專利名稱：使用離子感測反饋和多撞擊火花來管理高稀釋和稀空燃比的燃燒控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及控制內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)和方法，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)每個汽缸具有至少一個 火花塞且具有離子化信號感測反饋以便管理高稀釋和稀空氣/燃料比。
背景技術(shù)：
制造商不斷地使用更復(fù)雜的感測和處理硬件和軟件來改進(jìn)對內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的控制 從而增強(qiáng)燃料的經(jīng)濟(jì)性和性能同時(shí)減少排放。為了改進(jìn)對燃燒過程的控制，離子化信號感 測(或離子感測)使用在燃燒室內(nèi)設(shè)置的傳感器兩端所施加的偏壓電壓來生成指示燃燒質(zhì) 量和定時(shí)的信號。對于火花點(diǎn)火的發(fā)動機(jī)，一個或更多個火花塞可用作離子傳感器，其中偏 壓電壓被施加在火花塞空氣間隙的兩端，或施加在火花塞電極和汽缸壁之間。研究了增加功率密度和縮小發(fā)動機(jī)尺寸的不同策略，即提供更小、更輕發(fā)動 機(jī)且其功率等于或大于更傳統(tǒng)的更大和更重的發(fā)動機(jī)。例如，渦輪增壓或增壓發(fā)動機(jī) (supercharged engine)上稀空氣/燃料比操作和冷卻的外部排氣再循環(huán)(EGR)可用來增 加功率密度。通常，這些較小的發(fā)動機(jī)工作在更高的負(fù)載，其中泵送損耗被減小從而進(jìn)一步 改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性。然而，供應(yīng)到發(fā)動機(jī)汽缸的具有高度稀釋和稀空氣/燃料比的可燃混合 物更難于點(diǎn)燃且更難于實(shí)現(xiàn)完全燃燒。以前的策略包括利用較大火花塞間隙、增加點(diǎn)火線 圈輸出和/或多次點(diǎn)火來增加點(diǎn)火能量。雖然這些方法可能適用于某些應(yīng)用，但增加的點(diǎn) 火能量也可能導(dǎo)致過早的火花塞磨損以及間隙腐蝕，從而導(dǎo)致相關(guān)的燃燒性能劣化，這可 能不利地影響燃料效率、可駕駛性和/或燃料氣排放。

發(fā)明內(nèi)容
操作每個汽缸具有至少一個火花塞的多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)和方法包括在調(diào) 節(jié)汽缸的進(jìn)料稀釋度之前調(diào)節(jié)所述至少一個火花塞的點(diǎn)火能量，并且通過基本同時(shí)調(diào)節(jié)點(diǎn) 火能量和進(jìn)料稀釋度以便在與汽缸關(guān)聯(lián)的離子化感測信號指示不點(diǎn)火/不點(diǎn)火(misfire) 時(shí)建立燃燒，來試圖改善燃燒質(zhì)量。在一個實(shí)施例中，多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中每個汽缸包括與控制器通信的至少一個火 花塞?？刂破鞲鶕?jù)當(dāng)前操作和/或環(huán)境條件/模式來確定初始點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度，并 分析離子化感測反饋信號從而確定所選汽缸是否不點(diǎn)火或是否具有所需燃燒質(zhì)量。如果離 子化感測信號指示不點(diǎn)火，則基本同時(shí)調(diào)整點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度直到實(shí)現(xiàn)燃燒。如果燃 燒是由離子化感測信號所指示的，則控制器首先調(diào)節(jié)汽缸的點(diǎn)火能量以便改善燃燒，且如 果沒有獲得所需燃燒質(zhì)量，則通過調(diào)節(jié)進(jìn)料稀釋度來改善燃燒質(zhì)量。在單個燃燒周期中，可 以通過增加點(diǎn)火線圈能量或重復(fù)點(diǎn)火至少一個火花塞來調(diào)節(jié)點(diǎn)火能量?？赏ㄟ^例如改變內(nèi) 部或外部排氣再循環(huán)的量、增加燃料或減少空氣來調(diào)節(jié)進(jìn)料稀釋度。在又一個方面，提供了控制多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法。該方法包括控制進(jìn)料稀釋 度和點(diǎn)火能量，從而僅在點(diǎn)火能量調(diào)整不能導(dǎo)致所需燃燒質(zhì)量時(shí)，通過首先調(diào)整點(diǎn)火能量并調(diào)整進(jìn)料稀釋度來實(shí)現(xiàn)所需燃燒質(zhì)量。在一個實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括如果與所選 汽缸關(guān)聯(lián)的離子化感測信號指示不點(diǎn)火，則基本同時(shí)減小進(jìn)料稀釋度并增加點(diǎn)火能量。在 另一個實(shí)施例中，調(diào)整點(diǎn)火能量包括調(diào)整每個燃燒周期中火花的數(shù)目，且其中調(diào)整進(jìn)料稀 釋度包括調(diào)整供應(yīng)到所選汽缸的再循環(huán)排氣的量，其中調(diào)整再循環(huán)排氣的量包括調(diào)整閥門 定時(shí)從而控制內(nèi)部排氣再循環(huán)或致動排氣再循環(huán)閥門。