CN101858266B - 直接喷射燃料泵的诊断系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及直接喷射燃料泵的诊断系统和方法。一种发动机控制系统包括凸轮轴、凸轮移相器模块、压力传感器和发动机控制模块。所述凸轮轴操作性地联接到发动机的曲轴。凸轮轴的旋转操作与所述凸轮轴的凸轮驱动连通的燃料泵。所述凸轮移相器模块提供液压压力以改变凸轮关于凸轮轴的旋转位置。所述压力传感器基于所述凸轮移相器模块中的流体压力来确定凸轮移相器压力信号。所述发动机控制模块基于所述凸轮移相器压力信号来诊断所述燃料泵的状况。

Description

直接喷射燃料泵的诊断系统和方法
技术领域
本发明涉及发动机系统的燃料泵，且更具体地涉及用于发动机系统的燃料泵的诊断系统和方法。
背景技术
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
发动机燃烧空气/燃料混合物以产生驱动扭矩。发动机可包括火花点火直接喷射(SIDI)发动机。SIDI发动机包括接入点，燃料通过所述接入点直接喷射到SIDI发动机中。SIDI发动机需要高压燃料来直接喷射。燃料泵提供增压燃料给SIDI发动机。
点火系统提供火花以点火空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞，从而驱动SIDI发动机的曲轴并产生驱动扭矩。凸轮轴可通过将旋转能量从曲轴传递给凸轮轴的任何系统与曲轴旋转地接合。替代地，凸轮轴可由发动机凸轮轴直接驱动或者通过将凸轮置于发动机凸轮轴上而直接驱动，发动机凸轮轴致动所述凸轮轴。凸轮轴包括附接到凸轮轴的径向外表面上的至少一个凸轮。
凸轮移相器系统控制凸轮关于凸轮轴的旋转位置。凸轮移相器系统被液压控制，且监测凸轮移相器系统的液压系统的压力。凸轮与燃料泵的凸轮从动件接合以操作燃料泵。
发明内容
一种发动机控制系统包括凸轮轴、凸轮移相器模块、压力传感器和发动机控制模块。所述凸轮轴操作性地联接到发动机的曲轴。凸轮轴的旋转操作与所述凸轮轴的凸轮驱动连通的燃料泵。所述凸轮移相器模块提供液压压力以改变凸轮关于凸轮轴的旋转位置。所述压力传感器基于所述凸轮移相器模块中的流体压力来确定凸轮移相器压力信号。所述发动机控制模块基于所述凸轮移相器压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
一种操作发动机控制系统的方法包括：操作与凸轮轴的凸轮驱动连通的燃料泵；提供液压压力以改变凸轮关于凸轮轴的旋转位置；基于凸轮移相器模块中的流体压力来确定凸轮移相器压力信号；以及基于所述凸轮移相器压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
方案1：一种发动机控制系统，包括：
凸轮轴，所述凸轮轴操作性地联接到发动机的曲轴，其中，凸轮轴的旋转操作与所述凸轮轴的凸轮驱动连通的燃料泵；
凸轮移相器模块，所述凸轮移相器模块提供液压压力以改变凸轮关于凸轮轴的旋转位置；
压力传感器，所述压力传感器基于所述凸轮移相器模块中的流体压力来确定凸轮移相器压力信号；和
发动机控制模块，所述发动机控制模块基于所述凸轮移相器压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
方案2：根据方案1所述的发动机控制系统，还包括燃料轨道压力传感器，所述燃料轨道压力传感器基于从燃料泵提供给燃料轨道的燃料压力来确定燃料轨道压力信号。
方案3：根据方案2所述的发动机控制系统，其中，所述发动机控制模块基于所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
方案4：根据方案2所述的发动机控制系统，其中，所述发动机控制模块将所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号标准化。
方案5：根据方案2所述的发动机控制系统，还包括位置传感器，所述位置传感器基于凸轮的旋转位置来确定凸轮角信号，其中，所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号均与凸轮角信号相关联。
方案6：根据方案2所述的发动机控制系统，其中，所述发动机控制模块基于凸轮移相器压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的第一扭矩，且基于燃料轨道压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的第二扭矩。
方案7；根据方案6所述的发动机控制系统，其中，当所述第一扭矩和第二扭矩中的一个与预定扭矩相差大于预定阈值时，所述发动机控制模块诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况。
方案8：根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述发动机控制模块基于凸轮移相器压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的扭矩。
方案9：根据方案8所述的发动机控制系统，其中，当所确定的扭矩与预定扭矩相差大于预定阈值时，所述发动机控制模块诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况。
