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CN101713342B - 基于扭矩的离合器燃料切断 - Google Patents

基于扭矩的离合器燃料切断 Download PDF

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CN101713342B CN200910178773.8A CN200910178773A CN101713342B CN 101713342 B CN101713342 B CN 101713342B CN 200910178773 A CN200910178773 A CN 200910178773A CN 101713342 B CN101713342 B CN 101713342B
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Abstract

本发明涉及基于扭矩的离合器燃料切断。一种发动机控制系统，包括离合器切断启动模块和扭矩控制模块。所述离合器切断启动模块基于离合器接合信号和加速踏板信号来产生启动信号。所述扭矩控制模块基于所述启动信号来将发动机的火花提前减小至最小值并停止供应燃料给发动机的气缸。所述最小值是当前发动机空气流量的最小许可火花提前。

Description

基于扭矩的离合器燃料切断
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年10月1日提交的美国临时申请No.61/101,856的权益。上述申请的公开内容在此作为参考全文引入。
技术领域
本发明涉及用于在车辆中切断燃料的方法和设备，且更具体地涉及在基于扭矩的系统中根据离合器接合来切断燃料。
背景技术
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
扭矩模型数据通常在发动机的全部气缸被供应燃料的情况下在测力计上收集。然而，一些发动机现在使用部分气缸停用来减小泵送损失和增加燃料经济性。例如，八缸发动机中的四个气缸可以被停用以减小泵送损失。此外，在减速期间，一些发动机可以停用发动机的所有气缸，这减小燃料使用。此外，在所有气缸停用的情况下发动机的泵送损失和摩擦可能形产生负扭矩(制动扭矩)，从而有助于使得车辆减速。为了适应这些类型的发动机，可以对扭矩估计和控制进行调节，以考虑实际被供应燃料的气缸数。
起用(供应燃料)的气缸产生的扭矩可以称为指示扭矩或气缸扭矩。飞轮扭矩可以通过从所述指示扭矩减去摩擦、泵送损失、和附件负载来确定。因而，在部分气缸停用的情况下估计扭矩的一个方法中，指示扭矩乘以被供应燃料的气缸的分数以确定分数指示扭矩。所述分数是被供应燃料的气缸数除以总气缸数。能够从所述分数指示扭矩减去摩擦、泵送损失、和附件负载以估计对于部分气缸停用时在飞轮处的平均扭矩(制动扭矩)。
发明内容
一种发动机控制系统，包括离合器切断启动模块和扭矩控制模块。所述离合器切断启动模块基于离合器接合信号和加速踏板信号来产生启动信号。所述扭矩控制模块基于所述启动信号来将发动机的火花提前减小至最小值并停止供应燃料给发动机的气缸。所述最小值是当前发动机空气流量的最小许可火花提前。
一种方法，包括：基于离合器接合信号和加速踏板信号来产生启动信号；确定当前发动机空气流量的许可火花提前的最小值；和基于所述启动信号来将发动机的火花提前减小至所述最小值并停止供应燃料给发动机的气缸。
本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅为说明的目的且并没有意图限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中：
图1A是根据本发明的原理、用于抑制发动机速度急增(flare)的离合器燃料切断的图示；
图1B是根据本发明的原理、在基于扭矩的系统中用于抑制发动机速度急增的离合器燃料切断的图示；
图2是根据本发明的原理的示例性V8发动机中的气缸事件定时的图示；
图3是根据本发明的原理的示例性发动机系统的功能框图；
图4是根据本发明的原理的示例性发动机控制系统的功能框图；
图5是根据本发明的原理的图4的示例性发动机控制系统的元件的功能框图；和
图6是示出了根据本发明的原理、由图5所示的元件进行离合器燃料切断的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示范性的且绝不意图限制本发明及其应用或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑或的一种逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。
如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。
