CN103868824A - 柴油胶凝的检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及柴油胶凝的检测。一种用于诊断具有柴油发动机、燃料系统和车载诊断系统的车辆系统中的性能问题的方法。该方法包括起动所述发动机，并且如果在发动机起动期间或之后在燃料系统中感测的压力与在之前的发动机运行期间感测的压力相差阈值量，则在车载诊断系统中指示过高的燃料粘度。

Description

柴油胶凝的检测

技术领域

本申请涉及汽车工程领域，更具体涉及柴油发动机系统中燃料胶凝的检测。

背景技术

柴油的粘度随着温度的减小而增加。对于汽车的柴油发动机系统，这是各种冷天气问题的原因。在泵送冷的粘稠燃料通过燃料系统时，在燃料系统的各部分中发生增加的压降——特别是经过滤清器和通过孔。增加的压降可能阻止燃料以要求的速率传送至发动机，引起起动困难、失速、怠速不良和其他性能问题。当温度降低到低于“滤清器冷凝堵塞点”(CFPP)以下5℃时，柴油的一些组分转化成非流动的凝胶，其可堵塞燃料管线、滤清器和孔，因而阻止发动机正常运行。

在许多情况下，对于汽车驾驶员来说，包括胶凝的过高燃料粘度的精确车载诊断可以是有用的，因为在这种情况下各种补救措施可用于恢复或保护发动机性能。这些补救措施包括将车辆移到温暖的车库，从不同来源购买燃料，或对燃料系统添加可选的燃料混合物或其他添加剂。但是，驾驶员可能难以诊断过高的燃料粘度，因为其征兆可以类似于堵塞的燃料滤清器或出故障的燃料泵或燃料喷射器，并且当燃料温度升高时可能消失。

而且，单单温度不是柴油粘度的可靠指示，柴油粘度还受其他因素的影响，包括燃料的水分含量。更明确地说，从加油站得到的柴油的混合物可以是一个地区与一个地区不同，并且随着季节而不同。例如，在冬季月份期间在寒冷的天气供给较低粘度的混合物，以部分地解决上面所提到的问题。由于在任何给定的时间燃料箱中燃料的可变性，难以将燃料的粘度作为温度的函数进行计算，因而难以确定增加的燃料粘度是否是性能问题的原因。

发明内容

为了解决这些问题并且还提供其他的优点，本公开的一个实施方式提供一种用于诊断具有柴油发动机、燃料系统和车载诊断系统的车辆系统中性能问题的方法。该方法包括起动发动机，并且如果在起动期间或之后在燃料系统中感测的压力不同于在发动机的之前运行期间感测的压力，则在车载诊断系统中指示过高的燃料粘度。以这种方式，能够较好地将过高的燃料粘度与其他燃料系统问题区别开来。

在另一个实施方式中，该方法还包括如果指示过高的燃料粘度则在车辆驾驶室中照亮信号。

在另一个实施方式中，该方法还包括如果指示过高的燃料粘度则加热燃料系统的部件。

在另一个实施方式中，该方法还包括如果指示过高的燃料粘度则延长提供给发动机的燃料喷射脉冲。

在另一个实施方式中，如果在发动机起动期间感测的压力小于在之前发动机起动期间感测的压力，则指示过高的燃料粘度。

在另一个实施方式中，提供一种车辆系统并且该车辆系统包括：柴油发动机；经由燃料轨流体地连接至发动机的燃料系统，该燃料系统包括燃料喷射泵和燃料滤清器；设置在该燃料系统中的燃料压力传感器；车载诊断系统；和控制器，该控制器配置来起动发动机，并且如果在发动机起动期间燃料压力传感器的输出与在之前的发动机起动期间的燃料压力传感器的输出相差阈值量，则在车载诊断系统中指示过高的燃料粘度。

在另一个实施方式中，该车辆系统还包括温度传感器，其中只有如果由温度传感器感测的温度低于阈值温度才指示过高的燃料粘度。

在另一个实施方式中，该燃料压力传感器流体地连接至燃料轨和燃料滤清器之一或两者。

在另一个实施方式中，该燃料压力传感器是多个燃料压力传感器之一，其中第一燃料压力传感器设置在燃料喷射泵的上游，而第二燃料压力传感器设置在燃料喷射泵的下游。

在另一个实施方式中，一种用于诊断具有柴油发动机、燃料系统和车载诊断系统的车辆系统中的性能问题的方法，该方法包括：对一系列的发动机起动事件，感测燃料系统中的压力并且储存指示该感测的压力的数据，并且如果在发动机起动期间在燃料系统中感测的压力与该数据趋势偏离阈值量，则在车载诊断系统中指示过高的燃料粘度。

在另一个实施方式中，该趋势与燃料具有的杂质在燃料系统的燃料滤清器中的累积一致。

提供上面的发明内容是为了以简化的形式介绍本公开的选择部分，不是为了指明关键的或基本的特征。由权利要求限定的要求保护的主题既不限于该发明内容也不限于解决上面指出的问题或缺点的执行方式。

