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用于估计和减少发动机的自燃和爆震的方法和系统

阅读：120发布：2021-03-02

IPRDB可以提供用于估计和减少发动机的自燃和爆震的方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及用于估计和减少发动机的自燃和爆震的方法和系统。一种用于发动机的控制系统包括放热速率(HRR)模块、第一滤波器模块、第二滤波器模块、自燃能量确定模块、和校正作用模块。HRR模块基于发动机的气缸的缸内压力产生HRR信号。第一滤波器模块通过滤波HRR信号产生指示由气缸中的燃烧引起的第一HRR的第一滤波后的HRR信号。第二滤波器模块通过滤波HRR信号与第一滤波后的HRR信号其中之一产生指示由气缸中的自燃引起的第二HRR的第二滤波后的HRR信号。自燃能量确定模块基于第一和第二滤波后的HRR信号确定气缸的自燃能量。校正作用模块基于自燃能量有选择地调整发动机的自燃。还提供了相关的方法。，下面是用于估计和减少发动机的自燃和爆震的方法和系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于发动机的控制系统，包括：

放热速率(HRR)模块，其基于所述发动机的气缸的缸内压力产生HRR信号；

第一滤波器模块，其通过滤波所述HRR信号产生指示由于所述气缸中的燃烧引起的第一HRR的第一滤波后的HRR信号；

第二滤波器模块，其通过滤波所述HRR信号与所述第一滤波后的HRR信号其中之一产生指示由于所述气缸中的自燃引起的第二HRR的第二滤波后的HRR信号；

自燃能量确定模块，其基于所述第一和第二滤波后的HRR信号确定所述气缸的自燃能量；以及校正作用模块，其基于所述自燃能量有选择地调整所述发动机的自燃。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一滤波器模块通过将低通滤波器应用于所述HRR信号来产生低通滤波后的HRR信号，和通过将带通滤波器应用于所述HRR信号或将高通滤波器应用于所述低通滤波后的HRR信号来产生带通滤波后的HRR信号，并且基于所述低通和带通滤波后的HRR信号确定所述自燃能量。

3.根据权利要求2所述的控制系统，还包括窗确定模块，其基于所述低通滤波后的HRR信号确定自燃事件的搜索窗，和基于所述带通滤波后的HRR信号和所述搜索窗确定所述自燃事件的自燃事件窗，其中所述自燃确定模块基于由所述带通滤波后的HRR信号的与所述自燃事件窗对应的段限定的面积确定所述自燃能量。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述窗确定模块将所述搜索窗设定成开始于所述低通滤波后的HRR信号的最大峰值处的第一曲轴位置和所述低通滤波后的HRR信号的拐点处的第二曲轴位置其中之一，并且所述搜索窗具有作为所述发动机的转速、负荷、和温度其中之一的函数的预定持续时间。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述预定持续时间进一步基于燃烧事件期间释放的总热的预定百分数。

6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述窗确定模块找出所述搜索窗内所述带通滤波后的HRR信号的最大峰值的位置，确定在所述峰值之前所述带通滤波后的HRR信号上升至第一水平以上的第一曲轴位置，确定在所述峰值之后所述带通滤波后的HRR信号下降至第二水平以下的第二曲轴位置，和将所述自燃事件窗设定成开始于所述第一曲轴位置并终止于所述第二曲轴位置。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述第一和第二曲轴位置对应于所述带通滤波后的HRR信号的二阶导数中最靠近所述最大峰值的正峰值，在所述最大峰值处所述带通滤波后的HRR信号的一阶导数近似等于零。

8.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述自燃能量确定模块通过对所述自燃事件窗内的所述带通滤波后的HRR信号积分来确定所述气缸的所述自燃能量。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述自燃确定模块确定对于所述气缸的多个燃烧循环的移动平均自燃能量，并且所述校正作用模块基于所述移动平均自燃能量与阈值能量的比较有选择地调整所述自燃。

10.一种用于控制发动机的方法，包括：

基于所述发动机的气缸的缸内压力产生放热速率(HRR)信号；

通过滤波所述HRR信号产生指示由于所述气缸中的燃烧引起的第一HRR的第一滤波后的HRR信号；

通过滤波所述HRR信号与所述第一滤波后的HRR信号其中之一产生指示由于所述气缸中的自燃引起的第二HRR的第二滤波后的HRR信号；

基于所述第一和第二滤波后的HRR信号确定所述气缸的自燃能量；以及

基于所述自燃能量有选择地调整所述发动机的自燃。

说明书全文

用于估计和减少发动机的自燃和爆震的方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及用于估计发动机的燃烧室中的自燃能量的方法和系统，尤其地涉及用于减少发动机中的自燃和爆震的系统和方法。

背景技术

[0002] 在此提供的背景描述是为了大体地介绍本发明的背景。目前署名的发明人的工作就其在该背景部分中描述的程度、以及描述的在提交的时候可能不能构成现有技术的方面既不明确地也不隐含地被承认为抵触本发明的现有技术。

[0003] 内燃机在气缸中燃烧空气与燃料的混合物，并由此产生驱动转矩。燃烧出现在由气缸限定的燃烧室中。燃烧可由向空气燃料混合物供应能量并由此启动燃烧的火花引发。一旦启动，燃烧室中的燃烧沿火焰前锋延续一时段。燃烧的正时通常可通过控制火花的正时来控制。可相对于在气缸内往复运动的活塞的位置和/或耦联至活塞的曲轴的旋转位置来控制火花的正时。例如，可相对于活塞的上止点(TDC)位置控制火花的正时。在TDC处，燃烧室的容积达到其最小容积。

[0004] 当由火花引发燃烧所产生的压力波传播得比火花引发燃烧的火焰前锋快时，可能出现燃烧室内的空气燃料混合物的一部分的自燃。压力波可导致气缸内焰前气体中快速的压力升高，这引起焰前气体自着火(即自燃)。焰前气体的自燃可导致焰前气体整个容积的快速燃烧或爆震。焰前气体的自燃导致快速的放热，该热的快速释放引起气缸压力的快速上升，该气缸压力的快速上升可使气缸压力以燃烧室的固有音频共振。压力波的持续振荡可使燃烧室的金属表面振动，并产生称为发动机爆震的可听音。因此，发动机爆震可响应由焰前气体的自燃所引起的快速压力升高以及得到的放热以燃烧室的脉冲响应的形式存在。

[0005] 发动机可设置有检测发动机爆震的存在和强度的爆震控制系统。已研发检测发动机爆震的存在的多种方案。在一种方案中，加速度计感测由于燃烧室中的振荡压力波而在发动机机体结构中引起的机械振动。机械振动的能量用作发动机爆震的强度的指标。爆震强度可由多种方法中的一种方法确定，诸如振荡波形的平方的积分或振荡的最大峰-峰值。在另一方案中，压力传感器感测气缸压力，并由此检测气缸压力的振荡。类似于机体结构振动法，压力振荡的能量用作爆震强度的指标。

[0006] 基于爆震强度，可采取校正作用以禁止发动机爆震。例如，可延迟发动机火花正时，以便将燃烧速率降低至防止发动机爆震出现的速率。同样地，可在发动机研发期间提供爆震控制系统，以帮助形成减少发动机爆震出现的发动机火花校准。在产品发动机中，可提供爆震控制系统，以将火花正时实时调整至发动机爆震消失的点。

