专利名称：用于涡轮增压发动机的发动机爆震控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃发动机，尤其涉及涡轮增压发动机内的爆震控制 系统。
背景技术：
内燃发动机在汽缸内燃烧空气与燃料的混合物，用于产生驱动扭 矩。更具体地，燃烧活动往复地驱动活塞，活塞则驱动曲轴以便提供 来自发动机的扭矩输出。空气与燃料的混合物在所需要的曲柄角点燃 或点火。然而在一些情况中，空气与燃料的混合物在火焰前锋之前在 汽缸内自动点燃，从而引起不需要的发动机爆震。
因此，已经开发出发动机爆震控制系统，用于检测并减轻发动机
爆震。其中一种发动机爆震控制系统公开于美国专利第5,560,337号 中，其名称为使用模糊逻辑的爆震控制系统，并且其授权日为1996 年10月1日。这种传统系统检测特定汽缸自动点燃的倾向，并且延 迟汽缸点火正时，从而避免发动机爆震。虽然避免了发动机爆震，然 而作为延迟点火正时的结果，废气温度增加。
一些内燃发动机包括涡轮增压器，涡轮增压器增加了由发动机吸 取的增压空气浓度。涡轮增压器由废气所驱动，借此，废气热能转化 为机械能，从而压缩进入发动机内的空气。在涡轮增压的发动机中， 发动机爆震将发生于高负荷的情况下，尤其是当使用低辛烷(比如85 辛烷)燃料的时候。结果，可发生持久的爆震状态。
当用于升压的内燃发动机的时候，传统的发动机爆震控制系统未 足以减轻发动机爆震。更具体地，传统的发动机爆震控制系统延迟点 火，以便减轻发动机爆震。然而，点火延迟引起了更高的废气温度，其又引起涡轮增压器增加的升压(即，较高的温度意味着较高的热能， 其引起了增加的涡轮发动机升压)。结果，发动机爆震实际上作为点火 延迟的结果而增加。因此，点火延迟持续地增加，直到点火延迟权限(authority)完全消耗。 发明内容因此，本发明提供一种用于包括涡轮增压器的发动机的发动机爆 震控制系统。发动机爆震控制系统包括第一模块，该第一模块确定辛 烷标量(octane scalar),该辛烷标量代表发动机系统中的每个汽缸的发 动机爆震倾向；及第二模块，该第二模块基于辛烷标量而确定汽缸空 气质量极限。第三模块基于汽缸空气质量极限而限制涡轮增压器的升 压车命出。在另一个特征中，汽缸空气质量极限是基于辛烷标量最大值而确 定的。在另一个特征中，汽缸空气质量极限是基于发动机转速而进一步 确定的。在又一个特征中，发动机爆震控制系统进一步包括第四模块，该 第四才莫块基于辛烷标量而分别确定每个汽缸的点火延迟。在又一个特征中，笫三才莫块通过促动废气门阀而限制涡轮增压器 的升压输出，以便选择性地使废气绕开避免进入涡轮增压器。从以下提供的详细描述出发，本发明在其它领域中的应用性将变 的明显。应当理解虽然详细描述及特定举例显示了本发明的优选实 施例，详细描述及特定举例仅仅用于解释的目的，而不是用于限制发 明范围。
根据详细描述及附图，本发明将获得更全面的理解，其中 图1为包括涡轮增压器的发动机系统的功能方框图；图2为图形，其基于辛烷标量值及发动机转速而展示了示例性的 汽缸质量空气极限轨迹；横坐标表示发动机转速(RPM)，纵坐标表示 汽缸空气质量(mg), A代表最小辛烷标量，B代表最大辛烷标量；图3为流程图，展示了由本发明的涡轮增压发动机爆震控制系统 所执行的示例性步骤；以及图4为示例性模块的功能方框图，其执行本发明的涡轮增压发动 机爆震控制系统。
具体实施方式
优选实施例的以下描述在本质上仅仅为示例性的，而并不用于限 制发明、其应用或用途。为清晰起见，相同的标号在附图中将用于标 示类似的元件。如文中所用，术语模块指的是专用集成电路、电子电 路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(共享、专用或成组) 与存储器、組合逻辑电路^/或提供所述功能的其它适当组件。现在参考图1，其展示了示例性的发动机系统10。发动机系统10 包括具有进气歧管14和排气歧管16的发动机12。空气与燃料混合起 来，并且空气/燃料的混合物在发动机12的汽缸18内燃烧。虽然图1 所示的示例性发动机包括四个汽缸，可以预料到发动机可以包括更 多或更少的汽缸。比如，可以预料到具有两个、三个、五个、六个、 八个、十个和十二个汽缸的发动才几。发动机系统10进一步包括涡轮增压器20。从排气歧管中排出的 废气驱动着涡轮增压器20,其对从大气中经由空气过滤器22及空气 冷却器24而吸入到发动机中的空气进行压缩。压缩后的空气经由节 气门26而定量供应到进气歧管24内。涡轮增压器20进一步包括废 气门28，其被促动，以便将从排气歧管16中排出的废气绕开。更具 体地，废气可被选择性地绕开，从而使废气不会驱动增压器20。通过 这种方式，由涡轮增压器20提供的升压量可被调节。