專利名稱：缸內(nèi)壓力傳感器診斷系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動機，且更具體地，涉及用于缸內(nèi)壓力傳感器的診斷系統(tǒng)。
技術(shù)背景
這里所提供的背景描述是為了大體上呈現(xiàn)本發(fā)明的背景。發(fā)明人的一部分工作 在背景技術(shù)部分中被描述，這部分內(nèi)容以及在提交申請時該描述中不另構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的方 面，既不明確也不暗示地被承認是破壞本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
內(nèi)燃發(fā)動機可在發(fā)動機的每個氣缸內(nèi)包括有缸內(nèi)壓力傳感器以檢測缸內(nèi)壓力。發(fā) 動機控制器可基于缸內(nèi)壓力來控制燃料噴射脈沖，以便改善燃料的燃燒并減小燃料消耗。 缸內(nèi)壓力傳感器暴露于氣缸的高溫和高壓，并且可能被氣缸內(nèi)的燃料污染。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的壓力傳感器診斷系統(tǒng)包括激勵模塊、頻率確定模塊和故障確定模塊。激 勵模塊激勵缸內(nèi)壓力傳感器，并且使缸內(nèi)壓力傳感器振蕩。頻率確定模塊確定所述缸內(nèi)壓 力傳感器的振蕩頻率。故障確定模塊基于所述振蕩頻率對缸內(nèi)壓力傳感器進行診斷。
一種診斷缸內(nèi)壓力傳感器的方法，包括激勵缸內(nèi)壓力傳感器以使該缸內(nèi)壓力傳 感器振蕩；確定該缸內(nèi)壓力傳感器的振蕩頻率；并且基于該振蕩頻率診斷所述缸內(nèi)壓力傳 感器中的故障。
在一個特征中，當所述缸內(nèi)壓力傳感器的振蕩頻率在預定范圍外時，所述故障確 定模塊診斷出所述缸內(nèi)壓力傳感器內(nèi)的故障。
在其它特征中，所述缸內(nèi)壓力傳感器包括測量桿和聯(lián)接到所述測量桿的壓電元 件。所述激勵模塊向所述壓電元件施加電壓脈沖以激勵所述測量桿，從而使得所述測量桿 振蕩?；谒鰷y量桿的質(zhì)量和剛度確定所述振蕩頻率。所述激勵模塊在點火開關(guān)接通后 并且在發(fā)動機起動前激勵所述缸內(nèi)壓力傳感器。
本發(fā)明還提供了以下方案
方案1. 一種壓力傳感器診斷系統(tǒng)，包括
激勵模塊，所述激勵模塊激勵缸內(nèi)壓力傳感器，并且促使所述缸內(nèi)壓力傳感器振 蕩；
頻率確定模塊，所述頻率確定模塊確定所述缸內(nèi)壓力傳感器的振蕩頻率；和
故障確定模塊，所述故障確定模塊基于所述振蕩頻率對所述缸內(nèi)壓力傳感器進行 診斷。
方案2.如方案1所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，當所述缸內(nèi)壓力傳感器的所 述振蕩頻率在預定范圍以外時，所述故障確定模塊診斷出所述缸內(nèi)壓力傳感器內(nèi)的故障。
方案3.如方案1所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，所述缸內(nèi)壓力傳感器包括測 量桿和聯(lián)接到所述測量桿的壓電元件。
方案4.如方案3所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，所述激勵模塊激勵所述測量桿，并促使所述測量桿振蕩。
方案5.如方案3所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，所述激勵模塊向所述壓電元 件施加電壓脈沖。
方案6.如方案3所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，基于所述測量桿的質(zhì)量和剛 度來確定所述振蕩頻率。
方案7.如方案1所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，所述激勵模塊在點火開關(guān)接 通后并且在發(fā)動機起動前激勵所述缸內(nèi)壓力傳感器。
方案8. 一種診斷缸內(nèi)壓力傳感器的方法，包括
