CN102066722B - 分析气缸压力信号的燃油系统喷油正时诊断 - Google Patents
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Abstract
一种诊断发动机内燃烧的方法，包括监测气缸内的压力并以选择来索引燃烧循环的预定度量标准生成气缸的测得燃烧相位值。测得燃烧相位值通过快速傅立叶变换计算并与预期燃烧相位值比较。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的操作和控制，包括压燃式发动机。
背景技术
本部分中的声明仅仅提供与本发明相关的背景信息而不构成现有技术。
燃烧正时或相位对诊断燃烧过程中的问题是有用处的。对于在一组特定的参数下操作的正常燃烧过程，可以预测燃烧相位位于一小范围内。偏离这小范围内的燃烧循环表示在燃烧室内的工况超出了预期参数的范围。燃烧循环的分析可以多种方式进行。
评估燃烧相位的已知方法依赖于估算燃烧热、燃烧所做的功、或其它反应度量标准。这些方法检查原始数据并对燃烧数据内的趋势或累积数据点作出反应。然而，压燃式发动机和其它发动机控制方案在宽泛的发动机工况下操作。有效及时的控制，包括燃油控制、燃油调节、充量点火正时控制、废气再循环（EGR）控制，对满足操作者对性能和燃油经济性的需求和符合排放要求来说是必要的。此外，存在许多可变性，包括与部件、系统、运行条件和燃油有关的可变性：例如喷油器、燃油管线和燃油压力、环境压力和环境温度、和十六烷值和酒精含量。燃烧中的可变性影响各个气缸的热释放和功输出，结果导致发动机的非最佳性能。基于实时的发动机性能的燃烧可变性的测量对诊断燃烧过程中的不稳定性是有价值的并为降低低效的或高排放操作的周期提供有用的信息。
处理复杂的或有噪声的信号并使它们变为有用信息的方法是已知的。这一类方法包括通过快速傅立叶变换（FFT）的谱分析。FFT将周期的或重复的信号分解为许多谐波信号的和，该谐波信号对把信号转化为其频谱的分量是有用的。一旦确定了信号的分量，可分析这些分量并可从信号中获取信息。
发动机性能的变化在气缸压力和压力比方面可能是明显的。当监测发动机时和当发动机点火时，多种插入式和非插入式压力传感装置用于检测内燃机气缸内的压力是已知的。
一种能将包含与燃烧相关的信息的信号，如燃烧室的压力读数，转换为实时地描述燃烧正时的分量的系统对控制灵敏的发动机控制方案和增加发动机效率、燃油经济性和排放控制是有用的。
发明内容
一种在贫理想配比下运行并属于压燃范围的发动机，包括气缸和气缸盖，气缸具有由在上止点和下止点之间往复运动的活塞限定的可变容积燃烧室。一种用于诊断发动机内燃烧的方法，包括在燃烧循环期间从气缸监测压力，并以预定的度量标准为气缸生成测得燃烧相位值，该预定的度量标准选择为基于监测到的压力的快速傅立叶变换来指示燃烧循环。基于喷油曲柄角的以所述预定的度量标准所选的始点将测得燃烧相位值与预期的燃烧相位值比较。基于该比较确定大于允许的燃烧相位差的燃烧相位差。
附图说明
现在将参考附图用例子的方式描述一个或多个实施例，其中：
图1为根据本发明的具体实施例配置的内燃机的剖视图；
图2为根据本发明的具体实施例的作为改变喷油曲柄角始点的结果的多个最终燃烧相位曲线的曲线图；
图3为根据本发明的在压缩/做功事件期间燃烧室内观测到的示例性的压力的曲线图，包括为燃烧循环所共有的气缸压力和为无燃烧而循环的气缸所共有的电动机带动压力；
图4为根据本发明的示例性的分压力比曲线的曲线图；
图5为根据本发明的示例性的燃烧相位标定曲线的曲线图，其中示出了SOI曲柄角和最终燃烧相位值；
图6为根据本发明的示例性的净燃烧压力相位标定曲线的曲线图，其中示出了SOI曲柄角和最终净燃烧压力相位值。
