CN101377156A - 在基于转矩的系统中的基于空气流动的曲柄节气门控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在基于转矩的系统中的基于空气流动的曲柄节气门控制。一种用于内燃机的基于转矩的控制方法，方法可以包括如下步骤：在发动机起动情况期间确定到内燃机的进气歧管内的希望的空气流量，基于希望的空气流量确定用于基于转矩的发动机控制模块的转矩极限，和基于所确定的转矩极限调节发动机转矩。

Description

在基于转矩的系统中的基于空气流动的曲柄节气门控制

技术领域

本披露涉及发动机控制系统，且更特定地涉及基于转矩的发动机控制系统。

背景技术

在此部分中的陈述仅提供了涉及本披露的背景信息且不组成现有技术。

内燃机在气缸内燃烧了空气和燃料混合物以驱动活塞，活塞产生了驱动转矩。到发动机内的空气流动通过节气门调节。更特定地，节气门调节了节气门面积，这增加或降低了到发动机内的空气流动。当节气门面积增加时，到发动机内的空气流动增加。燃料控制系统调整了燃料喷射的速度以向气缸内提供希望的空气/燃料混合物。如可认识到，增加向气缸的空气和燃料增加了发动机的转矩输出。

基于转矩的发动机控制系统可以在发动机运行期间调节发动机转矩输出水平。发动机起动可以基于希望的转矩水平控制。用于发动机起动的希望的节气门面积可以关于希望的转矩水平被标定。替代地，节气门面积可以直接对于发动机起动情况被标定。节气门位置的控制最终控制了到发动机内的空气流动。

发明内容

因此，用于内燃机的基于转矩的控制方法可以包括在发动机起动情况期间确定到内燃机的进气歧管内的希望的空气流量，基于希望的空气流量确定用于基于转矩的发动机控制模块的转矩极限，和基于所确定的转矩极限调节发动机转矩。

方法可以进一步包括计算转矩极限。转矩极限可以用作发动机转矩调节的最小转矩值。

发动机控制模块可以包括发动机起动模块，空气流动到转矩确定模块，和系统转矩控制模块。发动机起动模块可以确定在发动机起动情况期间到内燃机的进气歧管内的第一希望的空气流量。空气流动到转矩确定模块可以与发动机起动模块连通以基于第一希望空气流量确定转矩极限。系统转矩控制模块可以与空气流动到转矩确定模块连通以基于所确定的转矩极限来调节发动机转矩。

可应用性的进一步的范围将从在下文中提供的描述中变得显见。应理解的是描述和特定的例子仅意图于图示目的且不意图于限制本披露的范围。

附图说明

在此描述的附图仅用于图示目的且不意图于以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据本披露的车辆的示意性图示；

图2是在图1中示出的控制模块的控制方框图；和

图3是图示了根据本披露的用于确定基于转矩的发动机控制的步骤的流程图。

具体实施方式

如下的描述在本质上仅是典型的，且不意图于限制本披露、申请或使用。为清晰起见，相同的参考数字将在附图中用于指示类似的元件。如在此所使用，术语模块指特定用途集成电路(ASIC)，电子电路，可以执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享处理器、专用处理器或处理器组)和存储器，组合逻辑电路，或其他提供了希望的功能性的合适的部件。

现在参考图1，图中示意性地图示了典型的车辆10。车辆10可以包括发动机12，发动机12与进气系统14、燃料系统16和点火系统18连通。进气系统14可以包括进气歧管20和节气门22。节气门22可以控制到发动机12内的空气流动。燃料系统16可以控制到发动机12内的燃料流动，且点火系统18可以点燃通过进气系统14和燃料系统16提供到发动机12内的空气/燃料混合物。

车辆10可以进一步包括加速器踏板24、控制模块26和电子节气门控制器(ETC)28。加速器踏板24可以与加速器踏板传感器30连通。加速器踏板传感器30可以与控制模块26连通且可以提供指示了加速器踏板位置的信号。

