用于隨選排量型(dod)發動機的斷火檢測系統的制作方法

專利名稱：用于隨選排量型(dod)發動機的斷火檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及發動機斷火檢測，并且更具體涉及隨選排量型(DOD)發動機中的發動機斷火檢測。
背景技術：
內燃機產生經由曲軸傳遞到動力傳遞系統的驅動扭矩。某些內燃機包括在低負載狀況下停用氣缸的發動機控制系統。例如，可采用四個氣缸來操作八缸發動機，以便通過降低泵送損失來提高燃油經濟性。該過程通常稱作隨選排量或DOD。使用了所有發動機氣缸的操作稱作接通模式。停用模式是指采用少于所有發動機氣缸的操作(即一個或多個氣缸未工作)。
在發動機操作過程中，氣缸或多個氣缸可能斷火。在出現斷火后，發動機RPM減速，直到其他點火氣缸產生足以穩定該發動機的動力。在接通模式過程中，發動機以這種方式運轉，但是僅限于有限的范圍，因為在斷火氣缸后的氣缸還是工作的并且一直做功。在停用模式過程中，在斷火氣缸后的氣缸也不點火，因為它被停用了。
傳統斷火檢測系統不能解決停用氣缸的問題。結果，會檢測到假斷火，這導致增加的保修成本，增加了分析實際氣缸斷火的復雜性并且降低了車輛的整體性能以及客戶滿意度。

發明內容
因而，本發明一種用于可在接通模式和停用模式內進行操作的隨選排量型(DOD)發動機的氣缸斷火控制系統。該氣缸斷火控制系統包括響應發動機的曲軸轉動的傳感器以及基于與第一停用氣缸相關的第一時間周期以及與第二停用氣缸相關的第二時間周期計算時間導數(derivative)的第一模塊。第一和第二時間周期基于曲軸的轉動。第二模塊基于該時間周期導數檢測接通氣缸中的斷火出現情況。
在一個特征中，第一和第二時間周期基于曲軸轉動預定角度所需的時間周期。
在其他特征中，第一模塊以第一時間周期和第二時間周期之間差值的形式計算該時間導數。在預先限定的氣缸點火順序中，第一停用氣缸在該接通氣缸的緊前面。在預先限定的氣缸點火順序中，接通氣缸在第二停用氣缸的緊前面。
在另外其他特征中，氣缸斷火控制系統進一步包括確定導數閾值的第三模塊。在時間導數超過導數閾值時檢測到出現斷火。基于發動機速度和發動機負載確定該導數閾值。
在另外的其他特征中，第二模塊通過調整與氣缸的預定點火順序相對應的氣缸索引(cylinder index)將時間導數與接通氣缸相關聯。該調整包括在該點火順序中將氣缸索引移回一個氣缸。
通過下文提供的詳細描述，本發明的適用性的其他方面顯而易見。應該理解到，盡管表明了本發明的優選實施例，但詳細描述和特定實施例傾向于僅出于說明性目的并且不傾向于限制本發明的范圍。


通過詳細描述和附圖將更全面地理解本發明，其中圖1是包括隨選排量型(DOD)發動機并且實現本發明的氣缸斷火檢測控制的示范性發動機系統的功能性框圖；圖2是顯示具有兩個最高差分峰的發動機氣缸的示范性差分軌跡的曲線圖；圖3是顯示由根據本發明的氣缸斷火檢測控制所執行的示范性步驟的流程圖；
圖4是執行本發明的發動機斷火檢測控制的示范性模塊的功能性框圖。
具體實施例方式
優選實施例的后續描述本質上僅是示范性的并且決不傾向于限制本發明、其應用或使用。出于清晰的目的，在附圖中使用相同的附圖標記標識類似的元件。如本申請所使用的，術語“模塊”是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、運行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享、專用或群組)以及內存、組合邏輯電路和/或提供所描述功能的其他適當部件。如本申請所使用的，“接通”是指使用所有發動機氣缸的操作。“停周”是指使用少于所有發動機氣缸的操作(即，一個或多個氣缸未工作)。
