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在内燃式发动机上安装加速度计并且提高信噪比的方法

阅读:1008发布:2021-02-23

专利汇可以提供在内燃式发动机上安装加速度计并且提高信噪比的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且公开了一种将 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。,下面是在内燃式发动机上安装加速度计并且提高信噪比的方法专利的具体信息内容。

1.一种将加速度计安装至内燃式发动机的方法,所述方法包括下述步骤:
a)将所述加速度计紧固至发动机部件上的配合表面,所述配合表面位于所述发动机的燃烧室的外部并且位于所述加速度计能够产生信号输出的位置处,所述信号输出表征了与所述燃烧室相关的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间所述燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性;
b)将信号线的一端连接至所述加速度计,且另一端连接至信号处理器;和c)通过采取下述步骤中的至少一个来提高所述信号输出的信噪比
使所述发动机部件上的配合表面的表面光滑度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)的总指示器读数;
使所述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(大约为0.40微米);
将所述信号线锚固于所述发动机的固定部件,以便减少在不进行所述锚固的情况下可能由所述信号线的移动所产生的信号噪声;
使用导电套或整体屏蔽来屏蔽所述信号线,从而减少所述信号噪声;和
在紧固所述加速度计之前在所述加速度计和所述配合表面之间施加粘性液体,并且用所述粘性液体填充所述加速度计和所述配合表面之间的空隙,从而在将所述加速度计紧固至所述配合表面时提高连接刚度
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述燃烧室为多个燃烧室中的一个,并且所述方法进一步包括将多个加速度计紧固至相应的配合表面,其中每一个所述配合表面均位于所述多个燃烧室的外部并且设置在各个所述加速度计中的每一个都能产生信号输出的位置上,所述信号输出表征所述多个燃烧室中的至少一个燃烧室内的燃烧特性。
3.如权利要求2所述的方法,进一步包括将至少两个加速度计设置在它们均能产生相应的表征燃烧周期期间所述多个燃烧室中的一个燃烧室内的所述燃烧特性的相应信号输出的位置上,并且为所述信号处理器编程,以便:接收多个信号输出并将来自所述多个信号输出的每一个的燃烧特性数据匹配至所述多个燃烧室中的相关联的燃烧室;并且,通过将来自所述多个信号输出的匹配至同一燃烧室的相应多个信号输出的燃烧特性数据进行组合,从而产生用于所述多个燃烧室中的至少一个燃烧室的组合信号。
4.如权利要求2所述的方法,进一步包括将多个信号线扎成线束,其中,所述多个信号线中的每个的一端连接至所述信号处理器,并且另一端连接至所述多个加速度计中的一个。
5.如权利要求1所述的方法,进一步包括在权利要求1段落(c)中所述的所有步骤以提高信噪比。
6.如权利要求1所述的方法,其中,当发动机爆震发生时,通过检测与发动机爆震有关的特征频率或通过检测在表征发动机爆震的预定范围中的燃烧启动正时,所述信号发生器将发动机爆震与其它燃烧特性进行区分。
7.如权利要求1所述的方法,其中,所述信号输出所表征的至少一个燃烧特性选自包括燃烧速率、燃烧状态参数和总指示平均有效压的组。
8.如权利要求7所述的方法,进一步包括为所述信号处理器编程,以便直接由所述信号输出确定第一燃烧特性,并且通过所述第一燃烧特性确定第二燃烧特性。
9.如权利要求8所述的方法,其中,所述第一燃烧特性是燃烧速率。
10.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固至所述发动机部件的步骤包括将所述加速度计紧固至所述发动机的主轴承盖中的一个或所述发动机的主轴承盖螺栓中的一个。
11.如权利要求10所述的方法,进一步包括将所述加速度计的信号线连接器定向成与所述主轴承盖的对称轴线大致平行,并且指向信号线用连接器。
12.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件的步骤包括将所述加速度计紧固于所述发动机的气缸盖或气缸盖螺栓。
13.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件的步骤包括将所述加速度计紧固于所述发动机的气缸体
14.如权利要求1所述的方法,进一步包括通过下述步骤将所述加速度计紧固于所述发动机:
穿过所述配合表面在所述发动机部件中钻孔;
螺柱紧固在所述孔中;
用所述螺柱将所述加速度计固靠在所述部件的配合表面上。
15.如权利要求14所述的方法,进一步包括使所述部件的配合表面相对于所述孔的中心轴线的垂直度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)。
16.如权利要求14所述的方法,进一步包括为所述孔形成内螺纹,并且其中所述螺柱为螺纹与有内螺纹的所述孔的螺纹相匹配的螺栓。
17.如权利要求14所述的方法,进一步包括制造在所述配合表面周围具有更多材料的所述发动机部件,从而与不具有其内安装有螺柱的孔的未改进的类似发动机部件相比,钻孔不会使所述发动机部件弱化。
18.如权利要求14所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件包括将所述加速度计紧固于下述部件中的一个:主轴承;主轴承螺栓;气缸盖;气缸盖螺栓;和,气缸体。
19.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件的步骤包括将所述加速度计夹靠在所述发动机部件的配合表面上。
20.如权利要求19所述的方法,进一步包括将所述配合表面设置在现有的紧固器或第二发动机部件附近,所述现有的紧固器或第二发动机部件能够用于将夹具紧固于所述发动机部件和所述夹具的夹持构件与所述配合表面之间的加速度计。
21.如权利要求20所述的方法,进一步包括制造具有至少一个基部构件的所述夹具,所述基部构件能够通过所述现有的紧固器或第二发动机部件附连于所述发动机部件,并且所述夹持构件以可拆卸的方式附连于所述基部构件,从而能够在不卸下所述现有的紧固器或第二发动机部件的前提下安装并卸下所述加速度计。
22.如权利要求20所述的方法,进一步包括选择所述主轴承盖附连于主轴承组件的螺栓作为将所述夹具紧固于所述发动机部件的所述现有的紧固器。
23.如权利要求20所述的方法,进一步包括选择所述发动机的气缸盖作为安装有所述加速度计的所述发动机部件,并且选择安装至所述气缸盖的发动机部件作为用于将所述夹具紧固于所述气缸盖的另一个发动机部件。
24.如权利要求23所述的方法,进一步包括选择燃料喷射火花塞电热塞中的一个作为用于将所述夹具紧固于所述气缸盖的所述第二部件。
25.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件的步骤包括:
将安装板紧固于所述发动机部件的配合表面,所述安装板具有能够紧固于所述发动机部件的配合表面的部件侧和能够紧固于所述加速度计的加速度计侧;和
将所述加速度计紧固于所述安装板的传感器侧。
26.如权利要求25所述的方法,进一步包括将所述安装板的加速度计侧制造成具有用于接收并将所述加速度计附连于所述安装板的加速度计配合表面和整体螺柱。
27.如权利要求26所述的方法,进一步包括使所述安装板的加速度计配合表面相对于所述整体螺柱的中心轴线的垂直度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)。
28.如权利要求25所述的方法,进一步包括通过定位焊接硬钎焊软钎焊或胶接而将所述安装板紧固于所述发动机部件的配合表面。
29.如权利要求1所述的方法,其中,在执行将所述信号线锚固于所述发动机的固定部件的步骤时,所述方法进一步包括使用支架导线管或p形夹将所述信号线锚固于所述固定部件。
30.如权利要求1所述的方法,其中,在执行在所述配合表面与所述加速度计之间施加粘性液体的步骤时,将所述粘性液体选择为对于施加所述粘性液体的环境而言是稳定的润滑剂
31.如权利要求1所述的方法,其中,在执行在所述配合表面与所述加速度计之间施加粘性液体的步骤时,选择在20摄氏度时的粘度为至少2500厘泊的粘性液体。
32.如权利要求1所述的方法,其中,当重新安装所述加速度计时,执行为安装或先前重新安装所述加速度计所执行的相同步骤。
33.如权利要求32所述的方法,其中,当重新安装所述加速度计时,所述方法进一步包括将所述加速度计匹配为与先前安装所述加速度计时所具有的定向相同的定向。
34.如权利要求1所述的方法,其中,所述信号输出是作为所述加速度计的部件的压电元件所产生的电压信号。
35.如权利要求34所述的方法,其中,当安装或重新安装所述加速度计时,所述方法进一步包括在将所述加速度计固靠在所述发动机部件的配合表面上之后,桥接所述加速度计的端子以便释放由所述压电元件上的压缩预载力所产生的电压。
