CN101265850B - 基于扭矩的燃料切断 - Google Patents

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Abstract

提供了一种基于扭矩的燃料切断。其中，一种发动机控制系统包括：基于充量能量估计扭矩输出的发动机扭矩模块；和基于扭矩输出控制燃料切断和调节对于发动机的点火正时的气缸模式模块。

Description

基于扭矩的燃料切断 
技术领域
本公开内容涉及发动机控制系统和方法，更具体来讲，涉及用以基于发动机扭矩控制燃料切断的系统和方法。 
背景技术
本节中的陈述仅提供涉及本公开内容的背景信息，并不可以构成现有技术。 
传统内燃机系统在发动机的扭矩需求为零或低于零时停止气缸的燃料供应。发动机系统的这种控制特性有时被称为减速断油(DFCO)。DFCO为发动机系统提供了在驱动循环期间冷却系统的一个或多个催化转化器的机会和减少燃料消耗的机会。 
主动式燃料管理发动机在特定的低负载运行工况下减活一个或多个气缸。例如，8缸发动机可采用4个气缸运转来通过减小泵损提高燃料经济性。使用全部气缸的运转工况被称为“启用”模式。反之，使用少于发动机全部气缸的运转工况(即，一个或多个气缸未被启动)被称为“停用(deactivated)”模式。 
在停用模式中，燃料未被传输到选择的气缸。结果，可用以驱动车辆传动轴系和配件(例如，交流发电机，冷却剂泵，A/C压缩机)的驱动扭矩较少。但是，由于停用的气缸未吸入和压缩新鲜进气而降低了空气泵损，结果使发动机效率得以提高。 
利用用于DFCO或AFM的切断对于气缸的燃料供应的潜在益处的机会由于对于与转换进入和转换出零燃料模式相关联的可操纵性的顾虑而减少。 
发明内容
因而，提供了一种发动机控制系统。该系统包括：基于充量能量(charge energy)估计扭矩输出的发动机扭矩模块；和基于扭矩输出控制燃料切断和对发动机点火正时的气缸模式模块。 
在其它特性中，提供了一种控制对于内燃机的燃料切断的方法。该方法包括：基于充量能量估计扭矩输出；和基于估计的扭矩输出和排气氧气含量控制对发动机的燃料切断。 
可应用到的其它领域根据这里提供的描述将变得显而易见。应明白的是，本描述和特定实例仅是为了说明的目的，并不是为了限定本公开内容的范围。 
附图说明
在这里描述的附图只是为了说明的目的，并不是为了限定本公开内容的范围。 
图1是说明发动机系统的功能框图。 
图2是说明基于扭矩的燃料切断(FCO)系统的数据流图。 
图3是说明发动机扭矩模块的数据流图。 
图4是说明泵工作模块的数据流图 
图5是说明基于扭矩的FCO方法的流程图。 
具体实施方式
下面的描述在本质上只是示例性的，并不是为了限定本公开内容、应用或使用。应明白的是，在全部附图中，相应的标号指代类似或相应的零件和特征。如在这里所使用的那样，用语模块指：特定用途集成电路(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、专用或集群)和存储器；组合逻辑电路；和/或其它提供所描述的功能的合适的部件。 
现在参考图1，发动机系统10包括：燃烧空气和燃料混合物以产 生驱动扭矩的发动机12。空气通过节气门16被吸入进气歧管14。节气门16调节进入进气歧管14的质量空气流量。在进气歧管14中的空气被分配进入气缸18。尽管说明了四个气缸，但可明白的是，发动机12可具有多个气缸，包括但不局限于：2、3、5、6、8、10、12和16气缸。虽然所示的气缸18采用直列式结构，可明白的是，气缸18可备选地采用V-形结构实现。 
燃料喷射器20喷射与空气混合的燃料，燃料在空气通过进气口被吸入气缸18时与空气混合。进气阀22有选择地打开和关闭，以使空气/燃料混合物进入气缸18。进气阀位置由进气凸轮轴24调节。活塞(未示出)压缩在气缸18里面的空气/燃料混合物。火花塞26启动空气/燃料混合物的燃烧，驱动在气缸18中的活塞。活塞驱动曲轴(未示出)，以产生驱动扭矩。在气缸18中的燃烧排气在排气阀30处于打开位置时通过排气歧管28被挤出。排气阀位置由排气凸轮轴32调节。排气在排气系统中被处理。虽然说明了单个进气阀和排气阀22、30，但可明白的是，发动机12可每个气缸18包括多个进气阀和排气阀22、30。 
发动机系统10可包括：分别调节进气和排气凸轮轴24、32的旋转正时的进气凸轮相位器(未示出)和/或排气凸轮相位器(未示出)。更具体来讲，各个进气和排气凸轮轴24、32的正时和相位角可相对于相互之间或相对于气缸18中的活塞位置或曲轴位置被延迟或提前。用这种方法，进气阀和排气阀22、30的位置可相互之间相对调节或相对于气缸18中的活塞位置调节。通过调节进气阀22和排气阀30的位置，摄入进气缸18的空气/燃料的量和发动机扭矩由此被调节。 
控制模块40基于一个或多个传感器输入控制发动机系统10的其中一个或多个前述部件。质量空气流量传感器42基于流进发动机12的空气质量产生空气流量信号。歧管绝对压力传感器44基于在进气歧管14内的绝对压力产生MAP信号。发动机冷却剂温度传感器46基于发动机12内的冷却剂流体的温度产生冷却剂温度信号。发动机 速度传感器48基于曲轴(未示出)的转速产生发动机速度信号。大气压力传感器50基于空气的压力产生大气压力信号。控制模块40接收上面提到的信号，并基于在这里公开的基于扭矩的燃料切断方法和系统来控制流向气缸18的燃料和空气。 
