CN102066728B - 通过分析汽缸压力信号的燃料系统诊断 - Google Patents

Abstract

一种用于诊断包括多个燃烧室并以贫理想配比运行的直喷内燃机中的燃烧的方法，包括监测所述燃烧室中的燃烧和估计其中的质量分率燃烧。比较所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室的所述质量分率燃烧，并基于所述质量分率燃烧比较确定所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室之间的燃烧相位差。

Description

通过分析汽缸压力信号的燃料系统诊断

技术领域

本公开涉及内燃机，包括压燃式发动机，的操作和控制。

背景技术

这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并不构成现有技术。

在发动机由电动机带动时和在发动机点火时，已知多种插入式和非插入式压力感测装置用来感测内燃机汽缸中的压力。

燃烧正时或相位对于诊断燃烧过程中的问题是有用的。检查质量分率燃烧是检查汽缸燃烧相位的的一种已知方法。质量分率燃烧是对汽缸燃烧室内的充量在给定曲柄角有多少已经被燃烧的估计。对于在一组特定参数下操作的正常燃烧过程，可以预料质量分率燃烧在小范围内。显示偏离该小范围的质量分率燃烧值表明燃烧室内的条件在预期参数之外。质量分率燃烧以多种方法来估计。

估计质量分率燃烧的一种已知方法包括检查来自燃烧室的压力数据，包括分析可归因于燃烧的室内压力上升。存在多种方法来量化可归因于燃烧的缸内压力上升。压力比管理(PRM)是基于Rassweiler方法的方法，该方法规定可通过因燃烧产生的分率压力上升来近似质量分率燃烧。在已知条件下已知时间的已知充量的燃烧往往在汽缸内产生一贯可预测的压力上升。PRM根据在给定曲柄角的燃烧下的测量汽缸压力与在给定曲柄角的计算带动压力(如果汽缸内没有燃烧发生则估计一个压力值)的比导出压力比。超过带动压力的任何压力上升都可归因于燃烧带来的能量。因此，该方法描述了汽缸内的燃烧过程，包括燃烧相位信息、和将在给定曲柄角的压力比值相对于完整燃烧循环规范化，产生估计质量分率燃烧的分率压力比。

Rassweiler方法还可直接用于确定质量分率燃烧。该方法量化可归因于燃烧的燃烧室压力上升，并将曲轴角的一定范围内的上升相加。当前燃烧循环上的可归因于燃烧的压力上升的累计和可与预期总和相比较，以获得已经燃烧的充量的分率部分或质量分率燃烧。

估计质量分率燃烧的另一方法是基于热力学第一定律的经典热释放模型。已知的公式将燃烧中的放热率等同于测量的汽缸读数。积分该放热率获得了给定曲柄角的净能量释放。该净能量释放可与预期能量释放作比较，以获得已经燃烧的充量的分率部分或质量分率燃烧。

压燃式发动机及其它发动机控制策略在广泛的发动机条件下运行。包括燃料控制、燃料调节、充量点火正时控制、废气再循环(EGR)控制的有效控制对于满足操作员对性能和燃料经济性的需求以及符合排放要求来说是必须的。另外，有很多的可变性，包括涉及：部件，例如燃料喷射器；系统，例如燃料管路和压力；操作条件，例如环境压力和温度；以及燃料，例如，十六烷值和酒精含量的可变性。燃烧的可变性影响了各汽缸的热量释放和做功输出，导致发动机的非最优性能。发动机性能的任何变化都显现在汽缸压力比中。燃烧可变性的测量可用于诊断燃烧过程中的不稳定性，提供用于缩短低效或高排放操作的时间段的信息。

发明内容

一种用于诊断包括多个燃烧室并以贫理想配比运行的直喷式内燃机中的燃烧的方法，包括监测燃烧室内的燃烧和估计其中的质量分率燃烧。比较所述多个燃烧室中的按顺序的各燃烧室的质量分率燃烧，并确定基于所述质量分率燃烧比较的所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室之间的燃烧相位差。

