CN103765000B - 用于分析燃油喷射系统的高压泵的效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于分析燃油喷射系统的高压泵效率的方法，其中，针对高压泵的各个泵行程对高压泵效率进行分析，针对各个泵行程分别检测并分析压力升高和压力降低，并根据对压力升高或压力降低的分析推断出高压泵的各个组件的状态。

Description

用于分析燃油喷射系统的高压泵的效率的方法

本发明涉及一种用于分析燃油喷射系统的高压泵的效率的方法。

在现代汽车中使用燃油喷射系统，其对满足有关燃油消耗和并非所愿的有害物质排放的高要求客户的要求和法律要求做出了巨大贡献。这种现代汽车例如具有自行点火的用共轨柴油喷射系统工作的内燃机。

所述燃油喷射系统主要具有高压泵。其任务在于，使得所提供的燃油处于高压并将其传送至相应汽车的高压系统。该高压系统主要包括也称为蓄压管的高压蓄存器。从那里起，处于高压下的燃油被喷射器喷射到相应内燃机的燃烧室中。

燃油喷射系统的高压泵在行驶运行期间受到高的机械负荷，所述负荷随着时间的推移导致高压泵的磨损增大。这种增大的磨损会造成高压泵功率减小或者甚至失灵。在行驶运行期间的高压泵失灵牵涉到车辆停机。

借助已知的诊断系统无法对燃油喷射系统的高压泵进行磨损识别。已知的诊断系统仅仅识别在燃油喷射系统中存在故障，却不能辨别出故障的原因。这往往导致在维修站纯粹猜测性地不必要地更换燃油喷射系统的与所出现的故障根本就不相关的构件。

本发明的目的在于，提出一种用来能够更好地确定在燃油喷射系统中出现的故障的方法。

根据权利要求1，所述目的的实现方式为，在用于分析燃油喷射系统的高压泵效率的方法中，针对各个泵行程对高压泵效率进行分析，针对各个泵行程分别分析压力升高和压力降低，并根据对压力升高和压力降低的分析推断出高压泵的各个组件的状态。

本发明的有利设计和改进在从属权利要求中给出。

本发明的优点可由下面参照附图对其进行的示范性说明得到。其中：

图1为燃油喷射系统的对于理解本发明来说重要的组成部分的方框图；

图2为用于示出高压泵气缸中的压力升高的曲线图；

图3为用于示出高压泵出口阀的关闭点对压力特性的影响的曲线图；和

图4为用于示出在高压泵存在内部泄漏时曲轴转速对压力特性的影响的曲线图。

在本发明中对燃油喷射系统的高压泵的效率进行分析，其中，针对高压泵的各个泵行程对高压泵的效率进行分析，针对各个泵行程分别检测并分析压力升高和压力降低，并根据对压力升高或压力降低的分析推断出高压泵的各个组件的状态。

图1所示为燃油喷射系统的对于理解本发明重要的组成部分的方框图。

图1中所示的方框图具有燃油供应系统1、燃油高压泵2和高压系统3。带有虚线边框的方框4是柴油共轨泵，其主要包括内部传输泵7和燃油高压泵2。燃油供应系统1包括燃油箱5、燃油过滤器6、已提到的内部传输泵7、体积流调节阀8、溢流阀9和限压阀10。用字母p1标出的箭头是泵润滑和燃油回流回路的组成部分。

燃油高压泵2具有并联连接的两个气缸11、12，其中，第一气缸11具有入口阀13和出口阀14，第二气缸12设有入口阀15和出口阀16。每个气缸都具有柱塞，该柱塞在气缸工作中沿着气缸运动面移动。这种移动分别伴随有行程容积或挤压容积。在柱塞沿着气缸运动面移动期间出现压力损失，其在下面称为渗漏。

高压泵3含有限压阀17、蓄压管18和喷射器19。利用这些喷射器19，经由供应管路p2把燃油喷射到内燃机的燃烧室中。

所示装置如下工作：

由燃油箱5提供的燃油经由燃油过滤器6供应给内部传输泵7。在传输泵7出口可供使用的低压燃油经由体积流调节阀8供应给燃油高压泵，并在那里借助气缸11和12而处于高压。高压燃油经由出口阀14和16到达高压系统3，并在该高压系统中到达蓄压管18。从那里起，处于高压下的燃油利用喷射器19喷射到内燃机的燃烧室中。

高压泵2在发动机工作期间受到高的机械负荷，其组件因而受到增大的磨损。这种磨损在高压泵的寿命期间会导致高压泵功率减小或者甚至失灵。高压泵失灵必定牵涉到相应车辆停机。本发明能实现识别出高压泵组件的磨损状态，进而也能识别出高压泵即将失灵。通过这种识别能使得整个燃油喷射系统的运行稳定。在很多情况下，也可以把在燃油喷射系统中出现的故障的原因限定在燃油喷射系统的一定组件上。