本公開包括具有各種優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法使用離子化感測 反饋以便更精確地控制單個汽缸內(nèi)的燃燒，從而通過適當(dāng)管理點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度來控 制燃燒質(zhì)量，進(jìn)而管理燃料經(jīng)濟(jì)性、性能和排放。有效的燃燒管理促進(jìn)發(fā)動機(jī)尺寸減小，且 以較小的發(fā)動機(jī)來提供類似于以更傳統(tǒng)的控制策略來控制的較大發(fā)動機(jī)的功率。上面和其他優(yōu)點(diǎn)及特征易于從下面結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中看出。


圖1是按照本公開一個實(shí)施例的方框圖，其示出基于離子化感測反饋使用點(diǎn)火能 量和進(jìn)料稀釋度來控制燃燒質(zhì)量的系統(tǒng)和方法的操作；圖2-4是按照本公開的實(shí)施例的離子化感測信號，該離子化感測信號被用來確定 燃燒質(zhì)量并檢測不點(diǎn)火以便隨后調(diào)整點(diǎn)火能量和/或稀釋度；以及圖5是按照本公開的實(shí)施例的流程圖，其示出控制點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度從而實(shí) 現(xiàn)所需燃燒質(zhì)量的系統(tǒng)和方法的操作。
具體實(shí)施例方式如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的那樣，參考任一附圖所示和說明的實(shí)施例的各種 特征可與一個或更多個其他附圖中所示的特征相結(jié)合，從而產(chǎn)生這里沒有明確示出或說明 的實(shí)施例。所示特征的組合提供典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。然而，與本公開教導(dǎo)一致的各 種特征組合和改型可能是特定應(yīng)用或?qū)嵤┓绞剿璧?。用于說明的代表性實(shí)施例一般涉及 每個汽缸具有至少一個火花塞的多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，該火花塞也用作離子化傳感器。然而， 本公開的教導(dǎo)也被用于具有獨(dú)立離子化傳感器的應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識到具有其他 發(fā)動機(jī)/車輛技術(shù)的類似應(yīng)用和實(shí)施方式。系統(tǒng)10包括具有多個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，汽缸由汽缸12代表，每個汽缸具有相應(yīng) 燃燒室14。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，系統(tǒng)10包括實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)控制的各種傳感器和致動器。 單個傳感器或致動器可被提供給發(fā)動機(jī)，或者可為每個汽缸12提供一個或更多個傳感器 或致動器，其中示出并說明了代表性致動器或傳感器。例如，每個汽缸12可包括為多汽缸 發(fā)動機(jī)中每個汽缸操作進(jìn)氣閥16和排氣閥18的四個致動器。然而，發(fā)動機(jī)可僅包括單個 發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度傳感器20。有時(shí)稱為發(fā)動機(jī)控制模塊(ECM)、動力系統(tǒng)控制模塊(PCM)或車輛控制模塊(VCM) 的控制器22具有作為中央處理單元(CPU) —部分的微處理器24，其與存儲器管理單元 (MMU) 25通信。MMU25控制各個計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)之間的數(shù)據(jù)移動并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU24 和從CPU 24傳輸出數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)優(yōu)選包括易失性和非易失性存儲，例如只讀 存儲器(ROM) 26、隨機(jī)存取存儲器(RAM) 28和?；畲鎯ζ?KAM) 30。KAM 30可用來在CPU 24斷電時(shí)存儲各種操作變量。可使用任何數(shù)目的已知存儲器設(shè)備來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述已知存儲器例如PROM(可編程只讀存儲器)、EPROM(電可編程只讀存儲器)、 EEPROM(電可擦寫只讀存儲器)、閃存或任何其他能夠存儲數(shù)據(jù)的電、磁、光存儲器及其組 合，某些數(shù)據(jù)表示可執(zhí)行指令，其被CPU 24用來控制發(fā)動機(jī)或在其中安裝有發(fā)動機(jī)的車 輛。計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)也可包括軟盤、CD-ROM、硬盤等等。某些控制器架構(gòu)不含MMU 25。 如果不用MMU 25 JlJCPU 24管理數(shù)據(jù)并直接連接到ROM 26,RAM 28和KAM 30。當(dāng)然，根據(jù) 具體應(yīng)用，也可使用一個以上的CPU 24來提供發(fā)動機(jī)控制，且控制器22可包含耦合到MMU 25 或 CPU 24 的多個 ROM 26、RAM 28 和 KAM 30。