图7为使用根据本发明描述的方法的示例性过程的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，其中图示仅仅是为了说明某些具体实施例的目的而不是限制某些具体实施例的目的，图1是描述根据本发明实施例构造的内燃机10、控制模块15、和废气后处理系统15的示意图。示范性的发动机包括多缸直喷压燃式内燃机，其具有连接到曲轴24并在气缸20内可移动的往复式活塞22，其限定了可变容积燃烧室34。响应于操作者转矩需求（TO_REQ），曲轴24可操作地连接到车辆变速器和动力传动系统以将牵引转矩传递到变速器和动力传动系统。发动机优选采用四冲程工作，其中每个发动机燃烧循环包括分成四个180度阶段（进气-压缩-做功-排气）的曲轴24的720度角转动，这四个阶段描述在发动机气缸20内活塞22的往复运动。多齿目标轮26连接到曲轴并随其转动。发动机包括监测发动机工作的传感装置和控制发动机工作的执行机构。传感装置和执行机构用于发送信号地或可操作地连接到控制模块5。
发动机优选包括直喷四冲程内燃机，其包括由在气缸内上止点和下止点之间往复运动的活塞限定的可变容积燃烧室和包含进气门和排气门的气缸盖。活塞在重复循环内往复运动，每个循环包括进气、压缩、做功和排气冲程。
发动机优选具有主要为贫理想配比的空气/燃油工况。本领域技术人员理解本发明的各方面适用于在主要以贫理想配比运行的其它发动机配置，例如，贫燃点燃式发动机。在压燃式发动机的正常工作期间，在每个发动机循环期间当燃油充量喷射入燃烧室内并伴随进入空气形成气缸充量时燃烧事件发生。随后充量在压缩冲程通过其压缩作用燃烧。
发动机适合于在宽范围的温度、气缸充量（空气、燃油和废气再循环）和喷油事件下工作。这里描述的方法特别适于与以贫理想配比工作的直喷压燃式发动机一起操作以确定与在正在进行的工作期间每个燃烧室内的热释放相关的参数。该方法还适用于其它发动机配置，包括点燃式发动机，包括那些适合于使用匀质充量压燃式（HCCI）策略的发动机。该方法适合于在每个气缸每个发动机循环使用多燃油喷射事件的系统，例如，使用用于燃油重整的引燃喷射、用于发动机功率的主喷射事件、和（在适用的情况下的）用于后处理管理的后燃燃油喷射事件的系统，每个均影响气缸压力。
传感装置安装在发动机上或发动机附近以监测物理特征并生成与发动机和环境参数相关的信号。传感装置包括曲轴转动传感器，其包括通过感测多齿目标轮26齿上的边缘来监测曲轴转速（RPM）的曲轴传感器44。曲轴传感器是公知的，可包括，例如，霍尔效应传感器、感应传感器或磁阻传感器。从曲轴传感器44（RPM）输出的信号输入控制模块5。这里存在燃烧压力传感器30，其包括适用于监测气缸内压力（COMB_PR）的压力传感装置。燃烧压力传感器30优选包括非插入式装置，其包括具有环形截面的测力传感器，该环形截面适用于在用于电热塞28的开口处安装到气缸盖内。燃烧压力传感器30和电热塞28配合安装，燃烧压力机械地通过电热塞传递到传感器30。传感器30的传感元件的输出信号COMB_PR与气缸压力成比例。传感器30的传感元件包括压电陶瓷或适用于上述目的的其它装置。其它传感装置优选包括用于监测歧管压力（MAP）和环境大气压力（BARO）的歧管压力传感器，用于监测进气流量（MAF）和进气温度（TIN）的质量型空气流量传感器，和冷却剂传感器（COOLANT）。该系统可包括排气传感器（未示出），其用于检测一个或多个排气状态参数，例如，温度、空气/燃油比和成分。本领域技术人员理解这里可存在用于控制和诊断目的的其它传感装置和方法。除了其它装置，操作者转矩需求TO_REQ形式的操作者输入，通常通过节气门踏板和刹车踏板获得。发动机优选装备有用于监测操作并用于系统控制目的的其它传感器（未示出）。每个传感装置用于发送信号地连接到控制模块5以提供信号信息，通过控制模块将该信号信息转换为表示相应的监测到的参数的信息。可以理解，这种配置是说明性的，并非限制性的，其包括可被功能相等的装置和算法替代的各种传感装置。
执行机构安装在发动机上并通过控制模块5响应于操作者输入控制以实现各种性能目标。执行机构包括电控制节气门装置，其响应于指令输入（ETC）控制节气门开度，以及响应于指令输入（INJ_PW）控制多个燃油喷射器12用于直接将燃油直接喷射入每个燃烧室内，所有这些都响应于操作者转矩需求（TO_REQ）而被控制。这里存在排气再循环阀32和冷却器（未示出），其响应于控制模块的控制信号（EGR）控制外部再循环废气到发动机进气门的流动。电热塞28包括已知装置，其安装在每个燃烧室内，适用于与燃烧压力传感器30一起使用。
