用于預(yù)測與經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請與2013年3月13日提交的美國專利申請No. 13/798,471和2013年3月13日 提交的13/798, 536相關(guān)。上述申請的全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，并且更具體地涉及用于預(yù)測與經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流相關(guān)聯(lián)的參 數(shù)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在此提供的背景描述用于總體上呈現(xiàn)本發(fā)明的環(huán)境。在該【背景技術(shù)】部分描述的范 圍內(nèi)，當(dāng)前署名的發(fā)明人的成果以及該描述的在提交時(shí)可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的方面，既非 明示也非暗示地被認(rèn)為是相對于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0004] 內(nèi)燃機(jī)在氣缸內(nèi)燃燒空氣與燃料混合物以驅(qū)動(dòng)活塞，這產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩。經(jīng)由節(jié)流 裝置來調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣流量。更具體而言，節(jié)流裝置調(diào)整節(jié)流面積，這增加或減少 進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣流量。隨著節(jié)流面積增加，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣流量增加。燃料控制 系統(tǒng)調(diào)整燃料噴射速率，以向氣缸提供期望的空氣/燃料混合物和/或?qū)崿F(xiàn)期望的扭矩輸 出。增加提供給氣缸的空氣和燃料的量增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出。
[0005] 在火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中，火花啟動(dòng)提供給氣缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓燃 發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣缸中的壓縮使提供給氣缸的空氣/燃料混合物燃燒?；鸹ǘ〞r(shí)和空氣流量可 以是用于調(diào)整火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出的主要機(jī)制，而燃料流量可以是用于調(diào)整壓燃發(fā) 動(dòng)機(jī)的扭矩輸出的主要機(jī)制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明原理的一種系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)空氣傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)空氣預(yù)測模塊和發(fā)動(dòng) 機(jī)致動(dòng)器模塊。發(fā)動(dòng)機(jī)空氣傳感器以第一頻率所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù) 包括流入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管中的空氣的質(zhì)量流速、進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力以及發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi) 的空氣的質(zhì)量中的至少一個(gè)。發(fā)動(dòng)機(jī)空氣預(yù)測模塊以大于第一頻率的第二頻率所預(yù)測的發(fā) 動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器模炔基于所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)和所預(yù)測的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參 數(shù)中的至少一個(gè)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器。
[0007] 1?-種系統(tǒng)，包括： 發(fā)動(dòng)機(jī)空氣傳感器，以第一頻率所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù) 包括流入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管中的空氣的質(zhì)量流速、所述進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的 氣缸內(nèi)的空氣的質(zhì)量中的至少一個(gè)； 發(fā)動(dòng)機(jī)空氣預(yù)測模塊，以大于所述第一頻率的第二頻率預(yù)測所述發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)；以 及 發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器模塊，基于所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)和所預(yù)測的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)中的至 少一個(gè)控制所述發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器。
[0008] 2.如方案1所述的系統(tǒng)，還包括進(jìn)氣歧管氣流模塊，該進(jìn)氣歧管氣流模炔基于所 述進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力、環(huán)境空氣壓力以及所述氣缸中的空氣的溫度，預(yù)測流入所述進(jìn)氣歧 管中的空氣的質(zhì)量流速。
