CN101566118B

CN101566118B - 通过转矩平稳化提高空转质量

Info

Publication number: CN101566118B
Application number: CN2008101497637A
Authority: CN
Inventors: V·勒伊斯
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: CN101566118A; DE102008039571A1

Abstract

本发明涉及通过转矩平稳化提高空转质量。具体地，提供了发动机的空转速度控制系统，其包括生成发动机速度信号的发动机速度模块。活塞往复运动模块基于发动机速度信号确定发动机的每个汽缸活塞的往复运动周期。差值模块确定每个往复运动周期和与目标空转速度相关联的空转速度之间的周期差。点火正时模块调整发动机的空转速度，这包括基于周期差分别调节每个汽缸的点火正时。

Description

通过转矩平稳化提高空转质量

相关申请交叉引用

本申请要求申请2007年6月22日的美国临时申请第60/936,978号的权益。上述申请的公开作为参考并入本文。

技术领域

本公开涉及发动机控制，并且更具体地涉及发动机空转周期中的转矩输出。

背景技术

本章节中的陈述只提供与本公开相关的背景信息，并不构成现有技术。

车辆的内燃发动机通过空气/燃料混合物燃烧生成驱动转矩。更具体地，空气被吸入发动机，与燃料混合。空气/燃料混合物在发动机的汽缸内被压缩，并被点火。被压缩的空气/燃料混合物的燃烧往复地驱动汽缸内的活塞。活塞接着可转动地驱动曲轴，从而向传动系统输出驱动转矩。

在一些实例中，例如当车辆停止时，发动机在空转速度(或称怠速)或接近空转速度下空转。空转速度的波动会导致振动。波动是由发动机的每个汽缸之间的转矩输出差异引起的。转矩输出的差异可能与许多因素相关，如有效的压缩比、空气/燃料比等。汽缸之间的转矩输出差异往往随发动机的愈加老化而变得严重。

一种控制发动机的发动机空转速度的方法包括调节空气和/或燃料流以维持选定的空转速度。这对维持空转速度的控制是有限的，并且对防止转矩输出的波动也是有限的。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种用于发动机的空转速度控制系统，该系统包括生成发动机速度信号的发动机速度模块。活塞往复运动模块基于发动机速度信号确定发动机汽缸的每个活塞的往复运动周期。差值模块确定每个往复运动周期和与目标空转速度相关联的空转周期之间的周期差。点火正时模块调整发动机的空转速度，包括基于周期差单独调节每个汽缸的点火正时。

在其它特征中，一种调整发动机的空转速度的方法包括生成发动机速度信号。基于发动机速度信号确定发动机汽缸的每个活塞的往复运动周期。确定每个往复运动周期和与目标空转速度关联的空转周期之间的周期差。调整空转速度，包括基于周期差单独调节每个汽缸的点火正时。

在另外其它特征中，一种从发动机的每个汽缸生成共同转矩的方法包括生成发动机速度信号。基于发动机速度信号确定发动机汽缸的每个活塞的往复运动周期。确定每个往复运动周期和与目标空转速度关联的空转周期之间的周期差。当发动机正在以空转速度运转时，基于周期差使每个汽缸的转矩输出相互匹配。

在另一特征中，所述的调整包括递增地调节点火正时。

在另一特征中，所述的调整包括提前或延迟点火正时。

在另一特征中，所述的方法进一步包括调整点火正时，确定发动机是否正在在稳态下运转，当发动机正在在稳态下运转时进一步调整点火正时。

在又一特征中，当发动机正在在空转下运转时，所述的调整出现。

在再一特征中，点火正时调节值被生成。点火正时调节值被存储。一旦发动机在空转速度下运转，就基于点火正时调节值引起发动机的点火。

从本文提供的描述会明白其它的应用领域。应该理解的是，描述和特定例子旨在只用于说明目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图只是出于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本公开的实施例的示例性空转速度控制系统的功能框图；

图2是图示根据本公开的实施例的控制发动机的空转速度的方法的逻辑流程图；和

图3是执行根据本公开的实施例的发动机空转控制的示例性模块的功能框图。

具体实施方式

一种控制发动机的空转速度的方法，包括气流调节以及发动机汽缸的点火正时的调节。朝向发动机的气流被调节以调节当前空转速度使它与选定的空转速度匹配。在经调节的发动机空转速度中的波动通过调节点火正时来校正。点火正时调节是动态进行的。通过延迟点火正时来减小用于最佳转矩的最大点火(MBT)值。MBT值减小得越多，可用的权限范围就越大。该范围被称作转矩储备。由于提供的转矩输出减小，所以当出现发动机速度下冲时，点火提前的增加导致转矩增大。转矩增大，就增大了发动机的速度，从而校正了下冲。

