专利名称：发动机转矩控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃才几，更确切地，涉及发动才几转矩控制。
内燃机在气缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞，该活塞产生 驱动转矩。进入发动机的空气流通过节气门调节。更具体地，节气门 调节节流面积，其增加或减少进入发动机的空气流。当节流面积增加 时，进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调节燃料喷射率，以向 气缸提供所需的空气/燃料混合物。应当理解，增加气缸的空气和燃 料会提高发动机的转矩输出。
已经研制了发动机控制系统来精确地控制发动机速度输出，以获 得所需的发动机速度。但是，传统的发动机控制系统无法按需要精确 地控制发动机速度。另外，传统发动机控制系统无法按需要提供对控 制信号的快速响应，或者无法在影响发动机转矩输出的各种装置中协 调发动机转矩控制。在某些情况下，传统的发动机转矩控制系统会导 致发动机停转或意外的加速。
发明内容
因此，本发明公开了一种实现内燃机的所需转矩输出的方法。该 方法包括基于第一APC关系式确定第一每缸空气(APC)值和基于第 二APC关系式确定第二APC值。基于第二APC值确定APC误差。当APC 误差大于阈值误差时基于第一APC值调节发动机操作。当APC误差不 大于阈值误差时基于第二 APC值调节发动机操作。
另一方面，该方法进一步包括确定转矩请求。第一和第二APC值 均基于转矩请求确定。
另一方面，APC误差进一步基于第一APC值确定。
再一方面，该方法包括基于第一APC值和第二APC值中的 一个计 算所需质量空气流量(MAF)。所需节流面积基于所需MAF计算，其 中发动机操作基于所需节流面积调节。
还一方面，第一和第二APC关系式均基于发动机的基于APC的转 矩模型确定。
根据下文中所提供的详细描述，本发明的其它优点和应用领域也 是显而易见的。应当理解，尽管示出了本发明的实施例，但是其详细 描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。
本发明通过详细描述和附图将被更全面的理解，其中
图l是根据本发明的典型发动机系统的示意性图示；
图2是图示由本发明发动机转矩控制所执行的步骤的流程图；和
图3是图示执行本发明的发动机转矩控制的各模块的方框图。
具体实施例方式
实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制 本发明及其应用或使用。为简便起见，附图中使用相同的附图标记来 表示相似的元件。如本文所使用的，术语模块指的是特定用途集成电 路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或硬件程序的处理器(共 享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它 合适部件。
现在参考图1,发动机系统10包括燃烧空气与燃料混合物以产生 驱动转矩的发动机12。空气通过节气门16吸入进气歧管14。节气门16 调节进入进气歧管14的质量空气流量。进气歧管14内的空气分配到气 缸18中。尽管只示出了单个气缸18，但是应当理解，本发明的联合转 矩控制系统可在具有多个气缸(包括，但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12个气缸)的发动机内执行。
当空气通过进气口吸入气缸18时，燃料喷射器(未示出)喷射与 空气混合的燃料。燃料喷射器可为与电子式或机械式燃料喷射系统20
相关的喷射器、汽化器或将燃料与进气混合的其它系统的喷嘴或喷
口。燃料喷射器控制为在各气缸18内提供所需的空气燃料(A/F)比。
进气门22有选择地打开和关闭，以使空气燃料混合物能够进入气 缸18。进气门位置通过进气凸轮轴24来调节。活塞(未示出)在气缸 18内压缩空气燃料混合物。火花塞26引发空气燃料混合物的燃烧，驱 动气缸18内的活塞。从而活塞驱动曲轴(未示出)以提供驱动转矩。 当排气门28处于打开位置时，气缸18内的燃烧废气排出排气口。排气 门位置通过排气凸轮轴30来调节。废气在排气系统中进行处理，再释 放到大气中。尽管只示出了单个进气门22和排气门28，但是应当理解， 发动机12每个气缸18可包括多个进气门22和排气门28。