36.一种将加速度计安装至内燃式发动机的方法,所述方法包括下述步骤:
a)将所述加速度计紧固在发动机部件上的配合表面,所述配合表面位于所述发动机的燃烧室的外部并且位于所述加速度计能够产生信号输出的位置处,所述信号输出表征了发动机爆震发生时的所述发动机爆震和与所述燃烧室相关的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间所述燃烧室内的至少一个其它燃烧特性;
b)将信号线的一端连接至所述加速度计,另一端连接至信号处理器;和
c)通过采取下述步骤中的至少一个来提高所述信号输出的信噪比:
使所述发动机部件上的配合表面的表面光滑度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)的总指示器读数;
使所述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(大约为0.40微米);
将所述信号线锚固于所述发动机的固定部件,以便减少在不进行所述锚固的情况下可能由所述信号线的移动产生的信号噪声;
使用导电套或整体屏蔽来屏蔽所述信号线,从而减少信号噪声;和
在紧固所述加速度计之前在所述加速度计和所述配合表面之间施加粘性液体,并且用所述粘性液体填充所述加速度计和所述配合表面之间的空隙,从而在将所述加速度计紧固至所述配合表面时提高连接刚度。
37.如权利要求36所述的方法,其中,所述燃烧室为多个燃烧室中的一个,并且所述方法进一步包括将多个加速度计紧固至相应的配合表面,其中每个所述配合表面均位于所述多个燃烧室的外部并且设置在各个所述加速度计中的每一个都能产生信号输出的位置上,所述信号输出表征所述多个燃烧室中的至少一个燃烧室内的燃烧特性。
38.如权利要求37所述的方法,进一步包括将至少两个加速度计设置在它们均能产生相应的表征燃烧周期期间所述多个燃烧室中的一个燃烧室内的所述燃烧特性的相应信号输出的位置上,并且为所述信号处理器编程,以便:接收多个信号输出并将来自所述多个信号输出的每一个的燃烧特性数据匹配至所述多个燃烧室中的相关联的燃烧室;并且,通过将来自所述多个信号输出的匹配至同一燃烧室的相应多个信号输出的燃烧特性数据进行组合,从而产生用于所述多个燃烧室中的至少一个燃烧室的组合信号。
39.一种运行和控制内燃式发动机的方法,所述内燃式发动机使用了根据权利要求1到38中的一项所述的方法安装至所述发动机的加速度计,所述方法包括使用所述加速度计来产生表征与燃烧室相关的至少一部分燃烧事件期间所述燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性的信号输出,并使用从所述信号输出所采集的信息来控制或诊断所述发动机的运行。
40.一种发动机系统,其具有使用根据权利要求1到38中的任一项所述的方法安装至内燃式发动机的加速度计。
41.一种内燃式发动机,包括:
a)固定至发动机部件的配合表面的加速度计,其中所述配合表面位于所述发动机的燃烧室的外部并且位于所述加速度计能够产生信号输出的位置处,所述信号输出表征了与所述燃烧室相关的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间所述燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性,其中,所述配合表面被机加工成具有提高所述信号输出的信噪比的光滑度和表面粗糙度;
b)信号处理器,其能够接收和处理由所述加速度计所产生的所述信号输出,并且产生与电子发动机控制器能够用来控制或诊断所述发动机的所述燃烧特性相关的燃烧数据;和c)信号线,其一端连接至所述加速度计,且另一端连接至所述信号处理器。
42.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,所述加速度计为紧固至相应配合表面的多个加速度计中的一个,并且每个所述加速度计都具有一端连接至所述加速度计且另一端连接至所述信号处理器的信号线。
43.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,对所述信号线进行屏蔽以便减少信号噪声。
44.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,将所述信号线锚固至所述发动机的固定部件,以便在所述发动机的运行期间减少所述信号线的移动。
45.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,所述信号处理器是能够进行编程的,以从所述信号输出中过滤至少一些噪声,从而使所述燃烧数据更加精确地表征所述至少一个燃烧特性。
46.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,从所述信号输出中确定的所述至少一个燃烧特性选自包括燃烧速率、燃烧状态参数、和总体指示平均有效压力的组。
47.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,对所述信号处理器进行编程,以便从所述信号输出中或从所述信号输出所确定的所述燃烧数据中估算燃烧启动正时。
48.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,所述配合表面的表面光滑度不大于
0.002英寸(大约为0.05毫米)的总指示器读数,并且表面粗糙度Rz不大于16微英寸(大约为0.40微米)。
49.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,具有所述配合表面的所述发动机部件为主轴承盖或主轴承盖螺栓。
50.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,具有所述配合表面的所述发动机部件为所述发动机的气缸盖或气缸盖螺栓。
51.如权利要求41所述的内燃式发动机,其中,具有所述配合表面的所述发动机部件为所述发动机的气缸体。
52.如权利要求41所述的内燃式发动机,进一步包括将所述加速度计紧固至所述配合表面的螺柱。
53.如权利要求52所述的内燃式发动机,其中,所述部件的配合表面相对于所述螺柱的中心轴线的垂直度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)。
54.如权利要求41所述的内燃式发动机,进一步包括将所述加速度计紧固至所述配合表面的夹具。
55.如权利要求54所述的内燃式发动机,其中,使用将所述发动机部件固定至所述发动机的现有的紧固器将所述夹具附连至所述发动机部件。
56.如权利要求55所述的内燃式发动机,其中,所述紧固器为将主轴承盖结合至主轴承组件的主轴承盖螺栓。
57.如权利要求55所述的内燃式发动机,其中,所述紧固器为将气缸盖附连至气缸体的气缸盖螺栓。
58.如权利要求54所述的内燃式发动机,其中,通过与所述燃烧室相关联的第二发动机部件将所述夹具紧固至所述发动机部件。
59.如权利要求58所述的内燃式发动机,其中,具有所述配合表面的所述发动机部件为气缸盖,并且所述第二发动机部件选自包括燃料喷射器、火花塞、和电热塞的组。
60.如权利要求54所述的内燃式发动机,其中,所述夹具包括可拆卸的夹持构件,其中,在无需从具有所述配合表面的所述发动机部件上卸下所述夹具的基部部件的前提下,就能安装、拆卸并重新安装所述加速度计。
61.如权利要求41所述的内燃式发动机,进一步包括设置在所述配合表面和所述加速度计之间的安装板。
62.如权利要求61所述的内燃式发动机,其中,通过定位焊接、硬钎焊、软钎焊或胶接将所述安装板紧固至所述配合表面。
63.如权利要求41所述的内燃式发动机,进一步包括将信号线锚固到发动机的固定部件上的支架、导线管或p形夹。
64.如权利要求41所述的内燃式发动机,进一步包括在20摄氏度时粘度为至少2500厘泊的设置在所述加速度计和所述配合表面之间的粘性液体,由此填充所述加速度计和所述配合表面之间的小空隙并且提高连接刚度。
65.如权利要求64所述的内燃式发动机,其中,所述粘性液体为在操作环境中在所述配合表面上很稳定的润滑剂。
66.一种内燃式发动机,包括:
a)加速度计,其紧固至发动机部件的配合表面,其中所述配合表面位于所述发动机的燃烧室的外部并且位于所述加速度计能够产生信号输出的位置处,所述信号输出表征了发动机爆震发生时的所述发动机爆震和与所述燃烧室相关联的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间所述燃烧室内的至少一个其它燃烧特性,其中,所述配合表面被机加工成具有能够提高所述信号输出的信噪比的光滑度和表面粗糙度;
b)信号处理器,其能够接收和处理所述加速度计所产生的所述信号输出,并且产生与电子发动机控制器能够用来控制或诊断所述发动机的发动机爆震以及燃烧特性相关联的燃烧数据;和
c)信号线,其一端连接至所述加速度计,且另一端连接至所述信号处理器。
67.如权利要求66所述的内燃式发动机,其中,所述加速度计为紧固至各个配合表面的多个加速度计中的一个,并且每个所述加速度计都具有一端连接至所述加速度计且另一端连接至所述信号处理器的信号线。
1.一种将加速度计安装至内燃式发动机的方法,所述方法包括下述步骤:
