處於高壓比狀態下的發動機轉矩控制的製作方法

2023-09-18 06:31:40 1

專利名稱：處於高壓比狀態下的發動機轉矩控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及發動機，更具體的說涉及發動機運行在高壓比 情況下時發動機轉矩控制。
背景技術：
內燃機在氣缸內燃燒空氣燃料混合物以傳動活塞，活塞產 生驅動力矩。進入發動機的空氣通過節氣門調節。更準確地說，所述 節氣門調節節氣門面積，其增加或減少進入發動機內的空氣流量。隨 著節氣門面積增加，進入發動機內的空氣流量增加。燃料控制系統調 節噴射燃料的速率以提供希望的空氣/燃料混合物至所述氣缸。可以理 解，增加所述空氣和燃料至氣缸就增加發動機的扭矩輸出。
已經研製發動機控制系統來精確地控制發動機扭矩輸出 以獲得希望的發動機轉速，特別是運行在高壓比情況下時。然而，傳 統的發動機控制系統不能4妄要求精確地控制發動機轉速。進一步說， 傳統的發動機控制系統不能按要求快速地響應控制信號以在各種影響 發動機轉矩輸出的裝置間提供希望的或協調的發動機轉矩控制。這樣 的傳統控制系統經常比期望的更複雜且需要耗時間和成本的密集的校 準步驟。發明內容
相應地，本發明提供一種控制內燃機扭矩輸出的方法。所 述方法包括確定一壓力比，基於所述壓力比和扭矩要求確定基準扭 矩，基於所述基準扭矩計算期望的節氣門面積並基於所述期望的節氣門 面積調節發動機的操作以獲得期望扭矩。
—方面，所述方法進一步包括基於所述基準扭矩計算發動 機的希望的進氣歧管絕對壓力(MAP)並基於所述基準扭矩計算發動機 的希望的每缸空氣量(APC)。 所述希望的節氣門面積基於所述希望 的進氣歧管絕對壓力和所述希望的APC計算。所述希望的MAP使用 轉化的基於進氣歧管絕對壓力的扭矩模型確定，所述希望的APC使用 轉化的基於APC的扭矩模型確定。所述方法進一步包括基於所述壓力 比和所述發動機是否運行在穩定狀態過濾所述希望的進氣歧管絕對壓 力。所述方法進一步包括基於所述希望的APC確定希望的空氣流量質 量(MAF- mass airflow)。 所述希望的節氣門面積基於所述希望的MAF 計算。
在其他方面，所述方法進一步包括確定發動4幾的估計扭矩 並基於所述估計扭矩，所述壓力比和所述發動機是否運行在穩態修正所 述基準扭矩。所述方法進一步包括基於所述基準扭矩和所述估計扭矩 計算扭矩誤差。所述基準扭矩基於所述扭矩誤差而修正。
在另一方面，所述方法進一步包括基於所述壓力比和發動面積基於發動機是否運行在穩定狀態計算。
另一方面，所述方法進一步地包括比率限制所述基準扭矩。
在另一個方面，所述方法進一步包括計算作為進氣歧管絕 對壓力(MAP)和大氣壓之間比值的壓力比。
本發明進一步的優點和應用區域乂人下述詳細說明中將變 得明顯。應當理解，說明本發明實施例的詳細說明和具體例子，只是 為了說明的目的，決不是為了限制該發明的範圍。


從下述詳細的說明和附圖中本發明將變得完全明白，其中
圖1是根據本發明示例性發動機系統的示意 圖2是一流程圖，該流程圖說明了本發明的發動機轉矩控 制所執行的步驟；以及
圖3是一方框圖，該方框圖說明了執行本發明發動機轉矩控制的示例性模塊。
具體實施方式
下面的說明實際上只是示意性的，決不是對本發明及其應 用或運用的限制。為清楚起見，在附圖中同樣的附圖標記表示類似的元件。這裡用到的，術語模塊指的是專用集成電路(ASIC)，電子電路，處理器(共用，專用，或集群)以及執行一個或多個軟體或固定軟 件的存貯器，組合邏輯電路，或其他合適的提供上述功能的元件。
