專利名稱：基于模型的進氣動態(tài)狀態(tài)表征的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機，尤其涉及表征發(fā)動機的進氣動態(tài)狀態(tài)(dynamics state)以改善燃料控制。
背景技術：
內燃機在氣缸內燃燒燃料和空氣的混合物以驅動活塞產(chǎn)生驅動轉矩。更特別地，空氣通過節(jié)氣門被吸入發(fā)動機的進氣歧管。該空氣被分配到發(fā)動機的氣缸內并與燃料以預期的空氣燃料(A/F)比混合。該A/F混合物在氣缸內燃燒以驅動活塞。
各個氣缸內的燃料量是使用例如端口燃料注入(port fuelinjection)控制的。為了提供預期的A/F比，必須準確估計每個氣缸的相應空氣率。為了準確估計該氣缸空氣率，將發(fā)動機進氣動態(tài)的狀態(tài)表征為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。對應的氣缸空氣率估計方法是基于該發(fā)動機進氣動態(tài)表征來實現(xiàn)的。
當在穩(wěn)態(tài)時，歧管絕對壓力(MAP)在預定時間周期內是基本恒定的。在這種情況下，使用設置在發(fā)動機進氣路徑中的常規(guī)質量氣流(MAF，mass air flow)傳感器提供精確的氣缸進氣率估計。在穩(wěn)態(tài)時，不存在任何顯著的歧管填充或排空，從而使得MAF和氣缸進氣率直接對應。
當在瞬態(tài)時，在MAF和氣缸進氣率之間沒有直接的對應。因此，該MAF傳感器不能準確表征氣缸進氣率。這主要是由于與歧管填充或排空相關聯(lián)的顯著時間恒定和MAF傳感器滯后的原因。瞬態(tài)條件會在發(fā)動機工作期間快速出現(xiàn)。節(jié)氣門位置(TPS)的實質變化或任何其他干擾MAP的條件都會導致這種瞬態(tài)條件。在穩(wěn)態(tài)工作條件下的任何顯著干擾會向氣缸進氣率的MAF估計快速引入誤差。因此，如果要對于氣缸空氣率使用MAF傳感器，就必須對于發(fā)動機是否工作在穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)條件下進行可靠的確定。
將進氣動態(tài)表征為穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)的常規(guī)方法包括某些缺點。例如，一種方法使用單個發(fā)動機參數(shù)(例如MAP)檢測進入和離開穩(wěn)態(tài)。然而，當使用單個參數(shù)來表征進氣動態(tài)狀態(tài)時，信號噪聲會導致不準確的狀態(tài)檢測。而且，瞬態(tài)檢測尤其與穩(wěn)態(tài)不同，在等待詳細分析時會被延遲，例如設計用來減少噪聲敏感度的分析。如果瞬態(tài)檢測被延遲，就會降低氣缸進氣率估計的準確性。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提供一種用于內燃機的進氣動態(tài)(IAD)表征拉制系統(tǒng)。該IAD表征控制系統(tǒng)包括估計未來點火事件歧管絕對壓力(MAP)的第一模塊，和基于該未來點火事件MAP和先前循環(huán)MAP而確定MAP循環(huán)差的第二模塊。第三模塊基于該MAP循環(huán)差表征IAD狀態(tài)。
在一個特征中，該IAD狀態(tài)是瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)之一。
在另一特征中，基于當前MAP、先前MAP、當前歧管氣流(MAF，manifold air flow)和先前MAF中的至少一個來確定該未來點火事件MAP。
在另一特征中，該第三模塊通過比較該MAP循環(huán)差和MAP循環(huán)差閾值來表征該IAD狀態(tài)。
在另一特征中，第四模塊基于該MAP循環(huán)差確定移動均值MAP循環(huán)差。該IAD狀態(tài)還基于該移動均值MAP循環(huán)差。第三模塊通過比較該MAP循環(huán)差和MAP循環(huán)差閾值以及比較該移動均值MAP循環(huán)差和移動均值MAP循環(huán)差閾值來表征該IAD狀態(tài)。如果該MAP循環(huán)差和移動均值MAP循環(huán)差均小于其各自的閾值，則IAD狀態(tài)是穩(wěn)態(tài)的。
在另一特征中，該第三模塊基于該IAD狀態(tài)來確定氣缸空氣率估計例程。
