CN106368832B - 用于改善启动期间发动机排放的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于改善启动期间发动机排放的系统和方法。介绍了用于改善内燃发动机的排放的系统和方法。在一个示例中，当氧传感器的输出不可用时，发动机曲轴加速度是估计发动机启动期间发动机空气‑燃料比的基础。可以响应于估计的发动机空气‑燃料比来调整实际发动机空气‑燃料比。

Description

用于改善启动期间发动机排放的系统和方法
技术领域
本说明书涉及用于当发动机温度在期望发动机运行温度以下时改善发动机启动期间的发动机排放的系统和方法。这些方法和系统对于在紧跟着发动机启动的发动机空转情况期间的化学计量条件稀薄地运行的发动机特别有用。
背景技术
内燃火花点火发动机可以以比发动机启动且发动机温度接近环境温度后不久的化学计量空气-燃料比稀薄的空气-燃料比运行。通过稀薄地运行发动机，在催化剂耦合至发动机的效率低的时候，可以减少来自发动机的碳氢化合物排放，使得可以减少车辆排放。进一步地，由于发动机温度接近环境温度，当发动机以稀薄的空气-燃料混合物运行时，发动机NOx排放可能较低。然而，如果发动机的空气-燃料比与期望的相比更稀薄，发动机可失火并且发动机排放可增加。可替代地，如果发动机的空气-燃料比稀薄但比期望的丰富，发动机碳氢化合物排放可增加。
一种保证发动机在期望空气-燃料范围内运行的方式是，将氧传感器定位在耦合至发动机的排气系统中，并且基于氧传感器输出调节发动机空气-燃料比。然而，在氧传感器达到阈值温度以前，准确的氧传感器输出可能不可用。发动机空气-燃料比可以是在冷发动机启动期间受控制的开环(例如，没有反馈的情况下被控制)，但由于燃料喷射器传递函数误差和其他条件，实际发动机空气-燃料比可以偏离期望发动机空气-燃料比。可以通过在暖发动机工况下获知和适配的燃料倍增器补偿燃料系统成分的变化。虽然如此，当处于或接近环境温度的发动机被启动时，由于燃料搅浑以及取决于温度的燃料成分变化，发动机的空气-燃料比可偏离期望发动机空气-燃料比。因此，在氧传感器反馈不可用时的情况期间，可以期望提供一种控制发动机空气-燃料比的方式。
发明内容
在此，发明人已经意识到上述缺点并且开发了一种发动机运行方法，包括：接收到控制器的传感器数据；并且响应于发动机曲轴加速度的期望标准偏差与发动机曲轴加速度的确定的标准偏差之间的差，经由该控制器来调整发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的该期望标准偏差基于期望发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差基于该传感器数据。
通过响应于发动机曲轴加速度的期望标准偏差与发动机曲轴加速度的确定的标准偏差之间的差调节发动机空气-燃料比，可以提供改善氧传感器反馈不可用时的发动机排放的技术效果。在一个示例中，发动机曲轴加速度的该期望标准偏差可以基于期望发动机空气-燃料比，使得当该发动机以发动机曲轴加速度的该期望标准偏差运行时，发动机以期望的空气-燃料比运行。如果发动机加速度的该确定的标准偏差小于或大于期望的，则可以判断发动机不是以期望的空气-燃料比运行。结果，可以调节发动机空气-燃料比。以这种方式，在没有氧传感器反馈的情况下，发动机可以以期望空气-燃料比运行。
本说明书可以提供若干优点。具体地，这种方式可以减少发动机启动期间的发动机排放。进一步地，当氧传感器可能不可用以改善发动机运行时，这种方式提供空气-燃料比反馈。更进一步地，这种方式可以使在满足排放要求的同时以更少的催化剂运行发动机成为可能。
在被单独采用或在结合附图时从以下具体实施方式中，本说明书的上述优点以及其他优点、以及特征将变得显而易见。
应当理解的是，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍具体实施方式中进一步说明的概念的选择。不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上文或本披露的任何部分中所指出的的任何缺点的实施方式。
附图说明
当被单独采用或参照附图时，通过阅读实施例的示例(在此称为具体实施方式)将充分地理解在此所描述的优点，其中：
图1是发动机的示意图；
图2示出了展示发动机加速度与发动机空气-燃料比之间的关系的曲线图；
图3A和图3B示出了针对不同火花正时的发动机加速度与发动机空气-燃料比变化关系的曲线图；
图4示出了示例车辆运行顺序；并且
图5示出了运行发动机的示例方法。
具体实施方式
