CN103133162A - 用于提前点火控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明中提供了一种用于处理提前燃烧的方法和系统，提前燃烧由减轻汽缸失火采取的措施引起。可调节应用的发动机负荷限制量以减小提前点火的可能性同时还解决部件温度过高的问题。通过限制发动机负荷同时切断失火汽缸中的燃料，并且同时在其余汽缸中燃烧稀化的空气-燃料混合物，可减小由失火-减轻的稀化燃烧状况引起的提前点火。

Description

用于提前点火控制的方法和系统

【技术领域】

本发明总体上涉及用于防止车辆发动机提前点火以及部件过热的方法和系统。

【背景技术】

在某些工况下，具有高压缩比或被增压以增加指定输出的发动机可能容易发生低转速提前点火燃烧事件。由于提前点火引起的较早燃烧可导致较高的缸内压力，并且可能会引起类似于燃烧爆震但具有更大强度的燃烧压力波。

发明人已经认识到在一些工况下，用于减轻汽缸失火的措施也能导致提前点火的可能性升高。具体地，响应于汽缸失火事件，发动机控制器可切断至失火汽缸的燃料以防止排气催化剂过热。此外，可以比化学计量更稀化地运转其余汽缸以减少未燃烧燃料的量。然而，特别是较高的发动机转速时，稀化的汽缸运转可增加发动机提前点火的倾向，并加速发动机劣化。

【发明内容】

可通过一种控制车辆的方法至少部分地解决上述问题，该方法包括：当驾驶具有发动机的车辆时，不喷射燃料而运转一个汽缸以泵送空气而另一个汽缸燃烧稀化的空气-燃料混合物，并且限制进入汽缸的空气小于阈值。这样，当一些汽缸的燃料切断而其它汽缸稀化运转时通过限制发动机负荷，可减少引起发动机提前点火的倾向。

在一个示例中，响应于第一发动机汽缸中的失火事件，可切断至失火汽缸的燃料喷射而继续泵送空气穿过该汽缸。然后其余汽缸可以比化学计量更稀的空燃比运转以减少汽缸中剩余的未燃烧燃料的量。那么为了可减少可能由稀化工况引起的汽缸提前点火的可能性，特别在中等至较高发动机转速时，可限制发动机负荷。负荷限制可以基于稀化的空燃比的稀化度（leanness）和稀化运转的汽缸的数量（或者切断燃料运转的汽缸的数量）。负荷限制还可以基于（指示发动机提前点火固有特性的）发动机的提前点火历史以及发动机转速。这样，可调节负荷限制的量和持续时间以便于能控制排气温度并减小提前点火的可能性。经过定义的持续时间之后，可斜坡停止（ramp out）负荷限制。

这样，在当一些汽缸当前稀化运转而其它汽缸已经切断燃料的工况期间通过限制发动机负荷，可减小排气催化剂的过度加热并且可减少相关部件的劣化。通过减小发动机温度，也可减少汽缸提前点火的倾向。通过限制减轻失火期间的发动机负荷，还可减小由减轻失火引起提前点火事件的可能性。总之，能减少发动机劣化。

根据本发明的一个实施例，钥匙-接通或钥匙关闭事件之后中止进一步限制。

根据本发明，提供一种用于控制发动机的方法，包括：响应于失火事件：切断至第一汽缸的燃料；用比化学计量更稀的空燃比运转第二汽缸；以及限制发动机负荷。

根据本发明的一个实施例，限制是基于稀化的空燃比的稀化程度。

根据本发明的一个实施例，限制进一步基于发动机的提前点火历史，限制随发动机的提前点火计数的增加而增加。

根据本发明的一个实施例，经过阈值期间之后中止限制。

根据本发明，提供一种用于控制发动机的方法，包括：以第一模式使用第一负荷极限运转发动机，其中所有汽缸燃烧；以及以第二模式使用第二负荷极限运转发动机，其中第一数量的汽缸泵送空气而不喷射燃料，以比化学计量更稀的空燃比运转第二数量的汽缸，第一和第二负荷极限至少基于发动机转速。

根据本发明的一个实施例，在第一模式期间，所有汽缸以化学计量燃烧，方法进一步包括，以第三模式使用第三负荷极限运转发动机使所有汽缸燃烧并且至少一个汽缸以比化学计量更富化的空燃比运转，并且第三负荷极限至少也基于发动机转速。

根据本发明的一个实施例，较高发动机转速时第二负荷极限比第一负荷极限更加限制，并且其中较低发动机转速时第三负荷极限比第二负极限制更加限制。

根据本发明的一个实施例，第三模式运转期间，响应于发动机起动/关闭循环而重设第三负荷极限，其中在第一运转模式期间，一旦经过第一阈值期间重设第一负荷极限，并且其中在第二模式运转期间，一旦经过第二阈值期间重设第二负荷极限。

根据本发明的一个实施例，第一阈值期间基于发动机提前点火计数，并且其中第二阈值期间基于发动机提前点火计数和排气温度。

应理解，提供上述概要用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。

【附图说明】

图1显示了示例燃烧室；

图2显示了在选择的发动机工况期间用于调节汽缸添加燃料和限制发动机负荷的高级流程图；

图3显示了负荷限制程序的示意描述；

图4显示了用于选择将在图2中选择的发动机工况期间应用的负荷限制的高级流程图；

图5显示了示例负荷限制调节。

【具体实施方式】

本发明提供了一种用于处理汽缸提前点火事件和可作为汽缸提前点火事件的前兆的异常燃烧事件（例如失火）的方法和系统。特别地，可响应于实际的或即将发生的提前点火执行发动机(比如图1中的发动机系统)的负荷限制。发动机控制器可配置用于响应于异常燃烧事件（比如汽缸失火事件和/或汽缸提前点火事件）而执行控制程序（比如图2-4中的示例程序）以调节汽缸燃料喷射（图2）以及发动机负荷。可调节负荷限制（图3-4）以（进一步）减少汽缸提前点火事件的可能性。关于图5描述了示例负荷限制调节。通过限制减轻失火期间的发动机负荷，可减小由减轻失火引起的提前点火的可能性。

