用于防止随机提前点火的系统和方法
【专利摘要】根据本公开的原理的系统包括随机提前点火模块和燃料控制模块。随机提前点火模块确定发动机的操作状况是否满足与随机提前点火相关联的预定标准。燃料控制模块在发动机操作状况满足预定标准时增浓发动机的空气/燃料比。
【专利说明】用于防止随机提前点火的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及内燃发动机，并且更具体地涉及用于防止随机提前点火的系统和方法。
【背景技术】
[0002]这里提供的【背景技术】描述用于总体上介绍本公开的背景。当前所署名发明人的在本【背景技术】部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申请时可能还不构成现有技术的各方面，既非明示地也非暗示地被承认为是本公开的现有技术。
[0003]内燃发动机在气缸内燃烧空气和燃料混合物来驱动活塞，其产生驱动扭矩。进入发动机中的空气流经由节流阀得到调节。更具体地，节流阀调节节流面积，其增加或减少进入发动机中的空气流。随着节流面积增加，进入发动机中的空气流增加。燃料控制系统调节燃料被喷射的速率，来向气缸提供所需的空气/燃料混合物，和/或实现所需的扭矩输出。增加向气缸提供的空气和燃料的量会增加发动机的扭矩输出。
[0004]在火花点火发动机中，火花引发被提供至气缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中，气缸中的压缩燃烧被提供至气缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流可能是用于调节火花点火发动机的扭矩输出的主要机制，而燃料流可能是用于调节压缩点火发动机的扭矩输出的主要机制。
[0005]增压发动机包括增压装置，比如涡轮增压器或增压器，其将加压空气提供至发动机的进气歧管。加压空气增加发动机的压缩比，其对于被提供至气缸的给定量的空气和燃料增加发动机的扭矩输出。在这点上，增压装置可以被使用来增加发动机的扭矩输出和/或提高发动机的燃料经济性。
[0006]当气缸中的空气/燃料混合物被除了火花之外的其它点火源点燃时，在火花点火发动机中发生提前点火。提前点火可能导致噪声和发动机损坏，并且甚至可能导致发动机失效。在一个或多个气缸中在周期性基础上(例如，每个发动机循环一次)发生规则提前点火。随机提前点火随机地发生。规则提前点火可能在某些发动机操作状况下重复地发生，而随机提前点火可能是较少可重复的。
【发明内容】
[0007]根据本公开的原理的系统包括随机提前点火模块和燃料控制模块。随机提前点火模块确定发动机的操作状况是否满足与随机提前点火相关联的预定标准。燃料控制模块在发动机操作状况满足预定标准时增浓发动机的空气/燃料比。
[0008]本发明还提供以下技术方案:
1.一种系统，包括:
随机提前点火模块，其确定发动机的操作状况是否满足与随机提前点火相关联的预定标准；和
燃料控制模块，其在发动机操作状况满足预定标准时增浓发动机的空气/燃料比。[0009]2.如技术方案I所述的系统，其中，当发动机操作状况满足预定标准达第一周期时，所述燃料控制模块增浓发动机的空气/燃料比。
[0010]3.如技术方案2所述的系统，其中，所述发动机操作状况包括第一状况，其在发动机的速度大于第一速度时满足预定标准。
[0011]4.如技术方案3所述的系统，其中，所述发动机操作状况包括第二状况，其在发动机上的载荷大于第一载荷时满足预定标准。
[0012]5.如技术方案4所述的系统，其中，当发动机的进气歧管内的压力大于第一压力时，发动机上的载荷大于第一载荷。
[0013]6.如技术方案I所述的系统，其中，当发动机操作状况满足预定标准时，所述燃料控制模块将空气/燃料比调节至处于10:1到12:1之间的范围内的第一空气/燃料比。
[0014]7.如技术方案I所述的系统，其中，当发动机操作状况满足预定标准时，燃料控制模块为发动机中的每次燃烧事件执行N次燃料喷射脉冲，其中N是大于一的整数。
[0015]8.如技术方案I所述的系统，其中，当发动机操作状况满足预定标准时，燃料控制模块将发动机中的燃料喷射正时提前。
[0016]9.如技术方案8所述的系统，其中，燃料控制模块将燃料喷射正时提前达与发动机中的曲轴旋转量相对应的量即40度?50度。
[0017]10.如技术方案I所述的系统，其中:
所述随机提前点火模块在发动机的速度和发动机的载荷处于预定范围内时确定发动机操作状况满足预定标准；并且
当发动机操作状况满足预定标准时，燃料控制模块为发动机中的每次燃烧事件执行N次燃料喷射脉冲、并将发动机中的燃料喷射正时提前，其中N是大于一的整数。
[0018]11.一种方法，包括:
确定发动机的操作状况是否满足与随机提前点火相关联的预定标准；以及 在发动机操作状况满足预定标准时增浓发动机的空气/燃料比。
[0019]12.如技术方案11所述的方法，进一步包括:当发动机操作状况满足预定标准达第一周期时，增浓发动机的空气/燃料比。
[0020]13.如技术方案12所述的方法，其中，所述发动机操作状况包括第一状况，其在发动机的速度大于第一速度时满足预定标准。
