CN103670732A - 用于气缸起用和停用控制系统的进气端口压力预测 - Google Patents

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Abstract

一种系统，包括参数模块，所述参数模块确定节气门位置和发动机负载中的至少一个。气缸状态模块产生表示发动机的每个气缸的起用状态的状态信号。所述气缸状态模块确定气缸中的一个或多个是否起用。在所有气缸起用时，第一压力预测模块根据第一模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个来预测发动机的气缸的第一进气端口压力。在气缸中的一个或多个停用时，第二压力预测模块根据第二模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个以及状态信号来预测停用气缸的第二进气端口压力。

Description

用于气缸起用和停用控制系统的进气端口压力预测
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年9月10日提交的美国临时申请No. 61/698,983的权益。上述申请的公开内容在此作为参考全文引入。
本申请与2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,351、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,586、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,590、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,435、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,471、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,737、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,701、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,518、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/799,129、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,540、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,574、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/799,181、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/799,116、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,624、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,384、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,775和2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,400有关。上述申请的公开内容在此作为参考全文引入。
技术领域
本发明涉及内燃发动机，且更具体地涉及气缸起用和停用控制系统和方法。
背景技术
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作（在背景技术部分描述的程度上）和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
内燃发动机（ICE）在气缸内燃烧空气和燃料的混合物（空气/燃料混合物），以致动活塞且产生驱动扭矩。ICE的空气流量和燃料喷射可分别经由节气门和燃料喷射系统控制。节气门的位置调节会调节进入ICE的空气流量。燃料喷射系统可以用于调节燃料喷射到气缸中的速率，以在气缸中提供预定空气/燃料混合物和/或实现来自于ICE的预定扭矩输出。增加气缸的空气和/或燃料的量增加ICE的扭矩输出。
在某些情况期间，ICE的一个或多个气缸可停用，以例如节省燃料。气缸的停用可包括停用气缸的进气和/或排气阀，且中止燃料喷射到气缸中。一个或多个气缸可例如在有效的其余气缸能够产生请求输出扭矩量时停用。
发明内容
提供一种系统，所述系统包括参数模块，所述参数模块确定节气门位置和发动机负载中的至少一个。气缸状态模块产生表示发动机的每个气缸的起用状态的状态信号。所述气缸状态模块确定气缸中的一个或多个是否起用。在所有气缸起用时，第一压力预测模块根据第一模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个来预测发动机的气缸的第一进气端口压力。在气缸中的一个或多个停用时，第二压力预测模块根据第二模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个以及状态信号来预测停用气缸的第二进气端口压力。
在其它特征中，提供一种方法，所述方法包括：确定节气门位置和发动机负载中的至少一个。产生表示发动机的每个气缸的起用状态的状态信号。所述方法还包括：确定气缸中的一个或多个是否停用。在所有气缸起用时，根据第一模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个来预测气缸的第一进气端口压力。在气缸中的一个或多个停用时，根据第二模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个以及状态信号来预测停用气缸的第二进气端口压力。
