用于检测发动机失火的系统和方法

技术领域

本说明书涉及用于检测发动机失火的方法和系统。当可能难以经由曲轴转速变化检测发动机失火时，可以在低发动机负载下应用所述方法。

背景技术

发动机可能不时地失火。失火可能会增加排气尾管排放并导致发动机运转不平稳。另外，失火可能导致原状碳氢化合物沉积在发动机排气系统中的催化剂上。原状碳氢化合物可能在催化剂上被氧化，从而升高催化剂的温度。如果催化剂温度超过阈值温度，则可能发生催化剂劣化。

与发动机负载低时相比，当发动机负载高时可能更容易检测到失火。在较高发动机负载下失火可能导致发动机转速发生明显变化。然而，在低发动机负载下可能更难以检测到失火，因为在存在少量发动机失火的情况下，发动机转速可能不会发生太大变化。因此，可能期望提供一种在低发动机负载下检测失火的方式。

发明内容

本文的发明人已经认识到上述问题并且已经开发了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：组合燃料目标误差和排气温度误差以识别发动机中存在失火；以及响应于识别出发动机中存在失火而调整发动机的操作。

通过基于燃料目标误差和排气温度误差来确定发动机失火的存在或不存在，可以提供当发动机在低负载下操作时评估发动机存在失火的技术结果。具体地，从燃料目标误差和排气温度误差产生的浓失火分数值可以与检测到的发动机失火很好地相关。因此，可以检测发动机失火而不必依赖于发动机转速变化。

本说明书可以提供若干优点。具体地，所述方法可以在低发动机负载下提供发动机失火的更可靠指示。另外，可以利用现有传感器提供发动机失火的指示，使得可以维持系统成本。另外，所述方法可以与其他方法组合以确定在大的发动机工作范围内的发动机失火。

当单独地或结合附图来理解时，根据以下具体实施方式，将容易明白本说明书的以上优点和其他优点以及特征。

应理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。其并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。

附图说明

当单独地或参考附图来理解时，通过阅读在本文中称作具体实施方式的实施例的示例，将更全面地理解本文描述的优点，在附图中：

图1是发动机的示意图；

图2是根据图3的方法的发动机失火检测的预示性示例；

图3示出了用于确定存在或不存在发动机失火的第一方法；以及

图4示出了用于确定存在或不存在发动机失火的第二方法。

具体实施方式

本说明书涉及判断发动机失火的存在或不存在。所述方法利用燃料供应误差和排气温度误差来评估发动机失火的存在或不存在。当发动机在低负载下操作时，这种方法可能比其他方法更可靠。本方法可以应用于图1所示类型的发动机。图2中示出了检测到发动机失火的预示性发动机操作序列。图3中示出了用于评估发动机失火的存在或不存在的方法。

参考图1，内燃发动机10(包括多个气缸，图1中示出了其中一个气缸)由电子发动机控制器12控制。

发动机10包括燃烧室30和气缸壁32，其中活塞36定位在所述气缸壁中并连接到曲轴40。飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动机96包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地使小齿轮95前进以接合环形齿轮99。起动机96可以直接安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中，起动机96可以经由皮带或链条选择性地向曲轴40供应扭矩。在一个示例中，当未接合到发动机曲轴时，起动机96处于基本状态。燃烧室30被示出为经由相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可通过进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。进气凸轮51和排气凸轮53可以相对于曲轴40移动。

燃料喷射器66被示出为定位成将燃料直接喷射到气缸30中，这被本领域技术人员称为直接喷射。替代地，燃料可以被喷射到进气道，这被本领域技术人员称为进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料通过图2中更详细示出的燃料系统175输送到燃料喷射器66。另外，进气歧管44被示出为与可选的电子节气门62连通，所述电子节气门调整节流板64的位置以控制从进气口42到进气歧管44的气流。在一个示例中，可以使用高压双级燃料系统来产生更高的燃料压力。在一些示例中，节气门62和节流板64可以定位在进气门52与进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。

