CN101576016A - 用于扭矩估计和控制的气缸燃料供应协调 - Google Patents

用于扭矩估计和控制的气缸燃料供应协调 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于扭矩估计和控制的气缸燃料供应协调，具体而言一种发动机控制系统，包括扭矩控制模块以及燃料供应控制模块。扭矩控制模块根据扭矩请求，在多缸发动机中选择性地产生第一个气缸的停用信号。燃料供应控制模块根据停用信号停止对该第一个气缸的燃料输送。扭矩控制模块在发动机燃料供应控制模块停止对第一个气缸的燃料喷射之后的第一时间时增大点火提前角。第一时间与因第一个气缸中燃料输送被停止而不再发火燃烧的初始时间相对应。

Description

用于扭矩估计和控制的气缸燃料供应协调
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2007年11月5日提出的，申请号为No.60/985,533的美国临时申请的优先权，上述申请所公开的内容在本申请中以引用的方式并入。
技术领域
[0002]本发明涉及扭矩估计和控制，尤其涉及协调扭矩估计和控制中的气缸燃料供应和点火定时。
背景技术
[0003]此处提供的背景描述是用来大致介绍本公开的内容。就在该背景技术部分中描述的范围来说，本发明人的工作，以及在提出时不能作为现有技术的一些描述，既不明确的也不含蓄的表示为本公开的现有技术。
[0004]经常通过测力计在发动机所有气缸都供应燃料时收集扭矩模型数据。然而，当前的一些发动机通过停用一部分气缸来降低泵送损失以及提高燃料经济性。例如，可以停用八缸发动机中的四个气缸，以减少泵送损失。另外，为了降低燃料消耗，一些发动机在减速时可能停用发动机所有的气缸。还有，在所有气缸都被停用时发动机泵送损失以及滑动摩擦可以产生一个负扭矩(制动扭矩)以帮助汽车减速。为了适应此种类型的发动机，对扭矩的估计和控制做出调节，以此来计算出实际供应燃料的缸数。
[0005]起用的(供应燃料)气缸产生的扭矩可以称为指示扭矩或气缸扭矩。飞轮扭矩可以通过在指示扭矩上减去滑动摩擦，泵送损失，以及附加负载来确定。因此，在一种部分气缸停用时估计扭矩的方法中，用供应燃料气缸的分数乘以指示扭矩来确定部分指示扭矩。用供应燃料的气缸数除以气缸总数产生所述分数。在部分气缸被停用的状况下，从部分指示扭矩中减去滑动摩擦，泵送损失，以及附加负载来估计飞轮处的平均扭矩(制动扭矩)。
发明内容
[0006]一种发动机控制系统包括扭矩控制模块和燃料供应控制模块。扭矩控制模块根据扭矩请求，选择性地产生发动机的多个气缸中的第一个气缸的停用信号。燃料供应控制模块根据停用信号停止对该第一个气缸的燃料输送。扭矩控制模块在燃料供应控制模块停止对第一个气缸喷射燃料之后的第一时间时增大发动机点火提前角。所述第一时间与第一个气缸中因停止燃料输送而不再发生燃烧的初始时间相对应。
[0007]本发明进一步的应用范围在下文提供的详细描述中将变得显而易见。可以理解，详细描述以及具体示例仅出于图示说明的目的，并不旨在限定本发明的保护范围。
附图说明
[0008]通过详细描述以及相应的附图，可以充分理解本发明，其中：
[0009]图1是在示例性的四缸发动机中减小的扭矩请求以及相应的停用气缸和点火提前的图解；
[0010]图2是在示例性的V8发动机中气缸事件定时的图解；
[0011]图3是示例性的发动机系统的功能框图；
[0012]图4是示例性的发动机控制系统的功能框图；
[0013]图5是图4中示例性的发动机控制系统元件的功能框图；和
[0014]图6是描述由图5所示元件执行的协调气缸停用和点火提前的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
[0015]下列描述性质上仅为示例性的，在任何情况下都不作为对本公开、本申请以及用途的限定。为了清楚起见，在附图中同样的附图标记被用来表示相似的元件。在此所用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当解释为使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法的步骤可以以不同顺序执行的不会改变本发明原理。
[0016]在此所用的术语“模块”是指特定应用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或是群组的)和存储器，组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其他适当元件。
[0017]在内燃机中，燃料和点火是相对快速的执行器。术语“快速”是相对于空气流(其可以作为空气/缸进行测量)而言，空气流随着节流阀开启或关闭缓慢变化。从一个或多个气缸取消燃料供应(停用气缸)以及减小(延迟)点火提前都可以用来使制动扭矩快速改变。
[0018]在控制内燃机时，可以请求快速改变至最小扭矩。发动机在所有气缸都工作的状态下可以产生的最小扭矩由在所有气缸中能够维持充分燃烧所需的最小空气流量来限定。为了进一步减小发动机的扭矩，停用气缸。
