預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)并且尤其涉及用于預(yù)測(cè)和診斷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒的系統(tǒng) 和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)燃機(jī)具有許多可影響發(fā)動(dòng)機(jī)可靠且有效運(yùn)行的元件。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行和性能尤其可 受到這些與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸相關(guān)聯(lián)的元件條件的影響，所述元件諸如進(jìn)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(dāng)這些元件失 效時(shí)或者它們的性能由于不完全失效而受損時(shí)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的操作者來(lái)說(shuō)可能不會(huì)立即知 曉這些失效的影響。但是，這些失效可引起發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸有效密封損 失，機(jī)油消耗增加、燃料經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒可能還受到多個(gè)環(huán)境因素的影 響，例如環(huán)境空氣溫度、大氣壓強(qiáng)、燃料質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)中心溫度和其他因素。除了發(fā)動(dòng)機(jī)元件 條件以外或者替代發(fā)動(dòng)機(jī)元件條件，這些環(huán)境因素可能產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒有關(guān)的問(wèn)題，包括 不點(diǎn)火、燃料/空氣混合物的爆震和/或提早點(diǎn)火。除了不利地影響發(fā)動(dòng)機(jī)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(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)元件過(guò)早失效，發(fā)動(dòng)機(jī) 起動(dòng)問(wèn)題等等。
[0004] 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)還包括可變閥門正時(shí)系統(tǒng)，其可主動(dòng)并且選擇性地控制發(fā)動(dòng)機(jī)閥門正 時(shí)。這種系統(tǒng)的標(biāo)定和其性能隨著時(shí)間的退化也可影響點(diǎn)火正時(shí)并且產(chǎn)生不同程度的不正 常發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，這又可影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放。不正常發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的檢測(cè)和診斷是耗時(shí)的 工作，因?yàn)槠渫ǔＲ笠栽\斷或者維護(hù)模式運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)將儀器附加到發(fā)動(dòng)機(jī)上以檢 測(cè)異常。而且，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，燃料不正常燃燒是極細(xì)微的、可能檢測(cè)不到。過(guò)去，曾做過(guò)多 種嘗試以在正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間通過(guò)使用加速度計(jì)或其他來(lái)進(jìn)行二次測(cè)量、例如發(fā)動(dòng)機(jī)中 扭矩或功率輸出的波動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)氣或排氣壓強(qiáng)的波動(dòng)等等來(lái)診斷這種發(fā)動(dòng)機(jī)工況，結(jié) 果有好有壞。
[0005] 在標(biāo)題為"發(fā)動(dòng)機(jī)元件退化程度診斷系統(tǒng)"的文件JP2008208751A中可見(jiàn)一種先前 提出的用于檢測(cè)并診斷不正常的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的解決方案。在該參考文件中，所公開(kāi)的系統(tǒng) 檢測(cè)氣缸壓強(qiáng)并且計(jì)算氣缸壓縮壓強(qiáng)的時(shí)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(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有氣缸，氣缸包括形成于缸體中 的缸孔和往復(fù)地布置在缸孔中的活塞。曲軸連接到活塞使得活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生曲軸的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)或多個(gè)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(dòng)地 與缸孔接合。缸蓋設(shè)置用于阻擋缸孔的開(kāi)口端以限定在活塞與缸蓋之間的缸孔內(nèi)的燃燒 室。進(jìn)氣閥門設(shè)置成選擇性打開(kāi)使得燃燒室與進(jìn)氣歧管流體連接，排氣閥門設(shè)置用于選擇 性打開(kāi)使得燃燒室與排氣收集器流體連接。