CN103573424B - 完全灵活的排气阀致动器控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及完全灵活的排气阀致动器控制系统和方法，提供了一种用于车辆的系统包括模式控制模块和阀门控制模块。模式控制模块将发动机的所需点火模式选择性地设置成火花点火(SI)模式和均质充气压缩点火(HCCI)模式中的一种。使用完全灵活的阀门致动器，阀门致动器模块响应于以下情况而选择性地调整排气阀的关闭正时：所需点火模式从HCCI模式转变到SI模式；和所需点火模式从SI模式转变到HCCI模式。

Description

完全灵活的排气阀致动器控制系统和方法
政府利益
本发明的部分或全部可能按照美国政府合同No.DE-FC26-05NT42415进行。因此，美国政府可以在本发明中享有某些权利。
技术领域
本公开涉及内燃发动机，并且更特别地涉及完全灵活的阀门控制系统和方法。
背景技术
在此提供的背景技术描述用于总体上介绍本公开的背景。目前署名的发明人的工作就其在该背景部分中描述的程度以及在其描述在提交时不会以其它方式被认为现有技术的方面，既不明确地也不隐含地认为是破坏本公开的现有技术。
空气通过进气歧管被吸入发动机。节流阀和/或发动机阀门正时控制进入发动机的空气流。空气与来自一个或多个燃料喷射器的燃料混合以形成空气燃料混合物。空气燃料混合物在发动机的一个或多个汽缸内燃烧。空气燃料混合物的燃烧可通过例如燃料的喷射或由火花塞提供的火花而引发。
空气燃料混合物的燃烧产生扭矩和排气。扭矩经由在空气燃料混合物的燃烧期间的放热和膨胀而生成。发动机将扭矩经由曲轴传递到变速器，并且变速器将扭矩经由传动系传递到一个或多个车轮。排气从汽缸排出到排气系统。
发动机控制模块(ECM)控制发动机的扭矩输出。ECM可基于驾驶员输入和/或其它输入而控制发动机的扭矩输出。驾驶员输入可包括例如加速器踏板位置、制动器踏板位置和/或一个或多个其它合适的驾驶员输入。其它输入可包括例如使用汽缸压力传感器测量的汽缸压力、基于测量的汽缸压力确定的一个或多个变量、和/或一个或多个其它合适的值。
发明内容
一种用于车辆的系统包括模式控制模块和阀门控制模块。模式控制模块将发动机的所需点火模式选择性地设置成火花点火(SI)模式和均质充气压缩点火(HCCI)模式中的一种。使用完全灵活的阀门致动器，阀门致动器模块响应于以下情况而选择性地调整排气阀的关闭正时：所需点火模式从HCCI模式转变到SI模式；和所需点火模式从SI模式转变到HCCI模式。
一种用于车辆的方法包括：将发动机的所需点火模式选择性地设置成火花点火(SI)模式和均质充气压缩点火(HCCI)模式中的一种。该方法还包括：使用完全灵活的阀门致动器，响应于以下情况而选择性地调整排气阀的关闭正时：所需点火模式从HCCI模式转变到SI模式；和所需点火模式从SI模式转变到HCCI模式。
本发明提供下列技术方案。
1.一种系统，包括：
模式控制模块，其将发动机的所需点火模式选择性地设置成火花点火(SI)模式和均质充气压缩点火(HCCI)模式中的一种；以及
阀门控制模块，其响应于下列情况使用完全灵活的阀门致动器选择性地调整排气阀的关闭正时：
所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到SI模式；和
所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式。
2.根据技术方案1所述的系统，其中响应于所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到所述SI模式，所述阀门控制模块使用所述完全灵活的阀门致动器选择性地提前所述排气阀的所述关闭正时，并且
响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块使用所述完全灵活的阀门致动器选择性地延迟所述排气阀的所述关闭正时。
3.根据技术方案2所述的系统，其中响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块将所述排气阀的所述关闭正时提前第一预定角。
4.根据技术方案2所述的系统，其中响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块将所述排气阀的所述关闭正时延迟第二预定角。
5.根据技术方案2所述的系统，其中响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块将所述排气阀的所述关闭正时提前第一预定角，并且
其中，响应于所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块将所述排气阀的所述关闭正时延迟第二预定角。
6.根据技术方案5所述的系统，其中所述第一预定角等于所述第二预定角。
7.根据技术方案5所述的系统，其中所述第一预定角为大于所述第二预定角和小于所述第二预定角之一。
8.根据技术方案1所述的系统，其中所述模式控制模块基于发动机负载将所述所需点火模式设置成所述SI模式和所述HCCI模式中的一种。
9.根据技术方案8所述的系统，其中所述模式控制模块响应于所述发动机负载大于第一预定负载的确定将所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到所述SI模式，并且
其中，所述模式控制模块响应于所述发动机负载小于第二预定负载的确定将所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式。
10.根据技术方案8所述的系统，其中所述模式控制模块进一步基于发动机速度将所述所需点火模式设置成所述SI模式和所述HCCI模式中的一种。
11.一种方法，包括：
将发动机的所需点火模式选择性地设置成火花点火(SI)模式和均质充气压缩点火(HCCI)模式中的一种；以及