[0019]发动机减速时，例如驾驶员将他的脚从加速踏板上移开时，产生最小扭矩请求。在下坡行驶时最小扭矩尤其有助于发动机制动。发动机停机时可以平稳过度至最小发动机停机扭矩，如在混合动力应用中。例如，在混合动力应用中，当车辆要停下来时，发动机。当手动变速器上的离合器踏板被踩下时，也可以利用快速扭矩减小来阻止发动机转速急剧升高(engine flare)。
[0020]为了使扭矩逐步减小，可以逐个关闭气缸。然而，扭矩的突变会通过机架传输，可以察觉到噪音、振动、以及性能恶化的问题。为了产生一个平稳的扭矩变化过程，可以将气缸停用和点火提前相结合，以使扭矩平稳地降低，而没有断点出现。为了获得这样的平稳响应，点火提前与气缸停用紧密同步。
[0021]取代在气缸停用时经历突变扭矩降低，点火系统可以在该气缸停用的同时提前点火。增大的点火提前角抵消了因气缸停用导致的扭矩降低。随后点火提前角可以被降至较小的值。
[0022]此时，可以关闭下一个气缸，随之相应地增大另一个点火提前角。可以这样对每一个气缸重复，当气缸停用时以点火提前角的增大来使转换过程平稳。当气缸重新再次起用时可以运用相似的方案来使扭矩平稳增大。例如，当内燃机在混合动力应用中重新起动或者在下坡时驾驶员重新踩上加速踏板时，可以运用该方案。
[0023]图1示出了一个策略示例，其中点火提前抵消了因气缸停用而导致的扭矩减小。图1也示出了当指令气缸停用时和气缸实际停用时的不同。因为气缸停用和点火提前的密切结合关系，图1表示了点火提前是如何受到实际气缸停用延迟影响的。
[0024]除了用于扭矩控制的点火提前和气缸停用之间的协调外，该协调在估计扭矩时也是有用的。扭矩估计用来控制发动机参数，以及被混合动力控制器用来确定电机请求的当前或未来扭矩。如果扭矩估计功能接收到气缸停用的通知，而没有收到相应增大点火提前的通知，扭矩估计可能错误地估计出负的扭矩尖峰。
[0025]所以，当控制系统能够与相应点火提前同时提供气缸停用信息时，扭矩估计就能够合并这两个变化的组合效果。图2给出了一个用于V8发动机的示范性气缸点火图谱，该图阐明了为什么在气缸停用指令和气缸实际停止之间会有延迟。
[0026]图3描述了燃料控制与点火控制协调的发动机系统。图4描述了发动机系统中的控制模块的示范性的元件。图5更详细地描述了在示范性的发动机系统里，用来协调燃料供应和点火提前的某些元件。图6描述了用于确定和应用协调的燃料供应和点火提前参数的示范性控制步骤。
[0027]现在参看图1，图示了在示范性的4缸发动机中，关于减小扭矩请求，气缸停用，以及点火提前的图形描述。扭矩请求始于最小空气扭矩，在此示例中为-10Nm。该最小空气扭矩代表当所有气缸都处于供应燃料状态且向气缸供给正常燃烧的最小空气量时所产生的扭矩。
[0028]扭矩下降然后减小直至达到最小发动机停机扭矩，在本示例中为-30Nm。在最小发动机停机扭矩时，没有燃料供应给气缸因此没有扭矩产生。负扭矩由发动机内的摩擦力引起，还由来自于活塞吸入，压缩，以及排出空气时产生的泵送损失而引起。
[0029]也显示了在发动机有3、2或者1个气缸工作时的近似平均扭矩，分别是-15Nm、-20Nm和-25Nm。在t1时刻，指令气缸数从4个降为3个。在延迟10之后，实际起用的气缸数从4个降为3个。
[0030]在t2时刻，指令起用的气缸数从3个降为2个。在延迟20之后，实际起用的气缸数从3个降为2个。如图1中所示，延迟，如图中的延迟10和20，不必相等。这将在随后关于图2的内容中解释。
[0031]图1也示出了一个不相协调的点火提前，该点火提前基于指令的起用气缸数来设定。所以，在t1时刻，不协调的点火提前加大，抵消了由于气缸减少而引起的扭矩减小。然而，由于气缸在延迟10之后才实际停用，不协调的增大点火提前将引起一个发动机扭矩的尖峰。点火提前随后降至一个最小值，此时下一个气缸可能波停用。该最小值代表能够维持稳定燃烧的最小点火提前。
[0032]示出了协调的点火提前，在实际供应燃料的气缸数减少时加大点火提前。基于协调的点火和燃料供应控制而得到的扭矩估计曲线(未示出)将相当平稳。这是因为在点火控制借助于新近更新的点火提前提供扭矩估计时，扭矩估计接收减少的气缸数。作为对比，与不协调的点火提前相应的扭矩估计曲线(未示出)在每个气缸被停用时将会有一个向下的扭矩尖峰。
[0033]现在参看附图2，该附图给出了在一个示范性的V8发动机中气缸事件定时的图形描述。在图2的顶部是一个方波图，它表示曲轴轮上的齿。X轴表示曲轴转角，因为曲轴每转两转气缸点火一次，所以X轴的表示范围是从0到720度。8个气缸用从A到H的字母标示出。曲轴的齿上示出了两个间隙，一个在D缸的上止点(TDC)处和一个在H缸的上止点处。这些间隙可以用来同步曲轴信号。活塞位于其最顶端位置的时刻，即在该点处空气/燃料混合物被最大程度地压缩，称为TDC。
[0034]图2的左边重复图2右边的一部分曲轴周期。这可以解释为什么H缸的TDC同时出现在图中的左右两边。可以在规定时刻对每个气缸进行点火定时控制。例如这些事件可以限定在每个气缸的TDC前72°或73.5°。
