CN100374703C - 检测内燃机中有故障的压力传感器的方法、控制装置和计算机程序 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于检测内燃机(100)的有故障的吸气管压力传感器(220)和/或有故障的环境压力传感器(210)的一种方法、一种控制装置和一种计算机程序。背景技术已公开了用于识别吸气管压力传感器故障的诊断方法和装置，但是这些方法和装置仅适用于通过节气门(122)进行载荷控制的常规内燃机，而不适用于通过一种阀门控制对载荷进行控制的内燃机(100)。因此，本发明的任务是，在背景技术的基础上对用于检测常规内燃机(100)的一种有故障的吸气管压力传感器(220)和/或有一种故障的环境压力传感器(210)的已公开方法、已公开的控制装置(200)和已公开的计算机程序如此地改进，使得这种检测也可在具有阀门控制的内燃机(100)中使用。根据本发明，这个任务通过下述措施完成：所希望的检测仅根据直接计算节气门(122)之前的压力和吸气管(120)中的压力进行。因此，优选地至少对于检测是否压力传感器中的至少一个有故障来说，如背景技术要求的那样的从这些压力中推导出载荷信号变得多余。
Description
背景技术
本发明涉及到用于检测内燃机中的一个有故障的吸气管压力传感器和/或一个有故障的环境压力传感器的一种方法、一种控制装置和一种计算机程序。
吸气管压力传感器例如用于诊断内燃机的废气再循环，并因此为用于控制内燃机的控制装置提供重要的信息。从吸气管的压力中可以推导出表示内燃机现实载荷的载荷信号、或者正确的驾驶员规定时刻的调节。此外，从载荷信号可以得出具有节气门调节的内燃机中的最佳喷油时间。
由于上述的吸气管压力传感器在内燃机的运行中具有重大意义，因此及早诊断吸气管压力传感器的故障是合乎人们的愿望的。
然而，背景技术公开的仅是在常规内燃机、特别是汽油机中识别吸气管压力传感器故障的诊断方法。常规内燃机的特征是，通过节气门进行载荷控制，其中，在吸气管中的压力和载荷之间或者在节气门角度和载荷之间存在固定的关联。
例如DE 199 46 874 A1公开了用于常规汽油机的这样一种诊断方法的一个例子。在那里首先从不同的运行参数中形成不同的载荷信号L1，L2，L3，其中L1表示流入汽油机的一个吸气管中的空气量，L2表示吸气管中的压力，L3表示一种从燃油量中得到的燃油信号。这些载荷信号成对地相互比较，在出现偏差时综合成组。不同的偏差原因、也就是不同的故障源配置于不同的偏差组合中。例如在所述方法的第一部分中在存在一定的偏差时首先得出结论，或者是吸气管压力传感器和/或是废气循环阀有故障。在该方法的另一部分中可以更准确地确定，是吸气管压力传感器还是废气阀有故障。为此测量和计算在所属的发动机控制装置空转中发动机运行期间以及发动机停止运转时的吸气管中的压力。若在这两个情况中吸气管压力相同，则可得出吸气管压力传感器有故障的结论。若与此相反，在发动机停止运行时吸气管中的压力比在发动机运行时的小，则可得出废气循环阀有故障的结论。
此外，在背景技术中还公开了用于内燃机的环境压力传感器。除了吸气管压力传感器外环境压力传感器也提供了关于用于控制内燃机的控制装置的重要信息。其中，环境压力传感器用于得到内燃机的最大扭矩。在背景技术中也为环境压力传感器公开了诊断方法。在通过节气门进行载荷控制的常规内燃机中仅仅是在起动时或者在满负载时才能对环境压力传感器在其正确的功能方式方面进行检查，也就是说是可信的，因为在常规内燃机中只有在这些情况时在吸气管中才有近似的环境压力。
在具有可变阀门控制的内燃机中、也就是在无节气门的载荷控制的内燃机中，相反地内燃机的载荷不再通过节气门、因而不通过吸气管中的压力进行控制，而是通过改变它们的阀门控制时间和/或它们的阀门行程来进行控制的。与常规的内燃机相比，具有完全可变的阀门控制的内燃机的特征是一种减少的喷油消耗。