現在參照圖1，車輛10包括驅動傳動系統14的發動機12。傳動系統14可以是由發動機12通過相應扭矩變換器或離合器16驅動的汽車或手動傳動系統。空氣經節氣門13流入發動機12。發動機12包括N個氣缸18。一個或多個氣缸18在發動機操作過程中選擇性停用。盡管圖1描述了八個氣缸(N＝8)，但應該知道發動機12包括附加的或更少的氣缸18。例如，考慮具有4、5、6、8、10、12和16個氣缸的發動機。空氣經進氣歧管20流入發動機12并且與氣缸18內的燃料燃燒。燃燒過程往復驅動氣缸18內的活塞(10未圖示)。該活塞轉動驅動曲軸30以便向動力傳動系提供驅動扭矩。
如本申請所描述的，控制模塊38與發動機12以及各種輸入及傳感器進行通信。車輛操作者操縱加速踏板40以便調節節氣門13。更具體的，踏板位置傳感器42產生傳達到控制模塊28的踏板位置信號。控制模塊38基于踏板位置信號產生節氣門控制信號。節氣門傳動器(未圖示)基于節氣門控制信號調整節氣門13以便調節進入發動機12的空氣流。
車輛操作者操縱制動踏板44以便調節車輛制動。更具體的，制動器位置傳感器46產生傳達到控制模塊38的制動器位置信號。該控制模塊38基于制動踏板位置信號產生制動器控制信號。制動系統(未圖示)基于制動器控制信號調整車輛制動以便調節車速。進氣歧管絕對壓力(MAP)傳感器50基于進氣歧管20的壓力產生信號。節氣門位置傳感器(TPS)52基于節氣門位置產生信號。
發動機速度傳感器48產生基于發動機速度的信號。更具體的，發動機包括發動機速度機構(未圖示)，發動機傳感器(48)響應該機構。在一實例中，發動機速度機構包括固定為與曲軸30轉動的齒緣輪。發動機速度傳感器48響應齒的上升和下降邊緣。示范性齒緣輪包括繞輪的周邊等間隔的59個齒，除了在缺少齒以提供間隙的一個位置。因而，該間隙大約是相鄰齒之間的正常空間的距離的兩倍。通過這種方式，每個齒形成大約6°的曲軸轉動。控制模塊38基于預定數量的齒通過所花費的時間確定發動機的RPM。
當出現輕發動機負載時，控制模塊38將發動機12轉換到停用模式。在示范性實施例中，停用N/2個氣缸18，盡管可以停用一個或多個氣缸。在停用選定的氣缸18后，控制模塊38增加剩余或接通氣缸18的動力輸出。停用氣缸18的進氣口和出氣口(未圖示)關閉以便減小泵送損失。基于進氣MAP、氣缸模式以及發送機速度確定發動機負載。更具體的，如果MAP低于給定RPM的閾值水平，認為發動機負載是輕的，并且以停用模式操作發動機12。如果MAP在給定RPM的閾值水平之上，認為發動機負載是重的，并且以接通模式操作發動機12。
本發明的氣缸斷火檢測控制基于曲軸速度波動。更具體的，斷火控制監測反應曲軸30轉動預定角度所花費的時間量的時間周期(t[N]，其中N是與該時間周期相關聯的氣缸數)。例如，預定角度可以是90°，其等于上述示范性的59齒的齒緣輪中的15個齒。控制模塊30一直監測t[N]。t[N]以特定氣缸(N)的壓縮事件為中心。由于斷火所造成的動力損失反應在下一活塞(N+1)的壓縮中。更具體的，一個氣缸的動力沖程傾向于驅動下一氣缸的壓縮沖程。
