用于點火系統(tǒng)的火花塞結(jié)垢檢測的制作方法
【專利說明】用于點火系統(tǒng)的火花塞結(jié)垢檢測
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年12月19號提交的標題為“SPARK PLUG FOULING DETECT1NFOR IGNIT1N SYSTEM(用于點火系統(tǒng)的火花塞結(jié)垢檢測)”的美國臨時專利申請?zhí)?1/918, 593的優(yōu)先權(quán)，為了所有目的，其整個內(nèi)容通過弓I用被并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及用于在內(nèi)燃發(fā)動機中檢測和區(qū)別由于碳煙的火花塞結(jié)垢/積碳(fouling)與由于燃料添加劑的結(jié)垢的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]發(fā)動機點火系統(tǒng)可以包括用于向火花點火式發(fā)動機的燃燒室輸送電流以點燃空氣-燃料混合物并開始燃燒的火花塞?；诎l(fā)動機工況，火花塞結(jié)垢可能會發(fā)生，其中火花塞隔離物的點火尖端變得覆有外來物質(zhì)，諸如燃料、機油或碳煙。一旦結(jié)垢，則火花塞不能針對所有發(fā)動機循環(huán)提供觸發(fā)汽缸燃燒的適度電壓，直到火花塞被充分地清潔或被更換。作為一種示例，可以通過從火花塞尖端燒除堆積的碳煙來清潔火花塞。
[0005]在不良燃料品質(zhì)控制的領(lǐng)域中，由熱積垢火花塞引起的火花塞結(jié)垢和預(yù)點火是顯著的問題。燃料添加劑(諸如甲基環(huán)戊二烯基三羰基錳(MMT)、鉛或二茂鐵)會在火花塞陶瓷上積聚導(dǎo)電且絕熱的沉積物。這種積聚會導(dǎo)致失火或預(yù)點火(PD。由于可能嚴重地存在在升壓發(fā)動機中的高轉(zhuǎn)速和負荷時的失火或PI，所以車輛制造商會建議非常短的火花塞更換間隔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明人在此已經(jīng)認識到火花塞結(jié)垢的原因可以確定將要采取的控制措施。例如，由于碳煙堆積的火花塞結(jié)垢可能會不必要如由于燃料添加劑的火花塞結(jié)垢所需那樣頻繁地更換火花塞。同樣，由于碳煙的火花塞結(jié)垢可能會更不傾向于預(yù)點火，而由于燃料添加劑的火花塞結(jié)垢可能會需要額外的預(yù)點火緩解(或預(yù)制止)控制措施。此外，燃料添加劑的存在能夠加速排氣催化劑和排氣空燃比傳感器退化。
[0007]因此，在一種示例中，通過一種用于發(fā)動機的方法可以更好地檢測并區(qū)別火花塞結(jié)垢的不同原因，該方法包括:對于每個發(fā)動機汽缸，基于在一個或更多個給定車輛驅(qū)動循環(huán)上的具有高于閾值持續(xù)時間的點火電流轉(zhuǎn)變時間的燃燒循環(huán)的比例，區(qū)別由于碳煙堆積的火花塞結(jié)垢與由于燃料添加劑堆積的火花塞結(jié)垢。以此方式，可以更好地解決由于燃料添加劑的火花塞結(jié)垢。
