用于扭矩控制的方法和系统与流程

本发明一般涉及用于确定车辆的内燃发动机内汽缸间扭矩失衡的方法和系统。

背景技术：

发动机排放物规范要求检测所有发动机汽缸间的空燃比(AFR)失衡。当由于如进气歧管泄漏、燃料喷射器错误、排气再循环错误以及燃料流输送问题等问题引起在一个或多个汽缸内的AFR与其他汽缸的AFR不同时，可发生汽缸间的AFR失衡。除了减少排放物之外，汽缸间的失衡可导致降低发动机性能和车辆驾驶性能的扭矩错误。

用于检测汽缸间的AFR失衡的一个示例方法由Behr等人在美国专利U.S.7802563中示出。其中，基于在等于或高于在选择的工况期间汽缸的点火频率的频率下排气UEGO传感器的响应而确认AFR失衡。具体地，当车辆不处于发动机瞬时工况时，如果由UEGO传感器检测到的高频差分信号的整合(integration)高于阈值，则确认失衡。用于AFR失衡检测的其他方法涉及基于排气歧管压力检测AFR失衡。但是，发明人在此已经认识到关于这些方法的潜在问题。作为一个示例，当使用排气传感器时，如在Behr的方法中，可能存在由于在排气传感器中排气的不充分混合导致的未检测出汽缸间失衡的情况。此外，由于排气传感器的不充分预热，排气传感器可能无法在发动机冷起动状况期间可靠地检测出汽缸间失衡。作为另一示例，当使用排气歧管压力检测AFR失衡时，所述检测可被压力传感器和汽缸之间的距离影响。随着距离增加，来自其他汽缸的排气更容易与来自被估计的汽缸的排气混合。换句话说，任何给定的方法的可靠性均可基于工况改变。同样地，如果在当传感器输出不可靠时的条件期间响应于AFR失衡的指示调节了汽缸燃料或空气喷射，则可产生进一步的AFR和扭矩问题。

技术实现要素：

在一个示例中，上面描述的问题可至少部分地通过这样的方法解决，所述方法包括：基于由排气传感器估计的排气空燃比、由压力传感器估计的排气歧管压力以及由曲轴扭矩传感器估计的个体汽缸扭矩中的每一个指示汽缸间失衡。以这种方式，在给定的驱动周期内更宽的发动机工况范围内，可更加可靠地确认汽缸间失衡。

作为一个示例，在给定的驱动周期内，可以在不同的工况下估计排气AFR、排气歧管压力以及个体汽缸扭矩中的每一个。可通过以置信因子(confidence factor)对估计的排气AFR、估计的排气歧管压力以及估计的个体汽缸扭矩中的每一个进行加权而确认汽缸间失衡。置信因子可基于估计类型和执行所述估计类型的工况而被调节。例如，基于排气传感器的输出的失衡估计的置信因子可在当排气混合较低时的条件期间减少，并且在当排气混合较高时的条件期间增加。基于压力传感器的输出的AFR估计的置信因子可在压力传感器和汽缸的排气门之间的距离大于阈值时减小，并且在所述距离小于所述阈值的情况下增大。类似地，基于曲轴扭矩传感器的输出的失衡估计的置信因子可在冷起动期间增大，并且在稳态操作期间减小。因此，在驱动周期期间在较不可靠的条件下收集的特定汽缸失衡估计可被较少地加权，而在驱动周期期间在更可靠的条件下收集的特定汽缸失衡估计可被较多地加权。这样，所述方法允许克服任何单一估计方法的缺点，从而提高了汽缸失衡估计的总体准确性和可靠性。

应当理解，上面的发明内容被提供以简化的形式来介绍将在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了示例性发动机系统的示意图。