根據(jù)下文中提供的詳細說明，本發(fā)明的其他應用領域將變得清楚。應當理解，該詳細說明和特定實施例雖然描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是僅用于例示性目的而不是要限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)該詳細說明和附圖，本發(fā)明將變得更容易理解，其中圖1是使用根據(jù)本發(fā)明的進氣動態(tài)(IAD)表征控制來調節(jié)的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的功能性框圖；圖2是顯示由本發(fā)明的IAD表征控制所執(zhí)行的示例性步驟的流程圖；和圖3是執(zhí)行本發(fā)明的IAD表征控制的示例性模塊的功能性框圖。
具體實施例方式
以下詳細說明實質上僅僅是示范性的，而不是用于限制本發(fā)明或本發(fā)明的應用和用途。為了清楚起見，在附圖中使用相同的參考數(shù)字標識相似的元件。如這里所使用的，術語模塊是指特殊應用集成電路(ASIC)、電子電路、用于執(zhí)行一個或多個軟件或固件例程的處理器(通用、專門或一組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其他適當部件。
現(xiàn)在參照圖1，示出了示例性發(fā)動機系統(tǒng)10。該發(fā)動機系統(tǒng)10包括在N個氣缸14內燃燒空氣和燃料混合物的發(fā)動機12。雖然示出了兩個氣缸(即N＝2)，但是可以理解，發(fā)動機12可以包括更多或更少的氣缸(例如N＝1，3，4，5，6，8，10，12)?？諝馔ㄟ^節(jié)氣門18進入進氣歧管16?？諝獗环峙涞綒飧變炔⑶遗c燃料混合。該空氣/燃料混合物被燃燒以在氣缸14內相互驅動活塞(未示出)。該活塞可旋轉地驅動向動力系(未示出)傳輸驅動轉矩的曲軸19。燃燒氣體從氣缸14通過排氣歧管20排出到排氣后處理系統(tǒng)(exhaust after-treatment system)。
控制模塊22基于多個發(fā)動機工作參數(shù)調節(jié)發(fā)動機系統(tǒng)10的工作。更特別地，質量氣流(MAF)傳感器24生成MAF信號，而節(jié)氣門位置傳感器26生成節(jié)氣門位置信號(TPS)。進氣歧管絕對壓力(MAP)傳感器28生成MAP信號，而歧管空氣溫度(MAT)傳感器30生成MAT信號。發(fā)動機速度傳感器32基于曲軸19的旋轉速度生成發(fā)動機RPM信號。該各種信號被傳送到控制模塊22，其在此基礎上緊接著調節(jié)發(fā)動機工作。例如，控制模塊22可以調節(jié)節(jié)氣門18的位置以控制進入發(fā)動機12的氣流。此外，控制模塊22可以調節(jié)氣缸14的供給燃料以提供預期的空氣燃料(A/F)比。
控制模塊22基于該發(fā)動機進氣動態(tài)的狀態(tài)(即瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài))估計氣缸空氣率。更特別地，控制模塊22基于本發(fā)明的I AD表征控制確定該進氣動態(tài)(IAD)是瞬態(tài)或是穩(wěn)態(tài)?？刂颇K22基于該IAD表征執(zhí)行相應的氣缸空氣率估計例程。例如，如果該IAD是穩(wěn)態(tài)，則基于下式使用由質量氣流傳感器24測量的MAF來估計進入氣缸14的空氣質量ma=120MAFN*RPM]]>然而，如果IAD是瞬態(tài)，則根據(jù)下式使用該“速度密度(speeddensity)”方法來獲得對于進入氣缸14的空氣質量的估計ma=ηvVdPmRTc]]>其中ηv是發(fā)動機12的容積效率(volumetric efficiency)，Vd是發(fā)動機的工作容量(displacement volume)，R是通用氣體常數(shù)，Tc是進入氣缸的空氣溫度(以開氏度表示)。
本發(fā)明的IAD表征控制基于以下關系式估計用于未來氣缸點火事件的MAPMAPEST(k+1)＝kMAP0MAPEST(k)+kMAP1MAPEST(k-N)+kMAP2MAPEST(k-2N)+kAIR0MAF(k)+kAIR1MAF(k-1)+kAIR2MAF(k-2)+kTHR0TPS(k)+kTHR1TPS(k-1)+kTHR2TPC(k-2)-kESTGAIN[MAPEST(k)-MAPACT(k)]其中kMAP0...2是MAP系數(shù)；kAIR0...2是氣缸空氣系數(shù)；kTHR0...2是節(jié)氣門系數(shù)；kESTGAIN是增益系數(shù)；MAPACT(k)是基于該MAP信號的實際MAP；和N是氣缸數(shù)量。
