CN100436784C - 用于随选排量型(dod)发动机的断火检测*** - Google Patents

用于随选排量型(dod)发动机的断火检测*** Download PDF

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Abstract

一种用于可在接通模式和停用模式内操作的随选排量型(DOD)发动机的气缸断火控制***包括：响应发动机的曲轴转动的传感器以及基于与第一停用气缸相关联的第一时间周期和与第二停用气缸相关联的第二时间周期计算时间导数的第一模块。第一和第二时间周期基于曲轴转动。第二模块基于时间周期导数检测接通气缸中的断火出现。

Description

用于随选排量型(DOD)发动机的断火检测***
技术领域
本发明涉及发动机断火检测，并且更具体涉及随选排量型(DOD)发动机中的发动机断火检测。
背景技术
内燃机产生经由曲轴传递到动力传递***的驱动扭矩。某些内燃机包括在低负载状况下停用气缸的发动机控制***。例如，可采用四个气缸来操作八缸发动机，以便通过降低泵送损失来提高燃油经济性。该过程通常称作随选排量或DOD。使用了所有发动机气缸的操作称作接通模式。停用模式是指采用少于所有发动机气缸的操作(即一个或多个气缸未工作)。
在发动机操作过程中，气缸或多个气缸可能断火。在出现断火后，发动机RPM减速，直到其他点火气缸产生足以稳定该发动机的动力。在接通模式过程中，发动机以这种方式运转，但是仅限于有限的范围，因为在断火气缸后的气缸还是工作的并且一直做功。在停用模式过程中，在断火气缸后的气缸也不点火，因为它被停用了。
传统断火检测***不能解决停用气缸的问题。结果，会检测到假断火，这导致增加的保修成本，增加了分析实际气缸断火的复杂性并且降低了车辆的整体性能以及客户满意度。
发明内容
因而，本发明涉及一种用于可在接通模式和停用模式内进行操作的随选排量型(DOD)发动机的气缸断火控制***。该气缸断火控制***包括：响应发动机的曲轴转动的传感器以及基于与第一停用气缸相关的第一时间周期以及与第二停用气缸相关的第二时间周期计算时间导数(derivative)的第一模块。第一和第二时间周期基于曲轴的转动。第二模块基于该时间周期导数检测接通气缸中的断火出现情况。
在一个特征中，第一和第二时间周期基于曲轴转动预定角度所需的时间周期。
在其他特征中，第一模块以第一时间周期和第二时间周期之间差值的形式计算该时间导数。在预先限定的气缸点火顺序中，第一停用气缸在该接通气缸的紧前面。在预先限定的气缸点火顺序中，接通气缸在第二停用气缸的紧前面。
在另外其他特征中，气缸断火控制***进一步包括确定导数阈值的第三模块。在时间导数超过导数阈值时检测到出现断火。基于发动机速度和发动机负载确定该导数阈值。
在另外的其他特征中，第二模块通过调整与气缸的预定点火顺序相对应的气缸索引(cylinder index)将时间导数与接通气缸相关联。该调整包括在该点火顺序中将气缸索引移回一个气缸。
通过下文提供的详细描述，本发明的适用性的其他方面显而易见。应该理解到，尽管表明了本发明的优选实施例，但详细描述和特定实施例倾向于仅出于说明性目的并且不倾向于限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将更全面地理解本发明，其中：
图1是包括随选排量型(DOD)发动机并且实现本发明的气缸断火检测控制的示范性发动机***的功能性框图；
图2是显示具有两个最高差分峰的发动机气缸的示范性差分轨迹的曲线图；
图3是显示由根据本发明的气缸断火检测控制所执行的示范性步骤的流程图；
图4是执行本发明的发动机断火检测控制的示范性模块的功能性框图。
具体实施方式
优选实施例的后续描述本质上仅是示范性的并且决不倾向于限制本发明、其应用或使用。出于清晰的目的，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如本申请所使用的，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、运行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)以及内存、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其他适当部件。如本申请所使用的，“接通”是指使用所有发动机气缸的操作。“停用”是指使用少于所有发动机气缸的操作(即，一个或多个气缸未工作)。
