CN107120199B - 用于降低汽缸空气燃料比不平衡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于降低汽缸空气燃料比不平衡的方法。描述了用于监测发动机的汽缸中的空气燃料不平衡的方法和***。发动机转速信号被采样并随后运行通过被设置为采样频率的陷波器。基于所得滤波后的发动机转速的第一频率组成，检测并解决汽缸不平衡。

Description

用于降低汽缸空气燃料比不平衡的方法
技术领域
本说明书总体涉及用于基于曲轴加速度信号检测并解决汽缸中空气燃料比不平衡的方法和***。
背景技术
与空气燃料比不平衡相关联的燃烧中的汽缸至汽缸变化可由于各种原因而在发动机中发生。例如，由于汽缸至汽缸的进气门沉积的变化、堵塞的排气再循环(EGR)孔口、电气问题、空气泄漏和/或偏移的燃料喷射器，汽缸至汽缸空气燃料比不平衡可发生。当空气燃料比不平衡发生在一个或多个汽缸中时，发动机性能退化。此外，发动机可能不能维持排放达标且燃料经济性可降低。
一种用于检测空气燃料比不平衡的示例方法由Javaherian在U.S.6,668,812中示出。在此，在至少一个发动机循环以当前发动机转速和负载状况从排气氧传感器收集一系列时序信号，并且该系列信号通过离散傅里叶变换转换为特定频率下的空气燃料比不平衡矢量。针对当前发动机转速和负载，该矢量随后被投射到对应于两个标称燃料不平衡模式的离散傅里叶变换的已知大小和相位的两个燃料不平衡参考矢量上。该参考矢量预先被校正并存储在发动机控制器的存储器中。基于所采样的矢量与参考矢量的偏差，检测汽缸中的空气燃料不平衡。
然而，本文发明人已经认识到此类***的潜在问题。由于存在高采样率和所需矢量变换的复杂性，使用US 6,668,812的方法检测空气燃料不平衡可以是时间、成本和计算密集的。具体地，依靠快速傅里叶变换(FFT)能够导致检测和解决空气燃料比不平衡的延迟。
发明内容
本文发明人已经认识到上述问题并识别一种方法以至少部分解决上述问题。在一个示例中，上述问题可通过一种方法解决，该方法用于通过采样与发动机点火事件同步的发动机转速、利用陷波器(notch filter)以选定频率处理所采样的发动机转速并基于标准化的所采样的信号识别发动机不平衡，来以选定频率相对于曲轴角度的变化标准化发动机转速组成(content)。以此方式，使用陷波器能够完成对所采样的发动机转速值的频域分析，从而简化汽缸不平衡的检测而不降低结果可靠性，。
作为一个示例，一系列有序的采样的发动机转速值可在发动机的发动机循环内收集，其中，所有汽缸旨在以化学计量比受控。所采样的值可随后使用离散陷波器被滤波，离散陷波器被设置为每一发动机循环一次的频率。此外，在利用陷波器处理所采样的值之前，所采样的值可关于曲轴角度中的变化而被标准化并被存储在发动机控制器的存储器中。在此，在每个点火汽缸的做功冲程期间采样发动机转速信号，且基于每个汽缸的扭矩通过基于火花正时与MBT火花的偏差进行的缩放来标准化所估计的加速度。为了检测发动机汽缸中的空气燃料不平衡的存在，在发动机点火事件内，发动机转速组成可在多个点处进行采样。可基于发动机配置和汽缸点火频率调节采样频率，且该采样频率在一个示例中为发动机点火频率的整数倍。随后使用被设置到采样频率的离散陷波器处理所采样的数据，并利用值来取消每一发动机循环频率一次以获得发动机转速的频域特征。陷波器输出从原始信号扣除。所处理的输出大小随后与阈值比较。基于相对于阈值的大小，可确定汽缸不平衡的存在。此外，不平衡度和不平衡的方向性(即，不平衡比化学计量是富还是稀)也可基于所处理的输出的大小和相位进行确定。随后可调整发动机参数以降低不平衡。例如，不平衡的汽缸的加燃料可被调节以校正不平衡。
以这种方式，可监测汽缸至汽缸的空气燃料比的变化。将离散陷波器应用于发动机转速组成的频域特征的技术效果在于可使用更快且更简单的处理方法检测空气燃料比不平衡。具体地，降低对复杂的、时间和计算集中的处理方法(如，傅里叶变换)的需要，而不降低空气燃料比不平衡检测的精度。总之，通过更高可靠性地识别汽缸的空气燃料不平衡，可降低排放并可提高发动机性能。
应当理解，提供上面的发明内容用于以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，所要求保护的主题的保护范围仅由随附的权利要求书唯一限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上面所提到的或在本公开的任何部分中的任何缺点的实施方式
附图说明
图1示出示例发动机***的示意图。
图2示出映射图，其示出在不同不平衡度下在发动机(如，图1的发动机***)中的怠速的汽缸的频率组成。
图3呈现示例流程图，其示出一种用于确定在发动机(如，图1的发动机***)中具有空气燃料不平衡的汽缸的程序。
图4呈现示例扭矩模型。
图5示出使用陷波器对发动机转速进行信号处理的示例的示意图。
图6示出陷波器的频率响应的示例映射图。
图7示出在不同的稀不平衡度下的滤波后的发动机转速信号的示例比较映射图。
图8示出标准化过程的示例。
图9示出每一点火循环的两个PIP采样的示例。
