CN103161597A - 用于降低发动机扫气敏感度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过运用氧传感器在扫气期间校正汽缸空气总流量的方法。此外，基于校正的汽缸空气总流量调节汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量。该方法还减小了汽缸空气流量估算和提供用于燃烧的燃料之间的敏感度。

Description

用于降低发动机扫气敏感度的方法

【技术领域】

本发明涉及用于降低发动机扫气（scavenging）敏感度的方法。

【背景技术】

可通过涡轮增压器或机械增压器增强发动机的性能。涡轮增压器或机械增压器压缩环境空气以增加进入发动机汽缸的空气的密度。汽缸捕集空气量（cylinder trapped air amount）增加，因为汽缸充气可以比非涡轮增压发动机的更密集。与非涡轮增压发动机相比这可允许更多燃料量喷射进发动机汽缸，因此使得扭矩增加。

对于涡轮增压发动机可通过可变进气和/或排气门正时提供进一步的性能改善和排放减少。特别地，可调节涡轮发动机的进气和排气门以减少氮氧化物（NOx）的形成、增加发动机功率以及减少发动机泵送损失。在一些示例中，可以同时打开汽缸的进气和排气门以提供内部（例如汽缸内）排气再循环（EGR）或帮助将废气从汽缸排出并增加发动机输出。

例如，当进气和排气门同时打开时并且当发动机进气歧管压力低于发动机排气歧管压力时在发动机汽缸中可提供内部EGR。另一方面，当汽缸进气和排气门同时打开时并且当发动机进气歧管压力高于发动机排气歧管压力时可增加发动机输出功率。发动机进气歧管中的压缩空气能使排气从汽缸流入发动机排气歧管使得可以增加汽缸新鲜充气（例如空气和燃料）。然而，如果基于不正确的穿过汽缸的空气量或空气体积量调节发动机控制参数（例如火花正时），可能会以不希望的方式调节发动机控制参数。此外，由于可能由不正确的汽缸捕集空气量或空气体积量导致的误差，依赖于汽缸捕集空气量而建模的系统（例如排气系统）的输出可能不会像希望的那样追踪尽可能接近实际的系统状况。

【发明内容】

发明人在此已经意识到上述缺点并已经开发了一种运转发动机的方法，包括：响应于汽缸扫气空气量调节第一执行器，通过氧传感器校正汽缸扫气空气量；以及响应于汽缸捕集空气量调节第二执行器，除了扫气空气量之外还通过氧传感器校正汽缸捕集空气量。

通过氧传感器校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量两者，可以改善与汽缸空气总流量关联的控制调节。此外，当通过氧传感器调节汽缸捕集空气量和汽缸扫气时可以补偿可能影响汽缸捕集空气量但是通过空气质量传感器或歧管绝对压力（MAP）传感器可能感测不到的状况。例如，不是基于汽缸循环期间穿过汽缸的空气质量总量或大部分空气质量调节火花正时，而可以基于反映参与燃烧的空气量的校正汽缸捕集空气量调节火花正时。此外，可响应于校正的汽缸扫气空气量调节汽缸的进气和排气门打开重叠。这样，可以分别校正并补偿汽缸循环期间参与燃烧的在汽缸循环期间流动穿过汽缸的空气量的分数（fraction）或部分。此外，通过氧传感器校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量可去除可能在仅使用空气质量流量传感器或歧管绝对压力（MAP）传感器确定汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量时存在的对于排气系统中的歧管压力和气门正时的改变的敏感度（sensitivities）。

本发明可提供多个优点。特别地，本方法通过校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量可以减少车辆排放。此外，可以调节发动机执行器（比如凸轮轴相位执行器）以控制供应至排气后处理装置的扫气量使得可闭环控制扫气。此外，本方法可以调节排气歧管歧管压力的估算使得可以更精确地确定汽缸中的排气残留物。

单独或结合附图阅读下面的具体实施方式，本发明的上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。

根据本发明的一个实施例，第一执行器是点火线圈，并且进一步包括响应于汽缸扫气空气量调节第二执行器，并且进一步包括基于校正的汽缸空气总量适应调节排气压力。

根据本发明的一个实施例，第二执行器是凸轮轴执行器。

根据本发明的一个实施例，进一步包括当汽缸扫气空气量小于希望的汽缸扫气空气量时增加进气门和排气门打开重叠以增加汽缸扫气空气量。

根据本发明的一个实施例，通过氧传感器的输出校正流动穿过汽缸的校正的汽缸空气总量。

根据本发明，提供一种发动机运转系统，包括：发动机；与发动机通信的执行器；

连接至发动机的涡轮增压器；连接至涡轮增压器的排气系统，排气系统包括氧传感器；控制器包括指令用于响应于氧传感器的输出调节汽缸空气总量，控制器包括额外的指令用于基于汽缸空气总量提供校正的汽缸捕集空气量和校正的汽缸扫气空气量。

