CN102192026A - 诊断内燃机的燃料喷射系统故障的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种用于诊断内燃机(10)的燃料喷射系统(40)的故障的方法，包括步骤：指令喷射脉冲用于喷射测试燃料量至发动机汽缸(20)，确定由所述喷射脉冲引起的释放至发动机曲轴(30)的扭矩(TRa)，计算释放扭矩(TRa)与所述扭矩的期望值(TRe)之间的差值，和在所述差值超过临界值(E*)时检测燃料喷射系统(40)的故障。

Description

诊断内燃机的燃料喷射系统故障的方法
技术领域
本发明涉及用于诊断内燃机的燃料喷射系统故障的方法，特别是机动车辆的柴油机
背景技术
为遵守严格的排放规定，机动车辆必须设置有车载诊断(OBD)系统，用以检查能影响污染排放的车辆子系统的正确操作。
由于污染排放很大程度上取决于发动机汽缸内的燃料燃烧量，法规一般也要求OBD系统检测发动机燃料喷射系统的故障。
现代柴油发动机的燃料喷射系统包括每个发动机汽缸至少一个燃料喷射器、一个燃料泵，其从油箱抽取燃料且在压力下把它输送到与所有燃料喷射器连接的燃料轨道。
燃料喷射器一般由发动机控制单元(ECU)根据多头喷射模式支配，该模式规定每个喷射器在每一发动机循环执行多个喷射脉冲。
每个喷射脉冲的特点是，各的被喷射的燃料量和所述各燃料量必须被喷射所依的定时。
喷射定时取决于ECU指令燃料喷射器打开的时刻，也叫做喷射开始(SOI)，其既可用时间表示，也可根据发动机曲轴的角位置表示。
各的燃料量取决于燃料喷射器的打开时间，也就是ECU指令燃料喷射器打开(SOI)时刻和ECU指令燃料喷射器关闭时刻之间的时间，也叫做激励时间(ET)(Energizing Time)。
如果燃料喷射系统出现故障，由每个喷射脉冲注入的各燃料量可能和响应各激励时间所期望的不相符。
为了克服该缺陷，大多数ECU实行补偿策略，其自动修正每一喷射脉冲的激励时间以确实获得期望的各燃料量。
然而，燃料喷射系统故障也可能引起每个喷射脉冲定时相对于期望值的偏移。
具体地，喷射定时故障特别是由驱动燃料喷射器的机械装置的故障引起，由ECU处理错误引起，或者由燃料喷射器的产品差异或老化造成的喷射偏移而引起。
由于喷射定时与发动机汽缸内燃烧量具有非常严格的关系，错误的喷射定时会导致污染排放超过法规设置的最高水平。
因而，这种法规通常规定，当系统不能以用来以适当的或低于其的排放水平保持车辆的MHC，CO，NOx，和PM排放所需的正确的曲柄角/定时(例如喷射定时太早或太迟)输送燃料时，OBD系统检测燃料喷射系统的故障。
为实现这种需求，一种熟知的解决方案使用上面提到的补偿策略确定的激励时间校正，和当所述激励时间校正超过标准值时检测燃料喷射系统的故障。
更详细地，这种熟知的解决方案包括指令喷射脉冲注入预期的燃料量，检测确实用于喷射所述预期燃料量的激励时间，和在实际激励时间与期望激励时间的差值超过上述的临界值时发出警报信号。
事实上，这种熟知的解决方案基于一种假定，当激励时间校正太大，燃料喷射系统在某点出现故障，此时喷射定时也被怀疑有偏差。
然而，这种假定代表了这种熟知解决方案的主要缺陷，因为激励时间，喷射定时和燃烧量之间确实没有直接的和必然的联系。
综上所述，本发明的目的在于为检测燃料喷射系统的喷射定时故障提供改进方法。
本发明另一目的是以简单，合理且相对便宜的解决方法达到上述目的。
发明内容
这些和/或其他目标是通过本发明主要方面所述的本发明的实施例的特征获得的。本发明其它方面记载了本发明的不同实施例的优选的和/或特别有利的特征。
本发明的实施例提供用于诊断内燃机的燃料喷射系统故障的方法，包括步骤：指令喷射脉冲用于喷射测试燃料数量至发动机汽缸；确定由于所述注入燃料量的燃烧而释放至发动机曲轴的扭矩；计算该扭矩和所述扭矩期望值之间的差值；如果所述差值超过临界值，诊断燃料喷射系统内的故障。