图10呈现示例流程图，其示出信号标准化过程。
具体实施方式
以下说明涉及用于识别发动机(如，图1的发动机)中的汽缸的潜在的空气燃料不平衡的***和方法。在图2中示出示例映射图，其示出在发动机怠速状况下在化学计量和不同程度的稀不平衡下使用发动机转速的离散傅里叶变换的频域特征的比较。发动机控制器可经配置以执行用于空气燃料不平衡监测的控制程序，如参考图3和5示出的，以经由离散陷波器执行发动机转速相对于曲轴加速度变化的频域特征，其中，仅连续频率的窄频带或单个频率被通过至滤波器输出。使用陷波器获得的输出可响应于所选的多个点火频率处的变化，如，每一发动机循环一次(4冲程发动机为两个发动机转数)(图6)。滤波器输出的大小相对于参考信号的大小的变化可用于检测汽缸不平衡的存在和程度(图7)。参考图8-9示出对所采样的数据的示例信号处理。总之，可使用少耗时和计算集中方法精确获悉汽缸空气燃料不平衡。
图1示出在内燃发动机10中的示例汽缸30的示意图。汽缸30在本文还可被称为燃烧室30。可由包括控制器12的控制***和从车辆驾驶员132经由输入装置130的输入来至少部分地控制发动机10。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。
发动机10的燃烧室30可包括燃烧室壁33，其中，活塞36定位在燃烧室壁中。活塞36可被耦接至曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器***(未示出)被耦接至车辆的至少一个驱动轮。另外，起动器马达可经由飞轮(未示出)被耦接至曲轴40以使发动机10能够启动运行。
燃烧室30可经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可经由排气歧管48和排气通道58排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管48能够经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。在一些示例中，进气通道中的一个或多个可包括升压装置(如，涡轮增压器或机械增压器)。例如，图1示出配置有涡轮增压器的发动机10，涡轮增压器包括布置在进气通道42和44之间的压缩机174，以及沿着排气通道48布置的排气涡轮机176。压缩机174可至少部分由排气涡轮机176经由轴180提供动力，其中，升压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他示例中，如，其中，发动机10设置有机械增压器，排气涡轮机176可被可选择地省略，其中，压缩机174可由来自马达或发动机的机械输入提供动力。
在图1的示例中，进气门52和排气门54可经由相应的凸轮致动***51和凸轮致动***53通过凸轮致动被控制。凸轮致动***51和凸轮致动***53可均包括安装在一个或多个凸轮轴(图1中未示出)上的一个或多个凸轮，并且可利用可以由控制器12操作的凸轮廓线变换***(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)***中的一个或多个来改变气门操作。进气凸轮轴和排气凸轮轴的角度位置可分别通过位置传感器55和位置传感器57确定。在替代实施例中，进气门52和/或排气门54可通过电动气门致动被控制。例如，汽缸30可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT***的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器66被示出直接耦接至燃烧室30用于与经由电子驱动器99从控制器12所接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地将燃料直接喷射到燃烧室30中。以此方式，燃料喷射器66提供燃料到燃烧室30中的所谓的直接喷射。例如，燃料喷射器可被安装在燃烧室的侧面或在燃烧室的顶部。燃料可通过燃料***(未示出)被递送至燃料喷射器66，所述燃料***包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。在一些实施例中，燃烧室30可替代地或附加地包括以一种配置被布置在进气歧管44中的燃料喷射器，所述配置提供燃料到燃烧室30上游的进气道中的所谓的进气道喷射。
在选择的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火***88能够经由火花塞91将点火火花提供到燃烧室30。虽然示出了火花点火组件，但在一些实施例中，在具有或不具有点火火花的情况下，发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可在压缩点火模式下操作。
进气歧管44被示出与具有节流板64的节气门62连通。在这个特定示例中，可通过控制器12经由提供至节气门62包括的电动马达或致动器(图1中未示出)(这种配置通常被称为电子节气门控制(ETC))的信号而改变节流板64的位置。节气门位置可由电动马达经由轴改变。节气门62可控制从进气通道42至进气歧管44和燃烧室30(以及其他发动机气缸)的气流。节流板64的位置可通过来自节气门位置传感器158的节气门位置信号TP被提供至控制器12。
