用于确定指示的平均有效压力的系统和方法
技术领域
本部分中提供的信息旨在概括地呈现本公开的背景。在本部分中描述的范围内，当前提及的发明人的工作以及在提交时可能不被认为是现有技术的描述的方面，既不明确也不隐含地被认为是针对本公开的现有技术。
本公开涉及内燃发动机，并且更具体地，涉及用于确定指示的平均有效压力(IMEP)的系统和方法。
背景技术
内燃发动机在气缸内燃烧空气和燃料混合物驱动活塞，这产生驱动扭矩。在某些类型的发动机中，进入发动机的空气流量可以经由节气门调节。节气门可以调整节气门面积，这增加或减少进入发动机的空气流量。随着节气门面积增加，进入发动机的空气流量增加。燃料控制系统调整燃料喷射速率，以向气缸提供期望的空气/燃料混合物和/或实现期望的扭矩输出。增加提供给气缸的空气和燃料量通常会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能被停用。气缸的停用可以包括停止气缸的进气阀和排气阀的打开和关闭以及中止气缸的燃料供给。当发动机在一个或多个气缸停用的同时可以产生所请求量的扭矩时，一个或多个气缸可以被停用，例如以降低燃料消耗。
发明内容
在一个特征中，车辆的发动机控制系统包括气缸控制模块，该气缸控制模块被配置为：基于扭矩请求确定用于至少启用和停用发动机的气缸的目标序列；并且根据目标序列启用和停用发动机的气缸。值模块被配置为基于目标序列确定多个系数和偏移值。指示的平均有效压力(IMEP)确定模块被配置为分别基于以下因素确定第一气缸的IMEP：多个系数；偏移值；和预定曲轴位置处的多个发动机速度。
在进一步的特征中，多个发动机速度包括：在第一气缸的膨胀冲程期间第一预定曲轴位置处的第一发动机速度；在第一气缸的膨胀冲程期间第二预定曲轴位置处的第二发动机速度；在第一气缸的压缩冲程期间第三预定曲轴位置处的第三发动机速度；在第一气缸的压缩冲程期间第四预定曲轴位置处的第四发动机速度；在第二气缸的膨胀冲程期间第五预定曲轴位置处的第五发动机速度，在发动机的预定点火次序中该第二气缸在第一气缸之前；在第二气缸的膨胀冲程期间第六预定曲轴位置处的第六发动机速度；在第二气缸的压缩冲程期间第七预定曲轴位置处的第七发动机速度；在第二气缸的压缩冲程期间第八预定曲轴位置处的第八发动机速度；在第三气缸的膨胀冲程期间第九预定曲轴位置处的第九发动机速度，在发动机的预定点火次序中该第三气缸在第一气缸之后；在第三气缸的膨胀冲程期间第十预定曲轴位置处的第十发动机速度；在第三气缸的压缩冲程期间第十一预定曲轴位置处的第十一发动机速度；以及在第三气缸的压缩冲程期间第十二预定曲轴位置处的第十二发动机速度。
在进一步的特征中：在预定的点火次序中第二气缸紧接在第一气缸之前；并且在预定点火次序中第三气缸紧接在第一气缸之后。
在进一步的特征中，动能模块被配置为：基于在第一气缸的膨胀冲程期间第一预定曲轴位置处的第一发动机速度以及在第一气缸的膨胀冲程期间第二预定曲轴位置处的第二发动机速度确定第一气缸的膨胀冲程的第一动能；基于在第一气缸的压缩冲程期间第三预定曲轴位置处的第三发动机速度以及在第一气缸的压缩冲程期间第四预定曲轴位置处的第四发动机速度确定第一气缸的压缩冲程的第二动能；基于在第二气缸的膨胀冲程期间第五预定曲轴位置处的第五发动机速度以及在第二气缸的膨胀冲程期间第六预定曲轴位置处的第六发动机速度，确定在发动机的预定点火次序中在第一气缸之前的第二气缸的膨胀冲程的第三动能；基于在第二气缸的压缩冲程期间第七预定曲轴位置处的第七发动机速度以及在第二气缸的压缩冲程期间第八预定曲轴位置处的第八发动机速度，确定第二气缸的压缩冲程的第四动能；基于在第三气缸的膨胀冲程期间第九预定曲轴位置处的第九发动机速度以及在第三气缸的膨胀冲程期间第十预定曲轴位置处的第十发动机速度，确定在预定点火次序中在第一气缸之后的第三气缸的膨胀冲程的第五动能；并且基于在第三气缸的压缩冲程期间第十一预定曲轴位置处的第十一发动机速度以及在第三气缸的压缩冲程期间第十二预定曲轴位置处的第十二发动机速度确定第三气缸的压缩冲程的第六动能。IMEP模块被配置为基于以下因素确定第一气缸的IMEP：多个系数；偏移值；以及第一动能、第二动能、第三动能、第四动能、第五动能和第六动能。
在进一步的特征中，IMEP模块被配置为使用以下方程式设置第一气缸的IMEP：
其中IMEP1是第一气缸的IMEP，KEE2是第三动能，KEC2是第四动能，KEE1是第一动能，KEC1是第二动能，KEE3是第五动能，KEC3是第六动能，v、u、t、s、r和q是多个系数，并且p是偏移值。
在进一步的特征中，值模块被配置为进一步基于发动机速度和发动机负载中的至少一个确定多个系数和偏移值。
在进一步的特征中，动能模块被配置为：基于第一发动机速度平方与第二发动机速度平方之间的第一差值确定第一动能；基于第三发动机速度平方与第四发动机速度平方之间的第二差值确定第二动能；基于第五发动机速度平方与第六发动机速度平方之间的第三差值确定第三动能；基于第七发动机速度平方与第八发动机速度平方之间的第四差值确定第四动能；基于第九发动机速度平方与第十发动机速度平方之间的第五差值确定第五动能；并且基于第十一发动机速度平方与第十二发动机速度平方之间的第六差值确定第六动能。
在进一步的特征中：第一预定曲轴位置在第二预定曲轴位置之前；第三预定曲轴位置在第四预定曲轴位置之前；第五预定曲轴位置在第六预定曲轴位置之前；第七预定曲轴位置在第八预定曲轴位置之前；第九预定曲轴位置在第十预定曲轴位置之前；第十一预定曲轴位置在第十二预定曲轴位置之前。动能模块被配置为：基于第二发动机速度平方减去第一发动机速度平方确定第一动能；基于第四发动机速度平方减去第三发动机速度平方确定第二动能；基于第六发动机速度平方减去第五发动机速度平方确定第三动能；基于第八发动机速度平方减去第七发动机速度平方确定第四动能；基于第十发动机速度平方减去第九发动机速度平方确定第五动能；并且基于第十二发动机速度平方减去第十一发动机速度平方确定第六动能。
在进一步的特征中，失火模块被配置为当第一气缸被启用并且IMEP小于预定值时指示第一气缸内发生失火。
在进一步的特征中，失火模块被配置为当第一气缸被启用并且IMEP大于预定值时，指示第一气缸内没有发生失火。