k是當前氣缸點火事件。kMAP0...2、kAIR0...2和kTHR0...2是使用一種適當?shù)陌l(fā)動機系統(tǒng)辨識方法來確定的，包括但不限于，基于相應發(fā)動機測試數(shù)據(jù)的最小平方數(shù)據(jù)擬合(least-squares data fit)。使用與計算Kalman濾波器增益相似的過程來確定kESTGAIN，并且基于先前值中的誤差(即MAPEST(k)對MAPACT(k))調節(jié)MAPEST(k+1)。
MAP循環(huán)差(MAPCD)被確定為MAPEST(k+1)和對于先前發(fā)動機循環(huán)所估計的MAP(MAPEST(k-N))之間的差。根據(jù)下式計算MAPCD(MAPCDAVG)的移動均值MAPCDAVG(k)＝MAPCDAVG(k-1)+[MAPCD(k)-MAPCD(k-2N)]/2N以這種方式，將當前MAPCD加到MAPCDAVG并且減去來自兩個先前發(fā)動機循環(huán)的MAPCD。
該IAD表征控制將MAPCD(k)和MAPCDAVG(k)與各自的閾值MAPCDTHR和MAPCDAVGTHR相比較以確定IAD是瞬態(tài)或是穩(wěn)態(tài)。更特別地，如果MAPCD(k)的絕對值大于MAPCDTHR，或者MAPCDAVG(k)的絕對值大于MAPCDAVGTHR，則IAD被表征為瞬態(tài)。如果MAPCD(k)的絕對值小于MAPCDTHR，并且MAPCDAVG(k)的絕對值小于MAPCDAVCTHR，則IAD被表征為穩(wěn)態(tài)。
現(xiàn)在參照圖2，示出了由IAD表征控制所執(zhí)行的示例性步驟。在步驟200，控制基于上面詳細說明的關系確定MAPEST(k+1)。在步驟202，控制計算MAPCD。在步驟204，控制計算MAPCDAVG。在步驟206，控制確定MAPCD的絕對值是否大于MAPCDTHR。如果MAPCD的絕對值不大于MAPCDTHR，控制繼續(xù)到步驟208。如果MAPCD的絕對值大于MAPCDTHR，則控制繼續(xù)到步驟210。
在步驟208，控制確定MAPCDAVG的絕對值是否大于MAPCDAVGTHR。如果MAPCDAVG的絕對值不大于MAPCDAVGTHR，控制繼續(xù)到步驟212。如果MAPCDAVG的絕對值大于MAPCDAVGTHR，則控制繼續(xù)到步驟210。在步驟210，控制將IAD表征為瞬態(tài)。在步驟212，控制將IAD表征為穩(wěn)態(tài)。然后基于該IAD表征來調節(jié)該車輛的工作。更特別地，基于該IAD表征執(zhí)行相應的氣缸空氣率估計方法以獲得預期的A/F比。
現(xiàn)在參照圖3，將詳細說明執(zhí)行本發(fā)明的IAD表征控制的示例模塊。該示例模塊包括MAP估計模塊300，循環(huán)差模塊302，移動均值模塊304和表征模塊306。如上所詳細描述的，該map估計模塊基于MAPACT和MAF確定MAPEST(k+1)。該循環(huán)差模塊302基于MAPEST(k+1)和MAPEST(k-N)計算MAPCD。該移動均值模塊如上所詳細描述的確定MAPCDAVG。該表征模塊306基于MAPCD和MAPCDAVG將IAD表征為穩(wěn)態(tài)(SS)或瞬態(tài)(TRNS)現(xiàn)在，根據(jù)前述說明，本領域普通技術人員可以理解，本發(fā)明的寬泛教導可以以各種形式實現(xiàn)。因而，雖然本發(fā)明是結合其特定示例進行說明的，但是本發(fā)明的真實范圍不應當僅限于此，因為在學習附圖、說明書和所附權利要求的基礎上，其他修改對于熟練技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種用于內燃機的進氣動態(tài)(IAD)表征控制系統(tǒng)，包括估計未來點火事件歧管絕對壓力(MAP)的第一模塊；基于所述未來點火事件MAP和先前循環(huán)MAP而確定MAP循環(huán)差的第二模塊；和基于該MAP循環(huán)差表征IAD狀態(tài)的第三模塊。
2.如權利要求1所述的IAD表征控制系統(tǒng)，其中所述IAD狀態(tài)是瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)之一。
3.如權利要求1所述的IAD表征控制系統(tǒng)，其中所述未來點火事件MAP是基于當前MAP、先前MAP、當前歧管氣流(MAF)和先前MAF中至少之一而確定的。
4.如權利要求1所述的IAD表征控制系統(tǒng)，其中所述第三模塊通過比較所述MAP循環(huán)差和MAP循環(huán)差閾值來表征所述IAD狀態(tài)。
