专利名称：气缸燃烧性能监测与控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机并且尤其涉及燃烧控制系统和方法。
背景技术：
此处的背景资料描述是为了大概介绍本发明的背景。在本背景技术部分所描述的本发明发明人的工作，以及说明书的那些在申请时不能以其它方式被称作现有技术的方面，都不能明显地或隐含地被认作为抵抗本发明的现有技术。车辆包括产生转矩的发动机。发动机经由曲轴把转矩传递给变速器。当转矩传递到车辆的一个或多个车轮(未示出)时，车辆移动。曲轴传感器根据曲轴旋转生成曲轴信号。发动机缺火可能干扰曲轴的旋转并且可能因此引起曲轴信号的波动。可能出于许多原因而出现发动机缺火，例如燃料、空气和/或火花的不当输送。缺火检测模块接收曲轴信号并且根据曲轴信号确定是否已经发生发动机缺火。在有些情况下，个别气缸没有产生相等量的驱动转矩。也就是，一些气缸会弱于其它的气缸，这引起气缸之间的转矩不平衡。 这种转矩不平衡会在传动系中产生显著的振动并且甚至会被车辆驾驶员感觉到。
发明内容
发动机控制系统包括扰动模块、缺火阈值确定模块、扰动比模块和火花控制模块。 扰动模块根据曲轴旋转确定气缸的过去燃烧冲程的扰动值。缺火阈值确定模块确定表明气缸内缺火的加速度变化率值。扰动比模块根据扰动值和加速度变化率值确定过去燃烧冲程的扰动比。火花控制模块确定气缸的将来燃烧冲程的点火正时、根据扰动比确定将来燃烧冲程的点火正时修正值、根据点火正时和点火正时修正值确定修正点火正时并且在将来燃烧冲程期间根据修正点火正时产生火花。—种发动机控制方法包括根据曲轴旋转确定气缸的过去燃烧冲程的扰动值；确定表明气缸内缺火的加速度变化率值；根据扰动值和加速度变化率值确定过去燃烧冲程的扰动比；确定气缸的将来燃烧冲程的点火正时；根据扰动比确定将来燃烧冲程的点火正时修正值；根据点火正时和点火正时修正值确定修正点火正时；并且在将来燃烧冲程期间根据修正点火正时产生火花。在又一些其它特征中，上述系统和方法可以通过由一个或多个处理器执行的计算机程序实施。计算机程序能常驻在实体的计算机可读介质上，例如但不限于内存、非易失性数据存储器和/或其它适用的有形存储介质。从下面提供的详细描述中将更明显地看出本发明的更多适用领域。应当理解，尽管说明了本发明的优选实施例，但详细说明和特定例子只是起到举例的作用，而不意图限制本发明的范围。本发明还吗提供了如下方案 方案1. 一种发动机控制系统，包括
扰动模块，其根据曲轴旋转确定气缸的过去燃烧冲程的扰动值； 缺火阈值确定模块，其确定表明所述气缸内缺火的加速度变化率值； 扰动比模块，其根据所述扰动值和所述加速度变化率值确定所述过去燃烧冲程的扰动比；和
火花控制模块，其确定所述气缸的将来燃烧冲程的点火正时、根据所述扰动比确定所述将来燃烧冲程的点火正时修正值、根据所述点火正时和所述点火正时修正值确定修正点火正时并且在所述将来燃烧冲程期间根据所述修正点火正时产生火花。方案2.如方案1所述的发动机控制系统，还包括
指示扰动模块，其根据所述气缸的所述过去燃烧事件的所述扰动比和期望转矩产出确定所述过去燃烧事件的指示扰动转矩；
平均模块，其根据所述指示扰动转矩和分别为所述气缸的其它过去燃烧冲程所确定的预定数量的其它指示扰动转矩确定所述气缸的平均指示扰动转矩；和
转矩修正值模块，其根据所述平均指示扰动转矩选择性地确定所述将来燃烧冲程的转矩修正值，
其中，所述火花控制模块根据所述转矩修正值确定所述点火正时修正值。方案3.如方案2所述的发动机控制系统，其中，所述转矩修正值模块还根据零确定所述转矩修正值。方案4.如方案2所述的发动机控制系统，其中，所述转矩修正值模块根据所述平均指示扰动转矩与零之间的差值设置所述转矩修正值。方案5.如方案2所述的发动机控制系统，其中，当所述平均指示扰动转矩在零的预定量之内时，所述转矩修正值模块把所述转矩修正值维持在上一次转矩修正值。方案6.如方案2所述的发动机控制系统，其中，当所述平均指示扰动转矩与零之间的第二差值大于预定量时，所述转矩修正值模块根据所述平均指示扰动转矩与所述预定量之间的第一差值设置所述转矩修正值。方案7.如方案2所述的发动机控制系统，还包括描述模块，当所述平均指示扰动转矩大于零时，其选择性地把所述气缸描述为强，
其中，当所述气缸被描述为强时，所述转矩修正值模块选择性地设置所述转矩修正值以减少所述将来燃烧冲程期间所产生的转矩。方案8.如方案2所述的发动机控制系统，还包括描述模块，当所述平均指示扰动转矩小于零时，其选择性地把所述气缸描述为弱，
