专利名称：涡轮增压器增压控制系统及换档方法
技术领域：
本公开涉及内燃机，更特别地，涉及涡轮增压器。
背景技术：
这里提供的背景描述是为了总地示出本公开背景的目的。目前署名的发明人的工作，在该背景技术部分中所作描述的程度，以及在提交时不会以其它方式被构成现有技术的描述方面，既不明确地也不暗示地认为是与本公开对照的现有技术。内燃机在气缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞，这产生驱动扭矩。进入发动机的空气流通过节气门来调节。更特别地，节气门调节节流面积，其增大或减小进入发动机的空气流。当节流面积增大时，进入发动机的空气流增大。燃料控制系统调节喷射燃料的速率，以向气缸提供期望的空气/燃料混合物和/或获得期望的扭矩输出。增大提供给气缸的空气和燃料量增大了发动机的扭矩输出。在火花点燃式发动机中，火花起动提供给气缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压燃式发动机中，气缸中的压缩点燃提供给气缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流可为用于调节火花点燃式发动机的扭矩输出的主要机理，而燃料流可为用于调节压燃式发动机的扭矩输出的主要机理。发动机控制系统已经发展成控制发动机输出扭矩以获得期望扭矩。然而，传统的发动机控制系统并不如期望所精确地控制发动机输出扭矩。另外，传统的发动机控制系统并不提供对控制信号的快速响应或协调那些影响发动机输出扭矩的各种装置之间的发动机扭矩控制。
发明内容
当请求发动机扭矩输出降低用于换档时，火花控制模块相对于预定火花正时延迟火花正时。扭矩估计模块基于发动机的被供给燃料的N个气缸、发动机速度、每气缸的空气量(APC)和所述预定火花正时估计发动机的第一扭矩输出，并基于被供给燃料的M个气缸、 所述发动机速度、所述APC和所述火花正时估计所述发动机的第二扭矩输出，其中N等于所述发动机的气缸总数，M为小于N和等于N中的一个。初始比率确定模块确定涡轮增压器压缩机两侧的初始压力比。调整确定模块基于M及所述第一和第二扭矩输出确定调整。期望比率确定模块基于所述调整和所述初始压力比产生所述涡轮增压器两侧的期望压力比。 增压致动器模块基于所述期望压力比控制与所述涡轮增压器相关联的废气门的开度。一种方法包括当为换档而请求发动机扭矩输出降低时，相对于预定火花正时延迟火花正时；基于发动机被供给燃料的N个气缸、发动机速度、每气缸的空气量(APC)和所
4述预定火花正时估计发动机的第一扭矩输出；基于被供给燃料的M个气缸、所述发动机速度、所述APC和所述火花正时估计所述发动机的第二扭矩输出，其中N等于所述发动机的气缸总数，M为小于N和等于N中的一个；确定涡轮增压器压缩机两侧的初始压力比；基于M 及所述第一和第二扭矩输出确定调整；基于所述调整和所述初始压力比产生所述涡轮增压器压缩机两侧的期望压力比；以及基于所述期望压力比控制与所述涡轮增压器相关联的废气门的开度。本发明提供以下技术方案
方案I. 一种用于车辆的系统，包括
火花控制模块，当请求发动机扭矩输出降低用于换档时，该模块相对于预定火花正时延迟火花正时；
扭矩估计模块，其基于发动机的被供给燃料的N个气缸、发动机速度、每气缸的空气量 (APC)和所述预定火花正时估计所述发动机的第一扭矩输出，并基于被供给燃料的M个气缸、所述发动机速度、所述APC和所述火花正时估计所述发动机的第二扭矩输出，其中N等于所述发动机的气缸的总数，M为小于N和等于N中的一个；
初始比率确定模块，其确定涡轮增压器压缩机两侧的初始压力比；
调整确定模块，其基于M及所述第一和第二扭矩输出确定调整；
期望比率确定模块，其基于所述调整和所述初始压力比产生所述涡轮增压器压缩机两侧的期望压力比；以及
增压致动器模块，其基于所述期望压力比控制与所述涡轮增压器相关联的废气门的开度。方案2.如方案I的系统，其中当为换档请求所述发动机扭矩输出降低时，所述增压致动器模块基于所述调整增大所述废气门的开度。方案3.如方案I的系统，其中当M小于N时，所述调整确定模块将所述调整设定为预定值。方案4.如方案I的系统，还包括扭矩比确定模块，该扭矩比确定模块将扭矩比设定为等于所述第二扭矩输出除以所述第一扭矩输出；
其中所述调整确定模块基于所述扭矩比确定所述调整。方案5.如方案4的系统，其中当所述扭矩比减小时，所述调整确定模块有选择地减小所述调整。方案6.如方案I的系统，还包括
致动模块，其为所述换档有选择地增大空气扭矩需求，其中所述初始比率确定模块基于所述空气扭矩需求确定所述初始压力比；
闭环调节模块，其基于所述初始压力比和测量的所述涡轮增压器压缩机两侧的压力比来产生闭环调整；
基准工作循环(DC)确定模块，其基于所述期望压力比确定第一期望DC ;和期望DC确定模块，其基于所述第一期望DC和所述闭环调整来确定第二期望DC ；
其中所述增压致动器模块基于所述第二期望DC控制所述废气门的开度。方案7.如方案I的系统，其中所述期望比率确定模块将所述期望压力比设定为等于所述调整与所述初始压力比的乘积和所述调整与所述初始压力比之和中的一个。
方案8.如方案I的系统，还包括
扭矩损失确定模块，其基于所述第一和第二扭矩输出之间的差设定与所述火花正时延迟相关的发动机的扭矩输出损失；以及
增益确定模块，其基于所述扭矩损失确定与所述发动机相关联的排气系统的能量增
.、/■
M ;
