专利名称：用于发动机怠速速度控制的点火提前的制作方法
技术领域：
本发明涉及火花点燃式内燃机，尤其涉及确定用于发动机怠速速度 控制的点火提前。
背景技术：
这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并不构成现 有技术。
内燃机燃烧燃料与空气混合物以产生驱动扭矩。更具体地，空气通
过计量空气流量的节气门吸入发动机。空气与燃料混合，再使用活塞在 气缸内压缩空气燃料混合物。空气燃料混合物在气缸内燃料，以在气缸 内往复地驱动活塞，从而驱动发动机的曲轴。燃烧通过火花塞在气缸内 产生火花而点燃。点火正时根据曲轴相对于活塞的角度位置来提供，以
在气缸内获得特定的位置(例如，上止点(TDC)),在该特定位置点 燃火花。
对于给定发动机速度和气缸内的空气燃料混合物量，存在产生最大 发动机扭矩的最佳点火正时。这称为最大化最佳扭矩或MBT。对于给定 的点火提前和给定量的空气燃料混合物，气缸内空气与燃料混合物的燃 烧相对于产生的扭矩量具有可变性。燃烧可变性具有许多原因，这里并 不描述，但是它引起可变的发动机扭矩，从而引起可变的发动机速度。
在怠速期间，需要将发动机运行在预定发动机速度。由于燃烧可变 性引起发动机速度变化，所以发动机怠速速度控制系统应当能够对此进 行补偿。
一个方法是将平均点火提前从用于MBT的点火正时延迟，并通过在 单独气缸发火事件的基础上改变点火提前来补偿发动机速度误差。因为 该平均点火正时对于给定的燃料/空气比次优的，所以发动机提供的扭矩 比最优点火正时少。如果需要另外的扭矩来提高发动机速度，那么将点 火正时提前以更加靠近用于MBT的点火正时，从而对于相同的空气/燃 料比提供更多的扭矩。类似地，如果因为发动机速度高于所需而需要较 小的扭矩，那么延迟点火正时。因为可比改变空气/燃料比快得多地执行
点火正时调整，所以调整点火正时。
通过将点火正时调整为小于最优，发动机怠速速度控制的该方法保
持了扭矩储备，即具有MBT点火正时的发动机产生的扭矩与延迟点火正 时产生的扭矩之间的差。其扭矩储备建立在这样一个水平如果发生大 的未曾预料到的扭矩负载作用在发动机上(例如，动力转向的全转向)， 那么将发动机速度保持在预定的最小速度之上。发动机怠速速度控制通 常只利用最大约3 0 %的扭矩储备来解决燃烧可变性。
对于固定空气/燃料比由给定点火正时变化所产生的扭矩量依赖于 当前点火提前、当前空气/燃料比和当前发动机速度。在给定空气率时， 发动机扭矩与点火正时之间的关系表示为随空气率变化的非线性曲 线，该曲线在点火正时提前接近于MBT时变平。这可表现出怠速速度控 制系统的问题。
如果扭矩储备值大，那么在正常点火控制操作范围内发动机扭矩对 于点火正时变化的变化(即，曲线的斜率)相对恒定。因此，作为所需 发动机速度与实际发动机速度之间差值的函数的点火正时变化通过空 气流量和点火正时不变的增益，将发动机保持得足够好。对于典型的发 动机，平均点火正时约为TDC (BTDC)之前13° ,对于负载不变化但 燃烧具有典型可变性的怠速情况，位于10°与16° BTDC之间。如果扭 矩储备减小，那么当系统出现更小的不曾预料的负载时，点火正时变化 的实际操作范围变化，曲线斜率可在正常点火控制范围上快速地变化。
在用于各空气流率的曲线之间，曲线形状和斜率都大大地变化。结 果，使用点火正时不变的增益无法输出可接受的发动机速度控制。随着 发动机变热时发生的不同发动机怠速速度，这个问题变得复杂起来。因 此，所需点火正时增益必须从表格来安排，其中多张表格需要用来覆盖 发动机运行期间遇到的发动机怠速速度范围。精确地填制这种表格非常 耗时，并且成本4艮高。
发明内容
因此本发明提供了 一种用于调节内燃机怠速速度的发动机怠速速 度控制系统。所述发动机怠速速度控制系统包括基于当前点火正时确定 所述发动机的指示扭矩的第一模块和基于所述指示扭矩确定所需指示 扭矩的第二模块。第三模块基于所述所需指示扭矩确定新的点火正时，
