专利名称：用于均质充量压燃发动机中的转矩控制的系统和方法
技术领域：
本发明涉及发动机控制系统，并且尤其涉及用于均质充量压燃(HCCI)发动机中的转矩控制的系统和方法。
背景技术：
此处的背景资料描述是为了大概介绍本发明的背景。目前署名的发明人的工作，在背景资料章节做了一定程度的描述，还有那些在申请时不可称作现有技术的方面，这些都既不明显又不隐含地认作相对于本发明的现有技木。内燃机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，这产生驱动转矩。通过节气门调节进入发动机的气流。更具体地说，节气门调整节流面积，这增加或减少进入发动机的气流。当节流面积增大时，进入发动机的气流增加。燃料控制系统调整喷射燃料的速率以 提供期望的空气/燃料混合物给气缸和/或以获得期望的转矩输出。点火正时控制系统调整火花正时从而获得期望转矩的最佳火花正时。増大提供给气缸的空气的数量且优化提供给气缸的燃料和火花正时就增大发动机的转矩输出。已经开发了发动机控制系统以控制发动机输出转矩从而获得期望转矩并且还快速或即时改变转矩水平。
发明内容
—种用于均质充量压燃(HCCI)发动机的控制系统包括第一和第二模块。该第一模块确定在HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时HCCI发动机上的负载。该第二模块基于确定的负载和预定阈值控制HCCI发动机产生的转矩，其中，该第二模块通过控制HCCI发动机的燃料供给来控制HCCI发动机产生的转矩。ー种用于控制均质充量压燃(HCCI)发动机的方法，包括确定在HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时HCCI发动机上的负载、基于确定的负载和预定阈值控制HCCI发动机产生的转矩，其中，通过控制HCCI发动机的燃料供给来控制HCCI发动机产生的转矩。通过下文提供的详细描述，本发明的更多适用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和特定例子仅仅意图用于说明并且不意图限制发明范围。本发明还提供了以下方案
I.一种用于均质充量压缩点火(HCCI)发动机的控制系统，所述控制系统包括
第一模块，其确定所述HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时所述HCCI发动机上的负载；和
第二模块，其基于所确定的负载和预定阈值控制所述HCCI发动机产生的转矩，其中，所述第二模块通过控制所述HCCI发动机的燃料供给来控制所述HCCI发动机产生的转矩。2.如方案I所述的控制系统，其中，当所确定的负载大于所述预定阈值时，所述第ニ模块通过控制气流和燃料质量与燃料喷射正时中的至少ー者来增大所述HCCI发动机产生的转矩。3.如方案2所述的控制系统，其中，所述第二模块通过经由进气和排气凸轮相位器分别控制进气门和排气门正时来控制气流。4.如方案I所述的控制系统，其中，当所确定的负载小于所述预定阈值时，所述第ニ模块通过控制燃料质量与燃料喷射正时中的至少ー者来控制所述HCCI发动机产生的转矩。5.如方案 I所述的控制系统，进一歩地包括第三模块，其在所述HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时通过以次最优运转状态运转所述HCCI发动机来产生转矩储备。6.如方案5所述的控制系统，其中，所述第二模块使所述HCCI发动机产生的转矩增大小于或等于所述转矩储备的量。7.如方案I所述的控制系统，其中，所述HCCI发动机上的负载增大是以下至少ー者的結果(i )启动空调(A/C )压缩机、(i i )启动动カ转向(PS )泵和(i i i )切换变速器。8.如方案I所述的控制系统，其中，所述HCCI发动机上的负载增大是减速停供燃料(DFCO)事件结束的結果。9.如方案I所述的控制系统，其中，所述第二模块在发动机转速控制期间增大所述HCCI发动机产生的转矩。10.如方案I所述的控制系统，其中，当所述HCCI发动机以混合燃烧模式运转吋，第四模块通过控制所述HCCI发动机中的火花正时来控制所述HCCI发动机产生的转矩。11 ー种用于控制均质充量压缩点火(HCCI)发动机的方法，所述方法包括
确定所述HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时所述HCCI发动机上的负载；和
基于所确定的负载和预定阈值控制所述HCCI发动机产生的转矩，其中，通过控制所述HCCI发动机的燃料供给来控制所述HCCI发动机产生的转矩。12.如方案11所述的方法，进ー步地包括，当所确定的负载大于所述预定阈值时，通过控制气流和燃料质量与燃料喷射正时中的至少ー者来增大所述HCCI发动机产生的转矩。13.如方案12所述的方法，进ー步地包括，经由进气和排气凸轮相位器分别控制进气门和排气门正时以控制气流。14.如方案11所述的方法，进ー步地包括，当所确定的负载小于所述预定阈值时，控制燃料质量与燃料喷射正时中的至少ー者来控制所述HCCI发动机产生的转矩。15.如方案11所述的方法，进ー步地包括，在所述HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时通过以次最优运转状态运转所述HCCI发动机来产生转矩储备。16.如方案15所述的方法，其中，增大所述HCCI发动机产生的转矩包括使所述HCCI发动机产生的转矩增大小于或等于所述转矩储备的量。17.如方案11所述的方法，其中，所述HCCI发动机上的负载增大是以下至少ー者的結果(i)启动空调(A/C)压缩机、(ii)启动动カ转向(PS)泵和(iii)切换变速器。18.如方案11所述的方法，其中，所述HCCI发动机上的负载增大是减速停供燃料(DFCO)事件结束的結果。19.如方案11所述的方法，进ー步地包括，在发动机转速控制期间增大所述HCCI发动机产生的转矩。20.如方案11所述的方法，其中，进ー步地包括，当所述HCCI发动机以混合燃烧模式运转时，通过控制所述HCCI发动机中的火花正时来控制所述HCCI发动机产生的转矩。
