CN101705877B - 用断电节气阀的转矩协调控制操作 - Google Patents

用断电节气阀的转矩协调控制操作 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用断电节气阀的转矩协调控制操作，其中公开了一种发动机控制系统，包括空气控制模块和点火控制模块。当节气阀处于可操作状态时该空气控制模块基于第一期望转矩对节气阀进行控制。当节气阀处于故障状态时，该点火控制模块基于第一期望转矩和第二期望转矩控制点火提前。处于故障状态时，该节气阀保持在预定的故障位置。

Description

用断电节气阀的转矩协调控制操作
相关申请的交叉引用
本申请要求了2008年5月5日美国临时申请61\050363的权益。在此结合上述申请的全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及发动机转矩控制，尤其涉及用断电节气阀的发动机转矩控制。
背景技术
在此提供背景技术是为了对本申请做一个概括性的介绍。发明人所做的工作，涉及背景技术部分描述的内容，以及对申请日前没有被限定为现有技术的描述，均不能理解为或隐含地看成是相对于本发明的现有技术。
内燃机燃烧气缸内的空气燃料混合物从而驱动活塞，以产生驱动转矩。通过节气阀调节进入发动机的气流。更具体地，节气阀调整节流面积，其增加或减小进入发动机的空气流量。当节流面积增大时，进入发动机的空气流量就增大。燃料控制系统调节燃料的喷射速率从而向气缸提供期望的空气/燃料混合物。增加进入气缸的空气和燃料就增加了发动机的转矩输出。
已经研制了发动机控制系统来控制发动机转矩输出从而获得期望的预定转矩。然而，传统的发动机控制系统无法如所期望的那样精确地控制发动机转矩输出。而且，传统的发动机控制系统也没有像所期望的那样迅速地对控制信号作出反应，或者在影响发动机转矩输出的各种装置中协调发动机转矩控制。
例如，当传统发动机控制系统处于默认(default)节气阀模式时，它们无法协调发动机转矩控制。该默认节气阀模式是节气阀断电的模式，因为它已经被诊断为失效。当断电时，该节气阀被设置成一预定位置(即，弹簧加载位置)，其允许足够空气流量用于该发动机以实现″跛行回家″(即，驱动该汽车到附近的位置进行修理)。
发明内容
发动机控制系统包括空气控制模块和点火控制模块。当该节气阀处于可操作状态时，该空气控制模块基于第一期望转矩对节气阀进行控制。当该节气阀处于故障状态时，该点火控制模块基于第一期望转矩和第二期望转矩对点火提前进行控制。处于故障状态时，节气阀被保持在预定的故障位置。
在其它特征中，该发动机控制系统还包括气缸控制模块。当该节气阀处于该故障状态时，该气缸控制模块基于第一和第二期望转矩选择性地使发动机的一个或多个气缸内的燃烧终止。
在另一特征中，该发动机控制系统还包括发动机转速控制模块。该发动机转速控制模块基于最小转矩、储备转矩和由期望发动机速度和测定发动机转速之间的差值确定的比例-积分(PI)偏差来确定第一期望转矩。该发动机转速控制模块基于由该差值确定的比例偏差、储备转矩和运行转矩确定第二期望转矩。
又一特征中，该发动机控制系统还包括轨迹控制模块。该轨迹模块在该节气阀处于可操作状态时将该期望发动机转速设为第一预定怠速，并在该节气阀处于故障状态时将该期望发动机转速增加至第二预定怠速。
在另一特征中，当该节气阀处于故障状态时，该发动机转速控制模块停止基于该最小转矩确定第一期望转矩。
在其它特征中，当该节气阀处于该故障状态时该发动机转速控制模块将该储备转矩设置为零。
在又一特征中，该发动机转速控制模块在节气阀处于可操作状态时基于第一增益确定该比例偏差和PI偏差并当该节气阀处于故障状态时基于第二增益确定该比例偏差和PI偏差。第一增益大于或小于第二增益。
在另一特征中，当第一期望转矩小于预定最小值而节气阀处于可操作状态时，该发动机转速控制模块将第一期望转矩设为预定最小值，并当第一期望转矩小于预定最小值而节气阀处于故障状态时输出该第一期望转矩。
在另一特征中，该发动机控制系统还包括转矩估算模块。该转矩估算模块基于当前工作状况和预定点火提前确定估计空气转矩，且当该节气阀处于故障状态时，该转矩估算模块将发动机的最大转矩能力设置为等于该估计空气转矩。
在其它特征中，该发动机控制系统还包括变速器控制模块。该变速器控制模块基于该最大转矩能力控制变速器的齿轮比。
一种发动机控制方法，包括当该节气阀处于可操作状态时基于第一期望转矩控制节气阀，并当该节气阀处于故障状态时基于该第一期望转矩和第二期望转矩控制点火提前。处于故障状态时，节气阀被保持在预定的故障位置。
在其它特征中，该发动机控制方法还包括当该节气阀处于故障状态时基于第一和第二期望转矩选择性地使发动机的一个或多个气缸内的燃烧终止。
在又一特征中，该发动机控制方法还包括基于最小转矩、储备转矩和由期望发动机速度和测定发动机转速之间的差值确定的比例-积分(PI)偏差来确定第一期望转矩；以及，基于由该差值确定的比例偏差、储备转矩和运行转矩确定第二期望转矩。
在另一特征中，该发动机控制方法还包括在该节气阀处于可操作状态时将该期望发动机转速设为第一预定怠速，并当该节气阀处于故障状态时将该期望发动机转速增加至第二预定怠速。
在又一特征中，该发动机控制方法还包括，当该节气阀处于故障状态时，停止基于该最小转矩确定第一期望转矩。
在其它特征中，该发动机控制方法还包括，当节气阀处于故障状态时将该储备转矩设置为零。
