[发明专利]通过分析发动机气缸压力信号和曲轴速度信号的燃料系统诊断

说明书

技术领域

本公开涉及包括压燃式发动机的内燃机的运行和控制。

背景技术

在此部分的陈述仅提供涉及本公开的背景信息，且不一定构成现有技术。在发动机内的燃烧涉及将燃料和空气引入到燃烧室内，且导致燃料空气混合物或充气点燃以利用因此形成的功。燃料和空气的引入和点燃通过控制燃烧室的特征、在气缸内起作用的活塞的位置、调节体积且因此调节燃烧室内的最终条件来正时。燃烧中涉及的事件的正时和作为结果的燃烧的性质影响了发动机的最终效率和排放。

燃烧正时或定相对于燃烧过程中的问题诊断是有益的。所得到的压力或活塞上的作用的幅度对于这些问题的诊断也是有益的。对于在一组特定的参数下运行的正常的燃烧过程，燃烧结果在小范围内是可预测的。偏离此小范围的燃烧循环指示了燃烧室内的条件处于预期的参数之外。燃烧循环的分析可以以多种形式进行。

估计以信号功率测量的幅度或估计燃烧相位的已知方法依赖于对于燃烧热、燃烧做功或其他反应指标的估计。这些方法回顾历史数据且对燃烧数据内的趋势或累积的数据点作出反应。然而，压燃式发动机和其他发动机控制方法在宽的发动机条件下运行。有效的且及时的控制，包括燃料控制、燃料调整、进气点燃正时控制、废气再循环（EGR）控制，需要满足操作者对于性能和燃料经济性的需求且符合排放要求。此外，存在很多可变性，包括涉及到如下项的可变性：部件，例如燃料喷射器；系统，例如燃料管线和压力；运行条件，例如环境压力和温度；和燃料，例如十六烷值和乙醇含量。燃烧的可变性影响了从单独气缸的放热和功输出，从而导致发动机的非最佳性能。基于实时发动机性能的燃烧可变性的测量对于诊断燃烧过程中的不稳定性是有价值的，且提供了有益于降低低效运行或高排放运行的周期的信息。

已知用于计算其形式为幅度或燃烧相位的燃烧指标的方法，所述方法基于燃烧结果的直接测量值，例如来自燃烧室的直接压力测量值或由燃烧导致的净曲轴速度。另外，已知用于处理复信号或噪声信号且将其还原为有用信息的方法。一个这样的方法包括通过快速傅立叶变换（FFT）的谱分析。FFT将周期性或重复性信号变成谐波信号之和，用于将信号转换为其频率谱的成分。一旦信号成分已被识别，则信号成分可被分析，且可从信号中获取信息。当发动机在作为例如实施在柴油机应用中的压缩点火的均质充气压缩点火（HCCI）下运行时，或在其他自燃方案下运行时，这样的估计可能是特别重要的，因为气缸条件的小的改变可能干扰造成有效和顺序的自燃点火所需的条件，而有效和顺序的自燃点火是在合适地运行的发动机内明显地得到效率、燃料经济性以及低排放的益处所需要的。

然而，压力传感器特别易于失效。与燃烧室直接连通的压力传感器经受快速且极端的压力改变。响应于由压力传感器诊断到的所觉察的燃烧问题的发动机设定改变可能对于发动机性能具有明显影响，特别是如果作为基础的压力读数不可靠时。

发明内容

一种用于区分发动机内的燃烧问题和传感器故障的方法，包括监测来自所述发动机内的气缸的压力传感器数据且监测来自与压力传感器不同的源的描述了燃烧健康（良好状况）的发动机数据。分析压力传感器数据以诊断异常燃烧事件，且发动机数据被分析且与异常燃烧事件进行比较。如果比较诊断出压力传感器故障，则指示压力传感器故障警告。

附图说明

现在将通过示例参考附图描述一个或多个实施例，其中：

图1是根据本公开的示例性实施例构造的内燃机的截面视图；

图2是根据本公开的利用了燃烧压力传感器和曲轴速度感测组件的动力总成系统的示意图；

图3是根据本公开的曲轴速度感测组件，曲轴传感器和控制模块的示意图；

图4是根据本公开的被分解为其成分信号的幅度的典型的复信号（complex signal）的曲线图；

图5是根据本公开的已燃质量分数曲线的曲线图；

图6是根据本公开的在多缸发动机内的一系列燃烧循环期间可观察的典型曲轴速度的曲线图；

图7是根据本公开的以基于压力的燃烧相位和压力信号功率幅度为基础判断测量的燃烧值的典型标准的曲线图；

图8是根据本公开的以基于曲轴速度的燃烧相位和曲轴速度信号功率幅度为基础判断测量的燃烧值的典型标准的曲线图；

图9是根据本公开的其中显示了SOI曲轴转角，作为结果的燃烧相位值的典型的燃烧相位标定曲线的曲线图，和估计测量的燃烧相位值的典型方法的曲线图；和

图10是根据本公开的估计压力传感器读数与曲轴速度读数从而判断诊断的异常燃烧事件是否由于故障的压力传感器导致的典型方法的曲线图。

具体实施方式