CN101545410A - 用于贫当量比请求的储备扭矩 - Google Patents

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Abstract

用于贫当量比请求的储备扭矩：一种储备扭矩系统包括第一模块和储备扭矩模块。第一模块在被供应到发动机的空气/燃料混合物的当量比(EQR)从非贫EQR转变为贫EQR之前预定时段生成第一信号。储备扭矩模块在生成第一信号时与EQR转变为贫EQR时之间形成储备扭矩。

Description

用于贫当量比请求的储备扭矩
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2008年3月26日提交的美国临时专利申请61/039,524的权益。以上申请的公开内容全文在此通过引用并入本文。
技术领域
[0002]本公开内容涉及内燃机，且更具体地涉及扭矩补偿。
背景技术
[0003]在此提供的背景描述的目的在于总体上呈现本公开内容的应用环境。现有发明人在此背景部分中的描述的内容以及可能不适合于作为相对于提交日的现有技术的描述，并不是明确地或暗示地作为针对本公开内容的现有技术。
[0004]内燃机燃烧在缸内的空气和燃料的混合物以驱动活塞，从而产生驱动扭矩。进入发动机中的气流通过节气门调节。更具体地，节气门调节节流面积以增多或减少进入发动机的气流。当节流区域增大时，进入发动机的气流增多。燃料控制系统调节燃料注射速率以将所希望的空气/燃料混合物提供到缸。增多提供到缸的空气和燃料可以增加发动机的扭矩输出。
[0005]发动机控制系统已经被开发以控制发动机扭矩输出，从而实现所希望的扭矩。不过，传统的发动机控制系统不能以所希望的精度控制发动机扭矩输出。进一步地，传统的发动机控制系统不能提供所希望的对于控制信号的快速响应或者不能在影响发动机扭矩输出的各种装置中协调发动机扭矩输出。
发明内容
[0006]一种储备扭矩(reserve torque)系统，包括：第一模块和储备扭矩模块。第一模块在被供应到发动机的空气/燃料混合物的当量比(EQR)从非贫EQR转变为贫EQR之前预定时段生成第一信号。储备扭矩模块在第一信号生成时与EQR转变为贫EQR时之间形成储备扭矩。
[0007]在其它特征中，储备扭矩系统进一步包括：致动模块。致动模块在EQR转变为贫EQR之前增大至少一个发动机气流参数并延迟火花定时。
[0008]在其它特征中，致动模块保持至少一个发动机气流参数，直到EQR从贫EQR转变为第二非贫EQR。
[0009]在进一步的特征中，第一模块在第一时段中使EQR从非贫EQR转变为富EQR，并在第一时段之后的第二时段中使EQR从富EQR转变为贫EQR。非贫EQR是化学计量EQR。致动模块在第一时段之前增大至少一个发动机气流参数，并且保持所述至少一个发动机气流参数直到EQR从贫EQR转变为第二非贫EQR。
[0010]在进一步的特征中，致动模块在至少一个发动机气流参数增大时延迟火花定时，并在EQR从非贫EQR转变为富EQR时进一步延迟火花定时。
[0011]在其它特征中，第一模块基于贫EQR生成第二信号，储备扭矩模块基于第二信号形成储备扭矩。
[0012]在其它特征中，第一模块在储备扭矩形成之后使所述EQR转变为贫EQR。
[0013]在进一步的特征中，第一模块在第一信号生成之后预定时段使EQR转变为贫EQR。
[0014]在进一步的特征中，第一模块在EQR转变为贫EQR之后选择性地诊断与发动机相关的催化剂的故障。
[0015]在其它特征中，第一模块在EQR转变为贫EQR之后基于测得的排放气体的氧变化而选择性地诊断故障。
[0016]一种方法，包括：在被供应到发动机的空气/燃料混合物的当量比(EQR)从非贫EQR转变为贫EQR之前预定时段生成第一信号；和在生成第一信号时与EQR转变为贫EQR时之间形成储备扭矩。
[0017]在其它特征中，所述方法进一步包括：在EQR转变为贫EQR之前增大至少一个发动机气流参数；和在EQR转变为贫EQR之前延迟火花定时。
[0018]在其它特征中，所述方法进一步包括：保持至少一个发动机气流参数，直到EQR从贫EQR转变为第二非贫EQR。
[0019]在进一步的特征中，所述方法进一步包括：在第一时段中使EQR从非贫EQR转变为富EQR，其中，非贫EQR是化学计量EQR；在第一时段之后的第二时段中使EQR从富EQR转变为贫EQR；在第一时段之前增大至少一个发动机气流参数；和保持至少一个发动机气流参数直到EQR从贫EQR转变为第二非贫EQR。
[0020]在进一步的特征中，所述方法进一步包括：在至少一个发动机气流参数增大时延迟火花定时；和在EQR从非贫EQR转变为富EQR时进一步延迟火花定时。
[0021]在其它特征中，所述方法进一步包括：基于贫EQR生成第二信号；和基于第二信号形成储备扭矩。
[0022]在其它特征中，所述方法进一步包括：在形成储备扭矩之后使EQR转变为贫EQR。
[0023]在进一步的特征中，所述方法进一步包括：在生成第一信号之后预定时段使EQR转变为贫EQR。
[0024]在进一步的特征中，所述方法进一步包括：在EQR转变为贫EQR之后选择性地诊断与发动机相关的催化剂的故障。
[0025]在其它特征中，所述方法进一步包括：在EQR转变为贫EQR之后基于测得的排放气体的氧变化而选择性地诊断故障。