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓強(qiáng)傳感器，其設(shè)置用于感測(cè)在燃燒室內(nèi)的氣缸壓 強(qiáng)并且提供表示氣缸壓強(qiáng)的壓強(qiáng)信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)還包括發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)傳感器，其設(shè)置用于感測(cè) 發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)正時(shí)信號(hào)。電子控制 器被編程用于接收壓強(qiáng)信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)信號(hào)。電子控制器還被編程用于：以預(yù)測(cè)模式運(yùn) 行，其中生成燃燒參數(shù)基準(zhǔn)記錄并存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中；并且以診斷模式運(yùn)行，其中編 譯燃燒參數(shù)運(yùn)行集合。在運(yùn)行期間，電子控制器從非易失性存儲(chǔ)器檢索燃燒參數(shù)基準(zhǔn)記錄， 并且將基準(zhǔn)記錄與燃燒參數(shù)運(yùn)行集合比較以實(shí)時(shí)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(shí)激活至少一個(gè)故障標(biāo)記。
[0008] 在另一方面，本發(fā)明描述了一種用于診斷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的不正常燃燒的方法。該 方法包括:監(jiān)測(cè)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)壓強(qiáng)傳感器的壓強(qiáng)信號(hào)，其表示發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的流體壓強(qiáng);并 且監(jiān)測(cè)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)信號(hào)，其表示發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)并且也表示 活塞在氣缸內(nèi)的位置。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)壓強(qiáng)傳感器的壓強(qiáng)信號(hào)和來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)傳感器的發(fā)動(dòng) 機(jī)正時(shí)信號(hào)被接收在電子控制器中，電子控制器分析壓強(qiáng)信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)信號(hào)，使得在 預(yù)測(cè)模式運(yùn)行中，電子控制器確定燃燒參數(shù)的基準(zhǔn)集合并且將燃燒參數(shù)基準(zhǔn)集合儲(chǔ)存在非 易失性存儲(chǔ)器中。在診斷模式運(yùn)行中，電子控制器確定燃燒參數(shù)的運(yùn)行集合，燃燒參數(shù)的運(yùn) 行集合中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于燃燒參數(shù)的基準(zhǔn)集合中的一個(gè)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，電子控制器 被編程用于:從非易失性存儲(chǔ)器檢索燃燒參數(shù)的基準(zhǔn)集合，比較燃燒參數(shù)運(yùn)行集合中的每 一個(gè)與參數(shù)基準(zhǔn)集合中對(duì)應(yīng)的一個(gè)，并且當(dāng)燃燒參數(shù)的運(yùn)行集合中的至少一個(gè)以多于一個(gè) 對(duì)應(yīng)閾值不同于參數(shù)基準(zhǔn)集合中對(duì)應(yīng)的一個(gè)時(shí)，激活故障標(biāo)記。
[0009] 在另一方面，本發(fā)明描述了一種用于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中執(zhí)行診斷測(cè)試的方法。該方 法包括:建立發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)稱運(yùn)行工況;在發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命早期，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以一個(gè) 或多個(gè)標(biāo)稱運(yùn)行工況運(yùn)行時(shí)，獲取燃燒參數(shù)集合;將燃燒參數(shù)集合在與發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)的電子 控制器的非易失性存儲(chǔ)設(shè)備中存儲(chǔ)為基準(zhǔn)記錄;監(jiān)測(cè)正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行以檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)標(biāo) 稱運(yùn)行工況的存在，并且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)標(biāo)稱運(yùn)行工況時(shí)獲取對(duì)應(yīng)于基準(zhǔn)記錄 的運(yùn)行燃燒參數(shù)集合；比較運(yùn)行燃燒參數(shù)集合與基準(zhǔn)記錄，以及當(dāng)運(yùn)行燃燒參數(shù)的至少一 個(gè)不同于對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)記錄時(shí)，激活故障標(biāo)記。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的框圖圖示。
[0011] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的詳細(xì)放大截面視圖。
