CN102200062B - 估计均质充量压缩点火发动机的扭矩输出的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及估计均质充量压缩点火发动机的扭矩输出的系统和方法，具体提供一种用于均质充量压缩点火（HCCI）发动机的控制系统，该控制系统包括：燃料需求估计模块、扭矩估计模块、和扭矩控制模块。所述燃料需求估计模块基于所述HCCI发动机中的气缸的期望的指示平均有效压力（IMEP）来估计所述HCCI发动机的燃料需求。所述扭矩估计模块基于估计出燃料需求来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。所述扭矩控制模块基于估计出的扭矩输出和期望扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。

Description

估计均质充量压缩点火发动机的扭矩输出的系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃机，更具体地涉及用于估计均质充量压缩点火（HCCI）发动机的扭矩输出的系统和方法。
背景技术
这里提供的背景技术说明用于总体上介绍本发明的背景信息的目的。在本背景技术部分所描述的程度上，当前署名的发明人的工作以及在递交申请时可能不构成现有技术的该描述的各个方面，既非明示地也非隐含地被认为是针对本发明的现有技术。
均质充量压缩点火（HCCI）发动机燃烧气缸内的空气和燃料（A/F）混合物以驱动活塞并产生驱动扭矩。HCCI发动机可工作在火花点火（SI）燃烧模式或HCCI燃烧模式下，以点燃A/F混合物。另外，HCCI发动机可工作在包括带有火花辅助的HCCI燃烧的混合燃烧模式下。例如，可基于发动机速度和/或发动机负载选择SI燃烧模式、混合燃烧模式和HCCI燃烧模式中的一种。
更具体地说，SI燃烧模式使用火花（例如来自火花塞）来点燃气缸中的A/F混合物。另一方面，HCCI燃烧模式通过将A/F混合物压缩到自动点火点而点燃A/F混合物。换言之，A/F混合物的温度和/或压力的增加可导致A/F混合物的点火。
然而，在HCCI燃烧模式中，点火可在同一时间发生在几个不同的位置处。换言之，A/F混合物可几乎同步地燃烧。因此，HCCI燃烧模式执行近乎理想的燃烧循环（例如奥托循环）。与SI燃烧模式相比，近乎理想的燃烧可导致燃料效率增加和/或排放物减少。然而，HCCI燃烧模式可能由于缺少直接的燃烧引发器而更难控制（并且因此不太稳定）。
发明内容
一种用于均质充量压缩点火（HCCI）发动机的控制系统包括：燃料需求估计模块、扭矩估计模块、和扭矩控制模块。所述燃料需求估计模块基于所述HCCI发动机中的气缸的期望指示平均有效压力（IMEP）估计所述HCCI发动机的燃料需求。所述扭矩估计模块基于所述估计燃料需求估计所述HCCI发动机的扭矩输出。所述扭矩控制模块基于所述估计扭矩输出和期望扭矩输出调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
一种用于控制均质充量压缩点火（HCCI）发动机的方法包括：基于所述HCCI发动机中的气缸的期望指示平均有效压力（IMEP）估计所述HCCI发动机的燃料需求；基于所述估计燃料需求估计所述HCCI发动机的扭矩输出；和基于所述估计扭矩输出和期望扭矩输出调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案1. 一种用于均质充量压缩点火（HCCI）发动机的控制系统，包括：
燃料需求估计模块，该燃料需求估计模块基于所述HCCI发动机中的气缸的期望的指示平均有效压力（IMEP）来估计所述HCCI发动机的燃料需求；
扭矩估计模块，该扭矩估计模块基于估计出的燃料需求来估计所述HCCI发动机的扭矩输出；和
扭矩控制模块，该扭矩控制模块基于估计出的扭矩输出和期望扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案2. 如方案1所述的控制系统，进一步包括：
期望IMEP确定模块，该期望IMEP确定模块基于扭矩需求、所述HCCI发动机的摩擦损失和所述HCCI发动机的泵浦损失来确定期望的IMEP。
方案3. 如方案2所述的控制系统，进一步包括：
扭矩需求确定模块，该扭矩需求确定模块基于来自包括所述HCCI发动机的车辆的驾驶者的输入和所述车辆的速度来确定扭矩需求。
方案4. 如方案3所述的控制系统，进一步包括：
估计模块，该估计模块基于所述期望的IMEP、供应给所述HCCI发动机的燃料的加热值、燃料的能量转换效率、外部废气再循环（EGR）的量和所述HCCI发动机的气缸内部的温度来估计所述HCCI发动机的燃料需求。
方案5. 如方案1所述的控制系统，其中当所述HCCI发动机在混合燃烧模式下工作时，所述扭矩估计模块基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的燃料的量、供应给所述HCCI发动机的火花的时间、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案6. 如方案1所述的控制系统，其中当所述HCCI发动机在火花点火（SI）燃烧模式下工作时，所述扭矩估计模块基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的火花的时间、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案7. 如方案1所述的控制系统，其中当所述HCCI发动机在HCCI燃烧模式下工作时，所述扭矩估计模块基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的燃料的量、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的每个气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案8. 如方案1所述的控制系统，其中当所述HCCI发动机在两个不同的燃烧模式之间过渡时，所述扭矩控制模块基于期望的扭矩输出和与所述HCCI发动机的所述两个不同的燃烧模式对应的两个估计扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案9. 如方案8所述的控制系统，其中所述扭矩控制模块基于所述两个估计扭矩输出的平均值和加权平均值中的一种来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案10. 如方案1所述的控制系统，其中所述扭矩控制模块基于分别与SI燃烧、混合模式燃烧和HCCI燃烧对应的三个估计扭矩输出的平均值和加权平均值中的一种来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案11. 一种用于控制均质充量压缩点火（HCCI）发动机的方法，包括：
基于所述HCCI发动机中的气缸的期望的指示平均有效压力（IMEP）来估计所述HCCI发动机的燃料需求；
基于估计出的燃料需求来估计所述HCCI发动机的扭矩输出；和
基于估计出的扭矩输出和期望扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案12. 如方案11所述的方法，进一步包括：