本说明书涉及运行包括内燃发动机的车辆。该发动机可以被配置为如图1中所示。可以基于如图2至图3B中所示的发动机加速度与发动机空气-燃料比之间的关系估计发动机空气-燃料比。可以根据图5的方法运行该发动机从而提供如图4中所示的发动机运行顺序。图5中所描述的方法提供了基于发动机工况估计发动机空气-燃料比(不包括氧传感器反馈的情况下)，以及基于所估计的发动机空气-燃料比调节发动机空气-燃料。
参照图1，包括多个汽缸的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，图1中示出了这些汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，其中，活塞36位于其中并连接至曲轴40。飞轮97和环形齿轮99耦合至曲轴40。启动机96包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地将小齿轮95前进以啮合环形齿轮99。启动机96可以直接安装至发动机的前方或发动机的后方。在某些示例中，启动机96可以经由皮带或链条选择性地向曲轴40提供扭矩。在一个示例中，启动机96处于未与发动机曲轴啮合时的基本状态。燃烧室30被示为经由对应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48联通。可以通过进气凸轮51和排气凸轮53运行每个进气门和排气门。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55来确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57来确定。
液体燃料喷射器66被示为被定位成直接向汽缸30内喷射燃料，这是本领域技术人员所知的直接喷射。可替代地，液体燃料可以被喷射至进气道，这是本领域技术人员所知的进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的脉冲宽度成比例地递送液体燃料。燃料被包括燃料箱、燃料泵、和燃料轨(未示出)的燃料系统(未示出)递送至燃料喷射器66。
进气歧管44被示为与可选择的电子节气门62联通，该电子节气门调整节流板64的位置以控制从进气口42到进气歧管44的空气流。在某些示例中，节气门62和节流板64可以被定位在进气门52和进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。
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。通用排气氧(UEGO)传感器126被示为耦合至催化转化器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。
在一个示例中，转化器70能够包括多个催化剂砖。在另一示例中，能够使用各自具有多个砖的多个排放控制设备。在一个示例中，转化器70能够是三元型催化剂。
驾驶员132经由加速器踏板130和加速器踏板位置传感器134向控制器12输入驾驶员需求扭矩。驾驶员需求扭矩可以是车辆速度和加速器踏板位置的函数。
控制器12在图1中被示为常规微型计算机，包括：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、非瞬态存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110、以及常规数据总线。控制器12被示为从耦合至发动机10的传感器接收各个信号，除之前所讨论的那些信号之外，包括：来自耦合至冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；来自耦合至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量结果；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量结果；以及来自传感器58的节气门位置的测量结果。还可以感测(传感器未示出)大气压力以供控制器12处理。在本说明书的优选方面，曲轴每次转动，发动机位置传感器118产生预先确定数量的等间距脉冲，能够从中确定发动机转速(RPM)。通过评估两个不同发动机位置处的发动机转速，并将这两个发动机位置处的发动机转速差除以发动机从第一发动机位置转动到第二发动机位置所花费的时间，可以确定发动机加速度。