这个策略基于释放至发动机曲轴的扭矩很大程度上受发动机汽缸内的燃烧量影响的假定，该燃烧量又与喷射定时有密切关联，以便喷射定时和释放扭矩之间有直接和必然的联系。
因而，这种新策略提供更可靠的方法以检测燃料喷射系统是否能够提供所需的喷射定时。
根据本发明的一方面，期望值通过关联期望值与一个或多个发动机运行参数的经验性确定的图表确定，该运行参数例如是发动机转速，进气质量流，注入的燃料量和其它。本发明的这个方面具有这样的优点，图表可由经验性的活动确定然后存储于数据载体中，从而简化喷射系统故障的诊断。
根据本发明的另一方面，测试喷射脉冲在发动机燃料切断阶段被指令。
本发明的这个方面具有这样的优点，诊断方法在发动机正常操作时不影响标准燃料注入策略。
根据本发明的另一方面，测试燃料量少于1mm3。
少量注入燃料数量具有释放至曲轴而一般不会被驾驶者察觉到的扭矩这一优点。
根据本发明的实施例，释放的扭矩被确定为由所述喷射脉冲引起发动机曲轴的转速变化的函数。
本发明的实施例基于释放至曲轴的扭矩和曲轴转速之间具有严格的联系这一假定，以便相当简单地计算作为转速变化函数的释放扭矩。
根据实施例的一方面，曲轴的转速通过与曲轴关联的编码器测量。
事实上，现代发动机总是设置有与曲轴关联的编码器用于其他的管理目的，这样这个解决方法允许以简单且经济的方式去控制曲轴转速，同时也可执行此处有关的诊断方法。
根据本发明的另一实施例，诊断方法还包括当释放的扭矩超出扭矩范围实施应急程序的步骤，该扭矩范围包括所述扭矩的期望值。
本实施例有利地允许诊断方法面对喷射定时的过度偏移，当这种额外偏移被检测到。
根据本实施例的一方面，应急程序用于生成警报信号。
该方面提供简单且经济的方式以发出燃料喷射系统故障信号。
上面描述的方法的实施例可以在计算机程序的帮助下完成，该程序包括用于完成上述所有方法步骤的程序编码或计算机可读指令。计算机程序可被储存于数据载体内，或通常情况下储存在计算机可读介质或存储单元内，以呈现为计算机程序。存储单元可是CD，DVD，硬盘，闪存或类似的东西。
计算机程序也可体现为电磁信号，该信号被调制以携带代表计算机程序以执行该方法所有步骤的一系列数据位。
计算机程序可存在于数据载体上或其中，例如闪存，其与用于内燃机的控制装置数据连接。这种控制装置具有微处理器，其以所述计算机程序的部分的形式接收计算机可读指令并执行之。执行这些指令相当于执行上述方法的步骤，或全部或部分。
电子控制单元60或一般地ECA(电子控制装置)可是一块专用硬件，例如ECU(电子控制单元)，其在本领域可商业获得且被熟知，或是不同于ECU的一种设备，例如植入控制器。如果计算机程序如上述作为电磁信号体现，那么，电子控制装置即ECU或ECA具有接收器用于接收这种信号或是被连接至在其他地方设置的接收器。这个信号可在制造厂内由编程机器人传输。然后信号携带的位序被连接至储存单元的解调器提取，之后位序被储存于所述的ECU或ECA储存单元之上或其中。
本发明的另一方面涉及用于诊断内燃机的燃料喷射系统故障的装置。该装置包括：用于指令喷射脉冲喷射测试燃料量至发动机汽缸的器件，用于确定由于所述测试燃料量的燃烧释放至发动机曲轴的扭矩的器件，用于计算该扭矩与所述扭矩的期望值之间的差值的器件，和用于如果所述差值超过临界值则诊断故障的器件。这个装置可靠地检测燃料喷射系统是否能够提供所期望的喷射定时。
所述装置的实施例具有通过关联期望值与一个或多个发动机运行参数的经验性确定的图表执行确定的确定器件，该运行参数例如是发动机转速，进气质量流，喷射燃料量和其它。本发明的这个方面具有这样的优点，图表可由经验性的活动确定然后存储于数据载体中，从而简化喷射系统故障的诊断。
所述装置的另一实施例具有用于在发动机燃料切断阶段发出指令的指令器件。本发明的这个方面具有在发动机正常运作过程中设备不会对标准燃料注入策略有影响这一优势。