激勵缸內(nèi)壓力傳感器以促使所述缸內(nèi)壓力傳感器振蕩；
確定所述缸內(nèi)壓力傳感器的振蕩頻率；和
基于所述振蕩頻率診斷所述缸內(nèi)壓力傳感器中的故障。
方案9.如方案8所述的方法，其中，進一步包括當所述振蕩頻率在預定范圍以外 時診斷出所述缸內(nèi)壓力傳感器中的故障。
方案10.如方案9所述的方法，其中，所述缸內(nèi)壓力傳感器包括測量桿，并且其中， 所述缸內(nèi)壓力傳感器的所述振蕩頻率是所述測量桿的固有頻率。
方案11.如方案10所述的方法，其中，進一步包括使所述測量桿振蕩。
方案12.如方案9所述的方法，其中，所述缸內(nèi)壓力傳感器還包括聯(lián)接到所述測量 桿的壓電元件。
方案13.如方案12所述的方法，其中，進一步包括向所述壓電元件施加電壓脈沖 以引起所述測量桿的振蕩。
方案14.如方案10所述的方法，其中，基于所述測量桿的質(zhì)量和剛度確定所述固有頻率。
方案15.如方案8所述的方法，其中，進一步包括在點火開關(guān)被激活之后并且在發(fā) 動機被起動之前激勵所述缸內(nèi)壓力傳感器。
本發(fā)明的其它適用領(lǐng)域?qū)囊韵绿峁┑木唧w描述而變得明顯。應當理解的是，具 體描述和特定實施例僅旨在用于說明目的，并不意在限制本發(fā)明的范圍。


這里描述的附圖僅是為了說明目的，并不意在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
圖1是根據(jù)本發(fā)明教導的發(fā)動機系統(tǒng)的框圖2是根據(jù)本發(fā)明教導的缸內(nèi)壓力傳感器和壓力傳感器診斷模塊的框圖；和
圖3是根據(jù)本發(fā)明教導的診斷缸內(nèi)壓力傳感器的方法的流程圖。
具體實施方式
下面的描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，且并不意在限制本發(fā)明、其應用或使用。應當 理解，在所有附圖中，使用相應的附圖標記來表示相同的或相應的零件和特征。
如本文所使用的，術(shù)語“模塊”指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或 多個軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的、或成組的)和存儲器、組合邏輯電路、和/ 或提供所描述功能的其它合適的部件。
本發(fā)明的壓力傳感器診斷系統(tǒng)和方法通過使缸內(nèi)壓力傳感器以固有頻率振蕩來 診斷缸內(nèi)壓力傳感器。當固有頻率在預定范圍以外時，壓力傳感器診斷系統(tǒng)和方法診斷出 缸內(nèi)壓力傳感器中的故障。
參照圖1，發(fā)動機系統(tǒng)10包括發(fā)動機12、進氣歧管14和排氣歧管16。發(fā)動機12 可以是柴油發(fā)動機或汽油發(fā)動機，并包括多個氣缸18。雖然示出了 4個氣缸18，但發(fā)動機 12可包括任意數(shù)量的氣缸18，包括但不限于2、5、6、8、10和12個?？赏ㄟ^節(jié)氣門20將空 氣吸入到進氣歧管14中，進氣歧管14將空氣分配給氣缸18?？赏ㄟ^燃料噴射系統(tǒng)22將 燃料噴射到氣缸18內(nèi)，以在氣缸18內(nèi)產(chǎn)生空氣/燃料混合物。點火系統(tǒng)M可使用火花塞 (未示出)點燃空氣/燃料混合物，以使空氣/燃料混合物在氣缸18內(nèi)燃燒。空氣/燃料 混合物的燃燒產(chǎn)生的燃燒力驅(qū)動活塞(未示出)，活塞可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動曲軸(未示出)。排氣 離開氣缸18，并通過排氣歧管16到達排氣系統(tǒng)沈，然后被釋放到大氣中。
