CN101963106A - 用于气门致动凸轮轴传动组件补偿的诊断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于气门致动凸轮轴传动组件补偿的诊断系统。一种诊断系统和用于操作该诊断系统的方法，包括生成诊断压力信号的压力监测模块以及生成发动机组件油压校正信号并基于诊断压力信号和发动机组件油压信号生成校正的诊断压力信号的凸轮轴传动的发动机组件校正模块。该系统进一步包括基于校正的诊断压力信号生成可变气门升程机构故障信号的诊断模块。

Description

用于气门致动凸轮轴传动组件补偿的诊断系统
技术领域
本发明涉及可变气门致动系统，并且更具体地涉及用于可变气门致动系统的诊断系统。
背景技术
这一部分中的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术信息，而且并不构成现有技术。
机动车辆包括产生驱动转矩的内燃机。更具体地，进气门被选择性地打开以将空气吸入发动机的气缸内。空气与燃料混合以形成燃烧混合物。燃烧混合物在气缸内被压缩并燃烧以驱动气缸内的活塞。排气门选择性地打开以在燃烧之后允许从气缸中排出废气。
转动的凸轮轴调节进气门和排气门的打开和关闭。凸轮轴包括随凸轮轴一起转动的多个凸轮凸角。凸轮凸角的外形确定了气门升程调度。更具体地，气门升程调度包括气门开启的时间量(开启持续时间)以及气门打开的大小或程度(升程)。
可变气门致动(VVA)技术通过将气门升程事件、正时和开启持续时间作为发动机运行状态的函数进行调节而提高了燃料经济性、发动机效率和/或性能。两级VVA系统包括可变气门装置，例如液压控制的可切换滚子指状随动件(SRFF)。SRFF使得在进气门和/或排气门上能够有两种离散的气门状态(例如低升程状态或高升程状态)。
参照图1，更详细地示出了液压升程机构(也就是SRFF机构)10。本领域技术人员能够想到SRFF机构10本质上仅仅是示意性的。SRFF机构10被可枢轴转动地安装在液压间隙调节器12上并接触进气门16的气门杆14，进气门16选择性地打开和关闭通往气缸20的进气通道18。发动机进气门16响应于进气凸轮轴22的转动而被选择性地升起和降下，在进气凸轮轴22上装有多个凸轮凸角(例如低升程凸轮凸角24和高升程凸轮凸角26)。进气凸轮轴22绕进气凸轮轴轴线28转动。尽管该示范性实施例介绍的是在发动机进气门16上工作的SRFF机构10，但是本领域技术人员能够想到SRFF机构也可以类似地在排气门30上工作。
控制模块基于要求的发动机转速和负载来使SRFF机构从低升程状态转变为高升程状态或相反。例如，以高发动机转速(譬如4000转每分钟(PRM))运行的内燃机通常需要SRFF机构在高升程状态下工作以避免对内燃机造成潜在的硬件损坏。
凸轮升程机构的诊断是很重要的。用于打开气门所需的作用力体现在相位器油压中。当SRFF机构故障时，需要采取补救措施以避免进一步的发动机损坏。例如，可以执行降低发动机转速来作为补救措施。
监测可变升程硬件的一种方法包括监测凸轮轴相位器内的压力波形。压力波形具有在幅值和持续时间上的变化与气门操作事件的升程和开启持续时间相一致的典型特征。相位器压力波形是用于转动被驱动的凸轮轴所需的机械转矩的直接结果。与凸轮轴有关的任意负载都可以改变油压特征。凸轮轴上的一种负载类型可以是高压燃料泵。燃料泵经常包括具有一定质量的活塞，其具有用于克服复位弹簧和/或加压燃料来移动高压燃料泵的活塞质量所需的转矩。
发明内容
一种用于发动机的诊断系统，包括压力监测模块，其确定与由凸轮轴驱动的发动机组件有关的波形并在数学上从诊断的油压信号中减去发动机组件信号。
