CN101029601A - 转矩控制系统中dod操作的延长 - Google Patents

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Abstract

一种用于调节可变排量发动机的转矩输出的发动机控制系统，包括：第一模块，其基于发动机工作参数计算转矩修正项；第二模块，其确定所需的发动机转矩和估计的发动机转矩；第三模块，其基于所述转矩修正项修正所需的发动机转矩，以提供修正的所需发动机转矩；和第四模块，当发动机工作在断缸模式中时，第四模块基于修正的所需发动机转矩和估计的发动机转矩调节发动机转矩输出。

Description

转矩控制系统中DOD操作的延长
技术领域
本发明涉及按需排量(DOD)内燃机，更具体地，涉及延长DOD内燃机在断缸模式中的操作。
背景技术
内燃机产生通过曲轴传送到传动系的驱动转矩。一些内燃机包括发动机控制系统，其在低负载条件下使气缸断缸。例如，八缸发动机可使用四个气缸工作以通过降低泵气损失改善燃料经济性。该过程通常称为按需排量或者DOD。使用所有发动机气缸的操作称为起动模式(activatedmode)。断缸模式指的是使用少于所有气缸的操作(即，一个或多个气缸不工作)。
发动机使用转矩控制系统控制，该转矩控制系统调节发动机的工作参数，包括，但不限于，进入发动机的气流、电子点火正时、燃料供应以及气缸的起动或断缸。转矩控制系统基于各种发动机操作输入和驾驶员所需的发动机转矩调节这些发动机工作参数。
在现有的转矩控制系统中，各种子系统调节发动机操作。例如，节气门控制发动机进气歧管压力(即，空气动力负载)和气流，电子点火控制器控制点火正时和燃料喷射器计量燃料供应。这些子系统相结合以调节发动机转矩输出。假定为了排放控制将燃料供应固定在理想配比，那么燃料供应不能用来在常规工作模式下控制转矩。这留下气流、空气动力负载和点火正时作为可调节发动机输出转矩的子系统。
一些发动机执行基于气缸空气动力负载确定的火花爆燃限(即，抑制发动机爆燃的最大点火提前)。在断缸模式中，获得了高的气缸空气动力负载，极大地延迟了点火正时以防止爆燃。随着点火正时从最佳转矩值的最大点火正时(MBT)进一步延迟，发动机的转矩输出降低。结果，节气门打开以增加负载，以保持发动机转矩输出恒定。但是，当节气门打开时，空气动力负载增加，点火正时进一步延迟。该循环继续，直到发动机完全未节流并且必须回到起动状态(即，操作所有的气缸)为止。这时，损失了从运行在断缸模式中产生的效益。
发明内容
因此，本发明提供一种用于调节可变排量发动机的转矩输出的发动机控制系统。该发动机控制系统包括：第一模块，其基于发动机工作参数计算转矩修正项；第二模块，其确定所需的发动机转矩和估计的发动机转矩；第三模块，其基于转矩修正项修正所需的发动机转矩，以提供修正的所需发动机转矩；和第四模块，当发动机工作在断缸模式中时，其基于修正的所需发动机转矩和估计的发动机转矩调节发动机转矩输出。
在另一方面，第三模块修正估计的发动机转矩以提供修正的估计发动机转矩。第四模块基于修正的估计发动机转矩调节发动机转矩输出。
在另一方面，转矩修正项包括转矩增益和转矩偏移量中的一个。
在另一方面，发动机工作参数包括点火正时和凸轮相位器位置中的一个。
在另一方面，当发动机工作在起动模式中时，第四模块基于所需的发动机转矩和估计的发动机转矩调节发动机转矩输出。
在其它方面，发动机控制系统还包括第五模块，其基于估计的发动机转矩调节车辆系统的操作，而在发动机工作于断缸模式期间，第四模块基于修正的所需发动机转矩和修正的估计发动机转矩调节发动机输出转矩。车辆系统包括变速器。
在另一方面，所需的发动机转矩基于加速踏板输入确定。
在另一方面，估计的发动机转矩基于发动机工作参数确定。
从下文提供的详细描述中会清楚地了解本发明的适用性的更多方面。应当理解，其详细描述和具体实施例尽管示出了本发明的优选实施方式，但仅仅是示意性目的的，而不是限定本发明的范围。
附图说明
根据详细描述和附图，会更加全面地理解本发明，其中：
图1为基于本发明DOD转矩控制调节的典型发动机系统的功能结构图；
图2为示出了由本发明DOD转矩控制执行的典型步骤的流程图；
图3为示出了使用本发明DOD转矩控制获得的延长DOD效益的曲线图；以及
图4为执行本发明DOD转矩控制的典型模块的功能结构图。
具体实施方式
