用于分析發(fā)動(dòng)機(jī)中的積碳的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于分析發(fā)動(dòng)機(jī)中的積碳的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求申請(qǐng)?zhí)枮?3/837581,申請(qǐng)日為2013年03月15日,主題為“用于分析動(dòng)機(jī)中的積碳的系統(tǒng)和方法”的美國申請(qǐng),申請(qǐng)?zhí)枮?1/663341、申請(qǐng)日為2012年06月22日、主題為“感應(yīng)清潔分析器”的美國臨時(shí)申請(qǐng),以及申請(qǐng)?zhí)枮?1/712003,申請(qǐng)日2012年10月10日,主題為“積碳分析器”的美國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán),它們的全部公開內(nèi)容都通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本文所述的發(fā)明的主題一般涉及一種內(nèi)燃機(jī)和這種發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生的碳化合物聚積。更具體地,本發(fā)明主題涉及一種汽車測(cè)試設(shè)備以及檢測(cè)氣缸燃燒效率,包括可能是由內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的積碳引起的低效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)給世界供電了一個(gè)多世紀(jì)。這個(gè)基本的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)將氣缸置于一壓縮載荷下,從而加熱充入氣缸中的空氣進(jìn)氣。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以是兩種不同的設(shè)計(jì),壓縮點(diǎn)火或火花點(diǎn)火。在壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中,燃油直接噴入燃燒室,在這里被加熱的空氣進(jìn)氣由于壓縮而有足夠的熱能來點(diǎn)燃燃料。在火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中,燃料被輸送到進(jìn)氣歧管,或直接噴入燃燒室中,通過壓縮加熱空氣進(jìn)氣空氣進(jìn)氣,但是,來自于壓縮的熱能不足以點(diǎn)燃燃料。從變壓器產(chǎn)生的火花被用來電離火花塞電極,產(chǎn)生具有足夠熱能的等離子來點(diǎn)燃燃料。
[0005]上述兩種發(fā)動(dòng)機(jī)都是基于烴基的燃料供能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。這些烴基燃料包含以鏈狀排列的氫原子和碳原子。當(dāng)這些高能鏈被置于足夠的負(fù)荷下時(shí),鏈將會(huì)斷裂,而且在氧的存在下,將與氧重新結(jié)合形成低能量分子。當(dāng)由高能鏈轉(zhuǎn)換為低能分子時(shí),會(huì)以熱的形式產(chǎn)生能量。這種熱能加熱工作流體(例如,氮?dú)?,其膨脹并推動(dòng)活塞向下,以在曲軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。當(dāng)這些烴鏈被點(diǎn)燃并燃燒時(shí),會(huì)產(chǎn)生碳化合物。這些碳化合物的大部分在壓力下被推出排氣口到大氣中。那些未被推出排氣口的碳化合物經(jīng)過活塞環(huán)而成為曲軸箱竄氣曲軸箱竄氣(crankcase blow by)或者當(dāng)進(jìn)氣閥門打開時(shí)進(jìn)入進(jìn)氣歧管(也稱為“進(jìn)氣系統(tǒng)”或“感應(yīng)系統(tǒng)”)。進(jìn)入曲軸箱中的碳化合物通過曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)(“PCV”)系統(tǒng)被拉入進(jìn)氣歧管中。此外,該P(yáng)CV系統(tǒng)允許一些潤(rùn)滑油化合物進(jìn)入到進(jìn)氣系統(tǒng)。
[0006]任一種情況下,碳化合物最終進(jìn)入到運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)。一個(gè)又一個(gè)的碳化合物分子附著于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的表面上,包括進(jìn)氣系統(tǒng)。隨著時(shí)間的推移,這些碳化合物在發(fā)動(dòng)機(jī)的表面上聚積。當(dāng)碳層變得足夠大以至于破壞通過進(jìn)氣軌道進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣進(jìn)氣時(shí),氣缸的燃燒效率將降低,而這又會(huì)導(dǎo)致氣缸壓力降低。由于燃料釋放了加熱氣缸內(nèi)的氮?dú)獾臒崮?,空氣進(jìn)氣/燃料進(jìn)料中的變化改變了氣缸內(nèi)的壓力。這些降低的氣缸壓力或降低的燃燒效率降低了曲軸上的轉(zhuǎn)矩,從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