通过详细描述和附图将更完整地理解本发明，其中
图I说明当以均质充量压燃(HCCI)模式运转发动机的时候转矩的快速变化；
图2是根据本发明的一个实施的示例发动机系统的原理框 图3是根据本发明的一个实施的示例发动机控制模块(ECM)的原理框 图4是根据本发明的一个实施的示例致动模块的原理框图；和图5是流程图，说明根据本发明的一个实施的用于均质充量压燃(HCCI)发动机中的转矩控制的示例方法。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是说明性的，并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，图中将使用相同的附图标记表示相似的元件。本文所用的措词"A、B和C中的至少ー个〃应当解释成意味着使用非专用逻辑〃或〃的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法内的步骤可以以不同顺序执行，只要不改变本发明的原理。本文所用的术语〃模块〃可以指的是、属于或包括专用集成电路(ASIC);电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA);执行代码的处理器(共用的、专用的或组);其它的提供所述功能的适当部件；或上述的ー些或全部的组合，例如在单片系统中。术语"模块〃可以包括存储由处理器执行的代码的存储器(共用的、专用的或组)。上面所用的术语〃代码〃可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指的是程序、例行程序、函数、类和/或对象。上面所用的措词"共用的"意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个(共用的)处理器来执行。此外，来自多个模块的ー些或全部代码可以由单个(共用的)存储器来存储。上面所用的措词〃组〃意味着来自单个模块的ー些或全部代码可以使用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的ー些或全部代码可以使用一组存储器来存储。本文所述装置和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序实现。计算机程序包括存储在非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性例子是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。均质充量压燃(HCCI)发动机可以以不同模式运转。在第一模式(亦称"HCCI模式")中，气缸中的压缩使提供给气缸的空气/燃料(A/F)混合物燃烧。在第二模式(亦称〃混合模式")中，火花引起提供给气缸的A/F混合物的燃烧。在第二模式中，火花正时可以是用于快速地调整转矩输出的主要途径。在快速或即时转矩变化的这些时段期间，发动机可以次最佳运转以便传递请求转矩。在改变燃料流量之后控制空气流量以便优化空气流量比，这可以为回到最佳运转效率做准备。然而，在第一模式中，火花正时不影响转矩产生。因此，在以第一模式运转的时候，燃料流量和/或喷射正时通常用于快速或即时调整转矩输出。正如前面提到的那样，在改变燃料流量之后控制空气流量以便优化空气流量比，这可以为回到最佳运转效率或预计转矩水平做准备。具体地说，经由节气门、进气凸轮轴和/或排气凸轮轴控制的空气流量与基于发动机燃烧事件的參数像火花、燃料量或燃料喷射正时控制相比具有更慢的响应。因此，响应于发动机上的骤加/未预料到的负载，延迟可以产生噪声、振动和/或声振粗糙度(NVH)，这可以引起驾驶员不适。例如，图I说明以HCCI模式运转的发动机的即时转矩输出的发动机测功机結果，对于不同气缸(1-4)，通过改变燃料量同时空气流量不变。纵轴10代表平均有效指示压カ(IMEP)(例如，单位为kPa)，横轴20代表发动机循环(例如，单位为曲柄角度或CAD)。因此，提出用于HCCI发动机中的快速转矩控制的系统和方法。该系统和方法还可以用来在发动机以HCCI燃烧模式运转时通过次最佳运转而产生转矩储备。该转矩储备可以代表通过在指定速度或负载下改变快速致动器像燃料量、燃料正时和火花正时可获得的附加转矩的数量(例如，百分比)。当发动机以混合燃烧模式运转时，该系统和方法可以通过控制发动机中的火花正时而快速或即时控制发动机产生的转矩。然而，当发动机以HCCI燃烧模式运转时，该系统和方法可以确定发动机上的负载是否升高超出预定阈值。例如，该负载升高可以是(i)减速停供燃料(DFCO)事件结束、(ii)空调(A/C)压缩机的启用、(iii)动カ转向(PS)泵的启用和/或变速器的换档操作的結果。 