本发明尤其允许探测到燃油喷射系统的高压泵的各个组件有故障或无故障。如果探测到高压泵的一个或多个组件有故障或者因此前的失灵而受到危及，则可以通过有针对性地维修所述组件或者必要时更换所述组件或整个高压泵来目标明确地提供辅助。

为此在本发明中对高压泵进行效率分析。这种效率分析针对一个单独的泵行程进行，而且还考虑到多个泵行程。为了能够针对高压泵的各个组件进行效率分析，该效率分析在多个部分区域或步骤中进行。

在所述步骤之一中进行如下效率分析：检查泵气缸11和12的出口阀14和16的功能能力。为此分别在一个泵行程之后检测并分析压力下降。如果该压降大于相关阈值，就将相应的出口阀识别为有故障。而若该压降小于相关阈值，就将相应的出口阀识别为无故障。该步骤因而能实现有选择性地辨别出有毛病的出口阀。由于能够分别单独地分析泵气缸的出口阀，因而可以推断出高压泵的各个气缸的功能能力，其中，也可以考虑综合结果对组件进行整体评价。

在所述步骤的另一步骤中进行如下效率分析：检查泵气缸11和12的入口阀13和15的功能能力，还要获知因在相应泵活塞与相应气缸运动面之间的渗漏引起的效率损失。为此，检测并分析每个泵行程的压力。这分别针对工作点进行。为此给多个工作点分别设定参考值和允许的偏差。如果在相应工作点的压力升高处于容许范围内，就认为高压泵的相应入口阀正常。为了获知因渗漏引起的压降，在具有不同泵行程频率的多个工作点进行相应的检查。

通过前述功能分析，并综合地考虑高压泵的各个组件，可以识别出高压泵有缺陷或者磨损严重，且在相应车辆由于因效率所致的高压泵功能失常而停机之前例如在客户服务工作过程中予以更换或者维修。

由于前述效率分析可以在车辆的正常行驶运行期间进行，所以能够有利地在识别到高压泵此前在相当时间内失灵时降低燃油喷射系统中的最大允许压力，以便能够实现满载量，且能保持燃油喷射系统的功能能力直到行至最近的维修站。对于被识别出达到容积极限的高压泵，所述降低燃油喷射系统中的最大允许压力特别是在无关废气的工作点进行。

图2所示为用于示出高压泵气缸中的压力升高的曲线图。

在上面的曲线图中，沿着横坐标绘出了曲轴角度CRK，沿着纵坐标绘出了压力p。上面的曲线图的上方曲线表示在高压泵输送率为100%时理论上的压力升高情况（效率为100%）。上面的曲线图的下方曲线表示在高压泵输送率为50%时理论上的压力升高情况（效率为100%）。

在图2的下面的曲线图中，沿着横坐标绘出了曲轴角度CRK，沿着纵坐标绘出了高压泵气缸的行程容积或挤压容积HV，其中，用曲线图中的相应箭头来表示高压泵的输送率50%或100%。

图3所示为用于示出高压泵出口阀的关闭点对高压泵压力特性的影响的曲线图。

在此，在上面的曲线图中沿着横坐标绘出了曲轴角度CRK，沿着纵坐标绘出了燃油压力p。在上面的曲线图中示出的曲线表明了在燃油喷射系统中出现的压力损失⊿p,当存在50°的曲轴闭合角时会出现所述压力损失。

在下面的曲线图中，沿着横坐标绘出了曲轴角度CRK，沿着纵坐标绘出了高压泵气缸的行程容积或挤压容积HV，其中，同样用曲线图中的箭头来表示存在50°的曲轴闭合角。图3中还给出了柱塞的上止点。

图4所示为用于示出在高压泵存在内部泄漏时曲轴转速对压力特性的影响的曲线图。

在此，在上面的曲线图中沿着横坐标绘出了曲轴角度CRK，沿着纵坐标绘出了燃油压力p。在上面的曲线图中示出的曲线K1表示在1000U/min以及3000U/min而无泵泄漏情况下在高压泵输送率为50%时的压力升高情况。曲线K2表示在3000U/min存在有泵泄漏情况下在高压泵输送率为50%时的压力升高情况。曲线K3表示在1000U/min存在有泵泄漏情况下在高压泵输送率为50%时的压力升高情况。

在下面的曲线图中，沿着横坐标绘出了曲轴角度CRK，沿着纵坐标绘出了高压泵气缸的行程容积或挤压容积HV。由该曲线图可见，由泵泄漏引起的流量FW随着曲轴角度的增大或转速的增大而变大。

上述高压泵效率分析的准确度受各种不同的因素影响。所述准确度一方面与在测量时采用的蓄压管压力传感器的准确度有关。该传感器的准确度为±1%。因而特别是在考虑到压差情况可以认为压力传感器的准确度足够用。所述传感器的准确度可以-只要希望-通过可信度测试来检查。

影响高压泵的效率分析准确度的另一因素是弹性模量。若系统容积恒定，温度对弹性模量有最大影响。蓄压管中存在的温度基于在泵初始运行中或者在喷射器返回中测得的温度来建模，且在系统中以较高的准确度可供使用。

