CN113454332A - 用于内燃机的超级爆震减轻方法 - Google Patents

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K·J·摩尔甘蒂
G·T·卡尔加特吉
R·W·迪布尔
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Abstract

公开一种操作内燃机的方法，包括：将燃料喷射到燃烧室中以形成空气燃料混合物，其中所述燃烧室包括汽缸盖、汽缸侧壁以及在所述汽缸侧壁内往复运动的活塞，其中所述方法在所述活塞的检测的进气或压缩冲程期间检测空气燃料混合物的提前点火，确定超级爆震条件可能发生，以及通过在所述检测的压缩冲程内部署超级爆震对策来减轻超级爆震条件的形成。

Description

用于内燃机的超级爆震减轻方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年2月20日提交的美国申请序列号16/280,518的优先权，其全部公开内容在此引入作为参考。
技术领域
本公开涉及内燃机，并且更具体地涉及具有超级爆震减轻控制的内燃机。
背景技术
强制进气内燃机包括增压机或涡轮增压器，其对进气歧管加压以增加在进气冲程期间进入燃烧室的空气的质量。在某些操作条件下，此类发动机易于产生超级爆震，超级爆震是燃烧室中的空气燃料混合物提前点火的条件，其导致可能损坏发动机部件的高汽缸压力。
发明内容
因此，可能需要包括超级爆震减轻控制的内燃机。如本文所公开的，内燃机可以包括超级爆震减轻控制，所述超级爆震减轻控制检测何时发生超级爆震条件，并且部署超级爆震对策以减少或消除在检测的进气或压缩冲程中超级爆震条件的形成。内燃机的发动机控制模块可以感测导致超级爆震的条件的存在，例如，空气燃料混合物的提前点火、燃烧室中的加速压力升高，或在火花塞放电之前发动机曲轴的转速异常降低。通过这些状况的早期检测，可以在压缩冲程内部署对策以减轻或消除在检测的压缩冲程期间超级爆震条件的形成。
此类超级爆震对策的实例可以包括：将附加燃料喷射到燃烧室中，将火花塞放电提前以更早地燃烧空气燃料混合物，提早通过排气阀排放未燃烧或部分燃烧的空气燃料混合物，或它们的组合。通过部署此类对策，可以避免或最小化包括与损坏发动机部件相关联的高压的超级爆震条件，从而保护发动机部件。
根据一个或多个实施例，一种操作内燃机的方法，包括：将燃料喷射到燃烧室中以形成空气燃料混合物，所述燃烧室包含汽缸盖、汽缸侧壁以及在所述汽缸侧壁内往复运动的活塞。所述方法进一步包括：在所述活塞的进气或压缩冲程期间检测所述空气燃料混合物的提前点火；确定所述内燃机在可能发生超级爆震条件的条件下操作；以及通过在检测的压缩冲程内部署超级爆震对策来减轻超级爆震条件的形成。
根据一个或多个附加实施例，一种内燃机包括：发动机汽缸，其包含汽缸盖和汽缸侧壁；活塞，其在所述发动机汽缸内往复运动，其中所述活塞、所述汽缸盖和所述汽缸侧壁至少部分地限定燃烧室；以及离子传感器，其定位成对所述燃烧室内的条件进行采样。内燃机还包括与离子传感器电子通信的发动机控制模块，其中发动机控制模块包括处理器和存储计算机可读指令集的存储器。当由处理器执行时，所述发动机控制模块评估在检测的压缩冲程中处于何种曲柄转角的离子传感器感测到燃烧室中的离子电流，并且当在火花塞被放电之前检测到离子电流时在检测的压缩冲程内部署超级爆震对策。
本公开所公开的技术的附加特征和优点将在以下具体实施方式中阐述，并且将部分由所属领域的技术人员从所述描述而容易地了解或通过实践如包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图的本公开所描述的技术而认识到。
附图说明
当结合以下图式阅读时，可最好地理解以下对本公开的具体实施例的详细描述，其中相似的结构用相似的附图标记指示，且其中：
图1示意性地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的内燃机的发动机汽缸的一部分的截面图；