附图说明

现在参考附图，通过实例描述一个或多个实施例，其中：

图1为根据本公开具体实施例构造的内燃机的截面图；

图2为根据本公开的质量分率燃烧曲线的曲线图；

图3为根据本公开的在压缩/膨胀事件期间可在燃烧室中观察的示例性压力的曲线图，包括燃烧循环常见的汽缸压力和无燃烧的汽缸循环常见的带动压力；

图4是根据本公开的在一组按顺序的汽缸上的与为百分之五十的质量分率燃烧相关联的曲柄角值的示例性比较的曲线；以及

图5为根据本公开的在多个发动机循环持续期间内的在一组按顺序的汽缸上的与为百分之五十的质量分率燃烧相关联的曲柄角值的示例性比较的曲线。

具体实施方式

参考附图，其中附图仅仅是示出特定具体实施例的目的，不是限制为具体实施例的目的，图1为示意图，示出了根据本公开的实施例构造的内燃机10、控制模块5和废气后处理系统15。示例性发动机包括多缸直喷压燃式内燃机，该内燃机具有连接至曲轴24并可在汽缸20内移动的往复式活塞22，所述汽缸20限定了可变容积的燃烧室34。曲轴24可操作地连接至车辆变速器和传动系，以响应于操作员扭矩需求(TO_REQ)向变速器和传动系传送牵引扭矩，发动机优选使用四冲程操作，其中每个发动机燃烧循环都包括720度角的曲轴24旋转，该720度分为四个180度阶段(进气-压缩-膨胀-排气)，描述了活塞22在发动机汽缸20内的往复运动。多齿目标轮26连接至曲轴并随其旋转。发动机包括监测发动机操作的感测装置和控制发动机操作的致动器。感测装置和致动器信号地或操作地连接至控制模块5。

发动机优选包括直喷四冲程内燃机，该内燃机包括由汽缸内在上止点与下止点之间往复运动的活塞限定的可变容积燃烧室、和包括进气门及排气门的汽缸盖。活塞以重复的循环往复运动，每个循环都包括进气、压缩、膨胀和排气冲程。

发动机优选具有空气/燃料运行形态，该状态主要是贫理想配比的。本领域的普通技术人员可理解，本公开的各方面可应用于主要以贫理想配比运行的其它发动机构造，例如贫燃火花点燃式发动机。在压燃式发动机的正常操作期间，在每个发动机循环期间当燃料充量被喷入燃烧室以与进气形成汽缸充量时都发生燃烧事件。所述充量随后在压缩冲程期间被发动机的压缩动作燃烧。

发动机适于在宽的温度、汽缸充量(空气、燃料和EGR)及喷射事件的范围上运行。这里描述的方法特别适于以贫理想配比运行的直喷压燃式发动机的运行，以确定当前运行期间与各燃烧室内的热量释放相关的参数。所述方法进一步可适用于其它发动机构造，包括火花点燃式发动机，包括那些适于使用均质压燃(HCCI)策略的发动机。所述方法可应用于每发动机循环每汽缸使用多燃料喷射事件的系统，例如采用用于燃料重整的引燃喷射、用于发动机功率的主喷射事件、和可应用的情况下用于后处理管理的后燃烧燃料喷射事件的系统，这些事件的每个都会影响汽缸压力。