在一個實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)包括存儲的數(shù)據(jù)或代碼，該數(shù)據(jù)或代碼表 示控制器22可執(zhí)行從而控制每個汽缸具有至少一個火花塞的多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的指令。 代碼包括如下指令，即所述指令在點(diǎn)火能量的改變不能導(dǎo)致所需燃燒質(zhì)量時(shí)試圖在調(diào)節(jié)汽 缸的進(jìn)料稀釋度之前通過調(diào)節(jié)至少一個火花塞點(diǎn)火能量，從而改善如與所選汽缸關(guān)聯(lián)的離 子化感測信號所確定的燃燒質(zhì)量，如這里更詳細(xì)地說明。代碼也可包括如果與汽缸關(guān)聯(lián)的 離子化感測信號指示不點(diǎn)火則基本同時(shí)調(diào)整點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度從而建立燃燒的指令。系統(tǒng)10包括至少部分由為功率控制器22提供通常為12V或24V的標(biāo)稱電壓Vbat 的電池116供電的電氣系統(tǒng)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，標(biāo)稱電壓是具有實(shí)際穩(wěn)態(tài)和 瞬間電壓的平均設(shè)計(jì)電壓，其由電池響應(yīng)不同環(huán)境和操作條件的變化而提供，其中環(huán)境和 操作條件可以包括例如使用年限、溫度、充電狀態(tài)和電池負(fù)載。如本領(lǐng)域所公知的，各種發(fā) 動機(jī)/車輛附件的功率可由交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)在發(fā)動機(jī)工作過程中補(bǔ)充。高壓電源120 可使用直接注入和/或?yàn)殡x子電流感測提供偏壓而被提供于應(yīng)用中?？商鎿Q地，離子感測 電路可被用于使用點(diǎn)火線圈和/或電容性放電電路來發(fā)生偏壓，如本領(lǐng)域已知的那樣。在具有獨(dú)立高壓電源的應(yīng)用中，電源120產(chǎn)生相對標(biāo)稱電池電壓提升的標(biāo)稱電壓 Vboost且例如根據(jù)特定的應(yīng)用和實(shí)施方式可在85V-100V之間。電源120可用來驅(qū)動燃料噴 射器80和一個或更多個離子化傳感器，該離子化傳感器可由火花塞86、88實(shí)現(xiàn)。如圖1中 實(shí)施例所示，高壓電源120可集成于控制模塊22。可替換地，如果需要可提供外部高壓電 源。雖然在圖1中示為單個功能塊，不過某些應(yīng)用可具有多個內(nèi)部或外部高壓電源120，其 中每個高壓電源均服務(wù)于例如與一個或更多個汽缸或汽缸組相關(guān)聯(lián)的元件。CPU 24經(jīng)輸入/輸出(I/O)接口 32與實(shí)現(xiàn)汽缸14內(nèi)燃燒的各個傳感器和致動 器通信。接口 32可被實(shí)現(xiàn)為單個集成接口，該單個集成接口提供各種原始數(shù)據(jù)或者信號調(diào) 節(jié)、處理和/或轉(zhuǎn)換、短路保護(hù)等等?？商鎿Q地，一個或更多個專用硬件或固件芯片可用于 在供應(yīng)到CPU 24之前調(diào)節(jié)和處理具體信號?？山?jīng)I/O接口 32在CPU 24控制下被致動的項(xiàng) 目例子是燃料噴射定時(shí)、燃料噴射速率、燃料噴射持續(xù)時(shí)間、節(jié)流閥位置、火花塞點(diǎn)火定時(shí)、 離子化電流感測和調(diào)節(jié)、進(jìn)料運(yùn)動控制、閥門定時(shí)、排氣再循環(huán)等等。經(jīng)I/O接口 32通信輸 入的傳感器可指示例如活塞位置、發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、車輛速度、冷卻劑溫度、進(jìn)氣歧管壓力、 加速器踏板位置、節(jié)流閥位置、空氣溫度、排氣溫度、排氣的空燃比、排氣成分濃度和氣流。在操作中，空氣通過進(jìn)氣口 34并經(jīng)進(jìn)氣歧管分布到多個汽缸，由標(biāo)識號36指示出 進(jìn)氣歧管。系統(tǒng)10優(yōu)選包括質(zhì)量流量傳感器38，該傳感器38提供相應(yīng)信號(MAF)給控制 器22以指示空氣的質(zhì)量流量。節(jié)流閥40可用來調(diào)節(jié)經(jīng)過進(jìn)氣口 34的氣流。優(yōu)選基于由 控制器22所產(chǎn)生的相應(yīng)節(jié)流閥位置信號由適當(dāng)致動器42電子地控制節(jié)流閥40。可響應(yīng)相 應(yīng)發(fā)動機(jī)輸出或由操作員經(jīng)油門踏板46所指示的所需扭矩而生成節(jié)流閥位置信號。節(jié)流閥位置傳感器48提供反饋信號(TP)給控制器22以指示節(jié)流閥40的實(shí)際位置從而實(shí)現(xiàn)對 節(jié)流閥40的閉環(huán)控制。