范圍內(nèi)傳感器故障診斷系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及內(nèi)燃機，尤其涉及用于氣缸內(nèi)發(fā)動機壓力傳感器診斷的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機具有能夠影響發(fā)動機的可靠和有效運行的許多組件。發(fā)動機運行和性能可特別是受到與發(fā)動機的燃燒氣缸關(guān)聯(lián)的那些組件，諸如進氣門和排氣門、活塞環(huán)、氣缸蓋襯墊等的狀況的影響。故障可因多種原因而發(fā)生，諸如熱循環(huán)、疲勞等。當這類組件失效或其性能受非完全故障危害時，這類故障的影響可能不會立即顯現(xiàn)于發(fā)動機的操作者。然而，這類故障可能引起發(fā)動機功率下降、發(fā)動機燃燒氣缸的充分密封損失、油消耗增加、燃料經(jīng)濟性降低以及其它影響。
[0003]即使不存在與組件有關(guān)的狀況，氣缸內(nèi)發(fā)動機燃燒還可能受到多種環(huán)境因素一一諸如周圍空氣溫度、氣壓、燃料品質(zhì)、發(fā)動機芯溫度及其它因素一一的影響。這樣的環(huán)境因素，加上或替代發(fā)動機組件狀況，可導致發(fā)動機燃燒問題，包括燃料/空氣混合物的失燃、爆燃、和/或提前點火。除了不利地影響發(fā)動機燃料消耗、噪音、粗糙度、排放和功率輸出以外，不適當?shù)娜紵€可引起過早的發(fā)動機組件失效、發(fā)動機啟動問題等。
[0004]現(xiàn)代發(fā)動機還可包括可變氣門正時系統(tǒng)，其可主動地和選擇性地控制發(fā)動機氣門正時。經(jīng)過一段時間，這類系統(tǒng)的校準和其性能的退化也會影響點火時機，并造成不同程度的異常發(fā)動機燃燒，這會反過來影響發(fā)動機性能和排放。對異常發(fā)動機燃燒的檢測和診斷是耗時的任務(wù)，因為這一般需要利用添加至發(fā)動機的儀器以診斷或維修模式來運轉(zhuǎn)發(fā)動機，以檢測異常。另外，使用者無法感知的異常燃燒可能不會被檢測。過去，人們已做出多種嘗試，用以通過使用構(gòu)造成測量氣缸內(nèi)的氣缸壓力的壓力傳感器在正常發(fā)動機運行期間診斷這樣的發(fā)動機工況。
[0005]為了提高這類壓力傳感器的精確度，已提出參考基于可變多變系數(shù)的氣缸壓力測量結(jié)果，如由Lee等人發(fā)表的題為“An In-Cylinder Pressure Referencing Method Basedon a Variable Polytropic Coefficient”的編號為2007-01-3535的SAE論文中所記載的。Lee描述了對燃燒過程的成功監(jiān)測取決于對氣缸內(nèi)壓力的精確測量。按照Lee的觀點，通常使用壓電傳感器進行氣缸內(nèi)壓力測量，但是傳感器殼體和包含在該殼體內(nèi)的石英感測元件的溫度的迅速變化會改變傳感器補償電壓。Lee提出壓電傳感器需要參照絕對壓力輸出(限定，pegging)，Lee的研究綜述了若干限定方法，并提出了基于可變多變系數(shù)的改進的限定方法。然而，Lee的方法不足以精確地、始終如一地并具備良好重復性地對用于壓力傳感器的范圍內(nèi)故障進行檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個方案中，本發(fā)明描述了一種內(nèi)燃機。該內(nèi)燃機包括至少一個氣缸、往復運動地配置在所述至少一個氣缸內(nèi)并限定出具有可變?nèi)莘e的燃燒室的活塞、和曲軸，該曲軸連接至所述活塞以使該活塞的往復運動引起該曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。所述內(nèi)燃機還包括壓力傳感器和發(fā)動機正時傳感器，所述壓力傳感器配置成感測所述燃燒室內(nèi)的氣缸壓力并提供指示該氣缸壓力的壓力信號，所述發(fā)動機正時傳感器配置成感測所述內(nèi)燃機的與所述曲軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)組件的角度并提供指示所述活塞在氣缸孔內(nèi)的位置的發(fā)動機正時信號。所述內(nèi)燃機還包括編程用于接收所述壓力信號和所述發(fā)動機正時信號的電子控制器;其中，所述電子控制器編程用以針對所述燃燒室內(nèi)的至少一個燃燒事件來確定:理論多變常數(shù)、測量的多變常數(shù)以及該理論多變常數(shù)與該測量的多變常數(shù)之間的差。所述電子控制器進一步編程用以基于所述壓力信號和所述差來計算調(diào)整的壓力信號，使得該調(diào)整的壓力信號對所述壓力傳感器的經(jīng)一段時間的精確度的改變進行補償。
