專利名稱：通過(guò)分析發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓力信號(hào)和曲軸速度信號(hào)的燃料系統(tǒng)診斷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及包括壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行和控制。
背景技術(shù)：
在此部分的陳述僅提供涉及本公開的背景信息，且不一定構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。在發(fā)動(dòng) 機(jī)內(nèi)的燃燒涉及將燃料和空氣引入到燃燒室內(nèi)，且導(dǎo)致燃料空氣混合物或充氣點(diǎn)燃以利用 因此形成的功。燃料和空氣的引入和點(diǎn)燃通過(guò)控制燃燒室的特征、在氣缸內(nèi)起作用的活塞 的位置、調(diào)節(jié)體積且因此調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的最終條件來(lái)正時(shí)。燃燒中涉及的事件的正時(shí)和作 為結(jié)果的燃燒的性質(zhì)影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的最終效率和排放。燃燒正時(shí)或定相對(duì)于燃燒過(guò)程中的問(wèn)題診斷是有益的。所得到的壓力或活塞上的 作用的幅度對(duì)于這些問(wèn)題的診斷也是有益的。對(duì)于在一組特定的參數(shù)下運(yùn)行的正常的燃燒 過(guò)程，燃燒結(jié)果在小范圍內(nèi)是可預(yù)測(cè)的。偏離此小范圍的燃燒循環(huán)指示了燃燒室內(nèi)的條件 處于預(yù)期的參數(shù)之外。燃燒循環(huán)的分析可以以多種形式進(jìn)行。估計(jì)以信號(hào)功率測(cè)量的幅度或估計(jì)燃燒相位的已知方法依賴于對(duì)于燃燒熱、燃燒 做功或其他反應(yīng)指標(biāo)的估計(jì)。這些方法回顧歷史數(shù)據(jù)且對(duì)燃燒數(shù)據(jù)內(nèi)的趨勢(shì)或累積的數(shù)據(jù) 點(diǎn)作出反應(yīng)。然而，壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和其他發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法在寬的發(fā)動(dòng)機(jī)條件下運(yùn)行。有效 的且及時(shí)的控制，包括燃料控制、燃料調(diào)整、進(jìn)氣點(diǎn)燃正時(shí)控制、廢氣再循環(huán)(EGR)控制，需 要滿足操作者對(duì)于性能和燃料經(jīng)濟(jì)性的需求且符合排放要求。此外，存在很多可變性，包括 涉及到如下項(xiàng)的可變性部件，例如燃料噴射器；系統(tǒng)，例如燃料管線和壓力；運(yùn)行條件，例 如環(huán)境壓力和溫度；和燃料，例如十六烷值和乙醇含量。燃燒的可變性影響了從單獨(dú)氣缸的 放熱和功輸出，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的非最佳性能?；趯?shí)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的燃燒可變性的測(cè)量 對(duì)于診斷燃燒過(guò)程中的不穩(wěn)定性是有價(jià)值的，且提供了有益于降低低效運(yùn)行或高排放運(yùn)行 的周期的信息。已知用于計(jì)算其形式為幅度或燃燒相位的燃燒指標(biāo)的方法，所述方法基于燃燒結(jié) 果的直接測(cè)量值，例如來(lái)自燃燒室的直接壓力測(cè)量值或由燃燒導(dǎo)致的凈曲軸速度。另外，已 知用于處理復(fù)信號(hào)或噪聲信號(hào)且將其還原為有用信息的方法。一個(gè)這樣的方法包括通過(guò)快 速傅立葉變換(FFT)的譜分析。FFT將周期性或重復(fù)性信號(hào)變成諧波信號(hào)之和，用于將信號(hào) 轉(zhuǎn)換為其頻率譜的成分。一旦信號(hào)成分已被識(shí)別，則信號(hào)成分可被分析，且可從信號(hào)中獲取 信息。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在作為例如實(shí)施在柴油機(jī)應(yīng)用中的壓縮點(diǎn)火的均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)火(HCCI)下 運(yùn)行時(shí)，或在其他自燃方案下運(yùn)行時(shí)，這樣的估計(jì)可能是特別重要的，因?yàn)闅飧讞l件的小的 改變可能干擾造成有效和順序的自燃點(diǎn)火所需的條件，而有效和順序的自燃點(diǎn)火是在合適 地運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)明顯地得到效率、燃料經(jīng)濟(jì)性以及低排放的益處所需要的。然而，壓力傳感器特別易于失效。與燃燒室直接連通的壓力傳感器經(jīng)受快速且極 端的壓力改變。響應(yīng)于由壓力傳感器診斷到的所覺察的燃燒問(wèn)題的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定改變可能對(duì) 于發(fā)動(dòng)機(jī)性能具有明顯影響，特別是如果作為基礎(chǔ)的壓力讀數(shù)不可靠時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