图2示意性地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的内燃机的汽缸的一部分的局部截面图；
图3示意性地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的用于检测AC或DC离子电流的交流AC带通滤波器电路；以及
图4示意性地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的内燃机的汽缸的一部分的局部截面图。
现在将更详细地参考各个实施例，其中的一些实施例在附图中说明。在任何可能的情况下，将贯穿附图使用相同附图标记来指代相同或类似的部分。
具体实施方式
本文描述了具有超级爆震减轻控制的内燃机及其操作方法的一个或多个实施例。内燃机能够在活塞的进气冲程或压缩冲程期间检测空气燃料混合物的提前点火。所述发动机还可以包括发动机控制模块，所述发动机控制模块确定发生超级爆震条件的可能性，并且当在具有发生超级爆震条件的高可能性的条件下检测到空气燃料混合物的提前点火时，所述发动机控制模块可在检测到的进气或压缩冲程内部署超级爆震对策以中断超级爆震条件的形成。
如本文所描述，火花点火式内燃机中的超级爆震条件是指通过提前点火开始燃烧的燃烧室中空气燃料混合物的不规则燃烧的发生。“提前点火”表示在火花正时之前由不同于火花的“热点”触发的燃料空气混合物的燃烧。然而，根据提前点火正时和燃烧室内的提前点火位置，提前点火可能导致随后的不同燃烧现象，包括非爆震燃烧。超级爆震通常发生在低速和高负荷发动机操作条件下。当评估发动机循环到循环时，超级爆震条件似乎偶尔会发生，并且因此对是否将发生超级爆震条件的准确预测可能不是仅与发动机操作条件直接相关。确定存在此类发动机操作条件可以有助于确定超级爆震条件的可能性。
超级爆震与常规发动机爆震不同，常规发动机爆震是由于在火花塞引发的火焰传播消耗燃烧室中的尾气之前空气燃料混合物的尾气的自动点火造成的。
参考图1，描绘了内燃机100的一部分的示意图。具体地，图1描绘了内燃机100的单个发动机汽缸110。然而，如本领域技术人员所理解，内燃机100可以包含多个发动机汽缸，诸如发动机汽缸110，其可以沿着一个或多个曲柄轴(例如图1中所描绘的曲柄轴180)的长度布置成多种配置。
内燃机100可包含至少发动机汽缸110、进气端口171、排气端口173和活塞120。进气端口171由进气阀172调节，所述进气阀172定位成选择性地打开和关闭通过进气歧管140连接到发动机汽缸110的进气端口171。类似地，排气端口173由排气阀174调节，所述排气阀174定位成选择性地打开和关闭将发动机汽缸110连接到排气歧管150的排气端口173。
由发动机汽缸110在顶部和侧面上以及由活塞120在底部上限定的容积被称为燃烧室122。进气端口171和排气端口173允许空气、空气燃料混合物和/或燃烧产物在整个发动机循环的不同时间进入和离开燃烧室122。火花塞118包括定位在燃烧室122处的电极，以提供定时的电爆燃的燃烧启动。在一些实施例中，火花塞118可以定位在燃烧室122的中心处或附近(例如，在相对于圆柱形发动机汽缸110的壁的径向中心处或附近)。
在一些实施例中，进气阀172和/或排气阀174连接到一个或多个凸轮或凸轮轴(在图1中未描绘)，所述凸轮或凸轮轴可用于选择性地打开和关闭进气阀172和/或排气阀174，从而使相应的进气端口171和排气端口173的选择性打开和关闭与发动机操作保持一致。活塞120可以通过连杆182联接到曲柄轴180。发动机汽缸110可包含汽缸盖114和汽缸侧壁112。进气端口171和排气端口173可定位在汽缸盖114上。另外，燃料喷射器116和火花塞118可定位在汽缸盖114中并且延伸到燃烧室122中，使得燃料喷射器116和火花塞118可以作用于存在于燃烧室122内的空气和/或空气燃料混合物。火花塞118可以电联接到经由火花塞118放电的点火系统119。
应理解，虽然图1描绘了直接喷射配置(即，燃料通过燃料喷射器116直接进入燃烧室122)，但是端口喷射方案(有时被称为间接喷射)在其它实施例中可以是合适的，其中燃料被喷射到进气端口171中并且随后传送到燃烧室122中。这样，将燃料“喷射”(即，“传送”)到燃烧室122中可以包含直接喷射，端口喷射(间接喷射)或两者。