其中所述调整确定模块基于所述能量增益确定所述调整。方案9.如方案8的系统，其中当所述能量增益增大时，所述调整确定模块有选择地减小所述调整。方案10.如方案8的系统，其中所述增益确定模块进一步基于所述发动机速度确定能量增益。方案11. 一种方法，包括
当为换档请求发动机扭矩输出降低时，相对于预定火花正时延迟火花正时；
基于发动机的被供给燃料的N个气缸、发动机速度、每气缸的空气量(APC)和所述预定火花正时估计所述发动机的第一扭矩输出；
基于被供给燃料的M个气缸、所述发动机速度、所述APC和所述火花正时估计所述发动机的第二扭矩输出，其中N等于所述发动机的气缸的总数，M为小于N和等于N中的一个； 确定涡轮增压器压缩机两侧的初始压力比；
基于M及所述第一和第二扭矩输出确定调整；
基于所述调整和所述初始压力比产生所述涡轮增压器压缩机两侧的期望压力比；以及基于所述期望压力比控制与所述涡轮增压器相关联的废气门的开度。方案12.如方案11的方法，还包括当为所述换档请求所述发动机扭矩输出降低时，基于所述调整增大所述废气门的开度。方案13.如方案11的方法，还包括当M小于N时，将所述调整设定为预定值。方案14.如方案11的方法，还包括
将扭矩比设定为等于所述第二扭矩输出除以所述第一扭矩输出；以及基于所述扭矩比确定所述调整。方案15.如方案14的方法，还包括当所述扭矩比减小时，有选择地减小所述调難
iF. O方案16.如方案11的方法，还包括
为所述换档有选择地增大空气扭矩需求；
基于所述空气扭矩需求确定所述初始压力比；
基于所述初始压力比和测量的所述涡轮增压器压缩机两侧的压力比来产生闭环调
基于所述期望压力比确定第一期望工作循环(DC)；
基于所述第一期望DC和所述闭环调整确定第二期望DC ；以及基于所述第二期望DC控制所述废气门的开度。方案17.如方案11的方法，还包括将所述期望压力比设定为等于所述调整与所述初始压力比的乘积和所述调整与所述初始压力比之和中的一个。方案18.如方案11的方法，还包括基于所述第一和第二扭矩输出之间的差设定与所述火花正时延迟相关的发动机的扭矩输出损失；
基于所述扭矩损失确定与所述发动机相关联的排气系统的能量增益；以及基于所述能量增益确定所述调整。方案19.如方案18的方法，还包括当所述能量增益增大时，有选择地减小所述调整。方案20.如方案18的方法，还包括进一步基于所述发动机速度确定能量增益。从下文提供的详细描述可清楚本公开适用性的其它方面。应当理解，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。
从其详细描述和附图可更加全面地理解本公开，其中
图I为根据本公开的示例性发动机系统的功能框图2为根据本公开的示例性发动机控制系统的功能框图3为根据本公开的随时间变化的各种扭矩请求的示例曲线；
图4-5为根据本公开的示例空气控制模块的功能框图；以及
图6为示出根据本公开的基于换档期间的火花正时延迟控制废气门的示例性方法的流程图。
具体实施例方式实质上，下面的描述仅仅是说明性的，而绝不是限制本发明、其应用或使用。为清楚起见，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，短语“A、B和C 中至少之一”应当解释成意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本公开原理的情况下，可以不同的顺序执行方法中的步骤。如本文中所使用的，术语“模块”可以指的是下列部件的一部分，或者包括下列部件特定用途集成电路(ASIC);电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA);执行代码的处理器(共享、专用或群组的)；提供所述功能的其它合适部件；或以上部分的一些或全部的组合，例如在片上系统(system-on-chip)中。如上使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，可指程序、例行程序、函数、 类和/或对象。如上使用的术语共享意味着可使用单个(共享)处理器执行来自多个模块的一些或全部代码。另外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个(共享)存储器存储。如上使用的术语群组意味着可使用一组处理器执行单个模块的一些或全部代码。另外，来自单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器来存储。本文所述设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在非临时性有形计算机可读介质上的处理器可执行的指令。 计算机程序还可包括存储数据。非临时性有形计算机可读介质的非限制性例子为非易失性存储器、磁存储器和光存储器。发动机控制模块(ECM)控制发动机的扭矩输出。变速器控制模块(TCM)控制变速器中的换档。TCM可有选择地产生降低发动机扭矩输出的请求。仅例如，TCM可产生用于加档的降低扭矩请求。ECM基于请求相对于最佳火花正时延迟火花正时。涡轮增压器涡轮的旋转由发动机输出的废气驱动。涡轮增压器涡轮机械地连接至涡轮增压器压缩机，涡轮增压器涡轮的旋转驱动涡轮增压器压缩机。涡轮增压器压缩机压缩提供给发动机的空气。废气门的打开使废气能够旁通绕过涡轮增压器涡轮。当通过废气门旁通绕过涡轮增压器涡轮的废气量增加时，涡轮增压器压缩机的输出降低。