專利名稱：重建缸內(nèi)壓力和校正信號(hào)衰減的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的方法和裝置，其涉及根據(jù)振動(dòng)信號(hào)重建缸內(nèi)壓力，以及校正信號(hào)衰減以改善該重建數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。獲取振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)傳感器由于發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力變化而發(fā)生偏離，所公開的方法對(duì)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，并針對(duì)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的至少一部分重建缸內(nèi)壓力曲線。由此獲得的缸內(nèi)壓力可用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作，以改善燃燒效率和發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
背景技術(shù)：
在操作內(nèi)燃機(jī)時(shí)，與諸如可根據(jù)放熱率和缸內(nèi)壓力得出的燃燒開始(“S0C”)時(shí)間和燃燒率的正常燃燒特性有關(guān)的燃燒數(shù)據(jù)是可用于改善燃燒質(zhì)量、提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和減少諸如煙塵(也稱作顆粒物)、未燃燒的燃料、NOx和溫室氣體的不希望的燃燒產(chǎn)物的燃燒特性。希望得到與這些燃燒特性的至少之一有關(guān)的更準(zhǔn)確的燃燒數(shù)據(jù)，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。已知的用于測(cè)量燃燒數(shù)據(jù)的儀器包括壓力換能器(pressure transducer)，其利用設(shè)置在燃燒室內(nèi)的傳感器測(cè)量缸內(nèi)壓力；排氣傳感器，其可以被設(shè)置在排氣口或者排氣歧管中；以及位于燃燒室或者排氣口內(nèi)的溫度傳感器。這種儀器可用于收集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可與燃燒特性或者燃燒數(shù)據(jù)直接相關(guān)。然而在量產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用這種儀器是不實(shí)際的，這是因?yàn)?，除了易受干擾和/或易受它們被安裝于的位置的惡劣環(huán)境的影響外，這些傳感器還較昂貴并且缺乏可靠和持久的日常使用所需的耐用性。
例如加速度計(jì)的振動(dòng)傳感器被商業(yè)出售用作爆震傳感器(knock sensor)，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。發(fā)動(dòng)機(jī)爆震被認(rèn)為是一種反常的燃燒特性，這是因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的情況下它不會(huì)發(fā)生。發(fā)動(dòng)機(jī)爆震與猛烈燃燒事件有關(guān)，該猛烈燃燒事件可能由燃燒室內(nèi)的充氣的過早的或不受控制的爆炸引起，例如，如果奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(Otto-Cycle engine)添加有具有很低辛烷值的燃料，或者如果打火時(shí)間過早，或者如果燃燒室內(nèi)的沉積物造成引起早點(diǎn)火的熱點(diǎn)，則可引起燃燒室內(nèi)的充氣的過早的或不受控制的爆炸。在柴油循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(Diesel-Cycle engine)中，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震例如可能由燃油噴射時(shí)間過早引起。發(fā)動(dòng)機(jī)爆震能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)引起嚴(yán)重的破壞。用作“爆震傳感器”的振動(dòng)傳感器通常位于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上或者有時(shí)候位于發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上。作為一種反常的燃燒特性，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震不是在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中都測(cè)量的燃燒特性。大部分爆震傳感器向電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器發(fā)送基底或“無爆震” 基準(zhǔn)信號(hào)，而在檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)爆震時(shí)發(fā)送易于檢測(cè)的較高信號(hào)。由于該基準(zhǔn)信號(hào)與檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)爆震時(shí)的信號(hào)之間存在相對(duì)較大的差別，因此爆震傳感器的準(zhǔn)確度相對(duì)來說不那么重要。在這個(gè)方面，由于爆震傳感器被配置為只檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，因此僅需要它們進(jìn)行粗測(cè)量。
最近發(fā)現(xiàn)通過利用例如提高信噪比以及濾除信號(hào)噪聲的技術(shù)，可以利用振動(dòng)傳感器提取能夠用于確定正常燃燒特性的信號(hào)。振動(dòng)傳感器不暴露在燃燒室內(nèi)的惡劣條件中， 但是由于其被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的部件上，并且在內(nèi)燃機(jī)以及與發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的機(jī)器，例如運(yùn)動(dòng)的車輛中存在許多運(yùn)動(dòng)部件，因此，由振動(dòng)傳感器檢測(cè)的振動(dòng)包括除燃燒之外的原因引起的振動(dòng)。在不對(duì)來自振動(dòng)傳感器的原始信號(hào)進(jìn)行處理以濾除信號(hào)噪聲的情況下，該原始信號(hào)不能用作除發(fā)動(dòng)機(jī)爆震之外的燃燒特性的足夠準(zhǔn)確的指示。為了通過調(diào)整諸如燃料噴射時(shí)間、燃料噴射率和燃料噴射質(zhì)量的參數(shù)來改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能和效率，需要對(duì)燃燒特性的準(zhǔn)確確定。
可對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行整理和數(shù)字化，例如，如共有的美國專利No. 7，133，761和 7，200，487 中所述，其名稱分別為‘‘Method and Apparatus for Controlling an Internal Combustion Engine Using Accelerometers，，禾口"System and Method for Processing an Accelerometer Signal to Assist in Combustion Quality Control in an Internal Combustion Engine”。這些專利教導(dǎo)可利用來自加速度計(jì)傳感器的信號(hào)直接檢測(cè)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工作參數(shù)(例如，燃燒開始(SOC)時(shí)間)。
雖然知道SOC時(shí)間以助于控制內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的燃燒可能是重要的，但是，如果在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的寬范圍內(nèi)準(zhǔn)確地知道更多的燃燒特性，諸如在每個(gè)氣缸燃燒期間的放熱率或缸內(nèi)壓力曲線，則能夠更好地控制和改善燃燒質(zhì)量、燃燒效率和發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
與用于針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)重建放熱率曲線或缸內(nèi)壓力曲線的方法有關(guān)的一些困難包括發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的變化性、氣缸與氣缸之間的變化性和傳感器與傳感器之間的易化性。另一個(gè)與這種方法相關(guān)的困難是，對(duì)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)速度或載荷條件之間傳感器靈敏度的變化的補(bǔ)償，以及對(duì)傳感器靈敏度隨時(shí)間的變化的補(bǔ)償。一個(gè)傳感器與另一個(gè)傳感器的傳感器性能和特性(例如阻抗、靈敏度)可能不同。同樣，如果沒有考慮傳感器的電荷衰減則可能引入誤差。所有已知的參考文獻(xiàn)中都沒有描述包括針對(duì)傳感器的靈敏度和電荷衰減校正振動(dòng)信號(hào)的重建缸內(nèi)壓力的方法。通常對(duì)于傳感器來說， 已知的解決電荷衰減的方法包括校準(zhǔn)傳感器，從而考慮到包括電荷衰減在內(nèi)的傳感器特性的已有知識(shí)。另一種解決傳感器中的電荷衰減問題的方法是利用電荷放大器來避免在電壓模式下操作傳感器。這些方法都不能補(bǔ)償傳感器的電荷衰減或者跨不同發(fā)動(dòng)機(jī)條件的動(dòng)態(tài)范圍的靈敏度變化來改善傳感器信號(hào)的處理，以獲得更高準(zhǔn)確度的重建燃燒特性，如在每個(gè)氣缸的燃燒期間的放熱率數(shù)據(jù)或缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)。
因此，如果處理振動(dòng)傳感器信號(hào)的方法能夠生成與燃燒特性有關(guān)的更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，則可提高利用振動(dòng)傳感器控制燃燒的方法的效用，其中該燃燒特性諸如，跨每個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的燃燒部分的較寬范圍的放熱率和缸內(nèi)壓力。特別地，如果其能夠消除由于電荷衰減和振動(dòng)傳感器的靈敏度而引入的誤差，則可改進(jìn)該方法。發(fā)明內(nèi)容