燃油喷射器12是燃油喷射系统的元件，其包括多个高压燃油喷射器装置，每个均适用于响应于控制模块的指令信号INJ_PW直接将包括大量燃油的燃油充量直接喷射到其中一个燃烧室内。每个燃油喷射器12从燃油分配系统（未示出）被供给加压燃油，并具有包括最小脉冲宽度和相关联的最小可控燃油流率和最大燃油流率的操作特征。
发动机可装备可控气门系，该气门系操作以调节每个气缸进气门和排气门的开度和关度，包括气门正时、相位（即，相对于曲柄角和活塞位置的正时），和气门开度的升程大小中的任何一个或多个。一个示范性的系统包括可变凸轮相位器，其适用于压燃式发动机、点燃式发动机和匀质充量压燃式发动机。
控制模块5优选包括一个或多个通用数字计算机，通常包括微处理器或中央处理单元、包括非易失性存储器的存储介质（非易失性存储器包括只读存储器（ROM）和电可编程序只读存储器（EPROM））、随机存取存储器、高速时钟、模数（A/D）和数模（D/A）电路、和输入/输出电路和装置（I/O），以及合适的信号调节和缓冲电路。控制模块具有一组控制算法，包括存储在非易失性存储器内并执行以提供每个计算机相应功能的常驻程序指令和标准。算法通常在预置循环周期期间被执行以致于每个算法在每个循环周期至少执行一次。使用预置标准，算法通过中央处理单元执行并可操作以监测来自上述传感装置的输入并执行控制和诊断程序以控制执行机构的操作。循环周期通常每隔一定时间被执行，例如在正在运转的发动机和车辆运行期间每隔3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。作为选择，算法可响应于事件的发生而执行。
控制模块5执行存储在其中的算法代码以控制在系统上装备的上述执行机构从而控制发动机运转，包括节气门位置、燃油喷射质量和正时、EGR阀位置以控制再循环废气的流动、电热塞操作、以及对进气门和/或排气门正时、相位和升程的控制。控制模块适用于接收用于确定操作者转矩需求TO_REQ的来自操作者（例如，节气门踏板位置和刹车踏板位置）输入信号和来自指示发动机转速（RPM）和进气空气温度（TIN）和冷却剂温度和其他环境条件的传感器的输入信号。
发动机内发生的燃烧很难直接监测。传感器可检测和测量进入气缸的燃油流量和空气流量，传感器可监测应用到火花塞的特定电压、如按程序的喷油始点（SOI）或按程序的点火正时之类的输入值可以是已知的，或处理器可收集大量信息，该信息可预测对产生自点火必要的条件，但是这些读数和数据点总体仅仅是对燃烧的预测而不能测量实际燃烧结果。气缸压力读数提供描述燃烧室内工况的确实的读数。基于对燃烧过程的理解，可分析气缸压力以估算特定气缸内燃烧过程状态，在燃烧相位和燃烧强度方面描述燃烧。在已知工况下在已知正时处已知充量的燃烧产生气缸内可预测的压力。通过描述在某些曲柄角的燃烧的相位和强度，特定燃烧循环的开始和进程可描述为燃烧的估算状态。通过估算气缸的燃烧过程的状态并将该状态与预期气缸读数比较，可在故障、缺火、或效率低的运转方面对气缸进行评估。这种评估对运行在HCCI或压燃的情况下的发动机特别重要，因为在气缸状况中小的变化可妨碍对产生高效有序自点火必要的条件，该自点火对获得在正常运行发动机中显然的效率、燃油经济性和低排放是必要的。
一种评估燃烧相位的方法包括处理气缸压力传感器读数和比较由压力读数确定的燃烧相位信息。压燃式发动机内的喷油正时是燃烧相位的控制因素。在其他静态或稳定的发动机工况下（具有固定EGR和空气燃油比），调节SOI将具有在燃烧相位中可预测的结果。图2示出了根据本发明的在一定的SOI值范围上在分压比（FPR）为0.5处测量的燃烧相位。每条所描述的曲线表示在不同所选的SOI曲柄角处整个燃烧循环上的燃烧室内的分压比。这些曲线示出了当SOI前移时，在FPR达到0.5处曲柄角也前移。
