进气歧管和气缸空气流量估计系统和方法与流程

本发明涉及内燃机，且更具体地涉及用于确定进气歧管压力和单气缸空气(APC)的系统和方法。

背景技术：

本文提供的背景描述旨在一般地呈现本发明的上下文。当前署名的发明人的著作就其在此背景部分所描述的以及在提交时可不另外被作为现有技术的多个方面的描述而言，既不明确地也不隐含地被认可为本发明的现有技术。

内燃机燃烧气缸内的空气和燃料混合物以驱动活塞，产生驱动转矩。在某些类型的发动机中，进入发动机的空气流量可经由节流阀来调节。节流阀可调整节流面积，其增加或减小进入发动机的空气流量。当节流面积增大时，进入发动机的空气流量增加。燃料控制系统调整燃料喷射的速度以向气缸提供期望的空气/燃料混合物和/或以实现期望的转矩输出。增加提供至气缸的空气和燃料的量通常增加发动机的转矩输出。

技术实现要素：

在一个特征中，公开了一种发动机控制系统。在发动机的第一气缸的排气冲程期间，预测模块确定按气缸的点火顺序在第一气缸之后的第二气缸的下一个进气冲程结束时的预测进气歧管压力。单气缸空气(APC)模块基于预测进气歧管压力确定在第二气缸的下一个进气冲程结束时将被捕集在第二气缸内的预测空气质量。燃料供给模块基于预测空气质量控制在下一个进气冲程期间第二气缸的燃料供给。

在进一步的特征中，燃料供给模块进一步基于目标空气/燃料混合物控制在下一个进气冲程期间第二气缸的燃料供给。

在进一步的特征中，当第一气缸的活塞在排气冲程期间到达预定位置时，预测模块在第一气缸的排气冲程期间确定预测进气歧管压力。

在进一步的特征中，预测模块基于活塞到达预定位置之前的预定时间段内确定的进入进气歧管中的质量空气流速与离开进气歧管的质量空气流速之间的差来确定预测进气歧管压力。

在进一步的特征中，预测模块基于使用歧管压力传感器测量的进气歧管内的压力以及第二气缸内的压力来确定离开进气歧管的质量空气流速。

在进一步的特征中，预测模块基于活塞到达预定位置之前的预定时间段内确定的离开进气歧管的质量空气流速的值的数学积分来确定进入第二气缸的空气的质量，并且基于第二气缸的进气阀打开正时处的第二气缸内的空气的质量和进入第二气缸的空气的质量来确定第二气缸内的压力。

在进一步的特征中，预测模块基于节流阀上游的压力、节流阀的开度以及使用歧管压力传感器测量的进气歧管内的压力来确定进入进气歧管的质量空气流速。

在进一步的特征中，在第二气缸的压缩冲程期间，第二APC模块确定被捕集在第二气缸内的空气的质量。火花控制模块基于被捕集在第二气缸内的空气的质量来确定第二气缸的目标火花正时并且基于该目标火花正时向气缸提供火花。

在进一步的特征中，当第二气缸的活塞位于第二预定位置中时，第二APC模块在第二气缸的压缩冲程期间确定被捕集在第二气缸内的空气的质量。

在进一步的特征中，当第二气缸的活塞位于第二预定位置中时，第二APC模块基于使用歧管压力传感器测量的歧管压力来确定被捕集在第二气缸内的空气的质量。

在一个特征中，描述了一种发动机控制方法。该发动机控制方法包括：在发动机的第一气缸的排气冲程期间，确定按气缸的点火顺序在第一气缸之后的第二气缸的下一个进气冲程结束时的预测进气歧管压力；基于预测进气歧管压力确定在第二气缸的下一个进气冲程结束时将被捕集在第二气缸内的预测空气质量；并且基于预测空气质量控制在下一个进气冲程期间第二气缸的燃料供给。

在进一步的特征中，控制在下一个进气冲程期间第二气缸的燃料供给包括进一步基于目标空气/燃料混合物，控制在下一个进气冲程期间第二气缸的燃料供给。

在进一步的特征中，确定预测进气歧管压力包括当第一气缸的活塞在排气冲程期间到达预定位置时，在第一气缸的排气冲程期间确定预测进气歧管压力。

在进一步的特征中，确定预测进气歧管压力包括基于活塞到达预定位置之前的预定时间段内确定的进入进气歧管中的质量空气流速与离开进气歧管的质量空气流速之间的差来确定预测进气歧管压力。

在进一步的特征中，发动机控制方法进一步包括基于使用歧管压力传感器测量的进气歧管内的压力以及第二气缸内的压力来确定离开进气歧管的质量空气流速。

在进一步的特征中，发动机控制方法进一步包括：基于活塞到达预定位置之前的预定时间段内确定的离开进气歧管的质量空气流速的值的数学积分来确定进入第二气缸的空气的质量；并且基于第二气缸的进气阀打开正时处的第二气缸内的空气的质量和进入第二气缸的空气的质量来确定第二气缸内的压力。