[0007]不同的發(fā)動(dòng)機(jī)配置、燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間,以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度都會(huì)改變碳化合物在發(fā)動(dòng)機(jī)中聚積的速率。這表明,這些變量會(huì)改變發(fā)動(dòng)機(jī)在兩次感應(yīng)清潔之間所需的時(shí)間間隔。所需要的是一種裝置和一種方法,其中發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的碳化合物的積累可以被準(zhǔn)確地判斷。
[0008]在彼得森的7801671和7899608號(hào)美國專利中,披露了一種識(shí)別內(nèi)燃機(jī)發(fā)生的一個(gè)或多個(gè)不點(diǎn)火的方法。在彼得森等人的專利中披露的裝置和方法可被用來確定燃燒效率。但是,這樣的設(shè)備和方法是用于受過訓(xùn)練的技術(shù)人員的。例如,它需要相對(duì)較高技術(shù)的一些人員找到并將監(jiān)測(cè)設(shè)備連接到點(diǎn)火線圈,以及解釋所獲得的數(shù)據(jù)以確定發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)聚積的碳化合物。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]在一個(gè)實(shí)施方式中,本發(fā)明主題涉及一種識(shí)別周期性氣缸壓力變化的裝置和方法,其與發(fā)生在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒效率相關(guān)。該方法可以包括:運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī),將觸發(fā)天線放在發(fā)動(dòng)機(jī)上,測(cè)量來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)的壓力脈沖,由測(cè)量的壓力脈沖產(chǎn)生波形,基于來自觸發(fā)天線的信號(hào)將波形分成片段(例如,發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸有一個(gè)波形,其中每個(gè)片段表示一個(gè)壓力脈沖),將每個(gè)波形片段與氣缸總數(shù)相關(guān)聯(lián)(例如,被測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)具有的氣缸數(shù)量),以及將產(chǎn)生于同一氣缸的多個(gè)單獨(dú)的氣缸波形片段彼此比較以識(shí)別在指定的時(shí)間段的差異。
[0010]該方法還可以包括提供一種用于識(shí)別周期性壓力變化的算法,用算法將周期性壓力變化轉(zhuǎn)換成指示周期性壓力變化的不同程度(例如,好、一般、壞、非常壞)的刻度,通過啟動(dòng)報(bào)警指示器指示該感應(yīng)系統(tǒng)是否需要清潔,識(shí)別完全沒有燃燒或不點(diǎn)火并啟動(dòng)不點(diǎn)火報(bào)警指示器,識(shí)別尾管傳感器(或空氣感應(yīng)傳感器)是否正確放置于排氣口(或進(jìn)氣歧管),如果傳感器沒有正確地放置在排氣(或進(jìn)氣)氣流,則激活報(bào)警指示器并暫停測(cè)試并識(shí)別觸發(fā)天線是否是在發(fā)動(dòng)機(jī)的頂部,如果觸發(fā)天線不是在發(fā)動(dòng)機(jī)的頂部,則激活報(bào)警指示器并暫停測(cè)試。該方法進(jìn)一步包括識(shí)別被測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)(例如,通過使用下拉菜單或使用車輛識(shí)別碼)以確定這些發(fā)動(dòng)機(jī)是否需要修改基礎(chǔ)算法或不需要。用倍增器修改基本算法可以保證各種或全部年份、品牌和型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。
