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技术领域

本发明涉及用于调节发动机气流的系统和方法。

背景技术

进入发动机的空气量可经由歧管绝对压力(MAP)传感器或质量 空气流量(MAF)传感器估计。MAP传感器具有对进气歧管压力直接 进行取样以确定汽缸空气充气的优点。因此，当发动机进气歧管压力 由于发动机负载瞬变而改变时，MAP传感器可提供更准确的发动机气 流估计。在另一方面，MAF传感器在稳态状况期间提供对进入发动机 的空气质量的更准确测量，这可在稳态状况期间改善发动机的空燃比 控制。然而，由于每个传感器的输出不补偿湿度，所以MAP传感器 和MAF传感器两者的输出可受空气中的湿度影响。因此，在湿状况 期间的发动机性能可没有在低湿度状况期间的发动机性能那么强有 力。

发明内容

本发明人已经认识到上述问题并且已经开发出一种发动机操作方 法，该方法包括：响应于环境湿度调节火花正时提前/延迟以减少爆震； 响应于期望的发动机扭矩调节发动机气流，所调节的发动机气流响应 于空气中氧气的部分压力；以及除了所调节的火花正时延迟/提前之外 还响应于空气中氧气的部分压力调节估计的发动机扭矩，空气中氧气 的部分压力基于环境湿度。

通过响应于环境空气湿度调节发动机火花正时和期望的发动机气 流，可能提供发动机在高湿度状况期间输出与在低湿度状况期间的发 动机输出相同量的扭矩输出的技术结果。响应于空气中氧气的部分压 力调节期望的发动机气流可允许发动机在高环境空气湿度状况期间以 与低环境湿度状况下相同的氧气量操作。因此，流动通过发动机的氧 气可与合适量的燃料相匹配，从而与不针对湿度调节发动机气流的情 况相比，增加高湿度环境状况期间的发动机扭矩。进一步地，如果发 动机控制系统包括MAF传感器，则可以响应于流动通过发动机的空气 的比热(specificheat)调节发动机气流，使得发动机在高环境湿度状况下 以与低环境空气湿度状况下相同量的氧气操作。另外，针对湿度的火 花正时调节可增加火花提前，以改善湿工况期间的发动机扭矩。

本说明书可提供若干优点。具体地，该方法可提供环境空气湿度 水平范围内的更一致的发动机性能。进一步地，该方法适合于涡轮增 压发动机和自然吸气发动机。更进一步地，该方法可应用于质量气流 系统和速度密度系统。

通过以下单独或结合附图的具体实施方式，本说明书的以上优点 和其他优点以及特征将显而易见。

应当理解，提供上述发明内容以便以简化的形式介绍在具体实施 方式中进一步描述的所选概念。这并不意味着确定所要求保护的主题 的关键或必要特征，其范围由随附权利要求书唯一地限定。此外，所 要求保护的主题并不限于解决上述或本公开任何部分提及的任何缺点 的实施方式。

附图说明

图1示出发动机的示意图；

图2示出传动系中的图1的发动机的示意图；

图3至图5示出湿度对内燃发动机操作的示例影响；

图6示出示例发动机扭矩控制系统的方框图；

图7示出用于操作发动机的示例方法的流程图；以及

图8示出根据图7的方法的示例发动机操作顺序。

具体实施方式

本说明书涉及在变化的环境湿度水平下操作发动机。发动机可如图 1所示那样配置在如图2所示的传动系中。图1的发动机可如图3至图 5所述那样操作。图1的系统可包括如由图6的方框图所描述的扭矩控 制。图1的系统也可包括提供图7所述的发动机操作方法的可执行指 令。图7的发动机操作方法修改发动机操作以在低环境湿度状况和高 环境湿度状况期间改善发动机扭矩输出。发动机可如图8的操作顺序 所示那样操作。

参照图1，包括多个汽缸的内燃发动机10由电子发动机控制器12 控制，在图1中示出了多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室 30和汽缸壁32，其中活塞36定位在燃烧室30内并且连接到曲轴40。 飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动器96(例如，低电压(以 小于30伏特操作)电动机器)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮 轴98可选择性地推进小齿轮95以接合环形齿轮99。起动器96可直接 安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中，起动器96可经 由皮带或链条选择性地向曲轴40供应扭矩。在一个示例中，起动器96 在未接合到发动机曲轴时处于基本状态。所示燃烧室30经由相应的进 气阀52和排气阀54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气阀 和排气阀可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可 由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器 57确定。进气阀52相对于曲轴40的相位可经由进气凸轮轴相位器59 调节。排气阀54相对于曲轴40的相位可经由排气凸轮轴相位器58调 节。

所示燃料喷射器66被定位成将燃料直接喷射到汽缸30内，这是本 领域的技术人员已知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的 脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料 导轨(未示出)的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器66。在一个 示例中，高压双级燃料系统可用于生成较高燃料压力。

此外，所示进气歧管44与涡轮增压器压缩机162和发动机进气口 42连通。在其他示例中，压缩机162可以是机械增压器压缩机。轴161 将涡轮增压器涡轮164机械地联接到涡轮增压器压缩机162。可选的电 子节流阀62(例如，中心或发动机进气歧管节流阀)调节节流板64的 位置，以控制从压缩机162到进气歧管44的气流。由于节流阀62的 入口在增压室45内，因而增压室45中的压力可被称为节流阀入口压 力。节流阀出口在进气歧管44中。在一些示例中，节流阀62和节流 板64可定位在进气阀52和进气歧管44之间，使得节流阀62是端口 节流阀。压缩机再循环阀47可以被选择性地调节到在完全打开和完全 闭合之间的多个位置。废气门163可经由控制器12调节，以允许排气 选择性地绕过涡轮164，从而控制压缩机162的速度。另选地或另外， 叶片致动器167调节涡轮叶片的位置以增加或降低涡轮效率。

