專利名稱：用于四缸發(fā)動機的單獨氣缸控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用單個傳感器，在四缸發(fā)動機或者在V8發(fā)動機中四 氣缸組中的單獨氣缸中，檢測和修正空燃比或者扭矩不平衡的方法。 更具體地說，本發(fā)明涉及在檢測和修正不平衡中，這些不平衡模式的 頻域特性的利用，
背景技術：
在車輛的內燃機中，繼續(xù)存在需要對空燃比(A/F)控制的進一步 改善.目前，A/F由車輛上裝栽的動力系控制模塊(PCM)進行控制。 PCM進行適當地編程，以操作響應于駕駛員啟動節(jié)氣門和變速器檔位 手柄位置輸入，和提供重要的動力系工作參數的許多傳感器.PCM包 括具有適當的處理存儲器和輸入輸出設備等等的數字計算機，以管理 發(fā)動機供給燃料和點火操作，自動變速器換檔操作和其它的車輛功 能.在這樣發(fā)動機操作的情況下，該計算機從諸如曲軸位置傳感器和
排氣的氧傳感器的多個傳感器中接收信號.
在已經暖機的發(fā)動機工作條件下，PCM在閉環(huán)持續(xù)反饋模式下運 行，使用從相關于排氣的氧含量的氧傳感器中獲得的電壓信號.從曲 軸傳感器得到的曲軸角度位置信息以及從其它的傳感器中的輸入信號 用來管理燃料噴射器工作循環(huán)的定時和持續(xù)時間.基于氧化鋯的固態(tài) 電解質氧傳感器已經與PCM —起使用許多年，以用于燃料噴射器的閉 環(huán)計算機控制，從而使應用汽油到發(fā)動機的氣缸中在數量上接近化學 當量的A/F。對PCM進行編程，以用于發(fā)動機運行在接近化學當量的 A/F,從而實現(xiàn)三元催化轉化器的最佳性能。
隨著更加嚴格的排放標準的逐步采用，需要對用于排放減少的汽 車技術進一步改進。 一種這樣的改進是在一個或多個排氣管中利用線 性響應(寬量程的)A/F傳感器來代替當前的氧化鋯切換(非線性的) 氧傳感器。試驗已經證明在排氣管中NOx排放量的顯著減少是可能 的，因為由線性的A/F傳感器提供了更精確的A/F控制。
笫二改進在于通過采用過量空氣或者采用廢氣再循環(huán)(外部
EGR)對空氣燃料混合氣進行稀釋(稀燃燒)來增強車輛燃料經濟性。 在最高的稀釋界限實現(xiàn)最大的受益。然而，在多缸發(fā)動機中，由于部 分燃燒的發(fā)生和容納最稀混合物的氣缸中存在失火的可能，該界限受 到限制。這是由于在不同的氣缸中空氣，燃料或者EGR的分布不均造 成的。因此，需要一種通過軟件對每個單獨氣缸的空然比進行控制的 新能力。在此，本發(fā)明意圖僅僅控制一個變量(例如，空氣，燃料或 者火花)，以在所有氣缸中產生均勻的A/F或者扭矩，因為僅僅單個變 量(例如，A/F，氧氣或者扭矩)將被測量，明顯地，圍繞不同的傳 感器的單回路反饋控制器能夠獨立進行操作來控制在每個氣缸中的空
氣，燃料或者火花.
對于所有氣缸的A/F控制的另一個動機是成本約束。對于非常低 的排放應用，高精度的燃料噴射器(即，小于3%的非常小的偏差)認 為是需要的。如果是完全可能的話，此偏差程度的實現(xiàn)將可能是昂貴 的.更佳的解決方案在于具有軟件裝置，以在發(fā)動機的實時操作中補 償在燃料噴射器之間的差別.在多缸發(fā)動機中的氣缸不平衡的另 一個 起源是由于到不同氣缸中的變化的進排氣能力造成固有的發(fā)動機的分 布不均?？諝夥植疾痪軌驅е翧/F或者扭矩不平衡， 一種軟件解決 方案尋求解決此問題，
發(fā)展了一種新的排放減少策略來檢測和修正在三缸汽油發(fā)動機中 的氣缸之間的燃料，空氣或者火花的不平衡。該處理過程已經在美國 專利6, 668， 812中公開，其名稱為"用于三缸發(fā)動機的單獨氣缸控制 器"并且轉讓到本發(fā)明的受讓人。用于三缸發(fā)動機的此處理過程已經改 進和擴展用于四缸發(fā)動機，并且單個氣釭控制策略現(xiàn)在需要發(fā)展用于 四缸汽油發(fā)動機。

發(fā)明內容
在此發(fā)明中，提供一個處理過程，修正在四缸發(fā)動機或者單獨在 V8發(fā)動機的每排中的所有氣缸之間空氣或者燃料供給中的任何不平 衡。采用諸如氧傳感器，寬量程空氣燃料比(A/F)傳感器或者發(fā)動機 扭矩傳感器，這樣的不平衡是可檢測的。在排放減少，燃料經濟性和 駕駛性能方面的有利之處取決于存在于發(fā)動機中的A/F不平衡或者扭 矩不平衡的程度并且與發(fā)動機是相關的.通常，估計該有利之處同樣
取決于排氣系統(tǒng)的構造.例如，當單個傳感器用于控制并且當燃料噴
射器具有較大的公差時，在具有不相等的管長度的雙排的V8發(fā)動機中 的有利之處是較大的，
在燃料噴射發(fā)動機中的氣缸的A/F不平衡的主要原因，但不一定 是唯一原因，是在燃料噴射器的供給速率中的差別，燃料噴射器是復 雜的、精密制造的裝置，但是"相同的"噴射器的供給速率可在差不多 ±5%進行改變。因此，即使當PCM規(guī)定相同的"噴射器啟動"時間，一
組這樣的噴射器的正常運行預計會導致在對應氣缸中不同量的燃料輸 送.如果空氣流速或者廢氣再循環(huán)速率不是與燃料不平衡成比例地進 行變化，在氣缸之間A/F和/或扭矩中會存在重大差別.
在四缸的(或者雙排氣系統(tǒng)的V8)發(fā)動機中，單獨氣缸的空氣，燃 料和EGR的分布不均導致在排氣歧管中的合流點處下游測得的瞬時的 氣傳感器電壓中的波動，這些氧氣傳感器電壓是氣缸的A/F的表示. 實際的A/F信號隨著四個氣缸的連續(xù)排氣是周期性的，但是該周期性 模式在長時期發(fā)動機運行中保持相似的，尤其如果該模式主要是在燃 料噴射器輸送中的變化引起的.在A/F比率中的缸對缸差異的任何隨 機的模式能夠通過在此稱為"模板"的更簡單基本的A/F模式的組合進 行表示。在此說明中，模板由在每個氣缸中的A/F(或者扭矩)的-1， 0 和+1單位的唯一模式或其多元組組成.在氣缸的A/F控制的上下文 中，負的和正的符號分別表示富燃料和貧燃料的A/F，并且0表示對于 具體的氣缸排氣情況下的化學當量的A/F.在此，-1和+1的值僅僅表 示濃的和稀的A/F,與比率偏離化學當量值的大小無關，對于現(xiàn)在可利 用的大多數的普通汽油燃料，該化學當量值一般大約為H.7.
明顯地，當PCM試圖控制總的A/F在化學當量比時，每個氣缸會 經歷富的或者稀的A/F.然而，關于此發(fā)明已經確定所有可能的模式不 是彼此獨立的。使得在此表示中獨立的基礎模式的數目等于氣缸的數 目.具體地，對于四缸發(fā)動機而言，任何未知的不平衡模式能夠簡化 為如圖1所示的四個模式T1， T2, T3和T4的唯一組合。參見圖1，模 板T1是相對于氣缸1， 2， 3， 4分別為模式+l， +1, +1， +1 (例如， 濃的A/F),模板T2是相對于氣缸1， 2， 3， 4分別是模式-1, +1， -1, +1 (例如，交替的濃的和稀的A/F)。模板丁3是模式+1， 0,腸l， 0。并且模板4具有模式0， +1， 0， -1。
關于本發(fā)明已經進一步發(fā)現(xiàn)，通過應用到每個模板(圖1)項的值
上適當的加權因數(b" b2， b3， b4)，具有幅值(at, a2， a3和a4)的未 知的四汽缸A/ F (或者扭矩)不平衡的模式能夠唯一相關于上述四個 模板。因此， 一組系數(bh b2， b3， b4)的信息相當于在發(fā)動機四個 氣缸中的不平衡的未知值(a,, a2， 33和a4)的信息.因此，諸如在空 燃比(A/F)或者在扭矩中的不平衡(V)能夠如下確定 V = thT，十b2T2+ b3T3+ b4T4
該系數可以為正或者負值或者為零.對于每個模板Ti，系數bi是 由測得的不平衡的幅值確定的常數。經常，優(yōu)選的是系數具有表示為 模板的氣缸加權因子百分數的值.
