CN103097703A - 用于诊断内燃机的曲轴箱排气的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检验用于内燃机（2）的曲轴箱（12）排气的排气装置的功能的方法，其中所述曲轴箱（12）通过排气装置（7）与内燃机（2）的空气输入系统（3）连接，具有下面的步骤：-确定在环境压力与曲轴箱（12）中的曲轴箱压力之间的压差（p_Diff）；-如果满足释放条件，根据压差（p_Diff）确定排气装置（7）中的故障，；其中如果通过低通滤波器（21）滤波的在空气输入系统（3）中的空气质量流按照绝对值超过第一阈值，则满足释放条件。

Description

用于诊断内燃机的曲轴箱排气的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机，其中曲轴箱排气到空气输入系统中。本发明还涉及一种用于诊断内燃机排气系统的方法。

背景技术

在内燃机中由于泄漏效应在气缸的缸壁上导致排出燃烧废气。这些燃烧废气聚集在曲轴箱中并且通常通过油分离器和气体管道、例如软管排气到内燃机的空气输入系统中。为了遵守排放法律规定的排放限制，必须有适当地监控曲轴箱的排气，使得可靠地通过诊断识别在曲轴箱与油分离器之间以及在油分离器与空气输入系统之间的气体管道的缺陷。

为了诊断曲轴箱排气功能性存在不同的方案。一方面可以在曲轴箱与油分离器之间以及油分离器与空气输入系统之间的气体管道上设有电触头，它在气体管道故障或分离时打开，由此可以识别故障。此外可以通过设置在空气输入系统的入口侧的空气质量传感器的可信性验证利用增压压力传感器检验气体管道中的不密封性。在这里存在缺陷，由于在空气输入系统中的多种故障可能性，对于曲轴箱排气的气体管道故障无法实现明确的不可信配属关系。

另一可能性是，在曲轴箱与环境之间设有压差传感器。在完好状态中曲轴箱中的压力低于环境压力，因为在内燃机的空气输入系统中通过空气过滤器实现压力降。此外用于曲轴箱排气的气体管道的开口通常垂直于空气输入系统中的流动曲线延伸，由此由于文丘里效应在用于排气的气体管道中出现负压。如果在用于曲轴箱排气的气体管道上出现故障，则在曲轴箱中出现近似环境压力。借助于压差传感器可以将曲轴箱与环境之间的压力降配属于功能正常的曲轴箱排气并且在诊断功能中评价。

因为曲轴箱与环境压力之间的压差通常非常低，为了实现诊断功能必需具有非常小的公差的压差传感器和可能的运行点，在这样的运行点中在空气输入系统中出现高空气质量流，用于区分功能正常的排气或者不发挥功能的排气。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种方法和装置，用于检验曲轴箱的排气功能，它是可靠的并且可以通过压差传感器以更低的测量公差要求加以使用。

这个目的通过如权利要求1所述的用于检验曲轴箱排气功能的方法以及通过如并列权利要求所述的装置和发动机系统实现。

在从属权利要求中给出其它有利的扩展结构。

按照第一方面规定一种检验用于内燃机的曲轴箱排气的排气装置的功能的方法，其中所述曲轴箱通过排气装置与内燃机的空气输入系统连接。该方法包括下面的步骤：

-确定在环境压力与曲轴箱中的曲轴箱压力之间的压差；

-如果满足释放条件，根据压差确定排气装置中的故障；

其中如果通过低通滤波器滤波的在空气输入系统中的空气质量流按照绝对值超过第一阈值，则满足释放条件。

上述方法的思想在于，对于执行排气装置诊断，考虑在空气输入系统中的空气质量流的不同的动态性和曲轴箱与环境之间的压差。仅当期待有相应高的压差时，才释放基于本方法的诊断功能，在该方法中检验排气装置的正常的功能。