控制模块26可以与ETC 28连通且可以向ETC 28提供指示了加速器踏板24的位置的信号。ETC 28可以与节气门22连通且可以基于加速器踏板位置来控制节气门22的运行。进气空气温度(IAT)传感器32、发动机冷却剂温度传感器33、歧管绝对压力传感器35和大气压传感器37可以与控制模块26连通且可以向控制模块26提供分别指示了进气空气温度、冷却剂温度、歧管绝对压力(MAP)和大气压(P_BARO)的信号。

控制模块26可以提供对发动机12的基于转矩的控制。参考图2，控制模块26可以包括发动机起动模块34、空气流动到转矩确定模块36、系统转矩控制模块38、转矩到空气流动确定模块40(可以一般地包括空气到转矩确定模块36的逆向解决方案)和节气门位置确定模块42。发动机起动模块34可以与空气流动到转矩确定模块36连通，且可以向空气流动到转矩确定模块36提供指示了用于发动机起动情况的最初希望的空气流动值(MAF_{DES_i})的信号。发动机起动模块34可以基于包括如上所述的发动机冷却剂温度、发动机运行时间、大气压力的一系列参数来确定MAF_{DES_i}。发动机起动模块34可以在起动时的整个发动机曲柄运动中的预先确定的时间步骤处确定MAF_{DES_i}。当发动机12从曲柄运动过渡到怠速时，发动机启动模块34可以向空气流动到转矩确定模块36提供指示了当前的MAF_{DES_i}的信号。

空气流动到转矩确定模块36可以与系统转矩控制模块38连通且可以基于来自发动机启动模块34的MAF_{DES_i}向其提供指示了用于发动机12的最小转矩水平(T_MIN)的信号。空气流动到转矩确定模块36可以通过计算确定对应于MAF_{DES_i}的T_MIN值。MAF_{DES_i}可以转化为每缸空气(APC)值且传递到计算。计算可以包括转矩模型，例如在美国临时专利申请No 60/861,494中披露的APC转矩模型，该申请在此通过参考明确地合并。

提供到系统转矩控制模块38的T_MIN可以用作在车辆运行期间用于发动机12的运行的最小转矩水平。更特定地，T_MIN可以用于发动机12的转矩调节。系统转矩控制模块38可以设定用于发动机怠速控制的最小转矩水平。系统转矩控制模块38可以进一步包括转矩判定系统，如在美国专利申请No 11/712,597中所披露的系统，其披露在此通过参考明确地合并。系统转矩控制模块38可以一般地基于所需的最小转矩水平来控制车辆转矩要求，以防止例如发动机停机的不希望的情况。

来自系统转矩控制模块38的调整的转矩水平(T_ADJ)然后可以传递到转矩到空气流动确定模块40。由系统转矩控制模块38提供的T_ADJ可以一般地类似于由空气流动到转矩确定模块36提供的T_MIN。然而，系统转矩控制模块38可以另外地考虑驾驶员转矩要求。例如，加速器踏板24的位置可以通过加速器踏板位置传感器30提供到系统转矩控制模块38。

在从发动机起动模块34确定MAF_{DES_i}期间，加速器踏板位置可以初始化为对应于非促动的加速器踏板24的零位置。加速器踏板位置的初始化可以一般地提供用于消除“死踏板”情况。“死踏板”情况可能一般地具有如下的特征，即加速器踏板24的位移不对应于节气门开度的增加。这样，零踏板位置可能对应于节气门22的对应于T_ADJ的位置，而加速器踏板24处于非促动位置。因此，如果使用者踩下加速器踏板24，则在系统转矩控制模块38处生成了转矩要求。此要求传递到转矩到空气流动确定模块40，在此处确定了最终希望的发动机空气流动(MAF_{DES_f})。