现在参照图1，车辆10包括驱动传动***14的发动机12。传动***14可以是由发动机12通过相应扭矩变换器或离合器16驱动的汽车或手动传动***。空气经节气门13流入发动机12。发动机12包括N个气缸18。一个或多个气缸18在发动机操作过程中选择性停用。尽管图1描述了八个气缸(N＝8)，但应该知道发动机12包括附加的或更少的气缸18。例如，考虑具有4、5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。空气经进气歧管20流入发动机12并且与气缸18内的燃料燃烧。燃烧过程往复驱动气缸18内的活塞(未图示)。该活塞转动驱动曲轴以便向动力传动系提供驱动扭矩。
如本申请所描述的，控制模块38与发动机12以及各种输入及传感器进行通信。车辆操作者操纵加速踏板40以便调节节气门13。更具体的，踏板位置传感器42产生传达到控制模块38的踏板位置信号。控制模块38基于踏板位置信号产生节气门控制信号。节气门传动器(未图示)基于节气门控制信号调整节气门13以便调节进入发动机12的空气流。
车辆操作者操纵制动踏板44以便调节车辆制动。更具体的，制动器位置传感器46产生传达到控制模块38的制动器位置信号。该控制模块38基于制动踏板位置信号产生制动器控制信号。制动***(未图示)基于制动器控制信号调整车辆制动以便调节车速。进气歧管绝对压力(MAP)传感器50基于进气歧管20的压力产生信号。节气门位置传感器(TPS)52基于节气门位置产生信号。
发动机速度传感器48产生基于发动机速度的信号。更具体的，发动机包括发动机速度机构(未图示)，发动机速度传感器48响应该机构。在一实例中，发动机速度机构包括固定为与曲轴转动的齿缘轮。发动机速度传感器48响应齿的上升和下降边缘。示范性齿缘轮包括绕轮的周边等间隔的59个齿，除了在缺少齿以提供间隙的一个位置。因而，该间隙大约是相邻齿之间的正常空间的距离的两倍。通过这种方式，每个齿形成大约6°的曲轴转动。控制模块38基于预定数量的齿通过所花费的时间确定发动机的RPM。
当出现轻发动机负载时，控制模块38将发动机12转换到停用模式。在示范性实施例中，停用N/2个气缸18，尽管可以停用一个或多个气缸。在停用选定的气缸18后，控制模块38增加剩余或接通气缸18的动力输出。停用气缸18的进气口和出气口(未图示)关闭以便减小泵送损失。基于进气MAP、气缸模式以及发动机速度确定发动机负载。更具体的，如果MAP低于给定RPM的阈值水平，认为发动机负载是轻的，并且以停用模式操作发动机12。如果MAP在给定RPM的阈值水平之上，认为发动机负载是重的，并且以接通模式操作发动机12。
本发明的气缸断火检测控制基于曲轴速度波动。更具体的，断火控制监测反应曲轴转动预定角度所花费的时间量的时间周期(t[N]，其中N是与该时间周期相关联的气缸数)。例如，预定角度可以是90°，其等于上述示范性的59齿的齿缘轮中的15个齿。控制模块38一直监测t[N]。t[N]以特定气缸(N)的压缩事件为中心。由于断火所造成的动力损失反应在下一活塞(N+1)的压缩中。更具体的，一个气缸的动力冲程倾向于驱动下一气缸的压缩冲程。
并行于t[N]值的连续监测，气缸断火检测控制计算差值或导数(Δ[N])。对该导数进行计算并参照接通气缸到先前接通的气缸以及停用气缸到先前停用的气缸的时间周期。导数项根据以下关系进行计算：
Δ[N]＝t[N]-t[N-2]
例如，如果气缸N为停用气缸，那么气缸N-2是先前停用气缸，而气缸N-1是先前接通气缸。除了相应的气缸索引，气缸断火检测识别两个最高停用气缸导数或峰值(相应的是Δ1HI和Δ2HI)。
在工作气缸内发生断火后，发动机开始减速，直到其他工作气缸开始产生足以稳定该发动机的动力。在正常操作过程中(即，在接通模式中)，断火后的气缸以这种方式运转，但是仅限于有限的范围，因为该气缸始终是工作的。在停用模式的操作过程中，当在工作气缸内发生断火后，接着断火气缸的停用气缸导数相对其未断火的同伴呈现高导数值。这种所谓的后气缸效应在停用模式中更加明显，因为在断火的接通气缸后的停用气缸也不做功。
