CN103867319B - 用于确定内燃机空气输入系统中的故障的方法和装置 - Google Patents

用于确定内燃机空气输入系统中的故障的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于确定增压内燃机(2)空气输入系统(3)中的故障的方法，该方法包括如下步骤：‑确定增压装置(6)中的实际转速；‑根据预先给定的压缩机特征曲线来确定增压装置(6)的额定转速；和‑当增压装置(6)的实际转速大于增压装置(6)的额定转速时，则确定所述空气输入系统(3)中的第一故障。

Description

用于确定内燃机空气输入系统中的故障的方法和装置
技术领域
本发明涉及内燃机，尤其是涉及内燃机的空气输入系统的诊断，尤其是用于检测泄漏。
背景技术
在增压内燃机的空气输入系统中，在增压装置下游的一区段内出现相对于环境压力增大的增压压力。如果在该区段中发生泄漏，则经压缩的新鲜空气流到周围环境中。由此得到通过增压装置压缩机的无法想象地高的空气质量流。如果通过增压装置上游的空气质量流量计来测量所述空气质量流的话，则在所述高压区段内的泄漏作为故障类型不能和积极偏移（positive driftend）的空气质量流量计区分。
发明内容
依据本发明设置一种用于诊断内燃机空气输入系统的方法以及设置一种马达系统和计算机程序产品。
根据本发明的一个方面设置了用于确定增压内燃机空气输入系统中的故障的方法。该方法包括如下步骤：
- 确定增压装置的实际转速；
- 根据预先给定的压缩机特征曲线来确定增压装置的额定转速；和
- 当增压装置的实际转速大于增压装置的额定转速时，确定所述空气输入系统中的第一故障。
上述方法的构思在于：通过监控增压装置的转速来确定内燃机空气输入系统的高压区段内的第一故障，尤其是泄漏。例如如果作为故障存在空气输入系统中的泄漏，则由压缩机特征曲线确定了这样的额定转速，该额定转速高于增压装置的实际转速。所述压缩机特征曲线可以描述在增压装置压缩机输出侧和输入侧之间的压力比和空气质量流尤其是经温度校正（temperaturkorrigiert）的空气质量流和增压装置的转速之间的关系。
此外可以设置：在废气返回引导激活的情况下，如果确定了所述增压装置的实际转速小于被确定的额定转速的话，识别成第二故障。
此外可以在废气返回引导未激活的情况下，如果确定了测量到的空气质量流大于通过空气填充模型模拟出的空气质量流，识别成所述第二故障。
如果内燃机的空气输入系统设有空气质量流量计，那么单独通过监控增压装置的转速不能可靠地确定出现的故障是高压区段内的泄漏还是第二故障，例如积极偏移的空气质量流量计。为了区分故障类型而需要的是：所述马达系统具有废气返回引导并且能够获得所述增压装置在激活和未激活的废气返回引导的情况下的转速以及能够获知在废气返回引导未激活情况下的空气质量流。通过将这些获得的值与来自压缩机特征曲线的取决于运行点获得的值进行比较可以确定出现偏离。根据出现没有偏离或出现正的偏离还是负的偏离的不同来限定多个系统状态，由这些系统状态组成故障图（Fehlderbild）。通过这些系统状态的特性图案可以推断出故障类型。
可以设置：所述空气填充模型由内燃机的抽吸行为，与内燃机的马达转速和内燃机气缸中的燃烧室排量相关地获知模拟出的空气质量流。
根据另一个方面设置一种装置，尤其是一种运算单元（Recheneinheit）来确定增压内燃机空气输入系统中的故障，其中，该装置被构造用于：
- 确定增压装置的实际转速；
- 根据预先给定的压缩机特征曲线来确定增压装置的额定转速；和
- 当增压装置的实际转速大于增压装置的额定转速时，则确定所述空气输入系统中的第一故障。
根据另一个方面设置一马达系统，其具有内燃机、空气输入系统和上述装置。
根据另一个方面设置一种计算机程序产品，其包含一程序代码，当所述程序代码在一运算装置，尤其是在上述装置上实施时，执行上述方法。
附图说明
随后借助于附图进一步描述本发明的优选的实施方式。其中：
图1示出了具有增压内燃机的马达系统的示意图；
图2示出了用于说明一方法的流程图，所述方法用于诊断图1的马达系统的空气输入系统；和
图3示出了用于确定参考值的、针对增压装置的压缩机特征曲线的图形视图。
具体实施方式
图1示出具有内燃机2的马达系统1。在本发明的框架内，所述内燃机2可以原则上被构造为柴油马达或汽油马达形式，其中，在图1中所示的实施方式中，所述内燃机2被构造为柴油马达。
新鲜空气经空气输入系统3被输入给内燃机2的气缸，并且，燃烧废气经废气排放区段4（排气道）被排出。
设置有一增压装置6，其具有布置在空气输入系统3内的压缩机61和设置在废气排放区段4内的涡轮机62。所述涡轮机62和压缩机61以机械方式彼此耦接，例如通过轴63，从而使得燃烧废气的进行驱动的废气热焓（Abgasenthalpie）可以通过涡轮机62被转化成机械式的压缩机功率。
所述增压装置6可在涡轮机侧设有一增压装置调整发生器（Aufladungseinrichtungsstellgeber）64。所述增压装置调整发生器64可以例如被构造为用于调节涡轮机几何特性（Turbinengeometrie）的调整发生器，构造为废气旁通阀或类似装置。借助于所述增压装置调整发生器64可以调整在涡轮机62中被转化为机械功率的废气热焓的份额。
所述压缩机61被构造用于从马达系统1的周围环境中抽吸新鲜空气并在压力提高的情况下，在空气输入系统3的高压区段31中提供该新鲜空气。
