专利名称：处于高压比状态下的发动机转矩控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机，更具体的说涉及发动机运行在高压比 情况下时发动机转矩控制。
背景技术：
内燃机在气缸内燃烧空气燃料混合物以传动活塞，活塞产 生驱动力矩。进入发动机的空气通过节气门调节。更准确地说，所述 节气门调节节气门面积，其增加或减少进入发动机内的空气流量。随 着节气门面积增加，进入发动机内的空气流量增加。燃料控制系统调 节喷射燃料的速率以提供希望的空气/燃料混合物至所述气缸。可以理 解，增加所述空气和燃料至气缸就增加发动机的扭矩输出。
已经研制发动机控制系统来精确地控制发动机扭矩输出 以获得希望的发动机转速，特别是运行在高压比情况下时。然而，传 统的发动机控制系统不能4妄要求精确地控制发动机转速。进一步说， 传统的发动机控制系统不能按要求快速地响应控制信号以在各种影响 发动机转矩输出的装置间提供希望的或协调的发动机转矩控制。这样 的传统控制系统经常比期望的更复杂且需要耗时间和成本的密集的校 准步骤。发明内容
相应地，本发明提供一种控制内燃机扭矩输出的方法。所 述方法包括确定一压力比，基于所述压力比和扭矩要求确定基准扭 矩，基于所述基准扭矩计算期望的节气门面积并基于所述期望的节气门 面积调节发动机的操作以获得期望扭矩。
—方面，所述方法进一步包括基于所述基准扭矩计算发动 机的希望的进气歧管绝对压力(MAP)并基于所述基准扭矩计算发动机 的希望的每缸空气量(APC)。 所述希望的节气门面积基于所述希望 的进气歧管绝对压力和所述希望的APC计算。所述希望的MAP使用 转化的基于进气歧管绝对压力的扭矩模型确定，所述希望的APC使用 转化的基于APC的扭矩模型确定。所述方法进一步包括基于所述压力 比和所述发动机是否运行在稳定状态过滤所述希望的进气歧管绝对压 力。所述方法进一步包括基于所述希望的APC确定希望的空气流量质 量(MAF- mass airflow)。 所述希望的节气门面积基于所述希望的MAF 计算。
在其他方面，所述方法进一步包括确定发动4几的估计扭矩 并基于所述估计扭矩，所述压力比和所述发动机是否运行在稳态修正所 述基准扭矩。所述方法进一步包括基于所述基准扭矩和所述估计扭矩 计算扭矩误差。所述基准扭矩基于所述扭矩误差而修正。
在另一方面，所述方法进一步包括基于所述压力比和发动面积基于发动机是否运行在稳定状态计算。
另一方面，所述方法进一步地包括比率限制所述基准扭矩。
在另一个方面，所述方法进一步包括计算作为进气歧管绝 对压力(MAP)和大气压之间比值的压力比。
本发明进一步的优点和应用区域乂人下述详细说明中将变 得明显。应当理解，说明本发明实施例的详细说明和具体例子，只是 为了说明的目的，决不是为了限制该发明的范围。
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是根据本发明示例性发动机系统的示意 图2是一流程图，该流程图说明了本发明的发动机转矩控 制所执行的步骤；以及
图3是一方框图，该方框图说明了执行本发明发动机转矩控制的示例性模块。
具体实施方式
下面的说明实际上只是示意性的，决不是对本发明及其应 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，或其他合适的提供上述功能的元件。
现在参见图1，发动机系统10包括发动机12,发动机12 燃烧空气燃料混合物进而产生驱动力矩。空气通过节气门16吸入进气 歧管14。所述节气门16调节流入进气歧管14的空气流量。进气歧管 14内的空气分配到气缸18。 尽管举例的是单个气缸18,但可以理解本 发明同等的扭矩控制系统可以应用在具有多个气缸的发动机中，所述气 缸包括，但不限于2， 3， 4, 5， 6, 8, 10,和12个气缸。
—燃料喷射器(未显示)喷射燃料，燃料随着空气通过进 气口吸入气缸18与空气混合。所述燃料喷射器可以是与电子或机械燃 料喷射系统20相关的喷射器，喷口或化油器的出入口或用于混合燃料 和吸入空气的另一系统。所迷燃料喷射器被控制来在每个气缸18内提 供希望的空燃(A/F)比。