图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的实施例。发动机10可接收来自包含控制器12的控制系统的控制参数和车辆驾驶员130通过输入装置132的输入。在这个实施例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸（本文中也称为“燃烧室”）14可包括带有位于其中的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可和曲轴140相连以便活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可通过传动系统和乘用车的至少一个驱动轮相连。此外，起动马达可通过飞轮和曲轴140相连以能够进行发动机10的起动运转。

汽缸14能通过一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146和发动机10的除汽缸14之外的其它汽缸连通。

在一些实施例中，一个或多个进气通道可包括增压装置，比如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1显示了发动机10配置有涡轮增压器，所述涡轮增压器包含布置在进气通道142和144之间的压缩器174和沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩器174可至少由排气涡轮176通过轴180驱动，在这种情况下增压装置配置为涡轮增压器。但是，在其它实施例中，比如在发动机10配备有机械增压器的情况下，排气涡轮176可选择性地省略，在这种情况下压缩器174可通过来自马达或发动机的机械输入驱动。包括节流板164的节气门20可沿发动机的进气通道设置，用于改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图1所示节气门20可安放在压缩器174的下游，或者可替代地安放在压缩器174的上游。

排气通道148能接收来自发动机10除了汽缸14的其它汽缸的排气。排气传感器128如图所示和排放控制装置178上游的排气通道148相连。传感器128可选自各种用于提供排气空燃比指示的合适的传感器，比如线性氧传感器或者UEGO（通用或宽域排气氧传感器），双态氧传感器或排气氧传感器(EGO)（如图所示），HEGO（热EGO），氮氧化物（NOx）、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂（TWC）、NOx捕集器、各种其它排放控制装置，或它们的组合。

排气温度可通过一个或多个位于排气通道148里的温度传感器（未示出）来估算。可替代地，可基于发动机工况（比如转速、负荷、空燃比（AFR）、点火延迟等）推断排气温度。此外，可通过一个或多个排气传感器128计算排气温度。应当理解，可替代地可通过这里列举的温度估计方法的任意组合来估算排气温度。

发动机10的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸14如图所示包括位于汽缸14上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸（包括汽缸14）可包括位于汽缸上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气阀。

进气门150可由控制器12经由凸轮驱动系统151通过凸轮驱动进行控制。相似的，排气门156可由控制器经由凸轮驱动系统153控制。凸轮驱动系统151和153分别可包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作的凸轮轮廓线变换系统（CPS）、可变凸轮正时（VCT）、可变气门正时（VVT）和/或可变气门升程（VVL）系统中的一种或多种用于改变气门运转。可分别通过气门位置传感器155和157确定进气门150和排气门156的位置。在替代实施例中，进气和/或排气门可通过电动气门驱动进行控制。例如，汽缸14可替代地包括通过电动气门驱动进行控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动进行控制的排气门。在其它实施例中，进气和排气门可通过共用气门驱动器或驱动系统、或者可变气门正时驱动器或驱动系统来控制。

汽缸14可具有压缩比，其为当活塞138处于下止点时的容积与活塞138处于上止点时的容积的比例。通常，压缩比的范围是9:1到10:1。但是，在一些使用了不同燃料的示例中，压缩比可能会增加。例如，当使用高辛烷燃料或较高汽化潜热的燃料时可能发生这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响压缩比也可增加。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选定运转模式下，点火系统190可响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞192给燃烧室14提供点火火花。但是，在一些实施例中，火花塞192可省略，比如当发动机10可通过自动点火或者通过燃料喷射（如可能在一些柴油发动机的情况下）发起燃烧。火花塞162的劣化能导致燃烧室14里的失火。同样的，如果不注意的话，劣化的火花塞也能导致汽缸提前燃烧事件发生的增加。火花塞劣化可包括例如火花塞导线劣化（例如，导线松动、导线短路）、电极劣化（例如电极磨损）、火花塞污染或闷烧等。

在一个示例中，响应于选择的发动机工况期间汽缸失火事件之后汽缸里出现阈值数量和/或比率的提前点火，发动机控制器可推断火花塞是劣化的并且在发动机高负荷时限制受影响的汽缸中的燃烧。控制器还可限制发动机负荷。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置有一个或多个燃料喷射器用于向其提供燃料。作为一个非限制的示例，汽缸14显示为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166显示为直接和汽缸14相连用于与通过电子驱动器168从控制器12接收的FPW信号的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器166提供已知的称为直接喷射（下文也称为“DI”）将燃料喷入燃烧汽缸14。尽管图1显示了喷射器166作为侧喷射器，它也可以位于活塞的上方，比如火花塞192的位置的附近。当采用醇基燃料操作发动机时，由于某些醇基燃料的低挥发性，这样的位置可改善混合和燃烧。可替代地，喷射器可位于进气门上方并与之靠近以改善混合。可将燃料从包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的高压燃料系统8输送到燃料喷射器166。可替代地，可通过单级燃料泵以较低的压力输送燃料，与使用高压燃料系统相比，这种情况下压缩冲程期间直接燃料喷射的正时受到更多限制。此外，虽然未示出，燃料箱可具有给控制器12提供信号的压力传感器。应当理解在可替代的实施例中，喷射器166可以是给汽缸14上游的进气道提供燃料的进气道喷射器。

