CN100501143C - 内燃机、用于内燃机的发动机管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的发动机管理系统(20)，该内燃机包括在各发动机气缸(24)内的一个气缸内压力传感器(26)。来自气缸压力传感器(26)的数据一个循环一个循环地处理，并进行闭环控制，以根据前一个循环的气缸内压力数据来控制例如一个气缸的点火正时。

Description

内燃机、用于内燃机的发动机管理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于改进发动机管理的系统和方法，尤其是用于内燃机。
背景技术
已知的发动机管理系统(EMS)监测和控制发动机的运行，以便满足某些预设或设计准则。通常应当有良好的驱动性能以及较高燃料效率和较低排放。一种这样的已知系统在图1中示意表示。通过一发动机控制单元12控制一内燃机10，该发动机控制单元12接收来自一总体以14表示的传感器组的传感器信号，并向一总体以16表示的致动器组发出控制信号。发动机控制单元12还接收来自外部输入块18(后面将更详细介绍)的外部输入。
根据来自传感器块14的传感器输入和来自外部输入块18的外部输入，发动机控制单元(ECU)在规定准则内优化发动机的性能。
通常，传感器块14可以包括：质量型空气流量传感器、进气温度传感器、爆燃检测传感器、凸轮轴位置传感器、空气/燃料比(AFR)或λ传感器、以及发动机转速传感器。外部输入块18通常包括：节气门或加速器传感器、环境压力传感器和发动机冷却剂温度传感器。在火花点火发动机中，致动器块16通常包括燃油喷射器控制装置和火花塞操作控制装置。
因此，在由驾驶者控制下的节气门产生的各种载荷状态下，传感器和致动器能够有效控制进入燃烧室的燃料量，以便获得理论配比的AFR，并有效控制燃烧自身的正时。
已知的发动机管理系统有各种问题。EMS技术仍然局限于基于参数的系统。这些系统包括各种检查表，这些表提供了在一定范围的外界环境和发动机工作条件下的、基于控制参数的输出值，例如设置点、边界、控制增益和动态补偿因数。例如，在火花点火发动机中，通常需要得出在各种发动机转速和发动机负载下的点火正时的特征曲线，且对于冷起动需要还进行补偿。因此这在导致较高数据储存要求的同时，已知系统还需要大量的初始校正。该校正通常在试验台上进行，在该试验台上，在全范围内驱动发动机，并将特征曲线标入检查表中。因此，系统不能对例如在发动机制造和使用磨损之间的变化等因素进行补偿。因此，对于个别发动机，检查表可能从一开始就不准确，并将随着时间推移更加不准确。
还已知多种基于气缸压力监测的发动机管理系统。多种已知系统使用无干扰式压力传感器，因此该压力传感器的精确度有限。气缸内传感器的使用主要是在试验台上进行，而不是批量投产的发动机(productionengine)机型。各种参数由压力测量值得出。例如，已知监测用于发动机循环的指示平均有效压力(IMEP)，以便得出在气缸中的做功。这可以由基于一定范围的典型压力测量值的预定关系而导出。
还已知根据监测与完成燃烧相对应的、飞轮速度中的扰动来识别发动机气缸不点火的系统。不过，这在高发动机转速和低载荷情况下将不准确，这时的扰动与稳态发动机转速时相比较小。该问题随着气缸数的增加而加剧。
为了适应工作条件的变化，还提出在系统中引入附加传感器，例如环境条件传感器，如一个湿度传感器。不过，包括这样的传感器并不能在批量生产的车型中实现。也可选择，在已知系统中，将一个余量引入各种控制参数，以便考虑湿度变化，不过该系统也不是柔性的。
已知的发动机管理系统还包括一个爆燃检测系统，该爆燃检测系统包括在发动机组整体上的加速度计，该加速度计通过合适的(识别)特征检测燃烧变化。已知系统试图通过在检测爆燃时通过识别曲轴角的位置来分辨哪一个气缸发生爆燃。该系统也不准确，因此并只能对爆燃进行非常粗略地控制。
已知系统还在发动机的起动/暖机过程中补偿发动机的特征和控制参数的差异。在已知系统中，根据发动机冷却剂的温度来使开环正时控制额外延迟，从而当发动机尽可能快地暖机时使催化剂快速达到它的最佳状态。不过，在已知系统中，应用工程余量以保证正时不会延迟到超过燃烧稳定极限。因为这些余量是预设的，因此这必然导致减少了可以采用的延迟量。
在测量气缸压力的已知系统中，通过根据多变气体方程PVn＝常数估计压力的偏移，可以引入补偿方案，以适应传感器的漂移。不过，该系统采用了常多变指数n，或者该指数n根据发动机状态的检查表而变化。不过，该系统也有问题，因为实际上该n在各气缸和各工作循环之间都随发动机温度和废气再循环的量而变化。
解决普通发动机管理系统的各种问题的一篇已知文献是Sellnau等的“Cylinder-pressure-based Engine Control using Pressure-ratio-managementand Low-cost Non-intrusive Cylinder Pressure Sensors”，SAE Technical PaperSeries 2000-01-0932，由SAE International，400 Commonwealth Drive，Warrendale，PA15096-0001，U.S.A.可获得。在该文章中概括地介绍了一种系统，在该系统中，通过非干扰式传感器在发动机冲程中采集四至六个压力采样，这些值引入预定方程中，以便得出发动机性能的测量值。特别是，在上止点(TDC)后10°时采集在点火压力和导出的拖动压力(当还不发生燃烧时在气缸中存在的压力)之间的比例的测量值，并开始闭环控制，以便将该值控制为标称目标值。
该系统有各种问题。非常少的采样数目使得不能采用平均技术来减小噪音干扰作用和更准确地识别物理参数。
Sellnau等公开的系统也使用其它因素的测量数据，例如废气再循环、空气-燃料比平衡、不点火检测和冷起动控制，因此也有相同的问题。此外，对于不点火检测，控制基于压力比和IMEP之间的近似，这引入了附加的误差源。
Sellnau等还提出一种起动控制策略，其中，通过检测变化的压力比MPR来判断燃烧的完全性，该MPR有效反映了作为拖动压力(motoredpressure)的一部分的气缸压力增量，MPR在0(对于完全不点火)和1(对于完全燃烧)之间变化。燃烧稳定性的测量值，因此，当在暖机过程中点火正时延迟太多，从而达到点火延迟的极限时，MPR将变低。不过，MPR只由少量采样导出，从而使它易受信号噪音的影响。
该文章还公开了基于检测由爆燃引起的、具有特定频率的振动的爆燃检测。不过，需要进行额外过滤来除去由发动机运动部件引起的机械振动效果。
授予Aono的US4556030涉及一种发动机管理系统，其中，各种发动机参数的测量值由气缸压力测量值和拖动压力的导出值而导出。为了导出拖动压力，在连续循环中，尽可能多地渐增地延迟点火。因为气缸在拖动压力下工作直到发生燃烧，因此能够采集更多的拖动压力数据。不过，这产生各种问题。首先，为了采集数据，使发动机的性能受损，且该数据必须在多次循环中采集，发动机逐渐延迟，直到获得充分的数据。其次，这又需要大大减小发动机的响应时间。一旦采集了数据和导出了各个参数，它们与预设值比较，以便判断该预设值是否应当继续用于发动机，或者对它们是否应当进行调节，从而将测量值处理为在发动机状态中的系统变化的指示值。因此，预设值具有优先权，测量值仅仅是相互校验，从而减小了发动机控制时间。
在授予Matekunas的US4622939中公开了另一已知系统。根据该装置，在发动机循环过程中利用干扰式或非干扰式传感器来采集压力的四个采样测量值。在优选装置中，对多个循环的值进行平均，当使用来自单个循环的值时，采集附加校正数据并对其进行处理。特别是，获得在TDC之后10°时的已燃烧燃料比例，该估计的已燃烧燃料质量部分(值)进行过滤，并用作反馈变量，以便与目标值匹配，该目标值可以在不同工作状态下利用检查表而改变。并不调节发动机工作的短期变化(例如循环到循环的变化)，或者只通过附加处理负载调节。还有，并不能进行单个冲程的信号过滤。需要零相位偏移低通滤波来衰减信号噪音和由气缸爆燃引起的、在10°的任何干扰。此外，因为使用较少次数采样，需要进行进一步近似，且检测值包含在预定关系中，这些关系基于大量的近似和假设。在没有使用多变指数判断的情况下，因素例如压力偏移并不能利用该系统进行准确计算。因此，将更加不准确。Matekunas还公开了还是基于大量近似和预定假设的压力传感器增益补偿。因此，该计算结果也不能随工作状态的变化而变化。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于内燃机的发动机管理系统，该内燃机有至少一个气缸压力传感器和至少一个发动机致动器，该系统包括：一个数据处理器，该数据处理器设置成接收和处理来自气缸压力传感器的气缸压力数据；以及致动器控制器，该致动器控制器设置成根据该处理的数据来控制致动器，以优化发动机性能，其中，该气缸压力数据在性能优化的发动机循环中获得，该处理器处理该数据，以建立一个关于发动机循环的气缸压力变化函数，并由此导出用于致动器控制器的控制数据，其特征在于，所述处理器通过所述气缸压力数据导出偏移压力值，并将所述气缸压力变化函数与至少一个已知的最佳压力数据值或阈值进行比较，由此导出所述控制数据。在建立压力变化函数时，基于比已知系统更少的近似可以获得改进和更准确的发动机管理。优选的是，处理器处理发动机中的各气缸的气缸压力数据，并优选是对于各发动机循环进行处理，从而能有较高水平的单个气缸控制和响应性。优选的是，致动器控制器根据上一个发动机循环的处理气缸压力数据来控制一个发动机循环的致动，这样，最新的数据用于控制当前循环。
优选的是，处理器还处理曲轴角数据，且在多缸发动机中优选地对于各气缸，在各气缸的循环中的各曲轴角位置获得数据。因此，对于各压力读数获得活塞位置，从而获得气缸容积。
优选的是，系统包括用于向数据处理器提供气缸压力数据的气缸内压力传感器。因此，可获得基本不受发动机/机械噪音干扰的准确和直接的读数。
优选是，发动机致动器包括(下述中的)至少一个：
一个火花塞；
一个燃油喷射器。
优选的是，处理器通过气缸压力导出偏移压力值，该偏移压力值优选地由多变气体定律PVn＝K导出，并利用气缸压力数据和相应容积数据而获得n和K。因此，并不需要n或K的离线近似，并将获得偏移压力的准确值。
在一个优选实施例中，处理器根据建立的压力变化函数来导出压力比函数，该压力比函数包括燃烧压力和拖动压力之间的比，且该处理器根据在发动机循环的燃烧前阶段的压力传感器数据来导出各发动机循环的拖动压力，基于过滤过的压力传感器数据导出该拖动压力。发动机致动器包括一个火花塞，致动器控制器根据压力比控制变量的闭环控制来控制火花塞的点火正时，该压力比控制变量是燃料燃烧质量部分(MFB)的固定比例，例如50％ MFB。从而获得一个发动机的燃料效率模式(FEM)。在多缸发动机中，导出各发动机气缸的压力比，且致动器控制器控制各发动机气缸的致动器。
在另一优选实施例中，处理器处理压力传感器数据，以便获得指示平均有效压力(IMEP)，且在多缸发动机中，处理器获得各循环的IMEP，并识别具有最低IMEP的气缸作为最弱气缸，致动器控制器控制各气缸，以便使IMEP与最弱气缸的IMEP平衡。基于各气缸的压力比的函数来控制气缸，且气缸平衡基于闭环控制。从而获得发动机的平稳运行模式(SRM)。处理器获得总IMEP，并当总IMEP下降至低于一阈值时检测不点火，且在不点火检测时，致动器控制器重新设置至在不点火检测之前的致动器控制器状态。该处理器还导出在发动机循环之间的IMEP变化量的函数，并使该函数(值)与一阈值比较，以便判断是否存在稳定状态，且当确定为非稳定状态时，处理器不再进行IMEP平衡控制。因此，系统在瞬变状态下将从SRM转变至FEM。
在优选的起动模式实施例中，处理器导出一个发动机循环之间的IMEP的变化率的函数，并使该函数与一阈值比较，致动器控制器根据该比较控制致动器。该致动器是一个火花塞，该致动器控制器根据该比较延迟火花塞的正时。另一致动器包括一个燃油喷射器，致动器控制器根据IMEP的变化率的函数来控制燃料喷射。该致动器控制在对目标IMEP变化率的闭环控制下进行。根据发动机冷却剂温度传感器数据而进入起动模式。IMEP变化量或变化率作为前一个变化量或变化率、结合一个遗忘因子(forgetting factor)的当前IMEP值的函数而迭代导出。IMEP变化量或变化率迭代包括一个初始化序列，在该序列中遗忘因子对于各个的向一目标值的迭代连续增加。
优选的是，所述阈值基于在相同循环中对所有气缸获得的IMEP的平均值。
优选的是，处理器还处理压力传感器数据，以便检测气缸爆燃。优选的是，致动器包括一个火花塞，处理器和致动器控制器在爆燃检测时延迟火花塞正时，并增量增加随后的发动机循环的正时，直到达到点火正时阈值。优选是，当达到点火正时阈值时，致动器控制器重新设置在爆燃检测之前的致动器控制器状态。
根据本发明，还提供了一种用于内燃机的发动机管理系统，该内燃机有多个气缸，每个气缸有至少一个气缸压力传感器和至少一个发动机致动器，该系统包括一个数据处理器，该数据处理器设置成处理来自各个气缸压力传感器的气缸压力数据，其中，该处理器根据气缸压力数据建立各气缸的气缸压力变化函数，由各压力变化函数导出各气缸的性能的测量值，并平衡气缸性能。