在内燃机中，燃料和火花是相对快速的致动器。术语“快速”是用于与空气流量(可以测量为每缸空气)对比，空气流量在节气门阀开启或关闭时缓慢地改变。从一个或更多气缸去除燃料(停用气缸)和减小(延迟)火花提前均能够用于实现扭矩的快速变化。
当控制内燃机时，可以请求快速过渡到最小扭矩。在所有气缸运行时发动机产生的最小扭矩受到保持所有气缸内充分燃烧所需要的空气流量的最小量的限制。为了进一步减小发动机的扭矩，气缸可以被停用。
例如，当驾驶员踩下手动变速器的离合器踏板时，离合器使得发动机从传动系统脱离。在没有传动系统负载时，发动机速度可能增加或急增，即使驾驶员已从加速踏板移开它们的脚也是如此。该发动机急增可以通过从发动机控制器请求最小扭矩来减轻。
为了产生发动机急增的最大减小，所请求的最小扭矩可以是发动机关闭扭矩，其中通过中断燃料喷射而停用所有气缸。因而，发动机不产生正扭矩，且发动机中的摩擦损失、泵送损失和/或附件负载产生负扭矩，这使得发动机速度减慢。
一旦发动机速度达到期望值，气缸能够被再次起用。例如，发动机控制器可以假设：驾驶员通过踩下离合器踏板并将他们的脚从加速踏板移开而意图进行加档。因而，发动机控制器可以使得发动机速度减小至与下一较高传动比时传动系统的速度匹配的速度。
现在参考图1A，示出了用于抑制发动机速度急增的离合器燃料切断的图示。发动机速度以10示出。发动机速度10增加，一直到时间t1。在时间t1，离合器脱离且没有压力施加在加速踏板上。因为离合器使得发动机从传动系统脱离，在时间t1之后，发动机速度增加或急增。
因而，在时间t1，以12示出的火花提前减小。此外，期望数目的有效(被供应燃料的)气缸14从4减小为0。在该示例性图中，显示了四缸发动机，但是本发明的原理可应用于具有任何数目的气缸的发动机。
提供动力的气缸的实际数目16并不立即从4减小为0，理由在下文更详细地阐述。简单来说，给定气缸的燃料可以在一定时间停止，从而不过早地中断到气缸的燃料，从而导致气缸仅被部分地供应燃料。气缸的部分供应燃料可能引起低效率的燃烧，增加结垢和增加排放。此外，一旦提供给气缸的燃料停止，在气缸中没有燃料而导致在做功冲程期间没有燃烧且实现扭矩减小之前，需要两个曲轴转数。
由于火花提前已经减小且被供应燃料的气缸数已经减小，因而在时间t1之后开始急增后，发动机速度10减小。在时间t2，发动机速度10已经减小为预定速度，且气缸可以被再次起用。所述预定速度可以是与下一传动比相对应的发动机速度。如图1A所示，在时间t2之后，发动机速度10可以继续下降。因而，所述预定速度可以设定为高于与下一传动比匹配的发动机速度。
火花提前12可以在时间t2开始线性地增加。虽然在时间t2气缸的期望数目14是从0增加到4，但是气缸的实际数目16以阶梯状方式增加。同样，这是因为对于给定气缸在一定时间可以起用燃料，且因为来自于该气缸的扭矩将不会被实现，直到所提供的燃料被燃烧为止。
因为火花提前12在时间t1和t2之间保持水平，因而，在时间t1的火花提前可以由在时间t2的用于单个气缸的火花提前来确定。该火花提前可以不是可能的最小火花提前，因而，发动机扭矩在时间t1不尽可能地减小。此外，在时间t2之后，每个气缸运行时，发动机扭矩将具有类似的阶梯状曲线。该阶梯状扭矩增加可以由驾驶员经历为驾驶性能问题或噪音、振动或生硬问题。
现在参考图1B，示出了在基于扭矩的系统中离合器燃料切断的图示。发动机速度以40示出并且可以增加，一直到时间t1。在时间t1，离合器脱离且从加速踏板移除压力。因而，在时间t1，扭矩请求42可以减小为发动机关闭扭矩。发动机关闭扭矩小于最小火花扭矩44，最小火花扭矩44表示发动机通过减小火花提前同时仍然运行所能够产生的最小扭矩。
由于该扭矩减小，火花提前46可以减小。火花提前46可以减小为最小火花提前。最小火花提前可以定义为仍引起完全燃烧且避免不点火的最小火花提前。不完全燃烧可以导致未燃烧燃料从气缸排出，这可以增加排放和结垢。
通过使得该火花提前46减小至该最小值，发动机产生的扭矩快速减小了通过减小火花提前允许的量。此外，气缸的期望数目48可从4减小为0。在停止每个气缸的燃料且每个气缸停止从燃烧燃料产生扭矩时，产生扭矩的气缸的实际数目50以阶梯状方式从4减小为0。
当发动机速度40下降时，在时间t2，达到预定速度。所述预定速度可以大于期望速度，因为在时间t2之后，发动机速度40可以继续下降，如图1B所示。在时间t2，扭矩请求42可以增加。
扭矩请求42可以增加至最小火花扭矩44或者高于最小火花扭矩44的水平，如图1B所示。该扭矩请求值可以基于最小火花扭矩44和驾驶员请求扭矩之间的差的预定百分比来确定。
因而，在时间t2，火花提前46增加，以允许产生增加的扭矩请求。当第一气缸有效时，第一气缸使用火花提前46的这个值。当第二气缸在时间t3运行时，火花提前46可以突然减小以补偿第二气缸增加的扭矩。
通过协调该火花提前减小的定时与第二气缸运行，在第二气缸运行时的扭矩增加可以减小。火花提前46然后可以逐渐增加。使得气缸运行时的突然扭矩增加最小化会使得扭矩增加平滑，且可以提供更好的驾驶性能。
