内燃机中的预测校正的制作方法
【专利说明】内燃机中的预测校正
[0001]相关申请
[0002]根据35U.S.C.§ 119(e)，本专利文献要求美国临时专利申请N0.61/776421的优先权，该美国临时专利申请N0.61/776421的申请日为2013年3月11日，标题为aPredicitive Correct1n In Internal Combust1n Engines”，该文献的全部内容结合到本申请中，作为参考。
【发明内容】
[0003]提供了一种用于降低发动机的循环之间变化的方法和系统。系统可以确定燃料喷射特征以及根据燃料喷射特征来预测气体燃烧速率或火焰速度。系统可以响应预测气体燃烧速率在相同发动机循环内调节点火正时。
【附图说明】
[0004]图1是汽油直喷(GDI)的燃烧室的剖视图；
[0005]图2是离子电流探针电路的示意图；
[0006]图3是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0007]图4是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0008]图5是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0009]图6是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0010]图7是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0011]图8是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0012]图9是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0013]图10是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0014]图11是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0015]图12是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0016]图13是在燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0017]图14是在正常燃烧循环中测量的信号的曲线图；
[0018]图15是在正常操作过程中3个连续燃烧循环之一的曲线图；
[0019]图16是在接近爆震时3个连续燃烧循环之二的曲线图；
[0020]图17是在爆震发生时3个连续燃烧循环之三的曲线图；
[0021]图18是在接近爆震时2个连续燃烧循环之一的曲线图；
[0022]图19是在爆震发生时2个连续燃烧循环之二的曲线图；
[0023]图20是在接近爆震时2个连续燃烧循环之一的曲线图；
[0024]图21是在爆震发生时2个连续燃烧循环之二的曲线图。
【具体实施方式】
[0025]1.感测操作参数
[0026]本发明涉及一种用于使得燃料传送速率与内燃机的燃烧室内部的火焰速度或燃料燃烧速率相关联的新技术。燃料传送速率可以通过不同方法来检测，例如霍尔效应传感器、电流探针、针阀升程传感器或者燃料传送速率传感器。火焰速度或燃料燃烧速率可以通过测量火焰在燃烧室内部传播特定已知距离所需的时间来检测。该距离可以是在插入燃烧室内部的任意两个或多个传感器之间，该传感器能够检测火焰到达特定位置。这样的传感器包括但不局限于离子电流传感器、光学传感器或者任何能够在暴露于火焰中时产生电信号的传感器。本发明还可以涉及一种用于监测在发动机的燃烧室内部的燃料燃烧速率或火焰速度的新技术，以便在异常发动机操作发生之前预测它。
[0027]本发明中的数据利用包括作为霍尔效应传感器的燃料喷射器和用于检测燃料传送速率的电流探针的本发明系统实施方式来记录。系统还包括两个离子电流传感器，第一个布置在火花塞上，第二个布置在燃料喷射器的尖端，以便确定经过已知距离在燃烧室内部的燃烧速率。在用于口喷射汽油发动机(该口喷射汽油发动机并不将燃料喷射器应用于燃烧室内部)的另一实施方式中，两个离子传感器可以包括布置在火花塞处的第一电离电流传感器以及位于燃烧室内部已知距离处的第二电离电流传感器。在另一结构中，两个或多个离子传感器可以包括布置在燃烧室内部一定距离处的任意探针。
