CN109899163A - 用于操作发动机的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“用于操作发动机的方法和系统”。描述了用于操作发动机的系统和方法，所述发动机包括用于调节发动机压缩比的压缩比连杆。所述系统和所述方法提供了响应于发动机操作区域而诊断存在或不存在发动机失火的不同方式，所述发动机操作区域可更易于或较不易于发生扭转发动机曲轴振动。在一个示例中，可响应于施加到发动机压缩比改变连杆的力来确定发动机失火。

Description

用于操作发动机的方法和系统

技术领域

本说明书涉及用于操作内燃发动机的方法和系统。所述方法和系统对于确定具有压缩比调节连杆的发动机存在或不存在发动机失火可能是特别有用的。

背景技术

由于各种工况，发动机可能不时地失火。例如，发动机可响应于稀薄发动机空燃比而失火。此外，发动机可响应于不适当地定时的点火火花而失火。确定发动机是否可能已经失火的一种方法可以是通过在发动机循环过程中监测发动机加速度进行的。如果发动机循环过程中的发动机加速度小于阈值，则可以判断发动机已经失火。然而，可能存在一些发动机工况，其中可能难以评估发动机是否已经失火，因为发动机可能表现出发动机曲轴的扭转振动。如果在这些发动机工况过程中未确定发动机失火，则发动机扭矩输出可能下降并且不期望的发动机排放可能增加。因此，期望提供一种在更宽范围的发动机工况下诊断存在或不存在发动机失火的方式。

发明内容

本文的发明人已经认识到上述问题并且已经开发了一种发动机操作方法，所述方法包括：当在第一操作区域中操作发动机时，响应于通过发动机曲轴位置指示的发动机失火，通过控制器调节发动机致动器；以及当在第二操作区域中操作所述发动机时，响应于通过联接到发动机压缩比调节连杆的传感器的输出结果指示的发动机失火，通过所述控制器调节所述发动机致动器。

通过响应于由发动机曲轴位置和联接到发动机压缩比调节连杆的传感器的输出结果指示的发动机失火而调节发动机致动器，可以确定在较大的发动机工作范围(例如，发动机转速和负载范围)内存在和不存在发动机失火。例如，当发动机曲轴扭转振动低时，通过将发动机位置转换成发动机转速并且对发动机转速求微分以确定发动机工况过程中的发动机加速度，可以确定发动机失火。此外，当曲轴扭转振动高时，通过在发动机工况过程中联接到发动机压缩比改变连杆的传感器的输出结果，可以确定发动机失火。在一些发动机工况期间，发动机压缩比改变连杆传感器输出可提供比发动机曲轴位置传感器更好的信噪比，并且在其他发动机工况期间，发动机曲轴位置传感器可提供比发动机压缩比改变连杆传感器输出更好的信噪比。

本说明书可提供若干优点。具体地，所述方法可以提供改进的发动机失火检测和缓解。此外，所述方法可以在一个发动机失火检测方法可能不太可靠的状况下暂停或改变用于确定发动机失火的方法。此外，如果发生发动机失火，所述方法可以改进发动机排放和扭矩产生。

单独通过以下具体实施方式或结合附图，本说明书的上述优点和其他优点以及特征将显而易见。

应理解，以上发明内容被提供用于以简化形式引入在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或基本特征，所述要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求进行唯一限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决以上或本公开中任何部分所提及的任何缺点的实现方式。

附图说明

通过单独或参考附图来阅读本文中称为具体实施方式的实施例的示例，将更充分地理解本文所述的优点，在附图中：

图1是发动机的示意图；

图2A和图2B示出处于两个位置的发动机压缩比改变连杆；

图3是示出根据图4的方法的示例性发动机操作序列的图；

图4是用于操作发动机的方法；并且

图5示出其中可检测到发动机失火的示例性发动机工作范围的图。

具体实施方式

本说明书涉及操作可变压缩比发动机以及确定存在或不存在发动机失火(例如，气缸中未进行燃烧，或者其中在气缸循环过程中，气缸中有小于阈值量(15％)的空气燃料混合物在燃烧)。发动机可以是图1所示的类型，或者它可以是柴油发动机。发动机可包括一个或多个气缸压缩比改变连杆，如图2A和图2B所示。可以根据图4的方法操作发动机，以提供图3所示的操作序列。可响应于发动机工况而调用发动机失火检测方法，如图5所示。

参见图1，包括多个气缸(图1示出所述气缸中一个气缸)的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制。发动机10包括气缸盖35和缸体33，所述缸体33包括燃烧室30和气缸壁32。活塞36定位在其中并且它通过与曲轴40的连接而利用杆117进行往复运动。飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动机96(例如，低压(以小于30伏特进行操作的)电机)包括小齿轮轴98和小齿轮传动装置95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮传动装置95以接合环形齿轮99。起动机96可以直接安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中，起动机96可以选择性地通过带或链条向曲轴40供应扭矩。在一个示例中，当起动机96未接合到发动机曲轴40时，起动机96处于基本状态。燃烧室30被示出为通过相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器57确定。可以通过气门启用装置59选择性地启用和停用进气门52。可以通过气门启用装置58选择性地启用和停用排气门54。气门启用装置58和59可以是机电式装置。

燃料喷射器66被示出为定位为将燃料直接喷射到气缸30中，这是本领域技术人员已知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的脉冲宽度成比例地递送液体燃料。燃料通过燃料系统(未示出)递送到燃料喷射器66，所述燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料轨(未示出)。在一个示例中，高压、两段式燃料系统可用于生成更高的燃料压力。