同样应当理解，尽管描述的实施例说明发动机通过单级直接喷射器喷射燃料来运转发动机；在可替代的实施例中，可通过使用两个喷射器（例如直接喷射器和进气道喷射器）并且改变从每个喷射器喷射的相对量来运转发动机。

汽缸单个循环期间，燃料可通过喷射器输送到汽缸。此外，可根据工况改变从喷射器传输的燃料的分配和/或相对量。此外，对于单个燃烧事件，运送的燃料每个循环可执行多点喷射。多点喷射可在压缩冲程、进气冲程或者其任意适当的组合期间执行。燃料可在循环期间喷射以调整燃烧的空气-喷射燃料比（AFR）。例如，可喷射燃料以提供化学计量的AFR。AFR传感器可设置用于提供对汽缸内AFR的估算。在一个示例中，AFR传感器可以是排气传感器，比如EGO传感器128。通过测量排气里残留的氧（对于稀化混合物）或者未燃烧的碳氢化合物（对于富化混合物）的量，传感器可确定AFR。同样的，可提供AFR作为λ值，即作为给定混合物的实际AFR与化学计量的比例。所以，λ为1.0表明化学计量混合物，比化学计量富化的混合物可具有小于1.0的λ值，并且比化学计量稀化的混合物可具有大于1的λ值。

如上文所述，图1仅仅显示了多缸发动机的一个汽缸。同样地，每个气缸可相似地包括它自己的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

燃料系统8里的燃料箱可保持带有不同燃料品质（例如不同燃料组分）的燃料。这些不同可包括不同的醇含量、不同的辛烷、不同的汽化热、不同的混合燃料，和/或它们的组合等等。

发动机10可进一步包括一个或多个爆震传感器（未显示）用于感应异常燃烧事件并且区分由于爆震引起的和那些指示提前点火的异常燃烧事件。例如，来自缸内爆震传感器和/或曲轴加速传感器的输入可用于指示汽缸中的异常燃烧事件。爆震传感器可以是发动机缸体上的加速计，或者是配置在每个汽缸的火花塞中的离子传感器。基于爆震传感器信号的特性（比如信号正时、振幅、强度、频率等）和/或基于曲轴加速信号，控制器可识别提前点火。例如，可基于第一、较早的窗口中估测的汽缸爆震信号大于第一、较高阈值而确定汽缸提前点火事件，而可基于第二、较晚的窗口估测的汽缸爆震信号大于第二、较低阈值确定汽缸爆震事件。估测爆震信号的窗口可以是曲轴转角窗口。此外，可基于异常燃烧探测时的发动机工况区分提前点火和爆震。例如，较高发动机转速和负荷时探测到的异常燃烧可认为是爆震而那些在较低发动机转速和负荷探测到的可指示提前点火。这样，采取的用于处理爆震的减轻措施可区别于那些通过控制器采取的用于处理提前点火的措施。例如，可使用火花迟延和排气再循环（EGR）处理爆震而可通过汽缸富化或稀化以及用发动机负荷限制量处理提前点火。

控制器12在图1显示为作为微型计算机，其包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序和校准值的电子存储介质（在这此特定示例中显示为只读存储芯片110）、随机存取存储器112、不失效（keep alive）存储器114和数据总线。控制器12可从和发动机10相连的传感器接收各种信号，除上文讨论过的信号之外，还包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量（MAF）、来自和冷却套筒118相连的温度传感器116的发动机冷却剂温度（ECT）、来自和曲轴140相连的霍尔效应（Hall effect）传感器120（或其它类型）的表面点火感测信号（PIP）、来自节气门位置感应器的节气门位置（TP）、来自传感器124的歧管绝对压力（MAP）、来自EGO传感器128的汽缸AFR和来自爆震传感器和曲轴加速传感器的异常的燃烧。发动机转速信号（RPM）可由控制器12根据PIP信号得到。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管里真空或压力的指示。

存储介质只读存储器110可编程有计算机可读数据，其代表了可由处理器106执行的指令用于执行下文描述的方法和其它所预期的但没有具体列举的变型。

如配置的，图1的发动机系统中的部件能实现一种用于控制车辆的方法，该方法包括，当驾驶具有发动机的车辆时，不喷射燃料而运转一个汽缸以泵送空气而另一个汽缸燃烧稀化的空气-燃料混合物，并且限制进入汽缸的空气小于阈值。这样，通过在选择的状况期间限制发动机负荷，比如响应于汽缸失火事件，可抑制实际的和/或即将发生的提前点火，并且可防止其劣化。

现在转向图2，描述了示例程序200，该程序用于响应于导常燃烧事件（比如汽缸失火）调节发动机运转（特别是燃料喷射和发动机负荷）以减少即将出现的提前点火燃烧事件的发生。

在202处，可确定发动机工况。例如，这些工况可包括发动机转速、扭矩需求、发动机负荷、发动机温度、排气温度、催化剂温度、歧管空气压力、歧管空气温度、发动机提前点火历史（包括发动机和/或汽缸提前点火计数）、涡轮进口温度（其中发动机包括涡轮增压器）等。

