气缸压力传感器诊断系统及其方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200910141850.2

申请日:

2009.05.26

公开号:

CN101592542A

公开日:

2009.12.02

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

G01L27/00; F02D45/00

主分类号:

G01L27/00

申请人:

通用汽车环球科技运作公司

发明人:

K·J·巴斯勒普; D·R·维尔纳; J·R·杜尔佐; D·S·梅休斯

地址:

美国密执安州

优先权:

2008.5.29 US 61/056984; 2008.10.14 US 12/250956

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司

代理人:

代易宁;谭祐祥

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内容摘要

本发明涉及气缸压力传感器诊断系统及其方法。控制模块包括基于气缸中的压力确定气缸指示转矩的气缸转矩确定模块,基于曲轴的转动确定气缸的导数项的气缸转矩平衡模块,和基于指示转矩和导数项检测气缸压力误差的气缸压力误差检测模块。一方法包括基于气缸中的压力确定发动机中气缸的指示转矩,基于曲轴的转动确定气缸的导数项,和基于指示转矩和导数项检测气缸的压力误差。

权利要求书

1.  一种控制模块,包括:
气缸转矩确定模块,基于所述气缸中的压力确定发动机中气缸的指示转矩;
气缸转矩平衡模块,基于曲轴的转动确定所述气缸的导数项;和
气缸压力误差检测模块,基于所述指示转矩和所述导数项检测所述气缸的压力误差。

2.
  如权利要求1的控制模块,其特征在于,当所述发动机以怠速工作时确定所述指示转矩和所述导数项,并且所述导数项是几个发动机循环期间的平均值。

3.
  如权利要求1的控制模块,进一步包括:
一阶导数模块,基于所述曲轴的所述转动确定被监控气缸和回复气缸的一阶导数;和
二阶导数模块,基于所述一阶导数确定所述被监控气缸和所述回复气缸的二阶导数,
其中,基于为所述被监控气缸确定的所述一阶导数和为所述被监控气缸和所述回复气缸确定的所述二阶导数为所述被监控气缸确定所述导数项。

4.
  如权利要求1的控制模块,其特征在于,当所述指示转矩与所述导数项不相关时,所述气缸压力误差检测模块检测出所述压力误差。

5.
  如权利要求4的控制模块,其特征在于,所述气缸压力误差检测模块确定所述气缸中的最小和最大压力,并且在所述最小和最大压力以及所述指示转矩不在预定极限内时确定所述指示转矩是否与所述导数项相关。

6.
  如权利要求4的控制模块,其特征在于,所述气缸压力误差检测模块比较被监控气缸与至少一个其他气缸之间的指示转矩变化量和所述被监控气缸与所述至少一个其他气缸之间的导数项变化量从而确定所述指示转矩是否与为所述被监控气缸所确定的所述导数项相关。

7.
  如权利要求1的控制模块,进一步包括:
气缸压力误差检测模块,确定在发动机倒拖事件中所述气缸中的实际最小和最大压力;和
气缸压力预测模块,基于歧管绝对压力、压缩比和预定压力递减项确定在所述发动机倒拖事件中所述气缸中的预测最小和最大压力。

8.
  如权利要求7的控制模块,其特征在于,如果所述预测最小和最大压力与所述实际最小和最大压力不相关,所述气缸压力误差检测模块检测所述压力误差。

9.
  如权利要求7的控制模块,其特征在于所述发动机倒拖事件包括禁止所述气缸中的点火。

10.
  如权利要求7的控制模块,其特征在于所述发动机倒拖事件在所述发动机的减速循环期间被指令。

11.
  一种方法,包括:
基于所述气缸中的压力确定发动机中气缸的指示转矩;
基于曲轴的转动确定所述气缸的导数项;和
基于所述指示转矩和所述导数项检测所述气缸的压力误差。

