專利名稱：通過燃燒壓力傳感器的失火檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火，諸如柴油發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火。特別地，其涉及失火 (misfiring)檢測。
背景技術(shù)：
通常需要進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的失火檢測，用于改善燃燒控制。當(dāng)發(fā)動機(jī)汽缸失火時(shí)，未燃 燒氣體從發(fā)動機(jī)排出。因而，廢氣中的有害成分增加。這也導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率輸出的降低并 增加污染。此外，如果燃燒控制以一方式實(shí)現(xiàn)，該方式即，在不常見的發(fā)動機(jī)失火期間，以高 階躍響應(yīng)增加進(jìn)氣量，則發(fā)動機(jī)的怠速可變得不穩(wěn)定。因此，需要失火檢測來確定何時(shí)發(fā)生失火，從而各種燃燒條件(諸如點(diǎn)火時(shí)機(jī)和 進(jìn)氣量)可以被有利地控制。

發(fā)明內(nèi)容
本申請?zhí)峁┝艘环N改善的方法，用來基于汽缸內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)確定失火的發(fā)生。該 方法基于循環(huán)至循環(huán)而使用汽缸內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)來確定失火事件的發(fā)生。車載診斷(OBD)或 歐洲車載診斷(EOBD)可使用這樣的失火信息，用于裝備有汽缸內(nèi)的壓力傳感器的發(fā)動機(jī) 和用于閉環(huán)燃燒控制來減小失火的發(fā)生。該失火檢測比較用于燃燒循環(huán)壓縮階段的多變模型和用于膨脹階段的多變模型。 當(dāng)被計(jì)算的多變膨脹常數(shù)和被計(jì)算的壓縮膨脹常數(shù)之間的差比臨界值小時(shí)，檢測到失火。 該臨界值可以被標(biāo)定、調(diào)整或預(yù)定。在本申請的一個(gè)方面，當(dāng)該差具有負(fù)值時(shí)檢測到失火。當(dāng)被計(jì)算的多變膨脹常數(shù)小于被計(jì)算的壓縮常數(shù)時(shí)，檢測到失火。該準(zhǔn)則提供了 針對曲軸輪的安裝誤差和噪音的可靠的平衡手段?！矫?，僅基于一個(gè)壓力的失火檢測對噪音過于敏感。另一方面，基于全面參數(shù) (代表所有的壓力曲線)的失火檢測對于曲軸輪的安裝誤差過于敏感。該方法具有診斷發(fā)動機(jī)性能的優(yōu)勢，且其可被車載診斷系統(tǒng)使用。本申請?zhí)峁┝丝刂苾?nèi)燃機(jī)的方法。該方法包括測量內(nèi)燃機(jī)汽缸的燃燒循環(huán)的膨脹 階段的汽缸內(nèi)壓力的步驟。內(nèi)燃機(jī)可使用壓力點(diǎn)火或火花點(diǎn)火。該方法還包括測量內(nèi)燃機(jī)汽缸的燃燒循環(huán)的壓縮階段的汽缸內(nèi)的壓力的步驟。然后利用被測的膨脹階段壓力和被測壓縮階段壓力，確定內(nèi)燃機(jī)汽缸的多變膨脹 階段常數(shù)和內(nèi)燃機(jī)汽缸的多變壓縮階段常數(shù)之間的差。在此之后，利用確定的差，汽缸的失 火被檢測。當(dāng)被確定的差小于標(biāo)定、調(diào)整或預(yù)定的臨界值時(shí)，失火可視為發(fā)生。在本申請的 一個(gè)方面，該臨界值為0。當(dāng)汽缸內(nèi)的壓力適中時(shí)，膨脹階段壓力和壓縮階段壓力可在預(yù)定的角度窗口內(nèi)測 量。在大部分燃燒已經(jīng)發(fā)生之后，膨脹階段的壓力被測量。這具有消除或減小多變膨脹階 段常數(shù)和多變壓縮階段常數(shù)被燃燒影響的好處。內(nèi)燃機(jī)然后可利用被檢測的失火而被控制，以消除被檢測的失火。燃料噴射的正時(shí)和被噴射燃料的量可被調(diào)整以消除或減小失火。被噴射燃料的量還包括空氣對燃料成分 的量和數(shù)量。汽缸的燃料噴射器的打開和關(guān)閉被調(diào)整用于控制內(nèi)燃機(jī)。燃料噴射器的打開和關(guān) 閉還可包括進(jìn)氣閥和排氣閥打開和關(guān)閉的正時(shí)的調(diào)整。在某種情況下，這還包括火花點(diǎn)火 正時(shí)的調(diào)整。本申請?zhí)峁┝艘环N發(fā)動機(jī)控制單元。該發(fā)動機(jī)控制單元包括端口、儲存單元和失 火檢測單元。從功能上說，該端口接收內(nèi)燃機(jī)汽缸的汽缸內(nèi)的壓力測量值。儲存單元儲存接收 到的內(nèi)燃機(jī)汽缸的燃燒循環(huán)的膨脹階段的汽缸內(nèi)的壓力測量值和內(nèi)燃機(jī)汽缸的燃燒循環(huán) 的壓縮階段的汽缸內(nèi)的壓力測量值。