[0002] 本申请要求2006年10月13日提交的美国临时申请号60/851,536的权益。 技术领域
[0003] 本披露总体上涉及的领域包括使用发动机汽缸压力的测量值的发动机控制和诊断。
背景技术
[0004] 一台
内燃机包括多个发动机汽缸并且可包括与这些汽缸相联通的多个压力
传感器，以便测量那些汽缸内的燃烧压力。来自
压力传感器的
信号由一个发动机
控制器接收，该发动机控制器还接收来自多个其他的发动机传感器的信号。控制器使用不同的信号(包括压力传感器信号)来调节发动机
燃料供应、吸气、以及点火正时，以便在燃料消耗、排气排放、以及输出功率方面使发动机性能优化。
发明内容
[0005] 一种方法的一个实施方案包括：感测一个发动机汽缸内的压力，并且基于感测到的压力估算至少一个其他的发动机系统参数。
[0006] 一种方法的另一个实施方案包括：设计一个发动机系统，该发动机系统包括一个或多个发动机汽缸压力传感器以及一个或多个其他的发动机系统传感器。跟据该方法，使该发动机系统运行，用发动机汽缸压力传感器来感测发动机汽缸压力，这些发动机汽缸压力传感器与发动机系统的发动机的一个发动机汽缸相联通。同样地，用这些其他的发动机系统传感器来感测至少一个其他的发动机系统参数。将发动机汽缸压力与该至少一个其他的发动机系统参数相关联，并且用发动机汽缸压力来替代或增强与发动机汽缸压力相关联的至少一个其他的发动机系统参数。
[0007] 从以下所提供的详细说明就会明白本发明的其他示例性实施方案。应该理解，尽管披露了本发明的多个示例性实施方案，这些详细的说明和具体的实例仅旨在用于说明的目的而并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
[0008] 从详细的说明以及这些附图中将会更加全面地理解本发明的示例性实施方案，在附图中：
[0009] 图1展示了具有多个传感器的内燃机系统的一个实施方案；以及 [0010] 图2展示了内燃机系统的另一实施方案，该系统具有与图1实施方案相比较少的传感器。
具体实施方式
[0011] 以下实施方案的说明本质上仅仅是示例性的而绝对无意限制本发明、其应用、或者用途。
[0012] 根据一种方法的一个第一实施方案，对一个发动机汽缸内的压力进行感测，并且基于该感测的压力估算至少一个其他的发动机系统参数。换言之，发动机汽缸压力可以被用作其他的发动机系统参数的代表。因此，用于其他的发动机系统参数的传感器可以省略或至少用汽缸压力数据来进行诊断。汽缸压力数据也可以用来发动机系统部件的对故障、损毁、
腐蚀等等进行诊断。
[0013] 现在参见图1，该方法可以与内燃机系统10一起使用。总之，系统10包括一个内燃机12(以便从空气和燃料的混合物的燃烧中产生机械动力)、一个进气或吸气系统14(以便为发动机12提供空气)，以及一个排气系统16(以便将燃烧气体总体上从发动机12送出。同时，系统10可以包括一个
涡轮增压器18，该
涡轮增压器联通跨过吸气系统14与排气系统16，以便压缩用于燃烧的空气以增加发动机的输出。
涡轮增压器18可以是一个可变几何形状
涡轮机式的涡轮增压器。那些本领域的技术人员将认识到一个燃料系统(未示出)可以用来给发动机提供燃料，以及一个控制器(未示出)可以包括一个或多个合适的处理器以及
存储器以执行至少在此批露的方法的某些部分。
[0014] 内燃机12可以是任何适当类型的发动机，如一台自动点火发动机，像
柴油发动机。内燃机12可以使用任何合适类型的液体或气体燃料。发 动机12包括汽缸25以及在一个
气缸体中的多个
活塞(未分别示出)，这些活塞与一个
汽缸盖(未单独示出)一起限定了多个
燃烧室(未示出)。发动机12还可以包括几个传感器。例如，在汽缸体上可提供一个油压传感器20以便测量发动机油压力，连同一个发动机速度和/或
位置传感器22以便测量发动机
曲轴(未示出)的转速和/或位置。同样，汽缸体上的一个
冷却液温度传感器24测量从中流过的发动机冷却液的温度。
[0015] 最后，发动机12可以包括数个与这些发动机汽缸25相联通的发动机汽缸压力传感器26以测量其中的压力。这些压力传感器26可以
