CN100510358C - 发动机启动和开动至运行过渡的基于模型的燃料控制校准 - Google Patents

Abstract

一种用于调节在发动机启动与开动至运行过渡期间通向内燃机气缸的燃料的燃料控制系统包括第一模块，该第一模块根据多个GPO预报模型来确定气缸用的提前估算气缸空气质量(GPO)。第二模块根据多个提前估算GPO来调节对所述发动机气缸的加燃料直至气缸的燃烧事件发生为止。根据来自多个基于预定试验计划的试验启动的数据来校准多个GPO预报模块中的每一个。

Description

发动机启动和开动至运行过渡的基于模型的燃料控制校准

技术领域

本发明涉及内燃机，更特别而言涉及调节在内燃机启动和开动至运行过渡期间通向发动机的燃料。

背景技术

内燃机在气缸内燃烧燃料与空气混合物从而驱动活塞产生驱动转矩。在发动机启动期间，发动机按照过渡模式操作，这种模式包括接通、开动、开动至运行以及运行。接通模式开始启动过程，而发动机在开动模式期间被开动(即由启动器马达驱动)。当对发动机加燃料并且初始点火事件发生时，发动机操作过渡成开动至运行模式。最后，当使所有气缸点火并且发动机速度处于极限水平以上时，发动机过渡成运行模式。

加燃料的准确控制在过渡发动机启动期间实现发动机快速启动和降低启动时间的变化(即转换至运行模式所花费的时间)方面起着重要作用。传统的过渡燃料控制系统未能充分考虑燃料损失并且在过渡相位期间未能检测与改善不点火和不良启动。另外，传统燃料控制系统不够稳固并且需要显著的校准作用。

发明内容

相应地，本发明提供了一种用于调节在发动机启动与开动至运行过渡期间通向内燃机气缸的燃料的燃料控制系统。这种燃料控制系统包括第一模块，该第一模块根据多个GPO预报模型来确定气缸用的提前估算气缸空气质量(GPO)。第二模块根据多个提前估算GPO来调节对发动机气缸的加燃料直至气缸的燃烧事件发生为止。根据来自多个基于预定试验计划的试验启动的数据来校准多个GPO预报模块中的每一个。

根据其它特征，多个GPO预报模块包括在第一燃烧事件之前的多个试验启动期间的使用GPO测量值来校准的开动预报模块。根据GPO测量值的最小平方曲线拟合来校准开动GPO预报模块。

根据其它特征，使多个试验启动之一期间的开动周期延长以便能够收集另外的GPO数据。开动周期通过禁止火花与燃料喷射来延长。

根据其它特征，多个GPO预报模块包括在初始火花事件之后的多个试验启动期间使用GPO测量值来校准的开动至运行GPO预报模块。根据GPO测量值和滤波器的最小平方曲线拟合来校准开动至运行GPO预报模块。

根据另一个特征，多个GPO预报模块包括在初始火花事件之后并处于模拟不点火状态下的多个试验启动期间使用GPO测量值来校准的不点火GPO预报模块。

根据另一个特征，多个GPO预报模块包括在初始火花事件之后并处于模拟不良启动状态下的多个试验启动期间使用GPO测量值来校准的不良启动GPO预报模块。

根据另一个特征，多个试验启动包括有意的不点火发动机启动。

根据又一个特征，多个试验启动包括有意的不良发动机启动。

根据又一个特征，在所述多个试验启动期间执行火花延迟以便模拟不点火和不良发动机启动情况。

通过阅读下文中提供的详细描述，将会清楚本发明的其它适用区域。应当理解，尽管以下详细描述和特定实例显示了本发明的优选实施例，但是它们仅用于示例说明，而并非意欲限制本发明的范围。

附图说明

通过阅读详细描述和附图，将会更充分地理解本发明，图中：

图1为包括使用本发明的过渡燃料控制来调节的示例性发动机系统的示意图；

图2为曲线图，示出了在异常发动机启动期间示例性实际气缸充气量(GPO)与示例性的滤过GPO的关系曲线；

图3为曲线图，示出了多个发动机循环上的示例性原始喷射燃料质量(RINJ)与示例性所测燃烧燃料质量(MBFM)；

图4为信号流图，示出了执行本发明的过渡燃料控制的示例性模块；以及

图5为曲线图，示出了根据本发明的GPO预报方案所求解的示例性事件。

具体实施方式

对优选实施例的以下描述事实上仅为示例性并且决非用于限制本发明、其应用或用途。为清楚起见，在各图中，将使用相同的参考数字来标示相似的元件。在本文中使用时，术语“模块”是指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它适用部件。

