CN102893001B - 喷射控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种确定包括多个气缸的发动机***(90)中的气缸(1，2，3，4)是否准备好喷射/点火的方法，所述方法包括：监测(122)发动机***内的所述多个气缸中的每一个的缸内压力；确定(124)所述发动机***内的每一个气缸的压力有关参数；其中，在给定气缸中的压力有关参数超过第一阀值的情况下，所述方法进一步包括进行诊断测试来确定所述给定气缸是否准备好喷射/点火。

Description

喷射控制方法
技术领域
本发明涉及一种喷射控制方法。特别地，本发明涉及一种定相喷射/点火事件和确定发动机***的气缸是否准备好点火/喷射的方法。
背景技术
图1示出了典型的发动机***10的示意图，其中发动机***包括连接到曲轴11上的四个气缸(1，2，3，4)。曲轴带有其外周具有多个齿14的飞轮12。除了存在齿间隙的一个或多个区域16之外，齿围绕飞轮周边等距地隔开。在图1中仅示出一个区域16，但应理解的是，可以存在例如2个齿间隙。
曲轴传感器18，例如，可变磁阻传感器或霍尔效应传感器(用于停止/起动选择)，靠近飞轮12而示出。所述传感器用于检测曲轴齿14的运动，传感器18输出的解码信号用于提供位置信息，所述位置信息用于发动机速度测量和燃料脉冲排定。应注意，任意适宜的传感器都可以用于测量曲轴齿的运动，如，可以使用基于光学的传感器。还应注意，任意适合飞轮布置(即，齿的数量和齿的配置)都可以用于提供曲轴角度位置。
每个气缸都与一个喷射器(20，22，24，26)相连，喷射器继而与共轨(图1未示出)流体连通。
凸轮布置(包括凸轮轴28和多个凸轮30)控制空气进口32和出口阀34的打开和关闭。凸轮传感器36与凸轮轴28连接。
曲轴传感器18和凸轮传感器36输出信号到发动机控制单元38。注意，在当前的4冲程内燃发动机中，燃料喷射或点火正时通过使用这两个传感器(曲轴传感器和凸轮传感器)来控制。曲轴传感器本质上计数飞轮的齿(典型地，总共60个齿，2个齿缺失。注意飞轮具有2个缺失的齿来允许绝对曲轴角位置和气缸1的上死点位置的测量)以便返回发动机速度数据和曲轴位置，凸轮传感器布置成在每两个发动机转数产生一个信号来指示给定气缸处于其压缩冲程并因此准备好点火或喷射。
注意，曲轴传感器还可以用于计算各种发动机控制策略(如扭矩气缸平衡和喷射器燃料修正)的瞬时转速。
还应注意在某些现今的***中，凸轮传感器构造来产生每转多于一个的信号，以减少死同步时间(例如，很多现今的凸轮布置在每凸轮轴转数产生3个目标)。
图2示出了一种用于检测标准喷射正时的已知结构的示例。注意在图2中，气缸在发动机运行期间按以下顺序点火：气缸2；气缸1；气缸3；气缸4；气缸2……。
在已知的发动机***中，使用凸轮传感器装置的输出的传统定相意味着：在发动机起动期间，***被标定以使得其第一次喷射在发动机的第二气缸中(指的是第二上死点或者第二TDC)，以防止第一气缸由于低的气缸气体压力和温度而不完全点火。在图2中，这意味着ECU开始并不喷射到气缸2(在发动机本体中第一个出现)，而是“跳到”顺序上紧接着的气缸1。发动机起动的顺序因而为：气缸1，气缸3，气缸4，气缸2。这种气缸跳跃具有延迟了发动机起动的影响。
本发明的一个目的在于克服或基本消除现有技术中的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种确定包括多个气缸的发动机***中的气缸是否准备好喷射/点火的方法，所述方法包括：监测发动机***内的所述多个气缸中的每一个的缸内压力；确定所述发动机***内的每一个气缸的压力有关参数；其中，在给定气缸中的压力有关参数超过第一阀值的情况下，所述方法进一步包括进行诊断测试来确定所述给定气缸是否准备好喷射/点火。