[0035]示出了每个气缸的四冲程(进气，压缩，做功和排气)时间线。这些气缸以点火次序从上到下设定为A到H。在每条时间线的左边给出了实际气缸序号。
[0036]进气冲程的终点被定义为相应的进气阀关闭的时刻。燃料分界点表示在该进气冲程中从燃料喷射器排出的燃料进入到燃烧室的最后时刻。通常，这将稍微比进气冲程的终点早一些。在燃料直接被喷入燃烧室的应用中，燃料分界点可以是在进气冲程的终点时或者是该点之后。
[0037]在燃料分界点之后，相应气缸的燃料喷射器可以开始为下一个进气冲程喷射燃料。燃料喷射器可以在排气冲程期间喷射雾化燃料，从而在进气阀打开的时候缸内燃料-空气混合物准备就绪。燃料可以喷射更早一些，例如在压缩或做功冲程中，以此来允许更多的空气和燃料混合和/或允许更多的时间来喷射更多量的燃料。
[0038]由于可以喷射燃料的时间周期长，所以可以在燃料边界点处停止向气缸供应燃料。所以，当接收停用第1气缸的请求时，第1气缸的燃料喷射器在下一个燃料边界点到来之前并不停止。如果请求在稍晚于燃料边界点时收到，在燃料边界点再次到来之前曲轴要旋转将近两周。
[0039]即使燃料喷射器在燃料边界点后被禁用，燃烧室内已经包含先前喷射的燃料。所以利用先前喷射的燃料进行压缩、做功、以及排气冲程。当下次进气冲程到来时，由于最后四个冲程燃料喷射器已经被禁用，所以只有很少或者没有燃料。
[0040]这时，燃烧室内仅包含空气。压缩冲程中压缩气缸内的空气，在做功冲程中，没有燃料空气混合物点燃。这是实际实现由于停用气缸而减小扭矩的时刻。
[0041]如图2所示的示范性的定时图，第8气缸在第1气缸将点火之前点火，而第2气缸在第1气缸将点火之后点火。可以借助于第8气缸点火开始提前点火，或者也可以借助于第2气缸点火开始提前点火。在四缸应用中，可能没有足够的时间对第1气缸之前点火的气缸来进行提前点火。在这种情况下，就对在第1气缸之后点火的气缸进行提前点火。
[0042]点火提前角可以通过跟随扭矩指令逐渐被减小，该指令是到下一缸被停用时应用扭矩模型得到。现在就可以理解图1中可变延迟。如果气缸的燃料分界点后马上就接收该气缸停用请求，在该气缸的燃料喷射器被禁用之前曲轴还要转过两周。在随后曲轴旋转两周期间，先前喷入的燃料被燃烧和排出。接下来的进气和压缩冲程发动机以没有喷射燃料的空气运行。在做功冲程，进气冲程之后的曲轴转动一周，气缸内没有可以空气/燃料混合物点燃，因此发动机的平均扭矩下降。
[0043]另一方面，如果正好在供应燃料分界点之前接收到气缸停用指令，当燃料边界点到来时，该气缸的燃料喷射器被禁用。于是在曲轴旋转两转之后，进气冲程吸入空气，曲轴再旋转一转之后，空气混合物不被点燃。因而，图1中表示的可变延迟会在三转和五转的曲轴转角之间变化。
[0044]现在参看附图3，图示了示范性的发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机基于驾驶员输入模块104燃烧空气/燃料混合物来产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节流阀112被吸入进气歧管110。ECM114指令节流阀致动器模块116，以调整节流阀112的开度，从而控制被吸入进气歧管110的空气量。
[0045]来自于进气歧管110的空气被吸入发动机102气缸内。虽然发动机102包括多个气缸，但是为了图示，示出了单个代表性的气缸118。例如，该发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10、和/或12个气缸。ECM 114可以指令气缸致动器模块120来选择性地停用一些气缸，用以提高燃料经济性。
[0046]进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入气缸118中。ECM 114通过燃料喷射系统124来控制燃料喷射量，以达到期望的空燃比。燃料喷射系统124可以将燃料喷入进气歧管110的中间位置，或者可以在多个位置处向进气歧管110内喷射燃料，如每个气缸的进气阀附近。选择性地，燃料喷射系统124也可以将燃料直接喷入气缸。气缸致动器模块120控制燃料喷射系统124将燃料喷入哪些气缸。
[0047]喷出的燃料与空气混合而在气缸118内产生空气/燃料混合物。气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于ECM114产生的信号，点火致动器模块126激励气缸118内的火花塞128，火花塞点燃空气燃料混合物。点火定时可以相对于TDC指定。
[0048]空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下运动，从而驱动旋转的曲轴(未示出)。随后活塞开始重新向上运动，通过排气阀130排出燃烧产物。燃烧产物通过排气系统134从车辆排出。
