专利名称：虚拟燃料质量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，更具体地涉及运作内燃机。
背景技术：
一般，内燃机工作所依赖的参数是根据提供给内燃机的燃料的变化和内燃机 本身的效率的变化而选择的。在许多情形下，由于参数是针对使内燃机保持工作在 燃料质量范围的最低点和内燃机工况范围的最差点而选择的，因此内燃机的工作不 是最理想的。例如，内燃机可在其某一工作点接受具有高抗爆震性能的燃料并在其 另一工作点接受具有低抗暴震性能的燃料，并且必须能够工作在两种工作点下。又 如，新交付使用的内燃机具有顶级机械形状，但随着时间流逝，燃烧室中的堆积物 和密封表面的磨损会降低内燃机的效率。然而，将内燃机的工作参数选择成可在其 使用寿命内使工作。因此，当内燃机是新的时，它们不是最理想的，并且在已曾将 停产的一些内燃机系统构成为根据影响内燃机效率的各种因素来调整工作参数时 也不是最理想的。需要这类根据燃料质量和内燃机工况的变化来调整工作参数的内 燃机系统。
发明内容
本公开涉及运作内燃机。
一个方面围绕一种运作多燃烧室的内燃机的方法。在该方法中，燃烧室的第 一子集的点火时间超前于工作点火时间，直到剩下的燃烧室在工作点火时间并发地 工作时检测到暴震事件为止。燃烧室的第一子集的第一暴震极限是与工作点火时间 和暴震事件时的点火时间之间的差相关联而确定的。燃烧室的第二子集的点火时间 超前于工作点火时间，直到剩下的燃烧室在工作点火时间并发地工作时检测到暴震 事件为止。燃烧室的第二子集的第二暴震极限是与工作点火时间和暴震事件时的点 火时间之间的差相关联而确定的。也可根据需要使额外的子集超前并确定额外的暴 震极限，并且在某些情形下直到已经分析内燃机的所有燃烧室为止。提供给燃烧室
的燃料的特征是与至少第一和第二暴震相关联的极限确定的。
附图和后面的说明中给出本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的其它 特征、目的和优点将从说明和附图以及权利要求书中更为明确地得出。
图1是根据本发明构造的示例性内燃机系统的示意图2是根据本发明构造的用于内燃机系统的示例性内燃机控制模块的示意图； 图3是根据本发明构造的示例性内燃机系统的功能性操作的示意图；以及 图4是根据本发明构造的示例性内燃机控制模块的操作的流程图。 各附图中相同的附图标记表示相同部件。
具体实施例方式
首先参照图1，其中示意地描绘出根据本发明构造的示例性内燃机系统100。 该内燃机控制系统100包括操作上耦合以与一个或多个内燃机传感器106和一个或 多个致动器108通信的内燃机控制模块(ECM)104。内燃机传感器106耦合于往复 式内燃机102，检测内燃机102和/或内燃机系统100的一个或多个工作特征，并输 出代表工作特征的信号。典型内燃机工作特征的一些实例包括内燃机转速、诸如歧 管绝对压力(MAP)或进气歧管密度(IMD)的转矩指示特征、内燃机的功率输 出、指示内燃机空气与燃料之比的特征(例如排气含氧浓度)、环境和/或内燃机 温度、环境压力及其它。致动器108适于控制用来控制内燃机和其它内燃机系统部 件的各种内燃机系统部件(未具体示出)。典型内燃机部件的一些实例包括节流阀、 涡轮增压器支路或废气门、点火系统、诸如可调燃料混合器的空气/燃料调节装置、 燃料压力调节器、燃料喷射器及其它。也可耦合有ECM104以与其它部件110通 信。其它部件110的一些实例可包括允许用户询问ECM104或向ECM104输入 数据或指令的用户界面;检测内燃机或内燃机系统工作特征以外的信息的一个或多 个外部传感器；ECM104可与其通讯交换系统特征的监控或诊断设备及其它。
参照图2， ECM104包括可操作地耦合于计算机的可读介质或存储器。在某些 情形下，计算机可读介质114可完全或部分地从ECM104移去。计算机可读介质 114包括处理器112使用以执行这里所述的一个或多个方法的指令。ECM104例如 从传感器106、致动器108和其它部件IIO接收一个或多个输入信号(输入l…… 输入n)并例如向传感器106、致动器108和其它部件IIO输出一个或多个输出信
