專利名稱：根據(jù)發(fā)動機運行階段啟用或停用濾波器的內(nèi)燃發(fā)動機氣缸壓力測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及尤其用于汽車領(lǐng)域中的壓力測量方法和裝置。本發(fā)明尤其涉及用于測 量在內(nèi)燃發(fā)動機氣缸中主導(dǎo)的壓力的測量裝置。通常用于該領(lǐng)域的測量裝置包括至少一個 由與電容元件連接的壓電元件構(gòu)成的壓力傳感器，其產(chǎn)生代表施加于所述壓電元件上的壓 力的電壓。
背景技術(shù)：
通常情況下，壓電元件(例如，石英)是對其上所施加的應(yīng)力(這里即為壓力F) 敏感的元件。在壓力傳感器中使用這樣的壓電元件可以產(chǎn)生與所施加的壓力成比例的電荷 Q0與壓電元件連接的電荷轉(zhuǎn)換器(例如，電容為C的電容器)將電荷Q轉(zhuǎn)換為與該電荷Q 成比例的第一電壓VI，其中Vl = Q/C。因此電壓Vl代表所施加的壓力。如圖Ia中所示，電容器可以是納入在壓電元件中的內(nèi)部電容器(例如，壓電元件 的電容)，于是第一電壓Vi直接取自所述壓電元件的端子。電容器還可以為外部電容器C。如圖Ib中所示，外部電容器C與放大器AOP連接 (也被稱作電荷放大器)，且第一電壓Vl取自放大器AOP的輸出。三個特征需要被實施以便保證壓力檢測信號被正確處理i.對低頻和直流分量進行良好的抑制。這一點是必須的，因為否則就會出現(xiàn)信號 的不穩(wěn)定，而這表現(xiàn)為輸出信號的飽和。 .對檢測到的壓力信號的通頻帶的保留。如果這一點沒有保證，將會出現(xiàn)信號失 真，這會導(dǎo)致信號的易用性降低。iii.對作為參考值的信號最小值的保留。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出通過使用純積分電路(參見圖Ia和圖lb)來應(yīng)對該 問題。這種類型的電路可以具有寬的通頻帶(事實上是滿通頻帶)，這使得可以通過整個 有用信號通頻帶來轉(zhuǎn)換源自壓電元件的電荷，因此沒有失真。但通頻帶的這種保留的缺點 是不能抑制低頻分量。其結(jié)果是使得源自溫度效應(yīng)的噪音通過。所述溫度效應(yīng)由熱電效應(yīng) (溫度變化導(dǎo)致壓電晶體的電極化發(fā)生變化)和構(gòu)成敏感元件的機械元件的膨脹效應(yīng)所形 成。另外，所述類型的積分電路不能夠擺脫由壓電元件的端子絕緣不良所引起的泄漏電流， 這會引起信號漂移。因此，這種可選方法既不是最佳的，甚至也不是讓人滿意的。為了穩(wěn)定第一電壓Vl，另一種可選方法旨在設(shè)置與電容為C的電容器并聯(lián)的電阻 R(或任何其他允許獲得用于電壓電荷的包括積分函數(shù)在內(nèi)的傳遞函數(shù)以及允許對低頻進 行濾除的濾波器)，如圖2a和2b所示。由于與電容器連接的電阻R表現(xiàn)為高通濾波器，故 寄生低頻電壓被濾除，從而所得到的第一電壓Vl擺脫了這些寄生電壓。在執(zhí)行一連串循環(huán)的四沖程內(nèi)燃發(fā)動機情形下，每個循環(huán)分解為四個也被稱為 “沖程”的階段(所述四個沖程通常被稱為“吸氣沖程”、“壓縮沖程”、“燃燒-膨脹沖程”、“排 氣沖程”)。在壓縮階段和燃燒-膨脹階段中，氣缸壓力可能達到數(shù)百巴以上，而在吸氣階段和排氣階段中，氣缸壓力只有幾巴。為了矯正燃料噴射參數(shù)和燃料/助燃劑混合物的點火 標準，該混合物的燃燒起始時刻必須準確地確定。另外，當發(fā)動機在壓縮和燃燒-膨脹階段 運行時，施加在壓電元件上的應(yīng)力在時間上的變化粗略地來說可與如圖3a中示出的脈沖 信號相當。然而，通過電阻R來穩(wěn)定壓力傳感器的輸出電壓的方案有幾個缺點，尤其是當應(yīng) 力的變化可與如圖3a所示的以零為參考的脈沖相當時。