控制模块30基于本发明的涡轮增压发动机爆震控制系统而调节 发动机系统10的运行。更具体地，控制才莫块30基于多个发动积逸行参数而调节涡轮增压器20的节气门及废气门28的运行。质量空气流 量(MAF)传感器32基于进入发动机系统10内的气流而产生MAF信 号，而进气温度传感器34则基于进气温度(TxA)而产生信号。歧管绝对 压力(MAP)传感器36产生歧管绝对压力信号，而发动机温度传感器38则基于发动机温度(TENG)而产生信号。TEN(j可基于流经发动机系统10的冷却剂温度。发动机速度传感器40基于曲轴(图未示)转动速度而 产生转速(RPM)信号。提供一种发动机爆震传感器42，并且其可以包括任何振动传感器 或为业界所知的其它传感器，以便基于与发动机参数相关的爆震而产 生信号。比如，可预料到在预定频率范围内感应发动机振动的传感器。 爆震计数CKNOCK基于发动机爆震传感器42的信号而得以产生，并且 包括计数器值，其周期性地被清除，并且其根据感应到的爆震活动或 状态的识别而增加。也应当预料到可以使用爆震处理器(图未示)来 减小信号噪音。本发明的涡轮增压发动机爆震控制系统部分地基于公开于美国 专利第5,560，337号中的发动机爆震控制系统，该专利的名称为使用 模糊逻辑的爆震控制系统，并且其授权日为1996年10月1日，该专 利的公开内容通过引用而明确地结合于此。更具体地，涡轮增压发动 机爆震控制系统确定发动机12的每个汽缸18的爆震倾向值或辛烷标 量。辛烷标量在O到l之间变化。数值O表示没有爆震倾向，而数值 1则表示非常高的爆震倾向。每个汽缸的最大空气质量基于辛烷标量 而确定，并且涡轮增压器20的最大升压被限制，从而使每个汽缸的 最大空气质量不会超量。通过这种方式，涡轮增压器的升压被限制， 从而抑制了发动机爆震的增加，发动机爆震的增加将在其它情况下由 升压的增加而引起。此外，点火延迟权限得以维持于可用等级。涡轮增压发动机爆震控制系统监测发动机运行参数，包括但不限 于Txa、 MAP、 TENG、 Cknock及RPM。基本的点火正时基于MAP和 RPM而得以确定。比如，基本的点火正时可基于MAP和RPM而从查询表中确定。随后，基于辛烷标量而确定延迟的点火正时。虽然文中提供了辛烷标量计算的筒要描述，如上所述，更详细的描述提供于美国专利第5,560,337号中。辛烷标量作为分子值(NUM) 与分母值(DENOM)之间的比值而得以确定。NUM及DENOM基于多 个与才莫糊逻辑控制一致的关系函数而确定，其中上述运行参数细分为多个目录。比如，TENG细分为低压和高压，而RPM则细分为低速和高速。关系函数应用于经验规则基数，用于在确定关系函数输出值之 后，而确定一组相关联的真值。形成规则基数的规则在分析关系函数 对发动机爆震倾向的影响中得以确定。在确定真值之后，NUM及 DENOM用于计算辛烷标量。更具体地，辛烷标量作为NUM与 DENOM的加权总和而得以计算，NUM及DENOM中的每一个与每 个真值相加。NUM及DENOM基于以下方程而计算出NUM=NUM+TRUTH (n)*POS (n)*WEIGHT (n)DENOM=DENOM+ TRUTH (n)* WEIGHT (n)其中n为真数，POS为位置数值，而WEIGHT为加权值。位置 数值可在校准步骤中作为相关真值显示发动机爆震倾向的程度而得 以确定。加权值用于对真值相互之间加权，用于反映规则显示爆震倾 向程度的任何差异。一旦计算出用于特定汽缸的辛烷标量，汽缸的延迟点火正时基于 此而得以确定。此外，涡轮增压发动机点火控制系统将汽缸空气质量 极限确定为用于每个汽缸与发动机转速的最大辛烷标量值的函数。更 具体地，可通过将最大辛烷标量值及发动机转速用于输入而使用查询 表。图2中的图形展示了示例性的汽缸质量空气极限轨迹，该轨迹是 基于辛烷标量值及发动机转速的。由涡轮增压器20提供的升压基于 汽缸空气质量极限而被限制。通过这种方式，压力减小了发动机爆震 倾向，进而减小了对延迟点火正时的需求。现在参考圓3，由涡轮增压发动机爆震控制系统执行的示例性步骤将,皮详细地描述。在步骤200中，控制系统监测发动机运行参数，包括但不限于Tia、 MAP、 TENG、 Cknock及RPM。在步骤202中，控 制系统计算每个汽缸的辛烷标量。在步骤204中，控制系统基于其相 应的辛烷标量而计算每个汽缸的点火正时。在步骤206中，控制系统 基于最大辛烷标量及发动机转速而确定汽缸空气质量极限。在步骤 208中，控制系统基于汽缸空气质量极限而限制最大涡轮增压器升压， 然后控制结束。现在参考图4,执行涡轮增压发动机爆震控制系统的示例性模块 将被详细地描述。示例性的模块包括辛烷标量确定模块300、点火延 迟计算模块302、发动机点燃控制模块304、汽缸空气质量极限确定 模块306及涡轮增压器控制模块308。