号(输出1……输出n)。
ECM104工作以控制在加速和减速以及稳定状态条件下提供给内燃机的燃烧 混合物的点火。为此，ECM104从传感器106接收包括内燃机状态参数的输入，并 确定和输出一个或多个适于控制致动器108的致动器控制信号，从而使内燃机102 工作。
图3示出用于控制提供给内燃机的燃料点火的示例性的ECM104。图3示出 的ECM104从传感器106接收内燃机状态参数的输入并将信号输出至致动器108。 在图3中，状态参数包括来自例如MAP或IMD传感器的转矩指示特征传感器316、 内燃机转动传感器318和暴震传感器320的输出。可使用更多或更少的状态参数。 在往复式内燃机中，内燃机转动传感器318直接或间接地确定曲柄位置。示出的 ECM104也从一个或多个可供选择的传感器322接收输入。可供选择的传感器322 的一些实例包括进气温度传感器、湿度传感器、测量通过由内燃机驱动的发电机输 出的功率的功率传感器以及其它传感器。致动器108包括至少一个点火器324。图 3示出内燃机的每个燃烧室1、 2、 3……n具有一个点火器324。在一种情形下，点 火器324是火花塞。在另一情形下，点火器324是能工作以点燃内燃机内的燃烧混 合物的许多装置。 一些实例包括引入燃烧室的激光器、引燃燃料点火系统中适于将 引燃燃料引入燃烧室的燃料喷射器或其它装置。引燃燃料点火系统是利用点火器或 通过压力点燃燃烧室中一预定量的引燃燃料的系统，而引燃燃料燃烧所造成的压力 和温度升高则点燃燃烧室中的主燃料混合物。ECM104接收来自转矩指示特征传感 器316和内燃机转动传感器318的输入，并确定和输出致动器控制信号以如下所述 那样控制点火器324的操作。
ECM104包括接收一个或多个内燃机状态参数和可供选择的附加参数并确定 工作点火时间的工作点火时间确定器326。工作点火时间确定器326向点火信号发 生器328输出信号，该信号通知一个或多个点火器324根据工作点火时间而启动。 工作点火时间表示相对于内燃机系统工作中的另一事件，点火器324应当启动以 在正常工作状况(相对于下述测试状况)下开始点火事件的时间。在往复式内燃机 中，工作点火时间可参照曲柄位置。在确定工作点火时间中，工作点火时间确定器 326使用从内燃机转动传感器318确定的一个或多个内燃机转速、来自转矩指示特 征传感器316的转矩指示特征(例如MAP或IMD)以及来自暴震传感器320的是 否发生暴震事件的指示。ECM104还可望另行地或与上述传感器结合地使用其它传 感器。例如，在一种情形下，工作点火时间确定器326使用进气温度传感器来确定
工作点火时间。
工作点火时间确定器326可使用包括一个或多个状态参数的查找表来确定工 作点火时间，所述一个或多个状态参数例如为内燃机转速和转矩指示特征和/或与 工作点火时间值相关联的一个或多个可供选择的输入。代替或结合查找表，可通过 作为一个或多个状态参数的函数的公式计算来确定工作点火时间，所述一个或多个 状态参数例如为内燃机转速和转矩指示特征和/或一个或多个可供选择的输入。另 外，在任何一种情形下，如果暴震传感器320指示暴震事件，则可调节工作点火时 间，例如延迟。
ECM104包括接收来自至少暴震传感器320和内燃机转矩指示传感器316的 输入的测试时间调节确定器330。周期地或基于信号的接收，例如来自ECM外部 的信号，ECM104发信号给测试时间调节确定器330以进入测试模式。在测试模式 中，测试时间调节确定器330从内燃机转矩指示传感器316确定内燃机系统何时工 作于满负载或满负载附近。当内燃机工作满负载或满负载附近时，测试时间调节确 定器330输出使燃烧室1、 2、 3……n的子集的点火时间超前以比工作点火时间规 定的时间更早启动的测试超前值。在一种情形下，子集是一个燃烧室。