節(jié)流閥40也可被控制成通過增加或減小供應(yīng)給汽缸的氣流量來調(diào) 節(jié)進(jìn)料稀釋度。假定燃料供應(yīng)、EGR流(如果有的話)和閥門定時(shí)參數(shù)均保持不變，則額外 的氣流將導(dǎo)致增加的稀釋度或更低/更稀的燃料/空氣比，然而減少氣流將導(dǎo)致減小的稀 釋度或更富集的燃料/空氣比。也可由各種環(huán)境條件來影響進(jìn)料稀釋度，所述環(huán)境條件包 括進(jìn)入空氣的溫度和相對濕度，如這里更詳細(xì)的說明。歧管絕對壓力傳感器50被用來將指示歧管壓力的信號(MAP)提供給控制器22。 經(jīng)過進(jìn)氣歧管36的空氣通過適當(dāng)控制一個或更多個進(jìn)氣閥16而進(jìn)入燃燒室14?？墒褂?電磁閥致動器以提供可變閥門定時(shí)(VVT)，使用可變凸輪定時(shí)(VCT)設(shè)備以控制進(jìn)氣和/ 或排氣閥定時(shí)，或使用傳統(tǒng)凸輪軸結(jié)構(gòu)(通常由標(biāo)識號52指示)，從而控制進(jìn)氣閥16和/ 或排氣閥18。根據(jù)所采用的具體技術(shù)，可通過例如控制進(jìn)氣和/或排氣閥定時(shí)來控制內(nèi)部 和/或外部EGR或控制進(jìn)氣氣流，進(jìn)而調(diào)整進(jìn)料稀釋度。在圖1所示的實(shí)施例中，凸輪軸結(jié) 構(gòu)52包括凸輪軸54，該凸輪軸54每一個燃燒或發(fā)動機(jī)周期完成一轉(zhuǎn)，對于四沖程發(fā)動機(jī) 而言，一個周期需要曲軸56轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，這樣凸輪軸54以曲軸56的半速旋轉(zhuǎn)。凸輪軸54的旋 轉(zhuǎn)(或可變凸輪定時(shí)或無凸輪VVT發(fā)動機(jī)應(yīng)用中的控制器22)控制一個或更多個排氣閥18 從而經(jīng)排氣歧管排放燃燒的空氣/燃料混合物。排氣的一部分可被排氣再循環(huán)(EGR)閥門 72經(jīng)EGR線路74再引導(dǎo)到進(jìn)氣口 36。根據(jù)具體應(yīng)用和實(shí)施方式，在升壓應(yīng)用中外部再循 環(huán)排氣可流經(jīng)EGR冷卻器(未示出)并被實(shí)現(xiàn)為高壓和/或低壓EGR。EGR閥門72可由控 制器22控制從而根據(jù)當(dāng)前操作和環(huán)境條件來控制EGR的量，從而調(diào)節(jié)進(jìn)料稀釋度并獲得所 需燃燒質(zhì)量，如這里更詳細(xì)的說明。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常所理解的那樣，內(nèi)部EGR(或殘余質(zhì)量部分)是指從前 面燃燒事件中保持在燃燒室內(nèi)并對空氣/燃料進(jìn)料的稀釋度有貢獻(xiàn)的殘余氣體?？赏ㄟ^調(diào) 節(jié)發(fā)動機(jī)(具有調(diào)節(jié)進(jìn)氣和/或排氣閥門的打開/閉合定時(shí)的能力)內(nèi)進(jìn)氣和/或排氣閥 的打開/閉合定時(shí)來控制內(nèi)部EGR的量。相反，外部EGR指離開燃燒室并被返回到進(jìn)氣口以 用于后續(xù)燃燒事件的排氣。可由相應(yīng)EGR閥門72來控制外部EGR的量從而調(diào)節(jié)進(jìn)料稀釋 度。因?yàn)橥獠縀GR通常被提供給進(jìn)氣歧管，所以外部EGR影響所有汽缸的進(jìn)料稀釋度。然 而，各種發(fā)動機(jī)可具有控制進(jìn)氣/排氣閥定時(shí)從而基于單個汽缸控制外部EGR的能力。由傳感器58所提供的信號可以確定凸輪軸的旋轉(zhuǎn)位置。汽缸識別傳感器58可包 括隨凸輪軸54旋轉(zhuǎn)的單齒或多齒傳感器輪，該傳感器輪的旋轉(zhuǎn)由Hall (霍爾)效應(yīng)或可變 磁阻傳感器檢測。例如，汽缸識別傳感器58可用于確定地識別汽缸12內(nèi)指定活塞64的位 置，以便用于確定燃料供給、點(diǎn)火定時(shí)或離子感測。用于控制發(fā)動機(jī)的額外的旋轉(zhuǎn)位置信息是由曲軸位置傳感器66提供的，該曲軸 位置傳感器66包括齒輪68和相關(guān)聯(lián)的傳感器70。排氣氧氣傳感器提供信號(EGO)給控制器22以指示排氣是否是稀或富的化學(xué)計(jì) 量比。根據(jù)具體應(yīng)用，可通過HEGO傳感器或提供對應(yīng)于富或稀條件的雙態(tài)信號的類似設(shè) 備，來實(shí)現(xiàn)傳感器62。可替換地，可通過UEGO傳感器或提供與排氣給氣的化學(xué)計(jì)量比成比 例的信號的其他設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)傳感器62。例如，該信號可用來調(diào)整空氣/燃料比，或控制一 個或更多個汽缸的操作模式。排氣給氣在被排到大氣之前通過排氣歧管和一個或更多個排 放控制或處理設(shè)備90。