在运行期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四个冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、以及排气冲程。在进气冲程期间，通常，排气门54关闭并且进气门52打开。空气经由进气歧管44引入燃烧室30，并且活塞36移动至汽缸的底部从而增大燃烧室30内的体积。活塞36接近汽缸的底部并且其冲程结束时所处的位置(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)一般被本领域技术人员成为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝汽缸盖移动从而压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程结束时且最接近汽缸盖时所处的点(例如，当燃烧室30处于其最小体积时)一般被本领域技术人员成为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文称为点火的过程中，所喷射的燃料被已知点火装置如火花塞92点火，造成燃烧。在膨胀冲程期间，正在膨胀的气体将活塞36推回BDC。曲轴40将活塞运动转化成旋转轴的转动扭矩。最后，在排气冲程期间，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并且活塞返回至TDC。注意，以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以改变，比如从而提供正或负气门重叠、进气门延迟关闭、或各种其他示例。
因而，图1的装置提供了一种发动机系统，包括：发动机，包括曲轴位置传感器；包括可执行指令的控制器，这些可执行指令被存储在非瞬态存储器中用于响应于发动机曲轴加速度的标准偏差误差调节该发动机的空气-燃料比，发动机曲轴加速度的该标准偏差误差基于期望发动机空气-燃料比和发动机曲轴加速度的确定的标准偏差，该发动机曲轴加速度的确定的标准偏差基于该曲轴位置传感器的输出。
在某些示例中，发动机系统进一步包括附加指令，用于经由燃料喷射器调节该空气-燃料比。发动机系统进一步包括附加指令，用于根据该曲轴位置传感器的该输出确定发动机曲轴加速度。发动机系统进一步包括附加指令，用于过滤该发动机曲轴加速度。发动机系统进一步包括附加指令，用于确定过滤的发动机曲轴加速度的绝对值。发动机系统进一步包括附加指令，用于过滤过滤的发动机曲轴加速度的该绝对值。发动机系统进一步包括指令，用于基于发动机曲轴加速度的期望标准偏差与发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差之间的差将发动机燃料调节存储至存储器。
现在参照图2，示出了曲线图，该曲线图示出了发动机曲轴加速度的标准偏差与发动机空气-燃料比之间的关系。图2中所示的关系表示发动机运行在基本上恒定的发动机转速(例如，变化小于±100RPM)、具有恒定的火花正时以及通过发动机的恒定空气流量。水平轴线代表发动机λ(空气-燃料比)(例如，发动机空气-燃料比除以正在被发动机燃烧的燃料的化学计量空气-燃料比)。λ从曲线图的左侧向曲线图的右侧增大。竖直轴线代表发动机加速度的标准偏差。发动机加速度的标准偏差(例如，方差的测量)沿竖直轴线箭头方向增大。
曲线202代表以基本上恒定的转速和火花正时运行的发动机的发动机加速度的标准偏差与发动机λ之间的关系。对于沿着曲线202的每个λ值，存在发动机加速度的标准偏差的单个对应值。竖直线222代表用于以冷启动(例如，当发动机温度基本上在环境温度时(±3.5℃以内))运行发动机的下λ值(lower Lambda value)阈值。竖直线220代表用于以冷启动运行发动机的上λ值(upper Lambda value)阈值。期望发动机以222和220之间的λ值运行。
从曲线202与直线222的交点到竖直轴线上画水平线210，从而确定对应于下λ值的发动机加速度的标准偏差。从曲线202与直线220的交点到竖直轴线上画水平线212，从而确定对应于上λ值的发动机加速度的该标准偏差。发动机可以运行于210和212之间的发动机加速度值的标准偏差，从而在下λ极限222和上λ极限220之间运行发动机。以这种方式，用于发动机运行于当发动机被冷启动并且氧传感器不可用时的期望发动机λ值可以是以发动机曲轴加速度的标准偏差运行发动机的基础，其中，发动机以期望的发动机λ值运行。
现在参照图3A，示出了发动机加速度的标准偏差与发动机的平均λ的变化关系的曲线图。竖直轴线代表发动机加速度的标准偏差。水平轴线代表发动机正在运行所处的λ值。产生所示的数据的发动机运行于零度的火花正时或在发动机循环期间的上止点压缩冲程产生的火花。
曲线302代表当发动机以1400RPM运行时发动机加速度的标准偏差与平均λ的变化关系。曲线304代表当发动机以1300RPM运行时发动机加速度的标准偏差与λ的变化关系。曲线306代表当发动机以700RPM运行时发动机加速度的标准偏差与平均λ的变化关系。发动机空气流量对于每条曲线不同，因此发动机可以运行于零度火花正时。针对以700RPM和1400RPM之间的转速运行发动机，可以提供附加曲线。