在204处，可确定是否已经在发动机汽缸中探测到失火事件。在一个示例中，基于曲轴加速确定汽缸失火事件。在另一个示例中，汽缸失火可基于排气空燃比，例如基于排气氧传感器（例如通用或宽域排气氧（UEGO）传感器）的输出。在又一个示例中，汽缸失火可基于连接至火花塞的离子传感器确定的火花塞离子（例如离子电流）。

如果没有确定汽缸失火事件，那么程序可前进至205处以确定是否已经在发动机汽缸中探测到提前点火。如上文的详细描述，可基于爆震传感器的输出而识别汽缸提前点火事件并与汽缸爆震相区分。例如，响应由爆震传感器输出的爆震信号当前大于较早的曲轴转角窗口中的较高阈值，可确定提前点火。

如果探测到没有提前点火，那么在206处，发动机控制器可以第一模式（如208处的详细描述）运转发动机而所有的汽缸燃烧。具体地，所有汽缸当前可以化学计量燃烧。可选地，还可以限制负荷量而运转发动机，比如将第一负荷极限应用于发动机。特别地，预期提前点火事件（即，在任何汽缸提前点火事件实际发生之前），如果需要，可应用第一负荷极限。关于图3-4详细描述的，可基于发动机工况比如发动机转速、发动机提前点火计数、歧管充气温度（MCT）、推断的燃料辛烷值、空燃比等选择第一负荷极限。例如，如果发动机（或特定汽缸）的提前点火计数高于阈值计数，发动机可能容易发生汽缸提前点火事件，特别是在选择的发动机工况下（例如较低转速工况）。所以，为了减小提前点火事件的可能性，可应用更多的发动机负荷限制。在低发动机转速期间当提前点火的机率较高可特别地应用负荷限制。相反，如果发动机提前点火计数低于阈值计数，可以预期没有发动机提前点火并且可不应用负荷限制。

此处使用的，限制发动机负荷可包括减少进气节气门的开度、增加涡轮增压器废气门的开度、调节汽缸气门正时以减少进气空气充气以及增加排气再循环量中的一者或多者。例如，导入发动机的进气空气充气的量可减小第一量，例如直到发动机负荷减小到第一阈值以下。

这样，可保持负荷限制直到经过（第一）阈值期间或距离。例如，预期低频率提前点火，经过车辆行驶一定距离可过滤掉（filter out）负荷限制。相反，如此处详细描述的，响应于高频率提前点火的发生，可执行通过点火钥匙循环（cycle）退出的负荷限制。例如，在206处当发起负荷限制时启动计时器。然后，在210处，可确定是否经过阈值期间。如果不是，可继续应用第一负荷极限。相反，在212处，在第一模式运转期间，一旦经过阈值期间可重设负荷极限（即，可中止负荷限制）。例如，阈值期间可基于发动机提前点火计数或者提前点火计数除以行驶的英里数。

返回204，如果确定汽缸失火事件，程序可前进至216，在216处发动机控制器以（如218处详细描述的）第二模式运转发动机使第一数量的汽缸泵送空气而不喷射燃料、第二数量的汽缸以比化学计量更稀化的空燃比运转，并且有负荷量限制，比如将第二负荷极限应用于发动机。基于发动机工况，第二负荷极限可以比第一负荷极限更加限制。特别地，可应用第二负荷极限以减小当前由失火减轻汽缸调节引起提前点火事件的可能性。

特别地，在第二模式期间，控制器可切断至失火汽缸的燃料以减轻失火并减少进一步的汽缸失火事件的可能性。然而，控制器可继续泵送空气穿过失火汽缸而切断燃料。为了补偿当前在失火汽缸中切断的燃料，可使其余的发动机汽缸以比化学计量更稀的空气-燃料混合物运转。例如，控制器可应用开环控制以使发动机比化学计量更稀的空燃比运转。控制器可应用没有任何反馈控制的开环控制以更好地确保排气催化剂处没有剩余过量的燃料。这样，如果其余的发动机汽缸以比化学计量更富化地运转，可能不会引起汽缸提前点火，但是由于当前从停缸（即，燃料被切断的失火汽缸）泵送的新鲜空气与催化剂处残余的过量的燃料的反应可能在排气中可产生放热。放热可能会导致催化剂过度加热并劣化。

相反，通过稀运行其余的发动机汽缸，可保持较低的排气温度，并且可减少催化剂劣化。然而，用于减轻失火事件的稀化发动机运转其自身可引起汽缸提前点火，特别是发动机转速较高时。因此，为了减小响应于失火减轻的稀化发动机运转产生的提前点火的可能性，甚至可在汽缸提前点火事件的发生或探测之前限制发动机负荷。

如上文描述的，限制发动机负荷可包括减少进气节气门的开度、增加涡轮增压器废气门的开度、调节汽缸气门正时以减少进气空气充气以及增加排气再循环量中的一者或多者。因此在第二模式运转期间，导入发动机的进气空气充气的量可减少第二量（第二量可以比第一模式运转期间应用的第一负荷极限的第一量更大或更小）。例如，第二负荷限制量可将发动机负荷极限减小至低于第一阈值的第二阈值以下。在一个示例中，其中发动机是增压发动机，第二阈值可以基于涡轮入口温度。在其它示例中，阈值可基于排气歧管或排气门温度。