现在参看图1，示意性示出了车辆系统10。车辆系统包括发动机12，发动机12燃烧气缸14内的燃料与空气混合物以便驱动滑动地置于气缸14内的活塞。这些活塞驱动曲柄轴16以便产生驱动转矩。通过节气门20将空气吸入发动机的进气歧管18。将空气分配给气缸14并使其与来自加燃料系统22的燃料混合。将空气与燃料混合物点燃或使其产生火花以便开始燃烧。通过排气歧管24将燃烧所产生的废气排出气缸14。能量存储装置(ESD)26向车辆系统的各个部件提供电能。例如，在发动机启动期间，ESD26提供电能以便产生火花并且提供电能以便旋转驱动曲柄轴16。

控制模块30调节车辆系统10的总体操作。控制模块30响应于由各个传感器产生的多个信号，如以下更详细所述。在跨过接通模式、开动模式、开动至运行模式以及运行模式的过渡期间，控制模块30根据本发明的过渡燃料控制来调节通向单个气缸的燃料流。更特别而言，在发动机启动期间，初始模式为接通模式，其中驾驶员接通点火开关以便开始发动机启动过程。开动模式跟随着接通模式，并且在开动模式期间，启动器马达(未示出)可旋转地驱动着活塞以便允许气缸14中的空气处理。在开动至运行模式期间，在运行模式中的正常发动机操作之前，发生初始点火事件。

车辆系统10包括监控着通过节气门20的空气流速的质量空气流(MAF)传感器35。节气门位置传感器34对节流板(未示出)的位置做出响应并且产生节气门位置信号(TPS)。进气歧管压力传感器36产生歧管绝对压力(MAP)信号而发动机速度传感器38产生发动机速度(RPM)信号。发动机油温传感器40产生发动机油温(T_OIL)信号而发动机冷却剂温度传感器42产生发动机冷却剂温度(ECT)信号。压力传感器44对大气压力做出响应并且产生气压(P_BARO)信号。电流和电压传感器46、48分别产生ESD26的电流和电压信号。进气温度(IAT)传感器37产生IAT信号。

本发明的过渡燃料控制计算在从发动机启动到开动至运行的过渡期间喷入每个气缸中的原始的喷射燃料值(RINJ)。更特别而言，过渡燃料控制预报气缸充气量(GPO)并且根据GPO确定RINJ。过渡燃料控制执行多个功能，包括但不限于开动GPO预报、开动至运行GPO预报、运行GPO预报、预定GPO滤波器、不点火检测、不良启动检测、不良启动恢复检测、不点火/不良启动GPO预报、过渡规则、利用燃料分数(UFF)计算、标称燃料动态模型和控制、燃料动态控制策略和各个气缸燃料预报时间安排及指令时间安排。在此假定估计真实GPO的最准确方法为使用进气下死点(BDC)处的MAP数据。由于硬件约束，最接近的MAP测量在规定气缸事件处进行采样。示例性4气缸发动机的一个示例性气缸事件为在进气BDC之前的大约60°-75°度曲轴角(CA)处。在气缸事件之间存在特定的CA值。例如，对于示例性4气缸发动机而言，在事件之间存在180°CA。

开动GPO预报由第一、第二和第三步提前GPO预报以及测量校正组成。在开动模式操作期间，使用开动GPO预报。以下公式与开动GPO预报相关：

GPO_k+3|k＝α_CRKGPO_k+2|k+(1-α_CRK)GPO_k+1|k    (1)

GPO_k+2|k＝α_CRKGPO_k+1|k+(1-α_CRK)GPO_k|k      (2)

GPO_k+1|k＝α_CRKGPO_k|k+(1-α_CRK)GPO_k-1|k     (3)

GPO_k|k＝GPO_k|k-1+KG(GPO_k-GPO_k|k-1)            (4)

公式1为第三步提前预报，公式2为第二步提前预报，公式3为第一步提前预报，而公式4为测量校正。α_CRK为适用于所有发动机启动状态的单定数，而KG表示稳态Kalman滤波增益。由于开动GPO预报器只运行很短时期(例如，只运行示例性1-4发动机的前三个发动机事件)，所以手动调节α_CRK。下标k|k-1表示使用直到先前事件k-1之前的信息的当前事件k处的值，k|k表示使用直到当前事件k之前的信息的当前事件k处的值，k+1|k表示使用直到当前事件k之前的信息的未来事件k+1处的值，等等。

