CN107735559A - 用于控制内燃机的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种内燃机，且包括用于操作其的方法，所述方法包括确定排放气体馈送流中的被观察的一氧化碳(CO)比；基于在排放气体馈送流中的被观察的CO比，确定被观察的气缸内的扫气；和通过控制器控制用于可变凸轮定相系统的控制状态，以基于观察的气缸内扫气，关于发动机排气阀的关闭时间控制发动机进气阀的打开时间。

Description

用于控制内燃机的方法和设备
技术领域
本公开涉及一种内燃机，且更特别地涉及用于其的控制系统。
背景技术
内燃机在气缸内燃烧空气和燃料混合物，以驱动活塞，这产生扭矩。进入火花点火发动机中的空气流经由操作者可控制的节流阀调节，并且燃料流被控制，以达到响应对功率的操作请求的空气/燃料比。涡轮增压发动机对被吸入到进气歧管中的空气加压。由此，压力差可存在于进气歧管中的空气(即，燃烧前)和排气歧管中的排放气体(即，燃烧后)之间。例如，进气歧管压力可高于排气歧管压力。
包括可变凸轮定相和/或可变阀控制的发动机可选择性地打开进气和排气阀。仅作为例子，发动机可经由凸轮相位器或被激励螺线管选择性地打开进气和排气阀。在涡轮增压发动机中同时打开进气和排气阀可允许进气歧管中较高压力空气朝向排气歧管中的较低压力排放气体流动通过气缸。
发明内容
一种内燃机被描述，且包括用于操作的方法，所述方法包括确定排放气体馈送流中的观察的一氧化碳(CO)比、基于在排放气体馈送流中的观察的CO比，确定气缸内扫气的大小、和通过控制器控制用于可变凸轮定相系统的控制状态，以基于观察的气缸内扫气比，关于发动机排气阀的关闭时间控制发动机进气阀的打开时间。
参考附图，本教导的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施如所附的权利要求中定义的本教导的一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述显而易见。
附图说明
现在将通过示例的方式并参考附图来描述一个或多个实施例，其中：
图1示例性地示出根据本公开的内燃机和伴随的控制器的剖切侧视简图；
图2以图表示出根据本公开的与操作参考图1所述的发动机的实施例相关联的数据图，其包括表示对于不同发动机速度/载荷操作点的关于排放气体空气/燃料比或拉姆达(全局-λ)的排放气体馈送流中的一氧化碳(CO)的量的数据；
图3以图表示出根据本公开的与操作参考图1所述的发动机的实施例相关联的数据图，其包括表示对于在已知速度和不同发动机载荷操作点(包括在扫气和不扫气的情况下操作发动机)的发送机操作的关于拉姆达的排放一氧化碳；
图4示意性地示出根据本公开的扫气控制程序，其用于控制发动机的实施例的操作，以实现优选扫气比，所述优选扫气比采用参考图2所述的关系，参考图3所述的，对于在没有阀重叠(即，没有扫气)的情况下的发动机操作的关于全局拉姆达的排放一氧化碳之间的的第一关系，以及对于在有阀重叠(即，具有扫气)的情况下的发动机操作的关于全局拉姆达的排放一氧化碳之间的第二关系；
图5-1以图表示出根据本公开的对于参考图1所述的发动机的关于进气凸轮定相和排气凸轮定相的发动机扭矩的大小；和
图5-2以图表示出根据本公开的对于参考图1所述的发动机的关于进气凸轮定相和排气凸轮定相的扫气比的大小。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，且绝不意图限制本公开、其应用或用途。相同的附图标记在多幅图中表示相同或相应的元件。在本文中使用的术语和首字母缩写包括以每分钟转数(RPM)计的发动机速度、以旋转度数(deg)计的发动机活塞位置和曲柄轴旋转位置，即，上死点位置(TDC，top-dead-center)、前TDC旋转位置(deg bTDC，before-TDCrotational position)、后TDC旋转位置(deg aTDC，after-TDC rotational position)和下死点位置(BDC，bottom-dead-center)。术语“发动机操作参数”是指与发动机操作有关的任何可量化值，其可被直接测量、推导、估计或由控制器以其他方式确定。术语“控制状态”是指用于促动器部件或系统的任何可控制状态，其可被控制器命令。
