低速早燃爆震检测的制作方法

该申请要求2016年5月10日提交的序列号为15/150,796的美国申请的权益。上述申请的公开内容通过其整体引用并入本文。

本申请总地涉及发动机爆震检测，更具体地，涉及用于低速早燃(lspi)爆震检测的技术。

背景技术：

内燃机燃烧气缸内的空气/燃料混合物，以驱动活塞，该活塞可旋转地转动曲轴，以产生驱动扭矩。空气/燃料混合物的异常燃烧可以引起发动机的振动(例如，通过发动机结构的地震波)，这被称为“爆震”。存在两种主要类型的发动机爆震：(1)末端气体自动点火(也称为“火花爆震”)和(2)低速早燃(lspi)爆震(也称为“超级爆震”)。lspi爆震是指火花放电之前的随机、异常的燃烧启动。具体而言，由于时间、压力和温度导致的油摄入或化学预反应可能引起自动点火，这会产生碰撞的压力波，从而引起爆震。

lspi爆震通常比火花爆震高几个数量级。典型的爆震控制策略是火花延迟。然而，这种控制策略对lspi爆震无效，并且实际上对减轻lspi爆震是有害的。这是因为在lspi爆震期间，在火花放电之前燃烧已经开始，因此火花正时的延迟为气缸充气提供了更多的时间用于发生自动点火。因此，虽然这样的爆震检测和控制系统对于其预期目的是起作用的，但仍需要在相关领域中进行改进。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提出了一种爆震检测和控制系统。在一个示例性实施方式中，系统包括爆震传感器和控制器，所述爆震传感器配置成产生指示由异常燃烧引起的发动机的振动的爆震信号，所述控制器配置成：接收爆震信号，相对于发动机的曲柄角度、基于(i)火花正时和(ii)适当的质量分数燃烧(mfb)位置确定分别用于低速早燃(lspi)爆震和火花爆震的不同的监测窗口，使用所述不同的监测窗口监测爆震信号，基于监测来检测lspi爆震和火花爆震中的一个，并控制发动机，以减轻检测到的lspi爆震或火花爆震。

根据本发明的第二方面，提出了一种爆震检测和控制方法。在一个示例性实施方式中，方法包括由控制器从发动机的爆震传感器接收指示由异常燃烧引起的发动机的振动的爆震信号，由控制器相对于发动机的曲柄角度、基于(i)火花正时和(ii)适当的质量分数燃烧(mfb)位置确定分别用于lspi爆震和火花爆震的不同的监测窗口，由控制器使用不同的监测窗口监测爆震信号，由控制器基于监测来检测lspi爆震和火花爆震中的一个，并由控制器控制发动机，以减轻检测到的lspi爆震或火花爆震。

在一些实施方式中，lspi爆震监测窗口定位在适当的mfb位置之前，并且火花爆震监测窗口定位在适当的mfb位置之后。在一些实施方式中，lspi爆震监测窗口和火花爆震监测窗口由控制器重置窗口分开。在一些实施方式中，控制器配置成在控制器重置窗口的期间重置其信号放大和检测阈值。在一些实施方式中，每个不同的监测窗口具有与其相关联的不同的信号放大和检测阈值。

在一些实施方式中，发动机是直接喷射式(di)发动机，并且其中控制器配置成通过控制发动机的di燃料喷射器来减轻检测到的lspi爆震。在一些实施方式中，控制器配置成通过控制进入发动机的气流来进一步减轻检测到的lspi爆震。在一些实施方式中，控制器配置成通过限制或减小发动机的扭矩输出来进一步减轻检测到的lspi爆震。在一些实施方式中，控制器配置成通过执行火花延迟来减轻检测到的火花爆震。

根据本文提供的具体实施方式、权利要求书和附图，本公开的教导的其他应用领域将变得显而易见，其中，在附图的若干视图中，相同的附图标记指代相同的特征。应当理解的，具体实施方式(包括所公开的实施例和其中参考的附图)本质上仅仅是示例性的，仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本公开、其应用或用途的范围。因此，不脱离本公开的主旨的变型旨在落入本公开的范围内。

附图说明

图1是根据本公开的原理的示例发动机系统的图示；

图2是根据本公开的原理的用于爆震信号的示例监测窗口的时序图；和

图3是根据本公开的原理的示例爆震检测和控制方法的流程图。

具体实施方式

如前所述，传统的火花延迟对于减轻低速早燃(lspi)爆震是有害的。一种lspi爆震检测技术涉及在点火线圈上使用电离电流传感器(也称为“离子感测”)。然而，这种技术既昂贵(由于额外的传感器)又不可靠。因此，提出了用于改进的爆震检测和控制的系统和方法。由这些系统和方法实现的技术能够使用发动机的爆震传感器区分传统的火花爆震和lspi爆震。更具体地，使用分别用于lspi爆震和火花爆震的两个不同的监测窗口监测由爆震传感器产生的爆震信号。在一些实施方式中，每个监测窗口具有其自己的相关联信号放大和检测阈值。减轻lspi还可以涉及控制不同的致动器(di燃料喷射器、节流阀等)，以减轻检测到的lspi爆震。