控制模塊30與多個傳感器通信，并基于來自這些傳感器的信號來控制發(fā)動機的 運行。所述多個傳感器包括但不限于，歧管空氣壓力(MAP)傳感器32、質(zhì)量空氣流量(MAF) 傳感器34、發(fā)動機速度傳感器36和多個缸內(nèi)壓力傳感器38。MAP傳感器32測量MAP。MAF 傳感器34測量進入到進氣歧管14中的MAF。發(fā)動機速度傳感器36測量發(fā)動機速度(RPM)。 缸內(nèi)壓力傳感器38測量相關(guān)聯(lián)的氣缸18內(nèi)的缸內(nèi)壓力?？刂颇K30可包括壓力確定模 塊40和壓力傳感器診斷模塊42，這兩個模塊都與多個缸內(nèi)壓力傳感器38通信。壓力確定 模塊40基于來自缸內(nèi)壓力傳感器38的信號來確定缸內(nèi)壓力。壓力傳感器診斷模塊42基 于來自缸內(nèi)壓力傳感器38的信號來對缸內(nèi)壓力傳感器38進行診斷。
參照圖2，缸內(nèi)壓力傳感器38包括殼體44、測量桿46和壓電元件48。測量桿46 的第一端49連接到壓電元件48。測量桿46的第二端50延伸進入相關(guān)聯(lián)的氣缸18中并暴 露于缸內(nèi)壓力之下。
壓電元件48由壓電材料制造，該材料響應于所施加的機械應力(或壓縮力)產(chǎn)生 電勢(即，電壓)，反之亦然。當活塞壓縮氣缸18內(nèi)的空氣或空氣/燃料混合物時，測量桿 46經(jīng)受缸內(nèi)壓力。缸內(nèi)壓力導致了壓電元件48中的壓縮力或機械應力，由此在壓電元件 48上產(chǎn)生電壓。壓力確定模塊40基于來自缸內(nèi)壓力傳感器38的電壓脈沖信號(具體地， 是來自壓電元件48的電壓脈沖信號)來確定缸內(nèi)壓力。
壓力傳感器診斷模塊42包括激勵模塊51、頻率確定模塊52和故障確定模塊M。 壓力傳感器診斷模塊42與缸內(nèi)壓力傳感器38通信，并基于來自缸內(nèi)壓力傳感器38的頻率 信號對缸內(nèi)壓力傳感器38進行診斷。
激勵模塊51激勵缸內(nèi)壓力傳感器38以引起缸內(nèi)壓力傳感器38的振蕩，特別是測 量桿46的振蕩。例如，激勵模塊51可被激活，以在點火開關(guān)接通時在壓電元件48兩端施 加電壓脈沖。該電壓脈沖在壓電元件48內(nèi)導致壓縮力或機械應力。測量桿46被連接至壓 電元件48。因此，壓電元件48中的機械應力引起測量桿46以振蕩頻率(即，固有頻率)的 振蕩或振動。依賴于所施加電壓的方向，測量桿46的振蕩或振動可沿著測量桿46的縱向 方向或橫向方向發(fā)生。例如，當電壓施加在測量桿46的橫向方向中時，測量桿46沿著橫向 方向振蕩。
應當理解并領(lǐng)會，激勵模塊51也可通過不同于向壓電元件48施加電壓脈沖的方 法來引起測量桿46的振蕩。例如，激勵模塊51可直接向測量桿46施力以引起測量桿46的振蕩。
通常，在點火開關(guān)被接通之后并且在發(fā)動機12被起動之前執(zhí)行診斷。在發(fā)動機12 起動之后，氣缸18內(nèi)產(chǎn)生缸內(nèi)壓力，而該缸內(nèi)壓力可能會干擾對固有頻率的測量。為了確 保對固有頻率的準確測量，激勵模塊51在點火開關(guān)被激活后且在發(fā)動機12起動之前激勵 測量桿46。
當測量桿46振蕩時，以對應于測量桿46固有頻率的有規(guī)律的時間間隔在壓電元 件48內(nèi)產(chǎn)生交替的拉伸應力和壓縮應力。當產(chǎn)生壓縮應力時，在壓電元件48的兩端以有規(guī) 律的時間間隔產(chǎn)生電壓，由此產(chǎn)生電壓脈沖。頻率確定模塊52記錄從壓電元件48傳輸來 的電壓脈沖并確定電壓脈沖的頻率。該電壓脈沖的頻率對應于測量桿46的固有頻率。故 障確定模塊M將所測得的固有頻率與固有頻率的預定范圍進行比較。當測得的固有頻率 在固有頻率的預定范圍以外時，故障確定模塊討診斷出缸內(nèi)壓力傳感器38中存在故障。
通常，物體在被施力后可按照固有頻率振蕩或振動?？苫谌缦碌墓逃蓄l率方程 來確定物體的固有頻率
fn = (1/2 π ) (κ /M)172
其中fn =以赫茲(1/秒)為單位的固有頻率；
κ =物體的剛度；
M=物體的質(zhì)量。
固有頻率依賴于振蕩物體的剛度和質(zhì)量。當測量桿46振蕩時，測量桿46以滿足 該固有頻率方程的固有頻率振蕩。對于測量桿46的給定剛度和質(zhì)量，固有頻率應當在缸內(nèi) 壓力傳感器38的整個壽命中均保持恒定。然而，測量桿46被暴露于高熱和高壓環(huán)境，并可 能被氣缸18內(nèi)的燃料污染。當測量桿46被污染或退化時，測量桿46的質(zhì)量和剛度發(fā)生改變。
