具有可变的分辨率采样窗口的基于燃烧压力反馈的发动机控制的制作方法

优先权要求

本申请要求2015年4月14日提交的美国专利申请no.62/147,405的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术：

通过气缸压力的燃烧监测被用于建立发动机燃烧策略及其对在研究和开发环境中的几乎所有发动机的控制。然而，产品发动机上的基于气缸压力的监视系统仍然在能力上不足，并且是昂贵和不可靠的，从而将它们的适用性限制为仅最高功率密度和最高效率应用，其中它们的益处可以针对它们的成本被调节。

附图说明

图1是发动机控制系统的示意图。

图2是系统的操作的示意流程图。

图3是示出输入、输出、和设置点的发动机控制单元的示意图。

图4是图3的发动机控制单元的内部处理步骤的示意图。

图5是示出三个压力采样率窗口的针对气缸的压力相对于曲柄角的曲线图。

各个附图中相似的附图标记指示相似要素。

具体实施方式

本文的概念涵盖使用由发动机控制单元(ecu)以变化的采样率处理的高频率气缸内压力测量来控制发动机，其中采样率基于气缸位于燃烧循环中的何处。本文公开的概念提供基于气缸内压力测量进行操作的能力，而不需要高功率处理器，并且在某些示例中，不要求分开的更高功率的ecu来将压力信号处理成与ecu分开的用于确定并且控制点火时间和燃料填充的燃烧度量。可变的采样率可通过在操作上较不重要的发动机操作区域期间减少燃烧度量的计算速率来减少ecu上的存储和计算需求。使用气缸内压力测量可以消除使用用于发动机控制的多个其他传感器的需要，例如，质量空气流量传感器、nox(氮的氧化物)传感器、爆震(knock)传感器或排气温度传感器的需要。此外，在某些示例中，本文的概念实现了对燃料质量变化的更好的适应(例如，甲烷数(mn)和能含量(mbtu/m³)的变化)。

发动机控制单元(ecu)具有嵌入式处理器，在某些示例中，处理器有能力以精细达0.25°曲柄的分辨率处理高速气缸压力数据并能够产生用于监测燃烧以及实时对燃烧诊断进行滤波和求平均值的综合诊断套件，即，与发动机操作同时发生并且足够同时以便在用于控制发动机的控制回路中使用。在一些实例中，ecu能够实时处理多达20个气缸，每个气缸的总处理时间为大约2.5毫秒。由ecu计算的实时燃烧度量可包括一个或多个气缸内的峰值压力(ploc)和最大压力(pmax)在曲柄角或时间上的位置。此外，在某些示例中，ecu可以基于逐个气缸计算每个循环燃烧的绝热散热速率、每个循环燃烧的10％、50％、90％(ca10、ca50(也称为燃烧的中心(coc))、和ca90)在曲柄角或时间上的位置和每个循环燃烧的10-90％的历时，以及从压力信号导出的其他燃烧诊断度量，诸如imep(指示的平均有效压力，多变的系数(k，指示气缸的压缩质量)，燃烧稳定性(imep的cov)。

嵌入式压力监测系统的示例能够在现代四缸、往复式柴油发动机(在常规双燃料天然气柴油模式、和反应控制压缩点火或rcci，研究实验室环境中的天然气柴油模式)上的闭环控制中被发现。然而，这个概念不仅限于此并且适用于任何其他发动机配置例如具有更少或更多的气缸、不同燃料类型，并且适用于其他、非往复类型的发动机。并且本文中公开的概念超出研究实验室环境变得在嵌入式ecu中实用。

对于气体-柴油双燃料操作，针对变化的设置点以及抑制外部干扰，展示对恒定ca50(在燃烧散热的50％处的曲柄角)的控制，诸如egr和燃料喷射压力。对于rcci模式，展示ca50的闭环控制。