方案1. 一种系统，包括：
参数模块，所述参数模块确定节气门位置和发动机负载中的至少一个，其中，发动机包括多个气缸；
气缸状态模块，所述气缸状态模块产生表示所述多个气缸中的每个的起用状态的状态信号，其中，所述气缸状态模块确定所述多个气缸中的一个或多个是否停用；
第一压力预测模块，所述第一压力预测模块在所述多个气缸中的全部都起用时根据第一模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个来预测所述多个气缸的第一进气端口压力；以及
第二压力预测模块，所述第二压力预测模块在所述多个气缸中的一个或多个停用时根据第二模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个以及状态信号来预测停用气缸的第二进气端口压力。
方案2. 根据方案1所述的系统，其中，所述第二模型包括第一模型和考虑如下的求和：
停用气缸；以及
气缸循环在一个停用气缸之后的相继起用气缸的空气质量值的衰减率。
方案3. 根据方案1所述的系统，其中：
第一模型包括：
将气缸的多个第一时间事件的预测进气端口压力求和的第一求和，和
将多个第二时间事件的基于节气门位置的压力值求和的第二求和；以及
第二模型包括：
第一求和，
第二求和，和
基于状态信号的压力值的第三求和。
方案4. 根据方案3所述的系统，其中，所述多个第一时间事件包括所述多个第二时间事件。
方案5. 根据方案3所述的系统，其中，所述多个第一时间事件包括所述多个第二时间事件中不包括的时间事件。
方案6. 根据方案3所述的系统，其中，所述多个第二时间事件包括所述多个第二时间事件中不包括的时间事件。
方案7. 根据方案1所述的系统，其中，所述第二压力预测模块基于所述多个气缸的起用和停用序列来预测第二进气端口压力。
方案8. 根据方案1所述的系统，其中：
第一压力预测模块在所述多个气缸中的全部对于第一预测进气端口压力的时间事件都起用时根据第一模型来预测第一预测进气端口压力；以及
第二压力预测模块在所述多个气缸中的一个或多个对于第二预测进气端口压力的时间事件停用时根据第二模型来预测第二预测进气端口压力。
方案9. 根据方案1所述的系统，其中：
第一模型和第二模型包括当前气缸的时间事件的压力项；以及
第一压力预测模块和第二压力预测模块中的至少一个基于发动机歧管的当前压力和过去压力的模型以及发动机速度来直接确定压力项。
方案10. 根据方案1所述的系统，其中：
第一模型包括在当前气缸的时间事件之后的时间事件的压力项；以及
第二模型包括将压力项乘以所述多个气缸的起用和停用序列的矩阵函数。
方案11. 根据方案1所述的系统，还包括质量预测模块，所述质量预测模块：
在所述多个气缸中的全部都起用时基于第一进气端口压力来预测所述多个气缸的第一空气质量值；以及
在所述多个气缸中的一个或多个停用时基于第二进气端口压力来预测所述多个气缸的第二空气质量值。
方案12. 一种方法，包括：
确定节气门位置和发动机负载中的至少一个，其中，发动机包括多个气缸；
产生表示所述多个气缸中的每个的起用状态的状态信号；
确定所述多个气缸中的一个或多个是否停用；
在所述多个气缸中的全部都起用时，根据第一模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个来预测所述多个气缸的第一进气端口压力；以及
在所述多个气缸中的一个或多个停用时，根据第二模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个以及状态信号来预测停用气缸的第二进气端口压力。
方案13. 根据方案12所述的方法，其中，所述第二模型包括第一模型和考虑如下的求和：
停用气缸；以及
气缸循环在一个停用气缸之后的相继起用气缸的空气质量值的衰减率。
方案14. 根据方案12所述的方法，其中：
第一模型包括：
将气缸的多个第一时间事件的预测进气端口压力求和的第一求和，和
将多个第二时间事件的基于节气门位置的压力值求和的第二求和；以及
第二模型包括：
第一求和，
第二求和，和
基于状态信号的压力值的第三求和。
方案15. 根据方案14所述的方法，其中：
所述多个第一时间事件包括所述多个第二时间事件中不包括的时间事件；以及
所述多个第二时间事件包括所述多个第二时间事件中不包括的时间事件。
方案16. 根据方案12所述的方法，还包括：基于所述多个气缸的起用和停用序列来预测第二进气端口压力。
方案17. 根据方案12所述的方法，还包括：
在所述多个气缸中的全部对于第一预测进气端口压力的时间事件都起用时根据第一模型来预测第一预测进气端口压力；以及
在所述多个气缸中的一个或多个对于第二预测进气端口压力的时间事件停用时根据第二模型来预测第二预测进气端口压力。
方案18. 根据方案12所述的方法，还包括：基于发动机歧管的当前压力和过去压力的模型以及发动机速度来直接确定压力项，
其中，第一模型和第二模型包括当前气缸的时间事件的压力项。
方案19. 根据方案12所述的方法，其中：
第一模型包括在当前气缸的时间事件之后的时间事件的压力项；以及
第二模型包括将压力项乘以所述多个气缸的起用和停用序列的矩阵函数。
方案20. 根据方案12所述的方法，还包括：
在所述多个气缸中的全部都起用时基于第一进气端口压力来预测所述多个气缸的第一空气质量值；以及
在所述多个气缸中的一个或多个停用时基于第二进气端口压力来预测所述多个气缸的第二空气质量值。
本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于说明的目的且并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的结合每缸空气量模块的发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的结合每缸空气量模块的示例性发动机控制模块的功能框图；
图3是图1和2的每缸空气量模块的功能框图；和
图4图示根据本发明的操作图1的发动机系统和图1－3的每缸空气量模块的方法。
