用于实现扭矩值的发动机控制系统和方法技术方案

一种系统包括发动机和控制器，所述控制器被配置用于确定空气质量流量命令以提供所述发动机的目标空气质量流量值，所述目标空气质量流量值是基于基础空气质量流量值，所述基础空气质量流量值是针对发动机操作条件、实际扭矩与目标扭矩的偏差加以调节并针对流动条件加以校正。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请与2013年11月1日提交的美国临时专利申请序列No.61/898,591有关并要求该案的优先权权益。本申请还与2013年8月22日提交的专利技术名称为“ENGINECONTROLSYSTEMSANDMETHODS”的国际申请No.PCT/US2013/056302有关。这些申请中的每一者的内容特此出于所有目的以全文引用的方式并入本公开中。
本
大体上涉及发动机控制系统，并且更具体来说，涉及用于控制发动机气缸空气质量流量以补偿扭矩损失的发动机控制系统。
技术介绍
火花点火（SI）发动机可以与压缩点火（CI）发动机不同地来控制扭矩。在SI发动机中产生的扭矩主要是通过对空气的控制来控制，因为SI发动机通常试图维持化学计量空气燃料比（“AFR”）；而在CI发动机中，可以独立于空气来控制燃料，因为在各种发动机操作条件下，CI发动机的AFR可能明显不同于化学计量AFR。因而，不同的发动机系统通常采用不同的扭矩控制技术。不管发动机架构如何，预计的扭矩损失都可以由一致的许多发动机操作条件产生。例如，点火定时可能会影响扭矩输出，如可以使用排气再循环（“EGR”）那样。然而，现代的扭矩控制方法取决于特定的发动机架构而不同。因此，没有统一的扭矩控制方案可以用来管理SI与CI发动机结构。因此，在本领域中，进一步的技术发展是期望的。
技术实现思路
一个实施方案是一种独特的系统，所述系统包括压缩点火或火花点火发动机和控制器，所述控制器被配置用于确定针对发动机操作的增压流量或空气质量流量命令。所述空气质量流量命令提供所述发动机的至少一个气缸的目标空气质量流量值。所述目标空气质量流量值是从基础空气质量流量值导出，所述基础空气质量流量值是基于满足净扭矩需求所需的燃料量，并且基础空气质量流量值是针对发动机操作条件而进行调节，针对测得输出扭矩与目标扭矩的偏差而进行校正和/或针对所述至少一个气缸的EGR和VVA流量条件而进行校正。其它实施方案包括用于确定空气质量流量命令以实现一个或多个气缸的目标空气质量流量值的独特方法。提供该
技术实现思路
以便介绍一系列概念，在下文中在说明性实施方案中进一步描述这些概念。本
技术实现思路
既不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在作为辅助用于限制所要求保护的主题的范围。其它的实施方案、形式、目的、特征、优点、方面和好处从以下描述和附图中将变得清楚。附图说明图1是根据一个实施方案的空气控制设备的空气质量流量调节的一个实例的框图。图2是根据一个实施方案的空气控制设备的空气质量流量校正的一个实例的框图。图3是根据一个实施方案的基于测得扭矩与目标扭矩的偏差对空气质量流量值的反馈控制调节的一个实例的框图。图4是示出了用于控制发动机气缸空气质量的示例性控制器设备的图。图5是可与图1至图4所示的空气控制设备一起操作的内燃发动机系统的示意图。图6是示例性发动机气缸的示意性横截面图。具体实施方式为了促进对本专利技术的原理的理解，现在将参考图中所示的实施方案并且将使用特定语言来描述所述实施方案。然而，应了解，并不因此意在限制本专利技术的范围，本文预期到本专利技术相关领域的技术人员通常会想到的所示实施方案的任何更改和其它修改以及如其中所示的本专利技术的原理的任何其它应用。在根据本公开的实施方案中，可以通过共同的扭矩控制技术来控制具有不同架构的发动机系统。就是说，可以基于供给发动机的燃料和空气的质量而将共同的扭矩控制技术应用于发动机。此类发动机包括火花点火（SI）发动机和压缩点火（CI）发动机，例如柴油机。应了解，预期到基于燃料和空气操作的所有燃烧发动机。