用于内燃发动机的具有电离和数字反馈的点火线圈的制作方法

专利名称：用于内燃发动机的具有电离和数字反馈的点火线圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃发动机中用于控制和诊断的具有电离和数字反馈的点火线圈。
背景技术：
制造商一直致力于通过使用更加成熟的感测和处理硬件及软件来改进对内燃发 动机的控制，以改善燃料的经济性和性能同时降低排放。电离信号感测(或离子感测)将 偏置电压施加于设置在燃烧室内的传感器以指示产生燃烧品质和正时的信号。先前的发动 机控制策略使用这个信号来监测或控制燃烧过程。在火花放电期间，电离信号一般被活化 放电后的电离波形掩盖或覆盖，而在燃烧期间，电离信号被分析以用于控制和诊断，例如在 美国专利6，865，929中所说明。对于火花点火发动机，通过在跨过火花塞的空气间隙或火 花塞电极和缸壁之间施加偏置电压，一个或多个火花塞可在产生火花引起燃烧后被用作离 子传感器。火花点火内燃发动机可被配置为点火系统，所述点火系统以每个汽缸具有两个或 更多个火花塞为特征以适应可变的燃料应用，或者为更稀的空/燃比提供更多的点火能量 以改进燃烧并且改善燃料经济性。多个火花塞可由共用点火线圈供能以改进这些应用的成 本效益。然而，由共用点火线圈供能的多火花塞应用对于实施离子感测技术以及点火线圈 控制和诊断存在多种挑战。同样地，对于多于一个汽缸使用具有单个点火控制线路的多路 或者“线或”(wired-OR)设置的每个汽缸单个火花塞应用对于离子感测和点火线圈控制与 诊断存在挑战。例如，在共用信号线上来自两个或多于两个火花塞或其他离子传感器组合 或相加的反馈信号或电离电流信号可导致离子感测信号中的高频分量及相关变量的衰减 或消除，使之难于与实际燃烧性能相关联。在两个或多于两个火花塞之间火花持续时间的 差值可覆盖部分发动机周期的离子信号，从而不能提供燃烧信息。此外，火花放电的电磁耦 合还可使离子感测信号失真。使用隔离装置来解决这些问题的系统和方法在共有且未决的 美国专利申请11/929，949中被公开，其全部内容作为参考并入本文。本发明的系统和方法 相对各种现有技术的策略提供了额外的优点，并适用于多种应用。

发明内容
用于控制内燃发动机的系统和方法，包括与至少一个汽缸关联的点火线圈，所 述点火线圈在达到第一阈值电荷水平后和火花放电前的点火线圈充电期间产生预放电 (pre-discharge)电离信号，以及响应所述预放电电离信号确定发动机运行情况，例如提前 点火(pre-ignition)或火花塞被积垢。在一个实施例中，点火线圈响应于达到阈值电荷水 平时电流通过持续时间的点火线圈充电而提供第一数字信号。在另一实施例中，点火线圈 包括在预放电时间段期间产生数字信号的逻辑，以便于经由共用反馈信号线路连接的至少 一个其他多个线圈的电离信号监视。在一个实施例中，电离线圈包括提供至少两个数字反 馈信号以描述每个汽缸周期期间的四个监视时间段的逻辑，所述汽缸周期包括至少一个电 离信号监视时间段，以结合燃烧正时和燃烧品质提供点火线圈的电流通过持续时间(电流通过点火线圈的主电路的持续时间以产生火花(dwell))和火花持续时间的指示。在一个实施例中，确定发动机的运行状态由嵌入点火线圈的控制逻辑执行。在另一个实施例中，点火线圈是具有嵌入式控制逻辑的主点火线圈，并且其中点 火线圈与使用标准通信协议的至少一个控制器通信。根据另一方面，提供了一种控制内燃发动机的方法，所述内燃发动机具有与至少 一个火花塞关联的点火线圈。所述方法包括在每个燃烧周期期间从所述点火线圈产生至少 两个数字反馈信号，其中至少第一数字反馈信号且响应点火控制信号于先于火花放电而产 生；并且在产生所述第一数字反馈信号之后产生第三信号，第三信号是数字反馈信号或预 放电电离电流信号；并且响应于所述至少两个数字反馈信号和第三信号控制发动机。在一个实施例中，来自至少两个点火线圈的信号被合并并且通过单个导线发送到 控制器，该方法进一步包括响应超过对应火花塞积垢阈值的第三信号确定火花塞积垢条情 况。在另一个实施例中，当点火线圈充电到第一阈值时第一反馈信号中止，其中第一 阈值小于火花放电阈值。在另一个实施例中，当点火线圈充电到第一阈值时第一反馈信号中止，其中第一 阈值小于火花放电阈值，响应点火控制信号中的转变，第二数字信号被产生同时点火线圈 充电超过第一阈值。在另一个实施例中，当点火线圈充电到第一阈值时第一反馈信号中止，其中第一 阈值小于火花放电阈值，响应升为高电位的点火控制信号，第三数字信号被产生同时点火 线圈充电超过第一阈值。在另一个实施例中，当点火线圈充电到第一阈值时第一反馈信号中止，其中第一 阈值小于火花放电阈值，该方法进一步包括在单个汽缸的单个燃烧周期期间，重复充电点 火线圈以产生重复点火信号直到第三信号超过与到达火花塞的火焰前端相关的阈值。在另一个实施例中，第三信号是预放电电离电流信号，该方法进一步包括基于预 放电电离信号的至少一个特性检测提前点火。在另一个实施例中，该方法进一步包括基于第二数字反馈信号之后的电离信号的 斜坡与峰值位置检测提前点火。在另一个实施例中，来自至少第一和第二点火线圈的反馈信号在到达发动机控制 器之前被合并，并且其中第三信号是预放电电离信号，该方法进一步包括当合并预放电电 离信号超过第一火花塞积垢阈值时确定与第二线圈相关的积垢火花塞。在另一个实施例中，来自至少第一和第二点火线圈的反馈信号在到达发动机控制 器之前被合并，并且其中第三信号是预放电电离信号，该方法进一步包括当合并预放电电 离信号超过第一火花塞积垢阈值时确定与第二线圈相关的积垢火花塞，该方法进一步包括 当组合预放电电离信号超过比第一火花塞积垢阈值更大的第二火花塞积垢阈值时确定与 第一线圈相关的积垢火花塞。在另一个实施例中，来自至少第一和第二点火线圈的反馈信号在到达发动机控制 器之前被合并，并且其中第三信号是数字反馈信号，该方法进一步包括，当合并的第三信号 不同于预定信号水平时确定与第二线圈相关的积垢火花塞。根据另一方面，提供了一种用于控制内燃发动机的系统。所述系统包括控制器；和与所述控制器通信的点火线圈和至少一个火花塞，所述点火线圈在每个燃烧周期期间产生 至少第一数字反馈信号和第二数字反馈信号，其中第一数字反馈信号响应于来自控制器的 点火控制信号先于火花放电而产生。在一个实施例中，点火线圈响应第一点火控制信号转变将第一数字反馈信号设为 高电位，并当点火线圈充电到第一阈值时将第一数字信号设为低电位，第一阈值低于火花 放电阈值。