CN107709956B - 检测和缓解异常燃烧特性 - Google Patents

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Abstract

包括双燃料发动机的预混合发动机可能经历包括不发火、提前点火和爆震的异常燃烧特性。一种用于检测以及缓解发动机中的异常燃烧的方法包括：感测燃烧循环期间的与燃烧室相关联的声信号的频率分量，频率分量表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一；根据声信号确定缸内压力信号；根据缸内压力信号计算爆震指数、总指示平均有效压力和燃烧始点正时中至少之一；检测异常燃烧特性是以下至少之一：(a)在总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时的不发火事件；(b)在燃烧始点正时先于点火始点正时时的提前点火事件；和(c)在爆震指数大于预定爆震值时的发动机爆震事件；以及针对所检测到的异常燃烧特性执行缓解策略。

Description

检测和缓解异常燃烧特性
技术领域
本申请涉及一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧特性的技术。
背景技术
双燃料发动机被同时供以两种燃料。通常，双燃料发动机由柴油发动机转化而来，并且能够以发动机被供以柴油的柴油模式和发动机被同时供以气体燃料和柴油的双燃料模式运行。气体燃料在本文中被定义为在标准的温度和压力下呈气态的任何燃料，该标准的温度和压力在本申请的情况下被定义为20摄氏度(℃)和1个大气压(atm)。示例性的气体燃料包括生物气、丁烷、乙烷、氢气、垃圾填埋气、甲烷、天然气和丙烷。在双燃料模式下，气体燃料是发动机从中获得其大部分动力的主要燃料，而柴油用作为引燃燃料，引燃燃料被压缩点火使得引燃燃料的燃烧将气体燃料点燃。
常规柴油发动机与双燃料发动机之间的一个区别在于，当在双燃料模式下运行时，气体燃料以与在压缩行程后期被喷射到燃烧室内的柴油燃料的压力相比相对较低的压力在进气行程期间或在压缩行程早期被引入进气***或进气口内或者被引入燃烧室内。气体燃料在燃烧室中形成预混的空气-燃料充气(charge，进气)，该预混的空气-燃料充气在被点燃时以预混火焰燃烧。双燃料发动机通常面临控制异常燃烧事件方面的挑战，异常燃烧事件是因双燃料运行的可供选择的燃烧模式与针对仅柴油运行被优化的诸如压缩比、空气流率和燃烧室几何结构之类的常规柴油发动机参数之间的固有失配导致的。在双燃料发动机中通常遇到三种类型的异常燃烧：爆震、提前点火和不发火。
当较大量的未燃烧的燃料-空气混合物在来自正常点火过程的传播火焰前锋到达之前自发地点燃时发生爆震。爆震可导致汽缸压力和温度快速地升高，并且在燃烧室内可能发生强压力振荡。如果未被迅速地控制，爆震可能在短时间段内对活塞和/或汽缸盖造成损害。爆震对于双燃料发动机而言尤其是一个问题，因为这种发动机常常保持高的压缩比以便维持用于基础柴油运行的高热效率。
当燃烧室中未燃烧的空气-燃料混合物被除正常点火源(火花塞或引燃燃料的燃烧)以外的热源点燃时发生提前点火，并且提前点火先于正常点火事件发生。热点，诸如由燃烧室的表面上的碳沉积物导致的热点，常常被认为是导致不期望的提前点火的原因。由于因热点导致的点火不受正常点火***控制，其常常导致不稳定的汽缸压力变化以及比在正常条件下更高的峰值汽缸压力。
相较于常规柴油发动机，具有预混燃烧模式的双燃料发动机本质上更容易受到爆震和提前点火的影响，因为燃料在点火事件之前相当久被引入并被混合，由此增加了爆震和提前点火的可能性，尤其是对于具有较低辛烷值的燃料。在常规的柴油发动机中，燃料喷射正时通过被称为点火延迟的因素而与点火正时相关，点火延迟是在压缩行程后期柴油已被喷射之后在燃烧室中发生压缩点火所需的时间，并且该值通常是小数目的曲柄角度。与预混发动机相比，常规柴油发动机具有显著更少的时间来进行混合以及经历爆震和提前点火。
不发火可能由引燃点火失败或与燃烧室中的混合物的空燃比有关的问题导致，如混合物太稀薄或太富油。不发火是燃料***失效的可能标志，燃料***失效应当在导致对发动机更严重的损害之前被迅速处理。在双燃料发动机中控制不发火的挑战不同于针对常规柴油发动机的情况，因为相较于发动机仅被供以柴油燃料的情况引燃燃料的量更少。