此外，进气歧管44被示出为与涡轮增压器压缩机162和发动机进气口42连通。在其他示例中，压缩机162可以是机械增压器压缩机。轴161将涡轮增压器涡轮机164机械地联接到涡轮增压器压缩机162。可选的电子节气门62调节节流板64的位置以控制从压缩机162到进气歧管44的空气流动。增压室45中的压力可被称为节气门入口压力，因为节气门62的入口位于增压室45内。节气门出口位于进气歧管44中。在一些示例中，节气门62和节流板64可定位在进气门52与进气歧管44之间，使得节气门62是道口节气门。压缩机再循环气门47可以选择性地调节到完全打开与完全关闭之间的多个位置。可以通过控制器12调节废气门163，以允许排气选择性地绕过涡轮机164以控制压缩机162的速度。空气滤清器43清洁进入发动机进气口42的空气。

响应于控制器12火花正时信号，无分电器点火系统88通过点火线圈89和火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用排气氧(UEGO)传感器126被示出为联接到催化转化器70上游的排气歧管48。可替代地，可以用双态排气氧传感器代替UEGO传感器126。

可以通过调节火花正时、通过燃料喷射器供应的燃料量、燃料正时、节流板位置、进气门和排气门正时、增压压力、火花能量和供应到发动机的空气量来调节发动机扭矩。因此，可以通过调节致动器的操作来调节发动机扭矩，所述致动器诸如点火线圈89、节气门62的位置、废气门163的位置、压缩机再循环气门47的位置、进气门启用装置59和排气门启用装置58。

在一个示例中，转化器70可包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以使用各自具有多个砖的多个排放控制装置。在一个示例中，转化器70可以是三元型催化剂。

控制器12在图1中示出为常规微计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106(例如，非暂态存储器)、随机存取存储器108、保活存储器110和常规数据总线。控制器12还示出为接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号(除了先前论述的那些信号之外)，包括：来自联接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(engine coolant temperature，ECT)；联接到加速踏板130以用于感测由人类脚部132施加的力的位置传感器134；联接到制动踏板150以用于感测由人类脚部132施加的力的位置传感器154；来自联接到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(engine manifoldpressure，MAP)的测量结果；来自感测曲轴40的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的进入发动机的空气质量的测量结果；以及来自传感器68的节气门位置的测量结果。还可以感测(传感器未示出)大气压力以供控制器12进行处理。在本说明书的一个优选方面，发动机位置传感器118针对曲轴的每次旋转产生预先确定数量的等距脉冲，从中可以确定发动机转速(revolutions per minute，RPM)。此外，控制器12可以与人/机接口91通信以指示诊断的状态并向车辆乘员提供反馈。

在操作期间，发动机10内的每个气缸通常经历四冲程循环：所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常，排气门54关闭并且进气门52打开。空气通过进气歧管44引入燃烧室30，并且活塞36移动到气缸的底部，以便增加燃烧室30内的体积。活塞36靠近气缸底部并且处于其冲程结束时(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(bottom dead center，BDC)。

在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向气缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于其冲程结束时并且最靠近气缸盖(例如，当燃烧室30处于其最小体积时)的点通常被本领域技术人员称为上止点(top dead center，TDC)。在下文称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室中。在下文称为点火的过程中，喷射的燃料由诸如火花塞92的已知点火装置点燃，从而导致燃烧。

在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到下止点(BDC)。曲轴40将活塞运动转化成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回到上止点(TDC)。应注意，以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，诸如以提供正或负气门重叠、迟进气门关闭或各种其他示例。

图2A和图2B示出改变发动机的压缩比的气缸压缩比改变连杆。图2A示出处于第一位置的压缩比改变连杆200，所述第一位置增加了气缸30的压缩比。图2B示出处于第二位置的压缩比改变连杆200，所述第二位置降低了气缸30的压缩比。控制器12可包括非暂态可执行指令，以用于在所示位置以及其他位置处操作气缸压缩比改变连杆，从而调节发动机的压缩比。

连接杆117被示出为通过连接销202机械地联接到上拉杆203。上拉杆203联接到曲柄销204，并且曲柄销204是曲轴40的一部分。曲柄轴颈218通过发动机缸体33支撑，并且曲柄销204从曲柄轴颈218偏移。上拉杆203通过连接销206机械地联接到下拉杆215。下拉杆215通过连接销208机械地联接到控制拉杆216。马达212通过连接销209机械地联接到控制拉杆216。马达212的轴210可选择性地顺时针或逆时针旋转以推进或回缩控制拉杆216。控制器12可选择性地向马达212供应电流，并且可通过电流传感器250c监测电流。供应到马达212以保持控制拉杆216的位置的电流可以指示施加到杆117的力，因为杆117机械地联接到控制拉杆216。因此，马达212可以应用为联接到控制拉杆216的力传感器。在一些示例中，应变计250b可机械地联接到下控制拉杆215，以确定施加到杆117的力。可替代地，应变计250a可机械地联接到控制拉杆216，以确定施加到杆117的力。

图2A示出通过逆时针旋转的马达轴210处于伸展状态的控制拉杆216，所述逆时针旋转的马达轴210引起上拉杆203旋转，从而改变杆117与上拉杆203之间的角度。图2B示出通过顺时针旋转的马达轴210处于缩回状态的控制拉杆216，所述顺时针旋转的马达轴210引起上拉杆203旋转，并改变杆117与上拉杆203之间的角度。图2A示出处于高压缩状态(例如，12:1的压缩比)的压缩比改变连杆200，并且图2B示出处于低压缩状态(例如，8:1的压缩比)的压缩比改变连杆200。