现参考附图，其中，叙述仅用于阐释特定示例性实施例的目的，而不是用于对其进行限制的目的，图1示意性地示出根据本公开实施例的内燃机(发动机)10和伴随的控制器5的剖切侧视简图。为了阐释的目的，示出单个代表性气缸15。发动机10可包括多个气缸。仅作为例子，发动机10可包括2、3、4、5、6、10和/或12个气缸。在一个实施例中，所示的发动机10配置为火花点火直接喷射内燃机，且可被配置为主要以化学计量的空气/燃料比操作。本公开可应用于各种内燃机系统和燃烧循环。
示例性发动机10可包括多气缸四冲程内燃机，其具有往复活塞14，该往复活塞14在限定可变容量的内燃机腔室16的气缸15中可滑动地移动。每个活塞14连接至旋转曲柄轴12，通过所述旋转曲柄轴12，直线往复运动转变为旋转运动。空气进气系统将进入的空气提供给进气歧管29，所述进气歧管29将空气引导和分配到燃烧腔室16的进气流道(runner)中。空气进气系统具有空气流管道系统(ductwork)和装置，用于监视和控制空气流。空气进气装置优选地包括质量空气流传感器32，用于监视质量空气流(MAF)33和进入空气温度(IAT)35。节流阀34优选地包括电子控制的装置，所述电子控制的装置用于响应于来自控制器5的空气流控制状态(ETC)120来控制至发动机10的空气流。进气歧管29中的压力传感器36被配置为监视歧管绝对压力(MAP)37和大气压力。发动机10可包括外部流动通道，所述外部流动通道使来自发动机排气的排放气体再循环到进气歧管29，在一个实施例中，其具有称为排放气体再循环(EGR)阀38的流量控制阀。通过经由EGR控制状态139控制EGR阀38，控制器5控制至进气歧管29的排放气体的质量流。进入空气压缩机系统50被配置为，响应压缩机增压控制状态51来控制至发动机10的进入空气的流，且可包括可变几何涡轮增压机(VGT)系统，所述可变几何涡轮增压机(VGT)系统包括涡轮装置52，所述涡轮装置52定位在排放气体流中，可旋转地联接至进入被配置为增加发动机进入空气的流的空气压缩机装置54。在一个实施例中，空气中间冷却器装置可流体地定位在进入空气压缩机装置54和发动机进气歧管29之间。替换地，进入空气压缩机系统50可包括轴驱动或电驱动的超级增压机装置，或另外的适当的空气压缩系统。四冲程发动机循环包括重复执行的循环，其包括进气、压缩、做功和排气冲程。排气歧管39和VGT涡轮装置52流体地连接至一个或多个排放气体净化器，其可包括氧化和还原催化转换器、NOx捕获器、选择催化还原装置和用于在排放到环境空气之前净化排气馈送流的其他装置中的任一个或组合。每个排放气体净化器具有与机械和热参数相关的需求，在所述需求内，它们将操作以最大化它们的服务寿命。作为例子，这样的参数包括最大振动极限、振动循环量、最大热辐射量(包括时间-温度极限(time-at-temperature limit))和对本领域技术人员已知的其他参数。在这样的机械和热参数需求之外操作可减小排放气体净化器的服务寿命。
从进气歧管29进入燃烧腔室16的空气流通过每个气缸的一个或多个进气阀20控制。从燃烧腔室39流出到排气歧管39的排气流通过每个气缸的一个或多个排气阀18控制。发动机10装备有系统，以控制和调节进气和排气阀20和18的任一或二者的打开或关闭，其包括调节仅进气阀20的凸轮定相、调节仅排气阀18的凸轮定相、调节进气阀20和排气阀18二者的凸轮定相、调节进气阀20的阀升程大小、调节排气阀18的阀升程大小、调节进气阀20和排气阀18的阀升程大小、和其组合。在一个实施例中，进气和排气阀20和18的打开和关闭可分别通过控制进气和排气可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/VLC)装置22和24而被控制和调节。进气和排气VCP/VLC装置22、24控制进气和排气阀20和18的打开和关闭，其分别包括控制进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转。进气和排气凸轮轴21和23的旋转链接至并索引至曲柄轴12的旋转，由此将进气和排气阀20、18的打开和关闭链接至曲柄轴12和活塞14的位置。与进气和排气VCP/VLC装置22、24相关联的装置和控制程序可以是任何适当装置和装置的组合，且通过非限制性示例的方式包括凸轮相位器、双阶升程器(two-step lifter)和螺线管控制的阀促动器等。
