CN102003288A - 用于确定发动机摩擦的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定发动机摩擦的系统和方法。一种发动机控制系统包括燃烧转矩确定模块、摩擦转矩确定模块和控制模块。燃烧转矩确定模块基于在发动机循环期间发动机气缸内的压力确定发动机的燃烧转矩。摩擦转矩确定模块基于在发动机循环期间燃烧转矩、发动机曲轴的加速度、发动机曲轴的有效惯量、和气缸中的泵送损失确定发动机的摩擦转矩。控制模块基于摩擦转矩调整发动机的操作参数。

Description

用于确定发动机摩擦的系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃机，尤其地涉及用于确定发动机摩擦的系统和方法。
背景技术
在此提供的背景描述是为了大体地介绍本发明的背景。目前指定的发明人的工作-就在背景技术部分描述的程度而言-以及不可另外地作为提交时的现有技术的说明书的多个方面，既不明示也不暗示为与本发明抵触的现有技术。
内燃机的工作循环可包括多个发动机冲程。例如，工作循环可包括四个不同的发动机冲程。在“进气冲程”中，发动机可通过进气歧管和一个或多个进气阀将空气吸入气缸。空气可在进气歧管中与燃料混合(即进气口燃料喷射)或在气缸中与燃料混合(即直接燃料喷射)，以形成空气/燃料(A/F)混合物。在“压缩冲程”中，A/F混合物可在气缸内由活塞压缩。
在“做功冲程”中，压缩的A/F混合物可通过火花塞在气缸内燃烧，以驱动活塞，以便可旋转地转动曲轴以产生发动机功率。在“排气冲程”中，由A/F混合物的燃烧(即在做功冲程期间)所产生的排气可通过排气阀和排气歧管从气缸排出。
工作循环还可被分成“膨胀循环”和“不膨胀的发动机循环”。更具体地，不膨胀的循环可包括进气冲程和排气冲程(即泵送冲程)和压缩冲程的第一部分。交替地，膨胀循环可包括压缩冲程的其余部分和燃烧冲程。换句话说，不膨胀的循环可包括出现负功(即不通过燃烧释放热)的发动机冲程(或发动机冲程的一部分)。
气缸中A/F混合物的燃烧驱动活塞，该活塞对发动机曲轴施加力。发动机曲轴上的力可称为“燃烧转矩”。然而，由发动机实际产生的“驱动转矩”或“输出转矩”量可能小于燃烧转矩。更具体地，由于在不膨胀的发动机循环期间的能量损失(即泵送损失)、发动机摩擦、和/或来自附件装置(例如泵、空调、收音机等)对发动机的附加负载，所以驱动转矩可小于燃烧转矩。
发明内容
一种发动机控制系统包括燃烧转矩确定模块、摩擦转矩确定模块、和控制模块。燃烧转矩确定模块基于在发动机循环期间发动机气缸内的压力确定发动机的燃烧转矩。摩擦转矩确定模块基于在发动机循环期间燃烧转矩、发动机曲轴的加速度、发动机曲轴的有效惯量、以及气缸中的泵送损失确定发动机的摩擦转矩。控制模块基于摩擦转矩调整发动机的操作参数。
一种方法包括基于在发动机循环期间发动机气缸内的压力来确定发动机的燃烧转矩；基于在发动机循环期间燃烧转矩、发动机曲轴的加速度、发动机曲轴的有效惯量、和气缸中的泵送损失来确定发动机的摩擦转矩；以及基于摩擦转矩调整发动机的操作参数。
本发明提供以下技术方案：
方案1.一种发动机控制系统，包括：
燃烧转矩确定模块，其基于在发动机循环期间所述发动机的气缸内的压力确定所述发动机的燃烧转矩；
摩擦转矩确定模块，其基于在发动机循环期间所述燃烧转矩、发动机曲轴的加速度、所述发动机曲轴的有效惯量、和所述气缸中的泵送损失确定发动机的摩擦转矩；以及
控制模块，其基于所述摩擦转矩调整所述发动机的操作参数。
方案2.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述操作参数是节气门位置、燃料喷射量、和变速器的传动比中的一个。
方案3.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述摩擦转矩确定模块通过从所述燃烧转矩减去惯性转矩和所述泵送损失来确定所述摩擦转矩，其中所述惯性转矩基于所述发动机曲轴的所述加速度和所述预定的发动机惯性数据。
方案4.根据方案1所述的发动机控制系统，还包括：
能量损失确定模块，其基于所述气缸内的压力和所述气缸内的预期压力来确定所述发动机循环期间所述气缸中的所述泵送损失，其中所述预期压力基于所述发动机曲轴的位置。
方案5.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述摩擦转矩基于所述气缸中的活塞与所述气缸的壁之间的摩擦和来自附件装置对所述发动机的负载的至少一个。
方案6.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述控制模块调整所述操作参数，以控制车辆的减速。