在本公开的一种应用中，一种诊断方法包括生成诊断压力信号，生成对应于发动机组件的发动机组件油压校正信号，基于诊断压力信号和发动机组件油压信号生成校正的诊断压力信号，并基于校正的诊断压力信号生成可变气门升程机构故障信号。
在本公开的另一种应用中，一种诊断系统包括生成诊断压力信号的压力监测模块以及生成发动机组件油压校正信号并基于诊断压力信号和发动机组件油压信号生成校正的诊断压力信号的凸轮轴传动的发动机组件校正模块。该系统进一步包括基于校正的诊断压力信号生成可变气门升程机构故障信号的诊断模块。
更多的可应用领域将根据本文中提供的说明而变得显而易见。应该理解说明内容和具体示例仅仅是为了解释性的目的而并不是为了限制本公开的保护范围。
方案1：一种用于发动机的诊断系统，包括：
生成诊断压力信号的压力监测模块；
生成发动机组件油压校正信号并基于诊断压力信号和发动机组件油压信号生成校正的诊断压力信号的凸轮轴传动的发动机组件校正模块；和
基于校正的诊断压力信号生成可变气门升程机构故障信号的诊断模块。
方案2：如方案1所述的系统，其中凸轮轴传动的发动机组件校正模块包括生成燃料泵油压校正信号的凸轮轴传动的燃料泵校正模块。
方案3：如方案2所述的系统，其中诊断压力信号包括诊断相位器压力特征。
方案4：如方案1所述的系统，其中发动机组件油压校正信号以曲轴位置为基础。
方案5：如方案1所述的系统，其中发动机油压校正信号的生成以查询表为基础。
方案6：如方案1所述的系统，进一步包括在满足至少一个激活条件时将系统激活的激活模块。
方案7、如方案1所述的系统，其中可变气门升程机构故障信号被确定用于进气门。
方案8：如方案1所述的系统，其中可变气门升程机构故障信号被确定用于排气门。
方案9：如方案1所述的系统，其中可变气门升程机构故障信号被确定用于单个滚子指状随动件。
方案10：一种用于发动机的诊断方法，包括：
生成诊断压力信号；
生成对应于发动机组件的发动机组件油压校正信号；
基于诊断压力信号和发动机组件油压校正信号生成校正的诊断压力信号；并
基于校正的诊断压力信号生成可变气门升程机构故障信号。
方案11：如方案10所述的方法，其中发动机组件包括燃料泵并且油压校正信号包括燃料泵油压校正信号。
方案12：如方案10所述的方法，其中诊断压力信号包括诊断相位器压力特征。
方案13：如方案10所述的方法，其中生成发动机组件油压校正信号包括基于曲轴位置生成发动机组件油压校正信号。
方案14：如方案10所述的方法，其中生成发动机组件油压校正信号包括基于查询表生成发动机组件油压校正信号。
方案15：如方案10所述的方法，进一步包括在满足至少一个激活条件时激活以生成诊断信号。
方案16：如方案10所述的方法，其中生成可变气门升程机构故障信号包括生成用于进气门的气门升程机构故障。
方案17：如方案10所述的方法，其中生成可变气门升程机构故障信号包括生成用于排气门的气门升程机构故障。
方案18：如方案10所述的方法，其中生成可变气门升程机构故障信号包括生成用于具有单个滚子指状随动件的可变气门升程机构的气门升程机构故障。
附图简要说明
本文中介绍的附图仅仅是为了解释性的目的而并不是为了以任何方式来限制本公开的保护范围。
图1是根据现有技术的示范性液压升程机构的截面图；
图2是包含了根据本公开的诊断系统的示范性机动车辆的功能性方块图；
图3是示出了实现本公开的诊断系统的示范性模块的功能性方块图；
图4是示出了本公开的诊断系统的操作方法的流程图。
具体实施方式