其中，当所述气缸被描述为弱时，所述转矩修正值模块选择性地设置所述转矩修正值以增大所述将来燃烧冲程期间所产生的转矩。方案9.如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述火花修正模块根据所述点火正时和所述点火正时修正值确定所述修正点火正时。方案10.如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述扰动模块根据所述过去燃烧冲程期间测量的所述曲轴的转速的一阶导数、所述过去燃烧冲程期间测量的所述转速的二阶导数以及在预定点火顺序中下一个气缸的燃烧冲程期间测量的所述转速的二阶导数确定所述扰动值。方案11. 一种发动机控制方法，包括 根据曲轴旋转确定气缸的过去燃烧冲程的扰动值； 确定表明所述气缸内缺火的加速度变化率值；
根据所述扰动值和 所述加速度变化率值确定所述过去燃烧冲程的扰动比； 确定所述气缸的将来燃烧冲程的点火正时； 根据所述扰动比确定所述将来燃烧冲程的点火正时修正值； 根据所述点火正时和所述点火正时修正值确定修正点火正时；以及在所述将来燃烧冲程期间根据所述修正点火正时产生火花。方案12.如方案11所述的发动机控制方法，还包括
根据所述扰动比和所述过去燃烧事件的所述气缸的期望转矩产出确定所述过去燃烧事件的指示扰动转矩；
根据所述指示扰动转矩和分别为所述气缸的其它过去燃烧冲程所确定的预定数量的其它指示扰动转矩确定所述气缸的平均指示扰动转矩；以及
根据所述平均指示扰动转矩选择性地确定所述将来燃烧冲程的转矩修正值；以及根据所述转矩修正值确定所述点火正时修正值。方案13.如方案12所述的发动机控制方法，还包括进一步根据零确定所述转矩修正值。方案14.如方案12所述的发动机控制方法，还包括根据所述平均指示扰动转矩与零之间的差值设置所述转矩修正值。方案15.如方案12所述的发动机控制方法，还包括，当所述平均指示扰动转矩在零的预定量之内时把所述转矩修正值维持在上一次转矩修正值。方案16.如方案12所述的发动机控制方法，还包括，当所述平均指示扰动转矩与零之间的第二差值大于预定量时，根据所述平均指示扰动转矩与所述预定量之间的第一差值设置所述转矩修正值。方案17.如方案12所述的发动机控制方法，还包括
当所述平均指示扰动转矩大于零时，选择性地把所述气缸描述为强；并且当所述气缸被描述为强时，选择性地设置所述转矩修正值以减少所述将来燃烧冲程期间所产生的转矩。方案18.如方案12所述的发动机控制方法，还包括
当所述平均指示扰动转矩小于零时，选择性地把所述气缸描述为弱，并且当所述气缸被描述为弱时，选择性地设置所述转矩修正值以增大所述将来燃烧冲程期间所产生的转矩。方案19.如方案11所述的发动机控制方法，还包括根据所述点火正时和所述点火正时修正值确定所述修正点火正时。方案20.如方案11所述的发动机控制方法，还包括根据所述过去燃烧冲程期间测量的所述曲轴的转速的一阶导数、所述过去燃烧冲程期间测量的所述转速的二阶导数以及在预定点火顺序中下一个气缸的燃烧冲程期间测量的所述转速的二阶导数确定所述扰动值。
通过详细描述 和附图将更完整地理解本发明，其中 图1是根据本发明原理的示例性汽车系统的原理框图2是根据本发明原理的示例性发动机控制系统的原理框图； 图3是根据本发明原理的示例性发动机缺火模块的原理框图； 图4是根据本发明原理的加速度对比加速度变化率的示例性图表； 图5是根据本发明原理的示例性转矩平衡模块的原理框图； 图6是根据本发明原理的示例性火花控制模块的原理框图；以及图7是描述根据本发明原理的平衡气缸转矩的示例性方法的流程图。
具体实施例方式下列描述本质上仅仅是示例性的，并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中将使用相同的附图标记表示相似的元件。本文所用的措词"A、B和C中的至少一个“应当解释成意味着使用非专用逻辑“或“的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法内的步骤可以以不同顺序执行，只要不改变本发明的原理。本文所用的术语"模块"是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它的提供所述功能的适当部件。一种控制模块根据气缸燃烧冲程期间曲轴的旋转选择性地断定发动机气缸内出现缺火。控制模块监测气缸燃烧冲程期间曲轴的转速。控制模块确定燃烧冲程期间转速的一阶导数(即加速度)和燃烧冲程期间转速的二阶导数(即加速度变化率)。仅仅举例来说， 当加速度和加速度变化率值分别小于预定加速度和加速度变化率值时，控制模块可以断定气缸中出现缺火。控制模块根据加速度和加速度变化率值确定气缸燃烧冲程的扰动值。控制模块还根据基于预定点火顺序中的下一个气缸的燃烧冲程期间曲轴的旋转所确定的加速度变化率值确定气缸燃烧冲程的扰动值。本发明的控制模块根据扰动值和预定加速度变化率值确定气缸燃烧事件的扰动比。控制模块根据扰动比选择性地确定气缸的将来(例如下一个)燃烧事件的转矩修正值。 控制模块根据转矩修正值选择性地调整将来燃烧冲程的点火正时。控制模块还可以根据为其它气缸确定的转矩修正值分别调整其它气缸的将来燃烧事件的点火正时。用这种方式， 控制模块平衡转矩产生从而使气缸和其它气缸都产生近似相同量的转矩。现在参照图1，示出了示例性汽车系统100的原理框图。发动机102产生转矩。仅仅为了描述的目的，发动机102将描述成汽油式内燃机。经过进气歧管104把空气吸入发动机102中。可以通过节气门106改变吸入发动机102中的空气量。节气门致动器模块107 (例如电子节气门控制器)控制节气门106的打开。一个或多个燃料喷射器，例如燃料喷射器108，混合燃料和空气以形成可燃的空气/燃料混合物。燃料致动器模块109控制燃料喷射器。
