專利名稱：發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃才幾，更確切地，涉及發(fā)動才幾轉(zhuǎn)矩控制。
內(nèi)燃機在氣缸內(nèi)燃燒空氣與燃料混合物以驅(qū)動活塞，該活塞產(chǎn)生 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。進入發(fā)動機的空氣流通過節(jié)氣門調(diào)節(jié)。更具體地，節(jié)氣門 調(diào)節(jié)節(jié)流面積，其增加或減少進入發(fā)動機的空氣流。當節(jié)流面積增加 時，進入發(fā)動機的空氣流增加。燃料控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃料噴射率，以向 氣缸提供所需的空氣/燃料混合物。應當理解，增加氣缸的空氣和燃 料會提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出。
已經(jīng)研制了發(fā)動機控制系統(tǒng)來精確地控制發(fā)動機速度輸出，以獲 得所需的發(fā)動機速度。但是，傳統(tǒng)的發(fā)動機控制系統(tǒng)無法按需要精確 地控制發(fā)動機速度。另外，傳統(tǒng)發(fā)動機控制系統(tǒng)無法按需要提供對控 制信號的快速響應，或者無法在影響發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出的各種裝置中協(xié) 調(diào)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制。在某些情況下，傳統(tǒng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)會導 致發(fā)動機停轉(zhuǎn)或意外的加速。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)內(nèi)燃機的所需轉(zhuǎn)矩輸出的方法。該 方法包括基于第一APC關(guān)系式確定第一每缸空氣(APC)值和基于第 二APC關(guān)系式確定第二APC值?；诘诙嗀PC值確定APC誤差。當APC 誤差大于閾值誤差時基于第一APC值調(diào)節(jié)發(fā)動機操作。當APC誤差不 大于閾值誤差時基于第二 APC值調(diào)節(jié)發(fā)動機操作。
另一方面，該方法進一步包括確定轉(zhuǎn)矩請求。第一和第二APC值 均基于轉(zhuǎn)矩請求確定。
另一方面，APC誤差進一步基于第一APC值確定。
再一方面，該方法包括基于第一APC值和第二APC值中的 一個計 算所需質(zhì)量空氣流量(MAF)。所需節(jié)流面積基于所需MAF計算，其 中發(fā)動機操作基于所需節(jié)流面積調(diào)節(jié)。
還一方面，第一和第二APC關(guān)系式均基于發(fā)動機的基于APC的轉(zhuǎn) 矩模型確定。
根據(jù)下文中所提供的詳細描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和應用領(lǐng)域也 是顯而易見的。應當理解，盡管示出了本發(fā)明的實施例，但是其詳細 描述和具體實例僅僅是示意性目的，而不是限制本公開的范圍。


本發(fā)明通過詳細描述和附圖將被更全面的理解，其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的典型發(fā)動機系統(tǒng)的示意性圖示；
圖2是圖示由本發(fā)明發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制所執(zhí)行的步驟的流程圖；和
圖3是圖示執(zhí)行本發(fā)明的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制的各模塊的方框圖。
具體實施例方式
實質(zhì)上，下列優(yōu)選實施例的描述僅僅是示意性的，而絕不是限制 本發(fā)明及其應用或使用。為簡便起見，附圖中使用相同的附圖標記來 表示相似的元件。如本文所使用的，術(shù)語模塊指的是特定用途集成電 路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或硬件程序的處理器(共 享、專用或群組的)和存儲器、組合邏輯電路或提供所述功能的其它 合適部件。