在进一步的特征中，发动机控制方法进一步包括基于节流阀上游的压力、节流阀的开度以及使用歧管压力传感器测量的进气歧管内的压力来确定进入进气歧管的质量空气流速。

在进一步的特征中，发动机控制方法进一步包括：在第二气缸的压缩冲程期间，确定被捕集在第二气缸内的空气的质量；基于被捕集在第二气缸内的空气的质量来确定第二气缸的目标火花正时；并且基于该目标火花正时向气缸提供火花。

在进一步的特征中，在第二气缸的压缩冲程期间确定被捕集在第二气缸内的空气的质量包括当第二气缸的活塞位于第二预定位置中时，在第二气缸的压缩冲程期间，确定被捕集在第二气缸内的空气的质量。

在进一步的特征中，在第二气缸的压缩冲程期间确定被捕集在第二气缸内的空气的质量包括当第二气缸的活塞位于第二预定位置中时，基于使用歧管压力传感器测量的歧管压力来确定被捕集在第二气缸内的空气的质量。

根据具体实施方式、权利要求书及附图，本发明的其它应用领域将变得显而易见。具体实施方式以及特定示例仅用于说明的目的，并不是为了限定本发明的范围。

附图说明

根据具体实施方式和附图，将会更充分地理解本发明，其中：

图1为示例性发动机系统的功能框图；

图2为示例性发动机控制系统的功能框图；

图3为包括歧管压力模块及单气缸空气(APC)模块的功能框图；

图4为示出示例性燃烧过程期间各个参数的图表；和

图5包括流程图，其描绘了一种确定预测歧管压力、预测APC质量及被捕集在气缸内的空气的质量的示例性方法。

在附图中，参考编号可用于表示相似和/或相同的元件。

具体实施方式

内燃机燃烧气缸内的空气和燃料混合物以产生转矩。发动机控制模块(ECM)基于发动机转矩请求控制各个发动机致动器。发动机致动器可包括，例如节流阀、燃料喷射器、火花塞、进气和排气凸轮轴相位器和其它发动机致动器。

在气缸的压缩冲程期间，ECM确定气缸的进气冲程期间被捕集在气缸内的空气的质量。ECM基于被捕集在气缸内的空气的质量来设定气缸的下一个燃烧冲程的火花正时。

如下面所进一步讨论，当气缸的活塞在第一气缸的排气冲程期间到达预定位置时，ECM确定第二气缸的下一个进气冲程结束时的预测进气歧管压力。第二气缸按气缸的点火顺序在第一气缸之后。ECM基于预测进气歧管压力来确定下一个进气冲程期间将被捕集在第二气缸内的预测的空气质量。ECM基于实现具有预测质量的空气(其将在下一个进气冲程期间被捕集在第二气缸内)的目标空气燃料混合物来设定对第二气缸的下一个进气冲程的燃料供给。

ECM基于活塞到达预定位置之前的预定时间段内确定的进入进气歧管中的质量流速与离开进气歧管的质量流速之间的差来确定预测进气歧管压力。ECM部分地基于气缸内的压力来确定离开进气歧管(以及进入同时地进行其进气冲程的该气缸)的质量流速。ECM对离开进气歧管的空气的质量流速进行积分以确定进入气缸的空气的质量。ECM基于进入气缸的空气的质量以及在其进气阀打开时气缸内的空气的质量来确定在给定时间气缸内的空气的总质量。ECM基于气缸内的空气的总质量来更新气缸内的压力。

现在参照图1，示出了示例性发动机系统100的功能框图。车辆的发动机系统100包括发动机102，该发动机102基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入来燃烧空气/燃料混合物以产生转矩。空气通过进气系统108吸入到发动机102。进气系统108可包括进气歧管110和节流阀112。仅作为示例，节流阀112可包括具有可旋转叶片的碟形阀。发动机控制模块(ECM)114控制节流阀致动器模块116，且节流阀致动器模块116调节节流阀112的开度以控制进入进气歧管110的空气流量。

来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的气缸。尽管发动机102包括多个气缸，但出于说明目的，示出了单个代表性气缸118。仅作为示例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。在某些情况下，ECM114可以指导气缸致动器模块120选择性地停用一些气缸，如下面进一步讨论，这可提高燃料效率。

发动机102可使用四冲程循环或另一个合适的发动机循环来运行。如下所述，四冲程循环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)的每个回转期间，四个冲程中的两个发生在气缸118内。因此，两个曲轴回转对于气缸118经历所有四个冲程是必需的。对于四冲程发动机，一个发动机循环可以对应于两个曲轴回转。