在一些实例中，本文中的概念涵盖天然气发动机，其使用气缸压力监测来确定imep和燃烧中心(ca50)作为本文公开的基于新能力(诸如散热)的主要方法，同时也能够监测并控制更多常规仅压力方法诸如峰值压力的幅度和位置并调节火花(spark)和添加燃料来平衡气缸，同时安全地保持峰值压力在发动机设计极限之下。根据本文中的概念，在一些柴油发动机中，点火延迟可以被监测来实现实时喷射器重新校准。根据本文中的概念，在一些天然气-柴油双燃料发动机中，压力监测系统通过监测燃烧相位和爆震实现气体至柴油的替代率最大化，然后补偿气体喷射速率和柴油喷射定时来维持不爆震的最大替代率。

对于均质充量压缩点火(hcci)、预混合充量压缩点火(pcci)，和rcci以及其他低温燃烧(ltc)模式，燃烧反馈可以被用于将关键燃烧参数维持在指定极限之内。向控制器提供燃料参数(诸如燃烧的起始位置(soc)、燃烧中心(ca50)、压力上升的速率(rpr))和维持pmax在发动机极限之下。

本创新之前存在的常规方法包括ecu系统，该ecu系统使用直接馈送到控制器气缸压力监测并且使用压力比方法，使得ecu然后调整放电定时控制和稀释控制，来平衡气缸并进行缺火和爆震检测。本创新背离常规方法在于处理压力迹线并将它转化为多个有用的超越仅峰值压力方法的燃烧度量方式，其通过使用高效向量的高速处理器和提供灵活性来在度量周围环绕控制和诊断的算法，这与只直接使用压力传感器的电压到“一种控制”控制器的常规方法相反。

常规ecu系统，在一些实例中，因为存储器和处理器极限，压力迹线的分析会被限制于定制为直接与发动机控制策略一起工作的信息，并且用于确定燃烧度量的处理器被嵌入与发动机控制单元的其余部分相同的装置中。在存储器或处理器受限的实现中，常规的ecu系统仅选择燃烧度量的小子集并使用只对独一无二的预设计的发动机控制目标有用的替代分析；替代分析不是通用的。

ecu系统的目标之一是将高速气缸压力数据转化为有意义的低速数据，其可以在少量发动机周期内(特别是在校准期间)告知用户发动机的操作状况并且将稳定并且可靠的智能传感器输入提供到ecu来输送以下益处。在一些实例中，ecu系统经由合适的致动器变化来实现发动机保护以提供过压力保护(pmax)，压力上升速率保护(rpr)，爆震检测，和缺火检测。在一些实例中，ecu系统计算燃烧度量以便确定上述致动器变化(例如，火花定时、气缸内喷射和端口喷射定时和历时、afr控制，和节气门位置)。在一些实例中，计算的燃烧度量是最优ploc，最优ca50，所得的rhr，燃烧的起始位置(soc)，和指示平均有效压力(imep)气缸平衡。

在一些实例中，系统被建立成与主控制器直接通信或在控制器局域网(can)链路上通信的嵌入式控制器，并且没有显著的时滞。替换地，在一些实例中，所述方法被直接执行在ecu的主处理器上，假定充分的计算功率是可用的。

在一些实例中，发动机控制装置被配置成提高气体发动机的爆震裕度，提高在气体柴油双燃料应用中的最大气体-柴油替代速率，并实现将诸如hcci、rcci、pcci之类的ltc策略的燃烧定相的精确控制在发动机保护极限之内。

图1是发动机控制系统的示意图。图1示出在被配置成控制发动机13的发动机控制系统10内的ecu11的示意图。如上文中指出的，高速压力数据14由压力传感器4生成，每个传感器安装有对燃烧室的直接接入。压力数据14以高曲柄同步速率捕捉，高达-0.25°分辨率或每发动机循环2880个样本。这个合成曲柄角信号是从更低的分辨率曲柄位置信号生成的。例如，在典型曲柄角编码器5通过感测盘(盘被安装为与曲柄一起转动)上齿的边缘的经过生成曲柄角信号15的情况下，曲柄位置的分辨率是基于齿的数量。典型的60-2齿轮有6°的分辨率。然而，插值可用于确定边缘之间的空间中的曲柄角。因此，边缘之间的间距使用之前观察到的齿周期除以实现期望角度采样分辨率所需的边缘数。为了考虑曲柄齿之间甚至在平均发动机速度是恒定时可以见到的较小的可变性，编码系统被重新同步到每一个边缘。