現(xiàn)在參考圖1,發(fā)動機系統(tǒng)10包括燃燒空氣與燃料混合物以產(chǎn)生 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機12?？諝馔ㄟ^節(jié)氣門16吸入進氣歧管14。節(jié)氣門16 調(diào)節(jié)進入進氣歧管14的質(zhì)量空氣流量。進氣歧管14內(nèi)的空氣分配到氣 缸18中。盡管只示出了單個氣缸18，但是應當理解，本發(fā)明的聯(lián)合轉(zhuǎn) 矩控制系統(tǒng)可在具有多個氣缸(包括，但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個氣缸)的發(fā)動機內(nèi)執(zhí)行。
當空氣通過進氣口吸入氣缸18時，燃料噴射器(未示出)噴射與 空氣混合的燃料。燃料噴射器可為與電子式或機械式燃料噴射系統(tǒng)20
相關(guān)的噴射器、汽化器或?qū)⑷剂吓c進氣混合的其它系統(tǒng)的噴嘴或噴
口。燃料噴射器控制為在各氣缸18內(nèi)提供所需的空氣燃料(A/F)比。
進氣門22有選擇地打開和關(guān)閉，以使空氣燃料混合物能夠進入氣 缸18。進氣門位置通過進氣凸輪軸24來調(diào)節(jié)?；钊?未示出)在氣缸 18內(nèi)壓縮空氣燃料混合物?；鸹ㄈ?6引發(fā)空氣燃料混合物的燃燒，驅(qū) 動氣缸18內(nèi)的活塞。從而活塞驅(qū)動曲軸(未示出)以提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。 當排氣門28處于打開位置時，氣缸18內(nèi)的燃燒廢氣排出排氣口。排氣 門位置通過排氣凸輪軸30來調(diào)節(jié)。廢氣在排氣系統(tǒng)中進行處理，再釋 放到大氣中。盡管只示出了單個進氣門22和排氣門28，但是應當理解， 發(fā)動機12每個氣缸18可包括多個進氣門22和排氣門28。
發(fā)動機系統(tǒng)10可包括分別調(diào)節(jié)進氣凸輪軸24和排氣凸輪軸30的旋 轉(zhuǎn)正時的進氣凸輪相位器32和排氣凸輪相位器34。更具體地，進氣凸 輪軸24和排氣凸輪軸30的正時或相位角可相對于;f皮此，或者相對于活 塞在氣缸18內(nèi)的位置或曲軸位置來延遲或提前。這樣，進氣門22和排 氣門28的位置可相對于彼此，或者相對于活塞在氣缸18內(nèi)的位置來調(diào) 節(jié)。通過調(diào)節(jié)進氣門22和排氣門28的位置，可調(diào)節(jié)攝入氣缸18的空氣 燃料混合物的量，從而調(diào)節(jié)了發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。
發(fā)動機系統(tǒng)10還可包括廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)36。 EGR系統(tǒng)36 包括調(diào)節(jié)流回進氣歧管14的廢氣流的E GR閥3 8 。通常執(zhí)行E G R系統(tǒng)以 調(diào)節(jié)排放。但是，循環(huán)回進氣歧管14的廢氣量也影響發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出。
控制模塊40基于本公開的基于轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機速度控制來操作發(fā)動 機。更具體地，控制模塊40基于所需的發(fā)動機速度(RPMDES)產(chǎn)生節(jié) 流控制信號和點火提前控制信號。節(jié)氣門位置傳感器(TPS)42產(chǎn)生 節(jié)氣門位置信號。操作員輸入件43(例如，加速踏板)產(chǎn)生操作員輸 入信號?？刂颇K40指令節(jié)氣門16至獲得所需節(jié)流面積(ATHRDES)的 穩(wěn)定狀態(tài)位置，并指令點火正時以獲得所需的點火正時(SDES)。節(jié) 氣門致動器(未示出)基于節(jié)流控制信號調(diào)節(jié)節(jié)氣門位置。
進氣溫度(IAT)傳感器44響應于進氣流的溫度產(chǎn)生并進氣溫度 (IAT)信號。質(zhì)量空氣流量(MAF)傳感器46響應于進氣流的質(zhì)量 并產(chǎn)生MAF信號。歧管絕對壓力(MAP)傳感器48響應于進氣歧管14 內(nèi)的壓力產(chǎn)生MAF信號。發(fā)動才幾冷卻液溫度傳感器50響應于冷卻液溫
度并產(chǎn)生發(fā)動機溫度信號。發(fā)動機速度信號52響應于發(fā)動機12的轉(zhuǎn)速 (即，RPM)并產(chǎn)生發(fā)動機速度信號。傳感器產(chǎn)生的各信號由控制模 塊40接收。發(fā)動機系統(tǒng)10還可包括渦輪或增壓器54,其由發(fā)動機12或 發(fā)動機排氣驅(qū)動。