[0026]根据在下文中提供的详细描述，本公开内容的进一步的应用领域将变得显而易见。应理解的是，详细描述和具体示例仅用于例示，而不是用于限制本公开内容的范围。
附图说明
[0027]本公开内容通过详细描述和附图将变得更易于被全面理解，其中：
[0028]图1是根据本公开内容的原理的示例性发动机系统的功能结构图；
[0029]图2是根据本公开内容的原理的示例性发动机控制系统的功能结构图；
[0030]图3是根据本公开内容的原理的示例性储备扭矩系统的功能结构图；
[0031]图4是图示根据本公开内容的原理的储备扭矩系统所执行的示例性步骤的流程图；和
[0032]图5A-5E是根据本公开内容的原理的储备扭矩系统的操作的示例性图示。
具体实施方式
[0033]以下的描述实际上仅为示例性的，而绝不是用于限制本公开内容、其应用或使用。为了清楚，相同的附图标记将用于附图中以标识相似的元件。在此使用的表述A、B和C中的至少一种应被理解为是指使用非排斥性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应理解的是，方法中的各步骤可在不改变本公开内容的原理的情况下以不同顺序执行。
[0034]在此使用的术语“模块”是指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用处理器、专用处理器或分组处理器)、执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供所希望功能的其它适合部件。
[0035]发动机控制模块(ECM)控制在发动机内燃烧的空气/燃料混合物的当量比(EQR)。例如，ECM可基于在正常发动机操作过程中的化学计量EQR控制EQR。不过，在一些环境中，ECM可接收命令以将EQR调节至贫EQR(即，EQR<化学计量EQR)。
[0036]根据本公开内容的EQR在将EQR调节至贫EQR之前形成储备扭矩。更具体地，ECM增大至少一个发动机气流参数(例如，节流开口)并延迟火花定时，由此形成储备扭矩。这种储备扭矩可用于在EQR被调节至贫EQR时使扭矩输出平稳。如果没有储备扭矩，则在EQR转变为贫EQR时可能发生扭矩输出的下降(即，减小)。
[0037]在一些环境中，在EQR转变为贫EQR之前或之后，EQR可转变为富EQR(即，EQR>化学计量EQR)。在这样的环境中，根据本公开内容的ECM可在EQR转变为富EQR之前形成储备扭矩。如果EQR从贫EQR转变为富EQR，则已经增大的用于形成储备扭矩的发动机气流参数在富EQR过程中被保持，而火花定时被延迟。这种储备扭矩可之后用于在EQR从富EQR调节至化学计量EQR时使扭矩输出平稳。如果没有储备扭矩，则在EQR从富EQR转变为非富EQR(例如，化学计量EQR)时也可能发生扭矩输出的下降。
[0038]现在参见图1，其呈现出发动机系统100的功能结构图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于驾驶员输入模块104而燃烧空气/燃料混合物以产生车辆的驱动扭矩。发动机系统100可为混合动力车辆，例如串联型的混合动力车辆或并联型的混合动力车辆。空气经由节流阀112被吸入进气歧管110中。发动机控制模块(ECM)114命令节流致动器模块113调节节流阀112的开口，由此控制进入进气歧管110的气流。
[0039]空气从进气歧管110经由相关的进气阀118被吸入缸116中。虽然发动机102可包括多个缸，不过为了例示目的，仅显示出代表性的缸116。仅作为示例的是，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10、和/或12个缸。
[0040]ECM 114还控制燃料注射系统120所注射的燃料量。例如，燃料注射系统120可基于来自ECM 114的信号而注射燃料。ECM 114可通过调节信号的长度(即，脉宽)调节燃料注射量。在各实施方案中，燃料注射系统120在中心位置将燃料注射到进气歧管110中。在其它的实施方案中，燃料可在多个位置注射到进气歧管110中，例如在接近于每个缸的进气阀处注射。可替代地，燃料可直接注射到缸中。
[0041]注射燃料与空气混合并形成空气/燃料混合物。缸116内的活塞(未示出)压缩在缸116内的空气/燃料混合物。火花致动器模块125基于来自ECM 114的信号而使与缸116关联的火花塞128通电。以这种方式，ECM 114控制火花的定时(即，火花定时)。
[0042]火花定时可相对于活塞处于其最上位置的时刻而规定，所述最上位置被称为上顶点(TDC)，在这一位置，空气/燃料混合物被最大程度地压缩。仅作为示例的是，火花定时可设定于最小火花延迟(相对于TDC)，在这种最小火花延迟时，输出最大制动扭矩。这种火花定时被称为最大制动扭矩(MBT)火花定时。
[0043]空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下(即，远离TDC位置)，由此驱动旋转曲轴(未示出)。活塞然后开始再次向上移动并经由关联的排气阀122排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统124从车辆中排放。