—进气阀22选择性地打开和关闭以便使空气/燃料混合物 进入气缸18。 所述进气阀位置通过进气凸轮轴24调节。 一活塞(未 显示)在气缸18内压缩所述空气/燃料混合物。火花塞26引发所迷空 气/燃料混合物的燃烧，其驱动气缸18内的活塞。活塞，依次，驱动曲 轴(未显示)从而产生驱动力矩。当排气阀28处于打开位置时，气缸 18内燃烧废气通过排气口排出。所述排气阀位置通过排气凸轮轴30调 节。所述废气在排气系统中处理并被排放到大气中。尽管说明了单个 进气及排气阀22,28,但可以理解，所述发动机12可以包括每个气缸18 多个进气及排气阀22，28。
发动机系统10可以包括进气凸轮相位器32和排气凸轮相 位器34,所述相位器分别调节进气和排气凸轮轴24, 30的转动正时。更 准确地说，所述各自的进气和排气凸轮轴24, 30的定时或相角可以^皮 此相互或相对于气缸18内活塞的位置或曲轴相位角延迟或提前。如此，进气及排气岡22，28的位置可以^波此相互或相对于气缸18内活塞的 位置调节。通过调节进气阀22和排气阀28的位置，进入气缸18内的 空气/燃料混合物的量并因此发动机转矩被调节。
所述发动机系统IO还可以包括废气再循环(EGR)系统 36。 所述废气再循环系统36包括废气再循环阀38,废气再循环阀38 调节流回进气歧管14废气量。所述废气再循环系统通常执行来调节排 放。然而，循环倒进进气歧管14的废气的量还影响发动机转矩输出。
控制模块40基于本发明的基于扭矩的发动机控制操作所 述发动机。更准确地说，控制模块40基于需求发动机转速(RPMDES) 产生节气门控制信号和点火提前控制信号。节气门位置信号通过节气 门位置传感器(TPS) 42产生。搡作者输入43,例如加速踏板，产生 操作者输入信号。所述控制模块40控制节气门16至稳态的位置以获得希望的节气门面积(At服des )并控制所述点火正时以荻得希望的点火 正时(Sdes)。节气门致动器(未显示)基于节气门控制信号调节节气 门位置。
吸入空气温度(IAT)传感器44响应于吸入空气流的溫度 并产生吸入空气温度(IAT)信号。空气流质量(MAF)传感器46响 应于吸入空气流的质量并产生MAF信号。进气歧管绝对压力(MAP) 传感器50响应于基于进气歧管14内部的压力并产生进气歧管绝对压 力信号。 发动机冷却剂温度传感器50响应冷却剂温度并产生发动机 温度信号。发动机速度传感器52响应发动机12的转速(即，每分钟 转数)并产生发动机速度信号。每个由传感器产生的信号由控制模块 40接收。
发动才几系统10还可以包括涡4仑才几或增压器54，渴轮机或 增压器54由发动机12或发动机排气驱动。所述涡轮机54压缩从进气 歧管14汲取的空气。更具体的是，空气吸入涡轮机54的中间腔室。在 所述中间腔室中的空气被吸入压缩机(未显示)并在其中被压缩。所 述压缩空气通过管路56回流至进气歧管14从而在气缸18内燃烧。旁 通阀58位于管路56内并调节回流至进气歧管14的压缩空气的流量。
本发明的发动机转矩控制基于压力比(Pr),需求发动机 转矩(Trkq)和估计的发动机转矩(TEST)确定希望的节气门面积 (ATHRDHS)。
丁req基于操作者输入，包括但不限于加速踏板位置确定。PR由进气歧管绝对压力和大气压(Pbaro)的比值确定。Pbaro可以直 接地使用传感器(未显示)测量或使用其他公知的参数计算。基准扭矩(Tref)最初由检验环确定，随后基于Pr和Treq限制以提供速率限制TREF(TREFRL)。通过速率限制TREF,发动机操作的不希望的，突然的 变化被避免。
TREFRL被加上修正扭矩误差(TERRCOR)。 更准确地说，扭矩误差(TERR)由Trefrl和丁est之间的差确定。丁est通过发动机控制模块(ECM)确定，下面将进行详细的论述。Terrcor使用比例积分函 数基于下列关系确定<formula>formula see original document page 10</formula> (1)其中kp是预定比例常数；和 h是预定积分常数。Trefrl被加上修正扭矩误差(TREFCOR )以提供修正的基准扭矩 (Trefcor )。 应当理解TERR只是在发动机运4亍在稳定状态时被修正。 如果发动机不运行在稳定状态，T欣rcor等于TERR。
不论发动机是否运行在基于每分钟转数(RPM)和TREFRL 确定的稳定状态。例如，当前的和先前的值被检测用于每分钟转数和 Trefrl。
