(shí)扭矩請求，火花正時(shí)從校準(zhǔn)火花正時(shí)(其產(chǎn)生扭矩)延遲。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩將因此等于即時(shí)扭矩請求。當(dāng)需要額外扭矩時(shí)，可以通過朝向校準(zhǔn)火花正時(shí)調(diào)整火花正時(shí)來利用部分或全部扭矩儲(chǔ)備。因此，在不經(jīng)歷改變節(jié)氣門開度面積導(dǎo)致的延遲的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩可被快速增加到預(yù)測扭矩請求。車軸扭矩仲裁模塊204可以向推進(jìn)扭矩仲裁模塊206輸出預(yù)測扭矩請求和即時(shí)扭矩請求。推進(jìn)扭矩仲裁模塊206接收的預(yù)測扭矩請求和即時(shí)扭矩請求被從車軸扭矩域(車輪處的扭矩)轉(zhuǎn)換到推進(jìn)扭矩域(曲軸處的扭矩)。推進(jìn)扭矩仲裁模塊206在推進(jìn)扭矩請求之間進(jìn)行仲裁，所述推進(jìn)扭矩請求包括經(jīng)轉(zhuǎn)換的預(yù)測扭矩請求和即時(shí)扭矩請求。推進(jìn)扭矩仲裁模塊206產(chǎn)生仲裁的預(yù)測扭矩請求和仲裁的即時(shí)扭矩請求?？梢酝ㄟ^從接收的請求中選擇勝出的請求來產(chǎn)生仲裁扭矩?？蛇x地或另外地，可以通過基于接收的請求中的另外一個(gè)或多個(gè)修改接收的請求中的一個(gè)來產(chǎn)生仲裁扭矩。儲(chǔ)備/負(fù)載模塊220從推進(jìn)扭矩仲裁模塊206接收仲裁的預(yù)測扭矩請求和仲裁的即時(shí)扭矩請求。儲(chǔ)備/負(fù)載模塊220可以調(diào)整仲裁的預(yù)測扭矩請求和仲裁的即時(shí)扭矩請求， 以產(chǎn)生扭矩儲(chǔ)備和/或補(bǔ)償一個(gè)或多個(gè)負(fù)載。儲(chǔ)備/負(fù)載模塊220然后向致動(dòng)模塊224輸出調(diào)整的預(yù)測扭矩請求和即時(shí)扭矩請求。致動(dòng)模塊224從儲(chǔ)備/負(fù)載模塊220接收調(diào)整的預(yù)測扭矩請求和即時(shí)扭矩請求。 致動(dòng)模塊224確定將如何實(shí)現(xiàn)調(diào)整的預(yù)測扭矩請求和即時(shí)扭矩請求。致動(dòng)模塊224可以特定于發(fā)動(dòng)機(jī)類型。例如，對于火花點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，致動(dòng)模塊224可被不同地來實(shí)施或者使用不同的控制方案。在各種實(shí)現(xiàn)中，致動(dòng)模塊224可以限定所有發(fā)動(dòng)機(jī)類型通用的模塊與作為特定于發(fā)動(dòng)機(jī)類型的模塊之間的界限。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)類型可以包括火花點(diǎn)燃和壓縮點(diǎn)燃。致動(dòng)模塊224之前的模塊，諸如推進(jìn)扭矩仲裁模塊206，可以是發(fā)動(dòng)機(jī)類型通用的模塊，而致動(dòng)模塊224和隨后的模塊可以特定于發(fā)動(dòng)機(jī)類型。例如，致動(dòng)模塊224可以改變節(jié)氣門106的開度作為允許寬范圍扭矩控制的慢致動(dòng)器。致動(dòng)模塊224可以禁用氣缸，這還提供了寬范圍的扭矩控制，但還可以為慢的并且會(huì)涉及駕駛性能和排放問題。致動(dòng)模塊224可以使用火花正時(shí)作為快致動(dòng)器。然而，火花正時(shí)可能不提供大范圍的扭矩控制。另外，隨著火花正時(shí)的改變可行的扭矩控制量(被稱為火花儲(chǔ)備容量)可以隨著空氣流量改變而變化。在各種實(shí) 現(xiàn)中，致動(dòng)模塊224可以基于調(diào)整的預(yù)測扭矩請求產(chǎn)生空氣扭矩請求。 空氣扭矩請求可以等于調(diào)整的預(yù)測扭矩請求，從而設(shè)置空氣流量使得可以通過改變其他致動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)調(diào)整的預(yù)測扭矩請求?？諝饪刂颇K228可以基于空氣扭矩請求確定發(fā)動(dòng)機(jī)氣流致動(dòng)器的期望致動(dòng)器值。例如，空氣控制模塊228可以控制期望的歧管絕對壓力(MAP)、期望的節(jié)氣門面積、和/ 或期望的每氣缸空氣量(APC)。期望的MAP可以用于確定期望的升壓，期望的APC可以用于確定期望的凸輪相位器位置。在各種實(shí)現(xiàn)中，空氣控制模塊228還可以確定EGR閥的期望開度。致動(dòng)模塊224還可以產(chǎn)生火花扭矩請求和燃燒扭矩請求?？梢酝ㄟ^火花控制模塊 232使用火花扭矩請求來確定從校準(zhǔn)的火花正時(shí)延遲多少火花正時(shí)(其減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩)。