在另一个实施例中，点火线圈响应第二点火控制信号转变将第二数字反馈信号设 为高电位，并当火花放电完成时将第二数字信号设为低电位。在另一个实施例中，点火线圈在产生第一数字反馈信号后产生第三信号。在另一个实施例中，点火线圈在产生第一数字反馈信号后产生第三信号，第三信 号是数字反馈信号。在另一个实施例中，点火线圈在产生第一数字反馈信号后产生第三信号，第三信 号是数字反馈信号，第三信号是预放电电离信号并且其中控制器基于该预放电电离信号确 定火花塞状态。在另一个实施例中，点火线圈在产生第一数字反馈信号后产生第三信号，点火线 圈在产生第二数字反馈信号后产生第四信号。在另一个实施例中，点火线圈在产生第一数字反馈信号后产生第三信号，点火线 圈在产生第二数字反馈信号后产生第四信号，并且第四信号是电离信号。本发明包括具有各种优点的实施例。例如，本发明包括在具有多路反馈信号的应 用中允许提前点火燃烧或积垢火花塞情况检测的实施例。本发明的实施例可被用于具有多 路反馈信号的多火花塞汽缸和单火花塞汽缸的应用中。本发明的多个实施例提供了可用于 点火线圈电流通过持续时间控制和诊断的数字反馈信号，以及火花持续时间控制和诊断的 数字信号。本发明还包括提供点火线圈电流通过持续时间和火花持续时间反馈用于控制在 单个燃烧周期期间的多次放电(multi-strike)或重复火花事件的次数和持续时间的实施 例。通过下文对优选实施例的详细描述并结合附图，本发明的上述优点和其他优点及 特征将更加明显。


在此所说明的本发明的实施例被引用于权利要求中。然而，通过结合附图并参考 以下详细说明，这些实施例可被最好地理解，并且其他特征将更加明显。其中图1是根据本发明使用来自点火线圈的反馈信号用于控制和/或诊断的系统或方 法的一个实施例的示意图；图2说明根据本发明的一个实施例的来自点火线圈的理想反馈信号；图3说明根据本发明在火花放电之前用于检测提前点火的点火线圈反馈信号的 一个实施例；图4说明根据本发明的一个实施例在火花放电之后用于提前点火检测的反馈信 号；图5是根据本发明的一个实施例说明具有多路或者“线或”(wire-OR)点火线圈反馈信号的系统的方块图；图6说明根据本发明的一个实施例用于检测非点火汽缸上的积垢火花塞的多路 系统的反馈信号；图7说明根据本发明的一个实施例用于检测点火汽缸上的轻微积垢火花塞的多 路系统的反馈信号；图8说明根据本发明的一个实施例在具有用于在预放电期间检测积垢火花塞的 第三数字反馈信号的多路系统的替代实施方式中的反馈信号；图9说明根据本发明的一个实施例的带有可替换信号水平或极性的反馈信号；图10是根据本发明的一个实施例带有电离感测和数字反馈的点火线圈的示意 图；图11说明根据本发明的一个实施例在高发动机转速处检测的火花末期的信号；图12说明根据本发明的一个实施例导致火花和燃烧的点火线圈保护装置的反馈
信号；图13说明根据本发明的一个实施例导致无火花和失火的点火线圈保护装置的反
馈信号；图14说明根据本发明的一个实施例带有不足线圈充电电流通过持续时间信号的 点火线圈的反馈信号；图15说明根据本发明的一个实施例在检测失火中使用的点火线圈的反馈信号；图16说明根据本发明的一个实施例指示有火花失火但无燃烧的点火线圈的反馈
信号；图17说明根据本发明的一个实施例指示无火花失火且无燃烧的点火线圈的反馈
信号；图18说明根据本发明的一个实施例指示失火且命令点火线圈中无响应的点火线 圈的反馈信号；图19说明根据本发明的一个实施例指示线圈电子元件中的异常的点火线圈的反
馈信号；图20说明根据本发明的一个实施例用于多次放电操作控制的点火线圈的反馈信 号；并且图21说明根据本发明的实施例控制内燃发动机的系统或方法的运行，所述内燃 发动机具有提供数字反馈和电离感测的点火线圈。
具体实施例方式如本领域技术人员将理解，参考任一

和描述的实施例的多个特征可与一 个或多于一个个其他附图中说明的特征相组合，以产生未明确说明或描述的实施例。所说 明特征的组合提供了用于一般应用的代表性实施例。然而与本发明的学说一致的特征的各 种组合和修改对于特定的应用或实施方式来说是需要的。在说明中使用的代表性实施例一 般涉及每个汽缸具有至少一个火花塞的多汽缸内燃发动机，所述火花塞还作用为电离传感 器。然而，本发明的的教示还可在其他应用中使用。本领域技术人员能够意识到带有其他 发动机/车辆技术的相似的应用或实施方式。
系统10包括具有由汽缸12表示的多个汽缸和对应的燃烧室14的内燃发动机。本 领域的技术人员将理解，系统10包括各种传感器或致动器以有效控制发动机。通过说明和 描述的致动器或传感器，可为发动机提供单个传感器或致动器，或者为每个汽缸12提供一 个或多个传感器或致动器。例如，每个汽缸12可包括运行在多汽缸发动机中每个汽缸的进 气阀16和排气阀18的四个致动器。然而，发动机可仅包括单个发动机冷却剂温度传感器 20。控制器22，有时被称作发动机控制模块(ECM)、传动控制模块(PCM)或车辆控制模 块(VCM)，其具有与存储管理单元(MMU)25通信的微处理器24，所述微处理器24是中央处 理单元(CPU)的部分。MMU 25控制各种计算机可读存储介质之间的数据流动并且通信到达 和来自CPU24数据。计算机可读存储介质优选地包括例如只读存储器(ROM) 26、随机存取 存储器(RAM) 28和保持储器(KAM)中的易失性和非易失性存储器。当CPU 24断电时KAM 30可被用来存储各种运行变量，例如在此说明的燃料调整值和校正值。计算机可读存储介 质可使用任何数目的已知存储装置，例如PR0M (可编程只读存储器)、EPR0M(电子PROM)、 EEPR0M(电子可擦除PR0M)、闪存或任何能够存储数据的其他电、磁、光或组合存储器装置 来实施，其中一些数据被表示为可执行指令，所述数据由CPU 24在控制发动机或安装所述 发动机的车辆中使用。计算机可读存储介质还可包括软盘、⑶-ROM、硬盘和类似物。一些控 制器结构不包含MMU 25。如果不使用MMU 25，那么CPU 24管理数据并且直接连接至ROM 26、RAM 28和KAM 30。当然，可使用多于一个CPU 24来为发动机提供控制并且控制器22 可包含联接至MMU 25或CPU 26的多个ROM 26、RAM 28和KAM 30，这取决于具体的应用。 同样地，各种发动机和/或车辆控制功能由整体式控制器，例如控制器22来执行，或者通过 与一个或多个专用目的控制器组合或单独使用一个或多个专用目的控制器来控制。