FPR是对可归因于在特定曲柄角以前所产生的燃烧的压力升高的多少的公知测量。FPR对估算质量分率燃烧或在特定曲柄角以前在燃烧室内燃烧掉的充量百分比是有用的。FPR可通过本领域中公知的许多方法计算。例如，一种计算FPR的方法是从燃烧始点到某个测量点对燃烧室内压力测量值求积分，然后基于预期的燃烧引起的总压力升高将该积分标准化或比例化。这产生量化燃烧过程的进程的0到1之间的FPR。计算FPR的另一种方法通过以下公式实现：
与FPR有关的项如图3所示，图3是根据本发明的燃烧循环上的燃烧室内的压力示范性曲线图。PCYL（θ）等于在某个曲柄角θ通过压力传感器测量的压力。PCYL（θ）包括可归因于燃烧的一部分压力升高和可归因于活塞压缩力的一部分压力升高。PMOT（θ）等于如果在气缸内没有燃烧发生，在曲柄角θ处由于活塞压缩力而存在于燃烧室内的理论压力。NCP（θ）或净燃烧压力等于PCYL（θ）和PMOT（θ）之间的差值或在给定曲柄角处可归因于燃烧的燃烧室内的压力升高。PR（θ）等于PCYL（θ）和PMOT（θ）的比值并生成描述燃烧室内总压力比上没有燃烧时存在的压力的分数。因为PCYL包括PMOT加上NCP，PR作为理想项（忽略热损失）将始终大于1。通过从PR减去1，PCYL/PMOT可转换为NCP/PMOT，从而直接描述归因于燃烧的压力升高。PR（θ）减1除以在90度（90°）的PR减1生成可归因于燃烧的当前压力升高相对于可归因于燃烧的总的预期压力升高的测量。选择90°曲柄角比作曲柄角θ，是因为在90°处充量的燃烧是基本完全的且所有气门保持关闭，从而作为关闭系统维持燃烧室内各压力的关系。对于给定发动机工况来说，PR（90°）是输入或计算的预计值或估算值。
示范性的FPR曲线如图4所示，示出了根据本发明的燃烧循环上的PR（θ）与PR（90°）的比值。在某些起始曲柄角处，没有充量燃烧且没有可归因于燃烧的压力升高产生。当充量开始燃烧时，燃烧在燃烧室内产生压力且可归因于燃烧的压力升高增加。到某个曲柄角时，大部分充量已经燃烧且燃烧减弱，可归因于燃烧的压力升高逐渐减小。将θ处的压力与90°处的压力比较，产生了作为在整个循环中产生的总压力的分数的对在曲柄角处的可归因于燃烧的压力的测量。因为这些压力升高可直接归因于燃烧，了解该压力测量就了解燃烧状态或燃烧相位。通过确定燃烧达到某个FPR时的特定曲柄角（FPR用作用于相对于预期燃烧过程来评估燃烧过程的设置度量标准，特别是FPR测量表示燃烧重要阶段时，如通过在图4中50%处图4上的陡曲线所表示的），可评估该燃烧循环的燃烧相位。由于现有技术中公知的多种原因，不同的所选FPR可优选用作该设置度量标准以比较不同的燃烧事件。在均匀燃烧过程中，燃烧室内的燃烧将相对缓慢地开始，然后相对快地发展通过可利用的充量，然后缓慢继续燃烧剩余充量。为此，通过燃烧过程的中段的FPR，例如在0.3到0.7之间的FPR，提供估算燃烧过程进程的最大的分辨率。
位于燃烧气缸内或与燃烧气缸连通的压力传感器的压力读数包含直接与发生在燃烧室内的燃烧相关的信息。然而，发动机是复杂的机械，这些压力读数可包含除了PCYL（θ）的测量值之外的来自其他来源的大量压力振荡。快速傅立叶变换（FFTs）是现有技术中公知的数学方法。一个称为谱分析的FFT方法分析复杂信号并将该信号分成可表示为多个谐波的和的分量部分。由
表示的压力传感器信号的谱分析如下所示：
信号
的每个分量N表示在燃烧室内压力上的周期输入，N的每次增量包括更高频率的信号。实验分析示出了燃烧循环的不同阶段中由燃烧和活塞移动引起的压力振荡PCYL（θ）趋向于第一个最低的频率谐波。通过隔离第一个谐波信号，可测量和评估PCYL（θ）。如现有技术中公知的，FFTs提供与每个识别的谐波的大小和相位相关的信息，在以上公式的每个谐波中记录为
。因此，第一谐波的角度或
1是追踪燃烧相位信息的主项。追踪为
1的燃烧相位值可用来追踪燃烧过程的行为，产生例如描述与燃烧循环进程相关的净燃烧压力的行为的净燃烧压力相位值。通过分析与PCYL相关的FFT输出的分量，该分量的相位信息可量化并与预期相位或其他气缸相位作比较。该比较允许评估测得相位值且如果差值大于阈值相位差值则显示报警，显示在该气缸内的燃烧问题。