在进一步的特征中，火花控制模块被配置为响应于第一气缸内发生失火的指示调整第一气缸的火花正时。
在进一步的特征中，故障模块被配置为响应于第一气缸内发生失火的指示而点亮故障指示灯。
在进一步的特征中，故障模块还被配置为响应于第一气缸内发生失火的指示，在存储器中存储预定的诊断故障码(DTC)。
在进一步的特征中，燃料控制模块被配置为响应于第一气缸内发生失火的指示调整第一气缸的燃料供给。
在进一步的特征中，节气门控制模块被配置为响应于第一气缸内发生失火的指示调整节流阀的开度。
在进一步的特征中，升压控制模块被配置为响应于第一气缸内发生失火的指示调整升压装置的输出。
在进一步的特征中，相位器控制模块被配置为响应于第一气缸内发生失火的指示调整进气阀定相。
在进一步的特征中，火花控制模块被配置为响应于第一气缸内发生失火的指示调整排气阀定相。
在进一步的特征中： 在预定的点火次序中，第二气缸紧接在第一气缸之前；并且在预定点火次序中，第三气缸紧接在第一气缸之后。
在一个特征中，一种用于车辆的发动机控制方法包括：基于扭矩请求确定用于至少启用和停用发动机的气缸的目标序列；根据目标序列启用和停用发动机的气缸；基于目标序列确定多个系数和偏移值；以及分别基于以下因素确定第一气缸的IMEP：多个系数；偏移值；和预定曲轴位置处的多个发动机速度。
本申请包括以下方案：
1. 一种车辆的发动机控制系统，包括：
气缸控制模块，其被配置为：
基于扭矩请求确定用于至少启用和停用发动机的气缸的目标序列；和
根据所述目标序列启用和停用发动机的气缸；
值模块，其被配置为基于所述目标序列确定多个系数和偏移值；和
指示的平均有效压力(IMEP)确定模块，其被配置为分别基于以下因素确定第一气缸的IMEP：
所述多个系数；
所述偏移值；和
预定曲轴位置处的多个发动机速度。
2. 根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述多个发动机速度包括：
在所述第一气缸的膨胀冲程期间第一预定曲轴位置处的第一发动机速度；
在所述第一气缸的膨胀冲程期间第二预定曲轴位置处的第二发动机速度；
在所述第一气缸的压缩冲程期间第三预定曲轴位置处的第三发动机速度；
在所述第一气缸的压缩冲程期间第四预定曲轴位置处的第四发动机速度；
在第二气缸的膨胀冲程期间第五预定曲轴位置处的第五发动机速度，在发动机的预定点火次序中所述第二气缸在所述第一气缸之前；
在所述第二气缸的膨胀冲程期间第六预定曲轴位置处的第六发动机速度；
在所述第二气缸的压缩冲程期间第七预定曲轴位置处的第七发动机速度；
在所述第二气缸的压缩冲程期间第八预定曲轴位置处的第八发动机速度；
在所述第三气缸的膨胀冲程期间第九预定曲轴位置处的第九发动机速度，在发动机的预定点火次序中所述第三气缸在所述第一气缸之后；
在所述第三气缸的膨胀冲程期间第十预定曲轴位置处的第十发动机速度；
在所述第三气缸的压缩冲程期间第十一预定曲轴位置处的第十一发动机速度；和
在所述第三气缸的压缩冲程期间第十二预定曲轴位置处的第十二发动机速度。
3. 根据方案2所述的发动机控制系统，其中：
在所述预定点火次序中所述第二气缸紧接在所述第一气缸之前；和
在所述预定点火次序中所述第三气缸紧接在所述第一气缸之后。
4. 根据方案1所述的发动机控制系统，还包括动能模块，其被配置为：
基于以下因素确定所述第一气缸的膨胀冲程的第一动能：
在所述第一气缸的膨胀冲程期间第一预定曲轴位置处的第一发动机速度；和
在所述第一气缸的膨胀冲程期间第二预定曲轴位置处的第二发动机速度；
基于以下因素确定所述第一气缸的压缩冲程的第二动能：
在所述第一气缸的压缩冲程期间第三预定曲轴位置处的第三发动机速度；和
在所述第一气缸的压缩冲程期间第四预定曲轴位置处的第四发动机速度；
基于以下因素确定在发动机的预定点火次序中在所述第一气缸之前的第二气缸的膨胀冲程的第三动能：
在所述第二气缸的膨胀冲程期间第五预定曲轴位置处的第五发动机速度；和
在所述第二气缸的膨胀冲程期间第六预定曲轴位置处的第六发动机速度；
基于以下因素确定所述第二气缸的压缩冲程的第四动能：
在所述第二气缸的压缩冲程期间第七预定曲轴位置处的第七发动机速度；和
在所述第二气缸的压缩冲程期间第八预定曲轴位置处的第八发动机速度；
基于以下因素确定在预定点火次序中在所述第一气缸之后的第三气缸的膨胀冲程的第五动能：
在所述第三气缸的膨胀冲程期间第九预定曲轴位置处的第九发动机速度；和
在所述第三气缸的膨胀冲程期间第十预定曲轴位置处的第十发动机速度；以及
基于以下因素确定所述第三气缸的压缩冲程的第六动能：
在所述第三气缸的压缩冲程期间第十一预定曲轴位置处的第十一发动机速度；和
在所述第三气缸的压缩冲程期间第十二预定曲轴位置处的第十二发动机速度，
其中，所述IMEP模块被配置为基于以下因素确定所述第一气缸的IMEP：
所述多个系数；
所述偏移值；和
第一动能、第二动能、第三动能、第四动能、第五动能和第六动能。
5. 根据方案4所述的发动机控制系统，其中，所述IMEP模块被配置为使用以下方程式设置所述第一气缸的IMEP：
其中IMEP1是所述第一气缸的IMEP，KEE2是所述第三动能，KEC2是所述第四动能，KEE1是所述第一动能，KEC1是所述第二动能，KEE3是所述第五动能，KEC3是所述第六动能，v、u、t、s、r和q是所述多个系数，并且p是所述偏移值。
6. 根据方案4所述的发动机控制系统，其中，所述值模块被配置为进一步基于发动机速度和发动机负载中的至少一个确定所述多个系数和所述偏移值。
7. 根据方案4所述的发动机控制系统，其中，所述动能模块被配置为：
基于第一发动机速度平方与第二发动机速度平方之间的第一差值确定所述第一动能；
基于第三发动机速度平方与第四发动机速度平方之间的第二差值确定所述第二动能；
基于第五发动机速度平方与第六发动机速度平方之间的第三差值确定所述第三动能；
基于第七发动机速度平方与第八发动机速度平方之间的第四差值确定所述第四动能；
基于第九发动机速度平方与第十发动机速度平方之间的第五差值确定所述第五动能；和
基于第十一发动机速度平方与第十二发动机速度平方之间的第六差值确定所述第六动能。