[0021]14.如技术方案13所述的方法，其中，所述发动机操作状况包括第二状况，其在发动机上的载荷大于第一载荷时满足预定标准。
[0022]15.如技术方案14所述的方法，其中，当发动机的进气歧管内的压力大于第一压力时，发动机上的载荷大于第一载荷。
[0023]16.如技术方案11所述的方法，进一步包括:当发动机操作状况满足预定标准时，将空气/燃料比调节至处于10:1到12:1之间的范围内的第一空气/燃料比。
[0024]17.如技术方案11所述的方法，进一步包括:当发动机操作状况满足预定标准时，为发动机中的每次燃烧事件执行N次燃料喷射脉冲，其中N是大于一的整数。
[0025]18.如技术方案11所述的方法，进一步包括:当发动机操作状况满足预定标准时，将发动机中的燃料喷射正时提前。
[0026]19.如技术方案18所述的方法，进一步包括:将燃料喷射正时提前达与发动机中的曲轴旋转量相对应的量即40度?50度。
[0027]20.如技术方案11所述的方法，进一步包括:
在发动机的速度和发动机的载荷处于预定范围内时确定发动机操作状况满足预定标准；并且
当发动机操作状况满足预定标准时，为发动机中的每次燃烧事件执行N次燃料喷射脉冲、并将发动机中的燃料喷射正时提前，其中N是大于一的整数。
[0028]从以下提供的详细描述中，本公开的适用性的再一些领域将变得清楚明了。应该明白的是:详细描述和具体示例仅用于例示目的，而并非旨在限制本公开的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]从详细描述和附图中，本公开将被更全面地理解，所述附图中:
图1是根据本公开的原理的一示例发动机系统的功能框图；
图2是根据本公开的原理的一示例控制系统的功能框图；并且 图3是示出了根据本公开的原理的一示例控制方法的流程图。
[0030]在附图中，附图标记可以被再使用来标识类似和/或相同的元件。
【具体实施方式】
[0031]随机提前点火通常发生在增压发动机在高扭矩受到长期的稳态操作时(例如，以55?70英里每小时或者更大的交通工具速度达10?15分钟)。根据本公开的系统和方法确定发动机操作状况是否满足预定标准，从而指示随机提前点火有可能发生。当预定标准被满足时，系统和方法调节发动机操作来防止随机提前点火。当发动机的速度和载荷处于预定速度和载荷范围内时，预定标准可能被满足。可以通过增浓发动机的空气/燃料比、对每次燃烧事件执行多次燃料喷射脉冲和/或将燃料喷射正时提前，来调节发动机操作。
[0032]参考图1，一示例发动机系统100包括发动机102，其燃烧空气/燃料混合物来基于驾驶员输入为交通工具产生驱动扭矩。空气通过进气系统108被吸引到发动机102中。进气系统108包括进气歧管110和节流阀112。节流阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节流致动器模块116，其调节节流阀112的开度来控制被吸引到进气歧管110中的空气的量。
[0033]来自进气歧管110的空气被吸引到发动机102的气缸中。虽然发动机102可以包括多个气缸，但是出于图示目的，只示出了单个代表气缸118。仅用于示例，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可以指示气缸致动器模块120来选择性地停用一部分气缸，其在某些发动机操作状况下可以提高燃料经济性。
[0034]发动机102可以使用四冲程循环进行操作。下面描述的四冲程即为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每次回转期间，四冲程中的两个发生在气缸118内。因此，气缸118需要两次曲轴回转来经历所有四个冲程。
[0035]在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸引到气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射来实现所需的空气/燃料比。燃料可以在中心位置处或在多个位置处比如在气缸中的每个的进气阀122附近被喷射到进气歧管110中。在多个不同实施方式(未不出)中，燃料可以被直接地喷射到气缸中或到与气缸相关联的混合室中。燃料致动器模块124可以停止向被停用的气缸喷射燃料。
[0036]被喷射的燃料与空气混合，并在气缸118中形成空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102被描绘为火花点火发动机。火花致动器模块126基于来自ECM 114的信号为气缸118中的火花塞128通电，其点燃空气/燃料混合物。可以相对于活塞处于其被称为上死点(TDC)的最高位置时的时间来指定火花的正时。
[0037]火花致动器模块126可以由指定在离TDC多远之前或之后生成火花的定时信号来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接地有关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴角度同步。在多个不同实施方式中，火花致动器模块126可以停止向被停用的气缸提供火花。
