用于停止起动和混合动力电动车的汽缸空气质量预测系统.pdf

用于停止 - 起动和混合动力电动车的汽缸空气质量预测系 统
    相关申请的交叉引用
     本申请要求在 2010 年 6 月 1 日提交的美国临时申请 No.61/350,110 的权益。上 述申请的公开内容通过引用全部合并于此。
     本申请还涉及以下美国专利申请 ： 同一天提交的、 律师卷号 No.P011236 ； 同一天 提交的、 律师卷号 No.P011239 ； 同一天提交的、 律师卷号 No.P011235 ； 同一天提交的、 律师 卷号 No.P011884 ； 同一天提交的、 律师卷号 No.P011237 ； 以及在同一天提交的、 律师卷号 No.P011238。上述申请的公开内容通过引用全部合并于此。
     技术领域
     本发明涉及混合动力电动车辆和停止 - 起动发动机控制系统。背景技术 这里提供的背景描述是为了在总体上呈现本公开的背景的目的。 当前署名的发明 人的一部分工作在背景技术部分中被描述， 这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构 成现有技术的方面， 既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
     停止 - 起动车辆和混合动力电动车辆 (HEV) 可各自包括内燃发动机 (ICE)、 一个或 多个电动马达以及控制模块。例如， 停止 - 起动车辆和 HEV 可关闭 ( 停用 )ICE， 以减少 ICE 空转的时间量。这改善了燃料经济性并减少了排放。当车辆速度低于阈值时， ICE 可被关 闭。
     在停止 - 起动系统和在 HEV 系统中， ICE 可被关闭和 / 或转变到静止状态 ( 即， 发 动机速度等于 0 转 / 秒 )。例如， 当加速器踏板被致动时， ICE 可被自动起动。
     发明内容
     一种发动机系统， 其包括第一模块， 该第一模块确定发动机的汽缸将要处于 M 种 预测类型中的一种并产生 “到进气距离” 信号， 该到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲 程的预测步骤的数量。M 为大于或等于 3 的整数。第二模块确定所述汽缸的循环类型。该 循环类型表示了所述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量。 汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环类型来估计所述汽缸内的空气质 量。
     在其他特征中， 发动机系统包括确定发动机处于停转状态的时间量的发动机计时 器。第一位置模块确定发动机的曲轴和凸轮轴中的至少一个的位置并产生第一位置信号。 第二位置模块估计活塞在发动机的汽缸内的位置并产生第二位置信号。 捕获空气充量模块 基于所述时间量、 所述第一位置信号和所述第二位置信号来确定所述汽缸内的捕获空气质 量。
     本发明还包括以下方案 ：方案 1. 一种发动机系统， 包括 ：
     第一模块， 所述第一模块确定发动机的汽缸将处在 M 种预测类型中的一种中并产 生到进气距离信号， 所述到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲程的预测步骤的数量， 其中 M 为大于或等于 3 的整数 ；
     第二模块， 所述第二模块确定所述汽缸的循环类型， 其中所述循环类型表示了所 述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量 ； 以及
     汽缸空气充量模块， 所述汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环 类型来估计所述汽缸内的空气质量。
     方案 2. 根据方案 1 所述的发动机系统， 其中， 所述预测类型包括曲柄模式、 曲柄至 运行模式、 运行模式和失火模式。
     方案 3. 根据方案 1 所述的发动机系统， 其中， 所述预测步骤包括 ：
     在前零个步骤， 其中所述汽缸位于所述进气冲程中 ；
     在前一个步骤， 其中所述汽缸是在所述进气冲程之前的一个预测步骤， 从而处于 排气冲程中 ； 以及
     在前两个步骤， 其中所述汽缸离开所述进气冲程两个预测步骤， 从而处于膨胀冲 程中。 方案 4. 根据方案 1 所述的发动机系统， 其中， 所述预测步骤的数量基于所述发动 机中的汽缸的数量。
     方案 5. 根据方案 1 所述的发动机系统， 其中， 所述空气充量模块估计每一个预测 步骤处的所述空气质量。
     方案 6. 根据方案 1 所述的发动机系统， 其中， 所述循环类型表示了所述空气质量 是否包括来自先前燃烧循环的燃烧残余物质。
     方案 7. 根据方案 1 所述的发动机系统， 其中， 所述汽缸空气充量模块基于歧管绝 对压力和进气充量温度来确定所述空气质量。
     方案 8. 根据方案 1 所述的发动机系统， 其中， 所述汽缸空气充量模块基于环境空 气温度、 汽缸盖温度和活塞温度来确定所述空气质量。
     方案 9. 根据方案 1 所述的发动机系统， 进一步包括基于所述空气质量和发动机状 态变量来产生燃料信号的燃料模块。
     方案 10. 根据方案 1 所述的发动机系统， 进一步包括基于所述空气质量和发动机 状态变量来产生火花信号的火花模块。