方案10：根据方案1所述的发动机控制系统，其中，当所述发动机控制模块诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况时，所述发动机控制模块修正燃料泵的操作。
方案11：一种操作发动机控制系统的方法，包括：
操作与凸轮轴的凸轮驱动连通的燃料泵；
提供液压压力以改变凸轮关于凸轮轴的旋转位置；
基于凸轮移相器模块中的流体压力来确定凸轮移相器压力信号；以及
基于所述凸轮移相器压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
方案12：根据方案11所述的方法，还包括：基于从燃料泵提供给燃料轨道的燃料压力来确定燃料轨道压力信号。
方案13：根据方案12所述的方法，还包括：基于所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
方案14：根据方案12所述的方法，还包括：将所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号标准化。
方案15；根据方案12所述的方法，还包括：基于凸轮的旋转位置来确定凸轮角信号，其中，所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号均与凸轮角信号相关联。
方案16：根据方案12所述的方法，还包括：
基于凸轮移相器压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的第一扭矩；以及
基于燃料轨道压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的第二扭矩。
方案17：根据方案16所述的方法，还包括：当所述第一扭矩和第二扭矩中的一个与预定扭矩相差大于预定阈值时，诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况。
方案18：根据方案11所述的方法，还包括：基于凸轮移相器压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的扭矩。
方案19：根据方案18所述的方法，还包括：当所确定的扭矩与预定扭矩相差大于预定阈值时，诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况。
方案20：根据方案11所述的方法，还包括：当所述发动机控制模块诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况时，修正燃料泵的操作。
本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于说明的目的且并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明原理的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明原理的示例性发动机控制模块的功能框图；
图3是示出了根据本发明原理的发动机控制方法的示例性步骤的流程图；和
图4是示出了根据本发明原理的凸轮所经受的扭矩对比凸轮角的曲线图。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示范性的且绝不意图限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记来标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑或的一种逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。
如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。
为了诊断发动机系统的燃料泵，本发明的发动机控制系统包括压力传感器，所述压力传感器基于凸轮移相器系统中的流体压力来确定凸轮移相器压力信号。发动机控制模块基于所述凸轮移相器压力信号来诊断燃料泵的状况。此外，发动机控制系统包括燃料轨道压力传感器，所述燃料轨道压力传感器基于从燃料泵提供给燃料轨道的燃料压力来确定燃料轨道压力信号。发动机控制模块还可基于所述燃料轨道压力信号来诊断燃料泵的状况。
现在参考图1，示出了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102、进气系统104、燃料系统106、点火系统108、和发动机控制模块110。燃料系统106包括凸轮轴112、凸轮114、凸轮移相器系统116、燃料泵118、燃料轨道120和喷射系统122。
发动机102燃烧空气/燃料混合物以产生驱动扭矩。仅为了示例目的，发动机102可包括火花点火直接喷射(SIDI)发动机。SIDI发动机需要高压燃料来直接喷射。虽然以下说明涉及SIDI发动机，但是应当认识到，该说明可应用于采用燃料泵的任何发动机。
空气通过进气系统104抽吸到发动机102中且分配到发动机102的气缸(未示出)中。发动机102包括接入点，燃料由喷射系统122通过所述接入点喷射到气缸中。与没有直接喷射的常规发动机相比，接入点允许发动机102以稀空气/燃料混合物(即，具有比化学计量比混合物所需更少的燃料的混合物)操作。燃料泵118通过燃料轨道120提供增压燃料给喷射系统122。空气在气缸中与喷射的燃料混合并产生空气/燃料混合物。
气缸内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。点火系统108提供火花以点火空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞，从而驱动发动机102的曲轴(未示出)并产生驱动扭矩。