剩下的燃烧 室依照由工作点火时间确定器326输出的工作点火时间继续工作。将测试超前值与 燃烧室子集的工作点火时间相结合。测试超前值在内燃机的若干周期内以增量方式 增加，直到暴震传感器320检测到暴震事件为止。当暴震传感器320检测到暴震事 件时，将测试超前值输出至暴震极限分析器332并且燃烧室的子集的点火时间返回 到工作点火时间。测试时间调节确定器330随后对燃烧室的另一子集重复该过程， 并继续直到所有燃烧室或规定组的燃烧室测试完毕为止。例如，如果测试时间调节 确定器330将点火时间提前以在第一燃烧室产生暴震，则测试时间调节确定器330 随后将点火时间提前以在第二燃烧室产生暴震，以此类推，直到所有燃烧室或规定 组的燃烧室测试完毕为止。
暴震极限分析器332将通过测试时间调节确定器330测试的燃烧室每个子集 的暴震极限确定为测试超前值的函数。在一种情形下，发现产生暴震事件的测试超 前值等于暴震极限。如果由测试时间调节确定器330测试的子集是单个燃烧室，则 暴震极限分析器332确定每个燃烧室的暴震极限。对多个子集或所有子集确定暴震 极限。对测试时间调节确定器330已进入测试模式的每种情形编辑暴震极限数据。
暴震极限分析器332能从暴震极限数据获取关于燃烧室工作和提供给燃烧室 的燃烧混合物的信息并输出暴震极限数据和源自该数据的信息。该信息和数据可从
暴震极限分析器332输出到ECM104夕卜，例如供操作者或内燃机系统的其它部分 使用，和/或输出至ECM104中的其它控制器334。暴震极限分析器332还与工作 点火时间确定器326通信以调整作为暴震极限的函数的工作点火时间。
在某些实施例中，暴震极限分析器332对进入测试模式的测试时间调节确定 器的许多情形编辑每个燃烧室的暴震极限。如果数据趋向表示所有燃烧室的暴震极 限正在改变，则暴震极限分析器332断定燃烧混合物的组成正在改变。例如，如果 所有燃烧室的暴震极限都减小，则暴震极限分析器332断定提供给燃烧室的燃料质 量正在降低。如果所有燃烧室的暴震极限都增大，则暴震极限分析器332断定提供 给燃烧室的燃料质量正在提高。在某些实施例中，暴震极限分析器332可从暴震极 限数据确定燃料抗暴震性能。燃料抗暴震性能可用关于暴震极限和燃料抗暴震性能 的查找表和/或通过公式计算来确定。暴震极限数据和燃料抗暴震性能两者均可从 ECM104输出以供例如监控内燃机系统工作的操作者使用。在一种情形下，可使用 暴震极限来估算内燃机的功率输出。低暴震极限与其它信息一起指示燃料的高能量 密度，并指示可能更高的内燃机输出。
在某些实施例中，暴震极限分析器332响应暴震极限的变化向工作点火时间 确定器326而发出信号。例如，如果所有燃烧室的暴震极限减小，暴震极限分析器 332向工作点火时间确定器326发信号以延迟工作点火时间，从而补偿燃料暴震极 限的变化。如果所有燃烧室的暴震极限增加，则暴震极限分析器332向工作点火时 间确定器326发信号以使工作点火时间超前。可将工作点火时间延迟或超前的量确 定为暴震极限或燃料抗暴震性能的大小的函数(最大值、平均值或其它)。
作为向工作点火时间确定器326发信号的代替或与之结合，暴震极限分析器 332响应暴震极限或燃料抗暴震性能而向其它控制器332发信号。在某些实施例中， 暴震极限分析器332向燃料控制器发信号，以调节提供给诸燃烧室中的一个或多个 的燃料量。可将由燃料控制器作出的调节量确定为暴震极限或燃料抗暴震性能的大 小的函数。例如，在工作于稀薄燃烧混合物(比化学计量更多的空气或更少的燃料) 的内燃机中，如果所有燃烧室的暴震极限减小，则暴震极限分析器332向燃料控制 器发信号，以减少提供给燃烧室的燃料量。当燃烧室己接受稀薄燃烧混合物时减少 提供给燃烧室的燃料量将降低燃烧温度并减少暴震事件发生的趋势。例如，在运行 入1.64的内燃机中，将燃烧混合物掺薄至入1.68就足以使内燃机不暴震。在工作于 接近化学计量燃烧混合物的内燃机中，如果所有燃烧室的暴震极限减小，则暴震极 限分析器332向燃料控制器发信号以增加提供给燃烧室的燃料量，由此降低暴震事
