用于激光壓力換能器的方法和系統的制作方法

用于激光壓力換能器的方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供通過使用激光壓力換能器準確地估計發動機進氣歧管或排氣歧管壓力的方法和系統。激光電路耦合到被安裝到發動機歧管的壓敏隔膜。歧管壓力被基于隔膜的撓曲而推斷，而撓曲基于將激光脈沖發射到隔膜內和檢測到來自隔膜的反射脈沖之間的計時而被估計。
【專利說明】
用于激光壓力換能器的方法和系統
技術領域
[0001]本申請涉及用于準確且低成本地測量歧管壓力而被耦合到發動機歧管的激光壓力換能器(transducer)的方法和系統。
【背景技術】
[0002]發動機系統可以在各種位置包括一個或更多壓力換能器，其用于測量發動機操作參數，如歧管壓力(MAP)、排氣壓力、增壓壓力、大氣壓力等。然后，所測量的參數被用來控制發動機設置。例如，基于所測量的參數，可調整各種發動機致動器的設置，如進氣節氣門、排氣催化劑、渦輪增壓器、微粒過濾器等的操作。此外，這些測量會影響用于廢氣排放的發動機控制和發動機燃料經濟性。各種可用的壓力換能器設計包括，例如，壓阻式(PRT)換能器和電容式換能器。但是，這種換能器由于它們所位于的惡劣環境而具有短的壽命。在排氣壓力換能器的情況下尤其如此。例如，由于它們的電路暴露于腐蝕性液體，電容式換能器和PRT換能器可變得劣化。因為由換能器提供的測量顯著地影響發動機控制，因此換能器可能需要頻繁的替換，以允許有可靠的讀數。
[0003]具有改善的性能的排氣換能器的一個實例由Goto等人在美國8，208，143中提供。其中，排氣傳感器使用光導纖維，從而借助激光燈照射排氣，所照射的光橫穿排氣路徑。傳輸通過排氣后，光被檢測器測量。基于由檢測器接收到的光，各種排氣參數，如濃度、溫度等被確定。在其它的實例中，可使用電阻值隨著傳感器的變形而變化的應變計型壓力換能器，其中，傳感器的變形量與傳感器附近的壓力相關。

【發明內容】

[0004]但是，本發明人已經意識到這些方法的潛在問題。作為一個實例，這些換能器可以仍然易受來自排氣成分的腐蝕的影響。例如，由于傳感器基底耦合在排氣通道的橫截面的兩端，由于接觸高溫排氣和腐蝕性排氣成分，所以其可容易地劣化。結果，即使激光器是功能性的，傳感器也需要被替換。此外，在排氣環境中設置檢測器可以使對光源的觀察易于被碳煙阻擋。因此，仍然存在昂貴的保修問題。另外，可存在需要召回發動機部件的可能性，從而降低車輛制造商的客戶質量感覺。作為另一個實例，傳感器可以是成本過高的。例如，當被組裝到密封的隔膜時，應變計換能器組件可涉及安裝表面的嚴格的清潔和借助電橋(bridge)粘合劑將應變計手動施加到隔膜。然后，剩余區域可需要填充封裝化合物。多個步驟增加成本和復雜性，其可使得傳感器太昂貴。
[0005]在一個實施例中，上述問題中的一些可通過用于發動機的方法解決，所述方法包括:響應于從發動機歧管內隔膜彈回來的所接收的發動機激光脈沖，調整發動機操作。這樣，壓力傳感器可以被提供在由發動機歧管中壓力變化而撓曲的(deflected)隔膜內。
[0006]作為一個實例，發動機歧管可經配置以包括激光壓力換能器系統。激光壓力換能器系統可包括耦合到發動機歧管的中空隔膜。例如，隔膜可模制到發動機進氣歧管，從而估計進氣歧管壓力。作為另一個實例，隔膜可安裝到或壓制到排氣歧管上，從而估計排氣歧管壓力。二極管激光器和激光檢測器可安裝到隔膜的頂部。例如，激光器和檢測器可安裝到將隔膜保持在發動機歧管中的殼體。可將隔膜的內腔密封，從而減少頻繁和嚴格的清潔需要。激光器可經操作以預先限定的頻率將激光脈沖發射到隔膜的內部(并且朝著隔膜的底部)。然后，脈沖可以從內部反射并朝頂部反彈，在頂部它們可以由檢測器檢測。基于來自激光器的激光脈沖的發射和在檢測器的反射脈沖的檢測之間所經過的時間可確定隔膜的變形。發動機所經過的持續時間可以與已知該隔膜沒有變形時(如在發動機關閉條件期間)的校準條件期間獲知的閾值持續時間比較。當所經過的持續時間相對于校準閾值減少時，估計的隔膜變形可以增加。此外，基于由安裝在隔膜上的在激光器和檢測器旁邊的熱傳感器確定的隔膜溫度，可以調整變形估計。熱傳感器可以基于接收到來自隔膜內部的紅外輻射的感測來估計隔膜溫度。所估計的隔膜變形可與隔膜所經受的歧管壓力的量直接地相關。在一些實施例中，和靜態壓力測量相比，激光器的輸出還可用來執行隔膜撓曲的多普勒頻移分析，從而提供更高分辨率的動態壓力測量。然后，可基于歧管壓力估計來調整多個操作參數(節氣門開口和增壓壓力)中的一個。通過使用激光器壓力換能器，靜態壓力測量和動態壓力測量中的每一個都可借助相同的壓力換能器實現。同樣地，歧管壓力的多普勒平移分析也在傳統的應變計壓力傳感器的能力之外。
[0007]這樣，可提供成本更低的歧管壓力換能器/傳感器而不會損害傳感器的精度或可靠性。通過使用激光器、檢測器以及耦合到密封隔膜的熱傳感器，傳感器電路可免受發動機進氣歧管或排氣歧管的惡劣環境，從而改善傳感器的耐久性并減少保修問題。通過依靠可容易地組裝的激光器部件(例如，可借助貼裝機/拾取和放置機器組裝到單塊電路板上的電路)，可降低將壓力換能器組裝到發動機進氣歧管或排氣歧管的成本和復雜性。通過改善壓力測量的可靠性，可減少發動機控制錯誤。
[0008]應當理解，提供上面的
【發明內容】
是為了以簡化的形式介紹將在以下【具體實施方式】中進一步描述的一些概念。并不旨在標識所要求保護主題的關鍵或必要特征，其范圍由【具體實施方式】后的權利要求唯一限定。此外，所要求保護的主題并不限于解決上面或本公開任何一部分中提及的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0009]圖1示出經構造具有激光壓力換能器系統的示例內燃機。
[0010]圖2示出圖1的激光壓力換能器系統的示例性實施例。
[0011]圖3A-B示出被模制到進氣歧管內的激光壓力換能器系統的示例視圖。
[0012]圖4示出安裝到排氣歧管上的示例激光壓力換能器系統。