响应于下列情况使用完全灵活的阀门致动器选择性地调整排气阀的关闭正时：
所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到SI模式；和
所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式。
12.根据技术方案11所述的系统，还包括：
响应于所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到所述SI模式，使用所述完全灵活的阀门致动器选择性地提前所述排气阀的所述关闭正时；以及
响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，使用所述完全灵活的阀门致动器选择性地延迟所述排气阀的所述关闭正时。
13.根据技术方案12所述的系统，还包括：响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，将所述排气阀的所述关闭正时提前第一预定角。
14.根据技术方案12所述的系统，还包括：响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，将所述排气阀的所述关闭正时延迟第二预定角。
15.根据技术方案12所述的系统，还包括：
响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，将所述排气阀的所述关闭正时提前第一预定角；以及
响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，将所述排气阀的所述关闭正时延迟第二预定角。
16.根据技术方案15所述的系统，其中所述第一预定角等于所述第二预定角。
17.根据技术方案15所述的系统，其中所述第一预定角为大于所述第二预定角和小于所述第二预定角之一。
18.根据技术方案11所述的系统，还包括：基于发动机负载将所述所需点火模式设置成所述SI模式和所述HCCI模式中的一种。
19.根据技术方案18所述的系统，还包括：
响应于所述发动机负载大于第一预定负载的确定，将所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到所述SI模式；以及
响应于所述发动机负载小于第二预定负载的确定，将所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式；以及。
20.根据技术方案18所述的系统，还包括：进一步基于发动机速度将所述所需点火模式设置成所述SI模式和所述HCCI模式中的一种。
本公开进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例仅意图用于举例说明，而并非意图限制本方面的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本公开，附图中：
图1是根据本公开的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本公开的示例性发动机控制系统的功能框图；
图3A是描绘控制排气阀关闭正时以从HCCI模式转变到SI模式的示例性方法的流程图；以及
图3B是描绘控制排气阀关闭正时以从SI模式转变到HCCI模式的示例性方法的流程图。
具体实施方式
发动机在气缸内燃烧空气和燃料的混合物以产生驱动扭矩。节流阀调节进入发动机的空气流。燃料由燃料喷射器喷射。气缸的进气阀和排气阀被控制以调节进入气缸的空气流和离开气缸的排气流。
空气燃料混合物在发动机内的燃烧可以以一种或多种方式引发。例如，在火花点火(SI)模式中的操作期间，由火花塞生成的火花可点燃空气燃料混合物。在均质充气压缩点火(HCCI)模式中的发动机的操作期间，来自压缩的热量和压力可点燃空气燃料混合物。火花塞可以在HCCI模式中的操作期间被禁用或保持启用。
传统上，气缸的进气阀和排气阀的开度受一个或多个凸轮轴的控制。然而，使用完全灵活的阀门致动(FFVA)系统，发动机的每个阀门可独立于每个其它的阀门而被控制。例如，发动机控制模块(ECM)可独立于气缸的排气阀而控制气缸的进气阀的开度。ECM还可独立于其它气缸的进气阀而控制气缸的进气阀的开度。
在HCCI模式中的操作期间，ECM基于第一预定正时调节每个气缸的排气阀关闭正时。在SI模式中的操作期间，ECM基于第二预定正时调节每个气缸的排气阀关闭正时。第二预定正时可迟于第一预定正时(即，从第一预定正时延迟)。通常，在排气阀关闭正时在排气冲程之后的上止点(TDC)之前的情况下，延迟排气阀关闭正时减少了将保持截留在气缸内的排气量，反之亦然。
为了从HCCI模式转变到SI模式，ECM可在一个发动机循环内从基于第一预定正时调节排气阀关闭正时切换到基于第二预定正时调节排气阀关闭正时。ECM可在一个发动机循环内从基于第二预定正时调节排气阀关闭正时切换到基于第一预定正时调节排气阀关闭正时以便从SI模式转变到HCCI模式。然而，排气阀关闭正时的这样的阶段变化可引起截留在气缸内的残余排气的量的变化和可被吸入气缸中的空气的量的变化以及其它受影响的参数的变化等。残余排气和/或每气缸空气(APC)的量的离散变化可引起发动机扭矩输出和/或一个或多个其它发动机操作参数的变化。
ECM因此在从HCCI模式到SI模式转变期间渐增地调整排气阀关闭正时，反之亦然。当转变到SI模式时，ECM渐增地延迟排气阀关闭正时以减少残余排气。当转变到HCCI模式时，ECM渐增地提前排气阀关闭正时以增加残余排气。在从HCCI模式到SI模式转变期间渐增地调整排气阀关闭正时可最小化发动机扭矩输出的变化的量值，反之亦然。
