CN102251865B - 用于识别内燃机的进气系统中的泄露的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于识别内燃机的进气系统中的泄露的方法和装置。该方法具有以下步骤：在第一工作点上以转速和环境压力与内燃机的进气系统中的压力之间的第一压差来运行内燃机；计算流入到进气系统中的第一预期质量流量；测量流入到进气系统中的第一质量流量并且计算所测量的第一质量流量与第一预期质量流量之间的差;在第二工作点上以相同的转速和环境压力与内燃机的进气系统中的压力之间的第二压差来运行内燃机，其中第二压差有别于第一压差；计算流入到进气系统中的第二预期质量流量；测量流入到进气系统中的第二质量流量并且计算所测量的第二质量流量与第二预期质量流量之间的差；并且比较在第一和第二工作点上求得的质量流量差。

Description

用于识别内燃机的进气系统中的泄露的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于对内燃机的进气系统中的泄露进行识别的一种方法和一种装置。

背景技术

在内燃机的进气系统或者说吸气系统中可能会出现不同的故障，这些故障对发动机的功率产生不利影响并且/或者导致废气排放增加。为了对这些故障进行维修，有必要在车间诊断的范围内对实际存在的故障进行识别。尤其内燃机的进气系统中的通过较小的孔或者松动的卡圈引起的泄露很难发现并且应该与其它故障区别开来。

已经知道，为了诊断内燃机的供气系统而测量流入到进气系统中的质量流量并且将其与理论上所计算的质量流量进行比较。从所测量的质量流量与理论上所计算的质量流量之间的偏差的大小中可以推断出进气系统中的故障的存在情况。但是通过这种方式通常不能在不同类型的故障比如通过进气系统中的泄露引起的故障和其它的比如通过失灵的阀、打滑的齿形皮带或者失灵的质量流量传感器所引起的故障之间进行区分。

发明内容

本发明的任务是，提供用于对内燃机进行诊断的一种方法和一种装置，所述方法和装置能够可靠地识别内燃机的进气系统中的泄露。

该任务通过按独立权利要求1所述的按本发明的方法以及按权利要求8所述的装置得到解决。从属权利要求定义了所述按本发明的方法或者说所述按本发明的装置的有利的设计方案。

在按本发明的方法中，首先在第一工作点上以恒定的转速和环境压力与所述内燃机的进气系统中的压力之间的第一压差来运行所述内燃机。对于这个第一工作点来说，计算流入到所述进气系统中的可预期的第一质量流量。此外测量实际的流入到所述进气系统中的质量流量并且计算所测量的质量流量与所计算的质量流量之间的差。

在第二步骤中，在第二工作点上以和在第一工作点上相同的转速和环境压力与所述内燃机的进气系统中的压力之间的第二压差来运行所述内燃机，其中所述第一压差有别于所述第二压差。对于这个第二工作点来说，也计算流入到所述进气系统中的可预期的质量流量并且测量实际的流入到所述进气系统中的质量流量。在此求得所述第二工作点上的所测量的质量流量与预期质量流量之间的差，并且将其与此前在所述第一工作点上确定的所测量的质量流量与预期质量流量之间的差进行比较。

从所测量的质量流量与在所述两个工作点上相应预期质量流量之间的偏差的比较中可以推断出可能的故障尤其可以推断出进气系统中的泄露。

如果所述进气系统中的压力与环境压力之间的差在第一工作点上大于在第二工作点上并且所测量的质量流量与预期质量流量之间的偏差在从第一工作点转换到第二工作点时在数值方面明显变小，那就将故障识别为进气系统中的泄露。

如果相反所测量的质量流量与预期质量流量之间的偏差在从第一工作点转换到第二工作点时没有变化或者仅仅细微地变化，那就涉及另一种故障，比如阀失灵、齿形皮带打滑或者质量流量传感器失灵。

通过所述按本发明的方法可以容易并且以很大的可靠性来发现内燃机的进气系统中的泄露并且将其与其它故障区别开来，而不必为此对发动机和/或进气系统进行手动检查。

在所述方法的一种实施方式中，在发动机在第一工作点上运行时布置在进气系统中的节流阀尽可能地关闭并且在发动机在第二工作点上运行时该节流阀则完全打开。由此可以容易地调节所述在环境压力与进气系统中的压力之间具有很大的差的第一工作点以及所述在环境压力与进气系统中的压力之间具有尽可能小的压力的第二工作点。发动机的转速在此通过由该发动机产生的转矩的降低来保持恒定。这比如可以通过喷射到发动机中的燃料量的降低、有针对性的断火、点火角的降低、喷射的停止和/或辊式试验台的使用来进行。

