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CN103670744B - 容积效率确定系统和方法 - Google Patents

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CN103670744B
CN103670744B CN201310408631.2A CN201310408631A CN103670744B CN 103670744 B CN103670744 B CN 103670744B CN 201310408631 A CN201310408631 A CN 201310408631A CN 103670744 B CN103670744 B CN 103670744B
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Abstract

一种车辆的气缸控制系统，包括气缸控制模块和容积效率（VE）模块。所述气缸控制模块确定期望气缸起用/停用序列。所述气缸控制模块还基于期望气缸起用/停用序列来起用和停用发动机的气缸的阀。所述VE模块基于点火顺序中最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定容积效率。Q是大于1的整数。

Description

容积效率确定系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年9月10日提交的美国临时申请No. 61/698,836的权益。上述申请的公开内容在此作为参考全文引入。
本申请与2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,451、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,351、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,586、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,590、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,536、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,435、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,471、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,737、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,701、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,518、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/799,129、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,574、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/799,181、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/799,116、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,624、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,384、2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,775和2013年3月13日提交的美国专利申请No.13/798,400有关。上述申请的公开内容在此作为参考全文引入。
技术领域
本发明涉及内燃发动机，且更具体地涉及发动机控制系统和方法。
背景技术
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作（在背景技术部分描述的程度上）和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
内燃发动机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，从而产生驱动扭矩。在一些类型的发动机中，进入发动机的空气流量可经由节气门调节。节气门调节节气门面积，其增加或减少进入发动机的空气流量。当节气门面积增加时，进入发动机的空气流量增加。燃料控制系统调节燃料喷射的速率，以给气缸提供期望空气/燃料混合物和/或实现期望扭矩输出。增加提供给气缸的空气和燃料量增加发动机的扭矩输出。
在某些情况下，发动机的一个或多个气缸可停用。气缸的停用可包括停止气缸的进气阀的打开和关闭，和中止气缸的燃料供应。一个或多个气缸可例如在所述一个或多个气缸停用时发动机能够产生请求扭矩量时停用，以例如减少燃料消耗。
发明内容
一种车辆的气缸控制系统，包括气缸控制模块和容积效率（VE）模块。所述气缸控制模块确定期望气缸起用/停用序列。所述气缸控制模块还基于期望气缸起用/停用序列来起用和停用发动机的气缸的阀。所述VE模块基于点火顺序中最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定容积效率。Q是大于1的整数。
在其它特征中，一种气缸控制方法，包括：确定期望气缸起用/停用序列；以及基于期望气缸起用/停用序列来起用和停用发动机的气缸的阀。所述气缸控制方法还包括：基于点火顺序中最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定容积效率（VE）。Q是大于1的整数。
方案1. 一种车辆的气缸控制系统，包括：
气缸控制模块，所述气缸控制模块确定期望气缸起用/停用序列，且基于期望气缸起用/停用序列来起用和停用发动机的气缸的阀；和
容积效率（VE）模块，所述VE模块基于点火顺序中最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定容积效率，
其中，Q是大于1的整数。