当气缸118被启动时，在进气冲程期间来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入到气缸118。ECM114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射以获得期望空气/燃料比。燃料可在中心位置或多个位置处(诸如在气缸中的每一个的进气阀122附近)喷射进入进气歧管110。在各种实施方式(未示出)中，燃料可直接喷射进入气缸或者进入与气缸相关联的混合室/端口。燃料致动器模块124可中断向停用的气缸喷射燃料。

所喷射的燃料与空气混合并在气缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102可为火花点火发动机，在这种情况下，火花致动器模块126基于来自ECM114的信号激活气缸118中的火花塞128，这点燃了空气/燃料混合物。一些类型的发动机，诸如均质充量压缩点火(HCCI)发动机可执行压缩点火和火花点火两者。可相对于活塞处于其最上位置时(将称其为上死点(TDC))的时间来指定火花正时。

火花致动器模块126可由指定TDC之前或之后的距离的正时信号进行控制来产生火花。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的操作可与曲轴的位置同步。火花致动器模块126可禁止为停用气缸提供火花，或可为停用气缸提供火花。

在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动曲轴。燃烧冲程可被限定为活塞到达TDC与活塞返回最低位置(将称其为下死点(BDC))时的时间之间的时间。

在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动，并通过排气阀130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆排出。

进气阀122可由进气凸轮轴140进行控制，而排气阀130则可由排气凸轮轴142进行控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可控制用于气缸118的多个进气阀(包括进气阀122)，和/或可控制多组气缸(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)可控制用于气缸118的多个排气阀，和/或可控制用于多组气缸(包括气缸118)的排气阀(包括排气阀130)。虽然示出并讨论了凸轮轴基阀致动，但是可实施无凸轮式阀致动器。虽然示出了分开的进气凸轮轴和排气凸轮轴，但是可使用用于进气阀和排气阀两者的具有凸角的凸轮轴。

气缸致动器模块120可通过禁止打开进气阀122和/或排气阀130来停用气缸118。进气阀122打开时的时间可通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC进行改变。排气阀130打开时的时间可通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC进行改变。相位器致动器模块158可基于来自ECM114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当实施时，可变阀升程(未示出)也可由相位器致动器模块158进行控制。在各种其它实施方式中，除了凸轮轴之外，进气阀122和/或排气阀130还可由致动器进行控制，例如机电致动器、电动液压致动器、电磁致动器等等。

发动机系统100可包括将增压空气提供至进气歧管110的增压装置。例如，图1示出了包括由流动通过排气系统134的排气驱动的涡轮机160-1的涡轮增压器。涡轮增压器还包括由涡轮机160-1驱动并压缩导入节流阀112的空气的压缩机160-2。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节流阀112的空气，并将压缩空气输送至进气歧管110。

排气旁通阀162可允许排气旁通流过涡轮机160-1，从而减少涡轮增压器的增压(进气压缩的量)。ECM114可通过增压致动器模块164来控制涡轮增压器。增压致动器模块164可通过控制排气旁通阀162的位置来调节涡轮增压器的增压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可由增压致动器模块164进行控制。涡轮增压器可具有可变几何结构，其可由增压致动器模块164进行控制。

中间冷却器(未示出)可消散一些包含在压缩空气充量中的热量，其随着空气的压缩而产生。虽然出于说明的目的而被分开示出，但是涡轮机160-1和压缩机160-2可彼此机械地相连接，从而使得进气紧紧靠近热排气。压缩空气充量可吸收来自于排气系统134的部件的热量。

发动机系统100可包括排气再循环(EGR)阀170，其选择性地将排气再导回至进气歧管110。EGR阀170可位于涡轮增压器的涡轮机160-1的上游。EGR阀170可由EGR致动器模块172进行控制。

曲轴位置可使用曲轴位置传感器180进行测量。发动机转速可基于使用曲轴位置传感器180测得的曲轴位置进行确定。发动机冷却液的温度可使用发动机冷却液温度(ECT)传感器182进行测量。ECT传感器182可位于发动机102内或位于其它冷却液循环的位置上，诸如散热器(未示出)。

进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器184进行测量。在各种实施方式中，可测量发动机真空，其为环境空气压力与进气歧管110内的压力之差。流进进气歧管110的空气的质量流速可使用空气质量流量(MAF)传感器186进行测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可位于还包括节流阀112的壳体中。

节流阀112的位置可使用一个或多个节流阀位置传感器(TPS)190进行测量。被吸入到发动机102中的空气的温度可使用进气温度(IAT)传感器192进行测量。发动机系统100还可包括一个或多个其它传感器193。ECM114可使用来自传感器的信号以针对发动机系统100做出控制决定。

