CN102998054B - 用于对进气歧管压力进行采样的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于改善进气道节气门压力传感器采样的发动机系统和方法。在一个示例中，在汽缸的一个循环过程中，对进气道节气门压力传感器进行多次采样，并且根据选定采样确定不同的发动机工况。本系统和方法可改善发动机空气燃料控制以及发动机诊断。

Description

用于对进气歧管压力进行采样的方法和系统
技术领域
本申请涉及用于对进气歧管压力进行采样的方法和系统。
背景技术
与不是进气道节流的发动机相比，进气道节流发动机可提供燃料效率和/或性能优势。然而，当基于被定位在进气道节气门上游的进气歧管压力传感器，估计出进气道节流发动机的汽缸空气捕集质量时，或者当发动机具有定位在进气道节气门上游的空气流量传感器时，更加难于确定进气道节流发动机的汽缸空气充量或者捕集质量。具体地，歧管绝对压力(MAP)传感器可能不会受到汽缸进气道处的压力。因此，根据MAP传感器估计的汽缸空气捕集质量可能不如所希望的准确。由于每个发动机循环过程中的大的压力波动，即使定位在进气道节气门下游的MAP传感器也将提供通过传统的信号处理的不准确的汽缸空气捕集质量估计。此外，由于远离质量空气流量传感器，基于位于进气道节气门上游的质量空气流量传感器的汽缸空气捕集质量估计在进气歧管压力瞬态变化期间可能无法提供如所希望的那样准确的汽缸空气捕集质量估计。
发明内容
本发明者在此已认识到上述限制，并且研发出一种采样方法，该采样方法包含：对位于进气道节气门下游的进气道中的传感器进行采样，该进气道通向单个汽缸，在单个汽缸的一个循环中的第一时间和第二时间对传感器进行采样；并且响应于在第一时间取得的第一采样，调整第一致动器，并且响应于在第二时间取得的第二采样，调整第二致动器。
通过将压力传感器定位在汽缸进气门和进气道节气门之间，能够准确地确定MAP和汽缸的捕集质量。具体地，如果在临近进气门关闭(IVC)时间以及恰好在进气门打开(IVO)时间之前对传感器进行采样，则通过第一采样可确定汽缸捕集质量，同时通过第二采样可确定MAP，其中该传感器被定位在汽缸的进气提升阀和调节流至各个汽缸的空气的进气道节气门之间。当在临近IVC对传感器进行采样时，可更加准确地确定在燃烧循环过程中捕集在汽缸里的质量，因为那时的汽缸进气道压力接近于汽缸压力。此外，通过在汽缸进气道中的压力有时间恢复和接近或者达到MAP的时间对进气道传感器采样，可准确地确定发动机MAP，并且无需将MAP传感器放在进气歧管内。因此，根据在汽缸循环过程中取得的两个或者更多不同采样，可以更加准确地确定至少两个不同的控制变量。进一步地，取得采样时的正时可用作改善对控制变量的估计，根据控制变量可调整致动器。
在另一个实施例中，采样方法包含：在汽缸进气道节气门下游和进气门上游的位置通过传感器感测汽缸进气道的属性；在一个汽缸循环过程中的第一时间、第二时间和第三时间对传感器进行采样，从而提供第一、第二和第三个采样；响应于第一采样调整第一致动器；响应于第二采样调整第二致动器；以及响应于第三采样调整第三致动器。
在另一个实施例中，方法还包含响应于超过阈值的推断出的排气压力，向操作员指示退化状况，其中推断出的排气压力是基于传感器的。
在另一个实施例中，汽缸进气道与汽缸流体连通，其中汽缸被包括在具有多个汽缸的发动机中，多个汽缸中的每个包括进气道节气门。
在另一个实施例中，提供用于对汽缸进气道中的压力进行采样的系统。所述系统包含：发动机；耦合至发动机的进气歧管；定位在进气歧管上游的空气进口节气门；将空气供应至发动机汽缸的汽缸进气道；沿着汽缸进气道且在汽缸提升阀上游定位的进气道节气门；沿着进气道节气门和提升阀之间的汽缸进气道定位的传感器；将燃料供应至汽缸的燃料喷射器；将空气供应至汽缸进气道的涡轮增压器，具有废气门的涡轮增压器；以及包括指令的控制器，所述指令用于在汽缸循环过程中启动对传感器的第一和第二采样，控制器还包括这样的指令，其响应于第一采样调整燃料喷射器，控制器还包含这样的指令，响应于第二采样而不响应第一采样调整废气门的位置。
在另一个实施例中，所述系统还包含EGR阀。
在另一个实施例中，所述系统还包含额外的控制器指令，其用于在汽缸循环过程中启动传感器的第三采样，并且响应于第三采样调整EGR阀的位置，其中第三采样表明MAP。
在另一个实施例中，所述系统还包含额外的控制器指令，其基于传感器输出调整进气道节气门的位置。
在另一个实施例中，所述系统还包含额外的控制器指令，其响应于进气和排气门正时调整传感器的采样正时。
本发明可提供若干优势。具体地，所述方法可改善对MAP、汽缸捕集质量以及排气压力的估计。进一步地，所述方法可减少用于确定多个控制变量的采样次数。另外，战略性地确定的采样时间可减少信号处理时间。
当单独参考或者结合附图时，根据以下具体实施方式，将更清晰地明白本发明的上述优势和其他优势和特征。
应理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍所选概念，其将在详细说明中进一步说明。这并不意味着确立所要求保护的主题的关键或本质特征，其范围仅由权利要求限定。另外，所要求保护的主题不被限制于解决上述或在本发明中任何部分指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出发动机的示意图；
