空氣流控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及空氣流控制系統(tǒng)和方法。用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)包括延遲和速率限制模塊、節(jié)氣門控制模塊、相位器控制模塊、和排氣再循環(huán)（EGR）控制模塊。所述延遲和速率限制模塊向第一扭矩請求施加延遲和速率限制，以產生第二扭矩請求。所述節(jié)氣門控制模塊基于所述第二扭矩請求來確定目標節(jié)氣門開度，并且基于所述目標節(jié)氣門開度來選擇性地調節(jié)節(jié)氣門。所述相位器控制模塊基于所述第二扭矩請求來確定目標進氣和排氣定相值，并且分別基于所述目標進氣和排氣定相值來選擇性地調節(jié)進氣和排氣門相位器。所述EGR控制模塊基于所述第一扭矩請求來確定目標EGR開度，并且基于所述目標EGR開度來選擇性地調節(jié)EGR閥。
【專利說明】空氣流控制系統(tǒng)和方法
[0001]相關申請的交叉引用
本申請要求于2012年9月18日提交的美國臨時申請N0.61/702，430的權益。上述申請的公開內容以引用的方式全文結合到本文。
[0002]本申請涉及于2012年9月13日提交的美國專利申請N0.13/613，588和于2012年9月13日提交的美國專利申請N0.13/613,683。上述文獻的全部內容以引用的方式全部結合到本文。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及內燃發(fā)動機，且更具體地涉及用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0004]本文提供的背景說明是為了總體上介紹本發(fā)明背景的目的。當前署名發(fā)明人的工作(在【背景技術】部分描述的程度上)以及本描述中否則不足以作為申請時現(xiàn)有技術的各方面，既不明顯地也非隱含地被承認為與本發(fā)明相抵觸的現(xiàn)有技術。
[0005]內燃發(fā)動機在氣缸內燃燒空氣和燃料混合物以驅動活塞，從而產生驅動扭矩。進入發(fā)動機中的空氣流借助節(jié)氣門被調節(jié)。更具體地，節(jié)氣門調節(jié)節(jié)氣門面積，這增加或減少進入到發(fā)動機中的空氣流(量)。當節(jié)氣門面積增加時，進入到發(fā)動機中的空氣流增加。燃料控制系統(tǒng)調節(jié)燃料被噴射的速率，以向氣缸提供期望空氣/燃料比和/或實現(xiàn)期望扭矩輸出。增加提供給氣缸的空氣和燃料的量增加了發(fā)動機的扭矩輸出。
[0006]在火花點火發(fā)動機中，火花啟動提供給氣缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓縮點火發(fā)動機中，氣缸內的壓縮燃燒提供給氣缸的空氣/燃料混合物。火花正時和空氣流能夠是用于調節(jié)火花點火發(fā)動機的扭矩輸出的主要手段，而燃料流能夠是用于調節(jié)壓縮點火發(fā)動機的扭矩輸出的主要手段。
[0007]已經開發(fā)了發(fā)動機控制系統(tǒng)，以控制發(fā)動機輸出扭矩從而實現(xiàn)期望扭矩。然而，常規(guī)發(fā)動機控制系統(tǒng)并不如所需要的那樣精確地控制發(fā)動機輸出扭矩。此外，常規(guī)發(fā)動機控制系統(tǒng)并不提供對控制信號的快速響應或者在影響發(fā)動機輸出扭矩的各種裝置之間協(xié)調發(fā)動機扭矩控制。

【發(fā)明內容】

[0008]用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)包括延遲和速率限制模塊、節(jié)氣門控制模塊、相位器控制模塊、和排氣再循環(huán)(EGR)控制模塊。所述延遲和速率限制模塊向第一扭矩請求施加延遲和速率限制，以產生第二扭矩請求。所述節(jié)氣門控制模塊基于所述第二扭矩請求來確定目標節(jié)氣門開度，并且基于所述目標節(jié)氣門開度來選擇性地調節(jié)節(jié)氣門。所述相位器控制模塊基于所述第二扭矩請求來確定目標進氣和排氣定相值，并且分別基于所述目標進氣和排氣定相值來選擇性地調節(jié)進氣和排氣門相位器。所述EGR控制模塊基于所述第一扭矩請求來確定目標EGR開度，并且基于所述目標EGR開度來選擇性地調節(jié)EGR閥。[0009]用于車輛的發(fā)動機控制方法包括:向第一扭矩請求施加延遲和速率限制，以產生第二扭矩請求；基于所述第二扭矩請求來確定目標節(jié)氣門開度；以及基于所述目標節(jié)氣門開度來選擇性地調節(jié)節(jié)氣門。所述發(fā)動機控制方法還包括:基于所述第二扭矩請求來確定目標進氣和排氣定相值；分別基于所述目標進氣和排氣定相值來選擇性地調節(jié)進氣和排氣門相位器；基于所述第一扭矩請求來確定目標排氣再循環(huán)(EGR)開度；以及基于所述目標EGR開度來選擇性地調節(jié)EGR閥。
[0010]本發(fā)明還提供如下方案:
1.一種用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括:
延遲和速率限制模塊，所述延遲和速率限制模塊向第一扭矩請求施加延遲和速率限制，以產生第二扭矩請求；
節(jié)氣門控制模塊，所述節(jié)氣門控制模塊基于所述第二扭矩請求來確定目標節(jié)氣門開度，并且基于所述目標節(jié)氣門開度來選擇性地調節(jié)節(jié)氣門；
相位器控制模塊，所述相位器控制模塊基于所述第二扭矩請求來確定目標進氣和排氣定相值，并且分別基于所述目標進氣和排氣定相值來選擇性地調節(jié)進氣和排氣門相位器；以及
排氣再循環(huán)(EGR)控制模塊，所述EGR控制模塊基于所述第一扭矩請求來確定目標EGR開度，并且基于所述目標EGR開度來選擇性地調節(jié)EGR閥。
