專利名稱：空氣/燃料失衡監(jiān)測器的制作方法
空氣/燃料失衡監(jiān)測器
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測汽缸空氣/燃料失衡的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
由于多種原因，發(fā)動(dòng)機(jī)中可能會(huì)發(fā)生與空燃比失衡相關(guān)聯(lián)的汽缸至汽缸(Cylinder to cylinder)的燃燒差異。例如，由于汽缸至汽缸的進(jìn)氣門沉積、堵塞的EGR(排氣再循環(huán))孔、電力故障、空氣泄漏和/或移位(shift)的燃料噴射器等的不同，可能發(fā)生汽缸至汽缸的空燃比失衡。在一些方法中，可使用成比例的氧傳感器(例如UEG0)來監(jiān)測空燃比的失衡以通過確定與汽缸-至汽缸差異相關(guān)的傳感器信號(hào)的高頻部分而計(jì)算失衡的量。在這樣的方法中，可以通過例如累積每個(gè)可校正RPM (轉(zhuǎn)速)窗口汽缸至汽缸差異的量而估算汽缸的空氣/燃料失衡。然而，發(fā)明人在此 已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這樣的方法可能不能提供單獨(dú)的汽缸能力并且不能將空氣物質(zhì)輸送路徑故障與燃料通道輸送故障區(qū)分開從而導(dǎo)致單個(gè)汽缸失衡檢測中的誤差。更進(jìn)一步的，在這樣的方法中，傳感器污染和老化可通過降低傳感器頻率響應(yīng)而隨時(shí)間來減損監(jiān)測能力。在其它方法中，可使用曲軸加速信號(hào)處理來監(jiān)測汽缸空氣/燃料失衡以探測關(guān)聯(lián)于空氣/燃料失衡的汽缸至汽缸的燃燒變化。然而，這樣的方法可能錯(cuò)誤地識(shí)別空氣/燃料失衡，因?yàn)榍S加速的波動(dòng)可能是由于很多其它原因引起的，例如火花塞污垢、點(diǎn)火線圈
故障等。

發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)示例方法中，為了至少部分地解決這些問題，提供了一種用于監(jiān)測汽缸空氣/燃料失衡的方法。方法包含，基于通過在汽缸中施加預(yù)定模型的富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況同時(shí)保持排氣混合物總體處于計(jì)量比而產(chǎn)生的曲軸加速而識(shí)別具有潛在空氣/燃料失衡的汽缸。例如，可以選擇汽缸中預(yù)定模型的富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況使得通過導(dǎo)入至共用排氣通道的其它汽缸中的富化的燃燒來補(bǔ)償稀化的燃燒。這樣，在失衡監(jiān)測期間可以減少排放和可驅(qū)動(dòng)性影響以及明顯的RPM擾動(dòng)，因?yàn)樵诒O(jiān)測期間排氣保持在化學(xué)計(jì)量。進(jìn)一步地，可以在汽缸至汽缸的基礎(chǔ)(cylinder tocylinder basis)上識(shí)別分布不均的原因以識(shí)別失衡的標(biāo)記(sign)或方向(例如，富化/稀化)以及校正量以減輕單個(gè)汽缸失衡的排放影響。至少部分由于應(yīng)用的模型的預(yù)選擇，這樣的方法是可能的。先驗(yàn)知識(shí)從而能使系統(tǒng)補(bǔ)償空氣和/或燃料路徑誤差。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，其中空燃比調(diào)整在化學(xué)計(jì)量附近。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，其中通過在選擇的汽缸中引入一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況調(diào)整空燃比。根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，其中在選擇的汽缸中引入的一系列富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況相應(yīng)通過另一汽缸中一系列稀化、富化和化學(xué)計(jì)量狀況而補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包含基于所述斜率或形狀而識(shí)別選擇的汽缸中的空氣/燃料失衡的幅度和方向。根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包含基于選擇的汽缸中的識(shí)別的空氣/燃料失衡的幅度和方向而對選擇的汽缸施加空氣/燃料校正。根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包含如果在施加所述空氣/燃料校正之后在汽缸中識(shí)別失衡則指示選擇的汽缸的非燃料相關(guān)的劣化。根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包含如果幅度高于閾值則指示選擇的汽缸的劣化。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，包含:控制器，其配置用于:基于通過保持所述發(fā)動(dòng)機(jī)處于化學(xué)計(jì)量時(shí)由汽缸中的一系列富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況而產(chǎn)生的曲軸加速而識(shí)別具有潛在空氣/燃料失衡的汽缸。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，其中在汽缸中的一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況相應(yīng)通過在另一汽缸中的一系列稀化、富化以及化學(xué)計(jì)量狀況來補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，其中所述識(shí)別基于所述曲軸加速相對于和所述一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況對應(yīng)的空燃比的映射的斜率或形狀。應(yīng)該理解提供上述發(fā)明內(nèi)容以便以簡單的形式引入將在下面具體實(shí)施方式