根据本发明的一个实施例，进一步包括额外的指令用于响应于校正的汽缸捕集空气量调节汽缸的火花正时。

根据本发明的一个实施例，进一步包括额外的指令用于响应于校正的汽缸扫气空气量调节气门正时。

根据本发明的一个实施例，进一步包括额外的指令用于调节估算的排气流量。

根据本发明的一个实施例，发动机包括两个汽缸组，其中汽缸空气总量应用到第一汽缸组中的汽缸，其中控制器包括额外的指令用于调节第二汽缸组中汽缸的汽缸空气总量，并且其中控制器包括额外的指令用于基于第二汽缸组中汽缸的汽缸空气总量提供校正的汽缸捕集空气量和校正汽缸扫气空气量。

根据本发明的一个实施例，进一步包括额外的指令用于基于校正的汽缸空气总量适应调节排气压力参数。

应理解，提供上述概要用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。

【附图说明】

图1显示了发动机的示意描述；

图2显示了以恒定转速运转的发动机的模拟的进气MAP相对于汽缸捕集空气量的关系；

图3显示了以恒定转速运转的发动机的模拟的进气MAP相对于平均指示有效压力（IMEP，indicated mean effective pressure）的关系；

图4显示了模拟的排气MAP相对于排气流量的关系；

图5显示了用氧传感器校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气的控制框图；以及

图6显示了用氧传感器校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气的高级流程图。

【具体实施方式】

本发明涉及校正发动机汽缸的汽缸捕集空气量和汽缸扫气。校正的汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量可用于调节发动机执行器的状态。图1显示了用于确定以及校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量的一个示例系统。该系统包括用火花点火的空气与汽油、醇或者汽油和醇混合的混合物而运转的涡轮增压器。然而，在其它示例中发动机可以是压缩点火发动机，比如柴油发动机。图2和图3显示了发动机背压的改变怎样影响MAP相对于汽缸捕集空气量/IMEP的关系。图4显示了涡轮增压器废气门或叶片的位置可以怎样影响发动机背压。图5显示了用于校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气的框图。图6显示了用于校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量的示例方法。

参考图1，通过电子发动机控制器12控制包括多个汽缸（图1只显示了一个汽缸）的内燃发动机10。发动机10包括燃烧室30和活塞36位于其中并连接至曲轴40的汽缸壁32。燃烧室30显示为分别通过进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。可通过进气凸轮51和排气凸轮53操作每个进气门和排气门。可替代地，可通过机电控制的阀线圈和电枢总成操作进气门和排气门中的一个或多个。可通过凸轮相位执行器59和69调节进气凸轮51和排气凸轮53的相位。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显示为设置用于直接将燃料喷射进汽缸30，本领域内的技术人员称为直接喷射。可替代地，可将燃料喷射至进气道，本领域内的技术人员称为进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号FPW的脉冲宽度成比例地传输流体燃料。通过燃料系统（未显示）将燃料输送到燃料喷射器66，所述燃料喷射器包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨（未显示）。响应于控制器12的驱动器68向燃料喷射器66供应工作电流。另外，进气歧管44显示为和可选的电子节气门62连通，所述电子节气门通过调整节流板64的位置来控制来自进气增压室46的空气流量。

排气旋转通过轴161连接至涡轮增压器压缩器162的涡轮增压器涡轮164。压缩器162从空气进气道42吸取空气提供给增压室46。这样，能使进气歧管44内的空气压力提升至高于大气压的压力。所以，发动机10可比自然进气式发动机输出更多动力。

无分电器点火系统88响应于控制器12通过火花塞92给燃烧室30提供点火火花。点火系统88能在每个汽缸循环期间给每个汽缸提供一个或多个火花。进一步地，响应于发动机工况，通过点火系统88提供的火花正时可相对于曲轴正时提前或推迟。

通用或宽域排气氧（UEGO）传感器126显示为和排气后处理装置70上游的排气歧管48相连。可替代地，双态排气氧传感器可代替UEGO传感器126。在一些示例中，排气后处理装置70是微粒过滤器和/或三元催化剂。在其它示例中，排气后处理装置70是单独的三元催化剂。

