專利名稱：火花正時控制系統與方法
技術領域：
本發明涉及內燃機中的火花正時控制。
背景技術：
現在參看圖1，示出了根據現有技術的發動機100的方塊圖。所吸入的空氣穿過節氣門體102進入進氣歧管104。代表性氣缸106包括進氣門108和排氣門110。進氣門108容許將空氣燃料混合物吸入氣缸106。進氣門108由進氣凸輪軸112控制，而排氣門110由排氣凸輪軸114控制。當進氣凸輪軸112旋轉時，進氣門108就會打開或關閉。同樣，當排氣凸輪軸114旋轉時，排氣門110就會打開或關閉。
傳統上，進氣凸輪軸112和排氣凸輪軸114通過帶或鏈而由曲柄軸(未示出)直接驅動。凸輪軸112和114的旋轉位置決定著相對于進氣門108和排氣門打開的曲柄軸位置的時間。在特定時間處，點火線圈116向火花塞118提供高電壓，火花塞118點燃代表性氣缸106內的空氣燃料混合物。當排氣門110打開時，就將燃燒產物輸出至排氣系統120。
為了使發動機設計者設計更靈活，設計出凸輪移相器。進氣凸輪移相器122可以改變進氣凸輪軸112相對于曲柄軸的旋轉位置。同樣，排氣凸輪移相器124可以改變排氣凸輪軸114相對于曲柄軸的旋轉位置。當進氣凸輪移相器122和排氣移相器124被致動時，就更新火花計算以便加入凸輪移相器的新目標位置。
發明內容
用于發動機的火花控制系統包括主計算模塊和輸出計算模塊，這種發動機具有進氣凸輪移相器和/或排氣凸輪移相器并且具有至少一個發動機傳感器，主計算模塊根據凸輪移相器的實際旋轉位置來確定主要火花提前值，而輸出計算模塊根據來自至少一個發動機傳感器的主要火花提前值和數據來確定輸出火花提前值。凸輪移相器的實際旋轉位置根據預定計算或凸輪移相器上的旋轉位置傳感器得出。
根據其它特征，主計算模塊包括由凸輪移相器的實際旋轉位置索引的用于確定主要火花提前的查閱表。根據其它特征，為低辛烷值燃料校準的第二查閱表的輸出利用第一查閱表的輸出換算并與其相結合。換算比例根據爆震強度而在0與1之間偏置。
根據其它特征，當未收到來自電子節流控制系統的故障信號時，主計算模塊就將主要火花提前值與至少一個火花修改量相結合。火花修改量包括溫度基數、冷卻劑、進氣溫度、當量比以及活塞敲擊。
用于確定發動機的火花正時的方法包括根據凸輪移相器的實際旋轉位置來計算主要火花提前值，并且根據來自至少一個發動機傳感器的主要火花提前值和數據來計算輸出火花提前值，其中發動機具有進氣凸輪移相器和/或排氣凸輪移相器并且具有至少一個發動機傳感器。根據其它特征，通過分析來自凸輪移相器上的至少一個旋轉位置傳感器的信息或者通過進行預定計算得出凸輪移相器的實際旋轉位置。
根據其它特征，主要火花提前值根據由凸輪移相器的實際旋轉位置索引的第一查閱表的輸出來確定。第一查閱表的輸出可以通過第二查閱表的比例換算輸出得以修改，第二查閱表的輸出由凸輪移相器的實際旋轉位置索引。根據其它特征，主要火花提前值與至少一個火花修改量相結合。
通過閱讀下文提供的詳細描述，將會清楚了解本發明可適用的其它領域。應當理解，盡管這些詳細描述和特定實例顯示了本發明的優選實施例，但是它們僅用于示例說明，而并不用于限制本發明的范圍。
根據詳細描述和附圖，將會更充分地理解本發明，圖中圖1為根據現有技術的發動機的方塊圖；圖2為根據本發明原理的帶有示例性控制系統的發動機的方塊圖；圖3為用于2的控制模塊的示例性火花計算算法的方塊圖；圖4A為示出了溫度基數修改量的示例性計算的方塊圖；圖4B為示出了冷卻劑修改量的示例性計算的方塊圖；圖4C為示出了運行基本火花的示例性計算的方塊圖；圖4D為示出了進氣溫度火花修改量的示例性計算的方塊圖；圖4E為示出了當量比火花修改量的示例性計算的方塊圖；以及圖4F為示出了活塞敲擊火花修改量的示例性計算的方塊圖。
具體實施例方式