感测装置安装在发动机上或附近，以监测物理特性和产生与发动机和环境参数相关的信号。所述感测装置包括曲轴旋转传感器，包括用于通过感测多齿目标轮26上的齿的边缘来监测曲轴速度(RPM)的曲轴传感器44。曲轴传感器是已知的，可包括，例如霍尔效率传感器、感应式传感器或磁阻效应传感器。曲轴传感器44的信号输出(RPM)被输入至控制模块5。设有燃烧压力传感器30，包括适于监测缸内压力(COMB_PR)的压力感测装置。燃烧压力传感器30优选包括非侵入装置，该非侵入装置包括具有环形横截面的测力传感器，该环形横截面适于在用于电热塞28的开口处安装进汽缸盖内。燃烧压力传感器30与电热塞28联合安装，燃烧压力通过电热塞机械地传递至传感器30。传感器30的感测元件的输出信号COMB_PR与汽缸压力成比例。传感器30的感测元件包括压电陶瓷或适用于上述目的的其它装置。其它感测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、用于监测进气质量空气流量(MAF)和进气温度(T_IN)的质量型空气流量传感器和冷却剂传感器(COOLANT)。所述系统可包括用于监测一个或多个废气参数(例如，温度、空气/燃料比和成分)的状态的废气传感器(未示出)。本领域的技术人员可理解，可存在其它感测装置和方法用于控制和诊断的目的。操作员扭矩需求形式的操作员输入(TO_REQ)除了其它装置以外通常通过节气门踏板和制动踏板来获得。发动机优选配备有用于监测运行并用于系统控制目的的其它传感器(未示出)。每个感测装置都信号地连接至控制模块5，以提供由控制模块转换为表示各被监测参数的信息的信号信息。可理解，该构造是示意性的，不是限制性的，包括各种感测装置可被功能相同的装置和算法替代。

致动器安装在发动机上，由控制模块5响应于操作员输入来控制，以实现各种性能目标。致动器包括响应于至指令输入(ETC)控制节气门开度的电控节气门装置、和响应于指令输入(INJ_PW)将燃料直接喷入各燃烧室的多个燃料喷射器12，所有这些都响应于操作员扭矩需求(TO_REQ)而被控制。设有废气再循环阀32和冷却器(未示出)，其响应于控制模块的控制信号(EGR)控制到发动机进气的外部再循环废气的流动。电热塞28包括安装在各燃烧室中适于与燃烧压力传感器30一起使用的已知装置。

燃料喷射器12为燃料喷射系统的元件，包括多个高压燃料喷射器装置，每个都适于响应控制模块的指令信号INJ_PW将包括大量燃料的燃料充量直接喷进一个燃烧室中。每个燃料喷射器12都从燃料分配系统(未示出)被供应加压燃料，并具有包括最小脉宽及相关联的最小可控燃料流率和最大燃料流率的操作特性。

发动机可配备有操作以调节各汽缸的进、排气门的开和关的可控气门系，包括气门正时、相位(即，相对于曲柄角和活塞位置的正时)和气门开启提升量中的任意一个或多个。一个示例性系统包括可变凸轮相位器，其可应用于压燃式发动机、火花点燃式发动机和均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)和电可编程只读存储器(EPROM)、随机存取存储器(RAM)、高速时钟、模数(A/D)和数模(D/A)电路、输入/输出电路和装置(I/O)及适当的信号处理和缓冲电路。控制模块具有一组控制算法，包括存储在非易失性存储器中并被执行以提供各计算机的相应功能的常驻程序指令和标准。所述算法通常在预定循环期间执行，使得每个算法在各循环执行至少一次。算法由中央处理单元执行，并可操作以监测来自前述感测装置的输入，执行控制和诊断程序以使用预定标准控制致动器的操作。循环通常以规则的间隔执行，例如在正在运行的发动机和车辆操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。另选地，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，以控制前述致动器，从而控制发动机操作，包括节气门位置、燃料喷射量和正时、控制再循环废气流动的EGR阀位置、电热塞操作、对进气和/或排气门正时、相位、及这样配备的系统的升程的控制。控制模块构造成从操作员接收输入信号(例如，节气门踏板位置和制动踏板位置)，以确定操作员扭矩需求TO_REQ，并从指示发动机速度(RPM)和进气温度(Tin)、冷却剂温度及其它环境条件的传感器接收输入信号。

