CN101122275A - 用于混合动力系统的基于区域的爆震减小系统和方法 - Google Patents

用于混合动力系统的基于区域的爆震减小系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供一种用于内燃机的减震系统。该系统包括发动机工作区域选择模块，其用于根据发动机转速、每气缸空气、以及大气压力从多个发动机工作区域中选择当前的发动机工作区域。爆震检测模块根据对发动机爆震的检测产生爆震检测信号。辛烷值标度适配模块根据当前的发动机工作区域和爆震检测信号来计算辛烷值标度，其中发动机点火根据辛烷值标度进行控制。

Description

用于混合动力系统的基于区域的爆震减小系统和方法
技术领域
本发明涉及用于皮带驱动启动电机的混合动力系统的发动机控制方法和系统。
背景技术
本章节中的描述仅仅是提供与本发明相关的背景信息，其并不构成现有技术。
车辆可包括产生驱动转矩以驱动车轮的内燃机。更加特别地，发动机吸入空气并使空气与燃料混合形成燃烧混合物。该燃烧混合物在气缸中被压缩和燃烧，从而驱动布置在各个气缸内的活塞。该活塞可旋转地驱动连杆以将驱动转矩传递给动力传动系统，并最终传递给车轮。
现代发动机的控制系统都设计成使废气排放最小，同时使功率和燃料经济性最大。对于给定的空气/燃料比，使点火定时提前可增大功率和改进燃料经济性。一般地，相对上止点提前点火可增大转矩，直到达到产生最佳转矩的点。当点火提前得过早时，会发生异常燃烧，也就是发动机爆震。未燃烧的空气/燃料混合物的温度和压力超过临界水平，从而导致气体自燃。这种燃烧会产生冲击波，从而导致气缸内的压力迅速增大。如果发生持续的较大爆震，就会损坏活塞、活塞环和排气阀。附加地，大多数人都认为较大的发动机爆震的声音是不期望的。
常规的爆震检测系统包括爆震传感器和专用的爆震检测芯片(爆震IC)，用于处理爆震传感器信号和计算发动机爆震强度。可以使用单个爆震传感器和爆震IC来检测每一气缸的爆震。常规的爆震减小系统可在某些驱动条件下检测爆震并延迟点火。无论驱动状况如何变化，都使点火延迟。这就使发动机的性能和燃料消耗不能达到最优。
发明内容
因此，提供一种用于内燃机的爆震减小系统。该系统包括发动机工作区域选择模块，该模块根据发动机转速、每气缸空气、以及大气压力从多个发动机工作区域中选择当前的发动机工作区域。爆震检测模块根据对发动机爆震的检测产生爆震检测信号。辛烷值标度适配模块根据当前的发动机工作区域和爆震检测信号来计算辛烷值标度，其中发动机点火根据辛烷值标度进行控制。
在其它特征中，提供一种减小内燃机的爆震的方法。该方法包括：根据发动机转速、每气缸空气、以及大气压力从多个发动机工作区域中选择当前的发动机工作区域；根据对发动机爆震的检测产生爆震检测信号；根据当前的发动机工作区域和爆震检测信号来计算辛烷值标度；以及根据辛烷值标度来控制发动机点火。
从这里提供的描述可以明白其它的应用领域。应该理解，该描述和特定实例仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。
附图说明
这里描述的附图仅仅是说明性的目的，而不是为了以任何方式限制本发明的范围。
图1是包括爆震减小系统的车辆的原理框图。
图2是示出了基于发动机工作区域的爆震减小系统的数据流程图。
图3是示出了基于区域的爆震减小系统的示例性发动机工作区域的图示。
图4和5是示出了辛烷值标度适配系统的各种实施例的数据流程图。
图6和7是示出了基于区域的爆震减小方法的各种实施例的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，不是为了限制本发明、应用或用途。应该理解，在所有附图中，相应的参考数字表示相似或相应的部件和特征。如这里所使用的，术语模块表示特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、(共享的、专用的或分组的)处理器和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供期望功能的其它合适部件。
