发动机控制系统和方法.pdf

系统包括空气致动器、燃料致动器和控制器，其中空气致动器配置成控制输送至发动机的空气，燃料致动器配置成控制输送至发动机的燃料，控制器配置成响应于第一扭矩信号致动空气致动器以及响应于第二扭矩信号致动燃料致动器。

1.  一种方法，包括：
操作控制器，以控制发动机扭矩，其中所述控制器构造成在第一操作条件中利用空气控制所述发动机扭矩，并且还构造成在第二操作条件中利用燃料控制所述发动机扭矩。

2.  如权利要求1所述的方法，其中，所述第一操作条件包括火花点火操作条件，以及所述第二操作条件包括直接喷射条件，其中所述直接喷射条件包括汽油直接喷射和压缩点火之一。

3.  如权利要求1所述的方法，其中，所述第一操作条件包括在制造发动机时安装的第一燃料类型，以及所述第二操作条件包括在制造所述发动机之后安装的第二燃料类型。

4.  如权利要求1所述的方法，其中，
所述第一操作条件包括化学计量操作条件，以及
控制所述发动机扭矩的步骤包括：将空气燃料比(AFR)下限制设定为用于适当燃料燃烧的下化学计量限制和空气目标值之一。

5.  如权利要求4所述的方法，还包括：操作所述控制器，以响应于长期扭矩目标和空气处理系统响应时间确定瞬时扭矩目标，以及响应于所述瞬时扭矩目标利用空气来控制所述发动机扭矩。

6.  如权利要求5所述的方法，还包括：操作所述控制器，以响应于空气控制从所述瞬时扭矩目标确定预测扭矩，以及利用响应于所述预测扭矩所确定的火花命令进一步控制所述发动机扭矩。

7.  一种系统，包括：
空气致动器，配置成控制输送至发动机的空气；
燃料致动器，配置成控制输送至发动机的燃料；以及
控制器，配置成：
响应于第一扭矩信号致动所述空气致动器；以及
响应于第二扭矩信号致动所述燃料致动器。

8.  如权利要求7所述的系统，其中，所述控制器还配置成：
响应于所述第一扭矩信号生成第一燃料信号；以及
响应于所述第二扭矩信号生成第二燃料信号。

9.  如权利要求8所述的系统，其中，所述控制器还配置成响应于所述第一燃料信号生成空气信号。

10.  如权利要求7所述的系统，还包括火花致动器，以及
其中所述控制器还配置成响应于所述第一扭矩信号和所述第二扭矩信号中至少之一致动所述火花致动器。

11.  一种方法，包括：
响应于第一扭矩控制信号致动空气致动器；
响应于第二扭矩控制信号致动燃料致动器；以及
响应于所述空气致动器和所述燃料致动器操作发动机。

12.  如权利要求11所述的方法，还包括：
响应于所述第一扭矩信号生成第一燃料信号；以及
响应于所述第二扭矩信号生成第二燃料信号。

13.  如权利要求12所述的方法，还包括：响应于所述第一燃料信号生成空气信号。

14.  如权利要求13所述的方法，还包括：响应于至少一个空气燃料比限制来限制所述空气信号。

15.  如权利要求12所述的方法，还包括：响应于至少一个空气燃料比限制来限制所述第二燃料信号。

16.  如权利要求15所述的方法，还包括：响应于氧传感器调整经过限制的所述第二燃料信号。

17.  如权利要求11所述的方法，还包括：响应于所述第一扭矩信号和所述第二扭矩信号中至少之一来致动火花致动器。

18.  如权利要求11所述的方法，还包括：
响应于所述第一扭矩信号生成第一空气信号；以及
响应于所述第二扭矩信号生成第二空气信号。

19.  如权利要求18所述的方法，还包括：响应于所述第一空气信号和所述第二空气信号中的最大信号致动所述空气致动器。

20.  如权利要求18所述的方法，还包括：响应于所述第一空气信号和所述第二空气信号中的最大信号生成燃料信号。

21.  一种系统，包括：
存储器，配置成存储参数；以及
控制器，与所述存储器相耦接，并且配置成响应于所述参数控制传输至发动机的空气和燃料，以使得当所述参数具有第一值时所述发动机以化学计量模式进行控制，以及当所述参数具有第二值时所述发动机以稀薄模式进行控制。

22.  如权利要求21所述的系统，其中，所述参数包括至少一个空气燃料比限制。

23.  如权利要求22所述的系统，其中：
所述至少一个空气燃料比限制包括上空气燃料比限制和下空气燃料比限制；以及
在所述化学计量模式中，所述上空气燃料比限制基本与所述下空气燃料比限制相等。

