專利名稱：估計均質(zhì)充量壓縮點火發(fā)動機的扭矩輸出的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，更具體地涉及用于估計均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的扭矩輸出的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
這里提供的背景技術(shù)說明用于總體上介紹本發(fā)明的背景信息的目的。在本背景技術(shù)部分所描述的程度上，當前署名的發(fā)明人的工作以及在遞交申請時可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的該描述的各個方面，既非明示地也非隱含地被認為是針對本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機燃燒氣缸內(nèi)的空氣和燃料(A/F)混合物以驅(qū)動活塞并產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。HCCI發(fā)動機可工作在火花點火(Si)燃燒模式或HCCI燃燒模式下， 以點燃A/F混合物。另外，HCCI發(fā)動機可工作在包括帶有火花輔助的HCCI燃燒的混合燃燒模式下。例如，可基于發(fā)動機速度和/或發(fā)動機負載選擇SI燃燒模式、混合燃燒模式和 HCCI燃燒模式中的一種。更具體地說，SI燃燒模式使用火花(例如來自火花塞)來點燃氣缸中的A/F混合物。另一方面，HCCI燃燒模式通過將A/F混合物壓縮到自動點火點而點燃A/F混合物。換言之，A/F混合物的溫度和/或壓力的增加可導致A/F混合物的點火。然而，在HCCI燃燒模式中，點火可在同一時間發(fā)生在幾個不同的位置處。換言之， A/F混合物可幾乎同步地燃燒。因此，HCCI燃燒模式執(zhí)行近乎理想的燃燒循環(huán)(例如奧托循環(huán))。與SI燃燒模式相比，近乎理想的燃燒可導致燃料效率增加和/或排放物減少。然而， HCCI燃燒模式可能由于缺少直接的燃燒引發(fā)器而更難控制(并且因此不太穩(wěn)定)。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的控制系統(tǒng)包括燃料需求估計模塊、 扭矩估計模塊、和扭矩控制模塊。所述燃料需求估計模塊基于所述HCCI發(fā)動機中的氣缸的期望指示平均有效壓力(IMEP)估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求。所述扭矩估計模塊基于所述估計燃料需求估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。所述扭矩控制模塊基于所述估計扭矩輸出和期望扭矩輸出調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。—種用于控制均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的方法包括基于所述HCCI發(fā)動機中的氣缸的期望指示平均有效壓力(IMEP)估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求；基于所述估計燃料需求估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出；和基于所述估計扭矩輸出和期望扭矩輸出調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案1. 一種用于均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括
燃料需求估計模塊，該燃料需求估計模塊基于所述HCCI發(fā)動機中的氣缸的期望的指示平均有效壓力(IMEP)來估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求；
扭矩估計模塊，該扭矩估計模塊基于估計出的燃料需求來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出；和扭矩控制模塊，該扭矩控制模塊基于估計出的扭矩輸出和期望扭矩輸出來調(diào)節(jié)所述 HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案2.如方案1所述的控制系統(tǒng)，進一步包括
期望IMEP確定模塊，該期望IMEP確定模塊基于扭矩需求、所述HCCI發(fā)動機的摩擦損失和所述HCCI發(fā)動機的泵浦損失來確定期望的IMEP。方案3.如方案2所述的控制系統(tǒng)，進一步包括
扭矩需求確定模塊，該扭矩需求確定模塊基于來自包括所述HCCI發(fā)動機的車輛的駕駛者的輸入和所述車輛的速度來確定扭矩需求。方案4.如方案3所述的控制系統(tǒng)，進一步包括
估計模塊，該估計模塊基于所述期望的IMEP、供應給所述HCCI發(fā)動機的燃料的加熱值、燃料的能量轉(zhuǎn)換效率、外部廢氣再循環(huán)(EGR)的量和所述HCCI發(fā)動機的氣缸內(nèi)部的溫度來估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求。方案5.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中當所述HCCI發(fā)動機在混合燃燒模式下工作時，所述扭矩估計模塊基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述HCCI發(fā)動機的燃料的量、供應給所述HCCI發(fā)動機的火花的時間、所述HCCI發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案6.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中當所述HCCI發(fā)動機在火花點火(Si)燃燒模式下工作時，所述扭矩估計模塊基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述HCCI發(fā)動機的火花的時間、所述HCCI發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案7.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中當所述HCCI發(fā)動機在HCCI燃燒模式下工作時，所述扭矩估計模塊基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述HCCI發(fā)動機的燃料的量、所述 HCCI發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的每個氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案8.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中當所述HCCI發(fā)動機在兩個不同的燃燒模式之間過渡時，所述扭矩控制模塊基于期望的扭矩輸出和與所述HCCI發(fā)動機的所述兩個不同的燃燒模式對應的兩個估計扭矩輸出來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案9.如方案8所述的控制系統(tǒng)，其中所述扭矩控制模塊基于所述兩個估計扭矩輸出的平均值和加權(quán)平均值中的一種來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案10.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中所述扭矩控制模塊基于分別與SI燃燒、 混合模式燃燒和HCCI燃燒對應的三個估計扭矩輸出的平均值和加權(quán)平均值中的一種來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案11. 一種用于控制均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的方法，包括