8. 根据方案4所述的发动机控制系统，其中：
所述第一预定曲轴位置在所述第二预定曲轴位置之前；
所述第三预定曲轴位置在所述第四预定曲轴位置之前；
所述第五预定曲轴位置在所述第六预定曲轴位置之前；
所述第七预定曲轴位置在所述第八预定曲轴位置之前；
所述第九预定曲轴位置在所述第十预定曲轴位置之前；
所述第十一预定曲轴位置在所述第十二预定曲轴位置之前；和
所述动能模块被配置为：
基于第二发动机速度平方减去第一发动机速度平方确定所述第一动能；
基于第四发动机速度平方减去第三发动机速度平方确定所述第二动能；
基于第六发动机速度平方减去第五发动机速度平方确定所述第三动能；
基于第八发动机速度平方减去第七发动机速度平方确定所述第四动能；
基于第十发动机速度平方减去第九发动机速度平方确定所述第五动能；和
基于第十二发动机速度平方减去第十一发动机速度平方确定所述第六动能。
9. 根据方案4所述的发动机控制系统，还包括失火模块，所述失火模块被配置为当所述第一气缸被启用并且所述IMEP小于预定值时指示所述第一气缸内发生失火。
10. 根据方案9所述的发动机控制系统，其中，所述失火模块被配置为当所述第一气缸被启用并且所述IMEP大于所述预定值时，指示所述第一气缸内没有发生失火。
11. 根据方案9所述的发动机控制系统，还包括火花控制模块，所述火花控制模块被配置为响应于所述第一气缸内发生失火的指示调整所述第一气缸的火花正时。
12. 根据方案9所述的发动机控制系统，还包括故障模块，所述故障模块被配置为响应于所述第一气缸内发生失火的指示而点亮故障指示灯。
13. 根据方案12所述的发动机控制系统，其中，所述故障模块还被配置为响应于所述第一气缸内发生失火的指示，在存储器中存储预定的诊断故障码(DTC)。
14. 根据方案9所述的发动机控制系统，还包括燃料控制模块，所述燃料控制模块被配置为响应于所述第一气缸内发生失火的指示调整所述第一气缸的燃料供给。
15. 根据方案9所述的发动机控制系统，还包括节气门控制模块，所述节气门控制模块被配置为响应于所述第一气缸内发生失火的指示调整节流阀的开度。
16. 根据方案9所述的发动机控制系统，还包括升压控制模块，所述升压控制模块被配置为响应于所述第一气缸内发生失火的指示调整升压装置的输出。
17. 根据方案9所述的发动机控制系统，还包括相位器控制模块，所述相位器控制模块被配置为响应于所述第一气缸内发生失火的指示调整进气阀定相。
18. 根据方案9所述的发动机控制系统，还包括火花控制模块，所述火花控制模块被配置为响应于所述第一气缸内发生失火的指示调整排气阀定相。
19. 根据方案4所述的发动机控制系统，其中：
在所述预定点火次序中所述第二气缸紧接在所述第一气缸之前；和
在所述预定点火次序中所述第三气缸紧接在所述第一气缸之后。
20. 一种用于车辆的发动机控制方法，包括：
基于扭矩请求确定用于至少启用和停用发动机的气缸的目标序列；
根据所述目标序列启用和停用发动机的气缸；
基于所述目标序列确定多个系数和偏移值；和
分别基于以下因素确定第一气缸的IMEP：
所述多个系数；
所述偏移值；和
预定曲轴位置处的多个发动机速度。
从详细描述、权利要求和附图中，本公开的其他应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
从详细描述和附图中，本公开将变得被更加全面地理解，其中：
图1是示例发动机系统的功能框图；
图2是示例发动机控制系统的功能框图；
图3是指示的平均有效压力(IMEP)模块的示例实施方式的功能框图；
图4是滤波后的发动机速度相对曲轴位置的示例曲线图；
图5是描绘确定气缸的IMEP的示例方法的流程图；和
图6是描绘指示气缸是否失火的示例方法的流程图。
在附图中，附图标记可以被重复使用来标识相似和/或相同的元件。
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扭矩。在某些情况下，发动机控制模块（ECM）可以停用发动机的一个或多个气缸。例如，ECM可以停用一个或多个气缸，以降低燃料消耗。
ECM确定发动机的气缸的目标点火分数，以实现发动机扭矩请求。目标点火分数的分子可以指示在气缸点火次序中的接下来的X数量气缸期间要启用多少个气缸(Y)，其中X是目标点火分数的分母。ECM启用和停用气缸，以实现目标点火分数。更具体地，ECM确定用于启用和停用气缸的目标序列以实现该目标序列的长度中的目标点火分数。
气缸内截留的气体组成根据气缸是启用还是停用而变化。根据本公开，ECM基于用于启用和停用气缸的目标序列来确定气缸的指示的平均有效压力(IMEP)。基于目标序列确定IMEP增加了IMEP确定的准确性。基于目标序列确定IMEP还提供了失火气缸的IMEP值与非失火气缸的IMEP之间的更好的分离。这会有助于提高诊断气缸是否失火的准确性。
现在参考图1，示出了示例发动机系统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燃烧空气/燃料混合物以基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入产生扭矩。空气通过进气系统108被吸入发动机102。进气系统108可以包括进气歧管110和节流阀112。仅举例来说，节流阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶阀。发动机控制模块(ECM)114控制节气门致动器模块116，并且节气门致动器模块116调节节流阀112的开度，以控制进入进气歧管110的气流。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的气缸。虽然发动机102包括多个气缸，但是为了说明的目的，示出了单个代表性气缸118。仅举例来说，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可以指示气缸致动器模块120在某些情况下选择性地停用气缸中的某些气缸，如下文进一步讨论的，这可以提高燃料效率。