[0044]排气系统124包括催化转化器126(CAT)。催化转化器126包括与排放气体的各种组分反应的一种或多种催化剂。氧传感器127U和127D测量排放气体中的氧浓度并分别位于催化转化器126的上游和下游。
[0045]进气凸轮轴129可控制进气阀118的开口，而排气凸轮轴130可控制排气阀122的开口。在各种实施方案中，多个进气凸轮轴可控制每个缸的多个进气阀和/或可控制多个缸组的进气阀。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个缸的多个排气阀和/或可控制多个缸组的排气阀。
[0046]进气阀118的开启时刻可通过进气凸轮相位器131而相对于活塞TDC变化。排气阀122的开启时刻可通过排气凸轮相位器132而相对于活塞TDC变化。相位器致动器模块134基于来自ECM 114的信号而控制进气凸轮相位器131和排气凸轮相位器132。
[0047]发动机系统100可包括将加压空气提供到进气歧管110的增压装置。例如，图1图示出涡轮增压器140。可替代地，发动机系统可包括将压缩空气提供到进气歧管110并由曲轴驱动的增压器(未示出)。
[0048]涡轮增压器140由流动通过排气系统124的被排放气体提供动力并将压缩空气充量提供到进气歧管110。用于产生压缩空气充量的空气可取自进气歧管110。空气的压缩和/或排气系统124的放热可加热压缩空气充量。还可包括中冷器以降低压缩空气充量的温度。
[0049]还可包括废气门142以允许排放气体绕过涡轮增压器140，从而减少涡轮增压器140的输出(或增压)。ECM 114通过增压致动器模块144控制涡轮增压器140。增压致动器模块144可通过控制废气门142的位置而调整涡轮增压器140的增压。
[0050]发动机系统100的各种控制机构(即，致动器)可改变发动机102的相应发动机参数。例如，节流致动器模块113可改变节流阀112的开口(即，致动器位置)。类似地，火花致动器模块125可控制对应于火花定时的致动器位置。
[0051]改变发动机参数的其它控制机构例如包括：相位器致动器模块134，增压致动器模块144，和燃料注射系统120。相对于这些控制机构的特定致动器位置可分别对应于进气和排气凸轮相位器角度、增压压力和EGR阀开口、以及燃料注射量。
[0052]各种传感器可用于测量发动机系统100中的各种发动机参数。ECM 114可使用来自传感器的信号进行发动机系统100的控制决定和/或调节致动器位置。传感器可包括：发动机输出速度(EOS)传感器150，歧管绝对压力(MAP)传感器154，和/或气流质量(MAF)传感器156。图1中未示出的其它传感器可例如包括：发动机冷却剂温度(ECT)传感器，油温度传感器，进气空气温度(IAT)传感器，和/或任何其它适合的传感器。
[0053]EOS传感器150基于曲轴的旋转而以转数/分钟(rpm)测量发动机102的输出速度。MAP传感器154测量进气歧管110内的压力。在各种实施方案中，可测量发动机真空，其中发动机真空是周围空气压力与进气歧管110内的压力之差。MAF传感器156测量进入发动机102中的空气的质量流速。虽然MAF传感器156图示位于节流阀112的上游，不过，MAF传感器156也可位于任何适合的位置，例如在与节流阀112的公共封装体中。
[0054]现在参见图2，其呈现出示例性的发动机控制系统200的功能结构图。ECM 114包括轴扭矩判定模块240，以在来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入与其它轴扭矩请求之间进行判定。例如，驾驶员输入可包括加速器踏板位置。轴扭矩请求可包括牵引控制系统在车轮打滑时的扭矩减小请求和/或巡航控制系统的用于控制速度的扭矩请求。
[0055]轴扭矩请求还可包括来自适应性巡航控制模块的请求，其可改变扭矩请求以保持预定的从动距离(predetermined followingdistance)。轴扭矩请求还可包括由于负车轮打滑所致的扭矩增大，例如当车辆相对于路面打滑而发动机102所产生的扭矩为负扭矩时。
[0056]轴扭矩请求还可包括制动扭矩管理请求和用于防止车辆的过速状况的扭矩请求。制动扭矩管理请求可减小发动机扭矩，以确保发动机扭矩不超过制动器的能力，从而当车辆停止时使车辆固定。轴扭矩请求也可通过底盘稳定性控制系统实现。
[0057]轴扭矩判定模块240输出预计扭矩和即时扭矩。预计扭矩是将在未来满足驾驶员扭矩请求和/或驾驶员速度请求所需的扭矩量。即时扭矩是此时满足临时扭矩请求所需的扭矩量。即时扭矩可使用快速响应的发动机致动器实现，而响应较慢的发动机致动器可用于实现预计扭矩。
[0058]例如，调节火花定时、燃料注射系统120所注射的燃料量、燃料注射时间、和/或缸的停用，可通过相对较短的时间段实现。因此，火花定时、燃料注射量、和/或燃料注射时间可被调节以提供即时扭矩。发动机气流致动器，例如凸轮相位器位置、节流阀112的开口、和增压，可能需要较长时间段进行调节(相对于快速致动器)。因此，节流阀致动器模块113、相位器致动器模块134、增压致动器模块144和/或其它发动机流速致动器可用于满足预计扭矩。
