CN102032064A - 缸内压力传感器诊断系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及缸内压力传感器诊断系统和方法。具体地,本发明的压力传感器诊断系统包括激励模块、频率确定模块和故障确定模块。激励模块激励缸内压力传感器并使缸内压力传感器振荡。频率确定模块确定缸内压力传感器的振荡频率。故障确定模块基于所述振荡频率对缸内压力传感器进行诊断。
Description
技术领域
本发明涉及内燃发动机,且更具体地,涉及用于缸内压力传感器的诊断系统。
背景技术
这里所提供的背景描述是为了大体上呈现本发明的背景。发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述,这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面,既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
内燃发动机可在发动机的每个气缸内包括有缸内压力传感器以检测缸内压力。发动机控制器可基于缸内压力来控制燃料喷射脉冲,以便改善燃料的燃烧并减小燃料消耗。缸内压力传感器暴露于气缸的高温和高压,并且可能被气缸内的燃料污染。
发明内容
本发明的压力传感器诊断系统包括激励模块、频率确定模块和故障确定模块。激励模块激励缸内压力传感器,并且使缸内压力传感器振荡。频率确定模块确定所述缸内压力传感器的振荡频率。故障确定模块基于所述振荡频率对缸内压力传感器进行诊断。
一种诊断缸内压力传感器的方法,包括:激励缸内压力传感器以使该缸内压力传感器振荡;确定该缸内压力传感器的振荡频率;并且基于该振荡频率诊断所述缸内压力传感器中的故障。
在一个特征中,当所述缸内压力传感器的振荡频率在预定范围外时,所述故障确定模块诊断出所述缸内压力传感器内的故障。
在其它特征中,所述缸内压力传感器包括测量杆和联接到所述测量杆的压电元件。所述激励模块向所述压电元件施加电压脉冲以激励所述测量杆,从而使得所述测量杆振荡。基于所述测量杆的质量和刚度确定所述振荡频率。所述激励模块在点火开关接通后并且在发动机起动前激励所述缸内压力传感器。
本发明还提供了以下方案:
方案1.一种压力传感器诊断系统,包括:
激励模块,所述激励模块激励缸内压力传感器,并且促使所述缸内压力传感器振荡;
频率确定模块,所述频率确定模块确定所述缸内压力传感器的振荡频率;和
故障确定模块,所述故障确定模块基于所述振荡频率对所述缸内压力传感器进行诊断。
方案2.如方案1所述的压力传感器诊断系统,其中,当所述缸内压力传感器的所述振荡频率在预定范围以外时,所述故障确定模块诊断出所述缸内压力传感器内的故障。
方案3.如方案1所述的压力传感器诊断系统,其中,所述缸内压力传感器包括测量杆和联接到所述测量杆的压电元件。
方案4.如方案3所述的压力传感器诊断系统,其中,所述激励模块激励所述测量杆,并促使所述测量杆振荡。
方案5.如方案3所述的压力传感器诊断系统,其中,所述激励模块向所述压电元件施加电压脉冲。
方案6.如方案3所述的压力传感器诊断系统,其中,基于所述测量杆的质量和刚度来确定所述振荡频率。
方案7.如方案1所述的压力传感器诊断系统,其中,所述激励模块在点火开关接通后并且在发动机起动前激励所述缸内压力传感器。
方案8.一种诊断缸内压力传感器的方法,包括:
激励缸内压力传感器以促使所述缸内压力传感器振荡;
确定所述缸内压力传感器的振荡频率;和
基于所述振荡频率诊断所述缸内压力传感器中的故障。
方案9.如方案8所述的方法,其中,进一步包括当所述振荡频率在预定范围以外时诊断出所述缸内压力传感器中的故障。
方案10.如方案9所述的方法,其中,所述缸内压力传感器包括测量杆,并且其中,所述缸内压力传感器的所述振荡频率是所述测量杆的固有频率。
方案11.如方案10所述的方法,其中,进一步包括使所述测量杆振荡。
方案12.如方案9所述的方法,其中,所述缸内压力传感器还包括联接到所述测量杆的压电元件。
方案13.如方案12所述的方法,其中,进一步包括向所述压电元件施加电压脉冲以引起所述测量杆的振荡。
方案14.如方案10所述的方法,其中,基于所述测量杆的质量和刚度确定所述固有频率。