并行于t[N]值的連續監測，氣缸斷火檢測控制計算差值或導數(Δ[N])。對該導數進行計算并參照接通氣缸到先前接通的氣缸以及停用氣缸到先前停用的氣缸的時間周期。導數項根據以下關系進行計算Δ[N]＝t[N]-t[N-2]例如，如果氣缸N為停用氣缸，那么氣缸N-2是先前停用氣缸，而氣缸N-1是先前接通氣缸。除了相應的氣缸索引，氣缸斷火檢測識別兩個最高停用氣缸導數或峰值(相應的是Δ1HI和Δ2HI)。
在工作氣缸內發生斷火后，發動機開始減速，直到其他工作氣缸開始產生足以穩定該發動機的動力。在正常操作過程中(即，在接通模式中)，斷火后的氣缸以這種方式運轉，但是僅限于有限的范圍，因為該氣缸始終是工作的。在停用模式的操作過程中，當在工作氣缸內發生斷火后，接著斷火氣缸的停用氣缸導數相對其未斷火的同伴呈現高導數值。這種所謂的后氣缸效應在停用模式中更加明顯，因為在斷火的接通氣缸后的停用氣缸也不做功。
因為停用氣缸是斷火的工作氣缸后面的氣缸，氣缸斷火檢測控制在斷火確定之前調整氣缸索引。通過從特定索引值中減去一個值同時進行反轉保護來進行這種調整，以使對于給定的發動機應用將零值索引調整為最大索引(即，最高氣缸數)。通過這種方式，停用氣缸的導數值與緊前面的接通氣缸相關聯。
氣缸斷火檢測基于發動機RPM和負載確定閾值導數值(ΔTHR)。例如，ΔTHR可以從查詢表確定或者通過公式處理發動機速度和負載來進行計算。Δ1HI和Δ2HI與ΔTHR相比，如果Δ1HI和Δ2HI中的一個超過ΔTHR，則在相關工作氣缸內出現了斷火。
氣缸斷火檢測控制監測氣缸斷火并且基于斷火出現頻率(fOCC)執行校正動作。如果fOCC大到(即，在第一閾值以上)足以有害地影響所需的排放性能，存儲斷火數據并且斷火的氣缸或多個氣缸標記在控制模塊38內。如果fOCC持續偏高(即，在第二閾值之上)，則啟動維護警報(例如，故障指示燈(MIL)點亮)。如果fOCC高到(即，在第三閾值之上)足以對排氣處理部件(例如，催化轉換器)造成損害時，執行上文所討論的動作，以及附加報警和/或補救動作(例如，MIL閃爍)。
現在參照圖2，曲線圖顯示了第一和第二氣缸的示范性導數軌跡。該導數軌跡基于停用氣缸數據，但是通過氣缸索引調整與先前接通氣缸相關聯。更具體的，盡管導數軌跡識別哪個工作氣缸是斷火的，但實際收集的數據對應于停用氣缸。示范性軌跡指示在各相應工作氣缸內的斷火。
現在參照圖3，將詳細描述由氣缸斷火檢測所執行的示范性步驟。在步驟300中，控制確定是否轉換到停用模式。如果控制沒有確定不轉換到停用模式，則控制返回。如果控制的確確定轉換到停用模式，控制在步驟302中停用所選定的氣缸。
在步驟304中，控制收集接通和停用氣缸的t[N]值。在步驟306中，控制基于氣缸的相應t[N]和t[N-2]值確定它們的Δ[N]。在步驟308中，控制基于氣缸的Δ[N]值確定Δ1HI和Δ2HI。在步驟310中，控制基于發動機RPM和負載確定ΔTHR。在步驟312中，控制確定Δ1HI是否超過ΔTHR。如果Δ1HI超過ΔTHR，控制在步驟314中指示在相應氣缸中存在斷火并在步驟316中繼續。如果Δ1HI沒有超過ΔTHR，控制在步驟316中確定Δ1HI是否超過ΔTHR。如果Δ2HI超過ΔTHR，控制在步驟318中指示在相應氣缸中存在斷火并在步驟320中繼續。如果Δ1HI沒有超過ΔTHR，控制在步驟320中更新各接通氣缸的fOCC。