方案2. 根据方案1所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块还基于在进气阀关闭定时时的预测进气端口压力和在排气阀关闭定时时的预测排气端口压力来确定VE。
方案3. 根据方案2所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块基于预测进气端口压力除以预测排气端口压力来确定VE。
方案4. 根据方案2所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块基于在进气阀关闭定时之前测量的发动机进气歧管内的压力来确定预测进气端口压力。
方案5. 根据方案2所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块基于在排气阀关闭定时之前确定的捕获在气缸内的空气质量和发动机速度来确定预测排气端口压力。
方案6. 根据方案2所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块还基于发动机速度来确定VE。
方案7. 根据方案6所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块还基于进气阀定相参数和排气阀定相参数来确定VE。
方案8. 根据方案7所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块使用将最后Q个气缸的气缸起用/停用序列、预测进气端口压力、预测排气端口压力、发动机速度、进气阀定相参数和排气阀定相参数与VE相关联的函数和映射表中的一个来确定VE。
方案9. 根据方案7所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块：
基于发动机速度、预测进气端口压力和预测排气端口压力来确定基本VE值；
基于进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定倍数值；
基于进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定偏差值；以及
将VE设定为等于偏差值加上基本VE值和倍数值的乘积。
方案10. 根据方案9所述的气缸控制系统，其中，所述VE模块：
使用将发动机速度以及等于预测进气端口压力除以预测排气端口压力的值与基本VE值相关联的映射表来确定基本VE值；
使用将进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列与倍数值相关联的第一多项式方程和第一双三次样条函数中的一个来确定倍数；以及
使用将进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列与偏差值相关联的第二多项式方程和第二双三次样条函数中的一个来确定偏差值。
方案11. 一种气缸控制方法，包括：
确定期望气缸起用/停用序列；
基于期望气缸起用/停用序列来起用和停用发动机的气缸的阀；以及
基于点火顺序中最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定容积效率（VE），
其中，Q是大于1的整数。
方案12. 根据方案11所述的气缸控制方法，还包括：还基于在进气阀关闭定时时的预测进气端口压力和在排气阀关闭定时时的预测排气端口压力来确定VE。
方案13. 根据方案12所述的气缸控制方法，还包括：基于预测进气端口压力除以预测排气端口压力来确定VE。
方案14. 根据方案12所述的气缸控制方法，还包括：基于在进气阀关闭定时之前测量的发动机进气歧管内的压力来确定预测进气端口压力。
方案15. 根据方案12所述的气缸控制方法，还包括：基于在排气阀关闭定时之前确定的捕获在气缸内的空气质量和发动机速度来确定预测排气端口压力。
方案16. 根据方案12所述的气缸控制方法，还包括：还基于发动机速度来确定VE。
方案17. 根据方案16所述的气缸控制方法，还包括：还基于进气阀定相参数和排气阀定相参数来确定VE。
方案18. 根据方案17所述的气缸控制方法，还包括：使用将最后Q个气缸的气缸起用/停用序列、预测进气端口压力、预测排气端口压力、发动机速度、进气阀定相参数和排气阀定相参数与VE相关联的函数和映射表中的一个来确定VE。
方案19. 根据方案17所述的气缸控制方法，还包括：
基于发动机速度、预测进气端口压力和预测排气端口压力来确定基本VE值；
基于进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定倍数值；
基于进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定偏差值；以及
将VE设定为等于偏差值加上基本VE值和倍数值的乘积。
方案20. 根据方案19所述的气缸控制方法，还包括：
使用将发动机速度以及等于预测进气端口压力除以预测排气端口压力的值与基本VE值相关联的映射表来确定基本VE值；
使用将进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列与倍数值相关联的第一多项式方程和第一双三次样条函数中的一个来确定倍数；以及
使用将进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列与偏差值相关联的第二多项式方程和第二双三次样条函数中的一个来确定偏差值。
本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于说明的目的且并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的示例性发动机控制系统的功能框图；
图3是根据本发明的每缸空气量（APC）模块的功能框图；和
图4是图示根据本发明的预测APC的示例性方法的流程图。
具体实施方式
内燃发动机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以产生驱动扭矩。在某些情况下，发动机控制模块（ECM）可停用发动机的一个或多个气缸。ECM可例如在一个或多个气缸停用时发动机能够产生请求扭矩量时停用所述一个或多个气缸，以例如减少燃料消耗。气缸的停用可包括停止气缸的进气阀的打开和关闭，和中止气缸的燃料供应。
本发明的ECM确定气缸的期望起用/停用序列。ECM可确定期望起用/停用序列，以例如在操作条件下优化燃料效率、驾驶质量、和/或噪音和振动（N&V）。ECM根据期望起用/停用序列来起用和停用发动机的气缸。
