本发明通常涉及过渡状态过程中发动机中的燃烧相位控制。用于最优燃烧相位的控制补偿量针对不同的特定发动机中的汽缸可发生变化。不同的操作状态也需要变化的控制补偿量。由于过渡操作过程中快速变化的转矩请求，确定最优的燃烧相位控制是有挑战性的。
技术实现要素：
发动机组件包括具有发动机缸体的发动机，其具有至少一个汽缸以及至少一个在该汽缸之内可移动的活塞。曲轴为可移动的，以限定从由汽缸限定的孔轴线到由曲轴限定的曲柄轴线的多个曲柄角度。该多个曲柄角度包括对应于由汽缸接收的待燃烧的燃料的50％的曲柄角度(ca50)。控制器被操作性地连接至发动机，且具有处理器和有形的、非暂时性存储器，在该存储器上记录有用于执行用于控制过渡状态过程中的发动机的方法。
通过处理器来执行指令引起控制器来确定该发动机是否处于稳定状态。控制器被编程成用于确定曲柄角度(ca50)以及测得的空气燃料比是否每个都充分接近各自的预定目标。倘若发动机处于稳定状态且曲柄角度(ca50)以及测得的空气燃料比均都充分接近各自的预定目标，则然后该控制器被编程成用于通过在有形的、非暂时性存储器中储存至少一个燃烧相位参数来生成学习表。在过渡状态过程中，至少部分地基于该学习表来控制发动机。
该组件包括配置成用于获取汽缸的压力读数的至少一个汽缸压力传感器。该控制器包括闭环控制单元，该闭环控制单元被配置成用于至少部分地基于来自汽缸压力传感器的反馈来确定致动器命令。通过汽缸压力传感器与闭环控制单元之间的反馈回路可做出至期望的燃烧相位的连续调节。该过渡状态的特征在于：做出快速变化的转矩请求至控制器，以使得该闭环控制单元未能收敛于有限结果，即，达到有限解。闭环控制单元可以为比例-积分(pi)控制单元。
燃烧相位参数可包括火花调节因子。火花调节因子可被表示为对火花正时的调节。火花正时可被表示为在燃烧上止点之前的曲柄度。燃烧相位参数可包括喷射正时因子。喷射正时因子可被表示为对曲柄角度的调节，相对于压缩冲程的tdc，并代表燃料开始喷射的时刻。
发动机的特征在于发动机速度和发动机负载。燃烧相位参数至少部分地储存为发动机速度、发动机负载和有效温度的函数。有效温度可以为发动机冷却剂温度和发动机进气温度的加权和。确定发动机是否处于稳定状态包括：均在预定数目的发动机事件中，确定发动机速度是否处于预定速度范围之内以及发动机负载是否处于预定负载范围之内。在一个实例中，发动机事件的预定数目为20，且预定速度范围为+20rpm且预定负载范围为约1与2毫克之间。
至少一个致动器被操作性地连接至发动机，且被配置成用于控制火花调节因子和喷射正时因子中的至少一个。控制器还被编程成用于至少部分地基于学习表和一组标称校准值来获取用于致动器的致动器命令。在过渡状态过程中，学习表被配置为该组标称校准值的前馈项。
当结合附图，从以下用于实践本发明的最佳模式的详细说明可以更容易地理解本发明的以上特点和优势以及其它特点和优势。
附图说明
图1是发动机组件的示意性局部视图；
图2是控制图1的发动机组件中的燃烧相位的方法的流程图；
图3是实施图2的方法的控制结构的框图；以及
图4是示出了x轴为发动机事件且y轴为发动机曲柄角度的曲线图。
具体实施方式
参考附图，其中，相同的附图标记指示相同的部件，图1示意性地示出了具有发动机组件12的装置10。装置10可以为移动平台，例如，但不限于，标准客车、运动型多功能车、轻型卡车、重型负载车辆、atv、小型货车、公交车、运输交通工具、自行车、机器人、农具、运动相关设备、船只、飞机、火车或其它运输装置。装置10可采取许多不同的形式，并包括多个和/或另外的部件和设施。
