CN1324228C - 可变气缸内燃机的爆震控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

可变气缸内燃机(1)的爆震控制装置(12)，其避免在气缸暂停机构(2)发生故障时错误地判定爆震，以便恰当地控制与点火正时相关的爆震，从而防止发动机停转并减轻催化剂的劣化。该可变气缸内燃机可在多个气缸全部工作的全气缸工作模式和通过气缸暂停机构暂停这多个气缸中的一部分的部分气缸工作模式之间切换。该爆震控制装置包括：爆震传感器(8)，用于检测可变气缸内燃机的爆震；以及ECU(5)，用于在检测出爆震时进行爆震控制以向延迟方向校正点火正时、判定气缸暂停机构是否发生故障、并在故障判定装置判定气缸暂停机构发生了故障时中止爆震控制。

Description

可变气缸内燃机的爆震控制装置和方法

技术领域

本发明涉及可变气缸内燃机的爆震控制装置和方法，该可变气缸内燃机可在多个气缸全部工作的全气缸工作模式或者在通过气缸暂停机构暂停该多个气缸中的某些气缸的部分气缸工作模式之间切换。

背景技术

常规上，例如，日本专利申请公开第7-103060号公报对可变气缸内燃机的爆震控制装置作了描述。在该内燃机中，在全气缸工作模式中所有4个气缸都工作，而在部分气缸工作模式中由气缸暂停机构暂停这4个气缸中的2个气缸。该内燃机还设有用于检测爆震的爆震传感器。该爆震传感器针对各气缸检测内燃机的振动，以输出爆震检测信号。该爆震控制装置根据所输出的爆震检测信号来判定该爆震信号是表示爆震还是表示可与进气门和排气门的开/闭相关的座合噪声(seating noise)。具体地说，当爆震检测信号的振动水平等于或高于一个阈值时，判定为发生爆震。另一方面，当振动水平低于该阈值时，判定为爆震检测信号表示座合噪声。然后，当判定为发生爆震时，执行爆震控制过程，向着延迟方向对根据内燃机的工作条件设定的基本点火正时进行校正，以便抑制爆震。

该爆震控制装置还配置为把部分气缸工作模式用的阈值设定得比全气缸工作模式用的阈值大，从而避免在两种工作模式中设定一个阈值时可能会出现的误判定。

如上所述，这种常规可变气缸内燃机的爆震控制装置根据由爆震传感器检测的振动水平是否等于或高于阈值而对爆震或座合噪声进行判定。然而，上述爆震控制装置存在的问题是，例如，如果它由于气缸暂停机构发生故障而不能在所设定的工作模式中控制发动机，并且不能判定实际工作气缸数，则不能恰当地设定该阈值。

例如，如果发动机由于气缸暂停机构发生故障而不能从部分气缸工作模式切换到全气缸工作模式，使得发动机不能正常地返回到全气缸工作模式，则实际工作气缸数将少于全气缸工作模式中本来的工作气缸数。因此，如果爆震控制装置在该状态下使用全气缸工作模式所用的较小阈值进行爆震判定，则即使实际上没有发生爆震，爆震控制装置也会把座合噪声误判定为爆震。在该情况下，爆震的误检测会错误地向着延迟方向校正点火正时，可能导致排气温度上升和催化剂过早劣化。

另一方面，当气缸暂停机构的故障方式与上述相反，即：爆震控制装置不能使发动机从全气缸工作模式切换到部分气缸工作模式时，所有气缸都继续工作，而没有正确地暂停适当的气缸。当爆震控制装置在该状态下使用部分气缸工作模式用的较大阈值进行爆震判定时，与上述相反，即使实际上发生爆震，爆震控制装置也不判定为爆震，因此不能正确检测爆震。在该情况下，在发生爆震时不能向着延迟方向校正点火正时，而是继续向着超前方向控制，最终导致发动机停转。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的是提供能够避免在气缸暂停机构发生故障时错误判定爆震，以恰当地进行与点火正时相关的爆震控制，从而防止发动机停转并减轻催化剂的劣化的可变气缸内燃机爆震控制装置和方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种可变气缸内燃机的爆震控制装置，该可变气缸内燃机可在多个气缸全部工作的全气缸工作模式和通过气缸暂停机构暂停这多个气缸中的一部分的部分气缸工作模式之间切换。该控制装置的特征在于包括：爆震检测装置，用于检测可变气缸内燃机的爆震；爆震控制装置，用于当爆震检测装置检测出爆震时，进行爆震控制以向着延迟方向校正点火正时；故障判定装置，用于判定气缸暂停机构是否发生故障；以及爆震控制中止装置，用于当故障判定装置判定气缸暂停机构发生了故障时，中止爆震控制装置进行的爆震控制。

