基于发动机振动检测机油混气和机油不足的系统和方法 相关申请的交叉引用 本申请与当日提交的美国专利申请 No. XX/XXX,XXX（律师案号 . P004665-PTUS-DPH） 相关。上述申请的全文通过引用全部并入本文。
技术领域 本发明涉及一种内燃机， 更具体地涉及一种基于发动机振动检测机油混气和机油 不足的系统和方法。
背景技术 本文给出的背景描述用于大体地展示本文的背景。 背景技术中所描述的本发明发 明人的工作以及背景技术中的亦不能被视为申请日时的现有技术的多个方面既不能被明 示地也不能被暗示地认为是抵触本发明的现有技术。
内燃机在气缸内燃烧空气 / 燃料 （A/F） 混合物来产生驱动扭矩。A/F 混合物的燃 烧驱动活塞， 活塞可旋转地转动曲轴从而产生驱动扭矩。驱动扭矩可经由变速器传递到车 辆的传动系 （例如， 车轮） 。润滑油 （例如， 机油） 可润滑运动的发动机部件以保护部件免受损 坏 （例如， 由于摩擦引起的） 。例如， 机油可被从油槽抽吸到发动机的轴承中。
空气被捕获在机油中可称作 “混气” 。当机油被高速 （例如， 很高的发动机转速） 循 环时， 这其中有更少的时间供气泡离开机油， 可能发生机油混气。另外， 机油混气可能随着 机油温度降低而增大。机油混气可能影响燃烧， 并可能由此损坏发动机部件和 / 或降低发 动机性能。类似地， 低机油液面 （例如， 小于机油的临界量）——也称作 “机油不足”——可 能损坏发动机部件和 / 或降低发动机性能。
发明内容
发动机控制系统包括确定模块和检测模块。 确定模块基于由发动机振动传感器产 生的发动机振动信号确定发动机振动的频率并确定相应于发动机振动的曲轴位置。 检测模 块在发动机频率和曲轴位置分别大于预定阈值时检测机油混气和机油不足。
该方法包括 ： 基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定发动机振动的 频率 ； 基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定相应于发动机振动的曲轴位 置； 以及当发动机频率和曲轴位置分别大于预定阈值时检测机油混气和机油不足。
在其它的特征中， 上述的系统和方法由通过一个或多个处理器执行的计算机程序 实现。计算机程序可驻留在有形的计算机可读介质中， 例如但不限于， 存储器、 非易失性的 数据存储器和 / 或其它适合的有形存储介质。
通过下面给出的详细描述， 本发明的其它的可应用领域将变得明显。应该理解的 是， 详细的描述和具体的实例仅用于说明目的而不旨在限制本发明的范围。
本发明还提供了如下方案 ： 方案 1. 一种发动机控制系统， 包括 ：确定模块， 所述确定模块基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定发动机 振动的频率并确定相应于所述发动机振动的曲轴位置 ； 以及 检测模块， 所述检测模块在所述频率和所述曲轴位置大于预定阈值时分别检出机油混 气和机油不足。
方案 2. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 还包括 ： 估计模块， 所述估计模块基于机油混气和机油不足的检出以及频率和曲轴位置两者中 的至少一者估计机油液面。
方案 3. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 所述检测模块在所述频率和所述 曲轴位置分别大于预定阈值时检出机油混气， 并且其中， 所述检测模块在机油混气被检出 时检出机油不足。
方案 4. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 所述检测模块在机油混气和机油 不足被检出时发出错误信号。
方案 5. 如方案 4 所述的发动机控制系统， 其中， 所述错误信号执行通知驾驶员和 修改所述发动机的操作中的至少一者。
方案 6. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 所述曲轴位置基于在一段时间内 的所述发动机振动的最大强度。 方案 7. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 所述发动机振动传感器是发动机 爆震传感器和加速计中的一者。
方案 8. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 还包括 ： 处理所述发动机振动信号的数字信号处理 （DSP） 模块。
方案 9. 如方案 8 所述的发动机控制系统， 其中， 所述 DSP 模块产生所述发动机振 动信号的快速傅立叶变换 （FFT） 。
