[发明专利]通过反转波方程来估计内燃发动机的爆震强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃发动机燃烧控制领域。本发明尤其涉及用于藉由放置在该发动机内的传感器来估计此类发动机的爆震强度的方法。

此类型的发动机包括具有燃烧室的至少一个汽缸，该燃烧室是由汽缸的内部侧壁、在该汽缸中滑动的活塞的顶部和汽缸盖划界的。一般而言，混合燃气被封闭在此燃烧室内，并经受压缩步骤，接着经受在受控点火作用下藉由火花塞的燃烧步骤，这些步骤在以下描述中被集中在“燃烧阶段”这一措辞下。

在具有燃烧膨胀冲程的发动机中，空气/汽油混合物的燃烧通常在点火火花之后开始。火焰前端蔓延开来并且其气流把混合物的一部分推至顶靠汽缸壁和活塞顶。压力和温度的上升变得如此之大，使得靠着壁固定的燃料达到其自燃点，并在多处自燃。这种现象称为“爆震”。因此，爆震首先是受控点火发动机中的一种异常燃烧现象，可以藉由来自发动机的金属噪声在外部感知。结果是，燃烧室中出现冲击波。

由此导致的微型爆炸在听觉范围(约5至20KHz)内产生震动。这些震动非常剧烈，而且可能迅速地创建将进一步加重问题的热点。微型爆炸的积累将拔掉活塞顶上和/或汽缸壁和活塞环上的少量金属或使其熔化。在若干个冲程之后(根据强度)，这将导致活塞、活塞环或汽缸壁的毁坏。

对爆震强度的估计允许限制爆震效应且不损坏汽缸的燃烧控制。

背景技术

人们已知一些用于估计内燃发动机爆震的方法。这些方法是基于记录汽缸压力传感器发出的信号。第一个方法旨在离线地(即，以后处理)对这些信号应用傅立叶变换技术来估计爆震。在以下文献中描述了此种方法：

-“Application of the Reallocated Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution to Knock Detection(重新分配的平滑化伪Wigner-Ville分布在爆震检测中的应用)”，Olivier BOUBAL和Jacques OKSMAN，Traitement du Signal volume15，1998。

-“Knock measurement for fuel evaluation in spark ignition engines(用于火花点火发动机中燃料评估的爆震测量)”，C.Hudson、X.Gao、R.Stone，Fuel volume 80(2001)

第二个方法旨在对信号应用一种滤波并检测最大值以离线估计爆震的技术。在以下文献中描述了此种方法：

-“Modeling of In-cylinder Pressure Oscillations under Knocking Conditions：Introduction to Pressure Envelope Curve(爆震条件下的缸内压力振荡建模：压力包络曲线的采用)”，G.Brecq和O.Le Corre，SAE2005

最后，已知另一方法，同样是基于记录汽缸压力传感器发出的信号。这次，对信号应用小波技术来离线估计爆震。在以下文献中描述了此种方法：

-“Knocking detection using wavelet instantaneous correlation method(使用小波瞬时相关方法的爆震检测)”，Z.Zhang和E.Tomita，Journal of SAE Review volume 23(2002)

然而，这些方法不允许实时地(计算一般应该在50μs以内完成以被装载于计算机上)估计爆震强度。

藉由申请FR2.949.511得知一种用于从震动信号出发实时估计爆震强度的方法。根据此方法，实时地确定该信号的傅立叶分解系数，通过对这些傅立叶分解系数的平方求和来演绎包含在该信号中的能量。最后，通过确定相关于与能量最大值的平方根相等的爆震强度的参数来估计爆震强度。

本发明的目的涉及一种用于实时确定内燃发动机中爆震强度的替换方法。该方法是基于对代表发动机震动的震动信号的处理。本发明允许通过基于藉由传播震动信号源的波的方程进行的汽缸盖建模来增强代表性，接着进行此信号源的傅立叶系数估计。

此估计是实时实现的，以便更好地控制燃烧并保护发动机。

发明内容

一般而言，本发明涉及一种用于实时估计内燃发动机爆震强度的方法，该内燃发动机包括汽缸盖、至少一个汽缸和至少一个震动传感器，根据曲轴角度连续地从该震动传感器捕获汽缸盖出口处的代表所述汽缸中震动的震动信号。该方法包括以下步骤：