24.  如权利要求22所述的系统，其中：
所述至少一个空气燃料比限制包括上空气燃料比限制和下空气燃料比限制；以及
在所述稀薄模式中，所述上空气燃料比限制与所述下空气燃料比限制不同。

25.  一种计算机可读媒介，所述计算机可读媒介存储当在计算机上执行时致使所述计算机执行以下步骤的计算机可读代码：
响应于第一扭矩控制信号致动空气致动器；
响应于第二扭矩控制信号致动燃料致动器；以及
响应于所述空气致动器和所述燃料致动器操作发动机。

26.  如权利要求25所述的计算机可读媒介，还存储当在计算机上执行时致使所述计算机执行以下步骤的计算机可读代码：
响应于所述第一扭矩信号生成第一燃料信号；以及
响应于所述第二扭矩信号生成第二燃料信号。

27.  如权利要求26所述的计算机可读媒介，还存储当在计算机上执行时致使所述计算机响应于所述第一燃料信号生成空气信号的计算机可读代码。

28.  如权利要求27所述的计算机可读媒介，还存储当在计算机上执行时致使所述计算机响应于至少一个空气燃料比限制来限制所述空气信号的计算机可读代码。

29.  如权利要求26所述的计算机可读媒介，还存储当在计算机上执行时致使所述计算机响应于至少一个空气燃料比限制来限制所述第二燃料信号的计算机可读代码。

30.  如权利要求25所述的计算机可读媒介，还存储当在计算机上执行时致使所述计算机响应于所述第一扭矩信号和所述第二扭矩信号中至少之一致动火花致动器的计算机可读代码。

31.  如权利要求25所述的计算机可读媒介，还存储当在计算机上执行时致使所述计算机执行以下步骤的计算机可读代码：
响应于所述第一扭矩信号生成第一空气信号；以及
响应于所述第二扭矩信号生成第二空气信号。

32.  如权利要求31所述的计算机可读媒介，还存储当在计算机上执行时致使所述计算机响应于所述第一空气信号和所述第二空气信号中的最大信号致动所述空气致动器的计算机可读代码。

33.  如权利要求31所述的计算机可读媒介，还存储当在计算机上执行时致使所述计算机响应于所述第一空气信号和所述第二空气信号中的最大信号生成燃料信号的计算机可读代码。