[0049]进气阀122通过进气凸轮轴140控制，排气阀130通过排气凸轮轴142控制。在不同的实施方式中，多个进气凸轮轴可以控制每个气缸的多个进气阀，和/或可以控制多组气缸的进气阀。类似的，多个排气凸轮轴可以控制每个气缸的多个排气阀，和/或可以控制多组气缸的排气阀。气缸致动器模块120可以通过切断燃料和点火和/或禁用其排气和/或进气阀来停用气缸。
[0050]可以通过进气凸轮移相器148使进气阀122打开的时刻相对于活塞TDC进行改变。可以通过排气凸轮移相器150使排气阀130打开的时刻相对于活塞TDC进行改变。移相器致动器模块158基于来自ECM114的信号来控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。
[0051]发动机系统100可以包括给进气歧管110提供压缩空气的增压装置。例如，图1图示了一个涡轮增压器160。涡轮增压器160由流过排气系统134的排气驱动，并向进气歧管110提供压缩空气充量。涡轮增压器160可以在空气到达进气歧管110之前对其进行压缩。
[0052]废气门164允许排气旁通涡轮增压器160，因此降低了涡轮增压器的输出(或增压)。ECM114通过增压致动器模块162控制涡轮增压器160。增压致动器模块162可以通过控制废气门164的位置来控制涡轮增压器160的增压。
[0053]中间冷却器(未示出)可以驱散一些增压空气充量的热量，该热量由于空气被压缩和由于接近排气系统134的一部分空气而产生。可替代的发动机系统可以包括一个由发动机曲轴驱动的，给进气歧管110提供压缩空气的增压器。
[0054]发动机系统100可以包括一个排气再循环(EGR)阀170，该阀可以选择性地使排出的排气改向回到进气歧管110。在不同的实施方式中，EGR阀170可以设置在涡轮增压器160之后。发动机系统100可以用RPM传感器180，以每分钟转数(RPM)为单位来测量曲轴的转速。发动机冷却液的温度可以用发动机冷却液温度(ETC)传感器182测出。ETC传感器182可以位于发动机102之内，或者位于冷却液循环经过的其它位置，如散热器(未示出)。
[0055]进气歧管110内的压力可以通过歧管绝对压力(MAP)传感器184来测得。在不同的实施方式中，可以测量发动机真空度，即环境压力和进气歧管110内的压力的差值。流入进气歧管110的空气质量可以用空气质量流量(MAF)传感器186测得。在不同的实施方式中，MAF传感器186可以被置于节流阀112的罩中。
[0056]节流阀致动器模块116可以通过一个或多个节流阀位置传感器(TPS)190来监控节流阀112的位置。被吸入发动机系统100的环境空气的温度可以用进气空气温度(IAT)传感器192来测得。ECM114使用各传感器传来的信号来作出发动机系统100的控制决定。
[0057]ECM114可以与变速器控制模块194进行通讯，以协调变速器内的换档(未示出)。例如，ECM114可以在换档期间降低扭矩。ECM114可以与混合动力控制模块196进行通讯，以协调发动机102和电机198的运行。电机198也可以用作发电机，此时可以用来产生电能被车辆电气系统使用和/或储存于电池中。在不同的实施方式中，ECM114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196可以被集成为一个或几个模块。
[0058]为抽象地概括发动机102的各种控制机构，每一个改变发动机参数的系统可以被称为致动器。例如，节流阀致动器模块116可以改变阀片位置，所以可以改变节流阀112的开口面积。因此可以把节流阀致动器模块116称作是一个致动器，节流阀开口面积可以被称为是致动器位置或致动器值。
[0059]同样，点火致动器模块126也可以被称作是一个致动器，而相关的致动器位置可以是点火提前量。其它的致动器可以包括增压致动器模块162、EGR阀170、移相器致动器模块158、燃料喷射系统124、以及气缸致动器模块120。关于这些致动器的致动器位置分别指增压压力、EGR阀开度、进气和排气凸轮相位角、空燃比、以及起用的气缸数。
[0060]现在参看附图4，图示了示例性的发动机控制系统的功能框图。发动机控制模块(ECM)300包括轮轴扭矩裁定模块304。轮轴扭矩裁定模块304裁定来自于驾驶员输入模块104的驾驶员输入以及其它的轮轴扭矩请求。例如，驾驶员输入可以是加速踏板位置。
[0061]其它轮轴扭矩请求可以包括车轮滑动期间由牵引控制系统请求的扭矩减小，以及控制巡航控制系统的速度的扭矩请求。扭矩请求可以包括目标扭矩值和变化速率请求，如使扭矩逐渐减小至最小发动机停机扭矩或从最小发动机停机扭矩逐渐增大。
[0062]轮轴扭矩请求还可以包括来自于自适应巡航控制模块的请求，该控制模块可以改变扭矩请求以维持预定跟随距离。轮轴扭矩请求还可以包括因负车轮滑动而引起的扭矩的增加，例如在发动机提供的扭矩是负值时当车辆轮胎在地面上滑动时。
[0063]轮轴扭矩请求还可以包括制动扭矩管理请求和阻止汽车过速的扭矩请求。制动扭矩管理请求能够降低发动机扭矩，以确保发动机扭矩不会超出制动机构在停车时保持住车辆的能力。轮轴扭矩请求还可以由车身稳定性控制系统作出。轮轴扭矩请求可以进一步包括发动机停机请求，例如检测到紧急故障时作出的停机请求。