燃料輸送系統(tǒng)包括燃料箱100，該燃料箱100具有向公共燃料導(dǎo)軌112供應(yīng)燃料的 燃料泵110，該公共燃料導(dǎo)軌112將加壓的燃料提供給噴射器80。在某些直接噴射應(yīng)用中， 凸輪軸驅(qū)動的高壓燃料泵(未示出)可與低壓燃料泵110結(jié)合從而在燃料導(dǎo)軌112內(nèi)提供 所需燃料壓力?？赏ㄟ^來自控制器22的相應(yīng)信號將燃料壓力控制在預(yù)定操作范圍內(nèi)。在 圖1所示的代表性實(shí)施例中，燃料噴射器80被側(cè)安裝在燃燒室14的進(jìn)氣側(cè)，通常在進(jìn)氣閥 16之間，并響應(yīng)來自控制器22由驅(qū)動器82所處理的命令信號而直接噴射燃料到燃燒室14 中。當(dāng)然，本公開也可用于例如具有居中通過汽缸14的頂部或汽缸頂安裝的燃料噴射器80 的應(yīng)用中，或用于具有端口噴射構(gòu)型的應(yīng)用中?？筛鶕?jù)特定應(yīng)用和實(shí)施方式，驅(qū)動器82可包括各種電路和/或電子器件從而選擇 性從高壓電源120供電以便致動與燃料噴射器80關(guān)聯(lián)的螺線管，并且與單個燃料噴射器80 或多個燃料噴射器關(guān)聯(lián)。雖然所示和描述是針對燃料噴射器通常需要高壓致動的直接噴射 應(yīng)用，不過本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本公開的教導(dǎo)也可用于使用端口噴射或每個汽缸具有 多個噴射器和/或每個周期具有多次燃料噴射的組合策略的應(yīng)用。在圖1所示的實(shí)施例中，根據(jù)當(dāng)前操作模式，響應(yīng)控制器22生成并由驅(qū)動器82處 理和驅(qū)動的信號(fpw)，燃料噴射器80為單個發(fā)動機(jī)周期在一個或更多個噴射事件中直接 噴射一定量燃料到燃燒室14內(nèi)。如前面所述，燃料噴射器80可用作致動器，以便通過控制 燃料噴射器80來調(diào)節(jié)被提供給燃燒室的燃料量從而為所選汽缸實(shí)現(xiàn)所需的燃料/空氣比， 進(jìn)而控制進(jìn)料稀釋度。在燃燒周期中的適當(dāng)時(shí)間 ，控制器22生成由點(diǎn)火系統(tǒng)84處理的信 號(SA)，從而在汽缸做功行程中單個控制與一個汽缸12關(guān)聯(lián)的至少一個火花塞86、88，從 而起動燃燒室14內(nèi)的燃燒。控制器22隨后在至少一個火花塞86、88兩端施加高壓偏壓， 從而使得離子化信號感測能夠提供燃燒質(zhì)量反饋。根據(jù)具體應(yīng)用，高壓偏壓可被施加于火 花(空氣)間隙兩端或被施加于火花塞86、88的中心電極與汽缸12的壁體之間?？刂破?2試圖在為所選汽缸調(diào)節(jié)進(jìn)料稀釋度之前，通過調(diào)節(jié)至少一個火花塞86， 88的點(diǎn)火能量，而改善與所選汽缸關(guān)聯(lián)的離子感測信號所確定的燃燒質(zhì)量。例如可以通過 增加每個燃燒周期的火花數(shù)目來增加點(diǎn)火能量。對于具有兩個或更多個火花塞86、88的應(yīng) 用，可通過重復(fù)點(diǎn)火一個或兩個火花塞來增加點(diǎn)火能量?？商鎿Q地，或結(jié)合地，可通過增加 點(diǎn)火線圈停延時(shí)間(dwell time)或線圈電壓來增加點(diǎn)火能量。點(diǎn)火系統(tǒng)84可包括一個 或更多個點(diǎn)火線圈，且每個點(diǎn)火線圈具有初級繞組和一個或更多個次級繞組，從而有效地 控制多個火花塞并在多火花塞的應(yīng)用中為具體汽缸12中的每個火花塞提供相同極性的信 號?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用和實(shí)施方式由高壓電源120或電池電壓來為點(diǎn)火線圈充電。如圖1所示，在一個或更多個汽缸12中，點(diǎn)火系統(tǒng)84可包括與一個或兩個火花塞 86、88關(guān)聯(lián)的離子感測電路94。離子感測電路94運(yùn)作從而在火花放電后選擇性施加偏電 壓到至少一個火花塞86、88，從而生成相應(yīng)離子感測信號，例如圖2-4中代表性離子化感測 信號，以便由控制器22分析從而確定燃燒質(zhì)量。離子感測信號可由控制器22用于各種診 斷和燃燒控制目的。在一個實(shí)施例中，離子感測信號被用作反饋信號，從而提供對燃燒質(zhì)量 的指示，且隨后調(diào)整點(diǎn)火能量、進(jìn)料稀釋度或這兩者從而試圖改善由離子感測信號所確定 的燃燒質(zhì)量?？刂破?2包括由軟件和/或硬件執(zhí)行到控制系統(tǒng)10的代碼?？刂破?2生成信號 從而起動線圈充電和至少一個火花塞86、88的隨后的火花放電，并在至少一個火花塞86、88的預(yù)料或期望的火花放電后的時(shí)間段內(nèi)監(jiān)視離子化感測信號，如參考圖2-4所示和說明 的那樣。除了檢測可以包括發(fā)動機(jī)爆震、不點(diǎn)火、提前點(diǎn)火等等的各種條件，離子化感測信 號還可用來提供關(guān)于燃燒質(zhì)量的信息從而管理燃料經(jīng)濟(jì)性、排放和性能。然后如果點(diǎn)火能 量調(diào)整沒有導(dǎo)致所需燃燒質(zhì)量，則控制器22首先通過調(diào)整點(diǎn)火能量并調(diào)整進(jìn)料稀釋度來 控制進(jìn)料稀釋度和點(diǎn)火能量從而實(shí)現(xiàn)所需燃燒質(zhì)量。然而，如果離子化感測反饋信號指示 不點(diǎn)火，則控制器22基本同時(shí)控制點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度從而減小進(jìn)料稀釋度(或增加燃 料/空氣比)并增加點(diǎn)火能量從而建立燃燒。影響點(diǎn)火能量的致動器可包括點(diǎn)火模塊或線 圈、電源和一個(多個)火花塞。