如本文中更详细地描述，在实施方案中，基于扭矩的接口可以使目标扭矩变换至适当的气缸空气质量参数以便共同用在不同的发动机架构中，借此使用所述气缸空气质量参数来控制发动机的空气处置系统以实现所要的目标扭矩。在所公开的控制技术的至少一个实施方案中，扭矩控制是闭环的。在此类实施方案中，在SI或CI发动机操作期间的扭矩控制是通过用（例如）燃烧压力传感器测量指示扭矩并将测得的指示扭矩与目标扭矩进行比较以确定扭矩误差来进行确定，所述扭矩误差用于提供对发动机的气缸的前馈目标空气质量流量的反馈控制调节，从而产生减少扭矩误差的空气质量流量命令。在另一实施方案中，扭矩控制是开环的。在此类实施方案中，进入气缸中的前馈目标空气质量流量被确定为应用于基础空气质量流量的一个或多个操作条件校正的函数，所述基础空气质量流量被确定为空气燃料比（“AFR”）和在发动机按照化学计量空气燃料比或基础点火定时（即，基础火花定时）运转时满足目标扭矩的加油量的函数。在不提供目标空气质量流量的反馈控制的情况下，前馈目标空气质量流量可以是空气质量流量命令。图1是根据实施方案的控制系统100的框图，所述控制系统用于响应于发动机操作条件而提供对基础空气质量流量值的调节以确定将由内燃发动机的开环空气控制系统提供的前馈目标空气质量流量值。在此实施方案中，空气控制系统100包括扭矩至燃料转换表106。扭矩至燃料转换表106可以被配置用于将目标扭矩104和发动机速度102转换成燃料量108。目标扭矩104包括泵送扭矩需求、摩擦扭矩需求和净扭矩需求，其中净扭矩需求是操作者所需要的扭矩（例如，经由油门踏板）。因此，目标扭矩104包括操作者所需扭矩和发动机操作的扭矩损失。因此，在某些实施方案中，目标扭矩104可以是指示扭矩对净扭矩需求。燃料量108代表在发动机按照化学计量空气燃料比和目标火花定时运转时满足净扭矩需求所需的燃料的量。燃料量108可以在乘法器112中乘以空气燃料比110（“AFR110”）以产生基础空气质量流量值114。AFR110是发动机的当前AFR。在SI发动机中，AFR110将大体上是化学计量的，具有约1.0的空气燃料当量比（即，拉姆达值，λ）。在CI发动机中，AFR110可能较高，具有大于1.0的标称拉姆达值，其中CI发动机通常是在贫AFR条件下操作。基础空气质量流量值114可以是（例如）基于最佳或目标操作条件（例如产生所要操作条件的化学计量或标称的AFR或基础点火定时）的最佳或目标空气质量流量。接着可以基于发动机操作条件来调节基础空气质量流量值114以确定最终的经调节基础空气质量流量值162。所做的发动机操作条件调节取决于发动机是压缩点火的还是火花点火的发动机。AFR的变化将会影响制动扭矩和指示扭矩。因此，可以针对由于AFR（即，拉姆达值）的变化造成的预计扭矩损本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：响应于发动机的目标扭矩和发动机速度而确定满足发动机中的净扭矩需求所需的目标燃料量；响应于所述目标燃料量而确定通向所述发动机的基础空气质量流量值，其中所述基础空气质量流量值是基于化学计量空气燃料比和目标点火定时中的至少一者；确定经调节的基础空气质量流量值，所述经调节的基础空气质量流量值是响应于以下至少一者而加以调节：根据λ效率表确定的作为当前空气燃料比与所述化学计量空气燃料比的偏差和排气中的氧含量的函数的第一空气质量流量的调节，和根据点火定时效率表确定的作为发动机速度和点火定时偏差的函数的第二空气质量流量的调节；以及基于实际的扭矩输出与目标扭矩输出的偏差根据所述经调节的基础空气质量流量值和反馈控制调节来确定针对所述发动机的操作的空气质量流量命令。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.01 US 61/898，5911.一种方法，包括：
响应于发动机的目标扭矩和发动机速度而确定满足发动机中的净扭矩需求所需的目
标燃料量；
响应于所述目标燃料量而确定通向所述发动机的基础空气质量流量值，其中所述基础