当该负载小于该预定阈值吋，该系统和方法可以通过控制燃料流量和/或燃料喷射正时而控制发动机产生的转矩。替代地，当该负载大于预定阈值吋，该系统和方法可以通过控制给发动机的燃料和空气流量而增大发动机产生的转矩。例如，该系统和方法可以控制进气和/或排气凸轮轴正时以控制空气流量(即每缸空气量或APC)。具体地说，对于HCCI模式中的快速或即时转矩变化，该系统和方法可以控制(i)喷入发动机中的燃料质量和/或(ii)发动机中的燃料喷射正吋。另外，在混合模式中，该系统和方法可以控制火花正时用于快速或即时转矩控制。现在參照图2,给出示范性发动机系统100的原理框图。发动机系统100包括发动机102，其根据来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动转矩。例如，发动机102可以是HCCI发动机，并因此可以以不同模式运转。经由进气系统108把空气吸入发动机102中。仅仅举例来说，进气系统108可以包括进气歧管110和节气门112。仅仅举例来说，节气门112可以包括具有可旋转阀片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节气门致动器模块116，其调节节气门112的开度以控制吸入进气歧管110中的空气量。从进气歧管110把空气吸入发动机102的气缸中。虽然发动机102可以包括多个气缸，但是为了图示目的，示出单个代表性气缸118。仅仅举例来说，发动机102可以包括
2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可以命令气缸致动器模块120选择性地停用ー些气缸，这可以在某些发动机运转状态下提高燃料经济性。发动机102可以使用四冲程循环运转。下面描述的四冲程是以进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程命名的。在曲轴(未示出)的每转期间，在气缸118内发生四冲程中的两个。因此，曲轴的两转是气缸118经历全部四个冲程所必需的。在进气冲程期间，经由进气门122把空气从进气歧管110吸入气缸118中。ECM114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射以获得期望空燃比。燃料可以在中央位置或多位置喷入进气歧管110，例如在每个气缸的进气门122附近。在不同实施中(未示出)，燃料可以直接喷入气缸中或喷入与气缸相关的混合室中。燃料致动器模块124可以中断向停用气缸的燃料喷射。喷射的燃料与空气混合并且在气缸118中形成空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火式发动机，在这种情况下，气缸118中的压缩引燃空气/燃料混合物。替代地，发动机102可以是火花点火式发动机，在这种情况下，火花致动器模块126根据来自ECM 114的信号使气缸118中的火花塞128通电，这引燃空气/燃料混合物。可以相对于活塞处于其称作上止点(TDC)的最高位置时的时间规定火花正吋。火花致动器模块126可以由规定TDC前或后多久产生火花的正时信号控制。因为活塞位置直接与曲轴旋转有夫，所以，火花致动器模块126的操作可以与曲轴角同步。在不同实施中，火花致动器模块126可以中断向停用气缸的火花供应。产生火花可以称为点火事件。火花致动器模块126可以具有改变每个点火事件的火花正时的能力。火花致动器模块126甚至可以在火花正时信号在上一点火事件与下一点火事件之间变化时能够改变该下一点火事件的火花正吋。 在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，由此驱动曲轴。燃烧冲程可以定义为活塞到达TDC与活塞回到下止点(BDC)时的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且经由排气门130排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统134从车辆排出。进气门122可以由进气凸轮轴140控制，而排气门130可以由排气凸轮轴142控制。在不同实施中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制气缸118的多个进气门(包括进气门122)和/或可以控制多排气缸(包括气缸118)的进气门(包括进气门122)。同样地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可以控制气缸118的多个排气门和/或可以控制多排气缸(包括气缸118)的排气门(包括排气门130)。气缸致动器模块120可以通过禁止进气门122和/或排气门130的开启而停用气缸118。在不同的其它实施中，进气门122和/或排气门130可以由除凸轮轴以外的装置例如电磁致动器控制。可以由进气凸轮相位器148相对于活塞TDC改变进气门122开启的时间。可以由排气凸轮相位器150相对于活塞TDC改变排气门130开启的时间。相位器致动器模块158可以根据来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当实施吋，相位器致动器模块158也可以控制可变气门升程(未示出)。发动机系统100可以包括向进气歧管110提供压缩空气的增压装置。例如，图2示出涡轮增压器，其包括由流过排气系统134的热排气驱动的热涡轮160-1。该涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩引入节气门112的空气。在不同实施中，电カ驱动或由曲轴驱动的增压器(未示出)可以压缩来自节气门112的空气并且把压缩空气输送给进气歧管110。废气门162可以允许废气绕过涡轮160-1，由此降低涡轮增压器的增压(进气压缩量)。ECM 114可以通过增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器的增压。在不同的实施中，可以通过增压致动器模块164控制多个涡轮增压器。涡轮增压器可以具有可变几何形状，其可以由增压致动器模块164控制。