[0007]在另一方案中，本發(fā)明描述了一種用于診斷內(nèi)燃機中的氣缸壓力傳感器的范圍內(nèi)故障的方法。該方法包括監(jiān)測來自發(fā)動機壓力傳感器的指示所述內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)的流體壓力的壓力信號，以及監(jiān)測來自發(fā)動機正時傳感器的指示所述內(nèi)燃機的輸出軸的旋轉(zhuǎn)且還指示活塞在所述至少一個氣缸內(nèi)的位置的發(fā)動機正時信號。所述方法還包括在電子控制器中接收來自所述發(fā)動機壓力傳感器的所述壓力信號和來自所述發(fā)動機正時傳感器的所述發(fā)動機正時信號，利用該電子控制器分析該壓力信號和該發(fā)動機正時信號，用以針對所述燃燒室內(nèi)的至少一個燃燒事件來確定:理論多變常數(shù)、測量的多變常數(shù)以及該理論多變常數(shù)與該測量的多變常數(shù)之間的差。根據(jù)所述方法，利用所述電子控制器基于所述壓力信號和所述差計算出調(diào)整的壓力信號，使得該調(diào)整的壓力信號對所述壓力傳感器的經(jīng)一段時間的精確度的改變進行補償。
[0008]在又一方案中，本發(fā)明描述了一種用于診斷氣缸壓力傳感器中的故障的方法。該方法包括:計算與燃燒事件有關(guān)的理論多變關(guān)系式，確定理論多變常數(shù)，利用氣缸壓力信號和發(fā)動機活塞在發(fā)動機氣缸孔中的位置信號來計算針對燃燒事件的實際多變關(guān)系式，確定測量的多變常數(shù)，將所述理論多變常數(shù)與所述測量的多變常數(shù)進行比較以確定調(diào)整值，并利用該調(diào)整值來修正所述壓力信號。
【附圖說明】
[0009]圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的框圖；
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的以截面示出的燃燒氣缸的詳細放大視圖；
[0011]圖3是用于根據(jù)本發(fā)明的診斷系統(tǒng)的框圖；
[0012]圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的附加診斷系統(tǒng)的框圖；
[0013]圖5是用于根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；
[0014]圖6是用于根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，尤其涉及發(fā)動機的一個或多個氣缸壓力傳感器的運行的診斷。在一個公開實施例中，將來自氣缸內(nèi)壓力傳感器的氣缸壓力測量結(jié)果、和來自曲軸或凸輪軸角度位置傳感器的基于曲軸角度位置指示的氣缸容積計算結(jié)果提供給電子控制器，該電子控制器編程為利用已編程在該電子控制器內(nèi)的已知的或預定的方程式來計算單個燃燒事件的多變常數(shù)。將計算出的多變常數(shù)與用于多變常數(shù)的理論值進行比較，并確定該計算出的多變常數(shù)和理論多變常數(shù)之間的差?；谒霾顏泶_定對所述氣缸壓力測量結(jié)果的修正，并在運行期間使用該修正。如果調(diào)整且因此計算出的多變常數(shù)與理論或預期多變常數(shù)之間的差超出預定的閾值，則將壓力傳感器輸出視為不能修正的，并且激活診斷故障標
V 1、1、O
[0016]如本文中所使用的，術(shù)語“多變常數(shù)”通常是指用在多變熱力學過程表達式中的常數(shù)，該表達式一般遵照方程p*v exp(n) = C，其中，p代表發(fā)動機氣缸壓力，v代表氣缸容積，η是代表多變指數(shù)值或多變系數(shù)值的實數(shù)，C是所述多變常數(shù)?？蓪⒍喾N偏差和限定應(yīng)用于這個通用表達式，這能夠提高所述確定的精確度。一般來說，多變指數(shù)值或多變系數(shù)值η是已知的或預定的，并且很大程度上基于用在發(fā)動機中的燃料的類型。例如，在柴油發(fā)動機中，在多種假定下——包括氣缸內(nèi)的可忽略的空氣質(zhì)量和傳遞至氣缸壁的可忽略的熱量，多變指數(shù)值或多變系數(shù)值約為1.27。用在發(fā)動機中的燃料的類型以及相應(yīng)的理論多變指數(shù)值或多變系數(shù)值可以作為使用者輸