專利名稱：具有用于離子電流傳感和燃料噴射器的共用電源的內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為內(nèi)燃發(fā)動機(即內(nèi)燃機)內(nèi)的燃料噴射和離子電流傳感供應(yīng)電 源的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
各種類型的火花點火、壓縮點火和組合內(nèi)燃發(fā)動機使用將燃料直接噴射進燃燒室 內(nèi)以減少燃料消耗和廢氣排放。這些可包括例如由汽油或汽油/酒精混合物作為燃料 的直噴式火花點火(DISI)發(fā)動機、由柴油作為燃料的壓縮點火發(fā)動機或者由汽油或 其他燃料作為燃料的可運轉(zhuǎn)于火花點火模式與壓縮點火模式(有時候稱之為均質(zhì)充量 壓縮著火(HCCI)模式)的組合發(fā)動機?？刹捎酶邏弘娫串a(chǎn)生用于這些應(yīng)用的燃料噴 射器期望的性能所需的電流，相對于12V或24V的標(biāo)稱電池電壓，其典型電壓范圍例如 為60V及以上。
制造商使用更加復(fù)雜的傳感和處理硬件及軟件持續(xù)改善內(nèi)燃發(fā)動機的控制以在 減少廢氣排放的同時提高燃料經(jīng)濟性及性能。為了改善燃燒過程的控制，離子電流傳 感(或離子傳感)使用加在位于在燃燒室內(nèi)的傳感器上的偏置電壓去產(chǎn)生指示燃燒質(zhì) 量和正時的電流信號。用于穩(wěn)定的離子電流信號的偏置電壓經(jīng)常超過可直接從車輛電 池得到的電壓以至于需要升壓電路或高壓電源去提供例如范圍在85V或以上的偏置 電壓。 一些火花點火發(fā)動機通過開關(guān)點火線圈提供高壓電源或在火花產(chǎn)生時使用點火 線圈為電容器充電，并且隨后電容器放電以在離子傳感時期提供偏置電壓。盡管適合 一些應(yīng)用，但這些系統(tǒng)不能在沒有火花產(chǎn)生時提供用于離子傳感的偏置電壓，例如在 HCCI發(fā)動機內(nèi)的壓縮點火模式中。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于運轉(zhuǎn)具有燃料噴射器和離子電流傳感器的多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)和 方法，包括在發(fā)動機運轉(zhuǎn)的至少部分時間內(nèi)可連接至燃料噴射器和離子傳感器并供應(yīng) 相對于標(biāo)稱電池電壓基本上相同的標(biāo)稱升壓電壓給燃料噴射器和離子傳感器的高壓 電源。
在一個實施例中，一種直噴式多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機包括至少部分由具有關(guān)聯(lián)電池電 壓的電池供能的電氣系統(tǒng)、與每個汽缸關(guān)聯(lián)并被配置為在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時響應(yīng)控制信號 將燃料直接噴射進關(guān)聯(lián)汽缸的燃燒室內(nèi)的燃料噴射器、定位在多個汽缸中的一個汽缸 內(nèi)的至少一個離子傳感器、及連接于至少一個燃料噴射器以及至少一個離子傳感器以供應(yīng)比電池電壓高的電壓用于燃料噴射器和離子傳感器的運轉(zhuǎn)的至少一個高壓電源。 實施例包括由專用傳感器或聯(lián)合裝置，例如火花塞或電熱塞，實現(xiàn)的離子電流傳感器。 本發(fā)明包括具有多種優(yōu)點的多個實施例。例如，無論火花塞是否放電，本發(fā)明的 系統(tǒng)和方法能夠提供離子電流傳感，例如在壓縮點火發(fā)動機或包括柴油機與HCCI發(fā)動 機的運轉(zhuǎn)模式中。在火花點火應(yīng)用中使用高壓電源用于為點火線圈充電有利于更短點 火線圈充電時間與更短的停留時間的更加靈活的點火正時，其因此提供更長的時間用 于收集離子電流數(shù)據(jù)，該時期通常在線圈/火花放電時被遮蔽。當(dāng)電源集成在發(fā)動機 控制器內(nèi)時，使用單個高壓電源去驅(qū)動噴射器和離子傳感可節(jié)省費用和減少所需的控 制模塊插腳的數(shù)量。