GPO_k根据以下公式计算：

GPO_k＝α_CRK-VEVE_CRKMAP_k/IAT_k       (5)

其中VE_CRK为开动速度处的容积效率，其根据使用已知压缩比的活塞和气缸头的几何来计算，α_CRK-VE为用于匹配VE_CRK和MAP_k/IAT_k的单位的比例系数。

开动至运行GPO预报也包括第一、第二和第三步提前GPO预报以及测量校正。如下文中更详细地阐明，存在一个过渡周期，在这个过渡周期期间，开动GPO预报和开动至运行GPO预报同时运行。一旦完全处于开动至运行模式时，就单独使用开动至运行GPO预报。开动至运行GPO预报用于预报将会在以开动至运行模式操作期间吸收它们的充气的那些气缸的GPO。与开动至运行预报GPO相关的公式如下：

GPO_k+3|k＝α_CTRGPO_k+2|k           (6)

GPO_k+2|k＝α_CTRGPO_k+1|k         (7)

GPO_k+1|k＝α_CTRGPO_k|k         (8)

GPO_k|k＝GPO_k|k-1+KG(GPO_k-GPO_k|k-1)       (9)

其中公式6为第三步提前预报，公式7为第二步提前预报，公式8为第一步提前预报，而公式9为测量校正。预报器系数α_CTR为TPS和发动机RPM信号的线性样条函数，其中下标CTR表示开动至运行状态，计算公式如下：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{CTR}}=c_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\×\mathrm{UTPS}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_j\×\mathrm{URPM}\left(j\right)---\left(10\right)$

其中

并且

还提供了以下定义：

R_i，j＝{[TPS_i，TPS_i+1)，[RPM_j，RPM_j+1)}i＝1，2，…n-1  j＝1，2，…m-1        (13)

R_n，j＝{[TPS_n，∞)，[RPM_j，RPM_j+1)}j＝1，2，…m-1    (14)

R_j，m＝{[TPS_i，TPS_i+1)，[RPM_m，∞)}i＝1，2，…n-1     (15)

R_n，m＝{[TPS_n，∞)，[RPM_m，∞)}      (16)

当(TPS，RPM)∈R_i，j时，α_CTR可重写为：

α_CTR＝δ₀+δ₁×TPS+δ₂×RPM         (17)

其中

${\mathrm{\δ}}_0=c_0-\underset{k=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k\×{\mathrm{TPS}}_k-\underset{k=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k\×{\mathrm{RPM}}_k---\left(18\right)$

${\mathrm{\δ}}_1=\underset{k=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k---\left(19\right)$

${\mathrm{\δ}}_2=\underset{k=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k---\left(20\right)$

TPS_i和RPM_j的典型值分别为(5，15，20，30，∞)和(600，1200，1800，∞)。

在公式9中，GPO_k根据以下公式来计算：

GPO_k＝α_RUN-VEVE_RUN(MAP_k，RPM_k)MAP_k/IAT_k　　　　　　　　　　　　　　　　　(21)

其中VE_RUN(．)为在正常或运行操作状态时的容积效率并且根据MAP和RPM确定，而α_Run-VE为用于匹配VE_RUN(.)和MAP_k/IAT_k的单位的比例系数。

运行GPO预报包括第一、第二和第三步提前GPO预报以及测量校正。在运行模式期间使用运行GPO预报。与运行GPO预报相关的公式提供如下：

GPO_k+3|k＝α_RUNGPO_k+2|k+U(TPS，GPC)            (22)

GPO_k+2|k＝α_RUNGPO_k+1|k+U(TPS，GPC)　　　　　　(23)

GPO_k+1|k＝α_RUNGPO_k|k+U(TPS，GPC)　　　　　　(24)

GPO_k|k＝GPO_k|k-1+KG(GPO_k-GPO_k|k-1)　　　　　(25)

其中公式22为第三步提前预报，公式23为第二步提前预报，公式24为第一步提前预报，而公式25为测量校正。输入函数U(TPS，GPC)为TPS和根据MAF在节气门处测得的气缸充气量(GPC)的函数，由下式提供：

$U(\mathrm{TPS},\mathrm{GPC})=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_i{\mathrm{TPS}}_{k-i+1}+\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_j{\mathrm{GPC}}_{k-j+1}---\left(26\right)$