公開了一種根據(jù)從安裝在燃燒室外的發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的振動(dòng)傳感器收集的振動(dòng)信號(hào)重建內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)的方法。該方法包括步驟(a)收集發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間來自振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信號(hào)；(b)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波以生成頻率在與燃燒室內(nèi)的燃燒效果有關(guān)的頻率范圍內(nèi)的濾波數(shù)據(jù)；(c)處理該發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的濾波數(shù)據(jù)以生成經(jīng)處理的數(shù)據(jù)，通過應(yīng)用至少一個(gè)校正因子對(duì)由電荷衰減和傳感器靈敏度引入的誤差進(jìn)行校正， 根據(jù)與該發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)有關(guān)的估計(jì)拖動(dòng)壓力(motoring pressure)確定該至少一個(gè)校正因子，該發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)與收集振動(dòng)信號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)是同一發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)；以及，(d)根據(jù)經(jīng)處理的數(shù)據(jù)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的至少一部分重建缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)。
在處理步驟中，有多種不同的方式來計(jì)算增益誤差校正因子和電荷衰減誤差校正因子，但是在所有的實(shí)施例中，這些校正因子是根據(jù)從振動(dòng)信號(hào)本身和諸如估計(jì)拖動(dòng)壓力的發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)確定的數(shù)據(jù)來計(jì)算的，這些數(shù)據(jù)都是在與該振動(dòng)信號(hào)有關(guān)的同一發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)確定的。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)以電壓模式收集振動(dòng)信號(hào)時(shí)，該處理步驟還包括，基于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間燃燒開始時(shí)刻之前的預(yù)定時(shí)刻的估計(jì)拖動(dòng)壓力而確定的拖動(dòng)壓力值與同樣預(yù)定時(shí)刻的振動(dòng)信號(hào)值之比，對(duì)濾波數(shù)據(jù)應(yīng)用增益誤差校正因子。作為示例，用于計(jì)算該比值而獲得拖動(dòng)壓力值和振動(dòng)信號(hào)值的預(yù)定時(shí)刻可以位于上止點(diǎn)(top dead center)前35 和20度曲柄角(crank angle)之間。該預(yù)定時(shí)刻可依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件，因此，該預(yù)定時(shí)刻對(duì)于工作特性圖上的不同點(diǎn)可以不同。在包括安全因子以確保在燃燒開始時(shí)刻之前的情況下，該時(shí)刻優(yōu)選為在壓縮沖程中盡可能地晚。
除了校正增益誤差之外，該方法還校正電荷衰減誤差，并且當(dāng)以電壓模式收集振動(dòng)信號(hào)時(shí)，用于計(jì)算電荷衰減誤差校正因子的方法包括步驟(a)關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行微分；(b)關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)估計(jì)拖動(dòng)壓力進(jìn)行微分；和(c)通過確定峰值微分拖動(dòng)壓力的時(shí)刻和峰值微分振動(dòng)信號(hào)的時(shí)刻在時(shí)間標(biāo)度(time scale)上的差，并且根據(jù)該差，通過計(jì)算定義電荷衰減率的特征時(shí)間尺度來確定電荷衰減誤差，將電荷衰減誤差校正因子應(yīng)用到濾波數(shù)據(jù)，來校正電荷衰減。在對(duì)拖動(dòng)壓力和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行微分之后，另一種計(jì)算該增益誤差校正因子的方法是將其計(jì)算為微分拖動(dòng)壓力和微分振動(dòng)信號(hào)之比。即，可基于峰值微分拖動(dòng)壓力和峰值微分振動(dòng)信號(hào)峰值之比計(jì)算該增益誤差校正因子，并且由于該峰值微分拖動(dòng)壓力出現(xiàn)在拖動(dòng)壓力曲線的最急劇升降的部分，它通常出現(xiàn)在壓縮沖程期間或者位于上止點(diǎn)前大約30度曲柄角處，其通常在燃燒開始時(shí)刻之前。
在另一個(gè)實(shí)施例中，以電流模式收集振動(dòng)信號(hào)。在這些實(shí)施例中，電荷衰減誤差校正因子可通過如下方式確定(a)關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)估計(jì)拖動(dòng)壓力進(jìn)行微分；和(b)通過確定峰值微分拖動(dòng)壓力的時(shí)刻和峰值微分振動(dòng)信號(hào)的時(shí)刻之間在時(shí)間標(biāo)度上的差，并且根據(jù)該差，通過計(jì)算定義電荷衰減率的特征時(shí)間尺度來確定該電荷衰減誤差，將電荷衰減誤差校正因子應(yīng)用到濾波數(shù)據(jù)，來校正電荷衰減。然后，可通過計(jì)算微分拖動(dòng)壓力的峰值和微分振動(dòng)信號(hào)的峰值之間的比確定增益誤差校正因子，或者通過如下方式計(jì)算增益誤差校正因子(a)關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行積分；和(b)基于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間燃燒開始時(shí)刻之前的預(yù)定時(shí)刻的估計(jì)拖動(dòng)壓力確定的拖動(dòng)壓力的值與同樣該預(yù)定時(shí)刻的積分振動(dòng)信號(hào)的值之比，通過對(duì)濾波數(shù)據(jù)應(yīng)用增益誤差校正因子來校正濾波數(shù)據(jù)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，估計(jì)拖動(dòng)壓力是用于計(jì)算校正因子的發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)。由于所公開的方法的優(yōu)點(diǎn)在于其不需要缸內(nèi)壓力傳感器的任何測(cè)量，因此，根據(jù)測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)來估計(jì)拖動(dòng)壓力。例如，可根據(jù)進(jìn)氣歧管壓力測(cè)量計(jì)算估計(jì)拖動(dòng)壓力。如果僅在某個(gè)預(yù)定時(shí)刻需要估計(jì)拖動(dòng)壓力，則可根據(jù)進(jìn)氣歧管測(cè)量估計(jì)這些時(shí)刻的拖動(dòng)壓力。如果需要估計(jì)拖動(dòng)壓力曲線，則可通過假設(shè)多變曲線(polytropic curve)，根據(jù)采樣的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力來估計(jì)。通過另外一種方法，可根據(jù)進(jìn)氣歧管壓力訪問預(yù)定拖動(dòng)壓力曲線的查詢表而檢索估計(jì)拖動(dòng)壓力數(shù)據(jù)。
對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)，已知特定信號(hào)頻率范圍歸因于信號(hào)噪聲。通?？蓪㈩A(yù)定頻率以上的頻率濾除，因此在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波步驟包括對(duì)振動(dòng)信號(hào)應(yīng)用低通濾波器。
其它技術(shù)也可應(yīng)用于處理步驟中以進(jìn)一步改善重建的缸內(nèi)壓力的準(zhǔn)確度。例如， 在優(yōu)選實(shí)施例中，處理步驟還包括在對(duì)由電荷衰減和傳感器靈敏度弓I入的誤差進(jìn)行校正之后，根據(jù)濾波數(shù)據(jù)計(jì)算放熱率數(shù)據(jù)，其中，放熱率數(shù)據(jù)成為經(jīng)處理數(shù)據(jù)的一部分。計(jì)算放熱率之后，熱釋放數(shù)據(jù)中的某些異?？勺兊酶用黠@，特別是在動(dòng)力沖程(power stroke) 的后部，例如，上止點(diǎn)后30和40度之間。這是因?yàn)?，在燃燒完成之后，信噪比可下降?或存在異常，其會(huì)影響重建的缸內(nèi)壓力的準(zhǔn)確度?？梢詰?yīng)用邊界校正以對(duì)以預(yù)定值位于放熱率數(shù)據(jù)的范圍外的值，或者可對(duì)熱釋放數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑以生成校正的放熱率值。根據(jù)校正的熱釋放數(shù)據(jù)可計(jì)算校正的處理數(shù)據(jù)，但是由于放熱率和缸內(nèi)壓力之間存在已知關(guān)系，因此通常根據(jù)校正的熱釋放數(shù)據(jù)直接計(jì)算缸內(nèi)壓力。這里公開的應(yīng)用邊界校正的優(yōu)點(diǎn)是，其允許要重建的準(zhǔn)確缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)超出在只利用振動(dòng)信號(hào)的情況下的可能范圍。在某些實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的上止點(diǎn)前60度曲柄角和上止點(diǎn)后60度曲柄角之間的部分重建缸內(nèi)壓力曲線，而在另外一些實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的上止點(diǎn)前30度曲柄角和上止點(diǎn)后60度曲柄角之間的部分重建缸內(nèi)壓力曲線。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，處理步驟還包括(a)將經(jīng)濾波的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)分為低頻成分和中頻成分；(b)基于拖動(dòng)壓力和振動(dòng)信號(hào)之比，通過將增益誤差校正因子應(yīng)用到低頻成分而校正低頻成分，以生成校正的低頻成分，通過確定拖動(dòng)壓力值和相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)值之間在時(shí)間標(biāo)度上的差，估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的振動(dòng)信號(hào)中由電荷衰減引起的電荷衰減誤差，以及基于該電荷衰減誤差，計(jì)算定義電荷衰減率的特征時(shí)間尺度，并基于該特征時(shí)間尺度，通過將電荷衰減誤差校正因子應(yīng)用于低頻成分而校正電荷衰減；(c)通過將增益誤差校正因子應(yīng)用到中頻成分而校正中頻成分，以生成校正的中頻成分；和(d)將校正的低頻成分和校正的中頻成分組合。在將濾波數(shù)據(jù)分為低頻成分和中頻成分時(shí)，優(yōu)選利用快速傅立葉變換。