氣缸不平衡的每個模板僅僅在有限數量的頻率處產生具有非零的
幅值的輸出數據(例如，氣傳感器數據或者扭矩傳感器數據)的離散頻 謙.在四個氣缸的情況下，可發(fā)現(xiàn)特定頻詳特性并且能夠根據本發(fā)明 利用來控制單個氣缸.對于模板T3和T4，頻讒具有僅僅兩條線，第一 線是在對應于發(fā)動機轉速的基頻叫.第二線是兩倍基頻.對于L和 T4,非零的幅值(在o)i和2叫)被耦合，使得它們一起增加或者減少. T3和T4是由+1， 0, -1氣缸值的順序所表征的模板.在第一諧波處的 此耦合用于氣缸不平衡修正的目標方法中.對于模板T2(由交替的負和 正值，沒有間斷的零值表征)，該謙具有兩倍基頻處的單條線并且此 第二諧波謙用于修正氣缸燃料或者空氣不平衡的此方法中。
還發(fā)現(xiàn)在所有氣缸中是同樣濃的或者稀的Tl模式，通過使用氣氣 傳感器的當前閉環(huán)控制在PCM中進行修正.可選擇的，使用反饋控制 回路，通過在多缸發(fā)動機的進氣門中調節(jié)可變氣門致動器的定位，對 扭矩傳感器測量的任何過量扭矩水平進行修正.因此，此模板不需要 用于檢測不平衡ab a2， 33和34。如將示出的，通過采用對于模式T2， Ts和T4的試驗上預定值所匯集的數據進行適當的數學比較，在閉環(huán) A/F控制下的總不平衡可得到檢測.
通過采用校準的燃料噴射器(或者進氣門)運行發(fā)動機，以有意 連續(xù)地施加三個模板的氣缸變化模式在所需的富燃料或者貧燃料水平
(或者分別的空氣流率)，對于模板模式T2， T3和T4的參考值建立在
平衡的四缸發(fā)動機基礎上(即，所有氣缸最初在化學當量的A/F，任何 其它規(guī)定的A/F或者扭矩參考水平)。此校準過程在充足的發(fā)動機循
環(huán)數目下，在選取的代表性發(fā)動機運行速度和負荷下進行，以在連續(xù)
的曲軸位置下獲得相應的氧氣傳感器(寬量程A/F傳感器或者扭矩傳 感器)輸出。在本發(fā)明的其它實施例中，使用寬量程的A/F傳感器或 者扭矩傳感器.例如，在每個發(fā)動機轉速和負荷下，通過在氣缸#1中 的化學當量A/F的+10%的稀的不平衡，在氣缸#3中化學當量的A/F 的-10%的濃的不平衡，同時氣釭#2和#4運行在化學當量的A/F下，產 生模式T3。然后，相似幅值的不平衡能夠根據T2和T4模式施加。例 如，在一個曲軸循環(huán)下，假定有24X的可利用的曲軸位置信號，氧傳 感器數據由PCM在每15度的曲軸循環(huán)進行收集。在V8發(fā)動機中，我 們將每一亊件具有六個取樣值，如果所需的話，我們會在每個發(fā)動機 事件下獲得一個平均取樣值.
對于每個模板T2， T3和T4，在所需代表性的發(fā)動機速度(rpm) 和負荷(由進氣歧管絕對壓力，MAP或者歧管空氣流率，MAF表示) 處，從氧氣傳感器(或者寬量程的A/F或者曲軸扭矩傳感器)獲得的 校準數據進行離散傅里葉變換(DFT)，以確定它的頻譜.通過相關于 基本發(fā)動機轉速的不同頻率和它們的高次諧波處的給定相位角和幅值 的矢量表示離散頻謙。這些信息，與插值數據或者合適的解析公式一 起，儲存在PCM查表中，以在車輛中的氣缸空氣或者燃料不平衡期間 由PCM進行參考.在一排四缸發(fā)動機情況下，對于選擇的模板T2， L和Xj的DFT矢量構造為互相正交.
已經建立了對于轉變模板的參考數據，然后在運行的發(fā)動機中的 燃料或者空氣不平衡可根據需要進行檢測和修正。在燃料噴射或者進 氣中的缸到缸的不平衡是由于噴射器或者進氣門輸送的變化的意義 上，期望這種不平衡將跟隨有規(guī)則的模式，并且一旦檢測后，適當的 修正將保持有效，直到噴射器或者進氣門的進一步使用已經改變了不 平衡的水平。因此，本發(fā)明的檢測和修正部分不必連續(xù)運行.然而， 如所見的，由于收斂速度和計算效率，它們還可以由PCM根據需要頻 繁地運行。
檢測過程由PCM開始，并且包括在一些發(fā)動機循環(huán)中，在連續(xù)的 曲柄轉角信號處，收集和儲存氧傳感器(或者寬量程的A/F或者扭矩 傳感器)數據。提供諸如48數據點的一個完全的供燃料循環(huán)是合適的。 但是通常優(yōu)選在一些循環(huán)中收集數據。這些數據進行離散傅里葉變換
以獲得表示不平衡的單個矢量的相位和幅值.
檢測到的空氣或者燃料不平衡矢量進行數學上分解，以在測量到 的不平衡的總矢量中，確定三個互相正交的參考矢量T2， T3和T4的相
應分量。換句話說，在參考矢量的相位角和它們的相應幅值的比例方 面，不平衡矢量的坐標由已知的數學操作進行確定。不平衡矢量到三
個組成矢量的轉換允許由PCM對供燃料的不平衡進行修正。該PCM 確定不平衡矢量的三個分量的"相反部分"，即具有相同的幅值但是具 有180相位差的矢量，并且計算此后必須用于每個燃料噴射器(或者 進氣門升程)的空氣或者燃料的修正值，以修正否則存在于相應氣缸 中的不平衡.這些燃料噴射器或者進氣門升程的修正循環(huán)接著循環(huán)進 行應用，直到不平衡的檢測水平達到給定閾值之下.
如所述的，實施該主要的處理過程，以響應于從當前產生的排氣 的氧傳感器，寬量程的排氣A/F傳感器，曲軸扭矩傳感器或者由PCM 使用的其它的合適的傳感器中產生的信號，從而用于在四缸發(fā)動機中 的燃料，空氣或者火花控制.如已知的，對于單獨氣缸的燃料控制能 夠通過燃料噴射器"開啟時間"的PCM控制來實現(xiàn).同樣地，到四缸氣 缸排的空氣分布可通過進氣門致動器的PCM控制進行管理.并且，根
據本發(fā)明，通過相對于每個氣缸的燃料或者空氣輸送或者火花定時的 PCM控制，可對單獨氣缸中的檢測的扭矩不平衡進行修正.
在上述的參考模板中，對于當前的商品汽油來說，通常大約是14.7 的化學當量的A/F當作平均A/F值，因為在用于當前排氣催化轉化器 最佳運行的大約化學當量的A/F處，運行的發(fā)動機具有寬的操作處理， 然而，如杲希望富燃料地運行發(fā)動機，例如，A/F為大約IO到14.7， 用于該模板的平均值為在此范圍中的選取值.同樣地，如果希望運行 在貧燃料模式，例如A/F為14.7到60，會使用在稀范閨內的平均模板值.
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點從本發(fā)明實施例的下面描述中變得明顯.


圖1是對于四缸發(fā)動機在本發(fā)明的操作下，四個參考燃料不平衡 模板的圖形表示，標記Tt到T4。橫軸表示氣缸數目，對于圍繞化學當
量(或者其它選取的A/F)的參考值的相應氣缸，向上的箭頭表示貧燃 料的A/F并且向下的箭頭表示富燃料的A/F。而且，圖1所示的是未知 燃料的不平衡模板的例子，其中公式示出了參考模板相對未知不平衡 模板的作用關系。
圖2示出不平衡矢量T到它的正交分量T2( co2，其中(02是發(fā)動 機轉速的2"諧波)，和73和14(兩個@0)1，其中(^是1"諧波)的投影.
T3在叫平面中垂直于T4，并且T2是在C02軸線上并且垂直于Ts和T4
形成的平面。
圖3A-3C是對于在平衡四缸發(fā)動機中，用于對幅值(120， (!30和(140 的純的T2， T3和T4不平衡進行響應的離線計算的合適算法的流程圖. 圖4A-4B是在四缸發(fā)動機中燃料不平衡的實時檢測的算法的流程圖.
困5是對于四缸發(fā)動機中第一諧波的燃料不平衡的實時校正的單 軸線方法的流程閨.
圖6是對于四缸發(fā)動機中第一諧波的燃料不平衡的實時修正的總 幅值方法的流程圖。
圖7是在四缸發(fā)動機中第二諧波的燃料不平衡的實時修正的流程圖.
圖8A-8D表示對于結合上述步琛的總單獨氣釭燃料控制的算法流 程圖.
圖9是示出了在四缸發(fā)動機中A/F不平衡的離散傅里葉變換的例 子的閨形，除了靜態(tài)值co-0之外，其具有僅僅在對應于基本發(fā)動機轉 速的頻率W和它的高次諧波(02 - 2ah處的諳線.
