CN101749131B - 诊断内燃机增压装置的气动推进循环空气阀的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于诊断内燃机的增压装置的气动的推进循环空气阀的方法和装置，内燃机在将空气输送到内燃机的空气输入通道中具有压缩机，推进循环空气阀设在绕着压缩机的推进循环空气管路中，并根据第一开关状态和第二开关状态之间在空气输入通道中的压差进行开关，在第一开关状态中推进循环空气阀是打开的，在第二开关状态中是关闭的，包括下述步骤：检测空气输入通道中的压差；根据压差通过模拟确定推进循环空气阀的第一或者第二开关状态；检测表示在空气输入通道中的空气输送特性的物理参数和/或物理参数的时间曲线；根据通过模拟确定的开关状态并根据检测的物理参数和/或检测的物理参数的时间曲线，求出有关推进循环空气阀的功能性的指标。

Description

诊断内燃机增压装置的气动推进循环空气阀的方法和设备
技术领域
本发明涉及增压的内燃机，其中借助气动的推进循环空气阀防止压缩机喘振。
背景技术
现代的发动机系统具有带有增压装置的内燃机。在这种增压装置中借助废气管路中的涡轮机来驱动压缩机，这个压缩机给空气输送系统输送空气。这种发动机系统通常具有所谓的推进循环空气阀(Schub-umluftventil)。这个推进循环空气阀设置在使内燃机的空气输送系统中的压缩机短接的推进循环空气管路中。这个推进循环空气阀用于当内燃机负载变换时，用于防止增压装置的压缩机喘振。
出于成本的原因，当前使用一种所谓的气动的推进循环空气阀。这种循环空气阀不是电控制的，也就是说不是例如由发动机控制器进行激活。根据空气输送系统的进气管段与例如环境压力或者压缩机前的压力之间的压差，将气动的推进循环空气阀打开。这样推进循环空气管路被打开，由此空气从空气输送系统的位于压缩机的下游的区段，例如空气从压缩机和节气阀之间的容积，排放到环境中，或者排放到压缩机的前面，这样通过增压装置的压缩机压差降得很大。
为此，推进循环空气阀通过空气管路与设置在节气阀和内燃机之间的进气管连接。推进循环空气阀的阀膜在关闭位置时，通过反力，例如通过弹簧保持。当通过环境的压力(或者压缩机前的压力)与进气管中的压力之间差压，将足够大的力施加到阀膜上且这个力克服所述反力，则推进循环空气阀打开。在内燃机中，当所要求的扭矩下降，并且节气阀节流输送到内燃机中的空气时，推进循环空气阀打开。这样，进气管压力下降，环境或者压缩机前与进气管之间的压差相应地增加。
在故障情况时，例如在这种情况中推进循环空气阀没有打开，也就是说卡在关闭位置中，在这种运行状态中会出现一种所谓的压缩机喘振。当通过压缩机产生周期的回流就出现压缩机喘振。这样就激励压缩机的压缩机轮的叶片产生振动。这对增压装置是不利的，并且会大大地降低压缩机的使用寿命。此外，压缩机喘振还连带产生附加的烦人的噪音。
直到现在还没有公开用于检查气动的推进循环空气阀的功能方式的方法。
发明内容
因此本发明的任务是提出一种用于诊断气动的推进循环空气阀的功能的方法和设备。
这个任务通过按本发明的用于诊断气动推力循环阀的方法以及通过按本发明的设备得以完成。
根据本发明的第一方面，提出一种用于诊断内燃机的增压装置的气动的推进循环空气阀的方法，所述内燃机在将空气输送到内燃机的空气输入通道中具有压缩机。所述推进循环空气阀设置在绕着压缩机的推进循环空气管路中，其中，所述推进循环空气阀根据在空气输入通道中的压差在第一开关状态和第二开关状态之间进行切换，其中在第一开关状态中所述推进循环空气阀是打开的，在第二开关状态中所述推进循环空气阀是关闭的，所述方法包括下述步骤：
