料燃燒速率的特征也可以由多個(gè)源來進(jìn)行檢測或測量，并用于確定氣缸中的實(shí)際燃燒速率。然后，實(shí)際燃燒速率可以進(jìn)行比較，以便證明由燃料傳送速率信號(hào)的預(yù)測精確限制了循環(huán)之間的變化。
[0057]下面參考圖13，圖中表示為根據(jù)在燃料噴射器噴嘴附近的離子電流開始(SIC)來表明循環(huán)之間的變化。燃料傳送速率用于預(yù)測在燃料噴射器處的離子電流的開始。曲線表示了在基于循環(huán)的預(yù)測值1310和測量值1312之間的比較。
[0058]由預(yù)測信息，方法可以用于變換在相同循環(huán)內(nèi)點(diǎn)火控制器的特定正時(shí)。通過調(diào)節(jié)火花點(diǎn)火正時(shí)以便補(bǔ)償預(yù)測變化，系統(tǒng)可以基本減小循環(huán)之間的變化和最小化圖13中所示的波動(dòng)。
[0059]為了能夠有可適應(yīng)的系統(tǒng)，用于預(yù)測燃燒正時(shí)的算法也可以根據(jù)特殊發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料類型和操作條件來調(diào)節(jié)。這些設(shè)置可以首先通過診斷系統(tǒng)來標(biāo)定，該診斷系統(tǒng)可以集成在車輛中或者作為在自動(dòng)服務(wù)中心處提供的服務(wù)。這種實(shí)施方式還能夠使得系統(tǒng)在整個(gè)操作中進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)于任意燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0060]II1.發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的預(yù)測和控制
[0061]與在部分I中所述的系統(tǒng)相關(guān)的另一實(shí)施方式可以提供能夠預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的系統(tǒng)。通常在發(fā)生火花、火焰開始傳播和在火焰前部到達(dá)之前廢氣自動(dòng)點(diǎn)火時(shí)引起發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。這可能導(dǎo)致提前點(diǎn)火以及發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和損壞。當(dāng)前技術(shù)可以提供能夠檢測發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的爆震傳感器，但是當(dāng)前系統(tǒng)沒有提供可以在較早循環(huán)中預(yù)測爆震和防止爆震發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。通過實(shí)施在部分II中介紹的離子電流傳感器，本發(fā)明提供了能夠?qū)τ谔厥鈿飧自谇懊娴臍飧兹紵h(huán)中預(yù)測爆震和防止它在當(dāng)前氣缸燃燒循環(huán)中發(fā)生的方法和系統(tǒng)。
[0062]參考圖14，圖中表示了對(duì)于三個(gè)點(diǎn)火循環(huán)測量的信號(hào)。氣缸壓力由參考標(biāo)號(hào)1410a-c表不，燃料噴射離子信號(hào)由參考標(biāo)號(hào)1412a_c表不，火花塞離子信號(hào)由參考標(biāo)號(hào)1414a-c表示。與部分II類似，表示了兩個(gè)離子電流傳感器的測量值以及氣缸壓力，這兩個(gè)離子電流傳感器中的第一個(gè)布置在火花塞處，第二個(gè)布置在燃料噴射器處。三個(gè)循環(huán)是用于三種不同發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載:50Nm(a)、100Nm(b)和150Nm(c)。在正常操作中，火花塞離子電流傳感器的第一峰值和第二峰值在燃料噴射器離子電流傳感器的峰值之前。還有，當(dāng)壓力增加時(shí)，火花塞離子電流信號(hào)的峰值更接近燃料噴射器離子電流信號(hào)的峰值。當(dāng)這些峰值更接近在一起時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震發(fā)生的可能性增加。因此，可以根據(jù)在峰值之間的距離來計(jì)算爆震預(yù)測。
[0063]下面參考圖15至17，圖中表示了對(duì)于三個(gè)連續(xù)氣缸燃燒循環(huán)(分別是循環(huán)80-82)的一系列離子電流曲線圖。附圖表示了四個(gè)信號(hào):氣缸壓力1510、燃料噴射器的離子電流傳感器信號(hào)1520、火花塞的離子電流傳感器信號(hào)1530和由壓力軌跡計(jì)算的RHR1540ο