基于所述HCCI發(fā)動機中的氣缸的期望的指示平均有效壓力(IMEP)來估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求；
基于估計出的燃料需求來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出；和基于估計出的扭矩輸出和期望扭矩輸出來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案12.如方案11所述的方法，進一步包括
基于扭矩需求、所述HCCI發(fā)動機的摩擦損失和所述HCCI發(fā)動機的泵浦損失來確定期望的IMEP。方案13.如方案12所述的方法，進一步包括
基于來自包括所述HCCI發(fā)動機的車輛的駕駛者的輸入和所述車輛的速度來確定所述扭矩需求。方案14.如方案13所述的方法，進一步包括
基于所述期望的IMEP、供應給所述HCCI發(fā)動機的燃料的加熱值、燃料的能量轉(zhuǎn)換效率、外部廢氣再循環(huán)(EGR)的量和所述HCCI發(fā)動機的氣缸內(nèi)部的溫度來估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求。方案15.如方案11所述的方法，進一步包括
當所述HCCI發(fā)動機在混合燃燒模式下工作時，基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述HCCI 發(fā)動機的燃料的量、供應給所述HCCI發(fā)動機的火花的時間、所述HCCI發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案16.如方案11所述的方法，進一步包括
當所述HCCI發(fā)動機在火花點火(Si)燃燒模式下工作時，基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述HCCI發(fā)動機的火花的時間、所述HCCI發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案17.如方案11所述的方法，進一步包括
當所述HCCI發(fā)動機在HCCI燃燒模式下工作時，基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述 HCCI發(fā)動機的燃料的量、所述HCCI發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的每個氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案18.如方案11所述的方法，進一步包括
當所述HCCI發(fā)動機在兩個不同的燃燒模式之間過渡時，基于所述期望的扭矩輸出和與所述HCCI發(fā)動機的所述兩個不同的燃燒模式對應的兩個估計扭矩輸出來調(diào)節(jié)所述HCCI 發(fā)動機的扭矩輸出。方案19.如方案18所述的方法，進一步包括
基于所述兩個估計扭矩輸出的平均值和加權(quán)平均值中的一種來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。方案20.如方案11所述的方法，進一步包括
基于分別與SI燃燒、混合模式燃燒和HCCI燃燒對應的三個估計扭矩輸出的平均值和加權(quán)平均值中的一種來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。本發(fā)明進一步的可應用領域?qū)⑼ㄟ^下文提供的詳細說明而變得明顯。應該理解的是，該詳細說明書和特定示例將僅用于解釋的目的，而并非意在限制本發(fā)明的范圍。


通過該詳細說明和附圖，對本發(fā)明的理解將變得更充分，附圖中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機系統(tǒng)的功能框圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明的示例發(fā)動機控制模塊(ECM)的功能框圖； 圖3為根據(jù)本發(fā)明的示例扭矩估計模塊的功能框圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的示例燃料需求估計模塊的功能框圖；和圖5為根據(jù)本發(fā)明的用于估計HCCI發(fā)動機的扭矩輸出的示例方法的流程圖。
具體實施例方式下面的說明本質(zhì)上僅為示例性的，并且絕非旨在限制本發(fā)明、其應用或使用。為了清楚的目的，在附圖中將使用相同的附圖標記來標識相似的元件。如這里所使用的那樣， 短語A、B和C中的至少一個應該被解釋為意味著使用非排他性邏輯“或”的邏輯(A或B或 C)。應該理解的是，方法中的步驟可以不同的順序執(zhí)行，只要不改變本發(fā)明的原理。如這里所使用的那樣，術(shù)語模塊意指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享、專用或成組的)和內(nèi)存、組合邏輯電路和/或提供期望功能的其它合適的部件。發(fā)動機控制系統(tǒng)可控制發(fā)動機的扭矩輸出以獲得期望的扭矩。例如，通過基于各種可測量的發(fā)動機參數(shù)估計發(fā)動機的扭矩輸出以及相應地調(diào)節(jié)空氣、燃料和火花中的至少一個，發(fā)動機控制系統(tǒng)可控制發(fā)動機的扭矩輸出。更具體而言，解析扭矩模型可將各種發(fā)動機參數(shù)關(guān)聯(lián)到發(fā)動機的扭矩輸出。然而，根據(jù)燃燒方法，不同的發(fā)動機參數(shù)可用于估計發(fā)動機的扭矩輸出。典型的發(fā)動機控制系統(tǒng)包括用于火花點火(Si)燃燒或壓縮點火(即柴油)燃燒的扭矩模型。然而，均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機可工作在下面三種燃燒模式之一下SI 燃燒、HCCI燃燒(類似于壓縮點火或柴油燃燒)和混合燃燒(即帶有火花輔助的HCCI燃燒)。 換言之，典型的發(fā)動機控制系統(tǒng)可能不能精確地估計工作在混合燃燒模式下的HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。因此，當在混合燃燒模式下工作時，典型的HCCI發(fā)動機可能遭受燃料效率降低、性能降低和/或排放物增加。因此，本發(fā)明提供的系統(tǒng)和方法更精確地估計工作在混合燃燒模式下的HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。更具體而言，該系統(tǒng)和方法可基于發(fā)動機速度(RPM)、燃料的量(即燃料質(zhì)量)、點火正時以及進氣和排氣凸輪軸移相器(分別為ICAM、ECAM)估計HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。并且，所述系統(tǒng)和方法可基于一個以上的模型(例如SI和混合模式)估計HCCI發(fā)動機的扭矩輸出，并且例如在燃燒模式之間的過渡期間將兩個得到的扭矩估計值進行平均。 并且，所述系統(tǒng)和方法隨后可基于估計扭矩輸出和期望扭矩輸出(即對應于來自駕駛者的輸入)調(diào)節(jié)發(fā)動機的扭矩輸出(例如空氣、燃料和/或火花)?，F(xiàn)在參見圖1，圖中示出了示例HCCI發(fā)動機系統(tǒng)100的功能框圖。發(fā)動機系統(tǒng)100 包括HCCI發(fā)動機102，HCCI發(fā)動機102燃燒空氣/燃料(A/F)混合物以基于來自駕駛者輸入模塊104的駕駛者輸入產(chǎn)生用于車輛的驅(qū)動扭矩。空氣通過節(jié)氣門112被吸取到進氣歧管110中。僅舉例來說，節(jié)氣門112可包括具有可旋轉(zhuǎn)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，節(jié)氣門致動器模塊116調(diào)整節(jié)氣門112的開度以控制吸入進氣歧管110中的空氣的量。來自進氣歧管110的空氣被吸入發(fā)動機102的氣缸中。盡管發(fā)動機102可包括多個氣缸，但為了解釋的目的，僅示出單個代表性的氣缸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。ECM114可指令氣缸致動器模塊120選擇性地使一些氣缸停用，這可在某些發(fā)動機工作條件下改進燃料效率。