具体实施方式
空气流量计（例如，空气质量流量传感器）可用于测量进入发动机的进气歧管的空气。空气流量计可以位于发动机的上游且可以在每个气缸进气事件之前取样。当发动机的所有气缸起用时，在气缸进气事件之间存在一致数量的曲轴角。作为示例，对于所有八个气缸起用的八缸发动机，每个气缸进气事件可以在发动机曲轴每旋转90°之后发生。进气阀在气缸进气事件期间打开以将空气抽吸到相应气缸中。对于单个发动机循环，发动机的曲轴可以旋转两次（720°）。每个发动机循环包括发动机每个气缸的气缸进气事件。作为另一个示例，对于所有六个气缸起用的六缸发动机，每个气缸进气事件可以在发动机曲轴每旋转120°之后发生。作为又一个示例，对于所有四个气缸起用的四缸发动机，每个气缸进气事件可以在发动机曲轴每旋转180°之后发生。
对于执行气缸起用和停用的空气和燃料管理（AFM）发动机，在某一时刻发动机的起用气缸的数量可小于气缸总数。因而，在气缸进气事件之间存在不一致数量的曲轴角度。例如，用四个起用气缸操作的六缸发动机每个气缸进气事件可具有不一致的曲轴角数量模式（例如，120°, 120°, 240°, 120°, 120°, 240°）。发动机可以以各个模式和/或随机地停用和再次起用任何数量的气缸。起用和停用的气缸数量、气缸的点火顺序、以及识别点火的选定气缸可以是随机的，和/或例如基于发动机负载确定。
能够操作任何数量的气缸和能够在任何时刻选择发动机的哪一个或多个气缸被起用的发动机系统可称为全权限（FA）AFM发动机系统。FA AFM发动机系统可具有每个气缸进气事件曲轴角度的复杂模式。每个气缸进气事件曲轴角度的不一致模式和气缸的随机起用在发动机进气歧管的进气压力动态性能方面引入一定自由度。换句话说，进气歧管的进气压力几何分布和端口压力可能随着气缸起用、停用和点火模式变化而变化。
气缸内的空气质量（或气缸的空气充气）可以基于经由MAP传感器检测的歧管绝对压力（MAP）来估计和/或预测。由于进气压力几何分布的变化，所估计和/或预测空气质量值可能是不准确的和/或具有误差。
可以用于在给定预测进气端口压力时预测气缸空气质量的技术称为速度密度技术，包括使用由关系式1表示的理想气体定律，其中，P是进入进气端口的空气压力，V是气缸中的和/或进入气缸的空气的体积，n是摩尔数（基于气缸中的和/或进入气缸的空气质量），R是理想或通用气体常数，且等于Boltzmanss常数和Avogadro常数的乘积，T是进气端口和/或进气端口中的空气的温度。  
PV＝nRT                    （1）。
与摩尔数n有关的空气质量可以基于压力P的估计值和/或预测值来估计和/或预测。压力P可以使用例子关系式2表示的压力模型来确定，其中，PINT是进气歧管和/或进气端口的压力，k是时间事件。关系式1的压力P可以用关系式2的压力PINT取代。变量i和j是整数，表示从kth时间事件的某时间事件。在关系式2中，变量n和m均为预定任务值的数量，其可以基于选定数量的历史值、关系式复杂性和/或处理时间来设定。可以用于预测进气端口压力的一种方法是拟合自回归移动平均（ARMA）模型（例如，关系式2）。变量                                                
Figure 644009DEST_PATH_IMAGE001
和是使用回归技术选择的预定值，以在微小误差的情况下基于所收集测试数据提供关系式2的曲线拟合。变量
Figure 340886DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 565457DEST_PATH_IMAGE002
被选择以在微小误差的情况下提供时间事件k+1的压力PINT的估计值和/或预测值。  
Figure 379829DEST_PATH_IMAGE003
                 (2)。
变量
Figure 389242DEST_PATH_IMAGE001
0-n是无单位的。变量
Figure 656275DEST_PATH_IMAGE002
0-m具有在位置上的压力测量单位，从而关系式2的第一和第二求和中每个的测量单位都是压力。
当气缸快速起用和停用时，例如在FA AFM发动机系统中，使用速度密度方法来预测下一有效气缸的进气端口压力可能是困难的。进气端口压力取决于发动机负载如何变化和发动机气缸先前是起用还是停用。
本文公开的实施方式包括使用一个或多个模型来预测进气歧管压力几何分布，从而FA AFM发动机的每个起用气缸的空气质量充气预测是准确的。该准确性在FA AFM发动机的一个或多个气缸停用时提供。
在图1中示出了发动机系统100。车辆的发动机系统100包括FA AFM发动机102（下文称为发动机102），发动机102基于来自于驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物以产生扭矩。空气通过进气系统108被吸入发动机102。进气系统108可包括进气歧管110和节气门阀112。发动机控制模块（ECM）114控制节气门致动器模块116，以调整节气门阀112的开度和控制进入进气歧管110中的空气流量。
来自于进气歧管110的空气被抽吸到发动机102的气缸中。虽然发动机102可能包括任何数量的气缸，但为了说明目的，示出了单个具有代表性的气缸118。ECM 114可指导气缸致动器模块120以选择性地停用一个或多个气缸。
发动机102可使用四冲程气缸循环操作。四个冲程包括进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴119的每一转期间，每个气缸经历四个冲程中的两个。因而，每个气缸需要两个曲轴转数来经历所有四个冲程。
