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CN102312743B - 用于停止-起动和混合动力电动车的汽缸空气质量预测系统 - Google Patents

用于停止-起动和混合动力电动车的汽缸空气质量预测系统 Download PDF

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CN102312743B CN201110152307.XA CN201110152307A CN102312743B CN 102312743 B CN102312743 B CN 102312743B CN 201110152307 A CN201110152307 A CN 201110152307A CN 102312743 B CN102312743 B CN 102312743B
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Abstract

本发明涉及用于停止-起动和混合动力电动车的汽缸空气质量预测系统。具体地，提供了一种发动机系统，其包括第一模块，该第一模块确定发动机的汽缸将处于M种预测类型中的一种并产生到进气距离信号，该到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲程的预测步骤的数量。M为大于或等于3的整数。第二模块确定所述汽缸的循环类型。所述循环类型表示了所述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量。汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。

Description

用于停止-起动和混合动力电动车的汽缸空气质量预测系统
相关申请的交叉引用
本申请要求在2010年6月1日提交的美国临时申请No.61/350,110的权益。上述申请的公开内容通过引用全部合并于此。
本申请还涉及以下美国专利申请：同一天提交的、律师卷号No.P011236；同一天提交的、律师卷号No.P011239；同一天提交的、律师卷号No.P011235；同一天提交的、律师卷号No.P011884；同一天提交的、律师卷号No.P011237；以及在同一天提交的、律师卷号No.P011238。上述申请的公开内容通过引用全部合并于此。
技术领域
本发明涉及混合动力电动车辆和停止-起动发动机控制系统。
背景技术
这里提供的背景描述是为了在总体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述，这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面，既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
停止-起动车辆和混合动力电动车辆(HEV)可各自包括内燃发动机(ICE)、一个或多个电动马达以及控制模块。例如，停止-起动车辆和HEV可关闭(停用)ICE，以减少ICE空转的时间量。这改善了燃料经济性并减少了排放。当车辆速度低于阈值时，ICE可被关闭。
在停止-起动系统和在HEV系统中，ICE可被关闭和/或转变到静止状态(即，发动机速度等于0转/秒)。例如，当加速器踏板被致动时，ICE可被自动起动。
发明内容
一种发动机系统，其包括第一模块，该第一模块确定发动机的汽缸将要处于M种预测类型中的一种并产生“到进气距离”信号，该到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲程的预测步骤的数量。M为大于或等于3的整数。第二模块确定所述汽缸的循环类型。该循环类型表示了所述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量。汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。
在其他特征中，发动机系统包括确定发动机处于停转状态的时间量的发动机计时器。第一位置模块确定发动机的曲轴和凸轮轴中的至少一个的位置并产生第一位置信号。第二位置模块估计活塞在发动机的汽缸内的位置并产生第二位置信号。捕获空气充量模块基于所述时间量、所述第一位置信号和所述第二位置信号来确定所述汽缸内的捕获空气质量。
本发明还包括以下方案：
方案1.一种发动机系统，包括：
第一模块，所述第一模块确定发动机的汽缸将处在M种预测类型中的一种中并产生到进气距离信号，所述到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲程的预测步骤的数量，其中M为大于或等于3的整数；
第二模块，所述第二模块确定所述汽缸的循环类型，其中所述循环类型表示了所述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量；以及
汽缸空气充量模块，所述汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。
方案2.根据方案1所述的发动机系统，其中，所述预测类型包括曲柄模式、曲柄至运行模式、运行模式和失火模式。
方案3.根据方案1所述的发动机系统，其中，所述预测步骤包括：
在前零个步骤，其中所述汽缸位于所述进气冲程中；
在前一个步骤，其中所述汽缸是在所述进气冲程之前的一个预测步骤，从而处于排气冲程中；以及
在前两个步骤，其中所述汽缸离开所述进气冲程两个预测步骤，从而处于膨胀冲程中。
方案4.根据方案1所述的发动机系统，其中，所述预测步骤的数量基于所述发动机中的汽缸的数量。
