专利名称：火花正时控制系统与方法
技术领域：
本发明涉及内燃机中的火花正时控制。
背景技术：
现在参看图1，示出了根据现有技术的发动机100的方块图。所吸入的空气穿过节气门体102进入进气歧管104。代表性气缸106包括进气门108和排气门110。进气门108容许将空气燃料混合物吸入气缸106。进气门108由进气凸轮轴112控制，而排气门110由排气凸轮轴114控制。当进气凸轮轴112旋转时，进气门108就会打开或关闭。同样，当排气凸轮轴114旋转时，排气门110就会打开或关闭。
传统上，进气凸轮轴112和排气凸轮轴114通过带或链而由曲柄轴(未示出)直接驱动。凸轮轴112和114的旋转位置决定着相对于进气门108和排气门打开的曲柄轴位置的时间。在特定时间处，点火线圈116向火花塞118提供高电压，火花塞118点燃代表性气缸106内的空气燃料混合物。当排气门110打开时，就将燃烧产物输出至排气系统120。
为了使发动机设计者设计更灵活，设计出凸轮移相器。进气凸轮移相器122可以改变进气凸轮轴112相对于曲柄轴的旋转位置。同样，排气凸轮移相器124可以改变排气凸轮轴114相对于曲柄轴的旋转位置。当进气凸轮移相器122和排气移相器124被致动时，就更新火花计算以便加入凸轮移相器的新目标位置。
发明内容
用于发动机的火花控制系统包括主计算模块和输出计算模块，这种发动机具有进气凸轮移相器和/或排气凸轮移相器并且具有至少一个发动机传感器，主计算模块根据凸轮移相器的实际旋转位置来确定主要火花提前值，而输出计算模块根据来自至少一个发动机传感器的主要火花提前值和数据来确定输出火花提前值。凸轮移相器的实际旋转位置根据预定计算或凸轮移相器上的旋转位置传感器得出。
根据其它特征，主计算模块包括由凸轮移相器的实际旋转位置索引的用于确定主要火花提前的查阅表。根据其它特征，为低辛烷值燃料校准的第二查阅表的输出利用第一查阅表的输出换算并与其相结合。换算比例根据爆震强度而在0与1之间偏置。
根据其它特征，当未收到来自电子节流控制系统的故障信号时，主计算模块就将主要火花提前值与至少一个火花修改量相结合。火花修改量包括温度基数、冷却剂、进气温度、当量比以及活塞敲击。
用于确定发动机的火花正时的方法包括根据凸轮移相器的实际旋转位置来计算主要火花提前值，并且根据来自至少一个发动机传感器的主要火花提前值和数据来计算输出火花提前值，其中发动机具有进气凸轮移相器和/或排气凸轮移相器并且具有至少一个发动机传感器。根据其它特征，通过分析来自凸轮移相器上的至少一个旋转位置传感器的信息或者通过进行预定计算得出凸轮移相器的实际旋转位置。
根据其它特征，主要火花提前值根据由凸轮移相器的实际旋转位置索引的第一查阅表的输出来确定。第一查阅表的输出可以通过第二查阅表的比例换算输出得以修改，第二查阅表的输出由凸轮移相器的实际旋转位置索引。根据其它特征，主要火花提前值与至少一个火花修改量相结合。
通过阅读下文提供的详细描述，将会清楚了解本发明可适用的其它领域。应当理解，尽管这些详细描述和特定实例显示了本发明的优选实施例，但是它们仅用于示例说明，而并不用于限制本发明的范围。
根据详细描述和附图，将会更充分地理解本发明，图中图1为根据现有技术的发动机的方块图；图2为根据本发明原理的带有示例性控制系统的发动机的方块图；图3为用于2的控制模块的示例性火花计算算法的方块图；图4A为示出了温度基数修改量的示例性计算的方块图；图4B为示出了冷却剂修改量的示例性计算的方块图；图4C为示出了运行基本火花的示例性计算的方块图；图4D为示出了进气温度火花修改量的示例性计算的方块图；图4E为示出了当量比火花修改量的示例性计算的方块图；以及图4F为示出了活塞敲击火花修改量的示例性计算的方块图。
具体实施例方式
以下对优选实施例的描述事实上仅为示例性，并且决非用于限制本发明、其应用或用途。为清楚起见，在附图中将使用相同的参考数字来标识相似的元件。在本文中使用时，术语“模块”是指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或其它提供所述功能的适用部件。
现在参看图2，示出了根据本发明原理的带有示例性控制系统的发动机150的方块图。所吸入的空气穿过节气门152进入进气歧管154。所吸入的空燃混合物穿过打开的进气门156进入代表性气缸158。点火线圈160使火花塞162致动以便点燃气缸158内的空气燃料混合物。在点燃后，打开的排气门164容许气缸158就将燃烧产物排放至排气系统166。进气门156和排气门164分别由进气凸轮轴168和排气凸轮轴170控制。通过进气凸轮移相器172来调节进气凸轮轴168相对于曲柄轴(未示出)的旋转位置。同样，通过排气凸轮移相器174来调节排气凸轮轴170相对于曲柄轴的旋转位置。
控制模块176接收来自高度传感器178的高度信息、在空气到达节气门152之前的来自温度传感器180的进气温度信息、来自质量气流传感器182的负载信息、来自温度传感器184的发动机冷却剂温度信息、来自震动传感器186的爆震强度信息、来自RPM传感器188的发动机速度信息、来自连接于进气凸轮移相器172上的第一旋转传感器190的进气凸轮移相器位置信息、以及来自连接于排气凸轮移相器174上的第二旋转传感器192的排气凸轮移相器位置信息。