图2示出示例性汽缸循环采样正时图；
图3示出响应于发动机的汽缸进气道压力的示例图，其中发动机具有进气道节气门；
图4示出在不同发动机工况下，对发动机汽缸进气道压力进行采样的示例；以及
图5示出对具有进气道节气门的发动机汽缸进气道进行采样的示例方法流程图。
具体实施方式
本发明涉及对发动机汽缸进气道内的压力进行采样，其中发动机具有进气道节气门。通过在汽缸循环过程中的选定时间对汽缸进气道内的压力进行采样，能够改善发动机工况的估计。图1示出一个包括进气道节气门和空气进口节气门的发动机的示例。图1的系统可在如图2所示的汽缸循环过程中的选定间隔或者时间进行采样，从而提供作为确定不同发动机工况的基础的信息。图3示出在进气道节流发动机的不同发动机工况下的示例汽缸进气道压力响应。在一个示例中，汽缸进气道节气门可按图4所示进行采样，从而提供改善发动机工况的估计。最后，图5示出对汽缸进气道压力进行采样的方法的示例。
参考图1，内燃机10，其包含多个汽缸，图1示出其中的一个汽缸由电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，其中在汽缸壁32中定位活塞36，并且活塞36连接至曲轴40。示出燃烧室30通过对应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门均可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。凸轮相位器56调整进气凸轮51相对于曲轴40的正时。附加地，排气凸轮相位器可经提供用于调整排气凸轮53相对于曲轴40的正时。可由进气凸轮传感器55确定进气凸轮51的位置。可由排气凸轮传感器57确定排气凸轮53的位置。压缩机162从空气进气口42吸入空气，从而向发动机提供增压空气。排气旋转涡轮机164，其中涡轮机164通过轴161耦合至压缩机162。在一些示例中，可提供增压空气冷却器。通过调整可变叶片控制72的位置，可调整压缩机的速度。在可替换示例中，废气门74可代替可变叶片控制72。可变叶片控制72调整可变几何形状涡轮叶片的位置。当叶片处于打开位置时，排气能够通过涡轮机164，从而供应很少的能量来旋转涡轮机164。当叶片处于关闭位置时，排气能够通过涡轮机164，并且将增加的力施加至涡轮机164。可替换地，废气门74允许排气环绕涡轮机164流动，以便减少供应至涡轮机的能量。
示出燃料喷射器66定位为将燃料直接喷射至汽缸30，这是本领域技术人员熟知的直接喷射。可替换地，燃料可被喷射至进气道，这是本领域技术人员熟知的进气道喷射。燃料喷射器66输送与控制器12信号FPW的脉冲宽度成比例的液体燃料。燃料通过包括燃料箱、燃料泵、以及燃料导轨(未示出)的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器66。燃料喷射器66由驱动器68响应于控制器12供应操作电流。另外，示出进气歧管44与可选的电子节气门62连通，其中电子节气门62调整节流板64位置，从而控制来自发动机空气进气口42的气流。通过限制空气，或者打开以允许空气流进汽缸进气道81，进气道节气门83控制空气流入汽缸30。在具有多个汽缸的发动机中，可提供多个单独控制的进气道节气门，以便调节流至各个汽缸的空气的进气道节气门不同于另一个汽缸的进气道节气门而定位。EGR阀91控制流入进气歧管44的排气流。
无分电器点火系统88响应于控制器12通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。示出宽域排气氧(UEGO)传感器126耦合至催化转化器70上游的排气歧管48。可替换地，双态排气氧传感器可代替UEGO传感器126。
来自燃料箱(未示出)的燃料蒸汽可被存储在燃料蒸汽存储容器85中。在一些示例中，燃料蒸汽存储容器85包括活性炭，从而存储燃料蒸汽。通过打开燃料蒸汽空气抽吸阀87和将燃料蒸汽吸入进气歧管44，通过发动机10可燃烧燃料蒸汽。
在一个示例中，转换器70能够包括多个催化剂砖。在另一个示例中，能够使用多个排放控制装置，其每个均具有多个砖。在一个示例中，转换器70能够是三元型催化剂。
图1示出作为传统微计算机的控制器12，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110、以及传统的数据总线。示出控制器12接收来自耦合至发动机10的传感器的不同信号，除了上述那些信号之外，还包括：从耦合至冷却套筒114的温度传感器112得到的发动机冷却剂温度(ECT)；耦合至加速器踏板130的位置传感器134以便感测由足部132调整的加速器位置；来自耦合至进气歧管44的压力传感器122的对发动机歧管绝对压力(MAP)的可选的测量；来自位于进气道节气门83下游的压力传感器45的对进气道压力的测量；来自霍尔效应传感器118的发动机位置传感器以感测曲轴40的位置；来自传感器120(例如，热线式空气流量计)的对进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器58的对节气门位置的测量。还可感测大气压(传感器未示出)以便由控制器12处理。通过指示灯或者显示器99的输出，可指示退化状况。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在每次曲轴回转产生预定数量的等距脉冲，由此能够确定发动机转速(RMP)。