失火檢查單元確定多變膨脹階段常數(shù)和多變壓縮階段常數(shù)之間的差。具體地，多 變膨脹階段常數(shù)利用膨脹階段壓力測量值確定，而多變壓縮階段常數(shù)利用壓縮階段壓力測 量值確定。失火檢測單元使用被確定的差來檢測發(fā)動機(jī)失火。當(dāng)被確定的差小于可被標(biāo)定、 調(diào)整或預(yù)定的臨界值時(shí)，失火可被視為檢測到。發(fā)動機(jī)控制單元可包括端口，用于接收內(nèi)燃機(jī)汽缸的燃燒循環(huán)的發(fā)動機(jī)階段信 息。該發(fā)動機(jī)階段信息用于確定或檢測用于測量汽缸內(nèi)的壓力的其特定的發(fā)動機(jī)階段或狀 態(tài)。發(fā)動機(jī)階段信息可包括曲軸角位置信息和凸輪軸角位置信息。換句話說，發(fā)動機(jī) 燃燒階段可基于曲軸角位置信息和凸輪角位置信息確定。總的來說，其它信息也可以用于 確定發(fā)動機(jī)階段信息。發(fā)動機(jī)控制單元可包括汽缸控制單元，用于利用被檢測的發(fā)動機(jī)失火控制內(nèi)燃機(jī) 汽缸的運(yùn)行時(shí)間參數(shù)單元(run-time parameter)。運(yùn)行時(shí)間參數(shù)可包括燃料噴射的正時(shí)。燃料噴射還可包括被噴射燃料的量。此外， 運(yùn)行時(shí)間參數(shù)單元可包括燃料噴射單元用于向汽缸內(nèi)釋放燃料。發(fā)動機(jī)控制單元可包括端口，用于接收一個(gè)或多個(gè)發(fā)動機(jī)參數(shù)。該發(fā)動機(jī)參數(shù)可 涉及發(fā)動機(jī)溫度信息或發(fā)動機(jī)速度信息。汽缸控制單元可利用被接收的發(fā)動機(jī)參數(shù)調(diào)整運(yùn) 行時(shí)間參數(shù)。本申請還提供了 一種內(nèi)燃機(jī)和車輛。內(nèi)燃機(jī)包括上述發(fā)動機(jī)控制單元、一個(gè)或多個(gè)汽缸、和運(yùn)行時(shí)間參數(shù)單元。汽缸包 括汽缸內(nèi)的壓力傳感器單元，用于將汽缸內(nèi)的壓力測量值傳送到發(fā)動機(jī)控制單元，而運(yùn)行 時(shí)間參數(shù)單元被設(shè)置在汽缸內(nèi)，其中，運(yùn)行參數(shù)單元被發(fā)動機(jī)控制單元控制。在多數(shù)實(shí)施方式下，發(fā)動機(jī)控制單元可經(jīng)由內(nèi)燃機(jī)的燃料線的閥控制燃料噴射。 發(fā)動機(jī)控制單元還可經(jīng)由使用內(nèi)燃機(jī)的燃料線的燃料分配管壓力調(diào)節(jié)器控制燃料噴射。車輛包括上述內(nèi)燃機(jī)和經(jīng)由傳動單元連接至內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)或多個(gè)輪子。傳動單元 包括齒輪和一個(gè)或多個(gè)離合器用于將內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)力傳遞給輪子。


在余下的說明中，描述了本申請的實(shí)施例的細(xì)節(jié)。但是，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而 易見的是，這些實(shí)施例可不實(shí)施這些細(xì)節(jié)。
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圖1至3示出了利用發(fā)動機(jī)的多變常數(shù)差確定發(fā)動機(jī)失火的第一實(shí)施例；圖1示出了處于怠速狀態(tài)或非失火的發(fā)動機(jī)的多變常數(shù)差的圖表，和失火的發(fā)動 機(jī)的多變常數(shù)差的圖表；圖2示出了具有+3度曲軸輪誤差的圖1的發(fā)動機(jī)的多變常數(shù)差的圖表，其中發(fā)動 機(jī)失火；圖3示出了具有-5度曲軸輪誤差的圖1的發(fā)動機(jī)的多變常數(shù)差的圖表，其中發(fā)動 機(jī)處于怠速狀態(tài)；圖4和5示出了利用發(fā)動機(jī)的壓力比的和確定發(fā)動機(jī)失火的第二實(shí)施例，圖4示出了具有+3度曲軸輪誤差的圖1的發(fā)動機(jī)的壓力比的和的圖表，其中發(fā)動 機(jī)失火，圖5示出了具有-4度曲軸輪誤差的圖1的發(fā)動機(jī)的壓力比的和的圖表，其中發(fā)動 機(jī)處于怠速狀態(tài)，圖6和圖7示出了利用IMEP (指示平均有效壓力)確定發(fā)動機(jī)失火的第三實(shí)施例，圖6示出了具有+3度曲軸輪誤差的圖1的發(fā)動機(jī)的IMEP的圖表，其中發(fā)動機(jī)失 火，圖7示出了具有_5度曲軸輪誤差的圖1的發(fā)動機(jī)的IMEP的圖表，其中發(fā)動機(jī)處 于怠速狀態(tài)，圖8示出了圖1的發(fā)動機(jī)，包括多個(gè)汽缸，圖9示出了圖8的汽缸的示意圖，圖10示出了圖8和9的汽缸的閥組件，圖11示出了操作圖8和9的汽缸的方法，圖12示出了用于圖8的汽缸的發(fā)動機(jī)控制單元，圖13示出了另一發(fā)動機(jī)的物理布局，其裝備有位于汽缸內(nèi)的壓力傳感器，圖14示出了用于圖1的發(fā)動機(jī)的多變壓縮常數(shù)的確定，和圖15示出了用于圖1的發(fā)動機(jī)的多變膨脹常數(shù)的確定。附圖標(biāo)記
