本发明涉及一种凸轮轴相位控制并且更具体地涉及一种基于环境湿度来控制内燃机中的进气和排气凸轮轴相位的方法。
本部分中的陈述仅仅提供与本发明相关的背景信息并且可构成或不构成现有技术。
数十年以来，内燃机、尤其是那些用在乘用汽车和轻型卡车中的内燃机利用固定阀正时。在这些发动机中，不管速度、负载、燃料混合物、火花正时或其它操作参数如何，进气和排气阀相对于曲柄轴的旋转和活塞的位置而同时打开和闭合。尽管越来越认识到固定阀正时通常在低速度和高速度操作之间折衷这一事实，但仍这样进行。
响应于此种认识，内燃机的进气和排气阀的可变阀正时或定相变得被发动机设计者何制造商依赖以作出控制方法，该控制方法提供改进的发动机性能，包括增强动力和转矩、增大燃料效率和减小排放。取决于工程目标和其它标准，可变阀定相可包括如下定相：进气阀的打开和关闭、排气阀的打开和关闭、进气阀和排气阀的升程及其组合。
当决定在特定的内燃机构造中包含可变阀定相时，不仅针对阀定相的前述方面而且针对发动机操作参数以提供用于此种阀定相的控制参数。实时地监控以向阀定相控制系统提供控制输入的典型操作参数是发动机速度、发动机负载、节流阀位置以及空气流。
关于性能，燃料效率和排放标准变得越来越重要，已做出相当大的努力来持续地开发可变阀定相系统且以下公开是此种努力的结果。
技术实现要素：
本发明提供一种基于环境相对湿度中的变化来相对于曲柄轴的旋转来对内燃机的进气和排气阀的打开和关闭进行定相的方法。在对较高湿度的某些调节期间，为了维持良好的燃烧稳定性且由此总体发动机操作，需要通过调节进气和排气凸轮轴的相位来减小进气和排气阀重叠。这通过利用一组凸轮位置参考数值和基于发动机速度、发动机负载以及湿度的限制来实现，该组凸轮位置参考数值以及上述限制包含在调节和限制凸轮位置和阀重叠的查询表中。一般而言，为了维持最佳的发动机性能，在较高的环境湿度下减小进气和排气阀重叠，且反之亦然。能调谐这些凸轮位置限制，以优化发动机性能、维持燃烧稳定性或者最大化其它操作目标。如果所感测的环境湿度低于预定湿度阈值以使得无需进气和排气凸轮位置限制，则不会施加这些限制。
因此，本发明的一方面是提供一种控制内燃机的方法，该方法优化在改变环境湿度的条件下的性能。
本发明的又一方面是提供一种控制内燃机的进气和排气阀的打开和关闭的方法，以优化在改变环境湿度的条件下的性能。
本发明的又一方面是提供一种相对于内燃机的曲柄轴调节进气和排气阀的打开和关闭的方法，以优化在改变环境湿度的条件下的性能。
本发明的又一方面是提供一种调节进气阀的打开和内燃机的排气阀的关闭之间的重叠的方法，以优化在改变环境湿度的条件下的性能。
本发明的又一方面是提供一种利用查询表来相对于内燃机的曲柄轴的位置调节进气和排气阀的打开和关闭的方法，以优化在改变环境湿度的条件下的性能。
本发明的又一方面是提供一种利用查询表来调节进气和排气凸轮轴相对于曲柄轴的位置的相位以控制内燃机的进气和排气阀的打开和关闭的方法，以优化在改变环境湿度的条件下的性能。
又一些方面、优点以及可应用领域从这里提供的描述中变得显而易见。应理解的是，说明书和特定示例仅仅旨在说明的目的并且并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
这里描述的附图仅仅用于说明的目的并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本发明的示例性内燃机系统的功能性框图；
图2是根据本发明的示例性内燃机控制模块(ecm)的功能性框图；
图3是根据本发明的内燃机的示例空气控制模块的功能性框图；
图4a、图4b、4c以及4d是根据本发明的用于提供最小和最大进气和排气凸轮轴定相限制的三维查询表的绘图表示；
图5是说明根据本发明的进气和排气凸轮轴定相的操作的基于时间图表；以及
图6是示出根据本发明的控制进气和排气凸轮轴定向的相位的方法的各步骤的流程图。
具体实施方式
以下描述在本质上仅仅是示例性的，并且并不旨在限制本发明、应用或使用。
现参照图1，示出示例性内燃机系统100的功能性框图。发动机系统100包括火花点火式内燃机102，该火花点火式内燃机根据来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物，以产生用于车辆(未示出)的驱动转矩。