通过上述方法可以提高诊断的可靠性和/或可以使用对公差提出更低要求的压差传感器。

此外可以以时间常数执行空气质量流的低通滤波，这样给定时间常数，它等于或大于由在空气质量流变化时曲轴箱压力的时间延迟的响应给出的时间常数。

按照一种实施例，根据压差借助于阈值比较确定排气装置中的故障。

尤其根据通过另一低通滤波器输出的压差借助于阈值比较确定在排气装置中的故障。

可以规定，所述另一低通滤波器具有时间常数，它依赖于空气质量流、尤其滤波的空气质量流，尤其线性地依赖于空气质量流或滤波的空气质量流。通过根据运行点对测得的曲轴箱与环境压力之间的压差进行滤波可以提高释放边界，由此保证释放频率。

可以相对于压差阈值执行阈值比较，其中压差阈值依赖于滤波的空气质量流。

按照另一方面提出一种检验用于内燃机的曲轴箱排气的排气装置的功能的装置，其中所述曲轴箱通过排气装置与内燃机的空气输入系统连接，其中该装置设计成，用于

-确定在环境压力与曲轴箱中的曲轴箱压力之间的压差；以及

-如果满足释放条件，根据压差确定排气装置中的故障，；

其中如果通过低通滤波器滤波的在空气输入系统中的空气质量流按照绝对值超过第一阈值，则满足释放条件。

按照另一方面是具有内燃机的发动机系统，其中设有用于内燃机的曲轴箱排气的排气装置，并且所述曲轴箱通过排气装置与内燃机的空气输入系统连接，并且具有上述的装置。

按照另一方面规定计算机程序产品，它含有程序代码，当它在数据处理单元上执行时，它执行上述的方法。

附图说明

下面借助于附图详细解释本发明的优选实施例。附图中：

图1  发动机系统示意图，具有在曲轴箱与空气输入系统之间的排气装置，

图2  用于表示检验曲轴箱排气功能的方法的原理图，

图3  在空气输入系统中的空气质量流和由此引起的在曲轴箱中的压差的时间变化曲线的示例，

图4a和4b  对于内燃机的不同运行点针对未滤波的空气质量流和滤波的空气质量流，相对在空气输入系统中的空气质量流表示压差的曲线图，

图5  用于表示用于确定曲轴箱排气功能的、与范围或运行点有关的测得的压差滤波的原理图。

具体实施方式

图1示出发动机系统1的方框图，具有内燃机2，空气通过空气输入系统3通过空气通道输送到内燃机。通过空气输入系统3输送的空气通过（未示出的）进入阀控制地进入到内燃机2的气缸4中。空气输入系统3具有进入侧的空气过滤器5，用于过滤吸入的新鲜空气中的颗粒。此外空气输入系统3具有节流阀6，它控制输送到内燃机2的气缸4的空气流。

内燃机2设置在发动机缸体中，它包围区域12，在该区域中设置曲轴并且曲轴与气缸4中的活塞连接。这个区域12称为曲轴箱。通过气缸壁上的泄漏效应，对曲轴箱12输送所谓的漏气空气，它们聚集在曲轴箱12的内部。为了避免，位于曲轴箱12中的气体进入到环境，设有排气装置7，它使曲轴箱12与空气输入系统3连接。

排气装置7包括第一排气管道段13和第二排气管道段14，它们通过油分离器8相互分开。第一排气管道段13使曲轴箱12与油分离器8连接，第二排气管道段14使油分离器8与空气输入系统3连接。油分离器8用于防止，在气体从曲轴箱12流入空气输入系统3中时从曲轴箱12携带油并由此进入到空气输入系统3。

为了在曲轴箱12中建立永久的负压，第二排气管道段14通到空气输入系统3的这样的部位，在该部位中存在相对于环境压力更低的压力。为此第二排气管道段14例如在空气过滤器5的输出侧通到空气输入系统3。

为了控制内燃机2运行设有控制单元10，用于控制内燃机2运行。控制单元10尤其根据测得的或模拟的系统状态这样控制节流阀6和其它致动器，使内燃机2给出对应于理论矩的驱动矩。

为了检验发动机系统1的单个部件的功能，在控制单元10中（或在其它检验单元中）通常实现诊断功能。诊断功能规定，借助于设置在内燃机2的曲轴箱12中的压差传感器11测量并评价在环境压力与曲轴箱12中的压力（曲轴箱压力）之间的压差。