发明内容

[0007] 本公开提供用于估计自燃能量和确定可用于采取禁止发动机爆震出现的校正作用的自燃能量度量的方法和系统。

[0008] 在一种形式中，本公开提供一种用于发动机的控制系统，其包括放热速率(HRR)模块、第一滤波器模块、第二滤波器模块、自燃能量确定模块、和校正作用模块。HRR模块基于发动机的气缸的缸内压力产生HRR信号。第一滤波器模块通过滤波HRR信号产生指示由气缸中的燃烧引起的第一HRR的第一滤波后的HRR信号。第二滤波器模块通过滤波HRR信号与第一滤波后的HRR信号其中之一产生指示由气缸中的自燃引起的第二HRR的第二滤波后的HRR信号。自燃能量确定模块基于第一和第二滤波后的HRR信号确定气缸的自燃能量。校正作用模块基于自燃能量有选择地调整发动机的自燃。

[0009] 在一个特征中，第一滤波器模块可通过将低通滤波器应用于HRR信号来产生低通滤波后的HRR信号，和可通过将带通滤波器应用于HRR信号和将高通滤波器应用于低通滤波后的HRR信号之一来产生带通滤波后的HRR信号。在相关的特征中，基于低通和带通滤波后的HRR信号确定自燃能量。

[0010] 在另一特征中，控制系统还可包括窗确定模块，其基于低通滤波后的HRR信号为自燃事件确定搜索窗，和基于带通滤波后的HRR信号和搜索窗为自燃事件确定自燃事件窗。在相关的特征中，自燃确定模块基于由带通滤波后的HRR信号的与自燃事件窗对应的段限定的面积确定自燃能量。在另一相关的特征中，窗确定模块可将搜索窗设定成开始于低通滤波后的HRR信号的最大峰值处的第一曲轴位置和低通滤波后的HRR信号的拐点处的第二曲轴位置其中之一。搜索窗可具有作为发动机的转速、负荷、和温度其中之一的函数的预定持续时间。预定持续时间还可基于燃烧事件期间释放的总热的预定百分数。

[0011] 在另一相关特征中，窗确定模块可找出搜索窗内带通滤波后的HRR信号的最大峰值的位置，确定在峰值之前带通滤波后的HRR信号上升至超过第一水平的第一曲轴位置，确定在峰值之后带通滤波后的HRR信号下降至低于第二水平的第二曲轴位置，和将自燃事件窗设定成开始于第一曲轴位置并终止于第二曲轴位置。在相关的特征中，第一和第二曲轴位置可对应于带通滤波后的HRR信号的二阶导数中最靠近带通滤波后的HRR信号的一阶导数近似等于零的最大峰值的正峰值。在另一相关特征中，自燃能量确定模块可通过对自燃事件窗上的带通滤波后的HRR信号积分来确定气缸的自燃能量。

[0012] 在另外的特征中，自燃确定模块可确定对于气缸的多个燃烧循环的移动平均自燃能量。在相关的特征中，校正作用模块可基于移动平均自燃能量与阈值能量的比较有选择地调整自燃。

[0013] 在更进一步的特征中，控制系统还可包括度量确定模块，其基于对于发动机的多个气缸的自燃能量的最大值与对于发动机的多个气缸的最大移动平均自燃能量其中之一确定所述发动机的自燃能量度量。在相关的特征中，校正作用模块可基于阈值能量与自燃能量的最大值和最大移动平均自燃能量其中之一的比较有选择地调整所述自燃。

[0014] 在另一形式中，本发明提供一种用于控制发动机的方法，其包括：基于发动机的气缸的缸内压力产生HRR信号；通过滤波HRR信号产生指示由气缸中的燃烧引起的第一HRR的第一滤波后的HRR信号；通过滤波HRR信号与第一滤波后的HRR信号其中之一产生指示由气缸中的自燃引起的第二HRR的第二滤波后的HRR信号；基于第一和第二滤波后的HRR信号确定气缸的自燃能量；以及基于自燃能量有选择地调整发动机的自燃。

[0015] 在一个特征中，产生第一滤波后的HRR信号可包括将低通滤波器应用于HRR信号，和产生第二滤波后的HRR信号可包括将带通滤波器应用于HRR信号和将高通滤波器应用于低通滤波后的HRR信号其中之一。在相关的特征中，基于低通和带通滤波后的HRR信号确定自燃能量。

[0016] 在另一特征中，方法还可包括：基于低通滤波后的HRR信号为自燃事件确定搜索窗；以及基于带通滤波后的HRR信号和搜索窗为自燃事件确定自燃事件窗。在相关的特征中，确定自燃能量包括确定由带通滤波后的HRR信号的与自燃事件窗对应的段限定的面积。在另一相关的特征中，确定搜索窗可包括将搜索窗设定成开始于低通滤波后的HRR信号的最大峰值处的第一曲轴位置和低通滤波后的HRR信号的拐点处的第二曲轴位置其中之一。搜索窗可具有作为发动机的转速、负荷、和温度其中之一的函数的预定持续时间。预定持续时间还可基于燃烧事件期间释放的总热的预定百分数。

[0017] 在另一相关的特征中，确定自燃事件窗可包括找出搜索窗内带通滤波后的HRR信号的最大峰值的位置，确定在峰值之前带通滤波后的HRR信号上升至超过第一水平的第一曲轴位置，确定在峰值之后带通滤波后的HRR信号下降至低于第二水平的第二曲轴位置，和将自燃事件窗设定成开始于第一曲轴位置并终止于第二曲轴位置。在相关的特征中，第一和第二曲轴位置可对应于带通滤波后的HRR信号的二阶导数中最靠近带通滤波后的HRR信号的一阶导数近似等于零的最大峰值的正峰值。在另一相关的特征中，确定面积可包括对自燃事件窗上的带通滤波后的HRR信号积分。

[0018] 在另外的特征中，确定自燃能量可包括确定对于气缸的多个燃烧循环的移动平均自燃能量。在相关的特征中，有选择地调整自燃可包括比较移动平均自燃能量与阈值能量。

[0019] 在更进一步的特征中，方法还可包括基于对于发动机的多个气缸的自燃能量的最大值与对于发动机的多个气缸的最大移动平均自燃能量其中之一确定对于发动机的自燃能量度量。在相关的特征中，有选择地调整自燃可包括基于阈值能量与自燃能量的最大值和最大移动平均自燃能量之一的比较。

[0020] 本发明提供以下技术方案：

[0021] 方案1.一种用于发动机的控制系统，包括：

[0022] 放热速率(HRR)模块，其基于所述发动机的气缸的缸内压力产生HRR信号；

[0023] 第一滤波器模块，其通过滤波所述HRR信号产生指示由于所述气缸中的燃烧引起的第一HRR的第一滤波后的HRR信号；

[0024] 第二滤波器模块，其通过滤波所述HRR信号与所述第一滤波后的HRR信号其中之一产生指示由于所述气缸中的自燃引起的第二HRR的第二滤波后的HRR信号；

[0025] 自燃能量确定模块，其基于所述第一和第二滤波后的HRR信号确定所述气缸的自燃能量；以及

[0026] 校正作用模块，其基于所述自燃能量有选择地调整所述发动机的自燃。

[0027] 方案2.根据方案1所述的控制系统，其特征在于，所述第一滤波器模块通过将低通滤波器应用于所述HRR信号来产生低通滤波后的HRR信号，和通过将带通滤波器应用于所述HRR信号或将高通滤波器应用于所述低通滤波后的HRR信号来产生带通滤波后的HRR信号，并且基于所述低通和带通滤波后的HRR信号确定所述自燃能量。

