[发明专利]用于估计和减少发动机的自燃和爆震的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于估计发动机的燃烧室中的自燃能量的方法和系统，尤其地涉及用于减少发动机中的自燃和爆震的系统和方法。

背景技术

在此提供的背景描述是为了大体地介绍本发明的背景。目前署名的发明人的工作就其在该背景部分中描述的程度、以及描述的在提交的时候可能不能构成现有技术的方面既不明确地也不隐含地被承认为抵触本发明的现有技术。

内燃机在气缸中燃烧空气与燃料的混合物，并由此产生驱动转矩。燃烧出现在由气缸限定的燃烧室中。燃烧可由向空气燃料混合物供应能量并由此启动燃烧的火花引发。一旦启动，燃烧室中的燃烧沿火焰前锋延续一时段。燃烧的正时通常可通过控制火花的正时来控制。可相对于在气缸内往复运动的活塞的位置和/或耦联至活塞的曲轴的旋转位置来控制火花的正时。例如，可相对于活塞的上止点(TDC)位置控制火花的正时。在TDC处，燃烧室的容积达到其最小容积。

当由火花引发燃烧所产生的压力波传播得比火花引发燃烧的火焰前锋快时，可能出现燃烧室内的空气燃料混合物的一部分的自燃。压力波可导致气缸内焰前气体中快速的压力升高，这引起焰前气体自着火(即自燃)。焰前气体的自燃可导致焰前气体整个容积的快速燃烧或爆震。焰前气体的自燃导致快速的放热，该热的快速释放引起气缸压力的快速上升，该气缸压力的快速上升可使气缸压力以燃烧室的固有音频共振。压力波的持续振荡可使燃烧室的金属表面振动，并产生称为发动机爆震的可听音。因此，发动机爆震可响应由焰前气体的自燃所引起的快速压力升高以及得到的放热以燃烧室的脉冲响应的形式存在。

发动机可设置有检测发动机爆震的存在和强度的爆震控制系统。已研发检测发动机爆震的存在的多种方案。在一种方案中，加速度计感测由于燃烧室中的振荡压力波而在发动机机体结构中引起的机械振动。机械振动的能量用作发动机爆震的强度的指标。爆震强度可由多种方法中的一种方法确定，诸如振荡波形的平方的积分或振荡的最大峰-峰值。在另一方案中，压力传感器感测气缸压力，并由此检测气缸压力的振荡。类似于机体结构振动法，压力振荡的能量用作爆震强度的指标。

基于爆震强度，可采取校正作用以禁止发动机爆震。例如，可延迟发动机火花正时，以便将燃烧速率降低至防止发动机爆震出现的速率。同样地，可在发动机研发期间提供爆震控制系统，以帮助形成减少发动机爆震出现的发动机火花校准。在产品发动机中，可提供爆震控制系统，以将火花正时实时调整至发动机爆震消失的点。

发明内容

本公开提供用于估计自燃能量和确定可用于采取禁止发动机爆震出现的校正作用的自燃能量度量的方法和系统。

在一种形式中，本公开提供一种用于发动机的控制系统，其包括放热速率(HRR)模块、第一滤波器模块、第二滤波器模块、自燃能量确定模块、和校正作用模块。HRR模块基于发动机的气缸的缸内压力产生HRR信号。第一滤波器模块通过滤波HRR信号产生指示由气缸中的燃烧引起的第一HRR的第一滤波后的HRR信号。第二滤波器模块通过滤波HRR信号与第一滤波后的HRR信号其中之一产生指示由气缸中的自燃引起的第二HRR的第二滤波后的HRR信号。自燃能量确定模块基于第一和第二滤波后的HRR信号确定气缸的自燃能量。校正作用模块基于自燃能量有选择地调整发动机的自燃。

在一个特征中，第一滤波器模块可通过将低通滤波器应用于HRR信号来产生低通滤波后的HRR信号，和可通过将带通滤波器应用于HRR信号和将高通滤波器应用于低通滤波后的HRR信号之一来产生带通滤波后的HRR信号。在相关的特征中，基于低通和带通滤波后的HRR信号确定自燃能量。

在另一特征中，控制系统还可包括窗确定模块，其基于低通滤波后的HRR信号为自燃事件确定搜索窗，和基于带通滤波后的HRR信号和搜索窗为自燃事件确定自燃事件窗。在相关的特征中，自燃确定模块基于由带通滤波后的HRR信号的与自燃事件窗对应的段限定的面积确定自燃能量。在另一相关的特征中，窗确定模块可将搜索窗设定成开始于低通滤波后的HRR信号的最大峰值处的第一曲轴位置和低通滤波后的HRR信号的拐点处的第二曲轴位置其中之一。搜索窗可具有作为发动机的转速、负荷、和温度其中之一的函数的预定持续时间。预定持续时间还可基于燃烧事件期间释放的总热的预定百分数。