上述優(yōu)點和其他優(yōu)點及特征在結(jié)合附圖從下面優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述中更加顯 而易見。


圖l為說明依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于控制具有用于噴射器和離子傳感的共 用電源的直噴內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)和方法運轉(zhuǎn)的框圖。
圖2為說明依據(jù)本發(fā)明的帶有用于噴射器和離子傳感的共用電源的發(fā)動機控制器
的一個實施例的簡化示意圖。
圖3為說明依據(jù)本發(fā)明的帶有用于噴射器和離子傳感的共用電源的發(fā)動機控制 器的可選實施例的簡化示意圖。
具體實施例方式
本領(lǐng)域技術(shù)人員會明白，關(guān)于任一附圖中所說明和描述的實施例的多種特征可以 與一個或多個其他附圖中的特征組合以構(gòu)造沒有明確地說明或描述的可選實施例。已 說明的特征組合提供用于典型應(yīng)用的代表性的實施例。然而，與本發(fā)明教導(dǎo)相一致的 多種組合和修改可應(yīng)用于特殊的應(yīng)用或?qū)嵤?。說明中使用的該代表性的實施例總體上 涉及一種帶有直噴或汽缸內(nèi)噴射及使用火花塞、電熱塞或設(shè)置在所述汽缸內(nèi)的專用離 子傳感器的離子傳感系統(tǒng)的多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識到相似的應(yīng)用 或?qū)嵤┛捎玫狡渌l(fā)動機/車輛技術(shù)中。
系統(tǒng)IO包括具有帶有相應(yīng)燃燒室14的多個汽缸(表示為汽缸12)的內(nèi)燃發(fā)動
機。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白的是，系統(tǒng)io包括多種傳感器和執(zhí)行器以影響發(fā)動 機的控制。發(fā)動機可釆用單個傳感器或執(zhí)行器，或者每個汽缸12可釆用一個或多個 傳感器或執(zhí)行器，這里說明和描述了代表性的執(zhí)行器或傳感器。例如，每個汽缸l2 可包括四個操作多汽缸發(fā)動機中每個汽缸的進氣門16和排氣門18的執(zhí)行器。然而， 發(fā)動機可僅包括單個發(fā)動機冷卻劑溫度傳感器20。
控制器22具有微處理器24,其為中央處理單元(CPU)的一部分并與內(nèi)存管理單元(固U)"通訊。MMU25控制在多種計算機可讀存儲介質(zhì)中的數(shù)據(jù)移動并傳輸數(shù) 據(jù)進出CPU 24。計算機可讀存儲介質(zhì)優(yōu)選地包括易失性和非易失性存儲器，例如只 讀存儲器U0M)26、隨機存取存儲器(RAM) 28和不失效存儲器(KAM) 30。當(dāng)CPU 24 處于掉電時，KAM 30可用于儲存多種運轉(zhuǎn)變量。所述計算機可讀存儲介質(zhì)可使用任 何一種已知存儲器裝置，如PROM (可編程只讀存儲器)、EPROM (電可編程只讀存儲 器)、EEPROM (電可擦除可編程只讀存儲器)、快閃存儲器(flash memory),或任何 其他能夠存儲數(shù)據(jù)的電子、磁體、光學(xué)或結(jié)合的存儲器裝置，其中一些帶有可執(zhí)行指 令可被CPU 24使用以控制發(fā)動機或安裝有所述發(fā)動機的車輛。計算機可讀存儲介質(zhì) 也可包括軟盤、CD-ROM (只讀光盤存儲器)、硬盤等。