相对于最佳正时延迟火花正时降低了发动机的扭矩输出。延迟火花正时还相应地增大了从发动机输出的废气能量。增大的废气能量可更快地驱动涡轮增压器涡轮，涡轮增压器压缩机可向发动机提供更多的空气量。本公开的ECM增大废气门的开度，以抵销了废气能量的增大。现在参考图1，示出了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，该发动机102基于驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物以产生车辆的驱动扭矩。空气通过节气门112吸入进气歧管110。仅例如，节气门112可包括具有可旋转叶片的蝶阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节气门致动器模块116，该节气门致动器模块调节节气门112的开度以控制吸入进气歧管110的空气量。空气从进气歧管110吸入发动机102的气缸。尽管发动机102可包括多个气缸， 但是为显不目的，仅不出了一个代表性气缸118。仅例如,发动机102可包括2、3、4、5、6、8、 10和/或12个气缸。ECM 114可指令气缸致动器模块120有选择地停用一些气缸，这在特定发动机操作条件下可提高燃料经济性。发动机102可使用四冲程循环操作。下述四冲程称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每旋转一周期间，在气缸118中发生四个冲程中的两个。 因此，气缸118经历全部四个冲程必须曲轴旋转两周。在进气冲程期间，空气通过进气门122从进气歧管110吸入气缸118。ECM 114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获得期望的空气/燃料比。燃料可在中央位置或多个位置喷入进气歧管110，例如在各气缸的进气门122附近。在各种实施方案中(未示出)，燃料可直接喷入气缸中，或者喷入与气缸相关联的混合腔中。燃料致动器模块124可停止向停缸的气缸的燃料喷射。喷射的燃料与空气混合，在气缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间， 气缸118中的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102可为压燃式发动机，在这种情形下，气缸118中的压缩点燃空气/燃料混合物。作为另一种选择，发动机102可为火花点燃式发动机，在这种情形下，火花致动器模块126基于ECM 114的信号激励气缸118中的火花塞128，火花塞点燃空气/燃料混合物。可相对于活塞在其最顶部位置(称为上止点 (TDC))时的时间规定火花的正时。火花致动器模块126可由规定在TDC之前或之后多久产生火花的正时信号来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可与曲轴角度同步。在各种实施方案中，火花致动器模块126可中止向停缸气缸提供火花。产生火花可称为点火事件。火花致动器模块126可具有改变各点火事件的火花正时的能力。当在最后一次点火事件与下一次点火事件之间改变火花正时时，火花致动器模块126甚至能够改变下一次点火事件的火花正时。在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动曲轴。燃烧冲程可定义为活塞达到TDC时与活塞返回下止点(BDC)时之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动，通过排气门130排出燃烧副产物。燃烧的副产物通过排气系统134从车辆排出。进气门122可由进气凸轮轴140控制，而排气门130可由排气凸轮轴142控制。 在各种实施方案中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可控制气缸118的多个进气门 (包括进气门122)和/或可控制多排气缸(包括气缸118)的进气门(包括进气门122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可控制气缸118的多个排气门和/或可控制多排气缸(包括气缸118)的排气门(包括排气门130)。气缸致动器模块120可通过禁止进气门122和/或排气门130的打开来停用气缸 118。在各种其它实施方案中，进气门122和/或排气门130可由凸轮轴之外的装置控制， 例如电磁致动器。通过进气凸轮相位器140可改变相对于活塞TDC打开进气门122的时间。通过排气凸轮相位器150可改变相对于活塞TDC打开排气门130的时间。相位器致动器模块158 可基于来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当执行时，通过相位器致动器模块158还可控制可变气门升程(未示出)。发动机系统100可包括向进气歧管110提供增压空气的增压装置。例如，图I示出了涡轮增压器，该涡轮增压器包括由流过排气系统134的热废气驱动的热涡轮160-1。涡轮增压器还包括由涡轮增压器涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2。涡轮增压器涡轮160-1 压缩导入节气门112的空气。在各种实施方案中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节气门112的空气，并将压缩的空气输送至进气歧管110。