CN104727958B - 用于预点火控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于预点火控制的方法和系统。提供了用于基于邻近汽缸中的迟燃、部分燃烧或失火来调整到汽缸的火花和/或燃料喷射的方法和系统。在一个示例中，方法包括停用到接收第一汽缸中的燃烧产生的排气残余物的第二汽缸的火花和燃料喷射，第一汽缸经历失火或迟燃事件。在预点火事件发生之前，在第二汽缸中执行缓解措施。

Description

用于预点火控制的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月18日提交的标题为“METHOD AND SYSTEM FOR PRE-IGNITION CONTROL”的美国临时专利申请号61/917,863的优先权，为了所有目的，其整个内容被并入本文以供参考。
技术领域
本申请大体涉及用于控制车辆发动机以减少预点火事件的方法和系统。
背景技术
在某些工况下，发动机汽缸可能失火(misfire)或具有缓慢燃烧。这些失火或缓慢燃烧会增加在凸轮或气门重叠时间段期间进入邻近汽缸的热残余物。当这发生时，热残余物会引起失火在邻近汽缸内预点火。预点火会产生非常高的缸内压力，非常高的缸内压力会导致类似于燃烧爆震但具有更大强度的燃烧压力波。
同样，在升压的发动机中，燃烧迟于预期的迟燃燃烧事件也会导致预点火燃烧事件。具体地，迟燃会导致高的排气歧管压力和温度以及高于预期的排气残余物。升高的排气歧管压力可能会克服排气门弹簧压力，并且可能打开邻近汽缸上的排气门，使汽缸充满热排气残余物，并增加邻近汽缸中的预点火的可能性。该问题在诸如可以在涡轮增压发动机系统中被用来使到达扭矩的时间最小化的小体积排气歧管中会加重。因此，预点火事件会降低发动机性能并引起发动机退化。
发明内容
本文发明人已经认识到可以通过用于发动机的方法来至少部分地解决这些问题中的一些问题，该方法包含：响应于第一汽缸中的至少部分燃烧或失火，选择性地停用(deactivating)到接收由于第一汽缸中的燃烧而产生的排气残余物的第二汽缸的火花点火。以此方式，可以减少迟燃引起的预点火事件。
在一个示例中，基于曲轴加速度、火花塞离子电流、汽缸压力数据、排气空燃比等确定第一汽缸中的失火事件、部分燃烧或迟燃事件。然后可以基于第一汽缸的身份(identity)、发动机上的汽缸的点火顺序以及发动机的排气歧管的构造，识别最可能接收来自第一汽缸的排气残余物的第二邻近汽缸。响应于失火或迟燃事件，可以在第二汽缸中执行预点火缓解措施，以降低第二汽缸中由于第一汽缸中的迟燃事件而引起的预点火的可能性。这可以包括到第二汽缸的火花和燃料喷射的选择性且暂时性终止。在一些示例中，诸如当迟燃事件自阈值正时更少延迟时或当接收排气残余物的第二汽缸中的预点火的可能性更低时，可以仅停用火花。对于第二汽缸中的燃烧事件，火花和/或燃料供给可以被停用，然后对于紧随其后的燃烧事件可以被重新启用。
此外，停用火花和/或燃料喷射的预点火缓解措施可以延伸到另外的汽缸。例如，最可能接收由于第二汽缸中的燃烧而产生的排气残余物的第三汽缸也可以停用火花和燃料，以降低由于自第二汽缸接收的热残余物等而引起的第三汽缸中的预点火的可能性。
以此方式，通过停用到可能(逐渐地)接收由于邻近汽缸中的迟燃而产生的排气残余物的一个或更多个汽缸中的火花和燃料喷射，可以降低排气残余物的温度和压力。通过降低排气残余物的温度和压力，可以降低汽缸中由于来自迟燃或失火汽缸的热排气残余物的接收而引起的预点火的可能性。此外，其他汽缸中由于接收热残余物的汽缸中的燃烧而引起的预点火的可能性也得以降低。总的来说，能够缓解由于预点火而引起的发动机退化。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围被随附的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了内燃发动机的示意图。
图2示出了图1的发动机的替代实施例。
图3示出了用于响应于邻近汽缸中的迟燃而在一个或更多个汽缸中执行预点火缓解措施的高水平流程图。
图4-5示出了响应于汽缸失火或迟燃事件而执行的示例发动机火花正时和燃料喷射调整。
具体实施方式
以下描述涉及用于响应于邻近汽缸中的迟燃或失火而检测汽缸中的热残余物传输并调整到达受影响的汽缸的火花和/或燃料喷射以便减少迟燃或失火引起的预点火事件的系统和方法。在一个示例中，调整火花和/或燃料喷射可以包括选择性地停用到达受影响的汽缸的火花和燃料喷射。在被配置为具有小排气歧管的发动机(诸如图1-2的发动机系统)中，来自第一汽缸中的迟燃事件的排气残余物会升高排气歧管压力，从而使得残余物被强制地接收在第二邻近汽缸中。发动机控制器可以被配置为执行控制方法(诸如图3的方法)，以便在第一汽缸正失火的情况下或在第一汽缸中的燃烧的正时被延迟超过阈值正时的情况下调整到第二汽缸的火花和/或燃料喷射(例如，停用火花和/或燃料喷射)，其中大量的热排气残余物可能从第一汽缸释放到排气歧管内，并且可能被强制地接收在第二汽缸中(例如，在气门重叠期间)。参照图4-5描述了示例燃料喷射和火花调整。通过暂时停用到接收热残余物的汽缸的火花(例如，停用燃料点火)和/或燃料喷射，可以降低残余物的温度，并且可以降低迟燃或失火引起的预点火的可能性。这又会减少由于预点火事件而引起的发动机退化。
图1是示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，发动机10可以被包括在机动车辆的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置132来自车辆操作者130的输入来控制。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸)30可以包括燃烧室壁136，活塞138被设置在其中。活塞138可以被耦连至曲轴140，以便活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由中间变速器系统耦连至车辆的至少一个驱动轮。此外，启动马达可以经由飞轮耦连至曲轴140，以实现发动机10的启动操作。
汽缸30可以经由一系列进气通道142、144和146接收进气。除了汽缸30外，进气通道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气通道可以包括升压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置为具有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括布置在进气通道142与144之间的压缩机174以及沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以通过轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力，其中升压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他示例中，例如在发动机10装备有机械增压器的示例中，排气涡轮176可以被可选地省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门20沿发动机的进气通道提供，以便改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或进气的压力。例如，节气门20可以被设置在压缩机174的下游，如在图1中所示的，或可替代地，可以被提供在压缩机174的上游。
