CN103133170B

CN103133170B - 用于补偿发动机热状况的方法和系统

Info

Publication number: CN103133170B
Application number: CN201210472527.5A
Authority: CN
Inventors: D·G·海格纳; M·J·扬科维奇; M·W·弗里德
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: US8352158B2; US20120143476A1; US20130131960A1; CN103133170A; US8731802B2

Abstract

本发明揭示了一种用于补偿能引起气门膨胀（growth）或收缩的发动机热瞬变状况的方法。在一个示例中，方法提供了在非吹扫和吹扫状况期间的汽缸空气量补偿。方法可改善汽缸空气量估算，从而改善发动机排放。

Description

用于补偿发动机热状况的方法和系统

【技术领域】

本发明涉及调节发动机汽缸的汽缸空气量以及汽缸残余气体量。

【背景技术】

可以制造不要气门间隙调整的直接联动机械斗式（DAMB）气门驱动器。这样，DAMB操作气门可快速响应，然而，在具有DAMB操作气门的发动机中发生的温度变化可能会引起气门的扩张或收缩从而导致气门事件正时的变化。例如，发动机负荷的变化可引起发动机温度和压力上升。增加的汽缸温度可引起排气门扩张。此外，汽缸盖也可能扩张，而排气门扩张率可能与汽缸盖扩张率不同，因为排气门和汽缸盖可由不同材料形成或者因为针对排气门和汽缸盖的冷却不同。汽缸中的温度变化可引起阀杆长度和气门直径的变化。结果，随着气门温度和汽缸盖温度变化，通过在不同时间的气门开启和/或关闭的方式而可能会发生气门正时变化。从而，在瞬变发动机工况期间发动机的容积效率可能会变化，其中气门和/或汽缸盖温度由于发动机工况的变化而变化。

【发明内容】

发明人在此已经认识到上述缺点并且已经开发出一种在瞬变发动机状况期间补偿热状况的方法，包括：响应于汽缸空气量的变化率经由发动机歧管绝对压力（MAP）和汽缸空气量容积效率关系调节发动机空气量参数以及汽缸残余气体量；以及响应于发动机空气量参数调节发动机执行器的输出。

通过响应于汽缸空气量的变化率经由发动机歧管绝对压力（MAP）和汽缸空气量容积效率关系调节汽缸空气量和汽缸残余气体量，可以解决（accountfor）能够影响发动机容积效率的气门温度。汽缸空气量的变化可以指示气门温度变化从而可以补偿汽缸空气量和汽缸残余气体直至发动机达到平衡温度，其中在该平衡温度可以使用MAP和汽缸空气量关系而不需补偿。

本发明可提供多个优点。特别地，该方法能够通过提供改善的发动机空气-燃料控制而减少车辆排放。此外，该方法还可以减少发动机失火和/或缓慢燃烧事件，而这些事件同样可增加发动机排放。更进一步地，该方法提供了简单方式用于在瞬变发动机工况期间补偿汽缸空气量和汽缸排气残余。

单独从下面的具体实施例或者结合附图，本发明的上述优点或其它优点以及特征将会变得显而易见。

应该理解提供上述简要说明以便以简单的形式引入将在下面具体实施例部分进一步描述的一系列概念。并不意味着识别权利要求主题的关键或实质特征，本发明的范围唯一地由具体描述部分后面的权利要求确定。此外，权利要求的主题不限于解决上述或者本发明任意部分的缺点的实施方式。

【附图说明】

图1显示了发动机的示意图；

图2显示了由与瞬变发动机工况相关的气门温度所引起的汽缸空气量、残余气体、以及扫气（blow-through air）的模拟误差的图谱；

图3显示了用于补偿气门温度的方法的高级框图；

图4显示了说明对受到汽缸容积效率影响的根据MAP确定的汽缸空气量以及汽缸排气稀释（dilution）的补偿的图；

图5显示了说明对受到汽缸容积效率影响的根据空气质量流量（MAF）确定的推算歧管压力的补偿的图；以及

图6显示了在瞬变状况期间补偿排气门正时变化的示例方法的流程图。

【具体实施方式】

本发明涉及调节发动机汽缸的汽缸空气量以及汽缸残余气体量。图1显示了用于调节汽缸的汽缸空气量的示例系统。在一些示例中，系统可包括涡轮增压器以及火花点火的空气和汽油、醇的混合物或者汽油和醇的混合物。然而，在其它示例中，发动机可以为压缩点火发动机，例如柴油发动机。图2显示了模拟的示例曲线图，该曲线是用于补偿汽缸空气量和汽缸残余量的基础。图3显示了用于调节汽缸空气量的示例方法。在图4-5中显示了怎样根据在此描述的方法调节汽缸空气量、MAP以及汽缸残余量的视觉示例。在图6中显示了用于调节汽缸空气量和汽缸残余气体量的方法的流程图。

现在参考图1，包括多个汽缸（图1中显示了一个汽缸）的内燃发动机10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，活塞36位于其中且与曲轴40相连。燃烧室30显示为通过各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。各个进气门和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53运转。可替代地，进气门和排气门中的一个或多个可由机电控制的阀线圈和电枢总成运转。可通过进气凸轮传感器55确定进气凸轮51的位置。可通过排气凸轮传感器57确定排气凸轮53的位置。

燃料喷射器66显示为位于直接喷射燃料进入汽缸30（本领域内技术人员已知为直接喷射）的位置。可替代地，燃料可直接喷射至进气道（本领域内技术人员已知为进气道喷射）。燃料喷射器66与来自控制器12的FPW信号的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料通过包含燃料箱、燃料泵和燃料轨道（未显示）的燃料系统（未显示）输送至燃料喷射器66。从响应控制器12的驱动器68提供运行电流至燃料喷射器66。另外，进气歧管44显示为与可选的电子节气门62相连通，电子节气门62调节节流板64的位置以控制来自进气增压室46的空气流量。