中將進(jìn)一步描述的一系列概念。其并不意味著識(shí)別權(quán)利要求主題的關(guān)鍵或?qū)嵸|(zhì)的特征，本發(fā)明的范圍唯一地由權(quán)利要求書確定。此外，權(quán)利要求主題不限于解決上述的或者在本說明書任意部分提到的缺點(diǎn)的實(shí)施方式。

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明用于監(jiān)測汽缸空/燃失衡的示例方法；圖3顯示了用于在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中引入扭矩加速的示例系列的富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況；圖4顯示了曲軸加速相對和一系列的富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量對應(yīng)的空燃比的示例映射圖；圖5顯示了用于基于曲軸加速而探測燃料狀況并相應(yīng)地調(diào)節(jié)至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射的示例方法；圖6顯示了針對汽油的示例扭矩相對于空燃比曲線以及針對乙醇/汽油混合物的示例扭矩相對于空燃比曲線；圖7-8顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例交互；
圖9顯示了從基于前臺(tái)燃燒事件計(jì)數(shù)器的表格到基于汽缸組空燃比的表格的示例轉(zhuǎn)換。
具體實(shí)施方式本發(fā)明涉及監(jiān)測由于例如各缸的進(jìn)氣門沉積、堵塞的EGR孔、電力故障、空氣泄漏和/或偏移的燃料噴射器等存在差異的多種原因而在發(fā)動(dòng)機(jī)(例如如圖1所示的示例發(fā)動(dòng)機(jī)中)中可能發(fā)生的汽缸空燃比失衡。圖1顯示了示例內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖，其中可以實(shí)施揭示的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)示例中發(fā)動(dòng)機(jī)10可以為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，而在另一示例中可以為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)10可包含一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸組(未顯示)，每個(gè)汽缸組可包含多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，在圖1中僅顯示了其中一個(gè)汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括燃燒室30以及汽缸壁32，活塞36置于其中并連接至曲軸40。燃燒室30可分別經(jīng)由各自的進(jìn)氣門52和排氣門54與進(jìn)氣歧管44和排氣歧管48連通。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以通過電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器12來控制。發(fā)動(dòng)機(jī)10顯示為具有設(shè)置用于直接噴射燃料進(jìn)入汽缸30的噴射器66的直接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)。燃料通過包括燃料箱、燃料泵和/或高壓共軌系統(tǒng)的燃料系統(tǒng)(未顯示)而輸送至燃料噴射器66。燃料噴射器66與來自控制器12的FPW信號(hào)的脈沖寬度成比例地輸送燃料。噴射正時(shí)和由信號(hào)FPW控制的燃料量兩者都是可調(diào)節(jié)的。例如在一些狀況下發(fā)動(dòng)機(jī)10可利用壓縮點(diǎn)火燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)10可利用使用點(diǎn)火系統(tǒng)的火花塞92的火花點(diǎn)火，或者壓縮點(diǎn)火以及火花點(diǎn)火的組合。燃燒室30可經(jīng)由進(jìn)氣道42從進(jìn)氣歧管44接收進(jìn)氣，并且可經(jīng)由排氣歧管48和排氣道49排出燃燒氣體。進(jìn)氣歧管44和排氣歧管48可經(jīng)由各自進(jìn)氣門52和排氣門54選擇性地與燃燒室30連通。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可包括兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣門和/或兩個(gè)或多個(gè)排氣門。在排氣歧管48和/或排氣道49中可提供一個(gè)或多個(gè)排氣傳感器用于感測發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的成分。排氣傳感器可以為用于提供排氣空燃比的指示的任何合適的傳感器，例如氧
(02)、氮氧化物(NOx)、碳?xì)浠衔?HC)或碳氧化合物(CO)傳感器。如圖1所示，在排氣歧管48中可設(shè)有通用或?qū)捰蜓鮽鞲衅?UEGO) 126。可以提供排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)用于再循環(huán)排氣返回進(jìn)氣。EGR系統(tǒng)可包括從排氣道49形成到進(jìn)氣道42的EGR通道50，以及在EGR通道51中設(shè)置的用于再循環(huán)EGR流的EGR 閥 52。排放控制裝置70顯示為沿著排氣傳感器126下游的排氣通道49設(shè)置。裝置70可以為三元催化劑(TWC)、氮氧化物(NOx )捕集器、多種其它排放控制裝置或者其組合。渦輪增壓器可經(jīng)由進(jìn)氣和排氣歧管連接至發(fā)動(dòng)機(jī)10。渦輪增壓器可包括經(jīng)由軸連接的在進(jìn)氣中的壓縮器85和在排氣中的渦輪86?？