凸轮轴112可通过将旋转能量从曲轴传递给凸轮轴112的任何系统与曲轴旋转地接合。替代地，凸轮轴112可由发动机凸轮轴(未示出)直接驱动或者通过将凸轮置于发动机凸轮轴上而直接驱动，发动机凸轮轴致动所述凸轮轴112。凸轮轴112包括附接到凸轮轴112的径向外表面上的至少一个凸轮114。
凸轮移相器系统116控制凸轮114关于凸轮轴112的旋转位置。凸轮移相器系统116被液压控制，且监测凸轮移相器系统116的液压系统的压力。凸轮114与燃料泵118的凸轮从动件(未示出)接合以操作燃料泵118。仅作为示例，燃料泵118可包括活塞泵。
发动机控制模块110控制发动机系统100的部件且与发动机系统100的部件进行通信。所述部件包括发动机102、进气系统104、点火系统108、凸轮移相器系统116、燃料泵118、燃料轨道120和喷射系统122。发动机控制模块110接收测量值和状态指示并提供控制发动机系统100的部件的操作的指令。
现在参考图2，示出了发动机控制模块110的功能框图。发动机控制模块110包括测量模块202、燃料系统控制模块204和凸轮移相器数据模块206。测量模块202与发动机系统100内的传感器通信。传感器包括提供凸轮轴112的旋转位置(即，凸轮角)的凸轮轴112的传感器和指示凸轮移相器系统116内的液压流体压力(即，凸轮移相器压力)的凸轮移相器系统116中的传感器。传感器还包括指示燃料轨道120内的燃料压力(即，燃料轨道压力)的燃料轨道120的传感器。
测量模块202可连续地监测传感器或者以规则间隔监测传感器。为了诊断燃料泵118，测量模块202可测量凸轮轴112的每360°旋转内的凸轮移相器压力和燃料轨道压力。测量模块202与燃料系统控制模块204通信且将测量值输出给燃料系统控制模块204。
燃料系统控制模块204访问凸轮移相器数据模块206以将测量值与预定值进行比较。来自于凸轮移相器数据模块206的预定值可包括在各种正常操作模式下的预期值。例如，当凸轮轴112旋转时，凸轮移相器压力与凸轮114经受的扭矩成比例地变化。测量扭矩与具体操作模式的预期扭矩进行比较以诊断燃料泵118的操作以及燃料是否适当地传输给燃料轨道120。
所述诊断可由燃料轨道压力确认，当凸轮轴112旋转时，燃料轨道压力也与凸轮114经受的扭矩成比例地变化。燃料系统控制模块204基于燃料泵118的诊断来操作燃料系统106，包括采取补救动作。
现在参考图3，示出了描述由发动机控制方法执行的示例性步骤的流程图。控制方法在步骤302开始。在步骤304，确定发动机系统100的当前操作参数。仅作为示例，当前操作参数可包括发动机速度和/或发动机负载。
在步骤306，控制方法基于当前操作参数来确定是否适合于诊断燃料泵118。如果为真，那么控制方法继续步骤308。如果为假，控制方法在步骤310中结束。在步骤308，确定凸轮角、凸轮移相器压力和燃料轨道压力。凸轮移相器压力和燃料轨道压力与凸轮角相关联(即，同步)且可存储在测量模块202和/或燃料系统控制模块204中。
在步骤312，禁用燃料泵118。以这种方式，在燃料泵118不工作的情况下获得凸轮移相器系统116和燃料轨道120的基准测量值。在步骤314，确定在禁用燃料泵118的情况下的凸轮角、凸轮移相器压力和燃料轨道压力。
在步骤316，在燃料泵118工作的情况下确定的值与在禁用燃料泵118的情况下确定的值进行比较，以去除在燃料泵118工作的情况下确定的值受到燃料泵118工作之外的因素影响的方面。在步骤318，控制方法确定是仅仅基于凸轮移相器压力还是也基于燃料轨道压力来诊断燃料泵118。如果仅仅考虑凸轮移相器压力，那么控制方法继续步骤320。如果考虑凸轮移相器压力和燃料轨道压力两者，那么控制方法继续步骤322。
在步骤320，凸轮移相器数据模块206被访问以获取表示在燃料泵118正常工作时凸轮114所经受的预期扭矩的预定值。在图4中示出了在360°凸轮轴旋转内凸轮114所经受的这种预期扭矩的示例。由凸轮114所经受的测量扭矩基于凸轮移相器压力来确定且与预期扭矩进行比较。
在步骤324，控制方法确定测量扭矩是否与预期扭矩相差大于预定阈值。如果为真，那么指示故障且控制方法继续步骤326。如果为假，控制方法以步骤310结束。
回到步骤322，燃料轨道压力与凸轮移相器压力结合使用以确定燃料泵118是否有故障。凸轮移相器数据模块206被访问以获取表示在燃料泵118正常工作时凸轮114所经受的预期扭矩的预定值。凸轮114所经受的第一测量扭矩基于凸轮移相器压力来确定且与预期扭矩进行比较。此外，凸轮114所经受的第二测量扭矩基于燃料轨道压力来确定且与预期扭矩进行比较。
在步骤328，控制方法确定第一测量扭矩或第二测量扭矩是否与预期扭矩相差大于预定阈值。如果为真，那么指示故障且控制方法继续步骤326。如果为假，控制方法以步骤310结束。
在步骤326，采取补救动作。补救动作可包括修正燃料泵118的操作或者发送错误消息给发动机控制模块110。控制方法以步骤310结束。
现在本领域中技术人员能够从前述说明理解到，本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，但是由于当研究附图、说明书和以下权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本发明的真实范围不应如此限制。

Claims (20)

1.一种发动机控制系统，包括：