發(fā)動機102可使用四沖程循環(huán)工作。下面描述的四沖程是指進氣沖程、壓縮沖程、 燃燒沖程和排氣沖程。在曲軸(未示出)的每個旋轉(zhuǎn)周期期間，四沖程中的兩個發(fā)生在氣缸 118內(nèi)。因此，氣缸118需要兩個曲軸旋轉(zhuǎn)周期以經(jīng)歷所有的四個沖程。在進氣沖程期間，來自進氣歧管110的空氣通過進氣門122被吸入氣缸118中。 ECMl 14控制燃料致動器模塊124，燃料致動器模塊IM調(diào)整燃料噴射以獲得期望的A/F比率。燃料可在中央位置或者在例如靠近每個氣缸的進氣門122的多個位置處被噴射入進氣歧管110中。在各種實施方式(未示出)中，燃料可被直接噴射入氣缸或者與氣缸相關(guān)聯(lián)的混合室中。燃料致動器模塊1 可終止向被停用的氣缸噴射燃料。噴射的燃料與空氣混合，并且在氣缸118中產(chǎn)生A/F混合物。在壓縮沖程期間，氣缸118內(nèi)的活塞(未示出)壓縮A/F混合物?；趤碜訣CM114的信號，火花致動器模塊1 激勵氣缸118中的火花塞128，火花塞128點燃A/F混合物?；鸹ǖ臅r間可相對于活塞在其最頂部位置時的時間指定，活塞在其最頂部位置稱為上止點(TDC)。火花致動器模塊1 可通過指明在TDC前或后多遠的時間發(fā)出信號而被控制，以產(chǎn)生火花。因為活塞位置直接與曲軸旋轉(zhuǎn)有關(guān)，因此火花致動器模塊126的工作可與曲軸角度同步。在各種實施方式中，火花致動器模塊126可終止向被停用的氣缸提供火花。產(chǎn)生火花可稱為點火事件。火花致動器模塊1 可具有針對每次點火事件改變火花正時的能力。另外，火花致動器模塊126可具有針對給定的點火事件改變火花正時的能力，即使當在給定點火事件的緊接著之前的點火事件之后接收到時間信號的改變時也是如此。在燃燒沖程期間，A/F混合物的燃燒驅(qū)動活塞向下，從而驅(qū)動曲軸。燃燒沖程可被限定為在活塞到達TDC的時間與活塞返回到下止點(BDC)的時間之間。在排氣沖程期間，活塞開始從BDC向上移動，并且通過排氣門130排出燃燒的副產(chǎn)品。燃燒的副產(chǎn)品經(jīng)由排氣系統(tǒng)134從車輛中排放。進氣門122可由進氣凸輪軸140控制，而排氣門130可由排氣凸輪軸142控制。 在各種實施方式中，多個進氣凸輪軸(包括進氣凸輪軸140)可控制氣缸118的多個進氣門 (包括進氣門122)和/或可控制多組氣缸(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)可控制氣缸118的多個排氣門和/或可控制多組氣缸(包括氣缸118)的排氣門(包括排氣門130)。氣缸致動器模塊120可通過使進氣門122和/或排氣門130的開啟無效而停用氣缸118。在各種其它實施方式中，進氣門122和/或排氣門130可被凸輪軸以外的設備控制，例如電磁致動器。進氣門122被打開的時間可通過進氣凸輪移相器148相對于活塞TDC被改變。排氣門130被打開的時間可通過排氣凸輪移相器150相對于活塞TDC被改變。移相器致動器模塊158可基于來自ECMl 14的信號控制進氣凸輪移相器148和排氣凸輪移相器150。當實施時，可變氣門升程(未示出)也可被移相器致動器模塊158控制。發(fā)動機系統(tǒng)100可包括向進氣歧管110提供加壓空氣的升壓設備。例如，圖1示出了渦輪增壓器，其包括由流過排氣系統(tǒng)134的熱排放氣體提供動力的熱渦輪機160-1。渦輪增壓器還包括由渦輪機160-1驅(qū)動的冷空氣壓縮機160-2，其壓縮被引入節(jié)氣門112中的空氣。在各種實施方式中，由曲軸驅(qū)動的增壓器(未示出)可壓縮來自節(jié)氣門112的空氣，并且將壓縮空氣傳遞到進氣歧管110。廢氣門162可允許排放物繞開渦輪機160-1，從而減小渦輪增壓器的升壓量(進氣空氣壓縮的量)。ECM114可經(jīng)由升壓致動器模塊164控制渦輪增壓器。升壓致動器模塊164 可通過控制廢氣門162的位置來調(diào)制渦輪增壓器的升壓。在各種實施方式中，多個渦輪增壓器可由升壓致動器模塊164控制。渦輪增壓器可具有可由升壓致動器模塊164控制的可變的幾何形狀。中間冷卻器(未示出)可消散壓縮空氣充量中包含的一些熱量，該熱量是當空氣被壓縮時產(chǎn)生的。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。盡管為了解釋的目的渦輪機160-1和壓縮機160-2被示出為分開的，但渦輪機160-1和壓縮機160-2可被附接到彼此，從而將進氣空氣布置為緊密接近熱排放物。發(fā)動機系統(tǒng)100可包括廢氣再循環(huán)(EGR)閥170，其選擇性地將廢氣重新引導回進氣歧管110。EGR閥170可位于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控制。發(fā)動機系統(tǒng)100可使用RPM傳感器180來測量曲軸的以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)為單位的速度。發(fā)動機冷卻劑的溫度可使用發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)傳感器182被測量。ECT傳感器182可位于發(fā)動機102內(nèi)，或者位于冷卻劑流通的其它位置處，例如散熱器(未示出)處。進氣歧管110內(nèi)的壓力可使用歧管絕對壓力(MAP)傳感器184被測量。在各種實施方式中，發(fā)動機真空度一即周圍空氣壓力與進氣歧管110內(nèi)的壓力之差可被測量。流入進氣歧管110的空氣的質(zhì)量流率可使用質(zhì)量型空氣流量(MAF)傳感器186被測量。在各種實施方式中，MAF傳感器186可定位在還包括節(jié)氣門112的殼體中。節(jié)氣門致動器模塊116可使用一個或多個節(jié)氣門位置傳感器(TPS) 190監(jiān)測節(jié)氣門112的位置。被吸入發(fā)動機102中的空氣的周圍溫度可使用進氣空氣溫度(IAT)傳感器 192被測量。ECM114可使用來自傳感器的信號來為發(fā)動機系統(tǒng)100做出控制決策。ECMl 14可與變速器控制模塊194通信以協(xié)調(diào)變速器(未示出)中的檔位切換。例如，ECMl 14可在換檔期間減小發(fā)動機扭矩。ECM114可與混合動力控制模塊196通信，以協(xié)調(diào)發(fā)動機102和電動機198的工作。電動機198還可用作發(fā)電機，并且可用于產(chǎn)生由車輛電氣系統(tǒng)使用和/或用于存儲在電池中的電能。在各種實施方式中，ECM114、變速器控制模塊194和混合動力控制模塊 196的各種功能可被集成到一個或多個模塊中。改變發(fā)動機參數(shù)的每個系統(tǒng)可被稱為接收致動器值的致動器。例如，節(jié)氣門致動器模塊116可被稱為致動器并且節(jié)氣門開口面積可稱為致動器值。在圖1的示例中，節(jié)氣門致動器模塊116通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門112的葉片的角度來獲得節(jié)氣門開口面積。類似地，火花致動器模塊1 可被稱為致動器，而對應的致動器值可為相對于氣缸TDC的火花提前的量。其它致動器可包括氣缸致動器模塊120、燃料致動器模塊124、移相器致動器模塊158、升壓致動器模塊164和EGR致動器模塊172。對于這些致動器，致動器值可分別對應于啟用氣缸的數(shù)量、燃料加載速度、進氣和排氣凸輪移相器角度、升壓壓力和EGR閥開口面積。ECM114可控制致動器值以使發(fā)動機102產(chǎn)生期望的發(fā)動機輸出扭矩?