在一个实施例中，计算机可读存储介质包括表示为由控制器22可执行的指令的 存储数据或代码，以控制每汽缸具有至少一个火花塞的多汽缸内燃发动机，所述多汽缸内 燃发动机带有提供数字反馈和电离感测的相关点火线圈。实施例可包括每个点火线圈具有 单个火花塞、每个点火线圈具有多个火花塞或如在此所说明的在单个线路上组合的多个反 馈信号。本发明的教示独立于相对于相关火花塞或发动机控制器的点火线圈的具体定位。计算机可读存储介质中存储的代码包括分析来自点火线圈中反馈信号的指令，这 些指令用于各种诊断和控制功能。在一个实施例中，点火线圈在达到第一阈值电荷水平后 和火花放电前的点火线圈充电期间产生预放电电离信号。控制器22响应于如在本文中以 更多细节说明的预放电电离信号而分析所述信号从而确定发动机运行情况。在一个实施例 中，代码包括响应于来自相关点火线圈的第一和第二数字反馈信号在单个汽缸中单个燃烧 周期期间控制重复火花放电的次数和持续时间的指令。系统10包括向控制器22供电的电子系统，所述电子系统至少部分地由提供标定 电压(VBAT)的电池116供电，所述标定电压一般是12V或24V。如本领域的技术人员将 理解的，标定电压是平均设计电压，其中由电池提供的实际稳定状态和瞬态电压响应于各 种环境和运行情况而改变，所述环境和运行情况可包括例如老化、温度、充电状态和电池负 载。如本领域已知的，对于各种发动机/车辆附件的供电可通过交流发电机/发电机在发 动机运行期间实施。高压电源120可提供在使用直接喷射和/或为离子电流感测提供偏置 电压的应用中。可替换地，离子感测电路可被用于使用点火线圈和/或已知的电容放电电路来产生偏置电压。在具有单独高压电源的应用中，电力供给120产生相对于标定电池电压的升高的 标定电压，VB00ST并且取决于具体的应用和实施方式可在例如85V-100V的范围中。电源 120可被用为燃料喷射器80和一个或多个电离传感器供电，其可通过至少一个火花塞86、 88或者通过提供反馈信号至控制器22的专用电离传感器来实施。虽然图1说明了每汽缸 具有两个火花塞86、88的应用，但是本发明的控制系统和方法适用于每汽缸仅具有单个火 花塞的应用和可包括一个或多于一个可替代传感器以提供燃烧品质、正时和诊断指示的应 用。CPU 24与汽缸14内影响燃烧的多个传感器和致动器经输入/输出(I/O)接口 32 通信。接口 32可被实施为提供各种原始数据和信号情况、处理和/或转换、短路保护和类似 供能的单个整合的接口。可替代地，一个或多个专用硬件或固件芯片可被用于在信号被供 给至CPU 24之前调整并处理具体的信号。通过I/O接口 32在CPU 24的控制下致动的示例 条目包括燃料喷射正时、燃料喷射率、燃料喷射持续时间、节气门位置、火花塞点火正时、电 离电流感测和调节、充电运动控制、阀门正时、排气再循环以及其他。通过I/O接口 32连通 输入的传感器可指示例如活塞位置、发动机转速、车辆速度、冷却剂温度、进气歧管压力、加 速器踏板位置、节气门位置、空气温度、排气温度、排气空燃比、排气成分浓度和空气流动。在运行中，空气穿过进气管34并且经进气歧管被分配至多个汽缸，其中进气歧管 一般由参考符号36指示。系统10优选地包括质量空气流传感器38，其提供对应的信号 (MAF)至控制器22来指示质量空气流动。节气门阀40可被用于调节通过进气管34的空 气流动。基于由控制器22产生对应的节气门位置信号，节气门40优选地被适当致动器42 电子控制。节气门位置信号响应于对应的发动机输出或由操作者经加速器踏板46指示的 需求扭矩而产生。节气门位置传感器48提供反馈信号(TP)至控制器22，以指示节气门40 的实际位置来实施节气门40的闭环控制。歧管绝对压力传感器50被用来提供指示歧管压力的信号(MAP)至控制器22。通 过进气歧管36的空气通过一个或多于一个进气门16的适当控制进入燃烧室14。进气门16 和/或排气门18可使用电磁阀致动器提供可变气门正时(VVT)、使用可变凸轮正式(VCT) 装置控制进气和/或排气门正时、或使用常规凸轮轴设置来控制，其一般由参考号52表示。 取决于所使用的具体技术，汽缸或汽缸组内的空燃比可通过控制进气和/或排气门正时而 被调整，以控制例如内部和/或外部EGR或者控制进气空气流动。在一些应用中，进气空气 和燃料的混合可通过进气歧管管道控制装置或充气运动控制阀76的控制而被增强。在图 1中所说明的实施例中，凸轮轴组件52包括在每个燃烧或发动机周期完成旋转一圈的凸轮 轴54，其对于四冲程发动机来说要求曲轴56旋转两圈，从而凸轮轴52以曲轴56的一半速 度进行旋转。可变凸轮正时或无凸轮VVT发动机应用中的凸轮轴54的旋转或控制器22控 制一个或多个排气门18，以通过排气歧管排出燃烧空气/燃料混合物。排气的一部分可由 排气再循环(EGR)通过EGR回路74被再次引入至进气管36。取决于具体的应用和实施方 式，外部再循环排气可流过EGR冷却器(未示出)并且被实施为增压应用中的高压和/或 低压EGR。EGR阀72可由控制器22控制，以基于当前运行和环境情况控制EGR的量。传感器58提供能够确定凸轮轴旋转位置的信号。汽缸识别传感器58可包括与 凸轮轴54 —起旋转的单齿或多齿传感器轮并且它的旋转由霍尔效应或可变磁阻传感器检测。汽缸识别传感器58可用于识别确定汽缸12内标定活塞64的位置，以用于确定例如燃 料、点火正时和/或离子感测。用于控制发动机的额外的旋转位置的信息由包括齿轮68和 相关传感器70的曲轴位置传感器66提供。排气氧传感器62提供指示排气是否是稀化学计量或富化学计量的信号(EGO)至 控制器22。取决于具体的应用，传感器62可通过HEG0传感器或提供对应富或稀情况的二 态信号的相似装置来实施。可替换地，传感器62可由UEG0传感器或提供与排气原料气成 比例的信号的其他装置来实施。所述信号与如在本文中所说明的由电离传感器提供的信息 相组合可被用来调整空/燃比。此外，EGO信号可被用来控制例如一个或多个汽缸的运行 模式。排气原料气在排放到大气之前通过排气歧管和一个或多个排放控制或处理装置90。燃料输送系统包括带有燃料泵110的燃料箱100，所述燃料泵110用于供给燃料至 共用燃料管道112，所述共用燃料管道112为喷射器80供给加压燃料。在一些直喷应用中， 凸轮轴驱动高压燃料泵(未示出)可与低压燃料泵110组合使用以提供燃料管道112内希 望的燃料压力。燃料压力可通过来自控制器22的对应信号被控制在预定运行范围内。燃 料箱100可包括用于确定燃料箱100内燃料水平和/或压力的一个或多个相关传感器(未 示出)。