在又一特征中，该发动机控制方法还包括，当节气阀处于可操作状态时基于第一增益确定该比例偏差和PI偏差并当该节气阀处于故障状态时基于第二增益确定该比例偏差和PI偏差。第一增益大于或小于第二增益。
在另一特征中，该发动机控制方法还包括，当第一期望转矩小于预定最小值而节气阀处于可操作状态时，将第一期望转矩设为预定最小值，并当第一期望转矩小于预定最小值而该节气阀处于故障状态时输出该第一期望转矩。
在又一特征中，该发动机控制方法还包括，基于当前工作状况和预定点火提前确定估计空气转矩，并当该节气阀处于故障状态时，将发动机的最大转矩能力设置为等于该估计空气转矩。
在其它特征中，该发动机控制方法还包括基于该最大转矩能力控制变速器的齿轮比。
通过下面的详细描述将更清楚地看出本发明的实际应用的其他方面。应当理解，本详细说明和特定应用只是起到举例的作用，而不意图限制本发明的范围。
附图说明
通过详细说明和附图将更全面地理解本发明，其中：
图1是依照本发明原理的发动机系统的示例性实施方式的功能方框图；
图2是依照本发明原理的发动机控制模块的示例性实施方式的功能方框图；
图3是依照本发明原理的RPM控制模块的示例性实施方式的功能方框图；和
图4是依照本发明原理的发动机控制模块所执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，且并不意图限制本发明、及其应用或用途。为了清楚起见，附图中将使用相同的附图标记表示相似的元件。本文所用的措词″A、B、和C中的至少一个″应当解释成采用非排它逻辑″或″的逻辑(A或B或C)。应当理解，只要在不改变本发明的原理的情况下，方法内的步骤可以以不同顺序执行。
本文所用的术语″模块″是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它的提供所述功能的合适部件。
为了在默认节气阀模式时协调发动机转矩控制，本发明的发动机控制系统包括致动模式模块。由于在默认节气阀模式期间节气阀不能工作，该致动模式模块便改变转矩请求，该转矩请求原本用于基于该转矩请求启动节气阀的第一转矩控制模块。该转矩请求被改变至第二转矩控制模块，其基于该转矩请求启动可用致动器(例如，火花塞和燃料喷射系统)。另外，该发动机控制系统包括发动机转速(RPM)控制模块，其在默认节气阀模式下基于不同参数确定转矩请求。
现参照图1，其示出了发动机系统100的示例性实施方式的功能方框图。发动机系统100包括根据驾驶员输入模块104燃烧空气/燃料混合物从而为车辆产生驱动转矩的发动机102。将空气经由节气阀112吸入进气歧管110中。发动机控制模块(ECM)114控制节气阀致动器模块116以调节节气阀112的开度从而控制吸入进气歧管110中的空气量。
将空气从进气歧管110吸入发动机102的气缸中。虽然发动机102可以具有多个气缸，但为了图解，仅示出单个代表性的气缸118。只是举例来说，发动机102可以具有2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可以指示气缸致动器模块120以选择性地停用一些气缸从而改善燃料经济效益。
将空气从进气歧管110经由进气阀122吸入气缸118中。ECM114控制由燃料喷射系统124喷射的燃料量。燃料喷射系统124可以在中央位置将燃料喷入进气歧管110，或者可以在多个位置将燃料喷入进气歧管110，例如每个气缸的进气阀附近。备选地，燃料喷射系统124可以将燃料直接喷入气缸。
喷射的燃料与空气混合并且在气缸118中形成空气/燃料混合物。气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM 114的信号，点火致动器模块126给气缸118中的火花塞128通电，从而点燃了空气/燃料混合物。点火正时可以相对于活塞处于其最高位置的时间来指定，该最高位置称作上止点(TDC)，空气/燃料混合物在该点处被压缩得最大。
空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动曲轴(未示出)旋转。然后活塞又开始向上移动并且将燃烧产物经由排气阀130排出。燃烧产物经由排气系统134从车辆排出。
进气阀122可以由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可以由排气凸轮轴142控制。在不同的应用中，多个进气凸轮轴控制每个气缸的多个进气阀和/或控制多列气缸的进气阀。同样地，多个排气凸轮轴控制每个气缸的多个排气阀和/或控制多列气缸的排气阀。气缸致动器模块120可以通过停止燃料供应和点火和/或禁用气缸的排气和/或进气阀来停用气缸。
可以通过进气凸轮相位器148使进气阀122的打开时间相对于活塞TDC发生改变。可以通过排气凸轮相位器150使排气阀130的打开时间相对于活塞TDC发生改变。相位器致动器模块158根据来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。
发动机系统100可具有增压装置，其向进气歧管110提供增压空气。例如，图1示出了涡轮增压器160。涡轮增压器160由流过排气系统134的排气提供动力，并且向进气歧管110提供压缩空气充量。用于产生压缩空气充量的空气可以取自进气歧管110。
