基于排气歧管压力的内燃发动机不点火检测的制作方法
【专利说明】
[0001] 交叉引用相关申请
[0002] 本专利申请要求于2013年1月14日提交的、名称为"基于排气歧管压力的内燃发 动机不点火检测（EXHAUST MANIFOLD PRESSURE BASED MISFIRE DETECTION FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES) "且编号为13/741，112的非临时专利申请的优先权，该非临时专利申 请通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本发明总体上涉及内燃发动机领域，并且更具体地涉及用于检测这样的内燃发动 机中的发动机气缸在一些运行条件下不点火的系统和方法。
[0004] 发明背景
[0005] 发动机制造商已经开发了持续监控发动机运行特性的技术，以确定发动机运行何 时出现异常或超出规定的误差范围。发动机制造商已经探寻到确定或预测异常运行何时可 能发生的方法和方法，以试图满足增加的内燃发动机效率和改进的排放控制的需求。类似 地，获得可以识别运行中的早期异常的方法可能有助于防止损坏和避免潜在地针对内燃发 动机的昂贵的维修。
[0006] 发动机气缸不点火（即，失火）就是这样一个事件的例子。发动机制造商力求检 测不点火的发生，因为当不点火被检测到时，不点火可能是发动机运行潜在问题的早期指 示。例如，气缸不点火可能是由于发动机气缸内的燃料-空气混合物未能点火（没有燃烧） 或由于混合物过稀导致的燃料-空气混合物的不完全引燃（不完全燃烧）。在运行中，在 这样的不点火发生的地方，受影响的发动机性能被削弱，排放可能增加，并且燃料经济性降 低。类似地，如果始终不进行校正，不点火也可能导致发动机及其组件的损坏，例如，包括对 催化转换器的损坏。
[0007] 此外，发动机气缸不点火检测是车载诊断系统（例如，OBD II、重型ODB等）的要 求。例如，OBD II是第二代的车载自诊断设备的要求，其提供监控发动机部件可能影响排 放性能的能力，比如提供监控发动机不点火的能力。通常，OBD II系统也将存储关于所检 测的发动机气缸不点火和气缸或部件故障等故障的重要信息。
[0008] 发动机制造商已经采用了各种方法来检测发动机不点火，但现有技术的方法都没 有考虑到内燃发动机当前的多种运行条件，包括排气歧管压力（EMP)和发动机转速、电荷 流（或空气质量流量（MF))、废气再循环（EGR)压力、环境压力、涡轮机转速和涡轮位置等 来自其他传感器数据的信息，以检测发动机不点火。
[0009] 例如，马尔科等人的编号为5, 193, 513的美国专利公开了一种不点火检测系统， 用于采用排气压力传感器、用于感测发动机旋转位置的位置传感器和用于数字化从压力传 感器接收的模拟信号的模拟-数字转换器的内燃发动机。数字化压力数据被使用受训练以 识别单独不点火气缸的数据签名的数据分类器（即模式识别系统）进行比较。为了训练该 分类器，发动机在一个服务托架中运行并且在人为有意引起的不点火和正常条件两种情况 下收集发动机数据。然后该数据在训练操作中被提供给数据分类器。然而，马尔科等人公 开的发动机不点火检测系统等发动机不点火检测系统无法以检测部分或完整的发动机不 点火的方式比较大量的发动机运行特性和感测到的发动机气缸峰值压力。
[0010] Goto等人的编号为3, 965, 677的美国专利公开了一种检测发动机吸入压力且用 于计算阈值水平的不点火检测装置，其中，如果排气压力超过该阈值水平，则确定气缸不点 火。
[0011] Deguchi等人的编号为3, 983, 754的美国专利公开了一种用于检测多气缸内燃发 动机中的不点火的装置，其中在排气歧管或排气口的分支提供压力响应设备且比较这些设 备的输出以检测发动机气缸的不点火。
[0012] 大冢等人的编号为4, 567, 755的美国专利公开了一种用于内燃发动机的引燃/不 点火检测器，其中压力检测单元用于检测发动机中燃烧压力的变化，并且引燃/不点火检 测单元用于确定发动机引燃/不点火的发生。
[0013] 大岛等人的编号为3, 924, 457的美国专利公开了一种用于内燃发动机的不点火 检测设备，其中废气导入管设置在邻近排气通路中的排气口，以将废气提供给设置在废气 导入管的一端用于确定可以指示可能的发动机气缸不点火的压力波动的压力变换器。
[0014] 在OBD II系统中，目前许多监控器使用曲轴转速的波动以便检测不点火。然而， 人们普遍认识到，使用曲轴转速波动取决于动力系和车辆动态。这种依赖性，包括使用发动 机转速，却由于跨各种应用程序的检测的可移植性不可用且输入的数据往往受到动力传动 系统的负面影响而有限制。
[0015] 这些现有的检测发动机气缸不点火的方法缺乏独特的方法来采用大量的发动机 当前运行条件，包括利用缸内压力之间关系的条件、EMP波动的变化条件和其它操作条件， 以提供高效的发动机气缸不点火检测系统。