因此，图1至图2B的系统提供了一种车辆系统，其包括：发动机，其包括曲轴位置传感器、压缩比调节连杆和联接到压缩比调节连杆的传感器；致动器，其联接到发动机；以及控制器，其包括存储在非暂态存储器中的可执行指令，以用于当在低扭转振动发动机工作范围内操作发动机时，响应于曲轴位置而诊断发动机失火，以及当在高扭转振动发动机工作范围内操作发动机时，响应于施加到压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火。所述系统包括：其中响应于施加到压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火包括：响应于在气缸循环过程中发生在气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度范围内的施加到压缩比调节连杆的最大力来判断失火。所述系统还包括：当控制器调节发动机的压缩比时，不响应于施加到压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火。所述系统还包括附加指令，以用于响应于诊断发动机中的气缸失火(例如，确定存在发动机气缸失火)而调节致动器。所述系统包括：其中致动器是点火线圈。所述系统包括：其中致动器是燃料喷射器。

现参见图3，示出了显示预见性气缸失火检测序列的图。可以通过图1和图2的系统与图4的方法协作来提供图3的序列。图3的图是时间对准的并且它们同时发生。时间t0至t7处的竖直线表示序列中感兴趣的时间。控制器12可包括非暂态可执行指令，以用于在图3的描述中示出且论述的状况下操作发动机。

图3的第一个图是气缸压缩比对时间的图。竖直轴线表示气缸压缩比，并且气缸压缩比沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。曲线302表示气缸压缩比。

图3的第二个图是发动机负载对时间的图。竖直轴线表示发动机负载，并且发动机负载沿竖直轴线箭头的方向增加。迹线304表示发动机负载。发动机负载可表示为范围是从0到1的值，其中0表示无发动机负载，并且1表示满发动机负载。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。水平线322表示较低的第一发动机负载。水平线320表示较高的第二发动机负载阈值。当发动机负载大于水平线322的水平或小于水平线320的水平时，通过发动机位置和转速测量结果确定发动机失火。当发动机负载处于由水平线320与水平线322表示的发动机负载之间的某一负载处时，通过施加到发动机压缩比改变连杆的力来确定发动机失火。

图3的第三个图是气缸失火检测方法对时间的图。竖直轴线表示气缸失火检测方法，并且当迹线306处于靠近水平轴线的较低水平时，气缸失火检测方法是通过发动机曲轴加速度实现的。当迹线306处于靠近竖直轴线箭头的较高水平时，气缸失火检测方法通过发动机压缩比改变连杆检测发动机失火。迹线306表示气缸失火检测方法。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。

图3的第四个图是发动机失火指示对时间的图。竖直轴线表示发动机失火指示，并且当迹线308处于靠近竖直轴线箭头的较高水平时指示发动机失火。当迹线308处于靠近水平轴线的较低水平时，不指示发动机失火。迹线308表示发动机失火。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。如果指示了失火，则可以采取某些缓解操作。例如，可以提高发动机空燃比，可以调节(例如，延迟)火花正时，以及可以如第五个图所指示的那样增加火花能量的量。

图3的第五个图是供应到发动机气缸的火花能量对时间的图。竖直轴线表示火花能量，并且火花能量沿竖直轴线箭头的方向增加。火花能量在水平轴线的水平处为零。迹线310表示提供到发动机气缸的火花能量的量。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。

在时间t0处，发动机在高负载下操作(例如，燃烧空气和燃料)并且发动机压缩比处于较低水平。发动机失火检测是基于曲轴加速度并且未指示发动机失火。换句话说，根据发动机加速度确定存在或不存在发动机失火。供应到发动机气缸的火花能量处于较低水平。在时间t1处，发动机失火通过发动机加速度指示。响应于发动机加速度小于阈值量或水平，可指示发动机失火。响应于发动机失火的指示，提供到发动机气缸的火花能量的量(例如，焦耳)增加。发动机火花能量可增加到所有发动机气缸，或者发动机火花能量可仅增加到一个或多个发动机气缸，在所述发动机气缸中检测到失火。发动机负载处于高于阈值320的较高水平。因此，通过发动机曲轴加速度执行发动机失火检测。

在时间t2处，发动机负载减小到小于阈值320，因此气缸失火检测方法从基于曲轴加速度的发动机失火检测转变为基于发动机压缩比改变连杆的发动机失火检测。响应于驾驶员需求扭矩的减小(例如，加速踏板的部分释放)，可以减小发动机负载。供应到发动机气缸的火花能量的量保持在其先前的水平，并且未指示发动机失火。在时间t2与时间t3之间，发动机负载进一步减小，并且响应于发动机工况的变化，供应到发动机气缸的火花能量的量减小。未指示发动机失火且发动机压缩比保持在较低水平。

在时间t3处，通过基于发动机压缩比改变连杆检测发动机失火来指示发动机失火。在于图4的方法的描述中更详细地描述的一个示例中，响应于供应来将发动机压缩比改变连杆保持在提供具体发动机压缩比的具体位置的马达电流，可检测到发动机失火。如果针对气缸循环供应到马达212的电流在气缸的上止点压缩冲程处是最大的，那么可以判断气缸已经失火，因为最高的马达电流接近气缸的上止点压缩冲程指示在气缸循环过程中气缸中的最大压力是由于气缸中的气体压缩造成的，而不是由于气缸中的燃烧造成的，相较于压缩，所述燃烧可能会显著地增加更多的气缸中的压力。换句话说，如果通过在气缸的活塞处于气缸的压缩冲程的上止点的预定曲轴角度范围内(例如，在±2曲轴度内)时供应到马达212的电流测量的力大于通过供应到马达以将发动机压缩比改变连杆位置保持在气缸循环的其他曲轴角度处的电流测量的力，那么可以判断气缸已经失火。响应于发动机失火的指示，提供到发动机气缸的火花能量增加。通过增加提供到发动机气缸的火花能量的量，可以改进发动机对稀薄的空气燃料混合物的容许度，从而使得可以降低发动机失火的可能性。发动机负载保持在第一阈值322与第二阈值320之间。发动机压缩比保持在较低水平。