本发明意识到，发动机***中凸轮传感器的确定点火/喷射的定相的功能可以使用缸内压力信号来替代。根据本发明第一方面的方法涉及同时地监测发动机***内的所有气缸，直到压力有关参数超过阀值。一旦一个气缸被识别出超过第一阀值，则一个或多个进一步的处理步骤(执行诊断测试)可以针对该气缸或者发动机***执行以查看喷射或点火是否应当在该气缸上排定。注意，本发明可以减少发动机起动时、与第一喷射中的未燃燃料相关的排放物，同时还可以允许在城市驾驶使用期间更清洁的停止-起动策略。因而，本发明的使用使得凸轮传感器可以从发动机***中移除。
有利地，所述压力有关参数可以是气缸内的压力相对于时间或曲轴角度的变化率。
如果发动机***包括输送燃料到多个燃料喷射器的共轨，则诊断测试可以包括压力有关的诊断测试，包括：监测共轨内的燃料压力和确定所述轨道压力是否超过轨道阀值(“共轨”检查步骤)。换句话说，所述方法可以包括确定所述压力有关参数超过所述第一阀值并进而确定所述轨道压力超过轨道阀值。
所述方法还可以通过确定所述给定气缸内的压力超过第二阀值来在给定气缸上实施热力学检查(换句话说，所述诊断测试可以包括压力有关诊断测试，包括确定所述给定气缸内的压力是否超过第二阀值)。如果所述压力超过第二阀值，则可以进行给定气缸的喷射或点火。
有利地，所述方法包括顺序地确定是否已经超过所述第一阀值，然后确定是否已经超过了所述轨道阀值，然后确定是否已经超过了所述第二阀值。注意，对于非共轨***而言，所述方法可以顺序地确定是否已经超过了所述第一阀值，然后确定是否超过了所述第二阀值。
在轨道压力没有超过轨道阀值的情况下，那么优选地，所述方法返回到确定压力有关参数超过所述第一阀值的下一个气缸。所述方法然后可以在诊断测试中重复地替代所述下一个气缸为所述第一气缸。
在所述第一气缸内的压力没有超过第二阀值的情况下，那么优选地，所述方法返回到确定压力有关参数超过所述第一阀值的下一个气缸。所述方法可以在诊断测试中重复地替代所述下一个气缸为所述第一气缸。
有利地，缸内压力传感器可以用于输出压力信号以允许缸内压力的监测。
本发明可优选地在发动机起动期间实施。
本发明可进一步包括输出通知信号，例如向发动机控制单元输出。通知信号可以包括可以被喷射/点火控制单元用于控制发动机***的数据。
根据本发明第二方面，提供了一种布置成确定包括多个气缸的发动机***中的气缸是否准备好喷射/点火的控制模块，所述模块包括：监测模块，其布置成监测发动机***内所述多个气缸中的每一个的缸内压力；处理器，其布置成确定所述发动机***中的每一个气缸的压力有关参数；其中，在给定气缸中的压力有关参数超过第一阀值的情况下，所述模块布置成进行诊断测试以确定所述给定气缸是否准备好喷射/点火。
所述处理器可有利地布置成基于所述气缸是否准备好喷射/点火而定相喷射或点火事件。
本发明扩展到包括根据本发明第二方面所述的控制模块的发动机控制单元。本发明还扩展到一种布置成执行本发明第一方面的方法的发动机控制单元。
根据本发明的第三方面，提供了一种定相发动机***中的喷射或点火事件的方法，包括：根据本发明第一方面所述的方法，确定在发动机***中的气缸是否准备好喷射/点火；基于所述气缸是否准备好喷射/点火来定相所述喷射或点火事件。
根据本发明第三方面的方法，借助于缸内气体压力传感器输出，例如可允许实现四冲程发动机的喷射/点火定相而不需要使用凸轮传感器。
本发明还扩展到一种发动机控制单元，其布置成执行本发明第三方面所述的方法。