基于扭矩需求、所述HCCI发动机的摩擦损失和所述HCCI发动机的泵浦损失来确定期望的IMEP。
方案13. 如方案12所述的方法，进一步包括：
基于来自包括所述HCCI发动机的车辆的驾驶者的输入和所述车辆的速度来确定所述扭矩需求。
方案14. 如方案13所述的方法，进一步包括：
基于所述期望的IMEP、供应给所述HCCI发动机的燃料的加热值、燃料的能量转换效率、外部废气再循环（EGR）的量和所述HCCI发动机的气缸内部的温度来估计所述HCCI发动机的燃料需求。
方案15. 如方案11所述的方法，进一步包括：
当所述HCCI发动机在混合燃烧模式下工作时，基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的燃料的量、供应给所述HCCI发动机的火花的时间、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案16. 如方案11所述的方法，进一步包括：
当所述HCCI发动机在火花点火（SI）燃烧模式下工作时，基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的火花的时间、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案17. 如方案11所述的方法，进一步包括：
当所述HCCI发动机在HCCI燃烧模式下工作时，基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的燃料的量、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的每个气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案18. 如方案11所述的方法，进一步包括：
当所述HCCI发动机在两个不同的燃烧模式之间过渡时，基于所述期望的扭矩输出和与所述HCCI发动机的所述两个不同的燃烧模式对应的两个估计扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案19. 如方案18所述的方法，进一步包括：
基于所述两个估计扭矩输出的平均值和加权平均值中的一种来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
方案20. 如方案11所述的方法，进一步包括：
基于分别与SI燃烧、混合模式燃烧和HCCI燃烧对应的三个估计扭矩输出的平均值和加权平均值中的一种来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
本发明进一步的可应用领域将通过下文提供的详细说明而变得明显。应该理解的是，该详细说明书和特定示例将仅用于解释的目的，而并非意在限制本发明的范围。
附图说明
通过该详细说明和附图，对本发明的理解将变得更充分，附图中：
图1为根据本发明的示例均质充量压缩点火（HCCI）发动机系统的功能框图；
图2为根据本发明的示例发动机控制模块（ECM）的功能框图；
图3为根据本发明的示例扭矩估计模块的功能框图； 
图4为根据本发明的示例燃料需求估计模块的功能框图；和
图5为根据本发明的用于估计HCCI发动机的扭矩输出的示例方法的流程图。
具体实施方式
下面的说明本质上仅为示例性的，并且绝非旨在限制本发明、其应用或使用。为了清楚的目的，在附图中将使用相同的附图标记来标识相似的元件。如这里所使用的那样，短语A、B和C中的至少一个应该被解释为意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应该理解的是，方法中的步骤可以不同的顺序执行，只要不改变本发明的原理。
如这里所使用的那样，术语模块意指专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共享、专用或成组的）和内存、组合逻辑电路和/或提供期望功能的其它合适的部件。
发动机控制系统可控制发动机的扭矩输出以获得期望的扭矩。例如，通过基于各种可测量的发动机参数估计发动机的扭矩输出以及相应地调节空气、燃料和火花中的至少一个，发动机控制系统可控制发动机的扭矩输出。更具体而言，解析扭矩模型可将各种发动机参数关联到发动机的扭矩输出。然而，根据燃烧方法，不同的发动机参数可用于估计发动机的扭矩输出。
典型的发动机控制系统包括用于火花点火（SI）燃烧或压缩点火（即柴油）燃烧的扭矩模型。然而，均质充量压缩点火（HCCI）发动机可工作在下面三种燃烧模式之一下：SI燃烧、HCCI燃烧（类似于压缩点火或柴油燃烧）和混合燃烧（即带有火花辅助的HCCI燃烧）。换言之，典型的发动机控制系统可能不能精确地估计工作在混合燃烧模式下的HCCI发动机的扭矩输出。因此，当在混合燃烧模式下工作时，典型的HCCI发动机可能遭受燃料效率降低、性能降低和/或排放物增加。
因此，本发明提供的系统和方法更精确地估计工作在混合燃烧模式下的HCCI发动机的扭矩输出。更具体而言，该系统和方法可基于发动机速度（RPM）、燃料的量（即燃料质量）、点火正时以及进气和排气凸轮轴移相器（分别为ICAM、ECAM）估计HCCI发动机的扭矩输出。并且，所述系统和方法可基于一个以上的模型（例如SI和混合模式）估计HCCI发动机的扭矩输出，并且例如在燃烧模式之间的过渡期间将两个得到的扭矩估计值进行平均。并且，所述系统和方法随后可基于估计扭矩输出和期望扭矩输出（即对应于来自驾驶者的输入）调节发动机的扭矩输出（例如空气、燃料和/或火花）。
现在参见图1，图中示出了示例HCCI发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括HCCI发动机102，HCCI发动机102燃烧空气/燃料（A/F）混合物以基于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节气门112被吸取到进气歧管110中。仅举例来说，节气门112可包括具有可旋转叶片的蝶阀。发动机控制模块（ECM）114控制节气门致动器模块116，节气门致动器模块116调整节气门112的开度以控制吸入进气歧管110中的空气的量。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的气缸中。尽管发动机102可包括多个气缸，但为了解释的目的，仅示出单个代表性的气缸118。仅作为示例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM114可指令气缸致动器模块120选择性地使一些气缸停用，这可在某些发动机工作条件下改进燃料效率。