在另一實(shí)施例中，處理步驟采用傳遞函數(shù)來確定至少一個(gè)校正因子，其中，基于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)速度從經(jīng)校準(zhǔn)的傳遞函數(shù)映射表中選擇傳遞函數(shù)。除了已經(jīng)將在其它實(shí)施例中執(zhí)行的某些計(jì)算并入保存在映射表中的傳遞函數(shù)中之外，該實(shí)施例按照與其它方法相同的方式進(jìn)行。
在優(yōu)選實(shí)施例中，振動(dòng)傳感器被安裝在與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(crankshaft)相關(guān)的軸承蓋上。當(dāng)振動(dòng)傳感器被安裝在軸承蓋上時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)幾何形狀和部件性能是已知的，因此，該方法還可包括，在處理步驟之前將預(yù)定的校正因子應(yīng)用到振動(dòng)信號(hào)，以補(bǔ)償施加在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸活塞上的力與施加在軸承蓋上的力之間的幅度差別。在優(yōu)選實(shí)施例中，振動(dòng)傳感器位于生成的振動(dòng)信號(hào)的信噪比至少為4 1，并且更優(yōu)選地至少為6 1的位置。
控制內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)燃料燃燒方法的優(yōu)選實(shí)施例的示例包括步驟(a)從安裝在燃燒室外的發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的振動(dòng)傳感器獲得發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的振動(dòng)信號(hào)，并將振動(dòng)信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)獲取單元，其中振動(dòng)信號(hào)包含與缸內(nèi)壓力有關(guān)的成分；(b)收集與獲取振動(dòng)信號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)相同的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，并將發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)獲取單元，發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度、上止點(diǎn)時(shí)刻和進(jìn)氣歧管壓力；(c)在計(jì)算機(jī)處理單元中處理振動(dòng)信號(hào)以產(chǎn)生通過應(yīng)用至少一個(gè)校正因子校正了由信號(hào)衰減和傳感器靈敏度引入的估計(jì)誤差的經(jīng)處理數(shù)據(jù)，并根據(jù)經(jīng)處理數(shù)據(jù)重建發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的至少一部分的缸內(nèi)壓力曲線，其中至少一個(gè)校正因子是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)確定的；和(d)將重建的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，以基于重建的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)控制燃燒室內(nèi)的燃燒。
用于實(shí)現(xiàn)該方法，還公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，包括(a)振動(dòng)傳感器， 其被安裝在燃燒室外的發(fā)動(dòng)機(jī)部件上，其中振動(dòng)傳感器被配置為當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間燃燒室內(nèi)發(fā)生燃燒時(shí)生成振動(dòng)信號(hào)；(b)數(shù)據(jù)獲取單元，其被配置為接收從振動(dòng)傳感器發(fā)送的振動(dòng)信號(hào)，并將其與和發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)有關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)是與振動(dòng)信號(hào)有關(guān)的同一發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力以及包含發(fā)動(dòng)機(jī)速度和上止點(diǎn)時(shí)刻中的至少之一的發(fā)動(dòng)機(jī)工作特征參數(shù)；(c)計(jì)算機(jī)處理單元，其被配置為接收和處理來自數(shù)據(jù)獲取單元的數(shù)據(jù)，以估計(jì)由振動(dòng)信號(hào)衰減引入的誤差，并將根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和振動(dòng)信號(hào)確定的校正因子應(yīng)用于振動(dòng)信號(hào)，以基于針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)確定的誤差生成經(jīng)校正的振動(dòng)信號(hào)，并由此根據(jù)經(jīng)校正的振動(dòng)信號(hào)重建發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的至少一部分的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)；以及(d)控制器，其被配置為基于重建的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作特征參數(shù)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。
在一個(gè)實(shí)施例中，為了以電流模式操作控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)還包括與振動(dòng)傳感器并聯(lián)電連接的電阻器。對(duì)于所公開的系統(tǒng)，以電流模式工作的優(yōu)點(diǎn)是，不需要利用在電荷模式下工作所需要的電荷放大器，并且電荷放大器增加了系統(tǒng)成本。在本公開中，“電荷”模式與“電壓”模式可替換使用。對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)，已發(fā)現(xiàn)IOk到50k歐姆的負(fù)載電阻器在所有的測(cè)試操作條件下良好地工作。
在優(yōu)選系統(tǒng)中，安裝有振動(dòng)傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)部件位于來自燃燒室的直接力傳遞路徑上。獲得合適的高信噪比的優(yōu)選的安裝位置是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的軸承蓋。


圖1是具有控制系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)示意圖，該控制系統(tǒng)可用于根據(jù)振動(dòng)信號(hào)重建缸內(nèi)壓力以確定可用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作的燃燒數(shù)據(jù)；
圖2是圖解根據(jù)振動(dòng)信號(hào)重建內(nèi)燃機(jī)壓力方法的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖3是圖解重建內(nèi)燃機(jī)壓力方法的另一實(shí)施例的流程圖4示出柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)曲線圖，其對(duì)根據(jù)振動(dòng)信號(hào)重建的缸內(nèi)壓力與利用缸內(nèi)壓力傳感器獲得的缸內(nèi)壓力的直接測(cè)量值進(jìn)行比較；
圖5示出柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)曲線圖，其對(duì)基于根據(jù)測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)重建的缸內(nèi)壓力而計(jì)算的放熱率與基于利用缸內(nèi)壓力傳感器獲得的缸內(nèi)壓力的直接測(cè)量值而計(jì)算的放熱率進(jìn)行比較；
圖6示出天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)曲線圖，其對(duì)根據(jù)振動(dòng)信號(hào)重建的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力與利用缸內(nèi)壓力傳感器獲得的缸內(nèi)壓力的直接測(cè)量值進(jìn)行比較。
具體實(shí)施方式
圖1示意性地圖解具有控制系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，該控制系統(tǒng)能夠根據(jù)由振動(dòng)傳感器 128收集的振動(dòng)信號(hào)重建內(nèi)燃機(jī)100的缸內(nèi)壓力。該控制系統(tǒng)然后利用重建的壓力數(shù)據(jù)控制燃燒特性。發(fā)動(dòng)機(jī)100包括燃燒室110，在本典型實(shí)施例中，燃燒室110由氣缸108、氣缸蓋104和活塞112限定。雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有兩個(gè)或更多個(gè)氣缸，并且當(dāng)有多個(gè)氣缸時(shí)它們可以組合排列，但是為了簡(jiǎn)單起見，僅示出發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣缸的燃燒室。活塞112可在氣缸108內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且活塞112的往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)由連桿116轉(zhuǎn)化為曲軸120的轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿116分別操作附連在活塞112和曲軸120的相對(duì)端。進(jìn)氣閥和排氣閥(未示出)用于從進(jìn)氣歧管向燃燒室110輸送包含氧氣的充氣(charge)，并將燃燒產(chǎn)物從燃燒室110移除到排氣歧管。發(fā)動(dòng)機(jī)100還包括燃料和空氣輸送系統(tǒng)，以及其它與內(nèi)燃機(jī)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，為了簡(jiǎn)單起見，沒有在圖中示出這些系統(tǒng)。