辛烷标量确定模块300基于Tia、 MAP、 TENG、 Cknock及RPM而确定辛烷标量。点火延迟计算模块302 基于辛烷标量而确定点火延迟量，而发动机点燃控制^f莫块304基于点 火延迟量而产生点火控制信号。汽缸空气质量极限确定才莫块306基于辛烷标量及发动机转速而确 定汽缸空气质量极限。涡轮增压器控制模块308基于汽缸空气极限而 产生升压控制信号。更具体地，废气门28基于升压控制信号而被促 动，从而将涡轮增压器的升压输出限制于汽缸空气质量极限。从前面的描述出发，那些熟悉本领域的4支术人员现在可以iU只 到本发明的宽泛启示可以多种形式实现。因此，虽然本发明已结合 其特定举例而被描述，本发明的真正范围不应当被如此限制，因为根 据对附图、说明书及以下权利要求的研究，其它修改将对熟练的从业 者变得明显。
权利要求
1.一种用于包括涡轮增压器的发动机的发动机爆震控制系统，其包括第一模块，其确定辛烷标量，所述辛烷标量代表所述发动机系统的每个汽缸的发动机爆震倾向；第二模块，其基于所述辛烷标量而确定汽缸空气质量极限；以及第三模块，其基于所述汽缸空气质量极限而限制所述涡轮增压器的升压输出。
2. 如权利要求1所述的发动机爆震控制系统，其特征在于，所述 汽缸空气质量极限基于所述辛烷标量的最大值而确定。
3. 如权利要求1所述的发动机爆震控制系统，其特征在于，所述 汽缸空气质量极限基于发动机转速而进一 步确定。
4. 如权利要求1所述的发动机爆震控制系统，其特征在于，进一 步包括笫四模块，其基于所述辛烷标量而分别确定每个汽缸的点火延 迟。
5. 如权利要求1所述的发动机爆震控制系统，其特征在于，所述 第三模块通过促动废气门阀而限制所述涡轮增压器的升压输出，以便 选择性地使废气绕开避免进入所述涡轮增压器。
6. —种在包括涡轮增压器的发动机系统内控制发动机爆震的方 法，包括确定辛烷标量，所述辛烷标量代表所述发动机系统的每个汽缸的 发动机爆震倾向；基于所述辛烷标量而确定汽缸空气质量极限；以及 基于所述汽缸空气质量极限而限制所述涡轮增压器的升压输出。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述汽缸空气质量极 限基于所述辛烷标量的最大值而确定。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述汽缸空气质量极限基于发动机转速而进一步确定。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述 辛烷标量而分别确定每个汽缸的点火延迟。
10. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述限制所述涡轮增压器的升压输出的步骤包括促动废气门阀，以选择性地使废气绕开 避免进入所述涡轮增压器。
11. 一种在包括涡轮增压器的发动机系统内控制发动机爆震的方法，包括监测发动机运行参数；基于所述发动机所述运行参数而确定辛烷标量，所述辛烷标量代 表所述发动机系统的每个汽缸的发动机爆震倾向； 基于所述辛烷标量而确定汽缸空气质量极限； 调整点火正时，以便减轻发动机爆震；以及 基于所述汽缸空气质量极限而限制所述涡轮增压器的升压输出。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述汽缸空气质量 极限基于所述辛烷标量的最大值而确定。
13. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述汽缸空气质量 极限基于发动机转速而进一步确定。
14. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述调整点火正时 的步骤包括基于所述辛烷标量而分别确定每个汽缸的点火延迟。
15. 如权利要求11所迷的方法，其特征在于，所述限制所述涡轮 增压器的升压输出的步骤包括促动废气门阀，以选择性地使废气绕开 避免进入所述涡轮增压器。
全文摘要
一种用于涡轮增压发动机的发动机爆震控制系统及方法，该系统包括第一模块，第一模块确定辛烷标量，辛烷标量代表发动机系统的每个汽缸的发动机爆震倾向；及第二模块，第二模块基于辛烷标量而确定汽缸空气质量极限。第三模块基于汽缸空气质量极限而限制涡轮增压器的升压输出。
文档编号G05B13/02GK101319647SQ20081008644
公开日2008年12月10日 申请日期2008年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者D·J·巴布库克, E·里岑, R·M·巴克曼 申请人:通用汽车环球科技运作公司