1圖表
2圖表
3圖表
4圖表
5圖表
6圖表
7圖表
8圖表
10發(fā)動機(jī)
11汽缸
12汽缸
13汽缸
14組件
63曲軸信號
64尖峰
65尖峰
68容積圖表
70峰值
71峰值
72壓力圖表
73同步臨界值
75峰值
80中央處理單元
82存儲器
84端口
90發(fā)動機(jī)
92電熱塞
93控制器
94圖表
96窗口
98窗口
具體實(shí)施例方式圖1至7是發(fā)動機(jī)怠速狀態(tài)下的分析準(zhǔn)則或參數(shù)，因?yàn)樗鼈冋宫F(xiàn)了對于失火的分 界條件。怠速狀態(tài)展現(xiàn)了發(fā)動機(jī)的最小操作速度。對于用于乘客的汽車發(fā)動機(jī)，怠速通常 在600rpm和IOOOrpm(每分鐘轉(zhuǎn)速)之間。小的曲軸輪位置誤差在圖1至7的實(shí)施例中模擬，以確定哪個(gè)參數(shù)提供可靠的失 火指示。一方面，曲軸的正誤差可導(dǎo)致一些失火事件的無法檢測。對于正誤差，上止點(diǎn)過晚 被識別，其中，上止點(diǎn)是指活塞距其曲軸最遠(yuǎn)的位置。另一方面，曲軸的負(fù)誤差將導(dǎo)致一些 失火事件的錯(cuò)誤檢測。對于負(fù)誤差，上止點(diǎn)過早被識別。圖1至3示出了利用發(fā)動機(jī)汽缸的多變常數(shù)差的參數(shù)確定發(fā)動機(jī)失火的第一實(shí)施 例° 多變常數(shù)(polytrophic constant)還稱為多變常數(shù)(polytropicconstant)。圖1至3的實(shí)施例基于壓縮和膨脹階段的多變模型。在壓縮階段期間，多變定律 被表達(dá)為pp =C1(1)其中，Pi表示在給定曲軸角度的缸內(nèi)壓力，Vi表示在給定曲軸角度的汽缸容積，Kc表示多變壓縮指數(shù)，和Ci表示在給定曲軸角度的多變壓縮常數(shù)。多變壓縮常數(shù)(C_c0mpr)然后被確定為多個(gè)Ci值的平均值。Ci值的數(shù)量可被調(diào) 整或構(gòu)造。Ci值在可構(gòu)造的角度窗口 96內(nèi)被計(jì)算用于一個(gè)燃燒循環(huán)的壓力曲線，其中，僅
8存在壓縮而沒有燃燒，如圖14所示。以類似的方式，在膨脹階段期間，多變定律被表示為PiV,Ke =Ci(2)其中，Pi表示在給定曲軸角度的缸內(nèi)壓力，Vi表示在給定曲軸角度的汽缸容積，Ke表示多變膨脹指數(shù)，和Ci表示在給定曲軸角度的多變壓縮常數(shù)。類似于多變壓縮常數(shù)，多變膨脹常數(shù)(C_exp)被確定為可構(gòu)造數(shù)量個(gè)Ci值的平均 值，其在可構(gòu)造的角度窗口 98內(nèi)被計(jì)算用于一個(gè)燃燒循環(huán)的壓力曲線，其中，發(fā)生膨脹，如 圖15所示。一旦兩個(gè)多變常數(shù)被計(jì)算，它們被比較來估算或確定是否已經(jīng)發(fā)生失火循環(huán)。特 別地，根據(jù)下列公式當(dāng)多變膨脹和壓縮常數(shù)之間的差比可構(gòu)造參數(shù)小時(shí)，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生 失火事件C—exp-C—compr < Threshold (3)當(dāng)燃燒沒有發(fā)生時(shí)，壓縮和膨脹多變常數(shù)在壓縮和膨脹的理想情況下相等。在這 種情況下，沒有熱交換或空氣泄露發(fā)生。實(shí)際上，存在一些熱動損耗。因而，臨界值用作可 構(gòu)造參數(shù)，來包含熱動損耗用于失火確定。換句話說，多變常數(shù)差涉及多變膨脹常數(shù)和多變壓縮常數(shù)之間的差。特定地，常 數(shù)在限定的角度窗口上進(jìn)行計(jì)算用于每個(gè)燃燒循環(huán)或每個(gè)正噴射循環(huán)(其中，壓力水平適 中)。常數(shù)在發(fā)動機(jī)過度運(yùn)行(over-rim)期間沒有被計(jì)算，其中，車輛發(fā)動機(jī)沒有節(jié)流地 (no throttle)運(yùn)行，發(fā)動機(jī)用作制動器。在特別的情況下，具有正值的多變常數(shù)差被視為指示發(fā)動機(jī)正常點(diǎn)火，而具有負(fù) 值的多變常數(shù)差被視為指示發(fā)動機(jī)失火。