CN101655040B - 常用燃料配管发动机的燃料系统高压侧的诊断系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种常用燃料配管发动机的燃料系统高压侧的诊断系统和方法。压力模块分别确定燃料系统在第一和第二时间的燃料配管的第一和第二压力。第二时间在发动机关闭之后。根据预定周期与发动机关闭和第二时间之间的周期比较，故障诊断模块有选择地诊断燃料系统中的故障。

Description

常用燃料配管发动机的燃料系统高压侧的诊断系统和方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2007年8月20日提交的美国临时申请NO.60/965393的优先权。所述申请的披露整体结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种内燃机，并且更特别是涉及常用燃料配管发动机内的燃料系统的高压侧的诊断系统。
背景技术
这里提供的背景技术的描述出于总体提供披露文章的目的。就背景技术段落中描述的程度以及提交时不能作为现有技术的描述的各个方面来说，本申请人的工作决不是明确或暗示地承认不利于本发明的现有技术。
现在参考图1，表示发动机系统100的功能方框图。空气经由吸气歧管104抽吸到发动机102内。节流阀106通过点节流控制(ETC)马达108促动，以便改变抽吸到发动机102内的空气容积。空气与来自于一个或多个燃料喷射器110的燃料混合，以便形成空气-燃料混合物。空气-燃料混合物在发动机102内的一个或多个缸112内燃烧。所得废气从缸排出到排放系统113。
燃料通过燃料系统供应到发动机102。例如，燃料系统可包括燃料喷射器110、燃料箱114、低压泵115、高压泵116以及燃料配管118。低压泵115从燃料箱114抽吸燃料，并且将燃料提供给高压泵116。高压泵116经由燃料配管118将压力燃料提供给燃料喷射器110。燃料喷射器110、高压泵116以及燃料配管118将总体称为燃料系统的高压侧。
发动机控制模块(ECM)120从配管压力传感器122接收配管压力信号。配管压力信号指示燃料配管118内的燃料压力(即配管压力)。ECM 120控制通过燃料喷射器110喷射的燃料的数量和定时。配管压力每当燃料通过一个或多个燃料喷射器110喷射时减小。ECM 120经由高压泵116保持配管压力。
发明内容
燃料系统诊断模块包括压力模块和故障诊断模块。压力模块分别确定第一和第二时间的燃料系统的燃料配管的第一和第二压力。第二时间在发动机关闭之后。根据预定周期与发动机关闭和第二时间之间的周期比较，故障诊断模块有选择地诊断燃料系统内的故障。
在其它特征中，燃料系统诊断模块还包括根据第一配管压力、第二配管压力和周期来确定衰减速度的衰减计算模块。故障诊断模块在衰减速度大于预定数值时诊断故障。
在又一特征中，第一时间出现在发动机关闭时。在其它特征中，第一时间出现在发动机关闭之前。第二时间出现在第二配管压力等于预定压力时。故障诊断模块在周期小于预定周期时诊断故障。燃料系统包括燃料配管、燃料喷射器以及燃料泵。
燃料系统诊断模块包括压力模块和故障诊断模块。压力模块分别确定第一和第二时间的燃料系统的燃料配管的第一和第二压力。第二时间在发动机关闭之后。故障诊断模块根据第二压力与预定压力比较来有选择地诊断燃料系统中的故障。
在其它特征中，燃料系统诊断模块还包括根据第一配管压力、第二配管压力和发动机关闭和第二时间之间的周期来确定衰减速度的衰减计算模块。故障诊断模块在衰减速度大于预定数值时诊断故障。
在又一特征中，第一配管压力在发动机关闭时确定。在其它特征中，第一配管压力在发动机关闭之前确定。第二配管压力在发动机关闭之后预定时间确定。燃料系统包括燃料配管、燃料喷射器以及燃料泵。