在所述方法的一种实施例中，在内燃机的进气系统中布置了涡轮增压器并且所述节流阀在两个工作点上完全打开。在第一及第二工作点上进气系统中的压力与环境压力之间的不同的压差通过所述布置在进气系统中的涡轮增压器的调整来调节。利用这样的方式可以用所述按本发明的方法对相应的发动机进行检查，以发现进气系统中的泄露，其中在所述相应的发动机的进气系统中布置了涡轮增压器。

在一种实施方式中，预期质量流量是发动机的转速以及进气系统中的压力和温度的函数。这样的函数比如可以以存储的在未受损坏的标准发动机运行时已经记录的参考特性曲线的形式保存在储存器中。作为替代方案，可以在理论上的考虑的基础上制订用于质量流量的分析公式，在此所述质量流量用作发动机的转速以及进气系统中的压力和温度的函数。

附图说明

下面借助于附图对本发明进行详细解释。

其中：

图1是具有进气系统的无增压发动机的示意图；

图2是具有进气系统和排气系统的涡轮发动机的示意图；

图3用于实施按本发明的方法的诊断设备的示意性的结构；并且

图4是不同的工作点上的压差的变化曲线。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有六个气缸3和一个进气系统4的无增压发动机2的示意图，该进气系统4构造用于向所述无增压发动机2的气缸3供应燃烧用空气。在所述无增压发动机2的气缸3中燃烧燃料时产生的废气通过排气系统10排放给在图1中未示出的排气设备。

在进气系统4中布置了能够回转的节流阀6。通过所述节流阀6的回转，能够调节所述进气系统4的有效的横截面，由此不仅进气系统4中的质量流量而且压力p_In都能够变化。此外示意性地示出了进气系统4中的泄露8，空气通过该泄露8在不依赖于节流阀6的调节情况下额外地并且不受控制地从环境中流入到所述进气系统4中。

图2示意性地示出了涡轮发动机（增压的发动机）5，该涡轮发动机5具有六个气缸4、一个进气系统4以及一个排气系统10。如在图1所示的第一种实施例中一样，所述涡轮发动机5的进气系统4具有能够回转的节流阀6和泄露8。

增压的（涡轮）发动机5的在图2中示出的进气系统和排气系统与无增压发动机2的在图1中示出的进气系统和排气系统的区别在于，额外地设置了涡轮增压器12，该涡轮增压器12能够通过布置在排气系统10中的涡轮机12a由从发动机5中流出的废气来驱动。

由从发动机5中流出的废气来驱动的涡轮机12a如此通过轴12b与布置在所述发动机5的进气系统4中的压缩机12c相连接，使得所述压缩机12c通过所述轴12b由所述涡轮机12a来驱动。所述压缩机12c对由所述发动机5通过进气系统4吸入的空气进行压缩并且就这样提高所述进气系统4的区域中的压力p_In，所述进气系统4布置在所述压缩机12c的下游也就是说布置在所述压缩机12c与发动机5之间。

在与所述涡轮增压器12的涡轮机12a并联的情况下，在所述涡轮增压器5的排气系统10中布置了旁通管路14，该旁通管路14能够使从所述涡轮发动机5中流出的废气部分或者完全从所述涡轮增压器12的涡轮机12a的旁边流过。所述涡轮增压器12的运行以及由此进气系统4中的压力p_In可以就这样通过所述旁通阀14的调整而在较宽的范围内调节。

图3示意性地示出了用于实施按本发明的方法的诊断设备的方框图。

所述设备具有流程控制机构18，该流程控制机构18不仅与所述节流阀6相连接而且与发动机控制系统26相连接。所述发动机控制系统26尤其触发点火并且必要时触发所述发动机2、5的喷射阀。

如果所述内燃机2、5是涡轮发动机5，那么所述流程控制机构18就额外地与增压压力调节机构16相连接，所述增压压力调节机构16触发所述涡轮增压器12的旁通阀14。如果所述发动机是无增压发动机2，那就省去所述增压压力调节机构16和旁通阀14。

此外，所述设备具有用于记录为所述进气系统4中的温度T_In（t）和压力p_In（t）、所述发动机2、5的转速n（t）和流入到进气系统4中的质量流量dm（t）的所测量的数值的记录单元20、用于计算质量流量差r（t1）、r（t2）的计算单元22以及用于对所计算的质量流量差r（t1）、r（t2）进行分析的存储及分析单元24。

