CN110651119A - 用于内燃机的燃烧室中的燃烧控制的方法和*** - Google Patents

用于内燃机的燃烧室中的燃烧控制的方法和*** Download PDF

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Abstract

一种用于通过获取与在燃烧室中发出的电离电流有关的电信号来进行内燃机的燃烧室中的点火控制的方法，该方法包括检测所述电信号的基本上阶梯状的趋势的步骤以及抑制燃烧室中的点火提前和/或燃料喷射限制曲线的校正动作的随后步骤。

Description

用于内燃机的燃烧室中的燃烧控制的方法和***
优先权要求
本申请要求于2017年5月23日提交的意大利专利申请第102017000055908号的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
本发明的技术领域
本发明涉及内燃机的燃烧室内部的电离电流的测量的领域，特别地，本发明涉及估计和控制内燃机的至少一个气缸内部的爆燃的方法和相关装置。
现有技术
内燃机的气缸中的空气燃料混合物的爆燃引起振动，并且在所述振动高的情况下可能损坏引擎。
引起这些有害振动的这种自然点火状况通常被称为“爆震”。
可以借助于压电传感器以及通过电离电流的测量两者来检测这些振动。
基于振动的检测，通常执行用于火花提前的校正的过程以减少所述危险的振动。
对内燃机的燃烧室内部的电离电流的测量是已知的。示例是DE19912376。
对电离电流的分析可以给出在燃烧室中发生的燃烧的指示。
当空气中所含的湿气很大时，尤其在涡轮增压引擎中，可能出现湿气被吸取。
基于电离电流的一些分析方法可能错误地对存在的湿气进行提前点火，从而错误地校正火花提前，这导致排气阀和废气后处理装置(ATS)的过热。
发明内容
本发明的目的是指出一种识别燃烧室中存在湿气的方法。
本发明所基于的构思是：识别内燃机的气缸中存在湿气并且抑制对内燃机中的点火控制和/或燃料喷射的校正。
根据本发明，通过识别在燃烧室中发出的电离电流的步进波形来检测湿气的存在。一般而言，该趋势在火花的触发之后直到后续事件的时间段内形成，该后续事件通常与电路***的激活一致，该电路***之后立即确定新火花的触发。
本发明的主题是一种用于通过获取与在所述燃烧室中确定的电离电流有关的电信号来进行内燃机的燃烧室中的燃烧控制的方法。
所述方法包括以下步骤：当在所述燃烧室中检测到存在湿气时，抑制对火花提前和/或燃料喷射执行的任何校正动作。
本发明的另一主题是一种用于通过获取与在所述燃烧室中发出的电离电流有关的电信号来进行内燃机的燃烧室中的点火控制的***。
权利要求描述了本发明的优选实施方式，因此形成了说明书的必不可少的部分。
附图说明
在参照仅示出非限制性示例的附图来仔细阅读本发明的实施方式(和相关变型)的以下详细描述之后，将最佳地理解本发明的其他目的和优点，在附图中：
图1示意性地示出了连接至电路的火花塞，该电路使得能够获取电离电流的信号；
图2示出了包括在正常操作条件下操作的气缸中检测到的电离电流的信号的时序图；
图3示出了在存在湿气的情况下电离电流的趋势；
图4示出了表示根据本发明的方法的示例的流程图；
图5示意性地示出了根据本发明的火花点火式内燃机。
在附图中，相同的数字和相同的附图标记表示相同的元件或部件。
为了本发明的目的，术语“第二”部件并不意味着存在“第一”部件。事实上，仅为了更清楚而使用这些术语，并且不应该以限制性的方式来解释这些术语。
具体实施方式
图1示出了火花塞6，该火花塞6除了产生获得气缸内部的空气/燃料混合物的燃烧所需的火花外，还发出电离电流，这对于执行根据本发明的方法是必不可少的。
线圈5示意性地表示在火花塞6中生成火花所需的电路***。通常存在与在燃烧室中发出的电离电流有关的信号极化电路7和信号获取电路8。
然而，针对本发明的目的，所使用的电路***的类型是不相关的。
重要的是获取信号的能力，该信号表示在图5中所示的燃烧室4中形成的电离电流。
图5示意性地示出了火花点火式内燃机E。