在时间t4处，通过车辆驾驶员部分地释放加速踏板(未示出)进一步减小发动机负载。响应于减小的发动机负载而增加气缸压缩比，从而使得可以提高发动机效率。发动机失火检测模式改变以通过发动机曲轴加速度来检测发动机失火。当发动机压缩比改变时，不通过发动机压缩比改变连杆检测发动机失火，因为改变发动机压缩比可能使得通过发动机压缩比改变连杆进行的发动机失火评估不太可靠。在时间t4处与时间t5处之间，未检测到发动机失火并且响应于发动机工况的变化而减小发动机火花能量。

在时间t5处，发动机压缩比稳定在中间水平，并且气缸失火检测方法转变回通过发动机压缩比改变连杆来检测发动机失火，因为发动机压缩比没有改变并且因为发动机负载大于第一阈值322。在时间t5处与时间t6处之间，未检测到发动机失火并且供应到发动机气缸的火花能量保持在中间水平。发动机保持这些状况直到时间t6，此时响应于车辆驾驶员部分地释放加速踏板，发动机负载再次减小。响应于发动机压缩比改变，气缸失火检测方法转变为通过发动机曲轴加速度来进行发动机失火检测。响应于发动机处于较低负载，发动机压缩比开始改变。在时间t6处与时间t7处之间，未检测到发动机失火并且供应到发动机气缸的火花能量保持在中间水平。

在时间t7处，响应于发动机负载小于阈值322，气缸失火检测方法保持为发动机曲轴加速度方法。发动机保持处于低负载并且未检测到发动机失火。发动机火花能量保持在中等水平。

以这种方式，可以响应于曲轴扭转振动可能大于期望的发动机工作区域来改变用于检测发动机失火的方法。此外，响应于改变发动机压缩比，可以改变或转变发动机失火检测方法，从而使得可以降低错误失火检测的可能性。

现参见图4，示出用于操作发动机的流程图。图4的方法的至少一部分可以结合为存储在图1和图2所示系统的非暂态存储器中的可执行指令。另外，图4的方法的部分可以在物理世界中作为由控制器执行来变换一个或多个装置的操作状态的操作或动作而发生。本文描述的一些控制参数可以通过接收来自本文描述的传感器和致动器的输入来确定。图4的方法还可以提供图3所示的操作序列。此外，发动机可以在方法400中提及的状况下进行操作。发动机控制器还可以包括存储在非暂态存储器中以用于在方法400中提及的状况下操作发动机的可执行指令。

在402处，方法400确定发动机工况。发动机工况可包括发动机转速发动机负载、发动机加速率、发动机位置、环境温度、发动机温度、施加到发动机压缩改变连杆的力和驾驶员需求扭矩。可以通过发动机位置传感器确定发动机位置，并且可以通过发动机位置确定发动机转速。例如，通过将发动机从第一发动机位置行进到第二发动机位置的角距离除以使发动机从第一发动机位置旋转到第二发动机位置所花费的时间量，可确定发动机转速。可以通过对发动机转速求微分来确定发动机加速率。通过将当前发动机气流量除以理论上最大的发动机空气量，可确定发动机负载。通过将应变计输出结果或马达电流通过函数或查找表转换为力值，施加到发动机压缩比改变连杆的力可以通过应变计传感器输出结果或通过马达电流来确定。可以通过接收来自各种发动机传感器的数据来确定其他发动机工况。方法400前进至404。

在404处，方法400判断发动机压缩比变化是否正在进行中。如关于图2A和图2B所论述的，可以通过旋转马达212以及调节发动机压缩比改变连杆的位置来执行发动机压缩比改变。如果控制器12命令马达212改变控制拉杆216的位置，则方法400可以判断发动机压缩比改变正在进行中。可替代地，如果马达212正在旋转，则方法400可以判断发动机压缩比改变正在进行中。如果方法400判断发动机压缩比改变正在进行中，则回答为是并且方法400前进至430。否则，回答为否，并且方法400前进至406。

在430处，方法400忽略和/或放弃发动机气缸压缩比改变连杆力数据。发动机气缸压缩比改变连杆力数据可以通过机械地联接到发动机气缸压缩比改变连杆的应变计提供，或者它可以是供应到马达212以保持发动机气缸压缩比改变连杆的位置的电流量。如果通过应变计提供数据，则应变计的输出结果可以转换为力。所述力可以指示在具有能够通过发动机气缸压缩比改变连杆调节的压缩比的气缸的循环过程中的发动机气缸中的压力。应变计输出结果可以输入到函数，并且所述函数输出与施加到气缸的活塞的力成比例或相等的力，所述气缸具有可通过发动机气缸压缩比改变连杆调节的压缩比。可以以经验确定函数中的值并将其存储在控制器存储器中。

另一方面，马达212的位置可以闭环控制到期望的位置，所述位置提供发动机气缸的期望的压缩比。可以连续地调节供应到马达212的电流，以保持期望的压缩比，无论期望的压缩比是恒定的还是变化的值。供应来保持发动机气缸压缩比改变连杆的位置的电流可以指示施加到气缸的活塞的力，所述气缸具有可通过发动机气缸压缩比改变连杆调节的压缩比。供应到马达212以保持发动机气缸压缩比改变连杆的位置的电流可以通过具有包括马达电流和发动机气缸压缩比改变连杆位置的输入结果的函数转换成施加到气缸的活塞的力。所述函数输出力值，并且所述力值可以指示气缸压力。气缸压力可以指示在气缸循环过程中气缸中是否发生失火。然而，由于发动机压缩比改变连杆正在移动到不同的位置，因此从与发动机压缩比改变连杆电连通或机械连通的传感器输出的数据可能不太可靠。这样，可以忽略和/或放弃发动机压缩比改变连杆传感器数据。方法400前进至432。