进气VCP/VLC装置22优选地包括机构，所述机构操作为响应控制状态(iVLC)125切换和控制进气阀(一个或多个)20的阀升程，和响应控制状态(iVCP)126对每个气缸15可变地调节和控制进气凸轮轴21的定相。排气VCP/VLC装置24优选地包括可控制机构，所述可控制机构操作为响应控制状态(eVLC)123可变地切换和控制排气阀(一个或多个)18的阀升程，和响应控制状态(eVCP)124对每个气缸15可变地调节和控制排气凸轮轴23的定相。进气和排气VCP/VLC装置22和24各自优选地包括可控双阶VLC机构，所述可控双阶VLC机构操作为控制进气和排气阀(一个或多个)20和18的，分别到两个离散阶中的一个的，阀升程的大小或打开。两个离散的阶优选地包括优选地用于低速、低负载操作的低升程阀打开位置(在一个实施例中大约4-6mm)，以及用于高速和高负载操作的高升程阀打开位置(在一个实施例中大约8-13mm)。进气和排气VCP/VLC装置22和24各自优选地包括可变凸轮定相机构，以分别控制和调节进气阀(一个或多个)20和排气阀(一个或多个)18的打开和关闭的定相(即，相对的时机)。调整定相是指相对于相应气缸15中的曲柄轴12和活塞14的位置改变进气和排气阀(一个或多个)20和18的打开时间。进气和排气VCP/VLC装置22和24的VCP机构各自优选地具有曲柄旋转大约60°-90°的定相权限的范围，由此允许控制器5相对于每个气缸15的活塞14的位置提前或推后进气和排气阀(一个或多个)20和18中的一个的打开和关闭。定相权限范围通过进气和排气VCP/VLC装置22和24限定和限制。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括凸轮轴位置传感器，以确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。响应于相应的控制状态eVLC123、eVCP124、iVLC125和iVCP126，VCP/VLC装置22和24利用电动液压、液压和电控制力中的一个被促动。在一个实施例中，VCP/VLC装置22、24仅能够执行进气和排气可变凸轮定相。
发动机10优选地采用直接喷射燃料喷射系统，其包括多个高压燃料喷射器28，所述多个高压燃料喷射器28被用于响应于来自控制器5的喷射器脉宽控制状态(INJ_PW)112而直接将一定量的燃料喷射到燃烧腔室16中的一个中。燃料喷射器28由燃料分配系统供应加压燃料。发动机10采用火花点火系统，通过所述火花点火系统，火花能量可被提供至火花塞26，用于响应于来自控制器5的火花控制状态(IGN)118来点燃或辅助点燃每个燃烧腔室16中的气缸填充物(charger)。
发动机10可装备有各种感测装置，用于监视发动机操作，所述各种感测装置包括曲柄传感器42，其具有表示曲柄轴旋转位置(即，曲柄角)和发动机速度(RPM)43的输出。温度传感器44被配置为监视冷却剂温度45。在一个实施例中，气缸内燃烧传感器30可用于在每个燃烧循环期间动态地监视燃烧31，且在一个实施例中，可以是操作为监视气缸内燃烧压力的气缸压力传感器。排放气体传感器40可用于监视排放气体馈送流的排放气体参数41，例如，气体/燃料比(AFR)。燃烧和发动机速度43被控制器5监视，以动态地确定燃烧时机，即，对于每个燃烧循环的相对于每个气缸15的曲柄轴12的曲柄角的燃烧压力的时机。应理解，燃烧时机可通过其他方法确定。控制器5可与各个感测装置通信，用于监视操作者请求，包括，例如产生操作者扭矩请求9的加速度器踏板传感器8。其他相关的操作者请求，例如车辆制动和巡航控制可被操作者请求9涵盖和包括。