内燃机100可以通过在压缩和膨胀冲程期间存在于燃烧室122内的空气燃料混合物的重复燃烧来操作。空气燃料混合物的燃烧进一步对燃烧室122加压，这导致活塞120远离汽缸盖114平移。活塞120的平移使曲柄轴180旋转。当活塞120平移离开汽缸盖114时，燃烧室122中来自空气燃料混合物燃烧的高压被引导到曲柄轴180的旋转中。曲柄轴180可以旋转经过上止点位置(对应于活塞120相对于汽缸盖114的最近位置)和下止点位置(对应于活塞120相对于汽缸盖114的最远位置)。在一个或多个实施例中，内燃机100可以作为四冲程发动机操作，但是还可设想其它发动机配置。在此类实施例中，进气、压缩、动力和排气冲程以规则和顺序的方式循环。在进气冲程中，活塞向下运动，并且空气和/或燃料可以通过进气端口171进入燃烧室122。在压缩冲程中，当活塞120朝向汽缸盖114移动时，空气和/或燃料被压缩。在进气冲程期间或在压缩冲程的早期，燃料也被喷射到燃烧室122中。在动力冲程中，燃烧的空气燃料混合物迫使活塞离开汽缸盖114，由于空气燃料混合物在TDC附近或在TDC处燃烧，所述空气燃料混合物现在处于升高的温度和压力下。在排气冲程中，活塞120朝向汽缸盖114移动，以通过打开的排气端口173将废气(燃烧反应的产物)引导出燃烧室122。
内燃机100还包括定位在进气歧管140附近的压缩机90。压缩机90增加进气歧管140中的空气的压力，使得在进气冲程期间可以将更大量的空气引导到燃烧室122中。压缩机90可以联接到定位在排气歧管150内的涡轮(未示出)。涡轮机从燃烧产物中提取能量，并且使用所述能量对导入进气歧管140的空气加压。此类压缩机90和涡轮系统被称为“涡轮增压器”。在其它实施例中，压缩机90可以联接到内燃机100的旋转硬件，例如曲柄轴180。此类旋转连接的压缩机90被称为“增压器”。
内燃机100还包括发动机控制模块80。发动机控制模块80可以包括处理器82以及存储计算机可读指令集和查找表的存储器84。发动机控制模块80与内燃机100的各种部件电子通信，各种部件包括燃料喷射器116、与火花塞118电子通信的点火系统119、诸如油门位置传感器(未示出)、进气歧管压力和温度传感器(未示出)以及检测曲柄轴180在其整个旋转范围内的角取向的曲柄转角传感器181的各种发动机传感器。发动机控制模块80可以评估各种发动机传感器以确定发动机的操作条件和来自操作者的动力需求。发动机控制模块80可以通过控制燃料喷射器116来改变输送到燃烧室122的燃料的正时和量，并且还可以改变火花塞118的放电正时。发动机控制模块80被编程有燃料计划表和火花正时计划表，这允许内燃机100根据满足功率输送、燃料消耗和排放目标的预定义特性来操作。
在一些实施例中，内燃机100可以包括离子传感器190，其定位成感测燃烧室122中离子的存在。在所描绘的实施例中，离子传感器190结合到火花塞118中。不受理论的约束，空气燃料混合物的燃烧在燃烧室122内释放离子。这些离子可以在燃烧室122中产生离子云。离子云通常是指可填充或部分填充燃烧室122的离子浓度增加的区域。离子传感器190可以通过经由电极之间施加的电压感应离子电流来检测离子云。当在火花塞118放电之前的压缩循环中检测到离子电流时，可以假定燃烧室122中检测的离子电流是由空气燃料混合物的提前点火引起的。因此，燃烧室122中提前点火的早期检测可以允许部署对策以减轻随后超级爆震条件的形成。
离子传感器190与发动机控制模块80电子通信。在图1所描绘的实施例中，离子传感器190结合到火花塞118中，使得火花塞118可用于检测燃烧室122中离子电流的存在。火花塞118包括可用于检测燃烧室122中离子电流的存在的电极117。参考图2，在一些实施例中，离子传感器190可以是独立于火花塞118并定位成在燃烧室122内采样的独立传感器。