图2A和图2B示出了激光曲轴扭矩传感器和磁性曲轴扭矩传感器的示意图。

图3示出了用于确认汽缸间失衡的示例性方法的高级流程图。

图4示出了用于确认汽缸间失衡的可替换的示例性方法的高级流程图。

图5示出了用于侵入地确认汽缸间失衡的示例性方法。

图6示出了用于使用激光或磁性曲轴扭矩传感器估计个体汽缸扭矩的示例性方法。

具体实施方式

以下描述涉及用于确认车辆内汽缸间失衡的系统和方法。图1示出了多汽缸发动机系统内一个汽缸的示意图。发动机系统可包括用于感测排气AFR的排气传感器、用于感测排气歧管压力的压力传感器以及用于感测个体汽缸扭矩的曲轴扭矩传感器。使用激光的曲轴扭矩传感器和使用硬盘驱动磁性感测技术的曲轴扭矩传感器分别显示在图2A和图2B中。发动机控制器可经配置以执行如图3-4的示例性例程的控制例程，从而基于感测的数据确认汽缸间失衡。如图5-6所示，这些可以包括被动式或侵入式失衡诊断方法。通过对从各种传感器收集的数据进行不同的加权，基于数据被感测的工况，提高了汽缸失衡估计的可靠性。

图1说明了示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，其可被包括在汽车的推进系统中。发动机10可至少部分地通过包括控制器12的控制系统并通过经由输入装置130自车辆操作者的输入而被控制。在本示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可包括具有位于其内的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统耦接到车辆的至少一个驱动轮。曲轴40也可经由飞轮耦接到起动机马达以使能发动机10的起动操作。另外，曲轴扭矩传感器可耦接到曲轴40用于监测发动机扭矩。在一个示例性实施例中，扭矩传感器可以是激光扭矩传感器(如图2A所示)或磁性扭矩传感器(如图2B所示)。也可使用其它扭矩传感器。如图3-4详细描述，发动机控制器可基于扭矩传感器的加权输出推断出汽缸扭矩失衡。

燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气并且可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或多个进气门和/或两个以上排气门。在本示例中，进气门52和排气门54可经由一个或多个凸轮通过凸轮致动进行控制，并且可利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可分别通过位置传感器55和57进行确定。在可替换的实施例中，进气门52和/或排气门54可由电动气门致动控制。例如，汽缸30可以可替换地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置为具有用于向汽缸提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸30被示出为包括一个燃料喷射器66，其被从燃料系统172供给燃料。燃料喷射器66被示出为直接耦接到汽缸30，以用于经由电子驱动器68与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接喷射燃料到汽缸30中。以这种方式，燃料喷射器66提供了所谓的燃料的直接喷射(以下也称为“DI”)到燃烧汽缸30中。

应当理解，在可选实施例中，喷射器66可以是提供燃料到汽缸30上游的进气端口中的进气道喷射器。还应当理解，汽缸30可从如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或它们的组合等多个喷射器接收燃料。

继续图1，进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在此具体示例中，节流板64的位置可通过控制器12经由提供到电动马达或包括有节气门62的致动器的信号而改变，通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置。以这种方式，节气门62可经操作以改变提供到燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板64的位置可通过节气门位置信号TP提供到控制器12。进气通道42可包括用于将相应的信号MAF和MAP提供到控制器12的质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122。

点火系统88可在选择的操作模式下响应于来自控制器12的点火提前信号SA经由火花塞92提供点火火花到燃烧室30。虽然示出了火花点火组件，但在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其它燃烧室可在具有或不具有点火火花的情况下操作在压缩点火模式中。

压力传感器124可耦接到排气门54下游和排放控制装置70的上游的排气通道49。压力传感器124优选地定位为靠近排气门54以测量排气歧管压力(EMP)。在一个实施例中，压力传感器可以是压力换能器。如图3-4详细描述，发动机控制器可基于压力传感器的加权输出推断出汽缸扭矩失衡。

上游的排气传感器126被示出为耦接到排放控制装置70上游的排气通道48。上游的传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性宽带氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态窄带氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个实施例中，上游的排气传感器126是配置为提供如电压信号的输出的UEGO，所述输出与存在于排气内的氧气量成比例。控制器12使用该输出确定排气空燃比。如图3-4详细描述，发动机控制器可基于排气传感器的加权输出推断出汽缸扭矩失衡。

排放控制装置70被示出为沿排气传感器126下游的排气通道48布置。装置70可以是经配置以减少NOx和氧化CO和未燃烧的烃类的三元催化剂(TWC)。在一些实施例中，装置70可以是NOx捕集器、各种其它排放控制装置或它们的组合。