发动机组件12包括内燃机14，在此称作为发动机14，用于燃烧空气燃料混合物，以便生成输出转矩。发动机组件12包括与发动机14相流体连通的进气歧管16。进气歧管16可被配置成用于从大气中接收新鲜空气。进气歧管16被流体地耦接至发动机14，且能够将空气引导至发动机14中。发动机组件12包括与发动机14相流体连通的排气歧管18，且能够从发动机14接收废气。
参考图1，发动机14包括具有至少一个汽缸22的发动机缸体20。汽缸22具有限定汽缸孔26的内汽缸表面24。汽缸孔26沿着孔轴线28延伸。孔轴线28沿着汽缸孔26的中心延伸。活塞30定位在汽缸22内部。活塞30被配置成用于在发动机循环过程中在汽缸22内部沿着孔轴线28移动或往复运动。
发动机14包括枢转地连接至活塞30的杆32。由于杆32与活塞30之间的枢转连接，在活塞30沿着孔轴线28移动时，杆32相对于孔轴线28的定向发生变化。杆32被枢转地耦接至曲轴34。因此，杆32的移动(该移动由活塞30的移动引起)引起曲轴24绕着它的中心36旋转。紧固件38，例如销，将杆32可移动地耦接至曲轴34。曲轴34限定在曲轴34的中心36与紧固件38之间延伸的曲柄轴线40。
参考图1，曲柄角度42被限定为从孔轴线28到曲柄轴线40。随着活塞30沿着孔轴线28往复运动，由于曲轴34绕着它的中心36的旋转，曲柄角度42发生变化。因此，活塞30在汽缸22中的位置可以表示为曲柄角度42的形式。活塞30能够在汽缸22之内于上止点(tdc)位置(即，当活塞30的顶部位于线41处)与下止点(bdc)位置(即，当活塞30的顶部位于线43处)之间移动。tdc位置指代一位置，在该位置处，活塞30离曲轴34最远；而bdc位置指代一位置，在该位置处，活塞30离曲轴34最近。当活塞30处于tdc位置(参见线41)时，曲柄角度42可以为零(0)度。当活塞30处于bdc位置(参见线43)时，曲柄角度42可以为一百八十(180)度。
期望的燃烧相位特征可在于对应于由汽缸22接收到的待燃烧的燃料的50％的曲柄角度42，此后称作为“ca50”，当活塞30位于上止点(tdc)位置之后。参考附图1，发动机14包括与进气歧管16和汽缸22均相流体连通的至少一个进气端口44。进气端口44允许气体，例如空气，从进气歧管16流进汽缸孔26。发动机14包括至少一个进气阀46，该进气阀能够控制进气歧管16与汽缸22之间的气体流动。每个进气阀46被部分地设置在进气端口44中，且能够相对于进气端口44沿着由双向箭头50指示的方向在闭合位置48与打开位置52(以虚线示出)之间移动。当进气阀46处于打开位置52时，气体，例如空气，能够通过进气端口44从进气歧管16流至汽缸22。当进气阀46处于闭合位置48时，气体，例如空气，被防止通过进气端口44在进气歧管16与汽缸22之间流动。第一凸轮相位器54可以控制进气阀46的运动。
参考图1，发动机14可以从燃料喷射器56接收加压燃料。响应于来自控制器70的燃料命令(fc)，燃料喷射器56被配置成用于在特定时间喷射大量燃料。燃料喷射器56可以通过发动机14中的任何位置被采用，例如，端口燃料喷射和直接喷射。
参考图1，至少一个汽缸22被操作性地连接至火花塞55。响应于来自控制器70的火花命令(sc)，火花塞55被配置成用于生成电火花，以便在特定时间点燃汽缸22中压缩的空气燃料混合物。将理解的是，发动机14可包括具有相应火花塞的多个汽缸。
如以上所述，发动机14可燃烧空气燃料混合物，生成废气。发动机14还包括与排气歧管18相流体连通的至少一个排气端口58。排气端口58还与汽缸22相流体连通，并流体地互连排气歧管18和汽缸22。因而，废气能够通过排气端口58从汽缸22流至排气歧管18。