在一些实施例中，发动机可被耦合至混合驱动车辆的电动机/电池系统。混合驱动车辆可具有并行配置、串联配置或其变体或组合。进一步地，在一些实施例中，可采用其他发动机配置，例如，柴油发动机。
在操作过程中，发动机10内的每个汽缸一般经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程。一般，在进气冲程过程中，排气门54关闭，并且进气门52打开。空气通过进气歧管44引入燃烧室30中，并且活塞36移动至汽缸底部，从而增加燃烧室30内的体积。一般，活塞36邻近汽缸底部并且处于其冲程的端部(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)的位置被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程中，进气门52和排气门54均关闭。活塞36移动至汽缸盖，以便在燃烧室30内压缩空气。一般，活塞36处于其冲程端部并且最靠近汽缸盖(例如，当燃烧室30处于其最小体积)的点被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，燃料被引至燃烧室。在下文被称为点火的过程中，通过已知的点火工具，例如火花塞92，点燃喷射的燃料，从而导致燃烧。在膨胀冲程过程中，膨胀的气体推动活塞36回至BDC。曲轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转力矩。最后，在排气冲程过程中，排气门54打开，从而将燃烧的空气燃料混合物释放至排气歧管48，并且活塞返回至TDC。应注意，上述描述仅作为示例，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可变化，例如提供正的或者负的气门交叠、延迟进气门关闭、或者不同其他示例。
因此，图1所示系统提供对汽缸进气道内的压力进行采样的系统，其包含：发动机；耦合至发动机的进气歧管；被定位在进气歧管上游的空气进口节气门；将空气供应至发动机汽缸的汽缸进气道；沿着汽缸进气道且在汽缸提升阀上游定位的进气道节气门；沿着进气道节气门和提升阀之间的汽缸进气道定位的传感器；将燃料供应至汽缸的燃料喷射器；将空气供应至汽缸进气道的涡轮增压器，其中涡轮增压器具有废气门；以及包括指令的控制器，所述指令用于在汽缸循环过程中启动对传感器的第一和第二采样，控制器还包括这样的指令，其响应于第一采样调整燃料喷射器，控制器还包含这样的指令，其响应于第二采样而不响应第一采样调整废气门的位置。以此方式，燃料喷射能根据从压力传感器的采样中确定的汽缸充量被调整。进一步地，根据由汽缸进气道压力传感器确定的排气背压量，可调整涡轮增压器废气门或者叶片的位置。
在一些示例中，系统还包含EGR阀。在其他示例中，系统还包含附加的控制器指令，其用于在汽缸循环过程中，第三次对传感器进行采样，并且响应于第三采样，调整EGR阀的位置，其中第三采样表明MAP。本系统还包含附加的控制器指令，其基于传感器输出，用于调整进气道节气门的位置。本系统还包含附加的控制器指令，其响应于进气和排气门正时，用于调整采样传感器的正时。按这种方法，图1所示系统能够改善对发动机控制变量的估计。
现在参考图2，示出示例汽缸循环采样正时图。发动机可包括发动机每个汽缸的汽缸循环。例如，四缸发动机具有四个汽缸循环。在一个发动机循环内出现四个汽缸循环(例如，720曲轴度)。图2示出发动机一个汽缸的循环。正时图200包括时间线202，当发动机随时间旋转时，时间线202被细分为汽缸的汽缸冲程。其他发动机汽缸显示相似特性，但是与所示汽缸的相位不同。时间从正时图200的左侧前进至右侧。一个汽缸循环(例如，如图所示的四冲程发动机的720曲轴度)加上一个汽缸冲程为时间线202的持续时间。时间线202开始于进气冲程，随后为压缩冲程、膨胀冲程、以及排气冲程。如通过第二进气冲程所表明的，汽缸循环重复。
线206表示在汽缸循环过程中，汽缸进气门(例如，图1所示52)的打开时间段。因此，在该示例中，进气门在汽缸进气冲程的上止点(TDC)不久前打开，并且在汽缸压缩冲程的下止点(BDC)不久后关闭。线206朝向时间线202端部重复。
线204表示在汽缸循环过程中，汽缸排气门(例如，图1所示54)的打开时间段。在该示例中，排气在汽缸的排气冲程BDC之前打开，并且在汽缸的进气冲程的TDC后关闭。
箭头230-234表示在汽缸循环过程中的采样时间，其用于对进气道节气门(例如，图1所示83)和汽缸进气门(例如图1所示52)之间的汽缸进气道(例如图1所示81)内的压力进行采样。汽缸进气道能够在汽缸循环过程中的不同时间提供压力数据，从而识别或者推算不同发动机工况。例如，箭头230表示如下曲轴正时度：进气道节气门下游的汽缸进气道压力表明在压缩冲程过程中汽缸内捕集的质量。另一方面，箭头232表示如下曲轴正时度：进气道节气门下游的汽缸进气道压力表明MAP(例如，空气进气口节气门和进气道节气门之间的进气歧管内的压力)。进一步地，箭头234表示如下曲轴正时度：汽缸进气道压力表明内部残留和排气压力。