本设备的又一实施例具有用于发出被配置用于使用低于1mm3试验燃料量的指令的器件。该少量注入的燃料量的优点是，给曲轴释放扭矩，该扭矩一般不会被驾驶者觉察到。
另一个实施例具有被配置为确定被释放扭矩的确定器件，该被释放扭矩是所述注入脉冲导致的发动机曲轴转速变化的函数。本发明的实施例是基于曲轴扭矩释放和转速之间严格的联系这一设想，以便快速简单计算作为转速变化函数的被释放扭矩。
另一实施例包括用于测量曲轴转速的编码器，所述编码器与曲轴相关联。事实上，现代发动机总是设置有用于其他处理目的与曲轴相关联的编码器，因此，这种解决允许在执行相关诊断方法时以简单经济的方法监测曲轴旋转速度。
本设备另一个实施例具有当被释放扭矩超出扭矩范围执行紧急程序的器件，该扭矩范围包括所述扭矩期望值。该实施例有利地允许设备在过度偏移被检测到时应对注入定时的该过度偏移。
还可以选择一装置，其中，所述执行器件被构造为提供紧急程序以产生警报信号，例如通过激活汽车仪表板上的指示灯。
附图说明
本发明现将参考附图以实例的形式进行描述。
图1是柴油发动机的示意图；
图2是根据本发明的实施例的诊断方法的流程图。
具体实施方式
下文中本发明的实施例将对机动车辆的柴油机10进行描述。
柴油机10如图所示包括多个汽缸20，在每个汽缸中，活塞(未示)由于燃料燃烧而往复运动以旋转曲轴30。
燃料通过燃料喷射系统40供应，其被排列用于直接喷射燃料至发动机汽缸20。
燃料喷射系统40如图所示包括每个发动机汽缸一个燃料喷射器41，和从油箱43抽取燃料且将其在压力下输送至燃料轨道44的燃料泵42，燃料轨道44连接至所有的燃料喷射器41。
每个燃料喷射器41均由发动机控制单元(ECU)50所管理，其打开和关闭燃料喷射器41以实现燃料的各喷射，其通常被称为喷射脉冲。
更详细地，柴油机10正常运作时，即当加速器踏板(未示)至少部分被推动时，ECU50执行标准喷射策略，其包括每个燃料喷射器41在每个发动机循环中根据确定的多喷射模式执行多个喷射脉冲。
每个喷射脉冲通常被ECU50基于两个关键参数而控制，这两个关键参数包括要被喷射的各燃料量和所述各燃量必须被喷射的所依的定时。
喷射定时由ECU 50指令燃料喷射器41打开的时刻决定，也称为喷射开始(SOI)，其既可用时间表示，也可根据曲轴30的角位置表示。
各注入的燃料量由燃料喷射器41打开时间确定，也就是ECU 50指令燃料喷射器41打开时刻和ECU50指令燃料喷射器41关闭时刻之间的时间，也叫做激励时间(ET)。
SOI和ET均由ECU 50考虑多个发动机运行参数确定，该发动机运行参数例如是发动机转速，发动机载荷，冷却液温度，燃料轨道内部压力和其它。
本发明的实施例提供诊断测试，用于当系统不能以正确的定时传输燃料时，检测燃料喷射系统40的故障。
诊断测试是在柴油机10处于燃料切断阶段时执行的，也就是当加速器踏板被完全释放且标准喷射策略保持燃料喷射关闭时。
以这种方式，诊断测试不会影响柴油机10的正常运行。
现参考图2，诊断测试首先用于指令燃料喷射器41以预设SOI执行喷射脉冲，以喷射测试燃料量至相应发动机汽缸20。
测试的燃料量是少量的，典型地不能超过1mm3，以对机动车驾驶者觉察到的扭矩没有影响。
诊断测试然后用于监测由喷射脉冲喷射的测试燃料量引起的实际释放至曲轴30的扭矩TRa。
该被释放扭矩TRa被作为曲轴30的转速变化的函数而确定，其通过与曲轴30自身关联的编码器51实时测量。
对于本领域技术人员，曲轴30的转速变化和被释放的转矩之间的关联是熟知的，因此不再详述。
被释放扭矩TRa然后和所述扭矩的期望值TRe进行比较，如果喷射脉冲实际以预设SOI开始，其代表了应释放至曲轴30的扭矩。
扭矩期望值TRe可通过关联期望值TRe与多个发动机运行参数的经验性确定的图表确定，该参数例如是发动机速度，进气质量流和其它。
期望值TRe随后被发送到加法器，其计算实际被释放的扭矩TRa和期望值TRe之间的差值模数E。