-检测空气输入通道中的压差；
-根据所述压差通过模拟确定推进循环空气阀的第一或者第二开关状态；
-检测表示在空气输入通道中的空气输送特性的物理参数和／或所述物理参数的时间曲线；
-根据通过模拟确定的开关状态并根据所检测的物理参数和／或所检测的物理参数的时间曲线，求出有关推进循环空气阀的功能性的指标，
其中，在内燃机的空气输入通道中设置在节气阀的下游中的容积中的压力与在空气输入通道中在压缩机的上游的压力之间的差值确定作为所述压差。
上述方法的构思在于，从已知的系统参数，如在空气输送系统中的压差，来模拟推进循环空气阀的瞬时状态，并且检测系统行为是否和推进循环空气阀的模拟的状态相符。
此外可求出推进循环空气阀的有关功能性的指标，其手段是当通过模拟确定的推进循环空气阀的开关状态指示第一开关状态时，检查是否出现所述物理参数的时间振荡。
也就是检查推进循环空气阀的功能性，其手段是在模拟的指示阀门是打开的开关状态中检查是否存在压缩机喘振。如果确定有压缩机喘振，则可以识别出推进循环空气阀在关闭状态中被卡住的故障。
在一种实施方式中，在多次超过第一阀值和／或多次低于第二阀值时，可通过所检测的物理参数确定存在时间振荡。
根据另一实施方式，当通过模拟确定的推进循环空气阀的开关状态指示第二开关状态，并且当模拟的流过压缩机的空气质量流与已测量的输送到压缩机的、作为表示在空气输入通道中的空气输送特性的物理参数的空气质量流有偏差时，则确定推进循环空气阀存在故障。
所述物理参数可以相当于压缩机出口的增压压力，或者相当于流入空气输通道的空气质量流。
可以规定，将在内燃机的空气输入通道中处在节气阀的下游的容积中的压力与空气输入通道中的压缩机的上游的压力之间的差值求出作为所述压差。
此外，当在节气阀的下游的容积中的压力减去压缩机的上游的压力的差值作为所述压差低于规定的阈值时，将推进循环空气阀的开关状态确定为第一开关状态，和／或当所述压差超过规定的阈值时，将推进循环空气阀的开关状态确定为第二开关状态。特别是在确定超过或者低于规定的阈值后经过规定的持续时间以后，才确定开关状态的变换，以考虑推进循环空气阀的动态特性。
根据本发明的另一方面，提出一种用于诊断内燃机(2)的增压装置的气动的推进循环空气阀的设备，所述内燃机在将空气输送到内燃机的空气输入通道中具有压缩机，其中，所述推进循环空气阀设置在绕着压缩机的推进循环空气管路中，其中，所述推进循环空气阀根据在空气输入通道中的压差在第一开关状态和第二开关状态之间进行切换，其中在第一开关状态中所述推进循环空气阀是打开的，在第二开关状态中所述推进循环空气阀是关闭的，所述设备包括：
-用于检测空气输入通道中的压差的装置；
-根据所述压差通过模拟确定推进循环空气阀的第一或者第二开关状态的装置；
-检测表示在空气输入通道中的空气输送特性的物理参数和／或所述物理参数的时间曲线的装置；
-根据通过模拟确定的开关状态并根据所检测的物理参数和／或所检测的物理参数的时间曲线，求出有关推进循环空气阀的功能性的指标的装置，
其中，在内燃机的空气输入通道中设置在节气阀的下游中的容积中的压力与在空气输入通道中在压缩机的上游的压力之间的差值确定作为所述压差。
根据本发明的另一方面，提出了一种计算机程序，它包括程序代码，当该程序代码在指标处理单元中执行时，能实施上述方法。
附图说明
图1：具有增压装置的发动机系统，在该增压装置中，压缩机通过推进循环空气管路短接，在该推进循环空气管路中设置有气动的推进循环空气阀；
图2：气动的推进循环空气阀的横截面简图。
