用于涡轮增压发动机的发动机爆震控制系统

摘要

一种用于涡轮增压发动机的发动机爆震控制系统及方法，该系统包括第一模块，第一模块确定辛烷标量，辛烷标量代表发动机系统的每个汽缸的发动机爆震倾向；及第二模块，第二模块基于辛烷标量而确定汽缸空气质量极限。第三模块基于汽缸空气质量极限而限制涡轮增压器的升压输出。

说明书

技术领域

本发明涉及内燃发动机，尤其涉及涡轮增压发动机内的爆震控制系统。

背景技术

内燃发动机在汽缸内燃烧空气与燃料的混合物，用于产生驱动扭矩。更具体地，燃烧活动往复地驱动活塞，活塞则驱动曲轴以便提供来自发动机的扭矩输出。空气与燃料的混合物在所需要的曲柄角点燃或点火。然而在一些情况中，空气与燃料的混合物在火焰前锋之前在汽缸内自动点燃，从而引起不需要的发动机爆震。

因此，已经开发出发动机爆震控制系统，用于检测并减轻发动机爆震。其中一种发动机爆震控制系统公开于美国专利第5,560,337号中，其名称为使用模糊逻辑的爆震控制系统，并且其授权日为1996年10月1日。这种传统系统检测特定汽缸自动点燃的倾向，并且延迟汽缸点火正时，从而避免发动机爆震。虽然避免了发动机爆震，然而作为延迟点火正时的结果，废气温度增加。

一些内燃发动机包括涡轮增压器，涡轮增压器增加了由发动机吸取的增压空气浓度。涡轮增压器由废气所驱动，借此，废气热能转化为机械能，从而压缩进入发动机内的空气。在涡轮增压的发动机中，发动机爆震将发生于高负荷的情况下，尤其是当使用低辛烷(比如85辛烷)燃料的时候。结果，可发生持久的爆震状态。

当用于升压的内燃发动机的时候，传统的发动机爆震控制系统未足以减轻发动机爆震。更具体地，传统的发动机爆震控制系统延迟点火，以便减轻发动机爆震。然而，点火延迟引起了更高的废气温度，其又引起涡轮增压器增加的升压(即，较高的温度意味着较高的热能，其引起了增加的涡轮发动机升压)。结果，发动机爆震实际上作为点火延迟的结果而增加。因此，点火延迟持续地增加，直到点火延迟权限(authority)完全消耗。

发明内容

因此，本发明提供一种用于包括涡轮增压器的发动机的发动机爆震控制系统。发动机爆震控制系统包括第一模块，该第一模块确定辛烷标量(octane scalar)，该辛烷标量代表发动机系统中的每个汽缸的发动机爆震倾向；及第二模块，该第二模块基于辛烷标量而确定汽缸空气质量极限。第三模块基于汽缸空气质量极限而限制涡轮增压器的升压输出。

在另一个特征中，汽缸空气质量极限是基于辛烷标量最大值而确定的。

在另一个特征中，汽缸空气质量极限是基于发动机转速而进一步确定的。

在又一个特征中，发动机爆震控制系统进一步包括第四模块，该第四模块基于辛烷标量而分别确定每个汽缸的点火延迟。

在又一个特征中，第三模块通过促动废气门阀而限制涡轮增压器的升压输出，以便选择性地使废气绕开避免进入涡轮增压器。

从以下提供的详细描述出发，本发明在其它领域中的应用性将变的明显。应当理解：虽然详细描述及特定举例显示了本发明的优选实施例，详细描述及特定举例仅仅用于解释的目的，而不是用于限制发明范围。

附图说明

根据详细描述及附图，本发明将获得更全面的理解，其中：

图1为包括涡轮增压器的发动机系统的功能方框图；

图2为图形，其基于辛烷标量值及发动机转速而展示了示例性的汽缸质量空气极限轨迹；横坐标表示发动机转速(RPM)，纵坐标表示汽缸空气质量(mg)，A代表最小辛烷标量，B代表最大辛烷标量；