，F(xiàn)在參照圖2，該圖示出了示例發(fā)動機控制系統(tǒng)的功能框圖。ECM114的示例性實施方式包括駕駛者扭矩模塊202。駕駛者扭矩模塊202可基于來自駕駛者輸入模塊104的駕駛者輸入確定駕駛者扭矩請求。駕駛者輸入可基于加速器踏板的位置確定。駕駛者輸入還可基于巡航控制器確定，巡航控制器可為改變車輛速度以維持預定的跟蹤距離的適應性巡航控制系統(tǒng)。駕駛者扭矩模塊202可保存加速器踏板位置與期望扭矩之間的一個或多個映射，并且可基于選定的一個映射來確定駕駛者扭矩請求。車軸扭矩裁定模塊204在來自駕駛者扭矩模塊202的駕駛者扭矩請求和其它車軸扭矩請求之間進行裁定。扭矩請求可包括絕對扭矩請求以及相對扭矩請求和斜坡請求。僅作為示例，斜坡請求可包括將扭矩逐漸降低到最小發(fā)動機關(guān)閉扭矩或者將扭矩從最小發(fā)動機關(guān)閉扭矩逐漸升高的請求。相對扭矩請求可包括臨時或永久性扭矩減小或增大。車軸扭矩請求可包括當檢測到正向車輪滑行時由牽引力控制系統(tǒng)請求的扭矩減小。當車軸扭矩克服車輪與路面之間的摩擦力時發(fā)生正向車輪滑行，并且車輪開始抵靠著路面滑行。車軸扭矩請求還可包括扭矩增大請求，以抵制負向車輪滑行，在負向車輪滑行時，由于車軸扭矩是負向的，車輛的輪胎相對于路面沿另一個方向滑行。車軸扭矩請求還可包括制動管理請求和車輛超速扭矩請求。制動管理請求可減小發(fā)動機扭矩以確保發(fā)動機輸出扭矩不超過制動器的能力，從而在車輛停止時保持住車輛。 車輛超速扭矩請求可減小發(fā)動機輸出扭矩，以防止車輛超過預定速度。車軸扭矩請求還可由車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)產(chǎn)生。車軸扭矩裁定模塊204基于接收到的扭矩請求之間的裁定結(jié)果輸出預測扭矩請求和即時扭矩請求。如下面所描述那樣，來自車軸扭矩裁定模塊204的預測和即時扭矩請求可在被用于控制發(fā)動機102的致動器之前被ECM114的其它模塊選擇性地調(diào)節(jié)。一般來說，即時扭矩請求是當前期望的發(fā)動機輸出扭矩的量，而預測扭矩請求是可能在短期內(nèi)需要的發(fā)動機輸出扭矩的量。ECMl 14因此控制發(fā)動機102產(chǎn)生等于即時扭矩請求的發(fā)動機輸出扭矩。然而，致動器值的不同組合可導致相同的發(fā)動機輸出扭矩。ECM114 因此可調(diào)節(jié)致動器值以允許較快地過渡到預測扭矩請求，而同時仍然將發(fā)動機輸出扭矩維持在即時扭矩請求。在各種實施方式中，預測扭矩請求可基于駕駛者扭矩請求確定。即時扭矩請求可小于預測扭矩請求，例如當駕駛者扭矩請求導致車輪在冰面上滑行的時候。在此情況下，牽引力控制系統(tǒng)(未示出)可通過即時扭矩請求來請求減小，并且ECM114將發(fā)動機102產(chǎn)生的扭矩減小到即時扭矩請求。然而，ECM114控制發(fā)動機102，使得發(fā)動機102能夠在車輪滑行停止后立即快速地重新產(chǎn)生預測扭矩請求。一般來說，即時扭矩請求與較高的預測扭矩請求之間的差可稱為扭矩儲備。扭矩儲備表示發(fā)動機102能夠以最小的延遲開始產(chǎn)生的額外扭矩的量?？焖侔l(fā)動機致動器被用于增加或減少實際的發(fā)動機輸出扭矩。如下面更詳細地描述的那樣，快速發(fā)動機致動器是與慢速發(fā)動機致動器相比較來定義的。在各種實施方式中，快速發(fā)動機致動器能夠在一定范圍內(nèi)改變發(fā)動機輸出扭矩， 該范圍由慢速發(fā)動機致動器建立。在這些實施方式中，該范圍的上限為預測扭矩請求，而該范圍的下限由快速致動器的扭矩能力限制。僅作為示例，快速致動器可以僅能夠?qū)l(fā)動機輸出扭矩減小第一量，該第一量是快速致動器的扭矩能力的度量。該第一量可基于由慢速發(fā)動機致動器設定的發(fā)動機工作條件而改變。當即時扭矩請求在所述范圍內(nèi)時，快速發(fā)動機致動器能夠被設定為使發(fā)動機輸出扭矩等于即時扭矩請求。當ECM114請求輸出預測扭
9矩請求時，快速發(fā)動機致動器能夠被控制以將發(fā)動機輸出扭矩改變到所述范圍的頂值，所述范圍的頂值即為預測扭矩請求。一般來說，當與慢速發(fā)動機致動器相比時，快速發(fā)動機致動器能夠更迅速地改變發(fā)動機輸出扭矩。慢速致動器可比快速致動器更慢地響應它們相應的致動器值的變化。例如，慢速致動器可包括響應于致動器值的變化而需要一定時間從一個位置移動到另一位置的機械部件。慢速致動器的特征還可在于一旦慢速致動器開始實施改變的致動器值，其為了使發(fā)動機輸出扭矩開始改變而花費的時間的量。通常，慢速致動器的該時間量將比快速致動器的該時間量長。另外，即使在開始改變之后，發(fā)動機輸出扭矩可花費較長時間來充分響應慢速致動器中的變化。僅作為示例，如果快速致動器被設定為合適的值，ECMl 14可將慢速致動器的致動器值設定為將能夠使發(fā)動機102產(chǎn)生預測扭矩請求的值。同時，在給定慢速致動器值的情況下，ECM114可將快速致動器的致動器值設定為導致發(fā)動機102產(chǎn)生代替預測扭矩請求的即時扭矩請求的值。因此，快速致動器值導致發(fā)動機102產(chǎn)生即時扭矩請求。當ECMl 14決定將發(fā)動機輸出扭矩從即時扭矩請求過渡到預測扭矩請求時，ECM114將一個或多個快速致動器的致動器值改變?yōu)閷陬A測扭矩請求的值。因為慢速致動器值已經(jīng)基于預測扭矩請求被設定， 因此發(fā)動機102能夠僅在快速致動器施加的延遲之后產(chǎn)生預測扭矩請求。換言之，避免了因使用慢速致動器改變發(fā)動機輸出扭矩而導致的較長的延遲。僅作為示例，當預測扭矩請求等于駕駛者扭矩請求時，扭矩儲備可在即時扭矩請求由于臨時扭矩減小請求而小于驅(qū)動扭矩請求時產(chǎn)生?？商娲兀ぞ貎淇赏ㄟ^將預測扭矩請求增加到駕駛者扭矩請求以上同時將即時扭矩請求維持在駕駛者扭矩請求而產(chǎn)生。 所導致的扭矩儲備能夠吸收所要求的發(fā)動機輸出扭矩的突然增加。僅作為示例，來自空調(diào)器或轉(zhuǎn)向助力泵的突然負載可通過增加即時扭矩請求而被平衡。如果即時扭矩請求的增加小于扭矩儲備，則該增加能夠通過使用快速致動器而迅速產(chǎn)生。預測扭矩請求然后也可被增加以重新建立之前的扭矩儲備。使用扭矩儲備的另一示例是減小慢速致動器值的波動。由于它們相對較慢的速度，變化的慢速致動器值可產(chǎn)生控制不穩(wěn)定性。另外，慢速致動器可包括機械部分，其可能吸取更多的動力和/或當頻繁移動時更快地磨損。產(chǎn)生足夠的扭矩儲備允許通過經(jīng)由即時扭矩請求改變快速致動器同時維持慢速致動器的值而進行期望的扭矩改變。例如，為了維持給定的空轉(zhuǎn)速度，即時扭矩請求可在一定范圍內(nèi)變化。如果預測扭矩請求被設定到該范圍以上的水平，則能夠使用快速致動器而不需要調(diào)節(jié)慢速致動器來使維持空轉(zhuǎn)速度的即時扭矩請求進行變化。僅作為示例，在火花點火發(fā)動機中，火花正時可為快速致動器，而節(jié)氣門開口面積可為慢速致動器。火花點火發(fā)動機可通過應用火花來燃燒包括例如汽油和乙醇的燃料。相反，壓縮點火發(fā)動機可通過壓縮燃料來燃燒包括例如柴油的燃料。在接收到新的致動器值之后，火花致動器模塊1 可能夠針對后續(xù)的點火事件改變火花正時。當用于點火事件的火花正時(也稱為火花提前值)被設定為校準值時，最大扭矩產(chǎn)生在點火事件后的緊接著的燃燒沖程中。然而，偏離校準值的火花提前值可減小燃燒沖程中產(chǎn)生的扭矩的量。因此，火花致動器模塊1 可以能夠通過改變火花提前值而盡快