[0064]轮轴扭矩裁定模块304输出预测扭矩和实时扭矩。预测扭矩是未来满足驾驶员的扭矩请求和/或速度请求所需的扭矩值。实时扭矩是当前满足临时扭矩请求所需的扭矩值，例如在换档时或牵引控制系统检测到轮胎打滑时的扭矩减小值。
[0065]可以通过响应迅速的发动机致动器获得实时扭矩，而响应较慢的致动器可以用于实现预测扭矩。例如，点火致动器能够快速改变点火提前角，而凸轮移相器或节流阀致动器响应比较慢，这是由于进气歧管中空气传输的延迟。轮轴扭矩裁定模块304向牵引扭矩裁定模块308输出预测扭矩和实时扭矩。
[0066]在不同的实施方式中，轮轴扭矩裁定模块304可以向混合动力优化模块312输出预测扭矩和实时扭矩。混合动力优化模块312确定发动机应当产生多少扭矩和电机198应当产生多少扭矩。然后混合动力优化模块312向牵引扭矩裁定模块308输出经修正的预测和实时扭矩。在不同的实施方式中，混合动力优化模块312可以由图1中的混合动力控制模块196执行。
[0067]将牵引扭矩裁定模块308接收到的预测和实时扭矩由轮轴扭矩域(飞轮上)转换为牵引扭矩域(曲轴上)。该转换可以发生在混合动力优化模块312之前、之后或以之代替混合动力优化模块312。
[0068]牵引扭矩裁定模块308在转换后的预测和实时扭矩以及其它牵引扭矩请求之间作出裁定。牵引扭矩请求可以包括用于发动机过速保护的扭矩降低、用于防止失速的扭矩升高、以及变速器控制模块194为了适应换档而请求的扭矩减小。牵引扭矩请求还可以包括来自于速度控制模块的扭矩请求，该速度控制模块可以在怠速和减速期间控制发动机转速，例如当驾驶员的脚从加速踏板上移开时。
[0069]牵引扭矩请求也可以包括离合器燃料切断，此时在手动变速车辆上，当驾驶员踩下离合器踏板时可以降低发动机扭矩。不同的扭矩储备也可以提供给牵引扭矩裁定模块308，以允许需要的扭矩快速得以实现。例如储备可以应用于允许空调压缩机的起动，和/或动力转向泵的扭矩需求。
[0070]催化剂点火或者冷起动排放过程可以直接改变发动机的点火提前。可以给出相应的牵引扭矩请求，以此来平衡点火提前的改变。另外，发动机的空燃比和/或发动机的空气质量流量也是可变的，如通过诊断侵入式当量比测试和/或新的发动机净化。相应的牵引扭矩请求用来抵消这些改变。
[0071]牵引扭矩请求也可以包括发动机停机请求，该请求可以由检测到的紧急故障启动。例如，紧急故障可以包括检测到车辆被盗信息，检测到起动电机卡死，电动节流控制器故障，以及意外的扭矩增大等。在不同的实施方式中，如停机需求等许多请求可能不被裁定。仅作为示例，停机需求可以总是赢得裁定或可以压倒裁定。牵引扭矩裁定模块308仍接收这些请求，从而例如适当的数据可以被反馈至其它扭矩请求器。例如，可以通知所有其它的请求器它们已输掉裁定。
[0072]致动模式模块314从牵引扭矩裁定模块308接受预测扭矩和实时扭矩。基于模型的设定，致动模式模块314确定怎样达到预测扭矩和实时扭矩。例如，改变节流阀112的开度以允许更宽范围的扭矩控制。然而，开启或关闭节流阀112相对较慢。
[0073]禁用气缸可以提供一个宽的扭矩控制范围，但是会产生涉及操控性和排放的问题。改变点火提前角相对来说比较快捷，但是不能够提供宽的控制范围。另外，点火(点火能力)所能实现的控制量随着进入气缸118的空气量的改变而变化。
[0074]根据本发明，节流阀112可以恰到好处地关闭，因此可以通过尽可能延迟点火时间来得到期望的实时扭矩。因为点火可以快速返回至标定的定时，所以这可以使其迅速恢复至先前的扭矩。这样，通过尽可能多的使用响应迅速的点火延迟，就可以尽可能减小使用响应相对较慢的节流阀修正。
[0075]通过模式设定确定致动模式模块314接收实时扭矩请求的方法。提供给致动模式模块314的模式设定可以包括下列模式中的一种：被动模式、舒适性模式(pleasible mode)、最大范围模式和自动致动模式。
[0076]在被动模式中，致动模式模块314可以忽略实时扭矩请求。例如，致动模式模块314可以向预测扭矩控制模块316输出预测扭矩。预测扭矩控制模块316可以将预测扭矩转化为缓慢致动器的期望的致动器位置。例如，预测扭矩控制模块316可以控制期望的歧管绝对压力(MAP)、节流阀开口面积、和/或每个气缸期望的空气量(APC)。
[0077]实时扭矩控制模块320为快速致动器确定期望的致动器位置，如期望的点火提前角。致动模式模块314可以指示实时扭矩控制模块320将点火提前设定为一个标定值，该值可以在给定的空气流的情况下达到最大可能扭矩。因此在被动模式中，实时扭矩请求不会减少产生的扭矩，或导致点火提前偏离标定值。
[0078]在舒适性模式中，致动模式模块314可以尝试仅通过应用点火延迟来达到实时扭矩请求。这意味着如果期望的扭矩减小值比点火储备能力(通过点火延迟获得的扭矩减小量)大，就不会实现扭矩减小。因此致动模式模块314可以向预测扭矩控制模块316输出预测扭矩，以转换为期望节流阀开度。致动模式模块314可以向实时扭矩控制模块320输出实时扭矩请求，实时扭矩控制模块320将尽可能延迟点火以试图达到实时扭矩。