下游的第二排气传感器128被示出为耦接到排放控制装置70下游的排气通道48。下游的传感器128可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，诸如UEGO、EGO、HEGO等。在一个实施例中，下游的传感器128是配置为指示在经过催化剂之后排气的相对富或稀的HEGO。这样，HEGO可以以转换点的形式提供输出或提供在排气从稀转换到富的点处的电压信号。

另外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可经由EGR通道140将排气的所需部分从排气通道48运送到进气通道42。提供到进气通道42的EGR的量可经由EGR阀142通过控制器12而改变。另外，EGR传感器144可布置在EGR通道内并且可提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。在一些条件下，EGR系统可用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。

控制器12在图1中被显示为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在本具体示例中示为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110以及数据总线。除了先前所讨论的那些信号以外，控制器12还可从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，其包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自压力传感器124的排气歧管压力(EMP)；来自耦接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自耦接到曲轴40的曲轴扭矩传感器的汽缸扭矩；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器122的绝对歧管压力(MAP)信号。发动机转速信号RPM可通过控制器12从信号PIP生成。控制器12还可采用图1的各种致动器以基于接收的信号和存储在控制器的存储器中的指令而调节发动机操作。

存储介质只读存储器106可用计算机可读数据进行编程，所述计算机可读数据表示由处理器102可执行的非暂时性指令，所述处理器用于执行下文所描述的方法以及所预期的但没有具体列出的其他变体。

如上所述，图1示出了多汽缸发动机的仅一个汽缸，并且每个汽缸可类似地包括其自己的进气/排气门组、燃料喷射器、火花塞等。

转向图2A，示出了示例性激光曲轴扭矩传感器200。扭矩传感器被定位在曲轴的扭矩支承区域内。例如，扭矩传感器可定位在发动机缸体的最后一个汽缸和轴与耦接到阻尼器或变速器的齿轮的啮合之间。扭矩传感器可包括至少两组激光器/检测器和至少两个编码器。作为一个示例，图2A示出了包括两组激光器/检测器(201和202)和两个编码器(207和208)的扭矩传感器。激光器/检测器组被固定到保持曲轴40的结构并且定位为距曲轴40相同的距离处。激光器和检测器经布置以面朝曲轴40。编码器周向地施加到曲轴40。每个编码器具有配置为平行于曲轴40的多个交替黑线和白线的代码(例如，条形码)。在另一实施例中，编码器207和208可彼此结合并形成单个编码器。

每个激光器/检测器组通过间歇地发送激光脉冲到相应的编码器并接收从编码器反射的激光脉冲而测量曲轴的位置。在示例中，每个激光器/检测器组包括定位成彼此接触的一个激光器222和一个检测器221。在激光器/检测器组201中的激光222发送激光脉冲205到编码器207，并且在激光器/检测器组201中的检测器221从编码器207接收反射的激光脉冲203。曲轴40中的扭曲可通过比较来自两个激光器/检测器组的两个测量的位置信号而被估计。发动机扭矩可进一步基于估计的扭曲被计算。使用激光扭矩传感器估计发动机扭矩的示例方法示于图6中。

图2B示出了示例性磁性曲轴扭矩传感器210。类似于激光扭矩传感器200，磁性扭矩传感器210定位在曲轴的扭矩支承区域内。磁性扭矩传感器210包括固定在保持曲轴40的结构上并且被定位在与曲轴相同距离处的至少两个硬盘驱动型磁性感测器(pickup)。每个磁性感测器指向周向附连到曲轴40的相应编码器。作为示例，图2B示出了包括两个磁性感测器(211和213)和两个编码器(212和214)的扭矩传感器。磁性感测器211和213可通过读取相应编码器212和214精确地测量两个位置处的曲轴40的位置。编码器可由具有金属层或耐用磁性材料的塑料制成。在实施例中，编码器207和208可彼此结合并且形成单个编码器。

曲轴40中的扭曲可通过比较来自两个磁性感测器的测量的曲轴位置而被估计。发动机扭矩可进一步基于估计的扭曲而计算。基于磁性扭矩传感器的估计发动机扭矩的示例方法示于图6中。

