專利名稱：離散可變閥門升程診斷系統(tǒng)和方法
技術領域：
本公開涉及車輛診斷系統(tǒng)，且更具體地涉及檢測內燃機的離散可 變升程閥門機構中部件的故障的診斷系統(tǒng)。
背景技術：
車輛運輸的普通模式可以包括基于兩個或四個沖程來生成驅動轉 矩的內燃機。這些內燃機通常具有提升閥裝置，便于實行燃燒空氣和 燃料的引入和后續(xù)排氣。
例如，發(fā)動機可以根據奧圖(0tto)空氣標準熱動力循環(huán)來操作 真實的工作流體。發(fā)動機包括耦合到滑塊曲柄機構的提升閥系統(tǒng)，該 系統(tǒng)在旋轉域中形成可變體積?；钊o止在行進中的頂部(上死點-TDC )并且開始向下行進。進氣閥被有選擇地打開使得空氣可以通過向 下移動活塞而被引入到汽缸中。在引入過程期間，引入的空氣與預定 量的燃料混合以形成可燃燒的混合物。進氣閥在活塞的循環(huán)行進的底 部(下死點)關閉?；钊嵉狗较虿⒔又蛏闲羞M。燃料空氣混合物 被壓縮到汽缸內并且在適當時被燃燒。 一旦在TDC處，活塞就顛倒方 向。壓力在準固定的體積燃燒過程動作期間隨活塞的面積而升高，并 且創(chuàng)建不同的力(這可以被描述為邊界工作)。這個力經由滑動器被 傳送到曲柄連桿機構。當耦合到力矩臂時，這個力形成運動轉矩 (motive torque)。 一旦在BDC處，活塞停止且顛倒方向。排氣閥有 選擇的被打開(特別是正時和升程)以允許通過向上移動活塞將燃燒 產品排除出汽缸。 一旦在TDC處，排氣閥關閉且進氣閥打開?；钊嵉?方向而且機械循環(huán)重新開始。
凸輪軸的旋轉調節(jié)了進氣閥和排氣閥的打開和關閉。在多汽缸發(fā) 動機上，凸輪軸包括附加到凸輪軸的多個凸輪凸角(一般每個閥門一 個)。凸輪凸角的剖面(profile)確定了閥門升程的剖面，并且通過 閥門機構的幾何尺寸而運動地相關。與閥門升程的剖面關聯(lián)的重要參 數包括閥門打開的周期(持續(xù)時間)以及閥門打開的大小(升程)。 在這里描述的機械結構中，這兩個參數對ICE的氣體交換過程有著顯著影響。
制造商因為設計的復雜性、成本和耐久性限制而通常為發(fā)動機合 并了固定的閥門升程進度。從氣體交換過程方面看，固定的閥門升程 進度對于遇到的所有發(fā)動機工作條件不是最優(yōu)的。例如，在穩(wěn)定狀態(tài) 的高速公路進行期間，車輛可能通常需要比動力系的全部能力顯著小 的發(fā)動轉矩。在典型的固定持續(xù)期間和升程閥門機構系統(tǒng)中，該要求 的負載通常通過發(fā)動機的節(jié)流而滿足。當為特殊的動力系選擇單個(排 氣和進氣)閥門剖面(持續(xù)時間和升程)時，對提供最佳整體(基于 負載狀況)性能進行折中。性能度量可包括特定轉矩和或燃料消耗。 在這些部分負栽操作條件下，要求有顯著的工作量來節(jié)流發(fā)動機以確 保進入到發(fā)動機的適當量的空氣滿足期望的公路負栽。
可變升程岡門機構可以被描述為具有選擇與每個進氣閥和排氣閥 關聯(lián)的多個剖面的能力(具有可變的持續(xù)時間和升程能力)的閥門機 構。可以為各種負載狀況優(yōu)化這些剖面并且專門選擇這些剖面來使氣 體交換過程所需要的工作量最小，和或支持多燃燒模式。
離散可變閥門升程(DVVL)系統(tǒng)使發(fā)動機能夠對一個以上的進氣 和或排氣閥升程進度進行操作。更具體地，DVVL發(fā)動機系統(tǒng)基于所期 望的發(fā)動機負載在不同的閥門升程進度之間切換。這已經被示出以使 發(fā)動機的泵送損失最小和或支持多燃燒模式。
DVVL發(fā)動機系統(tǒng)的故障可能在DVVL系統(tǒng)的部件不能按要求變化 到不同的閥門進度時出現(xiàn)。例如，當DVVL系統(tǒng)的可切換滾輪手指跟隨 器(switchable roller finger follower SRFF )從低升程(LL )閥 門進度切換到高升程(HL)閥門進度，由此使一個或多個閥門不能從 LL進度切換到HL進度。