圖IO是具有它們相應的幅值和相位角(p3和(p4的兩個可能的離散 傅里葉變換(DFT)矢量l和T4的例子。
圖11是示出了一般的不平衡矢量(幅值R和相位角，e)和具有 幅值R3和Ri和相位角(p3和(p4的模板T3和T4分量的圖形，在測得的 不平衡矢量和單獨作用的不平衡矢量L和T4之間的角度分別確定為 03和04。
具體實施例方式
用于單獨氣缸的燃料不平衡的檢測和修正的強烈動機是燃料經濟
性，駕駛性能和尾氣排放減少的成本效率高的改進，燃料不平衡可能 通過使用高精度的燃料噴射器進行降低，即，具有小于百分之三的燃 油供給公差的規(guī)定噴射器。如果可能的話，此高水平的制造精度的實 現(xiàn)將是昂貴的。在本發(fā)明中，通過利用現(xiàn)有的車栽微處理器，可提供 一種方法來解決排放到共同的排氣管道的四缸發(fā)動機組中的此問題.
如在此說明書的發(fā)明內容部分中闡明的，釭到缸的A/F比率差異 的任何隨機模式可由在此稱為"模板"的簡化的基本A/F模式的結合進 行表示.在此概念中，模板由僅僅在每個氣缸中的A/F的-1， 0和+1 單位的唯一模式組成，零值表示化學當量的質量空燃比(A/F)，負的和 正的符號分別表示富燃料和貧燃料的A/F.在貧燃燒發(fā)動機運行的情況 下，零值表示規(guī)定的比較高的A/F，然后負的和正的符號分別表示更富 燃料和更稀燃料的A/F。
對于四缸發(fā)動機而言，任何未知的不平衡模式能夠簡化為如圖1 所示的四個基本模式T" T2， T3和T4的組合。如圖l所示，模板l具 有分別用于氣缸l， 2, 3和4的模式+l， +1， +1, +1。此模式表示分 別用于發(fā)動機的氣缸l-4的完全的燃料循環(huán)，雖然實際的供油順序是氣 缸l, 3, 4， 2的順序.對于氣缸l， 2， 3和4，模板2是模式-l， +1, -1， +1,模板3表示模式+l， 0， -1， 0，并且模板4表示模式0， +1， 0， -1,
在本發(fā)明的發(fā)展過程中，已經嚴格證明，這四個模板提供用于在 四缸發(fā)動機組中檢測燃料不平衡的任何模式的基礎.相似論點應用于 氣缸中的由于單獨的進氣閥差異造成的扭矩不平衡.參見圖1，頂部 模板示出分別對于氣缸l， 2， 3， 4的未知的A/F不平衡(ai， a2, a3 和a4)的四缸發(fā)動機運行情況.通過分別地應用到每個模板Ti， T2， Ts和T4項的值的適當加權因子bh b2， b3， b4，這樣未知的氣缸不平 衡(無論A/F不平衡，扭矩不平衡或者火花定時不平衡)的模式能夠 唯一相關于上述四個模板。圖1示出將燃料不平衡a,， a2， a3， 34相關 到在四個參考模板中的它們的氣缸對應部分的合適的乂^式。因此，該 組系數(bb b2， b3， b4)的信息相當于在發(fā)動機四個氣缸中的不平衡 (a!， a2， 33和a4)的未知值的信息。該系數(lh， b2, b3, b4)可以 為正或者負值，或者為零。經常，優(yōu)選是系數具有表示為模板的氣缸 加權因子的百分數的值。
氣缸不平衡模板的仔細測驗揭示以下特性。每個模板具有僅僅在 有限數量的頻率處帶有非零幅值的離散頻詳。對于模板T3和T4，頻謙
具有僅僅兩條線。第一線是在響應于發(fā)動機轉速的基頻on處.第二頻 率是基頻的兩倍。模板L表示通過所有的氣缸的均勻的A/F，并且它 的頻詳具有僅僅在co-O的非零值.此穩(wěn)態(tài)分量(具有加權因子bO通 常通過閉環(huán)平均A/F控制器消除并且能夠被丟棄。因此，這里僅僅保
留三個未知的模板因子b2， bs和b4。
對于T3和TV非零的幅值(在oh和2oh)被耦合，使得在一個頻 率的任何改變會影響另一個，即，它們一起增加或者減少。這意思是 一個能夠僅僅集中在基頻Oh處的作用。此觀測結論是重要的，因為它
減少對于不平衡檢測和修正的傳感器的帶寬要求.對于每個模板T3 和T4處，在基頻處不平衡的消除導致相對于在所有氣缸中這些分量的 理想平衡的A/F.
對于模板T2，頻譜具有兩倍基頻處的單線.
在A/F不平衡存在的情況下，A/F信號的傅里葉級數分析表示A/F 信號的頻詳包括多個(無限的)諧波，但是頻謙由笫一和笫二諧波支 配。笫一 (或者基本的)諧波oh取決于發(fā)動機轉速.更高的諧波是 基頻 一的整數倍數。
從組卜l, 0， +1中選擇的不平衡的任何單個線性無關的模式將構 成可能的解決辦法，盡管是不完全的，并且將稱為平衡模板。通常， 為了消除在四釭發(fā)動機中的不平衡，需要四個模板使得獲得唯一的(和 完全的)解決方案.每個平衡模板的頻謙通常由達到三個的頻率組成. 采用由當前生產系統(tǒng)中的主要燃料控制器所控制的平均A/F,不平衡的 DC分量(在圖1的Tl)將變得不相干并且可被排除。這僅僅留給我 們具有非零的離散頻譜的三個平衡模板，該非零的離散頻譜僅僅包括 兩個頻率。圖9是示出了在四釭發(fā)動機中A/F信號(例如來自加熱排 氣的氧氣傳感器)的離散傅里葉變換DFT的例子的困形.
在此發(fā)明的實施中，排氣傳感器或者扭矩傳感器信號接受傅里葉 變換.對于在離散時間間隔n = 0， 1，…，N-l處取樣的傳感器信號x (n)， 傅里葉變換由下面表達式所定義
X(k)=》(n),e-j2nkn/N n=o
在此，j-N^是復數，N為數據點總數，并且k為在傅里葉變換 中詳線的數目，產生的頻詳具有僅僅在離散頻率數cok=27tkii/N處的非 零值，并且因此，稱為離散傅里葉變換(DFT)。離散傅里葉變換將N 個復數x(n)映射到N個復數X(k).在這種情況下，從傳感器信號x(n) 得到的樣值僅僅具有實數部分。
為了計算效率，當傳感器數據點數目是2的乘方(即，N=2V， v 為正整數)時，然后存在已知的有效技術來減少DFT計算的時間和復 雜性.該技術稱為快速傅里葉變換(FFT).在大多數的實際的DFT計 算中，樣值的數目為2的乘方(例如，16， 32， 64， 128等)，如果可 能的話，來加快DFT計算.
為了試圖發(fā)現(xiàn)并且消除單獨氣缸A/F的不平衡，優(yōu)選使用單個排 氣傳感器來在排氣歧管的匯流點之后測量A/F (或者氣氣濃度或者扭 矩)信號.在與第一諧波的恢復兼容的速率下以及對于至少一個完整 的發(fā)動機循環(huán)長度的情況下，對傳感器進行取樣. 一種A/F信號的快 速的或者離散傅里葉變換(FFT或者DFT)進行實施，并且計算第一諧 波的幅值.大于每個模式下給定閾值的幅值表示在該模式下的顯著不 平衡。
一旦在所關注頻率處的不平衡水平已經檢測到，修正的模板分別 和同時利用，以減少總的不平衡水平到接近零值.換句話說，控制信 號運用對應于不同模式和模態(tài)的形狀(即離散模式)的邏輯模板.由 于此方法的基于頻率和離散(與基于時間和連續(xù)的其它方法相反)的 特性，此技術稱為離散模態(tài)控制(DMC).
通過將注意從時域轉換到頻域，揭示了潛在于A/F信號中的基本 信息結構。在此方法中，沒有過分注意信號的詳細情況，諸如高頻分 量或者噪音效果，這是在用于不平衡合成的許多時域方法中是敏感 的.還重要的是注意到沒有使用同步信號，其避免了與可能的同步誤 差或者它的潛在損失相關的風險.這還將放松對傳感器動態(tài)的帶寬和 取樣率的需求。該方法仍然是有效的，可達到非常高的精度，其中A/F 信號可以是非周期性的。所有的這些因數指向具有穩(wěn)固性作為其主要
屬性的方法。該技術可簡單理解并且易于實施，并且產生對于單獨氣
缸A/F或者扭矩控制的有效技術。 技術內容
在采用充分寬的動態(tài)帶寬的排氣傳感器的情況下，在預定速率(優(yōu) 選與發(fā)動機事件合作)和對于預定的一段時間(優(yōu)選多個發(fā)動機循環(huán)) 對傳感器信號進行取樣，并且根據如下順序的三個步驟進行處理