[0011]2.根據(jù)方案I所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，還包括調節(jié)模塊，所述調節(jié)模塊基于在所述第二扭矩請求和所述發(fā)動機的估計扭矩輸出之間的差與第一預定值之積來確定第一扭矩調節(jié)，基于第二預定值與所述差之積的積分來確定第二扭矩調節(jié)，并且基于所述第一扭矩調節(jié)和所述第二扭矩調節(jié)來確定第三扭矩調節(jié)；
其中:
所述節(jié)氣門控制模塊還基于所述第三扭矩調節(jié)來確定所述目標節(jié)氣門開度；
所述相位器控制模塊還基于所述第二扭矩調節(jié)來確定所述目標進氣和排氣定相值；并
且
所述EGR控制模塊還基于所述第二扭矩調節(jié)來確定所述目標進氣和排氣定相值。
[0012]3.根據(jù)方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述節(jié)氣門控制模塊基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)之和來確定所述目標節(jié)氣門開度。
[0013]4.根據(jù)方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述相位器控制模塊基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述目標進氣和排氣定相值。
[0014]5.根據(jù)方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述EGR控制模塊基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述目標進氣和排氣定相值。
[0015]6.根據(jù)方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，還包括:
第一每氣缸空氣量(APC)確定模塊，其基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)來確定第一量的每氣缸空氣量；
第二 APC確定模塊，其基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)來確定第二量的每氣缸空氣量；以及
第三APC確定模塊，其基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)來確定第三量的每氣缸空氣量； 其中:
所述節(jié)氣門控制模塊基于所述第一量的每氣缸空氣量來確定所述目標節(jié)氣門開度；所述相位器控制模塊基于所述第二量的每氣缸空氣量來確定所述目標進氣和排氣定相值；并且
所述EGR控制模塊基于所述第三量的每氣缸空氣量來確定所述目標EGR開度。
[0016]7.根據(jù)方案6所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中:
所述第一 APC確定模塊基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)之和來確定所述第一量的每氣缸空氣量；
所述第二 APC確定模塊基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第二量的每氣缸空氣量；并且
所述第三APC確定模塊基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第三量的每氣缸空氣量。
[0017]8.根據(jù)方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，還包括增壓控制模塊，所述增壓控制模塊基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)來確定目標廢氣門值，并且基于所述目標廢氣門值來選擇性地調節(jié)渦輪增壓器的廢氣門。
[0018]9.根據(jù)方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述調節(jié)模塊基于所述第一扭矩調節(jié)和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第三扭矩調節(jié)。
[0019]10.根據(jù)方案I所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述延遲和速率限制模塊基于發(fā)動機速度和EGR值中的至少一個來確定延遲和速率限制中的至少一個。
[0020]11.一種用于車輛的發(fā)動機控制方法，包括:
向第一扭矩請求施加延遲和速率限制，以產生第二扭矩請求；
基于所述第二扭矩請求來確定目標節(jié)氣門開度；
基于所述目標節(jié)氣門開度來選擇性地調節(jié)節(jié)氣門；
基于所述第二扭矩請求來確定目標進氣和排氣定相值；
分別基于所述目標進氣和排氣定相值來選擇性地調節(jié)進氣和排氣門相位器；
基于所述第一扭矩請求來確定目標排氣再循環(huán)(EGR)開度；以及 基于所述目標EGR開度來選擇性地調節(jié)EGR閥。
[0021]12.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，還包括:
基于在所述第二扭矩請求和所述發(fā)動機的估計扭矩輸出之間的差與第一預定值之積來確定第一扭矩調節(jié)；
基于第二預定值與所述差之積的積分來確定第二扭矩調節(jié)；
基于所述第一扭矩調節(jié)和所述第二扭矩調節(jié)來確定第三扭矩調節(jié)；
還基于所述第三扭矩調節(jié)來確定所述目標節(jié)氣門開度；
還基于所述第二扭矩調節(jié)來確定所述目標進氣和排氣定相值；以及 還基于所述第二扭矩調節(jié)來確定所述目標進氣和排氣定相值。
[0022]13.根據(jù)方案12所述的發(fā)動機控制方法，還包括:基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)之和來確定所述目標節(jié)氣門開度。