10地在下一次點火事件發(fā)生時改變發(fā)動機輸出扭矩。僅作為示例，對應于不同的發(fā)動機工作條件的火花提前值表可在車輛設計的校準階段被確定，并且校準值基于當前發(fā)動機工作條件而從該表中被選擇。相比之下，節(jié)氣門開口面積的改變花費更長的時間影響發(fā)動機輸出扭矩。節(jié)氣門致動器模塊116通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門112的葉片的角度來改變節(jié)氣門開口面積。因此，一旦接收到新的致動器值，在節(jié)氣門112基于新的致動器值從其先前位置移動到新位置時，則會有一定機械延遲。另外，基于節(jié)氣門開度的空氣流改變遭受進氣歧管110中的空氣傳輸延遲。進一步，直到氣缸118在下一個進氣沖程中接收額外的空氣、壓縮該額外的空氣并且起動燃燒沖程為止，進氣歧管110中的增加的空氣流不會實現(xiàn)為發(fā)動機輸出扭矩的增加。使用這些致動器作為示例，通過將節(jié)氣門開口面積設定為可允許發(fā)動機102產(chǎn)生預測扭矩請求的值而能夠產(chǎn)生扭矩儲備。同時，火花正時能夠基于比預測扭矩請求小的即時扭矩請求而設定。盡管節(jié)氣門開口面積生成足夠的空氣流用于發(fā)動機102產(chǎn)生預測扭矩請求，但火花正時基于即時扭矩請求被延緩(從而減小扭矩)。因此，發(fā)動機輸出扭矩將等于即時扭矩請求。當需要額外的扭矩時，例如當空調(diào)壓縮機開啟時，或者當牽引力控制確定車輪滑動已經(jīng)結(jié)束時，火花正時能夠基于預測扭矩請求被設定。通過后續(xù)的點火事件，火花致動器模塊126可將火花提前值返回到校準值，這允許發(fā)動機102產(chǎn)生能利用現(xiàn)有空氣流實現(xiàn)的完全的發(fā)動機輸出扭矩。發(fā)動機輸出扭矩因此可迅速增加到預測扭矩請求，而不會因為改變節(jié)氣門開口面積而經(jīng)歷延遲。車軸扭矩裁定模塊204可輸出預測扭矩請求和即時扭矩請求至推進扭矩裁定模塊206。在各種實施方式中，車軸扭矩裁定模塊204可向混合動力優(yōu)化模塊208輸出預測和即時扭矩請求?；旌蟿恿?yōu)化模塊208確定多少扭矩應該由發(fā)動機102產(chǎn)生，以及多少扭矩應該由電動機198產(chǎn)生?；旌蟿恿?yōu)化模塊208隨后向推進扭矩裁定模塊206輸出修正后的預測和即時扭矩請求。在各種實施方式中，混合動力優(yōu)化模塊208可實施在混合動力控制模塊196中。由推進扭矩裁定模塊206接收到的預測和即時扭矩請求被從車軸扭矩域(車輪處的扭矩)轉(zhuǎn)換到推進扭矩域(曲軸處的扭矩)。該轉(zhuǎn)換可在混合動力優(yōu)化模塊208之前或者之后發(fā)生，或者作為混合動力優(yōu)化模塊208的一部分，或者代替混合動力優(yōu)化模塊208。推進扭矩裁定模塊206在推進扭矩請求一包括轉(zhuǎn)換的預測和即時扭矩請求之間進行裁定。推進扭矩裁定模塊206生成裁定的預測扭矩請求和裁定的即時扭矩請求。裁定的扭矩可通過從接收到的請求中選擇勝出的請求而產(chǎn)生。可替代地或另外地，裁定的扭矩可通過基于接收到的請求中的另外的一個或多個來修正接收到的請求中的一個而產(chǎn)生。其它推進扭矩請求可包括用于發(fā)動機超速保護的扭矩減小、用于防止停轉(zhuǎn)的扭矩增加以及由變速器控制模塊194請求的以適應檔位切換的扭矩減小。推進扭矩請求還可由離合器燃料切斷而導致，這在手動變速器車輛中駕駛者壓下離合器踏板時減小發(fā)動機輸出扭矩，以防止發(fā)動機速度的暴增(急速升高)。推進扭矩請求還可包括發(fā)動機關(guān)閉請求，其在檢測到嚴重故障時被啟動。僅作為示例，嚴重故障可包括檢測到車輛被盜、起動電動機卡住、電子節(jié)氣門控制問題以及不期望的扭矩增加。在各種實施方式中，當出現(xiàn)發(fā)動機關(guān)閉請求時，裁定選擇發(fā)動機關(guān)閉請求作為勝出的請求。當發(fā)動機關(guān)閉請求出現(xiàn)時，推進扭矩裁定模塊206可輸出零作為裁定扭矩。在各種實施方式中，發(fā)動機關(guān)閉請求可獨立于裁定過程而簡單地關(guān)閉發(fā)動機102。 推進扭矩裁定模塊206可仍然接收發(fā)動機關(guān)閉請求，使得例如合適的數(shù)據(jù)能夠反饋至其它扭矩請求者/器。例如，所有的其它扭矩請求者可被通知它們已經(jīng)輸?shù)袅瞬枚?。RPM控制模塊210還可向推進扭矩裁定模塊206輸出預測和即時扭矩請求。當 ECM114處于RPM模式時，來自RPM控制模塊210的扭矩請求可在裁定中占優(yōu)勢。當駕駛者從加速器踏板上移走他們的腳時，例如當車輛空轉(zhuǎn)或者從較高速度慣性降速時，RPM模式可被選擇。可替代地或另外地，當來自車軸扭矩裁定模塊204的預測扭矩請求小于校準的扭矩值時，RPM模式可被選擇。RPM控制模塊210從RPM軌跡模塊212接收期望的RPM，并且控制預測和即時扭矩請求，以減小期望的RPM與實際的RPM之間的差。僅作為示例，RPM軌跡模塊212可輸出線性減小的期望的RPM用于車輛慣性降速，直至達到空轉(zhuǎn)RPM為止。RPM軌跡模塊212隨后可繼續(xù)輸出空轉(zhuǎn)RPM作為期望的RPM。儲備/負載模塊220從推進扭矩裁定模塊206接收裁定的預測和即時扭矩請求。 儲備/負載模塊220可調(diào)節(jié)裁定的預測和即時扭矩請求，以產(chǎn)生扭矩儲備和/或補償一個或多個負載。儲備/負載模塊220隨后向致動模塊2M輸出調(diào)節(jié)的預測和即時扭矩請求。僅作為示例，催化劑點火過程或冷起動排放物還原過程可能要求延緩的火花提前。儲備/負載模塊220因此可將調(diào)節(jié)的預測扭矩請求增加到調(diào)節(jié)的即時扭矩請求之上， 從而為冷起動排放物還原過程產(chǎn)生延緩的火花。在另一示例中，發(fā)動機的A/F比率和/或質(zhì)量型空氣流量可例如通過侵入式診斷等價比率測試和/或新的發(fā)動機清洗被直接改變。 在開始這些過程之前，扭矩儲備可被產(chǎn)生或增加以迅速抵消由這些過程期間的稀薄A/F混合物導致的發(fā)動機輸出扭矩的減小。儲備/負載模塊220還可在未來負載的預期下，例如轉(zhuǎn)向助力泵工作或空調(diào)(A/C) 壓縮機離合器的接合時產(chǎn)生或增加扭矩儲備。針對A/C壓縮機離合器的接合的儲備可在駕駛者第一次請求空氣調(diào)節(jié)時產(chǎn)生。儲備/負載模塊220可增加調(diào)節(jié)的預測扭矩請求，同時使調(diào)節(jié)的即時扭矩請求不變，以產(chǎn)生扭矩儲備。隨后，當A/C壓縮機離合器接合時，儲備/ 負載模塊220可通過A/C壓縮機離合器的估計負載來增加即時扭矩請求。致動模塊2M從儲備/負載模塊220接收調(diào)節(jié)的預測和即時扭矩請求。致動模塊 224確定將如何獲得調(diào)節(jié)的預測和即時扭矩請求。致動模塊2M可為發(fā)動機類型專用型。 例如，致動模塊2M可針對火花點火發(fā)動機與壓縮點火發(fā)動機而不同地實施，或者使用不同的控制方案。在各種實施方式中，致動模塊2M可限定所有發(fā)動機類型共用的模塊與發(fā)動機類型專用的模塊之間的分界。例如，發(fā)動機類型可包括火花點火和壓縮點火。致動模塊224 之前的模塊，例如推進扭矩裁定模塊206可為發(fā)動機類型共用的，而致動模塊2M和后續(xù)模塊可為發(fā)動機類型專用的。例如，在火花點火發(fā)動機中，致動模塊2 可改變節(jié)氣門112的開度，而節(jié)氣門112 是允許寬范圍的扭矩控制的慢速致動器。致動模塊2M可使用氣缸致動器模塊120使氣缸停用，這也提供寬范圍的扭矩控制，但也可能是慢速的并且可能涉及到駕駛性能和排放物問題。致動模塊2M可使用火花正時作為快速致動器。然而，火花正時可能不能提供如此大范圍的扭矩控制。另外，可能隨著火花正時的改變而進行的扭矩控制的量(稱為火花儲備能力)可隨著空氣流改變而變化。在各種實施方式中，致動模塊2M可基于調(diào)節(jié)的預測扭矩請求生成空氣扭矩請求。空氣扭矩請求可等于調(diào)節(jié)的預測扭矩請求，從而將空氣流設定為使得調(diào)節(jié)的預測扭矩請求能夠通過其它致動器的改變而實現(xiàn)?？諝饪刂颇K2 可基于空氣扭矩請求確定期望的致動器值。例如，空氣控制模塊2 可控制期望的歧管絕對壓力(MAP)、期望的節(jié)氣門面積和/或期望的每缸空氣 (APC)。期望的MAP可用于確定期望的升壓量，而期望的APC可用于確定期望的凸輪移相器位置。在各種實施方式中，空氣控制模塊2 還可確定EGR閥170的開口的量。致動模塊2M還可生成火花扭矩請求、氣缸關(guān)閉扭矩請求和燃料質(zhì)量扭矩請求。 