所得的高分辨率压力信号14由ecu11中的燃烧诊断例程使用来在每一气缸、以每一循环为基础产生关键燃烧诊断19，例如imep、pmax、ca50。度量18随后被ecu11使用作为反馈信号用于通过调制发动机控制致动器设置19调整关键燃烧性能特性。

在常规的(非ltc)双燃料操作中，燃烧定相对于效率、排放和爆震裕度是关键因素。对燃烧定相的好的控制可以显著提高最大气体替代率。由于不是发动机内的所有变量能被保持紧密的容差(例如包括歧管绝对温度(mat)，歧管绝对压力(map)，和柴油喷射轨道压力)，典型的控制燃烧定相的开环方法可以被一些反馈机制显著增强。

反应性控制压缩点火(rcci)是很多ltc策略之一来显著减少nox产物并同时达到稀混合气的快速燃烧来提高效率。在rcci中，不同反应率的两个燃料早期被引入到燃烧室中来调节燃烧开始的定相和燃烧速率。在气体-柴油rcci中，天然气被喷射到进气端口，柴油被直接喷射到燃烧室。带有柴油公共导轨，有可能以各种时间和量喷射柴油部分直到喷射系统的极限。通常，柴油比一般柴油或气体-柴油双燃料更早喷射，如刚好在进气门关闭(ivc)之后那样早到如在上止点之前(btdc，tdc是活塞在气缸内其最顶部的位置的曲柄位置)70°那么晚。此外，“增益”开关符号，在rcci中，更早的柴油定时导致更晚的燃烧定相，这与柴油和双燃料燃烧相反，更早的柴油导致更早的燃烧定相。

图2示出系统10的ecu12的内部操作的示例流程图。虽然与数据总线耦合的分开的ecu被示出，但在其他示例中，ecu12可以是用于燃烧度量确定和发动机控制的带有公用处理器或分开的处理器的单一ecu。图2示出ecu12接受来自曲柄角传感器201和气缸内压力传感器202的输入。曲柄角传感器201不需要是高分辨率传感器，并且在某些示例中，它可以是读取60-2齿轮的传感器。对于每一个气缸，ecu12计算来自输入数据201的燃烧度量，201。在ecu12中，对于每一个气缸，接下来的步骤在压力传感器处理模块21中被执行。首先，在步骤211，所有常数被定义，包括经由发动机几何结构的向量。然后，在步骤212，气缸内压力被捕捉，在一些实例中，以由采样速率窗口限定的采样速率。然后，在步骤213，原始压力数据被解析为根据相应曲柄角的向量。然后，在步骤214，燃烧度量通过使用预定义的向量和压力向量被计算。最后，在步骤215，热释放速率和燃烧持续时间(即，燃烧10％，50％和90％)被计算。

每个气缸燃烧度量的结果被馈送到ecu12的发动机控制模块22，其中接下来的步骤被执行。图2的发动机控制模块22示出使用实时热释放计算的方式来操作双燃料发动机以满足imep，或相似的目标。(图4示出单燃料气体发动机-火花定时、节气门设定和加燃料速率的相似的实施例)。第一，在步骤221，最佳发动机定时经由在步骤815计算的实时热释放确定。然后，在步骤222，多个或单个脉冲柴油定时由喷射器调整来达到定相目标。然后，在步骤223，目标替代率经由在步骤215计算的实时热释放确定。最后，在步骤224，ecu12调节发动机控制参数来满足设置点。例如，imep目标或等效。在一些实例中，在步骤224，ecu12通过调节设置燃料替代率满足设置点。