发动机内发生的燃烧难以直接监测。传感器可检测和测量进入汽缸的燃料流和空气流，传感器可监测应用于火花塞的特定电压，或者处理器可集合信息的总和，预测产生自燃所必需的条件，但是这些读数一起仅仅是预测燃烧，而不是测量实际的燃烧结果。汽缸压力读数提供描述燃烧室内条件的切实读数。基于对燃烧过程的理解，可分析汽缸压力以估计特定汽缸内的燃烧过程状态，在燃烧相位和燃烧强度方面描述燃烧。在已知条件下已知正时的已知充量的燃烧在汽缸内产生可预料的压力。通过描述在特定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计状态。通过估计汽缸燃烧过程的状态并将所述状态与预期汽缸读数或其它汽缸的读数作比较，可在故障、缺火、或低效运行方面来评价汽缸。由于汽缸条件中的小变化会与产生高效和有序自燃所必需的条件相冲突，这种评价对在HCCI或压缩点火下运行的发动机尤其重要，其中所述高效有序自燃对在正常运作的发动机中得到高效率、燃料经济性和低排放是必需的。

用于监测燃烧相位的一种已知方法是基于已知参数估计给定曲柄角的质量分率燃烧比。质量分率燃烧比描述了燃烧室内的充量的多少百分比已经燃烧，并用作燃烧相位的良好估计。图2示出了示例性质量分率燃烧曲线。对于给定曲柄角，所示曲线描述了在该燃烧循环已经燃烧的充量中的燃料空气混合物的估计百分比。为了用作燃烧相位的度量，已知确定所关注的特定质量分率燃烧百分比或所关注的特定曲柄角。图2用CA50％显示质量分率燃烧等于50％的曲柄角。通过在多个燃烧循环过程中检查该汽缸中的该特定度量或在多个汽缸中检查该特定度量，可描述特定燃烧循环的比较相位。

如上所述，燃烧相位可用于估计特定燃烧循环的状态。公开了一种用于监测燃烧相位以诊断无效燃烧的示例性方法，借此可以监测发动机中的燃烧，对每个汽缸燃烧循环产生质量分率燃烧比，并比较各汽缸的燃烧相位。如果作为第一汽缸的一个汽缸在特定曲柄角的燃烧相位相比作为第二汽缸的另一汽缸在相同曲柄角的燃烧相位的相位差超过阈值相位差，那么可推断为异常燃烧。通过该方法可诊断许多种异常燃烧的起因。例如，如果某些条件引起燃烧室内的过早点火或爆震，汽缸压力读数会展现与正常燃烧不同的值。而且，引起在不正确正时的充量喷射的燃料系统喷射正时故障会造成异常汽缸压力读数。另外，如果汽缸缺火或从未实现燃烧，那么汽缸压力读数会展现与正常燃烧不同的值。类似地，压力曲线可用于诊断其它异常燃烧情形，例如空气燃料混合物的变化、凸轮轴相位的变化、和相关部件的维护故障。

已知许多方法来估计质量分率燃烧。一种方法是检查来自燃烧室内的压力数据，包括分析燃烧室内可归因于燃烧的压力上升。存在多种方法来量化汽缸内可归因于燃烧的压力上升。压力比管理(PRM)为基于Rassweiler方法的方法，其陈述了可通过因燃烧产生的分率压力上升近似质量分率燃烧。在已知条件下已知时间的已知充量的燃烧往往在汽缸内产生一贯可预料的压力上升。PRM从在给定曲柄角(P_CYL(θ))的燃烧下的测量汽缸压力与计算带动压力(如果汽缸内没有发生燃烧则估计在给定曲柄角(P_MOT(θ))的压力值)的比率得到压力比(PR)，得到下列公式：

$\mathrm{PR}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{P_{\mathrm{CYL}}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(1\right)$

现在参考图3，相对于曲柄角绘出了在燃烧循环上的汽缸压力。P_MOT(θ)展现了从活塞压缩被捕获的一缸气体而没有燃烧开始的平滑的倒置抛物线峰值。活塞在BDC时，所有的气门都关闭，活塞上升压缩气体，活塞在压力曲线的峰值达到TDC，压力随着活塞落离TDC而降低。P_MOT(θ)之上的压力的上升由P_CYL(θ)来表示。燃烧正时将随着应用的不同而改变。在该特定示例性曲线中，P_CYL(θ)从TDC附近的P_MOT(θ)开始上升，描述了TDC之前一些时间的点火事件。当所述充量燃烧时，燃烧产生热量和功，导致燃烧室内压力的增加。PR为P_MOT与P_CYL的比，P_MOT为P_CYL的分量。净燃烧压力(NCP(θ))为P_CYL(θ)与P_MOT(θ)之间的差，或者为在给定曲柄角的可归因于燃烧的燃烧室内的压力上升。应当清楚，通过从PR减去一，可确定NCP与P_MOT的比。