ECM114可与变速器控制模块194通信，例如，以调整变速器中的换档。例如，ECM114可在换档期间减小发动机转矩。ECM114可与混合控制模块196通信，例如，以调整发动机102和电动机198的运行。电动机198还可充当发电机，并且可用来产生供车辆电力系统使用和/或用于存储在电池中的电能。虽然仅仅示出并讨论了电动机198，但可以实施多个电动机。在各种实施方式中，ECM114、变速器控制模块194和混合控制模块196中的各项功能可集成到一个或多个模块。

改变发动机参数的每个系统可被称为发动机致动器。每个发动机致动器具有相关联的致动器值。例如，节流阀致动器模块116可被称为发动机致动器，并且节流阀打开面积可被称为致动器值。在图1的示例中，节流阀致动器模块116通过调整节流阀112的叶片角度来实现节流阀打开面积。

火花致动器模块126也可被称为发动机致动器，而对应的致动器值可为相对于气缸TDC的点火提前量。其它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、相位器致动器模块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，致动器值可分别地对应于气缸启动/停用序列、燃料供给速度、进气和排气凸轮相位器角度、增压压力和EGR阀打开面积。ECM114可控制致动器值，以使得发动机102产生所请求的发动机输出转矩。

现在参照图2，示出了示例性发动机控制系统的功能框图。转矩请求模块204基于一个或多个驾驶员输入212来确定针对发动机102的转矩请求208。驾驶员输入212可包括，例如加速器踏板位置、制动踏板位置、巡航控制输入和/或一个或多个其它合适的驾驶员输入。转矩请求模块204可另外或可选地基于一个或多个其它转矩请求(诸如由ECM114所产生的转矩请求和/或从车辆的其它模块(诸如变速器控制模块194、混合控制模块196、底盘控制模块等)中接收的转矩请求)来确定转矩请求208。

基于转矩请求208和/或一个或多个其它参数来控制一个或多个发动机致动器。例如，节流阀控制模块216可基于转矩请求208来确定目标节流阀开度220。节流阀致动器模块116可基于目标节流阀开度220来调整节流阀112的开度。

一般而言，火花控制模块224基于转矩请求208来确定目标火花正时228。火花致动器模块126基于目标火花正时228来产生火花。燃料控制模块232确定一个或多个目标燃料供给参数236。例如，目标燃料供给参数236可包括燃料喷射量、用于喷射该量的燃料喷射次数和喷射正时。燃料致动器模块124基于目标燃料供给参数236来喷射燃料。下面更详细地讨论目标火花正时228和目标燃料供给参数236的设定。

相位器控制模块237基于转矩请求208来确定目标进气和排气凸轮相位器角度238和239。相位器致动器模块158可基于目标进气和排气凸轮相位器角度238和239分别调节进气和排气凸轮相位器148和150。增压控制模块240可基于转矩请求208来确定目标增压242。增压致动器模块164可基于目标增压242来控制增压装置的增压输出。

气缸控制模块244基于转矩请求208生成气缸启动/停用命令248。气缸致动器模块120基于气缸启动/停用命令248停用待停用气缸的进气阀和排气阀。气缸致动器模块120基于气缸启动/停用命令248允许打开和关闭待启动气缸的进气阀和排气阀。燃料控制模块232中断待停用气缸的燃料供给。

气缸停用与燃料切断(例如，减速燃料切断)的不同之处在于燃料供给在燃料切断期间被中断的气缸的进气阀和排气阀在燃料切断期间仍然可被打开和关闭，而在这些气缸停用时，气缸的进气阀和排气阀都维持在关闭状态。燃料控制模块232出于燃料切断而中断一个或多个气缸的燃料供给。

歧管压力模块250接收由MAP传感器184生成的MAP信号254。歧管压力模块250每隔预定时间段(诸如，每隔180曲轴角度(CAD))就对MAP信号254进行采样。歧管压力模块250基于MAP信号254的样本分别生成当前MAP258。例如，歧管压力模块250可分别将MAP信号254的样本转换成当前MAP258。

单气缸空气模块262在发动机102的各压缩冲程期间确定被捕集的APC266。在气缸的压缩冲程期间确定的被捕集的APC266对应于在气缸的上一进气冲程期间被捕集在该气缸内的空气的质量。APC模块262可，例如，在气缸的活塞位于预定位置，诸如，在该气缸的活塞到达其压缩冲程与燃烧冲程之间的TDC位置之前约72CAD时，确定气缸的被捕集的APC266。

火花控制模块224基于该气缸的被捕集的APC266设定气缸的目标火花正时228。火花致动器模块126在目标火花正时228时将火花提供至气缸。

歧管压力模块250还在发动机102的各排气冲程期间确定预测MAP270。在一个气缸的排气冲程期间确定的预测MAP270对应于按气缸的预定点火顺序在该气缸之后的下一个气缸的进气冲程结束时的预测MAP值。歧管压力模块250可，例如，在气缸的活塞位于第二预定位置，诸如，在该气缸的活塞到达其排气冲程与下一个进气冲程之间的TDC位置之前约12CAD时，确定气缸的预测MAP270。