发动机102可使用四冲程循环工作。下面描述的四冲程是指进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴（未示出）的每个旋转周期期间，四冲程中的两个发生在气缸118内。因此，气缸118需要两个曲轴旋转周期以经历所有的四个冲程。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入气缸118中。ECM114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124调整燃料喷射以获得期望的A/F比率。燃料可在中央位置或者在例如靠近每个气缸的进气门122的多个位置处被喷射入进气歧管110中。在各种实施方式（未示出）中，燃料可被直接喷射入气缸或者与气缸相关联的混合室中。燃料致动器模块124可终止向被停用的气缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合，并且在气缸118中产生A/F混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞（未示出）压缩A/F混合物。基于来自ECM114的信号，火花致动器模块126激励气缸118中的火花塞128，火花塞128点燃A/F混合物。火花的时间可相对于活塞在其最顶部位置时的时间指定，活塞在其最顶部位置称为上止点（TDC）。
火花致动器模块126可通过指明在TDC前或后多远的时间发出信号而被控制，以产生火花。因为活塞位置直接与曲轴旋转有关，因此火花致动器模块126的工作可与曲轴角度同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可终止向被停用的气缸提供火花。
产生火花可称为点火事件。火花致动器模块126可具有针对每次点火事件改变火花正时的能力。另外，火花致动器模块126可具有针对给定的点火事件改变火花正时的能力，即使当在给定点火事件的紧接着之前的点火事件之后接收到时间信号的改变时也是如此。
在燃烧冲程期间，A/F混合物的燃烧驱动活塞向下，从而驱动曲轴。燃烧冲程可被限定为在活塞到达TDC的时间与活塞返回到下止点（BDC）的时间之间。
在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动，并且通过排气门130排出燃烧的副产品。燃烧的副产品经由排气系统134从车辆中排放。
进气门122可由进气凸轮轴140控制，而排气门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（包括进气凸轮轴140）可控制气缸118的多个进气门（包括进气门122）和/或可控制多组气缸（包括气缸118）的进气门（包括进气门122）。类似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可控制气缸118的多个排气门和/或可控制多组气缸（包括气缸118）的排气门（包括排气门130）。
气缸致动器模块120可通过使进气门122和/或排气门130的开启无效而停用气缸118。在各种其它实施方式中，进气门122和/或排气门130可被凸轮轴以外的设备控制，例如电磁致动器。
进气门122被打开的时间可通过进气凸轮移相器148相对于活塞TDC被改变。排气门130被打开的时间可通过排气凸轮移相器150相对于活塞TDC被改变。移相器致动器模块158可基于来自ECM114的信号控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。当实施时，可变气门升程（未示出）也可被移相器致动器模块158控制。
发动机系统100可包括向进气歧管110提供加压空气的升压设备。例如，图1示出了涡轮增压器，其包括由流过排气系统134的热排放气体提供动力的热涡轮机160-1。涡轮增压器还包括由涡轮机160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩被引入节气门112中的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器（未示出）可压缩来自节气门112的空气，并且将压缩空气传递到进气歧管110。
废气门162可允许排放物绕开涡轮机160-1，从而减小涡轮增压器的升压量（进气空气压缩的量）。ECM114可经由升压致动器模块164控制涡轮增压器。升压致动器模块164可通过控制废气门162的位置来调制涡轮增压器的升压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可由升压致动器模块164控制。涡轮增压器可具有可由升压致动器模块164控制的可变的几何形状。
中间冷却器（未示出）可消散压缩空气充量中包含的一些热量，该热量是当空气被压缩时产生的。压缩空气充量还可具有从排气系统134的部件吸收的热量。尽管为了解释的目的涡轮机160-1和压缩机160-2被示出为分开的，但涡轮机160-1和压缩机160-2可被附接到彼此，从而将进气空气布置为紧密接近热排放物。
发动机系统100可包括废气再循环（EGR）阀170，其选择性地将废气重新引导回进气歧管110。EGR阀170可位于涡轮增压器的涡轮机160-1的上游。EGR阀170可由EGR致动器模块172控制。
发动机系统100可使用RPM传感器180来测量曲轴的以每分钟转数（RPM）为单位的速度。发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度（ECT）传感器182被测量。ECT传感器182可位于发动机102内，或者位于冷却剂流通的其它位置处，例如散热器（未示出）处。
进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力（MAP）传感器184被测量。在各种实施方式中，发动机真空度－即周围空气压力与进气歧管110内的压力之差可被测量。流入进气歧管110的空气的质量流率可使用质量型空气流量（MAF）传感器186被测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可定位在还包括节气门112的壳体中。
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监测节气门112的位置。被吸入发动机102中的空气的周围温度可使用进气空气温度（IAT）传感器192被测量。ECM114可使用来自传感器的信号来为发动机系统100做出控制决策。
ECM114可与变速器控制模块194通信以协调变速器（未示出）中的档位切换。例如，ECM114可在换档期间减小发动机扭矩。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还可用作发电机，并且可用于产生由车辆电气系统使用和/或用于存储在电池中的电能。在各种实施方式中，ECM114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196的各种功能可被集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统可被称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可被称为致动器并且节气门开口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通过调节节气门112的叶片的角度来获得节气门开口面积。
类似地，火花致动器模块126可被称为致动器，而对应的致动器值可为相对于气缸TDC的火花提前的量。其它致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、移相器致动器模块158、升压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些致动器，致动器值可分别对应于启用气缸的数量、燃料加载速度、进气和排气凸轮移相器角度、升压压力和EGR阀开口面积。ECM114可控制致动器值以使发动机102产生期望的发动机输出扭矩。