优选是，该系统还包括一个致动器控制器，该致动器控制器布置成控制各气缸的致动器，以便平衡气缸性能，优选是，致动器控制器控制气缸点火正时。
根据本发明，还提供了一种用于内燃机的发动机管理系统，该内燃机有至少一个气缸压力传感器和至少一个发动机致动器，该系统包括一个数据处理器，该数据处理器设置成处理来自气缸压力传感器的气缸压力数据；以及一个致动器控制器，该致动器控制器设置成根据该处理的数据来控制致动器，其中，该处理器处理该气缸压力数据，以建立气缸压力变化函数，并由此导出用于致动器控制器的压力比控制变量，其特征在于，所述数据处理器通过所述气缸压力数据导出偏移压力值，并将所述气缸压力变化函数与至少一个已知的最佳压力数据值或阈值进行比较，由此导出用于致动器控制器的控制数据。
本发明还包括一种内燃机，该内燃机包括至少一个气缸压力传感器、至少一个发动机致动器和一个上述发动机管理系统。
本发明还提供了一种根据来自气缸压力传感器的气缸压力数据来管理内燃机的方法，它包括以下步骤：获得一个或多个性能优化的发动机循环的气缸压力数据；处理气缸压力数据，以建立用于发动机循环的压力变化函数；以及根据建立的压力变化函数来控制发动机致动器，以优化发动机性能，其特征在于，所述数据处理器通过所述气缸压力数据导出偏移压力值，并将所述气缸压力变化函数与至少一个已知的最佳压力数据值或阈值进行比较，由此导出用于所述发动机致动器的控制数据。
根据本发明，还提供了一种用于内燃机的发动机管理系统，该内燃机有至少一个气缸压力传感器，该系统包括：一个传感器控制器，该传感器控制器设置成在每个气缸循环获得多个气缸压力读数；一个处理器，该处理器设置成处理该读数，以建立气缸压力变化函数，其中，在每个循环获得足够的读数，以便能在压力变化函数中进行噪音过滤。
附图说明
下面将通过实例并参考附图来介绍本发明的实施例，附图中：
图1是表示现有技术的EMS的方框图；
图2是表示根据本发明的EMS的示意图；
图3是根据本发明的单缸的示意性剖视图；
图4a是相对于一个四冲程发动机的一个气缸循环的曲轴角的压力变化过程曲线图；
图4b表示了关于图4a中所示的四冲程循环的压缩冲程和膨胀冲程的附加详情；
图5是表示根据本发明用于燃料效率模式的积分反馈控制的方框图；
图6是表示做功相对于点火正时角度的变化的变化过程曲线图；
图7是表示用于气缸循环的指示平均有效压力(IMEP)的变化过程曲线图；
图8a是表示根据本发明在平稳运行模式中的发动机控制的流程图；
图8b是表示根据本发明在平稳运行模式中如何识别最弱气缸的流程图；
图9是表示用于调节用于IMEP平衡的点火正时角度的积分反馈控制的方框图；
图10是表示点火正时角度随净IMEP变化的曲线图；
图11是表示根据本发明的不点火检测的流程图；
图12是表示用于爆燃检测的积分反馈控制的方框图；
图13是表示根据本发明用于爆燃控制的点火正时角度延迟方案的曲线图；
图14a是表示在起动过程中点火正时的控制的方框图；
图14b是表示IMEP变化相对于点火正时曲轴角(CA)的变化的曲线图；
图15是表示在发动机起动过程中空气-燃料比的反馈控制的方框图；
图16是表示根据本发明的一个EMS的部件的方框图；
图17是表示在本根据发明的一个EMS中单个气缸的控制的方框图；
图18表示在六缸发动机中的选定气缸的压力循环；以及
图19是表示气缸泄漏的车载诊断的文氏图。
具体实施方式
下面对本发明实施例的说明涉及其在一个四冲程点燃式发动机中的实施。不过，应当知道，本发明可以通过对模型参数进行合适变化而同样用于其它内燃机的冲程循环和类型，包括压燃式发动机例如柴油机。本领域技术人员显然知道这些变化，下面只说明目前所考虑到的最佳模式。在整个说明中，相同的参考标号表示相同的部件。
图2结合一个六缸发动机表示了根据本发明的发动机管理系统的相关部分的示意图，在优选实施例中，该六缸发动机包括Mercedes Benz M112发动机。一个发动机控制单元总体以20表示，并控制一个总体以22表示的发动机。该发动机包括总体以24表示的六个气缸。各气缸包括一个压力传感器26，该压力传感器通过一线路28与ECU连接。此外，ECU通过控制线30对各气缸火花塞(未示出)进行电子控制。ECU 20也可以接收另外的控制和致动器输入32，如后面更详细说明的那样。该发动机管理系统通过各个完整发动机循环(即在四冲程发动机中曲轴旋转720°)监测各气缸内的压力。根据该数据，通过由控制线30改变各火花塞的正时，可以改变各气缸24的点火正时。
在图3中，示意表示了发动机的一个单个气缸24的更详细视图。气缸内压力传感器26包括一个压敏电阻燃烧压力传感器，该压力传感器具有一个由绝缘体上硅(SOI)制成的芯片，该可由瑞士Winterthur的KistlerInstrumente AG获得，包括传感器Z17619、电缆4767A2/5/10和放大器Z18150。不过，应当知道，可以使用任意合适的气缸内压力传感器。例如传感器可以为在共同待审的申请DE10034390.2中所述类型。压力传感器26在活塞40的四个冲程中重复进行读出。该读出与曲轴同步，并由曲轴42的曲轴齿42a激发，该曲轴齿42a由曲轴齿传感器44检测，该曲轴齿传感器44通过线路46向ECU 20发送合适的信号。尽管可以采用任意合适的分辨度，在优选实施例中，曲轴每旋转2°进行读出，限制因素是处理功率和曲轴角检测分辨度。对于各气缸，在720°宽的循环区间/范围中进行读出。如下面参考图18更详细地说明的那样，对于各气缸，该区间选择为从即将到达发动机上止点(TDC)的一点开始。
在工作时，系统可以采用各种状态或模式。它们包括发动机加电(power-up)、发动机起动(也就是在达到稳态条件之前)、以及在稳态条件下当发动机空转时的怠速、当使用节气门时的燃料效率模式(FEM)和平稳运行模式(SRM)。当检测到稳定状态时进入SRM，但是在过渡操纵的过程中，系统优选是转到FEM，以便使发动机的响应最大，因为FEM状态对应于在一给定燃料供给量下最大扭矩的状态。在过渡操纵时，发动机的快速响应比发动机的平稳运行更重要。如下面所述，上述获得的压力数据可以用于提高这些状态。此外，这些数据可以用于识别发动机的爆燃和不点火，这也可以认为是系统状态，尽管这些现象对于每个气缸都是局部的。
下面将通过两个可能模式(FEM和SRM)来详细介绍使用该压力数据的方式。在各个情况下，都收集充分的数据，以建立一个压力变化函数，该函数有效地符合于从数据点获得的合适值描绘出的压力曲线。因此，基于假设和预定关系或参数值的推断最少。
燃料效率模式
在燃料效率模式中，根据从前面的循环区间得出的压力传感器读数来控制各气缸的点火正时，以便使气缸产生的力矩最大。已知当气缸中50％的燃料燃烧时是获得最大扭矩的最佳曲轴角(CA)位置θ50ideal。压力传感器读数如后面所述进行处理，以形成50％燃料燃烧时的实际CA θ50ideal。该值再与使用检查表的已知最佳值进行比较，并在闭环中使气缸的点火正时提前或延迟，以使实际值更接近最佳值。检查表的内容可以以本领域技术人员公知的方式导出或校正。因此，各气缸的点火正时控制成接近最佳扭矩(MBT)的最小提前。不管发动机制造变化、使用磨损、湿度变化或燃料类型如何，气缸的单独控制都能够导致接近MBT正时。在各循环过程中采集的较大量的压力数据使得可以对信号求均值，以更好地消除噪音干扰。当然，应当知道，也可以任意其它的已燃烧燃料比例，以便获得目标曲轴(角)值，选择50％比例只是因为由该比例可获得的数据的量。
图4a和4b表示了怎样从气缸压力信号直接估计在50％的燃料燃烧时的CA位置θ50ideal。对于每个气缸，这在各个循环的压缩冲程中执行。
图4a表示了在-360°至360°之间的一个完全循环中气缸压力变化相对于曲轴角的关系。众所周知，发动机循环分成四个区，从-360°至-180°的进气(行程)、从-180°至0°(TDC)的压缩(行程)、从0°至+180°的膨胀(行程)和从+180°至360°的排气(行程)，这确定了整个一个720°的循环。理论上，对于在无限小的时间内发生的瞬时燃烧，点火的最佳点在0°TDC，但是实际点火正时可以从TDC变化-44至+5°，而θ50ideal可以根据瞬时状态从TDC变化+5°至+25°。通过估计经验值θ50ideal，可以跟踪理想CAθ50ideal和由此跟踪实际最佳点火角度。
图4b再次表示了气缸压力相对于CA的带有附加数据点的曲线图。气缸压力曲线C由过滤的压力信号Pf导出，该过滤的压力信号通过使原始数字压力信号值通过一个零相位偏移低通滤波器而获得，以衰减信号噪音。
中期和长期传感器漂移再通过多变气体定律来补偿，应用定律：
(Pf+P0)Vn＝常数     (1)
其中：P0＝偏移压力
Pf＝过滤的压力信号
V＝气缸容积
n＝多变指数
为了导出偏移压力P0，与在各点处的相应气缸容积Vj，k，l(它们可以直接从曲轴角度值导出)一起选择三个值Pfj，k，l。可以看见，当在相应容积值满足以下方程的点处选择值时，可以很好地求解该方程：
Vk＝(VjVl)1/2        (2)
下标j、k、l表示与CA位置θj、θk、θl相对应的相应数据点。可以看见，这时，方程(1)产生以下关系：
P0＝(Pfk 2-PfjPfl)/(Pfj+Pfl-2Pfk)     (3)
因此，可以获得P0，从而有效估计在各气缸的各循环中的n，并补偿n随发动机温度、排气再循环等的变化。
当已经获得偏移压力值，并因此对任意传感器漂移进行补偿时，利用调节气缸压力值来导出θ50ideal。该推导基于在燃烧压力、“拖动压力”和气缸中的已燃烧燃料比例(下文中称为“压力比控制”)之间的已知关系。拖动压力是当不发生燃烧时形成的气缸压力，并由图4b中的曲线E表示。当然，当燃料在θign处在气缸中点火时，曲线C不再表示拖动压力。因此如后面所述，θign之后的拖动压力外推为如曲线E的虚线部分所示。
在拖动状态下，气缸中的气体的性能可以模拟为在压缩冲程和排气冲程过程中的一个连续多变过程，这样，气体状态方程(1)可以重新表示为：
PcVn＝K      (4)
其中，Pc是对漂移进行过校正的气缸压力，表示为：
Pc＝P+P0     (5)
且K为多变常数。
这时，Pc直接由原始信号P获得，而不是过滤的信号Pf。如下所述，这是因为的随后处理步骤包括对多个数据点进行一个最小二乘方拟合，这在使用原始数据时将更精确，且在任何情况下都滤出来自低通滤波器的失真。
导出拖动压力曲线E的曲线C的部分A在点θIVC和值θign之间延伸，在点θIVC处通向气缸的进气阀关闭(进气阀关闭)，在一个优选实施例中，在循环之间该值θign可以变化，以允许更好地估计在较大延迟状态下的拖动压力曲线。不过也可选择，θign可以限制在最大可能点火正时提前的范围内。因此，在范围iivc<i<iign中采集数据值Pi和Vi。通过对多变气体方程的两侧取对数，对在压缩冲程中的压力采用最小二乘方曲线拟合技术，以得出常数n和K。这使得能够由各测量点i的值建立拖动压力Pm曲线的其余部分E：
Pmi＝Vi -nK     (6)
可选地，系统可以采用迭代技术来估计P0、n和K，但是优选实施例是上述曲线拟合技术，因为它能减小所需的处理时间。
导出拖动压力曲线E后，由在各气缸中的燃烧燃料比例(所谓的燃烧燃料质量部分(MFB))的估计值获得θ50real。在给定的数据点i，该比例ZMFBi表示如下：
ZMFBi＝Pfci/Pmi-1          (7)
其中，Pfc是由于漂移而校正的过滤后的气缸压力。减去1是考虑到以下关系：
Pfc/Pm>＝1
即，在正常工作条件下，由燃烧导致的过滤的压力将不会小于拖动压力。这样可以获得近似50％ MFB的数据点i50：
ZMFBi50≈Zmax/2       (8)
Zmax是ZMFB的最大值，由图4b的曲线D表示。因为数据点是离散点，在本实施例中的分辨度为2°，θ50real的值可以根据数据点和曲轴角之间的线性关系而通过直线迭代在相邻数据点之间插入。
由一个给定循环区间导出的值θ50real用于下一循环的点火正时控制，以便利用积分反馈(integral feedback)控制来接近目标值θ50ideal，如图5所示。积分控制作用使基本点火正时调节成接近θ50ideal。这可以减小θ50ideal和估计值θ50real之间的误差。所述基本点火正时由一个关于发动机转速和负载的2-D检查表来获得。通过采用积分控制作用和恰当地设计控制增益，可以实现快速追踪θ50ideal。
参考图5，更详细地说，对于各循环区间，根据气缸压力传感器数据上述算法来执行，以便块50中给出估计值θ50real。对于瞬时发动机状态，在块52中由检查表导出一个值θ50ideal，并在积分控制54中对所述值进行比较。在58中对发动机基本正时56进行调节，且在60中使气缸点火。对于该循环的压力数据进行监测，以便获得下一个值θ50real，且对于随后的各循环，重复该处理过程。
