CN102220912A - 用于在空转操作期间适应外来负载的方法 - Google Patents

用于在空转操作期间适应外来负载的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在空转操作期间适应外来负载的方法，具体地，发动机空转控制包括：指定优选的发动机空转转速和在平均最佳扭矩点火正时操作发动机；监控发动机转速和发动机空气/燃料比；指定对应于所述监控的发动机转速和所述优选的发动机空转转速的喷射燃料质量；以及指定对应于所述喷射燃料质量、所述发动机空气/燃料比和优选的发动机空气/燃料比的气缸进气空气质量。

Description

用于在空转操作期间适应外来负载的方法
技术领域
本发明涉及在空转操作期间的发动机控制，更特别地，涉及在空转操作期间控制发动机转速。
背景技术
本节中的描述只提供与本发明公开相关的背景信息，可以不构成现有技术。
车辆发动机生成用于牵引扭矩和多个外来装置的功率，所述多个外来装置诸如交流发电机、A/C压缩机和动力转向泵。当这些外来装置需要功率时，发动机增加输出功率来维持牵引功率，这在发动机空转时很明显。同样，当这些外来装置不再需要功率时，发动机减少输出功率。由车辆发动机提供的输出功率往往在空转期间由电子油门控制装置控制，电子油门控制装置具有有限的控制权对进气空气流做出轻微调整。为了解决该限制，已使用单独的空转空气控制阀来实现对进气空气流以及因此对发动机空转转速和功率输出的小调整。
已知的用于火花点火发动机的空转转速控制系统使用点火正时来调整发动机功率并维持发动机空转转速，以响应发动机负载的变化。点火正时可被控制来管理发动机扭矩并控制发动机转速。通过推进或延迟点火正时，可以改变发动机功率。对点火正时的控制提供了一种快速反应扭矩​​控制机制。平均最佳扭矩（MBT）点火正时提供在固定的转速、混合物成分和流量率下的最大发动机扭矩。可以在标称点火正时校准发动机，从而通过推进或延迟点火正时来适应负载瞬态使发动机迅速调整扭矩输出，所述标称点火正时比MBT点火正时延迟。因此，用于空转期间的发动机控制的标称火花点火正时不同于MBT点火正时，以允许进行点火正时调整，点火正时调整可以在空转期间增加或减少发动机功率。在标称的、非MBT的点火正时下的发动机操作燃烧燃料而不对应增加发动机功率。这种发动机操作生成较低的输出扭矩，并且低效消耗燃料。
发明内容
一种用于在空转期间控制在化学计量比稀侧操作的火花点火、直喷发动机操作的方法，包括：指定（commanding）优选的发动机空转转速和在平均最佳扭矩点火正时操作发动机，监控发动机转速和发动机空气/燃料比，指定对应于所述监控的发动机转速和所述优选的发动机空转转速的喷射燃料质量，以及指定对应于所述喷射燃料质量的气缸进气空气质量、发动机空气/燃料比和优选的发动机空气/燃料比。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种用于在空转期间控制火花点火、直喷发动机操作的方法，该发动机在化学计量比稀侧操作，所述方法包括：
指定优选的发动机空转转速和在平均最佳扭矩点火正时操作发动机；
监控发动机转速和发动机空气/燃料比；
指定对应于所述监控的发动机转速和所述优选的发动机空转转速的喷射燃料质量；以及
指定对应于所述喷射燃料质量、所述发动机空气/燃料比和优选的发动机空气/燃料比的气缸进气空气质量。
2. 根据方案1所述的方法，其中，指定所述喷射燃料质量包括增加所述喷射燃料质量以响应空转期间发动机负载的增加来增加生成的输出扭矩。
3. 根据方案2所述的方法，其中，指定所述气缸进气质量包括增加对应于所述增加的喷射燃料质量、所述监控的发动机空气/燃料比和所述优选的发动机空气/燃料比的所述气缸进气质量。
4. 根据方案1所述的方法，其中，指定所述喷射燃料质量包括减少所述喷射燃料质量来减少生成的输出扭矩以及响应空转期间发动机负载的减少控制所述发动机到所述优选的发动机空转转速。
5. 根据方案4所述的方法，其中，指定所述气缸进气空气质量包括减少对应于所述减少的喷射燃料质量、所述监控的发动机空气/燃料比和所述优选的发动机空气/燃料比的所述气缸进气空气质量。
6. 一种用于在到空转操作的过渡期间控制火花点火、直喷发动机操作的方法，所述方法包括：
在平均最佳扭矩点火正时操作所述发动机；