[0013]圖5示出用于基于通過激光壓力換能器系統產生的歧管壓力估計來調整發動機操作的高水平流程圖。
[0014]圖6示出具有設置在各個排氣流道中的各個微粒過濾器的發動機系統的示例性實施例。
[0015]圖7示出基于由排氣激光壓力換能器估計的歧管壓力，識別圖6的發動機系統中發動機部件的劣化的高水平流程圖。
【具體實施方式】
[0016]本文提供了用于成本節約且耐久的激光壓力換能器的方法和系統。壓力換能器可以耦合到發動機系統(如圖1和圖6中的發動機系統)的進氣歧管或排氣歧管，從而準確地估計歧管壓力(例如，進氣或排氣歧管壓力)。壓力換能器可被構造為密封的隔膜，其安裝有與激光器、檢測器以及熱傳感器中的每一個相關的電路(圖2)。如圖3所示，隔膜可模制到進氣歧管，或如圖4所示壓制到排氣歧管上。發動機控制器經構造可執行控制程序，如圖5中的程序，從而將來自激光器的激光脈沖發射到隔膜內，并且然后在檢測器處檢測從隔膜內部反彈回的反射脈沖。歧管壓力可與隔膜變形的量相關，所述變形基于激光脈沖的發射和反射脈沖的檢測之間經過的時間而被確定。控制器經構造也可執行控制程序，如圖7中的程序，從而基于由激光壓力換能器估計的排氣歧管壓力識別發動機部件的劣化(如燃料噴射器或個別流道微粒過濾器或失火事件)。這樣，可準確地獲得歧管壓力，同時延長歧管壓力傳感器的壽命。
[0017]圖1示出車輛系統6的示意圖。車輛系統6包括發動機系統8。發動機系統8可包括具有多個汽缸30的發動機10。發動機10包括發動機進氣裝置23和發動機排氣裝置25。發動機進氣裝置23包括通過進氣道42流體耦合到發動機進氣歧管44的節氣門62。發動機排氣裝置25包括排氣歧管48，其最終通到將排氣傳送到大氣的排氣道35。
[0018]在所示實施例中，發動機系統8是經構造具有渦輪增壓器50的增壓發動機系統。渦輪增壓器50包括通過排氣渦輪54的旋轉經由軸53驅動的進氣壓縮機52。節氣門62可位于進氣壓縮機52下游且在(任選的)后置冷卻器上游的進氣通道42中。當包括后置冷卻器時，后置冷卻器經構造可降低由增壓設備壓縮過的進氣的溫度。
[0019]進氣歧管44可包括耦合在節氣門62下游的激光壓力換能器106和用于估計進氣歧管壓力(MAP)的后置冷卻器56。如圖3所闡述，壓力換能器106可模制為進氣歧管(或管或氣室)的一部分。如圖2所闡述，激光壓力換能器可包括隔膜，其中基于隔膜的變形估計歧管壓力。隔膜可由與進氣歧管的材料相同的材料制成，如由玻璃纖維塑料制成。這改善傳感器的耐久性。發動機控制器可基于所估計的進氣歧管壓力調整一個或更多發動機操作參數，如增壓水平、節氣門開口和/或排氣再循環量。
[0020]發動機排氣裝置25可包括一個或更多排放控制設備70，其可安裝在排氣內緊密耦合位置。一個或更多排放控制設備可包括三元催化劑、稀NOx過濾器、SCR催化劑等。已經被處理過然后經過排放控制設備70的排氣管排氣可通過排氣道35排到大氣。
[0021]排氣歧管48也可包括為估計排氣歧管壓力而被耦合在排放控制設備70上游的激光壓力換能器108。在替代實例中，激光壓力換能器可以設置在排氣歧管的筆直區域中的渦輪54上游的排氣歧管內。這個位置也能夠檢測到阻塞的或丟失的排放控制設備70。如圖4中所闡述的，壓力換能器108可壓制到排氣道35(或管或氣室)上。如圖2中所闡述的，激光壓力換能器可包括隔膜，其中基于隔膜的變形估計歧管壓力。隔膜可由剛或鋁制成。這會提高傳感器在排氣歧管的惡劣且腐蝕環境下的耐久性。基于所估計的歧管壓力，發動機控制器可調整一個或更多的發動機操作參數，如增壓水平、節氣門開口和/或排氣催化劑溫度。
[0022]車輛系統6可還包括控制系統14。所述顯示的控制系統14從多個傳感器16(本文描述其各種實施例)接收信息，并且將控制信號發送到多個致動器81(本文描述其各種實施例)。作為一個實例，傳感器16可包括排氣傳感器126(位于排氣歧管48內)、溫度傳感器128、進氣歧管壓力換能器106以及排氣壓力換能器108。其它傳感器，如附加的壓力傳感器、溫度傳感器、空燃比傳感器以及組成傳感器也可以耦合到車輛系統6中的各個位置。作為另一個實施例，致動器可包括燃料噴射器66、節氣門62、通過渦輪增壓器50的增壓水平輸出等。控制系統14可包括控制器12。控制器可從各種傳感器接收輸入數據、處理輸入數據，并且基于與一個或多個程序相應的被編入其中的指令或代碼響應于處理過的輸入數據而觸發致動器。參考圖5示出一個示例程序。
[0023]現在轉向圖2，其示出激光壓力換能器的示例性實施例200。激光壓力換能器可耦合到進氣歧管(如圖1中的傳感器106)或排氣歧管(如傳感器108)。換能器200包括隔膜202。在一個實施例中，其中換能器耦合到發動機排氣歧管，隔膜202可澆鑄到(cast into)(或壓制到或加工到)排氣歧管中。另外，集成的隔膜可由耐較高溫度的材料，如鋁或鋼制成。在另一個實施例中，其中換能器耦合到發動機進氣歧管，隔膜202可模制到進氣歧管中，例如，被模制為進氣歧管上平坦的點(spot)。另外，集成隔膜可由與進氣歧管的材料相同的材料制成，如復力斯(flex)(纖維玻璃塑料)。在其它實例中，換能器隔膜可由具有塑料或金屬隔膜的常規換能器殼體制成，并且可以使用傳感器線路(如，儀表傳感器(gauge sensor)線路)。
[0024]二極管激光器204和激光檢測器206可安裝到隔膜202的頂部，并且被引導至隔膜底部的內表面。另外，熱傳感器208可安裝到隔膜的頂部，并且被引導至隔膜底部的內表面。可替代地，光學部件可安裝到將隔膜保持在發動機歧管中的殼體。同樣地，由于近年來二級管激光器技術擴散到生產產品中，激光器的成本已經顯著地降低。另外，與二極管激光器和檢測器關聯的電路可以用貼裝機/拾取和放置機器容易地組裝到單塊電路板上。結果，二極管激光器204、檢測器206以及熱傳感器208可容易地且成本節約地耦合到隔膜202的頂部。因此，與應變計組件相比，這可以降低激光壓力換能器的成本和復雜性，所述應變計組件要求嚴格地清潔安裝表面，用粘合劑將應變計手動施加到隔膜，并且用封裝化合物小心地填充隔膜的腔。