MAF_{DES_i}可以以类似于以上关于在空气流动到转矩确定模块36处的T_MIN确定的方式来确定。计算可以包括转矩模型，例如在美国临时专利申请No 60/861,494中披露的反转APC转矩模型。如以上所指出，通过转矩到空气流动确定模块40确定的MAF_{DES_f可}以一般地等于通过任何来自系统转矩控制模块38的进一步的转矩要求调整的来自发动机起动模块34的MAF_{DES_i}。MAF_{DES_f}可以然后用于调整用于发动机起动的节气门面积。

更特定地，转矩到空气流动确定模块40可以向节气门位置确定模块42提供指示了MAF_{DES_f}的信号。节气门位置确定模块42可以确定与MAF_{DES_f}相关的希望的节气门面积(A_THRDES)。A_THRDES可以基于与大气压条件和MAF_{DES_f}相关的流动密度来确定。这样，改变的大气压条件被自动地考虑到。A_THRDES可以确定为:

$A_{\mathrm{THRDES}}=\frac{{\mathrm{MAF}}_{\mathrm{DES}\_f}*\sqrt{R*\mathrm{IAT}}}{P_{\mathrm{BARO}}*\mathrm{\Φ}\left(\frac{\mathrm{MAP}}{P_{\mathrm{BARO}}}\right)}$

其中R是通用气体常数，且Φ根据如下关系而基于P_R:

P_R一般确定为MAP和P_BARO之间的比值。P_BARO可以直接以大气压力传感器37测量，或可以使用其他已知的参数计算。P_CRITICAL定义为流过节气门的空气的速度等于声速时的压力比。此条件称为阻流或临界流动。临界压力比确定为:

$P_{\mathrm{critical}}={\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}}$

其中γ等于空气的比热比，且其范围从大约1.3到大约1.4。这样，本披露通过考虑到压力比P_R而提供了在变化的环境条件下的精确的转矩控制。

图3一般地在100处描述了基于空气流动的曲柄节气门控制系统控制逻辑。控制逻辑100可以一般地确定所需的空气流量以提供用于发动机12的稳定的起动和怠速情况。控制逻辑100可以使用所确定的空气流动值来设定用于发动机运行的最小转矩水平以及用于发动机起动的节气门面积。控制逻辑100可以开始于确定方框102，其中发动机运行参数被确定。发动机运行参数可以包括发动机冷却剂温度、发动机运行时间和大气压力。控制逻辑100然后可以前进到确定方框104，其中确定了MAF_{DES_i}。

MAF_{DES_i}可以基于预先确定的查询表作为确定的发动机运行参数的函数而确定。MAF_{DES_i}可以一般地与对于发动机曲柄运动/起动情况希望的空气流动相关。一旦确定了MAF_{DES_i}，控制逻辑100前进到确定方框106，其中确定了转矩值。转矩值可以基于MAF_{DES_i}确定。转矩值可以如以上所指示关于空气流动到转矩确定模块36来确定。控制逻辑100可以然后前进到控制模块108，其中可以设定系统转矩最小值(T_MIN)。T_MIN可以如以上所指示关于系统转矩控制模块38被设定。

控制方框108可以另外地考虑到使用者另外的转矩要求，例如加速器踏板促动。控制方框108可以基于这些另外的使用者转矩要求将由确定方框106提供的转矩值修改到调整的转矩(T_ADJ)。T_ADJ要求可以提供到确定方框110，其中确定了最终希望的空气流动(MAF_{DES_f})。

确定方框110可以基于由控制方框108提供的T_ADJ使用逆向转矩计算来确定MAF_{DES_f}，如以上关于转矩到空气流动确定模块40所指示。控制逻辑100然后可以前进到确定方框112，其中确定了希望的节气门面积(A_THRDES)。

MAF_{DES_f}可以用于确定A_THRDES，如以上关于节气门位置确定模块42所指示。如上所指示，A_THRDES可以考虑到进气空气温度、相对于MAP的大气压力以及MAF_{DES_f}。

