CN100560964C - 内燃发动机的闷烧确定方法 - Google Patents

Abstract

依据本发明，在具有火花塞并且安装在车辆中的火花点火式内燃发动机中，检测点火后在内燃发动机中产生的并通过火花塞的离子电流，并且根据检测到的离子电流确定火花塞的闷烧。检测内燃发动机的操作状态，并且当检测到操作状态位于对应于其中把预定发动机速度作为上限并把预定进气口压力作为下限而实现接近大气压力的进气口压力的操作范围而设定的操作确定范围内时，根据检测到的离子电流满足预定条件的情况确定火花塞的闷烧。

Description

内燃发动机的闷烧确定方法

技术领域

本发明涉及一种在火花点火式内燃发动机中通过利用离子电流确定火花塞的闷烧的方法。

背景技术

常规地，火花点火式内燃发动机检测利用火花塞点火后在燃烧室中产生的离子电流，并且从检到的离子电流的幅值和产生时间检测内燃发动机的操作状态，例如爆震和燃烧极限，以便根据检测结果调整点火定时或者修正燃料喷射量。在通过利用火花塞检测离子电流的过程中，如果火花塞没有缺陷，则每次点火都可以检测离子电流。

通常在火花塞中，可能发生称为“闷烧”的状态，其中通过燃烧空气燃料混合物产生的烟灰中含有的碳附着到电极或者电极附近的绝缘子上。当以此方式产生闷烧时，在检测离子电流的过程中漏电流叠加离子电流上。在点火间隔短的高转动操作状态下，当在叠加在离子电流上的漏电流消失之前检测离子电流时，确定漏电流好象在继续。这样，可能错误地确定火花塞是短路的。因此，必须检测闷烧并且区别闷烧和火花塞的短路。

考虑到这样的情况，例如如专利文献1中说明那样，通过当内燃发动机的发动机转速位于某预定速度范围内时禁止确定火花塞的闷烧，在不能确定火花塞的闷烧或短路的状态下，具体地，在一个汽缸的点火定时与在其它汽缸中检测到离子电流的周期重叠的状态下，不确定为闷烧。

专利文献1：待审专利公开2004-108298

发明内容

在上述内燃发动机中，即使发动机转速相同，当增加施加到内燃发动机上的负载时，燃烧温度变得更高。相应地，火花塞的温度也变得更高，从而减少碳的附着量。结果，闷烧造成的漏电流经历的时间变短。在这种情况下，由于漏电流衰减并且在离子电流检测周期中消失，所以容易辨别由漏电流造成的假象状态和实际的短路状态。但是，在专利文献1中，在这样的操作状态下不能确定闷烧。

于是，由于在内燃发动机的负载变大的操作范围内不能确定闷烧，所以确定的准确性下降。

本发明的目的是解决这样的问题。

也就是说，依据本发明的确定内燃发动机的闷烧的方法，在火花点火式的、具有火花塞并且安装在车辆中的内燃发动机中，检测到点火后在燃烧室中产生的流过火花塞的离子电流，并且根据检测到的离子电流确定火花塞的闷烧。另外，检测内燃发动机的操作状态，并且当检测到的操作状态在操作确定范围内时，根据检测到的离子电流满足预定条件的情况确定火花塞的闷烧，该操作确定范围对应于其中把预定的发动机速度作为上限和把预定的进气口压力作为下限而实现接近大气压力的进气口压力的操作范围来设定。

利用这种配置，通过把操作确定范围设定成对应于其中把预定的发动机速度作为上限和把预定的进气口压力作为下限而实现接近大气压力的进气口压力的操作范围，可以保证在离子电流检测周期中存在使闷烧引起的漏电流消失的足够时间。从而，由于可以辨别漏电流和正常燃烧期间的离子电流，所以改进了闷烧的确定准确性。

利用上述配置，在其中内燃发动机的操作状态随车辆的驱动状态以及负载状态改变的情况下，为了不错误地确定闷烧，当内燃发动机处于与无负载操作状态不同的操作状态的情况下，最好使该操作确定范围较窄。

作为确定火花塞的闷烧的预定状态的预定条件，最好使检测到的离子电流的产生周期超过根据正常燃烧状态下离子电流所设定的阈值，并且使产生周期超过该阈值的次数等于或大于确定次数。