所陈述的空转速度控制是通过基于选定空转速度的闭环提供的。当所述控制起作用时，在每个循环事件期间相同的点火提前校正被均等应用于所有的汽缸。这提供了对每个汽缸的转矩输出的受限控制，并因此提供了受限的防止空转波动的能力。所陈述的控制影响空转速度，但并不校正来自独立汽缸的转矩的差异。下文公开的实施例提供了对每个汽缸的改进的输出转矩控制以及改进的空转速度性能。

下文对优选实施例的描述本质上只是示例性的，决不旨在限制本发明、其应用或用途。为清晰起见，将在附图中使用相同的附图标记来指代相似的元件。如本文使用的术语“模块”指专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)、执行一个或更多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路或提供期望功能性的其它适用元件。

现在参考图1，其显示了示例性发动机空转控制系统10。发动机空转控制系统10包括发动机12、进气歧管14和排气歧管16。空气通过节流阀18被吸入进气歧管14，并被分配到汽缸20。空气与燃料混合，空气/燃料混合物在汽缸20内被压缩点火。这就往复地驱动相应汽缸20内的活塞。发动机空转控制系统10还包括带火花塞22的点火系统21，所述火花塞22与每个汽缸20关联，并引发汽缸中的燃烧事件。被往复驱动的活塞可转动地驱动曲轴24。排放气体通过排气歧管16从汽缸20排出。

空转速度控制模块30基于本公开的发动机空转速度控制来调整发动机系统10的运转。发动机速度指示传感器32生成发动机速度指示信号。发动机速度传感器32可以包括曲轴位置传感器，并基于曲轴24的转动位置生成曲轴位置信号。发动机速度传感器32可以包括凸轮轴传感器、变速器传感器等。而且，控制模块30基于发动机速度指示信号来确定发动机速度以及每个汽缸内每个活塞的位置。

发动机12使用四冲程燃烧循环运转。在进气冲程期间，发动机12的活塞从对应汽缸内的上止点(TDC)位置向下止点(BDC)位置向下游运动，同时抽入空气/燃料混合物(即，进气冲程)。一旦已经达到BDC位置，活塞在汽缸内向上移动以压缩空气/燃料混合物(即，压缩冲程)。当活塞处于TDC位置之处或附近时，相关的火花塞对空气/燃料混合物进行点火。空气/燃料混合物的燃烧将活塞朝向BDC位置向回推(即，动力冲程)以驱动曲轴24。在燃烧事件之后，活塞再次朝向TDC位置向上运动，将排放气体推出至排放气体歧管中(即，排气冲程)。

点火正时指火花塞对空气/燃料混合物进行点火的时间点，点火正时基于汽缸内活塞的位置。可以根据曲轴的转动位置提供活塞的位置。例如，具体汽缸的点火正时可以提供为TDC之前的X°。因此，点火发生于活塞到达汽缸内的TDC之前曲轴处于X°之时。针对每个汽缸的点火正时可以相对于每个当前点火正时位置被延迟或提前。

关于本文公开的实施例描述的发动机空转控制通过基于独立地调节每个汽缸的点火正时来调整每个汽缸的转矩输出。发动机空转控制对每个汽缸应用点火正时校正。更具体地，发动机空转速度控制监视作为转矩指示的每个燃烧循环中每个活塞的往复运动周期(t_RECi)，其中i是活塞/汽缸数目。活塞/汽缸数目i可以根据火花塞22的点火顺序递增。往复运动周期t_RECi是根据以下关系式确定的：

t_RECi＝1/RPM_i

其中RPM_i是汽缸i的燃烧循环期间的发动机速度。往复运动周期t_RECi越短，汽缸的转矩输出越大。

控制模块30基于下面的关系式确定周期差Δt_i：

Δt_i＝t_RECi-t_IDLE

其中t_IDLE是与目标发动机空转速度RPM_IDLE相关联的周期。发动机空转控制比较与当前发动机速度相关联的每个汽缸的周期差Δt_i，并计算平均往复运动周期Δt_AVG。在一个实施例中，平均往复运动周期Δt_AVG与每个汽缸的燃烧循环相关联。在另一实施例中，平均往复运动周期Δt_AVG与每个汽缸的多个燃烧循环相关联。控制模块30使用基于往复运动周期t_RECi的闭环控制，单独地为每个汽缸20调节点火正时，以与平均往复运动周期Δt_AVG相匹配。平均往复运动周期Δt_AVG是根据以下关系式确定的：