现在参考图1，示意性示出的示例性车辆10包括发动机系统11。该发动机系统11包括发动机12、进气歧管14和排气歧管16。正如所理解的，发动机系统11可以是包括内燃机的任何发动机系统。在各个实施例中，发动机系统11包括皮带驱动启动电机(BAS)的混合动力发动机系统。空气通过风门18被吸入进气歧管14。将空气引导进入气缸20，并使其与燃料混合。通过燃料喷射器22将燃料喷入气缸20中，该燃料喷射器与燃料供应24连通。火花塞26在其各自的气缸20中启动空气/燃料混合物的燃烧，燃烧排气通过排气歧管16排出气缸20和发动机12。尽管仅示出了两个气缸20，但是应该理解，车辆10可以包括具有更多或更少气缸20的发动机12。
燃烧过程驱动布置在气缸20中的活塞(未示出)，转而，活塞可旋转地驱动连杆27。发动机12还包括分别与每个气缸20相关联的进气阀28和排气阀30。进气阀28和排气阀30可分别调节吸入气缸20的空气和从气缸20排出的燃烧气体。
气压传感器42响应于大气压力，并基于此产生气压信号。发动机转速传感器44响应于连杆27的旋转，并基于此产生发动机转速信号。爆震传感器48响应于气缸20的振动，并基于此产生爆震信号。控制模块40处理爆震信号以检测发动机爆震。尽管示出了单个的爆震传感器48，但是应该理解，可以实施多个爆震传感器48。
控制模块40根据本发明的基于区域的爆震减小系统和方法调节发动机的工作。更加特别地，控制模块40根据发动机爆震的存在和强度来调节相对气缸20中的活塞(未示出)位置的点火定时。该点火定时可从辛烷值标度确定。正如下面将详细描述的，该辛烷值标度可根据基于区域的策略来计算。
现在参考图2，该数据流程图示出了基于区域的爆震减小系统的各个实施例，该爆震减小系统可具体化在控制模块40中。根据本发明的基于区域的爆震减小系统的各个实施例可以包括嵌入在控制模块40中的任意数量的子模块。该示出的子模块可以组合和/或进一步分割以类似地减小发动机爆震。给系统的输入可以从车辆10(图1)感测，从车辆10(图1)中的其它控制模块(未示出)接收，和/或由控制模块40中的其它子模块(未示出)确定。在各个实施例中，图2的控制模块包括发动机工作区域选择模块50、爆震检测模块52和辛烷值标度适配模块54。
发动机工作区域选择模块50接收每气缸空气(APC)56、发动机转速(RPM)58和大气压力60作为输入。正如所理解的，每气缸空气56可以由控制模块40根据发动机工作参数来确定。该发动机工作区域选择模块50根据发动机转速58、大气压力60以及每气缸空气56选择性地确定当前的发动机工作区域62。更加特别地，多个发动机工作区域62可以由一个或多个预定的发动机转速滞后对(hysteresispairs)和一个或多个预定的每气缸空气滞后对来限定。如在图3的实例中所示出的，六个发动机工作区域(区域0，区域1，区域2，区域3，区域4，区域5和区域6)由将区域0、区域1、区域2与区域3、区域4、区域5区分开的预定的发动机转速滞后对70、72和将不同区域区分开的两个预定的每气缸空气滞后对74、76和78、80来限定。每气缸空气滞后对74、76和78、80由大气压力状况补偿。因此，可以根据当前的发动机转速58、每气缸空气56和大气压力60来选择当前的发动机工作区域62。应该理解，可以限定更少或更多的发动机工作区域。限定更多的发动机工作区域将导致更佳的发动机性能和燃料经济性。限定更少的发动机工作区域将减小存储消耗和增大处理器的处理能力。
再次参考图2，该爆震检测模块52接收从一个或多个爆震传感器48(图1)接收的一个或多个爆震信号64作为输入。该爆震检测模块52根据爆震信号64和预定的爆震强度阈值的比较来检测过大的爆震。该爆震检测模块52由此设定爆震检测标记66。应该理解，一个或多个爆震检测标记66可以根据爆震传感器48的数目(图1)和/或气缸20的数目(图1)来设定。
该辛烷值标度适配模块54接收当前的发动机工作区域62和爆震检测标记66作为输入。该辛烷值标度适配模块54计算辛烷值标度69并使其与当前的发动机工作区域62相关联。当发动机系统11(图1)在特定的发动机工作区域中工作时，计算出的辛烷值标度允许发动机系统11(图1)控制点火，从而在最佳定时的最小提前(MBT)点火和根据是否检测到爆震的基准点火之间转变。例如，如果检测到新的爆震行为，则增大辛烷值标度69。否则，减小辛烷值标度，从而允许发动机系统11(图1)通过学习而从爆震恢复到MBT。如在下文更加详细论述的，在为每个气缸20实施单独点火控制的发动机系统11中，可以为每个气缸20或一组气缸20计算单独的辛烷值标度。