12.
  如权利要求11的方法,进一步包括,当所述发动机以怠速工作时确定所述指示转矩和所述导数项,并且在几个发动机循环期间平均所述导数项。

13.
  如权利要求11的方法,进一步包括:
基于所述曲轴的所述转动确定被监控气缸和回复气缸的一阶导数;和
基于所述一阶导数确定所述被监控气缸和所述回复气缸的二阶导数,其中,基于为所述被监控气缸确定的所述一阶导数和为所述被监控气缸和所述回复气缸确定的所述二阶导数为所述被监控气缸确定所述导数项。

14.
  如权利要求11的方法,进一步包括,当所述指示转矩与所述导数项不相关时检测所述压力误差。

15.
  如权利要求14的方法,进一步包括,确定所述气缸中的最小和最大压力,并且在所述最小和最大压力以及所述指示转矩不在预定极限内时确定所述指示转矩是否与所述导数项相关。

16.
  如权利要求14的方法,进一步包括,比较被监控气缸和至少一个其他气缸之间的指示转矩变化量和所述被监控气缸和所述至少一个其他气缸之间的导数项变化量从而确定所述指示转矩是否与为所述被监控气缸确定的所述导数项相关。

17.
  如权利要求11的方法,进一步包括:
确定在发动机倒拖事件中的所述气缸中的实际最小和最大压力;和
基于歧管绝对压力、压缩比和预定压力递减项确定在所述发动机倒拖事件中的所述气缸中的预测最小和最大压力。