事實上，由于電阻R實現(xiàn)了高通濾 波器，故第一電壓Vl (壓力傳感器的輸出電壓)具有為零的直流分量。這樣，對于可與由以 零為參考、頻率為f、占空比為△的脈沖重復(fù)所構(gòu)成的信號相當?shù)膽?yīng)力，第一電壓Vl將具 有可變的低水平且隨占空比Δ變化，如圖3b所示。另外，在脈沖結(jié)束時，第一電壓Vl并不 立即恢復(fù)到參考水平。事實上，在脈沖的持續(xù)過程中，輸入電荷并不是全部被轉(zhuǎn)移到電容器 中，而是有一部分被轉(zhuǎn)移到電阻中，這就導(dǎo)致了表現(xiàn)為電壓偏移的電荷損失且導(dǎo)致了壓力 傳感器輸出電壓的失真。如所看到的，在內(nèi)燃發(fā)動機的情形下，利用通過高通濾波器抑制低頻的結(jié)果導(dǎo)使 了壓力檢測信號的失真。事實上，該信號具有包括非常低頻率(大約0.5赫茲)的通頻帶。 因此，通頻帶的保留不再能夠被保證。另外，高通濾波器具有改變信號平均值的特征，因為 該濾波器去除了也被稱作直流分量的零赫茲頻率。由于平均值回到零值，故該平均值歪曲 了信號的最小值。然而，由于所述最小值代表了大氣壓力，故該最小值不能再用作可靠的參 考。因此，該可選方法也是不可接受的。

發(fā)明內(nèi)容
在此背景下，本發(fā)明的目的是提出一種擺脫了至少一個上述局限性的壓力測量裝置。本發(fā)明尤其提出了將代表所施加壓力的信號分為兩個區(qū)域，且對每個信號區(qū)域進 行合適的處理以減弱測量裝置的輸出信號失真，一種特殊的處理例如旨在應(yīng)用或不應(yīng)用用 于消除傳感器輸出信號的低頻寄生電壓的濾波器。判別所述兩個信號區(qū)域及因此是否要應(yīng) 用對寄生電壓的處理(如濾波器)的標準，例如可以是閾值電壓水平、同步到輸入信號的時 間窗口(相位鎖定系統(tǒng))、或由另一個傳感器限定的時間窗口(例如內(nèi)燃發(fā)動機的活塞或任 何其它活動系統(tǒng)元件的位置傳感器)。因此，本發(fā)明使得可以獲得沒有失真、沒有低頻寄生 電壓、且代表了施加在壓電元件上的壓力的測量裝置輸出信號。


將在以下參照附圖、非限制性地給出的本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述中更詳細地闡述 本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點，在附圖中-圖Ia和Ib示出了將由壓電元件輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓的原理圖，如上所述；-圖2a和2b示出了電壓穩(wěn)定裝置，如上詳細所述；-圖3a示出了以零為參考的脈沖信號隨時間(橫坐標表示)的變化；-圖3b示出了圖3a中的脈沖信號的失真；-圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明具體實施例所述的測量裝置的原理圖；和-圖4b更詳細地示出了根據(jù)本發(fā)明具體實施例所述的測量裝置。
具體實施例方式如圖4a所示，本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸壓力測量裝置，所述內(nèi)燃發(fā)動機的運 行包括多個相繼的循環(huán)，每個循環(huán)至少分解為第一階段和第二階段，所述測量裝置包括至 少一個壓力傳感器1，該壓力傳感器1由與電容元件連接的至少一個壓電元件和產(chǎn)生代表 施加在壓電元件上的壓力的第一電壓Vl的輸出10構(gòu)成。