除了汽缸30外，排气通道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。在一个示例中，排气通道148可以接收来自发动机10的所有汽缸的排气。然而，在一些实施例中，如在图2处所详述的，来自一个或更多个汽缸的排气可以被送至第一排气通道，而来自一个或更多个其他(其余)汽缸的排气可以被送至第二不同的排气通道，不同的排气通道然后在更远的下游、在排气排放控制装置处或越过排气排放控制装置处会聚。排气传感器128被显示为耦连至排放控制装置178上游的排气通道148。传感器128可以从用于提供排气空燃比指示的各种合适的传感器中选择，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(如所描述的)、HEGO(加热型EGO)、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、各种其他排放控制装置或其组合。
可以通过位于排气通道148中的一个或更多个温度传感器(未示出)估计排气温度。可替代地，可以基于发动机工况推断排气温度，发动机工况诸如为转速、负荷、空燃比(AFR)、花火延迟等。而且，排气温度可以通过一个或更多个排气传感器128计算。应认识到，可替代地，可以通过在本文中所列出的温度估计方法的任意组合估计排气温度。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸30被显示为包括位于汽缸30的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30)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
进气门150可以由控制器12经由凸轮驱动系统151通过凸轮驱动控制。类似地，排气门156可以由控制器12通过凸轮驱动系统153控制。凸轮驱动系统151和153均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个，这些系统可以由控制器12操作以改变气门操作。进气门150和排气门156的位置可以分别由气门位置传感器155和157确定。在可替代的实施例中，进气门和/或排气门可以由电动气门驱动控制。例如，汽缸30可以可替代地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动控制的排气门。在另一实施例中，进气门和排气门可以由共同的气门驱动器或者驱动系统或可变气门正时驱动器或者驱动系统控制。
汽缸30可以具有压缩比，其为活塞138在下止点时与在上止点时的体积之比。通常，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在一些使用不同燃料的示例中，可以增大压缩比。例如，当使用更高的辛烷值燃料或具有更高的潜在蒸发焓的燃料时，这种情况可能发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，也可以增大压缩比。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于启动燃烧的火花塞192。在选择的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统190可以经由火花塞192向燃烧室30提供点火火花。如在下文中参照图3-5进一步讨论的，响应于第一汽缸中的迟燃或失火，可以在接收来自第一汽缸的排气残余物的第二邻近的汽缸中停用点火火花，以便降低第二汽缸中的预点火的可能性。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有一个或更多个燃料喷射器，用于将燃料提供至汽缸内。作为非限制性的示例，汽缸30被示出为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示出为直接耦连至汽缸30，以便经由电子驱动器168与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进汽缸30中。以此方式，燃料喷射器166提供了到燃烧汽缸30内的所谓的燃料直接喷射(在下文中也被称为”DI”)。尽管图1将喷射器166示为侧喷射器，但其也可以位于活塞的上面，例如靠近火花塞192的位置。当使发动机以醇基燃料操作时，由于一些醇基燃料的更低的挥发性，这样的位置可以改善混合和燃烧。可替代地，喷射器可以位于顶部并靠近进气门，以改善混合。应认识到，在替代实施例中，喷射器166可以是将燃料提供到汽缸30上游的进气道内的进气道喷射器。
应认识到，在更进一步的实施例中，可以通过经由两个喷射器(直接喷射器166和进气道喷射器)喷射可变燃料混合物或爆震/预点火抑制流体并且改变自每个喷射器的相对喷射量，来操作发动机。
燃料可以经由高压燃料系统80输送至燃料喷射器166，高压燃料系统80包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨。可替代地，燃料在较低压力下通过一级燃料泵输送，在这种情况下燃料直接喷射的正时可能在压缩行程期间比使用高压燃料系统的情况下更受限制。另外，尽管未示出，但燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。
在汽缸的单个汽缸循环期间，可以通过喷射器(多个喷射器)将燃料输送至汽缸。另外，自喷射器(多个喷射器)输送的燃料的分配和/或相对量可以随着工况而变化。例如，分配可以随着汽缸空气充气的变化速率、异常汽缸燃烧事件的性质(诸如，是否存在汽缸失火事件、爆震事件或预点火事件)而变化。此外，对于单个燃烧事件而言，可以每个循环执行输送燃料的多次喷射。可以在压缩行程、进气行程或其任何适当的组合期间执行多次喷射。
如上面所描述的，图1仅示出了多缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器(多个燃料喷射器)、火花塞等。