I. 基礎模板的頻謙相位角和幅值信息的確定.這構成校準步驟，并 且預先(離線)地進行實施，并且儲存作為實時單缸燃料控制的查值 表(或者作為解析函數).
II. 不平衡的檢測(DFT或者FFT分析)。
III. 不平衡的修正(離散模態(tài)控制或者DMC) 如下面更加詳細的示出，在A/F中不平衡的檢測采用不平衡矢量T
(圖2)表示.不平衡矢量T在數學上分解為純模板矢量T2， T3和T4的
分量.模板矢量T2， T3和T4互相正交的，如圖2所示.T3和T4在第 一諧波(Ol處被確定，并且T2在第二諧波(02處被確定，T3和Xj處于
O),平面，并且T2落在(02軸線上。
通過應用相反值-a，， -a2， - a3，和-a4到對應的氣釭中，在不平衡 矢量T中最終的四個單獨氣缸的未知的、 一般的不平衡a，， a2， 83和34 被消除，未知值a,， a2， a3和a4從分別與純模板Th T2， T3和Tj相 關的，到氣釭的分量lh， b2， 1)3和1)4中獲得.可選擇的，每個模板分 量lh, b2， 1)3和b4可分別檢測和修正，以產生總的平衡。應當注意用 于第一模板L (即不平衡的DC分量)的去除的技術對本領域技術人 員來說是眾所周知的，因此，不作進一步詳細說明。因此，其余模板 對一般的不平衡如下地起作用。
一般的不平衡
a) = bi -b2 + b3 a2 = bi+b2 + b4 a3 = bi -b2 - b3 a4 = bi +1>2 - b々
i.校準步驟(基本模板的頻譜的確定)
任何順序的氣缸不平衡首先簡化為在(已知的)頻率Oh和0)2處但
是未知幅值的3模式的最小分量模態(tài)形狀。對于每個模式，還確立對
于不平衡的可容許水平的閾值。
此步驟構成校準階段，其中已知標稱幅值(bo和d40 (對于模板T3
和T4，分別為10% )的單獨模板首先直接地施加于平衡發(fā)動機上.在 它的相位和幅值信息方面，產生信號(A/F，氧氣或者曲軸扭矩傳感器) 的頻謙在給定的發(fā)動機速度下確定，此信息保存在查值表中，以用于 在檢測階段期間參考.
快速傅里葉變換(FFT)或者離散傅里葉變換(DFT)用來在不同的發(fā) 動機轉速和對于不同的負荷(MAP或者MAF)填滿該查值表.此步猓 基本上是校準要求并且離線實施.如果需要的話，對于不同的工作條 件的數據還可以是曲線擬合的，從而使得得出頻詳的更簡單的解析函 數.
在任何發(fā)動機轉速N和負荷(進氣歧管絕對壓力(MAP)或者空氣 質量流量(MAF))處，單獨模板響應的確定過程如下.參見附圖3A-3C。
選取或者測量發(fā)動機和與發(fā)動機轉速(rpm) —起的MAP或者 MAF值儲存在PCM中，如圖3A的塊300所示，在塊302中，對于模
板T2， T3和T4的幅值，稱為(120， (130和(!40的一組參數值分別被儲存。
例如，化學當量的A/F的10%的不平衡幅值可用于(120， (130和(140的每 個.在塊302中，用于DFT計算的實施的等待循環(huán)的數目Nw和信號 循環(huán)的數目NF,與曲軸的每一轉的齒數(m)被記錄，在步琛304中， 通過設定索引i-l開始計算.然后過程進行如下
1. 選擇兩個獨立的模板T3&T4,這些模板可表征為 T3=+l， 0， -1， 01,和
T4=0， +1， 0， -1
2. 對于DFT計算，使用在L4發(fā)動機或者V8發(fā)動機中可利用的曲 軸mX信號(例如，m=24)。 然后分辨率er是3607m (即，在V8 中15度)，A/F(或者氧氣)信號在e產i,er處連續(xù)取樣，其中i=l,…， m(例如，對于L4， m=60，或者對于V8， m=24)，如塊:306中表示的。
3. 對于所有i=l，…，m，計算f產cos (e)和g產sin (0)。 對于任 何發(fā)動機種類，這些計算確定地進行。結果保存在查值表中，用于不 平衡檢測步驟。在相應的曲軸相位角處的這些計算在塊308中示出。
在塊310處，曲軸傳感器索引數遞增并且運行返回到塊306，直到在方 框312中的問趙的回答是"是"，表示對于所有曲軸位置的計算已完成。 對于0i的所有曲軸角度增量，sin(e)和cos(e)的值已經計算，現(xiàn)在 過程進行到對所關注的曲軸角度確定氧傳感器的輸出。在方框312中 的肯定回答(是)的情況下，不平衡的最初分量設置為零，如方框314 中所示，并且模板值j-2或者3或者4被采用作為當前的模板，例如 模板T3 (j=3),如在過程方框316中所示，
4. 應用幅值cbo的模板T3的不平衡，如方框318中所示(j=3). 為了消除燃料過渡工況的影響，優(yōu)選在測量系統(tǒng)響應之前等待Nw循 環(huán)。曲軸角度被測量(塊320)，監(jiān)控(塊322)和檢測(塊324,圖 3B)，以確保在數據采集之前，經過了所需數目的等待循環(huán)Nw, —旦 經過所需數目的等待循環(huán)，計算值傳送到塊326中，其中用于DFT計 算的與曲軸轉角有關的索引值和信號循環(huán)總數被初始化(塊328， 330 和332)。
用于當前的曲軸角度k的fk和gk值從存儲器中檢索出，在塊334 中。并且在當前的曲軸角度0k處的氧傳感器(或者扭矩傳感器)輸出 Wj (ek)儲存為Wj，塊336.
對于以m樣值每轉的速率取樣的信號，計算具有幅值IU- I DFT (T3) I和相位q>3= ZDFT (T3)或者，可選擇的具有笛卡爾分量乂30和 Y幼的DFT (T3).例如，在笛卡兒坐標中，在一個發(fā)動機循環(huán)中的 DFT值從下面公式中進行計算
X3o-i;f,W,(9i)， i-l,…m Y3o = Zgi*W,， i=l,".m
其中w"0i)是由于施加的模板T3在曲軸轉角ei處的系統(tǒng)響應。在塊
328-342中，示出了步驟的必要循環(huán)來計算不平衡的DFT分量。在對 應的曲軸角度處對DFT分量進行計算，直到計算在規(guī)定的循環(huán)數中完 成，在塊342中。當用于所需數目循環(huán)Nf的計算(塊342)完成時，控制 轉移到塊344中，其中平均分量X3o和Y3o被確定。X鄧和Y3o的值儲存
在查值表數據中，以用于不平衡修正步驟。隨著對這些笛卡爾分量的 認識，徑向分量R3o和q)j還在塊346(圖3C)中進行計算。
5. 類似地，對具有幅值d20和d40的模板T2和T4重復步驟4.對
于L，如在塊348中一樣遞增索引數J到4，并且重復塊318-346(循 環(huán)8)中的所有步驟。與在塊346中一樣，計算具有幅值1^- I DFT(T4) I和相位(p4-ZDFT(T4)的DFT( T4),或者可選擇的，與在塊344中一 樣計算笛卡爾分量X州和Y40。儲存X訓和Y卵在查值表中，以用于不 平衡修正步驟。 一旦所有模板T2， T3和T4已經應用(對在塊350中問 題的肯定回答)并且相應的響應被確定，過程進行到塊352。
圖IO是示出了具有它們相應的幅值和相位角，3和(|)4的兩個可能 的DFT(T3)和DFT(T4)矢量的例子的圖形。對于四缸發(fā)動機，在這些模 板中，模板的相位角通常相隔120度。當然，這些矢量的笛卡兒坐標 可以通過投影到X和Y坐標上進行確定.
6. 計算和儲存A=c4-c3，其中c3=tan ((p3 )，并且c4 =tan ( q>4 )， 如在塊352中.這些值用于算法的修正階段。
7. 計算和儲存p = cos ( q)4-q>3 )，如在塊352中.該值還用算法的 修正階段.初始校準數據現(xiàn)在是完全可利用的(結束塊354)，以用于 隨后的不平衡檢測和修正步驟.
對于基于氧氣傳感器的校準而言，由于傳感器的非線性，校準必 須實施在施加的A/F不平衡的不同水平處。可選擇的，能夠適當地近 似非線性校準曲線，然后通過反復的修正(即，步驟III),
II.不平衡的檢測
對與任意未知的不平衡相關的DFT的相位和幅值的全面認識是對 于不平衡的檢測和消除的有效工具。A/F不平衡的任何隨機的模式可分 解為兩個基本模板T3和T4 (主要在頻率on ),第三模板T2 (在頻率 2cn)，加上模板T,常數DC分量.該DC部分通過平均A/F控制器自 動地消除.
適當幅值(然而未知的)的三個模板的疊加將產生總的不平衡。在 此方法中，在所需頻率的A/F(或者氧氣或者扭矩)傳感器信號的頻謙 (由發(fā)動機轉速確定)，通過信號DFT的計算進行確定。這導致已知 相位和幅值的單個矢量。明顯地，線性和疊加原理兩者保持在此方法 中，在一個發(fā)動機循環(huán)中計算并且實時的測定信號的DFT的笛卡爾分 量具有下面分量<formula>formula see original document page 24</formula>
其中w(eo是信號值，由于未知的不平衡引起，在曲軸角度(e;)處進
行測量，并且索引數'm'使得傳感器在4X (合乎需要的速率28X)的最
小的取樣率下被測量達至少一個完整的發(fā)動機循環(huán)(即，兩個發(fā)動機
旋轉周期).明顯地，具有60X的四缸發(fā)動機超過此要求，該參數fi
和gi從步驟I中先前定義的查值表中輸入.