—種用于區(qū)分發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒問(wèn)題和傳感器故障的方法，包括監(jiān)測(cè)來(lái)自所述發(fā)動(dòng) 機(jī)內(nèi)的氣缸的壓力傳感器數(shù)據(jù)且監(jiān)測(cè)來(lái)自與壓力傳感器不同的源的描述了燃燒健康(良好 狀況)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)。分析壓力傳感器數(shù)據(jù)以診斷異常燃燒事件，且發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)被分析且與 異常燃燒事件進(jìn)行比較。如果比較診斷出壓力傳感器故障，則指示壓力傳感器故障警告。


現(xiàn)在將通過(guò)示例參考附圖描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，其中 圖1是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)的截面視圖2是根據(jù)本公開的利用了燃燒壓力傳感器和曲軸速度感測(cè)組件的動(dòng)力總成系統(tǒng)的 示意圖3是根據(jù)本公開的曲軸速度感測(cè)組件，曲軸傳感器和控制模塊的示意圖； 圖4是根據(jù)本公開的被分解為其成分信號(hào)的幅度的典型的復(fù)信號(hào)(complex signal) 的曲線圖5是根據(jù)本公開的已燃質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線的曲線圖6是根據(jù)本公開的在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的一系列燃燒循環(huán)期間可觀察的典型曲軸速度 的曲線圖7是根據(jù)本公開的以基于壓力的燃燒相位和壓力信號(hào)功率幅度為基礎(chǔ)判斷測(cè)量的 燃燒值的典型標(biāo)準(zhǔn)的曲線圖8是根據(jù)本公開的以基于曲軸速度的燃燒相位和曲軸速度信號(hào)功率幅度為基礎(chǔ)判 斷測(cè)量的燃燒值的典型標(biāo)準(zhǔn)的曲線圖9是根據(jù)本公開的其中顯示了 SOI曲軸轉(zhuǎn)角，作為結(jié)果的燃燒相位值的典型的燃燒 相位標(biāo)定曲線的曲線圖，和估計(jì)測(cè)量的燃燒相位值的典型方法的曲線圖；和
圖10是根據(jù)本公開的估計(jì)壓力傳感器讀數(shù)與曲軸速度讀數(shù)從而判斷診斷的異常燃燒 事件是否由于故障的壓力傳感器導(dǎo)致的典型方法的曲線圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中所示出僅用于圖示特定的示例性實(shí)施例的目的，且不用于限 制實(shí)施例的目的，圖1是描述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)10、控制模塊5和排氣處 理系統(tǒng)15的視圖。示例性的內(nèi)燃機(jī)包括多缸直接噴射壓燃式內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)具有往復(fù) 運(yùn)動(dòng)的活塞22，所述活塞接附到曲軸M且在氣缸20內(nèi)可移動(dòng)，所述氣缸20限定了可變體 積的燃燒室34。曲軸對(duì)運(yùn)行地接附到車輛變速器和傳動(dòng)系，以響應(yīng)于操作者轉(zhuǎn)矩要求(To_ REQ)將牽引轉(zhuǎn)矩輸入到其上。發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地使用四沖程運(yùn)行，其中每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒循環(huán)包 括720度的曲軸M的角度旋轉(zhuǎn)，所述角度旋轉(zhuǎn)分為描述了活塞22在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸20內(nèi)的往 復(fù)移動(dòng)的四個(gè)180度的階段(進(jìn)氣一壓縮一膨脹一排氣)。多齒的目標(biāo)曲柄輪沈接附到曲 軸且隨曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)包括感測(cè)裝置以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，且包括控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的促動(dòng) 器。感測(cè)裝置和促動(dòng)器在信號(hào)上或運(yùn)行上連接到控制模塊5。發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地包括直接噴射的四沖程內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括可變體積燃燒室，其由氣缸內(nèi)在上止點(diǎn)和下止點(diǎn)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞和包括進(jìn)氣門和排氣門的氣缸蓋限定。 活塞在重復(fù)的循環(huán)中往復(fù)，每個(gè)循環(huán)包括進(jìn)氣行程、壓縮行程、膨脹行程和排氣行程。