CN101915170B - 用于协调扭矩控制系统的排气再循环诊断 - Google Patents

用于协调扭矩控制系统的排气再循环诊断 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于协调扭矩控制系统的排气再循环诊断，具体地，控制系统包括节气门控制模块、排气再循环(EGR)控制模块和诊断控制模块。节气门控制模块在车辆处于滑行模式时选择性地维持期望节气门面积。排气再循环控制模块在期望节气门面积被维持时打开EGR阀。诊断控制模块在EGR阀打开时基于车辆进气歧管内测量到的压力增长而选择性地诊断EGR系统的误差。

Description

用于协调扭矩控制系统的排气再循环诊断
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年4月17日提交的美国临时申请61/170,347的权益。上述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于内燃发动机的排气再循环(EGR)系统，更具体地涉及用于协调扭矩控制(CTC)系统的EGR诊断系统和方法。
背景技术
本文所提供的背景技术描述目的在于从总体上呈现本公开的背景。当前署名的发明人的工作，在本背景技术部分所描述的范围内以及在提交时可能不作为现有技术的描述方面，都既不明示也不暗示地确认为是抵触本公开的现有技术。
内燃发动机在汽缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，该活塞产生了驱动扭矩。进入汽油发动机的空气流经由节气门而被调节。更特别地，节气门调整节气门面积，而这增大或减小了进入发动机的空气流。随着节气门面积增大，进入发动机的空气流增大。燃料控制系统调整燃料的喷射速率以向汽缸提供期望的空气/燃料混合物。增大提供到汽缸的空气和燃料量增大了发动机的扭矩输出。
发动机控制系统已被开发用于控制发动机扭矩输出以实现期望扭矩。然而，传统的发动机控制系统没有尽可能精确地控制发动机扭矩输出。而且，传统的发动机控制系统没有提供针对控制信号的快速响应，也没有在影响发动机扭矩输出的各种装置中间协调发动机的扭矩控制。
排气经过排气歧管排出发动机并由排气系统进行处理。发动机系统通常包括排气再循环(EGR)系统以降低排放量。EGR系统使排气返回到进气歧管以便被吸入汽缸。排气包含有未燃烧的燃料。排气中的氧气水平低于燃烧前空气/燃料混合物中的氧气水平。
使排气返回到汽缸趋向于限制了可用于燃烧的氧气量，并且增大了歧管空气压力。限制可用于燃烧的氧气量降低了燃烧温度并且减少了排放量。增大歧管空气压力减小了发动机的泵送损耗，从而提高了燃料经济性。
EGR系统内积累的碎屑限制了排气流从而使EGR系统的有效性变得最小。因此，可执行EGR诊断测试来确定EGR流在何时被限制。EGR诊断测试可包括打开EGR阀以增大EGR流并且监控进气歧管内的压力水平。
发明内容
控制系统包括节气门控制模块、排气再循环(EGR)控制模块和诊断控制模块。节气门控制模块在车辆处于滑行模式时选择性地维持期望的节气门面积。EGR控制模块在期望节气门面积被维持时打开EGR阀。诊断控制模块在EGR阀打开时基于车辆进气歧管内测量到的压力升高而选择性地诊断EGR系统的误差。
通过本文后面提供的详细描述将明了本公开进一步的应用领域。应当理解的是，这些详细描述和特定示例仅仅用于说明的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
本发明还提供了如下方案：
方案1.一种控制系统，包括：
节气门控制模块，所述节气门控制模块在车辆处于滑行模式时选择性地维持期望节气门面积；
排气再循环(EGR)控制模块，所述排气再循环控制模块在所述期望节气门面积被维持时打开EGR阀；以及
诊断控制模块，所述诊断控制模块在所述EGR阀打开时基于所述车辆进气歧管内测量到的压力增长而选择性地诊断EGR系统的误差。
方案2.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述诊断控制模块在测量到的压力增长小于最小压力增长时诊断出所述EGR系统的误差。
方案3.如方案2所述的控制系统，其特征在于，所述节气门控制模块在所述期望节气门面积大于最大节气门面积时制止维持所述期望节气门面积。
方案4.如方案2所述的控制系统，其特征在于，空气扭矩请求被用于控制到所述发动机内一个或多个汽缸的空气流，其中，所述节气门控制模块在所述空气扭矩请求大于最大扭矩请求时允许对所述期望节气门面积的调整。
方案5.如方案2所述的控制系统，其特征在于，所述节气门控制模块在加速器踏板位置指示请求了加速时允许对所述期望节气门面积的调整。
方案6.如方案2所述的控制系统，其特征在于，进一步包括空气控制模块，所述空气控制模块基于最小节气门面积确定所述期望节气门面积，所述最小节气门面积为所述发动机的汽缸提供最小的每汽缸空气(APC)。
方案7.如方案6所述的控制系统，其特征在于，进一步包括最小扭矩传递承载能力模块，所述最小扭矩传递承载能力模块基于下述中的至少一个确定所述最小APC：最小可控制节气门位置、最小连续燃料喷射器工作持续时间、自持续燃烧的最小空气密度和用于EGR诊断测试的最小空气流。
方案8.如方案7所述的控制系统，其特征在于，进一步包括APC控制模块，所述APC控制模块基于所述EGR阀的打开量确定诊断APC。
方案9.如方案8所述的控制系统，其特征在于，所述最小扭矩传递承载能力模块基于所述诊断APC增大所述最小APC。
方案10.如方案9所述的控制系统，其特征在于，在所述节气门控制模块维持所述期望节气门面积之前，所述空气控制模块基于所述增大的最小APC确定所述期望节气门面积。
方案11.一种方法，包括：
在车辆处于滑行模式时选择性地维持期望节气门面积；
在所述期望节气门面积被维持时打开EGR阀；以及