如图6所示，当点火正时角度θSPARK落在一组预定极限θ-limit、θ+limit外时，停止积分作用。所述极限表示最大和最小允许点火正时角，且实际上由2-D检查表获得。当由于发动机状态变化而使点火正时回到该极限内时，重新开始积分作用。如图6所示，根据发动机做功效率的阈值来选择所述极限值。当由于发动机状态变化而使点火正时回到该极限内时，重新开始积分作用。这可以避免所谓的积分饱和/终结(wind-up)。
通过对于各气缸的各循环的压缩冲程执行该系统，可以通过保证各气缸都工作于MBT正时附近而只基于瞬时发动机状态工作而获得燃料效率模式。此外，因为拖动压力由各循环的最佳性能数据外推得出，因此不需要为了导出拖动压力而例如通过延迟点火正时改变气缸的操作。
平稳运行模式
平稳运行模式涉及平衡由气缸在稳态状态下供给的平均扭矩。因此，再次根据检测到的气缸内压力数据来获得对于各气缸的各发动机循环的、活塞做功的测量值。识别“最弱”的气缸，并操作该气缸使其接近MBT，如上面在燃料效率模式中所述，并且再次利用闭环技术使其它气缸中的正时延迟，以便与最弱气缸所做的功匹配。
对于各发动机循环，由气体在活塞上做的功可以由发动机循环的IMEP表示，如图7所示，该图7表示了一条在一单个四冲程循环中气缸压力P关于容积V的曲线。以阴影表示的区域是与在压缩和膨胀冲程中的做功有关的总IMEP，由整个曲线包围的区域是与整个循环的做功相关的净IMEP，包括在进气和排气冲程中气体在活塞上做的功。在图4a的压力一曲轴角的曲线图中也示出了总IMEP区域。
因为采集的试样足以标绘压力/容积曲线，因此可以通过采用梯形积分法而根据经验获得IMEP，对于净IMEP：
IMEP net = 1 V s &Sigma; l = 1 m - 1 P i + P i + 1 2 ( V i + 1 - V i )      m = 720 &theta; res - - - ( 9 )
方程(9)优选是根据原始压力数据来计算，因为有效地通过积分获得IMEP，因此能够减小噪音的影响。同样，压力偏移校正与IMEP计算无关，因为它是对图7的包围PV图的区域的一个循环积分(cycle integral)，因此与绝对压力值无关。
图8a表示了在平稳运行模式中的发动机控制，其中，对气缸的IMEP进行平衡，以便实现发动机的平稳运行。平稳运行模式开始于步骤70，且在步骤72中，检查发动机的稳态状态，如下面更详细所述。当检测到稳态状态时，在步骤74中，对所有靠近MBT处的气缸的过滤的平均(移动平均数)IMEP进行比较而识别最弱的气缸，如下面参考图8b所述。具有最小平均IMEP的气缸识别为最弱的，在步骤76中，用于气缸平衡的目标IMEP是基于该气缸的IMEP。通过比较在给定MBT区间中运行的气缸的IMEP，持续更新最弱的气缸。引入一MBT区间会防止失控/逃逸(run-away)状态，在该失控状态中，气缸在随后的循环中超过目标IMEP，成为在下一循环中的最弱气缸，且所形成的目标IMEP在随后的循环中仍然被超过。通过将曲轴角范围限制在可以点火的范围内(并因此限定了MBT区间)，可以避免该状态。
当发生失控时，在步骤80中使SRM失效。否则系统再次循环回到步骤72。当在步骤72中没有检测到稳态状态时，在步骤82中对所有气缸进行压力比控制(如参考图5所述)，这样，将有效地重新进入燃料效率模式。因此，在过渡操纵过程中，系统自动转到FEM，通过对于给定燃料供应量提供最大扭矩而使发动机的响应最大，在该操纵过程中，这比平稳运行的发动机更重要。
当检测到某些发动机状态时，也可以使SBM失效。例如，在一定发动机转速中(例如3000RPM)，外部因素例如曲轴的弯曲使得IMEP与平稳运行模式的相关指数较小。因此，步骤72可以包括使发动机状态例如发动机转速与由检查表获得的值比较的附加子步骤，以便判断是否满足使SRM失效的条件。
为了在步骤72中检测稳态发动机状态，监测各气缸的、在循环之间的IMEP变化量。优选是对于各气缸实施检测，这是因为除了对公共参数例如发动机负载和发动机转速外，气缸之间还因为它们的物理尺寸不同、歧管几何形状的非对称、沉积物的积累等而可能产生变化。除了参数例如发动机负载和转速，由于循环之间的散热不同而产生的变化较小。这是由空气、燃料和再循环废气的随机混合引起的。
对于循环j，对各气缸的净IMEP的变化量进行更新如下：
var(IMEPnet)j＝βvar(IMEPnet)j-1+(1-β)[IMEPnetj-mean(IMEPnet)j]2        (10)
在方程(10)中，β是遗忘因子(通常为0.9至0.99)，mean(IMEPnet)是平均IMEP。该平均值利用一个移动平均过滤器更新：
mean(IMEPnet)j＝βmean(IMEPnet)j-l+(1-βIMEPnetj     (11)
因此，根据遗忘因子的大小，mean(IMEPnet)因子消除了瞬时IMEPnet值的主要脉动。通过使前一个数据值的变化与由求均值运算得出的当前值的变化的一部分组合，同样可以在方程(10)中使变化平滑，平滑的水平取决于遗忘因子β的选择值。
由于方程(10)和(11)是迭代的，应当知道，对于IMEP的变化量和平均值都需要起始值，以便开始迭代。在批量生产应用中，当发动机起动时，这对应于怠速时的值，这样，典型值可以用作初始值，在发动机校正过程中，这两个值都进行规定。因此，对于所有发动机都对应于校正的发动机来设置这些值，这可能在实际中产生问题，因为这些值可能由于环境条件、产品制造方案的变化而变化很大。
不过，在一个优选实施例中，本发明考虑到校正的初始值可能不准确。特别是，在初始循环中，对于第一循环β首先设置为零，并以指数增加至收敛于0.9和0.99之间的一个典型值βfinal。在这些初始循环中，β值根据以下算法插入方程(10)和(11)中：
βj＝αβj-1+(1-α)βfinal(11a)
其中，j是从1开始的循环数，α是预定时间常数(通常为0.8至0.9)，且β0＝0。将初始值插β＝0入方程(10)和(11)，从而消除了取决于初始状态的项。因此，当β由于随后的迭代而增加时，变量和平均值快速稳定为典型值。这是因为当β根据方程(11a)接近βfinal时，前述值var(IMEPnet)和mean(IMEPnet)明显快速增加。
当气缸IMEP的所有变化量都下降至低于一个给定的阈值时，标记为稳态状态。相反，当一个或多个气缸的变化量高于该阈值时，则解除稳态状态，系统运动至图8a中所示的方框82，这时，在气缸中进行压力比控制。
图8b更详细的表示了怎样识别最弱的气缸，其中，另一程序开始于步骤74。最弱的气缸表示为X，其中，对于6缸发动机，X＝1、2、3、4、5或6。在步骤83中，系统通过检查X的值来检查以前是否识别了最弱的气缸。如果X>0，表示已经进行了识别，则通过在MBT的狭窄区间内对所有气缸的过滤的(移动平均值)IMEP进行比较来识别当前最弱的气缸。具有最小过滤的IMEP的气缸确定为最弱的气缸。对于所有气缸的气缸平衡的目标IMEP是基于该气缸的IMEP。在步骤84中，当满足以下关系时，气缸X被检测为处在MBT的狭窄区间内：
|θ50t-θ50fx|<Δθ50w
其中，θ50t和θ50fX是(对于气缸X的)50％ MFB CA的目标值和过滤的估计值，Δθ50w是CA区间。这作为阈值，低于该阈值时，压力比控制器收敛(convergence)，即气缸由压力比控制器控制在MBT附近点火。如果发生收敛，在步骤85中，通过比较在该区间中运行的气缸的IMEP，更新最弱的气缸。这保证使因为其正时被平衡而离开MBT而提供较低IMEP的气缸并不会误认为最弱的气缸。在步骤85中，X的值设置为最弱的气缸号，且在步骤86中子程序结束。当在步骤83中，以前没有确定最弱的气缸时，且如果在步骤87中所有气缸的CA，θ50t-θ50fX|都下降到Δθ50w内，在步骤88中识别最弱的气缸。否则程序在步骤86中结束。
图9表示了使用积分反馈控制来调节各气缸的点火正时，通常通过延迟该正时，以使各IMEP与最弱气缸(X)的目标IMEP匹配。在块90中，确定目标IMEP，与图8A的步骤74相同。在积分控制块92中，调节发动机94的点火正时，以使各气缸的IMEP与目标IMEP匹配。在块96中，如上所述，根据气缸压力来估计当前循环和当前气缸的净IMEP，并重复图8中所示的最弱气缸识别步骤74。
参考图10，可以看见怎样通过检查对于最弱气缸IMEPX和两个其它示例气缸IMEPY和IMEPZ的净IMEP关于点火正时角度的曲线图而使点火正时延迟。特别是，如果确定了IMEPX的θMBT，通过抽取各IMEP曲线对应于IMEPX峰值的点火正时角度而获得各气缸Y和Z的延迟正时θY和θZ。应当知道，图10仅仅表示了IMEP平衡原理，实际上，通过图9介绍的积分反馈控制用于跟踪目标IMEP。
所获得的压力数据也可以用于检测或增强其它发动机状态，包括发动机不点火、发动机爆燃和起动控制。
不点火检测
在各模式中，本发明还提供了基于检测的气缸内压力值的不点火检测。这还是通过监测IMEP和使它与一个阈值比较而进行的。再参考图7，净IMEP是在所示曲线图中气缸压力相对于气缸容积的(在曲线图中的)总面积。为了检测不点火，本发明只测定如图7所示与在压缩冲程和膨胀冲程的做功相对应的总IMEP。总IMEP表示燃烧的实际做功，因为它不包括在进气和排气冲程中泵入空气和排气时所做的功。有利地，本发明能够测量总IMEP，尽管净IMEP通常更容易测量。对于两度的曲轴角分辨度，总IMEP表示为：
IMEP gross = 1 V s &Sigma; i = 91 270 P i + P i + 1 2 ( V i + 1 - V i ) - - - ( 12 )
其中，Vs是气缸排量，而Pi和Vi是测得的气缸压力和基于曲轴(角)的容积。应当记住，曲轴角的分辨度为2°，i的值对应于从-180°至+180°的、跨越压缩和膨胀冲程的曲轴角范围。在已知系统中，也可选择，不点火检测基于排气温度的检测或发动机飞轮转速的变化，而这两者都是间接的，因此是较不准确的不点火指示。
下面参考图11，下面将介绍根据本发明使用的阈值交叉(thresholdcrossing)技术，以检测不点火。在步骤100中，不点火检测算法开始，在步骤102中，计算在一个循环区间中的气缸总IMEP，并储存一个IMEPgross值。在步骤104中，使IMEPgross与一个绝对不点火阈值IMEPmft比较。IMEPmft可以根据瞬时发动机状态例如发动机速度和发动机负载而从一个检查表导出。当在步骤104中IMEPgross小于IMEPmft时，在步骤106中进行不点火标记，并将值Flagmf设置成1。
当在步骤104中IMEPgross超过绝对阈值IMEPmft时，则在步骤108中，对于其它气缸在它们的相应循环区间中计算IMEPmean。在步骤110中，值IMEPmean与一个相对不点火阈值系数Zmft相乘并将IMEPgross与乘以不点火阈值系Zmft的IMEPmean相比较。当IMEPgross小于该乘积时，即它低于平均IMEP的某一比例部分时，再在步骤106中将值Flagmf设置成1。不过，当IMEPgross超过该乘积时，在步骤112中将值Flagmf设置成0。在任何情况下，一旦设置Flagmf，在步骤114中停止对于该循环的不点火检测算法。
在燃料效率模式和平稳运行模式中系统对不点火的响应类似。在燃料效率模式中，参考图5所述的压力比算法对不点火的响应是停止对不点火气缸的积分作用。因此，对不点火气缸的基本点火正时角度进行的调节(见块56)将该点火正时角度设置成在发生不点火之前的值。在平稳运行模式中，如图8所示的气缸平衡算法对不点火的响应与在燃料效率模式中的压力比控制器的响应相同。对不点火气缸的基本点火正时角度进行的积分调节将该点火正时角度设置成在发生不点火之前的值(见图9中的步骤92)。换句话说，将不考虑在不点火过程中由非典型压力值导出的无效点火正时值。而是将不点火气缸的正时角度有效地重新设置成在没有发生不点火时的最后值，从而还有快速终止不点火的优点。
爆燃检测
压力传感器系统还允许根据单独气缸的爆燃检测而进行爆燃控制。爆燃检测通过识别在一个循环区间中的压力传感器信号的已知特征而简单地执行。可以采用信号过滤来提取在发动机的爆燃频率下的压力曲线分量。所述分量的大小表示爆燃的强度。当它升高超过一个给定阈值时检测到爆燃。合适的方法为本领域技术人员公知，因此不再详细说明。在优选实施例中，新信号通过带通滤波器，以便分离出第一爆燃频率模式(该第一爆燃频率模式可能通过试验台确定，或者利用已知技术估计)。过滤在一个预定的“爆燃区间”(即已知将发生爆燃的循环部分)中进行。对过滤的信号进行调整和取平均值，以便获得爆燃强度。应当知道，也可以单独采用其它模式，和/或也可选择应用统计学方法来确定爆燃强度。也可选择利用其它技术例如快速傅里叶变换，所选择的技术基本取决于可提供的数据处理能力。使用气缸内压力传感器来检测爆燃将减小由于发动机的运动部件产生的机械噪音而产生的信号变坏。
图12表示了在燃料效率模式中系统怎样处理发动机爆燃。特别是，可以看见，附加控制块120和122与模式转换块124结合在上面已经参考图5介绍的框图中。发动机的气缸压力信号发送给爆燃检测块120。当检测爆燃时，爆燃检测块120执行两个步骤。第一步骤是它通过线路126向一个模式转换块124发送爆燃检测信号。该爆燃检测信号也发送给爆燃控制块122。模式转换块124转换成从爆燃控制块122接收爆燃控制信号。最终停止积分作用。通过立即延迟检测到爆燃的气缸的正时，可以减小发动机爆燃。
