CN104697800A - 一种检测发动机燃烧阶段的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种检测发动机燃烧阶段的方法及装置，具体的是一种通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段的方法和装置。所述方法可以包括在爆炸冲程期间计算每个发动机汽缸的最大角加速度的点，检测具有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段，计算具有燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点和燃烧阶段之间的时间差，并且通过使用时间差和没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点来确定没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。

Description

一种检测发动机燃烧阶段的方法及装置
与相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月05日提交的韩国专利申请第10-2013-0150694号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段(COMBUSTION PHASE)的方法及装置。更特别地是，本发明涉及这样一种检测发动机汽缸燃烧阶段的方法及装置，通过使用具有在其上安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧压力信号及角加速度信号来检测没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
背景技术
由燃料燃烧产生的热能转换为机械能的内燃机可以依据燃料类型分为燃气内燃机，汽油内燃机和柴油内燃机。内燃机被用于车辆，重型设备，船只，发电机等等。
压缩点火型内燃机通过使用燃烧产生的高温高压来产生轴功率。特别地是，具有多汽缸的压缩点火型内燃机要求精确控制以使每个发动机汽缸产生相同的压力。
与此同时，由例如异常燃烧产生的爆震可能由于压缩点火型内燃机内的燃料-空气混合物的自发性点火而发生。燃烧室内的组件可能会由于重复爆震的热负荷及压力波动所破坏。
点火的时间点成为影响内燃机爆震趋势的重要参数。当燃料-空气混合物被在燃烧室内过早地点火时，爆震产生。因此，如果爆震在内燃机中被检测，则推迟时间点以在爆震后点火的方法被开发出来。然而，推迟点火可能会导致效率的大量损失，由此控制爆震的装置被应用于检测是否爆震在内燃机中产生。
爆震控制应该安全并精确地进行，从而防止内燃机被损坏并提高燃烧效率。由此，为了保证燃烧稳定性并减少废气排放，燃烧阶段控制的需求得到增加。
通常来说，基于燃烧室内的压力和热量产生计算已燃烧量总数，并且通过使用已燃质量分数50％(MFB50)的点来检测燃烧阶段的控制燃烧阶段方法已被使用
为了进行如上所述的方法，燃烧压力传感器被安装在发动机汽缸上用以检测燃烧室内的压力。然而，如果燃烧压力传感器仅被安装在一个发动机汽缸上，则没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的数据将可能无法被检测到。另一方面，如果燃烧压力传感器被安装在所有发动机汽缸上，则花费可能会大大增加。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明致力于提供一种检测发动机燃烧阶段的方法及装置，其具有如下优点：通过基于在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧压力信号和角加速度信号来获得没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的信息，从而检测所有发动机汽缸的燃烧阶段。
本发明的各个方面提供了一种通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段的方法，该方法可以包括：在爆炸冲程期间计算每个发动机汽缸的最大角加速度的点；检测在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段；计算在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点和燃烧阶段之间的时间差；以及通过使用所述时间差和没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点来确定所述没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点都可以基于曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的间距而被计算，并且在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点可以对应于最大燃烧压力的点。可以通过反映出超限区域的牙波形之间的间距来排除机械公差，从而修正曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的间距。
在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点可以通过使用在曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的修正了的间距来计算时间变化速率因子，并且使用时间变化速率因子的最小点而被计算。
二次函数可以基于包括时间变化速率因子的最小点、先于该最小点预定时间的点的时间变化速率因子以及晚于该最小点预定时间的点的时间变化速率因子的三个数值生成，并且在计算爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点时，所述二次函数的最小数值可以被指定为时间变化速率因子的新的最小点。
本发明的各个方面提供了一种通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段的装置，该装置可以包括：检测器，发动机控制单元(CPS)和喷射器。所述检测器包括安装在曲轴上的曲轴位置传感器(CPS)和安装在任意一个发动机汽缸上以检测发动机汽缸燃烧阶段的燃烧压力传感器；所述发动机控制单元(ECU)配置为基于从检测器收到的信号而确定所有发动机汽缸的燃烧阶段；所述喷射器配置为基于从ECU传递的信号而调整燃料喷射量即燃料喷射时间。