排气传感器126被示出耦接至排放控制装置70上游的排气歧管48。传感器126可为用于提供排气空气燃料比的指示的任何合适的传感器，如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置70被示出沿着排气传感器126下游的排气通道58布置。装置70可为三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
排气再循环(EGR)***(未示出)可用于将期望部分的排气从排气通道58传送至进气歧管44。替代地，通过控制排气门正时和进气门正时，一部分燃烧气体可保持在燃烧室中，如，内部EGR。
控制器12在图1中被示为常规微型计算机，包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110以及常规数据总线。控制器12命令各种致动器，如，碳罐净化阀(未示出)、节流板64、燃料喷射器66等。控制器12被示出接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了上述那些信号之外，还包括：来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；耦接至加速器踏板130的位置传感器134，以感测由车辆操作者132调节的加速器位置；来自耦接至进气歧管44的压力传感器121的进气歧管压力(MAP)的测量值；来自耦接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自质量空气流量传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；来自传感器158的节气门位置的测量值；和来自EGO传感器126的空气燃料比(AFR)。在本说明书的优选方面中，可被用作发动机转速传感器的曲轴传感器118可在曲轴每转一次产生预定数量的等间隔脉冲，根据其能够确定发动机转速(RPM)。此类脉冲可传送到控制器12作为表面点火感测信号(PIP)，如上所述。曲轴传感器118还可用于测量曲轴加速度(还称为曲柄加速度)
存储介质只读存储器106能够编程有表示可由处理器106执行的指令的计算机可读数据，以用于执行在此未具体列出的各种程序。因此，控制器12接收来自图1的各种传感器的信号并且采用图1的各种致动器以基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机运行。
如上所述，图1仅示出多缸发动机的一个汽缸，以及每个汽缸具有自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。在一个示例中，发动机10可包括直列式布置的四个汽缸。在另一个示例中，发动机10可包括以V形配置布置的六个汽缸。在又一个示例中，发动机10可包括以V形配置布置的八个汽缸。替代地，在不偏离本公开范围的情况下，发动机10可包括附加的或更少的汽缸。
发动机的控制器(如，控制器12)可定期监测汽缸空气燃料比不平衡以检测汽缸至汽缸空气燃料比变化。这样，汽缸中的空气燃料比的不平衡能够不利地影响发动机性能和发动机排放。如参考图3-7在本文所述的，通过使用信号处理陷波器分析发动机转速的频率谐波，可识别空气燃料不平衡。
这样，汽缸中的空气燃料比不平衡的存在可改变瞬时发动机转速的频谱。对于平衡的和不平衡的发动机，由于加燃料的控制***，平均发动机转速可保持接近参考转速。然而，在健康发动机情况下(其中，所有汽缸都是平衡的)，存在具有非常小的振幅的低频谐波的均匀的扭矩产生，而在不健康发动机情况下(其中，一个或多个汽缸可为不平衡的)，非均匀扭矩产生导致低频谐波频谱中的突跳(jump)。通过应用陷波器以分析由单个汽缸产生的频谱，控制器可确定在发动机中具有空气燃料不平衡的汽缸。具体地，可以以采样频率应用陷波器。基于陷波滤波的频谱在大小上偏离平衡的汽缸的参考陷波滤波的频谱，控制器可确定不平衡状况存在，并采取适当的缓解措施。
现转向图2，其示出发动机汽缸的瞬时发动机转速的频谱变化。具体地，图2示出映射图200-206，其示出怠速下的发动机汽缸在不同的不平衡度下的频率组成的变化。使用离散傅里叶变换(下称DFT)分析发动机汽缸的怠速发动机转速组成。DFT将采样函数从其原始域(通常为沿线的时间或位置)转换至频域。图2示出四种不同情境下的傅里叶级数的系数。
第一映射图200示出0％不平衡下的汽缸的频率组成。换言之，映射图200示出健康汽缸。这样，在健康发动机中，其中，所有汽缸处于0％不平衡，存在均匀的扭矩产生，其转化成低频谐波形式的非常小的振幅。然而，当发动机不平衡时，存在导致频谱中的突跳的低频谐波的非均匀扭矩产生，低频谐波的大小随着汽缸不平衡增加而增加。这由映射图200-206中的圈出的区域示出，其中，映射图202示出具有10％稀不平衡的汽缸中的低频谐波，映射图204示出具有20％稀不平衡的汽缸中的低频谐波，以及映射图206示出具有30％稀不平衡的汽缸中的低频谐波。