a)将所述加速度计紧固至发动机部件上的配合表面,所述配合表面位于所述发动机的燃烧室的外部并且位于所述加速度计能够产生信号输出的位置处,所述信号输出表征了与所述燃烧室相关的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间所述燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性;
b)将信号线的一端连接至所述加速度计,且另一端连接至信号处理器;和c)通过采取下述步骤中的至少一个来提高所述信号输出的信噪比:
使所述发动机部件上的配合表面的表面光滑度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)的总指示器读数;和
使所述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(大约为0.40微米)。
2.如权利要求1所述的方法,进一步包括通过将所述信号线锚固于所述发动机的固定部件,以便减少在不进行所述锚固的情况下可能由所述信号线的移动所产生的信号噪声,来提高所述信号输出的信噪比。
3.如权利要求2所述的方法,进一步包括通过使用导电套或整体屏蔽来屏蔽所述信号线,从而减少所述信号噪声,来提高所述信号输出的信噪比。
4.如权利要求3所述的方法,进一步包括通过在紧固所述加速度计之前在所述加速度计和所述配合表面之间施加粘性液体,并且用所述粘性液体填充所述加速度计和所述配合表面之间的空隙,从而在将所述加速度计紧固至所述配合表面时提高连接刚度,来提高所述信号输出的信噪比。
5.如权利要求1所述的方法,其中,所述燃烧室为多个燃烧室中的一个,并且所述方法进一步包括将多个加速度计紧固至相应的配合表面,其中每一个所述配合表面均位于所述多个燃烧室的外部并且设置在各个所述加速度计中的每一个都能产生信号输出的位置上,所述信号输出表征所述多个燃烧室中的至少一个燃烧室内的燃烧特性。
6.如权利要求5所述的方法,进一步包括将至少两个加速度计设置在它们均能产生相应的表征燃烧周期期间所述多个燃烧室中的一个燃烧室内的所述燃烧特性的相应信号输出的位置上,并且为所述信号处理器编程,以便:接收多个信号输出并将来自所述多个信号输出的每一个的燃烧特性数据匹配至所述多个燃烧室中的相关联的燃烧室;并且,通过将来自所述多个信号输出的匹配至同一燃烧室的相应多个信号输出的燃烧特性数据进行组合,从而产生用于所述多个燃烧室中的至少一个燃烧室的组合信号。
7.如权利要求5所述的方法,进一步包括将多个信号线捆扎成线束,其中,所述多个信号线中的每个的一端连接至所述信号处理器,并且另一端连接至所述多个加速度计中的一个。
8.如权利要求4所述的方法,进一步包括在权利要求1段落(c)中所述的所有步骤以提高信噪比。
9.如权利要求1所述的方法,其中,当发动机爆震发生时,通过检测与发动机爆震有关的特征频率或通过检测在表征发动机爆震的预定范围中的燃烧启动正时,所述信号发生器将发动机爆震与其它燃烧特性进行区分。
10.如权利要求1所述的方法,其中,所述信号输出所表征的至少一个燃烧特性选自包括燃烧速率、燃烧状态参数和总指示平均有效压力的组。
11.如权利要求10所述的方法,进一步包括为所述信号处理器编程,以便直接由所述信号输出确定第一燃烧特性,并且由所述第一燃烧特性确定第二燃烧特性。
12.如权利要求11所述的方法,其中,所述第一燃烧特性是燃烧速率。
13.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固至所述发动机部件的步骤包括将所述加速度计紧固至所述发动机的主轴承盖中的一个或所述发动机的主轴承盖螺栓中的一个。
14.如权利要求13所述的方法,进一步包括将所述加速度计的信号线连接器定向成与所述主轴承盖的对称轴线大致平行,并且指向信号线用连接器。
15.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件的步骤包括将所述加速度计紧固于所述发动机的气缸盖或气缸盖螺栓。
16.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件的步骤包括将所述加速度计紧固于所述发动机的气缸体。
17.如权利要求1所述的方法,进一步包括下述步骤用于将所述加速度计紧固于所述发动机部件:
穿过所述配合表面在所述发动机部件中钻孔;
将螺柱紧固在所述孔中;
用所述螺柱将所述加速度计固靠在所述部件的配合表面上。
18.如权利要求17所述的方法,进一步包括使所述部件的配合表面相对于所述孔的中心轴线的垂直度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)。
19.如权利要求17所述的方法,进一步包括为所述孔形成内螺纹,并且其中所述螺柱为螺纹与有内螺纹的所述孔的螺纹相匹配的螺栓。
20.如权利要求17所述的方法,进一步包括制造在所述配合表面周围具有更多材料的所述发动机部件,从而与不具有其内安装有螺柱的孔的未改进的类似发动机部件相比,钻孔不会使所述发动机部件弱化。
21.如权利要求17所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件包括将所述加速度计紧固于下述部件中的一个:主轴承;主轴承螺栓;气缸盖;气缸盖螺栓;和,气缸体。
22.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件的步骤包括将所述加速度计夹靠在所述发动机部件的配合表面上。
23.如权利要求22所述的方法,进一步包括将所述配合表面设置在现有的紧固器或第二发动机部件附近,所述现有的紧固器或第二发动机部件能够用于将夹具紧固于所述发动机部件和所述夹具的夹持构件与所述配合表面之间的加速度计。
24.如权利要求23所述的方法,进一步包括制造具有至少一个基部构件的所述夹具,所述基部构件能够通过所述现有的紧固器或第二发动机部件附连于所述发动机部件,并且所述夹持构件以可拆卸的方式附连于所述基部构件,从而能够在不卸下所述现有的紧固器或第二发动机部件的前提下安装并卸下所述加速度计。
25.如权利要求23所述的方法,进一步包括选择将所述主轴承盖附连于主轴承组件的螺栓作为将所述夹具紧固于所述发动机部件的所述现有的紧固器。
26.如权利要求23所述的方法,进一步包括选择所述发动机的气缸盖作为安装有所述加速度计的所述发动机部件,并且选择安装至所述气缸盖的发动机部件作为用于将所述夹具紧固于所述气缸盖的另一个发动机部件。
27.如权利要求26所述的方法,进一步包括选择燃料喷射阀、火花塞和电热塞中的一个作为用于将所述夹具紧固于所述气缸盖的所述第二部件。
28.如权利要求1所述的方法,其中,将所述加速度计紧固于所述发动机部件的步骤包括:
将安装板紧固于所述发动机部件的配合表面,所述安装板具有能够紧固于所述发动机部件的配合表面的部件侧和能够紧固于所述加速度计的加速度计侧;和
将所述加速度计紧固于所述安装板的传感器侧。
29.如权利要求28所述的方法,进一步包括将所述安装板的加速度计侧制造成具有用于接收并将所述加速度计附连于所述安装板的加速度计配合表面和整体螺柱。
30.如权利要求29所述的方法,进一步包括使所述安装板的加速度计配合表面相对于所述整体螺柱的中心轴线的垂直度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)。
31.如权利要求28所述的方法,进一步包括通过定位焊接、硬钎焊、软钎焊或胶接而将所述安装板紧固于所述发动机部件的配合表面。
32.如权利要求2所述的方法,其中,在执行将所述信号线锚固于所述发动机的固定部件的步骤时,所述方法进一步包括使用支架、导线管或p形夹将所述信号线锚固于所述固定部件。
33.如权利要求4所述的方法,其中,在执行在所述配合表面与所述加速度计之间施加粘性液体的步骤时,将所述粘性液体选择为对于施加所述粘性液体的环境而言是稳定的润滑剂。
34.如权利要求4所述的方法,其中,在执行在所述配合表面与所述加速度计之间施加粘性液体的步骤时,选择在20摄氏度时的粘度为至少2500厘泊的粘性液体。
35.如权利要求1所述的方法,其中,当重新安装所述加速度计时,执行为安装或先前重新安装所述加速度计所执行的相同步骤。
36.如权利要求35所述的方法,其中,当重新安装所述加速度计时,所述方法进一步包括为所述加速度计匹配在先前安装所述加速度计时所述加速度计具有的同一定向。
37.如权利要求1所述的方法,其中,所述信号输出是作为所述加速度计的部件的压电元件所产生的电压信号。
38.如权利要求37所述的方法,其中,当安装或重新安装所述加速度计时,所述方法进一步包括在将所述加速度计固靠在所述发动机部件的配合表面上之后,桥接所述加速度计的端子以便释放由所述压电元件上的压缩预载力所产生的电压。
39.一种将加速度计安装至内燃式发动机的方法,所述方法包括下述步骤:
a)将所述加速度计紧固于发动机部件上的配合表面,所述配合表面位于所述发动机的燃烧室的外部并且位于所述加速度计能够产生信号输出的位置处,所述信号输出表征了发动机爆震发生时的所述发动机爆震和与所述燃烧室相关的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间所述燃烧室内的至少一个其它燃烧特性;
b)将信号线的一端连接至所述加速度计,另一端连接至信号处理器;和