根据该可变气缸内燃机的爆震控制装置，内燃机在全气缸工作模式和部分气缸工作模式之间切换。在部分气缸工作模式中，气缸暂停机构暂停一部分气缸。而且，当爆震检测装置检测出爆震时，爆震控制装置进行爆震控制以向着延迟方向校正点火正时。并且，当故障判定装置判定气缸暂停机构发生了故障时，爆震控制中止装置中止爆震控制。在气缸暂停机构发生故障使得不能正确确定实际工作气缸数的情况下，爆震检测装置进行的爆震检测的可靠性降低。因此，通过当气缸暂停机构发生故障时中止爆震控制，爆震控制装置可在消除爆震误检测的不利影响的同时，恰当地控制点火正时。这样，当气缸暂停机构发生故障而不能使发动机返回到全气缸工作模式时，爆震控制装置可防止发动机停转，并当气缸暂停机构发生故障而不能使发动机返回到部分气缸工作模式时，可减轻催化剂的劣化。

为了达到上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种可变气缸内燃机的爆震控制方法，该可变气缸内燃机可在多个气缸全部工作的全气缸工作模式和通过气缸暂停机构暂停这多个气缸中的一部分的部分气缸工作模式之间切换。该方法的特征在于包括以下步骤：检测可变气缸内燃机的爆震；当检测出爆震时，进行爆震控制以向着延迟方向校正点火正时；判定气缸暂停机构是否发生故障；以及当判定气缸暂停机构发生了故障时，中止爆震控制。

该爆震控制方法提供了与上述根据本发明的第一方面的爆震控制装置相同的有利效果。

优选的是，上述可变气缸内燃机的爆震控制装置还包括：学习装置，用于在爆震控制装置进行的爆震控制中，进行与爆震控制相关的学习；以及学习禁止装置，用于在爆震控制中止装置中止爆震控制时，禁止学习装置学习。

根据该可变气缸内燃机的爆震控制装置的优选实施例，当中止爆震控制时，学习禁止装置禁止学习装置学习。如上所述，由于在气缸暂停机构发生故障时不能正确地确定实际工作气缸数，因而即使学习装置进行与爆震控制相关的学习，计算出的学习值也将缺乏可靠性。因此，在该情况下，学习禁止装置禁止学习，从而可使爆震控制装置恰当地执行爆震控制，而不使用不可靠的学习值。

优选的是，上述可变气缸内燃机的爆震控制方法还包括以下步骤：在爆震控制中，进行与爆震控制相关的学习；以及当中止爆震控制时，禁止该学习步骤。

该爆震控制方法的优选实施例提供了与根据本发明第一方面的爆震控制装置的对应优选实施例相同的有利效果。

附图说明

图1的方框图总体示出了根据本发明的一个实施例应用了爆震控制装置的可变气缸内燃机的构成；

图2是爆震控制过程的流程图；以及

图3是气缸暂停机构故障判定过程的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图对根据本发明的优选实施例进行说明。图1总体示出了根据本发明的一个实施例应用了爆震控制装置12的可变气缸内燃机的构成。所示的可变气缸内燃机(以下简称为“发动机”)1是装备在未示出的车辆中的V型6缸DOHC汽油机。

如图1所示，发动机1包括：右排1R的3个气缸#1、#2、#3，以及左排1L的3个气缸#4、#5、#6。发动机1在全气缸工作模式和部分气缸工作模式之间切换工作。此外，在右排1R设置有气缸暂停机构2，用于执行部分气缸工作模式。

