CN104838115B - 发动机管理策略 - Google Patents

Abstract

一种用于控制车辆以实施发动机扭矩管理策略的系统和方法。该发动机扭矩管理策略实施精密的发动机爆震控制方法，该方法缓解/减轻了爆震的起因，同时还将车辆性能和发动机效率最佳化而不危及发动机硬件保护。在任何合适的时候，该系统和方法都尝试减少捕获在爆震的气缸中的空气量，以减少其有效压缩比，以消除爆震，同时对于燃烧效率而言保持相同的最佳点火时间。

Description

发动机管理策略

技术领域

本公开总体上涉及内燃气发动机，更具体地，涉及特别是在发动机爆震事件过程中控制发动机扭矩的方法。

背景技术

内燃机可能易受指定条件下的非期望爆燃的影响。非期望爆燃可能导致增加的压力积累和发热，该增加的压力积累和发热可以使发动机部件退化并降低发动机效率。这种非期望的状况常伴随着常称作爆声或爆震的特定发动机噪声。噪声或爆震常在指定的频率范围内。这样，多数用于识别和解决诸如发动机爆震的爆燃的方法常包括放置声传感器，该声传感器设计为检测发动机机体、气缸或者甚至进气歧管内的指定频率。“爆震传感器”包含调节至发动机爆震频率的压电元件。来自发动机爆震的振动将使压电元件振动，压电元件生成可发送至发动机控制单元(ECU)的电压。该ECU使用此电压输入以检测爆震并相应地做出反应。

无论发动机爆震是怎样确定或报告至ECU的，当前的爆震控制对策主要依赖于点火调整，又名“点火延迟”，以减轻并消除爆燃。令人失望的是，因为将点火从其最佳设定点(例如从其“用于最优扭矩的最小火花”(MBT)设定点)延迟，所以发动机的运行效率降低了。这种效率的降低将使车辆的燃料效率退化。此外，发动机的输出扭矩将减少，从而危及车辆的性能及其可驾驶性。因此，存在对于爆震控制技术的需要和期望，该爆震控制技术可以将车辆性能和发动机效率最佳化，而不危及发动机的硬件保护。

发明内容

在一种形式中，本公开提供了一种控制车辆的发动机系统的方法。该方法包括：在处理器中检测至少一个发动机气缸中的发动机爆震；在处理器中为其中检测到发动机爆震的每个气缸计算爆震密度；以及基于为其中检测到发动机爆震的每个气缸所计算的爆震密度，在所有发动机气缸上进行空气管理。

本公开还提供了一种车辆的发动机扭矩管理系统。该系统包括与至少一个发动机气缸相关联的至少一个爆震传感器；以及连接至至少一个爆震传感器的控制器。控制器适于：检测至少一个发动机气缸中的发动机爆震；为其中检测到发动机爆震的每个气缸计算爆震密度；以及基于为其中检测到发动机爆震的每个气缸所计算的爆震密度，在所有发动机气缸上进行空气管理。

在一个实施例中，在所有发动机气缸上进行空气管理包括：减少其中检测到发动机爆震的所有气缸中的空气并增加其中未检测到发动机爆震的所有气缸中的空气。

从下文所提供的详细说明中，可以了解本公开的进一步应用领域。应当理解，包括所公开的实施例和附图的详细说明实际上只是示例性的，仅意图用于例示的目的，而非意图限制本发明、其应用或使用的范围。由此，不脱离本发明的本质的变化意图属于本发明的范围。

附图说明

图1图示了根据本文所公开的实施例的用于在车辆上实施发动机扭矩控制的系统；以及

图2图示了根据本文所公开的实施例的控制车辆中的发动机扭矩的方法的流程图。

具体实施方式

由于先进的气门机构技术(例如)的发展，现在可以控制每个独立的发动机气缸中用于燃烧的空气量。这样，本文所公开的技术提供了一种发动机扭矩管理策略，其实施更加精密的爆震控制方法，该方法缓解/减轻了爆震的起因，同时还将车辆性能和发动机效率最佳化而不危及发动机硬件保护。