在所述EGR阀打开时基于所述车辆进气歧管内测量到的压力增长而选择性地诊断EGR系统的误差。
方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括在测量到的压力增长小于最小压力增长时诊断出所述EGR系统的误差。
方案13.如方案12所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述期望节气门面积大于最大节气门面积时制止维持所述期望节气门面积。
方案14.如方案12所述的方法，其特征在于，进一步包括：
使用空气扭矩请求以控制到所述发动机内一个或多个汽缸的空气流；以及
在所述空气扭矩请求大于最大扭矩请求时允许对所述期望节气门面积的调整。
方案15.如方案12所述的方法，其特征在于，进一步包括在加速器踏板位置指示请求了加速时允许对所述期望节气门面积的调整。
方案16.如方案12所述的方法，其特征在于，进一步包括基于最小节气门面积确定期望节气门面积，所述最小节气门面积为所述发动机的汽缸提供最小的每汽缸空气(APC)。
方案17.如方案16所述的方法，其特征在于，进一步包括基于下述中的至少一个确定所述最小APC：最小可控制节气门位置、最小连续燃料喷射器工作持续时间、自持续燃烧的最小空气密度和用于EGR诊断测试的最小空气流。
方案18.如方案16所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述EGR阀的打开量确定诊断APC。
方案19.如方案18所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述诊断APC增大所述最小APC。
方案20.如方案19所述的方法，其特征在于，进一步包括在维持所述期望节气门面积之前，基于所述增大的最小APC确定所述期望节气门面积。
附图说明
通过详细描述和附图，本公开将得到更加全面的理解，附图中：
图1是根据本公开原理的示例性发动机系统的功能方块图；
图2是根据本公开原理的示例性发动机控制系统的功能方块图；
图3是根据本公开原理的示例性控制模块的功能方块图；
图4是根据本公开原理的示例性控制模块的功能方块图；以及
图5示出了根据本公开原理的排气再循环控制方法的示例性步骤。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不试图以任何方式限制本公开、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同附图标记来表示相似元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当解释为指的是使用了非排他性逻辑或的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本公开原理的情况下，方法内的步骤也可按照不同顺序执行。
如本文所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用处理器、专用处理器或组处理器)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他适合部件。
本公开的排气再循环(EGR)诊断系统和方法可在车辆工作于滑行模式时维持或固定期望的节气门面积，在期望节气门面积被维持时打开EGR阀，并且在EGR阀打开时基于进气歧管内测量到的压力升高而诊断EGR系统的误差。当测量到的压力升高小于最小压力升高时，则可诊断出EGR系统的误差。
协调扭矩控制(CTC)系统可基于EGR阀的位置调整期望节气门面积。在固定期望节气门面积时打开EGR阀防止了CTC系统在EGR阀打开时打开节气门。这确保了测量到的压力升高是由于EGR阀打开而非节气门打开所引起的。从而，测量到的压力升高可用于诊断包括CTC系统的车辆内EGR系统的误差。
现在参见图1，给出了示例性发动机系统100的功能方块图。发动机系统100包括发动机102，该发动机102燃烧空气/燃料混合物以基于驾驶者输入模块104产生用于车辆的驱动扭矩。空气经过节气门阀112被吸入进气歧管110。仅作为示例，节气门阀112可包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM)114控制节气门致动器模块116，该节气门致动器模块116调节节气门阀112的打开以控制吸入进气歧管110的空气量。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的汽缸内。虽然发动机102可包括多个汽缸，为了例示目的，仅示出了单个代表性汽缸118。仅作为示例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。
来自进气歧管110的空气经过进气阀122被吸入汽缸118内。ECM114控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块124调节燃料的喷射以实现期望的空气/燃料比。燃料可在中心位置或多个位置处喷射到进气歧管110内，这些位置例如是每个汽缸的进气阀附近。在图1未示出的各种实施方式中，燃料可直接喷射到汽缸内或喷射到与汽缸关联的混合室内。燃料致动器模块124可停止向停用的汽缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合并在汽缸118内形成空气/燃料混合物。汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM114的信号，点火致动器模块126向汽缸118内的火花塞128供能，其点燃了空气/燃料混合物。可相对于活塞处于其最高位置(称为上止点)的时间来指定点火正时。
空气/燃料混合物的燃料向下驱动活塞，从而驱动旋转的曲轴(未示出)。活塞然后开始再次向上运动并驱使燃烧副产物通过排气阀130。燃烧副产物经由排气系统134从车辆排出。