在图1中所说明的代表性实施例中，燃料喷射器80侧式安装在燃烧室14的进气 侧，一般在进气门16之间，并且响应于来自控制器22由驱动器82处理的命令信号将燃料 直接喷射进入燃烧室14中。当然，本发明的教示还可被用于具有通过汽缸14的顶端或顶 部被中央安装的燃料喷射器80或者例如带有点喷射的配置的应用中。同样地，一些应用可 包括点/直接喷射设置的组合。并且取决于具体的应用和实施方式，驱动器82可包括多种 电子元件和/或电器元件以选择性从高压电源120供电以致动与燃料喷射器80关联，与独 立燃料喷射器80关联或多燃料喷射器关联的电磁线圈。虽然关于直喷应用被说明和说明， 其中燃料喷射器通常需要高压致动，但是本领域的技术人员将认知本发明的教示还可应用 到使用带有每汽缸多喷射器和/或每周期多次喷射的多点喷射或组合策略的应用中。在燃烧周期的适当时刻，控制器22产生由点火系统/线圈84处理的控制信号 (SA)，以在汽缸的作功冲程期间独立控制管理单个汽缸12的至少一个火花塞86、88，以引 起或增强燃烧室14内的燃烧。点火系统/线圈84产生由控制器22和/或其他控制器处 理的多个反馈信号，以实施各种诊断和控制功能。控制器22和/或点火系统/线圈84燃 烧周期期间的适当时刻对至少一个火花塞86、88的施加高压偏置，以使预放电和/或后放 电电离信号感测可用，从而为控制和诊断提供燃烧品质反馈。取决于具体的应用，高压偏置 可跨越火花(空气)间隙或火花塞86、88的中央电极和汽缸12的壁之间而被施加。如上文说明，控制器22处理来自点火系统/线圈84的反馈信号并且实施多种诊 断和控制功能，例如在单个汽缸内的单个燃烧期间确定积垢火花塞、失火、提前点火、线圈 异常或者控制重复火花。多种实施例可包括处理关于一个或多个火花塞86、88的诊断和控 制信号的额外控制器。例如，微控制器和/或专用电器元件可被整合到一个或多个点火线 圈中，用来处理反馈信号并且产生控制信号。主点火线圈可协调相关从点火线圈和主和/ 或从控制器例如控制器22之间的通信和控制。多种通信方案，例如CAN网络可用于关于多 种点火线圈84的控制和反馈的多种功能或从属功能的分配和处理。在一些实施例中，标记 主点火线圈可包含重要处理能力和相关控制逻辑。在此说明的点火线圈控制和反馈功能独立于具体的处理拓扑和分布。如在图1中所示出的，点火系统/线圈84可包括在一个或多个汽缸12中关联一 个或两个火花塞86、88的离子感测回路94。离子感测回路94用来在燃烧周期期间的适当 时刻选择性施加偏置电压至至少一个火花塞86、88，以产生对应的离子感测信号，如通过附 图的代表性电离感测信号所示出的。来自点火系统/线圈84的反馈信号，其包括电离感测 信号和数字反馈信号，通过控制器22的分析可被用于确定一个或多个发动机运行情况，包 括例如燃烧品质和燃烧事件的空/燃比。离子感测信号通过控制器22处理离子感测信号 的至少一个特征被用于多种诊断和燃烧控制目的，所述离子感测信号的至少一个特征例如 峰值、持续时间、积分、正时等等。控制器22包括通过软件和/或硬件实施用于控制系统10的代码。控制器22产生 信号以引起线圈充电和随后对至少一个火花塞86、88的火花放电并且如本文说明的，在燃 烧过程期间的多个点处监视少一个火花塞86、88的电离感测信号。电离感测信号可被用于 提供除了检测包括发动机敲缸、失火、提前点火等等的多种情况之外关于燃烧品质的信息， 以管理燃料经济性、排放和性能。图2说明来自电离点火线圈/点火系统84(图1)的代表性反馈信号。反馈信号 200说明根据本发明的一个实施例合并电离感测和数字反馈信号的代表性反馈信号。根据 本发明，反馈信号200被提供至控制器22 (图1)并且在燃烧周期的至少四个时间段A、B、C 和D期间被分析。如本领域的技术人员将理解，时间段A-D —般是基于发动机运行在持续 时间变化的事件驱动间隔并且可由多种参数测量，例如曲轴角度。对于反馈信号200的电 离感测部分的分析，每个发动机汽缸的每个火花塞或其他电离传感器实施要求的离子感测 信号通过控制器22被收集和存储(图1)。对于每个燃烧事件，在每个火花塞处，最近发动 机汽缸点火的信息可被处理以用于识别多种指示燃烧品质和空/燃比的信号特性或特征， 例如峰值、信号积分区域、导数值或斜坡值、基于这些值的统计值(例如最大值、最小值、平 均值或变量)或对于任一值或统计值的曲轴位置，从而计算确定燃烧品质和诊断。用于确 定燃烧品质和诊断的反馈信号电离感测部分的具体特征或特性可通过应用和实施方式改 变。在共享的汽缸中对于每个点火线圈的离子信号在给定时间或相对在此所说明的期望点 火正时的曲轴角度间隔处采样。如果需要，这些曲线特征、基于时间和/或基于角度的测量 可被平均以用来消除预放电和/或后放电电离感测信号的统计学上的随机分量。如在此所使用的，电离感测信号可包括对应独立燃烧事件或具体传感器、汽缸、周 期等等统计学上平均信号的信号。一般地，足量的取样次数或取样汽缸时间序列被用于保 证对于所有测量的统计显著性。这些测量可使用一组或一个进、一个出的滑动窗方式被收 集。代表一个或多个序列测量的数据元件可被处理，一旦取样大小适合于所希望的统计显 著性，将产生回归方程式。然后，这些回归方程式和/或转移函数可被用来估计以前或即时 发动机燃烧品质/稳定性并且提供多种其他的诊断。回归方程式和/或转移函数可被定期 更新以用于所希望的准确性水平。本领域的技术人员还将认知例如神经式网络的其他系统 可被用来确定来自反馈信号的电离感测部分的信息。当发动机运行时间使用除了电离感测 之外的方法已经足以允许有效燃烧稳定性测量时，这些值可被用来基于电离感测来标定燃 烧稳定性估计的准确性。图2-图21说明代表性燃烧周期期间的来自联接至少一个火花塞86、88的点火线圈84或其他电离传感器的反馈信号。点火线圈反馈信号200在一个或多个间隔A-D期间 被分析用来为相关汽缸的对应燃烧周期或者一般地为整个汽缸组或所有汽缸提供多种诊 断和控制信息。在所说明的多种实施例中，反馈信号200的“A”部分或阶段被分析用于模 拟电离当前信号212，所述电离当前信号一般提供下文将以更多细节说明的汽缸燃烧信息。 点火线圈响应于线圈充电控制信号204在216处被升为高电平并且继续直到点火线圈充电 信号202达到第一阈值电荷水平208时产生第一数字反馈信号214，所述第一阈值电荷水 平208可被看作部分点火线圈电流通过持续时间标志点。在一个实施例中，部分电流通过 持续时间阈值208被设定为整个电流通过持续时间210的大约85%，其中整个电流通过持 续时间由控制信号204过渡到218处的低电平状态而被确定。