以下對優選實施例的描述事實上僅為示例性，并且決非用于限制本發明、其應用或用途。為清楚起見，在附圖中將使用相同的參考數字來標識相似的元件。在本文中使用時，術語“模塊”是指特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享、專用或組)和存儲器、組合邏輯電路和/或其它提供所述功能的適用部件。
現在參看圖2，示出了根據本發明原理的帶有示例性控制系統的發動機150的方塊圖。所吸入的空氣穿過節氣門152進入進氣歧管154。所吸入的空燃混合物穿過打開的進氣門156進入代表性氣缸158。點火線圈160使火花塞162致動以便點燃氣缸158內的空氣燃料混合物。在點燃后，打開的排氣門164容許氣缸158就將燃燒產物排放至排氣系統166。進氣門156和排氣門164分別由進氣凸輪軸168和排氣凸輪軸170控制。通過進氣凸輪移相器172來調節進氣凸輪軸168相對于曲柄軸(未示出)的旋轉位置。同樣，通過排氣凸輪移相器174來調節排氣凸輪軸170相對于曲柄軸的旋轉位置。
控制模塊176接收來自高度傳感器178的高度信息、在空氣到達節氣門152之前的來自溫度傳感器180的進氣溫度信息、來自質量氣流傳感器182的負載信息、來自溫度傳感器184的發動機冷卻劑溫度信息、來自震動傳感器186的爆震強度信息、來自RPM傳感器188的發動機速度信息、來自連接于進氣凸輪移相器172上的第一旋轉傳感器190的進氣凸輪移相器位置信息、以及來自連接于排氣凸輪移相器174上的第二旋轉傳感器192的排氣凸輪移相器位置信息。
控制模塊176向點火線圈160發送控制信號以便確定火花塞162的點火時間。控制模塊還控制著進氣凸輪移相器172和排氣凸輪移相器174的位置目標。本發明所屬領域的普通技術人員將會認識到，控制模塊176接收各種不同的輸入并且在任意給定的發動機配置中產生更多輸出。另外，本發明所屬領域的普通技術人員將會認識到，各種不同的傳感器可以向控制模塊176提供所需信息。
火花提前完成得非常快，就是說不遲于發動機的下一個火花事件。然而，當使進氣和排氣凸輪移相器運動時，它們就比較慢地到達目標位置。這樣可能導致發動機在這些過渡期間發生火花擊穿。根據本發明的算法通過使火花提前隨進氣凸輪移相器的實際位置而非目標位置變化而防止這種情況發生。
現在參看圖3，示出了用于2的控制模塊176的示例性火花計算算法的方塊圖。求和模塊200使主運行基礎火花202與多個修改量相結合。這些修改量包括溫度基數204、冷卻劑206、進氣溫度208、當量比210以及活塞敲擊212。多路轉換器214根據來自電子節流控制模塊216的信號選擇來自求和模塊200的輸出或者運行基礎火花202。如果電子節流控制模塊216檢測到故障，就會將缺省信號傳遞至多路轉換器214，從而引起多路轉換器214選擇運行基礎火花202。如果發生故障，這樣就除去了盡可能多的變量。多路轉換器214的輸出作為火花提前輸出。
現在參看圖4A，方塊圖示出了溫度基數修改量204的示例性計算。溫度表218根據發動機冷卻劑溫度選擇火花修改量值。所選擇的值作為溫度基數修改量204輸出。
現在參看圖4B，方塊圖示出了冷卻劑修改量206的示例性計算。二維溫度表220根據發動機冷卻劑溫度和發動機負載(以每缸克數為單位所測量的空氣質量)選擇火花修改量值。所選擇的值作為冷卻劑修改量206輸出。
現在參看圖4C，方塊圖示出了運行基本火花202的示例性計算。兩維MBT(平均最佳轉矩)火花表222根據實際進氣凸輪移相器位置和實際排氣凸輪移相器位置選擇火花提前值。低辛烷值表224還根據進氣和排氣凸輪移相器位置來選擇火花提前值。優選地，為低辛烷值燃料校準低辛烷值表224，而為較高辛烷值燃料校準兩維MBT火花表222。辛烷值標量模塊226根據爆震強度確定辛烷值標量值。當檢測到震動時，辛烷值標量模塊226朝著1值增加標量。當沒有檢測到震動時，標量朝著0值減少。