本发明还扩展到一种计算机可读介质，其包括一种计算机程序，布置成构造一种计算机或者一种电子控制单元，以实现根据第一或第三方面所述的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种确定包括多个气缸的发动机***中的气缸是否准备好喷射/点火的方法，所述方法包括：监测发动机***内的所述多个气缸中的每一个的缸内压力；确定所述发动机***内的每一个气缸的压力有关参数；其中所述发动机***中的所有气缸的压力有关参数被同时地监测，直到所述多个气缸中的其中一个气缸的压力有关参数被识别超过第一阀值，所述方法随后包括对压力有关参数超过第一阀值的气缸执行诊断测试，以确定在该气缸中是否应当排定喷射/点火。
注意，本发明第一方面的优选特征也可以应用到本发明的其他方面中。
附图简要说明
本发明将参考相应的附图通过示例的方式进行描述，在附图中：
图1示出了典型的发动机***的示意图；
图2示出了曲轴速度传感器和凸轮传感器的典型信号输出；
图3示出了采用缸内压力传感器的发动机控制***；
图4示出了根据本发明实施例的发动机***的示意图；
图5是根据本发明实施例的确定气缸准备状况的方法的流程图；
图6示出了根据本发明实施例的发动机起动的例子。
具体实施方式
注意，在所有附图中，相同的附图标记用于标记相同的特征。
本申请人最近提出了一种新的发动机控制***和方法(参见欧洲专利申请：08168714.7)，其使用缸内压力测量值来提供压力读数，并进而用于控制发动机的运行。
图3示出了根据欧洲申请08168714.7的发动机***10的示意图，其中来自气缸压力传感器(总体表示为特征50)的缸内压力测量值被输入到(箭头52)车辆发动机控制单元38。根据所述控制***的控制方法通常以“高级别”算法框54表示，其输出为喷射控制变量56，喷射控制变量56被输送到发动机的喷射器20，22，24，26。
在高级别算法54使用传感器输出52之前，低级别算法58清空传感器数据并计算随后被高级别算法54使用的多个燃烧参数。
为了减少ECU的计算负载并使得发动机模块54能够在所有的发动机速度下足够快地计算喷射控制变量，缸内压力测量值可以有利地过采样。
因而，在低级别算法58中，过采样的传感器50的输出被滤波模块60滤波从而产生原始气缸压力阵列62。原始阵列62随后可被传送到标度和诊断模块64，所述模块执行压力测量界定和其他标度功能以输出校正压力阵列66。注意，申请人的专利申请EP1936157描述了一种压力界定方法，其可以在本文使用。
校正压力阵列66随后输送到燃烧参数计算模块68，所述模块计算下面描述的多个燃烧参数，所述参数随后可以被本发明实施例的控制方法使用。
模块68中计算的参数可以包括：指示平均有效压力(IMEP)，单位bar(注意，指示发动机扭矩＝发动机IMEP×扫气量(常数))；CA50％，累积热释放率(HRR)；峰值压力和峰值压力位置；压力相对于曲轴角度的导数Dp/Da，用于燃烧噪声计算(特别地，Dp/Da的最大值和该最大值的位置可以计算出)。
此处描述的根据控制***的控制方法，如上所述，通常以“高级别”算法框54指示。控制方法提供了一种机制，用于通过扭矩模块70确定燃料量，和通过燃烧中心位置模块72确定喷射正时。两个模块都参照一个或多个数学函数(如下所述)来预测喷射参数。为了维持各种发动机模块70，72的精确度，模块系数74将比照实际测量的发动机参数进行调整。所调整的模块系数永久地存储在ECU38的非易失性存储器中。
本发明的发明者已经实现了，在例如上述的***中，缸内压力测量值的存在提供了一种机制使得凸轮传感器可以从控制***移除，且其功能被缸内压力信号替代。本发明可以使用单个气缸测量值来获得与单目标凸轮信号相同或相似的性能，或可以使用多个气缸独立的测量值，以通过减少同步时间来改善发动机的冷起动(当仅采用一个传感器时，每个发动机循环一次压缩，压力信号用作单目标凸轮轮廓；当采用多个传感器时，在每个发动机循环中，可以存在与传感器一样多的压缩。这意味着对于具有4个压力传感器的4缸发动机而言，其等同于4目标凸轮传感器)。