燃料系统80中的燃料箱可以保持具有不同性质(诸如不同成分)的燃料或爆震/预点火抑制流体。这些差别可以包括不同的醇含量、不同的含水量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料混合和/或其组合等。在一个示例中，具有不同醇含量的燃料或爆震/预点火抑制流体可以包括一种汽油燃料和另一种乙醇或甲醇燃料。在另一个示例中，发动机可以将汽油用作第一物质，而将含有诸如E85(其约为85％乙醇和15％汽油)或M85(其约为85％甲醇和15％汽油)的燃料混合的醇用作第二物质。其它含醇燃料可以是醇和水的混合物，醇、水和汽油的混合物等。在另一示例中，两种燃料可以是醇混合，其中第一燃料可以是具有较低醇比率的汽油醇混合，第二燃料可以是具有较高醇比率的汽油醇混合，第一燃料的醇比率小于第二燃料的醇比率，诸如E10(其约为10％乙醇)作为第一燃料，而E85(其约为15％乙醇)作为第二燃料。在又一示例中，流体中的一种可以包括水，而另一流体是汽油或醇混合。此外，第一和第二燃料也可以在其它燃料性质方面不同，诸如温度、粘性、辛烷数量、潜在汽化焓等的差别。其他预点火抑制流体可以包括水、甲醇、清洗流体(其为大约60％水与40％甲醇的混合物)等。
而且，存储在燃料箱中的燃料或预点火抑制流体的燃料特性可能频繁地变化。在一个示例中，驾驶员有一天可能用E85再填充燃料箱，而下次用E10，再下次用E50。燃料箱再填充物每天的变化可能因此导致频繁地改变燃料成分，由此影响喷射器166所输送的燃料成分。
发动机10还可以包括沿着发动机的主体(例如，沿着汽缸体)分布的一个(如所描绘的)或更多个爆震传感器90。当包括多个爆震传感器时，多个爆震传感器可以沿汽缸体对称地或不对称地分布。爆震传感器90可以是加速度计、离子传感器或振动传感器。在一个示例中，控制器12可以被配置为，基于一个或更多个爆震传感器90的输出(例如，信号正时、幅值、强度、频率等)，检测并区分由于异常燃烧事件(诸如爆震和预点火)而产生的汽缸体振动和由汽缸排气门的强制打开(和随后的猛然关闭)而产生的汽缸体振动。控制器可以评估不同正时窗口中的传感器输出，其针对特定汽缸并且基于检测到的振动的性质。例如，可以通过在迟燃汽缸的打开排气门事件期间相对更迟的窗口中感测的爆震传感器输出，来识别由于汽缸排气门被从迟燃汽缸释放的排气残余物强制打开而产生的振动。相比之下，可以通过在迟燃汽缸的打开排气门事件期间相对更早的窗口中感测的爆震传感器输出，来识别在点火汽缸中发生的异常汽缸燃烧事件。在一个示例中，在其中估计爆震信号的窗口可以是曲轴转角窗口。
在进一步的示例中，控制器12可以被配置为，基于一个或更多个爆震传感器的输出(例如，信号正时、幅值、强度、频率等)以及表示汽缸空气充气的参数的变化速率(诸如歧管压力(MAP)、歧管空气流量(MAF)的变化速率等)检测并区分振动的起因。
应认识到，虽然图1表明使用爆震传感器来感测汽缸体振动和排气残余物到汽缸的强制进入，但在替代示例中，其他加速度计、振动传感器或缸内压力传感器也可以被用来感测振动。另外，加速度计、振动传感器、缸内压力传感器和离子传感器也可以被用来指示汽缸失火事件以及区别失火事件与爆震或预点火事件。如下文描述，还可以基于发动机转速波动和/或稀于阈值的排气空燃比传感器输出，来指示失火事件。
控制器12在图1被示为微型计算机，包括微处理单元106、输入/输出端口108、在这个具体示例中作为只读存储器芯片(ROM)110示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114和数据总线。除了之前讨论的那些信号外，控制器12还可以接收来自耦连至发动机10的传感器的各种信号，包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦连至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦连至曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自传感器124的歧管绝对压力信号(MAP)；来自EGO传感器128的汽缸AFR；以及来自爆震传感器90和曲轴加速度传感器的异常燃烧。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管内的真空或压力的指示。诸如汽缸压力传感器、爆震传感器和/或预点火传感器的其他传感器可以被耦连至发动机10(例如，被耦连至汽缸主体)，以帮助异常燃烧事件的识别。
存储介质只读存储器110可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据代表可由处理器106执行的指令，用于实现以下所述方法以及预期但没有具体列出的其他变体。
图2示出了发动机200的示例实施例，其可以是图1的发动机10，其中来自不同汽缸组的排气被引导到分段的排气歧管的不同排气通道。不同的排气通道可以在排气歧管的下游位置处、在排放控制装置处或其附近合并。
发动机200包括可变凸轮正时(VCT)系统202、凸轮廓线变换(CPS)系统204、包括排气催化剂的排放控制装置208和具有多个汽缸212(在所描述的示例中，图示说明了四个直列式汽缸C1-C4)的汽缸盖210。进气歧管214被配置为向汽缸212供应进气和/或燃料，而分段的集成排气歧管216被配置为自汽缸212排出燃烧产物。分段的排气歧管216可以包括多个排气通道或出口，均在沿着分段的排气歧管216的不同位置处被耦连至排放控制装置。在另一实施例中，不同的出口可以被耦连至不同的排气部件。虽然所描述的实施例示出了与汽缸盖210分开的进气歧管214和被集成在汽缸盖210中的排气歧管216，但在其他实施例中，进气歧管214可以被集成，和/或排气歧管216可以与汽缸盖210分开。
汽缸盖210包括被标记为C1-C4的四个汽缸。如图1中的上述描述，汽缸212均可以包括火花塞和用于将燃料直接输送至燃烧室的燃料喷射器。然而，在替代的实施例中，每个汽缸可以不包括火花塞和/或直接燃料喷射器。一个或更多个气门可以用于每个汽缸。在本示例中，汽缸212均包括两个进气门和两个排气门。每个进气门和排气门均被被配置为分别打开和关闭进气道和排气道。进气门被标记为I1-I8，而排气门被标记为E1-E8。汽缸C1包括进气门I1和I2以及排气门E1和E2，汽缸C2包括进气门I3和I4以及排气门E3和E4，汽缸C3包括进气门I5和I6以及排气门E5和E6，而汽缸C4包括进气门I7和I8以及排气门E7和E8。每个汽缸的每个排气道均可以具有相等的直径。然而，在一些实施例中，一些排气道可以具有不同的直径。例如，由排气门E4和E5控制的排气道可以具有比其余排气道更小的直径。
每个进气门可在允许进气进入相应汽缸的打开位置与基本阻止进气进入相应汽缸的关闭位置之间驱动。另外，图2示出了进气门I1-I8如何可以由共同的进气凸轮轴218驱动。进气凸轮轴218包括多个进气凸轮，其被配置为控制进气门的打开和关闭。每个进气门可以由第一进气凸轮220和第二进气凸轮222控制。另外，在一些实施例中，可以包括一个或更多个另外的进气凸轮以控制进气门。在本示例中，第一进气凸轮220具有用于使进气门打开第一进气持续时间的第一凸轮凸角廓线，而第二进气凸轮222具有用于使进气门打开第二进气持续时间的第二凸轮凸角廓线。第二进气持续时间可以是更短的进气持续时间(短于第一进气持续时间)，第二进气持续时间可以是更长的进气持续时间(长于第一持续时间)，或第一和第二持续时间可以相等。此外，进气凸轮轴218可以包括一个或更多个零位凸轮凸角。零位凸轮凸角可以被配置为使相应的进气门维持在关闭位置。