当在由箭头230显示的时刻处进行汽缸进气道压力的采样时，由于进气门已经被打开从而允许进气歧管和汽缸之间的压力同等化，所以汽缸压力处于较高压力。进一步地，根据理想气体定律pv＝nRT，在箭头230所指时间所采样的汽缸进气道压力，结合汽缸的容积，能够确定汽缸捕集的质量。因此，对处于或者临近进气门关闭(IVC)时刻的汽缸进气道内的压力进行采样，提供了对压缩冲程中捕集在汽缸中的质量的改进的压力测量。应注意，对处于IVC时的汽缸进气道压力进行采样包括，在IVC前预定的曲轴度数(例如，提前于IVC30度)对汽缸进气道处的压力进行采样。为了减少控制器的计算负荷，可邻近IVC对单个汽缸进气道压力进行采样。
如箭头232所指示，处于或者在进气门打开(IVO)时间不久之前，对汽缸进气道压力进行采样提供了指示MAP的压力信息，因为当进气门被打开时，在先前进气事件之后，汽缸进气道中的压力具有最长的时间来恢复。应注意，在IVO时对汽缸进气道压力进行采样包括在IVO之前预定的曲轴度数(例如，提前于IVO30度)对汽缸进气道处的压力进行采样。为了减少控制器的计算负荷，在IVO时可进行对单个汽缸进气道压力的采样。
在箭头234所示时刻对汽缸进气道压力进行采样，允许排气歧管、汽缸、以及汽缸进气道之间的压力相等。因此，当进气门被打开时，在排气门关闭(EVC)之前，对汽缸进气道压力进行采样，将汽缸进气道暴露至指示汽缸压力和排气歧管压力的压力。应明白，在EVC时对汽缸进气道压力进行采样包括，在EVC之前预定的曲轴度数(例如，提前于EVC30度)，对汽缸进气道处的压力进行采样。为了减少控制器的计算负荷，在EVC时可进行对单个汽缸进气道压力的采样。
因此，如由图2所示采样正时指示，可响应于第一汽缸进气道压力采样确定汽缸捕集的质量，可响应于第二汽缸进气道压力采样确定MAP，第二汽缸进气道压力采样处于与第一汽缸进气道压力采样不同曲轴正时，并且可响应于第三汽缸进气道压力采样确定汽缸残留(例如，排气)以及排气歧管压力，第三汽缸进气道压力采样处于与第一和第二进气道压力采样不同的曲轴正时。还应注意，曲轴采样正时基于曲轴角度，而不是钟表的时间。
现在参考图3，示出响应于具有进气道节气门的发动机的汽缸进气道压力的示例图。在该示例中，发动机仅通过进气道节气门节流，并且不包括通过位于进气道节气门上游的空气进口节气门节流。X轴表示曲轴角度。X轴开始于汽缸循环过程中处于TDC时的汽缸进气冲程，结束于随后的720曲轴度数。Y轴表示以巴为单位的汽缸进气道压力。
压力曲线302表示当发动机负荷达到1巴IMEP时，进气道节气门和汽缸的进气门之间的汽缸进气道内的压力。压力曲线304表示当发动机负荷达到1.8巴IMEP时，汽缸进气道内的压力。压力曲线306表示当发动机负荷达到2.62巴IMEP时，汽缸进气道内的压力。压力曲线308表示当发动机负荷达到5.5巴IMEP时，汽缸进气道内的压力。压力曲线310表示当发动机负荷达到7巴IMEP时，汽缸进气道内的压力。压力曲线312表示当发动机负荷达到8巴IMEP时，汽缸进气道内的压力。为了发动机负荷达到越来越高的IMEP值，汽缸进气道节气门被打开程度进一步加大，以便增加流经进气道节气门的空气。
在该示例中，达到零曲轴度后不久，因为临近TDC时进气门打开，每个曲线的汽缸进气道压力开始指示压力降低。然而，对于曲线302和304，因为在这样的状况下，由于低汽缸进气道压力，燃烧的气体从汽缸流回至汽缸进气道，所以曲线暂时上升，然后下落。因为在EVC之前的进气门和排气门重叠时期，出现压力上升，所以汽缸进气道压力上升可以指示排气歧管压力。在一个示例中，如图2所示的箭头234指示，在EVC之前和IVO之后可对汽缸进气道压力进行采样，以便在进气和排气门重叠时期，可建立汽缸和汽缸进气道内的峰值压力。
在大约200曲轴度之后不久的时间，因为进气门关闭，汽缸进气道内的压力开始恢复，并且汽缸压力进气道和发动机进气歧管之间的压力开始相等。压力恢复的速率与汽缸进气道体积和汽缸进气道节气门的打开程度有关。因为在由曲线302表示的时间，进气道节气门进一步关闭，由曲线302表示的压力表示汽缸进气道的压力恢复比由曲线304表示的压力表示的要慢。
现在参考图4，示出在不同发动机工况下，对汽缸进气道压力进行采样的示例。可由图1所示控制器12提供图4所示采样顺序，其中控制器12根据图5所示方法执行指令。
从图4顶部起所示第一绘图表示发动机转速随时间的变化。X轴表示时间，时间从绘图的左侧向右侧增加。Y轴表示发动机转速按Y轴箭头方向增加。
从图4顶部起所示第二绘图表示发动机扭矩随时间的变化。X轴表示时间，时间从绘图的左侧向右侧增加。Y轴表示发动机扭矩，发动机扭矩按Y轴箭头方向增加。
从图4顶部起所示第三绘图表示发动机进气凸轮相位随时间的变化。X轴表示时间，时间从绘图的左侧向右侧增加。Y轴表示发动机进气凸轮相位，发动机进气凸轮相位按Y轴箭头方向增加。