发动机14还包括至少一个排气阀60，该排气阀能够控制汽缸22与排气歧管18之间的废气流动。每个排气阀60被部分地设置在排气端口58中，且能够相对于排气端口58沿着由双向箭头66指示的方向在闭合位置62与打开位置64(以虚线示出)之间移动。当排气阀60处于打开位置64时，废气能够通过排气端口58从汽缸22流至排气歧管18。当排气阀60处于闭合位置62时，废气被防止通过排气端口58在汽缸22与排气歧管18之间流动。第二凸轮相位器68可以控制排气阀60的运动。此外，第二凸轮相位器68可以独立于第一凸轮相位器54操作。
参考图1，发动机组件12包括操作性地连接至发动机14或者与该发动机相电连接的控制器70。参考图1，控制器70包括至少一个处理器72和至少一个存储器74(或者任何非暂时性、有形的计算机可读储存介质)，在该存储器上记录有用于执行用于控制在过渡状态过程中发动机14中的燃烧相位的方法100，在图2中示出，并在以下描述。存储器74可储存控制器可执行的指令集，且处理器72可以执行在存储器74中储存的控制器可执行的指令集。
图1的控制器70被特别地编程成用于执行方法100的步骤，并可以从各个传感器接收输入。发动机组件12可包括进气温度传感器76，该进气温度传感器测量进气温度并与控制器70相连接(例如，电连接)，如在图1中所示。如在图1中所示，宽范围afr传感器78与控制器70和排气歧管18相连接。控制器70可以基于来自宽范围afr传感器78的输入信号来获取空气燃料比(afr)。
另外，可经由“虚拟感测”来获取参数，例如，例如基于其它测量的模型。例如，可以基于环境温度的测量来虚拟地感测进气温度。控制器70可以被编程成用于基于其它方法或传感器来确定afr，无需宽范围afr传感器78。控制器70与第一和第二凸轮相位器54、68相连接，且因此可以控制进气和排气阀46、60的操作。控制器70还与第一和第二位置传感器53、67相连接，该第一和第二位置传感器被配置成用于分别地监视第一和第二凸轮相位器54、68的位置。
参考图1，曲柄传感器80被操作以监视曲轴旋转位置，即，曲柄角度和速度。汽缸压力传感器82可被采用，以获取至少一个汽缸22的汽缸内燃烧压力。可通过控制器70来监视汽缸压力传感器82，以确定针对每个燃烧循环的每个汽缸22的净有效压力(nmep)。控制器70可被操作性地连接至冷却剂温度传感器90。
控制器70被编程成用于从操作员输入或自动启动状态或由控制器70监视的其它源来接收转矩请求。控制器70被编程成用于从操作员接收输入信号，例如通过加速踏板84和制动踏板86，以确定转矩请求。方法100可被用于控制在过渡状态过程中发动机14中的燃烧相位。过渡状态可能在突然的转矩请求变化过程中发生，例如，当操作员踩踏加速踏板84请求转矩的立即增加时，且因而喷射的燃料量将增加。可接受驱动性所需的转矩将推动立即转矩的形成，这快于系统能够做出的反应。
当组件12处于低温度燃烧模式中时，方法100可被使用。低温度燃烧(ltc)指代先进的燃烧策略，其利用较低的燃烧温度以降低nox和/或烟灰形成。本领域技术人员可理解，低温度燃烧模式的实例为均质压燃(hcci)模式(例如，例如在负气门重叠(nvo)和正气门重叠(pvo)情形下)。这里，术语“负气门重叠”指代发动机操作，在该操作中，在汽缸事件过程中进气阀20在已经闭合排气阀60之后开始开启。术语“正气门重叠”指代发动机操作，在该操作中，在汽缸事件过程中进气阀46在已经闭合排气阀60之前开始开启。
现在参考图2，示出了在图1的控制器c上储存并由其执行的方法100的流程。方法100不必以在此陈述的特定次序应用。此外，将理解的是，可以省略某些步骤。参考图2，方法100可在方框102处开始，在这里，控制器70被编程或配置成用于确定发动机14是否处于稳定状态。确定发动机14是否处于稳定状态包括：在预定数目的发动机事件过程中，确定经由发动机速度传感器获取的发动机速度是否处于预定速度范围之内。确定发动机14是否处于稳定状态包括：在预定数目的发动机事件过程中，确定经由发动机负载是否处于预定负载范围之内。在一个实例中，发动机事件的预定数目为20，且预定速度范围为+20rpm且预定负载范围为约1与2毫克燃料之间。换句话说，稳定状态被定义为：针对足够时间量，发动机速度、发动机负载和其它因子的足够小变化。