方案5.根据方案1所述的发动机系统，其中，所述空气充量模块估计每一个预测步骤处的所述空气质量。
方案6.根据方案1所述的发动机系统，其中，所述循环类型表示了所述空气质量是否包括来自先前燃烧循环的燃烧残余物质。
方案7.根据方案1所述的发动机系统，其中，所述汽缸空气充量模块基于歧管绝对压力和进气充量温度来确定所述空气质量。
方案8.根据方案1所述的发动机系统，其中，所述汽缸空气充量模块基于环境空气温度、汽缸盖温度和活塞温度来确定所述空气质量。
方案9.根据方案1所述的发动机系统，进一步包括基于所述空气质量和发动机状态变量来产生燃料信号的燃料模块。
方案10.根据方案1所述的发动机系统，进一步包括基于所述空气质量和发动机状态变量来产生火花信号的火花模块。
方案11.根据方案1所述的发动机系统，进一步包括：
发动机计时器，所述发动机计时器确定所述发动机处于停转状态中的时间量；以及
捕获空气充量模块，所述捕获空气充量模块基于所述时间量并且在所述发动机的关闭之后确定所述汽缸内的捕获空气质量；
其中所述汽缸空气充量模块在所述发动机的关闭期间基于所述预测类型和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。
方案12.根据方案11所述的发动机系统，进一步包括：
第一位置模块，所述第一位置模块确定发动机的曲轴和凸轮轴中的至少一个的位置并产生第一位置信号；以及
第二位置模块，所述第二位置模块估计活塞在发动机的汽缸内的位置并产生第二位置信号；
其中所述捕获空气充量模块基于所述第一位置信号和所述第二位置信号来确定所述捕获空气质量。
方案13.根据方案1所述的发动机系统，进一步包括：
检测加速器的状态并产生加速器信号的加速器传感器；以及
基于所述空气质量并在所述加速器信号表示加速器的致动时产生燃料信号的燃料模块；
其中所述燃料模块在所述加速器信号表示所述加速器未被致动时不产生所述燃料信号。
方案14.根据方案13所述的发动机系统，进一步包括基于所述加速器信号来操作所述发动机从发动机自动停止模式转变到发动机自动起动模式的发动机控制模块。
方案15.一种发动机系统，包括：
发动机计时器，所述发动机计时器确定发动机处于停转状态中的时间量；
第一位置模块，所述第一位置模块确定发动机的曲轴和凸轮轴中的至少一个的位置并产生第一位置信号；
第二位置模块，所述第二位置模块估计活塞在发动机的汽缸内的位置并产生第二位置信号；以及
捕获空气充量模块，所述捕获空气充量模块基于所述时间量、所述第一位置信号和所述第二位置信号来确定所述汽缸内的捕获空气质量。
方案16.根据方案15所述的发动机系统，其中：
所述活塞的位置在上死点和下死点之间；以及
所述捕获空气质量是部分充量。
方案17.根据方案16所述的发动机系统，进一步包括燃料模块，所述燃料模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生燃料信号。
方案18.根据方案16所述的发动机系统，进一步包括火花模块，所述火花模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生火花信号。
方案19.根据方案16所述的发动机系统，进一步包括以下中的至少一种：
燃料模块，所述燃料模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生燃料信号；以及
火花模块，所述火花模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生火花信号。
方案20.根据方案15所述的发动机系统，其中，所述捕获空气充量模块基于所述进气充量温度来确定所述捕获空气质量。
方案21.根据方案15所述的发动机系统，其中，所述捕获空气充量模块基于环境空气温度、汽缸盖温度和活塞温度来确定所述捕获空气质量。
方案22.根据方案15所述的发动机系统，进一步包括：
第一模块，所述第一模块确定所述汽缸将处于M种预测类型中的一种中并产生到进气距离信号，所述到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲程的预测步骤的数量，其中M为大于或等于3的整数，
第二模块，所述第二模块确定所述汽缸的循环类型，其中所述循环类型表示了所述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量；以及
汽缸空气充量模块，所述汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。
进一步的应用范围将根据这里提供的描述而变得明显。应该理解的是，描述和特定实例均旨在仅为示例的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
这里描述的附图仅是为了例示的目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开的发动机系统的功能框图；
图2是根据本公开的、结合有空气充量模块的发动机控制模块的功能框图；
图3是根据本公开的汽缸监测模块的功能框图；
图4是根据本公开的、例示了发动机的关闭、停转和起动阶段的图线；
图5是根据本公开的、例示了从关闭阶段转换到起动阶段的图线；
图6是根据本公开的阶段图；
图7是根据本公开的到进气距离和循环类型图；以及
图8例示了根据本公开的、操作停止起动发动机控制系统的方法。
具体实施方式
以下的描述本质上仅是示例性的，且绝非意在限制本公开、其应用或用途。为了清楚起见，相同的附图标记在附图中将用于表示类似的元件。如在此使用地，短语“A、B和C中至少一个”应该被解释为意指使用了非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应理解的是，方法中的步骤可在不改变本公开原理的情况下以不同的顺序执行。
