CN103670743B - 用于气缸起用和停用控制系统的空气质量确定 - Google Patents

用于气缸起用和停用控制系统的空气质量确定 Download PDF

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Abstract

一种系统，包括气缸事件模块，所述气缸事件模块基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定当前气缸的气缸进气事件或气缸不进气事件的每缸空气量值。状态模块产生指示当前气缸是否起用的状态信号。停用模块基于状态信号确定发动机的进气歧管中的当前累计空气质量：针对自起用气缸的上一次气缸进气事件以来且在一个或多个停用气缸的一个或多个相继气缸不进气事件之前由进气歧管接收的空气；以及基于进气歧管中的先前累计空气质量和每缸空气量值。基于状态信号，起用模块基于每缸空气量值和当前累计空气质量来确定当前气缸的空气质量值。

Description

用于气缸起用和停用控制系统的空气质量确定
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. 61/698,996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.13/798,451、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.13/798,536、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被起用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，所述系统包括气缸事件模块，所述气缸事件模块基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的当前气缸的气缸进气事件或气缸不进气事件中的一个的每缸空气量值。所述发动机具有包括当前气缸的气缸。状态模块产生指示当前气缸是起用还是停用的状态信号。停用模块基于状态信号确定发动机的进气歧管中的当前累计空气质量：针对自起用气缸的上一次气缸进气事件以来且在一个或多个停用气缸的一个或多个相继气缸不进气事件之前由进气歧管接收的空气；以及基于进气歧管中的先前累计空气质量和每缸空气量值。基于状态信号，起用模块基于每缸空气量值和当前累计空气质量来确定当前气缸的空气质量值。
在其它特征中，提供一种方法，所述方法包括：基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的当前气缸的气缸进气事件或气缸不进气事件中的一个的每缸空气量值。所述发动机具有包括当前气缸的气缸。产生指示当前气缸是起用还是停用的状态信号。基于状态信号确定发动机的进气歧管中的当前累计空气质量：针对自起用气缸的上一次气缸进气事件以来且在至少两个停用气缸的相继气缸不进气事件之前由进气歧管接收的空气；以及基于进气歧管中的先前累计空气质量和每缸空气量值。基于状态信号，根据每缸空气量值和当前累计空气质量来确定当前气缸的空气质量值。
方案1. 一种系统，包括：
气缸事件模块，所述气缸事件模块基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的当前气缸的气缸进气事件或气缸不进气事件中的一个的每缸空气量值，其中，所述发动机具有包括当前气缸的多个气缸；
状态模块，所述状态模块产生指示当前气缸是起用还是停用的状态信号；
停用模块，所述停用模块基于状态信号确定发动机的进气歧管中的当前累计空气质量：
针对自起用气缸的上一次气缸进气事件以来且在一个或多个停用气缸的一个或多个气缸不进气事件之前由进气歧管接收的空气；以及
基于进气歧管中的先前累计空气质量和每缸空气量值；以及
起用模块，基于状态信号，所述起用模块基于每缸空气量值和当前累计空气质量来确定当前气缸的空气质量值。
方案2. 根据方案1所述的系统，其中，所述气缸事件模块：
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的起用气缸的气缸进气事件的每缸空气量值，其中，空气质量流量信号表示由进气歧管接收的空气量，且其中，气缸进气事件的每缸空气量值中的每个表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始或停用气缸的上一次气缸不进气事件开始以来由进气歧管接收的空气量；以及
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的停用气缸的气缸不进气事件的每缸空气量值，其中，气缸不进气事件的每缸空气量值中的每个表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始或停用气缸的上一次气缸不进气事件开始以来由进气歧管接收的空气量。