在一些实例中，高分辨率触发(多达0.25℃a分辨率)由低分辨率编码器(例如，读取60-2齿轮的传感器)通过使用线性内插提供。

可任选地，并且如以下将更详细讨论的，ecu12可以采用高效处理方法，其实现针对每循环处理每气缸超过15个燃烧度量，同时契合标准“汽车”生产ecu(带有最大允许处理器和存储器)。具体而言，来自气缸压力传感器的压力读数的向量基于气缸在燃烧循环的何处以不同的分辨率被采样。因此，向量是只在最关键的时间期间以最高的分辨率采样的，并且被处理的数据总量被减少。而且，针对所有气缸，从相同存储器收集和处理数据。

在一些实例中，燃烧定相度量的同时控制，例如热释放的质心(ca50，从每循环的热释放率的高速处理中导出的度量)，与燃烧触发定相的致动(例如，火花提前或柴油喷射开始)一起进行，同时对燃烧能量度量(例如，imep)进行同时控制。这个同时控制是通过总燃料量致动来达成的，无论是气缸内、在柴油配置内还是例如天然气或汽油的入口喷射中的额外气缸。

在一些实例中，和如以下更详细讨论的，双燃料最大替代率基于各种热释放率度量的比例被计算，诸如ca10、ca50、ca90，其中三种度量ca10、ca50和ca90都随后用于控制燃料量(燃料分布)，并且ca50特别被用于控制定相，即喷射的开始。进一步ca10可被用于作为燃烧开始的替代控制度量。

在一些实例中，从压力信号导出的压缩和膨胀多变系数被用于高质量热释放率计算。热释放率计算包括经由计算“电动的”压力曲线来诊断压缩曲线。热释放率可经由与预期压缩曲线的偏差来诊断气缸内的变化和压力传感器质量。在一些实例中，多变的常数随着时间被记录来确定由于环和/或伐紧密性引起的压力传感器的漂移的速率或气缸压缩质量。

在一些实例中，系统被配置成立即无缝地从常规的仅柴油切换到(i)“双燃料”模式，由此燃烧在tdc附近触发喷射之后立即开始，或(ii)切换到“rcci”模式，包括触发介质的早期喷射同时维持燃烧定相(例如，soc，ca50，locpeak)和总燃烧能量(imep)度量两者。

在一些实例中，基于压力的爆震指数使用实时压力迹线平滑和集成的、加权的波纹计算来计算。爆震指数被馈送到控制ecu用于最大替换或最大火花提前极限。使用爆震指数，系统在爆震的边缘维持操作。在一些实例中，系统监测爆震指数并调节空气燃料比例(afr，λ)和在给定nox等级时为了最大效率的火花定时两者。也可包括nox传感器输入。在一些实例中，系统使用爆震指数通过将燃烧定相控变量(例如火花定时)提前到爆震强度达到预设目标值的点进行实时爆震裕度控制，然后定相控制记录这个定相角，然后系统将定时延迟到预设“从爆震延迟”值，从而提供最佳爆震裕度和效率平衡。在一些实例中，系统执行与实际相关的燃烧定相目标的变化的统计采样。表决功能随后检查调节火花定时的需要，并且，如果爆震裕度、缺火和效率满足目标，那么火花定时的离散变化被执行。一旦做出改变，值被保持恒定直到另一个合法的改变被实行。

在一些实例中，系统分别从平均峰值压力量值计算各个峰值压力误差，以通过随后增加或减少在平均值以下或以上的气缸的能量达到气缸喷射的能量平衡。

在一些实例中，压力上升的速率被计算。压力的幅度和压力上升的速率被用于限制燃料能量喷射量或燃烧定相。在一些实例中，在双燃料发动机中，压力上升的速率被用作最后保护，而热释放的速率被用作主控制参数。在rcci中，燃烧定相首先经由柴油喷射定时被控制，然后压力上升的速率是关键保护和控制参数以控制两种燃料的比例。

在一些实例中，系统计算燃烧稳定性(imep的cov)并且使用这个稳定性计算来确定稀缺火空燃比。一旦稀缺火afr已知，空气燃料比例控制器被设置成保持充量比缺火极限富给定裕度，并且燃烧定相控制被用于维持最佳效率或输入nox信号来延迟定时以维持nox在它的极限之下。