现在参考图4，更加详细地论述图2的辛烷值标度适配模块54。该辛烷值标度适配系统包括标度计算模块84和标度混合模块86。正如所理解的，示出的模块可以组合和/或进一步分割，以类似地计算辛烷值标度。该标度计算模块84接收爆震检测标记66、当前发动机工作区域62以及存储的辛烷值标度91作为输入。存储的辛烷值标度91是计算出的辛烷值标度，它在发动机系统11最后一次在特定发动机工作区域62中工作时被存储在存储器89中。该标度计算模块84将当前的辛烷值标度90初始化为存储的辛烷值标度91，之后根据至少两种方法中的一种使当前的辛烷值标度90适配当前的发动机工作区域。当检测到爆震时，标度计算模块84使辛烷值标度朝基准值增大。当没有检测到爆震时，标度计算模块84使辛烷值标度朝MBT减小。表1示出了爆震、辛烷值标度和点火之间的关系。
发生爆震？   辛烷值标度移动趋势   点火移动趋势
是   1   低辛烷表
否   0   高辛烷表
表1
增大和减小当前的辛烷值标度90能够进行点火控制，以在低辛烷水平和高辛烷水平之间转变。低辛烷水平和高辛烷水平可以从存储在存储器89内的预定点火表中导出。
标度计算模块84可根据以下各项中的至少一个增大或减小每个发动机工作区域(OS[zone])的辛烷值标度，包括：存储的辛烷值标度(存储的OS[zone])、根据当前发动机工作区域(FKR[zone])的快速爆震延迟的当前值而确定的增加率(IR)、根据点火而确定的增益值(Gain)、习得的增益(Gainlearn)以及预定的减率(DR)。在各个实施例中，辛烷值标度(OS[zone])90根据下面的方程式增大：
OS[zone]＝StoredOS[zone]+[IR(FNR[zone])*Gain(ΔSpark)*Gainlearn].
                                                                 (1)
在各个实施例中，辛烷值标度(OS[zone])90根据下面的方程式减小：
OS[zone]＝StoreOS[zone]-[DR*Gain(ΔSpark)*Gainlearn].
                                                    (2)
当在从两个表中导出的高辛烷表值和低辛烷表值之间几乎没有差别时，使用增益来限制辛烷值标度的移动。该增益根据从两个表中导出的两个值之间的差来确定。习得的增益考虑到了在当前发动机的工作状态下发生爆震的倾向。习得的增益在很可能发生爆震的发动机工作状态中将增大步长。如果在当前的工作状态中发动机不太可能发生爆震，习得的增益将减小步长。
标度混合模块86接收存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度91、之前发动机工作区域的辛烷值标度88以及当前发动机工作区域62作为输入。当在发动机工作区域之间转变时，该标度混合模块86将辛烷值标度混合。当在各个发动机工作区域之间转变时，标度混合模块86根据至少三种混合方法中的一种方法来混合存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度91。第一种方法是不混合。如果之前的发动机工作区域的辛烷值标度88和存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度90之间的差低于预定的增量阈值，或者混合步长并不是期望的(例如设定预定的允许标记为FLASE)时候，直接使用计算出的当前发动机工作区域的辛烷值标度90。第二种方法包括如果存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度91大于之前发动机工作区域的辛烷值标度88，则使用递增的混合。第三种方法包括如果存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度91小于之前的发动机工作区域的辛烷值标度88，则使用递减的混合。
在各个实施例中，根据存储的以前发动机工作区域(存储的OS[zone])的辛烷值标度、计算出的当前发动机工作区域OS[zone]的辛烷值标度以及根据以下至少两个方程式中的一个来计算混合步长(BS)：
BS＝(StoredOS[zone]-OS[zone]/DecCount；和
                                         (3)
BS＝(OS[zone]-StoredOS[zone]/IncCount.