[0059]推进扭矩判定模块242在预计和即时扭矩与推进扭矩请求之间进行判定。推进扭矩请求可包括用于发动机过速保护的扭矩减小，在换挡过程中的扭矩减小，和/或用于防止失速的扭矩增大。推进扭矩请求还可包括来自速度控制模块的扭矩请求，速度控制模块可控制在空转时的EOS，限制EOS，和/或控制在减速时的EOS，例如，当驾驶员将其足部从加速器踏板移开时的EOS。推进扭矩请求还可包括离合器的燃料停止供应，这可当驾驶员在手动传动结构车辆中压下离合器踏板时减小发动机扭矩。
[0060]储备/载荷模块244基于储备扭矩请求而选择性地调节推进扭矩判定模块242所输出的预计扭矩请求。储备/载荷模块244也可基于载荷请求而选择性地调节即时扭矩请求。储备/载荷模块244将预计和即时扭矩请求输出到致动器模块246。
[0061]致动器模块246基于预计和/或即时扭矩请求而生成对致动器特定的扭矩请求。更具体地，致动器模块246确定如何使预计和即时扭矩请求最好地实现，并分别生成对致动器特定的扭矩请求。
[0062]例如，改变节流阀112允许宽范围的扭矩控制。不过，节流阀112的开启和关闭相对较慢。停用各缸允许宽范围的扭矩控制，不过可能产生可驱动性和排放的问题。改变火花定时相对较快，但不提供大范围控制。此外，火花(火花能力)的可控制量随着进入缸116的空气量的改变而改变。
[0063]致动器模块246生成空气扭矩请求，空气扭矩请求被传送到空气控制模块248。空气控制模块248基于空气扭矩请求确定用于发动机气流致动器的所希望致动器位置，并相应地生成信号。例如，空气控制模块248确定对应于可产生空气扭矩请求的节流阀112开口的所希望的面积。所希望的面积被输出到节流致动器模块113，节流致动器模块113基于所希望的面积调节节流阀112。
[0064]空气控制模块248还可基于空气扭矩请求而确定所希望的单缸空气(APC)。所希望的APC对应于可产生空气扭矩请求的缸116内的空气量。相位器计划模块250基于所希望的APC确定所希望的进气和排气凸轮相位器位置。相位器致动器模块134然后调节进气和排气凸轮相位器121和132以形成所希望的进气和排气凸轮相位器位置。
[0065]空气控制模块248也可基于空气扭矩请求确定所希望的MAP。所希望的MAP对应于可产生空气扭矩请求的MAP。所希望的MAP被输出到增压计划模块252，增压计划模块252基于所希望的MAP而控制增压致动器模块144。增压致动器模块144进而控制增压装置，例如涡轮增压器140和/或增压器。空气控制模块248也可确定对于诸如EGR系统之类的其它发动机气流致动器的所希望的参数。
[0066]空气控制模块248可基于所估计的发动机102的空气扭矩调节对于发动机气流致动器的扭矩请求。所估计的空气扭矩可呈现出发动机102在当前气流条件下能够即时产生的最大扭矩量。此最大扭矩量可在火花定时被设定于校准火花定时时实现。
[0067]扭矩估计模块254使用进气和排气凸轮相位器位置以及MAF信号确定估计空气扭矩。在其它实施方案中，扭矩估计模块254可使用实际的或测得的相位器位置。对扭矩估计的进一步论述可在名称为“用于发动机RPM和扭矩控制的扭矩估计器(Torque Estimator forEngine RPM and Torque Control)”的共同受让的美国专利No.6,704,638中获悉，该专利的公开内容在此通过引用而全文并入本文中。
[0068]致动控制模块246基于即时扭矩请求生成用于快速致动器的扭矩请求。例如，致动控制模块246将火花扭矩请求输出到火花控制模块256。火花控制模块256基于火花扭矩请求确定所希望的火花定时(例如，提前)。所希望的火花定时对应于可产生即时扭矩请求的火花定时。火花致动器模块125基于所希望的火花定时调节火花定时。致动模块246也可将扭矩请求输出到其它快速致动器，例如，缸停用系统(未示出)。
[0069]燃料/EQR控制模块258确定所希望的燃料量并将所希望的燃料量输出到燃料注射系统120。燃料注射系统120注射所希望的燃料量。所希望的燃料量对应于将具有所希望的当量比(EQR)的空气/燃料混合物提供到发动机102的燃料量。例如，在发动机正常操作过程中，燃料/EQR控制模块258大致确定所希望的燃料量以提供具有化学计量EQR(例如，EQR为1.0)的空气/燃料混合物。
[0070]给定空气/燃料混合物的EQR对应于所述空气/燃料混合物的相应燃料和空气的质量相对于化学计量的空气/燃料混合物的燃料和空气的质量的比率。仅作为示例的是，给定空气/燃料混合物的EQR可使用以下公式确定：
EQR = ( m fuel / m O 2 ) ( m fuel / m O 2 ) Stoich
其中，mfuel是燃料质量，mO2是空气质量，且Stoich是化学计量的空气/燃料混合物。
[0071]各种车辆系统可请求形成储备扭矩。储备扭矩可用于在扭矩可能发生波动(例如，下降)时使发动机102和/或EOS的扭矩输出平稳。仅作为示例的是，催化剂起燃系统可请求储备扭矩以执行催化剂起燃。储备/载荷模块244基于所请求的储备扭矩而选择性地调节预计扭矩请求，以允许实现所需的储备扭矩。
[0072]各种车辆系统也可请求用于发动机102的载荷的扭矩。例如，动力操控泵(未示出)辅助驾驶员操控车辆。不过，在辅助驾驶员时，动力操控泵将载荷施加于发动机102并从发动机102提取扭矩。因此，可进行载荷请求以补偿施加于动力操控泵的载荷。储备/载荷模块244可基于载荷请求而选择性地增大即时扭矩请求。
