專利名稱：用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火定時(shí)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為了阻止內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的爆震而進(jìn)行的點(diǎn)火定時(shí)的控制。
背景技術(shù)：
在火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，點(diǎn)火定時(shí)影響燃料消耗和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，并且不合適的點(diǎn)火定時(shí)導(dǎo)致爆震、點(diǎn)火失敗及其類似問題。
一般地，點(diǎn)火定時(shí)以這樣的方式被設(shè)置，即，使得內(nèi)部氣缸壓力在上止點(diǎn)后10-15度(ATDC度)達(dá)到最大壓力。不過，被用作設(shè)置點(diǎn)火定時(shí)的根據(jù)的用于獲得最好的轉(zhuǎn)矩的最小火花提前(下文縮寫為“MBT”)按照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的混合物的空氣/燃料比、排氣再循環(huán)(EGR)比以及其它因素而改變。
因此，在常規(guī)的點(diǎn)火定時(shí)控制中，點(diǎn)火定時(shí)按照運(yùn)行條件被確定，其中使用對應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的基本點(diǎn)火定時(shí)映射圖以及對于不同的運(yùn)行狀態(tài)導(dǎo)出的校正值的映射圖。在這種方法中，為了改善控制的精度，需要增加每個(gè)映射圖的網(wǎng)格密度以及映射圖的數(shù)量。結(jié)果，需要大量的預(yù)先實(shí)驗(yàn)來產(chǎn)生這些映射圖。
在另一方面，還知道一種方法，其中由爆震傳感器檢測爆震，如果檢測到爆震，則借助于反饋控制使點(diǎn)火定時(shí)被推遲。不過，因?yàn)樵诒饘?shí)際發(fā)生之后才對點(diǎn)火定時(shí)進(jìn)行反饋控制，于是在控制程序上具有延遲。

發(fā)明內(nèi)容
由日本專利局在1995年公布的Tokkai Hei 7-332149披露了一種用于計(jì)算氣缸內(nèi)的氣體的溫度的方法，由氣缸內(nèi)部相對于曲柄角的壓力和在相應(yīng)于開始計(jì)算時(shí)的曲柄角處氣缸內(nèi)氣體的溫度來假設(shè)氣缸內(nèi)氣體的絕熱壓力。如果氣缸內(nèi)的溫度達(dá)到1200K或以上，則認(rèn)為即將發(fā)生爆震。其中，K表示絕對溫度。
不過，因?yàn)檫@種現(xiàn)有技術(shù)利用壓力傳感器確定燃燒室內(nèi)的壓力，需要使計(jì)算適應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的改變，因而所需的適應(yīng)步驟的數(shù)量非常大。
因此，本發(fā)明的目的在于通過少量的適應(yīng)步驟來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火定時(shí)的合適的控制。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其借助于火花塞點(diǎn)火使氣缸內(nèi)部的空氣/燃料混合物燃燒。
所述裝置包括可編程的控制器，其被編程用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算氣缸內(nèi)氣體的點(diǎn)火延遲，根據(jù)所述點(diǎn)火延遲計(jì)算構(gòu)成發(fā)生爆震的指標(biāo)的爆震產(chǎn)生指標(biāo)，根據(jù)所述爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算不發(fā)生爆震的一個(gè)極限點(diǎn)火定時(shí)，并把火花塞的點(diǎn)火定時(shí)控制為所述不發(fā)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)。
本發(fā)明還提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火定時(shí)控制方法。所述方法包括根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算氣缸內(nèi)氣體的點(diǎn)火延遲，根據(jù)所述點(diǎn)火延遲計(jì)算構(gòu)成發(fā)生爆震的指示器的爆震產(chǎn)生指標(biāo)，根據(jù)所述爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算不發(fā)生爆震的一個(gè)極限點(diǎn)火定時(shí)，并把火花塞的點(diǎn)火定時(shí)控制為所述不發(fā)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)。
本發(fā)明的細(xì)節(jié)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)在本說明的其余部分提出并在附圖中示出。


圖1是按照本發(fā)明的用于發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置的原理圖。
圖2A-2D是用于說明燃燒爆震產(chǎn)生機(jī)理的定時(shí)圖；圖3是用于說明按照本發(fā)明的爆震產(chǎn)生指標(biāo)的映射圖的特征的曲線；圖4是用于比較根據(jù)爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算的燃燒爆震發(fā)生定時(shí)和燃燒爆震發(fā)生定時(shí)的實(shí)際測量值的曲線；圖5是表示按照本發(fā)明的點(diǎn)火定時(shí)控制的概況的方塊圖；圖6是表示按照本發(fā)明的爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算單元的構(gòu)成的方塊圖；圖7是表示按照本發(fā)明的爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊的構(gòu)成的方塊圖；圖8是表示按照本發(fā)明的平均氣缸溫度和壓力計(jì)算塊的構(gòu)成的方塊圖；圖9是表示按照本發(fā)明的氣缸容積計(jì)算塊的構(gòu)成的方塊圖；圖10是表示按照本發(fā)明的生熱計(jì)算塊的構(gòu)成的方塊圖；圖11是用于說明按照本發(fā)明由Wiebe函數(shù)常量設(shè)置塊執(zhí)行的用于計(jì)算熱發(fā)生開始定時(shí)BURN_ini和實(shí)際的燃燒時(shí)間BURN_r的處理的方塊圖；圖12是用于說明按照本發(fā)明由生熱率計(jì)算塊執(zhí)行的用于計(jì)算生熱率的處理的方塊圖；圖13是用于說明按照本發(fā)明由質(zhì)量燃燒率計(jì)算塊執(zhí)行的用于計(jì)算質(zhì)量燃燒率X_burn和用于計(jì)算特性的質(zhì)量燃燒率(masscombustion rate)X_burn_r的處理的方塊圖；圖14是用于說明按照本發(fā)明由第一生熱計(jì)算塊執(zhí)行的用于計(jì)算每個(gè)氣缸每個(gè)循環(huán)產(chǎn)生的熱量的處理的方塊圖；圖15是按照本發(fā)明由第二生熱計(jì)算塊執(zhí)行的用于計(jì)算產(chǎn)生的熱量Q_burn的處理的方塊圖；圖16是用于說明按照本發(fā)明的冷卻損失計(jì)算塊的構(gòu)成的方塊圖；圖17是由熱傳遞系數(shù)計(jì)算塊執(zhí)行的用于計(jì)算熱傳遞系數(shù)h的處理的方塊圖；圖18是表示由按照本發(fā)明的冷卻損失計(jì)算塊執(zhí)行的用于計(jì)算冷卻損失Q_loss的處理的方塊圖；圖19是表示按照本發(fā)明的氣缸溫度和壓力計(jì)算塊的構(gòu)成的方塊圖；圖20是表示按照本發(fā)明由氣體屬性計(jì)算塊執(zhí)行的用于計(jì)算氣缸內(nèi)氣體的屬性的處理的方塊圖；圖21是表示按照本發(fā)明由總的氣體體積計(jì)算機(jī)執(zhí)行的用于計(jì)算總的氣體體積的處理的方塊圖；圖22是表示按照本發(fā)明的爆震產(chǎn)生指標(biāo)輸出塊的構(gòu)成的方塊圖；圖23是用于說明按照本發(fā)明由復(fù)位標(biāo)志計(jì)算塊執(zhí)行的用于設(shè)置復(fù)位標(biāo)志的處理的方塊圖；圖24是表示按照本發(fā)明的未燃燒的氣體溫度計(jì)算塊的構(gòu)成的方塊圖；圖25是表示按照本發(fā)明由積分塊執(zhí)行的用于計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_kocr的處理的方塊圖；圖26是表示按照本發(fā)明的提前校正極限計(jì)算單元的構(gòu)成的方塊圖；以及圖27是表示按照本發(fā)明由點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算單元執(zhí)行的用于計(jì)算點(diǎn)火定時(shí)ADV的處理的方塊圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，用于車輛的多氣缸火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)1通過入口收集器2和進(jìn)氣岐管3A從進(jìn)氣通路3把空氣吸入各個(gè)氣缸的燃燒室5中。在連接進(jìn)氣岐管3A和燃燒室5的進(jìn)氣口4內(nèi)提供有進(jìn)氣閥15和燃料噴射器21。