此外，系统当前的持久泄漏影响高压泵效率分析的准确度。为了能够获知系统的所述持久泄漏，针对某些少数工作间隙，通过关闭体积流阀8来阻止泵输送，并把关于时间的压降梯度作为关于压力和温度的系统持久泄漏存储在系统的存储器中。所存储的该参数可以在确定实际压力升高时用作校正值。

高压泵的容积效率主要受两个因素影响：

第一因素是有效输送时间。视泵的设计而定，泵的出口阀的关闭点可以改变。这会导致在到达泵柱塞的上止点之后，燃油从高压系统回流到泵中。高压泵出口阀的关闭角度的求取方式为，检测压力曲线，并用已求得的持久泄漏来矫正所检测的压力曲线。对通过这种方式得到的曲线进行求导。如果导数大于零，泵就进行输送。如果导数等于零，就存在柱塞活塞的上止点。如果导数小于零，压力就从系统回流到泵中。当导数又变为零时，出口阀关闭。以柱塞上止点为参照的该曲轴角度值在计算有效的输送率时用作矫正量。

高压泵的容积效率还与高压泵组件的误差和磨损有关。因而-如上已述-由于在柱塞活塞与气缸运动面之间的渗漏引起或者由于入口阀缺陷而产生损失。这种压力损失的求取方式可以为，在不同的转速情况下检测压力升高情况。在考虑到归因于出口阀的持久泄漏和关闭时间点误差的矫正之后，在压力升高中得到关于曲轴角度的不同的梯度。其原因是，当存在低转速时，压力升高持续时间长，在泵输送期间有更多时间用于间隙损耗。

如由上述论述可知，在对泵效率进行所述分析时，利用特定于系统的参数在正常发动机运行期间进行有针对性的测量，通过分析测量结果得到的数据用作验证参数，用来获知高压泵的功能能力和磨损状态。通过对所检测的测量数据进行功能分析，可以对高压泵进行预先评价，且避免因泵磨损所致的功率减小，以及避免车辆停机。

由于用于分析高压泵效率的上述方法可以在正常车辆运行期间执行，所以该方法以有利的方式涵盖了整个发动机运行范围。这能实现广泛地评价高压泵的状态。由于在正常行驶运行期间检测所出现的故障，这些故障可以归属于一定的发动机运行状态，这种归属关系与其它故障数据一起存储在车辆中。其优点是，在随后停靠在维修站时就已经知道了出现功能故障之处的负荷点。

用于分析高压泵效率的所述方法优选在发动机推力阶段实施，因为在所述发动机推力阶段中可以在很大程度上避免干扰参数对该方法的并非所愿的影响。

所述方法能以有利的方式与另一功能例如比如在EP 1 570 165 B1中记载的MFMA（最小燃油量调整）共同地使用。在此利用在推力运行中的压力升高。

Claims (11)

1.一种用于分析燃油喷射系统的高压泵效率的方法，其中，针对高压泵的各个泵行程对高压泵效率进行分析，针对各个泵行程分别检测并分析压力升高和压力降低，并根据对压力升高或压力降低的分析推断出高压泵的至少一个组件即入口阀和出口阀以及气缸的柱塞与相关的气缸运动面的状态。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对当前存在的工作点对在泵行程期间出现的压力升高进行分析，并根据对压力升高的分析推断出高压泵入口阀的功能能力。

3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，针对多个工作点分别设定用于压力升高的参考曲线，对该参考曲线与由压力测量值得到的压力升高曲线进行比较，在获知所得到的压力升高曲线与参考曲线的不允许地大的偏差情况下将入口阀识别为有故障，而在获知所得到的压力升高曲线与参考曲线的允许的偏差情况下将入口阀识别为无故障。

4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对具有不同泵行程频率的多个工作点对在泵行程期间出现的压力升高进行分析，并根据这种分析推断出在高压泵气缸柱塞与相关气缸运动面之间存在不密封。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对在泵行程之后出现的压力下降进行分析，并根据对压力下降的分析推断出高压泵出口阀的功能能力。

6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，针对压力下降设定参考曲线，对该参考曲线与由压力测量值得到的压力下降曲线进行比较，在获知所得到的压力下降曲线与参考曲线的不允许地大的偏差情况下将出口阀识别为有故障，而在获知所得到的压力下降曲线与参考曲线的允许的偏差情况下将出口阀识别为无故障。

7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，分别单独地对高压泵的每个气缸进行分析，根据所述分析推断出相应气缸的组件的功能能力。

8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据对高压泵的每个气缸的分析整体地推断出高压泵的功能能力。

9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在汽车正常行驶运行期间实施。

10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，把在正常行驶运行期间得到的与高压泵组件的功能能力有关的数据非易失性地存储在存储器中。

11. 如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在行驶运行期间由与高压泵组件的功能能力有关的数据识别高压泵的一个或多个组件的持续的磨损，并作为其反应，使得燃油喷射系统中的最大允许压力降低。