1984年10月23日授予Bonitz等人的美国专利第4,478,068号公开了一种内燃发动机爆震感测方法以及***，其将爆震信号在测量窗口上积分，然后将积分的爆震信号与参照信号进行比较以确定是否在发生爆震。参照信号是积分的爆震信号的过去值与当前的积分的爆震信号的加权平均。在这种技术中，基于燃烧历史确定在发生爆震，并且不能在单个燃烧循环期间仅基于源自该单个燃烧循环的信息确定爆震。此外，只有在来自当前发动机循环和过去发动机循环的爆震强度之间存在显著差异的情况下才能确定爆震，否则从一个循环到另一循环爆震强度的轻微增加可能会导致错误的肯定指示。当对于各发动机循环爆震强度缓慢地提升时，严重的发动机爆震可能不会被确定。
现有技术缺乏用于检测以及缓解异常燃烧特性的技术。本方法和装置提供了用于在内燃发动机中检测异常燃烧特性并执行与所检测到的异常燃烧特性相关联的缓解策略的技术。
发明内容
一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧的改进方法包括：感测燃烧循环期间的与燃烧室相关联的声信号的频率分量，所述频率分量表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一；根据所述声信号确定缸内压力信号；根据所述缸内压力信号计算爆震指数、总指示平均有效压力和燃烧始点正时中的至少一个；检测所述异常燃烧特性是以下至少之一：(a)在所述总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时检测到不发火事件；(b)在所述燃烧始点正时先于点火始点正时时检测到提前点火事件；(c)在所述爆震指数大于预定爆震值时检测到发动机爆震事件，其中，计算所述爆震指数包括使所述缸内压力信号的上升沿上的异常燃烧特性相比于下降沿上的异常燃烧特性权重更大；以及针对所检测到的异常燃烧特性执行缓解策略。
在示例性实施方案中，所述方法进一步包括选择性地给所述内燃发动机供以气体燃料。所述气体燃料可包括氢气、甲烷、天然气和丙烷以及这些燃料的组合中至少之一。当所述内燃发动机是双燃料发动机时，所述方法进一步包括引入引燃燃料以辅助点火。
当检测到不发火事件时，所述方法可进一步包括根据发动机运行状况计算所述预定平均有效压力值，所述发动机运行状况包括发动机载荷和发动机速度中至少之一。当检测到不发火事件时，所述方法可进一步包括执行燃料***检查，所述燃料***检查包括以下至少之一：确定存储容器中剩余的气体燃料的量；确定将所述气体燃料输送到所述内燃发动机的导管中的气体燃料的压力在预定最小值以上；以及通过将输入压力与输出压力进行比较而确定所述存储容器与所述内燃发动机之间的压力调节装置的健康状况。
所述点火始点正时可等于引燃喷射正时和点火延迟的总和与火花塞点火事件中之一。所述方法可进一步包括：根据缸内压力信号计算与燃烧循环相关联的热释放信号，以及根据所述热释放信号计算所述燃烧始点正时。
所述方法可进一步包括：当所述爆震指数的平均值——而不是所述爆震指数——大于所述预定爆震值时检测到所述发动机爆震事件。计算所述爆震指数可包括：确定经低通滤波的缸内压力信号；计算由所述缸内压力信号与所述经低通滤波的缸内压力信号之间的差限定的差信号；计算被限定为所述差信号的POS函数的正信号；以及将所述正信号在所述燃烧循环期间的预定义窗口上积分。所述预定义窗口可介于所述点火始点正时与主燃烧阶段终点正时之间。所述主燃烧阶段终点正时可在累积热释放率达到预定值时出现。
所述缓解策略可包括通知诊断***所述异常燃烧特性的出现。当所述内燃发动机是能够在单一燃料模式下和双燃料模式下运行的双燃料发动机时，所述方法可进一步包括：在检测到所述不发火事件、所述提前点火事件和所述发动机爆震事件中至少之一时从所述双燃料模式转变到所述单一燃料模式。在示例性实施方案中，所述燃烧室是多个燃烧室中的一个，并且到单一燃料模式的所述转变仅针对经历所述不发火事件、所述提前点火事件和所述发动机爆震事件中所述至少之一的相应燃烧室进行。当检测到提前点火和爆震中至少之一时，所述缓解策略可以为以下至少之一：推迟点火正时；增加排气再循环质量流率(mass flow rate，质量单位流量)以稀释所述燃烧室中待燃烧的气体燃料-空气混合物；以及增加进入空气质量流率以稀释所述气体燃料-空气混合物。所述点火正时可在预定的时间间隔和预定数量的发动机循环中至少之一之后回到校准正时。替代地或附加地，所述缓解策略可包括改变气体燃料相对于引燃燃料的比例。