监控发动机转速和发动机空气/燃料比；
确定优选的发动机空转转速、空转转速轨迹和优选的发动机空气/燃料比；
指定对应于所述发动机转速和所述优选的发动机空转转速的喷射燃料质量；以及
调整对应于所述喷射燃料质量和所述优选的和监控的发动机空气/燃料比的进气空气质量。
7. 根据方案6所述的方法，其中，所述空转转速轨迹被校准来最小化从监控的发动机转速阈值到所述优选的发动机空转转速的过渡期间所述发动机转速的下冲。
8. 根据方案7所述的方法，其中，所述优选的发动机空转转速约700 rpm。
9. 一种用于控制火花点火、直喷发动机的发动机输出功率的方法，所述方法包括：
在稀侧的空气/燃料比以及在平均最佳扭矩点火正时使所述发动机空转；
监控发动机空转转速和所述发动机空气/燃料比；
提供优选的发动机空转转速和优选的发动机空气/燃料比；
响应所述监控的发动机空转转速和所述优选的发动机空转转速调整喷射燃料质量；以及
响应所述喷射燃料质量和所述优选的和监控的发动机空气/燃料比调整空气质量。
10. 根据方案9所述的方法，其中，响应所述发动机转速和所述优选的发动机空转转速调整喷射燃料质量包括：
确定发动机转速误差，所述发动机转速误差包括所述监控的发动机空转转速和所述优选的发动机空转转速之间的差；
确定发动机转速比，所述发动机转速比包括所述优选的发动机空转转速和所述监控的发动机空转转速的比值；以及
以相乘来结合所述发动机转速误差和所述发动机转速比以确定指定的喷射燃料质量，其中，所述喷射燃料质量随着所述监控的发动机空转转速的减少而增加，随着所述监控的发动机空转转速的增加而减少。
11. 根据方案9所述的方法，其中，响应所述调整的喷射燃料质量和所述优选的和监控的空气/燃料比调整所述气缸空气充量还包括：
基于所述优选的发动机空气/燃料比和所述监控的发动机空气/燃料比之间的差确定反馈空气质量项；
基于所述指定的喷射燃料质量和所述优选的发动机空气/燃料比确定前馈空气质量项；以及
以算术来结合所述反馈空气质量项和所述前馈空气质量项以确定指定的空气质量。
12. 根据方案10所述的方法，其中，响应所述调整的喷射燃料质量和所述优选的和监控的空气/燃料比调整所述气缸空气充量还包括：
基于所述优选的发动机空气/燃料比和所述监控的发动机空气/燃料比之间的差确定反馈空气质量项；
基于所述指定的喷射燃料质量和所述优选的发动机空气/燃料比确定前馈空气质量项；以及
以算术来结合所述反馈空气质量项和所述前馈空气质量项以确定指定的空气质量。
附图说明
现在将参考附图通过示例方式描述一个或多个实施例，在附图中：
图1是根据本发明公开的示例性火花点火直喷（SIDI）发动机系统和控制系统的示意图；
图2是示出根据本发明公开的用于在化学计量比稀侧操作的SIDI发动机的空转转速控制器的框图，该空转转速控制器包括燃料控制循环和空气控制循环；
图3A和3B图形化地示出根据本发明公开，当在SIDI发动机系统的稀侧操作期间受到外来负载时，分别对于已知的发动机空转转速控制器和参考图2描述的空转转速控制器的发动机转速响应；以及
图4是根据本发明公开在SIDI发动机系统的稀侧操作期间作为时间函数的发动机转速的图形化图示，其示出了空转转速控制器的启用。
具体实施方式
现在参考附图，其中，图示仅出于说明特定示例性实施例的目的，而不是出于限制特定示例性实施例的目的。图1示意性地示出根据本发明公开的实施例构造的火花点火、直喷（SIDI）内燃机10和相应的控制模块5。SIDI发动机10有选择地操作于化学计量空气/燃料比和主要在化学计量比稀侧的空气/燃料比。本发明公开可应用于各种内燃发动机系统和燃烧周期。
在一个实施例中，SIDI发动机10可联结到变速器装置，以向车辆的传动系统传输牵引功率。变速器可以包括混合变速器，混合变速器包括操作以向传动系统传送牵引功率的扭矩机器。
示例性SIDI发动机10包括具有在气缸15中可滑动地移动的往复式活塞14的多缸直喷四冲程内燃发动机，气缸15限定了可变容积燃烧室16。每个活塞14被连接到旋转曲轴12，线性往复运动通过旋转曲轴12被转换成旋转运动。空气进气系统提供进气空气到进气歧管29，进气歧管29将空气指引和分配到燃烧室16的进气滑道（runner）。空气进气系统包括用于监控和控制空气流的空气流管道系统（ductwork）和装置。空气进气装置优选地包括用于监控质量空气流和进气空气温度的质量空气流传感器32。节流阀34优选地包括被用来响应来自控制模块5的控制信号（ETC）控制到SIDI发动机10的空气流。进气歧管29中的压力传感器36被配置为监控歧管绝对压力和大气压力。外部流道使来自发动机排放的排气再循环到进气歧管29，使得流控制阀被称为排气再循环（EGR）阀38。控制模块5操作于通过控制EGR阀38的开口来控制排气到进气歧管29的质量流。