APC模块262基于预测MAP270确定预测APC274，并且每当预测MAP270更新时对预测APC274进行更新。基于一个气缸的排气冲程的预测MAP270确定的预测APC274对应于将在下一个气缸的下一个进气冲程期间被捕集在下一个气缸(其按预定的点火顺序在该气缸之后)内的预测的空气质量。

燃料控制模块232基于该气缸的预测APC274设定下一个气缸的目标燃料供给参数236。更具体地，燃料控制模块232基于该气缸的预测APC274确定基于目标空气/燃料混合物喷入气缸中的目标燃料量。燃料控制模块232基于该气缸的目标燃料供给参数236为气缸喷入燃料。

图3是包括歧管压力模块250和APC模块262的示例性实施方式的功能框图。歧管压力模块250包括采样模块304和预测模块308。采样模块304每隔第一预定时间段(诸如，每隔180CAD或另一合适的预定时间段)就对由MAP传感器184生成的MAP信号254进行采样。采样模块304基于MAP信号254的样本输出当前MAP258。例如，采样模块304可分别将MAP信号254的样本转换成当前MAP258。采样模块304在MAP信号254的连续样本之间生成当前MAP258。

预测模块308在每个排气冲程期间确定预测MAP270。当气缸的活塞位于第一预定位置中时，预测模块308可在气缸的排气冲程期间确定预测MAP270。第一预定位置可为，例如在气缸的活塞到达排气冲程与进气冲程之间的TDC位置或另一合适位置之前约12度。确定预测MAP270时的连续示例之间的时间段是第二预定时间段，诸如在某些类型的发动机中90或180CAD。如上所述，在一个气缸的排气冲程期间确定的预测MAP270对应于按气缸的预定点火顺序在该气缸之后的待供给燃料的下一个气缸的进气冲程结束时预测的MAP的值。

图4包括在一段时间内气缸的燃烧循环的各个方面的示例性图表。时间402对应于气缸的燃烧冲程的终点和气缸的排气冲程的起点。时间404对应于气缸的排气冲程的终点和气缸的进气冲程的起点。时间408对应于气缸的进气冲程的终点和气缸的压缩冲程的起点。时间412对应于气缸的压缩冲程的终点和气缸的第二燃烧冲程的起点。迹线416跟踪气缸的排气阀的打开量。迹线420跟踪气缸的进气阀的打开量。

示例性时间424近似对应于可针对气缸的排气冲程确定预测MAP270和预测APC274以控制在该气缸的进气冲程期间下一个气缸的燃料供给的时间。示例性时间428近似对应于可在气缸的进气冲程期间确定被捕集的APC266以控制在气缸的下一个燃烧冲程期间提供给气缸的火花的时间。

返回参照图3，预测模块308确定每隔第一预定时间段(例如，180CAD)进入进气歧管110中的质量空气流速和离开进气歧管110的质量空气流速。下文详细描述进入进气歧管110中的质量空气流速和离开进气歧管110的质量空气流速的确定。

预测模块308基于由于最后确定预测MAP270而确定的进入进气歧管110和离开进气歧管110的质量空气流速、进气温度(IAT)312和进气歧管110的容积来确定预测MAP270。更具体地，预测模块308确定由于最后确定预测MAP270而确定的进入进气歧管110中的质量控制流速与离开进气歧管110中的质量控制流速之间的差的数学积分。预测模块308将由积分所得的值(质量)相加以确定空气的累积质量。空气的累积质量对应于进入或离开进气歧管110的空气的质量的总变化。

当气缸的活塞到达第一预定位置时，预测模块308基于第一预定位置处的累积质量确定预测MAP270。仅作为示例，预测模块308可基于以下关系确定预测MAP270：

$PMAP=\frac{RT}{V}*macc,$

其中PMAP为在排气冲程期间确定的预测MAP270，R为理想气体常数，T为IAT312，V为进气歧管110的预定容积，且macc为第一预定位置处的累积质量。IAT312可例如使用进气温度传感器192来测量。虽然提供了示例性功能，但是在各个实施方式中可使用映射。

预测模块308基于给定时间节流阀112的开度316、该给定时间节流阀进气压力(TIAP)320和该给定时间当前MAP258来确定该给定时间进入进气歧管110中的质量空气流速。预测模块308可例如使用将节流阀112的开度、TIAP和MAP与进入进气歧管110中的质量空气流速相关联的函数或映射来确定在给定时间进入进气歧管110中的质量空气流速。TIAP320可例如使用传感器来测量。TIAP320对应于节流阀112的入口处的压力。节流阀112的开度316可例如使用一个或多个节流阀位置传感器190来测量。如本文所使用，曲轴角度可依据时间变化。