图3表示一种具有可变的阀门控制的这样一种内燃机100的简图。内燃机100包含一个在其内上下运动的活塞112的发动机组件110。在发动机组件上连接着一个带有装入的节气门122的吸气管120和一个排气管130。然而和常规的汽油发动机的不同之处在于，在这样一种类型的内燃机中所述节气门122不是用于载荷调节。通过吸气管和排气管对进气和排气的调节、并因此对内燃机载荷的调节是通过阀门140进行的，而此阀门是由一个控制装置200进行控制的，其中这种控制是用完全可变的控制边缘进行的。为了对这些阀门140进行控制，不使用一个单独的控制装置200，而是可以使用多个控制装置，这些装置通过一个任意的通信连接而彼此连接起来。气门的运动例如通过电磁的或者电动液压的执行元件进行。
控制装置200包含一个环境压力传感器210，用于提供表示节气门122之前的压力p_vor_DK的节气门压力信号。其中，环境压力传感器210并非直接提供压力p_vor_DK，而最初只是供提供环境压力，也就是内燃机的空气过滤器150之前的空气压力。然后接着从已测得的环境压力中再在环境压力传感器210本身中、或者在控制装置200中如此推导出节气门前的实际压力p_vor_DK：从测得的环境压力中减去在内燃机的空气过滤器150中出现的压降K。
在内燃机的无节气门运行中，节气门前的压力和吸气管中的压力相等。在背景技术的控制装置中典型地设置了一个吸气管压力传感器220。该吸气管压力传感器220提供表示内燃机100的吸气管120中的压力p_saug的吸气管压力信号。有时它还附加地提供为一个环境压力传感器210供使用。
然而正如上面所述的，因为在具有完全可变的阀门控制的内燃机中载荷的调节不再是通过节气门进行的，所以到目前为止的所有已知的用于压力传感器的诊断方法-所述压力传感器建立在从节气门的角度位置或者从吸气管的压力中推导出表示内燃机载荷的载荷信号基础之上-已不再能用于具有完全可变的阀门控制的内燃机了。
因此，本发明的任务是根据上述的背景技术将用于检测常规内燃机中的有故障的吸气管压力传感器和/或有故障的环境压力传感器的已公开的方法、已公开的控制装置和公开的计算机程序如此地进一步改进，即这种检测也能用于具有完全可变阀门控制的内燃机。
这个任务通过在权利要求1中请求保护的方法得以完成。和背景技术的不同之处在于，为了检测是否两个压力传感器中的至少一个、即吸气管压力传感器或环境压力传感器有故障，所要求保护的方法放弃了从节气门的位置、或者从吸气管压力推导出载荷信号的做法。取而代之的是，根据本发明的方法仅根据直接计算节气门前的压力和吸气管中的压力就能进行这种检测。
为了能准确地确定这两个压力传感器中的哪一个有故障，根据本发明的一个优选方案所要求保护的方法包含有其它的步骤。为此，将无节气门载荷控制的内燃机人为地移置到一个模拟有节气载荷控制的运行状态中。然后在这个模拟的构思内既能从吸气管的压力中也能从节气门角度位置中推导出模拟的载荷信号。根据本发明，这些模拟的载荷信号用于求出实际有故障的压力传感器。
此外，本发明的上述任务还通过在权利要求6中要求保护的控制装置得以完成。
控制装置的优点基本上相应于前面关于要求保护的方法的优点。
要求保护的方法以及控制装置的其它有利方案为从属权利要求的主题。
下面借助附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。
图1a：根据本发明的用于检测内燃机中有故障的压力传感器的方法和一种为实现这种方法所设置的第一逻辑模块。
图1b：一个根据本发明的控制装置。
图2：根据本发明方法的另一进行方案和一个为了实现该改进方案所设置的第二逻辑模块。
图3：已公开的具有可变阀门控制的内燃机和用于控制阀门的、所配置的、已公开的控制装置。
图1a表示一种方法，用于检测在根据图3的具有可变阀门控制的内燃机中是否两个传感器中的至少一个、即吸气管压力传感器和/或环境压力传感器有故障。根据图1a的方法还不能具体区分这两个压力传感器中哪个有故障。这种结论只有借助后面参考图2描述的该方法的另一方案才能实现。
在图1a中通过画出根据本发明的一个第一逻辑模块240的功能结构对本方法进行说明。该逻辑模块240最好是用于控制内燃机100的阀门的一个控制装置200的组成部分，参见图1b。第一逻辑模块240使得执行要求保护的方法成为可能。下面对第一逻辑模240的结构进行详细说明。从中必然会得出要求保护的方法的各个步骤。
