传统动力系的自适应平均最佳扭矩点火提前

摘要

一种可自适应地调节点火正时表中点火正时值以获得平均最佳扭矩的发动机控制系统。所述发动机控制系统利用点火正时模块，该点火正时模块含有作为发动机一个或多个运行条件函数的点火正时值。点火模块基于存储在所述点火正时模块内的正时值指令点火正时。在发动机运行于预定运行窗口期间，所述点火模块可调节所述点火正时。可基于由于对所述点火正时的调节引起的发动机运行变化来改变所述点火正时模块内的所述点火正时值。所述点火正时的调节和所述点火正时模块内述点火正时值的替换可允许使所述点火正时模块内的点火正时最优。

说明书

本申请要求于2007年1月30日提交的美国临时申请No.60/898,419的优先权。上述申请的内容通过参考并入本文。

技术领域

本发明涉及发动机控制系统，尤其涉及传统动力系的自适应平均最佳扭矩(MBT)点火提前。

背景技术

这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景信息，并不构成现有技术。

典型的车辆发动机依赖于发动机气缸内的内部燃烧来提供扭矩。火花塞产生的火花点燃了气缸内的空气燃料混合物以引起燃烧。空气燃料混合物的点火正时和控制确定了发动机的性能。

内燃机控制系统通常为基于节气门的稳态控制系统。在稳态控制系统中，发动机的扭矩输出调节成匹配发动机的负载。发动机的负载可变化。例如，通过驾驶员调节加速踏板的位置可改变其负载。发动机控制系统调节发动机的运行以匹配发动机上的变化负载。

发动机控制系统主要作为发动机速度(RPM)和负载的函数来选择发动机的点火正时。对于其它因素(例如，温度、海拔和其它环境状况)可进行补偿。点火正时从由发动机控制系统存取的一组表格中选取。

表格中的点火正时值通常设定为对于相应的操作条件获得平均最佳扭矩。平均最佳扭矩时的操作导致理想配比的最佳制动台比油耗。研发期间，在几个发动机上基于发动机测功计产生这些表格中的点火正时，然后在车辆上进行调节。这些点火正时值编入由发动机控制系统存取的存储器内，用在该应用的所有发动机上。这些产生最佳扭矩的点火正时值通常为与爆燃的边界。为避免过早的爆燃，可利用爆震传感器连同爆震检测算法来延迟由表格提供的正时值的点火提前。

由于制造期间的加工差别以及发动机和其相应部件在其使用期间的老化，平均最佳扭矩的点火正时可能不同于发动机控制系统利用的设计表格数据。因此，表格数据内的点火正时可能导致无法获得平均最佳扭矩，因而无法获得理想配比的最佳制动台比油耗。

发明内容

因此，本发明提供了一种可自适应调节表格内的点火正时值以获得平均最佳扭矩的发动机控制系统。所述发动机控制系统利用点火正时模块，该点火正时模块在非易失性存储器中作为发动机一个或多个运行条件的函数存储点火正时值。点火模块可基于存储在所述点火正时模块内的点火正时值指令点火正时。在发动机运行于预定运行窗口期间，所述点火模块可调节所述点火正时。可基于由于对所述点火正时的调节引起的发动机扭矩输出变化来替换所述点火正时模块的所述非易失性存储器内的所述点火正时值。所述点火正时的调节和所述点火正时模块内所述点火正时值的替换可允许在整个发动机使用寿命中使所述点火正时模块的所述非易失性存储器内的点火正时最优。

从本文提供的详细描述可清楚理解其适用性的其它方面。应当理解，其描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。

附图说明

本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围。

图1为根据本公开的典型发动机控制系统的示意图；以及

图2为示出由根据本公开的典型发动机控制执行的步骤的流程图。

具体实施方式

实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为简便起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。