因此，可以观察到，在每个发动机转速，发动机提供唯一的曲线。通过索引曲线图中所示的对应于(发动机正在运行的)发动机转速的数据，可以确定发动机加速度的标准偏差，以便以期望λ值运行发动机。例如，如果发动机以1300RPM和TDC火花正时空转，期望的λ是索引曲线图以及基于曲线304的数据检索发动机加速度的标准偏差值的基础。
现在参照图3B，示出了发动机加速度的标准偏差与发动机的平均λ的变化关系的第二曲线图。竖直轴线代表发动机加速度的标准偏差。水平轴线代表发动机运行时所处的λ值。产生所示的数据的发动机运行于负十度的火花正时或在发动机循环期间的超前上止点压缩冲程十度产生的火花。
曲线310代表当发动机以1400RPM运行时发动机加速度的标准偏差与平均λ的变化关系。曲线312代表当发动机以1300RPM运行时发动机加速度的标准偏差与λ的变化关系。曲线314代表当发动机以700RPM运行时发动机加速度的标准偏差与平均λ的变化关系。发动机空气流量对于每条曲线不同，因此发动机可以运行于负十度火花正时。针对以700RPM和1400RPM之间的转速运行发动机，可以提供附加曲线。
因此，可以观察到，在每个发动机转速，发动机提供唯一的曲线。进一步地，图3B的曲线不同于图3A的曲线。类似于针对图3A所描述的程序，通过索引曲线图中所示的对应于(发动机正在运行的)发动机转速的数据，可以确定发动机加速度的标准偏差，以便以期望λ值运行发动机。例如，如果发动机以1300RPM负十度火花正时空转，则期望的λ是索引曲线图以及基于曲线312的数据检索发动机加速度的标准偏差值的基础。
在控制器存储器中可以针对一系列火花正时(例如，TDC、0、-5、-10、-20等)提供类似于图3A和图3B的数据映射图的多个数据映射图，使得可以针对期望发动机λ值或范围确定发动机转速的标准偏差，即使发动机可以基于发动机工况如发动机温度以不同的火花正时运行。通过索引合适的数据映射图，可以从存储器检索发动机转速的标准偏差作为如就图5进一步详细描述的运行发动机的基础。
现在参照图4，示出了图1的系统的模拟的示例车辆运行顺序。可以经由可执行指令来提供该运行顺序，这些可执行指令结合图1中所示的传感器和致动器提供图5的方法。竖直线T1-T6指示这个顺序期间感兴趣的时间。沿着每个水平轴线的SS中断代表这个顺序中的时间中断。时间中断可以是长或短持续时间。图4的这些曲线图是时间对准的。
从图4顶部第一曲线图是发动机运行状态对时间的变化关系的曲线图。竖直轴线代表发动机运行状态。当相应轨迹在接近竖直轴线箭头的较高水平时，发动机处于转动模式或空转。当相应的轨迹在接近水平轴线的较低水平时，发动机不在转动(例如，停止或关掉)或处于加速转速(例如，小于怠速的转速)。水平轴线代表时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增大。
从图4顶部第二曲线图是发动机加速度的选定标准偏差误差对时间的变化关系的曲线图。发动机加速度的标准偏差误差是发动机加速度的期望标准偏差减去发动机加速度的实际或测量标准偏差。竖直轴线代表发动机加速度的标准偏差误差。水平轴线代表时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增大。
从图4顶部第三曲线图是发动机空气-燃料比对时间的变化关系的曲线图。竖直轴线代表发动机空气-燃料比，并且空气-燃料比在竖直轴线箭头的方向变得更稀薄。水平轴线代表时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增大。直线402代表上发动机空气-燃料比阈值，在该阈值以上，不期望运行发动机。直线404代表下发动机空气-燃料比阈值，在该阈值以下，不期望运行发动机。因而，期望发动机在阈值402和阈值404之间运行。
从图4顶部第四曲线图是比例/积分/微分(PID)控制器燃料量校正对时间的变化关系的曲线图。竖直轴线代表PID控制器燃料量校正。当PID控制器燃料量校正值在水平轴线以上时，发动机燃料量增加。当PID控制器燃料量校正值在水平轴线以下时，发动机燃料量减少。当PID控制器燃料量校正值处于水平轴线时，发动机燃料量不被校正。水平轴线代表时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增大。
在时间T0，发动机被停止，并且发动机曲轴加速度的标准偏差误差是零。发动机空气-燃料比超标而不能指示，空气在发动机的排气系统中被感测。PID控制器输出是零，并且准确发动机氧传感器数据不可用(未示出)。就在T1之前的时间，发动机被启动。