替代的爆震缓解策略包括：当在第一多个发动机循环期间爆震级大于第一阈值时以步进的方式经所述第一多个发动机循环推迟点火正时，直至达到预设极限；以及当在第二多个发动机循环期间所述爆震级小于所述第一阈值时以步进的方式经所述第二多个发动机循环将点火正时提前，直至达到所述校准点火正时。
一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧的改进装置包括：声信号传感器，所述声信号传感器与所述内燃发动机连接以发出表示与燃烧相关联的振动信号的信号，并且对表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一的频率分量响应；电子控制器，所述电子控制器与所述声信号传感器可操作地连接，并被编程为：根据所述声信号确定缸内压力信号；根据所述缸内压力信号计算爆震指数、总指示平均有效压力和燃烧始点正时中至少之一；检测所述异常燃烧特性是以下至少之一：(a)在所述总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时检测到不发火事件；(b)在所述燃烧始点正时先于点火始点正时时检测到提前点火事件；以及(c)在所述爆震指数大于预定爆震值时检测到发动机爆震事件，其中，计算所述爆震指数包括使所述缸内压力信号的上升沿上的异常燃烧特性相比于下降沿上的异常燃烧特性权重更大；以及针对所检测到的异常燃烧特性中至少之一执行缓解策略。
附图说明
图1是根据实施方案的内燃发动机的示意图。
图2是用于检测以及缓解异常燃烧特性的方法的流程图。
图3是根据第一实施方案的缓解发动机爆震事件的方法的流程图。
图4是正常燃烧特性的缸内压力信号的曲线图。
图5是包括发动机爆震的异常燃烧特性的缸内压力信号的曲线图。
图6是经低通滤波的缸内压力信号和图5的缸内压力信号的曲线图。
图7是根据第二实施方案的缓解发动机爆震事件的方法的流程图。
具体实施方式
参照图1，作为示例示出了内燃发动机100，该内燃发动机包括用于检测异常燃烧特性并用于执行与所检测到的燃烧特性相关的缓解技术的控制***。在示例性实施方案中，发动机100是在双燃料模式下以引燃燃料和气体燃料为燃料而在单一燃料模式下以引燃燃料为燃料的双燃料发动机。发动机100包括燃烧室110，在本示例中，该燃烧室由发动机缸体120中的汽缸孔、汽缸盖130和活塞140限定。在图1中示出仅一个这样的燃烧室，然而如本领域技术人员会知晓的，发动机100通常包括两个或更多个燃烧室，并且本文公开的技术适用于具有一个或多个燃烧室的任何发动机。活塞140可在汽缸孔内往复运动，并且活塞140的往复运动经由连接杆160转化为曲柄轴150的转动，该连接杆在相对的端部处可操作地附接到活塞140和曲柄轴150。进气阀和排气阀(未示出)操作以将包括氧气的充气从进气歧管输送到燃烧室110，并且将排气副产品从燃烧室110移出到排气歧管。发动机100进一步包括燃料和空气输送***以及与内燃发动机相关联的其它标准***。在发动机100是双燃料发动机的情况下，引燃燃料可被直接引入燃烧室110内，并且气体燃料或者可被直接引入燃烧室内，或者可被引入到进气阀(未示出)的上游。
