CN101382092A - 估计带进排气凸轮相位器的发动机容积效率的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及估计带进排气凸轮相位器的发动机容积效率的系统和方法。发动机控制模块包括表，该表基于发动机的进气和凸轮相位器都处于驻停位置时的发动机速度和负载来产生驻停的VE估计。计算模块基于所述驻停VE估计及所述进气和排气凸轮相位器不在驻停位置时的所述发动机速度和负载使用数学关系计算VE估计。

Description

估计带进排气凸轮相位器的发动机容积效率的系统和方法
[0001]本申请要求于2007年7月20日提交的美国临时申请No.60/961,546的优先权。上述申请的内容通过参考并入本文。
技术领域
[0002]本发明涉及发动机控制系统，尤其涉及用于具有进气和排气凸轮相位器的发动机的发动机控制系统。
背景技术
[0003]这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并且可以不构成现有技术。
[0004]在四冲程非增压发动机中，进气循环期间各气缸可吸入的理论最大空气量等于气缸的工作容积。由于曲轴每转两圈各气缸都具有一个进气冲程，所以曲轴每转期间吸入的理论最大空气量等于其排量的一半。发动机吸入的实际空气量与理论最大值相比称为容积效率(VE)。
[0005]确定发动机可产生的扭矩量和产生最大扭矩时的RPM具有许多因素。一个决定性的因素就是发动机可吸入气缸的空气量。VE与最大扭矩之间存在密切的关系。通常，峰值VE时的RPM与扭矩峰值时的RPM相同。
[0006]已经对没有进气和排气凸轮相位器的发动机使用查寻表计算VE。当添加进气和排气凸轮相位器时，查寻表是不方便的。可使用数学关系来处理具有进气和排气凸轮相位器的VE的复杂性。但是，数学关系往往增加了标定工作和时间。还会降低精度。
发明内容
[0007]一种发动机控制模块，包括表，该表基于发动机的进气和凸轮相位器都处于驻停位置时的发动机速度和负载来产生驻停VE估计。计算模块基于所述驻停VE估计及所述进气和排气凸轮相位器不在驻停位置时的所述发动机速度和负载使用数学关系计算VE估计。
[0008]在其它特征中，加法模块基于第一数学关系产生加法项。所述第一数学关系基于歧管绝对压力(MAP)、发动机速度(RPM)、进气凸轮相位器(ICAM)位置和排气凸轮相位器(ECAM)位置。所述第一数学关系为：
fadd(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝b1ICAM+b2ECAM+b3ICAM*ECAM+b4ICAM2+b5ECAM2+b6ICAM*MAP+b7ECAM*MAP+b8RPM*ICAM+b9RPM*ECAM+b10RPM*MAP*ICAM*ECAM
其中b1...10为标定系数。
[0009]在其它特征中，所述计算模块可包括乘法模块，其基于第二数学关系产生乘法项。所述第二数学关系基于歧管绝对压力(MAP)、发动机速度(RPM)、进气凸轮相位器(ICAM)位置和排气凸轮相位器(ECAM)位置。所述第二数学关系为：
fmult(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝1+a1ICAM+a2ECAM+a3ICAM*ECAM+a4ICAM2+a5ECAM2+a6ICAM*MAP+a7ECAM*MAP+a8MAP2*ICAM*ECAM+a9RPM*ICAM*ECAM+a10RPM2*ICAM*ECAM
其中a1...10为标定系数。
[0010]在其它特征中，所述计算模块包括VE计算模块，其基于所述驻停VE估计、所述加法项和所述乘法项使用第三数学关系计算所述VE估计。所述第三数学关系为：
VE＝VEparkedx fmult+fadd
其中所述加法项为fadd，所述乘法项为fmult。
[0011]在其他特征中，发动机控制模块可以基于VE调节至少一个发动机参数。发动机控制模块可以基于VE估计来计算气缸质量空气流量、扭矩和空燃比中的至少一个。
[0012]根据本文中所提供的描述可清楚应用性的其它方面。应当理解，其描述和具体实施例公仅为了示意性目的，并不是不是限制本公开的范围。
附图说明
[0013]本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围。
[0014]图1为根据本公开的典型发动机系统的功能框图；
[0015]图2示出了计算VE的方法；
[0016]图2A示出了包括VE估计模块的典型控制模块；
[0017]图2B示出了包括VE估计模块、气缸MAF估计模块和A/F估计模块的典型控制模块；
[0018]图3为进气和排气凸轮在驻停位置时的典型VE函数的曲线图；
[0019]图4为当进气凸轮处于全提前而排气凸轮处于其驻停位置的典型VE函数的曲线图；
[0020]图5为当进气凸轮驻停而排气凸轮全延迟时的典型VE函数的曲线图；
[0021]图6为进气凸轮全提前而排气凸轮驻停时的典型VE函数与两个凸轮都驻停时的典型VE函数之间的典型差的曲线图；
[0022]图7为排气凸轮全延迟而进气凸轮驻停时的典型VE函数与两个凸轮都驻停时的典型VE函数之间的典型差的曲线图；以及