c)通过采取下述步骤中的至少一个来提高所述信号输出的信噪比:
使所述发动机部件上的配合表面的表面光滑度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)的总指示器读数;
使所述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(大约为0.40微米)。
40.如权利要求39所述的方法,进一步包括通过将所述信号线锚固于所述发动机的固定部件,以便减少在不进行所述锚固的情况下可能由所述信号线的移动产生的信号噪声,来提高所述信号输出的信噪比。
41.如权利要求40所述的方法,进一步包括通过使用导电套或整体屏蔽来屏蔽所述信号线,从而减少信号噪声,来提高所述信号输出的信噪比。
42.如权利要求41所述的方法,进一步包括通过在紧固所述加速度计之前在所述加速度计和所述配合表面之间施加粘性液体,并且用所述粘性液体填充所述加速度计和所述配合表面之间的空隙,从而在将所述加速度计紧固至所述配合表面时提高连接刚度,来提高所述信号输出的信噪比。
43.如权利要求36所述的方法,其中,所述燃烧室为多个燃烧室中的一个,并且所述方法进一步包括将多个加速度计紧固至相应的配合表面,其中每一个所述配合表面均位于所述多个燃烧室的外部并且设置在各个所述加速度计中的每一个都能产生信号输出的位置上,所述信号输出表征所述多个燃烧室中的至少一个燃烧室内的燃烧特性。
44.如权利要求43所述的方法,进一步包括将至少两个加速度计设置在它们均能产生相应的表征燃烧周期期间所述多个燃烧室中的一个燃烧室内的所述燃烧特性的相应信号输出的位置上,并且为所述信号处理器编程,以便:接收多个信号输出并将来自所述多个信号输出的每一个的燃烧特性数据匹配至所述多个燃烧室中的相关联的燃烧室;并且,通过将来自所述多个信号输出的匹配至同一燃烧室的相应多个信号输出的燃烧特性数据进行组合,从而产生用于所述多个燃烧室中的至少一个燃烧室的组合信号。
45.一种操作和控制内燃式发动机的方法,所述内燃式发动机使用了根据权利要求1到44中的一项所述的方法安装至所述发动机的加速度计,所述方法包括使用所述加速度计来产生表征与燃烧室相关的至少一部分燃烧事件期间所述燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性的信号输出,并使用从所述信号输出所采集的信息来控制或诊断所述发动机的运行。
46.一种发动机系统,其具有使用根据权利要求1到44中的任一项所述的方法安装至内燃式发动机的加速度计。
47.一种内燃式发动机,包括:
a)固定至发动机部件的配合表面的加速度计,其中所述配合表面位于所述发动机的燃烧室的外部并且位于所述加速度计能够产生信号输出的位置处,所述信号输出表征了与所述燃烧室相关的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间所述燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性,其中,所述配合表面的表面光滑度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)的总指示器读数,并且表面粗糙度Rz不大于16微英寸(大约为0.40微米);
b)信号处理器,其能够接收和处理由所述加速度计所产生的所述信号输出,并且产生与电子发动机控制器能够用来控制或诊断所述发动机的所述燃烧特性相关的燃烧数据;和c)信号线,其一端连接至所述加速度计,且另一端连接至所述信号处理器。
48.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,所述加速度计为紧固至相应配合表面的多个加速度计中的一个,并且每个所述加速度计都具有一端连接至所述加速度计且另一端连接至所述信号处理器的信号线。
49.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,对所述信号线进行屏蔽以便减少信号噪声。
50.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,将所述信号线锚固至所述发动机的固定部件,以便在所述发动机的运行期间减少所述信号线的移动。
51.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,所述信号处理器是能够进行编程的,以从所述信号输出中过滤至少一些噪声,从而使所述燃烧数据更加精确地表征所述至少一个燃烧特性。
52.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,从所述信号输出中确定的所述至少一个燃烧特性选自包括燃烧速率、燃烧状态参数、和总体指示平均有效压力的组。
53.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,对所述信号处理器进行编程,以便从所述信号输出中或从所述信号输出所确定的所述燃烧数据中估算燃烧启动正时。
54.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,具有所述配合表面的所述发动机部件为主轴承盖或主轴承盖螺栓。
55.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,具有所述配合表面的所述发动机部件为所述发动机的气缸盖或气缸盖螺栓。
56.如权利要求47所述的内燃式发动机,其中,具有所述配合表面的所述发动机部件为所述发动机的气缸体。
57.如权利要求47所述的内燃式发动机,进一步包括将所述加速度计紧固至所述配合表面的螺柱。
58.如权利要求57所述的内燃式发动机,其中,所述部件的配合表面相对于所述螺柱的中心轴线的垂直度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)。
59.如权利要求47所述的内燃式发动机,进一步包括将所述加速度计紧固至所述配合表面的夹具。
60.如权利要求59所述的内燃式发动机,其中,使用将所述发动机部件固定至所述发动机的现有的紧固器将所述夹具附连至所述发动机部件。
61.如权利要求60所述的内燃式发动机,其中,所述紧固器为将主轴承盖结合至主轴承组件的主轴承盖螺栓。
62.如权利要求60所述的内燃式发动机,其中,所述紧固器为将气缸盖附连至气缸体的气缸盖螺栓。
63.如权利要求59所述的内燃式发动机,其中,通过与所述燃烧室相关联的第二发动机部件将所述夹具紧固至所述发动机部件。
64.如权利要求63所述的内燃式发动机,其中,具有所述配合表面的所述发动机部件为气缸盖,并且所述第二发动机部件选自包括燃料喷射器、火花塞、和电热塞的组。
65.如权利要求59所述的内燃式发动机,其中,所述夹具包括可拆卸的夹持构件,其中,在无需从具有所述配合表面的所述发动机部件上卸下所述夹具的基部部件的前提下,

说明书全文

在内燃式发动机上安装加速度计并且提高信噪比的方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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、排气气缸垫片火花塞电热塞的破坏。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。
[0003] 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。
[0004] 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

[0005] 本发明提供一种将加速度计安装至内燃式发动机的方法。该方法包括下述步骤:将加速度计紧固至发动机部件;将信号线的一端连接至加速度计,并将另一端连接至信号处理器;和,通过采取若干步骤中的至少一个步骤来减少信号噪声或提高能够归因于测量到的燃烧特性的信号强度,来提高来自加速度计的信号输出的信噪比。
[0006] 将加速度计紧固至发动机部件的步骤包括将加速度计安装至发动机部件上的配合表面。该配合表面位于发动机的燃烧室的外部,在那里,加速度计可以产生表征与燃烧室相关联的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性的信号输出。在一些实施方式中,该信号输出也可以表征发动机爆震,并且在这种实施方式中,可对信号处理器进行编程以便对输出信号进行处理,从而将发动机爆震与该至少一个其它燃烧特性进行区分。当该输出信号可以表征发动机爆震和多个其它燃烧特性时,对所有实施方式来说相同的是,该信号输出表征了除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性。在本发明的上下文中,输出信号所表征的除了发动机爆震之外的“燃烧特性”可以被看作是发动机的正常运行期间所发生的“正常”燃烧特性,当发动机正常运行时,“正常”燃烧特性发生在每个燃烧周期中,然而发动机爆震可以被看作是不规则发生的“异常”燃烧特性,当发动机正常运行时并不是在每个燃烧周期都会发生,优选地为根本不发生。