發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地具有主要為化學(xué)計(jì)量比稀側(cè)的空氣/燃料運(yùn)行狀況。本領(lǐng)域一般技 術(shù)人員將理解到本公開的各方面可應(yīng)用于主要以化學(xué)計(jì)量比稀側(cè)運(yùn)行的其他發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造， 例如稀燃火花點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行期間，在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)當(dāng)燃料 供送噴射到燃燒室內(nèi)以與進(jìn)氣空氣形成氣缸充氣時(shí)發(fā)生燃燒事件。充氣隨后通過(guò)在壓縮行 程期間充氣的壓縮作用而燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)適合于在寬的溫度、氣缸充氣(空氣、燃料和EGR)和噴射情況的范圍上運(yùn) 行。在此所述的方法特別地適合于與以化學(xué)計(jì)量比稀側(cè)運(yùn)行的直接噴射壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn) 行，以確定與正在進(jìn)行的運(yùn)行期間在燃燒室的每個(gè)內(nèi)的放熱相關(guān)的參數(shù)。方法進(jìn)一步可適 用于其他發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造，包括火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括適合于使用均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)火(HCCI) 策略的那些發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明可適用于利用了每發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)每氣缸多點(diǎn)燃料噴射事件的系 統(tǒng)，例如使用了如下噴射的系統(tǒng)用于燃料重整的先導(dǎo)噴射，用于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的主噴射事 件，和如可能用于后處理管理的后燃燒燃料噴射事件，所述每個(gè)噴射影響了氣缸壓力。感測(cè)裝置安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上或附近，以監(jiān)測(cè)物理特征且生成可與發(fā)動(dòng)機(jī)和環(huán)境參數(shù) 相關(guān)的信號(hào)。感測(cè)裝置包括曲軸旋轉(zhuǎn)傳感器，包括用于通過(guò)曲柄輪26的齒上的感測(cè)邊沿來(lái) 監(jiān)測(cè)曲軸速度(RPM)的曲軸傳感器44。曲軸傳感器是已知的，且可以例如包括霍爾效應(yīng)傳 感器，感應(yīng)傳感器或磁阻傳感器。來(lái)自曲軸傳感器44的信號(hào)輸出(RPM)輸入到控制模塊5。 存在燃燒壓力傳感器30，所述壓力傳感器30包括適合于監(jiān)測(cè)缸內(nèi)壓力(C0MB_PR)的壓力 感測(cè)裝置。燃燒壓力傳感器30優(yōu)選地包括非介入式裝置，所述裝置包括力傳感器，所述力 傳感器具有適合于在用于火花塞觀的開口處安裝到氣缸蓋內(nèi)的環(huán)形橫截面。燃燒壓力傳 感器30與火花塞28 一起安裝，使得燃燒壓力機(jī)械地通過(guò)火花塞傳遞到傳感器30。傳感器 30的感測(cè)元件的輸出信號(hào)C0MB_PR與氣缸壓力成比例。傳感器30的感測(cè)元件包括壓電陶 瓷或其他合適的裝置等。其他感測(cè)裝置優(yōu)選地包括用于監(jiān)測(cè)歧管壓力(MAP)和環(huán)境大氣壓 (BARO)的歧管壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)氣質(zhì)量空氣流量(MAF)和進(jìn)氣空氣溫度(Tin)的質(zhì)量 空氣流量傳感器，以及冷卻劑傳感器35 (COOLANT)。系統(tǒng)可包括用于監(jiān)測(cè)一個(gè)或多個(gè)排氣 參數(shù)一例如溫度，空氣/燃料比，和成分一的狀態(tài)的排氣傳感器(未示出)。本領(lǐng)域一般技術(shù) 人員將理解到可能存在用于控制和診斷目的的其他感測(cè)裝置和方法。具有操作者轉(zhuǎn)矩要求 To_REQ形式的操作者輸入典型地通過(guò)節(jié)氣門踏板和制動(dòng)踏板等裝置獲得。發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地裝 配有其他傳感器(未示出)，以用于監(jiān)測(cè)運(yùn)行和系統(tǒng)控制的目的。感測(cè)裝置的每個(gè)信號(hào)連接 到控制模塊5，以提供信號(hào)信息，所述信號(hào)信息通過(guò)控制模塊轉(zhuǎn)化為代表各監(jiān)測(cè)的參數(shù)的信 息。應(yīng)理解的是此構(gòu)造是示例性的而非限制性的，包括可由功能上等價(jià)的裝置和算法替換 的多種感測(cè)裝置。促動(dòng)器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上且被控制模塊5響應(yīng)于操作者的輸入控制，以實(shí)現(xiàn)多種性 能目標(biāo)。