内燃机包括进气歧管110，空气通过节流阀112抽吸到进气歧管中。节流阀112通常包括节流阀板113。下文会更详细描述的发动机控制模块(ecm)114控制节流阀致动器模块116，该节流阀致动器模块调节节流阀板113仔节流阀112内的开度，以控制抽吸到进气歧管110中的空气量。
来自进气歧管110的空气抽吸到发动机102的多个汽缸118中，其中一个汽缸在图1中示出。发动机102可包括3、4、5、6、8、10或12个汽缸。ecm114可指令汽缸致动器模块120选择性地停用其中一些汽缸，这可改进某些发动机操作条件下的燃料经济性。
发动机102使用四冲程循环操作。四个冲程称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程以及排气冲程。在曲柄轴(未示出)的每个回转期间，在汽缸118内发生四个冲程的两个。因此，对于汽缸118需要两个曲柄轴回转以完成完整的四冲程燃烧循环。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122抽吸到汽缸118中。ecm114控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块调节燃料喷射以实现期望的空气/燃料比。燃料可在中心位置或者在诸如靠近每个汽缸的进气阀122的多个位置处喷射到进气歧管110中。替代地，燃料可直接地喷射到汽缸中或者喷射到与汽缸相关联的混合腔室中。燃料致动器模块124终止向经停用的汽缸的燃料喷射。
所喷射的燃料与空气混合并且在汽缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞125压缩空气/燃料混合物。火花致动器模块126基于来自ecm114的信号激励汽缸118中的火花塞128，这会点燃空气/燃料混合物。
火花致动器模块126由正时信号控制，该正时信号规定在活塞125的上死点(tdc)位置之前或之后多远处产生火花。由于活塞位置与曲柄轴旋转直接相关，因而火花致动器模块126的操作较佳地与曲柄轴的角度同步。火花致动器模块126具有相对于活塞125的上死点恒定地改变火花的正时信号的能力。火花致动器模块126可禁止向经停用汽缸提供火花。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞125远离tdc，由此驱动曲柄轴。燃烧冲程可限定为活塞125到达tdc和活塞到达下死点(bdc))之间的时间。在排气冲程期间，活塞125开始远离bdc移动并且通过排气阀130将燃烧副产物排出。燃烧副产物通过排气系统134从车辆排出。
进气阀122由进气凸轮轴140控制，而排气阀130由排气凸轮轴142控制。应理解的是，进气凸轮轴140或多个进气凸轮轴140会通常控制多个进气阀122，该多个进气阀与一个或多个汽缸组中的一个或多个汽缸118相关联。类似地，应理解的是，排气凸轮轴142或多个排气凸轮轴142会通常控制多个排气阀130，该多个排气阀与一个或多个汽缸组中的一个或多个汽缸118相关联。还应理解的是，进气阀122和/或排气阀130可由除了凸轮轴以外的装置控制，例如无凸轮的阀致动器。汽缸致动器模块120可通过禁止进气阀122和/或排气阀130打开而停用汽缸118。
进气阀122相对于活塞tdc打开和关闭的时间可由进气凸轮相位器148改变。对应地，排气阀130相对于活塞tdc打开和关闭的时间由排气凸轮相位器150改变。相位器致动器模块158基于来自ecm114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。可选地是，可变阀升程也可由相位器致动器模块158控制。
发动机系统100可包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括涡轮机160a，该涡轮机由流过排气系统134的热废气提供动力。涡轮增压器还包括由涡轮机160a驱动的空气压缩机160b。压缩机160b压缩引入到节流阀112中的空气。涡轮机160a和压缩机160b由诸如轴160c的旋转构件联接。虽然为了清除起见示作分开的，涡轮机160a和压缩机160b可邻近于并且附连于彼此。替代地，由发动机曲柄轴驱动的超增压器(未示出)压缩来自节流阀112的空气并且将该空气输送至进气歧管110。