定位为直接与发动机汽缸25，如用于估算与发动机燃烧曲线有关的参数。发动机汽缸压力传感器26可以是分离的装置或可以与其他的装置一体化，如
电热塞。
[0016] 同样，这些压力传感器26可以定位在这些发动机汽缸25的上游或下游，如用于估算与发动机的气体交换压力曲线(如在进气
阀或排气阀打开时)相关的参数。例如，这些压力传感器26可以位于在吸气系统14中的任何合适的位置中而处于上游联通，如与进气
歧管36相联通。在另一实例中，这些压力传感器26可以位于在排气系统16中的任何合适的位置中而处于下游联通，如与
排气歧管50相联通。
[0017] 尽管这些汽缸压力传感器26可以根据在此说明的方法来使用，它们典型地是用于加强发动机系统控制和/或诊断。例如，这些汽缸压力传感器26可以加强汽缸间的正时和燃料供应的控制以补偿单个汽缸差异。汽缸压力传感器26还可以用来补偿燃料辛烷和十六烷的差异，并且它们可以用于使用先进的燃烧技术如均匀充气
压缩点火(HCCI)来执行闭环点火控制。如在此将在以下进一步说明，在此说明的方法利用这些汽缸压力传感器26的存在来估算不同的其他发动机系统参数，如那些通常使用其他的专用发动机传感器来测量或估计的参数。
[0018] 进气系统14除适当的管道和连接器之外还可以包括用于过滤进入的空气的一个空气滤清器28，用来压缩过滤后的空气的一个涡轮增压器
压缩机30，用来冷却压缩空气的一个中冷器32，以及用来调节冷却空气的流动的一个
节流阀34。进气系统14还可以包括一个
进气歧管36，以用来接收节流的空气并将其分配给发动机12的这些燃烧室。 [0019] 进气系统14还可以包括多个传感器。例如，可提供与进气歧管36相联通的一个进气歧管压力传感器38以测量流向这些发动机汽缸25的空气 压力，并且可提供一个温度传感器40以测量流向这些汽缸25的空气温度。一个空气流量传感器42以及一个
环境温度传感器44可以定位在空气滤清器28的下游和涡轮增压器压缩机30的上游。一个速度传感器46可以被适当地连接到涡轮增压器压缩机30上，以测量其旋转速度。一个节流阀
位置传感器48(如一个一体化的
角位置传感器)可以用来测量节流阀34的位置。 [0020] 除了适当的管道和连接器之外，排气系统16还可以包括一个排气歧管50以收集来自发动机12的这些燃烧室的排气并且将它们传输下行至该排气系统16的其余部分。排气系统16还可以包括在排气歧管50的下游与其相联通的一个涡轮增压器涡轮52，一个催化转换器54如一个封闭连接的柴油
氧化催化转化器(DOC)装置，以及一个涡轮排气
门阀56；，涡轮排气阀56用来控制排气围绕涡轮增压器涡轮机52绕行到DOC单元。同样，排气系统16可以在一个
烟尘过滤器60的上游包括一个氮的氧化物(NOx)
吸附器单元58，它可以是在尾部排气管62的上游。
[0021] 此外，这个或这些排气及/或吸气系统16，14可以包括一个排气再循环(EGR)装置64，以使来自发动机12的排气歧管50的排气循环至自发动机12的进气歧管36。EGR装置64可以包括与排气歧管50处于下游联通以控制回到进气歧管36的排气再循环的一个EGR冷却
旁通阀66，在EGR冷却旁通阀66下游以便冷却EGR排气的一个EGR冷却器68，以及用来控制EGR排气流动的一个EGR阀70。EGR装置64还可以包括一个EGR混合单元72，该EGR混合单元在节流阀34的下游以及进气歧管36的上游的一个位置与EGR阀70相联通，以便将EGR排气与节流的空气混合。
[0022] 排气系统16可以进一步包括多个传感器。一个位置传感器74可放置在涡轮增压器18的附近以测量该可变几何形状涡轮机的位置，并且一个NOx传感器75可以放置在涡轮机52的下游。多个温度传感器76、78可以放置在催化转换器54的上游和下游以测量在催化转化器54的进口和出口处的排气温度。一个氧气(O2)传感器80可以放置在吸附器单元58的上游以测量排气中的氧气。一个或多个压力传感器82可放置为横跨烟尘过滤器60以测量横跨其上的压降。一个尾部排气管温度传感器84可以放置在一个尾部排气管出口的正好上游处以用来测量排出该排气系统16的排气温度。最后，一个位置传感器86可以用来测量EGR冷却器旁通阀66 的位置，并且另一个位置传感器88可以用来测量EGR阀