图1图示了用于车辆的示范性发动机扭矩控制系统10，该发动机扭矩控制系统10可以经编程以进行本文所公开的具有新颖性的控制方法100(图2)。该系统10包括联接至发动机机体14的进气歧管12。来自发动机机体14的废气通过催化转换器16传递至车辆的排气管。废气的一部分经由废气再循环(EGR)阀20再流通至进气歧管12，在废气再循环阀20处，将再流通的废气与新鲜空气混合并重新引入发动机机体14的燃烧室中。阀20由发动机控制单元(ECU)30或其他合适的控制器控制。ECU30可以是经编程以进行下文所讨论和/或其他必要的控制器功能的处理器。应当了解，为方便起见，在图1中，系统10内必要的管线/管道和向部件的连接图示为连接箭头而未做数字标记。

系统10还包括其他部件，这些其他部件适合用于检测发动机爆震以及实施根据本公开的缓解/减轻爆震的起因(例如爆燃)的扭矩控制策略(例如方法100)。这些部件包括连接至发动机机体14、连接在发动机机体14上或连接在发动机机体14附近的一个或更多个爆震传感器(KS)28。在期望的实施例中每个发动机气缸应当有至少一个爆震传感器28。如上文所提到的，如果期望，爆震传感器28可以安装在进气歧管12内。爆震传感器28将输出电压电平或其他信号至ECU30。爆震传感器输出将具有指示与特定气缸相关联的发动机爆震的至少一个电平/值；来自爆震传感器28的所有其他电平/值输出都指示没有爆震的气缸。应当了解，系统10可以使用任何类型的爆震传感器28、爆震传感器位置或传感器输出类型。

ECU30可以使用爆震传感器28输出以及其他发动机和车辆参数以控制连接至进气歧管12的节流阀和/或进气阀(TH)22、连接至发动机机体12内的气缸的燃料喷射器(FI)24、以及发动机机体12内的气缸的火花定时器26。应当了解，每个气缸都有进气阀。如下文所更详细讨论的，ECU30将以缓解/减轻发动机爆震同时还尝试将车辆性能和发动机效率最佳化的方式控制这些部件。应当了解，图1图示了一个示范性系统10，并且本文所公开的原理并非仅限于图1所图示的构造。

图2图示了根据本文所公开的实施例的缓解/减轻发动机爆震的起因的控制发动机扭矩控制系统10的方法100。在期望的实施例中，方法100在储存在计算机可读介质中的软件中实施，并由发动机控制单元30执行，其中计算机可读介质可以为随机存取存储器(RAM)设备、非易失性随机存取存储器(NVRAM)设备、或只读存储器(ROM)设备，发动机控制单元30可以是或包括图1的系统10内的处理器、或其他合适的控制器。计算机可读介质可以是ECU30的一部分。

可以看出，当车辆的发动机运行时方法100实施(步骤102)。在发动机运行时的全部时间都装备有发动机爆震检测(步骤104)。在步骤106中，ECU30使用来自爆震传感器28(上文已说明)的电压电平/信号输出，以确定是否有任何发动机气缸在爆震(步骤106)。如果ECU30确定气缸都没有爆震，则方法继续步骤104(上文已讨论)。

一旦对于至少一个气缸检测到发动机爆震事件(在步骤106中)，则在步骤108中由ECU30计算对应的爆震密度(也称作爆震强度)。将为每个爆震的气缸计算爆震密度。发动机控制器和方法100将首先尝试减少捕获在每个爆震的气缸中的空气量，以减少它/它们的有效压缩比，并且消除爆震，同时保持对于燃烧效率而言相同的最佳点火时间，而不是如现有技术系统中所典型地进行的那样与爆震密度成比例地延迟点火火花。爆震的气缸中的空气减少量将与检测到的爆震密度成比例。最初，在步骤110中，方法100确定对于系统10而言是否期望用于爆震控制的空气减少。这可以通过检查开关、经编程的设定点或标志的状态而进行，该开关、经编程的设定点或标志由校准程序设定，籍此确定用于爆震消除而使用空气减少与使用点火延迟对比的效果。如果空气减少更有效，则由于上文所阐述的理由(例如车辆性能和发动机效率)，空气减少为最期望采用的技术，并且将把空气减少控制开关/设定点/标志设定至指示应当使用空气减少的值(步骤110中“是”响应)。否则，将把空气减小控制开关/设定点/标志设定至指示不应当使用空气减少的值(步骤110中“否”响应)。