运行GPO预报器的参数约束和输入函数为β₁+β₂+β₃＝0和1-α_RUN＝γ₁+γ₂+γ₃，其中α_RUN为单定数。在公式25中，GPO_k按照下式计算：

GPO_k＝α_RUN-VEVE_RUN(MAP_k，RPM_k)MAP_k　　　　(27)

现在参考图2，在异常发动机启动情况(例如不点火和/或不良启动状态)下，GPO测量可能具有不希望的波动。这可能引起GPO预报呈现不希望的性态。不良启动的典型数据迹线示于图2中。经滤波波的GPO具有更好的性态(即，具有较少的波动)，因此比GPO预报中的测得GPO更有用。GPO滤波时间安排根据发动机的点火形状来进行。更特别而言，对于正常发动机启动(即正常模式)，经滤波波的GPO(GPOF_k)由下式提供：

GPOF_k＝0.1GPOF_k-1+0.9GPO_k　　　　　　(28)

对于异常发动机启动(包括不点火和/或不良启动)，GPOF_k由下式提供：

GPOF_k＝0.9GPOF_k-1+0.1GPO_k　　　　　(29)

由于快速GPO延迟从特定事件(例如典型1-4发动机的事件4)开始，所以GPO滤波器只从该事件开始被激活。因此，从该事件开始向前，出现于上述所有预报公式中的GPO_k被GPOF_k代替。应当理解，值0.1和0.9本质上仅为示例性。

在正常发动机启动情况下，GPO滤波器的时间常数为0.1，并且在对测得的GPO进行滤波时不发挥作用。在这种情况下，使用经滤波波的GPO的益处并不明显。然而，在异常发动机启动的情况下，GPO滤波器的时间常数可能大至0.9。这种方案提供了在总体GPO预报方案中执行的安全网。当发动机从不点火或不良启动情况复原时，GPO滤波器被转向正常操作模式。

发动机不点火检测根据对首次点火在其间发生的两个事件的RPM差的监控来执行。对于具有已知凸轮位置的典型1-4发动机来说，首次点火发生于事件3与事件4之间。因此，可以根据事件4来检测不点火。不点火的检测规则定义如下：

如果ΔRPM＝(RPM₄-RPM₃)<ΔRPM_lst-fire，则检测为不点火。

其中ΔRPM_lst-fire(即由于首次点火而产生的RPM的变化)为可校准的数字(例如大约200RPM)。对于带有超过四个气缸的发动机而言，检测规则可相应调整。RPM_k指的是事件k处的RPM。

不良启动可以根据第二燃烧事件之后的阈值RPM来检测。在典型1-4发动机的正常状态下，第二燃烧发生于事件4与事件5之间，并且能够产生大于阈值RPM(例如700RPM)的发动机速度值。因此，不良启动检测的规则定义如下：

如果RPM_k≧5≦700，则检测为不良启动。

如果发动机在不良启动模式下操作并且RPM_k≧1400，则检测到不良启动复原。不良启动复原的RPM阈值可以在既满足RPM_k≧1400又可得到GPC的第一可靠读数的时刻定义。应当理解，此处提供的阈值RPM值本质上仅为示例性。当检测到不良启动复原时，GPO滤波器被相应地转向正常模式并且使用运行GPO预报器来进行GPO预报。

如果发动机在不点火模式下操作，则不点火GPO预报代替开动至运行CPO预报。不点火GPO预报按照以下公式执行：

${\mathrm{GPO}}_{k+3|k}={\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{MIS}}^3{\mathrm{GPO}}_{k|k}---\left(30\right)$

${\mathrm{GPO}}_{k+2|k}={\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{MIS}}^2{\mathrm{GPO}}_{k|k}---\left(31\right)$

GPO_k+1|k＝α_MISGPO_k|k         (32)

GPO_k|k＝GPO_k|k-1+KG(GPO_k-GPO_k|k-1)       (33)

其中公式30为第三步提前预报，公式31为第二步提前预报，公式32为第一步提前预报，公式33为测量校正，并且提供了典型值αMIS＝1和KG＝0.8。然而，应当理解，这些值可根据发动机特定参数而改变。

如果发动机不良启动模式下操作，则不良启动GPO预报代替开动至运行预报。不良启动GPO预报按照以下公式执行：

${\mathrm{GPO}}_{k+3|k}={\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{PS}}^3{\mathrm{GPO}}_{k|k}---\left(34\right)$

${\mathrm{GPO}}_{k+2|k}={\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{PS}}^2{\mathrm{GPO}}_{k|k}---\left(35\right)$

