預測發(fā)動機系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及內(nèi)燃機并且尤其涉及用于預測和診斷發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒的系統(tǒng) 和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)燃機具有許多可影響發(fā)動機可靠且有效運行的元件。發(fā)動機運行和性能尤其可 受到這些與發(fā)動機燃燒氣缸相關(guān)聯(lián)的元件條件的影響，所述元件諸如進氣閥門和排氣閥 門、活塞環(huán)、氣缸墊等等。由于多種原因可發(fā)生失效，例如熱循環(huán)、疲勞等等。當這些元件失 效時或者它們的性能由于不完全失效而受損時，對于發(fā)動機的操作者來說可能不會立即知 曉這些失效的影響。但是，這些失效可引起發(fā)動機功率下降、發(fā)動機燃燒氣缸有效密封損 失，機油消耗增加、燃料經(jīng)濟性下降和其他作用。
[0003] 即使不考慮與元件相關(guān)的條件，發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒可能還受到多個環(huán)境因素的影 響，例如環(huán)境空氣溫度、大氣壓強、燃料質(zhì)量、發(fā)動機中心溫度和其他因素。除了發(fā)動機元件 條件以外或者替代發(fā)動機元件條件，這些環(huán)境因素可能產(chǎn)生發(fā)動機燃燒有關(guān)的問題，包括 不點火、燃料/空氣混合物的爆震和/或提早點火。除了不利地影響發(fā)動機燃料消耗、噪聲、 粗糙(roughness)、排放和功率輸出，不正常的燃燒也可導致發(fā)動機元件過早失效，發(fā)動機 起動問題等等。
[0004] 現(xiàn)代發(fā)動機還包括可變閥門正時系統(tǒng)，其可主動并且選擇性地控制發(fā)動機閥門正 時。這種系統(tǒng)的標定和其性能隨著時間的退化也可影響點火正時并且產(chǎn)生不同程度的不正 常發(fā)動機燃燒，這又可影響發(fā)動機性能和排放。不正常發(fā)動機燃燒的檢測和診斷是耗時的 工作，因為其通常要求以診斷或者維護模式運行發(fā)動機，同時將儀器附加到發(fā)動機上以檢 測異常。而且，對于用戶來說，燃料不正常燃燒是極細微的、可能檢測不到。過去，曾做過多 種嘗試以在正常發(fā)動機運行期間通過使用加速度計或其他來進行二次測量、例如發(fā)動機中 扭矩或功率輸出的波動、發(fā)動機中進氣或排氣壓強的波動等等來診斷這種發(fā)動機工況，結(jié) 果有好有壞。
[0005] 在標題為"發(fā)動機元件退化程度診斷系統(tǒng)"的文件JP2008208751A中可見一種先前 提出的用于檢測并診斷不正常的發(fā)動機燃燒的解決方案。在該參考文件中，所公開的系統(tǒng) 檢測氣缸壓強并且計算氣缸壓縮壓強的時間變化比以確定氣缸中是否存在不正常燃燒。但 是，該系統(tǒng)不可檢測與發(fā)動機燃燒有關(guān)的其他參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一方面，本發(fā)明描述了一種發(fā)動機。該發(fā)動機具有氣缸，氣缸包括形成于缸體中 的缸孔和往復地布置在缸孔中的活塞。曲軸連接到活塞使得活塞的往復運動產(chǎn)生曲軸的旋 轉(zhuǎn)運動。一個或多個活塞環(huán)密封件連接到活塞并且布置在活塞與缸孔之間以密封且滑動地 與缸孔接合。缸蓋設置用于阻擋缸孔的開口端以限定在活塞與缸蓋之間的缸孔內(nèi)的燃燒 室。進氣閥門設置成選擇性打開使得燃燒室與進氣歧管流體連接，排氣閥門設置用于選擇 性打開使得燃燒室與排氣收集器流體連接。