从图4顶部起所示第四绘图表示发动机排气凸轮相位随时间的变化。X轴表示时间，时间从绘图的左侧向右侧增加。Y轴表示发动机排气凸轮相位，发动机排气凸轮相位相对于曲轴位置按Y轴箭头方向增加。
从图4顶部起所示第五绘图表示发动机进气道采样时刻随时间的变化。X轴表示时间，时间从绘图的左侧向右侧增加。Y轴表示发动机进气道采样时刻，并且发动机进气道采样时间相对于曲轴位置按Y轴箭头方向提前。曲线402表示用于确定捕集质量的相对于曲轴角度的采样正时。曲线404表示用于确定MAP的相对于曲轴角度的采样正时。曲线406表示用于确定发动机排气压力和汽缸残留的相对于曲轴角度的采样正时。
在时间T0处时，发动机转速和所需发动机扭矩低。在一个示例中，气门正时表示怠速状况下的气门正时。在延迟位置示出初始进气门正时。在提前位置示出初始排气门正时。延迟的进气门正时和提前的排气门正时在时间T0处提供小量的气门重叠量。因此，处于较低的发动机负荷和速度时，仅提供少量的内部EGR(例如，出现在汽缸内并且不通过进气歧管被引导的EGR)。用于确定汽缸捕集质量的采样正时延迟，从而与延迟的进气门正时相应。随着延迟的进气门正时，用于确定MAP的采样正时延迟。对应于提前的排气门正时，用于确定排气压力和残留的采样正时提前。
在时间T1处，发动机扭矩需求开始增加，并且发动机转速开始增加以响应于增加的发动机扭矩需求。当发动机转速和发动机负荷增加时，排气门正时开始延迟。当发动机转速和发动机负荷增加时，进气门正时保持于延迟位置。用于确定排气压力和残留排气的采样正时随着排气门正时改变而改变。因此，当排气门正时延迟时，用于排气压力的采样正时随着排气门正时延迟。
在时间T2处，完成从较低的发动机转速和负荷向较高的发动机转速和负荷转变(例如，从怠速状况向1500RPM 2.6巴BMEP过渡)。发动机转速稳定在中等发动机转速，并且发动机扭矩稳定在中等水平的发动机扭矩。进气门正时保持在延迟位置，并且排气门正时达到稳定的延迟正时。由于进气门正时自时刻T0处开始无改变，因此对MAP和汽缸捕集质量的采样正时处于延迟位置。因为排气门正时延迟，所以用于排气压力和汽缸残留的采样正时开始进一步延迟。
在其他示例中，当排气门正时提前或者延迟时，进气门正时将提前。在进气门正时提前的状况下，随着提前的进气门正时，用于确定汽缸捕集质量和MAP的采样正时提前。进一步地，对汽缸捕集质量和MAP的采样正时能够以与进气门正时相同的速率提前或者延迟。相似地，排气压力和残留的采样正时能够以与排气门正时相同的速率提前或者延迟。以这种方式，随着进气和排气正时变化，能够调整用于汽缸捕集质量、MAP、以及排气压力的采样正时。
现在参考图5，示出对具有进气道节气门的发动机上汽缸进气道压力传感器进行采样的示例方法流程图。图5所示方法可被施加至具有多个汽缸的发动机的每个进气道压力传感器。另外，图5所示方法可通过图1所示控制器12执行的指令被执行。
在502处，方法500确定发动机工况。通过图1所示控制器12的输入和输出端口，发动机工况可通过询问传感器和致动器确定。发动机工况可包括，但是不限制于，MAP、发动机温度、发动机转速、发动机负荷、曲轴位置、凸轮轴位置、空气进口节气门以及一个或更多汽缸进气道节气门下游的汽缸进气道内的压力。在确定发动机工况之后，方法500前进至504。
在504处，方法500根据基础正时判断，进气门和/或排气门正时是否提前或者延迟。在一个示例中，凸轮轴可定于基础进气和排气凸轮轴正时。在不同的发动机设计之间进气和排气门的基础气门正时能够变化，但是基础气门正时对于提前和延迟MAP、汽缸捕集质量、以及排气压力采样的采样正时提供有用的参考。如果方法500判断已调整进气和/或排气门正时，方法500前进至512。否则，方法500前进至506。
在506处，方法500在进气道节气门下游和汽缸进气门上游的位置，对汽缸进气道压力传感器进行采样，从而确定汽缸捕集质量。在预定时间(例如，在用于确定汽缸捕集质量的基础采样正时)对汽缸进气道进行采样，以确定汽缸捕集质量。在一个示例中，预定时间为在IVC之前预定曲轴度数的曲轴角度。在IVC之前，预定曲轴度数可位于0和30曲轴度之间。在一个示例中，在IVC之前10曲轴度，汽缸进气道压力被采样。在另一个示例中，采样可以是预定曲柄角范围内的平均信号，例如在IVC之前的15到5度。临近IVC采样的汽缸进气道压力通过理想气体方程和经估计的汽缸气体温度被转换成采样之后的汽缸捕集质量。汽缸捕集质量于是成为用于调整火花正时、空气进口节气门位置、进气道节气门、气门正时、EGR率、燃料喷射量、燃料喷射正时等的基础。例如，能够减去已确定的汽缸捕集质量(例如，根据506)和排气残留(例如，根据508)，从而确定汽缸捕集的空气质量，其能够除以期望的空气燃料比，从而确定被喷射至发动机的燃料质量。当在用于确定汽缸捕集质量的时刻对汽缸进气道传感器进行采样之后，方法500前进至508。