空气过滤器43清洁经由暴露于环境温度、压力和湿度的入口3进 入发动机进气口42的空气。转化的燃烧副产品在暴露于环境温度和压 力的出口5处被排出。因此，当发动机10旋转以从入口3抽吸空气并 且将燃烧副产品排出到出口5时，活塞36和燃烧室30可作为泵操作。 根据穿过发动机10、排气歧管48和发动机进气口42的流动方向，入 口3在出口5的上游。上游不包括经过入口3在发动机外部的任何事 物，并且下游不包括经过出口5在发动机外部的任何事物。

无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92向燃烧室30 提供点火火花。所示通用或排气氧(UEGO)传感器126联接到在催化 转化器70上游的排气歧管48。另选地，双态排气氧传感器可替代UEGO 传感器126。

在一个示例中，转化器70能够包括多块催化剂砖。在另一个示例 中，能够使用多个排放控制装置，每个排放控制装置均带有多块砖。 在一个示例中，转化器70能够是三元型催化器。

控制器12在图1中示为常规微型计算机，其包括：微处理器单元 (CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106(例 如，非暂时性存储器)、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM) 110和常规数据总线。所示控制器12接收来自联接到发动机10的传感 器的各种信号，除先前讨论的那些信号外，还包括：来自联接到冷却 套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；联接到加 速器踏板130用于感测脚132施加的力的位置传感器134；联接到制动 踏板150用于感测脚152施加的力的位置传感器154；来自联接到进气 歧管44的压力传感器123的发动机歧管绝对压力(MAP)的测量；来 自压力传感器122的发动机增压压力或节流阀入口压力的测量；来自 湿度传感器113的环境空气湿度的测量；来自感测曲轴40的位置的霍 尔效应传感器118的发动机位置；来自传感器120的进入发动机的空 气质量的测量；以及来自传感器68的节流阀位置的测量。还可感测大 气压力(未示出传感器)以便由控制器12处理。在本说明书的优选方 面，发动机位置传感器118在曲轴每转一次产生预定数目的等间隔脉 冲，由此能够确定发动机转速(RPM)。

在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：该循 环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。通常，在进气冲 程期间，排气阀54关闭而进气阀52打开。空气经由进气歧管44引入 燃烧室30中，并且活塞36移动到汽缸底部，以便增加燃烧室30内的 体积。本领域的技术人员通常将活塞36靠近汽缸底部并且处于其冲程 结束时的位置(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)称为下止点 (BDC)。

在压缩冲程期间，进气阀52和排气阀54关闭。活塞36朝向汽缸 盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。本领域的技术人员通常将活塞 36在其冲程结束时并且最靠近汽缸盖(例如，当燃烧室30处于其最小 体积时)的点称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，将燃 料引入燃烧室。在下文称为点火的过程中，喷射的燃料由已知点火工 具诸如火花塞92点燃，从而导致燃烧。

在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活 塞运动转化为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气阀54 打开以将燃烧后的空气燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回 到TDC。需注意，上述内容仅仅作为示例示出，并且进气阀和排气阀 打开正时和/或关闭正时可变化，诸如以提供正或负阀门重叠、进气阀 延迟关闭或各种其他示例。

现在参照图2，图2是包括传动系200的车辆225的方框图。图2 的传动系包括图1所示的发动机10。传动系200可由发动机10提供动 力。所示发动机曲轴40联接到液力变矩器206。具体地，发动机曲轴 40机械联接到液力变矩器叶轮285。液力变矩器206也包括向变速器 输入轴270输出扭矩的涡轮286。变速器输入轴270将液力变矩器206 机械联接到自动变速器208。液力变矩器206也包括液力变矩器旁路锁 止离合器212(TCC)。当锁定TCC时，扭矩从叶轮285直接传递至 涡轮286。TCC由控制器12电操作。另选地，TCC可被液压锁定。在 一个示例中，液力变矩器可被称为变速器的部件。

当完全脱离接合液力变矩器锁止离合器212时，经由在液力变矩器 涡轮286和液力变矩器叶轮285之间的流体传递，液力变矩器206将 发动机扭矩传输至自动变速器208，从而能够使扭矩倍增。相反，当液 力变矩器锁止离合器212完全接合时，发动机输出扭矩经由液力变矩 器离合器直接传递至变速器208的输入轴270。另选地，液力变矩器锁 止离合器212可部分接合，从而能够调节直接转送至变速器的扭矩量。 响应于各种发动机工况，或基于以驾驶员为基础的发动机操作请求， 通过调节液力变矩器锁止离合器，控制器12可被配置成调节由液力变 矩器212传输的扭矩量。

自动变速器208包括档位离合器(例如，倒档和档位1-6)211和 前进离合器210。档位离合器211(例如，1-10)和前进离合器210可 选择性地接合以推进车辆。来自自动变速器208的扭矩输出继而可经 由输出轴260转送至车轮216以推进车辆。具体地，在将输出驱动扭 矩传输至车轮216之前，响应于车辆行驶状况，自动变速器208可传 递在输入轴270处的输入驱动扭矩。

进一步地，通过接合车轮制动器218，可将摩擦力施加到车轮216。 在一个示例中，响应于驾驶员将其脚踩在如图1所示的制动踏板上， 可接合车轮制动器218。在其他示例中，控制器12或连结到控制器12 的控制器可施加车轮制动器的接合。以相同的方式，响应于驾驶员将 其脚从制动踏板释放，通过脱离接合车轮制动器218，可减小至车轮 216的摩擦力。进一步地，车辆制动器可经由控制器12向车轮216施 加摩擦力作为自动发动机停止过程的一部分。

如在图1中更详细所示，控制器12可被配置成接收来自发动机10 的输入，并且因此控制发动机的扭矩输出和/或液力变矩器、变速器、 离合器和/或制动器的操作。作为一个示例，通过控制节流阀开度和/ 或阀门正时、阀门升程和涡轮增压发动机或机械增压发动机的增压而 调节火花正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合， 可控制发动机扭矩输出。在柴油发动机的情况下，控制器12通过控制 燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和空气充气的组合可控制发动机扭矩输 出。在所有情况下，在逐个汽缸基础上可执行发动机控制以控制发动 机扭矩输出。如本领域已知的，通过调节往返流动于DISG的场和/或 电枢绕组的电流，控制器12还可控制扭矩输出和来自DISG的电能产 生。