现在参考图1，车辆系统10包括发动机12。发动机12包括节气门14和进气歧管16。通过节气门14和进入进气歧管16的空气流基于节流板18的位置。空气流入发动机12的各气缸20内。尽管只示出了单个气缸20，但是应当理解，发动机12可包括多个气缸20。气缸20包括压缩空气燃料混合物的活塞(未示出)。更具体地，进入气缸20的空气流与由燃料喷射器22喷射的燃料混合。在燃烧冲程中，火花塞24点燃压缩的空气燃料混合物以产生发动机扭矩。

控制器26可包括一个或多个模块，并控制发动机12及其扭矩输出。控制器26利用本公开的自适应平均最佳扭矩(MBT)点火提前控制来使发动机12的操作的点火正时最优。控制器26基于所需扭矩或参考扭矩调节发动机扭矩。例如，控制器26可从驾驶员输入装置(例如，加速踏板、手动节气门控制或基于计算机的输入装置)接收所需扭矩指令。输入装置27可给控制器26提供表示所需扭矩输出或所需扭矩变化的信号。

控制器26与质量空气流量(MAF)传感器28、节气门位置传感器(TPS)30、歧管绝对压力(MAP)传感器34及一个或多个爆震传感器35通信。MAF传感器28产生表示通过节气门14的空气流量的信号。TPS传感器30产生表示节流板18的位置的信号。MAP传感器32产生表示进气歧管16内压力的信号。发动机速度传感器34产生表示发动机速度(RPM)的信号。爆震传感器35产生发动机控制器26可利用以确定发动机12运行期间是否发生爆震的信号。控制器26还与燃料喷射器22通信，以控制供给到气缸20的燃料率，还与点火系统36通信，以控制点火火花的正时。环境压力传感器38和温度传感器40分别产生环境压力信号和温度信号，并将信号发送到控制器26。控制器26还与节气门致动器42通信。节气门致动器42可基于从控制器26接收到的指令调节节流板18的位置。

控制器26可包括多个模块，以控制并操作发动机12和车辆系统10。可选择地，控制器26可为单个集成模块。控制器26执行本公开的自适应MBT点火提前控制。控制器26可包括与点火系统36通信的点火模块44。点火模块44可指令点火系统36以所需正时使火花塞24点火。

控制器26可包括与点火模块44通信的点火正时模块46。点火正时模块46存储点火模块44用来指令点火系统36使火花塞24点火的表格式点火正时值S_T。可作为发动机速度(RPM)和负载的函数将点火正时模块46内的点火正时值S_T制成表格。可选地，还可作为其它环境状况的函数，例如环境温度、压力和海拔，将点火正时值S_T制成表格。点火正时模块46将点火正时值S_T存储在非易失性存储器中。

点火正时模块46内的初始点火正时值S_T是为了与一族发动机12一起使用而产生的通用值。本公开的自适应MBT点火提前控制自适应地替代点火正时模块46内的点火正时值S_T，以使发动机12的运行最优，如下所述。

控制器26可包括与点火模块44通信的运行状况检测模块48。运行状况检测模块48可监测发动机12和系统10的运行状况，并允许点火模块44取回与发动机12和/或发动机10的运行状况相关的信息。运行状况检测模块48从MAF传感器28、TPS传感器30、MAP传感器32、发动机速度传感器34、爆震传感器35、环境压力传感器38和环境温度传感器40接收信号。运行状况检测模块48利用这些信号连同其它运行状况来确定发动机12上的负载和发动机速度，使得点火模块44可从点火正时模块46获取恰当的点火正时值S_T，并指令点火系统36以适当的正时使火花塞24点火。

点火模块44可基于本公开的自适应MBT点火提前控制重写或改变点火正时模块46内的点火正时值S_T。根据本公开的自适应MBT点火正时提前控制由点火模块44执行。点火模块44监测发动机12的运行状况，从点火正时模块46取回适当的点火正时值S_T，并指令点火系统36以取回的点火正时值S_T使火花塞24点火。当发动机12的运行处于优化运行窗口时，点火模块44调节点火正时，并确定发动机12运行产生的变化。对于发动机12不同的运行状况，优化运行窗口可变化或不同。例如，优化运行窗口可包括发动机处于稳态运行的时间周期。发动机稳态运行的一个实例包括应用到发动机的恒定负载需求。