GPO_k+1|k＝α_PSGPO_k|k      (36)

GPO_k|k＝GPO_k|k-1+KG(GPO_k-GPO_k|k-1)      (37)

其中公式34为第三步提前预报，公式35为第二步提前预报，公式36为第一步提前预报，公式37为测量校正，并且提供了典型值αPS＝0.98和KG＝0.8。然而，应当理解，这些值可根据发动机特定参数而改变。

对于典型4气缸发动机，定义各模式之间的过渡状态的规则总结如下。对于已知凸轮位置，事件4为从开动模式到开动至运行模式的.过渡状态的默认事件。在事件4处，如果RPM的变化小于可校准数字(例如200RPM)，则检测为弱点火，弱点火GPO预报受到激活并且使用异常GPO滤波器和弱点火GPO预报。在事件5处，如果发动机速度小于可校准数字(例如700RPM)，则检测为不良启动，对不良启动进行预报并且激活不良启动GPO预报。同时，异常GPO滤波器受到激活。否则，激活正常GPO滤波器和开动至运行GPO预报。如果发动机速度超过可校准RPM阈值(例如1400RPM)，则预报方案从不良启动恢复模式或正常启动模式转向运行GPO预报。对于带有超过四个气缸的发动机，应用类似但经过改动的规则。

现在参看图3，将对利用燃料分数(UFF)进行详细描述。UFF为当前燃烧事件中实际燃烧的燃料的百分比并且根据实验观测得到。更具体而言，UFF为原始喷射燃料质量(RINJ)相对于测得燃烧燃料质量(MBFM)的分数。存在并不参加燃烧过程的一定数量的RINJ。这种现象的作用示于图3中，其中RINJ的总量并来出现于废气测来能够中并且观察到了渐减的返回情况。这种不完全燃料利用现象表明利用率并非常数，而是RINJ的函数。

本发明的过渡燃料控制通过将总体燃料动态特性分成两个叠加的子系统来对这种严格非线性进行建模，这两个子系统为非线性输入(RINJ)相关的UFF和单位增益标称燃料动态特性函数。输入(RINJ)相关的UFF按照下式提供：

$\mathrm{CINJ}\left(k\right)={\mathrm{UFF}}_{\mathrm{SS}}(1-\frac{2}{\mathrm{\&pi;}}\arctan \left(\frac{\mathrm{RINJ}\left(k\right)}{\mathrm{\&gamma;}\left(\mathrm{ECT}\right)}\right))\mathrm{RINJ}\left(k\right)---\left(38\right)$

其中CINJ为通过考虑UFF所喷射的燃料质量的校正数量。下标SS表示发动机空气动态特性达到稳态的周期。尽管SS的典型值等于20(即，第20周期)，但应当理解，该值可根据发动机特定参数而改变。UFF函数定义如下：

$\mathrm{UFF}={\mathrm{UFF}}_{20}(1-\frac{2}{\mathrm{\&pi;}}\arctan \left(\frac{\mathrm{RINJ}\left(k\right)}{\mathrm{\&gamma;}\left(\mathrm{ECT}\right)}\right))---\left(39\right)$

在以上公式中，UFF₂₀标示在周期20处计算出的UFF。参数γ_(ECT)用来表征满足为获取渐减返回作用的情况的校正要求的形状。当数据充裕度成问题时，该单个基于ECT的参数简化了校准过程并且容许稳健的参数估计。对于给定的固定ECT，γ_(ECT)的大小处于与在正常发动机启动期间的首次索引RINJ(RINJ(1))的范围相同。因此，γ_(ECT)被看作前几个发动机周期中的RINJ校正的加权参数。

向前质量守恒或单位增益标称燃料同代特性模型使用以下公式表示：

y(k)＝-β₁y(k-1)+α₀u(k)+α₁u(k-1)        (40)

其中y(k)标示MBFM而u(k)表示CINJ。公式40受到单位约束：1+β₁＝α₀+α₁。尽管模型结构为一阶线性模型，但是模型参数为ECT的函数。此外，在正常发动机启动情况下，参数α₀、α₁和β₁也略微受到RPM和MAP的影响。然而，在异常发动机启动情况下，由于MAP和RPM预报不够精确，使用此类模型结构和参数设置(即获取MAP和RPM作用)的控制可能产生不适当的燃料动态特性补偿。因此，α₀、α₁和β₁参数只是ECT的函数。当使用过渡燃料控制时，公式40经过转换以便提供：