排气旋转经由轴161与涡轮增压器压缩器162相连的涡轮增压器涡轮164。压缩器162从进气42汲取空气以供应增压室46。因此，进气歧管44中的空气压力可以提升至高于大气压力的压力。结果，发动机10可以输出高于自然吸气发动机的动力。

无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。点火系统88可在每个汽缸循环期间提供单个或多个火花至每个汽缸。此外，可响应于发动机工况相对于曲轴正时提前或延迟经由点火系统88提供的火花正时。

通用或宽域排气氧（UEGO）传感器126显示为连接至排气后处理设备70上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧传感器可以替代UEGO传感器126。在一些示例中，排气后处理设备70为微粒过滤器和/或三元催化剂。在其它示例中，排气后处理设备70仅为三元催化剂。

排气可以从涡轮164的下游经由排气再循环（EGR）阀80引导至压缩器162的上游。在另一示例中，排气可以从涡轮164的上游引导至压缩器162的下游。此外，发动机燃烧室30可包含来自前一燃烧事件的在后续汽缸循环期间保留在燃烧室内的残余排气。因此，燃烧室30可包含内部（例如，从一个燃烧事件到下一事件保留在汽缸中的排气）EGR和经由EGR阀80的外部EGR。

图1中控制器12显示为常规的微型计算机，包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机访问存储器108、不失效（keep alive）存储器110和常规数据总线。控制器12显示为从连接至发动机10的传感器接收多个信号，除了前述信号之外还包括：来自连接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；连接至加速踏板130用于感应通过脚132施加的力的位置传感器134；用于确定尾气（未显示）点火的爆震传感器；来自连接至进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力（MAP）测量值；来自连接至增压室46的压力传感器122的增压压力的测量值；来自感应曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置；来自传感器120（例如，热线式空气流量计）的进入发动机的空气质量测量值；以及来自传感器58的节气门位置测量值。也可感测（未显示传感器）大气压力供控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每次转动时产生预订数量的等距脉冲，根据其可确定发动机转速（RPM）。

在一些实施例中，发动机可与在混合动力车辆中的电机/电池系统相连。混合动力车辆可具有并联配置，串联配置或者其变形或组合。另外，在一些实施例中，可采用其它发动机配置，例如柴油发动机。

在运转期间，发动机10中的各个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、和排气冲程。总体上，在进气冲程期间，排气门54关闭而进气门52打开。空气通过进气歧管44导入燃烧室30，而活塞36移动至汽缸底部以便增加燃烧室30内的容积。活塞36在此冲程的最后所处的靠近汽缸底部的位置（即当燃烧室30处于其最大容积时）通常被本领域技术人员称为下止点（BDC）。在压缩冲程期间，进气门52与排气门54关闭。活塞36朝汽缸盖移动以便在燃烧室30内压缩空气。活塞36在此冲程的最后所处的最接近汽缸顶部的位置（即当燃烧室30处于其最小容积时）通常被本领域技术人员称为上止点（TDC）。在接下来被称为喷射的过程中，燃料被导入燃烧室。在接下来被称为点火的过程中，喷射的燃料可通过已知点火方式（例如火花塞92）点火导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体推动活塞36回到BDC。曲轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最终，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气燃料混合物释放至排气歧管48，而活塞则返回TDC。请注意，上文仅显示为示例，进气门和排气门打开和/或关闭正时可变化以便例如提供正气门重叠或负气门重叠、延迟进气门关闭、或多种其它示例。

涡轮增压式和机械增压式发动机加压进入发动机的空气使得可以增加发动机动力。在发动机循环期间加压的空气相较于自然吸气发动机提供了增加的汽缸增压空气。此外，在汽缸的循环期间随着汽缸增压空气的增加能够增加汽缸增压燃料以增加当燃料在空气中燃烧时产生的能量。然而，在其中汽缸的进气和排气门同时打开的气门重叠的时间段期间，空气可以直接从发动机进气歧管直接流向发动机排气歧管而不会在汽缸中参加燃烧。空气直接从进气歧管流向排气歧管而不参加燃烧可以称为吹扫（blow-through）。

因此，图1的系统提供了发动机系统，包含：发动机；连接至发动机的涡轮增压器；以及控制器，控制器包括指令用于在吹扫和非吹扫发动机工况期间响应于汽缸空气流量(air amount flow)的变化率调节发动机空气量参数以及汽缸残余气体量，控制器包括进一步的指令用于响应于发动机空气量参数调节执行器。因此，系统提供对吹扫和非吹扫状况的补偿。

发动机系统进一步包含基于调节的发动机空气量参数调节残余气体量。发动机系统还包括其中从发动机空气流量和滤波（filtered）发动机空气流量之间的差异确定汽缸空气流量的变化率。发动机系统进一步包含额外指令用于响应于凸轮正时调节发动机空气量参数。发动机系统进一步包含额外指令用于响应于发动机转速和发动机负荷调节发动机空气量参数。在另一示例中，发动机系统进一步包含额外指令用于在其中汽缸空气流量高于在最大容积效率曲线和非吹扫曲线的交叉点处的汽缸空气流量的汽缸空气流状况期间确定吹扫。

现在参考图2，显示了由瞬变热力学发动机工况期间引起的汽缸空气量、残余气体以及扫气模拟误差的图谱。图200的X轴代表每个汽缸进气事件或者汽缸循环的空气质量。空气质量从图谱左侧朝右侧增加。图200的Y轴代表发动机进气歧管绝对压力（MAP）且MAP从图的底部原点沿着Y轴的方向增加。垂直标记250代表汽缸空气量，其中如果汽缸空气量增加至垂直标记250的右侧，则发生空气吹扫，且其中在垂直标记250的左侧不发生空气吹扫。垂直标记250穿过曲线202和206的交叉点，其可以用于通过比较汽缸空气流量和曲线202以及206的交叉点处的空气流量而识别吹扫状况。

