CN104728020B - 用于点火系统的火花塞结垢检测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于点火系统的火花塞结垢检测。提供了用于确定火花塞结垢的类型的方法和系统。在一种示例中，一种方法可以包括，基于停顿命令应用之后的火花塞的控制线上的电流，区分由于碳烟堆积的火花塞结垢与由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。另外，可以基于一个或多个排气氧传感器的转变频率和火花塞结垢的类型确定排气氧传感器退化和/或排气催化剂退化。

Description

用于点火系统的火花塞结垢检测
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月19号提交的标题为“SPARK PLUG FOULING DETECTION FORIGNITION SYSTEM(用于点火系统的火花塞结垢检测)”的美国临时专利申请号61/918,593的优先权，为了所有目的，其整个内容通过引用被并入本文。
技术领域
本公开涉及用于在内燃发动机中检测和区别由于碳烟的火花塞结垢/积碳(fouling)与由于燃料添加剂的结垢的方法和系统。
背景技术
发动机点火系统可以包括用于向火花点火式发动机的燃烧室输送电流以点燃空气-燃料混合物并开始燃烧的火花塞。基于发动机工况，火花塞结垢可能会发生，其中火花塞隔离物的点火尖端变得覆有外来物质，诸如燃料、机油或碳烟。一旦结垢，则火花塞不能针对所有发动机循环提供触发汽缸燃烧的适度电压，直到火花塞被充分地清洁或被更换。作为一种示例，可以通过从火花塞尖端烧除堆积的碳烟来清洁火花塞。
在不良燃料品质控制的领域中，由热积垢火花塞引起的火花塞结垢和预点火是显著的问题。燃料添加剂(诸如甲基环戊二烯基三羰基锰(MMT)、铅或二茂铁)会在火花塞陶瓷上积聚导电且绝热的沉积物。这种积聚会导致失火或预点火(PI)。由于可能严重地存在在升压发动机中的高转速和负荷时的失火或PI，所以车辆制造商会建议非常短的火花塞更换间隔。
发明内容
发明人在此已经认识到火花塞结垢的原因可以确定将要采取的控制措施。例如，由于碳烟堆积的火花塞结垢可能会不必要如由于燃料添加剂的火花塞结垢所需那样频繁地更换火花塞。同样，由于碳烟的火花塞结垢可能会更不倾向于预点火，而由于燃料添加剂的火花塞结垢可能会需要额外的预点火缓解(或预制止)控制措施。此外，燃料添加剂的存在能够加速排气催化剂和排气空燃比传感器退化。
因此，在一种示例中，通过一种用于发动机的方法可以更好地检测并区别火花塞结垢的不同原因，该方法包括：对于每个发动机汽缸，基于在一个或更多个给定车辆驱动循环上的具有高于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例，区别由于碳烟堆积的火花塞结垢与由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。以此方式，可以更好地解决由于燃料添加剂的火花塞结垢。
作为一种示例，一种发动机点火系统可以包括火花塞、点火线圈和控制线，火花塞被耦接至每个发动机汽缸，点火线圈用于开始火花塞处的点火，控制线用于调整点火线圈的控制电流。发动机控制器可以将停顿(dwell)命令输出到控制线，以便开始点火线圈的停顿。响应于停顿命令，控制线的电流会升高。控制器然后可以监测自停顿命令开始流逝直至控制线电流降至预定值之下的持续时间，在本文中这也被称为转变时间。预期的转变时间可以基于停顿命令。如果对于在给定的驱动循环期间的阈值次数的燃烧循环(例如，某一比例的燃烧或发动机循环)，实际的转变时间多于预期的时间，那么可以推测由于燃料添加剂而引起火花塞结垢。因此，可以设定指示火花塞更换的诊断代码，并且可以执行预制止火花塞结垢引起的预点火的各种缓解措施。
可替代地，如果转变时间超过阈值持续时间的发动机循环的比例不大于阈值百分比，那么火花塞可能是由于碳烟堆积而结垢。因此，可以设定用于清洁火花塞的诊断代码，并且为了从火花塞烧除碳烟，可以升高发动机转速-负荷和/或可以提前花火正时，以便在一段持续时间上使火花塞的尖峰温度升高至阈值温度之上。如果在升高尖峰温度之后转变时间保持在预期的转变时间之上，那么可以确定由于燃料添加剂堆积而引起火花塞结垢。
以此方式，通过识别由于燃料添加剂的火花塞结垢并将它与由于碳烟堆积的火花塞结垢区别开，可以减少并及时缓解火花塞结垢引起的预点火。此外，可以及时地识别并解决排气催化剂和空燃比传感器退化。通过基于故障或退化的迹象而非预定时间段或车辆使用量提供火花塞更换建议，不会过早提供火花塞更换建议，从而为驾驶员降低总的车辆操作成本。通过诊断火花塞完好状况，延长发动机寿命。
应当理解，提供以上概述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基本特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后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是发动机的示意图。
图2示出了根据本公开的实施例的点火系统的示意图。
图3是根据本公开的实施例的用于确定火花塞结垢和预点火的方法的流程图。
图4示出了根据本公开的实施例的点火系统在各种状况下响应于停顿命令的操作的波形。
图5示出了用于区别由于碳烟堆积的火花塞结垢与由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的方法的流程图。
图6示出了用于基于相对于阈值的排气氧传感器的转变频率确定排气氧传感器退化的方法的流程图。
图7示出了用于基于排气催化剂上游的第一排气氧传感器与排气催化剂下游的第二排气氧传感器之间的转变频率比确定排气催化剂退化的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述涉及用于确定发动机系统(诸如图1的发动机系统)中的一个或更多个火花塞的结垢类型的系统和方法。如在图2处示出的，耦接至火花塞的点火线圈可以包括控制线。一旦将停顿命令应用于控制线以便开始点火线圈的停顿(dwell)，就可以确定从停顿命令开始到控制线的电流降至预定值之下的转变点的转变时间。图3示出了用于基于相对于阈值的转变时间确定火花塞结垢的方法。在图4处示出了用于不同水平的火花塞结垢的示例控制电流。在一些示例中，由于碳烟和燃料添加剂堆积中的任一个的火花塞结垢都可以造成转变时间超过预期的转变时间的增加(例如，针对车辆驱动循环内的某一比例的燃烧循环)。因此，如在图5处示出的，一旦基于在给定的驱动循环内的一定比例的发动机循环上转变时间高于阈值持续时间来确定火花塞结垢的类型，就可以采用缓解措施以便确定结垢是由于碳烟还是由于燃料添加剂堆积。如果火花塞结垢是由于燃料添加剂，那么还会导致由于燃料添加剂的排气氧传感器退化和/或排气催化剂退化。图6-7呈现了用于基于相对于设定阈值的一个或更多个排气氧传感器的转变频率确定排气氧传感器退化和排气催化剂退化的方法，所述设定阈值基于由于燃料添加剂的火花塞结垢的存在性。
图1描述了用于车辆的发动机系统100。车辆可以是具有与路面接触的驱动轮的道路车辆。发动机系统100包括发动机10，发动机10包含多个汽缸。图1详细地描述了一个这样的汽缸或燃烧室。发动机10的各种部件可以由电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36被设置在汽缸壁32内并且被耦接至曲轴40。燃烧室30被显示为经由相应的进气门152和排气门154与进气歧管144和排气歧管148连通。每个进气和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53操作。可代替地，进气和排气门中的一个或更多个可以通过机电控制的气门线圈和衔铁组件操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。
燃料喷射器66被示为设置为将燃料直接喷射到汽缸30内，本领域技术人员称之为直接喷射。可替代地，燃料可以被喷射至进气道，本领域技术人员称之为进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号的脉冲宽度FPW成比例地输送液体燃料。燃料通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器66。自响应于控制器12的驱动器68向燃料喷射器66供应操作电流。此外，进气歧管144被显示为与可选电子节气门62连通，电子节气门62调整节流板64的位置，以控制到发动机汽缸30的气流。这可以包括控制来自进气升压室146的升压空气的气流。在一些实施例中，节气门62可以省略，并且可以经由单个空气进气系统节气门(AIS节气门)82控制到发动机的气流，其中该空气进气系统节气门(AIS节气门)82被耦接至空气进气通道42并且被布置在升压室146上游。
