用于使用了多重促动策略的基于模型的爆震抑制系统的控制系统的制作方法

用于使用了多重促动策略的基于模型的爆震抑制系统的控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了，对超过该温度发动机内的爆震会更频繁的峰值汽缸温度的预测，然后提供了一个或更多的促动方式以在维持发动机的表现的减少发动机的爆震。本发明的一个或更多的促动方式包括基于可操作的使用发动机特性输入以及建模和估计值作为前馈控制方式的输入来做出决定。
【专利说明】用于使用了多重促动策略的基于模型的爆震抑制系统的控制系统

【技术领域】
[0001]本发明一般涉及控制系统，更具体地，涉及用于减少发动机内的爆震的带有反馈的前馈控制系统。

【背景技术】
[0002]减少发动机、内燃机内的爆震在过去的十年里是一个重要的挑战，而且在将来也将继续成为一个挑战，这一部分是因为越来越严格的对于发动机排放及其相关的控制系统的排放要求。减少爆震的尝试通常包括一种处理方法，该处理方法包括了一系列方法中的一种方法，一系列方法例如有直接喷射(DI)、排气再循环(EGR)稀释、或者点火延迟(SR)。容易理解的是，爆震是关于发动机内汽缸温度上升或达到峰值所产生的一个问题，在此发动机上爆震变得更为普遍。
[0003]然而，特别地，在火花点火(SI)发动机内减少爆震的趋势能极限发动机的扭矩输出，这是由于增压/空气混合物经常被极限。在每种处理方法对于特殊的场景和某个独特的操作环境来说有着一些好处的同时，当考虑到大多数发动机的操作环境时每种处理方法通常也会有着很多缺点。
[0004]比如，当DI可在燃料计量(喷射的燃料的量)和喷射定时(精确到燃料何时引入汽缸)上允许更多的准确控制时，发动机能从这种局限的方法中得到更多好处，这仅仅是因为它们在设计上很粗糙，应用了高压系统以及因此通常很昂贵很复杂。类似地，DI事件在喷射定时事件附近喷射二级燃料以抑制爆震，这种事件的定时在实际操作范围内可能是不理想的。
[0005]类似地，对于EGR来说，向发动机的气流率添加EGR比取代一部分进气且也允许实质上降低排气NOx排放更为有利，EGR费时而且也有效降低了燃烧率，从而使稳定的燃烧经常成为一个挑战。另一种经常在SI发动机实施以减少爆震的变化方式是延迟点火，然而这种独有的方式的缺点包括增加了碳氢化合物的输出和提高了 NOx排放。进一步地，在点火延迟(SR)事件中可极大地满足发动机的效率，但在某些情况下，在燃烧的某个操作区可能会失败。这些方法中的每一种都有一个类似的目标，就是要降低汽缸内峰值温度。
[0006]由于这些方式或促动方法中的每一种，考虑到在瞬时要达到在发动机的操作环境下减少爆震的目标，对于发动机的表现来说都有着缺点，因此需要一种能够考虑到发动机的工作状态和表现特性在适当时间使用多种促动方式的发动机的操作环境下提供爆震的减少的方法。本发明正是想要满足这些以及很多其他的需求。


【发明内容】

[0007]为了响应于现有技术的现状且满足这些需求，特别是为了响应于现有技术中还无法以当前可用的技术完全解决的问题和需求，而开发了本发明。本发明提供了一种控制方法，用于决定一个或更多的促动方式，从而为发动机减少爆震事件，同时还保持在已知的方式的基础上提升发动机的表现。
[0008]在一个实施方式中，本发明提供了一种使用与汽缸峰值估计温度和感受到的爆震相关的多个促动事件的降低火花点火发动机的汽缸内温度的方法。实施方式包括以下步骤:决定发动机的多个输入条件，包括汽缸内空气、燃料、及EGR比率；决定与附加输入相关的涉及处于偏好状态的发动机的操作的多个建模值，包括爆震阈值温度和尾气峰值温度估计；通过对想要的EGR比率值和预定的比率系统极限进行比较来决定第一促动事件；响应于第一命令执行第一促动；通过对一个或更多的尾气峰值温度估计和预定的尾气温度系统极限进行比较来决定第二促动事件；响应于第二命令执行第二促动；在从确定感受到爆震的传感器接收到感受爆震值的反馈之后决定最终促动事件；以及响应于最终命令执行最终促动。
[0009]本发明的另一个实施方式提供了一种系统，包括用于火花点火发动机的控制系统和至少一个传感器，该火花点火发动机具有产生排气的排气输出且包括燃料喷射系统和排气再循环(EGR)布置，该至少一个传感器可操作地耦接以检测来自发动机的爆震，控制系统包括一个或更多的促动控制器，该一个或更多的促动控制器与至少一个传感器和发动机的一个或更多的火花点火、燃料喷射器、及排气再循环系统通信，控制系统应用前馈控制以在对一个或更多的火花点火、燃料喷射器、及发动机的排气再循环系统通过命令通过一个或更多的促动控制器启动一个或更多的促动事件之后近似减少爆震，控制系统还应用反馈控制，其中控制系统将来自至少一个传感器的数据转换成输出信号以指令一个或更多的促动控制器来执行一个或更多的促动事件。
