CN102428264A - 燃料喷射系统中的故障定位 - Google Patents

Abstract

在喷射系统中的故障定位方法包括执行一些检测，其中，每个检测产生一个或者多个特征，并且通过将这些特征与规定的特征组合的比较来识别喷射系统的故障，其中，每个特征组合被分配给喷射系统的一种故障。

Description

燃料喷射系统中的故障定位

现有技术

本发明涉及一种用于燃料喷射系统的故障定位方法。

到目前为止已公开一些在行驶运行期间诊断汽油喷射系统中的故障的方法。其中，在故障存储器中存储一些所谓的系统故障代码。然而这些系统故障代码并不精确地指明有故障的部件，而是多个部件可能是出现相应故障代码的原因。因此虽然存储了这些系统故障代码，但是费事的是，识别出导致故障原因的部件以便替代或者修理这些部件。

本发明的公开内容

因此本发明的任务是，提供一种用于在汽油发动机的喷射系统中故障定位的改进方法。这种方法能更加精确和更快速地进行故障定位。

这种任务由按照独立权利要求1所述的用于故障定位的方法得以完成。从属权利要求对于按照独立权利要求1的方法的一些有利的改进方案进行了说明。

根据本发明的用于对于在喷射系统中的故障进行定位的故障定位方法包括进行多次检测，其中，每次检测产生一个或者多个特征，并且通过将所得出的特征与预先规定的特征组合进行比较来识别喷射系统的故障。其中，给每个特征组合分配一种喷射系统故障。

通过规定一些特征组合，其中，每个特征组合分别配属于喷射系统的一种故障，并且产生多个特征，并且与这些特征组合进行比较，如此就可精确地定位这个故障，并且大大地简化和加快了故障分析。

在一种实施形式中，该方法包括测量所述喷射系统中的至少一个压力，并且所述特征包括所测得的压力与规定的额定值的偏差。通过确定所测量的压力与规定的额定值的偏差，可特别有效地识别出喷射系统中的故障。

在一种实施形式中，该方法包括具有下述步骤的低压检测：在关闭高压泵时接通低压泵；测量在这段时间内由低压泵产生的压力；关闭低压泵；测量在关闭低压泵后在这段时间内下降的压力。

在这样一种低压检测时，发动机只以由低压泵产生的低压来运行。这种检测只能在汽油机中进行，而不能在柴油机中进行，这是因为在柴油机中在低压时喷入阀打不开，因此发动机运行不起来。

电动低压燃料泵满负载运行时的稳态压力属于低压检测时测量的数值。在这种情况中，所测量的压力应该位于压力调节器或者限压阀的规定的偏差之内。

除了绝对压力外，在低压检测期间也可以测量和分析在压力形成和压力下降时的压差（△-压力）和梯度、也就是坡度，以使系统偏差的影响实现最小化。△-压力和梯度的测量及计算可识别低压回路中的节流问题，或者燃料泵的输送问题以及燃料回路中的低压泄漏。在这种情况中下述情况证明是特别有利的，即通过获得△-压力，并且测量直到达到△-压力的时间来计算这些梯度。

根据本发明的方法的一种实施形式包括具有下述步骤的高压检测：接通低压泵；高压泵以满载的功率来运行；测量在这段时间内由高压泵所产生的压力。

在一种有利的方案中，当通过打开在喷射系统中设置的限压阀而出现压力下降，或者当达到规定的最大压力时，关闭高压泵。

在正常情况时，这个泵应形成直到限压阀的打开压力的高度时的压力，这样，就将这个压力机械地限制在限压阀的打开压力。这个压力可借助高压传感器进行测量。为了避免对压力限制阀造成破坏，应很短时间地控制这个限压阀，也就是说在打开高压阀时应立即中断高压燃料泵的满负载运行。在柴油机中这个方法不能以这种方式执行，这是因为在柴油发动机的轿车领域中通常不设置限压阀。

用于分析的可能的测量值是打开限压阀时的绝对压力以及在压力形成时压力增升持续时间或者压力梯度。

只要达到限压阀的打开压力就出现压力波动，因为只要限压阀一打开压力就下降。紧接着重新关闭限压阀，又重新形成升高的压力，这个压力又将限压阀打开，等等。

假若在达到规定的最大压力之前不应该打开限压阀，那么就中断所述检测，以避免损坏所述限压阀或者燃料喷射系统的其它部件。

根据本发明的方法的一种实施形式也包括一种分析，这种分析具有下述步骤：确定所述被测量的压力与规定的额定数值的偏差；通过将已求得的偏差与规定的偏差模型进行比较而识别出喷射系统的故障，其中，每个偏差模型配设给喷射系统的一种故障。通过将所测量的压力与规定的额定数值进行比较、并且通过将这些偏差与规定的偏差模型进行比较，可特别有效地确定故障。