對于模板T3和T4的不平衡檢測過程的完全詳細的流程閨(步驟 II)在圖4A-4B中示出。對于純粹在2"諧波處具有剩余的模板T2，該 過程需要僅僅在2nd諧波處的DFT (A/F)的幅值的檢測.
參見圖4A-4B,在塊400中，通過測量歧管壓力(MAP)或者進氣 空氣流率(MAF)和發(fā)動機轉速(rpm)，開始檢測過程。然后，對于DFT 計算所需的循環(huán)的數目NF和在曲軸編碼器上的齒數(m)被規(guī)定，在塊 402中。在塊404中，發(fā)生用于曲軸角度(k)的索引數和DFT氣缸不 平衡分量的初始化.在每個曲軸傳感器齒k，曲軸位置(ek)被測量(塊 406)，并且當索引數超出齒的總數(塊408)，索引數和齒的角度兩 者都調節(jié)，如在塊410中。否則，對于當前的曲軸位置，在塊412中 對應的正弦和余弦參數從上述校準過程檢索出.在此曲軸角度6k處的 氧傳感器(或者扭矩傳感器)的輸出W(0k)在塊414中被記錄.
現(xiàn)在，計算對系統(tǒng)響應的DFT的當前發(fā)動機運行作用所需的數據 在PCM中是可利用的。不平衡的DFT分量的笛卡兒坐標如上述進行 計算并且在塊416中示出.在此，用于齒數(k)和積累的齒數(l)的計數 器遞增，在塊418中.如果在塊420中累積齒數(1)表示對于所需循環(huán)數 目Nf計算已經完成，控制轉移到塊422中，其中DFT分量被計算；否 則計算返回到塊406。利用已有的DFT的笛卡爾分量，能夠容易地計 算DFT的徑向分量，如塊424中所示，并且在塊426中退出檢測步驟.
IH.不平衡的修正
提出用于不平衡的修正的兩種方法，每個具有獨特的特征和優(yōu) 點。修正的主要方法稱為單軸線投影法并且首先描述。
方法A:單軸線投影(SAP)方法
通過將測定信號的DFT矢量分解到單獨模板T3和T4的DFT矢量 上可以獲得單獨模板的分量.對于四缸發(fā)動機而言，基本模板始終處 于90度的相位差.也就是說(|)4=(|)3+卯°。 DFT的笛卡爾的分量是相關 的，如下r
X=Xj +
Y=Y3+Y4=X3.tan(<p3)+X4.tan((p 4)=c3.X3+C4.X4
其中Xj和Yi是模板Ti分量(至今未知的)的DFT的笛卡爾分量， 并且X和Y是(已知的)由傳感器輸出測量值計算的未知不平衡的總 DFT分量，圖ll示出不平衡矢量(幅值R和相位角e)，以及具有幅值 R3和R4以及相位角q)3和(p4的模板矢量T3和Xi.此圖是所關注的不 同DFT矢量的示意圖.在測量不平衡矢量與T3和T4的模板矢量之間
的角度分別表示為03和04。
未知的分量X3和X4現(xiàn)在由求解上迷兩個公式組進行計算
X3-(c4.X-Y)/A，
X4 =(Y-c3.X)/A
請注意僅僅單個軸線在該時刻進行處理(即僅僅Xi或者Yi).在
當C3或者C4采取大的值(即Cp3或者(p4接近卯度)的情況下，在上述公
式中，我們用Xi交換Yi并且進行.
在校準階段期間，我們已經確定應用在DFT分量Xi0 (對于i=3和 4)中獲得的參考幅值dw的簡單模板Ti.利用線性保持的原理，能夠 推斷在測量的不平衡矢量中每個模板Ti的未知分量dj通過下面類似的 確定
d產Xi/ Xio dio， i=3和4 換句話說，我們具有 d3= d30.(c4.X-Y)/ (A，X30) d4 =d40.(Y-c3.X) /(A.X40)
為了恢復A/F平衡到所有的氣缸中，我們應用相反幅值-di的模板 TV 這可通過在每個氣缸中增加適當的補償模式(與該模板相關)到平 均氣缸燃料脈寬中來實現(xiàn)。例如，為了在具有模式[+1, 0， -1， 0的T3 中應用-6%，我們從氣缸l的燃料中移去6%，增加6%到氣缸4中， 并且留下氣缸2和3的燃料未變化(具有點火順序1342)。
上述單個投影方法將緊接著消除在4缸(或者具有雙排氣系統(tǒng)的
V8發(fā)動機)中的基頻的A/F的不平衡。類似地，具有幅值-d2的[-l， +1， -1, +1]的模式的模板12的應用將立即除去在21"!諧波處的不平衡 效果.
圖5是概括用于通過方法A實施修正過程的算法的流程圖.
1. 如在塊500中，測量發(fā)動機負荷(MAP)或者空氣流率(MAF) 和轉速rpm。
2. 從校準步驟I中調用對于i-3和4的A， c" dio， Xh)，并且分配 正切閾值a(塊502).
3. 在塊504中，從信號輸出(步驟II)中的笛卡兒坐標(X和Y)中 調用不平衡的DFT分量.
4. 在塊506中，對條件進行檢測。如果答案是否定的，然后進行 到塊508，以使用X軸投影，如果答案是肯定的，進行到塊510(在下 面的步驟6),以使用Y軸投影。
5. 在總的不平衡中計算每個模板Ti的分量di,從下面公式
d3 = d30.(c4.X-Y)/(A.X30) d4-d40.(Y-c3.X)/(A.X4o)
并且進行到塊518
6. X;M)和X仰兩者明顯必須是非零的，否則，X和Y的角色會在 塊514中適當地交換.通過在塊514中計算的新的一組參數，進行到 塊516，以計算每個模塊的分量d"然后控制傳送到塊518.
7. 應用相反的幅值-di的模板Ti，以恢復A/F平衡，在塊518中.
8. 應用相反幅值-d尸-X2/X20.d20的模板T2，其中X2是在2"諧波處
不平衡的投影幅值，由于參考模板T2引起.在塊MO處，用于不平衡 修正的過程現(xiàn)在完成.
X20， X3o和X4o的每個必須明顯是非零的.否則，Xio和Yio的角色 能夠適當的替換(如在圖5的流程圖中示出)。在此過程中，僅僅Ti 的DFT的單個(Xi()或者Yj。)分量被使用，因此稱為單軸線投影(SAP )。
在一些應用中，由于缺陷或者固有的特性(例如非線性)和變化 性，必需重復幾次以實現(xiàn)最終目標。這對于由強傳感器非線性支配的 基于氧氣的A/F控制是特別真實的。對于不平衡修正的下面的替代方 法適用于其中一些三角函數估計(或者對應表格值的利用)是允許的
的情形。
方法B:總幅值方法
這是主要使用幅值信息的閉環(huán)方法.在此技術中，我們認為由于 嚴重的傳感器退化，計算DFT的相位信息可能不是充分可靠的。傳感 器和/或發(fā)動機性能方面的失真通常很少影響信號幅值，并且更多影響 在相位信息方面。為了使得該方法更加可靠，使用幅值信息來對不平 衡水平進行評估.當然，在相位信息中的任何偏差會需要更多的時間 和疊代來實現(xiàn)收斂.該方法運用幾何學來計算幅值并且包括一些三角 函數的實時計算.
極坐標用來確定單獨模板的分量。 一旦具有幅值R和相位角e的 測得的DFT的矢量被計算，該矢量分解到在下面示出的T3和T4模板
上，以確定每個單獨模板幅值R3和R4的分重.
我們定義
("03 = 9-93, p = C0S((P4 - (P3) 《
U4 = q>4-9, q = sin(e3)/sin(e4), s = +l/V(l +q2 + 2.q.p) 其中(P3和CP4是從校準步驟1中已知的數值.
從下面困11中的DFT的矢量困中，我們具有
f R3.sin(e3) = R4.sin(94) 《
l R2 = R3.R3 + R4.R4 + 2 R3.R4. p
容易地表明T3和T4分量的幅值是 R3=Rs 對Ts R4=R3.q 對T4
在用于R3的上述關系式中，我們采取下面的符號約定
如果(e^P4或e《op4-180)}那么s + s.
利用計算得到的R3和R4，我們現(xiàn)在開始計算每個模板的加權因
子
d3=d3o.R3/R3o=d3o.R.s/R3o d4=d4o'R4/Rio:=d4o.R.q,s/R4o
然后所需的修正就分別是幅值-d3和-d4的模板T3和T4的組合。 用于不平衡的修正的方法B(總幅值)的概要 圖6是概括對于第一諧波不平衡(即，模板T3和T4)，通過方法 B執(zhí)行修正過程的算法的流程圖。
1. 在塊600中，測量發(fā)動機負荷(MAP)或者空氣流率(MAF) 和轉速(rpm),
2. 對于運行情況，從校準步驟I中調用(p3, q>4， P， d30， d40， R30 和R 。(塊602 ).
