CN101008359B - 用于在起动过程中计算气缸充气量的方法 - Google Patents

Abstract

一种在起动时控制发动机燃料供给的系统和方法包括曲轴传感器，其确定发动机的旋转位置。控制模块，其基于发动机的旋转位置计算第一气缸的空气质量，基于该空气质量向第一气缸供给燃料。该空气质量基于第一气缸的容积、压力和温度。

Description

用于在起动过程中计算气缸充气量的方法

技术领域

本发明涉及发动机控制系统，尤其设计用于在起动过程中确定气缸充气量的发动机控制系统。

背景技术

在四冲程发动机的运转中，每个气缸具有活塞，经历具有进气、压缩、燃烧和膨胀行程的奥托(Otto)循环。典型地，多气缸发动机的每个活塞相对于其它气缸在不同时刻经历不同的形成，以便有助于平稳运转。因此，当发动机停止时，每个活塞在它们各自的气缸内静止在奥托循环中的不同点处。

当向气缸中存在的汽油和空气组合物供给火花时，燃烧发生。当发动机起动时，连续地向气缸供给燃料。但是在一些情况下，燃料可能供给到还不具有实现燃烧所需的充足空气的气缸中。因此，燃料不会燃烧。

发明内容

一种在起动时控制发动机燃料供给的系统和方法包括曲轴传感器，其确定发动机的旋转位置。控制模块，其基于发动机的旋转位置计算第一气缸的空气质量，基于该空气质量向第一气缸供给燃料。该空气质量基于第一气缸的容积、压力和温度。

根据各个实施例，控制模块计算发动机中其余气缸的空气质量，基于其余气缸的空气质量向其余气缸供给燃料。控制模块基于第一和其余气缸的空气质量计算进气歧管空气质量。基于进气歧管空气质量计算进气歧管压力。基于进气歧管压力调节节气门。

根据下文提供的详细说明书本发明适用的另外领域将变得显而易见。应理解，详细的说明书和指示本发明优选实施例的特定示例仅用于解释的目的，而不用于限制本发明的范围。

附图说明

根据详细的说明书和附图，本发明将能更加完全地理解，其中：

图1是功能方框图，其阐述根据本发明各个教导的发动机控制系统；

图2是流程图，其阐述根据本发明各个教导确定气缸充气量的发动机起动控制；和

图3是流程图，其阐述根据本发明各个教导确定泵送空气的发动机起动控制。

具体实施方式

下面对优选实施例的说明本质上仅是示例性的，并不用于限制本发明、其应用或使用。为了清楚的目的，附图中使用相同的附图标记表示相同的元件。如此处所使用的，术语模块指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用、专用或组)和执行一个或多个软件或固件的存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适组件。

现在参考图1，车辆系统10包括发动机12。发动机12包括节气门14和进气歧管16。通过节气门14流入进气歧管16的空气基于节气门片18的位置。发动机12包括气缸20a-20d，所述气缸分别具有活塞21a-21d。虽然图1描述了4个气缸，但应意识到发动机12可包括更多或更少的气缸。例如，具有2、4、5、8、10、12和16个气缸的发动机也是可能的。

空气流入发动机12的单个气缸20a-20d。每个活塞21a-21d压缩空气/燃料混合物。更为特殊地是，进入气缸20a-20d的空气流与由燃料喷射器22喷射的燃料混合。与每个气缸相关的火花塞(未显示)在压缩过程中点燃压缩的空气/燃料混合物，以便产生发动机转矩。

曲轴24接收来自活塞21a-21d的往复运动，将该往复运动转变为旋转运动。与曲轴24相关的曲轴传感器25产生当它静止时指示发动机12旋转位置的位置信号，并将该位置信号提供给控制模块26。在一个示例中，使用一对曲轴传感器25确定发动机12的旋转位置，以及发动机12是正向旋转还是反向旋转。

控制模块26基于本发明的起动控制而控制起动时发动机12的燃料供给。控制模块26与质量型空气流量(MAF)传感器28、节气门位置传感器(TPS)30、歧管绝对压力(MAP)传感器32和发动机转速传感器34通讯。MAF传感器28产生指示通过节气门14的空气流量的信号.TPS 30产生指示节气门片18位置的信号，MAP传感器32产生指示进气歧管16内压力的信号。控制模块26基于请求转矩调节发动机转矩。