在通常的情況下，比臨界值小的多變常數(shù)差可視 為指示發(fā)動機(jī)失火。臨界值可以被標(biāo)定、調(diào)整或預(yù)定。圖1示出了怠速或非失火的發(fā)動機(jī)的汽缸的多變常數(shù)差的圖表1，和失火的發(fā)動 機(jī)的汽缸的多變常數(shù)差的圖表2。發(fā)動機(jī)是具有四缸的發(fā)動機(jī)。四個(gè)汽缸的三個(gè)在怠速條 件下經(jīng)歷燃燒，四個(gè)汽缸的一個(gè)經(jīng)歷失火。圖表1具有為正值的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其范圍約從0. 04 到約0. 15。由此，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)正確地指示正常發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，因?yàn)閳D表A的這些數(shù)據(jù)點(diǎn)具有正 值。相反，圖表2具有為負(fù)值的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其范圍約從-0.02到約-0.05。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)正確地 指示發(fā)動機(jī)失火，因?yàn)閳D表B的數(shù)據(jù)點(diǎn)具有負(fù)值。圖2顯示了失火的圖1的發(fā)動機(jī)的多變常數(shù)差的圖表3。在這種情況下，發(fā)動機(jī)具 有+3度的曲軸輪誤差。圖表3具有為負(fù)值的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其范圍約從-0.002到約-0.014。再 次，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)正確地指示發(fā)動機(jī)失火，即使其曲軸具有正的輪誤差。圖3顯示了正常點(diǎn)火的圖1的發(fā)動機(jī)的多變常數(shù)差的圖表4。在這種情況下，發(fā)動 機(jī)具有-5度的曲軸輪誤差。圖表4具有為正值的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其范圍約從0.013到0.04。這些 數(shù)據(jù)點(diǎn)指示正常燃燒循環(huán)，即使其曲軸具有負(fù)的輪誤差。簡而言之，圖1至3的實(shí)施例顯示出多變常數(shù)差參數(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)其不展現(xiàn)偶然 發(fā)生的當(dāng)?shù)厥录宫F(xiàn)了每個(gè)發(fā)動機(jī)燃燒循環(huán)都發(fā)生的事件。偶然發(fā)生的事件對于檢測 發(fā)動機(jī)失火無用。
多變常數(shù)差參數(shù)沒有提供錯(cuò)誤的結(jié)果，如圖1至3所示。此外，多變常數(shù)差參數(shù)是 可靠的，且能抵抗噪音和曲軸輪位置誤差。換句話說，噪音和曲軸輪誤差對多變常數(shù)差參數(shù) 的影響比其它準(zhǔn)則小。圖4和5顯示了利用發(fā)動機(jī)汽缸的壓力比的和的參數(shù)確定發(fā)動機(jī)失火的第二實(shí)施 例。在該實(shí)施例中，沿燃燒循環(huán)的壓力比的和Ρκ( θ )被限定為ΡΕ(Θ) =Pcyl(0)/Pmot(0) (4)其中θ表示曲軸旋轉(zhuǎn)角，Pcyl ( θ )表示點(diǎn)火壓力，其是燃燒存在時(shí)燃燒室內(nèi)的壓力，且Pm。t( θ )表示機(jī)動壓力，其是沒有燃燒且由外部動因使曲軸轉(zhuǎn)動時(shí)燃燒室內(nèi)的壓 力。另外，對于多變過程，pm。t(e)可以定義為Ρωο (θ) =Pim(Viffl/V(0))r (5)其中r表示實(shí)數(shù)或多變指數(shù)；V( θ )表示相對于某個(gè)曲軸旋轉(zhuǎn)角的機(jī)動壓力室壓力，和Vim和Pim表示常數(shù)。值比預(yù)定值大的壓力比的和被視為表示正常的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，而值比預(yù)定值小的壓 力比的和被視為表示發(fā)動機(jī)失火。預(yù)定值在此設(shè)置為169。圖4示出了具有+3度曲軸輪誤差的圖1的發(fā)動機(jī)的壓力比的和的圖表5，其中發(fā) 動機(jī)失火。圖5的數(shù)據(jù)點(diǎn)的值范圍是從約168.0至約172. 8。由此，圖表E的許多數(shù)據(jù)點(diǎn)不 正確地指示正常燃燒。圖5示出了正常燃燒循環(huán)的圖1的發(fā)動機(jī)的壓力比的和的圖表6。如在此設(shè)置地， 發(fā)動機(jī)具有-4度曲軸輪誤差，且發(fā)動機(jī)處于怠速狀態(tài)或正常點(diǎn)火。圖表6的數(shù)據(jù)點(diǎn)的值范 圍是從約160. 5至約168. 2。由此，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)不正確地指示失火。圖6和7示出了利用圖1的發(fā)動機(jī)汽缸的IMEP (指示平均有效壓力)確定發(fā)動機(jī) 失火的第三實(shí)施例。在該實(shí)施例中，IMEP限定為