由燃烧室122中的空气燃料混合物的燃烧生成的离子可以由离子传感器190检测，所述离子传感器190可以在预定频带中波动，例如从约8kHz至约13kHz。检测这种频带内离子电流的变化可以对应于空气燃料混合物的提前点火事件。离子电流趋于波动的频带可以基于发动机硬件和/或发动机负载条件而变化。在一些实施例中，可以基于已知条件来确定频带的目标，在所述已知条件下形成超级爆震条件的可能性增加。
根据一个多个实施例，离子传感器190可以是直流传感器。在一个或多个替代实施例中，离子传感器190可以是交流传感器。在使用交流传感器的实施例中，可以结合带通滤波器电路或锁相环检测电路。例如，现在参考图3，离子传感器190可以联接到带通滤波器电路192。如所描绘的，带通滤波器电路192包括信号生成器194、模拟带通滤波器196、积分半波或全波整流器197以及诸如脉冲延迟生成器触发器的阈值检测器199。积分半波或全波整流器197可以包括集成电容器和电阻器的组合。在一个实施例中，信号生成器可以在10kHz、20-110伏的测量峰到峰电压下操作。模拟带通滤波器196可以10kHz操作。带通滤波器电路192可以包括0.5兆欧的第一电阻器195和1.0兆欧的第二电阻器198。带通滤波器电路192检测何时存在被测量到离子传感器190的离子电流信号。带通滤波器电路192还可以从输入信号中滤除噪声，以降低离子电流检测的假阳性的可能性。带通滤波器电路192还可以允许以检测的频率检测离子电流，从而允许在空气燃料混合物中产生提前点火点之后快速检测新生离子电流。在附加实施例中，可以利用锁相环检测电路，其根据锁相环控制的原理进行操作。
再次参考图1，在操作中，离子传感器190可以快速检测对应于燃烧室122中离子的初生存在的离子电流信号的存在或出现。因为离子传感器190快速检测到这种离子生成，所以发动机控制模块80可以在检测到离子的检测的压缩冲程内部署对策。通过能够快速地部署此类对策(例如，在相同的发动机冲程内)，发动机控制模块80可以减轻在检测的压缩冲程期间在燃烧室122中的超级爆震条件形成。在一些实施例中，超级爆震对策在活塞到达压缩冲程中的上止点之前被很好地部署。这种快速部署允许对可能引起超级爆震的条件进行实时校正。
燃烧室122中离子的存在可以指示燃烧室122中燃烧的启动。燃烧室122中离子电流的存在指示离子的存在。因此，在火花塞118放电之前离子的存在可以指示空气燃料混合物的提前点火。因此，燃烧室122中离子电流的早期检测可用于确定燃烧室122中存在超级爆震条件的可能性。例如，如果内燃机100在可能发生或更可能发生超级爆震的条件(例如，低速高负载条件)下操作，则在火花塞118放电之前对燃烧室122中的离子的检测可以指示超级爆震条件是可能的。在一个或多个实施例中，其中可能发生或更可能发生超级爆震的条件可以包括小于3000转每分钟的发动机转速和至少17巴的负载。此外，在一些实施例中，当活塞在压缩冲程中移动时，可以在多个曲柄转角上检测离子的存在，这可以进一步指示超级爆震条件是可能或很可能的。因此，内燃机100的发动机控制模块80可以在测量的压缩冲程期间启动超级爆震对策，以减轻燃烧室122中超级爆震条件的形成。
在一些实施例中，在燃烧室122中检测的离子电流的量也对应于在燃烧室122中消耗的燃料的量。因此，发动机控制模块80可以根据在多个曲柄角度上消耗的燃料量来确定，以更高的精度来确定空气燃料混合物是否以对应于将发生超级爆震条件的更高可能性的量被消耗。
再次参考图2，在一些实施例中，内燃机100可以包括定位成感测燃烧室122中的压力的压力传感器290。在一个实施例中，压力传感器290联接到内燃机100的汽缸盖114，并且压力传感器290的一部分可以定位成延伸到燃烧室122中。压力传感器290与发动机控制模块80电子通信。压力传感器290评估燃烧室122内的压力。发动机控制模块80或另一处理计算机可以将由压力传感器290在不同曲柄转角下在燃烧室122中测量的压力与每个压缩冲程的标称压力曲线进行比较。通过比较在每个压缩冲程期间测量的压力，发动机控制模块80可以确定瞬时测量的压缩冲程是否偏离标称压力曲线。如果测量的压缩冲程的压力曲线超过标称压力曲线中的压力，则可以假定燃烧室122中的压力由于空气燃料混合物的提前点火而比标称曲线中的压力上升得更快。在此类循环中，发动机控制模块80可以在测量的压缩冲程期间启动超级爆震对策，以减轻燃烧室122中超级爆震条件的形成。