点火致动器模块126可由正时信号控制，该正时信号指示应在TDC之前或之后多远提供点火。点火致动器模块126的工作从而可与曲轴的旋转同步。在各种实施方式中，点火致动器模块126可停止向停用的汽缸提高点火。
进气阀122可由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可由排气凸轮轴142控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可控制每个汽缸的多个进气阀和/或可控制多排汽缸的进气阀。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个汽缸的多个排气阀和/或可控制多组汽缸的排气阀。
进气阀122的打开时间可通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC变化。排气阀130的打开时间可通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC变化。相位器致动器模块158基于来自ECM114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当实施时，可变阀升程也可由相位器致动器模块158控制。
发动机系统100可包括增压装置，该增压装置向进气歧管110提供加压空气。例如，图1示出了涡轮增压器160，该涡轮增压器160包括热涡轮机160-1，该热涡轮160-1由流过排气系统134的热排气提供动力。涡轮增压器160还包括由涡轮机160-1驱动的冷空气压缩机160-2，该冷空气压缩机160-2压缩导入节气门阀112的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器可压缩来自节气门阀112的空气并将压缩的空气输送到进气歧管110。
废气旁通阀162可允许排气绕过涡轮增压器160，从而降低涡轮增压器160的增压(进入空气压缩量)。ECM114经由增压致动器模块164控制涡轮增压器160。增压致动器模块164可通过控制废气旁通阀162的位置来调制涡轮增压器160的增压。在各种实施方式中，增压致动器模块164可控制多个涡轮增压器。涡轮增压器160可具有可变几何形状，其可由增压致动器模块164控制。
中间冷却器(未示出)可耗散一些压缩进气的热量，该热量是在空气被压缩时产生的。由于空气邻近排气系统134压缩进气还可吸收热量。尽管为了例示目的而分开示出，涡轮机160-1和压缩机160-2经常彼此附接，使得进入空气紧邻热排气。
发动机系统100可包括排气再循环(EGR)阀170，该排气再循环阀170选择性地将排气重引导回进气歧管110。EGR阀170可位于涡轮增压器160上游。EGR阀170可由EGR致动器模块172控制。EGR阀170和EGR致动器模块172可称为EGR系统，EGR系统还可包括将排气从EGR阀170输送到进气歧管110的部件。
发动机系统100可使用RPM传感器180以每分钟转数(RPM)为单位测量曲轴速度。可使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，可测量发动机真空度，其为环境空气压力和进气歧管110内的压力的差。可使用质量空气流(MAF)传感器186测量流入进气歧管110的空气的质量流量。在各种实施方式中，MAF传感器186可位于壳体内，该壳体还包括节气门阀112。
节气门致动器模块116可使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)190来监控节气门阀112的位置和/或节气门面积。ECM114可使用来自传感器的信号控制发动机系统100。ECM114可执行本公开的EGR诊断技术，其可包括激活维护指示器194。
ECM114可与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电动机198的工作。电动机198也可用作发电机，并且可用于产生电能以供车辆电气系统使用和/或储存在电池中。在各种实施方式中，混合动力控制模块196和ECM114的各种功能可集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统均可称为致动器，其接收致动器值。例如，节气门致动器模块116可称为致动器，而节气门打开面积可称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调整节气门阀112的叶片角度来得到节气门打开面积。
类似地，点火致动器模块126可称为致动器，而相应的致动器值可为相对于汽缸TDC的点火提前量。其他致动器可包括增压致动器模块164、EGR致动器模块172、相位器致动器模块158和燃料致动器模块124。对于这些致动器，致动器值可分别对应于增压压力、EGR阀打开面积、进气和排气凸轮相位器角和燃料供给速率。ECM114可控制致动器值以便由发动机102产生期望扭矩。
现在参见图2，给出了示例性发动机控制系统的功能方块图。ECM114的示例性实施方式包括轴扭矩仲裁模块204。轴扭矩仲裁模块204在来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入和其他轴扭矩请求之间仲裁。例如，驾驶者输入可基于加速器踏板的位置。驾驶者输入还可基于巡航控制，该巡航控制可为自适应巡航控制系统，其改变车辆速度以维持预定尾随距离。
扭矩请求可包括目标扭矩值以及坡道(ramp)请求，例如使坡道扭矩下降到最小发动机熄火扭矩的请求或使坡道扭矩从最小发动机熄火扭矩上升的请求。轴扭矩请求可包括在车轮滑动期间由牵引控制系统请求的扭矩降低。轴扭矩请求还可包括请求提高扭矩以抵消车轮负滑动，其中车辆的轮胎由于轴扭矩为负而相对于路面的滑动。