18.
  如权利要求17的方法,进一步包括,如果所述预测最小和最大压力与所述实际最小和最大压力不相关,检测所述压力误差。

19.
  如权利要求17的方法,进一步包括在所述发动机倒拖事件中禁止所述气缸中的点火。

20.
  如权利要求17的方法,进一步包括在所述发动机的减速循环期间指令所述发动机倒拖事件。

说明书

气缸压力传感器诊断系统及其方法
相关申请的交叉引用
本申请是2006年5月11日提交的美国专利申请No.11/432,466的部分继续申请。
本申请要求2008年5月29日提交的美国临时申请No.61/056,984的优先权。上述申请的公开内容在此全部引入以供参考。
技术领域
本发明涉及内燃机,尤其涉及检测内燃机气缸中的压力测量误差。
背景技术
这里提供的背景技术描述是用来总体呈现所公开的内容。就背景部分所描述范围的当前署名的发明者的工作,以及在提交时未作为现有技术限定的描述既未明示也未暗示地被看作是本公开内容的现有技术。
内燃机产生驱动转矩,该转矩通过曲轴传递到动力传递系统。尤其是,将空气吸入发动机并在其中与燃料混合。空气和燃料混合物在气缸内燃烧从而驱动活塞。活塞驱动曲轴,产生驱动转矩。
气缸压力传感器基于气缸内的压力产生气缸压力信号。控制模块根据气缸压力信号确定气缸压力。气缸压力被用来控制车辆中的一个或多个子系统。由于燃烧产物的污染,气缸压力传感器可能会失去精确性。气缸压力中的误差会产生不精确的气缸压力计算并由此会使一个或多个车辆子系统不良运行。
发明内容
因此,本发明提供一控制模块,该控制模块包括气缸转矩确定模块、气缸转矩平衡模块和气缸压力误差检测模块,该气缸转矩确定模块基于气缸中的压力确定发动机中气缸的指示转矩,该气缸转矩平衡模块基于曲轴的转动确定气缸的导数项,该气缸压力误差检测模块基于指示转矩和导数项检测气缸的压力误差。另外,本发明提供一方法,包括:基于气缸中的压力确定气缸的指示转矩,基于曲轴的转动确定气缸的导数项,和基于指示转矩和导数项检测气缸的压力误差。
根据随后提供的详细说明,本发明的其他应用领域将变得显而易见。可以理解的是详细说明和特定实施例仅仅是图示目的而未意欲限制本发明的范围。
附图说明
根据详细说明和伴随的附图,将会更充分地理解本发明,其中:
图1是功能方框图,图示了基于本发明的气缸压力传感器诊断控制系统和方法调整的示例性车辆;
图2是一图表,其比较图1所示的示例性发动机的气缸的示例性测量压力和基于本发明的气缸压力传感器诊断控制系统和方法确定的压力;
图3是流程图,图示了由本发明的气缸压力传感器诊断控制系统和方法执行的示例性步骤;
图4是功能方框图,图示了执行本发明的气缸压力传感器诊断控制系统和方法的示例性模块;和
图5是功能方框图,图示了执行结合到本发明的气缸压力传感器诊断控制系统和方法中的气缸转矩平衡控制系统和方法的示例性模块。
具体实施方式
接下来的描述本质上仅仅是示例性而决没有意欲限制本发明,其应用或使用。出于清楚考虑,相同的附图标号在附图中用来标识相同元件。正如这里所使用的,措辞A,B,C中至少一个应该被认为是使用非排他逻辑“或”的逻辑关系(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以不同的顺序执行方法中的步骤。
正如这里所使用的,术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。
现在参考图1,示例性车辆10包括驱动变速器14的发动机12。变速器14可以是经由相应的转矩变换器或离合器16由发动机12驱动的自动或手动变速器。空气经由节气门13流入发动机12中。发动机12包括N个气缸18。虽然图1给出8个气缸(N=8),明白的是发动机12可以包括多个或更少的气缸18。例如,可以想到具有4,5,6,8,10,12和16个气缸的发动机。空气经由进气歧管20流入发动机12中并与气缸18中的燃料一起燃烧。燃烧过程往复驱动气缸18中的活塞(未示出)。活塞可旋转地驱动曲轴30从而为动力系提供驱动转矩。
控制模块38与发动机12和这里所述的各个输入和传感器通信。车辆操作者促动加速踏板40从而调节节气门13。尤其是,踏板位置传感器42产生传递到控制模块38的踏板位置信号。控制模块38基于该踏板位置信号产生节气门控制信号。节气门执行机构(未示出)基于该节气门控制信号调节节气门13从而调节通往发动机12的气流。
车辆操作者促动刹车踏板44从而调节车辆制动装置。尤其是,制动位置传感器46产生传递到控制模块38的制动踏板位置信号。控制模块38基于该制动踏板位置信号产生制动控制信号。制动系统(未示出)基于该制动控制信号调节车辆制动装置从而调节车速。进气歧管绝对压力(MAP)传感器50基于进气歧管20的压力产生信号。节气门位置传感器(TPS)52基于节气门位置产生信号。气缸压力传感器54基于气缸18中的压力产生信号。