曲线202代表在给定压力在进气门关闭时（IVC）汽缸能够保持的理论最大空气量（例如，100%容积效率）。因此，汽缸的物质的量（mass amount）随着汽缸压力增加而线性增加。在一个示例中，汽缸能够保持的最大空气流可以表征为直线的斜率，其中汽缸描述为：

其中变量c_norm说明空气、进气歧管温度和汽缸排量的物理特性。变量r_pb为有效回推率（pushback ratio），其表征当进气门开启时随着汽缸朝着汽缸盖方向移动可以从汽缸推送至发动机进气歧管的汽缸混合物的部分。该回推率可以确定为常数乘以物理比率的结果和通过下面发动机映射（map）计算的回推率中较大的一者，其中该物理比率为通过活塞从下止点（BDC）移动至进气门关闭（IVC）点而排出的汽缸容积与汽缸的总汽缸排量容积的比率，且其中下面为发动机映射计算的回推率：

其中air_slope为歧管压力相对排除吹扫数据点的捕获的空气量数据的最小二乘线性拟合（least-squares linear fit）。

曲线204代表在其中发动机和/或汽缸气门温度低于标称（例如稳态）发动机工况期间的冷机发动机工况期间汽缸空气量相对MAP容积效率的关系。在冷机状况期间，汽缸气门相较于在其中发动机以标称发动机温度（例如90°C）运转的状况期间膨胀较小。结果，在汽缸的压缩冲程之后保留在汽缸中的以及进入汽缸的后续压缩冲程的排气残余可相较于标称发动机工况而减少。

曲线206代表在存储在控制器存储器中的其中发动机温度和汽缸气门温度具有时间来稳定的标称映射发动机工况期间的汽缸空气量相对MAP容积效率的关系。特别地，曲线206代表稳态发动机转速和负荷状况。

曲线208代表在其中发动机和/或汽缸气门温度高于标称发动机工况的暖机发动机工况期间的汽缸空气量相对MAP容积效率的关系。在暖机状况期间，汽缸气门可相较于其中发动机在标称发动机温度的状况期间而膨胀更多。结果，在汽缸进气冲程之后在汽缸中保持的以及进入汽缸的后续压缩冲程的排气残余相较于标称发动机工况期间可增加。

可以看出对于低于或者在垂直标记250的左侧的汽缸空气量，针对相等的MAP，曲线206相较于曲线202展示了较低的汽缸空气量。较低的汽缸空气量可归因于从前次燃烧事件保留在汽缸中的残余排气。

发动机控制器包括包含代表曲线206和202的值的函数或者表格。发动机控制器还可以包含曲线208和204以及用于其它发动机温度的曲线；然而，存储和检索额外曲线可复杂化、减慢速度或者增加控制器的成本。此外，由曲线204和208代表的汽缸空气量和MAP之间的关系仅能在较大瞬变期间观察到，这样使得它们的表征相较于由曲线206描述的标称关系更加困难。因此，针对提供曲线204和208的状况根据图3和图6的方法补偿曲线206可能是有益的。因此，通过释义(interpret)曲线206并且针对发动机工况进行调节以便于遵循曲线204和208可以确定汽缸空气量和汽缸残余气体.

提供两个示例说明气门和发动机温度怎样影响汽缸空气量和汽缸排气残余量。在垂直标记250右侧在曲线202和208之间呈现类似的关系；然而，在曲线202和曲线204-208之间的距离代表不同的扫气量（例如当汽缸的进气和排气门同时打开时当进气歧管压力高于排气压力时吹过汽缸的空气）。

水平标记260代表第一恒定进气歧管压力。水平标记260在261处与曲线202相交。如果有垂直线从261延伸至X轴，在垂直线和X轴之间的交点处可以确定汽缸的空气量。在261处的汽缸空气量代表当发动机以水平标记260的MAP并且以标称空气温度运转时的100%汽缸容积效率的状况（例如，汽缸能够保持的理论空气量）。262处汽缸空气量代表其中映射了MAP和汽缸空气量之间的关系的标称发动机工况处的汽缸空气量。如果垂直线从262处延伸至X轴，可以在垂直线和X轴的交点处确定对于标称映射状况的汽缸空气量。在263处的汽缸空气量代表其中通过图3和图6的方法补偿MAP和汽缸空气量之间的关系的暖机工况时的汽缸空气量。如果垂直线从263延伸至X轴，在垂直线和X轴的交点处可以确定针对暖机状况的汽缸空气量。

箭头264之间的距离代表在260处MAP水平处的标称发动机映射状况和暖机发动机工况之间的汽缸空气量的差异。特别地，当发动机以低负荷状况暖机运转时（对于此状况比稳态运转温度更暖），汽缸空气量估算过高，因为标称发动机工况处的汽缸空气量（例如262）高于暖机工况处的汽缸空气量（例如263）。因此，经由映射曲线206会过高估算汽缸空气量，除非在暖机发动机工况期间提供补偿以调节汽缸空气量至263.