图3：信号曲线图，其表示增压压力的时间曲线、空气质量流的时间曲线、进气管压力和节气阀位置的时间曲线。
具体实施方式
图1示出了具有内燃机2的发动机系统1。通过空气输送系统3的空气输入通道将空气输送到内燃机中，并且通过废气排出段4从内燃机排出燃烧废气。在空气输入通道中设置节气阀5，以调节输送到内燃机2的气缸中的空气量。在进气侧在空气输入通道上设置空气质量传感器6。这个传感器设计为热空气质量传感器的形式，并且测量流入空气输入通道的空气的量，并且提供相应的传感器信号作为空气质量流指标。
发动机系统1具有增压装置，该增压装置包括废气排出段4中的废气涡轮机8和在进气管14前面的空气输入通道中的压缩机9。废气涡轮机8通过未示出的轴驱动压缩机9。虚线示出废气涡轮机8和压缩机9之间的联接。
废气涡轮机8的输入侧和输出侧通过旁通管路10彼此连接。在这个旁通管路中设置有可控制的旁通阀11。
空气输送系统3中的压缩机9设置有推进循环空气管路12。这个推进循环空气管路将压缩机9的输出侧(出口)和输入侧(入口)连接起来。在推进循环空气管路12中设置有推进循环空气阀13，这个推进循环空气阀是气动操作的，以排出压缩机9和节气阀5之间的空气。
为了对旁通阀11和节气阀5进行控制，设置发动机控制器15。这个发动机控制器根据应调节的发动机运行实施控制。这种控制根据一个或者多个规定参数VG-这些规定参数例如可包括驾驶员的希望力矩-并且根据其他测量参数进行，例如根据通过转速传感器7检测的内燃机2的转速，并且根据关于流入到空气输送系统3的空气量的指标，且这些指标是由空气质量传感器6提供的。
图2示出了气动的推进循环空气阀13的简图。这个推进循环空气阀13具有第一接头21，用于与压缩机9的出口或者与在压缩机9的出口和节气阀5之间确定的容积相连，还具有第二接头22，用于与环境空气或者与压缩机9的入口侧或者与处在那里的容积相连。此外，推进循环空气阀13还具有薄膜23，它既表示在关闭位置(实线)中，也表示在打开位置(虚线)中。此外，这个推进循环空气阀13还具有作为控制接头的第三接头24。这个第三接头与空气输送系统3的称为进气管14的区段连接，也就是与空气输送系统3的在节气阀5和内燃机2的入口之间的区段连接。
在标准状态时，推进循环空气阀13位于关闭状态中。根据进气管14和外部环境之间的压差，也就是作用在第二接头22上的压力与作用在推进循环空气阀13的第三接头24上的压力之间的压差，薄膜23从关闭位置移动出来，并且推进循环空气阀13被打开。
薄膜23借助弹簧25的反力保持在关闭位置中。当在环境中的压力和在进气管14中的压力之间的压差超过通过弹簧25所规定的极限值时，这个薄膜23运动到通过虚线所示的打开位置，这样在第一接头21和第二接头22之间的流动通道被打开，这样空气就可从压缩机9的出口侧排放到环境中。
使用这种类型的推进循环空气阀13是为了避免压缩机9的不利的运行状态，特别是为了避免所述的压缩机喘振。在压缩机喘振时，当由于压缩机9的叶轮上的流动失速造成通过压缩机产生空气周期性的回流，引起在空气输送系统3中发生脉动。压缩机的这种喘振增加压缩机9的结构部件的磨损，因此减短了压缩机9的使用寿命。
特别是在内燃机2的载荷快速变换时，也就是从高的载荷的运行点转换到低载荷的运行点时，会出现压缩机9的临界运行状态，其中，节气阀5完全或者部分地关闭。然而压缩机9继续输送大量的空气，这导致在压缩机9的出口侧的增压压力(节气阀5前的压力)快速增加。其结果是流过压缩机9的空气质量流减少。减少的空气质量流结合在压缩机9上高的压差，引起在压缩机9的叶片上的流动失速，这种流动失速的表现形式为压缩机喘振。