同样，每个排气门可在允许排气离开汽缸212的相应汽缸的打开位置与将气体基本保留在相应汽缸内的关闭位置之间驱动。另外，图2示出了排气门E1-E8如何可以由共同的排气凸轮轴224驱动。排气凸轮轴224包括多个排气凸轮，其被配置为控制排气门的打开和关闭。每个排气门可以由第一排气凸轮226和第二排气凸轮228控制。另外，在一些实施例中，可以包括一个或更多个另外的排气凸轮以控制排气门。在本示例中，第一排气凸轮226具有用于使排气门打开第一排气持续时间的第一凸轮凸角廓线，而第二排气凸轮228具有用于使排气门打开第二排气持续时间的第二凸轮凸角廓线。第二排气持续时间可以短于、长于或等于第一排气持续时间。此外，排气凸轮轴224可以包括一个或更多个零位凸轮凸角，其被配置为使相应的排气门维持在关闭位置。
未示出的另外的元件还可以包括推杆、摇臂、挺柱等。此类装置和部件可以通过将凸轮的旋转运转转换为气门的平移运动而控制进气门和排气门的驱动。在其他示例中，可以经由凸轮轴上的另外的凸轮凸角廓线驱动气门，其中不同气门之间的凸轮凸角廓线可以提供变化的凸轮升程高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。然而，如果需要，可以使用可替代的凸轮轴(顶置和/或推杆)布置。另外，在一些示例中，汽缸212均可以仅具有一个排气门和/或进气门或多于两个的进气门和/或排气门。在其他示例中，排气门和进气门可以由共同的凸轮轴驱动。然而，在替代的实施例中，进气门和/或排气门中的至少一个可以由其自己的独立凸轮轴或其他装置驱动。
如果需要，可以经由一个或更多个机构停用汽缸212的一部分排气门。例如，可以经由变换挺柱、变换摇臂或变换滚轮指随动件来停用被耦连至排气歧管区段234(在下文中更详细地阐述)的排气门E3-E6。在可变排量发动机操作(VDE)被激活的模式下，可以通过使用类似的机构来停用进气门。可替代地，汽缸可以被配置为具有可选择性停用的燃料喷射器，其中在提供汽缸停用的VDE操作模式下可以选择性地停用燃料喷射器(同时维持进气门和排气门正时)。
发动机200可以包括可变气门驱动系统，例如CPS系统204和可变凸轮正时VCT系统202。可变气门驱动系统可以被配置为基于发动机工况(诸如基于发动机是否执行发动机冷启动、暖机发动机操作、发动机转速负荷状况等)操作在多种操作模式。基于操作模式，可变气门驱动系统可以被配置为仅打开一部分汽缸的一部分排气道，关闭所有其他排气道。此外，可变气门驱动系统可以被配置为在各种操作模式下对应于排气道的打开与关闭而选择性地打开与关闭进气道。
CPS系统204可以被配置为纵向平移进气凸轮轴218的特定部分，由此导致进气门I1-I8的操作在第一进气凸轮220与第二进气凸轮222和/或其他进气凸轮之间变化。另外，CPS系统204可以被配置为纵向平移排气凸轮轴224的特定部分，由此导致排气门E1-E8的操作在第一排气凸轮226与第二排气凸轮228和/或其他排气凸轮之间变化。以此方式，CPS系统204可以在多个廓线之间切换。这样一来，CPS系统204可以在用于使气门打开第一持续时间的第一凸轮和用于使气门打开第二持续时间的第二凸轮和/或另外的或零位凸轮之间切换。CPS系统204可以由控制器201经由信号线路控制(控制器201是图1的控制器12的一个非限制性示例)。
在上文中所描述的凸轮的构造可以被用来提供供应给汽缸212以及从汽缸212排出的空气量和空气正时的控制。然而，其他构造可以被用来使CPS系统204能够在两个或更多个凸轮之间切换气门控制。例如，可切换的挺柱或摇臂可以用于在两个或更多个凸轮之间改变气门。
发动机200还可以包括VCT系统202。VCT系统202可以是双独立可变凸轮轴正时系统，用于彼此独立地改变进气门正时和排气门正时。VCT系统202包括进气凸轮轴移相器230和排气凸轮轴移相器232，用于改变气门正时。VCT系统202可以被配置为通过提前或延迟凸轮正时(示例性发动机操作参数)而提前或延迟气门正时，并且可以由控制器201经由信号线路控制。VCT系统202可以被配置为通过改变曲轴位置与凸轮轴位置之间的关系而改变气门打开与关闭事件的正时。例如，VCT系统202可以被配置为独立于曲轴使进气凸轮轴218和/或排气凸轮轴224旋转，从而导致气门正时被提前或延迟。在一些实施例中，VCT系统202可以是被配置为迅速地改变凸轮正时的凸轮扭矩驱动的装置。在一些实施例中，可以通过连续可变气门升程(CVVL)装置来改变气门正时，诸如进气门关闭(IVC)和排气门关闭(EVC)。上文中所描述的气门/凸轮控制装置和系统可以是液压驱动的或电驱动的或其组合。信号线路可以向CPS系统204和VCT系统202发送控制信号，以及从CPS系统204和VCT系统202接收凸轮正时和/或凸轮选择测量值。
返回到排气歧管216，排气歧管216可以被配置为具有多个出口，以选择性地将排气从不同汽缸组引导到沿着排气歧管的不同位置(例如，引导到各种排气部件)。虽然所描述的示例将排气歧管216示为包括多个出口的单个集成的排气歧管，但在其他实施例中，汽缸盖210可以包括均具有一个出口的多个分开且物理上不同的排气歧管。此外，分开的排气歧管可以被包括在汽缸盖210中的共同外壳中。在图2的实施例中，排气歧管216包括被耦连至共同的排气通道238的第一排气歧管区段234和第二排气歧管区段236。
第一排气歧管区段234将一部分汽缸的一部分排气道耦连至排放控制装置208。如图2所示，汽缸C2和C3的排气门E3-E6的排气道分别被耦连至第一排气歧管区段234。第一排气歧管区段234包括被耦连至分别由排气门E3和E4控制的排气道的入口240、254和被耦连至分别由排气门E5和E6控制的排气道的入口242、256。另外，来自第一排气歧管区段234的排气在排放控制装置208的上游被引导到排气通道238内。因此，当排气门E3-E6打开时，排气从汽缸C2和C3通过第一排气歧管区段234引导到排气通道238，继续引导到排放控制装置208。
第二排气歧管区段236将汽缸的不同子集耦连至排气通道238。如图2所示，汽缸C1和C4的排气门E1-E2和E7-E8的排气道分别被耦连至第二排气歧管区段236。第二排气歧管区段236包括被耦连至分别由排气门E1和E2控制的排气道的入口250、252和被耦连至分别由排气门E7和E8控制的排气道的入口258、260。另外，来自第二排气歧管区段236的排气在排放控制装置208的上游且在第一排气歧管234与排气通道238汇合的点的上游被引导到排气通道238内。因此，当排气门E1-E2和E7-E8打开时，排气从汽缸C1和C4通过第二排气歧管区段236引导到排气通道238，继续引导到排放控制装置208。
在一些实施例中，第一和第二排气歧管区段可以被耦连至不同的排气部件。例如，排气歧管区段中的一个可以被耦连在排气涡轮的上游，而另一个排气歧管区段可以被耦连在排气涡轮的下游。作为另一示例，虽然所描述的实施例将排气歧管区段中的每一个均示为被耦连在排放控制装置的上游，但在替代实施例中，排气歧管区段中的一个可以被耦连在排放控制装置催化剂的上游，而另一个排气歧管区段可以被耦连在排放控制装置催化剂的下游。