件发生的趋势。在某些实施例中，暴震极限分析器332向一控制器发信号，从而将 再循环的冷却尾气量控制为暴震极限或燃料抗暴震性能的大小的函数。例如，如果
受影响的燃烧室的暴震极限减小，则暴震极限分析器332可向该控制器发信号，从 而增加再循环至燃烧室的尾气量。增加再循环的冷却尾气量将降低燃烧纬度和发生 暴震的趋势。在某些实施例中，暴震极限分析器332向涡轮增压器或增压器的推进 控制器发信号，从而将提供给燃烧室的推进量调节为暴震极限或燃料抗暴震性能的 大小的函数。例如，如果受影响的燃烧室的暴震极限减小，则暴震极限分析器332 向推进控制器发信号，从而减少提供给燃烧室的推进量。减少提供给受影响的燃烧 室的推进量会降低发生暴震事件的趋势。如果燃烧室的暴震极限增大，则暴震极限 分析器向推进控制器发信号以增加提供给燃烧室的推进量，从而利用增加的暴震极 限和燃料抗暴震性能。
如果趋势表示少于所有燃烧室的燃烧室的暴震极限以不同于其它燃烧室的速 率变化，则暴震极限分析器322断定受影响的燃烧室的暴震极限的变化不是燃料性 质的变化所造成的。相反，受影响的燃烧室的暴震极限的变化表示受影响的燃烧室 本身的变化。例如，堆积于燃烧室和其它热点的碳或灰尘会降低暴震极限。来自增 加的环状漏气和/或泄漏阀的减小的各燃烧室功率会提高暴震极限。在某些情形下， 由于诸燃烧室中造成不同燃烧室的暴震极限形式以不同速率变化的一些差异，暴震 极限的变化速率在每个燃烧室之间是不同的。因此，暴震极限分析器332向工作点 火时间确定器326或其它控制器334发信号，从而补偿燃烧室之间的差异。因此， 暴震极限分析器332能区别燃料变化所造成的暴震极限变化(暴震极限的变化对所 有燃烧室基本是一样的)和因为燃烧室的变化造成的暴震极限变化(暴震极限的变 化对所有燃烧室中的一些燃烧室是不同的)，并对两者进行补偿。
艮P，如果诸燃烧室中的一个或其子集的暴震极限正在减小，则暴震极限分析 器322可向工作点燃时间确定器326发信号，从而在施加以补偿燃料变化的其它延 迟或超前以外另行延迟诸燃烧室中的一个或其子集的工作点火时间。同样，如果诸 燃烧室中的一个或其子集的暴震极限正在增大，则暴震极限分析器322可向工作点 燃时间确定器326发信号，从而在施加以补偿燃料变化的其它延迟或超前以外另行 使诸燃烧室中的一个或其子集的工作点火时间超前。同样，暴震极限分析器332 向燃料控制器发信号以调节提供给诸燃烧室中的一个或其子集的燃料量和/或向推 进控制器发信号以调节提供给燃烧室中的一个或其子集的推进量，从而补偿影响暴 震极限的燃烧室的变化。
各燃烧室暴震极限可被存储和/或用来帮助辨认磨损汽缸。可从ECM104输出 各个针对燃烧室暴震极限的数据，例如由操作者接收和/或在内燃机系统外部使用。
现在参照图4，它示意地示出ECM的示例性操作。在操作410， ECM接收表 示一个或多个内燃机状态参数的信号。如上所述，这些内燃机状态参数在一种情形 下包括内燃机旋转位置、内燃机转矩指示参数(例如MAP或IMD)、来自暴震传 感器的输入及其它。ECM也可接收表示附加信息的信号，例如进气温度和环境湿 度。
在操作412， ECM从操作410接收的输入以及从本方法的附加步骤中接收的 输入确定工作点火时间。例如，ECM可部分基于在操作416—430 (将在下文中更 详细地说明)中针对被测试的燃烧室确定的更新参数来确定工作点火时间，如果这 些操作己被执行的话。在操作414， ECM向一个或多个燃烧室的点火器发信号， 从而根据工作点火时间启动点火器以开始点火事件。如果燃烧室中的一个或多个正 被测试(操作416 — 430) ，ECM向未接收测试的一个或多个燃烧室发信号。ECM 在内燃机工作期间不断地在操作412和414循环。