图1中控制器12显示为常规微型计算机，包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、不失效（keep alive）存储器110和常规数据总线。控制器12显示为接收来自和发动机10相连的传感器的各种信号，除了上文讨论的那些信号，还包括：来自和冷却套筒114相连的温度传感器112的发动机冷却液温度（ECT）；和加速踏板130相连的用于感应通过脚132调整的加速踏板位置的位置传感器134的信号；用于确定尾气点火的爆震传感器（未示出）的信号；来自和进气歧管44相连的压力传感器121的发动机歧管压力（MAP）测量值；来自和增压室46相连的压力传感器122的增压压力测量值；来自感应曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器信号；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的测量值；来自传感器58的节气门位置的测量值。也可感应大气压力（传感器未示出）用于由控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每个旋转时产生预订数目的等距脉冲，根据其可确定发动机转速（RPM）。

在一些示例中，在混合动力车辆中发动机可连接至电动马达/电池系统。混合动力车辆可包括并联构造、串联构造，或其变型或组合。此外，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内的每个汽缸通常经历四冲程循环：循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程中，通常排气门54关闭且进气门52打开。空气通过进气歧管44流入燃烧室30，并且活塞36移动到汽缸的底部以便增加燃烧室30内的容积。本领域技术人员通常将活塞36接近汽缸的底部并且在其冲程的终点时（例如当燃烧室30处于最大容积时）所处的位置称为下止点（BDC）。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36向汽缸的顶部运动以便压缩燃烧室30内的空气。本领域技术人员将活塞36处于其冲程的终点并且接近汽缸的顶部时（例如当燃烧室30处于最小容积时）所处的位置称为上止点（TDC）。在下文称为喷射的过程中，将燃料引入燃烧室。在下文称为点火的过程中，通过已知的点火装置（例如火花塞92）点燃喷射的燃料致使燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回至下止点。曲轴40将活塞的运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气过程期间，排气门54打开以将燃烧过的空气燃料混合物释放至排气歧管48，并且活塞回到上止点。需要指出的是上文仅描述为实施例，并且进气门、排气门的打开和/或关闭正时可以改变，例如以提供正气门重叠或负气门重叠、推迟进气门关闭，或多种其它的示例。

从而，图1中的系统提供了一种发动机运转系统，其包括：发动机；与发动机通信的执行器；连接至发动机的涡轮增压器；连接至涡轮增压器的排气系统，该排气系统包括氧传感器；控制器，其包括指令用于响应于氧传感器的输出而调节汽缸空气总量，控制器包括额外的指令用于基于汽缸空气总量提供校正的汽缸捕集空气量和校正的汽缸扫气空气量。发动机运转系统进一步包括额外的指令用于响应于校正的汽缸捕集空气量而调节汽缸的火花正时。

在一些示例中，发动机运转系统进一步包括额外的指令用于响应于校正的汽缸扫气空气量调节气门正时。发动机运转系统进一步包括的额外的指令用于基于氧传感器的输出提供当量比（equivalence ratio）校正量。发动机转动系统进一步包括额外的指令用于调节估算的排气流量。发动机运转系统包括其中发动机包括两个汽缸组，其中汽缸空气总量应用到第一汽缸组中的汽缸，其中控制器包括额外的指令用于调节第二汽缸组中汽缸的空气总量，并且其中控制器包括额外的指令用于基于第二汽缸组中汽缸的校正的汽缸空气总量提供校正的捕集空气量和校正的汽缸扫气空气量。

现在参考图2，显示了以恒定转速运转的发动机的进气MAP相对于汽缸空气量的关系。X轴代表汽缸空气量并且汽缸空气量从图表的左侧向右侧增加。Y轴代表进气MAP并且MAP从X轴朝Y轴箭头方向增加。汽缸空气量代表在汽缸循环期间穿过汽缸的空气总量。所以，当发动机运转没有扫气时，汽缸捕集空气量等于汽缸空气总量。因此，全部的汽缸空气量参与汽缸内的燃烧。扫气状况期间汽缸空气总量包括参与燃烧的汽缸捕集空气量和没有参与汽缸内燃烧的汽缸扫气空气量。

曲线202代表当涡轮增压器废气门处于第一位置时相对于汽缸空气总量的进气MAP。如图所示汽缸空气总量随MAP的增加而增加。在第一位置时，废气门处于完全关闭的位置。

曲线204代表涡轮增压器废气门处于第二位置时相对于汽缸空气总量的进气MAP。曲线204的轨迹在初期和曲线202的相同，但是汽缸空气量开始增加之后，对于相等的MAP增量与曲线202相比曲线204的汽缸空气量以更高的速率增加。在第二位置时，废气门处于完全打开的位置。