[0025]隔膜202可以是中空的，同時腔被密封。在施加壓力時，隔膜的外表面可以是可變形的。在隔膜202(如在進氣歧管或排氣歧管中，基于換能器的位置)附近的充氣可施加壓力到隔膜上，從而使其變形。具體地，當歧管壓力增加時，隔膜的變形可增加。控制器12可以經構造以基于從隔膜(內部)彈回的接收的激光脈沖，估計隔膜的變形，并且使隔膜的變形與歧管壓力估計相關。然后，如圖5中闡述，基于所估計的歧管壓力，可調整一個或更多發動機操作參數。
[0026]控制器12可以經構造以操作激光器204，從而將激光脈沖發射到隔膜的內部。具體地，激光器204可將激光脈沖210發射到隔膜的底部，并且朝著隔膜的底部。激光脈沖210可以是較低功率的脈沖。例如，所使用的激光脈沖可在低能量強度下掃描頻率。作為示例，激光器可以用重復的線性頻率斜坡調頻。位于隔膜頂部的檢測器206可接收從隔膜的底表面反射的回波脈沖212。具體地，激光發射后，反射離開隔膜的光能由檢測器206檢測。通過將激光器和檢測器指向來自隔膜的密封腔之內的隔膜內部，激光器以及激光器和檢測器的光學器件(optics)都可保持清潔。因此，這允許進行更準確的測量，同時增加壓力換能器系統的耐久性和壽命。
[0027 ]激光脈沖210的發射和反射脈沖212的檢測之間的時間差(即經過的持續時間)可用來估計隔膜的變形量。時間差可以進一步與時間閾值比較。例如，因為激光器204到隔膜202底表面的距離小，所以通過檢測器206檢測反射的激光脈沖可發生在皮秒時間范圍內。因此，基于激光脈沖覆蓋完全沒有變形的隔膜的長度并且返回所用時間(例如，I皮秒)的時間閾值可被用作與測量的時間差相比較的參考值。參考值可在隔膜沒有變形時的選擇狀態期間獲得，如在隔膜組裝到歧管后不久，或在發動機關閉狀態期間。對于發射的激光脈沖，如果用少于I皮秒的時間檢測反射的光能，這指示隔膜變形。因此，當檢測反射脈沖所用的時間從閾值減少時，所估計的隔膜變形可以增加。因為隔膜變形是由于來自歧管中的充氣施加在隔膜上的壓力，所以可基于增加的隔膜變形推斷歧管壓力(MAP)。在一些實例中，使用具有重復的線性頻率斜坡的調頻激光束，通過頻率調制方法可估計隔膜變形(從而估計MAP) ο
[0028]也可調整壓力估計，以補償由于溫度發生的隔膜變形的變化。具體地，熱傳感器208可以經構造以基于在熱傳感器208處從隔膜202內部接收的紅外輻射214，估計隔膜的溫度。如參考圖5中所闡述的，控制器可基于所估計的溫度和所估計的隔膜撓曲，通過參考查找表來估計歧管壓力。如果所估計的歧管壓力(MAP)在有效范圍內(如基于隔膜的長度)，則MAP信號可用來調整發動機操作參數。否則，換能器輸出可被認為是錯誤的且在已劣化的精度范圍內。
[0029]應當理解，除了上面討論的靜態壓力測量，通過使用相同的激光壓力換能器還可以進行較高解析度的動態壓力測量，而且同時施加所估計的隔膜撓曲/變形的多普勒頻移測量。其中，通過比較兩個不同時間下的隔膜撓曲，并且觀察撓曲之間的多普勒頻移，可推斷MAP的變化。例如，當考慮到MAP必須檢測是否接近可以損壞進氣的大靜態值時，可比較兩種類型測量的值。
[0030]現在轉向圖3A-B，其示出耦合到進氣歧管的激光壓力換能器系統的示例視圖。具體地，圖3A示出耦合到進氣歧管的壓力換能器的俯視圖300，而圖3B示出俯視圖350。
[0031]俯視圖300示出進氣歧管302，其連接到汽缸蓋304，并且經構造通過流道306將進氣空氣充氣(intake aircharge)遞送到發動機汽缸(未示出)。進氣歧管302由耐熱材料，如纖維玻璃塑料制成。進氣歧管經構造可具有在進氣歧管的平面上方突出的交叉結構(cross-structure)307。交叉結構307將結構剛性提供到進氣歧管302。在交叉結構307之間的是平坦區域308。
[0032]進氣歧管激光換能器106(圖1中)可模制到進氣歧管302。具體地，隔膜310可模制到進氣歧管302的平坦區域308中。換句話說，平坦區域中的一個可以是壓敏隔膜。隔膜的中央位置允許其與歧管中心的壓力成比例地撓曲，然后由激光換能器轉換為電輸出。
[0033]隔膜310可由與進氣歧管的材料相同的材料，如纖維玻璃塑料構成。然后，激光器電路部件312可被容納(be housed)在隔膜的頂部。具體地，激光器電路部件312可被印刷到容納在隔膜頂部上的激光電路板318上。激光器電路部件312可包括二極管激光器(用于發射激光脈沖)、激光檢測器(用于檢測反射的激光脈沖)以及熱傳感器(用于從隔膜內部接收紅外輻射)。
[0034]圖3B中的側視圖350示出被模制到進氣歧管302的隔膜310，且被模制在隔膜的頂部上的激光器殼體316。隔膜310被模制到進氣歧管302的平坦區域308中，從而在進氣節氣門314的下游且在將空氣遞送到汽缸的流道306的上游的位置處可估計歧管空氣充氣壓力。激光器殼體可被構造為使得激光器電路板318可滑入殼體中。這降低了激光換能器系統的成本和復雜性。
[0035]在一個實例中，隔膜310具有暴露于主要的進氣歧管壓力的大體上平坦的表面，其中激光器電路部件312被設置在暴露于進氣歧管內部體積的平坦的表面的相對一側。激光器電路部件可包括垂直地瞄準暴露于進氣歧管的內部體積的表面的后側的激光器。隔膜310的大體上平坦表面可與進氣歧管壁的內表面大體對準，使得其與歧管壁齊平，以便不會比進氣歧管壁的其他附近部分更遠地伸入到進氣歧管的內腔內。
[0036]現在轉向圖4，其示出耦合到排氣歧管的激光壓力換能器系統的示例性實施例400。實施例400示出排氣歧管408，其經構造通過排氣道35從下游將通過排放控制設備70后已處理過的排氣遞送到大氣。排氣歧管408由耐熱材料，如纖維玻璃、塑料、鋼或鋁，制成。