发动机控制系统和方法
相关申请
本申请要求于2012年8月22日提交的题为“发动机控制系统和方法”的第13/591,590号美国申请的优先权，并且本申请是该美国申请的部分继续申请，该美国申请出于所有目的通过引用整体地并入本文。
背景
本申请的技术领域大体涉及发动机控制系统诊断，具体涉及使用扭矩致动的发动机控制系统。
火花点火(SI)发动机可以与压缩点火(CI)发动机不同地进行控制。例如，SI发动机通常试图维持化学计量的空气燃料比(AFR)。来自SI发动机的扭矩主要通过空气的控制来进行控制。相反，用于CI发动机的AFR可与化学计量的AFR不同。因此，可独立于空气控制燃料，从而引入在均质充量SI发动机上不可用的控制。另外，汽油直接喷射(GDI)SI发动机可利用分层充气进行操作，即利用变化的ADR。因而，扭矩的控制可以根据发动机的结构而变化。
因此，该领域期望进一步的技术发展。
发明内容
一个实施方式为独特的系统，其包括：空气致动器、燃料致动器以及控制器，其中空气致动器配置成控制输送到发动机的空气；燃料致动器配置成控制输送到发动机的燃料；以及控制器配置为：响应于第一扭矩信号致动空气致动器和响应于第二扭矩信号致动燃料致动器。
其他实施方式包括用于控制不同类型发动机的独特的方法和系统。通过以下描述和附图，其他实施方式、形式、目的、特征、优点、 方面和益处将变得更清楚。
附图说明
图1是根据实施方式的基于扭矩的发动机控制系统的框图。
图2是根据实施方式的空气控制系统的示例的框图。
图3是根据实施方式的空气控制系统的另一示例的框图。
图4是根据实施方式的燃料控制系统的示例的框图。
图5是根据实施方式的燃料控制系统的另一示例的框图。
图6是根据实施方式的火花控制系统的框图。
图7是根据实施方式的基于扭矩的发动机控制系统的框图。
图8是具有根据实施方式的发动机系统的车辆的框图。
图9是使用多个扭矩控制方案的控制器的示意图。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，下面将参照图中示出的实施方式，并使用具体语言来描述这些实施方式。然而，应理解的是，并不旨在由此对本发明的范围进行限制，并且本文中预期了所示实施方式的任何替换和进一步的修改，以及如本发明相关领域的技术人员通常能够想到的本文中所描述的本发明原理的任何其他应用。
在实施方式中，具有不同的架构的发动机系统可通过共同的扭矩控制技术来控制。也就是说，可将共同的技术应用至火花点火(SI)发动机、汽油直接喷射(GDI)发动机、压缩点火(CI)发动机或基于燃料和空气的其他类似发动机。如将在下文中详细描述的，在实施方式中，基于扭矩的接口可提供从扭矩输入至适当的燃料、空气以及用于具体发动机架构的其他参量的变换。
本文所描述的控制、系统、和过程在处于不同操作时间的同一发动机内或对于发动机之间仅具有校准差异而没有根本的控制器差异的不同的发动机，允许单个控制方案来控制用于化学计量发动机和/或稀薄燃烧发动机的发动机扭矩。
本文所描述的某些元件被描绘和/或呈现为控制器或控制器元件。 控制器形成了包括一个或多个计算设备的处理子系统的一部分，其中该计算设备具有存储器、处理和通信硬件。控制器可以是单个设备或分布式设备，并且控制器的功能可通过硬件和/或作为非瞬态计算机可读存储媒介上的计算机指令来执行。
在某些实施方式中，控制器包括一个或多个模块和/或一个或多个单独描述的控制元件。模块和/或单独描述的元件构造成在功能上执行控制器的操作。本文中包括模块和/或单独描述的控制元件的描述强调了控制器诸方面的结构独立性，并且示出了控制器的职责和操作的一个分组。执行类似整体操作的其他分组应理解为在本申请的范围内。模块和/或控制元件可以以硬件和/或作为在非瞬态计算机可读存储媒介上的计算机指令来实现。模块和/或控制元件可分布在各种硬件或基于计算机的部件中。
示例性且非限制性的模块或控制器元件实施示例包括提供本文中所确定的任何值的传感器、提供作为本文中所确定的值的先导(precursor)的任何值的传感器、数据链路和/或网络硬件，其中网络硬件包括通信芯片、振荡晶体、通信链接、线缆、双绞线、同轴线、屏蔽线、发射器、接收器、和/或收发器、逻辑电路、硬接线逻辑电路、根据模块或控制器元件规格配置的处于具体非瞬态的可重配置的逻辑电路、至少包括电致动器、液压致动器或气动致动器的任何致动器、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、除法器、增益元件)、和/或数字控制元件。