在一些实施例中，发动机10被配置为提供排气再循环或EGR。当包括EGR时，经由EGR通道135和EGR阀138从涡轮164下游的排气系统中的位置向在空气进气系统(AIS)节气门82下游的位置处的发动机空气进气系统提供EGR。当存在驱动流动的压力差时，可以将EGR从排气系统吸到进气空气系统。能够通过部分关闭AIS节气门82来产生压力差。节流板84控制压缩机162入口的压力。可以电动控制AIS，并且可以基于可选位置传感器88调整其位置。
压缩机162从空气进气通道42吸入空气，供应给升压室146。在一些示例中，空气进气通道42可以包括具有过滤器的空气室(未示出)。排气使经由轴161耦接至压缩机162的涡轮164旋转。真空操作的废气门致动器72允许排气绕过涡轮164，使得能够在变化的工况下控制升压压力。在替代实施例中，废气门致动器可以是压力或电动致动的。响应于增加的升压需求(诸如在操作者踩加速器踏板期间)，可以关闭废气门72(或可以减小废气门的开度)。通过关闭废气门，能够增加涡轮上游的排气压力，从而升高涡轮转速和峰值功率输出。这允许增加升压压力。此外，当压缩机再循环阀被部分打开时，能够使废气门朝向关闭位置移动，以维持期望的升压压力。在另一示例中，响应于减小的升压需求(诸如在操作者松加速器踏板期间)，可以打开废气门72(或可以增加废气门的开度)。通过打开废气门，能够降低排气压力，从而降低涡轮转速和涡轮功率。这允许降低升压压力。
压缩机再循环阀158(CRV)可以被提供在围绕压缩机162的压缩机再循环路径159中，因此可以使空气从压缩机出口运动到压缩机入口，以便降低可以在压缩机162两端形成的压力。增压空气冷却器157可以被设置在压缩机162下游的通道146中，用于冷却输送至发动机进气装置的升压空气充气。在所描述的示例中，压缩机再循环路径159被配置为使已冷却的压缩空气从增压空气冷却器157的下游再循环至压缩机入口。在替代示例中，压缩机再循环路径159可以被配置为使压缩空气从压缩机的下游和增压空气冷却器157的上游再循环至压缩机入口。可以通过来自控制器12的电信号打开和关闭CRV 158。CRV 158可以被配置为具有默认的半开位置的三态阀，它能够从半开位置移动到完全打开位置或完全关闭位置。
响应于控制器12，无分电器点火系统90经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。点火系统90可以包括感应线圈点火系统，其中点火线圈变压器被连接至发动机的每个火花塞。在下文中关于图2更详细地描述可以在图1的发动机中使用的示例点火系统。
第一排气氧传感器126被示为耦接至催化转化器70上游的排气歧管148。第二排气氧传感器186被示为耦接在转化器70下游的排气装置中。第一排气氧传感器126和第二排气氧传感器186可以是通用排气氧(UEGO)传感器、加热型排气氧传感器(HEGO)或双态排气氧传感器(EGO)中的任何一种。UEGO可以是线性传感器，其中输出是与空燃比成比例的线性泵送电流。
转化器70包括排气催化剂。例如，转化器70能够包括多块催化剂砖。在另一示例中，能够使用每个均具有多块砖的多个排放控制装置。在一种示例中，转化器70能够是三元型催化剂。尽管所描述的示例示出在涡轮164上游的第一排气氧传感器126，但应认识到，在替代实施例中，第一排气氧传感器126可以被设置在涡轮164下游且转化器70上游的排气歧管中。另外，第一排气氧传感器126在本文中可以被称为预催化剂氧传感器，而第二排气氧传感器186在本文中可以被称为后催化剂氧传感器。第一和第二氧传感器可以给出排气空燃比的指示。例如，第二排气氧传感器186可以用于催化剂监测，而第一排气氧传感器126可以用于发动机控制。另外，第一排气氧传感器126和第二排气氧传感器186都可以以传感器在稀与富空燃控制之间转变(例如，从稀到富或从富到稀转变)的转变频率或响应时间操作。在一种示例中，排气氧传感器退化速率可以基于传感器的转变频率，退化速率随着转变频率的降低而增加。在另一示例中，排气氧传感器退化速率可以基于排气氧传感器的响应时间，退化速率随着响应时间的减少而增加。例如，如果传感器是线性传感器(诸如UEGO)，那么传感器退化速率可以基于传感器的响应时间。可替代地，如果传感器不是线性传感器(诸如HEGO)，那么传感器退化速率可以基于传感器的转变频率。为了下面描述方法的目的，转变频率和响应时间可以在推测火花塞结垢中被互换地使用。然而，在一些实施例中，转变频率与响应时间的分析可以分别基于排气氧传感器是非线性的还是线性的。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和常规数据总线。控制器12被示为接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除之前讨论的那些信号之外，还包括：来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；耦接至加速器踏板130用于感测车辆操作者的足部132调整的加速器踏板位置(PP)的位置传感器134；用于确定尾气点火的爆震传感器(未示出)；来自耦接至进气歧管144的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自耦接至升压室146的压力传感器122的升压压力的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120(例如，热线空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。大气压力也可以被感测(传感器未示出)以用于被控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴的每次回转均产生预定数量的等间距脉冲，根据其能够确定发动机转速(RPM)。
在一些实施例中，发动机可以被耦接至混合动力车辆中的电动马达/电池系统。混合动力车辆可以具有并联配置、串联配置或者其变体或其组合。
在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四个冲程循环：循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般来说，在进气冲程期间，排气门154关闭，而进气门152打开。空气经由进气歧管144被引入燃烧室30，并且活塞36移动至汽缸的底部，以便增加燃烧室30内的容积。活塞36靠近汽缸的底部并在其冲程结束的位置(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门152和排气门154关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程结束并最靠近汽缸盖的位置(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文中被称为点火的过程中，被喷射的燃料通过已知的点火器件如火花塞92点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回至BDC。曲轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门154打开，以便将已燃烧的空气-燃料混合物释放至排气歧管148，并且活塞返回至TDC。注意，上述内容仅作为示例进行描述，并且进气和排气门打开和/或关闭正时可以改变，诸如以提供正或负气门重叠、进气门延迟关闭或各种其他示例。
图2示出了可以被包括在图1的发动机100中的示例点火系统200。点火系统200包括用于给变压器的感应点火线圈202充电以激励火花塞204的点火电路以及火花塞结垢与预点火检测部件、电阻205(R1)和207(R2)、二极管D2以及用于评估来自点火系统的电压和/或电流输出以便确定火花塞结垢的水平的停顿条件/限制(qualification)/检测模块206。点火电路包括火花塞204，火花塞204被连接至点火线圈202的次级绕组208的高电压端。次级绕组208的低电压端经由前馈二极管212(D1)被连接至电压电源210(例如，车辆电池的电压)，前馈二极管212(D1)与两个电阻205(R1)和207(R2)并联。在点火线圈停顿开始的时候，点火线圈的次级绕组208可以产生近似1000V的峰值(也被称为前馈电压或Vff)。Vff随着停顿的持续时间而缓慢地衰减。Vff的峰值的幅值和衰减速率取决于线圈的特性和在停顿期间被施加于线圈的初级绕组209的电池电压的幅值。总Vff被分配在火花塞204与次级绕组208的低电压端之间，这由火花塞处的对地阻抗(例如，基于火花塞结垢水平的结垢阻抗)和前馈二极管212两端的对电压电源210的阻抗确定。前馈二极管212在点火线圈中通常被用作在停顿开始时防止火花塞204处的大电流(例如，电弧放电)。二极管两端的阻抗由以相互串联且与二极管212并联方式放置的两个电阻205(R1)和207(R2)确定。通过选择电阻值，信号输出可以被“调谐”为在选定火花塞结垢水平是有效的以便防止发动机由于火花塞结垢引起失火，并且可靠地检测预点火的发生。例如，较低的电阻值会使检测更不敏感(例如，使得能够感测相对更高水平的结垢)，而更高的值会使检测更敏感(例如，使得能够感测相对更低水平的结垢)。
