专利名称：用于内燃机的汽缸扭矩平衡的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，更具体的涉及越过内燃机汽缸的平衡扭矩。
背景技术：
内燃机产生通过曲轴传递到动力传递系统的驱动力矩。更准确地说，空气被吸入发动机并在其中与燃料混合。所述空气燃料混合物在汽缸内燃烧至驱动活塞。活塞驱动所述曲轴，产生驱动力矩。
在有些情况下，所述独立的汽缸不产生相等数量的驱动力矩。也就是说，一些汽缸可能弱于其他缸，导致越过所述汽缸的力矩不平衡。这种力矩不平衡通过所述动力传递系统可以产生显著的振动，如果十分严重的话甚至可以导致发动机停止。虽然传统的力矩平衡系统能识别长期处于较弱的气缸并向其增加扭矩输出，但这样的系统考虑不到扭矩的增加，从而不能越过所有汽缸平衡所述扭矩输出。
发明内容
因此，本发明提供一种用于越过内燃机的汽缸平衡扭矩输出的发动机转矩控制系统。所述发动机转矩控制系统包括一第一模块和一第二模块，第一模块基于曲轴的转动确定发动机每个气缸的微分项，第二模块基于与所述第一汽缸相关的平均微分项确定用于第一汽缸的扭矩修正值。第二模块基于扭矩修正值调整第一汽缸的扭矩输出并基于所述扭矩修正值调整第二汽缸的扭矩输出。
一方面，第二模块将平均微分项与一微分项阈值比较，当平均微分项超出所述微分项阈值时，第二模块调节扭矩输出。
另一特征是，发动机扭矩控制系统进一步包括第三模块和第四模块。第三模块基于曲轴旋转确定一阶微分，第四模块基于一阶微分确定二阶微分。平均微分项由一阶和二阶微分确定。
另一特征是，平均微分基于一阶微分，二阶微分和另一二阶微分来确定，一阶微分为第一缸确定。二阶微分为第一缸确定，另一二阶微分为一回复缸确定。所述回复缸是在点火次序上在第一缸点火之后立即点火的缸。
其他特征是，第二模块通过增加第一缸的扭矩输出来调节扭矩输出，第二缸的扭矩输出相应于第一缸的扭矩增加而减少。
另外的特征是，第二模块增加第一缸的扭矩输出，通过第一减少扭矩量来减少第二缸的扭矩输出，并通过第二减少量来减少第三缸的扭矩输出，第一和第二扭矩减少量之和对应于增加扭矩量。
另一特征是，第二模块基于平均微分项来计算点火时间并基于点火时间来引发第一缸的燃烧。点火时间进一步基于发动机的点火-热效率曲线。
另一特征是，第二模块通过调整第一缸的燃油率来调节扭矩输出。
另一方面，本发明提供一发动机扭矩控制系统，所属发动机控制系统平衡越过内燃机汽缸的扭矩输出。该控制系统包括第一模块和第二模块，第一模块基于曲轴旋转来确定发动机每个缸的微分项，第二模块为每个缸确定平均微分项。第二模块基于它们各自的平均微分项调节所述汽缸扭矩输出以相互平衡所属平均微分项。
本发明的其他应用性方面从下面详细的说明中将变得更加明显。应当理解，本发明的说明和具体实施例以及优选实施方案只是为了说明本发明而不是限制本发明。
从下述详细的说明和附图中本发明将变得完全明白，其中图1是一功能方框图，该方框图说明了一基于本发明的汽缸扭矩平衡控制被调节的车辆。
图2是一图表，该图标说明了用于图1所示的示意性发动机系统的气缸的示意性微分项值，该值基于本发明的汽缸扭矩平衡控制确定。
图3是一图表，该图表说明了基于所述微分项值的越过所述汽缸的主动的扭矩输出平衡。
图4是一流程图，该流程图说明了本发明的汽缸扭矩平衡控制所执行的示意性步骤；以及图5是一功能方框图，该功能方框图说明了执行本发明汽缸扭矩平衡控制的示意性模块。
具体实施例方式
下面具体实施例的说明实际上只是示意性，决不是对对本发明及其应用或运用的限制。为清楚起见，在附图中同样的附图标记表示类似的元件。这里用到的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共用，专用，或集群)以及执行一个或多个软件或固定软件的存贮器，组合逻辑电路，和/或其他合适的提供上述功能的元件。
现在参见图1，示意性车辆10包括驱动变速器14的发动机12。所述变速器14是自动或手动的变速器，该变速器由发动机12通过一相应的变矩器或离合器16驱动。空气通过节气门13进入发动机12。所述发动机12包括N个汽缸18。虽然图1中显示了八个汽缸(N＝8)，应当理解发动机12可以包括更多或更少的汽缸18。例如，发动机具有4，5，6，8，10，12以及16个汽缸都是可以的。空气通过进气歧管20流入发动机12并在汽缸18内与燃料燃烧。所述燃烧过程来回地在所述汽缸18内驱动活塞(未显示)。活塞旋转地驱动曲轴30以提供至动力系统的驱动扭矩。