     方案 11. 根据方案 1 所述的发动机系统， 进一步包括 ：
     发动机计时器， 所述发动机计时器确定所述发动机处于停转状态中的时间量 ； 以 及
     捕获空气充量模块， 所述捕获空气充量模块基于所述时间量并且在所述发动机的 关闭之后确定所述汽缸内的捕获空气质量 ；
     其中所述汽缸空气充量模块在所述发动机的关闭期间基于所述预测类型和所述 循环类型来估计所述汽缸内的空气质量。
     方案 12. 根据方案 11 所述的发动机系统， 进一步包括 ：
     第一位置模块， 所述第一位置模块确定发动机的曲轴和凸轮轴中的至少一个的位
     置并产生第一位置信号 ； 以及
     第二位置模块， 所述第二位置模块估计活塞在发动机的汽缸内的位置并产生第二 位置信号 ；
     其中所述捕获空气充量模块基于所述第一位置信号和所述第二位置信号来确定 所述捕获空气质量。
     方案 13. 根据方案 1 所述的发动机系统， 进一步包括 ：
     检测加速器的状态并产生加速器信号的加速器传感器 ； 以及
     基于所述空气质量并在所述加速器信号表示加速器的致动时产生燃料信号的燃 料模块 ；
     其中所述燃料模块在所述加速器信号表示所述加速器未被致动时不产生所述燃 料信号。
     方案 14. 根据方案 13 所述的发动机系统， 进一步包括基于所述加速器信号来操作 所述发动机从发动机自动停止模式转变到发动机自动起动模式的发动机控制模块。
     方案 15. 一种发动机系统， 包括 ：
     发动机计时器， 所述发动机计时器确定发动机处于停转状态中的时间量 ；
     第一位置模块， 所述第一位置模块确定发动机的曲轴和凸轮轴中的至少一个的位 置并产生第一位置信号 ；
     第二位置模块， 所述第二位置模块估计活塞在发动机的汽缸内的位置并产生第二 位置信号 ； 以及
     捕获空气充量模块， 所述捕获空气充量模块基于所述时间量、 所述第一位置信号 和所述第二位置信号来确定所述汽缸内的捕获空气质量。
     方案 16. 根据方案 15 所述的发动机系统， 其中 ：
     所述活塞的位置在上死点和下死点之间 ； 以及
     所述捕获空气质量是部分充量。
     方案 17. 根据方案 16 所述的发动机系统， 进一步包括燃料模块， 所述燃料模块在 所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生燃料信号。
     方案 18. 根据方案 16 所述的发动机系统， 进一步包括火花模块， 所述火花模块在 所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述捕获空气质量来产生火花信号。
     方案 19. 根据方案 16 所述的发动机系统， 进一步包括以下中的至少一种 ：
     燃料模块， 所述燃料模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述 捕获空气质量来产生燃料信号 ； 以及
     火花模块， 所述火花模块在所述发动机的启用后的第一次点火循环期间基于所述 捕获空气质量来产生火花信号。
     方案 20. 根据方案 15 所述的发动机系统， 其中， 所述捕获空气充量模块基于所述 进气充量温度来确定所述捕获空气质量。
     方案 21. 根据方案 15 所述的发动机系统， 其中， 所述捕获空气充量模块基于环境 空气温度、 汽缸盖温度和活塞温度来确定所述捕获空气质量。
     方案 22. 根据方案 15 所述的发动机系统， 进一步包括 ：
     第一模块， 所述第一模块确定所述汽缸将处于 M 种预测类型中的一种中并产生到进气距离信号， 所述到进气距离信号表示了所述汽缸离进气冲程的预测步骤的数量， 其中 M 为大于或等于 3 的整数，
     第二模块， 所述第二模块确定所述汽缸的循环类型， 其中所述循环类型表示了所 述汽缸从所述发动机的上次重起动以来所已经经历的燃烧循环的数量 ； 以及
     汽缸空气充量模块， 所述汽缸空气充量模块基于所述到进气距离信号和所述循环 类型来估计所述汽缸内的空气质量。
     进一步的应用范围将根据这里提供的描述而变得明显。应该理解的是， 描述和特 定实例均旨在仅为示例的目的， 并非意在限制本公开的范围。 附图说明
     这里描述的附图仅是为了例示的目的， 并非旨在以任何方式限制本公开的范围。
     图 1 是根据本公开的发动机系统的功能框图 ；
     图 2 是根据本公开的、 结合有空气充量模块的发动机控制模块的功能框图 ；
     图 3 是根据本公开的汽缸监测模块的功能框图 ；
     图 4 是根据本公开的、 例示了发动机的关闭、 停转和起动阶段的图线 ；
     图 5 是根据本公开的、 例示了从关闭阶段转换到起动阶段的图线 ； 图 6 是根据本公开的阶段图 ； 图 7 是根据本公开的到进气距离和循环类型图 ； 以及 图 8 例示了根据本公开的、 操作停止起动发动机控制系统的方法。具体实施方式
     以下的描述本质上仅是示例性的， 且绝非意在限制本公开、 其应用或用途。 为了清 楚起见， 相同的附图标记在附图中将用于表示类似的元件。如在此使用地， 短语 “A、 B和C 中至少一个” 应该被解释为意指使用了非排他性逻辑 “或” 的逻辑 (A 或 B 或 C)。应理解的 是， 方法中的步骤可在不改变本公开原理的情况下以不同的顺序执行。