发动机转速传感器34产生指示发动机转速(RPM)的信号。控制模块26还与燃料喷射器22通讯，以便控制供给到气缸20a-20d中的喷油率，控制模块26还与点火系统36通讯，以便控制点火火花的正时。环境压力和温度信号分别由环境压力和温度传感器38、40产生。

现在将更加详细地描述起动控制。控制模块26利用理想气体定律和压缩流体方程在起动过程中确定各个气缸20a-20d中的空气质量。理想气体定律和压缩流体方程布置在下面。

PV＝nRT    (1)

其中：

P＝运转过程中的气缸压力

V＝可获得的用于燃烧的气缸容积

n＝气体质量或摩尔数

R＝空气的通用气体常数；和

T＝环境温度

$\mathrm{ThrottleFlow}=\mathrm{\Φ}\left(\frac{\mathrm{BarCorrect}}{\mathrm{TempCorrect}}\right)\left(\mathrm{ThrottleArea}\right)\left(\mathrm{MaxThrottleFlow}\right)---\left(2\right)$

其中：

Φ＝f(MAP/P_Barometric)

BarCorrect＝大气压力修正；和

TempCorrect＝温度修正；

变量BarCorrect和TempCorrect是分别基于由传感器38和40产生的环境压力和温度信号的大气压力和温度修正，该修正可通过查找表确定。ThrottleArea和MaxThrottleFlow基于TPS 30提供的节气门位置，可通过查找表确定。

参考图2，将更加详细地描述根据本发明实施例用于起动控制的方法100。控制从步骤102开始。在步骤104中，控制确定第一气缸20a-20d的停止位置。第一气缸确定为目前处于四冲程Otto循环中的压缩行程的气缸。基于曲轴传感器25提供的位置信号确定停止位置.当停止位置确定后，在步骤106中控制计算第一气缸中的空气质量。使用上述理想气体定律(1)计算空气质量。特别地，控制利用其余变量的已知值求解n。应意识到气缸容积V可基于第一气缸的停止位置计算。更特别地，可利用气缸总容积和第一气缸的停止位置(或对应活塞的位置)计算可获得的用于燃烧的气缸容积。

在步骤108中，控制利用各自对应的停止位置和上述理想气体定律计算其余气缸20a-20d中的空气质量。

在步骤110中，控制利用理想气体定律(1)计算进气歧管16中的空气质量，此处P是静止时进气歧管16中的压力，V是进气歧管16的容积。在步骤116中。控制确定是否已接收到起动请求。如果已经接收到起动请求，在步骤120中控制确定第一气缸中的潜在转矩是否充足。如果没有接收到起动请求，则控制退回步骤106。如果第一气缸的空气质量足够提供充足数量的转矩，则在步骤122中起动发动机12并向第一气缸供给燃料。足够的潜在转矩是将曲轴24旋转到下次点火事件所需的转矩量。如果控制确定第一气缸中没有足够的空气质量，则在步骤124中控制起动发动机12。在步骤128中接着向其余的气缸20a-20d供给燃料，控制在步骤130处结束。

现在转到图3，将更加详细地描述根据本发明实施例用于在起动时确定泵送空气的方法150。控制在步骤152处开始。在一个实施例中，方法150可在方法100的步骤128之后执行。在步骤154中，控制利用理想气体定律(1)计算气缸20a-20d中的空气质量。在步骤158中，控制基于计算得到的气缸20a-20d中的空气质量向气缸20a-20d供给燃料。在步骤160中，控制利用理想气体定律(1)计算进气歧管16中的空气质量。特别地，控制利用下面的方程：

manifold air mass_new＝manifold air mass_old-(air mass of cylinders 1-n)(3)

当计算出manifold air mass_new后，在步骤162中利用理想气体定律(1)计算预测歧管压力MAP_predicted，求解P，此处P＝MAP_predicted，n＝manifold air mass_new；