[0008]作為一種示例，一種發(fā)動機點火系統(tǒng)可以包括火花塞、點火線圈和控制線，火花塞被耦接至每個發(fā)動機汽缸，點火線圈用于開始火花塞處的點火，控制線用于調(diào)整點火線圈的控制電流。發(fā)動機控制器可以將停頓(dwell)命令輸出到控制線，以便開始點火線圈的停頓。響應(yīng)于停頓命令，控制線的電流會升高?？刂破魅缓罂梢员O(jiān)測自停頓命令開始流逝直至控制線電流降至預(yù)定值之下的持續(xù)時間，在本文中這也被稱為轉(zhuǎn)變時間。預(yù)期的轉(zhuǎn)變時間可以基于停頓命令。如果對于在給定的驅(qū)動循環(huán)期間的閾值次數(shù)的燃燒循環(huán)(例如，某一比例的燃燒或發(fā)動機循環(huán))，實際的轉(zhuǎn)變時間多于預(yù)期的時間，那么可以推測由于燃料添加劑而引起火花塞結(jié)垢。因此，可以設(shè)定指示火花塞更換的診斷代碼，并且可以執(zhí)行預(yù)制止火花塞結(jié)垢引起的預(yù)點火的各種緩解措施。
[0009]可替代地，如果轉(zhuǎn)變時間超過閾值持續(xù)時間的發(fā)動機循環(huán)的比例不大于閾值百分比，那么火花塞可能是由于碳煙堆積而結(jié)垢。因此，可以設(shè)定用于清潔火花塞的診斷代碼，并且為了從火花塞燒除碳煙，可以升高發(fā)動機轉(zhuǎn)速-負荷和/或可以提前花火正時，以便在一段持續(xù)時間上使火花塞的尖峰溫度升高至閾值溫度之上。如果在升高尖峰溫度之后轉(zhuǎn)變時間保持在預(yù)期的轉(zhuǎn)變時間之上，那么可以確定由于燃料添加劑堆積而引起火花塞結(jié)垢。
[0010]以此方式，通過識別由于燃料添加劑的火花塞結(jié)垢并將它與由于碳煙堆積的火花塞結(jié)垢區(qū)別開，可以減少并及時緩解火花塞結(jié)垢引起的預(yù)點火。此外，可以及時地識別并解決排氣催化劑和空燃比傳感器退化。通過基于故障或退化的跡象而非預(yù)定時間段或車輛使用量提供火花塞更換建議，不會過早提供火花塞更換建議，從而為駕駛員降低總的車輛操作成本。通過診斷火花塞完好狀況，延長發(fā)動機壽命。
[0011]應(yīng)當理解，提供以上概述是為了以簡化的形式介紹一些概念，這些概念在【具體實施方式】中被進一步描述。這并不意味著確定所要求保護的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護的主題的范圍被緊隨【具體實施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0012]圖1是發(fā)動機的示意圖。
[0013]圖2示出了根據(jù)本公開的實施例的點火系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖3是根據(jù)本公開的實施例的用于確定火花塞結(jié)垢和預(yù)點火的方法的流程圖。
[0015]圖4示出了根據(jù)本公開的實施例的點火系統(tǒng)在各種狀況下響應(yīng)于停頓命令的操作的波形。
[0016]圖5示出了用于區(qū)別由于碳煙堆積的火花塞結(jié)垢與由于燃料添加劑堆積的火花塞結(jié)垢的方法的流程圖。
[0017]圖6示出了用于基于相對于閾值的排氣氧傳感器的轉(zhuǎn)變頻率確定排氣氧傳感器退化的方法的流程圖。
[0018]圖7示出了用于基于排氣催化劑上游的第一排氣氧傳感器與排氣催化劑下游的第二排氣氧傳感器之間的轉(zhuǎn)變頻率比確定排氣催化劑退化的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]以下描述涉及用于確定發(fā)動機系統(tǒng)(諸如圖1的發(fā)動機系統(tǒng))中的一個或更多個火花塞的結(jié)垢類型的系統(tǒng)和方法。如在圖2處示出的，耦接至火花塞的點火線圈可以包括控制線。