本文中描述的某些操作包括解释一个或多个参数的操作。如本文中所用，解释包括通过本领域中已知的任何方法来接收值，包括至少接收来自数据链接或网络通信的值、接收指示该值的电信号(例如，电压、频率、电流、或PWM信号)、接收指示该值的计算机生成参数、从计算机可读存储媒介上的存储位置读取值、通过本领域已知的任何手段接收作为运行时间参数的值来接收值、和/或通过接收可用于计算解释的参数的值、和/或通过引用解释为参数值的默认值来接收值。
在值被明确地或隐含地描述为控制器的输入要素的情况下，该值可通过本领域中所知的任何方法来确定。输入值可从传感器值获取、 可从传感器值进行计算、和/或作为存储在非瞬态计算机可读媒介上的可读值提供至系统。在某些实施方式中，值可从虚拟传感器或基于其他值的其他计算来确定。在某些实施方式中，给定值的源可随时间变化，例如且并不限于响应于系统条件、传感器或其他故障发生、值的可靠性估计或本领域将理解的任何其他控制管理操作而改变的值源。
图1是根据实施方式的基于扭矩的发动机控制系统的框图。在该实施方式中，发动机控制系统10包括控制器11。控制器配置成提供空气控制装置12、燃料控制装置14和火花控制装置16。控制装置12、14和16可响应于一个或多个扭矩输入18。
控制器11可耦接至各致动器。示出了空气致动器26、燃料致动器28以及火花致动器30。然而，可存在其他致动器。
空气控制装置12可配置成生成空气控制信号20。空气致动器26可配置为响应于空气控制信号20控制空气至发动机的输送。例如，空气致动器26可为电子节流阀。耦接至压缩机、节流阀、进气歧管等的任何设备可以是空气致动器26或空气致动器26的一部分，并且可响应于空气控制信号20。
类似地，燃料控制装置14可配置为生成燃料控制信号22。燃料致动器28可配置为响应于燃料控制信号22控制燃料至发动机的输送。例如，燃料致动器28可包括燃料喷射器、燃料泵、其他燃料系统部件等。
火花致动器30可配置为响应于火花控制信号24控制发动机中的点火。例如，火花致动器30可以是配置为致动火花塞的电子点火系统。虽然火花塞作为如用作示例的火花致动器30的一部分，但是能够影响点火的定时、顺序等的任何设备均可以是火花致动器30的一部分，并可响应于火花控制信号24。
火花致动器30以虚线示出。具体地，火花致动器30可存在于SI发动机中。然而，火花致动器30可能不存在于CI发动机中。在实施方式中，火花控制装置16的功能仍然可存在于用于CI发动机的控制器11中，然而，并未与火花致动器30进行连接，因为对于CI发动机不存在火花致动器30。也就是说，可在SI发动机与CI发动机之间使 用相同的控制器11和/或由控制器实施的功能。
在实施方式中，控制器11可配置成响应各种扭矩输入18。例如，扭矩输入18可代表瞬时扭矩和更长期的扭矩。瞬时扭矩可以是汽缸事件(如活塞的动力冲程、汽缸的完整循环等)的时间尺度上的期望扭矩。
更长期的扭矩可代表更长时间尺度上的期望扭矩。例如，更长期的扭矩的阈值可包括多个汽缸循环。在实施方式中，循环的数量可约为发动机的汽缸数，如4、6、8、10、12等。在另一实施方式中，瞬时扭矩与更长期的扭矩之间的划分基本可不依赖汽缸循环。例如，该划分可基于包括空气致动器26的空气控制系统的传播延迟时间。
在实施方式中，响应于空气致动器26而生成的扭矩可比通过燃料致动器28生成的扭矩具有更慢的响应。因此，可使用两个扭矩信号。如下面进一步详细描述的那样，可响应于第一扭矩信号致动空气致动器，以及可响应于第二扭矩信号致动燃料致动器。更长期的扭矩信号和瞬时扭矩信号可以是第一扭矩信号和第二扭矩信号。也就是说，可响应于更长期的扭矩信号致动空气致动器，以及可响应于瞬时扭矩信号致动燃料致动器；然而，在其他实施方式中，各致动器26、28和30可响应于不同的扭矩信号、这些扭矩信号的组合等。
可从各种源生成扭矩信号18。例如，更长期的扭矩信号可通过使用者、巡行-控制系统、怠速-控制系统等而生成。可在约为或大于空气控制系统的响应时间的时间尺度上变化的任何系统均可提供部分或整个更长期的扭矩信号。类似地，以更快速率变化的控制系统(如传输控制系统等)可贡献给瞬时扭矩信号。虽然已将空气控制系统的响应性用作阈值，但是可根据对空气控制装置12、燃料控制装置14、火花控制装置16等的分配贡献所期望的那样来选择扭矩信号的贡献者之间的划分。
另外，可使用任何数量的扭矩输入18。例如，空气致动器26、燃料致动器28和火花致动器30中的每个都可配置为具有不同的响应时间。每个都可具有不同的相关联的扭矩输入18。