影響進(jìn)料稀釋度的致動器可包括例如燃料噴射器、節(jié)流閥、 EGR閥和閥門定時(shí)設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到某些致動器可用來控制所選汽缸的點(diǎn)火 能量或進(jìn)料稀釋度，而其他致動器可影響汽缸組或整個發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火能量或進(jìn)料稀釋度。圖2-4是代表性被控制器22(圖1)分析從而確定燃燒質(zhì)量的離子化感測信號。 每個發(fā)動機(jī)汽缸的每個火花塞的或其他離子化傳感器的實(shí)時(shí)采集離子感測信號被控制器 22(圖1)收集和存儲。對于每個燃燒事件而言，在每個火花塞，最近的發(fā)動機(jī)汽缸點(diǎn)火的 信息可被處理從而識別指示燃燒質(zhì)量的特征，如峰值、信號積分面積、微分或斜率值、基于 這些值的統(tǒng)計(jì)值(如最大值、最小值、平均值或變異性)或者任何這些值或統(tǒng)計(jì)值的曲軸位 置，從而確定燃燒質(zhì)量和/或檢測各種條件，如不點(diǎn)火。用于確定燃燒質(zhì)量的離子化感測 信號的具體特征或特性可隨應(yīng)用和實(shí)施方式而改變。共享汽缸中每個點(diǎn)火線圈的離子信號 是在給定時(shí)間或在相對預(yù)期點(diǎn)火定時(shí)的曲軸度數(shù)間隔處被采樣的。這些曲線特征，時(shí)間基 的和/或角度基的測量可被平均從而除去離子燃燒信號的統(tǒng)計(jì)隨機(jī)成分。如這里所用，離 子化感測信號可包括相應(yīng)于各燃燒事件的信號，或相應(yīng)于具體傳感器、汽缸、周期等的統(tǒng)計(jì) 平均信號的信號。通常足夠數(shù)目的樣點(diǎn)或汽缸事件系列樣點(diǎn)被用來確保所有測量的統(tǒng)計(jì)意 義。這些測量可以以一組的形式或以一個進(jìn)一個出的滑動 窗口的形式被收集。一旦樣點(diǎn) 大小適于所需的統(tǒng)計(jì)意義，則表示一個或更多個系列測量的數(shù)據(jù)可被處理從而得到回歸方 程。這些回歸方程和/或轉(zhuǎn)移函數(shù)可被用于評估歷史的或瞬時(shí)的發(fā)動機(jī)燃燒質(zhì)量/穩(wěn)定性。 為了具有所需精度水平，可以周期性地更新回歸方程和/或轉(zhuǎn)移函數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也 將認(rèn)識到，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neural networks)的其他系統(tǒng)可用來從離子化感測信號確定燃燒 信息。當(dāng)發(fā)動機(jī)操作時(shí)間足以允許利用離子化感測之外的措施獲得有效的燃燒穩(wěn)定性測量 時(shí)，根據(jù)離子化感測，這些值可用來校準(zhǔn)基于離子化感測估計(jì)的燃燒穩(wěn)定性的精確性?；貧w方程、轉(zhuǎn)移函數(shù)、燃燒穩(wěn)定性評估和基于這些評估的校正可適應(yīng)性被存儲以 備隨后使用，并在適當(dāng)?shù)能囕v事件時(shí)重置，如在補(bǔ)給燃料、高度變化等事件時(shí)。圖2示出在 代表性燃燒周期中，與至少一個火花塞或其他離子化傳感器關(guān)聯(lián)的代表性離子化感測信號 2。離子化感測信號210表示一種可接受的燃燒質(zhì)量，其中在212處起動火花且離子化信號 在火花后的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)被分析。在圖2的例子中，通過離子化信號210的第二峰值214 的水平和位置來確定燃燒質(zhì)量。峰值水平在所需范圍內(nèi)且峰值出現(xiàn)在相對火花212的可接 受曲軸角度位置的相應(yīng)范圍216內(nèi)，這樣燃燒質(zhì)量被認(rèn)為是可接受的，且在該例子中不調(diào) 節(jié)點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度以便改變?nèi)紵|(zhì)量。在圖3所示的代表性例子中，離子化感測信號220被監(jiān)視且峰值222被分析從而 確定燃燒質(zhì)量。在該例子中，峰值比所需的低并出現(xiàn)在所需范圍216’之外。這樣，如果點(diǎn) 火能量本身不足以獲得如圖2所示的離子化信號特征所表示的可接受燃燒質(zhì)量，則控制器22試圖通過首先調(diào)節(jié)點(diǎn)火能量且然后調(diào)節(jié)進(jìn)料稀釋度來改善點(diǎn)火質(zhì)量。如前面所述，可通 過改變每個燃燒周期的火花數(shù)目、通過增加線圈能量、調(diào)節(jié)火花定時(shí)或者控制火花數(shù)目和 與公共汽缸關(guān)聯(lián)的兩個或更多個火花塞之間的相對定時(shí)來調(diào)節(jié)點(diǎn)火能量。一般地，控制器 22試圖最大化稀釋度以便獲得最佳燃料經(jīng)濟(jì)性并最小化點(diǎn)火能量，從而節(jié)省火花塞壽命， 同時(shí)獲得可接受的燃燒質(zhì)量以便管理排放和性能。 在圖4的例子中，離子化感測信號230被控制器22監(jiān)視，但沒有檢測到峰值，這表 明不點(diǎn)火。控制器22然后通過增加點(diǎn)火能量和減少進(jìn)料稀釋度來基本同時(shí)調(diào)整點(diǎn)火能量 和進(jìn)料稀釋度從而盡可能快地重新建立燃燒。圖5是按照本公開的流程圖，其示出控制每個汽缸具有至少一個火花塞的內(nèi)燃發(fā) 動機(jī)的系統(tǒng)或方法的操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，流程圖方塊表示的功能可由軟件和/ 或硬件執(zhí)行。