方案 10. 如方案 9 所述的发动机控制系统， 其中， 所述发动机振动的频率基于所 述 FFT 的最大值。
方案 11. 一种方法， 包括 ： 基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定发动机振动的频率 ； 基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定相应于发动机振动的曲轴位置 ； 以及 当频率和曲轴位置分别大于预定阈值时检出机油混气和机油不足。
方案 12. 如方案 11 所述的方法， 还包括基于机油混气和机油不足的检出以及频 率和曲轴位置两者中的至少一者估计机油液面。
方案 13. 如方案 11 所述的方法， 其中， 当所述频率和所述曲轴位置分别大于预定 阈值时检出机油混气， 并且在检出机油混气时， 检出机油不足。
方案 14. 如方案 11 所述的方法， 其中， 还包括当机油混气和机油不足被检出时产 生错误信号。
方案 15. 如方案 14 所述的方法， 其中， 还包括基于所述错误信号， 执行通知驾驶 员和修改所述发动机的操作中的至少一者。
方案 16. 如方案 11 所述的方法， 其中， 所述曲轴位置基于在一段时间内的所述发 动机振动的最大强度。
方案 17. 如方案 11 所述的方法， 其中， 由发动机爆震传感器和加速计中的一者产 生所述发动机振动信号。
方案 18. 如方案 11 所述的方法， 还包括处理所述发动机振动信号。
方案 19. 如方案 18 所述的方法， 其中， 处理所述发动机振动信号包括产生所述发 动机振动信号的快速傅立叶变换 （FFT） 。
方案 20. 如方案 19 所述的方法， 其中， 所述发动机振动的频率基于所述 FFT 的最 大值。 附图说明
通过详细的描述和附图可更全面地理解本发明， 其中 ： 图 1 是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图 ； 图 2 是根据本发明的示例性控制模块的功能框图 ； 图 3 是根据本发明的基于发动机振动检测机油混气和机油不足的示例性方法的流程图。 具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的而绝不旨在限制本发明、 本发明的应用或使用。 为了清楚， 在附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的， 语句 “A、 B、 C 中的至少一者” 应解释为表示使用非排他性逻辑 “或者” 的逻辑 （A 或 B 或 C） 。应该理解 的是， 在不改变本发明的原理的情况下可按照不同的顺序执行本方法中的步骤。
如本文所使用的， 术语 “模块” 表示 ： 专用集成电路 （ASIC） 、 电子电路、 执行一个或 多个软件程序或固件程序的处理器 （共享、 专用或成组） 以及存储器 ； 组合逻辑电路 ； 和/或 实现所需功能的其它的适合的部件。
机油不足可能因不充分的润滑 （即， 增大的摩擦） 损坏发动机部件。然而， 机油不足 的检测可能是困难的和 / 或昂贵的。更具体地， 机油压力传感器和 / 或机油液面传感器的 实施可能增大成本并可能难以实施。例如， 一个或多个传感器的安置 （即， 位置） 可能影响是 否检出机油不足 （例如， 可变的检测性能） 。
机油液面 （以及因此机油不足） 与机油混气有关。更具体地， 当机油液面很低时， 可 能发生机油混气。例如， 在机油不足 （即， 机油液面低于阈值） 期间且发动机倾斜 （例如， 当车 辆转弯时） 时， 可能发生机油混气。然而， 可基于发动机振动检测机油混气。例如， 发动机振 动的增加可表示机油混气。
因此， 提出了基于发动机振动检测机油混气和机油不足的系统和方法。 例如， 可基 于由发动机爆震传感器、 加速计或其它适合的传感器产生的发动机振动信号确定或测量发 动机振动。 具体地， 这种系统和方法可使用发动机振动信号确定发动机振动的位置和频率。 例如， 发动机振动位置可包括与发动机振动信号的最大强度相应的曲柄角 （例如， 曲柄角度 或 CAD） 。另外， 例如， 发动机振动频率可基于发动机振动信号的数字信号处理 （DSP） （例如， 快速傅立叶变换或 FFT 的最大值） 。
此后， 这种系统和方法可基于所确定的发动机振动的位置和频率检测机油混气 （以及因此的机油不足） 。例如， 这种系统和方法可在所确定的发动机振动信号的位置 （例如， 曲柄角） 和频率分别大于预定的阈值时检测机油混气和机油不足。例如， 预定的阈值可 与正常的发动机操作相应。因此， 所确定的位置和频率大于预定的阈值可能表示异常的发 动机操作。