[0009] 3.如方案1所述的系統(tǒng)，還包括進(jìn)氣歧管壓力模塊，該進(jìn)氣歧管壓力模炔基于所 述進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣的質(zhì)量和所述氣缸中的空氣的溫度，預(yù)測所述進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力。
[0010] 4.如方案3所述的系統(tǒng)，還包括進(jìn)氣歧管質(zhì)量模塊，該進(jìn)氣歧管質(zhì)量模炔基于進(jìn) 入所述進(jìn)氣歧管的空氣的質(zhì)量流速和離開所述進(jìn)氣歧管的空氣的質(zhì)量流速，預(yù)測所述進(jìn)氣 歧管內(nèi)的空氣的質(zhì)量。
[0011] 5.如方案4所述的系統(tǒng)，其中所述進(jìn)氣歧管質(zhì)量模炔基于流經(jīng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的 氣缸的進(jìn)氣端口的空氣的多個(gè)質(zhì)量流速之和，確定離開所述進(jìn)氣歧管的質(zhì)量流速。
[0012] 6.如方案5所述的系統(tǒng)，還包括進(jìn)氣端口流量模塊，該進(jìn)氣端口流量模炔基于所 述進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力、所述氣缸內(nèi)的壓力以及進(jìn)氣閥狀態(tài)，確定流經(jīng)所述氣缸的進(jìn)氣端口 的空氣的質(zhì)量流速。
[0013] 7.如方案6所述的系統(tǒng)，還包括氣缸壓力模塊，該氣缸壓力模炔基于所述氣缸內(nèi) 的空氣的質(zhì)量和所述氣缸中的空氣的溫度，確定所述氣缸內(nèi)的壓力。
[0014] 8.如方案6所述的系統(tǒng)，還包括進(jìn)氣閥狀態(tài)模塊，該進(jìn)氣閥狀態(tài)模炔基于氣缸停 用指令、進(jìn)氣凸輪相位器位置以及曲軸位置，確定所述進(jìn)氣閥狀態(tài)。
[0015] 9.如方案1所述的系統(tǒng)，還包括氣缸質(zhì)量模塊，該氣缸質(zhì)量模炔基于所述氣缸的 進(jìn)氣閥開啟之前的所述氣缸內(nèi)的空氣的質(zhì)量和流經(jīng)所述氣缸的進(jìn)氣端口的空氣的質(zhì)量流 速，預(yù)測在所述氣缸的進(jìn)氣沖程期間的所述氣缸內(nèi)的空氣的質(zhì)量。
[0016] 10.如方案9所述的系統(tǒng)，其中所述氣缸質(zhì)量模炔基于進(jìn)氣凸輪相位器位置和排 氣凸輪相位器位置，確定所述進(jìn)氣閥開啟之前的所述氣缸內(nèi)的空氣的質(zhì)量。
[0017] 11. -種方法，包括： 以第一頻率所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)包括流入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn) 氣歧管中的空氣的質(zhì)量流速、所述進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力、以及所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)的空氣的 質(zhì)量中的至少一個(gè)； 以大于所述第一頻率的第二頻率預(yù)測所述發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)；以及 基于所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)和所預(yù)測的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)中的至少一個(gè)控制所述發(fā) 動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器。
[0018] 12.如方案11所述的方法，還包括基于所述進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力、環(huán)境空氣壓力以 及所述氣缸中的空氣的溫度，預(yù)測流入所述進(jìn)氣歧管中的空氣的質(zhì)量流速。
[0019] 13.如方案11所述的方法，還包括基于所述進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣的質(zhì)量和所述氣 缸中的空氣的溫度，預(yù)測所述進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力。
[0020] 14.如方案13所述的方法，還包括基于進(jìn)入所述進(jìn)氣歧管的空氣的質(zhì)量流速和 離開所述進(jìn)氣歧管的空氣的質(zhì)量流速，預(yù)測所述進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣的質(zhì)量。
[0021] 15.如方案14所述的方法，還包括基于流經(jīng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣缸的進(jìn)氣端口的 空氣的多個(gè)質(zhì)量流速之和，確定離開所述進(jìn)氣歧管的質(zhì)量流速。
[0022] 16.如方案15所述的方法，還包括基于所述進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力、所述氣缸內(nèi)的壓 力以及進(jìn)氣閥狀態(tài)，確定流經(jīng)所述氣缸的進(jìn)氣端口的空氣的質(zhì)量流速。
[0023] 17.如方案16所述的方法，還包括基于所述氣缸內(nèi)的空氣的質(zhì)量和所述氣缸中 的空氣的溫度，確定所述氣缸內(nèi)的壓力。
[0024] 18.如方案16所述的方法，還包括基于氣缸停用指令、進(jìn)氣凸輪相位器位置以及 曲軸位置確定所述進(jìn)氣閥狀態(tài)。
[0025] 19.如方案11所述的方法，還包括基于所述氣缸的進(jìn)氣閥開啟之前的所述氣缸 內(nèi)的空氣的質(zhì)量和流經(jīng)所述氣缸的進(jìn)氣端口的空氣的質(zhì)量流速，預(yù)測在所述氣缸的進(jìn)氣沖 程期間的所述氣缸內(nèi)的空氣的質(zhì)量。
[0026] 20.如方案19所述的方法，還包括基于進(jìn)氣凸輪相位器位置和排氣凸輪相位器 位置確定所述進(jìn)氣閥開啟之前的所述氣缸內(nèi)的空氣的質(zhì)量。
[0027] 根據(jù)【具體實(shí)施方式】、權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的另外的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@然。具 體實(shí)施方式和特定示例只是預(yù)期用于例示的目的，并不意圖限制本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0028] 從【具體實(shí)施方式】和附圖將更全面地理解本發(fā)明，在附圖中： 圖1為根據(jù)本發(fā)明原理的示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能方框圖。