术语控制器和相关术语控制模块、模块、控制、控制单元、处理器及类似术语是指，以下内容的任一个或各种组合：专用集成电路(一个或多个)(ASIC)，电子电路(一个或多个)，中央处理单元(一个或多个)、(例如微处理器(一个或多个))和为存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机访问、硬驱动等)的形式的相关联的非暂时性存储器部件(一个或多个)。非暂时性存储器部件(一个或多个)能够存储机器可读指令，其为一个或多个软件或固件编制程序或程序、组合逻辑电路(一个或多个)、输入/输出电路(一个或多个)和装置、信号调节和缓冲电路以及可被一个或多个处理器访问以提供所述功能的其他部件的形式。输入/输出电路(一个或多个)和装置包括模拟/数字转换器和监视来自传感器的输入的相关装置，这样的输入以预设采样频率或响应触发事件而被监视。软件、固件、编制程序、指令、控制程序、代码、算法和类似术语意思是包括标定和查找表的任何控制器可执行指令组。每个控制器执行控制程序(一个或多个)，以提供期望的功能，包括监视来自感测装置和其他联网的控制器的输入，以及执行控制和诊断程序以控制促动器的操作。程序可在正在进行的操作期间以均匀间隔执行，例如每隔100微秒或3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。替换地，程序可响应触发事件发生而被执行。控制器之间的通信以及控制器、促动器和/或传感器之间的通信可利用直接有线链接、网络通信总线链接、无线链接或任何另外的适当通信链接实现。通信包括交换任何适当形式的数据信号，例如包括经由传导介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。术语“模式”是指基于处理器或处理器可执行的代码以及模拟装置的物理存在或物理过程的相关标定。特别地，每个模块可作为节点操作，所述节点可发送和/或接收数据。如在此所使用的，术语“通信地联接”意思是，联接的部件能够彼此交换数据信号，诸如，例如，经由传导介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。如在此所使用的，术语“动态的”和“动态地”描述实时执行的步骤或过程，其特征是，在执行程序期间或在程序执行的重复执行之间，监视或以其他方式确定参数的状态且规则或周期地更新参数的状态。术语“标定”和相关术语是指具有可执行公式、查找表、或其他适当形式的程序，在所述程序中，第一参数的已知状态可被用于确定第二参数的状态，优选地由于第一和第二参数之间的因果关系。第一参数的已知状态可通过直接测量或从其他测量或观察的参数的估计而被确定。
控制器5示出为单一元件。应理解，控制器5可包括多个控制器，它们经由总线、直接布线或另外的机构通信地联接。这样的控制器可包括燃料控制器，其控制燃料喷射器28的操作，以将燃料喷射到燃烧腔室中；火花促动器控制器，其控制火花塞26的激励以点燃A/F混合物；阀促动控制器，其控制进气阀和/或排气阀的打开和/或关闭；涡轮增压机增压控制器，用于控制废气门位置和涡轮几何；EGR控制器和ETC控制器。
扫气是发动机控制过程，其中，对于一气缸，进气阀打开与相应的排气阀打开重叠，使得进入空气流动通过燃烧腔室，且将来自之前的燃烧循环的气缸内残余燃烧气体全部或部分排出，将排出的残余燃烧气体发送到排放气体馈送流中。一部分新鲜进入空气可还通过气缸，而没有参与燃烧并从排气阀离开到排放气体流。这样的操作导致具有更大量的燃料的气缸内的燃料/空气填充物，同时保持全局化学计量的空气/燃料比操作，这可增加发动机输出功率。扫气还减小气缸内热残余气体和爆震倾向，且可由此导致改善的发动机燃烧。扫气可限制到火花点火、直接喷射(SIDI)发动机或其他喷射器配置，其独立于进气阀打开而控制燃料喷射时机。扫气可还增加总的发动机空气流，由于增加的发动机空气流，这可积极地影响涡轮增压机的操作。在涡轮增压机操作中的这样的积极改进包括减小的涡轮增压机响应滞后时间和改进的时间-扭矩(time-to-torque)。扫气对主要以低发动机速度(具有相关的低发动机空气流)的发动机操作提供操作优势，且可由此当扭矩请求超过可用扭矩储备时，被使能够处于低RPM水平。扫气通过控制进气阀(一个或多个)和排气阀(一个或多个)的打开和/或关闭时间(一个或多个)而实现，包括控制以增加阀重叠，而以增加扫气量。基于扭矩请求、可用的扭矩输出和发动机RPM水平，发动机可在正常凸轮相位器时间表和扫气凸轮相位器时间表之间切换。燃料控制被使能够在扫气和不扫气的情况下实现期望的全局或排放A/F比。为了实现化学计量的A/F比，在一个实施例中，火花控制也可被改变。
