发动机控制系统和方法
【专利说明】发动机控制系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2012年8月22日提交的题为“发动机控制系统和方法”的第13/591，590号美国申请的优先权，并且本申请是该美国申请的部分继续申请，该美国申请出于所有目的通过引用整体地并入本文。
[0003]背景
[0004]本申请的技术领域大体涉及发动机控制系统诊断，具体涉及使用扭矩致动的发动机控制系统。
[0005]火花点火(SI)发动机可以与压缩点火(Cl)发动机不同地进行控制。例如，SI发动机通常试图维持化学计量的空气燃料比(AFR)。来自SI发动机的扭矩主要通过空气的控制来进行控制。相反，用于Cl发动机的AFR可与化学计量的AFR不同。因此，可独立于空气控制燃料，从而引入在均质充量SI发动机上不可用的控制。另外，汽油直接喷射(GDI)SI发动机可利用分层充气进行操作，即利用变化的ADR。因而，扭矩的控制可以根据发动机的结构而变化。
[0006]因此，该领域期望进一步的技术发展。
【发明内容】
[0007]一个实施方式为独特的系统，其包括:空气致动器、燃料致动器以及控制器，其中空气致动器配置成控制输送到发动机的空气；燃料致动器配置成控制输送到发动机的燃料；以及控制器配置为:响应于第一扭矩信号致动空气致动器和响应于第二扭矩信号致动燃料致动器。
[0008]其他实施方式包括用于控制不同类型发动机的独特的方法和系统。通过以下描述和附图，其他实施方式、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得更清楚。
【附图说明】
[0009]图1是根据实施方式的基于扭矩的发动机控制系统的框图。
[0010]图2是根据实施方式的空气控制系统的示例的框图。
[0011]图3是根据实施方式的空气控制系统的另一示例的框图。
[0012]图4是根据实施方式的燃料控制系统的示例的框图。
[0013]图5是根据实施方式的燃料控制系统的另一示例的框图。
[0014]图6是根据实施方式的火花控制系统的框图。
[0015]图7是根据实施方式的基于扭矩的发动机控制系统的框图。
[0016]图8是具有根据实施方式的发动机系统的车辆的框图。
[0017]图9是使用多个扭矩控制方案的控制器的示意图。
【具体实施方式】
[0018]为了促进对本发明原理的理解，下面将参照图中示出的实施方式，并使用具体语言来描述这些实施方式。然而，应理解的是，并不旨在由此对本发明的范围进行限制，并且本文中预期了所示实施方式的任何替换和进一步的修改，以及如本发明相关领域的技术人员通常能够想到的本文中所描述的本发明原理的任何其他应用。
[0019]在实施方式中，具有不同的架构的发动机系统可通过共同的扭矩控制技术来控制。也就是说，可将共同的技术应用至火花点火(SI)发动机、汽油直接喷射(GDI)发动机、压缩点火(Cl)发动机或基于燃料和空气的其他类似发动机。如将在下文中详细描述的，在实施方式中，基于扭矩的接口可提供从扭矩输入至适当的燃料、空气以及用于具体发动机架构的其他参量的变换。
[0020]本文所描述的控制、系统、和过程在处于不同操作时间的同一发动机内或对于发动机之间仅具有校准差异而没有根本的控制器差异的不同的发动机，允许单个控制方案来控制用于化学计量发动机和/或稀薄燃烧发动机的发动机扭矩。
[0021]本文所描述的某些元件被描绘和/或呈现为控制器或控制器元件。控制器形成了包括一个或多个计算设备的处理子系统的一部分，其中该计算设备具有存储器、处理和通信硬件。控制器可以是单个设备或分布式设备，并且控制器的功能可通过硬件和/或作为非瞬态计算机可读存储媒介上的计算机指令来执行。
[0022]在某些实施方式中，控制器包括一个或多个模块和/或一个或多个单独描述的控制元件。模块和/或单独描述的元件构造成在功能上执行控制器的操作。本文中包括模块和/或单独描述的控制元件的描述强调了控制器诸方面的结构独立性，并且示出了控制器的职责和操作的一个分组。执行类似整体操作的其他分组应理解为在本申请的范围内。模块和/或控制元件可以以硬件和/或作为在非瞬态计算机可读存储媒介上的计算机指令来实现。模块和/或控制元件可分布在各种硬件或基于计算机的部件中。