如果ECM正在工作以测试一个或多个燃烧室，例如在内燃机处于满负荷或满 负荷附近时的特定间隔内，ECM执行操作412—430。在操作416， ECM为将被测 试的燃烧室确定初始测试超前。可同时测试少于所有燃烧室的燃烧室，并且在一种 情形下可一次测试一个燃烧室。初始测试超前被预编程入ECM，可将其确定为工 作点火时间的函数、从之前的测试周期确定或以另外方式确定。
在操作418， ECM向正被测试的一个或多个燃烧室的点火器发信号，从而根 据与测试超前结合的工作点火时间来启动点火器以开始点火事件。在操作420， ECM例如通过来自暴震传感器的输入来确定是否已检测到暴震事件。如果尚未检 测到暴震事件，在操作422将测试超前累加以产生更大的超前，并且在内燃机的下 一周期，重复操作418和操作420。在后面的内燃机周期重复操作418—422，直到 检测到暴震事件为止。如果已检测到暴震事件，在操作424确定暴震极限。可对其 它燃烧室重复操作416—424，并且在一种情形下，对所有燃烧室重复操作416-424。 被测试的燃烧室可通过重复执行操作416—424被重复测试。
在操作426，对每个被测试的燃烧室编辑在操作424确定的暴震极限数据，并 且在操作428，如上所述那样分析暴震极限数据。在某些实施例中，分析暴震极限 数据以输出燃料的抗暴震性能。在某些实施例中，分析暴震极限数据以辨认磨损的 燃烧室和/或影响暴震极限的燃烧室的改变，并可将该信息输出。在操作430如上
所述地对测试的燃烧室确定工作点火时间的更新的调整参数，并且将更新的调整参 数提供给操作412以确定工作点火时间。
已对本发明的若干实施例进行了说明。然而，应当理解在不脱离本发明的精 神和范围的前提下可作出各种修改。因此，其它实施例也落在下面权利要求书的范 围内。
权利要求
1．一种运作多燃烧室的内燃机的方法，包括使燃烧室的第一子集的点火时间超前于工作点火时间，直到剩下的燃烧室在工作点火时间并发地工作时检测到暴震事件为止；与工作点火时间和暴震事件时的点火时间之间的差相关联地确定燃烧室的第一子集的第一暴震极限使燃烧室的第二子集的点火时间超前于工作点火时间，直到剩下的燃烧室在工作点火时间并发地工作时检测到暴震事件为止；与工作点火时间和暴震事件时的点火时间之间的差相关联地确定燃烧室的第二子集的第二暴震极限；以及与第一和第二暴震极限相关联地确定提供给燃烧室的燃料的特征。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，确定提供给燃烧室的燃料的特征 包括确定燃料的抗暴震特性。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括将燃烧室的第一子集的工 作点火时间调节至作为对第一燃烧室确定的暴震极限的函数的第一工作点火时间。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括将燃烧室的第二子集的工作 点火时间调节至作为对第二燃烧室确定的暴震极限的函数的第二工作点火时间。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果燃烧室的第一子集的暴震极 限与燃烧室的第二子集的暴震极限不同，则所述第一工作点火时间和第二工作点火 时间不同。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一子集是多个燃烧室中的 一个。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将燃料控制器调节为第一 暴震极限和第二暴震极限中的至少一个的函数。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括如果第一暴震极限减小， 则调节燃料控制器以将比提供给燃烧室的第二子集的燃料更少的燃料提供给燃烧 室的第一子集。
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括将推进控制器调节为第一 暴震极限和第二暴震极限中的至少一个的函数。