这些值被过滤(滤波)且各自的当前的和先前的值被比较。例如，当前的每分钟转数与先前的每分钟转数比较且当前的Trefr.与先前的Trefrl比校。如果各自值之间的差都小于相应的阈值差，所述发动 机被认为是运行在稳定状态且稳定状态标记(FLAGss)被设定为1。如 果各自值之间的差大于它的相应的阈值差，所述发动机被认为是运行在 过渡状态且稳定状态标记(FLAGss)被设定为0。
希望的进气歧管绝对压力(MAPdes)和希望的每气缸空气量(APCDES )基于丁refcor确定。更准确地说MAPdes使用反向的基<formula>formula see original document page 10</formula> (2) 其中Ar是基于扭矩估计器的进气歧管绝对压力和APC之间的过 滤差值；S是点火定时； I是进气阀正时；E是排气阀正时；AF是空燃比； OT是发动机油温度；和 N是气缸数目。Ar 的计算在文献USNo.7, 069, 905中有详细的描述，其所〃A开 的内容引用于此。类似地，APCdes使用反向的基于APC的扭矩模型根 据下列关系确定^pc鹏=,& /> or, ao (3)
MAPoEs可以被过滤来提供过滤的MAPDES (MAPDESF)。更 准确地说，MAPdesf基于Pr和SS根据下列关系式确定<formula>formula see original document page 11</formula>(4)其中K]是预定滤波器常数；K2是预定滤波器常数；和LPF表示低通滤波器被执行。希望的MAF ( MAFDES )基于APCDES根据下列关系确定<formula>formula see original document page 11</formula>其中R是所述通用气体常数；和 k—是恒定的，也就是基于气缸数目确定(例如数目，15用于8气 缸发动才几，20用于一 6气缸发动一几和30用于一 4气缸发动冲几)。 Athrdes随后基于MAFDES和MAPDESF根据下列关系确定^丽腦— )[^j^尸* 。(腿厂鹏'已)i腿O " p 7(D基于PR根据下列关系确定:<formula>formula see original document page 11</formula>PcnmcAL定义为流过节气门的气流的速度等于声音的速度时的压力比，这些情况称为气阻或临界流量。临界压力比通过下式确定 <formula>formula see original document page 12</formula>其中r等于用于空气的热容比且从大约1.3至大约1.4的范围变动。
参见图2 ，所述发动机转矩控制执行的示例性步骤将被详 细描述。在步骤200，控制确定发动机是否运行。如果发动机关闭， 控制结束。如果发动机运行，在步骤202控制检测发动机工作参数(例 如，每分钟转数，进气歧管绝对压力，MAF， I, E, S, PBARO， IAT,等 等)。在步骤204,控制确定作为MAP和PBARO的比值的PR。 在步 骤206,控制基于上述使用TREQ和PR作为输入的速率极限函数确定 TREF。在步骤208控制确定TEST。在步骤210，控制基于Test和Trefrl 确定TERR。
在步骤212，控制确定发动机是否运4于在稳定状态。如 果所述发动机运行在稳定状态，控制继续至步骤214。如果所述发动机 运行不是运行在稳定状态，控制继续至步骤216。 在步骤214,控制设 定FLAGss等于l。在步骤206,控制设定FLAGss等于0。在步骤217， 控制基于FLAGss如上所述修正TERR。 在步骤218,控制基于修正的 Terr修正Tref。
在步骤219控制基于所述修正的tref确定MAPDES和 APCDES。
在步骤220控制基于FLAGss过滤希望的进气歧管绝对压力 (MAPDES )，如上所述。在步骤222，控制基于APCoEs确定MAFDES。 在步骤224控制基于MAPdes和MAFoEs确定ATHRDES。在步骤226,控 制基于ATHRDES调节发动机操作且控制结束。
参见图3，执行发动机转矩控制的示例性模块将被详细描 述。所述示例性模块包括Pr模决300, Tref模決302， MAPdes模决304， APCoEs模块306，修正模块308, FLAGss模块310，过滤器模块312, MAFoEs模块，ATHRDEs模块316和ECM318。虽然在这里描述了各种模 块，但可以预料所述单个模块可以使用各种的综合模块作为子模块嵌入 单个模块或多个模块。