$\mathrm{PR}\left(\mathrm{\θ}\right)-1=\frac{P_{\mathrm{CYL}}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}-\frac{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}=\frac{\mathrm{NCP}\left(\mathrm{\θ}\right)}{P_{\mathrm{MOT}}\left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(2\right)$

因此，通过上述公式测量的PR用于直接描述汽缸内的燃烧强度。将在曲柄角θ的PR减一用预期或理论最大PR值减一规范化，获得由在曲柄角θ的燃烧引起的压力上升相对于燃烧循环完成时的燃烧引起的预期总压力上升的分率压力比。该规范化可由下式表示：

通过使可归因于燃烧的压力上升等同于燃烧的进程，该分率压力比表述了特定燃烧循环的质量分率燃烧。利用PRM，汽缸的压力读数可用于估计该汽缸的质量分率燃烧。

上面利用PRM的方法可适于宽的温度、汽缸充量和与压燃式发动机相关的正时的范围，增加了无需标定压力传感器的益处。因为PR为压力比，非标定线性压力传感器可用于从各汽缸获得压力数据读数。

另一种估计质量分率燃烧的方法是直接利用Rassweiler方法来通过计算给定曲柄角处的释放的总热量来确定质量分率燃烧。所述Rassweiler方法利用汽缸的压力读数来近似汽缸内增长的热量释放。该方法由下式给出：

作为对由特定曲柄角已经燃烧的充量多少的测量，质量分率燃烧可通过确定在给定曲柄角已发生的燃烧循环热量释放的分率来近似。通过Rassweiler方法来确定的增长的热量释放可在一定曲柄角范围上相加，与燃烧循环的总预期或理论热量释放相比，并用来估计质量分率燃烧。例如，如果对于给定曲柄角已经实现了75％的总预期热量释放，那么我们可估计在该曲柄角已发生了该循环的燃烧的75％。

可使用其它方法来估计质量分率燃烧。一种方法通过经典热量释放测量的分析来量化因燃烧引起的燃烧室内的能量变化率，所述经典热量释放测量的分析基于充量燃烧释放的热量和做的功的分析。这种分析集中于热力学第一定律，该定律描述了封闭系统内能量的净变化等于添加至系统的热量和功的和。应用于燃烧室时，燃烧室内和封闭的气体所增加的能量等于传递至室壁和气体的热量加上燃烧做的膨胀功。

利用这些经典热量释放测量来近似质量分率燃烧估计的示例性方法分析了整个燃烧循环的充量燃烧所引起的放热率。该放热率dQ_ch/dθ可在一定曲柄角范围上求积分，以描述热形式的所释放的净能量。通过本领域公知的推导，该热量释放可通过下式表示：

$Q=\∫\frac{{\mathrm{dQ}}_{\mathrm{ch}}}{\mathrm{d\θ}}=\∫(\frac{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{\mathrm{\γ}-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})---\left(5\right)$

γ包括比热比，并且名义上选择为在对应于用来计算信号偏移和无EGR的温度下的空气的比热比。因此，对于柴油机来说，名义地或初始地γ＝1.365，对于传统的汽油机来说，名义地γ＝1.30。但是，这些可基于来自空气和理想配比产品的比热的数据、使用对等价比φ的估计和用于该运行条件的EGR摩尔分数并且使用关系[γ＝1+(R/c_v)](其中R为通用气体常数)和通过下式表达的空气和产品性质的加权平均来调节：

c_v(T)＝(1.0-φ*EGR)*c_v空气(T)+(φ*EGR)*c_{v理想配比产品}(T)    (6)