促動(dòng)器包括電控節(jié)氣門裝置(ETC)，所述裝置控制節(jié)氣門開度到指令輸入，和用于 響應(yīng)于指令輸入(INJ_PW)將燃料直接噴射到燃燒室的每個(gè)內(nèi)的多個(gè)燃料噴射器12，所有 裝置響應(yīng)于操作者轉(zhuǎn)矩要求(To_REQ)被控制。存在響應(yīng)于來(lái)自控制模塊的控制信號(hào)(EGR) 控制外部循環(huán)的廢氣到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的流動(dòng)的廢氣再循環(huán)閥32和冷卻器(未示出)。火花塞 28包括已知的裝置，所述裝置安裝在燃燒室的每個(gè)內(nèi)，適合于與燃燒壓力傳感器30 —起使
燃料噴射器12是燃料噴射系統(tǒng)的元件，所述燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)高壓燃料噴 射器裝置，每個(gè)所述燃料噴射器裝置適合于響應(yīng)于來(lái)自控制模塊的指令信號(hào)INJ_PW將包 括一定質(zhì)量燃料的燃料充量直接噴射到燃燒室的一個(gè)內(nèi)。從燃料分配系統(tǒng)(未示出)為供給 加壓燃料，且每個(gè)燃料噴射器12具有包括最小脈寬和相關(guān)的最小可控制燃料流量和最大 燃料流量的運(yùn)行特征。發(fā)動(dòng)機(jī)可裝配有可控氣門機(jī)構(gòu)，所述氣門機(jī)構(gòu)可運(yùn)行以調(diào)整氣缸的每個(gè)的進(jìn)氣門 和排氣門的打開和關(guān)閉，包括氣門正時(shí)、相位(即相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角和活塞位置的正時(shí))和氣 門打開升程的幅度的一個(gè)或多個(gè)。一個(gè)示例性的系統(tǒng)包括可變凸輪相位調(diào)整，所述可變凸 輪相位調(diào)整可應(yīng)用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)、火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)。控制模塊5優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)一般用途數(shù)字計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)一般地包 括微處理器或中央處理單元；包括非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)，所述非易失性存儲(chǔ)器包 括只讀存儲(chǔ)器(ROM)和電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPR0M)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM);高速時(shí)鐘；模 數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換電路；和輸入/輸出電路和裝置(I/O)和合適的信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖 電路。控制模塊具有一組控制算法，包括存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)且被執(zhí)行以提供每個(gè)計(jì) 算機(jī)的各功能的常駐程序指令和標(biāo)定。算法典型地在預(yù)先設(shè)定的循環(huán)周期期間執(zhí)行，使得 每個(gè)算法在每個(gè)循環(huán)周期至少執(zhí)行一次。算法通過(guò)中央處理單元執(zhí)行，且可運(yùn)行以監(jiān)測(cè)來(lái) 自前述感測(cè)裝置的輸入，且使用預(yù)設(shè)的標(biāo)定執(zhí)行控制和診斷程序以控制促動(dòng)器的運(yùn)行。在 正在進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛運(yùn)行期間，循環(huán)周期典型地以規(guī)則的間隔執(zhí)行，例如以每3. 125， 6. 25，12. 5，25和100毫秒的間隔執(zhí)行。替代地，算法可響應(yīng)于事件的發(fā)生而執(zhí)行。基于事 件的算法和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行包括來(lái)自燃燒傳感器30的壓力監(jiān)測(cè)，其中對(duì)應(yīng)于曲柄輪沈上通過(guò) 的每個(gè)齒進(jìn)行測(cè)量。因此，當(dāng)曲柄輪包括60X — 2X輪時(shí)，曲軸每旋轉(zhuǎn)6度燃燒感測(cè)就發(fā)生， 一個(gè)齒和測(cè)量值對(duì)應(yīng)于對(duì)于每個(gè)活塞在0 TDC處的曲柄設(shè)定?？刂颇K5執(zhí)行存儲(chǔ)在其內(nèi)的算法代碼，以在裝配好的系統(tǒng)上控制前述促動(dòng)器以 控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，所述促動(dòng)器包括節(jié)氣門位置，燃料噴射質(zhì)量和正時(shí)，控制再循環(huán)的廢氣 流量的EGR閥位置，火花塞運(yùn)行和進(jìn)氣門和/或排氣門正時(shí)、相位和升程的控制?？