CN102182601B - 用于诊断高压共轨系统中的故障以及校准该故障的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种诊断发动机的高压共轨系统中的故障的方法，包括：采用分缸技术将发动机中的至少一个气缸进行断缸；基于曲轴转角来测量断缸后高压共轨系统中的轨压，包括：将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号；选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点；对特征采样点进行滤波以生成断缸后的轨压；求取断缸后的轨压与出厂轨压的轨压差值，当差值高于预定阈值时，则判断高压共轨系统存在故障。该方法还包括：如果高压共轨系统存在故障，则将与轨压差值相关联的喷油量和泵油量补偿至出厂喷油量和泵油量中，以校准故障。

Description

用于诊断高压共轨系统中的故障以及校准该故障的方法和装置

技术领域

本发明的各实施方式涉及发动机领域，并且更具体地，涉及一种用于诊断高压共轨系统中的故障以及校准该故障的方法和装置。

背景技术

高压共轨系统是一种用于柴油发动机的供油系统。该系统在高压油泵、实时压力传感器和电子控制单元组成的闭环系统中，可以将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管中，通过实时压力传感器测量公共供油管内的压力来实现精确控制，使得公共供油管内的压力大小与发动机的转速无关，从而大幅度减小柴油发动机公共供油管内的压力随发动机转速变化的程度。

电子控制单元控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于公共供油管压力和电磁阀开启时间的长短。通常，将公共供油管内的压力称为共轨压力，或者简称为轨压。在共轨系统中，共轨压力不仅决定了喷油压力的高低，而且是喷油计量的重要参数，其稳定性和过渡响应直接影响发动机启动、怠速、加速等性能。所以确保精确地对轨压信号进行采样、滤波和控制具有重要意义。

高压共轨系统中，电控喷油器和高压油泵是重要的执行部件，喷油量和泵油量的精确控制对发动机的动力性和经济性有重要的影响，而执行部件的老化是影响喷油量和泵油量的主要因素。在执行部件逐渐老化的情况下，继续以发动机出厂时设置的参数控制喷油量和泵油量，通常会造成高压共轨系统中的轨压不能达到预期的轨压，进而造成发动机效率降低等不良影响。

目前多数发动机中并没有实现对执行器老化进行补偿；即使进行了补偿，通常也是采用加入以时间为变量的补偿量来校准出厂参数。尽管这种补偿量是以时间为变量的函数，然而该函数并未考虑与发动机自身执行部件老化和磨损相关联的其他具体因素，因而这种补偿只能是粗略的补偿。如果需要获得与实际情况相吻合效果的补偿参数，则需要到维修站进行定期检测并基于执行部件的当前状态进行补偿。

发明内容

因此，在尽量不改变高压共轨系统现有配置的前提下，如何实现方便准确地诊断高压共轨系统中的故障(例如，老化和磨损)并设置相应的补偿参数，则成为一项亟待解决的问题。为此，本发明提供了一种在发动机运行过程中诊断高压共轨系统中的故障并设置相应补偿参数的方法和装置。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种诊断发动机的高压共轨系统中的故障的方法，包括：

-采用分缸技术将发动机中的至少一个气缸进行断缸；

-基于曲轴转角来测量断缸后高压共轨系统中的轨压，包括：将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号；选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点；对特征采样点进行滤波以生成断缸后的轨压；

-求取断缸后的轨压与出厂轨压的轨压差值，当差值高于预定阈值时，则判断高压共轨系统存在故障。

根据本发明的另一实施方式，其中高压共轨系统中的轨压平稳区对应于曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域。

根据本发明的另一实施方式，还包括：如果高压共轨系统存在故障，则将与轨压差值相关联的喷油量和泵油量补偿至出厂喷油量和泵油量中，以校准故障。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种诊断发动机的高压共轨系统中的故障的装置，包括：

-断缸控制器，用于采用分缸技术将发动机中的至少一个气缸进行断缸；

-测量器，用于基于曲轴转角来测量断缸后高压共轨系统中的轨压，包括：输入轨压形成器，用于将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；采样信号形成器，用于在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号；特征采样点选择器，用于选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点；轨压信号生成器，用于对特征采样点进行滤波以生成断缸后的轨压；

-判断器，用于求取断缸后的轨压与出厂轨压的轨压差值，当差值高于预定阈值时，判断高压共轨系统存在故障。

根据本发明的另一实施方式，还包括：轨压平稳区选择器，用于选择曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域作为高压共轨系统中的轨压平稳区。