燃燒室5通過排氣閥16和排氣通路8相連。
燃燒室5按照和公共曲軸7相連的活塞6的往復(fù)運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大和縮小。圖1是一種4沖程循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其重復(fù)吸氣、壓縮、膨脹和排氣4個(gè)沖程。
在吸氣沖程期間，進(jìn)氣閥15打開，活塞6下降，由于排氣閥16處于閉合狀態(tài)，空氣從進(jìn)氣岐管3A被吸入燃燒室5。燃料噴射器21向吸入氣缸的空氣中噴射汽油燃料。燃料和進(jìn)入的空氣混和而形成被吸入燃燒室5內(nèi)的空氣/燃料混合物。
在隨后的壓縮沖程期間，進(jìn)氣閥15和排氣閥16都被關(guān)閉，并且活塞6上升。因而，被封閉在燃燒室5內(nèi)部的混合物被壓縮。
發(fā)動(dòng)機(jī)1包括用于對壓縮的空氣/燃料混合物點(diǎn)火的點(diǎn)火裝置11。
點(diǎn)火裝置11包括點(diǎn)火線圈13，其存儲來自電池的電能；功率晶體管，用于接通和切斷供給點(diǎn)火線圈13的初級側(cè)的電能供應(yīng)；以及火花塞14，其面對著燃燒室5，并按照當(dāng)供給初級側(cè)的電能被切斷時(shí)在點(diǎn)火線圈13的次級側(cè)產(chǎn)生的高壓來產(chǎn)生電火花放電。
火花塞14在壓縮沖程的上止點(diǎn)稍前產(chǎn)生火花放電，并且由這個(gè)火花點(diǎn)火的空氣/燃料混合物燃燒，所得的火焰擴(kuò)散，并最后產(chǎn)生爆炸。
在隨后的膨脹沖程中，燃燒的氣體的壓力向下推動(dòng)活塞6，因而使曲軸7旋轉(zhuǎn)。進(jìn)氣閥15和排氣閥16保持關(guān)閉，直到膨脹沖程結(jié)束。
在隨后的排氣沖程中，活塞6再次上升，進(jìn)氣閥15保持關(guān)閉，排氣閥16打開。上升的活塞6通過排氣閥16把燃燒的氣體驅(qū)逐到排氣通路8內(nèi)。當(dāng)火花塞6達(dá)到上止點(diǎn)時(shí)，4個(gè)沖程的循環(huán)完成，下一個(gè)4沖程開始。在發(fā)動(dòng)機(jī)1的兩轉(zhuǎn)期間，在每個(gè)氣缸中進(jìn)行一次上述的4沖程循環(huán)，在這些氣缸之間具有規(guī)定的相位差。
發(fā)動(dòng)機(jī)1具有用于調(diào)節(jié)吸入空氣的流率的電子節(jié)流閥22。電子節(jié)流閥22包括被提供在進(jìn)氣通路3中的節(jié)流閥主體23，和用于驅(qū)動(dòng)節(jié)流閥主體23的節(jié)流閥電動(dòng)機(jī)24。
在發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣通路8中提供有一對三元催化轉(zhuǎn)換器9，每個(gè)具有內(nèi)裝的三元催化劑。在一個(gè)以被燃燒的空氣/燃料混合物的理論的空氣/燃料比為中心的窄范圍內(nèi)，在和排氣中的氮氧化物(NOx)再循環(huán)的同時(shí)三元催化劑促使碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)的氧化，因而它們清除這些有毒的成分。
吸氣閥15被安裝在曲軸25上的凸輪驅(qū)動(dòng)。凸輪軸25借助于鏈條和閥門定時(shí)控制(VTC)機(jī)構(gòu)27與曲軸7連接。VTC機(jī)構(gòu)27具有按照曲軸7的轉(zhuǎn)角連續(xù)地改變進(jìn)氣閥15的打開和關(guān)閉定時(shí)的功能。
排氣閥16被安裝在凸輪軸26上的凸輪驅(qū)動(dòng)。凸輪軸26借助于鏈條和閥門定時(shí)控制(VTC)機(jī)構(gòu)28與曲軸7相連。VTC機(jī)構(gòu)28具有按照曲軸7的轉(zhuǎn)角連續(xù)地改變排氣閥16的打開和關(guān)閉定時(shí)的功能。
進(jìn)氣節(jié)流閥23打開的程度、根據(jù)由燃料噴射器21和噴射定時(shí)噴射的燃料的量、由VTC機(jī)構(gòu)27進(jìn)行的吸氣閥的打開和關(guān)閉定時(shí)的控制、由VTC機(jī)構(gòu)28進(jìn)行的排氣閥的打開和關(guān)閉定時(shí)的控制、以及火花塞14的點(diǎn)火定時(shí)，都由發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50來控制。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50由微控制器構(gòu)成，其包括中央處理單元(CPU)，只讀存儲器(ROM)，隨機(jī)存取存儲器(RAM)和輸入/輸出接口(I/O接口)。也可以由多個(gè)微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50。
各種檢測值作為輸入信號被輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50。這些檢測值由以下傳感器提供用于檢測在發(fā)動(dòng)機(jī)1中吸入的空氣的流率的空氣流量計(jì)32，用于檢測曲軸7的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)位置的曲柄角傳感器33，用于檢測吸氣凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的凸輪傳感器34，用于檢測加速器踏板41被壓下的量的加速器踏板下壓傳感器，一對氧傳感器35，其檢測在三元催化轉(zhuǎn)換器9上游位置的排氣通路8中的排氣的氧氣濃度，用于檢測在入口收集器2內(nèi)進(jìn)氣溫度的進(jìn)氣溫度傳感器43，用于檢測在空氣入口收集器2內(nèi)部的吸入空氣的壓力的進(jìn)氣壓力傳感器44，排氣溫度傳感器45，用于檢測在三元催化轉(zhuǎn)換器9上游位置的排氣通路8中的排氣溫度，以及排氣壓力傳感器46，用于檢測在三元催化轉(zhuǎn)換器上游位置的排氣通路8中的排氣壓力。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50按下述方式控制進(jìn)氣節(jié)流閥23的開度。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50根據(jù)來自加速器踏板下壓傳感器42的信號，規(guī)定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，然后規(guī)定為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)空氣體積。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50通過節(jié)流閥電動(dòng)機(jī)24，按照獲得這個(gè)目標(biāo)空氣體積的方式控制節(jié)流閥23的開度。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50用下述方式通過VTC機(jī)構(gòu)27控制進(jìn)氣閥的打開和關(guān)閉定時(shí)，以及通過VTC機(jī)構(gòu)28控制排氣閥的打開和關(guān)閉定時(shí)。
當(dāng)進(jìn)氣閥15的打開和關(guān)閉定時(shí)以及排氣閥16的打開和關(guān)閉定時(shí)被改變時(shí)，保留在燃燒室5內(nèi)部的惰性氣體的量相應(yīng)地改變。在燃燒室5內(nèi)的惰性氣體的量越大，泵吸損失越小，并且燃料消耗越低。在燃燒室5內(nèi)的惰性氣體的所需剩余量按照發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速和負(fù)載被預(yù)先設(shè)置。當(dāng)惰性氣體的剩余量已被確定時(shí)，進(jìn)氣閥15的關(guān)閉定時(shí)和排氣閥16的關(guān)閉定時(shí)便被確定。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50按照下述參數(shù)確定進(jìn)氣閥15和排氣閥16的目標(biāo)關(guān)閉定時(shí)由曲柄角傳感器33測量的發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速，以及由加速器踏板下壓傳感器42確定的加速器踏板的下壓量，其代表發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50按照實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)關(guān)閉定時(shí)的方式控制VTC機(jī)構(gòu)27和28。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50用下述方式控制由燃料噴射器21進(jìn)行的燃料噴射。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50根據(jù)由空氣流量計(jì)32測量的吸入空氣體積計(jì)算在發(fā)動(dòng)機(jī)1的4沖程循環(huán)期間，換句話說，在發(fā)動(dòng)機(jī)1每轉(zhuǎn)720度時(shí)，要吸入每個(gè)氣缸的空氣的體積。