发动机系统10可包括分别调节进气凸轮轴24和排气凸轮轴30的旋 转正时的进气凸轮相位器32和排气凸轮相位器34。更具体地，进气凸 轮轴24和排气凸轮轴30的正时或相位角可相对于;f皮此，或者相对于活 塞在气缸18内的位置或曲轴位置来延迟或提前。这样，进气门22和排 气门28的位置可相对于彼此，或者相对于活塞在气缸18内的位置来调 节。通过调节进气门22和排气门28的位置，可调节摄入气缸18的空气 燃料混合物的量，从而调节了发动机转矩。
发动机系统10还可包括废气再循环(EGR)系统36。 EGR系统36 包括调节流回进气歧管14的废气流的E GR阀3 8 。通常执行E G R系统以 调节排放。但是，循环回进气歧管14的废气量也影响发动机转矩输出。
控制模块40基于本公开的基于转矩的发动机速度控制来操作发动 机。更具体地，控制模块40基于所需的发动机速度(RPMDES)产生节 流控制信号和点火提前控制信号。节气门位置传感器(TPS)42产生 节气门位置信号。操作员输入件43(例如，加速踏板)产生操作员输 入信号。控制模块40指令节气门16至获得所需节流面积(ATHRDES)的 稳定状态位置，并指令点火正时以获得所需的点火正时(SDES)。节 气门致动器(未示出)基于节流控制信号调节节气门位置。
进气温度(IAT)传感器44响应于进气流的温度产生并进气温度 (IAT)信号。质量空气流量(MAF)传感器46响应于进气流的质量 并产生MAF信号。歧管绝对压力(MAP)传感器48响应于进气歧管14 内的压力产生MAF信号。发动才几冷却液温度传感器50响应于冷却液温
度并产生发动机温度信号。发动机速度信号52响应于发动机12的转速 (即，RPM)并产生发动机速度信号。传感器产生的各信号由控制模 块40接收。发动机系统10还可包括涡轮或增压器54,其由发动机12或 发动机排气驱动。
本发明公开的发动机转矩控制基于目标每缸空气(APC)计算以 实现所需发动机转矩(TDES)。更确切地，发动机转矩控制基于转 矩请求(TREQ)采用从基于APC的发动机转矩模型导出的两个等式中 的一个确定APC，其将在下文中详细描述。如果APC误差(AFCERR) 低于阈值误差(ERRTHR),发动机转矩控制执行二次等式，其避免了发 动机停转和意外的发动机RPM增加。T^。基于驾驶员输入(例如加速 踏板位置)确定且可被其他因素影响。确定TR叫的典型方法在2006年11 月28日申请的共同转让，同时待审的美国专利申请NO.60/861,492中被 描述，其公开的内容在此被结合参考。
转矩模型表示为二次或更高阶多项式。例如，典型的转矩模型由 以下关系式表示
其中S是点火正时；及 T是转矩。
系数《基于发动机PRM、进气阀正时(I)和排气阀正时(E)确
定。更确切地，系数",在三维查询表中预先校准和存储，其中PRM, I
和E是对查询表的输入。根据以下关系式等式1可改写为
<formula>formula see original document page 7</formula>
系数^类似上述系数",，因为其是基于PRM, I和E确定的预校准、 预存储的值。
等式2可求逆以提供第一APC等式，如下式所示
<formula>formula see original document page 7</formula> (3)
然而是在某些发动机操作情况下，系数^可能很小，其中可能出 现除以零或不适当的平方根计算。这可能导致发动机停转或不期望的 发动机RPM加速。因此，本发明公开的发动机转矩控制执行基于以下 迭代关系式的第二APC等式
其中K表示当前迭代；及 K+l表示下次迭代。
K^可是第一APC等式的输出或是基于MAF传感器信号确定的 值。如此可避免平方根计算且不会除以有时接近零的系数、^户c腳 根据以下关系式确定
如果^C，大于E/ T^，发动机转矩控制采用第一APC等式(即等 式3)确定APC。如果」户C腳小于S ^朋，发动机转矩控制采用第二APC 等式(即等式4)确定APC。