在时间T1，发动机转速达到阈值转速，使得发动机状态过渡至运行模式。曲轴加速度的标准偏差误差是零，并且发动机空气-燃料比稀薄，但正变富。PID控制器输出是零，并且准确发动机氧传感器数据不可用(未示出)。
在时间T1和时间T2之间，发动机保持运行模式。发动机加速度的标准偏差误差是零，并且发动机空气-燃料比趋向更富。PID控制器输出是零，因为发动机空气-燃料比在阈值402和阈值404之间。
在时间T2，发动机继续运行模式并且发动机空气-燃料比与阈值404相比更富。响应于基于发动机加速度的所估计的发动机空气-燃料比，发动机加速度的标准偏差误差向负方向增加(例如，量级增大)。PID控制器校正项也响应于增大的发动机加速度的标准偏差误差而向负方向增大(例如，量级增大)。准确的发动机氧传感器数据不是可用的(未示出)。
在时间T2和时间T3之间，PID控制器校正项减小被喷射至发动机的燃料的量，由此促使发动机空气-燃料更稀薄。发动机保持运行模式并且发动机加速度的标准偏差误差向负方向增大并且然后减小。准确的发动机氧传感器数据不是可用的(未示出)。
在时间T3，发动机空气-燃料比返回至阈值402和404之间。响应于发动机空气-燃料比返回至阈值402和404之间，发动机加速度的标准偏差误差返回零。PID控制器校正项返回零值并且发动机保持运行模式。准确的发动机氧传感器数据不是可用的(未示出)。
在时间T3之后且在时间T4之前，发动机保持运行模式并且发动机空气-燃料比保持在阈值402和404之间。发动机加速度的标准偏差误差是零，并且PID控制器校正也是零。准确的发动机氧传感器数据不是可用的(未示出)。
在时间T3和时间T4之间，发生时间中断。在时间中断期间，发动机冷却至环境温度。
在时间T4，发动机转速达到阈值转速，使得发动机状态过渡至运行模式。曲轴加速度的标准偏差误差是零，并且发动机空气-燃料比稀薄，但正变富。PID控制器输出是零，并且准确发动机氧传感器数据不可用(未示出)。
在时间T5，发动机继续运行模式并且发动机空气-燃料比与阈值402相比更稀薄。响应于基于发动机加速度的所估计的发动机空气-燃料比，发动机加速度的标准偏差误差向正方向增加(例如，量级增大)。PID控制器校正项也响应于增大的发动机加速度的标准偏差误差而向正方向增大(例如，量级增大)。准确的发动机氧传感器数据不是可用的(未示出)。
在时间T5和时间T6之间，PID控制器校正项增大被喷射至发动机的燃料的量，由此促使发动机空气-燃料更富。发动机保持运行模式并且发动机加速度的标准偏差误差向正方向增大并且然后减小。准确的发动机氧传感器数据不是可用的(未示出)。
在时间T6，发动机空气-燃料比返回至阈值402和404之间。响应于发动机空气-燃料比返回至阈值402和404之间，发动机加速度的标准偏差误差返回零。PID控制器校正项返回零值并且发动机保持运行模式。准确的发动机氧传感器数据不是可用的(未示出)。
以这种方式，可以响应于发动机加速度的标准偏差误差来调整发动机空气-燃料比。发动机空气-燃料比被控制在上λ阈值和下λ阈值内以改善发动机排放。
现在参照图5，示出了用于运行发动机的方法。图5的方法可以至少被部分地实现为存储在控制器存储器中的可执行指令。图5的方法可以与图1和图2的系统结合或者是其一部分，从而调整在物理世界中的设备的状态。进一步，图5的方法与图1和图2的系统一起可以提供图4中所示的运行顺序。
在502，方法500确定车辆工况。可以经由从车辆传感器和致动器输入至控制器的数据确定车辆工况。车辆工况可以包括但不限于发动机转速，自发动机停止以来的时间、发动机负载、发动机冷却液温度、以及发动机火花正时。在车辆工况被确定之后，方法500前进至504。
在504，方法500判断发动机是否处于冷启动条件。在一个示例中，基于发动机转速小于阈值转速、发动机温度、以及自发动机停止以来的时间小于阈值时间量，方法500判断发动机是否正被冷启动。如果方法判断发动机处于冷启动条件，答案为是并且方法500前进至506。否则，答案为否，并且方法500前进至524。
在506，方法500判断自发动机停止以来是否已经存在驾驶员需求扭矩增大。可以基于加速器踏板位置传感器的输出大于阈值来确定驾驶员需求扭矩增大。如果方法500判断存在驾驶员需求扭矩增大，则答案为是并且方法500前进至524。否则，答案为否，并且方法500前进至508。
在508，方法500确定发动机加速度。在一个示例中，通过评估两个不同发动机位置处的发动机转速并将这两个发动机位置处的发动机转速差除以发动机从第一发动机位置转动到第二发动机位置所花费的时间，确定发动机加速度。例如，如果在第一时间T100发动机转速被确定为500RPM，并且如果在第二时间T101发动机转速被确定为525RPM，当发动机在这两个时间之间转动花费了0.1秒时，发动机加速度被确定为(525-500)RPM/0.1秒＝250RPM/秒。发动机加速度被确定之后，方法500前进至510。