如果模数E等于或小于临界值E*，意味着测试喷射脉冲实际以预设SOI开始，或至少具有可允许的偏移，和燃料喷射系统40工作正常。
如果相反，模数E大于临界值E*，意味着测试喷射脉冲实际以不允许的偏移开始，和燃料喷射系统40发生故障。
在后者的情况下，诊断测试包括生成警报信号，例如通过激活车辆仪表板上的指示灯。
事实上，临界值E*定义了容许扭矩范围，其以用于被释放扭矩的期望值TRe为中心，且包括被释放扭矩值，预设SOI和喷射脉冲的实际开始之间的偏移在其范围内是允许的。如果实际释放的扭矩TRa超出所述可允许的扭矩范围，燃料喷射系统故障被检测到。
临界值E*可通过关联临界值E*与多个发动机运行参数的经验性确定的图表而确定，该参数例如是发动机速度，进气质量流和其它。
由于当喷射定时偏移致使车辆的NMHC，CO，NOx或PM排放超过反污染法指定的适宜排放水平时喷射定时偏移被认为是不允许的，临界值E*因此也被校准。
尽管本实施例披露了以期望值TRe为中心的容许扭矩范围，但本发明没有把相对于期望值TRe不对称的范围排除在外。
根据本发明的一方面，诊断测试只能在一个燃料喷射器41中进行，或可在一些或全部燃料喷射器41中重复。
根据本发明的一方面，诊断测试可在包括用于实现上述方法所有步骤的计算机编码的专用计算机程序的帮助下执行。
计算机程序被存储于与发动机控制单元(ECU)50关联的数据载体52中，而其与编码器51连接。
以这种方式，当ECU 50执行计算机程序时，上述方法的所有步骤可被执行。虽然至少一个示例性实施例在前面的摘要和详述中已被介绍。应该认识到大量不同的实施例存在。也应该认识到示例性实施例或示例性实施例们仅仅只是示例，并不以任何方式限制范围，适用性或构造。相反，前面的摘要和详述可提供给本领域技术人员方便的道路地图用于执行至少一个示例性实施例。可以这样理解，示例性实施例中所描述的单元的功能和范围可有各种变化而不背离附属权利要求和他们的法律等同物中所设定的范围。

Claims (12)

1.一种用于诊断内燃机(10)的燃料喷射系统(40)内的故障的方法，包括步骤：
指令喷射脉冲用于喷射测试燃料量至发动机汽缸(20)，确定由所述测试燃料量的燃烧引起的释放至发动机曲轴(30)的扭矩(TRa)，计算该扭矩(TRa)与对于所述扭矩的期望值(TRe)之间的差值，和在所述差值超过临界值(E*)时诊断故障。
2.如权利要求1所述的方法，其中，期望值(TRe)是通过关联该期望值与一个或多个发动机运行参数的经验性确定的图表而被确定。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述测试喷射脉冲在发动机燃料切断阶段中被指令。
4.如权利要求1所述的方法，其中，测试燃料量少于1mm3。
5.如权利要求1所述的方法，其中，被释放的扭矩(TRa)作为所述喷射脉冲引起的发动机曲轴(30)的转速变化的函数而被确定。
6.如权利要求5所述的方法，其中，曲轴(30)的转速通过与曲轴(30)关联的编码器(51)而被测量。
7.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：当被释放的扭矩(TRa)超出包括所述扭矩的期望值(TRe)的扭矩范围时，执行应急程序。
8.如权利要求7所述的方法，其中，应急程序用于发出警报信号。
9.一种计算机程序，包括用于执行如前任一权利要求所述方法的计算机编码。
10.一种计算机程序产品，如权利要求9所述的计算机程序被存储于该计算机程序产品上。
11.一种控制装置，包括计算机程序，该计算机程序包括用于执行如前任一权利要求所述方法的计算机编码。
12.一种电磁信号，其被调制为用于代表如权利要求9所述的计算机程序的一系列数据位的载体。
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