現在參見圖1，發動機系統10包括發動機12,發動機12 燃燒空氣燃料混合物進而產生驅動力矩。空氣通過節氣門16吸入進氣 歧管14。所述節氣門16調節流入進氣歧管14的空氣流量。進氣歧管 14內的空氣分配到氣缸18。 儘管舉例的是單個氣缸18,但可以理解本 發明同等的扭矩控制系統可以應用在具有多個氣缸的發動機中，所述氣 缸包括，但不限於2， 3， 4, 5， 6, 8, 10,和12個氣缸。
—燃料噴射器(未顯示)噴射燃料，燃料隨著空氣通過進 氣口吸入氣缸18與空氣混合。所述燃料噴射器可以是與電子或機械燃 料噴射系統20相關的噴射器，噴口或化油器的出入口或用於混合燃料 和吸入空氣的另一系統。所迷燃料噴射器被控制來在每個氣缸18內提 供希望的空燃(A/F)比。
—進氣閥22選擇性地打開和關閉以便使空氣/燃料混合物 進入氣缸18。 所述進氣閥位置通過進氣凸輪軸24調節。 一活塞(未 顯示)在氣缸18內壓縮所述空氣/燃料混合物。火花塞26引發所迷空 氣/燃料混合物的燃燒，其驅動氣缸18內的活塞。活塞，依次，驅動曲 軸(未顯示)從而產生驅動力矩。當排氣閥28處於打開位置時，氣缸 18內燃燒廢氣通過排氣口排出。所述排氣閥位置通過排氣凸輪軸30調 節。所述廢氣在排氣系統中處理並被排放到大氣中。儘管說明了單個 進氣及排氣閥22,28,但可以理解，所述發動機12可以包括每個氣缸18 多個進氣及排氣閥22，28。
發動機系統10可以包括進氣凸輪相位器32和排氣凸輪相 位器34,所述相位器分別調節進氣和排氣凸輪軸24, 30的轉動正時。更 準確地說，所述各自的進氣和排氣凸輪軸24, 30的定時或相角可以^皮 此相互或相對於氣缸18內活塞的位置或曲軸相位角延遲或提前。如此，進氣及排氣岡22，28的位置可以^波此相互或相對於氣缸18內活塞的 位置調節。通過調節進氣閥22和排氣閥28的位置，進入氣缸18內的 空氣/燃料混合物的量並因此發動機轉矩被調節。
所述發動機系統IO還可以包括廢氣再循環(EGR)系統 36。 所述廢氣再循環系統36包括廢氣再循環閥38,廢氣再循環閥38 調節流回進氣歧管14廢氣量。所述廢氣再循環系統通常執行來調節排 放。然而，循環倒進進氣歧管14的廢氣的量還影響發動機轉矩輸出。
控制模塊40基於本發明的基於扭矩的發動機控制操作所 述發動機。更準確地說，控制模塊40基於需求發動機轉速(RPMDES) 產生節氣門控制信號和點火提前控制信號。節氣門位置信號通過節氣 門位置傳感器(TPS) 42產生。搡作者輸入43,例如加速踏板，產生 操作者輸入信號。所述控制模塊40控制節氣門16至穩態的位置以獲得希望的節氣門面積(At服des )並控制所述點火正時以荻得希望的點火 正時(Sdes)。節氣門致動器(未顯示)基於節氣門控制信號調節節氣 門位置。
吸入空氣溫度(IAT)傳感器44響應於吸入空氣流的溫度 並產生吸入空氣溫度(IAT)信號。空氣流質量(MAF)傳感器46響 應於吸入空氣流的質量並產生MAF信號。進氣歧管絕對壓力(MAP) 傳感器50響應於基於進氣歧管14內部的壓力並產生進氣歧管絕對壓 力信號。 發動機冷卻劑溫度傳感器50響應冷卻劑溫度並產生發動機 溫度信號。發動機速度傳感器52響應發動機12的轉速(即，每分鐘 轉數)並產生發動機速度信號。每個由傳感器產生的信號由控制模塊 40接收。
發動才幾系統10還可以包括渦4侖才幾或增壓器54，渴輪機或 增壓器54由發動機12或發動機排氣驅動。所述渦輪機54壓縮從進氣 歧管14汲取的空氣。更具體的是，空氣吸入渦輪機54的中間腔室。在 所述中間腔室中的空氣被吸入壓縮機(未顯示)並在其中被壓縮。所 述壓縮空氣通過管路56回流至進氣歧管14從而在氣缸18內燃燒。旁 通閥58位於管路56內並調節回流至進氣歧管14的壓縮空氣的流量。