[0038]生成火花可以被称为引燃事件。火花致动器模块126可以具有用以为每个引燃事件改变火花的正时的能力。当火花定时信号在上一引燃事件与下一引燃事件之间变化时，火花致动器模块126甚至可以能够为下一引燃事件改变火花正时。在多个不同实施方式中，发动机102可以包括多个气缸，并且火花致动器模块126可以为发动机102中的所有气缸相对于TDC改变火花正时达相同量。
[0039]在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动曲轴。燃烧冲程可以被定义为活塞到达TDC与活塞返回至下死点(BDC)时之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动，并通过排气阀130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从交通工具排出。
[0040]进气阀122可以由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可以由排气凸轮轴142控制。在多个不同实施方式中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制用于气缸118的多个进气阀(包括进气阀122)，和/或可以控制多个气缸组(包括气缸118)的进气阀(包括进气阀122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可以控制用于气缸118的多个排气阀，和/或可以控制用于多个气缸组(包括气缸118)的排气阀(包括排气阀 130)。
[0041]气缸致动器模块120可以通过禁止进气阀122和/或排气阀130的打开来停用气缸118。在多个不同的其它实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可以由除了凸轮轴之外的比如电磁致动器等装置控制。
[0042]可以通过进气凸轮相位器148来相对于活塞TDC改变进气阀122打开时的时间。可以通过排气凸轮相位器150来相对于活塞TDC改变排气阀130打开时的时间。相位器致动器模块158可以基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当被实施时，可变阀升程(未示出)也可以由相位器致动器模块158控制。
[0043]发动机系统100可以包括增压装置，其向进气歧管110提供加压空气。例如，图1示出了包括热涡轮160-1的涡轮增压器，所述热涡轮160-1由流动通过排气系统134的热排气气体提供动力。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩通向节流阀112中的空气。在多个不同实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可以压缩来自节流阀112的空气，并将压缩空气输送至进气歧管110。
[0044]废气门162可以允许排气绕过涡轮160-1，由此降低涡轮增压器的增压(进气空气压缩的量)。ECM 114可以经由增压致动器模块164来控制涡轮增压器。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器的增压。在多个不同实施方式中，多个涡轮增压器可以由增压致动器模块164控制。涡轮增压器可以具有可变几何结构，其可以由增压致动器模块164控制。
[0045]中间冷却器(未示出)可以驱散包含在压缩空气充气中的热的一部分，其是在空气被压缩时生成的。压缩空气充气还可以具有来自排气系统134的部件的吸收热。尽管出于图示目的而分离地示出，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以附接至彼此，从而将进气空气置于与热排气紧邻。
[0046]在示出的示例中，发动机系统100包括排气气体再循环(EGR)阀170，其将排气气体选择性地重新引导回到进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。
[0047]可以使用曲轴位置(CKP)传感器180来测量曲轴的位置。可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182来测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以位于发动机102内，或者位于冷却剂被循环的其它位置比如散热器(未示出)处。
[0048]可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量进气歧管110内的压力。在多个不同实施方式中，可以测量发动机真空，其为环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差值。可以使用空气质量流量(MAF)传感器186来测量流动到进气歧管110中的空气的质量流量(mass flow rate)。在多个不同实施方式中，MAF传感器186可以位于还包括节流阀112的壳体中。