ECM预测将被捕获在气缸预定点火顺序中下一个起用气缸内的空气量。ECM还预测被捕获在按点火顺序在下一个起用气缸之后的第二起用气缸内的空气量。一个或多个发动机操作参数，例如火花定时、燃料供应、节气门开度、阀定相和/或增压，可以基于所述预测量中的一个或两者来调节。
ECM基于容积效率（VE）来确定预测量。然而，气缸起用和停用的序列可影响VE。因而，ECM基于用于点火顺序中最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定VE，其中，Q是大于1的整数。
现在参考图1，示出示例性发动机系统100的功能框图。车辆的发动机系统100包括发动机102，发动机102基于来自于驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物以产生扭矩。空气通过进气系统108被吸入发动机102。进气系统108可包括进气歧管110和节气门阀112。仅作为示例，节气门阀112可包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块（ECM）114控制节气门致动器模块116，节气门致动器模块116调整节气门阀112的开度来控制进入进气歧管110中的空气流量。
空气从进气歧管110被抽吸到发动机102的气缸中。虽然发动机102包括多个气缸，但为了说明目的，示出了单个的具有代表性的气缸118。仅作为示例，发动机102 可能包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114在某些情况下可指导气缸致动器模块120以选择性地停用某些气缸，如下文进一步所述，这可改善燃料效率。
发动机102可使用四冲程循环操作。下文所述的四个冲程将称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴（未示出）每一转期间，在气缸118内发生四个冲程中的两个。因而，气缸118需要两个曲轴转数来经历所有四个冲程。对于四冲程发动机，一个发动机循环可对应于两个曲轴转数。
当气缸118起用时，在进气冲程期间，空气从进气歧管110通过进气阀122抽吸到气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料喷射，以实现期望的空气/燃料比。燃料可以在中央位置喷射燃料进入进气歧管110或在多个位置喷射燃料进入进气歧管110，例如，在每个气缸进气阀122附近。在各个实施方式（未示出）中，燃料可以直接喷射到气缸中或者喷射到与气缸有关的混合腔/端口中。燃料致动器模块124可以中止向要停用的气缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合且在气缸118中形成空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118中的活塞（未显示出）压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火发动机，在该情况下压缩引起空气/燃料混合物的点火。可选地，发动机102可以是火花点火发动机，在该情况下，基于来自ECM 114的信号，火花致动器模块126激励气缸118中的火花塞128，其点火空气/燃料混合物。一些类型的发动机，例如均质充气压缩点火（HCCI）发动机，可执行压缩点火和火花点火两者。火花的定时可相对于活塞处于其最上位置时的时间（称为上止点（TDC））来规定。
火花致动器模块126可以由定时信号控制，定时信号指定在TDC之前或之后多远产生火花。由于活塞位置与曲轴旋转直接相关，因而火花致动器模块126的操作可以与曲轴位置同步。火花致动器模块126可中止将火花提供给停用气缸或者将火花提供给停用气缸。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下运动，从而驱动曲轴。燃烧冲程可限定为活塞到达TDC和活塞返回到最下位置（称为下止点（BDC））时之间的时间。
在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且通过排气阀130排出燃烧副产物。燃烧副产物通过排气系统134从车辆中排出。
进气阀122可被进气凸轮轴140所控制，而排气阀130可被排气凸轮轴142所控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴（包括进气凸轮轴140）可以控制气缸118的多个进气阀（包括进气阀122）和/或可以控制多组气缸（包括气缸118）的进气阀（包括进气阀122）。类似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可以控制气缸118的多个排气阀和/或可以控制多组气缸（包括气缸118）的排气阀（包括排气阀130）。虽然示出和描述了基于凸轮轴的阀致动，但是可以实施无凸轮的阀致动器。
气缸致动器模块120可以通过禁止打开进气阀122和/或排气阀130而停用气缸118。进气阀122打开的时间可由进气凸轮移相器148相对于活塞TDC变化。排气阀130打开的时间可由排气凸轮移相器150相对于活塞TDC变化。移相器致动器模块158可根据来自ECM114的信号控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。在实施时，可变阀升程（未示出）还可以由移相器致动器模块158控制。在各种其它实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可以通过凸轮轴之外的致动器（例如，机电致动器、电动液压致动器、电磁致动器等）控制。
发动机系统100可以包括为进气歧管110提供加压空气的增压装置。例如，图1绘制了涡轮增压器，其包括由流经排气系统134的排气驱动的涡轮160-1。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的压缩机160-2，其压缩通向节气门阀112的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器（未示出）可压缩来自于节气门阀112的空气且将压缩空气提供给进气歧管110。