[0073]一种或多种车辆系统可命令在空气/燃料混合物中进行变化以例如执行诊断。例如，催化剂诊断模块260请求空气/燃料混合物中的变化。更具体地，催化剂诊断模块260命令进行EQR变化。在各种实施方案中，催化剂诊断模块260使EQR从化学计量EQR转变为富EQR(即，EQR>化学计量EQR)，从富EQR转变为贫EQR，和从贫EQR转变为回到化学计量EQR。在其它实施方案中，催化剂诊断模块260使EQR首先转变为贫EQR并之后转变为富EQR。
[0074]催化剂诊断模块260命令EQR变化以确定催化转化器126的氧存储容量和确定催化转化器126是否存在故障。可基于分别由上游和下游的氧传感器127U和127D提供的氧浓度测量值(OSU和OSD)确定故障。催化剂诊断操作的进一步论述可在2005年6月3日提交的共同受让的美国专利申请11/145,284中获悉，上述申请的公开内容在此明确地通过引用被全文并入本文。
[0075]现在参见图3，其呈现出示例性的储备扭矩系统300的功能结构图。根据本公开内容的储备/载荷模块244在执行贫EQR命令之前形成储备扭矩。虽然本公开内容的原理将在涉及来自催化剂诊断模块260的贫EQR命令的情况下论述，不过，本申请的原理也适应于将EQR调节至贫EQR的其它命令。
[0076]储备/载荷模块244包括预计扭矩模块302、即时扭矩模块304、和储备扭矩模块306。储备/载荷模块244还可包括定时器(未示出)。预计扭矩模块302和即时扭矩模块304分别从推进扭矩判定模块242接收预计扭矩请求和即时扭矩请求。
[0077]预计扭矩模块302基于来自推进扭矩判定模块242的预计扭矩请求而输出预计扭矩请求。类似地，即时扭矩模块304基于来自推进扭矩判定模块242的即时扭矩请求而输出即时扭矩请求。即时扭矩模块304可基于载荷请求而选择性地调节即时扭矩请求。
[0078]储备扭矩模块306基于储备扭矩请求而选择性地指示预定扭矩模块302调节(例如增大)预计扭矩请求。储备扭矩请求可包括：例如，用于空转、牵引控制、和/或传动相关的扭矩储备请求。其它储备扭矩请求可包括用于接合空调压缩器离合器、用于接合发电机(例如，交流发电机或带式交流发电机起动器)、用于加暖配发系统124的催化剂、和/或用于清除燃料系统内的滞留空气的储备扭矩请求。
[0079]储备扭矩模块306基于储备扭矩请求而确定所希望的储备扭矩。仅作为示例的是，所希望的储备扭矩可基于具有最大量级的一个储备扭矩请求而确定。可替代地，所希望的储备扭矩可被确定为一个或多个储备扭矩请求之和。
[0080]储备扭矩模块306将所希望的储备扭矩输出到预计扭矩模块302。预计扭矩模块302确定并输出预计扭矩请求以形成所希望的储备扭矩。更具体地，预计扭矩模块302基于所希望的储备扭矩而增大预计扭矩请求。仅作为示例的是，预计扭矩模块302可对所希望的储备扭矩和来自推进扭矩判定模块242的预计扭矩请求进行求和。
[0081]预计扭矩模块302将预计扭矩请求输出到致动模块246，致动模块246基于预计扭矩请求控制空气扭矩请求。因此，当请求储备扭矩时，致动模块246增大空气扭矩请求。空气控制模块248然后基于已增大的空气扭矩请求而增大一个或多个发动机气流参数(例如节流开口)。发动机102可产生的扭矩最大量(即，估计空气扭矩)也在已增大的发动机气流条件下增大。
[0082]为了补偿估计空气扭矩的增大，致动模块246减小火花扭矩请求，这导致火花控制模块256调节火花定时。更具体地，火花控制模块256延迟火花定时。以这种方式，火花定时被调节以补偿在已增大的发动机气流条件下可能发生的扭矩输出的增大。延迟火花定时以储备扭矩，这可通过提前火花定时而快速实现。
[0083]如前所述，催化剂诊断模块260请求储备扭矩以执行关于在催化转化器126内一种或多种催化剂的可靠性的诊断。催化剂诊断模块260可按照预定时刻进行这种诊断，例如当发动机102空转时进行诊断。仅作为示例的是，可在发动机102开动之后的预定时段请求诊断以及储备扭矩。诊断可通过以预定次序调节EQR而执行，所述次序例如从贫EQR至富EQR，或从富EQR至贫EQR。不过，将EQR从非贫EQR调节至贫EQR导致发动机102所输出扭矩的下降(即，减小)。
[0084]催化剂诊断模块260在执行催化剂诊断之前生成使能信号(即，Cat Enable)。更具体地，催化剂诊断模块260在EQR转变为贫EQR之前生成使能信号。催化剂诊断模块260还生成EQR信号(即，EQRCAT)，EQR信号对应于EQR将转变为的贫EQR。使能信号和EQR信号被提供到储备扭矩模块306。
[0085]根据本公开内容的储备扭矩模块306在使能信号被生成时确定用于贫EQR的所希望的储备扭矩。仅作为示例的是，用于贫EQR的所希望的储备扭矩可基于EQR将转变为的贫EQR确定。在各种实施方案中，可基于EQR索引的所希望的储备扭矩的查询表确定所希望的储备扭矩。仅作为示例的是随着所请求的贫EQR变得更贫，所希望的储备扭矩可增大。
[0086]储备扭矩模块306将用于贫EQR的所希望的储备扭矩输出到预计扭矩模块302，预计扭矩模块302基于所希望的储备扭矩而调节预计扭矩请求。以这种方式，储备扭矩模块306增大至少一种发动机气流参数以形成用于贫EQR的储备扭矩。