梢匝刂l(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道提供包括節(jié)流板164的節(jié)氣門62用于改變提供至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的進(jìn)氣的流率和/或壓力。在圖1中控制器12顯示為微型計(jì)算機(jī)，包括:微處理器單元102、輸入/輸出(I/O)端口 104、只讀存儲(chǔ)器(ROM) 106、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(RAM) 108以及常規(guī)數(shù)據(jù)總線?？刂破?2顯示為接收來自連接至發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器的多種信號(hào)，除了上述的那些信號(hào)外，包括:來自連接至冷卻套筒114的溫度傳感器112的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT)、來自連接至進(jìn)氣歧管44的壓力傳感器116的歧管壓力(MAP)的測量值、來自溫度傳感器117的歧管溫度測量值(AT)、來自連接至曲軸40的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器118的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)(RPM)?？刂破?2還可以包括專用集成電路(ASIC) 109用于實(shí)施在此描述的方法中的一些措施。如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將會(huì)理解的，下面在流程圖中描述的特定程序可代表一種或多種任意數(shù)目的處理策略，例如事件驅(qū)動(dòng)、中斷驅(qū)動(dòng)、多任務(wù)、多線程等。這樣，可以描述的序列、或并列地執(zhí)行在此描述的多種動(dòng)作或功能，或者在某些情況下可以有所省略。類似地，處理的順序并不是要求達(dá)到特征和優(yōu)點(diǎn)所必須的，而只是提供用于說明和描述的簡便。盡管沒有清楚描述，取決于使用的特定策略可以重復(fù)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)說明的動(dòng)作或功能。此外，這些附圖可圖形化地代表將編程進(jìn)入控制器12中的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介中的編碼。圖2顯示了用于監(jiān)測汽缸空氣/燃料失衡的示例方法200。如下面更詳細(xì)描述的，發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中的一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況可用于產(chǎn)生曲軸加速同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)基本處于化學(xué)計(jì)量。在汽缸中產(chǎn)生的一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況可從而產(chǎn)生對應(yīng)于在每個(gè)汽缸中的每個(gè)富化、稀化或化學(xué)計(jì)量狀況的曲軸加速(例如扭矩變化)。隨后可基于曲軸加速相對對應(yīng)于該汽缸中的一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況的空燃比的映射圖的斜率或形狀而識(shí)別汽缸中的潛在空氣/燃料失衡。在一些示例中，在某些狀況下，可以與如下參考圖5描述的方法500的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作一致地執(zhí)行方法200的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作。特別地，方法200包括使用曲軸加速來輔助監(jiān)測汽缸空氣/燃料失衡而方法500包括使用曲軸加速來估算燃料醇含量。在202處，方法200包括確定是否滿足了進(jìn)入狀況。在202處可以檢查用于啟動(dòng)空氣/燃料監(jiān)測器的多個(gè)進(jìn)入狀況。例如，進(jìn)入狀況可包括后臺(tái)(background)采樣率(例如基于時(shí)間的采樣)進(jìn)入狀況和/或前臺(tái)(foreground)采樣率(例如基于曲軸角度范圍的采樣)進(jìn)入狀況。例如，進(jìn)入狀況可取決于全局狀況，例如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度(發(fā)動(dòng)機(jī)必須暖機(jī)以進(jìn)行測試)、環(huán)境溫度、缺少瞬變擾動(dòng)或者轉(zhuǎn)速和負(fù)荷需求。在一些示例中，進(jìn)入狀況可取決于局部狀況，例如抽取的量、通過監(jiān)測程序可以容許的瞬變?nèi)剂狭?、閉環(huán)補(bǔ)償例如怠速rpm差異，燃料閉環(huán)需求，以及例如火花或空氣閉環(huán)補(bǔ)償。如另一示例，進(jìn)入狀況可以取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或可以基于用于減少瞬變空氣/燃料影響的多種參數(shù)，或者多種其它狀況。例如，在低負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)工況期間可以實(shí)施空氣/燃料失衡監(jiān)測或者可以計(jì)劃為以特定時(shí)間或間隔執(zhí)行，例如在已經(jīng)行駛一定數(shù)目英里之后等。在某些示例中，如果在202處沒有滿足進(jìn)入狀況，可以停用空氣/燃料失衡監(jiān)測程序并在更晚的時(shí)間再計(jì)劃，例如在已經(jīng)行駛一定數(shù)目英里之后、已經(jīng)經(jīng)過一定時(shí)間段后、在下一次發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后等。如果在202處滿足進(jìn)入狀況，方法200前進(jìn)至204處。