發(fā)明內容
由此，提供了一種用于內燃機的離散可變岡門升程系統(tǒng)的診斷系 統(tǒng)。該系統(tǒng)包括快速傅立葉變換(FFT)模塊，快速傅立葉變換模塊 根據FFT方法來生成頻率內容信號以及閥門沖擊傳感器信號；和故障模 塊，故障模塊根據頻率內容信號有選擇地診斷離散可變閥門升程系統(tǒng) 的故障。
在其它特征中，提供了一種用于診斷內燃機的離散可變閥門升程
(DVVL)系統(tǒng)的方法。該方法包括接收沖擊信號，該沖擊信號指示閥 門關閉事件的沖擊；對閥門信號執(zhí)行FFT分析以生成頻率特征 (signature)信號；和根據頻率特征信號來診斷DVVL系統(tǒng)的故障。
本公開的可應用性的其它方面將在之后所提供的描述中變得清 楚。應當理解，詳細的說明書和特定的例子盡管指示了本公開的優(yōu)選 實施例，但只是說明的目的而不是要限制本公開的范圍。


從詳細的說明書和附圖，使本公開變得更全面地理解，其中 圖l是包括離散可變閥門升程(DVVL )系統(tǒng)的示例性六汽缸發(fā)動機 的功能框圖2A說明在高升程(HL)模式操作的DVVL發(fā)動機的示例性閥門升 程進度；
圖2B說明在HL模式操作的DVVL發(fā)動機的示例性閥門升程進度，并 且單個閥門升程失??；
圖3是根據本發(fā)明的DVVL診斷系統(tǒng)的功能框圖4A說明根據圖2A中的閥門升程進度所過濾的頻率特征信號的頻 率內容；
圖4B說明根據圖2B中的閥門升程進度所過濾的頻率特征信號的頻 率內容；和
圖5是說明離散可變閥門升程診斷方法的流程圖。
具體實施例方式
下面的描述本質上僅僅是示例性的且不是要限制本公開、其應用 或用途。如這里所使用的，術語模塊是指執(zhí)行一個或多個軟件或固件 程序的專用集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共享、專用或成 組)和存儲器、組合的邏輯電路、和/或提供所描述功能的其它適當部 件。
現(xiàn)在參考圖l，發(fā)動機系統(tǒng)10包括發(fā)動機12，發(fā)動機12燃燒空氣/ 燃料混合物以產生驅動轉矩?？諝馔ㄟ^節(jié)流閥16被抽入到進氣歧管 14。節(jié)流閥16調節(jié)進入到進氣歧管14的空氣流量。進氣歧管14內的空 氣分發(fā)到汽缸18中。盡管示出了六個汽缸，但是發(fā)送機12可以包括附加的或更少的汽缸18。例如，預期有具有2、 3、 4、 5、 8、 10和12個汽 缸的發(fā)動機。盡管圖1描繪了V形結構中的汽缸，但是可以理解的是， 汽缸18可以在直線結構中實現(xiàn)。當空氣被抽入到汽缸18中時，燃料噴 射器19噴射與空氣組合的燃料。燃料噴射系統(tǒng)(未示出)調節(jié)(正時、 量等)燃料噴射器19來提供每個汽缸18內所期望的空氣燃料比。
根據本公開的示例實施例，每個汽缸18可以包括進氣閥20和排氣 閥21。進氣閥20選擇性地打開和關閉以使空氣和或空氣/燃料混合物能 夠進入汽缸18。進氣凸輪軸24調節(jié)進氣閥打開和關閉事件。排氣閥21 選擇性地打開和關閉以使排氣能夠離開汽缸18。排氣閥打開和關閉事 件由排氣凸輪軸32調節(jié)。盡管為每個汽缸18示出單個進氣閥20和單個 排氣閥21，但是可以為每個汽缸18配置多個進氣閥和多個排氣岡。
活塞(未示出)將空氣/燃料混合物壓縮到汽缸18內。火花塞(未 示出)發(fā)起空氣/燃料混合物的燃燒，這做的是邊界工作并且驅動汽缸 18中活塞?；钊寗油馆嗇S(未示出)以產生驅動轉矩。凸輪軸使用 正時鏈(未示出)來驅動進氣和排氣凸輪軸24、 32。可以理解的是， 可以實現(xiàn)雙進氣凸輪軸和雙排氣凸輪軸。