[0087]假定即时扭矩请求处于稳态，则致动模块246减小火花扭矩请求，这导致火花定时延迟。火花定时的延迟补偿了可能由于发动机气流参数增大所致的扭矩输出增大。当发动机气流参数增大时，EQR被保持在化学计量EQR。
[0088]当已经形成用于贫EQR的储备扭矩时，储备扭矩模块306允许EQR转变。仅作为示例的是，催化剂诊断模块260可假定在生成增大的预计扭矩请求之后预定时段已经形成储备扭矩。预定时段可基于例如储备扭矩的量级、预计扭矩请求的变化、空气扭矩请求的变化、贫EQR、和/或实现储备扭矩所必要的发动机气流参数的变化而确定。
[0089]催化剂诊断模块260通过燃料/EQR控制模块258调节EQR。更具体地，燃料/EQR控制模块258在催化剂诊断模块260命令下基于EQRCAT调节EQR。当燃料/EQR控制模块258基于催化剂诊断模块260的EQR命令而调节EQR时，燃料/EQR控制模块258可将对应于命令EQR的EQR信号传送到空气控制模块248。空气控制模块248可使用EQR信号以确保实现命令EQR。
[0090]燃料/EQR控制模块258也可在催化剂诊断模块260命令EQR转变时将源信号传送到空气控制模块248。源信号表示催化剂诊断模块260然后正在控制EQR。此后，空气控制模块248可忽略空气扭矩请求的任何变化，直到EQR控制返回正常操作。
[0091]现在参见图4，其呈现出图示由ECM 114执行的示例性步骤的方法400。在不改变本公开内容的原理的情况下，方法400的一个或多个步骤可被组合或同时执行。方法400可在ECM 114的一个或多个不同模块中执行。
[0092]控制器始于步骤402中，其中控制器确定是否存在贫EQR请求。如果为真，则控制器继续步骤404；否则，控制器停留在步骤402中。仅作为示例的是，贫EQR请求是使EQR改变为贫EQR(例如，EQR<化学计量EQR)的请求。贫EQR请求可例如来自催化剂诊断模块260。EQR也可在转变为贫EQR之前转变为富EQR。
[0093]在步骤404中，控制器基于所请求的贫EQR确定储备扭矩。控制器还命令在步骤404中形成储备扭矩。控制器在步骤406中继续，其中控制器调节一个或多个发动机气流参数和火花定时以形成储备扭矩用于所请求的贫EQR。更具体地，控制器增大发动机气流参数并延迟火花定时以形成储备扭矩。被调节的发动机气流参数可包括：节流开口面积，进气阀118和/或排气阀122的开口，增压装置，和/或其它的发动机气流参数。
[0094]控制器在步骤408中继续，其中控制器确定是否已经形成了储备扭矩。如果为真，则控制器进行至步骤410；否则，控制器返回到步骤406。仅作为示例的是，控制器可在命令形成储备扭矩之后经预定时段之后确定已经形成储备扭矩。可替代地，控制器可在即时扭矩与估计扭矩之差约等于储备扭矩时确定已经形成储备扭矩。
[0095]在步骤410中，将EQR调节至所请求的EQR。在一些环境中，例如对于催化剂诊断模块260的情况，控制器可将EQR调节至富EQR并之后转变为贫EQR。以这种方式，控制器在形成储备扭矩之后将EQR调节至贫EQR。换句话说，控制器形成用于贫EQR的储备扭矩先于将EQR调节至贫EQR。然后，储备扭矩可快速用于使发动机102和/或EOS的扭矩输出平稳。控制器在步骤412中继续，其中控制器确定贫EQR请求是否完成。如果为真，则控制器进行至步骤414；否则，控制器返回到步骤410并保持贫EQR。
[0096]在步骤414中，控制器返回正常操作并基于化学计量EQR调节EQR。然后控制结束。以这种方式，在EQR被控制在非化学计量EQR时，发动机气流参数保持不变。恒定的发动机气流参数基于针对贫EQR请求的原因而可能是所希望的。
[0097]仅作为示例的是，恒定发动机气流参数可有助于催化剂诊断，这是因为气流变化可能不正确地导致可归因于气流变化的对催化转化器126的诊断错误。图4显示出在步骤414之后控制结束，控制器可返回到步骤402，并在贫EQR请求生成时在发动机102的操作过程中连续重复图4中的步骤。
[0098]现在参见图5A-5E，其中呈现储备扭矩所采用的各种方式的示例性图示。示例性迹线502图示出被供应到发动机102的用于燃烧的空气/燃料混合物的EQR。示例性迹线504图示出用于贫EQR请求的使能信号的状态，例如来自催化剂诊断模块260的使能信号的状态。
[0099]示例性迹线506图示出发动机102的估计空气扭矩。估计空气扭矩506对应于发动机102在当前发动机气流条件下能够产生的最大扭矩量。示例性迹线508图示出空气扭矩请求。由于将空气摄入到发动机102(即，缸)中所必需的时段而导致延迟，因此，估计空气扭矩506通常滞后于空气扭矩请求508。示例性迹线510图示出基本(例如，空转)火花定时，示例性迹线512图示出火花定时。
[0100]在各实施方案中，储备扭矩可以当命令对贫EQR进行EQR变化时已经形成。例如，空转储备扭矩可以在执行催化剂诊断时存在。基本火花定时510表示适应于预先存在的储备扭矩(例如空转储备扭矩)的火花定时。火花定时512也可从MBT时间延迟到基本火花定时510，例如用于防止碰撞。