曲轴旋转传感器48基于曲轴30的转动产生信号,该信号可被用来计算发动机转速。尤其是,发动机包括曲轴旋转机构(未示出),并且曲轴旋转传感器48对曲轴旋转机构做出响应。在一个实施例中,曲轴旋转机构包括固定以便与曲轴30一起旋转的齿轮。曲轴旋转传感器48对齿的上升边和下降边做出响应。示例性的齿轮包括在轮圆周等距间隔的58齿,除了在一个位置处缺少两个齿以提供间隙。因此,该间隙约占12°的曲轴转动并且每个齿约占6°的曲轴转动。控制模块38基于预定数量的齿经过所占用的时间来确定发动机转速RPM。
结合在本发明的气缸压力传感器诊断控制系统和方法中的气缸转矩平衡控制系统和方法基于曲轴的转动识别工作不良的气缸(weakcylinder)并平衡经由气缸的气缸转矩输出。尤其是,在气缸的膨胀行程期间,基于曲轴转速计算每个气缸的平均导数项(DTAVG),并且DTAVG的大小被用来识别工作不良的气缸。
分别基于一阶和二阶曲轴转速导数FD和SD确定DTAVG。正如这里所使用的,k是回复气缸(recovery cylinder),其在被监控气缸k-1之后发火(即,回复气缸在点火顺序中是被监控气缸之后的下一个)。在每个气缸的膨胀行程期间,基于曲轴30旋转预定角度(例如90°)所占用的时间,该时间称为tCS,确定对于被监控气缸k-1的FD(FDk-1)。通过曲轴旋转传感器48产生的曲轴信号监控tCS。为回复气缸(即当前发火气缸)和被监控气缸确定分别表示为SDk和SDk-1的SD。基于FDk-1,SDk和SDk-1确定对于特定气缸的导数项(DT)。DT在几个发动机循环期间被取样,而DTAVG被确定为其平均值。
本发明的压力传感器诊断系统和方法基于每个气缸中的压力(P)确定每个气缸18的指示转矩(TQ),并且比较发动机12中的特定气缸和至少一个其他气缸之间的TQ变化量与特定气缸和另一个气缸或多个气缸之间的DTAVG变化量从而确定TQ是否与DTAVG相关。当TQ与DTAVG不相关时,压力传感器诊断系统和方法检测出对于特定气缸的气缸压力误差。
现在参考图2,图表比较了8缸发动机的示例性测量气缸压力和基于本发明的气缸压力传感器诊断控制系统和方法确定的气缸压力。x轴表示发动机12中的气缸数而y轴表示相应的指示平均有效压力(IMEP)。IMEP是膨胀循环期间的气缸压力和压缩循环期间的气缸压力之间的差值。IMEP表示由气缸产生的转矩。
一对竖条表示每个气缸的IMEP。在每一对中,左侧竖条表示基于气缸压力传感器诊断确定的IMEP,而右侧竖条表示使用燃烧分析仪测量的IMEP。虽然气缸压力传感器诊断比较气缸-气缸间TQ变化和气缸-气缸间TQAVG变化量从而确定是否存在气缸压力误差,可以使用DTAVG和使DTAVG与IMEP相关联的转矩模型来近似绝对IMEP。比较确定的IMEP气缸-气缸间变化量和测量的气缸-气缸间变化量表明了使用DTAVG检测20kPa精确性内的气缸-气缸间TQ变化量的能力。
现在参考图3,将详细描述由气缸压力传感器诊断控制系统和方法执行的示例性步骤。在步骤300中,控制基于从气缸压力传感器54接收的信号确定被监控气缸的压力(Pk-1)。在步骤302中,控制基于Pk-1确定被监控气缸的指示转矩(TQk-1)。TQk-1是基础平均有效压力(BMEP),或者在IMEP和由于泵送工作和摩擦造成的损失之间的差值。在步骤304中,控制基于Pk-1确定被监控气缸的最小和最大压力,分别表示为PMINk-1和PMAXk-1
在步骤306中,控制确定PMINk-1、PMAXk-1和TQk-1是否在预定极限内。当PMINk-1、PMAXk-1和TQk-1在预定极限内时,控制在步骤308中检测出被监控气缸没有气缸压力误差。当PMINk-1、PMAXk-1和TQk-1不在预定极限内时,控制在步骤310中监控回复气缸的tCSk。在步骤312和314中,控制分别确定FDk和SDk。在步骤316中,控制基于SDk,SDk-1和FDk-1确定DTk-1(即被监控气缸k-1的DT)。SDk-1和FDk-1从缓冲器提供并在前一个迭代中确定。在步骤318中,控制基于DTk-1确定DTAVGk-1(即被监控气缸k-1的DTAVG)。