$u\left(k\right)=-\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1}{{\mathrm{\&alpha;}}_0}u(k-1)+\frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_0}y\left(k\right)+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_1}{{\mathrm{\&alpha;}}_0}y(k-1)---\left(41\right)$

其中y(k)为理想的气缸内燃烧燃料质量(即需求燃料)。

现在参看图4，示出了指向过渡燃料控制的示例性模块。燃料控制基本上包括GPO预报(即、开动、开动至运行和运行所用的多步GPO预报器)、将所预报的GPO和需求的当量比(EQR)轨线变换成燃料质量需求、根据ECT制定的标称逆向燃料动态特性和根据ECT预定的逆向UFF函数。EQR_COM确定为所需燃料空气比与化学计量燃料空气比的比值，并且用来打消燃料成分的差异以及在冷启动状态下向发动机提供稳健的加燃料操作。化学计量燃料空气比为碳氢化合物燃料被完全氧化时的特定燃料空气比。这些模块包括但不限于GPO预报器模块500、燃料质量转换模块502、逆向标称燃料动态特性模块504和逆向UFF模块506。

GPO预报器模块500根据P_BARO、MAP、TPS、RPM、T_OIL、SOC、GPC和IAT产生GPO_k+1|k、GPO_k+2|k和GPO_k+3|k。使用的特定预报模型取决于当前事件数量和发动机模式(例如不点火和不良启动)，并且包括开动GPO预报、开动至运行GPO预报和运行GPO预报、不点火GPO预报和不良启动GPO预报。燃料质量转换模块502根据GPO值和EQR_COM确定MBFM。逆向标称燃料动态特性模块504根据MBFM和ECT确定CINJ。逆向UFF模块根据CINJ和ECT确定RINJ。根据相应的RINJ向各个气缸加燃料。

现在参看图5，以图形方式示出示例性4气缸发动机的事件求解的GPO预报时间安排方案。应当理解，可以调整GPO预报时间安排方案以便适用于具有不同数量气缸的发动机。还应当理解，图5的曲线用于3号气缸为能够点火的第一气缸的示例性启动位置中的示例性发动机。本发明的过渡燃料控制可适用于其它启动位置(例如1号气缸为能够点火的第一气缸)。

接通事件开始发动机开动，并且只有两个气缸被引火(例如对于4气缸发动机而言)以避免不同步情况下的开阀喷射。由于进气阀打开，不能为1号气缸加燃料。引火的燃料点燃根据开动GPO预报来计算。在第一事件(E1)处，1号气缸处于BDC之前的75°CA处，并且没有燃料喷射，执行不同步校正并且只有开动GPO预报运行。同样在E1处，执行3号气缸的GPO第二步提前预报和4号气缸的GPO第三步提前预报。根据第二步和第三步提前GPO确定相应的RINJ并且根据RINJ为3号和4号气缸加燃料。

在第二事件(E2)处，3号气缸处于BDC之前的75°CA处，进行第一步提前GPO预报和提出燃料需求。开动GPO预报和开动至运行GPO预报同时运行。更具体而言，在E2处，使用开动GPO预报确定3号气缸的GPO第一步提前预报和4号气缸的GPO第二步提前预报(请看实线箭头)。使用开动至运行GPO预报确定2号气缸的GPO第三步提前预报(请看虚线箭头)。根据GPO预报确定相应的RINJ并且根据RINJ为3号、4号和2号气缸加燃料直至下一个事件。

在第三事件处，4号气缸处于BDC之前的75°CA处。开动GPO预报和开动至运行GPO预报同时运行，3号气缸的燃料动态初始状态不再为零并且必须在下一个加燃料事件中考虑。更具体而言，在E3处，使用开动GPO预报确定4号气缸的GPO第一步提前预报(请看实线箭头)。使用开动至运行GPO预报确定2号气缸的第二步GPO提前预报和1号气缸的第三步GPO提前预报(请看虚线箭头)。根据GPO预报确定相应的RINJ并且根据RINJ为4号、2号和1号气缸加燃料直至下一个事件。

在第四事件(E4)处，2号气缸处于BDC之前的75°CA处。执行不点火检测并且4号气缸的燃料动态初始状态不再为零并且必须在下一个加燃料事件中考虑。如果检测到没有不点火，则使用开动至运行预报确定2号气缸的第一步提前GPO预报、1号气缸的第二步提前GPO预报和3号气缸的第三步提前GPO预报(请看虚线箭头)。如果检测到不点火，则使用不点火预报确定2号气缸的第一步提前GPO预报、1号气缸的第二步提前GPO预报和3号气缸的第三步提前GPO预报。根据GPO预报计算相应的RINJ并且根据RINJ为2号、1号和3号气缸加燃料直至下一个事件。