可通过确定发动机12的扭矩输出变化来确定由于调节正时产生的发动机性能变化。发动机12的扭矩输出变化可通过由发动机速度传感器34或测量发动机12扭矩值的实际扭矩传感器(未示出)报告的发动机速度(RPM)变化等方式来表示。

除了改变点火正时和监测发动机性能变化之外，自适应MBT点火提前控制还确定是否发生发动机爆震。如果了解到发动机12性能的正向变化而没有引起爆震，那么在非易失性存储器中重写/替换从点火正时模块46取回的点火正时值S_T，以反映改进发动机12性能的新点火正时。

只要发动机12运行在优化运行窗口内，就可调节点火正时(提前或延迟)，并确定发动机性能的变化。该过程可持续到实现对应于平均最佳扭矩的点火正时为止，并写入点火正时模块46的非易失性存储器内。

在该过程期间，发动机12的运行速度(RPM)保持在预定滞后带内(例如，初始发动机速度±50RPM)。对于不同运行状况，该滞后带可不同。该滞后带可选择为向车辆系统10的操作员提供发动机运行中可忽略的或察觉不到的变化。

因此，通过执行本公开的自适应MBT点火提前控制，在发动机12运行期间，可自适应地替换存储在点火正时模块46内的点火正时值S_T。新的点火正时值可提供不引起发动机爆震的平均最佳扭矩。

现在参考图2，现在详细描述由根据本公开的自适应MBT点火提前控制执行的步骤。在发动机12运行期间，点火模块44执行本公开的自适应MBT点火提前控制。具体地，当发动机12运行时，在步骤100中，控制使用点火正时模块46的非易失性存储器内的点火正时S_T操作发动机12。点火模块使点火系统36以从点火正时模块46取回的点火正时值S_T使火花塞24点火。在步骤102中，控制确定发动机12是否处于优化运行窗口内。如果发动机12不是运行在优化运行窗口内，那么控制返回步骤100，并继续使用点火正时模块46的点火正时值S_T，直到发动机12处于优化运行窗口为止。

当发动机12运行于优化运行窗口内时，控制进行到步骤104。在步骤104中，控制将点火正时值S_T提前一个增量至S_T+1。例如，控制可提前点火正时1度。应当理解，点火正时值S_T提前的增量可不同于1度。点火系统36将火花塞24点火的正时变为S_T+1。

在步骤106中，控制确定发动机12的输出是否出现扭矩增加。扭矩变化可通过发动机速度传感器34报告的发动机速度或扭矩测量传感器(未示出)测量的实际扭矩的变化来确定。由于点火正时提前一个增量引起的扭矩增加表明，点火正时模块46内点火正时值S_T的未设定成产生平均最佳扭矩。结果，可进行点火正时模块46内点火正时值S_T的改进。

如果扭矩在步骤106增加，那么控制继续至步骤108。扭矩增加表明可利用改善的点火正时。这样，在步骤108中，控制确定发动机12以提前的点火正时值S_T+1的运行是否导致发动机12爆震。如果检测到爆震，那么发动机12的点火正时对当前运行状况受到爆震限制，控制将点火正时返回至S_T(点火正时模块46内的现有点火正时值S_T)，如步骤110中所示。

在发动机12当前点火正时受到爆震限制的情况下，控制监测从点火正时模块46利用的点火正时，以便查找使点火正时模块46内点火正时值最优的新时机。当点火模块44指令点火正时的变化时(来自点火正时模块46的与刚刚评价的点火正时不同的点火正时)，出现新的时机。具体地，如步骤111中所示，控制确定点火正时模块46的不同点火正时是否被点火模块44利用。当使用不同的点火正时时，可活动估计不同(新)点火正时是否为发动机12提供平均最佳扭矩的新时机，并且控制返回至步骤100，以查寻点火正时模块46中点火正时值的改进。如果未利用不同的点火正时，如步骤111中所确定的，那么控制继续监测由点火模块44指令的点火正时，直到指令不同的点火正时并且出现进行优化的新时机为止，这时控制返回至步骤100。