从进气歧管29流入燃烧室16的空气流由一个或多个进气阀20控制。从燃烧室16流出的排气里由一个或多个排气阀18控制至排气歧管39。SIDI发动机10配备有控制和调整进气和排气阀20和18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，通过分别控制进气和排气可变凸轮相位/可变升程控制（VCP/VLC）装置22和24，可以控制和调整进气和排气阀20和18的打开和关闭。进气和排气VCP/VLC装置22和24被配置为分别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气和排气凸轮轴21和23的旋转被链接和索引到曲轴12的旋转，因而将进气和排气阀20和18的打开和关闭链接到曲轴12和活塞14的位置。
进气VCP/VLC装置22优选地包括操作于响应来自控制模块5的控制信号（进气（INTAKE））切换和控制进气阀20的阀升程并且可变地调整和控制用于每一个气缸15的进气凸轮轴21的相位的机制。排气VCP/VLC装置24优选地包括操作于响应来自控制模块5的控制信号（排气（EXHAUST））可变地切换和控制排气阀18的阀升程并且可变地调整和控制用于每一个气缸15的排气凸轮轴23的相位。
进气和排气VCP/VLC装置22和24优选地包括可控双步可变升程控制（VLC）机制，该机制操作于分别控制进气和排气阀20和18的阀升程或打开的幅度为两个独立步骤之一。优选地，这两个独立步骤包括优选地用于低转速低负载操作的低升程阀打开位置（在一个实施例中约4-6毫米），以及优选地用于高转速高负载操作的高升程打开位置（在一个实施例中约8-13毫米）。进气和排气VCP/VLC装置22和24每一个优选地包括分别控制和调整进气阀（一个或多个）20和排气阀（一个或多个）18的打开和关闭的相位（即，相对时间）的可变凸轮相位（VCP）机制。调整相位是指相对于相应气缸15中的曲轴12和活塞14的位置转移进气阀和排气阀（一个或多个）20和18的打开时间。进气和排气VCP/VLC装置22和24的VCP机制每一个优选地具有曲柄旋转的约60°-90°的定相能力范围（range of phasing authority），从而使控制模块5相对于用于每一个气缸15的活塞14的位置推进或延迟进气阀和排气阀（一个或多个）20和18的打开和关闭。相位范围由进气和排气VCP/VLC装置22和24限定和限制。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括凸轮轴位置传感器来确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。VCP/VLC装置22和24使用由控制模块5控制的电动液压、液压和电动控制力来致动。
SIDI发动机10包括燃料喷射系统，燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，每一个高压燃料喷射器28被配置为响应于来自控制模块5的信号将燃料质量直接喷入燃烧室16之一。从燃料分配系统向燃料喷射器28供应燃料。
SIDI发动机10包括火花点火系统，火花能量通过火花点火系统可被提供给用于响应来自控制模块5的信号（IGN）在燃烧室16的每一个中点火或协助点火汽缸充量的火花塞26。