在一些实例中，系统经由实时imep计算执行燃料质量的实时计算。imep除以喷射的燃料质量数量来计算燃料比能量，q。在一些实例中，计算需要ca50控制来避免能量和定相的混淆。一旦燃料质量已知，适当的afr和燃烧定相控制被执行。

在一些实例中，系统在发动机操作期间适于改变气体质量，而不需要气体质量传感器，通过使用燃烧反馈来代替。

基于压力的燃料灵活型气体发动机控制器

当今典型的气体发动机(例如天然气发动机)使用固定火花定时连同针对afr的工厂内校准来操作。这个典型的配置可提供投入工作的点火发动机上好的爆震裕度并满足排放规范。然而，对于一些发动机，火花定时和afr被设置使得燃烧的中心或ca50(50％燃料燃烧的时间)被维持在15°和20°atdc之间相对延迟的位置。这些设置被认为是保守的并且设置使得最差预想燃料气体质量将不会导致发动机破坏性爆震。在这种类型的校准中，仅在极端状况下使用提供的爆震传感器；否则，爆震特征是相对低的。这个配置的结果是当满足nox排放规范时，用“好燃料”运行的发动机(即，由于高的甲烷数(mn)有低的爆震趋势)在它们被操作的大多数或全部时间以小于最优燃料能耗的方式运行。这个潜在的燃料经济性损失例如可以高达1-4％。

相比之下，一些发动机使用更激进的策略，其中为了燃烧定相控制爆震传感器被更有意地实用。该假设是将燃烧定相提前到轻微爆震的点给出最佳燃料效率。这对于j-间隙火花塞而言尤其如此，此火花塞具有高的循环到循环变化。在这些系统中，如果该燃料质量随着mn下降而改变，对于爆震存在时间来登记到控制器中并可以达成适应合适的火花定时或稀afr这个策略取决于爆震传感器工作。另外，当进行更好的点火方法例如预燃室式火花塞和燃料馈送预燃室，其中循环到循环之间的变化较小并且燃烧速率更快，“轻微爆震”的状况将是过度提前的燃烧并且将是效率较低的。

另外，上述两个配置中不存在方法来保持气缸压力在机械极限之下或保持压力上升速率的速率在机械极限之下。另外，当燃料质量或afr走向相反方向，就是说，导向差燃烧和缺火，通常现有发动机上检测的唯一办法是通过监测气缸排放口温度。然而，这导致模糊的监测状况，因为高的温度指示晚燃烧而非常低的温度指示缺火。缺火也由可以被用于确证低温读作缺火的诊断的瞬时轴速度变化来指示。

上述系统的一个问题是将该发动机维持在爆震极限和缺火升程之间，同时维持nox规范并达到最高效率，特别是当燃料质量变化并且当大气状况变化时。当nox规范是为非常低的nox诸如空气中1taluft低至0.5或0.25或甚至0.1taluft时，这个问题尤其具有挑战性。以下进一步详述了通过使用实时气缸内燃烧度量来调节燃烧定相和燃烧持续时间两者来解决问题以在燃料和大气状况变化的影响下维持最优。

图3是示出输入301到305、输出314到343以及设置点331到333的发动机控制单元300的示意图。如图1和2中所示，ecu300可与ecu12相同，或可以是另一个实施例。ecu300从轴编码器301(例如，曲柄角传感器)、气缸内压力传感器302、歧管压力传感器303，歧管温度传感器304以及发动机功率传感器305输入数据。ecu300也接收负载设置点331、ca50设置点332和nox设置点333。ecu300通过输出一个或更多的节气门位置信号342、火花提前信号342和燃料速率信号334来控制发动机(未示出)。

图4是图3的发动机控制单元300的内部处理步骤311-5、321-3的示意图。ecu300，为每个气缸执行接下来的步骤。首先，在步骤211，在压力处理模块211中，定义所有常数，包括经由发动机几何结构的向量。然后，在步骤212，气缸内压力以高分辨率被捕获。在一些实例中，压力传感器在关键曲柄角或燃烧事件期间以第一(高)频率、且在不关键的曲柄角或燃烧事件期间以第二(较低)或第三(中)频率被捕获。在图5中更详细示出的这个压力采样窗口实现ecu更有效地使用现有的存储器和处理器带宽来优先后续计算以捕获该关键燃烧事件。每气缸压力步骤215，热量释放速率和燃烧度量被计算。压力处理模块21可在步骤316计算imep，并且发动机指示效率和制动效率可在步骤317被计算。