当满足怠速停止状况时，控制器12可通过切断至发动机的燃料和/ 或火花发起发动机停机。然而，在一些示例中，发动机可继续旋转。 进一步地，为维持变速器中的扭转量，控制器12可将变速器208的旋 转元件接地到变速箱259，并且由此接地到车辆的框架。当满足发动机 重启状况，并且/或者车辆操作员想要发动车辆时，控制器12可通过起 动转动发动机10和恢复汽缸燃烧来重新激活发动机10。

现在参照图3，示出了显示发动机汽缸的指示平均有效压力 (IMEP)的变化对排气再循环(EGR)百分比的曲线图。竖直轴线表 示IMEP协方差，并且IMEP协方差在竖直轴线箭头的方向上增加。水 平轴线以百分比表示发动机汽缸的汽缸充气的EGR百分比。EGR百分 比在水平轴线箭头的方向上增加。

曲线304表示在高环境湿度水平下操作的发动机的IMEP协方差对 EGR百分比。曲线306表示在相同工况下但在较低环境湿度水平下操 作的相同发动机的IMEP协方差对EGR百分比。随着IMEP协方差增 加，发动机汽缸中的燃烧稳定性降低并且发动机不点火的可能性增加。

因此，可以观察到增加的湿度降低了燃烧稳定性。这是因为增加的 湿度操作成增加汽缸充气稀释。因此，对于给定的发动机转速和负载， 当发动机在较高环境湿度水平下操作时，希望以较低EGR百分比操作 发动机。类似地，在相同转速和负载下，当发动机在较低环境湿度水 平下操作时，希望以高EGR百分比操作发动机。

现在参照图4，示出了显示在特定发动机气流速率下的最大扭矩 (besttorque)最小火花(MBT)(例如，最大扭矩最小火花提前角)对 排气再循环(EGR)百分比的曲线图。竖直轴线表示MBT火花角(例 如，曲轴角)，并且MBT火花角在竖直轴线箭头的方向上增加。换句 话说，MBT火花正时在竖直轴线箭头的方向上提前。水平轴线以百分 比表示发动机汽缸的汽缸充气的EGR百分比。EGR百分比在水平轴线 箭头的方向上增加。

曲线402表示在80％的相对环境湿度水平下操作的发动机的MBT 火花角对EGR百分比。曲线404表示在相同工况下并且在60％的相对 环境湿度水平下操作的相同发动机的MBT火花角对EGR百分比。曲 线406表示在相同工况下并且在40％的相对环境湿度水平下操作的相 同发动机的MBT火花角对EGR百分比。曲线408表示在相同工况下 并且在20％的相对环境湿度水平下操作的相同发动机的MBT火花角对 EGR百分比。

因此，可以观察到增加的湿度增加了MBT火花正时的提前。这是 因为增加的湿度操作成增加汽缸充气稀释。因此，对于给定的发动机 转速和负载，当发动机在较高环境湿度水平下操作时，希望以更提前 的火花正时操作发动机。类似地，在相同转速和负载下，当发动机在 较低环境湿度水平下操作时，希望以较少提前的火花正时操作发动机。 通过基于环境湿度调节MBT火花正时，发动机在高环境湿度水平期间 可能提供与发动机在低环境湿度水平期间所提供的相同量的扭矩。

现在参照图5，示出了显示对于给定的发动机转速，进气歧管绝对 压力(MAP)对排气再循环(EGR)百分比的曲线图。竖直轴线表示 MAP，并且MAP在竖直轴线箭头的方向上增加。水平轴线以百分比表 示发动机汽缸的汽缸充气的EGR百分比。EGR百分比在水平轴线箭头 的方向上增加。发动机操作以针对不同环境湿度水平在每个EGR百分 比处提供相等的扭矩。

曲线502表示在80％的相对环境湿度水平下操作的发动机的MAP 对EGR百分比。曲线504表示在相同工况下并且在60％的相对环境湿 度水平下操作的相同发动机的MAP对EGR百分比。曲线506表示在 相同工况下并且在40％的相对环境湿度水平下操作的相同发动机的 MAP对EGR百分比。曲线508表示在相同工况下并且在20％的相对 环境湿度水平下操作的相同发动机的MAP对EGR百分比。

因此，可以观察到，对于给定的发动机转速和EGR百分比，MAP 必须增加以提供相等的发动机扭矩。这是因为MAP传感器不补偿湿空 气中氧气的部分压力。MAP可以在较高环境湿度水平下增加，以向发 动机提供与在较低环境湿度水平下的相似工况期间发动机所接收的相 等量的氧气。因此，对于给定的发动机转速和负载，当发动机在较高 环境湿度水平下操作时，希望以较高MAP值操作发动机，以向发动机 提供与发动机在较低环境湿度水平下所产生的类似的输出扭矩。

现在参照图6，示出了用于估计发动机扭矩的方框图。图6的方框 图可并入图1的系统中作为可执行指令存储在非暂时性存储器中。

在602处歧管绝对压力(MAP)进入方框图600。MAP可以经由 定位成暴露于发动机进气歧管压力的压力传感器感测。在方框604处 汽缸空气充气根据MAP确定。在一个示例中，方法600基于以下方程 式根据发动机转速、空气密度和MAP确定汽缸空气充气：

M c y l = α 1 ( N ) P m - α 2 ( N ) P a m b P a m b _ n o m ]]>

其中Mcyl是汽缸中空气的质量，α₁和α₂是在环境状况和当前发动机转 速和负载下从发动机操作数据(例如，发动机转速、MAP和汽缸空气 质量)回归(regress)的发动机泵送参数，N是发动机转速，Pm是进 气歧管压力，Pamb是环境压力，Pamb_nom是标称环境压力(例如， 101kPa)。发动机空气质量流量可以通过将汽缸中的空气乘以发动机 汽缸的数目除以2再乘以发动机转速确定。另选地，发动机气流可以 经由理想气体定律和发动机转速确定。发动机空气质量流量输出到相 乘结点606。