气缸暂停机构2通过油路3a、3b与未示出的液压泵连接。在液压泵和气缸暂停机构2之间分别设置进气门用和排气门用的电磁阀4a、4b。电磁阀4a、4b全都是常闭型，与ECU 5电连接，当它们响应于来自ECU 5的相关驱动信号而接通时，分别打开油路3a、3b。在部分气缸工作模式中，电磁阀4a、4b全都接通以打开油路3a、3b，以便向气缸暂停机构2提供来自液压泵的油压。这样，在右排1R的各个气缸#1-#3中，进气门和进气凸轮之间以及排气门和排气凸轮(全都未在图1示出)之间的连接被阻断，从而使进气门和排气门处于暂停模式(关闭模式)。

另一方面，在全气缸工作模式中，与上述相反，电磁阀4a、4b全都断开以关闭油路3a、3b，从而防止向气缸暂停机构2提供来自液压泵的油压。这样，进气门和进气凸轮之间以及排气门和排气凸轮之间的阻断被释放，从而进气门和排气门可以工作。

进气管6通过进气歧管6a与6个气缸#1-#6连接。在进气歧管6a的各个分支6b，对着与各气缸相关的进气口(未示出)设置有喷射器7。这些喷射器7在发动机1的全气缸工作模式中响应于来自ECU 5的驱动信号而驱动，以便从所有喷射器7向各个分支6b内喷射燃油。另一方面，在部分气缸工作模式中，控制与右排1R相关的3个喷射器7以停止喷射燃油。

采用上述方式，在部分气缸工作模式中，通过关闭进气门和排气门并停止从相关喷射器7喷射燃油来暂停右排1R的3个气缸#1-#3。另一方面，在全气缸工作模式中，6个气缸#1-#6全都工作。

在发动机1的右排1R和左排1L上各安装有爆震传感器8。各个压电型的爆震传感器8检测右排1R或左排1L的振动，把表示振动的信号(以下称为“爆震检测信号”)输出给发动机控制单元(ECU)5。

ECU 5也与LAF传感器9、发动机转速传感器10以及油门开度传感器11连接。LAF传感器9对废气中的氧浓度VLAF进行线性检测，并输出与该氧浓度VLAF成正比的信号。发动机转速传感器10检测发动机转速NE，而油门开度传感器11对装备有发动机1的车辆(未示出)的油门踏板(未示出)的压下量AP(以下称为“油门开度AP”)进行检测。表示所检测的发动机转速NE和油门开度AP的信号被输出给ECU 5。发动机转速传感器10还在气缸#1-#6中的活塞(未示出)的进气冲程前的上止点位置附近的时刻向ECU 5输出TDC信号。

ECU 5实现了爆震检测装置、爆震控制装置、故障判定装置、爆震控制中止装置、学习装置以及学习禁止装置，ECU 5基于包含I/O接口、CPU、RAM、ROM等的微计算机。来自上述各种传感器8-11的检测信号通过I/O接口提供给了下面描述的CPU。

CPU根据存储在ROM内的程序并基于这些检测信号来确定发动机1的具体工作条件，并根据由此确定的发动机1的工作条件来执行以下的各种控制处理。首先，CPU确定发动机1是应在全气缸工作模式中工作还是在部分气缸工作模式中工作。具体地说，当发动机转速NE在预定范围内(例如，从1000rpm至3500rpm)时，或者当油门开度AP低于事先根据发动机转速NE设定的表值时，CPU执行部分气缸工作模式，否则执行全气缸工作模式。

ECU 5根据由爆震传感器8产生的爆震检测信号进行爆震控制过程。图2示出了与TDC信号的产生同步执行的爆震控制过程的例程。

如图2所示，ECU 5首先在步骤1(在图2中简称为“S1”。同样适用于后图)判定气缸暂停机构2是否发生故障。图3示出了判定气缸暂停机构2中的故障的子例程。该判定可以采用诸如以下方式进行。为了把工作模式从部分气缸工作模式切换到全气缸工作模式，ECU 5停止向气缸暂停机构2提供油压，同时不向右排1R的气缸#1-#3提供燃油，从而使进气门和排气门可以工作。