现在参照图2，该图示出了示例发动机控制系统的功能框图。ECM114的示例性实施方式包括驾驶者扭矩模块202。驾驶者扭矩模块202可基于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入确定驾驶者扭矩请求。驾驶者输入可基于加速器踏板的位置确定。驾驶者输入还可基于巡航控制器确定，巡航控制器可为改变车辆速度以维持预定的跟踪距离的适应性巡航控制系统。驾驶者扭矩模块202可保存加速器踏板位置与期望扭矩之间的一个或多个映射，并且可基于选定的一个映射来确定驾驶者扭矩请求。
车轴扭矩裁定模块204在来自驾驶者扭矩模块202的驾驶者扭矩请求和其它车轴扭矩请求之间进行裁定。扭矩请求可包括绝对扭矩请求以及相对扭矩请求和斜坡请求。仅作为示例，斜坡请求可包括将扭矩逐渐降低到最小发动机关闭扭矩或者将扭矩从最小发动机关闭扭矩逐渐升高的请求。相对扭矩请求可包括临时或永久性扭矩减小或增大。
车轴扭矩请求可包括当检测到正向车轮滑行时由牵引力控制系统请求的扭矩减小。当车轴扭矩克服车轮与路面之间的摩擦力时发生正向车轮滑行，并且车轮开始抵靠着路面滑行。车轴扭矩请求还可包括扭矩增大请求，以抵制负向车轮滑行，在负向车轮滑行时，由于车轴扭矩是负向的，车辆的轮胎相对于路面沿另一个方向滑行。
车轴扭矩请求还可包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可减小发动机扭矩以确保发动机输出扭矩不超过制动器的能力，从而在车辆停止时保持住车辆。车辆超速扭矩请求可减小发动机输出扭矩，以防止车辆超过预定速度。车轴扭矩请求还可由车辆稳定控制系统产生。
车轴扭矩裁定模块204基于接收到的扭矩请求之间的裁定结果输出预测扭矩请求和即时扭矩请求。如下面所描述那样，来自车轴扭矩裁定模块204的预测和即时扭矩请求可在被用于控制发动机102的致动器之前被ECM114的其它模块选择性地调节。
一般来说，即时扭矩请求是当前期望的发动机输出扭矩的量，而预测扭矩请求是可能在短期内需要的发动机输出扭矩的量。ECM114因此控制发动机102产生等于即时扭矩请求的发动机输出扭矩。然而，致动器值的不同组合可导致相同的发动机输出扭矩。ECM114因此可调节致动器值以允许较快地过渡到预测扭矩请求，而同时仍然将发动机输出扭矩维持在即时扭矩请求。
在各种实施方式中，预测扭矩请求可基于驾驶者扭矩请求确定。即时扭矩请求可小于预测扭矩请求，例如当驾驶者扭矩请求导致车轮在冰面上滑行的时候。在此情况下，牵引力控制系统（未示出）可通过即时扭矩请求来请求减小，并且ECM114将发动机102产生的扭矩减小到即时扭矩请求。然而，ECM114控制发动机102，使得发动机102能够在车轮滑行停止后立即快速地重新产生预测扭矩请求。
一般来说，即时扭矩请求与较高的预测扭矩请求之间的差可称为扭矩储备。扭矩储备表示发动机102能够以最小的延迟开始产生的额外扭矩的量。快速发动机致动器被用于增加或减少实际的发动机输出扭矩。如下面更详细地描述的那样，快速发动机致动器是与慢速发动机致动器相比较来定义的。
在各种实施方式中，快速发动机致动器能够在一定范围内改变发动机输出扭矩，该范围由慢速发动机致动器建立。在这些实施方式中，该范围的上限为预测扭矩请求，而该范围的下限由快速致动器的扭矩能力限制。仅作为示例，快速致动器可以仅能够将发动机输出扭矩减小第一量，该第一量是快速致动器的扭矩能力的度量。该第一量可基于由慢速发动机致动器设定的发动机工作条件而改变。当即时扭矩请求在所述范围内时，快速发动机致动器能够被设定为使发动机输出扭矩等于即时扭矩请求。当ECM114请求输出预测扭矩请求时，快速发动机致动器能够被控制以将发动机输出扭矩改变到所述范围的顶值，所述范围的顶值即为预测扭矩请求。
一般来说，当与慢速发动机致动器相比时，快速发动机致动器能够更迅速地改变发动机输出扭矩。慢速致动器可比快速致动器更慢地响应它们相应的致动器值的变化。例如，慢速致动器可包括响应于致动器值的变化而需要一定时间从一个位置移动到另一位置的机械部件。慢速致动器的特征还可在于：一旦慢速致动器开始实施改变的致动器值，其为了使发动机输出扭矩开始改变而花费的时间的量。通常，慢速致动器的该时间量将比快速致动器的该时间量长。另外，即使在开始改变之后，发动机输出扭矩可花费较长时间来充分响应慢速致动器中的变化。
仅作为示例，如果快速致动器被设定为合适的值，ECM114可将慢速致动器的致动器值设定为将能够使发动机102产生预测扭矩请求的值。同时，在给定慢速致动器值的情况下，ECM114可将快速致动器的致动器值设定为导致发动机102产生代替预测扭矩请求的即时扭矩请求的值。
因此，快速致动器值导致发动机102产生即时扭矩请求。当ECM114决定将发动机输出扭矩从即时扭矩请求过渡到预测扭矩请求时，ECM114将一个或多个快速致动器的致动器值改变为对应于预测扭矩请求的值。因为慢速致动器值已经基于预测扭矩请求被设定，因此发动机102能够仅在快速致动器施加的延迟之后产生预测扭矩请求。换言之，避免了因使用慢速致动器改变发动机输出扭矩而导致的较长的延迟。
仅作为示例，当预测扭矩请求等于驾驶者扭矩请求时，扭矩储备可在即时扭矩请求由于临时扭矩减小请求而小于驱动扭矩请求时产生。可替代地，扭矩储备可通过将预测扭矩请求增加到驾驶者扭矩请求以上同时将即时扭矩请求维持在驾驶者扭矩请求而产生。所导致的扭矩储备能够吸收所要求的发动机输出扭矩的突然增加。仅作为示例，来自空调器或转向助力泵的突然负载可通过增加即时扭矩请求而被平衡。如果即时扭矩请求的增加小于扭矩储备，则该增加能够通过使用快速致动器而迅速产生。预测扭矩请求然后也可被增加以重新建立之前的扭矩储备。
使用扭矩储备的另一示例是减小慢速致动器值的波动。由于它们相对较慢的速度，变化的慢速致动器值可产生控制不稳定性。另外，慢速致动器可包括机械部分，其可能吸取更多的动力和/或当频繁移动时更快地磨损。产生足够的扭矩储备允许通过经由即时扭矩请求改变快速致动器同时维持慢速致动器的值而进行期望的扭矩改变。例如，为了维持给定的空转速度，即时扭矩请求可在一定范围内变化。如果预测扭矩请求被设定到该范围以上的水平，则能够使用快速致动器而不需要调节慢速致动器来使维持空转速度的即时扭矩请求进行变化。
仅作为示例，在火花点火发动机中，火花正时可为快速致动器，而节气门开口面积可为慢速致动器。火花点火发动机可通过应用火花来燃烧包括例如汽油和乙醇的燃料。相反，压缩点火发动机可通过压缩燃料来燃烧包括例如柴油的燃料。
在接收到新的致动器值之后，火花致动器模块126可能够针对后续的点火事件改变火花正时。当用于点火事件的火花正时（也称为火花提前值）被设定为校准值时，最大扭矩产生在点火事件后的紧接着的燃烧冲程中。然而，偏离校准值的火花提前值可减小燃烧冲程中产生的扭矩的量。因此，火花致动器模块126可以能够通过改变火花提前值而尽快地在下一次点火事件发生时改变发动机输出扭矩。仅作为示例，对应于不同的发动机工作条件的火花提前值表可在车辆设计的校准阶段被确定，并且校准值基于当前发动机工作条件而从该表中被选择。
相比之下，节气门开口面积的改变花费更长的时间影响发动机输出扭矩。节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片的角度来改变节气门开口面积。因此，一旦接收到新的致动器值，在节气门112基于新的致动器值从其先前位置移动到新位置时，则会有一定机械延迟。另外，基于节气门开度的空气流改变遭受进气歧管110中的空气传输延迟。进一步，直到气缸118在下一个进气冲程中接收额外的空气、压缩该额外的空气并且起动燃烧冲程为止，进气歧管110中的增加的空气流不会实现为发动机输出扭矩的增加。