图2以图表示出与操作参考图1所述的发动机10的实施例相关联的数据图205，其包括表示对于不同发动机速度/载荷操作点212、214、216的关于排放气体空气/燃料比或排气拉姆达(全局-λ)220的排放气体馈送流中的一氧化碳(CO)的量210(以体积百分比计)的数据。术语拉姆达是已知的参数，其表示观察的空气/燃料比，所述观察的空气/燃料比已经利用化学计量的空气/燃料比被标准化，其中，观察的空气/燃料比利用传感器直接测量、从发动机操作条件导出、或以其他方式确定。发动机10在进气和排气阀被控制的情况下操作，使得在燃烧循环的排气和进气冲程之间没有阀重叠发生，即，没有扫气。作为结果的％CO-全局-λ关系215表示排气CO的百分比(％CO)独立于发动机速度和载荷随排气空气/燃料比(全局-λ)的变化而变化。不同发动机速度/载荷操作点212、214和216被选择用于阐释目的，且是被收集用于建立对于示例性的10的％CO-全局-λ关系215的数据的子组。％CO-全局-λ关系215是该关系的阐释。％CO和全局-λ的大小以及相关联的关系可在发动机开发期间或在已知条件下被确定，且可对发动机10的实施例特定。作为结果的％CO-全局-λ关系215可减小到标定，例如，标定200，其在图4中参考。作为结果的％CO-全局-λ关系215可在估计气缸内空气/燃料比或拉姆达(气缸内-λ)时被使用，其表示扫气的大小，如在此所述。
图3以图表示出与操作参考图1所述的发动机10的实施例相关联的数据图305，其包括对于在已知速度(例如1500RPM)和不同发动机载荷操作点312、314和316的发动机操作关于排气拉姆达(全局-λ)的排放一氧化碳(CO)310(按体积百分比计)(％CO)。线325表示％CO和全局-λ之间的第一关系，且包括在进气和排气阀被控制的情况下的发动机10操作，使得在燃烧循环的排气和进气冲程之间没有阀重叠发生，即，没有扫气。线315表示％CO和全局-λ之间的第二关系，且包括在进气和排气阀被控制的情况下的发动机10操作，使得在燃烧循环的排气和进气冲程之间有一定阀重叠发生，即，有一定扫气。线315与特定扫气比相关联，且是阐释性的。通过例子以解释所示数据的应用，在化学计量的空气/燃料比，即，全局-λ＝1时，发动机10产生大约2.1％的％CO的大小，如垂直轴线上所示。当以1500RPM操作发动机而不管发动机载荷时，该大约2.1％的％CO的大小转换为大约0.94的气缸内-λ值，如通过点327所示。示出％CO和全局-λ之间的关系的其他线可通过在范围为0％扫气和最大的硬件限制的扫气比之间的多个扫气比的每个处操作发动机10而开发。当在没有阀重叠的情况下(即，没有扫气)，同时在被预热、稳定状态条件下操作发动机的情况下被测量时，全局-λ值直接转换为气缸内-λ值。全局-λ值和气缸内-λ值之间的该关联可用于开发标定，即参照图4的标定300。
通过监视排放气体以确定排放气体馈送流中的％CO，线315和325所示的关系可用于在包括以扫气比扫气的发动机操作条件期间确定气缸内拉姆达的大小。气缸内拉姆达值(气缸内-λ)可还如下确定：
气缸内-λ＝A(％CO)3+B(％CO)2+C(％CO)+D [1]
其中，A、B、C和D是针对发动机10的特定实施例推导的标量数。