一旦將停頓命令應(yīng)用于控制線以便開始點火線圈的停頓(dwell)，就可以確定從停頓命令開始到控制線的電流降至預(yù)定值之下的轉(zhuǎn)變點的轉(zhuǎn)變時間。圖3示出了用于基于相對于閾值的轉(zhuǎn)變時間確定火花塞結(jié)垢的方法。在圖4處示出了用于不同水平的火花塞結(jié)垢的示例控制電流。在一些示例中，由于碳煙和燃料添加劑堆積中的任一個的火花塞結(jié)垢都可以造成轉(zhuǎn)變時間超過預(yù)期的轉(zhuǎn)變時間的增加(例如，針對車輛驅(qū)動循環(huán)內(nèi)的某一比例的燃燒循環(huán))。因此，如在圖5處示出的，一旦基于在給定的驅(qū)動循環(huán)內(nèi)的一定比例的發(fā)動機循環(huán)上轉(zhuǎn)變時間高于閾值持續(xù)時間來確定火花塞結(jié)垢的類型，就可以采用緩解措施以便確定結(jié)垢是由于碳煙還是由于燃料添加劑堆積。如果火花塞結(jié)垢是由于燃料添加劑，那么還會導(dǎo)致由于燃料添加劑的排氣氧傳感器退化和/或排氣催化劑退化。圖6-7呈現(xiàn)了用于基于相對于設(shè)定閾值的一個或更多個排氣氧傳感器的轉(zhuǎn)變頻率確定排氣氧傳感器退化和排氣催化劑退化的方法，所述設(shè)定閾值基于由于燃料添加劑的火花塞結(jié)垢的存在性。
[0020]圖1描述了用于車輛的發(fā)動機系統(tǒng)100。車輛可以是具有與路面接觸的驅(qū)動輪的道路車輛。發(fā)動機系統(tǒng)100包括發(fā)動機10，發(fā)動機10包含多個汽缸。圖1詳細地描述了一個這樣的汽缸或燃燒室。發(fā)動機10的各種部件可以由電子發(fā)動機控制器12控制。發(fā)動機10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36被設(shè)置在汽缸壁32內(nèi)并且被耦接至曲軸40。燃燒室30被顯示為經(jīng)由相應(yīng)的進氣門152和排氣門154與進氣歧管144和排氣歧管148連通。每個進氣和排氣門可以通過進氣凸輪51和排氣凸輪53操作?？纱娴?，進氣和排氣門中的一個或更多個可以通過機電控制的氣門線圈和銜鐵組件操作。進氣凸輪51的位置可以由進氣凸輪傳感器55確定。排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。
[0021]燃料噴射器66被示為設(shè)置為將燃料直接噴射到汽缸30內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為直接噴射?？商娲?，燃料可以被噴射至進氣道，本領(lǐng)域技術(shù)人員稱之為進氣道噴射。燃料噴射器66與來自控制器12的信號的脈沖寬度FPW成比例地輸送液體燃料。燃料通過包括燃料箱、燃料泵和燃料軌道的燃料系統(tǒng)(未示出)輸送至燃料噴射器66。自響應(yīng)于控制器12的驅(qū)動器68向燃料噴射器66供應(yīng)操作電流。此外，進氣歧管144被顯示為與可選電子節(jié)氣門62連通，電子節(jié)氣門62調(diào)整節(jié)流板64的位置，以控制到發(fā)動機汽缸30的氣流。這可以包括控制來自進氣升壓室146的升壓空氣的氣流。在一些實施例中，節(jié)氣門62可以省略，并且可以經(jīng)由單個空氣進氣系統(tǒng)節(jié)氣門(AIS節(jié)氣門)82控制到發(fā)動機的氣流，其中該空氣進氣系統(tǒng)節(jié)氣門(AIS節(jié)氣門)82被耦接至空氣進氣通道42并且被布置在升壓室146上游。