以下的优选实施例说明本质上仅仅是示意性的而绝不是为了限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记来标识相似的元件。如本文中所用，活化是指使用全部的发动机气缸来运行。失活是指使用少于全部的发动机气缸来运行(一个或多个气缸不起作用)。应该注意的是低升程可以是无升程或完全失活。如本文中所用，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组处理器)以及执行一种或多种软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路或者是提供所介绍功能性的其他合适组件。
本公开中介绍的示例从诊断油压信号中去除了与凸轮轴传动的高压燃料泵有关的干扰。尽管介绍了凸轮轴传动的高压燃料泵作为示例，但是其他的凸轮轴传动组件也可能会在诊断压力特征中产生干扰。因此，其他的凸轮轴传动组件的影响也可以从诊断压力信号中予以去除。
现参照图2，发动机系统40包括燃烧空气和燃料混合物以产生驱动转矩的发动机42。通过节气门46将空气吸入进气歧管44内。节气门46调节进入进气歧管44内的空气质量流量。进气歧管44内的空气被分配到气缸48内。尽管示出了六个气缸48，但是应该理解本发明的诊断系统可以在具有多个气缸的发动机中实现，多个气缸包括但不限于2、3、4、5、8、10和12个气缸。
燃料喷射器(未示出)喷射燃料，燃料随着空气通过进气口被吸入气缸48内而与其混合。燃料喷射器可以是与电子或机械式燃料喷射系统有关的喷射器、化油器或用于将燃料与进气混合的另一种系统的喷嘴或喷口。控制燃料喷射器以在每一个气缸48内提供所需的空燃比(A/F)。
进气阀52选择性地打开和关闭以使空气/燃料混合物能够进入气缸48。通过进气凸轮轴54来调节进气阀的位置。活塞(未示出)在气缸48内压缩空气/燃料混合物。火花塞56引发空气/燃料混合物的燃烧，驱动气缸48内的活塞。活塞驱动凸轮轴(未示出)以产生驱动转矩。气缸48内的燃烧废气在排气阀58处于打开位置时由排气口排出。通过排气凸轮轴60来调节排气阀的位置。在排气系统中处理排气。尽管示出的是单个进气阀52和排气阀58，但是能够想到发动机42的每一个气缸48都可以包括多个进气阀52和排气阀58。
发动机系统40可以包括进气凸轮相位器62和排气凸轮相位器64，它们分别调节进气凸轮轴54和排气凸轮轴60的旋转正时。更具体地，相应的进气凸轮轴54和排气凸轮轴60的正时或相角可以相对于彼此或者相对于活塞在气缸48中的位置或者相对于曲轴位置被滞后或提前。
用这种方式，进气阀52和排气阀58的位置可以相对于彼此或者相对于活塞在气缸48中的位置进行调节。通过调节进气阀52和排气阀58的位置，即可调节吸入气缸48内的空气/燃料混合物的数量并因此调节发动机转矩。
进气凸轮相位器62可以包括电致动或液压致动的相位器致动器65。液压致动的相位器致动器65例如包括电控流体控制阀(OCV)66，其控制流入或流出相位器致动器65的流体供应。排气凸轮相位器64可以包括电致动或液压致动的相位器致动器67。流体控制阀69控制流入或流出排气相位器致动器67的流体。排气相位器致动器67可以由控制模块74控制。压力传感器7可以生成提供给相位器64的流体压力。位置传感器73可以测量相位器64的位置。
另外，低升程凸轮凸角(未示出)和高升程凸轮凸角(未示出)被安装至每一个进气凸轮轴54和排气凸轮轴60。低升程凸轮凸角和高升程凸轮凸角随进气凸轮轴54和排气凸轮轴60一起转动并与液压升程机构(例如图1中示出的可切换滚子指状随动件(SRFF))有效接触。通常，不同的SRFF机构在每一个气缸48的每一个进气阀52和排气阀58上操作。在本实施方式中，每一个气缸48都包括两个SRFF机构。