距离266代表当MAP处于水平标记260处的水平时对于暖机发动机工况在汽缸循环期间汽缸中的排气残余量。通过从最大容积效率曲线202的261处的汽缸空气质量减去暖机容积效率曲线208的263处的汽缸空气质量可以确定在MAP水平260处的针对暖机发动机工况的汽缸中的排气残余量。距离268代表针对标称发动机工况在汽缸循环期间的汽缸中排气残余量。通过从最大容积效率曲线202的261处的汽缸空气质量减去标称容积效率曲线206的262处的汽缸空气质量可以确定在MAP水平260处的针对标称发动机工况的汽缸中的排气残余量。

水平标记280代表第二恒定MAP。水平标记280在281处与最大容积效率曲线202相交。如果有垂直线从281延伸至X轴，在垂直线和X轴之间的交点处可以确定汽缸的空气量。在281处的汽缸空气量代表当发动机以水平标记280处的MAP运转时的100%汽缸容积效率的状况。在282处汽缸空气量代表其中通过图3和6的方法补偿MAP和汽缸空气量之间的关系的冷机发动机工况处的汽缸空气量。如果垂直线从282处延伸至X轴，可以在垂直线和X轴的交点处确定对于冷机状况的汽缸空气量。在283处的汽缸空气量代表其中映射了MAP和汽缸空气量之间的关系的标称发动机工况时的汽缸空气量。如果垂直线从283延伸至X轴，在垂直线和X轴的交点处可以确定针对标称映射状况的汽缸空气量。

箭头284之间的距离代表在MAP水平280处标称发动机映射状况和冷机发动机工况之间的汽缸空气量的差异。特别地，当发动机以中负荷状况冷机运转时，汽缸空气量估算过低，因为标称发动机工况处的汽缸空气量（例如283）低于冷机工况处的汽缸空气量（例如282）。因此，经由映射曲线206会过低估算汽缸空气量，除非在冷机发动机工况期间提供补偿以调节汽缸空气量至283.

距离286代表当MAP处于水平标记280的水平时对于标称发动机工况在汽缸循环期间汽缸中的排气残余量。通过从最大容积效率曲线202的281处的汽缸空气质量减去标称容积效率曲线206的283处的汽缸空气质量可以确定在标称发动机工况的汽缸中的排气残余量。距离288代表针对冷机发动机工况在汽缸循环期间的汽缸中排气残余量。通过从最大容积效率曲线202的281处的汽缸空气质量减去冷机容积效率曲线204的282处的汽缸空气质量可以确定针对冷机发动机工况的汽缸中的排气残余量。

因此，从图2可以观察出当按照曲线202估算汽缸空气量时，当发动机和气门为冷的而如果不提供补偿时，汽缸空气量将会被过低估算。此外，可以观察出当发动机和气门为冷而如果不提供补偿时汽缸中的估算的排气残余量会被过高估算。类似的，当发动机和气门比标称状况更暖而如果不提供补偿时汽缸空气量将会被过高估算。此外，当发动机和气门比标称状况更暖而如果不提供补偿时汽缸中估算的排气残余量将会被过低估算。

现在参考图3，显示了用于补偿气门温度的方法的高级框图。可以经由如图1所示的系统的控制器中的指令执行图3的方法。

在302处，方法300判断是否有吹扫状况存在。在一个示例中，当流入汽缸的空气超出由最大汽缸容积效率曲线描述的汽缸空气量时（例如在图2的垂直标记250的右侧）方法300可判断存在吹扫。如果吹扫估算确定为低于或者等于零（例如，非吹扫状况），在302处输出值1。否则，如果吹扫估算被确定为高于零，在302处输出值0。

在304处，确定基准非吹扫增益。基准增益量可以凭经验地确定并存储在通过发动机转速、发动机负荷以及发动机温度索引的表格中。304和302处的输出在节点306处相乘。

在308处，发动机空气流量和发动机转速用于确定空气流率。在一个示例中，通过在选定发动机转速间隔期间（例如一个汽缸循环）积分发动机空气流量并且将结果乘以发动机转速因子（例如从发动机转速转换为汽缸冲程）而确定空气流率。在其它示例中，可以提供在其它单元的空气流率。空气流率被从308处引导至310处。

在310处，方法300滤波308处的空气流率。在一个示例中，可对空气流率应用具有较高截至频率的低通滤波器。滤波的空气流率被引导至求和点314以及低通滤波器312处。低通滤波器312可以为一阶或者更高阶滤波器。低通滤波器312可包括基于发动机工况的可调节的时间常数。例如，低通滤波器312可包括用于较低发动机温度的第一时间常数以及用于较高发动机温度的第二时间常数。

在314处方法300从非低通滤波空气流率减去低通滤波空气流率。从空气流率减去低通滤波空气流率提供了空气流率的变化率。空气流率的变化率被引导至316处。

在318处，发动机转速索引凭经验确定的增益的函数，该增益解决(accountfor)了针对发动机温度变化的空气量调节中的对于发动机转速的依赖性。318处的输出被引导至316处。

在320处，发动机转速索引凭经验确定的增益的函数，该增益解决了相对于上止点排气冲程的发动机气门重叠。320处的输出被引导至316处。

在322处，发动机转速索引凭经验确定的增益的函数，该增益解决发动机气门重叠持续时间。322处的输出被引导至316处。

在324处，发动机转速索引凭经验确定的增益的函数，该增益解决了针对发动机温度变化的空气量调节中的对于发动机负荷依赖性。324处的输出被引导至316处。

在316处，306、314、318、320、322以及324处的输出一起相乘以提供非吹扫容积效率校正。因此，如果302处的输出为值1，在316处可输出除了0以外的值。如果302处的输出为0，则不提供非吹扫补偿。这样，当发生吹扫时，非吹扫容积效率能够变成零。

对于吹扫容积效率校正，吹扫空气估算被直接传递至334处。可以如上所述确定扫气。

在326处，如在308处描述的可使用发动机空气流量和发动机转速确定空气流率。空气流率被从326处引导至328处。在328处，如在310处描述的，方法300滤波326处的空气流率输出。然而，在328处可提供不同的滤波器和/或滤波器时间常数。过滤波空气流率被引导至求和点332处和低通滤波器330处。如在312处描述的低通滤波器330可以为一阶或者更高阶的滤波器。然而，低通滤波器330的时间常数可以不同于低通滤波器312处的时间常数。