[0022]在一些實施例中，發(fā)動機10被配置為提供排氣再循環(huán)或EGR。當包括EGR時，經(jīng)由EGR通道135和EGR閥138從渦輪164下游的排氣系統(tǒng)中的位置向在空氣進氣系統(tǒng)(AIS)節(jié)氣門82下游的位置處的發(fā)動機空氣進氣系統(tǒng)提供EGR。當存在驅(qū)動流動的壓力差時，可以將EGR從排氣系統(tǒng)吸到進氣空氣系統(tǒng)。能夠通過部分關(guān)閉AIS節(jié)氣門82來產(chǎn)生壓力差。節(jié)流板84控制壓縮機162入口的壓力?？梢噪妱涌刂艫IS，并且可以基于可選位置傳感器88調(diào)整其位置。
[0023]壓縮機162從空氣進氣通道42吸入空氣，供應(yīng)給升壓室146。在一些示例中，空氣進氣通道42可以包括具有過濾器的空氣室(未示出)。排氣使經(jīng)由軸161耦接至壓縮機162的渦輪164旋轉(zhuǎn)。真空操作的廢氣門致動器72允許排氣繞過渦輪164，使得能夠在變化的工況下控制升壓壓力。在替代實施例中，廢氣門致動器可以是壓力或電動致動的。響應(yīng)于增加的升壓需求(諸如在操作者踩加速器踏板期間)，可以關(guān)閉廢氣門72 (或可以減小廢氣門的開度)。通過關(guān)閉廢氣門，能夠增加渦輪上游的排氣壓力，從而升高渦輪轉(zhuǎn)速和峰值功率輸出。這允許增加升壓壓力。此外，當壓縮機再循環(huán)閥被部分打開時，能夠使廢氣門朝向關(guān)閉位置移動，以維持期望的升壓壓力。在另一示例中，響應(yīng)于減小的升壓需求(諸如在操作者松加速器踏板期間)，可以打開廢氣門72 (或可以增加廢氣門的開度)。通過打開廢氣門，能夠降低排氣壓力，從而降低渦輪轉(zhuǎn)速和渦輪功率。這允許降低升壓壓力。
[0024]壓縮機再循環(huán)閥158 (CRV)可以被提供在圍繞壓縮機162的壓縮機再循環(huán)路徑159中，因此可以使空氣從壓縮機出口運動到壓縮機入口，以便降低可以在壓縮機162兩端形成的壓力。增壓空氣冷卻器157可以被設(shè)置在壓縮機162下游的通道146中，用于冷卻輸送至發(fā)動機進氣裝置的升壓空氣充氣。在所描述的示例中，壓縮機再循環(huán)路徑159被配置為使已冷卻的壓縮空氣從增壓空氣冷卻器157的下游再循環(huán)至壓縮機入口。在替代示例中，壓縮機再循環(huán)路徑159可以被配置為使壓縮空氣從壓縮機的下游和增壓空氣冷卻器157的上游再循環(huán)至壓縮機入口。可以通過來自控制器12的電信號打開和關(guān)閉CRV 158。CRV 158可以被配置為具有默認的半開位置的三態(tài)閥，它能夠從半開位置移動到完全打開位置或完全關(guān)閉位置。
[0025]響應(yīng)于控制器12，無分電器點火系統(tǒng)90經(jīng)由火花塞92向燃燒室30提供點火火花。點火系統(tǒng)90可以包括感應(yīng)線圈點火系統(tǒng)，其中點火線圈變壓器被連接至發(fā)動機的每個火花塞。在下文中關(guān)于圖2更詳細地描述可以在圖1的發(fā)動機中使用的示例點火系統(tǒng)。
[0026]第一排氣氧傳感器126被示為耦接至催化轉(zhuǎn)化器70上游的排氣歧管148。第二排氣氧傳感器186被示為耦接在轉(zhuǎn)化器70下游的排氣裝置中。第一排氣氧傳感器126和第二排氣氧傳感器186可以是通用排氣氧(UEGO)傳感器、加熱型排氣氧傳感器(HEGO)或雙態(tài)排氣氧傳感器(EGO)中的任何一種。UEGO可以是線性傳感器，其中輸出是與空燃比成比例的線性泵送電流。