转向图3，例程300描绘了基于排气AFR、排气歧管压力以及个体汽缸扭矩的组合信息确认汽缸间失衡的方法。例程300进一步包括响应于所确认的汽缸间失衡调节发动机操作。

用于实施方法300和本文所包括的其余方法的指令可由控制器12基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器接收的信号来执行，诸如参照图1和图2A-B如上所述的传感器。控制器可根据下面描述的方法采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。

在301处，例程300读取存储在控制器12的存储器中的诊断代码。例如，有关汽缸失衡的诊断代码可从控制器的存储器中检索。在可替换的示例中，控制器可从存储器中检索汽缸失衡历史，其中存储了关于每个汽缸的扭矩错误倾向以及扭矩错误的方向性(正或负)的详细情况。然后，在302处，例程300估计或测量发动机工况。所估计的工况可包括，例如，发动机转速、扭矩需求、增压压力、MAP、发动机温度、燃烧AFR、排气催化剂温度、环境条件等。

在303处，基于所估计的发动机工况，例程300确定是否应该执行侵入式汽缸间失衡诊断。作为示例，可在发动机怠速条件期间执行侵入式失衡诊断。作为另一示例，可在发动机以中等至低发动机负荷运转时在发动机的稳态条件期间执行侵入式失衡诊断。如果控制器确定存在侵入式方法执行条件，则例程300移至304，其中汽缸间失衡通过主动地调节燃烧AFR来确定。侵入式失衡方法在图5中进行了详细说明。如果在303处的回答为否，则例程300然后移至305并且被动地诊断汽缸间失衡。

在305处，汽缸失衡的被动诊断包括估计每个发动机汽缸的排气AFR、排气歧管压力以及汽缸扭矩。具体地，对于每个汽缸i，排气空燃比LAM_i通过排气传感器(诸如图1的排气传感器126)估计，排气歧管压力P_i通过压力传感器(诸如图1的压力传感器124)估计，并且个体汽缸扭矩TQ_i通过曲轴扭矩传感器(诸如通过图2A和图2B的激光扭矩传感器或磁性曲轴扭矩传感器)估计。

在306处，基于所估计的工况，确定用于在步骤305处执行的每个AFR失衡估计的置信因子。具体地，可确定用于AFR估计的第一置信因子c1；可确定用于排气歧管压力估计的第二置信因子c2；并且可确定用于个体汽缸扭矩估计的第三置信因子c3。这样，给定估计的置信因子基于给定估计反映汽缸间失衡估计的可靠性或准确性。置信因子可设置为最高值1.0(指示最大置信度)，或者如果所述估计不可用或不可靠，则可设置为最低值零。另外，置信因子可基于执行所述估计的工况而设置为0和1之间的任意数目。较高的置信因子值指示失衡估计更可靠，而较低置信因子值指示失衡估计不可靠。这样，给定估计方法的置信因子可基于实施所述估计的工况而改变。另外，置信因子可针对每个汽缸而不同。也可调节置信因子，同时保持置信因子的总和为恒定值，使得可比较不同的驱动周期之间的测量值。

作为示例，当排气传感器处的排气混合低于阈值时，可减少用于AFR估计的第一置信因子c1。在一个实施例中，通过观察在某些汽缸中的AFR变化是否可通过排气传感器的读数来反映，例如在稀或燃料切断期间，从而可以估计不充分混合。排气传感器可不必对所有汽缸具有相同的灵敏度，因为排气传感器可在始终接收来自某些汽缸的排气而不是来自其它汽缸的排气的排气流中的位置中。这样，第一置信因子可针对每个汽缸而不同。作为另一示例，第一置信因子c1可在发动机冷起动状况期间减小，因为由于排气传感器的不充分预热导致AFR可能无法由排气传感器准确地估计。作为另一示例，当排气温度低于阈值时，可减少第一置信因子。作为又一示例，置信因子可针对在发动机冷起动(或自冷起动的第一燃烧事件起预定数量的燃烧事件)之后的预定时间周期内测量的排气AFR而减小。在另一示例中，如果在燃料类型调节期间(诸如当在汽油燃料和乙醇燃料之间转换时，或当从输送来自第一燃料箱的燃料转换到输送来自第二燃料箱的燃料时)或当燃料类型未知时估计排气AFR，则可减小第一置信因子。因为在没有燃料类型的信息的情况下不能稳定地计算排气AFR，所以当不能可靠地估计燃料组合物时，更小的置信度被提供给第一置信因子c1。在又一示例中，如果发动机处于富操作中，则可增加第一置信因子。