下面的优选实施例的描述仅仅是示意性的，而不是限制本发明、其应用或使用。为简便起见，附图中使用的相同附图标记表示相同的元件。如本文所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组群)和存储器、组合逻辑电路和/或可提供描述的功能的其它适合组件。如本文所使用的，起动指的是使用所有发动机气缸的操作。断缸指的是使用少于所有发动机气缸的操作(一个或多个气缸不工作)。
现在参考图1，车辆10包括产生驱动转矩的发动机12。空气通过节气门14渗入发动机12。发动机12包括N个气缸18。在发动机工作期间，一个或多个气缸18有选择地断缸。尽管图1描述了8个气缸(N＝8)，但是应当理解发动机12可包括更多的或更少的气缸18。例如，可想到具有4、5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。空气通过进气歧管20流进发动机12，在气缸18中与燃料一起燃烧。其燃烧过程在气缸18内往复地驱动活塞(未示出)。活塞可旋转地驱动曲轴(未示出)以向传动系提供驱动转矩。发动机12还可包括进气凸轮相位器22和/或排气凸轮相位器24，其分别调节进气门和排气门相对于气缸中活塞位置打开的时机(即，曲轴角)。这样，凸轮相位器22、24能够调节进入气缸的充气量以及从气缸排出的废气的量。
控制模块38与发动机12以及这里描述的各种输入和传感器相连通。车辆操作员操作加速踏板40以调节节气门14。更具体地，踏板位置传感器42产生传送到控制模块38的踏板位置信号。发动机速度传感器48基于发动机速度产生信号。进气歧管绝对压力(MAP)传感器50基于进气歧管20的压力产生信号。节气门位置传感器(TPS)52基于节气门位置产生信号。控制模块38基于踏板位置信号确定控制或所需的发动机输出(TDES)。控制模块38还计算实际的或估计的发动机转矩输出(TEST)，并基于TDES和TEST使用闭环控制(例如，PID控制)调节发动机转矩输出。
当发动机负载轻时，控制模块38将发动机12转换为断缸模式。在具体实施例中，N/2个气缸18断缸，但是也可一个或多个气缸断缸。在选择的气缸18断缸时，控制模块38提高剩余的或起动的气缸18的动力输出。断缸的气缸18的进气口和排气口(未示出)关闭以降低泵气损失。
发动机负载基于进气MAP、气缸模式和发动机RPM确定。更具体地，如果对于给定的RPM，MAP低于阈值水平，那么认为发动机负载低，发动机12工作于断缸模式中。如果对于给定的RPM，MAP高于阈值水平，那么认为发动机负载高，发动机12工作于起动模式中。
由于发动机12的爆燃限制以及节气门打开趋势所以本发明的DOD控制降低了转矩控制的灵敏性以延长发动机在断缸模式中的操作。更具体地，如果发动机12未工作在断缸模式中，那么TDES和TEST按常规确定。例如，TDES可基于发动机工作参数计算，包括，但不限于发动机RPM、MAP、点火正时、凸轮相位器位置以及驾驶员通过加速踏板40的输入。TEST在基于上述发动机工作参数的预编程数学模型的基础上确定。如果发动机12工作在断缸模式中，那么确定一个或多个转矩修正项，并且基于(多个)转矩修正项修正TDES以提供修正的控制或所需转矩(T’DES)。
修正项从查找表或多个查找表确定，这些查找表基于发动机工作参数，包括，但不限于点火正时(即，点火提前)和/或进气凸轮相位器位置和/或排气凸轮相位器位置。修正项包括增益、偏移量或两者都包括。例如，T’DES可通过将TDES乘以增益，将TDES减去/加上转矩偏移量，或者通过将TDES乘以增益并减去/加上转矩偏移量而确定。
在断缸模式中，DOD转矩控制基于T’DES和T’EST执行闭环转矩控制。DOD转矩控制同时使用TEST(即，未修正的实际发动机转矩或估计的发动机转矩)用于并行运算算法。例如，TEST可用于在换档期间调节变速器管路压力，而T’EST同时用于调节发动机转矩输出。
现在参考图2，详细描述发动机控制系统执行的典型步骤。在步骤200中，控制确定发动机是否工作在断缸模式中。如果发动机未工作在断缸模式中，那么控制继续进行步骤202。如果发动机工作在断缸模式中，那么控制继续进行步骤204。在步骤202和206中，控制以传统的方式计算TDES和TEST。在步骤208中，控制基于TDES和TEST执行闭环转矩控制，并且控制结束。