如在此使用地，术语“模块”可指以下各项的一部分，或者包括以下各项，所述各项为：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和/或存储器(共享的、专用的或成组的)、组合逻辑电路、和/或其它提供所述功能的合适部件。
在图1中，其显示了示例性发动机系统10和相应的停止-起动控制系统12。发动机系统10包括内燃发动机(ICE)14和变速器系统16。ICE 14具有相应的发动机控制模块(ECM)18。停止-起动控制系统12包括ECM 18，其具有空气充量模块22。当某些条件得到满足时，ECM 18关闭和起动ICE 14，以便节省燃料和提供所需的扭矩输出量。示例的条件如下所述。
发动机系统10和停止-起动控制系统12在自动停止模式、捕获空气充量调节模式和自动起动模式下操作。在自动停止模式期间，ICE 14的速度降低且ICE 14的燃料和火花都停用。在自动停止模式期间，ICE 14停转，使得ICE 14关闭且ICE 14的速度等于0转/秒(rev/s)。例如，当ICE 14的曲轴不旋转时，ICE 14的速度等于0转/秒。当燃料(或燃料系统)和火花(或点火系统)停用时，可认为ICE 14关闭(停用)。ICE 14的速度在自动停止模式期间例如可从当前速度斜坡减小(ramp down)到0转/秒。
在捕获空气充量调节模式期间，ICE 14停转且空气充量模块22追踪和/或估计在ICE 14的汽缸内的空气质量。在自动起动模式期间，ICE 14可曲柄发动，且ICE 14的速度可增加到空转速度。在自动起动模式期间，燃料和火花都被启用。
空气充量模块22追踪在ICE 14每个汽缸内的空气质量(空气充量)。这包括在自动停止、捕获空气充量调节和自动起动模式期间追踪空气充量。在自动停止、捕获空气充量调节和自动起动模式期间，空气充量模块22确定和调整在一个或多个汽缸内的捕获空气充量的估值。ECM 18在ICE 14的起动时可以在具有捕获空气的汽缸内启用燃料和火花。
捕获空气充量可以指包含在ICE 14的汽缸内的部分空气充量或全部空气充量。全部空气充量是指在完整的进气冲程后在汽缸内的空气质量。部分空气充量是指ICE停转后在汽缸内的空气质量。在汽缸内的捕获的(捕捉到的)空气充量会因为泄露的缘故而随着时间减少；因此捕获空气充量可能会从全部空气充量转变为部分空气充量。当ICE 14停转且经过一段时间后，每个汽缸内捕获空气的量安定于均衡水平。
ECM 18可基于在每个汽缸内的相应空气质量来调节用于每个汽缸的燃料和火花参数。燃料参数可包括，例如，燃料喷射量、燃料喷射压力、燃料喷射正时等。火花参数可包括，例如，火花能量和火花正时。基于如下所述的各种不同参数，来针对当前汽缸事件估计和/或为随后的汽缸事件预测每个汽缸的空气质量。根据操作模式，可使用不同的参数来估计和/或预测每个汽缸的空气质量。
虽然在此描述的是火花点火式发动机，但本公开也适用于其它类型的扭矩发生器，例如，汽油型发动机、气态燃料型发动机、柴油型发动机、丙烷型发动机和混合动力型发动机。变速器系统16具有相应的变速器控制模块(TCM)24。ECM 18和TCM 24可通过串行和/或并行连接和/或通过控制区域网络(CAN)28互相通讯。
基于来自驾驶员输入模块29(例如，驾驶员输入信号DI)的信息和如下所述的其他信息，ICE 14燃烧空气/燃料混合物，从而为车辆产生驱动扭矩。在操作中，通过节气门阀36将空气吸到ICE 14的进气歧管30中。例如，基于来自驾驶员输入模块29的信息，ECM 18命令节气门致动器模块38调节节气门阀36的开度，以控制吸到进气歧管30中的空气量。ECM 18命令燃料致动器模块31，以控制例如通过燃料喷射器33喷射进入进气歧管30、进气流道(runner)和/或汽缸32中的燃料的量。
驾驶员输入模块29可以具有或接收来自例如制动器致动器39(例如制动器踏板)和/或加速器40(例如加速器踏板)的传感器的信号。所述传感器可包括制动器传感器41和加速器传感器42。驾驶员输入信号DI可包括制动器踏板信号BRAKE 43和加速器踏板信号ACCEL44。来自进气歧管30的空气通过进气阀45吸入到ICE 14的汽缸内。虽然ICE 14可包括多个汽缸，但是为说明的目的只显示单一的代表性汽缸32。
ECM 18控制喷射进入到进气歧管30和/或汽缸32中的燃料量。所喷射的燃料与空气混合并在汽缸32内产生空气/燃料混合物。在汽缸32内的活塞(未显示)压缩该空气/燃料混合物。基于来自ECM 18的信号，点火系统48的火花致动器模块47给汽缸32内的火花塞49赋能，火花塞49点燃空气/燃料混合物。
空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，从而驱动曲轴50旋转。活塞然后再次开始向上移动并通过排气阀51排出燃烧副产品。燃烧副产品通过排气系统从车辆排出。ICE 14可以是四冲程发动机，其中活塞通过进气冲程、压缩冲程、动力/膨胀冲程和压缩冲程来反复循环。
进气阀45和排气阀51可通过各自的凸轮轴60、62和凸轮相位器66、68由汽缸致动器模块56控制。凸轮相位器66、68由相位器致动器模块69控制。
发动机系统10可以利用一个或多个发动机位置和/或速度传感器90以每分钟转速(RPM)来测量曲轴50的速度(发动机速度)。发动机位置和/或速度传感器90可为单向或双向传感器。单向传感器沿单一方向检测旋转。双向传感器则沿两个方向检测旋转。双向传感器可用于检测例如ICE 14的“反跳(rock back)”。反跳指的是，当发动机的曲轴例如由于发动机的活塞和摩擦力之间的平衡和/或由于汽缸压力而沿相反方向旋转的情况。ICE 14的温度可使用发动机冷却剂或油温度(ECT)传感器92进行测量。ECT传感器92可位于ICE 14内，或位于冷却剂和/或油能够循环到的其它位置处，例如散热器(未显示)。