根據(jù)具體處理策略，如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動等等，可以以圖示中的次順或與圖 示不同的序列來執(zhí)行各種功能。類似地，雖然沒有示出，但一個或更多個步驟或功能可被重 復(fù)執(zhí)行。在一個實(shí)施例中，主要由存儲在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中并由基于微處理器的計(jì)算機(jī)或 控制器執(zhí)行的軟件、指令或代碼來實(shí)現(xiàn)所示功能，從而控制發(fā)動機(jī)的操作。離子化感測信號被監(jiān)視從而確定燃燒質(zhì)量，如圖5的方塊310表示。如果離子化 感測信號指示不點(diǎn)火，如方塊312表示；則基本同時(shí)減小進(jìn)料稀釋度且增加點(diǎn)火能量，如方 塊314所示；且在方塊310重復(fù)該過程，直到建立燃燒。如果沒有檢測到不點(diǎn)火，則方塊316 確定燃燒質(zhì)量是否是可接受的。如前面所述，可通過檢查與所選汽缸關(guān)聯(lián)的單個離子化感 測反饋信號，或基于大量燃燒事件中多個汽缸的采樣信號來確定燃燒質(zhì)量。如果方塊316 確定燃燒質(zhì)量是可接受的，則繼續(xù)如方框318所示使用現(xiàn)有點(diǎn)火和進(jìn)料稀釋度策略的正常 操作。如果根據(jù)來自離子化感測信號的一個或更多信號特征，方塊316確定燃燒質(zhì)量是 不可接受的，則控制器試圖通過增加點(diǎn)火能量來改善燃燒質(zhì)量。在圖5所示的實(shí)施例中，通 過增加每個燃燒周期的火花的數(shù)目來增加點(diǎn)火能量，如方塊330所示。增加的點(diǎn)火能量可 被施加到所選汽缸或所有汽缸。在調(diào)整火花數(shù)目后的后續(xù)燃燒周期或一些采樣周期期間最 終離子化感測信號被檢查從而確定是否燃燒質(zhì)量被改進(jìn)，如方塊332表示的那樣。如果燃 燒質(zhì)量仍然是不可接受的，則方塊334確定每個燃燒周期是否已經(jīng)達(dá)到最大數(shù)目的火花， 且如果沒有達(dá)到，則在330增加火花數(shù)目，從而試圖改善燃燒質(zhì)量。如果對于當(dāng)前發(fā)動機(jī)/ 車輛操作/環(huán)境條件而言，在增加點(diǎn)火能量且達(dá)到最大火花數(shù)目后，燃燒質(zhì)量還不可接受， 如方塊334確定的那樣，則進(jìn)料稀釋度被降低，如方塊350表示的那樣。減小進(jìn)料稀釋度的 代表性策略包括減少EGR或增加燃料/空氣比。進(jìn)料稀釋度將持續(xù)減小直到達(dá)到可接受的 燃燒質(zhì)量，如方塊350和352表示的那樣。當(dāng)減少的燃燒稀釋度導(dǎo)致可接受的燃燒質(zhì)量時(shí)，如方塊352表示，則方塊336通過 減小每個燃燒周期的火花數(shù)目來減小點(diǎn)火能量，直到不再檢測到可接受的燃燒質(zhì)量，如方 塊338確定的那樣。一旦燃燒質(zhì)量惡化，則過程重復(fù)從而試圖提供可接受的燃燒質(zhì)量，且同 時(shí)最大化進(jìn)料稀釋度和最小化火花數(shù)目。如前面參考圖1-5所述和所示，本公開提供用于控制每個汽缸具有至少一個火 花塞的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，該方法中如果點(diǎn)火能量調(diào)整沒有導(dǎo)致所需燃燒質(zhì)量，則通過首 先調(diào)整點(diǎn)火能量并調(diào)整進(jìn)料稀釋度，來控制進(jìn)料稀釋度和點(diǎn)火能量以便實(shí)現(xiàn)所需的燃燒質(zhì)量。本公開的系統(tǒng)和方法通過有效管理點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度以維持所需燃燒質(zhì)量，來提 供改進(jìn)的功率密度以便促進(jìn)減小發(fā)動機(jī)尺寸。使用離子化感測信號反饋來管理進(jìn)料稀釋度 和點(diǎn)火能量會促進(jìn)較高負(fù)載下的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中泵送損耗被減少從而進(jìn)一步改善燃料經(jīng)濟(jì)性， 同時(shí)提供必要的點(diǎn)火能量以便可靠地起動稀或稀釋混合物的燃燒。
雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了最佳模式，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到在權(quán)利要求范圍內(nèi)的 各種替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。雖然已經(jīng)說明的各種實(shí)施例提供了相對一個或更多所需特征的優(yōu) 點(diǎn)和優(yōu)于其他實(shí)施例，不過本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到，一個或更多特征可被折衷從而實(shí) 現(xiàn)所需系統(tǒng)屬性，這取決于特定應(yīng)用和實(shí)施方式。這些屬性包括但不限于成本、強(qiáng)度、耐藥 性、壽命周期成本、市場性、外觀、包裝、尺寸，適用性、重量、可制造性、組裝容易度等等。這 里討論的、在一個或更多特征方面沒有其他實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)令人滿意的實(shí)施例并不在本 公開的范疇之外，并且對于特殊應(yīng)用而言是理想的。