现在参看图1，提供了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节流阀112被吸入进气歧管110中。仅仅是举例，节流阀112可包括具有可旋转叶片的蝶阀。发动机控制模块(ECM)114控制节流阀致动器模块116，并且节流阀致动器模块116调节节流阀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。虽然发动机102可包括不止一个气缸，但是出于说明目的，示出单个代表性的气缸118。发动机102可使用四冲程循环来操作。以下描述的四冲程可被称作进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每周旋转期间，在气缸118内进行四个冲程中的两个。因此，气缸118完成所有四个冲程需要曲轴旋转两周。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀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通过燃料喷射器(未示出)调节燃料喷射以实现所需空燃比。燃料喷射器将燃料直接喷射到气缸中。燃料由低压燃料泵和高压燃料泵(未示出)提供至燃料喷射器。低压燃料泵从燃料箱抽出燃料并将燃料在低压下提供至高压燃料泵。高压燃料泵选择性地进一步对燃料加压以便直接喷入气缸中。
喷射的燃料在气缸118中与空气混合并产生空气燃料混合物。在压缩冲程期间，在气缸118内的活塞(未示出)压缩气缸118的内容物。基于来自ECM114的信号，火花致动器模块126可激励气缸118中的火花塞128。由火花塞128生成的火花在火花点火(SI)操作期间点燃空气燃料混合物。可相对于活塞处于其称为上止点(TDC)的最高位置时的时间来指定火花的正时。在均质充气压缩点火(HCCI)操作期间，由压缩生成的热量和压力引起空气燃料混合物的点燃。ECM114可控制发动机102是否使用SI或HCCI来操作。ECM114可例如基于发动机速度、发动机负载和/或一个或多个其它合适的参数来确定是否使用HCCI或SI操作发动机102。
生成火花可被称为点火事件。火花致动器模块126可具有为每个点火事件改变火花正时的能力。火花致动器模块126在火花正时在上一次点火事件和下一次点火事件之间变化时甚至能够为下一次点火事件改变火花正时。
在燃烧冲程期间，空气燃料混合物的燃烧驱动活塞远离TDC，从而驱动曲轴。燃烧冲程可被定义为在活塞到达TDC和活塞返回到下止点(BDC)的时间之间的时间。
在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且通过诸如排气阀130的一个或多个排气阀排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统134从车辆排出。
进气阀致动器148控制进气阀122的致动。排气阀致动器150控制排气阀130的致动。阀门致动器模块158基于来自ECM114的信号控制进气阀致动器148和排气阀致动器150。
进气阀致动器148和排气阀致动器150分别控制进气阀122和排气阀130的打开和关闭。进气阀致动器148和排气阀致动器150是完全灵活的阀门致动器。进气阀致动器148和排气阀致动器150可包括例如电液致动器、机电致动器或另一种合适类型的完全灵活的阀门致动器。完全灵活的阀门致动器可以是基于凸轮轴的阀门致动器或无凸轮阀门致动器。可以为发动机102的每个进气阀提供一个完全灵活的阀门致动器，并且可以为发动机102的每个排气阀提供一个完全灵活的阀门致动器。在各种实施中，可以为每个气缸的一组进气阀提供一个完全灵活的阀门致动器，并且可以为每个气缸的一组排气阀提供一个完全灵活的阀门致动器。在各种实施中，可以为发动机102的所有进气阀提供一个完全灵活的阀门致动器，并且可以为发动机102的所有排气阀提供一个完全灵活的阀门致动器。
完全灵活的进气阀致动器和排气阀致动器使发动机102的每个进气阀和排气阀的致动能够独立于每个其它的阀门而被控制。进气阀致动器和排气阀致动器提供可被称为完全灵活的阀门致动(FFVA)。使用FFVA，进出每个气缸的气体的流量可被调节(通过对进气阀和排气阀的打开和关闭的控制)以控制进出气缸的流量和因此每个气缸内的燃烧条件。例如，气缸的排气阀关闭正时可被调整(提前或延迟)以控制截留在每个气缸内的残余排气的量。
发动机系统100可包括向进气歧管110提供加压空气的增压装置。例如，图1示出包括由流过排气系统134的热排气提供动力的热涡轮160-1的涡轮增压器。涡轮增压器还包括冷空气压缩机160-2，其由涡轮160-1驱动并且压缩通入节流阀112的空气。在各种实施中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可以压缩来自节流阀112的空气并将压缩空气输送至进气歧管110。
废气门162可允许排气绕过涡轮160-1，从而减少涡轮增压器的增压(或进气压缩量)。ECM114可经由增压致动器模块165控制涡轮增压器。增压致动器模块165可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器的增压。在各种实施中，可由增压致动器模块165控制多个涡轮增压器。涡轮增压器可具有可由增压致动器模块165控制的可变几何形状。
中间冷却器(未示出)可消耗包含在压缩的空气充气中的一些热量，该热量在空气被压缩时产生。压缩的空气充气也可从排气系统134的部件吸收了热量。虽然为了说明而示出为单独的，但涡轮160-1和压缩机160-2可附接到彼此，从而使进气紧邻热排气。
发动机系统100可包括排气再循环(EGR)阀164，该阀门将排气选择性地重新导向回进气歧管110。EGR阀164可位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR致动器模块166可基于来自ECM114的信号控制EGR阀164。