本發明的發動機轉矩控制基於壓力比(Pr),需求發動機 轉矩(Trkq)和估計的發動機轉矩(TEST)確定希望的節氣門面積 (ATHRDHS)。
丁req基於操作者輸入，包括但不限於加速踏板位置確定。PR由進氣歧管絕對壓力和大氣壓(Pbaro)的比值確定。Pbaro可以直 接地使用傳感器(未顯示)測量或使用其他公知的參數計算。基準扭矩(Tref)最初由檢驗環確定，隨後基於Pr和Treq限制以提供速率限制TREF(TREFRL)。通過速率限制TREF,發動機操作的不希望的，突然的 變化被避免。
TREFRL被加上修正扭矩誤差(TERRCOR)。 更準確地說，扭矩誤差(TERR)由Trefrl和丁est之間的差確定。丁est通過發動機控制模塊(ECM)確定，下面將進行詳細的論述。Terrcor使用比例積分函 數基於下列關係確定formula see original document page 10 (1)其中kp是預定比例常數；和 h是預定積分常數。Trefrl被加上修正扭矩誤差(TREFCOR )以提供修正的基準扭矩 (Trefcor )。 應當理解TERR只是在發動機運4亍在穩定狀態時被修正。 如果發動機不運行在穩定狀態，T欣rcor等於TERR。
不論發動機是否運行在基於每分鐘轉數(RPM)和TREFRL 確定的穩定狀態。例如，當前的和先前的值被檢測用於每分鐘轉數和 Trefrl。
這些值被過濾(濾波)且各自的當前的和先前的值被比較。例如，當前的每分鐘轉數與先前的每分鐘轉數比較且當前的Trefr.與先前的Trefrl比校。如果各自值之間的差都小於相應的閾值差，所述發動 機被認為是運行在穩定狀態且穩定狀態標記(FLAGss)被設定為1。如 果各自值之間的差大於它的相應的閾值差，所述發動機被認為是運行在 過渡狀態且穩定狀態標記(FLAGss)被設定為0。
希望的進氣歧管絕對壓力(MAPdes)和希望的每氣缸空氣量(APCDES )基於丁refcor確定。更準確地說MAPdes使用反向的基formula see original document page 10 (2) 其中Ar是基於扭矩估計器的進氣歧管絕對壓力和APC之間的過 濾差值；S是點火定時； I是進氣閥正時；E是排氣閥正時；AF是空燃比； OT是發動機油溫度；和 N是氣缸數目。Ar 的計算在文獻USNo.7, 069, 905中有詳細的描述，其所〃A開 的內容引用於此。類似地，APCdes使用反向的基於APC的扭矩模型根 據下列關係確定^pc鵬=,& /> or, ao (3)
MAPoEs可以被過濾來提供過濾的MAPDES (MAPDESF)。更 準確地說，MAPdesf基於Pr和SS根據下列關係式確定formula see original document page 11(4)其中K]是預定濾波器常數；K2是預定濾波器常數；和LPF表示低通濾波器被執行。希望的MAF ( MAFDES )基於APCDES根據下列關係確定formula see original document page 11其中R是所述通用氣體常數；和 k—是恆定的，也就是基於氣缸數目確定(例如數目，15用於8氣 缸發動才幾，20用於一 6氣缸發動一幾和30用於一 4氣缸發動衝幾)。 Athrdes隨後基於MAFDES和MAPDESF根據下列關係確定^麗腦— )[^j^屍* 。(腿廠鵬'已)i腿O " p 7(D基於PR根據下列關係確定:formula see original document page 11PcnmcAL定義為流過節氣門的氣流的速度等於聲音的速度時的壓力比，這些情況稱為氣阻或臨界流量。臨界壓力比通過下式確定 formula see original document page 12其中r等於用於空氣的熱容比且從大約1.3至大約1.4的範圍變動。