SIDI发动机10配备有用于监控发动机操作的各种传感装置，包括具有输出RPM并操作于监控曲轴旋转位置即曲柄角度和转速的曲柄传感器42，在一个实施例中被配置为监控燃烧的燃烧传感器30，以及被配置为监控排气的排气传感器40（通常是空气/燃料比传感器）。燃烧传感器30包括操作于监控燃烧参数的状态的传感器装置，并被示为操作于健康缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30和曲柄传感器42的输出由控制模块5监控，控制模块5确定燃烧阶段，即，对每一个燃烧周期每一个气缸15相对曲轴12的曲柄角度的燃烧压力的计时。燃烧传感器30也可由控制模块5监控，以确定每个气缸15每燃烧周期的平均有效压力（IMEP）。优选地，SIDI发动机10和控制模块5被机械化来监控和确定每气缸点火事件期间每一个发动机气缸15的IMEP状态。另外，其他传感系统可被用来监控本发明公开范围内的其他燃烧参数的状态，例如，离子传感点火系统和非侵入性汽缸压力传感器。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语是指以下中的一个或多个的任何合适的一种或多种组合：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中央处理单元（优选地，微处理器）及相关联存储器和存储设备（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路、以及提供所描述功能的其他合适组件。控制模块5具有控制算法集，包括存储器中存储的并被执行来提供所需功能的驻地软件程序指令和校准。优选地，在预设循环周期期间执行所述算法。算法例如通过中央处理单元来执行，并可操作于监控来自传感装置和其他网络控制模块的输入，以及执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。在正进行的发动机和车辆操作期间，可在定期间隔例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行循环周期。替代地，可响应事件的发生执行算法。
在操作中，控制模块5监控来自上述传感器的输入，以确定发动机参数的状态，包括指示发动机转速、进气空气温度、冷却剂温度以及其他环境项的那些。控制模块5被配置为接收操作者例如通过加速器踏板和刹车踏板的输入信号，来确定对于牵引功率的操作者扭矩请求。
控制模块5执行其中存储的算法代码，以响应操作扭矩请求和发动机参数的状态来控制上述致动器。控制模块5控制上述致动器来形成气缸充量，包括控制节流阀位置、火花点火正时、燃料喷射质量和计时、EGR阀位置来再循环的排气的流、以及如此配备的发动机上的进气和/或排气阀计时和相位。在一个实施例中，阀计时和相位可以包括负阀重叠（NVO）和排气阀重开升程（在排气重复吸入策略中）。控制模块5可以操作于在正进行的车辆操作期间打开和关闭SIDI发动机10，并且可以操作于通过对燃料和火花的控制以及阀停用（deactivation）来有选择地停用燃烧室15的一部分或进气和排气阀20和18的一部分。控制模块5可以基于来自排气传感器40的反馈控制空气/燃料比。
在发动机操作期间，优选地，在受控自动点火（HCCI）燃烧模式中，例如在单和双喷射受控自动点火（HCCI）燃烧模式中，节流阀34基本是大大打开的，而SIDI发动机10则被控制在空气/燃料比的稀侧。基本大大打开的节流阀可以包括完全非节流地或者稍微节流地操作来在进气歧管29中创建真空以影响EGR流。在一个实施例中，缸内EGR质量被控制在高稀释速率，例如大于40％的汽缸空气充量。进气和排气阀20和18处于低升程阀位置，并且进气和排气升程计时操作于NVO。可在压缩阶段在包括至少一个喷射的发动机周期期间执行一个或多个燃料喷射事件。
在均质火花点火（SI-H）燃烧模式中的发动机操作期间，节流阀34被控制来调节空气流。SIDI发动机10被控制到化学计量空气/燃料比，并且进气和排气阀20、18分别处于高升程阀打开位置，以及进气和排气升程计时操作于正阀重叠。优选地，在发动机周期的压缩阶段期间并且优选地基本在TDC前，执行燃料喷射事件。当气缸内的燃料/空气充量是基本均质的时，火花点火优选地在燃料喷射后的预定时间被释放。