發(fā)動(dòng)機(jī)100包括振動(dòng)傳感器128，被示出為例如安裝在主軸承蓋IM上。曲軸120 受到來自發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸和活塞的側(cè)向載荷，為了減小由于這些載荷而引起的偏離，曲軸120 由包括軸承蓋1 的軸承組件支持。軸承蓋1 通過響應(yīng)于缸內(nèi)壓力的變化而偏離來起到阻尼振蕩器的作用。由于與缸內(nèi)壓力有關(guān)的力被通過活塞112和活塞桿116傳遞到曲軸 120和軸承蓋124，在振動(dòng)傳感器1 被安裝在軸承蓋124上的情況下，在燃燒室到振動(dòng)傳感器1 之間存在直接的力傳遞路徑。當(dāng)軸承蓋1 位于發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)氣缸之間時(shí)，傳感器1 可記錄來自這兩個(gè)鄰近氣缸的信號(hào)，并且因此對(duì)于具有6個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)來說，僅需要3個(gè)傳感器1 來收集由6個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的每個(gè)中的燃燒過程引起的信號(hào)。這種布置是可能的，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)氣缸處于在軸承蓋的相反側(cè)的燃燒相位時(shí)，鄰近氣缸的相位總是抵消的(offset)，并且缸內(nèi)壓力和來自振動(dòng)傳感器的信號(hào)在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的排氣和進(jìn)氣過程中是可忽略的。即便如此，在收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以驗(yàn)證所公開的方法時(shí)，如下面更詳細(xì)描述的，在軸承蓋的每個(gè)上都安裝振動(dòng)傳感器，從而能夠收集更多的數(shù)據(jù)。在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析之后證實(shí)，在兩個(gè)氣缸之間的軸承蓋上安裝的一個(gè)振動(dòng)傳感器能夠收集可被處理以準(zhǔn)確重建鄰近氣缸中的每個(gè)的缸內(nèi)壓力的數(shù)據(jù)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本申請(qǐng)采用的振動(dòng)傳感器是加速度計(jì)，但是，為了記錄被進(jìn)一步處理以重建內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力的振動(dòng)信號(hào)的目的，可使用任何其它振動(dòng)傳感器，諸如任何類型的速度或位移壓電傳感器，或者加速度計(jì)型傳感器。
為了生成具有適當(dāng)高信噪比的振動(dòng)信號(hào)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承蓋是一個(gè)優(yōu)選位置。對(duì)于給定發(fā)動(dòng)機(jī)，信噪比會(huì)由于不同的工作條件而發(fā)生變化，但是例如對(duì)于被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)，使用安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)軸承蓋上的振動(dòng)傳感器達(dá)到了至少4 1的信噪比，并且更典型地至少6 1的信噪比。但是，可以理解，振動(dòng)傳感器也可安裝在其它位置，其也能夠產(chǎn)生具有合適的高信噪比的信號(hào)。在本公開的上下文中，在討論“信噪比”時(shí)，“信”是振動(dòng)信號(hào)中與可歸因于燃燒室110內(nèi)被監(jiān)視的燃燒特性的偏離有關(guān)的部分，而“噪”是振動(dòng)信號(hào)中由其它原因?qū)е虏皇怯杀槐O(jiān)視的燃燒特性直接引起的部分，其它原因例如是由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、(車輛的)道路噪聲或者使傳輸?shù)碾娬駝?dòng)信號(hào)失真的電子干擾引起的偏離。在標(biāo)題為“Method of Mounting an Accelerometer on an Internal Combustion Engine and Increasing Signal-To-Noise Ratio”的共有的美國專利No. 7，444，231中教導(dǎo)了一種安裝加速度計(jì)傳感器128的優(yōu)選方法。
通常，更直接地暴露于由燃燒過程給予的運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)傳感器生成具有更高信噪比的信號(hào)。申請(qǐng)人已經(jīng)利用前面提到的共有專利中公開的技術(shù)和/或這里公開的方法對(duì)來自不同制造商的不同尺寸的大量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，在所有這些測(cè)試中確定，將諸如加速度計(jì)的振動(dòng)傳感器安裝在軸承蓋上產(chǎn)生的信號(hào)具有足夠高的信噪比，從而可根據(jù)所公開的方法對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲得所公開的結(jié)果。但是，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造存在差異，可以理解，對(duì)于給定發(fā)動(dòng)機(jī)，也可存在其它位置，諸如在軸承蓋螺栓上、氣缸108上、氣缸蓋104上， 或者氣缸蓋螺栓上，其也可產(chǎn)生足夠高的信噪比。通過以下過程能夠容易地確定具體發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝位置是否會(huì)產(chǎn)生足夠高的信噪比收集來自安裝在希望位置的傳感器的數(shù)據(jù)， 處理數(shù)據(jù)以重建發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒數(shù)據(jù)，諸如缸內(nèi)壓力，并且將重建的數(shù)據(jù)與通過缸內(nèi)壓力傳感器獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果信號(hào)中存在過多噪聲，即，如果信噪比不夠高，則所公開方法不會(huì)產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果。例如，如果傳感器被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)體的側(cè)面，該位置是通常安裝爆震傳感器的位置，通常存在圍繞氣缸的水套(water jacket)，由來自氣缸壁的歸因于燃燒效果的橫向偏離引起的偏離與由噪聲引起的振動(dòng)之間的比能夠比從安裝在軸承蓋上的傳感器收集的數(shù)據(jù)的信噪比小得多。根據(jù)申請(qǐng)人的經(jīng)驗(yàn)，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)體側(cè)面的傳感器的信噪比通常不夠高，不能用在所公開的方法中以準(zhǔn)確重建燃燒特性。另一方面，與過低的信噪比相反，具有更高信噪比的振動(dòng)信號(hào)能夠生成更準(zhǔn)確的結(jié)果，并且在某些情況下可以需要更少的處理來重建諸如缸內(nèi)壓力曲線和SOC時(shí)間的燃燒特性。
振動(dòng)傳感器1 通過信號(hào)線130向數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)138發(fā)送電信號(hào)。其它發(fā)動(dòng)機(jī)特性，諸如TDC (上止點(diǎn))時(shí)間132、以RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)速度134和進(jìn)氣歧管壓力136，被從相應(yīng)數(shù)據(jù)收集傳感器收集并發(fā)送到數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)138的，并與所收集的振動(dòng)信號(hào)相關(guān)。TDC和RPM數(shù)據(jù)用于將振動(dòng)信號(hào)與曲柄角相關(guān)。計(jì)算機(jī)處理單元(CPU) 140從數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)138獲取振動(dòng)信號(hào)和諸如TDC和RPM的相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，并根據(jù)下述的圖2或圖3中的重建缸內(nèi)壓力的方法處理獲得的數(shù)據(jù)。重建的缸內(nèi)壓力被進(jìn)一步發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制器144，其利用該信息控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的燃料燃燒，例如，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)效率和/或減少排放。
圖2和圖3圖解所公開的重建缸內(nèi)壓力的方法的優(yōu)選實(shí)施例。圖2中公開的方法包括從振動(dòng)傳感器獲得振動(dòng)信號(hào)的第一步驟210，在步驟212中對(duì)獲得的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，在步驟214中處理經(jīng)低通濾波的振動(dòng)信號(hào)，以及在步驟216中重建缸內(nèi)壓力。對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行低通濾波以去除高頻成分，高頻成分通常與“噪聲”有關(guān)，該“噪聲”是由于其它原因而不是所監(jiān)視的燃燒特性直接導(dǎo)致的，諸如由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、(車輛的)道路噪聲或者由使電振動(dòng)信號(hào)失真的電干擾引起的偏離。根據(jù)振動(dòng)傳感器在內(nèi)燃機(jī)上的位置，在步驟210 中獲得的振動(dòng)信號(hào)可能需要在步驟218中進(jìn)行校正，以補(bǔ)償作用在相應(yīng)地在軸承蓋IM上的振動(dòng)傳感器支座的力以及由燃燒而生成的施加在活塞112上的力之間的差。在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間出現(xiàn)燃燒時(shí)作用在軸承蓋1 上的力觸發(fā)由振動(dòng)傳感器1 測(cè)量的振動(dòng)。該力與由發(fā)生在燃燒室110中的燃燒過程生成的施加在活塞112上的力不同。與軸承蓋相比，活塞 112更接近燃燒室，并且由于在軸承蓋處測(cè)量的振動(dòng)已經(jīng)通過連桿116和曲軸120傳遞，因此可對(duì)該振動(dòng)信號(hào)實(shí)施基于力的校正，以補(bǔ)償施加在活塞112上的燃燒力與施加在軸承蓋 1 上的燃燒力之間的差。如果振動(dòng)傳感器1 被安裝在不同的位置處(在該位置具有適當(dāng)高的信噪比的情況下)，則可對(duì)振動(dòng)信號(hào)實(shí)施不同的基于力的校正，或者如果由燃燒過程生成的力直接作用在安裝了振動(dòng)傳感器的部件上，則根本不進(jìn)行校正。即，振動(dòng)傳感器1 可位于發(fā)動(dòng)機(jī)的其它位置上，并且可以理解，根據(jù)該傳感器的位置對(duì)振動(dòng)信號(hào)實(shí)施基于力的校正。