在进气冲程期间，来自于进气歧管110的空气从进气歧管110的进气端口通过进气阀122抽吸到气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料喷射，以实现期望的空气/燃料比。燃料可以在中央位置喷射燃料进入进气歧管110或在多个位置喷射燃料进入进气歧管110，例如，在每个气缸的进气阀122附近。在各个实施方式（未示出）中，燃料可以直接喷射到气缸中或者喷射到与气缸有关的混合腔/端口中。燃料致动器模块124可以中止向停用的气缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合且在气缸118中形成空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118中的活塞（未显示出）压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火发动机，在该情况下，压缩引起空气/燃料混合物的点火。可选地，发动机102可以是火花点火发动机，在该情况下，基于来自ECM 114的信号，火花致动器模块126激发气缸118中的火花塞128，其点火空气/燃料混合物。一些类型的发动机，例如均质充气压缩点火（HCCI）发动机，可执行压缩点火和火花点火两者。火花的定时可相对于活塞处于其最上位置时的时间（称为上止点（TDC））来规定。
火花致动器模块126可以由定时信号控制，定时信号指定在TDC之前或之后多远产生火花。由于活塞位置与曲轴旋转直接相关，因而火花致动器模块126的操作可以与曲轴位置同步。火花致动器模块126可中止将火花提供给停用气缸或者将火花提供给停用气缸。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下运动，从而驱动曲轴。燃烧冲程可限定为活塞到达TDC和活塞返回到最下位置（称为下止点（BDC））时之间的时间。
在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且通过排气阀130排出燃烧副产物。燃烧副产物通过排气系统134从车辆中排出。
进气阀122可被进气凸轮轴140所控制，而排气阀130可被排气凸轮轴142所控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴（包括进气凸轮轴140）可以控制气缸118的多个进气阀（包括进气阀122）和/或可以控制多组气缸（包括气缸118）的进气阀（包括进气阀122）。类似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可以控制气缸118的多个排气阀和/或可以控制多组气缸（包括气缸118）的排气阀（包括排气阀130）。
气缸致动器模块120可以通过停止打开进气阀122和/或排气阀130而停用气缸118。进气阀122打开的时间可由进气凸轮移相器148相对于活塞TDC变化。排气阀130打开的时间可由排气凸轮移相器150相对于活塞TDC变化。移相器致动器模块158可根据来自ECM 114的信号控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。在实施时，可变阀升程（未示出）还可以由移相器致动器模块158控制。在各种其它实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可以通过凸轮轴之外的致动器（例如，机电致动器、电动液压致动器、电磁致动器等）控制。
发动机系统100可以包括为进气歧管110提供加压空气的增压装置。例如，图1绘制了涡轮增压器，其包括由流经排气系统134的排气驱动的涡轮160-1。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的压缩机160-2，其压缩通向节气门阀112的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器（未示出）可压缩来自于节气门阀112的空气且将压缩空气提供给进气歧管110。
废气门162可以允许排气旁通涡轮160-1，因此减少涡轮增压器的增压（进气空气压缩量）。ECM 114可经由增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器的增压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可以由增压致动器模块164控制。涡轮增压器可以具有可变几何形状，其可以由增压致动器模块164控制。
中间冷却器（未示出）可以耗散压缩空气充气中包含的一些热量，这些热量在空气被压缩时产生。虽然为了图示目的单独示出，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此机械地连接，使得进气空气紧邻热排气。压缩空气充气还可以从排气系统134的部件吸收热量。
发动机系统100可以包括排气再循环（EGR）阀170，其选择性地将排气改向回到进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。
曲轴位置可以使用曲轴位置传感器180测量。发动机冷却剂的温度可以用发动机冷却剂温度（ECT）传感器182测量。ECT传感器182可以位于发动机102中或在冷却剂循环的其他位置，例如散热器（未示出）。
进气歧管110中的压力可以使用歧管绝对压力（MAP）传感器184测量。在各种实施方式中，发动机真空度可以被测量，发动机真空度是环境空气压力和进气歧管110中压力之间的差。流入进气歧管110的空气质量流率可以使用空气质量流量（MAF）传感器186测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可以位于还包括节气门阀112的壳体内。
节气门阀112的位置可以使用一个或多个节气门位置传感器（TPS）190测量。被抽吸到发动机102中的空气的温度可以使用进气空气温度（IAT）传感器192测量。发动机系统100还可以包括一个或多个其它传感器193。ECM 114可以利用来自传感器的信号对发动机系统100作出控制决定。
ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器（未示出）中的换档。例如，ECM 114可以在换档期间减少发动机扭矩。发动机102经由曲轴119将扭矩输出给变速器。
ECM 114可以与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和一个或多个电动马达198的操作。电动马达198也可以起到发电机的作用，且可以用于产生电能以由车辆电气系统所使用和/或存储于蓄电池中。
改变发动机参数的每个系统都可以称作发动机致动器。每个发动机致动器接收致动器值。例如，节气门致动器模块116可被称作发动机致动器，且节气门开启面积可以被称作致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116可以通过调节节气门阀112的叶片的角度来实现节气门开启面积。
火花致动器模块126也可以被称作发动机致动器，而相应的致动器值可以是相对于气缸TDC的火花提前量。其他发动机致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、移相器致动器模块158、增压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些发动机致动器，致动器值可分别对应于气缸起用/停用序列、燃料供应速率、进气和排气凸轮移相器角度、增压压力和EGR阀开启面积。ECM 114可产生致动器值以便使得发动机102产生期望发动机输出扭矩。
ECM 114和/或发动机系统100的一个或多个其它模块可以实施本发明的气缸起用/停用系统。例如，ECM 114基于一个或多个因素来选择下一个气缸停用模式，包括但不限于发动机速度、请求扭矩、选择档位、每缸空气量（APC，例如，每个气缸中空气质量的估计值或计算值）、每个气缸的残余排气量（RPC，例如每个气缸中的残余排气质量）、以及相应气缸标识符（ID）。
ECM 114可包括APC模块199。APC模块199确定由进气歧管110接收的空气的空气质量值，且估计和预测由发动机102的每个气缸接收的空气的空气质量值。ECM 114和APC模块199的示例在图2-3中示出。
现在还参考图2，示出了ECM 114的功能框图。ECM 114包括发动机速度模块200、APC模块199、RPC模块202、扭矩请求模块204和气缸控制模块206。发动机速度模块200基于从曲轴位置传感器180接收的曲轴位置信号CRANK 210确定发动机102的速度Espd 208。
APC模块199基于从发动机速度模块200、曲轴位置传感器180、MAP传感器184、MAF传感器186和驾驶员输入模块104接收的信号Espd 208、CRANK 210、MAP 214、MAF 216和驾驶员输入230（例如，节气门位置THR）估计当前气缸的空气质量MASSCurCyl且预测随后气缸的空气质量MASSSubCyl（总的称为信号MASS 212）。当前气缸MASSCurCyl和随后气缸的空气质量MASSSubCyl还可以基于由气缸控制模块206确定的起用/停用序列SEQ 220来确定。
RPC模块202确定RPC值222。虽然RPC模块202显示为接收进气和排气角度信号224，226，但是RPC模块202可以基于进气和排气角度信号224，226、EGR阀位置、MAP和/或发动机速度来确定RPC值222。
扭矩请求模块204可以基于一个或多个驾驶员输入230来确定扭矩请求228，例如加速踏板位置、制动踏板位置、巡航控制输入和/或一个或多个其它合适驾驶员输入。扭矩请求模块204可以基于一个或多个其它扭矩请求来确定扭矩请求228，例如由ECM 114产生的扭矩请求和/或从其它模块（例如，变速器控制模块194、混合动力控制模块196、底盘控制模块等）接收的扭矩请求。
一个或多个发动机致动器可以基于扭矩请求228和/或一个或多个其它扭矩请求来控制。例如，节气门控制模块240可以基于扭矩请求228来确定节气门开度信号242。节气门致动器模块116可基于节气门开度信号242来调节节气门阀112的开度。火花控制模块244可基于起用/停用序列SEQ 220和扭矩请求228来产生火花定时信号246。火花致动器模块126可基于火花定时信号246来产生火花。
燃料控制模块246可基于信号MASS 212、扭矩请求228和起用/停用序列SEQ 220来确定一个或多个燃料供应参数248。例如，燃料供应参数248可包括燃料喷射量、每个气缸循环喷射燃料喷射量的燃料喷射次数、以及每次喷射的定时。燃料致动器模块124可以基于燃料供应参数248来喷射燃料。增压控制模块250可基于驾驶员扭矩请求228来确定增压水平252。增压致动器模块164可基于增压水平252来控制增压装置输出的增压。
气缸控制模块206基于扭矩请求228来选择起用/停用序列SEQ 220。气缸致动器模块120根据所选择的起用/停用序列SEQ 220来起用和停用气缸的进气和排气阀。气缸控制模块206可基于例如信号208，212，214，222，224，226，228和所选择变速器档位、滑移和/或车辆速度来选择起用/停用序列SEQ 220。示出了档位、滑移和车辆速度信号260，262，264。
燃料供应根据起用/停用序列SEQ 220对停用气缸中止（零燃料供应）。燃料根据起用/停用序列SEQ 220提供给起用气缸。火花根据起用/停用序列SEQ 220提供给起用气缸。火花可根据起用/停用序列SEQ 220提供给停用气缸或中止提供给停用气缸。气缸停用不同于燃料切断（例如，减速燃料切断），因为燃料供应被中止的气缸的进气和排气阀在燃料切断期间仍打开和关闭，而对于气缸停用，进气阀和/或排气阀停用（或保持在关闭状态）。
在图3中，APC模块199包括参数模块300、气缸状态模块304、第一压力预测模块306、第二压力预测模块308、质量估计模块310和质量预测模块312。模块300－312现在参考图4的方法描述。