在示例性实施例中，SIDI发动机10优选地被校准在MBT点火正时，并且基于燃料的方法被用来管理空转操作期间的扭矩，其中，控制稳定发动机空转转速和发动机输出功率同时适应间歇性发生的外来负载。具体地，每缸喷射燃料质量的增加增大了发动机扭矩，同时维持MBT点火正时。因此，增加喷射的燃料质量允许SIDI发动机10生成适应空转操作期间SIDI发动机10上的外来负载同时控制输出功率并维持发动机空转转速在基本稳定或固定的速率所需的输出扭矩。同样，减少每缸喷射的燃料质量减少了发动机扭矩，同时维持MBT点火正时。因此，当需要较少的扭矩来适应空转操作期间SIDI发动机10上的外来负载同时相对发动机负载空转发动机输出功率并维持稳定的发动机空转转速时，减少喷射的燃料减少了输出扭矩。在非限制性例子中，可以在空转操作期间打开诸如空气调节器的外来负载。增加喷射的燃料质量允许SIDI发动机10生成附加的输出扭矩来适应空气调节同时相对发动机负载控制输出功率并维持稳定的发动机空转转速。同样，如果在空转操作期间关闭空气调节系统，减少每缸喷射的燃料质量会减低输出扭矩同时相对发动机负载控制输出功率并维持稳定的发动机空转转速，因为不再需要适应空气调节系统所需的输出扭矩。
现在参考图2，其示意性地示出了用于在空转以及化学计量比的稀侧操作SIDI发动机10的空转转速控制器44的示例性实施例。当对加速器踏板的操作者输入基本为零时，发动机在空转时的操作由控制模块5指定。在一个实施例中，当加速器踏板位置低于阈值加速器踏板位置并且SIDI发动机10的旋转速度低于发动机转速阈值100时，使用空转转速控制器44控制SIDI发动机10。在替代实施例中，当加速器踏板位置低于阈值加速器踏板位置时，使用空转转速控制器44控制SIDI发动机10。阈值加速器踏板位置优选地介于1％和5％之间，这表明对加速器踏板的操作者输入基本为零，即，可忽略。
在一个实施例中，当加速器踏板位置小于阈值加速器踏板位置并且发动机转速低于发动机转速阈值100，控制模块5执行空转转速控制器44。空转转速控制器44优选地在控制模块5中作为算法代码执行，并且包括燃料控制回路46和空气控制回路48。
燃料控制回路46计算指定的每缸喷射燃料质量（PWCYL）54，每缸喷射燃料质量（PWCYL）54响应于优选的（NPRF）和监控的（NMON）发动机空转转速50、52。燃料控制回路46通过调整每缸喷射燃料质量PWCYL54来控制发动机空转转速，以维持发动机空转转速在基本恒定的水平，无论发动机负载如何。燃料控制回路46包括用于在比例上比较优选的NPRF和监控的NMON发动机空转转速50、52的第一部分，和用于基于优选的NPRF和监控的NMON发动机空转转速50、52进行反馈控制的第二部分。
燃料控制回路46的第一部分包括在比例上比较优选的NPRF和监控的NMON发动机空转转速50、52，并且使用除法器76来计算发动机转速比77，即，NPRF/NMON。
燃料控制回路46的第二部分包括差别单元53和相关联的发动机转速反馈控制器56。差别单元53计算发动机转速误差，该误差是优选的和监控的发动机空转转速即NPRF和NMON 50、52之间的差。从差别单元53输出的发动机转速误差被发动机转速反馈控制器56用来确定标称每缸喷射燃料质量79。标称每缸喷射燃料质量79的优选值是维持发动机空转转速在优选的发动机空转转速NPRF50的值。发动机转速反馈控制器56优选地包括PID控制器，PID控制器具有响应于优选的NPRF和监控的NMON发动机空转转速50，52之间的差来调整标称每缸喷射燃料质量79的预设响应次数和抗饱和（anti-windup）限制。使用乘法器78将标称每缸喷射燃料质量79乘以发动机转速比77来计算指定的每缸喷射燃料质量PWCYL 54。转速反馈控制器56的这种配置导致发动机加油的直接变化，以及发动机空转转速远离优选的发动机空转转速NPRF 50的变化，而没有与发动机转速反馈控制器56的相关联的任何延迟。具体地，当监控的发动机空转转速NMON 52低于优选的发动机空转转速NPRF 50时，指定的每缸喷射燃料质量PWCYL 54被增加。以同样的方式，当监控的发动机空转转速NMON52高于优选的发动机空转转速NPRF 50时，指定的每缸喷射燃料质量PWCYL54被减少。在这种方式下，通过调整发动机加油同时将发动机转速维持在优选的发动机空转转速NPRF 50，发动机10的输出功率得到调整，无论发动机负载如何。
空气控制回路48通过控制进入燃烧室16的空气来控制发动机空气/燃料比。空气控制回路48的输入包括优选的空气/燃料比（A/FPRF）58和监控的空气/燃料比（A/FMON）60。空气控制回路48的输出包括具有指定的每缸进气空气质量（MCYL）62形式的气缸空气变化。空气控制回路48还包括差别单元64和空气/燃料比反馈控制器66，其中，差别单元64计算优选的空气/燃料比A/FPRF和监控的空气/燃料比A/FMON58、60之间的差。差别单元64的输出被输入到空气/燃料比反馈控制器66来计算反馈进气空气质量（MFBK）67。