在204處，方法200包括產(chǎn)生或引入發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中一系列富化、稀化和/或化學(xué)計(jì)量狀況。在一些示例中，如下參考圖3描述的，可以基于預(yù)定模型在發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中引入該一系列的富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況。然而，在一些示例中，在汽缸中的該一系列的富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況可以是汽缸中隨機(jī)的空氣/燃料變化，而不是被引入該汽缸中。如下所描述的，例如，在正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間在汽缸中發(fā)生的隨機(jī)空氣/燃料變化可產(chǎn)生較小的曲軸加速，而該加速可用于監(jiān)測各個(gè)汽缸的空氣/燃料失衡。在汽缸中引入的該富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況可取決于發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽缸的點(diǎn)火次序使得汽缸中的稀化、富化或化學(xué)計(jì)量狀況相互補(bǔ)償以保持發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸組總體保持在化學(xué)計(jì)量?？梢赃x擇這些引入的稀化、富化和化學(xué)計(jì)量狀況以便于將發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸組維持在化學(xué)計(jì)量同時(shí)改變各個(gè)汽缸中的空燃比以產(chǎn)生曲軸加速。此外，可以隨機(jī)分布引入的稀化、富化和化學(xué)計(jì)量狀況使得對于發(fā)動(dòng)機(jī)中至少兩次連續(xù)的點(diǎn)火，在發(fā)動(dòng)機(jī)的第一組中的汽缸內(nèi)的富化狀況后不會(huì)緊跟著發(fā)動(dòng)機(jī)的第二組中的汽缸中的富化狀況。汽缸中的一系列富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況在一系列空燃比內(nèi)調(diào)節(jié)汽缸中的空燃t匕，從而產(chǎn)生曲軸加速。在選擇汽缸中的空燃比可以調(diào)節(jié)至接近化學(xué)計(jì)量以在選擇的汽缸中引起較小的扭矩變化。如下更詳細(xì)的描述，可以監(jiān)測扭矩變化并用于識(shí)別空燃比失衡的標(biāo)記(例如富化或稀化)并且可輔助探測空氣/燃料分布不均的緣由以及校正量以減輕各個(gè)汽缸失衡的排放影響。由空氣/燃料空氣/燃料微擾(perturbations)導(dǎo)致的曲軸加速可以通過例如控制器12來監(jiān)測和處理。在一些示例中，如下參考圖5描述的，除了監(jiān)測空氣/燃料失衡之夕卜，曲軸加速還可以用于估算燃料醇含量。繼續(xù)圖2，在206處，方法200包括確定與在204處在汽缸中產(chǎn)生的該一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況相關(guān)聯(lián)的曲軸加速。在點(diǎn)火汽缸的做功沖程期間可以估算曲軸加速。在一些示例中，確定曲軸加速可包括針對在汽缸中引起的每個(gè)稀化、富化或化學(xué)計(jì)量狀況產(chǎn)生的每個(gè)曲軸加速計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化的扭矩加速?？梢远喾N方式標(biāo)準(zhǔn)化曲軸加速。例如，可以通過指示的扭矩減去附件負(fù)荷的值而標(biāo)準(zhǔn)化估算曲軸加速。如另一個(gè)示例，可以通過火花正時(shí)和火花提前之間的偏移值來標(biāo)準(zhǔn)化曲軸加速。用于每個(gè)汽缸的和用于在汽缸中引入的每個(gè)稀化、富化和化學(xué)計(jì)量狀況的標(biāo)準(zhǔn)化加速值和相關(guān)聯(lián)的空燃比值可以存儲(chǔ)在控制器12的存儲(chǔ)器部件中用于如下所述的進(jìn)一步的處理。例如，如圖4所示如下所述，標(biāo)準(zhǔn)化扭矩加速可用于構(gòu)成曲軸加速相對空燃比的映射圖，空燃比對應(yīng)于在選擇的汽缸中引起的一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況。在210處，方法200包括，對于每個(gè)汽缸，計(jì)算加速相對于汽缸中引入的相應(yīng)稀化、富化和化學(xué)計(jì)量狀況的曲線擬合(curve fit)。在一些示例中，可以使用二次曲線擬合或者任何合適的曲線擬合方法。如下所述圖4顯示了對加速相對于空燃比數(shù)據(jù)的示例曲線擬
口 ο在212處，基于對加速相對汽缸中引入的相應(yīng)稀化、富化以及化學(xué)計(jì)量狀況的曲線擬合，方法200包括在對應(yīng)于曲線擬合的預(yù)校準(zhǔn)的扭矩曲線(例如理想扭矩曲線)上找到空燃比點(diǎn)。預(yù)校準(zhǔn)扭矩曲線可以為曲軸加速相對汽缸空燃比的預(yù)校準(zhǔn)曲線并且可以存儲(chǔ)在例如控制器12的存儲(chǔ)器部件中的查值表中。可以多種方式查找用于汽缸的對應(yīng)于曲線擬合的理想扭矩曲線上的空燃比點(diǎn)。例如，可以采用匹配算法以查找曲線擬合匹配的理想扭矩曲線的區(qū)域。示例匹配算法可包括面積比例(area ratio)方法,其用于最小化理想扭矩曲線和通過汽缸中稀化、富化和化學(xué)計(jì)量狀況產(chǎn)生的曲線擬合之間的面積差異。根據(jù)另一個(gè)示例，可采用中點(diǎn)曲線偏離法(midpoint curve deviationapproach)來查找對應(yīng)于曲線擬合的理想曲線上的空燃比點(diǎn)。如又一個(gè)示例，可以使用曲線擬合的斜率(slope)來查找具有基本匹配的斜率的理想曲線上的點(diǎn)。在222處，方法200包括基于在理想曲線上識(shí)別的對應(yīng)于曲線擬合的空燃比計(jì)算空燃比偏離。例如，當(dāng)匹配理想扭矩曲線時(shí)，用于汽缸的曲線擬合可以朝指示汽缸中富化或者稀化失衡的富化或者稀化的方向偏移使得空氣/燃料偏移(shift)對應(yīng)于空氣/燃料偏離的幅度。