[0007] 提高信号输出的信噪比的步骤包括采取下述步骤中的至少一个步骤:(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(大约为0.05毫米)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(大约为0.40微米);(iii)将信号线锚固至发动机的固定部件,以便减少可能由信号线的移动产生的信号噪声;(iv)使用导电套或整体屏蔽来屏蔽信号线,从而减少信号噪声;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,并且用该粘性液体填充加速度计和配合表面之间的空隙,从而在将加速度计紧固至配合表面上时提高连接刚度。为了提高信噪比,优选实施方式包括采取上面所提出的从(i)到(v)的所有步骤。
[0008] 发动机通常具有多个燃烧室,优选方法进一步包括将多个加速度计固定至相应的配合表面,其中每个配合表面均位于这多个燃烧室的外部并且设置在各个加速度计中的每一个都能产生表征多个燃烧室中的至少一个燃烧室内的燃烧特性的信号输出的位置上。该方法进一步包括将至少两个加速度计设置在它们均能产生表征燃烧周期期间多个燃烧室中的一个燃烧室内的燃烧特性的相应信号输出的位置上,并且对信号处理器进行编程,以便:接收多个信号输出并将来自多个信号输出的每一个的燃烧特性数据匹配至多个燃烧室中的相关联的燃烧室;并且,通过将来自多个信号输出的匹配至同一燃烧室的多个信号输出中的相应信号输出的燃烧特性数据进行组合,从而产生用于多个燃烧室中的至少一个燃烧室的组合信号。
[0009] 在这种包括多个加速度计的实施方式中,该方法可进一步包括将多个信号线扎成线束,其中多个信号线中的每个的一端连接至信号处理器,且另一端连接至多个加速度计中的一个。
[0010] 利用所公开的方法,当发动机爆震发生时,通过检测与发动机爆震有关的特征频率或通过检测在表征发动机爆震的预定范围中的燃烧启动时,信号发生器将发动机爆震与其它燃烧特性进行区分。
[0011] 在优选的实施方式中,信号输出所表征的至少一个燃烧特性是燃烧速率,其能够由热释放速率来表示。该方法可进一步包括对信号处理器进行编程,以便直接通过信号输出确定第一燃烧特性,并且通过第一燃烧特性确定第二燃烧特性。例如,在第一燃烧特性是燃烧速率的情况下,该方法就可以进一步包括将燃烧速率信息用作基础来确定第二燃烧特性的特征,诸如选自由包括燃烧启动正时的燃烧状态参数、和包括总体指示平均有效压力的缸内压力、发动机失火和部分燃烧构成的组。在其它的实施方式中,可以直接从加速度计信号输出中确定诸如燃烧状态参数、缸内压力、发动机失火、和部分燃烧之类的燃烧特性。
[0012] 将加速度计紧固至发动机部件的步骤可以包括将加速度计紧固至发动机主轴承盖之一或个发动机主轴承盖螺栓之一。当将加速度计安装在轴承盖上或其附近时,该方法优选地进一步包括将加速度计的信号线连接器定向为使其与主轴承盖的对称轴线大致平行,并且指向信号线用连接器。在其它实施方式中,将加速度计紧固至发动机部件的步骤可以包括将加速度计紧固至发动机的气缸体、发动机的气缸盖或气缸盖螺栓。
[0013] 可以使用不同的方法来将加速度计紧固至发动机部件。一种方法包括通过下述步骤将加速度计紧固至发动机:通过经由配合表面在发动机部件中钻孔、将螺柱紧固在该孔中、并用该螺柱将加速度计固靠在该部件的配合表面上。利用这种方法,部件的配合表面相对于该孔的中心轴线的垂直度优选地适合于不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)。优选地对钻入发动机部件中的孔形成内螺纹,从而使得该螺柱可以是螺纹与具有内螺纹的孔的螺纹相匹配的螺栓。
[0014] 将加速度计紧固至发动机部件的另一种方法包括将加速度计夹靠在发动机部件的配合表面上。利用这种方法,配合表面的位置优选地靠近能够用于将夹具紧固至发动机部件和位于夹具的夹持构件与配合表面之间的加速度计的现有紧固器或第二发动机部件。该夹具优选地制造成具有至少一个能够通过现有紧固器或第二发动机部件附连至发动机部件的基部构件,和可拆卸地附连至基部构件的夹持构件。利用这个特征,无需卸下已有的紧固器或第二发动机部件就可以安装和卸下加速度计。举例来说,当配合表面在主轴承盖上时,将夹具紧固至发动机部件的现有紧固器可以是将主轴承盖附连至主轴承组件的主轴承盖螺栓,或者当配合表面在气缸盖上时将夹具紧固至发动机部件的现有紧固器可以是气缸盖螺栓。在利用第二发动机部件附连夹具,并且配合表面在气缸盖上的情况下,该第二发动机部件可以是火花塞、电热塞、燃料喷射器阀
[0015] 将加速度计紧固至发动机部件的另一种方法包括将安装板紧固至发动机部件的配合表面,该安装板具有可紧固至发动机部件的配合表面的部件侧和可紧固至加速度计的加速度计侧;和将加速度计紧固至安装板的传感器侧。利用这个实施方式,只要发动机部件和安装板之间的结合足够强以便将运动从发动机部件传递到安装板,用于发动机部件上的配合表面的表面光滑度和粗糙度规格就并不是那么重要了。为了减少信噪比,仍然重要的是制造安装板与加速度计接触的加速度计侧,使其具有与直接安装方法中发动机部件配合表面所需要的同一等级的光滑度和粗糙度。该方法可以进一步包括将安装板的加速度计侧制造成,使其具有用于接收加速度计并将该加速度计附连至安装板的加速度计配合表面和整体螺柱。与直接安装的实施方式中的情况类似,当采用安装板时,该方法优选地包括使安装板的加速度计配合表面相对于整体螺柱的中心轴线的垂直度不大于0.002英寸(大约为0.05毫米)。可以通过定位焊接硬钎焊软钎焊或胶接将安装板紧固至发动机部件。
[0016] 安装加速度计的方法可以进一步包括对加速度计进行重新安装以便在重新安装之前和之后获得一致的信号输出的步骤。该重新安装加速度计的方法优选地包括执行为安装或先前重新安装加速度计所执行的相同步骤。重新安装优选地包括将加速度计匹配为与其先前安装时所具有的定向相同的定向。
[0017] 还公开了一种发动机系统及其运行方法,该发动机系统具有使用所公开的安装加速度计的方法而安装在其上的加速度计。该运行和控制内燃式发动机的方法包括使用加速度计来产生表征发动机爆震发生时的发动机爆震以及与燃烧室相关的至少一个燃烧事件期间燃烧室内的至少一个其它燃烧特性的信号输出。该方法使用从信号输出所采集的信息来控制或诊断发动机的运行。
[0018] 所公开的内燃式发动机包括紧固至发动机部件的配合表面的加速度计。该配合表面位于发动机的燃烧室的外部并且位于加速度计可以产生信号输出的位置处,该信号输出表征了与燃烧室相关联的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间燃烧室内除发动机爆震之外的至少一个燃烧特性。在另一个实施方式中,除了该至少一个其它燃烧特性之外,信号输出还表征了发动机爆震发生时的发动机爆震。配合表面被机加工成具有提高信号输出的信噪比的光滑度和表面粗糙度。信号处理器能够接收和处理由加速度计所产生的信号输出,以检测发动机爆震发生时的发动机爆震和该至少一个其它燃烧特性。来自加速度计的输出信号可以经由一端连接至加速度计而另一端连接至信号处理器的信号线从加速度计传递到信号处理器。加速度计优选地为紧固至各个配合表面的多个加速度计中的一个,并且每个加速度计都具有一端连接至加速度计且另一端连接至信号处理器的信号线。附图说明
[0019] 图1是其上安装有加速度计的内燃式发动机的示例的示意图,其中加速度计用于产生表征燃烧室内的燃烧特性的信号;
[0020] 图2A显示了示意图,其说明了根据一个实施方式的加速度计的螺柱/螺栓安装;
[0021] 图2B显示了横截面视图,其说明了根据一个实施方式的加速度计的螺柱/螺栓安装;
[0022] 图3显示了示意图,其说明了根据一个实施方式的加速度计的夹紧安装;
[0023] 图4A显示了示意图,其说明了根据一个实施方式的使用安装板来对加速度计进行的间接安装;
[0024] 图4B显示了横截面视图,其说明了根据一个实施方式的使用安装板安装的加速度计;
[0025] 图5A和5B为由加速度计信号输出所产生的数据的示例,绘制出以说明从使用两种不同技术安装的加速度计所采集的数据之间的差异;
[0026] 图6A和6B为由加速度计信号输出所产生的数据的示例,绘制以说明从不适当地重新安装的加速度计和适当地重新安装的加速度计所采集的数据之间的差异;
[0027] 图7为示意图,其说明了燃烧式发动机上的加速度计的布置示例。

具体实施方式

[0028] 加速度计是一种用于测量加速度的装置。精通该技术的技术人员将会明白的是现在存在许多不同类型的加速度计。已经研发了用于检测发动机爆震的带有压电元件的加速度计,并且这种传感器是能够通过公开的方法用于当前所公开的应用的一类加速度计的示例。就这种传感器而言,当将定向力作用在压电元件上时,该压电元件产生电荷,并且该电荷与在该力的方向上的线位移相互关联。未知诸如表面微机械加工电容传感器的其它类型的加速度计能够以适于当前所公开的应用的形式实现商用,但是,与其它类型的加速度计一样,它们可以适合于以适于该新应用的形式制造。在该方法和所公开的发动机的优选实施方式中,加速度计是一种产生电荷、电压或其它表征其自身运动的电信号的机电装置。