                                         (4)
其中DecCount表示递减计数的预定值，IncCount表示递增计数的预定值。根据是需要递增还是递减混合，可以将混合步长(BS)加到存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度91上或者从存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度91上减去混合步长。然后将结果设置成等于当前发动机工作区域的辛烷值标度90。将当前发动机工作区域的辛烷值标度90存储在存储器89中，以供发动机系统11(图1)使用。在各个实施例中，存储器89是非易失性存储器。这样就可以在驱动循环上保存每个发动机工作区域的辛烷值标度。
应该理解，标度计算模块84和标度混合模块86的方法是相互排斥的。例如，当标度混合模块86完成混合方法时，混合状态标记92设定为COMPLETE。标度计算模块84接收混合状态标记92作为输入，并且当该混合状态标记92指示COMPLETE时，使当前发动机工作区域的辛烷值标度90增大和减小。
现在参考图5，该数据流程图示出了图2的辛烷值标度适配模块54的各种其他实施例。该辛烷值标度适配模块54可计算每个气缸的辛烷值标度，同时在每个发动机工作区域中工作。辛烷值标度适配系统可包括标度计算模块84、标度最大值模块93和标度混合模块86。正如所理解的，所示出的模块可以组合和/或进一步分隔，以类似地计算每个气缸和每个发动机工作区域的辛烷值标度。
标度计算模块84接收与检测到爆震的气缸相对应的爆震检测标记66、当前发动机工作区域62、存储的与当前发动机工作区域相对应的辛烷值标度91以及存储的与气缸相对应的辛烷值标度95作为输入。该标度计算模块84使每个气缸的辛烷值标度初始化为存储的辛烷值标度91。之后，标度计算模块84根据在上面论述的增大和减小方法来计算每个气缸的辛烷值标度94。更加具体地，当检测到爆震时，标度计算模块84使辛烷值标度朝基准值递大。当没有检测到爆震时，标度计算模块84使辛烷值标度朝MBT减小。
标度计算模块84可根据以下各项中的至少一个增大或减小每个气缸的辛烷值标度(OS[cylinder])，包括：存储的当前气缸的辛烷值标度(存储的OS[cylinder])、根据当前发动机工作区域和当前气缸的快速爆震延迟(FKR[zone][cylinder])的当前值而确定的增加率(IR)、根据点火(Spark)而确定的增益值(Gain)、习得的增益(Gainlearn)以及预定的减率(DR)。
在各个实施例中，辛烷值标度根据下面的方程式增大：
OS[cylinder]＝StoredOS[cylinder].
              +[IR(FNR[zone][cylinder])*Gain(ΔSpark)*Gainlearn].
                                                             (5)
在各个实施例中，辛烷值标度根据下面的方程式减小：
OS[cylinder]＝StoredOS[cylinder]+[DR*Gain(ΔSpark)*Gainlearn].
                                                             (6)
标度最大值模块93接收为每个气缸94和当前发动机工作区域62计算出的辛烷值标度作为输入。该标度最大值模块93为每个气缸确定计算出的辛烷值标度的标度最大值(maxOS)。将当前发动机工作区域的辛烷值标度90设定成等于最大值，并将其存储在存储器89中。该标度最大值模块93还可以限制计算出的单个气缸20的辛烷值标度和最大值之间的增量。例如，每个气缸的辛烷值标度通过最大值减去预定的增量(MaxDelt)或特定气缸的辛烷值标度的当前值中的最大值而被限制，如下所示为：
OS[cylinder]＝Max[maxOS-MaxDelt，OS[cylinger]].