尽管基于DFT的频率分析能够用于检测汽缸不平衡，但是对DFT处理的依靠使该分析耗时、昂贵且复杂。如本文所述，通过使用对处于对应于采样频率的频率的发动机转速组成的离散陷波滤波，低频谐波可以以更有效的成本、时间以及计算方式被识别。
图3示出用于使用离散陷波器检测发动机中的汽缸空气燃料不平衡的示例方法300。方法300将关于图1中示出的***进行描述，但是应当理解，在不偏离本公开范围的情况下，类似程序可与其他***一起使用。用于执行方法300以及本文包括的其他方法的指令可由控制器(如，图1的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机***的传感器(如，上面参考图1描述的传感器)接收的信号执行。控制器可应用发动机***的发动机致动器(如，图1的致动器)根据下述程序调节发动机操作和车辆操作。
在302处，方法300包括估计和/或测量发动机工况。所估计的示例发动机工况包括发动机转速(Ne)、发动机负载、扭矩要求、MAP、环境状况(温度、压力、湿度等)、火花正时、升压压力等。例如，控制器可从MAP传感器(如，图1的MAP传感器121)接收信号以确定现有进气歧管压力。
接着，在304处，方法包括确定是否满足激活空气燃料比不平衡监测器(下称空气燃料监测)的进入条件。在304处，可检查用于启动空气燃料监测器的各种进入条件。在一个示例中，如果背景采样率(如，基于时间的采样)和/或前景采样率(如，基于曲柄转角域的采样)高于阈值速率，则可确认进入条件。在另一个示例中，进入条件可取决于发动机工况。例如，响应于发动机温度暖于阈值温度、发动机负载低于阈值负载、发动机转速低于阈值转速等中的一个或多个，可确认进入条件。在又一个示例中，响应于发动机稳态条件可仅激活空气燃料不平衡监测器，且响应于瞬态发动机条件(如，踩加速器踏板和松加速器踏板)，可禁用该监测。在更进一步的示例中，根据预定安排(如，车辆行驶每阈值距离一次、车辆行驶每阈值持续时间一次、每驱动循环一次等)，可运行该监测器。
如果不满足进入条件，则在306处，方法包括延迟该监测器的激活。即，控制器可等待以激活空气燃料不平衡监测器，同时标称发动机操作继续。AFR不平衡程序随后中止。该程序可在稍后的时间被禁用并重新安排，如，在已经驱动特定数量英里之后、在已经过去特定时间段之后、稳态发动机状况等。
然而，如果满足进入条件，则方法300继续以激活空气燃料比不平衡监测器以估计发动机的每个汽缸中的AFR。因此，如果满足进入条件，则在308处，方法300包括在发动机点火事件内多次采样发动机转速值。具体地，可与发动机点火事件同步地采样发动机转速值。例如，每一点火事件采样一次发动机转速。替代地，可以点火频率的整数倍来采样发动机转速。在一个示例中，监测曲轴的旋转速度的曲轴传感器可发送PIP信号至控制器。基于从曲轴传感器接收的PIP信号，控制器可产生发动机转速信号，其可在发动机点火事件期间被采样。采样频率可基于发动机配置和点火频率。例如，在直列4汽缸发动机中，发动机转速可每发动机循环采样四次。
采样频率能够是具体硬件所允许的频率或正时。例如，其可为每一点火循环采样一次或每一点火循环采样两次(分别称为pip或半pip采样)。如果存在具有具体齿同步的信号的硬件，则采样能够更频繁。针对标称硬件(例如，7％稀或富的限制零件技术规格)确定陷波器输出，以及随后在排放故障硬件(接近20％稀或富)处确定陷波器输出，最后一个限定陷波器的阈值。
在310处，在进一步处理发动机转速值之前，方法包括标准化每个汽缸相对于曲轴角度变化的发动机转速值。如参考图8描述的，离散曲轴加速度(或扭矩)计算根据半pip定时器得到。控制器使用逻辑先计算曲轴速度且然后计算曲轴加速度。这样，三个时间戳(time stamped)事件需要用于4汽缸发动机中的最终曲轴加速度/扭矩计算。标准化过程随后继续，其中，已知变化适于均衡具有已知喷射器和预定不平衡水平的第一谐波的大小。在标准化过程期间，如参考图10描述的，先根据发动机转速值计算发动机扭矩变化，发动机转速值根据曲轴传感器齿正时快照(snapshot)得到。然后，基于火花提前和扭矩需求在给定发动机转速负载下标准化该值。
在312，方法300包括将陷波器以特定频率应用至采样数据。特定频率可对应于采样频率。在一个示例中，滤波包括设置陷波器为每一发动机循环一次的频率。因此，离散陷波器以一频率被应用以提取发动机转速频率组成的不同分量。随后输出被称为陷波器输出。曲轴角度域中的滤波器的传递函数可为：
Figure BDA0001219967400000091
其中，G为陷波器的离散时域传递函数，Kf为增益，zθ为延迟算子，且ω为感兴趣的频率。
Figure BDA0001219967400000092
Figure BDA0001219967400000093
fs＝12
fn＝0，1，..6
r＝0.99
对于6个汽缸的发动机，fs(采样频率)为12(考虑为每一发动机循环12次采样)。fn为感兴趣的频率。