在一种实施形式中，本方法还附加地包括：确定那些已被测量的压力中的至少一个压力的时间梯度；并且确定它的与预先规定的额定数值的偏差。对于压力的时间梯度的分析可以更加有效地并且更加可靠地实现故障定位。

在本方法的一种有利的实施形式中，在低压检测期间对低压泵进行周期性的控制。在功率特别强的低压泵中，特别是在小喷射量时压力形成时间是如此地小，即该压力形成时间接近压力传感器的信号的扫描速度。因此，当低压泵稳态运行时就不可能合适地求出并分析所述压力梯度。在这些情况中，可通过脉动地控制低压泵来实现梯度的求出。在这种情况下，分别只很短时间地对低压泵进行完全控制，然后经过某一段时间又将其去除激活。这种对低压泵的周期性的控制引起了滞后的压力形成。

通过这种周期性的控制，可以估算低压泵的输送量，因为该泵总是以最大的输送功率运行。需要注意的是，在分析绝对压力时应总是考虑整个系统的全偏差。因此相对地看待问题是有利的，其中考虑所述压力差（△-压力），因为在这种情况中在喷射系统中如此程度地相互抵销一定的偏差，即它们可以被忽略不计。

在一种实施形式中，本方法附加地包括停机检测，该停机检测包括下述步骤：发动机以在喷射系统中的高压运行；关闭发动机；在关闭发动机后测量压力曲线。

其中，测量准则是达到的绝对的停机压力、压力梯度以及一定停机时间后与输出数值的压力差。

在另一实施形式中，本方法还附加地包括高压额定数值突变检测，它包括下述步骤：高压泵以低功率运行；当高压泵以满载功率短时间运行后突然提高所述高压；测量已达到的最终压力和压力曲线；测量压力提高之前和之后的排气空气系数（Abgaslambda）。

其中特别有利的是，对压力提高之前和之后的排气空气系数进行分析。通过根据压力来对于喷射压力进行的计算以及在根据压力来修正喷射量时的很大的非线性，在低压时传感器的补偿误差对于所计算的喷射量、并且因此也对于所调节的排气空气系数有很大的影响。在接近额定压力的高压时，相同大小的补偿对于喷射量的计算的影响很小，并且因此对于喷射时间计算的影响也很小。因此能从额定压力突变时的空气系数的偏差得出压力传感器故障。排气空气系数的求得可以无调节地直接通过采用外部的空气系数探头的测量来实现，或者代替地也可以通过评估已有的空气系数调节的调节器作用来实现。

在一种实施形式中，在提高所述高压时压力从例如小于25巴的数值提高到例于大于100巴的数值。在一种特别有利的实施形式中，压力从20巴的数值提高到150巴的数值。

在另一种实施形式中，本方法附加地包括一种先导控制检测，该检测具有下述步骤：对高压泵的不同的控制数值进行调节；测量在喷射系统中在每个控制数值的情况下所调节的压力。通过在稳态的（eingeschwungen）、也就是稳定的系统中为每个控制数值测量绝对的最终压力、和/或分析压差（△-压力分析），可进一步地改进本方法的效率和可靠性。

图1示出一种燃料喷射系统的简图，在该燃料喷射系统上可使用根据本发明的方法。

图2示范性地以方阵图的方式示出了不同的偏差模型相对于喷射系统的故障的配属关系。

在图1中示出的燃料系统具有燃料箱2和用于将燃料从燃料箱2输送到燃料管路5中的低压泵4。在低压泵4的输出端上连接着低压限制阀6，为的是将燃料管路5中的压力限制在一种预先规定的数值。附加地在燃料管路5中还设置燃料过滤器8，为的是阻止异物和脏物进入到喷射系统的高压区域中。在燃料管路中也可以设置一种在图1中未示出的低压传感器，在这个传感器中测量由低压泵4产生的压力。

燃料从燃料管路5被输送到高压泵12。这个高压泵12具有油量控制阀10、限压阀14、止回阀16和活塞室13，这个活塞室具有在其中可运动地设置的高压活塞11。

按照油量控制阀10的位置在活塞室13中通过高压活塞11产生所希望高的燃料喷射压力。

由高压活塞11而处于高压的燃料通过止回阀16—该止回阀阻止燃料回流到活塞室13中—以及高压轨道18被输送到一些喷入阀22。在高压轨道18上设置有高压传感器20，为的是测量由高压泵12产生的高的燃料喷射压力。