在432处，方法400监测发动机曲轴加速度。方法400监测发动机曲轴加速度并根据发动机曲轴加速度判断存在或不存在气缸失火。

可以在整个发动机循环(例如，四冲程发动机的两转)中确定发动机曲轴加速度，或者可替代地，方法400可以仅在预定的发动机曲轴角度区域之间确定发动机曲轴加速度。例如，对于第一气缸，方法400可以监测曲轴角度区域中的发动机曲轴加速度，所述曲轴角度区域从第一气缸的上止点压缩冲程之前的10度延伸到第一气缸的上止点压缩冲程之后的90曲轴度。方法400还可在发动机的其他气缸(例如，气缸2至气缸4)的类似曲轴角度区域之间监测发动机加速度。方法400可通过对发动机转速求微分来确定发动机加速度。方法400将发动机加速度数据存储到控制器存储器并进行至434。

在434处，方法400判断对应于具体发动机气缸的预定曲轴角度区域内的发动机加速度是否小于阈值发动机加速度。如果情况是这样，则回答为是，并且方法400前进至440。否则，回答为否，并且方法400前进至436。

具体发动机气缸的预定曲轴角度区域之间的小于阈值发动机加速度的发动机加速度可指示发动机气缸的失火。例如，如果从第一气缸的上止点压缩冲程之前的10度延伸到第一气缸的上止点压缩冲程之后的90曲轴度的曲轴角度区域中的发动机加速度小于X曲轴度每二次方秒，那么第一气缸可能存在失火。大于X曲轴度每二次方秒的发动机角加速度可指示发动机气缸中不存在失火。可以以经验确定阈值发动机加速度值并将其存储在控制器存储器中。在一个示例中，阈值发动机加速度值可以通过在测力计上操作发动机并且确定在不存在失火时以及在一个或多个发动机气缸失火时的发动机加速度值的差来确定。

在436处，方法400清除控制器存储器中的气缸失火的指示。在一个示例中，控制器存储器的比特或字可以储存一个值，所述值指示在先前的发动机循环过程中是否检测到具体发动机气缸失火。方法400清除存储器位置的值，使得在气缸的循环过程中未检测到气缸失火之后不再指示具体发动机气缸的失火。如果在每个发动机气缸中都未检测到失火，则可以清除存储每个气缸的气缸失火状态的变量。方法400前进至416。

在440处，方法400记录到存储器并报告其中在发动机气缸的预定曲轴角度区域之间发动机加速度小于阈值发动机加速度的气缸的发动机失火。可以向人/机接口(例如，显示面板、灯或其他人/机接口)报告发动机失火，以向车辆乘员提供发动机失火的指示。此外，发动机失火的指示可存储在存储器中以提供发动机失火的历史记录。方法400前进至442。

在442处，方法400响应于发动机失火而调节发动机操作。方法400响应于发动机失火而调节一个或多个致动器。在一个示例中，方法400通过增加停留时间来增加火花能量，在所述停留时间，电压被供应到点火线圈以增加通过火花提供到指示失火的发动机气缸的能量的量。通过增加施加到点火线圈的电压的停留(例如，持续)时间，存储在点火线圈中的电荷增加并且存储在点火线圈中的增加的电荷被递送到气缸以点燃气缸中的空气燃料混合物。附加的火花能量可改进发动机对稀薄的燃烧的容许度。此外，方法400可响应于失火的指示而增加供应到发动机的燃料量，尤其是在发动机空燃比通过发动机的氧传感器指示为稀薄时。方法400在响应于发动机失火调节发动机致动器之后前进至416。

在406处，方法400判断发动机是否在预定的发动机工作范围内操作。在一个示例中，方法400可以判断发动机负载是否大于第一发动机负载且小于第二发动机负载。此外，在一些示例中，方法400可以判断发动机转速是否大于第一发动机转速且小于第二发动机转速。在一个示例中，预定的发动机工作范围可以如图5所示。然而，预定的发动机工作范围可包括与图5所示的操作区域不同的操作区域。此外，可存在包括在预定发动机工作范围内的多个发动机操作区域。方法400可以通过接收来自发动机位置和气流传感器的输入来判断发动机是否在预定的工作范围内。如果方法400判断发动机在预定的工作范围内操作，则回答为是并且方法400前进至408。否则，回答为否，并且方法400前进至432。

在408处，方法400通过供应到马达212的电流或机械联接到发动机压缩比改变连杆的传感器监测施加到发动机压缩比改变连杆的力。在一个示例中，方法400监测供应到马达212的电流以保持发动机压缩比改变连杆的位置。供应到马达的电流量通过以经验确定的函数转换为施加到活塞的力，所述函数通过马达电流和发动机压缩比改变连杆位置来进行参考。如果通过应变计确定施加到发动机压缩比改变连杆的力，则通过应变计输出结果和发动机压缩比改变连杆位置参考的函数输出施加到活塞的力，所述活塞具有能够通过发动机压缩比改变连杆调节的压缩比。施加到气缸活塞的力可以是在活塞的预定的曲轴角度范围内施加到气缸活塞的力。例如，如果确定施加到第一气缸的活塞的力，则可以针对在第一气缸的上止点压缩冲程之前的十曲轴度至上止点第一气缸压缩冲程之后的90度之间的曲轴角度区域确定施加到第一气缸的活塞的力。应注意，本文描述的曲轴角度区域在本质上仅是示例性的，并且不应被视为对本公开进行限制。方法400前进至410。

在410处，方法400判断在被监测的气缸的预定曲轴角度区域内施加到发动机压缩比改变连杆的最大力(其是施加到气缸活塞的最大力的函数)是否在被监测的气缸的上止点(TDC)压缩冲程的预定曲轴角度范围内。如果情况是这样，则回答为是，并且方法400前进至412。否则，回答为否，并且方法400前进至436。