在时间t4，第三气缸运行，且作出火花提前46的相应减小。火花提前46然后逐渐增加，直到时间t5，此时第四气缸运行。因而，在时间t5，火花提前46突然减小。此时所有气缸都起用，火花提前46逐渐增加以跟随扭矩请求42。一旦扭矩请求42达到驾驶员期望扭矩，扭矩请求42变成水平。因而，火花提前46此时也变成水平。
现在参考图2，示出了示例性V8发动机的气缸事件定时的图示。虽然显示了示例性V8发动机定时图，但是本发明的原理可应用于任何数量的气缸和这些气缸的任何物理配置或点火顺序。图2的顶部是一个方波图，它表示曲轴轮上的齿。X轴表示曲轴转角，因为曲轴每转两转气缸点火一次，所以X轴的表示范围是从0到720度(两转)。
8个气缸用从A到H的字母标示出。曲轴的齿上示出了两个间隙，一个在D缸的上止点(TDC)处和一个在H缸的上止点处。这些间隙可以用来同步曲轴信号。活塞位于其最顶端位置的时刻，即在该点处空气/燃料混合物被最大程度地压缩，称为TDC。
图2的左边重复图2右边的一部分曲轴周期。这可以解释为什么H缸的TDC同时出现在图中的左右两边。可以在规定时刻对每个气缸进行点火正时控制。例如这些事件可以限定在每个气缸的TDC前72°或73.5°。
示出了每个气缸的四冲程(进气，压缩，做功和排气)时间线。这些气缸以点火次序从上到下设定为A到H。在每条时间线的左边给出了实际气缸序号。
气缸的进气冲程的终点被定义为相应的进气阀门关闭的时刻。燃料边界表示在该进气冲程中从燃料喷射器排出的燃料进入到燃烧室的最后时刻。通常，这将比进气冲程的终点稍早一些。在燃料被直接喷入燃烧室的应用中，燃料边界可以是在进气冲程的终点时或者是该点之后。
在燃料边界之后，相应于气缸的燃料喷射器可以开始为下一个进气冲程喷射燃料。燃料喷射器可以在排气冲程期间开始喷射燃料，从而在进气阀门打开的时候使燃料-空气混合物准备就绪。燃料可以喷射更早一些，例如在压缩或做功冲程中，以此来允许更多的空气和燃料混合和/或允许更多的时间来喷射更多量的燃料。
由于可以喷射燃料的时间周期长，所以停止或起用向气缸供应燃料可以被限制到燃料边界处。所以，当接收停用气缸1的请求时，气缸1的燃料喷射器并不被起用，直到在下一个燃料边界到来为止。如果在稍晚于燃料边界时收到请求，在燃料边界再次到来之前曲轴要旋转将近两周。
即使燃料喷射器在燃料边界被启动后，燃烧室内也没有接收到任何燃料。因而，之后的压缩、做功、以及排气冲程在没有燃料的情况下运行，从而不产生附加扭矩。当下次进气冲程到来时，燃烧室从此时启动的燃料喷射器接收燃料，于是发动机在之后的做功冲程实现附加扭矩。
从而在图2中示出图1A-1B中实际气缸起用的阶梯状增加和减小。在接收气缸启动指令之后，到达燃料边界的第一气缸将启动燃料供应。然后按图2所示的顺序启动其余气缸的燃料供应。例如，如果在气缸起用请求之后到达气缸3的燃料边界，那么启动气缸3的燃料供应，接下来是气缸4，气缸5等。于是，气缸3的做功冲程将是存在燃料的第一做功冲程。气缸将开始以图2所示相同的顺序开始产生功率。因而，在做功冲程中，气缸3开始产生功率，随后是气缸4、气缸5等的做功冲程。气缸停用遵循类似的方式。
现在参考图3，示出示例性发动机系统100的功能方块图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于驾驶员输入模块104燃烧空气/燃料混合物为车辆产生驱动扭矩。空气通过节气门阀112被引入进气歧管110。发动机控制模块(ECM)114命令节气门致动器模块116调整节气门阀112的开度来控制引入进气歧管110中的空气量。
空气从进气歧管110被引入发动机102的气缸。虽然发动机102可能包括多个气缸，但为了图示说明，示出了单个的具有代表性的气缸118。例如，发动机102可能包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM114可指导气缸致动器模块120以选择性地停用某些气缸以改善燃料经济性。
空气从进气歧管110通过进气阀门122引入气缸118。ECM114通过燃料喷射系统124控制喷射的燃料量，以实现期望的空气/燃料比。燃料喷射系统124可以在中央位置喷射燃料进入进气歧管110或在多个位置喷射燃料进入进气歧管110，例如，靠近每个气缸进气阀门的位置。可替换地，燃料喷射系统124也可以直接将燃料喷入气缸。气缸致动器模块120可以控制燃料喷射系统124向哪些气缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合且在气缸118中形成空气/燃料混合物。在气缸118中的活塞(未显示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM114的信号，火花致动器模块126激励气缸118中的火花塞128，其点燃空气/燃料混合物。火花的定时可相对于TDC来规定。
空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下运动，从而驱动旋转曲轴(未示出)。然后活塞开始再次向上移动并且通过排气阀门130排出燃烧副产物。燃烧副产物通过排气系统134从车辆中排出。