轴扭矩请求还可包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可降低发动机扭矩以确保发动机扭矩输出没有超出车辆停止时制动以保持车辆的能力。车辆超速扭矩请求可降低发动机扭矩输出以防止车辆超出预定速度。车身稳定性控制系统也可提出轴扭矩请求。轴扭矩请求可进一步包括发动机停机请求，例如当探测到严重故障时产生的请求。
轴扭矩仲裁模块204基于在接收到的扭矩请求之间的仲裁结果输出预测扭矩请求和即刻扭矩请求。预测扭矩请求是ECM114准备让发动机102产生的扭矩量，并且可通常基于驾驶者扭矩请求。即刻扭矩请求是当前需要的扭矩量，其可小于预测扭矩请求。
即刻扭矩请求可小于预测扭矩请求以提供扭矩储备(下面将更详细地进行描述)并满足临时扭矩降低。仅作为示例，临时扭矩降低可在车辆速度接近超速阈值和/或牵引控制系统感测到车轮滑动时请求。
即刻扭矩请求可由快速响应的不同发动机致动器实现，而较慢的发动机致动器可用于准备预测扭矩请求。例如，在燃气发动机中，点火提前可快速调整，而空气流和凸轮相位器位置则由于机械时延而响应较慢。而且，空气流的变化受到进气歧管内空气传输延迟的影响。另外，空气流的变化不如扭矩变化明显，直到空气被吸入汽缸、压缩并且燃烧。
扭矩储备可如下形成：将较慢的发动机致动器设定为产生预测扭矩，而将较快的发动机致动器设定为产生小于预测扭矩的即刻扭矩。例如，可打开节气门阀112，从而增大空气流并准备产生预测扭矩。与此同时，可减小点火提前(换言之，延迟点火正时)，从而将实际发动机扭矩输出降低到即刻扭矩。
预测扭矩和即刻扭矩之间的差可称为扭矩储备。当存在扭矩储备时，能够通过改变较快的致动器而将发动机扭矩快速地从即刻扭矩提高到预测扭矩。从而，无需等待调整其中一个较慢致动器而引起的扭矩变化，即可实现预测扭矩。
轴扭矩仲裁模块204可向推进扭矩仲裁模块206输出预测扭矩请求和即刻扭矩请求。在各种实施方式中，轴扭矩仲裁模块204可向混合动力优化模块208输出预测扭矩请求和即刻扭矩请求。混合动力优化模块208确定发动机102应当产生多少扭矩以及电动机198应当产生多少扭矩。然后，混合动力优化模块208向推进扭矩仲裁模块206输出修正的预测扭矩请求和即刻扭矩请求。在各种实施方式中，可在混合动力控制模块196内提供混合动力优化模块208。
推进扭矩仲裁模块206接收到的预测扭矩请求和即刻扭矩请求被从轴扭矩区域(车轮处的扭矩)转变到推进扭矩区域(曲轴处的扭矩)。该转变可发生在混合动力优化模块208之前、之后，或作为混合动力优化模块208的一部分发生，或者代替混合动力优化模块208发生。
推进扭矩仲裁模块206在推进扭矩请求之间仲裁，该推进扭矩请求包括已转变的预测扭矩请求和即刻扭矩请求。推进扭矩仲裁模块206可产生仲裁过的预测扭矩请求和仲裁过的即刻扭矩请求。可通过从接收到的请求之间选择优胜请求来产生仲裁过的扭矩请求。替代性地或另外地，可如下产生仲裁过的扭矩请求：基于其他一个或多个接收到的请求来修正其中一个接收到的请求。
其他的推进扭矩请求可包括用于发动机超速保护的扭矩降低、用于失速防止的扭矩提高和用于适应变速器换挡的扭矩降低。推进扭矩请求也可由离合器燃料切断引起，而这可在驾驶者踏下手动变速器车辆的离合器踏板时降低发动机扭矩输出。
推进扭矩请求也可包括发动机停机请求，发动机停机请求可在探测到严重故障时发起。仅作为示例，严重故障可包括探测到车辆被盗窃、起动机卡住、电子节气门控制问题和不希望的扭矩提高。仅作为示例，发动机停机请求可总是在仲裁中获胜(win)，从而作为仲裁过的扭矩输出，或者可完全绕过仲裁而简单地关闭发动机。推进扭矩仲裁模块206仍可接收这些停机请求，使得例如可向其他扭矩请求器反馈适当的数据。例如，所有其他的扭矩请求器可被告知它们在仲裁中失败(lost)。
RPM控制模块210也可向推进扭矩仲裁模块206输出预测扭矩请求和即刻扭矩请求。来自RPM控制模块210的扭矩请求在ECM114处于RPM模式时可在仲裁中占优(prevail)。当驾驶者将他们的脚从加速器踏板移开(例如当车辆处于怠速或者从较高速度滑行)时，RPM模式可被选定。替代性地或另外地，当车轴扭矩仲裁模块204输出的预测扭矩请求小于可校准扭矩值时，RPM模式可被选定。
RPM控制模块210从RPM轨迹模块(trajectorymodule)212接收期望RPM，并且控制预测扭矩请求和即刻扭矩请求以减小期望RPM和实际RPM之间的差。仅作为示例，RPM轨迹模块212针对车辆滑行可输出线性下降的期望RPM，直到达到怠速RPM。然后，RPM轨迹模块212可继续将怠速RPM作为期望RPM输出。
储备/负载模块220从推进扭矩仲裁模块206接收仲裁过的预测扭矩请求和即刻扭矩请求。各种发动机工作条件可影响发动机扭矩输出。响应于这些条件，储备/负载模块220可通过提高预测扭矩请求来产生扭矩储备。
仅作为示例，催化剂起燃过程或冷启动减排过程可要求延迟的点火提前。储备/负载模块220从而可将预测扭矩请求提高到即刻扭矩请求之上以产生用于冷启动减排过程的延迟的点火。在另一个示例中，发动机的空气/燃料比和/或质量空气流可例如由诊断侵入当量比测试和/或新发动机清洗来直接改变。在这些过程开始之前，可产生或提高扭矩储备以快速补偿这些过程期间由于空气/燃料混合物变稀而引起的发动机输出扭矩降低。
储备/负载模块220也可在未来负载的预期下产生储备，该未来负载例如是空调压缩机离合器的接合或动力转向泵工作。用于空调(A/C)离合器接合的储备可在驾驶者首次请求空调时产生。然后，当A/C离合器接合时，储备/负载模块220可向即刻扭矩请求添加预期的A/C离合器负载。
致动模块224接收来自储备/负载模块220的预测扭矩请求和即刻扭矩请求。致动模块224确定将如何实现预测扭矩请求和即刻扭矩请求。致动模块224可为针对发动机专用类型，对于燃气发动机和柴油发动机，致动模块224具有不同的控制方案。在各种实施方式中，致动模块224可限定致动模块224之前的发动机无关模块与发动机相关模块之间的界限。
