基于发动机振动检测机油混气和机油不足的系统和方法

摘要

本发明涉及基于发动机振动检测机油混气和机油不足的系统和方法。一种发动机控制系统，包括确定模块和检测模块。确定模块基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定发动机振动的频率并确定相应于发动机振动的曲轴位置。检测模块在频率和曲轴位置分别大于预定阈值时检出机油混气和机油不足。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请与当日提交的美国专利申请No. XX/XXX,XXX（律师案号. P004665-PTUS-DPH）相关。上述申请的全文通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种内燃机，更具体地涉及一种基于发动机振动检测机油混气和机油不足的系统和方法。  

背景技术

本文给出的背景描述用于大体地展示本文的背景。背景技术中所描述的本发明发明人的工作以及背景技术中的亦不能被视为申请日时的现有技术的多个方面既不能被明示地也不能被暗示地认为是抵触本发明的现有技术。

内燃机在气缸内燃烧空气/燃料（A/F）混合物来产生驱动扭矩。A/F混合物的燃烧驱动活塞，活塞可旋转地转动曲轴从而产生驱动扭矩。驱动扭矩可经由变速器传递到车辆的传动系（例如，车轮）。润滑油（例如，机油）可润滑运动的发动机部件以保护部件免受损坏（例如，由于摩擦引起的）。例如，机油可被从油槽抽吸到发动机的轴承中。

空气被捕获在机油中可称作“混气”。当机油被高速（例如，很高的发动机转速）循环时，这其中有更少的时间供气泡离开机油，可能发生机油混气。另外，机油混气可能随着机油温度降低而增大。机油混气可能影响燃烧，并可能由此损坏发动机部件和/或降低发动机性能。类似地，低机油液面（例如，小于机油的临界量）——也称作“机油不足”——可能损坏发动机部件和/或降低发动机性能。 

发明内容

发动机控制系统包括确定模块和检测模块。确定模块基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定发动机振动的频率并确定相应于发动机振动的曲轴位置。检测模块在发动机频率和曲轴位置分别大于预定阈值时检测机油混气和机油不足。

该方法包括：基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定发动机振动的频率；基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定相应于发动机振动的曲轴位置；以及当发动机频率和曲轴位置分别大于预定阈值时检测机油混气和机油不足。

在其它的特征中，上述的系统和方法由通过一个或多个处理器执行的计算机程序实现。计算机程序可驻留在有形的计算机可读介质中，例如但不限于，存储器、非易失性的数据存储器和/或其它适合的有形存储介质。

通过下面给出的详细描述，本发明的其它的可应用领域将变得明显。应该理解的是，详细的描述和具体的实例仅用于说明目的而不旨在限制本发明的范围。

本发明还提供了如下方案：

方案1. 一种发动机控制系统，包括：

确定模块，所述确定模块基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定发动机振动的频率并确定相应于所述发动机振动的曲轴位置；以及

检测模块，所述检测模块在所述频率和所述曲轴位置大于预定阈值时分别检出机油混气和机油不足。

方案2. 如方案1所述的发动机控制系统，还包括：

估计模块，所述估计模块基于机油混气和机油不足的检出以及频率和曲轴位置两者中的至少一者估计机油液面。

方案3. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述检测模块在所述频率和所述曲轴位置分别大于预定阈值时检出机油混气，并且其中，所述检测模块在机油混气被检出时检出机油不足。

方案4. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述检测模块在机油混气和机油不足被检出时发出错误信号。

方案5. 如方案4所述的发动机控制系统，其中，所述错误信号执行通知驾驶员和修改所述发动机的操作中的至少一者。

方案6. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述曲轴位置基于在一段时间内的所述发动机振动的最大强度。

方案7. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述发动机振动传感器是发动机爆震传感器和加速计中的一者。