进气阀门122被进气凸轮轴140所控制，而排气阀门130被排气凸轮轴142所控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可以控制每个气缸的多个进气阀门和/或可以控制多组气缸的进气阀门。类似地，多个排气凸轮轴可以控制每个气缸的多个排气阀门和/或可以控制多组气缸的排气阀门。气缸致动器模块120可以通过停止燃料和火花的供应和/或禁用它们的排气和/或进气阀门以停用气缸。
进气阀门122打开的时间由进气凸轮移相器148相对于活塞TDC变化。排气阀门130打开的时间由排气凸轮移相器150相对于活塞TDC变化。移相致动器模块158根据来自ECM114的信号控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。
发动机系统100可以包括为进气歧管110提供加压空气的增压装置。例如，图3绘制了涡轮增压器160。涡轮增压器160由流经排气系统134的排气提供能量，且提供压缩空气进料给进气歧管110。涡轮增压器160可以在空气到达进气歧管110之前压缩空气。
废气门164可以允许排气旁通涡轮增压器160，因此减少涡轮增压器的输出(或增压)。ECM114通过增压致动器模块162控制涡轮增压器160。增压致动器模块162可以通过控制废气门164的位置来调整涡轮增压器160的增压。
中间冷却器(未示出)可以消除一些压缩空气进料的热量，这些热量在空气被压缩时产生。因为空气邻近于排气系统134，所以压缩的空气进料也可以吸热。可替换的发动机系统可以包括为进气歧管110提供压缩空气且由曲轴驱动的增压器。
发动机系统100可以包括排气再循环(EGR)阀门170，其可以有选择地将排气改向回到进气歧管110。在各种实施方式中，EGR阀门170可以设置于涡轮增压器160的后面。发动机系统100可以使用RPM传感器180测量曲轴速度(每分钟的转数(RPM))。发动机冷却剂的温度可以用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量。ECT传感器182可以设置在发动机102中或在冷却剂循环的其他位置，例如散热器(未示出)。
进气歧管110中的压力可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量。在各种实施方式中，发动机真空度可以被测量，这里发动机真空度是指环境空气压力和进气歧管110中压力的差值。流入进气歧管110的空气质量可以使用空气质量流量(MAF)传感器186测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可以与节气门阀112一起设置于壳体内。
节气门致动器模块116可以通过使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)190监测节气门阀112的位置。被引入发动机系统100的空气的环境温度可以使用进气空气温度(IAT)传感器192测量。ECM114可以利用来自传感器的信号对发动机系统100作出控制决定。
ECM114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的换档。例如，ECM114可以在换档期间减小扭矩。ECM114可以与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电动机198的操作。电动机198也可以起到发电机的作用，可以用于产生电能以由车辆电气系统所使用和/或存储于电池中。在各种实施方式中，ECM114、变速器控制模块194，和混合动力控制模块196可以集成于一个或多个模块。
为了简要地指代发动机102的各种控制机构，改变发动机参数的每个系统都可以称作致动器。例如，节气门致动器模块116可以改变节气门阀112的叶片的位置，且因此改变开口面积。节气门致动器模块116因此可被称作致动器，且节气门开口面积可以被称作致动器位置或致动器值。
类似地，火花致动器模块126可以被称作致动器，而相应的致动器位置可以是火花提前量。其他致动器可包括增压致动器模块162，EGR阀门170，移相致动器模块158，燃料喷射系统124，和气缸致动器模块120。关于这些致动器的术语“致动器位置”可分别对应于增压压力，EGR阀门开度，进气和排气凸轮移相器角度，空气/燃料比，和起用的气缸的数量。
现在参照图4，示出了示例性发动机控制系统的功能方块图。发动机控制模块(ECM)300包括车轴扭矩裁定模块304。车轴扭矩裁定模块304在来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入和其他车轴扭矩请求之间进行裁定。例如，驾驶员输入可以包括加速踏板位置。
其他车轴扭矩请求可以包括在在车轮打滑期间由牵引控制系统请求的扭矩减小，和用来控制速度的来自巡航控制系统的扭矩请求。扭矩请求可以包括目标扭矩值以及斜变请求，例如使扭矩斜向下减小至最小发动机关闭扭矩的请求或使扭矩从最小发动机关闭扭矩斜向上增加的请求。