曲轴的位置可使用曲轴位置传感器170测量。发动机速度、发动机加速度、和/或一个或多个其它参数可基于曲轴位置来确定。发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器171测量。ECT传感器171可位于发动机102内或冷却剂流过的其它位置处，例如散热器(未示出)。
进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器172测量。在各种实施中，可测量发动机真空，其为环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差值。流入进气歧管110中的空气的质量流量可使用质量空气流量(MAF)传感器173测量。在各种实施中，MAF传感器173可位于还包括节流阀112的外壳中。
节流阀112的位置可使用一个或多个节流阀位置传感器(TPS)174测量。例如，第一节流阀位置传感器174-1和第二节流阀位置传感器174-2监测节流阀112的位置并基于节流阀位置分别生成第一和第二节流阀位置(TPS1和TPS2)。吸入发动机102中的空气的温度可使用进气温度(IAT)传感器175来测量。ECM114可使用来自该传感器和/或一个或多个其它传感器的信号为发动机系统100做出控制决策。
变速器控制模块194可控制变速器(未示出)的操作。ECM114可出于各种原因与变速器控制模块194通信，例如以共享参数并协调发动机的操作与变速器的操作。例如，ECM114可在换挡期间选择性地减小发动机扭矩。ECM114可与混合控制模块196通信以协调发动机102和电动马达198的操作。
电动马达198还可充当发电机，并可用来产生电能以便由车辆的电气系统使用和/或储存在电池中。电动马达198还可充当马达，并可用来例如补充或替代发动机扭矩输出。在各种实施中，ECM114、变速器控制模块194和混合控制模块196的各种功能可以一体化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致动器。每个致动器接收致动器值。例如，节流阀致动器模块116可被称为致动器，并且节流阀打开面积可被称为致动器值。在图1的示例中，节流阀致动器模块116通过调整节流阀112的叶片的角度来实现节流阀的打开面积。
相似地，火花致动器模块126可被称为致动器，同时对应的致动器值可以是相对于气缸TDC的火花提前量。其它致动器可包括燃料致动器模块124、阀门致动器模块158、增压致动器模块165和EGR致动器模块166。对于这些致动器来说，致动器值可分别对应于燃料供给速度、进气阀正时和排气阀正时、增压压力和EGR阀打开面积。ECM114可控制致动器值，以便使发动机102产生所需的发动机输出扭矩。
现在参看图2，示出了包括ECM114的一部分的示例性发动机控制系统的功能框图。ECM114的示例性实施包括驾驶员扭矩模块202、轮轴扭矩仲裁模块204和推进扭矩仲裁模块206。ECM114可包括混合优化模块208。ECM114的示例性实施还包括储备/负载模块220、致动模块224、空气控制模块228、火花控制模块232和燃料控制模块240。ECM114的示例性实施还包括增压调度模块248和阀门控制模块252。
驾驶员扭矩模块202可基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入254来确定驾驶员扭矩请求253(例如，牛顿米(Nm))。驾驶员输入254可基于例如加速器踏板的位置和制动器踏板的位置。驾驶员输入254还可基于来自可以是自适应巡航控制系统的巡航控制系统的输入。自适应巡航控制系统改变车辆速度以保持预定的跟随距离。
驾驶员扭矩模块202可进一步基于车辆速度255确定驾驶员扭矩请求253。仅仅是举例，车辆速度255可基于一个或多个测量的车轮速度、变速器输出轴速度、和/或一个或多个其它合适的参数来生成。
轮轴扭矩仲裁模块204在驾驶员扭矩请求253和其它轮轴扭矩请求256之间进行仲裁。轮轴扭矩(到车轮的扭矩)可由包括发动机和/或电动马达的各种源产生。轮轴扭矩仲裁模块204基于在驾驶员请求253和轮轴扭矩请求256之间的仲裁结果来输出预测扭矩请求257(例如，以Nm计)和即时扭矩请求258（例如，以Nm计)。如以下所述，来自轮轴扭矩仲裁模块204的预测扭矩请求257和即时扭矩请求258在用于控制发动机系统100的致动器之前可选择性地由其它模块调整。
一般而言，即时扭矩请求258是当前所需轮轴扭矩的量，而预测扭矩请求257是在临时通知时可能需要的轮轴扭矩的量。ECM114控制发动机系统100以产生等于即时扭矩请求258的轮轴扭矩。然而，致动器值的不同组合可导致相同的轮轴扭矩。ECM114可因此调整致动器值以允许较快地转变到预测扭矩请求257，同时使轮轴扭矩仍保持在即时扭矩请求258。
在各种实施中，预测扭矩请求257可基于驾驶员扭矩请求253。即时扭矩请求258可小于预测扭矩请求257，例如当驾驶员扭矩请求253正引起车轮在冰面上滑动时。在这种情况下，牵引力控制系统(未示出)可通过即时扭矩请求258来请求减小，并且ECM114将由发动机系统100产生的扭矩减小到即时扭矩请求258。然而，ECM114控制发动机系统100，使得一旦车轮停止滑动，发动机系统100可迅速地重新开始产生预测扭矩请求257。
轮轴扭矩仲裁模块204可将预测扭矩请求257和即时扭矩请求258输出到推进扭矩仲裁模块206。在各种实施中，轮轴扭矩仲裁模块204可将预测扭矩请求257和即时扭矩请求258输出到混合优化模块208。
混合优化模块208可确定应该由发动机102产生的扭矩的大小和应该由电动马达198产生的扭矩的大小。混合优化模块208然后可将修改的预测扭矩请求259和即时扭矩请求260(例如，以Nm计)分别输出到推进扭矩仲裁模块206。在各种实施中，混合优化模块208可实施于混合控制模块196中。
由推进扭矩仲裁模块206接收的预测扭矩请求和即时扭矩请求被从轮轴扭矩域(车轮处的扭矩)转换成推进扭矩域(曲轴处的扭矩)。这种转换可在混合优化模块208之前、之后、作为其一部分发生，或者替代混合优化模块208发生。