     如在此使用地， 术语 “模块” 可指以下各项的一部分， 或者包括以下各项， 所述各项 为： 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 ( 共享的、 专用的或成组的 ) 和 / 或存储器 ( 共享的、 专用的或成组的 )、 组合逻辑电路、 和 / 或其它提 供所述功能的合适部件。
     在图 1 中， 其显示了示例性发动机系统 10 和相应的停止 - 起动控制系统 12。发动 机系统 10 包括内燃发动机 (ICE)14 和变速器系统 16。ICE 14 具有相应的发动机控制模块 (ECM)18。停止 - 起动控制系统 12 包括 ECM 18， 其具有空气充量模块 22。当某些条件得到 满足时， ECM 18 关闭和起动 ICE 14， 以便节省燃料和提供所需的扭矩输出量。示例的条件 如下所述。
     发动机系统 10 和停止 - 起动控制系统 12 在自动停止模式、 捕获空气充量调节模 式和自动起动模式下操作。在自动停止模式期间， ICE 14 的速度降低且 ICE 14 的燃料和 火花都停用。在自动停止模式期间， ICE 14 停转， 使得 ICE 14 关闭且 ICE 14 的速度等于 0 转 / 秒 (rev/s)。例如， 当 ICE 14 的曲轴不旋转时， ICE 14 的速度等于 0 转 / 秒。当燃料 ( 或燃料系统 ) 和火花 ( 或点火系统 ) 停用时， 可认为 ICE 14 关闭 ( 停用 )。ICE 14 的速度在自动停止模式期间例如可从当前速度斜坡减小 (ramp down) 到 0 转 / 秒。
     在捕获空气充量调节模式期间， ICE 14 停转且空气充量模块 22 追踪和 / 或估计 在 ICE 14 的汽缸内的空气质量。在自动起动模式期间， ICE 14 可曲柄发动， 且 ICE 14 的 速度可增加到空转速度。在自动起动模式期间， 燃料和火花都被启用。
     空气充量模块 22 追踪在 ICE 14 每个汽缸内的空气质量 ( 空气充量 )。这包括在 自动停止、 捕获空气充量调节和自动起动模式期间追踪空气充量。 在自动停止、 捕获空气充 量调节和自动起动模式期间， 空气充量模块 22 确定和调整在一个或多个汽缸内的捕获空 气充量的估值。 ECM 18 在 ICE 14 的起动时可以在具有捕获空气的汽缸内启用燃料和火花。
     捕获空气充量可以指包含在 ICE 14 的汽缸内的部分空气充量或全部空气充量。 全部空气充量是指在完整的进气冲程后在汽缸内的空气质量。部分空气充量是指 ICE 停转 后在汽缸内的空气质量。在汽缸内的捕获的 ( 捕捉到的 ) 空气充量会因为泄露的缘故而随 着时间减少 ； 因此捕获空气充量可能会从全部空气充量转变为部分空气充量。 当 ICE 14 停 转且经过一段时间后， 每个汽缸内捕获空气的量安定于均衡水平。
     ECM 18 可基于在每个汽缸内的相应空气质量来调节用于每个汽缸的燃料和火花 参数。燃料参数可包括， 例如， 燃料喷射量、 燃料喷射压力、 燃料喷射正时等。火花参数可包 括， 例如， 火花能量和火花正时。基于如下所述的各种不同参数， 来针对当前汽缸事件估计 和 / 或为随后的汽缸事件预测每个汽缸的空气质量。根据操作模式， 可使用不同的参数来 估计和 / 或预测每个汽缸的空气质量。 虽然在此描述的是火花点火式发动机， 但本公开也适用于其它类型的扭矩发生 器， 例如， 汽油型发动机、 气态燃料型发动机、 柴油型发动机、 丙烷型发动机和混合动力型发 动机。变速器系统 16 具有相应的变速器控制模块 (TCM)24。ECM 18 和 TCM 24 可通过串行 和 / 或并行连接和 / 或通过控制区域网络 (CAN)28 互相通讯。
     基于来自驾驶员输入模块 29( 例如， 驾驶员输入信号 DI) 的信息和如下所述的其 他信息， ICE 14 燃烧空气 / 燃料混合物， 从而为车辆产生驱动扭矩。在操作中， 通过节气门 阀 36 将空气吸到 ICE 14 的进气歧管 30 中。例如， 基于来自驾驶员输入模块 29 的信息， ECM 18 命令节气门致动器模块 38 调节节气门阀 36 的开度， 以控制吸到进气歧管 30 中的空 气量。ECM 18 命令燃料致动器模块 31， 以控制例如通过燃料喷射器 33 喷射进入进气歧管 30、 进气流道 (runner) 和 / 或汽缸 32 中的燃料的量。
     驾驶员输入模块 29 可以具有或接收来自例如制动器致动器 39( 例如制动器踏板 ) 和 / 或加速器 40( 例如加速器踏板 ) 的传感器的信号。所述传感器可包括制动器传感器 41 和加速器传感器 42。 驾驶员输入信号 DI 可包括制动器踏板信号 BRAKE 43 和加速器踏板信 号 ACCEL 44。来自进气歧管 30 的空气通过进气阀 45 吸入到 ICE 14 的汽缸内。虽然 ICE 14 可包括多个汽缸， 但是为说明的目的只显示单一的代表性汽缸 32。
     ECM 18 控制喷射进入到进气歧管 30 和 / 或汽缸 32 中的燃料量。所喷射的燃料与 空气混合并在汽缸 32 内产生空气 / 燃料混合物。在汽缸 32 内的活塞 ( 未显示 ) 压缩该空 气 / 燃料混合物。基于来自 ECM 18 的信号， 点火系统 48 的火花致动器模块 47 给汽缸 32 内的火花塞 49 赋能， 火花塞 49 点燃空气 / 燃料混合物。