在另一示例中，用于排气歧管压力估计的第二置信因子可随着压力传感器和汽缸的排气门之间的距离的增加而减小。压力传感器离汽缸越远，来自其他汽缸的排气可与来自被估计的汽缸的排气混合的机会就越大。在另一示例中，如果气门正时的变化在阈值内，则可减小第二置信因子。

作为另一示例，如果发动机处于稀操作中，则可增大第三置信因子。作为进一步的示例，当减小第一和第二置信因子时，可增大第三置信因子。在确定置信因子后，例程300进行到307。

在307处，例程300估计所有汽缸的平均排气AFR(LAMavg)、平均排气压力(Pave)以及平均汽缸扭矩(TQave)。作为示例，所述估计可基于每个汽缸的燃烧火花事件正时。作为另一示例，平均值可通过平均在305处获得的估计值来计算。例如，n个汽缸发动机的平均AFR可被计算为：

在308处，每个汽缸的组合的失衡参数基于置信因子和加权的失衡估计来计算。作为示例，第i个汽缸的组合的失衡参数可通过下式计算：

在309处，具有失衡AFR的一个或多个汽缸基于针对每个汽缸计算的组合的失衡参数的比较而被确认。作为示例，如果给定汽缸的组合的失衡参数与所有汽缸的平均组合失衡参数具有较大偏差，则可确认失衡汽缸。作为另一示例，如果任一汽缸的组合的失衡参数与所有汽缸的组合的失衡参数的平均值的偏差大于预定阈值，则可确认一个或多个失衡汽缸。偏差的幅度可对应于失衡的幅度，并且偏差的符号可对应于失衡的方向。例如，如果汽缸的组合的失衡参数低于组合的失衡参数(负偏差)的平均值，则汽缸可被认为是富异常值。作为另一示例，如果汽缸的组合的失衡参数高于组合的失衡参数(正偏差)的平均值，则汽缸可被认为是稀异常值。

在310处，为在309处所确认的失衡汽缸更新诊断代码。在实施例中，失衡汽缸的诊断代码可基于在步骤308处确定的组合的失衡参数而被修改。例如，诊断代码可基于当前的组合的失衡参数和在301处读取的诊断代码之间的差进行更新。在另一个实施例中，诊断代码可基于失衡汽缸的组合的失衡参数与所有汽缸的平均组合的失衡参数的偏差进行更新。此外，可更新发动机汽缸的失衡历史。

在311处，例程300包括施加AFR校正到已指示为失衡的一个或多个汽缸。例如，AFR校正可基于所确认的汽缸中的确认的幅度和空气-燃料失衡的方向而施加到所确认的汽缸。例如，控制器12可调节供给到已被确认为潜在失衡的汽缸的燃料量。然后控制器12可继续监测空气-燃料失衡以试图校正所确认的汽缸中的空气/燃料失衡。具体地，用于失衡汽缸的燃料喷射器的燃料喷射器致动器的燃料喷射器脉冲宽度经调节以提供校正的燃料喷射量。

图4示出了用于确认汽缸间失衡的可选方法400。与示于图3的方法相比，在例程400中，不同的失衡估计在不同的工况下执行。以这种方式，方法400可在宽范围的工况下可靠地确定失衡，而不会中断发动机操作。此外，可减少用于确认失衡汽缸所需的持续时间。

类似于示于图3的例程300的步骤301至步骤304，例程400在401处读取所存储的诊断代码，并且在402处估计发动机工况。如果在403处确定侵入式失衡估计，则例程400移至404，其中发动机被主动稀化以确认稀或富异常值(如图5所详细描述的)。否则，例程400基于工况确定要被执行的失衡估计的类型。具体地，在第一工况下，例程400移至405，在第二工况下，移至409，并且在第三工况下移至413。在一个示例中，第一、第二和第三条件是相互排斥的。