在图2的方框104中，控制器70被编程成用于确定处于待燃烧的燃料的50％(经由曲柄传感器80测量)的曲柄角度(ca50)以及空气燃料比(afr)是否每个均足够接近各自的预定目标。如以上所述，可经由宽范围afr传感器78导出空气燃料比(afr)。输送至发动机14的空气和燃料的量可被精密地控制，以使得空气燃料比(afr)接近理想比或化学计量的afr。在一个实例中，针对一汽油发动机，化学计量的afr为14.7:1，意味着喷射进汽缸22中的每磅汽油导致14.7磅空气的燃烧。将理解的是，期望的afr并不需要与化学计量的afr相同，且燃烧模式可以以比化学计量更稀薄的afr运行。
倘若发动机14处于稳定状态，且曲柄角度(ca50)和空气燃料比(afr)均充分地接近于它们各自的预定目标(例如，在+5％之内)，则然后方法100进行至方框106。在图2的方框106中，控制器70被编程成用于通过在有形的、非暂时性存储器74中储存至少一个燃烧相位参数来生成学习表(参见图3中的206)。
燃烧相位参数可以至少部分地储存为发动机速度、发动机负载和有效温度的函数。有效温度可以为代表汽缸内状态的平均温度。有效温度可以为发动机冷却剂温度(经由冷却剂温度传感器90获取)和发动机进气温度(经由操作性地连接至进气歧管16的进气温度传感器76获取)的加权和。在表1中示出了学习表的一部分的非限制性实例。当使用该学习表时，当操作状态落在网格点中或位于它们之间，可使用插值法来插入表值。可采用本领域技术人员已知的任何插值法，包括但不限于，简单的线性近似、多项式曲线拟合或其它曲线拟合方法。
表1
在稳定状态操作过程中，学习表包含火花和喷射正时因子调节，以使得在过渡状态过程中实现有效的燃烧相位控制。燃烧相位参数可包括火花调节因子(δsa)，在于燃烧上止点(tdc)之前的曲柄角度中给出。火花调节可被定义为对曲柄角度42的调节，以使得将发生火花。在一个实例中，火花调节因子(δsa)范围为+5曲柄角度。燃烧相位参数可包括喷射正时因子(δit)，在于上止点(tdc)之前的曲柄角度中给出。喷射正时因子可被定义为对用于燃料喷射的开始和燃料喷射的终止中的一个或两个的曲柄角度42的调节。在一个实例中，喷射正时因子(δit)范围为+10曲柄角度。
倘若在方框102中发动机14未处于稳定状态，则方法100可进行至方框108。在方框108中，控制器70可被编程成用于通过例如确定预定时间段是否已经逝去来确定发动机14是否处于过渡状态。在另一实例中，控制器70可被编程成用于设置一标记，以指示闭环控制单元208(在图3中示出)的计算是否已经收敛，例如，标记可被设置为用于表示收敛的true以及用于表示非收敛的false。如以上所述，过渡状态可能在突然的转矩请求变化过程中发生，例如，当操作员踩踏加速踏板84请求转矩的立即增加时，且因而喷射的燃料量将增加。倘若发动机14被确定位于过渡状态，则方法100进行至方框110，在这里，控制器70被编程成用于采用在存储器74中储存的学习表，用于燃烧相位控制。可选地，方法100可从方框102直接地前进至方框110。
参考图3，示出了采用方法100的实例性控制结构200。在过渡状态过程中，控制结构200导致生成至少一个致动器命令202。如以上所描述，致动器命令202可以为用于在特定时间喷射大量燃料的燃料命令(fc)。如以上所描述，致动器命令202可以为用于在特定时间生成火花的火花命令(sc)。控制结构200采用至少三个输入，这些输入被加在一起，以确定致动器命令202。参考图3，该三个输入为：标称校准单元204、学习表206和闭环控制单元208。