方案3. 根据方案1所述的系统，气缸控制模块随机地选择所述多个气缸中的一个或多个，停用所选择的一个或多个气缸，且起用所述多个气缸中的其它气缸。
方案4. 根据方案1所述的系统，还包括配置成确定发动机的发动机速度的发动机速度模块，
其中，所述气缸事件模块基于发动机速度来确定每缸空气量值。
方案5. 根据方案4所述的系统，还包括空气流量模块，所述空气流量模块基于从空气质量流量传感器接收的电压产生频率信号，
其中，所述气缸事件模块基于频率信号来确定每缸空气量值。
方案6. 根据方案1所述的系统，其中：
状态信号指示当前气缸停用；
停用模块将当前累计空气质量设定为等于先前累计空气质量和每缸空气量值的总和；以及
先前累计空气质量在具有的进气冲程紧挨在当前气缸进气冲程之前的气缸的气缸不进气事件之前确定。
方案7. 根据方案1所述的系统，其中：
状态信号指示当前气缸起用；
起用模块将空气质量值设定为等于每缸空气量值和当前累计空气质量的总和；以及
当前累计空气质量在具有的进气冲程紧挨在当前气缸进气冲程之前的气缸的气缸不进气事件之前确定。
方案8. 根据方案1所述的系统，其中，所述气缸事件模块确定起用气缸的每个气缸进气事件的每缸空气量值和停用气缸的每个气缸不进气事件的每缸空气量值。
方案9. 根据方案1所述的系统，其中，所述停用模块确定自起用气缸的上一次气缸进气事件以来和在多个停用气缸的多个相继气缸不进气事件期间由进气歧管接收的空气的当前累计空气质量。
方案10. 根据方案9所述的系统，其中：
所述气缸事件模块确定第二气缸的每缸空气量值，其中，第二气缸在当前气缸之后且被起用；以及
所述起用模块将当前累计空气质量改写为等于第二每缸空气量值，且基于第二每缸空气量值来确定第二气缸的第二空气质量值，而不是基于先前累计空气质量，也不基于第一空气质量值。
方案11. 一种方法，包括：
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的当前气缸的气缸进气事件或气缸不进气事件中的一个的每缸空气量值，其中，所述发动机具有包括当前气缸的多个气缸；
产生指示当前气缸是起用还是停用的状态信号；
基于状态信号确定发动机的进气歧管中的当前累计空气质量：
针对自起用气缸的上一次气缸进气事件以来且在至少两个停用气缸的相继气缸不进气事件之前由进气歧管接收的空气；以及
基于进气歧管中的先前累计空气质量和每缸空气量值；以及
基于状态信号，根据每缸空气量值和当前累计空气质量来确定当前气缸的空气质量值。
方案12. 根据方案1所述的方法，还包括：
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的起用气缸的气缸进气事件的每缸空气量值，其中，空气质量流量信号表示由进气歧管接收的空气量，且其中，气缸进气事件的每缸空气量值中的每个表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始或停用气缸的上一次气缸不进气事件开始以来由进气歧管接收的空气量；以及
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的停用气缸的气缸不进气事件的每缸空气量值，其中，气缸不进气事件的每缸空气量值中的每个表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始或停用气缸的上一次气缸不进气事件开始以来由进气歧管接收的空气量。
方案13. 根据方案1所述的方法，还包括：
随机地选择所述多个气缸中的一个或多个；
停用所选择的一个或多个气缸；以及
起用所述多个气缸中的其它气缸。
方案14. 根据方案1所述的方法，还包括：确定发动机的发动机速度，
其中，基于发动机速度来确定每缸空气量值。
方案15. 根据方案4所述的方法，还包括：基于从空气质量流量传感器接收的电压产生频率信号，
其中，基于频率信号来确定每缸空气量值。
方案16. 根据方案1所述的方法，还包括：将当前累计空气质量设定为等于先前累计空气质量和每缸空气量值的总和，其中：
状态信号指示当前气缸停用；以及
先前累计空气质量在具有的进气冲程紧挨在当前气缸进气冲程之前的气缸的气缸不进气事件之前确定。
方案17. 根据方案1所述的方法，还包括：将空气质量值设定为等于每缸空气量值和当前累计空气质量的总和，其中：
状态信号指示当前气缸起用；以及
当前累计空气质量在具有的进气冲程紧挨在当前气缸进气冲程之前的气缸的气缸不进气事件之前确定。
方案18. 根据方案1所述的方法，还包括：确定起用气缸的每个气缸进气事件的每缸空气量值和停用气缸的每个气缸不进气事件的每缸空气量值。