废气门162可允许废气旁通绕过涡轮增压器涡轮160-1，从而降低涡轮增压器的增压(进气空气压缩量)。ECM 114可通过增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器的增压。在各种实施方案中， 可由增压致动器模块164控制多个涡轮增压器。涡轮增压器可具有可变的几何形状，其可由增压致动器模块164控制。中冷器(未不出)可散掉被压缩的空气充气中含有的一部分热量，其中热量是在空气被压缩中时产生。压缩空气充气还吸收排气系统134的部件的热量。尽管为示出性目的分开地示出，但是涡轮增压器涡轮160-1和涡轮增压器压缩机160-2可彼此连接，使进气与热废气紧邻。发动机系统100可包括废气再循环(EGR)阀170，该阀有选择地将废气改向回进气歧管110。EGR阀170可位于涡轮增压器涡轮160-1的上游。EGR阀170可由EGR致动器模块172控制。发动机系统100可使用RPM传感器180以每分钟转数(RPM)测量曲轴的旋转速度。 发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182来测量。ECT传感器182 可位于发动机102内或者冷却剂循环的其它位置上，例如散热器(未示出)。进气歧管110中的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量。在各种实施方案中，可测量发动机真空度，即环境空气压力与进气歧管110中压力之间的差。流入进气歧管110的空气的质量流率可使用质量空气流率(MAF)传感器186来测量。在各种实施方案中，MAF传感器186可位于还包括节气门112的壳体中。
节气门致动器模块116可使用一个或多个节气门位置传感器(TPS) 190监测节气门112的位置。吸入发动机102的空气的环境温度可使用进气温度(IAT)传感器192来测量。ECM 114可使用传感器的信号作出对发动机系统100的控制决定。ECM 114可与变速器控制模块194通信，以协调自动型变速器(未示出)中的换档。 自动型变速器可包括例如自动变速器、离合器-到-离合器的变速器、双离合器变速器、或其它适当类型的自动变速器。例如，ECM 114可降低换档期间的发动机扭矩。ECM 114可与混合控制模块196通信，以协调发动机102与电动机198的运行。电动机198还可用作发电机，可用于产生电能，用于被车辆电子系统使用和/或存储在电池中。在各种实施方案中，ECM 114、变速器控制模块194和混合控制模块196的各种功能可集成进一个或多个模块。改变发动机参数的各系统可称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可称为致动器，节气门打开面积可称为致动器值。在图I的例子中，节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片的角度来获得所述节气门打开面积。类似地，火花致动器模块126可称为致动器，而相应的致动器值可为相对于气缸 TDC的火花提前量。其它致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、增压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些致动器，致动器值可分别对应于工作气缸的数量、燃料供给率、进气和排气凸轮相位器角度、增压压力和EGR阀打开面积。ECM 114可控制致动器值，以便使发动机102产生期望的发动机输出扭矩。现在参考图2，示出了示例性发动机控制系统的功能框图。ECM 114的示例性实施方案包括驾驶员扭矩模块202、车轴扭矩仲裁模块204和推进扭矩仲裁模块206。ECM 114 可包括混合最优化模块208。ECM 114的示例性实施方案还包括储备/负载模块220、致动模块224、空气控制模块228、火花控制模块232、气缸控制模块236和燃料控制模块240。 ECM 114的示例性实施方案还包括扭矩估计模块244、增压进程安排模块248和相位器进程安排模块252。驾驶员扭矩模块202可基于驾驶员输入模块104的驾驶员输入255来确定驾驶员扭矩需求254。驾驶员输入255可基于例如加速踏板的位置和制动踏板的位置。驾驶员输入255还可基于巡航控制，该巡航控制可为改变车辆速度以保持预定跟车距离的自适应巡航控制系统。驾驶员扭矩模块202可存储加速踏板位置到期望扭矩的一个或多个映射，并可基于所选择的一个映射确定驾驶员扭矩需求254。车轴扭矩仲裁模块204在驾驶员扭矩需求254与其它车轴扭矩需求256之间仲裁。车轴扭矩(车轮处的扭矩)可通过包括发动机和/或电动机的各种源产生。通常，扭矩需求可包括绝对扭矩需求以及相对扭矩需求和斜坡需求。仅例如,斜坡需求可包括使扭矩斜线下降至最小发动机关闭扭矩或使扭矩从最小发动机关闭扭矩斜线上升的需求。相对扭矩需求可包括临时的或持久的扭矩降低或升高。车轴扭矩需求256可包括在检测到正车轮滑移时由牵引控制系统请求的扭矩降低。当车轴扭矩克服车轮与道路表面之间的摩擦时发生正车轮滑移，车轮开始在道路表面上打滑。车轴扭矩需求256还可包括为克服负车轮滑移的扭矩增大需求，在负车轮滑移的情况下因为车轴扭矩是负的，车辆轮胎相对于道路表面沿其它方向打滑。车轴扭矩需求256还可包括制动管理需求和车辆超速扭矩需求。