在332处，方法300从非低通滤波空气流率减去低通滤波空气流率。从空气流率减去低通滤波空气流率提供了空气流率的变化率。空气流率的变化率被引导至334处。

在336处，发动机转速索引凭经验确定的增益的函数，该增益解决了针对发动机温度变化的空气量调节中的对于发动机转速的依赖性。336处的值可以不同于318处的值。336处的输出被引导至334处。

在338处，发动机转速索引凭经验确定的增益的函数，该增益解决了发动机气门重叠。338处的值可以不同于320处的值。338处的输出被引导至334处。

在340处，发动机转速索引凭经验确定的增益的函数，该增益解决发动机气门重叠持续期。340处的值可以不同于322处的值。340处的输出被引导至334处。

在342处，发动机转速索引凭经验确定的增益的函数，该增益解决了针对发动机温度变化的空气量调节中的发动机负荷依赖性。342处的值可以不同于324处的值。342处的输出被引导至334处。

在334处，332、336、338、340以及342处的输出一起相乘以提供吹扫容积效率校正。因此，如果吹扫量为非零，334处可输出除了零的值。如果吹扫量为零，则不提供吹扫补偿。这样，当发生吹扫时，可输出吹扫容积效率校正。

在350处，将吹扫容积效率校正和非吹扫容积效率校正量求和。然而，因为方法300构造的方式，吹扫补偿或者非吹扫补偿中的一者会被调零（zeroed）从而使得仅提供吹扫或者非吹扫补偿。350处的输出被引导至发动机空气量参数补偿方法，其中经由与图2曲线202和206类似的曲线确定发动机空气量参数（例如汽缸空气量或吹扫空气量）和汽缸残余排气。特别地，如果MAP已知，通过以MAP索引与图2类似的函数而确定汽缸空气量，并且汽缸空气量输出值随后与350处的补偿输出相加。通过从如参考图2经由曲线202描述的MAP值处的最大汽缸空气量减去汽缸空气量而确定排气残余。这样，可以确定汽缸空气量和残余排气量。此外，随着时间从瞬变状况增加，汽缸空气量的减少或增加逐渐废弃（phase out）。汽缸空气量变化的逐渐废弃仿真(emulate)气门热瞬变的状况。

在其他示例中，其中测量了汽缸空气质量，可以经由索引类似于图2的表格或函数而确定MAP，该表格或函数输出MAP用于确定汽缸空气量。可以如前所述确定残余气体量。

现在参考图4，显示了说明用于受到汽缸容积效率影响的汽缸空气量和汽缸排气稀释的热补偿的图谱。在此描述的方法可经由例如图1的系统中的控制器的指令而执行并且对于测量质量空气流量的系统有用，且该方法包括在图6的方法中。

X轴代表汽缸空气量且汽缸空气量从图左侧向图右侧增加。Y轴代表MAP且MAP从X轴沿着Y轴箭头方向增加。垂直标记450指示哪里能发生吹扫。具体地，当汽缸空气流高于或者在由垂直标记450指示的水平右侧时，可发生吹扫。在垂直标记450的左侧的汽缸空气流期间，不发生吹扫。

在图4的示例中，显示了针对在从较低负荷到较高负荷的负荷变化期间的其中气门温度增加的气门温度变化的容积效率补偿。在此示例中，由于针对增加的气门温度的补偿，汽缸空气量增加。

在此示例中，进一步地，汽缸空气量从较低水平增加至由垂直标记404显示的水平。垂直标记404代表没有补偿的经由例如MAP传感器确定的映射基准汽缸空气量。通过根据曲线430（例如，基于MAP和汽缸空气量描述汽缸容积效率的映射的非吹扫曲线）经由在402处的MAP水平索引表格或函数而输出在水平404处汽缸空气量，汽缸空气量可以估算为在由垂直标记404显示的水平。基准估算汽缸排气稀释确定为曲线430在404处的值和曲线431在408处的值之间的差异，其中，曲线431代表最大水平或理论汽缸容积效率。基准估算汽缸排气稀释由箭头422指示。

在图3和图6描述的容积效率补偿被加至由垂直标记404代表的汽缸空气量以提供如垂直标记406代表的补偿的汽缸空气量。汽缸空气量补偿由箭头420代表。补偿的估算汽缸排气稀释确定为曲线430在与垂直标记406相交处的值与曲线421在与垂直标记408相交处的值之间的差异。补偿的估算的汽缸排气稀释由箭头424指示。

在图4中显示的汽缸空气量补偿通过针对较低的MAP提供增加的汽缸空气量而影响估算的MAP。因此，从通过将MAP加至汽缸空气量补偿所确定的基准汽缸空气量而确定补偿的汽缸空气量。

现在参考图5，显示了说明针对受到汽缸容积效率影响的MAP的热补偿的图谱。在此描述的方法可经由例如图1的系统中的控制器的指令而执行并且对于测量质量空气流量的系统有用，该方法包括在图6的方法中。

X轴代表汽缸空气量且汽缸空气量从图左侧向图右侧增加。Y轴代表MAP且MAP从X轴沿着Y轴箭头方向增加。垂直标记550指示哪里能发生吹扫。具体地，当汽缸空气流高于或者在由垂直标记550的水平右侧时，可发生吹扫。在垂直标记550的左侧的汽缸空气流量期间，不发生吹扫。

在图5的示例中，显示了对于在从较低负荷到较高负荷的负荷变化期间的其中气门温度增加的气门温度变化的容积效率补偿。在此示例中，由于对增加的气门温度的补偿，汽缸空气量增加。