如下所述，控制模块38与发动机12以及各种输入和传感器进行通信连接。一车辆操作者操作加速踏板40以调节所述节气门13。更具体地，踏板位置传感器42产生一传递给控制模块38的踏板位置信号。所述控制模块38基于踏板位置信号产生节气门控制信号。节气门致动器(未显示)基于节气门控制信号调节节气门13进而调节流入发动机12的气流。
车辆操作者操作制动踏板44以调节车辆制动。更具体的，一制动位置传感器46产生一传递至控制模块38的制动踏板位置信号。所述控制模块38基于制动踏板位置信号产生一制动控制信号。制动系统(未显示)基于制动控制信号调节车辆制动进而调节车辆的速度。进气歧管绝对压力(MAP)传感器50基于进气歧管20的压力产生一信号。节气门位置传感器(TPS)52基于节气门位置产生一信号。
曲轴旋转传感器48基于曲轴30的转动产生一信号，该信号可用于计算发动机转速。更准确地说，所述发动机包括一曲轴旋转机构(未显示)，曲轴旋转传感器对此作出响应。在一例子中，所述曲轴旋转机构包括一固定与曲轴30一起转动的齿轮。所述曲轴旋转传感器48对所述齿轮的上升的和下降作出响应。一示意性齿轮包括58个齿，这些齿沿所述轮的圆周等齿距的布置，在两齿之间提供一缺口。所以，所述缺口意味着曲轴旋转大约12°，每个齿意味着曲轴旋转大约6°。控制模块38基于经过预定齿数所花的时间来确定发动机的转速。
本发明的汽缸扭矩平衡控制基于曲轴的转动识别弱的汽缸并越过汽缸平衡汽缸扭矩输出。更准确地说，汽缸扭矩平衡控制监测曲轴旋转传感器48产生的信号。在一特别的汽缸作功行程期间，曲轴30旋转一预定角度(例如，90°)所花的时间记做tcs。
计算每个汽缸的平均微分项(DTAVG)。DTAVG基于第一和第二曲轴旋转导数FD和SD分别确定。更准确地说，FD确定来监视汽缸k-1并表示为FDk-1。这里的，k是回复缸，也就是在监测缸k-1后点火的气缸(也就是，所述回复缸的点火顺序位于所述监测缸的下一个)。SD被确定用于回复缸(也就是正在点火的缸)和监测缸两者，分别用SDk和SDk-1表示。用于特别缸的微分项(DT)抽样于多个发动机循环，DTAVG由上述平均数确定。
如果一个汽缸的DTAVG超过一阈值(DTTHR)，该汽缸被认为是弱的。相应地，所述特别缸的扭矩输出(TQK)被增加。同时，另一个汽缸或其他汽缸的扭矩输出被相对地减少。也就是说，如果所述弱的汽缸的扭矩输出被增加了XNm(牛米)，另一个汽缸的扭矩输出就减少XNm(牛米)。可选择地，多个其他缸的扭矩输出可以被减少，从而减少的扭矩输出总和等于XNm(牛米)。
本发明另一方面，所述汽缸扭矩平衡控制可以相对于越过汽缸的总的扭矩输出主动地平衡每个缸的扭矩输出。更具体的说，所述汽缸扭矩平衡控制为每个缸监测DTAVG，并增加或减少每个独立缸的扭矩输出以平衡越过所述汽缸的DTAVG。DTAVG可以被平衡以便其大致等于所有缸的和。可选择的，DTAVG可以被平衡以便每个DTAVG都处于一预定的范围内。也就是说，DTAVG位于在一预定最小值DT(DTMIN)和一预定最大值DT(DTMAX)之间的范围内。
每个汽缸的扭矩输出可以通过调整每个缸的点火时间来调整。更具体的说，点火时间可以被延迟或提前以便各自增加或减少每个缸的扭矩输出。具体发动机的燃油-热效率曲线可以被用来确定点火调节以便获得理想的扭矩调节。如果发动机存在不合理的点火时间-热效率的关系，纯粹的点火修正可以根据作为基本点火时间函数的传递扭矩而不同。例如，当与15度正时比较时，所述扭矩-点火斜率在8度基础点火正时是不同的。在柴油机中，扭矩输出可以通过调节至每一个缸的燃油量来调节扭矩输出，借此燃油和扭矩的关系被用来确定需要获得理想扭矩变化的燃油调节。
参见图2，一图表说明了用于8缸发动机汽缸的示意性DTAVG。应当理解的是，沿x轴的缸数(CN)以它们的点火顺序列出。例如，如果CN6是当前监测的缸k-1，CN2是目前已经点火的缸k-2，CN5是下一个将要点火的或回复缸k。如图所示，CN6的DTAVG超出了DTTHR。相应地，CN6的扭矩输出被增加，在随后的发动机循环中相应缸(例如在点火次序上相邻的缸)的扭矩输出将减少。例如，CN2或CN5的扭矩输出可以被减少。可选择地，CN2和CN5的扭矩输出总和可以被减少。在这种情况下，CN2的扭矩输出可以减少一比CN5扭矩输出大的量，因为CN5的DTAVG比较大。