方案19. 根据方案1所述的方法，还包括：确定自起用气缸的上一次气缸进气事件以来和在多个停用气缸的多个相继气缸不进气事件期间由进气歧管接收的空气的当前累计空气质量。
方案20. 根据方案9所述的方法，还包括：
确定第二气缸的每缸空气量值，其中，第二气缸在当前气缸之后且被起用；以及
将当前累计空气质量改写为等于第二每缸空气量值，且基于第二每缸空气量值来确定第二气缸的第二空气质量值，而不是基于先前累计空气质量，也不基于第一空气质量值。
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
流入发动机的进气歧管的空气和吸入发动机的气缸的空气的测量准确性影响估计和预测发动机气缸中的空气质量的准确性。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主动燃料管理（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。
估计发动机中的每缸空气量（APC）的一种技术是确定在发动机循环内由发动机的进气歧管接收的空气总量（或总空气质量）且将总空气质量除以起用气缸的数量。总空气质量包括在起用气缸的气缸进气事件和停用气缸的气缸不进气事件期间接收的空气。该技术提供每个起用气缸的空气质量的一致确定。气缸不进气事件指的是停用气缸的气缸循环的时间段，在该时间段，对应进气阀如果在停用气缸起用时将正常打开。在气缸停用时，停用气缸的进气阀可停用和/或保持关闭。
例如，在八缸发动机中，空气进气歧管值可以对起用气缸的每个气缸进气事件和停用气缸的每个气缸不进气事件（例如，每90°曲轴旋转）确定。对于所确定的每个空气进气歧管值，空气流量计的电压度数可以转换为频率信号。频率信号的脉冲数量可以在对应气缸进气或不进气事件之前的预定测量时间段内计数。脉冲数量提供在预定测量时间段持续时间内的平均频率。在对应气缸的预定测量时间段期间由进气歧管接收的空气质量的估计值于是基于脉冲数量和发动机速度经由例如查询表确定。该过程对于八个气缸重复，而与气缸是否停用无关，且空气质量值求和以提供总空气质量。总空气质量然后除以起用气缸的数量，以估计吸入到每个起用气缸的空气质量。每个停用气缸的空气质量值可以设定为零。
在发动机气缸的起用/停用序列一致时，每个起用气缸的空气质量的一致确定可以是准确的。作为示例，在八缸发动机中，一致起用/停用序列可包括发动机的每隔一个气缸被停用。然而，在全权限（FA）AFM发动机系统中，起用/停用序列可能是不一致的，因而，每个气缸进气事件的曲轴角的模式可能是不一致的。FA AFM发动机系统指的是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。FA AFM发动机系统可具有每个气缸进气事件曲轴角的复杂不一致模式。
FA AFM发动机系统的发动机的每个气缸中的空气质量的估计和/或预测使用上述每个起用气缸空气质量的一致确定过程可能是不准确的。例如，FA AFM发动机的两个或更多起用气缸的气缸进气事件可能依次在两个或更多停用气缸的气缸不进气事件之后。由起用气缸中的第一个气缸接收的空气质量（在两个或更多停用气缸系列之后的第一起用气缸）大于由起用气缸中的随后气缸接收的空气质量。这是由于在先前停用气缸的气缸不进气事件期间FA AFM发动机的进气歧管中空气质量的积聚。因而，起用气缸中的每个接收的空气质量不相同，且可以从一个起用气缸到另一个起用气缸变化。
每缸空气质量估计和/或预测可以用于确定诸如燃料喷射量、扭矩值等的参数。发动机每个气缸中的空气质量量的不准确估计和/或预测不利地影响确定这些参数且因而可能不利地影响发动机气缸中的空气/燃料比。
本文公开的实施方式包括准确地确定进入发动机的进气歧管的空气的空气质量值和从进气歧管的每个进气端口抽吸到发动机的每个相应气缸的空气的空气质量值。空气质量值在起用和停用气缸两者的相继气缸进气事件之间且在发动机用每个气缸进气事件的曲轴角度的不一致模式操作时确定。这改进了发动机的每个气缸的空气质量估计和预测的准确性，这可导致依赖于空气质量估计和预测的参数的准确确定。例如，可以改进燃料喷射确定和扭矩值的准确性，从而导致改进的空气/燃料混合物。由于改进的空气/燃料混合物，燃料效率可改进，发动机排放物可减少，且在制造催化转换器期间催化转换器中包括的贵金属的所需量可以减少。贵金属的示例是铂、铑、铜、铈、铁、锰和镍。
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、残余模块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和MAF传感器186接收的信号Espd 208、CRANK 210、MAP 214和MAFVOLT 216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MAF模块300、气缸事件模块302、气缸状态模块304、停用累计模块306、起用求和模块308、估计模块310和预测模块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。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起动时发生。