根据本发明的另一实施方式，还包括：校准器，用于如果高压共轨系统存在故障，则将与轨压差值相关联的喷油量和泵油量补偿至出厂喷油量和泵油量中，以校准故障。

采用根据本发明的各实施方式，可以在尽量不改变高压共轨系统现有配置的前提下，在高压共轨系统中方便、准确地诊断高压共轨系统中的故障并设置相应补偿参数，并且还可以以易于部署的方式实现高压共轨系统的配置。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施方式的特征、优点及其他方面将变得更加明显，在附图中：

图1示意性示出了在高压共轨系统中实际测量的轨压信号的曲线图；

图2示意性示出了根据现有技术的对实际测量的轨压信号进行采样和滤波的轨压信号的曲线图；

图3示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的方法的流程图；

图4示意性示出了根据本发明一个实施方式的、在触发信号的一个周期期间选取多个触发点的方法的流程图；

图5示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角进行采样的轨压信号的曲线图；

图6示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角进行采样和滤波的轨压信号的曲线图；

图7示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的装置的框图；

图8示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的装置的具体实现细节；

图9示意性示出了根据本发明一个实施方式的诊断发动机的高压共轨系统中的故障的方法的流程图；

图10示意性示出了根据本发明一个实施方式的断缸后的轨压波形；

图11示意性示出了根据本发明一个实施方式的断缸调度器的实现框图；以及

图12示意性示出了根据本发明一个实施方式的诊断发动机的高压共轨系统中的故障并进行校准的装置的框图。

具体实施方式

下面参考附图详细描述本发明的各实施方式。附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在下文中，将仅以4行程的柴油发动机中的高压共轨系统作为应用环境的示例，来示出根据本发明实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的方法。应当理解，本发明还可以应用于具有其他行程数量的发动机的高压共轨系统中。此外，尽管本说明书中以6个气缸发动机作为具体示例，根据本发明的方法和装置还可以应用于具有包括但不限于6气缸的发动机中，也即可以应用于具有其他数量气缸的发动机的高压共轨系统中。

本发明提供了一种可以在发动机正常运行过程中诊断和校准故障的方法和装置。该方法通过将分缸技术，对断缸后的轨压信号进行测量，并将测量值与出厂值进行比较，当差值高于预定义阈值时，则判断高压共轨系统存在故障。在另一实施方式中，如果高压共轨系统存在故障，则将与轨压差值相关联的喷油量和泵油量补偿至出厂喷油量和泵油量中，以校准故障。

由于分缸和断缸是在发动机运行过程中进行，此时测量的断缸后的轨压信号可以真实反映出喷油器和油泵等执行部件的老化和磨损对于轨压信号的影响。因而通过精确测量断缸后的轨压信号，便可基于该轨压信号的大小来判断高压共轨系统是否存在故障。

本发明的一个前提在于，需要精确地测量高压共轨系统中的断缸后的轨压。然而，在发动机的实际运行过程中，高压共轨系统的轨压实测信号会出现周期性的波动，每个波动周期主要分为轨压平稳区和轨压波动区。应当注意，处于轨压平稳区中的轨压测量值对于发动机的整体性能控制是有意义的，而在实际控制中并不特别关注处于轨压波动区中的轨压测量值。为简便起见，在下文中将处于轨压平稳区内的轨压简称为有效轨压。测量有效轨压时，需要通过滤波处理过滤掉轨压波动区中的数据，保留轨压平稳区中的数据用作进一步的后续操作。

在根据本发明的方法和装置中，只有精确地测量高压共轨系统中的有效轨压，才有可能实现后续的诊断和校准操作。尽管现有技术中已经开发出了测量有效轨压的方法，然而这些方法的采样数据中通常包括大量位于轨压波动区中的噪声数据，由于无法有效剔除噪声数据，因而造成轨压测量的准确性不够高。由于不能满足精确测量高压共轨系统中的有效轨压，有可能导致无法准确进行控制轨压和保持轨压稳定性的后续操作。

本发明提供了一种基于曲轴转角来测量高压共轨系统中轨压的方法，并且在本发明的实施方式中，采用该方法来测量断缸后的高压共轨系统中的轨压。在下文中，将参见图1至图8说明如何实现基于曲轴转角来测量高压共轨系统中轨压。

参见图1，该图示意性示出了在高压共轨系统中实际测量的轨压信号的曲线图100。应当注意，实际测量的轨压是通过设置于高压共轨系统的公共供油管内的实时压力传感器实时感测的轨压值。图1中的曲线110是依据实时感测的轨压值随时间变化而绘制的曲线。图1中所示坐标的横轴表示时间轴，该坐标的纵轴表示轨压信号。从图1中所示可见，实际测量的轨压110随着时间周期性地上下波动，并且包括波峰(对应于轨压平稳区)和波谷(轨压波动区)两部分。图1中示出了8个轨压波动周期。