现在参考图1，示出了示例发动机系统100的图示。发动机系统100包括发动机104，该发动机104构造成燃烧空气/燃料混合物，以产生驱动扭矩。发动机104的非限制性示例包括火花点火直接喷射式(sidi)发动机，但是要了解的是，本公开的技术可以适用于包括爆震传感器的任何合适的发动机，诸如进气道燃料喷射式(pfi)发动机。在一些实施方式中，发动机104可以是汽油压缩点火式发动机(均质充量压燃(hcci)、部分预混充量压燃(ppci)、预混充充量压燃等)。发动机104通过进气系统112将空气吸入进气歧管108中，进气系统112由节流阀116选择性地调节。进气歧管108中的空气被分配到多个气缸120并且在其中与由相应的di燃料喷射器124喷射的燃料组合。虽然示出了四个气缸，但是要了解的是，发动机100可以具有任何合适数量的气缸。在一些实施方式中，发动机104包括增压系统122(涡轮增压器、增压器等)。

气缸120中的空气/燃料混合物由活塞(未示出)压缩并且由相应的火花塞128产生的火花燃烧。对于具有增压系统122的较小(例如，4个气缸)配置的发动机104，气缸120的压缩比可以相对较高。气缸120内的空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞(未示出)，活塞可旋转地转动曲轴132，以产生驱动扭矩。驱动扭矩接下来例如经由传动装置(未示出)传递到驱动系136。爆震传感器140配置成产生指示由异常燃烧引起的发动机104的振动的爆震信号。在一个示例性实施方式中，爆震传感器140是基于加速度计的传感器，其安装到发动机104的封盖。异常燃烧如果未被考虑计算在内，则会引起显著的振动(噪声、振动和/或声震粗糙度，或nvh)和/或可以损坏发动机104。虽然本文示出和讨论了一个爆震传感器140，但是要了解的是，发动机104可以包括多个不同的爆震传感器(多个气缸的每个气缸排或组具有一个爆震传感器，每个气缸具有一个爆震传感器等)。

由燃烧产生的废气从气缸120排出到排放系统144中，排放系统144构造成在将废气释放到大气中之前处理废气。例如，由于异常燃烧而引起的未燃烧燃料可能引起接下来必须由排放系统144处理的排放物增加。控制器148(应用型专用集成电路(asic)，一个或多个处理器和存储可执行指令的非暂时性存储器等)控制发动机系统100的操作，诸如控制节流阀116(气流)、di燃料喷射器124(燃料)和火花塞128(火花)。控制器148还接收来自爆震传感器140的爆震信号。控制器148配置成使用爆震信号检测发动机104的爆震。根据本公开的技术，控制器148配置成使用爆震信号检测(i)lspi爆震和(ii)火花爆震二者，这将在下面更详细地描述。虽然未示出，但是要了解的是，控制器148配置成接收其他输入，诸如来自曲轴位置传感器(未示出)的曲柄角度测量(例如，曲柄角度度数或cad)。

lspi情况的原因很多。延长和重复出现的lspi可以导致热流失和表面(气缸壁)点火。lspi情况的可能原因包括：(1)热燃烧室沉积物剥落并点燃气缸充气，因为剥落的沉积物暴露于较长共振时间和升高的压力，这引起其点燃，(2)来自活塞缝隙的油滴进入气缸120的燃烧室并充当局部辛烷还原剂，从而在火花放电之前引起自动点火，以及(3)由于边界条件而在火花放电之前自动点火，诸如在汽油压缩点火式发动机中。一些发动机通过改进的硬件、发动机设计和校准克服了这些表面点火问题。然而，lspi情况在在低速和高负荷下运行的具有非常延迟的燃烧相位和高燃烧比(升高的压力下的长共振时间)的增压发动机中仍然存在问题。

对于特定监测窗口，根据相关联的参数(信号放大、检测阈值等)处理爆震信号。在一个示例性实施方式中，对爆震信号进行滤波、整流，并且在监测窗口上对其能量进行积分，以获得单个值。可以在整个发动机转速范围内校准窗口。基于快速傅里叶变换(fft)，“爆震频率”被分离，这允许监测在特定频率范围(例如，5-10千赫兹(khz))中发生的一阶和二阶压力振荡。如本文上面所讨论的，一次通常只有一个监测窗口是激活的。在新窗口激活之前，控制器148可能存在重置时段。因此，通过实现由控制器重置窗口隔开的两个不同的监测窗口，单个控制器148能够使用单个爆震传感器140检测lspi爆震和火花爆震两者。