處理步驟214涉及對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，以及處理獲得的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)以將其轉(zhuǎn)換為處理信號(hào)或者可由曲線表示的處理數(shù)據(jù)集，其能夠更準(zhǔn)確地說明燃燒期間氣缸燃燒室內(nèi)的放熱率或缸內(nèi)壓力。處理步驟214可以包括如圖2所示的若干子步驟。在優(yōu)選的實(shí)施例中，在子步驟220中，對(duì)獲得的振動(dòng)信號(hào)關(guān)于曲柄轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分，而在子步驟222 中，利用快速傅立葉變換(FFT)，在大約500Hz處將微分信號(hào)分為中頻成分2M和低頻成分 226。即，低頻成分2 包括頻率在500Hz以下的微分信號(hào)成分，而中頻信號(hào)2 包括頻率在500Hz以上的微分信號(hào)成分，并將微分信號(hào)的這兩種成分分別存儲(chǔ)在CPU 140中。
如果信噪比足夠高，則涉及將微分信號(hào)分為中頻和低頻成分的子步驟222可省略，用下面進(jìn)一步描述的用于信號(hào)的低頻成分的方式處理該微分信號(hào)。對(duì)于給定發(fā)動(dòng)機(jī)，可以通過在處理步驟包括子步驟222的情況下收集和處理數(shù)據(jù)，并將該結(jié)果與在處理步驟不包括子步驟222的情況下收集和處理的數(shù)據(jù)所獲得的結(jié)果進(jìn)行比較，來確定子步驟222是否可被省略。如果結(jié)果實(shí)質(zhì)相同，那么可確定信噪比足夠高以允許省略子步驟222。
在所公開的方法的另一個(gè)實(shí)施例中，在子步驟228中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力進(jìn)行采樣，并且在子步驟230中，基于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力和缸內(nèi)壓力多變這一假設(shè)來估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)壓力曲線(motoring pressure curve)。然后，在子步驟232中關(guān)于曲柄角對(duì)估計(jì)的拖動(dòng)壓力曲線進(jìn)行微分，并在子步驟234中與微分振動(dòng)信號(hào)的低頻成分2 進(jìn)行比較。通過比較微分振動(dòng)信號(hào)的低頻成分與微分拖動(dòng)壓力曲線之間的幅度差，在子步驟234 中確定增益誤差。作為增益誤差的幅度差基于這樣的事實(shí)估計(jì)的拖動(dòng)壓力曲線是在壓力標(biāo)度上表示的，而振動(dòng)信號(hào)是在電壓標(biāo)度上表示的。由于通過本方法得到的結(jié)果要重建缸內(nèi)壓力曲線，因此，通過在將從電壓標(biāo)度轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?biāo)度時(shí)應(yīng)用增益誤差校正因子對(duì)振動(dòng)信號(hào)的增益誤差進(jìn)行校正。測(cè)試顯示，通過將振動(dòng)信號(hào)與增益誤差校正因子相乘，可獲得對(duì)增益誤差的相當(dāng)準(zhǔn)確的校正，其中，增益誤差校正因子表示拖動(dòng)壓力估計(jì)值與相應(yīng)電壓之比，該拖動(dòng)壓力估計(jì)值是在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中燃燒開始時(shí)間之前的壓縮沖程期間的預(yù)定時(shí)刻的拖動(dòng)壓力的估計(jì)值，而該相應(yīng)電壓是在該壓縮沖程期間的同一預(yù)定時(shí)刻測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)獲得的。優(yōu)選地，壓縮沖程期間的這個(gè)預(yù)定時(shí)刻靠近燃燒開始時(shí)間，并且在上止點(diǎn)前35和20 度之間的時(shí)刻是合適的。該時(shí)刻可根據(jù)工作條件來預(yù)先確定，因此，該時(shí)刻在發(fā)動(dòng)機(jī)特性圖 (engine map)的不同點(diǎn)處可以不同。但是，由于估計(jì)的拖動(dòng)壓力用于計(jì)算這個(gè)比值，由于在燃燒開始之后測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)包括燃燒成分而拖動(dòng)壓力信號(hào)不包括燃燒成分，因此該預(yù)定時(shí)刻必需在燃燒開始時(shí)刻之前。
第二個(gè)校正因子在這里是指用于校正傳感器靈敏度和電荷衰減的電荷衰減誤差校正因子。為了估計(jì)傳感器電荷衰減誤差，通過計(jì)算微分拖動(dòng)壓力和微分振動(dòng)信號(hào)電壓之間的時(shí)移(time shift)來確定限定電荷衰減率的特征時(shí)間尺度。可通過測(cè)量峰值微分拖動(dòng)壓力的時(shí)刻與峰值微分振動(dòng)信號(hào)的時(shí)刻之間的時(shí)間差來測(cè)量該時(shí)移。可以在比較子步驟 234過程中執(zhí)行對(duì)該時(shí)移的確定。在子步驟236中基于估計(jì)的相移確定限定振動(dòng)傳感器的電荷衰減速度的特征時(shí)間尺度。在子步驟236中使用所確定的電荷衰減速度也可以確定電荷衰減誤差校正因子。
在子步驟238中，通過應(yīng)用電荷衰減誤差校正因子和增益誤差校正因子，針對(duì)增益誤差和電荷衰減誤差校正振動(dòng)信號(hào)的低頻成分。
由于具有較高的頻率，中頻信號(hào)成分在較短的時(shí)間段內(nèi)生成，并且因此受到傳感器靈敏度和電荷衰減的影響較小，因此通常不對(duì)振動(dòng)信號(hào)的中頻成分2M進(jìn)行電荷衰減校正。信號(hào)的中頻成分通常更多地歸因于實(shí)際的燃料燃燒，而低頻信號(hào)通常歸因于和整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)周期有關(guān)的特性。在子步驟240中，與變換中校正低頻成分的方式相同地，通過應(yīng)用增益誤差校正因子針對(duì)從電壓標(biāo)度到壓力標(biāo)度的變換對(duì)中頻成分2M進(jìn)行校正。在子步驟 242中，將微分振動(dòng)信號(hào)的經(jīng)校正的低頻成分與微分振動(dòng)信號(hào)的經(jīng)校正的中頻成分進(jìn)行重組。
為了得到重建缸內(nèi)壓力的更準(zhǔn)確的結(jié)果，在子步驟M4中可根據(jù)經(jīng)校正的振動(dòng)信號(hào)計(jì)算放熱率。由信號(hào)中的噪聲引起的異常值更可能出現(xiàn)在TDC后大約40度曲柄角之后的信號(hào)中，這是因?yàn)?，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的這個(gè)階段，缸內(nèi)壓力已經(jīng)減小到振動(dòng)信號(hào)更易受信號(hào)噪聲影響而可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的缸內(nèi)壓力重建的水平。燃料燃燒通常發(fā)生在TDC之前約20 度和TDC之后約30度的曲柄角之間。在子步驟244中，利用計(jì)算的放熱率檢測(cè)處理信號(hào)中在曲柄角大于預(yù)定時(shí)刻(優(yōu)選TDC后30到40度之間)的異常值，并且使計(jì)算的放熱率遵循預(yù)定曲線，其中該預(yù)定曲線遵循預(yù)定指數(shù)衰減曲線。以這種方式，在根據(jù)放熱率重建缸內(nèi)壓力之前，消除由信號(hào)噪聲引起的異常值。該預(yù)定曲線可基于通過計(jì)算機(jī)模擬而經(jīng)驗(yàn)確定或計(jì)算的放熱率的值。對(duì)放熱率數(shù)據(jù)的該校正在此被稱作邊界校正，這是因?yàn)樗鼘?shù)據(jù)范圍延伸到正常邊界之外，此后不可能以其它方式根據(jù)振動(dòng)信號(hào)得到準(zhǔn)確信息。
最后，在圖2本方法公開的實(shí)施例的步驟216中，由于在放熱率和缸內(nèi)壓力之間存在已知的關(guān)聯(lián)，因此，可將函數(shù)應(yīng)用于放熱率以重建缸內(nèi)壓力曲線。
在圖2中所示的實(shí)施例的變型中，將電阻器與振動(dòng)傳感器并聯(lián)地電連接，使得能夠以“電流模式”而不是上述“電壓模式”測(cè)量振動(dòng)信號(hào)。當(dāng)采用實(shí)施例的這個(gè)變型時(shí)，改變上述如圖2所示的處理信號(hào)的若干步驟，使得對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硪援a(chǎn)生準(zhǔn)確結(jié)果。具體地，當(dāng)使用電流模式時(shí)，振動(dòng)傳感器信號(hào)已經(jīng)具有類似微分電壓信號(hào)的曲線，因而在確定電荷衰減誤差校正因子時(shí)，在與微分拖動(dòng)壓力進(jìn)行比較以確定時(shí)移之前，不需要對(duì)電流傳感器信號(hào)進(jìn)行微分，其中計(jì)算該時(shí)移以確定特征時(shí)間尺度和衰減速度。在子步驟220 中，代替對(duì)在電流模式中收集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行微分，可在子步驟220中對(duì)收集的振動(dòng)信號(hào) 210進(jìn)行積分，從而其可與拖動(dòng)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以計(jì)算上述的增益誤差校正因子。在這個(gè)實(shí)施例中，可避免頻率劃分子步驟222，這是因?yàn)?，與以電壓模式收集的信號(hào)相比，以電流模式收集的信號(hào)失真較小。
圖3所示的方法示出所公開的根據(jù)振動(dòng)信號(hào)重建缸內(nèi)壓力的方法的另一實(shí)施例。 這個(gè)實(shí)施例有若干步驟相當(dāng)于圖2中所示的實(shí)施例的類似步驟，用相似的附圖標(biāo)記(加 100)表示這些步驟。例如，參考圖3，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，這里公開的步驟310相當(dāng)于步驟210，它們都是指在各自實(shí)施例中以實(shí)質(zhì)上相同的方式執(zhí)行類似功能的步驟。因此，如果同樣的步驟已經(jīng)參照?qǐng)D2中所示的實(shí)施例進(jìn)行過描述，在描述圖3中所示的實(shí)施例時(shí)，如果根據(jù)在圖2中描述的同樣步驟的內(nèi)容已經(jīng)使該涵義清楚，則可以不用重復(fù)相同的內(nèi)容。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，在步驟312中對(duì)在步驟310中獲得的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行低通濾波以去除該信號(hào)的高頻成分，該高頻成分通常與由其它原因引起而不是直接歸因于所監(jiān)視的燃燒特性的“噪聲”有關(guān)。在步驟314中對(duì)經(jīng)低通濾波的信號(hào)做進(jìn)一步的處理，并在步驟316中根據(jù)經(jīng)處理的振動(dòng)信號(hào)重建缸內(nèi)壓力。在這個(gè)實(shí)施例中，不基于作用在傳感器上的力對(duì)該振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行的校正，這是因?yàn)?，傳感器位于測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)與由缸內(nèi)壓力的變化引起的偏離更加直接相關(guān)的位置。對(duì)于該方法的這個(gè)實(shí)施例，與在其它實(shí)施例中相同，振動(dòng)傳感器仍位于燃燒室的外側(cè)，但位于傳感器產(chǎn)生具有較高信噪比的信號(hào)的位置，這例如是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的不同或者因?yàn)閭鞲衅鞅话惭b在更加直接暴露于燃燒特性給予的運(yùn)動(dòng)。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，沒有將經(jīng)低通濾波和微分的信號(hào)分為低頻成分和中頻成分。