发动机系统100和APC模块199可使用各种方法操作，示例性方法在图4中提供。在图4中，示出了操作发动机系统100和APC模块199的方法。方法可包括一个或多个算法、关系式和/或模型。虽然以下任务主要参考图1-3的实施方式描述，但是所述任务可以容易地修改以应用于本发明的其它实施方式。所述任务可以迭代地执行。方法可在350开始。这可以例如在发动机102起动时和/或在发动机102操作期间发生。
在352，参数模块300确定一个或多个参数，例如节气门位置THR 314和/或发动机负载。节气门位置THR 314可以用于表示发动机负载和/或是发动机负载的估计。节气门位置可以基于驾驶员输入230确定。虽然在以下任务中主要描述使用节气门位置，但是所述任务可以使用发动机负载实施。发动机负载可以在节气门位置之外和/或作为节气门位置的替代使用。
在354，气缸状态模块304确定一个或多个气缸的状态。这包括确定气缸是起用还是停用。气缸状态可以对预定数量的时间事件来确定，包括当前时间事件（例如，kth时间事件）和在当前时间事件之前和/或之后的时间事件。气缸状态模块304产生表示气缸的起用和停用状态的状态信号STAT 316。状态信号STAT 316可以基于曲轴位置信号CRANK 210和起用/停用序列SEQ 220来产生。
在356，气缸状态模块304确定气缸中的一个或多个是否对当前时间事件当前起用和/或在一个或多个随后时间事件中起用。进气歧管压力和进气端口压力可以对于当前时间事件之后的一个或多个时间事件预测。每个时间事件可以指代（i）两个相继气缸进气或不进气事件之间、（ii）两个相继气缸的两个进气冲程之间、和/或（iii）在两个相继气缸的进气阀打开时的时间段之间的时间。预测压力在任务358和360期间使用一个或多个选定模型确定。任务358和360中的每个具有一个或多个相关模型。在360使用的模型中的一个或多个可以称为自回归移动平均（ARMA）模型。
任务358可以在发动机102的所有气缸NCyl对于当前时间事件和/或对于随后时间事件起用（称为标称条件）时执行。任务358还可以在气缸在起用和停用状态之间过渡的速率小于预定速率时和/或在气缸不在起用和停用状态之间过渡时执行。任务360可以在气缸中的一个或多个对于当前时间事件和/或对于随后时间事件停用时执行。任务360还可以在气缸在起用和停用状态之间过渡的速率大于或等于预定速率时执行。
在358，第一压力预测模块306使用第一模型来预测（i）进气歧管压力和/或（ii）一个或多个气缸的进气端口压力，以预测每个压力。第一模型可以由上文提供的关系式2表示。第一模型可以可选地由关系式3表示。在一个实施方式中，PINT(k+1)
Figure 855175DEST_PATH_IMAGE004
是在时间事件k+1时和在气缸进气事件和/或气缸点火（火花）事件之前下一起用气缸的进气端口压力，PINT(k)是在时间事件k时和在当前气缸进气事件和/或当前气缸点火事件之前最近起用气缸的进气端口压力，PINT(k-1)
Figure 455101DEST_PATH_IMAGE005
是在时间事件k-1时和在先前气缸进气事件和/或气缸点火事件之前先前起用气缸的进气端口压力。  
Figure 897846DEST_PATH_IMAGE006
        (3)。
变量 0-n和
Figure 954981DEST_PATH_IMAGE002
0-m是使用回归技术选择的预定值，以在微小误差的情况下基于所收集测试数据提供关系式2-3中一个或多个的曲线拟合。变量
Figure 384825DEST_PATH_IMAGE001
0-n和
Figure 626451DEST_PATH_IMAGE002
0-m被选择以在微小误差的情况下提供压力PINT(k+1)
Figure 229470DEST_PATH_IMAGE005
的估计值和/或预测值，且可以基于发动机速度Espd、进气和排气凸轮移相器位置、气缸的进气端口温度、进气歧管温度、MAP、MAF等选择。在一个实施方式中，项PINT(k)
Figure 872941DEST_PATH_IMAGE005
可以使用可安装在进气歧管110上的进气端口压力传感器通过直接测量来确定。在另一个实施方式中，项PINT(k)可以基于发动机速度信号Espd和经由MAP传感器184检测的当前和过去歧管压力的模型来间接确定。在358确定的压力在图3中由信号PINT1 320表示，且基于节气门信号THR 314确定。
在360，第二压力预测模块308使用第二模型来预测（i）进气歧管压力和/或（ii）一个或多个气缸的进气端口压力，以预测每个压力。在360确定的压力在图3中由信号PINT2 322表示，且基于起用/停用序列SEQ 220、节气门信号THR 314和状态信号STAT 316确定。
第二模型可以由关系式4-7中的一个或多个表示，其中，关系式4中的变量
Figure 874712DEST_PATH_IMAGE007
和关系式5-7中的变量γ是使用回归技术选择的预定值，以在微小误差的情况下基于所收集测试数据提供关系式4-7中一个或多个的曲线拟合。关系式4-7中的变量
Figure 953527DEST_PATH_IMAGE007
和γ可以基于发动机速度Espd、进气和排气凸轮移相器位置、气缸的进气端口温度、进气歧管温度、MAP、MAF等选择。
变量
Figure 248242DEST_PATH_IMAGE008
在气缸起用时为1且在气缸停用时为0。变量NCyl是气缸数量。变量I是大于或等于0的预定整数。关系式4中的变量和关系式5-7中的变量γ具有压力测量单位，从而关系式2的第三求和的测量单位是压力。变量e是值
Figure 629966DEST_PATH_IMAGE011
的自然对数等于
Figure 512472DEST_PATH_IMAGE007
(即ln(
Figure 51906DEST_PATH_IMAGE013
) = )的基数。关系式4中的变量
Figure 370072DEST_PATH_IMAGE014
和关系式5-7中的变量γ被选择以在微小误差的情况下提供压力PINT(k+1)
Figure 479105DEST_PATH_IMAGE015
的估计值和/或预测值。关系式7的变量