发动机100示出了安装在承载盖部180上的呈加速计传感器形式的声信号传感器170，承载盖部通过对由缸内压力的变化引起的挠曲进行阻抑而充当阻尼振荡器。声信号传感器170用于通过在燃烧期间产生的振动信号来检测燃烧室110中压力的变化，并且对与正常燃烧特性和包括不发火、提前点火和发动机爆震在内的异常燃烧特性相关联的振动信号的频率响应。与涉及提前点火和发动机爆震的异常燃烧特性相关联的振动信号包括正常的和异常的频率分量。振动信号的正常频率分量类似于在正常燃烧特性中出现的那些频率分量并且与快速燃烧(deflagration，亚音速燃烧)有关，而在本文中使用时，正常频率分量指代正常燃烧特性和异常燃烧特性二者中为正常的频率分量。振动信号的异常频率分量与爆燃(detonation)有关。由于发动机100是活塞180在每一发动机循环中导致转2转的四冲程发动机，正常频率分量包括等于发动机的以每分钟转数(rpm)为单位指定的速度的两倍的基频，并且在发动机是两冲程发动机的其它实施方案中，基频等于发动机的速度，并且使得能够确定正常缸内压力。相反，与提前点火及发动机爆震的异常燃烧特性相关联的频率包括高于正常燃烧特性的基频的基频，并且使得不能够确定正常缸内压力。常规的爆震传感器的带宽可检测与提前点火和发动机爆震的异常燃烧特性相关联的频率，但不能用来确定缸内压力。如本领域技术人员会知晓的，发动机100中的其它位置可用于安装声信号传感器170使得能够检测燃烧压力的变化，并且可由声信号传感器感测与正常燃烧和异常燃烧相关联的频率。电子控制器190经由信号线200从声信号传感器170接收表示缸内压力的基于时间的声信号。当发动机100包括多个汽缸时，所需的爆震传感器的数量取决于发动机几何结构。在通常的发动机中，由于相邻的汽缸通常相对于彼此异相地操作，一个这样的声信号传感器170以及对应的信号线200可与一对相邻的燃烧室相关联。如熟悉本领域的人员所知晓的那样，电子控制器190从发动机100中的其它传感器接收其它信号，诸如发动机速度(RPM)、曲柄位置、凸轮位置、踏板位置、进气歧管压力(IMP)、油门位置传感器、λ传感器、燃油轨压力和扭矩、以及这些信号的集合，并且输入至控制器的它们的输入由信号线210表示。曲柄位置和凸轮位置用来将由控制器190接收的基于时间的爆震传感器信号转化为基于曲柄角的信号，这一点将在下文进行更详细的说明。电子控制器190包括对经由线200和210的信号响应以检测异常燃烧特性(不发火、提前点火、爆震)以及执行根据检测到的异常燃烧特性所选定的缓解技术的模块。在本文中使用时，术语模块、算法和步骤指代专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能性的其它适合部件。在优选的实施方案中，本文中的模块、算法和步骤是电子控制器190的一部分。
现参照图2，现对根据第一实施方案的检测以及缓解内燃发动机100中的异常燃烧的方法的示例性实施方案进行说明。该方法检测诸如不发火、提前点火和发动机爆震之类的多种异常燃烧特性中的异常燃烧特性，并执行针对检测到的特定类型的异常燃烧特性选定的缓解策略。该方法由控制器190执行并且优选地在发动机100的每一燃烧循环期间实施。在步骤300中，控制器190根据来自传感器170的声信号确定缸内压力信号(PCYL)。在重构缸内压力信号(PCYL)之前，声信号可由控制器190预先处理，如滤除该声信号的不与正常燃烧特性和异常燃烧特性相关联的频率。来自传感器170的声信号通常是基于时间的声信号。当控制器190确定了缸内压力(PCYL)时，控制器可通过相应地利用曲柄角信号和/或凸轮角信号将基于时间的声信号转化为基于曲柄角的声信号。与检测异常燃烧特性的常规技术、特别是检测爆震的那些常规技术不同，本文公开的方法在检测异常燃烧特性时利用正常燃烧特性的频率分量和异常燃烧特性的频率分量二者。缸内压力信号(PCYL)被认为是被重构是因为并非直接测量汽缸中的压力，而是利用声信号来间接地确定缸内压力。在步骤310中根据缸内压力信号(PCYL)计算在该方法的其余步骤中利用的各种其它参数，包括爆震指数(IKNOCK)、总平均指示有效压力(GIMEP)和燃烧始点(SOC)正时。在另外的实施方案中可计算诸如峰值汽缸压力和热释放信号之类的其它参数。燃烧始点正时可基于缸内压力信号(PCYL)确定。在其它实施方案中，热释放信号可用于更加准确地确定燃烧始点正时。
步骤320、330和340分别检测不发火事件、提前点火事件和发动机爆震事件。虽然这些步骤被示出为按相继的次序(也被称为顺序执行)，但是它们不需要相继地执行，并且在其它实施方案中可并发地执行(也被称为并行执行)。在还一些实施方案中，步骤320、330和340可相继地但以与图2所示不同的顺序执行。