[0007] 在一個實施例中，發(fā)動機包括壓強傳感器，其設置用于感測在燃燒室內(nèi)的氣缸壓 強并且提供表示氣缸壓強的壓強信號。發(fā)動機還包括發(fā)動機正時傳感器，其設置用于感測 發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)元件的角度并且提供表示活塞在缸孔內(nèi)的位置的發(fā)動機正時信號。電子控制 器被編程用于接收壓強信號和發(fā)動機正時信號。電子控制器還被編程用于：以預測模式運 行，其中生成燃燒參數(shù)基準記錄并存儲在非易失性存儲器中；并且以診斷模式運行，其中編 譯燃燒參數(shù)運行集合。在運行期間，電子控制器從非易失性存儲器檢索燃燒參數(shù)基準記錄， 并且將基準記錄與燃燒參數(shù)運行集合比較以實時確定氣缸中是否存在不正常燃燒。電子控 制器被編程以在確定存在不正常燃燒時激活至少一個故障標記。
[0008] 在另一方面，本發(fā)明描述了一種用于診斷發(fā)動機氣缸內(nèi)的不正常燃燒的方法。該 方法包括:監(jiān)測來自發(fā)動機壓強傳感器的壓強信號，其表示發(fā)動機燃燒室中的流體壓強;并 且監(jiān)測來自發(fā)動機正時傳感器的發(fā)動機正時信號，其表示發(fā)動機輸出軸的旋轉(zhuǎn)并且也表示 活塞在氣缸內(nèi)的位置。來自發(fā)動機壓強傳感器的壓強信號和來自發(fā)動機正時傳感器的發(fā)動 機正時信號被接收在電子控制器中，電子控制器分析壓強信號和發(fā)動機正時信號，使得在 預測模式運行中，電子控制器確定燃燒參數(shù)的基準集合并且將燃燒參數(shù)基準集合儲存在非 易失性存儲器中。在診斷模式運行中，電子控制器確定燃燒參數(shù)的運行集合，燃燒參數(shù)的運 行集合中的每一個對應于燃燒參數(shù)的基準集合中的一個。在發(fā)動機運行期間，電子控制器 被編程用于:從非易失性存儲器檢索燃燒參數(shù)的基準集合，比較燃燒參數(shù)運行集合中的每 一個與參數(shù)基準集合中對應的一個，并且當燃燒參數(shù)的運行集合中的至少一個以多于一個 對應閾值不同于參數(shù)基準集合中對應的一個時，激活故障標記。
[0009] 在另一方面，本發(fā)明描述了一種用于在發(fā)動機運行中執(zhí)行診斷測試的方法。該方 法包括:建立發(fā)動機的一個或多個標稱運行工況;在發(fā)動機使用壽命早期，當發(fā)動機以一個 或多個標稱運行工況運行時，獲取燃燒參數(shù)集合;將燃燒參數(shù)集合在與發(fā)動機相聯(lián)的電子 控制器的非易失性存儲設備中存儲為基準記錄;監(jiān)測正常發(fā)動機運行以檢測一個或多個標 稱運行工況的存在，并且當發(fā)動機運行在一個或多個標稱運行工況時獲取對應于基準記錄 的運行燃燒參數(shù)集合；比較運行燃燒參數(shù)集合與基準記錄，以及當運行燃燒參數(shù)的至少一 個不同于對應的基準記錄時，激活故障標記。
【附圖說明】
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的框圖圖示。
[0011] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機燃燒氣缸的詳細放大截面視圖。
[0012] 圖3為用于根據(jù)本發(fā)明的預測系統(tǒng)的框圖。
[0013] 圖4為定性圖形，示出根據(jù)本發(fā)明的燃燒氣缸內(nèi)的壓強跡線。
[0014] 圖5為用于根據(jù)本發(fā)明的診斷系統(tǒng)的框圖。