[0010]在另外一个实施方式中，本发明提供一种存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，包括:用于使计算机控制存储控制设备内的应用的执行的计算机可读程序单元，该计算机可读程序单元与火花点火发动机、至少一个传感器、以及控制器可操作地通信，该火花点火发动机具有产生排气的排气输出且包括燃料喷射系统和排气再循环(EGR)布置,该至少一个传感器可操作地耦接以检测来自发动机的爆震，计算机程序单元决定发动机的多个输入条件，包括汽缸内空气、燃料、及EGR比率；决定与附加输入相关的涉及处于偏好状态的发动机的操作的多个建模值，包括爆震阈值温度和尾气峰值温度估计；通过对想要的EGR比率值和预定的比率系统极限进行比较来决定第一促动事件；响应于第一命令执行第一促动；通过对一个或更多的尾气峰值温度估计和预定的尾气温度系统极限进行比较来决定第二促动事件；响应于第二命令执行第二促动；在从决定感受到爆震的传感器接收到感受爆震值的反馈之后决定最终促动事件；以及响应于最终命令执行最终促动，感受到的数据转换成输出信号以指令控制器来执行一个或更多的促动事件。
[0011]在另外一个更优选的实施方式中，本发明是一个火花点火内燃机，包括:与火花点火器、多个燃料喷射器、及用于EGR配置的EGR门通信的控制器、发动机控制传感器、以及爆震传感器，其中，控制器进一步包括控制器内的计算机程序，用于在操作中减少发动机内的爆震，该计算机程序进一步包括:计算机可读程序单元，该计算机可读程序单元决定发动机的多个输入条件，包括汽缸内空气、燃料、及EGR比率和发动机速度；决定与附加输入相关的涉及处于偏好状态的发动机的操作的多个建模值，包括爆震阈值温度和尾气峰值温度估计；通过对想要的EGR比率值和预定的比率系统极限进行比较来决定第一促动事件；响应于第一命令执行第一促动；通过对一个或更多的尾气峰值温度估计和预定的尾气温度系统极限进行比较来决定第二促动事件；响应于第二命令执行第二促动；在从决定感受到爆震的传感器接收到感受爆震值的反馈之后决定最终促动事件；以及响应于最终命令执行最终促动，感受到的数据转换成输出信号以指令控制器来执行一个或更多的促动事件
[0012]从所提供的说明和所附附图中，本申请的进一步的实施方式、形式、目标、特征、优点、方面、和益处应变得明显。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1示出了与本发明的一个实施方式相关的具有前馈控制的控制系统的总体概况。
[0014]图2示出了与本发明的一个或更多的实施方式相关的方法中的步骤所涉及的某些输入、操作、及处理的总体概况。
[0015]图3示出了本发明的控制系统的一个形式的框图。
[0016]图4示出了用于本发明的优选实施方式中的方法的控制系统的步骤。
[0017]图5示出了具有与火花点火器、燃料喷射器、及EGR配置通信的控制器单元的火花点火型的内燃机的总体图。

【具体实施方式】
[0018]在专利申请的上下文及其要求中提供的下述表述允许本领域的普通技术人员制造和使用本发明。本领域的技术人员容易发现优选实施方式的各种修改和普遍原则和在此所述的特征。因此，本发明并不限于所示出的实施方式，而是与符合在此所述的原则和特征的最宽范围相符。
[0019]出于促进理解本发明原理的目的，现在参考在附图中示出的实施方式，且使用特定的语言来描述这些实施方式。然而应理解，并不旨在由此来极限本发明的范围。设想本发明所涉及的领域中的技术人员正常地可以获知在所述实施方式中进行的任何变更和进一步的修改，以及对本文所述的本发明原理的任何进一步的应用。
[0020]本发明提供了一种方法、控制系统、计算机程序产品、及发动机，提供了控制方法，用于决定一个或更多的用于减少发动机的爆震事件的促动方式，同时保持用已知的方式提升的发动机性能。本发明的促动方式包括D1、EGR、及SR中的一个或更多，基于在前馈控制方法中使用操作的发动机特性输入以及建模和估计值作为输入来决定促动方式的一个或更多的应用。总的来说，本发明提供了对峰值汽缸温度的预测，当发动机的操作时的缸内温度升高到大于该温度时，发生爆震的可能性会增加。优选地，前馈控制方法结合了具有前向模型的前馈控制和控制器和用于本发明的各种实施方式的各种形式的反馈控制器的使用。
[0021]本领域的技术人员会意识到本发明的促动器方式在燃烧循环中的某些操作范围内的操作上具有益处和害处。比如，点火延迟事件(SR)可被定时为接近瞬时，被认为对发动机的表现有影响而且对排放效率的影响有限。然而EGR促动晚于SR事件，由于实质上排气进行了再循环，一般对发动机的表现的影响有限，同时对某些操作条件下的排放效率的影响有限，进一步的EGR行为取决于气冷。然而，当双脉冲直接喷射(DI)促动器方式慢于比EGR快的SR时，能提升发动机的表现且也能提升排放效率。其结果是，本发明单独考虑了每种促动方式的益处和劣势，并结合考虑发动机的操作的操作、建模估计、及想要的效率。