為了使三元催化轉(zhuǎn)換器9呈現(xiàn)所需的反應(yīng)效率，需要把空氣/燃料比維持在理想配比(stoichiometric)的空氣/燃料比附近。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50由吸入的空氣的體積用以下方式計(jì)算目標(biāo)燃料噴射體積，即，使得空氣/燃料混合物具有目標(biāo)空氣/燃料比，所述目標(biāo)空氣/燃料比被設(shè)置在理論空氣/燃料比附近。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50根據(jù)目標(biāo)燃料噴射量控制由燃料噴射器21噴射的燃料的量，而與此同時(shí)，其根據(jù)由氧傳感器35確定的排氣中的氧氣濃度計(jì)算被燃燒的空氣/燃料混合物的實(shí)際的空氣/燃料比。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50用以下方式進(jìn)行目標(biāo)燃料噴射量的反饋校正，即，使得實(shí)際的空氣/燃料比和目標(biāo)空氣/燃料比一致。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50根據(jù)由曲柄角傳感器33確定的曲柄角和由凸輪傳感器34確定的凸輪的轉(zhuǎn)角，用以下方式控制各個(gè)燃料噴射器21的噴射定時(shí)，即，使得在規(guī)定的目標(biāo)噴射定時(shí)向每個(gè)氣缸噴射燃料。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50用下述方式控制火花塞14的點(diǎn)火定時(shí)。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50根據(jù)由曲柄角傳感器33確定的曲柄角和由凸輪傳感器34確定的凸輪的轉(zhuǎn)角，確定被設(shè)置為在每個(gè)氣缸中的壓縮上止點(diǎn)稍前的目標(biāo)點(diǎn)火定時(shí)。在每個(gè)氣缸中，借助于通過點(diǎn)火裝置11的功率晶體管切斷點(diǎn)火線圈13中的初級電流，使火花塞14在各自的目標(biāo)點(diǎn)火定時(shí)點(diǎn)火。
下面說明作為本發(fā)明的主題的用于確定目標(biāo)點(diǎn)火定時(shí)的處理。
首先，參照圖2A-2D以及3A和3B說明目標(biāo)點(diǎn)火定時(shí)規(guī)定處理的概況。在圖2A-2D中，縱軸的位置相應(yīng)于壓縮上止點(diǎn)(CTDC)。
當(dāng)由于火花塞14的點(diǎn)火而使空氣/燃料混合物開始燃燒時(shí)，生熱率快速增加，如圖2A所示。此外，圖2B所示的氣缸的內(nèi)部溫度和圖2C所示的氣缸內(nèi)的內(nèi)部壓力也增加。
此時(shí)，如果在由點(diǎn)火而產(chǎn)生的火焰?zhèn)鞑ブ坝捎趬嚎s而產(chǎn)生的熱量使得發(fā)生壓縮的空氣/燃料混合物的預(yù)點(diǎn)火時(shí)，則在發(fā)動(dòng)機(jī)1內(nèi)發(fā)生所謂的“燃燒爆震”，因而氣缸的內(nèi)部壓力發(fā)生波動(dòng)，如圖2C所示。燃燒爆震破壞發(fā)動(dòng)機(jī)1，因此發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50借助于控制火花塞14的點(diǎn)火定時(shí)進(jìn)行爆震控制，以便阻止燃燒爆震。
直到由于壓縮而產(chǎn)生的熱量而使壓縮的空氣/燃料混合物達(dá)到自點(diǎn)火時(shí)所需的時(shí)間被稱為自點(diǎn)火時(shí)間間隔tau。自點(diǎn)火時(shí)間間隔tau被表示為點(diǎn)火溫度和壓力的因子。自點(diǎn)火時(shí)間間隔的倒數(shù)，即1/tau，被稱為點(diǎn)火延遲。
如圖2D所示，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)點(diǎn)火延遲1/τ的時(shí)間積分 等于1時(shí)，發(fā)生燃燒爆震。
圖3是表示在壓縮沖程期間作為氣缸內(nèi)的溫度和氣缸內(nèi)的壓力的因子的點(diǎn)火延遲1/τ的改變的映射圖。點(diǎn)火延遲1/τ由粗的曲線表示。用時(shí)間對該曲線積分給出時(shí)間積分值 其中在曲線的右上方端這個(gè)時(shí)間積分等于1。在下面的說明中，時(shí)間積分 被稱為爆震產(chǎn)生指標(biāo)。
圖4表示由本發(fā)明人進(jìn)行的在利用上述的方法計(jì)算的燃燒爆震定時(shí)和使用爆震傳感器實(shí)際測量的燃燒爆震定時(shí)之間比較的結(jié)果。由圖可見，根據(jù)爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算燃燒爆震定時(shí)的方法和實(shí)際測量的燃燒爆震定時(shí)幾乎完全一致。
根據(jù)氣缸內(nèi)的壓力和氣缸內(nèi)的溫度設(shè)置爆震產(chǎn)生指標(biāo)，如圖3A所示。氣缸內(nèi)的溫度和壓力是和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的氣體狀態(tài)有關(guān)的最基本的量，因此，由這些因素確定的爆震產(chǎn)生指標(biāo) 具有幾乎一致的特性，而和發(fā)動(dòng)機(jī)的類型無關(guān)。
因?yàn)橹T如發(fā)動(dòng)機(jī)的加溫狀態(tài)或環(huán)境條件等因素實(shí)際上一般根本無影響，通過使用爆震產(chǎn)生指標(biāo)，能夠以高的精度實(shí)時(shí)地估算燃燒爆震定時(shí)。
下面參照圖5說明根據(jù)本發(fā)明基于爆震產(chǎn)生指標(biāo) 的點(diǎn)火定時(shí)的控制。該圖中所示的所有方塊是一些用于說明控制器50的功能的虛擬的單元，并不作為物理實(shí)體存在。
參見圖5，運(yùn)行條件確定單元51確定和發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行條件有關(guān)的參數(shù)，基本點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算單元52根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算燃料噴射器21的基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL。基本點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算單元52包括燃燒速度計(jì)算子單元521，燃燒時(shí)間計(jì)算子單元522，以及基本點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算子單元523。
美國專利6557526披露了一種用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行條件，在燃燒室內(nèi)正常燃燒的情況下，對于空氣/燃料混合物計(jì)算燃燒速度、燃燒時(shí)間和基本點(diǎn)火定時(shí)的方法。運(yùn)行條件確定單元51和基本點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算單元52(包括燃燒速度計(jì)算子單元521，燃燒時(shí)間計(jì)算子單元522，以及基本點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算子單元523)其應(yīng)用這一已知的計(jì)算方法計(jì)算每個(gè)項(xiàng)。
由基本點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算單元52計(jì)算的基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL相應(yīng)于美國專利6557526中的最好轉(zhuǎn)矩下的最小提前(MBT)。
爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算單元53計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo)。
提前校正極限計(jì)算單元54計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo)等于1時(shí)的曲柄角。這個(gè)曲柄角相應(yīng)于用于點(diǎn)火定時(shí)的提前校正極限。
參見圖6，說明爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算單元53的構(gòu)成。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50在發(fā)動(dòng)機(jī)1的操作期間以預(yù)定的曲柄角delta_theta的間隔執(zhí)行下述的計(jì)算處理。
基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL，曲柄角間隔delta_theta，以及爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ被輸入到爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算單元53。
爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ是一個(gè)布爾值，當(dāng)曲柄角和基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL一致時(shí)，其從初始值0變?yōu)?。
爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算單元53包括比較器53001，53004，53005，和53006，計(jì)數(shù)器53002，曲柄角計(jì)算塊53003，“與”電路53007和53008，以及爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530。
爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ被輸入到比較器53001。同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50的存儲器中存儲的爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ的前一個(gè)值被輸入到比較器53001。在圖中的值Z-1表示前一個(gè)值。
比較器53001比較爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ和前一個(gè)值，如果前一個(gè)值大于爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ，則其輸出1，否則便輸出0。在該圖中，對比較器53001輸入的值由兩個(gè)平行的箭頭表示。其中，由上箭頭表示的輸入的值被加于不等號的左側(cè)，由下箭頭表示的輸入值被加于不等號的右側(cè)。
上述的關(guān)系也用于其它比較器中的輸入值和比較處理。
比較器53001的輸出只有在爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ是1并且前一個(gè)值Z-1是0時(shí)，換句話說，當(dāng)爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求被首次發(fā)出時(shí)，才是1。如果爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ保持為1，則比較器53001的輸出為0。
如果比較器53001的比較結(jié)果是1，則計(jì)數(shù)器53002輸出1。如果比較器53001的輸出是0，則計(jì)數(shù)器53002輸出通過對計(jì)數(shù)器53002的前一個(gè)輸出值加1而獲得的值。因此，如果爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ繼續(xù)保持為1的狀態(tài)，則每當(dāng)進(jìn)行計(jì)算處理時(shí)，計(jì)數(shù)器53002的輸出值i增加1。
當(dāng)比較器53001的輸出是1時(shí)，曲柄角計(jì)算塊53003輸出基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL作為曲柄角CA_calc的初始值。如果比較器53001的輸出是0，則曲柄角計(jì)算塊53003對曲柄角的前一個(gè)值Z-1加上曲柄角間隔delta_theta，并輸出所得的值作為作為曲柄角CA_calc。換句話說，只要比較器53001的輸出繼續(xù)為0，則每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50執(zhí)行計(jì)算處理時(shí)，曲柄角計(jì)算塊53003便使曲柄角CA_calc增加曲柄角間隔delta_theta。
曲柄角CA_calc和計(jì)數(shù)器輸出值i作為被處理的曲柄角CA_calc(i)被輸入到爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530。
爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530根據(jù)被處理的曲柄角CA_calc(i)計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo) 和質(zhì)量燃燒率X_burn。所涉及的計(jì)算將在后面詳細(xì)說明。爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530的計(jì)算結(jié)果以結(jié)合有計(jì)數(shù)器輸出值i的爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)和質(zhì)量燃燒率X_burn(i)的形式被輸出。
比較器5004比較爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)和1.0。如果爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)小于1.0，則比較器53004輸出1。如果爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)達(dá)到1.0，則比較器53004輸出0。
比較器53005比較質(zhì)量燃燒率X_burn(i)和在燃燒結(jié)束時(shí)的燃燒率X_burn_end。燃燒結(jié)束時(shí)的燃燒率X_burn_end被設(shè)置為60％。如果質(zhì)量燃燒率X_burn(i)小于燃燒結(jié)束時(shí)的燃燒率X_burn_end，則比較器53005輸出1。如果質(zhì)量燃燒率X_burn(i)已達(dá)到燃燒結(jié)束時(shí)的燃燒率X_burn_end，則比較器53005輸出0。
比較器53004和53005的輸出由“與”電路53007處理。如果比較器53004和53005的輸出都是1，則“與”電路53007輸出1，如果這些輸出的任何一個(gè)是0，則其輸出0?！芭c”電路53007的輸出被存儲在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50的ROM中。
在另一方面，比較器53006比較計(jì)數(shù)器53002的輸出值i和曲柄角計(jì)算的預(yù)定次數(shù)n_CA_calc。如果計(jì)數(shù)器值i小于曲柄角計(jì)算次數(shù)n_CA_calc，則比較器53006輸出1。如果計(jì)數(shù)器值I已達(dá)到曲柄角計(jì)算次數(shù)n_CA_calc，則比較器53006輸出0。
如果來自比較器53006的輸入信號和被存儲在RAM中的“與”電路53007的前一個(gè)輸出值都為0，則“與”電路53008對發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50輸出一個(gè)中斷計(jì)算請求，并對爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530輸出計(jì)算允許。如果來自比較器53006的輸入信號或被存儲在RAM中的“與”電路53007的前一個(gè)輸出值的任何一個(gè)為1，則“與”電路53008停止輸出所述中斷計(jì)算請求和計(jì)算允許。