在标定运行期间，整个电流 通过持续时间足以引起火花跨越相关火花塞放电。然而，取决于相关汽缸内的当前运行情 况，实际火花放电可能在整个电流通过持续时间点之前或之后开始。部分“B”在闭环触电 闭合当前控制和/或为点火线圈诊断目的可被分析和使用，如以下以更多细节所说明。继续参考在图2-图21中说明的代表性信号，反馈信号200的部分或阶段“C”当 点火线圈主电流202达到第一阈值208时开始并且在电流通过持续时间(dwell) 210的末 期或火花放电的初始结束。本发明包括关于阶段“C”的可替代实施例，其中在图2中说明 的第一组实施例中点火线圈产生第二数字反馈信号220，其取决于具体的应用和实施方式 被定位为“高”或“低”。关于图3说明并说明了实施例第二组的运行，其中在阶段“C”期间 被监视的模拟电离信号用来提供提前点火检测。在图3的实施例中，阶段“C”相似于阶段 “A”，只是与阶段“A”相比电离信号在阶段“C”可具明显更高的增益和在电流通过持续时间 火花塞处更高的电压(有时称为前馈电压)，其发生在火花放电之后。在阶段“A”期间，火 花塞处的电压取决于点火线圈中离子电力供给电压，然而，在阶段“C”中，电离电压取决于 点火线圈的匝数比和主电池电压。更高的电压导致更高离子电流并且因此的输出信号水平 的增加。响应于点火线圈电荷水平高于火花放电或整体电流通过持续时间阈值210并且 无线圈充电控制信号204存在(被升高)，由点火线圈在阶段“D”期间产生第二数字反馈 信号222。阶段“D”跨越火花放电事件，如由点火线圈第二电流的测量所确定的。阶段“A” 跟随阶段“D”并且在阶段“D”的数字反馈信号之后点火线圈产生燃烧电离信号，如上文所 说明的。图3说明可被用来检测提前点火的代表性点火线圈反馈信号。如本领域的技术人 员一般所理解的，汽缸中空燃混合物例如通过燃烧室内侧的炙热堆积物或热表面被过早点 燃，例如先于火花放电，将发生提前点火。如先前说明的，根据本发明的系统或方法的第一 可替代实施例包括点火线圈，所述点火线圈在点火线圈反馈线200上阶段“C”期间产生预 放电电离信号230 (而不是如在图2中示出的数字信号)。这种预放电电离信号通过控制 器22被分析用于一个或多个信号特性，例如电压水平、电压水平的变化率或斜率和峰值电 压的位置(曲轴角度)。如果燃烧室内的提前点火发生在由点火系统产生的火花事件之前， 那么非零并且迅速升高电离电流信号将在阶段“C”中被检测，如一般由离子信号230表示 的。由点火系统产生的火花事件可通过监视线圈电流通过持续时间信号204和主电流或充 电信号202被确定。在图3中，信号峰值230先于标定点火电流232发生，并且具有超过对 应阈值的斜率，从而提前点火情况被指示。响应于提前点火情况，控制器22可在随后的燃烧周期期间采取适当的缓解动作。在图4中说明的信号代表根据本发明用于检测燃烧品质的系统或方法的运行，并 且具体用于检测如参考图3说明的在阶段“C”期间未检测出的提前点火。图4的反馈信号 200’和200”包括在阶段“D”期间带有第二数字反馈信号和阶段“A”期间带有模拟电离信 号的数字和模拟部分或小段。反馈信号200’描绘了代表性燃烧事件，其中火花放电发生在 数字反馈阶段“D”期间并且电离电流信号(发生)在模拟反馈阶段“A”期间。反馈信号 200’包括表示良好品质燃烧的第一峰值240和第二峰值242。反馈信号200”包括提前点 火典型的电离电流部分，其发生在汽缸内远离火花塞的点火位置处，所述点火位置远离火 花塞，从而在火花放电前火焰前锋不能达到火花塞，这样提前点火在阶段“C”期间没有如参 考图3说明的被检测到。此外，在火花放电期间(期间“D”)，电离信号被覆盖。然而，根据 本发明，提前点火在这些情况下通过分析随后阶段“A”期间的电离信号是可检测的。如反 馈信号200’和200”的波形的比较所表明的，信号200”具有比紧接火花放电末期之后(甚 至在噪声尖峰被过滤之后)的信号200’的第一峰值240的对应斜坡更高(更陡)的斜坡 244。此外，电离信号水平的较大增加(其可包括所说明的信号饱和)和相对信号200’的 峰值242的期望位置发生在较早曲轴角度处的波形峰值246可被用来根据本发明检测提前 点火。当然，多种其他信号特性可在确定燃烧品质和/或检测提前点火中使用，如先前所说 明的。图5是说明根据本发明从“线或”(wired-OR)(共用导线)点火线圈提供反馈信号 的系统或方法的运行的方块图。系统250包括发动机控制模块(ECM)22’，如参考图1在先 前所说明的并且仅为方便以两个独立方块方式说明的。ECM 22’包括连通电离线圈的点火 正时控制模块，264-1至264-4中的每一个均联接发动机中的一个汽缸。每个电离线圈或线 圈组件264-1至264-4可被联接至一个或多个火花塞，所述火花塞联接对应汽缸，如参考图 1所描述和说明的。在这个实施例中，两个或更多个线圈的输出经由“线或”方法或相似的 方法被连接一起，其中输出被分路或集中到一起。如在图5中所示出的，来自至少第一电离 线圈组件264-1和第二电离线圈组件264-2的反馈信号266-1和266-2分别被或逻辑、求 和、组合、多路复用等并且由单个共同反馈线270-1被传递或通信至ECM22’。组合的反馈信 号由对应的硬件和/或软件过滤器和增益280-1过滤并且通过模/数转换器(A/D) 282在 被ECM 22’处理之前被取样，如在此所说明的。在这个实施例中，在阶段“C”期间提供了预 放电模拟电离信号(而不是第三数字反馈信号)，如先前参考图3说明的，这便于识别哪个 汽缸联接公共反馈信号。因此，可以响应于共用导线(如270-1)上的提前放电电离信号确 定联接第一点火线圈(如264-1)或第二点火线圈(如264-2)的火花塞的运行情况，如通 过图6和图7中说明的代表性信号所表明的。本领域的技术人员将认知，本发明的教示可 适用于每点火线圈具有单个或多个火花塞和/或多于两个线圈反馈信号被组合在单一共 同输入至ECM的应用中。图6说明具有来自两个或更多个点火线圈的反馈的多路系统反馈信号，所述点火 线圈与ECM在共用导线上通信，其中在非点火(第二)汽缸内。控制信号204在对应控制线 264-1上被提供至第一电离线圈264-1，其中汽缸#1的火花放电发生在阶段“D”期间。线 266-1 (在被组合之前)上的反馈信号200通过阶段“B”和“D”期间的第一和第二数字反馈 部分以及阶段“A”和阶段“C”期间的电离感测信号来指示典型点火周期。