图3为流程图，展示了由本发明的涡轮增压发动机爆震控制系统所执行的示例性步骤；以及

图4为示例性模块的功能方框图，其执行本发明的涡轮增压发动机爆震控制系统。

具体实施方式

优选实施例的以下描述在本质上仅仅为示例性的，而并不用于限制发明、其应用或用途。为清晰起见，相同的标号在附图中将用于标示类似的元件。如文中所用，术语模块指的是专用集成电路、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(共享、专用或成组)与存储器、组合逻辑电路及/或提供所述功能的其它适当组件。

现在参考图1，其展示了示例性的发动机系统10。发动机系统10包括具有进气歧管14和排气歧管16的发动机12。空气与燃料混合起来，并且空气/燃料的混合物在发动机12的汽缸18内燃烧。虽然图1所示的示例性发动机包括四个汽缸，可以预料到：发动机可以包括更多或更少的汽缸。比如，可以预料到具有两个、三个、五个、六个、八个、十个和十二个汽缸的发动机。

发动机系统10进一步包括涡轮增压器20。从排气歧管中排出的废气驱动着涡轮增压器20，其对从大气中经由空气过滤器22及空气冷却器24而吸入到发动机中的空气进行压缩。压缩后的空气经由节气门26而定量供应到进气歧管24内。涡轮增压器20进一步包括废气门28，其被促动，以便将从排气歧管16中排出的废气绕开。更具体地，废气可被选择性地绕开，从而使废气不会驱动增压器20。通过这种方式，由涡轮增压器20提供的升压量可被调节。

控制模块30基于本发明的涡轮增压发动机爆震控制系统而调节发动机系统10的运行。更具体地，控制模块30基于多个发动机运行参数而调节涡轮增压器20的节气门及废气门28的运行。质量空气流量(MAF)传感器32基于进入发动机系统10内的气流而产生MAF信号，而进气温度传感器34则基于进气温度(T_IA)而产生信号。歧管绝对压力(MAP)传感器36产生歧管绝对压力信号，而发动机温度传感器38则基于发动机温度(T_ENG)而产生信号。T_ENG可基于流经发动机系统10的冷却剂温度。发动机速度传感器40基于曲轴(图未示)转动速度而产生转速(RPM)信号。

提供一种发动机爆震传感器42，并且其可以包括任何振动传感器或为业界所知的其它传感器，以便基于与发动机参数相关的爆震而产生信号。比如，可预料到在预定频率范围内感应发动机振动的传感器。爆震计数C_KNOCK基于发动机爆震传感器42的信号而得以产生，并且包括计数器值，其周期性地被清除，并且其根据感应到的爆震活动或状态的识别而增加。也应当预料到：可以使用爆震处理器(图未示)来减小信号噪音。

本发明的涡轮增压发动机爆震控制系统部分地基于公开于美国专利第5,560,337号中的发动机爆震控制系统，该专利的名称为使用模糊逻辑的爆震控制系统，并且其授权日为1996年10月1日，该专利的公开内容通过引用而明确地结合于此。更具体地，涡轮增压发动机爆震控制系统确定发动机12的每个汽缸18的爆震倾向值或辛烷标量。辛烷标量在0到1之间变化。数值0表示没有爆震倾向，而数值1则表示非常高的爆震倾向。每个汽缸的最大空气质量基于辛烷标量而确定，并且涡轮增压器20的最大升压被限制，从而使每个汽缸的最大空气质量不会超量。通过这种方式，涡轮增压器的升压被限制，从而抑制了发动机爆震的增加，发动机爆震的增加将在其它情况下由升压的增加而引起。此外，点火延迟权限得以维持于可用等级。

涡轮增压发动机爆震控制系统监测发动机运行参数，包括但不限于T_IA、MAP、T_ENG、C_KNOCK及RPM。基本的点火正时基于MAP和RPM而得以确定。比如，基本的点火正时可基于MAP和RPM而从查询表中确定。随后，基于辛烷标量而确定延迟的点火正时。