现在参考图2，数据流图说明了可以被嵌入进控制模块40的基于扭矩的燃料切断(FCO)系统的各种实施例。依据本公开内容的基于扭矩的FCO系统的各种实施例可以包括任意数目的嵌入进控制模块40的子模块。所示的子模块可以被组合和/或进一步分割，以同样地控制发动机12。FCO系统的输入可以被从发动机系统10(图1)中感知、从其它控制模块(未示出)中接收到、和/或由在控制模块40中的其它子模块(未示出)确定。在各种实施例中，图2的控制模块包括：发动机扭矩模块52；和气缸模式模块54。 
发动机扭矩模块52接收每气缸燃料(FPC)58、点火正时60、发动机速度(RPM)62、寄生负载(LOAD)64、歧管绝对压力(MAP)68、大气压70、冷却剂温度72和空气流量74作为输入。发动机扭矩模块52通过估计充量能量并基于上面提供到的输入来估计扭矩输出56。更具体来讲，发动机扭矩模块52基于FPC 58和点火60估计充量能量；基于充量能量估计指示的基础扭矩；并基于MAP 68和大气压70估计泵送功。发动机扭矩模块基于指示的扭矩、泵送功和修正摩擦项来近似估计扭矩输出56。摩擦项基于在已知负载状况时的扭矩需求被适当修改。摩擦项可被基于冷却剂温度72、空气流量74、发动机速度62和寄生负载64确定。 
气缸模式模块54使用扭矩输出56来确定提供在停用和全启用燃料模式之间的无缝转换所需要的扭矩管理或扭矩平滑的程度。燃料切断模式76被基于扭矩输出56和车速66有选择的确定。使用可用的充量能量作为控制扭矩输出56的主要控制参数消除了作为在FCO模式转换期间可能的负面影响的流量变化。通过修改所需的点火正时可获得在扭矩上的更多粒度(granularity)。这将允许在排气氧气含量被 排气排放约束进行限制时启动更多气缸。 
现在参考图3，数据流图更详细的说明了发动机扭矩模块52的各种实施例。如可理解的那样，所示的子模块可以被组合和/或进一步分割，以同样地估计扭矩输出56。在各种实施例中，发动机扭矩模块52包括：指示的扭矩模块80；泵送功模块82；摩擦功模块84；和扭矩输出模块86。指示的扭矩模块80基于燃料能量和发动机排量估计平均指示的扭矩88。尤其是，指示的扭矩基于每气缸每循环的燃料(FPC)58、点火正时(SPK)位置60、燃料热值(HEAT)、发动机排量(DISP)、每转气缸数(CYLS)和每循环的转数(REVS)估计出。在各种实施例中，指示的扭矩(IMEP)可基于下面的方程估计出： 
IMEP＝FPC(Gain)*ThermalEff(SPK)(Gain)*HEAT/DISP*CYLS*REVS 
控制化学计量充量的发动机系统基于实际气缸空气流量估计FPC量。空气流量的测量或计算直接与给定工况所需要的燃料供及成比例。这种关系允许控制模块40在降低气缸燃料供应期间通过代入修正的空气/循环/气缸(APC)至指令的A/F比来估计充分供应燃料的发动机的扭矩输出。配置有AFM硬件的发动机在AFM硬件被启动时使用补偿的流量计算。 
泵送功模块82基于MAP 68和排气背压来估计泵送功。大气压力70可在FCO作用期间所经历的低流量条件下成为排气背压的可胜任的取代者。更为精确的泵送计算可基于如图4中示出的泵送功系统进行。图4的数据流图说明了泵送功模块82的各种实施例。如可理解的那样，所示的子模块可以被组合和/或进一步分割，以同样地估计泵送功。 
图4的更为复杂的泵送功模块82可被用来估计包括可变气门正时或变化的升程曲线的泵送功90。更具体来讲，进气功104和排气功110被分开估计并与泵送功90相关联。进气功104由进气功模块94 基于凸轮模式100、进气凸轮位置(ICP)102和MAP 68估计。排气功110由排气功模块96基于排气凸轮位置106、大气压力70和排气背压108估计。进气功104和排气功110然后由加法器模块98加在一起，以等于泵送功90。 
回头参考图3，摩擦功模块84基于发动机速度62和冷却剂72估计摩擦功92。摩擦功模块通过测量发动机在受控状态(例如，发动机怠速、空档和空调关闭)下的能量需求适当修正估计的摩擦功92。摩擦功92可基于负载64和空气流量74而被修正。扭矩输出模块86基于指示的扭矩(IMEP)88、泵送功(PMEP)90、摩擦功(FMEP)92和寄生负载(LOAD)64估计扭矩输出56。在各种实施例中，扭矩输出模块86基于下面的方程估计扭矩输出(TRQ_OUT)： 
TRQ_OUT＝(IMEP-PMEP-FMEP)*DISP-LOAD 
其中，DISP为每个气缸的排量。 
现在参考图5，数据流图说明了可以由控制模块40执行的基于扭矩的FCO方法的各种实施例。本方法可以在发动机运转期间周期性的运行。在200处，指示的扭矩基于充量能量估计。在210处，泵送功基于MAP和大气压力进行估计。在220处，摩擦功基于发动机速度和冷却剂温度进行估计，而在230处，扭矩输出基于指示的扭矩、泵送功和摩擦功进行估计。在240处，气缸模式基于扭矩输出进行控制。 
本领域技术人员现在可根据前面的描述明白本公开内容的主要技术可用各种形式实现。因此，虽然在这里结合特定的实例描述本公开内容，本公开内容的实际范围并不仅限于此，这是因为技术人员在学习了附图、说明书和所附的权利要求之后，其它的修改将是清楚明了的。 