因为停用气缸是断火的工作气缸后面的气缸，气缸断火检测控制在断火确定之前调整气缸索引。通过从特定索引值中减去一个值同时进行反转保护来进行这种调整，以使对于给定的发动机应用将零值索引调整为最大索引(即，最高气缸数)。通过这种方式，停用气缸的导数值与紧前面的接通气缸相关联。
气缸断火检测基于发动机RPM和负载确定阈值导数值(ΔTHR)。例如，ΔTHR可以从查询表确定或者通过公式处理发动机速度和负载来进行计算。Δ1HI和Δ2HI与ΔTHR相比，如果Δ1HI和Δ2HI中的一个超过ΔTHR，则在相关工作气缸内出现了断火。
气缸断火检测控制监测气缸断火并且基于断火出现频率(fOCC)执行校正动作。如果fOCC大到(即，在第一阈值以上)足以有害地影响所需的排放性能，存储断火数据并且断火的气缸或多个气缸标记在控制模块38内。如果fOCC持续偏高(即，在第二阈值之上)，则启动维护警报(例如，故障指示灯(MIL)点亮)。如果fOCC高到(即，在第三阈值之上)足以对排气处理部件(例如，催化转换器)造成损害时，执行上文所讨论的动作，以及附加报警和/或补救动作(例如，MIL闪烁)。
现在参照图2，曲线图显示了第一和第二气缸的示范性导数轨迹。该导数轨迹基于停用气缸数据，但是通过气缸索引调整与先前接通气缸相关联。更具体的，尽管导数轨迹识别哪个工作气缸是断火的，但实际收集的数据对应于停用气缸。示范性轨迹指示在各相应工作气缸内的断火。
现在参照图3，将详细描述由气缸断火检测所执行的示范性步骤。在步骤300中，控制确定是否转换到停用模式。如果控制没有确定转换到停用模式，则控制返回。如果控制的确确定转换到停用模式，控制在步骤302中停用所选定的气缸。
在步骤304中，控制收集接通和停用气缸的t[N]值。在步骤306中，控制基于气缸的相应t[N]和t[N-2]值确定它们的Δ[N]。在步骤308中，控制基于气缸的Δ[N]值确定Δ1HI和Δ2HI。在步骤310中，控制基于发动机RPM和负载确定ΔTHR。在步骤312中，控制确定Δ1HI是否超过ΔTHR。如果Δ1HI超过ΔTHR，控制在步骤314中指示在相应气缸中存在断火并在步骤316中继续。如果Δ1HI没有超过ΔTHR，控制在步骤316中确定Δ2HI是否超过ΔTHR。如果Δ2HI超过ΔTHR，控制在步骤318中指示在相应气缸中存在断火并在步骤320中继续。如果Δ2HI没有超过ΔTHR，控制在步骤320中更新各接通气缸的fOCC。
在步骤322中，控制确定是否有任何的fOCC值超过频率阈值fOCC。如上文所详细讨论的，如果fOCC超过fTHR，控制指示补救动作，并且在步骤326中继续。尽管针对图3识别单个频率阈值，但是应该知道fOCC可以与多个频率阈值相比较以便确定要指示的补救动作类型。如果fOCC没有超过fTHR，控制在步骤326中确定是否转换到接通模式。如果控制没有确定不转换到接通模式，控制返回到步骤304。如果控制的确确定转换到接通模式，则控制在步骤304中接通所有的气缸并且控制结束。
现在参照图4，将详细描述执行气缸断火检测控制的示范性模块。示范性模块包括查询模块400、ΔTHR确定模块402、t[N]确定模块404、Δ[N]确定模块406以及断火检测模块408。查询模块400基于RPM和MAP产生接通(ACT)和停用(DEACT)信号中的一个以便在接通和停用模式之间转换该发动机。
ΔTHR确定模块402基于RPM和MAP确定ΔTHR并且t[N]确定模块404基于RPM确定t[N]。Δ[N]确定模块406基于t[N]和t[N-2]确定Δ[N]，t[N-2]基于两个活塞前所计算的t[N]值。断火检测模块408基于Δ[N]和ΔTHR选择性产生与特定接通气缸(例如，在气缸N为停用气缸的情况下的气缸N-1)相关联的断火指示信号。
现在本领域技术人员通过上面的描述可以知道，本发明的广泛教导可以通过各种形式实现。因而，尽管结合特定实例对本发明进行了描述，但本发明的范围不应受此限制，因为在研究了附图、说明书以及后续权利要求后，对于本领域技术人员来说其他修改是显而易见的。