在活塞室13和止回阀16的输出端之间连接有限压阀14，为的是将燃料喷射压力限制在一种规定的、且在限压阀14上可调节的最大值。

图2示范性地示出不同的偏差模型与例如所列出的燃料喷射系统的不同的故障的配属关系方阵图。

在方阵图的第二列中示范性地列出了喷射系统可能的故障。在后面一些列中列出了所求出的不同的示范性的测量值与规定的额定值的偏差。其中，“加”或者说“＋”表示：测量值大于额定值。“减”或者说“－”表示：低于额定值。

示范性的特征M1至M8涉及的是高压检测的测量值。特征M9至M14涉及的是低压检测的特征。附加地考虑来自附加的任选的检测的其它特征（M15至M17）。显然，对于本领域技术人员来说，根据本发明的方法并不局限于在表中列出的17个特征和9个故障。更确切地说，根据需要和检测方法的未来发展可产生其它的特征，或者识别附加的故障，增加或者取消故障和/或特征。

给每个故障、也就是表中的每一行分配所述测量值与预先规定的额定值的偏差的一种组合。明确的是这种分配不是强制的，也就是说，相同的特征组合、亦即相同的偏差模型可以分配给两个故障。在这种情况中要求进行附加的检测，为的是对具有相同的偏差模型的可能的故障加以区分。

例如由于通过高压检测产生的特征M1至M8不能在大的高压泄漏（第五行）和中等的高压泄漏之间加以区分。若希望或者要求进行这种区分，则要求进行附加的检测，这种附加的检测生成另一特征，例如在图2中示出的例如特征M16。这个特征可用于区分这两个可以考虑的故障。

通过有针对性的规定的运行点的调节和系统激励例如通过额定值规定和对系统反应的分析，利用根据本发明的方法可对汽油发动机的整个供油系统进行精确的诊断。

因为在应调节的运行点中不必考虑排放极限值、立法、行驶性能影响、环境条件、驾驶人员愿望等，所以产生明显地比正常行驶运行时要多的系统激励办法。通过对于多个不同的系统激励（特征）的作用所进行的新的通盘考虑，人们可更加精确地得出存在单个故障的结论。例如可通过一种分析方阵来进行这种分析，在这个分析方阵中所有特征和故障彼此间都有联系。

因为在汽油系统中所产生的边界条件与柴油机中的不一样，所以在这种情况下必须采用新方法：

在汽油机中由于系统压力明显地比较小（目前最大直至200巴），所以能在所有的运行点中（包括空转！）形成额定压力。这种检测可在任意的转速中不同于柴油机测试地进行。这使得这种检测合理地只在唯一的转速中进行成为可能。特别是空转尤其适用于这种诊断，因为在空转时高压泵提供最小的输送量（输送量与发动机的转速呈比例），并且因此产生用于压力突变的最大反应时间。因为在控制器中的测量信号的检测是按照固定的时间光栅（Zeitraster）进行的，所以可更好地分析长的反应时间。可在固定的转速（优选的是空转）时完整地进行这种检测。

在汽油发动机中通常使用具有油量控制阀和单活塞泵的高压泵方案。其结果是，必须部分地不同地解释结果，或者必须与柴油机不同地进行系统激励。特别是通过油量控制阀方案对高压泵的控制完全不一样。

在汽油发动机中当今几乎总是在气缸的吸油行程中喷射。这就是说，气缸的压缩能力对喷射量没有影响。此外，汽油发动机也可在纯低压时在不使用高压泵的情况下低转速地运行，因为喷射阀不需要为了打开的最小压力。与此相反，在柴油机中所述阀必须克服压缩压力才能打开，也就是必须超过最小压力界限。因此也可在不使用高压泵的情况下使汽油发动机运行。人们可将这种效应特别是用于检测低压系统，其做法是有针对性地关掉高压泵。

在汽油机中重要的是，喷射量与压力传感器的压力信号有关（没有压缩压力的影响，参见上述内容）。此外，当今汽油发动机大部分利用空气系数调节装置也就是λ调节装置在空气系数（λ）=1的运行点中行驶。这两种事实的结果是，空气系数的分析能够得出关于压力传感器的精确度、特别是压力传感器的补偿的结论。

在此所介绍的检测可以扩展到汽油发动机的整个燃料系统中。这是说，既可检测和诊断高压系统，也可检测和诊断低压系统。

为了保证一种尽可能准确的诊断，必须保障下述边界条件：

发动机应是热运行。

发动机舱的温度不应太高。在此特别重要的是打开发动机舱盖，并且也对发动机风扇进行完全控制，为的是在燃料系统中达到较低的和恒定的温度。若在发动机舱中的燃料管路的温度明显地高于箱中的燃料温度，则对结果有负面影响。