作為上述的處理的結(jié)果，如果當(dāng)曲柄角和基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL一致時(shí)爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算開始請求JOB_REQ從0變?yōu)?，則爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530以預(yù)定的曲柄角間隔delta_theta計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)和質(zhì)量燃燒率X_burn(i)，并且爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算單元53輸出這些值。在這個(gè)計(jì)算處理的初始階段，爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)的值小于1.0，質(zhì)量燃燒率X_burn(i)小于在燃燒結(jié)束時(shí)的燃燒率X_burn_end，并且計(jì)數(shù)器53002的輸出值i小于曲柄角計(jì)算的預(yù)定次數(shù)n_CA_calc。
因此，“與”電路53008的輸出信號是1，并且根據(jù)中斷計(jì)算請求和施加到爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530的計(jì)算允許，計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)和質(zhì)量燃燒率X_burn(i)，并以預(yù)定的曲柄角間隔delta_theta輸出。
當(dāng)爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)的前一個(gè)值，質(zhì)量燃燒率X_burn(i)的前一個(gè)值，以及計(jì)數(shù)器53002的輸出值i中的任何一個(gè)達(dá)到其比較值時(shí)，對“與”電路53008的一個(gè)輸入從0變?yōu)?。因而，“與”電路53008停止輸出計(jì)算請求和計(jì)算允許。
下面參照圖7說明由爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530進(jìn)行的爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_knocr(i)和質(zhì)量燃燒率X_burn(i)的計(jì)算。
爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算塊530包括平均氣缸溫度和壓力計(jì)算塊531和爆震產(chǎn)生指標(biāo)輸出塊532。
下述的值被輸入到平均氣缸溫度和壓力計(jì)算塊531曲柄角CA，發(fā)動(dòng)機(jī)速度NE，基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL，燃料噴射脈沖寬度TP，氣缸體積的初始值V_cyl_ini，氣缸溫度的初始值T_cyl_ini，氣缸壓力的初始值P_cyl_ini，點(diǎn)火死時(shí)間IGNDEAD，燃燒時(shí)間BURN，參考燃燒率X_ref，以及剩余氣體比MRESFR。
由曲柄角傳感器33確定的曲柄角被用作曲柄角CA。由曲柄角傳感器33確定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速被用作曲軸轉(zhuǎn)速NE。燃料噴射脈沖寬度TP按照由空氣流量計(jì)32測量的進(jìn)氣流率Q和由曲柄角傳感器33確定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度NE來計(jì)算。在美國專利5345921披露的公知的計(jì)算方法用于這種計(jì)算。
氣缸體積的初始值V_cyl_ini表示在基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL時(shí)的氣缸的體積。氣缸體積的初始值V_cyl_ini利用上述美國專利6557526中所述的公知的計(jì)算方法被預(yù)先確定。氣缸體積的初始值V_cyl_ini相應(yīng)于在美國專利6557526中定義的氣缸體積的初始值VIVC。在下面的說明中，氣缸體積的初始值V_cyl_ini被作為一個(gè)固定值來處理。
氣缸溫度的初始T_cyl_ini表示在基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL時(shí)氣缸內(nèi)的溫度。氣缸溫度的初始值T_cyl_ini利用上述美國專利6557526中所述的公知的計(jì)算方法來預(yù)先確定。氣缸溫度的初始值T_cyl_ini相應(yīng)于在美國專利6557526中定義的氣缸溫度的初始值TINI。
氣缸壓力的初始P_cyl_ini表示在基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL時(shí)氣缸內(nèi)的壓力。氣缸壓力的初始值P_cyl_ini由初始?xì)飧左w積V_cyl_ini和初始?xì)飧诇囟萒_cyl_ini來計(jì)算。
點(diǎn)火死時(shí)間IGNDEAD表示從發(fā)動(dòng)機(jī)控制器50輸出點(diǎn)火信號到火花塞14實(shí)際點(diǎn)火的時(shí)間。點(diǎn)火死時(shí)間IGNDEAD取決于發(fā)動(dòng)機(jī)速度NE，其借助于美國專利6557526所述的公知的計(jì)算方法確定。
燃燒時(shí)間BURN是初始燃燒時(shí)間BT1和主燃燒時(shí)間BT2的和，如美國專利6557526所披露的。
參考燃燒率X_ref相應(yīng)于美國專利6557526中披露的參考燃燒率R2。參考燃燒率R2按重量是60％。
剩余氣體比MRESFR表示在燃燒的空氣/燃料混合物中剩余的惰性氣體的比率。剩余氣體比MRESFR由美國專利6557526中披露的公知的計(jì)算方法確定。剩余氣體比MRESFR相應(yīng)于美國專利6557526中披露的剩余氣體比EGRREM。
美國專利6557526的內(nèi)容被包括在此，供在進(jìn)行上述計(jì)算時(shí)參考。
參見圖8，平均氣缸溫度和壓力計(jì)算塊531包括氣缸體積計(jì)算塊5311，生熱計(jì)算塊5312，冷卻損失計(jì)算塊5313，和氣缸溫度與壓力計(jì)算塊5314。
氣缸體積計(jì)算塊5311根據(jù)曲柄角CA計(jì)算氣缸體積V_cyl和活塞位移x_pis。
參見圖9，氣缸體積計(jì)算塊5311包括活塞位移計(jì)算塊5311和氣缸體積計(jì)算塊53112?；钊灰朴?jì)算塊53111利用下式(1)由曲柄角CA計(jì)算活塞位移x_pis。
x_pis=(CRL+CND-CRL·cosCA)-CND2-CRL2·sin2CA---(1)]]>其中，CRL＝曲軸的長度，CND＝連桿的長度，以及CND＝連桿的長度。
氣缸體積計(jì)算塊5311使用下式(2)計(jì)算氣缸體積V_cylV_cyl=Vc+π4·D2·x_pis---(2)]]>其中Vc＝間隙體積(m3)，以及D＝氣缸芯直徑(m)。
參見圖8，生熱計(jì)算塊5312由曲柄角CA，燃料噴射脈沖寬度TP，基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL，點(diǎn)火死時(shí)間IGNDEAD，燃燒時(shí)間BURN，參考燃燒率X_ref，以及剩余氣體比MRESFR來計(jì)算生熱率Q_burn，用于計(jì)算屬性的質(zhì)量燃燒率X_burn_r，以及質(zhì)量燃燒率X_burn。
參看圖10，生熱計(jì)算塊5312包括Wiebe函數(shù)常量設(shè)置塊53121，生熱率計(jì)算塊53122，質(zhì)量燃燒率計(jì)算塊53123，第一生熱計(jì)算塊53124，用于計(jì)算每個(gè)氣缸每個(gè)循環(huán)產(chǎn)生的熱量，以及第二生熱計(jì)算塊53125，用于計(jì)算每個(gè)計(jì)算時(shí)間間隔每個(gè)氣缸產(chǎn)生的熱量。
首先說明由Wiebe函數(shù)常量設(shè)置塊5312使用的Wiebe函數(shù)。
質(zhì)量燃燒率X(％)表示生熱率的特性，其可以作為曲柄角θ(度)的函數(shù)被表示為下式(3)X=1-exp{-a·(θ-θsθB)n+1}---(3)]]>其中，θs＝在實(shí)際開始燃燒時(shí)的曲柄角(度)，θB＝實(shí)際的燃燒時(shí)間(度)，以及
a，n＝常量。
常量a，n取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的類型，即，取決于燃燒室5的形狀、火花塞14的位置、燃燒室5內(nèi)的氣流特性，等。常量a，n可以由實(shí)驗(yàn)預(yù)先確定。公式(3)表示W(wǎng)iebe函數(shù)。
當(dāng)式(3)相對于曲柄角θ被微分時(shí)，獲得表示生熱率的下式(4)dXdθ=a·(n+1)θB·(θ-θsθB)n·exp{-a(θ-θsθB)n+1}---(4)]]>當(dāng)相對于實(shí)際燃燒時(shí)間θB求解式(4)時(shí)，獲得下式(5)θB=θ{-log(1-X)a}1n+1---(5)]]>參見圖11，Wiebe函數(shù)常量設(shè)置塊53121通過把點(diǎn)火死時(shí)間IGNDEAD加到基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL來計(jì)算生熱開始定時(shí)BURN_ini。此外，計(jì)算當(dāng)把θ＝BURN，X＝X_ref代入式(5)時(shí)獲得的θB的值作為實(shí)際的燃燒時(shí)間BURN_r。生熱開始定時(shí)BURN_ini和實(shí)際燃燒時(shí)間BURN_r一般被稱為生熱模式。