刂颇K 適合于從操作者接收輸入信號(hào)(例如，節(jié)氣門踏板位置和制動(dòng)踏板位置)，以確定操作者轉(zhuǎn) 矩要求To_REQ，且從指示發(fā)動(dòng)機(jī)速度(RPM)和進(jìn)氣空氣溫度(Tin)和冷卻劑溫度和其他環(huán)境 條件的傳感器接收信號(hào)?，F(xiàn)在參考圖2，圖中圖示的動(dòng)力總成系統(tǒng)8已根據(jù)公開的實(shí)施例構(gòu)造。動(dòng)力總成系 統(tǒng)8包括發(fā)動(dòng)機(jī)10，燃燒壓力傳感器30，曲軸對(duì)，變速器組件40，曲軸速度感測(cè)組件50，曲 軸傳感器44和輸出軸90。曲軸對(duì)是發(fā)動(dòng)機(jī)10的部件，曲軸M起作用以將來(lái)自平移的活 塞在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為使輸出軸旋轉(zhuǎn)。本公開的此實(shí)施例合并了燃燒壓力傳 感器30，以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)10的氣缸內(nèi)的燃燒室內(nèi)的壓力。本公開的此實(shí)施例進(jìn)一步合并了成 直線地位于發(fā)動(dòng)機(jī)10和變速器組件40之間的曲軸速度感測(cè)組件50 ；然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是 曲軸速度感測(cè)組件50可通過(guò)能夠量化曲軸M的旋轉(zhuǎn)位置的任何裝置替換，或通過(guò)能夠量 化發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的傳動(dòng)系的任何接附的部分替換。曲軸傳感器44定位在曲軸速度感 測(cè)組件50處，使得曲軸傳感器44可測(cè)量與曲軸M的位置相關(guān)的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。控制模塊5與 曲軸傳感器44通信，以收集由曲軸傳感器44得到的任何數(shù)據(jù)。
圖3描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的曲軸速度感測(cè)組件50、曲軸傳感器44和 控制模塊5之間的相互作用?？刂颇K5可包括數(shù)據(jù)處理器，或可簡(jiǎn)單地包括端口或連接 到端口，通過(guò)所述端口可由系統(tǒng)外部的裝置收集數(shù)據(jù)。在此特定的實(shí)施例中，曲軸M的任 何旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了曲柄輪26的大體上匹配的或成比例的旋轉(zhuǎn)。 曲軸傳感器44與曲柄輪沈相互作用，使得曲軸傳感器44可獲得關(guān)于曲柄輪沈 的每個(gè)旋轉(zhuǎn)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。曲柄輪沈的一個(gè)已知的實(shí)施例闡述了多個(gè)目標(biāo)輪凸出的指示器 與磁性曲軸傳感器44結(jié)合的使用。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知，磁性傳感器可用于檢測(cè)位于傳 感器附近的金屬塊的改變。當(dāng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)單獨(dú)的凸出的指示器或在一些實(shí)施例中每個(gè) 凸出的指示器的每個(gè)上升沿和每個(gè)下降沿在曲軸傳感器44內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，且所述脈沖 被傳遞到控制模塊5。在一個(gè)已知的實(shí)施例中，曲柄輪沈包含有其處無(wú)指示的空缺部分。 空缺部分作為旋轉(zhuǎn)標(biāo)記起作用，使得任何隨后的已收集數(shù)據(jù)的處理可在特定的脈沖之間區(qū) 分。如前所述，曲軸速度感測(cè)組件50連接到曲軸M，使得曲軸M的任何旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了曲柄輪 26的大體上匹配或成比例的旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，曲柄輪沈被標(biāo)記，使得到達(dá)傳感器的 空缺部分與發(fā)動(dòng)機(jī)10的到達(dá)上止點(diǎn)位置的標(biāo)記氣缸相關(guān)。當(dāng)曲柄輪沈旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)空缺部分 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制特征可將發(fā)動(dòng)機(jī)功能定時(shí)到相對(duì)于空缺部分的已知位置的隨后的旋轉(zhuǎn)讀數(shù) 且因此定時(shí)到相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)記氣缸的上止點(diǎn)位置的隨后的旋轉(zhuǎn)讀數(shù)。可標(biāo)定到已知的 氣缸位置的功能包括氣門正時(shí)，火花正時(shí)和燃料噴射器正時(shí)。雖然此優(yōu)選實(shí)施例利用凸出 的指示器描述，但可使用許多不同的指示形式，包括替代凸出指示器的凹陷，替代凸出指示 器的凹槽切口，光學(xué)可識(shí)別的條或其他圖案，或可轉(zhuǎn)換為來(lái)自旋轉(zhuǎn)的輪或軸的數(shù)據(jù)流的任 何其他形式的指示。