一种方法包括分别确定第一和第二时间的燃料系统的燃料配管的第一和第二压力；将预定周期与发动机关闭和第二时间之间的周期比较；以及根据比较有选择地诊断燃料系统中的故障。第二时间在发动机关闭之后。
在其它特征中，该方法还包括根据第一配管压力、第二配管压力以及该周期确定衰减速度，并且在衰减速度大于预定数值时诊断故障。
在又一特征中，第一时间出现在发动机关闭时。在其它特征中，第一时间出现在发动机关闭之前。第二时间出现在第二配管压力等于预定压力时。该方法还包括在该周期小于预定周期时诊断故障。燃料系统包括燃料配管、燃料喷射器和燃料泵。
一种方法包括分别确定第一和第二时间的燃料系统的燃料配管的第一和第二压力；将第二压力与预定压力比较；以及根据比较有选择地诊断燃料系统中的故障。第二时间在发动机关闭之后。
在其它特征中，该方法还包括根据第一配管压力、第二配管压力以及发动机关闭和第二时间之间的周期确定衰减速度，并且在衰减速度大于预定数值时诊断故障。
在又一特征中，第一配管压力在发动机关闭时确定。在其它特征中，第一配管压力在发动机关闭之前确定。第二配管压力在发动机关闭之后预定时间确定。燃料系统包括燃料配管、燃料喷射器和燃料泵。
本发明的其它应用领域将从随后提供的详细描述中变得清楚。应该理解到详细描述和特定实例只用于说明目的，而不打算限制本发明的范围。
附图说明
本发明将从详细说明和附图中更加完全地理解，附图中：
图1是按照现有技术的发动机系统的功能方框图；
图2是按照本发明原理的示例性发动机系统的功能方框图；
图3是按照本发明原理的高压侧诊断模块的示例性应用的功能方框图；
图4是发动机关闭之后配管压力相对于时间的示例性图表；
图5是表示按照本发明原理的多种燃料系统的高压侧的测量衰减速度的示例性图表；
图6A-6D是表示通过按照本发明原理的高压侧诊断模块进行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述只是示例性的，并且不打算限制本发明、其应用或使用。为了清楚起见，相同的参考标号将在附图中用于表示类似的部件。如这里使用那样，术语“A、B和C的至少一个”应该理解为指的是逻辑(A或B或C)，或者使用非排它的逻辑。应该理解到一种方法中的步骤可以不同顺序实施，而不改变本发明的原理。
如这里使用那样，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或成组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它适当部件。
故障燃料喷射器可以是车辆中燃料系统间题的常见原因。检测燃料系统问题的维护技师会试图通过首先更换燃料喷射器来解决所述问题，而不知道燃料喷射器是否故障。这会造成功能良好的燃料喷射器被更换。如果可以检测燃料系统的高压侧，通过的测试结果将取消高压侧作为问题来源。作为高压侧的一部分，燃料喷射器同样可靠，并且维护技师会接着避免使其更换。
在发动机关闭时，高压泵同样关闭。例如，高压泵会由曲轴或凸轮轴驱动，并且因此在发动机停止时减慢。在燃料配管内高压下的燃料会接着经由停止的泵泄漏。另外，一个或多个阀会开启以便释放高压燃料。故障燃料喷射器会使得燃料逃逸到缸内，并且因此配管压力将以高于平常的较快速度减小。燃料系统高压侧内的故障根据发动机关闭之后配管压力减小的速度来检测。因此，作为燃料系统的高压侧一部分的燃料喷射器内的故障可以在高压侧内没有检测到故障时被排除。
现在参考图2，提供示例性发动机系统200的功能方框图。发动机102可以是任何类型的内燃机，例如火花点火式发动机或者压缩点火式发动机。虽然表示了三个燃料喷射器和缸，发动机102可包括或多或少的燃料喷射器和缸。例如，一个例如喷射器110可设置用于每个缸112。
燃料系统将燃料供应给发动机102。例如，燃料系统可包括燃料喷射器110、燃料箱114、低压泵115、高压泵116以及燃料配管118。高压泵116经由燃料配管118将压力燃料提供给燃料喷射器110。燃料喷射器110、高压泵116和燃料配管118综合地称为燃料系统的高压侧。