3. 對于T3和T4，在基頻處，從檢測步驟H中的測定信號中計算總 不平衡的DFT矢量(R和e)(塊604)。
4. 計算03=0-93， 04=94-0 (塊606)。
5. 計算和儲存q = sin ( e3) /sin ( e4),并且s = +l/V(l+cp+2.q.p)，塊
608,
6. 在詢問方框610中對條件進行檢查。如果是肯定的(是)，改變 參數"s"的符號，在塊612中.
7. 從d3=d3o.R3/R3o=d30.R.s/R3 計算T3分量，應用對于，s'的符號約 定，從d4-d4。.R4/R4o-d4o.R.q.s/R4。中計算T4分量.應用對于V的符 號約定(塊614).
8. 在塊616中，為了修正不平衡，分別應用幅值-d3和-d4的模板T3 和T4。用于第一諧波不平衡的修正過程結束在過程塊618中.
圖7是概括對于第二諧波不平衡，通過方法B執(zhí)行修正過程的算 法的流程圖。
1. 在塊700中，測量發(fā)動機負荷(MAP)或者空氣流率(MAF) 和轉速(rpm)。
2. 對于運行情況，從校準步驟I中調用p， d20, R2。(塊702).
3. 對于T2，在2"d諧波處，從檢測步驟H的測定信號中，計算總不 平衡的DFT矢量(R和e)(塊704)。
4. 從d2-d2o,R2/R2o中計算T2分量，塊706。
5. 在塊708中，為了修正不平衡，應用幅值-ch的模板T2。用于二
次諧波不平衡的修正過程結束在過程塊710處。
如前所述，需要在困6和7中示出的方法的一些重復以通過總幅 值方法實現(xiàn)修正。當在化學當量A/F處，用氧氣傳感器檢測和修正不 平衡時，這是特別準確的。
控制算法
上述技術提供了對于單獨氣缸A/F或者扭矩分布不均的實時平衡 的控制算法的基礎，氣缸不平衡很少需要快速的修正，因此低帶寬的 慢控制循環(huán)是足夠的.在該算法中的固有屬性是它的穩(wěn)固性，簡單性 和容易實施性.該算法可用于在新的發(fā)動機類型上氣缸A/F分布不均 的校準，用于它的診斷值(不平衡包含氣缸失火檢測)，并且還有氣 缸A/F分布不均或者扭矩不平衡的實時控制和減弱。
對于發(fā)動機轉速Nrpml， 一個整個循環(huán)采取T。=120/Ns(四沖程 發(fā)動機)，To是在相同的氣缸中連續(xù)噴射之間的時間.不平衡的基頻 還通過頻率C)。-l/ToHz]給出.傳感器在速度T，下進行采樣，其中 Ts<TVn，其中n>l，以避免混淆，雖然基于事件的采樣優(yōu)選與曲軸的 編碼器(例如在V8發(fā)動機中的24X)同步.在頻率co。處的不平衡的 檢測還需要具有相同的最小帶寬(通常2-5倍更寬)的傳感器。帶寬需 求還會施加限制在發(fā)動機轉速的上限上，在該發(fā)動機轉速不平衡能有 效的進行檢測。
在校準步寐I,發(fā)展出在任何運行情況下的必要信息.此信息或者 是表格式的或者優(yōu)選是曲線擬合的，以減少數據管理。在下面的部分， 在試驗結果的表示上，對用于基本模板T3的相位和幅值(R30， e30) 的信息的兩個解析函數進行描述.
用于單獨氣缸燃料控制的總的過程在下面概述，參見圖8A-8D的 算法流程圖。在這些流程圖中，用于笫一諧波不平衡的修正的過程步 驟在塊802-824中示出，并且用于第二諧波修正的相似過程通過塊 902-924中示出。為了簡化的目的，這些步驟只描述一次，
l.對于在co,和0)2的不平衡的可接受水平，分別建立DFT閾值& 和82。該閾值是發(fā)動機工作條件的函數，即8=f (rpm， MAP, MAF， MAT， Mode，…)。同樣建立用于算法激活的瞬時闞值P和用于MAF 過濾的過濾常數af (塊800)。
2. 規(guī)定在修正和任何隨后的檢測之間的等待循環(huán)的數目(Nw)，以允 許解決瞬態(tài)效應。這引入停頓時間到該算法中，并且具有兩個效果 減少A/F瞬態(tài)的影響并且允許在氣缸中燃料改變的效果在任何的附加 的修正試圖實施之前達到傳感器位置(塊800).等待時間直接與發(fā)動
機和傳感器系統(tǒng)輸送的延遲相關.
3. 在用于第一諧波的不平衡的塊802,和用于笫二諧波不平衡的塊 902中，初始化k和AAF和MAP變量，
4. 在亊件k處測量MAF(塊804， 904),
5. 計算MAF的變化率(稱為DMAF),塊806, 906.
6. 采用過濾系數af過濾DMAF(稱為MAFR),塊808, 908.
7. 遞增事件k并且更新舊的MAF,在塊810, 910中。
8. 在運用算法之前，檢測MAF (或者MAP )的變化率低于閾值p， 塊812， 912.假定算法高速執(zhí)行，該算法甚至在平緩的瞬時條件下可 以實施，從而使得不平衡可以即時消除.
9. 實施用于不平衡檢測的步驟I1，對于第一諧波在塊813，對于第 二諧波在塊913。
10. 通過分別計算模板T2， T3， T4的分重d2， (b和d4，實施用于不
平衡修正的過程(步驟III).同時應用相反幅值(-di)的模板Ti以抵 消測得的不平衡(塊814， 914)。
11. 對亊件進行計數(塊818， 918)并且等待Nw的發(fā)動機循環(huán)經 過(塊820， 920)。在實際的實施過程中，等待循環(huán)三倍大可產生較 好的結果.
12. 再次測量不平衡(塊822, 922)并且檢驗不平衡實際上已經去 除.用于此目的，執(zhí)行用于不平衡的過程(步驟II)，以確定任何可能剩 余的不平衡，計算不平衡R的幅值(塊824, 924).
13. 在塊824， 924中，如果議<&，不采取進一步行動(可以忽略的 不平衡).如果在最初修正之后DFT的幅值仍然超過閾值，Si，則開 始新的重復(步驟3到12)。在此用于四缸發(fā)動機中的單獨氣缸控制 算法的過程結束(塊926).
在所有的應用中，A/F不平衡在小于一秒內檢測并且修正.這使得 甚至在平緩的瞬態(tài)操作情況下可以激活單獨氣缸的控制算法。該方法 對于系統(tǒng)擾動是穩(wěn)固的，例如急劇的廢氣再循環(huán)閥打開，負荷應用和
排氣背壓的改變。
上述說明描述了利用排氣氧傳感器，經過燃料噴射器偏離(即，
燃料控制)用于A/F不平衡的檢測和修正。如果利用可變閥門致動技 術，本發(fā)明還可適用于空氣控制。另外，結合曲軸扭矩傳感器，公開 的技術還可以用于扭矩不平衡的消除(即，扭矩調節(jié)).
圖1示出了采用模板T2， T3，和T4的本發(fā)明的實施，其中每個模
板在一個發(fā)動機循環(huán)中展示零的平均值.對本領域技術人員明顯的是 在發(fā)動機控制方法中，可以采用對于單獨氣缸變化模式或者模板的其 他選擇(例如在單個氣缸中具有不平衡的模式)，而不會以任何新的 方式改變檢測和修正氣缸不平衡的該方法.因此，雖然本發(fā)明已經對 具體的例子進行了描述，顯然的是本領域技術人員可以容易采用其它 的實施例，并且本發(fā)明僅僅通過以下權利要求進行限制.
權利要求
1.一種檢測和修正在車輛的4缸或者V8發(fā)動機的四缸組的單獨氣缸之間空氣、燃料或者點火不平衡的方法，該發(fā)動機包括用于檢測供給到發(fā)動機中的空氣與燃料的比值(A/F)或者用于檢測發(fā)動機產生扭矩的傳感器，和包括計算機的發(fā)動機控制模塊，所述模塊的功能包括空氣或者燃料傳送的正時和持續(xù)時間或者發(fā)動機氣缸中的點火正時，所述方法由所述計算機執(zhí)行并且包括在當前的發(fā)動機轉速和負荷下，在至少一個發(fā)動機循環(huán)上從傳感器中采集時序系列的信號；通過離散傅里葉變換將該信號系列轉換為A/F或者扭矩不平衡的矢量，在頻域中僅僅具有兩個離散的依賴于速度的頻率，與空氣、燃料或者火花傳送的不平衡相關，該矢量具有幅值；檢索出三個已知幅值的互相正交的不平衡參考矢量，其對應于對當前的發(fā)動機轉速和負荷在發(fā)動機校準期間獲得并且儲存在計算機存儲器中的三個標稱不平衡模式的離散傅里葉變換；投影該測得的不平衡矢量到三個檢索出的正交的不平衡參考矢量上；確定可由三個標稱不平衡參考矢量表征的不平衡矢量中的唯一分量；和在發(fā)動機的每個氣缸中應用與如此確定的每個分量相反幅值的空氣、燃料或者點火修正量，以對測得的不平衡進行修正。
2. 如權利要求l所述的方法，用于檢測空氣、燃料或者點火不平 衡，其中A/F或者扭矩不平衡的矢量具有幅值和相位角；三個不平衡 的參考矢量具有已知的幅值和相位角；并且通過在發(fā)動機的每個氣缸 中，對于確定可歸因于參考矢量的每個分量，應用相反幅值和相位角 的空氣、燃料或者點火修正量，從而修正測得的不平衡.