燃料控制模塊240可以基于來自致動(dòng)模塊224的燃料扭矩請求改變提供給每個(gè)氣缸的燃料量。在火花點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的正常操作期間，燃料控制模塊240可以基于APC控制燃料流量嘗試保持化學(xué)計(jì)量的空氣/燃料混合。更具體地，燃料控制模塊240可以確定當(dāng)與當(dāng)前APC燃燒時(shí)將產(chǎn)生化學(xué)計(jì)量的燃燒的燃料質(zhì)量。燃料控制模塊240可以經(jīng)由燃料供給率指示燃料致動(dòng)器模塊109以給每個(gè)氣缸注入該燃料量。扭矩估計(jì)模塊244可以估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)102的扭矩輸出?？諝饪刂颇K228可以使用該估計(jì)的扭矩執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流參數(shù)的閉環(huán)控制，諸如節(jié)氣門面積、MAP和相位器位置。例如，可以定義扭矩關(guān)系諸如
(1》 T = · (ΑΡΟ,3,Ι,Ε.ΑΡ,ΟΤ,#》
其中，扭矩(T)是每氣缸空氣量(APC)、火花提前(S)、進(jìn)氣凸輪相位器位置(I)、排氣凸輪相位器位置(E)、空氣/燃料比(AF)、油溫(OT)和激活氣缸的數(shù)目(#)。還可以考慮額外變量，諸如廢氣再循環(huán)(EGR)閥的開度。這種關(guān)系可以通過等式來建模和/或可以存儲(chǔ)為查找表。扭矩估計(jì)模塊244可以基于測量到的質(zhì)量空氣流率(MAF)和EOS確定APC，從而允許基于實(shí)際空氣流量的閉環(huán)空氣控制。所使用的進(jìn)氣凸輪相位器位置和排氣凸輪相位器位置可以基于實(shí)際位置，因?yàn)橄辔黄骺梢猿蚱谕恢眯羞M(jìn)。實(shí)際火花提前可以用于估計(jì)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。在不考慮摩擦損失、發(fā)動(dòng)機(jī)泵送損失或發(fā)動(dòng)機(jī)102上的附件負(fù)載而在燃燒期間應(yīng)被產(chǎn)生的扭矩量可以被稱為指示扭矩。 與指示扭矩相比，實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出可以被稱為制動(dòng)扭矩，且可以指減去附件負(fù)載、摩擦損失和發(fā)動(dòng)機(jī)泵送損失的指示扭矩。當(dāng)校準(zhǔn)火花正時(shí)用于估計(jì)扭矩時(shí)，估計(jì)的扭矩可以被稱為估計(jì)的空氣扭矩或簡單地稱為空氣扭矩。估計(jì)的空氣扭矩是在將火花正時(shí)設(shè)置為校準(zhǔn)火花正時(shí)且所有氣缸被加燃料的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)102在當(dāng)前空氣流下可以產(chǎn)生多少扭矩的估計(jì)。空氣控制模塊228可以將期望的面積信號輸出到節(jié)氣門致動(dòng)器模塊107。然后，節(jié)氣門致動(dòng)器模塊107調(diào)節(jié)節(jié)氣 門106產(chǎn)生期望的節(jié)氣門面積。空氣控制模塊228可以基于逆扭矩模型和空氣扭矩請求產(chǎn)生期望的面積信號?？諝饪刂颇K228可以使用估計(jì)的空氣扭矩和/或MAF信號，以執(zhí)行閉環(huán)控制。例如，期望的面積信號可以控制成最小化估計(jì)的空氣扭矩與空氣扭矩請求之間的差?？諝饪刂颇K228可以將期望的歧管絕對壓力(MAP)信號輸出到包括升壓設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的升壓調(diào)度模塊242。升壓調(diào)度模塊242使用期望的MAP信號來控制升壓致動(dòng)器模塊。然后升壓致動(dòng)器模塊控制一個(gè)或多個(gè)升壓設(shè)備。在沒有升壓設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，可以省略升壓調(diào)度模塊242?？諝饪刂颇K228還可以向相位器調(diào)度模塊輸出期望的每氣缸空氣量(APC)信號?；谄谕腁PC信號和EOS信號，相位器調(diào)度模塊252可以通過相位器致動(dòng)器模塊控制進(jìn)氣和/或排氣凸輪相位器的位置。在沒有凸輪相位器的實(shí)現(xiàn)中，可以省略相位器調(diào)度模塊252。返回參考火花控制模塊232，校準(zhǔn)火花正時(shí)可以基于各種發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件而變化。 逆扭矩關(guān)系可以用于解決期望的火花提前。對于給定的扭矩請求(Tdes)，可以基于下式確定期望的火花提前(Sdes)