使用这些致动器作为示例，通过将节气门开口面积设定为可允许发动机102产生预测扭矩请求的值而能够产生扭矩储备。同时，火花正时能够基于比预测扭矩请求小的即时扭矩请求而设定。尽管节气门开口面积生成足够的空气流用于发动机102产生预测扭矩请求，但火花正时基于即时扭矩请求被延缓（从而减小扭矩）。因此，发动机输出扭矩将等于即时扭矩请求。
当需要额外的扭矩时，例如当空调压缩机开启时，或者当牵引力控制确定车轮滑动已经结束时，火花正时能够基于预测扭矩请求被设定。通过后续的点火事件，火花致动器模块126可将火花提前值返回到校准值，这允许发动机102产生能利用现有空气流实现的完全的发动机输出扭矩。发动机输出扭矩因此可迅速增加到预测扭矩请求，而不会因为改变节气门开口面积而经历延迟。
车轴扭矩裁定模块204可输出预测扭矩请求和即时扭矩请求至推进扭矩裁定模块206。在各种实施方式中，车轴扭矩裁定模块204可向混合动力优化模块208输出预测和即时扭矩请求。混合动力优化模块208确定多少扭矩应该由发动机102产生，以及多少扭矩应该由电动机198产生。混合动力优化模块208随后向推进扭矩裁定模块206输出修正后的预测和即时扭矩请求。在各种实施方式中，混合动力优化模块208可实施在混合动力控制模块196中。
由推进扭矩裁定模块206接收到的预测和即时扭矩请求被从车轴扭矩域（车轮处的扭矩）转换到推进扭矩域（曲轴处的扭矩）。该转换可在混合动力优化模块208之前或者之后发生，或者作为混合动力优化模块208的一部分，或者代替混合动力优化模块208。
推进扭矩裁定模块206在推进扭矩请求－包括转换的预测和即时扭矩请求之间进行裁定。推进扭矩裁定模块206生成裁定的预测扭矩请求和裁定的即时扭矩请求。裁定的扭矩可通过从接收到的请求中选择胜出的请求而产生。可替代地或另外地，裁定的扭矩可通过基于接收到的请求中的另外的一个或多个来修正接收到的请求中的一个而产生。
其它推进扭矩请求可包括用于发动机超速保护的扭矩减小、用于防止停转的扭矩增加以及由变速器控制模块194请求的以适应档位切换的扭矩减小。推进扭矩请求还可由离合器燃料切断而导致，这在手动变速器车辆中驾驶者压下离合器踏板时减小发动机输出扭矩，以防止发动机速度的暴增（急速升高）。
推进扭矩请求还可包括发动机关闭请求，其在检测到严重故障时被启动。仅作为示例，严重故障可包括检测到车辆被盗、起动电动机卡住、电子节气门控制问题以及不期望的扭矩增加。在各种实施方式中，当出现发动机关闭请求时，裁定选择发动机关闭请求作为胜出的请求。当发动机关闭请求出现时，推进扭矩裁定模块206可输出零作为裁定扭矩。
在各种实施方式中，发动机关闭请求可独立于裁定过程而简单地关闭发动机102。推进扭矩裁定模块206可仍然接收发动机关闭请求，使得例如合适的数据能够反馈至其它扭矩请求者/器。例如，所有的其它扭矩请求者可被通知它们已经输掉了裁定。
RPM控制模块210还可向推进扭矩裁定模块206输出预测和即时扭矩请求。当ECM114处于RPM模式时，来自RPM控制模块210的扭矩请求可在裁定中占优势。当驾驶者从加速器踏板上移走他们的脚时，例如当车辆空转或者从较高速度惯性降速时，RPM模式可被选择。可替代地或另外地，当来自车轴扭矩裁定模块204的预测扭矩请求小于校准的扭矩值时，RPM模式可被选择。
RPM控制模块210从RPM轨迹模块212接收期望的RPM，并且控制预测和即时扭矩请求，以减小期望的RPM与实际的RPM之间的差。仅作为示例，RPM轨迹模块212可输出线性减小的期望的RPM用于车辆惯性降速，直至达到空转RPM为止。RPM轨迹模块212随后可继续输出空转RPM作为期望的RPM。
储备/负载模块220从推进扭矩裁定模块206接收裁定的预测和即时扭矩请求。储备/负载模块220可调节裁定的预测和即时扭矩请求，以产生扭矩储备和/或补偿一个或多个负载。储备/负载模块220随后向致动模块224输出调节的预测和即时扭矩请求。
仅作为示例，催化剂点火过程或冷起动排放物还原过程可能要求延缓的火花提前。储备/负载模块220因此可将调节的预测扭矩请求增加到调节的即时扭矩请求之上，从而为冷起动排放物还原过程产生延缓的火花。在另一示例中，发动机的A/F比率和/或质量型空气流量可例如通过侵入式诊断等价比率测试和/或新的发动机清洗被直接改变。在开始这些过程之前，扭矩储备可被产生或增加以迅速抵消由这些过程期间的稀薄A/F混合物导致的发动机输出扭矩的减小。
储备/负载模块220还可在未来负载的预期下，例如转向助力泵工作或空调（A/C）压缩机离合器的接合时产生或增加扭矩储备。针对A/C压缩机离合器的接合的储备可在驾驶者第一次请求空气调节时产生。储备/负载模块220可增加调节的预测扭矩请求，同时使调节的即时扭矩请求不变，以产生扭矩储备。随后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负载模块220可通过A/C压缩机离合器的估计负载来增加即时扭矩请求。
致动模块224从储备/负载模块220接收调节的预测和即时扭矩请求。致动模块224确定将如何获得调节的预测和即时扭矩请求。致动模块224可为发动机类型专用型。例如，致动模块224可针对火花点火发动机与压缩点火发动机而不同地实施，或者使用不同的控制方案。
在各种实施方式中，致动模块224可限定所有发动机类型共用的模块与发动机类型专用的模块之间的分界。例如，发动机类型可包括火花点火和压缩点火。致动模块224之前的模块，例如推进扭矩裁定模块206可为发动机类型共用的，而致动模块224和后续模块可为发动机类型专用的。
例如，在火花点火发动机中，致动模块224可改变节气门112的开度，而节气门112是允许宽范围的扭矩控制的慢速致动器。致动模块224可使用气缸致动器模块120使气缸停用，这也提供宽范围的扭矩控制，但也可能是慢速的并且可能涉及到驾驶性能和排放物问题。致动模块224可使用火花正时作为快速致动器。然而，火花正时可能不能提供如此大范围的扭矩控制。另外，可能随着火花正时的改变而进行的扭矩控制的量（称为火花储备能力）可随着空气流改变而变化。
在各种实施方式中，致动模块224可基于调节的预测扭矩请求生成空气扭矩请求。空气扭矩请求可等于调节的预测扭矩请求，从而将空气流设定为使得调节的预测扭矩请求能够通过其它致动器的改变而实现。
空气控制模块228可基于空气扭矩请求确定期望的致动器值。例如，空气控制模块228可控制期望的歧管绝对压力（MAP）、期望的节气门面积和/或期望的每缸空气（APC）。期望的MAP可用于确定期望的升压量，而期望的APC可用于确定期望的凸轮移相器位置。在各种实施方式中，空气控制模块228还可确定EGR阀170的开口的量。
致动模块224还可生成火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃料质量扭矩请求。火花扭矩请求可由火花控制模块232使用，以确定从校准的火花提前值将火花正时延迟多少（这会减小发动机输出扭矩）。
气缸关闭扭矩请求可由气缸控制模块236使用，以确定多少个气缸停用。气缸控制模块236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。在各种实施方式中，预先定义的气缸组可被一起停用。
