CN103452642A - 用于诊断用于内燃机的增压装置的循环空气推进阀的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于诊断在具有增压的内燃机（2）的发动机系统（1）中的循环空气推进阀（64）的方法，其中所述循环空气推进阀（64）布置在围绕增压装置（6）的压气机（61）的循环空气推进管路（63）中，所述方法具有下列步骤：检测所述增压装置（6）的压气机转速参数；当触发所述循环空气推进阀（64）以开启所述循环空气推进阀（64）之后所述压气机转速参数波动时，确定所述循环空气推进阀（64）的功能故障。

Description

用于诊断用于内燃机的增压装置的循环空气推进阀的方法和装置

技术领域

本发明涉及增压的内燃机的领域。此外本发明还涉及一种用于检验增压装置的循环空气推进阀的功能的诊断方法。

背景技术

具有内燃机的发动机系统经常设有增压装置、例如废气驱动的涡轮增压机，用于在提高了的压力下为内燃机供给新鲜空气。所述增压装置为此包括压气机，所述压气机通过轴与涡轮机连接，所述涡轮机由来自内燃机的废气流驱动。

在具有增压装置的发动机系统中，在空气供给系统中在从高负荷到低负荷的快速负荷变化时会在压气机上形成所谓的压气机泵吸。所述压气机泵吸声学方面进行干扰并且会造成对压气机的叶轮的损害。为了避免这一点，循环空气推进管路一般设有循环空气推进阀，所述循环空气推进管路将压气机的输出侧与其输入侧连接。所述循环空气推进阀在常规运行时关闭并且仅在压气机可能达到其中出现压气机泵吸的不稳定运行状态的运行状态中开启。

为了能够提前识别故障，对循环空气推进阀定期地进行车载诊断（On-Board-Diagnose），在所述车载诊断中检验其功能。

通常，所述循环空气推进阀的诊断通过评估吸入的空气质量流或者在压气机输出侧的增压压力来实现。在这两个参量中通过相应的波动以简单的方式识别所述压气机泵吸。

在现代的发动机系统中，省去了对在空气供给系统的输入侧的空气质量测量器的使用，从而不能通过评估相应的传感器信号进行诊断。此外已知一种发动机系统，所述发动机系统具有两个串联布置的增压装置或者两个并列布置的增压装置，从而不能再通过评估增压压力参量诊断单个压气机的压气机泵吸，因为在这种情况下这两个压气机的压力波形重叠并且因此会在时间上相互融合。

发明内容

根据本发明设置一种根据权利要求1所述的用于诊断循环空气推进阀的方法以及根据并列的权利要求所述的一种装置、一种发动机系统、一种计算机程序和一种计算机程序产品。

本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据第一方面，设置一种用于诊断在具有增压的内燃机的发动机系统中的循环空气推进阀的方法，其中所述循环空气推进阀布置在围绕增压装置的压气机的循环空气推进管路中，所述方法具有下列步骤：

－检测所述增压装置的压气机转速参数；

－当触发所述循环空气推进阀以开启所述循环空气推进阀之后所述压气机转速参数具有波动时，确定所述循环空气推进阀的功能故障。

上述方法的构思在于，评估压气机的转速用于识别压气机泵吸，也就是当增压压力参数不能提供足够的关于压气机的状态的信息时采用这种方法。此外，评估压气机的转速使得将故障形成指定给在一种发动机系统中的确定的压气机，在所述发动机系统中借助多个串联或者并联布置的增压装置设置多级压气。仅通过评估增压压力参数不能将可能的故障指定给增压装置之一的确定的循环空气推进阀。

此外可以规定，通过对检测到的压气机转速参数进行高通滤波来确定所述压气机转速参数具有波动，在预先给定的频率范围内求得波动份额，并且在预先给定的频率范围内与求得的波动份额进行阈值比较。

根据一种实施方式，压气机转速参数借助在增压装置的轴上的转速传感器求得。

此外，上述方法具有下列其它步骤：

－检测另一个增压装置的其它压气机转速参数；

－当触发所述另一个循环空气推进阀以开启所述另一个循环空气推进阀之后所述其它压气机转速参数波动时，确定所述另一个增压装置的另一个循环空气推进阀的功能故障。

根据另一方面，设置一种装置、尤其是计算单元，其用于诊断在具有增压的内燃机的发动机系统中的循环空气推进阀，其中所述循环空气推进阀布置在围绕增压装置的压气机的循环空气推进管路中，其中所述装置构造用于：

－检测所述增压装置的压气机转速参数；

－当触发所述循环空气推进阀以开启所述循环空气推进阀之后所述压气机转速参数波动时，确定所述循环空气推进阀的功能故障。

根据另一方面，设置一种具有内燃机和上述装置的发动机系统。

根据另一方面，设置一种具有程序代码段的计算机程序，当在计算单元或者上述装置上执行所述计算机程序时，所述计算机程序用于实施上述方法的所有步骤。

根据另一方面，设置一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包含程序代码，所述程序代码存储在计算机可读的数据载体上，并且当在数据处理装置上执行所述程序代码时，所述程序代码实施上述方法。

