CN102052182B - 用于减少火花塞积垢的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于减少火花塞积垢的方法和设备。具体地，提供了用于控制发动机操作的控制模块和方法，其包括确定先前运行时间段的运行时间模块，确定先前运行时间段期间的燃料质量的燃料质量模块，基于先前运行时间段期间的燃料质量来确定火花积垢状况的火花积垢状况估计模块，以及响应于该火花积垢状况来控制发动机的发动机操作模块。

Description

用于减少火花塞积垢的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年11月2日提交的序列号为61/257150的美国临时申请的权益。在此通过引用将上述申请的公开内容并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及用于机动车辆的发动机控制，更具体地，涉及用于在发动机操作期间减少火花塞积垢的方法和设备。
背景技术
在此提供的背景技术的描述用于从总体上示出本发明背景的目的。发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述，这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面，既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
火花塞积垢可能会阻止发动机起动，和/或在起动期间增加曲轴转动。火花塞积垢的类型包括碳积垢的火花塞和湿燃料积垢的火花塞。碳积垢的火花塞具有积累在火花塞电极上的增多的碳。湿燃料积垢的火花塞则由积累在电极周围的燃料所致。
火花塞积垢可能由于下述原因所致：在发动机起动期间在较冷温度时进行的富燃料供给，在发动机起动后的相对较短的发动机操作，以及火花塞的总体工作环境。
由于火花塞可能需要被更换，所以火花塞积垢可能会增加质保成本。火花塞积垢还可能增加车辆的排放物的量。
发明内容
本发明通过对上一发动机操作时间段中消耗的燃料质量以及其它因素进行评估来减少火花塞积垢。通过减少火花塞积垢，可以改善质保成本和产品质量。
在本发明的一个方面，一种操作发动机的方法包括确定先前运行时间段，确定在该先前运行时间段期间的燃料质量，基于在先前运行时间段期间的燃料质量来确定火花积垢状况，以及响应于该火花积垢状况来控制发动机。
在本发明的另一方面，一种用于控制发动机操作的控制模块包括确定先前运行时间段的运行时间模块，确定先前运行时间段期间的燃料质量的燃料质量模块，基于先前运行时间段期间的燃料质量来确定火花积垢状况的火花积垢状况估计模块，以及响应于该火花积垢状况来控制发动机的发动机操作模块。
由以下提供的详细描述，本发明的更多应用领域将变得明显。应当理解的是，详细描述和具体示例都仅仅用于说明目的，而并不意图限制本发明的范围。
本发明还提供了以下方案：
1.一种控制发动机操作的方法，包括：
确定先前的运行时间段；
确定所述先前的运行时间段期间的燃料质量；
基于所述先前的运行时间段期间的燃料质量来确定火花积垢状况；以及
响应于所述火花积垢状况来控制所述发动机。
2.如方案1所述的方法，进一步包括确定先前运行时间段开始时的开始发动机冷却剂温度，并且其中确定火花积垢状况包括基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述开始发动机冷却剂温度来确定火花积垢状况。
3.如方案1所述的方法，进一步包括确定先前运行时间段结束时的结束发动机冷却剂温度，并且其中确定火花积垢状况包括基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述结束发动机冷却剂温度来确定火花积垢状况。
4.如方案1所述的方法，进一步包括确定乙醇百分比，并且其中确定火花积垢状况包括基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述乙醇百分比来确定火花积垢状况。
5.如方案1所述的方法，进一步包括确定所述发动机的先前新时间段的运行时间，并且其中确定火花积垢状况包括基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述运行时间来确定火花积垢状况。
6.如方案5所述的方法，其中，控制所述发动机包括控制燃料关闭持续时间。
7.如方案1所述的方法，其中，控制所述发动机包括控制所述发动机的强制预热。
8.如方案1所述的方法，其中，控制所述发动机包括控制曲轴燃料减少系数。
9.如方案1所述的方法，其中，控制所述发动机包括在扭矩模式中增大空气流、延迟火花、以及控制所述发动机以贫燃料燃烧。
10.如方案9所述的方法，进一步包括确定平均燃料质量，并且当所述平均燃料质量大于燃料质量阈值时执行以下步骤：增大空气流、延迟火花、以及控制所述发动机以贫燃料燃烧。