[0023]14.根據(jù)方案12所述的發(fā)動機控制方法，還包括:基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述目標進氣和排氣定相值。[0024]15.根據(jù)方案12所述的發(fā)動機控制方法，還包括:基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述目標進氣和排氣定相值。
[0025]16.根據(jù)方案12所述的發(fā)動機控制方法，還包括:
基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)來確定第一量的每氣缸空氣量；
基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)來確定第二量的每氣缸空氣量；
基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)來確定第三量的每氣缸空氣量；
基于所述第一量的每氣缸空氣量來確定所述目標節(jié)氣門開度；
基于所述第二量的每氣缸空氣量來確定所述目標進氣和排氣定相值；以及 基于所述第三量的每氣缸空氣量來確定所述目標EGR開度。
[0026]17.根據(jù)方案16所述的發(fā)動機控制方法，還包括:
基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)之和來確定所述第一量的每氣缸空氣
量;
基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第二量的每氣缸空氣量；
以及
基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第三量的每氣缸空氣量。
[0027]18.根據(jù)方案12所述的發(fā)動機控制方法，還包括:
基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)來確定目標廢氣門值；以及 基于所述目標廢氣門值來選擇性地調節(jié)渦輪增壓器的廢氣門。
[0028]19.根據(jù)方案12所述的發(fā)動機控制方法，還包括:基于所述第一扭矩調節(jié)和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第三扭矩調節(jié)。
[0029]20.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，還包括:基于發(fā)動機速度和EGR值中的至少一個來確定延遲和速率限制中的至少一個。
[0030]本發(fā)明的進一步應用領域從下文提供的詳細說明將顯而易見。應當理解的是，詳細說明和具體示例僅旨在用于描述目的且不旨在限制本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]從詳細說明和附圖將更完整地理解本發(fā)明，在附圖中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的功能框圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機控制系統(tǒng)的功能框圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性空氣控制模塊的功能框圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性目標每氣缸空氣量(APC)模塊的示例的功能框圖；以及圖5包括根據(jù)本發(fā)明的流程圖，其描述了控制節(jié)氣門、進氣門和排氣門定相、廢氣門和排氣再循環(huán)(EGR)閥的示例性方法。
【具體實施方式】
[0032]發(fā)動機控制模塊(ECM)控制發(fā)動機的扭矩輸出。更具體地，ECM分別基于目標值來控制發(fā)動機的致動器，以產生所請求量的扭矩。例如，ECM基于目標進氣和排氣定相角度來控制進氣和排氣門定相、基于目標節(jié)氣門開度來控制節(jié)氣門、基于目標EGR開度來控制排氣再循環(huán)(EGR)閥、以及基于目標廢氣門占空比來控制渦輪增壓器的廢氣門(wastegate)。[0033]ECM確定扭矩請求，以用于控制進氣和排氣凸輪定相、節(jié)氣門、EGR閥和廢氣門。ECM將扭矩請求修整為修整扭矩請求。ECM基于修整扭矩請求和第一扭矩調節(jié)來確定第一目標扭矩，并且基于第一目標扭矩來確定目標節(jié)氣門開度和目標廢氣門占空比。ECM還基于修整扭矩請求和第二扭矩調節(jié)來確定第二目標扭矩，并且基于第二目標扭矩來確定目標進氣和排氣定相角度。ECM基于(非修整)扭矩請求和第三扭矩調節(jié)來確定第三目標扭矩，并且基于第三目標扭矩來確定目標EGR開度。以這種方式，第一目標扭矩、第二目標扭矩和第三目標扭矩的設置分別與節(jié)氣門112和渦輪增壓器、進氣和排氣凸輪相位器148和150、以及EGR閥170相協(xié)調。目標扭矩與相應響應特征的協(xié)調可提高發(fā)動機性能和響應性。
[0034]現(xiàn)參考圖1,示出了示例性發(fā)動機系統(tǒng)100的功能框圖。發(fā)動機系統(tǒng)100包括發(fā)動機102，該發(fā)動機燃燒空氣/燃料混合物以基于來自駕駛員輸入模塊104的駕駛員輸入產生用于車輛的驅動扭矩?？諝饨柚?jié)氣門112被抽吸到進氣歧管110中。僅作為示例，節(jié)氣門112可包括具有可旋轉葉片的蝶閥。發(fā)動機控制模塊(ECM) 114控制節(jié)氣門致動器模塊116，所述節(jié)氣門致動器模塊調節(jié)節(jié)氣門112的開度，以控制被抽吸到進氣歧管110中的空氣的量。