該裝置還包括-包括至少一個輸入20和一個輸出21的濾波模塊2，該濾波模塊2能夠濾除存在 于輸入20上的低頻寄生電壓，且能夠在其輸出21上產(chǎn)生沒有所述低頻寄生電壓的第二電 壓V2 ；-命令模塊3，該命令模塊3能夠輸出命令信號Scom，命令信號Scom取決于與發(fā)動 機運行所在的發(fā)動機階段(在第一階段和第二階段當中)相關(guān)聯(lián)的切換參數(shù)；-切換模塊4，作為對命令信號的響應(yīng)，該切換模塊4能夠在第一階段中將濾波模 塊2的輸入20與壓力傳感器1的輸出10斷開，且能夠在第二階段中將濾波模塊2的輸入 20與壓力傳感器1的輸出10連接；和-輸出5，其產(chǎn)生在第一階段中等于第一電壓Vl而在第二階段中等于第二電壓V2 的輸出電壓Vout。例如，第一階段與壓縮階段或燃燒_膨脹階段相對應(yīng)，第二階段與吸氣階段或排 氣階段相對應(yīng)。所述裝置還可包括放大器，該放大器的第一輸入與壓電元件的第一端子連接，其 第二輸入與壓電元件的第二端子連接，而其輸出與壓力傳感器的輸出連接，電容元件設(shè)置 在壓力傳感器的輸出與放大器的第一輸入之間。圖4b示出了本發(fā)明的具體實施例，其中壓電元件、電容為C的電容器和放大器AOP 組成了壓力傳感器1，與放大器連接的電容器把由壓電元件輸出的電荷Q轉(zhuǎn)換為第一電壓 VI。切換參數(shù)例如是第一電壓Vl與閾值電壓Vth進行比較的結(jié)果，當?shù)谝浑妷褐辽俚?于閾值電壓時，發(fā)動機運行在第一階段中；當?shù)谝浑妷盒∮陂撝惦妷簳r，發(fā)動機運行在第二 階段中。優(yōu)選地是，在第一階段中，所施加的壓力與持續(xù)短的脈沖相當，且第一電壓Vl大 于閾值電壓vth，而在在第二階段中，所施加的第一電壓小于閾值電壓Vth，如圖3a所示。 在這些條件下，在第一階段中使用沒有濾波模塊的電容器可以產(chǎn)生沒有失真的輸出電壓 Vout,電容器起到了截止頻率為零赫茲的濾波器的作用。在第二階段中，濾波模塊與壓力 傳感器的連接可以產(chǎn)生沒有低頻寄生電壓的輸出電壓。例如，閾值電壓Vth可代表五巴(5 巴)的壓力。在圖4b的具體實施例中，命令模塊3是用于將第一電壓Vl與閾值電壓Vth進行比 較的比較器Comp，例如，Vth = 5伏特。當?shù)谝浑妷篤l大于或等于閾值電壓Vth時，在該具 體實施例中，認為應(yīng)力與一脈沖相當，或認為發(fā)動機在壓縮階段或燃燒-膨脹階段中運行， 比較器于是產(chǎn)生命令信號Scom以命令切換模塊4 (這里是開關(guān))不要將濾波模塊2和壓力 傳感器1連接。因此，產(chǎn)生在測量裝置的輸出5處的輸出電壓Vout將等于第一電壓VI。當 第一電壓Vl小于閾值電壓Vth時，在該具體實施例中，認為應(yīng)力不再與脈沖相當，或認為發(fā)動機在吸氣階段或排氣階段中運行，由比較器Comp產(chǎn)生的命令信號Scom命令切換模塊4 將濾波模塊2和壓力傳感器1連接。于是存在于第一電壓Vl (壓力傳感器的輸出電壓)中 的低頻寄生電壓被濾波模塊2濾除，因此產(chǎn)生于測量裝置的輸出5處的輸出電壓Vout將等 于第二電壓V2，該第二電壓V2代表沒有所述低頻寄生電壓的第一電壓VI。切換參數(shù)可以是根據(jù)發(fā)動機活塞位置和與發(fā)動機相關(guān)聯(lián)的參考壓力曲線所界定 的時間窗口，在該時間窗口之內(nèi)時，發(fā)動機運行在第一階段中，而在該時間窗口之外時，發(fā) 動機運行在第二階段中。事實上，氣缸中的壓力取決于活塞在所述氣缸中的位置，該位置的確定(例如，借 助于曲軸位置傳感器)使得可以通過參考氣缸中壓力的參考曲線來決定時間窗口，在該時 間窗口中，壓力與以零為參考的脈沖信號相當。濾波模塊2可以是與電容元件并聯(lián)的η階低通濾波器6，其中η為正整數(shù)。濾波模塊2還可以是與電容元件并聯(lián)的電阻R。優(yōu)選地，濾波模塊2與電容元件并聯(lián)且由與η階低通濾波器6連接的電阻R構(gòu)成， 與電阻R連接的η階低通濾波器6形成了 η+1階低通濾波器。