根据图1a所述第一逻辑模块240不但接收表示节气门之前的压力p_vor_DK的节气门压力信号、而且也接收表示内燃机的吸气管中的压力p_saug的吸气管压力信号；用于产生这些信号：请参见图3和说明书的所属部分。此外根据本发明，由一个第一运行状态探测器230提供的一个第一状态信号输送到第一逻辑模块240。所述第一状态信号显示该内燃机是否是以一种无节气的运行状态运行的。替代方案是，该状态信号也可由控制装置200内部的另一逻辑模块产生。
如图1a所示，第一逻辑模块240包含第一减法单元242，用于通过从节气门压力信号减去吸气管压力信号形成压差delta_p。该压差输送到一个第一比较器单元244，该单元确定，是否该压差delta_p大于第一阈值Delta_P1。第一“与”门246在第一比较器单元244的逻辑输出信号和第一状态信号之间执行一个逻辑“与”连接。这个第一“与”门246的输出信号作出有关是否所述压力传感器210，220中的至少一个有故障的第一结论。若压差delta_p实际上大于第一阈值Delta_P1、并且同时通过第一状态信号显示内燃机100处于无节气运行时则正好是这种情况。其中，第一阈值Delta_P1优选地调节到大约为零。
与这个第一结论无关，所述第一逻辑模块240包含一个第二比较器单元248，用于确定压差delta_p是否小于第二阈值Delta_P2，优选地Eelta_p2为零。若情况是这样，则与第一结论无关地可以得出一个第二结论，即这两个压力传感器210，220中的一个是带故障工作。这种结论的物理原因在于，吸气管120中的压力绝不会大于节气门122之前的压力。
此外，第二逻辑模块240还包含一个“或”门249，为的是将第一“与”门246的输出信号和第二比较器单元248的输出信号作一个“或”连接。这个“或”连接用于产生第一故障信号E_DS_DSU，该信号表示所述两个压力传感器210，220中的一个有故障，当已在第一“与”门246的输出端处、或者已在第二比较器单元248的输出端处、或者在这两个输出端处确定有这样一个故障的话。
图2表示的是图1表示的方法的另一改进方案，其中这个改进方案用于能准确确定是否吸气管压力传感器或者环境压力传感器210有故障。这个改进方案以一个第二逻辑模块250的形式实现，该逻辑模块优选地同样配属于控制装置200，请参见图1b。
根据图1b和图2，所述第二逻辑模块250是通过第一故障信号E_DS_DSU、一个第一载荷信号Last_aus_Saugrohrdruck、和一个第二载荷信号Last_aus_DK的一种逻辑连接实现所述的本方法的另一种改进方案的。所述第一载荷信号表示从吸气管中的压力推导出的内燃机的载荷，所述第二载荷信号表示从节气门122的角度位置推导出来的内燃机的载荷。
为了实现该方法的另一改进方案，在具有基本为可变的阀门控制的内燃机中模拟具有节气载荷控制的运行状态。为此，阀门140优选地由具有固定控制边缘的控制装置200进行控制。这种专门的运行状态由一种第二状态信号B_DK_erfolgt表示。该信号同样作为输入参数输送到第二逻辑模块250中。
第二逻辑模块250包含一个第二减法单元251，用于通过从第一载荷信号中减去第二载荷信号从而形成一个载荷差。在将该数值输送到一个第三比较器单元253之前，一个数值形成单元252形成载荷差数值。该第三比较器单元253确定载荷差的数值是否大于一个第三阈值Delta_Last。
一个第二“与”门在第一故障信号E_DS_DSU和第二状态信号B_DK_erfolgt之间进行“与”连接。第二“与”门254的输出信号和第三比较器单元253的输出信号一起输送到一个第三“与”门255，这样，第三“与”门255的输出信号就是上述被输送的信号的“与”连接的结果。换言之，第三“与”门255的输出信号表示的是一个第二故障信号E_DS_Saug，也就是在必要时该信号显示吸气管压力传感器220有故障。存在这样一种故障的情况是：从吸气管压力推导出的内燃机载荷和从节气门的角度推导出的载荷之间的差值大于第三阈值Delta_Last、并且除此之外同时在上述参考图1a描述的前方法中已基本确定所述传感器一环境压力传感器210或者吸气管压力传感器220一中的至少一个有故障、并且在该内燃机100中对具有受到节气的载荷控制的运行进行了模拟。得出吸气管压力传感器有故障的结论是允许的，因为信号Last_aus_DK通过其它的诊断办法进行了可靠的监控，并且因此是进行了修正的。