Claims (25)

1.一种用于可在接通模式和停用模式内操作的随选排量型(DOD)发动机的气缸断火控制***，包括：
响应所述发动机的曲轴的转动的传感器；
基于与第一停用气缸相关联的第一时间周期和与第二停用气缸相关联的第二时间周期计算时间导数的第一模块，其中所述第一和第二时间周期基于所述曲轴的所述转动；以及
基于所述时间导数检测接通气缸中的断火出现的第二模块，所述第二模块通过调整与所述气缸的预定点火顺序相对应的气缸索引将所述时间导数与所述接通气缸相关联。
2.根据权利要求1所述的气缸断火控制***，其特征在于：所述第一和第二时间周期基于所述曲轴转动经过预定角度所需的时间周期。
3.根据权利要求1所述的气缸断火控制***，其特征在于：所述第一模块以所述第一时间周期和所述第二时间周期之间差值的形式计算所述时间导数。
4.根据权利要求3所述的气缸断火控制***，其特征在于：在预先确定的气缸点火顺序中，所述第一停用气缸在所述接通气缸的紧前面。
5.根据权利要求3所述的气缸断火控制***，其特征在于：在预先确定的气缸点火顺序中，所述接通气缸在第二停用气缸的紧前面。
6.根据权利要求1所述的气缸断火控制***，其特征在于：进一步包括确定导数阈值的第三模块，其中当所述时间导数超过所述导数阈值时，检测到所述断火出现。
7.根据权利要求6所述的气缸断火控制***，其特征在于：基于发动机速度和发动机负载确定所述导数阈值。
8.根据权利要求1所述的气缸断火控制***，其特征在于：所述调整包括在所述点火顺序中将所述气缸索引移回一个气缸。
9.一种检测可在接通模式和停用模式内操作的随选排量型(DOD)发动机内的气缸断火的方法，包括：
监测所述发动机的曲轴的转动；
基于与第一停用气缸相关联的第一时间周期和与第二停用气缸相关联的第二时间周期计算时间导数，其中所述第一和第二时间周期与所述曲轴的所述转动相关联；以及
基于所述时间导数检测接通气缸中的断火出现，并且通过调整与所述气缸的预定点火顺序相对应的气缸索引将所述时间导数与所述接通气缸相关联。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述第一和第二时间周期基于所述曲轴转动经过预定角度所需的时间周期。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：以所述第一时间周期和所述第二时间周期之间的差值的形式计算所述时间导数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：在预先确定的气缸点火顺序中，所述第一停用气缸在所述接通气缸的紧前面。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：在预先确定的气缸点火顺序中，所述接通气缸在第二停用气缸的紧前面。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：进一步包括确定导数阈值，其中当所述时间导数超过所述导数阈值时，检测到所述断火出现。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：基于发动机速度和发动机负载确定所述导数阈值。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述调整包括在所述点火顺序中将所述气缸索引移回一个气缸。
17.一种检测可在接通模式和停用模式内操作的随选排量型(DOD)发动机内的气缸断火的方法，包括：
监测所述发动机的曲轴的转动；
计算与所述发动机的停用气缸相关联的时间导数；
将所述时间导数与在预定点火顺序内与各所述停用气缸紧前面的相应接通气缸相关联，且将所述时间导数与所述接通气缸相关联包括调整与所述气缸的预定点火顺序相对应的气缸索引；以及
基于与其相关联的所述时间导数检测各所述接通气缸中的断火出现。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述时间导数分别基于与相应第一停用气缸相关联的相应第一时间周期以及与相应第二停用气缸相关联的相应第二时间周期，其中所述第一和第二时间周期与所述曲轴的转动相关联。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述第一和第二时间周期基于所述曲轴转动经过预定角度所需的时间周期。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：以所述第一时间周期和所述第二时间周期之间的差值的形式计算所述时间导数。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：在预先确定的气缸点火顺序中，所述第一停用气缸在所述接通气缸的紧前面。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：在预先确定的气缸点火顺序中，所述接通气缸在第二停用气缸的紧前面。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：进一步包括确定导数阈值，其中当所述时间导数超过所述导数阈值时，检测到所述断火出现。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：基于发动机速度和发动机负载确定所述导数阈值。
25.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述调整包括在所述点火顺序中将所述气缸索引移回一个气缸。
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