系統(tǒng)IO包括至少部分由提供通常為12V或24V的標(biāo)稱電壓Vw以供能給控制器 22的電池116供能的電氣系統(tǒng)。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白的是，標(biāo)稱電壓為平均 設(shè)計電壓，其帶有實際穩(wěn)態(tài)和由電池提供的響應(yīng)多種環(huán)境和運轉(zhuǎn)狀況變化的瞬時電 壓，運轉(zhuǎn)狀況可包括例如老化、溫度、充電狀態(tài)以及電池負(fù)載。如現(xiàn)有技術(shù)所熟知， 當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，用于多種發(fā)動機/車輛附件的電能可由交流發(fā)電機/發(fā)電機補充。高 壓電源120產(chǎn)生相對于標(biāo)稱電池電壓的升壓標(biāo)稱電壓VB。。ST,取決于特殊應(yīng)用和執(zhí)行其 電壓范圍可為例如85V—100V。電源120用于供應(yīng)電能給燃料噴射器80和離子傳感器， 例如火花塞86。如圖l中所說明的實施例，高壓電源120可與控制模塊22相集成。 可選地，如果需要可采用外部高壓電源。盡管說明為圖1中單個功能塊，但在一些應(yīng) 用中可具有例如多個內(nèi)部或外部高壓電源120為一個或多個汽缸或汽缸組相關(guān)聯(lián)的 部件服務(wù)。
CPU 24經(jīng)由輸入/輸出(I/O)接口 32與多個傳感器和執(zhí)行器通訊。接口 32可 用單個集成接口實現(xiàn)以提供多種原始數(shù)據(jù)或信號調(diào)節(jié)、處理和/或轉(zhuǎn)換、短路保護等。 可選地， 一個或多個專用硬件或固件芯片可以在特殊信號提供給CPU 24之前用于調(diào) 節(jié)并處理特殊信號。通過I/0接口 32由CPU24控制驅(qū)動的項目例子為燃料噴射正時、 燃料噴射率、燃料噴射持續(xù)時間、節(jié)氣門位置、火花塞點火正時(如果發(fā)動機為火花 點火發(fā)動機)、離子電流傳感和調(diào)節(jié)及其他。通過I/0接口 32傳送輸入的傳感器可指 示例如活塞位置、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輛速度、冷卻劑溫度、進氣歧管壓力、加速器踏板 位置、節(jié)氣門位置、空氣溫度、排氣溫度、排氣空燃比、排氣成分濃度及空氣流量。 一些控制器架構(gòu)不包含MMU 25。如果沒有采用麗U 25, CPU 24管理數(shù)據(jù)并直接連接 至ROM 26、 RAM 28和KAM 30。當(dāng)然，依賴特殊應(yīng)用，本發(fā)明可利用多于一個CPU 24 去提供發(fā)動機控制且控制器22可包含多個連接至MMU25或CPU24的ROM 26、 RAM 28 和KAM 30。
在運轉(zhuǎn)中，空氣通過進氣道34并經(jīng)由用36表示的進氣歧管被分散至多個汽缸中。 系統(tǒng)IO優(yōu)選地包括提供相應(yīng)信號(MAF)至控制器22以指示質(zhì)量空氣流量的質(zhì)量空 氣流量傳感器38。節(jié)氣門40可用于調(diào)節(jié)通過進氣道34的空氣流。節(jié)氣門"優(yōu)選地根據(jù)控制器22產(chǎn)生的相應(yīng)的節(jié)氣門位置信號通過合適的執(zhí)行器42電子控制。節(jié)氣門 位置信號可響應(yīng)相應(yīng)的發(fā)動機輸出或由操作者通過加速器踏板46指示的所需扭矩而 產(chǎn)生。節(jié)氣門位置傳感器"提供反饋信號(TP)至控制器22以指示節(jié)氣門40的實 際位置去執(zhí)行節(jié)氣門40的閉環(huán)控制。
歧管絕對壓力傳感器50用于提供指示歧管壓力的信號(MAP)至控制器22?？?氣通過進氣歧管36經(jīng)由一個或多個進氣門16的適當(dāng)?shù)目刂七M入燃燒室14。進氣門 16和排氣門18可使用總體上用標(biāo)號52指示的傳統(tǒng)的凸輪軸裝置控制。凸輪軸裝置 52包括凸輪54，其每次燃燒或發(fā)動機循環(huán)完成旋轉(zhuǎn)一周，對于四沖程發(fā)動機需要曲 軸56旋轉(zhuǎn)兩周，這樣凸輪軸54以曲軸56—半的速度旋轉(zhuǎn)。