在圖4b的具體實施例中，所使用的低通濾波器6尤其包括第一電容器Cl、第一電 阻Rl和第二電阻R2。在絕非僅限于其自身的說明性示例中，R = 10ΜΩ，Rl = 1ΜΩ，R2 = 300ΚΩ，C = 1200pF, Cl = 2μ F。本發(fā)明的主題還包括內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸壓力測量方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機的運行包 括多個相繼的循環(huán)，每個循環(huán)至少分解為第一階段和第二階段，所述測量方法旨在至少產(chǎn) 生一代表施加在與電容元件連接的壓電元件上的壓力F的第一電壓VI。該方法包括以下步驟-輸出命令信號Scom，命令信號Scom取決于與發(fā)動機運行所在的發(fā)動機階段(在 第一階段和第二階段當中)相關(guān)聯(lián)的切換參數(shù)；-當切換參數(shù)與第一階段相關(guān)聯(lián)時，作為對命令信號Scom的響應(yīng)，產(chǎn)生等于第一 電壓Vl的輸出信號Vout ；-當切換參數(shù)與第二階段相關(guān)聯(lián)時，作為對命令信號Scom的響應(yīng)，濾除存在于第 一電壓Vl中的低頻寄生電壓，且產(chǎn)生等于第二電壓V2的輸出信號Vout，所述第二電壓代表 沒有低頻寄生電壓的第一電壓VI。
權(quán)利要求
一種內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸壓力測量裝置，所述內(nèi)燃發(fā)動機的運行包括多個相繼的循環(huán)，每個循環(huán)至少分解為第一階段和第二階段，所述測量裝置包括至少一個壓力傳感器(1)，所述至少一個壓力傳感器(1)由至少一個與電容元件連接的壓電元件和產(chǎn)生第一電壓(V1)的輸出(10)構(gòu)成，所述第一電壓(V1)代表施加在所述壓電元件上的壓力(F)，所述裝置還包括 濾波模塊(2)，包括至少一個輸入(20)和一個輸出(21)，所述濾波模塊(2)能夠濾除存在于其輸入(20)上的低頻寄生電壓，且能夠在其輸出(21)上產(chǎn)生沒有所述低頻寄生電壓的第二電壓(V2)； 命令模塊(3)，能夠輸出命令信號(Scom)，所述命令信號(Scom)取決于與發(fā)動機運行所在階段相關(guān)聯(lián)的切換參數(shù)，所述階段在所述第一階段和所述第二階段當中； 切換模塊(4)，作為對所述命令信號(Scom)的響應(yīng)，所述切換模塊(4)能夠在所述第一階段中將所述濾波模塊(2)的輸入(20)與所述壓力傳感器(1)的輸出(10)斷開，且能夠在所述第二階段中將所述濾波模塊(2)的輸入(20)與所述壓力傳感器(1)的輸出(10)連接；和 輸出(5)，所述輸出(5)產(chǎn)生在所述第一階段中等于所述第一電壓(V1)而在所述第二階段中等于所述第二電壓(V2)的輸出電壓(Vout)，其特征在于，所述第一階段對應(yīng)于壓縮階段或燃燒 膨脹階段，并且其中，所述第二階段對應(yīng)于吸氣階段或排氣階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述切換參數(shù)是所述第一電壓(Vl)與閾值電壓 (Vth)進行比較的結(jié)果，當所述第一電壓(Vl)至少等于所述閾值電壓(Vth)時，發(fā)動機運行 在所述第一階段中，當所述第一電壓(Vl)小于所述閾值電壓(Vth)時，發(fā)動機運行在所述 第二階段中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述切換參數(shù)是根據(jù)發(fā)動機的活塞位置和與發(fā) 