內(nèi)燃機(jī)中的預(yù)測(cè)校正的制作方法
【專利說(shuō)明】?jī)?nèi)燃機(jī)中的預(yù)測(cè)校正
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]根據(jù)35U.S.C.§ 119(e)，本專利文獻(xiàn)要求美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/776421的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/776421的申請(qǐng)日為2013年3月11日，標(biāo)題為aPredicitive Correct1n In Internal Combust1n Engines”，該文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合到本申請(qǐng)中，作為參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]提供了一種用于降低發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)之間變化的方法和系統(tǒng)。系統(tǒng)可以確定燃料噴射特征以及根據(jù)燃料噴射特征來(lái)預(yù)測(cè)氣體燃燒速率或火焰速度。系統(tǒng)可以響應(yīng)預(yù)測(cè)氣體燃燒速率在相同發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)調(diào)節(jié)點(diǎn)火正時(shí)。
【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1是汽油直噴(GDI)的燃燒室的剖視圖；
[0005]圖2是離子電流探針電路的示意圖；
[0006]圖3是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0007]圖4是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0008]圖5是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0009]圖6是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0010]圖7是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0011]圖8是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0012]圖9是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0013]圖10是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0014]圖11是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0015]圖12是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0016]圖13是在燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0017]圖14是在正常燃燒循環(huán)中測(cè)量的信號(hào)的曲線圖；
[0018]圖15是在正常操作過(guò)程中3個(gè)連續(xù)燃燒循環(huán)之一的曲線圖；
[0019]圖16是在接近爆震時(shí)3個(gè)連續(xù)燃燒循環(huán)之二的曲線圖；
[0020]圖17是在爆震發(fā)生時(shí)3個(gè)連續(xù)燃燒循環(huán)之三的曲線圖；
[0021]圖18是在接近爆震時(shí)2個(gè)連續(xù)燃燒循環(huán)之一的曲線圖；
[0022]圖19是在爆震發(fā)生時(shí)2個(gè)連續(xù)燃燒循環(huán)之二的曲線圖；
[0023]圖20是在接近爆震時(shí)2個(gè)連續(xù)燃燒循環(huán)之一的曲線圖；
[0024]圖21是在爆震發(fā)生時(shí)2個(gè)連續(xù)燃燒循環(huán)之二的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]1.感測(cè)操作參數(shù)
[0026]本發(fā)明涉及一種用于使得燃料傳送速率與內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)部的火焰速度或燃料燃燒速率相關(guān)聯(lián)的新技術(shù)。燃料傳送速率可以通過(guò)不同方法來(lái)檢測(cè)，例如霍爾效應(yīng)傳感器、電流探針、針閥升程傳感器或者燃料傳送速率傳感器?；鹧嫠俣然蛉剂先紵俾士梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量火焰在燃燒室內(nèi)部傳播特定已知距離所需的時(shí)間來(lái)檢測(cè)。該距離可以是在插入燃燒室內(nèi)部的任意兩個(gè)或多個(gè)傳感器之間，該傳感器能夠檢測(cè)火焰到達(dá)特定位置。這樣的傳感器包括但不局限于離子電流傳感器、光學(xué)傳感器或者任何能夠在暴露于火焰中時(shí)產(chǎn)生電信號(hào)的傳感器。本發(fā)明還可以涉及一種用于監(jiān)測(cè)在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)部的燃料燃燒速率或火焰速度的新技術(shù)，以便在異常發(fā)動(dòng)機(jī)操作發(fā)生之前預(yù)測(cè)它。
[0027]本發(fā)明中的數(shù)據(jù)利用包括作為霍爾效應(yīng)傳感器的燃料噴射器和用于檢測(cè)燃料傳送速率的電流探針的本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施方式來(lái)記錄。系統(tǒng)還包括兩個(gè)離子電流傳感器，第一個(gè)布置在火花塞上，第二個(gè)布置在燃料噴射器的尖端，以便確定經(jīng)過(guò)已知距離在燃燒室內(nèi)部的燃燒速率。在用于口噴射汽油發(fā)動(dòng)機(jī)(該口噴射汽油發(fā)動(dòng)機(jī)并不將燃料噴射器應(yīng)用于燃燒室內(nèi)部)的另一實(shí)施方式中，兩個(gè)離子傳感器可以包括布置在火花塞處的第一電離電流傳感器以及位于燃燒室內(nèi)部已知距離處的第二電離電流傳感器。在另一結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)或多個(gè)離子傳感器可以包括布置在燃燒室內(nèi)部一定距離處的任意探針。
[0028]討論的系統(tǒng)和方法的一些優(yōu)點(diǎn)可以包括預(yù)測(cè)和控制循環(huán)之間的變化，從而能夠減小發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)以及減少在多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和速度下的燃料消耗。本發(fā)明還可以提供為用于通過(guò)多種燃料來(lái)高效操作發(fā)動(dòng)機(jī)，并在燃燒狀態(tài)(HCC1、SA-HCC1、分層裝料、普通汽油等)之間轉(zhuǎn)換時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)還可以包括通過(guò)預(yù)測(cè)和避免隨機(jī)預(yù)先點(diǎn)火和發(fā)動(dòng)機(jī)爆震而擴(kuò)展發(fā)動(dòng)機(jī)的功率限制。