火花扭矩請求可由火花控制模塊232使用，以確定從校準的火花提前值將火花正時延遲多少(這會減小發(fā)動機輸出扭矩)。氣缸關(guān)閉扭矩請求可由氣缸控制模塊236使用，以確定多少個氣缸停用。氣缸控制模塊236可指示氣缸致動器模塊120停用發(fā)動機102的一個或多個氣缸。在各種實施方式中，預先定義的氣缸組可被一起停用。氣缸控制模塊236還可指示燃料控制模塊240停止向停用的氣缸提供燃料，并且可指示火花控制模塊232停止向停用的氣缸提供火花。在各種實施方式中，一旦氣缸中已經(jīng)具有的任何燃料/空氣混合物已經(jīng)燃盡，則火花控制模塊232只停止向一個該氣缸提供火花。在各種實施方式中，氣缸致動器模塊120可包括液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)將進氣和/ 或排氣門選擇性地與用于一個或多個氣缸的對應的凸輪軸斷開聯(lián)接，以將這些氣缸停用。 僅作為示例，用于一半氣缸的氣門被氣缸致動器模塊120作為一個組而液壓地聯(lián)接或者斷開聯(lián)接。在各種實施方式中，氣缸可簡單地通過終止向那些氣缸提供燃料而被停用，而不需要停止打開或關(guān)閉進氣和排氣門。在這些實施方式中，氣缸致動器模塊120可省略。燃料控制模塊240可基于來自致動模塊2M的燃料質(zhì)量扭矩請求改變提供給每個氣缸的燃料的量。在火花點火發(fā)動機的正常工作期間，燃料控制模塊240可嘗試維持化學計量的A/F比率。燃料控制模塊240因此可在與每缸空氣的當前量組合時確定將產(chǎn)生化學計量的燃燒的燃料質(zhì)量。燃料控制模塊240可指示燃料致動器模塊IM為每個工作的氣缸噴射該燃料質(zhì)量的燃料?；谌剂腺|(zhì)量扭矩請求，燃料控制模塊240可相對于化學計量比調(diào)節(jié)A/F比率，以增加或減少發(fā)動機輸出扭矩。燃料控制模塊240隨后可確定用于每個氣缸的達到期望的A/ F比率的燃料質(zhì)量。在柴油系統(tǒng)中，燃料質(zhì)量可為用于控制發(fā)動機輸出扭矩的主要致動器。模式設定可確定致動模塊2M是如何處理調(diào)節(jié)的即時扭矩請求的。模式設定可例如由推進扭矩裁定模塊206提供給致動模塊224，并且可選擇包括以下模式的模式非工作模式、可能模式、最大范圍模式和自動致動模式。在非工作模式中，致動模塊2M可忽略調(diào)節(jié)的即時扭矩請求，并且基于調(diào)節(jié)的預測扭矩請求設定發(fā)動機輸出扭矩。致動模塊224因此可將火花扭矩請求、氣缸關(guān)閉扭矩請求和燃料質(zhì)量扭矩請求設定到調(diào)節(jié)的預測扭矩請求，這會在當前發(fā)動機空氣流條件下使發(fā)動機輸出扭矩最大化?？商娲?，致動模塊2M可將這些請求設定到預定(例如高于范圍)
13值，以禁用因延遲火花、停用氣缸或減小燃料/空氣比率導致的扭矩減小。在可能模式中，致動模塊2M輸出調(diào)節(jié)的預測扭矩請求作為空氣扭矩請求并且嘗試通過僅調(diào)節(jié)火花提前值來實現(xiàn)調(diào)節(jié)的即時扭矩請求。因此，致動模塊2M輸出調(diào)節(jié)的即時扭矩請求作為火花扭矩請求?；鸹刂颇K232將盡可能多地延遲火花，以嘗試實現(xiàn)火花扭矩請求。如果期望的扭矩減少大于火花儲備能力(能夠由火花延遲實現(xiàn)的扭矩減少量)，則扭矩減少可能不能實現(xiàn)。于是發(fā)動機輸出扭矩將大于調(diào)節(jié)的即時扭矩請求。在最大范圍模式中，致動模塊2M可輸出調(diào)節(jié)的預測扭矩請求作為空氣扭矩請求以及輸出調(diào)節(jié)的即時扭矩請求作為火花扭矩請求。另外，當單獨減小火花提前值不能實現(xiàn)調(diào)節(jié)的即時扭矩請求時，致動模塊2M可減小氣缸關(guān)閉扭矩請求(從而停用氣缸)。在自動致動模式中，致動模塊2M可基于調(diào)節(jié)的即時扭矩請求減小空氣扭矩請求。在各種實施方式中，空氣扭矩請求可只有在必要的時候才被減少，以允許火花控制模塊 232通過調(diào)節(jié)火花提前值來實現(xiàn)調(diào)節(jié)的即時扭矩請求。因此，在自動致動模式中，在盡可能小地調(diào)節(jié)空氣扭矩請求的同時實現(xiàn)調(diào)節(jié)的即時扭矩請求。換言之，通過盡可能多地減小迅速響應的火花提前值，相對慢速響應的節(jié)氣門開口的使用被最小化。這允許發(fā)動機102盡快地返回至產(chǎn)生調(diào)節(jié)的預測扭矩請求。扭矩估計模塊244可估計發(fā)動機102的扭矩輸出。該估計扭矩可由致動模塊2M 使用，以生成對應于例如空氣、燃料和火花的各種發(fā)動機工作參數(shù)的各種請求。僅作為示例，扭矩關(guān)系例如可定義為
(1) T=f (APC, S, I，Ε, AF, 0Τ, #)
其中扭矩(T)為每缸空氣(APC)、火花提前值(S)、進氣凸輪移相器位置(I)、排氣凸輪移相器位置(E)、A/F比率(AF)、燃油溫度(OT)和工作氣缸的數(shù)量(#)的函數(shù)。額外的變量也可被考慮，例如廢氣再循環(huán)(EGR)閥的打開程度。該關(guān)系可通過公式模型化和/或可保存為查找表。然而，扭矩估計模塊244可包括一個以上的扭矩模型和/或查找表。例如，扭矩估計模塊244可包括三個不同的扭矩模型用于SI燃燒、混合模式燃燒和HCCI燃燒。燃燒模式確定模塊245可確定HCCI發(fā)動機102當前工作在哪個燃燒模式下。換言之，燃燒模式確定模塊245可確定HCCI發(fā)動機102是工作在SI燃燒模式下、還是混合燃燒模式下或HCCI燃燒模式下。另外或可替代地，燃燒模式確定模塊245還可確定HCCI發(fā)動機102是否正在燃燒模式之間過渡。例如，燃燒模式確定模塊245可基于供應給HCCI發(fā)動機102的空氣、燃料、凸輪輪廓和火花中的至少一個來確定HCCI發(fā)動機的燃燒模式。僅作為示例，當火花被停用時，燃燒模式確定模塊245可確定HCCI發(fā)動機102工作在HCCI燃燒模式下。該被確定的模式可被通信給扭矩估計模塊對4，用于估計HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出。燃料需求估計模塊246可估計HCCI發(fā)動機102的燃料需求。估計的燃料需求可被用于調(diào)節(jié)供應到HCCI發(fā)動機102的燃料，類似于扭矩模型化。然而，估計的燃料需求還可被通信到扭矩估計模塊對4，用于估計HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。例如，通過減小或消除突然的扭矩改變，估計的燃料需求可提供用于SI燃燒和HCCI燃燒之間的無縫過渡(反之亦然)?？諝饪刂颇K2 可向節(jié)氣門致動器模塊116輸出期望的面積信號。節(jié)氣門致動器模塊116隨后調(diào)整節(jié)氣門112以產(chǎn)生期望的節(jié)氣門面積?？諝饪刂颇K2 可基于逆式扭矩模型和空氣扭矩請求生成期望的面積信號。空氣控制模塊2 可使用估計的空氣扭矩和/或MAF信號以執(zhí)行閉環(huán)控制。例如，期望的面積信號可被控制以使估計的空氣扭矩與空氣扭矩請求之間的差最小化?？諝饪刂颇K2 可向升壓計劃模塊248輸出期望的歧管絕對壓力(MAP)信號。 升壓計劃模塊248使用期望的MAP信號控制升壓致動器模塊164。升壓致動器模塊164隨后控制一個或多個渦輪增壓器(例如包括渦輪機160-1和壓縮機160-2的渦輪增壓器)和/ 或增壓器?？諝饪刂颇K2 還可向移相器計劃模塊252輸出期望的每缸空氣(APC)信號。 基于期望的APC信號和RPM信號，移相器計劃模塊252可使用移相器致動器模塊158控制進氣和/或排氣凸輪移相器148和150的位置。返回參照火花控制模塊232，校準的火花提前值可基于各種發(fā)動機工作條件而改變。僅作為示例，扭矩關(guān)系可被逆向推導以求出期望的火花提前值。對于給定的扭矩請求 (Tdes),期望的火花提前(Sdes)可基于下面的公式確定
(2) Sdes =T-1 (Tdes，APC, I，E, AF, 0T, #)