箭头206显示了MAP相对于汽缸空气量图谱的一个区域，其中在曲线202和曲线204之间穿过汽缸的空气总量存在16%的平均差异（mean difference）。因此，当发动机以箭头206的MAP水平运转时如果不校正汽缸空气量可能会导致发动机空燃比16%的误差。

因此，从曲线202和204可以看出排气歧管压力可以影响基于MAP的汽缸空气量的估算。此外，排气歧管压力可影响基于通过发动机进气系统中空气质量流量传感器确定的汽缸空气量的MAP的估算。所以，可能希望校正流动穿过汽缸的形成发动机排气歧管压力的空气。然而，通过简单地监测MAP或空气质量流量（MAF），与排气背压关联的汽缸捕集空气量的不精确性可能不是很明显。另一方面，排气氧传感器可探测在发动机排气中是否存在过量的氧。并且，发动机排气中是否存在过量的氧可以指示引起发动机扫气增加或减小的发动机背压的改变。因此，氧传感器的输出可以是用于校正穿过汽缸的空气量的基础。

现在参考图3，显示了以恒定转速运转的发动机的IMEP相对于汽缸捕集空气量的关系。X轴代表汽缸IMEP并且汽缸IMEP从图谱的左侧向图谱的右侧增加。Y轴代表进气MAP并且MAP从X轴朝Y轴箭头方向增加。IMEP可关联于参与在汽缸内燃烧的缸内空气量。汽缸捕集空气和IMEP的关系接近线性并且可表述为斜率和偏置（offset）的方程式。

曲线302代表当涡轮增压器废气门处于第一位置时相对于汽缸IMEP的进气MAP。如图所示汽缸IMEP随MAP的增加而增加；然而，当存在扫气时IMEP不再继续增加。在第一位置时，废气门处于完全关闭的位置。

曲线304代表当涡轮增压器废气门处于第二位置时相对于汽缸IMEP的进气MAP。曲线304的轨迹在初期和曲线302的相同，但是在曲线304中，对于相等的MAP增量与曲线302相比汽缸IMEP以更高的速率增加。在第二位置时，废气门处于完全打开的位置。

箭头306显示了MAP相对于汽缸IMEP图谱的一个区域，其中在曲线302和曲线304之间存在12%的平均差异。因此，当发动机以箭头306的MAP水平运转时如果不校正汽缸捕集空气量可能会提供12%误差的发动机扭矩估算。

因此，曲线302和304，确定汽缸中参与燃烧的空气量（例如汽缸捕集空气量）会受到发动机排气歧管绝对压力（排气MAP）的变化影响。所以，可能希望校正由MAP或MAF传感器确定的汽缸捕集空气量。

现在参考图4，显示了排气MAP相对于排气流量的图谱，该排气流量等于汽缸空气总流量和喷射的燃料的总和。可能希望精确地对排气MAP建模使得可精确地确定汽缸内燃料的气体稀释（例如EGR）。此外，在一些示例中，可能需要精确的稀释估算用于控制涡轮增压器废气门的位置使得可将希望的发动机空气流量提供至发动机而发动机排气压力被控制在阈值量之下。这样，可保持发动机效率。

曲线402代表排气MAP相对于排气流量的数据。曲线404代表从曲线402的数据回归的曲线。因此，可通过曲线404代表曲线402的数据使得可以用简单的形式表示相对于排气流量的排气MAP。曲线402和404代表当涡轮增压器废气门完全关闭时相对于排气流量的排气MAP。

曲线406代表相对于排气流量的排气MAP的数据。曲线408代表从曲线406的数据回归的曲线。因此，可通过曲线408代表曲线406的数据使得可以用简单的形式表示相对于排气流量的排气MAP。曲线406和408代表当涡轮增压器废气门完全打开时相对于排气流量的排气MAP。

因此，从图4可得知在一些发动机工况其间排气背压可能显著增加。在一些示例中，曲线404和408可以是用于确定排气压力适用的极限的界限。

现在参考图5，显示了通过氧传感器校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量的控制框图。可通过图1中显示的系统中的控制器12执行根据图5中的框图用于校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气的指令。

在502处，框图500中显示的控制器用发动机燃烧的燃料的化学计量空燃比（例如对于汽油为14.64）的倒数（1/AF_s）乘以汽缸空气总流量（例如在汽缸循环期间流动穿过汽缸的空气总量）。

在504处，用希望的当量比乘以502处的输出以提供开环燃料量fuel_ol。当量比定义为用混合物的空燃比（质量比）除以化学计量混合物的空燃比。化学计量混合物的当量比为1.0；稀化的混合物的值小于1.0；而富化的混合物的值高于1.0。