11.如方案1所述的方法，其中，控制所述发动机包括在速度模式中增大发动机速度和控制所述发动机以贫燃料燃烧。
12.如方案11所述的方法，进一步包括确定平均燃料质量，并且当所述平均燃料质量大于燃料质量阈值时执行以下步骤：增大发动机速度和控制所述发动机以贫燃料燃烧。
13.一种用于控制发动机操作的控制模块，包括：
确定先前运行时间段的运行时间模块；
确定所述先前运行时间段期间的燃料质量的燃料质量模块；
基于所述先前运行时间段期间的燃料质量来确定火花积垢状况的火花积垢状况估计模块；以及
响应于所述火花积垢状况来控制所述发动机的发动机操作模块。
14.如方案13所述的控制模块，进一步包括冷却剂温度模块，其确定先前运行时间段开始时的开始发动机冷却剂温度，并且其中火花积垢状况估计模块基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述开始发动机冷却剂温度来确定火花积垢状况。
15.如方案13所述的控制模块，进一步包括冷却剂温度模块，其确定先前运行时间段结束时的结束发动机冷却剂温度，并且其中火花积垢状况估计模块基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述结束发动机冷却剂温度来确定火花积垢状况。
16.如方案13所述的控制模块，进一步包括燃料成分模块，其确定乙醇百分比，并且其中火花积垢状况估计模块基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述乙醇百分比来确定火花积垢状况。
17.如方案13所述的控制模块，其中，所述运行时间确定模块确定所述发动机的先前新时间段的运行时间，并且其中火花积垢状况估计模块基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述运行时间来确定火花积垢状况。
18.如方案13所述的控制模块，其中，所述发动机操作模块控制燃料关闭持续时间。
19.如方案13所述的控制模块，其中，所述发动机操作模块控制所述发动机的强制预热。
20.如方案13所述的控制模块，其中，所述发动机操作模块控制曲轴燃料减少系数。
附图说明
由附图和详细描述，本发明将得到更加充分的理解，附图中：
图1是根据本发明的具有火花塞积垢防止策略的发动机的高度示意图；
图2是图1的发动机控制器的框图；以及
图3是操作本发明的方法的流程图。
具体实施方式
以下说明本质上仅仅是示例性的，决不意图限制本发明、其应用或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记来指示相似的元件。如本文中所用，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为是指使用了非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本发明原理的情况下，方法中的步骤能够以不同的次序被执行。
如本文中所用，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享处理器、专用处理器、或组处理器)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适部件。
本发明提供了一种用于根据各种因素来防止火花塞积垢的方法和系统，其中所述各种因素包括在上一发动机操作时间段期间消耗的燃料质量。其它因素可以包括发动机冷却剂温度和燃料的乙醇百分比。各种发动机操作策略可以被执行，以便对火花塞进行清洁并减少曲轴燃料水平，从而进一步减少火花塞周围的积碳并且减少发动机起动期间火花塞积垢的风险。
现在参照图1，发动机12被示出为具有多个汽缸14。在该图示中，示出了三个汽缸14。然而，发动机可以包括各种数量的汽缸，包括但不限于，2、4、5、6、8和12个汽缸。每个汽缸可包括至少一个火花塞16。火花塞16通过两个电极之间的间隙来产生火花，该火花点燃喷射到发动机中的燃料。
点火系统20基于来自控制模块24的输出来控制火花塞的操作。控制模块24可以控制包括了发动机系统20和其它燃料相关部件的车辆的发动机操作特性。
发动机冷却剂温度传感器30可以产生对应于发动机冷却剂温度的发动机冷却剂信号。发动机冷却剂温度30可以在各个时间段存储在控制模块24中。例如，发动机冷却剂温度可以在先前停机期间或者在先前发动机操作的结束时间段期间被记录。发动机的先前操作可以被称作先前操作事件。发动机冷却剂温度还可以就在发动机起动之前被监测，以便确定火花塞的积垢状况。
燃料传感器34可以产生对应于燃料成分的燃料成分信号。例如，燃料传感器34可以产生对应于燃料中乙醇量的信号。通常，在汽油的形成中使用了10％的乙醇。然而，在灵活燃料车辆中可使用更高的乙醇百分比。