[0016] 一种现有技术上的新颖的发动机气缸不点火检测系统和改进在Tau受让给也是 本发明的同一受让人康明斯发动机公司的编号为5, 392, 642的美国专利中公开。该专利公 开了一种使用传感器来针对所有的发动机循环监控发动机气缸并提供检测到的每个气缸 的输出平均值的发动机气缸不点火系统。此外，发动机转速和内燃发动机的燃料消耗率用 于提供更有效的发动机气缸不点火检测系统。尽管如此，Tau的专利中公开的发明是针对 用于在多气缸发动机的至少一个气缸中检测低功率的系统。此外，本专利申请公开了多个 压力传感器的使用，具体是对每个气缸使用一个传感器以提供发动机不点火检测。
[0017] 另一个现有技术上的新颖的发动机气缸不点火检测系统和改进公开在安德鲁斯 等人受让给也是本发明的同一受让人康明斯发动机公司的编号为6, 243, 641美国专利中， 该美国专利通过引用合并入本文。该专利公开了一种发动机气缸不点火检测器系统，其使 用用于感测废气流经排气口的峰值压力和内燃机的运行特性的压力感测方法来计算和比 较最小压力值，以确定是否发生了发动机气缸不点火。
[0018] 其他方法也被阐述，但这些方法也都缺乏利用缸内压力之间的关系、EMP波动的变 化和其它运行条件来检测发动机气缸不点火，以提供可运行在各种运行环境中（即，动力 系、车辆等）、可以跨不同的应用被校准且在各种操作条件上可靠的高效发动机气缸不点火 检测系统。
[0019] 因此，本发明人已经认识到，需要一种发动机气缸不点火检测系统，其检测EMP波 动的改变、比较EMP波动和用从其它发动机传感器数据获得的其它信息确定的诊断阈值， 并确定气缸不点火是否已经发生。此外，本发明人已经认识到需要开发监控和检测EMP波 动的方法以确定不点火的发生。
【发明内容】
[0020] 本发明的一个目的是提供一种用于确定内燃发动机中的发动机气缸何时发生不 点火的改进系统和方法。
[0021] 本发明的一个目的是结合一种或多种感测到的发动机特性来监控和检测EMP波 动以确定不点火的发生的方法。
[0022] 本发明的又一个目的是提供一种系统和方法，用于通过考虑缸内压力和发动机的 其它运行条件分析EMP波动的变化来精确和可靠地检测发动机气缸不点火，以确定发动机 气缸何时发生不点火。
[0023] 本发明的另一个目的是提供一个或多个处理以检测发动机气缸的不点火状况，所 述不点火状况的存在或不存在与使用本发明确定的新鲜空气流（FAF)、发动机类型、发动机 数据输入和/或分析性决定因素有关，其中，一个或多个处理包括排气歧管压力估计处理 (EEMPP)或形心（centroid)投影处理（CPP)。
[0024] 如本文所使用的，术语发动机参数（EP)意在表示，且包括但不限于，FAF和燃料 量、质荷流量（MCF)等发动机负荷有关的各种其它发动机特性和信息（以下称为"发动机特 性"、"信息"以及类似的术语）等。对于非化学计量的发动机应用，燃料量可以用作FAF的 直接替代品。EFAF旨在表示新鲜空气流量的估计。另外，术语发动机参数的估计（EEP)旨 在表示且包括但不限于发动机特性和燃料量的估计、质荷流量的估计（EMCF)、新鲜空气流 量的估计（EFAF)、相关的阈值等发动机负荷的估计的有关信息。
[0025] 如本文所使用的，感测到的发动机特性可以包括但不限于在发动机运行过程中由 传感器测量或以其他方式感知到的任何发动机特性、信息或类似物，包括但不限于EP，如： EMP、FAF、发动机转速、MAF、可燃废气再循环（EGR)的压力、环境压力、涡轮机转速、涡轮的 位置和类似物。
[0026] 本发明满足了这些需要，并已开发出来以响应本领域的当前状态，并且特别是，响 应当前可用技术还没有完全解决的技术问题和技术需要。本发明提供了一种用于优于已知 方法的确定发动机气缸的不点火状况的方法、系统和计算机程序产品。
[0027] 在一个实施方式中，本发明提供了一种用于通过比较发动机的第一气缸的第一发 动机参数（FEP)和第一发动机参数的估计（FEEP)并发起第一处理来检测内燃发动机的发 动机气缸不点火的方法。本实施例优选地进一步测量排气歧管压力（EMP)，使用第一处理 来计算与发动机特性的一个或多个数据输入有关的运行值（OV)和与阈值相关联的比较值 (CV)。另外，OV和CV进行比较并且检测第一气缸的不点火状况。优选地，在一个实施方式 中，第一处理是排气歧管压力估计处理（EEMPP)或形心投影处理（CPP)中的一个处理，其中 如果该FEP小于FEEP，所发起的处理是EEMPP。这里，在该实施例中，FEP表示第一负荷变 量（FLV)，而FEEP表示第一负荷变量的估计（FELV)。此外，优选地，一个或多个数据输入包 括EMP、发动机转速、空气质量流量（MF)、EGR压力、环境压力、涡轮机转速和涡轮的位置中 的至少一个。为避免疑问，术语FEP旨在包括但不限于上面提供的关于EP(例如，FAF、MCF、 发动机负荷、燃料量、发动机特性、流速率等）的描述，而术语FEEP旨在包括但不限于上面 提供的关于EEP (例如，发动机特性的估计、发动机负荷的估计、EFAF、EMCF、燃料量的估计、 流速率的估计、或与FEP相关联的另一估计值）的描述。
[0028] 在另外的实施例中，本发明提供了一种通过比较发动机的第一气缸的FAF和EFAF 并启动第一处理以检测内燃发动机的发动机气缸不点火的方法。
[0029] 在另一个实施例中，本发明提供了一种用于识别内燃发动机的发动机气缸不点火 状况的系统。该系统包括：提供第一负荷