废气门164可以允许废气绕过涡轮增压器160，由此降低涡轮增压器的输出(或增压)。ECM 114利用增压致动器模块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的位置来调整涡轮增压器160的增压。由涡轮增压器160向进气歧管110提供压缩空气充量。中冷器(intercooler)(未示出)可以耗散一些压缩空气充量热量，该热量是在压缩空气时产生的并通过接近排气系统134而增加。备选的发动机系统可以具有增压器，其向进气歧管110提供压缩空气并且由曲轴驱动。
发动机系统100可以具有废气再循环(EGR)阀170，其选择性地使废气改流回进气歧管110。发动机系统100可以使用RPM传感器180测量以每分钟转数(RPM)表示的曲轴转速。可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以安置在发动机102内或冷却剂循环的其它位置，比如散热器(未示出)。
可以采用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内的压力。在不同的应用中，可以测量发动机真空，其中，发动机真空是周边空气压力与进气歧管110内压力的差值。可以使用质量空气流量(MAF)传感器186测量流入进气歧管110的空气质量。在不同的应用中，该MAF传感器186可以位于带有节气阀112的腔室内。
节气阀致动器模块116可以采用一个或多个节气阀位置传感器(TPS)190监控节气阀112的位置。可以采用进气温度(IAT)传感器192测量吸入发动机系统100的周边空气温度。ECM 114可以利用来自传感器的信号为发动机系统100做出控制决策。该ECM 114可与变速器控制模块194进行通讯以协调变速器(未示出)的换挡，例如，该ECM 114会在换档期间降低转矩。
发动机系统100的各种控制机构(即致动器)会改变发动机100的相应发动机102的参数。例如，节气阀致动器模块116会改变叶片的位置(也就是致动器位置)，由此改变节气阀112的开口面积。同样地，该点火致动器模块126会控制对应于点火提前量的致动器位置。其它致动器包括增压致动器模块162、废气再循环阀170、相位器致动器模块158、燃料喷射系统124以及气缸致动器模块120。这些致动器的致动器位置分别对应于增压压力、废气再循环阀开度、进气和排气凸轮相位器角、空气/燃料比以及被激活的气缸数。
现参照图2，其示出了ECM 114的示例性应用的功能框图。ECM 114包括驾驶员译码模块202。驾驶员译码模块202接收来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入。例如，驾驶员输入可以包括油门踏板位置。该驾驶员译码模块202输出驾驶员请求转矩。
ECM 114的示例性应用包括轴转矩裁定模块204。轴转矩裁定模块204在来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入与其它轮轴转矩请求之间裁定。例如，驾驶员输入可基于油门踏板位置。该驾驶员输入也可基于巡航控制，其可以是改变汽车速度以保持预定车距的自适应巡航控制系统。
转矩请求可包括目标转矩值以及斜坡请求，比如将转矩斜坡降至最小发动机停机转矩的请求或将转矩从最小发动机停机转矩斜坡升高的请求。轴转矩请求可包括在牵引控制系统进行车轮滑行期间的转矩降低请求。轴转矩请求还可以包括增加转矩请求以抑制负车轮滑行，其中由于轴转矩为负使得汽车轮胎相对于路面产生滑行。
轴转矩请求还包括制动器操纵请求和汽车超速转矩请求。当该汽车停止时，制动器操纵请求可将发动机转矩减少以保证该发动机转矩输出不超过制动器控制的能力。汽车超速转矩请求可减小发动机转矩输出以防止该汽车超过预定速度。还可以由车身稳定度控制系统提出轴转矩请求。轴转矩请求还可包括发动机停机请求，比如当检测到临界故障时产生。
该轴转矩裁定模块204基于所接收转矩请求之间的裁定结果输出预定转矩和瞬时转矩。该预定转矩是ECM 114使发动机102预备产生的转矩量，且往往是以驾驶员的转矩请求为基础。该瞬时转矩是当前的期望转矩量，其可以小于预定转矩。
该瞬时转矩可以小于预定转矩以提供转矩储备并满足临时的转矩减小，下面将进行更为详细地介绍。例如，当汽车速度接近超速阈值和/或当该牵引控制系统检测到车轮滑行时，可以请求临时的转矩减小。
可以通过变更快速响应的发动机致动器来获得瞬时转矩，而低速发动机致动器可用来获得预定转矩。例如，在燃气发动机中，点火提前可以迅速地调节，但空气流量对于凸轮相位器或节气阀的调节的响应速度可能较慢，这是因为直到空气被吸入气缸、经过压缩并燃烧之前，转矩变化时空气流量的变化并不会表现出来。
可以通过设置低速发动机致动器产生预定转矩以形成转矩储备，而设置快速发动机致动器产生小于该预定转矩的瞬时转矩。例如，节气阀112可以打开，由此增大空气流量并预备好产生该预定转矩。在此期间，可以减小点火提前(即可延迟点火正时)，将实际发动机转矩输出减小至该瞬时转矩。
预定转矩和瞬时转矩之间的差可称为转矩储备。当转矩储备出现时，通过改变较快速的致动器可将发动机转矩从该瞬时转矩迅速地增大到预定转矩。因此不用等待由调节较低速的致动器之一所引起的转矩变化便获得了该预定转矩。
该轴转矩裁定模块204可输出预定转矩和瞬时转矩到驱动转矩裁定模块206。驱动转矩裁定模块206接收的预定转矩和瞬时转矩被从轴转矩区域(轮上的转矩)转换成驱动转矩区域(曲轴上的转矩)。可在该驱动转矩裁定模块206接收前或后进行这样的转换。