气缸控制模块236还可指示燃料控制模块240停止向停用的气缸提供燃料，并且可指示火花控制模块232停止向停用的气缸提供火花。在各种实施方式中，一旦气缸中已经具有的任何燃料/空气混合物已经燃尽，则火花控制模块232只停止向一个该气缸提供火花。
在各种实施方式中，气缸致动器模块120可包括液压系统，该液压系统将进气和/或排气门选择性地与用于一个或多个气缸的对应的凸轮轴断开联接，以将这些气缸停用。仅作为示例，用于一半气缸的气门被气缸致动器模块120作为一个组而液压地联接或者断开联接。在各种实施方式中，气缸可简单地通过终止向那些气缸提供燃料而被停用，而不需要停止打开或关闭进气和排气门。在这些实施方式中，气缸致动器模块120可省略。
燃料控制模块240可基于来自致动模块224的燃料质量扭矩请求改变提供给每个气缸的燃料的量。在火花点火发动机的正常工作期间，燃料控制模块240可尝试维持化学计量的 A/F比率。燃料控制模块240因此可在与每缸空气的当前量组合时确定将产生化学计量的燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可指示燃料致动器模块124为每个工作的气缸喷射该燃料质量的燃料。
基于燃料质量扭矩请求，燃料控制模块240可相对于化学计量比调节A/F比率，以增加或减少发动机输出扭矩。燃料控制模块240随后可确定用于每个气缸的达到期望的A/F比率的燃料质量。在柴油系统中，燃料质量可为用于控制发动机输出扭矩的主要致动器。
模式设定可确定致动模块224是如何处理调节的即时扭矩请求的。模式设定可例如由推进扭矩裁定模块206提供给致动模块224，并且可选择包括以下模式的模式：非工作模式、可能模式、最大范围模式和自动致动模式。
在非工作模式中，致动模块224可忽略调节的即时扭矩请求，并且基于调节的预测扭矩请求设定发动机输出扭矩。致动模块224因此可将火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃料质量扭矩请求设定到调节的预测扭矩请求，这会在当前发动机空气流条件下使发动机输出扭矩最大化。可替代地，致动模块224可将这些请求设定到预定（例如高于范围）值，以禁用因延迟火花、停用气缸或减小燃料/空气比率导致的扭矩减小。
在可能模式中，致动模块224输出调节的预测扭矩请求作为空气扭矩请求并且尝试通过仅调节火花提前值来实现调节的即时扭矩请求。因此，致动模块224输出调节的即时扭矩请求作为火花扭矩请求。火花控制模块232将尽可能多地延迟火花，以尝试实现火花扭矩请求。如果期望的扭矩减少大于火花储备能力（能够由火花延迟实现的扭矩减少量），则扭矩减少可能不能实现。于是发动机输出扭矩将大于调节的即时扭矩请求。
在最大范围模式中，致动模块224可输出调节的预测扭矩请求作为空气扭矩请求以及输出调节的即时扭矩请求作为火花扭矩请求。另外，当单独减小火花提前值不能实现调节的即时扭矩请求时，致动模块224可减小气缸关闭扭矩请求（从而停用气缸）。
在自动致动模式中，致动模块224可基于调节的即时扭矩请求减小空气扭矩请求。在各种实施方式中，空气扭矩请求可只有在必要的时候才被减少，以允许火花控制模块232通过调节火花提前值来实现调节的即时扭矩请求。因此，在自动致动模式中，在尽可能小地调节空气扭矩请求的同时实现调节的即时扭矩请求。换言之，通过尽可能多地减小迅速响应的火花提前值，相对慢速响应的节气门开口的使用被最小化。这允许发动机102尽快地返回至产生调节的预测扭矩请求。
扭矩估计模块244可估计发动机102的扭矩输出。该估计扭矩可由致动模块224使用，以生成对应于例如空气、燃料和火花的各种发动机工作参数的各种请求。仅作为示例，扭矩关系例如可定义为：
（1）T=f（APC, S, I, E, AF, OT, #）
其中扭矩（T）为每缸空气（APC）、火花提前值（S）、进气凸轮移相器位置（I）、排气凸轮移相器位置（E）、A/F比率（AF）、燃油温度（OT）和工作气缸的数量（#）的函数。额外的变量也可被考虑，例如废气再循环（EGR）阀的打开程度。
该关系可通过公式模型化和/或可保存为查找表。然而，扭矩估计模块244可包括一个以上的扭矩模型和/或查找表。例如，扭矩估计模块244可包括三个不同的扭矩模型用于SI燃烧、混合模式燃烧和HCCI燃烧。
燃烧模式确定模块245可确定HCCI发动机102当前工作在哪个燃烧模式下。换言之，燃烧模式确定模块245可确定HCCI发动机102是工作在SI燃烧模式下、还是混合燃烧模式下或HCCI燃烧模式下。另外或可替代地，燃烧模式确定模块245还可确定HCCI发动机102是否正在燃烧模式之间过渡。例如，燃烧模式确定模块245可基于供应给HCCI发动机102的空气、燃料、凸轮轮廓和火花中的至少一个来确定HCCI发动机的燃烧模式。仅作为示例，当火花被停用时，燃烧模式确定模块245可确定HCCI发动机102工作在HCCI燃烧模式下。该被确定的模式可被通信给扭矩估计模块244，用于估计HCCI发动机102的扭矩输出。
燃料需求估计模块246可估计HCCI发动机102的燃料需求。估计的燃料需求可被用于调节供应到HCCI发动机102的燃料，类似于扭矩模型化。然而，估计的燃料需求还可被通信到扭矩估计模块244，用于估计HCCI发动机的扭矩输出。例如，通过减小或消除突然的扭矩改变，估计的燃料需求可提供用于SI燃烧和HCCI燃烧之间的无缝过渡（反之亦然）。
空气控制模块228可向节气门致动器模块116输出期望的面积信号。节气门致动器模块116随后调整节气门112以产生期望的节气门面积。空气控制模块228可基于逆式扭矩模型和空气扭矩请求生成期望的面积信号。空气控制模块228可使用估计的空气扭矩和/或MAF信号以执行闭环控制。例如，期望的面积信号可被控制以使估计的空气扭矩与空气扭矩请求之间的差最小化。
空气控制模块228可向升压计划模块248输出期望的歧管绝对压力（MAP）信号。升压计划模块248使用期望的MAP信号控制升压致动器模块164。升压致动器模块164随后控制一个或多个涡轮增压器（例如包括涡轮机160-1和压缩机160-2的涡轮增压器）和/或增压器。
空气控制模块228还可向移相器计划模块252输出期望的每缸空气（APC）信号。基于期望的APC信号和RPM信号，移相器计划模块252可使用移相器致动器模块158控制进气和/或排气凸轮移相器148和150的位置。
返回参照火花控制模块232，校准的火花提前值可基于各种发动机工作条件而改变。仅作为示例，扭矩关系可被逆向推导以求出期望的火花提前值。对于给定的扭矩请求（Tdes），期望的火花提前（Sdes）可基于下面的公式确定：
（2）Sdes =T-1（Tdes, APC, I, E, AF, OT, #）
该关系可具体化为公式和/或查找表。A/F比率（AF）可为如由燃料控制模块240报告的实际的A/F比率。
当火花提前被设定到校准的火花提前时，得到的扭矩可尽可能接近平均最佳扭矩（MBT）。MBT是指当火花提前增加时通过使用具有比预定阈值大的辛烷值燃料并使用化学计量加载燃料而生成的用于给定空气流量的最大发动机输出扭矩。该最大扭矩发生时的火花提前被称为MBT火花。校准的火花提前可例如因为燃料质量（例如当较低的辛烷燃料被使用时）和环境因素而稍微不同于MBT火花。因此，在校准火花提前时的扭矩可小于MBT。