限制空气进入汽缸可基于例如稀化的空气-燃料混合物稀化的程度，其中限制随稀化程度的增加而增加。在另一个示例中，限制可基于排气温度，其中随排气温度增加到阈值温度（例如可能发生部件劣化的温度）以上，增加限制。在又一个示例中，限制可基于发动机转速，其中当发动机转速高于阈值转速时增加限制。特别地，可在发动机转速较高时增加限制，因为发动机转速较高时失火减轻措施可能具有引起提前点火的较高可能性。

如图3-4中的详细描述，应用负荷限制可基于的多个发动机工况，其包括发动机转速、发动机提前点火历史（或发动机提前点火计数）、停缸的第一数量（即，已经切断燃料且当前只泵送空气穿过其中的汽缸的数量）以及稀化的空燃比的稀化程度等。在一个示例中，基于发动机的提前点火的历史而调节限制可包括随发动机的提前点火计数的增加而增加负荷限制（即，使负荷极限更加限制）。此外，当发起第二负荷限制量时可启动计时器。在220处，可确定是否已经经过（第二）阈值期间。如果没有，可在224处保持该负荷限制。相反，在222处，在第二模式运转期间，一旦经过阈值期间可重设第二负荷极限（即，可中止负荷限制）。阈值期间可基于发动机提前点火计数和排气温度。在另一个示例中，发动机在阈值负荷以下运转阈值期间之后可中止负荷限制，并且可恢复所有汽缸的燃料喷射。在一个示例中，在其后重设第二负荷极限的（第二）阈值期间可以比在其后重设（第一模式运转期间应用的）第一负荷极限的（第一）阈值期间更长。

在一些实施例中，可在发动机中实际的提前点火事件发生之前执行第一模式和第二模式的发动机运转的每个期间执行的限制。响应于即使在应用负荷限制之后在发动机中发生的提前点火事件，控制器可配置用于进一步将进入发动机汽缸的空气从当前阈值限制至较低阈值。即，更加限制的负荷限制可用于减轻实际的发动机提前点火。

返回至205处，如果确定汽缸提前点火事件，程序可前进至226，在226处发动机控制器以第三模式（如228处的详细描述）运转发动机使所有汽缸燃烧并且至少一个汽缸以比化学计量更加富化的空燃比运转。具体地，受提前点火影响的汽缸（或多个汽缸）可富化一定量同时调节其余汽缸的燃料添加使得将排气保持在化学计量处或附近。在替代实施例中，替代富化，受影响的汽缸可稀化（enlean）一定量同时调节其余汽缸的燃料添加以将排气保持在化学计量处或附近。通过响应于接受点火事件而富化（或稀化）受提前点火影响的汽缸，可减轻进一步的提前点火事件。例如，富化（或稀化）的持续时间和程度可基于受影响汽缸的提前点火计数和/或发动机提前点火计数。此外，可应用一定的负荷量限制。例如，可将第三负荷极限应用于发动机，其中第三负荷极限至少比第一负荷极限更加具有限制性。如关于图3-4的详细描述，第三负荷极限可基于至少包括发动机转速的多种发动机工况。在一个示例中，较高发动机转速时（当更可能发生失火引起的提前点火时）第二负荷极限可以比第三负荷极限更加具有限制性，而较低发动机转速时（当更可能发生提前点火时）第三负荷极限可以比第二负荷极限更加具有限制性。这样，第三负荷极限可应用以减轻提前点火事件的影响。例如，第三负荷限制量可将发动机负荷极限减小至低于第一阈值的第三阈值以下，并且可选地低于第二阈值。

在第三运转模式期间，响应于发动机-起动/关闭循环（engine-on/offcycle）可重设第三负荷极限。于是，在230处，可确定是否已经发生发动机-起动/关闭循环。在一个示例中，可响应于钥匙-接通/关闭（key-on/off）事件确定发动机-起动/关闭循环。在232处，响应于发动机-起动/关闭循环，可重设第三负荷极限。即，可中止第三负荷限制量。如果没有确定发动机-起动/关闭循环，在234处，可继续应用第三负荷极限。

多个模式中不同的负荷限制斜坡上升（ramp-in）和/或斜坡下降（ramp-out）的比率也可不同。例如，可立刻执行响应于发生提前点火的负荷限制（即第三负荷极限），并且具有一些临时的驾驶性能劣化，而响应于失火事件的负荷限制（即第二负荷极限）可能具有一段时间（该时间基于部件温度增加的时间常数）以便于以这种方式适当地“缓和”负荷极限而不会导致较差的驾驶性能感受。

应理解，在一些实施例中，可在发动机中发生实际的提前点火事件之前执行在第一模式和第二模式的发动机运转的每一者期间执行的限制。响应于即使是在应用负荷限制之后发动机中发生的提前点火事件，控制器可配置用于进一步将进入发动机汽缸的空气从一般阈值（prevalent threshold）限制至更低的阈值。即，更加限制的负荷限制可用于减轻发动机提前点火。在一个示例中，响应于发动机当前以第一或第二模式运转时发生的提前点火事件，控制器可立刻将发动机切换至第三模式，并且如果第三负荷极限是最具限制性的负荷极限则应用第三负荷极限。

应理解，虽然在选择的工况期间描述的程序表明第三负荷极限与第二负荷极限相比是更加限制的，但是第二负荷极限也可以比第三负荷极限相比可以（已经）是更加限制的。例如，当发动机转速低速至中速时（例如1000-2800转/分），其中更可能发生初期的提前点火，第三负荷极限可以低于第二负荷极限。然而，当发动机转速为中速至高速时（例如3000-3500转/分），由于非失火汽缸的稀化汽缸运转，可能更容易引起提前点火。在这些状况期间，第二负荷极限可以低于第三负荷极限。如图3中详细描述的，发动机控制器可配置用于基于给定工况的多个限制而估算负荷极限，并且然后应用抑制提前点火的最低负荷极限。