在314处，方法包括从原始采样信号中减去陷波器输出以得到汽缸的频率组成，尤其是感兴趣的波的频率。所得信号为发动机转速信号的傅里叶级数中的第一正弦项并被限定为：
Figure BDA0001219967400000094
在316处，汽缸的频率组成与阈值进行比较，该阈值基于在没有不平衡存在时汽缸的频率组成。例如，频率组成的大小可与阈值比较。基于该比较，确定频率组成指示汽缸不平衡是否存在。具体地，汽缸不平衡使频率组成的第一分量为非零(与健康发动机的那些相比)，且对应于此品率的波分析用于故障检测(如参考图7所述的)。进一步地，基于频率组成的大小和相位，可确定不平衡的方向性。在一个示例中，如果频率组成大于阈值，则可指示不平衡状况存在。
如果未确定不平衡，则程序继续至318，其中，指示没有汽缸不平衡，如，通过维持不平衡标记清除。此外，在320处，响应于指示没有汽缸不平衡，维持发动机空气和燃料参数。
相比之下，如果确定汽缸不平衡，则在322处，指示汽缸不平衡，如通过设置诊断代码或标记。此外，在322处，可基于指示汽缸不平衡调节发动机空气燃料参数以校正不平衡。
现参考图10，描述了用于采样信号的标准化的示例方法1000。在一个示例中，方法1000可作为图3的程序的一部分被执行，如，在步骤310处，如，每一个PIP一次。
在1002处，方法包括启用空气燃料监测器。方法从1002处继续以基于火花偏离的第一方案标准化采样信号，如在1004-1010所详细叙述的，以及以基于齿轮廓线的第二方案标准化采样信号，如在1014-1026所详细叙述的。这样，同时执行两种标准化方案。
在1004处，方法包括在每一点火汽缸的做功冲程期间估计加速度。具体地，所估计的加速度基于对应于做功冲程内的采样信号的时间戳的位置(如，基于信号是在做功冲程的开始、中间还是结束时被采样)。例如，扭矩被确定为标量与所估计的加速度的乘积。每半个pip计算最终的加速度值且随后进行一次采样(随后另一半pip)，当在适当单元中拣选(binned)时，所请求的同步涉及所估计的汽缸加速度。
在1006处，方法包括通过所指示的扭矩减去任何附加负载的值来标准化所估计的加速度。在1008处，所估计的成比例的加速度通过在MBT处的火花和施加至汽缸的火花提前之间的偏离值(即，基于汽缸的火花比)被标准化。这包括施加定标器至在理想状态下接近于1的标准化后的扭矩(以化学计量且以MBT处的火花操作)。例如，针对给定汽缸，控制器可计算MBT和实际火花提前之间的Δ(delta)。对于汽缸中的燃料的非分配喷射，控制器使用预定函数查找表确定校正系数。然后控制器计算最终的标准化扭矩估计。最终的定标器规整器被预标定。在理想MBT条件下确定定标器规整器的值，使得所估计的加速度与tq_ind_led(在最佳火花下以及在λ(lambda)＝1的情况下，根据空气充气指示的扭矩)的比接近1。在1010处，存储完成的模式的属性。具体地，存储每个汽缸/每个模式的标准化的扭矩的确定值。这样，还已知，能够影响正时输入至曲轴加速度计算的两个主要因素为：(i)关于曲轴和曲轴位置传感器(CKP)位置的汽缸位置，还称为扭转变化，以及(ii)齿轮的“廓线”，如几何形状的变化等。对于这两个因素，具有实际硬件的试验数据被映射以获得在点火频率下的频率信号与理想谐波的偏离。利用试验确定的校正因数校正最终大小。那些参数可影响由陷波器限定为
Figure BDA0001219967400000112
Figure BDA0001219967400000111
的第一谐波的[M]分量的大小。
因此，在1014处，方法包括采样曲轴转速输入。在1016处，方法包括输入缓冲。缓冲可包括基于之前讨论的公式计算频率分量所需的采样数量。在一个示例中，需要三个采样：当前采样、后采样和后后采样。在1024处，方法移动以基于缓冲数据提取频率分量。
从1024和1010中的每个，方法移动至1026，在1026处进一步处理所补偿(标准化)的输入(且程序返回到图3，如步骤312处)。
现参考图4，映射图400示出示例扭矩模型概况。扭矩建模包括通过控制器K确定所指示的扭矩(tq_ind_led)。所指示的扭矩根据空气充气估计得到，所述空气充气估计假设最佳火花正时(在MBT处)和最优λ(为1或化学计量比)，其中，发动机的所有汽缸是活跃的且被加燃料。
现转向图5，其示出框图500，框图500示出通过陷波器对发动机转速信号进行信号处理。信号处理使信号的低频谐波能够被评估。频谱的第一分量(即，每一发动机循环单位时间的频率)中的突跳被用于推断汽缸扭矩不平衡。发动机转速信号502通过离散陷波器504以获得处理后的信号或陷波器输出506。通过从发动机转速信号(其是原始信号)502减去处理后的信号506，得到可表示发动机转速的第一频率组成的滤波后的分量。通过比较此第一频率组成与参考值或阈值，确定汽缸不平衡。
现转向图6，映射图600示出陷波器的频率响应的示例变化。顶部曲线(曲线602)示出频率响应的大小，而底部曲线(曲线604)表示相位。X轴示出响应于点火频率的标准化频率。滤波器通过所有未变频率，除了感兴趣的频率(第一频率)之外。