停顿条件和火花塞结垢/预点火模块206通过连接在电阻205(R1)与207(R2)之间的输入分支连接至点火电路，以便基于输入分支的位置处的电压的衰减速率确定火花塞结垢的水平，如在下文中更详细地描述的。控制信号可以通过控制线214提供，并且被用来开始点火电路的点火线圈202的停顿。例如，控制信号可以由动力传动系统控制模块(PCM)215提供。在停顿开始的时候，控制信号上的电流吸收器216和218均开启(ON)(例如，开关220闭合)。停顿信号条件模块222接收控制信号，并检测停顿的开始沿。在停顿的开始沿处，控制信号被发送至固态开关装置，诸如绝缘门极双极型晶体管(IGBT)223，其建立和中断到点火线圈202的初级绕组209的电流。停顿信号条件模块和固态装置可以形成用于点火线圈的停顿控制的智能驱动器，其包括译码或以其他方式解释为点火线圈的控制提供的停顿命令的解释逻辑。
停顿信号条件模块222还可以命令空白阶段产生器224产生保持开关220闭合的空白阶段(例如，具有500μ秒的持续时间)，以便在停顿开始时避免前馈电压上存在的任何响声。因此，空白阶段产生器可以在停顿开始期间针对特定时间间隔输出逻辑1。空白阶段产生器224的输出被提供作为到控制开关220的逻辑或门226的输入。具体地，当或门226的输出为逻辑1时(例如，当到或门226的任何输入都为1时)，逻辑或门226可以控制开关220保持闭合。
在上文中所描述的输入分支被连接在两个感测电阻205(R1)与207(R2)之间的节点处以及钳位二极管D2的阴极处，其中钳位二极管D2将保持输入电压不小于地电位之下的二极管前向电压，并且为比较器228提供感测电压(V感测)，比较器228用于比较感测电压与230处的参考电压(例如，电池电压与地电位之间的比例计量地(ratiometrically)设定的电压)。感测电压是出现在次级绕组208的高电压端处的电压的倒数，并且其幅值与电阻205(R1)和207(R2)之间的比例和火花塞204的分路阻抗(例如，结垢水平)有关。比较器228可以被配置为，当感测电压小于230处的参考电压时输出逻辑1，而当感测电压大于参考电压时输出逻辑0。
因为逻辑或门226被配置为在门226的输出为逻辑1时维持开关220处于闭合状态，所以开关220在空白阶段期间保持闭合。在空白阶段之后，开关220由电压比较器228的输出和D触发器232的状态控制。D触发器232在每个停顿结束的时候(例如，在从停顿信号条件模块222接收的时钟信号的下降沿处)存储和/或输出比较器228的输出，并且在其他时候(例如，在时钟信号的稳定状态或上升沿处)输出存储的值。如果D触发器232存储逻辑0，则开关220由电压比较器228控制。因为前馈电压在整个停顿期间衰减，所以在火花塞处的结垢处于中等水平下的某一时刻，感测电压将会上升至阈值水平之上(例如，参考电压之上)。这时候，电流吸收器218关闭(例如，开关220打开)。电流吸收器水平的这种变化由PCM 215中的驱动器集成电路(IC)检测，并且从停顿开始到转变点的时间间隔的长度(例如，衰减时间)被解释为火花塞处存在的结垢水平。该信息被通信至PCM 215中的微处理器。如果微处理器确定结垢水平过大(例如，在比较检测到的结垢水平与结垢阈值或比较衰减时间与衰减阈值之后)，微处理器可以警告驾驶员更换火花塞。例如，微处理器可以向驾驶员提供视觉的、音频的和/或其他类型的建议更换火花塞的指示。
可以控制D触发器232在停顿的后沿处存储比较器的状态。如果发生预点火，则这样的状况将会在停顿结束时(例如，当V感测<V参考时)引起等于逻辑1的比较器输出。该逻辑1在停顿结束时被采集，并且引起开关220在停顿阶段之后的整个持续时间内保持闭合。在该停顿阶段期间，微处理器会将闭合的开关状态解释为对应于之前燃烧事件中的预点火(PI)的发生，并输出更换火花塞的指示。
图3是用于配合图2的构造控制点火线圈并检测火花塞结垢和/或预点火并且由此控制发动机(诸如图1的发动机)中的火花产生的方法300的流程图。例如，方法300可以由图1的控制器12和/或图2的PCM 215执行，并且利用由图2的集成电路提供的测量和/或输出。
在302处，方法300包括输出停顿命令以控制点火线圈(诸如图2的点火线圈202)。例如，停顿命令可以是具有定义长度的脉冲(例如，在长于阈值的持续时间上施加的脉冲)。在命令的停顿期间，电流经过点火线圈的初级绕组，从而产生磁场。响应于在模块(诸如图2的停顿信号条件模块222)处检测到停顿命令，空白阶段可以在开关闭合以维持或设定电流吸收器处于“开启”状态的期间产生，如在304处指出的。
在空白阶段在306处结束之后，在308处，比较点火电路中的感测的位置处的具有与火花塞的结垢水平有关的幅值的电压(例如，图2的V感测)与参考电压。如在310处指出的，如果V感测小于参考电压(例如，在310处为”否”)，方法300前进到312，以闭合开关或维持闭合的开关，并且然后前进到314，以确定停顿命令信号的后沿是否被检测到。停顿命令的后沿可以包括脉冲的终止，以触发通过点火线圈的初级绕组的电流的中断和/或停止。通过初级绕组的电流的中断引起点火线圈的相应次级绕组两端的高电压脉冲(例如，“激励”火花塞，并产生用于开始发动机的汽缸中的燃烧的火花)。如果后沿没有被检测到，(例如，在314处为“否”)，方法300返回到308，以继续监测V感测。相反，如果停顿命令信号的后沿信号被检测到(例如，在314处为“是”)，则D触发器(例如，图2的D触发器232)被触发，以存储V感测与参考电压的比较的输出，如在316处指出的。在停顿的后沿处V感测小于参考电压的状况表明预点火事件。由于预点火事件阻止开关打开从而在随后的停顿或燃烧循环期间关闭电流吸收器，所以在318处，可以确定从停顿开始到转变点的转变时间近似等于整个停顿时间。该转变时间可以表明在之前燃烧循环期间的预点火事件。该转变时间还可以表明火花塞的结垢的水平。例如，该转变时间可以表明由火花塞结垢引起的预点火。
方法300然后基于在318处确定的点火电流转变时间指示火花塞结垢。320处的方法在图5处展开，其中跟踪(例如，计数)具有大于阈值的转变时间的燃烧循环的次数。当该次数与在给定的车辆驱动循环内的燃烧循环的总次数的比例大于阈值百分比时，可以指示出由于燃料添加剂的火花塞结垢。例如，如果在停顿命令被提供后已经逝去阈值时间段之后控制线上的电流降至预定值之下，那么可以确定衰减时间(例如，转变时间)大于阈值。相反，如果在停顿命令被提供后已经逝去阈值时间段之前控制线上的电流降至预定值之下，那么可以确定衰减时间小于阈值。返回到310，在310处比较感测的电压与参考电压，如果V感测大于参考电压(例如，在310处为“是”)，方法300前进到324，以确定D触发器是否输出逻辑0。如果否，D触发器的输出是逻辑1，这表明预点火事件在之前燃烧循环中发生，如在上文中关于316和318讨论的。因此，该方法前进到312，以维持闭合的开关和电流吸收器的“开启”状态。如果在324处D触发器输出逻辑0(例如，在324处为“是”)，方法300前进到326，以便打开开关并关闭电流吸收器。通过关闭电流吸收器，微处理器可以(例如，通过接收来自耦接至控制线的电流传感器的测量)检测到电路的控制线上的测量的电流的下降，并测量从停顿开始到电流吸收器转变点(例如，电流吸收器从“开启”状态转变为“关闭”状态的时刻)的转变时间。该方法然后可以前进到314，以确定停顿的后沿是否已经出现。
用于图2的电阻205(R1)和207(R2)的电路部件、图2的阈值电压230和转变时间阈值的准确选择可以基于点火线圈的属性和被认为不可接受的火花塞结垢的范围。例如，在一些实施例中，火花塞处的50M欧姆或10M欧姆的分路(结垢)阻抗可以被认为不可接受。可以判定该范围在失火发生之前给出适当的火花塞结垢警告。空白阶段持续时间的选择(例如，500μ秒)可以取决于点火线圈的接通特性和总标称停顿时间。类似地，可以基于点火线圈的空白阶段的持续时间和总标称停顿时间确定转变时间阈值的选择(如在320中估计的)。例如，如果空白阶段是500μ秒而标称停顿时间是2000μ秒，则图2的电阻205和207(R1和R2)和阈值电压230可以被选择为在期望的火花塞结垢水平产生1250μ秒的转变时间阈值。
图4图示说明了反映在本文中所描述的点火系统响应于停顿命令的操作的波形映射图400。在所图示说明的波形映射图中，x轴线对应于共同的时间线，而每个y轴线对应于邻近相关联的波形指示的参数。在图4中，波形映射图400示出了点火系统在各种火花塞结垢状况下响应于点火线圈(例如，图2的点火线圈202)的停顿与激励的操作。