[0028]讨论的系统和方法的一些优点可以包括预测和控制循环之间的变化，从而能够减小发动机怠速、降低发动机振动以及减少在多个发动机负载和速度下的燃料消耗。本发明还可以提供为用于通过多种燃料来高效操作发动机，并在燃烧状态(HCC1、SA-HCC1、分层装料、普通汽油等)之间转换时控制发动机操作。本发明的其它优点还可以包括通过预测和避免随机预先点火和发动机爆震而扩展发动机的功率限制。
[0029]I1.循环之间的变化的预测和控制
[0030]在发动机操作中在循环之间的变化可以引起与内燃机的操作相关的多个问题。一个最突出的问题是发动机热效率由于这种变化而降低，特别是当施加给发动机的负载降低时。也就是，当发动机的负载降低时，循环之间的变化增大。在正常操作情况下，根据施加给发动机的负载，在循环之间的变化可以引起至少20-40%的峰值气缸压力变化。限制循环之间的变化可以用于增加燃料经济性，特别是在城市驾驶和繁忙交通的情况，这包括较多车辆堵塞。
[0031]限制燃料经济性提高的主要问题是当前的诊断方法不能预测在稳态发动机操作情况下在循环之间的变化。现代发动机可以使用不同的技术，例如可变正时，以便提高效率，但是这种方法依赖于燃烧处理稳定和在发动机循环中可重复的假定条件。在这种情况下，火花正时在相同发动机操作条件下固定。这里讨论的系统和方法提供了这样的系统，该系统能够根据燃料传送速率来预测表示在发动机中在循环之间的变化的一些因素，并重新调节控制参数，例如在相同循环内的火花正时。该系统的多个实施方式可以提供用于在内燃机操作中限制循环之间的变化和提高燃料经济性的系统和方法。
[0032]参考图1，图中表示了汽油直喷(⑶I)的燃烧室。气缸112的燃烧室110可以大致包括火花塞114、四个阀116、活塞118和燃料喷射器120。
[0033]在该实施方式中，燃烧室110可以包括传感器116，用于测量燃料传送速率和燃烧速率。传感器可以是离散的，或者组合在一个或多个其它部件中。在一个特殊实施方式中，燃料喷射器120可以应用为霍尔效应传感器，以便限制在燃烧室内的传感装置。该传感器用于获得在燃烧室内的燃料传送速率。电流探针也添加在燃料喷射器螺线管的电绕线周围。
[0034]燃料传送速率可以通过霍尔效应传感器、针阀升程传感器、燃料传送速率传感器或者电流探针来测量。在燃料经过燃料喷射器时，霍尔效应传感器可以通过由霍尔效应传感器检测的特征信号来确定燃料传送给气缸的速率。火焰速度或燃烧速率可以通过火焰在燃烧室中传播特定确定距离所花费的时间来确定。在该实施方式中，燃料喷射器从标准的燃料喷射器变化成包括多感测电路，该多感测电路包括霍尔效应传感器和电离电流探针。能够有类似能力的多感测燃料喷射系统可以在美国专利申请N0.13/386028中找到，该文献整个结合在本文中，作为参考。在其它实施方式中，电离传感器可以包括布置在不同位置中的多个传感器。通常，分开已知距离的、能够感测燃烧火焰的两个或更多传感器可以用于计算燃烧速率。其它实施方式可以包括两个或更多电离电流探针、光学传感器或者任意其它能够检测在传感器附近的燃烧的传感器。
[0035]电离电流传感器可以设置成至少测量燃烧速率，该燃烧速率测量为电离火焰从第一传感器运行至第二传感器所需的时间的函数。在本实施方式中，两个传感器可以包含在火花塞和燃料喷射器喷嘴中，如图1中所示。在正常操作情况下，点火信号可以驱动火花塞，从而在火花塞间隙中引起火花电弧。在点火时，火花塞可以点燃在燃烧室中的燃料。包含在火花塞中的电离传感器可以再感测燃烧。在燃烧火焰膨胀通过燃烧室之后，在燃料喷射器中的电离传感器可以测量当火焰接近传感器时的燃烧电离电流。火焰从火花塞的电离传感器运行至燃料喷射器的电离传感器所需的时间可以进行测量，以便确定在燃烧室中的燃烧速率。
[0036]图2中表示了用于电离电流探针的总体电路示意图。电路可以通过测量电流变化来起作用，该电流变化反映在与气缸210内的燃烧相对应的情况下存在带电离子。信号调节模块220可以用于过滤和处理由电离探针222通过检测横过具有已知电阻的电阻器224的电压的变化而检测的电流信号。数据获取模块226还可以根据曲柄角度来提供关于当前发动机正时的信息，例如通过轴编码器228来测量，并记录来自电离探针222的电流变化。
[0037]燃料喷射器230还可以包括霍尔效应传感器。霍尔效应传感器可以通过当用于打开燃料喷射器的针的通电信号经过喷射器线圈时检测图2的电路中的阻抗变化而检测燃料传送速率。这些传感器有一种实施方式，该实施方式可以用于