Δt_AVG＝(Δt₁+Δt₂+...Δt_i)/i

每个周期差Δt_i可以表示活塞在一个或更多个燃烧循环中的周期差的平均值。

点火正时是基于时间差Δt_i和平均往复运动周期Δt_AVG调节的。点火正时调节值是基于周期差Δt_i和平均往复运动周期Δt_AVG之间的差确定的。点火正时调节值可以被存储在存储器34中并且/或者用来改变各个汽缸的点火正时。每个汽缸的点火正时可以被递增地调节。例如，点火正时可以以一个或更多个1°的递增来调节。点火正时的递增调节允许发动机空转速度控制确定点火正时是否被适当地调节(即，被提前或者被延迟到正确程度)。例如，发动机空转速度控制可以调节点火正时，在调节之后进行等待，直至发动机在稳态模式下运行，重新估计被更新的活塞往复运动周期，随后在适当时间再次调节点火正时。

发动机的稳态模式可以指发动机在近似恒定速度下空转一预定时段之时。发动机的稳态模式可以另外或者可替代地指发动机的每个活塞具有恒定的工作速度和/或相关的往复运动周期达一预定时段之时。

发动机空转速度控制是自适应的，原因在于随着发动机12的状态变化(例如由于老化)，所述发动机空转速度控制获知每个汽缸20的点火正时值并且持续调节点火正时。通过将所有汽缸的每个燃烧循环的周期调节到相同值，就消除了发动机12的转矩输出波动，原因是在该工作点所有汽缸输出相同的转矩。与选定空转速度的偏差可以使用本文所描述的技术得以校正。本公开的实施例所提供的技术最小化和/或消除了发动机的转矩波动。

现在参考图2，其显示了图示控制发动机的空转速度的方法的逻辑流程图。该方法可以包括多个调节循环。换言之，以下步骤可以重复。在步骤200中，控制流程确定发动机是否处在空转速度下运转。如果发动机不处于空转，控制流程回环并重复步骤200。当发动机在空转下运转时，控制流程向前执行步骤202-218。当发动机近似在空转速度下运转时，执行步骤202-214。在步骤202中，控制流程将计数器i设置为等于1。计数器i表示第i个活塞和/或汽缸，根据发动机汽缸的点火顺序该值可以在步骤202中被递增。

在步骤204中，控制流程基于生成的发动机速度信号监视发动机速度。在步骤206中，控制流程计算往复运动周期t_RECi。控制流程在步骤208中计算周期差Δt_i。

在步骤210中，控制流程确定i是否等于N+1，这里N是发动机的活塞和/或汽缸的数目。当i不等于N+1时，控制流程在步骤212中使i递增1，并回环至步骤204。当i等于N+1时，对于所有汽缸Δt已经被确定，在步骤214中控制流程继续。在步骤214中，控制流程确定平均往复运动周期Δt_AVG。

在步骤215中，控制流程确定发动机是否在空转速度下运转。当控制正在以空转速度运转时，控制流程前进到步骤217，否则控制流程前进到步骤216。在步骤216中，控制流程存储点火正时调节信号。

在步骤217中，控制流程基于点火正时调节信号调节单独汽缸的点火正时。

在步骤218中，控制流程如上所述确定发动机是否正处在稳态条件。当发动机处在稳态条件时，控制流程可以返回至步骤200。

现在参考图3，将详细描述执行本公开的发动机空转速度控制的示例性模块。示例性模块包括RPM监视模块300、活塞往复运动模块302、目标空转模块304、差值模块306、平均往复运动模块308和点火正时模块310。发动机速度模块300监视发动机的速度，发动机的速度可以以每分钟转数(RPM)表示。发动机速度模块300基于曲轴活塞传感器输出生成速度信号。活塞往复运动模块302基于发动机的速度确定发动机的每个汽缸的往复运动周期t_RECi。

目标空转模块304基于空转速度RPM_IDLE确定目标空转周期t_IDLE。差值模块306基于相应活塞的往复运动周期t_RECi和目标空转周期t_IDLE计算每个汽缸的周期差Δt_i。平均往复运动模块308基于每个汽缸的周期差Δt_i确定平均往复运动周期Δt_AVG。

点火正时模块310基于周期差Δt_i和平均往复运动周期Δt_AVG之间的差调整点火正时以提供匹配的汽缸输出转矩。点火正时模块310基于来自稳态模块312的稳态状态信号311调节点火正时。稳态模块312基于发动机速度信号和/或活塞速度指示信号(例如基于活塞往复运动周期t_RECi的信号)确定发动机12何时正在以稳态模式运转。

作为示例，点火正时模块310可以将第一周期差Δt₁和平均往复运动周期Δt_AVG进行比较，并调节第一汽缸的点火正时，这包括更新随后燃烧循环的第一周期差Δt₁，并使它与平均往复运动周期Δt_AVG匹配。第一汽缸的第一火花塞的点火正时被提前或延迟。然后点火正时模块310可以将第二周期差Δt₂和平均往复运动周期Δt_AVG进行比较，并调节第二汽缸的点火正时，这包括更新随后燃烧循环的第二周期差Δt₂，并使它与平均往复运动周期Δt_AVG匹配。第二汽缸的第二火花塞的点火正时被提前或推迟。第二火花塞的点火正时的调节可以与第一火花塞的点火正时的调节相同或不同。当调节点火正时时，发动机12的一个或更多个汽缸的点火正时可以不变。

