CN101213368A - 用于控制发动机噪声的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制噪声及刺耳声的方法，该噪声及刺耳声由具有燃烧室的火花点火发动机中的燃烧所引起；燃料传送装置，用于将燃料供给传送至燃烧室；多个火花点火装置，位于用于将燃料供给点火的燃烧室内，及控制单元。该控制单元控制每个点火装置的操作回应于与至少一个燃烧噪声相关的参数(为发动机工况)的测量值。控制可为突破临界值的与燃烧噪声相关的参数的回应。该与燃烧噪声相关的参数可在燃烧室内为燃烧压力上升的速率。然而，该方法可被执行于与燃烧压力上升的速率及一个或更多进一步的诸如的发动机转速、加速度和/或发动机负载(突破临界值的)的参数相回应。在车辆内用于执行该方法的点火控制系统形成本发明的另一方面。该方法及点火控制系统可在燃料喷射发动机或化油器发动机内被执行，而对于燃料喷射发动机尤其有利。

Description

用于控制发动机噪声的方法及系统
技术领域
本发明涉及用于控制发动机噪声(尤其是与燃烧相关的噪声)的方法及系统。
背景技术
申请人已发明了具有多个用于每个燃烧室的点火装置的发动机。如在2002年7月16日授权申请人的印度专利195905(其内容结合于此作为参考)中描述的，这样的小缸径发动机或小排量发动机使稀空气燃料混合物能有效燃烧。尤其适用于小排量发动机地，多个或双点火装置设置成使两个火花塞在上止点之下的预定时刻被同时激发，从而以有效的方式燃烧稀空气燃料混合物。虽然这样的车辆被很好地接受了，但是该申请人希望改善稍高(虽然在法定范围内)的噪声级。
显然，当发动机迅速加速或以较高速度的发动机工况工作时，火花塞的同时激发可导致令人不适的噪声级或刺耳声。这种噪声将有别于作为熟知的“爆震”现象的结果产生的噪声，在“爆震”现象中未必引起对发动机的机械损害。
当采用该发动机的车辆以恒速(例如从15km/h至60km/h)巡航时，发动机可以足够快的速率燃烧稀的空气燃料混合物，从而在无令人不适的噪声及刺耳声的情况下获得有效燃烧。在这种状况下，燃烧压力上升的速率足以达到有效燃烧。然而，当发动机被快速加速时，汽缸即刻充满大量的空气燃料混合物，该空气燃料混合物被压缩到更大压力，导致燃烧压力上升的更大速率。在这个时刻，在公知的发动机内，双火花塞的点火引起燃烧压力上升的速率进一步提高，导致令人不适的噪声级及刺耳声。燃烧压力的这种快速上升还导致在活塞冲程过程中快速占据它们之间间隙的运动部件的快速加速。这样增强了噪声及刺耳声问题。已被注意到的是，如果燃烧压力上升的速率大于临界值(每度曲轴旋转约为3.5bar)，就导致令人不适的噪声级或刺耳声。
已被注意到的是，当发动机以较高的发动机转速运转时(例如大于6000rpm)，就产生不适的噪声级或者刺耳声。在这些速度下，空气燃料混合物的较高流速在发动机汽缸内产生挠动。空气燃料混合比还是比较富余以顾及发动机组件的耐用性。这些因素为：在汽缸中的扰动，以及由于双火花塞点火较高量的增浓充注导致在已知发动机中的燃烧压力的较高速率的上升，由此引起令人不适的噪声级或刺耳声。
发明内容
本发明的目的是为了解决在发动机内与燃烧相关的噪声及刺耳声问题，该发动机具有配置多个火花点火装置的燃烧室。
考虑此目的，本发明提供一种控制由火花点火发动机中的燃烧引起的噪声及刺耳声的方法，所述发动机具有燃烧室、用于将燃料供给输送给燃烧室的燃料输送装置、位于所述燃烧室内用来点火所述燃料供给的多个火花点火装置以及控制单元，其中，所述控制单元响应所测量的与燃烧噪声相关的参数的值控制所述多个点火装置的每个点火装置的操作。这种控制可响应突破预定的临界水平的与燃烧噪声相关的参数的测量值进行。
优选地，燃料输送装置为位于发动机的歧管(manifold)中的燃料喷射器。该燃料输送装置可包括化油器。
优选地，燃料供给为空气及燃料的混合物。在稀范围或浓范围内燃料供给可具有一个空气燃料比。当空气燃料比在浓范围内时，可避免双火花点火。
可从一套可能的发动机工况中选出与燃烧噪声相关的参数。在燃烧室内燃烧压力上升的速率与以上所描述的燃烧噪声及刺耳声非常相关，并且该速率是用于控制的优选参数或初始参数。实际上，可执行该方法来将燃烧压力的上升速率保持在预定的临界值之下，在该临界值时，噪声级是可接受的。燃烧压力上升的速率可以被表达为每度曲轴旋转的压力上升，相应地每度曲轴旋转预定的临界值可为3.5bar。燃烧压力上升的速率还可表达为每单位时间的压力上升。