与涡轮增压器的涡轮机160a并联地设置的废气门162允许排气绕过涡轮机160a，由此，减小升压，即由涡轮增压器提供的进入空气压缩量。升压致动器模块164通过控制废气门162的开度来控制涡轮增压器的升压。应理解的是，升压致动器模块164可利用和控制两个或更多个涡轮增压器和废气门162。
可选地是，空气冷却器(未示出)可设置在进气歧管110之前，以将热量从压缩空气充量传递至诸如发动机冷却剂或环境空气的冷却介质。替代地，压缩空气充量可例如从排气系统134的压缩或各部件中接收热量。
发动机系统100包括废气再循环(egr)阀170，该废气再循环阀使得废气选择性地改向回至进气歧管110。egr阀170可位于涡轮增压器的涡轮机160a的上游。egr阀170基于来自ecm114的信号由egr致动器模块172控制。
使用曲柄轴位置传感器180来测量曲柄轴的位置。曲柄轴的旋转速度(也是发动机102的旋转速度)可基于曲柄轴位置确定。通过发动机冷却剂温度(ect)传感器182来测量发动机冷却剂的温度。ect传感器182较佳地位于发动机102内或者冷却剂循环的其它位置处，例如散热器(未示出)处。
使用歧管绝对压力(map)传感器184来测量进气歧管110内的压力。可选地是，可测量发动机真空，该发动机真空是环境空气压力和进气歧管110内压力之间的差值。使用质量空气流(maf)传感器186测量流入到进气歧管110中的空气的质量流量。
节流阀致动器模块116使用一个或多个节流阀位置传感器(tps)190来监控节流阀112的实时位置。通过进入空气温度(iat)传感器192来测量抽吸到发动机102中的空气的环境温度。通过进入空气湿度(iah)传感器193来测量抽吸到发动机102中的空气的环境湿度。发动机系统100还可包括附加的传感器194、例如一个或多个爆震传感器、压缩机出口压力传感器、节流阀入口压力传感器、废气门位置传感器、egr位置传感器以及其它合适的传感器。来自所有这些传感器的信号(输出)提供给ecm114，以作出针对发动机系统100的控制决策。
ecm114与变速器控制模块195通信，以协调变速器(未示出)中的档位切换。例如，ecm114可在换档期间减小发动机转矩。ecm114与混合动力控制模块196通信，以协调发动机102与电动机198的操作。电动机198通常还用作发电机并且可用于产生由车辆电气系统使用或者用于存储在电池中的电能。
改变发动机参数的每个系统称为发动机致动器。例如，节流阀致动器模块116调节节流阀112的开度，以实现目标节流阀开度面积。火花致动器模块126控制火花正时，以实现相对于活塞tdc的目标火花正时。燃料致动器模块124控制燃料喷射器以实现目标加燃料参数。相位器致动器模块158控制进气和排气凸轮相位器148和150，以分别实现目标的进气和排气凸轮相位角度。egr致动器模块172控制egr阀170，以实现目标egr开度面积。升压致动器模块164控制废气门162，以实现目标废气门开度面积。汽缸致动器模块120控制汽缸停用，以实现目标数量的启用或停用汽缸。
ecm114产生用于发动机致动器的目标数值，以致使发动机102产生目标发动机输出转矩。如下文所详细讨论地，ecm114使用模型预测控制来产生用于发动机致动器的目标数值。
现参照图2，示出发动机控制模块(ecm)114的功能性框图。ecm114包括驾驶员转矩模块202、转矩请求模块224以及空气控制模块228。
驾驶员转矩模块202基于来自图1中所示的驾驶员输入模块104的驾驶员输入255来确定驾驶员转矩请求254。驾驶员输入255例如基于加速器踏板的位置和制动器踏板的位置。驾驶员输入255也可基于巡航控制设定或改变车辆速度以维持预定跟车距离的自适应巡航控制系统。
转矩请求模块224基于驾驶员转矩请求254来确定空气转矩请求265。空气转矩请求265可以是制动转矩。
控制发动机致动器的空气流的目标数值基于空气转矩请求265来确定。更确切地说，基于空气转矩请求265、空气控制模块228使用模型预测控制来确定目标废气门开度面积266、目标节流阀开度面积267、目标egr开度面积268、目标进气凸轮相位器角度269以及目标排气凸轮相位器角度270，这会在下文详细地讨论。