进气歧管30内的压力可利用歧管绝对压力(MAP)传感器94进行测量。在各种实施方案中，可测量发动机真空度，其中发动机真空度是环境空气压力与进气歧管30内的压力之间的差。流入到进气歧管30中的空气的质量可使用空气质量流量(MAF)传感器96进行测量。ECM 18主要从MAF传感器96确定汽缸的新鲜空气充量，并利用开环、闭环和瞬时燃料加注算法来计算所需的燃料质量。燃料喷射器特征函数将期望的燃料质量按照时间转换到喷射器中，其通过ECM18的燃料喷射器输出来执行。
节气门致动器模块98可利用一个或多个节气门位置传感器(TPS)100监测节气门阀36的位置。被吸入到发动机控制系统中的空气的环境温度可利用进气温度(IAT)传感器101进行测量。
ECM 18可与TCM 24通讯以协调变速器系统16中的换挡。例如，ECM 18可在换挡过程中减少扭矩。ECM 18可与混合动力控制模块102通讯以协调ICE 14与电动马达和/或发电机(马达/发电机)104的运行。马达/发电机104可用来：辅助ICE 14；取代ICE 14和起动ICE 14。停止-起动控制系统12可为12伏特(V)的停止-起动系统。
停止-起动控制系统12可为12伏特(V)的系统。12伏特的停止-起动系统可以指的是带有以12伏特操作的不同起动器/马达的传统动力系统。12伏特的停止-起动系统包括带有辅助泵108的变速器106，辅助泵108位于所述变速器外部，并维持变速器106内的流体压力以维持(一个或多个)齿轮和/或(一个或多个)离合器的接合。例如，可以在自动停止/起动模式期间使用辅助泵108来使第一挡位保持在接合状态。在各种实施例中，ECM、TCM和混合动力控制模块102可集成到一个或多个模块中。
现在还参考图2，其中显示了ECM 18。ECM 18包括发动机位置模块150、模式选择模块152、模式改变模块154、汽缸监测模块156、燃料控制模块158、火花控制模块160和节气门控制模块162。
发动机位置模块150确定ICE 14的位置。该位置可指的是ICE 14的曲轴和/或凸轮轴的位置。基于例如从(一个或多个)发动机位置和/或速度传感器90接收的位置传感器信号PS1-PSN 164来确定该位置，这里N是大于或等于1的整数。发动机位置模块150产生发动机位置信号POS 1166(第一位置信号)。
模式选择模块152确定发动机系统10的当前操作模式并且产生模式选择信号MODE 167。模式选择模块152可基于制动器信号BRAKE 43、加速器踏板信号ACCEL 44和模式改变信号SWITCH 170来确定当前操作模式。
模式改变模块154可为模式选择模块152的一部分或如图所示可为截然不同的模块。模式改变模块154在不停转ICE 14的情况下将发动机系统10从自动停止模式转变到自动起动模式。这种转变可包括或者可不包括执行捕获空气充量调节模式。这种转变的实例如图5所示。模式改变模块154可基于例如加速器踏板信号ACCEL 44来产生模式改变信号SWITCH 170。车辆操作员可在自动停止模式期间致动加速器踏板。模式改变模块154可中断自动停止模式，并基于加速器踏板40的致动开始自动起动模式。
现在还参考图3，其中显示了汽缸监测模块156。汽缸监测模块156在自动停止、捕获空气充量调节和自动起动模式期间监测每个汽缸的状态。每个汽缸的汽缸状态信息包括：预测类型；发动机汽缸离进气冲程的预测步骤的数量(“到进气距离”)；循环类型；汽缸的当前活塞冲程；进气阀和排气阀的状态；等等。预测类型可为曲柄模式、曲柄至运行模式、运行模式和失火模式中的一种。失火模式可指的是发生了失火的时间段。失火可指的是汽缸内的燃料充量未在正确的时间点燃。
燃烧循环可包含进气冲程、压缩冲程、动力/膨胀冲程、和排气冲程。燃烧循环可划分为三个步骤。第一或进气步骤(在前0个步骤)包括排气冲程终止和进气冲程。第二步骤(在前1个步骤)包括排气冲程。第三步骤(在前2个步骤)包括动力/膨胀冲程。这将关于图7进一步描述。
汽缸监测模块156包括到进气距离模块200、循环类型模块202、位置估计模块204和空气充量模块22。到进气距离模块200确定发动机的汽缸离开进气冲程的预测步骤数并产生到进气距离信号DISTfromINT 206。到进气距离信号DISTfromINT 206可基于发动机位置信号POS1166、模式选择信号MODE 167、燃料控制信号FUEL208、火花控制信号SPARK 210、和/或进气冲程信号INTAKE 212产生。进气冲程信号INTAKE 212可为汽缸进气冲程的进气开始和结束时间。进气冲程信号212可基于发动机位置信号POS1 166产生。
循环类型模块202确定汽缸从ICE 14的启用开始所经历的点火(火花事件)的数量。点火的数量可由火花计数器213计数。循环类型模块202通过循环类型信号CYCTYP 214表示循环类型信息。到进气距离和循环类型信息在下面关于图7进一步描述。循环类型信号CYCTYP 214可基于发动机位置信号POS1 166、火花信号SPARK 210和/或进气冲程信号212产生。
位置估计模块204估计发动机位置和/或在ICE 14每个汽缸内的活塞位置。位置估计模块204可基于发动机位置信号POS1 166、到进气距离信号DISTfromINT 206和/或循环类型信号CYCTYP 214来估计发动机位置和/或活塞位置。位置估计模块204产生位置估计信号POS2216(第二位置信号)。
空气充量模块22包括关闭模块220、捕获空气充量模块222和起动模块224。关闭模块220产生第一空气充量信号226，其表示了针对自动停止模式的每个发动机循环(或事件)在每个汽缸内的空气质量。捕获空气充量模块222产生第二空气充量信号228，其表示了当ICE 14停转时每个汽缸内的空气质量。起动模块224产生第三空气充量信号230，其表示了针对自动起动模式的每个发动机循环在每个汽缸内的空气质量。