波形402对应于可以从控制器(诸如图1的控制器12)发出的停顿命令。如所指出的，停顿信号具有从时间T0延长至时间T4的持续时间。波形404对应于被连接至火花塞的点火线圈的次级绕组(例如，图2的次级绕组208)的高电压端处的电压。如所指出的，响应于火花塞上的结垢的水平，电压可以从峰值水平(例如，近似1000伏)衰减。一旦在时间T4处确定停顿命令终止，则提供给点火线圈的初级绕组的电流可以被中断，从而产生将要被提供给用于产生火花的火花塞的近似-30000伏的脉冲。
波形406对应于感测的电压(例如，如在图2中图示说明的V感测)和在不存在预点火事件或火花塞结垢的理想状况下响应于波形402的停顿命令而测量的控制线(例如，图2的控制线214)上的电流。如图所示，感测的电压在整个测量阶段期间保持近似等于电池电源电压(例如，没有响应于停顿命令而降至和/或坡升至电池电压)。控制线上的电流(I控制)反映被耦接至控制线的电流吸收器(例如，图2的电流吸收器216和218)的操作。T0与T1之间的时间对应于如在图3中图示说明的方法300的304处描述的空白阶段。在停顿命令的上升沿处开始并且在自停顿命令开始后已经逝去预定的时间量之后结束的空白阶段期间；当控制第二电流吸收器的开关闭合时，两个电流吸收器都被维持在“开启”状态。
在时间T1处空白阶段结束之后，V感测被测量，并与参考电压(例如，如图3在310处描述的)进行比较。如在图2中描述的，参考电压可以小于电池电压，并且参考电压的一个示例值被指示在图4的波形的y轴线上。由于在时间T1处(例如，当空白阶段结束时)感测的电压大于参考电压，所以开关打开，从而关闭第二电流吸收器(例如，响应于如在图3中图示说明的326的执行)。因此可以确定转变时间等于空白阶段，如果从停顿命令的开始测量到第二电流吸收器关闭的时刻(例如，时间T1)。应理解，波形406在之前燃烧循环期间没有检测到预点火的状况(例如，针对之前燃烧循环，感测的电压在停顿命令的后沿处大于参考电压)下提供控制电流。另外，波形406可以是未结垢的火花塞的示例响应(如通过转变时间小于阈值所指出的)。在时间T4处，再次响应于停顿命令的停止，电流下降，这会导致被提供给控制线的电流的减少和第一电流吸收器处的电流的减少。
波形408对应于感测的电压(例如，如在图2中图示说明的V感测)和在不存在之前或当前预点火事件但存在相对中等量的火花塞结垢的状况下响应于波形402的停顿命令而测量的控制线(例如，图2的控制线214)上的电流。如图所示，由于由结垢引起的火花塞处的阻抗，感测的电压在停顿开始的时候下降。由于在波形408中描述的状况下的结垢相对中等，所以感测的电压可以迅速坡升至电池电压，从而在时间T2处超过参考电压。控制线上的电流(I控制)反映被耦接至控制线(例如，图2的电流吸收器216和218)的电流吸收器的操作。由于感测的电压直到时间T2才超过参考电压，因此两个电流吸收器都保持开启并且电流被维持在峰值水平直至时间T2(在此刻，第二电流吸收器关闭，并且电流下降)。因此，在中等结垢下的转变时间410可以对应于在时间T0与时间T2之间逝去的时间量。如上所述，在时间T4处，响应于停顿命令的停止，电流可以下降(例如，没有电流可以在控制线上流动)。
波形412对应于感测的电压(例如，如在图2中图示说明的V感测)和在不存在之前或当前预点火事件但存在相对大量的火花塞结垢(例如，火花塞比由波形408所代表的状况更多结垢)的状况下响应于波形402的停顿命令而测量的控制线(例如，图2的控制线214)上的电流。如图所示，由于由结垢引起的火花塞处的阻抗，感测的电压在停顿开始的时候下降。由于在波形408中描述的状况下的结垢相对多，所以感测的电压可以在比火花塞受更中等地结垢的状况更长的时间上停留在地电位，并且坡升从而在时间T3处超过参考电压。控制线上的电流(I控制)反映被耦接至控制线的电流吸收器(例如，图2的电流吸收器216和218)的操作。由于感测的电压直到时间T3才超过参考电压，因此两个电流吸收器都保持开启并且电流被维持在峰值水平直至时间T3(在此刻，第二电流吸收器关闭，并且电流下降)。因此，在高结垢水平下的转变时间414可以对应于在时间T0与时间T3之间逝去的时间量。由于结垢水平在由波形412所代表的状况下比在由波形408所代表的状况下更高，因此转变时间414长于转变时间410。例如，可以确定转变时间414长于转变阈值(例如，导致图3的320处的“是”)，并且可以确定转变时间410短于转变阈值(例如，可接受的结垢水平，导致图3的320处的“否”)。因此，针对车辆驱动循环(和阈值次数的发动机燃烧循环)的超过转变阈值的转变时间414的累积会导致向驾驶员输出更换火花塞的指示，而转变时间410不会导致这样的指示。如上所述，在时间T4处，响应于停顿命令的停止，电流可以下降(例如，没有电流可以在控制线上流动)。
波形416对应于感测的电压(例如，如在图2中图示说明的V感测)和在预点火事件发生的状况下响应于波形402的停顿命令而测量的控制线(例如，图2的控制线214)上的电流。具体地，感测的电压对应于在预点火事件期间的感测的电压，而控制线上的电流对应于在紧随预点火事件的下一个燃烧循环(例如，预点火已经在之前燃烧循环的停顿的后沿之前发生)期间的测量的电流。如图所示，直至刚好在T4(在此刻电压降至参考电压水平之下)处停顿命令的后沿之前，感测的电压保持在电池电压水平。在感测的电压之下示出的是针对当前停顿循环的控制线上的电流和针对下一个连续的停顿循环的控制线上的电流。控制线上的电流(I控制)反映被耦接至控制线的电流吸收器(例如，图2的电流吸收器216和218)的操作。在当前停顿循环期间，电流在T1处降至较低水平，如在不存在结垢的情况下期望的。然而，刚好在停顿结束之前，由于V感测小于参考电压(导致在图3的310处的“否”)，电流跳至较高水平。在停顿结束的时候(T4)，D触发器采集预点火事件，并且在整个随后的停顿阶段期间保持控制线上电流处于高水平，如由I控制(下一个连续的停顿循环)所图示说明的。因此，响应于预点火事件的转变时间418可以对应于在时间T0与时间T4之间逝去的时间量。转变时间418由于预点火事件而长于转变时间410和414，并且在预点火事件之后的燃烧循环时被报告。因此，在报告的燃烧循环期间，可以确定转变时间在转变阈值之上，并且会(例如，经由车辆的显示器或其他视觉指示器)输出更换火花塞的指示。如上所述，在时间T4处，响应于停顿命令的停止，电流可以下降(例如，没有电流可以在控制线上流动)。
图5示出了用于区分由于碳烟堆积的火花塞结垢与由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的方法500。具体地，如在上文中所描述的，火花塞结垢可以基于停顿命令应用之后的火花塞的控制线上的控制电流。另外，火花塞结垢可以基于其转变时间大于阈值的车辆驱动循环上的燃烧事件的次数。如在图3处描述的，可以确定并计算每个发动机燃烧循环的转变时间。控制器然后可以采取行动来确定火花塞结垢是由于碳烟堆积还是由于燃料添加剂堆积。可以针对发动机的每个汽缸和对应的火花塞执行方法500。如在下文中进一步描述的，可以确定各个火花塞的转变时间，并且可以与发动机的所有其他火花塞分开地确定每个火花塞的退化。
该方法通过估计和/或测量发动机工况而在502处开始。发动机工况可以包括发动机转速与负荷、花火正时、VCT、VVT、质量空气流量等。在504处，如在上文中参照图3描述的，控制器可以将停顿命令应用于点火线圈的控制线。例如，对于每个发动机燃烧循环，产生停顿命令，以便经由火花塞产生火花。因此，在504处，该方法可以包括确定从特定汽缸的停顿开始到开关打开的时间。在506处，该方法包括监测针对多个发动机燃烧循环的点火电流转变时间。例如，在506处，该方法可以包括(例如，在控制器的计数器上)计数转变时间高于阈值持续时间(例如，在图3处描述的转变阈值)的燃烧循环的次数。如在上文中介绍的，全体燃烧循环中的多个燃烧循环内的长的转变时间(超过阈值)可以表明火花塞结垢的类型。另一方面，各个燃烧事件的转变时间的长度可以表明火花塞结垢的程度，但不表明结垢的类型。
在508处，该方法包括估计在给定车辆驱动循环上具有大于阈值持续时间的转变时间的发动机(燃烧)循环的比例。在一种示例中，给定驱动循环可以包括阈值次数的连续燃烧事件。在另一示例中，给定驱动循环可以包括被发动机开启/关闭事件中断的阈值次数的燃烧事件。给定驱动循环内的燃烧事件的阈值次数可以进一步基于发动机操作的持续时间和/或车辆行进的距离。以此方式，可以针对阈值距离、阈值时间和/或阈值次数的燃烧事件监测(对应于一个或更多个火花塞的各个汽缸的)每个燃烧事件的转变时间。在一种示例中，508处的估计可以包括在第一计数器上计数给定车辆驱动循环的具有长于阈值持续时间的转变时间的燃烧循环的比例。通过使得具有大于阈值的转变时间的燃烧循环的次数除以被包括在给定车辆驱动循环内的燃烧循环的总次数来确定燃烧循环的比例。在另一示例中，508处的估计可以包括在第二计数器上计数在给定车辆驱动循环的多个燃烧循环上的给定汽缸的平均转变时间。