现在参照图2，示出了控制模块24的框图。控制模块24可以包括冷却剂温度模块110。冷却剂温度模块110可以在发动机操作期间存储各种冷却剂温度。冷却剂温度模块110可以在先前运行时间期间存储发动机冷却剂温度。也就是说，冷却剂温度模块110可以存储对应于发动机操作的先前时间的结束冷却剂温度。结束冷却剂温度对应于结束发动机操作时或就在结束发动机操作之前的发动机冷却剂温度。发动机冷却剂温度模块110还可以记录在操作发动机之前的发动机冷却剂温度。例如，就在响应于钥匙开启点火状况而向发动机提供燃料和火花之前，冷却剂温度模块110可以记录发动机冷却剂温度。
运行时间模块110可以记录现在关闭的发动机之前操作的时间量。运行时间可以对应于在先前车辆操作期间从点火开关打开时刻到点火开关掉时刻的时间。
燃料质量模块114可以产生对应于在先前车辆运行时间期间所提供的燃料量的燃料质量信号。
燃料成分模块116可以产生对应于燃料内乙醇量的燃料成分信号。燃料成分模块116可以接收来自燃料传感器的信号。
模块110、112、114和116中的每一个都与火花积垢状况估计模块130通信。火花积垢状况估计模块130可以产生对应于车辆内火花积垢量的火花积垢信号。火花积垢量可取决于上述各种状况，包括在先前运行时间结束时的冷却剂温度，发动机先前操作的运行时间量，在发动机先前操作期间的燃料质量，以及燃料中的乙醇量。火花积垢状况估计还可以取决于各种发动机状况。因此，火花积垢可以关于各种发动机构造、发动机操作状况和火花塞构造被校准。上述各种参数的量可以基于发动机状况而大范围地变化。
发动机操作模块140可以接收各种积垢状况估计，所述各种积垢状况估计是基于到火花积垢状况估计模块130的各种输入。发动机操作模块140可以接收燃料关闭持续时间信号142，其控制发动机曲轴转动状况期间的燃料关闭持续时间。
发动机操作模块140还可以产生强制预热信号144，其强制发动机(并由此强制火花塞)以预定的增大速率预热，所述预定的增大速率比正常的发动机预热速率更快。
发动机操作模块140还可以接收来自火花积垢状况估计模块130的曲轴燃料减少系数。曲轴燃料减少系数信号146可以提供用来在发动机的初始曲轴转动或起动期间减少提供给该发动机的燃料量的系数。
现在参照图3，其示出了操作发动机的方法。在步骤210中，确定发动机冷却剂温度。可以关于各种时刻存储发动机冷却剂温度，这些时刻包括发动机的先前停机时以及在发动机起动状况之前。
在步骤212中，确定先前操作时间段的发动机运行时间。该运行时间对应于在发动机起动和停止之间操作发动机的时间。这可以对应于点火的钥匙开启和钥匙关停之间的时间量，或者对应于使用无钥匙点火的起动和停止之间的时间量。
在步骤214中，可以确定先前发动机操作中积累的燃料质量。先前积累的燃料质量可以对应于在先前运行时间期间的燃料量。
在步骤216中，可以确定燃料中的乙醇量。
在步骤218中，确定火花积垢状况。火花积垢状况可以基于发动机冷却剂温度、车辆的运行时间、积累的燃料质量、以及乙醇百分比。
在步骤220中，可以确定燃料关闭持续时间。燃料关闭持续时间可以用来减少火花塞积垢量。
在步骤222中，可以通过火花塞的强制预热来控制火花塞积垢状况。在步骤222中，可以基于在步骤218中确定的火花积垢状况来确定强制预热时间段。
在步骤224中，可以基于在步骤218中确定的火花积垢状况来确定曲轴燃料减少系数。曲轴燃料减少系数可以提供用来在发动机起动期间减少燃料量的系数。
在步骤226中，在已经确定火花积垢状况后，可以将先前的每事件平均积累燃料质量和燃料质量阈值进行比较。如果先前的平均积累燃料质量不大于阈值，那么在步骤228中发生正常的起动。如果先前的每事件平均积累燃料质量大于燃料质量阈值，那么步骤232确定发动机是否处于速度控制模式中。如果发动机处于速度控制模式中，那么步骤234增加基准发动机速度，并且执行贫燃料燃烧且持续预定时间段。
返回参照步骤232，当发动机不处于速度控制模式中时，那么执行步骤238。在步骤238中，确定发动机是否处于扭矩模式中。如果发动机不处于扭矩模式中，那么步骤240结束该过程。在步骤238中，当发动机处于扭矩模式中时，增加空气流并延迟火花，以保持扭矩水平并基于发动机的扭矩来执行贫燃料燃烧。
本发明的宽广教导能够以各种形式实施。因此，尽管本发明包括特定示例，但是本发明的真实范围不应当局限于此，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求书之后，其它的修改对于本领域技术人员而言将变得明显。

Claims (20)

1.一种控制发动机操作的方法，包括：
确定先前的运行时间段；
确定所述先前的运行时间段期间的燃料质量；
基于所述先前的运行时间段期间的燃料质量来确定火花塞积垢状况；以及