                                               (7)
当在如上所述的每个发动机工作区域62之间转变时，标度混合模块86将存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度91和之前发动机工作区域的辛烷值标度88混合。然后标度混合模块86将每个气缸的辛烷值标度设定成混合后的辛烷值标度，并将每个气缸的辛烷值标度存储在存储器89中。如上所述的，该存储器89可以是非易失性存储器。
现在参考图6，该流程图示出了由图1的控制模块40执行的基于区域的爆震减小方法。该方法可以在发动机工作期间持续地运行。该方法可以实施于包括对每个气缸进行单独点火控制的发动机系统。在100，根据发动机转速、大气压力和每气缸空气确定当前发动机的工作区域。如果当前发动机工作区域不同于之前的发动机工作区域，则发动机系统在发动机工作区域之间转变。否则，发动机系统没有在各发动机工作区域之间转变。在110，如果发动机系统没有在各发动机工作区域之间转变，则在120，控制评估混合是否完成。如果在120混合完成，则对于在130处的每个气缸来说，按如上所述地那样在140计算辛烷值标度。一旦对每个气缸计算出了辛烷值标度，就在150确定辛烷值标度的最大值。然后在160，控制将当前发动机工作区域的辛烷值标度(OS[zone])设定成最大值，并将当前发动机工作区域的辛烷值标度存储在存储器中。对于在170处的每个气缸来说，则在180控制根据该最大值来限制辛烷值标度(OS[cylinder])。在190，将每个气缸的辛烷值标度(OS[cylinder])存储在存储器中。
否则，如果在110处发动机系统在发动机工作区域之间转变，或者在120混合未完成，则如上所述地那样在190执行混合。对于在200处的每个气缸来说，在210将辛烷值标度(OS[cylinder]设定成等于混合值，并在220将其存储在存储器中。该混合方法一直持续到直到在120处混合完成。一旦气缸的辛烷值标度(OS[cylinder])等于当前发动机工作区域的辛烷值标度(OS[zone])，则混合完成。
类似地，可以如图7中的基于发动机工作区域的爆震减小所示的方法来计算每个发动机工作区域的单个辛烷值标度(OS[zone])。在300，根据发动机转速、大气压力和每气缸空气确定当前发动机工作区域。如果在310处发动机系统没有在各个工作区域之间转变，则控制在320处评价混合是否完成。如果在320处混合完成，则在330计算辛烷值标度(OS[zone])，并在340将其存储在存储器中。
否则，如果在310处发动机系统在发动机工作区域之间转变，或者在320处混合未完成，则在350混合辛烷值标度(OS[zone])，并在360将其存储在存储器中。该混合方法一直持续直到在320处混合完成。一旦当前发动机工作区域的辛烷值标度达到存储的当前发动机工作区域的辛烷值标度时，则混合完成。
正如所理解的，上面论述的所有比较可以根据比较的选定值以各种形式实施。例如，在各个实施例中，“大于”的比较可以实施为“大于或等于”。类似地，在各个实施例中，“小于”的比较可以实施为“小于或等于”。在各个实施例中，“在一定范围内”的比较可以等同地实施为“小于或等于最大阈值”和“大于或等于最小阈值”的比较。
现在本领域技术人员应该理解，通过上面的描述，本发明的宽泛教导可以以各种形式实施。因此，尽管已经结合其特定实例描述了本发明，但是本发明的真实范围不应受到限制，因为在研究了附图、说明书和下面的权利要求书后，其他的修改对本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (24)

1.一种用于内燃机的爆震减小系统，包括：
发动机工作区域选择模块，用于根据发动机转速、每气缸空气、以及大气压力从多个发动机工作区域中选择当前的发动机工作区域；
爆震检测模块，用于根据对发动机爆震的检测产生爆震检测信号；以及
辛烷值标度适配模块，用于根据当前的发动机工作区域和爆震检测信号来计算辛烷值标度，其中发动机点火根据辛烷值标度进行控制。