另外，作为使操作确定范围较窄的特定例子，当发动机速度增加时，进气口压力变得较高。

此外，根据发动机速度和进气口压力来检测操作状态。

如上面说明那样，依据本发明，由于把操作确定范围设定成与其中把预定发动机速度作为上限和把预定进气口压力作为下限而实现接近大气压力的进气口压力的操作范围相对应，可以保证离子电流检测周期中存在使闷烧引起的漏电流消失的足够时间。因此，由于正常燃烧期间可以容易地辨别漏电流和离子电流，所以可以改进确定闷烧的准确性。

附图说明

图1是解释图，示出依据本发明一实施例的发动机和电子控制部件的示意配置。

图2的曲线示出依据该实施例的离子电流、漏电流和产生角之间的关系。

图3的曲线示出依据该实施例定义操作确定范围的发动机速度和进气口压力之间的关系。

图4的流程图示出依据该实施例的控制过程。

图5的曲线示出依据另一实施例定义操作确定范围的发动机速度和进气口压力之间的关系。

具体实施方式

下面参照各附图说明本发明的一实施例。图1中示意示出的发动机100是用于汽车的多汽缸发动机。在发动机100中，在进气系统1中设置响应未示出的加速器踏板打开/关闭的节流阀2，以及在节流阀2的下游提供缓冲罐。在进气系统1的一端附近提供燃料喷射阀3，其与缓冲罐3连通。根据后面说明的基本喷射量，通过电子控制部件6控制燃料喷射阀的开度。火花塞18连附在与燃烧室10的顶板对应的位置处。在排气系统20中，用来测量废气的氧浓度的O₂传感器21连附在三元催化剂22的上游位置处，该三元催化剂22设置在延伸到未示出的消音器的管道中。在图1中，示出单个汽缸的配置作为典型的配置。

电子控制部件6主要包括微计算机系统，该微计算机系统具有CPU(中央处理单元)7、存储器8、输入接口9和输出接口11。向输入接口9输入以下信号：从用于检测缓冲罐3的压力的进气口压力传感器13输出的充当进气口压力的进气口压力信号a，从用于检测发动机100的转动状态的凸轮位置传感器14输出的汽缸确定信号G1、曲柄角参考位置信号G2和发动机速度信号b，从用于检测车速的车速传感器15输出的车速信号c，从用于检测节流阀2的打开/关闭状态的怠速开关16输出的LL信号d，从用于检测发动机的冷却水温度的水温传感器17输出的水温信号e，以及从O₂传感器21输出的电流信号h。另一方面，输出接口11输出至燃料喷射阀5的燃料喷射信号f以及至火花塞18的点火脉冲g。

偏压电源24以及测量离子电流的离子电流测量电路25与火花塞18连接。相关技术中已知的各种电路可以充当自身包含偏压电源24的离子电流测量电路25。点火后，偏压电源24向火花塞18施加电压以把离子电流传到燃烧室10中。离子电流测量电路25电气上和电子控制部件6的输入接口9连接，它以模拟方式测量通过施加电压生成的离子电流，并把对应于所生成的离子电流的模拟信号输入到电子控制部件6。

电子控制部件6存储一个程序，该程序用于：按照基于作为主要信息从进气压力传感器13输出的进气压力信号a以及从凸轮位置传感器14输出的发动机速度信号b决定的发动机状态所确定的各种修正系数，修正基本喷射时间以得到有效喷射时间；确定燃料喷射阀打开时间，即基于该有效喷射时间的喷射器最终导通时间；按该确定的导通时间控制燃料喷射阀5；以及从燃料喷射阀5喷射与发动机负载相应的燃料。

电子控制部件6还存储用于在点火后检测燃料室10中产生的通过火花塞18的离子电流，并且根据检测到的离子电流确定火花塞18的闷烧的程序，更具体地说，即存储用于完成以下操作的程序：检测发动机100的操作状态，并且当检测到的操作状态位于发动机速度小于预定发动机速度的范围内以及位于在比预定进气口压力更靠近大气压力的负载范围中设定的操作确定范围内时，基于满足预定条件的检测到的离子电流确定火花塞的闷烧。