在509处，该方法包括存储多个驱动循环的结垢的循环的比例。例如，在给定车辆驱动循环上的具有高于阈值持续时间的转变时间的发动机循环的每个比例(例如，结垢的循环的比例)可以被存储在控制器的存储器内。控制器然后可以利用这个信息来确定指示火花塞结垢的燃烧循环(例如，结垢的循环)的比例是否从一个车辆驱动循环变化到随后的车辆驱动循环。以此方式，控制器可以比较一个或更多个驱动循环的比例。例如，控制器可以确定五个不同驱动循环的比例。控制器然后可以比较五个不同的比例，以确定比例是增加、减小、保持相对恒定还是波动(例如，在多个驱动循环上既增加又减小)。控制器可以进一步确定所述一个或更多个驱动循环上的比例的变化速率。
在510处，该方法包括确定结垢的燃烧循环的比例是否在一个或更多个车辆驱动循环上波动。换句话说，在510处，该方法可以包括确定在一个或更多个驱动循环上的比例的变化是否在所述一个或更多个驱动循环之间波动。例如，在510处，该方法可以包括确定结垢的燃烧循环的比例是否从第一驱动循环增加到第二驱动循环，且然后从第二驱动循环减小到第三驱动循环。这可以进一步包括在一个或更多个车辆驱动循环中的具有近似零比例的一些车辆驱动循环，由此指示没有火花塞结垢。例如，如果结垢的燃烧循环的第一比例针对第一驱动循环为10％，第二比例针对第二驱动循环为12％，且然后第三比例针对第三驱动循环为8％，那么驱动循环之间的比例可以被认为是波动的。如果结垢的燃烧循环的比例在一个或更多个车辆驱动循环上波动，那么该方法继续到522，以指示由于碳烟堆积的火花塞结垢。
在另一实施例中，在510处，额外地或可替代地，该方法可以包括确定在508处确定的比例是否大于阈值百分比。在一种示例中，阈值百分比基于：在没有暴露于燃料添加剂的发动机中，在给定车辆驱动循环上的具有高于阈值持续时间的转变时间的发动机循环的平均百分比(例如，比例)。在没有暴露于燃料添加剂(由于燃烧不含有添加剂的燃料)的发动机中，火花塞会由于碳烟而结垢。然而，碳烟结垢在发动机操作期间可以是间歇性的(在一系列燃烧循环上往复)。相反，燃料添加剂结垢在发动机操作期间可以是相对持久的并且不会消失，即使增加火花塞温度以试图减少形成在火花塞上的碳烟也如是。因此，没有暴露于燃料添加剂的发动机中的平均比例(例如，百分比)会低于燃烧具有燃料添加剂的燃料的发动机。在一些示例中，阈值百分比可以基于表示更持久的火花塞结垢的百分比。
在另一实施例中，在510处，该方法可以包括确定在给定车辆驱动循环的多个燃烧循环上的给定汽缸的平均转变时间是否大于阈值转变时间。如在上文中所讨论的，阈值转变时间可以基于没有暴露于含有燃料添加剂的燃料的发动机中的平均转变时间。
如果在510处比例(或平均转变时间)不大于阈值，那么该方法继续到522，以指示由于碳烟而非由于燃料添加剂而引起火花塞结垢。在一些实施例中，这可以与确定一个或更多个驱动循环上的比例的变化一起进行。以此方式，如果所述一个或更多个驱动循环内的每一个比例均低于阈值并且所述一个或更多个驱动循环上的比例的变化是波动的，那么该方法可以只进行到522，以指示碳烟结垢。
因此，在522处，该方法包括指示由于碳烟的火花塞结垢。因此，不警告操作者，并且发动机操作可以继续，而不需要立即替换或维护火花塞。在一种示例中，响应于确定火花塞已经由于碳烟而结垢，控制器可以设定第一诊断代码并记录发生碳烟堆积所处的状况。在多个燃烧事件之后的规律的发动机操作(例如，规律的燃烧事件)期间从火花塞烧除碳烟是可能的。然而，可选地，该方法可以继续到524，以调整发动机操作参数从而主动地(例如，干扰地)从火花塞烧除碳烟。可以通过增加火花塞的温度从而有效地从火花塞烧除碳烟来至少部分地去除火花塞上的碳烟堆积。在一种示例中，在524处，该方法可以包括增加怠速发动机转速和/或负荷或提前花火正时中的一种或更多种。可以经由对变速器的调整(诸如经由变速器升档或降档)来增加发动机转速或负荷。在另一示例中，在524处，该方法可以继续阈值次数的燃烧循环。燃烧循环的阈值次数可以基于能够导致碳烟从火花塞去除的燃烧循环的次数。
该方法然后可以循环回到504，以重新估计从停顿开始到控制线上的电流的转变点的时间(例如，转变时间)。因此，该方法可以继续回到506和508，以监测每个火花塞和每个燃烧事件的转变时间，并计数转变时间大于阈值持续时间的循环。该方法然后可以在510处重新估计比例是否大于阈值百分比和/或一系列驱动循环上的比例的变化是否波动，以核实结垢是否已经解决。在一些实施例中，该方法可以进一步包括，如果所有比例都近似为零(例如，驱动循环上的所有转变时间都低于阈值持续时间)，指示没有由于碳烟或由于燃料添加剂的火花塞结垢。
返回到510，如果所述一个或更多个驱动循环上的结垢的燃烧循环的比例没有波动，那么该方法继续到511。在511处，该方法包括确定所述一个或更多个车辆驱动循环上的结垢的燃烧循环的比例是否相对恒定或增加。换句话说，在511处，该方法可以包括确定在一个或更多个驱动循环上的比例的变化在所述一个或更多个驱动循环之间是否保持相对恒定或增加。例如，在511处，该方法可以包括确定结垢的燃烧循环的比例是否从第一驱动循环增加到第二驱动循环增加到第三驱动循环。例如，如果结垢的燃烧循环的第一比例针对第一驱动循环为40％，第二比例针对第二驱动循环为50％，然后第三比例针对第三驱动循环为60％，那么驱动循环之间的比例可以被认为是增加的。如果结垢的循环的比例没有增加并且不是相对恒定的，那么比例可以近似为零(或非常小的百分比)。因此，该方法继续到530，以指示没有火花塞结垢。
然而，如果结垢的燃烧循环的比例在所述一个或更多个车辆驱动循环上增加或保持相对恒定，那么该方法继续到512，以指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。在另一实施例中，如果结垢的燃烧循环的比例在所述一个或更多个车辆驱动循环上增加或保持相对恒定并且每一个比例均大于阈值，那么该方法继续到512，以指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。由于结垢的燃烧循环的比例在一个或更多个车辆驱动循环上增加和/或保持相对恒定，所以火花塞结垢会更持久，由此指示火花塞结垢是由于燃料添加剂而不是只由于碳烟。
在514处，该方法包括调整受影响的汽缸和/或一个或更多个另外的汽缸的燃料供给。在一种示例中，在514处，该方法可以包括限制发动机负荷。在另一示例中，在514处，该方法可以包括使被配置为接收来自第一汽缸的排气残余物的第二汽缸暂时加浓，其中结垢的火花塞被耦接至第一汽缸。以此方式，可以降低第二汽缸中的预点火风险。在又一示例中，在514处，该方法可以包括切断到耦接至结垢的火花塞的燃烧室(例如，第一汽缸)的燃料喷射(和/或火花)。
该方法在516处然后可以包括警告车辆操作者和/或指示火花塞需要被更换(例如，通过设定建议火花塞替换或更换的诊断代码)。例如，控制器可以设定第二诊断代码(不同于第一诊断代码)，并记录发生燃料添加剂堆积所处的状况。在另一示例中，指示火花塞结垢可以包括向仪表板上的图标或显示装置发送指令，以向驾驶员显示关于火花塞更换建议的视频指示。额外地或可替代地，指示可以包括向扬声器系统发出指令，以输出关于火花塞更换建议的音频指示(例如，音频信息、系统嘟嘟声等)。另外，指示由于燃料添加剂的火花塞结垢可以包括设定诊断代码。
在518处，该方法包括确定结垢的火花塞是否已经被更换。例如，一旦更换火花塞，控制器就可以接收指示新的火花塞已经被安装在发动机中的信号。一旦更换结垢的火花塞，在520处就重新设定该火花塞的对应监测器(例如，计数器)。如上所述，计数器可以是如下计数器，其被配置为计数在给定车辆驱动循环上的具有高于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例。
除了使火花塞结垢外，燃料添加剂的堆积还会引起发动机排气装置内的排气氧传感器和/或排气催化剂的退化。如在上文中介绍的，排气氧传感器可以在转变频率(或响应时间)下操作。随着时间的推移并且随着传感器退化，转变频率(或响应时间)相对于新的和/或未退化的传感器的转变频率会减小。另外，随着排气催化剂退化，预催化剂排气氧传感器(例如，上游UEGO传感器)和后催化剂排气氧传感器(例如，下游HEGO传感器)的转变频率会更紧密地匹配。例如，两个传感器的转变频率之间的差可以减小，并且小于阈值差。基于发动机是以没有添加剂的标准燃料操作还是以包括燃料添加剂(诸如MMT)的燃料操作，排气氧传感器和/或排气催化剂会以不同的速率退化。例如，当退化是由于标准燃料对比包括燃料添加剂(具有更高辛烷水平)的燃料时，排气传感器的转变频率会以不同的速率衰退。类似地，由于燃料添加剂污染，相对于规律的排气催化剂退化，排气催化剂会不同地退化。
图6示出了用于基于基于点火线圈转变时间所指示的由于燃料添加剂的火花塞结垢(如在图5处确定的)来确定排气氧传感器退化的方法600。在一种示例中，排气氧传感器可以是设置在排气催化剂上游的排气氧传感器(诸如图1中示出的排气氧传感器126)。在另一示例中，排气氧传感器可以是设置在排气催化剂下游的排气氧传感器(诸如图1中示出的排气氧传感器186)。另外，排气氧传感器可以是UEGO、HEGO或EGO传感器。方法600可以由控制器(诸如图1中示出的控制器12)执行。