在第五事件(E5)处，1号气缸处于BDC之前的75°CA处，执行不良启动检测并且2号气缸的燃料动态初始状态不再为零并且必须在下一个加燃料事件中考虑。如果未检测到不良启动，则使用运行预报确定1号气缸的第一步提前GPO预报、3号气缸的第二步提前GPO预报和2号气缸的第三步提前GPO预报。如果检测到不良启动，则使用不良启动预报确定1号气缸的第一步提前GPO预报、3号气缸的第二步提前GPO预报和2号气缸的第三步提前GPO预报。随后的事件(E6-En)类似，根据点火顺序交替各个气缸(例如对于示例性4气缸发动机而言1342为3号气缸)。当发动机速度达到稳定并且大于1400RPM时，使用运行GPO预报。

提供了预报燃料控制(即GPO预报)的校准过程。校准过程根据启动试验的阈值数量(例如50个启动试验)来进行。下表总结了启动试验的示例性分布：

表1

GPO预报校准的启动试验在燃料动态特性控制校准的启动试验中自动产生。燃料动态特性控制校准在2005年5月4日提交的、标题为“Calibration for Fuel Dynamics Compensation withUtilizationn Function During Engine Start and Crank to RunTransition”的、共同转让的、共同未决的、序号为60/677,771的美国专利申请中进行了详细讨论。空气预报校准对额外的试验的特定需要目的在于模仿不点火和不良启动中出现的异常空气动态性状，以便用于设计检测、时间安排和复原处理规则。不点火指的是第一燃烧事件时的点火很弱或不点火。不良启动指的是在第二燃烧事件之后RPM低于可校准阈值(例如700)的情况。

在第一燃烧事件之前，通过最小二乘法曲线拟合方法根据试验数据使用GPO测量结果来校准开动GPO预报模型(请看公式1至5)。如果控制硬件平台(即控制模块)和检测系统产生了短开动，则可以通过禁止火花和燃料喷射来产生延长发动机开动。短开动造成数据不足，不足以进行最小二乘法曲线拟合。在开动模式中并不需要经滤波波的GPO，因为GPO衰减很平滑(请看图6)。另外，在开动模式期间并不需要状态估计，因为开动GPO预报只在前三个发动机事件期间运行。因此，Kalman滤波增益被设定成等于1。

使用示例性的直列式4气缸发动机来描述开动至运行GPO预报模型(请看公式6至20的校准过程。对于具有更多气缸的发动机，需要在这个校准过程中稍作调整。对于示例性发动机而言，开动至运行过渡中的最重要的过渡事件为E4和E5。只使用良好的启动数据通过最小二乘法线性样条曲线拟合来校准开动至运行GPO预报模型。对于示例性发动机而言，使用GPO滤波器并且滤波增益被设定为0.8(即根据试验确定的值)。在E4处对不点火检测器的校准只需要ΔRPM阈值，其可以根据不点火和不良启动数据来调整。选择E4是因为其为在给定以上所详述的控制策略下首先点火的第一事件。如果希望发动机在不同的事件点火，则该事件即为用于不点火检测的事件。

在E5及向前的事件处对不良启动检测器的校准根据瞬时发动机速度测量来进行。对于示例性直列式4气缸发动机而言，700RPM为RPM阈值的合理值。对于具有更多气缸的发动机而言，由于更大的惯量和摩擦，所以RPM阈值将会更小。在这个校准步骤中使用启动不良数据。如果希望第一发动机点火在En发生，则不良启动检测器将在En+1开始。对不良启动复原的校准只需要知道发动机速度何时超过阈值速度(例如大约为1400RPM)。在该时刻，GPC测量也必须有效。

使用延迟火花在TDC之后高达30°来校准不点火/不良启动GPO预报模型。火花延迟产生了推迟延烧以便模仿不点火和不良启动状态。对在异常发动机启动中第一、第二和第三步提前预报的衰减率进行调整以便使得所预报的GPO接近或稍大于经过滤波的GPO。

根据以上描述，本发明所属领域的普通技术人员现在能够理解，本发明的广义思想能够按照各种形式实现。因此，尽管以上结合其特定实例描述了本发明，但本发明的真正范围不应当被限制于此，因为在研究了附图、说明书和以下权利要求之后，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚其它改型。