在508处，方法500对汽缸进气道传感器进行采样，其中传感器处于进气道节气门下游和汽缸进气门上游的位置，从而确定发动机排气压力和汽缸残留。在预定时间对汽缸进气道进行采样，以用于确定发动机排气压力(例如，用于确定排气压力的基础采样正时)和汽缸排气残留。在一个示例中，预定时间为EVC之前的预定曲轴度数的曲轴角度。在EVC之前，预定曲轴度数可位于0和30曲轴度之间。在一个示例中，在EVC之前10曲轴度，汽缸进气道压力被采样。在另一个示例中，采样可以是预定曲柄角范围内的平均信号，例如在EVC之前的15到5度。临近EVC采样的汽缸进气道压力被转换成排气压力。在一个示例中，可根据表格确定排气压力，其中该表格通过临近EVC和发动机转速进行采样的汽缸进气道压力索引。表格包含基于经验确定的排气压力，当通过汽缸进气道压力和发动机转速索引时其被输出。此外，可通过临近EVC时采样的汽缸进气道压力确定汽缸残留(例如排气)。具体地，当处于EVC时刻时，理想气体定律可被用于确定汽缸内的排气质量。可从在IVC时确定的汽缸捕集质量中减去残留的排气质量，从而确定汽缸中新鲜空气量。如506所示，IVC之后的汽缸内的新鲜空气是用于确定火花正时、喷射正时等的基础。通过调整气门正时、火花正时等，排气压力可以是用于调整涡轮增压器的废气门或者叶片位置、外部EGR、内部EGR的基础。当在用于确定排气压力和汽缸残留的理想时刻获取汽缸进气道压力之后，方法500前进至510。
在510处，方法500对汽缸进气道传感器进行采样，其中传感器处于进气道节气门下游和汽缸进气门上游的位置，从而确定MAP。在一些示例中，MAP是用于确定和控制通过EGR阀流入发动机进气歧管的EGR的基础，和/或用于确定和控制通过排出阀流入发动机进气歧管的活性炭滤罐燃料蒸汽冲洗，和/或用于确定和控制进口节气门位置和/或进气道节气门位置。在一些示例中，通过使用汽缸进气道传感器测量MAP可以避免在进气歧管内安置MAP传感器。通过在IVO之前测量汽缸进气道压力，可做出MAP测量。在一些示例中，可调整汽缸进气道压力，从而提供改善的MAP估计。例如，通过发动机转速和负荷可索引函数或者表格，从而检索被添加至汽缸进气道压力的项目，从而改善MAP估计。
在预定时间对汽缸进气道压力传感器进行采样，以用于确定MAP。在一个示例中，预定时间为在IVO之前预定曲轴度的曲轴角度。在IVO之前，预定曲轴度数可位于0和30曲轴度之间。在一个示例中，在EVC之前10曲轴度，汽缸进气道压力被采样。在另一个示例中，采样可以是预定曲柄角范围内的平均信号，例如在EVC之前的15到5度。临近IVO采样的汽缸进气道压力被识别为MAP读数。然后MAP将是EGR阀位置、燃料蒸汽冲洗阀位置、空气进口节气门位置、进气道节气门、调整火花正时、调整气门正时、以及燃料喷射正时的基础。在用于确定MAP的正时对汽缸进气道进行采样之后，方法500前进至517或者可替换地前进至518。
在512处，方法500调整对发动机汽缸进气道压力采样的时间，从而确定汽缸捕集质量。在一个示例中，基于根据基础IVC正时调整IVC的正时，调整汽缸进气道压力的采样时间。例如，如果IVC从基础IVC正时延迟10曲轴度，则用于确定汽缸捕集质量的汽缸进气道压力采样从用于确定汽缸捕集质量的基础采样正时延迟10曲轴度。在另一个示例中，基于发动机转速，调整汽缸进气道压力的采样时间，并且从基础IVC正时调整正时IVC。
例如，发动机转速和IVC正时索引基于经验地确定的采样时间调整的表格，采样时间调整然后被加至基础采样正时，用于对汽缸进气道采样。按这种方式，对汽缸进气道压力进行采样的正时经调整用于调整IVC。进一步地，因为采样正时调整包括发动机转速补偿，所以采样正时调整能够比气门正时调整要大或者要小，以便能够补偿进气系统的动态(dynamic)。例如，如果汽缸捕集质量的基础汽缸进气道采样正时为在IVC之前5曲轴度，并且发动机转速增加1000RPM且IVC提前5曲轴度，则汽缸捕集质量的汽缸进气道压力采样正时将提前8曲轴度。在该示例中，由于IVC提前，用于确定汽缸捕集质量的汽缸进气道采样正时提前5度，并且基于发动机转速的改变，提前3曲轴度。然后，如506所示，汽缸捕集质量将可以是用于调整火花正时、节气门位置等的基础。在调整了用于确定汽缸捕集质量的汽缸进气道采样正时，以及获取了汽缸进气道压力之后，方法500前进至514。
在514处，方法500调整对汽缸进气道压力进行采样的时间，从而确定发动机排气压力和汽缸排气残留。在一个示例中，基于从基础EVC正时调整EVC的正时，调整汽缸进气道压力的采样时间。例如，如果EVC从基础EVC正时延迟10曲轴度，则用于确定发动机排气压力的汽缸进气道压力采样从用于确定发动机排气压力的基础采样正时延迟10曲轴度。在另一个示例中，基于发动机转速，调整汽缸进气道压力的采样时间，并且从基础EVC正时调整EVC正时。
例如，发动机转速和EVC正时索引基于经验地确定的采样时间调整的表格，采样时间调整然后被加至基础采样正时，用于对汽缸进气道采样。按这种方式，对汽缸进气道压力进行采样的正时被调整用于调整EVC。进一步地，因为采样正时调整包括发动机转速补偿，所以采样正时调整能够比气门正时调整要大或者要小，以便能够补偿排气系统的动态。例如，如果对发动机排气压力的基础汽缸进气道采样正时为在EVC之前5曲轴度，并且发动机转速增加1000RPM且EVC提前5曲轴度，则发动机排气压力的汽缸进气道压力采样正时将提前7曲轴度。在该示例中，由于EVC提前，用于确定汽缸捕集质量的汽缸进气道采样正时提前5度，并且基于发动机转速的改变，提前2曲轴度。然后，如508所示，排气压力将可以是用于确定汽缸排气残留和用于调整涡轮增压器的废气门或者叶片位置、外部EGR、经由气门正时的内部EGR等的基础。在调整了用于确定发动机排气压力和残留的采样正时以及获取了进气道压力之后，方法500前进至516。