当输入信号处于稳定状态时，最有效地估算通过FFTs分析的信号。改变输入信号的瞬时影响可在所执行的估算中产生误差。虽然已知补偿瞬时输入信号的影响的方法，但这里公开的该方法优选在怠速或稳态的平均发动机速度条件下执行，在该条件中瞬时现象的影响基本被消除。一个已知的在可接受的稳态试验时间段完成该试验的方法是当在发动机运行的稳态时间段期间获取试验数据时进行采样或适用控制模块中的算法以进行确认或淘汰这些试验数据。
应该注意，尽管试验数据优选在怠速或稳定的发动机运转时获得，但从这些分析获得的信息可由复杂算法或发动机模块利用以在发动机运转的各种范围内实现更精确的发动机控制。例如，如果在怠速时的试验和分析示出了四号气缸具有部分受阻塞的喷油器，可调整该气缸在不同的运转范围内燃油喷射正时以补偿察觉到问题。
返回图2，在该分析的具体实施例中，FPR提供一种方式以燃烧的共同度量标准评估不同燃烧循环的燃烧相位的手段。可选用其他度量标准替代等于50%（0.5）的FPR，例如，FPR等于30%，或选用指示燃烧进程的其他度量标准，例如质量分率燃烧百分比，只要使用相同的燃烧度量标准来比较不同的燃烧循环。通过选用相等的或规定的燃烧度量标准，可针对相位信息比较不同的燃烧循环。与表示FPR等于0.5的Y值相交的每条线上的点估算在燃烧室内50%的充量被燃烧时的曲柄角。可以看到，增加的SOI提前产生在FPR等于0.5处测量到的燃烧正时的有序提前。
图5表示标定曲线，示出了在FPR等于0.5的度量标准下评估的与最终预期燃烧相位值相对的SOI值，这通过改变在其它静态的发动机条件下运行的发动机的SOI值和使用根据本发明的示范性的诊断燃烧的方法产生。这种曲线可通过建模或其他适用于精确预测发动机运转的技术实验地、经验地、预测性地开发，且许多标定曲线可被用于相同发动机的不同发动机设置、条件或运转范围。对于任意选择的SOI曲柄角值，绘制点以给出相应于FPR等于0.5时的曲柄角的预期燃烧相位值。例如，该示意曲线图预测负15度的按程序的SOI，燃烧室内的最终FPR在大约负2.5度处将达到0.5。该标定曲线与允许燃烧相位差配合可用于判断测得燃烧相位值，对于发动机控制器内已选或按程序的SOI值来说，是否在当前燃烧循环的正常运行公差内。在所示示范性的曲线中，允许燃烧相位差定义为正5度和负3度。按程序的SOI曲柄角的测得分压比值（由上述方法根据测得气缸压力产生或由其他已知方法产生）与所选的分压比和在该SOI曲柄角处的允许燃烧相位差作比较，如果值落在允许的差值外时产生报警。在示例曲线图中，在将SOI编程为负15度的燃烧循环中，FPR等于0.5处的测得燃烧相位曲柄角测得为大约60度。该测得燃烧相位值在允许燃烧相位差值之外，则报警显示是合适的。允许燃烧相位差值可以是正负的相同值，或如示意图中，大于预期燃烧相位值的值和小于预期燃烧相位值的值可以不同。此外，不同的允许燃烧相位差值可针对不同的SOI范围或特定的值而定义。此外允许燃烧相位差值可基于其他发动机条件或测得参数而被调整。例如，在火花辅助点燃下运转的发动机可具有比在压燃点燃下运转的发动机更严格的允许燃烧相位差值。
以上方法使用测得燃烧相位值来诊断燃烧。该测得燃烧相位值从描述燃烧室内燃烧效果的发动机数据中获取以作为曲柄角的函数。如上所述，从原始压力传感器读数中判断信息是困难的，在现有技术中FFTs是一种将复杂信号分解为有用信息的已知方法。例如，图5中所示的测得燃烧相位值显示了与示例公式相关的输出：
FFT应用的输出产生有关PCYL（θ）的相位信息并可被使用来产生测得燃烧相位值，如在图5中在16度处通过“X”表示的点，用于与预期燃烧相位值比较。以这种方式，通过将FFT应用于压力传感器读数产生的波形生成可用来诊断燃烧循环的实时测量。