发动机102可使用四冲程循环或另一合适的发动机循环操作。如下所述，四冲程循环的四个冲程将被称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每次绕转期间，四个冲程中的两个发生在气缸118内。因此，气缸118需要两次曲轴绕转以经历所有四个冲程。对于四冲程发动机，一个发动机循环可以对应于两次曲轴绕转。
当气缸118被启用时，在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入气缸118。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。燃料可以在中心位置或多个位置喷射到进气歧管110中，例如在气缸中的每一个的进气阀122附近。在各种实施方式中(未示出)，燃料可以直接喷射到气缸中或者喷射到与气缸相关联的混合腔室/端口中。燃料致动器模块124可以中止向停用的气缸喷射燃料。
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可以是压缩点火发动机，在这种情况下，压缩引起空气/燃料混合物的点燃。替代地，发动机102可以是火花点火发动机，在这种情况下，火花致动器模块126基于来自ECM 114的信号给气缸118中的火花塞128通电，这点燃空气/燃料混合物。某些类型的发动机，例如均质充量压缩点火(HCCI)发动机，可以执行压缩点火以及火花点火。火花的正时可以相对于活塞处于其最高位置（该位置将被称为上死点(TDC)）的时间来指定。
火花致动器模块126可以由正时信号控制，该正时信号指定在TDC之前或之后多远产生火花。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴的位置同步。火花致动器模块126可以禁止向停用的气缸提供火花或者向停用的气缸提供火花。
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。燃烧冲程可以定义为活塞到达TDC与活塞返回最底部位置（该位置将被称为下死点(BDC)）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排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统134从车辆中排放。
进气阀122可由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可由排气凸轮轴142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/或可以控制多排气缸(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/或可以控制多排气缸(包括气缸118)的排气阀(包括排气阀130)。虽然示出并已讨论了基于凸轮轴的阀致动，但是可以实施无凸轮阀致动器。虽然示出了单独的进气凸轮轴和排气凸轮轴，但是可以使用一个凸轮轴，该凸轮轴具有用于进气阀和排气阀的凸角。
气缸致动器模块120可以通过禁止进气阀122和/或排气阀130的打开以停用气缸118。进气阀122打开的时间可以通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC变化。排气阀130打开的时间可以通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC变化。相位器致动器模块158可以基于来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当实施时，可变气门升程(未示出)也可以由相位器致动器模块158控制。在各种其他实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可以由除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可以包括向进气歧管110提供加压空气的升压装置。例如，图1示出了包括涡轮160-1的涡轮增压器，涡轮160-1由流经排气系统134的废气驱动。涡轮增压器还包括压缩机160-2，压缩机160-2由涡轮160-1驱动，并且压缩引入节流阀112的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可以压缩来自节流阀112的空气，并将压缩空气递送到进气歧管110。
废气门162可允许排气绕过涡轮160，从而降低涡轮增压器的升压(进气压缩量)。ECM 114可以经由升压致动器模块164控制涡轮增压器。升压致动器模块164可以通过控制废气门162的位置以调制涡轮增压器的升压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可以由升压致动器模块164控制。涡轮增压器可以具有可变几何形状，其可以由升压致动器模块164控制。
中间冷却器(未示出)可以消散压缩空气充量中包含的一些热量，热量是在空气被压缩时产生的。尽管出于说明的目的示出为分离的，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此机械连结，将进气紧邻热排气放置。压缩空气充量可以从排气系统134的部件吸热。
发动机系统100可包括废气再循环(EGR)阀170，其选择性地将废气重定向回到进气歧管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。曲轴位置传感器180监控与曲轴一起旋转的N齿齿轮，并基于该N齿齿轮的旋转产生曲轴位置信号200。仅举例来说，曲轴位置传感器180可以包括可变磁阻(VR)传感器或另一种合适类型的曲轴位置传感器。N齿齿轮包括用于N个等距隔开的齿的空间。