该方法在602处以确定排气氧传感器(例如，UEGO或HEGO)的转变频率开始。转变频率(或响应时间)可以在排气氧传感器的操作阶段期间由控制器确定。例如，排气氧传感器反馈电压在一定时间段上沿增加或减小方向越过阈值电压的次数可以表示转变频率。在另一示例中，排气氧传感器的响应时间可以与对规划的燃料输送的响应(例如，规划的燃料输送的变化发生的次数)相关。
在604处，该方法包括确定基于点火线圈转变时间是否指示由于燃料添加剂的火花塞结垢(如在图5处确定的)。如果火花塞结垢不是由于燃料添加剂(或火花塞没有结垢)，那么该方法结束。可替代地，如果在图5处的方法过程中指示由于燃料添加剂的火花塞结垢，那么方法600继续到606。在606处，该方法包括确定排气氧传感器转变频率或响应时间是否小于阈值。阈值可以基于没有暴露于燃料添加剂的发动机(例如，燃烧不含有燃料添加剂的燃料的发动机)中的排气传感器的转变频率或响应时间。如果排气氧传感器转变频率(或响应时间)小于阈值，那么在608处，控制器可以指示排气氧传感器退化。这可以包括指示由于燃料添加剂的排气氧传感器退化。在一些示例中，在608处，该方法可以包括设定诊断代码和/或警告车辆操作者。可替代地，如果排气氧传感器转变频率不小于阈值，那么在612处，不指示由于燃料添加剂的排气氧传感器退化，并且发动机操作继续。
在610处，该方法还可以包括基于排气氧传感器退化的指示确认由于燃料添加剂的火花塞结垢。
以此方式，如果指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢并且排气氧传感器转变频率或响应时间衰退至阈值之下，则控制器可以指示由于燃料添加剂的排气氧传感器退化。控制器然后可以设定诊断代码和/或警告车辆操作者更换退化的(多个)火花塞和退化的排气氧传感器。
现在转向图7，示出了用于基于排气催化剂上游的第一排气氧传感器与排气催化剂下游的第二排气氧传感器之间的转变频率比或响应时间退化确定排气催化剂退化的方法700。当第一排气氧传感器的第一转变频率与第二排气氧传感器的第二转变频率之间的差减小时，排气催化剂退化会增加。当预催化剂传感器与后催化剂传感器转变频率或响应时间的差减小至阈值之下时，控制器可以指示排气催化剂的退化。在一种示例中，第一排气氧传感器可以是设置在排气催化剂上游的预催化剂氧传感器(诸如图1中示出的排气氧传感器126)，而第二排气氧传感器可以是设置在排气催化剂下游的后催化剂氧传感器(诸如图1中示出的排气氧传感器186)。另外，第一传感器可以是UEGO传感器，而第二传感器可以是HEGO传感器。例如，如果上游传感器是UEGO传感器，可以监测响应时间而非转变频率，以核实退化是否已经发生，因为UEGO是不会关于电压水平而转变的线性输出传感器。方法700可以由控制器(诸如图1中示出的控制器12)执行。
该方法在702处以确定预催化剂氧传感器和后催化剂氧传感器的转变频率或响应时间开始。如上面在602处描述的，可以针对两个传感器确定转变频率。在704处，该方法包括确定是否已经指示由于燃料添加剂的火花塞结垢。例如，在图5处可以确定由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。如果没有指示由于燃料添加剂的火花塞结垢，那么该方法结束。
可替代地，如果指示由于燃料添加剂的火花塞结垢(如在图5中的512处描述的)，那么该方法继续到706，以确定预催化剂氧传感器转变频率或响应时间是否在后催化剂氧传感器转变频率的阈值内。换句话说，控制器确定预催化剂氧传感器与后催化剂氧传感器的转变频率之间的差是否小于阈值。如果转变频率(或响应时间)的差低于第二阈值，那么在708处，控制器指示由于燃料添加剂的催化剂退化。在708处，该方法可以进一步包括设定诊断代码和/或警告车辆操作者催化剂退化。然而，如果在706处转变频率的差不小于阈值，那么该方法继续到712，以便不指示催化剂退化。随着发动机操作继续，控制器可以继续监测预催化剂氧传感器与后催化剂氧传感器转变频率的差。
在710处，该方法可以进一步包括基于排气催化剂由于燃料添加剂而退化的指示确认由于燃料添加剂的火花塞结垢。
以此方式，如果指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢并且排气催化剂上游的排气氧传感器与排气催化剂下游的排气氧传感器之间的转变频率的差小于阈值，那么控制器可以指示由于燃料添加剂的排气催化剂退化。控制器然后可以设定诊断代码和/或警告车辆操作者维护和/或更换退化的(多个)火花塞和退化的排气催化剂。
以此方式，可以准确且可靠地确定火花塞结垢的起因。因此，可以基于是否指示火花塞结垢以及结垢是由于火花塞尖端上的碳烟堆积还是由于火花塞尖端上的燃料添加剂堆积来提供火花塞更换建议。通过改进对火花塞结垢的不同类型的区分，能够恰当地选择缓解调整，并且能够预先制止火花塞结垢引起的预点火。此外，只有在确认充分不可修复的火花塞退化之后，火花塞更换才能够被请求。这减小了火花塞更换被请求的频率，从而降低车辆操作成本。另外，可以基于相对于阈值的排气氧传感器的转变频率和火花塞结垢的类型确定由于燃料添加剂堆积的一个或更多个排气氧传感器和/或排气催化剂的退化。总的来说，通过可靠地诊断火花塞完好性和排气部件完好性，来提高发动机寿命。
作为一种实施例，一种用于发动机的方法：针对每个发动机汽缸，基于在一个或更多个给定车辆驱动循环上的具有高于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例，区分由于碳烟堆积的火花塞结垢与由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。在一种示例中，其中点火电流转变时间是火花塞的控制线上的电流的点火电流转变时间，经由电流传感器来测量电流，并且其中基于点火电流转变时间的区分包括基于在停顿命令应用之后电流降至预定值之下所需的转变时间的区分。在另一示例中，阈值持续时间基于应用的停顿命令。
在一种示例中，所述区分包括，响应于在所述一个或更多个给定车辆驱动循环上的比例的变化在所述一个或更多个给定车辆驱动循环之间波动，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢，而响应于所述比例的变化在所述一个或更多个给定车辆驱动循环之间保持恒定或增加，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。在另一示例中，所述区分包括，响应于比例小于阈值百分比，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢，而响应于比例大于阈值百分比，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。所述区分可以进一步基于在给定车辆驱动循环上的燃烧循环的平均汽缸点火事件转变时间。在又一示例中，所述区分包括，响应于平均汽缸点火事件转变时间长于阈值时间，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢，而响应于平均汽缸点火事件转变时间短于阈值时间，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢。该方法可以进一步包含，基于转变时间指示火花塞结垢的程度。在又一示例中，该方法可以进一步包含，响应于由于碳烟堆积而不是由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，通过从MBT提前花火正时和增加发动机转速或负荷中的一种或更多种，针对阈值次数的发动机循环使火花塞尖端温度暂时升高至阈值温度之上。在一种示例中，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢包括指示没有由于碳烟堆积的火花塞结垢。
该方法可以进一步包含，响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，限制发动机负荷。在一种示例中，结垢的火花塞被耦接至第一汽缸，并且该方法进一步包含，响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，使被配置为接收来自第一汽缸的排气残余物的第二汽缸暂时加浓。该方法可以进一步包含，响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，设定建议火花塞更换的诊断代码。
该方法可以进一步包含，在多个发动机循环上监测耦接在排气催化剂上游的第一排气氧传感器和耦接在排气催化剂下游的第二排气氧传感器中的每一个的转变频率；以及当指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢时，响应于在所述多个发动机循环上第一与第二排气氧传感器的转变频率的比在彼此阈值内，指示由于燃料添加剂堆积的排气催化剂退化。在一种示例中，第一排气氧传感器是UEGO传感器，并且其中第二排气氧传感器是HEGO传感器。