[0011]在一種實(shí)施例中,感應(yīng)清潔分析系統(tǒng)包括壓力傳感器、點(diǎn)火事件檢測(cè)器和控制模塊。該壓力傳感器被配置為測(cè)量在車輛的共用氣流通道流動(dòng)的氣流壓力,來自發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的多個(gè)氣缸的至少一個(gè)的廢氣流入該通道,或者進(jìn)氣被發(fā)動(dòng)機(jī)吸入該通道內(nèi)。所述點(diǎn)火事件檢測(cè)器被配置來確定各個(gè)氣缸的點(diǎn)火事件。所述控制模塊被配置來獲得由所述壓力傳感器測(cè)量的代表在共用氣流通道中氣流壓力的波形,以及將該壓力波形劃分成波形片段。該控制模塊還被配置來使用由點(diǎn)火事件檢測(cè)器檢測(cè)到的點(diǎn)火事件將波形片段的不同子集與不同的氣缸相關(guān)聯(lián)。該控制模塊還被配置來通過檢查與至少一個(gè)氣缸相關(guān)聯(lián)的波形片段來識(shí)別在共用氣流通道中流動(dòng)的且由至少一個(gè)氣缸引起的氣流壓力的周期性變化。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中,一種方法(例如,用于分析發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的積碳的)包括:使用至少部分位于共用氣流通道中的壓力傳感器測(cè)量在車輛的共用氣流通道中流動(dòng)的氣流壓力,來自發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的多個(gè)氣缸的至少一個(gè)的廢氣流入該通道,或者進(jìn)氣被發(fā)動(dòng)機(jī)吸入該通道,確定各個(gè)氣缸的點(diǎn)火事件何時(shí)發(fā)生,將代表氣流壓力的壓力波形劃分成波形片段,使用由點(diǎn)火事件檢測(cè)器確定的點(diǎn)火事件將波形片段的不同子集與不同的氣缸相關(guān)聯(lián),和通過檢查與至少一個(gè)氣缸相關(guān)聯(lián)的波形片段識(shí)別在共用氣流通道中流動(dòng)的且由至少一個(gè)氣缸引起的氣流壓力的周期性變化。
[0013]在一種實(shí)施方式中,一種系統(tǒng)(例如,用于分析通過發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的氣流)包括壓力傳感器,點(diǎn)火事件檢測(cè)器,以及控制模塊。該壓力傳感器被配置來測(cè)量流過與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的共用空氣通道的多個(gè)氣缸的至少一個(gè)進(jìn)氣壓力或排氣壓力。點(diǎn)火事件檢測(cè)器被配置來感測(cè)代表氣缸的燃燒周期的點(diǎn)火信號(hào)??刂颇K被配置來將至少一個(gè)進(jìn)氣壓力或排氣壓力劃分成波形片段,并將波形片段的不同子集與不同的氣缸相關(guān)聯(lián)。所述控制模塊被配置來通過識(shí)別與至少一個(gè)氣缸相關(guān)聯(lián)的波形片段子集中的波形片段的周期性變化來識(shí)別由至少一個(gè)氣缸引起的至少一個(gè)進(jìn)氣壓力或排氣壓力上的變化。
【附圖說明】
[0014]現(xiàn)在簡(jiǎn)要地參考附圖,其中:
[0015]圖1是具有火花塞導(dǎo)線并使用尾管文丘里管的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖;
[0016]圖2是還具有僅與尾管傳感器相關(guān)聯(lián)的火花塞導(dǎo)線的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖;
[0017]圖3是具有與尾管文丘里管相關(guān)聯(lián)的線圈式火花塞(COP)點(diǎn)火類型的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖;
[0018]圖4是具有與尾管傳感器相關(guān)聯(lián)的線圈式火花塞(COP)點(diǎn)火類型的發(fā)動(dòng)機(jī)的另一示意圖;
[0019]圖5是具有與尾管文丘里管相關(guān)聯(lián)的壓縮式點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖;
[0020]圖6是具有與尾管傳感器相關(guān)聯(lián)的壓縮式點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)的另一示意圖;
[0021]圖7是具有火花塞導(dǎo)線的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖,其中壓力傳感器位于進(jìn)氣歧管內(nèi),而不是排氣口內(nèi);
[0022]圖8是具有線圈式火花塞(COP)點(diǎn)火類型、且與進(jìn)氣壓力傳感器相關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)的不意圖;
[0023]圖9A和9B示出了本發(fā)明主題的一種實(shí)施方式的操作順序的流程圖;
[0024]圖10是氣缸號(hào)選取屏幕的屏幕截圖;
[0025]圖11是另一屏幕截圖,即車輛識(shí)別屏幕;
[0026]圖12是來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的觸發(fā)天線拾取信號(hào)的屏幕截圖,其為每個(gè)氣缸提供點(diǎn)火放電信號(hào);