[0028] 方案3.根据方案2所述的控制系统，还包括窗确定模块，其基于所述低通滤波后的HRR信号确定自燃事件的搜索窗，和基于所述带通滤波后的HRR信号和所述搜索窗确定所述自燃事件的自燃事件窗，其中所述自燃确定模块基于由所述带通滤波后的HRR信号的与所述自燃事件窗对应的段限定的面积确定所述自燃能量。

[0029] 方案4.根据方案3所述的控制系统，其特征在于，所述窗确定模块将所述搜索窗设定成开始于所述低通滤波后的HRR信号的最大峰值处的第一曲轴位置和所述低通滤波后的HRR信号的拐点处的第二曲轴位置其中之一，并且所述搜索窗具有作为所述发动机的转速、负荷、和温度其中之一的函数的预定持续时间。

[0030] 方案5.根据方案4所述的控制系统，其特征在于，所述预定持续时间进一步基于燃烧事件期间释放的总热的预定百分数。

[0031] 方案6.根据方案3所述的控制系统，其特征在于，所述窗确定模块找出所述搜索窗内所述带通滤波后的HRR信号的最大峰值的位置，确定在所述峰值之前所述带通滤波后的HRR信号上升至第一水平以上的第一曲轴位置，确定在所述峰值之后所述带通滤波后的HRR信号下降至第二水平以下的第二曲轴位置，和将所述自燃事件窗设定成开始于所述第一曲轴位置并终止于所述第二曲轴位置。

[0032] 方案7.根据方案6所述的控制系统，其特征在于，所述第一和第二曲轴位置对应于所述带通滤波后的HRR信号的二阶导数中最靠近所述最大峰值的正峰值，在所述最大峰值处所述带通滤波后的HRR信号的一阶导数近似等于零。

[0033] 方案8.根据方案3所述的控制系统，其特征在于，所述自燃能量确定模块通过对所述自燃事件窗内的所述带通滤波后的HRR信号积分来确定所述气缸的所述自燃能量。

[0034] 方案9.根据方案1所述的控制系统，其特征在于，所述自燃确定模块确定对于所述气缸的多个燃烧循环的移动平均自燃能量，并且所述校正作用模块基于所述移动平均自燃能量与阈值能量的比较有选择地调整所述自燃。

[0035] 方案10.根据方案1所述的控制系统，还包括度量确定模块，其基于对于所述发动机的多个气缸的所述自燃能量的最大值与对于所述发动机的多个气缸的最大移动平均自燃能量其中之一确定对于所述发动机的自燃能量度量，并且所述校正作用模块基于阈值能量与所述自燃能量的所述最大值和所述最大移动平均自燃能量中的所述一个的比较有选择地调整所述自燃。

[0036] 方案11.一种用于控制发动机的方法，包括：

[0037] 基于所述发动机的气缸的缸内压力产生放热速率(HRR)信号；

[0038] 通过滤波所述HRR信号产生指示由于所述气缸中的燃烧引起的第一HRR的第一滤波后的HRR信号；

[0039] 通过滤波所述HRR信号与所述第一滤波后的HRR信号其中之一产生指示由于所述气缸中的自燃引起的第二HRR的第二滤波后的HRR信号；

[0040] 基于所述第一和第二滤波后的HRR信号确定所述气缸的自燃能量；以及[0041] 基于所述自燃能量有选择地调整所述发动机的自燃。

[0042] 方案12.根据方案11所述的方法，其特征在于，所述产生第一滤波后的HRR信号包括将低通滤波器应用于所述HRR信号，和所述产生第二滤波后的HRR信号包括将带通滤波器应用于所述HRR信号和将高通滤波器应用于所述低通滤波后的HRR信号的其中之一，并且基于所述低通和带通滤波后的HRR信号确定所述自燃能量。

[0043] 方案13.根据方案12所述的方法，还包括：

[0044] 基于所述低通滤波后的HRR信号确定对于自燃事件的搜索窗；以及[0045] 基于所述带通滤波后的HRR信号和所述搜索窗确定对于所述自燃事件的自燃事件窗，其中确定所述自燃能量包括确定由所述带通滤波后的HRR信号的与所述自燃事件窗对应的段限定的面积。

[0046] 方案14.根据方案13所述的方法，其特征在于，所述确定搜索窗包括将所述搜索窗设定成开始于所述低通滤波后的HRR信号的最大峰值处的第一曲轴位置和所述低通滤波后的HRR信号的拐点处的第二曲轴位置其中之一，并且所述搜索窗具有作为所述发动机的转速、负荷、和温度其中之一的函数的预定持续时间。

[0047] 方案15.根据方案14所述的方法，其特征在于，所述预定持续时间进一步基于燃烧事件期间释放的总热的预定百分数。

[0048] 方案16.根据方案13所述的方法，其特征在于，所述确定自燃事件窗包括找出所述搜索窗内所述带通滤波后的HRR信号的最大峰值的位置，确定在所述峰值之前所述带通滤波后的HRR信号上升至第一水平以上的第一曲轴位置，确定在所述峰值之后所述带通滤波后的HRR信号下降至第二水平以下的第二曲轴位置，和将所述自燃事件窗设定成开始于所述第一曲轴位置并终止于所述第二曲轴位置。

[0049] 方案17.根据方案16所述的方法，其特征在于，所述第一和第二曲轴位置对应于所述带通滤波后的HRR信号的二阶导数中最靠近所述最大峰值的正峰值，在所述最大峰值处所述带通滤波后的HRR信号的一阶导数近似等于零。

[0050] 方案18.根据方案13所述的方法，其特征在于，所述确定面积包括对所述自燃事件窗内的所述带通滤波后的HRR信号积分。

[0051] 方案19.根据方案11所述的方法，其特征在于，所述确定自燃能量包括确定对于所述气缸的多个燃烧循环的移动平均自燃能量，并且所述有选择地调整自燃包括比较所述移动平均自燃能量与阈值能量。

[0052] 方案20.根据方案11所述的方法，还包括基于对于所述发动机的多个气缸的所述自燃能量的最大值与对于所述发动机的多个气缸的最大移动平均自燃能量其中之一确定对于所述发动机的自燃能量度量，并且所述有选择地调整自燃包括阈值能量与所述自燃能量的所述最大值和所述最大移动平均自燃能量中的所述一个的比较。

[0053] 本发明适用性的其它领域将通过以下提供的详细说明而变得明显。应理解的是，详细说明和具体的示例仅用于例证的目的，而不用于限制本发明的范围。

附图说明

[0054] 通过详细说明和附图将变得更充分地理解本发明，其中：

[0055] 图1是根据本发明的示例性控制系统的功能框图；

[0056] 图2是根据本发明对于图1所示发动机的单个气缸的放热速率相对曲柄角的曲线图；

[0057] 图3是图解根据本发明对于图1所示发动机的单个气缸的各种放热速率轨迹的另一曲线图；

[0058] 图4是图解根据本发明对于图1所示发动机的单个气缸的各种放热速率轨迹的另一曲线图；

[0059] 图5是根据本发明的示例性发动机控制模块的功能框图；以及

[0060] 图6是图解根据本发明用于控制发动机的方法的示例性步骤的流程图。

具体实施方式

[0061] 以下的说明本质上仅是示例性的，并且决不用于限制本发明、其应用、或使用。为清楚起见，附图中相同的附图标记用于标识相似的元件。如本文所使用的，A、B、和C中的至少一个的短语应解释为表示利用非排它性的逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以不同的顺序执行方法内的步骤。