[0064]從循環(huán)80過渡至循環(huán)81，可以看到火花塞離子電流信號(hào)的第二峰值從在噴射器離子電流信號(hào)峰值之前發(fā)生移動(dòng)至在燃料噴射器離子電流信號(hào)峰值之后。噴射器離子電流傳感器的斜率也可能在這些狀態(tài)下增大。在這些狀態(tài)或類似狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元可以獲知該狀態(tài)，并在特定氣缸的控制中采取預(yù)防動(dòng)作。
[0065]下面從循環(huán)81過渡至循環(huán)82，由于沒有在監(jiān)測的氣缸中采取預(yù)防動(dòng)作，已經(jīng)記錄到爆震。燃料噴射器的離子電流信號(hào)的雙峰和較高離子電流升高速率以及在RHR信號(hào)中的增大變化表明爆震已經(jīng)發(fā)生。在本例中的爆震并不嚴(yán)重，如在后面的曲線圖中所示；不過，系統(tǒng)能夠預(yù)測以后的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。
[0066]通常，當(dāng)燃料噴射器離子電流信號(hào)的峰值比火花塞的第二峰值更早時(shí)表明了非常明顯的趨勢。這是爆震已經(jīng)開始產(chǎn)生的指示。在噴射器離子電流傳感器中的振蕩增加可以反映爆震的嚴(yán)重性。噴射器離子電流信號(hào)通常比從火花塞獲得的信號(hào)更靈敏，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)爆震的開始通常更接近燃燒室側(cè)部(而不是在中心)。通過監(jiān)測燃料噴射器和火花塞的電離電流信號(hào)，可以避免爆震。
[0067]通過監(jiān)測火焰速度，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器能夠預(yù)測在隨后循環(huán)中發(fā)生的爆震，以便調(diào)節(jié)特定氣缸的控制參數(shù)，以防止爆震發(fā)生?？梢苑乐刮：π员鸢l(fā)生的一些方案包括:延遲點(diǎn)火信號(hào)和因此延遲在燃燒室中的火花、更早地釋放一個(gè)或多個(gè)氣缸閥、以及多次噴射(例如將燃料噴射分成兩個(gè)或更多間隔)。在本發(fā)明的精神中可以獲得多種其它方案。這里公開為用于避免發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的預(yù)測響應(yīng)可以主要涉及多種用于防止爆震的方案。
[0068]下面參考圖18和19，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的更嚴(yán)重情況的預(yù)測示例表示于兩個(gè)連續(xù)氣缸循環(huán)中(分別為循環(huán)150和151)。附圖表示了四個(gè)信號(hào):氣缸壓力1810、燃料噴射器的燃料噴射器信號(hào)1820、火花塞的離子電流傳感器信號(hào)1830和由壓力軌跡計(jì)算的RHR 1840。
[0069]下面參考圖20和21，預(yù)測爆震的另一示例表示于兩個(gè)連續(xù)氣缸循環(huán)中。附圖表示了四個(gè)信號(hào):氣缸壓力2010、用于檢測爆震的加速計(jì)2020、燃料噴射器的燃料噴射器離子信號(hào)2030和火花塞的離子電流傳感器信號(hào)2040。
[0070]—旦爆震開始，它可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的問題。在很多情況下，它可能由于進(jìn)一步的異常燃燒特征而繼續(xù)發(fā)生。盡管爆震可能不會(huì)在較短時(shí)期內(nèi)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成較大損壞，但是爆震可能導(dǎo)致提前點(diǎn)火。提前點(diǎn)火可能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)特別有害。爆震和提前點(diǎn)火是由在燃燒過程中的單獨(dú)現(xiàn)象引起，但是它們都導(dǎo)致燃燒室溫度增加，這也可能是它們發(fā)生的起作用因素。這意味著任一異常情況的發(fā)生可能進(jìn)一步增加其它異常情況發(fā)生的可能性。這里公開的系統(tǒng)和方法的預(yù)測能力可以用于防止燃燒異常，但是它也可以用于通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)的峰值輸出而提高性能。如在部分IV中進(jìn)一步所述，這里公開的系統(tǒng)和方法還可以用于在提前點(diǎn)火發(fā)生之前預(yù)測和校正它。