此外，所述增压装置6设有一转速传感器65，所述转速传感器要么在涡轮机62、压缩机61方面要么直接在所述轴63上获知转速并用信号发送给控制单元15。
此外设置有一废气返回引导管道8，以便将来自废气返回引导区段4的燃烧废气在所述空气输入系统3的吸气管区段32中返回引导。在所述废气返回引导管道8中布置有废气返回引导阀9，以便可以调整返回引导的燃烧废气量或返回引导的燃烧废气在到内燃机2的气缸中的全部气体输入上的份额。
在高压区段31和吸气管区段32之间设置有一节流活门10，以便可以调整流入内燃机2的新鲜空气量。
在压缩机61的上游设置有空气质量流量计11，例如形式为热膜式空气质量流量计，以便探测流入所述空气输入系统3中的新鲜空气量作为空气质量流的数据。
此外还设置有一控制单元15，其根据外部的预先给定参数V，例如驾驶员预期力矩或额定力矩来控制内燃机2的运行。为此，所述控制单元15可以与节流活门10、废气返回引导阀9以及在内燃机2的（未示出的）气缸上的喷入阀连接，以便在柴油马达的情况下通过调节待输入的燃料的喷入量、废气返回引导阀9和节流活门10来相应于所述预先给定大小V来调整由内燃机2所提供的驱动力矩。此外，所述控制单元15可以与增压装置6的增压装置调整发生器64连接，以便可以调整待转化为机械式压缩机功率的废气热焓的效率或份额。
在运行期间，空气输入系统3的高压区段31中可能出现泄漏，这些泄漏可能导致内燃机2的效率降低进而导致较高的燃料消耗和/或较高的有害物质排放。
下面，结合图2的流程图来描述用于诊断空气输入系统3的方法，尤其是用于明确地确定：空气输入系统3的高压区段31内是否存在泄漏。用于诊断空气输入系统3的方法可在控制单元15中被实现为软件、硬件或固件（Firmware），或者可以与控制单元15分开地执行。
在马达系统1的持续运行期间执行本方法。首先在步骤S1中检查：废气返回引导是激活的还是未激活的。在废气返回引导激活的情况下，则废气返回引导阀9是至少部分打开的，从而使得废气流可以流入空气输入系统3的吸气管区段32中。在废气返回引导未激活的情况下，则所述废气返回引导阀9是完全闭合的，从而使得没有废气流流入空气输入系统3的吸气管区段32内。
如果在步骤S1中确定废气返回引导是激活的（选项：是），则以步骤S2继续所述方法。否则（选项：否）以步骤S10继续所述方法。
在步骤S2中，借助于转速传感器65获知增压装置6的转速，尤其是轴63的转速，并且给所述控制单元15提供相应数据。
在步骤S3中，借助于在图3的图形中示例性示出的压缩机特征曲线获知内燃机2的参考转速。
图3针对已知的环境压力和已知的环境温度示出了在空气质量流、经过压缩机61的压力比和用于按规定运行所述增压装置6的增压装置6额定转速之间的固定关系。如根据箭头所示那样，在经过压缩机61的压力比已知和经校正的空气质量流（与环境温度和环境压力相关地经校正）的数据的情况下可以通过与转速曲线Kn之一的交点获知在按规定运行增压装置6时待调整的转速。
如果在询问步骤S4中确定所述增压装置6的实际转速小于从压缩机特征曲线中得出的额定转速（选项：是），则可以识别出故障，该故障相应于积极偏移的空气质量流量计11。该故障在步骤S5中被以信号方式发出。
与之相反，如果在步骤S4中确定增压装置6的转速相应于额定转速（选项：否），则确定没有故障并回跳到步骤S1。
在步骤S1中确定废气返回引导未激活的情况下，则首先在步骤S10中获知哪些新鲜空气质量流被吸入内燃机2的气缸内，这通过适当的、可以在控制单元15中完成的空气填充模型来进行。在此，将马达的抽吸特性建模，例如根据内燃机气缸燃烧室的排量、内燃机的马达转速、马达温度和类似参数，以便确定内燃机2中的实际空气质量流。这在如下假设下进行，即流入内燃机2的空气量相应于通过增压装置6被抽吸的和通过空气质量流量计11被测量的空气量，这是稳定的马达运行中的情况。
在步骤S11中借助于空气质量流量计11来测量空气质量流。
如果在询问步骤S12中确定在步骤S11中测量到的空气质量流大于在步骤S10中确定的实际空气质量流（选项：是），则随后在步骤S13中借助于转速传感器65确定所述增压装置6的转速并且在步骤S14中根据压缩机特征曲线确定所述增压装置6的额定转速。作为空气质量使用来自空气填充模型的、在S10中确定的空气质量流。
如果在询问步骤S15中确定所述增压装置6的转速相应于所述额定转速（选项：是），则在步骤S16中发出积极偏移的空气质量流量计11的故障信号，也就是说所述空气质量流量计11显示出空气质量流的比实际空气质量流大的值。
与之相反，如果在询问步骤S15中确定所述增压装置6的实际转速大于增压装置6的额定转速（选项：否），则确定在空气输入系统3的高压区段31内发生泄漏的故障并在步骤S17中相应发出信号。
如果在步骤S12中没有探测到所述实际空气质量流与测量到的空气质量流没有偏离（选项：否），则确定没有故障并回跳到步骤S1。
在没有外部废气返回引导以及没有空气质量流量计11的增压内燃机2中，典型地汽油马达中，被抽吸的新鲜空气的空气质量流关于马达的抽吸行为被建模，如结合步骤S10所描述的那样。由此获得相对于由压缩机测量参数所获知的空气质量流而言冗余的信号。在压缩机61下游在空气输入系统3中泄漏的情况下，所述增压装置6的转速增加，从而使得从压缩机测量参数中算出的空气质量流也增加。但是由空气填充模型确定的空气质量流保持不受泄漏影响。由通过压缩机特征曲线所确定的空气质量流和通过空气填充模型所确定的空气质量流之间的差可以推测出泄漏的故障图。