废气门162可以允许排气旁通涡轮160-1，因此减少涡轮增压器的增压（进气空气压缩量）。ECM 114可经由增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器的增压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可以由增压致动器模块164控制。涡轮增压器可以具有可变几何形状，其可以由增压致动器模块164控制。
中间冷却器（未示出）可以耗散压缩空气充气中包含的一些热量，这些热量在空气被压缩时产生。虽然为了图示目的单独示出，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此机械地连接，使得进气空气紧邻热排气。压缩空气充气还可以从排气系统134的部件吸收热量。
发动机系统100可以包括排气再循环（EGR）阀170，其选择性地将排气改向回到进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。
曲轴位置可以使用曲轴位置传感器180测量。发动机冷却剂的温度可以用发动机冷却剂温度（ECT）传感器182测量。ECT传感器182可以位于发动机102中或在冷却剂循环的其他位置，例如散热器（未示出）。
进气歧管110中的压力可以使用歧管绝对压力（MAP）传感器184测量。在各种实施方式中，发动机真空度可以被测量，发动机真空度是环境空气压力和进气歧管110中压力之间的差。流入进气歧管110的空气质量流率可以使用空气质量流量（MAF）传感器186测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可以位于还包括节气门阀112的壳体内。
节气门阀112的位置可以使用一个或多个节气门位置传感器（TPS）190测量。被抽吸到发动机102中的空气的温度可以使用进气空气温度（IAT）传感器192测量。发动机系统100还可以包括一个或多个其它传感器193。ECM 114可以利用来自传感器的信号对发动机系统100作出控制决定。
ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器（未示出）中的换档。例如，ECM 114可以在换档期间减少发动机扭矩。发动机102经由曲轴将扭矩输出给变速器（未示出）。一个或多个联接装置，例如变矩器和/或一个或多个离合器，调节变速器输入轴和曲轴之间的扭矩传输。扭矩在变速器输入轴和变速器输出轴之间经由齿轮传输。
扭矩在变速器输出轴和车辆车轮之间经由一个或多个差速器、传动轴等传输。接收由变速器输出的扭矩的车轮可称为驱动轮。不从变速器接收扭矩的车轮可称为非驱动轮。
ECM 114可以与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电动马达198的操作。电动马达198也可以起到发电机的作用，且可以用于产生电能以由车辆电气系统所使用和/或存储于蓄电池中。虽然仅仅显示和讨论了电动马达198，但是可以实施多个电动马达。在各种实施方式中，ECM 114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196的各个功能可以集成于一个或多个模块。
改变发动机参数的每个系统都可以称作发动机致动器。每个发动机致动器具有相关致动器值。例如，节气门致动器模块116可被称作发动机致动器，且节气门开启面积可以被称作致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调节节气门阀112的叶片的角度来实现节气门开启面积。
火花致动器模块126也可以被称作发动机致动器，而相应的致动器值可以是相对于气缸TDC的火花提前量。其他发动机致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、移相器致动器模块158、增压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些发动机致动器，致动器值可分别对应于气缸起用/停用序列、燃料供应速率、进气和排气凸轮移相器角度、增压压力和EGR阀开启面积。ECM 114可控制致动器值以便使得发动机102产生期望发动机输出扭矩。
现在参考图2，示出了示例性发动机控制系统的功能框图。扭矩请求模块204可基于一个或多个驾驶员输入212来确定扭矩请求208，例如，加速踏板位置、制动踏板位置、巡航控制输入和/或一个或多个其它合适驾驶员输入。扭矩请求模块204可以附加地或者替代地基于一个或多个其它扭矩请求来确定扭矩请求208，例如由ECM 114产生的扭矩请求和/或从车辆的其它模块（例如，变速器控制模块194、混合动力控制模块196、底盘控制模块等）接收的扭矩请求。
一个或多个发动机致动器可以基于扭矩请求208和/或一个或多个其它参数来控制。例如，节气门控制模块216可以基于扭矩请求208来确定期望节气门开度220。节气门致动器模块116可基于期望节气门开度220来调节节气门阀112的开度。
火花控制模块224可基于扭矩请求208来确定期望火花定时228。火花致动器模块126可基于期望火花定时228来产生火花。燃料控制模块232可基于扭矩请求208来确定一个或多个期望燃料供应参数236。例如，期望燃料供应参数236可包括燃料喷射量、喷射所述量的燃料喷射次数、以及每次喷射的定时。燃料致动器模块124可以基于期望燃料供应参数236来喷射燃料。
移相器控制模块237可基于扭矩请求208来确定期望进气和排气凸轮移相器角度238和239。移相器致动器模块158可分别基于期望进气和排气凸轮移相器角度238和239来调节进气和排气凸轮移相器148和150。增压控制模块240可基于扭矩请求208来确定期望增压242。增压致动器模块164可基于期望增压242来控制增压装置输出的增压。
气缸控制模块244基于扭矩请求208来确定期望气缸起用/停用序列248。气缸致动器模块120根据期望气缸起用/停用序列248来停用要停用气缸的进气和排气阀。气缸致动器模块120根据期望气缸起用/停用序列248来允许要起用气缸的进气和排气阀的打开和关闭。
燃料供应根据期望气缸起用/停用序列248对停用气缸中止（零燃料供应），燃料根据期望气缸起用/停用序列248提供给起用气缸。火花根据期望气缸起用/停用序列248提供给起用气缸。火花可根据期望气缸起用/停用序列248提供给停用气缸或中止提供给停用气缸。气缸停用不同于燃料切断（例如，减速燃料切断），因为在燃料切断期间燃料供应被中止的气缸的进气和排气阀在燃料切断期间仍打开和关闭，而在停用时，进气和排气阀保持关闭。
在各个实施方式中，N个（数量的）预定气缸起用/停用序列存储在例如序列数据库中。N是大于2的整数，且可以是例如3，4，5，6，7，8，9，10或其它合适值。