發(fā)動機12可以包括分別調整進氣和排氣凸輪軸24、 32的旋轉正時 的進氣凸輪移相器36和排氣凸輪移相器38。更具體地，進氣和排氣凸 輪移相器36、 38的相角可以被滯后或提前以控制進氣和排氣凸輪軸 24、 32的有關正時。
離散可變閥門升程(DVVL)系統(tǒng)39與凸輪軸24、 32交互以調節(jié)閥 門打開和關閉事件。DVVL系統(tǒng)39包括多個切換滾輪手指跟隨器(SRFF ) 40。每個SRFF包括低升程觸點，該低升程觸點與附加到凸輪軸的低升 程凸輪凸角(未示出)對接，還包括一個或多個高升程觸點(未示出)， 所述高升程觸點與附加到凸輪軸24、 32的一個或多個高升程凸輪凸角 (未示出)對接。在凸輪軸24、 32旋轉時，凸輪凸角接觸SRFF40,SRFF40 轉而打開和關閉相應的一個或多個閥門20、 21。每個SRFF40被如此控 制使得根據低升程剖面和高升程剖面中的至少 一個來有選擇地操作閥 門20、 21。
至少一個爆震傳感器41基于進氣和排氣閥20、 21的關閉事件來生 成爆震信號42。更特別地，通過感測閥門20、 12對閥門座(未示出) 的沖擊來生成信號42。爆震傳感器41可以使用壓電效應，壓電效應將
機械能轉換成電能。更具體地，當將應力施加到偏振晶體時出現(xiàn)壓電 效應。晶體的機械變形創(chuàng)建電流且在電荷放大器的幫助下可以被轉換
成電壓。如所理解的，爆震傳感器40可以是本領域中已知的任何壓電 設備。
發(fā)動機轉速傳感器44生成發(fā)動機轉速信號46，該信號46以每分鐘 轉數(RPM)來指示發(fā)動機12的旋轉速度。離散可變閥門升程(DVVL) 診斷模塊48根據爆震信號42和發(fā)動機轉速信號46來確定DVVL系統(tǒng)39 的故障。更具體地，DVVL診斷模塊48根據進氣和排氣閥20, 21的操作 來確定一個和/或多個SRFF4O是否出故障了 。根據在閥門關閉事件期間 進氣和排氣閥20、 21引起的對閥門座的沖擊力來診斷DVVL故障。
現(xiàn)在參考圖2A，多個閥門升程進度100a說明以高升程(HL)模式 的岡門操作。更具體地，閥門升程進度基于的是四個沖程，6個發(fā)動機 以1200每分鐘轉數(RPM)工作?？梢岳斫獾氖牵梢詾槊總€汽缸18 表示一個進氣閥升程進度和一個或多個排氣閥升程進度。
示例的用于單個汽缸18的進氣閥升程進度104和示例的排氣閥升 程進度106用實線凸現(xiàn)。爆震信號42包括與每個岡門關閉事件關聯(lián)的多 個有限沖擊特征108。更具體地，當汽缸18的進氣岡20或排氣閥21關閉 時閥門關閉事件出現(xiàn)。每個沖擊特征108表示在閥門關閉事件期間施加 到閥門座(未示出)上的力的大小。更具體地，閥門座(未示出)是 發(fā)動機的一部分，當閥門處于關閉位置時閥門對于這部分是密封的。
根據圖2A,對于HL模式下的所有進氣和排氣關閉，沖擊特征108 大致有相同的大小。沖擊特征108的大小可以根據但不限于凸輪凸角的 設計、岡門彈簧剛度、凸輪軸表面和SRFF40之間的空隙、和用于檢測 沖擊的爆震傳感器41的敏感度而變化。
現(xiàn)在參考圖2B,多個閥門升程進度100b說明了高升程(HL)模式 下的閥門操作，以及因為閥門在LL模式下操作而引起單個閥門故障。 閥門進度110說明了LL模式下使用的閥門(在HL操作期間)。根據在LL 模式下操作的閥門所生成的沖擊特征112的大小小于從HL模式下的閥 門生成沖擊特征108的大小。