參見圖12，生熱率計(jì)算塊53122由曲柄角CA、生熱開始定時(shí)BURN_ini和實(shí)際燃燒時(shí)間BURN_r，通過把這些值按下述代入式(4)θ＝CA，θs＝BURN_ini，θB＝BURN_r，導(dǎo)出生熱率dX/dθ。
參見圖13，質(zhì)量燃燒率計(jì)算塊53123通過根據(jù)曲柄角CA、生熱開始定時(shí)BURN_ini和實(shí)際燃燒時(shí)間BURN_r以及剩余氣體比MRESFR計(jì)算式(3)來確定質(zhì)量燃燒率X_burn，和用于計(jì)算屬性的質(zhì)量燃燒率X_burn_r。
質(zhì)量燃燒率X_burn是一個(gè)不考慮留在燃燒混合物內(nèi)的惰性氣體的值，并且用于計(jì)算屬性的質(zhì)量燃燒率X_burn_r是考慮留在燃燒混合物內(nèi)的惰性氣體的值。
參見圖14，第一生熱計(jì)算塊53124根據(jù)燃料噴射脈沖寬度TP、常量KCONST、目標(biāo)空氣/燃料比TABYF、以及較低的熱值Heat_Lower來計(jì)算每個(gè)循環(huán)每個(gè)氣缸的生熱量。
目標(biāo)空氣/燃料比TABYF是在一個(gè)單獨(dú)的單元中由空氣/燃料比控制器建立的燃燒混合物的空氣/燃料比的目標(biāo)值。較低的熱值Heat_Lower是一個(gè)將由燃料的燃燒產(chǎn)生的熱量表示為在燃燒中消耗的每單位質(zhì)量的空氣的熱量的值。
參見圖15，第二生熱計(jì)算塊53125根據(jù)由生熱率計(jì)算塊53122計(jì)算的生熱率dX/dθ和由第一生熱計(jì)算塊531241計(jì)算的每一循環(huán)每個(gè)氣缸產(chǎn)生的熱量來計(jì)算熱量Q_burn。
接著，參照圖16說明冷卻損失計(jì)算塊5313的構(gòu)成。
冷卻損失計(jì)算塊5313包括燃燒室表面積計(jì)算塊53131、平均活塞速度計(jì)算塊53132、氣體屬性計(jì)算塊53133、氣缸壓力計(jì)算塊53134、氣缸溫度計(jì)算塊53135、熱傳遞系數(shù)計(jì)算塊53136、以及冷卻損失計(jì)算塊53137。
燃燒室表面積計(jì)算塊53131根據(jù)活塞位移x_pis計(jì)算燃燒室5的表面積。平均活塞速度計(jì)算塊53132根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度NE計(jì)算平均活塞速度。這些都是算數(shù)計(jì)算，這里省略其詳細(xì)說明。
氣體屬性計(jì)算塊53133根據(jù)由剩余氣體比MRESFR和氣缸溫度確定的質(zhì)量燃燒率計(jì)算比熱比k。計(jì)算方法和圖20所示的氣體屬性計(jì)算塊53141使用的方法相同。這個(gè)計(jì)算方法將在后面說明。
氣缸壓力計(jì)算塊53134根據(jù)氣缸壓力的前一個(gè)值、氣缸體積的前一個(gè)值、氣缸體積的當(dāng)前值、比熱比k來計(jì)算氣缸中的壓力P_cyl。這個(gè)計(jì)算通過假定為絕熱條件來進(jìn)行。
氣缸溫度計(jì)算塊53135根據(jù)氣缸溫度的前一個(gè)值、氣缸體積的前一個(gè)值、氣缸體積的當(dāng)前值、比熱比k來計(jì)算氣缸中的溫度T_cyl。這個(gè)計(jì)算在假定為絕熱的條件下進(jìn)行。
下面說明熱傳遞系數(shù)計(jì)算塊53136。
首先說明用于表示由熱傳遞系數(shù)計(jì)算塊53136和冷卻損失計(jì)算塊53137處理的冷卻損失的Woschni方程。
冷卻損失QL通過下式(6)計(jì)算。
QL=∫t1t2h·A·(T-Tw)·dt---(6)]]>h=110·d-0.2·P0.8·T-0.53·{C1·cm+C2·Vs·T1P1·V1·(P-PM)}0.8---(7)]]>其中h＝熱傳遞系數(shù) d＝氣缸芯直徑(m)Vs＝氣缸的體積(m3)Cm＝平均活塞速度(m/sec)P1＝當(dāng)進(jìn)氣閥閉合時(shí)氣缸中的壓力(kgf/cm2)V1＝當(dāng)進(jìn)氣閥閉合時(shí)氣缸的體積(m3)T1＝當(dāng)進(jìn)氣閥閉合時(shí)氣缸溫度(K)PM＝氣缸中的壓力(kgf/cm2)P＝氣缸中的壓力(kgf/cm2)T＝氣缸溫度(K)C1＝6.18(排氣沖程)或2.28(壓縮沖程和膨脹沖程)，以及C2＝3.24×10-3(m/sec-K)。
C1和C2一般作為常量使用。
參見圖17，熱傳遞系數(shù)計(jì)算塊53136根據(jù)氣缸壓力、氣缸溫度、平均活塞速度、氣缸壓力、初始?xì)飧诇囟?、初始?xì)飧左w積和初始?xì)飧讐毫?，按照?8)計(jì)算熱傳遞系數(shù)h。
參見圖18，冷卻損失計(jì)算塊53137通過根據(jù)氣缸溫度、燃燒室壁溫度、燃燒室表面積、熱傳遞系數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)速度NE求解公式(7)來計(jì)算冷卻損失Q_loss。
下面參照圖19說明氣缸溫度和壓力計(jì)算塊5314的構(gòu)成。
氣缸溫度和壓力計(jì)算塊5314包括氣體屬性計(jì)算塊53141、總的氣體體積計(jì)算塊53142、絕熱氣缸壓力計(jì)算塊53143、絕熱氣缸溫度計(jì)算塊53144、氣缸溫度計(jì)算塊53145、以及氣缸壓力計(jì)算塊53146。
氣體屬性計(jì)算塊53141根據(jù)質(zhì)量燃燒率和氣缸溫度計(jì)算氣體的物理屬性(即，在恒定體積下的比熱比和比熱)。
其中，當(dāng)根據(jù)燃燒的氣體的比，換句話說，用于計(jì)算屬性的質(zhì)量燃燒率，計(jì)算氣體屬性時(shí)，應(yīng)用下面的關(guān)系式(8)。
(氣體屬性值)＝(燃燒的氣體屬性值)×(燃燒的氣體比)+(未燃燒的氣體屬性值)×(1-燃燒的氣體比) (8)參見圖20，氣體屬性計(jì)算塊53141根據(jù)氣缸溫度T_cyl確定在恒定體積下的比熱和燃燒的氣體的比熱比。類似地，還根據(jù)氣缸的溫度T_cyl確定在恒定體積下的比熱和未燃燒氣體的比熱比。然后借助于分別乘以燃燒的氣體的比和未燃燒的氣體的比來計(jì)算氣缸中的氣體的屬性。氣缸溫度T_cyl的初始值是T_cyl_ini。
參見圖21，總的氣體體積計(jì)算塊53142根據(jù)燃料噴射脈沖寬度TP、常量KCONST和目標(biāo)空氣/燃料比TABYF來計(jì)算總的氣體體積。
再次參見圖19，絕熱氣缸壓力計(jì)算塊53143根據(jù)氣缸壓力的前一個(gè)值、氣缸體積的前一個(gè)值、氣缸體積的當(dāng)前值和比熱比k計(jì)算絕熱氣缸壓力。
絕熱變化氣缸溫度計(jì)算塊53144根據(jù)氣缸溫度的前一個(gè)值、氣缸體積的前一個(gè)值、氣缸體積的當(dāng)前值和比熱比k來計(jì)算絕熱氣缸溫度。
氣缸溫度計(jì)算塊53145根據(jù)絕熱氣缸溫度、產(chǎn)生的熱量、冷卻損失、總的氣體體積和在固定體積下的比熱計(jì)算氣缸溫度T_cyl。
氣缸壓力計(jì)算塊53146根據(jù)絕熱氣缸壓力、氣缸溫度和絕熱氣缸溫度計(jì)算氣缸壓力P_cyl。
至此結(jié)束圖7所示的平均氣缸溫度和壓力計(jì)算塊531的構(gòu)成的說明。
下面參照圖7，說明圖7中的爆震產(chǎn)生指標(biāo)輸出塊532的構(gòu)成。
參見圖22，爆震產(chǎn)生指標(biāo)輸出塊532包括復(fù)位標(biāo)志計(jì)算塊5321、未燃燒氣體溫度計(jì)算塊5322、瞬間點(diǎn)火延遲倒數(shù)計(jì)算塊5323和積分塊5324。
參見圖23，如果曲柄角CA超過基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL，復(fù)位標(biāo)志設(shè)置塊5321設(shè)置復(fù)位標(biāo)志為ON。
參見圖24，未燃燒氣體溫度計(jì)算塊5322包括未燃燒氣體屬性計(jì)算塊53221和未燃燒氣體溫度計(jì)算塊53222。未燃燒氣體屬性計(jì)算塊53221具有和氣體屬性計(jì)算塊53141相同的構(gòu)成。其中，通過輸入為0的質(zhì)量燃燒率只計(jì)算未燃燒氣體的屬性。未燃燒氣體溫度計(jì)算塊53222根據(jù)未燃燒氣體溫度的前一個(gè)值、氣缸壓力的當(dāng)前值、氣缸壓力的前一個(gè)值和比熱比k來計(jì)算未燃燒氣體溫度T_ub。
瞬時(shí)點(diǎn)火延遲倒數(shù)計(jì)算塊5323通過參考由實(shí)驗(yàn)預(yù)先建立的映射圖，根據(jù)未燃燒氣體的溫度T_ub和氣缸壓力P_cyl來計(jì)算瞬時(shí)點(diǎn)火延遲的倒數(shù)tauinv。