在步驟322中，控制確定是否有任何的fOCC值超過頻率閾值(fTHR)。如上文所詳細討論的，如果fOCC超過fTHR，控制指示補救動作，并且在步驟326中繼續。盡管針對圖3識別單個頻率閾值，但是應該知道fOCC可以與多個頻率閾值相比較以便確定要指示的補救動作類型。如果fOCC沒有超過fTHR，控制在步驟326中確定是否轉換到接通模式。如果控制沒有確定不轉換到接通模式，控制返回到步驟304。如果控制的確確定轉換到接通模式，則控制在步驟304中接通所有的氣缸并且控制結束。
現在參照圖4，將詳細描述執行氣缸斷火檢測控制的示范性模塊。示范性模塊包括查詢模塊400、ΔTHR確定模塊402、t[N]確定模塊404、Δ[N]確定模塊406以及斷火檢測模塊408。查詢模塊400基于RPM和MAP產生接通(ACT)和停用(DEACT)信號中的一個以便在接通和停用模式之間轉換該發動機。
ΔTHR確定模塊402基于RPM和MAP確定ΔTHR并且t[N]確定模塊404基于RPM確定t[N]。Δ[N]確定模塊406基于t[N]和t[N-2]確定Δ[N]，t[N-2]基于兩個活塞前所計算的t[N]值。斷火檢測模塊408基于Δ[N]和ΔTHR選擇性產生與特定接通氣缸(例如，在氣缸N為停用氣缸的情況下的氣缸N-1)相關聯的斷火指示信號。
現在本領域技術人員通過上面的描述可以知道，本發明的廣泛教導可以通過各種形式實現。因而，盡管結合特定實例對本發明進行了描述，但本發明的范圍不應受此限制，因為在研究了附圖、說明書以及后續權利要求后，對于本領域技術人員來說其他修改是顯而易見的。
權利要求
1.一種用于可在接通模式和停用模式內操作的隨選排量型(DOD)發動機的氣缸斷火控制系統，包括響應所述發動機的曲軸的轉動的傳感器；基于與第一停用氣缸相關聯的第一時間周期和與第二停用氣缸相關聯的第二時間周期計算時間導數的第一模塊，其中所述第一和第二時間周期基于所述曲軸的所述轉動；以及基于所述時間導數檢測接通氣缸中的斷火出現的第二模塊。
2.根據權利要求1所述的氣缸斷火控制系統，其特征在于所述第一和第二時間周期基于所述曲軸轉動經過預定角度所需的時間周期。
3.根據權利要求1所述的氣缸斷火控制系統，其特征在于所述第一模塊以所述第一時間周期和所述第二時間周期之間差值的形式計算所述時間導數。
4.根據權利要求3所述的氣缸斷火控制系統，其特征在于在預先確定的氣缸點火順序中，所述第一停用氣缸在所述接通氣缸的緊前面。
5.根據權利要求3所述的氣缸斷火控制系統，其特征在于在預先確定的氣缸點火順序中，所述接通氣缸在第二停用氣缸的緊前面。
6.根據權利要求1所述的氣缸斷火控制系統，其特征在于進一步包括確定導數閾值的第三模塊，其中當所述時間導數超過所述導數閾值時，檢測到所述斷火出現。
7.根據權利要求6所述的氣缸斷火控制系統，其特征在于基于發動機速度和發動機負載確定所述導數閾值。
8.根據權利要求1所述的氣缸斷火控制系統，其特征在于所述第二模塊通過調整與所述氣缸的預定點火順序相對應的氣缸索引將所述時間導數與所述接通氣缸相關聯。
9.根據權利要求8所述的氣缸斷火控制系統，其特征在于所述調整包括在所述點火順序中將所述氣缸索引移回一個氣缸。
10.一種檢測可在接通模式和停用模式內操作的隨選排量型(DOD)發動機內的氣缸斷火的方法，包括監測所述發動機的曲軸的轉動；基于與第一停用氣缸相關聯的第一時間周期和與第二停用氣缸相關聯的第二時間周期計算時間導數，其中所述第一和第二時間周期與所述曲軸的所述轉動相關聯；以及基于所述時間導數檢測接通氣缸中的斷火出現。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于所述第一和第二時間周期基于所述曲軸轉動經過預定角度所需的時間周期。
