用于激光压力换能器的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供通过使用激光压力换能器准确地估计发动机进气歧管或排气歧管压力的方法和系统。激光电路耦合到被安装到发动机歧管的压敏隔膜。歧管压力被基于隔膜的挠曲而推断，而挠曲基于将激光脉冲发射到隔膜内和检测到来自隔膜的反射脉冲之间的计时而被估计。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及用于准确且低成本地测量歧管压力而被耦合到发动机歧管的激光压力换能器(transducer)的方法和系统。
技术介绍
发动机系统可以在各种位置包括一个或更多压力换能器，其用于测量发动机操作参数，如歧管压力(MAP)、排气压力、增压压力、大气压力等。然后，所测量的参数被用来控制发动机设置。例如，基于所测量的参数，可调整各种发动机致动器的设置，如进气节气门、排气催化剂、涡轮增压器、微粒过滤器等的操作。此外，这些测量会影响用于废气排放的发动机控制和发动机燃料经济性。各种可用的压力换能器设计包括，例如，压阻式(PRT)换能器和电容式换能器。但是，这种换能器由于它们所位于的恶劣环境而具有短的寿命。在排气压力换能器的情况下尤其如此。例如，由于它们的电路暴露于腐蚀性液体，电容式换能器和PRT换能器可变得劣化。因为由换能器提供的测量显著地影响发动机控制，因此换能器可能需要频繁的替换，以允许有可靠的读数。具有改善的性能的排气换能器的一个实例由Goto等人在美国8,208,143中提供。其中，排气传感器使用光导纤维，从而借助激光灯照射排气，所照射的光横穿排气路径。传输通过排气后，光被检测器测量。基于由检测器接收到的光，各种排气参数，如浓度、温度等被确定。在其它的实例中，可使用电阻值随着传感器的变形而变化的应变计型压力换能器，其中，传感器的变形量与传感器附近的压力相关。
技术实现思路
但是，本专利技术人已经意识到这些方法的潜在问题。作为一个实例，这些换能器可以仍然易受来自排气成分的腐蚀的影响。例如，由于传感器基底耦合在排气通道的横截面的两端，由于接触高温排气和腐蚀性排气成分，所以其可容易地劣化。结果，即使激光器是功能性的，传感器也需要被替换。此外，在排气环境中设置检测器可以使对光源的观察易于被碳烟阻挡。因此，仍然存在昂贵的保修问题。另外，可存在需要召回发动机部件的可能性，从而降低车辆制造商的客户质量感觉。作为另一个实例，传感器可以是成本过高的。例如，当被组装到密封的隔膜时，应变计换能器组件可涉及安装表面的严格的清洁和借助电桥(bridge)粘合剂将应变计手动施加到隔膜。然后，剩余区域可需要填充封装化合物。多个步骤增加成本和复杂性，其可使得传感器太昂贵。在一个实施例中，上述问题中的一些可通过用于发动机的方法解决，所述方法包括：响应于从发动机歧管内隔膜弹回来的所接收的发动机激光脉冲，调整发动机操作。这样，压力传感器可以被提供在由发动机歧管中压力变化而挠曲的(deflected)隔膜内。作为一个实例，发动机歧管可经配置以包括激光压力换能器系统。激光压力换能器系统可包括耦合到发动机歧管的中空隔膜。例如，隔膜可模制到发动机进气歧管，从而估计进气歧管压力。作为另一个实例，隔膜可安装到或压制到排气歧管上，从而估计排气歧管压力。二极管激光器和激光检测器可安装到隔膜的顶部。例如，激光器和检测器可安装到将隔膜保持在发动机歧管中的壳体。可将隔膜的内腔密封，从而减少频繁和严格的清洁需要。激光器可经操作以预先限定的频率将激光脉冲发射到隔膜的内部(并且朝着隔膜的底部)。然后，脉冲可以从内部反射并朝顶部反弹，在顶部它们可以由检测器检测。基于来自激光器的激光脉冲的发射和在检测器的反射脉冲的检测之间所经过的时间可确定隔膜的变形。发动机所经过的持续时间可以与已知该隔膜没有变形时(如在发动机关闭条件期间)的校准条件期间获知的阈值持续时间比较。当所经过的持续时间相对于校准阈值减少时，估计的隔膜变形可以增加。此外，基于由安装在隔膜上的在激光器和检测器旁边的热传感器确定的隔膜温度，可以调整变形估计。热传感器可以基于接收到来自隔膜内部的红外辐射的感测来估计隔膜温度。所估计的隔膜变形可与隔膜所经受的歧管压力的量直接地相关。在一些实施例中，和静态压力测量相比，激光器的输出还可用来执行隔膜挠曲的多普勒频移分析，从而提供更高分辨率的动态压力测量。然后，可基于歧管压力估计来调整多个操作参数(节气门开口和增压压力)中的一个。通过使用激光器压力换能器，静态压力测量和动态压力测量中的每一个都可借助相同的压力换能器实现。同样地，歧管压力的多普勒平移分析也在传统的应变计压力传感器的能力之外。这样，可提供成本更低的歧管压力换能器/传感器而不会损害传感器的精度或可靠性。通过使用激光器、检测器以及耦合到密封隔膜的热传感器，传感器电路可免受发动机进气歧管或排气歧管的恶劣环境，从而改善传感器的耐久性并减少保修问题。通过依靠可容易地组装的激光器部件(例如，可借助贴装机/拾取和放置机器组装到单块电路板上的电路)，可降低将压力换能器组装到发动机进气歧管或排气歧管的成本和复杂性。通过改善压力测量的可靠性，可减少发动机控制错误。应当理解，提供上面的