在此示例中，进一步地，汽缸空气量从较低水平增加至由垂直标记508显示的水平。垂直标记508代表没有补偿的经由例如质量空气流量计确定的映射基准汽缸空气量。通过根据曲线530（例如，基于MAP和汽缸空气量描述汽缸容积效率的映射的非吹扫曲线）基于在508处的汽缸空气量而索引表格或函数而输出在水平502处的MAP，MAP可以估算为在由水平标记502显示的水平。基准估算汽缸排气稀释确定为曲线530在508处的值和曲线531在510处的值之间的差异，其中，曲线531代表最大水平或理论汽缸容积效率。基准估算汽缸排气稀释由箭头522指示。

在图3和图6描述的容积效率补偿被加至由垂直标记508代表的汽缸空气量以计算临时汽缸空气量，其为修正MAP的基础。临时汽缸空气量由垂直标记506指示并且不是用于调节汽缸燃料量的基础。汽缸空气量补偿由箭头520代表。通过使用临时汽缸空气量索引曲线530而确定水平504处的MAP。补偿的估算汽缸排气稀释确定为曲线530在与垂直标记508相交处的值与曲线531在与垂直标记511相交处的值之间的差异。补偿的估算的汽缸排气稀释由箭头524指示。

现在参考图6，显示了用于在由于热状况的瞬变状况期间而补偿排气门正时变化的方法。通过如图1所示的系统中的控制器的指令而可执行图6的方法。

在602处，方法600确定发动机工况。发动机工况可包括但不限于发动机转速、发动机负荷、发动机进气歧管压力、发动机空气流率、发动机温度以及凸轮位置。在确定发动机工况后方法600前进至604处。

在604处，方法600判断汽缸空气量是否基于MAP或者MAF传感器输入。如果汽缸空气量基于MAP，在604处答复“是”且方法600前进至606处。否则在604处答复“否”且方法前进至608处。

在608处，方法600从质量空气流量（MAF）传感器确定基准汽缸空气量，且使用如从MAF传感器确定的汽缸空气量根据MAP汽缸空气量关系（例如图5的曲线530）经由索引包括汽缸容积效率关系曲线的表格或函数而确定MAP。表格输出基准MAP。此外，经由从由理论汽缸空气量曲线（例如图5的531和残余量524）在由汽缸空气量确定的MAP水平处所确定的最大汽缸空气量减去从汽缸容积效率关系曲线（例如图5的曲线530）确定的汽缸空气量而确定基准汽缸排气残余。在确定汽缸空气量、MAP以及汽缸排气残余的值后方法600前进至610处。

在606处，方法600根据MAP汽缸空气量关系（例如图4的曲线430）使用MAP经由索引包括汽缸容积效率关系曲线的表格或函数从MAP传感器确定基准汽缸空气量。表格输出基准汽缸空气量。此外，可以通过从由MAP传感器确定的MAP所确定的理论汽缸空气量曲线（例如图4的曲线431和残余量422）确定的最大汽缸空气量减去从汽缸容积效率关系曲线确定的汽缸空气量而确定基准排气残余。在确定汽缸空气量、MAP以及汽缸排气残余基准值后方法600前进至610处。

在610处，方法600判断在当前发动机工况下是否存在吹扫。在一个示例中，当流入汽缸的空气超出由最大汽缸容积效率曲线（例如，在图5的垂直标记550的右侧）描述的汽缸空气量时，可以确定吹扫。例如，如果从对于在图5的垂直标记右侧的汽缸空气水平的最大汽缸容积效率曲线531的汽缸空气量减去来自在某一MAP水平的空气量曲线530的汽缸空气量的结果为负，可以确定吹扫。如果没有确定吹扫则方法600前进至614且吹扫量设为零。否则，如果在610处答复为是，方法600前进至612处。

在612处，方法600确定吹扫量。当汽缸空气量高于处于最大汽缸空气量曲线和容积效率曲线的交点处的汽缸空气量时，通过从处于某一MAP水平的汽缸空气量减去处于相同MAP水平的最大汽缸空气量，可以确定吹扫量，而容积效率曲线代表了在其中发动机温度和汽缸气门温度有时间稳定的映射发动机工况期间汽缸空气量MAP关系。例如，在图5中，在高于其中垂直标记550与曲线531相交的位置处的MAP的恒定MAP水平处，从图5的曲线530确定的汽缸空气量减去从图5的最大汽缸空气量曲线531确定的汽缸空气量。在确定吹扫量之后，方法600前进至616处。

在614处，方法600确定用于调节汽缸空气量的基准增益量。基准增益量可以凭经验地确定并存储在存储器中，其可根据例如发动机转速和负荷索引。在确定基准增益量后方法600前进至616处。

在616处，方法600确定发动机或汽缸空气流率的变化率。在一个示例中，可通过从发动机或汽缸空气流率减去发动机或汽缸空气流率的滤波的值而确定发动机或汽缸的空气流率的变化率。在其他示例中，也可使用其他方法例如可取汽缸空气流率的微分而确定发动机或汽缸空气流率的变化率。在确定发动机或汽缸空气流率的变化率之后，方法600前进至618处。

在618处，方法600针对进气和排气门重叠持续期间、进气和排气门相对于曲轴位置的重叠位置、发动机转速以及发动机负荷查询凭经验确定的增益调节。增益调节可以凭经验地确定并存储在经由进气和排气门重叠持续期间、进气和排气门相对于曲轴位置的重叠位置、发动机转速以及发动机负荷索引的表格或函数中。在618处确定增益调节之后方法600前进至620处。

在620处，方法600将基准增益、吹扫量、发动机或汽缸空气流率的变化率以及来自618处的增益调节相乘以确定将被加至汽缸空气量的容积效率校正。在其中吹扫为零的状况期间，来自614处的基准增益与发动机或汽缸空气流率的变化率以及来自618处的增益调节相乘。当出现吹扫时，吹扫量与发动机或汽缸空气流率的变化率以及来自618处的增益调节相乘，而不使用614处的基准增益量。在确定容积效率校正之后方法600前进至622处。