图4示意性地示出扫气控制程序400，其包括控制发动机10的实施例的操作，以实现优选的扫气比，所述优选扫气比采用对于在没有阀重叠(即，没有扫气)的情况下发动机10操作的实施例的％CO和全局-λ之间的第一关系和对于在有阀重叠(即，有扫气)的情况下发动机10操作的实施例的％CO和全局-λ之间的第二关系，如参照图3所述的。包括执行扫气控制程序400的控制发动机10的实施例可在低速、高载荷条件(例如，响应节流阀全开(WOT，wide-open-throttle)命令)下导致改进的燃烧定相和增加的发动机扭矩。扫气控制程序400可在其中一个控制器中作为单个程序执行，或可作为多个程序执行，所述多个程序位于一个或多个非暂时性存储器部件中且在控制器中的一个或多个中执行。提供表1作为符号表，其中，数字标记的块和相应功能如下列出，对应于扫气控制程序400。
表1
扫气控制程序400可在正在进行的发动机操作期间周期性地执行，执行包括各个发动机传感器的常规、周期性监视，以确定发动机操作参数，所述常规、周期性监视包括监视排放气体传感器40的输出，以确定排放气体馈送流的排放气体参数41，例如，空气/燃料比。
％CO 412可或者基于利用排放气体传感器的直接CO测量、或者基于利用算法的CO预测(即，使用虚拟传感器)来确定(410)。％CO 412用于通过询问第二标定300来确定气缸内拉姆达(气缸内-λ)的值422(420)。第二标定300包括％CO和全局-λ之间的第一关系，其中，发动机在没有扫气的情况下操作，和％CO和全局-λ之间的第二关系，其中，发动机在有扫气的情况下操作。图3示出％CO和全局-λ之间的第一关系以及％CO和全局-λ之间的第二关系的一个实施例，在第一关系中，发动机在没有扫气的情况下操作325，在第二关系中，发动机在有扫气的情况下操作315。
包括发动机加燃料、质量空气流和空气/燃料比的发动机操作参数被监视(425)，且与气缸内-λ422一起采用，与确定气缸内被捕获的空气质量和扫气空气质量(430)。
对于每个气缸，气缸内被捕获的空气质量可被如下计算(430)：
M_air_local＝M_fuel*(气缸内-λ)*AFR_stoich [2]
其中：
M_air_local是气缸内被捕获的空气质量，
M_fuel是每个发动机循环输送至气缸的燃料质量，
气缸内-λ是气缸内拉姆达值，以及
AFR_stoich是化学计量的空气/燃料比。
对于每个气缸，扫气空气质量可被如下计算：
M_air_scavenging＝M_air_global-M_air_local [3]
其中：
M_air_scavenging是扫气空气质量，
M_air_local是气缸内捕获的空气质量，以及
M_air_global是每个发动机循环输送至气缸的新鲜空气质量。
观察的扫气比(扫气比)442可被确定为扫气空气质量(M_air_scavenging)和总的气缸内空气质量(M_air_global)之间的比，如下(440)。
观察到的扫气比＝M_air_scavenging/M_air_global [4]
观察到的扫气比442基于前述参数确定，所述参数包括扫气空气质量、气缸内捕获的空气质量和总的气缸内的空气质量。每个参数可被直接测量、从其他测量估计、预测或以其他方式确定，在由未测量或以其他方式未考虑的环境因素导致的可变性的情况下。由此，可在每个参数中存在变化。由此，观察的扫气比442可具有可变性，所述可变性在发动机控制中被考虑，以便防止命令在不期望的发动机操作范围中的发动机操作。
目标扫气比444可通过询问第三标定500而被确定(444)。对于发动机10的实施例，标定500考虑发动机操作点，其包括排气凸轮定相、进气凸轮定相、发动机扭矩输出和相关联的扫气比。图5-1和5-2示出对于一个发动机操作速度的排气凸轮定相的范围和进气凸轮定相的范围的发动机扭矩530和相关联的扫气比540，其可被发展为用于发动机10的一个实施例的标定500的一部分。
图5-1以图表示出对于参考图1所述的发动机10的实施例的关于进气凸轮定相520和排气凸轮定相510的发动机扭矩530的大小。多个iso-扭矩线515被指示。进气凸轮定相520在水平轴线上从左向右移动越来越减速，即，接近TDC。排气凸轮定相510在竖直轴线上从顶部向底部移动越来越增速，即，移离TDC。发动机扭矩530的大小随着从右下角到左上角的移动而增加。