[0062] 如本文所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的(共用、专用、或分组的)处理器和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能性的其他合适的部件。

[0063] 特别参考图1，示出根据本发明的示例性发动机和爆震控制系统10。发动机和爆震控制系统10包括与控制模块14通讯的发动机12。发动机12如所示可耦联至测力计16，或替代性地可耦联至车辆(未示出)的动力传动系统。控制模块14可与显示器18通讯。

[0064] 发动机12是在气缸内燃烧空气与燃料的混合物以产生驱动转矩的内燃机。如在此所讨论的，发动机12为火花点火类型。发动机12不局限于燃烧特定类型的燃料。同样地，应理解的是，本发明的原理可适用于诸如不局限于汽油发动机和柴油发动机的发动机。发动机12不局限于特定的构造。发动机12如所示可以是往复直列活塞式发动机。替代性地，发动机12可以是往复V型、或旋转式。

[0065] 发动机12可包括一个或多个气缸。用于示例性用途，发动机12包括四个气缸30a、30b、30c、和30d。空气燃料混合物的燃烧驱动位于气缸30a-d内耦联至曲轴20的活塞(未示出)。活塞的往复运动使曲轴20旋转，并由此传输驱动转矩。发动机12可包括感测曲轴
20的旋转的曲轴传感器32。曲轴传感器32可基于感测的旋转产生向控制模块14输出的曲轴信号。基于产生的曲轴信号，控制模块14可确定曲轴位置和转速。这样，控制模块14还可确定发动机转速。

[0066] 发动机12还可包括分别位于气缸30a-d中的压力传感器34a、34b、34c、和34d。每个缸内压力传感器34a-d均感测对应气缸内的压力，并基于感测的压力产生传送至控制模块14的缸内压力信号。

[0067] 控制模块14可以是发动机控制模块、或测力计控制模块、或两者。作为发动机控制模块，控制模块14可调整发动机12的操作。作为测力计控制模块，控制模块14可调整测力计16的操作。控制模块14可基于从发动机12和/或测力计16接收的信号调整操作。控制模块14可将有关发动机12和/或测力计16的操作的信息传送至显示器18。如以下进一步详细讨论的，控制模块14估计发动机12的自燃能量并确定自燃能量度量。基于自燃能量度量，控制模块14有选择地校正自燃。

[0068] 测力计16可测量由发动机12产生的发动机转速和驱动转矩。测力计16可包括通过联接器42耦联至曲轴20的驱动轴40。测力计还可包括转矩传感器44和旋转速度传感器46。转矩传感器44可感测经由联接器42由曲轴20传递至驱动轴40的转矩。转矩传感器44可基于感测的转矩产生如所示可输出至控制模块14和显示器18的转矩信号。旋转速度传感器46可感测测力计16的旋转速度并且可基于感测的旋转速度产生输出至显示器18的测力计速度信号。测力计速度信号还可被输出至控制模块14(未示出)。

[0069] 显示器18可与控制模块14和测力计16通讯，并且可向测力计操作者或车辆操作者传送(例如显示)各种信息。信息可包括发动机12和/或测力计16的一个或多个操作状态。如在此所讨论的，信息可包括估计的自燃能量和自燃能量度量。信息还可包括指示应采取校正作用以调整自燃能量并由此禁止发动机爆震的信息。

[0070] 特别参考图2-4，现在将描述根据本发明通过估计自燃能量和确定自燃能量度量来估计爆震强度的原理。发动机爆震是在自燃期间快速放热的效应。本发明为估计爆震强度提供替代性方案，该估计爆震强度包括估计由自燃期间释放的热产生的自燃能量。同样地，本发明为检测发动机爆震提供方案。由于自燃是先于发动机爆震并且可触发发动机爆震效应的原因，所以自燃是发动机爆震的早期指示器和较敏感的测量。同样地，自燃还是迫近发动机爆震的先兆和有助于产生发动机爆震的发动机操作状态。

[0071] 对于特别的气缸还可从放热速率(HRR)波形观察自燃。可通过标准热力学分析基于作为曲柄角的函数的缸内压力和容积(即燃烧室容积)信息计算HRR。可基于周期的HRR计算在作为曲柄角的函数的信号中产生HRR波形。

[0072] 特别参考图2，在HRR相对曲柄角的曲线图中示出对于单个爆震气缸的示例性HRR波形100。HRR波形100通常为表示视在放热速率的高频波形，其包括灼烧(即燃烧)、燃烧室的共振频率、和测量噪声。测量噪声可由用于产生HRR波形的传感器(例如压力传感器34a-d)、和仪表产生的电噪声组成。测量噪声还可由机械噪声组成，机械噪声由发动机结构中的振动引起和由可提供燃烧室与用于感测缸内压力的压力传感器之间的流体连通的短通道引起的共振频率引起。

[0073] 可从HRR波形100获得表示灼烧的较低频率的波形102。较低频率的波形102俘获灼烧的效应，该灼烧包括火花引发燃烧(即初级燃烧)和与自燃相关联的燃烧。灼烧的自燃成分标记于图2的曲线图中，并且自燃成分由HRR波形中的第二峰表明，该第二峰在表明初级燃烧的具有较大量值的第一峰之后。从较低频率的波形102观察到灼烧的较低频率的组分与压力传感器相对于燃烧室的位置或安装无关。还观察到的是，测量对噪声不太灵敏。

[0074] 从波形100、102，发动机爆震和噪声的出现可视为波形100较高频率的组分在较低频率的波形102之上的叠加。如图2中所图解的，自燃事件由在第二峰中表示的放热速率的快速提高表明，并且在与发动机爆震事件相关联的一段高频率和高振幅的振荡之前。尽管在自燃事件之前和在自燃事件期间在HRR波形100中存在一些高频率的振荡，但HRR波形100继自燃事件开始之后变成调制波形。调制波形证明产生重叠在较低频率的波形102之上的拍频或调制的包括燃烧室的固有音频的多个频率的组合。

[0075] 自燃事件可由表征自燃事件的强度(即自燃强度)的特征的度量描述。自燃强度直接对应于爆震强度。尤其地，较高的自燃强度对应于较高的爆震强度，并且反之亦然。自燃强度可由一个或多个度量描述，包括在自燃事件期间HRR升高的峰值速率和在自燃事件期间HRR降低的峰值速率。在共同受让的美国专利申请No.12/412,729中公开了在自燃事件期间利用HRR升高的最大速率描述自燃强度的方法和系统。

[0076] 自燃强度还可由使自燃期间由释放的热产生的自燃能量量化的度量描述。本发明提供用于估计产生的自燃能量和基于估计的自燃能量确定自燃能量度量的方法和系统。在该方法中，通过将自燃组分从原始HRR波形(例如波形100)分离出来估计自燃能量。该方法为分出表现自燃事件的特征的原始HRR波形的频率组分的频域方法。从与包括没有爆震、临界爆震、适度爆震、和严重爆震的各种发动机爆震水平对应的原始HRR波形的分析已观察到的是，触发自燃的初级燃烧事件具有比得到的自燃事件的频率内容低得多的频率内容。