空燃比偏離可以用于確定對應(yīng)于從曲線擬合的化學(xué)計(jì)量點(diǎn)到在理想扭矩曲線上的匹配點(diǎn)處的空燃比點(diǎn)的空燃比偏移量和方向的校正因子。如下所述，校正因子可用于確定應(yīng)用于汽缸的燃料校正的量和標(biāo)記以校正失衡。在224處，方法200包括確定是否偏離超出預(yù)校準(zhǔn)水平。例如，空燃比偏離的閾值量可以存儲(chǔ)在控制器12的存儲(chǔ)器部件中。預(yù)校準(zhǔn)水平可對應(yīng)于汽缸中發(fā)生的空燃比偏離的可接受量。如果在224處偏離超過預(yù)校準(zhǔn)水平，方法200前進(jìn)至226處。在226處，方法200包括指示探測到汽缸失衡。例如，扭矩波動(dòng)在閾值范圍之外的各個(gè)汽缸可以識(shí)別為潛在的具有空氣/燃料失衡的汽缸。特別地，汽缸中的曲軸加速可產(chǎn)生扭矩波動(dòng)，從其可以識(shí)別汽缸中潛在的空氣/燃料失衡。例如，如果汽缸中扭矩波動(dòng)落在預(yù)定閾值范圍之外，則該汽缸可以識(shí)別為潛在的具有空氣/燃料失衡的汽缸。一旦已經(jīng)確認(rèn)了空氣/燃料失衡，如下所述可以執(zhí)行確認(rèn)汽缸的劣化的合適指示且可以對確認(rèn)的汽缸應(yīng)用燃料添加的校正以嘗試校正空氣/燃料失衡。在228處，方法200包括對已經(jīng)指示為失衡的一個(gè)或多個(gè)汽缸應(yīng)用空燃比校正。例如，可以基于識(shí)別的汽缸中的空氣燃料失衡的識(shí)別的幅度和方向而對識(shí)別的汽缸應(yīng)用空氣/燃料校正。例如，控制器12可調(diào)節(jié)提供至已經(jīng)識(shí)別為潛在失衡的汽缸中的燃料量?？刂破?2可以隨后繼續(xù)監(jiān)測空氣/燃料失衡以試圖校正在識(shí)別汽缸中的空氣/燃料失衡。在一些示例中，可在確認(rèn)在識(shí)別的汽缸中的失衡之前執(zhí)行對識(shí)別汽缸的該燃料校正。在一些示例中，可以重復(fù)框204-218。例如，如果有效地應(yīng)用了空燃比校正，則可以補(bǔ)償空燃比偏移。然而，如果在汽缸 中持續(xù)存在失衡，則問題可能與燃料不相關(guān)，且如果在應(yīng)用空氣/燃料校正后在汽缸中識(shí)別出失衡則可以做出標(biāo)記以指示標(biāo)識(shí)的汽缸的非燃料相關(guān)的劣化。此外，可以發(fā)送指示至車載診斷系統(tǒng)指示汽缸失衡使得例如可以實(shí)施維修。圖3顯示了用于在示例V-6發(fā)動(dòng)機(jī)302的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中引起扭矩加速的示例系列的富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況。發(fā)動(dòng)機(jī)302包括第一組汽缸(組I) 304，其包括汽缸306(汽缸I)、汽缸308 (汽缸2)以及汽缸310 (汽缸3)。發(fā)動(dòng)機(jī)302還包括第二組汽缸(組2)312，其包括汽缸314 (汽缸4)、汽缸316 (汽缸5)以及汽缸318 (汽缸6)。進(jìn)氣歧管320和排氣歧管322連接至組304的汽缸。進(jìn)氣歧管324和排氣歧管326連接至組312中的汽缸。在表格328中顯示了用于在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中產(chǎn)生一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況的示例模型。在表格328中，在三列中顯示了三組示例模型，其中欄330顯示了第一模型設(shè)置，欄332顯示了第二模型設(shè)置，且欄334顯示了第三模型設(shè)置。在欄中的每個(gè)輸入為燃料質(zhì)量乘數(shù)，其可應(yīng)用到(apply to)化學(xué)計(jì)量(λ =1)。例如,在欄330,當(dāng)汽缸I點(diǎn)火時(shí)乘數(shù)0.88應(yīng)用至汽缸1，當(dāng)汽缸2點(diǎn)火時(shí)乘數(shù)1.07應(yīng)用至汽缸2，當(dāng)汽缸3點(diǎn)火時(shí)1.07應(yīng)用至汽缸3等。選擇這些乘數(shù)使得當(dāng)以特定點(diǎn)火次序應(yīng)用至汽缸時(shí)每個(gè)汽缸組平均維持在化學(xué)計(jì)量。欄332和334顯示了其它示例模型，其包括如在欄330中相同的乘數(shù)但是對于不同汽缸具有不同值，而當(dāng)應(yīng)用時(shí)仍然能維持發(fā)動(dòng)機(jī)處于化學(xué)計(jì)量。圖3中表格336顯示了欄330中的模型組可以怎樣應(yīng)用至V_6發(fā)動(dòng)機(jī)302的汽缸使得在空氣/燃料變化期間發(fā)動(dòng)機(jī)大體保持在化學(xué)計(jì)量。在該示例中，汽缸的點(diǎn)火次序?yàn)?-4-2-5-3-6，且在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間基于點(diǎn)火次序?qū)⒈砀?28中欄330中的模型應(yīng)用至汽缸。例如，在點(diǎn)火期間在汽缸I中引入燃料質(zhì)量乘數(shù)0.88 (富化狀況)，隨后在點(diǎn)火期間在汽缸4中引入燃料質(zhì)量乘數(shù)1.16 (稀化狀況)，隨后在點(diǎn)火期間在汽缸2中引入燃料質(zhì)量乘數(shù)1.07 (稀化狀況)，隨后在點(diǎn)火期間在汽缸5中引入燃料質(zhì)量乘數(shù)0.94 (富化狀況)，隨后在點(diǎn)火期間在汽缸3中引入燃料質(zhì)量乘數(shù)1.07 (稀化狀況)，最終在點(diǎn)火期間在汽缸6中引入燃料質(zhì)量乘數(shù)0.94 (富化狀況)。對于例如如圖3所描述的在汽缸中產(chǎn)生的每個(gè)富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況，可以監(jiān)測對應(yīng)于每個(gè)引入狀況的扭矩加速并存儲(chǔ)在如圖4所示在映射圖402處顯示的映射中。