12.根據權利要求10所述的方法，其特征在于以所述第一時間周期和所述第二時間周期之間的差值的形式計算所述時間導數。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于在預先確定的氣缸點火順序中，所述第一停用氣缸在所述接通氣缸的緊前面。
14.根據權利要求12所述的方法，其特征在于在預先確定的氣缸點火順序中，所述接通氣缸在第二停用氣缸的緊前面。
15.根據權利要求10所述的方法，其特征在于進一步包括確定導數閾值，其中當所述時間導數超過所述導數閾值時，檢測到所述斷火出現。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于基于發動機速度和發動機負載確定所述導數閾值。
17.根據權利要求10所述的方法，其特征在于通過調整與所述氣缸的預定點火順序相對應的氣缸索引將所述時間導數與所述接通氣缸相關聯。
18.根據權利要求17所述的方法，其特征在于所述調整包括在所述點火順序中將所述氣缸索引移回一個氣缸。
19.一種檢測可在接通模式和停用模式內操作的隨選排量型(DOD)發動機內的氣缸斷火的方法，包括監測所述發動機的曲軸的轉動；計算與所述發動機的停用氣缸相關聯的時間導數；將所述時間導數與在預定點火順序內與各所述停用氣缸緊前面的相應接通氣缸相關聯；以及基于與其相關聯的所述時間導數檢測各所述接通氣缸中的斷火出現。
20.根據權利要求19所述的方法，其特征在于所述時間導數分別基于與相應第一停用氣缸相關聯的相應第一時間周期以及與相應第二停用氣缸相關聯的相應第二時間周期，其中所述第一和第二時間周期與所述曲軸的轉動相關聯。
21.根據權利要求20所述的方法，其特征在于所述第一和第二時間周期基于所述曲軸轉動經過預定角度所需的時間周期。
22.根據權利要求20所述的方法，其特征在于以所述第一時間周期和所述第二時間周期之間的差值的形式計算所述時間導數。
23.根據權利要求20所述的方法，其特征在于在預先確定的氣缸點火順序中，所述第一停用氣缸在所述接通氣缸的緊前面。
24.根據權利要求20所述的方法，其特征在于在預先確定的氣缸點火順序中，所述接通氣缸在第二停用氣缸的緊前面。
25.根據權利要求19所述的方法，其特征在于進一步包括確定導數閾值，其中當所述時間導數超過所述導數閾值時，檢測到所述斷火出現。
26.根據權利要求25所述的方法，其特征在于基于發動機速度和發動機負載確定所述導數閾值。
27.根據權利要求19所述的方法，其特征在于將所述時間導數與所述接通氣缸相關聯包括調整與所述氣缸的預定點火順序相對應的氣缸索引。
28.根據權利要求27所述的方法，其特征在于所述調整包括在所述點火順序中將所述氣缸索引移回一個氣缸。
全文摘要
一種用于可在接通模式和停用模式內操作的隨選排量型(DOD)發動機的氣缸斷火控制系統包括響應發動機的曲軸轉動的傳感器以及基于與第一停用氣缸相關聯的第一時間周期和與第二停用氣缸相關聯的第二時間周期計算時間導數的第一模塊。第一和第二時間周期基于曲軸轉動。第二模塊基于時間周期導數檢測接通氣缸中的斷火出現。
文檔編號F02D17/00GK1955449SQ20061014365
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月27日 優先權日2005年10月27日
發明者G·F·奧丹尼爾, D·S·馬修斯, D·J·莫恩寧, T·K·亞薩夫 申請人:通用汽車環球科技運作公司