发动机控制模块(ECM)220从配管压力传感器122接收配管压力信号。在发动机操作过程中，ECM 220经由高压泵116保持配管压力。例如，ECM 220可将配管压力保持在大致例如35MPa的操作压力下。在发动机关闭时，高压泵116停止泵送。在多种应用中，发动机关闭可与发动机102停止的时间相对应。作为选择，发动机关闭可与驾驶员“关闭”发动机的时间相对应。
高压侧诊断模块230根据关闭之后配管压力衰减多快来诊断燃料系统高压侧内的故障。高压侧诊断模块230可在例如配管压力衰减过快时诊断高压侧(例如燃料喷射器110、高压泵116和/或燃料配管118)内的故障。但是燃料配管118不容易故障，并且其故障可以通过其它诊断来检测。燃料喷射器110比高压泵116更容易故障，并且因此燃料喷射器110可以是高压侧故障中最可能的原因。
高压侧诊断模块230产生故障信号，指示在高压侧内已经检测到故障。在多种应用中，高压侧故障诊断模块230可在计算衰减速度大于阈值时检测高压侧内的故障。
在多种其它应用中，高压侧诊断模块230可检测燃料系统内高压侧的故障，而不实际计算衰减速度。例如，高压侧诊断模块230可在发动机关闭之后预定周期内测量的配管压力小于预定阈值时检测高压侧内的故障。作为选择，高压侧诊断模块230可在发动机关闭和配管压力降低到预定压力以下的时间之间的周期低于预定周期时检测高压侧内的故障。
ECM 220接收故障信号，并且可在高压侧内检测到故障时发送错误信号。例如，ECM 220可在检测到故障时设置错误编码。维护技师可接着根据是否设置错误编码来确定是否更换燃料喷射器110。ECM 220还在高压侧检测到故障时点亮例如“检查发动机灯”的灯。
现在参考图3，表示高压侧诊断模块230的示例性应用的功能方框图。高压侧诊断模块230包括定时器302、压力模块304、衰减计算模块306以及故障诊断模块308。定时器302跟踪发动机关闭之后的时间。在多种应用中，定时器302可以从例如零的预定重设数值开始。
压力模块304从配管压力传感器122接收配管压力信号，并且可例如过滤、缓冲和/或数字化配管压力信号。例如，压力模块304可在预定采样速度下采样配管压力，例如每0.1秒一次采样。压力模块304将配管压力提供给衰减计算模块306。另外，压力模块304可将配管压力提供给故障诊断模块308。
衰减计算模块306根据配管压力计算衰减速度。在多种应用中，衰减速度可以是配管压力在预定周期变化的平均速度、在预定时间或采样变化瞬时速度或者配管压力的任何其它适当的分析。
例如，衰减计算模块306可使用下面等式计算衰减速度：
衰减速度＝(P1-P2)/t
其中P1是第一配管压力，P2是第二配管压力，并且t是发动机关闭和P2之间的时间周期。例如，第一配管压力可以在发动机102关闭时测量。作为选择，衰减计算模块306可以假设第一配管压力是在正常发动机操作过程中通过ECM 220保持的配管压力。
衰减计算模块306可通过测量发动机关闭和配管压力降低到预定压力之下的时间之间的时间周期来计算衰减速度。此测量的周期和预定压力可以分别是上面等式中的t和P2。作为选择，衰减计算模块306可通过在发动机关闭之后经过的预定周期之后测量配管压力来计算衰减速度。此测量压力和预定周期可以分别是上面等式的P2和t。
故障诊断模块308诊断燃料系统高压侧内的故障并相应地产生故障信号。例如，故障诊断模块308可在衰减速度超过故障阈值时检测燃料系统高压侧内的故障。故障阈值可以被校正，并且可以设置成公知为出现故障的最小衰减速度。例如，故障阈值可以设置在8MPa/s。
作为选择，故障诊断模块308可诊断高压侧内的故障，而不实际计算衰减速度。在多种应用中，故障诊断模块308可在预定周期之后的测量配管压力低于压力阈值时检测高压侧内的故障。在多种其它应用中，故障诊断模块308可在发动机关闭和配管压力降低到预定压力的时刻之间的时间周期小于预定周期时检测高压侧内的故障。