[0071]保持峰值壓力位置和幅值還可以用于使得發(fā)動(dòng)機(jī)在更高負(fù)載下安全操作。在更高負(fù)載下操作可以特別有利于在增加壓力和負(fù)載狀態(tài)下操作的發(fā)動(dòng)機(jī)(例如渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī))。如在圖14中所示，壓力的增加可以與在圖15至21中表明的相同性能趨勢直接相連。當(dāng)施加給發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力或負(fù)載增加時(shí)，火花塞的離子電流信號(hào)的第二峰值拉動(dòng)成更接近燃料噴射器離子電流信號(hào)的峰值。這種性能有可能導(dǎo)致在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和任意其它在更高壓力和/或負(fù)載需求下操作的發(fā)動(dòng)機(jī)類型中的爆震。
[0072]通過在爆震發(fā)生之前識(shí)別爆震的特征，這里公開的系統(tǒng)和方法可以提供先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)點(diǎn)火正時(shí)、閥釋放、燃料噴射策略以及其它發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)和它的燃燒，以便防止爆震。這里應(yīng)用的控制方法還可以用于增加效率和防止燃燒異常，該燃燒異常在當(dāng)前限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能能力。這里公開的方法和系統(tǒng)可以用于在爆震開始之前預(yù)測和校正該爆震，因此還可以用于提高性能和負(fù)載潛力，從而能夠有更高水平的效率和性能。
[0073]IV.提前點(diǎn)火和隨機(jī)提前點(diǎn)火的預(yù)測和控制
[0074]與在部分III中所述類似的系統(tǒng)和方法還可以用于預(yù)測在內(nèi)燃機(jī)中的提前點(diǎn)火。如在部分II中所述，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震和提前點(diǎn)火是由不同現(xiàn)象引起，因此，它們可能需要不同的預(yù)測方法。提前點(diǎn)火可以由嚴(yán)重的爆震情況引起。另一方面，隨機(jī)提前點(diǎn)火的原因并不知道，它在發(fā)動(dòng)機(jī)平滑和穩(wěn)定操作時(shí)預(yù)料不到地發(fā)生。提前點(diǎn)火的發(fā)生可以通過這里公開的、用于檢測燃燒室中的燃燒速率的方法和系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)施方式來預(yù)測和預(yù)防。
[0075]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增加時(shí)，在由火花塞和燃料噴射器電離電流傳感器獲得的離子電流峰值之間的距離減小。在提前點(diǎn)火時(shí)，由燃料噴射器獲得的離子電流信號(hào)可以發(fā)生為比火花塞早得多(在與點(diǎn)火信號(hào)相關(guān)的第一火花通電峰值之前)。在提前點(diǎn)火開始為更接近火花塞離子傳感器的情況下，火花塞的離子電流信號(hào)中的波動(dòng)也可以在點(diǎn)火信號(hào)之前產(chǎn)生。另外，在提前點(diǎn)火循環(huán)之前的循環(huán)中離子電流信號(hào)的特征中的異常也可以用于預(yù)測提前點(diǎn)火的產(chǎn)生。一旦預(yù)測，可以通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)來避免在特定氣缸中的提前點(diǎn)火。
[0076]提前點(diǎn)火的預(yù)測可以與在火花正時(shí)之前波動(dòng)的燃料噴射器電離電流相關(guān)，在該火花正時(shí)中由火花塞產(chǎn)生火焰，該火花塞布置在氣缸的中心處，并可以到達(dá)氣缸的外壁，燃料噴射器布置在該外壁處。類似的性能也可以通過光學(xué)傳感器、電離電流傳感器或其它能夠檢測點(diǎn)火的傳感器來監(jiān)測。在另一實(shí)施方式中，能夠檢測離開火花塞的燃燒活動(dòng)的單個(gè)電離電流傳感器可以與點(diǎn)火信號(hào)比較，以便監(jiān)測早期燃燒或與提前點(diǎn)火相關(guān)的狀態(tài)。
[0077]通過公開的系統(tǒng)和方法來預(yù)測提前點(diǎn)火可以包括檢測異常情況，該異常情況通過燃料噴射離子電流傳感器或火花塞離子電流傳感器或者任意其它布置在燃燒室內(nèi)部的火焰檢測器來檢測?？梢詸z測的