该火花点火式内燃机E包括耦接至气缸和相关曲柄机构的活塞，这使得活塞能够在气缸中轴向滑动，从而识别前述燃烧室。
至少一个进气阀3使得能够吸入新鲜空气，并且至少一个排气阀5允许废气的排出。
阀3和阀5以及喷射器1和火花塞6与引擎的盖相关联。
喷射器1可以被放置在其他地方，例如被放置在预燃室中或被放置在内燃机的进气歧管上。
块10优选地包括线圈5和获取电路8。
块10可操作地连接至处理单元ECU，该处理单元ECU控制向燃烧室中喷射燃料。
图2示出了三个电信号即周期性信号的时序图。
从顶部起的第一信号具有一系列阶梯并且表示与传感器有关的电信号，该传感器检测在应用该方法的内燃机的盖中布置的凸轮轴的角位置。该传感器是可变磁阻传感器(VRL)或霍尔传感器，并且通常被称为“相位传感器”。
电信号与来自“转速传感器”的信息一起使用，该“转速传感器”与相位传感器类似并与音轮RF相关联，该音轮RF具有“60-2齿”并且被安装在驱动轴上。相位传感器在引擎的第一起动阶段中被使用，以执行引擎的正确同步并识别气缸在哪里执行第一燃料喷射。始终使用该相位传感器，但是由于相对信号非常密集，因此为了更清楚，在图2中未示出该相对信号；然而，明显的是，转速传感器的信号与相位传感器的信号相关。
来自转速传感器的信息与由引擎控制***处理的其他信息一起被ECU(引擎控制单元)用来调节燃烧室中的燃料喷射时间以及点火时间，即，由前述的电路***5控制火花塞。
呈一系列线性斜坡的形状的第二信号表示电路***5的充电信号，该电路***5用于控制内燃机的火花点火的产生。
也是周期性的第三信号表示如下时序图，该时序图与先前的信号同步并且与由于高压和高温而在气缸的燃烧室中形成的电离电流有关。与电离电流有关的该信号随着气缸的操作条件的变化而变化。具体地，在图2中，它识别正常燃烧，即，相关气缸的“常规”燃烧。
所述第三信号的每个周期包括不同的事件：
-(I)与电路***5的第二激活信号的相应线性斜坡的开始对应的第一脉冲(尖峰)；
-(II)产生彼此非常接近的两个或更多个脉冲的火花的触发；
-(III)表征燃烧的类型的事件。第三事件一般被称为“热相”，原因是第三事件不取决于点火电路***，它仅取决于燃烧室内部的燃烧条件。
所有事件I至III显然都开始于第三信号的基本电平(零)。
事件I和事件II与控制引擎的点火的电路***5的充电控制直接相关。
图3示出了与图2相同的信号的时序图，然而，在图3中，点火在气缸的燃烧室中存在湿气的情况下发生。
第二事件II显然具有一个或——至多——彼此非常靠近的两个脉冲，而第三事件——热相——在时间上非常接近第二事件，第三事件具有基本上阶梯状的趋势。
根据本发明，当检测到第三事件具有阶梯状的趋势时，确认存在湿气。当出现这种情况时，抑制对火花提前和/或喷射提前的任何校正，并且优选地，立即地或在相同条件重复时，取消先前进行的任何校正。换句话说，恢复引擎的标称操作参数。
触发火花的时刻是已知的，原因是它通常由引擎ECU的控制单元基于图2中所示的第一信号和/或基于所述音轮来控制；因此，可以将第三信号的分析限于第二事件II与下一周期的第一事件I之间的时间窗。
根据本发明的优选实施方式，当所述信号被保持至少预定时间段时，即当它连续地保持高于预定值时，例如至少等于在第一事件或在第二事件中测量的信号本身的峰值或与第三事件本身有关的信号的最高峰值的预定部分0.8至0.9时，确认与第三事件有关的所述阶梯状的趋势。
换句话说，如果信号保持至少高于所述预定部分例如与上升沿有关的峰值的0.8至0.9，则确认上升沿并确认阶梯状的趋势。
为了使这成为阶梯而非简单地成为尖峰，信号需要至少在预定时间段内保持高于所述预定部分。
根据本发明的优选变型，可以执行信号的热相的常规采样，并且可以例如通过对具有超过所述预定阈值的值的样本的数目进行计数来测量由所述阶梯状的趋势对向的所述时间段。
可以在第二事件II之后直到后续的第一事件I的时间段内对信号进行加窗并且可以执行前述步骤，或者可以通过使用直接确认阶梯状的趋势和信号在标度的最大值处的持续时间的算法来防止对同一信号进行加窗。
通过这样做，从检测中自动地排除第一事件和第二事件。