第四模块基于所述新的点火正时调节所述发动机的运行。
在 一方面，所述发动机怠速速度控制系统还包括基于所述所需指示 扭矩和所述指示扭矩确定所需指示扭矩百分比的第五模块，和基于所述 所需指示扭矩百分比确定所需点火正时延迟的第六模块。所述新的点火 正时基于所述所需点火正时延迟确定。
在另 一方面，所述发动机怠速速度控制系统还包括基于当前发动机 运行参数确定最大最佳扭矩点火正时的第五模块。所述新的点火正时基 于所述最大最佳扭矩点火正时确定。
在另 一方面，所述发动机怠速速度控制系统还包括基于当前发动机 运行参数确定指示最大最佳扭矩的第五模块。
在另 一方面，所述发动机怠速速度控制系统还包括确定扭矩增量、
当前点火正时和空气质量流量(APC)的第五模块。所述新的点火正时 基于所述扭矩增量、所述当前点火正时和所述AP C确定。
在再一方面，所述发动机怠速速度控制系统还包括基于发动机怠速 速度误差确定扭矩增量的第五模块。所述新的点火正时基于所述扭矩增 量确定。
根据下文中所提供的描述，本发明适用性的其它方面也是显而易见 的。应当理解，尽管示出了本发明的优选实施例，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。
本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本^^开
的范围。'
图〗为使用本发明的发动机怠速速度控制来调节的典型发动机系统 的功能框图2为示出对于各种典型发动机速度和固定空气质量流率，发动机 扭矩效:赵相对于从MBT的点火正时的典型轨迹的曲线；
图3为示出由本发明的发动机怠速速度控制执行的典型步骤的流程 图；以及
图4为示出执行本发明发动机怠速速度控制的典型模块的功能框
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。为筒便起见，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l，典型地发动机系统10包括发动机12、进气歧管14、 排气歧管16和至少一个气缸18。空气通过节气门20吸入进气歧管14。空 气与燃料混合，再通过活塞(未示出)在气缸18内压缩空气与燃料混合 物。燃烧过程由产生火花的火花塞22点燃。该燃烧过程在气缸18内往复 地驱动活、塞，以可旋转地驱动曲轴24。燃烧过程产生的废气通过排气歧 管16从发动机12排出，并且在释放到大气之前在后处理系统(未示出) 进行处理。尽管只示出了单个气缸，但是应当理解，本发明可应用于包 括多个气缸的发动机。
控制模块30基于本发明的怠速速度控制调节发动机系统10的运 行。更具体地，控制模块30与点火系统32通信，以调节点火正时。多个 传感器监测发动机运行参数，并与控制模块30通信。控制模块30基于发 动机运行参数进行发动机怠速速度控制。典型的传感器包括质量空气流 量(MAF)传感器34、节气门位置传感器36和歧管绝对压力(MAP)传 感器38。
所述多个传感器还包括基于曲轴24的转速产生曲轴旋转信号的曲 轴旋转传感器40。更具体地，曲轴旋转传感器40响应于固定成与曲轴24 一起旋转的，齿轮42。典型的齿轮包括60减2齿的轮(即，58齿)，这 些齿绕着齿轮外周均匀地间隔开。更具体地，齿之间的间隔基于包括60 齿并具有2个丟失齿的齿轮。这样，在其中两个齿之间设有间隙。该间 隙提供了确定曲轴24的角度位置的参考点，将在下面进一步描述。
曲轴旋转传感器40响应于齿的上升和下降缘，基于其产生脉冲信 号。发动机RPM基于脉冲信号(即，齿的上升和下降缘之间的频率)确 定。类似地，曲轴角基于该脉冲信号确定。对于上述典型58齿轮，每个 齿，也就是每个脉冲对应于6。的曲轴旋转，并且该间隙对应于18。。 因此，由于检测了该间隙，所以可基于通过的齿的数量确定曲轴角。