在步骤320中，控制器190确定是否发生了不发火事件，并且在不发火事件已经发生的情况下该方法进行至步骤325——在步骤325中执行用于不发火事件的缓解策略，否则该方法进行至步骤330。根据下面的公式1，不发火事件在总指示平均有效压力小于预定的最小值GIMEPMIN时发生。
GIMPE＜GIMPEMIN 公式1
步骤325中的缓解策略包括在发动机100中的诸如车载诊断(OBD)***之类的诊断***中记录不发火事件。当发动机100是双燃料发动机并且在双燃料模式下检测到不发火事件时，缓解策略可包括转变回单一燃料模式，并且如果汽缸在单一燃料模式下继续不发火，那么单一燃料模式燃料供给***可能存在问题。替代地，在转变回单一燃料模式之前，可通过以下方式增加引燃燃料相对于气体燃料的比例：增加指示的引燃燃料量以改进引燃点火，而同时减少指示的气体燃料量以根据发动机运行状况维持引入燃烧室中的总燃料的量按能量计相当。
在步骤330中，控制器190确定是否发生了提前点火事件，并且在提前点火事件已经发生的情况下该方法进行至步骤335——在步骤335中执行用于提前点火事件的缓解策略，否则该方法进行至步骤340。提前点火事件在燃烧始点正时先于正常点火事件的点火始点正时的情况下发生。也就是，汽缸中的燃烧在汽缸中的空气-燃料充气通过发动机100中采用的点火技术点燃之前发生。例如，当发动机100采用被压缩点火的诸如柴油之类的引燃燃料来点燃诸如天然气之类的主燃料时，提前点火在以曲柄角度测得的燃烧始点正时先于以曲柄角度测得的引燃燃料点火正时的情况下发生，并且这可如以下公式2所示计算。
SOC＜SOIpilot+Tdelay 公式2
点火延迟值是在引燃燃料被喷射到汽缸内之后使其由汽缸中的压力和温度环境自动点燃所需的时间量。步骤335中的缓解策略包括在发动机100的诊断***中记录提前点火事件。当发动机100是双燃料发动机并且在双燃料模式下检测到提前点火事件时，缓解策略可包括转变回单一燃料模式。替代地，在转变回单一燃料模式之前，可通过以下方式降低气体燃料相对于引燃燃料的比例：减少指示的气体燃料量以降低预混充气提前点火的可能性，而同时增加指示的引燃燃料量以根据发动机运行状况维持引入燃烧室中的总燃料的量按能量计相当。在其它实施方案中，爆震可在步骤347中通过增加排气再循环质量流率(EGR率(EGR fraction))和进入空气质量流率中至少一个而得到缓解，排气再循环质量流率和进入空气质量流率二者均用于稀释燃烧室110中的空气-燃料混合物，从而导致更慢的火焰和更低的燃烧温度。
在步骤340中，控制器190确定是否发生了发动机爆震事件，并且在发动机爆震事件已经发生的情况下，该方法进行至步骤345——在步骤345中执行用于发动机爆震事件的缓解策略，否则该方法返回到步骤300以针对下一发动机循环再次开始该方法。根据以下公式3，发动机爆震事件在爆震指数的移动平均值大于预定爆震值的情况下发生。
Mavg(Iknock)＞Iknock limit 公式3
在公式3中采用移动平均值而不是瞬时爆震指数以避免检测到和缓解作为低频事件的偶然发生的爆震，但是在其它实施方案中发动机爆震事件在爆震指数高于预定爆震值的情况下发生。替代地，发动机爆震事件在爆震指数的加权平均直方图高于预定爆震值的情况下发生，并且如熟悉本领域的人员会知晓的，可以采用考虑爆震指数的过去值的其它统计技术来确定在当前发动机循环中是否发生了发动机爆震事件。步骤345中的缓解策略包括在发动机100的诊断***中记录发动机爆震事件。当发动机100是双燃料发动机并且在双燃料模式下检测到发动机爆震事件时，缓解策略可包括转变回单一燃料模式。替代地，参照图3，当发动机100是在双燃料模式下运行的双燃料发动机时，步骤345中的缓解策略可包括在步骤346中确定是否先前尝试过缓解策略。当检测到爆震并且先前没有进行过缓解尝试时，该方法进行至步骤347，在步骤347中将爆震级Ⅰ记录在发动机100的诊断***中，并且发动机的点火正时被推迟。通过推迟点火正时，峰值汽缸温度被降低，这可降低在随后的发动机循环中再发生发动机爆震的可能性。点火正时可在预定义的时间段和预定数目的发动机循环中至少之一之后恢复到正常点火正时。在双燃料发动机中点火正时通过推迟引入引燃燃料而推迟。