现在参考图4，针对不同车辆的高压侧，示例性图表402和404都表示发动机关闭之后配管压力相对于时间的关系。在发动机关闭时，配管压力开始从例如35.0MPa的操作压力减小。可以在测量发动机关闭和配管压力降低到预定压力之下的时刻之间的周期之后(例如图表402)或者在测量发动机关闭之后预定周期时测量配管压力之后(例如图表404)，计算配管压力的衰减速度。燃料系统的高压侧会在衰减速度大于例如可以是8MPa/s的故障阈值时故障。
图表402表示测量发动机关闭和配管压力降低到预定压力的时刻之间的周期。例如，预定压力可以是3.0MPa，如虚线406所示。衰减速度可接着使用例如所述等式来计算，并且可以相应地检测高压侧内的故障。
作为选择，高压侧内的故障可通过此测量周期和预定周期比较来检测。例如，在故障阈值是8MPa/s并且操作压力(P1)是35MPa时，预定周期可以是大于4秒(即(35MPa-3MPa)/8MPa/s)。因此，高压侧会在配管压力在发动机关闭之后4秒内降低到3.0MPa时故障。使用这些数值，高压侧诊断模块可检测通过参考标号408表示的燃料系统高压侧内的故障。高压侧诊断模块可确定通过参考标号410表示的燃料系统高压侧可能是可靠的。
图表404表示测量预定周期之后的配管压力。例如，预定周期可以是4秒，如虚线412所示。衰减速度可以接着使用例如所述等式来计算，并且相应地在高压侧内诊断故障。
作为选择，高压侧内的故障可以根据测量配管压力(预定周期之后)和压力阈值比较来诊断。对于故障阈值是8MPa/s以及操作压力是35MPa的情况，压力阈值可以是3MPa(即35MPa-(8MPa/s*4s))。因此，在发动机关闭之后4秒测量的配管压力低于3MPa是检测到故障。例如，故障可在通过参考标号408表示的燃料系统高压侧内检测到，而不可能的是故障在参考标号410表示的那些中检测到。
现在参考图5，示例性图表表示不同燃料系统500A-500J的高压侧的测量衰减速度。虚线502表示示例性故障阈值，在图5中是8.0MPa。在其各自衰减速度大于故障阈值时，在燃料系统500A-500J的高压侧内检测到故障。如上所述，与燃料系统500C、500D和500H相对应的高压侧诊断模块可检测到其各自高压侧内的故障。
现在参考图6A，流程图表示通过高压侧诊断模块230执行的示例性步骤。控制器在发动机关闭时在步骤602开始。在步骤602，控制器启动定时器302。在多种应用中，控制器从例如零的重设数值启动定时器302。控制器在步骤604继续，其中控制器测量配管压力。
在步骤606，控制器确定配管压力是否小于或等于预定压力。如果是，控制器继续步骤608；否则，控制器返回到步骤604。例如，预定压力可以是3.0MPa。控制器在步骤608继续，其中控制器测量周期。例如控制器可通过读取定时器302来测量周期，并且计算重设数值和定时器数值之间的差别。
在步骤610，控制器计算例如使用下面的等式衰减速度：
衰减速度＝(P1-P2)/t
其中P1是第一配管压力，P2是第二配管压力，并且t是周期。例如，预定压力和周期可以分别作为P2和t使用。步骤604中测量的第一压力可以用作P1。作为选择，控制器可假设P1是通过ECM 220保持的操作压力。
控制器接着在步骤612确定衰减速度是否大于故障阈值。如果是，控制器在步骤614继续；否则，控制器转换到步骤616。在步骤614，控制器指示在燃料系统的高压侧没有检测到故障，并且控制结束。在步骤616，控制器指出燃料系统的高压侧的故障，并且控制结束。控制器可通过例如设置错误编码和/或点亮“检查发动机灯”来指出燃料系统高压侧内的故障。