推进扭矩仲裁模块206在推进扭矩请求279与由接收的预测和即时扭矩请求向推进扭矩域的转换所产生的预测和即时推进扭矩请求之间仲裁。推进扭矩仲裁模块206生成仲裁的预测扭矩请求261(例如，以Nm计)和仲裁的即时扭矩请求262(例如，以Nm计作为仲裁结果)。仲裁的扭矩请求261和仲裁的扭矩请求262可通过从接收的扭矩请求中选择获胜的请求而生成。替代地或另外地，仲裁的扭矩请求261和仲裁的扭矩请求262可通过基于接收的扭矩请求中的另一个或多个来修改接收的扭矩请求中的一个而生成。
储备/负载模块220接收仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的即时扭矩请求262。储备/负载模块220可调整仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的即时扭矩请求262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然后将调整的预测扭矩请求263和调整的即时扭矩请求264(例如，以Nm计)输出到致动模块224。
一般而言，在调整的即时扭矩请求264和(通常更高的)调整的预测扭矩请求263之间的差值可被称为扭矩储备(例如，以Nm计)。扭矩储备可表示发动机系统100可以最小延迟开始产生的额外的扭矩(超过调整的即时扭矩请求264)的量。扭矩储备可承担所需扭矩的突然增加。仅仅是举例，由空气调节器或动力转向泵施加的突然负载可通过增加调整的即时扭矩请求264而使用全部或部分扭矩储备来抵消。
使用扭矩储备的另一个示例是减小慢速致动器值的波动。由于其相对慢的速度，改变慢速致动器值可能产生控制不稳定性。此外，慢速致动器可包括机械部件，该机械部件可能在频繁移动时汲取更多功率和/或更迅速地磨损。产生足够的扭矩储备允许通过经由调整的即时扭矩请求264改变快速致动器并同时保持慢速致动器的值来做出所需扭矩的变化。
储备/负载模块220还可在预期诸如动力转向泵操作或空气调节(A/C)压缩机离合器的接合的未来负载时产生或增加扭矩储备。用于A/C压缩机离合器的接合的扭矩储备可在驾驶员第一次请求空气调节时产生。储备/负载模块220可增加调整的预测扭矩请求263，同时使调整的即时扭矩请求264保持不变以产生扭矩储备。然后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负载模块220可使调整的即时扭矩请求264增加A/C压缩机离合器的估计负载。
致动模块224接收调整的预测扭矩请求263和调整的即时扭矩请求264。致动模块224确定将如何获得调整的预测扭矩请求263和调整的即时扭矩请求264。在各种实施中，致动模块224可基于调整的预测扭矩请求263生成空气扭矩请求265(例如，以Nm计)。空气扭矩请求265可设置成等于调整的预测扭矩请求263，从而将空气流设置成使得调整的预测扭矩请求263能通过诸如火花致动器模块126和/或燃料致动器模块124的其它致动器的改变而实现。
空气控制模块228基于空气扭矩请求265确定所需致动器值。仅仅是举例，空气控制模块228可基于空气扭矩请求265确定所需歧管绝对压力(MAP)266、所需节流阀位置267、和/或所需每气缸空气质量(APC)268。
致动模块224还可生成火花扭矩请求269和燃料扭矩请求271。致动模块224可基于调整的即时扭矩请求264生成火花扭矩请求269和燃料扭矩请求271。火花扭矩请求269可由火花控制模块232用来确定从校准的火花正时延迟火花正时的量，如果有的话。校准的火花正时可基于各种发动机操作条件改变。
仅仅是举例，扭矩关系可被颠倒以求出所需火花正时273。对于给定扭矩请求(TDes)，所需火花正时(SDes)273可基于下式确定：
(1)，
其中APC为每气缸空气，I为进气阀正时，E为排气阀正时，AF为空燃比，OT为油温，并且#为启用的气缸的数量。也可考虑另外的变量，例如EGR阀164的开度。这种关系可具体化为公式和/或查找表。
当火花正时被设定到校准的火花正时时，所得的扭矩可尽可能接近最大最佳扭矩(MBT)。MBT是指在使用具有大于预定辛烷值的辛烷值的燃料并使用化学计量供给燃料的同时在火花提前被增加时对于给定空气流生成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火花正时。校准的火花正时可因为例如燃料质量(例如当使用较低辛烷燃料时)和环境因素而与MBT火花正时略微不同。在校准的火花正时时的发动机输出扭矩可因此小于MBT。
燃料控制模块240可基于燃料扭矩请求271控制提供至气缸的燃料的量。在火花点火发动机的正常操作期间，燃料控制模块240可以空气主导模式操作，在该模式下，燃料控制模块240试图通过基于空气流控制燃料供给来保持化学计量空燃比。例如，燃料控制模块240可确定将以当前的APC产生化学计量燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可通过燃料供给速度272指示燃料致动器模块124将该燃料质量喷射到每个启用的气缸中。燃料控制模块240还控制燃料喷射的正时和用于每次燃料喷射的燃料脉冲的数量。
空气控制模块228可基于空气扭矩请求265确定所需节流阀位置267。空气控制模块228可将所需节流阀位置267输出到节流阀控制模块280。节流阀控制模块280可基于所需节流阀位置267使用闭环控制生成所需脉宽调制(PWM)信号282。节流阀致动器模块116基于所需PWM信号282致动节流阀112。虽然示出和讨论了PWM，但节流阀控制模块280可使用另一种合适类型的信号控制节流阀致动器模块116。