在其它实施方案中，爆震可在步骤347中通过增加排气再循环质量流率(EGR率)和进入空气质量流率中至少一个而得到缓解，排气再循环质量流率和进入空气质量流率二者均用于稀释燃烧室110中的空气-燃料混合物，从而导致更慢的火焰和更低的燃烧温度。替代地，可通过以下方式降低气体燃料相对于引燃燃料的比例：减少指示的气体燃料量以降低预混充气爆震的可能性，而同时增加指示的引燃燃料量以根据发动机运行状况维持引入燃烧室中的总燃料的量按能量计相当。返回到步骤346，当检测到爆震并且已经进行了缓解爆震的先前尝试(在步骤347中)时，该方法进行至步骤348，在步骤348中将爆震级Ⅱ记录在诊断***中并且发动机转变到单一燃料模式。
爆震指数IKNOCK根据以下的公式4确定，其中，t1是燃烧始点正时，t2是主燃烧阶段终点正时，LPF是对缸内压力信号进行操作的低通滤波器函数，并且POS函数根据以下的公式5限定。
Figure GDA0002134875680000111
Figure GDA0002134875680000112
在以下情况下出现缸内压力信号时出现主燃烧阶段终点正时：对于给定的燃烧循环累积热释放率达到预定值时，并且在示例性实施方案中该累积热释放率达到其总值的90％时。根据公式4确定爆震指数的技术使缸内压力信号的包络的上升沿比下降沿权重更大，可参照图4、图5和图6对这一点更详细地进行解释。图4示出了表示正常燃烧特性的缸内压力信号400。图5示出了表示异常燃烧特性的缸内压力信号410，其包括与发动机爆震相关联的异常频率分量和与正常燃烧相关联的正常频率分量。如图5中所示，缸内压力信号410的形状类似于图4中的缸内压力信号400，其上叠加有高频发动机爆震信号。图6示出了经低通滤波的信号420，该经低通滤波的信号呈将缸内压力信号410低通滤波之后的压力信号的形状。缸内压力信号410与经低通滤波的信号420之间的差值等于公式5中的项(PCYL-LPF(PCYL))，并且可以看到，该差值在信号410的上升沿上通常大于零，并且在信号410的下降沿上小于零，并且因此公式4使上升沿爆震信号比下降沿权重更大。在上升沿上发生发动机爆震比在下降沿上发生发动机爆震更加危险，因为当在上升沿上发生发动机爆震时缸内压力可能超过汽缸的额定最大压力的可能性增加。先前的确定发动机何时爆震的技术在做出确定时将发动机爆震的上升沿分量和下降沿分量二者均计算在内，并且相应地确定正在发生发动机爆震并采取缓解步骤，其中这样的步骤经常在不必要时降低发动机的功率输出并且/或者增加排放。
现参照图7，示出了爆震缓解策略345’，其是缓解策略345的替代实施方案。缓解策略345’每一发动机循环都运行，并且在多个发动机循环(在预定阈值内)内存在持续的爆震时采用对点火正时的线性的、步进式的推迟，并且当不再检测到爆震时，推迟的点火正时经多个发动机循环以线性的、步进的方式回到(也就是，提前到)校准值。步骤340’确定爆震的级别(也就是爆震级)，并且可以被实施来取代图2中示出的用于检测以及缓解异常燃烧特性的方法中的步骤340。在步骤349中将爆震级与高阈值相比较。当爆震级高于(或等于)该高阈值时，该方法进行至步骤350，在步骤350中将高的爆震级记录在诊断***中并且发动机转变到单一燃料模式。在步骤349中，当爆震级低于该高阈值时，该方法进行到步骤351，在步骤351中将爆震级与低阈值相比较。当爆震级高于该低阈值时，该方法进行到步骤352。在步骤352中，将发动机以介于该低阈值与该高阈值之间的爆震级运行的时间量与预设时间进行比较。当发动机以介于该低阈值与该高阈值之间的爆震级运行了至少预设时间量时，该方法进行到步骤350(将该事件记录在诊断***中并且发动机进入单一燃料模式)。当预设时间标准未被满足时，该方法进行到步骤353。在步骤353中，将当前的点火推迟量(相对于给定的发动机运行状况的校准点火正时)与预设极限进行比较。当当前的点火推迟量至少等于预设极限时，该方法进行到步骤300(如图2和图7中所见)。否则该方法进行到步骤354，在步骤354中，将点火正时按预设步幅推迟，在步骤354之后，该方法进行到步骤300。现返回到步骤351，当爆震级低于该低阈值时，该方法进行到步骤355。