N个预定气缸起用/停用序列中的每一个包括气缸的预定点火顺序的接下来M个事件中每一个的一个指示符。M可以是大于发动机102的气缸总数的整数。仅作为示例，M可以是20，40，60，80，发动机的气缸总数的倍数或其它合适值。在各个实施方式中，M可以小于发动机102的气缸总数。M可以是可标定的，且例如基于发动机102的气缸总数、发动机速度和/或扭矩来设定。
M个指示符中的每个指示在点火顺序中对应气缸应当起用还是停用。仅作为示例，N个预定气缸起用/停用序列可均包括具有M个（数量的）0和/或1的阵列。0可表示对应气缸应当起用，1可表示对应气缸应当停用，或者反之亦然。
提供以下气缸起用/停用序列，作为预定气缸起用/停用序列的示例。
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8) 。
序列（1）对应于如下重复模式：按点火顺序一个气缸被起用，按点火顺序下一个气缸被停用，按点火顺序下一个气缸被起用，等等。序列（2）对应于如下重复模式：按点火顺序两个相继气缸被起用，按点火顺序下一个气缸被停用，按点火顺序接下来两个相继气缸被起用，等等。序列（3）对应于如下重复模式：按点火顺序三个相继气缸被起用，按点火顺序下一个气缸被停用，按点火顺序接下来三个相继气缸被起用，等等。序列（4）对应于所有气缸被起用，序列（5）对应于所有气缸被停用。序列（6）对应于如下重复模式：按点火顺序一个气缸被起用，按点火顺序接下来两个相继气缸被停用，按点火顺序下一个气缸被起用，等等。序列（7）对应于如下重复模式：按点火顺序两个相继气缸被起用，按点火顺序接下来两个相继气缸被停用，按点火顺序接下来两个相继气缸被起用，等等。序列（8）对应于如下重复模式：按点火顺序一个气缸被起用，按点火顺序接下来三个相继气缸被停用，按点火顺序下一个气缸被起用，等等。
虽然在上文提供了8个示例性气缸起用/停用序列，但是许多其它气缸起用/停用序列是可能的。而且，虽然提供重复模式作为示例，但是可以包括一个或多个不重复的气缸起用/停用序列。虽然N个预定气缸起用/停用序列已经讨论为存储在阵列中，但是N个预定气缸起用/停用序列可以以其它合适形式存储。
气缸控制模块244可选择N个预定气缸起用/停用序列中的一个，且将期望气缸起用/停用序列248设定为N个预定气缸起用/停用序列中的所选择一个。在各个实施方式中，气缸控制模块244可确定期望气缸起用/停用序列248，与将期望气缸起用/停用序列248设定为N个预定气缸起用/停用序列中的一个不同。发动机102的气缸在点火顺序中根据期望气缸起用/停用序列248起用或停用。期望气缸起用/停用序列248可以重复，直到期望气缸起用/停用序列248改变。
每缸空气量（APC）模块252（还参见图3）产生将捕获在按气缸点火顺序下一（起用）气缸内的预测空气质量。捕获在按点火顺序下一气缸内的预测空气质量将称为第一预测APC（APC1）256。APC模块252还产生将捕获在按点火顺序在下一（起用）气缸之后的下一（起用）气缸内的预测空气质量。捕获在按点火顺序在下一气缸之后的气缸内的预测空气质量将称为第二预测APC（APC2）258。
图3包括APC模块252的示例性实施方式的功能框图。现在参考图2和3，APC模块252还确定实际上捕获在按点火顺序当前（起用）气缸内的空气质量。捕获在按点火顺序当前气缸内的空气质量将称为测量APC 260。
测量APC模块264确定测量APC 260。在处于稳态条件时，测量APC模块264可设定测量APC 260等于基于MAF的APC 268。测量APC模块264可基于使用MAF传感器186测量的MAF272来确定基于MAF的APC 268。仅作为示例，基于MAF的APC 268可以设定为等于或者基于MAF 272在预定时段内的积分。稳态条件可例如在进气歧管110内的压力（例如，使用MAP传感器184测量的MAP 276）在预定时段内的变化小于预定量时发生。
测量APC模块264在稳态条件时更新容积效率（VE）校正值（未示出）。测量APC模块264基于捕获在当前气缸内的空气温度（充气温度）280、容积效率（VE）284、进气端口压力288、气缸容积和理想（或通用）气体常数来确定VE校正值。测量APC模块264可例如使用将充气温度280、VE 284、进气端口压力288、气缸容积和理想（或通用）气体常数与VE校正值相关联的一个或多个函数和/或映射表来确定VE校正值。
例如，在稳态条件时，测量APC模块264可使用如下方程来确定VE校正值：
(9) ,
其中，VECorr是VE校正值，APCMAF是基于MAF的APC 268，R是理想气体常数，T是充气温度280，ηe是VE 284，Vcyl是气缸容积，Pint是进气端口压力288。充气温度280可设定等于环境空气温度或者基于环境空气温度和一个或多个其它温度（例如，发动机冷却剂温度（ECT））来确定。例如，充气温度280可基于环境空气温度和ECT的加权平均来确定，且权重可基于APC设定。气缸容积和理想气体常数是预定值。进气端口压力288对应于在接近于进气阀关闭时当前气缸的进气端口内的预测压力。例如，进气端口压力288可设定等于在进气阀打开之前预定旋转距离测量的进气歧管110内的压力（例如，MAP 276）或者基于其来确定。VE 284在下文进一步讨论。
当不处于稳态条件时，测量APC模块264可保持VE校正值。换句话说，当不处于稳态条件时，测量APC模块264可禁止如上所述更新VE校正值。
当不处于稳态条件时，测量APC模块264基于VE校正值、充气温度280、VE 284、进气端口压力288、气缸容积和理想气体常数来确定测量APC 260。当不处于稳态条件时，测量APC模块264可例如使用将VE校正值、充气温度280、VE 284、进气端口压力288、气缸容积和理想（或通用）气体常数与测量APC 260相关联的一个或多个函数和/或映射表来确定测量APC 260。
例如，当不处于稳态条件时，测量APC模块264可使用如下方程来确定测量APC260：
(10) ,
其中，APCM是测量APC 260，VECorr是VE校正值，R是理想气体常数，T是充气温度280，ηe是VE 284，Vcyl是气缸容积，Pint是进气端口压力288。
VE模块292（参见图2）基于进气端口压力288、排气端口压力296、进气相位角300、排气相位角304、发动机速度308和所使用的气缸起用/停用序列312来确定VE 284。VE模块292可以例如使用将进气端口压力288、排气端口压力296、进气相位角300、排气相位角304、发动机速度308和所使用的气缸起用/停用序列312与VE 284相关联的一个或多个函数和/或映射表来确定VE 284。