空气控制模块228可将所需MAP266输出到增压调度模块248。增压调度模块248使用所需MAP266来控制增压致动器模块165。增压致动器模块165然后控制一个或多个涡轮增压器(例如，包括涡轮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基于空气扭矩请求265确定所需APC268。仅仅是举例，扭矩关系也可被颠倒以求出所需APC268。对于给定的扭矩请求(TDes)来说，可基于下式确定所需APC268(APCDes)：
(2)，
其中S为火花正时，I为进气阀正时，E为排气阀正时，AF为空燃比，OT为油温，并且#为启用的气缸的数量。此外，也可考虑另外的变量，例如EGR阀164的开度。这种关系可具体化为公式和/或查找表。火花正时(S)、进气阀正时(I)和排气阀正时(E)、以及空燃比(AF)可以是如由火花控制模块232、阀门控制模块252和燃料控制模块240所报告的实际值。
阀门控制模块252根据所需APC268的函数确定气缸的预定点火次序中下一个气缸的所需进气阀正时290。该函数可具体化为公式和/或查找表。附加地或替代地，阀门控制模块252可以根据截留的残余排气的所需量的函数确定气缸的预定点火次序中下一个气缸的所需进气阀正时290。
阀门控制模块252还确定所需排气阀正时292。阀门控制模块252可根据所需APC268的函数确定所需排气阀正时292。附加地或替代地，阀门控制模块252可以根据截留的残余排气的所需量的函数确定气缸的预定点火次序中下一个气缸的所需排气阀正时292。在各种实施中，阀门控制模块252可确定所需排气阀正时292并且可基于所需排气阀正时292确定所需进气阀正时290，或者反之亦然。
阀门正时可包括阀门（例如进气阀或排气阀）的打开正时(例如，以曲柄角度CAD计)和阀门的关闭正时(例如，以CAD计)。在阀门的打开正时和关闭正时之间的时期可被称为阀门持续时间。换句话讲，阀门持续时间可以指阀门在燃烧循环期间打开的时期。
燃料控制模块240、火花控制模块232、节流阀控制模块280和阀门控制模块252可基于所需点火模式294做出控制决策。模式控制模块296可在给定时间将所需点火模式294设置成SI模式和HCCI模式中的一种。虽然模式控制模块296将讨论为将所需点火模式294设置成两个离散模式(SI模式或HCCI模式)中的一种，但是模式控制模块196还可将所需点火模式294设置成一种或多种混合的SI/HCCI模式，其中燃烧包括SI燃烧分量和HCCI燃烧分量两者。例如，在混合的SI/HCCI燃烧中，燃烧可以始于SI火焰传播并结束于剩余的充气的HCCI自燃。模式控制模块196可将所需点火模式294设置成混合模式以便实现就SI燃烧分量和HCCI燃烧分量而言具有所需特性的混合SI/HCCI燃烧。相应地，如本文所用，从SI模式转变到HCCI模式可以指在所需点火模式294中从SI模式到HCCI模式的两种转变以及转变以更多HCCI燃烧和更少SI燃烧地操作。从HCCI模式转变到SI模式可相应地指在所需点火模式294中从HCCI模式到SI模式的两种转变以及转变以更多SI燃烧和更少HCCI燃烧地操作。
当所需点火模式294被设置成SI模式时可提供火花以用于燃烧。当所需点火模式294被设置成HCCI模式时火花可以被禁用或可以保持启用。在各种实施中，在所需点火模式294被设置成HCCI模式时，可在一些时候提供或一直提供火花。
模式控制模块296可基于发动机负载298、发动机速度299、和/或一个或多个其它合适的参数在给定时间将所需点火模式294设置成SI模式和HCCI模式中的一种。仅仅是举例，模式控制模块296可在发动机负载298大于第一预定发动机负载时将所需点火模式294设置成SI模式。模式控制模块296可在发动机负载298小于第二预定发动机负载时将所需点火模式294设置成HCCI模式。第一预定发动机负载和第二预定发动机负载可以是相同的或可以是不同的。例如，第一预定发动机负载可在从HCCI模式转变到SI模式时等于第二预定发动机负载，并且第一预定发动机负载可在从SI模式转变到HCCI模式时大于第二预定发动机负载。发动机负载298可基于诸如当前APC的APC和/或一个或多个其它合适的参数确定。发动机速度299可例如基于来自曲轴位置传感器170的测量而生成。
当所需点火模式294被设置成HCCI模式时，阀门控制模块252基于第一预定正时(通过所需排气阀正时292)调节气缸中的每一个的排气阀关闭正时。例如，当所需点火模式294被设置成HCCI模式时，阀门控制模块252可将气缸中的每一个的排气阀关闭正时设置成第一预定正时。在所需点火模式294被设置成HCCI模式的同时，阀门控制模块252可基于一个或多个发动机操作参数根据第一预定正时选择性地调整(即，提前或推迟)排气阀关闭正时。
当所需点火模式294被设置成SI模式时，阀门控制模块252基于第二预定正时调节气缸中的每一个的排气阀关闭正时。例如，当所需点火模式294被设置成SI模式时，阀门控制模块252可将气缸中的每一个的排气阀关闭正时设置成第二预定正时。在所需点火模式294被设置成SI模式的同时，阀门控制模块252可基于一个或多个发动机操作参数根据第二预定正时选择性地调整排气阀关闭正时。第二预定正时迟于第一预定正时(即，从第一预定正时延迟)。
当所需点火模式294从HCCI模式转变到SI模式时，阀门控制模块252在从一个发动机循环(例如，当前的发动机循环)到下一个发动机循环时可切换成基于第二预定正时调节气缸中的每一个的排气阀关闭正时。更具体而言，阀门控制模块252可在一个发动机循环期间基于第一预定正时(用于HCCI模式)控制排气阀关闭正时并在下一个发动机循环期间基于第二预定正时(用于SI模式)控制排气阀关闭正时。
当所需点火模式294从SI模式转变到HCCI模式时，情况相反。当所需点火模式294从SI模式转变到HCCI模式时，阀门控制模块252在从一个发动机循环到下一个发动机循环时可切换成基于第一预定正时调节气缸中的每一个的排气阀关闭正时。
然而，在连续的发动机循环之间的排气阀关闭正时的这样的阶梯变化影响截留在每个气缸内的残余排气的量。在气缸内的残余排气的量影响可被吸入进气缸中的空气的量。残余排气和/或APC的量的变化可引起发动机扭矩输出的变化。