如果在步骤108中未检测到发动机爆震，那么已发现改进的点火正时S_T+1，并且控制进行到步骤112。在步骤112中，控制通过设定S_T＝S_T+1来替换点火正时模块46的非易失性器内的点火正时值。点火正时值被新的提前点火正时值替换导致点火正时模块46现在具有可提高发动机扭矩、并使其运行更接近或等于MBT运行的点火正时S_T。

在步骤114中，控制确定发动机12是否运行于预定滞后带内。滞后带可选择为在执行自适应MBT点火提前控制期间允许发动机速度(RPM)的一些变化。例如，滞后带可为步骤104中改变点火正时之前的发动机速度±50RPM。滞后带的宽度可变化。例如，可基于执行自适应MBT点火提前控制之前的发动机12运行速度和/或发动机12在其中运行的应用来改变其宽度。

当发动机12运行于滞后带之外时，控制调节在步骤116中调节节流板18的位置。具体地，控制指令节气门致动器42改变节流板18的位置，以使发动机速度返回到滞后带中。控制继续执行步骤114和116，直到发动机速度处于滞后带内为止。

当发动机12运行于滞后带中时，控制进行至步骤118。在步骤118中，控制确定发动机12是否仍运行于优化运行窗口内。如果发动机12的运行不再处于优化运行窗口内，那么控制返回步骤100，并使用点火正时模块46的点火正时S_T来操作发动机12。控制继续监测发动机12的运行，以确定何时出现另一个优化运行窗口，如步骤102中所示。

如果发动机12仍运行于优化运行窗口，如步骤118中所确定的，那么控制返回到步骤104。只要提前点火正时导致扭矩增加、不引起发动机12爆震、并且发动机12的运行保持在优化运行窗口内，那么控制就继续执行步骤104、106、108和112-118。该过程使得控制对于发动机12的当前运行条件能够找到最佳的点火正时，并替换掉点火正时模块46的非易失性存储器中的值，以反应改进的正时值。

在某些情形下，点火正时值的提前并不增加扭矩和改进发动机12的性能。若将点火正时S_T提前一个增量并未增加发动机扭矩，则表明点火正时模块46内的当前点火正时值导致过点火(过于提前)状况，或者当前点火正时模块46内的点火正时即为导致平均最佳扭矩的值。因此，本公开的自适应MBT点火提前控制可查看延迟点火正时是否导致发动机12性能的提升，如下所述。发动机12的性能提升(扭矩增大)表示过点火(过于提前)情形，点火正时的延迟可将点火正时朝着对应于发动机12的MBT运行的值移动。

如果步骤104中点火正时S_T的提前并不使得扭矩增大，如步骤106中所确定的，那么控制进行到步骤120。在步骤120中，控制将点火正时返回至S_T(点火正时模块46内的值)。在步骤122中，控制将点火正时S_T延迟一个增量至S_T-1。

在步骤124中，控制确定点火正时至S_T-1的延迟是否导致扭矩增加。如果未实现扭矩增加，那么通过延迟点火正时来提升发动机性能是不可行的，控制进行到步骤128。在步骤128中，控制将点火正时返回至S_T(点火正时模块46内的当前值)。

在执行步骤128之后，控制监测从点火正时模块46利用的点火正时，以寻找使点火正时模块46内的点火正时值最优的新时机。当点火模块44指令改变点火正时(来自点火正时模块46的与刚刚评价的点火正时不同的点火正时)时，出现新的时机。具体地，控制确定点火模块44是否利用来自点火正时模块46的不同点火正时，如步骤130中所示。当使用不同的点火正时时，可获得估计是否不同(新)点火正时是否给发动机12提供平均最佳扭矩的新时机，并且控制返回步骤100，以查寻点火模块46中点火正时值的改进。如果未利用不同的点火正时，如步骤130中所确定的，那么控制继续监测由点火模块44指令的点火正时，直到指令不同的点火正时并且出现进行优化的新时机为止，这时控制返回至步骤100。