无分电器点火系统88响应于控制器12而经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用排气氧(UEGO)传感器126被示出为在催化转化器70上游联接到排气歧管48。替代地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。氧传感器126可以包括用于确定排气歧管凸缘处的排气温度的热电偶126a。

在一个示例中，转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一示例中，可以使用多个排放控制装置，每个排放控制装置具有多个砖。在一个示例中，转化器70可以是三元型催化器。催化剂监测氧传感器127被示出为定位在催化剂70的下游。催化剂监测传感器127可以是双态排气氧传感器。另外，催化剂监测传感器127可以包括热电偶127a或其他温度测量装置，以确定可以根据其确定催化转化器70的温度的排气温度。

人/机接口176可以允许人(未示出)向控制器12提供输入。另外，控制器12可以经由人/机接口176显示发动机操作数据、状态数据和控制参数。在一个示例中，人/机接口可以是触摸屏显示器。在其他示例中，人/机接口可以是显示器和键盘或语音输入装置。在其他示例中，人/机接口可以像灯和按钮或按键开关一样简单。

控制器12在图1中被示出为常规的微计算机，所述常规的微计算机包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106(例如，非暂时性存储器)、随机存取存储器108、保活存储器110和常规的数据总线。控制器12被示出为除了接收先前讨论的那些信号之外，还从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；位置传感器134联接到推进工作踏板130以感测由人类驾驶员132施加的力；来自联接到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自霍尔效应传感器118发动机位置传感器感测曲轴40位置；从传感器120进入发动机的空气质量的测量值；当驾驶员132踩下制动踏板150时，来自制动踏板位置传感器154的制动踏板位置；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。也可以感测大气压力(传感器未示出)以供控制器12处理。在本说明书的优选方面中，曲轴每旋转一圈，发动机位置传感器118产生预定数量的等距脉冲，据此可以确定发动机转速(RPM)。

在操作期间，发动机10内的每个气缸通常经历四冲程循环：所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般来说，排气门54关闭并且进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入到燃烧室30中，并且活塞36移动到气缸的底部，以便增大燃烧室30内的容积。活塞36靠近气缸的底部并且处于其冲程末端(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向气缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于其冲程的结束并最靠近气缸盖时(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)的点典型地被本领域的技术人员称为上止点(TDC)。在下文被称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在下文称为点火的过程中，由诸如火花塞92等已知点火装置点燃所喷射的燃料，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回到TDC。应注意，以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可变化，诸如以提供正或负气门重叠、迟进气门关闭或各种其他示例。

因此，图1的系统提供了一种失火检测系统，所述失火检测系统包括：发动机；和控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令使所述控制器响应于发动机失火而调整所述发动机的操作，所述发动机失火是从燃料目标误差和排气温度误差推断的。所述失火检测系统包括：其中调整所述发动机的操作包括调整发动机空燃比。所述失火检测系统包括：其中调整所述发动机的操作包括调整火花正时。所述失火检测系统还包括：用于将所述燃料目标误差与所述排气温度误差相乘以确定浓失火分数的附加指令。所述失火检测系统还包括：用于从所述浓失火分数推断所述发动机失火的附加指令。所述失火检测系统包括：其中当所述浓失火分数超过阈值水平时推断出发动机失火。

在一些示例中，所述失火检测系统还包括响应于所述燃料目标误差超过阈值水平而开始推断所述发动机失火的附加指令。所述失火检测系统还包括：当发动机负载大于阈值发动机负载时，响应于发动机曲轴转速来确定发动机失火的存在或不存在。

现在参考图2，示出了预示性序列，在所述预示性序列期间根据图3的方法检测发动机失火。可以经由图1的系统结合图3的方法来生成图2的序列。

从图2顶部起的第一曲线图是发动机负载相对于时间的曲线图。竖直轴线表示发动机负载，并且发动机负载沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间在水平轴线箭头的方向上增大。迹线202表示发动机负载。水平线250表示阈值水平，在所述阈值水平以下发动机负载被认为是低的。