现转向图7，映射图700示出在改变不平衡度的情况下的发动机转速信号的频谱的大小的示例变化。如能够看见的，通过比较用于没有不平衡的健康发动机的曲线(实线)与用于具有增加的不平衡度的发动机的曲线(见具有虚线或点画线的曲线)，波的第一频率组成随着不平衡增加而突跳。具体地，平衡的发动机示出零第一频率组成，而不平衡的发动机示出非零第一频率组成，非零组成随着发动机不平衡(稀或富，在给定示例中示出稀)增加而增加。
现转向图8，映射图800示出下列过程，用已知喷射器和预定不平衡水平标准化或调节发动机转速信号的变化以均衡第一谐波的大小。由点火_inj_1和点火_inj_2表示汽缸点火。时间戳被示为TS_1、TS_2、TS_3。控制器可针对每个点火事件确定发动机转速，如下：
速度_1＝(TS_2-TS_1)/Δ时间；
速度_2＝(TS_3-TS_2)/Δ时间；
加速度＝(速度_1-速度_2)/Δ时间；
TQ～加速度；
之后，加速度为3个采样。Sync_ctr_0用于使加速度与点火同步。
在映射图900处，图9示出所谓的半PIP采样。在此，在上/下中断上采样信号。图9还示出响应于同步至MBT的采样的限制。在同步时的小相移情况下，加速度的大的差异导致能够影响最终扭矩估计。这强调了需要比半PIP采样更快。具体地，曲线的第一半(上升部分)示出PIP向上过渡，而曲线的第二半(下降部分)示出PIP向下过渡。两种过渡的扭矩加速度快照示出用针对点火循环的两个PIP采样遇到的问题。
以这种方式，在频谱的第一分量中的突跳的陷波滤波发动机转速信号中的低频谐波的出现能够有利地用于检测汽缸至汽缸的扭矩不平衡。随后通过使用低频谐波属性(包括其大小、振幅等)识别不平衡的大小和属性，可执行适当的缓解措施。通过依靠陷波滤波的输出，检测汽缸至汽缸的扭矩不平衡所涉及的时间和费用被减少。这样，使用陷波器允许标准化被简化，从而降低计算时间和费用。此外，能够可靠地确定空气燃料比不平衡，而不需要计算复杂性。总之，更高精确度地确定汽缸AFR的技术效果在于能够基于检测的AFR不平衡对发动机操作进行调节。因此，发动机性能可被改善且可降低排放。
在一个示例中，一种方法包括：采样与发动机点火同步的发动机转速信号；经由陷波器滤波采样的发动机转速信号；以及基于所述陷波器相对于阈值的输出，指示汽缸空气燃料不平衡。在前述示例中，附加地或可选择地，所述滤波包括将所述陷波器设置为每一发动机循环一次的频率。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，所述指示包括基于所述陷波器的输出相对于所述阈值的偏差大小，指示所述不平衡的大小。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，指示汽缸空气燃料不平衡包括指示所述汽缸的空气燃料比与预定空气燃料比的偏差，所述预定空气燃料比包括化学计量比。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，该方法进一步包括，在所述滤波之前，排除所述曲轴的发动机转速信号变化，所排除的发动机转速信号不用于指示所述汽缸空气燃料不平衡。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，该方法进一步包括，响应于汽缸空气燃料不平衡的所述指示，调节一个或多个发动机操作参数。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，采样所述发动机转速信号包括采样耦接至曲轴的曲轴传感器的输出，所述方法还包括基于所述曲轴的获悉的齿轮廓线校正所采样的发动机转速信号。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，所述曲轴的所述齿轮廓线在初始发动机操作期间获悉一次，并随后在后续发动机操作期间被维持。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，所述陷波器具有无限的脉冲响应，并且其中，所述陷波器的频率基于所述采样的频率。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，采样发动机转速信号包括，针对给定发动机汽缸，在所述汽缸的做功冲程期间采样所述发动机转速信号，所述方法还包括在所述滤波之前，针对所述给定发动机汽缸基于所述做功冲程内的所述采样的时间来标准化所采样的发动机转速信号。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，所述标准化包括基于在所述做功冲程内的采样时火花正时与MBT火花的偏差来降低所述给定发动机汽缸的扭矩。