在对应于用于为信号偏移计算而取样的压力的气体温度的气体温度下求解上式。

不管是通过前述方法还是通过本领域已知的某些其它方法来计算，给定曲柄角的在燃烧循环内所释放的能量计算都可用来与该燃烧循环的预期或理论总能量释放作比较。该比较获得在描述燃烧相位中使用的质量分率燃烧的估计。

上述方法容易地简化成能在微控制器或其它装置中编程，以在内燃机的当前操作中执行，如下。

一旦对特定燃烧循环产生质量分率燃烧曲线，那么该曲线可用于评估该特定燃烧循环的燃烧相位。再参考图2，摘取基准点，从该基准点比较不同燃烧循环的质量分率燃烧估计。在该特定实施例中，选择表示充量的50％已燃烧的曲柄角CA50％。只要每个比较都使用相同的测量，则可选择其它测量。

质量分率燃烧值的确定是本领域内公知的实践。尽管上面描述了用于确定质量分率燃烧的示例性方法，但是这里公开的使用质量分率燃烧值诊断汽缸燃烧问题的方法可与确定质量分率燃烧的任意方法一起使用。开发质量分率燃烧的任意实践都可使用，本公开不意图限于这里公开的具体方法。

一旦质量分率燃烧估计是可用的，那么可运行分析以诊断通过各汽缸的燃烧相位显见的任何问题。如上所述，描述了用于监测燃烧相位以诊断无效燃烧的示例性方法，由此监测发动机内的燃烧，产生每个汽缸燃烧循环的质量分率燃烧值，并比较多个汽缸的燃烧相位测量。如果作为第一汽缸的一个汽缸在特定曲柄角的燃烧相位与作为第二汽缸的另一汽缸在相同曲柄角的燃烧相位的不同超过阈值相位差，那么产生出现异常燃烧的指示。相邻汽缸的CA50％值之间的比较产生以度为单位测量的相位差值Δn。应当清楚，在与燃烧相关的方面，如果汽缸在点火顺序的次序上是下一个，那么它被说成相邻的另一汽缸，与在发动机缸体上的物理位置无关。

图4示出了根据本公开的在一组顺序燃烧循环上的六缸发动机的CA50％值的比较。每个比较都表述为Δn，其中，Δ1＝CA50％(2)-CA50％(1)；Δ2＝CA50％(3)-CA50％(2)；Δ3＝CA50％(4)-CA50％(3)；Δ4＝CA50％(5)-CA50％(4)；Δ5＝CA50％(6)-CA50％(5)；Δ6＝CA50％(1)-CA50％(6)。在这些公式中，CA50％(1)为在当前燃烧循环中在点火次序中的第一汽缸达到50％的质量分率燃烧的曲柄角；CA50％(2)为在当前燃烧循环中在点火次序中的第二汽缸达到50％的质量分率燃烧的曲柄角；等等。在正负相位差区域选择并确定两个曲柄角度的阈值相位差。通过建模或其它技术来实验地、经验地或预测地选择该值，以便充分地确定何时是由例如制造公差、发动机的正常磨损和瞬时发动机状况等变量引起汽缸之间正常变化所导致的汽缸内发生的非正常燃烧，从而发出故障警报。在该特定测试中，Δ1为阈值相位差下可接受的值，但是Δ2超过阈值相位差并指示异常燃烧事件从而表明汽缸二有问题。Δ3超过了阈值相位差，但它是与异常读数Δ2相比较。当是由于异常的Δ2读数引起的时，Δ3中的该故障可被滤掉。Δn的其余读数是正常的。对于异常的Δ2读数可发出警告，或者可仅在异常读数发生一定次数或以一定规律发生时发出警告。另选地，可在数据上运行更加复杂的算法以确定汽缸行为中的长期趋势。图5示出了大量循环期间的Δn读数。这里，可看出，大多数Δn值盘旋在四与负四之间。但是，六附近清晰地存在一个值，负六附近清晰地存在对应的值。如上所述，这些值之一同样是由于故障燃烧，另一值可能是由于与故障汽缸相比。该数据的长期分析可检查这些趋势，并确定所涉及的故障汽缸。