可预料到发动机转矩可同时采用第一或第二等式确定APC，其中 一直采用由第一APC等式提供的APC值直到与由第二APC等式提供的 APC值相关的^尸C腳小于E朋r朋达到阈值次数。如此，可以确保第二APC 等式提供的APC值是稳定的。
APC随后可被滤波(例如采用低通滤波器)且采用压缩流(CF) 模型处理以提供所需节流面积(4朋服)。更确切地，所需质量空气 流量(M^^)基于以下关系式确定<formula>formula see original document page 8</formula>其中&江是气缸常数。例如，&仏对于8缸发动机等于15,对于6 缸发动机等于20及对于4缸发动机等于30。 4朋腦基于以下关系式确
<formula>formula see original document page 8</formula>其中B是测量的大气压； R是通用气体常数；及^是压力因子。
根据以下关系式，0基于压力比(A)
<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 9</formula>(8)
尸。是MAP相对环境压力(^MB )和尸C肌W的比^f直。A肌/C^定义为流
经节气门的空气速度等于音速时的压力比。这种情况被称为扼流或临 界流。该临界压力比确定为<formula>formula see original document page 9</formula>(9)
其中^等于空气的比热比且范围大约从1.3到1.4。发动机控制随后基于 4朋皿调节节气门位置实现^即。
现在参考图2，将对发动机转矩控制器执行的典型步骤做进一步 细节描述。在步骤200,控制器确定发动机是否在运行。如果发动机 没有运行，控制结束。如果发动机在运行，控制在步骤202监测发动 机运行参数。在步骤204，控制确定^e，如上所述。控制在步骤206 确定4和4"。 4可用第一APC等式(即等式3)确定或基于MAF传感 器信号确定。4"基于第二APC等式(即等式4)确定。在步骤208, 控制确定^"C腳。
控制在步骤210确定#<^朋是否小于。如果^C皿小于 控制继续步骤212。如果^C皿不小于E/^冊，控制执行步骤214。 在步骤212，控制采用从第二APC等式(即等式4)确定的APC值确定 A^^孤。在步骤214,控制采用从第一APC等式(即等式3)确定的APC
值确定M仏皿。控制在步骤216基于M^^确定力，皿。在步骤218，控 制基于4^皿调节发动机运行且控制结束。
现在参考图3，将讨论执行发动机转矩控制的典型模块。该典型 模块包括T卿模块300, APC模块302, ^PC^模块304， 〃0^模块306， 比较器模块308， ^ 模块310和发动机控制模块(ECM) 312。 ；e
模块300确定TREQ,如上所述。APC模块302基于TREQ采用第一APC等式 确定APC (APCFIRSTEQ) 。 APCK+1模块304基于TREQ采用第二APC等式确定 APCK+1(或APCSECEQ)。APCSECEQ可基于APCFIRSTEQ，或MAF确定。因此，这些选择以阴影图示。
APCERR模型306基于APCSECEQ或APCFIRSTEQ确定APCERR.APCERR通过比
较器模块308与ERRTHR比较。比较器模块308基于APCERR是否小于 产生信号(例如0或1)。例如，如果APCERR小于ERRTHR产生等于1的 信号且输出到ATHRDES模块。如果APCERR不小于ERRTHR,产生等于0的信号。 ATHRDES模块310基于MAP和根据比较器模块3 08的信号基于 APCFIRSTEQ,或APCSECEQ确定ATHRDES。更确切地，如果比较器模块308的信号等于0， ATHRDES基于APCFIRSTEQ吸确定。如果比较器模块308的信号等于1， ATHRDES基 于APCSECEQ确定。ECM 312基于ATHRDES调节发动机运行。
现在本领域技术人员从前述描述可以认识到本发明公开的技术可 以多种形式实现。因此，虽然本发明结合特定的实施例描述，然而因 为本领域技术人员在研究附图、说明书和所附权利要求时可以清楚其 他的修改，本发明的真实范围将不会被如此限制。