方案15.如方案8所述的方法,其中,进一步包括在点火开关被激活之后并且在发动机被起动之前激励所述缸内压力传感器。
本发明的其它适用领域将从以下提供的具体描述而变得明显。应当理解的是,具体描述和特定实施例仅旨在用于说明目的,并不意在限制本发明的范围。
附图说明
这里描述的附图仅是为了说明目的,并不意在以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本发明教导的发动机系统的框图;
图2是根据本发明教导的缸内压力传感器和压力传感器诊断模块的框图;和
图3是根据本发明教导的诊断缸内压力传感器的方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的,且并不意在限制本发明、其应用或使用。应当理解,在所有附图中,使用相应的附图标记来表示相同的或相应的零件和特征。
如本文所使用的,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(共享的、专用的、或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其它合适的部件。
本发明的压力传感器诊断系统和方法通过使缸内压力传感器以固有频率振荡来诊断缸内压力传感器。当固有频率在预定范围以外时,压力传感器诊断系统和方法诊断出缸内压力传感器中的故障。
参照图1,发动机系统10包括发动机12、进气歧管14和排气歧管16。发动机12可以是柴油发动机或汽油发动机,并包括多个气缸18。虽然示出了4个气缸18,但发动机12可包括任意数量的气缸18,包括但不限于2、5、6、8、10和12个。可通过节气门20将空气吸入到进气歧管14中,进气歧管14将空气分配给气缸18。可通过燃料喷射系统22将燃料喷射到气缸18内,以在气缸18内产生空气/燃料混合物。点火系统24可使用火花塞(未示出)点燃空气/燃料混合物,以使空气/燃料混合物在气缸18内燃烧。空气/燃料混合物的燃烧产生的燃烧力驱动活塞(未示出),活塞可旋转地驱动曲轴(未示出)。排气离开气缸18,并通过排气歧管16到达排气系统26,然后被释放到大气中。
控制模块30与多个传感器通信,并基于来自这些传感器的信号来控制发动机的运行。所述多个传感器包括但不限于,歧管空气压力(MAP)传感器32、质量空气流量(MAF)传感器34、发动机速度传感器36和多个缸内压力传感器38。MAP传感器32测量MAP。MAF传感器34测量进入到进气歧管14中的MAF。发动机速度传感器36测量发动机速度(RPM)。缸内压力传感器38测量相关联的气缸18内的缸内压力。控制模块30可包括压力确定模块40和压力传感器诊断模块42,这两个模块都与多个缸内压力传感器38通信。压力确定模块40基于来自缸内压力传感器38的信号来确定缸内压力。压力传感器诊断模块42基于来自缸内压力传感器38的信号来对缸内压力传感器38进行诊断。
参照图2,缸内压力传感器38包括壳体44、测量杆46和压电元件48。测量杆46的第一端49连接到压电元件48。测量杆46的第二端50延伸进入相关联的气缸18中并暴露于缸内压力之下。
压电元件48由压电材料制造,该材料响应于所施加的机械应力(或压缩力)产生电势(即,电压),反之亦然。当活塞压缩气缸18内的空气或空气/燃料混合物时,测量杆46经受缸内压力。缸内压力导致了压电元件48中的压缩力或机械应力,由此在压电元件48上产生电压。压力确定模块40基于来自缸内压力传感器38的电压脉冲信号(具体地,是来自压电元件48的电压脉冲信号)来确定缸内压力。
压力传感器诊断模块42包括激励模块51、频率确定模块52和故障确定模块54。压力传感器诊断模块42与缸内压力传感器38通信,并基于来自缸内压力传感器38的频率信号对缸内压力传感器38进行诊断。
激励模块51激励缸内压力传感器38以引起缸内压力传感器38的振荡,特别是测量杆46的振荡。例如,激励模块51可被激活,以在点火开关接通时在压电元件48两端施加电压脉冲。该电压脉冲在压电元件48内导致压缩力或机械应力。测量杆46被连接至压电元件48。因此,压电元件48中的机械应力引起测量杆46以振荡频率(即,固有频率)的振荡或振动。依赖于所施加电压的方向,测量杆46的振荡或振动可沿着测量杆46的纵向方向或横向方向发生。例如,当电压施加在测量杆46的横向方向中时,测量杆46沿着横向方向振荡。