參見圖25，積分塊5324由發(fā)動(dòng)機(jī)速度NE計(jì)算轉(zhuǎn)過預(yù)定的曲柄角所需的時(shí)間，并且其通過相對于時(shí)間積分瞬時(shí)點(diǎn)火延遲的倒數(shù)tauinv來計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_kocr。當(dāng)復(fù)位標(biāo)志是ON時(shí)，0作為爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_kocr的初始值被輸入。
至此結(jié)束圖5所示的爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算單元53的構(gòu)成的說明。
下面參照圖26說明圖5所示的提前校正極限計(jì)算單元54的構(gòu)成。提前校正極限計(jì)算單元54包括曲柄角計(jì)算塊541、質(zhì)量燃燒率計(jì)算塊542、爆震強(qiáng)度計(jì)算塊543、以及延遲寬度計(jì)算塊544。
曲柄角計(jì)算塊541根據(jù)由實(shí)驗(yàn)預(yù)先確定的例如圖中所示的特性曲線，由爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_kocr(i)和被處理的曲柄角CA_calc(i)確定在爆震時(shí)的曲柄角CA_knk。其中，在爆震產(chǎn)生指標(biāo)idx_kocr(i)達(dá)到門限值1.0時(shí)的被處理的曲柄角CA_calc(i)被用作在爆震時(shí)的曲柄角CA_knk。在橫軸上標(biāo)記的曲柄角CA_calc(i)上的箭頭的方向相應(yīng)于延遲的方向。
質(zhì)量燃燒率計(jì)算塊542根據(jù)由實(shí)驗(yàn)預(yù)先確定的例如圖中所示的特性曲線，由被處理的曲柄角CA_calc(i)、質(zhì)量燃燒率X_burn(i)和在爆震時(shí)的曲柄角CA_knk來確定在爆震時(shí)的質(zhì)量燃燒率X_bknk。
爆震強(qiáng)度計(jì)算塊543由在爆震時(shí)的曲柄角CA_knk和在爆震時(shí)的質(zhì)量燃燒率X_bknk確定爆震強(qiáng)度I_knk。在圖中，由箭頭指示的方向，換句話說，向下的方向，是延遲方向。
延遲寬度計(jì)算塊544根據(jù)由實(shí)驗(yàn)預(yù)先確定的例如圖中所示的特性曲線，由爆震強(qiáng)度I_knk確定延遲寬度CA_rtd。延遲寬度CA_rtd表示從基本點(diǎn)火定時(shí)MTBCAL的延遲量，這相應(yīng)于提前校正極限。
下面參照圖27說明圖5所示的點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算單元55。點(diǎn)火定時(shí)計(jì)算單元55確定相對于基本點(diǎn)火定時(shí)MBTCAL被延遲所述延遲寬度CA_rtd的點(diǎn)火定時(shí)ADV。
在本發(fā)明中，根據(jù)點(diǎn)火延遲計(jì)算爆震極限點(diǎn)火定時(shí)。當(dāng)經(jīng)過按照發(fā)動(dòng)機(jī)型號和條件確定的預(yù)定點(diǎn)火延遲時(shí)，可燃?xì)怏w在爆炸中燃燒。在點(diǎn)火延遲和爆震發(fā)生的可能性之間具有非常緊密的相關(guān)性。
通過如本發(fā)明那樣根據(jù)點(diǎn)火延遲計(jì)算爆震極限點(diǎn)火定時(shí)，可以精確地計(jì)算爆震極限點(diǎn)火定時(shí)。
對于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)型號，按照溫度和壓力均勻地確定點(diǎn)火延遲。借助于計(jì)算氣缸溫度和氣缸壓力，然后從所得值計(jì)算點(diǎn)火延遲，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際上均勻的防爆震特性，而不管發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)范如何。此外，可以實(shí)時(shí)地以高精度計(jì)算點(diǎn)火延遲，而不管發(fā)動(dòng)機(jī)的加溫狀態(tài)和環(huán)境條件。
在氣缸中的氣體的點(diǎn)火延遲和未燃燒氣體的溫度之間具有非常緊密的相關(guān)性。因此，通過計(jì)算未燃燒的氣體的溫度，然后根據(jù)這個(gè)未燃燒的氣體的溫度計(jì)算點(diǎn)火延遲，可以更精確地計(jì)算點(diǎn)火延遲。
由爆震定時(shí)和在爆震緊前面的質(zhì)量燃燒率可以精確地估計(jì)是否即將發(fā)生爆震，并根據(jù)這個(gè)結(jié)果，可以精確地計(jì)算爆震極限點(diǎn)火定時(shí)。
如果爆震被預(yù)測到，則可以通過對點(diǎn)火定時(shí)進(jìn)行延遲校正來避免爆震的實(shí)際發(fā)生。在所有的時(shí)間，都可以把基本點(diǎn)火定時(shí)設(shè)置為MBT，因而可以減少適應(yīng)步驟的數(shù)量，并且可以改善燃料消耗。通過設(shè)置一個(gè)合適的延遲量，可以阻止由于過量的延遲而導(dǎo)致的燃料消耗和操作屬性的劣化。
此外，在本發(fā)明中，通過參考生熱模式可以更容易和更合適地計(jì)算質(zhì)量燃燒率。
通過積分在每個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)點(diǎn)火延遲的倒數(shù)以便計(jì)及氣缸溫度和氣缸壓力的變化，可以更精確地計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo)。借助于在每次計(jì)算曲柄角時(shí)增加計(jì)算的點(diǎn)的數(shù)量，可以增加爆震指標(biāo)計(jì)算的精度。
瞬時(shí)點(diǎn)火延遲的倒數(shù)的積分提供表示“爆震即將發(fā)生的可能性”的指標(biāo)。因此，通過比較這個(gè)指標(biāo)和一個(gè)預(yù)定的門限值，能夠確定將要發(fā)生爆震時(shí)的曲柄角。
因?yàn)楸甬a(chǎn)生定時(shí)和爆震極限點(diǎn)火定時(shí)根據(jù)點(diǎn)火延遲被計(jì)算，能夠減少在發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)所需的適應(yīng)步驟的數(shù)量，而不管發(fā)動(dòng)機(jī)的型號如何。
因?yàn)榭梢圆皇褂脙?nèi)部氣缸壓力傳感器來計(jì)算爆震極限點(diǎn)火定時(shí)，所以可以確保實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的費(fèi)用被保持為低。
申請日為2004年2月20日的Tokugan 2004-044423，和在日本的申請日為2004年2月20日的Tokugan 2004-044495的內(nèi)容被包括在此作為參考。
雖然上面參照本發(fā)明的一些實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對上述實(shí)施例作出許多改變和改型。
例如，在上述實(shí)施例中，爆震產(chǎn)生指標(biāo)通過相對于時(shí)間積分點(diǎn)火延遲的倒數(shù) 被導(dǎo)出，但是爆震產(chǎn)生指標(biāo)也可以通過相對于曲柄角theta而不相對于時(shí)間積分點(diǎn)火延遲的倒數(shù)來確定。
在上述實(shí)施例中，使用傳感器檢測用于控制所需的參數(shù)。但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于使用要求保護(hù)的參數(shù)進(jìn)行要求保護(hù)的控制的任何點(diǎn)火定時(shí)控制裝置和方法，而不管這些參數(shù)是如何獲得的。
要求專有性或私有性而被保護(hù)的本發(fā)明的實(shí)施例被限定如下。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)借助于火花塞(14)點(diǎn)火使氣缸內(nèi)的空氣/燃料混合物燃燒，所述裝置包括可編程的控制器(50)，其被編程用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算氣缸內(nèi)的氣體的點(diǎn)火延遲(53)；根據(jù)所述點(diǎn)火延遲計(jì)算構(gòu)成發(fā)生爆震的指示器的爆震產(chǎn)生指標(biāo)(53)；根據(jù)所述爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算不發(fā)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)(54)；以及把火花塞(14)的點(diǎn)火定時(shí)控制為所述不發(fā)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)(55)。
2.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算氣缸內(nèi)的溫度和壓力(531)，并根據(jù)氣缸內(nèi)的溫度和壓力計(jì)算氣缸內(nèi)的氣體的點(diǎn)火延遲(5323)。