这样，特别是第二和第三运转模式期间，应用到发动机更加限制的负荷限制可减小发动机动力。因此，当应用更加限制的负荷极限时，可将相关的提醒传送给车辆驾驶员以提醒他们即将减少的动力状态（例如，可设置诊断代码或点亮故障指示灯）。此外，还可显示倒计时的计时器直到中止更加限制的负荷限制以向驾驶员指示何时可恢复发动机动力。

现在转向图3，显示了负荷限制的示意描述300。在304处，程序可从负荷限制的前馈部分开始，其中预期提前点火并且考虑多个其它的负荷约束状况和负荷需求而执行负荷限制。具体地，第一控制器K1可基于发动机工况确定负荷极限，比如基于302处的发动机转速-负荷状况，并且还确定对应于一个或多个负荷限制状况（或“特征”）以及负荷需求的负荷极限。例如，这些可包括用于提供适当的牵引控制的负荷极限（例如响应于车轮打滑的负荷限制），预期提前点火或失火可能性的负荷极限等。控制器可选择所有负荷极限中最小的评估为标称负荷极限或306处的扭矩负荷极限（Tqe_load_limit），其中预期提前点火而应用最小的负荷极限。

在308处可用负荷修剪器（load clip）修剪该负荷极限。负荷修剪器可以基于多个因素。在一个示例，控制器可从基于标称状况的标称负荷修剪器开始。可根据发动机转速和歧管充气温度提供（例如从2D图谱读取）标称负荷修剪器。然后可用其范围从-1到1的倍增因子调节负荷修剪器。该因子可以基于前馈测量比如燃料的辛烷含量、燃料乙醇或醇含量、空燃比、发动机提前点火计数以及发动机失火计数。因此，使提前点火的机率增高的稀化的空燃比或较低的辛烷燃料引起负荷修剪，其中负荷修剪器的插值将负荷极限移动至较低的值（比如较低效应的提前点火减轻值）。在另一个示例中，富化的空燃比或燃料的较高的辛烷含量可引起较高的负荷限制（比如较高影响的提前点火减轻值）。

负荷修剪器还包括提前点火负荷限制的反馈部分，其中基于由提前点火计数器314计算的稀化的提前点火率或计数而进一步调节负荷极限。提前点火率随单位车辆行驶英里数内提前点火事件数量的增加而增加，并且随行驶里程数的增加而减少。这样，当里程足够多时，提前点火率可能回到零并且如果没有监测到提前点火则对负荷限制没有影响。然而，工况可能影响提前点火的预期并因此影响标称负荷极限。然后在326处通过第二控制器K2用该负荷修剪器裁决（arbitrate）扭矩负荷极限以确定裁决的扭矩负荷极限。

并行地，提前点火计数器当前可以计算提前点火事件的数量。一旦达到提前点火的阈值数量，可启动提前点火（PI）计数器314并且可开始确定提前点火率316。如果提前点火率较高，可计算提前点火负荷极限（PI_load_limit）318。该提前点火负荷极限可在里程数内具有更加限制的“稀化下降率（leandown rate）”并且只有当在短时间内发生大量提前点火事件时启动。

同时并行地，失火计数器当前可计算发动机失火事件的数量。一旦达到失火事件的阈值数量，可启动失火计数器320并且可开始确定失火率322。如果存在失火，可计算失火负荷极限（misfire_load_limit）324。该失火负荷限制可至少基于发动机转速。

然后控制器K2可选择期望的负荷极限326，其为这些负荷极限中的最低者。因此，期望的负荷极限可以是裁决的负荷极限、提前点火负荷极限以及失火负荷极限中的最低者。如此处详细说明的，提前点火和失火负荷极限可能比裁决的扭矩负荷极限更加限制，但是可基于发动机转速而相对于彼此改变。例如，发动机转速较低时，其中可能发生“固有的”提前点火，提前点火负荷极限可以是限制度最高的。相反，发动机转速较高时，比如可能发生失火引起的提前点火时，失火负荷极限可以是限制度最高的。通过选择可能的负荷极限中的最低者，可减少提前点火同时解决所有其它负荷影响的限制。

现在转向图4。显示了示例程序400用于基于多个发动机工况应用在图2的程序中调节负荷限制量。这样，可基于多个发动机工况确定多个负荷极限。然后，发动机控制器可选择最低的负荷极限（即，较高的负荷限制量）以满足约束度最高的发动机运转参数的需求。

在402处，可估算和/或测量发动机工况。例如，这些可包括发动机转速、驾驶员需求扭矩、发动机提前点火计数、排气催化剂温度、发动机冷却剂温度、涡轮入口温度等。在404处，基于估算工发动机工况，可确定多个基于特征的负荷极限用于多个负荷限制需求状况（例如用于n个不同特征的负荷_极限1、负荷_极限2到负荷_极限n）。例如，可基于驾驶员需要的扭矩确定一个负荷极限，同时可基于牵引控制需要的量确定另一个负荷极限。还可基于多个发动机部件温度限制确定其它负荷极限。例如，这些可包括用于保持发动机温度、催化剂温度、涡轮入口温度、歧管充气温度等的负荷极限。类似地，可基于汽缸或发动机提前点火计数（或率）和汽缸失火计数（或率）确定负荷极限。