汽缸的分组可以基于各种因素，诸如点火顺序、基于发动机具体构造的汽缸在发动机上的位置(例如，它们是被设置在第一发动机汽缸组上还是被设置在第二发动机汽缸组上)以及排气歧管的构造(例如，排气歧管是分段的还是集成的等)。在所描述的示例中，发动机是直列式发动机，并且汽缸基于其点火顺序(在本文中，C1，然后C3，然后C4，然后C2)进行分组，从而使得两个连续点火的汽缸不被分在一起(在本文中，C1与C4一组，而C2与C3一组)。然而，在替代实施例中，连续点火的汽缸可以被分在一起。在另一示例中，第一发动机汽缸组上的汽缸可以彼此一组，而第二汽缸组上汽缸可以彼此一组。
通过将排气歧管分段，使得来自不同汽缸组的排气被引导到不同的排气歧管区段，并且被引导到沿着排气通道的不同位置，改善的泵吸功和减少的流损失能够得以实现。
如上文中所描述的，图2示出了内燃发动机以及相关联的进气系统和排气系统的非限制性示例。应当理解，在一些实施例中，发动机可以具有更多或更少的燃烧汽缸、控制气门、节气门和压缩装置，这只是其中一些。示例发动机可以具有以“V”型构造布置的汽缸。另外，第一凸轮轴可以控制第一组或第一排汽缸的进气门，而第二凸轮轴可以控制第二组或第二排汽缸的进气门。以此方式，单个CPS系统和/或VCT系统可以被用来控制一组汽缸的气门操作，或可以使用分开的CPS和/或VCT系统。
因此，基于发动机(包括发动机排气歧管)的构造以及发动机中的汽缸的点火顺序，燃烧期间在汽缸中产生的排气残余物可以被接收在另一汽缸中。另外，基于各个汽缸的气门正时，来自经历排气行程的汽缸的排气残余物可以被无意间接收在同时经历进气行程的另一汽缸中。具体地，在被配置为具有小排气歧管(为解决涡轮迟滞问题)的发动机中，大量排气残余物到共同的排气歧管内的释放会导致升高的排气歧管压力。升高的排气歧管压力反过来会克服汽缸的排气门弹簧压力，迫使排气残余物从燃烧汽缸进入一个或更多个邻近的汽缸。当排气门随后猛然关闭时，会出现特征鸣震(ringing)，其中可以基于感测的汽缸体振动检测该特征鸣震，并且可以基于振动的频谱的差异区别该特征鸣震与由于爆震与预点火事件而产生的振动。申请人已经意识到，如果排气残余物的温度和压力被充分地升高，当被接收在邻近的汽缸中时，热残余物会增加接收汽缸的预点火倾向。
作为一个示例，在瞬时扭矩请求(例如，响应于扭矩需求的突然下降)期间，可以通过从标称设定更改发动机参数并延迟火花点火正时来实现扭矩控制。当火花延迟允许实现基本即刻的扭矩减少时，迟燃事件产生热排气残余物。当被接收在第一接收汽缸时，热残余物不仅会增加第一接收汽缸中的预点火的可能性，而且会使在第一接收汽缸中产生的残余物的温度升高，从而使得当燃烧在该汽缸中发生时，第二接收汽缸(可能从第一接收汽缸接收排气残余物)也会接收热残余物，并且会预点火。因此，会发生串联的预点火事件，会使发动机迅速退化。
如在图3处所详述的，发动机控制器可以被配置为基于发动机参数识别迟燃事件和/或发动机失火事件。失火可以基于由于空气和燃料在膨胀行程中的适当时候的不完全燃烧导致的扭矩的无意减少而产生的发动机转速波动，和/或基于排气暂时且无意间比预期的更稀(由于比存在未燃的碳氢化合物更高水平的O2)的排气空燃比传感器指示。响应于迟燃事件或发动机失火，控制器可以通过在可能受迟燃事件影响的一个或更多个汽缸中执行预点火缓解措施而预先制止(pre-empt)预点火。例如，预点火缓解措施可以包括停用到受影响的汽缸的燃料喷射。在另一示例中，预点火缓解措施还可以包括停用火花，同时还停用到受影响的汽缸的燃料喷射。在一些示例中，控制器可以另外基于来自发动机爆震传感器的输出检测汽缸排气门由于由迟燃事件引起的热残余物的进入已经被强制打开。此外，空气质量流量可以被用来获悉发动机何时处在足够高的负荷，以产生足够高的压力，从而使排气门由于对应的迟燃而离座。通过更准确地识别排气门被强制打开的汽缸，可以适当地执行预点火缓解措施。
以此方式，图1-2的发动机系统提供了一种发动机系统，该发动机系统包含：发动机、被耦连至每一个发动机汽缸的火花塞和被耦连至每一个发动机汽缸的直接燃料喷射器。发动机系统还包含控制器，其被配置为具有在非临时性存储器上的计算机可读指令：响应于自阈值正时延迟的第一汽缸中的燃烧正时，选择性地停用到第二汽缸的火花，其中第二汽缸接收由于第一汽缸中的燃烧而产生的排气残余物。控制器还包括以下指令，响应于自阈值正时延迟的第一汽缸中的燃烧正时而选择性地停用到第二汽缸的燃料。此外，控制器还包括以下指令：重新激活到第三汽缸的燃料和火花点火，其中第三汽缸接收由于第二汽缸中的燃烧而产生的排气残余物。基于第一汽缸的身份和发动机的点火顺序选择第二汽缸和第三汽缸中的每一个。
现在转向图3，描述了用于响应于给定汽缸中的迟燃事件或失火而在一个或更多个汽缸中执行预点火缓解措施的示例方法300。通过停用到接收由于给定汽缸中的燃烧而产生的热排气残余物的一个或更多个汽缸的火花，可降低接收的残余物的有效温度，从而降低迟燃引起的预点火事件的可能性。在火花停用期间继续供给燃料可以进一步降低接收的残余物的有效温度。通过停用火花与燃料供给，预先制止预点火。
在302处，方法包括估计和/或测量发动机工况。例如，这些包括发动机转速与负荷、扭矩需求、升压、歧管压力(MAP)、歧管空气充气温度(MCT)、空燃比(λ)、燃料醇含量、大气压力、环境状况(例如，环境温度、压力、湿度等)、发动机预点火历史等。在304处，可以基于估计的发动机工况调整发动机参数设定。例如，基于标称扭矩请求，升压、气门正时、火花点火正时等的发动机参数设定可以被设定为标称设定。作为一个示例，火花正时可以被设定为MBT或临界火花。
不同的发动机事件和由此得到的发动机工况调整会导致迟燃事件或失火事件，其中汽缸燃烧在迟于预期的时间或迟于预期的曲轴转角位置处发生(即，迟于将会在发动机参数设定被维持在标称设定的情况下发生)。在一些发动机构造中，诸如在升压的发动机的情况下，迟燃可以迟于预期。例如，当需要时，火花延迟可以被用来迅速地减小扭矩。然而，以此方式延迟火花会引起发动机中的迟燃燃烧循环。
汽缸中的迟燃以及汽缸失火会导致汽缸中的热排气残余物的产生以及高排气歧管压力。如果大量的热残余物在汽缸中产生，那么残余物会导致一个或更多个邻近汽缸中的不正常燃烧事件，诸如失火和/或预点火事件。具体地，在气门重叠期间，大量的热残余物会被接收在邻近汽缸中。可替代地或额外地，热残余物会强制打开邻近汽缸的排气门。具体地，热残余物会将排气歧管压力升高至引起邻近汽缸排气门弹簧压力被克服的水平，从而迫使热排气残余物进入邻近汽缸。在任一种情况下，热残余物都会大幅升高接收残余物的汽缸中的温度，并使汽缸趋向于预点火。因此，在306处，确定一个或更多个汽缸中是否存在失火。具体地，基于发动机工况，可以确定第一汽缸(汽缸_1)是否存在失火。在一个示例中，汽缸失火(或部分燃烧)基于曲轴加速度。在另一示例中，汽缸失火基于排气空燃比，例如，基于排气氧传感器(例如，UEGO传感器)的输出。在又一示例中，汽缸失火基于通过耦连至火花塞的离子传感器确定的火花塞离子(例如，离子电流)。例如，在失火事件期间，如果由于在燃烧过程中没有被耗尽的排气中的过多氧气的存在而导致存在失火/部分燃烧，那么排气氧传感器会显示稀。因此，基于排气氧传感器的稀于阈值的输出会指示失火。在其他示例中，基于通过缸内压力传感器估计的缸内压力的变化可以确定失火。