ECU可以计算在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点与燃烧阶段之间的时间差，并且通过使用所述时间差和没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点确定没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
检测器可以检测出在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
ECU可以基于由检测器检测的曲柄位置传感器(CPS)的牙波形之间的间距来计算出在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点，其中在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点对应于最大燃烧压力的点。ECU可以通过反映出超限区域的牙波形之间的间距来排除机械公差，从而修正曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的间距。
ECU可以基于曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的修正了的间距来计算出时间变化速率因子，并且通过使用时间变化速率因子的最小点计算出发动机汽缸的最大角加速度的点。
ECU可以生成二次函数，所述二次函数基于包括时间变化速率因子的最小点，先于该最小点预定时间的点的时间变化速率因子以及晚于该最小点预定时间的点的时间变化速率因子的三个数值生成，并且ECU还可以指定二次函数的最小数值作为时间变化速率的新的最小点，并且通过使用时间变化速率因子的新的最小点计算出发动机汽缸的最大角加速度的点。
根据本发明的方法及装置可以通过基于在其上安装有燃烧压力传感器的单个发动机汽缸的燃烧数据检测所有发动机汽缸的燃烧阶段而准确判断燃烧情况。因此，燃烧稳定性得到保证的同时减少了废气排放。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为根据本发明的通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段的示例性装置的方框图。
图2为显示了根据本发明的通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据确定发动机燃烧阶段的示例性方法的流程图。
图3为显示了根据本发明的为了计算发动机汽缸的最大角加速度点而检测时间变化速率因子最小点的示例性过程的曲线图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方式，这些实施方式的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方式。
在整个说明书和权利要求书中，除非明确地相反描述，术语“包括(comprise)”和变化形式例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”应被理解为暗示包含所述元件但是不排除任何其它元件。在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件。
图1为根据本发明各个实施方式的通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段的装置的方框图。如图1所示，根据本发明各个实施例的通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机的燃烧阶段装置检测包括至少一个发动机汽缸的发动机100内的每个发动机汽缸110的燃烧阶段。进气阀被安装在至少一个发动机汽缸110内以便于将燃料-空气混合物吸入到发动机汽缸110的燃烧室内，并且燃料-空气混合物通过在燃烧室中燃烧而产生能量。另外，排气阀被安装在至少一个发动机汽缸110上以便排出废气。
每个发动机汽缸110具有活塞和连接到活塞的连杆，由此由燃料-空气混合物燃烧产生的能量被传递到曲轴120。通过在每个发动机汽缸的爆炸冲程期间将活塞的能量转换为发动机扭矩，安装在曲轴箱内的曲轴120向外传递发动机100的扭矩。
如上所述，检测发动机100燃烧阶段的装置包括有检测器150，发动机控制单元(ECU)200,以及喷射器300。
检测器150通过测量燃烧压力和发动机汽缸110的最大燃烧压力的点而检测特定发动机汽缸的燃烧阶段。检测器150可以包括燃烧压力传感器130和曲轴位置传感器(CPS)140。所述燃烧压力传感器130可以根据燃烧室燃烧状态通过压电元件检测燃烧压力，并且输出相应的电信号，但是不限于此。
检测器150可以通过连续地检测发动机汽缸(该发动机汽缸具有安装于其上的燃烧压力传感器130)的燃烧压力来检测燃烧阶段(例如已燃质量分数50％(MFB50)的燃烧阶段)。MFB50指的是由被点燃的燃料-空气混合物产生的总热能的50％生成量的点。由检测器150得到的MFB50的燃烧阶段的检测可以与常规技术的检测相同或相似。
曲轴位置传感器140(CPS)从发动机100的曲轴的旋转角度或旋转位置来检测曲柄转角，并且将CPS的相应信号传递给ECU200。曲轴位置传感器140(CPS)可以直接地从曲轴的旋转角度来检测曲柄转角，也可以通过分配器的旋转位置计算曲柄转角，但不仅限于此。
另外，曲轴位置传感器140(CPS)可以检测每个发动机汽缸110的最大燃烧压力的点。每个发动机汽缸110的最大燃烧压力的点可以与最大角加速度的点相同，在该点处加速活塞向下运动的能量拥有最大值。因此，曲轴位置传感器140(CPS)通过使用CPS信号而从发动机的最大角加速度的点来检测最大燃烧压力值点。
为了计算最大角加速度的点，检测器150可以检测由CPS140输出的CPS信号的牙波形之间的间距。安装在曲轴上的飞轮通过由发动机100的爆炸冲程生成的曲轴的扭矩而被旋转。由此，CPS140输出的CPS信号根据飞轮的齿轮而具有牙波形，由此检测器150可以通过检测CPS信号的牙波形之间的间距计算出发动机的最大角加速度的点。
检测器150检测到的CPS信号的牙波形之间的间距可以通过反映出超限区域的牙波形之间的间距来排除机械公差而被修正。
另外，为了计算出发动机的最大角加速度的点，检测器150或者ECU200通过使用CPS信号的牙波形之间的修正了的间距而计算出时间变化速率因子。之后，检测器150或者ECU200计算出时间变化速率因子的最小点。
当时间变化速率因子具有最小值时,CPS信号的牙波形之间的间距减小，由此发动机的最大角加速度的点可以与时间变化速率因子的最小值相同。因此，时间变化速率因子可以由如下方程式所确定：