ECU 5把在该状态下检测到的氧浓度VLAF与预定值进行比较，以便根据比较结果来判定气缸暂停机构2是否发生故障。具体地说，如果右排1R的气缸#1-#3发生故障而使进气门和排气门即使由ECU 5控制成可操作也保持在关闭状态，则氧浓度VLAF几乎不变化，因此将达不到预定值。因此，当氧浓度VLAF低于预定值时，可判定为气缸暂停机构2发生故障而不能使发动机1从部分气缸工作模式正常返回到全气缸工作模式。

另一方面，当气缸#1-#3是正常时，紧接在与气缸#1-#3相关的排气门打开之后，氧浓度VLAF与之前相比会以较大的变化率增大。这样，当氧浓度VLAF等于或高于预定值时，可判定为气缸暂停机构2是正常。

同样，为了把工作模式从全气缸工作模式切换到部分气缸工作模式，ECU 5把进气门和排气门控制成暂停，同时不向右排1R的气缸#1-#3提供燃油。然后，如果在该状态下检测到的氧浓度VLAF高于该预定值，则认为进气门和排气门虽然已由ECU 5控制成暂停但仍保持工作状态，从而ECU 5可判定为气缸暂停机构2发生故障而不能使发动机从全气缸工作模式切换到部分气缸工作模式。

返回到图2，如果步骤1的判定结果是“否”，表示气缸暂停机构2正常，则程序进入步骤2，在步骤2，ECU 5响应于来自爆震传感器8的爆震检测信号来执行爆震控制。

具体地说，当由爆震检测信号表示的振动水平低于预定的爆震判定值时，ECU 5判定为该爆震检测信号表示座合噪声，当振动水平等于或高于预定的爆震判定值时，ECU 5判定为爆震检测信号表示爆震。应该注意，针对全气缸工作模式和部分气缸工作模式分别设定不同的爆震判定值。通过这样设定爆震判定值，ECU 5可在各个工作模式中恰当地判定爆震。然后，一旦判定为爆震，ECU 5就从根据发动机1的工作条件而设定的基本点火正时中减去爆震校正项，从而向着延迟方向校正点火正时，以便抑制爆震。

在步骤2之后的步骤3，ECU 5计算与爆震控制相关的学习值，之后终止爆震控制例程。该学习值的计算涉及到以下对作为点火正时校正项而使用的辛烷值估计值的学习值的计算。首先，ECU 5由与使用最低辛烷值燃油时发生的爆震的临界点火正时相对应的基准点火正时和根据爆震检测信号检测的实际爆震发生点火正时之间的关系，估计当前使用的燃油的辛烷值，并将其规定为当前的辛烷值估计值。然后，ECU 5使用加权系数对当前辛烷值估计值和至此取得的学习值取加权平均，以计算辛烷值估计值的学习值。ECU 5把这样计算的学习值与基准点火正时相加作为一个校正项，从而向着超前方向校正点火正时。这样，在根据实际使用的燃油的辛烷值来反映爆震特性的同时，把点火正时设定在不发生爆震的极限附近。

返回到图2，如果步骤1的判定结果是“是”，即，如果ECU 5判定为气缸暂停机构2发生故障，则例程进入步骤4，在步骤4，ECU 5中止爆震控制。换句话说，ECU 5避免根据基于爆震检测信号的爆震判定来校正点火正时。在步骤4之后的步骤5，ECU 5禁止计算与爆震控制相关的学习值，之后终止爆震控制例程。在该情况下，例如可以把辛烷值估计值的学习值设定成最低辛烷值燃油的辛烷值。

如上所述，爆震控制装置12在其判定为气缸暂停机构2发生故障时，中止爆震控制，因此不根据基于爆震检测信号的爆震判定来校正点火正时。在本实施例中，尽管ECU 5能够大致判定气缸暂停机构2的故障，然而它在判定为故障时却不能判定是气缸#1-#3的全部还是一部分发生故障。在爆震控制装置12不能确定实际工作气缸数的这种情况下，基于爆震检测信号的爆震判定的可靠性将降低。因此，通过在判定为气缸暂停机构12发生故障时中止爆震控制，爆震控制装置12可在消除由爆震的误检测引起的不利影响的同时，恰当地控制点火正时。