本领域技术人员现在可以从前述描述认识到本公开的宽泛教导可以以许多种形式来实现。因此，尽管本文所公开的实施例是关于具体示例描述的，但这些实施例的真实范围不应该受到限制，其原因是本领域技术人员在研究附图、说明书和所附权利要求后会明白其它变型。

Claims

1.一种用于发动机的空转速度控制系统，包括：

生成发动机速度信号的发动机速度模块；

活塞往复运动模块，其基于所述发动机速度信号确定所述发动机汽缸的每个活塞的往复运动周期；

差值模块，其确定每个所述往复运动周期和与目标空转速度相关联的空转周期之间的周期差；和

点火正时模块，其调整所述发动机的空转速度，包括基于所述周期差分别调节每个所述汽缸的点火正时。

2.根据权利要求1所述的空转速度控制系统，其特征在于，进一步包括平均往复运动模块，其基于所述周期差计算平均往复运动周期，

其中所述点火正时模块基于所述平均往复运动周期调节每个所述汽缸的点火正时。

3.根据权利要求2所述的空转速度控制系统，其特征在于，所述点火正时模块将第一周期差和所述平均往复运动周期进行比较，并调节第一汽缸的点火正时，包括更新随后燃烧循环的第一周期差并使所述随后燃烧循环的第一周期差与所述平均往复运动周期匹配，和

其中所述点火正时模块将第二周期差与所述平均往复运动周期进行比较，并调节第二汽缸的点火正时，这包括更新随后燃烧循环的第二周期差并使所述随后燃烧循环的第二周期差与所述平均往复运动周期匹配。

4.根据权利要求1所述的发动机空转速度控制系统，其特征在于，所述点火正时模块递增地调节每个所述汽缸的所述点火正时。

5.根据权利要求4所述的发动机空转速度控制系统，其特征在于，所述点火正时模块在每个调节循环期间将所述点火正时递增地调节一度。

6.根据权利要求1所述的发动机空转速度控制系统，其特征在于，所述点火正时模块在调节所述点火正时时，使每个所述汽缸的所述点火正时提前或推迟。

7.根据权利要求1所述的发动机空转速度控制系统，其特征在于，所述点火正时模块不同地调节每个所述汽缸的所述点火正时。

8.根据权利要求1所述的发动机空转速度控制系统，其特征在于，进一步包括稳态模块，其生成指示所述发动机的状态的稳态信号，

其中所述点火正时模块基于所述稳态信号调节所述点火正时。

9.根据权利要求1所述的发动机空转速度控制系统，其特征在于，当所述发动机正在以不同于所述空转速度的其它速度运转时，所述点火正时模块防止调节点火正时。

10.一种调整发动机的空转速度的方法，包括：

生成发动机速度信号；

基于所述发动机速度信号确定所述发动机汽缸的每个活塞的往复运动周期；

确定每个所述往复运动周期和与目标空转速度关联的空转周期之间的周期差；和

调整所述空转速度，包括基于所述周期差单独调节每个所述汽缸的点火正时。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，调整所述空转速度包括：

基于所述周期差计算平均往复运动周期；和

基于所述平均往复运动周期调节每个所述汽缸的点火正时。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，调整所述空转速度包括不同地调节每个所述汽缸的所述点火正时。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：

存储所述点火正时的调节值；和

当所述发动机返回到在所述空转速度下运转时，基于所述调节值，引发所述发动机的点火。

14.一种从发动机的每个汽缸生成共同转矩的方法，包括：

生成发动机速度信号；

当所述发动机正在以空转速度运转时，基于所述周期差使每个所述汽缸的所述转矩输出相互匹配，

其中匹配所述转矩输出包括基于所述周期差分别调节每个所述汽缸的点火正时。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，匹配所述转矩输出包括：

基于所述周期差计算平均往复运动周期；和

基于所述平均往复运动周期调节每个所述汽缸的点火正时。

16.根据权利要求15所述的方法，包括：

将第一周期差与所述平均往复运动周期进行比较，并调节第一汽缸的点火正时，包括更新随后燃烧循环的第一周期差并使所述随后燃烧循环的第一周期差与所述平均往复运动周期匹配，和

将第二周期差与所述平均往复运动周期进行比较，并调节第二汽缸的点火正时，包括更新随后燃烧循环的第二周期差并使所述随后燃烧循环的第二周期差与所述平均往复运动周期匹配。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，匹配所述转矩输出包括递增地调节每个所述汽缸的所述点火正时。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，匹配所述转矩输出包括不同地调节每个所述汽缸的所述点火正时。