轨压平稳区对应于高压共轨系统中非喷油的工作区间，在此区间中轨压包含轻微波动。而由于喷油导致在轨压波动中存在较大波动，此时燃油从高压共轨系统的公共供油管中喷出，而造成压力大大降低并产生了轨压信号中的波谷。这种波动的周期较小并属于高频波动，且不能通过轨压控制进行补偿。

图2示意性示出了根据现有技术的对实际测量的轨压信号进行采样和滤波的轨压信号的曲线图200，其中示出了8个轨压波动周期。实际测量的轨压如曲线210所示，该曲线210的测量方法与图1中实际测量的轨压110的测量方法相同。图2中以“*”表示的多个采样点220示出了基于特定时间间隔对实际测量的轨压210进行的采样。图2所示示例中采用了基于特定时间间隔进行采样的方式，例如以每隔0.001秒进行采样，之后对10个连续采样点的采样轨压值求平均，由此得到周期为0.01秒的多个采样点220。

从图2中可见，基于时间变量来采样轨压时，多个采样点220中的某些位于轨压平稳区中，而某些则位于轨压波动区中。并且随着发动机曲轴转速的变化，在0.01秒内曲轴旋转经过的角度是不同的。当曲轴转速发生变化时，每个波动周期内的轨压平稳区和轨压波动区所对应的时间也会发生变化。也即，当曲轴正在以转速1旋转时，若以0.01秒为周期采样轨压时有可能使得较多的采样点落入轨压平稳区；而当曲轴以另一转速2旋转时，若继续以0.01秒为周期采样轨压，则很可能会出现大量采样点不在轨压平稳区内的情况。

应当注意，在高压共轨系统的每个波动周期中，轨压平稳区内的轨压更能代表对于后续控制操作有意义的轨压，此区间内的轨压大小与发动机的工作状态具有直接相关性，因而属于轨压测量和控制中需要被采样的区间范围。然而，轨压波动区内的信号是会造成轨压测量误差的噪声信号，即使对该区间内的轨压进行了采样，这些采样也属于需要被剔除的异常数据，因而在采样和控制中应当尽量避开。

另外，这种基于时间进行采样的方法没有考虑当前泵油和喷油相对于曲轴的相位，此时采样的轨压瞬时信号点的位置可能出现在轨压信号剧烈波动的区域，导致即使轨压信号平稳时也会得出轨压正在波动的错误结论。例如图2中曲线230示出了滤波后的轨压曲线，由于此时某些采样点(例如噪声采样点240和噪声采样点250)位于轨压波动区，导致了滤波后的轨压信号也出现了波动，造成采样结果不准确。在采样过程中，应当避免在轨压波动区内进行采样。

根据本发明的一个实施方式，考虑了在采样过程中尽量采样轨压平稳区内的轨压值(也即，采样图1所示的轨压较为平稳的波峰区域中的轨压)，并且尽可能地避免采样轨压波动区中的数据(也即，避免采样图1所示的剧烈震荡的波谷附近范围内的轨压)，以便减少对高压共轨系统中轨压的测量值产生干扰。

为了更清楚地阐述本发明的实施方式，现在简述4个行程的工作过程，并分析高压共轨系统中的轨压平稳区与4个行程之间的关系。对于4行程柴油机而言，柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。在一个工作循环中，曲轴旋转720度，曲柄上下行进两次。

1.进气行程：该行程的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气行程开始时，活塞位于上止点。随着曲轴旋转，曲柄使活塞从上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相连的传动机构使进气阀打开。随着活塞向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。当活塞向下运动接近下止点时，进入气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后关闭。

2.压缩行程：在此行程中，活塞从下止点向上止点运动，这个行程的作用为：1)提高空气的温度；2)为气体膨胀做功创造条件。当活塞上行、进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩。压缩终点的温度远高于燃油的自燃温度，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。

应当注意，喷入气缸的燃油并不是立即发火的，而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.001-0.005秒，称为发火延迟期。因此，要在曲轴旋转至上止点前35-10度的曲轴转角时开始将雾化的燃油喷入气缸，并使曲轴在上止点后5-10度时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。

3.做功行程：此时大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过曲柄使曲轴转动，对外做功。随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作行程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。

4.排气行程：排气行程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。当工作行程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。

由上可知，四行程柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程做功，其余三个行程都是为做功行程创造条件的辅助行程。在多缸发动机中，所有气缸的做功行程并不同时进行，而是尽可能地有一个均匀的做功间隔。例如6缸发动机，在完成一个工作循环中，曲轴旋转两周即720度，曲轴转角每旋转120度就有一个气缸做功。在上文参见图1和图2示出的示例中，一个轨压波动周期对应于6缸发动机中一个气缸的做功。因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平稳，并可获得足够大的功率。