附图说明

图1示意地示出根据本公开实施方式的实例汽车系统的方面。

图2和3示出根据本公开实施方式的实例燃料系统的方面。

图4示出根据本公开实施方式的用于诊断汽车系统中的性能问题的实例方法。

图5表示根据本公开实施方式在发动机起动事件的顺序期间所感测的燃料压力的记录。

具体实施方式

图1示意地示出汽车的实例发动机系统10的方面。在发动机系统10中，新鲜空气被引进空气净化器12并且流到压缩机14。该压缩机可以是任何合适的进气压缩机——例如马达驱动的或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。但是，在发动机系统10中，压缩机被机械地连接于涡轮增压器18的涡轮16，该涡轮通过膨胀来自排气歧管20的发动机废气驱动。在一个实施方式中，压缩机和涡轮可以在双涡形涡轮增压器内连接。在另一个实施方式中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器（VGT），其中涡轮几何形状作为发动机速度的函数主动地变化。

压缩机14经由增压空气冷却器（CAC）24和节流阀26流体地连接于进气歧管22。来自压缩机的被压缩的空气在到进气歧管的途中流过该CAC和节流阀。在所示的实施方式中，压缩机旁通阀28连接在压缩机的进口和出口之间。该压缩机旁通阀可以是常闭阀，其配置来在选择的运行条件下打开以释放过高的增压压力。

排气歧管20和进气歧管22分别通过一系列排气阀32和进气阀34连接于一系列汽缸30。在一个实施方式中，该排气和/或进气阀可以电子致动。在另一个实施方式中，该排气和/或进气阀可以凸轮致动。无论电子致动或凸轮致动，根据期望的燃烧和排放物控制性能所需，可以调节排气和/或进气阀打开和关闭的时机。

根据实施方式，汽缸30可以供给任何各种燃料：柴油、生物柴油、或其混合物。在所示的实施方式中，来自燃料系统36的燃料经由通过燃料喷射器38的直接喷射供给到汽缸。在本文中考虑的各种实施方式中，燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、或其任何组合供给。在发动机系统10中，燃烧可以通过以任何变化的压缩点火启动。

发动机系统10包括高压（HP）排气再循环（EGR）阀40和HP EGR冷却器42。当HP EGR阀打开时，来自排气歧管20的一些高压排气被通过HP EGR冷却器吸入到进气歧管22。在进气歧管中，高压排气稀释进气充入（intake-air charge），以降低燃烧温度，减少排放物和其他益处。其余的排气流到涡轮16以驱动该涡轮。当希望减少涡轮转矩时，一些或全部排气可以改为引导通过废气门44，绕过该涡轮。然后来自涡轮和废气门的组合气流流过发动机系统的各种排气后处理装置，这在下面进一步说明。

在发动机系统10中，柴油-氧化催化剂（DOC）46连接在涡轮16的下游。DOC包括内部催化剂-载体结构，DOC涂层被施加至其上。该DOC配置来氧化存在于发动机排气中的残留CO、氢气和烃。柴油微粒滤清器（DPF）48连接于DOC46的下游。该DPF是可再生的碳烟滤清器，其配置来捕获在发动机排气流中夹带的碳烟；它包括碳烟过滤基材。施加于该基材的是在一定条件下促进积累的碳烟氧化并恢复滤清器能力的涂层。在一个实施方式中，该积累的碳烟可受到间歇的氧化条件，其中调节发动机功能以临时提供较高温度的排气。在另一个实施方式中，在正常的运行条件期间该积累的碳烟可以被连续地或准连续地氧化。

还原剂喷射器50、还原剂混合器52和SCR台54连接在发动机系统10中DPF48的下游。还原剂喷射器配制来接收来自还原剂容器56的还原剂（例如尿素溶液）并且控制地将该还原剂喷射到排气流中。该还原剂喷射器可以包括以气溶胶形式分散还原剂溶液的喷嘴。设置在还原剂喷射器的下游，还原剂混合器配置来增加喷射在排气流中的还原剂的分散程度和/或均匀性。该还原剂混合器可以包括一个或多个叶片，其配置来涡旋排气流以及夹带的还原剂以改善分散。当分散在热发动机排气中时，至少一些喷射的还原剂可分解。在还原剂是尿素溶液的实施方式中，该还原剂将分解成水、氨和一氧化碳。剩余的尿素在与SCR台碰撞时分解（见下文）。

SCR台54连接在还原剂混合器52的下游。该SCR台可以配置来促进由所喷射的还原剂的分解形成的氨和来自发动机排气的NO_x之间的一个或多个化学反应，从而减少释放到环境中的NO_x量。该SCR台包括SCR涂层施加于其上的内部催化剂-载体结构。该SCR涂层配置来吸收NO_x和氨，并且催化NO_x和氨的氧化还原反应，形成氮气（N₂）和水。