另外，可产生Δ值并在非相邻汽缸之间作比较，以扩展或确定上述方法。例如，在该特定组的发动机数据中，作为自动全时检测的一部分或者由超过阈值相位差的故障Δ2读数引起，可比较汽缸1和汽缸3的信息。这种比较会证实汽缸3的燃烧相位在汽缸1的正常范围之内，并且超过阈值相位差的读数Δ3实际是由于故障Δ2读数。

由于确定的燃烧问题或故障汽缸引起的所发出的警告可采取多种形式，包括但不限于，警告灯指示、可听音或消息、驾驶员界面装置上的显示、或者通过通信网络传播的消息。另选地，不被认为是危急的误差信息或故障标记可存储在存储装置中，优选地通信地连接至上述控制模块5或与其一体，用以无需通知驾驶员就被维修员人查阅。

上述用于估计质量分率燃烧的方法可以增大的取样率来应用以提高精度，或以较低的取样率来应用以实现较少地要求信号处理和方便曲柄角编码器硬件。另外，所述方法可应用于火花点燃式发动机、包括使用均质充量压燃式策略的发动机。所述方法可应用于每汽缸事件中使用多个燃料喷射事件的系统。

用于利用PRM的方法或基于Rassweiler的方法的压力感测装置优选为不需要详细标定过程的低成本传感器，例如线性压力传感器，并安装在发动机中以在正在运行的操作期间监测各汽缸内的缸内压力。与利用经典热量释放测量的方法一起使用的压力传感器通常包括上述线性压力传感器，和额外的需要详细标定、调零和修正以确保精度的标定压力传感器。操作中，缸内压力连同相应的发动机曲柄位置一起被监测，以确定对应于发动机曲柄位置的瞬时缸内压力状态，尤其对压缩和膨胀冲程期间的该瞬时缸内压力状态感兴趣。压力比基于瞬时缸内压力状态，优选为汽缸压力的每次测量时的瞬时缸内压力状态来计算。

上述控制模块5适于优选地根据前述传感器监测汽缸压力和发动机运行情况，并执行确定燃烧正时和强度的程序代码。控制模块5用于从查寻表和存储装置之一内的作为程序代码被执行的控制策略来确定燃料喷射量和正时的瞬时控制设定、EGR阀位置、和进排气门相位和升程设定点、以及其它控制参数。通过每转过六度的曲轴旋转就进行燃烧感测，控制模块执行算法以测量压力比，确定燃烧热量，并估计每转过的增量的曲轴旋转的质量分率燃烧。这些质量分率燃烧估计然后可用于上述方法以诊断汽缸燃烧事件。

本公开已经描述了特定优选实施例及对其的修改。通过阅读和理解说明书可产生其它修改和变形。因此，意图本公开不限于作为实施本公开的最优模式的特定实施例，而是本公开包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (18)