動機相關(guān)聯(lián)的參考壓力曲線所界定的時間窗口，在所述時間窗口之內(nèi)時發(fā)動機運行在所述 第一階段中，而在所述時間窗口之外時發(fā)動機運行在所述第二階段中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其中，所述濾波模塊(2)是與所述電容元件并 聯(lián)的η階低通濾波器，η為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其中，所述濾波模塊(2)是與所述電容元件并 聯(lián)的電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其中，所述濾波模塊(2)與所述電容元件并聯(lián) 且由所連接的電阻構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的裝置，其中，所述裝置還包括放大器(AOP)，所述放 大器(AOP)的第一輸入與所述壓電元件的第一端子連接，所述放大器(AOP)的第二輸入與 所述壓電元件的第二端子連接，而所述放大器(AOP)的輸出(10)與所述壓力傳感器(1)的 輸出(10)連接，所述電容元件設(shè)置在所述壓力傳感器的輸出(10)與所述放大器(AOP)的 第一輸入之間。
8.一種內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸壓力測量方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機的運行包括多個相繼的循 環(huán)，每個循環(huán)至少分解為第一階段和第二階段，所述測量方法在于，至少產(chǎn)生一代表施加在 與電容元件連接的壓電元件上的壓力(F)的第一電壓(VI)，所述方法的特征是，所述方法還在于_輸出命令信號(Scom)，所述命令信號(Scom)取決于與發(fā)動機運行所在階段相關(guān)聯(lián)的 切換參數(shù)，所述階段在所述第一階段和所述第二階段當中；-當所述切換參數(shù)與所述第一階段相關(guān)聯(lián)時，作為對所述命令信號(Scom)的響應(yīng)，產(chǎn) 生等于所述第一電壓(Vl)的輸出電壓(Vout)；和當所述切換參數(shù)與所述第二階段相關(guān)聯(lián)時，作為對所述命令信號(Scom)的響應(yīng)，濾 除存在于所述第一電壓(Vl)中的低頻寄生電壓，并產(chǎn)生等于第二電壓(V2)的輸出信號 (Vout)，所述第二電壓(V2)代表沒有低頻寄生電壓的第一電壓(VI)。
全文摘要
一種內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸壓力測量裝置，包括至少一個壓力傳感器(1)，所述壓力傳感器由至少一個與電容元件連接的壓電元件和產(chǎn)生代表施加在壓電元件上的壓力(F)的第一電壓(V1)的輸出(10)構(gòu)成；能夠濾除低頻寄生電壓且能夠產(chǎn)生第二電壓(V2)的濾波模塊(2)；可以啟用或停用濾波模塊的切換模塊(4)；命令模塊(3)，其能夠輸出用于以與發(fā)動機運行階段相關(guān)聯(lián)的方式命令切換模塊(4)的命令信號(Scom)；輸出(5)，其產(chǎn)生在壓縮階段或燃燒-膨脹階段中等于第一電壓(V1)而在吸氣階段或排氣階段中等于第二電壓(V2)的輸出電壓(Vout)。
文檔編號F02D35/02GK101952577SQ200980104943
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月13日
發(fā)明者A·拉蒙, M·敘凱, S-D·文扎爾 申請人:法國歐陸汽車公司