在352，APC模块199和/或空气停用模块306将起用气缸的空气质量值ACT 320重置为零。空气质量值ACT 320可以是在气缸进气或不进气事件（按顺序在当前气缸进气事件之前）之前针对起用气缸确定的上一个空气质量值。
在354，APC模块199和/或起用模块308将停用气缸的累计空气质量值DEACTPREV重置为零。累计空气质量值DEACTPREV可以是在气缸不进气事件（按顺序在当前气缸进气或不进气事件之前发生）之前针对停用气缸确定的上一个空气质量值。在355，气缸控制模块206和/或气缸状态模块确定要估计空气质量的当前气缸的标识符（ID）。
在356，ECM 114、APC模块199和/或MAF模块300取样来自于MAF传感器186的信号MAFVOLT，且将信号MAFVOLT转换为频率信号MAFFREQ 324。信号MAFVOLT可以在（i）每个气缸进气事件和/或不进气事件和/或（ii）每个起用和停用气缸的每个进气冲程之前一致地取样。信号MAFVOLT可以在低分辨率（小于预定分辨率）进气循环期间取样（或读取）。
在357，ECM 114、APC模块199和/或气缸事件模块302计数在预定测量时间段内和在下一气缸进气事件之前频率信号MAFFREQ 324中的脉冲数量。预定测量时间段可以指的是在气缸进气和不进气事件之间的一致数量的曲轴角度（例如，对于八缸发动机为90°）。
在358，发动机速度模块200确定发动机速度且产生发动机速度信号Espd 208。
在360，气缸事件模块302确定具有在355确定的ID的当前气缸的当前气缸进气或不进气事件的APC值APCEVENT 326。气缸事件模块302可基于发动机速度信号Espd 208、曲轴位置信号CRANK 210和频率信号MAFFREQ 324来确定APC值APCEVENT 326。APC值APCEVENT 326可使用查询表、算法或其它合适技术来确定。APC值APCEVENT 326表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始以来或者自停用气缸的上一次气缸不进气事件以来由进气歧管110接收的空气量。对于八缸发动机，这可以是例如曲轴119先前旋转90°接收的空气量。
在362，气缸状态模块304确定对于当前进气定时事件或进气冲程而言当前气缸的起用或停用状态。进气定时事件可以指的是起用气缸的气缸进气事件和停用气缸的气缸不进气事件。起用或停用状态经由状态信号STAT 328表示。
在364，APC模块199在状态信号STAT表示当前气缸停用时前进到任务366。APC模块199在状态信号STAT表示当前气缸起用时前进到任务370。
在366，停用累计模块306确定在当前气缸不进气事件和按顺序在当前气缸不进气事件之前的气缸不进气事件期间发动机102的进气歧管110中接收的累计空气质量DEACTCUR 330。累计空气质量DEACTCUR 330设定为等于先前累计空气质量DEACTPREV加上APC值APCEVENT 326。这考虑在停用气缸的气缸事件期间接收的空气。累计空气质量DEACTCUR 330可以是自上一次起用气缸以来的累计空气质量量，且是抽吸到下一起用气缸的空气质量量。
在368，停用累计模块306设定先前累计空气质量DEACTPREV等于累计空气质量DEACTCUR 330。任务356可以在任务368之后执行。
在370，起用求和模块308确定当前起用气缸的空气质量值ACT 320。起用求和模块308基于气缸状态信号STAT 328、APC值APCEVENT 326和累计空气质量DEACTCUR 330来确定空气质量值ACT 320。空气质量值ACT 320可以设定为等于累计空气质量DEACTCUR 330加上APC值APCEVENT 326。这考虑（i）在按顺序在当前气缸事件之前发生的停用气缸的气缸事件期间和（ii）在起用气缸的上一次气缸事件之后接收的空气量。空气质量值ACT 320在任务370的每次迭代期间被改写。
在372，估计模块310可以基于例如MAP信号214、发动机速度Espd 208、由驾驶员输入信号230指示的节气门位置和/或空气质量值ACT 320来估计抽吸到当前气缸中的空气质量MASSCurCyl 332。在374，预测模块312可以基于例如MAP信号214、发动机速度Espd 208、由驾驶员输入信号230指示的节气门位置、空气质量值ACT 320和/或空气质量MASSCurCyl 332来预测抽吸到一个或多个随后气缸中的空气质量MASSSubCyl 334。气缸的预测空气质量可以在气缸具有气缸进气或不进气事件时之前180°或更多时发生。