使用点火延迟与空气减小对比的爆震减少效果之比值是确定是否更期望空气减少的一个方法。此比值可以在校准过程中、在测力计上、或由任何其他合适的机构确定。此比值Ratio_KE可以如下述计算：

(1)Ratio_KE＝(由于点火延迟以完全消除爆震而引起的扭矩损失百分比/由于空气减少以完全消除爆震而引起的扭矩损失百分比)

由于点火延迟引起的扭矩损失百分比和由于空气减少引起的扭矩损失百分比将在相同的运行条件下确定。具有大于或等于1.0的比值的比值Ratio_KE指示空气减少在扭矩保存方面更有效。小于1.0的比值Ratio_KE指示点火延迟更有效。

无论空气减少控制开关/设定点/标识是怎样设定的，如果确定不应当使用空气减少(步骤110中“否”)，则方法100继续步骤124，该步骤124用于基于火花延迟的爆震减少(下文讨论)。然而，如果确定应当使用空气减少(步骤110中“是”)，则方法100继续步骤112，以确定是否所有气缸都在爆震。如果所有的发动机的气缸都在爆震，则不应当使用空气减少。这样，如果所有的发动机的气缸都在爆震(步骤112中“是”)，则方法100继续步骤124(下文讨论)。

如果确定至少一个，但并非所有的发动机的气缸都在爆震，则可以使用空气减少。这样，如果少于所有的发动机的气缸在爆震(步骤112中“否”)，则方法100继续步骤114，其中由ECU30确定爆震的气缸的空气减少量。ECU30将使用步骤108中计算出的爆震密度作为比值表中的系数，该比值表用于与爆震的气缸相关联地设定节流阀(或气缸进气阀)22和/或燃料喷射器24，以减小气缸内的空气和/或燃料的量。该比值表可以在校准程序的过程中或由任何合适的方式添加。该比值表可以在软件或硬件中实施。

在维持相同的发动机输出的尝试中，由于爆震的气缸中的空气减少而引起的扭矩损失将通过为未爆震的气缸增加空气目标而弥补(步骤116)。每一未爆震的气缸的空气增加量按如下确定：

其中：

ΔM_{pernonknocking}是每一未爆震的气缸的空气增加变化量；

ΔM_perknocking是每一爆震的气缸的空气减少变化量；

ρspk_knocking是爆震的气缸中的点火扭矩效率；以及

ρspk_nonknocking是未爆震的气缸中的点火扭矩效率。

在步骤118中，确定是否每个未爆震的气缸的空气量都达到其最大值，或者爆震的气缸的空气量达到用于燃烧稳定的最小界限。如果用于每个未爆震的气缸的空气量都达到其最大值，或者用于爆震的气缸的空气量达到用于燃烧稳定的最小界限(步骤118中“是”)，则方法100继续步骤122，其中将空气增加削减至其最大值。另外，将用于爆震的气缸的空气减少削减至最小值，并且在空气减少之后计算所有的剩余爆震密度。

在步骤124中，将由ECU30使用点火延迟策略，以保护发动机硬件。由此，为提供校准灵活性，并且以应对不期望空气调整，空气调整不可行或不完全有效的状况，方法100允许空气减少与点火计时调整的混合。在确定期望的点火延迟的百分比之后，将基于所检测到的爆震强度而自动计算为消除发动机爆震所要求的剩余的空气减少量。混合的程度将完全可校准。在步骤126中，进行发动机点火管理策略，其为每个气缸传递正确的火花点火。火花点火经由火花定时器26控制。

如果用于确定每个未爆震的气缸的空气量没有达到其最大值，或者用于爆震的气缸的空气量没有达到用于燃烧稳定的最小界限(步骤118中“否”)，则方法100继续步骤120，在步骤120中进行发动机空气管理策略，其向每个气缸传递正确的空气及燃料的量。空气管理通过ECU30经由节流阀或进气阀22控制。