该方法可以进一步包含，响应于指示火花塞更换的操作者输入，重新设定计数器，其被配置为计数在给定车辆驱动循环上的具有高于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例。在另一示例中，燃料添加剂包括二茂铁、铅和MMT中的一个或更多个。
作为另一实施例，一种用于发动机的方法包含，响应于在车辆驱动循环上的具有长于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例小于阈值百分比，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢；以及响应于所述比例大于阈值百分比，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。在一种示例中，阈值百分比基于没有暴露于燃料添加剂的发动机中的平均百分比。在另一示例中，阈值持续时间基于在汽缸点火事件期间应用于发动机的点火系统的停顿命令，并且进一步基于点火系统的电流吸收器的操作状态。指示由于碳烟堆积的火花塞结垢可以包括没有指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢，而指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢可以包括没有指示由于碳烟堆积的火花塞结垢。该方法可以进一步包含，基于处于或超过阈值发动机转速或负荷的发动机操作(这使火花塞尖端温度升高至阈值温度之上)之后的比例的减小指示由于碳烟堆积的火花塞结垢。在另一示例中，该方法进一步包含，响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，限制发动机负荷，并且基于耦接至结垢的火花塞的汽缸的身份(identity)，使被配置为接收来自耦接至结垢的火花塞的汽缸的排气残余物的邻近汽缸加浓。在又一示例中，该方法进一步包含，响应于由于碳烟堆积的火花塞结垢的指示，设定建议火花塞清洁的第一诊断代码，而响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，设定建议火花塞更换的第二不同诊断代码。该方法可以进一步包含，在指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢之后，监测在多个发动机循环上被耦接在排气催化剂上游的第一排气氧传感器和耦接在排气催化剂下游的第二排气氧传感器中的每一个的响应时间；以及响应于在所述多个发动机循环上第一和第二排气氧传感器的响应时间的比在彼此阈值内，指示由于燃料添加剂堆积的排气催化剂退化。作为一种示例，第一排气氧传感器是UEGO传感器并且其中第二排气氧传感器是HEGO传感器。
作为又一实施例，一种发动机系统包含：发动机，其包括汽缸；点火系统，其包括耦接至汽缸的火花塞的点火线圈和控制线，点火系统进一步包含电流传感器以用于感测控制线的电流；直接燃料喷射器，其用于向汽缸输送燃料；以及节气门，其被耦接至发动机进气歧管以用于调整到汽缸的气流。该系统进一步包含控制器，其具有在非临时性存储器上的计算机可读指令，以用于：在控制线上输出停顿命令，以便开始点火线圈的停顿；确定从停顿命令开始到控制线的电流降至预定值之下的转变点的转变时间；在第一计数器上计数给定车辆驱动循环的具有长于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例；在第二计数器上计数在所述给定车辆驱动循环的多个燃烧循环上的汽缸的平均点火电流转变时间；以及响应于平均转变时间长于阈值持续时间和比例大于阈值百分比中的一个或更多个，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。控制器进一步包括指令以用于：响应于比例波动且保持小于阈值百分比，增加发动机负荷以使火花塞温度升高至阈值温度之上；以及如果在增加之后比例保持在阈值百分比之下，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢；以及如果在增加之后比例增加至阈值百分比之上，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。该系统进一步包含发动机的排气歧管，排气歧管包括排气催化剂、排气催化剂上游的第一UEGO传感器和排气催化剂下游的第二HEGO传感器，其中控制器进一步包括指令以用于：监测第一和第二传感器中的每一个的转变频率；当指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢时，响应于第一传感器的转变频率与第二传感器的转变频率之间的差小于阈值差，指示由于燃料添加剂堆积的排气催化剂退化；以及当指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢时，响应于第一传感器的转变频率小于阈值频率，指示由于燃料添加剂堆积的第一传感器的退化。
在另一表述中，一种用于发动机的方法包含：针对汽缸的每个燃烧事件，在火花塞点火线圈的控制线上输出停顿命令；估计控制线的电流降至预定值之下所需的点火电流转变时间；计数在给定车辆驱动循环上的具有长于阈值持续时间的点火电流转变时间的汽缸的燃烧循环的比例；以及基于所述比例大于阈值百分比指示由于火花塞上的燃料添加剂堆积的汽缸的火花塞的结垢。该方法可以进一步包含，估计在给定车辆驱动循环的多个燃烧循环上的汽缸的平均点火电流转变时间，并且响应于估计的平均点火电流转变时间长于阈值时间，指示由于汽缸的火花塞上的燃料添加剂堆积的火花塞结垢。在一种示例中，持续时间是基于应用的停顿命令和电流吸收器的操作状态的阈值持续时间，而阈值百分比基于以不包括燃料添加剂的燃料操作的发动机中的平均百分比。该方法可以进一步包含，响应于比例小于阈值百分比，增加发动机怠速转速和发动机负荷，并提前汽缸的火花点火正时，以便针对阈值持续时间将火花塞的尖端温度保持在阈值温度之上；在阈值持续时间之后，重新估计汽缸的燃烧循环的比例；以及响应于重新估计的比例小于阈值百分比，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢。该方法可以进一步包含，响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，减小发动机负荷，并停用被配置为接收来自耦接至结垢的火花塞的汽缸的排气残余物的邻近汽缸的燃料和火花。在另一示例中，该方法可以进一步包含，估计耦接在排气催化剂上游的排气氧传感器的响应时间；以及基于估计的响应时间低于阈值，指示由于燃料添加剂堆积的排气氧传感器的退化，并确认由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。
注意，本文中包括的示例控制和估计程序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，所描述的各种动作、操作和/或功能可以所示顺序被执行、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，但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，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入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的代码。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，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、I-4、I-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通过修改现有权利要求或通过在这个或关联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：
针对每个发动机汽缸，基于在一个或多个给定车辆驱动循环上的具有大于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例，区分由于碳烟堆积的火花塞结垢与由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述点火电流转变时间是包括火花塞点火线圈的火花塞的点火电流转变时间，所述火花塞点火线圈包括控制线，其中经由电流传感器来测量所述控制线上的电流，并且其中基于所述点火电流转变时间的区分包括基于在停顿命令应用在所述控制线上之后所述电流降至预定值之下所需的转变时间的区分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述区分包括，