关闭模块220、捕获空气充量模块222和起动模块224可基于以下信号来产生空气充量信号226、228、230，所述信号例如：模式选择信号MODE 167、预测类型、到进气距离信号DISTfromINT 206、循环类型信号CYCTYP 214、发动机关机时间信号EngOFF 232、歧管绝对压力信号MAP 233、节气门位置信号THR 234、进气充量温度信号ICT 235(在进气歧管30内的空气温度)、环境温度信号AMB 236、和/或其它信号。所述其它信号可包括，例如，ICE 14的位置、速度、压力和/或温度信号。温度信号可包括汽缸盖温度信号、活塞温度信号等。
燃料控制模块158控制进入到ICE 14的(一个或多个)汽缸内的燃料的喷射。燃料控制模块158可基于发动机位置信号POS1 166、模式选择信号MODE 167、模式改变信号SWITCH 170和/或空气充量信号226、228、230来产生燃料控制信号FUEL 208。
火花控制模块160控制ICE 14的(一个或多个)汽缸的火花(点火)。火花控制模块160可基于发动机位置信号POS1 166、模式选择信号MODE 167、模式改变信号SWITCH 170和/或空气充量信号226、228、230来产生火花控制信号SPARK 210。
节气门控制模块162控制ICE 14的一个或多个节气门的位置。节气门可包括主节气门和/或(一个或多个)端口节气门。节气门控制模块162可基于发动机位置信号POS1 166、模式选择信号MODE 167、模式改变信号SWITCH 170、空气充量信号226、228、230和/或节气门位置传感器信号TS1-TSM 249(其中M是大于或等于1的整数)来产生一个或多个节气门位置信号，例如，节气门位置信号THR 234。
由模块22、200、202确定的空气充量估计，到进气距离和循环类型可存储在存储器256的相应的表250、252和254中。此信息例如在自动起动模式期间可被访问，以便估计在ICE 14的每个汽缸内的空气质量。
ECM 18还包括发动机关机计时器258。发动机关机计时器监测ICE 14关闭的时间量。发动机关机计时器基于模式选择信号MODE、燃料控制信号FUEL和火花控制信号SPARK来产生发动机关机信号EngOFF。
以上描述的图2和图3中的模块可以是由ECM 18执行的函数(或功能)，并具有相关联的函数调用(或功能调用)。
现在参考图2和图4，其包括例示了ICE 14的关闭、停转和自动起动阶段的图线。关闭阶段被称为阶段I(第一停止-起动阶段)。停转阶段被称为阶段II(第二停止-起动阶段)。起动阶段被称为阶段III(第三停止-起动阶段)。该图线包括发动机速度信号260、MAP信号262和控制信号264。控制信号264例如可由ECM 18产生，并表示了ICE 14的关闭和起动。控制信号可具有，例如，HIGH状态和LOW状态。HIGH状态表示ICE 14被启用。LOW状态表示ICE 14正处于关闭。发动机关闭的开始发生在265，发动机起动的开始发生在267。
发动机速度信号包含斜坡下降部分266、停转部分268和斜坡上升部分270。如所示，发动机速度在阶段I(271)期间斜坡下降；在阶段II(272)期间等于0RPM；以及在阶段III(273)期间斜坡上升(ramp up)。MAP信号262在阶段I期间可为稳定的，或处于恒定压力。由于来自歧管的空气不再被喷射进入到汽缸中，所以MAP信号262在阶段II期间增加。进气阀和排气阀在阶段II期间可不起作用或维持在关闭状态。在歧管30内的空气在阶段II期间可流通返回到围绕车辆的大气或环境中。MAP信号262可从在阶段II期间的峰值水平减少到接近或达到在阶段III期间的用于空转控制的稳态水平。
可在阶段III开始之前和/或开始之时，和/或可在捕获空气充量调节模式期间更新捕获空气充量估计。通过箭头275示出了捕获空气充量估计何时被更新的实例。在捕获空气充量调节模式期间，ICE 14停转和/或发动机活塞不移动。捕获空气充量模块222更新捕获空气充量估计，以容许对充气汽缸的精确燃料加注和火花正时。这可使用系统模型、表、和/或对应的方程来实现，所述系统模型、表和/或对应的方程用于查找和/或基于动态的估计。用于每个汽缸的燃料和火花参数可基于在每个汽缸内的捕获空气的量进行调整。在ICE 14的第一次点火循环期间，根据燃料和火花参数向每个汽缸提供燃料和火花。点火循环是指在燃烧循环期间提供给汽缸的一个或多个火花。
在阶段I期间，发动机关闭，调整节气门位置以减少发动机振动(发动机的阻塞受控)，并且变速器系统16可开始自动停止/起动模式。在自动停止/起动模式中，变速器系统16中的接合发动机的(一个或多个)离合器可脱离接合。当在自动停止/起动模式中时，变速器系统16的一个或多个齿轮可被接合。
当发动机未停转或在阶段I和III期间，可获得来自(一个或多个)发动机位置和/或速度传感器90的发动机位置信息。因为这个原因，在阶段I和阶段III期间，发动机位置模块150可产生用于确定ICE 14位置的位置触发器。在阶段I期间从(一个或多个)发动机位置传感器90收集的发动机位置信息可例如由位置估计模块204使用，以在阶段II期间估计发动机的位置。
在图5中，显示了这样的图线，所述图线例示了从自动停止模式(阶段)到自动起动模式(阶段)的转变。这些图线包括发动机速度信号280、MAP信号282和控制信号284。发动机速度信号280包括斜坡下降部分286和斜坡上升部分288。由于存在从自动停止模式到自动起动模式的转变，所以最小的发动机速度290不是0转/秒，而是大于0转/秒。最小的发动机速度290取决于在自动停止模式期间何时产生模式改变信号。通过箭头291指示了何时产生模式改变信号的实例。