空气控制回路48包括前馈控制器68，前馈控制器68被配置为乘以燃料控制回路46的监控的空气/燃料比A/FPRF58和指定的每缸喷射燃料质量PWCYL54，以计算前馈进气空气质量（MFWD）70。前馈进气空气质量MFWD 70和反馈进气空气质量MFBK67被使用添加单元72合并，以确定指定的每缸进气空气质量MCYL62。
因此，基于发动机空转转速，即，优选的和监控的发动机空转转速50、52，NPRF和NMON50、52，控制具有指定的每缸喷射燃料质量PWCYL 54形式的发动机加油。基于优选的空气/燃料比A/FPRF和监控的空气/燃料比A/FMON 58、60以及汽缸空气充量即指定的每缸喷射燃料质量PWCYL 54，确定指定的每缸进气空气质量MCYL 62。
SIDI发动机10操作在空气/燃料比的稀侧，空气/燃料比的范围可在20:1和之间，具有可接受的燃烧稳定性水平。维持精确的稀侧空气/燃料比在空转转速控制器44的操作中具有较低的优先级，因为精确的空气/燃料比控制不是稀薄燃烧模式中操作期间的控制优先级。空转转速控制器44的燃料控制回路46比空气控制回路48响应更快，这是因为空气控制回路48受进气歧管动力学的限制。
将发动机转速误差项79乘以动机转速比77以确定指定的每缸喷射燃料质量PWCYL54增加适应施加到SIDI发动机10的间歇性发生的外来负载的能力，因为发动机输出功率等于发动机输出扭矩和监控的发动机转速NMON 52的积，其中，发动机输出扭矩与指定的每缸喷射燃料质量PWCYL 54基本呈正比，如以下等式1所示：
功率(P) = 扭矩 x NMON
~ K x PWCYL x NMON [1]
此外，如通过燃料控制回路46所证明的，指定的每缸喷射燃料质量PWCYL54等于输出79与NPRF和NMON输入50、52之间的比值77的积。因此，对于恒定输出79，功率保持恒定，无论发动机转速NMON 52如何。
P ≈ K x 输出 x (NPRF / NMON) x NMON [2]
≈ K x 输出x NPRF
因此，空转转速控制器44的燃料控制回路46通过指定的每缸喷射燃料质量PWCYL54来控制发动机输出功率。如通过等式1所证明的，输出扭矩必须随着NMON52减少而增加，以维持发动机输出功率，其中，输出扭矩的增加通过增加指定的每缸喷射燃料质量PWCYL 54来提供。反之，输出扭矩必须随着NMON52增加而减少，以控制发动机输出功率，其中，扭矩的减少通过减少指定的每缸喷射燃料质量PWCYL54来提供。SIDI发动机10上的多数负载本质上是功率需求。对于NMON52的变化，乘法器78自动调整指定的每缸喷射燃料质量PWCYL54来维持空转操作期间的功率。因此，空转转速控制器44将有效执行。
在本发明公开的示例性非限制性例子中，图3A示出使用已知的空转转速控制器操作的示例性SIDI发动机10的发动机转速响应时间，图3B示出使用参照图2描述的空转转速控制器44操作的示例性SIDI发动机10的发动机转速响应时间。示例性SIDI发动机10在空气/燃料比稀侧的空转操作期间易受相同外来负载。参考图3A，外来负载被应用于在参考点a具有已知空转转速控制器的SIDI发动机10上。在参考点a，SIDI发动机10处于空转操作中，相对NPRF具有基本在700 RPM的NMON。具有外来负载后，NMON大约2.5秒内在参考点b减少到540 RPM。NMON的减少是操作具有施加的外来负载的SIDI发动机10所需的附加的指定的每缸喷射燃料质量喷射PWCYL的结果。在参考点b，外来负载被移除。当外来负载在参考点b中被移除时，NMON大约2秒内从540 RPM增加到参考点c处的基本825 RPM。在缺乏外来负载的情况下，NMON的增加是在700 RPM在NPRF操作SIDI发动机10所需的较低的指定每缸喷射燃料质量PWCYL的结果。在参考点c和d之间，NMON开始在大约8秒内逐步减少到基本在700 RPM的NPRF。如通过非限制性示例性例子所证明的，当施加或移除外来负载已知的空转转速控制器具有大的NMON波动，并且NMON调整到NPRF的反应时间较长。