参见图3，图表显示了相对于越过汽缸的总扭矩输出的每个汽缸的主动扭矩输出平衡。如图所示，每个汽缸的DTAVG被平衡以便其处于由DTMIN和DTMAX确定的预定的范围内。DTMAX完全在DTAVG的下面。
参见图4，下面将详细描述汽缸扭矩平衡控制所执行的步骤。在步骤400中，控制监视回复缸的tCSK。在步骤402和404中，控制分别确定FDK和SDK。控制基于SDK，SDK-1以及FDK-1确定DTK-1(也就是，为所述的监测缸)，在步骤406中。SDK-1以及FDK-1由缓冲器提供并在先前的迭代中确定。在步骤408，控制基于DTK-1确定DTAVGK-1(也就是为所述监测缸k-1)。
在步骤410中，控制确定DTAVGK-1(也就是当前点火缸)是否超出DTTHR。如果DTAVGK-1不超过DTTHR，控制结束。如果DTAVGK-1超过DTTHR，控制在下一点火冲程中为所述监测缸K-1在步骤412中基于DTAVGK-1增加TQK-1。在步骤414中，控制基于增加的TQK-1为每个或全部先前点火缸K-2和所述回复缸K增加TQ，控制结束。
参见图5，下面将详细描述执行汽缸平衡控制的示意性模块。示意性模块包括一阶和二阶微分模块500，502，增益模块512，514，514，加法器518，最大值模块520和汽缸扭矩模块522。所述一阶微分模块接收TCSk并基于此确定FDK。FDK输出至二阶微分模块502以及最大值模块504。二阶微分模块502基于FDK确定SDK并将SDK输出至最小值模块506和缓冲模块508。
最大值模块504固定FDK，最小值模块506固定SDK以将噪音最小化。缓冲模块508，510分别输出SDK-1和FDK-1至增益模块512，516。最大值模块506输出SDK至增益模块514。增益模块512，514，516通过各自的增益A，B，C放大SDK-1，SDK和FDK-1。所述增益可以用来调节一具体微分(也就是，SDK-1，SDK和FDK-1)的影响或权重或关闭一微分(也就是，增益设定为0)。
加法器518将FDK-1和SDK-1相加并减去SDK以提供DTK-1。DTK-1被输出至最大值模块520，最大值模块520，固定DTK-1以便最小化噪音。DTK-1被输出至汽缸扭矩模块522，汽缸扭矩模块522为每个缸计算DTAVG并产生控制信号以调节每个缸的扭矩输出。
所属技术领域人员从上述说明中可以得知，本发明可以以各种方式进行改进。因此，尽管已经结合具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明的范围不应限于此，因为在研究附图，说明书和权利要求的基础上，其他的改进对本领域技术人员来说是很明显的。
权利要求
1.一种用于平衡内燃机汽缸扭矩输出的发动机扭矩控制系统，包括第一模块，基于曲轴旋转为所述发动机的每个汽缸确定微分项；以及第二模块，第二模块基于与第一汽缸相关的平均微分项为第一汽缸确定扭矩修正，并基于所述扭矩修正调整所述第一汽缸的扭矩输出以及基于所述扭矩修正调整第二汽缸的扭矩输出。
2.如权利要求1所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述第二模块将平均微分项与微分项阈值比较，当平均微分项超出所述微分项阈值时，第二模块调节扭矩输出。
3.如权利要求1所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于发动机扭矩控制系统进一步包括第三模块，第三模块基于曲轴旋转确定一阶微分，和第四模块，第四模块基于一阶微分确定二阶微分，其中平均微分项由一阶和二阶微分确定。
4.如权利要求1所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述平均微分项基于一阶微分，二阶微分和另一二阶微分来确定，一阶微分为第一缸确定，二阶微分为第一缸确定，另一二阶微分为一回复缸确定，所述回复缸是在点火次序上在第一缸点火之后立即点火的缸。