在516处，方法500调整对汽缸进气道压力进行采样的时间，从而确定MAP。在一个示例中，基于从基础IVO正时调整IVO的正时，调整采样时间。例如，如果IVO从基础IVO正时延迟5曲轴度，则用于确定MAP的采样从用于确定MAP的基础采样正时延迟5曲轴度。在另一个示例中，基于发动机转速调整采样时间，并且从基础IVO正时调整IVO正时。
例如，发动机转速和IVO正时索引基于经验地确定的采样时间调整的表格，采样时间调整然后被加至基础采样正时，用于对汽缸进气道采样。按这种方式，对汽缸进气道压力进行采样的正时被调整以便调整IVO。进一步地，因为采样正时调整包括发动机转速补偿，所以采样正时调整能够比气门正时调整要大或者要小，以便能够补偿进气系统的动态。例如，如果用于确定MAP的基础汽缸进气道采样正时为在IVO之前5曲轴度，并且发动机转速增加1000RPM且IVO提前5曲轴度，则用于确定MAP的汽缸进气道压力采样正时将提前8曲轴度。在该示例中，由于IVO提前，用于确定MAP的汽缸进气道采样正时提前5度，并且基于发动机转速的改变，提前3曲轴度。然后，MAP将可以是EGR阀位置、燃料蒸汽冲洗阀位置、空气进口节气门位置、调整火花正时、调整气门正时、以及燃料喷射正时的基础。在调整了用于确定MAP的汽缸进气道采样正时并获得汽缸进气道压力之后，方法500前进至517。在可替换示例中，方法500可前进至518。
在517处，方法500确定进气道节气门位置。可借助于节气门轴或连杆上的位置传感器测量进气道节气门位置，或者可在具有MAP传感器和汽缸进气道传感器的系统中推断出进气道节气门位置。在一个示例中，基于汽缸进气道压力恢复，推断出进气道节气门位置。特别地，基于经验地确定例如在图3中示出的那些汽缸进气道压力轨迹，并且将其存储在存储器中。将汽缸循环过程中的汽缸进气道压力轨迹与存储在存储器内的压力轨迹比较，并且根据比较确定进气道节气门位置。在进气门打开事件之间，可对汽缸进气道压力进行多次采样，从而确定进气道节气门位置。
例如，在选定速度间隔和发动机负荷下，汽缸进气道压力轨迹被存储在存储器内。发动机转速和负荷被用于索引存储基于经验确定的汽缸进气道压力轨迹的表格或者函数。来自当前发动机循环的汽缸进气道压力轨迹与从表格或者函数提取的压力轨迹比较。通过与当前汽缸循环的汽缸进气道压力轨迹最为匹配的所存储的汽缸进气道压力轨迹可确定进气道节气门位置。在进气道节气门位置被确定之后，方法500前进至518。
在518处，方法500判断在508或者514中确定的当前汽缸循环的排气压力是否处于预期范围内。在一个示例中，选定发动机转速和负荷的预期排气压力被存储在存储器内。如果推断出的排气压力大于或者小于预期排气压力超过预定量，方法500前进至520。否则，方法500前进至退出。
在520处，方法500增加在IVO和EVC之间所进行的采样次数。如果需要，在EVC之后，还可以进行若干次采样。增加进行采样的次数能够改善测定压力峰值的能力，其中压力峰值由进入进气道的排气引起。在进气道节气门至少部分关闭的状况下，进气道节气门能够限制流入进气歧管的排气，从而允许汽缸进气道压力增加。在增加IVO和EVC之间进行采样的次数之后，方法500前进至522。
在522处，方法500处理汽缸进气道压力采样，并且为了在IVO和EVC之间所取得的采样的最大压力值，估计每次采样。方法500在存储器中存储峰值汽缸进气道压力值以及出现峰值汽缸压力的曲轴角度，并且方法500前进至524。
在524处，方法500调整对用于确定排气压力的汽缸进气道压力进行采样的正时或者曲轴位置。例如，如果在514处，方法500对汽缸进气道压力进行采样，用于确定EVC之前5曲轴度的排气压力，但是用于确定排气压力的峰值汽缸进气道压力被确定为从EVC提前8曲轴度，在特定发动机工况下，用于确定排气压力的采样正时修正为从EVC提前8曲轴度。在调整采样正时之后，方法500前进至526。
在526处，如果在514或者508处确定的排气压力比理想的排气压力要大，方法500向车辆操作员指示退化状况。比所期望的排气压力要高的排气压力可以指示受阻或者受损排气后处理装置，例如催化剂或者是微粒捕集器。可替换地，比所期望的排气压力要高或者要低的排气压力可以指示被卡在关闭或者打开状态的废气门、或者是未按期望移动的涡轮叶片、或者是排气系统泄漏。退化指示可以是可变的灯或者显示器的方式。此外，可响应所指示的退化状况调整发动机增压压力和火花正时，从而限制发动机扭矩。例如，可响应排气压力退化指示降低增压压力。在向操作员指示退化之后，方法500前进至退出。
因此，图5提供用于采样的方法，其包含：对被定位在进气道节气门下游进气道的传感器进行采样，其中进气道通向单个汽缸，在单个汽缸循环过程中的第一时间和第二时间对传感器进行采样；以及响应于在第一时间取得的第一采样，调整第一致动器，并且响应于在第二时间取得的第二采样，调整第二致动器。本方法包括其中在第一时间对传感器进行采样，从而提供第一变量，以及其中在第二时间对传感器进行采样，从而提供第二变量。本方法还包括其中第一变量为汽缸空气充量，以及其中第二变量为排气压力。