此外，所述第二逻辑模块250还包含一个第四“与”门256，用于在通过一个转换器257转换的第三比较器单元253输出信号和第二“与”门254的输出信号254之间执行“与”连接。第四“与”门256的输出信号表示一个第三故障信号E_DS_Umg，该信号显示环境压力传感器210有故障。存在这样一种故障的情况是：从吸气管中的压力推导出的内燃机载荷和从节气门的角度位置推导出的载荷之间的差值小于或者等于第三阈值Delta_Last、并且同时在上述参考图1所描述的前方法中已确基本确定压力传感器210，220中的至少一个有故障、并且已在该内燃机中对具有受到节气的载荷控制的运行进行了模拟。
无论是第一逻辑模块还是第二逻辑模块可分别彼此无关地作为硬件电路实现。
然而具有特殊意义的是，以一个计算机程序的形式实现根据本发明的方法、并且从而实现第一逻辑模块240和/或第二逻辑模块250。在这种情况下该计算机程序可在控制装置200中的一个计算机、特别是在一个微处理器中运行，并且适用于根据本发明的方法的执行。在这种情况中本发明是通过该计算机程序实现的，这样，这个计算机程序就以如同该方法的同样方式来描述本发明。该计算机程序适用于该方法的执行。该计算机程序最好存储在一个存储元件中。特别是一种电存储介质-例如一个随机存取存储器RAM、一个只读存储器ROM或者一个Flash-存储器可用作该存储元件。
Claims (12)
1.用于在具有可变阀门控制的内燃机中检测一个有故障的吸气管压力传感器(220)和/或一个有故障的环境压力传感器(210)的方法，该方法具有下述步骤：
-测定内燃机(100)的节气门(122)之前的压力p_vor_DK；
-测定内燃机(100)的吸气管(120)内的压力p_saug；
-通过从节气门(122)之前的压力p_vor_DK减去吸气管(120)中的压力p_saug形成一个压差delta_p；
-将该压差delta_p与内燃机(100)的无节气运行时的一个第一阈值Delta_P1、和/或与内燃机(100)的有节气或无节气运行时的一个第二阈值Delta_P2进行比较；
-若压差delta_p＞第一阈值Delta_P1和/或压差delta_p＜第二阈值Delta_P2，则检测出所述两个压力传感器中的至少一个有故障。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将第一阈值Delta_P1和/或第二阈值Delta_P2调节到大约为零的数值。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在检测到所述两个压力传感器中的至少一个有故障后，所述方法具有如下步骤：
-将内燃机(100)调节到一个模拟一个具有固定控制时间和受到节气的载荷控制的运行的运行状态；
-从吸气管(120)的压力中测定内燃机(100)的载荷；
-从节气门(122)的角度位置中测定内燃机(100)的载荷；
-通过从吸气管压力中推导出的载荷减去从节气门(122)的角度位置中推导出的载荷而形成这两个载荷的载荷差值；
-将该载荷差值的数值和一个第三阈值Delta_Last进行比较；
-若该载荷差值的数值大于第三阈值Delta_Last，则检测出吸气管压力传感器有故障；
-若该载荷差值的数值小于等于第三阈值Delta_Last，则检测出环境压力传感器(210)有故障。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，将第三阈值Delta_Last调节到至少近似为零。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，用从一个热膜空气流量测量器的测量信号中推导出的载荷信号代替从节气门(122)的角度位置中推导出来的来自节气门(122)的载荷信号。