第一乘法器228使來自辛烷值標量模塊226的辛烷值標量值與選自MBT火花表222的火花提前值相乘。求差模塊230從數字1中減去辛烷值標量。第二乘法器232使求差模塊230的輸出與選自低辛烷值表224的火花提前值相乘。偏移表234根據發動機RPM(每分鐘轉數)和發動機負載生成火花修改量。第一乘法器228、第二乘法器232以及偏移表234的輸出在求和模塊236中進行組合。求和模塊236的輸出為運行基本火花202。
現在參看圖4D，方塊圖示出了進氣溫度火花修改量208的示例性計算。兩維負載表238根據進氣溫度與發動機負載選擇標量。兩維RPM表240根據進氣溫度與發動機RPM選擇標量。冷卻劑標量表242根據發動機冷卻劑溫度選擇冷卻劑標量。乘法模塊244使來自負載表238、RPM表240以及冷卻劑標量表242的標量相乘。乘法模塊244的輸出為進氣溫度火花修改量208。
現在參看圖4E，方塊圖示出了當量比火花修改量210的示例性計算。兩維MBT火花表246根據發動機RPM和當量比選擇值。當量比與空氣燃料比成反比并且用于調節醇類燃料混合。氣流標量表248根據車輛的高度選擇值。乘法模塊250使MBT火花表246和氣流標量表248的輸出相乘。乘法模塊250的輸出為當量比火花修改量210。
現在參看圖4F，方塊圖示出了活塞敲擊火花修改量212的示例性計算。活塞敲擊火花延遲減少了通常在冷發動機冷卻劑溫度時產生的活塞敲擊噪聲。活塞敲擊表252根據發動機RPM和發動機負載選擇值。冷卻劑標量表254根據發動機冷卻劑溫度選擇值。乘法模塊256使由活塞敲擊表252和冷卻劑標量表254輸出的值相乘。乘法模塊256的輸出為活塞敲擊火花修改量212。
根據以上描述，本發明所屬領域的普通技術人員現在能夠理解，本發明的廣義思想能夠按照各種形式實現。因此，盡管以上結合其特定實例描述了本發明，但本發明的真正范圍不應當被限制于此，因為在研究了附圖、說明書和以下權利要求之后，本發明所屬領域的普通技術人員將會清楚其它改型。
權利要求
1.一種用于發動機的火花控制系統，所述發動機具有進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器中至少一個并且具有至少一個發動機傳感器，該系統包括主計算模塊，其根據進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置來確定主要火花提前值；和輸出計算模塊，其根據來自至少一個發動機傳感器的所述主要火花提前值和數據來確定輸出火花提前值。
2.根據權利要求1所述的火花控制系統，其中所述進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置根據位于至少一個進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器中每一個上的至少一個旋轉位置傳感器得出。
3.根據權利要求1所述的火花控制系統，其中所述進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置根據預定計算得出。
4.根據權利要求1所述的火花控制系統，其中所述主計算模塊包括用于確定所述主要火花提前的n維第一查閱表，所述第一查閱表由所述進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置索引，當同時存在進氣和排氣凸輪移位器時n等于2，否則n等于1。
5.根據權利要求4所述的火花控制系統，其中所述主計算模塊還包括用于確定所述主要火花提前的n維第二查閱表，所述第二查閱表由所述進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置索引，當同時存在進氣和排氣凸輪移位器時n等于2，否則n等于1。
6.根據權利要求5所述的火花控制系統，其中使用低辛烷值燃料校準所述第二查閱表。
7.根據權利要求5所述的火花控制系統，其中所述第一和第二查閱表的比例換算輸出相結合以便產生所述主要火花提前值。