2.如权利要求1所述的系统，其中当该爆震检测信号指示检测到爆震时，该辛烷值标度适配模块使辛烷值标度增大。
3.如权利要求1所述的系统，其中当该爆震检测信号指示没有检测到爆震时，该辛烷值标度适配模块使辛烷值标度减小。
4.如权利要求1所述的系统，其中该辛烷值标度适配模块根据以下各项中的至少一个来计算辛烷值标度，包括：存储的辛烷值标度、根据快速爆震延迟而确定的增加率、根据点火而确定的增益值、习得的增益以及预定的减率。
5.如权利要求1所述的系统，还包括标度混合模块，用于当在发动机的各工作区域之间转变时，将当前发动机工作区域的辛烷值标度与计算出的之前发动机工作区域的辛烷值标度混合，其中该混合以计算出的混合步长为基础。
6.如权利要求1所述的系统，其中该爆震检测模块为内燃机的多个气缸检测发动机爆震，该辛烷值标度适配模块为多个气缸中的每个气缸计算辛烷值标度，以及对于多个气缸中的每个气缸来说，根据与气缸相关联的辛烷值标度来单独地控制该发动机点火。
7.如权利要求6所述的系统，还包括标度最大值模块，用于为多个气缸中的每个气缸确定计算出的辛烷值标度的最大值，并使该最大值与当前的发动机工作区域相关联。
8.如权利要求7所述的系统，其中该标度最大值模块根据最大值和增量极限来限制多个气缸中的每个气缸的辛烷值标度。
9.如权利要求1所述的系统，其中多个发动机工作区域由至少一个发动机转速滞后对和一个每气缸空气滞后对限定。
10.如权利要求8所述的系统，其中至少一个每气缸空气滞后对由大气压力来补偿。
11.如权利要求1所述的系统，其中该爆震检测模块根据从爆震传感器接收的第一爆震检测信号与爆震强度阈值的比较来产生爆震检测信号。
12.如权利要求1所述的系统，还包括点火控制模块，用于根据辛烷值标度来控制内燃机的点火，其中该内燃机是皮带驱动启动电机的混合动力发动机。
13.一种减小内燃机的爆震的方法，包括：
根据发动机转速、每气缸空气、以及大气压力从多个发动机工作区域中选择当前的发动机工作区域；
根据对发动机爆震的检测来产生爆震检测信号；
根据当前的发动机工作区域和爆震检测信号来计算辛烷值标度；以及
根据辛烷值标度来控制发动机点火。
14.如权利要求13所述的系统，其中该计算包括当该爆震检测信号指示检测到爆震时使辛烷值标度增大。
15.如权利要求13所述的系统，其中该计算包括当该爆震检测信号指示没有检测到爆震时使辛烷值标度减小。
16.如权利要求13所述的系统，其中该计算包括根据以下各项中的至少一个来计算辛烷值标度，包括：存储的当前气缸的辛烷值标度、根据快速爆震延迟的当前值而确定的增加率、根据点火而确定的增益值、习得的增益以及预定的减率。
17.如权利要求13所述的系统，还包括当在发动机的各工作区域之间转变时，将当前发动机工作区域的辛烷值标度与计算出的之前的发动机工作区域的辛烷值标度混合，其中该混合以计算出的混合步长为基础。
18.如权利要求13所述的系统，其中该检测包括为内燃机的多个气缸中的每个气缸检测发动机爆震，该计算包括为多个气缸中的每个气缸计算辛烷值标度，以及对于多个气缸中的每个气缸来说，根据多个气缸中的每个气缸的辛烷值标度来单独地控制该发动机点火。
19.如权利要求18所述的系统，还包括为多个气缸中的每个气缸确定计算出的辛烷值标度的最大值，并使该最大值与当前的发动机工作区域相关联。
20.如权利要求19所述的系统，还包括根据最大值和增量极限来限制多个气缸中的每个气缸的辛烷值标度。
21.如权利要求13所述的系统，还包括通过至少一个发动机转速滞后对和至少一个每气缸空气滞后对来限定多个发动机工作区域。
22.如权利要求21所述的系统，还包括通过大气压力来补偿至少一个每气缸空气滞后对。
23.如权利要求13所述的系统，还包括接收来自爆震传感器的第一爆震检测信号，并根据该第一爆震检测信号与爆震强度阈值的比较来产生爆震检测信号。
24.如权利要求13所述的系统，其中控制点火包括根据辛烷值标度来控制对皮带驱动启动电机的混合动力发动机的点火。
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