图4示出了适合于本发明实施例中使用的发动机***90的示意图。相同的附图标记用于表示与图1相同的特征。可以看到此处并没有凸轮传感器。每个气缸此时附加地包含压力传感器100，102，104，106，布置成返回压力信号到ECU38。ECU(或ECU的模块或微控制器108)监测从气缸(1，2，3，4)接收到的压力信号，并确定给定气缸是否达到点火或喷射阀值。因而，图4还示出了监测模块109和处理器110(出于清楚起见，监测模块和处理器109，110仅仅示出定位在ECU38内。在本发明在模块/微控制器108内实施的情况下，那么监测模块和处理器也位于模块108内或者可选地定位在模块108内)。
一旦ECU或者模块确定气缸准备好喷射/点火，那么处理器110可以相应地布置成定相所述喷射/点火。
图4附加地示出了共轨111和轨道传感器112。所述轨道传感器112输出燃料压力信号到ECU38中以用于确定气缸喷射或点火的准备情况。
图5是表示根据本发明实施例的确定气缸喷射/点火准备情况的方法的流程图。
在步骤120，发动机被发动(发动机起动)。
在步骤122，缸内压力传感器(100，102，104，106)在时间t提供压力读数到ECU38(或处理模块/微控制器108)。
在步骤124，第一确定步骤通过ECU38(模块/微控制器108/处理器110)执行以确定发动机10内的气缸(1，2，3，4)的定相。该步骤是同步步骤(冲程识别步骤)，且替代了现有技术***中的凸轮传感器(36)所提供的功能。在步骤124中，ECU38计算气缸压力相对于时间(或曲轴角度)的变化率。本发明使用气缸压力来确定发动机同步。在当前所描述的实施例中，在发动期间，压力信号的获得是基于时间的(即，压力信号在时间间隔dt下获得)。注意，dt选择为足够大使得由于发动机***噪音影响造成的不正确检测得到避免。在其他应用和实施例中，应认识到直接使用曲轴角度(θ)代替时间(t)是可以的。
对于给定气缸n，如果dPgas/dt大于阀值(τ)，气缸n标记为准备好进行喷射/点火。换句话说，ECU38确定气缸n处于压缩冲程中。如果压力随时间(或曲轴角度)的变化率超过阀值，则ECU移到步骤126。如果阀值未达到，ECU循环返回到监测步骤122。
在步骤126中，第二确定步骤在气缸n上执行以确定轨道压力(从轨道压力传感器112接收到的)是否超出了发动机运行(所述步骤代表了液压检查)所需的最小值(Prmin)。如果Prmin阀值没达到，ECU38返回步骤124。如果阀值超过了，那么在步骤128中，ECU移到气缸n的热力学检查。
在步骤128的第三确定步骤中(热力学检查)，ECU检查以查看缸内压力(Pgas)是否超出阀值(Pgmin)。如果超出阀值，则ECU向气缸n喷射(步骤130)。如果阀值没有达到(即，如果Pgas＜Pgmin)，则不进行喷射，因为Pgas不足以燃烧燃料，且ECU返回步骤124并等待在时间＝t+dt处的压力值的下一次获取。
注意，ECU在步骤124中开始监测所有气缸。根据本发明的实施例，dPgas/dt超过预定阀值τ的第一气缸激活发动机同步过程。所述同步过程保持激活直到发动机状态从“发动”切换到“运行”(当达到怠速速度时)。
图6示出了根据本发明方法的在发动机运行中，缸内压力随时间的轨迹。可以看到，当气体情况由于气缸压力测量而有利时，通过命令在第一气缸(第一TDC现在为气缸2)中的喷射，起动时间相对于图2的例子已经减少了。
图6示出了气缸1，2，3，4的发动机rpm和压力的轨迹。可以看到一旦检测到气缸2的压缩，则喷射在该气缸中排定。