在508处，汽缸空气总流量和发动机转速用于索引输出用于改善催化剂效率的经验确定的燃料调整值的表格。例如，如果发动机以1500转每分运转而汽缸空气流量为2.0x10^-3磅（lb-mass），可确定希望以0.5Hz的频率将汽缸的空燃比振荡0.3倍空燃比（大约2%）。给定汽缸空气总量时508处的输出提供燃料调节以振荡发动机空燃比。在506处将508处的输出添加至504处的输出。

控制器框图500的闭环部分包括求和节点514，在514处从希望的（_dsd）中减去由UEGO传感器126测量的实际的以提供项_trim。可以凭经验确定希望的并存储在可以用发动机转速和负荷索引的存储器中。控制器500的闭环部分还显示为具有框516处的基于_trim的比例和积分（PI）调节。

来自框516的比例和积分调节（fuel_trim）以及来自504处的开环燃料量（fuel_ol)和来自508处的催化剂调节燃料（catalyst modulation fuel）的总和在510处相加在一起以基于在汽缸循环期间流动穿过汽缸的汽缸空气总量确定将要提供至发动机汽缸的燃料量。

在518处，将要提供至发动机汽缸的燃料量转换为燃料喷射器脉冲宽度用于驱动燃料喷射器。在一个示例中，将燃料量与燃料脉冲宽度相关联的燃料喷射器转移函数（transfer function）储存在存储器中并通过燃料量索引。转移函数通过燃料量索引并且将燃料脉冲宽度输送至向发动机10的汽缸供应燃料的燃料喷射器。发动机排出燃烧副产物，其中通过UEGO126采样该燃烧副产物用于确定希望的燃料量是否匹配于确定的将要流动穿过汽缸的空气总量。注意可以通过MAP传感器或MAF传感器确定流动穿过汽缸的空气总量。

在522处，控制器500判断发动机是否以扫气状况运转。在一个示例中，逻辑地组合选择的发动机工况以确定是否存在扫气。作为示例，可通过以下逻辑确定扫气：

其中RPM是发动机转速、BP是大气压力，overlap是汽缸的进气和排气门同时打开时曲轴转角的角度，并且blow_through_region是当确认（asserted）时反映存在扫气的逻辑变量。扫气逻辑变量选择是否在530处校正并输出汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量。

在524处，基于氧传感器的输出校正汽缸空气总流量。在一个示例中，通过如下的方程式校正汽缸空气流量：

$\mathrm{air}\_\mathrm{phi}\_\mathrm{ratio}=\frac{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{trim}}}{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dsd}}}-\min \left\{\max \right\{\frac{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{trim}}}{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dsd}}},-q\},q\}$

air_phi_corr_tmp=min{max{air_phi_ratio，phi_ratio_max}，phi_ratio_min}

air_phi_corr=rolav(tc_corr,air_phi_corr_tmp)

air_tot_corr=air_chg_tot*(1+air_phi_corr)

其中q是校正值空燃比调节界限的极限（例如0.03或3%），其中air_phi_ratio是边界的φ调节比率，其中φ_dsd是希望的空燃比，

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dsd}}=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{stoich\; exhaust}& \\ \mathrm{air}\_\mathrm{chg}/\mathrm{air}\_\mathrm{chg}\_\mathrm{tot}& \mathrm{stoich\; in}-\mathrm{cylinder},& \mathrm{lean\; exhaust}\end{array}\right.$ ，并且其中φ_trim是闭环空燃比修剪（trim）（fuel_trim信号（516处的输出）和汽缸空气充气总量的比率），其中air_phi_ratio_max是φ比率校正的最大值，其中air_phi_ratio_min是φ比率校正的最小值，其中air_phi_cor_tmp是用于校正汽缸空气总流量的临时变量，其中rolav是具有时间常数tc_corr的一阶低通滤波器，其中air_phi_corr是用于校正汽缸空气总流量的量，其中air_chg_tot是在汽缸循环期间流动穿过汽缸的空气总量，以及其中air_tot_corr是校正的汽缸空气总流量。校正的汽缸空气总流量导入530、526和528处。