图2是根据实施方式的空气控制系统的示例的框图。在该实施方 式中，空气控制装置40包括扭矩至燃料的转换装置42。扭矩至燃料的转换装置42可配置成将扭矩输入44转换成燃料信号48。还可将其他信号输入至扭矩至燃料的转换装置42。在该实施方式中，火花信号46可输入至扭矩至燃料的转换装置42。火花信号46可以是最佳火花信号，如最大制动扭矩。在响应中，扭矩至燃料的转换装置42可将扭矩信号44和火花信号46转换成燃料信号48。在实施方式中，扭矩信号44可以是上文所描述的更长期的扭矩信号。
燃料信号48可在乘法器50中与AFR 52相乘，以生成空气信号54。可由限制器56施加AFR限制56(如排放限制、操作限制等)。例如，对于CI发动机，下限制可与烟限制相关，并且上限制可与氮氧化物排放相关。在另一示例中，AFR限制可与SI发动机的化学计量AFR或其他目标AFR相关。因此，可通过这样的限制来限制空气信号54，以生成空气控制信号60。空气控制信号60是上述空气控制信号20的示例。
如上所述，不同的限制和/或不同组的限制可用于不同的发动机类型。也就是说，CI发动机可具有上AFR限制和下AFR限制，而SI发动机可具有化学计量的或单个目标AFR限制。这种变化可以反映SI发动机与CI发动机之间的差异。因而，控制系统可以应用于具有这种参数变化的不同发动机类型，并且底层软件、固件等无需改变。
图3是根据实施方式的空气控制系统的另一示例的框图。在该实施方式中，空气控制装置70包括扭矩至空气转换器72。扭矩至空气转换器72配置成将扭矩信号74、火花信号76和AFR限制信号78转换成空气信号80。例如，更长期的扭矩信号和最佳火花信号可转换成中间空气信号。可通过下限制AFR信号来限制空气信号，以生成空气信号80。也就是说，可确定用于期望扭矩的空气量，然后由下AFR限制(例如烟限制)来进行限制。
空气信号80与第二空气信号84中的最大信号82可用于生成空气信号86。空气信号84可以是来自其他控制系统(如燃料控制装置14、火花控制装置16等)的输入。因此，可使用更长期的正常稀薄操作模式。也就是说，可使用期望的空气的最大量，以使得存在附加余量， 从而以更高的AFR来操作发动机，并且可能不增大供给至汽缸的空气的量。
最大空气信号86可用作上文描述的空气控制信号20，以致动空气致动器26。然而，在其他实施方式中，如在图2中，最大空气信号86可通过AFR限制来进行限制，如通过上AFR限制等。
图4是根据实施方式的燃料控制系统的示例的框图。在该实施方式中，燃料控制装置100包括扭矩至燃料转换器102。扭矩至燃料转换器102配置成将扭矩信号104和火花信号106转换成燃料信号108。
具体地，如果与上述空气控制装置40结合使用，那么燃料信号108可以是第二燃料信号。另外，扭矩信号104可以是如上所述的瞬时扭矩信号。也就是说，燃料控制装置100的控制信号可与空气控制装置40基于不同的扭矩信号。
可通过限制器110限制燃料控制信号108。限制可以是AFR限制112。在实施方式中，用于燃料的AFR限制112可从空气燃料比形式的AFR限制和估计的空气信号来形成。例如，对于燃料控制装置100的给定循环，估计的空气量可除以一个或多个空气燃料比，以生成用于燃料信号108的AFR限制112。因此，可生成被限制的燃料信号114。与上述空气控制装置40相似，可选择适合于发动机类型的AFR限制112。
被限制的燃料信号114可用作用于AFR控制回路的设定值。例如，AFR反馈系统118可提供来自氧传感器的反馈。该反馈可适当地在加法器116中进行组合，以生成燃料控制信号120。燃料控制信号120可用作如上所述的燃料控制信号22。
图5是根据实施方式的燃料控制系统的另一示例的框图。在该实施方式中，燃料控制装置130包括扭矩至空气转换器132。与扭矩至空气转换器72相似，扭矩至空气转换器132可配置成将扭矩输入134和火花输入136转换成空气信号140。然而，扭矩至空气转换器132还可配置成响应于AFR输入138生成空气信号140。例如，扭矩输入132可以是瞬时扭矩，以及火花输入136可以是最佳火花定时。另外，AFR输入138可以是目标AFR信号。
空气信号140与另一空气信号144(如上文所述的空气信号80)中的最大信号142可生成最大空气信号146。最大空气信号146可在148中除以目标AFR信号138，以生成燃料信号150。燃料信号150可通过类似于图3的AFR限制154和限制器152进行限制，以生成被限制的燃料信号156。另外，被限制的燃料信号156可以是具有AFR反馈160和加法器158的AFR控制系统的输入，以生成燃料控制信号162。燃料控制信号162可用作上文所述的燃料控制信号22。