[0079]在最大范围模式中，致动模式模块314可以指令气缸致动器模块120关闭一个或多个气缸，以达到实时扭矩请求。致动模式模块314可以通过向实时扭矩控制模块320输出实时扭矩请求而对剩余的扭矩减小使用点火延迟。如果没有足够的点火储备能力，致动模式模块314可以减小引向预测扭矩控制模块316的预测扭矩请求。
[0080]在自动致动模式中，致动模式模块314可以减小向预测扭矩控制模块316输出的预测扭矩请求。仅当允许实时扭矩控制模块320通过点火延迟来获得实时扭矩请求是必要的时，预测扭矩可以被减小。
[0081]实时扭矩控制模块320从扭矩估计模块324处获得估计的扭矩，并利用点火致动器模块126来设定点火提前角以获得期望的实时扭矩。估计的扭矩表示通过将点火提前角设定为标定值立即产生的扭矩量。
[0082]当点火提前角被设定为标定值时，得到的扭矩(维持当前的APC)就可以最大程度上接近平均最佳扭矩(MBT)。MBT指当使用高辛烷值的燃料时点火提前角增大，此时在给定的APC下产生的最大扭矩。产生最大扭矩的点火提前角可以被称为MBT点火。标定值时的扭矩可能比MBT点火时的扭矩小，因为，例如受到燃料品质和环境因素的影响。
[0083]实时扭矩控制模块320为了降低发动机的估计扭矩至实时扭矩请求，会要求一个比标定的点火提前小的点火提前角。实时扭矩控制模块320也可以通过气缸致动器模块120减少起用的气缸数。然后气缸致动器模块120向实时扭矩控制模块320和扭矩估计模块324报告实际起用的气缸数。
[0084]当起用的气缸数改变时，气缸致动器模块120会在将此改变报告给扭矩估计模块324之前将此改变报告给实时扭矩控制模块320。这样，扭矩估计模块324在接收来自实时扭矩控制模块320的更新点火提前角的同时接收气缸数的改变。扭矩估计模块估计在当前APC和当前点火提前角的情况下当前所产生的实际扭矩。
[0085]预测扭矩控制模块316接收估计扭矩，也可以接收测量的空气质量流量(MAF)信号和发动机转速信号，转速信号定为以每分钟转数(RPM)来表示。预测扭矩控制模块316可以产生期望的歧管绝对压力(MAP)信号，该信号被输出到增压时序模块328。增压时序模块328利用期望的MAP信号来控制增压致动器模块162。然后增压致动器模块162控制涡轮增压器或增压器。
[0086]预测扭矩控制模块316可以产生期望的面积信号，该信号被输出至节流阀致动器模块116。然后节流阀致动器模块116调节节流阀112以产生期望的节流阀开口面积。预测扭矩控制模块316为了执行闭环控制，可以使用估计扭矩和/或MAF信号，如对期望的面积信号进行闭环控制。
[0087]预测扭矩控制模块316也可以产生期望的缸内空气量(APC)信号，该信号被输出至移相器时序模块332。基于期望的APC信号以及RPM信号，移相器时序模块332利用移相器致动器模块158指令进气和/或排气凸轮移相器148和150发出指令，使其来标定数据。
[0088]扭矩估计模块324可以使用当前的进气和排气凸轮相位角，连同MAF信号来确定估计的扭矩。当前的进排气凸轮相位角是可测量的值。关于扭矩估计的进一步探讨可以在共同受让的美国专利No.6704638中找到，题目为“Torque Estimator for Engine RPM and Torque Control(适于发动机转速和扭矩控制的扭矩估计器)”，上述文献公开的内容在此通过完全引用与本发明结合。
[0089]现在参见附图5，该附图提供了图4中示例性的发动机系统中选定元件的功能框图。扭矩变化模块402向ECM300的轮轴扭矩裁定模块304提供变化的轮轴扭矩请求。
[0090]扭矩变化模块402可以请求增大或减小来自轮轴扭矩裁定模块304的扭矩变化。仅作为示例，扭矩的变化可以是作为对驾驶员松开加速踏板或混合动力发动机控制器指令发动机停机的响应。
[0091]实时扭矩控制模块320通过混合动力优化模块312，驱动扭矩裁定模块308，以及致动模式模块314来接收实时扭矩请求。实时扭矩请求可以包括来自于轮轴扭矩裁定模块304的变化的扭矩。
[0092]实时扭矩控制模块320基于起用的气缸数来向点火致动器模块126提供期望的点火提前角。实时扭矩控制模块320也向气缸致动器模块120输出期望的起用的气缸数。
[0093]气缸致动器模块120包括燃料供应控制模块410，发火次序检测模块412，以及气缸功率确定模块414。燃料供应控制模块410指令燃料喷射系统124哪些气缸接收燃料。发火次序检测模块412确定每缸当前需执行四个冲程中的哪一个，这可以通过发动机曲轴转角的度数来确定。
[0094]发火次序检测模块412可以在曲轴任何转角位置处或者预定曲轴转角位置过后接收信号。在大角度旋转过后，发火次序检测模块412也可以接收指示曲轴角度位置的信号。仅作为示例，发火次序检测模块412可以在任何气缸发火事件时接收信号。仅作为示例，在V8发动机中，曲轴每转过90度角时就有气缸发火事件发生。