本發(fā)明公開的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制基于目標每缸空氣(APC)計算以 實現(xiàn)所需發(fā)動機轉(zhuǎn)矩(TDES)。更確切地，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制基于轉(zhuǎn) 矩請求(TREQ)采用從基于APC的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩模型導出的兩個等式中 的一個確定APC，其將在下文中詳細描述。如果APC誤差(AFCERR) 低于閾值誤差(ERRTHR),發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制執(zhí)行二次等式，其避免了發(fā) 動機停轉(zhuǎn)和意外的發(fā)動機RPM增加。T^?；隈{駛員輸入(例如加速 踏板位置)確定且可被其他因素影響。確定TR叫的典型方法在2006年11 月28日申請的共同轉(zhuǎn)讓，同時待審的美國專利申請NO.60/861,492中被 描述，其公開的內(nèi)容在此被結(jié)合參考。
轉(zhuǎn)矩模型表示為二次或更高階多項式。例如，典型的轉(zhuǎn)矩模型由 以下關(guān)系式表示
其中S是點火正時；及 T是轉(zhuǎn)矩。
系數(shù)《基于發(fā)動機PRM、進氣閥正時(I)和排氣閥正時(E)確
定。更確切地，系數(shù)",在三維查詢表中預先校準和存儲，其中PRM, I
和E是對查詢表的輸入。根據(jù)以下關(guān)系式等式1可改寫為
<formula>formula see original document page 7</formula>
系數(shù)^類似上述系數(shù)",，因為其是基于PRM, I和E確定的預校準、 預存儲的值。
等式2可求逆以提供第一APC等式，如下式所示
<formula>formula see original document page 7</formula> (3)
然而是在某些發(fā)動機操作情況下，系數(shù)^可能很小，其中可能出 現(xiàn)除以零或不適當?shù)钠椒礁嬎恪＿@可能導致發(fā)動機停轉(zhuǎn)或不期望的 發(fā)動機RPM加速。因此，本發(fā)明公開的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制執(zhí)行基于以下 迭代關(guān)系式的第二APC等式
其中K表示當前迭代；及 K+l表示下次迭代。
K^可是第一APC等式的輸出或是基于MAF傳感器信號確定的 值。如此可避免平方根計算且不會除以有時接近零的系數(shù)、^戶c腳 根據(jù)以下關(guān)系式確定
如果^C，大于E/ T^，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制采用第一APC等式(即等 式3)確定APC。如果」戶C腳小于S ^朋，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制采用第二APC 等式(即等式4)確定APC。
可預料到發(fā)動機轉(zhuǎn)矩可同時采用第一或第二等式確定APC，其中 一直采用由第一APC等式提供的APC值直到與由第二APC等式提供的 APC值相關(guān)的^尸C腳小于E朋r朋達到閾值次數(shù)。如此，可以確保第二APC 等式提供的APC值是穩(wěn)定的。
APC隨后可被濾波(例如采用低通濾波器)且采用壓縮流(CF) 模型處理以提供所需節(jié)流面積(4朋服)。更確切地，所需質(zhì)量空氣 流量(M^^)基于以下關(guān)系式確定<formula>formula see original document page 8</formula>其中&江是氣缸常數(shù)。例如，&仏對于8缸發(fā)動機等于15,對于6 缸發(fā)動機等于20及對于4缸發(fā)動機等于30。 4朋腦基于以下關(guān)系式確
<formula>formula see original document page 8</formula>其中B是測量的大氣壓； R是通用氣體常數(shù)；及^是壓力因子。
根據(jù)以下關(guān)系式，0基于壓力比(A)
<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 9</formula>(8)
尸。是MAP相對環(huán)境壓力(^MB )和尸C肌W的比^f直。A肌/C^定義為流
經(jīng)節(jié)氣門的空氣速度等于音速時的壓力比。這種情況被稱為扼流或臨 界流。該臨界壓力比確定為<formula>formula see original document page 9</formula>(9)
其中^等于空氣的比熱比且范圍大約從1.3到1.4。發(fā)動機控制隨后基于 4朋皿調(diào)節(jié)節(jié)氣門位置實現(xiàn)^即。