驱动转矩裁定模块206在包括转换了的预定转矩和瞬时转矩的驱动转矩请求之间进行裁定。该驱动转矩裁定模块206可产生裁定预定转矩和裁定瞬时转矩。可以通过从接收到的请求之中选择胜出的请求来产生该裁定转矩。备选地或另外地，可通过基于另一个或更多的接收请求来修正其中的一个接收请求以产生该裁定转矩。
其它驱动转矩请求可包括用于发动机超速保护的转矩减小，用于失速保护的转矩增加和变速器控制模块194为配合换档而请求的转矩减小。驱动转矩请求也可由切断离合器燃料引起，当驾驶员在手控传动汽车中踩下离合器踏板时，其可降低该发动机转矩输出。
驱动转矩请求也可包括发动机关闭请求，其可从检测临界故障时开始。仅为示例，临界故障可包括检测到汽车失窃、起动电机阻塞、电子节气阀控制问题和不期望的转矩增加。例如，发动机关闭请求通常都是在裁定中胜出，由此作为裁定转矩输出，或完全绕过裁定直接关闭发动机102。该驱动转矩裁定模块206仍可接收这关闭请求，例如使得适当的数据反馈到其它转矩请求程序。例如，所有的其它转矩请求程序被通知它们已经在裁定中失败。
RPM控制模块208也输出预定转矩请求和瞬时转矩请求到该驱动转矩裁定模块206。在该ECM 114处于RPM模式时，该驱动转矩裁定模块206可简单地从该RPM控制模块208中选择转矩请求。然后RPM模式可以在驾驶员使其脚离开踏板的时候启动。RPM模式可用于汽车减速和汽车空转时。当轮轴转矩裁定模块204请求的预定转矩小于标定转矩值时可选择RPM模式。
该RPM控制模块208接收来自该RPM传感器180的RPM值和来自RPM轨迹模块210的期望RPM值。该RPM轨迹模块210为RPM模式确定一期望RPM值。仅为示例，该RPM轨迹模块210可输出一线性递减的RPM直到该RPM达到空转RPM值。然后该RPM轨迹模块210可继续输出该空转RPM值。该空转RPM值设为第一预定RPM值。
在不同应用中，可采用共同指定为2002年6月18日公开的名为″System and Method of Controlling the Coastdown of a Vehicle″的美国专利号6,405,587中描述的RPM轨迹模块210，其全部内容作为参考结合到本申请中。
储备/负载模块211从驱动转矩裁定模块206接收裁定后的预定转矩请求和瞬时转矩请求。不同的发动机工况可影响该发动机转矩输出。根据这些状态，该储备/负载模块211可通过增大预定转矩请求形成转矩储备。
仅为示例，催化剂熄火过程或冷启动减排过程可直接改变发动机的点火提前。因此，该储备/负载模块211可将该预定转矩请求增加到可抵消点火提前对发动机转矩输出的影响。另一示例中，可以直接改变发动机空气/燃料比和/或空气流量，比如通过诊断插入当量比检测和/或新的发动机换气。在这些过程中，可产生相应的预定转矩请求来抵消发动机转矩输出的变化。
该储备/负载模块211还可为预期的未来负载、比如空调压缩机离合器的接合或动力转向泵的运行形成储备。用于空调(A/C)离合器接合的储备可以在驾驶员第一次提出空调请求时形成。然后，当A/C离合器接合时，该储备/负载模块211可将A/C离合器的期望负载增加至瞬时转矩请求中。该储备/负载模块211向RPM控制模块208提供储备转矩(TRes)指示，其在下文对图3中的示例性应用的描述中作进一步讨论。
致动模块212从储备/负载模块211接收预定转矩请求和瞬时转矩请求。致动模块212确定如何获得预定转矩请求和瞬时转矩请求。该致动模块212可针对特定的发动机类型，其对于柴油发动机和燃气发动机具有不同的控制方案。在不同应用中，该致动模块212可在先于致动模块212的独立于发动机的模块和取决于发动机的模块之间限定出边界条件。
例如，在燃气发动机中，该致动模块212可改变节气阀112的开启，其允许宽范围的转矩控制。然而，开启和关闭该节气阀112将导致相对缓慢的转矩变化。也可以为宽范围的转矩控制提供停用气缸，但这也同样缓慢，并且影响到驾驶性能和排放。点火提前的变化相对较快，但是未能提供同样宽范围的转矩控制。另外，可能与点火一起的转矩量控制(指点火容量)随着各气缸中空气的变化而改变。
在不同应用，致动模块212可基于预定转矩请求产生空气转矩请求。该空气转矩请求可等于该预定转矩请求，这导致空气流量被设定，从而可通过其它致动器的改变来获得该预定转矩请求。
空气控制模块214可基于该空气转矩请求为低速致动器确定期望的致动器值。例如，空气控制模块214可以控制期望的歧管绝对压力(MAP)、期望节流面积和/或每气缸期望空气(APC)。期望MAP可用来确定期望的增压，且期望APC可用来确定期望的凸轮相位器位置。在不同应用中，空气控制模块214也可确定废气再循环阀170的开度。
在燃气系统中，致动模块212也可产生点火转矩请求、气缸关闭转矩请求和燃料量转矩请求。点火控制模块216可以使用该点火转矩请求来决定从标定的点火提前起，该点火将延迟多少(其减少发动机转矩输出)。
气缸控制模块217可以使用该气缸关闭转矩请求来确定有多少气缸停用。气缸控制模块217可指示气缸致动器模块120停用发动机102的一个或多个气缸。在不同应用中，可共同停用一预定气缸组。该气缸控制模块217也可指示燃油控制模块218停止为停用气缸提供燃油，并可指示点火控制模块216停止为停用气缸提供点火。
在不同应用中，气缸致动器模块120可包括一液压系统，其从一个或多个气缸的相应凸轮轴中选择性地与进气阀和/或排气阀断开从而停用以上气缸。例如，气缸致动器模块120将用于半数气缸的阀作为整体地液压连接或断开。在不同应用中，可以通过停止向那些气缸供应的燃油而不停止进气阀和排气阀的开启和闭合来简单地停用气缸。这种应用中，可以省去气缸致动器模块120。