在此实施例中，基于曲柄角，通过在从点火到排气冲程结束之间的离子电流检测周期TDP中转换离子产生周期来检测离子电流。因此，当发动机100低速操作时离子电流检测周期TDP变长，而当发动机100高速操作时离子电流检测周期TDP变短。

如图2中的虚线所示，当点火后立即从偏压电源24向火花塞18施加偏压时，在正常燃烧情况下，离子电流快速通过并且接着在膨胀冲程中的上死点TDC附近下降。接着，离子电流再次增加并且流进燃烧室，从而在燃烧压力变为最大的曲柄角附近变为最大。在每个汽缸中，基于曲柄角，每次点火时测量其中产生(通过)呈现这种行为的离子电流的周期(以下称为“产生角GA”)。

特别地，通过把经火花塞18从离子电流测量电路25输出的离子电流与为了能检测火由花塞18的闷烧所引起的漏电流而设定的参考水平L1相比较，并且通过测量电流值为参考水平L1或更大的离子电流的产生周期即离子电流检测周期TDP中的产生角GA，从而检测离子电流。特别地，在离子电流值变成参考水平L1或更大的点计算从凸轮位置传感器14输出的曲柄角参考位置信号G2，并且在离子电流值变成小于参考水平L1的点停止对该曲柄角参考位置信号G2的计算，以便测量离子电流的产生角GA。在存储器8中暂时(即后面提到的直到确定闷烧)存储产生角GA。如图2中所示，当离子电流在离子电流检测周期TDP中以反复的方式出现和消失时，分别测量其上离子电流值等于或大于参考水平L1的角度(图2中用CA1、CA2和CA3示出)，并且相加这些测到的角度。把总角度定义为离子电流的产生角GA。

为了检测漏电流，把参考水平L1设成为比漏电流的平均电流值要小的值。这样，甚至可以检测非常小的漏电流，并且在不产生漏电流的状态下，可在它马上就要消失之前准确地检测离子电流。

接着，根据发动机速度和进气口压力设定操作确定范围。图3示意示出操作确定范围RD。即，把定义该操作确定范围RD的预定发动机速度Ne1设成是上限发动机速度例如大约3000rpm的发动机速度，该速度超过怠速并且能够保证在离子电流检测周期TDP中存在使闷烧所引起的漏电流消失的足够时间。类似地，把预定进气口压力PT1设成是下限进气口压力，该压力具有低燃烧温度并且几乎不提高火花塞18的温度。特别地，该预定进气口压力PT1对应于进行控制以使得在不对发动机100施加负载的怠速操作状态下发动机速度可以是怠速目标发动机速度而需要的进气口压力。这样，操作确定范围RD设定在比该预定发动机速度Ne1小的发动机范围中，并且设定在比预定进气口压力PT1更靠近大气压力的进气口压力范围内。

在其中火花塞18闷烧的情况下，当对火花塞18施加电压以检测离子电流时，由于闷烧漏电流流过火花塞18。如图2中所示，随着时间的流逝漏电流衰减，然后消失。

在与其中发动机100以高于怠速发动机速度的低发动机速度操作的操作范围相对应的低转动范围中，离子电流检测周期TDP中的曲柄角和高转动范围中的曲柄角相同。但是，由于低发动机速度，离子电流检测周期TDP变长。这样，可以确保离子电流检测周期TDP中存在使产生的漏电流消失的足够时间。换言之，在从漏电流消失到离子电流检测周期TDP结束的周期期间，存在这样的状态：其中不产生通过火花塞18检测到的电流，即离子电流和漏电流。这样，通过在火花塞18的闷烧状态下试验地操作发动机100、在逐渐改变发动机速度时得到离子电流检测周期TDP中使漏电流消失的发动机速度、并把得到的发动机速度定义为预定发动机速度Ne1，从而把这样的低转动范围设定成发动机速度达到该预定发动机速度Ne1之前的操作范围。在此情况下，需要使该得到的发动机速度超过怠速发动机速度。

