用于确定发动机火花正时的方法和系统的制作方法

用于确定发动机火花正时的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本申请涉及用于确定发动机火花正时的方法和系统。描述了用于提供火花至发动机的系统和方法。在一个示例中，发动机爆震限制火花正时被表达为直线，该直线响应发动机爆震、火花正时和发动机负荷而确定。本文描述的方法和系统可以在没有大量的发动机校准和映射下执行。
【专利说明】用于确定发动机火花正时的方法和系统

【技术领域】
[0001] 本描述涉及用于确定内燃机的火花正时的系统和方法。对于可用多于一种类型的 燃料且用不同燃料混合比操作的车辆，所述方法会特别有用。

【背景技术】
[0002] 内燃机可以能够用多种不同燃料类型操作。进一步地，内燃机可以用不同燃料的 不同混合比操作。例如，发动机可在较低发动机负荷下用汽油操作。同一发动机可在较高 发动机负荷下使用仅乙醇或汽油和乙醇的比操作。通过用不同燃料类型操作发动机，与仅 使用一种类型的燃料操作同一发动机相比，可能改善发动机的燃料经济性和性能。
[0003] 虽然发动机燃料经济性和排放可以通过用多种燃料类型操作发动机来改善，但是 用变化的燃料比和不同燃料类型操作发动机可使其更难以操作发动机。例如，如果两种燃 料以随发动机工况变化的比例同时在发动机中燃烧，会难以确定发动机的开环回路爆震限 制火花正时。如果两种燃料中的一种燃料具有比另一燃料更高的辛烷值，爆震限制火花正 时可以被映射用于较高辛烷燃料和较低辛烷燃料。然而，当燃料一起且以不同比在发动机 中燃烧时，用于较高辛烷燃料和较低辛烷燃料的已知的爆震限制火花正时可以是不同于用 于燃烧高辛烷燃料和低辛烷燃料比的爆震限制火花正时。如果发动机用基于较高或较低辛 烷燃料的火花正时操作同时燃烧较高辛烷燃料和较低辛烷燃料的比，发动机可能爆震或发 动机燃料经济性可能变差。因此，期望确定对于该比和由发动机燃烧的各种燃料类型的爆 震限制火花正时。


【发明内容】

[0004] 发明人在此已经认识到上面提到的缺点并已经开发了用于调整发动机火花 正时的方法，该方法包括：响应从多个发动机爆震限制火花对发动机负荷关系内插 (interpolated)的发动机爆震限制火花，调整发动机火花正时。在一个示例中，对于不同 燃料混合和/或在汽缸循环期间供应至发动机汽缸的燃料的比，发动机爆震限制火花正时 可以被表达为作为发动机负荷函数的多个直线，所述多个直线涉及发动机爆震限制火花正 时。
[0005] 通过在作为发动机负荷函数的表示已知发动机爆震限制火花正时的线之间内插， 可能提供在其中发动机尚未被操作和映射的条件下确定用于燃料混合物和共混物的发动 机爆震限制火花正时的技术结果。进一步地，在一些示例中，该方法可允许发动机爆震限制 火花正时外插（extrapolated)到具有比已被映射的燃料共混物不同的燃料的较高或较低 比的燃料分数。
[0006] 本描述可提供若干优点。特别是，该方法可避免过度提前的火花正时或未提前的 火花正时，以改善发动机效率和性能。进一步地，该方法可降低校准发动机控制器的复杂 性。更进一步地，该方法可允许一些发动机火花正时由发动机控制器获知，而不必在发动机 开发期间进行校准。
[0007] 当单独或结合附图时，本描述的以上优点和其他优点以及特征根据如下的具体实 施方式将易于理解。
[0008] 应该理解，提供上面的总结是以简化的形式介绍在【具体实施方式】中将进一步详细 描述的一些概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，该要求保护的 主题的范围是由【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不 限于解决上面或本公开的任何部分中所提及的任何缺点的实施方式。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 当单独或参照附图时，通过阅读实施例（这里称为【具体实施方式】）的示例，将更充 分理解本文描述的优点，其中：
[0010] 图1是发动机的示意图；
[0011] 图2示出基于较高辛烷燃料和较低辛烷燃料的爆震限制火花正时内插爆震限制 火花正时的图形化示例；
[0012] 图3示出基于两种不同燃料共混物的爆震限制火花正时外插用于较高辛烷燃料 和较低辛烷燃料的爆震限制火花正时的图形化示例；以及