正时延迟如图13所示。当爆燃检测块120检测到爆燃时，爆燃控制标记设置成1(相当于由转换块124进行一次模式转换)，如图13下面的曲线所示。以一预定步长值延迟点火正时角度。然后，指数提前点火角度，直到它低于一个爆燃控制无效阈值，这时，重新开始积分作用，模式转换块124转回至积分控制。当在延迟角度的提前过程中检测到爆燃时，立即使点火正时再次延迟到它的爆燃延迟值，如图13中上部轨迹线中的虚线所示。当延迟角度降低至低于该阈值时，积分状态更新成与延迟角度相对应，因为它降低至低于该阈值。因此，当模式转换块在爆燃控制和积分控制之间转换时进行“无波动”转换，因为积分控制随后从阈值延迟角度的一个开始点寻找目标曲轴角θ50。
在平稳运行模式中，发动机爆燃的控制与燃料效率模式中类似，除了所有气缸都延迟相同角度。这保证整个发动机对爆燃的响应平稳。该公共延迟角度基于所有气缸的最大爆燃强度，也就是气缸表现出的最大爆燃。即时气缸诊断
如上面详细所述通过气缸内压力检测获得的数据还能够用于发动机/气缸运行的即时诊断，例如故障、泄漏或失效/失灵检测。这可以基于上述用于分析由试验数据获得的PV曲线图的技术。特别是，在整个发动机循环中获得的数据的高曲轴角分辨度将有利于即时气缸诊断。当然，它可以用于进行即时检测的任何发动机，但是在4冲程发动机情况下，对于不同冲程，可以检测不同的方面。例如，在进气冲程中可以检测活塞环或排气阀的泄漏。在压缩冲程中，在点火之前，可以检测活塞环、进气阀或排气阀的泄漏。在排气冲程中，可以检测活塞环或进气阀的泄漏。
故障的检测可以通过利用包括多变气体关系(上述方程(1))的物理模型和例如在循环的不同部分中对测量值与理想性能进行比较而实现。也可选择或者另外，故障的检测可以通过例如使用神经网络来识别和发展典型模式的模式识别技术来实现。
而且，通过使在气缸之间的PV结果交叉相关/互相关(cross-correlating)，可以通过相互比较而识别在个别气缸中的故障。特别是，通过比较各冲程的检测结果，发动机管理系统可以诊断该故障是否活塞环泄漏(PRL)、进气阀泄漏(IVL)或排气阀泄漏(EVL)。这可以通过图19阐明。当排气冲程(ES)检测为正，且吸气冲程(IS)检测为负时，故障诊断为IVL。当ES检测为负，且IS检测为正时，故障诊断为EVL。当两者都为正时，结果诊断为PRL，这可以通过正压缩冲程(CS)检测。该逻辑关系可以以布尔符号表示为：
IVL＝ES×IS
EVL＝ES×IS
PRL＝ES×IS
其中：“×”为AND操作，“—”表示NOT。
还有，可以通过交叉相关来确定多个气缸共有的其它系统问题。例如，当确定多于一个气缸发生活塞环泄漏时，可以确定气缸盖垫圈泄漏。也可选择，当确定多个气缸有共同的故障时，可以确定在进气冲程中的进气歧管泄漏。这将需要一个附加的外界压力传感器，并使用节气门传感器和进气温度传感器，以便提供用于比较的额定歧管压力。
通过使用上述比较/模式识别技术，这种形式的在车载诊断可以很容易与传感器故障区分开。应当知道，该方法可以用于其它发动机形式，例如2冲程发动机，还可以在整个循环或者一个或多个单独冲程中进行识别。起动控制
在起动控制模式中，发动机管理系统在发动机的暖机过程中还自动对点火正时和空气燃料比进行补偿。特别是，希望能保证发动机尽可能快地暖机，以便使催化转化器尽可能快地到达最佳工作条件。因此，延迟点火正时，但是，延迟角度的极限是燃烧稳定性极限。
图14a表示了一种能够进行燃烧稳定性的循环间监测的算法，以允许根据瞬时发动机状态尽可能延迟点火角度，从而实现较快暖机。燃烧稳定性的测量可以通过建立ΔIMEPnet变化量而实现，该ΔIMEPnet是对于连续循环的各气缸的IMEPnet的变化的变化量。不过，优选是采用循环间变化的可选指标“magvar”，定义为：
magvar(IMEPnet)j＝βmagvar(IMEPnet)j-1+(1-β)|IMEPnetj-mean(IMEPnet)j|　　(13)
该式与在方程(10)中给出的变化量的公式不同，去掉了在右侧第二项的平方项，从而使magvar项对IMEP值的大小较不敏感。因此，在IMEP和变化率函数之间可以获得更好的线性关系。将IMEP代入方程(13)，ΔIMEP表示为：
ΔIMEPnet j＝IMEPnet j-IMEPnet j-1      (13a)
因为Δ表示差值，因此，当循环数目增加时，mean(ΔIMEPnet)将趋向于0：
magvar(ΔIMEPnet)j＝βmagvar(ΔIMEPnet)j-1+(1-β)|ΔIMEPnetj|     (13b)
应当知道，稳态判断(方程(10))可以利用“magvar”函数执行，而不是利用所述变化量。
同样，在初始化过程中，根据方程(11)，β值经过多个循环从0增加至最终值。
在发动机起动过程中，通过改变θ50控制点火正时，这样，该值收敛到一个目标值，该目标值确定了燃烧稳定性余量。根据已知技术，该目标值在发动机校正过程中设置。应当知道，由图14a表示的算法包括上面参考图5所述的基本控制块，不过，θ50ideal被看成是通过附加值Δθ50sc校正的、用于50％ MFB的一个额定目标曲轴角θ50nominal，这种校正具有在起动过程中所需的点火正时延迟的基本效果。对于各发动机循环，在块130中，通过方程9、11a、13a和13b计算magvar(ΔIMEPnet)。在块132中，导出一个表示稳定性余量的目标magvar(ΔIMEPnet)，并在134中对两个值进行比较。在块136中进行积分控制，在块138中将一个值Δθ50sc加到θ50nominal上。然后在块58中，测量值θ50real跟踪该值。
图14b表示了magvar(ΔIMEPnet)相对于曲轴角的曲线图，从该图可以看见，当曲轴角点火正时延迟超过稳定性余量166时，变化量快速增加。在物理方面，燃烧越迟进行，在不同循环之间释放的能量之间的变化越大。因此，希望延迟发动机至燃烧稳定性的允许阈值，如下面更详细所述。
在瞬变负载的应用场合中，由于Δθ50sc将减小，因此magvar(ΔIMEPnet)将增加，这样，50％ MFB曲轴角Δθ50sc提前将提供力矩支持，如图14b所示。为了保证该提前不会超过MBT，即为了保证点火正时角度不会提前太大而使它越过峰值力矩点，最小积分状态为零，即Δθ50sc总是大于或等于零。因此，目标50％ MFB曲轴角不会提前超过额定设置θ50nominal。
该系统还包括一个模式转换块140，该模式转换块将系统保持在上述起动模式中直至在块142检测到制冷剂的温度超过一个预定的阈值。此时，起动模式结束，系统参考图5所示跟踪θ50ideal。
在发动机起动过程中进一步考虑控制碳氢化合物的排放水平。应当知道，为了在起动过程中保持可接受的水平，目标空气-燃料比AFR增加(即当燃料比例有效下降时使(混合物)稀薄。这导致喷射入各气缸中的燃料量减小。根据本发明，这可以通过控制系数λ和将AFR比例控制为理论配比的AFR而实现，如图15所示。
对于完全暖机的发动机，λ控制器基于两个反馈控制环，质量空气流量(MAF)和λ，如A所示的系统部分。在块150中测量质量空气流量(MAF)，它可以由质量空气流量传感器来测量，或者以任意合适的已知方式来根据气缸压力信号进行估计。在块152中，该值乘以基于理论配比的AFR的固定常数，以便得出燃料量QMAY。在块154中进行动态补偿，以便补偿积累在气缸进气道壁上和蒸发离开气缸进气道壁的燃料引起的延迟。该湿壁补偿导致燃料指令Qcmd。
为了使三元催化剂能够在最佳转化效率下工作，AFR必须控制成接近理论配比。因此，在块156中，根据额定目标λ≌1采用λ反馈程序，这将表示为相对于发动机状态的检查表函数。调节器158(该调节器可以是比例/积分控制器，并改进为用于引起有效催化转换所需的振荡)根据值λ来提供校正系数Qλ(为了消除在质量空气流量中的任何误差)，该系数是基于由发动机160相对于目标值≌1导出的λ值的。这是较慢的反馈控制环，这是由于废气到位于排气管上的λ传感器的传送延迟。应当知道，λ值的测量可以利用已知传感器进行，如本领域技术人员所知，例如加热式废气氧(HEGO)传感器或通用废气氧(UEGO)传感器，在优选实施例中使用后者。
在冷起动过程中，需要增加AFR，以便使燃料混合物稀薄，换句话说，设置成λ>1，在块162中提供偏差ΔλSC，并将其加到在块156中确定的额定目标值上。该值由相对于θ50冷起动校正值Δθ50sc的检查表函数导出，该冷起动校正值Δθ50sc如图14a所述导出。在Δθ50sc和ΔλSC之间的关系为公知，因此，检查表由已知关系和/或校正阶段导出。特别是，当Δθ50sc增加时(对应于附加延迟)，燃烧变得更不稳定，且碳氢化合物增加。因此，AFRλ也增加，从而ΔλSC增加。还已知该关系还取决于冷却剂温度，这可以进一步输入检查表，以便获得ΔλSC。检查表的导出、组成部分和使用为本领域技术人员公知，这里不再介绍。在该系统中，根据在块142中对达到预定阈值的冷却剂温度的检测，重复模式转换140，这样，当发动机暖机，且不再需要λ校正后，达到正常的热机状态。
用于本发明的发动机管理系统的平台将参考图16和17介绍，该平台用于这样的系统，该系统监测在Mercedes Benz M112发动机的全部六个气缸中的压力，并提供超越发动机控制单元170产生的相应输出的关于燃料量和点火正时的信息。
通过处理装置而数字化气缸压力传感器172，在优选实施例中，该处理装置包括EMEK II智能数据采集系统174。数据采集系统也接收由批量生产的传感器(production sensor)176产生的信号，所述传感器例如可以包括：质量空气流量传感器、进气温度传感器、凸轮传感器、空气/燃料比或λ传感器、或者其它已知类型的合适传感器。如图17所示，数据采集系统174还接收提供曲轴角(CA)值的曲轴齿信号。
来自数据采集系统174的数字化信号传递给控制和诊断单元178，该控制和诊断单元178可以包括由德国Hema Elektronik GmbH开发的C40/C167原型机单元。该控制和诊断单元178还接收包括来自批量生产的发动机控制单元170的批量生产的传感器数据的数据，在外部输入块180中接收所有的输入数据。在优选实施例中，该控制和诊断算法在MatrixX/Systembuild(一种高水平模拟和算法开发工具)中构成，并作为编译代码下载到总体以182表示的两个数字信号处理(DSP)板上。处理的控制数据从控制和诊断单元178的一个外部输出块184传递给改进的批量生产的发动机控制单元170，该发动机控制单元170根据它们的上述控制系统和算法来控制致动器，该致动器包括例如火花塞和燃油喷射器。
应当知道，控制和诊断单元178还包括校正块188，该校正块与外部校正系统190连接，该外部校正系统例如与主机192相连。该校正系统190能够执行各种校正步骤。例如，通过改变在固定的发动机速度和负载下的点火正时以及使50％ MFB对应于MBT，可以获得50％ MSB(θ50ideal)的目标图。而且，通过使发动机在稳态下在一个较宽的条件范围内运行，可以校正用于检测稳态状态的IMEP阈值的变化。可以校正瞬时负载变化引起的遗忘因子(β)。不点火检测阈值可以通过形成不点火而检测。应当知道，同样可以执行任意其它合适的校正步骤。
在块182中总体表示的两个DSP的每一个根据EMS算法分别计算气缸压力。第一组算法是曲轴同步，并在第一DSP(DSPA)上激发运算。上述压力数据采集和处理顺序与在冷起动、燃料效率和平稳运行模式中的不点火检测和点火正时相关。如图18所示，对于各气缸，在720°循环区间中运行该算法，且对于连续的气缸以120°的曲轴角(CA)间隔激发运算。
图18中的曲线是气缸压力相对于曲轴角的关系，应当知道，对于各气缸，气缸区间200从一个远远在TDC之前的曲轴角到一个刚好在TDC之后的曲轴角延伸整个720°循环。随后是数据采集时期202，它使得所需的最终处理时间一直到第一“TN中断”204。第二TN中断206在120°之后。由在前面循环区间中采集的数据导出的燃料供应和点火正时指令被用于第二中断206中，因此，必须在第一和第二中断之间的间隔中进行信号处理208。应当知道，当发动机转速增加时，尽管在第一和第二中断之间的曲轴角间隔保持相同，但是在时域中该间隔相应减小，这样，信号处理步骤208必须高效执行，以便不会与第二TN中断重叠。例如，参考图18的第二曲线图，在气缸4中，可以看见信号处理步骤208在更高发动机转速下进行，因此距第二TN中断更近。
在图18中，气缸的顺序是1、4、3、6、2、5，如上述所有这些算法在DSPA(未示出)上运行。
其余的算法在用于检测发动机爆燃的第二DSP(DSPB)上运算。该算法以40kHz的采样频率接收时间同步压力信号，并向DSPA输出所有六个气缸的爆燃强度，其中，执行上述爆燃检测程序。DSPB是时间同步，而不是曲轴同步，因为爆燃频率与曲轴角无关，但是与其它参数例如缸径大小和燃烧温度有关。