当在405处发动机处于第一工况时，在406处每个汽缸的排气AFR由排气传感器估计。第一工况可以是中等负荷稳态条件，或怠速稳态条件。另外，第一工况可以是在喷射到汽缸中的燃料的类型是已知的时候。例如，在第一工况期间，在所喷射的燃料中的乙醇的百分比可以是已知的。另外，第一工况可包括排气传感器处的排气被充分混合。第一工况也可包括排气传感器被充分预热。第一工况可进一步包括富发动机操作(其中发动机比化学计量更富地操作)。这样，第一工况可包括上述工况中的任何一个或任何组合。

在407处，在第一工况期间估计平均排气AFR。作为示例，所述估计可基于每个汽缸的燃烧火花事件正时。作为另一示例，平均值可通过平均每个汽缸的AFR估计而被计算。

在408处，第一置信因子针对第一工况被确定。类似于图3中的步骤306，置信因子可经调节以反映在给定的工况(在本文中为第一工况)下执行的估计的可靠性。置信因子可设置为最高值1以给予所述估计最高的置信度，并且如果所述估计不可用则可设置为最低值0。另外，置信因子可基于当执行估计时的工况被设置为0和1之间的数。

第一置信因子可随着燃烧AFR的降低而增大，并且随着燃烧AFR的增高而减小。作为另一示例，第一置信因子可随着排气传感器处的排气的更好混合而增大，并且随着排气传感器处的排气的不充分混合而减小。

如果在409处车辆处于第二工况下，则在410处排气压力由位于排气歧管处的压力传感器来估计。第二工况可以是中等负荷稳态条件，或怠速稳态条件。另外，第二工况可以是在气门正时的变化在阈值内的时候。另外，第二工况可以是压力传感器和汽缸的排气门之间的距离小于阈值的情况。这样，第二工况可包括上述工况中的任何一个或任何组合。

在411处，在第二工况期间估计平均排气压力。作为示例，所述估计可基于每个汽缸的燃烧火花事件正时。作为另一示例，平均值可通过平均每个汽缸的排气压力估计而被计算。

在412处，确定针对第二工况的第二置信因子。第二置信因子可随着气门正时变化的减小而增大，并且随着气门正时变化的增大而减小。如果压力传感器和汽缸的排气门之间的距离大于阈值，则第二置信因子可进一步设置为低于阈值。

如果在413处车辆处于第三工况下，则在414处个体汽缸扭矩由耦接到曲轴的扭矩传感器来估计。第三工况可以是冷起动状况。例如，当排气温度低于阈值时，可确定冷起动状况。另外，第三条件可包括当排气在排气传感器处未充分混合的时候。另外，第三工况可以是发动机稀操作。这样，第三工况可包括上述的工况中的任何一个或任何组合。

在415处，在第三工况期间估计平均发动机扭矩。作为示例，所述估计可基于每个汽缸的燃烧火花事件正时。作为另一示例，平均值可通过平均每个汽缸的扭矩估计而被计算。

在416处，第三置信因子针对第三工况被确定。第三置信因子可随着排气传感器处的排气的更好混合而减小，并且随着排气传感器处的排气的更不充分的混合而增大。第三置信因子可随着更稀的燃烧AFR而增大，并且随着较富的燃烧AFR而减小。

在417处，发动机控制器确定是否存在工况的任何改变，并且相应地确定持续的失衡诊断是否是必要的。在一个示例中，如果工况偏离大于阈值量或高于阈值频率，则可中断失衡诊断。如果检测出工况的改变并且持续的失衡诊断是必需的，则例程400移至418以确定当前工况。基于当前工况，例程400移至405、409或413以用于进一步的估计。另一方面，在417处，如果控制器确定已获得足够的数据并且可以基于获得的数据可靠地确定失衡，则例程400移至419。

在419处，确定具有失衡AFR的一个或多个汽缸。类似于图3中的步骤308和步骤309，用以下方程式2计算每个汽缸的组合的失衡参数，并且然后基于任一汽缸的组合的失衡参数与所有汽缸的组合的失衡参数的平均值的偏差确认失衡汽缸。所述偏差的幅度可对应于失衡的幅度，并且偏差的符号对应于失衡的方向。然后例程400移至步骤420，其中更新诊断代码类似于图3中的步骤310。