現(xiàn)在參考圖3，框圖說明DVVL診斷系統(tǒng)的各種實施例，DVVL診斷系 統(tǒng)可以嵌入在DVVL診斷模塊48內。根據本公開的各種DVVL診斷系統(tǒng)的 實施例可以包括嵌入在DVVL診斷模塊48內的任何數量的子模塊。所示的子模塊可以組合和/或進一步劃分以類似地診斷DVVL系統(tǒng)39。在各種 實施例中，DVVL診斷系統(tǒng)包括模擬到數字(A/D)轉換器模塊200、快 速傅立葉變化(FFT )模塊202、背景噪聲濾波模塊204、和故障模塊206。
A/D轉換器模塊200接收爆震信號42并將爆震信號42轉換成數字爆 震信號201。 FFT模塊202輸出頻率特征信號203，該信號203使用FFT分 析來量化數字爆震信號201的頻率內容。背景噪聲濾波模塊204從頻率 特征信號203中除去由發(fā)動機12的自然機械振動所生成的噪聲層。更具 體地，背景噪聲濾波模塊204從在預定大小之下的頻率特征信號203中 濾出頻率內容，并且輸出過濾的頻率特征信號205。背景噪聲濾波模塊 還可以從第二預定大小以上的過濾的頻率特征信號205中過濾頻率內 容。當過濾的頻率特征信號205的所有頻率分量都不在閾值頻率范圍內 時，閥門故障模塊206輸出故障信號207。更具體的，基于發(fā)動機轉速 信號46來確定閾值頻率范圍。
現(xiàn)在參考圖4A,示出了由閥門升程(以及關閉的)進度100a根據 沖擊特征108生成的過濾的頻率特征信號205的頻率內容。頻率分量250 出現(xiàn)在120Hz,這表示了每秒鐘閥門關閉事件的數量。
根據本公開的示例實施例，發(fā)動機l 2以120O每分鐘轉數(RPM )或 20每秒鐘轉數旋轉。根據圖2A，每兩個旋轉存在12個沖擊特征108。將 每秒鐘發(fā)動機旋轉的數量乘以每兩個發(fā)動機轉數的沖擊108的數量，產
生了每秒鐘沖擊108的數量或HL閥門沖擊的頻率。
20個旋轉12個沖擊 120個沖擊imu
因此，頻率分量250出現(xiàn)在120Hz。
圖4B基于從圖2B示出的多個岡門升程進度100b生成的12個沖擊特
量。頻率分量250仍然存在于120Hz，但是附加的頻率分量255出現(xiàn)在 10Hz。將每秒鐘發(fā)動機旋轉的數量乘以每兩個旋轉的沖擊特征112的數
量，產生了每秒鐘沖擊的數量或LL閥門沖擊的頻率。
20個旋轉1個沖擊_10個沖擊— l秒x^MW—~^~—
現(xiàn)在參考圖5，流程圖說明了由DVVL診斷系統(tǒng)執(zhí)行的DVVL方法。方
法可以周期地在發(fā)動機操作期間運行。可以理解的是，DVVL方法不限
于圖5所示的順序執(zhí)行?？刂圃?20處理爆震信號42，該爆震信號42表
示兩個發(fā)動機旋轉期間的閥門關閉事件的沖擊?？刂圃?30將爆震信號 42轉換成數字爆震信號201。控制在340對數字爆震信號201執(zhí)行FFT分 析并且輸出頻率特征信號203。控制在350從頻率特征信號203過濾噪聲 層并輸出過濾的頻率特征信號205。控制基于頻率范圍來估算過濾的頻 率特征信號205的頻率分量。如果過濾的頻率特征信號205的分量不在 閾值頻率范圍內，則控制在370將DVVL故障信號207設置為真，否則控 制在380將DVVL故障信號207設置為假。
在各種實施例中，在將DVVL故障信號設置為真之后，點亮了警告 燈。附加地或替換地，可以由音頻系統(tǒng)生成可聽見的警告信號。在各 種實施例中，DVVL故障信號207包括或者是診斷代碼。其中診斷代碼可 以經由車栽信息服務系統(tǒng)被發(fā)送到遠程位置，或者經由與發(fā)動機系統(tǒng) 通信的服務工具(未示出)而被取回。
本領域技術人員現(xiàn)在能夠從前面的描述中理解，本公開的廣泛教 導可以以各種方式實現(xiàn)。因此，盡管已經集合特殊的實施例描述了本 公開，但是本公開的真實范圍不應當如此被限制，因為在學習了附圖、 說明書和隨后的權利要求后，其它修改對于本領域技術人員是清楚 的。
