[发明专利]在内燃式发动机上安装加速度计并且提高信噪比的方法

说明书

公开了一种将加速度计安装至内燃式发动机的方法。该方法包括将加速度计紧固至发动机部件上的配合表面，该配合表面位于发动机燃烧室的外部，在该位置上加速度计可以产生信号输出，该信号输出表征了燃烧事件期间燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性。该方法进一步包括将信号线的一端连接至加速度计，且另一端连接至信号处理器，并通过采取下述步骤中的至少一个来提高信号输出的信噪比：(i)使发动机部件上的配合表面的表面光滑度不大于0.002英寸的总指示器读数；(ii)使发动机部件上的配合表面的表面粗糙度Rz不大于16微英寸；(iii)将信号线锚固至发动机的固定部件；(iv)使用导电套或整体屏蔽来屏蔽信号线；和，(v)在紧固加速度计之前在加速度计和配合表面之间施加粘性液体。

技术领域

本发明涉及一种在内燃式发动机的部件上安装加速度计并且提高加速度计所产生的信号输出的信噪比的方法。更具体地，该方法涉及产生表征燃烧室内的燃烧特性的信号输出，并且涉及一种应用该方法来控制或诊断发动机以便提高效率及性能和/或降低发动机外排放的发动机。

背景技术

加速度计可以用于检测发动机爆震。发动机爆震可以由燃烧室内燃料的过早爆震和不受控爆震所导致，其可以在多种情况下发生，例如在奥托循环发动机已经用具有过低辛烷值的燃料来供料的情况下，或者在点火正时过于提前的情况下，或者在燃烧室中的沉积物造成了导致提前点火的预热点的情况下。在狄塞尔循环发动机中，例如，在燃料喷射正时过早的情况下，则会导致发动机爆震。发动机爆震会使发动机性能下降，并且在严重的情况下，如果不进行校正，则发动机爆震会对发动机造成严重的损害，包括活塞、连杆、排气阀、气缸盖垫片和火花塞或电热塞的破坏。用作“爆震传感器”的加速度计通常设置在发动机的气缸体上，且有时设置在气缸盖上。发动机爆震与不是正常燃烧特性的一部分的剧烈燃烧事件有关。因此，发动机爆震并不能表征通常在各个燃烧周期中测量的燃烧特性。大部分爆震传感器将基本的或“未爆震”的参考信号发送到电子发动机控制器，并在检测到发动机爆震时发送能够易于检测到的较高的信号。由于参考信号和检测到发动机爆震时的信号之间有很大的区别，因此爆震传感器的精度相对不重要。在这方面，爆震传感器专用于只检测发动机爆震。

表征燃烧周期中的正常燃烧特性的信号包含更多信息，并且需要比爆震传感器所需要的信号更加精确。除了防止可能由发动机爆震所导致的严重的发动机损坏以外，可以使用更加精确的燃烧特性信息来更好地控制或诊断内燃式发动机中的燃烧，以便改善发动机性能和效率，和/或发动机外排放。如果为发动机控制器提供关于燃烧特性的精确信息，例如，包括燃烧启动正时(“SOC”)、包括作为燃烧速率的一种表示的热释放速率的燃烧速率、气缸压力和发动机失火的关于燃烧状态参数的信息，则可以改善大多数类型的内燃式发动机的运行。使用诸如这个的精确燃烧特性信息，就可以通过调节例如燃料喷射正时、燃料喷射速率和所喷射的燃料量的参数来改善发动机的性能。此外，这类燃烧特性信息的一种特别有用的应用是称之为均质充量压燃(“HCCI”)发动机的应用。虽然HCCI发动机尚未广泛商品化，但是近年来，相当多的工作已经着重于研发这种发动机，这是因为与常规的压燃的狄塞尔循环发动机和火花点火的四冲程循环汽油发动机相比，它们为更高的效率和更低的发动机外排放提供可能性。例如，在公路巡航工况下，Class 8重型卡车中的狄塞尔循环发动机以大约40％的制动热效率运行，并且这些重型卡车通常仅能实现每加仑约6英里。HCCI发动机能够显著地提高发动机效率，从而在燃料经济性方面提供了益处。对于比以柴油为燃料的对应物效率甚至更低的使用以汽油为燃料的发动机的车辆来说，可能的燃料节约量还要更大。此外，由于来自HCCI燃烧的可能较少的发动机外排放，因此HCCI发动机可能使将来柴油驱动的发动机能够避免选择性的催化还原及络合催化剂的复杂而昂贵的系统。

延迟HCCI发动机的商业应用的主要挑战之一是难于控制HCCI燃烧，并且一种产生精确的表征燃烧特性的信号的系统能够用于应对这种挑战。例如，生产就绪的系统级芯片(SOC)传感系统能够在很宽的工况范围内有助于HCCI燃烧。为了成功，这种传感系统应该满足商业自动化产品重要的实用性需求，即，低成本、可靠性和耐用性。

发明内容