${\mathrm{MAP}}_{\mathrm{predicted}}=\frac{\left({\mathrm{manifoldairmass}}_{\mathrm{new}}\right)\left(R\right)\left(T\right)}{V}$

在起动时发动机转速的实际速度变化的情况下，预测图表将根据实际图表变化，相当大地偏离正常情况。在一些情况下，可发生最佳质量和大多数可重复的起动，同时节气门14关闭或接近关闭。这也降低了与由暴露时间增加导致的进气歧管16总空气质量变化有关的变化。

在步骤164中，控制利用压缩流体方程(2)基于MAP_predicted调节通过节气门14的空气流量，其中：

Φ＝f(MAP_predicted/P_Barometric)

在步骤168中，控制确定进气歧管16是否被抽气。当越过节气门14存在压力下降时进气歧管16被抽气。如果进气歧管16没有被抽气，则控制退回步骤154。如果进气歧管16被抽气，则在步骤170中使用MAF传感器28确定正常发动机运转中后续的空气质量计算。控制在步骤172结束。

根据下文提供的详细说明书本发明适用的另外领域将变得显而易见。应理解，详细的说明书和指示本发明优选实施例的特定示例仅用于解释的目的，而不用于限制本发明的范围。

Claims (19)

1.一种起动发动机的方法，包括：

确定目前处于四冲程Otto循环中的压缩行程的第一气缸的停止位置；

基于所述停止位置计算所述第一气缸中的空气质量；和

基于所述空气质量向所述第一气缸供给燃料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第一气缸的容积计算所述空气质量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步基于所述第一气缸中的压力计算所述空气质量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步基于所述第一气缸中的温度计算所述空气质量。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

计算所述发动机中其余气缸的空气质量；

基于所述其余气缸的所述空气质量向所述其余气缸供给燃料。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

基于所述第一和其余气缸的所述空气质量计算进气歧管空气质量。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

基于所述进气歧管空气质量计算进气歧管压力；和

基于所述进气歧管压力调节节气门。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

确定越过所述节气门是否存在压力下降；和

利用质量型空气流量传感器，基于所述压力下降确定用于后续点火事件的燃料供给。

9.一种在起动时控制发动机燃料供给的系统，包括：

曲轴传感器，其确定所述发动机的旋转位置；和

控制模块，其基于所述发动机的所述旋转位置计算目前处于四冲程Otto循环中的压缩行程的第一气缸的空气质量，基于所述空气质量向所述第一气缸供给燃料。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述空气质量基于所述第一气缸的容积、压力和温度来计算。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制模块计算所述发动机中的其余气缸的空气质量，基于所述其余气缸的所述空气质量向所述其余气缸供给燃料。

12.根据权利要求11所述的系统，还包括：进气歧管，其中所述控制模块基于所述第一和其余气缸的所述空气质量计算所述进气歧管的空气质量。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括：节气门，其中所述控制模块基于所述进气歧管空气质量计算所述进气歧管的压力，基于所述进气歧管压力调节所述节气门。

14.根据权利要求13所述的系统，还包括：质量型空气流量传感器，其中所述控制模块确定越过所述节气门是否存在压力下降，利用所述质量型空气流量传感器基于所述压力下降确定用于后续点火事件的燃料供给。

15.一种起动发动机的方法，包括：

确定目前处于四冲程Otto循环中的压缩行程的第一气缸的停止位置；

基于所述第一气缸的所述停止位置计算所述第一气缸的空气质量；

确定所述空气质量是否具有足够的潜在转矩，以便使所述发动机旋转到后续的气缸点火事件；和

基于所述潜在转矩向所述第一气缸供给燃料。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，基于所述第一气缸的容积、压力和温度计算所述空气质量。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

计算所述发动机中其余气缸的空气质量；

基于所述其余气缸的所述空气质量向所述其余气缸供给燃料。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

基于所述第一和其余气缸的所述空气质量计算进气歧管空气质量；

基于所述进气歧管空气质量计算进气歧管压力；

基于所述进气歧管压力调节节气门。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

确定越过所述节气门是否存在压力下降；和

利用质量型空气流量传感器，基于所述压力下降确定用于后续点火事件的燃料供给。

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