预测模块308基于在给定时间当前MAP258、当前正进行其进气冲程的气缸内的最后压力、以及在该给定时间气缸的进气阀的开度来确定该给定时间离开进气歧管110的质量空气流速。气缸的进气阀的开度可，例如通过进气凸轮轴相位器位置(或进气凸轮轴位置)324来表示。预测模块308可，例如基于将当前MAPs、最后的气缸内压力和进气凸轮轴相位器位置与离开进气歧管110的质量空气流速相关联的函数或映射来确定离开进气歧管110的质量空气流速。当前正进行其进气冲程的气缸内的最后压力可指的是在确定汽缸内压力的最后时间的气缸内的压力。预测模块308可进一步基于针对穿过气缸的进气阀的气流的预定系数值来确定离开进气歧管110的质量空气流速。

预测模块308可基于进气阀打开时气缸内的空气质量以及在进气阀打开和给定时间之间输入到气缸的空气质量来确定该给定时间气缸内的压力。在给定时间离开进气歧管110的质量空气流速对应于该给定时间进入当前正进行其进气冲程的气缸的质量空气流速。因而，可通过分别对离开进气歧管110的质量流速的值进行积分来确定输入气缸的空气质量。

预测模块308可基于或等同于进气阀打开时气缸内的空气质量和在进气阀打开和给定时间之间输入到气缸的空气质量的和来设定在该给定时间的气缸内的空气质量。预测模块308可，例如基于进气凸轮相位器位置324和排气凸轮相位器位置(或排气凸轮位置)328来确定进气阀打开时气缸内的空气质量。预测模块308可，例如利用将进气和排气凸轮相位器位置与在进气阀打开时气缸内的空气质量相关联的函数或映射来确定在进气阀打开时气缸内的空气质量。

预测模块308可基于在给定时间的气缸内的空气质量、IAT312和在该给定时间的气缸的容积来确定在该给定时间的气缸内的压力。例如，预测模块308可基于以下关系来确定在某一时间的气缸内的压力：

$CylP\left(ca\right)=\frac{m\left(ca\right)RT}{V\left(ca\right)},$

其中，CyIP(ca)为处于曲轴角度(ca)的气缸内的压力，m(ca)为处于该曲轴角度的气缸内的空气质量，R为理想气体常数，T为IAT312，且V(ca)为处于该曲轴角度的气缸的容积。气缸容积随着活塞位置变化。预测模块308可基于曲轴位置来确定给定时间的气缸的容积。在某一时间确定的气缸内的压力可在第一预定时间段之后用作最后气缸压力。

当气缸的活塞分别位于第二预定位置时，第一APC模块350在每个气缸压缩冲程期间确定第一APC354。第二预定位置可为，例如在该气缸的活塞到达其压缩冲程和燃烧冲程之间的TDC位置或另一合适位置之前约72CAD。第一APC354用于确定被捕集的APC266，如下所进一步讨论。气缸的压缩冲程的第一APC354对应于在气缸的上一进气冲程期间被捕集在该气缸内的空气质量。

第一APC模块350基于第二预定位置的IAT312和当前MAP258来确定气缸压缩冲程的第一APC354。第一APC模块350利用将进气空气温度和MAP与第一APC相关联的一个或多个函数和/或映射来确定第一APC354。例如，第一APC模块350可基于以下关系确定第一APC354：

$APC1=\frac{V*P}{R*T}$

其中，APC1为第一APC354，V为预定气缸容积，P为第二预定位置的当前MAP258，R为理想气体常数，T为IAT312。这种关系可以具体实现为等式或映射。

第二APC模块358基于使用MAF传感器186测量的MAF364来确定每个气缸的第二APC362。类似于第一APC354，针对气缸确定的第二APC362对应于在气缸的上一进气冲程内捕集的空气的量(例如，质量)。当第一APC模块350确定第一APC354时，第二APC模块358可确定第二APC362。第二APC模块358还可在确定第一APC354时的时间之间的其它时间来确定第二APC362。

基于MAF364，在某些情况下(诸如在稳态运行期间)，第二APC362可比第一APC354更为精确。第二APC模块358可例如通过对MAF364(例如，以空气g/s表示)进行数学积分以确定空气的质量(例如，以克表示)并将所得质量除以发动机102的启动气缸的数量来确定第二APC362。

第一调整模块366基于第一APC354和VE调整值370来确定所捕集的APC266。例如，第一调整模块366可基于或使用以下关系来设定所捕集的APC266：

APC T＝VEAdj*APC1，

其中，APCT为所捕集的APC266，VEAdj为VE调整值370，且APC1为第一APC354。火花控制模块224基于气缸的所捕集的APC266来设定该气缸的目标火花正时228。火花致动器模块126在目标火花正时228时向气缸提供火花。