在优选实施例中，由控制和诊断单元178中的DSPA产生的燃料供应和点火正时指令通过控制区域网(CAN)总线194传送给ECU170，在该ECU170中，它们绕过由控制算法产生的正常指令。因此，在优选实施例中，系统可以“安装在”现有ECU 170上，其中对系统的逻辑进行适当改变以使改变后的系统获得控制致动器即燃油喷射器和火花塞的优先权。
应当知道，本发明为解决现有系统中的问题提供了一系列的优点和方案。说明发动机的动态和稳态性能的数学描述和模型的加入减少了校正工作要求，并提供实时控制。气缸内压力数据的处理使得能够利用较少数目的传感器来进行发动机控制和诊断；特别是，如上所述，在不削弱本发明的发动机控制的情况下，可以选择传感器例如质量空气流量传感器、爆燃检测传感器。此外，凸轮传感器可以省略，因为甚至在点火之前的起动过程中，气缸压力传感器可以通过各冲程的检测压力变化来检测各气缸进行的冲程，而不需要通过凸轮位置来识别气缸相位。
还应当知道，上述压力数据的处理可以用于附加或可选的发动机状态，包括怠速控制和发动机加电。
应当知道，尽管本发明的说明涉及六缸四冲程发动机，但是它同样可用于结构、冲程循环和气缸数目不同的发动机类型中。本发明还可以用于不同燃料类型或燃烧类型的内燃机中，包括天然气发动机以及点燃和压燃类型的柴油发动机。在这些情况下，气缸内压力数据可以基本如上述进行处理，以便获得对等参数的数据，例如建立在50％ MFB时的IMEP和曲轴角数据，或者对于可选发动机类型的其它已知发动机性能测量值。该数据用于合适的驱动点，例如在狄塞尔循环中的油喷射。

Claims (39)

1.一种用于一个内燃机的发动机管理系统，该内燃机有至少一个气缸压力传感器和至少一个发动机致动器，该系统包括：一个数据处理器，该数据处理器设置成接收和处理来自气缸压力传感器的气缸压力数据；以及致动器控制器，该致动器控制器设置成根据该处理的数据来控制致动器，以便优化发动机性能，其中，该气缸压力数据在性能优化发动机循环中获得，该处理器处理该数据，以便建立关于发动机循环的气缸压力变化函数，并由此导出用于致动器控制器的控制数据，其特征在于，所述处理器通过所述气缸压力数据导出偏移压力值，并将所述气缸压力变化函数与至少一个已知的最佳压力数据值或阈值进行比较，由此导出所述控制数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述处理器处理发动机中的各气缸的气缸压力数据。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中：所述处理器处理各发动机循环的气缸压力数据。
4.根据权利要求3所述的系统，其中：所述致动器控制器根据最近上一个发动机循环的处理气缸压力数据来控制一个发动机循环的致动。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其中：所述处理器还处理曲轴角数据。
6.根据权利要求5所述的系统，其中：所述内燃机具有多个气缸，对于各气缸，在各气缸的循环中的各曲轴角位置获得数据。
7.根据权利要求1或2所述的系统，还包括：一个气缸内压力传感器，用于向所述数据处理器提供气缸压力数据。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其中：发动机致动器包括下述装置中的至少一个：
一个火花塞；
一个燃油喷射器。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其中：所述处理器通过过滤的压力传感器数据导出所述偏移压力值。
10.根据权利要求1所述的系统，其中：该偏移压力值由多变气体定律PVn＝K导出，并利用气缸压力数据和相应容积数据而获得n和K。
11.根据权利要求1所述的系统，其中：处理器根据建立的压力变化函数来导出压力比函数，该压力比函数包括燃烧压力和拖动压力之间的比。
12.根据权利要求11所述的系统，其中：该处理器根据在发动机循环的燃烧前阶段的压力传感器数据来导出各发动机循环的拖动压力。
13.根据权利要求12所述的系统，其中：根据过滤的压力传感器数据导出所述拖动压力。
14.根据权利要求11至13中任意一个所述的系统，其中：发动机致动器包括一个火花塞，致动器控制器基于一个压力比控制变量的闭环控制来控制火花塞的点火正时。
15.根据权利要求14所述的系统，其中：该压力比控制变量是燃料燃烧质量部分(MFB)的一个固定比例。
16.根据权利要求15所述的系统，其中：所述固定比例为50％。
17.根据权利要求11至13中任意一个所述的系统，其中：所述内燃机具有多个发动机气缸，导出各发动机气缸的压力比，且致动器控制器控制各发动机气缸的致动器。
18.根据权利要求1所述的系统，其中：所述处理器处理压力传感器数据，以获得指示平均有效压力(IMEP)。
19.根据权利要求18所述的系统，其中：所述内燃机具有多个气缸，所述处理器获得各循环的IMEP，并识别具有最低IMEP的气缸和将该气缸作为最弱气缸，所述致动器控制器控制各气缸，以将IMEP平衡至最弱气缸的IMEP。
20.根据权利要求19所述的系统，其中：通过调节各气缸的点火正时来控制气缸。
21.根据权利要求20所述的系统，其中：所述气缸平衡基于闭环控制。
22.根据权利要求18至21中任意一个所述的系统，其中：所述处理器获得总IMEP，并当总IMEP下降至低于一个阈值时检测不点火。
23.根据权利要求22所述的系统，其中：当不点火检测时，所述致动器控制器重新设置成在不点火检测之前的致动器控制器状态。
24.根据权利要求18至21中任意一个所述的系统，其中：该处理器还导出在发动机循环之间的IMEP变化量的函数，并使该函数与一个阈值比较，以便判断是否存在稳定状态。
25.根据权利要求24当从属于权利要求19时所述的系统，其中：当确定为非稳定状态时，所述处理器不再进行IMEP平衡控制。
26.根据权利要求18至21中任意一个所述的系统，其中：在起动模式中，所述处理器导出发动机循环之间的IMEP的变化率的函数，并使该函数与一个阈值比较，致动器控制器根据该比较控制致动器。
27.根据权利要求26所述的系统，其中：所述致动器是一个火花塞，该致动器控制器根据所述比较延迟火花塞的正时。
28.根据权利要求26所述的系统，其中：所述致动器包括一个燃油喷射器，所述致动器控制器根据IMEP的变化率的函数来控制燃油喷射。
29.根据权利要求26所述的系统，其中：该致动器控制在对一个目标IMEP变化率的闭环控制下进行。
30.根据权利要求26所述的系统，其中：根据发动机冷却剂温度传感器数据而进入起动模式。
31.根据权利要求24所述的系统，其中：IMEP变化量或变化率作为前一个变化量或变化率、一个结合一个遗忘因子的当前IMEP值的函数而迭代导出。
32.根据权利要求31所述的系统，其中：IMEP变化量或变化率迭代包括一个初始化序列，其中所述遗忘因子对于各个迭代连续增加至一个目标值。
33.根据权利要求22所述的系统，其中：所述阈值基于在相同循环中对除了检测到不点火的当前气缸之外的所有气缸获得的IMEP的平均值。
34.根据权利要求1或2所述的系统，其中：所述处理器还处理压力传感器数据，以检测气缸爆燃。
35.根据权利要求34所述的系统，其中：所述致动器包括一个火花塞，所述处理器和致动器控制器在爆燃检测时延迟火花塞正时，并增量增加随后的发动机循环的正时，直到达到一个点火正时阈值。
36.根据权利要求35所述的系统，其中：当达到点火正时阈值时，所述致动器控制器重新设置在爆燃检测之前的致动器控制器状态。
37.一种用于一个内燃机的发动机管理系统，该内燃机有至少一个气缸压力传感器和至少一个发动机致动器，该系统包括：一个数据处理器，该数据处理器设置成处理来自气缸压力传感器的气缸压力数据；以及一个致动器控制器，该致动器控制器布置成根据该处理的数据来控制致动器，其中，该处理器处理该气缸压力数据，以建立一个气缸压力变化函数，并由此导出一个用于所述致动器控制器的压力比控制变量，其特征在于，所述数据处理器通过所述气缸压力数据导出偏移压力值，并将所述气缸压力变化函数与至少一个已知的最佳压力数据值或阈值进行比较，由此导出用于致动器控制器的控制数据。
38.一种内燃机，包括至少一个气缸压力传感器、至少一个发动机致动器和如前述任意一个权利要求所述的发动机管理系统。
39.一种根据来自一个气缸压力传感器的气缸压力数据来管理一个内燃机的方法，该方法包括以下步骤：获得一个或多个性能优化的发动机循环的气缸压力数据；处理所述气缸压力数据，以建立一个用于发动机循环的压力变化函数；以及根据建立的压力变化函数来控制发动机致动器，以优化发动机性能，其特征在于，所述数据处理器通过所述气缸压力数据导出偏移压力值，并将所述气缸压力变化函数与至少一个已知的最佳压力数据值或阈值进行比较，由此导出用于所述发动机致动器的控制数据。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104863712A (zh) * 2014-02-21 2015-08-26 卡特彼勒发动机有限责任两合公司 运行气体燃料的内燃发动机中的失火检测
CN107795426A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 通用汽车环球科技运作有限责任公司 估计在发动机循环期间何时在汽缸内燃烧预定百分比的燃料的系统和方法

Families Citing this family (112)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7134423B2 (en) * 2002-11-01 2006-11-14 Visteon Global Technologies, Inc. Ignition diagnosis and combustion feedback control system using an ionization signal
US7472687B2 (en) * 2002-11-01 2009-01-06 Visteon Global Technologies, Inc. System and method for pre-processing ionization signal to include enhanced knock information
US7013871B2 (en) * 2002-11-01 2006-03-21 Visteon Global Technologies, Inc. Closed loop MBT timing control using ionization feedback
US7690352B2 (en) 2002-11-01 2010-04-06 Visteon Global Technologies, Inc. System and method of selecting data content of ionization signal
GB0227672D0 (en) 2002-11-27 2003-01-08 Ricardo Consulting Eng Improved engine management
FR2862711B1 (fr) * 2003-11-24 2007-07-06 Peugeot Citroen Automobiles Sa Systeme de calibrage d'une chaine d'acquisition de la pression dans un cylindre de moteur diesel de vehicule automobile
DE102004001118B4 (de) * 2004-01-07 2018-08-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
GB0410135D0 (en) * 2004-05-06 2004-06-09 Ricardo Uk Ltd Cylinder pressure sensor
JP4354334B2 (ja) * 2004-05-20 2009-10-28 本田技研工業株式会社 筒内圧センサの故障を判定する装置
DE102004038121B3 (de) * 2004-08-05 2006-06-01 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
DE102004038122B4 (de) * 2004-08-05 2006-07-20 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
FR2876735B1 (fr) * 2004-10-15 2007-01-12 Inst Francais Du Petrole PROCEDE POUR PURGER UN PIEGE A NOx AVEC CONTROLE DE LA RICHESSE DES GAZ D'ECHAPPEMENT