应当注意，基于发动机自身特性的区别，轨压平稳区所对应的曲轴转角范围也不尽相同。通常，当曲轴距上止点前约35-10度附近并且在喷油嘴喷油前后，高压共轨系统中的轨压最高并且相对平稳，此时也即处于前文所述的轨压平稳区。由于轨压平稳区总是伴随着4行程柴油发动机的压缩行程出现的，因而可以设计一种仅对轨压平稳区区间内的轨压进行采样的机制。从柴油发动机的基本原理可知，轨压平稳区仅在每个工作循环中曲轴转角位于特定角度时(例如，压缩行程中曲轴在上止点前35-10度范围内)出现，因而可以采用曲轴转角作为采样轨压信号的触发。

在下文中，将参见图3至图8详述根据本发明的实施方式的方法和装置。图3示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的方法的流程图300。在步骤S302中，将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压。应当注意，可以通过实时压力传感器来获取高压共轨系统中的实时轨压信号，并且采用例如低通滤波器来过滤实时轨压信号中的噪声，以形成输入的待采样的轨压信号。

在步骤S304中，在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号。在一个实施方式中，可以基于曲轴转角的中断进行采样。例如，在曲轴每次旋转特定角度(例如，6度等)时进行采样。由于曲轴包括特定数量的轮齿，还可以在曲轴每次旋转特定数量的轮齿时进行采样。

例如，对于6缸柴油机而言，曲轴旋转一周包括3个轨压波动周期，采用以曲轴旋转特定角度时触发采样，则无论曲轴转速如何，在一个波动周期内获得的采样点的数量均相同。具体而言，在曲轴包括60个轮齿的情况下，若在曲轴每次旋转1个轮齿时触发一次采样，则曲轴旋转一周可以获得60个采样点(对应于3个轨压波动周期)；若在曲轴每次旋转2个轮齿时触发一次采样，则曲轴旋转一周可以获得30个采样点(对应于3个轨压波动周期)。

应当注意，通常对于包括60个轮齿的曲轴，该曲轴实际上包括“60-2”也即58个轮齿。缺少的两个轮齿可以标识出曲轴每次旋转的开始和结束位置。在其他具体实现中，缺齿数量包括但不限于2个，而是还可以具有其他数量的缺齿。应当注意，尽管本说明书中采用以具有60个轮齿的曲轴作为示例，在其他备选实施方式中，曲轴还可以包括其他数量的轮齿。只要作为采样间隔的旋转角度是固定的，则每个波动周期内获得采样点数量恒定。

在步骤S306中，选择位于高压共轨系统中的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点。从上文中针对轨压平稳区与曲轴转角位置的关系可知，对于一般柴油发动机而言，高压共轨系统中的轨压平稳区对应于曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域。则可以选择在曲轴转角到达上止点前35-10度内区域中的采样点的数值，作为轨压的特征采样点。此时的特征采样点可以从整体上反映高压共轨系统中对于控制轨压有效的轨压值。

通过选择特征采样点的方法，可以快速有效地剔除轨压平稳区以外的“噪声采样点(例如图2中所示的位于轨压波动区中的噪声采样点240和250)”，从而达到准确测量轨压的目的。

继而在步骤S308中，对特征采样点进行滤波以生成轨压的测量值。步骤S306所得的特征采样点已经能够较好地反映轨压平稳区内的轨压值，在步骤S308中的处理可以进一步滤除噪声采样点以便获得更准确的测量值。

在一个实施方式中，在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号包括：将曲轴转角信号转换为周期性地触发对输入轨压进行采样的触发信号；响应于触发信号中的各触发点来对输入轨压进行采样。

由于曲轴转角对应于特定数量的轮齿，可以采用多种方式将曲轴转角信号转换为轮齿转动的信号，并将曲轴旋转经过特定数量的轮齿作为触发采样的触发信号；或者，还可以直接以曲轴旋转经过特定角度时，触发对轨压进行采样。根据本发明的一个实施方式，触发信号是方波信号。例如，可以在曲轴每次转动一个轮齿(或者旋转经过其他数量的轮齿)时，触发一次采样。还可以采用例如方波来描述曲轴的转动，例如，将曲轴每次旋转一个轮齿的开始点对应于方波信号的下降沿(或者上升沿)，由此形成连续的方波信号。

根据本发明的一个实施方式，可以在方波信号的一个周期内设置至少一个触发点。例如，可以将方波信号的下降沿设置为触发点，也可以将方波信号的上升沿设置为触发点，此时在一个方波周期内，仅进行一次采样。根据本发明的一个实施方式，还可以将方波信号的下降沿和上升沿均设置为触发点，此时在一个方波周期内，则进行两次采样。