例如，VE模块292可使用如下关系来确定VE 284：
(11) ,
其中，VE是VE 284，PInt是进气端口压力288，PExh是排气端口压力296，θInt是进气相位角300，θExh是排气相位角304，RPM是发动机速度308，SequenceUsed是所使用的气缸起用/停用序列312。如上所述，进气端口压力288对应于在接近于进气阀关闭时当前气缸的进气端口内的预测压力。排气端口压力296对应于在接近于排气阀关闭时当前气缸的排气端口处的压力。排气端口压力296可例如基于APC和发动机速度308来确定。发动机速度模块316可基于使用曲轴位置传感器180测量的曲轴位置320来确定发动机速度308。进气相位角300可以指的是进气凸轮移相器位置或相对于曲轴位置的进气阀定相。排气相位角304可以指的是排气凸轮移相器位置或相对于曲轴位置的排气阀定相。
序列监测模块322监测期望气缸起用/停用序列248且基于期望气缸起用/停用序列248来设定所使用的气缸起用/停用序列312。当气缸根据期望气缸起用/停用序列248起用或停用时，去除所使用的气缸起用/停用序列312的最老元素，且更新所使用的气缸起用/停用序列312以反映气缸是起用还是停用。该过程按点火顺序对于每个气缸重复。
因而，所使用的气缸起用/停用序列312表示按点火顺序最后Q个气缸如何起用和/或停用的模式或序列。Q是大于1的整数，且可以例如等于在预定数量的曲轴转数（例如，两个曲轴转数（一个发动机循环）、三个曲轴转数、四个曲轴转数或更多曲轴转数）内涉及的气缸数。因而，Q可以大于1且小于发动机102的气缸总数，或者Q可以大于或等于发动机102的气缸总数。模式可例如存储在缓冲器（例如，环形、圆形、先进先出）、寄存器、阵列、矢量或其它合适形式中。0可表示对应气缸起用，1可表示对应气缸停用，或者反之亦然。仅作为示例，以下是在最后Q个气缸交替地起用和停用且Q等于8时所使用的气缸起用/停用序列312的示例。
(12) 。
可选地，VE模块292可使用如下方程确定VE 284：
(13) ,
其中
(14) ,
(15) ,且
(16) ,
VE是VE 284，PInt是进气端口压力288，PExh是排气端口压力296，θInt是进气相位角300，θExh是排气相位角304，RPM是发动机速度308，SequenceUsed是所使用的气缸起用/停用序列312，BaseVE是VE 284的基本（或初始）值，Mult是BaseVE的倍数值，Offset是VE偏差值。BaseVE、Mult和Offset可使用函数和映射表来确定。例如，BaseVE可使用二维映射表来确定。Mult和Offset可使用多项式来确定或者可以例如由双三次样条函数来表示。
第一APC预测模块324（参见图3）产生第一预测APC 256。第一APC预测模块324根据基于MAF的APC 268、进气端口压力288、所使用的气缸起用/停用序列312、校正APC 328、节气门开度332和按点火顺序下一（起用）气缸的位置来确定第一预测APC 256。第一APC预测模块324可以例如使用将基于MAF的APC 268、进气端口压力288、所使用的气缸起用/停用序列312、校正APC 328、节气门开度332和下一气缸的位置与第一预测APC 256相关联的一个或多个函数和/或映射表来确定第一预测APC 256。
例如，第一APC预测模块324可使用如下方程来确定第一预测APC 256：
(17) ,
其中，APC1是第一预测APC 256，APCCorr是校正APC 328，APCMAF是基于MAF的APC268，PInt是进气端口压力288，Throttle是节气门开度332，SequenceUsed是所使用的气缸起用/停用序列312，Cyl#是按点火顺序下一气缸的位置，α, β, γ和δ是系数。α, β, γ和δ是预定值。第一APC预测模块324可例如基于发动机速度308和/或进气歧管110内的压力（例如，MAP 276）来确定α, β, γ和δ。节气门开度332对应于节气门阀112的当前开度（例如，位置、面积等）。因而，第一预测APC 256根据最后两个起用气缸的基于MAF的APC 268、最后三个起用气缸的进气端口压力288、最后两个起用气缸的节气门开度332、按点火顺序下一气缸的位置、以及在上一个预定时段内所使用的气缸起用/停用序列312来确定。虽然描述了在求和中使用3个样本，但是在各个实施方式中可以使用更多数量的样本。
延迟模块336接收第一预测APC 256，且将第一预测APC 256的先前值作为先前APC340输出。因而，先前APC 340可对应于按点火顺序上一个（起用）气缸的第一预测APC 256。仅作为示例，延迟模块336可包括一个单位先进先出（FIFO）缓冲器。
误差模块344基于先前APC 340和测量APC 260来确定APC误差348。误差模块344可以例如将APC误差348设定为等于或基于先前APC 340和测量APC 260之间的差。
APC校正模块352产生校正APC 328。APC校正模块352基于APC误差348和先前APC340来确定校正APC 328。APC校正模块352可以例如使用将APC误差348和先前APC 340与校正APC 328相关联的一个或多个函数和/或映射表来确定校正APC 328。例如，APC校正模块352可使用如下方程来确定校正APC 328：
(18) ,
其中，APCCorr是校正APC 328，K是系数，APCM是测量APC 260，APCPrev是先前APC340。K可以是预定值或者可以例如使用卡尔曼滤波理论、状态观测器理论或以其它合适方式设定。
第二APC预测模块356产生第二预测APC 258。第二APC预测模块356基于第一预测APC 256、基于MAF的APC 268、进气端口压力288、所使用的气缸起用/停用序列312、节气门开度332和按点火顺序在下一气缸之后的下一（起用）气缸的位置来确定第二预测APC 258。第二APC预测模块356可以例如使用将第一预测APC 256、基于MAF的APC 268、进气端口压力288、所使用的气缸起用/停用序列312、节气门开度332和按点火顺序在下一气缸之后的起用气缸的位置相关联的一个或多个函数和/或映射表来确定第二预测APC 258。
例如，第二APC预测模块356可使用如下方程来确定第二预测APC 258：
(19) ,