在步骤355中，将当前点火正时与校准点火正时(对于给定的发动机运行状况)进行比较。当当前点火正时相较于校准点火正时被推迟时，该方法进行到步骤356，否则该方法进行到步骤300。在步骤356中，将点火正时按预设步幅提前，在步骤356之后，该方法进行到步骤300。在示例性实施方案中，预设步幅值大体上介于0.5到1.0曲柄角度之间，并且预设极限值大体上为3.0曲柄角度。然而，预设步幅和预设极限取决于发动机平台和应用，并且在其它实施方案中，它们可以不同于本文公开的值。扭矩扰动可通过以线性的、步进的方式，以相对较小的步幅值推迟和提前点火正时来降低。
尽管已经示出并描述了本发明的特定要素、实施方案和应用，但将会理解，本发明不限于此，因为本领域技术人员可作出修改而不偏离本公开内容的范围，特别是鉴于前述教导。

Claims (23)

1.一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧的方法，所述方法包括：
感测燃烧循环期间的与燃烧室相关联的声信号的频率分量，所述频率分量表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一；
根据所述声信号确定缸内压力信号；
根据所述缸内压力信号计算爆震指数；
检测所述异常燃烧特性是在确定所述爆震指数大于预定爆震值时的发动机爆震事件，其中，计算所述爆震指数包括使所述缸内压力信号的上升沿上的异常燃烧特性相比于下降沿上的异常燃烧特性权重更大；以及
针对所检测到的异常燃烧特性执行缓解策略。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：给所述内燃发动机供以气体燃料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述气体燃料包括氢气、甲烷、天然气和丙烷以及这些燃料的组合中至少之一。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：引入引燃燃料以辅助点火。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述爆震指数包括：
确定经低通滤波的缸内压力信号；
计算由所述缸内压力信号与所述经低通滤波的缸内压力信号之间的差限定的差信号；
计算被限定为所述差信号的POS函数的正信号；以及
将所述正信号在所述燃烧循环期间的预定义窗口上积分。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预定义窗口介于点火始点正时与主燃烧阶段终点正时之间。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述主燃烧阶段终点正时在累积热释放率达到预定值时出现。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据所述缸内压力信号计算总指示平均有效压力和燃烧始点正时中至少之一；以及
检测所述异常燃烧特性是：
在所述总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时的不发火事件；和/或
在所述燃烧始点正时先于点火始点正时时的提前点火事件。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，当检测到不发火事件时，所述方法还包括执行选自以下至少之一的燃料***检查：
确定存储容器中剩余的气体燃料的量；
确定将所述气体燃料输送到所述内燃发动机的导管中的气体燃料的压力在预定最小值以上；以及
通过将输入压力与输出压力比较确定所述存储容器与所述内燃发动机之间的压力调节装置的健康状况。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：根据发动机运行状况计算所述预定平均有效压力值，所述发动机运行状况包括发动机载荷和发动机速度中至少之一。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述点火始点正时等于以下之一：引燃喷射正时和点火延迟的总和；以及，火花塞点火事件。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：根据缸内压力信号计算与燃烧循环相关联的热释放信号，以及根据所述热释放信号计算所述燃烧始点正时。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括：在所述爆震指数的平均值大于所述预定爆震值时检测到所述发动机爆震事件。