最后，ecu300的发动机控制模块22配置有第一模块321、第二模块322和第三模块323，第一模块调节节气门位置341以维持空气燃料比例321，第二模块322调节火花提前342以维持ca50在ca50设置点332，并且第三模块323调节燃料速率323以维持发动机负载在发动机负载设置点331。

参考图3和图4，通过直接将发动机功率305、map303、和mat304、轴编码器301和气缸压力302信号放入ecu300，并以步骤311-313处理它们来确定内部关键燃烧度量诸如ca50(燃烧中心)、10-90％燃烧历时和imep，系统为这些度量使用经校准的值然后确定并相应地调节适当的火花提前342、节气门位置341和燃料流量来维持发动机功率和nox排放目标和最佳操作点效率，同时保护发动机免受爆震、缺火和过度压力中的影响-而没有以下任何传感器：爆震传感器、λ/o2传感器、排放口温度传感器。

多方面表示显著进步，因为通过使用压力传感器替代爆震、λ、和排放温度传感器，发动机保护被改善，传感器计数下降，nox顺应性被改善(特别是在低nox点)，并且效率被最大化。该改进可能由于ecu已经建立了气缸内压力处理和能力来生成实时燃烧度量，例如热释放率和这些ca50和10-90燃烧历时的分支。

可变的压力采样窗口

图5是示出三个压力采样速率窗口501a、b、c的针对气缸的压力相对于曲柄角的曲线图500。该采样速率窗口501a、b、c表示ecu以不同采样速率对压力传感器302采样的区域，不同的采样速率对应于在窗口501a、b、c中发生的燃烧事件。在图5中，针对气缸内的完全燃烧事件(例如，总720°)，示出压力迹线502,503，其中0°表示上止点。压力迹线502表示在迹线503上且在其上方的来自气缸内燃烧的压力上升，其表示来自经由活塞的压缩的压力。压力迹线502指示原始气缸内压力传感器302输出。图表500被划分为五个窗口501a至501c，在这些窗口期间压力传感器以不同速率由ecu300采样。第一采样窗口501a表示ecu300用于有效控制发动机的最不关心的压力，因为从操作上来说并没有多少发生在这些窗口中。因此，在这个窗口中压力可被以最低的速率采样。在某些示例中，采样速率是每样本2到8曲柄角度(即，曲柄每旋转2°到8°一个压力采样)。该第一窗口501a跨越该曲柄角上止点的180°之前和180°之后，但是在其他示例中，能跨越更少或更多的曲柄角。同样，更高的或更低的采样速率可在该第一个窗口中被采用。

第二采样窗口501b跨越相对于上止点+/-180°到+/-60°的曲柄角。第二窗口501b的压力信号表示ecu300在发动机的操作中中度关心的压力，因为在这些窗口中的压力变化在操作上更重要。因此，第二窗口501b中的压力502可以比在第一个窗口501a期间更高的速率被采样。在某些示例中，第二窗口中的采样速率是每样本1到6曲柄角度。如上，第二窗口501b可跨越更少或更多的曲柄角度，并且比每样本1到6曲柄角度更高的或更低的采样速率可被采用。

最后，第三窗口501c跨越剩余部分(在本示例中180°)并且以活塞的上止点位置为中心并且表示压力信号位置对于ecu300计算燃烧度量313和随后控制341-3发动机至关重要的位置。除了包含tdc的第三窗口501c之外，该窗口也是点火事件发生的时间(例如，火花引燃发动机的火花事件)。因此，压力502在第三个窗口501c中以比第一个或第二个窗口更高的最高速率被采样。在某些示例中，在第三窗口中的采样速率是每样本0.25到0.5曲柄角度(即，每曲柄角2到4样本)。再次，如上，第三窗口能够可更少或更多的曲柄角并且采样速率可比该示例更高或更低。