控制模块176向点火线圈160发送控制信号以便确定火花塞162的点火时间。控制模块还控制着进气凸轮移相器172和排气凸轮移相器174的位置目标。本发明所属领域的普通技术人员将会认识到，控制模块176接收各种不同的输入并且在任意给定的发动机配置中产生更多输出。另外，本发明所属领域的普通技术人员将会认识到，各种不同的传感器可以向控制模块176提供所需信息。
火花提前完成得非常快，就是说不迟于发动机的下一个火花事件。然而，当使进气和排气凸轮移相器运动时，它们就比较慢地到达目标位置。这样可能导致发动机在这些过渡期间发生火花击穿。根据本发明的算法通过使火花提前随进气凸轮移相器的实际位置而非目标位置变化而防止这种情况发生。
现在参看图3，示出了用于2的控制模块176的示例性火花计算算法的方块图。求和模块200使主运行基础火花202与多个修改量相结合。这些修改量包括温度基数204、冷却剂206、进气温度208、当量比210以及活塞敲击212。多路转换器214根据来自电子节流控制模块216的信号选择来自求和模块200的输出或者运行基础火花202。如果电子节流控制模块216检测到故障，就会将缺省信号传递至多路转换器214，从而引起多路转换器214选择运行基础火花202。如果发生故障，这样就除去了尽可能多的变量。多路转换器214的输出作为火花提前输出。
现在参看图4A，方块图示出了温度基数修改量204的示例性计算。温度表218根据发动机冷却剂温度选择火花修改量值。所选择的值作为温度基数修改量204输出。
现在参看图4B，方块图示出了冷却剂修改量206的示例性计算。二维温度表220根据发动机冷却剂温度和发动机负载(以每缸克数为单位所测量的空气质量)选择火花修改量值。所选择的值作为冷却剂修改量206输出。
现在参看图4C，方块图示出了运行基本火花202的示例性计算。两维MBT(平均最佳转矩)火花表222根据实际进气凸轮移相器位置和实际排气凸轮移相器位置选择火花提前值。低辛烷值表224还根据进气和排气凸轮移相器位置来选择火花提前值。优选地，为低辛烷值燃料校准低辛烷值表224，而为较高辛烷值燃料校准两维MBT火花表222。辛烷值标量模块226根据爆震强度确定辛烷值标量值。当检测到震动时，辛烷值标量模块226朝着1值增加标量。当没有检测到震动时，标量朝着0值减少。
第一乘法器228使来自辛烷值标量模块226的辛烷值标量值与选自MBT火花表222的火花提前值相乘。求差模块230从数字1中减去辛烷值标量。第二乘法器232使求差模块230的输出与选自低辛烷值表224的火花提前值相乘。偏移表234根据发动机RPM(每分钟转数)和发动机负载生成火花修改量。第一乘法器228、第二乘法器232以及偏移表234的输出在求和模块236中进行组合。求和模块236的输出为运行基本火花202。
现在参看图4D，方块图示出了进气温度火花修改量208的示例性计算。两维负载表238根据进气温度与发动机负载选择标量。两维RPM表240根据进气温度与发动机RPM选择标量。冷却剂标量表242根据发动机冷却剂温度选择冷却剂标量。乘法模块244使来自负载表238、RPM表240以及冷却剂标量表242的标量相乘。乘法模块244的输出为进气温度火花修改量208。
现在参看图4E，方块图示出了当量比火花修改量210的示例性计算。两维MBT火花表246根据发动机RPM和当量比选择值。当量比与空气燃料比成反比并且用于调节醇类燃料混合。气流标量表248根据车辆的高度选择值。乘法模块250使MBT火花表246和气流标量表248的输出相乘。乘法模块250的输出为当量比火花修改量210。
现在参看图4F，方块图示出了活塞敲击火花修改量212的示例性计算。活塞敲击火花延迟减少了通常在冷发动机冷却剂温度时产生的活塞敲击噪声。活塞敲击表252根据发动机RPM和发动机负载选择值。冷却剂标量表254根据发动机冷却剂温度选择值。乘法模块256使由活塞敲击表252和冷却剂标量表254输出的值相乘。乘法模块256的输出为活塞敲击火花修改量212。
根据以上描述，本发明所属领域的普通技术人员现在能够理解，本发明的广义思想能够按照各种形式实现。因此，尽管以上结合其特定实例描述了本发明，但本发明的真正范围不应当被限制于此，因为在研究了附图、说明书和以下权利要求之后，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚其它改型。
权利要求
1.一种用于发动机的火花控制系统，所述发动机具有进气凸轮移相器和排气凸轮移相器中至少一个并且具有至少一个发动机传感器，该系统包括主计算模块，其根据进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置来确定主要火花提前值；和输出计算模块，其根据来自至少一个发动机传感器的所述主要火花提前值和数据来确定输出火花提前值。
2.根据权利要求1所述的火花控制系统，其中所述进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置根据位于至少一个进气凸轮移相器和排气凸轮移相器中每一个上的至少一个旋转位置传感器得出。