[0077] 该方法通过滤波原始HRR波形来将原始HRR波形中的自燃信息与初级燃烧信息分离，以去除与爆震和噪声相关联的较高频率。在该步骤中可将低通滤波器应用于HRR波形，以去除相关联的较高频率。接下来，可滤波得到的低通滤波HRR波形，以去除与初级燃烧事件相关的较低频率。在该步骤中可将高通滤波器应用于低通滤波后的HRR波形，以去除相关的较低频率。替代地，可将带通滤波器应用于原始HRR波形，以在单个步骤中去除与爆震和噪声相关的较高频率和与初级燃烧事件相关的较低频率。在两种情况下，得到的带通滤波HRR波形表现自燃事件的特征。在图2中示出示例性带通滤波的HRR波形104。

[0078] 现在参考图3-4，在HRR相对曲柄角的曲线图中示出根据前述方法表现自燃事件的特征的其他示例性带通滤波的HRR波形106。为清楚起见，在图3-4中未示出对应的原始未滤波的HRR波形。能通过从对应未滤波的HRR波形滤波与爆震和噪声相关的较高频率获得的示例性低通滤波的HRR波形由附图标记108标识。

[0079] 根据本发明的方法，通过确定自燃事件期间带通滤波的HRR波形106下面的面积110来估计自燃能量。可通过对与自燃事件对应的窗(即自燃事件窗)上的带通滤波的HRR波形106积分来确定面积110。可通过确定带通滤波的HRR波形106内的搜索窗来确定自燃事件窗，在该自燃事件窗内可识别自燃事件。可从低通滤波的HRR波形108确定搜索窗。

[0080] 如上所述，已观察到，自燃在其出现时通常出现在由初级燃烧所引起的放热速率的峰值之后，并且造成放热速率的第二次上升。因此，可将搜索窗设定为开始于一曲柄角，该曲柄角与由低通滤波的HRR波形108指示的放热速率中的峰值对应。

[0081] 然而，自燃可提早地出现于灼烧中并靠近初级燃烧事件将具有放热速率的峰值的点(即曲柄角)。自燃例如可提早地出现在发动机以低速度、高负荷、和高的点火提前操作时。当发生这种情况时，放热速率的峰值可起因于自燃事件，并且放热速率的峰值可出现于自燃事件的峰值。如果将搜索窗设定为开始于与峰值放热速率对应的曲柄角，则可能错过自燃事件。对于这种情况，可将放热速率的拐点用于设定搜索窗的开始。

[0082] 拐点对应于由于自燃事件的突然开始导致的放热速率的快速上升。可从低通滤波的HRR波形108获得的一阶和二阶导数波形检测拐点。拐点出现在二阶导数波形中的大的正峰值、并且一阶导数近似等于零的位置，该二阶导数波形中的大的正峰值其后跟着二阶导数波形中的大的负峰值。在拐点处，一阶导数波形不需要穿过零并且一阶导数可以为正、负、或零。

[0083] 因此，搜索窗可基于低通滤波的HRR波形108和低通滤波的HRR波形108的一阶和二阶导数。特别参考图3，低通滤波的HRR波形108的一阶导数波形由附图标记112标识，而低通滤波的HRR波形108的二阶导数波形由附图标记114标识。可将搜索窗设定为开始于一曲柄角，该曲柄角与无论哪一个先出现的低通滤波的HRR波形108的最大峰值、或低通滤波的HRR波形108的第一拐点对应。

[0084] 低通滤波的HRR波形108的最大峰值之前的拐点指示了自燃事件正引起低通滤波的HRR波形108上升并且放热速率随后的峰值对应于自燃事件的峰值放热速率、而非主点火事件，如上所述。仅为了例证，图3图解放热速率的最大峰值在拐点之前的情形。

[0085] 搜索窗可具有作为发动机转速的函数的校准长度(即持续时间)。这样，可对与不同发动机转速相关的燃烧过程的可变持续时间调整搜索窗。该长度可对应于其中可能出现自燃的曲轴旋转的度数。更具体地说，该长度可对应于其中可能出现自燃事件的峰值放热速率的度数。

[0086] 特别参考图4，自燃事件窗由第一和第二曲柄角界定，其中如由带通滤波的HRR波形106所表示的，由自燃引起的放热速率在自燃搜索窗内的峰值放热速率之前从相对平直的水平升高，并在峰值放热速率之后下降至相对平直的水平。该水平可相对平直，其中带通滤波的HRR的相继值之间的绝对差或预定间隔(即曲轴旋转的度数)内带通滤波的HRR的初始值与最终值之间的差在预定阈值以下。可从带通滤波的HRR波形106获得的一阶和二阶导数波形确定第一和第二曲柄角。峰值放热速率可出现在带通滤波的HRR波形106的一阶导数穿过零并且在带通滤波的HRR的二阶导数中存在负的最小值的位置。

[0087] 可将第一和第二曲柄角设定为最靠近带通滤波的峰值放热速率的曲柄角，其中带通滤波的HRR的二阶导数具有正的最大峰值，而带通滤波的HRR的一阶导数近似等于零。最靠近带通滤波的峰值放热速率，可将第一和第二曲柄角设定为带通滤波的HRR波形106穿过零的曲柄角。替代性地，最靠近带通滤波的峰值放热速率，可将第一和第二曲柄角分别设定为在存在局部最小值的带通滤波的HRR波形106穿过零之前和之后的曲柄角。仅为了例证，图4图解后一种情形。如所示，局部最小值可以是最靠近峰值放热速率的最小值。

[0088] 应指出的是，第一和第二曲柄角其中之一或两者可出现在自燃搜索窗外。带通滤波的HRR波形106的一阶导数波形由附图标记116标识，而带通滤波的HRR波形106的二阶导数波形由附图标记118标识。在图3-4中还指示并图解以下进一步详细描述的搜索窗和自燃事件窗。

[0089] 如以下进一步详细讨论的，对于发动机气缸(例如气缸30a-d)中的一个或多个气缸的一个或多个燃烧循环可基于估计的自燃能量确定自燃能量度量。自燃能量度量可用于调整一个或多个气缸中的自燃能量。可将自燃能量和自燃能量度量用于闭环爆震控制系统，该闭环爆震控制系统通过有选择地调整诸如火花正时的一个或多个发动机操作参数来调整自燃能量。例如，在自燃能量高于预期水平的情况下，可延迟火花正时，以将自燃能量降低至预期水平。相反地，在自燃能量低于预期水平的情况下，可提前火花正时，以将自燃能量提高至预期水平。替代性地或附加地，可取决于自燃能量是否高于阈值能量来选择性地调整(即调整或不调整)自燃能量。

[0090] 特别参考图5，示出并且现在将详细描述控制模块14的示例性实现。控制模块14包括合作以实现前述方法的原理的子模块。在图5中示出并且以下将进一步详细描述示例性子模块。应意识到的是，在替代的实现中，可将子模块组合和/或分开。还应意识到的是，可在可与控制模块14通讯的发动机和爆震控制系统10的其他模块(未示出)中实现子模块中的一个或多个子模块。