本文所公开的系统10和方法100提供优于现有技术的爆震减少技术的几个优点。例如，发动机输出扭矩在任何可能的时候都得到维持，这意味着车辆性能和可驾驶性得到维持，同时还通过防止发动机爆震而提供发动机硬件保护。此外，尽管发动机硬件保护得到维持，但是最佳的点火火花时间以及由此的车辆燃料效率在任何可能的时候也都得到维持。所公开的系统和方法提供了将空气减少和火花调整混合的灵活性，用于精确的爆震控制，以解决一些具体的运行需要。

Claims (14)

1.一种控制车辆的发动机系统的方法，所述发动机系统包括具有多个气缸的发动机，所述方法包括：

在处理器中检测所述多个气缸中的至少一个气缸中的发动机爆震；

在所述处理器中为其中检测到发动机爆震的每个气缸计算爆震密度，每个爆震密度指示对应的气缸中的所检测的所述发动机爆震的强度；以及

基于为其中检测到发动机爆震的每个气缸所计算的所述爆震密度，在所有所述多个气缸上由所述处理器进行空气管理，其特征在于，所述空气管理通过以下步骤进行：

(i)减少其中检测到发动机爆震的每个气缸中的空气，减少量与所述气缸的经计算的爆震密度成比例；以及

(ii)增加其中未检测到发动机爆震的每个气缸中的空气。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，减少其中检测到发动机爆震的每个气缸中的空气以及增加其中未检测到发动机爆震的每个气缸中的空气包括：调整与相应的所述气缸相关联的节流阀和对应的进气阀中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

在所述处理器中确定其中未检测到发动机爆震的气缸中的空气增加是否已经达到最大水平；以及

如果确定其中未检测到发动机爆震的所述气缸中的空气增加已经达到所述最大水平，则将所述空气增加削减至所述最大水平，并计算剩余爆震密度。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括基于所述剩余爆震密度进行点火火花延迟。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括基于校准设定确定是否可以进行空气管理。

6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：响应于基于所述校准设定而确定不能进行空气管理，控制点火火花时间，以减轻其中检测到发动机爆震的每个气缸中的发动机爆震。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

在所述处理器中确定是否为所有所述多个气缸检测了发动机爆震；以及

响应于确定已经为所有所述多个气缸检测了发动机爆震，控制点火火花时间。

8.一种车辆的发动机扭矩管理系统，所述车辆包括具有多个气缸的发动机，所述系统包括：

与所述多个气缸中的至少一个气缸相关联的至少一个爆震传感器；以及

连接至所述至少一个爆震传感器的控制器，所述控制器配置为：

检测所述多个气缸中的至少一个气缸中的发动机爆震；

为其中检测到发动机爆震的每个气缸计算爆震密度，每个爆震密度指示对应的气缸中的所检测的所述发动机爆震的强度；以及

基于为其中检测到发动机爆震的每个气缸所计算的所述爆震密度，在所有所述多个气缸上进行空气管理，其特征在于，所述控制器通过以下步骤进行空气管理：

(i)减少其中检测到发动机爆震的每个气缸中的空气，减少量与经计算的所述爆震密度成比例；以及

(ii)增加其中未检测到发动机爆震的每个气缸中的空气。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器配置为通过调整与相应的所述气缸相关联的节流阀和对应的进气阀中的至少一个，而减少其中检测到发动机爆震的每个气缸中的空气并增加其中未检测到发动机爆震的每个气缸中的空气。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为：

确定其中未检测到发动机爆震的气缸中的空气增加是否已经达到最大水平；以及

如果确定其中未检测到发动机爆震的所述气缸中的空气增加已经达到所述最大水平，则将所述空气增加削减至所述最大水平，并计算剩余爆震密度。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为基于所述剩余爆震密度进行点火火花延迟。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为基于校准设定确定是否可以进行空气管理。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为响应于基于所述校准设定而确定不能进行空气管理，控制点火火花时间，以减轻其中检测到发动机爆震的每个气缸中的发动机爆震。

14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为：

确定是否为所有所述多个气缸检测了发动机爆震；以及

响应于确定已经为所有所述多个气缸检测了发动机爆震，控制点火火花时间。