附图说明

下面借助附图对本发明的优选的实施方式进行详细阐述。其中：

图1示出了具有增压装置的发动机系统的示意图；

图2示出了用于阐明用来在发动机系统中检验循环空气推进阀的功能的方法的流程图；并且

图3示出了具有两级增压的另一发动机系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有内燃机2的发动机系统1，所述内燃机例如能够构造为汽油发动机或者柴油发动机。所述内燃机2具有带有燃烧室的汽缸3，在其中布置有可运动的活塞，从而能够四冲程运行。

能够通过空气供给系统4为汽缸3供给新鲜空气。在内燃机2运行时，燃料/空气混合物在所述燃烧室中燃烧并且将在此产生的燃烧废气排出到废气导出区段5中并且最后导出到周围环境中。

发动机系统1还包括废气驱动的增压装置6，所述增压装置包括压气机61并且所述增压装置布置在空气供给系统4中。压气机61构造用于从发动机系统1的周围环境吸入新鲜空气并且在提高了的压力、即增压压力下为内燃机2供给新鲜空气。压气机61通过轴66与涡轮机62机械地耦接，所述涡轮机布置在废气导出系统5中。涡轮机62用于将从内燃机2排出的废气流中的废气焓转换为机械能来相应地驱动压气机61。

涡轮机62的效率、也就是提供的转换为机械功率的废气焓的份额是能够调整的，例如通过设置可变的涡轮机几何形状、通过设置用于围绕涡轮机62引导能够调整的部分废气流的旁通管路或者借助类似装置。

增压装置6还具有转速传感器65，用于检测轴66或者压气机61的转速并且提供相应的压气机转速参数。转速传感器65例如能够布置在压气机61上，用于借助压气机61的进行运动的压气机轮盘叶片来检测转速。

在内燃机2的汽缸3与压气机61之间的空气供给系统4的区段中还布置有节流阀8，利用所述节流阀能够调整准备输送给内燃机2的新鲜空气的量。

此外还设置了控制单元10，所述控制单元为了提供确定的转速或者负荷以合适的方式运行发动机系统1。为此控制单元10检测内燃机2的运行状态、例如其发动机转速、供给的新鲜空气量以及类似参数，其中在考虑额定参量指标、例如额定力矩的情况下，通过对调整探测器进行调整、例如节流阀8、用于调整涡轮机62的效率的调整探测器、汽缸3上的喷射阀以及类似物以合适的方式运行发动机系统1。

内燃机能够在不同的运行点中运行。在高负荷的情况下大的废气焓量转换为机械能并且由此提供相应的压气机功率，所述压气机功率在压气机61的输出侧在所输送的空气质量流大的情况下提供高的增压压力。在低负荷、例如空转的情况下，仅有微小的废气焓量供使用，使得供使用的压气机功率也小。

在从高负荷到低负荷的负荷变化中，要输送给内燃机2的新鲜空气量由于关闭节流阀8快速减小，从而使得要由压气机61输送的新鲜空气质量流快速减小，而在压气机61上存在的压力差首先继续保持存在然后才滞后地消除。在这种运行点中所述压气机形成所谓的压气机泵吸（Verdichterpumpen），在所述压气机泵吸时在所述压气机轮盘叶片上出现分流（Strömungsabriss）。这种运行情况是不期望的，因为其会导致声学损害并且会导致压气机61的压气机轮盘叶片的损坏。

为了防止压气机泵吸，设置有循环空气推进管路（Schubumluftleitung）63，所述循环空气推进管路将压气机61的输出侧与输入侧连接。在循环空气推进管路63中布置有循环空气推进阀（Schubumluftventil ）64，用于控制被引导过循环空气推进管路63的新鲜空气的量。

控制单元10监测与压气机61相关的运行状态并且尤其设置，在从高负荷到低负荷的快速负荷变化、尤其是其斜度超过预先给定的陡度的负荷变化时，开启循环空气推进阀64，使得由压气机61输送的空气质量流不会到达确定的临界值之下，所述临界值取决于压气机61的输出侧与输入侧之间的压力差。通过开启循环空气推进阀64减小在压气机61的输出侧与输入侧之间的压力差并且进而保证了输送确定的空气量，所述空气量随后部分通过循环空气推进管路63回引到压气机61的输入侧。

为了确保增压装置6的规定运行必要的是，定期检验整个系统的组件。控制单元10为了检验循环空气推进阀64的功能借助于通过转速传感器65获得的压气机转速参数执行诊断。为此控制单元10根据图2的流程图执行用于检验循环空气推进阀64的功能的下列方法。

在问询步骤S1中首先检验，控制单元10是否已经触发了循环空气推进阀64，从而使得所述循环空气推进阀开启循环空气推进管路63。当可能出现压气机泵吸的运行情况出现时，则是这种情况。其中会出现压气机泵吸的运行情况一般通过预先给定的特性场根据在压气机61上的压力差参数、例如压力比例和经由压气机61的（可能温度修正并且压力修正的）空气质量流来求得。