燃料控制模块218可以使用燃料量转矩请求来改变提供给每个气缸的燃油量。仅为示例，燃料控制模块218可确定一燃料量，当结合每个气缸的当前空气量时，形成化学计量燃烧。该燃料控制模块218可指示燃料致动器模块124为每个被激活的气缸喷射燃料量。在正常的发动机运行期间，该燃料控制模块218可尽量保持一化学计量的空气/燃料比。
不同应用中，燃料控制模块218可增大上述理想配比值的燃料量从而增大发动机转矩输出，并可减小燃料量以减小发动机转矩输出。不同应用中，燃料控制模块218可接收一不同于理想配比值的期望空气/燃料比。该燃料控制模块218继而为达到期望空气/燃料比的各气缸确定燃料量。柴油机系统中，燃料量可成为控制发动机转矩输出主致动器。
转矩估算模块220可估计发动机的102的转矩输出。空气控制模块228可以使用估计转矩来执行发动机空气流量参数的闭环控制，比如节流面积、MAP和相位器位置。例如，可定义转矩关系式(1)T＝f(APC，S，I，E，AF，OT，#)，其中转矩(T)是每气缸空气(APC)、点火提前(S)、进气凸轮相位器位置(I)、排气凸轮相位器位置(E)、空气/燃料比(AF)、油温(OT)和起动气缸数(#)的函数。还有一些附加变量，比如废气再循环(EGR)阀的开度。
该关系式可以通过方程生成模型和/或存为查找表格。该转矩估算模块220可基于测量MAF和当前RPM确定APC，并由此允许基于实际空气流量进行闭环空气控制。由于相位器可以向期望位置移动，该进气和排气凸轮相位器位置可以以实际位置为基础。
尽管可用实际点火提前来估算转矩，但当采用标定点火提前值用来估算转矩时，该估计转矩称为估计空气转矩或非控制(unmanaged)转矩。如果所有气缸内的燃烧均取消了点火延迟(即点火提前设置该校准点火提前值)，该估计空气转矩(即该非控制转矩)则是估算该发动机102在当前空气流量下可以产生多少转矩。
该空气控制模块214可产生期望歧管绝对压力(MAP)信号。该期望MAP信号可用来控制增压致动器模块164。该增压致动器模块164控制一个或多个涡轮增压器和/或增压器。然后该空气控制模块214也可产生每气缸期望空气(APC)信号，其可用来控制相位器致动器模块158。该相位器致动器模块158继而控制进气和/或排气凸轮相位器148和150的位置。
该空气控制模块214可产生一期望面积信号，其输出到节气阀致动器模块116。该节气阀致动器模块116继而调节该节气阀112以产生该期望节流面积。空气控制模块214可基于一反向转矩请求和空气转矩请求产生该面积信号。该空气控制模块214可利用该估计空气转矩和/或该MAF信号来执行闭环控制。例如，可以控制该期望面积信号以将估计空气转矩和该空气转矩要求之间的差减到最小。
回到点火控制模块216，可以在不同发动机工作状况下校准点火提前值。例如，转矩关系式可以转化成求解期望的点火提前。对于一给定的转矩请求(Tdes)，可以基于下式确定该期望的点火提前(Sdes)(2)Sdes＝T-1(Tdes，APC，I，E，AF，OT，#)。该关系式可以体现为一个方程和/或一个查找表格。该空气/燃料比(AF)可以是实际比，如燃料控制模块240指示的那样。
当该点火提前设成标定点火提前时，得到的转矩将尽可能接近最佳转矩平均值(MBT)。当采用辛烷值大于阈值的燃料时，MBT指的是点火提前增大时针对给定空气流量产生的最大转矩。出现最大转矩的点火提前称为MBT点火。鉴于例如燃油性能(比如采用低辛烷值的燃油)和环境等因素，标定点火提前可不同于MBT点火。因此该标定点火提前的转矩可小于MBT。
可以通过模式设置来确定致动模块212达到瞬时转矩请求的方法。可以为致动模块212提供模式设置，比如通过模式确定模块220。其中模式可包括，例如被动模式、请求模式、最大范围模式和自动致动模式。
被动模式中，致动模块212可忽略瞬时转矩请求并试图达到预定转矩请求。因此该致动模块212将点火转矩请求、气缸关闭转矩请求和燃料量转矩请求设置成预定转矩请求，从而将当前发动机空气流动条件下的转矩输出最大化。备选地，致动模块212也可把这些请求设置成预定值(比如超出范围很多)以使得当延迟点火、气缸停用或空气/燃料比降低时阻止转矩降低。
请求模式中，致动模块212仅通过调整点火提前来试图达到瞬时转矩请求。因此该致动模块212将预定转矩请求作为空气转矩请求输出，并将瞬时转矩请求作为点火转矩请求输出。点火控制模块216将尽可能地延迟该点火以试图达到点火转矩请求。如果期望的转矩减小大于该点火储备容量(通过点火延迟达到的转矩减小量)，则可能无法实现转矩的减小。
在最大范围模式中，该致动模块212可将预定转矩请求作为空气转矩请求输出，并将瞬时转矩请求作为点火转矩请求输出。另外，该致动模块212可产生气缸关闭转矩请求，其足够低以使点火控制模块216能达到该瞬时转矩请求。换句话说，当仅仅靠减小点火提前无法达到该瞬时转矩请求时，致动模块212可减小该气缸关闭转矩请求(因此停用气缸)。
在自动致动模式中，致动模块212可基于瞬时转矩请求来减小空气转矩请求。例如，可以仅将该空气转矩请求减小到需要的程度以允许点火控制模块216通过调整点火提前而达到该瞬时转矩请求。因此，在自动致动模式中，可以在达到该瞬时转矩请求的同时允许发动机102尽快回到预定转矩请求。换句话说，通过尽可能地减小快速响应的点火提前，可以使响应相对较慢的节气阀修正的作用最小化。