参考图3，控制器70被编程成用于经由标称校准单元204来获取用于期望的燃烧相位的一组标称校准值。可经由由本领域技术人员通常采用的方法来获取标称校准值(用于火花和喷射正时因子)。例如，可经由实验设计(doe)、统计或优化方法、或者基于模型的校准过程来获取标称校准值。可经由实验室中的实验布置来获取标称校准值。在过渡状态过程中，学习表206可被配置为标称校准单元204的前馈项。前馈通常被理解为使用它的预期的结果或效果对过程的修改或控制。以上描述，学习表206从方法100获取。
如以上所述，期望的燃烧相位通过期望的曲柄角度(ca50)可被指定，在该角度下，发生了总热量的50％被释放。由于汽缸到汽缸变化，标称校准单元204的输出需要通过闭环控制单元208来修改，以实现用于每个汽缸22的期望的曲柄角度(ca50)。所需的调节量在多个汽缸和操作状态之间发生变化。
闭环控制单元208迫使曲柄角度(ca50)以收敛至稳定状态中的期望解，换句话说，它不能够瞬间地工作。在过渡状态过程中，控制器70并不具有时间来完全地调节，导致次优化跟踪。方法100被配置成用于适时地学习优化火花调节以及喷射正时因子，当闭环控制单元208在稳定状态过程中实现期望的曲柄角度(ca50)以及在过渡状态过程中应用学习。过渡状态的特征在于：给控制器70制作快速变化的转矩请求，以使得闭环控制单元208不能够收敛至有限解。该学习表206用作为用于获取优化燃烧相位的校准因子。
参考图3，闭环控制单元208被配置成用于从汽缸压力传感器82接收反馈，在图3中描绘为方框212或者“测得的ca50”。闭环控制单元208可以为比例积分(pi)控制单元，该比例积分(pi)控制单元被配置成用于连续地计算误差值，该误差值作为期望的设置点(方框210或“期望的ca50”)与测得的过程变量(方框212或“测得的ca50”)之间的差值。闭环控制单元208被配置成用于基于比例和积分项来应用校准，即，考虑到现在的和过去的误差值，并随着时间的推移使得该误差最小化。例如，倘若误差是较大的并且为正的，则该校准也将为较大的且为正的。
参考图4，示出一图表，该图表在横轴302上为时间或事件，以及在纵轴304上为曲柄角度(在tdc之后的度数)。轨迹a、b、c和d示出了各自的测得的曲柄角度(ca50)，在这里50％的燃料被燃烧，用于发动机中的四个分离的汽缸。轨迹305追踪期望的曲柄角度(ca50)。
参考图4，第一时段306示出了各自的曲柄角度(ca50)，而无需闭环控制单元208或学习表206。在第一时段306中，轨迹a、b、c和d针对汽缸中的每个可变化，且并不被控制成为期望的曲柄角度(ca50)。参考图4，第二时段308示出了各自的曲柄角度(ca50)，且闭环控制单元208和学习表206均被开启。在第二时段308中，轨迹a、b、c和d逐渐地收敛至期望的曲柄角度(ca50)，由轨迹305a反映。
参考图4，第三时段310示出了偏移或变换事件，以使得期望的ca50经历显著的偏移(参见轨迹305b)。第四时段312示出了各自的测得的曲柄角度(ca50)，且学习表206启用，且闭环控制单元208关闭。在第四时段312中，轨迹a、b、c和d逐渐地收敛至期望的曲柄角度(ca50)(参见轨迹305c)，示出了四个汽缸的各自的曲柄角度(ca50)可被成功地控制，不存在闭环控制单元208的输入，且具有来自学习表206的输入。