8.根據權利要求7所述的火花控制系統，其中在結合以便產生所述主要火花提前值之前，所述第一查閱表的所述輸出由辛烷值標量進行比例換算，而所述第二查閱表的所述輸出由1減去所述辛烷值標量的差進行比例換算。
9.根據權利要求8所述的火花控制系統，其中所述辛烷值標量在0與1之間變動，并且在爆震強度升高時增加而在爆震強度降低時減少，并且至少一個發動機傳感器包括震動傳感器。
10.根據權利要求1所述的火花控制系統，其中所述主要火花提前值包括選自由發動機速度和發動機負載索引的兩維表的標量偏移量。
11.根據權利要求1所述的火花控制系統，其中所述主計算模塊使所述主要火花提前值與至少一個火花修改量選擇性組合。
12.根據權利要求11所述的火花控制系統，其中只有在沒有接收到來自電子節流控制系統的故障信號時，所述主計算模塊才使所述主要火花提前值與所述至少一個火花修改量組合。
13.根據權利要求11所述的火花控制系統，其中所述至少一個火花修改量包括溫度基數、冷卻劑、進氣溫度、當量比以及活塞敲擊中的至少一個。
14.一種用于確定發動機的火花正時的方法，所述發動機具有進氣凸輪移相器和/或排氣凸輪移相器中至少一個并且具有至少一個發動機傳感器，該方法包括根據進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置來計算主要火花提前值；以及根據來自至少一個發動機傳感器的所述主要火花提前值和數據來計算輸出火花提前值。
15.根據權利要求14所述的方法，還包括通過分析來自至少一個進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器中每一個上的至少一個旋轉位置傳感器的信息確定所述進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置。
16.根據權利要求14所述的方法，還包括進行預定計算來確定所述進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置。
17.根據權利要求14所述的方法，還包括根據第一查閱表的輸出來確定所述主要火花提前值，該第一查閱表由所述進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置索引。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括利用第二查閱表的輸出來修改所述主要火花提前值，該第二查閱表由所述進氣凸輪移相器和排氣凸輪移相器至少一個的實際旋轉位置索引。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括通過第一標量對所述第一查閱表的所述輸出進行比例換算，通過第二標量對所述第二查閱表的所述輸出進行比例換算，以及組合所述比例換算輸出以便產生所述主要火花提前值。
20.根據權利要求14所述的方法，還包括使所述主要火花提前值與至少一個火花修改量相結合。
全文摘要
一種用于發動機的火花控制系統方法包括主計算模塊和輸出計算模塊，所述發動機具有進氣凸輪移相器和/或排氣凸輪移相器并且具有發動機傳感器，主計算模塊根據凸輪移相器的實際旋轉位置來確定主要火花提前值，輸出計算模塊根據來自發動機傳感器的主要火花提前值和數據來確定輸出火花提前值。凸輪移相器的實際旋轉位置根據預定計算或凸輪移相器上的旋轉位置傳感器得出。主計算模塊包括兩個由凸輪移相器的實際旋轉位置索引的分開式校準查閱表，對其輸出進行比例換算并將其組合以便確定主要火花提前。火花修改量包括溫度基數、冷卻劑、進氣溫度、當量比以及活塞敲擊。
文檔編號F02P5/145GK1840890SQ20061006838
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月30日 優先權日2005年3月30日
發明者V·魯伊斯 申請人:通用汽車環球科技運作公司