[0013] 图4示出用于确定发动机火花正时的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0014] 本描述涉及确定发动机的爆震限制火花正时（例如，在发动机转速和负荷下的火 花正时，其中发动机爆震强度处于其中附加火花提前可增加发动机爆震强度的阈值水平， 这可导致发动机变差）。发动机可以是图1中描述的发动机的类型。用于燃烧的混合燃料混 合物的爆震限制火花正时可基于较高辛烷燃料和较低辛烷燃料的爆震限制火花正时内插， 如图2中以图形方式示出。用于较高辛烷燃料和较低辛烷燃料的爆震限制火花正时可基于 两种混合燃料的爆震限制火花正时外插，如图3中以图形方式示出。图4描述了用于基于 其他燃料的爆震限制火花正时的线性估计确定燃料混合物的爆震限制火花正时的方法。
[0015] 参照图1，包括多个汽缸的内燃机10由电子发动机控制器12控制，其中图1示出 了多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32,其中活塞36位于汽缸 壁32中且连接到曲轴40。飞轮97和环形齿轮99耦接到曲轴40。起动器96包括小齿轮 轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可选择性地推进小齿轮95,以接合环形齿轮99。起动器 96可直接安装到发动机的前面或发动机的后面。在一些示例中，起动器96可经由皮带或 链条选择性地供应转矩至曲轴40。在一个示例中，当未接合到发动机曲轴时，起动器96处 于基本状态。燃烧室30被示出经由各自进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管 48连通。每个进气门和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置 可由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器57确定。进气凸 轮51和排气凸轮53可相对于曲轴40移动。
[0016] 燃料喷射器66被示出经定位直接喷射燃料到汽缸30中，这称为本领域技术人员 所熟知的直接喷射。可替换地或另外地，燃料可经由燃料喷射器67喷射到进气道，这称为 本领域技术人员所熟知的进气道喷射。燃料喷射器66输送与来自控制器12的信号的脉冲 宽度成比例的液体燃料。燃料由燃料系统（未示出）输送到燃料喷射器66,该燃料系统包 括燃料箱、燃料泵和燃料轨（未示出）。在汽缸循环期间，不同量的燃料可经由喷射器66和 喷射器67喷射到燃烧室30。进一步地，经由燃料喷射器66喷射的燃料类型可以不同于经 由燃料喷射器67喷射的燃料类型。例如，燃料喷射器66可喷射具有比燃料喷射器67更高 的酒精或天然气浓度的燃料。在替代示例中，汽缸30可配备有单个喷射器，并且所喷射的 燃料类型或所喷射燃料比可以经由燃料管线或燃料轨中的气门在操作期间变化，或者由可 变燃料泵变化。
[0017] 另外，进气歧管44被示出与任选电子节气门62连通，该电子节气门62调整节流 板64的位置，以控制从进气装置42到进气歧管44的空气流。在一个示例中，高压、双级燃 料系统可用于产生较高燃料压力。在一些示例中，节气门62和节流板64可定位在进气门 52和进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。
[0018] 无分电器点火系统88响应控制器12经由火花塞92提供点火火花至燃烧室30。 通用排气氧（UEG0)传感器126被示出在催化转换器70的上游耦接到排气歧管48。可替换 地，双态排气氧传感器可以代替UEG0传感器126。
[0019] 在一个示例中，转换器70可以包括多个催化剂砖。在另一示例中，可以使用多个 排放控制装置，其中每个排放控制装置具有多个砖。在一个示例中，转换器70可以是三元 型催化剂。
[0020] 控制器12在图1中被示出作为传统的微型计算机，包括：微处理器单元 (CPU) 102、输入/输出端口（I/O) 104、只读存储器（ROM) 106、随机存取存储器（RAM) 108、保 活存储器（KAM) 110和传统数据总线。控制器12被示出接收来自耦接到发动机10的传感 器的各种信号，除先前讨论的那些信号以外，包括：来自耦接到冷却套管114的温度传感器 112的发动机冷却液温度（ECT);用于感测由脚132施加的力的耦接到加速器踏板130的位 置传感器134 ;用于确定存在或不存在发动机爆震的爆震传感器69 ;来自耦接到进气歧管 44的压力传感器122的发动机歧管压力（MAP)的测量；感测曲轴40位置的来自霍尔效应 传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120进入发动机的空气质量的测量；以及来 自传感器58的节气门位置的测量。大气压力也可以被感测（传感器未示出）用于由控制 器12处理。在本描述的优选方面中，发动机位置传感器118对于曲轴的每次旋转产生预定 数量的等距间隔脉冲，其中发动机转速（RPM)可以根据曲轴的每次旋转进行确定。