[0091] 压力信号生成模块120可基于由相应的压力传感器34a-d产生的信号产生气缸30a-d中的每个气缸的缸内压力信号。压力信号生成模块120可接收由压力传感器34a-d中的每个压力传感器产生的信号。压力信号生成模块120可将接收的信号转换成指示在曲轴20的预定旋转角(即位置)处感测的压力的对应缸内压力信号。同样地，缸内压力信号可指示以曲轴旋转的预定间隔感测的压力。例如，缸内压力信号可指示曲轴旋转每一度的缸内压力。压力信号生成模块120产生缸内压力信号，使得信号可由其他子模块使用。缸内压力信号可以是未滤波的信号。压力信号生成模块120如所示可输出缸内压力信号。

[0092] HRR模块122接收缸内压力信号，并基于接收的对应信号产生气缸30a-d中的每个气缸的未滤波的HRR信号。HRR模块122可通过计算每个燃烧循环的放热速率为气缸30a-d中的每个气缸产生未滤波的HRR信号。HRR模块122可利用以下公式(方程1)计算视在放热速率：

[0093] dQ/dTheta＝[1/(gamma-1)]*V*dP/dTheta+[gamma/(gamma-1)]*P*dV/dTheta[0094] 在方程1中，dQ/dTheta为视在放热速率，gamma为气缸混合物的比热比，V为燃烧室在当前曲柄角处的容积，P为当前曲柄角处的缸内压力，而theta为当前曲柄角。替代地，gamma可以是气缸混合物的基于对应的缸内压力信号确定的多变系数。HRR模块122如所示可输出未滤波的HRR信号。

[0095] 低通滤波器模块124接收未滤波的HRR信号，并且通过滤波接收的信号以去除与爆震和噪声相关联的高频率来产生气缸30a-d中的每个气缸的低通滤波的HRR信号。同样地，低通滤波器模块124可将低通滤波器应用于未滤波的HRR信号中的每个HRR信号，该低通滤波器具有合适地设定成将与灼烧相关的较低频率和与爆震和噪声相关联的较高频率分离的截止频率。低通滤波器模块124如所示可输出低通滤波的HRR信号。

[0096] 高通滤波器模块126接收低通滤波的HRR信号，并且通过滤波接收的信号以从与初级燃烧相关联的较低频率分离与自燃相关联的频率来产生气缸30a-d中的每个气缸的带通滤波的HRR信号。同样地，高通滤波器模块126可将高通滤波器应用于低通滤波的HRR信号中的每个HRR信号，该高通滤波器具有合适地设定成使与初级燃烧相关的较低频率衰减的截止频率。高通滤波器模块126如所示可输出带通滤波的HRR信号。

[0097] 低通和高通滤波器模块124、126可分别将数字滤波器应用于接收的信号。另外，应用的滤波器可以是多种型式中的一种。例如，应用的滤波器可以是增加相移的单通滤波器、不增加相移的前向后向滤波器、或不增加相移的双通滤波器。另外，应用的滤波器可向信号增加取决于应用的滤波器的阶数的延迟。

[0098] 设定应用的滤波器的截止频率，以维持适于通过滤除缸内压力信号中初级燃烧和爆震与噪声的影响来实现良好的自燃能量估计水平的带宽。由低通和高通滤波器模块124、126应用的滤波器的截止频率可改变，并且可以是发动机转速的函数，以便为实现良好的自燃能量估计水平提供合适的噪声降低水平。

[0099] 自燃搜索窗模块128接收气缸30a-d中的每个气缸的低通滤波的HRR信号，并确定带通滤波的HRR信号内的自燃搜索窗，在该自燃搜索窗的位置将进行针对自燃事件的随后的搜索。通过从气缸的低通滤波HRR信号确定在峰值放热速率位置处的曲柄角和在放热速率的第一拐点处的曲柄角，自燃搜索窗模块128为特定的气缸确定搜索窗的开始点。自燃搜索窗模块128将搜索窗的开始设定为首先出现的曲柄角。

[0100] 自燃搜索窗模块128设定搜索窗的终止曲柄角，使得搜索窗具有校准的长度。校准长度可以是发动机转速的函数，使得调整搜索窗，以补偿与不同发动机转速相关的灼烧的可变持续时间。可为各燃烧循环(即以循环接循环为基准)确定搜索窗。自燃搜索窗模块128如所示可输出自燃搜索窗信息(即曲柄角的开始和终止)。

[0101] 如上所述，自燃搜索窗模块128可基于低通滤波的HRR信号的一阶和二阶导数确定峰值放热速率和第一拐点的位置。同样地，自燃搜索窗模块128可处理低通滤波的HRR信号中的每个HRR信号，以获得一阶导数波形和二阶导数波形，可从所述一阶导数波形和二阶导数波形确定搜索窗的开始。

[0102] 在可以前述方式找到搜索窗的开始的同时，可将附加的测量用于禁止峰值放热速率和第一拐点的位置的错误检测。例如，在确定前述位置时可监控累积热释放和缸内压力。通常，已观察到，峰值放热速率和第一拐点出现在接近特定的燃烧循环中释放的百分之五十的累积热的曲柄角处。还观察到，自燃通常出现在由初级燃烧所引起的缸内压力的峰值之后。因此，自燃搜索窗模块128还可基于诸如累积热释放和缸内压力的其他操作测量确定峰值放热速率和第一拐点的位置，并由此建立搜索窗的开始。

[0103] 自燃事件窗模块130接收气缸30a-d中的每个气缸的自燃搜索窗信息和带通滤波的HRR信号。自燃事件窗模块130通过确定出现带通滤波的HRR信号的峰值的搜索窗内的第一曲柄角来为气缸30a-d中的每个气缸确定自燃事件窗。接下来，自燃事件窗模块130确定第二和第三曲柄角，在此处，如由对应的带通滤波的HRR所表示的，由于自燃引起的放热速率分别在峰值之前从相对平直的水平升高和在峰值之后下降至相对平直的水平。

[0104] 在峰值两侧的第二和第三曲柄角对应于自燃事件的开始点和终止点，并限定自燃事件窗。如上所述，自燃事件窗模块130可基于带通滤波的HRR信号的一阶和二阶导数确定对自燃事件窗进行界定的曲柄角。同样地，自燃事件窗模块130可处理带通滤波的HRR信号中的每个HRR信号，以获得一阶导数波形和二阶导数波形，可从所述一阶导数波形和二阶导数波形确定曲柄角。自燃事件窗模块130如所示输出自燃事件窗信息。

[0105] 自燃能量确定模块132接收自燃事件窗信息和带通滤波的HRR信号，并确定气缸30a-d中的每个气缸的自燃能量。自燃能量确定模块132将自燃能量确定为带通滤波的HRR信号的由自燃事件窗限定的段下面的面积。换句话说，自燃能量被确定为带通滤波的HRR信号的在第二与第三曲柄角之间的段下面的面积。自燃能量确定模块132可通过对自燃事件窗上的带通滤波的HRR信号积分来确定自燃能量。面积可包括该段下面的整个面积，并因此可在带通滤波的HRR信号的水平移位的段上进行积分，以避免积分的负面积。可以循环接循环为基准确定自燃能量。自燃能量确定模块132如所示可输出自燃能量。