[0035]來自進氣歧管110的空氣被抽吸到發(fā)動機102的氣缸中。雖然發(fā)動機102可包括多個氣缸，但是為了描述目的僅示出了單個代表性氣缸118。僅作為示例，發(fā)動機102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12個氣缸。ECM 114可指令氣缸致動器模塊120以選擇性地停用其中一些氣缸，這在一些發(fā)動機操作狀況下可改善燃料經濟性。
[0036]發(fā)動機102可利用四個沖程循環(huán)來操作。下文所述的四個沖程可被稱為進氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程。在曲軸(未示出)的每次回轉期間，在氣缸118內發(fā)生該四個沖程中的兩個沖程。因此，為了使得氣缸118經歷全部四個沖程，有必要進行兩次曲軸回轉。
[0037]在進氣沖程期間，來自進氣歧管110的空氣借助進氣門122被抽吸到氣缸118中。ECM 114控制燃料致動器模塊124，該燃料致動器模塊調節(jié)燃料噴射以實現(xiàn)目標空氣/燃料t匕。在中心位置或在多個位置(例如，在每個氣缸的進氣門122附近)，燃料可被噴射到進氣歧管110中。在各種實施方式(未不出)中，燃料可被直接噴入到氣缸中或與氣缸相關的混合室中。燃料致動器模塊124可停止至被停用的氣缸的燃料噴射。
[0038]所噴射的燃料與空氣混合，并且在氣缸118內產生空氣/燃料混合物。在壓縮沖程期間，氣缸118內的活塞(未示出)壓縮該空氣/燃料混合物。雖然未示出，但是發(fā)動機102可以是壓縮點火發(fā)動機，在該情況下氣缸118內的壓縮點火該空氣/燃料混合物。另選地，如所示的，發(fā)動機102可以是火花點火發(fā)動機，在該情況下火花致動器模塊126基于來自ECM 114的信號來激活氣缸118中的火花塞128，從而點火空氣/燃料混合物?；鸹ǖ恼龝r可相對于活塞處于其最上位置(稱為上止點(TDC))的位置的時刻被規(guī)定。
[0039]火花致動器模塊126可由規(guī)定在TDC之前或之后多久產生火花的正時信號來控制。由于活塞位置直接相關于曲軸旋轉，因此火花致動器模塊126的操作可與曲軸角同步?；鸹ㄖ聞悠髂K126可停止至被停用的氣缸的火花供應。產生火花可被稱為點火事件?；鸹ㄖ聞悠髂K126可具有改變用于每個點火事件的火花正時的能力。當火花正時在上一點火事件和下一點火事件之間改變時，火花致動器模塊126可改變用于下一點火事件的火花正時。[0040]在壓縮沖程期間，空氣/燃料混合物的燃燒將活塞驅離TDC，由此驅動曲軸。燃燒沖程可被限定為在活塞到達TDC與活塞到達下止點(BDC)的時刻之間的時間。在排氣沖程期間，活塞開始移離BDC，并且借助排氣門130驅出燃燒副產物。燃燒副產物借助排氣系統(tǒng)134從車輛被排出。
[0041]進氣門122可由進氣凸輪軸140來控制，而排氣門130可由排氣凸輪軸142來控制。在各個實施方式中，多個進氣凸輪軸(包括進氣凸輪軸140)可控制用于氣缸118的多個進氣門(包括進氣門122)，和/或可控制用于多個氣缸組(包括氣缸118)的進氣門(包括進氣門122)。類似地，多個排氣凸輪軸(包括排氣凸輪軸142)可控制用于氣缸118的多個排氣門，和/或可控制用于多個氣缸組(包括氣缸118)的排氣門(包括排氣門130)。氣缸致動器模塊120可借助禁止打開進氣門122和/或排氣門130來停用氣缸118。在各種其他實施方式中，進氣門122和/或排氣門130可由除了凸輪軸之外的裝置(例如，無凸輪式閥致動器)來控制。
[0042]進氣門122被打開的時刻可由進氣凸輪相位器148相對于活塞TDC改變。排氣門130被打開的時刻可由排氣凸輪相位器150相對于活塞TDC改變。相位器致動器模塊158可基于來自ECM 114的信號來控制進氣凸輪相位器148和排氣凸輪相位器150。當被實施時，可變閥升程(未示出)也可由相位器致動器模塊158來控制。
[0043]發(fā)動機系統(tǒng)100可以包括增壓裝置，該增壓裝置向進氣歧管110提供加壓空氣。例如，圖1示出了包括熱渦輪機160-1的渦輪增壓器，所述熱渦輪機由流經排氣系統(tǒng)134的熱排氣來驅動。渦輪增壓器還包括由渦輪機160-1驅動的冷空氣壓縮機160-2。壓縮機160-2壓縮通入到節(jié)氣門112中的空氣。在各種實施方式中，由曲軸驅動的增壓機(未示出)可壓縮來自節(jié)氣門112的空氣，并且將壓縮空氣傳輸至進氣歧管110。
[0044]廢氣門162可允許廢棄繞過渦輪機160-1，由此減少由渦輪增壓器提供的增壓(進氣空氣的壓縮量)。ECM 114可借助增壓致動器模塊164來控制渦輪增壓器。增壓致動器模塊164借助控制廢氣門162的開度可調節(jié)渦輪增壓器的增壓。在各種實施方式中，多個渦輪增壓器可由增壓致動器模塊164來控制。渦輪增壓器可具有變化的幾何尺寸，該幾何尺寸可由增壓致動器模塊164來控制。
[0045]中冷器(未不出)可消散被包含在壓縮空氣充量中的一些熱量，當空氣被壓縮時產生所述壓縮空氣充量。壓縮空氣充量還可具有從排氣系統(tǒng)134的部件吸收的熱量。雖然為了描述目的被分開示出，但是渦輪機160-1和渦輪機160-2可彼此附接，從而將進氣空氣設置成緊貼熱排氣。
[0046]發(fā)動機系統(tǒng)100可包括排氣再循環(huán)(EGR)閥170，其將排氣再引導到進氣歧管110。EGR閥170可定位在渦輪增壓器的渦輪機160-1的上游。EGR閥170可由EGR致動器模塊172來控制。
[0047]發(fā)動機系統(tǒng)100可利用RPM傳感器180來測量曲軸的速度，單位為轉每分鐘(RPM)0發(fā)動機冷卻劑的溫度可利用發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)傳感器182來測量。ECT傳感器182可定位在發(fā)動機102內部，或者定位在冷卻劑被循環(huán)的其他位置例如散熱器(未示出)處。
[0048]進氣歧管110內的壓力可利用歧管絕對壓力(MAP)傳感器184來測量。在各個實施方式中，可測量發(fā)動機真空度，該發(fā)動機真空度是環(huán)境空氣壓力與進氣歧管110內的壓力之間的差。流入進氣歧管110內的空氣的質量流率可利用空氣質量流量(MAF)傳感器186來測量。在各個實施方式中，MAF傳感器186可定位在還包括節(jié)氣門112的殼體中。