现在参考图2，示出了用于从爆震传感器140接收的爆震信号的示例监测窗口204、208的时序图200。时序图200对应于特定气缸120的燃烧事件(即，燃烧冲程)，但是要了解的是，火花爆震监测可以延伸到气缸120的膨胀冲程中，如下面更详细描述的。如图所示，相对于实际火花角度212和适当的质量分数燃烧(mfb)位置216而确定监测窗口204、208。与相对于发动机的上死点(tdc)相反，该适当的mfb位置可以是50％mfb位置(也称为“ca50”)。然而，要了解的是，适当的mfb位置可以不是50％位置(即，它可以在50％mfb位置之前或之后)。术语“实际火花角度”是指火花发生时的曲轴角度/位置。对于控制器148，这是已知的/预定的值。相比之下，传统的爆震检测利用单个监测窗口，该窗口对于每个特定的发动机速度是固定的。如图所示，lspi爆震窗口204定位在适当的mfb位置216之前，火花爆震窗口208定位在适当的mfb位置216之后。这是因为与火花爆震相比，lspi热释放和所产生的气缸压力振荡在发动机循环中发生得更早。

在一个示例性实施例中，使用存储在控制器148处的预定查找表来获得后续用于确定/定位监测窗口204、208的持续时间/偏差/延迟。从实际火花角度212，lspi爆震窗口204被确定为在加上或减去公差的情况下从(i)实际火花角度212之前的偏差值220直到(ii)从实际火花角度直到适当的mfb位置的延迟224。控制器重置窗口(“crw”)228定位在lspi爆震窗口204和火花爆震窗口208之间。控制器重置窗口228的长度被校准，使得它对于控制器148的最坏情况的重置足够长，以加载火花爆震窗口208的参数(信号放大、检测阈值等)。火花爆震窗口208接下来从控制器重置窗口228的一端延伸到气缸120的膨胀冲程中(即，在气缸120的燃烧冲程结束之后)。火花爆震窗口208也可以被描述为在加上安全系数的情况下延伸直到燃烧结束。通过将火花爆震窗口208延伸到气缸120的膨胀冲程中，能够监测延迟/延长的火花爆震振铃。下面将更详细地描述用于减轻/抑制检测到的lspi爆震和/或检测到的火花爆震的后续控制。

现在参考图3，示出了示例爆震检测和控制方法300的流程图。在304处，控制器148从发动机104的爆震传感器140接收指示由异常燃烧引起的发动机104的振动的爆震信号。在308处，控制器148确定分别用于lspi爆震和火花爆震的不同的监测窗口。如本文上面所述，这可以基于当前火花角度、最大制动扭矩(mbt)火花正时的变量增量(delta)，以及crw228的持续时间(即，控制器重置时间)。在312处，控制器148使用不同的监测窗口监测爆震信号。如本文上面所讨论的，这涉及利用分别用于lspi爆震和火花爆震的不同的信号放大和检测阈值。在316处，控制器148确定在lspi爆震窗口204中是否检测到爆震超过阈值。如果是，则方法300进行到320，在320处检测到lspi爆震。如果否，则方法300进行到328。在324处，控制器148实施lspi抵消措施，诸如那些先前在本文讨论并在下面进一步详细讨论的抵消措施。然后方法300结束或返回到304。在328处，控制器148确定在火花爆震窗口208内是否检测到爆震超过阈值。如果是，则控制器148在332处检测到火花爆震。在336处，控制器148通过推迟或延迟火花正时来减轻火花爆震。然后方法300结束或返回到304。

例如，对于检测到的火花爆震，控制器148可以执行火花延迟。另一方面，对于检测到的lspi爆震，控制器148可以利用其他扭矩控制致动器(例如，气流和/或燃料控制致动器)。在一个示例性实施方式中，可以利用以下扭矩控制技术中的一个或多个来减轻检测到的lspi爆震。控制器148可以进行第一次尝试，以通过控制di燃料喷射器124来减轻检测到的lspi爆震，这代表了用于扭矩控制的快速途径。控制器148可以进行随后的(第二次)或替代尝试，以通过控制节流阀116来减轻检测到的lspi爆震，这代表了用于扭矩控制的短期缓慢途径。控制器148可以进行随后的(第三次)或替代尝试，以通过限制或减小发动机扭矩输出(例如，到来的扭矩请求)来减轻检测到的lspi爆震，这代表了用于扭矩控制的长期缓慢途径。

如先前所讨论的，要了解的是，如本文中所使用的术语“控制器”是指配置成执行本公开的技术的至少一部分的任何合适的控制单元。示例包括asic、一个或多个处理器和具有存储在其上的指令的非暂时性存储器，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得控制器执行与本公开的技术的至少一部分相对应的一组操作。一个或多个处理器可以是单个处理器或以并行或分布式架构操作的两个或更多个处理器。

应当理解的是，本文可以明确地设想各个示例之间的特征、元件、方法和/或功能的混合和匹配，使得本领域技术人员可以从本教导中了解的是，除非上文另有描述，否则一个示例的特征、元件和/或功能可以在适当的情况下并入另一个示例中。