[0021] 在一些示例中，发动机可耦接到如图2所示的混合动力车辆中的电动马达/电池 系统。
[0022] 在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲 程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般地，在进气冲程期间，排气门54关闭且进气门52 打开。空气经由进气歧管44被引入燃烧室30中，并且活塞36移动到汽缸的底部，以便增 加燃烧室30内的容积。其中活塞36接近汽缸底部且在其冲程结束处（例如，当燃烧室30 处于其最大容积时）的位置通常由本领域的技术人员称为下止点（BDC)。在压缩冲程期间， 进气门52和排气门54均关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。其 中活塞36在其冲程结束处且最接近汽缸盖（例如，当燃烧室30处于其最小容积时）的点 通常由本领域的技术人员称为上止点（TDC)。在以下称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室 中。在以下称为点火的过程中，所喷射的燃料由诸如火花塞92的已知点火手段点火，从而 导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体推动活塞36返回至BDC。曲轴40将活塞运动转换成 旋转轴的旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开，以释放燃烧的空气-燃料混合 物至排气歧管48,并且活塞返回到TDC。注意上面仅作为示例示出，并且进气门和排气门打 开和/或关闭正时可以变化，例如以提供正气门或负气门重叠、延迟进气门关闭或各种其 他示例。
[0023] 发明人在此已经观察到对于燃料，爆震限制燃烧相位（例如，其中50%的质量分 数被燃烧用于燃烧事件的曲轴角）是发动机负荷的线性函数。此关系适用于低发动机负荷 和高发动机负荷，除其中存在燃料富集外。进一步地，50%质量分数燃烧位置可以是爆震限 制火花正时的估计值。发明人基于发动机负荷和来自MBT的爆震限制火花延迟之间的线性 关系估计爆震限制火花正时。图2和图3示出用于基于发动机负荷和来自MBT的爆震限制 火花延迟之间的线性关系估计爆震限制火花正时的两个示例。
[0024]因此，图1的系统提供一种车辆系统，包括：发动机；耦接到该发动机的第一燃料 喷射器和第二燃料喷射器，其中第一燃料喷射器供给第一燃料至发动机，第二燃料喷射器 供给第二燃料至发动机，第一燃料不同于第二燃料；和包括可执行的非临时指令的控制器， 以响应来自MBT火花正时的发动机爆震限制火花延迟对发动机负荷关系调整发动机火花 正时，其中这一关系根据两个其他的来自MBT火花正时的发动机爆震限制火花延迟对发动 机负荷关系导出。该车辆系统包括其中两个其他的来自MBT火花正时的发动机爆震限制火 花延迟对发动机负荷关系表达为直线。该车辆系统包括其中来自MBT火花正时的发动机爆 震限制火花延迟对发动机负荷关系表达为直线。该车辆系统进一步包括附加的用于响应发 动机爆震调整发动机火花正时的指令。该车辆系统包括其中来自MBT火花正时的发动机爆 震限制火花延迟对发动机负荷关系包括其中不存在爆震的发动机的较低发动机负荷。
[0025] 图2是示出内插发动机的爆震限制火花正时的第一方式的图，其中该发动机正在 发动机循环期间燃烧两种不同燃料的混合物。该图包括表示发动机负荷（例如，实际发动 机空气量除以理论发动机空气量）的X轴线。发动机负荷可表达为0和1之间的值，其中1 表示满发动机负荷，而〇表示零空气流通过发动机。发动机负荷在X轴线箭头的方向上增 力口。Y轴线表示从最佳转矩的最小火花（MBT)的火花正时延迟的爆震限制火花正时。发动 机火花正时在Y轴线箭头的方向上进一步从MBT火花正时延迟。
[0026] 线202表示从MBT火花正时的爆震限制火花延迟和用于低辛烷燃料的发动机负荷 之间的关系。线206表示从MBT火花正时的爆震限制火花延迟和用于较高辛烷燃料的发动 机负荷之间的关系。线204表示从MBT火花正时的爆震限制火花延迟和用于较高辛烷燃料 和较低辛烷燃料的混合物的发动机负荷之间的关系。