控制信号图示了在292时的发动机关闭的开始和在294时的发动机起动的开始。当发动机未停转时，MAP信号282接近稳态水平。
在图6中显示了阶段图。该阶段图图示了在上面所述图4和5中的阶段之间的示例实施方式。该阶段图包括以300、302和304指示的阶段I-III以及以306指示的捕获空气调节模式。阶段I包括执行发动机关闭。阶段II可在阶段I之后执行且包括发动机的停转。捕获空气充量调节模式可在阶段II结束时、阶段III开始时和/或在阶段I和III之间执行，如所示那样。捕获空气调节模式包括为每个具有捕获空气的汽缸估计和/或更新空气充量值。阶段III包括起动发动机。阶段III可在阶段I之后，在阶段II之后和/或在捕获空气充量调节模式之后执行。模式改变信号310被显示以便图示出在不执行阶段II和/或捕获空气充量调节模式的情况下从阶段I直接到阶段III的转变。
现在参照图3和图7，在图7中显示了针对发动机自动停止模式的进气距离和循环类型图表。显示了发动机的四个汽缸320、322、324、326。汽缸320、322、324、326中的每一个处在不同的冲程状态中并且具有各自的活塞328、330、332、334。第一汽缸320被显示为处于压缩冲程结束时，其中第一活塞328处在上死点(TDC)位置(距离曲轴50最远的活塞位置)。第二汽缸322被显示为处于进气冲程结束时，其中第二活塞330处在下死点(BDC)位置(到曲轴50最近的活塞位置)。第二汽缸322被显示为具有完全空气充量。第三汽缸324被显示为处于排气冲程结束时，其中第三活塞332处在TDC位置。第四汽缸326被显示为处于动力/膨胀冲程结束时或者处于排气冲程开始时，其中第四活塞334处在BDC位置。
包括循环类型和距离进气冲程的预测步骤或距离的表被显示。预测步骤的数量(M)基于发动机12内的汽缸的数量(N)。例如，N个汽缸的发动机具有多达N-1个预测步骤。针对每个发动机循环或汽缸事件，提供循环类型和离开进气阶段的距离。汽缸事件可指的是冲程、点火事件和/或预定的曲轴旋转量(例如，对于4汽缸发动机为180°)。4汽缸发动机的曲轴要旋转720°来完成燃烧循环。显示了从k到k+9的事件，其中k是整数。
该表包括到进气距离表340和循环类型表342。到进气距离模块200和循环类型模块202可产生表340、342中的条目。到进气距离表340包括关于每个汽缸和关于k到k+9的汽缸事件中每一个的离开进气冲程的距离。每个汽缸的距离可为：在前0个步骤；在前1个步骤；或在前2个步骤。“在前0个步骤”指的是汽缸的当前状态正处在进气冲程的开始、中间或结束时。“在前1个步骤”指的是汽缸的当前状态正处在排气冲程中(或者处在进气冲程之前的1个冲程中)。“在前2个步骤”指的是汽缸的当前状态正处在动力/膨胀冲程中(或者处在进气冲程之前2个冲程中)。如所示，汽缸320和322处于在前0个步骤的状态中。汽缸324被显示为处于在前1个步骤的状态中。汽缸326被显示为处于在前2个步骤的状态中。汽缸320、322、324、326的所显示的状态代表了事件k、k+4和k+7。
发动机关机信号例如可在事件k+6时产生，以开始发动机的关闭。发动机可在事件k+9(行327)之后停转。到进气阶段的距离可在事件k+9之后保持恒定，直到发动机起动。发动机可在事件k+9后被起动。在每个汽缸内的捕获空气充量估计可在事件k+9之后被调整。对于所示实例，汽缸324、326在事件k+9之后具有捕获空气。对汽缸324、326内的空气质量估计可基于发动机被停转的时间量进行调整。
对每个汽缸320、322、324、326而言，循环类型表342包括在发动机起动之后的着火事件(火花事件)的数量。n指的是发动机循环(冲程)的数量且x表示在发动机上次重起动之后的着火事件，这里n是大于或等于1的整数且x是整数。例如，n指的是第一次着火事件，那么x＝1时的n+x指的是第二次着火事件。x＝2时的n+x指的是第三次着火事件。x＝-1时的n+x指的是在第一次着火事件之前的事件。当汽缸的燃料和/或火花被停用时，0被提供作为表格的条目。正在经历第一次着火事件的汽缸可具有新鲜空气充量或捕获空气充量。正在经历第二次着火事件的汽缸可具有来自早先燃烧循环的保持在汽缸内的残留成分。循环类型模块202记述了在每个汽缸内的残留成分的不同水平。
表340和表342也显示了空气估计事件和充量保持事件可能何时发生的实例。空气估计事件指的是估计汽缸内的空气质量，并且例如可以在进气冲程结束时或进气冲程的BDC位置进行估计。这通过第二汽缸322被显示。充量保持事件指的是汽缸内的空气质量何时被保持。对于某些汽缸，充量估计调节可在发动机停转(如行343所示)后执行。在所示实例中，X表示了该实例中充量估计调节被执行所针对的汽缸。该调节可由于经识别汽缸内的捕获空气而被执行。
在图8中显示操作停止-起动发动机控制系统的方法。虽然该方法主要关于图1-7的实施例进行描述，但该方法可被应用于本公开的其他实施例。该方法的任务可被重复执行。该方法可在350开始。
在351，产生传感器信号。所述传感器信号可以是例如来自传感器41、42、90-100的信号。所述传感器信号可包括位置信号、速度信号、压力信号和/或温度信号。在352，基于位置传感器信号，例如位置传感器信号PS1-PSN，产生发动机位置信号POS1。
在353，监测ICE 14的汽缸的状态。在354，汽缸监测模块和/或到进气距离模块200针对每个汽缸确定预测类型和远离进气冲程的预测步骤的数量。在356，循环类型模块202为每个汽缸确定循环类型。在354和356确定的信息可被存储在存储器250中。