点火正时(()))指的是火花塞22产生火花以引发燃烧时，曲轴24的 旋转位置，即活塞在气缸18内的位置。活塞在下止点(BDC)位置与上 止点(TDC)位置之间往复地移动。当涉及一具体气缸的曲轴角为O。 时，该活塞处于TDC。对于典型的发动机，在负载不变化的怠速情形下， 点火正时范围在TDC (BTDC)之前的IO。与16°之间。换句话说，当 在活塞达到TDC之前，曲轴角在IO。与16°之间时，火花塞22产生火 花。
可延迟或提前点火正时，以调节发动机扭矩输出。如上面详细描述 的，点火正时通常对于给定的燃料/空气比设定为次优，以提供扭矩储 备。结果，发动机产生少于最佳点火正时的扭矩，其中最佳点火正时为 获得最大最佳扭矩(MBT)的点火正时。如果需要另外的扭矩来提高发 动机速度，那么将点火正时提前为更加接近MBT,以相对于相同的空燃 比产生额外的扭矩。因为其可比改变空燃比更加快速地进行，所以调节 点火正时。类似地，如果因为发动机速度高于所需而需要较小的扭矩， 那么延迟点火正时。
现在参考图2,归 一化发动机指示扭矩作为从MBT延迟的点火正时 的函数而降低的比率在较大的运行速度与空气流的范围上恒定。具体参 考图2,对各种空气流率和固定的发动机速度(例如，550 RPM)示出了 多条曲线，这些曲线具有平均的曲线覆盖(curve laid over )。本发明的 发动机怠速速度控制执行平均曲线，以确定用于调节发动机怠速速度的 点火正时。更具体地，在发动才几怠速速度控制确定了需要从当前发动机 扭矩增加/减少的扭矩量以修正怠速速度误差之后，就从指示的扭矩相对 于点火延迟的曲线确定点火正时从现行点火正时的必要变化(即，提前 或延迟)。
因为曲线以在MBT的4丑矩等于1而被归 一化，并且因为点火正时必 须从MBT的提前点火正时延迟，所以还需要知道在MBT的扭矩值以及获 得MBT的总点火正时提前。在具有足够量的发动机怠速运行范围内的发 动机速度和空气流率的情况下，这些是发动机RPM和空气流率(或者每 个发火气缸的空气量)的函数。将这些数据点收集作为现行发动机校准 程序的--部分，所以不必进行另外的测功机试验或其它步骤。
本发明的发动机速度控制可分为三部分。确定当前指示扭矩 (TIND)、计算所需指示扭矩(TINDDHS)和计算新的点火正时(4)NEW)。假设将当前发动机RPM、点火正时((}))、空气流率(即，每个发火气 缸的空气质量)(APC)和所需扭矩变化(AT)(例如，正为增加扭 矩，负为减小扭矩)输入到发动机怠速速度控制，每个参数都已由普通 发动机控制系统的其它部分确定。
发动机怠速速度控制执行第一两维表格，以基于发动机RPM和APC 确定当前指示MBT扭矩(TINDMBT)。使用第二两维表格，以基于发动机 RPM和APC确定获得MBT扭矩((f)mbt)所需的点火正时(例如，TDC
之前的正的度数)。使用一维表格，以基于小MBT与(J)之间的差确定指 示MBT扭矩的当前百分比(friNDMBT)(例如，正的度数)。使用第二 一维表格，以基于新的所需friNDMBT值确定4> RETDES (例如，正的度数)。 然后，根据(}) mbt与(}) retdes间的差，计算新的点火提前值小NEW。
发动机怠速速度控制如下执行。首先，将当前RPM和APC输入到第
一两维表格，以确定力NDMBT。还将当前RPM和APC输入到第二两维表
才各，以确定(J) MBT。
乂人小MBT;咸去当前4> ,以确定^乍为当前4> ,人(|) MBT延迟
多少度的点火正时差(Acp)。
将A (p输入到第——维表格以确定fTlND。将TWdmbt乘以fnND以确定 TIND。将扭矩所需变化(AT)力口到TwD上以确定TwDDES,再将Twddes 除以TwDMBT以确定所需的MBT扭矩百分比(friNDDES)。将friNDDES输入 到第二一维表格以确定从MBT的所需点火正时延迟((J)RETDES)。从(J) MBT;咸去小RElt)ES以确定4> NEW。