气缸110具有与曲轴112相连的活塞(未示出)。虽然把发动机102描述成具有单个气缸110，但是发动机102具有不止一个气缸。空气/燃料混合物的燃烧可以包括四个冲程进气冲程、压缩冲程、燃烧(或膨胀)冲程和排气冲程。在进气冲程期间，活塞下降到最低位置，并且把空气和燃料引入气缸110中。最低位置可以称作下止点(BDC)位置。在压缩冲程期间，曲轴112把活塞推向最高位置由此压缩气缸110内的空气/燃料混合物。最高位置可以称作上止点(TDC)位置。当例如火花 塞114的火花点燃空气/燃料混合物时，膨胀冲程开始。火花致动器模块116控制火花塞114。空气/燃料混合物的燃烧把活塞推向BDC位置，由此可旋转地驱动曲轴112。这个旋转力(即，转矩)可以是压缩力，在气缸预定点火顺序中的下一个气缸的压缩冲程期间压缩着空气/燃料混合物。在排气冲程期间，把空气/燃料混合物的燃烧所产生的废气排出气缸110。发动机输出速度(EOS)传感器120测量曲轴112的转速并且产生表征EOS的EOS 信号。仅仅举例来说，EOS传感器120可以是可变磁阻(VR)传感器或别的适用类型的EOS 传感器。当与曲轴112 —起旋转的有N个齿的齿轮122的轮齿经过EOS传感器120时，EOS 传感器120可以产生脉冲。因此，每个脉冲可以对应于曲轴112的一个角位移，这个角位移量等于360°除以齿数N。仅仅举例来说，有N个齿的齿轮122可以具有60个等距轮齿(即N=60)并且每个脉冲可以对应于曲轴112的6°旋转。在多个实施例中，可以去掉这N个等距轮齿中的一个或多个。仅仅举例来说，可以去掉这N个轮齿中的两个。例如，可以去掉一个或多个轮齿作为曲轴112的转一圈的指示。EOS传感器120可以根据脉冲之间的时间段产生EOS。仅仅举例来说，EOS传感器120可以根据在气缸110的膨胀冲程期间曲轴112旋转预定角度(例如 90° )所需的时间段产生EOS。可以出于许多原因而在气缸110内出现缺火，例如燃料、空气和/或火花的不当输送。缺火可能干扰曲轴112的旋转。因此，缺火可能引起EOS信号的波动。发动机102可以经由曲轴112传递转矩给变速器130。转矩可以经由转矩传递装置132例如变矩器从发动机102传递给变速器130，这种情况中变速器130是自动式变速器。变速器130可以经由变速器输出轴134和传动系(未示出)传递转矩给一个或多个车轮 (未示出)。发动机控制模块(ECM ) 150控制发动机102输出的转矩(即，环绕曲轴112的转矩)。ECM 150可以通过控制一个或多个发动机致动器来控制发动机102输出的转矩。ECM 150给每个发动机致动器提供相关的致动器值。仅仅举例来说，发动机致动器可以包括节气门致动器模块107、燃料致动器模块109和火花致动器模块116。相关的致动器值可以分别是节气门106的开口面积、燃料量或燃料供应速度和点火正时。虽然没有在图1的示例性实施例中示出，ECM 150还可以控制其它发动机致动器。 仅仅举例来说，ECM 150可以控制增压致动器模块、废气再循环(EGR)致动器模块、相位器致动器模块和/或其它适用的发动机致动器，其中，增压致动器模块控制增压装置所提供的增压，废气再循环致动器模块控制EGR阀的打开，相位器致动器模块控制进气和排气凸轮相位器位置。现在参照图2，示出了示例性发动机控制系统的原理框图。ECM 150的示例性实施例包括驾驶员转矩模块202。驾驶员转矩模块202可以根据驾驶员输入确定驾驶员转矩请求。驾驶员输入可以基于加速踏板位置和/或制动踏板位置。驾驶员输入还可以基于巡航操纵，其可以是改变车速以保持预定跟车距离的自适应巡航操纵系统。驾驶员转矩模块202 可以包括加速踏板位置与期望转矩的一个或多个映射，并且可以根据选定的一个映射确定驾驶员转矩请求。车桥转矩仲裁模块204在来自驾驶员转矩模块202的驾驶员转矩请求与其它车桥转矩请求之间仲裁。可以通过包括发动机102和/或电动马达在内的多种来源产生车桥转矩(车轮上的转矩)。车桥转矩仲裁模块204根据所接收到的转矩请求之间的仲裁结果输出预计转矩请求和即时转矩请求。如下所述，可以通过ECM 150的其它模块在把来自车桥转矩仲裁模块204的预计和即时转矩请求用于控制发动机致动器之前对它们进行选择性地调整。