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。并不旨在标识所要求保护主题的关键或必要特征，其范围由具体实施方式后的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上面或本公开任何一部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出经构造具有激光压力换能器系统的示例内燃机。图2示出图1的激光压力换能器系统的示例性实施例。图3A-B示出被模制到进气歧管内的激光压力换能器系统的示例视图。图4示出安装到排气歧管上的示例激光压力换能器系统。图5示出用于基于通过激光压力换能器系统产生的歧管压力估计来调整发动机操作的高水平流程图。图6示出具有设置在各个排气流道中的各个微粒过滤器的发动机系统的示例性实施例。图7示出基于由排气激光压力换能器估计的歧管压力，识别图6的发动机系统中发动机部件的劣化的高水平流程图。具体实施方式本文提供了用于成本节约且耐久的激光压力换能器的方法和系统。压力换能器可以耦合到发动机系统(如图1和图6中的发动机系统)的进气歧管或排气歧管，从而准确地估计歧管压力(例如，进气或排气歧管压力)。压力换能器可被构造为密封的隔膜，其安装有与激光器、检测器以及热传感器中的每一个相关的电路(图2)。如图3所示，隔膜可模制到进气歧管，或如图4所示压制到排气歧管上。发动机控制器经构造可执行控制程序，如图5中的程序，从而将来自激光器的激光脉冲发射到隔膜内，并且然后在检测器处检测从隔膜内部反弹回的反射脉冲。歧管压力可与隔膜变形的量相关，所述变形基于激光脉冲的发射和反射脉冲的检测之间经过的时间而被确定。控制器经构造也可执行控制程序，如图7中的程序，从而基于由激光压力换能器估计的排气歧管压力识别发动机部件的劣化(如燃料喷射器或个别流道微粒过滤器或失火事件)。这样，可准确地获得歧管压力，同时延长歧管压力传感器的寿命。图1示出车辆系统6的示意图。车辆系统6包括发动机系统8。发动机系统8可包括具有多个汽缸30的发动机10。发动机10包括发动机进气装置23和发动机排气装置25。发动机进气装置23包括通过进气道42流体耦合到发动机进气歧管44的节气门62。发动机排气装置25包括排气歧管48，其最终通到将排气传送到大气的排气道35。在所示实施例中，发动机系统8是经构造具有涡轮增压器50的增压发动机系统。涡轮增压器50包括通过排气涡轮54的旋转经由轴53驱动的进气压缩机52。节气门62可位于进气压缩机52下游且在(任选的)后置冷却器上游的进气通道42中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发动机的方法，其包括：响应于接收到的从发动机歧管内的隔膜弹回的激光脉冲而调整发动机操作。

【技术特征摘要】
2015.03.10 US 14/643,7711.一种用于发动机的方法，其包括：响应于接收到的从发动机歧管内的隔膜弹回的激光脉冲而调整发动机操作。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机歧管是进气歧管和排气歧管中的一个。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述隔膜被模制到所述进气歧管中。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述隔膜被压制到所述排气歧管的排气道中。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光脉冲被激光器发射到所述隔膜的内部，且其中所述激光脉冲在从所述隔膜的所述内部反射出后在检测器处被接收，所述激光器和检测器中的每一个都被安装到所述隔膜，且其中所述激光脉冲与发动机点火频率同步地发射。6.根据权利要求5所述的方法，其还包括，响应于从所述隔膜的所述内部接收到的红外辐射而估计所述隔膜的温度，所述红外辐射在耦合到所述激光器并安装到所述隔膜的红外传感器处被接收。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整包括，基于所述激光脉冲估计所述隔膜的挠曲，基于所述挠曲估计歧管压力，以及响应于估计的所述歧管压力调整发动机操作。8.根据权利要求7所述的方法，其中基于所述激光脉冲估计所述隔膜的挠曲包括将所述激光器发射激光脉冲和所述检测器检测到反射的激光脉冲之间的时间差与时间阈值比较，以及基于所述比较估计所述挠曲。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述时间阈值基于在所述隔膜没有被挠曲时的校准状态期间所述激光器发射激光脉冲和所述检测器检测到反射的激光脉冲之间的时间差。10.根据权利要求9所述的方法，其中调整发动机操作包括响应于估计的所述歧管压力，调整进气节气门开口，调整增压水平，调整燃料流量，调整排气再循环的量，调整火花正时，调整净化流量，调整RPM，以及调整排气催化剂温度中的一个或多个。11.根据权利要求7所述的方法，其中所述歧管压力是排气压力，所述方法还包括基于与发动机点火正时相关的估计的所述歧管压力，指示汽缸燃料喷射器的劣化。12.一种用于发动机的方法，其包括：从安装在隔膜上的激光器朝耦合到发动机歧管的所述隔膜发射激光脉冲；在安装到所述隔膜的检测器处，接收从与所述歧管的内部相对的所述隔膜的内部反射的激光脉冲；以及基于所述发射和所述接收之间经过的持续时间，调整发动机操作。13.根据权利要求12所述的方法，其还包括，基于所述发射和所述接收之间经过的持续时间估计到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·马丁，K·J·米勒，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US