Figure 951674DEST_PATH_IMAGE016
指的是具体时间事件的发动机循环。关系式7的每个项
Figure 65124DEST_PATH_IMAGE016
可包括对于气缸和对于具体时间事件的起用和停用状态值阵列。  
Figure 787092DEST_PATH_IMAGE018
             (4)
             (5)
Figure 400793DEST_PATH_IMAGE021
            (6)
Figure 685144DEST_PATH_IMAGE022
                 (7)。
关系式4类似于关系式2，然而，包括第三求和以考虑停用气缸和在停用气缸之后循环的相继起用气缸的预测压力的衰减率。由于在停用气缸的气缸事件期间进气歧管110中空气质量的积聚，在停用气缸之后的第一起用气缸接收比随后起用气缸更多的空气。
关系式5和6包括项PINT(k+1)SomeAct，其等于来自于关系式2-3中的一个的项PINT(k+1)AllAct乘以校正因数（或校正函数）和变量
Figure DEST_PATH_IMAGE023
。在关系式5中，Pat(k+1)指的是随后时间事件k+1时的随后发动机循环的起用/停用序列，Pat(k)指的是当前时间事件k时的当前发动机循环的起用/停用序列，Pat(k-1)指的是先前时间事件k-1时的先前发动机循环的起用/停用序列。每个起用/停用序列表示发动机102的每个气缸的起用/停用状态，且可以表示为值阵列或者例如表示为矩阵行。
关系式6的校正函数包括矩阵，且还可以包括一个或多个其它参数
Figure 35354DEST_PATH_IMAGE024
。对于每个气缸和对于I个发动机循环的起用/停用状态值的示例表示为关系式6的矩阵中的组成。矩阵的每行表示单个发动机循环的气缸状态值。矩阵的每个元素是气缸状态值。每个元素的第一下标值表示对应气缸的编号。每个元素的第二下标值表示对应气缸事件。作为示例，矩阵元素C21是气缸2和发动机循环1的状态值。
其它参数
Figure 860090DEST_PATH_IMAGE024
可包括进气和凸轮轴凸轮移相器位置值、进气端口温度、要停用的气缸数和/或哪些气缸要停用。在一个实施方式中，关系式6的函数不包括其它参数
Figure 41673DEST_PATH_IMAGE024
。在另一个实施方式中，关系式6的函数不包括矩阵。
在关系式7中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
是在时间事件k时发动机102的气缸的气缸状态值阵列（例如，）。在一个实施方式中，阵列包括每个气缸的信号状态值，表示气缸对于上一个发动机循环在多个气缸事件内是起用还是停用。在另一个实施方式中，阵列包括每个气缸的信号状态值，表示气缸对于当前发动机循环的当前气缸循环当前是起用还是停用。在又一个实施方式中，
Figure 960530DEST_PATH_IMAGE025
等于气缸事件阵列的转置，如关系式8所示，其中，
Figure 526640DEST_PATH_IMAGE026
是发动机102的气缸的气缸状态值阵列，T表示阵列
Figure 15259DEST_PATH_IMAGE026
的转置。  
Figure DEST_PATH_IMAGE027
                             (8)。
在362，质量预测模块312可预测发动机102的进气歧管110和/或气缸的空气质量值（或空气质量）。空气质量值可以使用上述理想气体定律且基于在任务358期间确定的预测压力PINT1和/或在任务360期间确定的预测压力PINT2来预测。预测空气质量还可以基于信号MAP 214、MAF 216和Espd和/或先前或当前估计空气质量值来确定。质量估计模块310可以估计当前空气质量值且跟踪先前空气质量值。质量估计模块310可以产生空气质量信号MASSCurCyl 324，表示先前和当前空气质量估计值。质量预测模块312可以产生空气质量信号MASSSubCyl 326，表示预测空气质量值。方法可在364结束，如图所示，或者可返回352。
上述信号、值、质量、模型和参数可以存储在存储器340中，且通过ECM 114和/或APC模块199中的任何模块访问。上述方法可以用于估计和/或预测在发动机系统100不以稳态操作（由APC模块199和/或ECM 114确定）时发动机102的每个气缸中的空气质量量。发动机102在进入发动机102的进气歧管110的空气流量恒定和/或在预定空气流量的预定范围内时以稳态操作。空气流量的变化可以例如由于节气门位置的变化和/或凸轮移相器148，150的位置变化。
上述方法和/或信号MAP 214可以用于估计和/或预测在发动机系统100以稳态和/或不以稳态操作时的空气质量。APC模块199可以基于（i）节气门位置或信号THR 314的变化、（ii）发动机负载、（iii）凸轮移相器位置变化来确定发动机系统100是否以稳态操作。在确定发动机系统是否以稳态操作之后，基于稳态确定，APC模块199可以基于信号MAP 214和/或使用图4的方法来估计和/或预测空气质量。在一个实施方式中，空气质量可以在稳态时基于信号MAP 214和/或使用图4的方法来估计和/或预测，且在不稳态时可以不估计和/或预测。在另一个实施方式中，空气质量可以被估计和/或预测，而与发动机系统100是否以稳态操作无关。上述估计和/或预测空气质量值可以由上述模块240、244、246、250使用。
总体来说，发动机102的容积效率（Ve）可以在发动机系统100以稳态操作时经由试验确定，且在发动机系统100不以稳态操作时可不确定。另一方面，图4的速度密度方法可以使用，而与发动机系统100是否以稳态操作无关。
上述任务意在为说明性示例；取决于应用，所述任务可以按顺序、同步地、同时地、连续地、在重叠时间段期间或者以不同顺序执行。而且，取决于实施方式和/或事件序列，任务中的任一个可以不执行或跳过。