应当注意，因为使用指示扭矩来确定点火提前，所以无需在软件中 具有完整的发动机模式。因此，本发明的发动机怠速速度控制可应用于 通常不是基于扭矩的发动机怠速速度控制系统。为实现这点，使用适当 的常数，通过乘法将发动机速度误差(即，所需RPM与实际RPM之间的
差)转换为发动机扭矩中所需的变化(AT)。这样，在速度、空气流 和点火提前的很大范围内 一致地且平稳地修正了怠速速度误差(rpm )， 并且只需要最少的标定。
现在参考图.3,对本发明的发动机怠速速度控制执行的典型步骤进 行详细描述。在步骤400中，控制确定发动机速度是否将运行于怠速。 如果发动机不是要运行于怠速，那么控制结束。如果发动机将运行于怠 速，那么在步骤402中，控制基于RPM和APC确定T腿)mb]。在步骤404 中，控制基于RPM和APC确定(f)mbt。在步骤406中，控制根据小mbt与(j)之间的差确定Acp。在步骤408中，控制基于Acp确定friND。
在步骤410中，控制根据TwDMBT与f，d的乘积确定T!nd。在步骤412 中，控制根据AT与力nd的和确定T謡des,在步骤414中，根据T腦des与 TlNDMBT的商确定fTINDDES 。在步骤416中，控制基于f丁INDDES确定小RETDES, 在步骤418中，控制根据4)mbt与(j)retdes之间的差确定4)new。在步骤420 中，控制基于(])NEW调节发动机运行。在步骤422中，控制将(J)设定为等 于cJ)new,并循环回步骤400。
现在参考图4，对执行发动机怠速速度控制的模块进行详细描述。 典型的模块包括通用模块500、 4)mbt模块502、 A(p模块504、 fnND模块 506、 T腦mbt模块508、 T^d模块510、 T腦des模决512、 fnNDDEs模块514、
小RETDES模块516、 (f)NEW模块518和发动机控制模块520。通用模块500接
收各种传感器信号输入(例如，MAF、 MAP、发动机RPM),并基于其 确定AT、 (J)和APC。
4)認t模块502基于RPM和APC确定(J) mbt。 △ cp模块504基于cf)副丁和 4)确定A(p, fnND模块506基于Acp确定fTOTO。 Twdmbt模决508基于RPM和
APC确定TnvjDMBT， T!ND才莫块510基于T!NDMBT和fTIND确定TiND。 TWddES才莫 块512基于△ T和TwD确定TwdDES。 fTINDDES才莫块5 14基于TwddES和TindMBT 确定f丁INDDES 。 小RETDES冲莫i夹5 16基于friNDDES石角定小RETDES, 小NEW才莫块5 1 8 RETDES和4> MBT确定4> NEW。 小NEW反馈回通用模块500,发动机控 制模块520基于(J) NEW产生控制信号。
应当理解，各典型模块可构成高级模块的子模块。例如，模块502、 504、 506可为第一模块522的子模块，模块508、 510和522可为第二模块 524的子模块，模块514、 516和518可为第三模块526的子模块。类似地， 各典型模块可全为主控制模块(例如，控制模块30)的子模块。
本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以 多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于 通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也 是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。
权利要求
1.一种用于调节内燃机怠速速度的发动机怠速速度控制系统，包括基于当前点火正时确定所述发动机的指示扭矩的第一模块；基于所述指示扭矩确定所需指示扭矩的第二模块；基于所述所需指示扭矩确定新的点火正时的第三模块；以及基于所述新的点火正时调节所述发动机的运行的第四模块。