6.用于控制一个具有可变阀门控制的内燃机(100)的控制装置(200)，该控制装置具有：
-一个用于提供一个吸气管压力信号的吸气管压力传感器(220)，所述吸气管压力信号表示内燃机(100)的吸气管(120)中的压力p_saug；
-一个用于提供一个节气门压力信号的环境压力传感器(210)，所述节气门压力信号表示节气门之前的压力p_vor_DK；
-一个用于提供一个第一状态信号的运行状态探测器(230)，所述状态信号表示内燃机(100)的无节气的运行状态；
-一个第一逻辑模块(240)，该逻辑模块用于通过根据在权利要求1或2中要求保护的方法的吸气管压力信号、节气门压力信号和所述第一状态信号的逻辑连接来检测是否所述两个压力传感器(210，220)中的至少一个有故障。
7.按照权利要求6所述的控制装置(200)，其特征在于，第一逻辑模块(240)具有：
-一个减法单元(242)，用于通过从节气门压力信号减去吸气管压力信号而形成一个压差delta_p；
-一个第一比较器单元(244)，用于确定是否压差delta_p大于所述第一阈值Delta_P1；
-一个第二比较器单元(248)，用于确定是否压差delta_p于第二阈值Delta_P2；
-一个第一“与”门(246)，用于将第一比较器单元(244)的逻辑输出信号和第一状态信号进行“与”连接。
8.按照权利要求7所述的控制装置(200)，其特征在于，此外第一逻辑模块(240)具有一个“或”门(249)，用于通过第一“与”门(246)的输出信号和第二比较器单元(248)的输出信号的“或”连接来输出一个表示所述两个压力传感器(210，220)中的至少一个有故障的第一故障信号ES_DS_DSU。
9.按照前述权利要求6至8中任一项所述的控制装置(200)，其特征在于，所述第一逻辑模块(240)是作为硬件电路实现的。
10.按照权利要求8所述的控制装置(200)，其特征在于，所述控制装置(200)具有一个第二逻辑模块(250)，用于通过第一故障信号ES_DS_DSU、一个第二状态信号、一个第一载荷信号以及一个第二载荷信号的逻辑连接来确定是吸气管压力传感器(220)还是环境压力传感器(210)有故障，所述第二状态信号表示是否将内燃机(100)已调节到一种具有固定控制边缘和受到节气的载荷控制的运行状态，所述第一载荷信号表示从吸气管(120)中的压力中推导出的内燃机(100)载荷，所述第二载荷信号表示从节气门(122)的角度位置中推导出的内燃机(100)载荷。
11.按照权利要求10所述的控制装置(200)，其特征在于，第二逻辑模块(250)包括：
-一个第二减法单元(251)，用于通过从第一载荷信号中减去第二载荷信号从而形成一个载荷差，
-一个数值形成单元(252)，用于形成载荷差的数值，
-一个第三比较器单元(253)，用于确定载荷差的数值是否大于一个第三阈值Delta_Last，
-一个第二“与”门(254)，用于将第一故障信号ES_DS_DSU与第二状态信号进行“与”连接，
-一个第三“与”门(255)，用于通过将第三比较器单元(253)的输出信号和第二“与”门(254)的输出信号进行“与”连接而形成一个第二故障信号E_DS_Saug，该第二故障信号E_DS_Saug在必要时表示吸气管压力传感器(220)有故障，
-一个转换器(257)，用于转换第三比较器单元的输出信号，和
-一个第四“与”门(256)，用于通过将第三比较器单元(253)的已转换的输出信号和第二“与”门(254)的输出信号进行“与”连接而形成一个第三故障信号E_DS_Umg，该第三故障信号E_DS_Umg在必要时表示环境压力传感器(210)有故障。
12.按照权利要求10所述的控制装置(200)，其特征在于，所述第二逻辑模块(250)是作为硬件电路实现的。
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