控制逻辑100然后可以前进到决定方框114，其中评价了发动机的运行。如果发动机12仍处于起动模式，则控制逻辑100返回到确定方框102且如以上所指示而继续。发动机12可以在完成起动模式后过渡到怠速情况。如果发动机12不再处于起动模式(即发动机12已过渡到怠速模式)，则控制逻辑100可以终止。通过确定方框106、110和112最后生成的用于系统转矩最小值、希望的空气流动和希望的节气门面积的值可以分别用于从发动机起动模式到发动机怠速的过渡。

本领域一般技术人员现在从前述的描述中可以认识到本披露的广泛的教示可以以多种形式实施。因此，虽然此披露已结合其特定的例子描述，但披露的实际范围不应这样限制，因为在研读附图和说明书时，其他的修改将对于本领域一般技术人员变得显见。

Claims (20)

1.一种方法，包括:

在发动机起动情况期间确定到内燃机的进气歧管内的希望的空气流量；

基于希望的空气流量确定用于基于转矩的发动机控制模块的转矩极限；和

基于所确定的转矩极限调节发动机转矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的调节包括向基于转矩的发动机控制系统提供所述的转矩极限以用作用于发动机运行的最小转矩极限。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定大气压力，基于大气压力确定第一希望的空气流量。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括基于大气压力确定空气流动密度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的确定希望的空气流量包括确定第一希望的空气流量和第二希望的空气流量，其中所述的第一希望的空气流量用于所述的对转矩极限的确定，且所述的第二希望的空气流量基于所确定的转矩极限确定。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括确定使用者转矩要求和基于使用者转矩要求调整转矩极限，第二希望的空气流量基于调整的转矩极限确定。

7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括基于第二确定的空气流量确定希望的节气门面积。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的对希望的节气门位置的确定包括基于歧管绝对压力和大气压力之间的比值来确定空气流动的密度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述的对转矩极限的确定包括基于希望的空气流量计算转矩值。

10.一种方法，包括:

在发动机起动情况期间确定到内燃机的进气歧管内的希望的空气流量；

基于希望的空气流量计算用于基于转矩的发动机控制模块的转矩极限；和

使用所确定的转矩极限作为最小转矩值来调节发动机转矩。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述的对希望的空气流量的确定包括确定第一希望的空气流量和第二希望的空气流量，其中所述的第一希望的空气流量用于所述的转矩极限的计算，且所述的第二希望的空气流量基于所计算的转矩极限确定。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括基于第二确定的空气流量确定希望的节气门位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述的对希望的节气门位置的确定包括基于歧管绝对压力和大气压力之间的比值来确定空气流动的密度。

14.一种控制模块，包括:

发动机起动模块，发动机起动模块确定了在发动机起动情况期间到内燃机的进气歧管内的第一希望的空气流量；

空气流动到转矩确定模块，空气流动到转矩确定模块与所述的发动机起动模块连通以基于第一希望的空气流量确定转矩极限；和

系统转矩控制模块，系统转矩控制模块与所述的空气流动到转矩确定模块连通以基于所确定的转矩极限来调节发动机转矩。

15.根据权利要求14所述的控制模块，其中所述的系统转矩控制模块使用所确定的转矩极限作为用于调节发动机转矩的最小转矩值。

16.根据权利要求14所述的控制模块，其中所述的系统转矩控制模块基于使用者转矩要求生成了调整的转矩极限。

17.根据权利要求16所述的控制模块，进一步包括与所述的系统转矩控制模块连通的转矩到空气流动确定模块，以基于调整的转矩极限来确定第二希望的空气流量。

18.根据权利要求17所述的控制模块，进一步包括与所述的转矩到空气流动确定模块连通的节气门位置确定模块，以基于第二希望的空气流量确定希望的节气门位置。

19.根据权利要求18所述的控制模块，其中节气门位置确定模块基于歧管绝对压力和大气压力之间的比值确定了希望的节气门位置。

20.根据权利要求14所述的控制模块，其中所述的空气流动到转矩确定模块基于第一希望的空气流量计算了转矩极限。

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