其中，APC2是第二预测APC 258，APC1是第一预测APC 256，APCMAF是基于MAF的APC268，PInt是进气端口压力288，Throttle是节气门开度332，SequenceUsed是所使用的气缸起用/停用序列312，Cyl#是在下一气缸之后的起用气缸的位置，α, β, γ和δ是系数。虽然描述了在求和中使用3个样本，但是在各个实施方式中可以使用更多数量的样本。
燃料控制模块232可以基于第二预测APC 258来调节燃料供应。例如，燃料控制模块232可以基于用第二预测APC 258实现预定空气/燃料比（例如，化学计量比空气/燃料比）来控制按点火顺序在下一（起用）气缸之后的下一（起用）气缸的燃料供应。
扭矩估计模块360基于第一预测APC 256来产生发动机102的估计扭矩输出。发动机102的估计扭矩输出可称为发动机扭矩364。一个或多个发动机操作参数可基于发动机扭矩364调节。例如，增压控制模块240、节气门控制模块216和/或移相器控制模块237可以分别基于发动机扭矩364来产生期望增压242、期望节气门开度220和/或期望进气和/或排气凸轮移相器角度238和239。发动机负载和/或一个或多个其它参数可以基于第一预测APC256来确定。火花定时和/或一个或多个其它发动机操作参数可基于第一预测APC 256来调节。
现在参考图4，示出了图示产生第一预测APC 256和第二预测APC 258的示例性方法的流程图。控制方法可以在404开始，其中，控制方法接收用于确定第一预测APC 256和第二预测APC 258的数据。在408，VE模块292确定VE 284。VE模块292基于进气端口压力288、排气端口压力296、进气相位角300、排气相位角304、发动机速度308和所使用的气缸起用/停用序列312来确定VE 284。例如，VE模块292可使用如上所述的（11）或（13）来确定VE 284。
在412，控制方法确定是否存在稳态条件。如果为假，那么控制方法继续416；如果为真，那么控制方法继续420。稳态条件可例如在进气歧管110内的压力（例如，使用MAP传感器184测量的MAP 276）在预定时段内的变化小于预定量时存在。
在416，测量APC模块264基于VE校正值、充气温度280、VE 284、进气端口压力288、气缸容积和理想气体常数来确定测量APC 260。例如，当不处于稳态条件时，测量APC模块264可使用如上所述的（10）来确定测量APC 260。控制方法继续428，如下文进一步所述。
在420，当处于稳态条件时，测量APC模块264更新VE校正值。测量APC模块264基于充气温度280、VE 284、进气端口压力288、气缸容积和理想（或通用）气体常数来确定VE校正值，例如，使用如上所述的（9）。控制方法继续424。
在424，测量APC模块264设定测量APC 260等于基于MAF的APC 268。测量APC模块264可基于使用MAF传感器186测量的MAF 272来确定基于MAF的APC 268。仅作为示例，基于MAF的APC 268可以设定为等于或者基于MAF 272在预定时段内的积分。控制方法继续428。
在428，误差模块344确定APC误差348。误差模块344基于先前APC 340和测量APC260之间的差来确定APC误差348。在432，APC校正模块352确定校正APC 328。APC校正模块352基于APC误差348和先前APC 340来确定校正APC 328。例如，APC校正模块352可以使用如上所述的（18）来确定校正APC 328。
在436，第一APC预测模块324确定第一预测APC 256。第一APC预测模块324根据基于MAF的APC 268、进气端口压力288、所使用的气缸起用/停用序列312、校正APC 328、节气门开度332和按点火顺序下一气缸的位置来确定第一预测APC 256。例如，第一APC预测模块324可以使用如上所述的（17）来确定第一预测APC 256。在440，延迟模块336存储第一预测APC 256，且将第一预测APC 256的上一个值作为先前APC 340输出。
在444，第二APC预测模块356确定第二预测APC 258。第二APC预测模块356根据基于MAF的APC 268、进气端口压力288、所使用的气缸起用/停用序列312、第一预测APC 256、节气门开度332和按点火顺序在下一气缸之后的下一气缸的位置来确定第二预测APC 258。例如，第二APC预测模块356可以使用如上所述的（19）来确定第二预测APC 258。在448，一个或多个发动机操作参数基于第一预测APC 256和/或第二预测APC 258控制，且控制方法可结束。虽然控制方法显示和描述为在448之后结束，但是图4是一个控制循环的说明，且控制循环可以以预定速率执行。
前述说明本质上仅为示范性的且绝不旨在限制本发明、其应用或使用。本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，但是由于当研究附图、说明书和所附权利要求书时，其他修改是显而易见的，所以本发明的真实范围并不如此限制。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑（A或B或C）。应当理解的是，方法内的一个或多个步骤可以以不同顺序（或同时地）执行而不改变本发明的原理。
如本文所使用的，措辞“模块”可以指代以下项、是以下项的一部分、或者包括以下项：专用集成电路（ASIC）；分立电路；集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享、专用或者群组）；提供所述功能的其它合适硬件部件；或者上述中的一些或全部的组合，例如在系统级芯片中。措辞“模块”可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享、专用或者群组）。
如上使用的措辞“代码”可以包括软件、固件和/或微码，可指程序、例程、函数、类和/或对象。如上使用的措辞“共享”表示可使用单个（共享）处理器执行来自多个模块的一些或全部代码。另外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个（共享）存储器存储。如上使用的措辞“群组”表示可使用一组处理器执行来自单个模块的一些或全部代码。另外，来自单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器来存储。