具体地，该算法可以监测表示电离电流的整个信号并确认信号的上升波边沿和下降波边沿，因此无需执行加窗。
例如，可以测量信号超过预定幅度阈值的时间段；当所述时间段超过时间阈值或信号本身的周期的一部分时，则这间接地意味着信号呈阶梯形状。
下面参照图4描述的实现示例可以在具有加窗或没有加窗的情况下被使用：为了实现该示例，必需使用少许存储器记录，依次执行以下步骤：
-步骤1：获取第一样本，
-步骤2：验证第一样本是否大于基本(零)值，在这种情况下，第一样本被考虑(是)，否则它被丢弃(否)，并且该过程再次从起始处开始，
-步骤3：如果样本被考虑(是)，则它被存储在第一存储寄存器和第二存储寄存器中，
-步骤4：获取另一样本，以及
-步骤5：验证另一样本是否大于基本(零)值，在这种情况下，另一样本被考虑(是)，否则它被丢弃(否)，该过程返回至步骤1，
-步骤6：如果另一样本被考虑，则它被存储在所述第二寄存器中，以及
-步骤7：验证另一样本是否大于第一寄存器中包含的值，或者验证另一样本是否小于第一寄存器的值但是高于第一寄存器中包含的值的所述预定部分，然后
-步骤8：如果另一样本大于第一寄存器中包含的值(B>A)，则它被存储在第一寄存器中并且该过程返回至步骤4，否则
-步骤9：如果另一样本小于第一寄存器的值但是高于第一寄存器中包含的值的所述预定部分，则使计数器加1，然后
-步骤10：验证计数器是否超过预定阈值，
-步骤11：如果计数器超过预定阈值(是)，则启用标记并返回至步骤4，否则直接返回至步骤4；
-步骤12：相反，如果所述另一样本具有小于第一寄存器中包含的值的所述部分的值，则复位所述计数器，禁用标记并返回至步骤1。
因为根据预定的采样时间间隔在离散时间处执行上述步骤，因此被用于计数器的阈值等于时间阈值。在图4中，f*A表示第一寄存器中包含的值乘以小于一的系数f以获得前述部分。该系数可以是例如0.8至0.9。
当启用标记时，这意味着存在识别湿气存在的阶梯状波形，因此，抑制对相关气缸的火花提前的任何校正，并且优选地，也抑制对气缸本身的供给的任何校正。
信号保持高于前述幅度阈值的最小时间段，即前述时间阈值，优选地至少等于在正常条件下即在不存在湿气的情况下将第一事件与第二事件分开的时间段。
以这种方式，即使选择了高的放大增益，也可以省去对由第一事件和第二事件后续呈现的阶梯状形式的分析。
取决于采用的采样时间，可以容易地计算要由所述计数器达到的最小时间以便检测所述阶梯状的趋势，即，以便启用标记。
优选地，为了考虑引擎的旋转，可以根据周期的一部分工作。换句话说，在信号在整个周期的55％内超过预定幅度阈值的情况下，如果热相通常占整个周期的60％，则肯定存在阶梯状的波形，因此在没有加窗的情况下，该阶梯状的波形被间接地检测到。
根据本发明的另一变型，执行前述加窗并且然后执行相当严格的低通滤波，以仅保存信号的“最连续”分量，而不是对信号进行采样。测量该分量并且将该分量与预定阈值进行比较。
在该值超过所述预定阈值的情况下，确认阶梯状的趋势。
应当指出，存在识别所述阶梯状的趋势的无数替选方式，因此，这些示例不应被认为是限制性的。
就信号的调节而言，不必具有可变增益的放大器，原因在于：优选地采用与用于检测图2中所示的“常规”趋势即不存在湿气的情况相同的增益来检测所述阶梯状的趋势。
通常，以如下方式选择该放大增益：在正常的引擎操作条件下，第三事件具有至少等于或大于最大获取幅度的1/5的峰值。
增益越大，在湿气条件下检测到阶梯的时间延长越多。因此，容易在放大增益与表示存在湿气的阶梯的幅度之间找到正确的折衷。
实际上，图2和图3是通过以同一放大增益获取与电离电流有关的电信号而获得的。
根据本文描述的示例中的任何一个示例，考虑的信号阈值可以被称为测量的峰值，或者该考虑的信号阈值可以基于获取表示电离电流的信号的电路***的放大增益被预定。因此，可以设置固定的阈值，该固定的阈值是放大增益的函数，而不是将第三事件与上升沿的一部分或与其他事件的一部分进行比较。
用于分析信号的算法优选地在适当配置的控制单元中实现，该控制单元与用于获取指示电离电流的电信号所需的电路***相关联。所述电路***的示例在DE19912376中示出。