响应于所需点火模式294的转变，阀门控制模块252渐增地调整排气阀关闭正时。阀门控制模块252可将排气阀关闭正时例如按点火事件调整预定量(例如，角度)或按发动机循环调整预定量。预定量可以是固定值或者可以是可变值。渐增地调整排气阀关闭正时可在从HCCI操作到SI操作的转变期间最小化发动机扭矩输出的变化，反之亦然。
当按点火事件调整排气阀关闭正时时，将按气缸的点火次序逐气缸地调整排气阀关闭正时。换句话讲，排气阀关闭正时将用于一个气缸，并且排气阀关闭正时将被调整预定量并按气缸的点火次序用于下一个气缸。排气阀关闭正时将第二次被调整预定量并按点火次序用于下一个气缸，以此类推。
当按发动机循环调整排气阀关闭正时时，将按发动机循环将用于所有气缸的排气阀关闭正时调整一次。换句话讲，排气阀关闭正时将在一个发动机循环期间用于所有的气缸，并且在下一个发动机循环期间排气阀关闭正时将被调整预定量并用于所有的气缸。排气阀关闭正时将在下一个发动机循环期间第二次被调整预定量并用于所有的气缸，依此类推。
响应于所需点火模式294从HCCI模式到SI模式的转变，阀门控制模块252使用第一预定量(例如，以度计的角度)将排气阀关闭正时从第一预定正时朝第二预定正时递增地延迟或递增地延迟到第二预定正时。阀门控制模块252可将排气阀关闭正时例如每一点火事件或每一发动机循环延迟第一预定量。
响应于从SI模式到HCCI模式的所需点火模式294的转变，阀门控制模块252使用第二预定量(例如，以度计的角度)将排气阀关闭正时从第一预定正时朝第二预定正时渐增地提前和/或渐增地提前到第二预定正时。阀门控制模块252可以将排气阀关闭正时例如每一点火事件或每一发动机循环提前第二预定量。第一和第二预定量可以是相同的或可以是不同的。
现在参看图3A，描绘了控制排气阀关闭正时以便从HCCI模式转变到SI模式的示例性方法的流程图。控制可始于304，此时所需点火模式294设置成HCCI模式。在304处，控制可确定所需点火模式294是否从HCCI模式转变到SI模式。如果否，则控制可以结束。如果是，则在308处，控制将排气阀关闭正时朝第二预定正时递增地延迟第一预定量或延迟到第二预定正时。控制可以将排气阀关闭正时例如每一点火事件或每一发动机循环延迟第一预定量。延迟排气阀关闭正时减少了将截留在气缸内的残余排气，从而允许将更大量的空气在下一个发动机循环期间吸入气缸中。
现在参看图3B，描绘了控制排气阀关闭正时以便从SI模式转变到HCCI模式的示例性方法的流程图。控制可始于354，此时所需点火模式294设置成SI模式。在354处，控制可确定所需点火模式294是否从SI模式转变到HCCI模式。如果否，则控制可以结束。如果是，则在358处，控制将排气阀关闭正时朝第一预定正时递增地提前第二预定量或提前到第一预定正时。控制可以将排气阀关闭正时例如每一点火事件或每一发动机循环提前第二预定量。提前排气阀关闭正时增加将截留在气缸内的残余排气，从而减少将在下一个发动机循环期间吸入到气缸中的空气的量。
上面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本公开、其应用或用途。本公开的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本公开包括具体示例，但本公开的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和随附权利要求书的基础上其它修改将变得显而易见。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如本文所用，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为是指使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序(或同时地)执行方法内的一个或多个步骤。
如本文所用，术语模块可以指属于或包括：专用集成电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享、专用或成组)；提供所描述功能的其它合适的硬件部件；或以上的一些或全部的组合，例如在片上系统中。术语模块可包括存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用或成组)。
如在上面所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码并可指程序、例程、函数、类和/或对象。如在上面所使用的术语“共享”意味着来自多个模块的一些或全部代码可使用单个(共享)处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个(共享)存储器来存储。如在上面所使用的术语“成组”意味着来自单个模块的一些或全部代码可使用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器来存储。
本文所述设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现。计算机程序包括存储在非暂时的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括存储的数据。非暂时的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。

Claims (18)

1.一种完全灵活的排气阀致动器控制系统，包括：
模式控制模块，其将发动机的所需点火模式选择性地设置成火花点火(SI)模式和均质充气压缩点火(HCCI)模式中的一种；以及
阀门控制模块，其响应于下列情况使用完全灵活的阀门致动器选择性地调整排气阀的关闭正时：