-180IMEP= \PdV(6)
180其中，P表示室壓力，且V表示室容積。值大于預(yù)定值的IMEP被視為指示正常的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，值小于預(yù)定值的IMEP被視 為指示發(fā)動機(jī)失火。預(yù)定值在此設(shè)置為0。圖6示出了圖1的發(fā)動機(jī)的IMEP的圖表7，其中發(fā)動機(jī)失火。該發(fā)動機(jī)在這種情 況下具有+3度曲軸輪誤差。圖表7的數(shù)據(jù)點(diǎn)具有正值，范圍是從約0.40至約0.45?；?IMEP準(zhǔn)則，數(shù)據(jù)點(diǎn)不正確地指示正常的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火。
圖7示出了圖1的發(fā)動機(jī)的IMEP的圖表8，其中發(fā)動機(jī)正常點(diǎn)火。在這種情況下， 該發(fā)動機(jī)具有_5度曲軸輪誤差。圖表8的數(shù)據(jù)點(diǎn)具有負(fù)值，范圍是從約-0. 40至約-0. 17。 基于IMEP準(zhǔn)則，數(shù)據(jù)點(diǎn)不正確地指示發(fā)動機(jī)失火。簡而言之，圖1至3的實(shí)施例示出，多變常數(shù)差準(zhǔn)則的參數(shù)對于小的曲軸輪誤差更 為可靠。當(dāng)失火不存在時(shí)，多變常數(shù)差的該參數(shù)沒有檢測到失火，當(dāng)失火存在時(shí)，未檢測到 失火。這與圖4至7的示出壓力比的和的參數(shù)以及IMEP的參數(shù)的實(shí)施例不同，它們沒有提 供可靠的指示。圖8示出了用于車輛的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)10，包括多個(gè)燃燒汽缸11、12、13和15。發(fā) 動機(jī)10用于驅(qū)動或轉(zhuǎn)動車輪以運(yùn)送貨物或乘客。汽缸11、12、13和15用于將柴油燃料轉(zhuǎn) 化為動能。汽缸11、12、13和15彼此類似且具有相似的部件。圖9示出了包括圖8的汽缸11的的汽缸組件14的示意圖。汽缸11具有汽缸蓋 17。汽缸內(nèi)的壓力傳感器16安裝在汽缸蓋17中，而活塞18可滑動地布置在汽缸11的腔 19中。汽缸蓋17、活塞18和腔19限定或圍繞一空間，該空間稱為燃燒室21。活塞18經(jīng)由連桿23連接至曲軸22。位置傳感器50被附連至曲軸22，而曲軸位 置傳感器的輸出端連接至電子發(fā)動機(jī)控制單元的端口 34。進(jìn)氣閥25設(shè)置在汽缸蓋17的進(jìn)氣通道28的端部處，排氣閥26設(shè)置在汽缸蓋17 的排氣通道29的端部處。燃料噴射器30固定至汽缸蓋17，從而燃料噴射器30的出口布 置在燃燒室21中。進(jìn)氣閥25和排氣閥26以如圖10所示的方式靠近凸輪軸放置。凸輪軸 47的位置稱為其旋轉(zhuǎn)角α，如圖10所示。參考圖9的燃料噴射器30，其經(jīng)由供應(yīng)線33 (也稱為共軌)連接至燃料箱32。與 供應(yīng)線33串行布置的是過濾器35、泵36、高壓閥38和燃料分配管壓力調(diào)節(jié)器(fuel-rail pressure regulator) 40。高壓閥38連接至發(fā)動機(jī)控制單元31的端口 45，而燃料分配管壓 力調(diào)節(jié)器40連接至發(fā)動機(jī)控制單元31的端口 46。返回線41也從燃料噴射器30通向箱 32。參考汽缸內(nèi)的壓力傳感器16，其包括傳感器頭42，該傳感器頭經(jīng)由兩個(gè)纜線44連 接至信號調(diào)節(jié)器43。傳感器頭部42定位在燃燒室21內(nèi)，而信號調(diào)節(jié)器43定位在汽缸11 之外。信號調(diào)節(jié)器43的輸出端連接至發(fā)動機(jī)控制單元31的端口 51?？偟膩碚f，盡管汽缸內(nèi)的壓力傳感器16被示出為直接安裝在汽缸蓋17中，其也可 以整合到燃料噴射器30或整合到汽缸11的電熱塞中。電熱塞在圖中沒有示出，其可用于 加熱汽缸11，使得發(fā)動機(jī)10可以容易地從怠速狀態(tài)起動，特別是當(dāng)發(fā)動機(jī)10較冷時(shí)。