应当理解并领会,激励模块51也可通过不同于向压电元件48施加电压脉冲的方法来引起测量杆46的振荡。例如,激励模块51可直接向测量杆46施力以引起测量杆46的振荡。
通常,在点火开关被接通之后并且在发动机12被起动之前执行诊断。在发动机12起动之后,气缸18内产生缸内压力,而该缸内压力可能会干扰对固有频率的测量。为了确保对固有频率的准确测量,激励模块51在点火开关被激活后且在发动机12起动之前激励测量杆46。
当测量杆46振荡时,以对应于测量杆46固有频率的有规律的时间间隔在压电元件48内产生交替的拉伸应力和压缩应力。当产生压缩应力时,在压电元件48的两端以有规律的时间间隔产生电压,由此产生电压脉冲。频率确定模块52记录从压电元件48传输来的电压脉冲并确定电压脉冲的频率。该电压脉冲的频率对应于测量杆46的固有频率。故障确定模块54将所测得的固有频率与固有频率的预定范围进行比较。当测得的固有频率在固有频率的预定范围以外时,故障确定模块54诊断出缸内压力传感器38中存在故障。
通常,物体在被施力后可按照固有频率振荡或振动。可基于如下的固有频率方程来确定物体的固有频率:
fn=(1/2π)(κ/M)1/2
其中fn=以赫兹(1/秒)为单位的固有频率;
κ=物体的刚度;
M=物体的质量。
固有频率依赖于振荡物体的刚度和质量。当测量杆46振荡时,测量杆46以满足该固有频率方程的固有频率振荡。对于测量杆46的给定刚度和质量,固有频率应当在缸内压力传感器38的整个寿命中均保持恒定。然而,测量杆46被暴露于高热和高压环境,并可能被气缸18内的燃料污染。当测量杆46被污染或退化时,测量杆46的质量和刚度发生改变。
例如,当污染物(例如灰尘或燃料)附着在测量杆46上时,测量杆46的质量增加,并且因此可观察到频率衰减。因此,测量杆46的固有频率给出了这样的指示,即:测量杆46上的污染物是否已经聚积到使测量杆46不再能准确测量缸内压力的程度。
参照图3,诊断缸内压力传感器的方法80始于步骤82。在步骤84中,激励模块51激励缸内压力传感器38的测量杆。在步骤86中,频率确定模块52确定测量杆46的固有频率。在步骤88中,故障确定模块54将测得的固有频率与预定范围进行比较。在步骤90中,当固有频率在预定频率以外时,故障确定模块54在步骤94中诊断出缸内压力传感器54的故障。在步骤90中,当固有频率在预定范围内时,缸内压力传感器38在步骤94中通过该诊断。方法80结束于步骤96。
本领域技术人员现在能从前面的描述领会到,可以以各种形式实施本发明的广泛的教导。因此,虽然本发明是参照其具体实施例进行描述的,但本发明的真实范围并不应当局限于此,因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后,本领域技术人员将明了其它的变型。
Claims (7)
1.一种压力传感器诊断系统,包括:
激励模块,所述激励模块激励缸内压力传感器,并且促使所述缸内压力传感器振荡;
频率确定模块,所述频率确定模块确定所述缸内压力传感器的振荡频率;和
故障确定模块,所述故障确定模块基于所述振荡频率对所述缸内压力传感器进行诊断。
2.如权利要求1所述的压力传感器诊断系统,其中,当所述缸内压力传感器的所述振荡频率在预定范围以外时,所述故障确定模块诊断出所述缸内压力传感器内的故障。
3.如权利要求1所述的压力传感器诊断系统,其中,所述缸内压力传感器包括测量杆和联接到所述测量杆的压电元件。
4.如权利要求3所述的压力传感器诊断系统,其中,所述激励模块激励所述测量杆,并促使所述测量杆振荡。
5.如权利要求3所述的压力传感器诊断系统,其中,所述激励模块向所述压电元件施加电压脉冲。
6.如权利要求3所述的压力传感器诊断系统,其中,基于所述测量杆的质量和刚度来确定所述振荡频率。
7.如权利要求1所述的压力传感器诊断系统,其中,所述激励模块在点火开关接通后并且在发动机起动前激励所述缸内压力传感器。
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