[0049]節(jié)氣門致動器模塊116可利用一個或多個節(jié)氣門位置傳感器(TPS) 190來監(jiān)測節(jié)氣門112的位置。被抽吸到發(fā)動機102中的空氣的環(huán)境溫度可利用進氣空氣溫度(IAT)傳感器192來測量。發(fā)動機系統(tǒng)100還可包括一個或多個其他傳感器。ECM 114可利用來自傳感器的信號，以向發(fā)動機系統(tǒng)100做出控制決定。
[0050]ECM 114可與變速器控制模塊194通信，以協(xié)調變速器(未示出)的換檔。例如，ECM 114在換檔期間可降低發(fā)動機扭矩。ECM 114可與混合控制模塊196通信，以協(xié)調發(fā)動機102和電動馬達198的操作。
[0051]電動馬達198還可用作發(fā)電機，并且可用于產生電能，該電能可由車輛電氣系統(tǒng)使用和/或用于儲存在蓄電池中。在各個實施方式中，ECM 114、變速器控制模塊194和混合控制模塊196的各個功能可被集成到一個或多個模塊中。
[0052]改變發(fā)動機參數(shù)的每個系統(tǒng)可被稱為致動器。每個系統(tǒng)接收目標致動器值。例如，節(jié)氣門致動器模塊116可被稱為致動器，并且目標節(jié)氣門開度(例如，面積)可被稱為目標致動器值。在圖1的示例中，節(jié)氣門致動器模塊116借助調節(jié)節(jié)氣門112的葉片的角度來達到目標節(jié)氣門開度。
[0053]類似地，火花致動器模塊126可被稱為致動器，而相應目標致動器值可以是相對于活塞TDC的目標火花正時。其他致動器可包括氣缸致動器模塊120、燃料致動器模塊124、相位器致動器模塊158、增壓致動器模塊164和EGR致動器模塊172。對于這些致動器，目標致動器值可分別包括被致動的氣缸的目標數(shù)量、目標燃料供給參數(shù)、目標進氣和排氣凸輪相位器角度、目標廢氣門占空比、以及目標EGR閥開度。ECM 114可產生目標致動器值，以使得發(fā)動機102產生目標發(fā)動機輸出扭矩。
[0054]現(xiàn)參考圖2,示出了示例性發(fā)動機控制系統(tǒng)的功能框圖。ECM 114的示例性實施方式包括駕駛員扭矩模塊202、車軸扭矩裁定模塊204和推進扭矩裁定模塊206。ECM 114可包括混合優(yōu)化模塊208。ECM 114還包括儲備/負載模塊220、扭矩請求模塊224、空氣控制模塊228、火花控制模塊232、氣缸控制模塊236以及燃料控制模塊240。ECM 114還包括每氣缸空氣量(APC)扭矩估計模塊244、MAP扭矩估計模塊246、增壓控制模塊248、相位器控制模塊252和EGR控制模塊253。
[0055]駕駛員扭矩模塊202可基于來自駕駛員輸入模塊104的駕駛員輸入255確定駕駛員扭矩請求254。駕駛員輸入255可基于例如加速器踏板的位置和制動器踏板的位置。駕駛員輸入255還可基于巡航控制，其可以是適應性巡航控制系統(tǒng)，該適應性巡航控制系統(tǒng)改變車輛速度以保持預定跟隨距離。駕駛員扭矩模塊202可存儲加速器踏板位置至目標扭矩的一個或多個映射，并且可基于選定的一個映射來確定駕駛員扭矩請求254。
[0056]車軸扭矩裁定模塊204在駕駛員扭矩請求254與其他車軸扭矩請求256之間進行裁定。車軸扭矩(在車輪處的扭矩)可由包括發(fā)動機和/或電動馬達的各種源產生。例如，車軸扭矩請求256可包括當檢測到正向車輪滑移時由牽引控制系統(tǒng)請求的扭矩減少。當車軸扭矩克服車輪與路面之間摩擦時發(fā)生該正向車輪滑移，并且車輪開始在路面上滑移。車軸扭矩請求256還可包括用于抵御負向車輪滑移的扭矩增加，其中由于車軸扭矩是負向的，車輛的輪胎沿其他方向相對于路面滑移。[0057]車軸扭矩請求256還可包括制動器管理請求和車輛過速扭矩請求。制動器管理請求可減少車軸扭矩以確保車軸扭矩并不超過制動器的能力，以在車輛停止時保持車輛。車輛過速扭矩請求可減少車軸扭矩以防止車輛超過預定速度。車軸扭矩請求256還可由車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)來產生。
[0058]車軸扭矩裁定模塊204基于接收到的扭矩請求254和256之間的裁定結果來輸出預計扭矩請求257和即時扭矩請求258。如下文所述，來自車軸扭矩裁定模塊204的預計扭矩請求257和即時扭矩請求258在被用于控制發(fā)動機系統(tǒng)100的致動器之前可由ECM 114的其他模塊選擇性地調節(jié)。
[0059]在一般意義上，即時扭矩請求258是當前目標車軸扭矩的量，而預計扭矩請求257是短時間內可能需要的車軸扭矩的量。ECM 114控制發(fā)動機系統(tǒng)100，以產生等于即時扭矩請求258的車軸扭矩。然而，致動器值的不同組合可導致相同的車軸扭矩。ECM 114因此可調節(jié)目標致動器值以使得更快地過渡到預計扭矩請求257，并且同時仍保持車軸扭矩在即時扭矩請求258下。
[0060]在各個實施方式中，預計扭矩請求257可基于駕駛員扭矩請求254被設置。在一些情況下(例如，當駕駛員扭矩請求254正使得車輪在結冰表面上滑移時)，即時扭矩請求258可被設置成小于預計扭矩請求257。在這種情況下，牽引控制系統(tǒng)(未示出)可借助即時扭矩請求258來請求降低發(fā)動機扭矩，并且ECM 114將發(fā)動機扭矩輸出降低至即時扭矩請求258。但是，ECM 114執(zhí)行該降低，以使得一旦車輪滑移停止發(fā)動機系統(tǒng)100就可快速地重新開始產生預計扭矩請求257。
[0061]在一般意義上，即時扭矩請求258與(通常更高的)預計扭矩請求257之間的差可被稱為扭矩儲備。扭矩儲備可代表發(fā)動機系統(tǒng)100可以極小的延遲開始產生的附加扭矩(大于即時扭矩請求258)的量?？焖侔l(fā)動機致動器被用于以極小的延遲來增加或減少當前車軸扭矩。如下文更詳細地描述的，快速發(fā)動機致動器相對于緩慢發(fā)動機致動器被定義。