[0029]I1.循環(huán)之間的變化的預(yù)測(cè)和控制
[0030]在發(fā)動(dòng)機(jī)操作中在循環(huán)之間的變化可以引起與內(nèi)燃機(jī)的操作相關(guān)的多個(gè)問(wèn)題。一個(gè)最突出的問(wèn)題是發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率由于這種變化而降低，特別是當(dāng)施加給發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載降低時(shí)。也就是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載降低時(shí)，循環(huán)之間的變化增大。在正常操作情況下，根據(jù)施加給發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載，在循環(huán)之間的變化可以引起至少20-40%的峰值氣缸壓力變化。限制循環(huán)之間的變化可以用于增加燃料經(jīng)濟(jì)性，特別是在城市駕駛和繁忙交通的情況，這包括較多車輛堵塞。
[0031]限制燃料經(jīng)濟(jì)性提高的主要問(wèn)題是當(dāng)前的診斷方法不能預(yù)測(cè)在穩(wěn)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)操作情況下在循環(huán)之間的變化?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用不同的技術(shù)，例如可變正時(shí)，以便提高效率，但是這種方法依賴于燃燒處理穩(wěn)定和在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中可重復(fù)的假定條件。在這種情況下，火花正時(shí)在相同發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件下固定。這里討論的系統(tǒng)和方法提供了這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)燃料傳送速率來(lái)預(yù)測(cè)表示在發(fā)動(dòng)機(jī)中在循環(huán)之間的變化的一些因素，并重新調(diào)節(jié)控制參數(shù)，例如在相同循環(huán)內(nèi)的火花正時(shí)。該系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)施方式可以提供用于在內(nèi)燃機(jī)操作中限制循環(huán)之間的變化和提高燃料經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)和方法。
[0032]參考圖1，圖中表示了汽油直噴(⑶I)的燃燒室。氣缸112的燃燒室110可以大致包括火花塞114、四個(gè)閥116、活塞118和燃料噴射器120。
[0033]在該實(shí)施方式中，燃燒室110可以包括傳感器116，用于測(cè)量燃料傳送速率和燃燒速率。傳感器可以是離散的，或者組合在一個(gè)或多個(gè)其它部件中。在一個(gè)特殊實(shí)施方式中，燃料噴射器120可以應(yīng)用為霍爾效應(yīng)傳感器，以便限制在燃燒室內(nèi)的傳感裝置。該傳感器用于獲得在燃燒室內(nèi)的燃料傳送速率。電流探針也添加在燃料噴射器螺線管的電繞線周圍。
[0034]燃料傳送速率可以通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器、針閥升程傳感器、燃料傳送速率傳感器或者電流探針來(lái)測(cè)量。在燃料經(jīng)過(guò)燃料噴射器時(shí)，霍爾效應(yīng)傳感器可以通過(guò)由霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)的特征信號(hào)來(lái)確定燃料傳送給氣缸的速率?；鹧嫠俣然蛉紵俾士梢酝ㄟ^(guò)火焰在燃燒室中傳播特定確定距離所花費(fèi)的時(shí)間來(lái)確定。在該實(shí)施方式中，燃料噴射器從標(biāo)準(zhǔn)的燃料噴射器變化成包括多感測(cè)電路，該多感測(cè)電路包括霍爾效應(yīng)傳感器和電離電流探針。能夠有類似能力的多感測(cè)燃料噴射系統(tǒng)可以在美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/386028中找到，該文獻(xiàn)整個(gè)結(jié)合在本文中，作為參考。在其它實(shí)施方式中，電離傳感器可以包括布置在不同位置中的多個(gè)傳感器。通常，分開(kāi)已知距離的、能夠感測(cè)燃燒火焰的兩個(gè)或更多傳感器可以用于計(jì)算燃燒速率。其它實(shí)施方式可以包括兩個(gè)或更多電離電流探針、光學(xué)傳感器或者任意其它能夠檢測(cè)在傳感器附近的燃燒的傳感器。
[0035]電離電流傳感器可以設(shè)置成至少測(cè)量燃燒速率，該燃燒速率測(cè)量為電離火焰從第一傳感器運(yùn)行至第二傳感器所需的時(shí)間的函數(shù)。在本實(shí)施方式中，兩個(gè)傳感器可以包含在火花塞和燃料噴射器噴嘴中，如圖1中所示。在正常操作情況下，點(diǎn)火信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)火花塞，從而在火花塞間隙中引起火花電弧。在點(diǎn)火時(shí)，火花塞可以點(diǎn)燃在燃燒室中的燃料。包含在火花塞中的電離傳感器可以再感測(cè)燃燒。在燃燒火焰膨脹通過(guò)燃燒室之后，在燃料噴射器中的電離傳感器可以測(cè)量當(dāng)火焰接近傳感器時(shí)的燃燒電離電流?；鹧鎻幕鸹ㄈ碾婋x傳感器運(yùn)行至燃料噴射器的電離傳感器所需的時(shí)間可以進(jìn)行測(cè)量，以便確定在燃燒室中的燃燒速率。
[0036]圖2中表示了用于電離電流探針的總體電路示意圖。電路可以通過(guò)測(cè)量電流變化來(lái)起作用，該電流變化反映在與氣缸210內(nèi)的燃燒相對(duì)應(yīng)的情況下存在帶電離子。信號(hào)調(diào)節(jié)模塊220可以用于過(guò)濾和處理由電離探針222通過(guò)檢測(cè)橫過(guò)具有已知電阻的電阻器224的電壓的變化而檢測(cè)的電流信號(hào)。數(shù)據(jù)獲取模塊226還可以根據(jù)曲柄角度來(lái)提供關(guān)于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)的信息，例如通過(guò)軸編碼器228來(lái)測(cè)量，并記錄來(lái)自電離探針222的電流變化。
[0037]燃料噴射器230還可以包括霍爾效應(yīng)傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器可以通過(guò)當(dāng)用于打開(kāi)燃料噴射器的針的通電信號(hào)經(jīng)過(guò)噴射器線圈時(shí)檢測(cè)圖2的電路中的阻抗變化而檢測(cè)燃料傳送速率。這些傳感器有一種實(shí)施方式，該實(shí)施方式可以用于