方案8. 如方案1所述的发动机控制系统，还包括：

处理所述发动机振动信号的数字信号处理（DSP）模块。

方案9. 如方案8所述的发动机控制系统，其中，所述DSP模块产生所述发动机振动信号的快速傅立叶变换（FFT）。

方案10. 如方案9所述的发动机控制系统，其中，所述发动机振动的频率基于所述FFT的最大值。

方案11. 一种方法，包括：

基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定发动机振动的频率；

基于由发动机振动传感器产生的发动机振动信号确定相应于发动机振动的曲轴位置；以及

当频率和曲轴位置分别大于预定阈值时检出机油混气和机油不足。

方案12. 如方案11所述的方法，还包括基于机油混气和机油不足的检出以及频率和曲轴位置两者中的至少一者估计机油液面。

方案13. 如方案11所述的方法，其中，当所述频率和所述曲轴位置分别大于预定阈值时检出机油混气，并且在检出机油混气时，检出机油不足。

方案14. 如方案11所述的方法，其中，还包括当机油混气和机油不足被检出时产生错误信号。

方案15. 如方案14所述的方法，其中，还包括基于所述错误信号，执行通知驾驶员和修改所述发动机的操作中的至少一者。

方案16. 如方案11所述的方法，其中，所述曲轴位置基于在一段时间内的所述发动机振动的最大强度。

方案17. 如方案11所述的方法，其中，由发动机爆震传感器和加速计中的一者产生所述发动机振动信号。

方案18. 如方案11所述的方法，还包括处理所述发动机振动信号。

方案19. 如方案18所述的方法，其中，处理所述发动机振动信号包括产生所述发动机振动信号的快速傅立叶变换（FFT）。

方案20. 如方案19所述的方法，其中，所述发动机振动的频率基于所述FFT的最大值。  

附图说明

通过详细的描述和附图可更全面地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图；

图2是根据本发明的示例性控制模块的功能框图；

图3是根据本发明的基于发动机振动检测机油混气和机油不足的示例性方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述本质上仅是示例性的而绝不旨在限制本发明、本发明的应用或使用。为了清楚，在附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，语句“A、B、C中的至少一者”应解释为表示使用非排他性逻辑“或者”的逻辑（A或B或C）。应该理解的是，在不改变本发明的原理的情况下可按照不同的顺序执行本方法中的步骤。

如本文所使用的，术语“模块”表示：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器（共享、专用或成组）以及存储器；组合逻辑电路；和/或实现所需功能的其它的适合的部件。

机油不足可能因不充分的润滑（即，增大的摩擦）损坏发动机部件。然而，机油不足的检测可能是困难的和/或昂贵的。更具体地，机油压力传感器和/或机油液面传感器的实施可能增大成本并可能难以实施。例如，一个或多个传感器的安置（即，位置）可能影响是否检出机油不足（例如，可变的检测性能）。

机油液面（以及因此机油不足）与机油混气有关。更具体地，当机油液面很低时，可能发生机油混气。例如，在机油不足（即，机油液面低于阈值）期间且发动机倾斜（例如，当车辆转弯时）时，可能发生机油混气。然而，可基于发动机振动检测机油混气。例如，发动机振动的增加可表示机油混气。

因此，提出了基于发动机振动检测机油混气和机油不足的系统和方法。例如，可基于由发动机爆震传感器、加速计或其它适合的传感器产生的发动机振动信号确定或测量发动机振动。具体地，这种系统和方法可使用发动机振动信号确定发动机振动的位置和频率。例如，发动机振动位置可包括与发动机振动信号的最大强度相应的曲柄角（例如，曲柄角度或CAD）。另外，例如，发动机振动频率可基于发动机振动信号的数字信号处理（DSP）（例如，快速傅立叶变换或FFT的最大值）。

此后，这种系统和方法可基于所确定的发动机振动的位置和频率检测机油混气（以及因此的机油不足）。例如，这种系统和方法可在所确定的发动机振动信号的位置（例如，曲柄角）和频率分别大于预定的阈值时检测机油混气和机油不足。例如，预定的阈值可与正常的发动机操作相应。因此，所确定的位置和频率大于预定的阈值可能表示异常的发动机操作。

附加地或替换地，这种系统和方法还可估计机油液面。更具体地，这种系统和方法可基于机油混气/不足的检出和测量的发动机振动（即，位置和频率）估计机油液面。换言之，机油混气/不足的检出可显示预定的机油液面（例如，低的机油液面阈值）。然而，这种系统和方法还可基于发动机振动的位置和/或频率估计机油液面（即，确定机油液面低于低的机油液面阈值的程度）。例如，当发动机振动的位置和/或频率增大时，所估计的机油液面可能降低。