许多因素利用来选择允许的燃烧相位差值。允许的值的范围必须足够大以允许由发动机运行中的正常变化产生的燃烧相位中的正常偏差，该正常变化由改变诸如温度、燃油型号、车辆保养历史之类的条件，和节气门设置或车辆载荷的变化而引起。然而，允许的值的范围必须足够小以便确定重要的气缸故障。尽管试验优选在怠速或稳定发动机运转下执行，在瞬时条件下的使用可通过向允许的燃烧相位差值添加一些修正或应用算法从而适应在瞬时条件中预期的变化来实现。例如，如果在发动机运转的某个区域的节气门的特定增加引起的加速度已知为命令特定的SOI正时，基于当前条件，历史驾驶习惯（例如，驾驶员是否在路上的特定点频繁加速），GPS信息等的对在该区域发动机运转的预期可用来调整允许的燃烧相位差值以作补偿。允许的燃烧相位差值的范围将在应用之间不同并可通过建模或其他适用于精确预测发动机运转的技术实验地、经验地、预测性地确定。
比较的其他实施例可用于使用这里公开的方法。在关于图5的上述方法中，所示示范性的标定曲线定义了用于特定的SOI的允许燃烧相位差值，测量了燃烧相位值，并将允许的差值与测得值作比较以确定报警是否合适。例如，与图5所示的相同的标定曲线可以另一种方式使用，例如通过测量燃烧相位值、通过标定曲线上的点根据测得燃烧相位值估算SOI曲柄角，然后将估算的或测得的SOI曲柄角和所选的SOI曲柄角作比较。如果测得SOI曲柄角与所选的SOI曲柄角相差大于允许的差值，则显示报警。尽管在该方法中进行的实际比较不同于图5的上述方法，但都使用相同的整体方法，将测得燃烧相位与给定SOI的预测燃烧相位作比较，比较燃烧相位值的特定方式不旨在限制于这里所描述的实施例。在比较曲柄角中，比较中使用的允许的差值可与上述的限定上述示例性实施例中的允许的相位差值的方法类似地被扩展并调整。
以上方法不是对用来评估燃烧的燃烧相位的唯一测量。显示充量燃烧直接结果的燃烧循环的任意测量都可用来评估燃烧相位。例如，在PCYL（θ）和PMOT（θ）之间的差值NCP（θ）是可归因于燃烧的燃烧室内的压力升高。NCP相位可通过应用FFT到NCP来开发。图6示出了根据本发明的使用由SOI变化引起的NCP相位中变化来评估测得NCP相位数据。如在示例图上示出的NCP相位值可通过与以下示例公式相关的输出来产生：
该FFT应用的输出生成与NCP（θ）有关的相位信息并可使用来生成用于与预期NCP相位值作比较的NCP相位值，如在图6中20度处由“X”表示的点。以这种方式，由FFT应用到NCP读数生成的波形产生可利用来诊断燃烧循环的实时测量。此外，如图5中所讨论的，作为另一选择，图6中所示的标定曲线的使用可通过获取NCP相位值、基于标定数据根据NCP相位值估算测得SOI曲柄角、并将测得SOI曲柄角与设置的或所选的SOI曲柄角作比较来执行。不管什么方法，测得燃烧相位值可与标定的或计算的预期燃烧相位作比较以评估在特定燃烧室内燃烧问题。
一种根据本发明的利用PCYL（θ）测量燃烧相位并指示燃烧问题的方法在图7中如程序100所示。在步骤102初始化燃烧相位分析。初始化可定期执行，或者响应于一些事件如发动机起动或作为指示可能的燃烧问题的一些传感器读数的结果，或作为诊断提示的结果而执行。在步骤104，可分析发动机运转工况以确定工况是否足够稳定以允许基于按程序的SOI值的燃烧相位的比较。用于确定稳定性的标准在应用之间不同且可通过建模或其他适用于精确预测发动机运转的技术实验地、经验地、预测性地确定。如果发动机运转工况不够稳定以执行比较，则在步骤106终止分析。如果发动机运转工况稳定，则在步骤108在一定曲柄角范围上对压力传感器读数采样。通过根据本发明中的方法在步骤110处理压力传感器读数以产生测得燃烧相位值。在步骤112将测得燃烧相位值与允许的燃烧相位差值作比较。如果确定测得燃烧相位值在由允许的燃烧相位差值确定的允许范围内，则不产生报警。如果确定测得燃烧相位值在由允许的燃烧相位差值确定的允许范围之外，则在步骤114产生报警。然后在步骤116终止分析。
由于确定的燃烧问题或气缸故障发出的报警可采用许多形式，包括但不足限于报警灯指示、听得见的音调或消息、在驾驶员界面装置上的显示，或在通讯网络上的传播的消息。此外，不认为紧要的错误消息或故障记录可记录在记忆储存装置中，优选通讯地与上述控制模块5连接或统一，用于维修人员检查而不通知驾驶员。