例如，对于具有60个轮齿的曲轴，若设置方波信号下降沿(或上升沿)为触发点时，曲轴旋转一周可以获得60个采样点；而将方波的下降沿和上升沿均设置为触发点时，曲轴旋转一周可以获得120个采样点，此时采样间隔更小。

根据本发明的一个实施方式，还可以考虑在一个方波周期内设置更多数量的触发点。在一个实施方式中，在方波信号的一个周期内设置至少一个触发点包括：在方波信号的周期开始时设置定时器；定时器以预定时间间隔产生中断以生成触发点，直到在方波信号的周期内产生了预定数量的触发点、或者方波信号的周期结束为止。

根据一个实施方式，可以选择在一个触发信号周期T期间设置N(N为正整数)个触发点，例如在一个触发信号周期期间，每隔时间ΔT进行一次采样，以便增加采样点的数量。应当注意，N和ΔT的数值与触发信号的周期T之间应该满足如下关系：

ΔT×(N-1)≤T    公式1

当ΔT×(N-1)＞T时，无法满足在一个触发信号周期T内完成N次间隔为ΔT的采样。另外应当注意，当ΔT×(N-1)＝T时，一个周期的最后一个采样点恰好与紧邻的下一周期的第一个采样点重合。为了便于计算，通常将间隔ΔT设置为大大小于触发信号周期T的数值。

现在参见图4来说明如何在作为触发信号的方波周期期间选择多个触发点。图4示意性示出了根据本发明一个实施方式的、在触发信号的一个周期期间选取多个触发点的方法的流程图400。在步骤S402中，首先判断N(N为正整数)是否大于等于1，如果N等于1，则在触发信号的方波的一个周期内仅选择一个触发点。当N大于1时，则表示在触发信号的方波的一个周期内选择多个触发点。

在步骤S404中，响应于接收到曲轴转角下降沿，设置计数器值＝N-1。继而在步骤S406中，执行采样并且设置计数器的值减1，之后在步骤S408中启动超时时间为ΔT的定时器，以便在经过ΔT之后触发进行下一次采样。在步骤S410中，判断此时计数器的值是否大于0，如果大于0则操作返回步骤S406以触发下一次采样；否则操作结束。通过图4所示的流程，可以实现在在触发信号周期期间选取多个触发点的方法。

应当注意，图4所示的方法假定N和ΔT的数值与触发信号的周期T之间满足公式1，当未知N、ΔT和T的关系是否满足公式1时，还可以设置其他的停止条件，例如，在方波信号的周期内产生了预定数量N个触发点、或者方波信号的周期结束时，停止操作。

下面参见图5和图6并对比图2来叙述根据本发明实施方式的方法相对于现有技术的优势。图5示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角进行采样的轨压信号的曲线图500。图5示出了2个轨压波动周期的轨压信号，其中曲线510对应于曲轴转角信号，而采样点520是在曲轴转过特定转角时获得的多个采样点。从图5中可见，曲轴转角信号510的曲线的周期均匀分布，尽管由多个采样点连接而成的轨压曲线530也存在位于波峰附近的轨压平稳区和波谷附近的轨压波动区，然而该曲线530相对于图2中滤波后的轨压230所示的曲线要平滑得多。

图5中的采样点520也即由图3中步骤S304所获得的采样信号，在后续操作中，还需要选择轨压平稳区内的特征采样点，并将特征采样点滤波得出最终测量结果。现在参考图6详细说明这一过程。图6示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角进行采样和滤波的轨压信号的曲线图600。图6示出了8个轨压波动周期，其中曲线610示出了实际测量的轨压曲线，以“*”表示的多个点620是选择得出的特征采样点，以黑色圆点表示的多个点630是特征采样点的滤波值，而曲线640表示滤波后的轨压曲线。

从图6中可见，滤波后的轨压曲线640是一条较为平滑的曲线，其中已经剔除了位于轨压波动区内的噪声采样点。因而，如图6中所示的结果可以更为准确地表示高压共轨系统中的有效轨压。通过对比图2可知，同样的轨压波动经不同的处理方法最后得到的结果有很大的差异，本发明的基于曲轴转角来测量轨压的方法得出的轨压波动明显小于基于时间采样的轨压波动，而且无论转速如何变化均可得到较为理想的滤波结果。这可以为后续的轨压PID控制提供更加精确的输入数据。

图7示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的装置的框图700。如图7所示，该装置包括：输入轨压形成器710，用于将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；采样信号形成器720，用于在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号；特征采样点选择器730，用于选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点；轨压信号生成器740，用于对特征采样点进行滤波以生成轨压的测量值。并且输入轨压形成器710、采样信号形成器720、特征采样点选择器730和轨压信号生成器740依次连接。

