用于空燃比控制和检测汽缸不平衡的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明书总体上涉及用于检测发动机中的汽缸燃烧不平衡的方法和系统。
【背景技术】
[0002]发动机空燃比可以被维持在期望的水平(例如，化学计量比)，以便提供期望的催化剂性能并减少排放。典型的反馈空燃比控制包括通过一个或多个排气传感器监测排气氧浓度和调整燃料和/或增压空气参数以满足目标空燃比。然而，该反馈控制可能忽略各汽缸间的空燃比变化，这可能劣化发动机性能和排放。虽然已经提出多种方法用于单个汽缸空/燃(air/fuel)控制，目的在于减小汽缸间空燃比变化，但是如本发明人所认识到，这种变化可以仍然存在。例如，汽缸空燃比不平衡带来的问题可能包括增加的N0x、C0和烃类排放、爆震、贫燃烧以及减小的燃料经济性。
[0003]解决空燃比不平衡的示例方法包括:当施加空燃比抖动控制时，对空燃比与预期值的偏差进行计数。Hasegawa等人在美国专利第7721591号中示出计数方法的一个示例。在其中，当特定汽缸的空燃比的偏差超过阈值的次数大于预定数量时，认为在发动机的该汽缸中发生异常。用于空燃比不平衡确定的另一种方法包括差分求和方法，该方法对在对应于发动机点火频率或两倍发动机点火频率的频率下的排气传感器信号差分值(例如，长度)进行采样，并计算大于噪声抑制下限阈值(floor threshold)的那些数值的总和。然后将该总和与故障阈值进行比较，以便确定汽缸空/燃(air/fuel)不平衡。
[0004]然而，本发明人在此也已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，Hasegawa描述的方法依靠空燃比抖动控制来区分每个个体汽缸的空燃比。该抖动控制有意地改变给定汽缸的空燃比。该空燃比控制是侵入式的并且可能导致劣化的排放和/或过度添加燃料事件。在另一个示例中，该求和方法可能遭受导致不一致的结果的差分信号长度的采样变化。进一步地，在该求和方法中采集的许多差分信号长度可能落入传感器信号噪声带内，其中与化学计量空燃比的小偏差和大偏差之间的故障分离比较低。为了补偿这一缺陷，噪声下限阈值可以被增加，从而导致减小的样本大小和不可靠的结果。该求和方法的另一个限制是其对较高的车辆负载的约束。
【发明内容】
[0005]在一个示例中，上面描述的问题可以通过一种用于响应于汽缸空/燃(air/fuel)不平衡来调整发动机操作的方法来解决。该不平衡是基于其中感测的峰间(peak-to-peak)排气λ差值小于标准化到峰间振荡的总数量的阈值的实例的总数量来确定的。以此方式，可以在正常的发动机操作期间通过对其中峰间λ差值低于阈值(例如，并不表明汽缸不平衡)的实例进行计数并将计数的实例与不平衡阈值进行比较来非侵入式地监测汽缸空/燃不平衡。通过分析降到噪声阈值之下的差值，可以增加计数的采样的数量且可以提供更大的故障分离。
[0006]应当理解，提供上述概要是以简化的形式介绍构思的选择，这些构思将在【具体实施方式】中进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围由随附于【具体实施方式】的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0007]图1示出示例车辆系统的示意性描述。
[0008]图2示出图示说明用于执行计数方法以便测量与化学计量比的空/燃偏差的示例方法的高级流程图。
[0009]图3示出图示说明用于使用LAMDIF值来执行计数方法的方法的流程图。
[0010]图4示出图示说明用于使用峰间差值来执行计数方法的方法的流程图。
[0011]图5示出图示说明用于使用LAMDIF和峰间计数来确定空/燃不平衡的方法的流程图。
[0012]图6示出图示说明车辆数据PIP事件的示例结果的图表。
[0013]图7示出图示说明峰间差值的LAMDIF结果的图表。
[0014]图8示出图示说明故障分离且同时测量空燃比与化学计量比分离的百分比的图表。
【具体实施方式】
[0015]此后，参考附图更具体地描述发动机系统的诊断方法和诊断系统。注意，下面描述的实施例是一个说明性示例，此外还可以使用各种替代实施例。
[0016]图1图不说明不出包括多汽缸发动机10中的一个汽缸的发动机系统100的不意图，该发动机系统100可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分通过包括控制器12的控制系统并通过经由输入设备130来自车辆操作者132的输入来控制。在该示例中，输入设备130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸30)可以包括燃烧室壁32，其中活塞36被定位在燃烧室壁32中。活塞36可以耦接至曲轴40，使得活塞的旋转运动转变为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦接至车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动器马达可以经由飞轮耦接至曲轴40以确保实现发动机10的起动操作。