[0101]参见图5A，贫EQR请求504在时刻520之前生成，其表示即将进行的至贫EQR的过渡。确定所希望的储备扭矩，并且增大空气扭矩请求508。随发动机气流参数增大，估计空气扭矩506基于空气扭矩请求508而增大。火花定时512在估计空气扭矩506增大时延迟。
[0102]在一些情况下，可在EQR 502转变为贫EQR之前命令进行另一EQR变化。例如，在图5A中，在执行贫EQR命令之前命令EQR 502至富EQR(即，EQR>化学计量EQR)。EQR 502转变为富EQR在时刻520开始，时刻520是估计空气扭矩506达到空气扭矩请求508的时刻。
[0103]当估计空气扭矩506增大时，在时刻520之前供应到发动机102的富EQR将导致扭矩输出的增大。不过，火花定时512进一步延迟以补偿可能发生的扭矩输出的增大。以这种方式，所希望的储备扭矩在EQR转变为贫EQR之前形成。另外的储备扭矩(燃料储备扭矩)通过所供应的过量燃料而形成，从而形成富EQR。
[0104]在时刻522与524之间，EQR 502从富EQR转变为贫EQR。储备扭矩可用于使可能减小的扭矩输出变得平稳。换句话说，随着EQR向贫EQR转变，火花定时512提前以增长并使扭矩输出平稳。在转变过程中保持空气扭矩请求508。以这种方式，发动机气流参数在转变过程中保持不变。
[0105]从时刻526开始，EQR 502转变回到化学计量EQR(即，EQR约为1.0)。空气扭矩请求508减小，估计空气扭矩506减小，火花定时512延迟。EQR 502在时刻528处达到化学计量EQR，而估计空气扭矩506向空气扭矩请求508减小。火花定时512提前以补偿可能由于发动机气流参数减小所致的扭矩输出的减小。图5A中所例示的方式可能需要火花定时显著延迟，并可能降低燃料效率。不过，可在EQR502转变过程中保持发动机气流参数。
[0106]参见图5B，仍然在执行贫EQR命令之前命令EQR 502至富EQR。不过，在图5B中，当富EQR供应到发动机102时，空气扭矩请求508不增大。而是，所供应的燃料量增大，由此形成富EQR。火花定时512在EQR 502转变为富EQR时延迟，由此形成储备扭矩(燃料储备扭矩)。
[0107]在时刻532，生成贫EQR请求504，表示EQR即将转变为贫EQR。因此，空气扭矩请求508增大以形成用于贫EQR的储备扭矩。随着发动机气流参数的增大，估计空气扭矩506基于空气扭矩请求508而增大。在时刻532与534之间，火花定时512提前，其中利用由富EQR形成的储备扭矩。
[0108]EQR 502在时刻534之后开始转变为贫EQR，火花定时512进一步提前以补偿可能由于贫EQR所致的扭矩输出的减小。在时刻536之后，当扭矩输出稳定化时，火花定时512可然后返回到基本(即空转)火花定时510。
[0109]图5B中所例示的方式可能需要火花定时512提前超过基本火花定时510。这样的提前可影响采用基本火花定时510的系统。此外，发动机气流参数在EQR 502为贫EQR时变化(增大)。不过，在EQR502为富EQR时保持发动机气流参数可能提高燃料效率。
[0110]现在参见图5C，仍然在执行贫EQR请求504之前命令EQR502至富EQR。在时刻540之前，EQR 502转变为富EQR。为了补偿可能发生的扭矩输出的增大，火花定时512在EQR 502增大时延迟，由此形成储备扭矩(燃料储备扭矩)。不过，在富EQR过程中保持空气扭矩请求508。
[0111]在时刻542实施贫EQR请求504，空气扭矩请求508增大。发动机气流参数和估计空气扭矩506相应地向空气扭矩请求508增大。当发动机气流参数增大时，火花定时512延迟，由此增大储备扭矩。以这种方式，用于贫EQR的储备扭矩在EQR转变为贫EQR之前形成。
[0112]估计空气扭矩506在时刻546达到空气扭矩请求508。EQR502转变为贫EQR从时刻546开始。随着EQR 502转变为贫EQR，当EQR 502达到贫EQR时，火花定时512提前，直到时刻548。
[0113]图5C中所例示的方式可提高燃料效率，这是因为在时刻542之前保持空气扭矩请求508和发动机气流参数。此外，在EQR 502为贫EQR时保持发动机气流参数。不过，命令EQR 502至贫EQR的时刻可能需要延迟，以形成储备扭矩。
[0114]不同于图5A-5C的是，在图5D中，EQR 502可在被命令至富EQR之前被命令至贫EQR。贫EQR请求504在时刻550实施，且空气扭矩请求508增大。估计空气扭矩506相应地增大，火花定时512延迟以补偿可能发生的扭矩输出的增大。这种火花定时512的延迟伴随增大的发动机气流参数一起，形成用于贫EQR的储备扭矩。
[0115]在时刻552，即，估计空气扭矩506达到空气扭矩请求508时，EQR 502转变为贫EQR。此时，火花定时512提前以增大扭矩输出并且补偿可能由于贫EQR转变所致的减小。保持空气扭矩请求508和火花定时512，直到时刻554，此时EQR 502从贫EQR转变。在时刻554，随着发动机气流参数减小而减小空气扭矩请求508并调节火花定时512，以使扭矩输出平稳。
[0116]现在参见图5E，类似于图5D，在EQR 502转变为富EQR之前命令进行贫EQR。在时刻560之前，实施贫EQR请求504。空气扭矩请求508增大。估计空气扭矩506相应地增大，火花定时512延迟，由此形成用于即将进行的贫EQR的储备扭矩。