大体上，车桥转矩仲裁模块204输出的即时转矩请求是当前期望的车桥转矩量， 车桥转矩仲裁模块204输出的预计转矩请求是可能马上需要的车桥转矩量。ECM 150控制发动机致动器以产生等于即时转矩请求的车桥转矩。然而，致动器值的不同组合可以引起产生相同的车桥转矩。因此ECM 150可以调整致动器值从而得到向预计转矩请求的更快过渡，同时仍然保持车桥转矩为即时转矩请求。大体上，即时转矩请求与(很可能)更高的预计转矩请求之间的差值可以称为转矩储备。转矩储备可以代表着发动机102用最小延迟能够开始产生的附加转矩量。快速发动机致动器用来增减当前车桥转矩。如下文将更详细描述的，快速发动机致动器是相对于慢速发动机致动器定义的。在多个实施例中，快速发动机致动器能够在一个范围内改变车桥转矩，这个范围是由慢速发动机致动器建立的。在这类实施例中，这个范围的上限是预计转矩请求，而这个范围的下限是由快速致动器的最大转矩限定。仅仅举例来说，快速致动器可以仅仅能够使车桥转矩减小第一量，这个第一量是快速致动器的最大转矩的量度。可以根据慢速发动机致动器设定的发动机工作状态改变这个第一量。当即时转矩请求在这个范围之内，快速发动机致动器能够被设定成促使车桥转矩等于即使转矩请求。当ECM 150要求输出预计转矩请求时，快速发动机致动器能够被控制成把车桥转矩变成这个范围的顶点，就是预计转矩请求。大体上，快速发动机致动器在与慢速发动机致动器相比时能够更迅速地改变车桥转矩。慢速致动器比快速致动器更慢响应于它们各个致动器值的改变。例如，慢速致动器可以包括机械构件，这些机械构件需要时间从一个位置移动到另一个来响应于致动器值的变化。慢速致动器的特征还可在于从慢速致动器开始实施改变后的致动器值到车桥转矩开始变化所花费的时间量。通常，对于慢速致动器来说这个时间量比快速致动器的更长。此夕卜，即使在开始变化之后，车桥转矩也可能花费更长的时间来完全响应慢速致动器的改变。仅仅举例来说，如果给快速致动器设定了适当值，ECM 150就可以把慢速致 动器的致动器值设成能使发动机102产生预计转矩请求的值。同时，ECM 150可以把快速致动器的致动器值设成在考虑慢速致动器值的情况下促使发动机102产生即时转矩请求而不是预计转矩请求的值。因此快速致动器值促使发动机102产生即时转矩请求。当ECM 150决定从即时转矩请求过渡到预计转矩请求时，ECM 150就把一个或多个快速致动器的致动器值改为获得预计转矩请求的值。因为已经根据预计转矩请求设定了慢速致动器值，所以发动机102能够仅在快速致动器施加的延迟之后产生预计转矩请求。换句话说，消除了否则将使用慢速致动器做改变所引起的较长延迟。仅仅举例来说，当预计转矩请求等于驾驶员转矩请求时，可以在由暂时性转矩减小请求所引起的即时转矩请求小于驾驶员转矩请求时形成转矩储备。可替代地，可以通过增大预计转矩请求超出驾驶员转矩请求同时保持即时转矩请求为驾驶员转矩请求来形成转矩储备。所得到的转矩储备能够吸收即时转矩请求的突然增加。仅仅举例来说，可以通过增大即时转矩请求来抵消来自空调或动力转向泵的突加载荷。如果即时转矩请求的增加小于转矩储备，就能通过使用快速致动器来迅速地产生这个增加。然后也可以增大预计转矩请求以重新建立之前的转矩储备。转矩储备的另一个示例用途是减小慢速致动器值的波动。由于它们相对较低的速度，改变慢速致动器值可能产生控制不稳定性。此外，慢速致动器可能包括机械零件，在频繁移动它们时可能消耗更多动力和/或磨损得更快。形成足够的转矩储备允许通过借助于即时转矩请求改变快速致动器同时保持慢速致动器的值来做出发动机输出转矩的变化。例如，为了保持特定怠速，即时转矩请求可以在一个范围内变化。如果设定预计转矩请求高于这个范围，就可以使用快速致动器改变维持这个怠速的即时转矩请求而不需调整慢速致动
ο 仅仅举例来说，点火正时可以是快速致动器值，而节气门开口面积可以是慢速致动器值。火花点火式发动机可以通过施加火花来燃烧包括例如汽油和乙醇在内的燃料。火花致动器模块116可以是快速致动器，节气门致动器模块107可以是慢速致动器。在接收到新的致动器值之后，火花致动器模块116可能能够改变点火顺序中下一个气缸的燃烧冲程的点火正时。对比之下，节气门开口面积的变化花费更长时间来影响发动机输出转矩。节气门致动器模块107通过调整节气门106的叶片角度来改变节气门开口面积。因此，一旦接收到新的致动器值，由于节气门106根据新的致动器值从其先前位置移动到新位置，所以有机械延迟。此外，基于节气门开度的空气流变化易受到进气歧管104中空气输送延迟的影响。而且，进气歧管104中增加的空气流直到气缸110在下一个进气冲程中接收了额外空气、压缩这额外空气并且开始燃烧冲程时才实现为发动机输出转矩的增大。使用这些发动机致动器作为例子，可以通过把节气门开口面积设定为允许发动机 102产生预计转矩请求的值来形成转矩储备。同时，可以根据小于预计转矩请求的即时转矩请求设定点火正时。