[0062]在各個實施方式中，快速發(fā)動機致動器能夠在一定范圍內改變車軸扭矩，該范圍由緩慢發(fā)動機致動器來建立。該范圍的上限值是預計扭矩請求257，而該范圍的下限值由快速致動器的扭矩(改變)能力來限定。僅作為示例，快速致動器可僅能夠將車軸扭矩減少第一量，其中該第一量是快速致動器的扭矩能力的量度。該第一量可基于由緩慢發(fā)動機致動器設定的發(fā)動機操作狀況來改變。
[0063]當即時扭矩請求258處于該范圍內時，快速發(fā)動機致動器可被控制以使得車軸扭矩等于即時扭矩請求258。當ECM 114請求輸出預計扭矩請求257時,快速發(fā)動機致動器可被控制以將車軸扭矩改變至該范圍的上限，即預計扭矩請求257。
[0064]在一般意義上，快速發(fā)動機致動器與緩慢發(fā)動機致動器相比可更快地改變車軸扭矩。與快速致動器相比，緩慢致動器可更緩慢地響應于其相應致動器值的變化。例如，緩慢致動器可包括機械部件，該機械部件需要時間以響應于致動器值的變化而從一個位置移向另一位置。緩慢致動器還可表征為:在緩慢致動器開始執(zhí)行改變的致動器值之后車軸扭矩開始改變所花費的時間量。通常，該時間量對于緩慢致動器來說更長，并且對于快速致動器來說更短。此外，即使在開始改變之后，車軸扭矩可花費更長時間來完全響應于緩慢致動器中的改變。
[0065]僅作為示例，ECM 114可將用于緩慢致動器的致動器值設置為這樣的值，該值在快速致動器被設定為合適值的情況下會使得發(fā)動機系統(tǒng)100產生預計扭矩請求257。同時，ECM 114可將用于快速致動器的目標致動器值設置為這樣的值，該值在給定緩慢致動器值的情況下使得發(fā)動機系統(tǒng)100產生即時扭矩請求258而不是預計扭矩請求257。
[0066]因此快速致動器使得發(fā)動機系統(tǒng)100產生即時扭矩請求258。當ECM 114決定使得車軸扭矩從即時扭矩請求258過渡至預計扭矩請求257時，ECM 114將用于一個或多個快速致動器的目標致動器值改變?yōu)閷陬A計扭矩請求257的值。由于用于緩慢致動器的目標致動器值已經基于預計扭矩請求257被設置，因此發(fā)動機系統(tǒng)100僅在由快速致動器施加的(極小)延遲之后就能夠產生預計扭矩請求257。換言之，避免了否則由利用緩慢致動器改變車軸扭矩導致的較長延遲。
[0067]僅作為示例，在火花點火發(fā)動機中，火花正時可是快速致動器值，而節(jié)氣門開度可是緩慢致動器值?；鸹c火發(fā)動機可通過施加火花來燃燒燃料，包括例如汽油和乙醇。比較而言，在壓縮點火發(fā)動機中，燃料流可是快速致動器值，而節(jié)氣門開度可用作用于除了扭矩之外的發(fā)動機特征的致動器值。壓縮點火發(fā)動機可借助壓縮來燃燒燃料，包括例如柴油燃料。
[0068]當發(fā)動機102是火花點火發(fā)動機時，火花致動器模塊126可以是快速致動器，節(jié)氣門致動器模塊116可以是緩慢致動器。在接收到新的目標致動器值之后，火花致動器模塊126可能夠改變用于下一點火事件的火花正時。當用于點火事件的火花正時(也稱為火花提前)被設置為最優(yōu)值時，在點火事件緊隨的燃燒沖程中可產生最大量的扭矩。然而，與最優(yōu)值偏離的火花正時可減少在燃燒沖程中所產生的扭矩量。因此，一旦借助改變火花正時發(fā)生下一點火事件，火花致動器模塊126就能夠改變發(fā)動機輸出扭矩。僅作為示例，在車輛設計的標定階段期間，可確定與不同發(fā)動機操作狀況相對應的最優(yōu)火花正時的表，并且基于當前發(fā)動機操作狀況從該表選擇最優(yōu)值。
[0069]對比而言，節(jié)氣門開度的變化花費更長時間來影響發(fā)動機輸出扭矩。節(jié)氣門致動器模塊116借助調節(jié)節(jié)氣門112的葉片的角度來改變節(jié)氣門開度。因此，一旦接收到新致動器值，則當節(jié)氣門112基于新目標致動器值從其先前位置移到新的位置時存在機械延遲。此外，基于節(jié)氣門開度的空氣流變化經受進氣歧管110中的空氣傳輸延遲。此外，直到氣缸118在下一進氣沖程中接收附加空氣、壓縮該附加空氣并且開始燃燒沖程，進氣歧管110中增加的空氣流才實現(xiàn)為發(fā)動機輸出扭矩的增加。
[0070]使用這些致動器作為示例，通過將節(jié)氣門開度設定為會允許發(fā)動機102產生預計扭矩請求257的值，可產生扭矩儲備。同時，火花正時可基于小于預計扭矩請求257的即時扭矩請求258被設定。雖然節(jié)氣門開度產生用于使得發(fā)動機102產生預計扭矩請求257的足夠空氣流，但是火花正時基于即時扭矩請求258被延遲(這減少扭矩)。因此發(fā)動機輸出扭矩將等于即時扭矩請求258。
[0071]當需要附加扭矩時，可基于預計扭矩請求257或在預計扭矩請求257與即時扭矩請求258之間的扭矩來設置火花正時。借助下一點火事件，火花致動器模塊126可使得火花正時返回到最優(yōu)值，這允許發(fā)動機102產生在已經存在空氣流的情況下可實現(xiàn)的全部發(fā)動機輸出扭矩。因此，發(fā)動機輸出扭矩可快速地增加至預計扭矩請求257，而不經歷由節(jié)氣門開度變化引起的延遲。
[0072]車軸扭矩裁定模塊204可向推進扭矩裁定模塊206輸出預計扭矩請求257和即時扭矩請求258。在各個實施方式中，車軸扭矩裁定模塊204可向混合優(yōu)化模塊208輸出預計扭矩請求257和即時扭矩請求258。
[0073]混合優(yōu)化模塊208可確定發(fā)動機102應當產生多少扭矩以及電動馬達198應當產生多少扭矩。于是，混合優(yōu)化模塊208向推進扭矩裁定模塊206分別輸出修改后的預計扭矩請求250和即時扭矩請求260。在各個實施方式中，混合優(yōu)化模塊208可被實施在混合控制模塊196中。
[0074]由推進扭矩裁定模塊206接收的預計扭矩請求和即時扭矩請求從車軸扭矩域(在車輪處的扭矩)轉換為推進扭矩域(在曲軸處的扭矩)。這種轉換可在混合優(yōu)化模塊208之前、之后、作為該混合優(yōu)化模塊208的一部分、或者取代混合優(yōu)化模塊208來發(fā)生。
