范围内传感器故障诊断系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及内燃机，尤其涉及用于气缸内发动机压力传感器诊断的系统和方法。
【背景技术】
[0002]内燃机具有能够影响发动机的可靠和有效运行的许多组件。发动机运行和性能可特别是受到与发动机的燃烧气缸关联的那些组件，诸如进气门和排气门、活塞环、气缸盖衬垫等的状况的影响。故障可因多种原因而发生，诸如热循环、疲劳等。当这类组件失效或其性能受非完全故障危害时，这类故障的影响可能不会立即显现于发动机的操作者。然而，这类故障可能引起发动机功率下降、发动机燃烧气缸的充分密封损失、油消耗增加、燃料经济性降低以及其它影响。
[0003]即使不存在与组件有关的状况，气缸内发动机燃烧还可能受到多种环境因素一一诸如周围空气温度、气压、燃料品质、发动机芯温度及其它因素一一的影响。这样的环境因素，加上或替代发动机组件状况，可导致发动机燃烧问题，包括燃料/空气混合物的失燃、爆燃、和/或提前点火。除了不利地影响发动机燃料消耗、噪音、粗糙度、排放和功率输出以外，不适当的燃烧还可引起过早的发动机组件失效、发动机启动问题等。
[0004]现代发动机还可包括可变气门正时系统，其可主动地和选择性地控制发动机气门正时。经过一段时间，这类系统的校准和其性能的退化也会影响点火时机，并造成不同程度的异常发动机燃烧，这会反过来影响发动机性能和排放。对异常发动机燃烧的检测和诊断是耗时的任务，因为这一般需要利用添加至发动机的仪器以诊断或维修模式来运转发动机，以检测异常。另外，使用者无法感知的异常燃烧可能不会被检测。过去，人们已做出多种尝试，用以通过使用构造成测量气缸内的气缸压力的压力传感器在正常发动机运行期间诊断这样的发动机工况。
[0005]为了提高这类压力传感器的精确度，已提出参考基于可变多变系数的气缸压力测量结果，如由Lee等人发表的题为“An In-Cylinder Pressure Referencing Method Basedon a Variable Polytropic Coefficient”的编号为2007-01-3535的SAE论文中所记载的。Lee描述了对燃烧过程的成功监测取决于对气缸内压力的精确测量。按照Lee的观点，通常使用压电传感器进行气缸内压力测量，但是传感器壳体和包含在该壳体内的石英感测元件的温度的迅速变化会改变传感器补偿电压。Lee提出压电传感器需要参照绝对压力输出(限定，pegging)，Lee的研究综述了若干限定方法，并提出了基于可变多变系数的改进的限定方法。然而，Lee的方法不足以精确地、始终如一地并具备良好重复性地对用于压力传感器的范围内故障进行检测。
【发明内容】
[0006]在一个方案中，本发明描述了一种内燃机。该内燃机包括至少一个气缸、往复运动地配置在所述至少一个气缸内并限定出具有可变容积的燃烧室的活塞、和曲轴，该曲轴连接至所述活塞以使该活塞的往复运动引起该曲轴的旋转运动。所述内燃机还包括压力传感器和发动机正时传感器，所述压力传感器配置成感测所述燃烧室内的气缸压力并提供指示该气缸压力的压力信号，所述发动机正时传感器配置成感测所述内燃机的与所述曲轴相关的旋转组件的角度并提供指示所述活塞在气缸孔内的位置的发动机正时信号。所述内燃机还包括编程用于接收所述压力信号和所述发动机正时信号的电子控制器;其中，所述电子控制器编程用以针对所述燃烧室内的至少一个燃烧事件来确定:理论多变常数、测量的多变常数以及该理论多变常数与该测量的多变常数之间的差。所述电子控制器进一步编程用以基于所述压力信号和所述差来计算调整的压力信号，使得该调整的压力信号对所述压力传感器的经一段时间的精确度的改变进行补偿。
[0007]在另一方案中，本发明描述了一种用于诊断内燃机中的气缸压力传感器的范围内故障的方法。该方法包括监测来自发动机压力传感器的指示所述内燃机的燃烧室内的流体压力的压力信号，以及监测来自发动机正时传感器的指示所述内燃机的输出轴的旋转且还指示活塞在所述至少一个气缸内的位置的发动机正时信号。所述方法还包括在电子控制器中接收来自所述发动机压力传感器的所述压力信号和来自所述发动机正时传感器的所述发动机正时信号，利用该电子控制器分析该压力信号和该发动机正时信号，用以针对所述燃烧室内的至少一个燃烧事件来确定:理论多变常数、测量的多变常数以及该理论多变常数与该测量的多变常数之间的差。根据所述方法，利用所述电子控制器基于所述压力信号和所述差计算出调整的压力信号，使得该调整的压力信号对所述压力传感器的经一段时间的精确度的改变进行补偿。
[0008]在又一方案中，本发明描述了一种用于诊断气缸压力传感器中的故障的方法。该方法包括:计算与燃烧事件有关的理论多变关系式，确定理论多变常数，利用气缸压力信号和发动机活塞在发动机气缸孔中的位置信号来计算针对燃烧事件的实际多变关系式，确定测量的多变常数，将所述理论多变常数与所述测量的多变常数进行比较以确定调整值，并利用该调整值来修正所述压力信号。
【附图说明】
[0009]图1是表示根据本发明的内燃机的框图；
[0010]图2是根据本发明的发动机的以截面示出的燃烧气缸的详细放大视图；
[0011]图3是用于根据本发明的诊断系统的框图；
[0012]图4是用于根据本发明的附加诊断系统的框图；
[0013]图5是用于根据本发明的方法的流程图；
[0014]图6是用于根据本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]本发明涉及内燃机，尤其涉及发动机的一个或多个气缸压力传感器的运行的诊断。在一个公开实施例中，将来自气缸内压力传感器的气缸压力测量结果、和来自曲轴或凸轮轴角度位置传感器的基于曲轴角度位置指示的气缸容积计算结果提供给电子控制器，该电子控制器编程为利用已编程在该电子控制器内的已知的或预定的方程式来计算单个燃烧事件的多变常数。将计算出的多变常数与用于多变常数的理论值进行比较，并确定该计算出的多变常数和理论多变常数之间的差。基于所述差来确定对所述气缸压力测量结果的修正，并在运行期间使用该修正。如果调整且因此计算出的多变常数与理论或预期多变常数之间的差超出预定的阈值，则将压力传感器输出视为不能修正的，并且激活诊断故障标
V 1、1、O
[0016]如本文中所使用的，术语“多变常数”通常是指用在多变热力学过程表达式中的常数，该表达式一般遵照方程p*v exp(n) = C，其中，p代表发动机气缸压力，v代表气缸容积，η是代表多变指数值或多变系数值的实数，C是所述多变常数。可将多种偏差和限定应用于这个通用表达式，这能够提高所述确定的精确度。一般来说，多变指数值或多变系数值η是已知的或预定的，并且很大程度上基于用在发动机中的燃料的类型。例如，在柴油发动机中，在多种假定下——包括气缸内的可忽略的空气质量和传递至气缸壁的可忽略的热量，多变指数值或多变系数值约为1.27。用在发动机中的燃料的类型以及相应的理论多变指数值或多变系数值可以作为使用者输