盡管汽缸組件14用于壓力點(diǎn)火操作，寬泛地說，其可包括其他部件用于火花點(diǎn)火 操作。汽缸組件14可接收燃料或氣體用于其操作。從功能上說，凸輪軸47用于促動閥25和26。促動使得進(jìn)氣閥25打開，以使空氣 或氣體進(jìn)入燃燒室21，或使排氣閥26打開以使得氣體從燃燒室21排出。換個(gè)角度說，凸輪 軸47調(diào)整了空氣向燃燒室21的供給并調(diào)整了燃燒產(chǎn)物從燃燒室21的排放。汽缸內(nèi)的壓力傳感器16測量燃燒室21內(nèi)的壓力，且其向發(fā)動機(jī)控制單元31發(fā)送 被測壓力讀數(shù)。壓力傳感器16能夠經(jīng)受與壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)10的操作相關(guān)的熱和壓力，且 能夠在燃燒室21內(nèi)存在發(fā)揮氣體的情況下操作。此外，壓力傳感器16具有高靈敏度和高 信噪比。其還不受電磁干擾，且其在一定容限內(nèi)產(chǎn)生線性讀數(shù)。
11
燃料噴射器30可具有電動液壓燃料噴射器的形式，或具有壓力增強(qiáng)蓄積器類型 的噴射器的形式。燃料噴射器30用于從箱32向燃燒室21供應(yīng)柴油燃料等或以此填充燃 燒室21。供給經(jīng)由燃料分配管壓力調(diào)節(jié)器40和高壓閥38被發(fā)動機(jī)控制單元31控制。汽缸18被曲軸22移動，以改變?nèi)紵?1的容積。該容積可減小來增加其壓力和 溫度，以便點(diǎn)燃由燃料噴射器30供應(yīng)的燃料。被噴射的燃料在特定溫度和壓力下點(diǎn)燃或燃 燒。也稱為燃燒的點(diǎn)火對汽缸18施加爆炸力，來轉(zhuǎn)動曲軸22。曲軸22的位置或旋轉(zhuǎn)角通 過曲軸位置傳感器50傳遞至發(fā)動機(jī)控制單元31。發(fā)動機(jī)控制單元31經(jīng)由燃料分配管壓力調(diào)節(jié)器40和高壓閥38來控制或管理燃 料向燃燒室21的釋放。該控制基于來自汽缸內(nèi)的壓力傳感器16的信息和來自曲軸位置傳 感器50的信息。該控制還使用凸輪軸位置信息。該信息用于確定發(fā)動機(jī)10的燃燒循環(huán)的 狀態(tài)或階段。此外，發(fā)動機(jī)控制單元31可使用發(fā)動機(jī)10的其它附加信息來控制燃料釋放。附 加信息包括發(fā)動機(jī)10的溫度、速度或進(jìn)氣量?？刂七€可涉及燃料釋放的正時(shí)、持續(xù)時(shí)間或量?？偟膩碚f，凸輪軸47可從發(fā)動機(jī)10拆除，從而閥25和26不被凸輪軸47控制或 促動，但被電動液壓裝置控制或促動。圖11示出了確定發(fā)動機(jī)10的汽缸11的失火的方法的圖表。該方法使用來自汽 缸內(nèi)的壓力傳感器16的信息以及發(fā)動機(jī)汽缸階段或狀態(tài)的信息。汽缸階段信息可從曲軸角位置信息和凸輪軸角位置獲得。寬泛地說，發(fā)動機(jī)階段 信息還可以其他方式獲得。發(fā)動機(jī)沒有點(diǎn)火的話，當(dāng)汽缸容積減小而其進(jìn)氣閥25和其排氣 閥26關(guān)閉時(shí)，汽缸11內(nèi)的壓力總是增加。如圖11所示，完整的發(fā)動機(jī)燃燒循環(huán)54包括第一曲軸回轉(zhuǎn)55和第二曲軸回轉(zhuǎn) 56。第一曲軸回轉(zhuǎn)55包括進(jìn)氣沖程58和壓縮沖程59，而第二曲軸回轉(zhuǎn)56包括膨脹沖程 60和壓縮沖程61。沖程58、59、60和61也被稱為階段或狀態(tài)。每個(gè)沖程58、59、60和61 延及曲軸22的180度旋轉(zhuǎn)。曲軸位置信號63具有第一尖峰64和第二尖峰65，它們發(fā)生在壓縮階段59和排氣 階段61?？紤]燃燒循環(huán)54，進(jìn)氣沖程58以曲軸22的0度旋轉(zhuǎn)角開始，終于180度的那點(diǎn)。 在該進(jìn)氣階段58中，進(jìn)氣閥25打開，排氣閥26關(guān)閉，允許氣體或空氣填充燃燒室21。容積 圖表68顯示了燃燒室21的容積，其在進(jìn)氣階段58中增加，且在進(jìn)氣階段58終止時(shí)達(dá)到第 一峰值70。示出燃燒室21內(nèi)的壓力的壓力圖表72在該階段保持相對恒定。隨后，壓縮沖程59在曲軸旋轉(zhuǎn)的180度那點(diǎn)開始，并在曲軸旋轉(zhuǎn)的360度那點(diǎn)終 止。進(jìn)氣閥25和排氣閥26在該階段中關(guān)閉，包封住燃燒室21內(nèi)的氣體。在該階段期間， 汽缸11的容積減小，而其壓力增加，并在該壓縮階段59結(jié)束時(shí)到達(dá)峰值75。相應(yīng)地，燃燒 室21內(nèi)的溫度也增加。燃料噴射到汽缸內(nèi)，如所示點(diǎn)48。汽缸內(nèi)的壓力在該壓縮階段59期間被測量，以確定其多變壓縮常數(shù)。該壓力在曲 軸22的有限的角度窗口內(nèi)被測量。然后，膨脹沖程60在曲軸旋轉(zhuǎn)的360度點(diǎn)開始，且終于曲軸旋轉(zhuǎn)的540度那點(diǎn)。由 于燃燒室21內(nèi)的高溫和高壓，噴射的燃料該該沖程60期間點(diǎn)燃。進(jìn)氣閥25和排氣閥26