圖4中的映射圖402顯示了在汽缸中應(yīng)用一系列富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況所引起的三種示例可能性。在汽缸中引入的一系列富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況在接近化學(xué)計(jì)量的一系列空燃比的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)汽缸中的空燃比。例如，如圖3所示，汽缸I中的空燃比可以在對應(yīng)于表格328第一行的0.88、1.07和1.07之間循環(huán)。此外，在多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間可以在給定汽缸中引入多種不同系列的富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況以便于獲得用于給定汽缸的曲軸加速相對于空燃比的數(shù)據(jù)。隨后可以例如圖4中映射圖402所示的映射曲軸加速相對對應(yīng)的空燃比。例如,在映射圖402中曲線404可以是對于其中在選定汽缸中產(chǎn)生一系列富化、稀化合化學(xué)計(jì)量狀況的第一示例情景的加速相對空燃比數(shù)據(jù)(顯示為402中的框)的曲線擬合。曲線404可隨后與顯示在圖4的映射圖412中的理想扭矩曲線410相比較。通過使用曲線404的斜率或形狀，可如上參考圖2中步驟212所描述的獲取理想曲線410上的匹配點(diǎn)。在此示例中，曲線404的斜率對應(yīng)于理想曲線410上的化學(xué)計(jì)量點(diǎn),指示選擇的汽缸沒有明顯的空氣/燃料失衡。在映射圖402中通過曲線406描述了第二示例情景。曲線406為對于其中在選擇汽缸中產(chǎn)生一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況的第二示例情景下加速相對空燃比數(shù)據(jù)(在圖402中顯示為圓圈)的示例曲線擬合。在此示例中，曲線406具有負(fù)斜率(negativeslope)，且當(dāng)與映射圖412中的理想扭矩曲線410相比時(shí)，曲線406對應(yīng)于理想曲線上的稀化點(diǎn)，指示選擇的汽缸中的稀化的失衡。此外，通過將曲線406與理想曲線410相比，可以確定偏離414。在此示例中，偏離414對應(yīng)于汽缸中的稀化偏移的量或幅度。隨后該稀化偏移的量可用于對選擇的汽缸應(yīng)用校正以減輕失衡。例如，由于選擇的汽缸是在稀化的方向上失衡，可以增加噴射進(jìn)入選擇的汽缸的燃料量以補(bǔ)償失衡。在映射圖402中通過曲線408說明了第三示例情景。曲線408為對于其中在選擇汽缸中產(chǎn)生一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況的第三示例情景下加速相對空燃比數(shù)據(jù)(在圖402中顯示為三角形)的示例曲線擬合。在此示例中，曲線408具有正斜率(positiveslope),且當(dāng)與映射圖412中的理想扭矩曲線410相比，曲線408對應(yīng)于理想曲線上的富化點(diǎn)，指示選擇的汽缸中的富化的失衡。如上所述，通過將曲線408與理想曲線410相比，可以確定偏離416。在此示例中，偏離416對應(yīng)于汽缸中富化偏移的量。該富化偏移的量隨后可用于對選擇的汽缸應(yīng)用校正以減輕失衡。例如，由于選擇的汽缸是在富化方向上失衡，可以減少噴射進(jìn)入選擇的汽缸中的燃料量以補(bǔ)償失衡。
如上所描述的，例如如上參考圖2和3所描述的曲軸加速微擾，也可以用于識(shí)別在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料的醇含量。圖5顯示了用于基于曲軸加速探測燃料狀況并相應(yīng)調(diào)節(jié)至汽缸的燃料噴射的示例方法500。在一些示例中，在某些狀況下，可以與方法200的一個(gè)或多個(gè)步驟一致地或者依次執(zhí)行方法500的一個(gè)或多個(gè)步驟。例如，在第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間，方法200可用于探測空氣/燃料失衡，其中在第二發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間，可以執(zhí)行方法500。在502處，方法500包括確定是否滿足了燃料探測狀況。例如，燃料探測狀況可以是取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的和/或可包括多個(gè)參數(shù)以減少瞬變空氣/燃料影響或多種其它狀況。如另一示例，燃料探測狀況可取決于最近的燃料添加事件，其中已經(jīng)添加了具有未知醇濃度的燃料用于在發(fā)動(dòng)機(jī)中的使用。如果在502處滿足燃料探測條件，方法500前進(jìn)至504處。在504處，方法500包括確定是否滿足了非失衡監(jiān)測狀況。具體來說，在一些示例中，在使用曲軸加速監(jiān)測空氣/燃料失衡期間可不執(zhí)行從曲軸加速估算燃料醇含量。如果在504處滿足非失衡監(jiān)測狀況，方法500前進(jìn)至506處。在506處，方法500包括通過曲軸加速來選擇汽缸用于調(diào)節(jié)。可以基于多個(gè)因素來選擇汽缸。例如，可以選擇已經(jīng)確認(rèn)具有空氣/燃料失衡的汽缸 。如另一個(gè)示例，可以選擇還沒有識(shí)別為具有潛在空氣/燃料失衡的汽缸。此外，取決于例如傳感器位置和發(fā)動(dòng)機(jī)工況可以選擇多個(gè)汽缸或僅一個(gè)汽缸。在508處，方法500包括以選擇的幅度和頻率在一系列空燃比的范圍內(nèi)在選擇的汽缸中調(diào)節(jié)汽缸空燃比。例如，如上所述，可以在汽缸中引入一系列富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)處于化學(xué)計(jì)量。這樣調(diào)節(jié)汽缸空燃比可產(chǎn)生例如可通過控制器12監(jiān)測的曲軸加速，其用于下面描述的扭矩映射中。在510處，方法500包括映射由于曲軸加速導(dǎo)致的扭矩失衡與空氣/燃料調(diào)節(jié)以描繪扭矩曲線。