如同標(biāo)記氣缸的正時(shí)可與曲柄輪沈相關(guān)，剩余氣缸的正時(shí)也可與曲柄輪沈相關(guān)。 多個(gè)曲軸位置可與單獨(dú)的凸出指示關(guān)聯(lián)地使用，且與發(fā)動(dòng)機(jī)10的多個(gè)氣缸的已知正時(shí)相 關(guān)。以此方式，曲軸速度感測(cè)組件50可用于控制氣缸間的發(fā)動(dòng)機(jī)功能。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)發(fā)生的燃燒難于直接監(jiān)測(cè)。傳感器可檢測(cè)且測(cè)量進(jìn)入氣缸的燃料流 量和空氣流量，傳感器可監(jiān)測(cè)施加到火花塞的特定的電壓，輸入值，例如編程的噴射開始 (SOI)或編程的點(diǎn)火正時(shí)，可以是已知的，或處理器可獲得預(yù)測(cè)生成自燃所需的條件的信息 的總和。然而，這些讀數(shù)和數(shù)據(jù)點(diǎn)一起僅是燃燒預(yù)測(cè)而不測(cè)量實(shí)際的燃燒結(jié)果。在以上所 述的示例性實(shí)施例中，可利用兩個(gè)截然不同的方法直接從實(shí)際燃燒結(jié)果估計(jì)燃燒壓力傳 感器30提供關(guān)于燃燒室內(nèi)的壓力的信息，且緊靠接附到曲軸的多齒曲柄輪沈的曲軸速度 傳感器44以曲軸速度形式提供了關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的凈功輸出的數(shù)據(jù)。從壓力傳感器30和曲軸 速度傳感器44提供到控制模塊5的信號(hào)提供了關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)發(fā)生的燃燒的詳細(xì)信息。氣缸壓力讀數(shù)提供了描述燃燒室內(nèi)情況的切實(shí)的讀數(shù)?；趯?duì)燃燒過(guò)程的理解， 可分析氣缸壓力以估計(jì)特定的氣缸內(nèi)的燃燒過(guò)程的狀態(tài)，從而以燃燒相位和燃燒強(qiáng)度來(lái)描 述燃燒。已知充氣在已知正時(shí)在已知條件下的燃燒在氣缸內(nèi)產(chǎn)生了可預(yù)測(cè)的壓力。通過(guò)描 述在一定的曲軸轉(zhuǎn)角下燃燒的相位和強(qiáng)度，可描述特定燃燒循環(huán)的初始和進(jìn)展。通過(guò)估計(jì) 氣缸的燃燒過(guò)程的狀態(tài)和將狀態(tài)與預(yù)期的氣缸讀數(shù)比較，可在故障、缺火或低效運(yùn)行方面 評(píng)價(jià)氣缸。這樣的評(píng)價(jià)在HCCI或壓縮燃燒下的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中可能是特別地重要，因?yàn)闅飧?條件的小的改變可能干擾造成有效和順序的自燃點(diǎn)火所需的條件，而有效和順序的自燃點(diǎn) 火是在合適地運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)明顯地得到效率、燃料經(jīng)濟(jì)性以及低排放的益處所需要的。
來(lái)自位于燃燒氣缸內(nèi)或與燃燒氣缸連通的壓力變換器的壓力讀數(shù)包含了直接涉 及燃燒室內(nèi)發(fā)生的燃燒的信息。用于量化燃燒室內(nèi)由于燃燒導(dǎo)致的壓力的一個(gè)方便的測(cè)量 值是壓力比(PR)，或測(cè)量的氣缸壓力(PCTl)與泵氣壓力(Pmqt)的比值，其中Pmqt計(jì)算為作為 活塞壓縮密閉的氣體而不發(fā)生燃燒的結(jié)果而存在于燃燒室內(nèi)的壓力。因此，PR在任何曲軸 轉(zhuǎn)角下可表達(dá)為
曲軸轉(zhuǎn)角(Θ)是曲軸經(jīng)歷燃燒循環(huán)的測(cè)量值，且在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛地用作跟蹤事件 的指標(biāo)和燃燒循環(huán)內(nèi)的可測(cè)量量。凈燃燒壓力(NCP( θ ))是頻繁地使用的術(shù)語(yǔ)，用于描述 Pcyl( θ )和PMQT( 9 )之間差異，或在燃燒室內(nèi)在給定曲軸轉(zhuǎn)角下歸因于燃燒的壓力升高。因 為通過(guò)ra或NCP描述的壓力升高直接歸因于燃燒，所以這些壓力術(shù)語(yǔ)的理解導(dǎo)致了關(guān)于氣 缸功率或信號(hào)功率和燃燒相位方面的燃燒的理解。 信號(hào)功率是描述作為燃燒的結(jié)果而在燃燒室內(nèi)部產(chǎn)生的壓力的幅度的術(shù)語(yǔ)。許多 用于計(jì)算信號(hào)功率的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。一個(gè)方法利用了來(lái)自氣缸內(nèi)的壓力讀數(shù) 以跟蹤信號(hào)功率(SP)，且通過(guò)如下等式表達(dá)
在此示例性的等式中，ra用于跟蹤信號(hào)功率；然而，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的 是比例地跟蹤燃燒循環(huán)的幅度的任何變量成可在此等式內(nèi)作為ra的替代類似地使用，例 如Pm或NCP。通過(guò)將ra在燃燒循環(huán)中的Ν個(gè)樣本上采樣，此等式產(chǎn)生了在燃燒循環(huán)中來(lái) 自氣缸的信號(hào)功率的幅度的測(cè)量值。 計(jì)算信號(hào)功率的另一個(gè)方法利用了快速傅立葉變換以分析壓力讀數(shù)。快速傅立葉 變換(FFT)是現(xiàn)有技術(shù)中熟知的數(shù)學(xué)方法。已知為譜分析的一個(gè)FFT方法利用了復(fù)信號(hào)且 將信號(hào)分為其成分部分，且可表達(dá)為諧波的加和。通過(guò)FFT分析以f( θ )表示的壓力變換 器信號(hào)可表達(dá)為如下