燃烧压力的上升具有相关的参数，诸如速度、加速度、发动机负载、节气门位置、空气燃料比及歧管真空压力或这些参数的变化，这些参数的变化中的每个是与噪声相关的二级参数，对于给定多个(很可能双个)点火装置的发动机它们可感测或测量，并且特别是在高发动机转速下，例如大于5000rpm，这些二级参数与燃烧压力上升的速率相结合地或单独地用作控制参数。有利地，根据所测量的燃烧压力上升的速率和至少一个其他参数(尤其是突破特别在中间发动机转速工况下的预定临界值(诸如1600至5000rpm)的发动机转速或加速度)来控制点火装置和燃烧过程。
另一方面，本发明提供用于车辆的点火控制系统，该系统包括：
多个火花点火装置；以及
控制单元，用于控制每个点火装置的操作，其中，所述控制单元被编程来接收与燃烧噪声相关的参数数据并且用来根据所述与燃料噪声相关的参数数据操作每个点火装置。
该方法及系统尤其适用于发动机在负载转换(通常从部分负载至全负载)的情况下。根据该方法的点火装置正时控制的特性可根据发动机负载条件变化。
发动机转速及加速度的感测提供了一种将数据提供给控制单元的便利方式。控制单元，其可为微控制器，可接下来操作点火装置以便通过控制一个或两个点火装置的点火时间来控制噪声级。如果必要，点火装置的点火可为不连续的以便达到所需的噪声控制。一个点火装置的点火正时相对于另一个点火装置的点火正时的延迟还是作为控制的优选模式。这样的延迟可以作为发动机工况的函数来变化。
在“正常”情况下，噪声不可能成为问题，尽管火花塞可以定时内的某一固定偏移量点火，但尤其如果需要稀混合物燃烧时，两个点火装置或火花塞可以同时点火。若发动机转速和/或加速度例如超过预定值，则控制单元可延迟或迟滞激发一个火花点火装置或火花塞的点火动作。在这样的情况下，甚至稀混合物可不需要通过多个点火装置促进点火。
若发动机转速和/或加速度在预定值(对于发动机转速例如为1600rpm)之下，则火花塞以发动机功率输出为重点而可被同时激发。控制单元可响应与燃烧噪声相关的参数数据而不是发动机转速及加速度数据地执行这样的步骤。可利用对于不同发动机工况(例如发动机转速)的点火装置的点火时间/点火装置间断的图表来编程控制单元。这样的图表可对应于节气门部分打开或节气门全部打开的工况。
进一步，例如在一个火花塞相对于另一个火花塞的点火动作或正时的点火动作或正时的延迟的方面，对点火装置的操作的控制可响应所测量或感测的与燃烧噪声相关的参数数据的噪声易于结合而发生。例如，点火动作正时的迟滞可相应燃烧压力上升的速率及发动机转速或加速度超过临界值而发生以执行控制。
在需要噪声控制的工况下，可以渐进的方式延迟火花塞的点火正时。这需要用于控制单元的小容量。然而，点火装置点火正时的顺利转换可优选为，将延迟角度确定为所选的与燃烧噪声相关的控制参数的函数。其中一个火花塞的点火的暂停或点火的延迟的角度可由点火正时/发动机转速图表确定，该图表可对应于节气门部分打开工况或节气门全部打开工况。还可运用使用与燃烧噪声相关的参数(而不是发动机转速)的图表。
根据本发明受控或执行本发明的点火控制系统方面的发动机可以是化油器发动机、歧管喷射发动机或直接喷射发动机。与燃料喷射发动机相关的方法及控制系统的应用是本发明特别有利的实施例。发动机可为两冲程或四冲程发动机并可特别有利地应用于小缸径发动机或小排量发动机。
在另一方面，本发明提供了一种控制具有汽缸的发动机内的噪声及刺耳声的方法，所述汽缸设有多个点火装置，在发动机从部分负载到全部负载转换的工作过程中，该方法包括：
a)测量所述汽缸内燃烧压力上升的速率；以及
b)若测量的燃烧压力上升的速率超过预定值，将所述汽缸中的点火装置的点火和激发延迟受控的角度；其中，所述点火装置的点火的延迟的角度根据感测的发动机转速及负载条件受到控制。
附图说明
现在将参照在附图中示出的非限定性的优选实施例来详细描述本发明，在这些附图中：
图1示出双点火装置发动机的汽缸盖的截面。
图2示出根据本发明的发动机点火系统的点火正时曲线。
图3示出根据现有技术的发动机点火系统的点火正时曲线。