3.根据权利要求1所述的火花控制系统，其中所述进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置根据预定计算得出。
4.根据权利要求1所述的火花控制系统，其中所述主计算模块包括用于确定所述主要火花提前的n维第一查阅表，所述第一查阅表由所述进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置索引，当同时存在进气和排气凸轮移位器时n等于2，否则n等于1。
5.根据权利要求4所述的火花控制系统，其中所述主计算模块还包括用于确定所述主要火花提前的n维第二查阅表，所述第二查阅表由所述进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置索引，当同时存在进气和排气凸轮移位器时n等于2，否则n等于1。
6.根据权利要求5所述的火花控制系统，其中使用低辛烷值燃料校准所述第二查阅表。
7.根据权利要求5所述的火花控制系统，其中所述第一和第二查阅表的比例换算输出相结合以便产生所述主要火花提前值。
8.根据权利要求7所述的火花控制系统，其中在结合以便产生所述主要火花提前值之前，所述第一查阅表的所述输出由辛烷值标量进行比例换算，而所述第二查阅表的所述输出由1减去所述辛烷值标量的差进行比例换算。
9.根据权利要求8所述的火花控制系统，其中所述辛烷值标量在0与1之间变动，并且在爆震强度升高时增加而在爆震强度降低时减少，并且至少一个发动机传感器包括震动传感器。
10.根据权利要求1所述的火花控制系统，其中所述主要火花提前值包括选自由发动机速度和发动机负载索引的两维表的标量偏移量。
11.根据权利要求1所述的火花控制系统，其中所述主计算模块使所述主要火花提前值与至少一个火花修改量选择性组合。
12.根据权利要求11所述的火花控制系统，其中只有在没有接收到来自电子节流控制系统的故障信号时，所述主计算模块才使所述主要火花提前值与所述至少一个火花修改量组合。
13.根据权利要求11所述的火花控制系统，其中所述至少一个火花修改量包括温度基数、冷却剂、进气温度、当量比以及活塞敲击中的至少一个。
14.一种用于确定发动机的火花正时的方法，所述发动机具有进气凸轮移相器和/或排气凸轮移相器中至少一个并且具有至少一个发动机传感器，该方法包括根据进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置来计算主要火花提前值；以及根据来自至少一个发动机传感器的所述主要火花提前值和数据来计算输出火花提前值。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括通过分析来自至少一个进气凸轮移相器和排气凸轮移相器中每一个上的至少一个旋转位置传感器的信息确定所述进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括进行预定计算来确定所述进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括根据第一查阅表的输出来确定所述主要火花提前值，该第一查阅表由所述进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置索引。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括利用第二查阅表的输出来修改所述主要火花提前值，该第二查阅表由所述进气凸轮移相器和排气凸轮移相器至少一个的实际旋转位置索引。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括通过第一标量对所述第一查阅表的所述输出进行比例换算，通过第二标量对所述第二查阅表的所述输出进行比例换算，以及组合所述比例换算输出以便产生所述主要火花提前值。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括使所述主要火花提前值与至少一个火花修改量相结合。
全文摘要
一种用于发动机的火花控制系统方法包括主计算模块和输出计算模块，所述发动机具有进气凸轮移相器和/或排气凸轮移相器并且具有发动机传感器，主计算模块根据凸轮移相器的实际旋转位置来确定主要火花提前值，输出计算模块根据来自发动机传感器的主要火花提前值和数据来确定输出火花提前值。凸轮移相器的实际旋转位置根据预定计算或凸轮移相器上的旋转位置传感器得出。主计算模块包括两个由凸轮移相器的实际旋转位置索引的分开式校准查阅表，对其输出进行比例换算并将其组合以便确定主要火花提前。火花修改量包括温度基数、冷却剂、进气温度、当量比以及活塞敲击。
文档编号F02P5/145GK1840890SQ20061006838
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者V·鲁伊斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司