α ( n ) = t n - t n - 1 ( t n - 1 ) 3
α_d(n)＝α(n)-α(n-1)
其中，α为在CPS信号的牙波形之间的时间变化速率因子，t为CPS信号的牙波形之间的间距。
发动机控制单元200(ECU)从检测器150接收发动机汽缸(该发动机汽缸具有安装于其上的燃烧压力传感器)的燃烧阶段，并且发动机控制单元200(ECU)接收爆炸冲程期间每个发动机汽缸的最大角加速度的点，该点与每个发动机汽缸的最大燃烧压力的点相同。
ECU200计算发动机汽缸(该发动机汽缸具有在其上安装的燃烧压力传感器)的最大角加速度的点和燃烧阶段之间的时间差。发动机汽缸(该发动机汽缸具有在其上安装的燃烧压力传感器)的最大角加速度的点和燃烧阶段之间的时间差可以通过曲轴角度的差异而计算得出。
之后，ECU200通过使用所述时间差和没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点来确定出所述没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
另外，ECU200通过使用在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段和没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段来控制喷射器300的燃料喷射量和燃料喷射时间。为此，ECU200可以被实施为包括至少一个由预定的程序操作的处理器，并且为了实现根据本发明各个实施方式的通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据而检测发动机的燃烧阶段的方法的每一步，所述预定的程序可以被编程。
喷射器300是个装备有电磁阀的燃料喷嘴，其根据ECU200输出的燃料喷射信号，通过当电流通过电磁阀时打开电磁阀而喷射燃料。因此，根据基于ECU200确定的所有发动机汽缸燃烧数据的燃料喷射信号，喷射器300调整燃料喷射量及燃料喷射时间。基于这个原因，燃烧稳定性由于燃烧状态可以被精确判断而得到保证。
在下文中，参考附图2、3，根据本发明的各个实施方式的通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机的燃烧阶段的方法将被详细描述。
图2为显示了根据本发明各个实施方式的通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机的燃烧阶段的方法的流程图。如附图2所示，通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段的方法包括有：步骤S100：计算在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点；步骤S200：检测具有安装于其上的燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段；步骤S300：计算在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点和燃烧阶段之间的时间差；以及步骤S400：通过使用所述时间差及没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点来确定没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据确定发动机燃烧阶段的方法开始于步骤S100，其中检测器150计算在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点。
如上所述，爆炸冲程期间的每个发动机汽缸110的最大角加速度点可以与每个发动机汽缸110的最大燃烧压力的点相同，在该点处加速活塞向下运动的能量拥有最大值。发动机的最大角加速度的点可以与通过检测CPS信号的牙波形之间的间距计算得出的最大燃烧压力的点相同。
检测器150可以通过反映出超限区域的牙波形之间的间距来修正CPS信号的牙波形之间的间距，并且可以通过使用CPS信号的牙波形之间的修正了的间距来计算时间变化速率因子。
另外，检测器150可以主要检测时间变化速率因子的最小点，通过使用包括时间变化速率因子的最小点、在所述最小点之前预定时间的点的时间变化速率因子以及晚于所述最小点预定时间的点的时间变化速率因子的三个数值而找出二次函数，并且指定所述二次函数的最小数值作为时间变化速率因子的新的最小点。
图3为显示了根据本发明各个实施方式的为了计算发动机汽缸的最大角加速度点而检测时间变化速率因子最小点的过程的曲线图。
附图3的第一条曲线显示了任意一个发动机汽缸110内的燃烧压力.发动机汽缸110的最大燃烧压力的点为燃烧压力具有最大值的点。另外，如附图3的第一条曲线所示，燃烧阶段可以在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸内被检测，并且最大燃烧压力的点和燃烧阶段之间的时间差可以被计算。
附图3的第二条曲线显示了CPS信号的牙波形之间的间隔。CPS信号的牙波形之间的间隔可以是通过基于安装在曲轴上的飞轮齿轮的6度的角而测量得到的数值。
附图3的第三条曲线显示了为了计算步骤S100的在爆炸冲程期间每个发动机汽缸的最大角加速度的点的角加速度因子，并且附图3的第四条曲线显示了通过第三条曲线中的角加速度因子计算得出的时间变化速率因子。
如附图3的第四条曲线所示，检测器150首先检测时间变化速率因子的最小点，以便更准确地检测发动机汽缸110的时间变化速率因子的真实最小点。之后，检测器150可以通过使用包括时间变化速率因子的最小点、在所述最小点之前预定时间的点的时间变化速率因子以及晚于所述最小点预定时间的点的时间变化速率因子的三个数值而找到由附图3曲线四中虚线所示的二次函数。另外，检测器150可以指定二次函数的最小数值作为时间变化速率因子的真实最小点。
如上所述，检测器150可以通过使用作为二次函数最小值的时间变化速率因子最小点而计算出在爆炸冲程期间每个发动机汽缸的最大角加速度的点。
之后，检测器150检测出步骤S200的发动机汽缸(该发动机汽缸具有安装于其上的燃烧压力传感器)的燃烧阶段。
在检测燃烧阶段的步骤S200后，检测器150在步骤S300计算最大角加速度的点和其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段之间的时间差。
如上所述，最大角加速度的点和其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段之间的时间差可以通过曲轴角度的差异而计算得出。