1.一种用于诊断直喷内燃机中的燃烧的方法，所述直喷内燃机包括多个燃烧室并且以贫理想配比运行，所述方法包括：

监测所述多个燃烧室中的燃烧；

估计所述多个燃烧室中的质量分率燃烧；

比较所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室的所述质量分率燃烧；以及

基于所述质量分率燃烧比较确定所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室之间的燃烧相位差。

2.如权利要求1所述的方法，其中估计质量分率燃烧包括：

在一定曲柄角范围上测量所述多个燃烧室的其中之一内的汽缸压力；

根据所述汽缸压力计算所述曲柄角范围上的净燃烧压力相对于带动压力的压力比；以及

将所述压力比相对于估计的完全燃烧压力比进行规范化，以估计所述质量分率燃烧。

3.如权利要求2所述的方法，其中计算压力比包括：

从所述汽缸压力减去所述带动压力，以确定所述净燃烧压力；以及

将所述净燃烧压力除以所述带动压力；

4.如权利要求2所述的方法，其中所述估计的完全燃烧压力比被估计为在上止点之后九十度的汽缸压力除以上止点之后九十度的带动压力。

5.如权利要求1所述的方法，其中估计质量分率燃烧包括：

在一定曲柄角范围上测量所述多个燃烧室的其中之一内的汽缸压力读数；

为每个汽缸压力读数都确定各自的净燃烧压力；

基于所述净燃烧压力计算各自的基本能量释放；

将所述基本能量释放相加以产生分率能量释放；以及

将所述分率能量释放与预期总能量释放作比较，以估计所述质量分率燃烧。

6.如权利要求1所述的方法，其中估计质量分率燃烧包括：

在一定曲柄角范围上测量所述多个燃烧室的其中之一内的汽缸压力；

估计在所述曲柄角范围上的能量释放率；

在所述曲柄角范围上积分所述能量释放率，以产生分率能量释放；以及

将所述分率能量释放与预期总能量释放作比较，以估计所述质量分率燃烧。

7.如权利要求1所述的方法，其中比较所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室的所述质量分率燃烧包括：

为所述多个燃烧室的每一个确定曲柄角，在所述曲柄角，预定分率的燃烧充量已基于对应的燃烧质量分率燃烧而被燃烧掉；以及

比较所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室的所确定的曲柄角。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述预定分率为百分之五十。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述预定分率为百分之二十。

10.如权利要求1所述的方法，其中比较所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室的所述质量分率燃烧包括：

确定燃烧充量的分率，该燃烧充量在特定曲柄角上已基于对应的质量分率燃烧而被燃烧掉；以及

比较所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室的所确定的分率。

11.如权利要求1所述的方法，还包括比较所述多个燃烧室的不按顺序的各燃烧室的所述质量分率燃烧。

12.如权利要求1所述的方法，还包括基于所述质量分率燃烧比较确定所述发动机的长期燃烧趋势。

13.一种用于诊断直喷内燃机中的燃烧问题的方法，所述直喷内燃机包括多个燃烧室并以贫理想配比运行，所述方法包括：

在多个发动机曲柄角上监测所述多个燃烧室中的压力读数；

估计每个压力读数的质量分率燃烧百分比；

为每个燃烧室确定对应于预定质量分率燃烧百分比的各自的曲柄角；

比较所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室的所述确定的曲柄角；以及

如果被比较的曲柄角相差预定的角度，那么显示异常燃烧事件。

14.如权利要求13所述的方法，其中所估计质量分率燃烧百分比包括：

在对应的曲柄角上计算作为被监测的压力读数相对于预定的带动燃烧室压力的比率的第一压力比；

计算作为在预定曲柄角上对应于完全燃烧燃料充量的预期燃烧室压力相对于在所述预定曲柄角上的预定带动压力的比率的第二压力比；

计算作为所述第一压力比减一相对于所述第二压力比减一的比率的分率压力比；以及

基于所述分率压力比估计所述质量分率燃烧百分比。

15.如权利要求13所述的方法，其中估计质量分率燃烧百分比包括：

计算对应于各压力读数的分率热量释放；

将每个分率热量释放与预期总热量释放作比较；以及

基于所述比较估计所述质量分率燃烧百分比。

16.一种用于诊断以贫理想配比运行的直喷发动机内的燃烧的设备，包括：

多个燃烧室；

与所述多个燃烧室的每个燃烧室都连接的压力传感器；以及

与所述压力传感器连接的控制模块，所述控制模块构造成：

分析来自所述压力传感器的数据，以产生所述多个燃烧室的每个燃烧室的燃烧相位信息；并且

比较所述多个燃烧室的按顺序的各燃烧室的燃烧相位信息。

17.如权利要求16所述的设备，其中所述控制模块以质量分率燃烧曲线的形式产生所述多个燃烧室的每个燃烧室的所述燃烧相位信息。

18.如权利要求16所述的设备，其中所述控制模块通过确定分率能量释放、将所述分率能量释放与预期总能量释放作比较、和基于所述比较估计所述质量分率燃烧曲线来产生所述多个燃烧室的每个燃烧室的所述燃烧相位信息。

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