[0023]图8为实际VE值与根据本公开估计的VE之间误差的柱状图。
具体实施方式
[0024]实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为简便起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。
[0025]本公开使用查寻表确定凸轮相位器处于“驻停”位置的VE。然后使用数学函数表示进气和排气凸轮相位器效果。该数学函数可基于发动机速度、负载、进气凸轮轴位置、排气凸轮轴位置和/或其它感测的或建模的变量。由于该数学函数仅必须表示进气和排气凸轮相位器的效果，所以标定更加简单、更加精确。
[0026]发动机控制模块中的VE实时估计确保了对发动机的正确气缸空气量估计。气缸空气量估计确保了燃烧期间的正确空气/燃料比控制，并可用于满足排放和驾驶性要求。发动机控制模块基于VE估计调节至少一个发动机参数。例如，发动机控制模块基于VE估计计算气缸质量空气流量、扭矩和/或空气/燃料比中的至少一个。
[0027]对于没有凸轮相位器的发动机，VE可表示为发动机速度(RPM)与负载(通常由歧管压力(MAP)、节气门位置或其它参数表示)的函数。在这些情形下，因为知道有效的标定方法，所以广泛地使用查寻表方法。具有进气和排气凸轮相位器，VE可表示为RPM、MAP、和凸轮位置(进气凸轮位置为ICAM，排气凸轮位置为ECAM)的函数。在这些情形下可使用查寻表，但是高维度的表往往标定和存储的成本都很高。
[0028]对于具有进气和排气凸轮相位器的发动机，可使用VE的数学近似。尽管这些数学函数更加容易标定和存储，但是VE表不再是标定处理的一部分。许多标定器具有经验操作的VE表，以达到发动机控制目标。当VE通过函数表示时，标定器通常不熟悉操作VE函数。此外，许多函数近似方法存在精度问题，或者需要大量的参数，提高了标定和存储器存储的成本。
[0029]本公开描述了保持查寻表及数学函数表示法的优点但削减其缺点的表示VE的混合方法。
[0030]现在参考图1，示出了具有进气和排气凸轮相位器的典型发动机系统。发动机系统10包括燃烧空气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吸入进气歧管14。节气门16调节流入进气14的质量空气流量。进气歧管14内的空气分配进气缸18。虽然只示出了一个气缸18，但发动机系统19可使用在具有多个气缸的发动机中，包括，但不限于，2、3、4、5、6、8、10和12个气缸。
[0031]当空气通过进气口吸入气缸18时，燃料喷射器(未示出)喷射燃料，与空气混合。燃料喷射器可为与电子式或机械式燃料喷射系统20相连的喷射器、化油器或用于将燃料与进气混合的其它系统的喷嘴或口。燃料喷射器控制成在各气缸18内提供所需的空气-燃料(A/F)比。
[0032]进气门22有选择的打开和关闭，以使空气/燃料混合物能够进入气缸18。进气门位置由进气凸轮轴24调节。活塞(未示出)压缩气缸18内的空气/燃料混合物。火花塞26点燃空气/燃料混合物，驱动气缸18内的活塞。活塞驱动曲轴(未示出)，产生驱动扭矩。当排气门28处于打开位置时，气缸18内的燃烧废气排出排气口。排气门位置由排气凸轮轴30调节。排气在排气系统中进行处理，再释放到大气。虽然只示出了一个进气门22和一个排气门28，但是应当理解，发动机12每个气缸18可包括多个进气门22和多个排气门28。
[0033]发动机系统10还包括分别调节进气凸轮轴24和排气凸轮轴30的旋转正时和/或升程的进气凸轮相位器32和排气凸轮相位器34。更具体地，进气和排气凸轮轴24、30的正时可相对于彼此或相对于气缸18内的活塞位置或曲轴位置延迟或提前。这样，可相对于彼此或气缸18内的活塞位置调节进气和排气门22、28的位置。通过调节进气门22和排气门28的位置，可调节吸入气缸18的空气/燃料混合物的量。另外，可调节通过排气门28排出的废气量。
[0034]控制模块40基于加速踏板(未示出)的位置和节气门位置传感器(TPS)42产生的节气门位置信号产生节气门控制信号。节气门致动器基于节气门控制信号调节节气门位置。节气门致动器可包括电机或步进电机，其提供节气门位置的有限控制和/或粗调。控制模块40还调节燃料喷射系统20和凸轮轴相位器32、34，如下面所进一步描述的。
[0035]进气温度(IAT)传感器44响应于进气流的温度产生进气温度信号。质量空气流量(MAF)传感器46响应于进气流量产生MAF信号。歧管绝对压力(MAP)传感器48响应于进气歧管14内的压力产生MAP信号。发动机冷却剂温度传感器50响应于冷却剂温度产生发动机温度信号。发动机速度传感器52响应于发动机12的转速产生发动机速度信号。传感器产生的各信号都由控制模块40接收。
[0036]控制模块40可控制火花塞点火的正时和/或能量。可相对于气缸18内的活塞位置和相对于进气门22和/或排气门28的位置提前或延迟所述正时。控制模块40估计VE，以确保发动机的正确气缸空气量估计。气缸空气量估计用于确保正确的空气/燃料(A/F)比控制，该控制可用于满足排放和驾驶性能需求。发动机控制模块基于VE估计调节至少一个发动机参数。例如，发动机控制模块基于VE估计计算气缸质量空气流量、扭矩和空气/燃料比中的至少一个。