响应于所述火花塞积垢状况来控制所述发动机。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括确定先前运行时间段开始时的开始发动机冷却剂温度，并且其中确定火花塞积垢状况包括基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述开始发动机冷却剂温度来确定火花塞积垢状况。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括确定先前运行时间段结束时的结束发动机冷却剂温度，并且其中确定火花塞积垢状况包括基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述结束发动机冷却剂温度来确定火花塞积垢状况。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括确定乙醇百分比，并且其中确定火花塞积垢状况包括基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述乙醇百分比来确定火花塞积垢状况。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括确定所述发动机的先前运行时间段的运行时间，并且其中确定火花塞积垢状况包括基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述运行时间来确定火花塞积垢状况。
6.如权利要求5所述的方法，其中，控制所述发动机包括控制燃料关闭持续时间。
7.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述发动机包括控制所述发动机的强制预热。
8.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述发动机包括控制曲轴燃料减少系数，其中所述曲轴燃料减少系数是用来在发动机的初始曲轴转动或起动期间减少提供给该发动机的燃料量的系数。
9.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述发动机包括在扭矩模式中增大空气流、延迟火花、以及控制所述发动机以贫燃料燃烧。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括确定平均燃料质量，并且当所述平均燃料质量大于燃料质量阈值时执行以下步骤：增大空气流、延迟火花、以及控制所述发动机以贫燃料燃烧。
11.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述发动机包括在速度模式中增大发动机速度和控制所述发动机以贫燃料燃烧。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括确定平均燃料质量，并且当所述平均燃料质量大于燃料质量阈值时执行以下步骤：增大发动机速度和控制所述发动机以贫燃料燃烧。
13.一种用于控制发动机操作的控制模块，包括：
确定先前运行时间段的运行时间模块；
确定所述先前运行时间段期间的燃料质量的燃料质量模块；
基于所述先前运行时间段期间的燃料质量来确定火花塞积垢状况的火花塞积垢状况估计模块；以及
响应于所述火花塞积垢状况来控制所述发动机的发动机操作模块。
14.如权利要求13所述的控制模块，进一步包括冷却剂温度模块，其确定先前运行时间段开始时的开始发动机冷却剂温度，并且其中火花塞积垢状况估计模块基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述开始发动机冷却剂温度来确定火花塞积垢状况。
15.如权利要求13所述的控制模块，进一步包括冷却剂温度模块，其确定先前运行时间段结束时的结束发动机冷却剂温度，并且其中火花塞积垢状况估计模块基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述结束发动机冷却剂温度来确定火花塞积垢状况。
16.如权利要求13所述的控制模块，进一步包括燃料成分模块，其确定乙醇百分比，并且其中火花塞积垢状况估计模块基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述乙醇百分比来确定火花塞积垢状况。
17.如权利要求13所述的控制模块，其中，所述运行时间确定模块确定所述发动机的先前运行时间段的运行时间，并且其中火花塞积垢状况估计模块基于所述先前运行时间段期间的燃料质量和所述运行时间来确定火花塞积垢状况。
18.如权利要求13所述的控制模块，其中，所述发动机操作模块控制燃料关闭持续时间。
19.如权利要求13所述的控制模块，其中，所述发动机操作模块控制所述发动机的强制预热。
20.如权利要求13所述的控制模块，其中，所述发动机操作模块控制曲轴燃料减少系数，其中所述曲轴燃料减少系数是用来在发动机的初始曲轴转动或起动期间减少提供给该发动机的燃料量的系数。
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