凸輪軸54的旋轉(zhuǎn)(或控 制器22處于可變凸輪正時或無凸輪發(fā)動機應(yīng)用)控制一個或多個排氣門18以通過排 氣歧管排出燃燒后空氣/燃料混合物。凸輪軸每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或等同的每一次燃燒循環(huán)， 汽缸識別傳感器58就提供信號(CID),通過其能確定凸輪軸旋轉(zhuǎn)位置。汽缸識別傳 感器58包括與凸輪軸54 —起旋轉(zhuǎn)的傳感輪60，所述傳感輪60包括單個突出部或齒， 其旋轉(zhuǎn)可被霍爾效應(yīng)傳感器或可變磁阻傳感器62檢測到。汽缸識別傳感器58可被用 于識別在汽缸12內(nèi)指定活塞64的特定位置以用于例如確定燃料供應(yīng)或點火正時。
通過包括齒輪68和關(guān)聯(lián)傳感器70的曲軸位置傳感器66提供用于控制發(fā)動機的 額外旋轉(zhuǎn)位置信息。在一個實施例中，齒輪68包括35個以IO度間隔相等分開的齒， 其帶有單個20度被稱為缺失齒的間隙或空間。與汽缸識別傳感器58結(jié)合，曲軸位置 傳感器66的缺失齒可被用于產(chǎn)生被控制器22用于燃料噴射和點火正時的信號(PIP )。 在控制器22內(nèi)的專用集成電路芯片(EDIS)可被用于調(diào)節(jié)/處理由曲軸位置傳感器 66產(chǎn)生的原始旋轉(zhuǎn)位置信號并且每個燃燒循環(huán)每個汽缸均輸出信號(PIP)。曲軸位 置傳感器66也可用于確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速并在需要時可根據(jù)絕對、相對或差分發(fā)動機轉(zhuǎn) 速識別汽缸燃燒事件。
排氣氧傳感器63提供信號(EGO)至控制器22以指示排氣是稀化學(xué)計量還是富
化學(xué)計量。取決于特殊應(yīng)用，排氣氧傳感器63可提供相應(yīng)于富化學(xué)計量或稀化學(xué)計
量工況的兩態(tài)信號，或可選地提供與排氣的化學(xué)計量成比例的信號。這信號可用于例
如調(diào)節(jié)空燃比或控制一個或多個汽缸運轉(zhuǎn)模式。廢氣通過排氣歧管并且在排出到大氣
之前通過一個或多個排放控制或處理裝置90。
燃料輸送系統(tǒng)包括帶有用于供應(yīng)燃料給共燃料軌112的燃料泵110的燃料箱100,
共燃料軌112提供加壓燃料給噴射器80。在一些直噴應(yīng)用中，凸輪驅(qū)動高壓燃料泵 (未顯示)可與低壓燃料泵110結(jié)合以在共燃料軌112中提供期望的燃料壓力。燃料 壓力可由來自控制器22的相應(yīng)的信號控制在預(yù)定運轉(zhuǎn)范圍。在圖1中說明的代表性 實施例中，燃料噴射器80側(cè)安裝于燃燒室14的進氣側(cè)，典型地位于進氣門16之間， 并且響應(yīng)來自控制器22由驅(qū)動器82處理的指令信號直接噴射燃料至燃燒室"內(nèi)。 當(dāng)然，本發(fā)明也可應(yīng)用于具有穿過燃燒室14的上面或頂部中置安裝的燃料噴射器80的應(yīng)用。
驅(qū)動器82可包括多種電路和/或電子裝置以選擇性地從高壓電源120供應(yīng)電能去 驅(qū)動與燃料噴射器80關(guān)聯(lián)的螺線管，參照圖2-3更詳細(xì)地描述，且取決于特殊應(yīng)用 和執(zhí)行可與單個燃料噴射器80或多個燃料噴射器關(guān)聯(lián)。盡管說明和描述關(guān)于直接噴 射應(yīng)用，其燃料噴射器常需要高壓驅(qū)動，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明的教導(dǎo) 也可應(yīng)用于使用進氣道噴射或每個汽缸多個噴射器和/或每個循環(huán)多次燃料噴射的組 合策略。