在步骤204中，控制基于发动机工作参数确定(多个)修正项，其中的发动机工作参数包括但不限于点火正时和/或凸轮相位器位置。在步骤210中，控制以传统的方式计算TDES和TEST。在步骤212中，控制基于TDES、TEST和(多个)修正项确定T’DES和T’EST。这样，对于外部算法应用(例如，变速器控制)和以确保闭环转矩控制不受修正的影响，并行计算了TEST。在步骤208中，控制基于T’DES和T’EST执行闭环转矩控制，并且控制结束。这样，当工作于断缸模式时，闭环转矩控制是基于T’DES和T’EST的，当工作于起动模式时，闭环转矩控制是基于TDES和TEST的。
现在参考图3，曲线图表示出了使用本发明的DOD转矩控制获得的延长DOD效益。更具体地，DOD转矩控制通过基于T’DES调节发动机转矩输出而延长了在断缸模式下的发动机操作，该T’DES保持在低于断缸模式转矩阈值(即，发动机操作转换为起动模式时的转矩)的时间长于如果基于TDES调节发动机转矩输出所可能的时间。这样，在工作于断缸模式中时，得到了驾驶员转矩需求的正态分布的主要部分，并且通过延长断缸模式中的操作得到了相应的燃料经济性的提高。
现在参考图4，详细描述执行DOD转矩控制的典型模块。其典型模块包括修正项模块400、TDES和TEST确定模块402、修正模块404、转矩控制模块406和车辆系统控制模块408。修正项模块400基于发动机工作参数(例如，点火正时和/或凸轮相位器位置)确定一个或多个修正项(例如，转矩偏移量和/或增益)。(多个)修正项输出到修正模块404。TDES和TEST确定模块402基于发动机工作参数(例如，MAP、RPM和/或加速踏板位置)确定TDES和TEST并向修正模块404输出TDES和TEST。TEST也输出到车辆系统控制模块408。
修正模块404基于修正项和起动(ACT)或断缸(DEACT)信号修正TDES和TEST以提供T’DES和T’EST。更具体地，如果修正模块404接收到DEACT信号(即，发动机工作在断缸模式中)，那么修正模块404向转矩控制模块406输出T’DES和T’EST。如果修正模块404接收到ACT信号(即，发动机工作在起动模式中)，那么修正模块404输出TDES和TEST。或者预计，修正项模块400可接收ACT/DEACT信号。如果修正项模块400接收到ACT信号，那么那么修正项如果为偏移量就设定为0，和/或如果为增益就设定为1。这样，当发动机工作在起动模式中时，修正项在修正模块404中不影响TDES和TEST。
如果发动机工作在起动模式中，那么转矩控制模块406基于TDES和TEST产生发动机控制信号，如果发动机工作在断缸模式中，那么转矩控制模块406基于T’DES和T’EST产生发动机控制信号。车辆系统控制模块408基于TEST产生车辆系统控制信号。例如，其控制的车辆系统可包括变速器。
本领域的技术人员从前面的描述能够理解本发明的广义教导可以多种形式完成。因此，尽管本发明已经以具体实施例的方式进行了描述，但是由于通过对附图、说明书及所附权利要求的研究，本领域的技术人员会容易地作出其它修改，所以本发明的实际范围不应该因此受限。

Claims (27)

1.一种用于调节可变排量发动机的转矩输出的发动机控制系统，包括：
第一模块，其基于发动机工作参数计算转矩修正项；
第二模块，其确定所需的发动机转矩和估计的发动机转矩；
第三模块，其基于所述转矩修正项修正所述所需的发动机转矩，以提供修正的所需发动机转矩；和
第四模块，当所述发动机工作在断缸模式中时，所述第四模块基于所述修正的所需发动机转矩和所述估计的发动机转矩调节发动机转矩输出。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述第三模块修正所述估计的发动机转矩以提供修正的估计发动机转矩，其中所述第四模块基于所述修正的估计发动机转矩调节所述发动机转矩输出。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述转矩修正项包括转矩增益和转矩偏移量中的一个。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述发动机工作参数包括点火正时和凸轮相位器位置中的一个。
5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中当所述发动机工作在起动模式中时，所述第四模块基于所述所需的发动机转矩和所述估计的发动机转矩调节所述发动机转矩输出。