[0029] 虽然已经使用加速度计来检测发动机爆震,但是由于源自燃烧室中和燃烧室周围的众多可动发动机零件所产生的振动和运动的信号噪声,因此在本申请人进行研发该主题技术的工作之前,除了检测剧烈燃烧事件之外,先前曾认为爆震传感器不能产生表征燃烧周期期间发生的更加精细的正常燃烧特性的精确的信号输出。作为示例,在四冲程发动机中,燃烧周期包括进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。根据运行条件,所设定的燃烧启动正时可以改变,但是燃烧可以在压缩冲程期间开始,并且在燃烧冲程期间结束。本主题发明于此参考四冲程发动机进行描述,但是精通发动机技术的技术人员将会明白的是,本发明也可以应用于二冲程发动机。
[0030] 在优选的实施方式中,将多个加速度计以这样一种方式安装至燃烧式发动机处于这样一种位置中,从而使其根据发动机爆震和在与燃烧室相关的至少一部分压缩冲程或燃烧冲程期间燃烧室内的至少一种其它燃烧特性进行运动。这样,至少一个加速度计能够产生表征各个燃烧室的燃烧特性的信号。即,对于本主题发明来说,在至少一部分燃烧事件期间,加速度计仅需要采集数据,并且在进气冲程或排气冲程期间不需要采集任何数据。根据加速度计信号输出所确定的燃烧特性,本发明的某些实施方式能够确定用于仅仅一部分压缩冲程或燃烧冲程的燃烧特性。例如,在某些发动机系统中,能够采用该方法和设备来确定SOC正时,并且在这种系统中,仅仅需要监控燃烧事件的第一部分。在其它发动机系统中,可以采用该方法和设备来控制整个燃烧事件期间的燃烧质量,从而可以调整发动机的运行,以便减少发动机外排放,并且对于这种实施方式来说,所需要的是加速度计传送持续整个燃烧事件的压缩冲程和燃烧冲程的部分的信号输出。
[0031] 安装加速度计的说明性的方法、用于安装加速度计的说明性的位置、和对加速度计进行重新安装以便产生合适的并且始终如一的信号的示例性方法在下面进行概述。
[0032] 加速度计安装
[0033] 图1为带有加速度计128的所公开系统的示例的示意图,其中,该加速度计128安装至内燃式发动机100处于合适的位置中,用于产生表征由发动机爆震施加在其上的运动和当正发生燃烧事件时在发动机的至少一部分燃烧周期期间燃烧室内的至少一个其它燃烧特性的信号。发动机100包括至少一个气缸108(为了简化,只显示了一个气缸,尽管发动机通常具有两个或更多个气缸)、覆盖气缸108一端的气缸盖104和能够在气缸108内往复运动的活塞112。气缸108、气缸盖104、和活塞112限定了燃烧室110的广义边界。多个进气阀和排气阀(未示出)与燃烧室110相通,以便将燃料传送到那里并且从那里清除排放副产品。发动机100还可以包括燃料和空气传送系统以及其它与内燃式发动机相关的新系统或常规系统。
[0034] 连杆116的一端通常经由活塞销114附连到活塞112,另一端附连到曲轴120的曲拐上的支承轴颈。为了将往复运动转换成旋转运动,曲拐为曲轴120提供了用于连杆116的连接点,该连杆116偏离曲轴120的线性旋转轴线。曲轴120承受来自各个气缸的大量侧向载荷,并且减少了偏移和挠曲,曲轴120由多个轴承支撑,不但包括曲轴120的各端处的轴承,而且包括设置在来自发动机缸体支撑曲轴120的活塞气缸之间的中间轴承。曲轴轴承被称为发动机的主轴承。通常与带有相对较长的曲拐和更高的压缩比的发动机相关的重型发动机可以在各个气缸之间采用主轴承,而带有较短曲拐的发动机则可以在端部主轴承之间采用中间主轴承。主轴承组件包括轴承盖124。在所示的示例中,轴承盖124由四个螺栓126接合于主轴承组件的其余部分。主轴承组件支撑曲轴120并且防止曲轴120因从活塞112传递到曲轴120的载荷所产生的偏移,并且由于活塞112和主轴承之间的这种紧密联系,轴承盖124是加速度计128能够测量到适当高的信噪比,用于产生表征发动机爆震和在与燃烧室110相关的至少一部分压缩冲程和/或燃烧冲程期间的至少一个其它燃烧特性的信号输出的位置。因此,在图1所示的优选实施方式中,加速度计128安装于轴承盖124。
[0035] 加速度计128通过信号线132将信号输出提供到诸如燃烧质量处理系统136的信号处理器。在优选的实施方式中,加速度计128测量作为燃烧特性的结果而经历的运动,并且产生相应的表征在燃烧事件正发生时的至少一部分发动机燃烧周期的燃烧速率变化的信号输出。该优选方法是处理信号输出来确定例如由热释放速率所指出的燃烧速率,这是因为已经发现,与其它燃烧特性相比较,更加易于从信号输出中精确确定燃烧速率。有可能进一步处理燃烧速率数据来确定诸如燃烧状态参数的其它燃烧特性信息,包括SOC正时、包括峰值压力的气缸压力、失火的发生和总指示平均有效压力(“GIMEP”)。尽管就精度而言,前述关注点不是优选的,但还是有可能处理信号输出以便从加速度计信号输出中直接确定这些其它燃烧特性中的某些,诸如气缸内压力和燃烧状态参数。相应地,由于燃烧特性数据的精度对于更好的发动机控制或诊断是很重要的,因此于此将燃烧速率用作所公开的方法和设备能够从加速度计所采集的信号输出数据中直接确定的燃烧特性的优选示例。
[0036] 不燃烧时,空气和燃料构成的供料的压缩以及与随后的活塞冲程相关的膨胀产生基线轮廓。供料在压缩冲程和燃烧冲程期间的燃烧导致偏离基线轮廓,从而使得信号处理器能够确定诸如燃烧速率和燃烧状态参数的燃烧特性特征。例如,当信号输出偏离基线轮廓时,该偏离能够有助于供料的燃烧,并且该偏离开始正时可以与SOC正时相关联,该偏离的幅度可以与诸如燃烧速率的燃烧特性相关联。如果与基线轮廓之间不存在明显的偏离,则表明失火,或者如果该偏离小于所期望的情况,则表明存在不完全燃烧。信号处理器可以通过诸如幅度、频率或基线轮廓偏离正时的参数来检测发动机爆震的发生。
[0037] 由于加速度计安装在包括许多运动部件的发动机上,因此加速度计也测量附加力,但是这里将可归因于除燃烧特性以外的源的力定义为“噪声”。作为示例,噪声源可以包括由于不平衡而产生的曲轴振动、凸轮轴振动、齿轮啮合振动、由于车辆底盘振动而产生的发动机振动等。这种噪声源产生能够以比归因于燃烧周期期间燃烧室中的燃烧特性的力高得多的频率作用于加速度计上的力。加速度计所产生的信号输出包括在信号电压中产生振荡的噪声,这些振荡通常以比燃烧周期频率高至少一个数量级的频率振荡。在优选实施方式中,通过选择加速度计128的位置使得燃烧特性所产生的运动幅度远大于噪声所产生的运动幅度,从而降低这种附加力的大小,以便提高信噪比。在这里,将用于加速度计所产生的信号输出的“信噪比”定义为与高峰燃烧特性相关的信号幅度与归因于噪声的振荡的信号幅度之间的比率。在优选的实施方式中,信噪比为至少4∶1,优选为更高,这是因为能够对具有更高信噪比的信号输出进行处理以便产生更加精确地表征燃烧特性的滤波信号。
[0038] 可以使用燃烧式发动机100上燃烧室110外部的其它位置来安装加速度计128,只要安装在那个位置上的加速度计能产生具有合适的信噪比的信号输出。例如,可以得到燃烧质量信息的其它加速度计安装位置包括主轴承盖螺栓126、气缸108、气缸盖104、或气缸盖螺栓(图1中未示出)。用于加速度计的其它可能的安装位置包括直喷喷射器、火花塞、电热塞或由于燃烧特性中的变化而运动的任何零件。特定的安装位置并不必然比所有其它的位置更好。这取决于发动机的结构设计和燃烧特性信息从燃烧室安装位置传递得有多好。一般说来,更直接暴露在由燃烧特性所产生的运动中的加速度计更适于用在燃烧式传感器系统中,因为更直接的暴露通常产生了更高的信噪比。增大的信噪比允许使用更简单、更精确且更为可靠的处理方法来从加速度计所产生的信号输出中提取燃烧信息。因此,通常来说最好在始于燃烧室的传递路径中具有较少零件并且具有较少来自经由传递路径中的零件引入的信号噪声的干扰的情况下,将加速度计安装在部件上。
[0039] 用于选择安装位置的其它因素可以包括便利性和实用性。加速度计的类型也可以是一种因素。某些低成本的加速度计更容易受噪声影响,因此如果采用这种加速度计,则具有更高信噪比的安装位置是优选的。
[0040] 对于具有分隔各对气缸的轴承盖的发动机来说,存在可用于安装发动机的各个气缸用加速度计的两个轴承盖。已经观察到大部分轴承盖/气缸组合件为相邻的气缸提供了有用的燃烧质量信息。将加速度计128安装在相邻的气缸之间能够产生包括用于各个相邻气缸的至少一部分压缩冲程和燃烧冲程的燃烧信息的信号。即,由于相邻的活塞通常具有偏移的燃烧周期,并且由于燃烧特性仅发生在压缩冲程和燃烧冲程期间,因此可以采用一个加速度计来为两个燃烧室采集燃烧特性数据。
[0041] 该说明性的系统进一步包括用于分析通过信号线132传送的加速度计信号输出的燃烧质量处理系统136。在优选的实施方式中,处理该信号输出以便滤除噪声,而后可例如通过调节燃料喷射正时或燃料喷射量、以及本领域技术人员理解的其它参数将该滤波信号用于包括燃烧诊断、监控和操纵的多种目的。改良的关于燃烧特性的信息可以用于提高燃烧质量,从而导致改良的性能、效率和/或减少的发动机外排放。
[0042] 可以使用许多安装技术将加速度计128安装到燃烧式发动机上。这些安装技术包括将加速度计直接紧固到发动机上;将加速度计夹持到发动机上;以及经由安装板将加速度计间接紧固到发动机上。
[0043] 图2A和2B的说明性示例中显示了一种将加速度计直接紧固到发动机上的方法。通过使用螺柱或螺栓202将加速度计128紧固到发动机的部件200的配合表面201上。在部件200中钻出用于接收螺柱或螺栓202的孔且使其形成内螺纹,并将螺柱或螺栓202紧固在该孔中。然后将加速度计128以大致直接靠在发动机的部件200的配合表面201上的方式紧固到螺柱或螺栓202上。这是将加速度计128固连于发动机上的最直接的方法。加速度计128具有与形成线束(未示出)的一部分的信号线(未示出)相连的连接器206。