5.如权利要求1所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于第二模块通过增加第一缸的扭矩输出来调节扭矩输出。
6.如权利要求5所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述第二缸的扭矩输出相应于第一缸的扭矩增加而减少。
7.如权利要求1所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于第二模块通过一增加扭矩量增加第一缸的扭矩输出，通过第一减少扭矩量来减少第二缸的扭矩输出，并通过第二减少扭矩量来减少第三缸的扭矩输出，第一和第二减少扭矩量之和相应于所述增加扭矩量。
8.如权利要求1所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于第二模块基于平均微分项来计算点火时间并基于点火时间来引发第一缸的燃烧。
9.如权利要求8所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述点火时间进一步基于发动机的点火-热效率曲线
10.如权利要求1所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于第二模块通过调整至第一缸的燃油率来调节扭矩输出。
11.一种平衡内燃机汽缸扭矩输出的方法，包括检测曲轴旋转；为发动机的每个缸确定微分项；基于所述微分项为第一缸确定扭矩修正；基于所述扭矩修正调整所述第一缸的扭矩输出并基于所述扭矩修正调整第二缸的扭矩输出。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括将每个微分项与一微分项阈值比较；以及当所述微分项超出所述微分项阈值时，调节扭矩输出。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述微分项基于一阶和二阶微分以及另一二阶微分确定，一阶微分、二阶微分为第一缸确定，另一二阶微分为一回复缸确定，所述回复缸是在点火次序上在第一缸点火之后立即点火的缸。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述调节步骤包括增加第一缸的扭矩输出。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述第二缸的输出扭矩相应于所述第一缸的增加扭矩而减少。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述调节步骤包括通过一增加扭矩量来增加所述第一缸的扭矩输出；通过第一减少扭矩量来减少第二缸的扭矩输出，并通过第二减少扭矩量来减少第三缸的扭矩输出，其中第一和第二减少扭矩量之和相应于所述增加扭矩量。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述调节步骤包括基于所述微分项来计算点火时间；并基于点火时间来引发第一缸的燃烧。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述点火时间进一步基于发动机的点火-热效率曲线。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述调节步骤包括调节所述第一缸的燃油率。
20.一种平衡越过内燃机汽缸的扭矩输出的发动机扭矩控制系统，包括第一模块，基于曲轴旋转来确定发动机每个缸的微分项，第二模块，为每个缸确定平均微分项，第二模块基于它们各自的平均微分项调节所述汽缸扭矩输出以相互平衡所述平均微分项。
21.如权利要求20所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述第二模块调节所述扭矩输出进而使每个平均微分项都位于在一最小值和最大值微分项之间的范围内。
22.如权利要求20所述的发动机扭矩控制系统，其进一步包括第三模块，第三模块基于曲轴旋转确定一阶微分；和第四模块，第四模块基于一阶微分确定二阶微分。其中平均微分项由一阶和二阶微分确定。