12關(guān)閉，允許點(diǎn)燃的燃料對活塞18施加較大的力，并由此以該較大的力轉(zhuǎn)動曲軸22。隨著曲 軸22旋轉(zhuǎn)，燃燒室21的容積增加以達(dá)到峰值，而燃燒室21的壓力非常迅速地減小。汽缸內(nèi)的壓力在該膨脹階段60期間也被測量，以確定其多變膨脹常數(shù)。該壓力在 曲軸22的有限的角度窗口內(nèi)被測量。當(dāng)壓力適中時(shí)，汽缸內(nèi)的壓力被測量。壓力適中是指， 在點(diǎn)火或接近點(diǎn)火(汽缸內(nèi)的壓力達(dá)到峰值)時(shí)，壓力沒有被測量。總的來說，在發(fā)動機(jī)過 度運(yùn)行(車輛發(fā)動機(jī)沒有節(jié)流地運(yùn)行，發(fā)動機(jī)用作制動器)期間，不確定或計(jì)算多變常數(shù)。 基于多變膨脹常數(shù)和壓縮膨脹常數(shù)的差，然后確定汽缸的失火。然后，排氣沖程在540度那點(diǎn)開始，在720度那點(diǎn)結(jié)束。進(jìn)氣閥25關(guān)閉，排氣閥26 打開，允許點(diǎn)燃的燃料排放離開燃燒室21。燃燒室21的容積開始減小，而燃燒室內(nèi)的壓力 在該沖程61期間保持相對恒定。曲軸信號63在排氣沖程61的690度那點(diǎn)具有第二尖峰 65。圖12示出了用于圖8的發(fā)動機(jī)10的汽缸11的發(fā)動機(jī)控制單元31。發(fā)動機(jī)控制單元31包括中央處理單元80，其連接至計(jì)算機(jī)存儲器82。中央處理 單元80連接至端口 45、46、51、34和端口 84。中央處理單元80經(jīng)由端口 34從曲軸位置傳感器50接收信息，經(jīng)由端口 51從汽 缸內(nèi)的壓力傳感器16接收汽缸內(nèi)的壓力測量值。壓力測量值用于檢測或確定發(fā)動機(jī)失火。 任何檢測到的失火然后用于調(diào)整或控制燃料噴射以消除失火。調(diào)整可涉及燃料噴射的量和 燃料噴射的持續(xù)時(shí)間。在特定的情況下，端口 34從圖中未示出的凸輪軸位置傳感器接收信息。然后，中 央處理單元80在計(jì)算機(jī)存儲器82中儲存曲軸信息、凸輪軸信息和壓力測量值，用于隨后被 中央處理單元80處理。該處理隨后使用凸輪軸位置信息和曲軸位置信息來確定發(fā)動機(jī)狀 態(tài)或階段。在此之后，中央處理單元80經(jīng)由端口 45利用高壓閥38且經(jīng)由端口 46利用燃料 分配管壓力調(diào)節(jié)器40控制或釋放燃料噴射。中央處理單元80具有電流驅(qū)動器用于控制， 其在圖中未示出。圖13示出了另一發(fā)動機(jī)的物理布局，其裝備有位于汽缸內(nèi)的壓力傳感器。該汽缸 內(nèi)的壓力傳感器與電熱塞92整合?？偟膩碚f，發(fā)動機(jī)90可具有一個(gè)或多于一個(gè)的汽缸，該 汽缸裝備有壓力傳感器。圖13還具有汽缸內(nèi)的壓力相對于曲軸角度的圖表94。當(dāng)曲軸角大約為93度時(shí)， 汽缸內(nèi)的壓力具有大約47bar的峰值。發(fā)動機(jī)90的控制器93接收汽缸內(nèi)的壓力測量值、曲軸角度信息和其他信息，如圖 13所示。盡管上述描述包含較多細(xì)節(jié)，這些并未視為限制實(shí)施例的范圍，而僅僅提供可預(yù) 知實(shí)施例的闡釋。特別是，實(shí)施例的上述優(yōu)點(diǎn)不應(yīng)視為限制實(shí)施例的范圍，而僅僅解釋為如 果所述實(shí)施例投入實(shí)施的話其可行的獲得方式。由此，本實(shí)施例的范圍應(yīng)該通過權(quán)利要求 和它們的等效物確定，而不是通過給出的例子確定。
權(quán)利要求
一種控制內(nèi)燃機(jī)(10)的方法，包括測量內(nèi)燃機(jī)(10)的汽缸(11)的燃燒循環(huán)(54)的膨脹階段(60)的汽缸內(nèi)壓力，并測量內(nèi)燃機(jī)(10)的汽缸(11)的燃燒循環(huán)(54)的壓縮階段(59)的汽缸內(nèi)的壓力，利用被測的膨脹階段壓力和被測的壓縮階段壓力確定內(nèi)燃機(jī)(10)的汽缸(11)的多變膨脹階段常數(shù)和多變壓縮階段常數(shù)之間的差，和利用被確定的差，檢測汽缸(11)的失火。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)被確定的差小于預(yù)定值時(shí)，失火視為發(fā)生。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，當(dāng)汽缸內(nèi)的壓力適中時(shí)，在預(yù)定的角度 窗口內(nèi)測量膨脹階段壓力和壓縮階段壓力。