[0015] 圖6為根據(jù)本發(fā)明的用于診斷發(fā)動機中不正常燃燒的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機并且尤其涉及發(fā)動機元件性能的預測和發(fā)動機實地運行時可 能導致發(fā)動機中不正常燃燒的不正常性能的后續(xù)連續(xù)實時診斷。發(fā)動機可在陸地或海洋應 用中的運動或者靜止機器中運行。用于預測和后續(xù)診斷燃燒質(zhì)量的系統(tǒng)和方法可應用于任 意類型的發(fā)動機并且并不局限于本文描述的實施例。相應地，本發(fā)明利用示例性的壓燃式 發(fā)動機或者柴油發(fā)動機用于圖示說明，但是作為所說明的預測和診斷系統(tǒng)和方法基礎(chǔ)的一 般構(gòu)思可應用于火花點燃式汽油發(fā)動機、天然氣發(fā)動機、壓燃式發(fā)動機、以兩種或更多種燃 料運行的發(fā)動機等等。例如，本文所公開的原理可應用于燃氣發(fā)動機，其包括火花塞和類似 于柴油發(fā)動機上的燃料噴射器正時信號的相關(guān)聯(lián)的火花正時信號?？膳c本發(fā)明中所描述的 柴油噴射器正時信號相同的方式使用火花正時信號。而且，這些原理可應用于其他發(fā)動機 變型，例如包括預燃室的發(fā)動機，預燃室點燃一小部分燃料并且然后將燃燒著的混合物噴 入更大的發(fā)動機氣缸中；或者燃氣發(fā)動機，其在進氣歧管和/或進氣道中預混合燃氣和空 氣,等等。
[0017] 圖1中示出具有在缸體104內(nèi)形成的多個燃燒氣缸102的發(fā)動機100。在圖2中以橫 截面示出發(fā)動機1〇〇(圖1)的多個燃燒氣缸102之一的詳細放大視圖。為了簡單起見，在圖1 和圖2的兩個圖示中，相同或相似的元件和特征標有相同的附圖標記。
[0018] 發(fā)動機100包括與多個燃燒氣缸102流體連通的進氣歧管106和排氣收集器108。在 所示出的實施例中，進氣歧管106經(jīng)由進氣流道110與多個燃燒氣缸102中的每個流體連通， 當進氣閥門112中的相應一個打開時，進氣流道110能夠與多個燃燒氣缸102中的相應氣缸 流體連接。類似的，排氣收集器108能夠經(jīng)由排氣流道114通過排氣閥門116與多個燃燒氣缸 102中的氣缸連接。在所示出的實施例中激活進氣閥門112和排氣閥門116通過可變閥門激 活系統(tǒng)115來實現(xiàn)，其包括與多個閥門相聯(lián)的致動器117。如在圖2中所示，進氣流道110和排 氣流道114至少部分形成于缸蓋118內(nèi)，但是可使用若干其他已知發(fā)動機結(jié)構(gòu)中的任意一 種。
[0019] 多個燃燒氣缸102中的每一個包括能夠在缸孔202內(nèi)往復運動的活塞200。缸孔202 在活塞200和缸蓋118之間的部分限定燃燒室204,其在空氣/燃料混合物發(fā)生燃燒時被大致 密封。通常經(jīng)由進氣流道110將用于空氣/燃料混合物的空氣提供到燃燒室204,空氣/燃料 混合物還可包括其他流體例如排氣和/或氣體燃料。燃料從噴射器230提供至燃燒室，在所 示的實施例中噴射器230能夠?qū)⑷剂现苯幼⑷肴紵?。在不同的發(fā)動機或者替代實施例中， 噴射器或其他燃料輸送閥可位于發(fā)動機的其他地方，使得燃料和空氣在被供至燃燒室204 之前預混合。
[0020] 當在燃燒室204中時，隨著活塞200移動減少燃燒室204的容積，空氣/燃料混合物 被壓縮直至燃燒發(fā)生。隨著燃燒，在燃燒室204中殘留的排氣通過排氣閥門116之一排出到 排氣收集器108中?；钊?00的往復運動轉(zhuǎn)換成曲軸120(圖1)的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸120通常通過 連桿208(圖2)被連接到活塞200,曲軸120包括可由曲軸位置傳感器124(圖1)在運行期間檢 測的標記或其他特征122。來自曲軸位置傳感器124的信息或信號被提供至電子控制器126， 其包括非易失性存儲器127。曲軸120