模式确定模块220选择运行模式。根据本发明，模式确定模块220从上述模式和默认节气阀模式中进行选择。更具体地说，该模式确定模块220确定ECM 114是否处于默认节气阀模式或是否启动该默认节气阀模式。例如，该模式确定模块220可基于、但不限于来自TPS传感器190的TPS信号和/或MAF信号，来确定ECM 114是否处于默认节气阀模式。
当诊断出节气阀112已经诊断为失效时，模式确定模块220启动默认节气阀模式。例如，可基于TPS信号和/或MAF信号来诊断节气阀中的故障或失效。如果该TPS信号指示节气阀112在致动请求之后没有移动，则可以诊断出该节气阀112已经失效。如果TPS信号和/或该MAF信号指示值不等于其期待值，则可以诊断出该节气阀112已经失效。另一个应用中，模式确定模块220可根据用于节气阀112的诊断标记是否已经被设置在诊断存储器(未示出)中来确定节气阀112是否已经诊断出故障。
当默认节气阀模式启动时，节气阀112是断电的并保持在弹簧加载位置。该弹簧加载位置提供预定的空气流量。当默认节气阀模式启动时，模式确定模块220将模式信号设成指示ECM 114处于默认节气阀模式的预定信号。该模式确定模块220将该模式信号输出至致动模块212、RPM轨迹模块210、RPM控制模块208和转矩估算模块220。
当致动模块212接收指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号时，致动模块212将空气转矩请求改送至点火控制模块216和气缸控制模块217。点火控制模块216和气缸控制模块217代替空气控制模块214达到空气转矩请求。
由于节气阀112已经被断电并因此不可用，致动模块212便将输出空气转矩请求至点火控制模块216和气缸控制模块217。当节气门112处于该弹簧加载位置时，仅采用点火延迟便为空转提供了过高的空气流量。因此，气缸控制模块217便可停用一个或多个气缸。例如，气缸控制模块217可停用发动机102的除一个外的所有气缸。空气转矩请求的变线允许轴转矩裁定模块204、驱动转矩裁定模块206和RPM控制模块208以它们各自的正常方式运转(即确定该预定转矩)。
当RPM轨迹模块210接收指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号时，RPM轨迹模块210将空转RPM设为比第一预定RPM更大的第二预定RPM。由于在故障节气阀模式期间节气阀112处于弹簧加载位置增大了MAP，因此增加该空转RPM以减小MAP。MAP的增大在进气歧管110中产生低真空。该低真空对于需要提供真空的制动系统来说可能是不合适的。另外，增大空转RPM是因为将RPM保持在较低值要求较短的点火延迟。
当转矩估算模块220接收到指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号，该转矩估算模块220将发动机的最大转矩容量102设为非控制转矩(即估计空气转矩)。该非控制转矩是发动机102在当前空气流量条件、点火提前设成标定点火提前值且所有气缸都点火的情况下能产生的转矩的估算值。
其它采用最大转矩容量的系统可调整它们的控制策略以适应处于弹簧加载位置的节气阀112。例如，当最大转矩容量设成非控制转矩时，变速器控制模块194可通过采用较低位齿轮(即较大的齿轮比)调整齿轮比的控制。采用较低位齿轮可使该变速器控制模块194达到期望轴转矩，尽管当节气阀112断电时发动机102的转矩输出能力受到限制。
现参照图3，其示出了RPM控制模块208的示例性应用的功能框图。RPM控制模块208包括比例-积分(PI)模块302，最小转矩模块304，储备调零模块306，以及比例(P)模块308。该RPM控制模块208还包括运行转矩模块310、加法模块312、减法模块314和加法模块316。当RPM控制模块208接收指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号时，该RRPM控制模块208以本文于此描述的不同方式运转。
PI模块302接收期望RPM值、RPM值以及模式信号。PI模块302比较期望RPM值与RPM值从而确定第一RPM修正系数。该PI模块302采用PI控制方案来达到期望RPM。
该第一RPM修正系数包括RPM比例(即PRPM)或基于期望RPM和RPM之间差值的比例偏差，以及比例增益。该第一RPM修正系数还包括RPM积分(即IRPM)或基于期望RPM和RPM之间差值的积分偏差，以及积分增益。在共同指定申请日为2007年1月23日名为″高压比下的发动机转矩控制″的专利申请11/656,929中对PI控制模式进行了更为详细的描述，其全部内容作为参考结合到本申请中。在共同指定申请日为2007年3月13日名为″基于发动机转速控制的转矩″的专利申请11/685,735中对RPM的PI控制进行了附加描述，其全部内容作为参考结合到本申请中。
当PI模块302未接收指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号时，该PI模块302将比例增益设成第一预定增益。该PI模块302设置该积分增益为第二预定增益。当该PI模块302接收到指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号时，该PI模块302将比例增益设成第三预定增益，而不是第一预定增益。该PI模块302设置该积分增益为第四预定增益，而不是第二预定增益。