在510，方法500确定发动机曲轴加速度的标准偏差。方法500将随着时间而取的发动机曲轴加速度值输入一阶低通滤波器。调整一阶低通滤波器时间常量以提供发动机曲轴加速度平均估计。从每个发动机曲轴加速度的估计减去发动机曲轴加速度平均估计，以提供第一结果。对该第一结果取或执行绝对值以提供第二结果。最后，通过第二一阶低通滤波器传递该第二结果从而为每个发动机加速度的估计提供所确定的发动机加速度的标准偏差。因而，在本发明的方法中未使用平方运算和发动机曲轴加速度值的缓冲区来确定标准偏差。结果是，可以减小控制器计算负载。发动机加速度的标准偏差被确定之后，方法500前进至512。
因而，熟知的标准偏差公式被描述为：
Figure GDA0002763938930000111
其中，σ是标准偏差，N是数据点的个数，x是变量，并且
Figure GDA0002763938930000112
是变量平均值，其被包括两个一阶低通滤波器和绝对值运算的唯一近似所代替。因此，可以减小控制器计算负载。
在512，方法500确定发动机加速度的期望标准偏差以提供期望发动机空气-燃料比。在一个示例中，期望发动机空气-燃料比存储在控制器存储器中。凭经验确定期望发动机空气-燃料比并将其存储在存储器中。期望发动机空气-燃料比被存储在基于发动机温度和自发动机停止以来的燃烧事件的次数而索引的表或函数中。例如，针对自发动机停止以来的预先确定次数的燃烧事件，期望发动机空气-燃料比可以是1.03λ值。
一旦确定了期望发动机空气-燃料比，它就被用于索引提供发动机加速度的标准偏差与发动机空气-燃料比之间的关系(例如，如图2至图3B的曲线所示)的一个或多个表或函数。该表或函数针对期望发动机空气-燃料比输出发动机曲轴加速度的期望标准偏差。进一步地，图2至图3B中所示的曲线可以是一个或多个附加表或函数的输出。在一个示例中，三个二维表的输出提供图2至图3B中所示的曲线。这些表包括输出基于发动机转速和发动机负载对发动机加速度的期望标准偏差的调整的第一表或函数(例如，发动机空气充气除以理论的发动机空气充气)。第二表或函数输出基于自发动机停止以来的时间以及发动机温度对发动机曲轴加速度的期望标准偏差的调整。进一步地，第三表或函数输出基于发动机转速和发动机火花正时对发动机曲轴加速度的期望标准偏差的调整。发动机曲轴加速度的期望标准偏差被确定之后，方法500前进至514。
在514，方法500确定发动机加速度的标准偏差误差。发动机加速度的标准偏差误差是在512确定的发动机曲轴加速度的期望标准偏差减去来自510的发动机加速度的确定的标准偏差。
可替代地，针对小于发动机曲轴加速度的上标准偏差误差阈值并且大于发动机曲轴加速度的下标准偏差误差阈值的发动机曲轴加速度的标准偏差误差，方法500可以使发动机曲轴加速度的标准偏差误差为零。如图4中所示，发动机曲轴加速度的上标准偏差误差阈值对应于上发动机空气-燃料比，并且发动机曲轴加速度的下标准偏差误差阈值对应于下发动机空气-燃料比阈值。上阈值和下阈值之外的发动机曲轴加速度的标准偏差误差保持其当前值。以这种方式，可以提供发动机空气-燃料比死区(dead-band)。发动机加速度的标准偏差误差被确定之后，方法500前进至516。
在516，方法500将比例/积分/微分控制器应用于在514所确定的发动机加速度的标准偏差误差。PID控制器输出可以表达为：
Figure GDA0002763938930000121
其中，u(t)是PID控制器输出，Kp是比例增益，Ki是积分增益，Kd是微分增益，e是发动机加速度的标准偏差误差，并且t是时间。可以凭经验确定比例增益、积分增益、和微分增益并将其存储在存储器中。PID控制器输出被确定之后，方法500前进至518。
在518，方法500基于PID控制器输出调节燃料喷射器正时。在一个示例中，PID控制器输出与发动机燃料喷射量相加，并且基于经调整的燃料喷射量调整燃料喷射器正时。例如，PID输出可以请求向每个发动机汽缸递送X克的附加燃料。当前汽缸燃料量增加X克燃料。通过增加或减少供应给发动机汽缸的燃料的量，可以调整发动机加速度的标准偏差，使得发动机以期望发动机空气-燃料比运行。因而，响应于发动机加速度的标准偏差，闭环调节发动机空气-燃料比。在发动机汽缸的空气-燃料比被调整之后，方法500前进至520。
在520，方法500判断发动机氧传感器数据是否可用。在发动机启动之后一段时间氧传感器数据可不准确，因为氧传感器加温至运行温度要花些时间。加温氧传感器的时间量可以基于环境温度和发动机排气温度而改变。在一个示例中，方法500基于自电功率被提供给氧传感器以来的时间判断氧传感器数据是否可用。如果方法500判断氧传感器数据可用，则答案为是并且方法500前进至524。否则，答案为否，并且方法500前进至522。因而，方法500在没有氧传感器反馈的情况下运行，直到氧传感器可用。