再次参考图1，曲柄轴180的瞬时转速在发生空气燃料混合物的提前点火的压缩冲程期间可能变慢。燃烧室122内的压力可以随着空气燃料混合物的提前点火而增加，这可能增加活塞120朝向汽缸盖114移动的阻力。因此，燃烧室122中增大的压力会减慢曲柄轴180的转速。在一些实施例中，曲柄轴180的转速的降低可以通过评估曲柄轴180的位置、转速或加速度的传感器来测量。此类传感器可以包括例如曲柄转角传感器181、曲柄转速传感器(未示出)或曲柄加速度计183。例如曲柄转角传感器181和曲柄加速度计183的传感器与发动机控制模块80电子通信。发动机控制模块80或另一个处理计算机可以确定曲柄轴180在压缩冲程期间在内燃机100的燃烧室122中的一个内是否展示出转速的瞬时降低。如果检测到曲柄轴180的转速的这种降低，则发动机控制模块80可以在测量的压缩冲程期间启动超级爆震对策，以减轻燃烧室122中超级爆震条件的形成。
如上文所强调的，当存在于燃烧室122中的空气燃料混合物在由火花塞118的放电引起的火焰锋的启动之前提前点火时，并且通常在低速高功率发动机条件下，可能或很可能发生超级爆震条件。应当理解，许多因素参与了发生超级爆震的概率，并且当前公开的系统和方法可用于识别超级爆震发生的可能性或相对高的概率并部署预防措施。例如，当超级爆震发生的概率为1％、5％、10％、25％或甚至50％时，可以采用预防措施。根据本公开的内燃机100的实施例能够在检测到空气燃料混合物的提前点火的内燃机100的压缩冲程期间部署超级爆震对策。在检测的压缩冲程内部署此类超级爆震对策允许内燃机减轻超级爆震条件的形成，这可能导致在燃烧室122中呈现比当存在超级爆震条件时更低的汽缸压力。此外，因为超级爆震条件偶尔发生，所以超级爆震对策可以仅部署在对应于超级爆震条件发生的高可能性的压缩冲程中。当不需要部署超级爆震对策时，超级爆震对策的选择性部署允许内燃机100在目标燃料消耗和功率输送水平下操作。
在一个实施例中，超级爆震对策包括在活塞120到达上止点之前将火花正时提前以使火花塞118放电。在此类实施例中，一旦检测到空气燃料混合物的提前点火，火花塞118就可以被放电，使得从火花塞118膨胀通过空气燃料混合物的火焰锋在活塞120到达上止点之前膨胀。在一些实施例中，火花塞118的放电可被设定为在活塞120到达上止点之前所有空气燃料混合物可被点燃和/或燃烧的设定点。火花塞118的放电的提前将降低内燃机100的功率输出，以用于检测的且因此提前的循环。这种校正可以被部署到单个发动机汽缸，并且因此可能不会极大地降低总发动机功率。在一些实施例中，将火花塞118的放电正时提前可将常规发动机爆震引入到内燃机100中，因为燃烧室122中的空气燃料混合物的加热和压力增加可能导致空气燃料混合物的未燃烧部分自动点火。然而，火花塞118的放电正时的提前可能中断导致在燃烧室122中形成超级爆震条件的条件的继续。
空气燃料混合物的早期点火将导致在活塞120到达上止点之前燃烧室122中的压力增加。这种压力将减小用于所选发动机汽缸110的所选循环的发动机功率，并且将在部署超级爆震对策的循环中增加内燃机100的燃料消耗。将火花塞118的放电正时提前将减小由内燃机100传递的功率并且将增加内燃机100的燃料消耗，但是与在超级爆震条件下经历的那些相比将减小内燃机100的部件所经历的最大压力，从而保护那些部件免受由超级爆震条件引起的损坏。因为在超级爆震条件期间发动机部件经受的高压会损坏发动机部件，所以优选与超级爆震对策相关的压力，包括与常规发动机爆震相关的压力。
再次参考图2，在一个实施例中，内燃机100可以包括第二火花塞124，其定位成点燃存在于燃烧室122中的空气燃料混合物。第二火花塞124可以被配置成仅在由发动机控制模块80检测到超级爆震条件的形成时才放电。在一些实施例中，点火系统119在压缩冲程早期可能没有足够的电荷来使火花塞118放电以点燃空气燃料混合物。在这种情况下，点火系统119可在指定燃烧室122的压缩循环早期保持第二火花塞124的充电。因此，当检测到空气燃料混合物的提前点火时，第二火花塞124具有足够的电荷以点燃空气燃料混合物并且通过燃烧室122引发早期火焰锋。