[0117]从时刻560开始，EQR 502转变为贫EQR。在转变过程中，储备扭矩用于补偿可能发生的扭矩输出滞后。更具体地，火花定时512提前，其补偿可能由于贫EQR所致扭矩输出的减小。在此后始于时刻562的EQR转变为富EQR的过程中，始终保持空气扭矩请求508。当EQR 502转变为富EQR时，火花定时512延迟以补偿可能发生的扭矩输出的增大。
[0118]现在，本领域技术人员根据以上描述可认识到，可通过各种形式实施本公开内容的广义教示。因此，虽然本公开内容仅包括具体的示例，但本公开内容的实际范围不应仅限于此，在获悉附图、说明书和所附权利要求书之后，其它的修改方式对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

Claims (20)

1、一种储备扭矩系统，包括：
第一模块，用于在被供应到发动机的空气/燃料混合物的当量比(EQR)从非贫EQR转变为贫EQR之前预定时段生成第一信号；和
储备扭矩模块，其在所述第一信号生成时与所述EQR转变为所述贫EQR时之间形成储备扭矩。
2、根据权利要求1所述的储备扭矩系统，进一步包括：致动模块，其在所述EQR转变为所述贫EQR之前增大至少一个发动机气流参数并且延迟火花定时。
3、根据权利要求2所述的储备扭矩系统，其中，所述致动模块保持所述至少一个发动机气流参数，直到所述EQR从所述贫EQR转变为第二非贫EQR。
4、根据权利要求3所述的储备扭矩系统，其中，所述第一模块在第一时段中使所述EQR从所述非贫EQR转变为富EQR，并在所述第一时段之后的第二时段中使所述EQR从所述富EQR转变为所述贫EQR，
其中，所述非贫EQR是化学计量EQR，所述致动模块在所述第一时段之前增大所述至少一个发动机气流参数，并且保持所述至少一个发动机气流参数直到所述EQR从所述贫EQR转变为所述第二非贫EQR。
5、根据权利要求4所述的储备扭矩系统，其中，所述致动模块在所述至少一个发动机气流参数增大时延迟所述火花定时，并在所述EQR从所述非贫EQR转变为所述富EQR时进一步延迟所述火花定时。
6、根据权利要求1所述的储备扭矩系统，其中，所述第一模块基于所述贫EQR生成第二信号，其中，所述储备扭矩模块基于所述第二信号形成所述储备扭矩。
7、根据权利要求1所述的储备扭矩系统，其中，所述第一模块在所述储备扭矩形成之后使所述EQR转变为所述贫EQR。
8、根据权利要求1所述的储备扭矩系统，其中，所述第一模块在所述第一信号生成之后预定时段使所述EQR转变为所述贫EQR。
9、根据权利要求1所述的储备扭矩系统，其中，所述第一模块在所述EQR转变为所述贫EQR之后选择性地诊断与所述发动机相关的催化剂的故障。
10、根据权利要求9所述的储备扭矩系统，其中，所述第一模块在所述EQR转变为所述贫EQR之后基于测得的排放气体的氧变化而选择性地诊断所述故障。
11、一种方法，包括：
在被供应到发动机的空气/燃料混合物的当量比(EQR)从非贫EQR转变为贫EQR之前预定时段生成第一信号；和
在生成所述第一信号时与所述EQR转变为所述贫EQR时之间形成储备扭矩。
12、根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
在所述EQR转变为所述贫EQR之前增大至少一个发动机气流参数；和
在所述EQR转变为所述贫EQR之前延迟火花定时。
13、根据权利要求12所述的方法，进一步包括：保持所述至少一个发动机气流参数，直到所述EQR从所述贫EQR转变为第二非贫EQR。
14、根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
在第一时段中使所述EQR从所述非贫EQR转变为富EQR，其中，所述非贫EQR是化学计量EQR；
在所述第一时段之后的第二时段中使所述EQR从所述富EQR转变为所述贫EQR；
在所述第一时段之前增大所述至少一个发动机气流参数；和
保持所述至少一个发动机气流参数直到所述EQR从所述贫EQR转变为所述第二非贫EQR。
15、根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
在所述至少一个发动机气流参数增大时延迟所述火花定时；和
在所述EQR从所述非贫EQR转变为所述富EQR时进一步延迟所述火花定时。
16、根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
基于所述贫EQR生成第二信号；和
基于所述第二信号形成所述储备扭矩。
17、根据权利要求11所述的方法，进一步包括：在形成所述储备扭矩之后使所述EQR转变为所述贫EQR。
18、根据权利要求11所述的方法，进一步包括：在生成所述第一信号之后预定时段使所述EQR转变为所述贫EQR。
19、根据权利要求11所述的方法，进一步包括：在所述EQR转变为所述贫EQR之后选择性地诊断与所述发动机相关的催化剂的故障。
20、根据权利要求19所述的方法，进一步包括：在所述EQR转变为所述贫EQR之后基于测得的排放气体的氧变化而选择性地诊断所述故障。
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