70的位置。
[0023] 除了在此示出和讨论的传感器之外，在此披露的方法可以包含任何其他的适当的传感器及其有关参数。例如，这些传感器还可以包括
加速器
踏板传感器、
车速传感器、动力传动系速度传感器、过滤器传感器、流动传感器、震动传感器、撞击传感器、进气与排气压力传感器、涡轮增压器速度及噪声传感器，以及/或类似的传感器。而且，在此披露的方法可以包含其他的发动机系统参数，包括涡轮增压器效率、部件污染或平衡问题、过滤器
载荷、柴油微粒过滤器(DPF)的再生状况、EGR速率、HP/LP EGR部分或比率、汽缸充气分布不均，和/或类似的参数。换言之，可以使用任何传感器来感测任何适当的物理参数，包括电气的、机械的，以及/或化学参数。如在此所使用的，术语传感器包括任何用来感测任何发动机系统参数的适当的
硬件和/或
软件。
[0024] 同样，如在此所使用的，HP EGR可以包括一个高压排气再循环通道，该通道在涡轮增压器涡轮的上游的排气子系统与进气子系统之间并在涡轮增压器压缩机的下游，并且LP EGR可以包括一个低压排气再循环通道，该通道在涡轮增压器涡轮机下游的排气子系统与进气子系统之间并在涡轮增压器压缩机的上游。可以确定符合排气排放指标的一个目标总EGR分数，并且可以确定一个目标HP/LP EGR比率以便在所确定的目标总EGR分数的约束下优化其他的发动机系统指标。
[0025] 这些估算的参数可以是定量的、定性的、以及/或本质上与存在相关的。更确切地说，可以估算数值的参数值，可以估算定性的参数如部件故障，并且可以被估算与存在相关的的参数如部件或正品部件的缺失或存在。同样，这些参数的值可以是绝对的或相对的数字值，表示缺失或存在的数值如0或1，或对于任何种类参数的任何适当表示。 [0026] 根据另一实施方案，提供了用于设计发动机系统的一种方法。根据该方法，可提供一个发动机系统，该发动机系统包括一个或多个发动机汽缸压力传感器以及一个或多个其他的发动机系统传感器。例如，可以使用上面说明的发动机系统10。下一步，使该发动机系统运行。例如，可以在车辆试车跑道上、在测力计上、在排放测试实验室中和/或类似的场合中在加装了监测仪器的车辆上运行该发动机系统。在发动机系统运行过程中，可以使用发动机汽缸压力传感器来感测汽缸压力，这些传感器与发动机系统的一台发动机的多个发动机汽缸相联通。然后，可以使用其他的发动机系 统传感器来感测其他的发动机系统参数。任何或所有感测的参数值能够以任何适当的方式进行存储用于后续的数据分析。 [0027] 对这些参数进行分析或评价以使发动机汽缸压力与其他的发动机系统参数相互关联。这种相关性可以用任何适当的方式进行。例如，汽缸压力可以公式化地与其他的发动机系统参数相关联。在另一个实例中，汽缸压力能够以经验和统计方式与其他的发动机系统参数相关联。在任何情况下，在发现该汽缸压力与任何其他的发动机系统参数可靠地互相关联时，这一相关性能够以公式、经验、声学、和/或类似的方式来建立模型。例如，可以从适当的测试中形成一些经验模型，并且可包括一些查询表、映射图、以及可以将汽缸压力与其他的发动机系统参数进行交叉参照的类似形式。
[0028] 因此，发动机汽缸压力测量被用作一种代表并因此替代或增强其他的发动机系统参数的测量结果，这些其他的发动机系统参数与发动机汽缸压力相关。尽管在发动机运行过程中的任何给定时刻均可以测量汽缸压力，一个首选方面包括使用非燃烧性汽缸压力的测量值，如燃烧前和/或燃烧后的压力。更具体地说，发动机汽缸压力可以在恰好燃烧前但空气压缩基本上完成时进行感测，以便同与这种汽缸压力相关的发动机系统参数一起使用。
[0029] 在第一个实例中，其他的发动机系统参数可以是一个机械装置如一个阀的位置。更具体地说，该机械装置的位置可以是可变几何形状涡轮机的位置，该位置与进气歧管压力成比例并且可以基于发动机汽缸压力并使用以下等式来公式化地进行估计或估算： [0030]