现在参考图6B，提供高压侧诊断模块230执行的示例性步骤的第二流程图。控制器执行以上图6A的步骤602-608。除了计算衰减速度之外，控制器接着在步骤620继续，其中控制器确定该周期是否大于阈值(即预定周期)。如果是，控制器在步骤622继续；否则，控制器转换到步骤624。在步骤622，控制器指出在高压侧没有检测故障并且控制结束。在步骤624，控制器指出高压侧的故障，并且控制结束。
现在参考图6C，提供表示通过高压侧诊断模块230执行的示例性步骤的第三流程图。控制器在步骤602启动定时器302。在步骤630，控制器确定第一配管压力。控制器可在发动机关闭时测量第一配管压力或者假设第一配管压力是通过ECM 220在正常操作过程中保持的配管压力。在步骤632，控制器确定发动机关闭的周期(即启动定时器)是否大于或等于预定周期。如果是，控制器在步骤634继续；否则，控制器保持在步骤632。
在步骤634，控制器测量第二配管压力。控制器接着在步骤636继续，其中控制器根据第一配管压力、第二配管压力和预定周期来计算衰减速度。在步骤638，控制器确定衰减速度是否大于故障阈值。如果是，控制器在步骤640继续；否则，控制器转换到步骤642。在步骤640，控制器指出在燃料系统的高压侧没有检测到故障，并且控制结束。在步骤642，控制器指出燃料系统高压侧内的故障，并且控制结束。
现在参考图6D，提供通过高压侧诊断模块230执行的示例性步骤的第四流程图。控制器执行图6C所示的步骤602和630-34。除了计算衰减速度之外，控制器接着在步骤650继续，其中控制器确定第二配管压力是否大于压力阈值。如果是，控制器在步骤652继续；否则，控制器转换到步骤654。在步骤652，控制器指出在高压侧没有检测到故障，并且控制结束。在步骤654，控制器指出高压侧内的故障，并且控制结束。
本领域的普通技术人员现在从以上描述中理解到本发明的广泛教导可以不同形式体现。因此，虽然本发明包括特定的实例，本发明的真实范围不应该受到限制，这是由于本领域的普通技术人员在阅读附图、说明书和下面的权利要求时将明白其它变型。

Claims (6)

1.一种燃料系统诊断模块，包括：
压力模块，所述压力模块分别确定第一和第二时间的燃料系统的燃料配管的第一和第二压力，其中所述第一时间出现在发动机关闭时，所述第二时间在发动机关闭之后；
定时器，测量发动机关闭时和发动机关闭后配管压力从第一配管压力降低到预定压力以下的第二配管压力的时间之间的周期；以及
故障诊断模块，在所述周期小于所述预定周期时诊断故障。
2.如权利要求1所述的燃料系统诊断模块，其特征在于，还包括衰减计算模块，根据测量发动机关闭和配管压力降低到预定压力之下的时间之间的时间周期来计算衰减速度；或者通过在发动机关闭之后经过的预定周期之后测量配管压力来计算衰减速度；
其中所述故障诊断模块在所述衰减速度大于预定数值时诊断所述故障。
3.如权利要求1所述的燃料系统诊断模块，其特征在于，所述燃料系统包括所述燃料配管、燃料喷射器以及燃料泵。
4.一种方法，包括：
分别确定第一和第二时间的燃料系统的燃料配管的第一和第二压力，其中所述第一时间出现在发动机关闭时，所述第二时间在发动机关闭之后；
确定发动机关闭时和发动机关闭后配管压力从第一配管压力降低到预定压力以下的第二配管压力的时间之间的周期；
将预定周期和所述周期比较；以及
在所述周期小于预定周期时诊断所述燃料系统中的故障。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
根据测量发动机关闭和配管压力降低到预定压力之下的时间之间的时间周期来计算衰减速度；或者通过在发动机关闭之后经过的预定周期之后测量配管压力来计算衰减速度；以及
在所述衰减速度大于预定数值时诊断所述故障。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述燃料系统包括所述燃料配管、燃料喷射器和燃料泵。
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