信號(hào)的每個(gè)成分N表達(dá)了燃燒室內(nèi)的壓力上的周期性輸入，N的每個(gè)增加的增 量包括更高頻率的信號(hào)。圖4圖示了根據(jù)本公開的輸入信號(hào)的幅度成分的示例圖。多個(gè)諧 波頻率Qtl產(chǎn)生了輸入信號(hào)的成分的幅度。FFT產(chǎn)生了關(guān)于信號(hào)的每個(gè)成分的信息，如上述 WAn表達(dá)的幅度、和以φ Ν表達(dá)的相位。對(duì)于通過(guò)燃燒循環(huán)的ra應(yīng)用FFT可通過(guò)如下等式 表達(dá)
Ρ(ω)代表了 ra信號(hào)的單獨(dú)成分的幅度。總的ra信號(hào)的幅度因此可表達(dá)為單獨(dú)成分 幅度的幅度加和。此加和可通過(guò)如下等式表達(dá)
權(quán)利要求
1.一種用于區(qū)分在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒問(wèn)題和傳感器故障的方法，所述方法包括 監(jiān)測(cè)來(lái)自所述發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣缸的壓力傳感器數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)來(lái)自不同于壓力傳感器的來(lái)源的描述燃燒健康的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)； 分析所述壓力傳感器數(shù)據(jù)以診斷異常燃燒事件； 分析所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)；將所述異常燃燒事件與所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的所述分析進(jìn)行比較；和 如果所述比較診斷出壓力傳感器故障，則指示壓力傳感器故障警告。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的監(jiān)測(cè)來(lái)自不同于壓力傳感器的來(lái)源的描述 燃燒健康的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)包括監(jiān)測(cè)曲軸速度數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的分析所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)包括 計(jì)算曲軸速度信號(hào)功率幅度；和確定所述曲軸速度信號(hào)功率幅度是否在可接受的曲軸速度信號(hào)功率幅度范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的分析所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)包括 計(jì)算曲軸速度燃燒相位；和確定所述曲軸速度燃燒相位是否在可接受的曲軸速度燃燒相位范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的分析壓力傳感器數(shù)據(jù)包括 計(jì)算壓力信號(hào)功率幅度；和確定所述壓力信號(hào)功率幅度是否在可接受的壓力信號(hào)功率幅度范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述確定包括將所述壓力信號(hào)功率幅度與標(biāo)定數(shù) 據(jù)進(jìn)行比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述確定包括將所述壓力信號(hào)功率幅度與對(duì)于所 述發(fā)動(dòng)機(jī)的相繼發(fā)火的氣缸計(jì)算的幅度進(jìn)行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的分析所述壓力傳感器數(shù)據(jù)包括 計(jì)算基于壓力的燃燒相位；和確定所述基于壓力的燃燒相位是否在可接受的基于壓力的燃燒相位的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述確定包括將所述基于壓力的燃燒相位與標(biāo)定 數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述確定包括將所述基于壓力的燃燒相位與對(duì) 于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的相繼發(fā)火的氣缸計(jì)算的燃燒相位進(jìn)行比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的分析壓力傳感器數(shù)據(jù)包括 計(jì)算壓力信號(hào)功率幅度；計(jì)算基于壓力的燃燒相位；和確定所述壓力信號(hào)功率幅度和所述基于壓力的燃燒相位是否在健康的燃燒運(yùn)行范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的指示壓力傳感器故障警告包括如下項(xiàng)的 至少一個(gè)點(diǎn)亮警告燈指示器，發(fā)出聽覺警告，在人界面裝置上顯示指示，和通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò) 傳達(dá)警告。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的指示壓力傳感器故障警告包括將所述警 告記錄在存儲(chǔ)裝置內(nèi)。