     空气 / 燃料混合物的燃烧驱动活塞向下， 从而驱动曲轴 50 旋转。活塞然后再次开 始向上移动并通过排气阀 51 排出燃烧副产品。燃烧副产品通过排气系统从车辆排出。ICE
     14 可以是四冲程发动机， 其中活塞通过进气冲程、 压缩冲程、 动力 / 膨胀冲程和压缩冲程来 反复循环。
     进气阀 45 和排气阀 51 可通过各自的凸轮轴 60、 62 和凸轮相位器 66、 68 由汽缸致 动器模块 56 控制。凸轮相位器 66、 68 由相位器致动器模块 69 控制。
     发动机系统 10 可以利用一个或多个发动机位置和 / 或速度传感器 90 以每分钟转 速 (RPM) 来测量曲轴 50 的速度 ( 发动机速度 )。发动机位置和 / 或速度传感器 90 可为单 向或双向传感器。单向传感器沿单一方向检测旋转。双向传感器则沿两个方向检测旋转。 双向传感器可用于检测例如 ICE 14 的 “反跳 (rock back)” 。反跳指的是， 当发动机的曲轴 例如由于发动机的活塞和摩擦力之间的平衡和 / 或由于汽缸压力而沿相反方向旋转的情 况。ICE 14 的温度可使用发动机冷却剂或油温度 (ECT) 传感器 92 进行测量。ECT 传感器 92 可位于 ICE 14 内， 或位于冷却剂和 / 或油能够循环到的其它位置处， 例如散热器 ( 未显 示 )。
     进气歧管 30 内的压力可利用歧管绝对压力 (MAP) 传感器 94 进行测量。在各种实 施方案中， 可测量发动机真空度， 其中发动机真空度是环境空气压力与进气歧管 30 内的压 力之间的差。流入到进气歧管 30 中的空气的质量可使用空气质量流量 (MAF) 传感器 96 进 行测量。ECM 18 主要从 MAF 传感器 96 确定汽缸的新鲜空气充量， 并利用开环、 闭环和瞬时 燃料加注算法来计算所需的燃料质量。 燃料喷射器特征函数将期望的燃料质量按照时间转 换到喷射器中， 其通过 ECM 18 的燃料喷射器输出来执行。 节气门致动器模块 98 可利用一个或多个节气门位置传感器 (TPS)100 监测节气门 阀 36 的位置。被吸入到发动机控制系统中的空气的环境温度可利用进气温度 (IAT) 传感 器 101 进行测量。
     ECM 18 可与 TCM 24 通讯以协调变速器系统 16 中的换挡。例如， ECM 18 可在换挡 过程中减少扭矩。ECM 18 可与混合动力控制模块 102 通讯以协调 ICE 14 与电动马达和 / 或发电机 ( 马达 / 发电机 )104 的运行。马达 / 发电机 104 可用来 ： 辅助 ICE 14 ； 取代 ICE 14 和起动 ICE 14。停止 - 起动控制系统 12 可为 12 伏特 (V) 的停止 - 起动系统。
     停止 - 起动控制系统 12 可为 12 伏特 (V) 的系统。12 伏特的停止 - 起动系统可以 指的是带有以 12 伏特操作的不同起动器 / 马达的传统动力系统。12 伏特的停止 - 起动系 统包括带有辅助泵 108 的变速器 106， 辅助泵 108 位于所述变速器外部， 并维持变速器 106 内的流体压力以维持 ( 一个或多个 ) 齿轮和 / 或 ( 一个或多个 ) 离合器的接合。例如， 可 以在自动停止 / 起动模式期间使用辅助泵 108 来使第一挡位保持在接合状态。在各种实施 例中， ECM、 TCM 和混合动力控制模块 102 可集成到一个或多个模块中。
     现在还参考图 2， 其中显示了 ECM 18。ECM 18 包括发动机位置模块 150、 模式选择 模块 152、 模式改变模块 154、 汽缸监测模块 156、 燃料控制模块 158、 火花控制模块 160 和节 气门控制模块 162。
     发动机位置模块 150 确定 ICE 14 的位置。该位置可指的是 ICE 14 的曲轴和 / 或 凸轮轴的位置。 基于例如从 ( 一个或多个 ) 发动机位置和 / 或速度传感器 90 接收的位置传 感器信号 PS1-PSN 164 来确定该位置， 这里 N 是大于或等于 1 的整数。发动机位置模块 150 产生发动机位置信号 POS 1166( 第一位置信号 )。
     模式选择模块 152 确定发动机系统 10 的当前操作模式并且产生模式选择信号
     MODE 167。 模式选择模块 152 可基于制动器信号 BRAKE 43、 加速器踏板信号 ACCEL 44 和模 式改变信号 SWITCH 170 来确定当前操作模式。
     模式改变模块 154 可为模式选择模块 152 的一部分或如图所示可为截然不同的模 块。模式改变模块 154 在不停转 ICE 14 的情况下将发动机系统 10 从自动停止模式转变到 自动起动模式。这种转变可包括或者可不包括执行捕获空气充量调节模式。这种转变的实 例如图 5 所示。模式改变模块 154 可基于例如加速器踏板信号 ACCEL 44 来产生模式改变 信号 SWITCH 170。车辆操作员可在自动停止模式期间致动加速器踏板。模式改变模块 154 可中断自动停止模式， 并基于加速器踏板 40 的致动开始自动起动模式。
     现在还参考图 3， 其中显示了汽缸监测模块 156。汽缸监测模块 156 在自动停止、 捕获空气充量调节和自动起动模式期间监测每个汽缸的状态。 每个汽缸的汽缸状态信息包 括： 预测类型 ； 发动机汽缸离进气冲程的预测步骤的数量 (“到进气距离” )； 循环类型 ； 汽 缸的当前活塞冲程 ； 进气阀和排气阀的状态 ； 等等。预测类型可为曲柄模式、 曲柄至运行模 式、 运行模式和失火模式中的一种。失火模式可指的是发生了失火的时间段。失火可指的 是汽缸内的燃料充量未在正确的时间点燃。