14.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述缓解策略包括通知诊断***所述异常燃烧特性的出现。
15.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述内燃发动机是能够在单一燃料模式下和双燃料模式下运行的双燃料发动机，所述方法还包括：在检测到所述发动机爆震事件时从所述双燃料模式转变到所述单一燃料模式。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述燃烧室是多个燃烧室中的一个，其中，到单一燃料模式的所述转变仅针对经历所述发动机爆震事件的相应燃烧室进行。
17.根据权利要求8所述的方法，其中，当检测到所述提前点火事件和所述发动机爆震事件中至少之一时，所述缓解策略包括以下至少之一：
推迟点火正时；
增加排气再循环质量流率以稀释所述燃烧室中待燃烧的气体燃料-空气混合物；
增加进入空气质量流率以稀释所述气体燃料-空气混合物。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述点火正时在预定的时间间隔和预定数量的发动机循环中至少之一之后回到校准点火正时。
19.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述缓解策略包括：
当在第一多个发动机循环期间爆震级大于第一阈值时以步进的方式经所述第一多个发动机循环推迟点火正时，直至达到预设极限；以及
当在第二多个发动机循环期间所述爆震级小于所述第一阈值时以步进的方式经所述第二多个发动机循环将点火正时提前，直至达到校准点火正时。
20.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述缓解策略包括改变气体燃料相对于引燃燃料的比例。
21.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述燃烧室是多个燃烧室中的一个，所述方法还包括：针对经历所述发动机爆震事件的相应燃烧室执行所述缓解策略。
22.一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧的装置，所述装置包括：
声信号传感器，所述声信号传感器与所述内燃发动机连接以发出表示与燃烧相关联的振动信号的信号，并且对表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一的频率分量响应；
电子控制器，所述电子控制器与所述声信号传感器可操作地连接，并被编程为：
根据所述声信号确定缸内压力信号；
根据所述缸内压力信号计算爆震指数；
检测所述异常燃烧特性是在所述电子控制器确定所述爆震指数大于预定爆震值时的发动机爆震事件，其中，在计算所述爆震指数时所述电子控制器使所述缸内压力信号的上升沿上的异常燃烧特性相比于下降沿上的异常燃烧特性权重更大；以及
针对所检测到的异常燃烧特性中至少之一执行缓解策略。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电子控制器还被编程为：
根据所述缸内压力信号计算总指示平均有效压力和燃烧始点正时中至少之一；以及
检测所述异常燃烧特性是：
在所述总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时的不发火事件；和/或
在所述燃烧始点正时先于点火始点正时时的提前点火事件。
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