在358，位置估计模块204估计发动机和/或活塞的位置。该估计可基于在352、354和356获得的信息。在360，空气充量模块22在自动停止模式期间针对每个发动机循环监测、估计和/或更新每个汽缸内的空气质量估计结果。空气质量可如关于图3的描述那样被估计。
在362，如果未曾开始自动停止模式，则ECM 18可开始自动停止模式。当正在应用车辆的制动器时，可开始自动停止模式。这可经由制动器传感器41进行检测。也可在下述情况时开始自动停止模式：当ICE 14的速度低于第一预定值时；当ICE 14的被请求的扭矩输出低于第二预定值时；当ICE 14在空转状态已经运行了长于预定时段的时间时；等等。在366，ECM 18在自动停止模式下运行，且降低(斜坡下降)了ICE 14的速度。
在370，模式选择模块152确定是否产生了模式改变信号SWITCH。当产生了模式改变信号SWITCH时，模式选择模块152切换到自动起动模式并进行到372。当未产生模式改变信号SWITCH时，ECM 18进行到377。
在372，用于一个或多个汽缸的燃料控制模块158基于针对(一个或多个)汽缸中每一个的(一个或多个)估计的空气质量以及一个或多个发动机状态变量来产生燃料控制信号FUEL。发动机状态变量可包括，例如：发动机温度(例如，冷却剂、油、汽缸盖、活塞、歧管和汽缸空气温度)；发动机空气压力(例如，进气歧管、流道和汽缸空气压力)；发动机位置(例如，活塞、曲轴、凸轮轴和相位器位置)；等等。在374，用于(一个或多个)汽缸的火花控制模块160基于针对(一个或多个)汽缸中每一个的(一个或多个)估计的空气质量以及一个或多个发动机状态变量来产生火花控制信号SPARK。
燃料控制信号FUEL可包括燃料参数，例如燃料持续时间、燃料流量、燃料压力、燃料正时信息等。火花控制信号SPARK可包括火花参数，例如火花正时信息、用于点火事件的电流和/或电压信息、用于燃烧循环的火花(着火)的数量，等等。在376，根据燃料控制信号FUEL和火花控制信号SPARK，将燃料和火花提供到(一个或多个)汽缸。ECM 18在任务376之后返回到任务353。
在377，ICE 14的燃料和火花被停用。给每个汽缸的燃料和火花可被同时或顺序地停用。同时停用指的是给所有汽缸的燃料和火花在相同的时段内被停用。顺序停用指的是一次一个的停用，例如，以汽缸加燃料和发火花的顺序。虽然燃料和火花在未产生模式改变信号时被显示为停用，但燃料和火花也可在已经产生模式改变信号时被停用。燃料和火花可在任务352-376期间的任何时间产生。例如，当燃料和/或火花被停用时，发动机关机计时器258可开始工作。
在378，发动机停转。发动机的速度等于0转/秒。在380，当产生了自动起动模式请求信号时，执行任务384，否则执行任务382。自动起动模式请求信号可基于加速器信号ACCEL产生。
在382，捕获空气充量模块222估计和/或更新每个汽缸内的捕获空气质量估计。该估计是基于发动机关机信号EngOFF和其他参数信号，例如在图3中所示由空气充量模块22接受到的信号。
在384，捕获空气充量模块222估计和/或更新每个汽缸内的捕获空气质量估计。在386，燃料控制模块158基于在384确定的(一个或多个)捕获空气质量以及一个或多个发动机状态变量来产生燃料控制信号。在388，火花控制模块160基于在384确定的(一个或多个)捕获空气质量以及一个或多个发动机状态变量来产生火花控制信号。
在390，燃料和火花被启用并被提供给具有捕获空气质量的一个或多个汽缸。燃料和火花根据在386、388产生的燃料控制信号FUEL和火花控制信号SPARK被启用。在392，给剩余汽缸的燃料和火花被启用。
在394，发动机的速度增加(斜坡上升)。在396，汽缸监测模块156可在自动起动模式期间针对每个发动机循环跟踪和/或更新：预测类型；对离进气冲程的距离的估计；循环类型；以及发动机位置和/或活塞位置。空气充量模块22可在自动起动模式期间针对每个发动机循环监测、估计和/或更新每个汽缸内的空气质量的估计。
在398，ECM 18确定ICE 14的速度是否等于预定空转速度。当ICE 14的速度小于预定空转速度时，ECM 18返回到任务394。当ICE14的速度等于预定空转速度或速度持续大于空转速度时，该方法可终止于400。
上述各任务都是说明性的实例；各任务可根据应用从而顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠的时段期间或以不同的次序执行。
通过针对每个发动机循环来估计发动机的每个汽缸内的空气质量，上述实施例减少了排放物。各实施例还减少了起动变化并使系统校准最小化和/或减少了用于执行系统校准的时间。各实施例通过在起动和/或汽缸启用时允许部分充气的汽缸被提供燃料和火花，从而提供了关闭之后的更快速的发动机起动。
本领域技术人员根据前述描述现在应认识到，本公开的广泛教示可通过各种形式实施。因此，尽管本公开包括特定实例，但本公开的真正范围不应如此受限，这是因为在研究了附图、说明书和所附权利要求后，其他修改对于专业人员而言将变得明显。

Claims (21)

1.一种发动机系统，包括：
第一模块，所述第一模块确定发动机的汽缸将处在M种预测类型中的一种中并产生到进气距离信号，所述到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲程的预测步骤的数量，其中M为大于或等于3的整数；
第二模块，所述第二模块确定所述汽缸的循环类型，其中所述循环类型表示了所述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量；以及
汽缸空气充量模块，所述汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述预测类型包括曲柄模式、曲柄至运行模式、运行模式和失火模式。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述预测步骤包括：