14.一種用于區(qū)分在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒問(wèn)題和傳感器故障的方法，所述方法包括 監(jiān)測(cè)來(lái)自所述發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣缸的壓力傳感器數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)曲軸速度數(shù)據(jù)；分析所述壓力傳感器數(shù)據(jù)以診斷壓力指示的異常燃燒事件；分析所述曲軸速度數(shù)據(jù)以診斷曲軸速度指示的異常燃燒事件；將所述壓力指示的異常燃燒事件與所述曲軸速度指示的異常燃燒事件進(jìn)行比較；和如果所述比較診斷出壓力傳感器故障則指示壓力傳感器故障警告。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述的分析所述壓力傳感器數(shù)據(jù)包括如下步驟 中至少一個(gè)計(jì)算壓力信號(hào)功率幅度且確定所述壓力信號(hào)功率幅度是否在可接受的壓力信號(hào)功率 幅度范圍內(nèi)；和計(jì)算基于壓力的燃燒相位且確定所述基于壓力的燃燒相位是否在可接受的基于壓力 的燃燒相位范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述的分析所述曲軸速度數(shù)據(jù)包括如下步驟中 至少一個(gè)計(jì)算曲軸速度信號(hào)功率幅度且確定所述曲軸速度信號(hào)功率幅度是否在可接受的曲軸 速度信號(hào)功率幅度范圍內(nèi)；和計(jì)算曲軸速度的燃燒相位且確定所述曲軸速度的燃燒相位是否在可接受的曲軸速度 燃燒相位范圍內(nèi)。
17.一種用于區(qū)分在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒問(wèn)題和傳感器故障的設(shè)備，所述設(shè)備包括 與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸連通的壓力傳感器；曲軸速度傳感器；與所述壓力傳感器和所述曲軸速度傳感器連通的控制模塊，所述控制模塊分析來(lái)自所 述壓力傳感器的數(shù)據(jù)和來(lái)自所述曲軸速度傳感器的數(shù)據(jù)，確定來(lái)自兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)是否在可接受的燃燒范圍內(nèi)，且如果來(lái)自所述壓力傳感器 的所述數(shù)據(jù)指示異常燃燒事件且來(lái)自所述曲軸速度傳感器的所述數(shù)據(jù)指示正常燃燒，則指 示壓力傳感器警告。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述的分析來(lái)自所述壓力傳感器和所述曲軸速 度傳感器的數(shù)據(jù)確定來(lái)自所述壓力傳感器的所述數(shù)據(jù)的幅度和相位的至少一個(gè)，和來(lái)自所 述曲軸速度傳感器的所述數(shù)據(jù)的幅度和相位的至少一個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述的分析來(lái)自所述壓力傳感器和所述曲軸速 度傳感器的數(shù)據(jù)確定來(lái)自所述壓力傳感器的所述數(shù)據(jù)的信號(hào)幅度和燃燒相位，和來(lái)自所述 曲軸速度傳感器的所述數(shù)據(jù)的信號(hào)幅度和燃燒相位，其中所述可接受的燃燒范圍包括指示 健康的燃燒的組合的信號(hào)功率幅度和燃燒相位的區(qū)域。
全文摘要
一種用于在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)區(qū)分燃燒問(wèn)題和傳感器故障的方法包括監(jiān)測(cè)來(lái)自所述發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣缸的壓力傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)來(lái)自不同于壓力傳感器的來(lái)源的描述燃燒健康的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，分析所述壓力傳感器數(shù)據(jù)以診斷異常燃燒事件，將所述異常燃燒事件與發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行比較，和如果所述比較診斷出壓力傳感器故障則指示壓力傳感器故障警告。
文檔編號(hào)F02D35/00GK102066729SQ200980122861
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者C-B.M.關(guān), F.A.馬特庫(kù)納斯, I.哈斯卡拉, P.A.巴蒂斯頓, Y-Y.王 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司