图4示出根据本发明的点火系统的实施例的方框图。
图5示出在节气门部分打开的状况下根据本发明的实施例的点火系统工作的流程图。
图6示出在节气门全部打开的状况下根据本发明的实施例的点火系统工作的流程图。
图7是用于双点火装置燃料喷射发动机的发动机汽缸盖的示意性剖视图。
图8示出用于图7的发动机的点火正时图。
具体实施方式
现在参照图1，示出了小缸径内燃机100的汽缸盖14。发动机100以四冲程原理工作。这种小缸径发动机的典型特征包括范围从70cc至200cc的汽缸排量及45mm至70mm的汽缸内径，且作为操作两轮或三轮车辆或其他机动车辆、例如此处摩托车的原动机使用。
汽缸盖14限定屋脊结构的燃烧室120的顶部，并配有传统制造的两个火花塞15和16，使发动机100以稀薄燃烧模式工作而改善燃料经济。
火花塞15和16形成电容放电点火系统(CDI系统)7的部分。CDI系统7在图4中示意性示出并包括波整形装置3、传感装置或微控制器控制单元4、充电线圈5、电源整流装置6、点火电容器充电及触发电路A8，以及点火电容器充电及触发电路B9。CDI系统7通过微控制器控制单元4来控制火花塞15和16点火的方式及正时。
磁电机转子1在拾波线圈2内产生脉冲，这些脉冲通过波整形装置3输入到微控制器4。到微控制器4的电源由传统的充电线圈5通过电源整流装置6提供。所述微控制器4的两个输出端被连接到点火电容器充电及触发电路A8及点火电容器充电及触发电路B9相连接。点火电容器充电及触发电路A8通过点火线圈A10连接到火花塞15，点火电容器充电及触发电路B9通过点火线圈B11连接到火花塞16。配有该系统的车辆也可以配有节气门位置传感器12。传感器12可为识别节气门全部打开和节气门部分打开的两种状态的结构。还可使用提供节气门位置的更详细数据的传感器。
当摩托车的驾驶者通过操作节气门来提高车辆的速度时，燃烧压力上升的速率(与燃烧噪声非常相关的参数)由微控制器4通过拾波线圈2感测。另外，发动机转速增大的速率可被输入到微控制器4。在优选的实施例中，是这两个与燃烧噪声相关的参数(一个初始参数一个次级参数)被用于将燃烧噪声控制到可接受的水平的策略中。这些可接受的水平可在工厂环境中被设定和测试。进一步的参数，例如歧管真空或压力，也可以被输入到控制策略中。
在低发动机速度的情况下，例如在1600rpm下，根据微控制器4的指令，两个火花塞15和16都将被点火以促进传送到发动机100的稀燃料空气混合物充电的点火，该微控制器4以所需点火正时的图编程，所需的点火正时是发动机转速和燃烧压力上升的速率的函数。
在发动机临界速度，例如1600rpm以上，并且所测量的燃烧压力上升的速率高于临界值(例如每度曲轴旋转为3.5bar)时，微控制器4通过预定值延迟一个火花塞16的点火或使其不连续。在示出的实施例中，通过步进策略实施这样的控制，该步进至值或延迟角度取决于测量的发动机转速。也就是说，在例如从1600rpm至5000rpm的中间速度范围内，延迟角度将根据发动机转速值变化。该延迟角度还随测量出的燃烧压力上升的速率变化。其他的火花塞15的点火正时保持不变。
当发动机转速增大超过某个值(例如5000rpm)而到达高速度范围时，尤其是在节气门全部打开的加速状况下，在浓的空气燃料比的范围内燃料供应被输送到燃烧室14，火花塞16的点火因不必要而不连续，发动机100仅用一个激发的火花塞来运行。
火花塞点火正时对发动机转速的示例性图表或点火正时曲线示于图2中，参照该示例性图表或点火正时曲线根据上述发明进行对噪声和刺耳声的控制。图2示出了用于发动机100的点火正时曲线，该发动机每汽缸具有两个火花塞15和16(用于本发明的控制策略)，其中x轴示出了发动机转速(RPM)及y轴示出了点火正时。当发动机转速快速提高时，一个火花塞16的点火正时延迟预定值，在图中由D指示，火花塞15的点火正时保持不变，在图中由C指示。这样实现了噪声及刺耳声下降。
相反地，图3示出根据现有技术的用于发动机的点火正时曲线，其中x轴示出发动机转速(RPM)及y轴以度数示出在上止点前的点火正时。因发动机转速提高，点火正时也变化并适用于被同时激发的两个火花塞。火花塞的同时操作引起燃烧的过度提升及潜在过量的噪声及刺耳声。没有提供用于点火装置以降低这样的噪声级的控制策略。