3. 如權利要求1所述的方法，檢測和修正在車輛的4缸或者V8 發(fā)動機中的四缸組的單獨氣缸之間的A/F不平衡，該發(fā)動機包括寬量 程的A/F傳感器或者氧氣傳感器，并且發(fā)動機控制模塊包括計算機， 所述模塊的功能包括供給一定的燃料和空氣量到發(fā)動機的單獨氣缸 中，所述方法通過所述計算機執(zhí)行，并且包括在當前發(fā)動機轉速和負荷下，在至少一個發(fā)動機循環(huán)上從傳感器 中采集時序系列的A/F信號；通過離散傅里葉變換將該信號系列轉換為A/F不平衡的矢量，在 頻域中僅僅具有兩個離散的依賴于速度的頻率，與在單獨氣缸中燃料 或者空氣輸送的不平衡相關，該矢量具有幅值；檢索出三個已知幅值的互相正交的不平衡參考矢量，其對應于對當前的發(fā)動機轉速和負荷在發(fā)動機校準期間獲得并且儲存在計算機存 儲器中的三個標稱A/F不平衡模式的離散傅里葉變換；投影該測得的A/F不平衡矢量到三個檢索出的正交的A/F不平衡 參考矢量上；確定在可由三個檢索出的A/F不平衡參考矢量表征的A/F不平衡 矢量中的唯一分量；和在發(fā)動機的每個氣釭中應用與如此確定的每個分量相反幅值的空 氣或燃料修正重，以對測得的A/F不平衡進行修正。
4. 如權利要求3所述的方法，其中A/F不平衡的矢量具有幅值和 相位角；三個不平衡參考矢量具有已知的幅值和相位角；并且通過在 發(fā)動機的每個氣缸中，對于確定可由參考矢重表征的每個分量，應用 相反幅值和相位角的空氣或燃料修正量，來修正測得的不平衡。
5. 如權利要求3所述的方法，其中通過對單獨氣缸燃料噴射的持 續(xù)時間或者質量的控制，燃料供給的不平衡被修正，
6. 如權利要求4所述的方法，其中通過對單獨氣缸燃料噴射的持 續(xù)時間或者質量的控制，燃料供給的不平衡被修正。
7. 如權利要求3所述的方法，其中通過對單獨的進氣門升程、持續(xù)時間或者相位的控制，空氣輸送的不平衡被修正.
8. 如權利要求4所述的方法，其中通過對單獨的進氣門升程、持續(xù)時間或者相位的控制，空氣輸送的不平衡被修正.
9. 一種如權利要求1所述的方法，檢測和修正車輛的4缸或者V8 發(fā)動機的四缸組的單獨氣缸之間的發(fā)動機轉矩不平衡，該發(fā)動機包括 發(fā)動機轉矩傳感器和包括計算機的發(fā)動機控制模塊，所述模塊的功能 包括傳送空氣和點火正時到發(fā)動機的單獨氣缸，所述方法通過所述計 算機執(zhí)行，并且包括在當前發(fā)動機轉速和負荷下，在至少一個發(fā)動機循環(huán)上從傳感器 中采集時序系列的扭矩信號； 通過離散傅里葉變換將該信號系列轉換為扭矩不平衡的矢量，在 頻域中僅僅具有兩個離散的依賴于速度的頻率，與在單獨氣缸中空氣或者火花輸送的不平衡相關，該矢量具有幅值；檢索出三個已知幅值的互相正交的扭矩不平衡參考矢量，其對應于對當前的發(fā)動機轉速和負荷在發(fā)動機校準期間獲得并且儲存在計算 機存儲器中的三個額定轉矩不平衡模式的離散傅里葉變換；投影該測得的扭矩不平衡矢量到三個檢索出的正交扭矩不平衡參 考矢量上；確定在可由三個檢索出的扭矩不平衡參考矢量表征的扭矩不平衡 矢量中的唯一分量；和在發(fā)動機的每個氣缸中應用與如此確定的每個分量相反幅值的空 氣或者點火修正傳送，以對測得的扭矩不平衡進行修正.
10. 如權利要求9所述的方法，用于扭矩不平衡的檢測和修正，其 中扭矩不平衡的矢量具有幅值和相位角；三個不平衡參考矢量具有已 知的幅值和相位角；并且通過在發(fā)動機的每個氣釭中應用與如此確定 的每個分量相反幅值和相位的空氣或者點火修正傳送，對測得的不平 衡進行修正，以對測得的扭矩不平衡進行修正。
11. 如權利要求9所述的方法，其中通過對單獨的進氣門升程、持續(xù)時間或者相位的控制，扭矩不平衡被修正。
12. 如權利要求10所述的方法，其中通過對單獨的進氣門升程、 持續(xù)時間或者相位的控制，扭矩不平衡被修正.
13. 如權利要求9所述的方法，其中通過點火正時傳送的調節(jié)可 對扭矩不平衡進行修正。
14. 如權利要求10所述的方法，其中通過點火正時傳送的調節(jié) 可對扭矩不平衡進行修正。
15. 如權利要求3所述的方法，其中三個不平衡參考矢量包含表 示在第一模式中對于四個氣缸的燃料不平衡的第一矢量，其與氣缸中 的點火順序同步大小b2的濃的A/F，大小b2的稀的A/F,大小1)2的 濃的A/F和大小h的稀的A/F;第二矢量表示在第二模式中的燃料不 平衡大小b3的稀的A/F，化學當量的A/F,大小為b3的濃的A/F， 和化學當量的A/F; 和表示在第三模式中的燃料不平衡的第三矢量 化學當量的A/F，大小1)4的稀的A/F，化學當量的A/F，和大小為b4 的濃的A/F;并且測得的A/F不平衡矢量投影到三個A/F不平衡參考矢 量上.
16. 如權利要求9所述的方法，其中三個不平衡參考矢量包含表 示在第一模式中四個氣缸中的扭矩不平衡的第一矢量，其與氣缸中的 點火順序同步大小b2的低于平均的扭矩，大小b2的超過平均的扭矩， 大小b2的低于平均的扭矩和大小1>2的高于平均的扭矩；在第二模式 中表示扭矩不平衡的第二矢量大小b3的高于平均的扭矩，扭矩平均 值，大小b3的低于平均的扭矩，和扭矩平均值；在第三模式中表示扭 矩不平衡的笫三矢量平均扭矩，大小b4的高于平均的扭矩，平均扭 矩和大小1)4的低于平均的扭矩；和測得的扭矩不平衡矢量投影到所述 三個扭矩不平衡參考矢量上.
17. 如權利要求1所述的方法，其中在四缸發(fā)動機中，在選擇的 代表性運行速度和負荷處，確定三個相互正交的參考矢量，其中每個 氣缸在平衡的參考A/F下初始運行，然后在A/F中的連續(xù)的變化模式 通過由以下方法在發(fā)動機的單獨氣缸上的燃料噴射器和進氣門的運行 來施加，該方法包括應用燃料不平衡的第一模式到所述氣缸上，所述第一模式在所述 氣缸中分別產生大小1)2的濃的A/F,大小b2的稀的A/F，大小1)2的濃 的A/F和大小b2的稀的A/F，并且在至少一個發(fā)動機循環(huán)中，從涉及 所述不平衡的所述A/F傳感器或者氣氣傳感器中獲得笫一時序系列信 號；通過離散傅里葉變換將所述第一系列信號轉換為燃料不平衡的第 一參考矢量，在頻域中，在當前的發(fā)動機轉速和負荷下涉及燃料供給 不平衡的所述第一模式，所述笫一參考矢量具有第一幅值或者第一幅 值和相位角兩者；應用燃料不平衡的笫二模式到所述氣缸上，所述第二模式在所述 氣缸中分別產生大小1)3的稀的A/F，化學當量的A/F，大小bs的濃的 A/F和化學當量的A/F，并且在至少一個發(fā)動機循環(huán)中，從涉及所述不 平衡的所述A/F傳感器或者氧氣傳感器中獲得第二時序系列信號；通過離散傅里葉變換將所述笫二系列信號轉換為燃料不平衡的第 二參考矢量，在頻域中，在當前的發(fā)動機轉速和負荷下涉及燃料供給 不平衡的所述第二模式，所述笫二參考矢量具有第二幅值或者第二幅 值和相位角兩者；應用燃料不平衡的第三模式到所述氣缸上，所述第三模式在所述 氣缸中分別產生化學當量的A/F，大小b4的稀的A/F，化學當量的A/F 和大小b4的濃的A/F，并且在至少一個發(fā)動機循環(huán)中，從涉及所述不 平衡的所述A/F傳感器或者氧氣傳感器中獲得第三時序系列信號；通過離散傅里葉變換將所述第三系列信號轉換為燃料不平衡的第 三參考矢量，在頻域中，在當前的發(fā)動機轉速和負荷下涉及燃料供給 不平衡的所述笫三模式，所述第三參考矢量具有第三幅值或者第三幅 值和相位角兩者.