如果在被监测的气缸内发生失火，则在气缸循环过程中气缸中的压力可能在接近气缸的上止点压缩冲程时是最大的，因为在气缸循环过程中可能不存在由于燃烧而造成的气缸中的压力。由于发动机压缩比改变连杆机械地联接到气缸的活塞，因此气缸中的压力施加在活塞上的力可以传递到发动机压缩比改变连杆。因此，当在气缸的循环过程中发生气缸失火时，在气缸的循环过程中气缸中的最大压力可以处于气缸的上止点压缩冲程的±2曲轴度或在其之内。气缸的上止点压缩冲程处的实际气缸压力可以是在气缸循环过程中进入气缸的气流的函数。然而，如果在发动机气缸内发生燃烧，则最大压力可在气缸的上止点压缩冲程之后(例如，气缸的上止点压缩冲程之后的15曲轴度)施加在活塞上。因此，如果峰值气缸压力和在气缸循环过程中施加到发动机压缩改变连杆的最大力处于接近气缸的上止点压缩冲程，则可确定在气缸循环过程中已经发生气缸失火。另一方面，如果最大气缸压力和/或施加到发动机压缩比改变连杆的最大力不处于气缸的上止点压缩冲程，则可以确定气缸中没有发生失火。换句话说，如果在气缸循环过程中在气缸的上止点压缩冲程处施加到发动机压缩比改变连杆的力大于在气缸循环过程中在除了气缸的上止点压缩冲程之外的曲轴角度(例如，与气缸的上止点压缩冲程成大于±2曲轴度的曲轴角度)处施加到发动机压缩比改变连杆的力，则可以判断在气缸循环过程中已经发生气缸失火。然而，如果在气缸循环过程中在气缸的上止点压缩冲程处施加到发动机压缩比改变连杆的力小于在气缸循环过程中在除了气缸的上止点压缩冲程之外的曲轴角度处施加到发动机压缩比改变连杆的力，则可以判断在气缸循环过程中尚未发生气缸失火。

在412处，方法400报告气缸失火。可以通过人/机接口向车辆乘员报告气缸失火。此外，可以通过改变存储在控制器存储器中的变量的值来报告气缸失火。失火指示可以被传送到远程计算机，或者它可以存储在车辆历史文件中的控制器存储器中。方法400前进至414。

在414处，方法400响应于发动机失火而调节发动机操作。方法400响应于发动机失火而调节一个或多个致动器。在一个示例中，方法400通过增加停留时间来增加火花能量，在所述停留时间，电压被供应到点火线圈以增加通过火花提供到指示失火的发动机气缸的能量的量。通过增加施加到点火线圈的电压的停留(例如，持续)时间，存储在点火线圈中的电荷增加并且存储在点火线圈中的增加的电荷被递送到气缸以点燃气缸中的空气燃料混合物。附加的火花能量可改进发动机对稀薄的燃烧的容许度。此外，方法400可响应于失火的指示而增加供应到发动机的燃料量，尤其是在发动机空燃比通过发动机的氧传感器指示为稀薄时。方法400在响应于发动机失火调节发动机致动器之后前进至416。

在416处，方法400根据施加到发动机压缩比改变连杆的力来估计发动机扭矩。如前所述，发动机压缩比改变连杆机械地联接到一个或多个发动机活塞。因此，施加到发动机压缩比改变连杆的力可以指示发动机循环过程中的发动机扭矩。发动机压缩比改变连杆可以通过供应到马达的电流保持在适当位置，并且供应到马达的电流可以指示施加到发动机压缩比改变连杆的力，因为连杆机械地联接到一个或多个发动机活塞，并且将连杆保持在适当位置的电流可以与通过活塞施加到连杆的力成比例。施加到活塞的力可以指示发动机扭矩产生。可替代地，联接到发动机压缩比改变连杆的应变计的输出结果可以指示发动机扭矩，因为施加到发动机压缩比改变连杆的力可以指示气缸压力和发动机扭矩。因此，可以将马达电流或应变计输出结果转换成估计后的发动机扭矩。例如，可以将马达扭矩和发动机压缩比改变连杆位置输入到输出对发动机扭矩的估计的函数。对发动机扭矩的估计可以通过在测力计上操作发动机以及监测发动机压缩比改变马达电流、发动机压缩比改变连杆位置和发动机扭矩来以经验确定。可替代地，发动机压缩比改变连杆应变计输出结果和发动机压缩比改变连杆位置可以输入到输出对发动机扭矩的估计的函数。对发动机扭矩的估计可以通过在测力计上操作发动机以及监测发动机压缩比改变连杆应变计输出结果、发动机压缩比改变连杆位置和发动机扭矩来以经验确定。扭矩估计值可以是用于提供发动机扭矩的闭环控制的基础。方法400前进以退出。

以这种方式，方法400可以判断存在或不存在发动机失火。发动机失火可以在一些状况期间通过发动机曲轴加速度确定，并且在其他状况期间通过发动机压缩比连杆确定。来自发动机压缩比连杆的传感器信号可以在一些发动机工况期间(诸如当可能存在发动机扭转振动时)提供发动机失火检测的改进的基础。