[0095]发火次序检测模块412向燃料供应控制模块410和气缸功率确定模块414输出气缸情况信息。当燃料供应控制模块410从实时扭矩控制模块320接收到期望减少的气缸数时，使燃料供应控制模块410就等待下一个燃料边界点。
[0096]燃料供应控制模块410可以停用预定气缸，或者停用下一个到来燃料边界点的气缸。当燃料边界点到来，燃料供应控制模块410指令燃料喷射系统124，以停止向该气缸供应燃料。燃料供应控制模块410通知气缸功率确定模块414每个气缸被停用的时间。
[0097]燃料供应控制模块410等待，直到最近被停用的气缸的下一个进气冲程到来之后，才向气缸功率确定模块414指示该气缸已经被停止供应燃料。气缸功率确定模块414向实时扭矩控制模块320输出起用的气缸数量。
[0098]气缸功率确定模块414可以直到确定新的点火提前角的时候再输出减少了的起用气缸数。该新的点火提前角被产生用来抵消此时被停用的气缸不再点火而实现的扭矩的减小。例如，新的点火提前角可以被用于在此时停用的气缸之前点火的气缸或之后点火的气缸。
[0099]在新的点火提前角产生时或之后，气缸功率确定模块414可以将减少的起用气缸数发送至扭矩估计模块324。这样，扭矩估计模块324一起接收到相应的增大的点火提前和减少的起用气缸数。这可以避免扭矩估计模块324对扭矩信息作出错误的估计，此处由气缸停用引起的扭矩突然减小的影响可以被点火提前角的增加抵消。估计扭矩可以提供给实时扭矩控制模块320，例如图4中所示的混合动力优化模块312。
[0100]现在参见附图6，流程图描述了由图5中的元件执行的示例性的步骤，用来协调气缸停用和点火提前。当扭矩变化模块402请求扭矩逐渐减小至使发动机停机最小扭矩，以及该请求被实时扭矩控制模块320接收到时，控制以步骤502开始。
[0101]在步骤502中，控制系统初始化变量NumCylinders为发动机的总气缸数。控制以步骤504继续，气缸数量被报告至点火控制(实时扭矩控制模块320)和扭矩估计(扭矩估计模块324)。继续进行步骤506中的控制步骤，在该步骤控制系统确定气缸数量是否等于零。如果是，所有气缸都停止工作，控制结束；否则，控制以步骤507继续。
[0102]在步骤507中，控制系统使点火提前变化至最小值。仅作为示例，最小值可以是能够维持平稳燃烧的最小点火提前角。在步骤508中，控制器指示第X个气缸停用。可以如此选择下一个将用停用的气缸X，使得发火次序相临的气缸不会连续被停用。例如，在图2中V8发动机的定时图中，第3和第4个气缸可以在气缸1之后被停用。在第1气缸之后停用第2气缸会导致附加振动的产生，因为六个气缸发火之后紧接着有两个气缸不发火。
[0103]控制以步骤510继续，控制系统等待第X个气缸的燃料边界点到来。如图2中所描述的，这可能需要超过两转的曲轴转角。控制以步骤512继续，第X个气缸停止供应燃料。控制以步骤514继续，控制系统等待曲轴转过两转。在此时，第X个气缸完成其没有燃料喷入的进气冲程。
[0104]控制然后以步骤516继续，NumCylinders递减。控制然后以步骤518继续，NumCylinders被报告至点火控制系统。控制以步骤520继续，如果第X个气缸还含有燃料空气混合物，在其发火燃烧时，点火控制系统将接下来发火燃烧的气缸的点火时刻提前。该邻近的气缸可以是在第X个气缸发火之前发火燃烧的那个气缸，或者是在第X个气缸发火之后发火燃烧的那个气缸。
[0105]在接下来的气缸发火燃烧中点火持续保持提前，虽然为了使扭矩继续逐渐减小，点火提前角将会减小。尽管点火提前角跟随逐渐减小的扭矩请求沿连续下降的轮廓线减小，但步骤520中的点火提前也可以是突然的，不连续的跳跃。控制以步骤522继续，NumCylinders被报告至扭矩估计机构。扭矩估计将接收到的减少的NumCylinders与点火提前定时相结合，这将允许估计装置精确地估计发动机扭矩。然后控制转回步骤506。
[0106]当仅要求单个气缸停用时，可以执行步骤508至522，而不用执行停用所有气缸的循环。附图6中的步骤可以很容易被适应以获得扭矩的逐渐增加。在这种情况下，当气缸被停用时，点火提前角应当被减小。
[0107]在不同的实施方式中，如喷孔燃料喷射发动机，可以定义一组逻辑标记，每个气缸一个。与气缸相应的标记在该气缸进气冲程结束的时候被更新。如果气缸在其最后的进气冲程中已被供应燃料，该标记被设置为真。该数组可以相加以确定在其最后的进气冲程中被供应燃料的气缸的数量。
[0108]该运算可以被置于环路缓冲器中，可以以气缸同步为基础被修正和读取。该环路缓冲器从进气冲程结束开始直到为计算气缸的供应燃料改变而进行的必要的点火时间改变时才引入可以根据气缸事件测定的延迟。
[0109]在不同的实施方式中，延迟可以来自于进气冲程，直到用来安排点火时序的事件发生。该延迟可以被减小，以考虑用来从气缸同步域转换为时域并回到气缸同步域的时间，在时域中扭矩控制机构运行，，此气缸同步域中点火控制机构运行。
[0110]延迟的气缸数是指可以做功的气缸数。这是可被用于点火控制过程中气缸部分项的气缸数量。为了协调此气缸部分项与扭矩估计，在气缸同步点火时序发生时，气缸部分项从转换为其它变量的时域计算保存。这确保了时域确定能够被时域点火扭矩控制器应用，以及随后被点火提前控制器消耗。