每一个SRFF机构都为进气阀52和排气阀58之一提供两种气门升程水平。两种气门升程水平包括低升程和高升程并且分别以低升程凸轮凸角和高升程凸轮凸角为基础。在“正常”运行(也就是低升程运行或低升程状态)期间，低升程凸轮凸角促使SRFF机构沿着与低升程凸轮凸角的规定几何形状相一致的路径枢轴转动并由此将进气阀52和排气阀58之一打开第一预定量。在高升程运行(也就是高升程状态)期间，高升程凸轮凸角促使SRFF机构沿着与高升程凸轮凸角的规定几何形状相一致的路径枢轴转动并由此将进气阀52和排气阀58之一打开比第一预定量更大的预定量。
位置传感器68测量凸轮相位器62的位置并生成指示凸轮相位器62位置的凸轮相位器位置信号。压力传感器70生成指示提供给凸轮相位器62的相位器致动器65的流体供应压力的压力信号。可以预见到使用一个或多个压力传感器70均可。发动机转速传感器72响应于发动机42的旋转速度并生成以每分钟转数(RPM)表示的发动机转速信号。
控制模块74包括处理器和存储器例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或其他合适的电子存储器。控制模块74与位置传感器68、压力传感器70和发动机转速传感器72通信。控制模块74可以从示范性机动车辆40的其他传感器76接收输入，其他传感器包括但不限于氧气传感器、发动机冷却剂温度传感器和/或空气质量流量传感器。
控制模块74基于压力信号和校正信号来最终确定控制信号，校正信号对应于校正的凸轮轴传动的发动机组件校正信号。如下所述，燃料泵是凸轮轴传动的燃料发动机组件。但是，本公开也可以被应用于各种不同的凸轮轴传动组件而并不局限于燃料泵。
现参照图3，更加详细地示出了控制模块74。控制模块74包括本发明中的示范性诊断系统100。诊断系统100包括压力监测模块102、燃料泵校正模块104、查询表108、诊断模块106和诊断系统激活模块110。
控制模块74执行本发明中的诊断系统。控制模块74包括被用于生成控制信号以控制发动机运行或类似用途的诊断系统110。诊断模块100包括监测来自压力传感器70的诊断压力信号的压力监测模块102。压力监测模块102与压力传感器70、诊断系统激活模块110和燃料泵校正模块104通信。压力监测模块102监测在打开气缸48的每一个进气阀52(也就是操作SRFF机构)时发生的、由凸轮相位器62处的流体供应而产生的压力变化。尽管本实施方式是参照进气阀52介绍了诊断系统，但是本公开的压力监测原理也可应用于排气阀58。
压力信号可以是具有某种特征的诊断相位器压力信号。压力监测模块102将压力信号传送给燃料泵校正模块104。燃料泵校正模块104可以接收包括发动机正时信号或凸轮正时信号在内的各种信号并生成燃料泵校正信号以及生成校正的诊断压力信号。校正的诊断压力信号被送往诊断模块106，诊断模块106将校正的诊断压力信号与阈值或校准的诊断压力相比较。通过比较校正的诊断压力信号和标准或常规的压力信号，即可生成诊断信号。
燃料泵校正模块104可以与查询表108通信。查询表108可以被存储在控制模块74的存储器内或诊断模块100内。查询表108可以基于发动机转速或其他参数来生成燃料压力校正信号。
诊断系统激活模块110与发动机转速传感器72、位置传感器68和其他传感器76通信。诊断系统激活模块110通过验证各种激活条件的满足来确定是否激活诊断系统100。激活条件可以包括确保发动机42的发动机转速下降至发动机转速阈值(例如2000RPM)以下并且凸轮相位器62保持在稳态工作位置。换句话说，诊断系统激活模块110验证发动机42在“正常”或低升程状态下运行。本领域技术人员应该理解各种其他的激活条件也是允许的。如果激活条件满足，那么诊断系统激活模块110就激活诊断系统100。