虽然节气门开口面积为发动机102产生预计转矩请求生成了足够的空气流，但是根据即时转矩请求从标定点火正时延迟了点火正时(这减小了转矩)。发动机输出转矩将因此等于即时转矩请求。当需要额外转矩时，可以通过把点火正时调向标定点火正时来使用转矩储备的一些或全部。发动机输出转矩因此可以迅速地增大到预计转矩请求而不经历改变节气门开口面积带来的延迟。车桥转矩仲裁模块204可以输出预计转矩请求和即时转矩请求给推进转矩仲裁模块206。推进转矩仲裁模块206接收到的预计和即时转矩请求从车桥转矩域(车轮上的转矩)变换到推进转矩域(曲轴上的转矩)。推进转矩仲裁模块206在包括变换后的预计和即时转矩请求的推进转矩请求之间仲裁。推进转矩仲裁模块206产生仲裁后的预计转矩请求和仲裁后的即时转矩请求。可以通过在 接收到的请求中选择获胜的请求来产生仲裁后的转矩。可替代地或附加地，可以通过根据其它一个或多个接收到的请求修正一个接收到的请求来产生仲裁后的转矩。储备/负载模块220接收来自推进转矩仲裁模块206的仲裁后的预计和即时转矩请求。储备/负载模块220可以调整仲裁后的预计和即时转矩请求从而形成转矩储备和/ 或给补偿一个或多个负载。储备/负载模块220然后输出调整后的预计和即时转矩请求给致动模块224。致动模块224从储备/负载模块220接收调整后的预计和即时转矩请求。致动模块224确定将如何实现调整后的预计和即时转矩请求。致动模块224可以是发动机型号专有的。例如，对于火花点火式发动机和压燃式发动机，可以实施不同的致动模块224或者致动模块224使用不同的控制方案。在多个实施例中，致动模块224可以界定所有发动机型号共有的模块与发动机型号专有的模块之间的界限。例如，发动机型号可以包括火花点火和压缩点火。致动模块224 之前的模块例如推进转矩仲裁模块206可以是所有发动机型号共有的，而致动模块224和随后的模块可以是发动机型号专有的。例如，致动模块224可以改变作为慢速致动器的节气门106的开度，从而得到宽范围的转矩控制。致动模块224可以使气缸停用，这也为宽范围的转矩控制做好准备，但是停用气缸也是慢速的并且可以涉及驾驶性能和排放问题。致动模块224可以使用作为快速致动器的点火正时。然而，点火正时可能不会提供同样宽范围的转矩控制。此外，点火正时变化(称为火花储备能力)可能产生的转矩控制量可能随着空气流的改变而变化。在多个实施例中，致动模块224可以根据调整后的预计转矩请求产生空气转矩请求。空气转矩请求可以等于调整后的预计转矩请求，从而设定空气流以便通过其它致动器的变化可以获得调整后的预计转矩请求。空气控制模块228可以根据空气转矩请求为发动机气流致动器确定期望致动器值。例如，空气控制模块228可以控制期望进气歧管绝对压力(MAP)、期望节流面积和/或期望的每缸空气量(APC)。期望MAP可以用来确定期望增压，并且期望APC可以用来确定期望凸轮相位器位置。在多个实施例中，空气控制模块228还可以确定EGR阀的期望开度。致动模块224还可以产生火花转矩请求和燃料转矩请求。火花控制模块232可以使用火花转矩请求来确定点火正时从标定点火正时延迟了多少(这减小了发动机输出转矩)。燃料控制模块240可以根据来自致动模块224的燃料转矩请求改变提供给每个气缸的燃料量。在火花点火式发动机的正常运转期间，燃料控制模块240可以通过根据APC 控制燃料流量来试图维持理想配比的空气燃料混合物。更具体地说，燃料控制模块240可以确定燃料质量，该燃料质量在与当前APC燃烧时将得到理想配比的燃烧。燃料控制模块 240可以通过燃料供应速度命令燃料致动器模块109为每个气缸喷射这个燃料质量。转矩估计模块244可以估计发动机102的转矩输出。空气控制模块228可以使用这个估计转矩来执行诸如节流面积、MAP、和相位器位置之类的发动机空气流参数的闭环控制。例如，可以规定这样的转矩关系
式中，转矩(T)是每缸空气量(APC)、点火提前(S)、进气凸轮相位器位置(I)、排气凸轮相位器位置(E)、空气/燃料比(AF)、润滑油温度(OT)和启用气缸数(#)的函数。还可以考虑其它变量，例如废气再循环(EGR)阀的开启程度。这个关系可以通过方程式进行建模和/或可以存储为查询表。转矩估计模块244 可以根据测定质量空气流量(MAF)和EOS确定APC，由此可能根据实际空气流量进行闭环空气控制。用到的进气和排气凸轮相位器位置是基于实际位置，因为这些相位器可以向期望位置行进。实际点火提前可以用来估计实际发动机输出转矩。在不考虑摩擦损失、发动机泵送损失或发动机102上的辅助负载的情况下，燃烧期间应当产生的转矩量可以称为指示转矩。与指示转矩不同，实际发动机转矩输出可以称为制动转矩并且指的是指示转矩减去辅助负载、摩擦损失和发动机泵送损失。当标定点火正时用来估计转矩时，估计转矩可以称作估计空气转矩，或简称为空气转矩。