在一些示例中，本方法包括其中第一致动器为燃料喷射器、涡轮增压器废气门、点火源、进口节气门、汽缸进气道节气门、EGR阀、活性炭滤罐冲洗阀、以及凸轮相位器，以及其中第二致动器为涡轮增压器废气门或者叶片、EGR阀、凸轮正时或者点火源。本方法还包括其中在进气道感测压力，以及其中传感器为压力传感器。本方法还包括其中第一时间处于IVC之前以及EVC之后的预定曲轴角度内。进一步地，本方法还包括其中第二时间处于EVC之前以及IVO之后的预定曲轴角度内。
图5还提供用于采样的方法，其包含：通过传感器，在汽缸进气道节气门下游和进气门上游位置，感测汽缸进气道的属性；在汽缸循环过程中，在第一时间、第二时间、以及第三时间对传感器进行采样，从而提供第一、第二、以及第三采样；调整第一致动器，以响应于第一采样；调整第二致动器，以响应于第二采样；调整第三致动器，以响应于第三采样。本方法包括其中第一时间为IVC之前的预定曲轴度数以及EVC之后的预定曲轴度数，其中第二时间为EVC之前的预定曲轴度数以及IVO之后的预定曲轴度数，以及其中第三时间为IVO之前的预定曲轴度数以及EVO之后的预定曲轴度数。按这种方法，能够调整汽缸进气道压力，以响应于气门正时。
在一些示例中，本方法还包含，根据IVO和EVC之间的峰值压力时间修正第二时间。本方法还包括其中通过增加在IVO和EVC之间取得的采样次数，确定峰值压力。本方法还包含调整汽缸进气道节气门位置，以响应于汽缸进气道内的压力。进一步地，本方法还包括其中所述属性为压力、其中第一致动器为燃料喷射器、其中第二致动器为涡轮增压器废气门、以及其中第三致动器为EGR阀。在一个示例中，本方法还包含向操作员指示退化状况，以响应于被推断出的超过阈值的排气压力，以及其中被推断出的排气压力基于传感器。本方法还包括其中汽缸进气道与汽缸流体连通，以及其中汽缸被包括在具有多个汽缸的发动机内，多个汽缸的每个包括进气道节气门。
本领域技术人员明白，图5所述方法将表示任何数量的处理策略中的一个或更多，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。类似地，所示的不同步骤或者功能可按所示顺序执行、并行执行、或者在一些情况下省略。同样地，不一定需要按照处理顺序实现在此描述的目标、特征、和优势，提供该顺序是为了易于说明和描述。虽然未明确示出，本领域技术人员应明白根据所使用的特定策略，可重复执行所示步骤或者功能中的一个或更多个。
在此结束该描述。本领域技术人员通过阅读本发明将想到不背离本发明精神和范围的许多替换和修正。例如，使用天然气、汽油、柴油或者可替换燃料配置运行的单个汽缸、I2、I3、I4、I5、V6、V8、V10、V12以及V16发动机能够使用本发明以彰显优势。

Claims (8)

1.一种采样方法，其包含：
对位于进气道节气门下游的进气道中的传感器进行采样，所述进气道通向单个汽缸，在所述单个汽缸的一个循环中的第一时间和第二时间对所述传感器进行采样；以及
响应于在所述第一时间采样的汽缸空气充量调整第一致动器，并且响应于在所述第二时间采样的排气压力调整第二致动器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一致动器为燃料喷射器、涡轮增压器废气门或者叶片位置、点火源、汽缸进气道节气门、EGR阀、或者凸轮相位器，并且其中所述第二致动器为涡轮增压器废气门或者叶片位置、进口节气门、EGR阀、凸轮相位器、活性炭滤罐冲洗阀、或者点火源。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述进气道中感测压力，并且其中所述传感器为压力传感器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间处于IVC之前以及EVC之后的预定曲轴角度内；其中所述第二时间处于EVC之前以及IVO之后的预定曲轴角度内。
5.一种采样方法，其包含：
在汽缸进气道节气门下游和进气门上游的位置，通过传感器感测汽缸进气道的属性；
在一个汽缸循环过程中，在第一时间、第二时间以及第三时间对所述传感器进行采样，从而提供第一采样、第二采样以及第三采样；
响应于所述第一采样调整第一致动器；
响应于所述第二采样调整第二致动器；以及
响应于所述第三采样调整第三致动器，其中所述属性为压力，其中所述第一致动器为燃料喷射器，其中所述第二致动器为涡轮增压器废气门，并且其中所述第三致动器为EGR阀。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一时间为IVC之前的预定曲轴度数和EVC之后的预定曲轴度数，其中所述第二时间为EVC之前的预定曲轴度数和IVO之后的预定曲轴度数，并且其中所述第三时间为IVO之前的预定曲轴度数和EVO之后的预定曲轴度数。
7.根据权利要求5所述的方法，还包含根据IVO和EVC之间的峰值压力时间修正所述第二时间，其中通过增加在IVO和EVC之间进行的采样次数定位峰值压力。
8.根据权利要求5所述的方法，还包含响应于所述汽缸进气道内的压力调整所述汽缸进气道节气门的位置。
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