Claims (17)

1.一种发动机控制系统，包括：
发动机扭矩模块，其基于充量能量估计指示的扭矩，并且还基于指示的扭矩、泵送功和摩擦功估计扭矩输出；和
气缸模式模块，其基于扭矩输出控制燃料切断并调节对发动机的点火正时。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，发动机扭矩模块基于每气缸燃料(FPC)、首选的点火正时位置(SPK)、燃料热值(HEAT)、发动机排量(DISP)、每转气缸数(CYLS)和每循环转数(REVS)估计指示的扭矩。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，发动机扭矩模块基于下面的方程估计指示的扭矩(IMEP)：
IMEP＝FPC(Gain)*ThermalEff(SPK)(Gain)*HEAT/DISP*CYLS*REVS。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，发动机扭矩模块基于冷却剂温度和发动机速度估计摩擦功。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，发动机扭矩模块基于负载修正摩擦功。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，发动机扭矩模块基于歧管绝对压力和大气压力估计泵送功。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，发动机扭矩模块基于排气功和进气功估计泵送功，进气功基于凸轮模式、进气凸轮位置和歧管绝对压力估计，并且排气功基于排气凸轮位置、大气压力和排气背压估计。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，发动机扭矩模块基于充量能量估计指示的扭矩，并基于指示的扭矩(IMEP)、泵送功(PMEP)、摩擦功(FMEP)、发动机排量(DISP)和负载(LOAD)及下面的方程来估计扭矩输出(TRQ_OUT)：
TRQ_OUT＝(IMEP-PMEP-FMEP)*DISP-LOAD。
9.一种控制对内燃机的燃料切断的方法，包括：
基于充量能量估计指示的扭矩，并基于指示的扭矩、泵送功和摩擦功估计扭矩输出；然后
在控制排气氧气含量的同时基于估计的扭矩输出控制燃料切断并调节对发动机的点火正时。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于每气缸燃料(FPC)、点火正时位置(SPK)、燃料热值(HEAT)、发动机排量(DISP)、每转气缸数(CYLS)和每循环转数(REVS)估计指示的扭矩。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，估计指示的扭矩(IMEP)是基于下面的方程：
IMEP＝FPC(Gain)*ThermalEff(SPK)(Gain)*HEAT/DISP*CYLS*REVS。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于冷却剂温度和发动机速度估计摩擦功。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于负载修改摩擦功。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于歧管绝对压力和大气压力估计泵送功。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于歧管绝对压力和排气背压估计泵送功。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于排气功和进气功估计泵送功，进气功基于凸轮模式、进气凸轮位置和歧管绝对压力估计，并且排气功基于排气凸轮位置、大气压力和排气背压估计。
17.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述估计扭矩输出还包括：基于指示的扭矩(IMEP)、泵送功(PMEP)、摩擦功(FMEP)、气缸排量(DISP)和负载(LOAD)以及下面的方程估计扭矩输出(TRQ_OUT)：
TRQ_OUT＝(IMEP-PMEP-FMEP)*DISP-LOAD。
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