虽然以上已经描述了使用基于空气的信号或基于燃料的信号的各扭矩至燃料转换器以及扭矩至空气转换器，但是可根据需要实施控制信号的特性。例如，空气控制装置20可使用基于空气的控制信号，而燃料控制装置22可使用基于燃料的控制信号，或者反之亦然。
图6是根据实施方式的火花控制系统的框图。在该实施方式中，火花控制装置180可配置为响应于燃料信号184、扭矩信号186和187以及火花信号188生成火花控制信号190。例如，燃料信号184可以是上文所述的燃料信号115、156等。扭矩信号186和187可以是上文所述的瞬时扭矩和更长期的扭矩。从这些信号可生成火花控制信号190。
虽然火花信号188已被描述为输入，但是一些发动机可不使用火花输入。例如，CI发动机可没有火花输入，更不用说最佳火花，因此，当控制系统配置为用于CI发动机时，这种输入可被忽略、可不存在等。
图7是根据实施方式的基于扭矩的发动机控制系统的框图。在该实施方式中，发动机控制系统200可包括与上文所述的控制器11相似的控制器201。也就是说，控制器201可包括扭矩输入218、空气控制装置212、燃料控制装置214、火花控制装置216，并且可配置为生成用于致动器226、228和230的相关联的控制信号220、222和224。
然而，控制器201可包括配置为存储参数204的存储器202。虽然示出为控制器201的一部分，但是存储器202可与控制器201分离、分布在控制器201与外部系统等之间。另外，存储器202可配置为存储与控制器201或其他控制系统相关联的其他数据和/或代码。
控制器201可配置成响应于参数204控制输送至发动机的空气和 燃料。具体地，当参数具有第一值时，可以以化学计量模式控制发动机，以及当参数具有第二值时，可以以稀薄模式控制发动机。
具体地，参数204可代表在CI发动机与SI发动机之间可能不同的控制系统各方面。如上所述，CI发动机和SI发动机可具有不同的AFR限制。AFR限制是参数的示例。也就是说，如果上AFR限制和下AFR限制基本相等，则可以以化学计量模式控制发动机，以及如果上AFR限制和下AFR不相等，则可以以稀薄模式控制发动机。
可以是参数204的、控制系统的其他参数可包括用于上文所述的火花控制装置以及各种扭矩至空气或燃料转换器的扭矩模型。也就是说，具体扭矩模型可用于SI发动机，而不同的扭矩模式可用于CI发动机。给定的扭矩模型可加载入存储器204中，并且使控制器201以化学计量模式、稀薄模式等操作。
虽然已将各种类型的参数用作参数204的示例，但是参数204可以是抽象参数。例如，参数204可以是能够设定为指示操作模式的标志、比特、寄存器等。也就是说，一旦参数204被设定，则可选择并在发动机的操作过程中使用适当的AFR限制、扭矩模型等。因此，可通过改变存储器202中存储的可配置参数来在多个发动机类型之间使用共同的软件、固件等。因而，无需为多个发动机类型保持多个版本。
图8是具有根据实施方式的发动机系统的车辆的框图。在该实施方式中，车辆240包括配置成为车辆240提供动力的发动机系统241。发动机系统241包括控制器248和传感器246，其中控制器248耦接至致动器244，传感器246耦接至发动机242。控制器248可配置为响应于来自各种其他源的扭矩输入250和252实施上文所述的各空气控制装置、燃料控制装置和火花控制装置。
另外，在实施方式中，发动机系统241可以但不需要直接为车辆240提供机车动力。例如，发动机系统241可以是可配置的，以驱动电动机和/或发电机。
虽然控制器248已描述成执行用于发动机242的空气控制装置、燃料控制装置和火花控制装置，但是控制器248可以但不需要专用于这种功能。也就是说，控制器248可以是更大的发动机管理系统、排 放控制系统等的一部分。另外，该控制器248的功能可分散在多个设备、处理器、子系统等中。
控制器248可以各种方式来实施。例如，控制器248可包括通用处理器、微控制器、专用集成电路、可编程逻辑设备、这种设备的组合等。
实施方式包括存储计算机可读代码的计算机可读媒介，该计算机可读代码当在计算机上执行时使计算机执行上文所述的各技术。计算机可读媒介还可配置为存储上文所述的各参数。因此，在实施方式中，代码可在发动机类型之间保持为共同的，而参数可以是能够单独地配置和进行存储，以形成发动机特定分布。
参照图9，图中示出了使用多个扭矩控制方案的控制器900。控制器900与本文中描述的某些其他系统兼容，并且可整体或部分地使用在其他系统中。控制器900是非限制性的示例，并且控制器900的部分和/或控制器900所使用的某些原理还可适用于本文中描述的其他系统。