如果点火正时的延迟导致扭矩增加，如步骤124中所确定的，那么确定对点火正时的可能改进，控制执行步骤126。在步骤126中，控制确定延迟的点火正时S_T-1是否导致发动机爆震。如果检测到爆震情形，那么该可能改进不可使用，控制进行到步骤128，并将点火正时返回至S_T(点火正时模块46内的当前值)。

如果在步骤126中未检测到爆震情形，那么控制进行到132。在步骤132中，控制通过设定S_T＝S_T-1来替换点火正时模块46的非易失性模块内的点火正时值。结果，现在点火正时模块46的非易失性存储器内存储的点火正时值S_T为导致发动机12的扭矩输出增加超过在点火正时模块46内存储的前一点火正时值的值。

在步骤314中，控制确定发动机12是否运行于滞后带内。如果发动机12未运行于滞后带内，那么控制调节节气门，如步骤136中所示。具体地，控制指令节气门致动器42调节节流板18的位置，以使发动机12的速度返回到滞后带内。控制继续执行步骤134和136，直到发动机12的速度处于滞后带为止。

当发动机12的速度在滞后带内时，控制进行至步骤138。在步骤138中，控制确定发动机12是否仍运行于优化运行窗口内。如果发动机12的运行不再处于优化运行窗口内，那么控制返回步骤100，并使用来自点火正时模块46的点火正时S_T，等候寻找对点火正时模块46内点火正时值进行改进的另一个时机。

如果发动机12仍运行于优化运行窗口，如步骤138中所确定的，那么控制返回到步骤122，再次将点火正时S_T延迟一个增量至S_T-1，并评价由于新延迟的点火正时S_T-1而产生的发动机扭矩变化。只要发动机12的运行保持在优化运行窗口内，未检测到爆震、并且延迟点火正时导致扭矩增加，那么控制就继续执行步骤122、124、126和132-138。这样，本公开的自适应MBT点火提前控制允许控制继续改进点火正时值，寻找对于发动机12当前运行条件的最佳点火正时，并替换掉点火正时模块46的非易失性存储器中的值，以反映改进的正时值。

因此，本公开的自适应MBT点火提前控制监测发动机12的运行状况，并且只要出现优化运行窗口，就执行本公开的自适应MBT点火控制。自适应MBT点火提前控制逐步地提前点火正时，并确定发动机扭矩内产生的变化。只要实现扭矩增加(表明低点火情形)，控制就继续提前点火正时。如果不出现扭矩增加，那么控制将开始逐步地延迟点火提前，并确定是否出现扭矩增加，从而指示该延迟将发动机12的运行向MBT点火提前值移动更多。控制步骤地延迟点火正时，直到无法获得扭矩增加和/或出现爆震情形。

在不产生爆震的情况下，每次获得扭矩增加，都重写/替换点火正时模块46的非易失性存储器内的点火正时值，以反映改进发动机12运行的新点火正时值。一旦不再获得在不产生爆震情形下的扭矩增加，那么将最优的点火提前存储在点火正时模块46内，以便后面应用于发动机12的运行。如果发动机12的运行保持在优化运行窗口内足够的持续时间，并且其点火正时不受爆震限制，那么对于特定的运行参数，点火正时模块46内相应的点火正时值将反映发动机12的MBT点火提前。

在执行MBT点火提前控制期间，发动机速度保持在预定带内。将发动机速度保持在预定带内可在执行MBT点火提前控制期间，给使用车辆系统10的车辆的操作员提供舒适的体验，并且可提供发动机运行中可忽略的或不易察觉的变化。

因此，只要出现适当的最优带情形，那么本公开的MBT点火提前控制可持续地寻求优化点火正时模块46中的点火正时值。这个能力允许替换点火正时值，以反映发动机12性能随时间的变化，并且还可考虑环境变化，如海拔、环境温度和空气密度的变化。

本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以多种形式执行。例如，尽管自适应MBT点火提前控制描述为在设法最优化点火正时值时首先执行点火提前，并且如果必要再执行点火延迟，但是应当理解，当设法最优化点火正时值时，可首先延迟点火正时，并且如果必要再提前。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。