在522，方法500基于自发动机停止以来的发动机燃烧事件的次数以及PID控制器应用至燃料喷射器的调整，来更新存储器中期望发动机空气-燃料比的值。在一个示例中，如果PID控制器在具体燃烧事件增加发动机燃料量，则用于那个具体燃烧事件的发动机空气-燃料比增加预先确定的量。在存储器中更新期望发动机空气-燃料比值之后，方法500返回至506。
在524，方法500过渡至闭环发动机空气-燃料控制，其中，基于如本领域中已知的氧传感器反馈调节发动机空气-燃料比。发动机进入对发动机空气-燃料比的闭环氧传感器反馈控制之后，方法500前进至退出。
因而，图5的方法提供了一种发动机运行方法，包括：接收到控制器的传感器数据；并且响应于发动机曲轴加速度的期望标准偏差与发动机曲轴加速度的确定的标准偏差之间的差，经由该控制器调整发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的该期望标准偏差基于期望发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差基于该传感器数据。该方法包括，其中，基于发动机负载进一步估计期望发动机曲轴加速度，并且其中，该期望发动机空气-燃料比被调整为在上阈值发动机空气-燃料比与下阈值发动机空气-燃料比之内。
在某些示例中，该方法包括，其中，基于发动机转速进一步估计该期望发动机曲轴加速度。该方法包括，其中，基于火花正时进一步估计该期望发动机曲轴加速度。该方法包括，其中，基于自发动机停止以来的时间进一步估计该期望发动机曲轴加速度。该方法包括，其中，基于发动机冷却液温度进一步估计该期望发动机曲轴加速度。该方法包括，其中，通过调整燃料喷射器的打开正时来调节该发动机空气-燃料比。
图5的方法还提供发动机运行方法，包括：接收到控制器的传感器数据；并且响应于发动机曲轴加速度的期望标准偏差与发动机曲轴加速度的确定的标准偏差之间的差，经由该控制器调整发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的该期望标准偏差基于期望发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差基于该传感器数据，经由两个低通滤波器近似估计(approximate)发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差。该方法包括，其中，通过向这两个低通滤波器之一的输出应用绝对值来近似估计发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差。
在某些示例中，该方法包括，其中，通过调整燃料喷射正时来调节该发动机空气-燃料比。该方法进一步包括，将发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差输入至比例/积分/微分控制器，以及响应于该比例/积分/微分控制器的输出调节该发动机空气-燃料比。该方法包括，其中，发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差基于发动机位置传感器。该方法进一步包括，基于发动机曲轴加速度的该期望标准偏差与发动机曲轴加速度的该确定的标准偏差之间的差，将发动机燃料调节存储至存储器。
如本领域普通技术人员将理解的，图5中所描绘的方法可以代表任何数量的处理策略中的一个或多个，如事件驱动型、中断驱动型、多任务型、多线程型等。进一步地，在此所描述的方法可以是控制器在实体世界所采取的行动以及控制器内的指令的组合。在此所披露的方法和程序至少部分可以作为可执行指令存储在非瞬态存储器中并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器、以及其他发动机硬件执行。这样，所展示的各个步骤或方法可以用所展示的顺序执行、并行地、或在某些情况下省略。同样，处理的顺序并不是实现在此所描述的目的、特征、和优点所必须要求的，但为了方便展示和说明而提供。虽然未清除地展示，本领域普通技术人员将认识到，所展示的步骤或功能中的一项或多项可以取决于正使用的具体策略而重复地执行。进一步地，所描述的动作、操作、方法、和/或功能可以图示代表有待被编程至发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非瞬态存储器中的代码。
以下对说明书进行总结。本领域技术人员阅读本说明书将想到许多不背离说明书精神和范围的替代或修改。例如，以天然气、汽油、柴油、或替代性燃料配置运行的I3、I4、I5、V6、V8、V10、和V12发动机可以使用本说明书的优势。