每当N齿齿轮的齿(例如齿的上升或下降边沿)经过曲轴位置传感器180时，曲轴位置传感器180产生曲轴位置信号200中的脉冲。因此，曲轴位置信号200中的每个脉冲可以对应于等于360°除以N的量的曲轴的角旋转。仅举例来说，N齿齿轮可以包括用于60个等距齿(即，N=60)的空间，并因此曲轴位置信号200中的每个脉冲可以对应于大约6°的曲轴旋转。在各种实施方式中，可以省略N个齿中的一个或多个。仅举例来说，在各种实施方式中，可以省略N个齿中的两个。发动机速度可以基于使用曲轴位置传感器180测量的曲轴位置确定。
发动机冷却剂的温度可以使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内或冷却剂循环的其他位置，例如散热器(未示出)。
进气歧管110内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，可以测量发动机真空度，其是环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差值。可以使用质量空气流量(MAF)传感器186测量流入进气歧管110的空气的质量流速。在各种实施方式中，MAF传感器186可以位于还包括节流阀112的壳体中。
节流阀112的位置可以使用一个或多个节气门位置传感器190(TPS)测量。被吸入发动机102的空气的温度可以使用进气温度(IAT)传感器192测量。发动机系统100还可以包括一个或多个其他传感器193。ECM 114可以使用来自传感器的信号为发动机系统100做出控制决策。
ECM 114可以与变速器控制模块194通信，例如，以协调变速器中的换档。例如，ECM114可以在换档期间降低发动机扭矩。ECM 114可以与混合控制模块196通信，例如，以协调发动机102和电动马达198的操作。电动马达198也可以用作发电机，并且可以用于产生电能，以供车辆电气系统使用和/或存储在电池中。虽然仅示出和讨论了电动马达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和混合控制模块196的各种功能可以集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统可以被称为发动机致动器。每个发动机致动器都有一个相关的致动器值。例如，节气门致动器模块116可以被称为发动机致动器，并且节气门打开面积可以被称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调整节流阀112的叶片角度实现节气门打开面积。
火花致动器模块126也可以被称为发动机致动器，而对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以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、升压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些发动机致动器，致动器值可以分别对应于气缸启用/停用序列、燃料供给速率、进气凸轮相位器角度和排气凸轮相位器角度、升压压力和EGR阀打开面积。ECM 114可以控制致动器值，以便使发动机102产生请求的发动机输出扭矩。
现在参考图2，示出了示例发动机控制系统的功能框图。扭矩请求模块204基于一个或多个驾驶员输入212确定发动机102的扭矩请求208。驾驶员输入212可以包括例如加速踏板位置、制动踏板位置、巡航控制输入和/或一个或多个其他合适的驾驶员输入。扭矩请求模块204可以附加地或替代地基于一个或多个其他扭矩请求确定扭矩请求208，一个或多个其他扭矩请求例如为由ECM 114生成的扭矩请求和/或从车辆的其他模块例如变速器控制模块194、混合控制模块196、底盘控制模块等接收的扭矩请求。
基于扭矩请求208和/或一个或多个其他参数控制一个或多个发动机致动器。例如，节气门控制模块216可以基于扭矩请求208确定目标节气门开度220。节气门致动器模块116可以基于目标节气门开度220调整节流阀112的开度。
火花控制模块224基于扭矩请求208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产生火花。燃料控制模块232基于扭矩请求208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可以包括燃料喷射量、用于喷射该量的燃料喷射次数以及每次喷射的正时。燃料致动器模块124基于目标燃料供给参数236喷射燃料。
相位器控制模块237基于扭矩请求208确定目标进气凸轮相位器角度238和排气凸轮相位器角度239。相位器致动器模块158可以分别基于目标进气凸轮相位器角度238和排气凸轮相位器角度239调节进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。升压控制模块240可以基于扭矩请求208确定目标升压242。升压致动器模块164可以基于目标升压242控制（多个）升压装置输出的升压。
气缸控制模块244为气缸的预定点火次序中的下一个气缸(“所述下一个气缸”)生成启用/停用命令248。启用/停用命令248指示所述下一个气缸应该被启用还是被停用。仅举例来说，当所述下一个气缸应该被启用时，气缸控制模块244可以将启用/停用命令248设置为第一状态(例如，1)，并且当所述下一个气缸应该被停用时，将启用/停用命令248设置为第二状态(例如，0)。虽然启用/停用命令248是并且将被讨论为针对预定点火次序中的下一个气缸生成的，但是启用/停用命令248可以针对预定点火次序中紧接在所述下一个气缸之后的第二气缸、预定点火次序中紧接在第二气缸之后的第三气缸或者预定点火次序中紧接在所述下一气缸之后的另一个气缸生成。
当启用/停用命令248指示所述下一个气缸应该被停用时，气缸致动器模块120停用所述下一个气缸的进气阀和排气阀。当启用/停用命令248指示所述下一个气缸应该被启用时，气缸致动器模块120允许打开和关闭所述下一个气缸的进气阀和排气阀。