在不同于该低转动范围的高转动范围中，由于高发动机速度离子电流检测周期TDP变得较短，并且不容易保证使漏电流消失的充足时间。但是，在发动机100以高发动机速度操作的状态下，由于燃烧温度变得较高，从而使火花塞18的温度较高，附着在火花塞18上的碳减少并且漏电流变得较小，在离子电流检测周期TDP中漏电流消失。另一方面，当火花塞18的温度高时，进行火花塞18的自清洁功能，从而从火花塞18除掉碳。从而，由于闷烧状态实质上不再继续，即操作期间闷烧减轻，于是在此操作范围内不需要确定闷烧在高负载操作范围中实现火花塞18的自清洁功能。

接着，比预定进气口压力PT1更接近大气压力的操作范围对应于除了其中几乎在整个离子电流检测周期TDP中都产生离子电流的进气口压力范围之外的操作范围。即，在与上述操作范围不同的低进气口压力范围内，减少空气燃料混合物中的燃料量，并且因此燃烧被延长。为此，由于离子电流产生周期变得较长，并且在漏电流消失后检测到离子电流，所以出现其中不能辨别漏电流和离子电流的情况。因此，排除这种低进气口压力范围。

图4示出其中按上面说明那样设定操作确定范围RD的闷烧确定程序的概要。在每个汽缸每次点火时进行的离子电流的检测之后，即测量离子电流的产生角GA之后，执行该闷烧确定程序。

首先，在步骤S1，检测发动机100的操作状态。发动机100的操作状态是通过检测发动机速度和进气口压力来检测的。接着，在步骤S2，确定检测到的发动机速度和进气口压力是否位于设定的操作确定范围RD内。即，当检测到的发动机速度等于或小于预定发动机速度Ne1，并且检测到的进气口压力比预定进气口压力PT1更接近大气压力时，确定检测到的操作状态位于操作确定范围RD内。当检测到的操作状态不位于该操作确定范围RD内时，结束闷烧确定。

当确定检测到的操作状态在操作确定范围RD之内时，在步骤S3，读取在检测离子电流的过程中测到的产生角GA。在此情况下，当火花塞18闷烧时，由闷烧引起的漏电流叠加在离子电流上(在图2中用“离子电流+漏电流”示出)。这样，读取的产生角GA大体是漏电流的产生角。然后，在步骤S4，确定该读取的产生角是否超过用于确定闷烧的阈值。根据正常燃烧状态下离子电流产生角的平均值设定该阈值，例如通过对平均值添加百分之几得到的一个值。当读取的产生角GA不超过该阈值时，在步骤S5确定未发生闷烧。

另一方面，当该读取的产生角GA超过该阈值时，在步骤S6，确定读取的产生角GA持续超过该阈值的次数是否为预定的次数，即，是否为闷烧确定次数或者更多。步骤S6的确定用于确定该读取的产生角GA是由离子电流还是由漏电流造成。当在步骤S6确定读取的产生角GA的次数为闷烧确定次数或更多时，在步骤S7确定发生闷烧。相反，当读取的产生角GA超过阈值的次数小于闷烧确定的次数时，该过程转到步骤S5并确定没有闷烧。

闷烧确定的次数例如设为50次(点火次数为50次)。通常，当出现闷烧时，除非执行火花塞18的自清洁功能或者用不具有闷烧的火花塞替代该火花塞18，否则不能解决闷烧。相反，尽管燃烧正常但出于任何原因燃烧周期长，并且结果离子电流产生角GA超过该阈值时，达到正常的离子电流产生角，同时计算闷烧确定次数。这样，由于产生角不持续超过该阈值，所以不确定出现闷烧。

换言之，在步骤S6和步骤S7，当燃烧正常时，即使检测到的离子电流的产生角超过该阈值的状态按少于闷烧确定次数的次数而多次出现时，也确定该状态不是诸如火花塞18闷烧的异常状态。从而，即使由于车辆的驱动环境和施加到发动机100上的负载的影响而使离子电流的产生角变大，也可以避免错误地确定作为火花塞的缺陷的闷烧。

当以此方式确定闷烧时，通过接通诸如LED和灯的指示灯，例如在司机可看到的位置处或者在车辆的发动机室里，可以可视地发出告警。可以在确定闷烧的时刻接通该指示灯并在解决闷烧时关掉该指示灯。