與結(jié)合圖2描述的處理步驟214相同，圖3中所示的處理步驟314包括若干子步驟，用于處理經(jīng)過低通濾波的振動(dòng)信號(hào)，以將從振動(dòng)傳感器獲得的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為曲線中表示的信號(hào)，該曲線更加準(zhǔn)確地說明燃燒室內(nèi)的缸內(nèi)壓力。在子步驟320中，關(guān)于曲柄角測(cè)量對(duì)獲得的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行微分。
如圖3所示，處理步驟314可使用其它數(shù)據(jù)輸入來重建缸內(nèi)壓力。在這個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)估計(jì)拖動(dòng)壓力數(shù)據(jù)。在子步驟328中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，在子步驟358中收集發(fā)動(dòng)機(jī)速度數(shù)據(jù)(RPM)。在子步驟330中利用通過子步驟3 和358收集的數(shù)據(jù)，使用預(yù)定的熱力學(xué)模型估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)壓力曲線。在子步驟 332中，關(guān)于測(cè)量的曲柄角對(duì)估計(jì)的拖動(dòng)壓力曲線進(jìn)行微分，并且在子步驟350中將其與通過子步驟320得到的微分振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較。與參照?qǐng)D2描述的實(shí)施例相似，在圖3所示的實(shí)施例中，在子步驟350中執(zhí)行的比較確定微分振動(dòng)信號(hào)與估計(jì)的拖動(dòng)壓力曲線之間的幅度差，該幅度差由從電壓標(biāo)度向壓力標(biāo)度的變換引起。在子步驟350中，針對(duì)由從電壓標(biāo)度向壓力標(biāo)度的變換引起的增益誤差對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行校正。與前面描述的實(shí)施例中相同， 通過將振動(dòng)信號(hào)乘以因子來獲得可接受的準(zhǔn)確度的校正，該因子表示在燃燒開始時(shí)刻之前壓縮沖程期間的預(yù)定時(shí)刻的拖動(dòng)壓力與在同一預(yù)定時(shí)刻確定的相應(yīng)振動(dòng)信號(hào)電壓之比。該比值也可通過微分拖動(dòng)壓力的值和相同預(yù)定時(shí)刻的相應(yīng)微分振動(dòng)信號(hào)的值確定。
在這個(gè)實(shí)施例中，基于傳遞函數(shù)對(duì)由傳感器靈敏度和電荷衰減引起的電荷衰減誤差進(jìn)行估計(jì)。在步驟352中，通過CPU 140從保存有映射的傳遞函數(shù)的數(shù)據(jù)獲取單元138 中存取傳遞函數(shù)的映射表(map)，并在步驟354中，基于從子步驟3 獲得的測(cè)量的進(jìn)氣歧管壓力和從子步驟358獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，根據(jù)經(jīng)校準(zhǔn)的傳遞函數(shù)的該映射表中選擇傳遞函數(shù)。在子步驟356中將所選擇的傳遞函數(shù)應(yīng)用于振動(dòng)信號(hào)，由此針對(duì)由傳感器靈敏度和電荷衰減弓I起的電荷衰減誤差校正該信號(hào)。
與其它實(shí)施例相同，在子步驟344中，為了得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，校正動(dòng)力沖程后部分的異常值，可以根據(jù)經(jīng)處理的振動(dòng)信號(hào)計(jì)算放熱率，并且可以在動(dòng)力沖程期間的預(yù)定時(shí)刻之后應(yīng)用邊界校正。動(dòng)力沖程期間的預(yù)定時(shí)刻的定時(shí)可以是發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件的函數(shù)，因此，該預(yù)定時(shí)刻在發(fā)動(dòng)機(jī)特性圖上的不同點(diǎn)處可以不同。作為示例，該預(yù)定時(shí)刻可以在TDC 后30到40度的曲柄角之間。
在步驟316中，由于缸內(nèi)壓力和放熱率之間存在已知關(guān)聯(lián)，因此根據(jù)經(jīng)校正的放熱率重建缸內(nèi)壓力是所公開的方法的最后的步驟。
與參照?qǐng)D2進(jìn)行描述的實(shí)施例相似，對(duì)于參照?qǐng)D3描述的實(shí)施例，在所公開的方法的一個(gè)變型(未示出)中，在電測(cè)量電路中電阻可與振動(dòng)傳感器并聯(lián)連接，這會(huì)減小振動(dòng)信號(hào)中的失真，由此不需要圖2和3中所示的對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行微分的子步驟。僅需對(duì)拖動(dòng)壓力進(jìn)行微分，以確定電荷衰減誤差校正因子?？赏ㄟ^對(duì)微分的拖動(dòng)壓力與振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較來確定增益誤差校正因子，或者可對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行積分以用于與估計(jì)的拖動(dòng)壓力進(jìn)行比較。在這種情況下，不需要將信號(hào)分為低頻和中頻，這是因?yàn)?，與以電壓模式收集的信號(hào)相比，以電流模式收集的信號(hào)失真較小。
為了驗(yàn)證這里所公開方法，從利用兩個(gè)Cummins ISB型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的測(cè)試收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試之前，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)上的全部7個(gè)軸承蓋被去除并加工以用于安裝振動(dòng)傳感器。在這些測(cè)試中使用的振動(dòng)傳感器是具有集成連接器(integrated connector) 設(shè)計(jì)的Siemens 爆震傳感器。每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在測(cè)試單元(test cell)進(jìn)行完全委托(fully commissioned)，并且在額定功率和扭矩方面進(jìn)行了基線測(cè)試。在每個(gè)氣缸中安裝了 Kistler 6607C1型水冷壓力換能器，并用于直接從氣缸內(nèi)測(cè)量缸內(nèi)壓力。利用Cummins 高速數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)收集發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試期間生成的壓力和振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)。
以從歐洲瞬態(tài)循環(huán)(European Stationary Cycle, "ESC")定義的13個(gè)模式中選擇的6個(gè)模式收集來自兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中的每個(gè)的振動(dòng)傳感器和缸內(nèi)壓力傳感器的數(shù)據(jù)。
表1 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試模式
權(quán)利要求
1. 一種處理從安裝在燃燒室外的發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的振動(dòng)傳感器收集的振動(dòng)信號(hào)以重建內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括步驟a.在所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間從所述振動(dòng)傳感器收集所述振動(dòng)信號(hào)，并將所述振動(dòng)信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)獲取單元；b.在計(jì)算機(jī)處理單元中通過以下過程處理所述振動(dòng)信號(hào)1.對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生濾波數(shù)據(jù)，所述濾波數(shù)據(jù)的頻率在與所述燃燒室內(nèi)的燃燒效果有關(guān)的頻率范圍內(nèi)； .針對(duì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)處理所述濾波數(shù)據(jù)以產(chǎn)生通過應(yīng)用至少一個(gè)校正因子校正了由電荷衰減和傳感器靈敏度引入的誤差的經(jīng)處理數(shù)據(jù)，所述至少一個(gè)校正因子是根據(jù)與所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)有關(guān)的估計(jì)拖動(dòng)壓力而確定的，所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)與收集所述振動(dòng)信號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)是同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)；以及c.在所述計(jì)算機(jī)處理單元中根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的至少一部分的所述經(jīng)處理數(shù)據(jù)重建所述缸內(nèi)壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以電壓模式收集所述振動(dòng)信號(hào)，所述處理步驟還包括基于根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間燃燒開始時(shí)刻之前的預(yù)定時(shí)刻的所述估計(jì)拖動(dòng)壓力確定的拖動(dòng)壓力的值與同樣所述預(yù)定時(shí)刻的所述振動(dòng)信號(hào)的值之比，將增益誤差校正因子應(yīng)用于所述濾波數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述預(yù)定時(shí)刻在上止點(diǎn)前35曲柄角度和20曲柄角度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以電壓模式收集所述振動(dòng)信號(hào)，所述處理步驟還包括a.