[0075]推進扭矩裁定模塊206在包括轉換后的預計和即時扭矩請求的推進扭矩請求290之間裁定。推進扭矩裁定模塊206產生裁定預計扭矩請求261和裁定即時扭矩請求262。裁定扭矩請求261和262可借助從接收到的扭矩請求中選擇獲勝的請求來產生。替代地或額外地，裁定扭矩請求可借助基于接收到的扭矩請求中的另外一個或多個來修改接收到的請求中的一個而被產生。
[0076]例如，推進扭矩請求290可包括:用于發(fā)動機過速保護的扭矩減少；用于防失速的扭矩增加；以及由變速器控制模塊194請求的用于適應換檔的扭矩減少。推進扭矩請求290還可由于離合器燃料切斷，在駕駛員踩下手動變速器車輛的離合器踏板時所述離合器燃料切斷會減少發(fā)動機輸出扭矩，以防止發(fā)動機速度的猛增(快速升高)。
[0077]推進扭矩請求290還可包括發(fā)動機關閉請求，當檢測到重大故障時可啟動該發(fā)動機關閉請求。僅作為示例，重大故障可包括檢測到車輛偷盜、卡滯的啟動器馬達、電子節(jié)氣門控制問題、以及未預料的扭矩增加。在各個實施方式中，當存在發(fā)動機關閉請求時，裁定將發(fā)動機關閉請求選擇為獲勝的請求。當存在發(fā)動機關閉請求時，推進扭矩裁定模塊206可輸出零來作為裁定預計扭矩請求261和裁定即時扭矩請求262。
[0078]在各個實施方式中，發(fā)動機關閉請求可與裁定處理分立地僅關閉發(fā)動機102。推進扭矩裁定模塊206仍可接收發(fā)動機關閉請求，以便例如合適數(shù)據(jù)可被反饋到其他扭矩請求者。例如，全部其他扭矩請求者可被通知它們已經輸?shù)舨枚ā?br> [0079]儲備/負載模塊220接收裁定的預計推進扭矩請求261和裁定的即時推進扭矩請求262。儲備/負載模塊220可調節(jié)裁定的預計推進扭矩請求261和裁定的即時推進扭矩請求262，以產生扭矩儲備和/或補償一個或多個負載。于是，儲備/負載模塊220將調節(jié)后的預計和即時推進扭矩請求263和264輸出給扭矩請求模塊224。
[0080]僅作為示例，催化劑起燃處理或冷啟動排放減少處理可需要延遲的火花正時。因此，儲備/負載模塊220可將調節(jié)后的預計扭矩請求263增加成高于調節(jié)后的即時扭矩請求264，以形成用于冷啟動排放減少處理的延遲火花。在另一示例中，發(fā)動機的空氣/燃料比和/或空氣質量流量可直接改變，例如借助診斷侵入式當量比測試和/或新發(fā)動機吹掃來實現(xiàn)。在開始這些處理之前，扭矩儲備可被產生或增加，以快速地補償發(fā)動機輸出扭矩的減少，所述發(fā)動機輸出扭矩的減少可由在這些處理期間空氣/燃料混合物貧乏引起。
[0081]儲備/負載模塊220還可在預期到將來負載時產生或增加扭矩儲備，所述將來負載例如是電動轉向泵操作或空氣調節(jié)(A/C)壓縮機離合器的接合。當駕駛員首先請求空氣調節(jié)時可產生用于A/C壓縮機離合器的接合的儲備。儲備/負載模塊220可增加調節(jié)后的預計扭矩請求263而使得調節(jié)后的即時扭矩請求264不變化以產生扭矩儲備。然后，當A/C壓縮機離合器接合時，儲備/負載模塊220可按照A/C壓縮機離合器的估計負載來增加調節(jié)后的即時扭矩請求264。
[0082]扭矩請求模塊224接收調節(jié)后的預計和即時扭矩請求263和264。扭矩請求模塊224確定將如何實現(xiàn)調節(jié)后的預計和即時扭矩請求263和264。扭矩請求模塊224可以是針對發(fā)動機類型專用的。例如，扭矩請求模塊224對于火花點火發(fā)動機對比壓縮點火發(fā)動機來說不同地實施或使用不同的控制策略。
[0083]在各個實施方式中，扭矩請求模塊224可限定對于全部發(fā)動機類型來說共用的模塊與針對發(fā)動機類型專用的模塊之間的邊界。例如，發(fā)動機類型可包括火花點火和壓縮點火。在扭矩請求模塊224之前的模塊(例如，推進扭矩裁定模塊206)對于發(fā)動機類型來說是共用的，而扭矩請求模塊224和之后的模塊可是針對發(fā)動機類型專用的。
[0084]例如，在火花點火發(fā)動機中，扭矩請求模塊224可改變作為緩慢致動器的節(jié)氣門112的開度，從而允許寬范圍的扭矩控制。扭矩請求模塊224可利用氣缸致動器模塊120來禁用氣缸，這也提供寬范圍的扭矩控制，但是該扭矩請求模塊也可是緩慢的，并且可包括駕駛性能和排放的問題。扭矩請求模塊224可將火花正時用作快速致動器。然而，火花正時可并不提供如此寬范圍的扭矩控制。此外，隨著火花正時的變化而可能的扭矩控制的量(被稱為火花儲備能力)可隨著空氣改變而變化。
[0085]在各個實施方式中，扭矩請求模塊224可基于調節(jié)后的預計扭矩請求263來產生空氣扭矩請求265?？諝馀ぞ卣埱?65可等于調節(jié)后的預計扭矩請求263，從而設定空氣流，以使得借助其他(例如，快速)致動器的變化可實現(xiàn)調節(jié)后的預計扭矩請求263。
[0086]可基于空氣扭矩請求265來確定用于空氣流控制致動器的目標致動器值。僅作為示例，空氣控制模塊228 (還可見圖3)可基于空氣扭矩請求265來確定目標歧管絕對壓力(MAP) 266、目標節(jié)氣門開度(例如，面積)267、第二目標每氣缸空氣量(APC) 268以及第三目標APC (APC3) 291ο將在下文討論第二目標APC 268和第三目標APC 291的確定。
[0087]增壓控制模塊248可基于目標MAP 266來確定廢氣門162的目標占空比269。雖然將討論目標占空比269，但是增壓控制模塊248可確定用于控制廢氣門162的其他合適值。相位器控制模塊252可基于第二目標APC 268來確定目標進氣和排氣凸輪相位器角度270和271。EGR控制模塊253基于第三目標APC 291來確定目標EGR開度292。
[0088]扭矩請求模塊224還可產生火花扭矩請求272、氣缸關閉扭矩請求273和燃料扭矩請求274?；鸹刂颇K232可基于火花扭矩請求272來確定將火花正時從最優(yōu)火花正時延遲多久(其減少發(fā)動機輸出扭矩)。僅作為示例，扭矩關系可被反推以用于求解期望火花正時299。對于給定扭矩請求(Tdes),期望火花正時(Sdes) 299可基于下式被確定:
【權利要求】
1.一種用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括: 延遲和速率限制模塊，所述延遲和速率限制模塊向第一扭矩請求施加延遲和速率限制，以產生第二扭矩請求； 節(jié)氣門控制模塊，所述節(jié)氣門控制模炔基于所述第二扭矩請求來確定目標節(jié)氣門開度，并且基于所述目標節(jié)氣門開度來選擇性地調節(jié)節(jié)氣門； 相位器控制模塊，所述相位器控制模炔基于所述第二扭矩請求來確定目標進氣和排氣定相值，并且分別基于所述目標進氣和排氣定相值來選擇性地調節(jié)進氣和排氣門相位器；以及 排氣再循環(huán)(EGR)控制模塊，所述EGR控制模炔基于所述第一扭矩請求來確定目標EGR開度，并且基于所述目標EGR開度來選擇性地調節(jié)EGR閥。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，還包括調節(jié)模塊，所述調節(jié)模炔基于在所述第二扭矩請求和所述發(fā)動機的估計扭矩輸出之間的差與第一預定值之積來確定第一扭矩調節(jié)，基于第二預定值與所述差之積的積分來確定第二扭矩調節(jié)，并且基于所述第一扭矩調節(jié)和所述第二扭矩調節(jié)來確定第三扭矩調節(jié)； 其中: 所述節(jié)氣門控制模塊還基于所述第三扭矩調節(jié)來確定所述目標節(jié)氣門開度； 所述相位器控制模塊還基于所述第二扭矩調節(jié)來確定所述目標進氣和排氣定相值；并且 所述EGR控制模塊還基于所述第二扭矩調節(jié)來確定所述目標進氣和排氣定相值。
3.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述節(jié)氣門控制模炔基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)之和來確定所述目標節(jié)氣門開度。
4.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述相位器控制模炔基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述目標進氣和排氣定相值。
5.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述EGR控制模炔基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述目標進氣和排氣定相值。
6.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，還包括: 第一每氣缸空氣量(APC)確定模塊，其基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)來確定第一量的每氣缸空氣量； 第二 APC確定模塊，其基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)來確定第二量的每氣缸空氣量；以及 第三APC確定模塊，其基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)來確定第三量的每氣缸空氣量； 其中: 所述節(jié)氣門控制模炔基于所述第一量的每氣缸空氣量來確定所述目標節(jié)氣門開度； 所述相位器控制模炔基于所述第二量的每氣缸空氣量來確定所述目標進氣和排氣定相值；并且 所述EGR控制模炔基于所述第三量的每氣缸空氣量來確定所述目標EGR開度。
7.根據(jù)權利要求6所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中: 所述第一 APC確定模炔基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)之和來確定所述第一量的每氣缸空氣量； 所述第二 APC確定模炔基于所述第二扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第二量的每氣缸空氣量；并且 所述第三APC確定模炔基于所述第一扭矩請求和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第三量的每氣缸空氣量。
8.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，還包括增壓控制模塊，所述增壓控制模塊基于所述第二扭矩請求和所述第三扭矩調節(jié)來確定目標廢氣門值，并且基于所述目標廢氣門值來選擇性地調節(jié)渦輪增壓器的廢氣門。
9.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述調節(jié)模炔基于所述第一扭矩調節(jié)和所述第二扭矩調節(jié)之和來確定所述第三扭矩調節(jié)。
10.一種用于車輛的發(fā)動機控制方法,包括: 向第一扭矩請求施加延遲和速率限制，以產生第二扭矩請求； 基于所述第二扭矩請求來確定目標節(jié)氣門開度； 基于所述目標節(jié)氣門開度來選擇性地調節(jié)節(jié)氣門； 基于所述第二扭矩請求來確定目標進氣和排氣定相值； 分別基于所述目標進氣和排氣定相值來選擇性地調節(jié)進氣和排氣門相位器； 基于所述第一扭矩請求來確定目標排氣再循環(huán)(EGR)開度；以及 基于所述目標EGR開度來選擇性地調節(jié)EGR閥。
【文檔編號】F02D43/00GK103670762SQ201310428204
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2012年9月18日
【發(fā)明者】M.利夫施斯, J.M.凱澤, C.E.惠特尼, G.J.小海斯科, D.A.懷特, B.J.宋 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司