該關(guān)系可具體化為公式和/或查找表。A/F比率(AF)可為如由燃料控制模塊240報告的實際的A/F比率。當火花提前被設定到校準的火花提前時，得到的扭矩可盡可能接近平均最佳扭矩 (MBT)。MBT是指當火花提前增加時通過使用具有比預定閾值大的辛烷值燃料并使用化學計量加載燃料而生成的用于給定空氣流量的最大發(fā)動機輸出扭矩。該最大扭矩發(fā)生時的火花提前被稱為MBT火花。校準的火花提前可例如因為燃料質(zhì)量(例如當較低的辛烷燃料被使用時)和環(huán)境因素而稍微不同于MBT火花。因此，在校準火花提前時的扭矩可小于MBT?？諝饪刂颇K228、火花控制模塊232、氣缸控制模塊236、燃料控制模塊M0、升壓計劃模塊248和移相器計劃模塊252可總稱為“扭矩控制模塊”。換言之，基于扭矩請求和 /或之前描述的估計扭矩，扭矩控制模塊可通過控制空氣、火花、氣缸、燃料、升壓和/或移相器來控制發(fā)動機102的扭矩輸出。然而，盡管這些模塊可總稱為扭矩控制模塊，應該認識到，分開的扭矩控制模塊也可在ECM114中實施?，F(xiàn)在參照圖3，該圖更詳細地示出了扭矩估計模塊M4。扭矩估計模塊244可包括模型選擇模塊300、SI扭矩估計模塊304、混合扭矩估計模塊308和HCCI扭矩估計模塊312。模型選擇模塊300從燃燒模式確定模塊245接收燃燒模式。例如，燃燒模式可為 SI燃燒、混合模式燃燒和HCCI燃燒中的一種。因此，模型選擇模塊300基于模式選擇三個解析扭矩模型中的一種。具體地，模型選擇模塊300可選擇SI扭矩模型、混合扭矩模型和 HCCI扭矩模型中的一種。換言之，模型選擇模塊300可為SI扭矩估計模塊304、混合扭矩估計模塊308和HCCI扭矩估計模塊312中的一個生成啟用信號。例如，當模式是SI燃燒時，模型選擇模塊300可為SI扭矩估計模塊304生成啟用信號。類似地，模型選擇模塊300 可當模式是混合模式燃燒時為混合扭矩估計模塊308生成啟用信號，并且當模式是HCCI燃燒時為HCCI扭矩估計模塊312生成啟用信號。換言之，扭矩估計模塊244可根據(jù)所選擇的扭矩模型生成一個估計扭矩輸出。然而，可替代地，模型選擇模塊300可啟用SI扭矩估計模塊304、混合扭矩估計模塊308和HCCI扭矩估計模塊312中的一個以上的模塊。例如，當HCCI發(fā)動機102在燃燒模式之間過渡時，模型選擇模塊300可選擇兩個模型(因此啟用三個扭矩估計模塊304、308和312中的兩個)。兩個生成的扭矩估計值隨后在燃燒模式之間的過渡期間可被求平均，以有助于通過提前對應的致動器的位置而便于進行無縫轉(zhuǎn)變。并且，在一個實施例中，模型選擇模塊300 可選擇所有的三個模型(因此啟用三個扭矩估計模塊304、308、312中的每一個)并且對三個生成的扭矩估計值求平均?？商娲?，模型選擇模塊300可對來自三個扭矩估計模塊304、 308,312的三個扭矩估計值分別執(zhí)行加權(quán)平均。如前所述，SI扭矩估計模塊304可從模型選擇模塊300接收啟用信號。SI扭矩估計模塊304還可接收多個第一發(fā)動機工作參數(shù)。例如，多個第一發(fā)動機工作參數(shù)可包括但不限于發(fā)動機速度(RPM)、進氣和排氣凸輪軸移相器角度、火花正時和每缸空氣(APC)。當被啟用時，SI扭矩估計模塊304基于多個第一發(fā)動機工作參數(shù)估計HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出。換言之，SI扭矩估計模塊304可將HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出估計如下
T=f (R, S, I，Ε, APC)
其中估計扭矩輸出(T)為發(fā)動機速度(RPM)、火花正時(S)、進氣和排氣凸輪軸移相器角度(分別為I、E)和每缸空氣(APC)的函數(shù)?？商娲鼗蛄硗獾?，估計扭矩輸出T可為A/ F比率、燃油溫度和/或動作氣缸數(shù)量的函數(shù)。混合扭矩估計模塊308也可從模型選擇模塊300接收啟用信號。混合扭矩估計模塊308還可接收多個第二發(fā)動機工作參數(shù)。例如，多個第二發(fā)動機工作參數(shù)可包括但不限于發(fā)動機速度(RPM)、進氣和排氣凸輪軸移相器角度、燃料質(zhì)量、火花正時、每缸空氣(APC) 和估計燃料需求(EFR)。例如，估計燃料需求EFR可由燃料需求估計模塊246生成。當被啟用時，混合扭矩估計模塊308基于多個第二發(fā)動機工作參數(shù)估計HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出。換言之，混合扭矩估計模塊308可將HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出估計如下
T=f (R, S, F, I，Ε, APC, EFR)
其中估計扭矩輸出(T)為發(fā)動機速度(RPM)、火花正時(S)、燃料質(zhì)量(F)、進氣和排氣凸輪軸移相器角度(分別為I、E)、每缸空氣(APC)和估計燃料需求(EFR)的函數(shù)?？商娲鼗蛄硗獾?，估計扭矩輸出T可為燃料流量、燃料噴射正時和每發(fā)動機周期噴射次數(shù)的函數(shù)。HCCI扭矩估計模塊312也可從模型選擇模塊300接收啟用信號。HCCI扭矩估計模塊312還可接收多個第三發(fā)動機工作參數(shù)。例如，多個第三發(fā)動機工作參數(shù)可包括但不限于發(fā)動機速度(RPM)、進氣和排氣凸輪軸移相器角度、燃料質(zhì)量和每缸空氣(APC)。當被啟用時，HCCI扭矩估計模塊312基于多個第三發(fā)動機工作參數(shù)估計HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出。換言之，HCCI扭矩估計模塊308可將HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出估計如下
T=f (R, F, I，Ε, APC)
其中估計扭矩輸出(T)為發(fā)動機速度(RPM)、燃料質(zhì)量(F)、進氣和排氣凸輪軸移相器角度(分別為I、E)和每缸空氣(APC)的函數(shù)?？商娲鼗蛄硗獾?，估計扭矩輸出T可為燃料流量、燃料噴射正時和每發(fā)動機周期噴射次數(shù)的函數(shù)?，F(xiàn)在參照圖4，該圖更詳細地示出了燃料需求估計模塊M6。燃料需求估計模塊 246可包括扭矩需求確定模塊400、期望指示平均有效壓力(IMEP)確定模塊404和估計模塊408。僅作為示例，扭矩需求確定模塊400可為駕駛者扭矩模塊202。然而，扭矩需求確定模塊400還可為獨立的模塊。
扭矩需求確定模塊400接收加速器的位置和車輛速度。另外，扭矩需求確定模塊 400可與變速器通信，以確定當前傳動比。僅作為示例，加速器可為加速器踏板，且所述位置可對應于加速器踏板的下壓量。扭矩需求確定模塊400基于加速器的位置和車輛速度確定駕駛者需求的扭矩的量(即扭矩需求)。期望IMEP確定模塊404接收所述扭矩需求。期望IMEP確定模塊404還可接收指示由于發(fā)動機摩擦導致的能量損失和發(fā)動機泵浦損失的信號。期望IMEP確定模塊404基于扭矩需求以及由于發(fā)動機摩擦導致的能量損失和發(fā)動機泵浦損失來確定HCCI發(fā)動機的期望IMEP。換言之，期望IMEP確定模塊404確定所要求的平均有效壓力以實現(xiàn)扭矩需求，同時補償發(fā)動機摩擦損失和發(fā)動機泵浦損失。例如，期望IMEP可包括與扭矩需求對應的IMEP 以及與發(fā)動機摩擦損失和發(fā)動機泵浦損失對應的IMEP之和。估計模塊408接收期望的IMEP。估計模塊408還可接收燃料的加熱值、燃料的能量轉(zhuǎn)換效率、外部EGR的量和氣缸118內(nèi)部的溫度。估計模塊408估計HCCI發(fā)動機102的燃料需求。相反，估計模塊408可基于期望IMEP、燃料加熱值、燃料能量轉(zhuǎn)換效率、外部EGR 的量和氣缸溫度來生成估計燃料需求(EFR)。換言之，估計模塊408通過補償燃料的具體化學性質(zhì)來生成EFR。因此，估計模塊408可更精確地生成EFR。因此，更精確的EFR可增加燃料燃經(jīng)濟性，減少排放物和/或改進SI燃燒模式與HCCI燃燒模式之間的過渡或HCCI燃燒模式與SI燃燒模式之間的過渡(例如噪聲、振動和/或平順性，或NVH特性)?