从图2顶部起的第二曲线图是燃料目标误差相对于时间的曲线图。竖直轴线表示燃料目标误差，并且燃料目标误差大小在水平轴线上方和下方的方向上增加。水平轴线表示时间，并且时间在水平轴线箭头的方向上增大。在水平轴线的水平处，燃料目标误差为零。迹线204表示燃料目标误差。水平线252表示阈值水平，在所述阈值水平以上经由浓失火分数确定发动机失火。

从图2顶部起的第三曲线图是发动机排气温度相对于时间的曲线图。竖直轴线表示发动机排气温度误差，并且发动机排气温度误差大小在水平轴线上方和下方的方向上增加。水平轴线表示时间，并且时间在水平轴线箭头的方向上增大。在水平轴线的水平处，发动机排气温度误差为零。迹线206表示发动机排气温度误差。

从图2顶部起的第四曲线图是发动机浓失火分数相对于时间的曲线图。竖直轴线表示发动机浓失火分数，并且发动机浓失火分数大小在水平轴线上方和下方的方向上增加。水平轴线表示时间，并且时间在水平轴线箭头的方向上增大。迹线208表示发动机浓失火分数。水平线254表示阈值水平，在所述阈值水平以上确定存在发动机失火。

从图2顶部起的第五曲线图是发动机失火指示相对于时间的曲线图。竖直轴线表示发动机失火指示，并且当迹线210处于靠近竖直轴线箭头时存在发动机失火指示。当迹线210处于水平轴线的水平时，不存在发动机失火指示。水平轴线表示时间，并且时间在水平轴线箭头的方向上增大。迹线210表示发动机失火指示。

在时间t0处，发动机负载处于较高水平并且目标燃料误差值较低。同样，排气温度误差和浓失火分数处于较低水平。未指示发动机失火。

在时间t1，响应于车辆驾驶员减少推进工作踏板(未示出)的施加，发动机负载减小到小于阈值250。燃料目标误差保持为低，排气温度误差也是如此。浓失火分数保持低于阈值254。未指示发动机失火。

在时间t2处，燃料目标误差值超过阈值252，因此评估发动机为失火。排气温度误差在时间t2之后不久增加，并且此后不久，浓失火分数也增加。

在时间t3处，浓失火分数超过阈值254，因此指示发动机失火。在生成发动机失火的单个指示之后，排气温度误差和燃料目标误差开始返回到较低值。

因此，可以从浓失火分数生成发动机失火的指示。浓失火分数可以基于燃料目标误差和排气温度误差。

现在参考图3，示出了用于确定存在或不存在发动机失火的方法。所述方法可以作为存储在控制器12的非暂时性存储器中的可执行指令被包括在图1的系统中。图3的方法可以使得控制器12转换物理世界中的装置和致动器的操作状态。

在302处，方法300判断发动机是否正在运行(例如，燃烧燃料并旋转)。在一个示例中，当发动机转速大于阈值转速(例如，300RPM)时，方法300可以判断发动机正在运行。如果方法300判断发动机正在运行，则答案为是并且方法300前进到304。否则，答案为否，并且方法300前进到303。

在303处，方法300抑制发动机失火检测。由于发动机停止，因此未确定失火计算并且未指示发动机失火。方法300前进到退出。

在304处，方法判断发动机负载是否为低。如果发动机负载小于预定水平(例如，0.2)，则方法300可以判断发动机负载为低。如果方法300判断发动机负载为低，则答案为是，并且方法300前进到306。否则，答案为否，并且方法300前进到320。