燃烧期间(阶段“A”)的电离信号包括指示汽缸#1中的良好燃烧的第一和第二峰值240、242。联接非点火 汽缸#2的线266-2上的反馈信号200由穿过汽缸#2中的积垢火花塞的泄漏电流产生。线 270-1上组合的反馈信号200在至少阶段“C”期间由于前馈电压和关于汽缸#2的非点火火 花塞的相关泄漏电流贡献而具有更高信号水平或增益。因此，ECM可响应于阶段“C”期间 来自共用导线270-1上的组合反馈信号的预放电电离反馈信号200(270-1)而确定关于第 二点火线圈(264-2)的火花塞的运行情况。图7说明根据本发明的一个实施例用于检测点火汽缸中被轻微积垢的火花塞的 多路系统中的反馈信号。控制信号204经由例如控制线268-1被供给至汽缸#1。反馈信 号200’ (266-1)包括阶段“C”期间的电离电流290，其说明指示被轻微积垢但依然点火的 火花塞的更高的增益。因为不存在如由线200’(266-2)指示的来自汽缸#2的泄漏电流贡 献，所以组合反馈信号200’ (270-1)说明相同更高的增益并且可被控制器22使用来响应 于共用导线270-1上超过对应火花塞积垢阈值的预放电电离信号290来确定关于第二(点 火)点火线圈的火花塞积垢情况。因此，如在图6和图7中所示出的，阶段“C”期间的更高 信号水平表明，即使火花塞在轻微被积垢(但依然点火)情况下，本发明便于检测被轻微积 垢的火花塞、辨别多于或组合反馈配置中哪个火花塞被积垢并且对那个火花塞和/或汽缸 指示缓解动作。本领域的技术人员将认知这种策略能够适应于具有通过“线或”方法或相 似方法被连接一起的多于两个输出反馈信号的应用中，所述“线或”方法或相似方法用于与 本发明一致的信号总和。图8以多路系统的可替代实施方式说明反馈信号，所述多路系统在预放电阶段 “C”具有根据本发明的一个实施例的用来检测积垢火花塞的第三数字反馈信号。在两个或 更多个反馈信号经由如在图5中大致说明的“线或”方法或相似信号总和方法连接一起并 且在预放电阶段“C”期间预放电检测不是一个问题的应用中，图8的可替代实施例在阶段 “C”期间为点火火花塞提供第三数字反馈信号292，以便于识别具有积垢火花塞(对于积垢 的火花塞在燃烧周期的非点火部分期间)的汽缸。如在图8中所示出的，第一点火线圈的火 花塞控制信号204被提供在线268-1上(图5)。线266-1上的反馈信号200对应于点火汽 缸反馈信号。反馈信号200(266-2)对应例如带有组合在线270-1上的反馈信号的另一汽 缸，其中组合信号由反馈200(270-1)表示。在阶段“C”期间，第三数字反馈信号292被提供 在代表性反馈线路200 (266-1)上用于点火火花塞。在所说明的实施例中，数字反馈信号是 逻辑“低”或零电压。其他实施例可包括在这段期间带有逻辑“高”的反馈信号。关于第二点 火线圈的火花塞的积垢导致穿过对应火花塞的泄漏电流，如通过相关反馈线路200(266-2) 所说明的，例如导致反馈信号的非零电流。如在图8中示出的，控制器可分析阶段“C”期间 的反馈信号作为参考水平，以确定在燃烧周期期间当他们未被命令为点火，例如，当不存在 相关充电信号204时，是否存在来自对应汽缸的任何非零反馈电流。以此方式，每个汽缸的 火花塞分配可被识别并且被用于确定关于组合反馈线的哪个汽缸具有积垢火花塞。如在图 8中所说明的，组合信号200(270-1)在至少阶段“C”期间被分析以检测无命令汽缸上的带 有积垢的火花塞，其中带有积垢的火花塞通过超过对应阈值的升高水平292’来指示。图9说明根据本发明的一个实施例的带有可替换信号水平或极性的反馈信号。如 上文说明，数字反馈信号可被产生带有逻辑“低”，其一般对应于零电压或安培，或者是逻辑 “高”，其对应于预定电压，例如5V或12V。同样地，带有电离电流信息308的反馈信号的相似部分可如说明地被反转。反馈信号的这种形式为多种应用和/或实施方式提供可替代解 决方法同时在反馈波形中说明同等信息。如在图9中所说明的，控制信号204和点火充电信 号202保持不变。然而，反馈信号200”具有相似于先前说明的但除了它的极性被反转之外 的波形。如果在燃烧室中未检测到如在300处指示的离子电流，那么输出将保持高位。相似 地，其他阶段也具有相对极性，其中阶段“B”和“D”如在302和306处指示的分别是“低”， 而阶段“C”是“高”。在阶段“A”期间电离电流信号308被反转例如具有反转的极。因此， 依照确定燃烧信息调节燃烧信息的分析。例如，信号阈值被相应地调整并且信号低谷310、 312，而不是如先前说明信号峰值，被分析以确定燃烧信息。本领域的技术人员将认知，其他可替代策略可被用来说明相同的信息。例如，从阶 段“B”至阶段“C”的过度可通过较短持续时间的固定脉冲而不是跨越整个阶段来指示。其 他变体是可能的，然而希望的是使得部分“C”可供许多应用中的离子电流检测使用。图10是根据本发明的一个实施例带有电离感测和数字反馈的点火线圈的示意 图。电离线圈264包含一体电子元件318、320，其分别通过主点火线圈330和次点火线圈 332感测电流。离子电流电力供给和放大器332在火花塞324处阶段“A”和可选择地阶段 “C”期间如先前说明地产生偏置电压，以产生电离感测电流和过滤器和/或在离子电力被 供给至控制器之前将其放大。来自发动机控制器的控制信号线334指示点火线圈电流通过 持续时间以向线圈264充电。控制信号控制IGBT 334的运行，其进一步控制主电流，所述 主电流在318处被检测并且被用于形成线路266-N上的反馈信号，如由点火线圈控制逻辑 锁确定的，其由各种逻辑门和转换器336-348表示。反馈输出波形的源经逻辑功能从多个 内部信号中基于控制信号204的状态以及由电子元件318和320检测的主电流和次电流的 幅值而被选择。如在图10中说明的，线路204上的“高”线圈命令信号引发线圈264充电，其中住 电流在318被检测。门340和342是被升高或导通，还有门348，指示燃烧周期处于阶段“B” 或阶段“C”。阶段“B”被指示而住电流低于电流通过持续时间阈值并且方块318的输出被 升高。在阶段“B”期间，门360被升高并且提供逻辑“高”至反馈输出线路266-N。一旦达 到电流通过持续时间阈值，主电流检测电路318未被升高，其中反转器344激活门340和传 输门364。取决于具体的应用，阶段“C”可通过门364提供电离感测信号至输出266-N或者 选择性地提供如由方块366表示的逻辑“低”。