通常相对于阈值评价在曲轴箱压力与环境压力之间的压差，即压差位于特定的阈值以下，因此识别在排气装置7中的故障。这些故障例如可能由于排气管道段13、14之一的、空气输入系统3的、油分离器8的或曲轴箱12的故障产生。其它故障可能性在于排气管道段13、14之一或油分离器8的不密封性。

因为通过压差传感器11测得的并且在控制单元10中评价的压差是微小的，因此对于功能检验的可靠性必需的是，定义释放条件，它保证，在排气装置7的正常的功能时在曲轴箱压力与环境压力之间存在足够压差。释放条件可以根据通过空气输入系统3的空气质量流的指标来定义。

在空气输入系统3中的状态动态变化时、例如在空气质量流变化时，在曲轴箱12中的空气压力可能时间延迟地对应于第二排气管道段14的入口位置上的空气压力进行调整。这可能导致，在曲轴箱12中出现导致足够大的压差的气体压力以前，以空气质量流值为基础的释放条件已经激活用于检验排气装置7的正常功能的功能。

求得的在曲轴箱压力与环境压力之间的压差与压差阈值比较，用于确定，排气管道7是否无故障。在空气质量流跃变地提高时可能导致，即便是功能正常的排气装置7，测得的压差也不足够高，尽管满足用于释放诊断的释放条件。

图2示出求得用于诊断排气装置7的释放条件。因此规定，首先在低通滤波模块21中按照低通滤波函数以给定的时间常数ti将关于空气质量流lf的指标（例如由在空气输入系统中的空气质量流传感器获得）滤波，用于获得滤波的空气质量流lf_滤波器的指标。滤波的空气质量流lf_滤波器在阈值模块22中进行阈值比较，用于检验出现或不出现释放条件。最好这样选择低通滤波的给定时间常数ti，使它基本相当于这样的时间常数，以该时间常数空气质量流的变化影响曲轴箱2中的压力变化，或者大于这个时间常数。

最后，当滤波的空气质量流lf_滤波器超过给定的第一阈值A时，释放排气装置7的正常功能的检验。可以附加地规定，如果滤波的空气质量流超过更大的第二阈值B，使检验功能关闭。

通过低通滤波器模块21模拟的动态性要模拟在排气装置7中的以及在空气输入系统3的（第二排气管道段14所通入的）区域的体积中的存储效应。

在图3的曲线图中示例地示出这一点。图3的曲线图示出空气质量流lf的时变变化和在曲轴箱12中的相应压差p_Diff。在所示示例中，一旦滤波的空气质量流超过370kg/h，就释放曲轴箱排气功能的检验。基于这个第一阈值A定义-12hPa的压差阈值。如果测得的压差按照绝对值位于>12hPa的范围，则可以推断出曲轴箱排气的正常功能。

可以看出，在未滤波的空气质量流lf中已经提前达到这个边界值，并且在这个时刻相应测得的压差p_Diff在绝对值上明显低于10hPa（小于-10hPa），约为5hPa。在这种情况下在其中必须在功能正常或功能不正常的曲轴箱排气之间进行区分的区域于是处在5hPa至0hPa之间。这需要使用敏感的压差传感器11。

在图4a和4b中，借助于曲线图（其中相对于空气质量流标出压差）对于不同的运行点（其以不同的方式达到）表明，在使用未滤波的空气质量流lf时，在保持不变的压差阈值p_thr时，必须采用比在使用滤波的空气质量流lf_滤波器时大得多的空气质量流阈值作为用于释放的第一阈值A。

因此能够在使用滤波时，对于空气质量流lf为了确定释放条件，这样选择第一阈值A，使得更频繁地满足释放条件。备选地也可以选择，在相同的第一阈值A时对于空气质量流设有具有更低敏感度的压差传感器11，因为例如在第一阈值A为500kg/h时，压差阈值p_thr约19hPa就足够了。

为了得到对于在曲轴箱12与环境之间的压差p_Diff的可靠测量值，可以使测量值在低通的压差低通滤波器31中滤波。在压差低通滤波器31中的时间常数t_p可以根据滤波的空气质量流lf_滤波器选择。可以规定选择时间常数t_p的函数，在小的质量流（质量流小于第一空气质量流阈值）时，在其中尽管存在差别性，但是不是最佳的，可以规定比在更大质量流时更大的时间常数。这种压差低通滤波用于根据运行点输出压差p_Diff的测量值。