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其包括擾動(dòng)模塊，其基于曲軸的旋轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的過去燃燒沖程的擾動(dòng)值； 扭矩校正模塊，其基于所述擾動(dòng)值選擇性地確定氣缸的未來燃燒沖程的扭矩校正； 扭矩-火花模塊，其基于所述扭矩校正確定火花校正，并且基于扭矩請求確定未校正火花正時(shí)；以及火花校正模塊，其基于所述未校正火花正時(shí)和所述火花校正確定校正火花正時(shí)，并且基于所述校正火花正時(shí)產(chǎn)生未來燃燒沖程期間的火花。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩_火花模塊還基于所述扭矩請求確定火花校正。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩_火花模塊基于扭矩與火花正時(shí)之間的關(guān)系確定火花校正。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩-火花模塊基于所述扭矩校正和所述扭矩請求確定第二扭矩請求，基于所述第二扭矩請求確定絕對火花正時(shí)， 并且基于所述絕對火花正時(shí)與所述未校正火花正時(shí)之間的差確定所述火花校正。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括安全模塊，其基于所述扭矩校正和所述扭矩請求確定冗余火花校正，并且基于火花校正與冗余火花校正的比較選擇性地調(diào)整火花校正。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)火花校正與冗余火花校正之間的差大于預(yù)定量時(shí)，所述安全模塊將火花校正設(shè)置為先前的火花校正。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述安全模塊基于扭矩校正和扭矩請求確定第二冗余扭矩請求，基于第二冗余扭矩請求確定第二絕對火花正時(shí)，并且基于第二絕對火花正時(shí)與未校正火花正時(shí)之間的差確定冗余火花校正。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩校正模塊分別確定發(fā)動(dòng)機(jī)的其他氣缸的其他扭矩校正，并且驗(yàn)證所述扭矩校正與其他扭矩校正之和處在以零為中心的預(yù)定范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，火花校正模塊分別基于其他扭矩校正確定發(fā)動(dòng)機(jī)的其他氣缸的其他火花校正，并且分別基于所述其他火花校正產(chǎn)生其他氣缸的其他未來燃燒沖程期間的火花。
10.一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其包括基于曲軸的旋轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的過去燃燒沖程的擾動(dòng)值；基于所述擾動(dòng)值選擇性地確定氣缸的未來燃燒沖程的扭矩校正；基于所述扭矩校正確定火花校正；基于扭矩請求確定未校正火花正時(shí)；基于所述未校正火花正時(shí)確定校正火花正時(shí)；以及基于所述校正火花正時(shí)產(chǎn)生未來燃燒沖程期間的火花。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用協(xié)調(diào)扭矩控制的氣缸燃燒性能監(jiān)控和控制，具體地，一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)包括擾動(dòng)模塊、扭矩校正模塊、扭矩-火花模塊和火花校正模塊。擾動(dòng)模塊基于曲軸的旋轉(zhuǎn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的過去燃燒沖程的擾動(dòng)值。扭矩校正模塊基于所述擾動(dòng)值選擇性地確定氣缸的未來燃燒沖程的扭矩校正。扭矩-火花模塊基于所述扭矩校正確定火花校正，并且基于扭矩請求確定未校正火花正時(shí)?；鸹ㄐＵK基于未校正火花正時(shí)和火花校正確定校正火花正時(shí)，且基于校正火花正時(shí)產(chǎn)生未來燃燒沖程期間的火花。
文檔編號F02D43/00GK102220918SQ20111009782
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者C·E·惠特尼, D·S·馬修斯, E·B·費(fèi)爾奇, J·M·凱澤, P·區(qū), T·M·卡恩加特, Z·李 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司