用于发动机的另一种示例方法包括：在点火汽缸的做功冲程期间采样曲轴加速度；基于所述做功冲程内的采样时间来标准化所采样的加速度；经由带阻滤波器滤波所标准化的采样的加速度；以及当所述滤波器处的噪声较低时，基于所述带阻滤波器相对于阈值的输出，指示汽缸空气燃料不平衡。在前述示例中，附加地或可选择地，该方法进一步包括，当所述滤波器处的噪声较高时，基于排气空气燃料比传感器指示汽缸空气燃料不平衡，同时忽略所述带阻滤波器的所述输出。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，该方法进一步包括，基于所指示的汽缸空气燃料不平衡，调节发动机操作参数。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，该方法进一步包括，基于所述标准化设置所述带阻滤波器的参数，其中，所述带阻滤波器包括陷波器，其中，所述参数包括所述带阻滤波器的带宽和带频率。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，所述设置包括随着所述标准化的程度增加而加宽所述带阻滤波器的带。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，所述标准化包括：基于对应于所获悉的曲轴齿轮廓线的几何变动校正所采样的加速度；以及基于在所述采样时的火花正时与MBT火花的偏差来降低所述给定发动机汽缸的扭矩。
另一种示例发动机***，包括：包括多个汽缸的发动机；燃料喷射器，其用于将燃料递送至所述多个汽缸中的至少一个；耦接至所述发动机的进气通道的进气节气门；耦接至曲轴齿轮的曲轴传感器；和控制器。控制器可配置有存储在非暂态存储器上的计算机可读指令，所述指令用于：采样与汽缸点火事件同步的所述曲轴传感器的输出；基于所获悉的齿轮廓线校正所采样的输出；基于采样正时相对于所述汽缸点火事件的做功冲程来标准化所校正的采样的输出；经由陷波器滤波所校正的输出，所述陷波器的参数基于所述采样的频率；基于所述滤波估计汽缸空气燃料不平衡；以及基于所估计的汽缸空气燃料不平衡调节所述进气节气门和所述燃料喷射器中的一个或多个。在前述示例中，附加地或可选择地，所述标准化包括：基于对应于所校正的所述采样的输出的发动机加速度来估计发动机扭矩；在采样时估计火花正时；以及随着采样时的所述火花正时与MBT火花偏离，降低估计的发动机扭矩，所述偏离基于相对于所述做功冲程的采样时间，在采样时间在所述做功冲程开始或结束时，所述偏离较大，在采样时间在所述做功冲程中间时，所述偏离较小。在前述示例中的任何或所有中，附加地或可选择地，所述控制器包括进一步指令，以基于所述标准化适应性地调节所述陷波器的带宽，当所述偏离较大时所述带宽被加宽。
需注意，包括在本文中的示例性控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆***配置一起使用。本文所公开的控制方法和程序可被存储为在非暂态存储器中的可执行指令，并且可通过控制***实施，所述控制***包括与各种传感器、致动器和其它发动机硬件结合的控制器。本文所公开的具体程序可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所述各种动作、操作和/或功能可以以所述顺序、平行执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序并非实现本文所述示例性实施例的特征和优势所必需，而是为了便于示例和说明而提供。可根据采取的具体策略，重复所述动作、操作和/或功能中的一个或多个。另外，所述动作、操作和/或功能可图形地表示待编程到在发动机控制***中的计算机可读存储介质的非暂态存储器中的代码，其中所述动作可通过执行在包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件的***中的指令来实施。
应当理解，本文所公开的配置和程序本质上是示例的，并且这些具体实施例并不被认为是限制意义，因为各种变型都是可能的。例如，上述技术能够被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种***和配置以及其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
以下权利要求书特别指出被认为新颖的和非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件及其等同物。这样的权利要求应被理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求或在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。此类权利要求无论与原始权利要求的保护范围相比是更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本文公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，包括：
采样与发动机点火同步的发动机转速信号；
经由陷波器滤波采样的发动机转速信号；以及