如果在306处没有检测到失火，那么该方法继续到308，以确定是否存在迟燃事件。具体地，基于发动机工况，可以确定第一汽缸(汽缸_1)中是否存在迟燃事件。在一个示例中，基于汽缸的(进和/或排)气门正时、火花正时、火花塞离子电流、曲轴加速度、排气温度和汽缸压力中的一个或更多个推测第一汽缸的迟燃事件。例如，响应于自阈值正时延迟汽缸的燃烧正时，可以确定迟燃。阈值正时可以基于第一汽缸中的燃烧事件期间的峰值压力的位置。作为另一示例，阈值正时可以基于在第一汽缸中燃烧燃料的阈值质量分数保持的位置。作为一个示例，阈值正时可以包括导致在迟于TDC之后的35度的位置处燃烧50％质量分数的正时。这可以包括自阈值气门正时延迟的第一汽缸中的燃烧的进气门和/或排气门正时和/或自阈值火花正时(例如，自MBT)延迟的第一汽缸中的燃烧的火花正时。
一旦确认第一汽缸中的失火或迟燃事件，该方法就继续到310。具体地，在310处，该方法包括确定哪一个汽缸正接收由于第一汽缸中的迟燃事件而产生的排气残余物。这可以包括至少基于第一汽缸的身份和发动机的点火顺序推测(或识别)将会接收(或正接收)由于第一汽缸中的燃烧而产生的排气残余物的第二汽缸(汽缸_2)。例如，在连续设置的编号1至4的汽缸的四缸直列式发动机中，并且其中汽缸的点火顺序包括1号汽缸首先点火，随后3号汽缸，然后4号汽缸，最后2号汽缸，可以确定汽缸1-4中哪一个遭受迟燃，以识别哪一个汽缸将会最可能接收热排气残余物。在本文中，如果1号汽缸是遭受迟燃的第一汽缸，2号汽缸最可能接收排气残余物，因为当1号汽缸处于排气行程时，2号汽缸将会处于进气行程(为残余物的进入提供最小的阻力)，而其他汽缸将会处于做功或压缩行程(为残余物的进入提供更高的阻力)。然而，如果4号汽缸是遭受迟燃的第一汽缸，则3号汽缸将最有可能接收排气残余物，因为当4号汽缸处于排气行程时，3号汽缸将会处于进气行程(为残余物的进入提供最小的阻力)。因此，如果发动机是6缸直列式发动机，或如果发动机是具有不同发动机汽缸组的不同汽缸的四缸V形发动机，那么接收残余物的汽缸的身份将会是不同的。在一个示例中，其中发动机在不同的汽缸组上具有不同组的汽缸，经历迟燃的第一汽缸和接收排气残余物的第二汽缸可以位于共同的发动机汽缸组上。
在一些实施例中，可以基于排气歧管构造进一步识别第二汽缸。例如，第二汽缸的身份可以基于排气歧管是集成的还是分段的(诸如图2的发动机系统中的分段的排气歧管)。作为一个示例，如果排气歧管是分段的，那么可以确定哪些汽缸分组到共同的排气歧管区段，使得它们通过共同的管道排出排气。在本文中，经历迟燃的第一汽缸和接收排气残余物的第二汽缸即使位于发动机上的不同位置处，也可以被耦连至共同的排气歧管。
在其他实施例中，通过利用沿着汽缸体耦连的系统爆震传感器来检测排气门是否已经被强制打开，控制器可以确定哪一个汽缸接收排气残余物。具体地，在邻近汽缸的排气门在高压力下被强制打开之后，一旦排气门返回就会猛烈撞击在排气门座上。这种猛然关闭会发生，因为排气门处于凸轮轴的基圆上，并不是正遵循汽缸组中特定汽缸的排气凸轮廓线。当猛然关闭发生时，它产生引起爆震传感器共振的振动。通过获悉汽缸组上的哪一个汽缸最近(不久之前)点火以及汽缸组上的哪一个排气门在基圆上，控制器把振动发生的地方加窗口是可能的。该信息以及以合适频谱适当过滤的传感器输出使控制器能够识别哪一个汽缸接收意外的热残余物。此外，空气质量流速可以被用来获悉发动机何时处于足够高的负荷，以产生足够高的压力，从而使排气门由于对应的迟燃而离座(unseat)。在一个示例中，响应于在经历迟燃事件的第一汽缸的打开排气门期间以及在第二汽缸的排气门关闭之后的窗口中的感测的振动，控制器可以推测第二汽缸接收来自第一汽缸的意外热残余物，并在第二汽缸中相应地执行预点火缓解措施。
在一些实施例中，将会逐渐受第一汽缸中产生的残余物影响的一个或更多个汽缸可以被识别。例如，除了识别接收(或最可能接收)来自第一汽缸的排气残余物的第二汽缸外，可能接收来自第二汽缸的残余物的第三汽缸也可以被识别。这是因为第二汽缸中接收的热残余物不仅会引起第二汽缸潜在地预点火，而且在第二汽缸中的燃烧之后接收的热残余物还会导致升高的排气温度，这会迫使热残余物进入第三汽缸，并且会增加第三汽缸的预点火的倾向。
一旦识别第二汽缸，方法包括在接收来自第一汽缸的排气残余物的第二汽缸中执行预点火缓解措施(例如，通过调整到第二汽缸的燃料喷射)。一旦识别第二汽缸，方法包括在接收来自第一汽缸的排气残余物的第二汽缸中执行预点火缓解措施(例如，通过调整到第二汽缸的燃料喷射)。具体地，在314处，方法包括选择性地停用到第二汽缸的火花点火和燃料喷射。
在一些示例中，发动机控制器可以选择性地停用燃料喷射而不停用火花。例如，在第二汽缸中没有燃料喷射的情况下火花可以继续。选择可以基于释放排气残余物的第一汽缸的燃烧的正时以及接收排气残余物的第二(或第三等)汽缸的预点火的倾向。作为一个示例，响应于自阈值正时延迟第一更小量的第一汽缸中的燃烧的(第一)正时，控制器可以选择性地仅停用到接收由于第一汽缸中的燃烧而产生的排气残余物的第二汽缸的燃料或火花。相比之下，响应于自阈值正时延迟第二更大量的第一汽缸中的燃烧的(第二)正时，控制器可以选择性地仅停用到第二汽缸的火花点火和燃料中的每一个。
在316处，该方法包括在随后的燃烧事件期间重新激活火花和/或燃料喷射。即，在仅一个燃烧循环内到第二汽缸的火花和/或燃料喷射可以被选择性地停用。例如，在316处，该方法可以包括在接收由于第二汽缸中的燃烧而产生的排气残余物的第三汽缸处的燃烧期间重新激活火花和/或燃料喷射。以此方式，该方法可以仅停用第二汽缸处而非另外的汽缸中的火花和/或燃料喷射，除非在另外的汽缸中预料到预点火。
通过在第二汽缸中执行预点火缓解措施，实现各种优势。首先，执行选择的火花和/或燃料停用，以减少第二汽缸中的预点火。此外，缓解已经接收来自第二汽缸的排气残余物的第三汽缸中的预点火。
在一些实施例中，除了在第二汽缸中执行预点火缓解措施，还可以在第三汽缸中预点火缓解措施。作为一个示例，响应于迟于阈值的第一汽缸中的燃烧的正时，发动机控制器可以选择性地停用到接收来自第一汽缸的排气残余物的第二汽缸的火花和/或燃料喷射以及选择性地停用到预期接收来自第二汽缸的排气残余物的第三汽缸的火花和/或燃料喷射。作为另一示例，发动机控制器可以选择性地停用到接收来自第一汽缸的排气残余物的第二汽缸的火花和燃料喷射以及(在有或没有停用火花的情况下)选择性地停用到预期接收来自第二汽缸的排气残余物的第三汽缸的燃料喷射。因此，在接收到第一、第二和第三汽缸中的每个中的预点火的指示之前执行预点火缓解措施。然后可以在随后的燃烧事件重新激活火花和/或燃料。例如，可以在第三汽缸之后的以第四汽缸点火的燃烧事件停用火花和/或燃料供给。作为另一示例，如果n个汽缸已经停用火花和/或燃料，那么可以在第n+1次燃烧事件重新激活火花和燃料。
在所描述的实施例中，控制器可以在所有状况下连续地监测所有发动机汽缸中的失火和迟燃事件，并响应于任何汽缸迟燃事件或失火而执行缓解措施。在替代实施例中，当发动机负荷超过阈值时，控制器可以仅执行预点火缓解措施(例如，停用火花和燃料喷射)，由此指示预点火的危险。在其他实施例中，控制器可以查看排气歧管体积更起作用的高空气质量流量区域中的迟燃事件。