这种系统和方法还可在检出机油混气/不足时产生错误信号。例如，错误信号可通知车辆的驾驶员所检出的问题和/或可修改发动机操作以减小或防止对发动机部件的损坏。另外，这种系统和方法可基于机油混气/不足的检出和/或估计的机油液面修改发动机操作（例如，减小或防止对发动机的损坏）。

现参照图1，发动机系统10包括发动机12。例如，发动机12可包括火花点火（SI）燃烧发动机、压缩点火（CI）发动机（例如，柴油机）或均质充气压燃（HCCI）发动机。然而，发动机系统10还可包括例如混合动力发动机系统中的不同类型的发动机和/或附加部件（例如，电动马达）。 

发动机12经由进口系统16将空气抽吸到进气歧管14中，可通过节气门18调节进口系统16。例如，可用电子手段（例如，电子节气门控制器或ETC）控制节气门18。质量型空气流量（MAF）传感器20可测量进入进气歧管14中的MAF速率。歧管绝对压力（MAP）传感器22可测量进气歧管14内的空气的压力。进气歧管14中的空气可分配到多个气缸24中。尽管图中示出四个气缸，但可实现其它数量的气缸。

气缸24中的空气可与来自多个燃料喷射器26的燃料混合以形成空气/燃料（A/F）混合物。例如，燃料喷射器26可分别经由气缸24的进气口将燃料喷射到气缸24中（例如，进气口燃料喷射），或者分别将燃料直接喷射到气缸24中（例如，直接燃料喷射）。A/F混合物的燃烧驱动活塞（图未示），该活塞可旋转地转动曲轴30从而产生驱动扭矩。发动机速度传感器32可测量曲轴30的转速（例如，每分钟的转数或RPM）。驱动扭矩可从曲轴30经由变速器（图未示）传递到车辆的传动系（图未示）（如，车轮）。例如，变速器（图未示）可经由变矩器（例如，液力耦合器）联结到曲轴30。

具体地，在SI燃烧发动机中，可通过活塞（图未示）在气缸24内压缩A/F混合物，并通过来自多个火花塞28的火花燃烧A/F混合物。另一方面，在HCCI发动机中，可通过活塞（图未示）在气缸24内压缩A/F混合物直到达到临界压力和/或临界温度，A/F混合物自动燃烧。另外，在HCCI发动机中，火花塞28可“辅助”A/F混合物的燃烧。此外，在CI发动机（例如，柴油发动机）中，可通过活塞（图未示）压缩气缸24中的空气，并可通过燃料喷射器26将燃料喷射到被压缩的空气中（例如，直接燃料喷射），从而促使被压缩的A/F混合物燃烧。

燃烧所产生的废气可从气缸24排放到排气歧管34中。排气背压（EBP）传感器36可测量排气歧管34中的废气的压力。废气处理系统38可在废气被释放到大气之前处理废气以减小排放。废气还可用于驱动涡轮增压器40。涡轮增压器40可通过压缩吸入到进气歧管14中的空气来增大（“进气增压”）MAP，由此可产生增大的驱动扭矩（即，与更多的燃料结合时）。

另外，废气可经由废气再循环（EGR）系统42被引入到进气歧管14中。EGR系统42可包括连接排气歧管34到进气歧管14的EGR管路44以及调节被引入到进气歧管14中的废气的量的EGR阀46。具体地，EGR系统42可用于调节A/F混合物的比率和/或燃烧相位（例如，通过温度控制）。例如，可在CI发动机（例如，柴油发动机）和HCCI发动机中实施EGR系统42。 

发动机振动传感器48测量发动机振动。例如，发动机振动传感器48可包括发动机爆震传感器、加速计或其它适合的传感器。另外，发动机振动传感器48例如可包括数字式发动机振动传感器。发动机12的振动可能源于燃烧噪声。换言之，燃烧噪声可能由燃烧特特征（例如，A/F比率、点火正时等）的变化引起。然而，燃烧噪声还可能由发动机12的一个或多个气缸24中的压力的变化引起。