前述说明本质上仅为示范性的且绝不旨在限制本发明、其应用或使用。本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，但是由于当研究附图、说明书和所附权利要求书时，其他修改是显而易见的，所以本发明的真实范围并不如此限制。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑（A或B或C）。应当理解的是，方法内的一个或多个步骤可以以不同顺序（或同时地）执行而不改变本发明的原理。
如本文所使用的，措辞“模块”可以指代以下项、是以下项的一部分、或者包括以下项：专用集成电路（ASIC）；分立电路；集成电路；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、专用或者群组）；提供所述功能的其它合适硬件部件；或者上述中的一些或全部的组合，例如在系统级芯片中。措辞“模块”可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享、专用或者群组）。
如上使用的措辞“代码”可以包括软件、固件和/或微码，可指程序、例程、函数、类和/或对象。如上使用的措辞“共享”表示可使用单个（共享）处理器执行来自多个模块的一些或全部代码。另外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个（共享）存储器存储。如上使用的措辞“群组”表示可使用一组处理器执行来自单个模块的一些或全部代码。另外，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。
本文所述的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部分地或全部地实施。计算机程序包括存储在至少一个非临时性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和/或依赖于存储数据。非临时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、易失性存储器、磁性存储器和光存储器。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
参数模块，所述参数模块确定节气门位置和发动机负载中的至少一个，其中，发动机包括多个气缸；
气缸状态模块，所述气缸状态模块产生表示所述多个气缸中的每个的起用状态的状态信号，其中，所述气缸状态模块确定所述多个气缸中的一个或多个是否停用；
第一压力预测模块，所述第一压力预测模块在所述多个气缸中的全部都起用时根据第一模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个来预测所述多个气缸的第一进气端口压力；以及
第二压力预测模块，所述第二压力预测模块在所述多个气缸中的一个或多个停用时根据第二模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个以及状态信号来预测停用气缸的第二进气端口压力。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二模型包括第一模型和考虑如下的求和：
停用气缸；以及
气缸循环在一个停用气缸之后的相继起用气缸的空气质量值的衰减率。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
第一模型包括：
将气缸的多个第一时间事件的预测进气端口压力求和的第一求和，和
将多个第二时间事件的基于节气门位置的压力值求和的第二求和；以及
第二模型包括：
第一求和，
第二求和，和
基于状态信号的压力值的第三求和。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个第一时间事件包括所述多个第二时间事件。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个第一时间事件包括所述多个第二时间事件中不包括的时间事件。
6.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个第二时间事件包括所述多个第二时间事件中不包括的时间事件。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二压力预测模块基于所述多个气缸的起用和停用序列来预测第二进气端口压力。
8.根据权利要求1所述的系统，其中：
第一压力预测模块在所述多个气缸中的全部对于第一预测进气端口压力的时间事件都起用时根据第一模型来预测第一预测进气端口压力；以及
第二压力预测模块在所述多个气缸中的一个或多个对于第二预测进气端口压力的时间事件停用时根据第二模型来预测第二预测进气端口压力。
9.根据权利要求1所述的系统，其中：
第一模型和第二模型包括当前气缸的时间事件的压力项；以及
第一压力预测模块和第二压力预测模块中的至少一个基于发动机歧管的当前压力和过去压力的模型以及发动机速度来直接确定压力项。
10.一种方法，包括：
确定节气门位置和发动机负载中的至少一个，其中，发动机包括多个气缸；
产生表示所述多个气缸中的每个的起用状态的状态信号；
确定所述多个气缸中的一个或多个是否停用；
在所述多个气缸中的全部都起用时，根据第一模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个来预测所述多个气缸的第一进气端口压力；以及
在所述多个气缸中的一个或多个停用时，根据第二模型且基于节气门位置和发动机负载中的所述至少一个以及状态信号来预测停用气缸的第二进气端口压力。
CN201310408808.9A 2012-09-10 2013-09-10 用于气缸起用和停用控制系统的进气端口压力预测 Active CN103670732B (zh)

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