方案7.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述控制模块调整所述操作参数，以控制混合动力车辆的有效制动。
方案8.根据方案1所述的发动机控制系统，还包括：
曲轴传感器，其测量所述发动机曲轴的位置。
方案9.根据方案8所述的发动机控制系统，其中，所述发动机曲轴的加速度基于预定时段期间所述发动机曲轴的位置的变化。
方案10.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述发动机曲轴的所述有效惯量基于利用测力计所产生的预定标定数据。
方案11.一种方法，包括：
基于在发动机循环期间所述发动机的气缸内的压力确定发动机的燃烧转矩；
基于在所述发动机循环期间所述燃烧转矩、发动机曲轴的加速度、所述发动机曲轴的有效惯量、和所述气缸中的泵送损失确定所述发动机的摩擦转矩；以及
基于所述摩擦转矩调整所述发动机的操作参数。
方案12.根据方案11所述的方法，其中，所述操作参数是节气门位置、燃料喷射量、和变速器的传动比中的一个。
方案13.根据方案11所述的方法，其中，确定所述摩擦转矩包括从所述燃烧转矩减去惯性转矩和所述泵送损失，其中所述惯性转矩基于所述发动机曲轴的所述加速度和所述预定的发动机惯性数据。
方案14.根据方案11所述的方法，还包括：
基于所述气缸内的压力和所述气缸内的预期压力确定在所述发动机循环期间所述气缸中的所述泵送损失，其中所述预期压力基于所述发动机曲轴的位置。
方案15.根据方案11所述的方法，其中，所述摩擦转矩基于所述气缸中的活塞与所述气缸的壁之间的摩擦和来自附件装置对所述发动机的负载的至少一个。
方案16.根据方案11所述的方法，其中，调整所述操作参数以控制车辆的减速。
方案17.根据方案11所述的方法，其中，调整所述操作参数以控制混合动力车辆的有效制动。
方案18.根据方案11所述的方法，还包括：
利用曲轴传感器测量所述发动机曲轴的位置。
方案19.根据方案18所述的方法，其中，所述发动机曲轴的所述加速度基于预定时段期间所述发动机曲轴的位置的变化。
方案20根据方案11所述的方法，其中，所述发动机曲轴的所述有效惯量基于利用测力计所产生的预定标定数据。
通过以下提供的详细说明，本发明的其他适用领域将变得明显。应理解的是，详细说明和具体的实施例仅用于说明目的，而不用于限制本发明的范围。
附图说明
通过详细说明和附图将更充分地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的示例性气缸的剖视图；
图3是根据本发明的示例性发动机控制模块的功能框图；以及
图4是根据本发明的用于确定发动机摩擦的方法的流程图。
具体实施方式
以下的说明本质上仅是示例性的，并且决非意图限制本发明、其应用、或使用。为清楚起见，附图中相同的附图标记用于标识相似的元件。如本文所使用的，短语“A、B、和C中的至少一个”应解释为利用非排它性的逻辑“或”表示逻辑(A或B或C)。应理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以不同的顺序执行方法中的步骤。
如本文所使用的，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共用、专用、或分组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能性的其他合适的部件。
由发动机输出的驱动转矩可小于由发动机实际产生的燃烧转矩。燃烧转矩与驱动转矩之间的差异可称为“摩擦转矩”。换句话说，摩擦转矩可表示发动机循环期间的转矩损失量。例如，摩擦转矩可包括不膨胀的发动机循环期间的能量损失(即泵送损失)、发动机摩擦、和/或来自附件装置对发动机的附加负载。
例如，摩擦转矩可用于控制车辆的减速(即滑行(coastdown))。替代性地，例如，摩擦转矩可用于控制混合动力车中的有效制动(即降档)。然而，常规的发动机控制系统基于预定的标定数据确定摩擦转矩。换句话说，常规的发动机控制系统不可实时地确定发动机的摩擦转矩。
因此，提出实时地确定发动机的摩擦转矩的系统和方法。更具体地，提出的系统和方法可利用气缸中的压力传感器来实时地确定燃烧转矩。因此，提出的系统和方法随后可基于在发动机循环期间燃烧转矩、由发动机输出的驱动转矩、和泵送损失来确定摩擦转矩。例如，可基于发动机曲轴的变化率和曲轴的预定惯量来确定驱动转矩。另外，例如，可利用基于气缸压力和曲轴位置的模型来确定发动机循环期间的泵送损失。