下面首先参照图1和3为无涡轮增压器12的无增压发动机2对所述按本发明的方法进行描述。

所述发动机2与所述流程控制机构18相连接并且脱开。

所述流程控制机构18如此触发所述节流阀6，使得其在很大程度上关闭也就是说比如关闭到最大开口的10%。所述发动机控制系统26由所述流程控制机构18来如此触发，使得所述发动机2在空转中以恒定的比如2500U/min或者5000U/min的转速来运转。

在这个第一工作点t1上，测量发动机2的转速n、流入到进气系统4中的质量流量dm（t1）、进气系统4中的压力p_In（t1）以及进气系统4中的温度T_In（t1）并且计算或者说从存储的特性曲线中求得用于流入到进气系统4中的预期质量流量的数值dm^eng（t1）：

；

dm^eng（t1）比如可以通过

来近似计算。在此V_E是发动机2的气缸工作容积并且R是理想的气体常数；q1和q2是依赖于相应的发动机2、5的参数。

在此计算所测量的质量流量dm（t1）与所计算的质量流量dm^eng（t1）之间的偏差r（t1）

并且为以后的分析而加以保存。

在使用前面所描述的用于dm^eng（t1）的近似值的情况下，在连续变化的工作点t上的偏差r（t）可以通过

来计算。在此k是等熵指数并且V_In是进气系统的容积。导数p’_In（t）=dp_In（t）/dt可以用合适的滤波器来求近似值。该滤波器的任务是，抑制较高的频率和压力脉动。这样的具有设计参数T的滤波器处于拉普拉斯（Laplace）范围内：

。

在下一个步骤中调节第二工作点t2。为此由所述流程控制机构18来如此触发所述节流阀6和发动机控制系统26，使得所述节流阀6完全打开并且所述发动机2尽管现在节流阀6完全打开也以和在第一工作点t1上相同的转速n运行。

在这个第二工作点t2上，测量流入到进气系统4中的质量流量dm（t2）、进气系统4中的压力p_In（t2）和进气系统4中的温度T_In（t2）并且计算流入到进气系统4中的预期质量流量dm^eng（t2）。在此计算第二工作点t2上的流入到进气系统4中的所测量的质量流量dm（t2）与所计算的质量流量dm^eng（t2）之间的差

并且将其与第一工作点t1上的此前所计算的并且加以保存的差r（t1）进行比较。

如果所计算的质量流量dm^eng（t）与所测量的质量流量dm（t）之间的差r（t）的数值在第一工作点t1上明显小于在第二工作点t2上，

那就推断出进气系统4中的泄露8。

如果这两个工作点t1、t2上的所测量的与所计算的质量流量之间的偏差大约为相同大小，

那就推断出，在进气系统4中不存在泄露8。

在超过用于质量流量差r（t1）、r（t2）的差d

的阈值s时推断出排气系统中的泄露8，在此应该个别地为每台发动机2、5确定这个阈值s。阈值d越小，可以通过所述方法来识别的泄露就越小；但是在阈值d较小时也存在着这样的危险，即错误地推断出泄露8的存在，而实际上不存在着这样的泄露。

所述方法也可以以相反的顺序来实施，方法是在第一工作点t1上以打开的节流阀6也就是说以进气系统4中的压力p_In（t1）与环境压力p_amb之间的较小的压差Δp（t1）来运行发动机2并且在第二工作点上以几乎完全关闭的节流阀6也就是说以进气系统4中的压力p_In（t2）与环境压力p_amb之间的较大的压差Δp（t2）来运行发动机2。

所述用于增压的（涡轮）发动机5的方法与所描述的用于无增压发动机2的方法的区别在于，在使用涡轮发动机5的情况下，所述节流阀6在两个工作点t1、t2上完全打开，并且所述进气系统4中的压力p_In（t1）与环境压力p_amb之间的在第一工作点t1和第二工作点t2上的不同的压差Δp（t）通过所述涡轮增压器12的不同的运行来调节。

为此，所述旁通阀14在第一工作点t1上在很大程度上关闭或者完全关闭，使得来自发动机5的（几乎）全部的废气流从涡轮增压器12的涡轮机12a中流过并且驱动着该涡轮机12a，从而所述压缩机12c在进气系统4中产生较高的压力p_In（t1）。