本文对控制器900的描述中使用了某些术语，这些术语可类似于参照图1至图8的描述中所使用的术语。在术语的使用和描述不相同的情况下，应理解，除非另有明确说明，可使用如在参照图1至图8的部分中所描述的、如在参照图9的部分所描述的和/或如可由本领域技术人员所理解的任何此类术语的术语。
控制器900包括第一扭矩至空气模型902。第一模型902响应于长期扭矩目标906、最佳火花定时908和AFR(空气燃料比)下限制值910确定限制空气扭矩916。长期扭矩目标906响应于具有控制器900的系统的操作要求来确定，并且非限制性示例包括操作者所要求的扭矩值、实现发动机的期望速度或加速度所需的扭矩值和/或实现发动机的期望功率输出所需的扭矩值。最佳火花定时是整体控制系统所期望的定时，其可出于排放、燃料经济或其他原因来确定。参照控制器900的操作之外的期望的定时描述了最佳，并且最佳可以是定时值的范围。对于最佳火花定时908，“最佳”并不限于对于任何具体考虑(如燃料经济)的最佳值，而是简单地如通过控制器900之外的系统所 限定的那样。
AFR下限制910可从最小量的空气来确定，以支持长期扭矩目标906；可从响应于排放要求确定的最小量的空气来确定；可通过出于响应性而在涡轮增压器处所需的最小空气流量来确定；或通过任何其他确定来确定。在某些实施方式中，例如，当控制器900在操作利用压缩点火(CI)的发动机和/或化学计量未被执行的其他发动机(例如，汽油直喷[GDI]或分层燃烧发动机)时，AFR下限制910可避让地设置(例如，过低而不妨碍控制)和/或设置为出于除燃烧限制之外的其他目的而确定的值。第一扭矩至空气模型902输出限制空气值916。
控制器900还包括第二扭矩至空气模型904。第二模型904利用瞬时扭矩目标912进行操作。瞬时扭矩目标912为这样的中间扭矩目标：其被确定为能够通过系统在短期内实现，并且随着时间使发动机可接受地朝向长期扭矩目标906变化。在某些操作条件(诸如但不限于稳定状态操作)下，瞬时扭矩目标912可等同于长期扭矩目标906。在某些实施方式中，瞬时扭矩目标912响应于空气处理系统的限制动力学来确定，其中空气处理系统的限制动力学通常比加燃料(定时、燃料类型和/或量)、阀门定时、或火花控制操作更慢地对瞬态操作进行响应。例如，很多系统可很快地将燃料定时和量改变至期望值，甚至可随每个单独的加燃料事件改变。然而，响应于进气阀、排气阀、可变几何形状涡轮增压器位置或其他空气处理致动器的变化的、对空气流量的时间常数改变可约为数百毫秒甚至数秒钟。
第二模型904还使用空气目标914、响应于瞬时扭矩目标912确定的空气流量值或系统中确定的另一目标空气流量值，其中空气目标914可以是长期扭矩目标906处合适的空气流量。最大要素920提供了与通过第二模型904确定的空气值918和限制空气916中的较大值一致的空气命令922。
控制器900包括燃料限制器926，燃料限制器926响应于比率元件924的输出并且进一步响应于当前空气质量928和AFR限制930来调整燃料命令，其中比率元件924提供空气命令922与空气目标914的比率。当前空气质量928是在燃料限制器926的执行时间通过发动 机的实际空气流量的测量值或估计值。预期了任何用于确定实际空气流量的已知技术，并且多种技术在本领域中是已知的。AFR限制930可以与AFR下限制910相同或不同，并且可确定为用于与AFR下限制910不同的目的。在非限制性实施方式中，AFR限制930设置成确保化学计量燃烧、确保不超过颗粒排放物水平和/或通过避免很低的空气流速来由控制器900提供瞬态管理能力。
燃料限制器926提供预修正燃料命令934，其中预修正燃料命令934可通过AFR反馈调整装置940控制元件进行调整。AFR反馈调整装置940确定当前λ值942，当前λ值942可从传感器(例如，宽域型氧传感器、NO_x传感器或其他传感器)确定、计算和/或估计。AFR反馈调整装置940还确定空气目标914，并且提供将预修正燃料命令934调整至燃料命令948的修正944。该调整描绘为求和元件946中的附加量。然而，燃料调整可通过任何方法来提供，至少包括通过乘法器、实施的最小值和/或最大值、和/或从查找表或更复杂的功能。AFR反馈调整装置940确保燃料命令948基于实际存在的空气实现适当燃烧，和/或在系统中可用于其他目的，如实施用于后处理设备或其他目的的目标AFR量。