在376，ECM 114可基于空气质量值MASSCurCyl 332、MASSSubCyl 334来确定一个或多个参数。空气质量值MASSCurCyl 332、MASSSubCyl 334可以用于开环燃料控制。一个或多个参数可包括例如燃料喷射参数，例如燃料喷射量、燃料喷射定时、每个气缸循环的燃料喷射次数、燃料喷射流率等。所述一个或多个参数还可包括扭矩值，扭矩值可提供给模块206、240、244、246和250，以产生用于致动器116，120，124，126，164的起用/停用序列SEQ（或起用/停用模式）和控制信号242，246，248，252。任务354可在任务376之后执行。
上述信号、值、标识符、质量、表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。
上述方法跟踪当前气缸ID和当前气缸和上一气缸的起用/停用状态。这允许在停用气缸的气缸事件期间确定的累计总空气质量用作当前起用气缸的空气质量值。方法提供进气歧管110的准确空气质量值和在进气和不进气事件之间和在不一致和/或变化的起用/停用序列期间每个气缸的空气质量值。
上述方法可以用于估计或预测在以稳态操作时发动机102的每个气缸中的空气质量量，由APC模块199和/或ECM 114确定。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。
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 (20)

1.一种用于控制发动机的气缸起用和停用的系统，包括：
气缸事件模块，所述气缸事件模块基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的当前气缸的气缸进气事件或气缸不进气事件中的一个的每缸空气量值，其中，所述发动机具有包括当前气缸的多个气缸；
状态模块，所述状态模块产生指示当前气缸是起用还是停用的状态信号；
停用模块，所述停用模块基于状态信号基于进气歧管中的先前累计空气质量和每缸空气量值确定发动机的进气歧管中的当前累计空气质量，当前累计空气质量表示自起用气缸的上一次气缸进气事件以来且在一个或多个停用气缸的一个或多个气缸不进气事件之前由进气歧管接收的空气的质量：以及
起用模块，基于状态信号，所述起用模块基于每缸空气量值和当前累计空气质量来确定当前气缸的空气质量值。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气缸事件模块：
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的起用气缸的气缸进气事件的每缸空气量值，其中，空气质量流量信号表示由进气歧管接收的空气量，且其中，气缸进气事件的每缸空气量值中的每个表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始或停用气缸的上一次气缸不进气事件开始以来由进气歧管接收的空气量；以及
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的停用气缸的气缸不进气事件的每缸空气量值，其中，气缸不进气事件的每缸空气量值中的每个表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始或停用气缸的上一次气缸不进气事件开始以来由进气歧管接收的空气量。
3.根据权利要求1所述的系统，气缸控制模块随机地选择所述多个气缸中的一个或多个，停用所选择的一个或多个气缸，且起用所述多个气缸中的其它气缸。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括配置成确定发动机的发动机速度的发动机速度模块，
其中，所述气缸事件模块基于发动机速度来确定每缸空气量值。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括空气流量模块，所述空气流量模块基于从空气质量流量传感器接收的电压产生频率信号，
其中，所述气缸事件模块基于频率信号来确定每缸空气量值。
6.根据权利要求1所述的系统，其中：
状态信号指示当前气缸停用；
停用模块将当前累计空气质量设定为等于先前累计空气质量和每缸空气量值的总和；以及
先前累计空气质量在具有的进气冲程紧挨在当前气缸进气冲程之前的气缸的气缸不进气事件之前确定。
7.根据权利要求1所述的系统，其中：
状态信号指示当前气缸起用；
起用模块将空气质量值设定为等于每缸空气量值和当前累计空气质量的总和；以及