     燃烧循环可包含进气冲程、 压缩冲程、 动力 / 膨胀冲程、 和排气冲程。燃烧循环可 划分为三个步骤。第一或进气步骤 ( 在前 0 个步骤 ) 包括排气冲程终止和进气冲程。第二 步骤 ( 在前 1 个步骤 ) 包括排气冲程。第三步骤 ( 在前 2 个步骤 ) 包括动力 / 膨胀冲程。 这将关于图 7 进一步描述。
     汽缸监测模块 156 包括到进气距离模块 200、 循环类型模块 202、 位置估计模块 204 和空气充量模块 22。 到进气距离模块 200 确定发动机的汽缸离开进气冲程的预测步骤数并 产生到进气距离信号 DISTfromINT 206。到进气距离信号 DISTfromINT 206 可基于发动机 位置信号 POS1166、 模式选择信号 MODE 167、 燃料控制信号 FUEL 208、 火花控制信号 SPARK 210、 和 / 或进气冲程信号 INTAKE 212 产生。进气冲程信号 INTAKE 212 可为汽缸进气冲程 的进气开始和结束时间。进气冲程信号 212 可基于发动机位置信号 POS1 166 产生。
     循环类型模块 202 确定汽缸从 ICE 14 的启用开始所经历的点火 ( 火花事件 ) 的 数量。点火的数量可由火花计数器 213 计数。循环类型模块 202 通过循环类型信号 CYCTYP 214 表示循环类型信息。到进气距离和循环类型信息在下面关于图 7 进一步描述。循环类 型信号 CYCTYP 214 可基于发动机位置信号 POS1 166、 火花信号 SPARK 210 和 / 或进气冲程 信号 212 产生。
     位置估计模块 204 估计发动机位置和 / 或在 ICE 14 每个汽缸内的活塞位置。位 置估计模块 204 可基于发动机位置信号 POS1 166、 到进气距离信号 DISTfromINT 206 和 / 或循环类型信号 CYCTYP 214 来估计发动机位置和 / 或活塞位置。位置估计模块 204 产生 位置估计信号 POS2216( 第二位置信号 )。
     空气充量模块 22 包括关闭模块 220、 捕获空气充量模块 222 和起动模块 224。关 闭模块 220 产生第一空气充量信号 226， 其表示了针对自动停止模式的每个发动机循环 ( 或 事件 ) 在每个汽缸内的空气质量。 捕获空气充量模块 222 产生第二空气充量信号 228， 其表 示了当 ICE 14 停转时每个汽缸内的空气质量。起动模块 224 产生第三空气充量信号 230， 其表示了针对自动起动模式的每个发动机循环在每个汽缸内的空气质量。
     关闭模块 220、 捕获空气充量模块 222 和起动模块 224 可基于以下信号来产生空气充量信号 226、 228、 230， 所述信号例如 ： 模式选择信号 MODE 167、 预测类型、 到进气距离 信号 DISTfromINT 206、 循环类型信号 CYCTYP 214、 发动机关机时间信号 EngOFF 232、 歧管 绝对压力信号 MAP 233、 节气门位置信号 THR 234、 进气充量温度信号 ICT 235( 在进气歧管 30 内的空气温度 )、 环境温度信号 AMB 236、 和 / 或其它信号。所述其它信号可包括， 例如， ICE 14 的位置、 速度、 压力和 / 或温度信号。温度信号可包括汽缸盖温度信号、 活塞温度信 号等。
     燃料控制模块 158 控制进入到 ICE 14 的 ( 一个或多个 ) 汽缸内的燃料的喷射。 燃 料控制模块 158 可基于发动机位置信号 POS1 166、 模式选择信号 MODE 167、 模式改变信号 SWITCH 170 和 / 或空气充量信号 226、 228、 230 来产生燃料控制信号 FUEL 208。
     火花控制模块 160 控制 ICE 14 的 ( 一个或多个 ) 汽缸的火花 ( 点火 )。火花控制 模块 160 可基于发动机位置信号 POS1 166、 模式选择信号 MODE 167、 模式改变信号 SWITCH 170 和 / 或空气充量信号 226、 228、 230 来产生火花控制信号 SPARK 210。
     节气门控制模块 162 控制 ICE 14 的一个或多个节气门的位置。节气门可包括主 节气门和 / 或 ( 一个或多个 ) 端口节气门。节气门控制模块 162 可基于发动机位置信号 POS1 166、 模式选择信号 MODE 167、 模式改变信号 SWITCH 170、 空气充量信号 226、 228、 230 和 / 或节气门位置传感器信号 TS1-TSM 249( 其中 M 是大于或等于 1 的整数 ) 来产生一个或 多个节气门位置信号， 例如， 节气门位置信号 THR 234。
     由模块 22、 200、 202 确定的空气充量估计， 到进气距离和循环类型可存储在存储 器 256 的相应的表 250、 252 和 254 中。此信息例如在自动起动模式期间可被访问， 以便估 计在 ICE 14 的每个汽缸内的空气质量。
     ECM 18 还包括发动机关机计时器 258。 发动机关机计时器监测 ICE 14 关闭的时间 量。发动机关机计时器基于模式选择信号 MODE、 燃料控制信号 FUEL 和火花控制信号 SPARK 来产生发动机关机信号 EngOFF。