Claims (11)

1.用于确定增压内燃机（2）空气输入系统（3）中的故障的方法，所述方法包括如下步骤：
- 确定增压装置（6）的实际转速（S2）；
- 根据预先给定的压缩机特征曲线来确定所述增压装置（6）的额定转速（S3）；和
- 当所述增压装置（6）的所述实际转速大于所述增压装置（6）的额定转速时，则确定所述空气输入系统（3）中的第一故障（S15）。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述空气输入系统（3）的高压区段内的泄漏被确定为所述第一故障。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在废气返回引导激活的情况下，如果确定所述增压装置（6）的所述实际转速小于确定的所述额定转速，则识别成第二故障。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，在废气返回引导未激活的情况下，如果确定测量到的空气质量流大于通过空气填充模型模拟出的空气质量流，则识别成第二故障。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述空气填充模型由所述内燃机（2）的抽吸行为，根据所述内燃机（2）的马达转速和所述内燃机（2）气缸中的燃烧室排量获知所述模拟出的空气质量流。
6.如权利要求3所述的方法，其中，积极偏移的空气质量流量计（11）被确定为所述第二故障。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述压缩机特征曲线描述了在所述增压装置（6）压缩机（61）的输出侧和输入侧之间的压力比、空气质量流和所述增压装置（6）的转速之间的关系。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述空气质量流是根据环境温度和/或环境压力校正的空气质量流。
9.用于确定增压内燃机（2）的空气输入系统中的故障的装置，其中，所述装置被构造用于：
- 确定增压装置（6）的实际转速；
- 根据预先给定的压缩机特征曲线来确定所述增压装置（6）的额定转速；和
- 当所述增压装置（6）的所述实际转速大于所述增压装置（6）的所述额定转速时，则确定所述空气输入系统（3）中的第一故障。
10.如权利要求9所述的装置，该装置是运算单元。
11.马达系统（1），其具有内燃机（2）、空气输入系统（3）和如权利要求9或10所述的装置。
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