附加地或替换地， 这种系统和方法还可估计机油液面。 更具体地， 这种系统和方法 可基于机油混气 / 不足的检出和测量的发动机振动 （即， 位置和频率） 估计机油液面。换言 之， 机油混气 / 不足的检出可显示预定的机油液面 （例如， 低的机油液面阈值） 。然而， 这种 系统和方法还可基于发动机振动的位置和 / 或频率估计机油液面 （即， 确定机油液面低于 低的机油液面阈值的程度） 。例如， 当发动机振动的位置和 / 或频率增大时， 所估计的机油 液面可能降低。
这种系统和方法还可在检出机油混气 / 不足时产生错误信号。例如， 错误信号可 通知车辆的驾驶员所检出的问题和 / 或可修改发动机操作以减小或防止对发动机部件的 损坏。另外， 这种系统和方法可基于机油混气 / 不足的检出和 / 或估计的机油液面修改发 动机操作 （例如， 减小或防止对发动机的损坏） 。
现参照图 1， 发动机系统 10 包括发动机 12。例如， 发动机 12 可包括火花点火 （SI） 燃烧发动机、 压缩点火 （CI） 发动机 （例如， 柴油机） 或均质充气压燃 （HCCI） 发动机。然而， 发动机系统 10 还可包括例如混合动力发动机系统中的不同类型的发动机和 / 或附加部件 （例如， 电动马达） 。 发动机 12 经由进口系统 16 将空气抽吸到进气歧管 14 中， 可通过节气门 18 调节 进口系统 16。例如， 可用电子手段 （例如， 电子节气门控制器或 ETC） 控制节气门 18。质量 型空气流量 （MAF） 传感器 20 可测量进入进气歧管 14 中的 MAF 速率。歧管绝对压力 （MAP） 传感器 22 可测量进气歧管 14 内的空气的压力。进气歧管 14 中的空气可分配到多个气缸 24 中。尽管图中示出四个气缸， 但可实现其它数量的气缸。
气缸 24 中的空气可与来自多个燃料喷射器 26 的燃料混合以形成空气 / 燃料 （A/ F） 混合物。例如， 燃料喷射器 26 可分别经由气缸 24 的进气口将燃料喷射到气缸 24 中 （例 如， 进气口燃料喷射） ， 或者分别将燃料直接喷射到气缸 24 中 （例如， 直接燃料喷射） 。A/F 混 合物的燃烧驱动活塞 （图未示） ， 该活塞可旋转地转动曲轴 30 从而产生驱动扭矩。发动机速 度传感器 32 可测量曲轴 30 的转速 （例如， 每分钟的转数或 RPM） 。驱动扭矩可从曲轴 30 经 由变速器 （图未示） 传递到车辆的传动系 （图未示） （如， 车轮） 。例如， 变速器 （图未示） 可经 由变矩器 （例如， 液力耦合器） 联结到曲轴 30。
具体地， 在 SI 燃烧发动机中， 可通过活塞 （图未示） 在气缸 24 内压缩 A/F 混合物， 并通过来自多个火花塞 28 的火花燃烧 A/F 混合物。另一方面， 在 HCCI 发动机中， 可通过活 塞 （图未示） 在气缸 24 内压缩 A/F 混合物直到达到临界压力和 / 或临界温度， A/F 混合物自 动燃烧。另外， 在 HCCI 发动机中， 火花塞 28 可 “辅助” A/F 混合物的燃烧。此外， 在 CI 发动 机 （例如， 柴油发动机） 中， 可通过活塞 （图未示） 压缩气缸 24 中的空气， 并可通过燃料喷射 器 26 将燃料喷射到被压缩的空气中 （例如， 直接燃料喷射） ， 从而促使被压缩的 A/F 混合物 燃烧。
燃烧所产生的废气可从气缸 24 排放到排气歧管 34 中。排气背压 （EBP） 传感器 36 可测量排气歧管 34 中的废气的压力。废气处理系统 38 可在废气被释放到大气之前处理废 气以减小排放。废气还可用于驱动涡轮增压器 40。涡轮增压器 40 可通过压缩吸入到进气
歧管 14 中的空气来增大 （ “进气增压” ） MAP， 由此可产生增大的驱动扭矩 （即， 与更多的燃料 结合时） 。
另外， 废气可经由废气再循环 （EGR） 系统 42 被引入到进气歧管 14 中。EGR 系统 42 可包括连接排气歧管 34 到进气歧管 14 的 EGR 管路 44 以及调节被引入到进气歧管 14 中的 废气的量的 EGR 阀 46。具体地， EGR 系统 42 可用于调节 A/F 混合物的比率和 / 或燃烧相位 （例如， 通过温度控制） 。例如， 可在 CI 发动机 （例如， 柴油发动机） 和 HCCI 发动机中实施 EGR 系统 42。
发动机振动传感器 48 测量发动机振动。例如， 发动机振动传感器 48 可包括发动 机爆震传感器、 加速计或其它适合的传感器。另外， 发动机振动传感器 48 例如可包括数字 式发动机振动传感器。发动机 12 的振动可能源于燃烧噪声。换言之， 燃烧噪声可能由燃烧 特特征 （例如， A/F 比率、 点火正时等） 的变化引起。然而， 燃烧噪声还可能由发动机 12 的一 个或多个气缸 24 中的压力的变化引起。