在630处发动机质量空气流量(MAF)进入方框图600。MAF可 经由定位在发动机进气口中的质量空气流量传感器感测。MAF传感器 将干燥状况下的空气质量流率输出到空气充气方框632。在发动机旋转 期间的发动机空气质量流率可除以汽缸旋转期间引入空气的汽缸数目 以在632处确定汽缸空气质量流率。另选地，从MAF传感器输出的发 动机空气质量流量可在发动机两个旋转期间进行综合，以确定在发动 机循环期间引入的空气质量，并且在发动机循环期间引入的空气质量 可除以发动机汽缸的数目，以在632处确定发动机循环期间汽缸中的 空气质量。发动机汽缸中的空气质量可乘以发动机转速并且除以2，以 确定汽缸质量流率。

对于在瞬变状况下操作的发动机，发动机质量空气流量可根据由以 下方程式表示的汽缸气流确定：

Ma＝K·F+[(K/Ko)·(1-K)·Mao]

其中Ma是推断的汽缸质量流量，K是目前的填充系数，Ko是先前的 填充系数，F是进入发动机中的空气质量流率，并且Mao是先前的汽 缸质量流量，如美国专利No.5,331,936所述，该专利出于所有意图和 目的在此完全并入。通过将发动机循环期间(例如，两个旋转)的汽 缸质量流率乘以发动机旋转期间的引入空气的汽缸的数目，汽缸质量 流量可转化成发动机质量流量。发动机空气质量流量输出到相除结点 634。

在610处湿度进入方框图600。环境湿度可以经由传感器感测。湿 度传感器输出被输入到经验确定的传递函数中，该传递函数输出进入 发动机的空气的摩尔百分比湿度。该摩尔百分比湿度可表示为：

M w = n w n a + n w ]]>

其中Mw是引入到发动机的空气中水蒸气的摩尔分数，nw是引入到发 动机的空气中水蒸气的摩尔数目，并且na是引入到发动机的空气的摩 尔数目。进入发动机的空气的摩尔百分比湿度输出到氧气部分压力校 正方框612、相乘结点616和相乘结点646。氧气部分压力校正方框612 是用于调节如根据MAP确定的发动机气流的基础。比热校正方框614 是用于调节如根据MAF确定的发动机气流的基础。

在氧气部分压力校正方框612处，摩尔百分比湿度是用于确定湿度 调节因子的基础：

H a d j = 1 1 + M o l _ p c t 100 ]]>

其中Hadj是湿度调节因子，并且Mol_pct是引入到发动机的空气的摩 尔百分比湿度。湿度调节因子从方框612输出到相乘结点606。来自 604的发动机气流在相乘结点606处乘以湿度调节因子，以提供针对湿 度调节的发动机气流。针对湿度调节的发动机气流从相乘结点606引 导到切换方框620。

比热校正方框614将具有值为1.82的热容因子(heatcapacity factor)输出到相乘结点616。热容因子基于水的比热(例如，水在恒 定压力(Cp)下的比热)与空气的比热(例如，干燥空气在恒定压力 (Cp)下的比热)的比。

在相乘结点616处，热容因子除以100并且乘以在610处确定的摩 尔百分比湿度。该结果在求和结点618处与值1相加。求和结点618 的输出传送到相除结点634，其中来自632的发动机气流除以求和结点 618的输出，以提供针对湿度调节的发动机气流。针对湿度调节的发动 机气流引导到切换方框620。

因此，根据方框图600描述的方法，当由MAP传感器确定的未被 湿度补偿的发动机气流为100g/min并且环境空气湿度为大于标称环境 湿度的百分之三摩尔时，补偿湿度的发动机空气量为： (100g/min)*(1/(1+3/100))＝97.09g/min。对于基于MAF传感器的系统， 由MAF传感器在环境空气湿度下感测的100g/min的发动机气流大于 标称环境空气湿度百分之三摩尔，补偿湿度的发动机空气量为： (100g/min)*(1/(1+(3*1.82)/100))＝94.82g/min。

在切换方框620处，基于MAP或MAF的发动机气流被选择作为 用于确定指示发动机扭矩的基础。切换方框620基于发动机工况或基 于发动机硬件配置可选择基于MAP的发动机气流或基于MAF的发动 机气流。在一个示例中，响应于发动机在稳态状况下操作，方框图600 可选择基于MAF的发动机气流。响应于发动机在瞬变状况期间(例如， 变化的发动机转速和负载)操作，可选择基于MAP的发动机气流。基 于MAP或MAF的发动机气流引导到发动机指示扭矩方框622。

在方框622处，方法600基于发动机气流和当前发动机转速确定发 动机扭矩。在一个示例中，输出指示发动机扭矩的经验确定值的表和/ 或函数经由发动机气流和当前发动机转速索引。指示发动机扭矩从方 框622输出到相乘结点624。

在640处发动机负载输入到方框图600。在一个示例中，通过将进 入汽缸的空气的当前质量除以在标准大气状况下可占据汽缸全部体积 (例如，当汽缸活塞处于下止点进气冲程)的空气的理论质量，可确 定发动机负载。发动机负载引导到方框644。

在642处发动机转速进入方框图600。发动机转速可经由发动机位 置传感器或经由模拟转速计确定。发动机转速引导到方框644。

在方框644处，方法600针对汽缸中的百分比再循环排气或汽缸中 的百分比摩尔湿度的每个百分比变化确定最大扭矩最小火花正时 (MBT)的变化。方框644在经由发动机转速和负载索引的表或函数 中的经验确定值之间进行内插。方框644将每百分比的EGR或摩尔湿 度的MBT火花正时的变化输出到相乘结点646。

在610处确定的摩尔百分比湿度乘以每百分比摩尔湿度的MBT火 花正时的变化，以提供针对湿度校正的MBT火花正时的变化，其引导 到求和结点648。

来自方框660的基于发动机转速和负载的基本MBT火花正时在求 和结点648处添加到针对湿度校正的MBT火花正时的变化。所得的针 对湿度调节的MBT火花正时供应到求和结点650。