本发明描述了优选实施例及其改进。进一步的改进和改变可在他人阅读并理解本说明书的情况下进行。因此，应该注意，本发明不限制于公开为打算实施本发明的最佳模式的具体实施例，而本发明包括落入附加权利要求的范围内的所有实施例。
Claims (20)
1.一种诊断发动机内燃烧的方法，该发动机以贫理想配比运行并属于压燃范围，该发动机包括气缸和气缸盖，该气缸具有由在该气缸中的在上止点和下止点之间往复运动的活塞限定的可变容积燃烧室，所述方法包括：
在燃烧循环期间从所述气缸监测压力；
在预定的度量标准处为所述气缸生成测得燃烧相位值，所述度量标准选择为基于所述监测到的压力的快速傅立叶变换来指示所述燃烧循环；
基于在所述预定度量标准处的喷油曲柄角的选择的始点将所述测得燃烧相位值与预期燃烧相位值作比较；和
基于所述比较确定大于允许燃烧相位差的燃烧相位差。
2.如权利要求1所述的方法，其中：
所述预定度量标准包括选择的分压比；和
所述生成所述测得燃烧相位值包括通过使用所述快速傅立叶变换的谱分析来处理所述监测到的压力以确定包括与所述监测到的压力的气缸压力分量相关联的第一谐波波形的波形；
计算所述波形的相位分量；和
根据所述相位分量选择测得燃烧相位值，其中测得分压比等于所述预定分压比。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述预定分压比在0.3到0.7之间。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述预定分压比等于0.5。
5.如权利要求2所述的方法，其中：
所述测得分压比通过确定在曲柄角处的测得压力比减去1与估算的完全燃烧压力比减去1的比值来计算；
所述测得压力比通过在所述曲柄角处测量的气缸压力除以在所述曲柄角处估算的电动机带动压力来计算；和
所述估算的完全燃烧压力比通过在上止点之后90度估算的气缸压力除以在上止点之后90度估算的电动机带动压力来估算。
6.如权利要求1所述的方法，其中：
所述预定度量标准包括选择的分压比；
所述生成所述测得燃烧相位值包括生成净燃烧压力相位值；和
所述生成所述净燃烧压力相位值包括通过使用所述快速傅立叶变换的谱分析处理所述监测到的压力以确定包括与所述监测到的压力的气缸压力分量相关联的第一谐波波形的波形；
处理所述波形以计算净燃烧压力，
使用第二快速傅立叶变换以计算所述净燃烧压力的相位分量，和
根据所述净燃烧压力的所述相位分量选择所述净燃烧压力相位值，其中测得分压比等于所述预定分压比。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述预定分压比在0.3到0.7之间。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述选择的分压比等于0.5。
9.如权利要求6所述的方法，其中：
所述测得分压比通过确定在曲柄角处的测得压力比减去1与估算的完全燃烧压力比减去1的比值来计算；
其中所述测得压力比通过在所述曲柄角处测量的气缸压力除以在所述曲柄角处估算的电动机带动压力来计算；和
其中所述估算的完全燃烧压力比通过在上止点之后90度估算的气缸压力除以在上止点之后90度估算的电动机带动压力来估算。
10.如权利要求6所述的方法，其中所述测得分压比通过对所述净燃烧压力从所述燃烧循环的始点到曲柄角求积分并将该积分比例化到0到1之间以估算所述测得分压比。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述将所述测得燃烧相位值与所述预期燃烧相位值作比较包括基于模拟的燃烧室运行估算所述预期燃烧相位值。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述将所述测得燃烧相位值与所述预期燃烧相位值作比较包括通过标定数据确定所述预期燃烧相位值。
13.一种诊断发动机内燃烧的方法，该发动机以贫理想配比运行并属于压燃范围，该发动机包括气缸和气缸盖，该气缸具有由在该气缸中的在上止点和下止点之间往复运动的活塞限定的可变容积燃烧室，所述方法包括：