參見圖2 ，所述發動機轉矩控制執行的示例性步驟將被詳 細描述。在步驟200，控制確定發動機是否運行。如果發動機關閉， 控制結束。如果發動機運行，在步驟202控制檢測發動機工作參數(例 如，每分鐘轉數，進氣歧管絕對壓力，MAF， I, E, S, PBARO， IAT,等 等)。在步驟204,控制確定作為MAP和PBARO的比值的PR。 在步 驟206,控制基於上述使用TREQ和PR作為輸入的速率極限函數確定 TREF。在步驟208控制確定TEST。在步驟210，控制基於Test和Trefrl 確定TERR。
在步驟212，控制確定發動機是否運4於在穩定狀態。如 果所述發動機運行在穩定狀態，控制繼續至步驟214。如果所述發動機 運行不是運行在穩定狀態，控制繼續至步驟216。 在步驟214,控制設 定FLAGss等於l。在步驟206,控制設定FLAGss等於0。在步驟217， 控制基於FLAGss如上所述修正TERR。 在步驟218,控制基於修正的 Terr修正Tref。
在步驟219控制基於所述修正的tref確定MAPDES和 APCDES。
在步驟220控制基於FLAGss過濾希望的進氣歧管絕對壓力 (MAPDES )，如上所述。在步驟222，控制基於APCoEs確定MAFDES。 在步驟224控制基於MAPdes和MAFoEs確定ATHRDES。在步驟226,控 制基於ATHRDES調節發動機操作且控制結束。
參見圖3，執行發動機轉矩控制的示例性模塊將被詳細描 述。所述示例性模塊包括Pr模決300, Tref模決302， MAPdes模決304， APCoEs模塊306，修正模塊308, FLAGss模塊310，過濾器模塊312, MAFoEs模塊，ATHRDEs模塊316和ECM318。雖然在這裡描述了各種模 塊，但可以預料所述單個模塊可以使用各種的綜合模塊作為子模塊嵌入 單個模塊或多個模塊。
PR模塊300基於進氣歧管絕對壓力和PBARo確定PR。 PR 輸出到Trct模決302,修正模塊308和過濾器模塊312。 T艦:模塊基於TREq和PR確定和速率限制TREF (即，提供TREFRL ) 。 TREFRL輸出到加 法器320，加法器322和FLAGss模塊310。 FLAGss模塊310確定發動 機是否運行在穩定狀態並相應地設定FLAGss。 FLAGss輸出到所述修正 模塊308和過濾器模塊312。
加法器322轉化TEST， Test從ECM 318輸出，並加上丁refrl和所述轉化的test以確定TERR。 T欣r輸出到修正模塊308。
修正模塊308選擇性地基於Pr和FLAGss修正TERR,並 輸出TERRCOR。 更準確地說，如果FLAGss表明發動機運行在穩定狀態， Terr被修正，憑此TERR與輸出TERRCOR不同。如果FLAGSS表明發動機 耒運行在穩定狀態，Terr不被修正，憑此Terr等於愉出TERRCOR。 加法器320將Trefrl和Terrcqr相加以提供TREFCOR, Trefcor愉出到所述MAPdes模決304和APCoEs模塊306。