升压致动器模块164控制废气门162，以实现目标废气门开度面积266。例如，第一转换模块272将目标废气门开度面积266转换成施加于废气门162的目标占空比274，且升压致动器模块164基于目标占空比274将信号施加于废气门162。替代地，第一转换模块272将目标废气门开度面积266转换成目标废气门位置，并且将目标废气门位置转换成目标占空比274。
节流阀致动器模块116控制节流阀112，以实现目标节流阀开度面积267。例如，第二转换模块276将目标节流阀开度面积267转换成施加于节流阀112的目标占空比278，且节流阀致动器模块116基于目标占空比278将信号施加于节流阀112。替代地，第二转换模块276将目标节流阀开度面积267转换成目标节流阀位置，并且将目标节流阀位置转换成目标占空比278。
egr致动器模块172控制egr阀170，以实现目标egr开度面积268。例如，第三转换模块280将目标egr开度面积268转换成施加于egr阀170的目标占空比282，且egr致动器模块172基于目标占空比282将信号施加于egr阀170。替代地，第三转换模块280将目标egr开度面积268转换成目标egr位置，并且将目标egr位置转换成目标占空比282。
相位器致动器模块158同时控制进气凸轮相位器148来实现目标进气凸轮相位角度269，以及排气凸轮相位器150以实现目标排气凸轮相位角度270。替代地，可包括第四转换模块(未示出)，以分别将目标进气和排气凸轮相位角度转换成施加于进气和排气凸轮相位器148和150的目标进气和排气占空比。空气控制模块228还可确定目标重叠因子和目标有效位移，且相位器致动器模块158可控制进气和排气凸轮相位器148和150，以实现目标重叠因子和目标有效位移。
现参照图2和3，空气控制模块228包括转矩转换模块304，该转矩转换模块接收空气转矩请求265，该空气转矩请求如上所述可以是制动转矩。转矩转换模块304将空气转矩请求265转换成基础转矩。基础转矩指代在发动机102的操作期间在测力计上产生的曲柄轴处转矩，同时发动机102处于操作温度下并且并无转矩负载由诸如交流发电机或空气调节压缩机的附件施加在发动机102上。转矩转换模块304例如使用将制动转矩与基础转矩相关联的映射或函数将空气转矩请求265转换成基础空气转矩请求308。由于转换成基础转矩的转矩请求会称为基础空气转矩请求308。
模型预测控制(mpc)模块312使用模型预测控制方案产生五个目标数值266至270。五个目标数值是：废气门目标数值266、节流阀目标数值267、egr目标数值268、进气凸轮相位器角度目标数值269以及排气凸轮相位器角度目标数值270。序列确定模块316确定目标数值266至270的可能序列，这些目标数值在n个未来控制环路期间可一起使用。
预测模块323分别基于发动机102的数学模型324、辅助输入328以及反馈输入330来确定发动机102对于目标数值266至270的可能序列的预测响应。更确切地说，使用模型324，基于目标数值266至270的可能序列、辅助输入328以及反馈输入330，预测模块323产生针对n个控制环路的发动机102的一定序列预测转矩、针对n个控制环路的一定序列预测每缸空气118(apc)、针对n个控制环路的一定序列预测外部稀释、针对n个控制环路的一定序列预测残余稀释、针对n个控制环路的一定序列预测燃料定相数值以及针对n个控制环路的一定序列预测燃料质量数值。
模型324可例如是基于发动机102的特征的函数或映射。在本文中，稀释指代燃烧事件中捕获在汽缸内的来自先前燃料事件的排气的量。外部稀释指代经由egr阀170提供给燃烧事件的排气。残余稀释(也称为内部稀释)指代在燃料循环的排气冲程之后剩余在汽缸中的排气或者推回到汽缸中的排气。
燃料定相指代这样的曲柄轴位置，其中，相对于燃烧预定量的所喷射燃料的预定曲柄轴位置，在汽缸内燃料预定量的所喷射燃料。例如，相对于预定ca50，燃料定相能表述成ca50。ca50指代曲柄轴角度(ca)，其中，50％的所喷射燃料的质量已在汽缸内燃烧。在各种实施方式中，预定ca50对应于ca50，其中，从所喷射燃料中产生最大的工作量，且该最大的工作量大约是8.5，大约是在tdc(上死点)之后10度。虽然燃料定相会以ca50数值来讨论，也可使用指示燃料定相的其它合适参数。附加地，虽然会将燃烧质量讨论为指示平均有效压力(imep)数值的变化系数(cov)，但也可使用指示燃烧质量的其它合适参数。