例如，在燃气发动机中，致动模块224可改变节气门阀112的打开，而这允许大范围的扭矩控制。然而，打开和关闭节气门阀112导致相对较慢的扭矩变化。停用汽缸也提供了大范围的扭矩控制，但类似地也可能较慢并且额外地牵涉了驾驶性能和排放问题。改变点火提前是相对较快的，但是不提供那么大的扭矩控制范围。另外，与点火有关的可能扭矩控制量(称为点火能力(sparkcapacity))随着每汽缸空气的变化而变化。
在各种实施例中，致动模块224可基于预测扭矩请求产生空气扭矩请求。空气扭矩请求可等于预测扭矩请求，导致空气流被设置，使得可通过其他致动器的变化来实现预测扭矩请求。
空气控制模块228可基于空气扭矩请求确定较慢致动器的期望致动器值。例如，空气控制模块228可控制期望歧管绝对压力(MAP)、期望节气门面积、期望每汽缸空气(APC)和/或期望EGR位置。期望MAP可用于确定期望增压，而期望APC可用于确定期望凸轮相位器位置。
在燃气系统中，致动模块224也可产生点火扭矩请求和燃料质量扭矩请求。点火控制模块232可利用点火扭矩请求来确定将点火从校准的点火提前延迟多少(这降低了发动机扭矩输出)。
燃料控制模块240可利用燃料质量扭矩请求来改变提供到每个汽缸的燃料量。仅作为示例，燃料控制模块240可确定在与当前的每汽缸空气量组合时产生化学计量燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可命令燃料致动器模块124为每个激活的汽缸喷射该燃料质量。在正常的发动机工作期间，燃料控制模块240可尝试维持化学计量的空气/燃料比。
燃料控制模块240可将燃料质量增加到化学计量值之上以提高发动机扭矩输出，并且可减少燃料质量以降低发动机扭矩输出。在各种实施方式中，燃料控制模块240可接收不同于化学计量值的期望空气/燃料比。然后，燃料控制模块240可确定实现期望空气/燃料比的每汽缸燃料质量。在柴油发动机中，燃料质量可为控制发动机扭矩输出的主要致动器。
扭矩估计模块244可估计发动机102的扭矩输出。空气控制模块228可使用该估计的扭矩来执行发动机空气流参数的闭环控制，这些参数包括节气门面积、EGR位置、MAP和相位器位置。仅作为示例，可将扭矩关系定义如下：
(1)T＝f(APC，S，I，E，AF，OT，EGR)
其中，扭矩(T)是下列参数的函数：每汽缸空气(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EGR位置(EGR)。
该关系可由方程式来模型化和/或存储为查找表。扭矩估计模块244可基于测量到的MAF和当前RPM来确定APC，从而允许基于实际空气流的闭环空气控制。由于相位器可朝向期望位置行进，因此所使用的进气和排气凸轮相位器位置可基于实际位置。
尽管实际的点火提前可用于估计扭矩，但是当校准的点火提前值被用于估计扭矩时，估计的扭矩可称为估计的空气扭矩。估计的空气扭矩是估计值，表示如果取消了点火延迟(即点火提前被设置为校准的点火提前值)，则在当前空气流下发动机能够产生多少扭矩。
空气控制模块228可产生输出到增压调度模块248的期望歧管绝对压力(MAP)信号。增压调度模块248使用期望MAP信号来控制增压致动器模块164。然后，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。
空气控制模块228可产生输出到节气门致动器模块116的期望面积信号。然后，节气门致动器模块116调节机节气门阀112以产生期望节气门面积。空气控制模块228可基于反向扭矩模型和空气扭矩请求产生期望面积信号。空气控制模块228可使用估计的空气扭矩和/或MAF信号以便执行闭环控制。例如，可控制期望面积信号以最小化估计的空气扭矩和空气扭矩请求之间的差。
空气控制模块228可产生输出到EGR致动器模块172的期望位置信号。然后，EGR致动器模块172调节EGR阀170以产生期望EGR位置。空气控制模块228可产生输出到相位器调度模块252的期望每汽缸空气(APC)信号。基于期望APC信号和RPM信号，相位器调度模块252可利用相位器致动器模块158控制进气凸轮相位器148和/或排气凸轮相位器150的位置。
返回参照点火控制模块232，点火提前值可在各种发动机工作条件下校准。仅作为示例，可将扭矩关系反演(inverted)为求解期望点火提前。对于给定的扭矩请求(Tdes)，期望点火提前(Sdes)可基于下式确定：
(2)Sdes＝T-1(Tdes，APC，I，E，AF，OT，EGR)
该关系可通过方程式和/或作为查找表来实施。空气/燃料比(AF)可以是实际的比，如燃料控制模块240所指示的。
当点火提前被设置到校准的点火提前时，得到的扭矩可尽可能的接近均值最优扭矩(MBT)。MBT指的是，对于给定空气流，当点火提前增大时，使用辛烷值高于预定阈值的燃料所产生的最大扭矩。该最大扭矩产生时的点火提前可称为MBT点火。例如因为燃料质量(如使用较低辛烷的燃料时)和环境因素，校准的点火提前可不同于MBT点火。校准的点火提前下的扭矩因此可小于MBT。
EGR诊断模块254和最小扭矩传递承载能力模块256可实施本公开的EGR诊断技术。当ECM114处于滑行模式时，EGR诊断模块254可产生输出到空气控制模块228的维持节气门信号。然后，空气控制模块228维持期望节气门面积。滑行模式可在下述情况下被选定：当驾驶者将他们的脚从加速器踏板移开时，车辆正在运动和变速器正在驱动发动机(即变速器齿轮是连上的)。EGR诊断模块254可基于空气扭矩请求和以每分钟转数(RPM)为单位的曲轴速度来确定ECM114是否处于滑行模式。