在圖1中的實施例，根據(jù)當(dāng)前運轉(zhuǎn)模式響應(yīng)由控制器22產(chǎn)生并由驅(qū)動器82處理 和驅(qū)動的信號(fpw),對于單個發(fā)動機循環(huán)在一個或多個噴射事件中，燃料噴射器 80將一些燃料直接噴射進入燃燒室14。在燃燒循環(huán)期間的適當(dāng)時間，控制器22產(chǎn)生 由點火系統(tǒng)84處理的信號(SA)以控制火花塞86并開始在燃燒室14內(nèi)的燃燒，并 且隨后在火花塞86上施加高壓偏置以激活這里描述的離子電流傳感。取決于具體應(yīng) 用，該高壓偏置可通過火花間隙施加或施加在火花塞86的中心電極與汽缸壁之間。 點火系統(tǒng)84可包括一個或多個點火線圈和其他電路/電子裝置去驅(qū)動關(guān)聯(lián)的火花塞 86并提供離子傳感。點火線圈的充電可由高壓電源120或電池電壓供能，如分別參 照圖2和圖3所描述。然而，使用由高壓電源120提供的升壓電壓可提供多種好處， 例如減少點火線圈充電時間和停留時間，這樣總體上允許更大的點火正時靈活性和/ 或更長的離子傳感時期。
在一個實施例中，每個火花塞86包括專用線圈和關(guān)聯(lián)的電子裝置?？蛇x地，單 個點火系統(tǒng)84可與多個火花塞86關(guān)聯(lián)。此外，點火系統(tǒng)84可包括多種組件去提供 離子電流傳感，如參照圖2-3描述。圖示的代表性的實施例包括每個汽缸內(nèi)的單個火 花塞86,其作用是點燃燃料混合物并且然后作為這里描述的離子傳感器。然而，本 發(fā)明可用于使用雙火花塞的應(yīng)用中，雙火花塞中一個或兩個提供混合物點燃和/或離 子傳感。同樣地，本發(fā)明的實施例可結(jié)合其他類型可提供離子信號的裝置，例如電熱 塞或特殊用途專用離子傳感器。'依據(jù)本發(fā)明，至少一個共用電源120連接到至少一個 燃料噴射器80和至少一個離子傳感器(在圖示的代表性實施例中由火花塞86實現(xiàn)) 并且如這里詳細(xì)描述在至少一部分發(fā)動機運轉(zhuǎn)循環(huán)內(nèi)供應(yīng)高于電池電壓VBAT的電壓
Vboost。
控制器22包括執(zhí)行控制系統(tǒng)10的控制邏輯的軟件和/或硬件。在一個實施例中， 控制器22控制高壓電源120、燃料噴射器80和火花塞86以使電源120選擇性地將 基本上相同的升壓標(biāo)稱電壓(相對于電池電壓)通過驅(qū)動器82提供給燃料噴射器80 以及通過點火系統(tǒng)84提供給火花塞86。當(dāng)然，實際電壓可隨著周圍環(huán)境和運轉(zhuǎn)狀況 的函數(shù)而改變。類似地，取決于特殊應(yīng)用和執(zhí)行，不同升壓標(biāo)稱電壓可供應(yīng)給燃料噴 射器80和火花塞86或其他離子電流傳感器。
圖2為說明用于運轉(zhuǎn)依照本發(fā)明一個實施例的集成的高壓電源的連接的簡化示意圖。在該實施例中，電源120與發(fā)動機/車輛控制器22集成在一起并包括在運轉(zhuǎn)時 用于響應(yīng)在控制器22內(nèi)的控制邏輯選擇性地連接多種輸入/輸出的多個開關(guān)200。開 關(guān)200可由一種或多種類型的固態(tài)裝置，例如晶體管和/或繼電器實現(xiàn)，并響應(yīng)控制 信號運轉(zhuǎn)以在發(fā)動機運轉(zhuǎn)循環(huán)不同部分去選擇性地從相同的高壓電源120供應(yīng)基本 上相同的標(biāo)稱電壓至燃料噴射器和離子傳感器。本發(fā)明認(rèn)識到燃料噴射器螺線管82 的運轉(zhuǎn)總體上需要高壓和相應(yīng)大電流去啟動燃料噴射事件然后通過低壓和關(guān)聯(lián)的保 持電流以完成該事件。因此，高壓電源僅用于運轉(zhuǎn)循環(huán)的小部分。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)循環(huán) (點火之后)的不同部分，離子電流傳感也使用高壓偏置去產(chǎn)生非常小(屬于微安培 級別的)電流這樣可以使用共用高壓電源。對于火花點火應(yīng)用，高壓電源也可用于為 點火線圈充電所以充電時間和停留時間如前述減少。