此外，在一些实施例中，在推测哪一个汽缸(接收汽缸)正接收由于第一汽缸(施主汽缸)中的迟燃事件而产生的排气残余物之后，控制器可以首先确定接收汽缸中的预点火的可能性是否高于阈值。预点火的可能性可以基于接收汽缸的预点火历史和施主汽缸中的燃烧的参数(诸如燃烧空燃比、燃烧的正时、缸内燃烧温度和压力、预期的排气残余物的温度和空燃比、留在施主汽缸中的未燃燃料的质量、可能被吸入接收汽缸的未燃燃料的质量等)。如果确定预点火的可能性更高，那么发动机控制器可以停用到接收汽缸的燃料和火花。否则，控制器可以仅停用到接收汽缸的火花和燃料中的一个。
因此，接收的排气残余物可以浓或稀于化学计量比。例如，在失火事件期间，如果由于排气中的在燃烧过程中没有被耗尽的过多氧气的存在而存在失火/部分燃烧，那么排气氧传感器会显示稀。然而，施主汽缸中的未燃燃料的存在产生具有高温度的燃烧混合物，当被吸入接收汽缸中时，该燃烧混合物具有热进气充气的影响。
以此方式，通过调整到直接或间接接收由于邻近汽缸中的迟燃事件而产生的大量热排气残余物的一个或更多个汽缸的火花正时和燃料喷射，可以更好地预测并缓解迟燃引起的预点火事件。
以此方式，一种用于发动机的方法包含，响应于第一汽缸中的失火，选择性地停用到接收由于第一汽缸中的燃烧而产生的排气残余物的第二汽缸的火花点火。在一个示例中，第一汽缸中的燃烧是缓慢燃烧，并且第一汽缸中的燃烧的正时自阈值正时延迟。另外，第一汽缸中的燃烧的正时包括第一汽缸中的燃烧的火花正时、进气门正时和/或排气门正时。
该方法还包含停用到第二汽缸的燃料。在一个示例中，基于第一汽缸的身份和发动机的点火顺序识别第二汽缸。在另一示例中，基于排气歧管构造进一步识别第二汽缸。在一些示例中，被接收在第二汽缸中的排气残余物可以包括由于第一汽缸中的燃料的部分燃烧而产生的未燃燃料质量。当残余物被接收在第二汽缸中时，第一汽缸中的燃烧混合物的加热导致极其高的进气充气温度，从而增加预点火的倾向。当更大的未燃燃料质量留在第一汽缸中时，在第二汽缸中停用燃料喷射和火花。
在一个示例中，在接收到第二汽缸中的预点火的指示之前执行选择性地停用火花点火。该方法还可以包含，选择性地停用到接收由于第二汽缸中的燃烧而产生的排气残余物的第三汽缸的火花点火和燃料供给。该方法还可以包括，在第二汽缸之后的以第三汽缸点火的燃烧期间重新激活火花点火。
图4-5示出了响应于汽缸失火或迟燃事件而执行的示例发动机火花正时和燃料喷射调整。图4示出了停用到接收来自经历失火或迟燃的第一汽缸的排气残余物的第二汽缸的燃料喷射的第一示例。图5示出了停用到接收来自经历失火或迟燃的第一汽缸的排气残余物的第二汽缸的火花和燃料喷射的第二示例。
首先转向图4，图示400示出了具有沿着汽缸体(未示出)连续布置的汽缸1-4的四缸直列式发动机，其中汽缸1-4被配置为以顺序1-3-4-2点火。图示400相对于处于进气行程(I)、排气行程(E)、做功行程(P)或压缩行程(C)的发动机活塞位置描述了进气门正时(实线)和排气门正时(虚线)。图示400进一步通过星形401、403、405、407描述了汽缸火花点火事件并通过矩形411、412、413和414描述了汽缸燃料喷射事件。
自图的顶部的第一曲线表示1号汽缸的位置(汽缸1)。而且，具体地，1号汽缸的行程随着发动机曲轴而被旋转。根据发动机位置标记汽缸1行程。例如，汽缸1被首先示出在进气行程(I)中，发动机旋转，并且1号汽缸进入压缩行程(C)、随后是做功(P)行程和排气(E)行程。汽缸1的汽缸循环然后重复。对于四行程发动机，汽缸循环可以是720°，发动机的完整循环具有相同的曲轴间隔。
自图的顶部的第二曲线同样地表示3号汽缸的位置(汽缸3)，具体地，3号汽缸的行程随着发动机曲轴而被旋转。根据发动机位置标记汽缸3行程。例如，汽缸3被首先示出在排气行程(E)中，发动机旋转，并且3号汽缸进入进气行程(I)、随后是压缩(C)行程和做功(P)行程。汽缸3的汽缸循环然后重复。自图的顶部的第三曲线同样地表示4号汽缸的位置(汽缸4)，具体地，4号汽缸的行程随着发动机曲轴而被旋转。根据发动机位置标记汽缸4行程。例如，汽缸4被首先示出在做功行程(P)中，发动机旋转，并且4号汽缸进入排气行程(E)、随后是进气(I)行程和压缩(C)行程。汽缸4的汽缸循环然后重复。自图的顶部的第四曲线同样地表示2号汽缸的位置(汽缸2)，具体地，2号汽缸的行程随着发动机曲轴而被旋转。根据发动机位置标记汽缸2行程。例如，汽缸2被首先示出在压缩行程(C)中，发动机旋转，并且2号汽缸进入做功行程(P)、随后是排气(E)行程和进气(I)行程。汽缸2的汽缸循环然后重复。
标记401处的星形表示用于汽缸1中的第一燃烧事件的点火事件。可以通过火花塞开始点火。以此顺序，1号汽缸气门在进气行程的至少部分内打开，以便为汽缸提供空气。可以通过进气道喷射器或直接喷射器将燃料喷射到发动机汽缸。在压缩行程期间压缩并点燃燃料与空气混合物。峰值汽缸压力可以出现在压缩行程的上止点处或在膨胀行程期间。以该顺序在403、405和407处示出了汽缸3、4和2中的随后的燃烧事件。
在所描述的示例中，汽缸1中的火花点火事件401在火花延迟的情况下发生，使得点火事件被更晚地延迟到做功行程(例如，迟燃事件)。由于迟燃事件，在排气门打开时的排气行程期间从汽缸1排出大量的热排气残余物(曲线402)。由于发动机的构造，当汽缸1处于排气行程(曲线402)时，2号汽缸(汽缸2)同时处于进气行程(曲线408)，从而为残余物的进入提供相对更少的阻力。相比之下，当汽缸1处于排气行程时，3号汽缸(汽缸3)和4号汽缸(汽缸4)分别同时处于做功行程和压缩行程，从而为残余物的进入提供相对更多的阻力。因此，由于汽缸1中的迟燃事件而产生的热排气残余物最可能被接收在汽缸2中，潜在地增加汽缸2预点火的倾向。由于3和4号汽缸(汽缸3、汽缸4)都不可能接收由于汽缸1中的迟燃事件而产生的排气残余物，因此都不可能受迟燃事件影响。
如在上文中所讨论的，可以基于发动机工况检测如在图示400中针对汽缸1示出的失火或迟燃。发动机控制器然后可以确定汽缸(例如，汽缸2)最可能接收排气残余物。在其他示例中，可以基于检测在排气门一旦返回到排气门座就猛然关闭(如在上文中所讨论的)之后的特征机械噪声，来确定汽缸2的排气门强制打开。在进一步的实施例中，空气质量流速可以被另外用来确定发动机何时处在足够的负荷，以产生足够高的压力，从而使邻近汽缸的排气门由于对应的迟燃而离座。
响应于汽缸1中的迟燃和/或失火并且为了降低汽缸2中的预点火的可能性，停用汽缸2的进气行程期间(曲线408)的燃料喷射。因此，可以不将燃料喷射到汽缸2内。然而，可以不停用火花(如通过星形407所示出的)，因为排气残余物的富程度(richness)可能不大于阈值。例如，411处的燃料喷射可能导致处于或靠近化学计量比的排气空燃比。因此，残余燃料可能没有进入汽缸2并引起预点火。然后在汽缸2中的随后的进气行程(曲线418)期间重新激活燃料喷射。
然而，在其他示例中，发动机控制器也可以停用407处的火花，以便降低汽缸2中的预点火的可能性。例如，如图5的图示500所示，在汽缸2中的进气行程(曲线408)之后的做功行程期间没有出现火花。具体地，图示500示出了汽缸1的进气行程期间的燃料喷射502。燃料喷射502可以大于图示400所示的燃料喷射411。因此，燃料喷射502的迟燃的排气残余物可以比阈值富。作为响应，可以停用汽缸2的燃料喷射和火花。如图示500所示，在汽缸2的进气行程(曲线408)期间不喷射燃料，并且在随后的做功行程期间汽缸2中没有出现火花。