空气控制模块228、火花控制模块232、气缸控制模块236、燃料控制模块240、升压计划模块248和移相器计划模块252可总称为“扭矩控制模块”。换言之，基于扭矩请求和/或之前描述的估计扭矩，扭矩控制模块可通过控制空气、火花、气缸、燃料、升压和/或移相器来控制发动机102的扭矩输出。然而，尽管这些模块可总称为扭矩控制模块，应该认识到，分开的扭矩控制模块也可在ECM114中实施。
现在参照图3，该图更详细地示出了扭矩估计模块244。扭矩估计模块244可包括模型选择模块300、SI扭矩估计模块304、混合扭矩估计模块308和HCCI扭矩估计模块312。
模型选择模块300从燃烧模式确定模块245接收燃烧模式。例如，燃烧模式可为SI燃烧、混合模式燃烧和HCCI燃烧中的一种。因此，模型选择模块300基于模式选择三个解析扭矩模型中的一种。具体地，模型选择模块300可选择SI扭矩模型、混合扭矩模型和HCCI扭矩模型中的一种。换言之，模型选择模块300可为SI扭矩估计模块304、混合扭矩估计模块308和HCCI扭矩估计模块312中的一个生成启用信号。例如，当模式是SI燃烧时，模型选择模块300可为SI扭矩估计模块304生成启用信号。类似地，模型选择模块300可当模式是混合模式燃烧时为混合扭矩估计模块308生成启用信号，并且当模式是HCCI燃烧时为HCCI扭矩估计模块312生成启用信号。
换言之，扭矩估计模块244可根据所选择的扭矩模型生成一个估计扭矩输出。然而，可替代地，模型选择模块300可启用SI扭矩估计模块304、混合扭矩估计模块308和HCCI扭矩估计模块312中的一个以上的模块。例如，当HCCI发动机102在燃烧模式之间过渡时，模型选择模块300可选择两个模型（因此启用三个扭矩估计模块304、308和312中的两个）。两个生成的扭矩估计值随后在燃烧模式之间的过渡期间可被求平均，以有助于通过提前对应的致动器的位置而便于进行无缝转变。并且，在一个实施例中，模型选择模块300可选择所有的三个模型（因此启用三个扭矩估计模块304、308、312中的每一个）并且对三个生成的扭矩估计值求平均。可替代地，模型选择模块300可对来自三个扭矩估计模块304、308、312的三个扭矩估计值分别执行加权平均。
如前所述，SI扭矩估计模块304可从模型选择模块300接收启用信号。SI扭矩估计模块304还可接收多个第一发动机工作参数。例如，多个第一发动机工作参数可包括但不限于发动机速度（RPM）、进气和排气凸轮轴移相器角度、火花正时和每缸空气（APC）。当被启用时，SI扭矩估计模块304基于多个第一发动机工作参数估计HCCI发动机102的扭矩输出。换言之，SI扭矩估计模块304可将HCCI发动机102的扭矩输出估计如下：
T=f（R, S, I, E, APC）
其中估计扭矩输出（T）为发动机速度（RPM）、火花正时（S）、进气和排气凸轮轴移相器角度（分别为I、E）和每缸空气（APC）的函数。可替代地或另外地，估计扭矩输出T可为A/F比率、燃油温度和/或动作气缸数量的函数。
混合扭矩估计模块308也可从模型选择模块300接收启用信号。混合扭矩估计模块308还可接收多个第二发动机工作参数。例如，多个第二发动机工作参数可包括但不限于发动机速度（RPM）、进气和排气凸轮轴移相器角度、燃料质量、火花正时、每缸空气（APC）和估计燃料需求（EFR）。例如，估计燃料需求EFR可由燃料需求估计模块246生成。当被启用时，混合扭矩估计模块308基于多个第二发动机工作参数估计HCCI发动机102的扭矩输出。换言之，混合扭矩估计模块308可将HCCI发动机102的扭矩输出估计如下：
T=f（R, S, F, I, E, APC, EFR）
其中估计扭矩输出（T）为发动机速度（RPM）、火花正时（S）、燃料质量（F）、进气和排气凸轮轴移相器角度（分别为I、E）、每缸空气（APC）和估计燃料需求（EFR）的函数。可替代地或另外地，估计扭矩输出T可为燃料流量、燃料喷射正时和每发动机周期喷射次数的函数。
HCCI扭矩估计模块312也可从模型选择模块300接收启用信号。HCCI扭矩估计模块312还可接收多个第三发动机工作参数。例如，多个第三发动机工作参数可包括但不限于发动机速度（RPM）、进气和排气凸轮轴移相器角度、燃料质量和每缸空气（APC）。当被启用时，HCCI扭矩估计模块312基于多个第三发动机工作参数估计HCCI发动机102的扭矩输出。换言之，HCCI扭矩估计模块308可将HCCI发动机102的扭矩输出估计如下：
T=f（R, F, I, E, APC）
其中估计扭矩输出（T）为发动机速度（RPM）、燃料质量（F）、进气和排气凸轮轴移相器角度（分别为I、E）和每缸空气（APC）的函数。可替代地或另外地，估计扭矩输出T可为燃料流量、燃料喷射正时和每发动机周期喷射次数的函数。
现在参照图4，该图更详细地示出了燃料需求估计模块246。燃料需求估计模块246可包括扭矩需求确定模块400、期望指示平均有效压力（IMEP）确定模块404和估计模块408。仅作为示例，扭矩需求确定模块400可为驾驶者扭矩模块202。然而，扭矩需求确定模块400还可为独立的模块。
扭矩需求确定模块400接收加速器的位置和车辆速度。另外，扭矩需求确定模块400可与变速器通信，以确定当前传动比。仅作为示例，加速器可为加速器踏板，且所述位置可对应于加速器踏板的下压量。扭矩需求确定模块400基于加速器的位置和车辆速度确定驾驶者需求的扭矩的量（即扭矩需求）。
期望IMEP确定模块404接收所述扭矩需求。期望IMEP确定模块404还可接收指示由于发动机摩擦导致的能量损失和发动机泵浦损失的信号。期望IMEP确定模块404基于扭矩需求以及由于发动机摩擦导致的能量损失和发动机泵浦损失来确定HCCI发动机的期望IMEP。换言之，期望IMEP确定模块404确定所要求的平均有效压力以实现扭矩需求，同时补偿发动机摩擦损失和发动机泵浦损失。例如，期望IMEP可包括与扭矩需求对应的IMEP以及与发动机摩擦损失和发动机泵浦损失对应的IMEP之和。
估计模块408接收期望的IMEP。估计模块408还可接收燃料的加热值、燃料的能量转换效率、外部EGR的量和气缸118内部的温度。估计模块408估计HCCI发动机102的燃料需求。相反，估计模块408可基于期望IMEP、燃料加热值、燃料能量转换效率、外部EGR的量和气缸温度来生成估计燃料需求（EFR）。换言之，估计模块408通过补偿燃料的具体化学性质来生成EFR。因此，估计模块408可更精确地生成EFR。因此，更精确的EFR可增加燃料燃经济性，减少排放物和/或改进SI燃烧模式与HCCI燃烧模式之间的过渡或HCCI燃烧模式与SI燃烧模式之间的过渡（例如噪声、振动和/或平顺性，或NVH特性）。
现在参照图5，用于估计HCCI发动机102的扭矩输出的方法开始于步骤500。在步骤500，ECM114确定HCCI发动机102是否打开（即运行）。如果为是，控制可进行到步骤504。如果为否，控制可返回步骤500。
在步骤504，ECM114确定HCCI发动机102当前工作在哪种燃烧模式下。另外，ECM114可确定HCCI发动机102是否在燃烧模式之间过渡。在步骤508，ECM114估计HCCI发动机102的燃料需求。
在步骤512，ECM114基于当前燃烧模式估计HCCI发动机102的扭矩输出。另外，ECM114可基于HCCI发动机102的估计燃料需求EFR估计HCCI发动机102的扭矩输出。并且，ECM114可例如当HCCI发动机102在燃烧模式之间过渡时将对应于不同燃烧模式的多个扭矩输出估计值求平均。