图5-2以图表示出对于参考图1所述的发动机10的实施例的关于进气凸轮定相520和排气凸轮定相510的扫气比540的大小，且对应于参考图5-1所示的结果。多个iso-扫气比线525被指示。进气凸轮定相520在水平轴线上从左向右移动越来越减速，即，接近TDC。排气凸轮定相510在竖直轴线上从顶部向底部移动越来越增速，即，移离TDC。发动机扫气比540的大小随着从右下角到左上角的移动而增加。最佳的扭矩点535被指示。由区域545指示的结果的一部分是具有对于改进燃烧和最大化发动机扭矩输出可期望的发动机扫气比540的发动机操作的区域。最佳扭矩点535优选地是最大发动机扭矩输出，其可基于与排放气体净化器和发动机硬件的热和机械能力相关联的约束而被限制，如图5-1所示。对最大发动机扭矩输出的限制可包括将安全因素引入到选择最佳扭矩点535，以防止在可负面影响服务寿命的发动机操作范围中命令发动机操作，这样的发动机操作由可变化性引起，所述可变化性在确定与确定观察的扫气比442相关联的参数时被引入。
再次参考图4，第三标定500可被用于选择目标扫气比444，其是使发动机扭矩最大化而没有伴随的不期望的发动机操作的扫气比的大小(445)。
目标扫气比444与观察的扫气比442比较(450)，以确定扫气控制参数452，这样的比较具有任意适当算法比较器的形式，例如通过计算算数差或计算比。
发动机10基于观察的扫气比442和目标扫气比444的比较而被控制(460)。在其最基本的控制时，这包括关于排气阀18的关闭控制进气阀20的打开，以实现目标扫气比444，观察的扫气比442在控制程序中被用作反馈项或前馈项。这可包括采用扫气控制参数452以调节进气和/或排气凸轮定相，以实现优选的发动机扭矩输出，其平衡燃料消耗、排放、硬件保护和发动机扭矩输出。
以此方式，作为控制发动机操作一部分的执行扫气控制程序400可在低速、高载荷条件(即，响应节流阀全开(WOT)命令)下导致改进的燃烧定相和增加的发动机扭矩。由此，扫气可用于增强低发动机速度下的发动机操作，该低发动机速度与当请求来自发动机的较高扭矩时的低发动机空气流相关联。
详细描述和附图或视图支持和描述本教导，但是本教导的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行本教导的最佳模式和其他实施例，但存在各种替换设计和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本教导。

Claims (20)

1.一种用于操作内燃机的方法，所述内燃机包括可变凸轮定相系统，所述方法包括：
确定排放气体馈送流中的观察的一氧化碳(CO)比；
基于排放气体馈送流中的CO的大小确定观察的气缸内扫气比；和
通过控制器控制可变凸轮定相系统的控制状态，以基于观察的气缸内扫气比，关于发动机排气阀的关闭时间控制发动机进气阀的打开时间。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定排放气体馈送流中的CO的大小包括将排放气体馈送流中的CO的量确定为排放气体馈送流的百分数。
3.如权利要求1所述的方法，其中，确定排放气体馈送流中的CO的大小包括利用排放气体传感器和虚拟传感器中的一个确定排放气体馈送流中的CO的大小。
4.如权利要求1所述的方法，其中，基于排放气体馈送流中的观察的CO确定观察的气缸内扫气比包括：
基于排放气体馈送流中的CO的大小确定气缸内拉姆达；
基于气缸内拉姆达确定气缸内捕获的空气质量和扫气空气质量；和
基于扫气空气质量确定观察的扫气比。
5.如权利要求4所述的方法，其中，确定气缸内捕获的空气质量包括：
确定输送至气缸的燃料的量、气缸内拉姆达和化学计量的空气/燃料比；和
基于输送至气缸的燃料的量、气缸内拉姆达和化学计量的空气/燃料比确定气缸内捕获的空气质量。
6.如权利要求4所述的方法，其中，确定扫气空气质量包括：
确定气缸内捕获的空气质量；
确定每个发动机循环输送至气缸的新鲜空气质量；和
基于总的空气质量和气缸内捕获的空气质量之间的差确定扫气空气质量。
7.如权利要求1所述的方法，其中，控制用于可变凸轮定相系统的控制状态、以基于观察的气缸内扫气比、关于发动机排气阀的关闭时间控制发动机进气阀的打开时间还包括：基于观察的气缸内扫气比调节进气和排气凸轮定相。