因此，图4的方法提供了一种发动机操作方法，其包括：当在第一操作区域中操作发动机时，响应于通过发动机曲轴位置指示的发动机失火，通过控制器调节发动机致动器；以及当在第二操作区域中操作所述发动机时，响应于通过联接到发动机压缩比调节连杆的传感器的输出结果指示的发动机失火，通过所述控制器调节所述发动机致动器。所述方法包括其中所述发动机在所述第一操作区域中和所述第二操作区域中进行操作。所述方法还包括：响应于通过所述传感器测量的力在气缸循环过程中在气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内是所述气缸循环过程中最大的，确定所述发动机失火，并且其中所述预定的曲轴角度根据发动机压缩比进行变化。所述方法包括：其中所述第一操作区域包括小于第一阈值发动机负载的发动机负载。所述方法包括：其中所述第一操作区域包括大于第二阈值的发动机负载。所述方法还包括：通过所述发动机压缩比调节连杆调节发动机的压缩比，并且在调节所述发动机的所述压缩比时，忽略用于确定发动机失火的目的的所述传感器的输出结果。所述方法包括其中所述发动机致动器是点火线圈，并且所述方法还包括：响应于通过发动机曲轴位置指示的发动机失火以及通过所述传感器的所述输出结果指示的发动机失火，调节通过所述点火线圈提供的火花能量。

图4的所述方法还提供了一种发动机操作方法，其包括：通过响应于控制器的输出结果而调节控制拉杆的位置来调节气缸的压缩比；接收来自沿所述控制拉杆定位到所述控制器的传感器的输入；以及当所述控制器未调节所述压缩比时，响应于通过所述传感器的输出结果确定的发动机失火而调节发动机致动器，并且当所述控制器调节所述压缩比时，不响应于所述传感器的输出结果而调节所述发动机致动器。换句话说，仅当发动机的压缩比未被调节时，可以通过传感器确定发动机失火。同样，仅当发动机压缩比未改变时，可以通过调节发动机压缩比改变连杆的供应到马达的电流来确定发动机失火。所述方法包括其中所述传感器是应变计，并且其中所述控制拉杆从马达延伸到发动机活塞。所述方法还包括：响应于所述传感器的输出结果调节所述发动机致动器，所述传感器的所述输出结果在预定的曲轴角度范围内确定。所述方法包括其中所述发动机致动器是点火线圈。所述方法还包括通过增加所述点火线圈的停留时间来增加火花能量。所述方法还包括通过确定其中施加到所述控制拉杆的力最大的气缸循环过程中的曲轴角度来确定存在或不存在发动机失火。所述方法还包括响应于所述曲轴角度在所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度范围内确定存在失火。所述方法包括：其中当所述控制器调节所述压缩比时，所述控制器忽略关于发动机失火的所述传感器的输出结果。

现参见图5，示出用于应用用于检测发动机失火的不同方法的示例性发动机工作范围。图5所示的发动机工作范围可以应用于图4的方法中。

图5示出发动机转速对发动机负载的图。竖直轴线表示发动机负载，并且发动机负载沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示发动机转速，并且发动机转速从图的左侧向图的右侧增加。非阴影区域或区502是其中发动机曲轴加速度是判断存在或不存在发动机失火的基础的发动机操作区域。施加到发动机压缩比调节连杆的力不是判断区域502中存在或不存在发动机失火的基础。阴影区域或区504是其中施加到发动机压缩比调节连杆的力可以是判断存在或不存在发动机失火的基础的发动机操作区域。当发动机正在此区中操作时，发动机曲轴加速度不是判断区域502中存在或不存在发动机失火的基础，除非发动机压缩比正在改变。

第一发动机转速阈值522是较低的发动机转速，在低于所述较低的发动机转速时，不使用可施加到发动机压缩比改变连杆的力来确定发动机失火。第二发动机转速阈值524是较高的发动机转速，在高于所述较高的发动机转速时，不使用可施加到发动机压缩比改变连杆的力来确定发动机失火。第一发动机负载(例如，发动机气流除以最大的理论上最大发动机气流)阈值512是较低的发动机负载，在低于所述较低的发动机负载时，不使用可施加到发动机压缩比改变连杆的力来确定发动机失火。第二发动机负载阈值510是较高的发动机负载，在高于所述较高的发动机负载时，不使用可施加到发动机压缩比改变连杆的力来确定发动机失火。

在其他示例中，可以提供两个或更多个区域，其中施加到发动机压缩比改变连杆的力是判断存在或不存在发动机失火的基础。此外，发动机操作区域的形状不必是矩形的。而是，区域可以是圆形的、椭圆形的、三角形的或自由形式的。发动机操作区域可以基于各种发动机转速和负载处的扭转曲轴振动水平。

应注意，本文包括的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂态存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文所述的特定程序可以表示任何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。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以在所示的序列中并行执行或在一些情况下被省略。同样地，处理顺序不一定是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。可以根据所使用的具体策略重复执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能中的至少一部分可以图形地表示有待编程到控制系统中的计算机可读存储介质的非暂态存储器中的代码。当通过在包括各种发动机硬件部件结合一个或多个控制器的系统中执行指令来实施所描述的动作时，控制动作还可以变换物理世界中的一个或多个传感器或致动器的操作状态。

在此结束本说明书。在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，本领域技术人员对其的阅读将能够想到许多改变和修改。例如，在天然气、汽油、柴油或替代性燃料配置中操作的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可使用本说明书来获益。

根据本发明，一种发动机操作方法包括：当在第一操作区域中操作发动机时，响应于通过发动机曲轴位置指示的发动机失火，通过控制器调节发动机致动器；以及当在第二操作区域中操作所述发动机时，响应于通过联接到发动机压缩比调节连杆的传感器的输出结果指示的发动机失火，通过所述控制器调节所述发动机致动器。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于：响应于通过所述传感器测量的力在气缸循环过程中在气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内是所述气缸循环过程中最大的，确定所述发动机失火，并且其中所述预定的曲轴角度根据发动机压缩比进行变化。

根据一个实施例，所述第一操作区域包括小于第一阈值发动机负载的发动机负载；并且所述实施例还包括：在所述第一操作区域中操作所述发动机；以及在所述第二操作区域中操作所述发动机。