辅助输入328提供不受节流阀112、egr阀170、涡轮增压器、进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150直接影响的参数。辅助输入328可包括发动机速度、涡轮增压器入口空气压力、iat或一个或多个其它参数。反馈输入330例如包括发动机102的评估转矩输出、涡轮增压器的涡轮机160a下游的排气压力、iat、发动机102的apc、评估的残余稀释、评估的外部稀释以及其它合适参数。反馈输入330可使用传感器(例如，iat192)测量或者基于一个或多个其它参数评估。
由序列确定模块316识别的每个可能序列包括针对目标数值266至270的每个的一定序列n数值。换言之，每个可能序列包括针对目标废气门开度面积266的一定序列n数值、针对目标节流阀开度面积267的一定序列n数值、针对目标egr开度面积268的一定序列n数值、针对目标进气凸轮相位器角度269的一定序列n数值以及针对目标排气凸轮相位器角度270的一定序列n数值。n数值的每个针对n个未来控制环路的对应一个。n是大于或等于1的整数。
成本模块332基于针对可能序列和输出参考数值356确定的预测参数来确定针对目标数值266至270的每个可能序列的成本数值。下文进一步讨论示例成本确定。
选择模块344分别基于可能序列的成本来选择目标数值266至270的可能序列的一个。例如，选择模块344可选择具有最低成本的其中一个可能序列，同时满足致动器限制348和输出限制352。
在成本确定中可考虑致动器限制348和输出限制的满足。换言之，成本模块332可进一步基于致动器限制348和输出限制352来确定成本数值。如下文详细讨论地，基于如何确定成本数值，受制于致动器限制348和输出限制352，选择模块344会选择最佳地实现基础空气转矩请求208的其中一个可能序列，同时使得apc最小。
选择模块344分别将目标数值266至270设定为所选择的可能序列的n个数值的第一个。换言之，选择模块344将目标废气门开度面积266设定为针对目标废气门开度面积266的n个值的序列中的n个值中的第一值，将目标节流阀开度面积267设定为针对目标节流阀开度面积267的n个值的序列中的n个值中的第一值，将目标egr开度面积268设定为针对目标egr开度面积268的n个值的序列中的n个值中的第一值，将目标进气凸轮相位器角度269设定为针对目标进气凸轮相位器角度269的n个值的序列中的n个值中的第一值，以及将目标排气凸轮相位器角度270设定为针对目标排气凸轮相位器角度270的n个值的序列中的n个值中的第一值。
在下一控制环路期间，mpc模块312识别可能序列，产生针对可能序列的预测参数，确定每个可能序列的成本，选择其中一个可能序列，以及将目标数值266至270设定为所选择的可能序列中的第一组目标数值266至270。该过程针对每个控制环路持续。
致动器限制模块360设定针对目标数值266至270的每个的致动器限制348。也就是说，致动器限制模块360设定针对节流阀112的致动器限制、针对egr阀170的致动器限制、针对废气门162的致动器限制、针对进气凸轮相位器148的致动器限制以及针对排气凸轮相位器150的致动器限制。
现参照图2、3和4a、4b、4c和4d，致动器限制模块360调节针对给定致动器的致动器限值或限制，以遵循预定方案，该预定方案取决于发动机102的诸如速度、负载和环境条件的操作条件。确切地说，致动器限制模块360调节针对进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150的致动器限制，以遵循取决于发动机速度、负载和环境湿度的预定方案，以限制燃烧系统中的稀释或者将发动机102的燃烧质量且由此性能维持在可接受的水平下。因此，致动器限制模块360接收环境湿度传感器193的信号或输出，并且结合图4a、4b、4c和4d中说明的三维查询表来利用该信号或输出，以产生针对进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150两者的最小和最大致动器限制。替代地，环境湿度可例如基于当前和过去的环境条件和操作参数来评估。