当启用/停用命令248指示所述下一个气缸应该被停用时，燃料控制模块232中止对所述下一个气缸的燃料供给。当启用/停用命令248指示所述下一个气缸应该被启用时，燃料控制模块232设置目标燃料供给参数236以向所述下一个气缸提供燃料。当启用/停用命令248指示所述下一个气缸应该被启用时，火花控制模块224可以向所述下一个气缸提供火花。当启用/停用命令248指示所述下一个气缸应该被停用时，火花控制模块224可以向所述下一个气缸提供或中止火花。气缸停用与燃料切断(例如减速燃料切断)的不同之处在于，在燃料切断期间中止燃料供给的气缸的进气阀和排气阀在燃料切断期间仍然可以打开和关闭，而当这些气缸被停用时，气缸的进气阀和排气阀保持关闭。
气缸控制模块244可以基于目标点火序列生成启用/停用命令248。气缸控制模块244可以确定目标点火序列以实现目标点火分数。目标点火分数的分子对应于在气缸的预定点火次序中出自接下来的N个气缸中要被启用的气缸的目标数量(M)，并且N是目标点火分数的分母。例如，目标点火分数5/8指示在预定点火次序中的接下来的8个气缸中的5个应该被启用。在这个示例中，预定点火次序中的接下来的8个气缸中的3个应该因此被停用。目标点火分数0对应于发动机102的所有气缸被停用(和0个被启用)，而目标点火分数1对应于发动机102的所有气缸被启用(和0个被停用)。
气缸控制模块244可以基于扭矩请求208、滤波后的发动机速度252和变速器的当前传动比256确定目标点火分数。例如，气缸控制模块244可以使用将扭矩请求、发动机速度和传动比与目标点火分数相关联的函数和映射之一确定目标点火分数。滤波后的发动机速度252可以如下文进一步讨论的那样确定。变速器控制模块194控制在变速器内哪个传动比接合，并且可以提供当前传动比256。
气缸控制模块244可以选择一个或多个可能序列之一作为目标点火序列。可能序列包括启用和停用气缸以实现目标点火分数的可能序列。目标点火分数的每个可能值的可能序列可以在校准期间被识别，并存储在例如存储器中。气缸控制模块244确定为目标点火分数存储的可能序列。
给定目标点火分数的可能序列中的每一个包括用于启用和停用气缸以实现该目标点火分数的多个条目的序列。例如，实现目标点火分数5/8的可能序列序可以是
其中1指示启用的气缸，并且0指示停用的气缸。用于实现目标点火分数5/8的其他可能序列包括但不限于：
对于每个可能的目标点火分数，可以存储多个可能序列。仅可存储1个可能序列的例外包括0和1的目标点火分数，其中0个气缸被启用和所有气缸都被启用。虽然提供了8个气缸序列的示例，但是可以使用更长或更短的序列。气缸控制模块244选择可能序列之一作为目标点火序列。
位置模块260基于曲轴位置信号200和N齿齿轮的齿之间的距离确定(瞬时)曲轴位置262。例如，每次在曲轴位置信号200中检测到脉冲时，位置模块260可以通过将当前齿与前一齿之间的旋转距离加到瞬时曲轴位置的前一值更新瞬时曲轴位置。齿之间的旋转距离可以是预定的固定值或者可以被学习。
发动机速度模块264基于曲轴位置262确定(瞬时)发动机速度268。例如，每次更新曲轴位置262时，发动机速度模块264可以基于或等于曲轴位置262的变化除以当前时间与曲轴位置262被更新的上次时间之间的时间段设置发动机速度268。换句话说，发动机速度模块264可以基于或等于曲轴位置262随时间的变化设置发动机速度268。
滤波器模块272对发动机速度268应用滤波，以产生滤波后的发动机速度252。该滤波器可以是例如卡尔曼基滤波器（Kalman based filter）、切比雪夫基滤波器（Chebyshevbased filter）、基于巴特沃斯II型的滤波器（Butterworth type II based filter）或另一种合适类型的滤波器。
气缸内的气体组成根据气缸是启用还是停用而变化。当估计气缸的指示的平均有效压力(IMEP)时，应考虑气缸内的气体组成。
根据本公开，IMEP模块276基于气缸前最后一个气缸(在预定点火次序中)的压缩和膨胀冲程期间预定曲轴位置处的滤波后的发动机速度、气缸的压缩和膨胀冲程期间预定曲轴位置处的滤波后的发动机速度以及该气缸之后的下一个气缸(在预定点火次序中)的压缩和膨胀冲程期间预定曲轴位置处的滤波后的发动机速度确定气缸的IMEP值280。IMEP模块276进一步基于气缸、最后一个气缸和所述下一个气缸是被启用还是被停用确定气缸的IMEP值280。这提高了IMEP 280的准确性，并为准确的发动机失火检测提供了分离。当曲轴旋转时，IMEP模块276分别确定气缸的IMEP。
图3是IMEP模块276的示例实施方式的功能框图。动能模块304基于预定曲轴位置处的滤波后的发动机速度252的值确定动能值308。动能模块304监控曲轴位置262，并且当曲轴位置262分别达到预定曲轴位置时，使用滤波后的发动机速度252的值。
动能模块304确定每个气缸的每个膨胀冲程的动能值和每个气缸的每个压缩冲程的动能值。动能值308与动能成比例，并经由系数312转换成压力，系数312和偏移值316将在下面进一步讨论。
动能模块304基于在气缸膨胀冲程期间第一预定曲轴位置处的滤波后的发动机速度252的第一值(
其中KEE是气缸膨胀冲程的动能值，
动能模块304基于在气缸压缩冲程期间第三预定曲轴位置处的滤波后的发动机速度252的第三值(
其中KEC是气缸压缩冲程的动能值，
图4示出了滤波后的发动机速度404相对曲轴位置408的示例曲线图。迹线412跟踪滤波后的发动机速度252。416和420对应于在气缸的预定点火次序中第一气缸的膨胀冲程期间第一预定曲轴位置和第二预定曲轴位置的示例。424和428对应于在第二气缸的压缩冲程期间第三预定曲轴位置和第四预定曲轴位置的示例，该第二气缸在预定点火次序中是在第一气缸之后的下一个。
432和436对应于第二气缸膨胀冲程期间第一预定曲轴位置和第二预定曲轴位置的示例。440和444对应于在第三气缸的压缩冲程期间第三预定曲轴位置和第四预定曲轴位置的示例，该第三气缸在预定点火次序中是在第二气缸之后的下一个。
