用于检测空气燃料比不平衡的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及用于控制内燃机的系统，并且更具体地涉及用于检测和控制内燃机中汽缸与汽缸不平衡的系统。
【背景技术】
[0002]在内燃机中，通常有必要控制在内燃机中燃烧的混合气体中空气和燃料的混合比，以控制空气-燃料比。这种控制提供了存在于废气中的有害成分的有效的催化净化。如果提供恰好足够的空气以完全地燃烧所有的燃料，则该比例被熟知作为化学计量混合物。为了执行这种空气-燃料比的控制，在内燃机的废气通道中设置有空气-燃料比传感器，并且实施反馈控制，如此使得将由传感器检测到的空气-燃料比与预定的目标空气-燃料比匹配。
[0003]在多缸的内燃机中，通常通过对于所有的汽缸使用相同的控制量来执行空气-燃料比控制。因此，即使当实施空气-燃料比的控制时，实际的空气-燃料比可以在汽缸之间变化。此外，当提供给每个汽缸的加燃料可以被调整和控制为针对多个汽缸是相同的时，其他的因素可以有助于引起汽缸间的不一致。这种其他因素包括诸如充入(空气+任何再循环的排气)成分、喷射定时的启动、以及汽缸/活塞几何结构。
[0004]这种汽缸间的不平衡具有引起转矩脉动、降低效率、以及增加排放和部件磨损的可能。
[0005]因此，所需要的是一种系统，该系统用于检测汽缸之间的不平衡，并接着采取积极的措施以减少不平衡。
【发明内容】
[0006]简言之，在一个示例中，提供了一种检测在内燃机中供给燃料不平衡的方法。该方法包括接收关于针对发动机以循环速率操作的发动机排气的氧含量的数据。该方法也包括执行频率分量分析，该分析包括关于所接收到的氧含量数据的滤波操作。以发动机的循环速率或其谐波执行滤波，以获得滤波的氧含量数据。接着，该方法确定以下中的至少一个:1)所述发动机的一个或多个角度，在所述一个或多个角度所述滤波的氧含量数据展示了相对于在其他角度的幅值的第一幅值特性；2)通过在预定的发动机角度采样所获得的所述滤波的氧含量数据的形状。接着，该方法响应于所确定的所述一个或多个角度和所述数据的形状中的至少一个来识别经历供给燃料不平衡的汽缸。
[0007]在另一个示例中，提供了用于检测内燃机中供给燃料不平衡的设备，该设备包括:氧传感器，其能够检测以循环速率操作的发动机的发动机排气中的氧含量；频率分析器，其能够接收来自所述氧传感器的数据，并且以取自由所述发动机的所述循环速率及其谐波组成的组的一个或多个频率对所接收的数据进行滤波，以获得滤波的氧含量数据；以下各项中的至少一个:1)角度确定器，所述角度确定器能够确定所述发动机的一个或多个角度，在所述一个或多个角度所述滤波的氧含量数据展示了相对于在其他角度的幅值的第一幅值特性；2)形状分析器，所述形状分析器能够确定由通过在预定的发动机角度采样所获得的所述滤波的氧含量数据所定义的曲线的形状；以及不平衡检测器，所述不平衡检测器能够响应于来自所述角度确定器和所述形状分析器的至少一个的输出来确定经历供给燃料不平衡的汽缸。
[0008]在又一个示例中，提供了发动机控制模块，该发动机控制模块包括具有非暂时的指令的存储器，当所述发动机控制模块解读该非暂时的指令时，使得所述模块:接收关于以循环速率操作的发动机的发动机排气中的氧含量的数据；执行频率分量分析，该步骤包括以取自由所述发动机的所述循环速率及其谐波组成的组的一个或多个频率对所接收的氧含量数据进行的滤波操作，以获得滤波的氧含量数据；确定以下中的至少一个:1)所述发动机的一个或多个角度，在所述一个或多个角度所述滤波的氧含量数据展示了相对于在其他角度的幅值的第一幅值特性；以及2)通过在预定的发动机角度采样所获得的所述滤波的氧含量数据的形状；以及响应于所确定的所述一个或多个角度和所述数据的形状中的至少一个来识别经历供给燃料不平衡的汽缸。
【附图说明】
[0009]图1是用于控制汽缸间不平衡的系统的一个示例性的实施方式的图示；
[0010]图2是图1的控制计算机的一些内部特征的一个示例性的配置的框图，因为他们涉及控制汽缸间的不平衡；
[0011]图3是例示了操作图2的控制计算机的逻辑块的流程图；以及