在一些实例中，从窗口501a到窗口501c的横跨是根据基于燃烧状况和发动机循环被选择，并且可以例如表示在发动机的操作期间由ecu可变地确定的压力采样速率。

ecu300对压力采样窗口501a、b、c的使用实现ecu在对于基于发动机的有效控制最重要的压力信号位置期间分配存储器和计算资源来计算燃烧度量。具体地，在一些实例中，ecu300以采样等级操作压力采样窗口501a、b、c，就是说，ecu仅以窗口501a、b、c确定的速率从压力传感器302捕获数据，由此通过不必为了遵循采样窗口501a、b、c的参数而丢弃捕获的数据来进一步节省资源。

在一些实例中，在窗口501a、b、c的压力采样速率是可变的并且窗口表示压力采样速率的速率变化。

首字母缩写/缩略语：

atcd＝上止点后

btdc＝上止点前

ca50＝50％质量分数燃烧的位置(曲柄角度atdc)

can＝控制器局域网

cov＝变化系数

ecu＝发动机控制单元

egr＝废气再循环

hcci＝均质充量压缩点火

imep＝指示的平均有效压力(巴(bar))

ivc＝进气阀关闭角

ltc＝低温燃烧

map＝歧管绝对压力(巴)

mat＝歧管绝对温度(k)

nox＝氮的氧化物

pcci＝预混合压缩点火

ploc＝峰值压力的位置(曲柄角度atdc)

pmax＝最大气缸压力(巴)

r&d＝研究与开发

rcci＝反应性控制压缩点火

rpr＝压力上升的速率(巴/曲柄角度)

rt-cdc＝实时燃烧诊断和控制

soc＝燃烧的开始(曲柄角度atdc)

用于控制内燃机的操作的示例装置包括被配置成测量发动机的气缸内压力并且生成相应的压力信号的气缸内压力传感器，被配置成测量发动机的曲柄角度并且生成相应的曲柄角度信号的曲柄角传感器，和能够件该压力传感器和该曲柄角传感器耦合的发动机控制单元。发动机控制单元被配置成：(a)以指定频率对压力信号和曲柄角信号采样，曲柄角的包括活塞上止点的第一范围中的指定频率大于曲柄角的第二范围的指定频率，(b)有关于压力信号和曲柄角信号计算指示气缸内正发生的燃烧的燃烧度量，和(c)基于该燃烧度量为发动机确定燃料输入信号、节气门位置信号，和点火定时信号。

在一些示例中，第一范围内的该指定频率在每样本0.25°到0.50°曲柄角之间。

在一些示例中，第二范围包括下止点位置，并且其中第二范围内的指定频率在每样本2.0°到8.0°曲柄角之间。

在一些示例中，该装置进一步包括在第一和第二范围之间的第三范围，并且其中第三范围内的指定频率在每样本1.0°到6.0°曲柄角之间。

在一些示例中，第一范围与点火定时信号的曲柄角重合。

在一些示例中，燃烧度量包括气缸内燃烧的绝热热释放速率、气缸内最大压力、气缸内最大压力的曲柄角位置、10％、50％和90％燃烧(即，烧)状况中的每一个的曲柄角位置、10％-90％燃烧历时、或每一气缸的指示平均有效压力(imep)中的至少一个。

在一些示例中，ecu接收以下设置点中的一个或多个：发动机负载设置点、ca50设置点、和nox设置点、并且其中ecu被进一步配置成有关于燃烧度量和设置点之一确定节气门位置信号，有关于燃烧度量和设置点之一确定点火定时信号，并且有关于燃烧度量和设置点之一确定燃料输入信号。

另一个示例是控制内燃机的方法。该方法包括，对发动机的曲柄角传感器进行采样。在气缸曲柄角的第一范围期间以第一频率对发动机的每一气缸的压力传感器进行采样，气缸曲柄角的第一范围包括气缸的点火位置。在气缸曲柄角的第二范围期间以第二频率对压力传感器进行采样，第二频率低于第一频率。基于经采样的曲柄角和压力计算燃烧度量。确定发动机控制参数，发动机参数包括基于计算的燃烧度量的发动机节气门位置、火花提前量和燃料空气比率中的至少一个。基于发动机控制参数控制发动机。