[0037]排氣歧管激光壓力換能器108(圖1中)可壓制到排氣歧管408中。更具體地，隔膜410可壓制到排氣通道35中。可替代地，在類似于上述關于進氣歧管激光壓力換能器構造的構造中，隔膜400可被澆鑄或機械加工為排氣歧管的基礎結構的部件，該配置類似于參考進氣歧管激光壓力換能器的上述配置，其中排氣歧管的平坦區域被配置成壓敏隔膜。集成隔膜410可由耐熱材料制成，包括與排氣歧管材料相同的材料，如鋁或鋼(例如，304不銹鋼)和/或塑料。然后，激光器電路部件412可以被容納在隔膜的頂部。具體地，激光器電路部件412可被印刷到激光器電路板418上，所述激光器電路板418被容納在隔膜的頂部上的殼體416內。激光器電路部件412可包括二極管激光器(用于發射激光脈沖)、激光檢測器(用于檢測反射的激光脈沖)以及熱傳感器(用于從隔膜的內部接收紅外輻射)。激光器殼體可被構造成使得激光電路板418可滑入殼體內。可替代地，電路板可壓制到殼體中。這降低了激光換能器系統的成本和復雜性。
[0038]應當理解，在替代實施例中，進氣歧管激光壓力換能器和排氣歧管激光壓力換能器系統中的任一個都可包括常規的換能器殼體，其具有塑料或金屬隔膜以及將激光電路板部件連接到隔膜的傳感器線路。
[0039]現在轉向圖5，其示出的實例方法500用于操作激光壓力換能器系統以估計歧管壓力，以及基于所估計的歧管壓力調整發動機操作參數。該方法能夠響應于從發動機歧管內隔膜彈回的所接收的激光脈沖，調整發動機操作。
[0040]在502，可以確認，激光壓力換能器的激光器被通電并且正在發送脈沖(或能夠發送脈沖)。如果不是，在503，可以使激光器斷電。另外，故障狀態可以被發送到PCM控制器。例如，指示有故障的激光壓力換能器的診斷代碼可以由發動機控制器設置。
[0041]如果激光器正在工作，在504，該方法包括操作激光器，以將激光脈沖發射到隔膜的內部。激光器可安裝或壓制到隔膜的頂部上，并且因此經構造可將發射的激光脈沖指向到隔膜的內部，且更具體地，指向到隔膜的底部表面。例如，激光脈沖可從安裝在隔膜上的激光器朝耦合到發動機歧管的隔膜發射。激光脈沖可與發動機點火頻率同步發射。在506，方法包括在安裝或壓制到隔膜頂部的檢測器處檢測從隔膜底部表面反射的激光脈沖。具體地，在安裝到隔膜的檢測器處可以接收到從與歧管的內部相對的隔膜的內部反射的激光脈沖。
[0042]在508，方法包括確認激光檢測器正在接收有效范圍內的距離信號。因此，在激光脈沖的發射和反射脈沖的檢測之間經過的持續時間與隔膜的頂部(激光脈沖被發射的地方)和隔膜的底部(反射激光脈沖的地方)之間的距離相關。如果在檢測器處接收的距離信號大于相應于隔膜長度的信號，則可確定檢測器沒有正接收在有效范圍內的距離信號。如果信號不在有效范圍內，則方法回到503，其中激光器被斷電，且故障狀態被指示。
[0043]如果激光檢測器正在接收在有效范圍內的距離信號，則在510，方法包括確認熱傳感器(也安裝到隔膜的頂部)正在讀取有效的溫度信號(Td)。例如，隔膜預期的溫度可基于發動機工況而被確定。如果熱傳感器讀數高于或低于預期的讀數超過閾值量，可確定熱傳感器輸出是不準確的。如果熱傳感器讀數是有效的，則在512，方法包括設置診斷代碼，以指示熱傳感器被劣化。例如，可設置精度劣化的溫度故障狀態。另外，隔膜溫度可設置為默認的溫度(例如，60° F)。
[0044]下一步，在514，方法包括基于在激光脈沖的發射和激光脈沖的檢測之間經過的時間，計算到隔膜的距離(Dmeas)。例如，通過使用具有重復的線性頻率斜坡的調頻激光束，用頻率調制方法可以確定該距離。
[0045]在516，方法包括基于相對于閾值的激光脈沖計時(timing)，估計隔膜變形(或撓曲)的量。同樣地，隔膜可模制到歧管(或壓制或澆鑄到歧管)中。因此，基于發動機歧管(其可以是進氣或排氣歧管)中隔膜經受的壓力的量，隔膜的變形可以變化。具體地，當歧管壓力增加時，隔膜的變形可以增加，并且相應地，到隔膜的距離(以及在激光脈沖的發射和反射脈沖的檢測之間經過的時間)可以減小。在一個實例中，發動機在激光脈沖的發射和激光脈沖的檢測之間的估計時間差可以與隔膜沒有變形時(例如在發動機沒有正操作之時)的校準條件期間所估計的時間差比較。可替代地，發動機工況期間所估計的到隔膜的距離可以與隔膜沒有變形的校準條件期間所估計的到隔膜的閾值距離比較。當所估計的時間差從閾值減小時，由于歧管壓力產生的隔膜的估計變形也可以增加。同樣，當到隔膜的估計距離減小時，由于歧管壓力產生的隔膜變形也可以增加。
[0046]在518，基于隔膜的變形可估計歧管壓力。基于所估計的隔膜的溫度(Td)，可進一步調整歧管壓力估計。例如，在給定的溫度下，當隔膜的變形增加時，施加在隔膜上的歧管壓力的估計可相應地增加。控制器可參考被存儲為到隔膜的距離(或激光器計時)和隔膜溫度的函數的查找表，以確定相應的歧管壓力(MAP)。
[0047]在520，可確定歧管壓力是否在有效范圍內。例如，基于發動機工況，可確定預期的歧管壓力。如果所估計的歧管壓力高于或低于預期的壓力超過閾值量，可確定壓力信號是無效的。如果壓力信號被確定是無效的，在524，方法包括設置已劣化的范圍精度故障狀態(例如，通過設置診斷代碼)。另外，所估計的(無效的)壓力可被存儲在控制器的存儲器中，但是不用于調整發動機操作參數。
[0048]如果壓力信號被確定是有效的，在522，方法包括設置有效的壓力狀態。另外，所估計的(有效的)壓力可被存儲在控制器的存儲器中。在526，基于所估計的歧管壓力，可調整一個或更多發動機操作參數。例如，調整可包括響應于所估計的歧管壓力，調整進氣節氣門開口，調整增壓水平，調整排氣再循環的量，以及調整排氣催化劑溫度中的一個或更多。
[0049]在另外的實施例中，通過耦合到排氣歧管的激光壓力換能器估計的排氣歧管壓力可與發動機點火和位置正時數據一起用來診斷具有設置在各個排氣流道中的各個微粒過濾器(例如，汽油微粒過濾器或GPF)的發動機系統的燃料噴射器。參考圖6提供這種發動機系統的示例。參考圖7，其示出響應于接收到從發動機歧管中隔膜彈回的激光脈沖，指示發動機失火和燃料噴射器劣化中的一個或更多的示例方法。