根据本发明的一个实施方式，其中采样信号形成器720还可以包括：触发信号生成器722，用于将曲轴转角信号转换为周期性地触发对输入轨压进行采样的触发信号；采样器724，用于响应于触发信号中的各触发点来对输入轨压进行采样；以及触发点生成器726，用于在方波信号的一个周期内设置至少一个触发点。

根据本发明的一个实施方式，还可以包括轨压平稳区选择器750，用于选择曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域作为高压共轨系统中的轨压平稳区，并且该轨压平稳区选择器750连接至特征采样点选择器730。

根据本发明的一个实施方式，其中触发信号是方波信号。

根据本发明的一个实施方式，其中触发点是以下中的至少一个：方波信号的上升沿、方波信号的下降沿。

根据本发明的一个实施方式，其中所示触发点生成器包括：启动器，用于在方波信号的周期开始时设置定时器；中断生成器，用于定时器以预定时间间隔产生中断以生成触发点，直到在方波信号的周期内产生了预定数量的触发点、或者方波信号的周期结束为止。

图8示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的装置的具体实现细节800。如图8所示，实时压力传感器802用于实时测量高压共轨系统的实际轨压，第一滤波器804用于将来自实时压力传感器802的实际轨压进行滤波以形成输入轨压806，转换模块814将原始曲轴信号812转换为方波信号816，A/D转换器808接收来自第一滤波器804的输入轨压806，并且接收来自转换模块814的方波信号816作为触发，将基于方波816采样的采样数据输入缓存器810，均值器820将来自缓存器810的数据转换为采样信号，选择器824基于特定的曲轴转角生成中断，并选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点，并且第二滤波器826对来自选择器824的轨压的特征采样点进行滤波，以生成轨压的测量值828。

根据本发明的一个实施方式，还可以包括：计数器818，连接至转换模块814，用于接收来自转换模块814的方波信号816；在所述方波信号816的一个周期内产生多个采样触发点；将基于所述多个采样触发点而采样的采样信号输入缓存器810。

尽管图8中详细示出了一种在高压共轨系统中基于曲轴转角来测量轨压的装置的具体实现细节，应当注意，该示出仅仅是本发明的一个具体实施方式，还可以采用其他的设备、装置、模块、组件、电路等来实现本发明的其他实施方式。

现在将参考图9至图12说明如何利用基于曲轴转角测量的轨压，诊断高压共轨系统中是否存在故障。图9示意性示出了根据本发明一个实施方式的诊断发动机的高压共轨系统中的故障的方法的流程图900。如图9中所示，方法开始于步骤S902，此时采用分缸技术将所述发动机中的至少一个气缸进行断缸。这里的断缸是指关闭一个或者多个气缸而保证其他气缸正常工作。为简单起见，可以一次仅对一个气缸断缸；然而本领域技术人员应当理解，还可对多个气缸进行断缸。当对多个气缸进行断缸时，诊断故障的基本原理与对一个气缸断缸相同，只是情况稍微复杂。

在框图910内所包括的步骤S904至S910，是基于曲轴转角获取断缸后所述高压共轨系统中的轨压的步骤，该步骤与上文中参见图3所示步骤类似，在此不再赘述。根据本发明的一个实施方式，框图910所示的在高压共轨系统中基于曲轴转角来测量断缸后高压共轨系统中的轨压的方法，可以采用上文中所述的基于曲轴转角测量轨压的任意方法来实现，并且本领域技术人员可以基于高压共轨系统的不同特性和状态，来选择和/或组合上述用于基于曲轴转角来测量轨压的方法中的部分和/或全部特征。

在步骤S912中，求取所述断缸后的轨压与出厂轨压的轨压差值，当所述差值高于预定阈值时，则判断所述高压共轨系统存在故障。应当理解，即使在发动机刚刚出厂时，由于使用状况的不同，断缸后的轨压值也有可能与出厂设置值存在差异。此时差异可能很小而并不认为发动机存在故障，只有在当差异超过预定阈值时，才认为出现了故障。

根据本发明的一个实施方式，如果所述高压共轨系统存在故障，则将与所述轨压差值相关联的喷油量和泵油量补偿至出厂喷油量和泵油量中，以校准所述故障。采用这种校准方式的原理在于，当发动机的执行部件出现老化或者磨损时，可能会出现密封性降低等原因导致共轨系统中的轨压下降低于正常值。此时采用断缸技术可以计算得出发动机正常工作时轨压降低了多少，并且通过将断缸时轨压值与出厂时数据求差来作为老化过程中增加的泄漏量，将该泄漏量补偿至喷油量和泵油量中，可以达到补偿老化的目的。