在一个实施例中，超级爆震对策包括在检测到空气燃料混合物的提前点火的压缩冲程期间将空气燃料混合物和空气燃料混合物的燃烧部分排出。内燃机100的一些实施例可以包括具有液压或电子提升机构175的排气阀174。提升机构175与发动机控制模块80电子通信。在正常操作下，提升机构175根据预定计划表选择性地打开和关闭排气阀174，以在排气端口173处选择性地分别排放和密封燃烧室122。当发动机控制模块80确定在压缩冲程中已经发生空气燃料混合物的提前点火时，发动机控制模块80可以部署超级爆震对策，所述超级爆震对策命令提升机构175在检测的压缩冲程期间打开排气阀174以减小燃烧室122中的压力并且将未燃烧和已燃烧的空气燃料混合物从燃烧室122内传送到燃烧室122外。在这种状况下，发动机控制模块80还可以在检测到的压缩循环期间中断火花塞118的放电。在检测的压缩冲程期间用提升机构175打开排气阀174可以中断导致在燃烧室122中超级爆震条件的形成的条件。例如，燃烧室122的内容物可以通过提升机构的启动而排出。
在又一实施例中，超级爆震对策包括将燃料额外喷射到燃烧室122中以冷却燃烧室122中存在的空气燃料混合物，从而富集空气燃料混合物以降低超级爆震条件的继续形成的可能性，并且熄灭由于空气燃料混合物的提前点火而在燃烧室122中形成的任何火焰锋。在此类实施例中，当发动机控制模块80感测到在压缩冲程期间已经发生空气燃料混合物的提前点火时，发动机控制模块80可以在检测的压缩冲程期间引导燃料喷射器116将燃料喷射到燃烧室122中。通过在检测的压缩冲程中喷射附加燃料，附加燃料可以冷却空气燃料混合物，从而停止或延迟由提前点火引起的空气燃料混合物的进一步燃烧。因此，附加燃料的喷射可以中断在燃烧室122中形成超级爆震条件。
在一些实施例中，超级爆震对策可以被选择为部署在可能或很可能发生超级爆震条件的发动机条件下。例如，在对应于油门补进的低速高功率发动机条件下很可能发生超级爆震条件。因为超级爆震条件在包括在怠速下和当在最大发动机转速或接近最大发动机转速下以大开度油门操作时的其它发动机条件下发生的可能性较低，所以部署超级爆震对策可能引起不期望的效果，诸如不期望的发动机爆震、降低的功率或燃料消耗的增加。
发动机控制模块80可以包括对应于可能或很可能发生超级爆震条件的发动机条件的超级爆震对策时间表。当发动机在这些条件下操作时，当检测到空气燃料混合物的提前点火时，发动机控制模块80被选择为部署超级爆震对策。当发动机在这些条件之外操作时，发动机控制模块80被锁定而不能部署超级爆震对策。因为在此类发动机条件下不可能形成超级爆震条件，所以发动机控制模块80不需要部署对策来维持健康的发动机操作。因此，通过选择在发生超级爆震条件的可能性较低的发动机条件下不部署超级爆震对策，可以通过维持火花正时和维持接近化学计量比的空燃比来维持发动机功率和燃料经济性，而很少关注在发动机中形成的超级爆震条件。
现在应当理解，根据本公开的内燃机包括元件，所述元件检测在进气或压缩冲程期间存在于发动机的燃烧室中的空气燃料混合物的提前点火。当发动机在对应于超级爆震条件的的形成条件下操作时，发动机控制模块可以部署超级爆震对策以中断在检测的压缩冲程中超级爆震条件的形成。部署超级爆震对策可能导致燃烧室中的压力条件增加，但与允许超级爆震条件完全产生时相比，降低了燃烧室中的压力条件。中断燃烧室内的超级爆震条件的完全产生可以确保发动机健康并且可以阻止由于超级爆震引起的过早发动机故障。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对本文描述的实施例进行各种修改和变更。因此，本说明书旨在涵盖本文描述的各种实施例的修改和变化，其条件是这些修改和变化落入所附权利要求书和其等同物的范围内。应注意，本公开中描述的各种细节不应被视为暗示这些细节与作为本公开中描述的各种实施例的基本组分的元件相关，即使在本说明书随附的每个附图中示出了特定元件的情况下也是如此。相反，所附权利要求书应当被视为本公开的广度的唯一表示以及本公开中描述的各种实施例的对应范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种操作内燃机的方法，所述方法包含：