[0050]圖6示出在發動機600的汽缸648A-D的排氣流道662A-D內具有各個微粒過濾器664A-D的內燃發動機600的示例的示意圖。所顯示的發動機600的當前構造具有四個汽缸。但是，可使用具有不同構造(例如，具有更多或更少的汽缸)的發動機。此外，在一些實施例中，發動機600可以是圖1中發動機系統8的示例。
[0051]如圖6所示，發動機600包括具有通到空氣濾清器624的進氣通路622的發動機進氣歧管620。氣體流量控制設備(例如，進氣節氣門626)可被放置在空氣濾清器624的下游，以調節到發動機缸體(block)640的空氣流率。作為示例，踩加速器踏板期間進氣節氣門626可以是打開的節氣門，松加速器踏板期間其可以是關閉的節氣門。進氣可流經節氣門626，然后進入渦輪增壓器的壓縮機627。受壓縮的進氣可以通過發動機進氣通路630流動到發動機汽缸空氣進氣門642A-D。作為示例，基于發動機轉速、發動機載荷和/或AFR，發動機汽缸空氣進氣門642A-D可調整到發動機汽缸648A-D的氣體流量。
[0052]排氣再循環(EGR)可從EGR導管670通過EGR進氣控制閥680，流入發動機EGR進氣通路632，然后到發動機汽缸EGR進氣門644A-D。如當前實施例中所示，發動機空氣進氣通路630與發動機EGR進氣通路632相分離，并且在到達它們相應的發動機汽缸氣門之前，兩種氣體不允許混合。但是，在其它實施例中，兩種氣體可以混合，并且流進通到一個控制閥的單個通路，所述控制閥調節進入發動機汽缸的氣體進氣量。盡管示出高壓(HP)EGR系統(S卩，排氣經由EGR導管670從渦輪增壓器的渦輪629的上游流到壓縮機627下游的進氣通路)，應當理解，附加的或替代的EGR構造可包括在發動機600中。例如，在一些實施例中，LP EGR系統(即排氣從渦輪629的下游流到壓縮機627的上游的進氣通路)可以被包括在發動機600中。
[0053]位于發動機缸體640內的發動機汽缸648A-D分別從燃料噴射器646A-D接收燃料。排氣流道662A-D在第一端分別親合到發動機汽缸648A-D，并且在第二端組合以形成排氣歧管通路666作為排氣歧管660的一部分。來自排氣歧管660的排氣有選擇地流過EGR導管670和/或渦輪629。流過渦輪629的排氣然后被提供到一個或多個排氣后處理設備，如三元催化劑(TWC) 672。在典型的排氣系統中，單個的、大的微粒過濾器可被放置在TWC的下游。如圖2所不，各個微粒過濾器664A-D中的每一個可設置在發動機汽缸648A-D的排氣流道662A-D中不同的流道中。因此，從第一汽缸流出的排氣僅僅流過第一微粒過濾器(例如，來自汽缸648A的排氣僅僅流過微粒過濾器664A)。換句話說，微粒過濾器僅僅接收來自各自汽缸的排氣(例如，微粒過濾器664A接收僅僅來自汽缸648A的排氣)。這樣，可以小于典型排氣系統內包括的微粒過濾器的所述多個各個微粒過濾器可以被包括在發動機600內以代替在其他車輛內通常位于TWC的下游的單個的、大的微粒過濾器。應當理解，在其他示例中，除了TWC下游的單個的、大的微粒過濾器之外，各個微粒過濾器也可以被包括在發動機600中。微粒過濾器664A-D可包含用于捕集和/或去除來自經過過濾器的排氣的微粒的合適材料。
[0054]單個激光排氣壓力換能器668可設置在每個排氣流道的下游且在渦輪629的上游。但是，應當理解，后處理設備、渦輪以及排氣壓力傳感器的其它布置可以被包括在發動機600的其它示例中。例如，各個激光壓力換能器可設置在TWC672和渦輪629的上游且在排氣歧管660內的，在每個微粒過濾器(如，664A-D)的下游的每個排氣流道662A-D內。來自汽缸的排氣流道的排氣在排氣歧管660中合并。來自每個排氣流道的排氣可流到EGR導管670或TWC672 AGR導管670使排氣流向EGR進氣控制閥680。在排氣被釋放到大氣之前，TWC672將有害的排氣化合物轉換成安全的化合物。
[0055]在這個構造中，排氣激光壓力換能器668可測量排氣歧管660中排氣的壓力。基于點火時間，壓力傳感器668可確定來源于各個發動機汽缸的排氣(例如，來自于該汽缸的通過相關的排氣流道流動到排氣歧管的排氣)的壓力。點火時間可以與各個汽缸點火事件相關，以便將壓力測量與各個汽缸點火事件相關聯。對壓力傳感器信號進行采樣的頻率可以是選擇的頻率，并且可以被定時以對應于各個汽缸點火事件。在一個實施例中，可在控制器每次接收到表面點火感測(PIP)信號時對壓力傳感器信號進行采樣。每當耦合到曲軸的輪的齒(或缺失齒)經過霍爾效應傳感器時，就從曲軸傳感器(如圖1中的霍爾效應傳感器120)發送PIP信號。由于曲軸位置與各個汽缸點火事件中的每一個相關，所以可利用所述位置來確定各個汽缸點火事件中的哪個汽缸點火事件對應于樣品中在該曲軸位置處獲得的壓力傳感器信號測量。
[0056]各個汽缸排氣壓力測量提供信息以診斷燃料噴射器646A-D，如失火事件(如圖7中闡述)以及微粒過濾器664A-D中高的微粒物質載荷。另外，排氣壓力測量可用來診斷切換事件(switching event)期間的空氣-燃料汽缸不平衡。作為一個實例，如果壓力傳感器668確定個別汽缸的排氣壓力振幅高于汽缸點火事件之前的預期排氣壓力，那么可確定汽缸已經失火。作為另一個示例，如果壓力傳感器668測量個別汽缸的排氣壓力振幅正低于預期排氣壓力振幅和/或平均排氣壓力振幅，那么可以確定該汽缸的各個微粒過濾器的微粒物質載荷高于預期的和/或可接受的微粒物質載荷。因此，基于來自壓力傳感器668的測量，響應于診斷出在個別微粒過濾器上的高微粒載荷，控制器可命令該微粒過濾器的再生。
[0057]在上述實例中，預期的排氣壓力可基于發動機工況，如發動機轉速和點火順序、火花正時或被確定為發動機參數的函數的預定值，如空氣質量。同樣，平均排氣壓力可以是與每個汽缸相關聯的排氣壓力振幅在一段時間內(例如，選擇的數個發動機循環)的平均測量值。