[0023]示例性且非限制性的模块或控制器元件实施示例包括提供本文中所确定的任何值的传感器、提供作为本文中所确定的值的先导(precursor)的任何值的传感器、数据链路和/或网络硬件，其中网络硬件包括通信芯片、振荡晶体、通信链接、线缆、双绞线、同轴线、屏蔽线、发射器、接收器、和/或收发器、逻辑电路、硬接线逻辑电路、根据模块或控制器元件规格配置的处于具体非瞬态的可重配置的逻辑电路、至少包括电致动器、液压致动器或气动致动器的任何致动器、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、除法器、增益元件)、和/或数字控制元件。
[0024]本文中描述的某些操作包括解释一个或多个参数的操作。如本文中所用，解释包括通过本领域中已知的任何方法来接收值，包括至少接收来自数据链接或网络通信的值、接收指示该值的电信号(例如，电压、频率、电流、或PWM信号)、接收指示该值的计算机生成参数、从计算机可读存储媒介上的存储位置读取值、通过本领域已知的任何手段接收作为运行时间参数的值来接收值、和/或通过接收可用于计算解释的参数的值、和/或通过引用解释为参数值的默认值来接收值。
[0025]在值被明确地或隐含地描述为控制器的输入要素的情况下，该值可通过本领域中所知的任何方法来确定。输入值可从传感器值获取、可从传感器值进行计算、和/或作为存储在非瞬态计算机可读媒介上的可读值提供至系统。在某些实施方式中，值可从虚拟传感器或基于其他值的其他计算来确定。在某些实施方式中，给定值的源可随时间变化，例如且并不限于响应于系统条件、传感器或其他故障发生、值的可靠性估计或本领域将理解的任何其他控制管理操作而改变的值源。
[0026]图1是根据实施方式的基于扭矩的发动机控制系统的框图。在该实施方式中，发动机控制系统10包括控制器11。控制器配置成提供空气控制装置12、燃料控制装置14和火花控制装置16。控制装置12、14和16可响应于一个或多个扭矩输入18。
[0027]控制器11可耦接至各致动器。示出了空气致动器26、燃料致动器28以及火花致动器30。然而，可存在其他致动器。
[0028]空气控制装置12可配置成生成空气控制信号20。空气致动器26可配置为响应于空气控制信号20控制空气至发动机的输送。例如，空气致动器26可为电子节流阀。耦接至压缩机、节流阀、进气歧管等的任何设备可以是空气致动器26或空气致动器26的一部分，并且可响应于空气控制信号20。
[0029]类似地，燃料控制装置14可配置为生成燃料控制信号22。燃料致动器28可配置为响应于燃料控制信号22控制燃料至发动机的输送。例如，燃料致动器28可包括燃料喷射器、燃料泵、其他燃料系统部件等。
[0030]火花致动器30可配置为响应于火花控制信号24控制发动机中的点火。例如，火花致动器30可以是配置为致动火花塞的电子点火系统。虽然火花塞作为如用作示例的火花致动器30的一部分，但是能够影响点火的定时、顺序等的任何设备均可以是火花致动器30的一部分，并可响应于火花控制信号24。
[0031]火花致动器30以虚线示出。具体地，火花致动器30可存在于SI发动机中。然而，火花致动器30可能不存在于Cl发动机中。在实施方式中，火花控制装置16的功能仍然可存在于用于Cl发动机的控制器11中，然而，并未与火花致动器30进行连接，因为对于Cl发动机不存在火花致动器30。也就是说，可在SI发动机与Cl发动机之间使用相同的控制器11和/或由控制器实施的功能。
[0032]在实施方式中，控制器11可配置成响应各种扭矩输入18。例如，扭矩输入18可代表瞬时扭矩和更长期的扭矩。瞬时扭矩可以是汽缸事件(如活塞的动力冲程、汽缸的完整循环等)的时间尺度上的期望扭矩。
[0033]更长期的扭矩可代表更长时间尺度上的期望扭矩。例如，更长期的扭矩的阈值可包括多个汽缸循环。在实施方式中，循环的数量可约为发动机的汽缸数，如4、6、8、10、12等。在另一实施方式中，瞬时扭矩与更长期的扭矩之间的划分基本可不依赖汽缸循环。例如，该划分可基于包括空气致动器26的空气控制系统的传播延迟时间。
[0034]在实施方式中，响应于空气致动器26而生成的扭矩可比通过燃料致动器28生成的扭矩具有更慢的响应。因此，可使用两个扭矩信号。如下面进一步详细描述的那样，可响应于第一扭矩信号致动空气致动器，以及可响应于第二扭矩信号致动燃料致动器。更长期的扭矩信号和瞬时扭矩信号可以是第一扭矩信号和第二扭矩信号。也就是说，可响应于更长期的扭矩信号致动空气致动器，以及可响应于瞬时扭矩信号致动燃料致动器；然而，在其他实施方式中，各致动器26、28和30可响应