控制器900还包括提供火花命令938的动态火花调整装置936。动态火花调整装置936确定预测扭矩932，预测扭矩932是在当前系统条件下根据燃料命令948和空气命令922所期望的扭矩值、和/或可以是根据预修正燃料命令934和空气命令922(如图9的示例所示)所期望的扭矩值。动态火花调整装置936还确定最佳火花定时908和长期扭矩目标906，并且提供火花命令938。在一个示例中，动态火花调整装置936提供火花命令938，火花命令938提供发动机的实际扭矩输出，该实际扭矩输出实现长期扭矩目标906和/或比预测扭矩932离长期扭矩目标906更近。动态火花调整装置936可将火花命令938限制至排放确定所支持的值和/或限制在由最佳火花定时908所提供的值的范围内。
控制器900的控制架构通过在控制方案内简单的校准操纵可支持用于火花点火发动机、压缩点火发动机以及用于不限于化学计量操作 的其他发动机(例如，GDI、均匀、或分层燃烧发动机)的扭矩确定、加燃料和空气处理命令确定。示例包括通过在目标扭矩值将AFR下限制910和空气目标914设定为化学计量空气值(或在化学计量附近的值的范围内的上限制和下限制)来操作SI发动机，从而对于化学计量操作可接受地操作发动机以及利用空气命令来控制扭矩。示例包括为CI发动机开放AFR下限制910和空气目标914值，以使得使用加燃料来控制扭矩。控制器900还允许使用火花操纵的快速扭矩管理，以改善利用空气管理扭矩控制的发动机的瞬态控制，其通常是较慢的响应系统。
控制器900可用于控制具有多个加燃料方案的单个发动机。控制器900可用于提供用于多个发动机系列的单个控制方案，其中该多个发动机系列仅具有校准差异以提供各加燃料方案。使用用于多个发动机系列的单个控制器900提供了节省制造成本和简化的作用。控制器900还支持在制造发动机之后改变燃料系统，例如转换至另一类型的燃料和/或支持双燃料系统(例如，在制造后为发动机添加天然气能力)，其中简单的校准更新实施起来远比更换计算机或更换固件干扰性低且成本更低。
随后的示意性流程描述提供了利用单个控制器和/或控制器的单个实施方案执行用于控制具有多个扭矩传输方案的发动机的过程的说明性实施方式。所示出的操作仅应理解为是示例性的，并且操作可进行组合或划分、添加或删除以及全部或部分重新排序，除非在本文中有明确地相反地说明。所示出的某些操作可通过计算机执行非瞬时计算机可读存储媒介上的计算机程序产品来实施，其中计算机程序产品包括使计算机执行操作中的一个或多个或使计算机向其他设备发出命令以执行操作中的一个或多个的指令。
操作包括：提供控制器，如包括控制器900的本文中描述的任何控制器；在第一操作条件下通过利用空气控制扭矩来操作发动机；以及在第二操作条件下通过利用燃料控制扭矩来操作发动机。
操作包括：提供控制器，如包括控制器900的本文中描述的任何控制器；向利用空气控制扭矩的第一发动机提供控制器的第一复制件； 向利用燃料控制扭矩的第二发动机提供控制器的第二复制件。
操作包括：提供控制器，如包括控制器900的本文中描述的任何控制器；利用控制器操作发动机，以利用空气和燃料之一来控制扭矩。该操作还包括在制造发动机之后将发动机中的扭矩的控制切换至空气和燃料中的另一个。
操作包括：提供控制器，如包括控制器900的本文中描述的任何控制器；利用第一燃料类型操作发动机，并且控制器响应于第一燃料类型利用空气和燃料之一控制发动机的扭矩。该操作还包括执行向发动机(例如，作为可使用双燃料的发动机)添加第二燃料类型和/或将发动机切换至第二燃料类型中至少之一，其中，控制器响应于所使用的第二类型的燃料通过与第一类型的燃料不同的、空气和燃料中的另一个来控制扭矩。
虽然已经在附图和以上描述中详细示出和描述了本发明，但这些附图和描述在性质上应认为是解释性而非限制性的，应理解的是，仅示出和描述了某些示例性实施方式，并且落入本发明精神内的所有变化和修改都期望得到保护。应理解的是，虽然在以上描述中使用了诸如更优选的(preferable)、优选地(preferably)、优选的(preferred)或更优选的(more preferred)的词语表示这样描述的特征可能是更期望的，但是并不是必须的，并且没有这些特征的实施方式也可预期落入本发明的范围内，本发明的范围由所附权利要求来限定。阅读权利要求时，当词语诸如“一个(a)”、“一个(an)”、“至少一个”、“至少一部分”被使用时，并非旨在将权利要求限制为仅一个部件，除非权利要求中明确相反地陈述。当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，该部件可包括一部分和/或整个部件，除非明确相反地陈述。