[0111]熟悉本领域的人员现在可以意识到，从前面公开的广泛教导的描述可以被以多种形式实现。既然通过研究附图、说明书以及随后的权利要求书，其它更改对熟练的技术人员来说会变得显而易见，因此虽然本发明包括细节的举例，其真实的范围不应当受此局限。

Claims (20)

1、一种发动机控制系统，包括：
扭矩控制模块，其基于扭矩请求选择性地对发动机多个气缸中的第一个气缸产生停用信号；以及
燃料供应控制模块，其基于停用信号切断对第一个气缸的燃料输送，其中扭矩控制模块在燃料供应控制模块切断对第一个气缸的燃料喷射之后的第一时间时增大发动机的点火提前角，第一时间与由于切断燃料输送而引起的第一个气缸中燃烧停止的初始时间相对应。
2、如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，扭矩控制模块从多个气缸中的第二个气缸的发火时间开始增大点火提前角，第二个气缸是气缸发火顺序中正好处于第一个气缸之前或之后的气缸。
3、如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，基于为抵消因第一个气缸停止燃烧而引起的扭矩减小所需的的扭矩增加量来确定点火提前角的增加。
4、如权利要求3所述的发动机控制系统，其中，扭矩的增加量充分抵消扭矩的减小。
5、如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当扭矩请求是减小的扭矩请求时，扭矩控制模块在第一个气缸停用之前减小点火提前角至最小值。
6、如权利要求5所述的发动机控制系统，其中，当扭矩请求是减小的扭矩请求时，在增加点火提前角之后扭矩控制模块选择性地将点火提前角减小为第二最小值，以及在点火提前角达到第二最小值之后选择性地停用多个气缸中的第二个气缸。
7、如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，燃料供应控制模块在第一个气缸的停用信号之后的最早燃料边界点时切断对第一个气缸的燃料输送，燃料边界点以这样的时间为基础，即在该时间额外喷入的燃料在第一个气缸的下一个发动机循环中不再燃烧。
8、如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括：
确定估计扭矩的扭矩估计模块；以及
气缸功率确定模块，其确定起用气缸的第一个数，在燃料供应控制模块切断对第一个气缸的燃料喷射之后将该第一个数减少一，以及在将该第一个数报告给扭矩估计模块之前将其报告至扭矩控制模块。
9、如权利要求8所述的发动机控制系统，其中，扭矩估计模块基于第一个数和点火提前角来确定估计扭矩，气缸功率确定模块在扭矩估计模块接收到增加的点火提前角之后将第一个数报告至扭矩控制模块。
10、如权利要求8所述的发动机控制系统，其中扭矩控制模块基于估计扭矩控制点火提前角。
11、一种方法，包括：
基于扭矩请求选择性地对发动机多个气缸中的第一个气缸产生停用信号；
基于停用信号切断对第一个气缸的燃料输送；以及
在燃料供应控制模块切断对第一个气缸的燃料喷射之后的第一时间时增大点火提前角，第一时间与由于切断燃料输送而引起的第一个气缸中燃烧停止的初始时间相对应。
12、如权利要求11所述的方法，还包括，从多个气缸中的第二个气缸的发火时间开始增大点火提前角，所述第二个气缸是气缸发火顺序中正好处于第一个气缸之前或之后的气缸。
13、如权利要求11所述的方法，还包括，基于为抵消第一个气缸停止燃烧引起的扭矩减小所需的的扭矩增加量来确定点火提前角的增加。
14、如权利要求13所述的方法，其中，扭矩的增加量充分抵消扭矩的减小。
15、如权利要求11所述的方法，还包括，当扭矩请求是减小的扭矩请求时，扭矩控制模块在第一个气缸停用之前减小点火提前角至最小值。
16、如权利要求15所述的方法，还包括，当扭矩请求是减小的扭矩请求时：
在增加点火提前角之后选择性地将点火提前角减小为第二最小值；以及
在点火提前角达到第二最小值之后选择性地停用多个气缸中的第二个气缸。
17、如权利要求11所述的方法，还包括，在第一个气缸的停用信号之后的最早燃料边界点时切断对第一个气缸的燃料输送，燃料边界点以这样的时间为基础，即在该时间额外喷入的燃料在第一个气缸的下一个发动机循环中不再燃烧。
18、如权利要求11所述的方法，还包括：
确定估计扭矩；
确定起用气缸的第一个数；
在切断对第一个气缸的燃料喷射之后将该第一个数减少一；以及
在利用减少的第一个数确定估计扭矩之前，先利用该减少的第一个数确定点火提前角。
19、如权利要求18所述的方法，还包括：
基于第一个数和点火提前角来确定估计扭矩；
基本与利用增大的点火提前角来确定估计扭矩的同时利用减小的第一个数来确定估计扭矩。
20、如权利要求18所述的方法，还包括，基于估计扭矩来控制点火提前角。
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