控制单元10如此触发循环空气推进阀64，使得所述循环空气推进阀被开启。通过开启循环空气推进阀64应实现，经由压气机61的空气质量流被提高并且/或者压气机61的输出侧的增压压力降低，从而使得空气质量流和在压气机61上的压力差参数重新定义了稳定的运行点。由此避免了由在压气机61上的压力差参数和经由压气机61的空气质量流定义的运行状态处于预先给定的特性场的区域中，其中会预测压气机泵吸或者压气机61的不稳定的运行。

如果未触发循环空气推进阀64（选择：否），则跳回到步骤S1。否则（选择：是），尽管触发了循环空气推进阀64以进行开启，现在仍借助于对由压气机转速传感器65提供的压气机转速参数的监测求得是否出现了压气机泵吸。为此在步骤S2中对由转速传感器65提供的压气机转速参数进行高通滤波或者在一定时间上求导，用于仅获得压气机转速参数的高频份额。

在步骤S3中对由此得到的高通滤波过的压气机转速参数例如进行傅里叶分析，对其结果进行阈值比较。

在步骤S4中检验，所述压气机转速参数的高频份额、尤其是确定的高频份额、也就是在预先给定的频率范围内的份额，是否超过预先给定的阈值。如果所述压气机转速参数的高频份额未超过所述阈值（选择：否），则跳回到步骤S1，否则（选择：是），虽然如在步骤S1中确定的一样，触发了循环空气推进阀64以进行开启，仍确定是否出现压气机泵吸。相应地能够推断出有故障的循环空气推进阀64并且这相应地在步骤S5中被通知。

上述方法还能够扩展到在其中进行多级增压的发动机系统上。例如在图3中示出发动机系统11，其中除了图1的发动机系统1外还在低压侧设置了形式为另一个增压装置9的另一个增压级。所述另一个增压装置9包括另一个压气机91、另一个涡轮机92、另一个循环空气推进管路93、另一个循环空气推进阀94、另一个转速传感器95和另一个轴96。

替代在图3中示出的实施方式还可以设置具有两个相互并联的增压装置的双涡轮结构。

两个增压装置6、9的循环空气推进阀64、94既可以串连布置也可以并联布置，都由控制单元10相应触发。根据在图2中示出的方法，现在在其中循环空气推进阀64、94为了避免压气机泵吸而都开启的运行情况下，对转速传感器65的压气机转速参数和另一个转速传感器95的另一压气机转速参数的高频份额进行分析（进行高通滤波和傅里叶分析以确定其高频份额），并且将可能出现的故障相应地指定给配属于相应的压气机转速传感器65、95的循环空气推进阀64、94。

Claims (8)

1. 一种用于在具有增压的内燃机（2）的发动机系统（1）中诊断循环空气推进阀（64）的方法，其中所述循环空气推进阀（64）布置在围绕增压装置（6）的压气机（61）的循环空气推进管路（63）中，所述方法具有下列步骤：

－检测所述增压装置（6）的压气机转速参数；

－当触发所述循环空气推进阀（64）以开启所述循环空气推进阀（64）之后所述压气机转速参数波动时，确定所述循环空气推进阀（64）的功能故障。

2. 按照权利要求1所述的方法，其中通过对检测到的压气机转速参数进行高通滤波来确定所述压气机转速参数具有波动，在预先给定的频率范围内求得波动份额，并且在预先给定的频率范围内与求得的波动份额进行阈值比较。

3. 按照权利要求1或2所述的方法，其中借助在所述增压装置（6）的所述压气机（61）上或者轴上的转速传感器（65）求得所述压气机转速参数。

4. 按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其具有下列其它步骤：

－检测另一个增压装置（9）的其它压气机转速参数；

－当触发另一个循环空气推进阀（94）以开启另一个循环空气推进阀（94）之后其它压气机转速参数波动时，确定所述另一个增压装置（9）的另一个循环空气推进阀（94）的功能故障。

5. 一种装置、尤其是计算单元，其用于诊断在具有增压的内燃机（2）的发动机系统（1）中的循环空气推进阀（64），其中所述循环空气推进阀（64）布置在围绕增压装置（6）的压气机（61）的循环空气推进管路（63）中，其中所述装置构造用于：

－检测所述增压装置（6）的压气机转速参数；

－当触发所述循环空气推进阀（64）以开启所述循环空气推进阀（64）之后所述压气机转速参数波动时，确定所述循环空气推进阀（64）的功能故障。

6. 一种具有内燃机（2）和按照权利要求5所述的装置的发动机系统（1）。

7. 一种具有程序代码段的计算机程序，当在计算机或者按照权利要求5所述的装置上执行所述计算机程序时，所述计算机程序用于实施按照权利要求1至4中任一项所述的方法的所有步骤。

8. 一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包含程序代码，所述程序代码存储在计算机可读的数据载体上，并且当在数据处理装置上执行所述程序代码时，所述程序代码实施按照权利要求1至4中任一项所述的方法。

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