为了最佳的信号结果,发动机部件200上的配合表面201应该通过机加工或铸制法制造得足够平坦、光滑并且垂直于该孔,从而使加速度计128可以对运动进行精确的感测。
[0044] 可以对配合表面201进行机加工(磨铣),以便提供用于与加速度计128紧密配合的适当表面。为了得到更好的信号,用于表面平直度的极限值应该是不大于0.002″(0.05mm)的总指示器读数(“TIR”),其中TIR在这里定义为当从期望平面测量用于整个配合表面的表面偏差时读数从最大值到最小值的范围。表面粗糙度Rz应该不超过
16微英寸(0.40微米),其中表面粗糙度Rz在这里定义为单个测量距离内的最高顶点的高度和最深凹处的深度的总和,在本示例中为0.03英寸(大约为0.76mm)。当使用螺柱安装技术时,配合表面201的区域关于该孔的中轴线的垂直度应该不大于0.002″(0.05mm),这意味着在配合表面的边缘上,该表面距理想表面不应超过该规定距离。尽管在所公开的传感器系统中可以采用不同类型的加速度计来产生所需要的信号,但是已经发现,相对低成本的爆震传感器能够有效地起作用(与较更成本的研究级加速度计相比)。当该加速度计为市场上可买到的爆震传感器时,这些表面规格不会随着发动机、位置、或传感器的不同而改变。
[0045] 必须当心以防止加速度计128的安装例如通过弱化而显著缩短其上安装有加速度计128的发动机部件200的工作寿命。例如,在钻孔区域周围引入较高的应力集中会导致弱化。该问题的一种解决方案是制造一种在配合表面周围具有更多材料的发动机部件200的新铸件,以便确保其工作寿命与带有配合表面和螺柱的未改变的同一发动机部件的工作寿命相似。作为替代,可以将安装位置选择成该部件即使在已经钻孔的情况下也不会显示出大幅缩短的预期使用期限。这可以通过选择安装位置来实现,该安装位置已经具有附加材料,或者由如具有机械设计和发动机部件设计经验的人员所确定的具有高级别的结构刚度或完整性的材料制成。进一步地,当对发动机部件上的配合表面进行机加工以使其平坦时,去除最少量的材料是很重要的,从而确保发动机部件200维持尽可能多的其原始的结构完整性。
[0046] 当使用螺柱或螺栓202将加速度计128安装到发动机部件200上时,应该执行具体的有限元分析来检验零件响应于代表性的负载环境的应力特性的变化。同样可以执行疲劳特性的研究,以便确保无论任何改动都能确保保持结构完整性。应该使用适于材料、负载类型、表面光洁度等的适当的下降常数来获得用于疲劳和应力分析的保守的强度数。为了实施所公开的方法,应该对应用加速度计的任何发动机部件都执行这种分析。同样,如果改变传感器安装类型(例如,不同尺寸孔),则在这样做之前,应该重复进行这种分析。
[0047] 例如,利用如下结果进行结构完整性分析。采用有限元分析来对在TMISX 发动机的主轴承盖顶部中心上钻出直径为8mm、深10mm的孔的影响进行研究。使用 9.0进行有限元分析;使用Pro 2000i
产生主轴承盖的模型。使用与因高峰值缸压所产生的可能的最大负载等效的轴承负载来进行模拟。模拟结果表明最大等效应力和总变形并无明显变化。考虑到至少上述分析结果,确定主轴承盖上的螺柱安装方法对于基于加速度计的发动机控制系统的进一步发展而言是可接受的。
[0048] 将加速度计128安装至发动机的替代方法在图3中进行说明,其中使用了夹紧安装方法。无需改变发动机安装位置就可以实施该方法,从而在该夹具使用现有的紧固器将传感器128紧固至发动机部件200的情况下,避免对安装有传感器128的发动机部件200的任何弱化。例如,如图3中所示,现有的主轴承盖螺栓212可以用于将夹具附连至主轴承盖。类似于先前略述的方法,加速度计128的配合侧应该附连至发动机部件200上足够平坦且光滑的配合表面201,该配合表面201可以通过特定的铸造过程(诸如拉模铸造或者熔模铸造)或机加工来获得。
[0049] 图3为具有三个部件的夹具的示例性示例,该夹具包括由主轴承盖螺栓212抑制住的两个基部部件208、209以及夹持部件210。传感器128由夹持部件210抑制靠在主轴承盖200上。使用螺栓214将夹持部件210螺固至基部部件208、209。本领域技术人员可以理解的是,其它结构也是可能的。使夹持部件210可拆卸的优点在于,它使得在不卸下主轴承盖螺栓212(它通常由于高拉紧转矩的要求而很难进行重新安装)就能够对加速度计128进行拆卸和重新安装。
[0050] 必须小心以便确保夹具本身不会将附加运动引至传感器128。因此,该夹具必须足够刚硬,尤其是在待测量的运动方向上足够刚硬。在夹具弯曲的情况下,加速度计128将会受到与该弯曲的夹具相关联的运动的影响,这会增大信号噪声,从而降低信噪比。
[0051] 该夹具优选的对于刚度(尤其在振动方向上)、空间限制、夹具安装的便利性、容纳不同加速度计类型的能力、以及传感器更换的便利性而言是适宜的。此外,在传感器128所安装的可用空间内,通常期望增加用于夹具的材料的数量和夹持部件210的深度,以便增大刚度。在优选的实施方式中,在空间是可利用的并且材料成本合理的情况下,将刚度增加到不会由于夹持部件210的弯曲而将噪声引入到信号输出中的程度。
[0052] 将加速度计128附连至发动机部件200的另一种方法是通过使用安装板218,如图4A和4B中所示。板218在一侧上包括用于接收螺母216的整体螺柱,以便附连到加速度计
128。板218的相对端适于利用诸如定位焊接、硬钎焊、软钎焊或胶接的已知的附连方法在配合表面201上附连至发动机部件200。当使用定位焊接、硬钎焊或软钎焊时,应当考虑热冷却效应。在定位焊接、硬钎焊或软钎焊之后对发动机部件200进行的不适当的及不均匀的冷却会导致发动机部件200的弯曲和/或弱化。同样,使用软钎焊或硬钎焊可能不会获得足够强大以将加速度计128安全而可靠地安装至发动机部件200的粘接强度。当通过使用环树脂类或粘合剂进行胶接时,应当考虑安装区域的热及化学环境。例如,在使用了不适当的粘接剂的情况下,暴露在高温机油下会削弱安装板218与发动机部件200之间的粘合。由于无需钻孔,因此该方法可以是有利的。同样,如果板218和发动机部件200之间的粘合是充分可靠的,则发动机部件200上的机加工表面并不是必要的。将安装板218的将加速度计128保持靠在其上的配合表面机加工成,如图2A和2B中所示,在将加速度计128直接安装在该发动机部件200的配合表面上时所需的同一表面和粗糙度规格。
[0053] 从使用夹紧安装技术和螺柱安装技术安装至主轴承盖的加速度计采集典型的加速度计数据集,并且对信号输出数据进行处理,以便产生分别绘制在图5A和5B中的过滤数据。在这些绘制图中,将以伏特(“V”)为单位测量的加速度计过滤信号绘制在纵轴上,而将顶部死点之后的曲柄以旋转角度的形式绘制在横轴上。从使用不同的燃烧启动正时的试验中采集所绘制的数据。从用于额定SOC正时的各个加速度计中采集实线绘制的数据。从相同的各个加速度计中在SOC正时提前时采集长虚线绘制的数据,并且在SOC正时延迟时采集短虚线绘制的数据。燃烧发生时,SOC正时的差异导致信号数据中所期望的变化,但是,同样期望在SOC前的压缩冲程期间和稍后在做功冲程(在这些示例中,是在顶部中心死点之后的大约20度的曲柄角)中的信号数据的更为一致。正如从绘制数据可以看出的那样,图5A中所绘制的由夹持的加速度计所产生的加速度计数据中存在更大的不一致性,这被认为由夹具的弯曲所导致的。此外,来自夹持加速度计的信号强度远高于来自螺柱安装的加速度计的信号强度,并且这种更高的幅度被认为是由夹持部件的弯曲所导致的。然而,从这两种传感器所获得的数据产生了能够用于表征至少一部分燃烧周期的燃烧特性的数据。
[0054] 可以在将加速度计安装至发动机之前或之后连接用于将由加速度计所产生的信号传递到信号处理装置的信号线132。由于过多的线运动会将噪声引入至信号,因此将用于信号线132的线束优选地锚固至发动机部件的固定部件。在本文中,“固定”部件被解释为诸如曲柄轴箱122、气缸体108、气缸盖104和主轴承盖124的发动机部件,这些部件相对于诸如往复运动的活塞112和旋转的曲轴120的“运动”部件来说是不运动的。即,为了更加确定,根据这个定义,在将发动机安装到车辆中的情况下,固定部件包括能够振动的部件,或与发动机一起作为整体进行运动的部件。例如,在将传感器128安装到主轴承盖124的本体的情况下,将线束优选地在曲柄轴箱122内紧固安装至主轴承盖124的本体和曲柄轴箱122。使用支架导线管、金属p形夹(涂覆有橡胶)、索环或其它已知的紧固器类型来将线紧固安装至发动机缸体。对于安装在曲柄轴箱中靠近曲轴正旋转的位置或安装在发动机上靠近运动零件的其它位置的线来说,除了要减少信号噪声以外,同样重要的是将线锚固住以防它们妨碍运动零件。紧固安装线束还将确保传感器上的连接器将不会过度振动并且产生噪声或者变得松动并且完全切断信号。为了提高耐久性,本领域技术人员将会理解到,图1所示的实施方式是一种示意性的说明,并且优选地在任何情况下均避免信号线132的突然弯曲。例如,信号线132的弯曲半径应当不小于该线本身的直径。减少信号线的振动及传感器上连接器的振动的线束安装对于产生具有较高信噪比的信号来说是很重要的。