由于在默认节气阀模式期间节气阀112的弹簧加载位置会引起较高的MAF，因此比例增益和积分增益分别调整为不同增益值。在高MAF的情况下，只有部分气缸用于保持空转RPM。部分气缸的运行使ECM 114产生不同的响应特性，因此需要不同的增益值。
最小转矩模块304接收期望RPM和模式信号。当该最小转矩模块304未接收指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号时，该最小转矩模块304确定用以保持期望RPM的最小转矩。例如，可从查找表获得该最小转矩。该最小转矩用以防止发动机失燃(即，发动机的不完全燃烧)。
当该最小转矩模块304未接收指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号时，停用该最小转矩模块304。由于在默认节气阀模式期间，该节气阀112的弹簧加载位置会产生一较高的MAF，因此停用该最小转矩模块304。当具有高MAF和最佳的点火提前时，不太可能出现发动机失燃。另外，停用该最小转矩模块304将增加RPM控制模块208预定转矩的范围。增大预定转矩的范围是为了实现发动机102跛行回家的需要。
储备调零模块306接收储备/负载模块211提供的储备转矩(TRes)指示和来自模式确定模块220的模式信号。当该储备调零模块306未接收指示ECM114处于默认节气阀模式的模式信号时，该储备调零模块306输出指示的储备转矩作为储备转矩(TRes)。储备转矩是为了补偿突然加载在发动机系统100上的未知负载所引入的转矩附加值。在共同指定申请日为2008年1月10日名为″用于发动机转速控制的储备转矩控制″的专利申请11/972,090中对储备转矩进行了更为详细的描述，其全部内容作为参考结合到本文中。
当该储备调零模块306接收到指示ECM 114处于默认节气阀模式的模式信号时，该储备调零模块306将储备转矩(TRes)设为零。由于在默认节气阀模式期间，节气阀112的弹簧加载位置产生较高的MAF，储备调零模块306将该储备转矩设为零。有了该高MAF，便可在不需要储备转矩的情况下保持该空转RPM。
P模块308接收期望RPM值、RPM值以及模式信号。P模块308比较期望RPM值与RPM值，从而确定第二RPM修正系数。该P模块308采用P控制模式来达到期望RPM。
第二RPMM修正系数包括RPM比例。当P模块308未接收指示ECM 114处于故障节气阀模式的模式信号时，该P模块308将进一步基于第一比例增益来确定RPM比例增益。当P模块308接收到指示ECM 114处于故障节气阀模式的模式信号时，该P模块308将进一步用第二比例增益代替第一比例增益来确定RPM比例增益。
运行转矩模块310接收发动机工作状况数据。例如，该发动机工作状况可能包括，但是不局限于RPM、MAF、点火提前、进气凸轮相位器位置和/或排气凸轮相位器位置。该运行转矩模块310以基于发动机工作状况确定运行转矩。
加法模块312接收第一RPM修正系数、最小转矩以及储备转矩。该加法模块312将第一RPM修正系数、最小转矩和储备转矩相加以确定RPM控制模块208的预定转矩。减法模块314接收储备转矩和运行转矩，并从运行转矩中减去该储备转矩。加法模块316接收运行转矩和储备转矩之差以及第二RPM修正系数，该加法模块316将运行转矩和储备转矩之差以及第二RPM修正系数相加以确定RPM控制模块208的瞬时转矩。
现参照图4，其示出了ECM 114所执行的示例性步骤的流程图。控制从步骤402开始。在步骤404中，确定该TPS。在步骤406中，确定MAF。在步骤408中，基于TPS和MAF对节气阀112进行诊断。
在步骤410，控制确定该节气阀112是否失效。如果是，控制进入步骤412。如果不是，控制返回步骤404。在步骤412中，启动故障节气阀模式。在步骤414中，该空气转矩请求转矩改线至点火控制模块216。
步骤416中，将空转RPM设为第二预定RPM。步骤418中，最大转矩容量设为估计空气转矩(即非控制转矩)。步骤420，将比例增益设为第三预定增益。步骤422中，将积分增益设为第四预定增益。步骤424中，停用最小转矩模块304。步骤426中，储备转矩设为零。步骤428中控制结束。
本领域技术人员可以从上面的描述认识到发明的宽泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定示例，但是本发明的真实范围不会由此受到限制，因为本领域技术人员在研究附图、说明书和下列权利要求书的基础上，将很容易得到其它改型。

Claims (20)

1.一种发动机控制系统，包括：
空气控制模块，当所述节气阀处于可操作状态时，所述空气控制模块基于第一期望转矩对节气阀进行控制；和
点火控制模块，当所述节气阀处于故障状态时，所述点火控制模块基于所述第一期望转矩和第二期望转矩对点火提前进行控制，
其中，当所述节气阀处于所述故障状态时，所述节气阀被保持在预定的故障位置。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，还包括气缸控制模块，当所述节气阀处于所述故障状态时，所述气缸控制模块基于所述第一和第二期望转矩可选择性地使一个或多个气缸中的燃烧停止。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，还包括发动机转速控制模块，其基于最小转矩、储备转矩和由期望发动机速度和测定发动机转速之间的差值确定的比例积分(PI)偏差来确定所述第一期望转矩，并且基于由所述差值确定的比例偏差、所述储备转矩和运行转矩确定所述第二期望转矩。