车轴扭矩请求也可以包括来自适应性巡航控制模块的请求，该适应性巡航控制模块可改变扭矩请求以维持预定车距。车轴扭矩请求也可以包括由于负车轮打滑引起的扭矩增加，例如在由发动机所产生的扭矩为负时车辆轮胎相对于路面打滑的情况。在各种实施方式中，驾驶员输入模块104可以基于来自于加速踏板的直接驾驶员输入以及巡航控制指令产生驾驶员输入信号。
车轴扭矩请求也可以包括制动扭矩管理请求和试图避免车辆过速状态的扭矩请求。制动扭矩管理请求可以减小发动机扭矩以确保发动机扭矩在车辆停止时不超出制动器的能力以稳住车辆。车轴扭矩请求也可以由车身稳定控制系统作出。车轴扭矩请求还可以包括发动机切断请求，例如这种请求可以在检测到重大故障时产生。
车轴扭矩裁定模块304输出预测扭矩和即时扭矩。预测扭矩是指将来满足驾驶员扭矩请求和/或速度请求所需的扭矩量。即时扭矩是指当前满足暂时扭矩请求所需的扭矩量，例如当换档时或牵引控制感测到车轮滑动时的扭矩减小。
即时扭矩可以通过快速响应的发动机致动器所实现，而较慢的发动机致动器可用以实现预测扭矩。例如，火花致动器能够快速改变火花提前，而凸轮移相器或节气门致动器可以较慢地响应。车轴扭矩裁定模块304输出预测扭矩和即时扭矩给推进扭矩裁定模块308。
在各种实施方式中，车轴扭矩裁定模块304可以输出预测扭矩和即时扭矩给混合动力优化模块312。混合动力优化模块312确定发动机应当产生多少扭矩和电动机198应当产生多少扭矩。然后混合动力优化模块312向推进扭矩裁定模块308输出经修正的预测和即时扭矩。在不同的实施方式中，混合动力优化模块312可以由图3中的混合动力控制模块196实现。
将推进扭矩裁定模块308接收到的预测和即时扭矩由车轴扭矩域(车轮上)转换为推进扭矩域(曲轴上)。该转换可以发生在混合动力优化模块312之前、之后或以之代替混合动力优化模块312。
推进扭矩裁定模块308在转换的预测和即时扭矩以及其他推进扭矩请求之间进行裁定。推进扭矩请求可以包括为了发动机过速保护的扭矩减小、为了避免失速的扭矩增加，以及由变速器控制模块194请求以适应换档的扭矩减小。推进扭矩请求也可包括来自速度控制模块的扭矩请求，该速度控制模块可以在怠速和滑行期间控制发动机速度，例如当驾驶员将他们的脚从加速器踏板上移开时。
推进扭矩请求也可包括离合器燃料切断，可以在驾驶员踩下手动变速器车辆的离合器踏板时减小发动机扭矩。各种扭矩储备也可提供给推进扭矩裁定模块308以在需要时使这些扭矩值快速实现。例如，储备可以应用于空调压缩机开启和/或用于动力转向泵扭矩需求。
催化剂熄灯或者冷启动排放过程可以直接改变发动机的火花提前。相应的推进扭矩请求可以用来抵消火花提前中的改变。此外，发动机的空气/燃料比和/或发动机的空气质量流量也可以改变，例如通过诊断性的侵入式当量比试验和/或新的发动机清洗。相应的推进扭矩请求可以抵消这些改变。
推进扭矩请求也可以包括切断请求，其可以通过检测重大故障而起动。例如，重大故障可以包括车辆盗窃检测，阻塞起动马达检测，电子节气门控制问题，和意外的扭矩增加。在各种实施方式中，各种请求(例如切断请求)可以不被裁定。例如，切断请求可以一直赢得裁定或可以完全超控裁定。推进扭矩裁定模块308仍然可以接收这些请求，使得例如适当的数据可以被反馈至其它扭矩请求器。例如，可以通知所有其它的扭矩请求器已输掉裁定。
离合器燃料切断模块350选择性地提供减小的扭矩请求给推进扭矩裁定模块308。该减小的扭矩请求如图5和6更详细地示出那样产生。该减小的扭矩请求可以在裁定中相对于驾驶员请求占优势。因而，当离合器燃料切断模块350请求减小扭矩时，减小的扭矩可以通过推进扭矩裁定模块308提供给致动模式模块314。
致动模式模块314从推进扭矩裁定模块308接收预测扭矩和即时扭矩。基于模式设定，致动模式模块314决定将如何实现预测和即时扭矩。例如，改变节气门阀112允许较宽范围的扭矩控制。但是，打开和关闭节气门阀112是相对较慢的。
停用气缸提供较宽范围的扭矩控制，但是可能产生驾驶性能和排放问题。改变火花提前是相对较快的，但是不能提供较宽的控制范围。此外，火花的可能控制量(火花容量)随着进入气缸118的空气量的改变而改变。
根据本发明，节气门阀112可刚好足够地关闭以使得期望的即时扭矩可以借助于尽可能长地延迟火花实现。这提供以前的扭矩的迅速恢复，因为火花可以迅速地回到校准定时。以这种方式，响应较慢的节气门阀的校正的使用通过尽可能多地使用快速响应的火花延迟而被最小化。
致动模式模块314采取的满足即时扭矩请求的手段由模式设定所决定。提供给致动模式模块314的模式设定可以包括对以下模式的指示：被动模式、理想(pleasible)模式、最大范围模式，和自动致动模式。
在被动模式中，致动模式模块314可以忽略即时扭矩请求。例如，致动模式模块314可以输出预测扭矩到预测扭矩控制模块316。预测扭矩控制模块316为慢速致动器将预测扭矩转换为期望致动器位置。例如，预测扭矩控制模块316可以控制期望歧管绝对压力(MAP)，期望的节气门面积，和/或期望的每缸空气(APC)。