6.如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括第五模块，其基于所述估计的发动机转矩调节车辆系统的操作，而在发动机工作于所述断缸模式期间，所述第四模块基于所述修正的所需发动机转矩和修正的估计发动机转矩调节所述发动机输出转矩。
7.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中所述车辆系统包括变速器。
8.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述所需的发动机转矩基于加速踏板输入确定。
9.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述估计的发动机转矩基于发动机工作参数确定。
10.一种调节可变排量发动机的转矩输出的方法，包括：
基于发动机工作参数计算转矩修正项；
确定所需的发动机转矩和估计的发动机转矩；
基于所述转矩修正项修正所述所需的发动机转矩，以提供修正的所需发动机转矩；
当所述发动机工作在断缸模式中时，基于所述修正的所需发动机转矩和所述估计的发动机转矩调节发动机转矩输出。
11.如权利要求10所述的方法，还包括修正所述估计的发动机转矩以提供修正的估计发动机转矩，其中所述发动机转矩输出基于所述修正的估计发动机转矩调节。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述转矩修正项包括转矩增益和转矩偏移量中的一个。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述发动机工作参数包括点火正时和凸轮相位器位置中的一个。
14.如权利要求10所述的方法，还包括当所述发动机工作在起动模式中时，基于所述所需的发动机转矩和所述估计的发动机转矩调节所述发动机转矩输出。
15.如权利要求10所述的方法，还包括基于所述估计的发动机转矩调节车辆系统的操作，而在发动机工作于所述断缸模式期间，基于所述修正的所需发动机转矩和修正的估计发动机转矩调节所述发动机输出转矩。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述车辆系统包括变速器。
17.如权利要求10所述的方法，其中所述所需的发动机转矩基于加速踏板输入确定。
18.如权利要求10所述的方法，其中所述估计的发动机转矩基于发动机工作参数确定。
19.一种调节可变排量发动机的转矩输出以延长发动机在断缸模式中的操作的方法，包括：
确定所需的发动机转矩和估计的发动机转矩；
确定所述发动机是否工作在所述断缸模式中；
当所述发动机工作在断缸模式中时，基于发动机工作参数计算转矩修正项；
基于所述转矩修正项修正所述所需的发动机转矩，以提供修正的所需发动机转矩；和
当所述发动机工作在断缸模式中时基于所述修正的所需发动机转矩和所述估计的发动机转矩调节发动机转矩输出。
20.如权利要求19所述的方法，还包括修正所述估计的发动机转矩以提供修正的估计发动机转矩，其中所述发动机转矩输出基于所述修正的估计发动机转矩被调节。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述转矩修正项包括转矩增益和转矩偏移量中的一个。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述发动机工作参数包括点火正时和凸轮相位器位置中的一个。
23.如权利要求19所述的方法，还包括当所述发动机工作在起动模式中时，基于所述所需的发动机转矩和所述估计的发动机转矩调节所述发动机转矩输出。
24.如权利要求19所述的方法，还包括基于所述估计的发动机转矩调节车辆系统的操作，而在发动机工作于所述断缸模式期间，基于所述修正的所需发动机转矩和修正的估计发动机转矩调节所述发动机输出转矩。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述车辆系统包括变速器。
26.如权利要求19所述的方法，其中所述所需的发动机转矩基于加速踏板输入确定。
27.如权利要求19所述的方法，其中所述估计的发动机转矩基于发动机工作参数确定。
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