总之，学习表被开发以适时地学习优化的火花和后续的喷射正时因子，针对在低温度燃烧模式过程中的不同操作状态(例如，nvo、pvo)燃烧操作。该方法允许在过渡状态过程中当闭环控制单元208不具有机会来收敛并允许在发动机14的所有汽缸中的更好燃烧相位控制时使用优化的正时。过渡状态过程中的改善的燃烧相位控制提高了燃烧效率并降低了燃烧噪声。在具有火花点火模式的发动机14中可采用图2的方法100。在火花点火发动机中，喷射进汽缸22的燃料量被绑定至空气流。当转矩命令与空气流相比变化更快时，可使用期望的燃烧相位来满足转矩命令。
在低温度燃烧模式下，方法100可结合ca50的闭环控制被采用，以降低过渡状态过程中的燃烧相位误差。方法100(以及执行方法100的控制器70)通过使得能够利用最小的误差量来控制复杂发动机系统的转矩输出来提高装置的功能。因而方法100(以及执行方法100的控制器70)不仅仅是抽象观念，但被本质地绑定至装置10的功能以及发动机14的(物理)输出。在发动机操作过程中，方法100可连续地执行为开环操作。
方法100假定恒定量模式下的瞬时燃烧，以使得一旦进气阀46或排气阀60打开时，汽缸压力瞬时地与外部压力(例如，进气或排气歧管压力)相平衡。图1的控制器70可为装置10的其它控制器(例如发动机控制器)的整体部分，或者为操作性地连接至该装置的其它控制器(例如发动机控制器)的分离的模块。
控制器70包括计算机可读介质(也称作为处理器可读介质)，包括任何非暂时性(例如，有形的)介质，其参与提供可由计算机(例如，通过计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)。这样一种介质可采用许多形式，包括，但不限于，非易失性介质和易失性介质。例如，非易失性介质可包括光盘或磁盘以及其它持久性存储器。例如，易失性介质可包括动态随机访问存储器(dram)，其可构成主存储器。这些指令可通过一种或多种传输介质传输，包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含耦接至计算机的处理器的系统总线的导线。例如，计算机可读介质的一些形式包括软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、cd-rom、dvd、任何其它光学介质、穿孔卡、纸带、带有穿孔图案的任何其它物理介质、ram、prom、eprom、flash-eeprom、任何其它存储芯片或存储盒、或任何其它计算机可从其读取的介质。
查找表、数据库、数据储存库或其它在此描述的数据储存器可包括用于储存、方位和检索各种类型数据的各种类型的机构，包括层次数据库、文件系统中的一组文件、专用格式的应用数据库、关系数据库管理系统(rdbms)等。每个这种数据储存器可包含在采用计算机操作系统(例如以上所述的那些中的一个)的计算装置，且可经由网络以多种方式中的任何一个或多个来访问。可从计算机操作系统来访问文件系统，且该文件系统可包括以各种形式储存的文件。除了用于创建、储存、编辑和执行储存程序的语言(例如以上所述的pl/sql语言)之外，rdbms可采用结构化查询语言(sql)。
详细说明和附图或图是本发明的支撑和描述，但本发明的范围仅仅由权利要求书来限定。尽管用于实施所要求保护的本发明的最佳模式中的一些和其它实施例已经被详细描述，存在用于实践在所附权利要求中限定的本发明的各种可选的设计和实施例。此外，在附图中示出的实施例或在本说明书中提及的各种实施例的特征不必被理解为彼此相互独立的实施例。相反，可能的是，在一个实施例的实例中的一个钟描述的特征中的每个可与其它实施例中的一个或多个其它期望的特征相组合，导致产生未用词汇或参考附图所描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落在所附权利要求的范围的框架之内。