[0022]本发明提供一种控制方法，用于决定为了在操作过程中减少发动机的爆震事件的一个或更多的促动方式的应用。在本发明的一个或更多的实施方式中考虑了使用多个促动方式，单独使用或组合使用，串行使用或并行使用，单个使用或同时使用，在预定的时间及实际或预报的事件使用。
[0023]本发明的优选实施方式在SR、EGR、及DI步骤的组合上提供了额外的反馈控制，可以采取额外的测量、反馈、输入、及操作，从而采取、修改、终止、并行进行、使用一个或更多的促动行为或者其他，从而发动机在减少爆震的操作中有益。类似地，作为决定温度估计的替代，本发明也可以使用爆震裕度决定来进行代替。比如，在一个实施方式中，应用关于感受到的爆震的反馈控制来减少最终促动操作中的爆震，或者串行使用点火延迟事件方式。
[0024]现参照附图，在图1中示出本发明的各个实施方式的一个方面。
[0025]这种前馈控制的使用时本发明的一个优选方式。对于本领域的技术人员来说也会意识到图2-5中的前馈方式也是适用的。因此，本发明在此通过参照名为“用于发动机后处理系统的控制系统”美国专利7，784，272所提供的教导和应用将其包含在此。在图1示出本发明的各个实施方式的进一步的方面。
[0026]本发明的实施方式包括以各种形式和方式使用前馈控制和反馈控制。根据图1，在本发明的一个方面，控制系统20包括前馈控制21和反馈控制22。输入23进入控制系统20后转换为输出24。在一个或更多的实施方式中，输入可与发动机的当前操作条件、排气、催化剂或喷射系统相关。在图1中可示出这些输入的类型的例子，例如基于特别的实施方式在36、37、及41。
[0027]在一个或更多的优选实施方式中，输入可以是发动机缸内空气及燃料、汽缸EGR比率、发动机温度、发动机负载、发动机速度、及各种建模的或估计的特性。类似地，输出可以是去向一个或更多的喷射系统、机械设备的信号，机械设备例如是提供NOx还原剂等的泵。在一个或更多的优选实施方式中，输出可进一步包括信号去控制EGR比率、燃烧行为、温度、直接喷射脉冲量及角度、点火延迟信令及类似的其他，控制一种或更多的组合。
[0028]在一个实施方式中，例如三个输入信号提供了由控制系统20处理的数据，或者也可以在模型、建模估计器等中使用。在该实施方式中，例如输入信号37提供考虑了用于爆震的阈值温度的数据，或T_Knock。T_Knock可以是预定值，由分离的前馈控制来计算,在一个或更多的优选实施方式中或者是建模估计的结果。在这个实施方式中，输入信号36也提供表示发动机速度和发动机负载的值。输入信号41可代表根据相关的检测爆震的声频的爆震传感器的传感器数据所决定的当前测量的爆震。另外，也可以有未示出的进一步的数据输入，例如根据模型决定的EGR温度影响值。
[0029]尽管在本发明中并不需要，但是在优选实施方式中，输入信号37在连接点38分成第一分支信号39和第二分支信号40。第一分支信号39在结点42与输入信号36合并。额外的数据，例如EGR温度影响值也可以在42合并。对第一分支信号39和输入信号36的合并提供了产生信号43的数据，信号43参照操作条件量和T_Knock阈值，从而输入到前向模型，可以在28进行想要的EGR比率的决定。
[0030]在优选实施方式中，第二分支信号40可在结点44与输入信号41合并,在此不例性地示出这种情况。该实施方式的第三个输入信号，输入信号41，提供了被测量的爆震，这种与第二分支信号40的合并提供了形成控制信号34的数据，控制信号34代表爆震阈值温度和被测量的爆震。
[0031]对于本发明来说，前馈控制21典型地包括前向模型25和控制单元，例如控制器26。在图1的示例中，前向模型25优选为与时间或动作量拟合的数学模型或算法方式，该动作与发动机的爆震的减少有关。
[0032]比如,在一个优选实施方式中，基于来自发动机特性的输入，例如汽缸内空气和燃料的混合物、发动机速度、及EGR比率估计，数学模型与峰值尾气温度拟合。然后可将估计的峰值尾气温度与爆震温度比较，爆震温度可能由分离的数学模型或通过自己的前馈控制方法来决定。
[0033]在另一个优选实施方式中，前馈控制包括前向模型和控制器，前向模型是对爆震温度阈值进行估计的模型。前向模型决定爆震温度的阈值极限，在使用一种或更多的促动方式时发动机操作应试图低于该阈值极限，以降低温度和影响爆震的减少。在这种优选实施方式中，对前向模型的输入包括发动机负载和发动机速度。根据这些输入，使用数学模型或前向模型的算法模型，可决定爆震温度的阈值极限。类似地，与前馈模型一起组合使用反馈控制方式的话，基于发动机的操作可主动调整阈值极限。