即时扭矩控制模块320为快速致动器确定期望致动器位置，例如期望火花提前。致动模式模块314可以指导即时扭矩控制模块320设定火花提前至校准值，该值对于给定的空气流量实现了最大可能的扭矩。因此在被动模式中，即时扭矩请求并不减少所产生的扭矩量或使火花提前偏离校准值。
在理想模式中，致动模式模块314可试图仅仅使用火花延迟来实现即时扭矩请求。这可能意味着如果期望扭矩减小大于火花储备容量(由火花延迟所能实现的扭矩减小的量)，扭矩减小将不能被实现。致动模式模块314可以因此输出预测扭矩给预测扭矩控制模块316以转化成期望节气门面积。致动模式模块314可以输出即时扭矩请求给即时扭矩控制模块320，即时扭矩控制模块320将尽可能长地延迟火花以试图实现该即时扭矩。
在最大范围模式中，致动模式模块314可以指导气缸致动器模块120关闭一个或多个气缸以实现即时扭矩请求。致动模式模块314可以通过输出即时扭矩请求给即时扭矩控制模块320对扭矩减小的其余部分使用火花延迟。如果没有足够火花储备容量，致动模式模块314可以减小去往预测扭矩控制模块316的预测扭矩请求。
在自动致动模式中，致动模式模块314可以降低输出到预测扭矩控制模块316的预测扭矩请求。该预测扭矩可以仅仅被减小至允许即时扭矩控制模块320使用火花延迟实现即时扭矩请求所需要的程度。
即时扭矩控制模块320从扭矩估计模块324接收估计扭矩且使用火花致动器模块126设定火花提前，以实现期望即时扭矩。估计扭矩可以表示通过设定火花提前至校准值而可以即时产生的扭矩量。
当火花提前设定为校准值时，得到的扭矩(保持当前APC)可以尽可能接近平均最佳扭矩(MBT)。MBT指的是当火花提前增大同时使用高辛烷值的燃料时，在给定的APC下产生的最大扭矩。产生最大扭矩的火花提前可以被称为MBT火花。校准值时的扭矩可能比MBT火花时的扭矩小，因为，例如受到燃料品质和环境因素的影响。
即时扭矩控制模块320为了降低发动机的估计扭矩至即时扭矩请求，可以要求比校准的火花提前更小的火花提前。即时扭矩控制模块320也可以通过气缸致动器模块120减少起用的气缸数。然后气缸致动器模块120向即时扭矩控制模块320和扭矩估计模块324报告实际起用的气缸数。
当起用的气缸数改变时，气缸致动器模块120会在将此改变报告给扭矩估计模块324之前将此改变报告给即时扭矩控制模块320。这样，扭矩估计模块324在接收更新的火花提前的同时接收改变的气缸数。扭矩估计模块可以估计在当前APC和当前火花提前的情况下当前所产生的实际扭矩。
扭矩估计模块324可以接收来自火花致动器模块126的火花提前，火花致动器模块126可以调节从即时扭矩控制模块320接收的火花提前。所述调节可以基于如下因素：例如，MBT火花提前超控、基于防止爆震的火花极限、以及最小和最大火花极限。火花极限根据发动机操作条件可以是动态的。
预测扭矩控制模块316可接收估计扭矩并且也可以接收测量到的空气质量流量(MAF)信号和发动机速度信号(称为每分钟转数(RPM)信号)。预测扭矩控制模块316可产生期望歧管绝对压力(MAP)信号，该信号被输出给增压调度模块328。增压调度模块328使用期望MAP信号来控制增压致动器模块162。该增压致动器模块162然后控制涡轮增压器或增压器。
预测扭矩控制模块316可产生期望的面积信号，该信号输出给节气门致动器模块116。节气门致动器模块116然后调整节气门阀112以产生期望的节气门面积。预测扭矩控制模块316可以使用估计扭矩和/或MAF信号，以进行闭环控制，例如期望面积信号的闭环控制。
预测扭矩控制模块316也可以产生期望的每缸空气(APC)信号，该信号被输出给移相器调度模块332。基于该期望的APC信号和RPM信号，移相器调度模块332使用移相致动器模块158来命令进气和/或排气凸轮移相器148和150至校准值。
扭矩估计模块324可使用当前的进气和排气凸轮移相器角度连同MAF信号来确定估计扭矩。当前的进气和排气凸轮移相器角度可以是测量值。扭矩估计的进一步讨论可以在共同受让的名为“Torque Estimator for Engine RPM and Torque Control(用于发动机RPM和扭矩控制的扭矩估计器)”的美国专利NO.6704638中找到，该专利所公开的全部内容在此一并引入作为参考。
现在参见附图5，示出了图4中示例性的发动机控制系统中选定元件的功能框图。离合器燃料切断模块350可以包括离合器切断启动模块352、再次起用模块354、扭矩指令模块356、起动扭矩确定模块358和扭矩斜变模块360。
离合器切断启动模块352可以基于离合器接合信号和加速踏板信号来确定发动机扭矩减小是期望的。离合器切断启动模块352可以产生离合器切断信号以指导扭矩指令模块356来切断发动机扭矩。离合器切断信号可以在离合器接合信号表示使用者已经脱离离合器且加速踏板信号表示加速踏板上的压力低于阈值时产生。
在各种实施方式中，该阈值可以设定为使得加速踏板上的任何压力都禁用离合器切断模式。在各种实施方式中，在预定期间内使用者已经脱离离合器且将加速踏板上的压力减小至低于阈值时可以进入离合器切断模式。一旦进入离合器切断模式，如果加速踏板压力增加至高于第二阈值时，可以取消离合器切断模式。在各种实施方式中，第二阈值可以大于第一阈值，从而产生滞后。