如上面说明那样，在发动机100处于和操作确定范围RD对应的操作状态的情况下，当在其上叠加有通过每次点火每个汽缸中检测离子电流而检测到的漏电流的离子电流的产生角GA超过阈值，并且读取的产生角GA连续超过该阈值的次数等于或大于闷烧确定次数时，确定闷烧。如前面说明那样，由于在通过发动机速度和进气口压力设定的操作确定范围RD中离子电流检测周期TDP是长的，并且漏电流肯定消失，所以可以容易地辨别离子电流和漏电流，从而可以改进闷烧检测的准确性。

另外，在该实施例中，仅当读取的产生角GA连续超过阈值的次数等于或大于闷烧确定次数时，才确定出现闷烧。这样，可以可靠地辨别不出现闷烧、尽管燃烧状态正常但出于任何原因燃烧变慢以及离子电流的产生角变大的情况。

如图5中所示，可以把操作确定范围RD设定成使得随着发动机速度的增加用于定义操作确定范围RD的下限进气口压力更接近大气压力。即，随着进气口压力更接近大气压力并且随着发动机速度增加，火花塞18的温度容易变高。这样，附在火花塞18上的碳量减少，从而它本身的漏电流变小。因此，漏电流消失所需的时间变短，并且由于高发动机速度，离子电流检测周期TDP也变短。但是，由于从漏电流的消失到离子电流检测周期TDP的结束，存在其中不出现叠加有漏电流的离子电流的周期，所以可以如前面说明那样确定闷烧。

另外，如前面说明那样，通过当进气口压力增大(更接近大气压力)和发动机速度增加时使操作确定周期变得较窄，当基于火花塞18的自清洁功能解决闷烧时，可防止在读取的产生角GA超过阈值的操作状态下错误地确定闷烧。

接着，说明除了通过发动机速度和进气口压力还通过检测对发动机100施加的负载(包括电气负载)来检测操作状态的例子。

在该实施例中，和上述实施例一样设定基本操作确定范围。当对发动机100施加负载时，借助于通过根据该施加的负载设定的修正量提高定义操作确定范围RD的进气口压力并使得实际的操作确定范围变得较窄，从而进行闷烧的确定。通过检测行驶车轮的速度、即使车辆停止时处于驱动范围时自动变速器的传动位置、作为电气负载运转的交流发电机或空调器的吹风机或风扇等等，从而来检测负载。

在本例中，在上述实施例的步骤S1里，通过检测到的发动机速度、进气口压力和负载来确定操作状态。当检测到负载时，进行步骤S1，并且接着通过设定的修正量来修正预定的进气口压力PT1，而且设定修正的操作确定范围。在图3中用虚线表示用来定义修正的操作确定范围的进气口压力的下限值PTL(它也适用于图5中示出的例子)。此后，和上述实施例一样，确定检测到的操作状态是否位于修正的操作确定范围内。当操作状态位于操作确定范围内时，读取测到的产生角GA，并且当该产生角满足步骤S4和步骤S6规定的条件时，确定出现闷烧。

在通过使操作确定范围变得较窄而使得进气口压力根据负载状态改变的操作状态下，例如，尽管正在行驶但仍通过利用外部驱动力驱动发动机100而使燃烧延长并且相应地，检测到的离子电流的产生角变大时，可防止错误地确定闷烧。

例如，在下坡或平路上行驶期间减小加速器踏板的操作量时，可通过车轮驱动发动机100。在这样的情况下，尽管操作加速器踏板，由于利用外部驱动力驱动发动机100，所以发动机速度变高。因此，相对于吸入的空气量燃料量变少，并且燃烧变长。这样，在根据燃烧的长度离子电流的产生角变得较长并且不发生闷烧，即不流过漏电流的情况下，当持续地检测到离子电流的产生角时，可能把它确定为闷烧。

相应地，在这种操作状态下，通过使操作确定范围中的进气口压力的值比正常驱动(即只用内部驱动力驱动和转动发动机100的情况)中的值大，从而使操作确定范围较小(使负载条件更严格)，由此获得相对于驱动期间负载的改变而确定操作状态的裕量。在此情况下，如前面说明那样，考虑到由于负载的改变发动机速度增加，并且离子电流的产生角变得较大，当发动机速度增加时，把进气口压力的修正量设定成较大。