[0012]图4是由图1的控制计算机所利用的频率分量数据的示例性的图形表示。
【具体实施方式】
[0013]为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考附图中所示的多个实施例，并且将使用特定的语言对其进行描述。然而，应该理解的是，并不意在对本发明的范围进行限制。
[0014]现在参考图1，示出了用于控制内燃机中汽缸间不平衡的系统10的一个示例性实施方式的图示。系统10包括具有进气歧管14的内燃机12，其中，进气歧管14经由进气管道20示例性地、流体地耦接到涡轮增压器18的压缩机16的出口，其中，压缩机16包括耦接到进气管道22的用于从那里接收新鲜的环境空气的压缩机进口。涡轮增压器压缩机16经由驱动轴28被机械地并且可旋转地耦接到可变几何涡轮增压器涡轮26，其中，涡轮26包括经由排气管道流体地耦接到发动机12的排气歧管30的涡轮入口，并且还包括经由排气管道34流体地耦接到周围环境的涡轮出口。EGR阀36被设置为与EGR管道38在一条线上，EGR管道38的一端流体地耦接到进气管道20并且另一端耦接到排气管道32。发动机12说明性地包括多个汽缸，包括第一汽缸108和第二汽缸112。第一汽缸108和第二汽缸112包括由机轴106驱动的各自的第一活塞101和第二活塞103。应当理解的是，汽缸108和汽缸112、活塞101和活塞103、以及机轴106以一种已知的方式操作，使得汽缸108和汽缸112内的受控制的燃料的点火将压力传递给活塞101和活塞103，这引起机轴106的旋转。机轴106通过360度的旋转行程。
[0015]通过建立任意的0度位置并且接着定义相对于该0度位置(CP)的机轴106的旋转位置来定义机轴106的旋转位置(角位置)。因此，在从0度位置行进了一半的旋转之后，机轴106将被认为位于180度位置。一整套的发动机(四冲程发动机)的周期包含机轴的两个全程旋转。因此，在一整套的周期，机轴行进(旋转)了 720度。因此，由机轴的位置以及发动机正经历的(两个)旋转来定义“发动机角度”。因此，发动机角度被定义为0和720度之间的角度，其中，第一个360度代表机轴的第一个旋转，并且角度360-720代表机轴的第二个旋转。传感器49例示性地检测旋转的机轴位置(CP)，并且在信号路径51上输出旋转位置的信号指示。传感器49例示性地是针对机轴位置的角度确定器。这个信号被用于同其他输入一起确定发动机角度。因此，上述控制计算机42接收这种输入，并且也包括逻辑块，该逻辑块是可操作以确定发动机角度的角度确定器。
[0016]系统10包括通常可操作以控制和管理发动机12的整体操作的控制计算机42。控制计算机42包括存储单元45以及多个用于与各种被耦接到发动机12的传感器和系统相互作用的输入端和输出端。在一个实施方式中，控制计算机42是基于微处理器的，并且可以是被称为电子的或发动机控制模块(ECM)、电子的或发动机控制单元(EMU)等的已知的控制单元，或另选地可以是能够如下文描述的进行操作的通用控制电路。在任何情况下，控制计算机42包括一个或多个用于控制汽缸间不平衡的控制算法，将在下文中更详细地进行描述。
[0017]控制计算机42包括用于从各种与系统10相关的传感器或感测系统接收信号的多个输入端。例如，系统10包括通过信号路径50电连接到控制计算机42的发动机转速输入端的发动机转速传感器ES 48。发动机转速传感器48是可操作的以感测发动机12 (的机轴106)的旋转速度，并且在信号路径50上产生指示发动机旋转速度的相应的发动机转速信号。在一个实施方式中，传感器48是霍尔效应传感器，其能够操作以通过感测通道(因而，在齿轮或音轮上形成的若干等角间隔的齿)确定发动机转速。另选地，发动机转速传感器48可以是任何其他已知的传感器，如刚刚描述的能够操作包括(但不限于)可变磁阻传感器等的传感器。
[0018]系统10还可以包括发动机排气参数传感器74，其被设置成与排气导管32流体连通(fluid communicat1n)，并且通过信号路径76被电连接到控制计算机42的发动机排气参数输入端0