权利要求
1.一种实现内燃机的所需转矩输出的方法，包括基于第一APC关系式确定第一每缸空气(APC)值；基于第二APC关系式确定第二APC值；基于所述第二APC值计算APC误差；当所述APC误差大于阈值误差时基于所述第一APC值调节所述发动机的操作；和当所述APC误差不大于所述阈值误差时基于所述第二APC值调节所述发动机的操作。
2. 如权利要求l所述的方法，进一步包括确定转矩请求，其中所 述第 一 和第二 APC值均基于所述转矩请求确定。
3. 如权利要求l所述的方法，其中所述APC误差进一步基于所述 第一APC值确定。
4. 如权利要求l所述的方法，进一步包括基于所述第一APC值和 所述第二APC值中的一个计算所需质量空气流量(MAF)。
5. 如权利要求4所述的方法，进一步包括基于所述所需MAF计算 所需节流面积，其中发动机操作基于所述所需节流面积调节。
6. 如权利要求l所述的方法，其中所述第一和第二APC关系式均 基于所述发动机的基于AP C的转矩模型确定。
7. —种调节内燃机转矩输出的发动机控制系统，包括 基于第一APC关系式确定第一每缸空气(APC)值的第一模块； 基于第二APC关系式确定第二APC值的第二模块；基于所述第二APC值计算APC误差的第三模块；第四模块，所述第四模块在所述APC误差大于阈值误差时基于所 述第一APC值调节所述发动机的操作，并且在所述APC误差不大于所 述阈值误差时基于所述第二 APC值调节所述发动机的操作。
8. 如权利要求7所述的发动机控制系统，进一步包括确定转矩请 求的第五模块，其中所述第 一 和第二 AP C值均基于所述转矩请求确 定。
9. 如权利要求7所述的发动机控制系统，其中所述APC误差进一 步基于所述第一APC值确定。
10. 如权利要求7所述的发动机控制系统，进一步包括基于所述第一 APC值和所述第二 APC值中的 一 个计算所需质量空气流量 (MAF)的第五模块。
11. 如权利要求10所述的发动机控制系统，其中所述第五模块基 于所述所需MAF计算所需节流面积，其中发动机操作基于所述所需节 流面积调节。
12. 如权利要求7所述的发动机控制系统，其中所述第一和第二 APC关系式均基于所述发动机的基于APC的转矩模型确定。
13. —种调节内燃机的转矩输出的方法，包括 基于所述发动机的转矩模型提供每缸空气(APC); 采用所述基于APC的转矩模型确定第一APC关系式；采用所述基于APC的转矩模型确定不同于所述第一APC关系式的 第二APC关系式；基于所述第一 APC关系式计算第一APC值； 基于所述第二APC关系式计算第二APC值； 基于所述第二APC值计算APC误差；当所述APC误差大于阈值误差时基于所述第一 APC值调节所述发 动机的操作；及当所述APC误差不大于所述阈值误差时基于所述第二APC值调节所述发动机的操作。
14. 如权利要求13所述的方法，进一步包括确定转矩请求，其中 所述第 一 和第二 APC值均基于所述转矩请求确定。
15. 如权利要求13所述的方法，其中所述APC误差进一步基于所 述第一APC值确定。
16. 如权利要求13所述的方法，进一步包括基于所述第一APC值 和所述第二APC值中的一个计算所需质量空气流量(MAF)。
17. 如权利要求16所述的方法，进一步包括基于所述所需MAF计 算所需节流面积，其中发动机操作基于所述所需节流面积调节。
全文摘要
一种实现内燃机的所需转矩输出的方法，包括基于第一APC关系式确定第一每缸空气(APC)值和基于第二APC关系式确定第二APC值。基于第二APC值确定APC误差。当APC误差大于阈值误差时基于第一APC值调节发动机操作。当APC误差不大于阈值误差时基于第二APC值调节发动机操作。
文档编号F02D41/00GK101201021SQ200710196159
公开日2008年6月18日 申请日期2007年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者C·E·怀特尼, J·A·雅各布斯, J·M·凯泽, M·利夫什茨, R·B·杰斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司