在526处，确定汽缸捕集空气量校正。在一个示例中，根据如下方程式确定汽缸捕集空气量校正：

air_chg_corr=min{air_tot_corr，air_c·(1-r_pb)·MAP}

其中air_c是进气冲程下止点处整个汽缸容积的容积效率，r_pb是说明从汽缸进入发动机进气歧管的排气的回推率（push-back ratio）。

在528处，确定汽缸扫气空气量校正。在一个示例中，根据如下方程式确定汽缸扫气空气量校正：

air_bt_corr=max{0,air_tot_corr-air_c·(1-r_pb)·MAP}or

air_bt_corr=air_tot_corr–air_chg_corr

校正的汽缸捕集空气量和校正的汽缸扫气空气量提供至框530，在530处基于变量blow_through_region的状态选择性地输出校正的汽缸捕集空气量和校正的汽缸扫气空气量。特别地，如果变量blow_through_region是有效的（asserted），那么输出校正的汽缸捕集空气量air_chg_corr和校正的汽缸扫气空气量air_bt_corr两者用于调节汽缸火花提前、发动机扭矩量和排气温度。如果变量blow_through_region不是有效的，那么输出（未校正的）汽缸捕集空气量air_chg并且将校正的汽缸扫气空气量air_bt_corr设置为零。

在532处，响应于校正的汽缸捕集空气量调节汽缸火花正时。在一个示例中，经验地确定汽缸火花正时并存储在可通过发动机转速和汽缸捕集空气量索引的存储器中。表格输出希望的火花正时并且通过点火线圈将火花传输给发动机。

校正的汽缸捕集空气量还可以是在534处确定发动机扭矩的基础。在一个示例中，可凭经验确定发动机扭矩并存储在通过发动机转速、火花正时和汽缸捕集空气量索引的表格或函数中。表格基于存储在表格中的经验值输出发动机扭矩。在一些示例中，表格可进一步包括根据气门正时调节的发动机扭矩值。在其它示例中，可根据美国专利7072758中描述的方法确定发动机扭矩，在此将其全文引入作为参考用于所有意图和目的。

在536处，校正的汽缸捕集空气量和校正的汽缸扫气空气量可输入至模型用于确定排气放热温度。在一个示例中，根据申请号为12/481468的美国专利描述的方法确定排气放热，在此将其全文引入作为参考用于所有意图和目的。

因此，图5中的控制器提供了基于氧传感器的反馈调节燃料喷射量和燃料喷射正时。图5还提供了基于氧传感器的输出校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量。

现在参考图6，显示了用氧传感器校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量的方法的高级流程图。可通过图1中显示的系统中的控制器12的指令执行图6中的方法。

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、发动机温度、环境温度、MAP、汽缸空气量、排气氧浓度、气门正时和请求的发动机扭矩。确定发动机工况之后方法600前进至604。

在604处，方法600响应于氧传感器的输出而计算喷射至发动机的校正的燃料量。如图1所示氧传感器可设置在排气系统中。

喷射至汽缸的燃料量可包括两个或多个燃料喷射量。在一个示例中，喷射至汽缸的燃料可表述为：

fuel_cyl=fuel_ol+fuel_trim

$\mathrm{fuel}\_\mathrm{ol}={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dsd}}*\frac{\mathrm{air}\_\mathrm{chg}\_\mathrm{tot}}{\mathrm{AF}\_\mathrm{stoic}}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dsd}}=1& \mathrm{stoich\; exhaust}\\ {\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dsd}}=\mathrm{air}\_\mathrm{chg}/\mathrm{air}\_\mathrm{chg}\_\mathrm{tot}& \mathrm{stoich\; in}-\mathrm{cyl}.,\mathrm{lean\; exhaust}\end{array}\right]$

$\mathrm{fuel}\_\mathrm{trim}={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{trim}}*\frac{\mathrm{air}\_\mathrm{chg}\_\mathrm{tot}}{\mathrm{AF}\_\mathrm{stoic}}({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{trim}}\mathrm{is\; the\; colsed\; loop\; fuel}-\mathrm{air}-\mathrm{ratio\; trim})$

其中fuel_cyl是输送至汽缸的燃料的估算，fuel_ol是是开环燃料量，_dsd是用于发动机运转的基于发动机转速和汽缸捕集空气量的希望的当量比，air_chg_tot是在汽缸循环期间流动穿过汽缸的空气总量，air_chg是参与汽缸内燃烧的汽缸捕集空气量，AF_stoic是发动机机中正在燃烧的燃料的化学计量空燃比，fuel_trim是基于空燃比修剪（φ_trim）的闭环燃料量调节，如图5所描述的通过从希望的减去从氧传感器输出确定的得出该空燃比修剪。应理解，闭环燃料系统允许修剪不响应施加在燃料喷射上的用于催化剂效率的方波调整（square wave modulation）。通过将在一个事件中穿过进气门的实际的空气总质量表征为m_tot，从排气氧含量推断的当量比可描述为：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{exh}}=\frac{\mathrm{fuel}\_\mathrm{cyl}+\mathrm{\Δfuel}}{m_{\mathrm{tot}}}*\mathrm{AF}\_\mathrm{stoic}=\frac{({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dsd}}+{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{trim}})*\mathrm{air}\_\mathrm{chg}\_\mathrm{tot}}{m_{\mathrm{tot}}}+\frac{\mathrm{\Δfuel}}{m_{\mathrm{tot}}}*\mathrm{AF}\_\mathrm{stoic}$