[0034]参照回图1，反馈控制22包括反馈控制器33。反馈控制器33是对控制信号34进行转换以产生反馈输出信号35的数学模型。控制信号34优选为由各种对于控制系统20的输入23中的两个或更多的组合而形成。典型地，本领域的技术人员可知也可以使用各种不同的模型和输入进行组合来得到控制信号34。类似地，反馈控制内的信号可以用有助于实施本发明的方式来操作。例如，信号27可进入控制器26然后被控制器26所转换而产生信号28。信号28在点29分开，分支信号30进入前向模型25。前向模型25将分支信号30转换为信号31。信号31在结点32与信号43合并以再次产生新的信号27。类似地，控制信号34被反馈控制器33转换以产生反馈信号35。反馈信号35在结点45与信号28合并以产生输出信号46。在该实施方式中,输出信号46控制与EGR比率相关的命令。
[0035]图1中的信号通路代表了本发明的前馈控制的操作的示例，但是图1中明确示出的这种通路并不是唯一的方式或方法，而只是为了避免疑义。
[0036]图2示出了与本发明的一个或更多的实施方式相关的方法中的步骤所涉及的某些输入、操作、及处理的总体概况。为了避免疑义，与各种输入相关、建模输入、参考操作、及它们之间相关的关系对于本领域的技术人员来说，能更好地理解本发明。本领域的技术人员进一步可知，图2中示出的以参考为目标的涉及发动机特性的输入、涉及建模和算法决定的额外输入、涉及与相互之间有关的各种输入相关的各种处理步骤的参考操作、及经过处理的输出(使用各种输入、额外输入、及处理操作)可以进一步用于其他的图，以更好地理解本发明的各个实施方式。比如，图3示出的发明是按照本发明的控制系统的使用了图2所示出的普遍原则相关输入、额外输入、参考操作、及被处理的输出的一种形式。类似地，图4示出的优选实施方式中的本发明的方法的控制系统的步骤也与图2所示出的普遍原则相关输入、额外输入、参考操作、及被处理的输出有关。进一步地，图5示出了具有与火花点火器、燃料喷射器、及EGR配置通信的控制器单元的火花点火型的内燃机的总体图，也与图2所示出的普遍原则相关输入、额外输入、参考操作、及被处理的输出有关，特别是那些涉及到了相关控制单元内的通信和处理的部分。以下示出的图2中的示例的目的是帮助更好地理解本发明的相关权利要求、操作和输入的关系联合、额外输入、参考操作、及被处理的输出。
[0037]根据图2，对控制系统200的输入示出为210、220、230、240、250、及260。输入示出为包括各种发动机操作特性，包括与爆震相关的传感器数据，然而本发明并不限于此。对控制系统200的额外输入包括参考决定的建模事件的各种估计和结果，作为在系统内各种操作的对控制系统200所做的决定的数学或算法模型的输入。
[0038]如，额外输入包括来自以下各处的输入:在215的爆震温度阈值模型、在235的EGR温度影响模型决定、在245的后脉冲温度影响模型，在255的后脉冲温度影响模型后D1、及在265的火花温度影响模型。这些额外输入的每一个都在各种操作(比如可包括前馈控制的前向模型)中向控制系统提供了与输入数据合并的额外数据，以允许控制系统内的参考操作做出输出决定。控制系统的参考操作的例子包括在223的计算想要的EGR比率、在233的估计峰值尾气温度、在243的计算后脉冲量和定时、在253的估计峰值尾气温度后D1、及在263的计算火花调整。每个参考操作都是用输入和所示的额外输入，通过各自的数学或算法操作来提供输出值、信号或与各自的操作相关的决定。
[0039]根据图2，作为系统控制200的一部分，提供反馈控制。比如在225提供与EGR相关的反馈控制，在226提供与火花相关的反馈控制。本发明也具有图2中没有示出的用于其他实施方式和应用的额外的反馈控制，因此本发明并不限于此。
[0040]图3示出了本发明的控制系统的一个形式的框图。根据图3，本发明的控制系统提供了基于输入、额外输入、估计和控制系统的参考操作用于对发动机的促动方式的方法以减少爆震。比如，在310提供第一组输入，发动机负载和发动机速度。这些输入310中的每一个接着提供给315处的爆震温度阈值模型这个模型和333处的计算想要的EGR比率这个操作(或在此使用的控制)。一旦输入310提供给315的爆震模型，在316处决定用于爆震的阈值温度的输出估计(或T_knock)。T_knock的决定值然后成为对各种其他操作的输入，以与发动机温度比较，从而系统控制300能做出温度抑制的决定的步骤。然后将T_knock用作在333处的计算想要的比率的模型的输入。在333处的计算想要的比率的模型是前馈计算的示例性操作，提供发动机速度和负载作为输入，确认了做出EGR比率的决定是为了将温度保持在低于预定或标识的阈值。