响应于在所述一个或多个给定车辆驱动循环上的所述比例的变化在所述一个或多个给定车辆驱动循环之间波动，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢，而响应于所述比例的所述变化在所述一个或多个给定车辆驱动循环之间保持恒定或增加，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述区分包括，
响应于所述比例小于阈值百分比，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢，而响应于所述比例大于所述阈值百分比，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述区分进一步基于在所述给定车辆驱动循环上的燃烧循环的平均汽缸点火事件转变时间，并且其中所述区分包括，响应于所述平均汽缸点火事件转变时间长于阈值时间，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢，而响应于所述平均汽缸点火事件转变时间短于所述阈值时间，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含，基于所述转变时间指示火花塞结垢的程度。
7.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含，响应于由于碳烟堆积而不是由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，通过从MBT提前花火正时和增加发动机转速或负荷中的一种或多种，针对阈值次数的发动机循环使火花塞尖端温度暂时升高至阈值温度之上。
8.根据权利要求4所述的方法，其中指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢包括指示没有由于碳烟堆积的火花塞结垢，并且其进一步包含，响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的所述指示，限制发动机负荷、设定建议火花塞更换的诊断代码和使第二汽缸暂时加浓中的一种或更多种，其中所述结垢的火花塞被耦接至第一汽缸，所述第二汽缸被配置为接收来自所述第一汽缸的排气残余物。
9.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含，
在多个发动机循环上监测被耦接在排气催化剂上游的第一排气氧传感器和被耦接在所述排气催化剂下游的第二排气氧传感器中的每一个的转变频率；以及
当指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢时，响应于在所述多个发动机循环上所述第一与第二排气氧传感器的所述转变频率的比在彼此阈值内，指示由于燃料添加剂堆积的排气催化剂退化。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，响应于指示火花塞更换的操作者输入，重新设定被配置为计数在所述给定车辆驱动循环上的具有大于所述阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的所述比例的计数器。
11.一种用于发动机的方法，其包含：
响应于在车辆驱动循环上的具有长于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例小于阈值百分比，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢；以及
响应于所述比例大于所述阈值百分比，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述阈值百分比基于没有暴露于燃料添加剂的发动机中的平均百分比，其中所述阈值持续时间基于在汽缸点火事件期间应用于所述发动机的点火系统的停顿命令，并且进一步基于所述点火系统的电流吸收器的操作状态，其中指示由于碳烟堆积的火花塞结垢包括指示没有由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢，并且其中指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢包括指示没有由于碳烟堆积的火花塞结垢。
13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含，基于处于或超过阈值发动机转速或负荷的发动机操作之后的所述比例的减小指示由于碳烟堆积的火花塞结垢，所述阈值发动机转速或负荷使火花塞尖端温度升高至阈值温度之上。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含，响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，限制发动机负荷，并且基于耦接至所述结垢的火花塞的汽缸的身份，使被配置为接收来自耦接至所述结垢的火花塞的所述汽缸的排气残余物的邻近汽缸加浓。
15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含，响应于由于碳烟堆积的火花塞结垢的指示，设定建议火花塞清洁的第一诊断代码，而响应于由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢的指示，设定建议火花塞更换的第二不同的诊断代码。
16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含，
在指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢之后，
在多个发动机循环上监测被耦接在排气催化剂上游的第一排气氧传感器和被耦接在所述排气催化剂下游的第二排气氧传感器中的每一个的响应时间；以及
响应于在所述多个发动机循环上所述第一和第二排气氧传感器的所述响应时间的比在彼此阈值内，指示由于燃料添加剂堆积的排气催化剂退化。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一排气氧传感器是UEGO传感器，并且其中所述第二排气氧传感器是HEGO传感器。
18.一种发动机系统，其包含：
发动机，其包括汽缸；
点火系统，其包括耦接至所述汽缸的火花塞的点火线圈和控制线，所述点火系统进一步包含电流传感器以用于感测所述控制线的电流；
直接燃料喷射器，其用于向所述汽缸输送燃料；
节气门，其被耦接至发动机进气歧管以用于调整到所述汽缸的气流；以及
控制器，其具有在非临时性存储器上的计算机可读指令以用于：
在所述控制线上输出停顿命令，以便开始所述点火线圈的停顿；
确定从所述停顿命令开始到所述控制线的电流降至预定值之下的转变点的转变时间；
在第一计数器上计数给定车辆驱动循环的具有长于阈值持续时间的点火电流转变时间的燃烧循环的比例；
在第二计数器上计数在所述给定车辆驱动循环的多个燃烧循环上的所述汽缸的平均点火电流转变时间；以及
响应于所述平均转变时间长于阈值持续时间和所述比例大于阈值百分比中的一个或多个，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器包括进一步指令以用于：
响应于所述比例波动且保持小于所述阈值百分比，
增加发动机负荷以便使火花塞温度升高至阈值温度之上；以及
如果在所述增加之后所述比例保持在所述阈值百分比之下，指示由于碳烟堆积的火花塞结垢；以及
如果在所述增加之后所述比例增加至所述阈值百分比之上，指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢。
20.根据权利要求18所述的系统，其进一步包含所述发动机的排气歧管，所述排气歧管包括排气催化剂、所述排气催化剂上游的第一UEGO传感器和所述排气催化剂下游的第二HEGO传感器，其中所述控制器包括进一步指令以用于：
监测所述第一UEGO传感器和第二HEGO传感器中的每一个的转变频率；
当指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢时，响应于所述第一UEGO传感器的所述转变频率与所述第二HEGO传感器的所述转变频率之间的差小于阈值差，指示由于燃料添加剂堆积的排气催化剂退化；以及
当指示由于燃料添加剂堆积的火花塞结垢时，响应于所述第一UEGO传感器的所述转变频率小于阈值频率，指示由于燃料添加剂堆积的所述第一UEGO传感器的退化。
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