因此，如果引擎设置有合适的电路***和/或设置有处理装置——该处理装置被配置成基于自发点火的确认来校正火花提前——则抑制所述处理装置执行所述校正。
当使用单个处理单元来检测湿气的存在和面对自发点火的发生两者时，可以采用相同的概念。在这种情况下，可以使用独立的处理(线程)，根据本发明，其中关于湿气的存在的确认的处理抑制由自发点火确认处理对火花提前和/或燃料喷射的校正。
例如，在图5中，块10包括图1的线圈和电路***，但是块10也可以包括确定在一个或多个气缸中存在湿气并检测自发点火的自主处理装置。可替选地，处理装置全部聚集在引擎控制单元ECU中。
换句话说，火花提前例如相对于先前的校正保持不变，或者任何先前的校正被取消。
火花提前的值通常在相对于凸轮轴的位置约+/-5度的预定角度间隔内是可变的，该凸轮轴的位置可以间接地从驱动轴的位置来获得，或者借助于通常与内燃机的第一气缸相关联的相位传感器来获得。
一些爆燃控制***还设想校正曲线，该曲线限制向燃烧室中喷射燃料。在这种情况下，根据本发明的优选变型，该优选变型可以与先前的变型组合，当所述阶梯状的趋势——即，在燃烧室中存在湿气——被确认时，例如相对于先前的校正，存在对限制向燃烧室中喷射燃料的所述曲线的任何校正的抑制，或者取消任何先前的校正。
如果内燃机设置有两个或更多个气缸，则优选地独立于其他气缸对每个气缸执行该控制。
实际上，对于所有气缸，进气管的几何形状并不总是对称的，因此，进气管中聚集的冷凝物或水可以从形成内燃机的气缸的子集被吸取，而不是从所有气缸被吸取。
可以借助于计算机程序来有利地实现本发明，该计算机程序包括用于当该程序在处理单元上运行时执行该方法中的一个或更多个步骤的编码装置。因此，保护范围被扩展至所述计算机程序，并且进一步被扩展至可以由计算机读取并包括记录的消息的装置，可以由处理单元读取的所述装置包括用于当程序在处理单元上运行时执行该方法中的一个或更多个步骤的程序编码装置。
可以对上述非限制性示例进行变型，不会因此而超出权利要求书中阐述的本发明的保护范围，对本领域技术人员而言，本发明的保护范围包括所有等同实施方式。
在不引入进一步的制造细节的情况下，当阅读以上的描述时，技术人员可以执行本发明的主题。
在关于现有技术的部分中包含的信息仅用于更好地理解本发明的目的，并不表示声明存在所描述的项。此外，如果没有被具体实施方式明确地排除，则在关于现有技术的部分中包含的信息应该被认为是本发明的具体实施方式的必不可少的部分。

Claims (14)

1.一种用于通过获取(i)表示在燃烧室中发出的电离电流的电信号来进行内燃机(E)的燃烧室(5)中的点火控制的方法，所述方法包括：选择(ii)与所述电离电流的热相(III)对应的所述信号的一部分的步骤，检测(iii)所述信号的基本上阶梯状的趋势的步骤，以及抑制(iv)所述燃烧室中的点火提前和/或燃料喷射限制曲线的校正动作的其他随后的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对在所述燃烧室中的火花的触发与所述火花的生成电路***(5)的后续激活之间的时间间隔进行加窗(iii)来检测所述热相(III)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括其他步骤(ii-a)，在所述加窗之后，其中，通过低通滤波器对所述信号进行滤波并将所述信号与预定阈值进行比较，如果比较的结果是经滤波的信号超过所述预定阈值，则确认(iii)所述阶梯状的趋势。
4.根据权利要求1所述的方法，包括测量(ii-b)在所述热相内的时间段的步骤，在所述时间段中，所述信号连续地高于预定强度阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过对具有大于所述强度阈值的相应值的连续样本的数目进行计数来执行对所述时间段的所述测量。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，对所述时间段的所述测量包括以下步骤：
-(步骤1)：获取第一样本，