中冷器(未不出)可以耗散压缩空气时产生的压缩空气充量中包含的ー些热量。压缩空气充量还可以具有来自排气系统134的部件的吸收热。虽然为了图示目的示出涡轮160-1和压缩机160-2是分开的，但是它们可以彼此相连，使进气非常接近高温排气。发动机系统100可以包括废气再循环(EGR)阀170，其选择性地使废气改道回至进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。发动机系统100可以使用RPM传感器180测量曲轴的转速，单位为转/分钟(RPM)。可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182測量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以位于发动机102内或冷却剂循环的其它位置例如散热器(未示出)处。可以使用进气歧管绝对压力(MAP)传感器184測量进气歧管110内的压力。 在不同的实施中，可以测量发动机真空，即环境空气压カ与进气歧管110内压カ之间的差值。可以使用质量空气流量(MAF)传感器186測量流入进气歧管110的空气的质量流量。在不同的实施中，MAF传感器186可以位于还包含节气门112的壳体中。节气门致动器模块116可以使用ー个或多个节气门位置传感器(TPS) 190监测节气门112的位置。可以使用进气温度(IAT)传感器192測量吸入发动机102中的空气的环境温度。ECM 114可以使用来自这些传感器的信号为发动机系统100作出控制决策。ECM 114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，ECM 114可以在换档期间减小发动机转矩。ECM 114可以与混合控制模块196通信以协调发动机102和电动机198的运转。电动机198还可以用作发电机，并且可以用来产生供车辆电气系统使用和/或存储在蓄电池中的电能。在不同的实施中，ECM 114、变速器控制模块194和混合控制模块196的不同功能可以并入一个或多个模块中。改变发动机參数的每个系统可以称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可以称为致动器，节气门开ロ面积可以称作致动器值。在图2的例子中，节气门致动器模块116通过调整节气门112的叶片的角度来获得节气门开ロ面积。同样地，火花致动器模块126可以称为致动器，而相应的致动器值可以是相对于气缸TDC的火花提前量。其它致动器可以包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、增压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些致动器，致动器值可以分别对应于在用气缸数、燃料供应速度、进气和排气凸轮相位器角度、增压压力和EGR阀开ロ面积。ECM 114可以控制致动器值以便促使发动机102产生期望的发动机输出转矩。现在參照图3，给出示范性发动机控制系统的原理框图。ECM 114的示范性实施包括驾驶员转矩模块202。驾驶员转矩模块202可以根据来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入确定驾驶员转矩请求。驾驶员输入可以基于加速器踏板的位置。驾驶员输入还可以基于巡航控制，其可以是改变车速以维持预定车距的自适应巡航控制系统。驾驶员转矩模块202可以存储加速器踏板位置对期望转矩的ー个或多个映射，并且可以根据这些映射中选定的一个确定驾驶员转矩请求。轴转矩仲裁模块204在来自驾驶员转矩模块202的驾驶员转矩请求与其它轴转矩请求之间进行仲裁。可以通过包括发动机和/或电动机在内的不同来源产生轴转矩(车轮处的转矩)。转矩请求可以包括绝对转矩请求以及相对转矩请求和坡道请求。仅仅举例来说，斜坡请求可以包括对斜坡转矩降至最小发动机停机转矩或对斜坡转矩从最小发动机停机转矩上升的请求。相对转矩请求可以包括暂时或持续的转矩降低或増大。轴转矩请求可以包括检测到正向车轮打滑时牵引控制系统请求的转矩降低。正向车轮打滑发生在轴转矩克服车轮与路面之间的摩擦并且车轮开始抵抗路面打滑的时候。轴转矩请求还可以包括转矩増大请求以抵消负向车轮打滑，这种情况下，因为轴转矩为负，车辆的轮胎朝着相对于路面的另一方向滑动。轴转矩请求还可以包括制动管理请求和车辆超速转矩请求。制动管理请求可以在车辆停止时减小轴转矩以确保轴转矩不超过制动能力而固定住车辆。车辆超速转矩请求可以减小轴转矩以阻止车辆超过预定速度。轴转矩请求还可以通过车辆稳定性控制系统产生。 