     以上描述的图 2 和图 3 中的模块可以是由 ECM 18 执行的函数 ( 或功能 )， 并具有 相关联的函数调用 ( 或功能调用 )。
     现在参考图 2 和图 4， 其包括例示了 ICE 14 的关闭、 停转和自动起动阶段的图线。 关闭阶段被称为阶段 I( 第一停止 - 起动阶段 )。停转阶段被称为阶段 II( 第二停止 - 起 动阶段 )。起动阶段被称为阶段 III( 第三停止 - 起动阶段 )。该图线包括发动机速度信号 260、 MAP 信号 262 和控制信号 264。控制信号 264 例如可由 ECM 18 产生， 并表示了 ICE 14 的关闭和起动。控制信号可具有， 例如， HIGH 状态和 LOW 状态。HIGH 状态表示 ICE 14 被启 用。LOW 状态表示 ICE 14 正处于关闭。发动机关闭的开始发生在 265， 发动机起动的开始 发生在 267。
     发动机速度信号包含斜坡下降部分 266、 停转部分 268 和斜坡上升部分 270。如所 示， 发动机速度在阶段 I(271) 期间斜坡下降 ； 在阶段 II(272) 期间等于 0RPM ； 以及在阶段 III(273) 期间斜坡上升 (ramp up)。MAP 信号 262 在阶段 I 期间可为稳定的， 或处于恒定 压力。由于来自歧管的空气不再被喷射进入到汽缸中， 所以 MAP 信号 262 在阶段 II 期间增 加。进气阀和排气阀在阶段 II 期间可不起作用或维持在关闭状态。在歧管 30 内的空气在 阶段 II 期间可流通返回到围绕车辆的大气或环境中。MAP 信号 262 可从在阶段 II 期间的 峰值水平减少到接近或达到在阶段 III 期间的用于空转控制的稳态水平。可在阶段 III 开始之前和 / 或开始之时， 和 / 或可在捕获空气充量调节模式期间 更新捕获空气充量估计。通过箭头 275 示出了捕获空气充量估计何时被更新的实例。在捕 获空气充量调节模式期间， ICE 14 停转和 / 或发动机活塞不移动。捕获空气充量模块 222 更新捕获空气充量估计， 以容许对充气汽缸的精确燃料加注和火花正时。这可使用系统模 型、 表、 和 / 或对应的方程来实现， 所述系统模型、 表和 / 或对应的方程用于查找和 / 或基于 动态的估计。 用于每个汽缸的燃料和火花参数可基于在每个汽缸内的捕获空气的量进行调 整。在 ICE 14 的第一次点火循环期间， 根据燃料和火花参数向每个汽缸提供燃料和火花。 点火循环是指在燃烧循环期间提供给汽缸的一个或多个火花。
     在阶段 I 期间， 发动机关闭， 调整节气门位置以减少发动机振动 ( 发动机的阻塞受 控 )， 并且变速器系统 16 可开始自动停止 / 起动模式。在自动停止 / 起动模式中， 变速器系 统 16 中的接合发动机的 ( 一个或多个 ) 离合器可脱离接合。当在自动停止 / 起动模式中 时， 变速器系统 16 的一个或多个齿轮可被接合。
     当发动机未停转或在阶段 I 和 III 期间， 可获得来自 ( 一个或多个 ) 发动机位置 和 / 或速度传感器 90 的发动机位置信息。因为这个原因， 在阶段 I 和阶段 III 期间， 发动 机位置模块 150 可产生用于确定 ICE 14 位置的位置触发器。在阶段 I 期间从 ( 一个或多 个 ) 发动机位置传感器 90 收集的发动机位置信息可例如由位置估计模块 204 使用， 以在阶 段 II 期间估计发动机的位置。 在图 5 中， 显示了这样的图线， 所述图线例示了从自动停止模式 ( 阶段 ) 到自动起 动模式 ( 阶段 ) 的转变。这些图线包括发动机速度信号 280、 MAP 信号 282 和控制信号 284。 发动机速度信号 280 包括斜坡下降部分 286 和斜坡上升部分 288。由于存在从自动停止模 式到自动起动模式的转变， 所以最小的发动机速度 290 不是 0 转 / 秒， 而是大于 0 转 / 秒。 最小的发动机速度 290 取决于在自动停止模式期间何时产生模式改变信号。通过箭头 291 指示了何时产生模式改变信号的实例。
     控制信号图示了在 292 时的发动机关闭的开始和在 294 时的发动机起动的开始。 当发动机未停转时， MAP 信号 282 接近稳态水平。
     在图 6 中显示了阶段图。该阶段图图示了在上面所述图 4 和 5 中的阶段之间的示 例实施方式。该阶段图包括以 300、 302 和 304 指示的阶段 I-III 以及以 306 指示的捕获空 气调节模式。阶段 I 包括执行发动机关闭。阶段 II 可在阶段 I 之后执行且包括发动机的 停转。捕获空气充量调节模式可在阶段 II 结束时、 阶段 III 开始时和 / 或在阶段 I 和 III 之间执行， 如所示那样。捕获空气调节模式包括为每个具有捕获空气的汽缸估计和 / 或更 新空气充量值。阶段 III 包括起动发动机。阶段 III 可在阶段 I 之后， 在阶段 II 之后和 / 或在捕获空气充量调节模式之后执行。模式改变信号 310 被显示以便图示出在不执行阶段 II 和 / 或捕获空气充量调节模式的情况下从阶段 I 直接到阶段 III 的转变。
     现在参照图 3 和图 7， 在图 7 中显示了针对发动机自动停止模式的进气距离和循环 类型图表。显示了发动机的四个汽缸 320、 322、 324、 326。汽缸 320、 322、 324、 326 中的每一 个处在不同的冲程状态中并且具有各自的活塞 328、 330、 332、 334。第一汽缸 320 被显示为 处于压缩冲程结束时， 其中第一活塞 328 处在上死点 (TDC) 位置 ( 距离曲轴 50 最远的活塞 位置 )。第二汽缸 322 被显示为处于进气冲程结束时， 其中第二活塞 330 处在下死点 (BDC) 位置 ( 到曲轴 50 最近的活塞位置 )。第二汽缸 322 被显示为具有完全空气充量。第三汽缸