作为一个示例，一种方法可以包含，响应于自阈值正时延迟的第一汽缸中的燃烧的正时，选择性地停用到接收由于第一汽缸中的燃烧而产生的排气残余物的第二汽缸的燃料。阈值正时基于迟于35ATC燃烧的质量分数的位置。该方法还包含，响应于被接收在第二汽缸中的来自第一汽缸的排气残余物的富的程度，选择性地停用到第二汽缸的火花点火。在一个示例中，基于第一汽缸的身份、发动机的点火顺序和发动机的排气歧管构造中的每一个识别第二汽缸。
该方法还可以包含，响应于正时，进一步停用到接收来自第二汽缸的排气残余物的第三汽缸的燃料，以及响应于留在第一汽缸中的未燃燃料的量，进一步停用到第三汽缸的火花点火。
接收到第二汽缸中的预点火的指示之前执行选择性地停用燃料和火花点火。另外，响应于未燃燃料的量而选择性地停用火花点火包括，响应于留在第一汽缸中的高于阈值量的未燃燃料的量而选择性地停用火花点火和燃料。来自第一汽缸的未燃燃料增加排气歧管中的燃烧的风险，这反过来增加排气门被突然打开的风险。热残余物升高第二汽缸中的燃烧前的空气充气温度，从而增加预点火的可能性。
以此方式，通过停用接收来自经历失火或迟燃的汽缸的排气残余物的汽缸中的火花和燃料喷射的输送，能够减少由于热排气残余物到汽缸内的强制输送而发生的迟燃引起的汽缸预点火事件。通过在接收来自迟燃汽缸的排气残余物的汽缸中执行汽缸预点火缓解措施(例如，选择性的燃料和/或火花停用)，可以减小由于接收的排气残余物而引起的空气充气的温度增加，并且可以降低接收热排气残余物的汽缸中的迟燃引起的预点火的倾向。此外，由接收另一汽缸中的热残余物的汽缸引起的预点火的可能性也得以降低。总的来说，能够缓解由于预点火而引起的发动机退化。
注意，本文中包括的示例控制和估计方法能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种行动、操作或功能可以所示顺序执行、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，而是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的行动、操作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的行动、操作或功能可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器内的代码。
应认识到，在本文中所公开的配置和方法本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改现有权利要求或通过在这个或相关申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包含：
响应于第一汽缸中的至少部分燃烧或失火，选择性地停用到经由排气歧管和第二汽缸的排气门直接接收所述第一汽缸中的燃烧产生的排气残余物的所述第二汽缸的火花点火。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一汽缸中的燃烧慢于预期燃烧，并且其中所述第一汽缸中的燃烧的正时自阈值正时延迟。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述阈值正时基于所述第一汽缸中的峰值压力的位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含，停用到所述第二汽缸的燃料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中基于所述第一汽缸的身份和所述发动机的点火顺序识别所述第二汽缸。
6.根据权利要求5所述的方法，其中基于排气歧管构造进一步识别所述第二汽缸。
7.根据权利要求1所述的方法，其中接收排气残余物包括接收包括由于所述第一汽缸中的部分燃烧而产生的未燃燃料的残余物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在接收到所述第二汽缸中的预点火的指示之前，执行所述选择性地停用火花点火，并且其中基于发动机转速波动、稀于阈值的排气空燃比传感器输出、缸内压力和离子电流中的一个或多个指示所述失火。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包含，选择性地停用到接收所述第二汽缸中的燃烧产生的排气残余物的第三汽缸的火花点火和燃料供给。
10.根据权利要求1所述的方法，其还包含，在所述第二汽缸之后的第三汽缸点火的燃烧期间重新激活火花点火。
11.一种发动机方法，其包含：
响应于自阈值正时延迟第一更小量的第一汽缸中的燃烧的第一正时，选择性地停用到经由排气歧管和第二汽缸的排气门直接接收所述第一汽缸中的所述燃烧产生的排气残余物的所述第二汽缸的燃料和火花点火中的一个；以及
响应于自阈值正时延迟第二更大量的所述第一汽缸中的燃烧的第二正时，选择性地停用到所述第二汽缸的火花点火和燃料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中基于所述第一汽缸的身份、所述发动机的点火顺序和所述发动机的排气歧管构造中的每个识别所述第二汽缸。
13.根据权利要求12所述的方法，其还包含，响应于所述正时，进一步停用到接收来自所述第二汽缸的排气残余物的第三汽缸的燃料和火花。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述阈值正时基于阈值质量分数的燃烧的燃料留在所述第一汽缸中的位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在接收到所述第二汽缸中的预点火的指示之前执行所述选择性地停用燃料和火花点火。
16.根据权利要求11所述的方法，其中相对于在所述第一正时处，在所述第二正时处更大质量的未燃燃料留在所述第一汽缸中。
17.一种发动机系统，其包含：
发动机；
火花塞，其被耦连至每个发动机汽缸；
直接燃料喷射器，其被耦连至每个发动机汽缸；以及
控制器，其被配置为具有在非临时性存储器上的计算机可读指令：
响应于自阈值正时延迟的第一汽缸中的燃烧的正时，选择性地停用到经由排气歧管和第二汽缸的排气门直接接收所述第一汽缸中的燃烧产生的排气残余物的所述第二汽缸的火花。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器还包括以下指令：响应于自所述阈值正时延迟的所述第一汽缸中的燃烧的正时而选择性地停用到所述第二汽缸的燃料。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器还包括以下指令：
重新激活到接收所述第二汽缸中的燃烧产生的排气残余物的第三汽缸的燃料和火花点火。
20.根据权利要求19所述的系统，其中基于所述第一汽缸的身份和所述发动机的点火顺序，选择所述第二汽缸和第三汽缸中的每个。
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