MAPdes模決304基於每分鐘轉數和TREFCOR確定MAPDES 並輸出MAPoEs至過濾器模塊312。 APCdes模決306基於TRErc。R確定 APCDES並輸出APCDES至MAFdes模決314。 過濾器模塊312基於 FLAGss和Pr過濾MAPDES以提供MAPDESP。 MAFDES模塊314基於 APCdes確定MAFDES。 MAPDESF和MAFDES兩者被輸出到ATHRDES模塊 316, At服des模決316基於他們確定At服des。 At服des愉出到ECM 318， ECM 318基於其調節發動機操作。所述壓力比提供精確的瞬態或穩態扭矩調節。傳統的不考慮壓力比6; 系統對所有的壓力實行線性關係。結果，對所有的壓力提供一高增益， 這導致傳統系統的不穩定性和超調。這些精確的發動機轉矩控制在考 慮發動機負荷，每分鐘轉數，點火定時，進氣和排氣正時等等組合的情 況下獲得。此外，所述發動機轉矩控制使自動校準步驟被執行，這就 顯著地減少校準發動機所需要的時間和精力。更準確地說，所述發動 機轉矩控制基於扭矩模型，其使所有的輸入輸出成為一體。結果，所 述扭矩模型自動操作所述校準步驟，其中輸入可以被改變且容易地提供輸出效果。
本領域:技術人員/人上述說明可以理解，本發明充分的i兌明 可以以各種形式執行。所以，儘管本發明已經結合特別的例子進行了 描述，本發明的真正的範圍將不會被因此限制因為在研究所述附圖，所說將變得顯而易見。
權利要求
1、一種控制內燃機扭矩輸出的方法，包括確定壓力比；基於所述壓力比和扭矩要求確定基準扭矩；基於所述基準扭矩計算希望的節氣門面積；和基於所述希望的節氣門面積調節所述發動機的操作以獲得需求扭矩。
2、 如權利要求l所述的方法，進一步包括 基於所述基準扭矩計算所述發動機的希望的進氣歧管絕對壓力(MAP);和基於所述基準扭矩計算所述發動機的希望的每缸空氣量(APC); 其中所述希望的節氣門面積基於所述希望的進氣歧管絕對壓力和 所述希望的APC計算。
3、 如權利要求2所述的方法,其中所述希望的進氣歧管絕對壓力 使用轉化的基於進氣歧管絕對壓力的扭矩模型確定，其中所述希望的 APC使用轉化的基於APC的扭矩模型確定。
4、 如權利要求2所述的方法，進一步包括基於所述壓力比和所 述發動機是否運行在穩定狀態過濾所述希望的進氣歧管絕對壓力。
5、 如權利要求2所述的方法，進一步包括基於所述希望的APC 確定希望的空氣品質流量(MAF),其中所述希望的節氣門面積基於其 中所述希望的MAF計算。
6、 如權利要求1所述的方法，進一步包括 確定所述發動才幾的估計扭矩；和基於所述估計扭矩，所述壓力比和所述發動機是否運行在穩定狀態 修正所述基準扭矩。
7、 如權利要求6所述的方法，進一步包括基於所述基準扭矩和所 述估計扭矩計算扭矩誤差，其中所述基準扭矩基於所述扭矩誤差被修正。
8、 如權利要求1所述的方法，進一步包括基於所述壓力比和所述望的節氣門面積基於發動機是否運行在穩定狀態計算。
9、 如權利要求1所述的方法，進一步包括比率限制所述基準扭矩。
10、 如權利要求1所述的方法,進一步包括計算作為進氣歧管絕對 壓力和大氣壓之間比值的壓力比。
11、 一種用於控制內燃機扭矩輸出的發動機控制系統，包括 確定壓力比的第一模塊；基於所述壓力比和扭矩需求確定基準扭矩的第二模塊； 基於所述基準扭矩計算希望的節氣門面積的第三模塊；和 基於所述希望的節氣門面積調節所述發動機的操作以獲得需求扭 矩的第四模塊。
12、 如權利要求11所述的發動機控制系統，進一步包括基於所述基準扭矩計算所述發動機的希望的進氣歧管絕對壓力 (MAP)的第五模塊；和基於所述基準扭矩計算所述發動機的希望的每缸空氣量(APC)的第六模塊；其中所述希望的節氣門面積基於所述希望的進氣歧管絕對壓力和 所述希望的APC計算。