在求和结点650处，从针对湿度调节的MBT火花正时中减去来自 方框662的调度的火花正时。该结果是火花正时与MBT湿度调节的火 花正时的差。调度的火花正时可以是边界爆震火花正时和其他火花正 时调节(例如，针对燃料类型的火花正时调节)的组合。火花正时与 MBT湿度调节的火花正时的差供应到方框652。

方框652是由火花正时从MBT湿度调节的火花正时索引的表或函 数。表或函数包括从MBT火花正时延迟的火花正时的扭矩除以MBT 火花正时的扭矩的经验确定值(例如，扭矩比)。表输出值的范围从0 到1(MBT火花正时)。方框652的输出引导到相乘方框624，在相 乘方框624中指示的发动机扭矩乘以火花比或方框652的输出。在626 处的所得扭矩值是估计的发动机扭矩。估计的发动机扭矩可以是用于 转换变速器并将发动机扭矩限制为小于阈值扭矩以限制发动机劣化 (degradation)的可能性的基础。例如，估计的发动机扭矩可输入到变 速器转换调度，该变速器转换调度确定何时转换变速器档位。在一个 示例中，当发动机扭矩大于30N-m并且车辆速度大于10KPH时，变速 器可从第一档转换到第二档。另外，估计的发动机扭矩可以是用于抑 制或限制气流以减少发动机劣化的可能性的基础。例如，如果估计的 发动机扭矩大于或等于阈值扭矩，则发动机节流阀打开量不比阈值打 开量打开得多。同样，如果估计的发动机扭矩大于阈值，则凸轮轴提 前可不比阈值量提前得多。

因此，响应于环境湿度可调节发动机气流和火花正时。对于基于 MAP的发动机气流估计，调节可基于空气中氧气的部分压力。类似地， 对于基于MAF的发动机气流估计，所述调节可基于抽吸到发动机中的 空气的比热。

现在参照图7，示出用于操作车辆传动系的方法。图7的方法可并 入图1的系统中作为可执行指令存储在非暂时性存储器中。进一步地， 图7的方法可提供如图8所示的操作顺序。

在702处，方法700确定期望的发动机扭矩。期望的发动机扭矩可 以是驾驶员需求扭矩、附件扭矩和发动机泵送扭矩的总和。在一个示 例中，发动机泵送扭矩可经验确定并且存储到存储器中的表或函数。 附件扭矩是操作车辆的交流发电机、空气调节压缩机、动力转向泵和 其他此类装置的扭矩。附件扭矩也可以基于正被驱动的附件速度和负 载被经验确定并存储到存储器。驾驶员需求扭矩可基于车辆速度和加 速器踏板位置确定。方法700对驾驶员需求扭矩、附件扭矩和发动机 泵送扭矩求和以提供期望的发动机扭矩，并且方法700前进至704。

在704处，方法700根据期望的发动机扭矩确定期望的发动机负载。 对于涡轮增压发动机或机械增压发动机，期望的发动机负载可以从接 近零变化到大于1的值。针对非涡轮增压发动机，为1的发动机负载 值可表示在发动机当前转速下的全发动机负载。发动机负载可经由一 组经验确定的表或函数确定，所述表或函数根据发动机转速、发动机 阀门正时和发动机操作模式(例如，燃料经济性、排放、发动机预热 等)输出发动机负载值。在一个示例中，当汽缸体积为最大时(例如， 下止点进气冲程)，为1的负载值表示当汽缸压力为标准大气压力时 在发动机正在操作的具体转速下汽缸中的最大理论汽缸空气充气。在 发动机负载值确定之后，方法700前进至706。

在706处，方法700根据期望的发动机负载确定发动机空气质量流 量。在一个示例中，通过将期望发动机负载乘以在标准温度和压力(例 如，标准大气压力)下的理论最大发动机气流乘以用于当前发动机工 况的大气压力和环境温度调节，可确定期望的发动机气流。四冲程发 动机的标准温度和压力下的理论最大发动机气流是发动机汽缸的体积 除以2再乘以发动机转速。期望的发动机空气质量流量是期望的发动 机气流乘以空气密度。在确定期望的发动机空气质量流量之后，方法 700前进至708。

在708处，方法700基于部件阈值确定最大发动机气流阈值和最大 发动机气流。在一个示例中，最大发动机气流阈值基于根据最大IMEP 确定的最大发动机扭矩，所述最大IMEP基于活塞劣化。最大发动机 气流阈值可针对环境湿度调节，如由以下方程式所指示：

a i r _ m a f _ m a x 1 - ( h u m _ m e a s - h u m _ b a s e ) ]]>

其中air_maf_max是最大发动机气流阈值，hum_meas是以摩尔百分比 测量的湿度，并且hum_base是以摩尔百分比的基本湿度。最大发动机 气流阈值可以经验确定并且存储到存储器。

方法700还基于所选择的发动机部件确定发动机气流限值或阈值。 例如，方法700针对燃料喷射器、涡轮增压器和排气歧管温度确定最 大发动机气流或阈值。针对燃料喷射器、涡轮增压器和排气歧管温度 的发动机气流限值可以经验确定并且存储到控制器存储器。当燃料喷 射器以最大速率流动时，针对燃料喷射器的发动机气流限值基于最大 发动机气流。当空气在涡轮增压器的最大气流下流动通过涡轮增压器 时，针对涡轮增压器的发动机气流限值是最大发动机气流。针对发动 机排气的发动机气流限值是提供小于阈值温度的发动机排气温度的最 大发动机气流。在最大发动机气流阈值和基于发动机部件的发动机气 流阈值确定之后，方法700前进至710。