[0041]一旦在316处决定了 T_knock值且在317处与作为输入的发动机速度和发动机负载一起用作输入，来自335处的EGR温度影响的模型的额外输入数据也在323处被应用以计算想要的EGR比率。在324处EGR比率计算的输出是想要的EGR比率(EGR_fract1n_desired)。然后324的想要的EGR比率与根据320的测量爆震输入所决定的325的EGR反馈控制的输出一起输入到结点326。基于反馈控制的值和想要的EGR值，在327处生成用于EGR比率的信号。然后在328处将EGR比率信号与预定的上限和下限进行比较，基于该比较，在329处生成最终EGR促动命令作为输出。329的EGR促动信号是或者执行EGR促动或者与328的极限分析无关的命令。比如，当EGR比率命令在极限阈值之内时，应用EGR促动方式有益于减少爆震，329的信号有益于启动EGR促动器。
[0042]在一个或更多的优选实施方式中，本发明的控制系统提供EGR促动方式作为第一促动评估步骤。在优选实施方式中，EGR促动是用于增压稀释的EGR(减低温度)。类似地，本发明决定使用的EGR促动有益于发动机时，本发明的方法可提供用于EGR的促动继续与一个或更多的额外的促动方式并行地评估和实施，或者反过来，基于发动机的极限和操作条件仅在一段时间内单独使用。
[0043]另外根据图3，在316处决定T_knock，而且并发地或分离地在329处决定EGR促动行为之后，本发明提供了对第一、第二、进一步的附加或替代的促动方式的启动或非启动的决定。
[0044]在330处提供输入，包括汽缸内空气和燃料估计、EGR比率估计、及发动机速度。在335处提供来自EGR温度影响模型的额外的输入。在333处执行估计峰值尾气温度的参考操作且在334处作为输出，在336处将为其峰值温度的估计决定为T_end_gas_peak_est。基于通过输入提出的汽缸内条件中的条件，336处的尾气峰值温度就是期望的温度估计。类似地，关于控制模型中的任意模型，在335处的EGR温度影响模型可以是基于物理的模型、测试或场景发展的结果、或者算法方程等等。333的输出和316的爆震温度阈值在求和点337合并且考虑338的极限进行评估。在338处执行比较以决定336的估计尾气温度是否低于316的t_knock值，随后低于t_knock值则不满足极限(即O)且没有为发动机规定EGR促动方式。在339处上述温差决定为t_deltal。
[0045]另外根据图3，在339处决定t_deltal，而且并发地或分离地在338处决定EGR促动行为之后，本发明提供了对第一、第二、进一步的附加或替代的促动方式的启动或非启动且包括直接喷射(DI)的启动的评价。
[0046]优选地，在启动DI促动行为之前，在一个或更多的优选实施方式中，本发明系统控制所采取的较早的方式提供了对汽缸的温度的降低，从而DI方式的下一次实行会有更好的效果且有益于本发明下的发动机。
[0047]在340处提供输入，包括汽缸内空气和燃料估计、EGR比率估计、及发动机速度。在345处提供来自后脉冲温度影响模型的额外的输入。在343处执行计算后脉冲量和定时的参考操作且在344a和344b处作为输出，决定后脉冲量的估计和后脉冲角的估计。在344a和344b处所决定的估计然后用作输入与系统极限一起在347a和347b处决定喷射会如何影响温度，因此减少了爆震。当估计在极限之内时，本发明在351a和/或351b处实行后喷射或第二喷射内的DI的促动。在优选实施方式中，本发明向DI步骤提供额外的反馈控制，当估计量决定为在参考操作的该部分的后通行维持在系统极限之内时，可实行额外的注射。在其他实施方式中，在DI事件之后，本发明提供对额外的促动方式的进一步的考虑和评价。在进一步优选的实施方式中，DI是用于蒸发冷却促动的后脉冲燃料喷射。
[0048]另外根据图3，在351a和351b处决定DI促动，而且并发地或分离地在DI促动行为之后，本发明提供了对第一、第二、进一步的附加或替代的促动方式的启动或非启动且包括点火延迟(SR)的启动的评价。
[0049]在350处提供输入，包括汽缸内空气和燃料估计、EGR比率估计、及发动机速度。350的输入也包括在351a和351b处的DI极限评估的输出。在355处提供来自后脉冲温度影响模型(后DI)的额外的输入。在353处执行估计峰值尾气温度(后DI)的参考操作。来自操作的输出包括在354处决定尾气峰值温度估计。354的尾气峰值温度估计和之前在316处决定的t_knock在求和点356处合并。来自求和点的输出包括在357处决定的温差T_delta2。357的t_delta2和360的输入与在365处的火花温度影响模型的额外输入一起输入。它们整体上在计算火花调整的363处向参考操作输入，在364处输出点火延迟命令。