图2和图3的比较表明，在中速和高速状况下使用本发明的点火控制策略，可以在降低噪声和刺耳声方面相应有利的方式控制点火和燃烧的进展。当发动机工作状况依照测量或计算的与燃烧噪声相关的参数指示时，因为不需要同时进行火花塞15和16的点火，所以受控延迟或不连续的火花塞操作导致噪声变弱。
依照延迟角度的控制角度、点火正时、火花塞点火不连续的条件以及火花塞点火偏移正时由发动机100是在节气门部分打开的模式下还是在节气门全部打开的模式下工作以及发动机转速所决定。在图5和图6中示出与用于两种节气门位置模式的控制算法相对应的流程图。
因此，当需要将浓空气燃料比的燃料供给输送给发动机100时，可保持用于稀空气燃料混合物的燃烧的双火花塞点火系统的好处而无噪声及刺耳声的代价或双点火的缺点。因点火正时相对于发动机的工作状况被最优化，所以到火花塞15和16在较慢的速度将被磨损的程度还可产生进一步的好处。
然而，因为驾驶者通过保持恒定的节气门位置(被拾波线圈2所感测)而完成加速阶段，两个火花塞15和16的同时点火正时因对良好的发动机燃烧性能有利而被修复。
在加速阶段过程中发动机转速提高的速率的图示值、需要为一个火花塞进行的点火正时的变化和这种点火正时的变化应用到两个火花塞的情况以及断开火花塞中的一个时的发动机转速，由发动机设计决定。发动机设计参数(诸如汽缸排量、发动机的最大功率和最大扭矩以及这两个发生时的的发动机转速、车辆的最大速度、传动比、轮胎的动态滚动半径等)影响这些结果。将参照这些参数来编程图表。
上述描述与这样的系统相关，在该系统内发动机转速的输入已从所述脉冲发生器线圈进行，根据输入的发动机转速微控制器4控制两个火花塞中的一个的点火正时。也可以根据诸如歧管真空压力(图8)、瞬时节气门位置传感器或其他参数(可以指示或导致燃烧压力较高的速率及因此更大的噪声和刺耳声被指示)进行输入。当还需要说明发动机上的负载时，需要从位置(诸如歧管真空和/或节气门位置传感器)进行输入。进行输入的这些变化在本发明的范围内。
本发明的方法及点火控制系统的修改及变型对于阅读本公开的技术人员是显然的。这些修改及变型被认为在本发明的范围内。
例如，该方法及控制系统可有利地适用于在图7中示出的燃料喷射发动机。这里，发动机200的汽缸盖114限定配有传统制造的两个火花塞104和105的燃烧室120的顶部，使发动机200能在稀燃烧模式下工作而提高燃烧经济性。
发动机200是歧管燃料喷射发动机，在该发动机内歧管燃料喷射器101将燃料供给输送给空气歧管102，该空气歧管将空气输送给发动机燃烧室120。通过使用与以上描述大致相同的策略实现燃烧噪声控制。
特别地，在恒速运转过程中，根据歧管压力及发动机转速，电子发动机控制单元(ECU，没有示出)在两个火花塞104和105所需的正时下触发点火火花。这些正时可为同时或不同时，例如在可为固定的正时关系的某些正时关系内点火。
在加速过程中，第二火花塞105的点火相对于第一火花塞104延迟函数地取决于发动机转速的曲轴角度。可用两种方式来感测加速度。例如，若(1)节气门位置传感器的位置的变化速率超过临界值；或(2)发动机转速的变化速率大于临界值，加速度可被感测。若满足两个条件中的其中一个条件，ECU延迟第二火花塞105的火花正时。一旦发动机转速的变化速率小于临界值，第二火花塞105的火花正时被恢复。
根据图8所示的点火图控制点火正时，该点火图将点火正时设定成发动机转速及歧管真空或压力的函数。

Claims (22)

1.一种控制由火花点火发动机中的燃烧引起的噪声及刺耳声的方法，该火花点火发动机具有燃烧室、用于将燃料供给输送给燃烧室的燃料输送装置、位于所述燃烧室内用来点火所述燃料供给的多个火花点火装置以及控制单元，其中，所述控制单元响应至少一个与燃烧噪声相关的参数的测量值控制所述多个点火装置的每个点火装置的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当与所述燃烧噪声相关的参数的测量值突破预定的临界水平时，执行控制。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，与燃烧噪声相关的主要参数是燃烧压力上升的速率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，与燃烧噪声相关的次要参数是至少一个与所述燃烧压力上升的速率相关的参数，所述至少一个参数选自发动机转速、发动机负载，加速度节气门位置、空气燃料比、歧管压力及这些参数的变化。