所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到SI模式；和
所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，
其中响应于所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到所述SI模式，所述阀门控制模块使用所述完全灵活的阀门致动器选择性地提前所述排气阀的所述关闭正时，并且
响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块使用所述完全灵活的阀门致动器选择性地延迟所述排气阀的所述关闭正时。
2.根据权利要求1所述的系统，其中响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块将所述排气阀的所述关闭正时提前第一预定角。
3.根据权利要求1所述的系统，其中响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块将所述排气阀的所述关闭正时延迟第二预定角。
4.根据权利要求1所述的系统，其中响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块将所述排气阀的所述关闭正时提前第一预定角，并且
其中，响应于所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，所述阀门控制模块将所述排气阀的所述关闭正时延迟第二预定角。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一预定角等于所述第二预定角。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一预定角为大于所述第二预定角和小于所述第二预定角之一。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述模式控制模块基于发动机负载将所述所需点火模式设置成所述SI模式和所述HCCI模式中的一种。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述模式控制模块响应于所述发动机负载大于第一预定负载的确定将所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到所述SI模式，并且
其中，所述模式控制模块响应于所述发动机负载小于第二预定负载的确定将所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述模式控制模块进一步基于发动机速度将所述所需点火模式设置成所述SI模式和所述HCCI模式中的一种。
10.一种完全灵活的排气阀致动器控制方法，包括：
将发动机的所需点火模式选择性地设置成火花点火(SI)模式和均质充气压缩点火(HCCI)模式中的一种；以及
响应于下列情况使用完全灵活的阀门致动器选择性地调整排气阀的关闭正时：
所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到SI模式；
所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式；
响应于所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到所述SI模式，使用所述完全灵活的阀门致动器选择性地提前所述排气阀的所述关闭正时；以及
响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，使用所述完全灵活的阀门致动器选择性地延迟所述排气阀的所述关闭正时。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，将所述排气阀的所述关闭正时提前第一预定角。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，将所述排气阀的所述关闭正时延迟第二预定角。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：
响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，将所述排气阀的所述关闭正时提前第一预定角；以及
响应于所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式，将所述排气阀的所述关闭正时延迟第二预定角。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一预定角等于所述第二预定角。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一预定角为大于所述第二预定角和小于所述第二预定角之一。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括：基于发动机负载将所述所需点火模式设置成所述SI模式和所述HCCI模式中的一种。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
响应于所述发动机负载大于第一预定负载的确定，将所述所需点火模式从所述HCCI模式转变到所述SI模式；以及
响应于所述发动机负载小于第二预定负载的确定，将所述所需点火模式从所述SI模式转变到所述HCCI模式；以及。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：进一步基于发动机速度将所述所需点火模式设置成所述SI模式和所述HCCI模式中的一种。
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