[0029] 圖2為根據(jù)本發(fā)明原理的示例控制系統(tǒng)的功能方框圖。
[0030] 圖3為氣缸中的活塞的側(cè)視圖和例示根據(jù)本發(fā)明原理的用于所預(yù)測的發(fā)動(dòng)機(jī)空 氣參數(shù)的示例系統(tǒng)和方法的曲線圖。
[0031] 圖4和圖5為圖1和圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)的示例部件的功能方框圖。
[0032] 圖6為例示根據(jù)本發(fā)明原理的示例控制方法的流程圖。
[0033] 在附圖中，參考標(biāo)記可以重復(fù)使用來標(biāo)識(shí)相似和/或相同的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 一些系統(tǒng)和方法基于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器例如節(jié)流閥，發(fā)動(dòng)機(jī) 空氣參數(shù)例如為進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力、流入進(jìn)氣歧管中的空氣的質(zhì)量流速以及氣缸內(nèi)的空氣 的質(zhì)量。在一個(gè)示例中，該系統(tǒng)和方法基于期望扭矩輸出來確定發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)的期望值， 并且該系統(tǒng)和方法調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器，以減小測量值與期望值之間的差異。通常，該系統(tǒng)和 方法以預(yù)定間隔例如每90度的曲軸旋轉(zhuǎn)，來所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)。所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空 氣參數(shù)的頻率可以稱為米樣率。
[0035] 在某些發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，例如當(dāng)停用發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)氣缸時(shí)，采樣率可能 不足以根據(jù)期望精確地控制發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器。因此，可以增加采樣率。然而，增加采樣率可能 增加計(jì)算的數(shù)量以及所測量的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)所需要的處理功率量。
[0036] 一種系統(tǒng)和方法可以利用回歸模型、均值模型、或純物理模型在測量時(shí)刻之間的 時(shí)間估算發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)。利用回歸模型估算發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)可能需要大量的校驗(yàn)工作和 復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)，包括回歸條件和非線性函數(shù)。利用均值模型估算發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)可能不 能提供關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣流行為的足夠信息，以根據(jù)期望精確地控制發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器。利用純物 理模型估算發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)可能需要復(fù)雜的模型和大量的計(jì)算工作。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng)和方法以大于采樣率的頻率所預(yù)測的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)，使 得能夠進(jìn)行更精確的發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器控制。該系統(tǒng)和方法可以每6至10度的曲軸旋轉(zhuǎn)所預(yù) 測的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)。所預(yù)測的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)可以稱為虛擬采樣，并且所預(yù)測的發(fā)動(dòng)機(jī) 空氣參數(shù)的頻率可以稱為虛擬采樣率。該系統(tǒng)和方法利用具有由虛擬采樣能夠?qū)崿F(xiàn)的一些 簡化的物理模型所預(yù)測的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣參數(shù)，以減少所需要的計(jì)算工作量。
[0038] 現(xiàn)在參考圖1，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100包括燃燒空氣/燃料混合物以產(chǎn)生用于車輛的驅(qū)動(dòng) 扭矩的發(fā)動(dòng)機(jī)102。由發(fā)動(dòng)機(jī)102產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)扭矩量是基于來自驅(qū)動(dòng)器輸入模塊104的驅(qū) 動(dòng)器輸入的。驅(qū)動(dòng)器輸入可以是基于加速踏板的位置的。驅(qū)動(dòng)器輸入也可以是基于巡航控 制系統(tǒng)的，該巡航控制系統(tǒng)可以是改變車速以維持預(yù)定跟隨距離的適應(yīng)性循環(huán)控制系統(tǒng)。
[0039] 空氣通過進(jìn)氣系統(tǒng)108吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)102中。進(jìn)氣系統(tǒng)108包括進(jìn)氣歧管110和 節(jié)流閥112