[0058]作為另一個實例，響應于汽缸的排氣壓力振幅測量值低于閾值，可指示與汽缸相關聯的燃料噴射器(例如，將燃料噴射到該汽缸內的燃料噴射器)被劣化。響應于劣化的燃料噴射器的該確定，可命令發動機調整，以便解決劣化的燃料噴射器的影響(例如，來自已劣化燃料噴射器的微粒物質輸出的增加引起微粒過濾器上微粒載荷的增加)。在一些實施例中，發動機調整可包括延遲火花正時以增加汽缸溫度，從而再生微粒過濾器和/或清潔燃料噴射器的污垢。
[0059]現在轉向圖7，其提供了基于由排氣激光壓力換能器估計的排氣歧管壓力來識別燃料噴射器的劣化、各個流道微粒過濾器的劣化以及失火事件中的至少一個的示例方法700。雖然參考圖6中發動機系統描述了該方法，但是應當理解，該方法可類似地用于其它的發動機系統構造。
[0060]在702，該方法包括檢索發動機點火和位置正時數據。這包括檢索與每個發動機汽缸中點火事件的正時以及每個汽缸中活塞的位置有關的數據。換句話說，可確定每個汽缸處于哪個沖程(stroke)中，并且還可以確定在給定的發動機汽缸中點火事件是否已經發生。
[0061]在704，方法包括基于從排氣激光壓力換能器(如圖1中的換能器108或圖6中的傳感器668)的隔膜的內部彈回的激光脈沖，估計排氣歧管壓力。如參考圖5所闡述的，測量排氣歧管壓力可包括將激光脈沖從安裝在隔膜上的二極管激光器發射到隔膜的內部，然后在同樣安裝在隔膜上的檢測器處檢測從隔膜的內部彈回的激光脈沖。然后基于激光脈沖的發射和反射脈沖的檢測之間經過的時間，估計從激光器到隔膜的距離。將距離與閾值比較，以確定由于將力施加到隔膜上的歧管壓力引發的隔膜的撓曲或變形的量。然后基于距離(或撓曲)計算歧管壓力估計。歧管壓力估計還基于隔膜的溫度，所述隔膜的溫度由安裝在隔膜上的熱傳感器估計，所述熱傳感器接收來自隔膜內部的紅外輻射。
[0062]測量排氣壓力可包括采集定時對每個汽缸進行的排氣壓力測量的樣品。在一個實例中，相同的操作可以針對每個汽缸的排氣沖程定時進行。因此，每個樣品可包括與來自給定汽缸的排氣輸出相關聯的一個或多個壓力脈沖。同樣地，通過激光壓力換能器估計的排氣壓力測量值可以被連續地獲得(例如，使得操作期間從排氣壓力傳感器輸出不間斷的信號，樣品是從傳感器輸出的信號的選擇部分)或僅僅可在采樣時間期間獲得。基于將采樣時間和/或與每個汽缸的點火時間相關的壓力脈沖發生的時間比較，排氣壓力分布(例如，在排氣壓力振幅測量樣品中的壓力脈沖的振幅)可以與各個汽缸相關聯。由于汽缸的排氣沖程期間排氣從各個汽缸進入排氣歧管可以發生排氣壓力脈沖(如，排氣壓力傳感器信號的峰值)，所以在選擇的時間進行的排氣壓力測量可以與在該時間引起排氣壓力脈沖的各個汽缸相關聯。
[0063]在706，方法包括將產生的/估計的排氣壓力分布與預期的壓力分布比較，其包括每個汽缸的排氣壓力峰值的分布。預期的分布可基于包括點火順序或每個汽缸的發動機工況。在替代實例中，所估計的排氣壓力分布(例如，排氣壓力峰值的振幅)可與閾值比較。閾值可以基于預期的排氣壓力振幅，且可包括防護帶(guard band)(例如，一系列排氣壓力值，最高排氣壓力值作為防護帶的最上部邊緣，并且最低排氣壓力值作為防護帶的最下部邊緣)。
[0064]在708，可確定測量的排氣壓力分布是否等于預期的排氣壓力分布(或在其閾值距離內)。如果是，然后在710，方法包括指示不存在燃料噴射器或微粒過濾器(耦合在流道中)的劣化。另外，沒有失火可被指示。
[0065]如果測量的分布和預期分布之間存在偏差，然后在712，基于測量的分布與預期分布的偏差，控制器可識別燃料噴射器劣化、微粒過濾器劣化以及失火事件中的一個或更多。例如，在713，控制器可以基于各個汽缸的測量排氣壓力比給定汽缸的點火(或火花)事件之后給定汽缸的預期排氣壓力低得多(如，低于預期排氣壓力超過閾值差)來指示失火事件。這樣，當由激光壓力換能器估計的歧管壓力是排氣壓力時，控制器可以基于估計的歧管壓力并且還可以基于汽缸火花正時來指示汽缸失火事件。
[0066]作為另一個示例，在714，基于因汽缸中減少的燃料遞送而發生的給定汽缸的測量排氣壓力低于閾值，控制器可指示燃料噴射器劣化。這樣，當由激光壓力換能器估計的歧管壓力是排氣壓力時，控制器可以基于與發動機點火正時相關的估計的歧管壓力來指示汽缸燃料噴射器的劣化。
[0067]作為另一個示例，在715，控制器可以基于給定汽缸的測量排氣壓力低于相應的預期排氣壓力來指示微粒過濾器的劣化。
[0068]用這種方式，基于由激光壓力換能器估計的歧管壓力，并且進一步基于與汽缸活塞位置(指示汽缸在哪個沖程中)和汽缸點火正時(指示汽缸火花事件什么時候發生)相關的估計的歧管壓力的振幅，可識別一個或多個發動機部件的劣化(包括識別部件劣化所在的汽缸)。
[0069]例如，控制器經構造可執行用于發動機的方法，該方法包括:將激光脈沖從安裝在隔膜上的激光器發射到耦合到發動機歧管的隔膜內；在安裝到隔膜的檢測器處接收從隔膜的內部反射出的激光脈沖;基于發射和接收之間經過的持續時間來估計到隔膜的距離；以及基于所估計的距離調整發動機操作。該方法還可以包括在安裝到隔膜的熱傳感器處從隔膜的內部接收紅外輻射，以及基于接收的紅外輻射估計隔膜的溫度。在這里，所述調整包括基于所估計的距離并且進一步基于所估計的隔膜溫度來估計歧管壓力，以及基于所估計的歧管壓力調整發動機操作，其中在給定溫度下，所估計的歧管壓力隨著到隔膜的估計的距離的增加而增加。激光器、檢測器以及熱傳感器中每一個都被安裝到隔膜的頂部，并且發射出的激光脈沖被從隔膜的頂部發射到隔膜的內部，而反射脈沖被從隔膜的底部反射到處于隔膜頂部的檢測器。到隔膜的距離可包括從激光器到隔膜底部的距離。該方法還包括基于估計的歧管壓力并且進一步基于汽缸火花正時來指示汽缸失火事件。