图10示意性示出了根据本发明一个实施方式的断缸后的轨压波形1000。由于说明书中采用6缸发动机作为示例，在当针对一个气缸进行断缸时，由于其中一缸不喷油时轨压信号会出现瞬时上升，然后会在PID算法控制下逐渐下降。图10中灰色背景显示的区域是断缸后轨压信号出现瞬时上升的区域，两个灰色背景区域之间的5个轨压周期波动是5个未断缸的气缸在正常工作期间的轨压波动。

此时可以采用基于曲轴转角的轨压测量方法采样轨压上升最高点区域附近的点，并对其求均值(如图中黑点表示的断缸后轨压均值点1010所示)。

根据本发明的一个实施方式，可以连续取多个周期的断缸后的轨压信号做同样处理，接着将各周期内处理后的点(即图1中的断缸后轨压均值点1010)求平均值，将其作为断掉一个气缸后的轨压值。根据一个实施方式，由于在发动机的一个工作循环中一个气缸喷油一次，则在采样针对特定气缸断缸后的轨压时，曲轴转角之间的间隔为720度。例如，可以在曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域采样一次轨压值，并且在曲轴转角转过720度再次到达上止点前35-10度内的区域时，进行下一次采样。

根据本发明的一个实施方式，还可以逐个将发动机中的每个气缸进行断缸，求取每次断缸后轨压的均值以作为断缸后的轨压。图11示意性示出了根据本发明一个实施方式的断缸调度器的实现框图1100。断缸调度器1110控制喷油执行器1120在何时对哪个气缸进行断缸。断缸调度器1110可以依次逐个对发动机中的每个气缸断缸，例如将第一气缸断缸M个工作循环，恢复第一气缸正常工作并将第二气缸断缸M个工作循环，依次类推。在经过6×M个工作循环之后，可以得出准确度较高的断缸后轨压。

图12示意性示出了根据本发明一个实施方式的诊断发动机的高压共轨系统中的故障的装置1200的框图。该装置包括：断缸控制器1210，用于采用分缸技术将所述发动机中的至少一个气缸进行断缸。断缸控制器用于向气缸1260输出控制信号，以表示何时将哪个气缸断缸。应当注意，气缸1260并非根据本发明的用于诊断高压共轨系统中的故障的装置，而是发动机的固有部分。

该装置1200还包括测量器1220，用于基于曲轴转角来测量断缸后所述高压共轨系统中的轨压。应当注意，测量器1220可以采用上文中所述的基于曲轴转角测量轨压的任意装置来实现，例如采用参照图7和图8所示的装置。并且本领域技术人员可以基于高压共轨系统的不同特性和状态，来选择和/或组合上述用于基于曲轴转角来测量轨压的装置中的部分和/或全部特征。

该装置1200还包括判断器1230，用于求取所述断缸后的轨压与出厂轨压的轨压差值，当所述差值高于预定阈值时，判断所述高压共轨系统存在故障。在装置1200中，断缸控制器1210控制气缸1260，测量器1220接收断缸后的轨压信号，并且测量器1220连接至判断器1230。

根据本发明的一个实施方式，还可以包括断缸调度器1240，用于逐个将所述发动机中的每个气缸进行断缸，求取每次断缸后轨压的均值以作为断缸后的轨压。根据本发明的一个实施方式，还可以包括校准器1250，用于如果所述高压共轨系统存在故障，则将与所述轨压差值相关联的喷油量和泵油量补偿至出厂喷油量和泵油量中，以校准所述故障。其中断缸调度器1240连接至断缸控制器1210，判断器1230连接至校准器1250。

尽管图12中详细示出了诊断发动机的高压共轨系统中的故障的装置的具体实现细节，应当注意，该示出仅仅是本发明的一个具体实施方式，还可以采用其他的设备、装置、模块、组件、电路等来实现本发明的其他实施方式。

应当注意，术语“连接”、“耦合”或其任何变体的意思是两个或更多元件之间直接的或间接的任何连接或耦合，并且可以涵盖“连接”或“耦合”在一起的两个元件之间存在一个或多个中间元件的情况。元件之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。如在此使用的，通过使用一个或多个导线、线缆和/或印刷电路连接，以及通过使用电磁能(诸如，具有作为非限制性但不穷举性示例的无线电频率区域中的、微波区域中的和光(可见和不可见二者)区域中的波长的电磁能)，可以将两个元件视为“连接”或“耦合”在一起。

本发明可以采取硬件实施方式、软件实施方式或既包含硬件组件又包含软件组件的实施方式的形式。在优选实施方式中，本发明实现为软件，其包括但不限于固件、驻留软件、微代码等。