[0106] 当确定自燃能量时，可处理带通滤波的HRR信号，使得从曲轴旋转每一度指示的HRR信息获得在曲轴旋转分数度处的HRR信息。例如，可获得曲轴旋转的每十分之一或十分之二度的HRR信息。这样，可获得自燃能量更精确的估计。可将合适的插值法应用于带通滤波的HRR信号，以获得曲轴旋转的每十分之一度的HRR信息。替代地，可通过合适的插值法处理缸内压力信号，以获得用于获得每十分之一度的HRR信息的每十分之一度的缸内压力信息。自燃能量确定模块132可输出以前述方式为气缸30a-d中的每个气缸获得的自燃能量。

[0107] 自燃能量度量确定模块134接收对于气缸30a-d中的每个气缸的自燃能量信息，并基于接收的信息确定自燃能量度量(AIEM)。可为每个气缸单独地确定AIEM，或者可确定发动机12的单个AIEM。可以循环接循环为基准或如在此所讨论地以发动机循环为基准确定AIEM。换句话说，每当出现发动机12中的每个气缸的点火时，可确定AIEM一次。每个发动机循环可输出对于发动机12的AIEM。

[0108] 可将AIEM设定为等于对于单个气缸的自燃能量与移动平均自燃能量估计值其中之一。替代性地，可将AIEM设定为对于两个或更多个气缸的自燃能量其中之一与自燃能量的移动平均数中的最大值。如在此所讨论的，通过首先为气缸30a-d中的每个气缸计算自燃能量的移动平均数来确定AIEM。可合适地设定为移动平均数限定数据样本窗的预定数量(N)的燃烧循环数据，以便为各气缸获得更精确地表示在各气缸内出现的自燃事件的量值和频率的自燃能量估计值。移动平均数可通过说明可能的错误检测和通过滤掉正常燃烧可变性的效应来提供较好的估计。接下来，比较气缸中的每个气缸的自燃能量的移动平均数并将AIEM设定为当前最大的移动平均值。

[0109] 比较模块136接收发动机12的AIEM，并将AIEM与目标自燃能量(AIE)相比较。比较模块136输出指示AIEM大于还是小于目标AIE的状态信号。目标AIE可以是存储在存储器中的校准值。替代地，目标AIE可以是诸如但不局限于发动机转速、负荷、和温度的发动机操作状态的函数。目标AIE还可基于存储在存储表中的预定控制参数。比较模块136可在每个发动机循环将AIEM与目标AIE相比较，并输出状态信号以指示AIEM的当前状态。

[0110] 校正作用模块138接收状态信号，并采取校正作用以降低(或提高)自燃能量，使得将AIEM降低(或提高)至目标AIE。校正作用可包括有选择地调整火花正时，以降低(或提高)自燃能量。校正作用可作为将状态信号用作反馈的闭环系统的一部分。闭环系统还可将气缸30a-d中的每个气缸的自燃能量和发动机的AIEM用作反馈。同样地，校正作用模块138如所示可接收自燃能量。校正作用模块138可输出校正作用状态信号，以指示是否正在采取校正作用以将自燃降低(或提高)至目标AIE。

[0111] 特别参考图6，示出根据本发明的示例性方法200。方法200可在诸如上述发动机和爆震控制系统10的爆震控制系统中实现。例如，方法200可在该系统的一个或更多个模块和/或子模块中实现。在发动机研发期间可将方法200用于形成在产品发动机中使用的基本火花正时表，以在各种发动机操作条件下控制火花正时并由此禁止发动机爆震。另外地和/或替代性地，方法200可用于对诸如火花正时的一个或更多个发动机操作条件实现闭环控制的产品发动机系统，以管理自燃并由此禁止发动机爆震。

[0112] 方法200是用于实时估计发动机的自燃能量和爆震强度的基于频域的方法。在此讨论的示例性方法中，方法200以循环接循环为基准估计发动机的气缸(即燃烧室)中的每个中的自燃能量，并确定指示发动机的自燃能量和爆震强度的自燃能量度量。每个发动机循环确定自燃能量度量。

[0113] 方法200基于缸内压力估计自燃能量。可由与相应气缸流体连通的压力传感器、诸如上述压力传感器34a-d感测缸内压力。可以曲轴旋转有规律的间隔获得缸内压力。诸如上述曲轴传感器32的曲轴位置传感器可用于感测曲轴旋转。

[0114] 方法200开始于步骤210，在该步骤210中，控制产生发动机的一个或更多个气缸的缸内压力信号。如在此所讨论的，控制为发动机的每个气缸产生缸内压力信号。各缸内压力信号指示在方法200下合适的曲轴旋转的预定间隔处相应气缸内的压力。已发现当与以较高的分辨率提供缸内压力(或对应的放热速率)的插值法结合时，曲轴旋转每一度产生的缸内压力是合适的。仅用于示例，提供十分之一度与十分之二度之间的缸内压力的插值法可以是合适的。缸内压力信号可以是由感测缸内压力的压力传感器产生的未滤波的信号。曲轴传感器可用于触发缸内压力信号的生成。

[0115] 控制在步骤212中继续，在该步骤212中，控制基于相应的缸内压力信号计算每个气缸的视在放热速率，并为各气缸产生指示计算出的视在放热速率的HRR信号。控制可根据上述方程1计算视在放热速率。HRR信号可以与产生缸内压力信息的曲轴旋转相同的预定间隔指示视在放热速率。

[0116] 控制在步骤214中继续，在该步骤214中，控制通过滤波相应的HRR信号以去除与爆震和噪声相关的高频率来为各气缸产生低通滤波的HRR信号。被滤除的噪声通常由用于产生HRR波形的传感器(例如压力传感器)和任何仪表所产生的电噪声组成。被滤除的噪声通常还由机械噪声组成，机械噪声由发动机结构中的振动和可提供燃烧室与用于感测缸内压力的压力传感器之间的流体连通的短的通道引起的任何共振频率引起。

[0117] 在步骤214中，控制可将低通滤波器应用于未滤波的HRR信号中的每个HRR信号，该低通滤波器具有合适地设定成将与灼烧相关的较低频率和与爆震和噪声相关的较高频率分离的截止频率。低通滤波器可以是离散滤波器，并且可以是多种型式中的一种。例如，低通滤波器可以是增加相移的单通滤波器、不增加相移的前向后向滤波器、或不增加相移的双通滤波器。取决于滤波器的阶数，低通滤波器可向信号增加延迟。

[0118] 控制在步骤216中继续，在该步骤216中，控制通过滤波相应的低通滤波的HRR信号以去除与初级燃烧相关的较低频率来产生各气缸的带通滤波的HRR信号。在步骤216中，控制可将高通滤波器应用于低通滤波的HRR信号中的每个HRR信号，该高通滤波器具有合适地设定成使与初级燃烧相关的较低频率衰减的截止频率。高通滤波器可以是数字滤波器，并且可以是上述各种型式中的一种。

[0119] 控制在步骤218中继续，在该步骤218中，控制确定各气缸的带通滤波的HRR信号内的自燃搜索窗。控制可为气缸的各燃烧事件确定自燃搜索窗。控制通过从气缸的低通滤波HRR信号确定在峰值放热速率位置处的曲柄角和/或在放热速率的第一拐点处的曲柄角来为特定的气缸确定搜索窗的开始点。控制将搜索窗的开始设定为首先出现的曲柄角。当确定峰值放热速率和/或第一拐点的位置时，控制可监控诸如累积热释放和缸内压力的其他操作状态，以避免误测位置。