在622处，方法600调节MAP、汽缸空气量以及汽缸残余气体量。可通过将来自620的容积效率校正加至在606处或608处的汽缸空气量而调节汽缸空气量。

对于感测发动机空气流率和推算MAP的系统，调节MAP。在一个示例中，根据图5的描述而调节MAP。特别地，首先测量汽缸空气量并且随后补偿被加至汽缸空气量以解决热状况。调节的汽缸空气量随后被用于索引表格或函数中的代表在映射的发动机状况期间MAP相对汽缸空气量的关系的曲线（例如图5的曲线530）。表格或函数输出调节的MAP值。

对于感测MAP并推算发动机空气量的系统，调节汽缸空气量。在一个示例中，根据图4的描述而调节汽缸空气量。特别地，首先测量MAP并且通过索引表格或函数中的代表在映射的发动机状况期间MAP相对汽缸空气量的关系的曲线（例如图4的曲线430）而确定汽缸空气量。表格或函数输出基准汽缸空气量。确定汽缸空气量补偿并且将其加至基准汽缸空气量以提供补偿的汽缸空气量。

可以根据如图4和图5中描述的而确定汽缸排气残余量。例如，在感测的或从汽缸空气量确定的MAP处，通过获取最大汽缸空气量和映射汽缸空气量之间的差值可以确定基准汽缸排气残余量，其中从获取代表在给定压力在进气门关闭（IVC）的理论最大空气量的曲线（例如图4的曲线431）和代表在其中发动机温度和汽缸气门温度具有时间稳定的标称映射汽缸工况期间的汽缸空气量MAP关系的曲线（例如图4的曲线430）之间的差值而确定该差值。

可以根据图4和图5的描述而确定补偿的汽缸排气残余量。例如，在调节的MAP，可以通过获取最大汽缸空气量（例如图4的曲线431）以及映射汽缸空气量（例如图4的曲线430）与汽缸空气量补偿两者之和的之间的差值而确定补偿的汽缸排气残余量，其中从获取代表在给定压力在进气门关闭（IVC）的理论最大空气量的曲线和代表在其中发动机温度和汽缸气门温度具有时间稳定的标称映射汽缸工况期间的汽缸空气量MAP关系的曲线之间的差值而确定汽缸空气量补偿。在通过容积效率校正调节MAP、汽缸空气量以及汽缸残余气体量之后方法600前进至624处。

在其中给定MAP水平处确定吹扫的状况期间，通过将容积效率补偿（例如图3的350）加至处于给定MAP水平的穿过发动机的空气流，并且随后减去通过最大汽缸容积效率曲线描述的在给定MAP水平处的汽缸空气量，可以修正吹扫量。

在624处，方法600响应于MAP、补偿的汽缸空气量以及补偿的汽缸排气残余量调节发动机执行器。在一个示例中，其中汽缸空气量增加的情况下，可以减小发动机节气门位置使得可以提供期望的发动机扭矩。例如，可以基于凭经验确定的节气门映射图而调节节气门位置，该节气门映射图提供对应于期望空气流率的节气门位置。如果发动机空气流率由于热状况而增加，可以关闭节气门以减少汽缸空气量以及提供基于补偿的汽缸空气量的期望的空气流率。

在另一示例中，其中汽缸残余量由于热状况而增加，可以减小排气再循环（EGR）阀的开启量以补偿额外量的汽缸排气残余。具体地，如果热状况增加汽缸残余，可以根据EGR阀两端的压力以及汽缸残余排气的增加量而减小EGR阀开启量。基于EGR阀两端的压力降以及EGR阀的位置而映射EGR阀流量从而能够与流入汽缸的EGR的增加成比例地减少EGR流量。当然，当流入汽缸EGR减少时可以进一步打开EGR阀以便于更好地使实际汽缸EGR与期望汽缸EGR匹配。此外，可以基于补偿的MAP调节EGR阀的位置使得EGR流率更加紧密地匹配期望的EGR流率。换句话说，穿过EGR阀的流率可以基于调节的MAP。此外，可以基于补偿的汽缸排气残余量调节进气和排气凸轮重叠以增加或减少汽缸排气残余。

还可以针对补偿的汽缸空气量和汽缸排气残余经由点火系统调节火花正时。特别地，在基于补偿的汽缸空气量和发动机转速的曲轴角度处提供火花。此外，可以根据说明（account for）汽缸排气残余量的表格进一步调节火花,且通过补偿的汽缸排气残余量而索引该表格使得根据补偿的汽缸排气残余量而调节火花。

还可以根据补偿的汽缸空气量而调节燃料喷射器喷射量。例如，如果补偿的汽缸空气量增加，可以增加汽缸喷射量以提供期望的发动机空燃比。类似地，如果补偿的汽缸空气量减少，可以减小燃料喷射量以提供期望的发动机空燃比。

在其中吹扫量增加或减少的状况期间，可以调节吹扫。在一个示例中，如果在发动机热状况中的变化增加了发动机吹扫量（例如当流入汽缸的空气超出了通过最大汽缸容积效率曲线描述的汽缸空气量时），可以经由部分地关闭节气门或减小增压压力而减小吹扫。在调节发动机执行器之后方法600前进至退出。

因此，图3和图6的方法提供了在瞬变发动机状况期间对热状况的补偿，其包含：响应于汽缸空气量的变化率经由发动机MAP和汽缸空气量容积效率关系调节发动机空气量参数以及汽缸残余气体量；响应于发动机空气量参数调节发动机执行器的输出。该方法对于为由于温度变化造成的正时时间变化提供补偿特别有用。