關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)所述濾波數(shù)據(jù)微分；b.關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)所述估計(jì)拖動(dòng)壓力微分；c.通過在時(shí)間標(biāo)度上確定峰值微分拖動(dòng)壓力的時(shí)刻和峰值微分振動(dòng)信號(hào)的時(shí)刻之間的差，并且根據(jù)所述差，通過計(jì)算定義電荷衰減率的特征時(shí)間尺度來確定電荷衰減誤差，通過將電荷衰減誤差校正因子應(yīng)用到所述濾波數(shù)據(jù)來校正電荷衰減。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括通過應(yīng)用增益誤差校正因子校正所述濾波數(shù)據(jù)，其中所述增益誤差衰減因子是基于所述峰值微分拖動(dòng)壓力和所述峰值微分振動(dòng)信號(hào)之比計(jì)算的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在以電流模式收集所述振動(dòng)信號(hào)的情況下，所述處理步驟還包括a.關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)所述估計(jì)拖動(dòng)壓力進(jìn)行微分；b.通過在時(shí)間標(biāo)度上確定峰值微分拖動(dòng)壓力的時(shí)刻和峰值微分振動(dòng)信號(hào)的時(shí)刻之間的差，并且根據(jù)所述差，通過計(jì)算定義電荷衰減率的特征時(shí)間尺度來確定電荷衰減誤差，通過將電荷衰減誤差校正因子應(yīng)用到所述濾波數(shù)據(jù)來校正電荷衰減。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括a.關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行積分；b.基于根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間燃燒開始時(shí)刻之前的預(yù)定時(shí)刻的所述估計(jì)拖動(dòng)壓力確定的拖動(dòng)壓力的值與同樣所述預(yù)定時(shí)刻的積分振動(dòng)信號(hào)的值之比，通過對(duì)所述濾波數(shù)據(jù)應(yīng)用增益誤差校正因子來校正所述濾波數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)進(jìn)氣歧管壓力測(cè)量，計(jì)算所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的所述估計(jì)拖動(dòng)壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過計(jì)算拖動(dòng)壓力曲線來確定所述估計(jì)拖動(dòng)壓力，其中所述拖動(dòng)壓力曲線被計(jì)算為多變曲線，所述多變曲線是采樣的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力的函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括從根據(jù)進(jìn)氣歧管壓力存取的預(yù)定拖動(dòng)壓力曲線的查詢表檢索所述估計(jì)拖動(dòng)壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述濾波步驟包括對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)應(yīng)用低通濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述處理步驟還包括在已經(jīng)對(duì)電荷衰減和傳感器靈敏度引入的誤差進(jìn)行校正之后，根據(jù)所述濾波數(shù)據(jù)計(jì)算放熱率數(shù)據(jù)，其中放熱率數(shù)據(jù)成為所述經(jīng)處理數(shù)據(jù)的一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括a.在峰值燃燒壓力之后的預(yù)定時(shí)刻，利用預(yù)定值校正所述放熱率數(shù)據(jù)范圍之外的值， 以生成經(jīng)校正的放熱率值，以及b.基于所述經(jīng)校正的放熱率值計(jì)算經(jīng)校正的經(jīng)處理數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，峰值燃燒壓力峰值之后的所述預(yù)定時(shí)刻在上止點(diǎn)之后30度和40度之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)所述缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)重建所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的上止點(diǎn)前60曲柄角度和上止點(diǎn)后60曲柄角度之間的部分的缸內(nèi)壓力曲線。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)所述缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)重建所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的上止點(diǎn)前30曲柄角度和上止點(diǎn)后60曲柄角度之間的部分的缸內(nèi)壓力曲線。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述處理步驟還包括a.將所述濾波振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)分為低頻成分和中頻成分；b.通過以下過程校正所述低頻成分以生成經(jīng)校正的低頻成分i.基于所述拖動(dòng)壓力和所述振動(dòng)信號(hào)之比將增益誤差校正因子應(yīng)用到所述低頻成分； .通過確定所述拖動(dòng)壓力的值與所述振動(dòng)信號(hào)的相應(yīng)值之間在時(shí)間標(biāo)度上的差，估計(jì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中所述振動(dòng)信號(hào)中由電荷衰減引起的電荷衰減誤差；和iii.基于所述電荷衰減誤差，計(jì)算定義電荷衰減率的特征時(shí)間尺度，并通過基于所述特征時(shí)間尺度對(duì)所述低頻成分應(yīng)用電荷衰減誤差校正因子以校正電荷衰減；c.通過將所述增益誤差校正因子應(yīng)用到所述中頻成分，校正所述中頻成分以生成經(jīng)校正的中頻成分；以及d.將所述經(jīng)校正的低頻成分與所述經(jīng)校正的中頻成分組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括利用快速傅立葉變換將所述濾波數(shù)據(jù)分為所述低頻成分和所述中頻成分。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述處理步驟采用傳遞函數(shù)來確定所述至少一個(gè)校正因子，其中，基于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)速度，從經(jīng)校準(zhǔn)的傳遞函數(shù)映射表中選擇所述傳遞函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述振動(dòng)傳感器被安裝在與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相關(guān)聯(lián)的軸承蓋上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在所述處理步驟之前，將預(yù)定校正因子應(yīng)用于所述振動(dòng)信號(hào)，以補(bǔ)償施加到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的活塞的力與施加到所述軸承蓋的力之間的幅度差。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述振動(dòng)信號(hào)的信噪比至少為4 1。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述振動(dòng)信號(hào)的信噪比至少為6 1。
24.一種控制內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)的燃料燃燒的方法，包括步驟a.從安裝在所述燃燒室外的發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的振動(dòng)傳感器獲得發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的振動(dòng)信號(hào)， 并將所述振動(dòng)信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)獲取單元，其中所述振動(dòng)信號(hào)包含與缸內(nèi)壓力有關(guān)的成分；b.收集與獲取所述振動(dòng)信號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)相同的所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，并將所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)獲取單元，所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度、上止點(diǎn)時(shí)刻和進(jìn)氣歧管壓力；c.在計(jì)算機(jī)處理單元中處理所述振動(dòng)信號(hào)以產(chǎn)生通過應(yīng)用至少一個(gè)校正因子校正了由信號(hào)衰減和傳感器靈敏度引入的估計(jì)誤差的經(jīng)處理數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述經(jīng)處理數(shù)據(jù)重建所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的至少一部分的缸內(nèi)壓力曲線，其中所述至少一個(gè)校正因子是根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和所述振動(dòng)數(shù)據(jù)確定的；和d.將所述重建的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，以基于所述重建的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)控制所述燃燒室內(nèi)的燃燒。