[0017]燃烧室30可以经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气并可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管48能够选择性地经由相应的进气门52和排气门54与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。在该示例中，进气门52和排气门54可以经由一个或更多个凸轮通过凸轮致动来控制并且可以利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个来改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在可替代实施例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门致动来控制。例如，汽缸30可以可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
[0018]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配置有用于向其提供燃料的一个或更多个燃料喷射器。作为非限制性的示例，汽缸30被显示为包括一个燃料喷射器66，且从燃料系统172为所述燃料喷射器66供应燃料。燃料喷射器66被显示为直接耦接至汽缸30，用于与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号EPW的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。以此方式，燃料喷射器66提供燃料的所谓直接喷射(下文也称为“DI”)到燃烧室30内ο
[0019]应当认识到，在可替代实施例中，喷射器66可以是进气道喷射器，其将燃料提供至汽缸30上游的进气道内。还应当认识到，汽缸30可以接收来自多个喷射器的燃料，诸如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合。
[0020]继续图1，进气通道42可以包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的位置可以经由提供到包括有节气门62的电动马达或电致动器(通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置)的信号由控制器12来改变。以此方式，节气门62可以被操作以改变提供至燃烧室30以及其它发动机汽缸的进气空气。可以通过节气门位置信号TP将节流板64的位置提供给控制器12。进气通道42可以包括用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP的空气质量流量传感器120和歧管空气压力传感器122。
[0021]在选定操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统88能够经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然示出了火花点火组件，但在一些实施例中，燃烧室30或发动机10的一个或更多个其它燃烧室可以在具有或没有点火火花的情况下以压缩点火模式操作。
[0022]上游排气传感器126被显示为耦接至排放控制设备70上游的排气通道48。上游传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性宽带氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态窄带氧传感器或EGO、HEGO(加热的EGO)、NOx, HC或CO传感器。在一个实施例中，上游排气传感器126是UEG0，其被配置为提供与排气中存在的氧含量成比例的输出，诸如电压信号。控制器12使用该输出来确定排气空燃比。
[0023]排放控制设备70被显示为沿排气通道48布置在排气传感器126下游。设备70可以是三元催化剂(TWC)，其被配置为减少NOx并氧化CO和未燃烧的烃。在一些实施例中，设备70可以是NOx捕集器、各种其它排放控制设备或其组合。
[0024]第二下游排气传感器128被显示为耦接至排放控制设备70下游的排气通道48。下游传感器128可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如UEGO、EG0、HEGO等。在一个实施例中，下游传感器128是HEG0，其被配置为指示排气在穿过催化剂之后的相对富集或稀化。因此，HEGO可以以切换点或排气从稀化切换到富集的一点处的电压信号的形式提供输出。
[0025]第三下游排气传感器129被显示为耦接至排放控制设备70下游的排气通道48并与HEGO传感器128对称地对置(opposed)。下游传感器129可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如UEGO、EGO、HEGO等。在一个实施例中，下游传感器129是HEG0，其被配置为指示排气在穿过催化剂之后的相对富集或稀化。因此，HEGO可以以切换点或排气从稀化切换到富集的一点处的电压信号的形式提供输出。
[0026]进一步地，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经由EGR通道140将期望部分的排气从排气通道48传送至进气通道42。提供给进气通道42的EGR量可以通过控制器12经由EGR阀142来改变。进一步地，EGR传感器144可以被布置在EGR通道内并且可