4.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括利用被檢測的失 火來控制內(nèi)燃機(jī)(10)，以消除被檢測的失火。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)(10)的控制包括調(diào)整汽缸(11)的燃 料噴射器(30)的打開和關(guān)閉。
6.一種發(fā)動機(jī)控制單元(31)，包括-端口(51)，用于接收內(nèi)燃機(jī)(10)的汽缸(11)的汽缸內(nèi)的壓力測量值；-儲存單元(82)，用于儲存內(nèi)燃機(jī)(10)的汽缸(11)的燃燒循環(huán)(54)的膨脹階段(60) 的汽缸內(nèi)的壓力測量值和壓縮階段(60)的汽缸內(nèi)的壓力測量值；和-失火檢測單元(80)，用于利用膨脹階段壓力測量值和壓縮階段壓力測量值確定多變 膨脹階段常數(shù)和多變壓縮階段常數(shù)之間的差。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動機(jī)控制單元(31)，其特征在于，發(fā)動機(jī)控制單元還包括端 口(34)，用于接收內(nèi)燃機(jī)(10)的汽缸(11)的燃燒循環(huán)(54)的發(fā)動機(jī)階段信息。
8.如權(quán)利要求6或7所述的發(fā)動機(jī)控制單元(31)，其特征在于，發(fā)動機(jī)控制單元(31) 還包括汽缸控制單元(80)，用于利用被檢測的發(fā)動機(jī)失火來控制內(nèi)燃機(jī)(10)的汽缸(11) 的運(yùn)行時(shí)間參數(shù)單元(30)。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機(jī)控制單元(31)，其特征在于，運(yùn)行時(shí)間參數(shù)包括燃料噴 射的正時(shí)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的發(fā)動機(jī)控制單元(31)，還包括端口(84)，用于接收至少一 個(gè)發(fā)動機(jī)參數(shù)，其中，該至少一個(gè)發(fā)動機(jī)參數(shù)被汽缸控制單元用于調(diào)整運(yùn)行時(shí)間參數(shù)(48)。
11.一種內(nèi)燃機(jī)(10)，包括:-如權(quán)利要求6至10中的一項(xiàng)所述的發(fā)動機(jī)控制單元(31)，-至少一個(gè)汽缸(11)，包括汽缸內(nèi)的壓力傳感器單元(16)，用于將汽缸內(nèi)的壓力測量 值傳送到發(fā)動機(jī)控制單元(31)，和-運(yùn)行時(shí)間參數(shù)單元(30)，被設(shè)置在汽缸(11)內(nèi)，其中，運(yùn)行參數(shù)單元(30)被發(fā)動機(jī) 控制單元(31)控制。
12.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃機(jī)(10)，其特征在于，發(fā)動機(jī)控制單元(31)經(jīng)由燃料線 (33)的閥(38)控制燃料噴射。
13.如權(quán)利要求11或12所述的內(nèi)燃機(jī)(10)，其特征在于，發(fā)動機(jī)控制單元(31)經(jīng)由 使用燃料線(33)的燃料分配管壓力調(diào)節(jié)器(40)控制燃料噴射。
14. 一種車輛，包括-如權(quán)利要求11至13中的一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，和 -至少一個(gè)輪子，經(jīng)由傳動單元連接至內(nèi)燃機(jī)(10)。
全文摘要
本申請?zhí)峁┝艘环N控制內(nèi)燃機(jī)(10)的方法。該方法包括測量內(nèi)燃機(jī)(10)汽缸(11)的燃燒循環(huán)(54)的膨脹階段(60)的汽缸內(nèi)壓力，并測量內(nèi)燃機(jī)(10)汽缸(11)的燃燒循環(huán)(54)的壓縮階段(59)的汽缸內(nèi)的壓力。然后利用被測的膨脹階段壓力和被測壓縮階段壓力確定內(nèi)燃機(jī)(10)汽缸(11)的多變膨脹階段常數(shù)和內(nèi)燃機(jī)汽缸的多變壓縮階段常數(shù)之間的差。利用被確定的差，檢測汽缸(11)的失火。
文檔編號G01M15/11GK101957266SQ20101023341
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者亞歷山德羅·卡坦尼斯, 克里斯琴·泰比, 盧卡·福薩蒂 申請人:Gm全球科技運(yùn)作股份有限公司