制动管理需求可降低车轴扭矩，以确保车轴扭矩不超过制动的能力，从而在车辆停止时停住车辆。车辆超速扭矩需求可降低车轴扭矩，以防止车辆超过预定速度。车轴扭矩需求256也可由车辆稳定性控制系统产生。车轴扭矩仲裁模块204基于接收的扭矩需求254和256之间的仲裁结果输出预计扭矩需求257和即时扭矩需求258。如下所述，来自车轴扭矩仲裁模块204的预计扭矩需求257和即时扭矩需求258在用于控制发动机系统100的致动器之前，可通过ECM 114的其它模块有选择地被调节。通常，即时扭矩需求258为当前期望的车轴扭矩大小，而预计扭矩需求257为即刻需要的车轴扭矩大小。ECM 114控制发动机系统100产生等于即时扭矩需求258的车轴扭矩。然而，致动器值的不同组合可导致相同的车轴扭矩。因此ECM 114可调节致动器值，以允许更快地转变成预计扭矩需求257，同时仍将车轴扭矩保持在即时扭矩需求258。在各种实施方案中，预计扭矩需求257可基于驾驶员扭矩需求254。即时扭矩需求 258可低于预计扭矩需求257，例如当驾驶员扭矩需求254引起车轮在冰面上打滑时。在这种情形下，牵弓I控制系统(未示出)可通过即时扭矩需求258请求降低，ECM 114将发动机系统100产生的扭矩降低至即时扭矩需求258。然而，ECM 114控制发动机系统100，使得一旦车轮打滑停止，发动机系统100就可快速地恢复产生预计扭矩需求257。通常，即时扭矩需求258与(通常更高的)预计扭矩需求257之间的差可称为扭矩储备。扭矩储备可表示发动机系统100可以开始以最小延迟产生的额外扭矩大小(高于即时扭矩需求258)。使用快速发动机致动器增大或减小当前车轴扭矩。如下面更加详细描述的，快速发动机致动器与慢速发动机致动器对比地定义。在各种实施方案中，快速发动机致动器能够在一定范围内改变车轴扭矩，其中该范围由慢速发动机致动器建立。在这样的实施方案中，所述范围的上限为预计扭矩需求 257，而该范围的下限由快速致动器的扭矩容量来限定。仅例如，快速致动器可以只能将车轴扭矩降低第一量，其中所述第一量为快速致动器的扭矩容量的量度。第一量可基于由慢速发动机致动器设定的发动机运行条件来改变。当即时扭矩需求258在所述范围中时，快速发动机致动器可设定为使车轴扭矩等于即时扭矩需求258。当ECM 114请求输出预计扭矩需求257时，快速发动机致动器可被控制成将车轴扭矩改变至所述范围的最高值，即所述预计扭矩需求257。通常，与慢速发动机致动器相比，快速发动机致动器可更加快速地改变车轴扭矩。 慢速致动器可比快速致动器更慢地响应来改变它们各自的致动器值。例如，慢速致动器可包括响应于致动器值的变化需要时间从一个位置移动到另一位置的机械部件。慢速致动器的特征还在于，一旦慢速致动器开始实施变化的致动器值，车轴扭矩开始变化所用的时间量。通常，慢速致动器的该时间量会比快速致动器的长。另外，即便在开始变化之后，车轴扭矩也会用更长的时间来全面响应慢速致动器中的变化。仅例如，如果快速致动器设定为适当的值，仅那么ECM 114可将慢速致动器的致动器值设定为能使发动机系统100产生预计扭矩需求257的值。同时，ECM 114可将快速致动器的致动器值设定为这样的值给定慢速致动器值，快速致动器的致动器值引起发动机系统100产生即时扭矩需求258来替代预计扭矩需求257。因此，快速致动器值引起发动机系统100产生即时扭矩需求258。当ECM 114决定将车轴扭矩从即时扭矩需求258转变为预计扭矩需求257时，ECM 114将一个或多个快速致动器的致动器值变为对应于预计扭矩需求257的值。因为慢速致动器值已经基于预计扭矩需求257被设定，所以发动机系统100能够仅在快速致动器施加的延迟之后产生预计扭矩需求257。换句话说，避免了否则因使用慢速致动器改变车轴扭矩而产生的更长的延迟。仅例如，当预计扭矩需求257等于驾驶员扭矩需求254时，由于临时扭矩降低需求，可在即时扭矩需求258小于驾驶员扭矩需求254时产生扭矩储备。作为另一种选择地， 可通过将预定扭矩需求257增大到高于驾驶员扭矩需求254，同时将即时扭矩需求258保持在驾驶员扭矩需求254来产生扭矩储备。产生的扭矩储备可吸收所需车轴扭矩中的突然增大。仅例如，可通过增大即时扭矩需求258来抵销由空调或动力转向泵施加的突然负载。 如果即时扭矩需求258中的增大小于扭矩储备，那么可使用快速致动器来快速地产生所述增大。也可增大预计扭矩需求257来重新建立先前的扭矩储备。扭矩储备的另一例子使用是降低慢速致动器值中的波动。因为它们比较慢的速度，改变慢速致动值会产生控制不稳定性。另外，慢速致动器可包括在频繁移动时会汲取更多动力和/或更快磨损的机械零件。产生充足的扭矩储备允许通过即时扭矩需求258改变快速致动器而进行期望扭矩的变化，同时保持慢速致动器的值。例如，为保持给定怠速速度，即时扭矩需求258可在一定范围内改变。如果预计扭矩需求257被设定为高于该范围的水平，那么可使用快速致动器进行保持怠速速度的即时扭矩需求258的变化，无需调节慢速致动器。仅例如，在火花点燃式发动机中，火花正时可为快速致动器值，而节气门打开面积可为慢速致动器值。火花点燃式发动机可通过施加火花来燃烧包括如汽油和乙醇的燃料。 相反，在压燃式发动机中，燃料流为快速致动器值，而节气门打开面积可用作除扭矩之外的发动机特征的致动器值。压燃式发动机可通过压缩燃料燃烧包括如柴油的燃料。当发动机102为火花点燃式发动机时，火花致动器模块126可为快速致动器，而节气门致动器模块126可为慢速致动器。