18.如權利要求l所述的方法，其中在四缸發(fā)動機中，在選擇的 代表性運行速度和負荷處，確定三個相互正交的參考矢量，其中每個 氣缸在平衡的參考扭矩水平下初始運行，然后在扭矩水平中的連續(xù)的 變化模式通過由以下方法在發(fā)動機的單獨氣缸上的燃料、空氣和點火 傳送的運行來施加，該方法包括應用空氣、燃料或者點火輸送不平衡的第一模式到所述氣缸中， 所述笫一模式在所述氣缸中分別產生大小b2的低于平均的扭矩，大小 為b2高于平均的扭矩，大小b2的低于平均的扭矩，和大小1)2的高于平 均的扭矩，其與氣缸中的點火順序同步，并且在至少一個發(fā)動機循環(huán) 中，從涉及所述不平衡的所述扭矩傳感器中獲得笫 一時序系列信號；通過離散傅里葉變換將所述第一系列信號轉換為空氣、燃料或者 點火傳送不平衡的第一參考矢量，在頻域中，在當前的發(fā)動機轉速和 負荷下涉及空氣、燃料或者點火傳送不平衡的所述笫一模式，所述第 一參考矢量具有笫一幅值或者第一幅值和相位角兩者；應用空氣、燃料或者點火不平衡的第二模式到所述氣缸中，所述 第二模式在所述氣缸中分別產生大小b3的高于平均的扭矩，平均扭 矩，大小b3的低于平均的扭矩，和平均扭矩，其與氣缸中的點火順序 同步，并且在至少一個發(fā)動機循環(huán)中，從涉及所述不平衡的所述扭矩 傳感器中獲得第二時序系列信號；通過離散傅里葉變換將所述第二系列信號轉換為空氣、燃料或者 點火傳送不平衡的第二參考矢量，在頻域中，在當前的發(fā)動機轉速和 負荷下、涉及空氣、燃料或者點火傳送不平衡的所述笫二模式，所述 第二參考矢量具有第二幅值或者第二幅值和相位角兩者； 應用空氣、燃料或者點火不平衡的第三模式到所述氣缸中，所述第三模式在所述氣缸中分別產生平均扭矩，大小b4的高于平均的扭矩，平均扭矩，和大小b4的低于平均的扭矩，其與氣缸中的點火順序 同步，并且在至少一個發(fā)動機循環(huán)中，從涉及所述不平衡的所述扭矩傳感器中獲得第三時序系列信號；和通過離散傅里葉變換將所述第三系列信號轉換為空氣、燃料或者 點火傳送不平衡的第三參考矢量，在頻域中，在當前的發(fā)動機轉速和 負荷下涉及空氣、燃料和點火傳送不平衡的所述第三模式，所述笫三 參考矢量具有笫三幅值或者第三幅值和相位角兩者。
19. 一種檢測和修正在車輛的4缸或者V8發(fā)動機的四缸組的單獨 氣缸之間空氣或者燃料不平衡的方法，該發(fā)動機包括用于檢測供給到 發(fā)動機中的空氣與燃料的比值(A/F)的傳感器，和包括計算機的發(fā)動 機控制模塊，所述模塊的功能包括到發(fā)動機的氣缸中的空氣或者燃料 傳送的定時和持續(xù)時間，所述方法由所述計算機執(zhí)行并且包括在當前發(fā)動機轉速和負荷下，在至少一個發(fā)動機循環(huán)上，從傳感 器中采集時序系列的信號；通過離散傅里葉變換將該信號系列轉換為A/F不平衡的矢量，在 頻域中僅僅具有兩個離散的依賴于速度的頻率，與空氣或者燃油供給 的不平衡相關，該矢量具有幅值；檢索出三個已知幅值的互相正交的A/F不平衡參考矢量，其對應于對當前的發(fā)動機轉速和負荷在發(fā)動機校準期間獲得并且儲存在計算 機存儲器中的三個標稱A/F定不平衡模式的離散傅里葉變換，該三個 不平衡參考矢量包括表示在第一模式中四個氣缸燃料不平衡的第一矢量，在笫一模式中大小b2的濃的A/F,大小b2的稀的A/F,大小b2 的濃的A/F和大小1)2的稀的A/F;第二矢量表示在第二模式中的燃料 不平衡大小b3的稀的A/F，化學當量的A/F,大小b3的濃的A/F和 化學當量的A/F;并且第三矢量表示在第三模式中的燃料不平衡化學 當量的A/F，大小b4的稀的A/F，化學當量的A/F，和大小1)4的濃的 A/F，第一、第二和第三模式的每個與氣缸中的點火順序同步；投影測得的A/F不平衡矢量到三個檢索出的正交的A/F不平衡參考矢量上；確定可由三個檢索出的A/F不平衡參考矢量表征的A/F不平衡矢 量中的唯一分量；和在發(fā)動機的每個氣缸中應用與如此確定的每個分量相反幅值的空 氣或者燃料修正量，以對測得的A/F不平衡進行修正。
20. 如權利要求19所述的方法，用于檢測空氣或者燃料不平衡， 其中A/F不平衡的矢量具有幅值和相位角；三個A/F不平衡參考矢量 具有已知的幅值和相位角；并且通過在發(fā)動機的每個氣缸中，對于確 定可由參考矢量表征的每個分量，應用相反幅值和相位角的空氣或者 燃料修正傳送指令，測得的A/F不平衡得到修正。
21. —種檢測和修正在車輛的4缸或者V8發(fā)動機的四缸組的單獨 氣缸之間空氣、燃料或者點火不平衡的方法，該發(fā)動機包括用于檢測 發(fā)動機產生扭矩的傳感器，和包括計算機的發(fā)動機控制模塊，所述模 塊的功能包括空氣或者燃料傳送的定時和持續(xù)時間，或者到發(fā)動機的 氣缸中的點火正時，所述方法由所迷計算機執(zhí)行并且包括在當前發(fā)動機轉速和負荷下，在至少一個發(fā)動機循環(huán)上，從扭矩 傳感器中采集時序系列的扭矩信號；通過離散傅里葉變換將該扭矩信號系列轉換為扭矩不平衡的矢 量，在頻域中僅僅具有兩個離散的依賴于速度的頻率，與空氣、燃料 或者點火傳送的不平衡相關，該扭矩矢量具有幅值；檢索出三個已知幅值的互相正交的扭矩不平衡參考矢量，其對應于對當前的發(fā)動機轉速和負荷在發(fā)動機校準期間獲得并且儲存在計算 機存儲器中的三個額定扭矩不平衡模式的離散傅里葉變換，該三個不 平衡參考矢量包含表示在第一模式下在四個氣缸中扭矩不平衡的第一 矢量大小b2的低于平均的扭矩，大小b2的高于平均的扭矩，大小1)2 的低于平均的扭矩和大小b2的高于平均的扭矩；在第二模式中表示扭 矩不平衡的第二矢量大小b3的高于平均的扭矩，扭矩平均值，大小 b3的低于平均的扭矩，和扭矩平均值；在第三模式中表示扭矩不平衡 的第三矢量平均扭矩，大小b4的高于平均的扭矩，平均扭矩和大小 b4的低于平均的扭矩，第一、第二、和第三模式的每個與氣缸的點火 順序同步；投影該測得的扭矩不平衡矢量到三個檢索出的正交的扭矩不平衡 參考矢量上；確定在可由三個檢索出的扭矩不平衡參考矢量表征的扭矩不平衡 矢量中的唯一分量；并且在發(fā)動機的每個氣缸中，應用與如此確定的每個分量相反幅值的 修正進氣門升程、持續(xù)時間或者相位、修正的燃料噴射量和持續(xù)時間、 或者修正的火花點火正時量，以對測得的扭矩不平衡進行修正.
22.如權利要求21所述的方法，用于檢測空氣、燃料或者點火不 平衡，其中扭矩不平衡矢量具有幅值和相位角；三個扭矩不平衡參考 矢量具有已知的幅值和相位角；并且通過在發(fā)動機的每個氣缸中，對 確定為可由參考矢量表征的每個分量，應用相反幅值和相位角的修正 進氣門升程、持續(xù)時間或者相位、修正燃料噴射量或者噴射持續(xù)時間、 或者修正火花點火正時，測得的扭矩不平衡進行修正。
全文摘要
對在裝配有產品氧傳感器或者寬量程A/F傳感器(或者曲軸扭矩傳感器)的4缸發(fā)動機中的空燃比(或者扭矩)不平衡檢測的普通技術進行發(fā)展。該方法基于不平衡模式新穎的頻域特性，并且它在幾何學上分解為四個基本模板。一旦對于總不平衡的每個基本模板的分量被計算，施加反方向的模板去恢復在氣缸之間的空燃比(或者扭矩)的平衡。在任何希望的運行情況下，不平衡的消除可在很少的發(fā)動機循環(huán)中得到實現(xiàn)。該方法通過可變氣門致動、燃料噴射器和/或單獨的火花控制可適用于現(xiàn)在和將來的發(fā)動機技術。
文檔編號F02D41/14GK101103192SQ200580046565
公開日2008年1月9日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權日2005年1月13日
發(fā)明者A·W·布朗, H·賈瓦赫里安 申請人:通用汽車公司