3.如權(quán)利要求2所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)以及氣缸內(nèi)的溫度和壓力計(jì)算氣缸內(nèi)的未燃燒的氣體的溫度(5322)，并根據(jù)氣缸內(nèi)的未燃燒氣體的溫度和壓力計(jì)算氣缸內(nèi)的氣體的點(diǎn)火延遲(5323)。
4.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述運(yùn)行狀態(tài)包括發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的曲柄角，并且所述控制器(50)還被編程用于由所述曲柄角計(jì)算當(dāng)前質(zhì)量燃燒率(530)，根據(jù)爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算在爆震時(shí)的曲柄角(541)，相對于在爆震時(shí)的曲柄角計(jì)算氣缸內(nèi)的氣體的質(zhì)量燃燒率(542)，以及由所述相對于在爆震時(shí)的曲柄角的氣缸內(nèi)的氣體的質(zhì)量燃燒率和所述當(dāng)前質(zhì)量燃燒率計(jì)算不產(chǎn)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)(543，544)。
5.如權(quán)利要求4所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于根據(jù)爆震產(chǎn)生指標(biāo)達(dá)到預(yù)定門限值時(shí)的曲柄角來確定不發(fā)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)(541-544)。
6.如權(quán)利要求4所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算基本點(diǎn)火定時(shí)，并由相對于在爆震時(shí)的曲柄角的氣缸內(nèi)氣體的質(zhì)量燃燒率以及當(dāng)前質(zhì)量燃燒率來計(jì)算延遲寬度(543，544)，并通過根據(jù)所述延遲寬度延遲所述基本點(diǎn)火定時(shí)來確定不產(chǎn)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)(55)。
7.如權(quán)利要求6所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于隨著相對于爆震時(shí)的曲柄角的氣缸內(nèi)氣體的質(zhì)量燃燒率的減少而增加所述延遲寬度(543，544)。
8.如權(quán)利要求6所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于隨著爆震時(shí)的曲柄角沿提前方向增加而增加延遲寬度(543，544)。
9.如權(quán)利要求2所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述運(yùn)行狀態(tài)包括發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的曲柄角和吸入空氣的體積，并且所述控制器(50)還用于根據(jù)吸入空氣的體積計(jì)算相對于所述曲柄角的氣缸內(nèi)氣體生熱模式(53121)，并根據(jù)所述生熱模式計(jì)算氣缸內(nèi)的溫度和壓力(5314)。
10.如權(quán)利要求9所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于由所述生熱模式計(jì)算相對于所述曲柄角的氣缸內(nèi)氣體的質(zhì)量燃燒率(53123)，并根據(jù)相對于所述曲柄角的氣缸內(nèi)氣體的質(zhì)量燃燒率和爆震時(shí)的曲柄角來計(jì)算相對于爆震時(shí)的曲柄角的氣缸內(nèi)氣體的質(zhì)量燃燒率(542)。
11.如權(quán)利要求1-10中任何一個(gè)所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于以預(yù)定的時(shí)間間隔計(jì)算氣缸內(nèi)氣體的點(diǎn)火延遲(5323)，并借助于積分所述點(diǎn)火延遲的倒數(shù)計(jì)算爆震產(chǎn)生指標(biāo)。
12.如權(quán)利要求11所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于用于按照運(yùn)行狀態(tài)改變積分時(shí)間間隔(53)。
13.如權(quán)利要求12所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算基本點(diǎn)火定時(shí)(52)，并用于設(shè)置所述基本點(diǎn)火定時(shí)作為所述積分時(shí)間間隔的起點(diǎn)(53)。
14.如權(quán)利要求12所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算空氣/燃料混合物的燃燒速度(521)，并用于根據(jù)所述燃燒速度確定積分時(shí)間間隔的結(jié)束點(diǎn)(53005)。
15.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于根據(jù)燃燒速度計(jì)算空氣/燃料混合物的質(zhì)量燃燒率(531)，并且當(dāng)所述質(zhì)量燃燒率達(dá)到一個(gè)預(yù)定值時(shí)確定積分時(shí)間間隔結(jié)束(53005)。
16.如權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于根據(jù)燃燒速度計(jì)算空氣/燃料混合物的質(zhì)量燃燒率(531)，并且當(dāng)所述質(zhì)量燃燒率達(dá)到一個(gè)預(yù)定值時(shí)或者當(dāng)爆震產(chǎn)生指標(biāo)達(dá)到一個(gè)預(yù)定門限值時(shí)確定積分時(shí)間間隔結(jié)束(53007)。
17.如權(quán)利要求12所述的點(diǎn)火定時(shí)控制裝置，其中，所述控制器(50)還被編程用于當(dāng)爆震產(chǎn)生指標(biāo)達(dá)到一個(gè)預(yù)定門限值時(shí)確定積分時(shí)間間隔結(jié)束(53004)。
18.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的點(diǎn)火定時(shí)控制方法，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)借助于由火花塞(14)點(diǎn)火使氣缸內(nèi)的空氣/燃料混合物燃燒，所述方法包括根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算氣缸內(nèi)氣體的點(diǎn)火延遲(53)；根據(jù)所述點(diǎn)火延遲計(jì)算構(gòu)成發(fā)生爆震的指示器的爆震產(chǎn)生指標(biāo)(53)；根據(jù)所述爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算不發(fā)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)(54)；以及把火花塞(14)的點(diǎn)火定時(shí)控制為所述不發(fā)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)(55)。
全文摘要
一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)借助于火花塞(14)點(diǎn)火使氣缸內(nèi)的空氣/燃料混合物燃燒。一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(50)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算氣缸內(nèi)的氣體的點(diǎn)火延遲(53)，并根據(jù)所述點(diǎn)火延遲計(jì)算作為發(fā)生爆震的指示器的爆震產(chǎn)生指標(biāo)(53)。所述控制器(50)根據(jù)所述爆震產(chǎn)生指標(biāo)計(jì)算不發(fā)生爆震的一個(gè)極限點(diǎn)火定時(shí)(54)，并借助于把火花塞(14)的點(diǎn)火定時(shí)控制為所述不發(fā)生爆震的極限點(diǎn)火定時(shí)(55)，可以通過少量的適應(yīng)步驟實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火定時(shí)的合適的控制。
文檔編號F02P5/152GK1657765SQ20051000930
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者吉野太容, 佐佐木祐治, 永石初雄 申請人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社