例如，當污染物(例如灰塵或燃料)附著在測量桿46上時，測量桿46的質(zhì)量增 加，并且因此可觀察到頻率衰減。因此，測量桿46的固有頻率給出了這樣的指示，即測量 桿46上的污染物是否已經(jīng)聚積到使測量桿46不再能準確測量缸內(nèi)壓力的程度。
參照圖3，診斷缸內(nèi)壓力傳感器的方法80始于步驟82。在步驟84中，激勵模塊51 激勵缸內(nèi)壓力傳感器38的測量桿。在步驟86中，頻率確定模塊52確定測量桿46的固有 頻率。在步驟88中，故障確定模塊M將測得的固有頻率與預定范圍進行比較。在步驟90 中，當固有頻率在預定頻率以外時，故障確定模塊M在步驟94中診斷出缸內(nèi)壓力傳感器M 的故障。在步驟90中，當固有頻率在預定范圍內(nèi)時，缸內(nèi)壓力傳感器38在步驟94中通過 該診斷。方法80結(jié)束于步驟96。
本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在能從前面的描述領(lǐng)會到，可以以各種形式實施本發(fā)明的廣泛 的教導。因此，雖然本發(fā)明是參照其具體實施例進行描述的，但本發(fā)明的真實范圍并不應當 局限于此，因為在研究了附圖、說明書和所附權(quán)利要求之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明了其它的變型。權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器診斷系統(tǒng)，包括激勵模塊，所述激勵模塊激勵缸內(nèi)壓力傳感器，并且促使所述缸內(nèi)壓力傳感器振蕩； 頻率確定模塊，所述頻率確定模塊確定所述缸內(nèi)壓力傳感器的振蕩頻率；和 故障確定模塊，所述故障確定模塊基于所述振蕩頻率對所述缸內(nèi)壓力傳感器進行診斷。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，當所述缸內(nèi)壓力傳感器的所述振 蕩頻率在預定范圍以外時，所述故障確定模塊診斷出所述缸內(nèi)壓力傳感器內(nèi)的故障。
3.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，所述缸內(nèi)壓力傳感器包括測量桿 和聯(lián)接到所述測量桿的壓電元件。
4.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，所述激勵模塊激勵所述測量桿，并 促使所述測量桿振蕩。
5.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，所述激勵模塊向所述壓電元件施 加電壓脈沖。
6.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，基于所述測量桿的質(zhì)量和剛度來 確定所述振蕩頻率。
7.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器診斷系統(tǒng)，其中，所述激勵模塊在點火開關(guān)接通后 并且在發(fā)動機起動前激勵所述缸內(nèi)壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及缸內(nèi)壓力傳感器診斷系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明的壓力傳感器診斷系統(tǒng)包括激勵模塊、頻率確定模塊和故障確定模塊。激勵模塊激勵缸內(nèi)壓力傳感器并使缸內(nèi)壓力傳感器振蕩。頻率確定模塊確定缸內(nèi)壓力傳感器的振蕩頻率。故障確定模塊基于所述振蕩頻率對缸內(nèi)壓力傳感器進行診斷。
文檔編號F02D41/22GK102032064SQ20101050822
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月8日
發(fā)明者D·R·維爾納, J·R·杜爾佐, K·J·巴斯勒普 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司