在一个示例中，对于每个参数，可确定基于发动机转速、歧管温度、推断的燃料辛烷值、发动机空燃比等的初始前馈负荷限制量。前馈负荷限制量可以是限制进入汽缸的空气量小于阈值的较低更小的负荷极限。此外，初始负荷极限能使排气温度保持在阈值温度或以下。这样，可预期提前点火事件而应用初始前馈负荷限制量。然后，可对基于提前点火计数的负荷限制作出反馈调节。例如，可通过根据车辆里程数的提前点火计数因子调节负荷极限。因此，每个提前点火事件可使提前点火计数因子增加而累计的里程数可能使提前点火计数因子减小。在替代实际例中，提前点火计数因子还可以是燃烧循环的函数。

然后，在406处，可比较多个负荷极限并且控制器可选择最低的负荷极限（此处指选择的扭矩负荷极限“Tqe_load_limit”）。即，控制器可选择从负荷_极限1到负荷_极限n中的最小值。在一个示例中，多个负荷极限可存储在控制器的存储器中并从中访问，其中负荷极限存储为负荷表格。负荷表格可实施为发动机转速的函数。通过从多个负荷表格比较负荷极限（或负荷请求）并选择最低的负荷极限，可提供发动机负荷，其中减小了（更多）提前点火的可能性同时也解决了部件温度太过的问题。

在408处，可基于估算的发动机工况确定负荷修剪器以调和（blend）或裁决选择的扭矩负荷极限。例如，控制器输出的负荷修剪器可以是-1和1之间的数字并且可用作用于选择的扭矩的乘数。负荷修剪器可以基于提前点火计数、燃料辛烷值、燃烧乙醇含量、失火计数、空燃比等。在410处，负荷修剪器乘数可用于裁决确定的负荷极限。在替代实施例中，-1和1之间的修剪器负荷数可用作在404处确定的多个计算的较高和较低负荷极限的插值乘数。

在412处，可确定提前点火率是否高于阈值。例如，可确定经过给定的车辆行驶里程是否已经发生阈值数量的发动机提前点火事件。在替代实施例中，可确定在给定的行驶循环中发动机提前点火事件的数量是否高于阈值数量。如果提前点火率（或计数）高于阈值，那么在416处，可确定提前点火负荷极限（PI_load_limit）。具体地，一旦达到提前点火事件的阈值数量，控制器可监测单位车辆行驶里程内额外的提前点火事件并且以更加激进的比率整合出（即，减小）提前点火计数因子以确定更加限制的发动机负荷极限。更加限制的提前点火负荷极限可能更加有效地解决提前点火。

在412处如果确定没有较高的提前点火率，或者在416处确定提前点火负荷极限之后，程序前进至414处，在414处确定失火率（或计数）是否高于阈值。可针对部件温度过高和/或排气阈值来校准失火阈值。例如，可确定在给定的车辆行驶里程后是否已经发生阈值数量的发动机失火事件。在替代实施例中，可确定在给定的行驶循环中发动机失火事件的数量是否高于阈值数量。如果失火率（或计数）高于阈值，那么在418处，可确定失火负荷极限（misfire_load_limit）。例如，可基于失火率用失火计数因子调节确定的扭矩极限以确定失火负荷极限。更加限制的失火负荷极限可更加激进地处理失火和失火引起的提前点火。

在420处，如运用的，控制器可选择并应用最低的负荷极限。例如，如果存在提前点火但不是足够高的比率，控制器可基于提前点火计数调节提前点火计数因子并相应地调节负荷修剪器。在此之后，控制器可应用修剪的和裁决的扭矩负荷极限（Tqe_load-limit）。如果甚至是在应用修剪的负荷限制之后，提前点火率增加太快，可确定提前点火负荷极限并且可应用扭矩负荷极限和提前点火负荷极限中的较低者。在一个示例，提前点火负荷极限比扭矩负荷极限更加限制。在另一个示例中，如果在应用固定的负荷限制之后，失火率增加太快，可确定失火负荷极限并且可应用失火负荷极限和扭矩负荷极限中的较低者。在一个示例中，失火负荷极限比扭矩负荷极限更加限制。

在另一个示例中，即使在应用固定的负荷限制之后，提前点火率增加地太快，并且失火率增加，可应用扭矩负荷极限、提前点火负荷极限和失火负荷极限中的最低者。这样，较低发动机转速时提前点火负荷极限可能较低而较高发动机转速时失火负荷极限可能较低。因此，基于发动机工况，可改变最低负荷极限。

在420处如果选择了提前点火负荷极限，限制的负荷极限可保持激活或“锁定”直到确定发动机-起动/关闭循环或钥匙-接通/关闭循环。相反，在420处如果选择失火负荷极限，限制的负荷极限可保持激活或“锁定”直到确定发动机负荷已经维持在阈值负荷以下一段时间。阈值时间量之后，可恢复汽缸燃烧。如果汽缸燃烧是成功的而没有进一步失火事件，如果需要，则可以去除失火负荷极限并且可考虑其它负荷极限。

这样，当更加限制的提前点火负荷限制应用到发动机时，可减小发动机动力。因此，当应用更加限制的负荷极限时，向车辆驾驶员传送相关的提醒以提醒他们即将减小的动力状态（例如，可设置诊断代码或点亮故障灯）。此外，还可向驾驶员显示倒计时的计时器直到中止更加限制的负荷极限以指示何时恢复发动机动力。