凸轮轴，所述凸轮轴操作性地联接到发动机的曲轴，其中，凸轮轴的旋转操作与所述凸轮轴的凸轮驱动连通的燃料泵；
凸轮移相器模块，所述凸轮移相器模块提供液压压力以改变凸轮关于凸轮轴的旋转位置；
压力传感器，所述压力传感器基于所述凸轮移相器模块中的流体压力来确定凸轮移相器压力信号；和
发动机控制模块，所述发动机控制模块基于所述凸轮移相器压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括燃料轨道压力传感器，所述燃料轨道压力传感器基于从燃料泵提供给燃料轨道的燃料压力来确定燃料轨道压力信号。
3.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，所述发动机控制模块基于所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
4.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，所述发动机控制模块将所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号标准化。
5.根据权利要求2所述的发动机控制系统，还包括位置传感器，所述位置传感器基于凸轮的旋转位置来确定凸轮角信号，其中，所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号均与凸轮角信号相关联。
6.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，所述发动机控制模块基于凸轮移相器压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的第一扭矩，且基于燃料轨道压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的第二扭矩。
7.根据权利要求6所述的发动机控制系统，其中，当所述第一扭矩和第二扭矩中的一个与预定扭矩相差大于预定阈值时，所述发动机控制模块诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况。
8.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述发动机控制模块基于凸轮移相器压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的扭矩。
9.根据权利要求8所述的发动机控制系统，其中，当所确定的扭矩与预定扭矩相差大于预定阈值时，所述发动机控制模块诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况。
10.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当所述发动机控制模块诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况时，所述发动机控制模块修正燃料泵的操作。
11.一种操作发动机控制系统的方法，包括：
操作与凸轮轴的凸轮驱动连通的燃料泵；
提供液压压力以改变凸轮关于凸轮轴的旋转位置；
基于凸轮移相器模块中的流体压力来确定凸轮移相器压力信号；以及
基于所述凸轮移相器压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：基于从燃料泵提供给燃料轨道的燃料压力来确定燃料轨道压力信号。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号来诊断所述燃料泵的状况。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：将所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号标准化。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于凸轮的旋转位置来确定凸轮角信号，其中，所述凸轮移相器压力信号和所述燃料轨道压力信号均与凸轮角信号相关联。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括：
基于凸轮移相器压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的第一扭矩；以及
基于燃料轨道压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的第二扭矩。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：当所述第一扭矩和第二扭矩中的一个与预定扭矩相差大于预定阈值时，诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括：基于凸轮移相器压力信号来确定凸轮轴旋转时凸轮所经受的扭矩。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：当所确定的扭矩与预定扭矩相差大于预定阈值时，诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括：当所述发动机控制模块诊断出指示燃料传输中已经发生故障的燃料泵故障状况时，修正燃料泵的操作。
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