通過在給定汽缸圍繞閉環(huán)控制目標(biāo)以足夠幅度的執(zhí)行這些命令的汽缸內(nèi)λ偏移并觀察在該汽缸的做功沖程中的曲軸加速差異，可以映射扭矩相對λ偏移的形狀。在512處，方法500包括從映射的扭矩曲線估算燃料醇濃度。例如，可以基于映射的斜率與來自傳感器(例如，傳感器126 )的用作為參考的空燃比讀數(shù)來確定燃料醇含量。在這樣的示例中，可以響應(yīng)于映射的增加的斜率來識(shí)別增加的燃料醇含量。例如，圖6顯示了在602處針對汽油的示例扭矩相對空燃比曲線以及在604處的針對乙醇/汽油混合物的示例扭矩相對空燃比曲線。圖6說明了扭矩相對空燃比曲線可怎樣隨著增加的醇含量偏移。在此示例中，對于乙醇和汽油的混合物在扭矩相對空燃比曲線604上斜率606顯示為處于化學(xué)計(jì)量，而對于汽油在扭矩相對空燃比曲線602上斜率608顯示為處于化學(xué)計(jì)量。特別地，圖6說明了可基于扭矩相對空燃比曲線的斜率而怎樣識(shí)別未知燃料混合物的化學(xué)計(jì)量。例如，汽缸中空燃比在14.6附近振蕩會(huì)給出針對汽油的第一斜率和針對乙醇和汽油混合物的第二斜率，其中第二斜率的幅度高于第一斜率的幅度。如另一個(gè)示例，可以基于與扭矩相對于開環(huán)λ映射匹配的模型確定燃料醇含量。例如，通過在汽缸的做功沖程中將曲軸加速差異加至用于對于所有汽缸的用于達(dá)到閉環(huán)目標(biāo)的命令λ的已知的平均偏移，可以通過比較扭矩相對λ偏移的形狀與扭矩相對于開環(huán)λ的形狀而近似計(jì)算燃料的乙醇含量。在一些示例中，這兩個(gè)映射可以組合為一個(gè)相關(guān)性度量(metric of correlation),其可以用于確定燃料的醇含量。此外,在一些示例中，可以例如經(jīng)由ASIC109應(yīng)用邏輯，其可包括首先查看假定的開環(huán)相對閉環(huán)空燃比，并隨后發(fā)起基于第二模型的侵入式監(jiān)測器以確認(rèn)并更精確地測量燃料的醇含量。在514處，方法500包括在閉環(huán)空氣/燃料控制中基于識(shí)別的燃料醇含量調(diào)節(jié)希望的空燃比設(shè)置。例如，可以基于識(shí)別的燃料的醇含量而調(diào)節(jié)對發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射。例如，可以通過控制器12通過增加或減少提供至發(fā)動(dòng)機(jī)的醇含量來調(diào)節(jié)燃料噴射。通過基于燃料醇含量而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比，可以獲得增加的空氣/燃料控制，減少的空氣/燃料失衡以及降低的排放。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的在空氣/燃料失衡監(jiān)測器702和前臺(tái)(foreground)燃料界面之間的示例交互700。在圖7中顯示的燃料界面包括λ域界面(domaininterface)704，燃料質(zhì)量域界面706以及脈沖寬度域界面708。汽缸空氣充氣710輸入至質(zhì)量域界面706中的燃料質(zhì)量計(jì)算器712。燃料質(zhì)量計(jì)算器配置用于基于多個(gè)參數(shù)713確定將噴射進(jìn)入汽缸的燃料質(zhì)量。例如，在確定燃料量時(shí)，燃料質(zhì)量計(jì)算器可根據(jù)壁浸濕、來自蒸發(fā)排放系統(tǒng)的燃料、機(jī)油中燃料、貯存室中的燃料等。在一個(gè)示例中，程序基于工況確定這些參數(shù)713中的每一個(gè)，例如程序可從壁浸濕模型、來自燃料蒸汽抽取系統(tǒng)的燃料量、通過發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油貢獻(xiàn)的燃料量、來自曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)(PCV)系統(tǒng)的燃料、來自進(jìn)氣歧管的從其它汽缸推回的再吸入燃料(稱為回推燃料)等確定進(jìn)入汽缸的燃料量。 此外，燃料質(zhì)量計(jì)算器與λ域界面704交互以接收在λ域704中確定的燃料/空氣比率。λ域704經(jīng)由空燃比計(jì)算器714確定空燃比，空燃比計(jì)算器714基于多個(gè)參數(shù)715 (例如損失燃料、設(shè)定值以及開環(huán)相對閉環(huán)反饋)確定空燃比。在一些示例中，程序基于工況確定參數(shù)715，例如程序可基于損失燃料模型和/或從空氣/燃料傳感器讀數(shù)確定損失燃料量，例如，λ設(shè)定值可基于預(yù)定或希望的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力加濃(power enrichment)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)部件保護(hù)參數(shù)。燃料質(zhì)量計(jì)算器712還與失衡監(jiān)測器702交互以接收質(zhì)量乘數(shù)以及基準(zhǔn)燃料乘數(shù)以便實(shí)施空氣/燃料失衡模型從而基于如上所述的預(yù)定模型在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中引入曲軸加速。例如，針對如上所述的監(jiān)測程序，一組失衡模型可依次施加至燃料質(zhì)量計(jì)算器以在汽缸中實(shí)施輕微空氣/燃料失衡。隨后燃料質(zhì)量輸出至包括脈沖寬度計(jì)算器716的脈沖寬度域708，脈沖寬度計(jì)算器716基于多個(gè)參數(shù)717計(jì)算用于噴射進(jìn)入汽缸的脈沖寬度。例如，參數(shù)717可基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況例如希望的噴射斜率和偏置、噴射模式、煙粒極限等。隨后燃料脈沖寬度718可輸出至發(fā)動(dòng)機(jī)。圖8說明了空氣燃料失衡邏輯802和前臺(tái)燃料邏輯804之間的交互。為了如上所述運(yùn)行空氣燃料失衡測試，在803處，系統(tǒng)從前臺(tái)燃料邏輯804請求許可。如果在805處準(zhǔn)予了許可，系統(tǒng)基于一組模型808將一組乘數(shù)806施加至基準(zhǔn)燃料項(xiàng)。