8.如权利要求7所述的方法，其中，基于观察的气缸内扫气比调节进气和排气凸轮定相还包括：
确定目标气缸内扫气比；和
基于观察的气缸内扫气比和目标气缸内扫气比调节进气和排气凸轮定相。
9.如权利要求8所述的方法，其中，确定目标气缸内扫气比包括选择使发动机扭矩输出最大化的目标气缸内扫气比。
10.一种用于操作内燃机的方法，所述内燃机包括具有可变的可控打开和关闭时间的进气阀和排气阀，所述方法包括：
确定排放气体馈送流中的一氧化碳(CO)的量；
基于排放气体馈送流中的CO的量确定观察的气缸内扫气比；和
通过控制器基于观察的气缸内扫气比和目标气缸内扫气比关于排气阀的关闭控制进气阀的打开。
11.如权利要求10所述的方法，其中，基于排放气体馈送流中的CO的量确定观察的气缸内扫气比包括：
基于排放气体馈送流中的CO的量确定气缸内拉姆达；
基于气缸内拉姆达确定气缸内捕获的空气质量和扫气空气质量；和
基于扫气空气质量确定观察的扫气比。
12.如权利要求11所述的方法，其中，确定气缸内捕获的空气质量包括：
确定输送至气缸的燃料的量、气缸内拉姆达和化学计量的空气/燃料比；和
基于输送至气缸的燃料的量、气缸内拉姆达和化学计量的空气/燃料比确定气缸内捕获的空气质量。
13.如权利要求11所述的方法，其中，确定扫气空气质量包括：
确定气缸内捕获的空气质量；
确定每个发动机循环输送至气缸的新鲜空气质量；和
基于总的空气质量和气缸内捕获的空气质量之间的差确定扫气空气质量。
14.如权利要求13所述的方法，其中，基于观察的气缸内扫气比和目标气缸内扫气比关于排气阀的关闭控制进气阀的打开包括：基于观察的气缸内扫气比调节可变凸轮定相系统的进气和排气凸轮定相。
15.如权利要求14所述的方法，其中，基于观察的气缸内扫气比和目标气缸内扫气比关于排气阀的关闭控制进气阀的打开包括：增加排气阀的关闭与进气阀的打开之间的阀重叠，以增加扫气比；和减小排气阀的关闭与进气阀的打开之间的阀重叠，以减小扫气比。
16.一种多气缸内燃机，包括：
进气凸轮定相器和排气凸轮定相器；
多个促动器和多个传感器；
控制器，所述控制器包括可执行程序，程序包括：
确定排放气体馈送流中的一氧化碳(CO)的量；
基于排放气体馈送流中的CO的量确定观察的气缸内扫气比；和
基于观察的气缸内扫气比和目标气缸内扫气比控制进气凸轮定相器和排气凸轮定相器。
17.如权利要求16所述的多气缸内燃机，其中，可执行程序包括基于排放气体馈送流中的CO的量确定观察的气缸内扫气比，包括可执行程序的控制器包含包括所述可执行程序的控制，所述可执行程序包括：
基于排放气体馈送流中的CO的大小确定气缸内拉姆达；
基于气缸内拉姆达确定气缸内捕获的空气质量和扫气空气质量；
和
基于扫气空气质量确定观察的扫气比。
18.如权利要求17所述的多气缸内燃机，其中，可执行程序包括确定气缸内捕获的空气质量，包括所述可执行程序的控制器包含包括可执行程序的控制器，所述可执行程序包括：
确定输送至气缸的燃料的量、气缸内拉姆达和化学计量的空气/燃料比；和
基于输送至气缸的燃料的量、气缸内拉姆达和化学计量的空气/燃料比确定气缸内捕获的空气质量。
19.如权利要求17所述的多气缸内燃机，其中，可执行程序包括确定扫气空气质量，包括所述可执行程序的控制器包含包括可执行程序的控制器，所述可执行程序包括：
确定气缸内捕获的空气质量；
确定每个发动机循环输送至气缸的新鲜空气质量；和
基于总的空气质量和气缸内捕获的空气质量之间的差确定扫气空气质量。
20.如权利要求17所述的多气缸内燃机，其中，可执行程序包括基于气缸内扫气比和目标气缸内扫气比控制进气凸轮定相器和排气凸轮定相器，包括所述可执行程序的控制器包含包括包括可执行程序的控制器，所述可执行程序包括：
基于观察的气缸内扫气比调节进气和排气凸轮定相，其中，基于气缸内扫气的大小调节进气和排气凸轮定相包括：
确定目标气缸内扫气比；和
基于观察的气缸内扫气比和目标气缸内扫气比调节进气和排气凸轮定相。
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