4.如权利要求3所述的发动机控制系统，其特征在于，还包括轨迹模块，当所述节气阀处于所述可操作状态时，所述轨迹模块将所述期望发动机转速设为第一预定怠速，且当所述节气阀处于所述故障状态时，所述轨迹模块将所述期望发动机转速增加至第二预定怠速。
5.如权利要求3所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述节气阀处于所述故障状态时，所述发动机转速控制模块基于所述最小转矩停止确定所述第一期望转矩。
6.如权利要求3所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述节气阀处于所述故障状态时，所述发动机转速控制模块将所述储备转矩设为零。
7.如权利要求3所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述节气阀处于所述可操作状态时，所述发动机转速控制模块基于第一增益确定所述比例偏差和PI偏差，且当所述节气阀处于所述故障状态时，所述发动机转速控制模块基于第二增益确定所述比例偏差和PI偏差，并且
其中，所述第一增益大于或小于所述第二增益。
8.如权利要求3所述的发动机控制系统，其特征在于，当所述第一期望转矩小于预定最小值而所述节气阀处于所述可操作状态时，所述发动机转速控制模块将所述第一期望转矩设为所述预定最小值，并当所述第一期望转矩小于所述预定最小值而所述节气阀处于所述故障状态时，所述发动机转速控制模块输出所述第一期望转矩。
9.如权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于，还包括转矩估算模块，其基于当前运行状况和预定点火提前确定估计空气转矩，并当所述节气阀处于所述故障状态时将发动机的最大转矩能力设为等于所述估计空气转矩。
10.如权利要求9所述的发动机控制系统，其特征在于，还包括变速器控制模块，其基于所述最大转矩能力控制变速器齿轮比。
11.一种发动机控制方法，包括：
当所述节气阀处于可操作状态时，基于第一期望转矩对节气阀进行控制；和
当所述节气阀处于故障状态时，基于所述第一期望转矩和第二期望转矩对点火提前进行控制，
其中，当所述节气阀处于所述故障状态时，所述节气阀被保持在预定的故障位置。
12.如权利要求11所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括当所述节气阀处于所述故障状态时，基于所述第一和第二期望转矩选择性地使发动机中的一个或多个气缸中的燃烧停止。
13.如权利要求11所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括：
基于最小转矩、储备转矩和由期望发动机速度和测定发动机转速之间的差值确定的比例积分偏差来确定所述第一期望转矩；和
基于由所述差值确定的比例偏差、所述储备转矩和运行转矩确定所述第二期望转矩。
14.如权利要求13所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括：
当所述节气阀处于所述可操作状态时，将所述期望发动机转速设为第一预定怠速；和
当所述节气阀处于所述故障状态时，将所述期望发动机转速增加至第二预定怠速。
15.如权利要求13所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括当所述节气阀处于所述故障状态时，基于所述最小转矩停止确定所述第一期望转矩。
16.如权利要求13所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括当所述节气阀处于所述故障状态时将所述储备转矩设为零。
17.如权利要求13所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括：
当所述节气阀处于所述可操作状态时，基于第一增益确定所述比例偏差和PI偏差；和
当所述节气阀处于所述故障状态时，基于第二增益确定所述比例偏差和PI偏差，
其中所述第一增益大于或小于所述第二增益。
18.如权利要求13所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括：
当所述第一期望转矩小于预定最小值而所述节气阀处于所述可操作状态时，将所述第一期望转矩设为所述预定最小值；和
当所述第一期望转矩小于所述预定最小值而所述节气阀处于所述故障状态时，输出所述第一期望转矩。
19.如权利要求11所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括：
基于当前运行状况和预定点火提前确定估计空气转矩；和
当所述节气阀处于所述故障状态时，将发动机的最大转矩能力设为等于所述估计空气转矩。
20.如权利要求19所述的发动机控制方法，其特征在于，还包括基于所述最大转矩能力控制变速器齿轮比。
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