因此，提出的系统和方法可用于通过从燃烧转矩减去驱动转矩和泵送损失来精确地确定摩擦转矩。因此，可实时地确定摩擦转矩，并且摩擦转矩可补偿来自附件装置(例如泵、空调、收音机等)对发动机的多种负载的变化。然后，提出的系统和方法可基于摩擦转矩来调整发动机的操作参数，以控制车辆滑行性能或有效制动(对于混合动力车而言)。仅作为举例，操作参数可以是节气门位置、燃料喷射量、和/或变速器的传动比。
现在参考图1，示出包括发动机12的发动机系统10。应意识到的是，发动机系统10可以是还包括电动机(未示出)的混合动力发动机系统。发动机12包括示例性的气缸14。应意识到的是，尽管示出了一个示例性的气缸14，但发动机12可包括其他数量的气缸。
空气通过由节气门20调节的进气口18被吸入发动机12以及进气歧管16。进气MAP传感器22测量进气歧管16内的压力。被吸入发动机12的空气通过进气阀24分配给气缸14，并与来自燃料箱(未示出)的燃料结合。例如，可通过燃料喷射器26将燃料进气缸14。尽管气缸14被示出包括燃料喷射器26(即直接燃料喷射)，但应意识到的是，燃料喷射器26还可位于在进气阀24之前的进气歧管16内或进气口(未示)内(即进气口燃料喷射)。在一个实施例中，气缸14还可包括测量气缸14内的压力的压力传感器32。
气缸14内的空气/燃料(A/F)混合物由活塞(未示出)压缩并通过火花塞28燃烧。A/F混合物的燃烧驱动活塞(未示出)，该活塞可旋转地转动曲轴34以产生驱动转矩。曲轴传感器36可测量曲轴34的旋转位置和/或速度(RPM)。变速器38可将曲轴34上的转矩转移至车辆传动系(即车轮)。可通过排气阀30、排气歧管40、和排气系统42从气缸14中排出排气。
发动机控制模块(ECM)44调整发动机12的操作。例如，ECM44可控制节气门20、进气阀24、排气阀30、和/或燃料喷射器26，以控制发动机12中的A/F比。另外，例如，ECM44可控制火花塞28，以控制发动机12的点火正时。ECM44还接收来自MAP传感器22和曲轴传感器36的信号。
现在参考图2，示出示例性气缸14的剖视图。气缸14包括进气阀24、火花塞28、排气阀30、和气缸压力传感器32。尽管气缸14没有被示出包括燃料喷射器26(即进气口燃料喷射)，但应意识到的是，燃料喷射器26可位于气缸14中(即直接燃料喷射)。
在气缸14上方为凸轮轴50、进气摇臂52、和排气摇臂54。尽管示出了单个凸轮轴50，但应意识到的是，可使用多个凸轮轴50(例如双顶置凸轮轴)。进气摇臂52连接至进气阀24，并因此控制进气阀24的运动。类似地，排气摇臂54连接至排气阀30，并因此控制排气阀30的运动。凸轮轴50包括致动摇臂52、54中的一个的不规则凸角，以分别打开对应的阀24、30。此外，当致动摇臂52、54中的一个和对应的阀24、30时，摇臂52、54中的另一个上的弹簧关闭对应的阀24、30。换句话说，例如，在特定的时间阀24、30中仅有一个可打开。例如，如图2B所示，在排气阀30保持关闭时，凸轮轴50致动进气摇臂52和进气阀24。尽管图示出弹簧使阀24、30返回到关闭位置，但应意识到的是，其他的系统和方法可用于使阀24、30返回到打开或关闭位置。仅作为举例，可使用利用液压打开和/或关闭阀24，30的电动液压系统。
气缸14还包括活塞56。例如，摩擦转矩可对应于活塞56与气缸14的壁之间的摩擦。活塞56经由连杆58附连至曲轴34。曲轴34还附连有平衡重60。曲轴34、平衡重60、和连杆58的一部分位于曲轴箱62中。曲轴箱62还可包括用于润滑运动部件的润滑剂箱64(例如油)。气缸14的体积可指活塞56上方的空间(即当进气/排气阀24、30都关闭时)。
现在参考图3，ECM44可包括燃烧转矩确定模块80、能量损失确定模块82、摩擦转矩确定模块84、和控制模块86。
燃烧转矩确定模块80接收来自汽缸压力传感器36的气缸压力。燃烧转矩确定模块80可基于气缸压力实时地确定燃烧转矩。更具体地，燃烧转矩确定模块80可确定气缸14中的指示平均有效压力(IMEP)。IMEP对应于发动机循环期间施加到活塞56的平均力。因此，对应于气缸14，IMEP可直接与曲轴34上的燃烧转矩有关。
能量损失确定模块82接收来自汽缸压力传感器32的气缸压力信号，和来自曲轴传感器36的曲轴信号。能量损失确定模块82可基于预期压力与实际压力之间的差来确定发动机12的循环期间的能量损失(即泵送损失)。更具体地，预期压力可以是与各种曲轴位置对应的多个预定压力中的一个，而实际压力可以是气缸压力信号。