在710处，该方法从在706处确定的期望发动机气流、在708处确 定的最大发动机气流阈值以及在708处确定的基于发动机部件的发动 机气流阈值中选择最低值。因此，如果在706确定的期望发动机气流 为200g/min，最大发动机气流阈值为230g/min，针对燃料喷射器的最 大发动机气流为245g/min，针对涡轮增压器的最大发动机气流为 235g/min，并且针对发动机排气温度的最大发动机气流为233g/min， 则方法700选择200g/min作为最低发动机气流。在另一方面，如果在 706处确定的期望发动机气流为250g/min，最大发动机气流阈值为 230g/min，针对燃料喷射器的最大发动机气流为245g/min，针对涡轮 增压器的最大发动机气流为235g/min，并且针对发动机排气温度的最 大发动机气流为233g/min，则方法700选择230g/min作为最低发动机 气流。以这种方式，最大发动机气流阈值和基于发动机部件的发动机 气流阈值可防止所选择的发动机气流超过最大发动机气流阈值和基于 发动机部件的发动机气流阈值。在最低发动机气流值确定之后，方法 700前进至712。

在712处，方法700基于环境空气湿度调节期望的发动机气流。由 期望发动机扭矩引起的具体指示的发动机扭矩可基于在标称环境空气 湿度水平期间经由MAF或MAP传感器确定的发动机气流速率。如果 发动机以基于未补偿的MAF传感器或MAP传感器的相同发动机气流 速率在当前增加的环境空气湿度的状况下操作，则发动机输出扭矩将 小于发动机在相同状况下但在标称湿度下操作的发动机输出扭矩。因 此，提供期望发动机扭矩并且基于如从MAF传感器或MAP传感器确 定的发动机气流的发动机气流速率针对环境空气湿度调节。

对于提供期望发动机扭矩并且基于MAP传感器的发动机气流速 率，方法700基于以下方程式调节发动机气流：

E n g _ a i r _ h u m = b a s e _ a i r f l o w · ( 1 + h u m i d i t y 100 ) ]]>

其中Eng_air_hum是补偿湿度的期望发动机气流，base_airflow是提供 期望发动机扭矩的在标称湿度下的发动机气流，并且humidity是环境 空气中的摩尔百分比湿度。摩尔百分比湿度针对湿空气中氧气的部分 压力调节发动机气流。因此，如果基本发动机气流为100g/min以提供 期望的发动机扭矩，并且当基本发动机气流确定时环境湿度大于标称 湿度百分之三摩尔，则补偿湿度的期望发动机气流为发动机的湿气流 的100*(1+93/100)＝103g/min，以提供与在标称湿度下相同的发动机扭 矩。

对于提供期望发动机扭矩并且基于MAF传感器的发动机气流速 率，方法700基于以下方程式调节发动机气流：

E n g _ a i r _ h u m = b a s e _ a i r f l o w · ( 1 + h u m i d i t y · h e a t _ c a p _ f a c t 100 ) ]]>

其中Eng_air_hum是补偿湿度的期望发动机气流，base_airflow是提供 期望发动机扭矩的在标称湿度下的发动机气流，heat_cap_fact是在图6 的614处描述的热容因子，并且humidity是环境空气中的摩尔百分比 湿度。摩尔百分比湿度和热容因子针对湿环境空气的热容调节发动机 气流。因此，如果基本发动机气流为100g/min以提供期望的发动机扭 矩，并且当基本发动机扭矩气流确定时环境湿度大于标称湿度百分之 三摩尔，则补偿湿度的期望发动机气流为发动机的湿气流的 100*(1+(3*1.82)/100))＝105.46g/min，以提供与在标称湿度下相同的发动 机扭矩。在期望的发动机空气量被补偿或针对环境空气湿度调节之后， 方法700前进至714。

在714处，方法700从在710处选择的最低发动机气流确定发动机 负载。在一个示例中，在706处的表和/或函数倒转，并且来自710的 发动机气流是用于索引表和/或函数的基础。表和/或函数输出发动机负 载。在确定发动机负载之后，方法700前进至716。

在716处，方法700调节发动机致动器以提供在712处确定的湿度 调节的发动机气流。在一个示例中，方法700防止节流阀打开量、相 对于曲轴位置的凸轮轴提前、增压压力和/或废气门闭合量超过阈值量， 使得不超过湿度调节的发动机气流。因此，节流阀打开量、凸轮轴提 前、增压压力和废气门闭合量中的每一个可不超过阈值，使得不超过 湿度调节的发动机气流。进一步地，提供针对湿度调节的期望发动机 气流的节流阀位置和凸轮轴位置通过索引经验确定的表和函数确定， 所述表和/或函数基于针对湿度调节的期望发动机气流输出节流阀位置 和凸轮轴位置。在操作发动机致动器以提供补偿湿度的期望发动机气 流之后，方法700前进至718。

在718处，方法700从在714处确定的发动机负载确定发动机期望 扭矩。因此，发动机负载基于发动机气流限值和所选择的最低值修改。 在一个示例中，在704处表和/或函数倒转，使得来自714的发动机负 载是用于索引表和/或函数的基础。表和/或函数输出发动机负载。因为 发动机负载和发动机指示的扭矩基于在710处确定的最低扭矩，所以 发动机负载和指示的扭矩保持低于阈值发动机负载和阈值指示的扭 矩。在确定发动机负载之后，方法700前进至退出。

在720处，方法700响应于湿度调节发动机火花正时。在一个示例 中，容纳经验确定的火花正时的表经由发动机转速、发动机负载或气 流以及湿度索引。表输出补偿湿度的发动机火花正时。火花正时随着 环境湿度增加而提前。在调节火花正时之后，方法700前进至722。

以这种方式，最大发动机气流阈值可响应于湿度调节。例如，对于 较高环境湿度水平，最大发动机气流可增加，使得在相同工况期间(除 了发动机在较低环境湿度水平下操作以外)向发动机供应相等量的氧 气。

因此，图7的方法提供一种发动机操作方法，其包括：响应于环境 湿度调节火花正时提前/延迟以减少爆震；响应于期望的发动机扭矩调 节发动机气流，所调节的发动机气流响应于空气中氧气的部分压力；以 及除了所调节的火花正时延迟/提前之外还响应于空气中氧气的部分压 力调节估计的发动机扭矩，空气中氧气的部分压力基于环境湿度。