当线圈电流通过持续时间控制204未被升高 并且方块320检测次电流高于对应火花放电阈值时，阶段“D”开始从而门338和360被通 电。相似于阶段“B”，门360提供逻辑“高”至输出266-N以覆盖火花放电。当次电流检测 电路320检测磁电流低于对应阈值以激活门336和362时在火花放电之后，阶段“A”开始 以提供电离感测信号至输出266-N。图11-图20说明为控制和诊断目的被控制器22分析的代表性反馈信号。图11是 根据本发明的一个实施例在高发动机转速下用于检测火花末期的代表性反馈信号。在一些 情况下，火花持续时间可覆盖电离电流波形的火焰前部部分并且可存在较高离子电流380， 其中峰值382具有达到或超过阈值水平386的峰值压力384，所述阈值水平386用来确定火 花持续时间脉冲的末期。在这些情况下，火花持续时间的末期和电离波形的开始可通过检 测降低到火花持续时间阈值386以下一段时间390在火花末期检测的最大离子电流388。 这是由于点火线圈内的与线圈“消耗”其剩余能量的共振。
图12说明根据本发明的一个实施例用于点火线圈保护机构导致火花和燃烧的反 馈信号。在一些情况下，电离线圈可为了保护作用而关闭其自身。如果线圈已经充电到足 够水平，这可导致火花放电。这可通过主线圈、超电压(负荷突降)情况或者线圈电流通过 持续时间超时由超电流情况造成，其中命令信号被钳在高位或被要求超过一段时间。这种 情况可由控制器通过扩展线圈充电命令204被检测，如在图12中指示的，其导致在400处 发生较早火花而不是当命令在402处结束时。除非这种情况由线圈主错误造成，那么指示 可导致火花放电和燃烧并且可与快速RPM或电池电压的变化相关。图13说明根据本发明的一个实施例用于点火线圈保护机构导致火花和失火的反 馈信号。如果遇到低电池电压情况(防止达到超过电流)并且控制线204保持升高一段相 当长的时间，那么线圈能够“超时”并且关闭其本身。这可能或不能导致火花和燃烧。然而， 在图13中说明的代表性波形200指示失火，其中无火花或燃烧发生，如在410处因没有数 字反馈并且在412处没有电离波形所指示的。图14说明根据本发明的一个实施例带有不足线圈充电电流通过持续时间信号的 点火线圈的反馈信号。电流通过持续时间过短(Under dwell) 一般由处理器未允许线圈的 足够充电时间而造成，这是由于迅速改变电压、转速或点火需求。这可导致火花放电和燃 烧、火花放电但无燃烧(失火)或无火花放电和无燃烧(也被看作失火)。如在图14中说 明的，线圈命令结束在420处并且可导致数字反馈信号422以及可能的电离电流反馈信号 424，这取决于活法放电和燃烧是否分别发生。图15说明根据本发明在检测失火中使用点火线圈的反馈信号。失火可通过取样 窗的电离能量值的积分而被检测。如果积分的能量值小于预定量的量高于平均水平，那么 确定失火。反馈信号200表示点火火花塞，其中区域430代表电离信号波形的积分。例如 可被从阶段432、434和/或436中取样的背景水平在与失火阈值相比较之前，被用来调整 整合值。反馈信号200’是带有轻微积垢(但仍能点火)的火花塞的代表性波形。可归于 带积垢火花塞的背景泄漏电流在取样阶段432’、434’和/或436’期间是明显的。关于背 景泄漏的积分值从关于燃烧430’的积分值中被减掉并且与至少一个对应阈值相比较以检 测火花塞带有积垢和/或失火。图16说明根据本发明的一个实施例带有火花但无燃烧的指示失火的点火线圈的 反馈信号。电流通过持续时间控制和火花持续时间阶段“D”在反馈信号200上如期望地出 现。然而，阶段“A”期间的电离波形如在450处指示的是平的。这可由于多种运行情况包 括由瞬态情况造成较早线圈关闭、命令的电流通过持续时间过短、通过线圈防护物或线圈 壳体的高压泄漏路径、带积垢的火花塞、不适当空/燃比或多种线圈故障，其可包括导致低 输出电压和能量的主或次缠绕异常，和/或电离电压电力供给异常。图17说明根据本发明的一个实施例无火花并且无燃烧的指示失火的点火线圈的 反馈信号。命令信号204与对应反馈信号200在模型的阶段“B”电流通过持续时间部分期 间如期望地出现。然而，火花持续时间阶段“D”和电离部分阶段“A”如在460处指示的是 恒定或平的。各种运行异常情况可导致如在图17中说明的反馈信号，其包括由瞬态情况造 成的较早线圈关闭、命令的电流通过持续时间过短、点火线圈外部的开路第二电路(例如 联接火花塞或弹簧)、和/或线圈异常，所述线圈异常包括导致低输出电压和能量的主或次 缠绕线圈异常。
图18说明根据本发明自命令点火线圈无响应的指示失火的点火线圈的反馈信 号。如说明的，命令线204提供线圈电流通过持续时间信号。然而，自命令线圈未接收响应 并且在反馈线200上未展现数字或模拟波形。本领域的技术人间将认知，这种情况可由多 种由改变应用和实施方式的运行异常的任一种造成。代表性运行异常包括多种线束异常 (例如断开连接、开路或短路、控制或反馈；控制短路至电池电压；开路电池电压或保险丝 熔断；或露地)，线圈异常(例如裸露主电流、损坏反馈输入、那些可错误指示失火的、或者 裸露或短路控制信号输入)或发动机控制器异常(输出驱动器裸露或保持高或低；输入电 流裸露或保持低)。图19说明根据本发明指示线圈电子元件中异常的点火线圈的反馈信号。命令信 号204如期望地出现。然而，反馈波形200的对应电流通过持续时间部分的阶段“B”期间 是平的。此外，阶段“D”期间的火花持续时间和阶段“A”期间的电离反馈部分如期望地指 示火花和燃烧。这未必出现，但其指示集成在点火线圈的电子元产生的信号存在异常。这 种线圈如果以开环方式驱动可正常点火，但是，可失去在一个或多个阶段期间提供多种控 制和诊断的能力。因此，线圈可失去一些保护特征，例如遇到过电流而关闭。图20说明根据本发明的一个实施例用于控制多次运行的点火线圈的反馈信号。 火花塞多次放电或重复放电运行一般指在相同燃烧周期期间从单个火花塞处提供两次或 更多次火花放电。根据本发明的点火线圈的反馈可被通过火花事件之间的线圈电流通过持 续时间(开)次数和火花持续时间(关)次数的控制用来调整或协调多次放电运行，以在 最小时间量内输送最大值或能量的希望值至火花塞。如在图20中说明的，控制信号线204 上的初始点火命令480在第二点火命令482和第三点火命令484之后。闭环电流通过持续 时间控制通过使用先前点火事件的初始电流通过持续时间阶段而被提供，以协调或调整随 后电流通过持续时间事件。此外，电流通过持续时间阶段和汽缸的最后火花持续时间的平 均值可被用于协调火花事件之间的关闭次数。