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，若燃烧上升的速率超过临界值，则点火装置的点火被延迟。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，若发动机转速或加速度也超过临界值，则点火装置的点火正时被延迟。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，点火正时以逐渐变化的方式被。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，从一个点火装置点火正时至延迟的点火正时的顺利转换由控制单元实施。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，若至少一个与燃烧噪声相关的参数突破临界值，则点火装置的点火是不连续的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用所述燃料供给喷射所述发动机。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，用燃料来喷射所述发动机的歧管。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料供给的空气燃料比在稀范围内。
13.根据前述的权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述发动机在稀燃烧模式下工作。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述发动机的负载转换过程中执行控制。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过延迟一个点火装置的、相对于另一个点火装置的点火正时的点火正时来执行控制。
16.一种控制具有汽缸的发动机内的噪声及刺耳声的方法，所述汽缸设有多个点火装置，在发动机从部分负载到全部负载转换的工作过程中，所述方法包括：
a)测量所述汽缸内燃烧压力上升的速率；以及
b)若测量的燃烧压力上升的速率超过预定值，使所述汽缸中的点火装置的点火延迟受控的角度；其中，所述点火装置的点火的延迟的角度根据感测的发动机转速及负载条件受到控制。
17.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述方法在小缸径发动机中执行。
18.一种点火控制系统，包括：
多个火花点火装置(15，16)；以及
控制单元(4)，用于控制每个点火装置(15，16)的操作，其中，所述控制单元(4)被编程来接收与燃烧噪声相关的参数数据并且根据所述数据操作每个点火装置(15，16)以控制噪声及刺耳声。
19.根据权利要求18所述的点火控制系统，其中，利用提供作为在特定发动机工况下所测量的、与燃烧噪声相关的参数数据的函数的点火正时的图表编程所述控制单元。
20.根据权利要求19所述的点火控制系统，其中，所述图表提供作为选自发动机转速、发动机负载、加速度、空气燃料比和歧管真空压力以及这些参数的变化中的至少一个参数的函数的点火正时。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的点火控制系统，其中，所述图表被提供用于节气门部分打开的工况和节气门全部打开的工况。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的点火控制系统，其中，所述图表提供用于所述点火装置的点火正时，使得一个点火装置的点火正时相对于另一个点火装置的点火正时延迟。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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