应理解，确定的负荷修剪或负荷极限可较慢地斜坡介入（ramp in）以减小扭矩波动。具体地，可随时间（例如，使用滤波常数）过滤负荷修剪以较慢地斜坡移除确定的负荷修剪。可选地，控制器可协调负荷斜坡和发动机的燃料喷射运转以减小扭矩波动。

图5中的示例负荷限制调节进一步阐释了图3-4中的程序。具体地，图5中的图谱500在曲线504处描述了在曲线502处显示的多个发动机转速处的发动机负荷的改变。

在t1之前，可不用负荷限制使发动机运转。在t1处，基于发动机的提前点火历史，在给定的发动机工况处，可预期提前点火。特别地，在给定发动机负荷处，并且在较低发动机转速范围时，可能发生汽缸提前点火事件。于是，在t1处，发动机控制器可限制发动机负荷第一、较小量以使发动机负荷下降至负荷水平510。这样，可在发生任何汽缸提前点火事件之前执行该第一负荷限制。

在t2处，可能探测到汽缸失火事件。响应于汽缸失火事件，控制器可泵送空气穿过汽缸而不向其喷射燃料。同时，控制器可燃烧其余汽缸中稀化的空气-燃料混合物以燃烧排气催化剂处任何过量的未燃料的燃料。然而，稀化运转其本身可在发动机中引起提前点火，特别是当发动机转速中等至较高时。所以，为了减小当前由失火减轻的稀化汽缸运转引起的提前点火的可能性，可进一步限制发动机负荷以将发动机负荷下降至负荷水平512。还可在发生任何汽缸提前点火事件之前执行第二负荷限制。

在时间t3处，可能探测到汽缸提前点火。响应于汽缸提前点火事件，至少可暂时地富化受提前点火影响的汽缸而给其余汽缸添加燃料以将排气保持在化学计量处或附近。为了减小进一步汽缸提前点火事件的可能性（否则其也会导致发动机劣化），可进一步限制发动机负荷以将发动机负荷下降至负荷水平514。

在t4处，在重设负荷限制之前，可确定汽缸失火事件。此处，响应于汽缸，如在t2处，控制器可泵送空气穿过汽缸而不向其喷射燃料，同时燃烧其它汽缸中稀化的空气-燃料混合物。然而，由于发动机负荷已经限制到发动机负荷514，其比发动机负荷512更低，除非需要处理失火引起的提前点火，不再执行负荷限制。在时间t5处，响应于钥匙-接通/关闭事件，可中止负荷限制并恢复发动机负荷。

因此，如果发生提前点火预期的负荷限制，伴随着少许由于探测到提前点火事件引起的负荷限制，并且然后突然开启失火负荷限制，其将限制发动机负荷以保护排气部件同时还能通过较低的负荷限制进一步减少了提前点火的趋势。然而，如果继续发生提前点火事件，将控制负荷限制直到符合正确的退出条件。这样，通过在失火减轻的稀化燃烧状况期间减小发动机负荷，可减小发动机部件的热过载（thermal overloading）同时还减小由稀化的燃烧状况引起的提前点火的可能性。通过选择并应用解决部件温度和提前点火约束的负荷限制，可减小发动机由于提前点火的劣化。

注意本说明中包含的示例控制和估算程序可用于各种发动机和/或车辆系统配置。本说明书中描述的具体程序代表任意数量处理策略中的一个或多个，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的各个行为、运转或功能可以描述的顺序、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本文描述的示例实施例的功能和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。根据使用的特定策略可反复执行一个或多个描述的行为或功能。此外，描述和行为可图表性地代表编程在发动机控制系统中计算机可读的存储媒介的代码。

应理解，本发明公开的配置和程序实际是示例性的，并且那些具体的实施例不应当认为是限制，因为可预期多种的变型。例如，上述技术可应用到V6、I4、I6、V12、对置4缸和其它类型的发动机。本公开的主题包括所有在此公开的多种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的新颖的和非显而易见的组合和子组合。

权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等效。这样的权利要求应该理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不需要也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在这个或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。

Claims (10)

1.一种用于控制车辆的方法，包括：

当驾驶具有发动机的车辆时：

不喷射燃料而运转一个汽缸以泵送空气而另一个汽缸燃烧稀化的空气-燃料混合物；以及

限制进入汽缸的空气小于阈值。

2.根据要得要求1所述的方法，其特征在于，所述限制基于所述稀化的空气-燃料混合物的稀化程度，所述限制随所述稀化程度的增加而增加。

3.根据要得要求1所述的方法，其特征在于，所述限制基于发动机转速，当所述发动机转速高于阈值转速时所述限制增加。

4.根据要得要求1所述的方法，其特征在于，所述限制基于排气温度，所述限制随所述排气温度上升到阈值温度之上而增加。

5.根据要得要求1所述的方法，其特征在于，限制空气包括减少进气节气门的开度、增加涡轮增压器废气门的开度、调节汽缸气门正时以减小进气空气充气以及增加排气再循环量中的一者或多者。

6.根据要得要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机是连接至涡轮增压器的发动机，并且其中所述阈值基于涡轮入口温度。

7.根据要得要求1所述的方法，其特征在于，所述运转响应于所述汽缸中的失火事件。

8.根据要得要求1所述的方法，其特征在于，经过阈值期间之后中止所述限制。

9.根据要得要求1所述的方法，其特征在于，在所述发动机中发生提前点火事件之前执行所述限制。

10.根据要得要求8所述的方法，其特征在于，所述阈值是第一阈值，该方法进一步包括，响应于所述发动机中的提前点火事件，进一步限制进入所述汽缸的所述空气小于比所述第一阈值低的第二阈值。

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