虽然文中提供了辛烷标量计算的简要描述，如上所述，更详细的描述提供于美国专利第5,560,337号中。辛烷标量作为分子值(NUM)与分母值(DENOM)之间的比值而得以确定。NUM及DENOM基于多个与模糊逻辑控制一致的关系函数而确定，其中上述运行参数细分为多个目录。比如，T_ENG细分为低压和高压，而RPM则细分为低速和高速。

关系函数应用于经验规则基数，用于在确定关系函数输出值之后，而确定一组相关联的真值。形成规则基数的规则在分析关系函数对发动机爆震倾向的影响中得以确定。在确定真值之后，NUM及DENOM用于计算辛烷标量。更具体地，辛烷标量作为NUM与DENOM的加权总和而得以计算，NUM及DENOM中的每一个与每个真值相加。NUM及DENOM基于以下方程而计算出：

NUM＝NUM+TRUTH(n)*POS(n)*WEIGHT(n)

DENOM＝DENOM+TRUTH(n)*WEIGHT(n)

其中n为真数，POS为位置数值，而WEIGHT为加权值。位置数值可在校准步骤中作为相关真值显示发动机爆震倾向的程度而得以确定。加权值用于对真值相互之间加权，用于反映规则显示爆震倾向程度的任何差异。

一旦计算出用于特定汽缸的辛烷标量，汽缸的延迟点火正时基于此而得以确定。此外，涡轮增压发动机点火控制系统将汽缸空气质量极限确定为用于每个汽缸与发动机转速的最大辛烷标量值的函数。更具体地，可通过将最大辛烷标量值及发动机转速用于输入而使用查询表。图2中的图形展示了示例性的汽缸质量空气极限轨迹，该轨迹是基于辛烷标量值及发动机转速的。由涡轮增压器20提供的升压基于汽缸空气质量极限而被限制。通过这种方式，压力减小了发动机爆震倾向，进而减小了对延迟点火正时的需求。

现在参考图3，由涡轮增压发动机爆震控制系统执行的示例性步骤将被详细地描述。在步骤200中，控制系统监测发动机运行参数，包括但不限于T_IA、MAP、T_ENG、C_KNOCK及RPM。在步骤202中，控制系统计算每个汽缸的辛烷标量。在步骤204中，控制系统基于其相应的辛烷标量而计算每个汽缸的点火正时。在步骤206中，控制系统基于最大辛烷标量及发动机转速而确定汽缸空气质量极限。在步骤208中，控制系统基于汽缸空气质量极限而限制最大涡轮增压器升压，然后控制结束。

现在参考图4，执行涡轮增压发动机爆震控制系统的示例性模块将被详细地描述。示例性的模块包括辛烷标量确定模块300、点火延迟计算模块302、发动机点燃控制模块304、汽缸空气质量极限确定模块306及涡轮增压器控制模块308。辛烷标量确定模块300基于T_IA、MAP、T_ENG、C_KNOCK及RPM而确定辛烷标量。点火延迟计算模块302基于辛烷标量而确定点火延迟量，而发动机点燃控制模块304基于点火延迟量而产生点火控制信号。

汽缸空气质量极限确定模块306基于辛烷标量及发动机转速而确定汽缸空气质量极限。涡轮增压器控制模块308基于汽缸空气极限而产生升压控制信号。更具体地，废气门28基于升压控制信号而被促动，从而将涡轮增压器的升压输出限制于汽缸空气质量极限。

从前面的描述出发，那些熟悉本领域的技术人员现在可以认识到：本发明的宽泛启示可以多种形式实现。因此，虽然本发明已结合其特定举例而被描述，本发明的真正范围不应当被如此限制，因为根据对附图、说明书及以下权利要求的研究，其它修改将对熟练的从业者变得明显。