在421处，基于确定的失衡施加适当的AFR校正。类似于图3中的步骤311，AFR校正可基于所确认的汽缸中确认的幅度和空气-燃料失衡的方向而被施加到确认的汽缸。另外，所施加的AFR校正可基于确认失衡的工况而不同。例如，在第一工况期间，响应于失衡，失衡汽缸的AFR仅可经由燃料调节来调节。在第二工况期间，失衡汽缸的AFR仅可经由进气调节来调节。在第三工况期间，失衡汽缸的AFR可经由燃料和进气调节两者来调节。

转向图5，例程500通过侵入地稀化每个汽缸或所有汽缸并且监测每个汽缸的响应来确认AFR失衡汽缸。通过稀化每个汽缸，可确认稀异常值。通过稀化所有汽缸，可确认富异常值。

在510处，例程500确定是否应该确认稀异常值。作为示例，当通过稀化汽缸中的任何一个(但不是全部)显著地影响发动机操作时，可确认稀异常值。如果在510处的回答为是，则例程500移至511，其中依次稀化每个汽缸的AFR。如果在510处的回答为否，则例程500移至520，其中诊断代码是不变的。

在511处，方法包括依次增加每个汽缸的AFR。稀化的顺序可基于汽缸点火顺序或沿着发动机缸体的汽缸位置。响应于稀化汽缸的AFR的增加，在512处估计稀化汽缸的排气AFR、排气压力以及个体汽缸扭矩的变化。

在513处，针对在512处执行的每个类型的估计确定置信因子。例如，第一置信因子针对排气AFR的变化而被确定；第二置信因子针对排气压力的变化而被确定；并且第三置信因子针对汽缸扭矩的变化而被确定。置信因子可基于类似于图3中的步骤306的发动机工况来确定。例如，第三置信因子可设置为高于第一置信因子，因为汽缸扭矩在稀操作期间对AFR失衡更敏感。

在514处，基于在步骤512处估计的变化和在513处确定的置信因子来确认稀异常值。例如，通过在步骤513处确定的相应的置信因子而对在步骤512中估计的每个变化进行加权。对于每个汽缸，计算加权的排气AFR、加权的排气压力和加权的汽缸扭矩的总和。然后，计算每个汽缸的所述总和与所有汽缸的总和的平均值的偏差。作为示例，具有最大偏差的汽缸被确认为稀异常值。作为另一示例，具有大于预定阈值的偏差的一个或多个汽缸被确认为稀异常值。类似于图3中的步骤310地更新用于稀异常值的诊断代码。然后例程500移至515。

在515处，例程500确定是否应该确认富异常值。作为示例，当通过稀化所有汽缸将不显著影响发动机操作时，可确认富异常值。如果在515处的回答为是，则例程500移至516，其中稀化所有汽缸的AFR。如果在515处的回答为否，则例程500移至521，其中诊断代码是不变的。

在516处，方法包括通过增加燃烧AFR而稀化所有汽缸。响应于增加的AFR，在517处估计每个汽缸的排气AFR、排气压力以及个体汽缸扭矩的变化。

在518处，类似于步骤512，针对在517中执行的每个类型的估计而确定置信因子。置信因子可基于发动机工况类似于图3中的步骤306地确定。例如，第一置信因子可设置为高于第三置信因子，因为排气AFR在富操作期间对AFR失衡更敏感。

在519处，类似于步骤514，基于在步骤517中估计的变化和在步骤518处确定的置信因子来确认富异常值。例如，通过在步骤518处确定的对应的置信因子而对在步骤517中估计的每个变化进行加权。对于每个汽缸，计算加权的排气AFR、加权的排气压力和加权的汽缸扭矩的总和。然后，计算每个汽缸的所述总和与所有汽缸的总和的平均值的偏差。作为示例，具有最大偏差的汽缸被确认为富异常值。作为另一示例，具有大于预定阈值的偏差的一个或多个汽缸被确认为富异常值。类似于图3中的步骤310地更新用于富异常值的诊断代码。