当期望节气门面积被维持时，EGR诊断模块254可产生输出到空气控制模块228的打开EGR信号。然后，空气控制模块228朝向打开调整EGR位置。这确保了当EGR位置被调整时APC不被调整，这是由于空气控制模块228在发动机空气流参数的闭环控制期间使用了EGR位置的结果。EGR诊断模块254可接收MAP信号并且在进气歧管压力增长小于最小压力增长时，诊断出EGR系统误差。
空气控制模块228可向EGR诊断模块254输出期望面积信号和空气扭矩请求信号。当期望节气门面积大于最大节气门面积时，EGR诊断模块254可制止维持期望节气门面积。当对应于期望节气门面积的空气扭矩请求大于安全扭矩请求时，EGR诊断模块254可制止维持期望节气门面积。最大节气门面积和安全扭矩请求可为提高了扭矩安全性的可校准阈值。可通过下述方式来改善扭矩安全性：当驾驶者请求扭矩时防止维持期望扭矩面积，而维持期望扭矩面积可能导致当驾驶者停止请求扭矩时扭矩输出超出驾驶者的本意。
EGR诊断模块254可产生输出到最小扭矩传递承载能力模块256的诊断APC信号。然后，最小扭矩传递承载能力模块256基于诊断APC信号产生最小预测扭矩信号，并且向推进扭矩仲裁模块206输出最小预测扭矩信号。以此方式，EGR诊断模块254可在调整EGR位置之前提高最小预测扭矩以增大期望节气门面积，这确保了最小的每汽缸未燃烧空气流被维持。
当ECM114处于滑行模式并且期望节气门面积被增大时，点火控制模块232可减小点火提前以实现驾驶者扭矩请求。点火控制模块232可基于反向扭矩模型、驾驶者扭矩请求、对应于增大的期望节气门面积的APC和EGR位置来减小点火提前。
当调整EGR位置时，EGR诊断模块254可维持期望MAP和期望APC而非维持期望节气门面积。可基于期望MAP、期望APC、和测量到的RPM(即测量到的以每分钟转数为单位的曲轴速度)来确定期望节气门面积。因此，当期望MAP和期望APC被维持且EGR位置被调整时，可基于测量到的RPM调整期望节气门面积。
现在参见图3，EGR诊断模块254可包括诊断控制模块300、APC控制模块302、节气门控制模块304和EGR控制模块306。诊断控制模块300从RPM传感器180接收曲轴速度，从MAP传感器184接收进气歧管压力。诊断控制模块300从空气控制模块228接收期望面积和空气扭矩请求。
诊断控制模块300基于曲轴速度和/或空气扭矩请求确定是否选定滑行模式。例如，当曲轴速度大于怠速速度并且当空气扭矩请求小于最大扭矩请求时，诊断控制模块300可确定选定了滑行模式。
当选定了滑行模式时，诊断控制模块300可产生输出到APC控制模块302的APC源信号。APC源信号指示EGR诊断模块254可控制最小APC。然后，APC控制模块302产生输出到最小扭矩传递承载能力模块256的诊断APC信号。诊断APC信号指示了产生用于EGR诊断测试的最小空气流的诊断APC。然后，最小扭矩传递承载能力模块256基于诊断APC确定最小APC，并且基于最小APC产生最小预测扭矩信号。
APC控制模块302可存储用于诊断APC的预定值和/或基于EGR阀170的期望打开量确定诊断APC。最小扭矩传递承载能力模块256可基于诊断APC增大最小APC。从而，在维持期望节气门面积之前，空气控制模块228可基于增大的最小APC确定期望节气门面积。这防止了断火，所述断火发生在EGR阀170被打开而期望节气门面积被维持时，这导致排气流增加而未燃烧空气流减少。
当基于诊断APC信号确定了最小APC时，诊断控制模块300可产生输出到节气门控制模块304的节气门源信号。节气门源信号指示EGR诊断模块254可控制期望面积。然后，节气门控制模块304产生输出到空气控制模块228的维持节气门信号。然后，空气控制模块228维持期望节气门面积。空气控制模块228可基于最小节气门面积确定期望节气门面积，该最小节气门面积当选定了滑行模式时向每个汽缸提供最小APC。例如，期望节气门面积可等于最小节气门面积。
诊断控制模块304可基于期望面积和/或空气扭矩请求制止产生节气门源信号和/或停止产生节气门源信号。当诊断控制模块304制止产生节气门源信号时，节气门控制模块304制止维持期望节气门面积。类似地，当诊断控制模块304停止产生节气门源信号时，节气门控制模块304停止维持期望节气门面积。
当期望节气门面积大于最大节气门面积时，节气门控制模块304可制止维持期望节气门面积。当对应于期望节气门面积的空气扭矩请求大于安全扭矩请求时，节气门控制模块304可制止维持期望节气门面积。最大节气门面积和安全扭矩请求可为提高了扭矩安全性的可校准阈值。可通过下述方式来改善扭矩安全性：当驾驶者请求扭矩时防止维持期望扭矩面积，而维持期望扭矩面积可能导致当驾驶者停止请求扭矩时扭矩输出超出驾驶者的本意。
当加速器踏板位置指示了请求加速时，节气门控制模块304可允许对期望节气门面积的调整，从而改善驾驶性能。当空气扭矩请求大于最大扭矩请求时，节气门控制模块304可允许对期望节气门面积的调整，该最大扭矩请求可为改善了驾驶性能的可校准阈值。可通过确保发动机以正常延迟响应(例如较慢致动器响应时间)来改善驾驶性能。
当期望节气门面积被维持时，诊断控制模块300可产生输出到EGR控制模块306的EGR源信号。EGR源信号指示EGR诊断模块254可控制EGR阀170。然后，EGR控制模块306产生输出到空气控制模块228的打开EGR信号。打开EGR信号指示EGR阀170的期望打开量并且被输出到EGR控制模块306。然后，空气控制模块228基于期望打开量控制EGR致动器模块172以打开EGR阀170。
当EGR阀打开时，诊断控制模块300可基于进气歧管压力诊断EGR系统的误差。当进气歧管的压力增长小于最小压力增长时，诊断控制模块300诊断出EGR系统的误差。当诊断出EGR系统的误差时，诊断控制模块300可激活维护指示器194。
诊断控制模块300可在诊断周期期间监控进气歧管的压力增长。诊断周期可较短(例如小于1秒)。诊断控制模块300可在开始诊断周期之前的稳定周期期间监控进气歧管压力、曲轴速度和期望节气门面积。当诊断周期已经过去时，诊断控制模块300可停止产生维持节气门信号和打开EGR信号。然后，可使APC和EGR位置返回到非诊断控制。