13、 如權利要求12所述的發動機控制系統，其中所述希望的進氣 歧管絕對壓力使用轉化的基於進氣歧管絕對壓力的扭矩模型計算，其中 所述希望的APC使用轉化的基於APC的扭矩衝莫型計算。
14、 如權利要求12所述的發動機控制系統，進一步包括基於所述對壓力的第七模塊。 ' 、" 力
15、 如權利要求12所述的發動機控制系統，進一步包括基於所迷 希望的APC確定希望的空氣品質流量(MAF)的第七模塊，其中所述 希望的節氣門面積基於其中所述希望的MAF計算。
16、 如權利要求11所述的發動機控制系統，其中所述第四模塊 確定所迷發動機的估計扭矩，和進一步包括基於所述估計扭矩,所述壓力 比和所述發動機是否運行在穩定狀態修正所述基準扭矩的第五模塊。
17、 如權利要求16所述的發動機控制系統，進一步包括基於所述 基準扭矩和所述估計扭矩計算扭矩誤差的第六模塊，其中所述基準扭矩 基於所迷扭矩誤差被修正。
18、 如權利要求ll所述的發動機控制系統,進一步包括基於所述壓第五模塊，其中所述希望的節氣門面積基於發動機是否運行在穩定狀態 計算。
19、 如權利要求11所述的發動機控制系統,進一步包括比率限制所 述基準扭矩的第五模塊。
20、 如權利要求11所述的發動機控制系統，進一步包括計算作為 進氣歧管絕壓力和大氣壓之間比值的壓力比的第五模塊。
21、 一種控制內燃機扭矩輸出的方法，包括檢測所述發動機的進氣歧管絕對壓力(MAP)和大氣壓； 基於所述進氣歧管絕對壓力和所述大氣壓確定壓力比； 基於所述壓力比和扭矩要求確定基準扭矩；基於所述基準扭矩計算所述發動機的希望的進氣歧管絕對壓力 (MAP);基於所述基準扭矩計算所述發動機的希望的每缸空氣量(APC); 基於所述希望的進氣歧管絕對壓力和所述希望的APC確定希望的 節氣門面積；和基於所述希望的節氣門面積調節所述發動機的操作以獲得需求扭矩。.
22、 如權利要求21所述的方法,其中所述希望的進氣歧管絕對壓力 使用轉化的基於進氣歧管絕對壓力的扭矩模型確定，其中所述希望的 APC使用轉化的基於APC的扭矩模型確定。
23、 如權利要求21所述的方法,進一步包括基於所述壓力比和所述 發動機是否運行在穩定狀態過濾所述希望的進氣歧管絕對壓力。
24、 如權利要求21所述的方法，進一步包括基於所述希望的APC 確定希望的空氣品質流量(MAF),其中所述希望的節氣門面積基於其 中所述希望的MAF計算。
25、 如權利要求21所述的方法，進一步包括 確定所迷發動機的估計扭矩；和基於所述估計扭矩，所述壓力比和所述發動機是否運行在穩定狀態 》務正所述基準扭矩。
26、 如權利要求25所述的方法，進一步包括基於所述基準扭矩和 所述估計扭矩計算扭矩誤差，其中所述基準扭矩基於所述扭矩誤差被修正。
27、 如權利要求21所迷的方法，進一步包括基於所述壓力比和所望的節氣:面積基於發動機是否運行在穩定狀態計算:"
28、 如權利要求21所述的方法，進一步包括比率限制所述基準扭矩。
29、 如權利要求21所述的方法，進一步包括計算作為進氣歧管絕 對壓力和大氣壓之間比值的壓力比。
全文摘要
本發明涉及一種控制內燃機扭矩輸出的方法，包括確定壓力比，基於所述壓力比和扭矩要求確定基準扭矩；基於所述基準扭矩計算期望的節氣門面積並基於所述期望的節氣門面積調節發動機的操作以獲得期望扭矩。
文檔編號F02D41/14GK101240752SQ20071018706
公開日2008年8月13日 申請日期2007年11月19日 優先權日2006年11月17日
發明者B·尤尼西, J·M·凱澤, M·利夫什茨, R·B·傑斯, R·H·克盧茨 申請人:通用汽車環球科技運作公司