因为这种类型的气动的推进循环空气阀13不和发动机控制器15连接，所以只能间接地进行推进循环空气阀13的故障诊断。可能会出现的故障是推进循环空气阀13在关闭状态中或者在打开状态中被卡住。特别是在关闭状态时被卡住的缺点在于，在上述运行状态中会出现压缩机喘振。
为了能对推进循环空气阀13进行诊断，必须了解推进循环空气阀13按规定工作时的实际阀门状态。因为这个推进循环空气阀13既不具有用于状态询问，也没有用于控制的电连接，所以必须模拟实际状态，也就是说必须估计在哪个时间点该推进循环空气阀13是打开的或者是关闭的。采用的手段是求出环境压力和进气管压力P_进气管之间的压差，并且将这个压差和打开压力进行比较。所述打开压力是在考虑作用到阀门薄膜23上的弹簧力的情况下从整个系统的特性中产生的。如果这个压差超过打开压力，并且前提是系统具有按规定的功能能力，则推进循环空气阀13被打开。在这种情况中，在上述运行状态时，可避免压缩机喘振。
例如可通过检查空气质量传感器6的信号，或者检查压缩机的出口侧的增压压力(由相应的压力传感器测量)确定压缩机喘振。其手段是检查在其中一个信号是否出现振荡。因为只有在推进循环空气阀13关闭时，才出现压缩机喘振，所以当推进循环空气阀13的模拟状态指示打开位置，并且同时出现压缩机喘振时，就确定推进循环空气阀13有故障。
图3示出在载荷突然降低时，并且当推进循环空气阀13有故障时，也就是在关闭位置中卡住时，通过空气质量传感器6的空气质量流mHFM、节气阀位置DKW、增压压力P_增压和进气管压力P_进气管的时间曲线。可以看出，当载荷下降时(节气阀位置DKW的数值下降强烈)，借助空气质量流mHFM的曲线和借助增压压力P_增压的曲线可识别出振荡，这种振荡表示压缩机喘振。
通过连续比较调节值，特别是增压压力很适合于确定振荡的信号。为此根据增压压力的平均值，规定上阈值和下阈值，并且此外检查是否接连地或者连续地超过或者低于这些阈值。
为了以足够的程度考虑推进循环空气阀13的惯性，可以在确定压差超过打开压力后经过确定的持续时间以后，才确定推进循环空气阀13的模拟的打开状态，这样就能以足够的程度考虑弹簧25和阀门薄膜23的惯性。这个确定的持续时间一方面应选择得足够的大，以保证在完好的推进循环空气阀13中，当压差发生相应变化后也能达到打开位置和关闭位置。另一方面这个确定的持续时间也应选择得足够的小，以便能可靠地识别推进循环空气阀的转换、或者在出现故障时不能进行转换对空气系统的影响。
当通过模拟确定的推进循环空气阀13的开关状态指示第二开关状态时，并且模拟的流过压缩机9的空气质量流与所测量的输送到压缩机9的空气质量流有偏差时，则识别出在打开位置中卡住的推进循环空气阀13。模拟的空气质量流可借助规定的压缩机特性曲线，根据工作点指标，如压缩机9的压缩机轮的转速和压缩机9上的压差来求出。输送到压缩机9的空气质量流可借助空气质量传感器6测量。

Claims (8)

1.用于诊断内燃机(2)的增压装置的气动的推进循环空气阀(13)的方法，所述内燃机在将空气输送到内燃机(2)的空气输入通道中具有压缩机(9)，其中，所述推进循环空气阀(13)设置在绕着压缩机(9)的推进循环空气管路(12)中，其中，所述推进循环空气阀(13)根据在空气输入通道中的压差在第一开关状态和第二开关状态之间进行切换，其中在第一开关状态中所述推进循环空气阀(13)是打开的，在第二开关状态中所述推进循环空气阀(13)是关闭的，所述方法包括下述步骤：
-检测空气输入通道中的压差；
-根据所述压差通过模拟确定推进循环空气阀(13)的第一或者第二开关状态；
