具有曲轴振动的失火检测的制作方法
【技术领域】
[0001] 本说明通常涉及用于失火检测的方法和系统以及响应内燃发动机中失火检测的 动作。
【背景技术】
[0002] 发动机控制系统可包括失火（misfire)检测模块，用于辨认发生在基准点火 正时（base ignition timing)外部的燃烧事件。作为示例，可通过检测曲轴扭转振动 (crankshaft torsional vibration)中的波动（fluctuation)来识别发动机失火。这些曲 轴扭转振动包括在大约平均曲轴速度的曲轴转动中的扭转波动。
[0003] 一个示例性解决方案示出在U. S. 5633456中。其中，曲轴转动被采样用于每个预 期汽缸点火的预定角位移。然后失火信号通过在频域中使用滤波器识别。
【发明内容】
[0004] 在一个示例中，以上所描述的问题可通过以下方法来解决，该方法为：基于在第一 窗口上采样的曲轴波动产生第一汽缸失火指示；以及基于在第二窗口上采样的曲轴波动产 生不同的第二汽缸失火指示，第一窗口和第二窗口彼此重叠。
[0005] 例如，可通过连接至内燃发动机中的曲轴的曲轴位置传感器来检测曲轴振动。控 制单元可在第一采样窗口上对曲轴转动进行采样并且然后在与第一采样窗口重叠的第二 采样窗口进行采样。发动机可执行在第一采样窗口内的第一燃烧事件以及在第二采样窗口 内的第二燃烧事件，其中第二燃烧事件紧随在第一燃烧事件之后。然后控制单元可基于采 样信号在发动机燃烧操作期间来指示失火。
[0006] 通过这种方式，在包括中至低发动机负荷和中至高发动机速度的操作条件下，可 稳定地识别失火。而且，失火检测方法对传感器的位置较不敏感。例如，通过使用重叠的采 样窗口采样曲轴波动，在全发动机阶次下的信号内容（signal content)可明显地降低。也 就是说，重叠采样可选择性地包括由于燃烧和燃烧失火的扭转振动，同时选择性地降低由 于活塞和连接杆往复运动惯性所包括的振动。
[0007] 应当理解，提供上面的综述是为了以简化的形式引入将在下面的详细说明书中进 一步描述的概念的集合。这并不意味着识别要求保护主题的关键或必要特征，其范围由所 附权利要求来唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上面提到的或在本公开的 任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0008] 图1示出了包括曲轴的涡轮增压发动机的框图。
[0009] 图2示出了用于采样曲轴转动的两个方案。
[0010] 图3示出了用以基于曲轴波动来检测发动机失火且用以响应于该检测来调节发 动机操作条件的示例性方法的流程图。
[0011] 图4示出了发动机速度与发动机负荷之间的示例性关系。
[0012] 图5A至图f5D不出了曲轴扭转振动的频率分量。
[0013] 图6A至图6B示出了使用所披露的示例性方法的改良的失火检测。
【具体实施方式】
[0014] 以下说明涉及用于基于曲轴波动来检测内燃发动机中的失火并且响应于该检测 来调节发动机操作的系统和方法。图1示出了包括曲轴的内燃发动机的框图。在发动机操 作期间的曲轴的转动可与曲轴角度同步地取样。图2示出了使用用于四缸发动机的非重叠 和重叠采样窗口的两个采样方案。图3概述了基于在图2中示出的采样方案的示例性失火 检测方法。图4示出了发动机负荷与发动机速度之间的关系。图5A至图f5D示出了曲轴扭 转振动（torsional vibrations)的频率分量（frequency components)。图 6A 至图 613不 出了使用所披露的示例性方法所获得的改良的失火检测。
[0015] 如本文中所描述的，发动机曲轴的曲轴扭转振动由发动机燃烧和由于活塞和连 接杆往复运动的惯性负荷两者来驱动。在中至低（medium to low)发动机负荷且中至高 (moderate to high)发动机速度期间，由于通常发动机扭转振动的扭转振动可强于由于燃 烧的扭转振动。该通常发动机扭转振动可由于曲轴弹性（考虑到曲轴系统包括当曲轴的所 有部件相同振动时的刚性主体扭转振动模式以及当曲轴的单独部件不同振动时的弹性模 式）被进一步扩大。当传感器被定位为进一步远离曲轴的零偏移位置时，曲轴扭转振动对 弹性振动模式更加敏感。例如，当传感器被定位在曲轴前部处时的扭转振动可强于接近飞 轮的扭转振动。
[0016] 曲轴扭转振动的频率分量包括仅基于燃烧的半发动机阶次（half engine order)，以及基于燃烧扭矩和惯性扭矩两者的全发动机阶次（full engine order)。通过在 重叠的采样窗口上（窗口持续期（window duration)大于邻接压缩的汽缸上止点之间的曲 轴度的总量）采样曲轴波动，因此在全发动机阶次下的信号可明显地降低。例如，重叠的采 样可选择性地包括由于燃烧和燃烧失火的扭转振动，同时降低由于活塞和连接杆往复运动 惯性所包含的振动。因此，尤其是在中至低发动机负荷并且中至高发动机速度期间，发动机 失火可被更加有效地识别。进一步地，因为具有重叠窗口的采样对通常曲轴系统的扭转振 动不太敏感，因此可使用沿着曲轴/减振器/飞轮组件定位在任意位置处的曲轴定位传感 器来操作。
[0017] 图1是示出了示例性发动机10的示意图，该发动机可包括在机动车辆的推进系统 中。发动机10示出为具有四个汽缸31，33,35以及37。然而，根据当前的内容还可使用其 他数量的汽缸。发动机10可至少部分地由包括控制单元12的控制系统，以及由自车辆操 作者132的输入经由输入装置130来控制。在本示例中，输入装置130包括油门踏板以及 用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。
[0018] 发动机10的每个燃烧室（例如，汽缸）31，33, 35以及37可包括燃烧室壁，其具有 定位在其内的活塞32。该活塞可通过连接杆34连接至曲轴40使得活塞的往复运动转换成 曲轴的转动运动。连接至曲轴40的曲轴定位传感器118可感测曲轴的转动并且将转动信 号传递至控制单元12。曲轴定位传感器118可为高数据速率的车轮曲轴定位传感器。曲轴 40可经由中间传动系统（未示出）连接至车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动电机可 经由飞轮连接至曲轴40以能够实现发动机10的起动操作。
[0019] 燃烧室31，33, 35以及37可经由进气通道42接收自进气歧管44的进气并且可经 由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管46可经由对应的进气阀和排气阀 (未示出）与燃烧室31，33, 35以及37选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室31，33, 35 以及37可包括两个或多个进气阀和/或两个或多个排气阀。当凸轮轴经受转动运动时， 进气和/或排气阀可经由设置在凸轮轴162上的对应的凸轮160来驱动（例如，打开或关 闭）。
[0020] 燃料喷射器50示出为直接连接至燃烧室31，33, 35以及37,用于与自控制单元12 所接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射在燃烧室内。通过这种方式，燃料 喷射器50提供至燃烧室31，33, 35以及37中的已知的燃料直接喷射。燃料喷射器可例如 安装在燃烧室的侧面或者燃烧室的顶部中。燃料可通过包括燃料箱、燃料栗以及燃料轨的 燃料系统（未示出）输送至燃料喷射器50。在一些实施例中，燃烧室31，33