在一些示例中，第一频率在压力传感器的每样本的曲柄角的0.25°到0.50°之间。

在一些示例中，第二频率在压力传感器的每样本的曲柄角的2.0°到8.0°之间。

在一些示例中，该方法进一步包括在气缸曲柄角的第三范围期间以第三频率对压力传感器进行采样，第三频率在第一和第二频率之间并且第三范围在第一和第二范围之间。

在一些示例中，第三频率在压力信号的每样本的曲柄角的1.0°到6.0°之间。

在一些示例中，该方法进一步包括基于经采样的压力修改第一范围。

在一些示例中，该方法进一步包括基于经计算的燃烧度量修改第一范围。

在一些示例中，基于一个或更多燃烧度量确定所述发动机控制参数，其中所述一个或更多燃烧度量仅从所述压力和曲柄角传感器作为传感器输入被计算。

在一些示例中，燃烧度量包括以下各项中的一者或多者：气缸内燃烧的绝热热释放速率、气缸内最大压力、气缸内最大压力的曲柄角位置、10％、50％和90％燃烧状况中的每一个的曲柄角位置、10％-90％燃烧历时、或每一气缸的指示平均有效压力(imep)。

在一些示例中，该方法进一步包括接收以下设置点中的一个或多个：发动机负载设置点、ca50设置点、和nox设置点，有关于燃烧度量和设置点之一确定节气门位置信号，有关于燃烧度量和设置点之一确定点火定时信号，并且有关于燃烧度量和设置点之一确定燃料输入信号。

在一些示例中，该方法进一步包括基于燃烧度量确定气缸燃烧事件的爆震质量。

在一些示例中，发动机是双燃料发动机，该方法进一步包括确定第一燃料和第二燃料之间的最大安全替代率，并且基于最大安全替代率控制第一燃料和第二燃料之间的燃料替代率。

在一些示例中，该方法进一步包括基于ca50设置点控制第一燃料和第二燃料之间的燃料替代率。

方面能够包括以下各项中的一个或多个：

在一些示例中，该方法或装置包括监测发动机气缸压力。

在一些示例中，该方法或装置包括向发送机控制单元输入发动机曲柄角信号。

在一些示例中，该方法或装置包括将气缸压力与发动机曲柄角结合并且由此与气缸容积关联。在一些实例中，数据被及时分析，并且该数据包括发动机曲柄角或发动机气缸容积。

在一些示例中，该方法或装置分析相对于时间、曲柄角(ca)、或气缸容积来分析气缸压力信号。

在一些示例中，该方法或装置包括计算关键燃烧度量。在一些示例中，燃烧度量包括imep、ca50、和10-90％燃烧历时。

在一些示例中，该方法或装置包括控制以下发动机控制参数中的一个或多个的手段：火花提前量、节气门位置、和燃料流率。在一些示例中，该方法或装置控制以上发动机控制参数以获得或维持负载设置点和nox设置点中的一个或更多，无论哪一个都可被控制来达到设置点上的最佳效率。另外，在一些示例中，该方法或装置将发动机控制在以上设置点处而没有爆震或缺火并且在可接受的nox输出内。在一些示例中，该方法或装置被配置成在宽范围的燃料质量(例如mn、qlhv)上将发动机控制在以上设置点处。

一般地，本领域技术人员将理解本文所描述的设备和方法，在一些配置中，消除对maf传感器、nox传感器、爆震传感器、端口排放温度传感器的需要。另外，在一些配置中，本文所描述的设备和方法避免爆震、检测和避免缺火、维持nox在标准之内并达到最佳发动机效率。本领域技术人员也将理解本文所描述的设备和方法适用于可变的由mn(甲烷数)和能量含量(mbtu/m³)表征的燃料质量。

描述了多个实施例。然而，将理解可进行各种修改。因此，其他实施例也在所附权利要求的范围之内。