轴转矩仲裁模块204根据收到的转矩请求之间的仲裁结果输出预计转矩请求和即时转矩请求。如下所述，来自轴转矩仲裁模块204的预计和即时转矩请求在用于控制发动机系统100的致动器之前可以由ECM 114的其它模块选择性地进行调整。大体上，即时转矩请求是当前期望的轴转矩量，而预计转矩请求是即刻可能需要的轴转矩量。ECM 114因此控制发动机系统100以产生等于即时转矩请求的轴转矩。然而，致动器值的不同组合可以产生相同的轴转矩。ECM 114因此可以调整致动器值以允许向预计转矩请求的更快转换，同时仍然把轴转矩維持在即时转矩请求。在不同的实施中，预计转矩请求可以是基于驾驶员转矩请求。即时转矩请求可以小于预计转矩请求，例如当驾驶员转矩请求引起冰面上的车轮打滑的时候。在这种情况下，牵引控制系统(未示出)可以请求借助即时转矩请求的降低，并且ECM 114减小发动机系统100产生的转矩为即时转矩请求。然而，ECM 114控制发动机系统100，以便一旦车轮打滑停止，发动机系统100能够迅速地重新产生预计转矩请求。一般地说，即时转矩请求与较高预计转矩请求之间的差值能够称为转矩储备。转矩储备可以代表发动机系统100以最小延迟能够开始产生的额外的转矩量。快速发动机致动器用来増大或减小当前轴转矩。如下文更详细描述的，快速发动机致动器是与慢速发动机致动器对比着定义的。在不同的实施中，快速发动机致动器能够在ー个范围内改变轴转矩，此处，这个范围是由慢速发动机致动器建立的。在这样的实施中，这个范围的上限是预计转矩请求，而这个范围的下限是由快速致动器的转矩容量限制。仅仅举例来说，快速发动机致动器可以仅仅能够把轴转矩减小第一量，此处，该第一量是快速致动器的转矩容量的度量。该第一量可以基于由慢速发动机致动器设置的发动机运转状态而变化。当即时转矩请求在这个范围以内时，快速发动机致动器能够用来促使轴转矩等于即时转矩请求。当ECM 114请求输出预计转矩请求吋，能够控制快速发动机致动器改变轴转矩为这个范围的最高，其是预计转矩请求。一般地说，快速发动机致动器与慢速发动机致动器相比能够更迅速地改变轴转矩。慢速致动器可以比快速致动器更慢地响应它们的相应致动器值的变化。例如，慢速致动器可以包括机械构件，它们需要时间响应于致动器值的变化从ー个位置移动到另ー个。慢速致动器的特征还可以在于，一旦慢速致动器开始实施变化的致动器值时轴转矩开始变化所花费的时间量。通常，慢速致动器的时间量将长于快速致动器的。另外，即使在开始变化之后，轴转矩可以花费更长时间以完全响应慢速致动器的变化。仅仅举例来说，如果把快速致动器设置成适当的值，ECM 114可以把慢速致动器的致动器值设置为将使发动机系统100能够产生预计转矩请求的值。同吋，ECM 114可以把快速致动器的致动器值设置为在给了慢速致动器值的情况下促使发动机系统100产生即时转矩请求而不是预计转矩请求的值。快速致动器值因此促使发动机系统100产生即时转矩请求。当ECM 114决定把轴转矩从即时转矩请求转换为预计转矩请求吋，ECM 114把ー个或多个快速致动器的致动器值改变为相应于预计转矩请求的值。因为已经基于预计转矩请求设置慢速致动器值，所以发动机系统100能够在仅仅由快速致动器施加的延迟之后产生预计转矩请求。换句话说，避免了使用慢速致动器从改变轴转矩另外产生的更长的延迟。仅仅举例来说，当预计转矩请求等于驾驶员转矩请求时，可以在由于暂时的转矩 降低请求使即时转矩请求小于驾驶员转矩请求的时候形成转矩储备。替代地，可以通过增大预计转矩请求超出驾驶员转矩请求来形成转矩储备，同时维持即时转矩请求为驾驶员转矩请求。所得到的转矩储备能够吸收所需轴转矩的突然増大。仅仅举例来说，来自空气调节器或动カ转向泵的突加负载可以通过増大即时转矩请求得到平衡。如果即时转矩请求的增大小于转矩储备，就能够通过使用快速致动器迅速地产生増大。然后也可以增大预计转矩请求以重新建立前述的转矩储备。转矩储备的另一示例使用是减少慢速致动器值的波动。由于它们的较低速，改变慢速致动器值可以产生控制不稳定性。另外，慢速致动器可以包括机械零件，它们在频繁移动时可以抽取更多动力和/或磨损得更快。形成充分的转矩储备允许通过借助即时转矩请求改变快速致动器而做出期望转矩的变化，同时维持慢速致动器的值。例如，为了维持特定怠速，即时转矩请求可以在ー个范围内变化。如果把预计转矩请求设置为超出这个范围的水平，那么，能够使用快速致动器做出維持怠速的即时转矩请求的变化，而不需要调整慢速致动器。仅仅举例来说，在火花点火式发动机中，火花正时可以是快速致动器值，而节气门开ロ面积可以是慢速致动器值。火花点火式发动机可以通过应用火花燃烧燃料包括例如汽油和こ醇。相反地，在压缩点火式发动机中，燃料流量和/或燃料喷射正时可以是快速致动器值，而节气门开ロ面积可以用作慢速致动器值。在混合HCCI模式中，火花正时可以是快速致动器值，而节气门开ロ面积和/或进气和排气凸轮定相可以是慢速致动器值。压缩点火式发动机可以通过压缩燃料燃烧燃料包括例如柴油。当发动机102是火花点火式发动机或以混合模式运转的HCCI发动机时，火花致动器模块126可以是快速致动器并且节气门致动器模块116可以是慢速致动器。在收到新的致动器值之后，火花致动器模块126也许能改变后面点火事件的火花正吋。当把点火事件的火花正时(也称火花提前)设置为校准值时，紧跟着点火事件之后在燃烧冲程中产生最大转矩。然而，偏离校准值的火花提前可以减小燃烧冲程中产生的转矩量。因此，一发生下一点火事件，火花致动器模块126就也许能通过改变火花提前改变发动机输出转矩。仅仅举例来说，在车辆结构校准阶段期间可以确定火花提前与不同的发动机运转状态对应的表格，并且根据当前发动机运转状态从表格中选择校准值。