[0050]364的点火延迟信号是哪怕357决定的t_delta2很高也启动点火延迟的信号。如果t_delta2很低，那么就不会有启动点火延迟促动行为的主动命令。364的点火延迟信号与根据320处的测量爆震值的326处的火花反馈控制反馈合并，提供信号以启动或不启动在370的进一步的点火延迟。在优选实施方式中，SR是用于降低峰值汽缸温度方式的SR。
[0051]此外在320处也提供来自感受到的爆震的反馈控制，可以实行通过火花点火促动减少爆震的最终调整，以实质上消除发动机中的任意爆震，将此作为最终步骤。提供320的感受到的爆震作为向326的火花控制反馈操作的输入且输出在370处与364的点火延迟输出合并，且通过反馈来提供额外信号以确保基于系统感受到的现有爆震继续进行的点火延迟允许减少爆震。
[0052]本发明在一个或更多的有用的实施方式中，希望一旦使用系统控制的一种或更多的方式减少了爆震就停止促动，根据控制方法提供的反馈向系统控制提供了信息，以对一个或更多的促动方式进行继续、停止或者其他的行为来对发动机的爆震进行延迟。
[0053]图4示出了用于本发明的优选实施方式中的方法400的控制系统的步骤。
[0054]根据图4，用于减少火花点火发动机的汽缸内温度的方法的方式使用了多个与估计峰值汽缸温度相关的促动事件且提供感受到的爆震。在步骤401开始该处理。在405执行决定多个发动机的输入条件，包括汽缸内空气、燃料及EGR比率。在410执行决定与额外输入相关的多个建模值，额外输入与处于想要的状态(即减少爆震，更好的表现等等)下的发动机的操作有关。而且在410示出了本发明的方法实行所需的模型的输出的计算。
[0055]比如，在410决定爆震阈值温度和峰值尾气温度估计。在415通过将想要的EGR比率值和预定的比率系统极限进行比较来决定第一促动事件。在这种方式下EGR事件优选为第一促动事件。在420进行响应于第一命令执行第一促动事件。在420的事件中，根据系统值和发动机的表现决定事件不进行或不应当进行，比如，命令优选为不进行的命令。在425通过将一个或更多的峰值尾气温度估计和预定的尾气温度系统极限进行比较来决定第二促动事件。在430响应于第二命令执行第二促动。在435，在从决定感受到的爆震的传感器接收到感受到的爆震值的反馈之后进行最终促动事件的决定。在440响应于最终命令执行最终促动，在优选实施方式中，这种最终促动是点火延迟事件。在最终事件之后，在499结束处理的操作。
[0056]图5示出了具有与火花点火器510、燃料喷射器520、及EGR配置530通信的控制器单元550的火花点火型的内燃机500的总体图。根据图5，501代表带有汽缸和活塞的曲柄箱，502是汽缸体，也位于燃烧室的上部。在图5中也可知在燃烧室507的上表面的中央的506处配置了火花塞，其通过点火器经过581与控制器550通信。进一步地，进气口位于551处，排气口位于531处，爆震传感器位于581处，都在582处与控制器通信。
[0057]虽然没有示出，但是在汽缸体502的上部也包括以下结构:进气口与进气支管连接，进气支管具有设置于两者之间的燃料喷射器，用于朝对应的进气口喷射燃料。尽管本发明在520处示出了燃料喷射器的示例，但是也可使用高压轨配置且不限于此。进一步地，在本发明中燃料喷射器也可布置在燃烧室内而不是连接于进气支管。
[0058]排气口 531连接于排气歧管，排气歧管内通常具有与控制器550通信的空气燃料比例传感器521。排气歧管和进气支管相互之间通过经EGR阀530连接的EGR通道(未示出)连接，用于排气再循环(称为“EGR气体”)的EGR阀530经过531与控制器550通信。在524处也提供排气门。
[0059]在EGR内通常包括配置的EGR控制阀，在EGR通道的周围有EGR冷却设备，用于冷却流经EGR通道内的EGR气体。在此所用的EGR通道、EGR控制阀、及EGR冷却设备统称为“EGR机制”。根据561的输入决定发动机上的负载，其与控制器550通信。
[0060]作为适用于本发明的一个EGR配置的例子，将名为“排气再循环冷却器冷却剂管路配置”的美国专利申请20100147272的内容引入并结合于此。在美国专利申请20100147272中，冷却系统可包括:热交换器、与热交换器耦接的泵、与泵耦接的EGR冷却器、及与EGR冷却器和热交换器耦接的第一阀。这种配置应用阀来在阀打开时将经过系统的冷却剂的流率最大化，在阀关闭时为发动机暖机。
[0061]在591处来自发动机的操作的输入决定发动机的速度且与控制器550通信。类似地，可由传感器监控排气温度且经过592与控制器550通信，曲柄角(未不出曲柄角传感器)也与控制器550通信。