Claims (22)

1.一种用于调节在发动机启动与开动至运行的过渡期间通向发动机气缸的燃料的燃料控制系统，包括：

第一模块，其根据多个气缸空气质量预报模块来确定气缸用的多个提前估算气缸空气质量；以及

第二模块，其根据所述多个提前估算气缸空气质量来调节对所述发动机气缸的加燃料直至所述气缸的燃烧事件发生为止；

其中根据来自基于预定试验计划的多个试验启动的数据来校准所述多个气缸空气质量预报模块中的每一个。

2.根据权利要求1所述的燃料控制系统，其中所述多个气缸空气质量预报模块包括在燃烧事件之前的所述多个试验启动期间使用气缸空气质量测量值来校准的开动气缸空气质量预报模块。

3.根据权利要求2所述的燃料控制系统，其中根据气缸空气质量测量值的最小平方曲线拟合来校准所述开动气缸空气质量预报模块。

4.根据权利要求1所述的燃料控制系统，其中使所述多个试验启动之一期间的开动周期延长以便能够收集另外的气缸空气质量数据。

5.根据权利要求4所述的燃料控制系统，其中所述开动周期通过禁止火花与燃料喷射来延长。

6.根据权利要求1所述的燃料控制系统，其中所述多个气缸空气质量预报模块包括在初始火花事件之后的所述多个试验启动期间使用气缸空气质量测量值来校准的开动至运行气缸空气质量预报模块。

7.根据权利要求6所述的燃料控制系统，其中根据所述气缸空气质量测量值和滤波器的最小平方曲线拟合来校准所述开动至运行气缸空气质量预报模块。

8.根据权利要求1所述的燃料控制系统，其中所述多个气缸空气质量预报模块包括在初始火花事件之后并处于模拟不点火条件下的多个试验启动期间使用气缸空气质量测量值来校准的不点火气缸空气质量预报模块。

9.根据权利要求1所述的燃料控制系统，其中所述多个气缸空气质量预报模块包括在初始火花事件之后并处于模拟不良启动条件下的多个试验启动期间使用气缸空气质量测量值来校准的不良启动气缸空气质量预报模块。

10.根据权利要求1所述的燃料控制系统，其中所述多个试验启动包括有意的不点火发动机启动。

11.根据权利要求1所述的燃料控制系统，其中所述多个试验启动包括有意的不良发动机启动。

12.根据权利要求1所述的燃料控制系统，其中在所述多个试验启动期间执行火花延迟以便模拟不点火和不良启动情况。

13.一种校准多个气缸空气质量预报模块的方法，该预报模块用于调节在发动机启动与开动至运行的过渡期间通向发动机气缸的燃料，包括：

执行所述发动机的多个试验启动；

在每个所述试验启动期间收集气缸空气质量测量数据；以及

根据所述气缸空气质量测量数据来校准所述多个气缸空气质量预报模块；

其中所述试验启动包括开动时期、模拟不点火以及不良启动情况。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个气缸空气质量预报模块包括在第一燃烧事件之前的所述多个试验启动期间使用气缸空气质量测量值来校准的开动气缸空气质量预报模块。

15.根据权利要求14所述的方法，其中根据所述气缸空气质量测量值的最小平方曲线拟合来校准所述开动气缸空气质量预报模块。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述多个试验启动之一期间延长开动周期以便能够收集另外的气缸空气质量数据。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述开动周期的延长包括禁止火花与燃料喷射。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个气缸空气质量预报模块包括在初始火花事件之后的所述多个试验启动期间使用气缸空气质量测量值来校准的开动至运行气缸空气质量预报模块。

19.根据权利要求18所述的方法，其中根据所述气缸空气质量测量值和滤波器的最小平方曲线拟合来校准所述开动至运行预报模块。

20.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在初始火花事件之后的所述多个试验启动期间模拟所述不点火情况；

在所述不点火情况期间测量气缸空气质量值；以及

根据所述气缸空气质量值来校准所述多个气缸空气质量预报模块的不点火气缸空气质量预报模块。

21.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在初始火花事件之后的所述多个试验启动期间模拟所述不良启动情况；

在所述不良启动情况期间测量气缸空气质量值；以及

根据所述气缸空气质量值来校准所述多个气缸空气质量预报模块的不良启动气缸空气质量预报模块。

22.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述多个试验启动期间延迟火花以便模拟不点火和不良启动情况。

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