23.如权利要求22所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述一阶和二阶微分对应于第一缸，并进一步包括第五模块，第五模块确定回复缸的二阶微分，其中所述平均微分项进一步基于所述回复缸的所述二阶微分。
24.如权利要求20所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述第二模块通过增加第一缸的扭矩输出来调节所述扭矩输出。
25.如权利要求24所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于第二缸的扭矩输出相应于第一缸的扭矩增加而减少。
26.如权利要求20所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述第二模块通过一增加扭矩量来增加所述第一缸的扭矩输出，通过第一减少扭矩量来减少第二缸的扭矩输出，以及通过第三减少扭矩量来减少第三缸的扭矩输出，其中第一和第二减少扭矩量之和相应于所述增加扭矩量。
27.如权利要求20所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述第二模块基于所述平均微分项来计算所述汽缸的点火时间；并基于点火时间来引发所述缸的燃烧。
28.如权利要求27所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述点火时间进一步基于发动机的点火-热效率曲线。
29.如权利要求20所述的发动机扭矩控制系统，其特征在于所述第二模块通过调节所述缸的燃油率来调节所述扭矩输出。
30.一种平衡内燃机汽缸扭矩输出的方法，包括基于曲轴旋转为所述发动机的每个汽缸确定微分项；为每个汽缸确定平均微分项；以及基于各自的平均微分项调节所述汽缸的扭矩输出以相互平衡所述平均微分项。
31.如权利要求30所述的方法，所述调节步骤包括调节所述扭矩输出进而保持每个所述平均微分项在一处于最大值和最小值微分项之间的范围内。
32.如权利要求30所述的方法，进一步包括基于所述曲轴的转速确定一阶微分；基于所述一阶微分确定二阶微分，其中所述平均微分基于所述一阶和二阶微分确定。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于所述一阶和二阶微分对应于第一缸并进一步包括确定回复缸的二阶微分，其中所述平均微分项进一步基于所述回复缸的二阶微分。
34.如权利要求30所述的方法，其特征在于所述调节步骤包括增加第一缸的扭矩输出。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述第二缸的扭矩输出相应于第一缸的扭矩增加而减少。
36.如权利要求30所述的方法，其特征在于所述调节步骤包括通过一增加扭矩量来增加所述第一缸的扭矩输出；通过第一减少扭矩量来减少第二缸的扭矩输出；以及通过第三减少扭矩量来减少第三缸的扭矩输出，其中第一和第二减少扭矩量之和相应于所述增加扭矩量。
37.如权利要求30所述的方法，进一步包括基于所述平均微分项来计算所述汽缸的点火时间；并基于点火时间来引发第一缸的燃烧。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于点火时间进一步基于发动机的点火-热效率曲线。
39.如权利要求30所述的方法，其特征在于所述调节步骤包括调节所述汽缸的燃油率。
全文摘要
本发明涉及一种平衡越过内燃机汽缸的扭矩输出的发动机扭矩控制系统，包括基于曲轴旋转来确定发动机每个缸的微分项的第一模块。第二模块基于与第一汽缸相关的微分项为第一汽缸确定扭矩修正。第二模块基于所述扭矩修正调整所述第一汽缸的扭矩输出以及基于所述扭矩修正调整第二汽缸的扭矩输出。
文档编号F02D41/00GK101070807SQ200710102899
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月11日 优先权日2006年5月11日
发明者K·J·布斯勒普, D·R·维纳, R·J·吉尔德, D·S·马休斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司