基于所述陷波器相对于阈值的输出，指示汽缸空气燃料不平衡。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述滤波包括将所述陷波器设置为每一发动机循环一次的频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指示包括基于所述陷波器的输出相对于所述阈值的偏差大小，指示所述不平衡的大小。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，指示汽缸空气燃料不平衡包括指示所述汽缸的空气燃料比与预定空气燃料比的偏差，所述预定空气燃料比包括化学计量比。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在所述滤波之前，排除曲轴的发动机转速信号变化，所述排除的发动机转速信号不用于指示所述汽缸空气燃料不平衡。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，响应于汽缸空气燃料不平衡的所述指示，调节一个或多个发动机操作参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，采样所述发动机转速信号包括采样耦接至曲轴的曲轴传感器的输出，所述方法还包括基于所述曲轴的获悉的齿轮廓线校正采样的发动机转速信号，其中，校正的所述采样的发动机转速随后经由所述陷波器滤波。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述曲轴的所述齿轮廓线在初始发动机操作期间获悉一次，并随后在后续发动机操作期间被维持。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述陷波器具有无限的脉冲响应，并且其中，所述陷波器的陷波频率基于所述采样的频率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，采样发动机转速信号包括，针对给定发动机汽缸，在所述汽缸的做功冲程期间采样所述发动机转速信号，所述方法还包括在所述滤波之前，针对所述给定发动机汽缸基于所述做功冲程内的所述采样的时间标准化所述采样的发动机转速信号，其中，标准化的发动机转速随后经由所述陷波器滤波。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述标准化包括，基于在所述做功冲程内的采样时火花正时与MBT火花的偏差，降低所述给定发动机汽缸的扭矩。
12.一种用于发动机的方法，包括：
在点火汽缸的做功冲程期间采样曲轴加速度；
基于所述做功冲程内的采样时间，标准化采样的加速度；
经由带阻滤波器滤波所述标准化的采样的加速度；以及
当所述滤波器处的噪声较低时，基于所述带阻滤波器相对于阈值的输出，指示汽缸空气燃料不平衡。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括，当所述滤波器处的噪声较高时，基于排气空气燃料比传感器，指示汽缸空气燃料不平衡，同时忽略所述带阻滤波器的所述输出。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括，基于指示的所述汽缸空气燃料不平衡，调节发动机操作参数。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括，基于所述标准化，设置所述带阻滤波器的参数，其中，所述带阻滤波器包括陷波器，其中，所述参数包括所述带阻滤波器的带宽和带频率。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述设置包括随着所述标准化的程度增加而加宽所述带阻滤波器的带。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述标准化包括：
基于对应于获悉的曲轴齿轮廓线的几何变动校正所述采样的加速度；以及
基于在所述采样时火花正时与MBT火花的偏差，降低所述点火汽缸的扭矩。
18.一种发动机***，包括：
包括多个汽缸的发动机；
燃料喷射器，其用于将燃料递送至所述多个汽缸中的至少一个汽缸；
耦接至所述发动机的进气通道的进气节气门；
耦接至曲轴齿轮的曲轴传感器；和
具有存储在非暂态存储器上的计算机可读指令的控制器，所述指令用于：
采样与汽缸点火事件同步的所述曲轴传感器的输出；
基于获悉的齿轮廓线，校正所述采样的输出；
基于所述采样相对于所述汽缸点火事件的做功冲程的正时，标准化所述校正的采样的输出；
经由陷波器滤波所述校正的输出，所述陷波器的参数基于所述采样的频率；
基于所述滤波，估计汽缸空气燃料不平衡；以及
基于估计的汽缸空气燃料不平衡，调节所述进气节气门和所述燃料喷射器中的一个或多个。
19.根据权利要求18所述的***，其中，所述标准化包括：
基于对应于所述校正的采样的输出的发动机加速度，估计发动机扭矩；
在采样时估计火花正时；以及
随着采样时的所述火花正时与MBT火花偏离，降低所述估计的发动机扭矩，所述偏离基于相对于所述做功冲程的采样时间，在采样时间在所述做功冲程开始或结束时所述偏离较大，在采样时间在所述做功冲程中间时所述偏离较小。
20.根据权利要求19所述的***，其中，所述控制器包括进一步指令，以用于基于所述标准化适应性地调节所述陷波器的带宽，当所述偏离较大时所述带宽被加宽。
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