-检测表示在空气输入通道中的空气输送特性的物理参数和/或所述物理参数的时间曲线，其中，所述物理参数相当于压缩机(9)的出口的增压压力或者相当于流入到空气输入通道中的空气质量流(mHFM)；
-根据通过模拟确定的开关状态并根据所检测的物理参数和/或所检测的物理参数的时间曲线，求出有关推进循环空气阀(13)的功能性的指标，
其中，在内燃机(2)的空气输入通道中设置在节气阀的下游中的容积中的压力与在空气输入通道中在压缩机(9)的上游的压力之间的差值确定作为所述压差。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，通过检查当通过模拟确定的推进循环空气阀(13)的开关状态指示第一开关状态时，是否出现所述物理参数的时间振荡，求出推进循环空气阀(13)的功能性的指标。
3.按照权利要求2所述的方法，其中，当通过模拟确定的推进循环空气阀(13)的开关状态指示第一开关状态，并且出现所检测的物理参数的时间振荡时，确定推进循环空气阀(13)存在故障。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，当所检测到的物理参数多次超过第一阀值和/或多次低于第二阈值时，确定存在时间振荡。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，当通过模拟确定的推进循环空气阀(13)的开关状态指示第二开关状态，并且当模拟的流过压缩机(9)的空气质量流与已测量的输送到压缩机的、作为表示在空气输入通道中的空气输送特性的物理参数的空气质量流有偏差时，则确定推进循环空气阀(13)存在故障。
6.按照权利要求1所述的方法，其中，当在节气阀的下游的容积中的压力减去压缩机(9)的上游的压力的差值作为所述压差低于规定的阀值时，将推进循环空气阀(13)的开关状态确定为第一开关状态，和/或当所述压差超过规定的阈值时，将推进循环空气阀(13)的开关状态确定为第二开关状态。
7.按照权利要求6所述的方法，其中，在确定超过或者低于规定的阈值后经过规定的持续时间以后才确定开关状态的变换，以考虑推进循环空气阀(13)的动态特性。
8.用于诊断内燃机(2)的增压装置的气动的推进循环空气阀(13)的设备，所述内燃机在将空气输送到内燃机(2)的空气输入通道中具有压缩机(9)，其中，所述推进循环空气阀(13)设置在绕着增压装置压缩机(9)的推进循环空气管路(12)中，其中，所述推进循环空气阀(13)根据在空气输入通道中的压差在第一开关状态和第二开关状态之间进行切换，其中在第一开关状态中所述推进循环空气阀(13)是打开的，在第二开关状态中所述推进循环空气阀(13)是关闭的，所述设备包括：
-用于检测空气输入通道中的压差的装置；
-根据所述压差通过模拟确定推进循环空气阀(13)的第一或者第二开关状态的装置；
-检测表示在空气输入通道中的空气输送特性的物理参数和/或所述物理参数的时间曲线的装置，其中，所述物理参数相当于压缩机(9)的出口的增压压力或者相当于流入到空气输入通道中的空气质量流(mHFM)；
-根据通过模拟确定的开关状态并根据所检测的物理参数和/或所检测的物理参数的时间曲线，求出有关推进循环空气阀(13)的功能性的指标的装置，
其中，在内燃机(2)的空气输入通道中设置在节气阀的下游中的容积中的压力与在空气输入通道中在压缩机(9)的上游的压力之间的差值确定作为所述压差。
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