其中Δfuel是由于补偿多个其它源（例如不完全的瞬间燃料或吹扫（purge）流补偿）的不精确性导致的剩余（left-over）燃料质量。在类似的稳态状况中，闭环燃料校正（fuel_trim）使排气空燃比φ_exh=φ_dsd。计算φ_trim值（yields）的方程式：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{trim}}={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dsd}}(\frac{m_{\mathrm{tot}}}{\mathrm{air}\_\mathrm{chg}\_\mathrm{tot}}-1)-\frac{\mathrm{\Δfuel}}{\mathrm{air}\_\mathrm{chg}\_\mathrm{tot}}*\mathrm{AF}\_\mathrm{stoic}$

因此，可以观察到闭环校正φ_trim补偿不等于实际空气总质量（m_tot）的air_chg_tot和燃料补偿中的多个残余误差。确定喷射的燃料量补偿之后方法600前进至606。

在606处，方法600判断是否存在扫气状况。在一个示例中，可根据图5中框522描述的逻辑确定扫气。如果确定了扫气状况，方法600前进至608。否则，方法600前进至614。

在608处，方法600校正在汽缸循环期间流动穿过汽缸的空气总量。在一个示例中，根据如下指令校正流动穿过汽缸的空气总量：

其中blow_through_region是指示是否存在扫气状况的逻辑变量，其中air_tot_corr是校正的总的空气充气（缸内空气+扫气空气），其中phi_ratio_max和phi_ratio_min是汽缸空气总流量校正（例如+/-0.15）中使用的空燃比校正的固定（clips）或极限，其中min和max指示取圆括号中各自变量的最小值或最大值，其中rolav是具有时间常数tc_corr的一阶低通，该时间常数设置成UEGO闭环响应时间常数的2到3倍。校正流动穿过汽缸的空气总量之后方法600前进至610。

在610处，基于校正的流动穿过汽缸的空气总量分别校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量。在一个示例中，根据如下方程式确定汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量：

air_chg_corr=min{air_tot_corr,air_c*(1-r_pb)*MAP}

air_bt_corr=max{0,air_tot_corr-air_c*(1-r_pb)*MAP}

其中air_c是用于整个汽缸容积的容积效率而其中r_pb是回推率。校正汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量之后方法600前进至612。

在612处，方法调节推断的排气歧管压力。在一个示例中，方法600根据如下方程式调节推断的排气歧管压力：

exhmap_slope(k+1)=min{slope1,max{slope2,exhmap_slope(k)

-ε_adapt*(air_tot_corr(k)-air_chg_tot(k))}

其中ε_adapt是（小的）自适应增益而slope1和slope2是基于图4中显示的斜率可设置+/-1.6的校正极限。在606处描述的扫气区域进入状况可以是用于更新排气压力的基础。斜率校正可用作调节排气歧管压力的估算的基础：

air_exhmap_corr=air_exhmap+exhmap_slope*exh_mass_flow

其中可以基于穿过发动机的空气总流量估算exh_mass_flow。在一个示例中，可将穿过每个发动机汽缸的流量汇总用于确定发动机空气流量并且可以将发动机排气流量设置为等于发动机空气流量。校正发动机排气歧管压力之后方法600前进至614。

在614处，方法600响应于校正的汽缸捕集空气量、校正的汽缸扫气空气量和校正的排气压力调节执行器。可替代地，当不存在扫气时，根据未校正的汽缸捕集空气量调节执行器。在一个示例中，通过使用发动机转速和校正的汽缸捕集空气量索引经验确定的火花值的表格或函数而确定传输至发动机汽缸的火花正时。表格基于发动机转速和校正的汽缸捕集空气量输出火花提前正时并且在表格输出的正时处将火花输送至汽缸。

在另一个示例中，基于校正的扫气空气量调节凸轮相位。例如，如果扫气空气量大于希望的扫气空气量，通过从希望的扫气空气量中减去校正的扫气空气量而确定扫气误差。根据扫气误差调节进气和/或排气凸轮的相位。在一个示例中，当扫气误差为负时，减小进气和排气门重叠使得汽缸的进气和排气门同时打开更短的时间段。在另一个示例中，当扫气误差为正时增加进气和排气门重叠使得汽缸的进气和排气门同时打开更长的时间段。