如果最大角加速度的点和其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段之间的时间差在步骤S300被计算出来，则在步骤S400中，ECU200通过使用所述时间差以及没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点来确定没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
如上所述，由于所有发动机汽缸的燃烧阶段能够通过在其上安装有燃烧压力传感器的单个发动机汽缸的燃烧数据而检测，ECU200可以根据本发明各个实施方式对每个发动机汽缸的燃烧情况进行准确地判断。另外，ECU200可以恰当地控制喷射器300的燃料喷射量和燃料喷射时间，由此废气排出能被减少并且燃料效率得到提高。
前面对本发明具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (12)

1.一种通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段的方法，所述方法包括：
计算在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点；
检测在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段；
计算在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点和燃烧阶段之间的时间差；并且
通过使用所述时间差和没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点来确定所述没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点基于曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的间距来计算，并且
其中在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点与最大燃烧压力的点对应。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过反映出超限区域的牙波形之间的间距来排除机械公差，从而修正曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的间距。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过使用曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的修正了的间距来计算时间变化速率因子，并且使用时间变化速率因子的最小点来计算在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，基于包括时间变化速率因子的最小点、先于该最小点预定时间的点的时间变化速率因子以及晚于该最小点预定时间的点的时间变化速率因子的三个数值而生成二次函数，并且在计算爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点时，所述二次函数的最小数值被指定为时间变化速率因子的新的最小点。
6.一种通过角加速度信号和单个汽缸的燃烧数据检测发动机燃烧阶段的装置，所述装置包括：
检测器，所述检测器包括有安装在曲轴上的曲轴位置传感器(CPS)和安装在任意一个发动机汽缸上以检测发动机汽缸的燃烧阶段的燃烧压力传感器；
发动机控制单元(ECU)，所述发动机控制单元(ECU)配置为基于从所述检测器收到的信号而确定所有发动机汽缸的燃烧阶段；以及
喷射器，所述喷射器配置为基于从所述发动机控制单元传递的信号而调整燃料喷射量及燃料喷射时间。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述发动机控制单元计算在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点和燃烧阶段之间的时间差，并且通过使用所述时间差和没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的最大角加速度的点来确定没有安装燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
8.根据权利要求6所述的装置，其中所述检测器检测在其上安装有燃烧压力传感器的发动机汽缸的燃烧阶段。
9.根据权利要求6所述的装置，其中所述发动机控制单元基于由检测器检测的曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的间距来计算在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点，
其中在爆炸冲程期间的每个发动机汽缸的最大角加速度的点与最大燃烧压力的点对应。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述发动机控制单元通过反映出超限区域的牙波形之间的间距来排除机械公差，从而修正曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的间距。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述发动机控制单元基于曲轴位置传感器(CPS)信号的牙波形之间的修正了的间距来计算出时间变化速率因子，并且通过使用时间变化速率因子的最小点来计算出发动机汽缸的最大角加速度的点。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述发动机控制单元生成二次函数，所述二次函数基于包括时间变化速率因子的最小点，先于该最小点预定时间的点的时间变化速率因子以及晚于该最小点预定时间的点的时间变化速率因子的三个数值生成，所述发动机控制单元指定二次函数的最小数值作为时间变化速率因子的新的最小点，并且通过使用时间变化速率因子的新的最小点来计算发动机汽缸的最大角加速度的点。
CN201410273188.7A 2013-12-05 2014-06-18 一种检测发动机燃烧阶段的方法及装置 Active CN104697800B (zh)

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