權利要求
1.一種用于內燃機的離散可變閥門升程系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)，包括快速傅立葉變換(FFT)模塊，該快速傅立葉變換模塊根據FFT方法來生成頻率內容信號以及閥門沖擊傳感器信號；和故障模塊，該故障模塊根據頻率內容信號有選擇地診斷離散可變閥門升程系統(tǒng)的故障。
2. 權利要求l的診斷系統(tǒng)，還包括模擬到數字(A/D)轉換器模塊， 該轉換器模塊將閥門傳感器信號從模擬信號轉換成數字信號，并且其 中FFT模塊根據該數字信號來生成頻率內容信號。
3. 權利要求l的診斷系統(tǒng)，還包括背景噪聲濾波器模塊，該背景 噪聲濾波器模塊根據最大閾值來過濾頻率內容信號，并且其中故障模 塊根據所過濾的頻率內容信號有選擇地診斷故障。
4. 權利要求3的診斷系統(tǒng)，其中背景噪聲濾波器模塊根據最小闊 值來過濾頻率內容信號。
5. 權利要求4的診斷系統(tǒng)，其中根據發(fā)動機轉速來確定最小和最 大閾值。
6. 權利要求l的診斷系統(tǒng)，其中故障模塊根據頻率范圍來設置故 障信號。
7. 權利要求6的診斷系統(tǒng)，其中頻率范圍根據的是發(fā)動機轉速。
8. 權利要求l的診斷系統(tǒng)，其中閥門傳感器信號指示與高升程閥 門升程剖面和低升程岡門升程剖面中的至少一個關聯(lián)的關閉事件。
9. 權利要求l的診斷系統(tǒng)，其中故障模塊根據所要求的內燃機的 閥門升程進度有選擇地診斷故障。
10. 權利要求l的診斷系統(tǒng)，還包括壓電設備，該壓電設備根據對 閥門座的機械沖擊負載來生成沖擊信號。
11. 權利要求10的診斷系統(tǒng)，其中壓電設備是輸出爆震信號的爆 震傳感器，該爆震信號指示在閥門關閉事件期間由閥門引起的對閥門 座的沖擊力，并且其中傳感器信號是爆震信號。
12. 權利要求l的診斷系統(tǒng)，其中故障模塊有選擇地診斷可變閥門 升程系統(tǒng)的可切換滾輪手指跟隨器的故障。
13. —種用于診斷內燃機的離散可變閥門升程(DVVL)系統(tǒng)的方 法，包括接收沖擊信號，該沖擊信號指示閥門關閉事件的沖擊； 對閥門信號執(zhí)行FFT分析以生成頻率特征信號；和 根據頻率特征信號來診斷DVVL系統(tǒng)的故障。
14. 權利要求13的方法，還包括將閥門信號從模擬信號轉換成數 字信號，并且其中根據該數字信號來執(zhí)行FFT分析。
15. 權利要求13的方法，還包括根據最大閾值來過濾頻率特征信號。
16. 權利要求13的方法，還包括根據最小閾值來過濾頻率特征信號。
17. 權利要求13的方法，其中所述診斷故障包括將頻率特征信號 與頻率范圍進行比較。
18. 權利要求17的方法，還包括當頻率特征信號在閾值頻率范圍 之外時設置故障代碼。
19. 權利要求13的方法，其中所述接收還包括接收由壓電設備生 成的沖擊信號。
20. 權利要求19的方法，其中壓電設備是爆震傳感器。
全文摘要
提供了一種用于內燃機的離散可變閥門升程系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括快速傅立葉變換(FFT)模塊，快速傅立葉變換模塊根據FFT方法來生成頻率內容信號以及閥門沖擊傳感器信號；和故障模塊，故障模塊根據頻率內容信號有選擇地診斷離散可變閥門升程系統(tǒng)的故障。
文檔編號F02D41/22GK101182812SQ20071016946
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權日2006年11月17日
發(fā)明者M·A·威爾斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司