權(quán)利要求
一種多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其具有與每個汽缸相關(guān)聯(lián)的至少一個火花塞和用于控制至少一個汽缸的進(jìn)料稀釋度的至少一個致動器，所述發(fā)動機(jī)包括控制器，其與所述至少一個致動器和所述至少一個火花塞通信，所述控制器相應(yīng)與所選汽缸關(guān)聯(lián)的離子化感測信號，在調(diào)節(jié)所述汽缸的進(jìn)料稀釋度之前，調(diào)節(jié)所述至少一個火花塞的點(diǎn)火能量，以改善燃燒質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中如果與所述汽缸關(guān)聯(lián)的離子化感測信號指示不 點(diǎn)火，則所述控制器基本同時(shí)調(diào)整點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度，從而建立燃燒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動機(jī)，其中所述控制器響應(yīng)檢測到不點(diǎn)火而減少進(jìn)料稀釋 度并增加點(diǎn)火能量從而起動燃燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動機(jī)，其中所述發(fā)動機(jī)包括排氣再循環(huán)閥，且其中所述控 制器致動所述排氣再循環(huán)閥從而減小進(jìn)料稀釋度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機(jī)，其中所述發(fā)動機(jī)增加每個燃燒周期的火花數(shù)目從而 增加點(diǎn)火能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動機(jī)，其中所述控制器致動節(jié)流閥和燃料噴射器中的至少 一個從而增加空氣/燃料比進(jìn)而減小進(jìn)料稀釋度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述至少一個致動器包括排氣再循環(huán)閥，且其 中所述控制器致動所述排氣再循環(huán)閥從而調(diào)節(jié)所述汽缸的進(jìn)料稀釋度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述至少一個致動器包括至少一個氣體交換 閥，且其中所述控制器調(diào)整所述至少一個閥門的定時(shí)從而調(diào)節(jié)所述汽缸的進(jìn)料稀釋度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述控制器為所述至少一個火花塞增加每個燃 燒周期的火花數(shù)目，從而調(diào)節(jié)點(diǎn)火能量。
10.一種控制多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，所述發(fā)動機(jī)包括與每個汽缸相關(guān)聯(lián)的至少一 個火花塞和用于控制至少一個汽缸的進(jìn)料稀釋度的至少一個致動器，以及與所述至少一個 致動器和所述至少一個火花塞通信的控制器，所述方法包括在調(diào)節(jié)所述汽缸的進(jìn)料稀釋度之前，調(diào)節(jié)所述至少一個火花塞的點(diǎn)火能量，從而改善 由與所選汽缸關(guān)聯(lián)的離子化感測信號所確定的燃燒質(zhì)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括如果與所述汽缸關(guān)聯(lián)的離子化感測信號 指示不點(diǎn)火，則基本同時(shí)調(diào)整點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度從而建立燃燒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)和方法，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個致動器以便控制至少一個汽缸的進(jìn)料稀釋度，且該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的每個汽缸還具有至少一個火花塞，該系統(tǒng)和方法包括在調(diào)節(jié)汽缸進(jìn)料稀釋度之前，調(diào)節(jié)至少一個火花塞的點(diǎn)火能量來改善燃燒質(zhì)量，且如果與該汽缸關(guān)聯(lián)的離子化感測信號指示不點(diǎn)火，則同時(shí)調(diào)節(jié)點(diǎn)火能量和進(jìn)料稀釋度從而建立燃燒。
文檔編號F02D43/00GK101839185SQ20101011521
公開日2010年9月22日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月15日
發(fā)明者C·P·格盧格拉, D·L·邁耶, G·J·休伯茨, M·D·切卡拉 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司