该方法包括估计的发动机扭矩基于MAP传感器的输出的情况。该 方法包括火花正时基于最大发动机扭矩最小火花正时延迟的火花正时 除以最大扭矩的火花正时的扭矩比调节的情况。该方法包括发动机气 流经由节流阀调节的情况。该方法包括发动机气流经由凸轮轴调节的 情况。该方法包括火花正时提前/延迟基于最大扭矩斜率最小火花调节 的情况。该方法包括期望发动机扭矩基于期望驾驶员需求扭矩的情况。

图7的方法也提供一种发动机操作方法，其包括：生成指示环境湿 度水平的湿度值；基于空气中氧气的部分压力生成发动机空气质量流 量值，空气中氧气的部分压力基于环境湿度水平；生成最大扭矩基本 最小火花正时；基于环境湿度水平调节最大扭矩基本最小火花正时； 以及响应于发动机空气质量流量和所调节的基本最小火花正时估计由 发动机生成的扭矩。该方法包括由发动机生成的扭矩基于所测量的发 动机气流的情况。

在一些示例中，该方法包括所测量的发动机气流基于歧管绝对压力 传感器的输出的情况。该方法包括所测量的发动机气流基于质量空气 流量传感器的输出的情况。该方法包括所测量的发动机气流针对比热 调节的情况。该方法包括比热基于水的比热与空气的比热的比的情况。 该方法还包括响应于环境湿度调节发动机气流阈值，并且其中发动机 气流阈值是最大发动机气流。

图7的方法提供一种发动机操作方法，其包括：响应于环境湿度调 节火花正时提前/延迟以减少爆震；响应于期望的发动机扭矩调节发动机 气流，所调节的发动机气流响应于热容因子；以及除了所调节的火花正 时延迟/提前之外还响应于热容因子调节估计的发动机扭矩。该方法包括 热容因子是水的比热与干燥空气的比热的比的情况。该方法包括估计的 发动机扭矩基于质量空气流量传感器的输出的情况。该方法包括估计的 发动机扭矩是变速器换档的基础的情况。该方法包括估计的发动机扭矩 是用于将发动机扭矩限制为小于阈值扭矩的基础的情况。该方法包括热 容因子是值为1.82的情况。

现在参照图8，示出示例模拟发动机操作顺序。图8的信号和顺序可 以由图1所示的用于执行图8的方法的系统提供。竖直标记T0-T6表示 在所述顺序中感兴趣的时间。在该示例中，所示发动机根据图7的方 法在不同环境湿度水平下操作。发动机操作顺序的第一部分出现在时 间T0和T3之间。其表示在低环境湿度状况期间的发动机操作。发动 机操作顺序的第二部分出现在时间T4和T6之间。其表示在高环境湿 度状况期间的发动机操作。沿每个曲线图的水平轴线的双S表示时间 的中断。时间间隔在双S时间中断之间可以长或可以短。

自图8顶部的第一曲线图表示驾驶员需求扭矩对时间。水平轴线表 示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。竖直轴线表示 驾驶员需求扭矩，并且驾驶员需求扭矩在竖直轴线箭头的方向上增加。 驾驶员需求扭矩可根据加速器踏板位置和车辆速度确定。

自图8顶部的第二曲线图表示环境湿度水平对时间。竖直轴线表示 环境湿度水平，并且环境湿度水平在竖直轴线箭头的方向上增加。水平 轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。

自图8顶部的第三曲线图表示涡轮增压器废气门位置对时间。竖直 轴线表示废气门位置，并且废气门位置打开量在竖直轴线箭头的方向 上增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧 增加。

自图8顶部的第四曲线图表示发动机气流量对时间。竖直轴线表示 发动机气流量，并且发动机气流量在竖直轴线箭头的方向上增加。水 平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。水平 线802表示在当前发动机工况下针对低环境湿度状况的最大发动机气流 阈值。水平线804表示在当前发动机工况下针对高环境湿度状况的最大 发动机气流阈值，所述当前发动机工况除了较高的环境湿度以外与水平 线802是相同的工况。实线820表示当发动机根据图7的方法操作时的 发动机气流。虚线822表示当发动机不在湿度校正的情况下操作时的发 动机气流。

自图8顶部的第五曲线图表示发动机指示的扭矩对时间。竖直轴线 表示发动机指示的扭矩，发动机指示的扭矩在竖直轴线箭头的方向上增 加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。 水平线806表示在当前发动机工况下针对低环境湿度状况的最大发动机 指示的扭矩阈值。水平线808表示在当前发动机工况下针对高环境湿度 状况的最大发动机指示的扭矩阈值，所述当前发动机操作状况除了较高 的环境湿度外与水平线806是相同的工况。实线830表示当发动机根据 图7的方法操作时的发动机扭矩。虚线832表示当发动机不在湿度校正 的情况下操作时的发动机扭矩。

自图8顶部的第六曲线表示发动机火花正时提前对时间。竖直轴线 表示发动机火花提前，并且发动机火花提前在竖直轴线箭头的方向上 增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增 加。

在时间T0处，驾驶员需求扭矩处于较低水平，并且环境湿度水平 低。在较低的环境湿度水平下，MAP和MAF传感器输出受湿度影响 较小。废气门位置闭合并且发动机气流低。此类状况可指示发动机怠 速状况。另外，发动机指示的扭矩低并且火花正时提前。

在时间T1处，驾驶员增加驾驶员需求扭矩，并且发动机气流响应 于增加的驾驶员需求扭矩开始增加。当发动机开始加速时(未示出)， 环境湿度水平保持为低并且废气门保持闭合。发动机指示的扭矩响应 于增加的驾驶员需求扭矩和发动机气流而增加。当驾驶员需求扭矩增 加并且发动机转速增加时(未示出)，火花提前延迟。

在时间T1和T2之间，驾驶员需求扭矩继续增加，并且发动机气 流和指示的扭矩随着驾驶员需求扭矩的增加而增加。当发动机转速增 加并且供应给涡轮增压器的热能增加时(未示出)，废气门开始打开。 发动机火花正时进一步延迟。