在接收新致动器值之后，火花致动器模块126能够改变随后点火事件的火花正时。当将点火事件的火花正时(也称为火花提前)设定为最佳火花正时时，可在紧随该点火事件的燃烧冲程中产生最大扭矩量。然而，偏离最佳火花正时的火花提前会降低燃烧冲程中产生的扭矩大小。因此，一通过改变火花提前发生下一点火事件，火花致动器模块126就能够改变发动机输出扭矩。仅例如，要车辆设计的标定相位期间可确定对应于不同发动机运行条件的火花提前表格，最佳火花正时基于当前发动机运行条件从表格选择。相反，节气门打开面积的变化用更长的时间来影响发动机输出扭矩。节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片角度来改变节气门打开面积。因此，一旦接收新致动器值，随着节气门112基于新致动器值从其之前的位置移至新位置会有机械延迟。另外， 基于节气门打开面积的空气流变化经历进气歧管110中的空气传输延迟。另外，进气歧管 110中增加的空气流并未实现为发动机输出扭矩的增加，直到气缸118在下一进气冲程中接收额外的空气、压缩所述额外空气并开始燃烧冲程为止。使用这些致动器作为例子，可通过将节气门打开面积设定为允许发动机102产生预计扭矩需求257的值来产生扭矩储备。与此同时，可基于比预计扭矩需求257小的即时扭矩需求258设定火花正时。尽管节气门打开面积为发动机102产生足以产生预计扭矩需求257的空气流，但是火花正时基于即时扭矩需求258被延迟(这降低了扭矩)。因此，发动机输出扭矩将等于即时扭矩需求258。当需要额外的扭矩时，可基于预计扭矩需求257或预计扭矩需求257与即时扭矩需求258之间的扭矩来设定火花正时。通过随后的点火事件,火花致动器模块126可将火花提前恢复为最佳火花正时，允许发动机102产生通过已经存在的空气流可获得的全发动机输出扭矩。因此，发动机输出扭矩可快速地增大至预计扭矩需求257，无需经历改变节气门打开面积产生的延迟。当发动机102为压燃式发动机时，燃料致动器模块124可为快速致动器，节气门致动器模块116和增压致动器模块164为排放致动器。燃料质量可基于即时扭矩需求258来设定，节气门打开面积、增压和EGR开度可基于预计扭矩需求257来设定。节气门打开面积可产生比满足预计扭矩需求257所必需的更多的空气流。转而，产生的空气流可比所喷射燃料完全燃烧所需要的多，使得空气/燃料比通常为稀薄，空气流的变化不会影响发动机输出扭矩。因此，发动机输出扭矩将等于即时扭矩需求258，可通过调节燃料流来增大或减小。节气门致动器模块116、增压致动器模块164和EGR阀170可基于预计扭矩需求 257来控制，以控制排放和最小化涡轮迟滞。节气门致动器模块116可在进气歧管110中产生真空，以吸取废气通过EGR阀170，进入进气歧管110。车轴扭矩仲裁模块204可输出预计扭矩需求257和即时扭矩需求258至推进扭矩仲裁模块206。在各种实施方案中，车轴扭矩仲裁模块204可输出预计扭矩需求257和即时扭矩需求258至混合优化模块208。混合优化模块208可确定发动机102应当产生多大扭矩和电动机198应当产生多大扭矩。然后混合优化模块208向推进扭矩仲裁模块206分别输出修改的预计扭矩需求 259和即时扭矩需求260。在各种实施方案中，混合优化模块208可在混合控制模块196中执行。推进扭矩仲裁模块206接收的预计扭矩需求259和即时扭矩需求260被从车轴扭矩域(车轮处的扭矩)转换为推进扭矩域(曲轴处的扭矩)。该转换可在混合优化模块208之前、之后、或作为其一部分、或替代该模块出现。推进扭矩仲裁模块206在包括转换的预计扭矩需求259和即时扭矩需求260的推进扭矩需求279之间仲裁。推进扭矩仲裁模块206产生仲裁的预计扭矩需求261和仲裁的即时扭矩需求262。可通过从接收的扭矩需求中选择胜出需求产生仲裁的预计扭矩需求 261和即时扭矩需求262。作为另一种选择地或附加地，可通过基于接收的扭矩需求中的另一个或多个修改所接收需求中的一个来产生仲裁的扭矩需求。推进扭矩需求279可包括用于发动机超速保护的扭矩降低和用于防止熄火的扭矩增大。推进扭矩需求279还可由离合器燃料切断产生，离合器燃料切断降低了手动变速器车辆中驾驶员压下离合器踏板时的发动机输出扭矩，以防止发动机速度的爆升(快速上升)。推进扭矩需求279还可包括发动机关闭需求,这可在检测到危急故障时起动。仅例如，危险故障可包括检测到车辆被盗、起动电机粘滞、电子节气门控制问题及意外的扭矩增大。在各种实施方案中，当存在发动机关闭需求时，仲裁选择发动机关闭需求为胜出需求。当存在发动机关闭需求时，推进扭矩仲裁模块206可输出零作为仲裁的预计扭矩需求 261和即时扭矩需求262。在各种实施方案中，发动机关闭需求可不管仲裁过程而简单地关闭发动机102。推进扭矩仲裁模块206可仍接收发动机关闭需求，使得例如适当的数据可反馈回其它扭矩需求者。例如，所有其它扭矩需求者都可被通知它们仲裁失败。储备/负载模块220接收仲裁的预计扭矩需求261和即时扭矩需求262。储备/ 负载模块220可调节仲裁的预计扭矩需求261和即时扭矩需求262，以产生扭矩储备和/或补偿一个或多个负载。然后储备/负载模块220向致动模块224输出调节的预计扭矩需求 263和即时扭矩需求264。仅例如，催化剂起燃过程或冷起动排放降低过程可能需要延迟的火花正时。因此， 储备/负载模块220可将调节的预计扭矩需求263增大到调节的即时扭矩需求264以上， 以为冷起动排放降低过程产生延迟的火花正时，同时保持发动机输出扭矩。