应当理解的是上面描述的实施例仅通过示例的方式给出，并非旨在限制本发明，其范围将在所附权利要求中限定。还应理解的是，所描述的实施例可以单独使用或者结合使用。

Claims (14)

1.一种确定包括多个气缸的发动机***（90）中的气缸（1，2，3，4）是否准备好喷射/点火的方法，所述方法包括：
在发动机发动时监测（122）发动机***内的所述多个气缸中的每一个的缸内压力；
在自发动机发动以来给定气缸中的任何喷射/点火之前确定（124）所述发动机***内的每一个气缸的压力有关参数；
其中，在给定气缸中的压力有关参数超过第一阀值的情况下，所述方法进一步包括进行诊断测试来确定所述给定气缸是否准备好喷射/点火。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述压力有关参数是气缸内的压力随时间或曲轴角度的变化率。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机***包括共轨（111）来提供燃料到多个燃料喷射器中，所述诊断测试包括监测所述共轨内的燃料压力和确定所述轨道压力是否超出轨道阀值。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在轨道压力超过轨道阀值的情况下，所述方法进一步包括实施进一步的诊断测试，包括确定在所述给定气缸中的压力是否超过第二阀值，如果在所述给定气缸中的压力超过第二阀值则所述给定气缸准备好点火/喷射。
5.如权利要求3所述的方法，其中，在轨道压力没有超过轨道阀值的情况下，所述方法进一步包括在超过所述第一阀值的下一个气缸上执行诊断测试。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述诊断测试包括确定所述给定气缸中的压力是否超过第二阀值，如果所述给定气缸中的压力超过所述第二阀值则所述给定气缸准备好点火/喷射。
7.如权利要求4或6所述的方法，其中，在所述给定气缸内的压力没有超过所述第二阀值的情况下，所述方法进一步包括在超过所述第一阀值的下一个气缸上执行诊断测试。
8.如权利要求1所述的方法，其中监测缸内压力包括接收来自缸内压力传感器（100，102，104，106）的压力信号。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述方法在发动机起动期间实施。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括输出通知信号。
11.一种布置成确定包括多个气缸的发动机***中的气缸是否准备好喷射/点火的控制模块（108），所述模块包括：
监测模块（109），其布置成在发动机发动时监测发动机***的所述多个气缸中的每一个的缸内压力；
处理器（110），其布置成在自发动机发动以来给定气缸中的任何喷射/点火之前确定所述发动机***中的每一个气缸的压力有关参数；
其中，在给定气缸中的压力有关参数超过第一阀值的情况下，所述模块（108）布置成进行诊断测试以确定所述给定气缸是否准备好喷射/点火。
12.如权利要求11所述的控制模块，其中所述处理器进一步布置成基于所述气缸是否准备好喷射/点火而定相点火或喷射事件。
13.一种包括如权利要求11或12所述的控制模块（108）的发动机控制单元（38）。
14.一种定相发动机***（90）中的喷射或点火事件的方法，包括：
根据权利要求1-10中任一项所述的方法，确定在发动机***中的气缸是否准备好喷射/点火；
基于所述气缸是否准备好喷射/点火定相所述喷射或点火事件。
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