在320处，方法300监测发动机转速。方法300可以经由发动机位置传感器监测发动机转速。方法300前进到322。

在322处，方法300判断在预期气缸点火的曲轴角度间隔期间是否没有发动机转速增加。如果是这样，则答案为是，并且方法300前进到324。替代地，方法300可以判断曲轴转速是否在曲轴间隔期间降低。如果是这样，则答案为是，并且方法300前进到324。否则，答案为否，并且方法300前进到退出。

在324处，方法300响应于发动机转速而指示发动机失火。如果方法300指示失火，则方法300可以延迟火花正时以降低气缸中的附加失火的可能性。此外，方法300可以响应于失火的指示来调整发动机的空燃比。例如，方法300可以将发动机或特定气缸的空燃比调整到较稀的值以降低发动机失火的可能性。方法300前进到退出。

在306处，方法300确定燃料目标误差值。在一个示例中，方法300可以根据以下方程式来确定燃料目标误差值：

λ

其中λ

在308处，方法300判断燃料目标误差值是否大于阈值(例如，0.15)。如果是这样，则答案为是，并且方法300前进到310。否则，答案为否，并且方法300前进到退出。

在310处，方法300判断排气温度误差是否大于阈值。在一个示例中，可以经由以下方程式确定排气温度误差：

气体

其中气体

在312处，方法300确定浓失火分数。在一个示例中，方法300可以经由以下方程式来确定浓失火分数：

Richfrac＝λ

在314处，方法300判断浓失火分数值是否大于阈值(例如，30)。阈值可以是发动机特定的，并且它也可以是发动机工况(例如，发动机温度和环境空气温度)的函数。如果方法300判断浓失火分数大于阈值，则答案为是并且方法300前进到318。否则，答案为否，并且方法300前进到退出。

在318处，方法300指示存在一个或多个发动机失火。可以经由人机接口、灯、可听声音或其他已知通知系统/装置来提供指示。另外，方法300可以执行缓解动作以降低发动机失火的可能性。例如，方法300可以调整火花正时(例如，增加发动机火花延迟)。方法300还可以使发动机空燃比变稀并调整燃料喷射的喷射开始正时。方法300前进到退出。

现在参考图4，示出了用于确定存在或不存在发动机失火的第二方法。所述方法可以作为存储在控制器12的非暂时性存储器中的可执行指令被包括在图1的系统中。图4的方法可以使得控制器12转换物理世界中的装置和致动器的操作状态。

在402处，方法400判断发动机是否正在运行(例如，燃烧燃料并旋转)。在一个示例中，当发动机转速大于阈值转速(例如，300RPM)时，方法400可以判断发动机正在运行。如果方法400判断发动机正在运行，则答案为是并且方法400前进到404。否则，答案为否并且方法400前进到403。

在403处，方法400抑制发动机失火检测。由于发动机停止，因此未确定失火计算并且未指示发动机失火。方法400前进到退出。

在404处，方法判断发动机负载是否为低。如果发动机负载小于预定水平(例如，0.2)，则方法400可以判断发动机负载为低。如果方法400判断发动机负载为低，则答案为是，并且方法300前进到406。否则，答案为否并且方法400前进到420。

在420处，方法400监测发动机转速。方法400可以经由发动机位置传感器监测发动机转速。方法400前进到422。

在422处，方法400判断在预期气缸点火的曲轴角度间隔期间是否没有发动机转速增加。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到424。替代地，方法400可以判断曲轴转速是否在曲轴间隔期间降低。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到424。否则，答案为否，并且方法400前进到退出。

在424处，方法400响应于发动机转速而指示发动机失火。如果方法400指示失火，则方法400可以延迟火花正时以降低气缸中的附加失火的可能性。此外，方法400可以响应于失火的指示来调整发动机的空燃比。例如，方法400可以将发动机或特定气缸的空燃比调整到较稀的值以降低发动机失火的可能性。方法400前进到退出。