PR模块300基于进气歧管绝对压力和PBARo确定PR。 PR 输出到Trct模决302,修正模块308和过滤器模块312。 T舰:模块基于TREq和PR确定和速率限制TREF (即，提供TREFRL ) 。 TREFRL输出到加 法器320，加法器322和FLAGss模块310。 FLAGss模块310确定发动 机是否运行在稳定状态并相应地设定FLAGss。 FLAGss输出到所述修正 模块308和过滤器模块312。
加法器322转化TEST， Test从ECM 318输出，并加上丁refrl和所述转化的test以确定TERR。 T欣r输出到修正模块308。
修正模块308选择性地基于Pr和FLAGss修正TERR,并 输出TERRCOR。 更准确地说，如果FLAGss表明发动机运行在稳定状态， Terr被修正，凭此TERR与输出TERRCOR不同。如果FLAGSS表明发动机 耒运行在稳定状态，Terr不被修正，凭此Terr等于愉出TERRCOR。 加法器320将Trefrl和Terrcqr相加以提供TREFCOR, Trefcor愉出到所述MAPdes模决304和APCoEs模块306。
MAPdes模决304基于每分钟转数和TREFCOR确定MAPDES 并输出MAPoEs至过滤器模块312。 APCdes模决306基于TRErc。R确定 APCDES并输出APCDES至MAFdes模决314。 过滤器模块312基于 FLAGss和Pr过滤MAPDES以提供MAPDESP。 MAFDES模块314基于 APCdes确定MAFDES。 MAPDESF和MAFDES两者被输出到ATHRDES模块 316, At服des模决316基于他们确定At服des。 At服des愉出到ECM 318， ECM 318基于其调节发动机操作。所述压力比提供精确的瞬态或稳态扭矩调节。传统的不考虑压力比6; 系统对所有的压力实行线性关系。结果，对所有的压力提供一高增益， 这导致传统系统的不稳定性和超调。这些精确的发动机转矩控制在考 虑发动机负荷，每分钟转数，点火定时，进气和排气正时等等组合的情 况下获得。此外，所述发动机转矩控制使自动校准步骤被执行，这就 显著地减少校准发动机所需要的时间和精力。更准确地说，所述发动 机转矩控制基于扭矩模型，其使所有的输入输出成为一体。结果，所 述扭矩模型自动操作所述校准步骤，其中输入可以被改变且容易地提供输出效果。
本领域:技术人员/人上述说明可以理解，本发明充分的i兌明 可以以各种形式执行。所以，尽管本发明已经结合特别的例子进行了 描述，本发明的真正的范围将不会被因此限制因为在研究所述附图，所说将变得显而易见。
权利要求
1、一种控制内燃机扭矩输出的方法，包括确定压力比；基于所述压力比和扭矩要求确定基准扭矩；基于所述基准扭矩计算希望的节气门面积；和基于所述希望的节气门面积调节所述发动机的操作以获得需求扭矩。
2、 如权利要求l所述的方法，进一步包括 基于所述基准扭矩计算所述发动机的希望的进气歧管绝对压力(MAP);和基于所述基准扭矩计算所述发动机的希望的每缸空气量(APC); 其中所述希望的节气门面积基于所述希望的进气歧管绝对压力和 所述希望的APC计算。
3、 如权利要求2所述的方法,其中所述希望的进气歧管绝对压力 使用转化的基于进气歧管绝对压力的扭矩模型确定，其中所述希望的 APC使用转化的基于APC的扭矩模型确定。
4、 如权利要求2所述的方法，进一步包括基于所述压力比和所 述发动机是否运行在稳定状态过滤所述希望的进气歧管绝对压力。
5、 如权利要求2所述的方法，进一步包括基于所述希望的APC 确定希望的空气质量流量(MAF),其中所述希望的节气门面积基于其 中所述希望的MAF计算。
6、 如权利要求1所述的方法，进一步包括 确定所述发动才几的估计扭矩；和基于所述估计扭矩，所述压力比和所述发动机是否运行在稳定状态 修正所述基准扭矩。
7、 如权利要求6所述的方法，进一步包括基于所述基准扭矩和所 述估计扭矩计算扭矩误差，其中所述基准扭矩基于所述扭矩误差被修正。
8、 如权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述压力比和所述望的节气门面积基于发动机是否运行在稳定状态计算。
9、 如权利要求1所述的方法，进一步包括比率限制所述基准扭矩。