現(xiàn)在參考圖2，將對發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制器執(zhí)行的典型步驟做進一步 細節(jié)描述。在步驟200,控制器確定發(fā)動機是否在運行。如果發(fā)動機 沒有運行，控制結(jié)束。如果發(fā)動機在運行，控制在步驟202監(jiān)測發(fā)動 機運行參數(shù)。在步驟204，控制確定^e，如上所述。控制在步驟206 確定4和4"。 4可用第一APC等式(即等式3)確定或基于MAF傳感 器信號確定。4"基于第二APC等式(即等式4)確定。在步驟208, 控制確定^"C腳。
控制在步驟210確定#<^朋是否小于。如果^C皿小于 控制繼續(xù)步驟212。如果^C皿不小于E/^冊，控制執(zhí)行步驟214。 在步驟212，控制采用從第二APC等式(即等式4)確定的APC值確定 A^^孤。在步驟214,控制采用從第一APC等式(即等式3)確定的APC
值確定M仏皿?？刂圃诓襟E216基于M^^確定力，皿。在步驟218，控 制基于4^皿調(diào)節(jié)發(fā)動機運行且控制結(jié)束。
現(xiàn)在參考圖3，將討論執(zhí)行發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制的典型模塊。該典型 模塊包括T卿模塊300, APC模塊302, ^PC^模塊304， 〃0^模塊306， 比較器模塊308， ^ 模塊310和發(fā)動機控制模塊(ECM) 312。 ；e
模塊300確定TREQ,如上所述。APC模塊302基于TREQ采用第一APC等式 確定APC (APCFIRSTEQ) 。 APCK+1模塊304基于TREQ采用第二APC等式確定 APCK+1(或APCSECEQ)。APCSECEQ可基于APCFIRSTEQ，或MAF確定。因此，這些選擇以陰影圖示。
APCERR模型306基于APCSECEQ或APCFIRSTEQ確定APCERR.APCERR通過比
較器模塊308與ERRTHR比較。比較器模塊308基于APCERR是否小于 產(chǎn)生信號(例如0或1)。例如，如果APCERR小于ERRTHR產(chǎn)生等于1的 信號且輸出到ATHRDES模塊。如果APCERR不小于ERRTHR,產(chǎn)生等于0的信號。 ATHRDES模塊310基于MAP和根據(jù)比較器模塊3 08的信號基于 APCFIRSTEQ,或APCSECEQ確定ATHRDES。更確切地，如果比較器模塊308的信號等于0， ATHRDES基于APCFIRSTEQ吸確定。如果比較器模塊308的信號等于1， ATHRDES基 于APCSECEQ確定。ECM 312基于ATHRDES調(diào)節(jié)發(fā)動機運行。
現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員從前述描述可以認識到本發(fā)明公開的技術(shù)可 以多種形式實現(xiàn)。因此，雖然本發(fā)明結(jié)合特定的實施例描述，然而因 為本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求時可以清楚其 他的修改，本發(fā)明的真實范圍將不會被如此限制。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)內(nèi)燃機的所需轉(zhuǎn)矩輸出的方法，包括基于第一APC關(guān)系式確定第一每缸空氣(APC)值；基于第二APC關(guān)系式確定第二APC值；基于所述第二APC值計算APC誤差；當所述APC誤差大于閾值誤差時基于所述第一APC值調(diào)節(jié)所述發(fā)動機的操作；和當所述APC誤差不大于所述閾值誤差時基于所述第二APC值調(diào)節(jié)所述發(fā)動機的操作。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，進一步包括確定轉(zhuǎn)矩請求，其中所 述第 一 和第二 APC值均基于所述轉(zhuǎn)矩請求確定。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述APC誤差進一步基于所述 第一APC值確定。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，進一步包括基于所述第一APC值和 所述第二APC值中的一個計算所需質(zhì)量空氣流量(MAF)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，進一步包括基于所述所需MAF計算 所需節(jié)流面積，其中發(fā)動機操作基于所述所需節(jié)流面積調(diào)節(jié)。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一和第二APC關(guān)系式均 基于所述發(fā)動機的基于AP C的轉(zhuǎn)矩模型確定。