控制模块 50 接收来自节气门 18、 MAF 传感器 20、 MAP 传感器 22、 燃料喷射器 26、 火花塞 28、 发动机速度传感器 32、 EBP 传感器 36、 废气处理系统 38、 涡轮增压器 40、 EGR 阀 46 和 / 或发动机振动传感器 48 的信号。控制模块 50 可控制节气门 18（例如， ETC） 、 燃料 喷射器 26、 火花塞 28、 废气处理系统 38 和 / 或 EGR 阀 46。控制模块 50 还可实施本发明的 系统或方法。 现参照图 2， 图 2 更详细地示出了控制模块 50。控制模块 50 可包括数字信号处理 （DSP） 模块 70、 确定模块 74、 检测模块 78 以及估计模块 82。控制模块 50 和 / 或控制模块 50 的其它子模块还可包括存储所确定的和预先确定的参数的存储器 （图未示） 。例如， 存储 器 （图未示） 可包括非易失性存储器 （NYM） 。
DSP 模块 70 接收来自发动机振动传感器 48 的发动机振动信号。DSP 模块 70 处理 发动机振动信号。 更具体地， DSP 模块 70 可对发动机振动信号执行数字信号处理 （DSP） 。 例 如， DSP 模块 70 可生成发动机振动信号的快速傅立叶变换 （FFT） 。然而， DSP 模块 70 还可 执行附加的或替换的信号处理 （例如， 滤波、 平滑化等） 。
确定模块 74 接收发动机振动信号和处理过的发动机振动信号 （例如， FFT） 。确定 模块 74 可基于发动机振动信号和处理过的发动机振动信号来分别确定发动机振动的位置 和频率。更具体地， 确定模块 74 可基于一段时间内的最大发动机振动强度 （即， 振幅） 来确 定发动机振动的位置。例如， 该位置可包括曲轴 30 的角位置 （例如， 曲柄角） 。另外， 确定模 块 74 可基于处理过的发动机振动信号确定发动机振动的频率。例如， 发动机振动的频率可 取决于 FFT 的最大值。
检测模块 78 接收来自确定模块 74 的所确定的发动机振动的位置和频率。检测模 块 78 可基于所确定的发动机振动的位置和频率检测机油混气 （以及机油不足） 。例如， 检测 模块 78 可在所确定的发动机振动的位置和频率分别大于预定的阈值时检出机油混气 / 不 足。检测模块 78 还可在检出机油混气 / 不足时发出错误信号。错误信号可通知车辆的驾 驶员和 / 或修改发动机操作以减小或防止损坏。可使用信号 80 表示机油混气 / 不足的检 出和 / 或错误信号。
估计模块 82 与检测模块通信。估计模块 82 可接收表示是否检出机油混气 / 不足 的信号。估计模块 82 可基于机油混气 / 不足的检出和发动机振动的位置和 / 或频率估计
机油液面。更具体地， 机油混气 / 不足的检出可表示预定的机油液面 （例如， 低的机油液面 阈值） 。然而， 该系统和方法还可由此基于发动机振动的位置和 / 或频率估计机油液面 （即， 确定机油液面低于低的机油液面阈值的程度） 。例如， 当发动机振动的位置和 / 或频率增大 时， 所估计的机油液面可能降低。估计模块还可发出所估计的机油液面小于预定 （例如， 临 界的） 阈值的错误信号。错误信号可通知车辆的驾驶员和 / 或修改发动机操作以减小或防 止损坏。可使用信号 84 表示机油液面的估计和 / 或错误信号。
现参照图 3， 使用发动机振动传感器 48 检测机油混气的方法始于 100。 在步骤 100， 控制模块 50 通过接收来自发动机振动传感器 48 的发动机振动信号测量发动机振动。在步 骤 104， 控制模块 50 处理发动机振动信号 （例如， 生成 FFT） 。在步骤 108， 控制模块 50 确定 发动机振动的位置 （例如， 曲柄角） 。
在步骤 112， 控制模块 50 确定发动机振动的频率。在步骤 116， 控制模块 50 检测 机油混气 / 不足。更具体地， 控制模块 50 可确定所确定的发动机振动的位置和频率是否分 别大于预定阈值。如果大于预定阈值， 控制可进行到步骤 120。如果不大于预定阈值， 控制 可返回到步骤 100。
在步骤 120， 控制模块 50 估计机油液面。更具体地， 控制模块 50 可基于机油混气 / 不足的检出以及发动机振动的位置和 / 或频率估计机油液面。在步骤 124， 控制模块 50 可能因机油混气 / 不足 （或临界的机油液面） 通知车辆的驾驶员和 / 或修改发动机操作。随 后， 控制可返回到步骤 100。 本发明的广泛教义可以各种型式实现。 因此， 尽管本发明包括多个实例， 但本发明 的真实范围不应限于此， 因为本领域的技术人员在研习附图、 说明书以及下面的权利要求 之后很容易预见到其它的变型。