JP2006152857A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の点火時期制御装置
JP4364777B2 (ja) * 2004-12-02 2009-11-18 本田技研工業株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
EP2275946A1 (en) * 2005-03-04 2011-01-19 STMicroelectronics S.r.l. Probabilistic neural network and relative training method
US8484968B2 (en) * 2005-03-31 2013-07-16 General Electric Company System and method for operating a compression-ignition engine
JP2006322388A (ja) * 2005-05-19 2006-11-30 Toyota Motor Corp 内燃機関の診断装置
FR2888286B1 (fr) * 2005-07-07 2007-08-17 Renault Sas Dispositif et procede de traitement d'un signal de mesure de pression d'une chambre de combustion d'un moteur a combustion interne
JP2007032364A (ja) * 2005-07-25 2007-02-08 Toyota Motor Corp 吸気系異常検知装置
US7178507B1 (en) * 2005-10-31 2007-02-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Engine cylinder-to-cylinder variation control
DE102005054737A1 (de) * 2005-11-17 2007-05-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102005058820B4 (de) * 2005-12-09 2016-11-17 Daimler Ag Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine
US7255090B2 (en) * 2005-12-15 2007-08-14 Ford Global Technologies, Llc Compression ignition engine with pressure-based combustion control
US7726281B2 (en) * 2006-05-11 2010-06-01 Gm Global Technology Operations, Inc. Cylinder pressure sensor diagnostic system and method
EP1905994B1 (en) * 2006-09-13 2014-11-05 C.R.F. Società Consortile per Azioni Method for closed-loop control of timing of combustion in an internal combustion engine
DE102006061560A1 (de) * 2006-12-27 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
US7974762B2 (en) * 2007-02-07 2011-07-05 Volvo Powertrain Ab Self tuning cylinder pressure based heat release computation
EP2012000A1 (en) * 2007-07-05 2009-01-07 MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.p.A. A control method of the ignition advance for a cylinder of an internal combustion engine
US20090093951A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 Mckay Daniel L Method for determination of Covariance of Indicated Mean Effective Pressure from crankshaft misfire acceleration
DE102007050302A1 (de) * 2007-10-22 2009-04-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Zylinderdruckmerkmals
CA2609718C (en) * 2007-11-27 2010-03-23 Westport Power Inc. Method and apparatus for determining a normal combustion characteristic for an internal combustion engine from an accelerometer signal
CA2610388C (en) * 2007-11-29 2009-09-15 Westport Power Inc. Method and apparatus for using an accelerometer signal to detect misfiring in an internal combustion engine
US8986253B2 (en) 2008-01-25 2015-03-24 Tandem Diabetes Care, Inc. Two chamber pumps and related methods
FI121031B (fi) 2008-03-31 2010-06-15 Waertsilae Finland Oy Säätöjärjestelmä ja menetelmä kaasua käyttävän polttomoottorin sylinterien tasapainottamiseksi
EP2110533B1 (en) * 2008-04-17 2010-06-23 Robert Bosch Gmbh A pilot electronic control unit and a method to derive optimized look up tables
CA2626995C (en) * 2008-04-30 2009-12-01 Westport Power Inc. Fuel injection control method for a direct injection gaseous-fuelled internal combustion engine
US7823563B2 (en) * 2008-05-08 2010-11-02 Ford Global Technologies, Llc Cylinder-by-cylinder balancing of combustion timing in HCCI engines
US7878048B2 (en) 2008-06-16 2011-02-01 GM Global Technology Operations LLC Fuel system injection timing diagnostics by analyzing cylinder pressure signal
EP2136058A1 (en) * 2008-06-19 2009-12-23 Continental Automotive GmbH Minimum fuel mass adaptation using cylinder pressure sensor
US8408421B2 (en) 2008-09-16 2013-04-02 Tandem Diabetes Care, Inc. Flow regulating stopcocks and related methods
US8650937B2 (en) 2008-09-19 2014-02-18 Tandem Diabetes Care, Inc. Solute concentration measurement device and related methods
US8522750B2 (en) * 2008-10-02 2013-09-03 Delaware Capital Formation, Inc. Method and apparatus for automatic pressure balancing of industrial large-bore internal combustion engines
DE102008043315A1 (de) * 2008-10-30 2010-05-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine
FR2938019B1 (fr) * 2008-10-31 2015-05-15 Inst Francais Du Petrole Procede de controle de combustion d'un moteur a allumage commande au moyen d'un controle du phasage de la combustion
US7735478B1 (en) * 2008-11-24 2010-06-15 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of calculating mass fraction burnt in an internal combustion engine based on rassweiler-withrow method for real-time applications
US7905206B2 (en) * 2008-11-26 2011-03-15 Caterpillar Inc Engine control system having fuel-based adjustment
US8028679B2 (en) 2008-11-26 2011-10-04 Caterpillar Inc. Engine control system having pressure-based timing
US8113173B2 (en) * 2008-11-26 2012-02-14 Caterpillar Inc. Engine control system having speed-based timing
US8150603B2 (en) 2008-11-26 2012-04-03 Caterpillar Inc. Engine control system having fuel-based timing
JP4930634B2 (ja) * 2009-01-15 2012-05-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US8561592B2 (en) * 2009-06-08 2013-10-22 GM Global Technology Operations LLC Method and system for generating an in-cylinder pressure sensor signal
GB2471893B (en) * 2009-07-17 2013-08-28 Gm Global Tech Operations Inc Misfire detection through combustion pressure sensor
US8224519B2 (en) 2009-07-24 2012-07-17 Harley-Davidson Motor Company Group, LLC Vehicle calibration using data collected during normal operating conditions
EP3284494A1 (en) 2009-07-30 2018-02-21 Tandem Diabetes Care, Inc. Portable infusion pump system