[0070]在另一個實例中，車輛系統包括發動機，其包括排氣歧管;澆鑄到排氣歧管中的隔膜，其中隔膜的頂部耦合到排氣歧管，并且隔膜的底部被設置在排氣歧管的排氣道中；安裝到隔膜頂部的二極管激光器和激光探測器;安裝到隔膜頂部用于感測隔膜內的紅外輻射的熱傳感器；以及控制器。控制器可以經構造具有存儲在非臨時存儲器上的計算機可讀指令，其用于操作激光器以將激光脈沖發射到隔膜的內部;在檢測器處檢測從隔膜的底部反射出的激光脈沖；以及基于激光脈沖被發射出和反射脈沖被檢測到之間經過的持續時間，估計歧管壓力。此外，控制器可以經構造以基于估計歧管壓力調整發動機操作參數。發動機還包括進氣節氣門和渦輪增壓器，使得所述調整包括在估計的歧管壓力降到閾值以下時增加進氣節氣門的開口和/或增加渦輪增壓器的輸出。激光脈沖被發射出和反射脈沖被檢測到之間經過的持續時間可以是在發動機運行狀態期間估計的第一持續時間，且控制器還可包括用于將第一持續時間和閾值比較的指令，所述閾值基于發動機校準狀態期間激光脈沖被發射出和反射脈沖被檢測到之間經過的第二持續時間，其中在發動機校準狀態期間隔膜完全沒有變形。換句話說，第二持續時間被用作參考。控制器可還包括基于熱傳感器的輸出估計隔膜溫度的進一步指令，基于熱傳感器的輸出調整估計的歧管壓力。
[0071]應當理解，雖然上面討論的激光壓力換能器被描述為發動機(進氣或排氣)歧管壓力換能器，但這并不意味著是限制性的，并且激光壓力換能器可類似地用在替代位置以便壓力感測。例如，在一個替代表述中，激光壓力換能器可耦合到發動機汽缸，用于估計汽缸內壓力。其中，鋼襯件可包括活塞行進區上面的隔膜區域。然后，激光器電路殼體可安裝在活塞行進區的后側上。響應于接收到從耦合到汽缸(在汽缸內)的隔膜彈回的激光脈沖，控制器可調整發動機操作。隔膜可被澆鑄或壓制在活塞行進區上面的汽缸內。作為實例，發動機控制器可以經構造以將激光脈沖從安裝在隔膜上的激光器發射到耦合到發動機汽缸內側的隔膜內；在安裝到隔膜的檢測器處接收從隔膜內部反射出的激光脈沖;基于發射和接收之間經過的持續時間估計隔膜的變形；以及基于所估計的變形估計汽缸內壓力。在另一個表述中，控制器可操作安裝在激光壓力換能器上的激光器，從而估計從激光器到隔膜底部表面的距離，所述換能器具有耦合到燃燒室的隔膜。激光器可將激光脈沖發射到隔膜的內部(例如，底部)。激光探測器也可耦合到隔膜，并且可以經構造以檢測從隔膜內部反射出之后的已發射激光脈沖的反射。基于激光脈沖的發射和激光脈沖的檢測之間經過的時間，可以估計從激光器到隔膜底部表面的距離。然后基于所估計的距離可確定汽缸內壓力。汽缸內壓力可以基于汽缸內溫度估計而被進一步調整。熱傳感器也可耦合到隔膜，并且可以經構造以檢測從隔膜內部接收的紅外輻射。發動機控制器可以基于所估計的距離和所估計的汽缸內溫度中的每一個(例如，通過參考查找表)來估計汽缸內壓力。然后，一個或多個發動機操作參數，如發動機燃料加注(燃料加注量或正時)、火花正時、進氣節氣門開口以及增壓壓力，可以基于所確定的汽缸內壓力而被調整。
[0072]應當理解，在另外更多實施方式中，使用壓力容器的控制區域上的激光器和熱傳感器，上面討論的激光壓力換能器可被用于從遠處對壓力進行遠程測量。因此，這種激光壓力換能器可有利地用來測量極熱的或極冷的汽缸，如原子反應堆。遠程感測(包括通過窗口)可允許測量直接接觸不可行或不實用的區域內的壓力，如高超音速車輛外部上或在嚴重的EMC環境中。
[0073]為了使用激光壓力換能器來實現遠程壓力測量，換能器系統可包括激光器、檢測器以及IR傳感器，以從壓力容器的外面遠距離地觀察隔膜。對于固定的距離和固定的相對位置，激光器裝置可與上面參照歧管壓力換能器論述的裝置相同。其中，隔膜撓曲可以被映射為壓力容器的壓力。對于平面的相對移動，如具有隔膜的主體相對于激光器/檢測器移動位置，激光器可以在平面的移動期間照射隔膜的右邊邊緣和左邊邊緣上的目標，然后它們的距離可以被測量。這可需要兩個額外的激光器。兩個目標的距離的平均值可用來建立隔膜的“零壓力”撓曲。然后，隔膜撓曲可被確定為測量的隔膜距離減去“零壓力”撓曲距離。然后，撓曲映射到壓力。
[0074]對于三維空間中的相對移動，如具有隔膜的主體相對于激光器/檢測器移動位置，目標可被設置在隔膜的左邊邊緣、右邊邊緣、頂部邊緣以及底部邊緣，選擇的目標可以被激光器照射，并且它們的距離可以被測量。這可需要多達四個額外的激光器。四個目標的距離的平均值可用來建立隔膜的“零壓力”撓曲。然后，隔膜撓曲可被確定為測量隔膜距離減去“零壓力”撓曲距離。然后，燒曲被映射到壓力。
[0075]這樣，通過依靠具有壓敏隔膜的激光壓力換能器，可以準確地且成本節約地估計歧管壓力。通過使用激光器以將耦合到發動機歧管的隔膜的撓曲與歧管壓力相關聯，可以增加歧管壓力估計的可靠性。通過將激光發射器和檢測器耦合到隔膜的密封內部腔，防護傳感器電路免于腐蝕性液體(例如排氣中的那些腐蝕液體)。
[0076]用這種方式，可以提供更加成本節約的歧管壓力換能器/傳感器，同時不會損害傳感器的精度或可靠性。通過使用耦合到密封隔膜的激光器、檢測器以及熱傳感器，可減少傳感器電路暴露于腐蝕性液體和高溫。因此，這改善了壓力傳感器的耐久性和壽命，同時也減少了與劣化的壓力傳感器相關聯的發動機保修問題。通過將更可靠且更耐久的歧管壓力傳感器用于發動機控制，可改善燃料經濟性和發動機性能。
[0077]要注意的是，本文包括的示例控制和估計程序可與各種發動機和/或車輛系統構造一起使用。本文公開的控制方法和程序可作為可執行指令存儲在非臨時存儲器中，且可以由控制系統進行，所述控制系統包括與各種傳感器、致動器以及其它發動機硬件組合的控制器。本文描述的具體程序可表示任何數量的處理策略，如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等等中的一個或多個。因此，示出的各種動作、操作和/或功能可以按照所示出的順序、并行地或以在某些情況下省略地執行。同樣地，處理的順序不是為實現本文所描述的示例性實施例的特征和優點而必須的，而是為了便于說明和描述提供。根據使用的特定策略，可重復執行所示動作、操作和/或功能中的一個或多個。此外，所描述的動作、操作和/或功能可以用圖表表示成待編程到發動機控制系統中計算機可讀存儲介質的非臨時存儲器內的代碼，其中通過執行系統中的指令進行所述動作，所述系統包括與電子控制器組合的各種發動機硬件部件。