以类似于响应于校正的汽缸捕集空气量调节火花正时的方式调节曲轴箱强制通风装置(PCV)阀门运转和EGR阀门运转。例如，如果校正的汽缸捕集空气量减小到更小的值，可以减小来自PCV和EGR阀门的流量。根据校正的汽缸捕集空气量和校正的汽缸扫气空气量调节发动机执行器之后方法600前进至退出。

因此，图5和6中的方法提供了一种用于运转发动机的方法，其包括：响应于汽缸扫气空气量调节第一执行器，通过氧传感器校正汽缸扫气空气量；以及响应于汽缸捕集空气量调节第二执行器，除了校正汽缸扫气空气量还通过氧传感器校正汽缸捕集空气量。这样，可基于在汽缸循环期间校正的流动穿过汽缸的空气总量分别调节汽缸捕集空气量和汽缸扫气空气量。

方法还包括其中第一执行器是气门正时执行器而其中第二执行器是向发动机提供火花的点火线圈。方法还包括其中第一执行器和第二执行器是相同的执行器。在另一个示例中，方法包括其中汽缸扫气空气量和汽缸捕集空气量是基于汽缸捕集空气总量。方法进一步包括响应于发动机转速、MAP和气门重叠而确定汽缸扫气的存在。方法还包括其中气门重叠是汽缸的进气和排气门同时打开的期间。

图5和6中的方法还提供了一种运转发动机的方法，其包括：响应于在汽缸循环期间流动穿过汽缸的校正的汽缸捕集空气总量调节燃料喷射正时；基于流动穿过汽缸的校正的汽缸捕集空气总量调节汽缸捕集空气量；基于流动穿过汽缸的校正的汽缸捕集空气总量调节汽缸扫气空气量；以及响应于汽缸捕集空气量调节第一执行器。在一些示例中，方法进一步包括响应于汽缸扫气空气量估算排气参数。方法还包括其中排气参数是排气催化剂放热。

方法还包括其中第一执行器是点火线圈，并且进一步包括响应于汽缸扫气空气量调节第二执行器。方法进一步包括第二执行器是凸轮相位执行器。方法进一步包括当汽缸扫气空气量小于希望的汽缸扫气空气量时增加进气门和排气门打开重叠以增加汽缸扫气空气量。方法还包括其中通过氧传感器的输出校正流动穿过汽缸的校正的汽缸捕集空气总量。

如本领域内的普通技术人员所理解的，图5和6中描述的方法代表任意数量处理策略中的一个或多个，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的各个步骤和功能可以描述的顺序、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本文描述的目标、功能和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。即使没有明确地描述，本领域内的普通技术人员可理解根据使用的特定策略可反复执行一个或多个描述的步骤或功能。

总而言之，本领域技术人员阅读本说明书之后，可想到多种替代和变型而不背离描述的实质和范围。例如，以天然气、汽油、柴油或替代燃料配置运转的单缸、I2、I3、I4、I5、V6、V8、V10、V12和V16发动机可使用本发明来优化。

Claims (10)

1.一种用于运转发动机的方法，包括：

响应于汽缸扫气空气量调节第一执行器，通过氧传感器校正所述汽缸扫气空气量；以及

响应于汽缸捕集空气量调节第二执行器，除所述汽缸扫气空气量之外还经由所述氧传感器校正所述汽缸捕集空气量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一执行器是气门正时执行器而其中所述第二执行器是向所述发动机提供火花的点火线圈。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一执行器是电子控制的节气门而所述第二执行器是涡轮废气门。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述汽缸扫气空气量和所述汽缸捕集空气量基于汽缸空气总量。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于校正的汽缸捕集空气量调节发动机指示的扭矩。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于发动机转速、MAP、气门重叠和涡轮增压器废气门位置确定汽缸扫气的存在。

7.根据权利要求6所述的方法，其中气门重叠是当汽缸的进气和排气门同时打开时的期间，并且其中在有益于扫气的发动机工况期间调节汽缸扫气空气量和所述汽缸捕集空气量。

8.一种用于运转发动机的方法，包括：

响应于在汽缸循环期间流动穿过汽缸的校正的汽缸空气总量调节燃料喷射正时；

基于流动穿过所述汽缸的所述校正的汽缸空气总量调节汽缸捕集空气量；

基于流动穿过所述汽缸的所述校正的汽缸空气总量调节汽缸扫气空气量；以及响应于所述汽缸捕集空气量调节第一执行器。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括响应于所述汽缸扫气空气量调节排气参数，并且其基于氧传感器的输出调节所述汽缸捕集空气量和所述汽缸扫气空气量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述排气参数是排气放热。

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