现在参见图4，示出了图4发动机扭矩控制模块的示例性实施方式的功能方块图。最小扭矩传递承载能力模块256确定可实现的最小APC。例如，最小APC可基于最小可控制节气门位置、最小连续燃料喷射器工作持续时间、自持续燃烧的最小空气密度和用于EGR诊断测试的最小空气流中的一个或多个。下限最大值模块400基于仅作为例子的下述中的无论哪个来确定可实现APC的下限：最小可控制节气门位置、最小连续燃料喷射器工作持续时间、自持续燃烧的最小空气密度和对应于较大的最小APC的用于EGR诊断测试的最小空气流。
维持可控制节气门位置所需的最小APC能够由可靠节气门控制的最少空气模块402确定。可靠节气门控制的最少空气模块402可基于几个输入计算最少空气。例如，第一输入可包括以RPM为单位的发动机转速。第二输入可包括大气压(其可称为环境气压)并且可被低通过滤。
第三输入可为作为最大位置(即全开的节气门，WOT)的百分比的最小节气门位置。完全关闭节气门可导致节气门在节气门孔内被机械地卡住。因此，最小节气门位置校准可限制节气门可被完全关闭的程度。第四输入可包括车辆外部空气(即环境空气)的温度。该温度可由在一定条件下工作的燃料系统温度传感器来估计，而不是从专用传感器读取。
第五输入可包括在节气门全开时以平方毫米为单位的节气门孔的最大有效面积。该有效面积可为几何测量结果，或者可由包含了节气门本体排放系数的空气流测量测试推断出。第六输入可包括发动机内的汽缸数量，其可通过校准得到。替代性地，汽缸数量可随着选定汽缸的停用而变化。
燃料喷射器由于不能即刻地打开和关闭而可引入其他限制。燃料喷射器可具有最小工作持续时间，在最小工作持续时间内，燃料喷射器必须被驱动。在没有最小工作持续时间的情况下，燃料喷射器可有效地保持关闭或者可打开到不可确定的位置。最小工作持续时间产生了能可靠地传输到汽缸内的最小燃料量。由于汽油发动机通常在固定的空气/燃料比下运转，从而该最小的可能燃料传输极限产生了最小APC极限。
由最小喷射器工作持续时间决定的最少空气能够由喷射器工作持续时间的最少空气模块404确定。喷射器工作持续时间的最少空气模块404能够基于发动机RPM和以毫克/秒为单位的当前有效喷射器流量来执行其计算。当前有效喷射器流量可为跨喷射器和孔口尺寸的压力的函数。
另一个APC极限可由稳定燃烧必要条件得到。如果燃料液滴在燃烧室内间隔太宽，则会没有足够的从一个分子的燃烧传递到其相邻分子的热量，因而达不到自持续燃烧。在这种情况下，燃烧从火花塞开始，但却无法点燃燃烧室内的所有其他液滴。于是，未燃烧的燃料液滴从排气端口出来，从而可能损坏催化剂。
该极限通常由使用燃烧质量测量设备的校准器作为所指示的平均有效压力的大范围变异而被观察，其可被转换为变异系数(或COV)。也可利用催化剂温度传感器监控发动机内的催化剂温度来观察该极限。催化剂温度在未燃烧的燃料液滴到达催化剂时开始攀升。
可接受的燃烧稳定性所需的最少空气能够由燃烧稳定性的最少空气模块406确定。燃烧稳定性的最少空气模块406能够基于发动机RPM和环境气压执行其计算。
EGR诊断模块254经由诊断APC信号向最小扭矩传递承载能力模块256提供用于EGR诊断测试的诊断APC。最小扭矩传递承载能力模块256可通过诊断APC增大最小APC。从而，在调整EGR位置以确保维持最小的每汽缸未燃烧空气流之前，空气控制模块228可增大期望节气门面积。
可能的最小APC极限的最大值由下限最大值模块400确定。下限最大值模块400基于诊断APC而增大其最大值。下限最大值模块400向扭矩转变模块408输出增大的最小APC。扭矩转变模块408将最小APC转变成最小预测扭矩。扭矩转变模块408向推进扭矩仲裁模块206输出最小预测扭矩。
现在参见图5，控制在步骤500中确定车辆是否处于滑行模式(例如，车辆正在运动，驾驶者离开踏板和变速器驱动发动机)。控制可基于曲轴速度和/或加速器踏板位置确定车辆是否处于滑行模式。例如，当曲轴速度大于怠速速度和当加速器踏板位置指示未请求加速时，控制可确定车辆处于滑行模式。
当车辆未处于滑行模式时，控制在步骤502中停止诊断。当车辆处于滑行模式时，控制在步骤504中确定最小的每汽缸空气(APC)。控制可基于下述的一个或多个来确定最小APC：最小可控制节气门位置、最小连续燃料喷射器工作持续时间、自持续燃烧的最小空气密度和用于EGR诊断测试的最小空气流。
控制可基于可能的最小APC值的最大值确定最小APC，可能的最小APC值基于下述确定：最小可控制节气门位置、最小连续燃料喷射器工作持续时间、自持续燃烧的最小空气密度和用于EGR诊断测试的最小空气流。控制可基于期望的EGR阀打开量确定诊断APC并且基于诊断APC增大最小APC。
控制在步骤506中基于最小节气门面积确定期望节气门面积，最小节气门面积为每个汽缸提供最小APC。控制可设定期望节气门面积等于最小节气门面积。控制在步骤508中确定期望节气门面积是否小于最大节气门面积。
当期望节气门面积大于或等于最大节气门面积时，控制在步骤502中停止EGR诊断方法。当期望节气门面积小于最大节气门面积时，控制在步骤510中将测量到的节气门面积调整到期望节气门面积。然后，控制在步骤510中将测量到的节气门面积维持在期望节气门面积。
控制在步骤512中基于期望的EGR阀打开量来打开EGR阀。控制在步骤514中监控进气歧管空气压力(MAP)增长。控制在步骤516中确定诊断周期是否已过。
当诊断周期未过，控制在步骤518中确定预测扭矩请求是否大于最大扭矩请求。预测扭矩请求可用于控制到进气歧管的空气流，而且最大扭矩请求可被预定。当预测扭矩请求小于或等于最大扭矩请求时，控制前进到步骤520。当预测扭矩请求大于最大扭矩请求时，控制在步骤502中停止EGR诊断方法。停止EGR诊断方法允许基于非诊断控制而对节气门和EGR阀进行调整。