相反地，节气门开ロ面积的变化花费更长时间以影响发动机输出转矩。节气门致动器模块116通过调整节气门112的叶片的角度来改变节气门开ロ面积。因此，一旦收到新的致动器值，那么当节气门112根据新的致动器值从其前一位置移动到新位置时就存在机械延迟。另外，基于节气门开度的气流变化经受进气歧管110中的空气传输延迟。此外，没有随着发动机输出转矩的增大而实现进气歧管110中增加的气流，直到气缸118在下ー进气冲程接收补充空气、压缩该补充空气并且开始燃烧冲程。按照相位器调度模块252的进气和排气凸轮正时比节气门开ロ面积更快但是仍然比基于燃烧事件的控制值像火花正吋、燃料喷射正时和燃料量更慢。使用这些致动器作为例子，能够通过设置节气门开ロ面积和/或进气和排气凸轮定相为将允许发动机102产生预计转矩请求的值来形成转矩储备。同时，能够基于小于预计转矩请求的即时转矩请求设置火花正时。虽然节气门开ロ面积和/或进气和排气凸轮定相为发动机102产生足够的空气流量以产生预计转矩请求，但是根据即时转矩请求延迟火花正时(这减小转矩)。发动机输出转矩因此将等于即时转矩请求。
当需要额外的转矩时，例如当空调压缩机启动时，或者当牵引控制确定车轮打滑已经结束时，能够根据预计转矩请求设置火花正时。通过后面的点火事件，火花致动器模块126可以使火花提前恢复至校准值，这允许发动机102产生用已经供给的气流能够获得的满的发动机输出转矩。发动机输出转矩因此可以迅速地増大到预计转矩请求，而不经历由改变节气门开ロ面积带来的延迟。当发动机102是压缩点火式发动机时，燃料致动器模块124可以是快速致动器并且节气门致动器模块116和/或相位调度模块252可以是慢速致动器。用这样的方式，可以根据即时转矩请求设置燃料质量，并且可以根据预计转矩请求设置节气门开ロ面积和/或相位器调度。节气门开ロ面积和/或相位器调度可以产生比满足预计转矩请求所需的更多的空气流量。而产生的空气流量可以大于所喷射燃料的最优燃烧所需的。HCCI中的空气/燃料比通常是稀的并且由发动机运转速度和负载确定的空气流量在一定范围内的变化不影响发动机转矩输出。发动机输出转矩因此将等于即时转矩请求并且可以通过调整燃料流量而迅速增大或减小。可以根据预计转矩请求控制节气门致动器模块116、相位器调度模块252和EGR致动器模块172以控制排放并且最小化涡轮滞后。节气门致动器模块116可以形成真空以经由EGR阀170抽取废气并且引入进气歧管110中。增压致动器模块164也可以用来控制慢速或预计转矩并建立转矩储备。轴转矩仲裁模块204可以输出预计转矩请求和即时转矩请求到推进转矩仲裁模块206。在不同的实施中，轴转矩仲裁模块204可以输出预计转矩请求和即时转矩请求到混合优化模块208。混合优化模块208确定通过发动机102应产生多少转矩并且通过电动机198应产生多少转矩。混合优化模块208然后输出修正的预计和即时转矩请求到推进转矩仲裁模块206。在不同的实施中，混合优化模块208可以实施在混合控制模块196中。推进转矩仲裁模块206收到的预计和即时转矩请求从轴转矩域(车轮处的转矩)转化成推进转矩域(曲轴处的转矩)。这个转化可以发生在混合优化模块208之前、该模块之后、作为该模块的一部分或者代替该模块。推进转矩仲裁模块206在包括转化后的预计和即时转矩请求在内的推进转矩请求之间仲裁。推进转矩仲裁模块206产生仲裁后的预计转矩请求和仲裁后的即时转矩请求。可以通过从收到的请求中选择胜利的请求产生仲裁后的转矩。替代地或附加地，可以通过根据收到的请求中的另ー个或更多个修正收到的请求中的一个来产生仲裁后的转矩。其它推进转矩请求可以包括针对发动机超速保护的转矩降低、针对失速预防的转矩增大以及变速器控制模块194请求的以适应换档的转矩降低。推进转矩请求还可以由减速停供燃料事件(DFC0)、离合器停供燃料之后的燃料恢复产生，其减小发动机输出转矩，此时，驾驶员踩下手动变速器车辆中的离合器踏板以防止发动机转速的加剧(急剧升高)。推进转矩请求还可以包括发动机停止请求，其可以在检测到临界故障时发起。仅仅举例来说，重大故障可以包括检测到车辆被盗、起动电动机卡住、电子节气门控制问题和意外的转矩増大。在不同的实施中，当提出发动机停止请求时，仲裁选择发动机停止请求作为胜利的请求。当发动机停止请求出现时，推进转矩仲裁模块206可以输出零作为仲裁后的转矩。在不同的实施中，发动机停止请求可以独立于仲裁过程而简单地关闭发动机102。 推进转矩仲裁模块206仍然可以接收发动机停止请求以便例如适当的数据能够反馈给其他的转矩请求者。例如，可以通知全部其他的转矩请求者，他们已经输掉了仲裁。RPM控制模块210也可以输出预计和即时转矩请求给推进转矩仲裁模块206。当ECM 114处于RPM模式时，来自RPM控制模块210的转矩请求可以在仲裁中获胜。在驾驶员把他们的脚从加速器踏板移开时，例如在车辆空转或者从较高速向下滑坡时，可以选择RPM模式。替代地或附加地，当来自轴转矩仲裁模块204的预计转矩请求小于预定转矩值时，可以选择RPM模式。RPM控制模块210从RPM轨迹模块212接收期望RPM并且控制预计和即时转矩请求以减小期望RPM与当前RPM之间的差值。仅仅举例来说，RPM轨迹模块212可以为车辆下坡输出线性降低的期望RPM直到达到空转RPM。RPM轨迹模块212然后可以继续输出空转RPM作为期望RPM。