回到图3，IMEP(指示的平均有效压力)确定模块320确定每个气缸的IMEP值280。IMEP确定模块320基于第一气缸的膨胀冲程的动能值308、第一气缸的压缩冲程的动能值308、在气缸的预定点火次序中紧接在第一气缸之前的第二气缸的压缩冲程的动能值308、第二气缸的膨胀冲程的动能值308、在预定点火次序中紧接在第一气缸之后的第三气缸的膨胀冲程的动能值308、第三气缸的压缩冲程的动能值308、系数312和偏移值316确定第一气缸的IMEP值280。IMEP确定模块320使用查找表和将KE值、系数和偏移值与IMEP值相关联的方程式中的至少一个确定气缸的IMEP值280。例如，IMEP确定模块320可以使用以下方程式设置第一气缸的IMEP值280：
其中IMEP1是第一气缸的IMEP值280，KEE2是第二气缸(其在预定点火次序中紧接第一气缸之前)的膨胀冲程的动能值308，KEC2是第二气缸的压缩冲程的动能值308，KEE1是第一气缸的膨胀冲程的动能值308， KEC1是第一气缸的压缩冲程的动能值308，KEE3是第三气缸(其在预定点火次序中紧接第一气缸之后)的膨胀冲程的动能值308，KEC3是第三气缸的压缩冲程的动能值308，v、u、t、s、r和q是系数312，并且p是偏移值316。 上述方程可以用矩阵形式重写如下。
值模块328基于目标点火序列250、滤波后的发动机速度252和发动机负载332确定系数312(值)和偏移值316。基于目标点火序列250确定系数312和偏移值316确保气缸的IMEP值280的确定是基于气缸是被启用还是被停用，在预定点火次序中紧接在该气缸之前的气缸是被启用还是被停用，以及是在预定点火次序中紧接在该气缸之后的气缸被启用还是被停用。
值模块328例如使用查找表确定系数312和偏移值316，该查找表将目标点火序列、发动机速度和发动机负载相关联，以设置每个包括的系数和偏移值。发动机负载332可以例如基于使用MAF传感器186测量的当前MAF与发动机102的最大MAF的比率确定(例如，通过发动机负载模块)。
回到图2，失火模块284分别基于气缸的IMEP值280指示每个启用的气缸是否失火。失火模块284可以确定启用的气缸失火，例如，当该启用的气缸的IMEP值280小于预定值时。预定值是可校准的，并且可以大于零。当启用的气缸的IMEP值280大于预定值时，失火模块284可以确定启用的气缸没有失火。
失火模块284使用失火信号288指示气缸是否失火。例如，当气缸失火时，失火模块284可以将失火信号288设置为第一状态。当气缸没有失火或被停用时，失火模块284可以将失火信号288设置为第二状态。
当一个或多个气缸失火时，可以采取一个或多个补救措施。例如，当气缸失火时，火花控制模块224可以调整气缸的火花正时。故障模块292可以诊断失火故障的存在，例如，当Y个启用的气缸中的至少X个失火时，其中X是大于零的整数，并且Y是大于零且大于或等于X的整数。当诊断出失火故障时，故障模块292可以在存储器中存储预定的诊断故障码(DTC)。当诊断出失火故障时，故障模块292可以点亮故障指示灯（MIL）296。
可以基于IMEP值280调整一个或多个发动机致动器。例如，燃料控制模块232可以基于IMEP值280中的一个或多个调整燃料供给。升压控制模块240可以基于IMEP值280中的一个或多个调整升压。节气门控制模块216可以基于IMEP值280中的一个或多个调整节流阀112的开度。火花控制模块224可以基于IMEP值280中的一个或多个调整火花正时。相位器控制模块237可以基于IMEP值280中的一个或多个调整进气和/或排气阀定相。
图5是描绘确定第一气缸的IMEP值280的示例方法的流程图。当曲轴位置262到达预定位置时，动能模块304连续确定动能值308。
在504，IMEP确定模块320获得第二气缸(其在预定点火次序中紧接在第一气缸之前)的膨胀冲程的动能值308、第二气缸的压缩冲程的动能值308、第一气缸的膨胀冲程的动能值308、第一气缸的压缩冲程的动能值308，第三气缸 (在预定点火次序中紧接在第一气缸之后)的膨胀冲程的动能值308，以及第三气缸的压缩冲程的动能值308。
在508，值模块328确定用于控制第一气缸、第二气缸和第三气缸的启用和停用的目标点火序列250。值模块328基于目标点火序列250(共同地)确定偏移值316和系数312。在各种实施方式中，可以使用第一气缸、第二气缸和第三气缸是被启用还是被停用的指示器代替目标点火序列250。
在512，IMEP确定模块320基于第二气缸(其在预定点火次序中紧接在第一气缸之前)的膨胀冲程的动能值308、第二气缸的压缩冲程的动能值308、第一气缸的膨胀冲程的动能值308、第一气缸的压缩冲程的动能值308，第三气缸(其在预定点火次序中紧接在第一气缸之后)的膨胀冲程的动能值308、第三气缸的压缩冲程的动能值308、系数312和偏移值316确定第一气缸的IMEP。例如，IMEP确定模块320可以使用以下方程式设置第一气缸的IMEP值280：
其中IMEP1是第一气缸的IMEP值280，KEE2是第二气缸(其在预定点火次序中紧接在第一气缸之前)的膨胀冲程的动能值308，KEC2是第二气缸的压缩冲程的动能值308，KEE1是第一气缸的膨胀冲程的动能值308， KEC1是第一气缸的压缩冲程的动能值308，KEE3是第三气缸(其在预定点火次序中紧接在第一气缸之后)的膨胀冲程的动能值308，KEC3是第三气缸的压缩冲程的动能值308，v、u、t、s、r和q是系数312，并且p是偏移值316。
虽然控制被示为在512之后结束，但是控制可以返回到504以确定预定点火次序中下一个气缸的IMEP值280。在该示例中，第三气缸在预定点火次序中紧接在第一气缸之后。
图6是描绘指示气缸是否失火的示例方法的流程图。控制从604开始，其中失火模块284接收如上所述确定的气缸的IMEP值280。在608，失火模块284可以确定气缸是否被启用。如果608为假，则控制可以结束。替代地，控制可以继续到616。如果608为真，控制继续到612。