5.如權利要求1所述的IAD表征控制系統(tǒng)，還包括基于所述MAP循環(huán)差確定移動均值MAP循環(huán)差的第四模塊，其中所述IAD狀態(tài)還基于所述移動均值MAP循環(huán)差。
6.如權利要求5所述的IAD表征控制系統(tǒng)，其中所述第三模塊通過比較所述MAP循環(huán)差和MAP循環(huán)差閾值以及比較所述移動均值MAP循環(huán)差和移動均值MAP循環(huán)差閾值來表征所述IAD狀態(tài)。
7.如權利要求6所述的IAD表征控制系統(tǒng)，其中如果所述MAP循環(huán)差和所述移動均值MAP循環(huán)差小于其各自的閾值，則所述IAD狀態(tài)是穩(wěn)態(tài)。
8.如權利要求1所述的IAD表征控制系統(tǒng)，其中所述第三模塊基于所述IAD狀態(tài)確定氣缸空氣率估計例程。
9.一種表征內燃機的進氣動態(tài)(IAD)的方法，包括估計未來點火事件歧管絕對壓力(MAP)；基于所述未來點火事件MAP和先前循環(huán)MAP而確定MAP循環(huán)差；和基于所述MAP循環(huán)差表征IAD狀態(tài)。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述IAD狀態(tài)是瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)之一。
11.如權利要求9所述的方法，其中所述未來點火事件MAP是基于當前MAP、先前MAP、當前歧管氣流(MAF)和先前MAF中至少之一而確定的。
12.如權利要求9所述的方法，其中所述表征所述IAD狀態(tài)的步驟包括比較所述MAP循環(huán)差和MAP循環(huán)差閾值。
13.如權利要求9所述的方法，還包括基于所述MAP循環(huán)差確定移動均值MAP循環(huán)差，其中所述IAD狀態(tài)還基于所述移動均值MAP循環(huán)差。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述表征所述IAD狀態(tài)的步驟包括比較所述MAP循環(huán)差和MAP循環(huán)差閾值以及比較所述移動均值MAP循環(huán)差和移動均值MAP循環(huán)差閾值。
15.如權利要求14所述的方法，其中如果所述MAP循環(huán)差和所述移動均值MAP循環(huán)差小于其各自的閾值，則所述IAD狀態(tài)是穩(wěn)態(tài)。
16.一種基于進氣動態(tài)(IAD)調節(jié)發(fā)動機工作的方法，包括估計未來點火事件歧管絕對壓力(MAP)；基于所述未來點火事件MAP和先前循環(huán)MAP而確定MAP循環(huán)差；基于所述MAP循環(huán)差確定移動均值MAP循環(huán)差；基于所述MAP循環(huán)差和所述移動均值MAP循環(huán)差表征IAD狀態(tài)；和基于所述IAD狀態(tài)選擇氣缸空氣率估計例程。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述IAD狀態(tài)是瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)之一。
18.如權利要求16所述的方法，其中所述未來點火事件MAP是基于當前MAP、先前MAP、當前歧管氣流(MAF)和先前MAF中至少之一而確定的。
19.如權利要求16所述的方法，其中所述表征所述IAD狀態(tài)的步驟包括比較所述MAP循環(huán)差和MAP循環(huán)差閾值以及比較所述移動均值MAP循環(huán)差和移動均值MAP循環(huán)差閾值。
20.如權利要求19所述的方法，其中如果所述MAP循環(huán)差和所述移動均值MAP循環(huán)差小于其各自的閾值，則所述IAD狀態(tài)是穩(wěn)態(tài)。
全文摘要
一種用于內燃機的進氣動態(tài)(IAD)表征控制系統(tǒng)，包括估計未來點火事件歧管絕對壓力(MAP)的第一模塊，和基于該未來點火事件MAP和先前循環(huán)MAP而確定MAP循環(huán)差的第二模塊。第三模塊基于該MAP循環(huán)差表征IAD狀態(tài)。
文檔編號F02D43/00GK1873204SQ200610092350
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權日2005年6月1日
發(fā)明者R·A·戴維斯, G·P·馬修斯, L·K·維根斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司