10. —种方法，包括(i )使多燃烧室内燃机的一个燃烧室的点火时间超前于工作点火时间，直到剩 下的燃烧室在工作点火时间并发地工作时检测到暴震事件为止；(ii) 确定一个燃烧室的暴震极限；(iii) 对后继的燃烧室重复操作(i )和(ii)，直到已经对多个燃烧室确定暴震极 限为止；以及(iv) 与所确定的暴震极限相关联地确定提供给燃烧室的燃料的特征。
11. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，还包括 重复操作(i)一(iii)多次；多次从多个燃烧室中的至少第一燃烧室和多个燃烧室的另外的燃烧室之间的 暴震极限数据的差确定第一燃烧室的暴震极限的改变的至少一部分是由于第一燃 烧室的改变所造成的。
12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，还包括将第一燃烧室的工作点 火时间调节为暴震极限变化的函数。
13. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，还包括将提供给第一燃烧室的 燃料量和提供给第一燃烧室的推进量中的至少一个调节为暴震极限变化的函数。
14. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括重复编辑来自多次操作(i ) 一(iii)的暴震极限数据，并输出与燃烧室的经编辑的暴震极限相关联数据。
15. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，确定提供给燃烧室的燃料的特 征包括确定燃料的抗暴震性能。
16. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括输出指示暴震极限的信息。
17. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，对后继的燃烧室重复操作(i ) 和(ii)直到已对多个燃烧室确定暴震极限包括重复操作(i)和(ii)，直到已对所有 燃烧室确定暴震极限为止。
18. —种运作多燃烧室内燃机的系统，包括处理器，所述处理器被构造成执行 下列操作使燃烧室的第一子集的点火时间超前于工作点火时间，直到剩下的燃烧室在 工作点火时间并发地工作时检测到暴震事件为止；与工作点火时间和暴震事件时的点火时间之间的差相关联地确定燃烧室的第 一子集的第一暴震极限； 使燃烧室的第二子集的点火时间超前于工作点火时间，直到剩下的燃烧室在 工作点火时间并发地工作时检测到暴震事件为止；与工作点火时间和暴震事件时的点火时间之间的差相关联地确定燃烧室的第二子集的第二暴震极限；以及与第一和第二暴震极限相关联地确定提供给燃烧室的燃料的特征。
19. 如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述处理器被进一步构造成执 行操作，所述操作包括确定提供给燃烧室的燃料的抗暴震特性。
20. 如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述处理器被进一步构造成执 行操作，所述操作包括将燃烧室的第一子集的工作点火时间作为对第一燃烧室确定 的暴震极限的函数而调节至第一工作点火时间。
全文摘要
一种运作多燃烧室的内燃机的方法，包括使燃烧室的第一子集的点火时间超前于工作点火时间，直到剩下的燃烧室在工作点火时间并发地工作时检测到暴震事件为止。燃烧室的第一子集的第一暴震极限是与工作点火时间和暴震事件时的点火时间之间的差相关联而确定的。提供给燃烧室的燃料的特征是与至少第一暴震极限相关联而确定的。
文档编号F02D35/02GK101365876SQ200780001999
公开日2009年2月11日 申请日期2007年1月5日 优先权日2006年1月9日
发明者J·R·泽洛 申请人:德雷瑟股份有限公司