     324 被显示为处于排气冲程结束时， 其中第三活塞 332 处在 TDC 位置。第四汽缸 326 被显示 为处于动力 / 膨胀冲程结束时或者处于排气冲程开始时， 其中第四活塞 334 处在 BDC 位置。
     包括循环类型和距离进气冲程的预测步骤或距离的表被显示。预测步骤的数量 (M) 基于发动机 12 内的汽缸的数量 (N)。例如， N 个汽缸的发动机具有多达 N-1 个预测步 骤。针对每个发动机循环或汽缸事件， 提供循环类型和离开进气阶段的距离。汽缸事件可 指的是冲程、 点火事件和 / 或预定的曲轴旋转量 ( 例如， 对于 4 汽缸发动机为 180° )。4 汽 缸发动机的曲轴要旋转 720°来完成燃烧循环。显示了从 k 到 k+9 的事件， 其中 k 是整数。
     该表包括到进气距离表 340 和循环类型表 342。到进气距离模块 200 和循环类型 模块 202 可产生表 340、 342 中的条目。到进气距离表 340 包括关于每个汽缸和关于 k 到 k+9 的汽缸事件中每一个的离开进气冲程的距离。每个汽缸的距离可为 ： 在前 0 个步骤 ； 在 前 1 个步骤 ； 或在前 2 个步骤。 “在前 0 个步骤” 指的是汽缸的当前状态正处在进气冲程的 开始、 中间或结束时。 “在前 1 个步骤” 指的是汽缸的当前状态正处在排气冲程中 ( 或者处 在进气冲程之前的 1 个冲程中 )。 “在前 2 个步骤” 指的是汽缸的当前状态正处在动力 / 膨 胀冲程中 ( 或者处在进气冲程之前 2 个冲程中 )。如所示， 汽缸 320 和 322 处于在前 0 个步 骤的状态中。汽缸 324 被显示为处于在前 1 个步骤的状态中。汽缸 326 被显示为处于在前 2 个步骤的状态中。汽缸 320、 322、 324、 326 的所显示的状态代表了事件 k、 k+4 和 k+7。 发动机关机信号例如可在事件 k+6 时产生， 以开始发动机的关闭。发动机可在事 件 k+9( 行 327) 之后停转。到进气阶段的距离可在事件 k+9 之后保持恒定， 直到发动机起 动。发动机可在事件 k+9 后被起动。在每个汽缸内的捕获空气充量估计可在事件 k+9 之后 被调整。对于所示实例， 汽缸 324、 326 在事件 k+9 之后具有捕获空气。对汽缸 324、 326 内 的空气质量估计可基于发动机被停转的时间量进行调整。
     对每个汽缸 320、 322、 324、 326 而言， 循环类型表 342 包括在发动机起动之后的着 火事件 ( 火花事件 ) 的数量。n 指的是发动机循环 ( 冲程 ) 的数量且 x 表示在发动机上次 重起动之后的着火事件， 这里 n 是大于或等于 1 的整数且 x 是整数。例如， n 指的是第一次 着火事件， 那么 x ＝ 1 时的 n+x 指的是第二次着火事件。x ＝ 2 时的 n+x 指的是第三次着火 事件。x ＝ -1 时的 n+x 指的是在第一次着火事件之前的事件。当汽缸的燃料和 / 或火花被 停用时， 0 被提供作为表格的条目。 正在经历第一次着火事件的汽缸可具有新鲜空气充量或 捕获空气充量。 正在经历第二次着火事件的汽缸可具有来自早先燃烧循环的保持在汽缸内 的残留成分。循环类型模块 202 记述了在每个汽缸内的残留成分的不同水平。
     表 340 和表 342 也显示了空气估计事件和充量保持事件可能何时发生的实例。空 气估计事件指的是估计汽缸内的空气质量， 并且例如可以在进气冲程结束时或进气冲程的 BDC 位置进行估计。这通过第二汽缸 322 被显示。充量保持事件指的是汽缸内的空气质量 何时被保持。对于某些汽缸， 充量估计调节可在发动机停转 ( 如行 343 所示 ) 后执行。在 所示实例中， X 表示了该实例中充量估计调节被执行所针对的汽缸。该调节可由于经识别 汽缸内的捕获空气而被执行。
     在图 8 中显示操作停止 - 起动发动机控制系统的方法。虽然该方法主要关于图 1-7 的实施例进行描述， 但该方法可被应用于本公开的其他实施例。 该方法的任务可被重复 执行。该方法可在 350 开始。
     在 351， 产生传感器信号。所述传感器信号可以是例如来自传感器 41、 42、 90-100
     的信号。所述传感器信号可包括位置信号、 速度信号、 压力信号和 / 或温度信号。在 352， 基 于位置传感器信号， 例如位置传感器信号 PS1-PSN， 产生发动机位置信号 POS1。
     在 353， 监测 ICE 14 的汽缸的状态。在 354， 汽缸监测模块和 / 或到进气距离模块 200 针对每个汽缸确定预测类型和远离进气冲程的预测步骤的数量。在 356， 循环类型模块 202 为每个汽缸确定循环类型。在 354 和 356 确定的信息可被存储在存储器 250 中。
     在 358， 位置估计模块 204 估计发动机和 / 或活塞的位置。该估计可基于在 352、 354 和 356 获得的信息。在 360， 空气充量模块 22 在自动停止模式期间针对每个发动机循 环监测、 估计和 / 或更新每个汽缸内的空气质量估计结果。空气质量可如关于图 3 的描述 那样被估计。