GB2477122A (en) * 2010-01-22 2011-07-27 Gm Global Tech Operations Inc Determining the pressure offset of an in-cylinder pressure sensor of an i.c. engine
US8725385B2 (en) * 2010-02-25 2014-05-13 GM Global Technology Operations LLC High-accuracy IMEP computational technique using a low-resolution encoder and an indirect integration process
US8700287B2 (en) * 2010-02-25 2014-04-15 GM Global Technology Operations LLC High-accuracy IMEP computational technique using a low-resolution encoder and a cubic spline integration process
EP2375038B1 (en) * 2010-04-08 2015-03-04 Delphi International Operations Luxembourg S.à r.l. Diagnosis device and method using an in-cylinder pressure sensor in an internal combustion engine
DE102010027267A1 (de) * 2010-07-15 2011-04-28 Daimler Ag Adaptionsverfahren
US9845752B2 (en) 2010-09-29 2017-12-19 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for determining crankshaft position based indicated mean effective pressure (IMEP)
JP5828210B2 (ja) * 2010-10-19 2015-12-02 ソニー株式会社 画像処理装置および方法、並びに、プログラム
JP2012193655A (ja) * 2011-03-16 2012-10-11 Honda Motor Co Ltd エンジンの点火時期設定装置
US9284906B2 (en) * 2011-06-08 2016-03-15 GM Global Technology Operations LLC Combustion phasing control methodology in HCCI combustion
FR2976628B1 (fr) * 2011-06-14 2013-07-05 Renault Sa Procede de commande d'un moteur thermique diesel et d'une bougie de prechauffage associee
US9127604B2 (en) * 2011-08-23 2015-09-08 Richard Stephen Davis Control system and method for preventing stochastic pre-ignition in an engine
US9097196B2 (en) 2011-08-31 2015-08-04 GM Global Technology Operations LLC Stochastic pre-ignition detection systems and methods
IN2014MN00741A (zh) * 2011-10-05 2015-07-03 Engineered Propulsion Systems Inc
DE102011089370A1 (de) * 2011-12-21 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Kaltstart-Emissions-Steuerung einer Brennkraftmaschine
US9180242B2 (en) 2012-05-17 2015-11-10 Tandem Diabetes Care, Inc. Methods and devices for multiple fluid transfer
JP5742787B2 (ja) * 2012-06-05 2015-07-01 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の異常燃焼検出装置
US9555186B2 (en) 2012-06-05 2017-01-31 Tandem Diabetes Care, Inc. Infusion pump system with disposable cartridge having pressure venting and pressure feedback
US9121362B2 (en) 2012-08-21 2015-09-01 Brian E. Betz Valvetrain fault indication systems and methods using knock sensing
US9133775B2 (en) 2012-08-21 2015-09-15 Brian E. Betz Valvetrain fault indication systems and methods using engine misfire
US9014918B2 (en) 2012-10-12 2015-04-21 Cummins Inc. Health monitoring systems and techniques for vehicle systems
KR101393567B1 (ko) * 2012-10-30 2014-05-12 현대자동차 주식회사 차량 엔진의 실화 판정방법과 제어방법 및 제어장치
JP6107150B2 (ja) * 2013-01-15 2017-04-05 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP5708674B2 (ja) * 2013-01-24 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US8973429B2 (en) 2013-02-25 2015-03-10 GM Global Technology Operations LLC System and method for detecting stochastic pre-ignition
US9173998B2 (en) 2013-03-14 2015-11-03 Tandem Diabetes Care, Inc. System and method for detecting occlusions in an infusion pump
DE102013206600B4 (de) * 2013-04-12 2015-08-06 Continental Automotive Gmbh Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine und Regelverfahren für ein solches Einspritzsystem
DE102013207555B3 (de) 2013-04-25 2014-10-09 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Einspritzmengenadaption
CN104179585B (zh) * 2013-05-28 2017-11-28 上海汽车集团股份有限公司 多缸发动机的控制方法以及多缸发动机装置
US9371792B2 (en) * 2013-06-27 2016-06-21 Hondata, Inc. Active tuning system for engine control unit
WO2015104831A1 (ja) * 2014-01-10 2015-07-16 ヤマハ発動機株式会社 ４気筒エンジンおよび４気筒エンジンの運転方法
DE102014005986B4 (de) * 2014-04-25 2018-06-14 Mtu Friedrichshafen Gmbh Betriebsverfahren für einen Magergasmotor und Magergasmotor
DE102014007009B4 (de) * 2014-05-13 2018-01-18 Mtu Friedrichshafen Gmbh Motorüberwachung mittels zylinderindividueller Drucksensoren vorzüglich bei Magergasmotoren mit gespülter Vorkammer
JP6052325B2 (ja) * 2014-06-27 2016-12-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関システム
JP6156284B2 (ja) * 2014-08-07 2017-07-05 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃焼制御装置
US10054511B2 (en) * 2014-10-01 2018-08-21 Sensata Technologies, Inc. Pressure sensor with correction of offset drift in cyclic signal
US9435284B2 (en) 2014-12-15 2016-09-06 Caterpillar Inc. In-range sensor fault diagnostic system and method
US9903287B2 (en) 2015-02-17 2018-02-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control apparatus for internal combustion engine
JP6213525B2 (ja) * 2015-06-18 2017-10-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US9909551B2 (en) 2015-07-10 2018-03-06 Robert Bosch Gmbh Method of engine control for eliminating knocking combustion due to a misfire for spark-ignited engines equipped with external exhaust gas recirculation
DE112017000051B4 (de) * 2016-06-15 2019-09-05 Cummins Inc. Selektive Kraftstoffzufuhrzeit- und Verbrennungsschwerpunkt-Modulation zur Kompensation einer Einspritzdüsen-Kavitation und Konstanthalten von Motorleistung und Emissionen für Hochgeschwindigkeits-Dieselmotoren mit großen Zylinderbohrungen
FR3053118B1 (fr) * 2016-06-23 2018-06-22 Renault S.A.S Procede de determination de l'avance a l'allumage d'un moteur a combustion interne et procede de controle d'un moteur utilisant un tel procede
KR102542339B1 (ko) * 2016-07-05 2023-06-12 에이치디한국조선해양 주식회사 엔진의 연소실 압력 편차 저감 방법
CN107917003B (zh) * 2016-10-11 2020-04-07 联合汽车电子有限公司 一种发动机运转平稳性的控制方法
US10731582B2 (en) * 2016-11-16 2020-08-04 GM Global Technology Operations LLC Determination of engine parameter based on determining a metric over three or more cylinder combustion cycles