当扭矩指令模块356从离合器切断启动模块352接收离合器切断信号时，扭矩指令模块356可以从推进扭矩裁定模块308请求发动机关闭扭矩。该请求可以伴随这样的指示，即致动模式模块314应当处于最大范围模式，其中，致动模式模块314能够关闭气缸以满足扭矩请求。
再次起用模块354接收发动机RPM且确定发动机RPM何时下降到期望速度。当达到该期望速度时，再次起用模块354产生再次起用信号，以指导扭矩指令模块356增加扭矩请求。期望速度可以基于当前档位和/或预期下一档位来确定。
增加的扭矩请求可以由扭矩斜变模块360提供。扭矩斜变模块360可以产生从第一扭矩值到由驾驶员输入确定的扭矩值的扭矩斜率。仅作为示例，该斜率可以是线性的。扭矩斜变模块360可以当产生再次起用信号时开始扭矩斜变。第一扭矩值由起动扭矩确定模块358提供。
仅作为示例，现在描述用于确定第一扭矩值的方法。起动扭矩确定模块358基于APC和RPM确定百分比。仅作为示例，该百分比可以从由APC和RPM索引的查询表检索。确定驾驶员请求扭矩和最小火花扭矩之间的扭矩差。该差乘以该百分比且然后加到最小火花扭矩，以确定第一扭矩值。因而，该百分比限定在由最小火花扭矩和驾驶员请求扭矩限定的范围内开始扭矩斜变的扭矩。
最小火花扭矩对应于在所有气缸被供应燃料且火花提前设定为最小火花提前的情况下可在当前APC时产生的扭矩。对于给定组的发动机操作状况来说，最小火花提前是发动机控制器将允许该给定组发动机操作状况的最小火花提前。各种发动机操作状况的最小火花提前可以在发动机控制器的校准期间确定。
仅作为示例，最小火花提前可以受到不点火的发生的限制。将火花提前减小至低于最小火花提前可能导致不点火发生和不完全燃烧。当冷催化转换器接收由于不完全燃烧造成的未燃烧燃料时，可能排出未燃烧燃料，从而增加排放。如果催化转换器是热的，那么未燃烧燃料可以在催化转换器内发生反应，且使得温度增加超过操作温度，可能导致对催化转换器的损坏。
当发动机中的所有气缸被供应燃料时，每个气缸在该气缸点火时对曲轴的旋转加速作出贡献。不点火可能作为不充分曲轴加速被检测到。当校准最小火花提前时，指示平均有效压力(IMEP)可以用于确定何时将发生不点火。IMEP值可以是计算的恒定压力，如果在产生实际燃烧的测量循环时施加到活塞，该恒定压力将在每个循环产生相同的功。IMEP值可以使用燃烧测量设备在测力计设置中在每个发动机循环对每个气缸确定。
IMEP值可以用于确定何时将发生不点火。火花提前可以减小，直到到达某IMEP状况。例如，IMEP状况可以基于在多个发动机循环中一个或更多气缸的IMEP值的统计分析。
仅作为示例，最小火花提前可以基于输入(如RPM、APC、凸轮移相器位置和发动机温度)对各种操作状况确定。仅作为示例，最小火花提前的查询表可以由APC和RPM索引。当进气或排气凸轮移相器从其默认值移动时，最小火花提前可以基于这些移动进行补偿。此外，最小火花提前可以基于发动机冷却剂温度进行补偿。
当扭矩指令模块356从再次起用模块354接收再次起用信号时，扭矩指令模块356可以指示致动模式模块314应当再次起用所有气缸。这可以通过指导致动模式模块314进入理想模式来指示，其中，在所有气缸保持起用时火花用于满足扭矩请求。
现在参考图6，示出了由图5所示元件执行的示例性步骤的流程图。控制过程以步骤402开始，其中，控制过程确定离合器是否已经脱离。如果是，控制过程转到步骤404；否则，控制过程保持在步骤402。在步骤404，控制过程确定加速踏板是否已经释放。如果是，控制过程转到步骤406；否则，控制过程返回步骤402。
在步骤406，控制过程请求发动机关闭扭矩。控制过程继续步骤408，其中火花提前减小至仍实现完全燃烧时的最小值。在该火花提前时的扭矩可以称为最小火花扭矩。控制过程继续步骤410，其中所有气缸被停用。控制过程继续步骤412，其中，控制过程确定是否已经实现发动机RPM的期望减小。如果是，控制过程转到步骤414；否则，控制过程保持在步骤412。
在步骤414，控制过程确定再次启动扭矩值。仅作为示例，该再次启动扭矩值可以通过确定百分比值来确定。该百分比值乘以驾驶员请求扭矩和最小火花扭矩之间的差。该乘积的结果可以加到最小火花扭矩以确定再次启动扭矩。
控制过程继续步骤416，其中，控制过程请求产生该再次启动扭矩。控制过程继续步骤418，其中，火花提前基于再次启动扭矩设定。控制过程继续步骤420，其中，开始从再次启动扭矩到驾驶员请求扭矩的扭矩斜变。控制过程继续步骤422，其中，所有气缸被指导为再次启动。控制过程继续步骤424，其中，火花突然延迟(火花提前减小)以与开始实现每个气缸的再次起用的扭矩一致。控制过程然后返回到步骤402。
现在本领域中技术人员能够从前述说明理解到，本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，但是当研究附图、说明书和所附权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本发明的真实范围并不如此限制。