现在输出的压差p_Diff’可以在另一阈值模块32中进行阈值比较，其中将输出的压差p_Diff’与压差阈值p_thr进行比较，用于以故障信号FS的形式得到关于曲轴箱排气检验的正常或者不正常功能的指标。如果输出的压差p_Diff’在绝对值上低于压差阈值p_thr或者输出的压差p_Diff’超过压差阈值p_thr，则可以推断出不正常的曲轴箱排气功能并且反之亦然。

如上所述，压差阈值p_thr可以恒定地或者作为滤波的空气质量流lf_滤波器的函数或者还作为增压压力的函数（在增压的内燃机中）求得。尤其能够（参照图4b的测量值）使压差阈值p_thr调整到在图4b中所示的运行点的上边界范围。例如可以按照基于滤波的空气质量流lf_滤波器的具有负斜率的线性函数来选择压差阈值p_thr。对于图4b的示例这意味着，在550kg/h空气质量流时可以选择-22hPa的压差阈值，并且对于400kg/h的空气质量流可以选择-10hPa的压差阈值。

通过在较大的释放时间和运行范围上输出压差p_Diff可以最小化由于系统影响引起的干扰、点对点干扰和类似干扰。此外可以规定，输出的（滤波的）压差p_Diff’相对于压差阈值p_thr的阈值比较，只有当超过累计的释放持续时间时才释放，它对应于累计的、已经出现用于检验曲轴箱排气功能的释放条件的持续时间。

Claims (9)

1.一种检验用于内燃机（2）的曲轴箱（12）排气的排气装置的功能的方法，其中所述曲轴箱（12）通过排气装置（7）与内燃机（2）的空气输入系统（3）连接，具有下面的步骤：

-确定在环境压力与曲轴箱（12）中的曲轴箱压力之间的压差（p_Diff）；

-如果满足释放条件，根据压差确定排气装置中的故障，；

其特征在于，

如果通过低通滤波器（21）滤波的在空气输入系统（3）中的空气质量流按照绝对值超过第一阈值，则满足释放条件。

2.如权利要求1所述的方法，其中以时间常数执行空气质量流的低通滤波，这样给定时间常数，它等于或大于由在空气质量流变化时曲轴箱压力的时间延迟的响应给出的时间常数。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中根据压差（p_Diff）借助于阈值比较确定排气装置（7）中的故障。

4.如权利要求3所述的方法，其中根据通过另一低通滤波器输出的压差（p_Diff）借助于阈值比较确定在排气装置（7）中的故障。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述另一低通滤波器具有时间常数，它依赖于空气质量流、尤其滤波的空气质量流，尤其线性地依赖于空气质量流或滤波的空气质量流。

6.如权利要求3至5中任一项所述的方法，其中相对于压差阈值（p_thr）执行阈值比较，其中压差阈值（p_thr）依赖于滤波的空气质量流。

7.一种检验用于内燃机（2）的曲轴箱（12）排气的排气装置（7）功能的装置，其中所述曲轴箱（12）通过排气装置（7）与内燃机（2）的空气输入系统连接，其中该装置设计成，用于

-确定在环境压力与曲轴箱（12）中的曲轴箱压力之间的压差（p_Diff）；以及

-如果满足释放条件，根据压差确定排气装置（7）中的故障；

其特征在于，

如果通过低通滤波器（21）滤波的在空气输入系统（3）中的空气质量流按照绝对值超过第一阈值，则满足释放条件。

8.具有内燃机（2）的发动机系统（1），其中设有用于内燃机（2）的曲轴箱（12）排气的排气装置（7），并且所述曲轴箱（12）通过排气装置（7）与内燃机（2）的空气输入系统（3）连接，并且具有如权利要求7所述的装置。

9.计算机程序产品，它含有程序代码，当它在数据处理单元上执行时，它执行按照权利要求1至6中任一项所述的方法。

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