在时间T2处，发动机气流保持或限于为阈值802的值，从而即使 驾驶员需求扭矩继续增加也能减少发动机劣化的可能性。发动机气流 可限于最大发动机气流，如在图7的708处所述。发动机气流可经由 限制废气门开度而限于最大发动机气流，如时间T2所示。进一步地， 发动机节流阀打开量和凸轮提前可限于或约束于防止发动机气流超过 阈值802的值。通过将发动机气流约束为小于阈值，发动机扭矩可被 约束为阈值806。当发动机气流保持为小于或等于阈值802时，火花正 时保持恒定。

在时间T2和时间T3之间，驾驶员需求扭矩继续增加，但发动机 气流、发动机火花和指示的发动机扭矩保持不变。环境湿度水平也保 持为恒定低值。

在时间T3处，驾驶员释放加速器踏板(未示出)并且驾驶员需求 扭矩开始下降。在驾驶员需求扭矩减少到小于要求气流大于水平802 的扭矩不久之后，发动机气流和指示的发动机扭矩开始减少。响应于 减少的驾驶员需求扭矩，废气门打开量也降低。响应于驾驶员需求扭 矩的降低，火花提前增加。

恰在时间T4之前所述顺序的第二部分开始，在时间T4处，除了 环境湿度水平已增加以外，发动机在与时间T0处相同的工况下操作。 与在时间T0处的火花正时相比较，发动机火花正时响应于如图6所述 的湿度的增加而提前。进一步地，发动机气流量增加少量，使得发动 机引入与发动机在时间T0处引入的相同量的氧气。

在时间T4处，驾驶员增加驾驶员需求扭矩，并且发动机气流响应 于与在时间T1处相同的增加的驾驶员需求扭矩开始增加。当发动机开 始加速时(未示出)，环境湿度水平保持为高的并且废气门保持闭合。 响应于增加的驾驶员需求扭矩和发动机气流，发动机指示的扭矩增加。 当驾驶员需求扭矩增加并且发动机转速增加时(未示出)，火花提前 延迟。在时间T4处的火花提前比在时间T1处的火花提前进一步提前， 以补偿较高环境湿度提供的稀释。与未提供环境空气湿度补偿时的发 动机气流曲线822和发动机扭矩曲线832相比较，发动机气流和扭矩 响应于环境湿度也增加，如由曲线820和830所指示。

在时间T4和时间T5之间，驾驶员需求扭矩继续增加，并且指示 的扭矩随驾驶员需求扭矩增加而增加，针对环境空气湿度补偿的指示 的扭矩曲线820的驾驶员需求扭矩与在时间T1和时间T2之间相同。 未补偿环境空气湿度的指示的扭矩曲线822的增加小于曲线820。当发 动机转速增加并且供应给涡轮增压器的热能增加时(未示出)，废气 门开始打开。与时间T2和时间T3之间所示的火花正时相比较，发动 机火花正时进一步提前。

在时间T5处，由曲线820指示的发动机气流继续上升，因为发动 机气流阈值已增加到为阈值804的值。当未提供环境湿度补偿时，发 动机气流曲线822的增加小于曲线820，发动机气流未增加到大于阈值 802。发动机气流阈值在较高环境湿度状况期间可增加，如曲线820所 示，使得向发动机供应与当发动机在工况下(除了较低环境湿度水平) 操作时相同量的氧气。发动机气流曲线820可限于最大发动机气流阈 值，如图7的708所描述。补偿湿度的发动机气流(曲线820)可经由 限制废气门开度而限于最大发动机气流阈值，如时间T5所示。另外， 发动机节流阀打开量和凸轮提前可限于或约束为防止发动机气流超过 阈值804的值。通过将发动机气流约束为小于阈值，发动机扭矩可约 束为阈值808，其与阈值806相同。因此，发动机气流可增加以补偿可 针对环境湿度不调节MAP或MAF传感器输出。当发动机气流保持小 于或等于阈值804时，火花正时保持恒定。

在时间T5和时间T6之间，驾驶员需求扭矩连同针对环境空气湿 度补偿的发动机气流(曲线820)继续增加。指示的发动机扭矩也针对 环境湿度调节，发动机火花和指示的发动机扭矩将随发动机气流增加 而变化。环境湿度水平也保持为恒定高值。

在时间T6处，驾驶员释放加速器踏板(未示出)，并且驾驶员需 求扭矩开始下降。环境湿度补偿的发动机气流和未补偿的发动机气流 随着驾驶员需求降低而下降。另外，当驾驶员需求扭矩减少时，指示 的湿度补偿的发动机扭矩和未补偿的指示的扭矩开始减少。响应于减 少的驾驶员需求扭矩，废气门打开量也降低。响应于驾驶员需求扭矩 的降低，火花提前增加。

以这种方式，如果发动机在较高环境湿度水平下操作，与未补偿的 发动机气流和发动机气流阈值相比较，发动机气流阈值和发动机气流 可增加，使得供应给发动机的氧气量在湿工况和不那么湿的工况之间 保持恒定。因此，发动机在相同工况下(包括高湿状况和低湿状况) 提供相同的最大扭矩输出。

需注意，本文所包括的示例性控制和估计程序能够与各种发动机和/ 或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和程序可作为可执行 指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器 和其他发动机硬件结合的控制器的控制系统执行。本文所描述的特定程 序可表示任何数目的处理策略中的一种或多种，诸如事件驱动、中断驱 动、多任务、多线程等。因此，所说明的各种动作、操作和/或功能可按 说明的顺序执行、并行执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不 是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了易于 说明和描述提供。根据所使用的具体策略，可重复执行所说明的动作、 操作和/或功能中的一种或多种。进一步地，所述动作、操作和/或功能可 图形化地表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂 时性存储器内的代码，其中所述动作通过执行在包括与电子控制器结合 的各种发动机硬件部件的系统中的指令来执行。

本说明书就此结束。在不背离本说明书的精神和范围的情况下，本 领域的技术人员在阅读本书明书后会想起许多变化和修改。例如，用 天然气、汽油、柴油或可替代燃料配置操作的单个汽缸、I2、I3、I4、 I5、V6、V8、V10、V12和V16发动机可使用本说明书获益。