Claims (20)

1.一种发动机运行方法，包括：
接收到控制器的传感器数据；并且
响应于发动机曲轴加速度的期望标准偏差与发动机曲轴加速度的确定的标准偏差之间的差，经由所述控制器调整发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的所述期望标准偏差基于期望发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差基于所述传感器数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中，基于发动机负载进一步估计期望发动机曲轴加速度，并且其中，所述期望发动机空气-燃料比被调整为在上阈值发动机空气-燃料比与下阈值发动机空气-燃料比内。
3.如权利要求2所述的方法，其中，基于发动机转速进一步估计所述期望发动机曲轴加速度。
4.如权利要求3所述的方法，其中，基于火花正时进一步估计所述期望发动机曲轴加速度。
5.如权利要求4所述的方法，其中，基于自发动机停止以来的时间进一步估计所述期望发动机曲轴加速度。
6.如权利要求5所述的方法，其中，基于发动机冷却液温度进一步估计所述期望发动机曲轴加速度。
7.如权利要求1所述的方法，其中，通过调整燃料喷射器的打开正时来调节所述发动机空气-燃料比。
8.一种发动机运行方法，包括：
接收到控制器的传感器数据；并且
在发动机冷启动期间在排气氧传感器数据不可用的情况下，响应于发动机曲轴加速度的期望标准偏差与发动机曲轴加速度的确定的标准偏差之间的差，经由所述控制器闭环调整发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的所述期望标准偏差基于期望发动机空气-燃料比，发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差基于所述传感器数据，经由两个低通滤波器近似估计发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差。
9.如权利要求8所述的方法，其中，通过向所述两个低通滤波器中的一个的输出应用绝对值，近似估计发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差。
10.如权利要求8所述的方法，其中，通过调整燃料喷射正时来调节所述发动机空气-燃料比。
11.如权利要求8所述的方法，进一步包括将发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差输入至比例/积分/微分控制器，以及响应于所述比例/积分/微分控制器的输出调节所述发动机空气-燃料比。
12.如权利要求8所述的方法，其中，发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差基于发动机位置传感器。
13.如权利要求8所述的方法，进一步包括：基于发动机曲轴加速度的所述期望标准偏差与发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差之间的差，将发动机燃料调节存储至存储器。
14.一种发动机系统，包括：
发动机，包括曲轴位置传感器；
被耦合在所述发动机的排气中的排气氧传感器；以及
包括可执行指令的控制器，所述可执行指令被存储在非瞬态存储器中，用于：在发动机启动期间所述排气氧传感器的输出不可用的情况下，响应于发动机曲轴加速度的标准偏差误差调节所述发动机的空气-燃料比，发动机曲轴加速度的所述标准偏差误差基于期望发动机空气-燃料比和发动机曲轴加速度的确定的标准偏差，发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差基于所述曲轴位置传感器的输出。
15.如权利要求14所述的发动机系统，进一步包括附加指令，用于经由燃料喷射器调节所述空气-燃料比。
16.如权利要求15所述的发动机系统，进一步包括附加指令，用于根据所述曲轴位置传感器的所述输出确定发动机曲轴加速度。
17.如权利要求16所述的发动机系统，进一步包括附加指令，用于过滤所述发动机曲轴加速度。
18.如权利要求17所述的发动机系统，进一步包括附加指令，用于确定所述过滤的发动机曲轴加速度的绝对值。
19.如权利要求18所述的发动机系统，进一步包括附加指令，用于过滤所述过滤的发动机曲轴加速度的所述绝对值。
20.如权利要求14所述的发动机系统，进一步包括指令，用于将基于发动机曲轴加速度的期望标准偏差与发动机曲轴加速度的所述确定的标准偏差之间的差的发动机燃料调节存储至存储器。
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