[0027]圖13是來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的觸發(fā)天線拾取信號(hào)的屏幕截圖,其為每個(gè)氣缸提供燃料噴射器放電信號(hào);
[0028]圖14A和14B不出了氣缸總數(shù)圖表的屏幕截圖;
[0029]圖15示出了感應(yīng)積碳的刻度;
[0030]圖16示出與本文所公開的算法一起使用的閾值圖表;
[0031]圖17示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田2000RAV 4 2.0L 4缸上的排氣壓力波形;
[0032]圖18示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田RAV4 2.0L 4缸上的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0033]圖19示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田2000RAV 4 2.0L 4缸上的排氣壓力波形;
[0034]圖20示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田RAV4 2.0L 4缸上的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0035]圖21示出在清潔和被驅(qū)動(dòng)500英里之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田2000 RAV 4 2.0L 4缸上的排氣壓力波形;
[0036]圖22示出在清潔和被驅(qū)動(dòng)500英里之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田2000 RAV 4 2.0L 4缸上的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0037]圖23示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田2000RAV 4 2.0L 4缸上的進(jìn)氣壓力波形;
[0038]圖24示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田RAV4 2.0L 4缸上的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0039]圖25示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田2000RAV 4 2.0L 4缸上的進(jìn)氣壓力波形;
[0040]圖26示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在2000款豐田RAV4 2.0L 4缸上的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0041]圖27示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有3.3升發(fā)動(dòng)機(jī)的6缸2001款日產(chǎn)尼桑Xterra的排氣壓力波形;
[0042]圖28示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有3.3升發(fā)動(dòng)機(jī)的6缸2001款日產(chǎn)尼桑Xterra的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0043]圖29示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有3.3升發(fā)動(dòng)機(jī)的6缸2001款日產(chǎn)尼桑Xterra的排氣壓力波形;
[0044]圖30示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有3.3升發(fā)動(dòng)機(jī)的6缸2001款日產(chǎn)尼桑Xterra的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0045]圖31示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有4.6升發(fā)動(dòng)機(jī)的8缸2007款福特Π50的排氣壓力波形;
[0046]圖32示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有4.6升發(fā)動(dòng)機(jī)的8缸2007款福特Π50的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0047]圖33示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有4.6升發(fā)動(dòng)機(jī)的8缸2007款福特Π50的排氣壓力波形;