根据一个实施例，所述第一操作区域包括大于第二阈值的发动机负载。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于：通过所述发动机压缩比调节连杆调节发动机的压缩比，并且在调节所述发动机的所述压缩比时，忽略用于确定发动机失火的目的的所述传感器的输出结果。

根据一个实施例，所述发动机致动器是点火线圈，并且所述方法还包括：响应于通过发动机曲轴位置指示的发动机失火以及通过所述传感器的所述输出结果指示的发动机失火，调节通过所述点火线圈提供的火花能量。

根据本发明，一种发动机操作方法包括：通过响应于控制器的输出结果而调节控制拉杆的位置来调节气缸的压缩比；接收来自沿所述控制拉杆定位到所述控制器的传感器的输入；以及当所述控制器未调节所述压缩比时，响应于通过所述传感器的输出结果确定的发动机失火而调节发动机致动器，并且当所述控制器调节所述压缩比时，不响应于所述传感器的输出结果而调节所述发动机致动器。

根据一个实施例，所述传感器是应变计，并且其中所述控制拉杆从马达延伸到发动机活塞。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于：响应于所述传感器的输出结果调节所述发动机致动器，所述传感器的所述输出结果在预定的曲轴角度范围内。

根据一个实施例，所述发动机致动器是点火线圈。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于：通过增加所述点火线圈的停留时间来增加火花能量。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于：通过确定其中施加到所述控制拉杆的力最大的气缸循环过程中的曲轴角度来确定存在或不存在发动机失火。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于：响应于所述曲轴角度在所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度范围内确定存在失火。

根据一个实施例，当所述控制器调节所述压缩比时，所述控制器忽略关于发动机失火的所述传感器的输出结果。

根据本发明，提供了一种车辆系统，其具有：发动机，其包括曲轴位置传感器、压缩比调节连杆和联接到压缩比调节连杆的传感器；致动器，其联接到发动机；以及控制器，其包括存储在非暂态存储器中的可执行指令，以用于当在低扭转振动发动机工作范围内操作发动机时，响应于曲轴位置而诊断发动机失火，以及当在高扭转振动发动机工作范围内操作发动机时，响应于施加到压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火。

根据一个实施例，响应于施加到压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火包括：响应于在气缸循环过程中发生在气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度范围内的施加到压缩比调节连杆的最大力来判断失火。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于：当控制器调节发动机的压缩比时，不响应于施加到压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火。

根据一个实施例，以上发明的进一步特征在于附加指令，其用于响应于诊断所述发动机中的气缸失火而调节所述致动器。根据一个实施例，所述致动器是点火线圈。根据一个实施例，所述致动器是燃料喷射器。

Claims (15)

1.一种发动机操作方法，其包括：

当在第一操作区域中操作发动机时，响应于通过发动机曲轴位置指示的发动机失火，通过控制器调节发动机致动器；以及

当在第二操作区域中操作所述发动机时，响应于通过联接到发动机压缩比调节连杆的传感器的输出结果指示的发动机失火，通过所述控制器调节所述发动机致动器。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：响应于通过所述传感器测量的力在气缸循环过程中在气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内是所述气缸循环过程中最大的，确定所述发动机失火，并且其中所述预定的曲轴角度根据发动机压缩比进行变化。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一操作区域包括小于第一阈值发动机负载的发动机负载，并且所述方法还包括：

在所述第一操作区域中操作所述发动机；以及

在所述第二操作区域中操作所述发动机。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一操作区域包括大于第二阈值的发动机负载。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括：通过所述发动机压缩比调节连杆调节发动机的压缩比，并且在调节所述发动机的所述压缩比时，忽略用于确定发动机失火的目的的所述传感器的输出结果。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机致动器是点火线圈，并且所述方法还包括：

响应于通过发动机曲轴位置指示的发动机失火以及通过所述传感器的所述输出结果指示的发动机失火，调节通过所述点火线圈提供的火花能量。

7.如权利要求1所述的方法，其还包括：

通过响应于控制器的输出结果而调节控制拉杆的位置来调节气缸的压缩比；

接收来自所述传感器的输入；以及

当所述控制器未调节所述压缩比时，响应于通过所述传感器的输出结果确定的发动机失火而调节发动机致动器，并且当所述控制器调节所述压缩比时，不响应于所述传感器的输出结果而调节所述发动机致动器。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述传感器是应变计，并且其中所述控制拉杆从马达延伸到发动机活塞。

9.如权利要求7所述的方法，其还包括：响应于所述传感器的输出结果调节所述发动机致动器，所述传感器的所述输出结果在预定的曲轴角度范围内。

10.一种车辆系统，其包括：

发动机，其包括曲轴位置传感器、压缩比调节连杆和联接到所述压缩比调节连杆的传感器；

致动器，其联接到所述发动机；以及

控制器，其包括存储在非暂态存储器中的可执行指令，以用于当在低扭转振动发动机工作范围内操作所述发动机时，响应于曲轴位置而诊断发动机失火，以及当在高扭转振动发动机工作范围内操作所述发动机时，响应于施加到所述压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火。

11.如权利要求10所述的系统，其中响应于施加到所述压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火包括：响应于在气缸循环过程中发生在所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度范围内的施加到所述压缩比调节连杆的最大力来判断失火。

12.如权利要求10所述的系统，其还包括：当所述控制器调节所述发动机的压缩比时，不响应于施加到所述压缩比调节连杆的力而诊断发动机失火。

13.如权利要求10所述的系统，其还包括附加指令，以用于响应于诊断所述发动机中的气缸失火而调节所述致动器。

14.如权利要求10所述的系统，其中所述致动器是点火线圈。

15.如权利要求10所述的系统，其中所述致动器是燃料喷射器。