在前零个步骤，其中所述汽缸位于所述进气冲程中；
在前一个步骤，其中所述汽缸是在所述进气冲程之前的一个预测步骤，从而处于排气冲程中；以及
在前两个步骤，其中所述汽缸离开所述进气冲程两个预测步骤，从而处于膨胀冲程中。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述预测步骤的数量基于所述发动机中的汽缸的数量。
5.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述空气充量模块估计每一个预测步骤处的所述空气质量。
6.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述循环类型表示了所述空气质量是否包括来自先前燃烧循环的燃烧残余物质。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述汽缸空气充量模块基于歧管绝对压力和进气充量温度来确定所述空气质量。
8.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述汽缸空气充量模块基于环境空气温度、汽缸盖温度和活塞温度来确定所述空气质量。
9.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括基于所述空气质量和发动机状态变量来产生燃料信号的燃料模块。
10.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括基于所述空气质量和发动机状态变量来产生火花信号的火花模块。
11.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括：
发动机计时器，所述发动机计时器确定所述发动机处于停转状态中的时间量；以及
捕获空气充量模块，所述捕获空气充量模块基于所述时间量并且在所述发动机的关闭之后确定所述汽缸内的捕获空气质量；
其中所述汽缸空气充量模块在所述发动机的关闭期间基于所述预测类型和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。
12.根据权利要求11所述的发动机系统，进一步包括：
第一位置模块，所述第一位置模块确定发动机的曲轴和凸轮轴中的至少一个的位置并产生第一位置信号；以及
第二位置模块，所述第二位置模块估计活塞在发动机的汽缸内的位置并产生第二位置信号；
其中所述捕获空气充量模块基于所述第一位置信号和所述第二位置信号来确定所述捕获空气质量。
13.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括：
检测加速器的状态并产生加速器信号的加速器传感器；以及
基于所述空气质量并在所述加速器信号表示加速器的致动时产生燃料信号的燃料模块；
其中所述燃料模块在所述加速器信号表示所述加速器未被致动时不产生所述燃料信号。
14.根据权利要求13所述的发动机系统，进一步包括基于所述加速器信号来操作所述发动机从发动机自动停止模式转变到发动机自动起动模式的发动机控制模块。
15.一种发动机系统，包括：
发动机计时器，所述发动机计时器确定发动机处于停转状态中的时间量；
第一位置模块，所述第一位置模块确定发动机的曲轴和凸轮轴中的至少一个的位置并产生第一位置信号；
第二位置模块，所述第二位置模块估计活塞在发动机的汽缸内的位置并产生第二位置信号；
捕获空气充量模块，所述捕获空气充量模块基于所述时间量、所述第一位置信号和所述第二位置信号来确定所述汽缸内的捕获空气质量；
第一模块，所述第一模块确定所述汽缸将处于M种预测类型中的一种中并产生到进气距离信号，所述到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲程的预测步骤的数量，其中M为大于或等于3的整数，
第二模块，所述第二模块确定所述汽缸的循环类型，其中所述循环类型表示了所述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量；以及
汽缸空气充量模块，所述汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。
16.根据权利要求15所述的发动机系统，其中：
所述活塞的位置在上死点和下死点之间；以及
所述捕获空气质量是部分充量。
17.根据权利要求16所述的发动机系统，进一步包括燃料模块，所述燃料模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生燃料信号。
18.根据权利要求16所述的发动机系统，进一步包括火花模块，所述火花模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生火花信号。
19.根据权利要求16所述的发动机系统，进一步包括以下中的至少一种：
燃料模块，所述燃料模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生燃料信号；以及
火花模块，所述火花模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生火花信号。
20.根据权利要求15所述的发动机系统，其中，所述捕获空气充量模块基于进气充量温度来确定所述捕获空气质量。
21.根据权利要求15所述的发动机系统，其中，所述捕获空气充量模块基于环境空气温度、汽缸盖温度和活塞温度来确定所述捕获空气质量。
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