参考图3B，外来负载被施加到在参考点q具有空转转速控制器44的SIDI发动机10上。在参考点q，SIDI发动机10处于空转操作，相对NPRF具有基本在700 RPM的NMON。施加外来负载后，NMON在小于1秒内减少到参考点r处的基本675 RPM。发动机空转转速的减少是操作带施加的外来负载的SIDI发动机10所需的附加的每缸喷射燃料质量PWCYL的结果。在参考点r和s之间，NMON向700 RPM的NPRF增加。在参考点s，当NMON基本在690 RPM时，移除外来负载。在缺乏外来负载后，NMON增加到参考点t处的790 RPM。NMON的增加是相对发动机负载控制发动机输出功率以操作不带施加的外来负载的SIDI发动机10所需的较少的每缸喷射燃料质量PWCYL的结果。在参考点t和u之间，NMON开始在700 RPM的NPRF处或附近振荡。如通过非限制性示例性例子所证明的，当施加或移除外来负载时，空转转速控制器44具有相对小的发动机空转转速波动，并且NMON调整到NPRF同时相对发动机负载控制发动机输出功率的反应时间较短。
在图3A和3B所示，在比较本发明公开的空转转速控制器44和已知的空转转速控制器时，当施加或移除外来负载时，已知的空转转速控制器具有大的波动，并且NMON接近NPRF的反应时间较长。已知的空转转速控制器中的NMON的较长反应时间和大波动主要是由于缺乏本发明公开的图2中示出的除法器76和乘法器78造成的。如图所示，当向SIDI发动机10施加或从SIDI发动机10移除外来负载时，本发明公开的空转转速控制器44允许空转操作期间的最小的转速波动。当向SIDI发动机10施加或从SIDI发动机10移除外来负载时，本发明公开的转速反馈控制器允许快速响应以调整指定的每缸喷射燃料质量PWCYL来相对发动机负载控制发动机功率并维持稳定的发动机空转转速。
因此，如通过图3A和3B所证明的，并参考图2，将比值77乘以转速反馈控制器56的输出79以确定指定的每缸喷射燃料质量PWCYL 54，增加了适应向SIDI发动机10施加或从SIDI发动机10移除的外来负载的能力。如上所述，发动机输出功率基本等于指定的每缸的喷射燃料质量PWCYL和监控的发动机空转转速NMON的积。转速反馈控制器56中的乘法器78使得能够相对发动机负载调整发动机输出功率，无论监控的发动机空转转速NMON的大小如何。
当启用参考图2描述的空转转速控制器44时，SIDI发动机10处于空转操作，而当停用空转转速控制器时，SIDI发动机10处于正常操作。在正常或空转操作中操作SIDI发动机10之间的控制结构的关键差别与每缸喷射燃料质量相关。当SIDI发动机10处于正常操作时，喷射燃料质量基于优选的和监控的空气/燃料比和估计的气缸空气充量。当SIDI发动机10处于空转操作时，PWCYL被调整为控制和维持稳定的发动机空转转速。优选地，管理正常和空转操作之间的过渡来实现发动机稳定性和驱动条件，其中，不同的空气/燃料比控制器被适当启用和停用。
参考图4，根据本发明公开的示例性实施例，当发动机从正常操作过渡到空转操作时，图2的空转转速控制器图44被启用。如之前所述，当加速器踏板位置低于阈值加速器踏板位置并且发动机转速低于发动机转速阈值100时，空转转速控制器44启用。所选择的发动机转速阈值100高于优选的发动机转速NPRF50几百RPM。在非限制性例子中，SIDI发动机10操作于空气/燃料比的稀侧，加速器踏板位置阈值是1％，发动机转速阈值100是1000 RPM，而NPRF 50是700 RPM。一旦空转转速控制器被启用，当SIDI发动机10上的外来负载被施加或移除时，指定的每缸喷射燃料质量PWCYL54被调整来相对发动机负载控制发动机输出功率并维持稳定的NMON52。一旦SIDI发动机10从正常操作转向空转操作时，通过限定NPRF 50来最小化监控的发动机转速NMON52的下冲（undershoot），管理从发动机转速阈值100到稳定状态优选发动机转速102的过渡。下冲被理解为低于稳定状态优选发动机转速102的监控的发动机转速NMON52的任何波动，其中，监控的发动机转速NMON52的大波动对于操作者是明显的。因此，为最小化监控的发动机转速NMON52的下冲的空转转速轨迹维持稳定的监控的发动机转速NMON52。