当第二APC362可能比第一APC354更为精确的时候，VE模块374执行学习以朝第二APC362调整第一APC354。更具体地，当空气状态378处于稳态(SS)状态时，VE模块374执行学习。当空气状态378处于瞬时状态时，VE模块374禁止学习。将在下面更详细地讨论学习。

空气状态模块382基于当前MAP258、进气凸轮相位器位置324和排气凸轮相位器位置328来设定空气状态378。例如，当当前MAP258在预定时间段内的改变小于预定量，进气凸轮相位器位置324在预定时间段内的改变小于预定量，且排气凸轮相位器位置328在预定时间段内的改变小于预定量时，空气状态模块382可将空气状态378设定到SS状态。当以上中的一个或多个的改变大于相应预定量时，空气状态模块382可将空气状态378设定到瞬时状态。尽管提供当前MAP258、进气凸轮相位器位置324、和排气凸轮相位器位置328中的改变作为示例，但空气状态模块382可附加地或可选地基于一个或多个其它参数来设定空气状态378。

当空气状态378处于SS状态时，VE模块374执行学习并调整VE调整值370。当空气状态378处于瞬时状态时，VE模块374禁止学习/调整VE调整值370。换句话说，当空气状态378处于瞬时状态时，VE模块374维持VE调整值370。

VE模块374学习以朝第二APC362调整第一APC354。例如，VE模块374可确定第一APC354和第二APC362之间的差并基于该差确定VE调整值370。例如，VE模块374可，例如增加或降低VE调整值370以朝第二APC362调整第一APC354。换句话说，当空气状态378处于SS状态时，每当确定第一APC354和第二APC362时，VE模块374可递增地调整(增加或降低)VE调整值370达预定量。

第三APC模块386基于预测MAP270在每个气缸的压缩冲程期间确定初始预测APC390。初始预测APC390用于确定预测APC274。类似于预测APC274，基于一个气缸的排气冲程的预测MAP270确定的初始预测APC390对应于将在下一个气缸(按预定点火顺序在该气缸之后)的下一个进气冲程期间被捕集在下一个气缸内的预测的空气质量。

第三APC模块386基于当气缸的活塞位于第一预定位置时确定的IAT312和预测MAP270来确定气缸的排气冲程的初始预测APC390。第三APC模块386使用将进气温度和预测MAP与初始预测APC相关联的一个或多个函数和/或映射来确定初始预测APC390。例如，第三APC模块386可基于以下关系确定初始预测APC390：

$IPAPC=\frac{V*PP}{R*T}$

其中IPAPC为初始预测APC390，V为预定气缸容积，PP为预测MAP270，R为理想气体常数，且T为IAT312。这种关系可以具体化为等式或映射。

第二调整模块394基于初始预测APC390和VE调整值370来确定预测APC274。例如，第二调整模块394可基于或使用以下关系来设定预测APC274：

PAPC＝VEAdj*IPAPC，

其中PAPC为预测APC274，VEAdj为VE调整值370，且IPAPC为初始预测APC390。如上所讨论，燃料控制模块232基于下一个气缸的预测APC274来设定该气缸的目标燃料供给参数236。燃料致动器模块124基于目标燃料供给参数236在其下一个进气冲程期间向下一个气缸供给燃料。

图5是描绘确定所捕集APC266、预测MAP270，预测APC274并控制燃料供给和火花的示例性方法的流程图。控制开始于504，其中预测模块308重新设定所累积质量并确定进气阀打开时的气缸内的空气的质量。预测模块308可，例如基于进气和排气凸轮相位器位置324和328来确定在进气阀打开时的气缸内的空气的质量。在504处，预测模块308将所累积质量设定成等于进气阀打开时的空气的质量。

在508处，由于当前MAP258为最后确定，故采样模块304确定第一预定时间段是否已经过去。例如，在508处，采样模块304可确定曲轴是否已经旋转第一预定量，诸如约180CAD。如果508为真，则控制进行到512。如果508为假，控制可保持在508。

在512处，采样模块304对来自MAP传感器184的MAP信号254进行采样，并基于样品确定当前MAP258。在516处，预测模块308确定进入和离开进气歧管110的质量空气流速，如上所述。在520处，预测模块308确定在516处离开进气歧管110的质量流速的数学积分。积分的结果是进入气缸的空气的质量。预测模块308将该质量与所累积质量相加以更新气缸内的空气的累积质量。

在524处，预测模块308基于气缸内的累积质量来确定气缸内的压力，如上所述。当接着执行516时，在524处确定的气缸内的压力将用于确定离开进气歧管110的质量空气流速，如上所示。

在528处，第一APC模块350确定气缸的活塞是否位于第二预定位置。例如，第一APC模块350可确定气缸的活塞是否为在活塞到达气缸的压缩冲程和燃烧冲程之间的TDC位置之前约72度。如果528为假，控制转到540，这将在下面进一步讨论。如果528为真，在532处，第一APC模块350基于在512处确定的当前MAP258来确定第一APC354，如上所讨论。第一调整模块366基于VE调整值370来调整第一APC354以产生所捕集APC266。