[0012] 圖3為用于根據(jù)本發(fā)明的預(yù)測(cè)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(qiáng)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(dòng)機(jī)中不正常燃燒的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)并且尤其涉及發(fā)動(dòng)機(jī)元件性能的預(yù)測(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)地運(yùn)行時(shí)可 能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)中不正常燃燒的不正常性能的后續(xù)連續(xù)實(shí)時(shí)診斷。發(fā)動(dòng)機(jī)可在陸地或海洋應(yīng) 用中的運(yùn)動(dòng)或者靜止機(jī)器中運(yùn)行。用于預(yù)測(cè)和后續(xù)診斷燃燒質(zhì)量的系統(tǒng)和方法可應(yīng)用于任 意類型的發(fā)動(dòng)機(jī)并且并不局限于本文描述的實(shí)施例。相應(yīng)地，本發(fā)明利用示例性的壓燃式 發(fā)動(dòng)機(jī)或者柴油發(fā)動(dòng)機(jī)用于圖示說(shuō)明，但是作為所說(shuō)明的預(yù)測(cè)和診斷系統(tǒng)和方法基礎(chǔ)的一 般構(gòu)思可應(yīng)用于火花點(diǎn)燃式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)、以兩種或更多種燃 料運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)等等。例如，本文所公開(kāi)的原理可應(yīng)用于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，其包括火花塞和類似 于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的燃料噴射器正時(shí)信號(hào)的相關(guān)聯(lián)的火花正時(shí)信號(hào)?？膳c本發(fā)明中所描述的 柴油噴射器正時(shí)信號(hào)相同的方式使用火花正時(shí)信號(hào)。而且，這些原理可應(yīng)用于其他發(fā)動(dòng)機(jī) 變型，例如包括預(yù)燃室的發(fā)動(dòng)機(jī)，預(yù)燃室點(diǎn)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(dòng)機(jī)氣缸中；或者燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，其在進(jìn)氣歧管和/或進(jìn)氣道中預(yù)混合燃?xì)夂涂?氣,等等。
[0017] 圖1中示出具有在缸體104內(nèi)形成的多個(gè)燃燒氣缸102的發(fā)動(dòng)機(jī)100。在圖2中以橫 截面示出發(fā)動(dòng)機(jī)1〇〇(圖1)的多個(gè)燃燒氣缸102之一的詳細(xì)放大視圖。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖1 和圖2的兩個(gè)圖示中，相同或相似的元件和特征標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記。
[0018] 發(fā)動(dòng)機(jī)100包括與多個(gè)燃燒氣缸102流體連通的進(jìn)氣歧管106和排氣收集器108。在 所示出的實(shí)施例中，進(jìn)氣歧管106經(jīng)由進(jìn)氣流道110與多個(gè)燃燒氣缸102中的每個(gè)流體連通， 當(dāng)進(jìn)氣閥門112中的相應(yīng)一個(gè)打開(kāi)時(shí)，進(jìn)氣流道110能夠與多個(gè)燃燒氣缸102中的相應(yīng)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(guò)排氣閥門116與多個(gè)燃燒氣缸 102中的氣缸連接。在所示出的實(shí)施例中激活進(jìn)氣閥門112和排氣閥門116通過(guò)可變閥門激 活系統(tǒng)115來(lái)實(shí)現(xiàn)，其包括與多個(gè)閥門相聯(lián)的致動(dòng)器117。如在圖2中所示，進(jìn)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中的任意一 種。
[0019] 多個(gè)燃燒氣缸102中的每一個(gè)包括能夠在缸孔202內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(shí)被大致 密封。通常經(jīng)由進(jìn)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(shí)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(dòng)機(jī)或者替代實(shí)施例中， 噴射器或其他燃料輸送閥可位于發(fā)動(dòng)機(jī)的其他地方，使得燃料和空氣在被供至燃燒室204 之前預(yù)混合。
[0020] 當(dāng)在燃燒室204中時(shí)，隨著活塞200移動(dòng)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(guò)排氣閥門116之一排出到 排氣收集器108中。活塞200的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲軸120(圖1)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸120通常通過(guò) 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(yùn)行期間檢 測(cè)的標(biāo)記或其他特征122。來(lái)自曲軸位置傳感器124的信息或信號(hào)被提供至電子控制器126， 其包括非易失性存儲(chǔ)器127。曲軸120