缺火检测系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请编号61/799, 180和2013 年10月30日提交的美国临时专利申请编号61/897, 686的优先权，出于所有目的通过引用 以每项专利申请的全文结合于此。
技术领域
[0003] 本发明总体上涉及在内燃发动机的跳过点火控制过程中进行的动力传动系统诊 断。不同实施例涉及一种缺火检测系统和减轻缺火工作室的冲击的方法。
【背景技术】
[0004] 跳过点火发动机控制被认为提供多个益处，包括增加燃料效率的潜能。总体上，跳 过点火发动机控制设想在选定点火时机过程中选择性地跳过某些汽缸的点火。因此，例如， 一个特定汽缸可以在一个点火时机过程中被点火并且接着可以在下一个点火时机过程中 被跳过并且随后在下一个点火时机过程中被选择性地跳过或点火。这与常规可变排量发动 机操作形成对照，在常规可变排量发动机操作中，在某些低负荷操作条件的过程中停用固 定的一组汽缸。
[0005] 当可变排量发动机中的一个汽缸被停用时，它的阀门不被致动，并且尽管活塞仍 典型地往复，但在动力冲程过程中并不燃烧燃料。由于被"停止"的汽缸不递送任何净正转 矩，剩余汽缸上的成比例负载增加，从而允许这些剩余汽缸以提高的热力学效率操作。通过 跳过点火控制，当此类阀门停用机构可供使用时，在空气不被栗送穿过汽缸并且在被跳过 工作循环过程中无燃料被递送和/或燃烧的意义上，汽缸也优选地在被跳过工作循环过程 中被停用。通常，在被跳过工作循环过程中无空气被引进至已停用汽缸，从而减少栗送损 失。然而，在其他情况下，可能希望在选定的被跳过工作循环过程中，将排放气体捕获在已 停用汽缸内、或引进空气但不将其从已停用汽缸释放。在此类情况下，被跳过汽缸可以有效 地充当一个气体弹簧。尽管停用被跳过汽缸总体上是优选的，但是应当理解，在一些发动机 中或在一些工作循环过程中，或在希望真正停用汽缸的一些情形下，这可能不是可行的。当 一个汽缸被跳过但未被停用时，在被跳过工作循环过程中，从进气歧管吸入的进入气体被 有效地栗送穿过该汽缸。
[0006] 尽管跳过点火控制的概念已经出现好久，但它在传统上尚未用于可商购的发动机 中，所以实施跳过点火控制的另外挑战确保发动机的其他发动机/动力传动系统在跳过点 火控制过程中有效工作。一种这样的系统涉及发动机诊断。如熟悉本领域的人员所充分理 解的，现代车辆合并发动机管理系统，这些发动机管理系统在车辆操作过程中对不同动力 传动系统和车辆部件执行原位诊断。这些诊断系统通常被称作"车载诊断"（OBD)系统，并 且存在在发动机运转时执行的数个发动机诊断方案。现代OBD系统存储并报告有关不同车 辆子系统、包括动力传动系统的操作和健康状态的大量信息。例如，一些OBD系统被安排来 检测其中一个汽缸缺火（即，当该汽缸点火失败或在该汽缸中存在不完全燃烧时）的一种 情形。
[0007] 尽管现有技术OBD系统良好适合于在常规全汽缸发动机控制系统中检测缺火，但 它们通常不适合于在一个跳过点火发动机控制系统中使用。另外，无法在一个常规控制的 发动机中停用一个汽缸限制了可能的减轻方法。例如，一个常规控制的发动机中的一种现 有技术减轻方法是停止给缺火汽缸加燃料。这消除了缺火问题（未加燃料的汽缸无法缺 火），但该缺火汽缸将空气栗送至催化转化器中，从而降低了该催化转化器将所不希望的 NOx从排放气体中分离出的能力。本发明设想用于检测以一种跳过点火方式操作的一个发 动机中的缺火的不同安排、方法和技术。
【发明内容】
[0008] 描述了用于在跳过点火发动机控制系统中检测缺火的多种方法和安排。在一个方 面中，一个窗口被分配给一个目标工作室的一个目标点火时机。在不同实施例中，该窗口与 曲轴的旋转相关。在该窗口过程中，测量一个发动机参数（例如，曲轴角加速度或另一个曲 轴相关的参数）的变化。关于该目标点火时机之前的一个点火时机是一次跳过还是一次点 火，和/或该目标点火时机之后的一个点火时机是一次跳过还是一次点火做出确定。至少 部分地基于此跳过/点火确定和发动机参数测量，关于该目标工作室是否已经缺火做出确 定。在不同实施例中，如果该目标工作室被识别为持续缺火，则修改点火顺序，这样使得该 目标工作室被停用并且从该点火顺序中被排除。
[0009] 该缺火检测方法可以根据一种特定应用的需要而广泛变化。例如，在一些实施例 中，上述跳过/点火确定还包括确定与相对工作室（即，在该窗口过程中与该目标工作室相 对的工作室）相关联的一个点火时机是一次跳过还是一次点火。在再一些实施例中，该缺 火检测方法将其他工作室的另外的或不同的点火时机考虑在内。