在612，失火模块确定气缸的IMEP值280是否大于预定值。如果612为真，则失火模块284在616指示气缸内没有发生失火。如果612为假，则失火模块284在620指示在气缸内发生失火。虽然控制被示为结束，但是控制可以返回604以确定并指示在预定点火次序中的下一个气缸内是否发生失火。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，而决不是为了限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本公开包括特定的示例，但是本公开的真实范围不应如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将变得显而易见。应当理解，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管以上将实施例中的每一个实施例描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在其他实施例中的任何实施例的特征中实施和/或与其他实施例中的任何实施例的特征组合，即使该组合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。
元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系使用各种术语来描述，这些术语包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“邻近”、“在顶部上”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确描述为“直接”，否则当在上述公开中描述第一元件与第二元件之间的关系时，该关系可以是第一元件与第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但是也可以是第一元件与第二元件之间(空间上或功能上)存在一个或多个中间元件的间接关系。如这里所使用的，短语“A、B和C中至少一个”应该被解释为使用非排他性逻辑“或”来表示逻辑(A或B或C)，并且不应该被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在图中，箭头头部所指的箭头方向通常展示了图示感兴趣的信息流(例如数据或指令)。例如，当元素A和元素B交换各种信息，但是从元素A传输到元素B的信息与图示相关时，箭头可以从元素A指向元素B。该单向箭头并不意味着没有其他信息从元素B传输到元素A。此外，对于从元素A发送到元素B的信息，元素B可以向元素A发送对该信息的请求或接收确认。
在本申请中，包括以下定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以是下列部件的一部分，或者包括下列部件：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、专用或组);存储由处理器电路执行的代码的存储电路(共享、专用或组)；提供所描述功能的其他合适的硬件部件；或者上述部件的某些或全部的组合，例如在片上系统中。
该模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另一个示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户模块完成一些功能。
如上所使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微码，并且可以指程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包括执行来自多个模块的某些或全部代码的单个处理器电路。术语组处理器电路包括处理器电路，该处理器电路与附加的处理器电路相结合，执行来自一个或多个模块的一些或全部代码。对多个处理器电路的引用包括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芯、单个处理器电路的多个线程或者以上的组合。术语共享存储电路包括存储来自多个模块的部分或全部代码的单个存储电路。术语组存储电路包括存储电路，该存储电路与附加存储器相结合，存储来自一个或多个模块的一些或全部代码。
术语存储电路是术语计算机可读介质的子集。这里使用的术语计算机可读介质不包括通过介质(例如在载波上)传播的暂时性电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性有形的计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储电路或掩模只读存储电路)、易失性存储电路(例如静态随机存取存储电路或动态随机存取存储电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以部分或全部由专用计算机实施，该专用计算机通过配置通用计算机来执行计算机程序中包含的一个或多个特定功能而创建。上述功能块、流程图部件和其他元件用作软件规范，其可以通过熟练技术人员或程序员的日常工作翻译成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形的计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括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设备交互的设备驱动程序、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，例如HTML (超文本标记语言)、XML (可扩展标记语言)或JSON (JavaScript对象符号)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码，等等。仅作为示例，源代码可以使用来自以下语言的语法编写：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5(超文本标记语言第五版)、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP (PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®。