[0062]控制器550优选为由数字计算机组成的电子控制单元，比如可包括本发明的可编程计算机产品，也可包括相互之间通过主干电路或其他双向总线连接和通信的组件，例如ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、CPU (微处理器)、输入端口、及输出端口。本发明也可以是电路、应用、软件或其他电子单元，内部具有控制器550，或者分离但是与控制器550通信。
[0063]在操作中来自爆震传感器581的感受到的爆震的输出信号582通常通过相应的模数转换器(A/D)来输入。在本发明的一个实施方式的一个特别的步骤中，当在控制器接收到感受到的爆震时，如本发明的方法在图3中示出的例子，用于反馈326的输入320与364的点火延迟数据一起使用以在370决定额外的点火延迟促动事件，然后发出来自控制器550的信号命令输出经过通信链路581与和点火器510有关的点火延迟事件通信，以控制点火延迟来减少发动机的爆震。
[0064]类似地，例如与图4的步骤435联合，来自爆震传感器的感受到的爆震的输出信号是经过相应的模数转换器(A/D)的输入且与参考操作一起使用来计算火花调整和决定额外的点火延迟促动事件。一旦决定之后，输出可发出信号给点火器，控制器使与促动事件相关的点火延迟命令与点火器经过通信链路通信。
[0065]本领域的技术人员可知在本发明的范围之内可以实行或更改上述步骤的各种变形例。
[0066]各种发动机都可以与本发明一起使用，优选为那些火花点火的、具有燃料喷射器的、能够EGR的发动机。然而，本发明并不限于此，本发明预期为额外的或可替代的促动方式在本发明的范围之内，配置为支持这种相关的促动的发动机。可进一步预想的是，理想地从下面的各种实施方式受益的发动机会具有子系统上的控制器，组件相互之间可操作地通信以支持涉及促动的命令，可称为本发明的操作的结果。
[0067]在此提出的任意理论、操作机制、证明、发现只意味着进一步加强对本发明的理解，并非是本发明要依赖于这些理论、操作机制、证明、发现。可以理解的是，在说明书中“优选”那样的用词如上所述表明了所描述的特征是更为优选的，然而并不是必须的，缺少该特征的实施方式仍然被视为在本发明的范围之内，该范围由所附的权利要求所限定。
【权利要求】
1.一种发动机内的爆震抑制方法，其特征在于，包括以下步骤: 决定发动机的多个输入条件； 决定与附加输入相关的涉及处于偏好状态的发动机的操作的多个建模值； 通过对想要的EGR比率值和预定的比率系统极限进行比较来决定第一促动事件； 响应于第一命令执行第一促动事件； 通过对一个或更多的尾气峰值温度估计和预定的尾气温度系统极限进行比较来决定第二促动事件； 响应于第二命令执行第二促动事件； 在从确定感受到爆震的传感器接收到感受爆震值的反馈之后决定第三促动事件；以及 响应于最终命令执行第二促动事件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 最终促动事件是点火延迟事件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 第一促动事件是EGR事件且第二促动事件是直接喷射事件。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 第一促动事件是EGR事件、直接喷射事件、点火延迟事件中的一个事件， 而且最终促动事件是点火延迟事件。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于， 多个建模值所包括的额外输入来自:爆震温度阈值模型、EGR温度影响模型、后脉冲温度影响模型，后脉冲温度影响模型后D1、及火花温度影响模型。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于， 参考操作包括:计算想要的EGR比率、估计峰值尾气温度、计算后脉冲量和定时、估计峰值尾气温度后D1、以及计算火花调整。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于， 输入包括发动机负载和发动机速度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 第一命令是在预定的期间执行EGR促动，与为了汽缸内的EGR比率估计所决定的值和系统极限相关。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于， 第二命令是在预定的期间执行后喷射促动，与为了后脉冲量和角度估计所决定的值和系统极限相关。