[0048]圖34示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之后將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有4.6升發(fā)動(dòng)機(jī)的8缸2007款福特Π50的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0049]圖35示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前點(diǎn)火不良時(shí)將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有5.0升發(fā)動(dòng)機(jī)的8缸1990款林肯城市轎車上的排氣壓力波形;
[0050]圖36示出在清潔感應(yīng)系統(tǒng)之前點(diǎn)火不良時(shí)將本發(fā)明主題的一個(gè)實(shí)施例用在具有5.0升發(fā)動(dòng)機(jī)的8缸1990款林肯城市轎車上的氣缸總數(shù)數(shù)據(jù)圖表;
[0051]圖37示出了點(diǎn)火信號(hào)的示例;
[0052]圖38示出可通過顯示設(shè)備被呈現(xiàn)給圖37中所示的系統(tǒng)的操作員的輸入屏幕的示例;
[0053]圖39示出可通過顯示設(shè)備被呈現(xiàn)給圖37中所示的系統(tǒng)的操作員的輸入屏幕的另一示例;
[0054]圖40是發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力波形的示意性示例;
[0055]圖41是氣缸的可被識(shí)別的波形片段的示例;
[0056]圖42示出可被呈現(xiàn)給圖37中所示的系統(tǒng)的操作員的測(cè)試結(jié)果刻度的示例;和
[0057]圖43A和43B示出用于分析發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的積碳的方法的示例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]圖1-6示出與內(nèi)燃機(jī)13組合的本發(fā)明主題的感應(yīng)清潔分析器儀器11。儀器11也可被稱為感應(yīng)清潔分析器系統(tǒng)。參照?qǐng)D1和圖2,發(fā)動(dòng)機(jī)13包括氣缸14、進(jìn)氣歧管15、排氣歧管17、點(diǎn)火線圈19,和火花塞導(dǎo)線21。參照?qǐng)D3和4,發(fā)動(dòng)機(jī)13包括COPs 23,而不是點(diǎn)火線圈19和火花塞導(dǎo)線21。參考圖5和6,發(fā)動(dòng)機(jī)13 (在這種情況下,是壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī))具有燃料噴射器25,而不是點(diǎn)火線圈19和火花塞導(dǎo)線或者COPs 23。在圖7中,發(fā)動(dòng)機(jī)13與在圖1和2中所示的相同。類似的,在圖8中,發(fā)動(dòng)機(jī)與圖3和圖4中所示的相同。
[0059]儀器11包括壓力傳感器31、天線33和控制模塊35。天線33可以代表或被稱為點(diǎn)火事件檢測(cè)器。模塊35包括A/D轉(zhuǎn)換器37、微處理器39和計(jì)算機(jī)屏幕41。屏幕41優(yōu)選是觸摸屏。如果不是,則需提供鍵盤(未示出)和鼠標(biāo)(也未示出)。如從圖1-6也可明顯看出,壓力傳感器31和天線33分別通過電纜43和45被連接到A/D轉(zhuǎn)換器37。在所有這6個(gè)實(shí)施例中,壓力傳感器31通過管47連接到排氣歧管17。在圖2、4和6的情況下,管47被直接插入到排氣口中。在圖1、3和5的情況下,包括尾管文丘里管49。文丘里管49是在湯普森的第7694554號(hào)美國專利中披露的類型,該專利的公開內(nèi)容通過引用并入本文。為了便于說明,管47和文丘里管49在圖示中為直接插入歧管17。但是,在實(shí)際檢測(cè)中,他們將被插入發(fā)動(dòng)機(jī)13的排氣系統(tǒng)的尾管(未示出)中。
[0060]圖7和圖8中示出的儀器與上述相同,即,壓力傳感器31、天線33和控制模塊35。唯一的區(qū)別是,在這兩個(gè)實(shí)施例中,壓力傳感器31被插入進(jìn)氣歧管15內(nèi)的開口(未不出)中。
[0061]在操作中,空氣通過進(jìn)氣歧管15進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)13的氣缸14中。這樣,在圖1和2的實(shí)施例的情況下,空氣進(jìn)氣/燃料進(jìn)料被來自于線圈19的火花點(diǎn)燃??諝膺M(jìn)氣/燃料進(jìn)料在動(dòng)力行程期間在每個(gè)氣缸中燃燒,并且在排氣行程期間排氣到排氣岐管17。然而,如在【背景技術(shù)】中討論的那樣,一些在動(dòng)力行程期間產(chǎn)生的碳化合物經(jīng)過活塞環(huán)而成為曲軸箱竄氣或者當(dāng)進(jìn)氣閥門打開時(shí)進(jìn)入進(jìn)氣歧管。由歧管17中的廢氣產(chǎn)生的壓力脈沖被通過軟管47連接到歧管的壓力傳感器31測(cè)量,如圖2、4和6所示。在圖1、3和5所示的實(shí)施例的情況下,軟管47被連接到尾管文丘里管49。
[0062]壓力傳感