在536处，火花控制模块224基于所捕集APC266和转矩请求208来设定气缸的燃烧冲程的目标火花正时228。火花控制模块224可进一步基于一个或多个其它参数来确定目标火花正时228。例如，火花控制模块224可使用将转矩请求、所捕集APC和一个或多个其它参数与目标火花正时相关联的函数或映射来确定目标火花正时228。例如，对于给定转矩请求(Tt)208，可以基于以下关系来确定目标火花正时(St)：

(2)S_t＝f¹(T_t，APC，I，E，AF，OT，#)，

其中APC为所捕集APC，I为进气凸轮相位器位置，E为排气凸轮相位器位置，AF为目标空气/燃料比，OT为油温，且#为启动气缸的数量。也可考虑附加变量，诸如排气再循环(EGR)阀的开度。火花致动器模块126基于目标火花正时228向气缸提供火花，且控制返回到508。

在540处，预测模块308确定气缸的活塞是否位于第一预定位置。例如，预测模块308可确定气缸的活塞是否位于气缸的排气冲程和进气冲程之间的TDC位置之前约12度。如果540为假，则控制返回到508。如果540为真，在544处，预测模块308确定预测MAP270，如上所讨论。同样在544处，第三APC模块386基于预测MAP270来确定按气缸的预定点火顺序的下一个气缸的初始预测APC390。第二调整模块394基于VE调整值370来调整初始预测APC390以产生预测APC274。

在548处，燃料控制模块232基于预测APC274来设定下一个气缸的目标燃料供给参数236。例如，燃料控制模块232可基于给定预测APC274实现目标空气/燃料混合物来设定下一个气缸的目标燃料喷射量。在下一个气缸的进气冲程期间，燃料致动器模块124基于目标燃料供给参数236将燃料喷射进入下一个气缸，且控制返回到504。

前面的描述在本质上仅仅是说明性的并且绝不是要限制本发明内容、其应用或用途。本发明宽泛教导可以以各种形式来实施。因此，尽管本发发明包括特定示例，但是本发明的真实范围不应被限制于此，因为在研读了附图、说明书和以下权利要求之后，其它修改将变得显而易见。本文所使用的短语“A、B和C中的至少一个”应该被理解为使用非排他性逻辑OR表示逻辑(A或B或C)，并且不应被理解为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。应当理解，方法内的一个或多个步骤可以以不同顺序(或同时)执行而不改变本发明的原理。

在本申请中，包括以下定义，术语“模块”或术语“控制器”可以被替换为术语“电路”。术语“模块”可以指代、作为其部分或包括：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟、或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟、或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用、或群组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用、或群组)；提供所描述功能的其它合适的硬件部件；或者上述一些或全部的组合，诸如在片上系统中。

该模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本发明的任何给定模块的功能可在经由接口电路连接的多个模块中进行分配。例如，多个模块可允许负载平衡。在进一步的示例中，服务器(也被称为远程或云)模块可代表客户模块完成一些功能。

以上所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可指代程序、例程、功能、类别、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包含执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器电路。术语群组处理器电路包含与附加处理器电路结合来执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用包含离散管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个内核、单个处理器电路的多个线程、或上述的组合。术语共享存储器电路包含存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语群组存储器电路包含与附加存储器结合来存储来自一个或多个模块的一些或全部代码的存储器电路。

术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所使用的术语计算机可读介质并不包含通过介质(诸如在载波上)传播的暂时性电或电磁信号。术语计算机可读介质可因此被视为有形且非暂时性的。非暂时性、有形计算机可读介质的非限制示例是非易失性存储器电路(诸如快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩码只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动)和光学存储介质(诸如CD、DVD或蓝光光盘)。

本申请中描述的设备和方法可以部分或完全由通过将通用计算机配置成执行计算机程序中体现的一个或多个特定功能而创建的专用计算机来实施。上述功能框、流程图部件和其它元件用作软件规范，其可通过本领域技术人员或编程者的常规作业而转译为计算机程序。

计算机程序包括存储在至少一个非暂时性、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或依赖于所存储的数据。计算机程序可包含与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

计算机程序可以包括：(i)待解析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)、(ii)汇编代码、(iii)由编译器从源代码产生的目标代码、(iv)由解译器执行的源代码、(v)由即时编译器编译并执行的源代码，等。仅作为示例，源代码可使用来自包括以下项的语言的语法写入：C、C++、C#、Objectivez C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5、Ada、ASP(activeserverpages)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Lua和

在35U.S.C.§112(f)的含义内，权利要求书中叙述的元件均不旨在是装置加功能元件，除非元件使用短语“用于……的装置”明确叙述或在使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”的方法权利要求书的情况中。