[0078]應該理解，本文公開的構造和程序在本質上是示例性的，且這些具體實施例不應考慮具有限制性意義，因為許多變化是可能的。例如，以上技術可應用于V-6、1-4、1-6、1-3、V-12、對置4缸、以及其它的發動機類型。本公開的主題包括本文公開的各個系統和構造以及其他特征、功能和/或屬性的所有新穎的和非顯而易見的組合以及子組合。
[0079]下面的權利要求特別指出被視為新穎和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權利要求可指“一個”元件或“第一”元件或其等同物。應該理解，這些權利要求包括一個或更多這些元件的結合，既不要求也不排除兩個或更多這些元件。所公開的特征、功能、元件和/或屬性的其它組合和子組合可通過本權利要求書的修正或通過在這個或相關申請中提出新權利要求來要求保護。這樣的權利要求，無論是更寬于，更窄于，等于，或不同于原始的權利要求的范圍，也被視為包括在本公開的主題之內。
【主權項】
1.一種用于發動機的方法，其包括: 響應于接收到的從發動機歧管內的隔膜彈回的激光脈沖而調整發動機操作。2.根據權利要求1所述的方法，其中所述發動機歧管是進氣歧管和排氣歧管中的一個。3.根據權利要求2所述的方法，其中所述隔膜被模制到所述進氣歧管中。4.根據權利要求2所述的方法，其中所述隔膜被壓制到所述排氣歧管的排氣道中。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述激光脈沖被激光器發射到所述隔膜的內部，且其中所述激光脈沖在從所述隔膜的所述內部反射出后在檢測器處被接收，所述激光器和檢測器中的每一個都被安裝到所述隔膜，且其中所述激光脈沖與發動機點火頻率同步地發射。6.根據權利要求5所述的方法，其還包括，響應于從所述隔膜的所述內部接收到的紅外輻射而估計所述隔膜的溫度，所述紅外輻射在耦合到所述激光器并安裝到所述隔膜的紅外傳感器處被接收。7.根據權利要求1所述的方法，其中所述調整包括，基于所述激光脈沖估計所述隔膜的撓曲，基于所述撓曲估計歧管壓力，以及響應于估計的所述歧管壓力調整發動機操作。8.根據權利要求7所述的方法，其中基于所述激光脈沖估計所述隔膜的撓曲包括將所述激光器發射激光脈沖和所述檢測器檢測到反射的激光脈沖之間的時間差與時間閾值比較，以及基于所述比較估計所述撓曲。9.根據權利要求8所述的方法，其中所述時間閾值基于在所述隔膜沒有被撓曲時的校準狀態期間所述激光器發射激光脈沖和所述檢測器檢測到反射的激光脈沖之間的時間差。10.根據權利要求9所述的方法，其中調整發動機操作包括響應于估計的所述歧管壓力，調整進氣節氣門開口，調整增壓水平，調整燃料流量，調整排氣再循環的量，調整火花正時，調整凈化流量，調整RPM，以及調整排氣催化劑溫度中的一個或多個。11.根據權利要求7所述的方法，其中所述歧管壓力是排氣壓力，所述方法還包括基于與發動機點火正時相關的估計的所述歧管壓力，指示汽缸燃料噴射器的劣化。12.一種用于發動機的方法，其包括: 從安裝在隔膜上的激光器朝耦合到發動機歧管的所述隔膜發射激光脈沖； 在安裝到所述隔膜的檢測器處，接收從與所述歧管的內部相對的所述隔膜的內部反射的激光脈沖；以及 基于所述發射和所述接收之間經過的持續時間，調整發動機操作。13.根據權利要求12所述的方法，其還包括，基于所述發射和所述接收之間經過的持續時間估計到所述隔膜的距離，在安裝到所述隔膜的熱傳感器處接收來自所述隔膜的所述內部的紅外輻射，以及基于接收的所述紅外輻射估計所述隔膜的溫度。14.根據權利要求13所述的方法，其中所述調整包括基于估計的所述距離并且進一步基于所述隔膜的估計的所述溫度來估計歧管壓力，以及基于估計的所述歧管壓力調整發動機操作，在給定溫度下，估計的所述歧管壓力隨著到所述隔膜的估計的所述距離的增加而增加。15.根據權利要求12所述的方法，其中所述激光器、檢測器以及熱傳感器中的每一個都被安裝到所述隔膜的頂部，其中發射的所述激光脈沖被從所述隔膜的所述頂部發射到所述隔膜的所述內部，并且反射的所述脈沖被從所述隔膜的底部反射到在所述隔膜頂部處的所述檢測器，且其中到所述隔膜的所述距離包括從所述激光器到所述隔膜的所述底部的距離。16.根據權利要求12所述的方法，其還包括基于估計的所述歧管壓力且還基于汽缸火花正時來指示汽缸失火事件。17.—種車輛系統，其包括: 發動機，其包括排氣歧管； 澆鑄到所述排氣歧管中的隔膜，其中所述隔膜的頂部被耦合到所述排氣歧管，并且所述隔膜的底部被設置在所述排氣歧管的排氣道內； 二極管激光器和激光檢測器，其耦合到所述隔膜的所述頂部； 熱傳感器，其安裝到所述隔膜的頂部，用于感測所述隔膜內的紅外輻射；以及 控制器，其具有計算機可讀指令以便: 操作所述激光器以將激光脈沖發射到所述隔膜的內部； 在所述檢測器處檢測從所述隔膜的所述底部反射出的激光脈沖；以及基于激光脈沖被發射和反射脈沖被檢測之間經過的持續時間，估計歧管壓力；以及 基于估計的所述歧管壓力，調整發動機操作參數。18.根據權利要求17所述的系統，其中所述發動機還包括進氣節氣門和渦輪增壓器，且其中所述調整包括當估計的所述歧管壓力下降到閾值以下時，增加所述進氣節氣門的開口和/或增加所述渦輪增壓器的輸出。19.根據權利要求17所述的系統，其中所述激光脈沖被發射和所述反射脈沖被檢測之間經過的所述持續時間是在發動機運行狀態期間估計的第一持續時間，并且其中所述控制器還包括用于將第一持續時間和閾值進行比較的指令，所述閾值基于發動機校準狀態期間所述激光脈沖被發射和所述反射脈沖被檢測到之間經過的第二持續時間，所述隔膜在所述發動機校準狀態期間完全沒有變形。20.根據權利要求19所述的系統，其中所述控制器還包括基于所述熱傳感器的輸出估計所述隔膜的溫度的指令，且其中估計的所述歧管壓力基于所述熱傳感器的所述輸出而被調整。
【文檔編號】G01B11/16GK105973524SQ201610135542
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月10日
【發明人】D·R·馬丁, K·J·米勒
【申請人】福特環球技術公司