[0010] 在另一个方面中，描述了一种使用一个转矩模型来确定缺火的方法。一个窗口被 分配给一个目标点火时机。关于不同点火时机是跳过还是点火做出确定。使每个点火时机 与可供使用的工作室中的不同一个相关联。提供帮助指示由这些工作室产生的预期发动机 转矩的一个转矩模型。该转矩模型是至少部分地基于以上跳过/点火确定。在该窗口过程 中，测量一个发动机参数（例如，曲轴角加速度）。基于所测量的发动机参数和该转矩模型 来关于缺火是否已经发生做出确定。在不同实施例中，除了或替代缺火，还检测其他发动机 问题、如引火提前（sparkadvance)的设置错误。
【附图说明】
[0011] 通过参照以下结合附图给出的说明，可以最好地理解本发明及其优点，在附图 中：
[0012] 图1是示出根据本发明一个特定实施例的一种在一个跳过点火发动机控制系统 中检测缺火的方法的流程图。
[0013] 图2是根据本发明一个特定实施例的一种缺火检测系统的方框图。
[0014] 图3是根据本发明一个特定实施例的点火时机和相关联角窗口区段的方框图。
[0015] 图4是根据本发明一个特定实施例的一种使用一个转矩模型来检测缺火或其他 错误的方法的流程图。
[0016] 在附图中，有时使用相同的参考号来表示相同的结构元件。还应当认识到，附图中 的描绘是图解的而不是按比例的。
【具体实施方式】
[0017] 本发明涉及一种缺火检测系统。更确切地说，本发明涉及用于在跳过点火发动机 控制系统中检测缺火的不同技术和安排，以及减轻一个缺火工作室的冲击的方法。
[0018] 如在背景中指出的，现有技术缺火检测系统总体上不适合于在一个跳过点火发动 机控制系统中检测缺火。例如，不同现有技术缺火检测系统检测曲轴转速的意外变化，并且 使用此意外变化来确定一次缺火是否已经发生。由于所预期的是曲轴加速度将保持大体一 致，这在常规的全汽缸发动机操作中效果良好。尽管从一次点火到下一次点火在曲轴加速 度方面存在一些变差，但在很大程度上由于每个汽缸都被点火，曲轴加速度峰值和轮廓在 尺寸和形状上保持大体一致。因此，当相对于一个特定汽缸的点火检测到曲轴加速度的显 著差异时，该缺火检测系统可以确定该汽缸已经缺火。
[0019] 然而在跳过点火发动机操作中，可以跳过任何工作室或工作循环。也就是说，一个 特定工作室可能在一个工作循环过程中被点火，在下一个工作循环过程中被跳过，并且在 下一个工作循环过程中被点火或跳过。其结果是，曲轴加速度峰值和轮廓可能随着点火顺 序改变而突然改变，即使所有工作室都适当地点火，即无缺火。不同于在现有技术缺火检测 系统中，曲轴加速度的任何显著下降不能被假定为指示一次缺火，因为在一个跳过点火发 动机控制系统中，选定工作循环可以在几乎任何时间被跳过，这些选定工作循环中的每一 个也可能导致曲轴加速度的下降。
[0020] 常规缺火确定系统还未适当地将不同工作室的点火或跳过对在一个跳过点火发 动机控制系统中测量曲轴加速度具有的影响考虑在内。为了说明这一点，考虑其中针对一 次可能的缺火检查一个特指汽缸的实例。在一个所分配窗口过程中（例如，在该特指汽缸 的燃烧冲程的至少部分过程中），在该特指汽缸中发生燃烧。在该窗口过程中测量曲轴加速 度。如果曲轴加速度下降到低于一个预先确定的阈值，则确定在该特指汽缸中已经发生一 次缺火。
[0021] 在跳过点火发动机操作中，如果该缺火确定系统和/或缺火阈值将其他汽缸的跳 过或点火对所测量曲轴加速度的冲击考虑在内，那么该缺火确定的准确度得以提高。也就 是说，该系统应当将在该窗口之前执行或在该窗口之后将执行的用于其他汽缸的点火命令 (即跳过或点火）考虑在内。应当注意，尽管该特指汽缸的点火可能在该窗口过程中对曲轴 加速度做出最大贡献，但存在影响曲轴转矩的数个其他因素。例如，在压缩冲程过程中，压 缩进入空气需要能量，并且该能量来自曲轴，从而充当该曲轴上的一个负转矩。具有多个汽 缸的发动机通常被设计成在一致间隔处它们的工作循环彼此异相，这样使得一个汽缸的压 缩发生，同时在另一个汽缸中发生燃烧。在正常的全汽缸操作中，由每次点火产生的转矩、 每个压缩冲程所需要的转矩、以及其他发动机产生的转矩在稳态操作过程中倾向于相对恒 定。因此，汽缸相位的均匀间距倾向于导致每个汽缸以差不多一样的方式受其他汽缸中正 发生的事件影响，这在正常的全汽缸操作过程中，有助于促进与每个点火时机相关联的峰 值和轮廓之间的一致性。
[0022] 在跳过点火操作中，其他汽缸的影响将并不总是如此一致。例如，在一些实现方式 中，这些阀门可能以一种方式操作，在该方式中在"被点火"工作循环过程中，进气阀和排气 阀以正常顺序被打开，并且在整个被跳过工作循环中都被保持闭合。这将导致在工作循环 的每个冲程过程中施加至曲轴的力在一个被跳过工作循环过程中不同于在一个被点火工 作循环中将看见的。最显著的，在其中使用低压排气捕获的一个被跳过工作循环过程中，仅 少量的残留排放气体将保持在汽缸中，并且因此在一个被跳过工作循环中在压缩冲程过程 中所施加的转矩将非常不同于在活动（被点火）工作循环过程中所施加的转矩，因为在被 跳过工作循环过程中将没有压缩进入气体所需要的相对大的负转矩。由于与一个汽缸相关 联的压缩冲程将典型地与另一个的燃