7. —種調(diào)節(jié)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩輸出的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括 基于第一APC關(guān)系式確定第一每缸空氣(APC)值的第一模塊； 基于第二APC關(guān)系式確定第二APC值的第二模塊；基于所述第二APC值計算APC誤差的第三模塊；第四模塊，所述第四模塊在所述APC誤差大于閾值誤差時基于所 述第一APC值調(diào)節(jié)所述發(fā)動機的操作，并且在所述APC誤差不大于所 述閾值誤差時基于所述第二 APC值調(diào)節(jié)所述發(fā)動機的操作。
8. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，進一步包括確定轉(zhuǎn)矩請 求的第五模塊，其中所述第 一 和第二 AP C值均基于所述轉(zhuǎn)矩請求確 定。
9. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述APC誤差進一 步基于所述第一APC值確定。
10. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，進一步包括基于所述第一 APC值和所述第二 APC值中的 一 個計算所需質(zhì)量空氣流量 (MAF)的第五模塊。
11. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述第五模塊基 于所述所需MAF計算所需節(jié)流面積，其中發(fā)動機操作基于所述所需節(jié) 流面積調(diào)節(jié)。
12. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述第一和第二 APC關(guān)系式均基于所述發(fā)動機的基于APC的轉(zhuǎn)矩模型確定。
13. —種調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩輸出的方法，包括 基于所述發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩模型提供每缸空氣(APC); 采用所述基于APC的轉(zhuǎn)矩模型確定第一APC關(guān)系式；采用所述基于APC的轉(zhuǎn)矩模型確定不同于所述第一APC關(guān)系式的 第二APC關(guān)系式；基于所述第一 APC關(guān)系式計算第一APC值； 基于所述第二APC關(guān)系式計算第二APC值； 基于所述第二APC值計算APC誤差；當所述APC誤差大于閾值誤差時基于所述第一 APC值調(diào)節(jié)所述發(fā) 動機的操作；及當所述APC誤差不大于所述閾值誤差時基于所述第二APC值調(diào)節(jié)所述發(fā)動機的操作。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括確定轉(zhuǎn)矩請求，其中 所述第 一 和第二 APC值均基于所述轉(zhuǎn)矩請求確定。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述APC誤差進一步基于所 述第一APC值確定。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括基于所述第一APC值 和所述第二APC值中的一個計算所需質(zhì)量空氣流量(MAF)。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括基于所述所需MAF計 算所需節(jié)流面積，其中發(fā)動機操作基于所述所需節(jié)流面積調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種實現(xiàn)內(nèi)燃機的所需轉(zhuǎn)矩輸出的方法，包括基于第一APC關(guān)系式確定第一每缸空氣(APC)值和基于第二APC關(guān)系式確定第二APC值?；诘诙嗀PC值確定APC誤差。當APC誤差大于閾值誤差時基于第一APC值調(diào)節(jié)發(fā)動機操作。當APC誤差不大于閾值誤差時基于第二APC值調(diào)節(jié)發(fā)動機操作。
文檔編號F02D41/00GK101201021SQ200710196159
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者C·E·懷特尼, J·A·雅各布斯, J·M·凱澤, M·利夫什茨, R·B·杰斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司