[0120] 控制可设定搜索窗的终止，使得搜索窗具有预定的长度。长度可以是发动机转速的函数，以补偿与不同发动机转速相关的灼烧的可变持续时间。该长度可对应于可能出现自燃的曲轴旋转内的度数。替代地，控制可将搜索窗的终止设定成对应于对应的气缸燃烧事件中的灼烧期间释放的热的预定百分数。该百分数可以是诸如但不局限于发动机转速、负荷、和温度的一个或更多个发动机操作状态的函数。

[0121] 控制可确定作为曲柄角的峰值放热速率的位置，在该位置处，低通滤波的HRR的一阶导数穿过零，并且在低通滤波的HRR的二阶导数中存在负的最小值。因此，控制可处理低通滤波的HRR信号中的每个HRR信号，以获得一阶和二阶导数信号。控制可基于低通滤波的HRR信号的一阶和二阶导数确定第一拐点。尤其地，可通过确定放热速率的二阶导数存在大的正峰值处、和一阶导数近似等于零处的曲柄角来确定第一拐点，该二阶导数中的大的正峰值之后跟着放热速率的大的负峰值。因此，在步骤218中，控制可处理低通滤波的HRR信号中的每个HRR信号，以获得一阶导数波形和二阶导数波形，控制可从所述一阶导数波形和二阶导数波形确定搜索窗的开始。

[0122] 控制在步骤220中继续，在该步骤220中，控制确定各带通滤波的HRR信号的自燃事件窗，各带通滤波的HRR信号在随后的步骤中被处理以估计自燃事件的自燃能量。控制基于对应的自燃搜索窗确定对于带通滤波的HRR信号中的每个HRR信号的自燃事件窗。

[0123] 控制可确定搜索窗内出现对应的带通滤波的HRR信号的峰值的第一曲柄角。控制可将自燃事件窗的开始点和终止点设定成分别对应于第二和第三曲柄角，其中由带通滤波的HRR信号表示的放热速率在峰值之前从相对平直的水平升高并在峰值之后下降至相对平直的水平。控制可基于带通滤波的HRR信号的一阶和二阶导数确定峰值放热速率的位置。因此，控制可处理带通滤波的HRR信号中的每个HRR信号，以获得对应的一阶和二阶导数信号。控制可确定带通滤波的HRR信号的一阶导数穿过零并且在带通滤波的HRR的二阶导数中存在负的最小值的作为曲柄角的位置。找到自燃搜索窗内的零交叉相当于找到上述带通滤波的HRR信号的峰值放热速率。

[0124] 控制可确定作为最靠近峰值放热速率的第二和第三曲柄角的位置，其中带通滤波的HRR的二阶导数具有正的最大值，而带通滤波的HRR的一阶导数近似等于零。可将第二和第三曲柄角设定成带通滤波的HRR穿过零位置处的曲柄角。第二和第三曲柄角其中之一或两者可超出自燃搜索窗的范围。

[0125] 控制在步骤222中继续，在该步骤222中，控制基于对应的带通滤波的HRR信号和自燃事件窗来确定每个气缸的自燃能量。控制可基于带通滤波的HRR信号以循环接循环为基准确定各气缸的自燃能量。控制通过确定带通滤波的HRR信号的与自燃事件窗对应的段下面的面积来确定自燃能量。控制可通过对对应的自燃事件窗上相应的带通滤波的HRR信号积分来确定各气缸的自燃能量。控制在确定自燃能量时可对水平移位的带通滤波HRR信号积分。

[0126] 当确定自燃能量时，控制可处理自燃事件窗内的带通滤波的HRR信号，使得可以比产生HRR信息的预定间隔短的曲轴旋转的间隔获得HRR信息。例如，控制可处理带通滤波的HRR信号，以获得自燃事件窗内曲轴旋转的每十分之一度的HRR信息。控制可利用诸如插值法的各种合适的方法中的一种，以获得具有更高的保真度的HRR信息。这样，可在步骤222中确定的自燃能量估计值的准确度与步骤210-216产生缸内压力和HRR信息的频率之间实现合适的平衡。

[0127] 控制在步骤224中继续，在该步骤224中，控制基于步骤222中各周期确定的自燃能量来为各气缸确定移动平均点火能量。控制可确定移动平均自燃能量，以说明爆震可能的错误检测并滤掉气缸内正常燃烧可变性的效应。这样，控制可为气缸获得更精确地表示气缸的自燃事件的量值和频率的自燃能量估计值。控制可确定方法200下合适的预定数量(N)的燃烧循环的简单移动平均数。

[0128] 控制在步骤226中继续，在该步骤226中，控制基于一个或更多个气缸的自燃能量确定自燃能量度量。控制可将自燃能量度量设定成等于对于单个气缸的自燃能量和移动平均自燃能量估计值其中之一。替代性地，控制可比较对于两个或更多个气缸的自燃能量和/或移动平均自燃能量估计值，并且可将对于给定的发动机循环的自燃能量度量设定为自燃能量或移动平均自燃能量估计值中的最大值。如在此所讨论的，控制比较对所有气缸的移动平均点火能量估计值，并将对于给定的发动机循环的自燃能量度量设定为最大移动平均自燃能量估计值。

[0129] 控制在步骤228中继续，在该步骤228中，控制比较对于当前发动机循环的自燃能量度量与阈值自燃能量。如果对于当前发动机循环的自燃能量度量高于阈值自燃能量，则控制在采取校正作用的步骤230中继续，否则控制如所示返回。阈值自燃能量可以是与发动机将在低于该爆震强度的情况下被操作的爆震强度对应的预定值。可基于实现改善的发动机性能和可靠性和/或发动机爆震的可听感知减弱来预先确定目标自燃能量。

[0130] 在步骤230中，控制启动校正作用以减少发动机的一个或更多个气缸中的自燃，并且控制返回以便为下一周期开始另一控制回路。一旦在步骤230中启动校正作用，则控制可通过调整一个或更多个发动机操作状态来减少自燃。例如，控制可通过延迟火花正时来减少自燃。校正作用可包括一个或更多个发动机操作状态的闭环控制，以将发动机中的自燃维持在或维持低于阈值自燃能量。闭环控制可采用通常的阈值和滞环控制法，以防止过度积极的校正作用。

[0131] 能以各种形式实现本发明宽广的教导。因此，尽管本发明包括特定的示例，但由于通过对附图、说明书、和所附权利要求书的研究，其它的改进将对熟练的从业者变得显而易见，所以本发明的真实范围不应受限制。

标题	发布/更新时间	阅读量
爆震传感器-专利编号CN103674416A	2020-05-13	304
爆震传感器-专利编号CN101629863B	2020-05-11	916
爆震的检测-专利编号CN100520031C	2020-05-11	424
爆震的检测-专利编号CN1796753A	2020-05-12	1035
爆震传感器-专利编号CN103328944A	2020-05-13	877
爆震传感器-专利编号CN1755340A	2020-05-13	989
爆震传感器-专利编号CN103328944B	2020-05-11	909
爆震发动机-专利编号CN104870780A	2020-05-11	881
爆震传感器-专利编号CN100451590C	2020-05-12	492
爆震传感器-专利编号CN1971228A	2020-05-12	866

用于估计和减少发动机的自燃和爆震的方法和系统

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