将燃料喷射到燃烧室中以形成空气燃料混合物，所述燃烧室包含汽缸盖、汽缸侧壁以及在所述汽缸侧壁内往复运动的活塞；
使用火花塞启动空气燃料混合物的燃烧；
利用压力传感器、曲柄转角传感器、曲柄转速传感器和曲柄加速度计中的至少一个检测所述空气燃料混合物的提前点火；
确定所述内燃机在可能发生超级爆震条件的条件下操作；以及
通过在确定所述内燃机在可能发生超级爆震条件的条件下操作时以及在检测到所述空气燃料混合物的提前点火时部署超级爆震对策来减轻超级爆震条件的形成，所述减轻包含：
在所述活塞的压缩冲程期间中断所述火花塞的正常放电；以及
执行以下至少一项：(a)打开排气阀以使燃烧的和未燃烧的空气燃料混合物从所述燃烧室内传送到所述燃烧室外，以及(b)使所述空气燃料混合物偏离接近化学计量比。
2.一种内燃机，其包含：
发动机汽缸，其包含汽缸盖和汽缸侧壁；
至少一个进气阀和至少一个排气阀；
活塞，其在所述发动机汽缸内往复运动，其中所述活塞、所述汽缸盖、所述至少一个进气阀和至少一个排气阀以及所述汽缸侧壁至少部分地限定燃烧室；
火花塞，其定位成向所述燃烧室提供火花；
传感器，其包含压力传感器、曲柄转角传感器、曲柄转速传感器、曲柄加速度计或其组合中的至少一个；以及
发动机控制模块，其与所述离子传感器和所述火花塞电子通信，所述发动机控制模块包含处理器和存储计算机可读指令集的存储器，所述计算机可读指令集在由所述处理器执行时：
基于来自所述压力传感器、曲柄转角传感器、曲柄转速传感器和曲柄加速度计中的至少一个的输入评估所述空气燃料混合物的提前点火；
确定所述内燃机在可能发生超级爆震条件的条件下操作；以及
通过在确定所述内燃机在可能发生超级爆震条件的条件下操作时以及在检测到所述提前点火时部署超级爆震对策来减轻超级爆震条件的形成，所述减轻包含：
在所述活塞的压缩冲程期间中断所述火花塞的正常放电；以及
执行以下至少一项：(a)打开排气阀以使燃烧的和未燃烧的空气燃料混合物从所述燃烧室内传送到所述燃烧室外，以及(b)使所述空气燃料混合物偏离接近化学计量比。
3.根据权利要求10所述的内燃机，其进一步包含：
排气阀，其选择性地关闭所述燃烧室；以及
提升机构，其联接到所述排气阀，其中所述提升机构与所述发动机控制模块电子通信。
4.根据权利要求10所述的内燃机，其进一步包含压缩机，所述压缩机定位成对与所述燃烧室选择性地流体连通的进气歧管加压。
5.根据权利要求10、11和13中任一项所述的内燃机，其中，所述发动机控制模块在所述活塞到达上止点之前的所述检测的压缩冲程期间部署提早使所述火花塞放电的所述超级爆震对策。
6.根据权利要求10、11、13和14中任一项所述的内燃机，其进一步包含第二火花塞，所述第二火花塞被配置成在由所述发动机控制模块检测到超级爆震条件的形成时放电。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述压缩冲程期间将附加燃料喷射到所述燃烧室中以使所述空气燃料混合物偏离接近化学计量比。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述内燃机在可能发生超级爆震条件的条件下操作的步骤包含：评估发动机转速和发动机负荷。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述检测的压缩冲程期间发生所述超级爆震对策。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压力传感器通过将每个压缩冲程期间测量的压力进行比较以确定瞬时测量的压缩冲程是否偏离标称压力曲线来在不同曲柄转角下与发动机控制模块协作，使得所述发动机控制模块能响应于此类偏离启动所述超级爆震对策。

Claims (15)

1.一种操作内燃机的方法，所述方法包含：