在運轉(zhuǎn)時，開關(guān)210和開關(guān)214閉合以選擇性地連接燃料噴射器螺線管82至高 壓電源VB。。ST。電流被二極管220和222阻斷并流過螺線管線圈82去啟動燃料噴射事 件。保持電流可隨后通過使用電池電壓和開關(guān)210、 212和214適當(dāng)?shù)膭幼魈峁┤ネ?成該燃料噴射事件。來自高壓電源120的基本上相同的電壓可用于為點火線圈84充 電而產(chǎn)生擊穿火花塞86的空氣間隙的火花，并且隨后應(yīng)用偏置電壓去感應(yīng)指示相應(yīng) 汽缸內(nèi)的燃燒質(zhì)量和正時的離子電流信號Is。 s。。為對點火線圈84充電，開關(guān)216閉 合將初級繞組240的一側(cè)244連接至接地，并且初級繞組240的另一側(cè)242連接至升 壓電壓，導(dǎo)致電流流過初級繞組240。軟打開技術(shù)可用于確保在開始線圈充電時火花 放電事件沒有發(fā)生而是在期望的線圈閉合時間發(fā)生。當(dāng)控制器22的控制邏輯產(chǎn)生火 花信號時，開關(guān)216打開去縮滅(collapse)線圈84的磁場并在次級繞組250處感 應(yīng)高壓(屬于千伏級別)，導(dǎo)致?lián)舸┗鸹ㄈ?6的電極的火花放電去啟動在相應(yīng)汽缸內(nèi) 的燃燒。升壓電壓然后用作為擊穿火花塞86的偏置電壓，在汽缸內(nèi)的燃料/空氣混合 物燃燒時產(chǎn)生的離子擊穿火花塞86的空氣間隙并產(chǎn)生可被控制器22檢測到的小離子 電流230。電流鏡或類似電路可集成進點火系統(tǒng)84或控制器22內(nèi)以檢測和放大離子 電流信號。
如在圖2中說明的實施例，用于離子傳感的偏置電壓由高壓電源120提供而不是 充電電容器或點火線圈自身，這樣無論線圈是否被充電去產(chǎn)生火花，可采用離子傳感。 在上面的例子中，如果發(fā)動機隨后運轉(zhuǎn)在HCCI模式，則偏置電壓可仍然加于火花塞 86的電極(或從電極至汽缸壁)上而不用閉合開關(guān)216去為點火線圈充電。
圖3為說明依照本發(fā)明的用于離子傳感器和燃料噴射器的高壓電源的可選實施 例的簡化示意圖。在這個實施例中，燃料噴射器螺線管82如之前在圖2中描述的運 轉(zhuǎn)。然而，電源120'使用電池電壓通過二極管251去為點火線圈84充電并選擇性地 通過開關(guān)216將升壓電壓連接至初級繞組240的一側(cè)244以縮滅線圈84的磁場并啟 動火花事件。因此，在這個實施例中，通過在高壓電源與接地之間選擇性地切換初級 繞組240的一側(cè)244控制點火線圈。升壓電壓提供擊穿火花塞86的間隙的偏置電壓以在關(guān)聯(lián)汽缸內(nèi)燃料/空氣混合物后鎮(zhèn)燃燒期間形成導(dǎo)電離子時有利于離子電流信號 230的產(chǎn)生。
同樣地，本發(fā)明包括多個實施例，其提供用于離子電流傳感器和燃料噴射器的共 享的高壓電源以促進離子電流傳感，無論火花塞是否放電，例如壓縮點火發(fā)動機或包 括例如柴油機與HCCI發(fā)動機的運轉(zhuǎn)模式。在火花點火應(yīng)用中用于為點火線圈充電的 高壓電源的可用性有利于更短點火線圈充電時間與更短的停留時間的更加靈活的點 火正時，其因此提供更長的時期用于收集離子電流數(shù)據(jù)，該時期當(dāng)線圈/火花放電時 通常地被遮蔽。依照本發(fā)明當(dāng)電源集成在發(fā)動機控制器內(nèi)時，使用單個高壓電源去啟 動噴射器和離子傳感也可節(jié)省費用和減少所需的控制模塊插腳的數(shù)量。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了最佳實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的權(quán)利要求 范圍內(nèi)的多種可選設(shè)計和實施例。盡管已經(jīng)描述了關(guān)于一個或多個期望特性的多種實 施例可能具有優(yōu)點或相較于其他實施例更為優(yōu)選，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識到，取決 于具體應(yīng)用和執(zhí)行，為了達到期望系統(tǒng)屬性可對一個或多個特性妥協(xié)。這些屬性包括, 但不限于成本、強度、耐用性、壽命周期成本、可銷售性、外觀、裝配、尺寸、適用 性、重量、可制造性、易于組裝等。這里論述的實施例在一個或多個屬性上相對于其 他實施例或現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用不令人滿意也未超出本發(fā)明范圍之外，并且可滿足特殊應(yīng) 用。