因此，当气缸暂停机构2发生故障而不能使发动机1返回到全气缸工作模式时，爆震控制装置12可避免把爆震误判定为座合噪声，避免向超前方向校正点火正时，从而防止发动机停转。与以上相反，当气缸暂停机构2发生故障而不能使发动机1返回到部分气缸工作模式时，爆震控制装置12可避免把座合噪声误判定为爆震，避免向延迟方向校正点火正时，从而减轻催化剂的劣化。

而且，当气缸暂停机构2发生故障而使爆震控制装置12中止爆震控制时，爆震控制装置12禁止计算辛烷值估计值的学习值。如上所述，由于在气缸暂停机构2发生故障时不能正确地确定实际工作气缸数，因而即使爆震控制装置12计算出辛烷值估计值的学习值，所计算的学习值也将缺乏可靠性。因此，在该情况下，爆震控制装置12禁止计算学习值，并且能根据辛烷值估计值恰当地校正点火正时，而不使用缺乏可靠性的学习值。

应该理解，本发明不限于上述实施例，而是可以采用各种方式来实施。例如，尽管上述实施例示出了在部分气缸工作模式中暂停右排1R的3个气缸#1-#3的例子，然而当然，在部分气缸工作模式中暂停的气缸数不限于该特定数目。例如，在具有N个气缸的可变气缸内燃机中，可以暂停1至N-1范围内的任意数量的气缸。而且，尽管爆震控制装置计算与爆震控制相关的辛烷值估计值的学习值，然而可以计算与爆震控制相关的另一参数的学习值。并且，尽管针对排1R、1L一一设置了爆震传感器8，然而可以针对整个发动机1仅设置一个爆震传感器。或者，可以针对各个气缸#1-#6设置一个爆震传感器。在前者情况下，制造成本因部件数量减少而会降低，而在后者情况下，可针对各气缸检测爆震，以提高所进行的爆震控制的精确度。而且，本发明的爆震控制装置不限于装备在车辆中的可变气缸内燃机，而是可适用于各种工业用可变气缸内燃机，包括用于船舶推进器的发动机，如具有法线方向上的曲轴的船外发动机。另外，在不脱离所附权利要求规定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明的具体结构进行适当修改。

如上详述，根据本发明的可变气缸内燃机的爆震控制装置的有利方面是可避免在气缸暂停机构发生故障时对爆震作出误判定，以恰当地控制与点火正时相关的爆震，从而防止发动机停转并减轻催化剂的劣化。

Claims (4)

1.一种可变气缸内燃机的爆震控制装置，该可变气缸内燃机可在多个气缸全部工作的全气缸工作模式和通过气缸暂停机构暂停这多个气缸中的一部分的部分气缸工作模式之间切换，所述装置包括：

爆震检测装置，用于检测所述可变气缸内燃机的爆震；

爆震控制装置，用于在所述爆震检测装置检测出爆震时，进行爆震控制以向着延迟方向校正点火正时；其特征在于包括：

故障判定装置，用于判定所述气缸暂停机构是否发生故障；以及

爆震控制中止装置，用于在所述故障判定装置判定所述气缸暂停机构发生了故障时，中止所述爆震控制装置进行的所述爆震控制。

2.根据权利要求1所述的可变气缸内燃机的爆震控制装置，还包括：

学习装置，用于在所述爆震控制装置进行的所述爆震控制中，进行作为点火正时校正项而使用的辛烷值估计值的学习值的计算；以及

学习禁止装置，用于在所述爆震控制中止装置中止所述爆震控制时，禁止所述学习装置学习。

3.一种可变气缸内燃机的爆震控制方法，该可变气缸内燃机可在多个气缸全部工作的全气缸工作模式和通过气缸暂停机构暂停这多个气缸中的一部分的部分气缸工作模式之间切换，所述方法包括以下步骤：

检测所述可变气缸内燃机的爆震；

当检测出爆震时，进行爆震控制以向着延迟方向校正点火正时；

其特征在于还包括：

判定所述气缸暂停机构是否发生故障；以及

当判定所述气缸暂停机构发生了故障时，中止所述爆震控制。

4.根据权利要求3所述的可变气缸内燃机的爆震控制方法，还包括以下步骤：

在所述爆震控制中，进行作为点火正时校正项而使用的辛烷值估计值的学习值的计算；以及

当中止所述爆震控制时，禁止所述学习步骤。

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