如果点火正时设成标定点火正时并且给所有气缸供应燃料，估计空气转矩是对发动机102在当前空气流量下能够产生多少转矩的估计。空气控制模块228可以输出期望面积信号给节气门致动器模块107。节气门致动器模块107然后调节节气门106以产生这个期望节流面积。空气控制模块228可以根据反转矩模型和空气转矩请求产生期望面积信号。空气控制模块228可以使用估计空气转矩和 /或MAF信号以便执行闭环控制。例如，可以控制期望面积信号从而使估计空气转矩与空气转矩请求之间的差值最小化。空气控制模块228可以输出期望进气歧管绝对压力(MAP)信号给具有增压装置的发动机系统中的增压调度模块242。增压调度模块242使用期望MAP信号来控制增压致动器模块。增压致动器模块然后控制一个或多个增压装置。在没有增压装置的发动机系统中， 可以省略增压调度模块242。空气控制模块228还可以输出期望每缸空气量(APC)信号给相位器调度模块。根据期望APC信号和EOS信号，相位器调度模块252可以借助相位器致动器模块控制进气和 /或排气凸轮相位器的位置。在没有凸轮相位器的实施中，可以省略相位器调度模块252。重新提及火花控制模块232，标定点火正时可以根据不同发动机工作状态而变化。 反转矩关系可以用来求出期望点火提前。对于特定转矩请求(Tdes),可以根据下式确定期望点火提前(Sdes)
(2)Sdes=T-1 (Tdes，APC, I,E, AF, 0Τ, #),
这个关系可以具体化为方程式和/或作为查询表。空气/燃料比(AF)可以实际空气/ 燃料比，如燃料控制模块240所报告的。当把点火提前设成标定点火正时时，所得到的转矩可以尽可能地接近平均最大转矩(MBT)。MBT指的是最大发动机输出转矩，针对特定空气流量，可以同时使用具有大于预定阈值的辛烷值的燃料、使用理想配比的燃料供应并且把点火正时设成标定点火正时来产生最大发动机输出转矩。出现最大转矩时的点火提前称为MBT点火正时。标定点火正时可以稍微不同于MBT点火正时，这是因于例如燃料质量(例如在使用较低辛烷值的燃料时)和环境因素。用标定点火正时产生的发动机输出转矩因此可能小于用MBT点火正时产生的。
ECM 150还可以包括发动机缺火模块260和转矩平衡模块262。发动机缺火模块 260根据气缸110的燃烧冲程期间测量的EOS的一阶导数、气缸110的燃烧冲程期间测量的EOS的二阶导数以及在点火顺序中紧跟气缸110之后的下一个气缸的燃烧冲程期间测量的EOS的二阶导数确定气缸110的扰动项(DT)。转速的一阶导数是加速度，转速的二阶导数是加速度变化率。用这样的方式，发动机缺火模块260根据气缸110的燃烧冲程期间的加速度、气缸110的燃烧冲程期间的加速度变化率以及下一个气缸的燃烧冲程期间的加速度变化率确定气缸110的DT。发动机缺火模块260根据多个工作参数确定加速度缺火阈值和加速度变化率缺火阈值。当气缸110的燃烧冲程期间的加速度小于加速度缺火阈值和/或气缸110的燃烧冲程期间的加速度变化率小于加速度变化率缺火阈值时，发动机缺火模块260可以断定气缸110中出现缺火。转矩平衡模块262根据气缸110的DT和加速度变化率缺火阈值确定气缸110的扰动比。转矩平衡模块262根据扰动比和指示转矩确定气缸110的指示扰动转矩。对于气缸110，转矩平衡模块262把为气缸110确定的指示扰动转矩在预定数量的发动机循环上取平均值。换句话说，转矩平衡模块262确定在预定数量的发动机循环期间气缸110的平均指示扰动转矩。当特定气缸的平均指示扰动转矩与零相差预定量或百分比时，转矩平衡模块262 确定这个气缸的转矩修正值。换句话说，当气缸的平均指示扰动转矩超出零附近的预定范围之外时，转矩平衡模块262确定气缸的转矩修正值。当气缸的平均指示扰动转矩在这个预定范围之内时，转矩平衡模块262可以维持气缸的转矩修正值。换句话说，当气缸的平均指示扰动转矩在这个预定范围之内时，转矩平衡模块262可以不更新转矩修正值并且把转矩修正值维持在气缸的最后一次转矩修正值。转矩平衡模块262提供气缸的转矩修正值给火花控制模块232。火花控制模块232 根据火花转矩请求确定气缸的下一个燃烧事件的点火正时。火花控制模块232还根据转矩修正值确定气缸的下一个燃烧事件的点火正时修正值。火花控制模块232根据点火正时修正值修正气缸的下一个燃烧事件的点火正时并且将气缸的下一个燃烧事件的点火正时生成为修正后的点火正时。类似地，火花控制模块232分别根据其它气缸的转矩修正值修正其它气缸的点火正时。于是这些气缸产生近似等量的转矩。现在参照图3，示出了发动机缺火模块260的示例性实施例的原理框图。发动机缺火模块260可以包括一阶和二阶导数模块302和304，缓冲模块310和312，标量模块316、 318和320，以及求和模块322。发动机缺火模块260还可以包括缺火检测模块330、缺火阈值确定模块332和发动机负载模块334。一阶导数模块302接收EOS并且根据第k个气缸的膨胀冲程期间的EOS确定 点火顺序中第k个气缸的EOS的一阶导数。换句话说，一阶导数模块302确定第k个气缸的加速度。k是整数，它大于1并小于发动机102的气缸110的总数。第k个气缸的一阶导数 (FD)在图3中绘成FDko第k个气缸的一阶导数输出到二阶导数模块304。二阶导数模块304根据一阶导数确定第k个气缸的二阶导数。第k个气缸的二阶导数(SD)在图3中绘成SDk。二阶导数模块304输出第k个气缸的二阶导数给缓冲模块310。