，F(xiàn)在參照圖5，用于估計HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出的方法開始于步驟500。在步驟500，ECMl 14確定HCCI發(fā)動機102是否打開(即運行)。如果為是，控制可進行到步驟 504。如果為否，控制可返回步驟500。在步驟504，ECMl 14確定HCCI發(fā)動機102當前工作在哪種燃燒模式下。另外， ECMl 14可確定HCCI發(fā)動機102是否在燃燒模式之間過渡。在步驟508，ECMl 14估計HCCI 發(fā)動機102的燃料需求。在步驟512，ECMl 14基于當前燃燒模式估計HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出。另夕卜， ECMl 14可基于HCCI發(fā)動機102的估計燃料需求EFR估計HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出。并且，ECMl 14可例如當HCCI發(fā)動機102在燃燒模式之間過渡時將對應于不同燃燒模式的多個扭矩輸出估計值求平均。在步驟516，ECMl 14基于期望扭矩輸出(即駕駛者輸入)和HCCI發(fā)動機102的估計扭矩輸出調(diào)節(jié)HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出。換言之，ECMl 14可在估計扭矩輸出小于期望扭矩輸出時增大扭矩輸出，或者ECM114可在估計扭矩輸出大于期望扭矩輸出時減小扭矩輸出。例如，調(diào)節(jié)HCCI發(fā)動機102的扭矩輸出可包括控制致動器以調(diào)節(jié)供應給HCCI發(fā)動機102的空氣、燃料和/或火花?？刂齐S后可返回步驟504。本發(fā)明的廣義教導能夠以各種形式實施。因此，盡管本發(fā)明包括特定示例，本發(fā)明的真實范圍不應局限于此，因為在研究了附圖、說明書和所附權(quán)利要求之后，其它修改對于本領域技術(shù)人員而言將變得顯而易見。
1權(quán)利要求
1.一種用于均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括燃料需求估計模塊，該燃料需求估計模塊基于所述HCCI發(fā)動機中的氣缸的期望的指示平均有效壓力(IMEP)來估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求；扭矩估計模塊，該扭矩估計模塊基于估計出的燃料需求來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出；和扭矩控制模塊，該扭矩控制模塊基于估計出的扭矩輸出和期望扭矩輸出來調(diào)節(jié)所述 HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，進一步包括期望IMEP確定模塊，該期望IMEP確定模塊基于扭矩需求、所述HCCI發(fā)動機的摩擦損失和所述HCCI發(fā)動機的泵浦損失來確定期望的IMEP。
3.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，進一步包括扭矩需求確定模塊，該扭矩需求確定模塊基于來自包括所述HCCI發(fā)動機的車輛的駕駛者的輸入和所述車輛的速度來確定扭矩需求。
4.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，進一步包括估計模塊，該估計模塊基于所述期望的IMEP、供應給所述HCCI發(fā)動機的燃料的加熱值、燃料的能量轉(zhuǎn)換效率、外部廢氣再循環(huán)(EGR)的量和所述HCCI發(fā)動機的氣缸內(nèi)部的溫度來估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求。
5.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中當所述HCCI發(fā)動機在混合燃燒模式下工作時， 所述扭矩估計模塊基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述HCCI發(fā)動機的燃料的量、供應給所述 HCCI發(fā)動機的火花的時間、所述HCCI發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中當所述HCCI發(fā)動機在火花點火(Si)燃燒模式下工作時，所述扭矩估計模塊基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述HCCI發(fā)動機的火花的時間、所述HCCI發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。
7.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中當所述HCCI發(fā)動機在HCCI燃燒模式下工作時， 所述扭矩估計模塊基于HCCI發(fā)動機速度、供應給所述HCCI發(fā)動機的燃料的量、所述HCCI 發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸移相器的角度以及供應給所述HCCI發(fā)動機的每個氣缸的空氣的量來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。
8.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中當所述HCCI發(fā)動機在兩個不同的燃燒模式之間過渡時，所述扭矩控制模塊基于期望的扭矩輸出和與所述HCCI發(fā)動機的所述兩個不同的燃燒模式對應的兩個估計扭矩輸出來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。
9.如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中所述扭矩控制模塊基于所述兩個估計扭矩輸出的平均值和加權(quán)平均值中的一種來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。
10.一種用于控制均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的方法，包括基于所述HCCI發(fā)動機中的氣缸的期望的指示平均有效壓力(IMEP)來估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求；基于估計出的燃料需求來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出；和基于估計出的扭矩輸出和期望扭矩輸出來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及估計均質(zhì)充量壓縮點火發(fā)動機的扭矩輸出的系統(tǒng)和方法，具體提供一種用于均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括燃料需求估計模塊、扭矩估計模塊、和扭矩控制模塊。所述燃料需求估計模塊基于所述HCCI發(fā)動機中的氣缸的期望的指示平均有效壓力(IMEP)來估計所述HCCI發(fā)動機的燃料需求。所述扭矩估計模塊基于估計出燃料需求來估計所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。所述扭矩控制模塊基于估計出的扭矩輸出和期望扭矩輸出來調(diào)節(jié)所述HCCI發(fā)動機的扭矩輸出。
文檔編號F02P5/00GK102200062SQ20111007363
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者A·B·雷爾, A·P·巴納斯科, J·T·施巴塔, J-M·康, P·卡法尼克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司