图4a中示出的三维查询表372用于产生针对进气凸轮相位器148的最小目标数值。其利用水平(x)轴线上的发动机102的每分钟转数、垂直(y)轴线上的发动机负载以及对角(z)轴线上的环境湿度。应理解地是，z轴线在功能上垂直于图4a以及图4b、4c和4d中示出的x和y轴线的平面，且由于附图的两维限制而是对角的。x-y平面373a表示干燥最小湿度，且x-y平面373b表示湿润最小湿度。查询表372包含实验和经验数值，这些实验和经验数值基于三个变量的当前数值提供确切的预定最小数值或针对进气凸轮相位器148的目标限制374。类似地，图4b中示出的三维查询表376利用水平(x)轴线上的发动机102的每分钟转数、垂直(y)轴线上的发动机负载以及对角(z)轴线上的环境湿度。x-y平面377a表示干燥最大湿度，且x-y平面377b表示湿润最大湿度。查询表376包含实验和经验数值，这些实验和经验数值基于三个变量的当前数值提供确切的预定最大数值或针对进气凸轮相位器148的目标限制378。
图4c中示出的三维查询表380利用水平(x)轴线上的发动机102的每分钟转数、垂直(y)轴线上的发动机负载以及对角(z)轴线上的环境湿度。x-y平面381a表示干燥最小湿度，且x-y平面381b表示湿润最小湿度。查询表380包含实验和经验数值，这些实验和经验数值基于三个变量的当前数值提供确切的预定最小数值或针对排气凸轮相位器150的目标限制382。类似地，图4d中示出的三维查询表384利用水平(x)轴线上的发动机102的每分钟转数、垂直(y)轴线上的发动机负载以及对角(z)轴线上的环境湿度。x-y平面385a表示干燥最大湿度，且x-y平面385b表示湿润最大湿度。查询表384包含实验和经验数值，这些实验和经验数值基于三个变量的当前数值提供确切的预定最大数值或针对排气凸轮相位器150的目标限制386。
现简要地参照图5，在图表390中说明进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150的动态操作，其中，沿着水平(x)轴线示出随着时间改变的环境湿度。在图表390的下方部分处是四条迹线，这四条迹线示出进气凸轮相位数值或位置(icpv)。最下方线条或迹线391是平的并且表示由致动器限制模块360产生或指令的icpv最大延迟限制。在图表390的右侧，下一较高的线条或迹线392表示由致动器限制模块360提供给进气凸轮相位器148的并不具有湿度补偿的icpv参考限制。在图表390的右侧，第三线条393表示由致动器限制模块360提供给进气凸轮相位器148的具有高湿度的icpv最大凸轮提前限制。图表390上的最上方线条394表示由致动器限制模块360提供给进气凸轮相位器148的具有低湿度的icpv最大凸轮提前限制。
图表390的上方部分示出与排气凸轮相位数值或位置(ecpv)相关的类似信息。最上方线条或迹线395是平的并且表示由致动器限制模块360产生或指令的icpv最大提前限制。在图表390的右侧，下一个下方线条或迹线396表示由致动器限制模块360提供给排气凸轮相位器150的不具有湿度补偿的ecpv参考限制。在图表390上的右侧，第三个线条397表示由致动器限制模块360提供给排气凸轮相位器150的具有高湿度的ecpv最大凸轮延迟限制。最后，图表390上的线条398表示由致动器限制模块360提供给排气凸轮相位器150的具有低湿度的ecpv最大凸轮延迟限制。从图表390的线条或迹线391至398中显而易见的是，发动机102的最佳操作在增大湿度的情形下、在排气阀130的闭合和进气阀122的打开之间需要较小重叠，且反之亦然。
再次参照图2和3，针对其它目标数值266、267和268的致动器限制348还可包括针对相关联目标的最大和最小数值。此外，致动器限制模块360可在某些情形下调节一个或多个致动器限制348。例如，当在该致动器回路中诊断出故障时，致动器限制模块360可调节致动器限制以缩窄该致动器的操作范围。