当加速器踏板被踩下大于第二加速器踏板位置阈值并且对应于通过加速器踏板位置指示的操作者扭矩请求的优选每缸喷射燃料质量（PWPRF-CYL）大于空转转速控制器44的PWCYL54时，图2的空转转速控制器44被停用并且进行从空转操作到正常操作的过渡。要求PWPRF-CYL大于PWCYL 54，对于相对低的加速器踏板位置，防止NMON52在从空转操作过渡到正常操作后快速下降。
本发明公开描述了特定优选实施例及其修改。在阅读和理解本说明书的基础上，本领域技术人员可以想到进一步的修改和更改。因此，本发明公开不是旨在受限于此处公开的作为执行本发明公开的最佳实施方式的特定实施例，而是本发明公开讲包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于在空转期间控制火花点火、直喷发动机操作的方法，该发动机在化学计量比稀侧操作，所述方法包括：
指定优选的发动机空转转速和在平均最佳扭矩点火正时操作发动机；
监控发动机转速和发动机空气/燃料比；
指定对应于所述监控的发动机转速和所述优选的发动机空转转速的喷射燃料质量；以及
指定对应于所述喷射燃料质量、所述发动机空气/燃料比和优选的发动机空气/燃料比的气缸进气空气质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，指定所述喷射燃料质量包括增加所述喷射燃料质量以响应空转期间发动机负载的增加来增加生成的输出扭矩。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，指定所述气缸进气质量包括增加对应于所述增加的喷射燃料质量、所述监控的发动机空气/燃料比和所述优选的发动机空气/燃料比的所述气缸进气质量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，指定所述喷射燃料质量包括减少所述喷射燃料质量来减少生成的输出扭矩以及响应空转期间发动机负载的减少控制所述发动机到所述优选的发动机空转转速。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，指定所述气缸进气空气质量包括减少对应于所述减少的喷射燃料质量、所述监控的发动机空气/燃料比和所述优选的发动机空气/燃料比的所述气缸进气空气质量。
6.一种用于在到空转操作的过渡期间控制火花点火、直喷发动机操作的方法，所述方法包括：
在平均最佳扭矩点火正时操作所述发动机；
监控发动机转速和发动机空气/燃料比；
确定优选的发动机空转转速、空转转速轨迹和优选的发动机空气/燃料比；
指定对应于所述发动机转速和所述优选的发动机空转转速的喷射燃料质量；以及
调整对应于所述喷射燃料质量和所述优选的和监控的发动机空气/燃料比的进气空气质量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述空转转速轨迹被校准来最小化从监控的发动机转速阈值到所述优选的发动机空转转速的过渡期间所述发动机转速的下冲。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述优选的发动机空转转速约700 rpm。
9.一种用于控制火花点火、直喷发动机的发动机输出功率的方法，所述方法包括：
在稀侧的空气/燃料比以及在平均最佳扭矩点火正时使所述发动机空转；
监控发动机空转转速和所述发动机空气/燃料比；
提供优选的发动机空转转速和优选的发动机空气/燃料比；
响应所述监控的发动机空转转速和所述优选的发动机空转转速调整喷射燃料质量；以及
响应所述喷射燃料质量和所述优选的和监控的发动机空气/燃料比调整空气质量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，响应所述发动机转速和所述优选的发动机空转转速调整喷射燃料质量包括：
确定发动机转速误差，所述发动机转速误差包括所述监控的发动机空转转速和所述优选的发动机空转转速之间的差；
确定发动机转速比，所述发动机转速比包括所述优选的发动机空转转速和所述监控的发动机空转转速的比值；以及
以相乘来结合所述发动机转速误差和所述发动机转速比以确定指定的喷射燃料质量，其中，所述喷射燃料质量随着所述监控的发动机空转转速的减少而增加，随着所述监控的发动机空转转速的增加而减少。
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