在406处，方法400判断是否预期燃烧。如果发动机不处于车速降低发动机燃料切断模式或发动机燃料切断模式，则可以预期燃烧。如果方法400判断出不预期燃烧，则答案为是，并且方法400前进到退出。如果方法400判断出预期燃烧(例如，在最近的气缸压缩或膨胀冲程期间)，则答案为是并且方法400前进到408。

在408处，方法400确定燃料目标误差值。在一个示例中，方法400可以根据以下方程式来确定燃料目标误差值：

λ

在410处，方法400判断燃料目标误差值是否大于阈值(例如，0.15)。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到412。否则，答案为否，并且方法400前进到退出。

在412处，方法400判断位于催化剂下游的催化剂监测传感器(CMS)是否指示气缸中的最近的先前燃烧是浓的。CMS传感器可以经由气缸指示先前的浓燃烧事件，所述先前的浓燃烧事件指示排气中的氧含量小于化学计量燃烧条件的氧浓度。如果方法400判断CMS传感器指示气缸中的最近的先前燃烧为浓，则答案为是并且方法400前进到414。否则，答案为否，并且方法400前进到退出。

在414处，方法400指示存在一个或多个发动机失火。可以经由人机接口、灯、可听声音或其他已知通知系统/装置来提供指示。另外，方法400可以执行缓解动作以降低发动机失火的可能性。例如，方法400可以调整火花正时(例如，增加发动机火花延迟)。方法400还可以使发动机空燃比变稀并调整燃料喷射的喷射开始正时。方法400前进到退出。

因此，图3和图4的方法提供了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：组合燃料目标误差和排气温度误差以识别发动机中存在失火；以及响应于识别出发动机中存在失火而调整发动机的操作。所述方法包括：其中调整所述发动机的操作包括调整所述发动机的空燃比。所述方法包括：其中调整所述发动机的操作包括调整所述发动机的火花正时。所述方法包括：其中所述燃料目标误差是目标λ值减去实际λ值。所述方法包括：其中所述目标λ值是目标空燃比除以化学计量空燃比。所述方法包括：其中所述实际λ值是实际空燃比除以化学计量空燃比。所述方法包括：其中所述组合所述燃料目标误差和所述排气温度误差包括将所述燃料目标误差和所述排气温度误差相乘。

图3和图4的方法还提供了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：响应于浓失火分数值大于阈值，识别所述发动机中存在或不存在失火；以及响应于识别出所述发动机中存在失火而调整所述发动机的操作。所述方法包括：其中经由将温度误差与燃料目标误差相乘来产生所述浓失火分数。所述方法包括：其中所述燃料目标误差是目标λ值减去实际λ值。所述方法包括：其中基于目标燃料误差超过阈值水平而选择性地执行所述响应于所述浓失火分数识别所述发动机中存在或不存在失火。所述方法包括：其中当发动机负载小于阈值时执行所述响应于所述浓失火分数识别所述发动机中存在或不存在失火。

图3和图4的方法还提供了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：响应于燃料目标误差和催化剂监测器传感器的输出，识别所述发动机中存在或不存在失火；以及响应于识别出所述发动机中存在失火而调整所述发动机的操作。所述方法包括：其中所述催化剂监测器传感器的输出指示发动机中的浓燃烧。所述方法包括：其中所述催化剂监测器传感器定位在催化剂的下游。所述方法包括：其中所述催化剂监测器是双态装置(例如，指示浓或稀)。

如所述领域普通技术人员将明白的，本文所述的方法可以表示任何数量的处理策略中的一者或多者，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的处理策略等。因此，示出的各种步骤或功能可以按示出的序列执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。同样地，处理次序不一定是实现本文所描述的目标、特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。虽然没有明确地示出，但是本领域的普通技术人员将认识到，可以取决于所使用的特定策略而重复地执行所示的步骤或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作、方法和/或功能可以通过图形表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。

这是对本说明书进行的总结。在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，本领域技术人员在阅读本说明书之后，将想到许多变化形式和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或替代燃料配置操作的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可以使用本说明书来获益。