储备/负载模块206从推进转矩仲裁模块206接收仲裁后的预计和即时转矩请求。储备/负载模块220可以输出仲裁后的预计和即时转矩请求以形成转矩储备和/或抵偿ー个或多个负载。储备/负载模块220然后输出调整后的预计和即时转矩请求到致动模块 224。仅仅举例来说，催化剂起燃过程或冷启动排放降低过程可以要求延迟的火花提前。储备/负载模块220因此可以增大调整后的预计转矩请求超出调整后的即时转矩请求，为冷启动排放降低过程形成延迟火花。在另一例子中，可以直接改变发动机的空气/燃料比和/或质量空气流量，例如通过诊断的嵌入式当量比试验。在开始这些过程之前，可以形成或増加转矩储备以迅速弥补这些过程期间由稀化空气/燃料混合物引起的发动机输出转矩的降低。储备/负载模块220还可以形成或增加转矩储备以防将来的负载，例如动カ转向泵操作或空调(A/C)压缩机离合器的接合。当驾驶员首先请求空调时，可以形成用于A/C压缩机离合器接合的储备。储备/负载模块220可以增大调整后的预计转矩请求，同时保持调整后的即时转矩请求不变，以产生转矩储备。然后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负载模块220可以通过A/C压缩机离合器的估计负载増加即时转矩请求。
致动模块224从储备/负载模块220接收调整后的预计和即时转矩请求。致动模块224确定将怎样获得调整后的预计和即时转矩请求。致动模块224可以是发动机型号专用的。例如，火花点火式发动机比对压缩点火式发动机，致动模块224可以不同地实施或者使用不同的控制方案。在不同的实施中，致动模块224可以限定全部发动机型号公用的模块与发动机型号专用的模块之间的界线。例如，发动机型号可以包括火花点火、压缩点火及其它类型例如HCCI。致动模块224之前的模块例如推进转矩仲裁模块206可以是全部发动机型号公用的，而致动模块224和随后的模块可以是发动机型号专用的。例如，在火花点火式和混合模式HCCI发动机中，致动模块224可以改变作为慢速致动器的节气门112的开度和/或进气和排气凸轮调度，允许大范围的慢速转矩控制。致动模块224可以使用气缸致动器模块120停用气缸，这也提供大范围的转矩控制，并且可以涉及驾驶性能和排放事务。致动模块224可以使用火花正时作为快速致动器。然而，火花 正时可以不提供同样大范围的转矩控制。另外，火花正时的变化(称为火花储备能力)可能带来的转矩控制量可以随着发动机运转点和空气流量改变而变化。在不同的实施中，致动模块224可以根据调整后的预计转矩请求产生空气转矩请求。空气转矩请求可以等于调整后的预计转矩请求，设置气流以便能够通过其它致动器的变化来获得调整后的预计转矩请求。空气控制模块228可以根据空气转矩请求确定期望的致动器值。例如，空气控制模块228可以控制期望的进气歧管绝对压力(MAP)、期望的节气门面积和/或期望的每缸空气量(APC)。期望的MAP可以用来确定期望的增压，期望的APC可以用来确定期望的凸轮相位器位置。在不同的实施中，空气控制模块228还可以确定EGR阀170的开启量。致动模块224还可以产生火花转矩请求、气缸关闭转矩请求和燃料转矩请求。火花转矩请求可以被火花控制模块232用来确定把火花正时从校准火花提前延迟多少(这减小发动机输出转矩)。气缸关闭转矩请求可以被气缸控制模块236用来确定停用多少气缸。气缸控制模块236可以命令气缸致动器模块120以停用发动机102的ー个或多个气缸。在不同的实施
中，可以一起停用预定组气缸。气缸控制模块236还可以命令燃料控制模块240以停止供应燃料给停用的气缸并且可以命令火花控制模块232以停止提供火花给停用的气缸。在不同的实施中，一旦已经存在于气缸中的任何燃料/空气混合物已经燃烧，火花控制模块232就仅仅停止提供火花给气缸。在不同的实施中，气缸致动器模块120可以包括液压系统，其选择性地使进气门和/或排气门与一个或多个气缸的相应的凸轮轴分离以便停用那些气缸。仅仅举例来说，通过气缸致动器模块120，一半气缸的气门作为整体要么液压相连，要么分离。在不同的实施中，可以只是通过中断向那些气缸的燃料供给来停用气缸，而不停止进气门和排气门的开启和关闭。在这样的实施中，可以省略气缸致动器模块120。 燃料控制模块240可以根据来自致动模块224的燃料转矩请求改变提供给每个气缸的燃料量。在火花点火式发动机的正常运转期间，燃料控制模块240可以以空气引导模式操作，其中，燃料控制模块240通过根据气流控制燃料流量努力維持化学计量空气/燃料比。燃料控制模块240可以确定燃料质量，该燃料质量在与每缸空气量的当前量结合时将获得化学计量燃烧。燃料控制模块240可以通过燃料供应速度命令燃料致动器模块124以喷射这个燃料质量给每个在用气缸。在压缩点火系统中，燃料控制模块240可以以燃料弓I导模式操作，其中，燃料控制模块240确定每个气缸的燃料质量，其满足燃料转矩请求，同时最小化排放、噪声和燃料消耗。在燃料引导模式中，根据燃料流量控制气流并且可以控制气流以获得稀的空气/燃料比。另外，可以维持空气/燃料比在预定水平之上，这可以在动态发动机运转状态中防止过多的微粒产生。模式设置可以确定致动模块224怎样处理调整后的即时转矩请求。模式设置可以提供给致动模块224，例如通过推进转矩仲裁模块206，并且可以选择包括不活动模式、中意模式、最大范围模式和自动致动模式在内的模式。在不活动模式中，致动模块224可以忽略调整后的即时转矩请求并且根据调整后 的预计转矩请求设置发动机输出转矩。