方法还包括其中发动机执行器为燃料喷射器，且其中发动机空气量参数基于从多个发动机MAP和汽缸空气量读数凭经验确定的曲线。方法进一步包括其中响应于代表MAP相对汽缸空气量的空间图（space）的发动机容积效率的曲线调节发动机空气量参数调节，且其中曲线说明（account for）了剩余排气。在一些示例中，方法包括其中发动机执行器为进气口节气门，且进一步包含响应于汽缸残余气体量调节EGR阀的位置。方法还包括其中经由空气流率和滤波的空气流率之间的差异确定汽缸空气量的变化率。方法进一步包含响应于发动机凸轮正时调节发动机空气量参数。方法还包括其中发动机空气量参数为汽缸空气量估算且其中当发动机温度从较高温度转换为较低温度时汽缸空气量估算减小，且其中发动机温度为汽缸气门温度。

在另一示例中，图3和图6提供了在瞬变发动机状况期间补偿热状况的方法，包含：在吹扫状况期间响应于汽缸空气量的变化率调节发动机空气量参数以及汽缸残余气体量；响应于发动机空气量参数调节发动机执行器的输出。该方法还包括其中从总汽缸空气质量流量曲线和最大容积效率曲线之间的差异估算吹扫状况。方法还包括其中基于扫气估算而调节发动机空气量参数。

在一个示例中，方法包括其中发动机空气量参数为汽缸空气量估算且其中当发动机温度从较低温度转换为较高温度时发动机空气量估算增加，且其中发动机温度为汽缸的气门的温度。这样，可以补偿由于气门温度引起的变化。方法还包括其中发动机执行器为点火线圈，且其中点火线圈的输出为火花正时。方法还包括其中发动机执行器为节气门，且其中节气门的输出为节流板的位置。方法进一步包含响应于汽缸空气量的变化率调节吹扫量。

如本领域内技术人员理解的，图3和6的方法可代表一个或多个任意数目的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，说明的多个步骤和功能可以所说明的序列或并列执行，或者在某些情况下有所省略。类似地，处理的顺序并不是达到在此描述的目的、特征以及优点所必须的，而只是提供用于说明和描述的便利。尽管没有明确说明，本领域内技术人员将会认识到取决于所采用的特定策略可以重复地执行一个或多个所说明的步骤或功能。

此处作为说明书总结。本领域内技术人员通过阅读会想到多种替代方式和变形而不会背离本发明的精神和范围。例如，以天然气、汽油、柴油或者替代燃料配置的单缸、I2、I3、I4、I5、V6、V8、V10、V12和V16发动机可以利用本发明而获得优势。

Claims

1.一种在瞬变发动机状况期间补偿热状况的方法，包含：

响应于汽缸空气量的变化率，经由发动机MAP和汽缸空气量容积效率关系调节发动机空气量参数和汽缸残余气体量；以及

响应于所述发动机空气量参数，调节发动机执行器的输出，其中所述发动机空气量参数为汽缸空气量估算，且其中当发动机温度从较高温度转换为较低温度时所述汽缸空气量估算减小，且其中所述发动机温度为汽缸的气门的温度，且其中在模拟气门热瞬变的瞬变后所述汽缸空气量随着时间增加而减小。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机执行器为燃料喷射器，且其中所述发动机空气量参数基于从多个发动机MAP和汽缸空气量读数凭经验地确定的曲线，且其中所述发动机空气量参数为汽缸空气量或者扫气量。

3.如权利要求1所述的方法，其中响应于在MAP相对汽缸空气量空间图中代表发动机容积效率的曲线,调节所述发动机空气量参数，且其中所述曲线说明残余排气。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述发动机执行器为进气口节气门，且所述方法进一步包含响应于所述汽缸残余气体量调节EGR阀的位置。

5.如权利要求1所述的方法，其中经由空气流率和滤波的空气流率之间的差异而确定所述汽缸空气量的变化率。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包含响应于发动机凸轮正时而调节所述发动机空气量参数。

7.一种在瞬变发动机状况期间补偿热状况的方法，包含：

在吹扫状况期间,响应于汽缸空气量的变化率,调节发动机空气量参数和汽缸残余气体量；以及

响应于所述发动机空气量参数,调节发动机执行器的输出，其中所述发动机空气量参数为汽缸空气量估算且其中当发动机温度从较低温度转换为较高温度时所述汽缸空气量估算增加，且其中所述发动机温度为汽缸的气门的温度。

8.如权利要求7所述的方法，其中从总汽缸空气质量流量曲线和容积效率曲线之间的差异估算所述吹扫状况。

9.如权利要求7所述的方法，其中基于吹扫空气估算，调节所述发动机空气量参数。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述发动机执行器为点火系统，且其中所述点火系统的输出为火花正时。

11.如权利要求7所述的方法，其中所述发动机执行器为节气门，且其中所述节气门的输出为节流板的位置。

12.如权利要求7所述的方法，进一步包含响应于汽缸空气量的变化率调节吹扫量。

13.一种发动机系统，包含：

发动机；

连接至所述发动机的涡轮增压器；以及

控制器，所述控制器包括指令用于在吹扫和非吹扫发动机工况期间响应于汽缸空气量的变化率调节发动机空气量参数和汽缸残余气体量；所述控制器包括进一步的指令用于响应于所述发动机空气量参数调节发动机执行器的输出，响应于发动机转速和发动机负荷调节所述发动机空气量参数，并且在其中汽缸空气流量高于在最大容积效率曲线和非吹扫曲线的交点处的汽缸空气流量的汽缸空气流量状况期间确定吹扫。

14.如权利要求13所述的发动机系统，进一步包含基于所述发动机空气量参数调节残余气体量。

15.如权利要求13所述的发动机系统，其中从发动机空气流量和滤波的发动机空气流量的之间的差异确定所述汽缸空气流量的变化率。

16.如权利要求13所述的发动机系统，进一步包含额外的指令用于响应于凸轮正时调节所述发动机空气量参数。