喷射量不应太少。若喷射量太少，则可能出现这样一种情况，即通过在汽油系统中所采用的高压喷嘴的少量偏差即使在无故障的名义情况下也会出现明显的空气系数偏差。这样，对于在高压突变时空气系数偏差的这种分析对于诊断分析来说不够强有力或者说不够稳健（robust）。为了解决这一问题，必须提高发动机的载荷并因此提高燃料量的要求。这通过接通负载来达到。在这方面特别适合的是接通发动机风扇。其它负载接通的可行方案例如是接通应急备用装置（Momentenreserve）以及接入通风装置，包括空调压缩机。发动机负载越高，喷射阀偏差（Einspritzventiltoleranzen）就越小。

在高压检测时低压系统应达到恒定的先导控制数值，为的是使来自低压系统的影响保持得尽可能地小。

因为高压泵是通过凸轮轴驱动的，所以压力形成时间与转速直接有关。为了得到尽可能长的并且能很好分析的增升时间（Anstiegszeiten）（在控制器中供以具有一定扫描速度的压力信号提供使用），在尽可能小的转速时进行这种诊断是合适的。在这方面空转特别合适。

Claims (13)

1. 用于内燃机喷射系统的故障定位方法，其中，该方法具有下述步骤：

- 进行多次检测，其中，每次检测产生一个或者多个特征，

- 通过对于所产生的特征与规定的特征组合进行比较来识别喷射系统的故障，其中，每个特征组合被分配给喷射系统的一种故障。

2. 按照权利要求1所述的故障定位方法，其中，所述检测中的至少一个检测包括对于喷射系统中的至少一个压力所进行的测量，并且所述特征包括所测量的压力与规定的额定值的偏差。

3. 按照权利要求1或2所述的故障定位方法，其中，燃料系统具有高压泵（12）和低压泵（4），并且其中，这些检测中的至少一个检测是低压检测，这种低压检测包括下述步骤：

A1) 断开高压泵（12），接通低压泵（4），

A2) 测量在这段时间内由低压泵（4）产生的压力，

A3) 断开低压泵（4），

A4) 测量在这段时间下降的压力。

4. 按照权利要求3所述的故障定位方法，其中，在低压检测期间对低压泵（4）进行周期性的控制。

5. 按照前述权利要求中任一项所述的故障定位方法，其中，燃料系统具有高压泵（12）和低压泵（4），并且其中，这些检测中的至少一个检测是高压检测，这种高压检测包括下述步骤：

B1) 接通低压泵（4），高压泵（12）以全功率运行，

B2) 测量在这段时间由高压泵（12）产生的压力。

6. 按照权利要求5所述的故障定位方法，其中，高压检测附加地包括下述步骤：

B3) 当

a) 测得一种压力下降，或当

b) 测得一种规定的最大压力时

断开高压泵（12）。

7. 按照前述权利要求中任一项所述的故障定位方法，其中，该方法附加地包括梯度检测，所述梯度检测具有下述步骤：

确定所测量的压力中的至少一个压力的时间梯度，

确定所确定的梯度与规定的额定值的偏差。

8. 按照前述权利要求中任一项所述的故障定位方法，其中，该方法附加地包括停机检测，该停机检测具有下述步骤：

C1) 以在喷射系统中的高的压力使内燃机运行，

C2) 关闭内燃机，

C3) 测量在内燃机关闭后的压力曲线。

9. 按照前述权利要求中任一项所述的故障定位方法，其中，燃料系统具有高压泵（12），并且其中，该方法附加地包括高压额定值突变检测，该高压额定值突变检测具有下述步骤：

D1) 高压泵（12）以小功率运行，

D2) 通过使高压泵（12）短时间地以全功率运行来突然地提高高压，

D3) 测量所达到的最终压力和压力曲线，

D4) 测量压力提高前后的排气空气系数。

10. 按照前述权利要求中任一项所述的故障定位方法，其中，燃料系统具有高压泵（12），并且其中，该方法附加地包括先导控制检测，这种先导控制检测具有下述步骤：

E1) 调节高压泵（12）的不同的控制数值，

E2) 测量在喷射系统中在每个控制数值的情况下所调节的压力。

11. 按照前述权利要求中任一项所述的故障定位方法，其中，这些检测中的至少一个检测附加地包括：

确定所测得的压力之间的差，

确定所确定的差与规定的额定数值的偏差。

12. 按照前述权利要求中任一项所述的故障定位方法，其中，这些检测中的至少一个检测包括用于提高发动机负载的负载接通。

13. 按照前述权利要求中任一项所述的故障定位方法，其中，这些检测中的至少一个检测包括在提高喷射压力的前、后对于排气空气系数的测量。

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