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于， 最终命令是在预定的期间执行点火延迟促动，与为了点火延迟调整所决定的值和感受到的爆震相关。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 第一命令是不在预定的期间执行EGR促动，与为了汽缸内的EGR比率估计所决定的值和系统极限相关， 而且执行第一命令的步骤不执行第一促动事件。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 第一命令是执行EGR促动，第二命令是执行后喷射，第二命令是点火延迟事件，最终命令是执行额外的点火延迟事件。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于， 以爆震裕度代替爆震阈值温度和峰值尾气温度估计。
14.一种系统,其特征在于， 包括至少一个传感器、以及用于发动机的控制系统，发动机具有产生排气的排气输出且包括燃料喷射系统和排气再循环(EGR)布置， 该至少一个传感器可操作地耦接以检测来自发动机的爆震，发动机具有产生排气的排气输出且包括燃料喷射系统和排气再循环(EGR)布置， 控制系统包括一个或更多的促动控制器，该一个或更多的促动控制器与至少一个传感器和发动机的一个或更多的火花点火、燃料喷射器、及排气再循环系统通信，控制系统应用前馈控制以在对一个或更多的火花点火、燃料喷射器、及发动机的排气再循环系统通过命令通过一个或更多的促动控制器启动一个或更多的促动事件之后近似减少爆震，控制系统还应用反馈控制，其中控制系统将来自至少一个传感器的数据转换成输出信号以指令一个或更多的促动控制器来执行一个或更多的促动事件。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于， 所述传感器是用于爆震的音响检测器。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于， 反馈控制响应于实际感受到的爆震值对输出信号进行升级以进一步启动一个或更多的促动事件。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于， 一个或更多的促动事件包括EGR、直接喷射、及点火延迟事件中的一个或更多的事件。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于， 一个或更多的促动事件包括至少一个EGR事件和多个点火延迟事件。
19.一种存储在计算机可用介质上的提供发动机内的爆震抑制计算机程序产品，其特征在于， 包括用于使计算机控制存储控制设备内的应用的执行的计算机可读程序， 该计算机可读程序与发动机可操作地通信，由计算机执行计算机可读程序从而: 决定发动机的多个输入条件； 决定与附加输入相关的涉及处于偏好状态的发动机的操作的多个建模值； 通过对想要的EGR比率值和预定的比率系统极限进行比较来决定第一促动事件； 响应于第一命令执行第一促动事件； 通过对一个或更多的尾气峰值温度估计和预定的尾气温度系统极限进行比较来决定第二促动事件； 响应于第二命令执行第二促动事件； 在从确定感受到爆震的传感器接收到感受爆震值的反馈之后决定第三促动事件；以及 响应于最终命令执行第二促动事件。
20.根据权利要求19所述的产品，其特征在于， 一个或更多的促动事件包括EGR、直接喷射、及点火延迟事件中的一个或更多的事件。
21.一种内燃机，其特征在于，包括: 燃料喷射系统； 排气再循环(EGR)布置； 至少一个传感器，该至少一个传感器可操作地耦接以检测来自发动机的爆震；以及 用于发动机的控制系统， 控制系统包括一个或更多的促动控制器，该一个或更多的促动控制器与至少一个传感器和发动机的一个或更多的火花点火、燃料喷射器、及排气再循环系统通信，控制系统应用前馈控制以在对一个或更多的火花点火、燃料喷射器、及发动机的排气再循环系统通过命令通过一个或更多的促动控制器启动一个或更多的促动事件之后近似减少爆震，控制系统还应用反馈控制，其中控制系统将来自至少一个传感器的数据转换成输出信号以指令一个或更多的促动控制器来执行一个或更多的促动事件。
22.根据权利要求21所述的发动机，其特征在于， 一个或更多的促动事件包括EGR、直接喷射、及点火延迟事件中的一个或更多的事件。
【文档编号】F02P5/152GK104321524SQ201380017244
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2012年4月24日
【发明者】D·斯特罗 申请人:康明斯有限公司