[0031] 其中：
[0032] P汽缸＝压缩之
后燃烧之前的汽缸压力[Pa]；
[0033] P进气＝进气歧管压力[Pa]；
[0034] CR＝压缩比＝(Vs+Vcc)/Vcc[无量纲]，其中3
[0035] Vs，Vcc＝汽缸
排量，以及燃烧室容积[m]；和
[0037] 在一个第二实例中，可以基于发动机系统声学估算发动机系统参数。更具体地说，可以分析或评价汽缸压力传感器信号的
频率成分来估算这些 其他的发动机系统参数。例如，使用傅里叶分析、拉普拉斯分析、小波分析、以及/或类似分析方法可以分析汽缸压力传感器信号的
频谱或其一部分以用来确定一个机械阀门的位置。同样，这样的预处理可以与(例如)基于模型或
人工智能(如神经网络)的方法相结合来评价在感测的发动机汽缸压力与至少一个其他的发动机系统参数之间的多种关系。
[0038] 许多发动机系统的子系统和部件可以设计为通过它们的声学反应行为而容易地进行监测，并且这种声学反应可以进行分析并可包括声学特征。事实上，发动机系统部件可以设计为显示一种特殊的声学特征，可将这个或这些汽缸压力传感器设计成用来识别该特征。该声学特征可以包括一个或多个振幅、频率、或瞬态特征等特征。还考虑了可将汽缸压力传感器信号用来识别子系统和部件的声学特征变化并且因此检测状态变化。例如，汽缸压力波的频率分析可以用来识别伪造的子系统和部件，或用来确定何时一个子系统或部件是在发生故障或破裂。此外，这种频率分析可以用来感测在吸气或排气系统中就启动、污染、以及损坏而言在几何形状上的任何变化。
[0039] 在另一个实施方案中，一个压力传感器或任何其他适合于监测压力的声学测量装置可以放置在其他位置或在不同发动机系统部件中(如在进气或排气通道中)或在发动
机舱内，以便估算不同的发动机系统参数。换言之，这些汽缸压力传感器可以用汽缸上游或下游的压力传感器来替代或补充。
[0040] 在一个第三实例中，该其他的发动机系统参数可以是一种
流体状态。更具体地说，该流体状态可以是在发动机进气歧管中空气的温度，这与汽缸压力有关并且是使用以下等式进行公式化估算：k-1
[0041] T燃烧前＝T进气*CR
[0042] 其中：
[0043] PV＝mRT燃烧前并且 于是，
[0044]
[0045] 其中：
[0046] CR＝压缩比；
[0047] k＝空气比热之比；
[0048] R＝空气特有的气体常数[kJ/(kg*K)]；
[0049] P＝燃烧室压力[kPa]；
[0050] V＝汽缸间隙体积[m3]；
[0052] P＝燃烧室温度[k]。
[0053] 根据上述内容，发动机汽缸压力传感器可以用来作为对某些其他的发动机系统传感器，如用于发动机系统的诊断(如车载诊断-OBD)或类似的传感器的一种核查，或这些发动机汽缸压力传感器可以用来将那些其他的发动机系统传感器完全省略。换言之，发动机汽缸压力可以用于不是必需要改进发动机性能，而是加强发动机系统参数测量的可靠性和/或从发动机系统中消除昂贵的传感器，如以下在图2中所描绘。
[0054] 图2展示了一个内燃机系统210的另一实施方案。此方案在许多方面与图1的实施方案相似，并且一般性的相同主题的描述在此不再重复。事实上，除了基于以上描述的方法省略了图1系统10的这些传感器之外，系统210与图1的系统10近乎相同。一个差异包括多个压力传感器26，它们(代替了或附加于同发动机汽缸25直接相联通的压力传感器26)在这个或这些进气和/或排气系统14，16中可以被置于这些发动机汽缸25的上游和/或下游。
[0055] 因此，许多传感器可以被省略，从而节省了它们的成本和重量。作为替代，可以保留这些传感器，并且这些传感器的汽缸压力估算的预计值可以用作对其他的传感器的诊断。在后一情况下，没有实现直接的单件零件的成本降低，然而，可以使用更简单和更可靠的诊断
算法，这可以节省开发时间和测试连同发动机控制器内存和计算时间。 [0056] 以上对本发明的实施方式的说明在本质上仅仅是示例性的，并且因此，并不将其变体视为背离了本发明的精神和范围。