将燃料喷射到燃烧室中以形成空气燃料混合物，所述燃烧室包含汽缸盖、汽缸侧壁以及在所述汽缸侧壁内往复运动的活塞；
在所述活塞的检测的进气或压缩冲程期间检测所述空气燃料混合物的提前点火；
确定所述内燃机在可能发生超级爆震条件的条件下操作；以及
通过在所述检测的压缩冲程内部署超级爆震对策来减轻超级爆震条件的形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述超级爆震对策选自由以下组成的组：(a)将火花正时提前，(b)打开排气阀以使燃烧的和未燃烧的空气燃料混合物从所述燃烧室内传送到所述燃烧室外，以及(c)将附加燃料喷射到所述燃烧室中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，将火花时间提前包含：在所述汽缸到达上止点之前将所述火花正时提前到所述空气燃料混合物燃烧的设定点。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，打开排气阀以使燃烧的和未燃烧的空气燃料混合物从所述燃烧室内传送到所述燃烧室外进一步包含：在所述检测的压缩冲程期间中断定位在所述燃烧室内的火花塞的正常放电。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，检测提前点火包含通过选自由以下组成的组的传感器进行感测：(a)离子传感器，(b)压力传感器，以及(c)曲柄转角传感器、曲柄转速传感器和曲柄加速度计中的一个或多个。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述离子传感器选自由以下组成的组：(a)交流锁相环电路或带通滤波器电路，以及(b)火花塞。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述内燃机在可能发生超级爆震条件的条件下操作包含：在火花塞被放电之前以曲柄转角感测所述燃烧室中的离子电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述确定所述超级爆震条件可能发生包含：评估发动机转速和发动机负荷。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述曲柄加速度计检测联接到所述活塞的曲轴的变化。
10.一种内燃机，其包含：
发动机汽缸，其包含汽缸盖和汽缸侧壁；
活塞，其在所述发动机汽缸内往复运动，其中所述活塞、所述汽缸盖和所述汽缸侧壁至少部分地限定燃烧室；
火花塞，其定位成延伸到所述燃烧室中；
离子传感器，其定位成对所述燃烧室内的条件进行采样；以及
发动机控制模块，其与所述离子传感器和所述火花塞电子通信，所述发动机控制模块包含处理器和存储计算机可读指令集的存储器，所述计算机可读指令集在由所述处理器执行时：
评估在检测的进气或压缩冲程中处于何种曲柄转角的离子传感器感测到所述燃烧室中的离子电流；以及
当在所述火花塞被放电之前检测到离子电流时，在所述检测的压缩冲程内部署超级爆震对策。
11.根据权利要求10所述的内燃机，其进一步包含：
排气阀，其选择性地关闭所述燃烧室；以及
提升机构，其联接到所述排气阀，其中所述提升机构与所述发动机控制模块电子通信。
12.根据权利要求10所述的内燃机，其中，所述离子传感器包含直流电路或交流锁相环电路或带通滤波器电路。
13.根据权利要求10所述的内燃机，其进一步包含压缩机，所述压缩机定位成对与所述燃烧室选择性地流体连通的进气歧管加压。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的内燃机，其中，所述发动机控制模块在所述活塞到达上止点之前的所述检测的压缩冲程期间部署提早使所述火花塞放电的所述超级爆震对策。
15.根据权利要求14所述的内燃机，其中，所述发动机控制模块在所述检测的压缩冲程期间使所述火花塞放电，以燃烧在所述活塞到达上止点之前存在于所述燃烧室中的空气燃料混合物的所有剩余部分。
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