在步骤516，ECM114基于期望扭矩输出（即驾驶者输入）和HCCI发动机102的估计扭矩输出调节HCCI发动机102的扭矩输出。换言之，ECM114可在估计扭矩输出小于期望扭矩输出时增大扭矩输出，或者ECM114可在估计扭矩输出大于期望扭矩输出时减小扭矩输出。例如，调节HCCI发动机102的扭矩输出可包括控制致动器以调节供应给HCCI发动机102的空气、燃料和/或火花。控制随后可返回步骤504。
本发明的广义教导能够以各种形式实施。因此，尽管本发明包括特定示例，本发明的真实范围不应局限于此，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后，其它修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

Claims (14)

1.一种用于均质充量压缩点火（HCCI）发动机的控制系统，包括：
燃料需求估计模块，该燃料需求估计模块基于所述HCCI发动机中的气缸的期望的指示平均有效压力（IMEP）来估计所述HCCI发动机的燃料需求；
扭矩估计模块，该扭矩估计模块基于估计出的燃料需求来估计所述HCCI发动机的扭矩输出；和
扭矩控制模块，该扭矩控制模块基于估计出的扭矩输出和期望扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出，
其中当所述HCCI发动机在混合燃烧模式下工作时，所述扭矩估计模块基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的燃料的量、供应给所述HCCI发动机的火花的时间、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出，
其中当所述HCCI发动机在火花点火（SI）燃烧模式下工作时，所述扭矩估计模块基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的火花的时间、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出，
其中当所述HCCI发动机在HCCI燃烧模式下工作时，所述扭矩估计模块基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的燃料的量、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的每个气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。
2.如权利要求1所述的控制系统，进一步包括：
期望IMEP确定模块，该期望IMEP确定模块基于扭矩需求、所述HCCI发动机的摩擦损失和所述HCCI发动机的泵浦损失来确定期望的IMEP。
3.如权利要求2所述的控制系统，进一步包括：
扭矩需求确定模块，该扭矩需求确定模块基于来自包括所述HCCI发动机的车辆的驾驶者的输入和所述车辆的速度来确定扭矩需求。
4.如权利要求3所述的控制系统，进一步包括：
估计模块，该估计模块基于所述期望的IMEP、供应给所述HCCI发动机的燃料的加热值、燃料的能量转换效率、外部废气再循环（EGR）的量和所述HCCI发动机的气缸内部的温度来估计所述HCCI发动机的燃料需求。
5.如权利要求1所述的控制系统，其中当所述HCCI发动机在两个不同的燃烧模式之间过渡时，所述扭矩控制模块基于期望的扭矩输出和与所述HCCI发动机的所述两个不同的燃烧模式对应的两个估计扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
6.如权利要求5所述的控制系统，其中所述扭矩控制模块基于所述两个估计扭矩输出的平均值和加权平均值中的一种来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
7.如权利要求1所述的控制系统，其中所述扭矩控制模块基于分别与SI燃烧、混合模式燃烧和HCCI燃烧对应的三个估计扭矩输出的平均值和加权平均值中的一种来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
8.一种用于控制均质充量压缩点火（HCCI）发动机的方法，包括：
基于所述HCCI发动机中的气缸的期望的指示平均有效压力（IMEP）来估计所述HCCI发动机的燃料需求；
基于估计出的燃料需求来估计所述HCCI发动机的扭矩输出；和
基于估计出的扭矩输出和期望扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出，
其中当所述HCCI发动机在混合燃烧模式下工作时，基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的燃料的量、供应给所述HCCI发动机的火花的时间、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出，
其中当所述HCCI发动机在火花点火（SI）燃烧模式下工作时，基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的火花的时间、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出，
其中当所述HCCI发动机在HCCI燃烧模式下工作时，基于HCCI发动机速度、供应给所述HCCI发动机的燃料的量、所述HCCI发动机的进气和排气凸轮轴移相器的角度以及供应给所述HCCI发动机的每个气缸的空气的量来估计所述HCCI发动机的扭矩输出。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
基于扭矩需求、所述HCCI发动机的摩擦损失和所述HCCI发动机的泵浦损失来确定期望的IMEP。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
基于来自包括所述HCCI发动机的车辆的驾驶者的输入和所述车辆的速度来确定所述扭矩需求。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括：
基于所述期望的IMEP、供应给所述HCCI发动机的燃料的加热值、燃料的能量转换效率、外部废气再循环（EGR）的量和所述HCCI发动机的气缸内部的温度来估计所述HCCI发动机的燃料需求。
12.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
当所述HCCI发动机在两个不同的燃烧模式之间过渡时，基于所述期望的扭矩输出和与所述HCCI发动机的所述两个不同的燃烧模式对应的两个估计扭矩输出来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
基于所述两个估计扭矩输出的平均值和加权平均值中的一种来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。
14.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
基于分别与SI燃烧、混合模式燃烧和HCCI燃烧对应的三个估计扭矩输出的平均值和加权平均值中的一种来调节所述HCCI发动机的扭矩输出。 
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