本文所述的设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来部分地或全部地实施。计算机程序包括存储在至少一个非临时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括和/或依赖于存储数据。非临时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、易失性存储器、磁性存储器和光存储器。

Claims (20)

1.一种车辆的气缸控制系统，包括：
气缸控制模块，所述气缸控制模块选择N个预定气缸起用/停用序列中的一个作为期望气缸起用/停用序列，且基于期望气缸起用/停用序列来起用和停用发动机的气缸的阀；和
容积效率模块，所述容积效率模块基于点火顺序中最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定容积效率，
其中，Q是大于1的整数。
2.根据权利要求1所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块还基于在进气阀关闭定时时的预测进气端口压力和在排气阀关闭定时时的预测排气端口压力来确定容积效率。
3.根据权利要求2所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块基于预测进气端口压力除以预测排气端口压力来确定容积效率。
4.根据权利要求2所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块基于在进气阀关闭定时之前测量的发动机进气歧管内的压力来确定预测进气端口压力。
5.根据权利要求2所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块基于在排气阀关闭定时之前确定的捕获在气缸内的空气质量和发动机速度来确定预测排气端口压力。
6.根据权利要求2所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块还基于发动机速度来确定容积效率。
7.根据权利要求6所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块还基于进气阀定相参数和排气阀定相参数来确定容积效率。
8.根据权利要求7所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块使用将最后Q个气缸的气缸起用/停用序列、预测进气端口压力、预测排气端口压力、发动机速度、进气阀定相参数和排气阀定相参数与容积效率相关联的函数和映射表中的一个来确定容积效率。
9.根据权利要求7所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块：
基于发动机速度、预测进气端口压力和预测排气端口压力来确定基本容积效率值；
基于进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定倍数值；
基于进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定偏差值；以及
将容积效率设定为等于偏差值加上基本容积效率值和倍数值的乘积。
10.根据权利要求9所述的气缸控制系统，其中，所述容积效率模块：
使用将发动机速度以及等于预测进气端口压力除以预测排气端口压力的值与基本容积效率值相关联的映射表来确定基本容积效率值；
使用将进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列与倍数值相关联的第一多项式方程和第一双三次样条函数中的一个来确定倍数；以及
使用将进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列与偏差值相关联的第二多项式方程和第二双三次样条函数中的一个来确定偏差值。
11.一种气缸控制方法，包括：
选择N个预定气缸起用/停用序列中的一个作为期望气缸起用/停用序列；
基于期望气缸起用/停用序列来起用和停用发动机的气缸的阀；以及
基于点火顺序中最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定容积效率，
其中，Q是大于1的整数。
12.根据权利要求11所述的气缸控制方法，还包括：还基于在进气阀关闭定时时的预测进气端口压力和在排气阀关闭定时时的预测排气端口压力来确定容积效率。
13.根据权利要求12所述的气缸控制方法，还包括：基于预测进气端口压力除以预测排气端口压力来确定容积效率。
14.根据权利要求12所述的气缸控制方法，还包括：基于在进气阀关闭定时之前测量的发动机进气歧管内的压力来确定预测进气端口压力。
15.根据权利要求12所述的气缸控制方法，还包括：基于在排气阀关闭定时之前确定的捕获在气缸内的空气质量和发动机速度来确定预测排气端口压力。
16.根据权利要求12所述的气缸控制方法，还包括：还基于发动机速度来确定容积效率。
17.根据权利要求16所述的气缸控制方法，还包括：还基于进气阀定相参数和排气阀定相参数来确定容积效率。
18.根据权利要求17所述的气缸控制方法，还包括：使用将最后Q个气缸的气缸起用/停用序列、预测进气端口压力、预测排气端口压力、发动机速度、进气阀定相参数和排气阀定相参数与容积效率相关联的函数和映射表中的一个来确定容积效率。
19.根据权利要求17所述的气缸控制方法，还包括：
基于发动机速度、预测进气端口压力和预测排气端口压力来确定基本容积效率值；
基于进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定倍数值；
基于进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列来确定偏差值；以及
将容积效率设定为等于偏差值加上基本容积效率值和倍数值的乘积。
20.根据权利要求19所述的气缸控制方法，还包括：
使用将发动机速度以及等于预测进气端口压力除以预测排气端口压力的值与基本容积效率值相关联的映射表来确定基本容积效率值；
使用将进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列与倍数值相关联的第一多项式方程和第一双三次样条函数中的一个来确定倍数；以及
使用将进气阀定相参数、排气阀定相参数和最后Q个气缸的气缸起用/停用序列与偏差值相关联的第二多项式方程和第二双三次样条函数中的一个来确定偏差值。
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