当前累计空气质量在具有的进气冲程紧挨在当前气缸进气冲程之前的气缸的气缸不进气事件之前确定。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气缸事件模块确定起用气缸的每个气缸进气事件的每缸空气量值和停用气缸的每个气缸不进气事件的每缸空气量值。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述停用模块确定自起用气缸的上一次气缸进气事件以来和在多个停用气缸的多个相继气缸不进气事件期间由进气歧管接收的空气的当前累计空气质量。
10.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述气缸事件模块确定第二气缸的每缸空气量值，其中，第二气缸在当前气缸之后且被起用；以及
所述起用模块将当前累计空气质量改写为等于第二每缸空气量值，且基于第二每缸空气量值来确定第二气缸的第二空气质量值，而不是基于先前累计空气质量，也不基于第一空气质量值。
11.一种用于控制发动机的气缸起用和停用的方法，包括：
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的当前气缸的气缸进气事件或气缸不进气事件中的一个的每缸空气量值，其中，所述发动机具有包括当前气缸的多个气缸；
产生指示当前气缸是起用还是停用的状态信号；
基于状态信号基于进气歧管中的先前累计空气质量和每缸空气量值确定发动机的进气歧管中的当前累计空气质量，当前累计空气质量表示自起用气缸的上一次气缸进气事件以来且在一个或多个停用气缸的一个或多个气缸不进气事件之前由进气歧管接收的空气的质量：以及
基于状态信号，根据每缸空气量值和当前累计空气质量来确定当前气缸的空气质量值。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的起用气缸的气缸进气事件的每缸空气量值，其中，空气质量流量信号表示由进气歧管接收的空气量，且其中，气缸进气事件的每缸空气量值中的每个表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始或停用气缸的上一次气缸不进气事件开始以来由进气歧管接收的空气量；以及
基于空气质量流量信号和发动机速度信号来确定发动机的停用气缸的气缸不进气事件的每缸空气量值，其中，气缸不进气事件的每缸空气量值中的每个表示自起用气缸的上一次气缸进气事件开始或停用气缸的上一次气缸不进气事件开始以来由进气歧管接收的空气量。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
随机地选择所述多个气缸中的一个或多个；
停用所选择的一个或多个气缸；以及
起用所述多个气缸中的其它气缸。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：确定发动机的发动机速度，
其中，基于发动机速度来确定每缸空气量值。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：基于从空气质量流量传感器接收的电压产生频率信号，
其中，基于频率信号来确定每缸空气量值。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：将当前累计空气质量设定为等于先前累计空气质量和每缸空气量值的总和，其中：
状态信号指示当前气缸停用；以及
先前累计空气质量在具有的进气冲程紧挨在当前气缸进气冲程之前的气缸的气缸不进气事件之前确定。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：将空气质量值设定为等于每缸空气量值和当前累计空气质量的总和，其中：
状态信号指示当前气缸起用；以及
当前累计空气质量在具有的进气冲程紧挨在当前气缸进气冲程之前的气缸的气缸不进气事件之前确定。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括：确定起用气缸的每个气缸进气事件的每缸空气量值和停用气缸的每个气缸不进气事件的每缸空气量值。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括：确定自起用气缸的上一次气缸进气事件以来和在多个停用气缸的多个相继气缸不进气事件期间由进气歧管接收的空气的当前累计空气质量。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
确定第二气缸的每缸空气量值，其中，第二气缸在当前气缸之后且被起用；以及
将当前累计空气质量改写为等于第二每缸空气量值，且基于第二每缸空气量值来确定第二气缸的第二空气质量值，而不是基于先前累计空气质量，也不基于第一空气质量值。
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