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，還包括根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)估計(jì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的拖動(dòng)壓力數(shù)據(jù)，以及，根據(jù)所述拖動(dòng)壓力數(shù)據(jù)確定增益誤差校正因子和電荷衰減校正因子以用于在所述處理步驟中校正所述振動(dòng)信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，以電壓模式收集所述振動(dòng)信號(hào)，并且所述方法還包括分別關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)所述拖動(dòng)壓力和所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行微分，以及，將所述增益誤差校正因子計(jì)算為根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間燃燒開始時(shí)刻之前的預(yù)定時(shí)刻的所述估計(jì)拖動(dòng)壓力確定的拖動(dòng)壓力的值與同樣所述預(yù)定時(shí)刻的所述振動(dòng)信號(hào)的值之比。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，以電壓模式收集所述振動(dòng)信號(hào)，并且所述方法還包括分別關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)刻對(duì)所述拖動(dòng)壓力和所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行微分，以及，通過計(jì)算峰值微分拖動(dòng)壓力和峰值微分振動(dòng)信號(hào)之間的差、確定定義電荷衰減率的特征時(shí)間尺度、并根據(jù)所述特征時(shí)間尺度確定所述電荷衰減校正因子，來確定所述電荷衰減校正因子。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，基于呈現(xiàn)多變曲線形式的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力采樣來計(jì)算所述拖動(dòng)壓力。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，通過基于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)速度和所述振動(dòng)信號(hào)從校正增益和電荷衰減誤差的經(jīng)校準(zhǔn)的傳遞函數(shù)的映射表中選擇傳遞函數(shù)， 來確定所述至少一個(gè)校正因子。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，以電流模式收集所述振動(dòng)信號(hào)，并且所述方法還包括關(guān)于曲柄角對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行積分，以及基于根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間燃燒開始時(shí)刻之前的預(yù)定時(shí)刻的所述估計(jì)拖動(dòng)壓力數(shù)據(jù)確定的所述拖動(dòng)壓力的值與同樣所述預(yù)定時(shí)刻的所述積分振動(dòng)信號(hào)的值之比來確定增益誤差校正因子，并且當(dāng)在所述計(jì)算機(jī)處理單元中處理所述振動(dòng)信號(hào)時(shí)將所述增益誤差校正因子應(yīng)用到所述振動(dòng)信號(hào)。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，以電流模式收集所述振動(dòng)信號(hào)，并且所述方法還包括關(guān)于以曲柄角度測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)刻對(duì)所述拖動(dòng)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行微分，以及，根據(jù)由定義電荷衰減率的特征時(shí)間尺度確定的計(jì)算的電荷衰減誤差確定所述電荷衰減校正因子，其中所述特征時(shí)間尺度是根據(jù)同一發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中峰值微分拖動(dòng)壓力的時(shí)刻與峰值振動(dòng)信號(hào)的時(shí)刻之間在時(shí)間標(biāo)度上的時(shí)間差確定的。
32.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中，所述振動(dòng)信號(hào)的信噪比至少為4 1。
33.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中，所述振動(dòng)信號(hào)的信噪比至少為6 1。
34.一種用于內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，包括a.振動(dòng)傳感器，其被安裝在燃燒室外的發(fā)動(dòng)機(jī)部件上，其中所述振動(dòng)傳感器被配置為當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間所述燃燒室內(nèi)發(fā)生燃燒時(shí)生成振動(dòng)信號(hào)；b.數(shù)據(jù)獲取單元，其被配置為接收從所述振動(dòng)傳感器發(fā)送的所述振動(dòng)信號(hào)，并將其與和所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)有關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)是與所述振動(dòng)信號(hào)有關(guān)的同一發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力以及包含發(fā)動(dòng)機(jī)速度和上止點(diǎn)時(shí)刻中的至少之一的發(fā)動(dòng)機(jī)工作特征參數(shù)；c.計(jì)算機(jī)處理單元，其被配置為接收和處理來自所述數(shù)據(jù)獲取單元的數(shù)據(jù)，以估計(jì)由振動(dòng)信號(hào)衰減引入的誤差，并將根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和所述振動(dòng)信號(hào)確定的校正因子應(yīng)用于所述振動(dòng)信號(hào)，以基于針對(duì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)確定的所述誤差生成經(jīng)校正的振動(dòng)信號(hào)，并由此根據(jù)所述經(jīng)校正的振動(dòng)信號(hào)重建所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的至少一部分的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)；以及d.控制器，其被配置為基于所述重建的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)和所述發(fā)動(dòng)機(jī)工作特征參數(shù)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的控制系統(tǒng)，還包括與所述振動(dòng)傳感器并聯(lián)電連接的電阻ο
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的控制系統(tǒng)，其中，所述誤差具有通過將基于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力而建模的拖動(dòng)壓力曲線與所述振動(dòng)信號(hào)相比較而估計(jì)的成分。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的控制系統(tǒng)，其中，所述建模的拖動(dòng)壓力曲線是基于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力采樣而估計(jì)的多變曲線。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的控制系統(tǒng)，其中，所述誤差具有利用基于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)速度從經(jīng)校準(zhǔn)的傳遞函數(shù)的映射表中選擇的傳遞函數(shù)而估計(jì)的成分。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的控制系統(tǒng)，其中，安裝有所述振動(dòng)傳感器的所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件位于來自所述燃燒室的直接力傳遞路徑中。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的控制系統(tǒng)，其中，安裝有所述振動(dòng)傳感器的所述發(fā)動(dòng)機(jī)部件是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的軸承蓋。
全文摘要
所公開的方法包括用于如下處理的步驟根據(jù)從安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)部件上使得能夠生成具有高信噪比的信號(hào)的振動(dòng)傳感器收集的振動(dòng)信號(hào)重建缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)；以及，校正振動(dòng)信號(hào)的由振動(dòng)信號(hào)電荷衰減和傳感器靈敏度引入的誤差。根據(jù)均與同一發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)有關(guān)的估計(jì)的拖動(dòng)壓力與測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)本身確定校正因子。因此，該方法校正電荷衰減和響應(yīng)于不同發(fā)動(dòng)機(jī)條件而改變傳感器靈敏度，以允許以更高的準(zhǔn)確度重建缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)。還公開了一種用于實(shí)現(xiàn)所公開方法的裝置，包括振動(dòng)傳感器、用于接收該振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)獲取單元、用于處理所獲取的信號(hào)的計(jì)算機(jī)處理單元和基于重建的缸內(nèi)壓力控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作的控制器。
文檔編號(hào)F02D35/02GK102498378SQ201080041369
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
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