權(quán)利要求
1. 一種具有至少部分由具有關(guān)聯(lián)電池電壓的電池供能的電氣系統(tǒng)的多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機，該發(fā)動機包括燃料噴射器，所述燃料噴射器與每個汽缸關(guān)聯(lián)并被配置用于在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時響應(yīng)控制信號噴射燃料；定位在多個汽缸中的一個內(nèi)的至少一個離子傳感器；及至少一個共用電源，所述至少一個共用電源連接至至少一個燃料噴射器及至少一個離子傳感器用于供應(yīng)比所述電池電壓高的電壓以用于所述至少一個燃料噴射器和所述至少一個離子傳感器的運轉(zhuǎn)。
2. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)動機，其特征在于，所述離子傳感器包括火花塞。
3. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機，其特征在于，進一步包括點火線圈，所述點火線圈包括具有至少在離子傳感時期連接至所述共用電源的初 級繞組和連接至所述火花塞的次級繞組，所述初級繞組的第一側(cè)連接至所述共用電 源。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)動機，其特征在于，所述點火線圈的初級繞組具有連接 至電池電壓的第二側(cè)，以及所述點火線圈通過在所述共用電源與接地之間切換所述第 一側(cè)控制。
5. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)動機，其特征在于，所述點火線圈的初級繞組具有選擇 性地連接至接地的第二惻，以及所述點火線圈通過在開路與接地之間切換所述第二側(cè) 控制。
6. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機，其特征在于，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時所述火花塞點燃在 汽缸內(nèi)的燃料/空氣混合物，以及在火花放電后所述共用電源給所述火花塞加上偏置 電壓以感應(yīng)指示所述汽缸內(nèi)的燃燒的離子電流。
7. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)動機，其特征在于，進一步包括與所述至少一個燃料噴 射器和至少一個離子傳感器通訊的基于微處理器的發(fā)動機控制器，且所述共用電源包 含在所述發(fā)動機控制器內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)動機，其特征在于，所述共用電源提供基本上相同的標(biāo)稱電壓給所述至少一個燃料噴射器和所述至少一個離子傳感器。
9. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)動機，其特征在于，每個燃料噴射器均位于相應(yīng)的汽缸 內(nèi)以響應(yīng)控制信號直接將燃料噴射進所述汽缸內(nèi)。
10. —種用于具有與每個汽缸關(guān)聯(lián)的燃料噴射器和火花塞的直噴式多汽缸內(nèi)燃發(fā) 動機的電源系統(tǒng)，所述燃料噴射器響應(yīng)控制信號將燃料直接噴射進汽缸內(nèi)，所述火花 塞具有用于選擇性地作為點火源和離子傳感器運作的關(guān)聯(lián)的點火線圏，所述電源系統(tǒng) 包括高壓電源，所述高壓電源在發(fā)動機運轉(zhuǎn)的至少部分時期可連接至所述燃料噴射器 和所述點火線圏并提供相對于標(biāo)稱電池電壓基本上相同的標(biāo)稱升壓電壓給所述燃料 噴射器和所述點火線圈。