受益于前述描述和相关联附图中呈现的教导，本发明实施方式领域技术人员可以想到本发明的其他实施方式和很多改进。因此，应当理解，本发明的实施方式并不限于公开的特定实施方式，并且修改和其他实施方式意在包括到所附权利要求的范围内。而且，尽管上文描述和关联服务在元素和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施方式，但是应当理解，在不脱离所附权利要求范围的前提下，备选实施方式可以提供元素和/或功能的不同组合。就这一点，例如，能够想到上文显式描述的元素和/或功能的不同组合，并且记载在所附权利要求的某些中。尽管在此使用了特定术语，但是仅在通用描述方面使用这些术语，而不是用于限制。

Claims (18)

1.一种诊断发动机的高压共轨系统中的故障的方法，包括：

-采用分缸技术将所述发动机中的至少一个气缸进行断缸；

-基于曲轴转角来测量断缸后所述高压共轨系统中的轨压，包括：

将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；

在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号；

选择位于所述高压共轨系统的轨压平稳区内的所述采样信号作为所述轨压的特征采样点；

对所述特征采样点进行滤波以生成所述断缸后的轨压；

-求取所述断缸后的轨压与出厂轨压的轨压差值，当所述差值高于预定阈值时，则判断所述高压共轨系统存在故障，

其中所述高压共轨系统中的轨压平稳区对应于所述曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号包括：

将曲轴转角信号转换为周期性地触发对所述输入轨压进行采样的触发信号；

响应于所述触发信号中的各触发点来对所述输入轨压进行采样。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号包括：

将曲轴转角信号转换为周期性地触发对所述输入轨压进行采样的触发信号；

响应于所述触发信号中的各触发点来对所述输入轨压进行采样。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述触发信号是方波信号。

5.根据权利要求4所述的方法，在所述方波信号的一个周期内设置至少一个触发点。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述触发点是以下中的至少一个：所述方波信号的上升沿、所述方波信号的下降沿。

7.根据权利要求5所述的方法，其中在所述方波信号的一个周期内设置至少一个触发点包括：

在所述方波信号的所述周期开始时设置定时器；

所述定时器以预定时间间隔产生中断以生成触发点，直到在所述方波信号的所述周期内产生了预定数量的触发点、或者所述方波信号的所述周期结束为止。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括：

逐个将所述发动机中的每个气缸进行断缸，求取每次断缸后轨压的均值以作为断缸后的轨压。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括：

如果所述高压共轨系统存在故障，则将与所述轨压差值相关联的喷油量和泵油量补偿至出厂喷油量和泵油量中，以校准所述故障。

10.一种诊断发动机的高压共轨系统中的故障的装置，包括：

-断缸控制器，用于采用分缸技术将所述发动机中的至少一个气缸进行断缸；

-测量器，用于基于曲轴转角来测量断缸后所述高压共轨系统中的轨压，包括：

输入轨压形成器，用于将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；

采样信号形成器，用于在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号；

特征采样点选择器，用于选择位于所述高压共轨系统的轨压平稳区内的所述采样信号作为所述轨压的特征采样点；

轨压信号生成器，用于对所述特征采样点进行滤波以生成所述断缸后的轨压；

-判断器，用于求取所述断缸后的轨压与出厂轨压的轨压差值，当所述差值高于预定阈值时，判断所述高压共轨系统存在故障；以及

轨压平稳区选择器，用于选择所述曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域作为所述高压共轨系统中的轨压平稳区。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述采样信号形成器包括：

触发信号生成器，用于将曲轴转角信号转换为周期性地触发对所述输入轨压进行采样的触发信号；

采样器，用于响应于所述触发信号中的各触发点来对所述输入轨压进行采样。

12.根据权利要求10所述的装置，其中所述采样信号形成器包括：

触发信号生成器，用于将曲轴转角信号转换为周期性地触发对所述输入轨压进行采样的触发信号；

采样器，用于响应于所述触发信号中的各触发点来对所述输入轨压进行采样。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述触发信号是方波信号。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述采样信号形成器还包括：

触发点生成器，用于在所述方波信号的一个周期内设置至少一个触发点。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述触发点是以下中的至少一个：所述方波信号的上升沿、所述方波信号的下降沿。

16.根据权利要求14所述的装置，其中所述触发点生成器包括：

启动器，用于在所述方波信号的所述周期开始时设置定时器；

中断生成器，用于所述定时器以预定时间间隔产生中断以生成触发点，直到在所述方波信号的所述周期内产生了预定数量的触发点、或者所述方波信号的所述周期结束为止。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的装置，还包括：

断缸调度器，用于逐个将所述发动机中的每个气缸进行断缸，求取每次断缸后轨压的均值以作为断缸后的轨压。

18.根据权利要求10至16中任一项所述的装置，还包括：

校准器，用于如果所述高压共轨系统存在故障，则将与所述轨压差值相关联的喷油量和泵油量补偿至出厂喷油量和泵油量中，以校准所述故障。

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