在步骤320中,控制确定TQk-1是否与DTAVGk-1相关。当TQk-1与DTAVGk-1相关时,控制在步骤308中检测出被监控气缸没有气缸压力误差。当TQk-1与DTAVGk-1不相关时,控制在步骤322中基于来自MAP传感器50的信号确定MAP。在步骤324中,控制基于MAP、压缩比(CR)和预定递减项(PDT)确定在发动机倒拖(拖动)事件(motoring event)中的(PMINk-1)P和(PMAXk-1)P(即被监控气缸k-1的预计PMIN和PMAX)。CR是活塞位于其行程顶部时的气缸容积和活塞位于其行程底部时的气缸容积的比值。PDT是基于耐久性循环期间观察到的压力传感器测量值的。在步骤326中,控制指令禁止被监控气缸中点火的发动机倒拖事件。该发动机倒拖事件可以在至少对车辆整体驾驶性能引起不利的时间被指令,例如在发动机12的减速循环。在步骤328中,控制在发动机倒拖事件中确定PMINk-1和PMAXk-1
在步骤330中,控制确定PMINk-1和PMAXk-1是否分别与(PMINk)P和(PMAXk)P相关。当PMINk-1和PMAXk-1与(PMINk-1)P和(PMAXk-1)P相关时,控制在步骤308中检测出被监控气缸没有气缸压力误差。当PMINk-1和PMAXk-1与(PMINk-1)P和(PMAXk-1)P不相关时,控制在步骤332中检测出被监控气缸有气缸压力误差。
现在参考图4,将详细描述执行气缸压力传感器诊断控制系统和方法的示例性模块。该示例性模块包括气缸压力确定模块400、气缸转矩确定模块402、气缸压力误差检测模块404、气缸转矩平衡模块406和气缸压力预测模块408。气缸压力确定模块400从压力传感器54接收表示Pk-1的信号并且基于此确定Pk-1。Pk-1被输出到气缸转矩确定模块402和气缸压力误差确定模块404。气缸转矩确定模块402基于Pk-1确定TQk-1。TQk-1被输出到气缸压力误差检测模块404。
气缸压力误差检测模块404基于Pk-1确定PMINk-1和PMAXk-1。气缸转矩平衡模块406接收tCSk并基于此确定DTAVGk-1。DTAVGk-1被输出到气缸压力误差确定模块404。气缸压力预测模块408接收MAP并基于MAP、CR和PDT确定在发动机倒拖事件中的(PMINk-1)P和(PMAXk-1)P。(PMINk-1)P和(PMAXk-1)P被输出到气缸压力误差检测模块404。当PMINk-1、PMAXk-1和TQk-1不在预定极限内,在发动机倒拖事件中TQk-1与DTAVGk-1不关联,并且PMINk-1和PMAXk-1与(PMINk-1)P和(PMAXk-1)P不关联时,气缸压力误差检测模块404检测出气缸压力误差。
现在参考图5,将详细描述结合在气缸压力传感器诊断控制系统和方法中执行气缸转矩平衡控制系统和方法的示例性模块。该示例性模块包括一阶和二阶导数模块500,502,最大值和最小值模块504,506,缓冲模块508,510,增益模块512,514,516,加法器518,最大值模块520和气缸转矩模块522。一阶导数模块500接收tCSk并基于此确定FDk。FDk被输出到二阶导数模块502和最大值模块504。二阶导数模块502基于FDk确定SDk并将SDk输出到最小值模块506和缓冲模块508。
最大值模块504对FDk进行钳位(clamp)并且最小值模块506对SDk进行钳位从而使噪音最小。缓冲模块508,510分别向增益模块512,516输出SDk-1和FDk-1而最小值模块506向增益模块514输出SDk。增益模块512,514,516以各自的增益A、B和C放大SDk-1、SDk和FDk-1。增益可被用来调节特定导数(即SDk-1、SDk和FDk-1)的影响或权重,或者用来关闭导数(例如增益设置为0)。
加法器518使FDk-1和SDk-1相加并减去SDk从而给出DTk-1。DTk-1被输出到钳位DTk-1以减小噪音的最大值模块520。DTk-1被输出到气缸转矩模块522,该模块计算每个气缸的DTAVG并产生控制信号来调节各个气缸的转矩输出。
本发明所属领域的技术人员根据上述描述会认识到本发明的广义教导可以多种形式实现。因此,虽然本发明包括特定实施例,本发明的范围不应受到限制,因为根据附图、说明书和接下来的权利要求,其他变形对所属领域的技术人员是显而易见的。

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本发明涉及气缸压力传感器诊断系统及其方法。控制模块包括基于气缸中的压力确定气缸指示转矩的气缸转矩确定模块,基于曲轴的转动确定气缸的导数项的气缸转矩平衡模块,和基于指示转矩和导数项检测气缸压力误差的气缸压力误差检测模块。一方法包括基于气缸中的压力确定发动机中气缸的指示转矩,基于曲轴的转动确定气缸的导数项,和基于指示转矩和导数项检测气缸的压力误差。 。

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