致动模块224因此可以设置火花转矩请求、燃料转矩请求、气缸关闭转矩请求和燃料转矩请求为调整后的预计转矩请求，这最大化当前发动机空气流量状态的发动机输出转矩。替代地，致动模块224可以设置这些请求为预定(例如范围外的高)值以通过延迟火花、停用气缸或降低燃料/空气比而中止转矩降低。在中意模式中，致动模块224输出调整后的预计转矩请求作为空气转矩请求并且在以火花点火和混合模式HCCI时通过仅仅调整火花提前以及在以稀HCCI模式运转时通过调整燃料量和/或燃料喷射正时而努力获得调整后的即时转矩请求。致动模块224因此输出调整后的即时转矩请求作为火花转矩请求和/或燃料转矩请求。火花控制模块232将尽可能地延迟火花并且燃料控制模块240将尽可能地修正燃料量和/或燃料喷射正时以努力分别获得火花或转矩请求。如果期望的转矩降低大于火花储备容量(火花延迟可获得的转矩降低量)或燃料储备容量(燃料量和/或燃料喷射正时可获得的转矩降低量)，可以不获得该转矩降低。那么发动机输出转矩将大于调整后的即时转矩请求。在最大范围模式中，致动模块224可以输出调整后的预计转矩请求作为空气转矩请求，输出调整后的即时转矩请求作为火花或燃料转矩请求。另外，当单独减小火花提前或改变燃料量不能获得调整后的即时转矩请求时，致动模块224可以减小气缸关闭转矩请求(由此停用气缸)。在自动致动模式中，致动模块224可以根据调整后的即时转矩请求减小空气转矩请求。在不同的实施中，可以仅仅减小空气转矩请求到允许火花控制模块232通过调整火花提前而获得调整后的即时转矩请求所必需的程度或允许燃料控制模块240通过调整燃料量和燃料喷射正时而获得调整后的即时转矩请求所必需的程度。因此，在自动致动模式中，在尽可能少地调整空气转矩请求的同吋，获得调整后的即时转矩请求。换句话说，通过尽可能地减小火花点火和混合HCCI模式中的快速响应的火花提前和HCCI模式中的燃料量/正时，最小化对较慢响应的节气门开启和凸轮调度的利用。这允许发动机102尽快重新产生调整后的预计转矩请求。转矩估计模块244可以估计发动机102的转矩输出。这个估计的转矩可以由空气控制模块228用于执行对发动机空气流量參数例如节气门面积、MAP和相位器位置的闭环控制。例如，可以如下定义火花点火模式中的转矩关系
权利要求
1.一种用于均质充量压缩点火(HCCI)发动机的控制系统，所述控制系统包括 第一模块，其确定所述HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时所述HCCI发动机上的负载；和 第二模块，其基于所确定的负载和预定阈值控制所述HCCI发动机产生的转矩，其中，所述第二模块通过控制所述HCCI发动机的燃料供给来控制所述HCCI发动机产生的转矩。
2.如权利要求I所述的控制系统，其中，当所确定的负载大于所述预定阈值时，所述第ニ模块通过控制气流和燃料质量与燃料喷射正时中的至少ー者来增大所述HCCI发动机产生的转矩。
3.如权利要求2所述的控制系统，其中，所述第二模块通过经由进气和排气凸轮相位器分别控制进气门和排气门正时来控制气流。
4.如权利要求I所述的控制系统，其中，当所确定的负载小于所述预定阈值时，所述第ニ模块通过控制燃料质量与燃料喷射正时中的至少ー者来控制所述HCCI发动机产生的转矩。
5.如权利要求I所述的控制系统，进一歩地包括第三模块，其在所述HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时通过以次最优运转状态运转所述HCCI发动机来产生转矩储备。
6.如权利要求5所述的控制系统，其中，所述第二模块使所述HCCI发动机产生的转矩增大小于或等于所述转矩储备的量。
7.如权利要求I所述的控制系统，其中，所述HCCI发动机上的负载增大是以下至少ー者的結果(i )启动空调(A/C )压缩机、(i i )启动动カ转向(PS )泵和(i i i )切换变速器。
8.如权利要求I所述的控制系统，其中，所述HCCI发动机上的负载增大是减速停供燃料(DFCO)事件结束的結果。
9.如权利要求I所述的控制系统，其中，所述第二模块在发动机转速控制期间增大所述HCCI发动机产生的转矩。
10.ー种用于控制均质充量压缩点火(HCCI)发动机的方法，所述方法包括 确定所述HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时所述HCCI发动机上的负载；和 基于所确定的负载和预定阈值控制所述HCCI发动机产生的转矩，其中，通过控制所述HCCI发动机的燃料供给来控制所述HCCI发动机产生的转矩。
全文摘要
本发明涉及用于均质充量压燃发动机中的转矩控制的系统和方法。具体地，一种用于均质充量压缩点火(HCCI)发动机的控制系统包括第一和第二模块。第一模块确定HCCI发动机以HCCI燃烧模式运转时HCCI发动机上的负载。第二模块基于确定的负载和预定阈值控制HCCI发动机产生的转矩，其中，第二模块通过控制HCCI发动机的燃料供给来控制HCCI发动机产生的转矩。
文档编号F01L1/34GK102787925SQ20121015530
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月18日 优先权日2011年5月20日
发明者B.W.莫谢罗施, D.W.伯利, V.拉马潘 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司