     在 362， 如果未曾开始自动停止模式， 则 ECM 18 可开始自动停止模式。当正在应 用车辆的制动器时， 可开始自动停止模式。这可经由制动器传感器 41 进行检测。也可在下 述情况时开始自动停止模式 ： 当 ICE 14 的速度低于第一预定值时 ； 当 ICE 14 的被请求的 扭矩输出低于第二预定值时 ； 当 ICE 14 在空转状态已经运行了长于预定时段的时间时 ； 等 等。在 366， ECM 18 在自动停止模式下运行， 且降低 ( 斜坡下降 ) 了 ICE 14 的速度。
     在 370， 模式选择模块 152 确定是否产生了模式改变信号 SWITCH。当产生了模式 改变信号 SWITCH 时， 模式选择模块 152 切换到自动起动模式并进行到 372。当未产生模式 改变信号 SWITCH 时， ECM 18 进行到 377。
     在 372， 用于一个或多个汽缸的燃料控制模块 158 基于针对 ( 一个或多个 ) 汽缸中 每一个的 ( 一个或多个 ) 估计的空气质量以及一个或多个发动机状态变量来产生燃料控制 信号 FUEL。发动机状态变量可包括， 例如 ： 发动机温度 ( 例如， 冷却剂、 油、 汽缸盖、 活塞、 歧 管和汽缸空气温度 ) ； 发动机空气压力 ( 例如， 进气歧管、 流道和汽缸空气压力 ) ； 发动机位 置 ( 例如， 活塞、 曲轴、 凸轮轴和相位器位置 ) ； 等等。在 374， 用于 ( 一个或多个 ) 汽缸的火 花控制模块 160 基于针对 ( 一个或多个 ) 汽缸中每一个的 ( 一个或多个 ) 估计的空气质量 以及一个或多个发动机状态变量来产生火花控制信号 SPARK。
     燃料控制信号 FUEL 可包括燃料参数， 例如燃料持续时间、 燃料流量、 燃料压力、 燃 料正时信息等。火花控制信号 SPARK 可包括火花参数， 例如火花正时信息、 用于点火事件的 电流和 / 或电压信息、 用于燃烧循环的火花 ( 着火 ) 的数量， 等等。在 376， 根据燃料控制信 号 FUEL 和火花控制信号 SPARK， 将燃料和火花提供到 ( 一个或多个 ) 汽缸。ECM 18 在任务 376 之后返回到任务 353。
     在 377， ICE 14 的燃料和火花被停用。给每个汽缸的燃料和火花可被同时或顺序 地停用。同时停用指的是给所有汽缸的燃料和火花在相同的时段内被停用。顺序停用指的 是一次一个的停用， 例如， 以汽缸加燃料和发火花的顺序。 虽然燃料和火花在未产生模式改 变信号时被显示为停用， 但燃料和火花也可在已经产生模式改变信号时被停用。燃料和火 花可在任务 352-376 期间的任何时间产生。例如， 当燃料和 / 或火花被停用时， 发动机关机 计时器 258 可开始工作。
     在 378， 发动机停转。发动机的速度等于 0 转 / 秒。在 380， 当产生了自动起动模 式请求信号时， 执行任务 384， 否则执行任务 382。自动起动模式请求信号可基于加速器信 号 ACCEL 产生。
     在 382， 捕获空气充量模块 222 估计和 / 或更新每个汽缸内的捕获空气质量估计。该估计是基于发动机关机信号 EngOFF 和其他参数信号， 例如在图 3 中所示由空气充量模块 22 接受到的信号。
     在 384， 捕获空气充量模块 222 估计和 / 或更新每个汽缸内的捕获空气质量估计。 在 386， 燃料控制模块 158 基于在 384 确定的 ( 一个或多个 ) 捕获空气质量以及一个或多个 发动机状态变量来产生燃料控制信号。在 388， 火花控制模块 160 基于在 384 确定的 ( 一个 或多个 ) 捕获空气质量以及一个或多个发动机状态变量来产生火花控制信号。
     在 390， 燃料和火花被启用并被提供给具有捕获空气质量的一个或多个汽缸。 燃料 和火花根据在 386、 388 产生的燃料控制信号 FUEL 和火花控制信号 SPARK 被启用。在 392， 给剩余汽缸的燃料和火花被启用。
     在 394， 发动机的速度增加 ( 斜坡上升 )。在 396， 汽缸监测模块 156 可在自动起动 模式期间针对每个发动机循环跟踪和 / 或更新 ： 预测类型 ； 对离进气冲程的距离的估计 ； 循 环类型 ； 以及发动机位置和 / 或活塞位置。空气充量模块 22 可在自动起动模式期间针对每 个发动机循环监测、 估计和 / 或更新每个汽缸内的空气质量的估计。
     在 398， ECM 18 确定 ICE 14 的速度是否等于预定空转速度。当 ICE 14 的速度小 于预定空转速度时， ECM 18 返回到任务 394。当 ICE 14 的速度等于预定空转速度或速度持 续大于空转速度时， 该方法可终止于 400。
     上述各任务都是说明性的实例 ； 各任务可根据应用从而顺序地、 同步地、 同时地、 连续地、 在重叠的时段期间或以不同的次序执行。
     通过针对每个发动机循环来估计发动机的每个汽缸内的空气质量， 上述实施例减 少了排放物。各实施例还减少了起动变化并使系统校准最小化和 / 或减少了用于执行系统 校准的时间。各实施例通过在起动和 / 或汽缸启用时允许部分充气的汽缸被提供燃料和火 花， 从而提供了关闭之后的更快速的发动机起动。
     本领域技术人员根据前述描述现在应认识到， 本公开的广泛教示可通过各种形式 实施。因此， 尽管本公开包括特定实例， 但本公开的真正范围不应如此受限， 这是因为在研 究了附图、 说明书和所附权利要求后， 其他修改对于专业人员而言将变得明显。