在另一实例中， 可直接改变发动机的空气/燃料比和/或质量空气流量，例如通过诊断介入式当量比测试和/或新发动机清洗。在开始这些过程之前，可产生或增大扭矩储备，以快速地补偿因这些过程期间使空气/燃料混合物变稀产生的发动机输出扭矩的降低。储备/负载模块220还可预期未来的负载(例如动力转向泵操作或空调(A/C)压缩机离合器的接合)而产生或增大扭矩储备。当驾驶员先需求空调时，可产生接合A/C压缩机离合器的储备。储备/负载模块220可增大调节的预计扭矩需求263，同时不改变调节的即时扭矩需求264，以产生扭矩储备。然后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负载模块220 可根据A/C压缩机离合器的估计负载增大调节的即时扭矩需求264。致动模块224接收调节的预计扭矩需求263和即时扭矩需求264。致动模块224 确定如何获得调节的预计扭矩需求263和即时扭矩需求264。致动模块224可为发动机类型专用的。例如，对于火花点燃式发动机相比压燃式发动机，致动模块224可不同地执行或使用不同的控制策略。在各种实施方案中，致动模块224可定义在通用于所有发动机类型的模块与发动机类型专用的模块之间的界限。例如，发动机类型可包括火花点燃型和压燃型。致动模块 224之前的模块，例如推进扭矩仲裁模块206，可通用各发动机类型，而致动模块224及随后的模块可为发动机类型专用的。例如，在火花点燃式发动机中，致动模块224可改变作为慢速致动器的节气门112 的开度，其允许宽范围扭矩控制。致动模块224可使用气缸致动器模块120禁用气缸，这也提供了宽范围的扭矩控制，并且也是慢速的，可能涉及操纵性和排放问题。致动模块224可使用火花正时作为快速致动器。然而，火花正时并不提供同样大范围的扭矩控制。另外，可能随同火花正时的改变的扭矩控制量(称为火花储备能力)可随着空气流改变而变化。在各种实施方案中，致动模块224可基于调节的预计扭矩需求263产生空气扭矩需求265。空气扭矩需求265可等于调节的预计扭矩需求263，设定空气流，使得可获得调节的预计扭矩需求263。空气控制模块228可基于空气扭矩需求265确定期望致动器值。仅例如，空气控制模块228可基于空气扭矩需求265确定期望MAP 266、期望节流面积267和/或期望的每气缸的空气量(APC) 268。期望MAP 266可用于确定废气门162的期望工作循环(dutyCyCle，DC)，期望APC 268可用于确定期望凸轮相位器位置和期望节流面积267。在各种实施方案中，空气控制模块228还可基于空气扭矩需求265确定EGR阀170的期望打开量。致动模块224还可产生火花扭矩需求269、气缸关闭扭矩需求270和燃料扭矩需求 271。火花扭矩需求269可被火花控制模块232用来确定相对于最佳火花正时多大地延迟火花正时280 (这降低了发动机输出扭矩)。气缸关闭扭矩需求270可被气缸控制模块236用来确定当请求操作于燃料经济 (FE)模式时停用282多少气缸。仅例如，FE模式可包括主动燃料管理(AFM)模式或排量需求(D0D)。气缸控制模块236可基于气缸关闭扭矩需求270指令气缸致动器模块120停用 282若干气缸。气缸致动器模块120可包括有选择地将一个或多个气缸的进气门和/或排气门从相应凸轮轴分离以停用这若干气缸的液压系统。仅例如，当指令AFM模式时，气缸致动器模块120可共同停用预定一组气缸(例如，一半)。当指令AFM模式时，气缸控制模块236 也可指令燃料控制模块240停止给停用气缸提供燃料，并可指令火花控制模块232停止给停用气缸提供火花。一旦在气缸中已有的燃料/空气混合物已经燃烧，那么火花控制模块 232就可停止为该气缸提供火花。一些车辆可附加地或作为另一种选择地能够将发动机102操作于燃料切断(FCO) 模式。仅例如，在车辆减速期间可指令操作于FCO模式。依据车辆减速指令操作于FCO模式可称为减速燃料切断(DFCO)。与AFM模式相反，当指令FCO模式时可通过中止向一个或多个气缸提供燃料来停用那些气缸，无需停止进排气门的打开和关闭。燃料控制模块240可基于燃料扭矩需求271改变提供给各气缸的燃料量。在火花点燃式发动机的正常运行期间，燃料控制模块240可操作于空气主导模式，在该模式中，燃料控制模块240通过基于空气流控制燃料供给而尝试保持化学计量比的空气/燃料比。当与当前的每气缸的空气量(APC)结合时，燃料控制模块240可确定产生化学计量比燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可通过燃料供给速率来指令燃料致动器模块124，以喷射对于每个工作气缸的这个燃料质量。在压燃式系统中，燃料控制模块240可操作于燃料主导模式，在该模式中，燃料控制模块240确定满足燃料扭矩需求271同时最小化排放、噪声和燃料消耗的对于各气缸的燃料质量。在燃料主导模式中，空气流基于燃料流控制，并可被控制成产生稀的空气/燃料比。另外，空气/燃料比可保持在预定水平以上，该预定水平可防止在动态发动机运行条件中产生黑烟。空气控制模块228可输出期望节流面积267至节气门致动器模块116。然后节气门致动器模块116调节节气门112，以产生期望节流面积267。空气控制模块228可基于空气扭矩需求265确定期望节流面积267。空气控制模块228可输出期望MAP 266至增压进程安排模块248。