摩擦转矩确定模块84接收来自燃烧转矩确定模块80的燃烧转矩和来自能量损失确定模块82的能量损失。摩擦转矩确定模块84可基于燃烧转矩、能量损失、曲轴加速度、和有效的曲轴惯量来确定摩擦转矩。更具体地，可通过监控来自曲轴传感器36的曲轴信号持续一预定时段来确定曲轴加速度。
有效的曲轴惯量可对应于预定的标定数据。仅作为举例，可利用测力计测量有效的曲轴惯量，并将该有效的曲轴惯量存储在查找表中。曲轴加速度和有效的发动机惯量可用于确定“惯性转矩”。惯性转矩可对应于用于使曲轴34加速(即自旋)的能量，然后该能量被储存在加速的曲轴34中。因此，可通过从燃烧转矩减去惯性转矩和能量损失来确定摩擦转矩。
控制模块86从摩擦转矩确定模块84接收摩擦转矩。控制模块86基于摩擦转矩来调整发动机12的操作参数，以控制车辆滑行控制性能和(在混合动力车中的)有效制动之一。更具体地，例如，操作参数可包括节气门位置、燃料喷射量、和/或变速器38的传动比。仅作为举例，控制模块86可增大节气门(即气流)、增加供应至发动机12的燃料、和将变速器38降档至较低的档。
现在参考图4，一种用于确定发动机摩擦的方法开始于步骤100。在步骤102中，ECM44可确定发动机12是否运转。如果为真，则控制可继续至步骤104。如果为假，则控制可返回步骤102。
在步骤104中，ECM44可基于在发动机循环期间来自气缸压力传感器32的气缸压力来确定发动机12的燃烧转矩。在步骤106中，ECM44可确定在发动机循环期间气缸14中的能量损失(即泵送损失)。
在步骤108中，ECM44可基于燃烧转矩、气缸的泵送损失、曲轴34的加速度、和预定的发动机惯性数据来确定发动机12的摩擦转矩。在步骤110中，ECM44可调整发动机12的操作参数，以控制车辆滑行性能和(在混合动力车中的)有效制动之一。然后，控制可结束于步骤112。
本发明广泛的教导可以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定实施例，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当如此局限。

Claims (10)

1.一种发动机控制系统，包括：
燃烧转矩确定模块，其基于在发动机循环期间所述发动机的气缸内的压力确定所述发动机的燃烧转矩；
摩擦转矩确定模块，其基于在发动机循环期间所述燃烧转矩、发动机曲轴的加速度、所述发动机曲轴的有效惯量、和所述气缸中的泵送损失确定发动机的摩擦转矩；以及
控制模块，其基于所述摩擦转矩调整所述发动机的操作参数。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述操作参数是节气门位置、燃料喷射量、和变速器的传动比中的一个。
3.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述摩擦转矩确定模块通过从所述燃烧转矩减去惯性转矩和所述泵送损失来确定所述摩擦转矩，其中所述惯性转矩基于所述发动机曲轴的所述加速度和所述预定的发动机惯性数据。
4.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括：
能量损失确定模块，其基于所述气缸内的压力和所述气缸内的预期压力来确定所述发动机循环期间所述气缸中的所述泵送损失，其中所述预期压力基于所述发动机曲轴的位置。
5.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述摩擦转矩基于所述气缸中的活塞与所述气缸的壁之间的摩擦和来自附件装置对所述发动机的负载的至少一个。
6.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述控制模块调整所述操作参数，以控制车辆的减速。
7.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述控制模块调整所述操作参数，以控制混合动力车辆的有效制动。
8.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括：
曲轴传感器，其测量所述发动机曲轴的位置。
9.根据权利要求8所述的发动机控制系统，其中，所述发动机曲轴的加速度基于预定时段期间所述发动机曲轴的位置的变化。
10.一种方法，包括：
基于在发动机循环期间所述发动机的气缸内的压力确定发动机的燃烧转矩；
基于在所述发动机循环期间所述燃烧转矩、发动机曲轴的加速度、所述发动机曲轴的有效惯量、和所述气缸中的泵送损失确定所述发动机的摩擦转矩；以及
基于所述摩擦转矩调整所述发动机的操作参数。
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