中间的电流通过持续时间和火花持续时间通 过在发动机控制器中实施的控制策略被相应地调整。使用根据本发明的点火线圈的反馈还便于在当火焰前锋已经达到火花塞，如在 490处表示的并且在再次电流通过持续时间的“C”阶段期间时的检测。因此，点火线圈可被 重复充电以在单个燃烧周期期间单汽缸中产生重复火花放电，直到反馈信号超过关于火焰 前锋达到火花塞的对应阈值。这指示进一步放电对于良好的燃烧不是必要的，从而允许程 序的切断。这减小了火花塞的磨损和不必要的垫圈加热。图21是说明根据本发明的实施例使用点火线圈反馈的控制内燃发动机的系统或 方法的运行的流程图。如本领域的技术人员将理解，由流程图方块表示的功能由软件和/ 或硬件实现。取决于具体的处理策略，例如事件驱动、中断驱动等等，可使用不同于在附图 中说明的顺序或次序来实施各种功能。相似地，一个或多个步骤或功能可被重复地实施或 省略，虽然未被明确地说明。在一个实施例中，说明的功能通过存储在可读介质中并且由基 于微处理器的计算机或控制执行的软件、指令或代码，例如由控制器22表示的，以控制发 动机运行期间的燃烧。第一数字反馈信号由根据本发明的对应点火线圈在阶段“B”期间产生，如由方块 500表示的。如先前说明的，第一数字反馈信号响应于线圈充电信号直到点火线圈达到第一 阈值电荷水平或部分电流通过持续时间标志水平而产生，所述第一阈值电荷水平或部分电流通过持续时间标志水平小于火花放电电荷水平。预放电电离信号(或者在一个实施例中 第三数字反馈信号)在点火线圈的充电期间达到第一阈值电荷水平之后并且火花放电之 前的阶段“C”期间产生，如由方块510表示的。第二数字反馈信号响应于点火线圈高于火 花放电电荷水平并且未说明充电信号的阶段“D”期间产生，如由方块520表示的。燃烧电 离信号在第二数字反馈信号之后的阶段“A”期间产生，如由方块530表示的。预放电电离 信号、燃烧电离信号和/或数字反馈信号被分析用于确定发动机运行情况，如方块540表示 的。这可包括检测失火、火花塞积垢、提前点火或者各种在此说明的并且由方块542表示的 其他情况。然后，响应于运行情况控制发动机，如由方块550表示的。这可包括响应于说明 第一和第二数字反馈信号控制单个汽缸内单燃烧周期期间的重复火花放电的次数和持续 时间，如由方块552表示的。如关于图1-图21说明和说明的，本发明包括具有多种优点的实施例，所述优点包 括在具有来自两个或更多个点火线圈的多路或组合反馈信号的应用中便于检测提前点火 燃烧或积垢火花塞情况。本发明包括提供用于点火线圈电流通过持续时间控制和诊断以及 火花持续时间控制和诊断的数字反馈信号的实施例。多种实施例提供点火线圈电流通过持 续时间和火花持续时间反馈，用于在单燃烧周期期间控制多次放电或重复火花事件的次数 和持续时间。虽然已经图示并且说明一个或者多个实施例，但并不意图让这些实施例图示和说 明在权利要求范围内的所有可能的实施例。此外，说明书中的文字是描述性的文字而不是 限制的，并且可以作出各种变化而不偏离本公开的精神和范围。虽然不同的实施例已经被 描述为提供多个优点或者比其他实施例或现有实现方式在一个或者更多个期望特征方面 是优选的，但是作为本领域的技术人员应该明白，可以牺牲一个或者更多个特征或特性以 便实现所期望的整体系统属性，这依赖于具体的应用以及实现方式。这些属性包括但不限 于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、封装、大小、适用性、重量、可制造 性、易组装性等等。所说明的比其他实施例或者现有技术实现方式在一个或者更多个特征 方面具有较不理想特征的实施例，没有落在本公开范围之外并且对于具体的应用而言可能 是理想的。
权利要求
一种用于控制内燃发动机的方法，所述内燃发动机具有关联至少一个火花塞的点火线圈，所述方法包括在达到第一阈值电荷水平后和火花放电前的所述点火线圈的充电期间产生预放电电离信号；并且响应所述预放电电离信号确定发动机运行情况。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括响应线圈充电信号产生第一数字反馈信 号直到所述点火线圈达到所述第一阈值电荷水平，所述第一阈值电荷水平小于火花放电电 荷水平。
3.如权利要求2所述的方法，其进一步包括响应所述点火线圈高于所述火花放电电 荷水平并且无充电信号，产生第二数字反馈信号。
4.如权利要求3所述的方法，其进一步包括响应至少所述第一数字反馈信号和第二 数字反馈信号在单个汽缸内的单个燃烧周期期间控制重复火花放电的次数和持续时间。
5.如权利要求3所述的方法，其进一步包括在产生所述第二数字反馈信号之后产生燃烧电离信号；并且处理所述燃烧电离信号以确定燃烧品质。
6.如权利要求3所述的方法，其进一步包括响应所述预放电电离信号以及在所述第 二数字反馈信号之后的第二电离信号确定失火。
7.如权利要求1所述的方法，其中来自至少第一点火线圈和第二点火线圈的反馈信号 由共用导线传输，所述方法进一步包括响应所述共用导线上的所述预放电电离信号确定关联所述第二点火线圈的火花塞的 运行情况。
8.如权利要求7所述的方法，其中产生预放电电离信号包括在所述第一点火线圈中产 生第三数字信号，以覆盖所述预放电电离信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中确定关联所述第二点火线圈的所述火花塞的运行情 况包括响应于所述共用导线上超过所述第三数字信号水平的所述预放电电离信号确定关联 所述第二点火线圈的所述火花塞的积垢。
10.如权利要求8所述的方法，其进一步包括响应于所述共用导线上超过对应火花塞 积垢阈值的预放电电离信号确定关联所述第二点火线圈的所述火花塞的积垢。
全文摘要
本发明公开一种用于控制内燃发动机的系统和方法，包括点火线圈和控制器，该点火线圈在达到第一阈值电荷水平后和火花放电前的点火线圈充电期间产生预放电电离信号，所述控制器响应所述预放电电离信号确定发动机运行情况，例如提前点火或火花塞积垢。所述点火线圈还可产生数字反馈和电离信号，以用于所述控制器控制点火线圈的电流通过持续时间(dwell)和重复点火，并提供多种燃烧诊断。
文档编号G01L23/22GK101994629SQ20101026065
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者C·P·格卢格拉, G·J·胡伯茨, 曲秋平 申请人:福特环球技术公司