控制模块50接收来自节气门18、MAF传感器20、MAP传感器22、燃料喷射器26、火花塞28、发动机速度传感器32、EBP传感器36、废气处理系统38、涡轮增压器40、EGR阀46和/或发动机振动传感器48的信号。控制模块50可控制节气门18（例如，ETC）、燃料喷射器26、火花塞28、废气处理系统38和/或EGR阀46。控制模块50还可实施本发明的系统或方法。

现参照图2，图2更详细地示出了控制模块50。控制模块50可包括数字信号处理（DSP）模块70、确定模块74、检测模块78以及估计模块82。控制模块50和/或控制模块50的其它子模块还可包括存储所确定的和预先确定的参数的存储器（图未示）。例如，存储器（图未示）可包括非易失性存储器（NYM）。

DSP模块70接收来自发动机振动传感器48的发动机振动信号。DSP模块70处理发动机振动信号。更具体地，DSP模块70可对发动机振动信号执行数字信号处理（DSP）。例如，DSP模块70可生成发动机振动信号的快速傅立叶变换（FFT）。然而，DSP模块70还可执行附加的或替换的信号处理（例如，滤波、平滑化等）。

确定模块74接收发动机振动信号和处理过的发动机振动信号（例如，FFT）。确定模块74可基于发动机振动信号和处理过的发动机振动信号来分别确定发动机振动的位置和频率。更具体地，确定模块74可基于一段时间内的最大发动机振动强度（即，振幅）来确定发动机振动的位置。例如，该位置可包括曲轴30的角位置（例如，曲柄角）。另外，确定模块74可基于处理过的发动机振动信号确定发动机振动的频率。例如，发动机振动的频率可取决于FFT的最大值。

检测模块78接收来自确定模块74的所确定的发动机振动的位置和频率。检测模块78可基于所确定的发动机振动的位置和频率检测机油混气（以及机油不足）。例如，检测模块78可在所确定的发动机振动的位置和频率分别大于预定的阈值时检出机油混气/不足。检测模块78还可在检出机油混气/不足时发出错误信号。错误信号可通知车辆的驾驶员和/或修改发动机操作以减小或防止损坏。可使用信号80表示机油混气/不足的检出和/或错误信号。

估计模块82与检测模块通信。估计模块82可接收表示是否检出机油混气/不足的信号。估计模块82可基于机油混气/不足的检出和发动机振动的位置和/或频率估计机油液面。更具体地，机油混气/不足的检出可表示预定的机油液面（例如，低的机油液面阈值）。然而，该系统和方法还可由此基于发动机振动的位置和/或频率估计机油液面（即，确定机油液面低于低的机油液面阈值的程度）。例如，当发动机振动的位置和/或频率增大时，所估计的机油液面可能降低。估计模块还可发出所估计的机油液面小于预定（例如，临界的）阈值的错误信号。错误信号可通知车辆的驾驶员和/或修改发动机操作以减小或防止损坏。可使用信号84表示机油液面的估计和/或错误信号。

现参照图3，使用发动机振动传感器48检测机油混气的方法始于100。在步骤100，控制模块50通过接收来自发动机振动传感器48的发动机振动信号测量发动机振动。在步骤104，控制模块50处理发动机振动信号（例如，生成FFT）。在步骤108，控制模块50确定发动机振动的位置（例如，曲柄角）。

在步骤112，控制模块50确定发动机振动的频率。在步骤116，控制模块50检测机油混气/不足。更具体地，控制模块50可确定所确定的发动机振动的位置和频率是否分别大于预定阈值。如果大于预定阈值，控制可进行到步骤120。如果不大于预定阈值，控制可返回到步骤100。

在步骤120，控制模块50估计机油液面。更具体地，控制模块50可基于机油混气/不足的检出以及发动机振动的位置和/或频率估计机油液面。在步骤124，控制模块50可能因机油混气/不足（或临界的机油液面）通知车辆的驾驶员和/或修改发动机操作。随后，控制可返回到步骤100。

本发明的广泛教义可以各种型式实现。因此，尽管本发明包括多个实例，但本发明的真实范围不应限于此，因为本领域的技术人员在研习附图、说明书以及下面的权利要求之后很容易预见到其它的变型。