最后，在522处，类似于图3中的步骤311，校正一个或多个失衡汽缸的AFR。

转向图6，例程600示出了用于使用激光扭矩传感器或磁性扭矩传感器响应于每个汽缸点火事件确定发动机扭矩的示例方法。示于图2A和图2B中的激光扭矩传感器200和磁性扭矩传感器210二者可测量在沿着曲轴的两个位置处的曲轴位置。在两个位置处的测量的曲轴位置之间的差对应于两个位置信号之间的相位延迟。因此，测量的曲轴位置之间的差也可在本文中称作相位延迟数值。

在601处，例程600确定是否已执行在零扭矩下的校准。如果已执行校准，则例程600移至604，其中读取存储的相位延迟数值。例如，相位延迟可存储在控制器的存储器中并且从存储器中检索。如果未执行校准，则例程600移至602以进行校准。此外，如果自上次校准起经过了阈值持续时间，则可执行校准。

在602处，例程600确定零扭矩是否施加到曲轴。作为示例，零扭矩可在发动机关闭条件期间施加到曲轴。作为另一示例，零扭矩可在发动机怠速期间被施加到曲轴。如果曲轴在零扭矩的作用下，则方法包括在步骤605处读取和存储(在控制器的存储器中)来自扭矩传感器的当前相位延迟数值。如果施加到曲轴的扭矩不为零，则例程600指示汽缸扭矩测量是不可用的。

在步骤604或605处获得针对零扭矩的相位延迟数值后，例程600移至606以确定是否正在发生汽缸点火事件。响应于汽缸点火事件，例程600移至608以估计汽缸扭矩。如果没有发生点火事件，则例程600在607处继续监测汽缸点火事件。

在608处，基于曲轴的时间延迟和速度确定响应于汽缸点火的相位延迟数值。具体地，沿着曲轴的两个位置之间的时间延迟由扭矩传感器测量。作为示例，在时间t₀处，扭矩传感器记录在第一位置处的编码器模式。接着，在时间t₁处，在第二位置处记录相同的编码器模式。时间延迟dt则被确定为dt＝t₁-t₀。汽缸点火后的相位延迟数值(phi)被计算为：

phi＝360×dt/r (方程式3)，

其中r是曲轴的旋转速度。

在609处，通过从在步骤608处计算的相位延迟数值减去针对零扭矩的相位延迟数值而估计曲轴扭曲。

最后，在610处，基于在609处估计的曲轴扭曲并进一步基于曲轴温度而估计汽缸点火后的发动机扭矩。作为示例，曲轴温度可基于汽缸盖温度进行推断。作为另一示例，如果扭矩传感器是激光扭矩传感器，则曲轴温度可通过在红外波长处操作激光检测器而被测量。如上面参考图3-4所讨论的，使用激光或磁性扭矩传感器估计的汽缸扭矩值可然后应用于汽缸失衡估计。

以这种方式，多个空燃比失衡估计可响应于在发动机驱动周期中改变工况而进行。组合的失衡参数然后通过由基于进行估计的工况所确定的置信因子对每个估计进行加权而被计算。这样，相比于任何单个失衡估计，组合的失衡参数可提供更可靠的汽缸失衡的确认。因此，可克服每个估计的缺点。此外，汽缸失衡诊断可在发动机工况的更广泛范围内执行，同时减少总诊断时间。通过以更快和更可靠的方式确认汽缸失衡，来自汽缸失衡的扭矩扰动可以以更及时的方式来解决。这样，这提高了发动机的燃料经济性和性能以及车辆的驾驶性能。

注意，这里所包括的示例控制和估计例程可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。这里所公开的控制方法和例程可在非暂时性存储器中存储为可执行指令，并且可由控制系统执行，所述控制系统包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器。这里所描述的具体例程可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等等。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序执行、并行执行，或在一些情况下省略。类似地，所述处理的顺序不是实现在此描述的示例实施例的特征和优点所必须要求的，而是被提供以易于图示和描述。所示动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略可重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行系统中的指令而被实施，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件组件。

应当理解，这里所公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，上述技术可被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括各种系统和配置以及本文公开的其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

随附权利要求特别指出一些被视为新颖和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应被理解为包括了一个或多个这类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这类元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可通过本权利要求书的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。这样的权利要求，在范围上无论比原权利要求更宽、更窄、等同或不同，同样被视为包括在本公开的主题内。