Claims (21)

1.一种发动机控制系统，包括：
离合器切断启动模块，所述离合器切断启动模块基于离合器接合信号和加速踏板信号来产生启动信号；和
扭矩控制模块，所述扭矩控制模块响应于所述启动信号来将发动机的所有气缸的火花提前直接减小至最小值并停止供应燃料给发动机的气缸，其中，所述最小值是当前发动机空气流量的最小许可火花提前。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述扭矩控制模块基于所述启动信号停止供应燃料给发动机的所有气缸。
3.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述离合器切断启动模块在离合器接合信号表示手动变速器离合器被脱离且加速踏板信号表示加速踏板上的压力小于阈值时产生所述启动信号。
4.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述扭矩控制模块基于增加扭矩请求来启动供应燃料给所述气缸。
5.根据权利要求4所述的发动机控制系统，还包括扭矩请求模块，所述扭矩请求模块产生扭矩请求，其中，所述扭矩请求以第一扭矩开始且增加至驾驶员请求扭矩。
6.根据权利要求5所述的发动机控制系统，其中，所述第一扭矩基于最小火花扭矩和驾驶员请求扭矩，其中，所述最小火花扭矩与所有气缸被供应燃料且使用最小火花提前相对应，且其中，所述最小火花提前是当前发动机空气流量的最小许可火花提前。
7.根据权利要求6所述的发动机控制系统，其中，所述第一扭矩基于百分比设定为最小火花扭矩和驾驶员请求扭矩之间的值，其中，所述百分比基于发动机速度和空气流量确定。
8.根据权利要求4所述的发动机控制系统，其中，在已经停止供应燃料给气缸之后，当发动机速度达到预定速度时产生所述扭矩请求。
9.根据权利要求8所述的发动机控制系统，其中，所述预定速度基于比在产生启动信号时选择的档位更高的档位的传动比。
10.根据权利要求4所述的发动机控制系统，其中，在启动供应燃料给气缸之后，所述扭矩控制模块进行与每个气缸相对应的火花提前减小，其中，所述火花提前减小补偿由于启动供应燃料给相应气缸而实现的扭矩增加。
11.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当前发动机空气流量的所述最小许可火花提前被校准以防止不点火。
12.一种控制发动机的方法，包括：
基于离合器接合信号和加速踏板信号来产生启动信号；
确定当前发动机空气流量的许可火花提前的最小值；和
响应于所述启动信号来将发动机的所有气缸的火花提前直接减小至所述最小值并停止供应燃料给发动机的气缸。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于所述启动信号停止供应燃料给发动机的所有气缸。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：在离合器接合信号表示手动变速器离合器被脱离且加速踏板信号表示加速踏板上的压力小于阈值时产生所述启动信号。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于增加扭矩请求来启动供应燃料给所述气缸。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：产生扭矩请求，其中，所述扭矩请求以第一扭矩开始且增加至驾驶员请求扭矩，其中，所述第一扭矩基于最小火花扭矩和驾驶员请求扭矩，其中，所述最小火花扭矩与所有气缸被供应燃料且使用最小火花提前相对应，且其中，所述最小火花提前是当前发动机空气流量的最小许可火花提前。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
基于发动机速度和空气流量确定百分比；和
基于所述百分比将所述第一扭矩设定为最小火花扭矩和驾驶员请求扭矩之间的值。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：在已经停止供应燃料给气缸之后，当发动机速度达到预定速度时产生所述扭矩请求。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：基于比在产生启动信号时选择的档位更高的档位的传动比来确定所述预定速度。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括：在启动供应燃料给气缸之后，进行与每个气缸相对应的火花提前减小，其中，所述火花提前减小补偿由于启动供应燃料给相应气缸而实现的扭矩增加。
21.根据权利要求12所述的方法，其中，当前发动机空气流量的所述最小许可火花提前被校准以防止不点火。
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