缓冲模块310和312输出点火顺序中在第k个气缸前面并与其紧邻的气缸的二阶导数和一阶导数。点火顺序中在第k个气缸前面并与其紧邻的这个气缸在下文称作第k-1 个气缸。第k-Ι个气缸的二阶导数(SD)在图3中绘成SDlri，第k-Ι个气缸的一阶导数(FD) 在图3中绘成FDlri。缓冲模块310和312分别输出第k_l个气缸的二阶导数和一阶导数给标量模块 316和320。标量模块316、318和320分别用标量A、B和C乘以接收到的导数。更具体地说，标量模块316用标量A乘以第k-Ι个气缸的二阶导数。标量模块318用标量B乘以第 k个气缸的二阶导数。标量模块320用标量C乘以第k-Ι个气缸的一阶导数。标量模块 316,318和320输出的在乘以标量A、B和C之后的导数在图3中分别绘成A^SDkfBtSDk和 OFD1^
标量A、B和C能够设成调整导数(即SD^SDk和FDlrl)中的特定一个对由求和模块322确定的第k个气缸的扰动项的影响力或权重。标量A、B和C还可以设成关掉导数中的特定一个(例如通过把相应的标量设成等于0)。在多个实施例中，标量A和B的总和可以等于标量C，并且标量A、B和C的总和近似为1. O。求和模块322接收标量模块316、318和320输出的导数。求和模块322根据标量模块316、318和320输出的导数确定第k_l个气缸的扰动项。更具体地说，求和模块322 根据第k-Ι个气缸的一阶和二阶导数减去第k个气缸的二阶导数确定第k-Ι个气缸的扰动项。第k-Ι个气缸的扰动项(DT)在图3中绘成DTk_i。类似地，求和模块322确定发动机102的其它气缸的扰动项。更具体地说，求和模块322根据特定气缸的一阶和二阶导数减去点火顺序中紧跟这个特定气缸之后的气缸的二阶导数确定特定气缸的扰动项。仅仅为了说明起见，求和模块322使用这个方程式确定特定气缸(k)的扰动项
(3) DTk=A*SDk+C*FDk-B*SDk+1，
式中，DTk是特定气缸(即点火顺序中第k个气缸)的扰动项，SDk是特定气缸的二阶导数(即加速度变化率)，FDk是特定气缸的一阶导数(即加速度)，SDk+1是点火顺序中紧跟这个特定气缸之后的气缸的二阶导数(即第k+Ι个气缸)，A、B和C是标量。所确定的每个气缸的一阶和二阶导数也可以提供给缺火检测模块330。缺火检测模块330根据特定气缸的一阶和二阶导数选择性地断定特定气缸内出现缺火。缺火检测模块330可以根据特定气缸的一阶和二阶导数与加速度缺火阈值和加速度变化率缺火阈值的比较确定特定气缸内是否出现缺火。一阶和二阶导数模块302和304、缓冲模块310和312、标量模块316、318和320 以及求和模块322可以被说成是实现在第一扰动项模块324内。第一扰动项模块324确定导数项并且把扰动项提供给扰动项选择模块326。这些扰动项可以称为低分辨率扰动项。发动机缺火模块260可能同时还可以包括与第一扰动项模块324类似或相同的第二扰动项模块327。第二扰动项模块327确定发动机102的每个气缸的扰动项。这些扰动项可以称为中分辨率扰动项。一阶和二阶扰动项模块324和327之间的不同在于，第一扰动项模块324根据TDC位置附近的较大范围内(即较低分辨率)的EOS确定低分辨率扰动项，而第二扰动项模块327根据TDC位置附近的较小范围内(即较高分辨率)的EOS确定中分辨率扰动项。仅仅举例来说，这个较大范围可以是TDC位置加或减45°，这个较小范围可以是TDC位置 加或减15°。扰动项选择模块326选择低和中分辨率扰动项中的一个并且把选择的扰动项输出给转矩平衡模块262。扰动项选择模块326可以根据选择信号的状态做出选择。仅仅举例来说，当选择信号是第一状态(例如5V)时，扰动项选择模块326可以选择低分辨率扰动项，当选择信号是第二状态(例如0V)时，选择中分辨率扰动项。选择控制模块328可以根据EOS设置选择信号。仅仅举例来说，当EOS小于、大于预定EOS例如近似1000RPM时，选择控制模块328可以把选择信号分别设成第一和第二状态。当EOS大于预定EOS时，中分辨率扰动项可以反映增加的噪声量。现在参照图4，示出了包括根据一阶导数和二阶导数画出的样本的示例性图表。一阶导数用X轴画出，二阶导数用Y轴画出。负的一阶导数值(即减速)出现在Y轴的左侧，正的一阶导数值(即加速)出现在Y轴的右侧。