[0027] 在此示例中，发动机使用较高辛烷燃料操作，并且发动机爆震在由圆点221指示 的两个发动机负荷和火花正时处经由发动机爆震传感器检测。线206的方程经由直线方程 (例如，y=mx+b，其中x是x轴线的变量，y是y轴线的变量，m是斜率，b是偏移量）和点

【权利要求】
1. 一种用于调整发动机火花正时的方法，其包括： 响应从多个发动机爆震限制火花延迟对发动机负荷关系内插的发动机爆震限制火花 延迟关系，调整发动机火花正时。
2. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用第一燃料或燃料比，响应在两个不 同发动机负荷处发动机爆震的存在，确定表示发动机爆震限制火花延迟的第一条线的第一 方程。
3. 根据权利要求2所述的方法，其进一步包括使用第二燃料或燃料比，响应在两个不 同发动机负荷处发动机爆震的存在，确定表示发动机爆震限制火花延迟的第二条线的第二 方程。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述发动机爆震限制火花延迟是从所述第一方程 和第二方程内插的。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述第一方程和第二方程是直线的方程。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中从所述多个发动机爆震限制火花延迟对发动机负 荷关系内插的所述发动机爆震限制火花延迟表达为直线的方程。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述直线的方程基于从两个其他斜率值内插斜 率。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述直线的方程基于从两个其他偏移值内插偏移 量。
9. 一种用于调整发动机火花正时的方法，其包括： 响应从多个发动机爆震限制火花延迟对发动机负荷关系外插的发动机爆震限制火花 延迟关系，调整发动机火花正时。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中从所述多个发动机爆震限制火花延迟对发动机 负荷关系外插的所述发动机爆震限制火花延迟关系基于两条线的方程。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中两条线的所述方程基于以第一燃料与第二燃 料的第一比操作发动机，并且基于以所述第一燃料与所述第二燃料的第二比操作所述发动 机，所述第一比不同于所述第二比。
12. 根据权利要求9所述的方法，其中响应在多个发动机负荷处的发动机爆震确定从 所述多个发动机爆震限制火花延迟值外插的所述发动机爆震限制火花延迟。
13. 根据权利要求9所述的方法，其进一步包括响应发动机爆震的指示调整所述发动 机火花正时。
14. 根据权利要求9所述的方法，其中响应发动机爆震限制火花调整发动机火花正时 包括外插表示发动机爆震限制火花延迟对发动机负荷的线的方程的斜率。
15. 根据权利要求9所述的方法，其中响应发动机爆震限制火花调整发动机火花正时 包括外插表示发动机爆震限制火花延迟对发动机负荷的线的方程的偏移量。
16. -种车辆系统，其包括： 发动机； 耦接到所述发动机的第一燃料系统和第二燃料系统，所述第一燃料系统供给第一燃料 至所述发动机，所述第二燃料系统供给第二燃料至所述发动机，所述第一燃料不同于所述 第二燃料；和 包括非临时性指令的控制器，所述非临时性指令是可执行的，以响应从两个其他发动 机爆震限制火花延迟对发动机负荷关系导出的发动机爆震限制火花延迟对发动机负荷关 系调整发动机火花正时。
17. 根据权利要求16所述的车辆系统，其中所述两个其他发动机爆震限制火花延迟对 发动机负荷关系表达为直线。
18. 根据权利要求17所述的车辆系统，其中所述发动机爆震限制火花延迟对发动机负 荷关系表达为直线。
19. 根据权利要求16所述的车辆系统，其进一步包括用于响应发动机爆震调整发动机 火花正时的附加指令。
20. 根据权利要求16所述的车辆系统，其中所述发动机爆震限制火花延迟对发动机负 荷关系包括其中不存在爆震的较低发动机负荷。
【文档编号】F02P5/152GK104514663SQ201410500236
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】T·G·里昂, G·苏尼拉 申请人:福特环球技术公司