增压进程安排模块248 (例如，见图4-7)可基于期望MAP 266确定期望压力比。压力比指的是涡轮增压器压缩机160-2上游的压力相对于涡轮增压器压缩机160-2下游压力的比率。仅例如，涡轮增压器压缩机160-2上游的压力可由环境空气压力指示，涡轮增压器压缩机160-2下游的压力可由节气门入口空气压力指示。在各种实施方案中，可使用测量的涡轮增压器压缩机160-2上游和下游的压力或其它适当压力。增压进程安排模块248可使用期望压力比来控制增压致动器模块164。更特别地，增压进程安排模块248可基于期望压力比确定废气门162的期望DC 281。增压进程安排模块248提供期望DC 281至增压致动器模块164。增压致动器模块164向废气门162施加在期望DC 281的信号，以控制涡轮增压器160 (的增压)。期望DC 281的减小会导致废气门 162的开度的增加和涡轮增压器160的增压的降低，反之亦然。空气控制模块228输出期望APC 268至相位器进程安排模块252。基于期望APC 268和发动机速度，相位器进程安排模块252可使用相位器致动器模块158控制进气凸轮相位器148和/或排气凸轮相位器150的位置。返回参考火花控制模块232，最佳火花正时可基于各种发动机运行条件变化。仅例如，可倒置扭矩关系，以基于火花扭矩需求269求解火花正时280。对于给定值的火花扭矩需求269 (Tdes),可基于下式确定火花正时280 (Sdes)
权利要求
1.一种用于车辆的系统，包括火花控制模块，当请求发动机扭矩输出降低用于换档时，该模块相对于预定火花正时延迟火花正时；扭矩估计模块，其基于发动机的被供给燃料的N个气缸、发动机速度、每气缸的空气量 (APC)和所述预定火花正时估计所述发动机的第一扭矩输出，并基于被供给燃料的M个气缸、所述发动机速度、所述APC和所述火花正时估计所述发动机的第二扭矩输出，其中N等于所述发动机的气缸的总数，M为小于N和等于N中的一个；初始比率确定模块，其确定涡轮增压器压缩机两侧的初始压力比；调整确定模块，其基于M及所述第一和第二扭矩输出确定调整；期望比率确定模块，其基于所述调整和所述初始压力比产生所述涡轮增压器压缩机两侧的期望压力比；以及增压致动器模块，其基于所述期望压力比控制与所述涡轮增压器相关联的废气门的开度。
2.—种方法，包括当为换档请求发动机扭矩输出降低时，相对于预定火花正时延迟火花正时；基于发动机的被供给燃料的N个气缸、发动机速度、每气缸的空气量(APC)和所述预定火花正时估计所述发动机的第一扭矩输出；基于被供给燃料的M个气缸、所述发动机速度、所述APC和所述火花正时估计所述发动机的第二扭矩输出，其中N等于所述发动机的气缸的总数，M为小于N和等于N中的一个； 确定涡轮增压器压缩机两侧的初始压力比；基于M及所述第一和第二扭矩输出确定调整；基于所述调整和所述初始压力比产生所述涡轮增压器压缩机两侧的期望压力比；以及基于所述期望压力比控制与所述涡轮增压器相关联的废气门的开度。
3.如权利要求2的方法，还包括当为所述换档请求所述发动机扭矩输出降低时，基于所述调整增大所述废气门的开度。
4.如权利要求2的方法，还包括当M小于N时，将所述调整设定为预定值。
5.如权利要求2的方法，还包括将扭矩比设定为等于所述第二扭矩输出除以所述第一扭矩输出；以及基于所述扭矩比确定所述调整。
6.如权利要求5的方法，还包括当所述扭矩比减小时，有选择地减小所述调整。
7.如权利要求2的方法，还包括为所述换档有选择地增大空气扭矩需求；基于所述空气扭矩需求确定所述初始压力比；基于所述初始压力比和测量的所述涡轮增压器压缩机两侧的压力比来产生闭环调基于所述期望压力比确定第一期望工作循环(DC)；基于所述第一期望DC和所述闭环调整确定第二期望DC ；以及基于所述第二期望DC控制所述废气门的开度。
8.如权利要求2的方法，还包括将所述期望压力比设定为等于所述调整与所述初始压力比的乘积和所述调整与所述初始压力比之和中的一个。
9.如权利要求2的方法，还包括基于所述第一和第二扭矩输出之间的差设定与所述火花正时延迟相关的发动机的扭矩输出损失；基于所述扭矩损失确定与所述发动机相关联的排气系统的能量增益；以及基于所述能量增益确定所述调整。
10.如权利要求9的方法，还包括当所述能量增益增大时，有选择地减小所述调整。
全文摘要
本发明涉及涡轮增压器增压控制系统及换档方法。一种方法，包括当为换档请求发动机扭矩输出降低时，相对于预定火花正时延迟火花正时；基于发动机的被供给燃料的N个气缸、发动机速度、每气缸的空气量(APC)和所述预定火花正时估计所述发动机的第一扭矩输出；基于被供给燃料的M个气缸、所述发动机速度、所述APC和所述火花正时估计所述发动机的第二扭矩输出；确定涡轮增压器压缩机两侧的初始压力比；基于M及所述第一和第二扭矩输出确定调整；基于所述调整和所述初始压力比产生所述涡轮增压器压缩机两侧的期望压力比；以及基于所述期望压力比控制涡轮增压器的废气门的开度。N为所述发动机的气缸总数，M为小于或等于N。
文档编号F02D23/00GK102588128SQ20121000947
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月13日 优先权日2011年1月14日
发明者C.E.惠特尼, J.M.凯泽, P.安德森, T.L.吉布斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司