[0055] 在设计用于将加速度计电信号从加速度计128传递到燃烧质量处理系统136的线束时,应该考虑的其它方面包括,选择线束的材料特性,诸如电阻和电容,从而不会不利地过滤或削弱加速度计电信号。由于所公开的系统优选地采用多个加速度计,每个加速度计都具有从相应的传感器通向燃烧质量处理系统136的相应的信号线132,因此,信号线132可以以使得来自发动机上的各个相应的加速度计128的加速度计电信号以类似的方式受到影响,例如过滤和/或削弱的方式进行设计。例如,在优选的实施方式中,多个信号线132中的每一个的长度都相同。
[0056] 在上面略述的各种安装方法中,可以在加速度计的接触表面和发动机部件的配合表面之间施加薄层的粘性液体,例如诸如滑脂的轻质润滑剂,以便有助于加速度计的适当定位和定向。该粘性液体在20摄氏度下的粘度优选地为至少2500厘泊,并且在配合表面处的操作环境下是稳定的。这种液体提高了到加速度计的运动传递率,用几乎不可压缩的液体填充了空隙,并由此提高了接合处的压缩刚度。这对于在较高的频率下的测量尤其重要,在该较高频率下,系统共振频率中的任何变化都会对测量产生重大的影响。
[0057] 连接器206优选设置成与对称的主轴承盖轴线大体平行,平行度误差在3-5度之内,并且指向线束连接器。然后可将安装螺栓或螺母紧固到所需的转矩,例如20Nm。之后,可将线束连接器连接至加速度计和包括,例如示波器的适当的信号处理装置。之后,可以通过引起加速度计的运动来检测加速度计的安装。有时,在检测表明加速度计并未正起作用以产生表示其本身运动的信号的情况下,这可以通过卸下加速度计、将至销的线连接反向,并且随后重新安装加速度计来进行校正。
[0058] 也被称作加速度计的载荷的加速度计上的拉紧转矩是很重要的。传感器安装技术和表面处理会影响测量的幅频响应,尤其是在高频下更是如此。应该小心以确保与光滑平坦表面的平齐配合。安装表面或传感器的刻痕、刮痕或其它变形都会影响频率响应。
[0059] 在选择适当的安装位置和方法时,应该注意的是,可以通过采用下述各项中的任一项或组合来提高信噪比:a)选择确保足够的信噪比的加速度计位置;b)确保加速度计到安装位置表面的紧固连接;c)将粘性液体施加于配合表面以便填充传感器和安装位置处的配合表面之间的小空隙,从而提高连接的刚度;d)由于线缆的移动会产生噪声,因此,确保将线缆紧固固定于发动机的固定部件;e)通过将线缆封装在导电套中或通过利用具有整体屏蔽的线缆来屏蔽线缆,以减少电磁噪声的影响;f)确保线缆至传感器的连接是安全可靠的(具有整体线缆的加速度计可以是优选的以使该连接远离可能存在于测量点处的任意剧烈的振动)。
[0060] 传感器重新安装
[0061] 例如在需要更换加速度计的情况下,或者在需要卸下或更换传感器附连其上的发动机部件的情况下,有时可能有必要卸下并重新安装加速度计。图6A和6B显示出,当重新安装传感器时,在执行原始安装传感器所使用的同一方法的情况下,重新安装的传感器可以产生一致的信号特性。与图5A和5B类似,纵轴上示出的以伏特(“V”)为单位测量的加速度计信号被相对于横轴上示出的以度数为单位的顶部死点之后的曲柄角的旋转角度绘制。在图6A和6B中,实线绘制了原始加速度计信号,虚线绘制了来自重新安装之后的加速度计的数据。图6A显示了不精确地重新安装加速度计会导致重新安装之后的明显不一致的信号获得物。会由重新安装所引入的问题包括,但不限于:a)无法确保施加了相同的预载转矩(+/-10%);b)无法确保传感器位于同一的方位中(即,缆线/连接器应该面向同一方向和角度);和,c)无法确保传感器的安装表面与其所配合的发动机部件之间绝对不存在碎屑。提高传感器的安装和重新安装之间的信号一致性的一些方法包括:a)应用诸如轻质润滑剂的粘性液体薄层,以便利用几乎不可压缩的液体来填充小空隙,从而提高传递率,并提高接合处的压缩刚度;和,b)在使用带有压电元件的爆震传感器来释放压缩预载力所产生的电压(不进行放电可能会在数据识别装置上出现偏压)的情况下,在安装后桥接加速度计的端子。为了与图6中所绘制的数据进行比较,在图6B中示出了与校正的重新安装的加速度计相关联的数据的可重复性。因此,为了确保一致的信号输出,用于重新安装加速度计的步骤应该重复原先继初始安装加速度计之后的步骤,包括施加相同的预载转矩、桥接端子以便释放从采用了压电元件的加速度计上的压缩预载力所产生的电压,并且重复用以提高信噪比的各个步骤。用于安装和重新安装加速度计的步骤之间的唯一区别在于,当首次将加速度计安装至发动机部件时,无需匹配先前的安装步骤,而在重新安装加速度计或用新的加速度计更换加速度计时,在优选的方法中,安装步骤包括先前安装中所进行的所有步骤,再加上匹配为先前安装的加速度计的定向。
[0062] 加速度计通常设计为只在一个方向上测量加速度。可能会存在来自其它方向的遗漏,这对于生产型加速度计来说比研究级传感器更加普遍。理论上,加速度计在主轴承盖上的相同平面或其它适当的安装位置内的旋转应该不影响最后得到的信号。然而,应该减少,并且优选地防止加速度计的旋转,以便将其作为将不一致性引入到所产生的信号的源进行消除。不改变加速度计的旋转的另一个原因在于改变连接器的定向将会导致在将加速度计安装于主轴承盖或位于主轴承盖附近的情况下,连接器或信号线妨碍加速度计安装位置附近的诸如曲轴的运动部件。
[0063] 应当在传感器的重新安装期间保持同样称为加速度计的载荷的加速度计上的原始拉紧转矩或预载转矩。变换器安装技术和表面处理能够影响测量的幅-频响应,尤其是在高频下更是如此。正如前面参考安装方法所概述的那样,应当小心以确保传感器安装表面与配合表面之间,或传感器安装表面与安装板之间大体平齐的配合。
[0064] 传感器冗余
[0065] 存在多种不同的发动机结构,包括内联型、V型和扁平型气缸结构。可以将加速度计用于从内燃式发动机的各个气缸采集数据,用于产生反映发动机的燃烧特性和/或特性的数据集。由于用于相邻气缸的燃烧周期的正时是偏移的,因此,当设置于两个相邻气缸之间的适当位置中,例如设置在它们之间的主轴承盖上时,可以使用单个加速度计来从相邻的气缸中采集数据。在优选的配置中,通过将加速度计设置在各组相邻气缸之间,由至少第二加速度计来采集用于内部气缸的数据。同样,所采集的数据可以彼此交叉引用,以便确保和/或提高所采集的数据的精度和准确度。在优选的实施方式中,设置至少两个加速度计,以便在每个活塞气缸中产生表征燃烧特性的信号。为从加速度计接收信号输出的信号处理器编程,以便将燃烧特性数据识别并匹配至各个气缸。在从多于一个加速度计采集用于一个气缸的燃烧特性数据的情况下,为信号处理器编程,以便将匹配到各个气缸的信号输出进行组合。从燃烧特性数据中过滤噪声,并且产生组合信号。
[0066] 在一个加速度计失效时持续为所有气缸采集数据的能力对于任意的燃烧测量系统而言都是有效的,这是因为它提高了坚固性。图7为示意性视图,其显示了加速度计在6缸燃烧式发动机上的设置示例,其中每个气缸都带有传感器冗余。虽然参考内联型6缸发动机的6个气缸描述了示例性的配置,但相同的配置也可以用于连接到V型12缸发动机的两个6气缸组的曲轴。在图7中,显示了主轴承盖MBC 1、MBC 2、M BC 3、MBC4、MBC 5、MBC6和MBC 7、气缸CYL 1、CYL 2、CYL 3、CYL 4、CYL 5和CYL 6以及加速度计230、232、234、
236、238、240、242和244的相对位置。在本示例中,采用八个加速度计来采集表示与六个气缸相关的燃烧特性的数据。例如,使用所说明的配置,可以用安装在主轴承盖MBC 2上的加速度计230和232来测量气缸CYL 1中的燃烧所产生的运动。由气缸CYL 2和CYL 3中的燃烧所产生的运动可以由安装在主轴承盖MBC 3上的加速度计234和236来测量。由气缸CYL 4和CYL 5中的燃烧所产生的运动可以由安装在主轴承盖MBC 5上的加速度计238和
240来测量。气缸CYL 6中的燃烧所产生的运动可以由安装在主轴承盖MBC 6上的加速度计242和244来测量。
[0067] 在不太优选、但是仍然可操作的实施方式中,只采用了三个加速度计,每个MBC 2、MBC 4和MBC 6上各安装一个。在这个不太优选的实施方式中,各个加速度计设置在两个活塞气缸之间的轴承盖上,以便可以用安装在相邻轴承盖上的一个加速度计来监控各个活塞气缸中的燃烧特性。这种配置是不太优选的,这是因为没有传感器冗余。为了采集用于发动机控制和诊断的燃烧特性数据,优选的是存在在加速度计之一失效的情况下用于提高的精度和坚固性的冗余信号。对于六气缸发动机来说,通过将传感器设置在紧挨着相关活塞气缸的轴承盖上而提供具有高信噪比的信号冗余,可以使用的加速度计的最小数目为六,例如,MBC 2、MBC 4和MBC6上各具有两个加速度计。只要有足够的间隙可以利用,并且在所选择的位置观察到适当的信噪比,就可以将任意的或所有的主轴承盖上安装一个或多个加速度计。
[0068] 安装有加速度计的发动机部件的振动将噪声引入到从加速度计发出的信号输出中。与接近燃烧周期频率的较低频率的振动相比,具有比燃烧周期频率高得多的频率的振动更容易从信号输出中过滤出来。在观察到这种低频振动的情况下,这会对加速度计信号的精度产生负面影响。因此,在观察到与特定的发动机部件相关的低频振动的情况下,优选的是将加速度计安装在未观察到低频振动且存在适当信噪比的另一个发动机部件上。
[0069] 已经参考多个示例性实施方式对本发明进行了描述。但是,对于本领域技术人员来说将要明白的是,可以在不脱离权利要求书中所限定的本发明的范围的情况下进行各种改变和修改
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