10、 如权利要求1所述的方法,进一步包括计算作为进气歧管绝对 压力和大气压之间比值的压力比。
11、 一种用于控制内燃机扭矩输出的发动机控制系统，包括 确定压力比的第一模块；基于所述压力比和扭矩需求确定基准扭矩的第二模块； 基于所述基准扭矩计算希望的节气门面积的第三模块；和 基于所述希望的节气门面积调节所述发动机的操作以获得需求扭 矩的第四模块。
12、 如权利要求11所述的发动机控制系统，进一步包括基于所述基准扭矩计算所述发动机的希望的进气歧管绝对压力 (MAP)的第五模块；和基于所述基准扭矩计算所述发动机的希望的每缸空气量(APC)的第六模块；其中所述希望的节气门面积基于所述希望的进气歧管绝对压力和 所述希望的APC计算。
13、 如权利要求12所述的发动机控制系统，其中所述希望的进气 歧管绝对压力使用转化的基于进气歧管绝对压力的扭矩模型计算，其中 所述希望的APC使用转化的基于APC的扭矩冲莫型计算。
14、 如权利要求12所述的发动机控制系统，进一步包括基于所述对压力的第七模块。 ' 、" 力
15、 如权利要求12所述的发动机控制系统，进一步包括基于所迷 希望的APC确定希望的空气质量流量(MAF)的第七模块，其中所述 希望的节气门面积基于其中所述希望的MAF计算。
16、 如权利要求11所述的发动机控制系统，其中所述第四模块 确定所迷发动机的估计扭矩，和进一步包括基于所述估计扭矩,所述压力 比和所述发动机是否运行在稳定状态修正所述基准扭矩的第五模块。
17、 如权利要求16所述的发动机控制系统，进一步包括基于所述 基准扭矩和所述估计扭矩计算扭矩误差的第六模块，其中所述基准扭矩 基于所迷扭矩误差被修正。
18、 如权利要求ll所述的发动机控制系统,进一步包括基于所述压第五模块，其中所述希望的节气门面积基于发动机是否运行在稳定状态 计算。
19、 如权利要求11所述的发动机控制系统,进一步包括比率限制所 述基准扭矩的第五模块。
20、 如权利要求11所述的发动机控制系统，进一步包括计算作为 进气歧管绝压力和大气压之间比值的压力比的第五模块。
21、 一种控制内燃机扭矩输出的方法，包括检测所述发动机的进气歧管绝对压力(MAP)和大气压； 基于所述进气歧管绝对压力和所述大气压确定压力比； 基于所述压力比和扭矩要求确定基准扭矩；基于所述基准扭矩计算所述发动机的希望的进气歧管绝对压力 (MAP);基于所述基准扭矩计算所述发动机的希望的每缸空气量(APC); 基于所述希望的进气歧管绝对压力和所述希望的APC确定希望的 节气门面积；和基于所述希望的节气门面积调节所述发动机的操作以获得需求扭矩。.
22、 如权利要求21所述的方法,其中所述希望的进气歧管绝对压力 使用转化的基于进气歧管绝对压力的扭矩模型确定，其中所述希望的 APC使用转化的基于APC的扭矩模型确定。
23、 如权利要求21所述的方法,进一步包括基于所述压力比和所述 发动机是否运行在稳定状态过滤所述希望的进气歧管绝对压力。
24、 如权利要求21所述的方法，进一步包括基于所述希望的APC 确定希望的空气质量流量(MAF),其中所述希望的节气门面积基于其 中所述希望的MAF计算。
25、 如权利要求21所述的方法，进一步包括 确定所迷发动机的估计扭矩；和基于所述估计扭矩，所述压力比和所述发动机是否运行在稳定状态 》务正所述基准扭矩。
26、 如权利要求25所述的方法，进一步包括基于所述基准扭矩和 所述估计扭矩计算扭矩误差，其中所述基准扭矩基于所述扭矩误差被修正。
27、 如权利要求21所迷的方法，进一步包括基于所述压力比和所望的节气:面积基于发动机是否运行在稳定状态计算:"
28、 如权利要求21所述的方法，进一步包括比率限制所述基准扭矩。
29、 如权利要求21所述的方法，进一步包括计算作为进气歧管绝 对压力和大气压之间比值的压力比。
全文摘要
本发明涉及一种控制内燃机扭矩输出的方法，包括确定压力比，基于所述压力比和扭矩要求确定基准扭矩；基于所述基准扭矩计算期望的节气门面积并基于所述期望的节气门面积调节发动机的操作以获得期望扭矩。
文档编号F02D41/14GK101240752SQ20071018706
公开日2008年8月13日 申请日期2007年11月19日 优先权日2006年11月17日
发明者B·尤尼西, J·M·凯泽, M·利夫什茨, R·B·杰斯, R·H·克卢茨 申请人:通用汽车环球科技运作公司