空气质量流量值是基于化学计量空气燃料比和目标点火定时中的至少一者；
确定经调节的基础空气质量流量值，所述经调节的基础空气质量流量值是响应于以下
至少一者而加以调节：
根据λ效率表确定的作为当前空气燃料比与所述化学计量空气燃料比的偏差和排气中
的氧含量的函数的第一空气质量流量的调节，和
根据点火定时效率表确定的作为发动机速度和点火定时偏差的函数的第二空气质量
流量的调节；以及
基于实际的扭矩输出与目标扭矩输出的偏差根据所述经调节的基础空气质量流量值
和反馈控制调节来确定针对所述发动机的操作的空气质量流量命令。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
根据排气再循环（EGR）和可变阀门致动（VVA）效率表确定的作为VVA凸轮相位和EGR质
量流量的函数的第三空气质量流量的调节。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
根据通过转换系数修改的排气再循环质量流量确定的第三空气质量流量的调节；以及
根据可变阀门致动（VVA）扰动抑制确定的第四空气质量流量的调节。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述VVA扰动抑制是进气歧管压力、环境温度和所述
VVA凸轮相位的函数。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述点火定时偏差是当前的点火定时与针对所要的
操作条件确定的目标点火定时之间的差。
6.一种方法，包括：
响应于目标空气质量流量值确定而确定针对发动机的空气质量流量命令，其中所述目
标空气质量流量值是基础空气质量流量值的函数，所述基础空气质量流量值针对λ效率、点
火定时效率以及排气再循环（EGR）和可变阀门致动（VVA）效率中的至少一者加以调节，其中
所述基础空气质量流量值被确定为目标燃料量的函数，所述目标燃料量是基于发动机速度
以及目标扭矩和空气燃料比；以及
响应于所述空气质量流量命令而将增压气流提供至所述发动机。
7.如权利要求6所述的方法，其中响应于排气中的氧水平而从λ查找表中选出所述λ效
率。
8.如权利要求6所述的方法，其中响应于所述发动机速度和点火定时偏差而从点火定
时查找表中选出所述点火定时效率。
9.如权利要求6所述的方法，其中响应于VVA凸轮相位和EGR质量流量而从EGR和VVA查
找表中选出所述EGR和VVA效率。
10.一种方法，包括：
响应于目标空气质量流量值确定而确定针对发动机的空气质量流量命令，其中所述目
标空气质量流量值是基础空气质量流量值的函数，所述基础空气质量流量值针对λ效率、点
火定时效率和排气再循环（EGR）校正中的至少一者加以调节，并且响应于可变阀门致动
（VVA）扰动抑制来进一步调节所述经调节的基础空气质量流量值以确定所述目标空气质量
流量值，其中所述基础空气质量流量值被确定为目标燃料量的函数，所述目标燃料量是基
于发动机速度以及目标扭矩和空气燃料比；以及
响应于所述空气质量流量命令而将增压气流提供至所述发动机。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述EGR校正是所述EGR质量流量和转换系数的函
数。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述VVA扰动抑制是进气歧管压力、环境温度和VVA
凸轮相位的函数。
13.一种方法，包括：
将通向内燃发动机的至少一个气缸的基础空气质量流量值确定为目标燃料量和空气
燃料比的函数；
确定λ效率值、点火定时效率值、排气再循环（EGR）和可变阀门致动（VVA）效率值中的至
少一者；
响应于所述λ效率值、所述点火定时效率值以及所述EGR和V...

【专利技术属性】
技术研发人员：KA阿兹佐，
申请(专利权)人：卡明斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US