在燃烧循环期间从所述气缸监测压力；
基于所述监测到的压力生成测得喷油曲柄角始点，其中所述测得喷油曲柄角始点通过使用快速傅立叶变换以生成测得燃烧相位值并处理所述测得燃烧相位值以估算所述测得喷油曲柄角始点来计算；
将所述测得喷油曲柄角始点与预定喷油曲柄角始点作比较；和
基于所述比较确定大于允许的喷油曲柄角始点差值的喷油曲柄角始点差值。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述使用所述快速傅立叶变换生成所述测得燃烧相位值包括：
通过使用所述快速傅立叶变换的谱分析来处理所述压力传感器数据，以确定包括与所述监测到的压力的气缸压力分量相关联的第一谐波波形的波形；
计算所述波形的相位分量；和
根据所述相位分量选择测得燃烧相位值，其中测得分压比等于预定分压比；
其中所述处理所述测得燃烧相位值以估算所述测得喷油曲柄角始点包括使用标定数据和所述测得燃烧相位值估算所述测得喷油曲柄角始点。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述测得分压比通过确定在曲柄角处的测得压力比减去1与估算的完全燃烧压力比减去1的比值来计算，其中所述测得压力比通过在所述曲柄角处测量的气缸压力除以在所述曲柄角处估算的电动机带动压力来计算；和其中所述估算的完全燃烧压力比通过在上止点之后90度估算的气缸压力除以在上止点之后90度估算的电动机带动压力来计算。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述测得燃烧相位值等于净燃烧压力相位值和使用所述快速傅立叶变换生成测得燃烧相位值，包括：
通过使用所述快速傅立叶变换的谱分析来处理所述监测到的压力，以确定包括与所述监测到的压力的气缸压力分量相关联的第一谐波波形的波形；
根据所述波形计算净燃烧压力；
基于所述波形使用第二快速傅立叶变换计算所述净燃烧压力的相位分量；和
根据所述相位分量选择所述净燃烧压力相位值，其中测得分压比等于预定分压比；
其中所述处理所述测得燃烧相位值以估算所述测得喷油曲柄角始点包括使用标定数据和测得燃烧相位值估算所述测得喷油曲柄角始点。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述测得分压比通过确定在曲柄角处的测得压力比减去1与估算的完全燃烧压力比减去1的比值来计算，其中所述测得压力比通过在所述曲柄角处测量的气缸压力除以在所述曲柄角处估算的电动机带动压力来计算；和其中所述估算的完全燃烧压力比通过在上止点之后90度估算的气缸压力除以在上止点之后90度估算的电动机带动压力来估算。
18.如权利要求13所述的方法，其中所述确定喷油曲柄角始点差值包括发出可视报警、可听报警、给驾驶员信息系统的消息、通讯网络上的消息、和用于存储于记忆存储装置中的信息中的至少一种。
19.一种诊断内燃机内燃烧的方法，包括：
监测燃烧室内的压力传感器数据；
针对所选的喷油角始点确定与所选的分压比相对应的预期燃烧相位值；
使用快速傅立叶变换处理所述压力传感器数据以确定第一谐波波形；
使用所述波形计算测得燃烧相位值，该测得燃烧相位值包括测得分压比等于所述所选的分压比时的曲柄角；以及如果所述测得燃烧相位值与所述预期燃烧相位值相差大于允许的燃烧相位差值，则显示非正常燃烧事件。
20.如权利要求19所述的方法，其中使用所述波形包括在一定范围的曲柄角上计算所述测得分压比，所述计算所述测得分压比包括：
在所述曲柄角的范围内再细分的曲柄角处通过计算测得压力比减去1和估算的完全燃烧压力比减去1的比值来反复确定所述测得分压比，其中所述测得分压比通过在所述所选的曲柄角处的所述波形除以在所述再细分的曲柄角处的估算的电动机带动压力来计算，和其中所述估算的完全燃烧压力比通过在上止点之后90度处的气缸压力除以在上止点之后90度处电动机带动压力来估算。
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