DE102017108285B4 (de) * 2017-04-19 2019-03-14 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine und Verfahren zum Überwachen einer Brennkraftmaschine
CN111108275B (zh) 2017-07-21 2023-02-24 工程推进系统有限公司 增强型航空柴油发动机
DE102017215566A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors während eines Warmlaufens
US10215112B1 (en) * 2017-09-08 2019-02-26 GM Global Technology Operations LLC Method and system for controlling an internal combustion engine
US10337429B1 (en) * 2018-01-23 2019-07-02 GM Global Technology Operations LLC Control apparatus and method for internal combustion engine cylinder balance
US11261811B2 (en) * 2018-08-30 2022-03-01 Hitachi Astemo, Ltd. Signal processing device, and engine control device
DE102018131252A1 (de) * 2018-12-07 2020-06-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur rechnergestützten Bestimmung von mehrfachen Drehungleichförmigkeiten einer Verbrennungskraftmaschine
US10974714B2 (en) * 2019-01-17 2021-04-13 Ford Global Technologies, Llc Method and system for torque reserve estimation
EP3882452A1 (en) * 2020-03-18 2021-09-22 Volvo Car Corporation A method for detecting valve leakage in a combustion engine
US11911595B2 (en) 2020-05-18 2024-02-27 Tandem Diabetes Care, Inc. Systems and methods for automated insulin delivery response to meal announcements
CN113341760B (zh) * 2021-05-19 2022-06-28 哈尔滨工业大学 一种半实物仿真用试验台与发动机耦合性能模型建模方法
JP2023063153A (ja) 2021-10-22 2023-05-09 株式会社トランストロン エンジン制御装置、エンジン制御方法及びエンジン制御プログラム
CN114483350B (zh) * 2022-04-02 2022-08-23 潍柴动力股份有限公司 一种发动机失火的诊断方法及装置
KR20230163837A (ko) * 2022-05-24 2023-12-01 현대자동차주식회사 불꽃 점화 엔진의 토크 모델 보정 장치 및 방법

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3137390A1 (de) * 1981-09-19 1983-04-07 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Steuereinrichtung zum regeln der abgasrueckfuehrrate bei einer brennkraftmaschine mit selbstzuendung
US4406265A (en) * 1982-03-26 1983-09-27 General Motors Corporation Peak combustion pressure controlled spark timing control system with engine speed dependent filter
US4633707A (en) * 1982-09-13 1987-01-06 Jodon Engineering Associates, Inc. Method and apparatus for measuring engine compression ratio, clearance volume and related cylinder parameters
EP0115806A3 (en) * 1983-01-26 1986-03-05 Nissan Motor Co., Ltd. Control arrangement for internal combustion engine
US4622939A (en) * 1985-10-28 1986-11-18 General Motors Corporation Engine combustion control with ignition timing by pressure ratio management
JPH07310585A (ja) * 1994-05-20 1995-11-28 Unisia Jecs Corp 筒内圧センサの診断装置
JPH08246941A (ja) * 1995-03-10 1996-09-24 Unisia Jecs Corp 内燃機関の筒内圧センサの故障診断装置
US6230683B1 (en) * 1997-08-22 2001-05-15 Cummins Engine Company, Inc. Premixed charge compression ignition engine with optimal combustion control
US6089077A (en) * 1997-06-26 2000-07-18 Cooper Automotive Products, Inc. Mass fraction burned and pressure estimation through spark plug ion sensing
JP3979704B2 (ja) * 1997-09-10 2007-09-19 株式会社日本自動車部品総合研究所 筒内圧力測定装置
DE19900738C1 (de) * 1999-01-12 2000-06-15 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufs bei einer Brennkraftmaschine
US6178949B1 (en) * 1999-10-04 2001-01-30 General Motors Corporation Engine control having fuel volatility compensation
US6273064B1 (en) * 2000-01-13 2001-08-14 Ford Global Technologies, Inc. Controller and control method for an internal combustion engine using an engine-mounted accelerometer
US6560526B1 (en) * 2000-03-03 2003-05-06 General Motors Corporation Onboard misfire, partial-burn detection and spark-retard control using cylinder pressure sensing
DE10034390C2 (de) 2000-07-14 2003-06-26 Eads Deutschland Gmbh Drucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung, sowie Verbrennungskraftmaschine mit Drucksensor
US6484694B2 (en) * 2000-12-05 2002-11-26 Detroit Diesel Corporation Method of controlling an internal combustion engine
US6553305B2 (en) * 2000-12-29 2003-04-22 Visteon Global Technologies, Inc. Real time adaptive engine position estimation
US6598468B2 (en) * 2001-07-11 2003-07-29 Cummins Inc. Apparatus and methods for determining start of combustion for an internal combustion engine
DE10319666A1 (de) * 2003-05-02 2004-11-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung einer variablen Verdichtung bei einem Verbrennungsmotor
EP1477651A1 (en) * 2003-05-12 2004-11-17 STMicroelectronics S.r.l. Method and device for determining the pressure in the combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a spontaneous ignition engine, for controlling fuel injection in the engine
JP3894442B2 (ja) * 2003-05-14 2007-03-22 三菱電機株式会社 内燃機関制御装置
FR2862711B1 (fr) * 2003-11-24 2007-07-06 Peugeot Citroen Automobiles Sa Systeme de calibrage d'une chaine d'acquisition de la pression dans un cylindre de moteur diesel de vehicule automobile

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104863712A (zh) * 2014-02-21 2015-08-26 卡特彼勒发动机有限责任两合公司 运行气体燃料的内燃发动机中的失火检测
CN107795426A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 通用汽车环球科技运作有限责任公司 估计在发动机循环期间何时在汽缸内燃烧预定百分比的燃料的系统和方法
US10240573B2 (en) 2016-08-31 2019-03-26 GM Global Technology Operations LLC System and method for estimating when a predetermined percentage of fuel is burned in a cylinder during an engine cycle using principal component analysis and for controlling spark timing of the cylinder based on the predetermined percentage

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JP2004536250A (ja) 2004-12-02
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