如果在一組連續(xù)的模型808期間未啟用(disabled)進(jìn)入狀況，系統(tǒng)中止并返回沒有完成的模型的開始。邏輯的最終結(jié)果為對于給定汽缸的計(jì)算的加速項(xiàng)810以及對應(yīng)于模型808的模型索引。圖9顯示了從基于前臺(tái)燃燒事件計(jì)數(shù)器的表格902 (例如，從曲軸轉(zhuǎn)速傳感器118產(chǎn)生的方波)到基于汽缸組空燃比的表格904的示例轉(zhuǎn)換。圖示出了模型的應(yīng)用程序906和稱為“裝箱程序(binning process)”之間的交互。模型設(shè)計(jì)為“正交”(orthogonal)的以如上所述通過模型重復(fù)將整個(gè)汽缸組維持在化學(xué)計(jì)量。因此，系統(tǒng)使汽缸點(diǎn)火次序、模型索引、以及空氣燃料裝箱單元(binning cell)相關(guān)聯(lián)以存儲(chǔ)重復(fù)的模型計(jì)算。例如，圖9示出了其中汽缸索引O與汽缸6相關(guān)聯(lián)而索引I至5與汽缸1-5相關(guān)聯(lián)的策略。應(yīng)該理解在此示出的配置和程序僅為示例性質(zhì)，且這些具體實(shí)施例并不能認(rèn)為是限制性的，因?yàn)榇嬖诙喾N可能的變形。本發(fā)明的主題包括在此揭示的多種系統(tǒng)和配置以及其它特征、功能、和/或性質(zhì)的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合。例如，一旦基于壓力的測量值可用，可以基于當(dāng)壓力的測量不可用時(shí)先前獲取的增加的煙粒負(fù)荷的比較而適應(yīng)性地更新模型。下面的權(quán)利要求特別指出了被認(rèn)為是新穎和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可涉及“一個(gè)”元件或者“第一”元件或者其等同物。這樣的權(quán)利要求應(yīng)該被理解為包括采用一個(gè)或多個(gè)這樣的元件，既不要求也不排除兩個(gè)或多個(gè)這樣的元件。所揭示的特征、功能、元件和/或性質(zhì)的其它組合和子組合可以通過修改本權(quán)利要求或者通過在本申請或者相關(guān)申請中提出新的權(quán)利要求而要求保護(hù)。這樣的權(quán)利要求，不論其與原權(quán)利要求書相比范圍更寬、更窄、等同或者不同，都認(rèn)為包括在本發(fā)明的主題中。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包含: 基于通過保持所述發(fā)動(dòng)機(jī)處于化學(xué)計(jì)量時(shí)由汽缸中的一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況而產(chǎn)生的曲軸加速而識(shí)別具有潛在空氣/燃料失衡的汽缸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述汽缸的中所述一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況通過在另一汽缸中的一系列稀化、富化以及化學(xué)計(jì)量狀況來補(bǔ)償。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述汽缸中的所述一系列的富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況是基于預(yù)定模型而在所述汽缸中弓I入的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述汽缸中的所述一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況是在所述汽缸中的隨機(jī)空氣/燃料的變化。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述識(shí)別基于所述曲軸加速相對于和所述一系列富化、稀化和化學(xué)計(jì)量狀況相對應(yīng)的空燃比的映射的斜率或形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包含基于所述斜率或形狀而在所述識(shí)別的汽缸中識(shí)別空氣/燃料失衡的幅度和方向。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包含基于在所述識(shí)別的汽缸中的所述識(shí)別的空氣/燃料失衡的幅度和方向而施加空氣/燃料校正至所述識(shí)別的汽缸。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包含如果在施加所述空氣/燃料校正之后在所述汽缸中識(shí)別出失衡則指示所述識(shí)別的汽缸的非燃料相關(guān)的劣化。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包含如果所述幅度高于閾值則指示所述識(shí)別的汽缸的劣化。
10.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包含: 通過保持所述發(fā)動(dòng)機(jī)處于化學(xué)計(jì)量時(shí)在一系列空燃比范圍內(nèi)調(diào)整選定汽缸中的空燃比而產(chǎn)生曲軸加速； 基于所述曲軸加速相對所述調(diào)整的空燃比的映射的斜率和形狀而識(shí)別所述選擇的汽缸中潛在的空氣/燃料失衡。
全文摘要
本申請?zhí)峁┝擞糜诒O(jiān)測汽缸空氣/燃料失衡的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)示例方法中，方法包含，基于保持發(fā)動(dòng)機(jī)處于化學(xué)計(jì)量時(shí)由在汽缸中一系列富化、稀化以及化學(xué)計(jì)量狀況產(chǎn)生的曲軸加速而識(shí)別具有潛在空氣/燃料失衡的汽缸。
文檔編號(hào)F02D41/22GK103216348SQ20131001721
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者J·E·羅林格, M·I·克魯茲尼爾, R·R·嚴(yán)茨 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司