由于根据施加到发动机100上的负载的状态来改变操作确定范围，所以能可靠地防止把因负载的改变而使离子电流的产生角变得较大确定为闷烧的情况。

本发明不受上述实施例的限制。

离子电流检测周期TDP可以设成是从点火开始180℃A。当把每个汽缸的离子电流串联地输入到一个离子电流测量电路，并且每个汽缸每次点火时处理该输入时，可以把离子电流检测周期设成是膨胀冲程中从一个汽缸的点火定时到下一个汽缸的点火定时的曲柄角。

通过把上述对闷烧的确定与减速驱动期间或高速空转后减速驱动期间燃料切断过程中是否存在离子电流相组合，从而确定包含火花塞18的点火和离子检测系统的短路。即，当在进行燃烧切断之前的操作中确定闷烧并且状态转到燃料切断的操作状态、并且接着尽管不存在燃烧但仍检测到离子电流时，确定火花塞18短路而不出现闷烧。

另外，在上述实施例中，当在离子电流检测周期TDP中离子电流以重复的方式消失并且再次出现时，通过把离子电流等于或大于参考水平L1时的各个曲柄角相加到一起来测量离子电流(包括其上叠加有由闷烧造成的漏电流的离子电流)的产生角GA，并且确定测到的离子电流是否超过阈值。但是，替代该阈值，当通过把离子电流等于或大于参考水平L1时的各个角度(对应于图2的CA1、CA2、CA3)相加在一起得到的产生角满足某预定条件时，可以确定该离子电流超过上述实施例中的该阈值。

该情况中的预定条件包括产生角等于或大于正常燃烧状态下的产生角，或者产生角是和覆盖大部分离子电流检测周期TDP的周期对应(例如对应于90％的周期)的曲柄角。通过以这种方式设定该预定条件，例如可以确定在构成离子电流检测系统的火花塞18和离子电流测量电路25中出现短路的情况。即，当出现短路时，在检测离子电流时可能检测到一个不改变的电流信号。如果该电流信号上叠加噪声，则该电流信号被该噪声分隔开并且与短路时的电流信号不同。在这样的短路下，当产生角满足上述预定条件时通过确定该离子电流超过上述实施例中的阈值，可防止错误地确定未发生短路。

各个组成部分的其它具体配置不受上述实施例的限制，并且只要不背离本发明的精神就可以做出各种修改。

可在安装在诸如汽车的车辆中的、其中燃烧开始后立即利用火花塞产生离子电流的火花点火式内燃发动机上广泛应用本发明。在这种内燃发动机中，能辨别出在火花塞中出现闷烧并且流过漏电流的状态与不出现闷烧并且长时间产生离子电流的状态。从而，可以利用离子电流恰当地执行燃料喷射控制和点火定时控制。

Claims (5)

1.一种内燃发动机的闷烧确定方法，该发动机为火花点火式发动机、具有火花塞、并安装在车辆中，该方法用于点火后检测燃烧室中产生的并通过火花塞的离子电流，并且用于根据检测到的离子电流确定火花塞的闷烧，该方法包括步骤：

检测内燃发动机的操作状态；以及

当检测到的操作状态位于对应于其中把预定发动机速度作为上限并把预定进气口压力作为下限而实现接近大气压力的进气口压力的操作范围而设定的操作确定范围内时，根据检测到的离子电流满足预定条件的情况而确定火花塞的闷烧，

其中在低于预定发动机速度的发动机速度范围中以及如下的进气口压力范围中设定操作确定范围，其中所述进气口压力范围是从与控制发动机速度以使得在怠速操作状态下发动机速度是怠速目标发动机速度所需要的进气口压力相对应的进气口压力到比预定进气口压力更接近大气压力的进气口压力。

2.依据权利要求1的内燃发动机的闷烧确定方法，其中当内燃发动机处于有负载的操作状态时，使该操作确定范围较窄。

3.依据权利要求1的内燃发动机的闷烧确定方法，其中该预定条件为：检测到的离子电流的产生周期超过基于正常燃烧状态下的离子电流所设定的阈值，以及该产生周期超过该阈值的次数等于或大于确定次数。

4.依据权利要求2的内燃发动机的闷烧确定方法，其中随着发动机速度的增加，进气口压力变得较高，并且操作确定范围变得较窄。

5.依据权利要求1的内燃发动机的闷烧确定方法，其中根据发动机速度和进气口压力来检测操作状态。

Images