[0037]实际上发动机系统10仅仅是示意性的。例如，发动机系统10可包括其它传感器、使用涡轮增压器或增压器的强制进气、和/或其它变形。
[0038]控制模块40使用查寻表与数学函数的组合来估计VE。控制模块40使用下述公式来估计VE：
VE(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝VEparked(MAP，RPM)×fmult(ICAM，ECAM，MAP，RPM)+fadd(ICAM，ECAM，MAP，RPM)
fmult(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝1+a1ICAM+a2ECAM+a3ICAM*ECAM+a4ICAM2+a5ECAM2+a6ICAM*MAP+a7ECAM*MAP+a8MAP3*ICAM*ECAM+a9RPM*ICAM*ECAM+a10RPM2*ICAM*ECAM
fadd(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝b1ICAM+b2ECAM+b3ICAM*ECAM+b4ICAM2+b5ECAM2+b6ICAM*MAP+b7ECAM*MAP+b8RPM*ICAM+b9RPM*ECAM+b10RPM*MAP*ICAM*ECAM
[0039]例如，查寻表(上面的VEparked)可基于发动机负载(例如MAP)和发动机速度(例如RPM)。所述表表示曲轴相位器处于驻停位置时的发动机的VE。
[0040]数学函数包括乘法项(fmult)和加法项(fadd)。两项都可为发动机负载(MAP)、发动机速度(RPM)、进气凸轮位置(ICAM)、排气凸轮位置(ECAM)和/或其它参数的函数。两个函数都可包括标定参数(乘法项为ax值，加法项为by值)。
[0041]现在参考图2，示出了估计VE的方法。在步骤110中，通过基于至少一个测量的或估计的值来访问查寻表，从而估计VEparked。例如，可基于发动机负载和速度(例如，MAP和/或RPM)来访问查寻表。在步骤114中，计算乘法因数fmult。在步骤116中，计算加法因数fadd。在步骤118中，基于VEparked、fmult和fadd计算最终的VE值。
[0042]发动机控制模块基于VE估计调节至少一个发动机参数。例如，发动机控制模块基于VE估计计算气缸质量空气流量、扭矩和空气/燃料比中的至少一个。例如，控制模块40可以使用估计VE计算MAF、A/F比和/或扭矩。控制模块40调节燃料、点火和/或其它发动机运行值，以调节发动机系统10的运行。
[0043]现在参考图2A，控制模块40可包括VE估计模块140。VE估计模块140可包括执行VEparked查寻的查寻表150。加法因数计算模块154基于各种输入参数计算fadd。例如，输入参数可包括MAP、RPM、ICAM和ECAM。乘法因数模块156基于各种输入参数计算fmult。例如，输入参数可包括MAP、RPM、ICAM和ECAM。VE计算模块158基于VEparked、fadd和fmult计算VE。VE计算模块158、乘法因数模块156和加法因数模块154可总地称为计算模块159。
[0044]现在参考图2B，控制模块40可使用VE估计模块140输出的VE作为气缸MAF估计模块164的输入，气缸MAF估计模块164基于此及一个或多个其它参数计算MAFcyl。空气/燃料(A/F)估计模块170接收MAFcyl及一个或多个其它输入参数，并基于此计算A/F比。
[0045]现在参考图3-7，VE图具有主要通过当凸轮处于驻停位置时的响应确定的响应。但是，VE图在非驻停凸轮位置和驻停位置之间的差是很大的。
[0046]在图3中，示出了当两个凸轮都处在驻停位置时内燃机的典型VE函数。在图4中，示出了当进气凸轮全提前而排气凸轮处于驻停位置时的内燃机的典型VE函数。在图5中，示出了当进气凸轮驻停而排气凸轮全延迟时的内燃机的典型VE函数。
[0047]在图6中，示出了进气凸轮全提前而排气凸轮驻停时的典型VE函数与两个凸轮都驻停时的典型VE函数之间的差。在图7中，示出了排气凸轮全延迟而进气凸轮驻停时的典型VE函数与两个凸轮都驻停时的典型VE函数之间的差。
[0048]在图8中，示出了实际VE值与模拟VE值之间的误差柱状图。模型的系数可以选择成使实际VE与模拟VE之间的差最小。
[0049]根据本公开的系统和方法的具体优点包括超过现有VE表示法的精度和减小的标定工作。该方法还减小了存储和/或处理的功率需求。本公开可容易地使用在控制模块中。

Claims (20)

1.一种发动机控制模块，包括:
表，其基于发动机的进气和凸轮相位器处于驻停位置时的发动机速度和负载来产生驻停VE估计；以及
计算模块，其基于所述驻停VE估计及所述进气和排气凸轮相位器不在驻停位置时的所述发动机速度和负载使用数学关系计算VE估计。
2.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中所述计算模块包括:
加法模块，其基于第一数学关系产生加法项。
3.如权利要求2所述的发动机控制模块，其中所述第一数学关系基于歧管绝对压力(MAP)、发动机速度(RPM)、进气凸轮相位器(ICAM)位置和排气凸轮相位器(ECAM)位置。
4.如权利要求3所述的发动机控制模块，其中所述第一数学关系为:
fadd(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝b1ICAM+b2ECAM+b3ICAM*ECAM+
b4ICAM2+b5ECAM2+b6ICAM*MAP+b7ECAM*MAP+b8RPM*ICAM+
b9RPM*ECAM+b10RPM*MAP*ICAM*ECAM
其中b1...10为标定系数。
5.如权利要求2所述的发动机控制模块，其中所述计算模块包括:
乘法模块，其基于第二数学关系产生乘法项。
6.如权利要求5所述的发动机控制模块，其中所述第二数学关系基于歧管绝对压力(MAP)、发动机速度(RPM)、进气凸轮相位器(ICAM)位置和排气凸轮相位器(ECAM)位置。
7.如权利要求6所述的发动机控制模块，其中所述第二数学关系为:
fmult(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝1+a1ICAM+a2ECAM+a3ICAM*ECAM+
a4ICAM2+a5ECAM2+a6ICAM*MAP+a7ECAM*MAP+a8MAP2*ICAM*ECAM+
a9RPM*ICAM*ECAM+a10RPM2*ICAM*ECAM
其中a1...10为标定系数。
8.如权利要求5所述的发动机控制模块，其中所述计算模块包括:
VE计算模块，其基于所述驻停VE估计、所述加法项和所述乘法项使用第三数学关系计算所述VE估计。
9.如权利要求8所述的发动机控制模块，其中所述第三数学关系为:
VE＝VEparked x fmult + fadd
其中所述加法项为fadd，所述乘法项为fmult。
10.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中所述发动机控制模块基于所述VE估计计算气缸质量空气流量、扭矩和空气/燃料比中的至少一个。
11.一种方法，包括:
提供表，该表基于发动机的进气和凸轮相位器处于驻停位置时的发动机速度和负载来输出驻停VE估计；以及
基于所述驻停VE估计及所述进气和排气凸轮相位器不在驻停位置时的所述发动机速度和负载使用数学关系计算VE估计。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述计算包括基于第一数学关系产生加法项。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一数学关系基于歧管绝对压力(MAP)、发动机速度(RPM)、进气凸轮相位器(ICAM)位置和排气凸轮相位器(ECAM)位置。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一数学关系为:
fadd(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝b1ICAM+b2ECAM+b3ICAM*ECAM+
b4ICAM2+b5ECAM2+b6ICAM*MAP+b7ECAM*MAP+b8RPM*ICAM+
b9RPM*ECAM+b10RPM*MAP*ICAM*ECAM
其中b1...10为标定系数。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述计算包括基于第二数学关系产生乘法项。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述第二数学关系基于歧管绝对压力(MAP)、发动机速度(RPM)、进气凸轮相位器(ICAM)位置和排气凸轮相位器(ECAM)位置。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第二数学关系为:
fmult(ICAM，ECAM，MAP，RPM)＝1+a1ICAM+a2ECAM+a3ICAM*ECAM+
a4ICAM2+a5ECAM2+a6ICAM*MAP+a7ECAM*MAP+a8MAP2*ICAM*ECAM+
a9RPM*ICAM*ECAM+a10RPM2*ICAM*ECAM
其中a1...10为标定系数。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述计算包括基于所述驻停VE估计、所述加法项和所述乘法项使用第三数学关系计算所述VE估计。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第三数学关系为:
VE＝VEparked x fmub + fadd
其中所述加法项为fadd，所述乘法项为fmult。
20.如权利要求11所述的方法，还包括基于所述VE估计计算气缸质量空气流量、扭矩和空气/燃料比中的至少一个。
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