正的二阶导数值出现在X轴的上方，负的二阶导数值出现X轴的下方。示例性迹线402追踪着示例性加速度缺火阈值，示例性图形404 追踪着示例性加速度变化率缺火阈值。出现在X轴与Y轴的交点附近的样本，如406所示， 可以表明平衡较好的气缸，因为几乎不存在曲轴加速度或加速度变化率。重新参照图3，当特定气缸的一阶导数小于加速度缺火阈值并且特定气缸的二阶导数小于加速度变化率缺火阈值时，缺火检测模块330可以断定特定气缸中的缺火。缺火阈值确定模块332确定这些缺火阈值。仅仅举例来说，缺火阈值确定模块332可以根据EOS 和发动机负载确定缺火阈值。发动机负载可以表示为燃烧期间APC占最大APC的百分比。当APC处于最大APC 时，发动机102能够产生最大量的转矩。发动机负载模块334可以使用如下方程式确定发动机负载
权利要求
1.一种发动机控制系统，包括扰动模块，其根据曲轴旋转确定气缸的过去燃烧冲程的扰动值；缺火阈值确定模块，其确定表明所述气缸内缺火的加速度变化率值；扰动比模块，其根据所述扰动值和所述加速度变化率值确定所述过去燃烧冲程的扰动比；和火花控制模块，其确定所述气缸的将来燃烧冲程的点火正时、根据所述扰动比确定所述将来燃烧冲程的点火正时修正值、根据所述点火正时和所述点火正时修正值确定修正点火正时并且在所述将来燃烧冲程期间根据所述修正点火正时产生火花。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括指示扰动模块，其根据所述气缸的所述过去燃烧事件的所述扰动比和期望转矩产出确定所述过去燃烧事件的指示扰动转矩；平均模块，其根据所述指示扰动转矩和分别为所述气缸的其它过去燃烧冲程所确定的预定数量的其它指示扰动转矩确定所述气缸的平均指示扰动转矩；和转矩修正值模块，其根据所述平均指示扰动转矩选择性地确定所述将来燃烧冲程的转矩修正值，其中，所述火花控制模块根据所述转矩修正值确定所述点火正时修正值。
3.如权利要求2所述的发动机控制系统，其中，所述转矩修正值模块还根据零确定所述转矩修正值。
4.如权利要求2所述的发动机控制系统，其中，所述转矩修正值模块根据所述平均指示扰动转矩与零之间的差值设置所述转矩修正值。
5.如权利要求2所述的发动机控制系统，其中，当所述平均指示扰动转矩在零的预定量之内时，所述转矩修正值模块把所述转矩修正值维持在上一次转矩修正值。
6.如权利要求2所述的发动机控制系统，其中，当所述平均指示扰动转矩与零之间的第二差值大于预定量时，所述转矩修正值模块根据所述平均指示扰动转矩与所述预定量之间的第一差值设置所述转矩修正值。
7.如权利要求2所述的发动机控制系统，还包括描述模块，当所述平均指示扰动转矩大于零时，其选择性地把所述气缸描述为强，其中，当所述气缸被描述为强时，所述转矩修正值模块选择性地设置所述转矩修正值以减少所述将来燃烧冲程期间所产生的转矩。
8.如权利要求2所述的发动机控制系统，还包括描述模块，当所述平均指示扰动转矩小于零时，其选择性地把所述气缸描述为弱，其中，当所述气缸被描述为弱时，所述转矩修正值模块选择性地设置所述转矩修正值以增大所述将来燃烧冲程期间所产生的转矩。
9.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述火花修正模块根据所述点火正时和所述点火正时修正值确定所述修正点火正时。
10.一种发动机控制方法，包括根据曲轴旋转确定气缸的过去燃烧冲程的扰动值；确定表明所述气缸内缺火的加速度变化率值；根据所述扰动值和所述加速度变化率值确定所述过去燃烧冲程的扰动比；确定所述气缸的将来燃烧冲程的点火正时； 根据所述扰动比确定所述将来燃烧冲程的点火正时修正值； 根据所述点火正时和所述点火正时修正值确定修正点火正时；以及在所述将来燃烧冲程期间根据所述修正点火正时产生火花。
全文摘要
本发明涉及气缸燃烧性能监测与控制。一种发动机控制系统包括扰动模块、缺火阈值确定模块、扰动比模块和火花控制模块。扰动模块根据曲轴旋转确定气缸的过去燃烧冲程的扰动值。缺火阈值确定模块确定表明气缸内缺火的加速度变化率值。扰动比模块根据扰动值和加速度变化率值确定过去燃烧冲程的扰动比。火花控制模块确定气缸的将来燃烧冲程的点火正时、根据扰动比确定将来燃烧冲程的点火正时修正值、根据点火正时和点火正时修正值确定修正点火正时并且在将来燃烧冲程期间根据修正点火正时产生火花。
文档编号F02P5/145GK102220929SQ20111009784
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者S. 马修斯 D., R. 贝尔德霍 J., V. 鲍曼 J., J. 巴斯勒普 K., K. 阿萨夫 T. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司