2. 如权利要求l所述的发动机怠速速度控制系统，还包括 基于所述所需指示扭矩和所述指示扭矩确定所需指示扭矩百分比的第五模块；基于所述所需指示扭矩百分比确定所需点火正时延迟的第六模 块，其中所述新的点火正时基于所述所需点火正时延迟确定。
3. 如权利要求l所述的发动机怠速速度控制系统，还包括基于当前 发动机运行参数确定最大最佳扭矩点火正时的第五模块，其中所述新的 点火正时基于所述最大最佳扭矩点火正时确定。
4. 如权利要求l所述的发动机怠速速度控制系统，还包括基于当前 发动机运行参数确定指示最大最佳扭矩的第五模块。
5. 如权利要求l所述的发动机怠速速度控制系统，还包括确定扭矩 增量、当前点火正时和空气质量流量(APC)的第五模块，其中所述新 的点火正时基于所述4丑矩增量、所述当前点火正时和所述APC确定。
6. 如权利要求l所述的发动机怠速速度控制系统，还包括基于发动 机怠速速度误差确定扭矩增量的第五模块，其中所述新的点火正时基于 所述扭矩增量确定。
7. —种调节内燃机怠速速度的方法，包括 基于当前点火正时确定所述发动机的指示扭矩； 基于所述指示扭矩确定所需指示扭矩； 基于所述所需指示扭矩计算新的点火正时；以及 基于所述新的点火正时调节所述发动机的运行。
8. 如权利要求7所述的方法，还包括基于所述所需指示扭矩和所述指示扭矩确定所需指示扭矩百分比；基于所述所需指示扭矩百分比确定所需点火正时延迟，其中所述新 的点火正时基于所述所需点火正时延迟确定。
9. 如权利要求7所述的方法，还包括基于当前发动机运行参数确定 最大最佳扭矩点火正时，其中所述新的点火正时基于所述最大最佳扭矩 点火正时确定。
10. 如权利要求7所述的方法，还包括基于当前发动机运行参数确定 指示最大最佳扭矩。
11. 如权利要求7所述的方法，还包括确定扭矩增量、当前点火正时 和空气质量流量(APC)，其中所述新的点火正时基于所述扭矩增量、 所述当前点火正时和所述APC确定。
12. 如权利要求7所述的方法，还包括基于发动机怠速速度误差确定 扭矩增量，其中所述新的点火正时基于所述扭矩增量确定。
13. —种调节内燃机怠速速度的方法，包括基于实际怠速发动机速度和所需怠速发动机速度计算怠速发动机 速度误差；基于所述怠速发动机速度误差确定扭矩增量；基于当前点火正时确定所述发动机的指示扭矩；基于所述指示扭矩和所述扭矩增量计算所需指示扭矩；基于所述所需指示扭矩计算新的点火正时；以及基于所述新的点火正时调节所述发动机的运行。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括基于所述所需指示扭矩和所述指示扭矩计算所需指示扭矩百分比；基于所述所需指示扭矩百分比确定所需点火正时延迟，其中所述新 的点火正时基于所述所需点火正时延迟确定。
15. 如权利要求13所述的方法，还包括基于当前发动机运行参数确 定最大最佳扭矩点火正时，其中所述新的点火正时基于所述最大最佳扭 矩点火正时确定。
16. 如权利要求13所述的方法，还包括基于当前发动机运行参数确 定指示最大最佳扭矩。
17. 如权利要求13所述的方法，还包括确定扭矩增量，当前点火正 时和空气质量流量(APC),其中所述新的点火正时基于所述扭矩增量、 所述当前点火正时和所述APC确定。
全文摘要
一种用于调节内燃机怠速速度的发动机怠速速度控制系统，包括基于当前点火正时确定所述发动机的指示扭矩的第一模块和基于所述指示扭矩确定所需指示扭矩的第二模块。第三模块基于所述所需指示扭矩确定新的点火正时，第四模块基于所述新的点火正时调节所述发动机的运行。
文档编号F02P5/145GK101191451SQ20071019608
公开日2008年6月4日 申请日期2007年11月30日 优先权日2006年11月30日
发明者D·W·沃尔特斯, M·G·雷诺 申请人:通用汽车环球科技运作公司