诊断模块106与燃料泵校正模块102通信。诊断模块106基于压力差来确定与其中一个气缸48有关的SRFF机构是否已发生故障。诊断模块106将对应于气缸48的每一组压差与压力阈值单独比较。在本实施方式中，压力阈值大约为2.5磅每平方英寸(PSI)。也可以设想其他的压力阈值。如果诊断模块106确定其中一组压差低于压力阈值，那么诊断模块106就生成并传输识别出对应于该压差的气缸48的故障控制信号(也就是压差下降至低于压力阈值)。换句话说，诊断模块106识别出与未能从低升程状态转变为高升程状态的SRFF机构有关的气缸48。控制模块74可以根据故障控制信号来命令采取补救措施以防止损坏发动机42。
现参照图4，更加详细地介绍用于控制诊断系统的示范性方法400。控制方法开始于步骤410。在步骤412，控制方法确定是否已满足激活条件。如果激活条件尚未满足，方法就返回到步骤410。如果激活条件已经满足，控制方法就前进至步骤414。
在步骤414，控制方法产生包含有最新气缸标识的中断。该中断可以被称作最新气缸标识中断。在步骤416，确定自上一次中断以来的凸轮轴位置改变。执行该步骤的原因在于发动机是连续运行的。
在步骤418，确定燃料泵对油压的影响。燃料泵的影响可以体现在燃料泵校正信号418中。在另一种发动机组件的情况下，可以生成发动机组件校正信号。燃料泵对油压的影响可以根据查询表确定，查询表基于发动机转速和/或其他相关性来生成校正信号。在不同的发动机转速下，燃料泵的影响可以有所不同。
在步骤420，从油压传感器中生成诊断油压信号。在步骤422，将诊断油压信号与燃料泵校正信号相结合来获得校正的诊断油压信号。该信号可以采用诊断油压信号和燃料泵校正信号两者的特征并在数学上加或减这些数值。一旦凸轮轴传动组件(例如燃料泵)的影响已被从油压诊断信号中去除，即可在步骤424确定基于校正油压信号的气门升程诊断信号。例如步骤424可以确定校正的油压信号是否低于压力阈值。
应该注意的是燃料泵对油压的影响、诊断油压信号和气门升程诊断信号全都可以基于凸轮轴位置并因此可以基于每一个气缸。
本领域技术人员现在根据以上说明就能够领会到本发明的广泛教导可以用多种形式实施。因此，尽管结合本发明的特定示例介绍了本发明，但是由于其他的变形对于本领域技术人员来说在研究了附图、说明书和所附权利要求之后将会是显而易见的，因此本发明的真实保护范围不应受到特定示例的限制。

Claims (10)

1.一种用于发动机的诊断系统，包括：
生成诊断压力信号的压力监测模块；
生成发动机组件油压校正信号并基于诊断压力信号和发动机组件油压信号生成校正的诊断压力信号的凸轮轴传动的发动机组件校正模块；和
基于校正的诊断压力信号生成可变气门升程机构故障信号的诊断模块。
2.如权利要求1所述的系统，其中凸轮轴传动的发动机组件校正模块包括生成燃料泵油压校正信号的凸轮轴传动的燃料泵校正模块。
3.如权利要求2所述的系统，其中诊断压力信号包括诊断相位器压力特征。
4.如权利要求1所述的系统，其中发动机组件油压校正信号以曲轴位置为基础。
5.如权利要求1所述的系统，其中发动机油压校正信号的生成以查询表为基础。
6.如权利要求1所述的系统，进一步包括在满足至少一个激活条件时将系统激活的激活模块。
7.如权利要求1所述的系统，其中可变气门升程机构故障信号被确定用于进气门。
8.如权利要求1所述的系统，其中可变气门升程机构故障信号被确定用于排气门。
9.如权利要求1所述的系统，其中可变气门升程机构故障信号被确定用于单个滚子指状随动件。
10.一种用于发动机的诊断方法，包括：
生成诊断压力信号；
生成对应于发动机组件的发动机组件油压校正信号；
基于诊断压力信号和发动机组件油压校正信号生成校正的诊断压力信号；并基于校正的诊断压力信号生成可变气门升程机构故障信号。
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