[0049]节流致动器模块116可以使用一个或多个节流位置传感器(TPS) 190来监测节流阀112的位置。可以使用进气空气温度(IAT)传感器192来测量被吸引到发动机102中的空气的环境温度。ECM 114可以使用来自这些传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决定。在一个示例中，当发动机102在发动机102容易发生随机提前点火的预定速度和载荷范围内进行操作时，ECM 114可以增浓发动机102的空气/燃料比。
[0050]参考图2，ECM 114的一示例实施方式包括发动机速度模块202、发动机载荷模块204、随机提前点火模块206、燃料控制模块208、火花控制模块210和增压控制模块212。发动机速度模块202确定发动机速度。发动机速度模块202可以基于从CKP传感器180接收到的输入来确定发动机速度。发动机速度模块202可以基于相应周期与齿检测之间的曲轴旋转的量来确定发动机速度。发动机速度模块202输出发动机速度。
[0051]发动机载荷模块204确定发动机载荷。发动机载荷模块204可以基于从MAP传感器184接收到的输入来确定发动机载荷。在多个不同实施方式中，进气歧管110内的压力可以被用作发动机载荷的指标。发动机载荷模块204输出发动机载荷和/或歧管压力。
[0052]随机提前点火模块206确定发动机102的操作状况是否满足与随机提前点火相关联的预定标准。操作状况可以包括第一状况，其在发动机速度大于或等于预定速度(例如，1500转每分)时满足预定标准。操作状况可以包括第二状况，其在发动机载荷大于或等于预定载荷时和/或当歧管压力大于或等于预定压力(例如，60千帕)时，满足预定标准。随机提前点火模块206输出指示发动机102的操作状况是否满足预定标准的信号。
[0053]燃料控制模块208向燃料致动器模块124发送信号，来控制向发动机102的气缸中的燃料喷射。火花控制模块210向火花致动器模块126发送信号，来控制发动机102的气缸中的火花生成。增压控制模块212向增压致动器模块164发送信号，来控制发动机102中的增压。
[0054]当发动机102的操作状况满足预定标准时，燃料控制模块208可以调节发动机102中的燃料喷射，以便防止随机提前点火。例如，当预定标准被满足时，燃料控制模块208可以增浓发动机102的空气/燃料比、为每次燃烧事件执行多次(例如，两次或更多次)燃料喷射脉冲、和/或将发动机102的燃料喷射正时提前。燃料控制模块208可以通过将空气/燃料比从正常空气/燃料比(例如，14.7:1)调节至富空气/燃料比(例如，在10:1到12:1之间的空气/燃料比)，来增浓发动机102的空气/燃料比。
[0055]当为每次燃烧事件执行多次燃料喷射脉冲时，燃料控制模块208可以确保每次燃料脉冲在火花生成于气缸中之前被喷射到气缸中。当将燃料喷射正时提前时，燃料控制模块208可以将燃料喷射的起点相对于燃料喷射的正常起点提前达预定量。例如，燃料喷射可以通常开始于TDC之前的40?50度的曲柄角度处，并且燃料控制模块208可以将燃料喷射的起点相对于燃料喷射的正常起点提前40?50度。因此，提前的燃料喷射可以开始于TDC之前的80?100度的曲柄角度处。
[0056]当发动机102的操作状况满足预定标准时，火花控制模块210可以将发动机102中的火花正时提前，和/或增压控制模块212可以降低发动机102中的增压。降低发动机102中的增压可以防止发动机102中的随机提前点火。当发动机102中的火花正时被提前时，增压控制模块212可以降低发动机102中的增压，来确保提前的火花正时不使发动机102的扭矩输出超出驾驶员扭矩请求。
[0057]现在参考图3，一种用于防止发动机中的随机提前点火的方法开始于302处。在304处，所述方法确定发动机速度。所述方法可以基于来自曲轴位置传感器的输入来确定发动机速度。在306处，所述方法确定发动机载荷。在多个不同实施方式中，所述方法使用发动机的进气歧管内的压力作为发动机载荷的近似值。
[0058]在308处，所述方法确定发动机速度是否大于或等于第一速度(例如，1500rpm)。第一速度可以是预定的。如果发动机速度大于或等于第一速度，所述方法在310处继续。否贝1J，所述方法在312处继续。在312处，所述方法将计时器复位至零。计时器指示发动机速度和载荷满足某一标准多长时间。
[0059]在310处，所述方法确定发动机载荷是否大于或等于第一载荷。当歧管压力大于或等于第一压力(例如，60kPa)时，所述方法可以确定发动机载荷大于或等于第一载荷。第一载荷和/或第一压力可以是预定的。如果发动机载荷大于或等于第一载荷，所述方法在314处继续。否则，所述方法在312处继续。
[0060]在314处，所述方法递增计时器。在316处，所述方法确定由计时器指示的周期是否大于或等于第一周期(例如，10分钟)。第一周期可以是预定的。如果由计时器指示的周期大于或等于第一周期，则所述方法在318处继续。否则，所述方法在302处继续。