输出限制模块364设定针对发动机102的预测转矩输出、预测ca50、imep的预测cov、预测残余稀释以及预测外部稀释的输出限制352。针对每一个预测数值的输出限制352可包括针对相关联预测参数的最大数值和针对该预测参数的最小数值。例如，输出限制352可包括最小转矩、最大转矩、最小ca50和最大ca50、imep的最小cov和imep的最大cov、最小残余稀释和最大残余稀释以及最小外部稀释和最大外部稀释。
输出限制模块364通常将输出限制352设定为针对相关联预测参数的预定范围。然而，输出限制模块364可在某些情形下改变一个或多个输出限制352。例如，当发动机102内发生爆震时，输出限制模块364可延迟最大ca50。
参考模块368产生参考数值356，来用于设定目标数值266至270的每个。因此，参考数值356包括参考废气门开度面积、参考节流阀开度面积、参考egr开度面积、参考进气凸轮相位器角度269以及参考排气凸轮相位器角度270。
参考模块368例如基于空气转矩请求265、基础空气转矩请求308或者一个或多个其它合适参数来确定参考数值356。参考数值356可用于确定针对可能序列的成本数值。
mpc模块312使用诸如丹齐格qp求解器的二次程序(qp)求解器来确定目标数值266至270。例如，mpc模块312可产生针对目标数值266至270的成本数值的表面，并且基于该成本表面的斜率来识别一组具有最低成本的可能目标数值。mpc模块312然后测试该组可能目标数值来确定该组可能目标数值是否满足致动器限制348和输出限制352。mpc模块312选择具有最低成本且同时满足致动器限制348和输出限制352的该组可能目标数值。
成本模块332基于如下之间的关系来确定目标数值266至270的可能序列的成本：预测转矩和基础空气转矩请求308；预测apc和零；可能目标数值和相应致动器限制348；其它预测参数和预测输出限制352；以及可能目标数值和相应参考数值356。
在操作中，mpc模块312确定针对可能序列的成本数值。mpc模块312然后选择可能序列中具有最低成本的一个。mpc模块312还确定所选择的可能序列是否满足致动器限制348。如果是的话，利用可能序列。如果否的话，mpc模块312基于所选择的可能序列来确定满足致动器限制348并且具有最低成本的可能序列。
现参照图6，说明分别控制进气和排气凸轮轴相位器148和150的相位的方法的步骤的流程图，并且该方法总地由附图标记400指代。方法400以开始或初始步骤402开始，该开始或初始步骤如果需要的话清除寄存器并且开始方法400的步骤的迭代。接下来，处理步骤404读取来自进入空气湿度传感器192的信号或者评估相对湿度。方法400然后移动至处理步骤406，其中，读取发动机102的当前速度，并且例如从来自转矩请求模块224的数据确定发动机102的转矩负载。接下来，参考模块368执行处理步骤408，该处理步骤确定进气凸轮相位参考数值和排气凸轮参考数值。
致动器限制模块360执行以下处理步骤410，该处理步骤利用查询表372、376、380和384来确定进气和排气凸轮相位器148和150针对发动机速度、负载和湿度的当前数值的最小和最大限制。决策点410然后询问步骤408中确定的参考数值是否大于步骤410中确定的限制。如果参考数值并不大于限制，决策点412在否处退出且方法400在终止点414处终止。如果参考数值大于限制，则决策点412在是处退出，且处理步骤416将参考数值限制为步骤410中确定的限制。方法400然后在终止点414处终止。通常，这些最小和最大限制允许进气和排气定相在较高湿度下较小重叠而在较低湿度下较大重叠。
如这里所使用的，术语模块包括但不限于专用集成电路(asic)；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路或集成电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列；执行代码的处理器或微处理器；存储由处理器所执行代码的存储器；或提供所描述的功能性的其它合适硬件部件。
本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，且并不偏离本发明精神的变型旨在落在本发明的范围内。这些变型并不被认为偏离本发明的精神和范围。