在步骤520中，控制确定驾驶者是否正在请求扭矩(例如，驾驶者正在踩下加速器)。当驾驶者请求扭矩时，控制在步骤502中停止EGR诊断方法。当驾驶者未请求扭矩时，控制在步骤514中继续监控MAP增长。
当诊断周期已过，控制在步骤522中确定MAP增长是否大于最小压力增长。当MAP增长小于或等于最小MAP增长时，控制在步骤524中诊断出EGR系统的误差。当诊断出EGR系统的误差时，控制可激活维护指示器。
本公开的广泛教导能够以多种形式实施。因此，虽然本公开包括具体示例，但本公开的真实范围不应限制于此，因为其他修改在本领域技术人员研究了附图、说明书和所附权利要求书后将变得明显。

Claims (20)

1.一种控制系统，包括：
节气门控制模块，所述节气门控制模块在车辆处于滑行模式时选择性地维持期望节气门面积，其中维持期望节气门面积不完全关闭节气门阀；
排气再循环(EGR)控制模块，所述排气再循环控制模块在所述期望节气门面积被维持时打开EGR阀；以及
诊断控制模块，所述诊断控制模块在所述EGR阀打开时基于所述车辆进气歧管内测量到的压力增长而选择性地诊断EGR系统的误差。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述诊断控制模块在测量到的压力增长小于最小压力增长时诊断出所述EGR系统的误差。
3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述节气门控制模块在所述期望节气门面积大于最大节气门面积时制止维持所述期望节气门面积。
4.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，空气扭矩请求被用于控制到发动机内一个或多个汽缸的空气流，其中，所述节气门控制模块在所述空气扭矩请求大于最大扭矩请求时允许对所述期望节气门面积的调整。
5.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述节气门控制模块在加速器踏板位置指示请求了加速时允许对所述期望节气门面积的调整。
6.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，进一步包括空气控制模块，所述空气控制模块基于最小节气门面积确定所述期望节气门面积，所述最小节气门面积为发动机的汽缸提供最小每汽缸空气。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，进一步包括最小扭矩传递承载能力模块，所述最小扭矩传递承载能力模块基于下述中的至少一个确定所述最小每汽缸空气：最小可控制节气门位置、最小连续燃料喷射器工作持续时间、自持续燃烧的最小空气密度和用于EGR诊断测试的最小空气流。
8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，进一步包括每汽缸空气控制模块，所述每汽缸空气控制模块基于所述EGR阀的打开量确定诊断每汽缸空气。
9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述最小扭矩传递承载能力模块基于所述诊断每汽缸空气增大所述最小每汽缸空气。
10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，在所述节气门控制模块维持所述期望节气门面积之前，所述空气控制模块基于所述增大的最小每汽缸空气确定所述期望节气门面积。
11.一种排气再循环(EGR)诊断方法，包括：
在车辆处于滑行模式时选择性地维持期望节气门面积，其中维持期望节气门面积不完全关闭节气门阀；
在所述期望节气门面积被维持时打开EGR阀；以及
在所述EGR阀打开时基于所述车辆进气歧管内测量到的压力增长而选择性地诊断EGR系统的误差。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括在测量到的压力增长小于最小压力增长时诊断出所述EGR系统的误差。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述期望节气门面积大于最大节气门面积时制止维持所述期望节气门面积。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：
使用空气扭矩请求以控制到发动机内一个或多个汽缸的空气流；以及
在所述空气扭矩请求大于最大扭矩请求时允许对所述期望节气门面积的调整。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括在加速器踏板位置指示请求了加速时允许对所述期望节气门面积的调整。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括基于最小节气门面积确定期望节气门面积，所述最小节气门面积为发动机的汽缸提供最小每汽缸空气。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括基于下述中的至少一个确定所述最小每汽缸空气：最小可控制节气门位置、最小连续燃料喷射器工作持续时间、自持续燃烧的最小空气密度和用于EGR诊断测试的最小空气流。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述EGR阀的打开量确定诊断每汽缸空气。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述诊断每汽缸空气增大所述最小每汽缸空气。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括在维持所述期望节气门面积之前，基于所述增大的最小每汽缸空气确定所述期望节气门面积。
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