-(步骤2)：验证该样本是否大于所述信号的基本(零)值，如果该样本大于所述信号的基本(零)值(是)，则该样本被考虑，否则该样本被丢弃(否)，并且再次从起始处开始，
-(步骤3)：如果所述样本被考虑(是)，则将所述样本存储在第一存储寄存器和第二存储寄存器中，
-(步骤4)：获取另一样本，以及
-(步骤5)：验证该另一样本是否大于所述信号的基本(零)值，如果该另一样本大于所述信号的基本(零)值(是)，则该另一样本被考虑，否则该另一样本被丢弃(否)，再次从起始处开始；
-(步骤6)：如果所述另一样本被考虑，则将所述另一样本存储在所述第二寄存器中，以及
-(步骤7)：验证所述另一样本是大于所述第一寄存器中包含的值(B>A)，还是小于所述第一寄存器的值但是高于所述第一寄存器中包含的值的预定部分(A<B<f*A)，然后
-(步骤8)：如果所述另一样本大于所述第一寄存器中包含的值(B>A)，则将所述另一样本存储在所述第一寄存器中，并且返回以进行附加值的获取(步骤4)，否则，
-(步骤9)：如果所述另一样本小于所述第一寄存器的值但是高于所述第一寄存器中包含的值的所述预定部分(A<B<f*A)，则使计数器加1，然后
-(步骤10)：验证所述计数器是否超过预定阈值，
-(步骤11)：如果所述计数器超过预定阈值(是)，则启用标记并返回至附加值的获取(步骤4)，否则(否)直接地返回至附加值的获取(步骤4)；
-(步骤12)：相反地，如果所述另一样本具有小于在所述第一寄存器中包含的值的所述部分的值(B<A)，则复位所述计数器，禁用所述标记并从起始处重新开始(步骤1)；
其中，当所述标记被启用时，则检测到所述基本上阶梯状的趋势。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，根据所述电信号的峰值或者根据应用于所述电信号的放大增益来获得所述预定阈值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述放大增益被固定。
9.一种用于通过获取(i)表示在燃烧室(4)中发出的电离电流的电信号来进行内燃机的燃烧室中的点火控制的方法，其中，所述信号基本上是周期性的，所述方法包括测量(ii-b)时间段的步骤，在所述时间段中，所述信号连续地高于预定强度阈值，当所述时间段超过预定时间阈值或所述周期的预定部分时，则间接地检测(iii)所述信号的基本上阶梯状的趋势，并且执行其他随后的抑制步骤(iv)以抑制所述燃烧室中的点火提前和/或燃料喷射限制曲线的校正动作。
10.根据前述权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，当校正动作被抑制时，所述方法包括其他步骤：取消(v)先前执行的任何校正动作，使所述燃烧室中的所述点火提前和/或所述燃料喷射限制曲线回到相应的标称值(设定点)。
11.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序编码装置，所述程序编码装置适于：当所述程序在计算机上运行时，执行根据权利要求1至10中任一项所述的所有步骤(i至v；i，ii-b，iii至v；1至12)。
12.一种计算机可读装置，所述计算机可读装置包括记录的程序，所述计算机可读装置包括程序编码装置，所述程序编码装置适于：当所述程序在计算机上运行时，执行根据权利要求1至10中任一项所述的所有步骤(i至v；i，vi，vii，viii，iii，v；1至12)。
13.一种用于通过获取表示在燃烧室中发出的电离电流的电信号来进行内燃机的燃烧室(5)中的燃烧控制的***，包括：
-所述点火的第一控制电路***(5)，
-电信号的第二获取电路***(8)，所述电信号表示在所述燃烧室中发出的所述电离电流，
-处理装置，所述处理装置至少与所述第二电路***协作，并且所述处理装置被配置成执行根据权利要求1至9中任一项所述的所有步骤。
14.一种火花点火式内燃机(E)，所述火花点火式内燃机(E)包括根据权利要求13所述的控制***。
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