在第二工作点t2上所述旁通阀14在很大程度上打开，使得来自发动机5的废气的主要部分通过所述旁通阀14从所述涡轮增压器12的涡轮机12a的旁边流过，而没有驱动着该涡轮机12a。所述涡轮增压器12的压缩机12b而后在进气系统4中仅仅产生微小的额外的压力并且所述进气系统4中的压力p_In（t2）小于在第一工作点t1上进气系统4中的压力p_In（t1）。

图4作为时间t（x轴）的函数示范性地示出了在进气系统4中存在泄露8时（虚线）以及在阀失灵时（实线）流入到无增压发动机2的进气系统4中的所测量的质量流量dm（t）与预期质量流量dm^eng（t）之间的质量流量差r（y轴）的变化曲线。

在阀失灵的情况下，在时刻t=2时在从第一运行状态转为第二运行状态时质量流量差r增大（实线）。相反，在进气系统4中存在泄露8的情况下，在转换运行状态时质量流量差r（虚线）明显减小。作为所述质量流量差r（虚线）的变化的相反的符号的补充，所述质量流量差r的相对的变化的数值在进气系统4中存在泄露8的情况下明显大于（在图4所示的实施例中大约为0.6）在阀失灵的情况下（实线）。

从在由第一运行状态t1转为第二运行状态t2时所述质量流量差r的变化的大小中可以推断出进气系统4中的故障的类型。

尤其可以识别进气系统4中的泄露8并且将其与其它的比如通过失灵的阀引起的故障区别开来。

按本发明的方法和按本发明的装置因此能够可靠地识别内燃机2、5的进气系统4中的泄露8。

Claims (10)

1.用于识别内燃机（2、5）的进气系统（4）中的泄露（8）的方法，具有以下步骤：

A）在第一工作点（t1）上以转速（n）以及环境压力（p_amb）与所述内燃机（2、5）的进气系统（4）中的压力（p_In（t1））之间的第一压差（Δp（t1））来运行所述内燃机（2、5）；

B）计算流入到所述进气系统（4）中的第一预期质量流量（dm^eng（t1））；

C）测量流入到所述进气系统（4）中的第一质量流量（dm（t1））并且计算所测量的第一质量流量（dm（t1））与第一预期质量流量（dm^eng（t1））之间的差（r（t1））;

D）在第二工作点（t2）上以相同的转速（n）以及环境压力（p_amb）与所述内燃机（2、5）的进气系统（4）中的压力（p_In（t2））之间的第二压差（Δp（t2））来运行所述内燃机（2、5），其中所述第二压差（Δp（t2））有别于所述第一压差（Δp（t1））；

E）计算流入到所述进气系统（4）中的第二预期质量流量（dm^eng（t2））；

F）测量流入到所述进气系统（4）中的第二质量流量（dm（t2））并且计算所测量的第二质量流量（dm（t2））与第二预期质量流量（dm^eng（t2））之间的差（r（t2））；

G）比较在所述第一和第二工作点（t1、t2）上求得的质量流量差（r（t1）、r（t2））。

2.按权利要求1所述的方法，其中布置在所述进气系统（4）中的节流阀（6）在一个工作点（t1、t2）上尽可能关闭并且在另一个工作点（t2、t1）上尽可能打开。

3.按权利要求2所述的方法，其中所述节流阀（6）在所述两个工作点（t1、t2）上完全打开并且所述进气系统（4）中的压力（p_In）能够通过布置在该进气系统（4）中的涡轮增压器（12）的调整来调节。

4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述转速（n）在所述第一与第二工作点（t1、t2）之间通过向所述发动机（2、5）输送的燃料量的降低、断火、点火角的降低、燃料喷射的停止和/或辊式试验台的使用来保持恒定。

5.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其中如果第一工作点（t1）上的质量流量差（r（t1））有别于第二工作点（t2）上的质量流量差（r（t2）），则识别出所述进气系统（4）中的泄露（8）。

6.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其中预期质量流量（dm^eng）是发动机（2、5）的转速（n）、进气系统（4）中的压力（p_In）和温度（T_In）的函数f（n,p,T）。

7.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其中预期质量流量（dm^eng）以存储的特性曲线的形式数据化地保存在储存器中。

8.用于识别内燃机（2、5）的进气系统（4）中的泄露（8）的装置，该装置构造用于执行按权利要求1到7中任一项所述的方法。

9.按权利要求8所述的装置，其中该装置构造用于触发节流阀（6）和/或发动机控制系统（26）。

10.按权利要求8或9所述的装置，其中该装置构造用于触发增压压力调节机构（16）。