[0061]在318处，所述方法增浓发动机的空气/燃料比、对于发动机中的每次燃烧事件执行多次燃料喷射脉冲、和/或将发动机的燃料喷射正时提前。所述方法可以通过将空气/燃料比从正常空气/燃料比(例如，14.7:1)调节至富空气/燃料比(例如，在10:1到12:1之间的比)，来增浓空气/燃料比。所述方法可以在火花生成于气缸中之前在气缸中喷射多次燃料脉冲。所述方法可以将燃料喷射的起点相对于燃料喷射的正常起点(例如，在TDC之前的40?50度)提前预定量(例如，40?50度)。[0062]前面的描述在本质上仅仅是示例性的并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和下面的权利要求书的基础上，其它修改将是显而易见的。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为意指使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应该明白的是:在不改变本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序(或同时)执行方法内的一个或多个步骤。
[0063]在本申请中，包括下面的定义在内，术语模块(module)可以替换为术语电路(circuit)。术语模块可以指以下各项、是以下各项的一部分、或包括以下各项:专用集成电路(ASIC);数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA);执行代码的处理器(共享、专用或组)；存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用或组)；提供所描述功能的其它适当的硬件部件；或以上中的部分或全部的组合，比如在单晶片系统(system-on-chip)中。
[0064]如上面所使用的，术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并可以指程序、例程、函数、类和/或对象。术语共享处理器包含执行来自多个模块的一部分或全部代码的单个处理器。术语处理器组包含执行来自一个或多个模块的一部分或全部代码的与附加处理器组合的处理器。术语共享存储器包含存储来自多个模块的一部分或全部代码的单个存储器。术语存储器组包含存储来自一个或多个模块的一部分或全部代码的与附加存储器组合的存储器。术语存储器可以是术语计算机可读介质的子组。术语计算机可读介质不包含通过介质传播的临时性电信号和电磁信号，因此可以被视为有形的和非临时性的。非临时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器、易失性存储器、磁存储器和光存储器。
[0065]在本申请中描述的设备和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来被部分地或完全地实施。计算机程序包括被存储在至少一个非临时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括和/或依赖于被存储的数据。
【权利要求】
1.一种系统，包括: 随机提前点火模块，其确定发动机的操作状况是否满足与随机提前点火相关联的预定标准；和 燃料控制模块，其在发动机操作状况满足预定标准时增浓发动机的空气/燃料比。
2.如权利要求1所述的系统，其中，当发动机操作状况满足预定标准达第一周期时，所述燃料控制模块增浓发动机的空气/燃料比。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述发动机操作状况包括第一状况，其在发动机的速度大于第一速度时满足预定标准。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述发动机操作状况包括第二状况，其在发动机上的载荷大于第一载荷时满足预定标准。
5.如权利要求4所述的系统，其中，当发动机的进气歧管内的压力大于第一压力时，发动机上的载荷大于第一载荷。
6.如权利要求1所述的系统，其中，当发动机操作状况满足预定标准时，所述燃料控制模块将空气/燃料比调节至处于10:1到12:1之间的范围内的第一空气/燃料比。
7.如权利要求1所述的系统，其中，当发动机操作状况满足预定标准时，燃料控制模块为发动机中的每次燃烧事件执行N次燃料喷射脉冲，其中N是大于一的整数。
8.如权利要求1所述的系统，其中，当发动机操作状况满足预定标准时，燃料控制模块将发动机中的燃料喷射正时提前。
9.如权利要求8所述的系统，其中，燃料控制模块将燃料喷射正时提前达与发动机中的曲轴旋转量相对应的量即40度?50度。
10.一种方法，包括: 确定发动机的操作状况是否满足与随机提前点火相关联的预定标准；以及 在发动机操作状况满足预定标准时增浓发动机的空气/燃料比。
【文档编号】F02P5/04GK103967682SQ201410044888
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2013年2月6日
【发明者】D.R.夸皮斯, R.F.哈塔, K.M.卢钱斯基, J.M.奎德特 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司