11. 如權(quán)利要求10所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，每個點火線圈包括帶有至少在 離子傳感時期連接至所述高壓電源的第一側(cè)的初級繞組和連接至所述火花塞的次級 繞組。
12. 如權(quán)利要求ll所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述點火線圈的初級繞組具有 連接至電池電壓的第二側(cè)，以及所述點火線圈通過在所述高壓電源與接地之間切換所 述第一側(cè)控制。
13. 如權(quán)利要求ll所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述點火線圈的初級繞組具有 選擇性地接地的第二側(cè)，以及所述點火線圈通過在高阻抗與接地之間切換所述第二側(cè) 控制。
14. 如權(quán)利要求10所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓電源集成進用于控制 所述點火線圈和所述燃料噴射器運轉(zhuǎn)的基于微處理器的發(fā)動機控制器內(nèi)。
15. —種用于控制具有燃料噴射器和離子傳感器的多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機的方法，該 方法包括從具有高于車輛電池標(biāo)稱電壓的標(biāo)稱電壓的共用高壓電源選擇性地提供基本上 相同的電壓給所述燃料噴射器和所述離子傳感器。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述離子傳感器包括火花塞。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，選擇性地提供包括選擇性地將所述 共用高壓電源連接至與所述火花塞關(guān)聯(lián)的點火線圈的初級繞阻。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，選擇性地提供包括將所述共用高壓 電源連接至與所述火花塞關(guān)聯(lián)的點火線圈的初級繞阻的第一側(cè)并且選擇性地將所述 初級繞阻的第二側(cè)接地。
19. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，選擇性地提供包括 提供電池電壓給點火線圈的初級繞阻以為所述點火線圈充電；及 在所述點火線圈放電之后的離子電流傳感時期，提供高壓至所述初級繞阻。
20. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述燃料噴射器包括在運轉(zhuǎn)時用 于將燃料直接噴射進相應(yīng)汽缸內(nèi)的直噴式燃料噴射器。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有用于離子電流傳感和燃料噴射器的共用電源的內(nèi)燃機，公開一種用于控制具有燃料噴射器和離子電流傳感器的多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)和方法，包括在發(fā)動機運轉(zhuǎn)的至少部分時期可連接至燃料噴射器和離子傳感器并供應(yīng)相對于標(biāo)稱電池電壓基本上相同的標(biāo)稱升壓電壓給燃料噴射器和離子傳感器的高壓電源。
文檔編號F02D43/00GK101418740SQ20081016632
公開日2009年4月29日 申請日期2008年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者羅斯·戴克斯特拉·珀西富爾, 邁克爾·達爾安·切克拉 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司