将注意到，对于本公开的不同实施方式，发动机系统中的排气后处理台的性质、数目和设置可以不同。例如，一些结构可以包括附加的碳烟滤清器，或者使碳烟过滤与诸如NO_x捕获的其他排放物控制功能结合的多用途排气后处理台。

继续图1，全部或部分的处理的排气可以经由消音器58释放到环境中。但是，取决于运行条件，一些处理的排气可以转向通过低压（LP）EGR冷却器60。排气可以通过打开与LP EGR冷却器串联连接的LP EGR阀62转向。冷却的排气从LP EGR冷却器60流到压缩机14。在选择的运行条件期间通过部分地关闭排气背压阀64可以增加LP EGR的潜在流。其他配置可以包括在空气净化器12上游的节流阀而不是排气背压阀。

发动机系统10包括电子控制系统（ECS）66，其配置来控制各种发动机系统功能。该ECS包括存储器和一个或多个处理器，该处理器配置来用于响应传感器输入做出适当的决策并且涉及发动机系统部件（componentry）的智能控制。这种决策可以根据各种策略进行，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务处理的、多线程处理的等等。以这种方式，ECS可以配置来进行下文公开的方法的任何或所有的方面。因此，在下文公开的方法步骤——例如操作、功能和/或动作——可以体现为编程到ECS中的机器可读存储介质中的编码。

ECS 66包括传感器接口68、发动机控制接口70、和车载诊断（OBD）单元72。为了评估发动机系统10和该发动机系统安装在其中的车辆的运行条件，传感器接口68接收来自设置在车辆中的各种传感器——流速传感器、温度传感器、踏板位置传感器、燃料压力传感器等——的输入。在图1中示出一些实例传感器——歧管空气压力（MAP）传感器74、歧管空气温度（MAT）传感器76、质量空气流（MAF）传感器78、NO_x传感器80、以及排气系统温度传感器82。还可以提供各种其他传感器。

发动机控制接口70配置来电子致动可控制的阀、致动器和车辆的其他部件——例如，压缩机旁通阀28、废气门44、以及EGR阀40和62。该发动机控制接口可操作地连接于每个电子控制的阀和致动器，并且配置来在需要时指挥其打开、关闭和/或调节，以进行本文所述的控制功能。OBD单元72是ECS的一部分，其配置来诊断发动机系统10的各种部件的退化。这些部件可以包括例如氧传感器、燃料喷射器和排放物控制部件。

图2示出实例燃料系统36A的方面，该燃料系统为真空（depression）型燃料系统。燃料系统36A包括高压（HP）燃料喷射泵84，内部传输泵（ITP）86连接于其进口。该ITP从燃料箱88将柴油吸入到HP泵中，通过燃料滤清器90吸入燃料。在一些实施方式中，该ITP可以包括进口节流阀。继续图2，该HP泵包括左侧出口92L和右侧出口92R。在这种结构中，加压的燃料从左右两侧出口流向左侧燃料轨94L，该左侧燃料轨将燃料供给左侧燃料喷射器38L。加压的燃料从左侧燃料轨也流向右侧燃料轨94R，该右侧燃料轨将燃料供给右侧燃料喷射器38R。因此，该燃料系统经由左、右燃料轨流体地连接于发动机。回流管线96L和96R引导未喷射的燃料从燃料喷射器回到发动机或ITP上的辅助滤清器的进口。还从左侧燃料轨提供回流管线98L。该管线引导未喷射的燃料从燃料轨与来自HP泵的冷却和润滑燃料的另外流出物一道回到燃料箱88，该未喷射的燃料通过PCV流出以控制燃料轨压力。在选择的运行条件下——例如在通过在循环的燃料中保持尽可能多的热量来改善性能的低温下，旁通阀100使这些燃料转向燃料滤清器的进口。

燃料系统36A包括多个传感器：温度传感器102以及燃料压力传感器104和106。燃料压力传感器104设置在HP泵84的上游，而燃料压力传感器106设置在HP泵的下游。在一个实施方式中，每个燃料压力传感器产生随着传感器与其连接的导管中的燃料压力连续变化的输出信号。在其他实施方式中，至少一个燃料压力传感器可以是有效具有布尔（Boolean）输出的压力开关，当燃料压力越过预定的阈值时该布尔输出转换该压力开关的状态。在图2所示的实施方式中，燃料压力传感器106直接连接于燃料轨94L。在其他实施方式中，至少一个燃料压力传感器可以流体地连接于燃料滤清器。

图3示出在一个实施方式中的另一个实例燃料系统36B的方面。该燃料系统36B包括提升泵而不是ITP。燃料滤清器90A和90B设置在该提升泵的进口和出口侧。该燃料系统还包括燃料冷却器108，以在选择的条件下提供回流管线98中的燃料的冷却。

前面描述或附图的方面都不应当以限制的意义来解释，因为许多变化和组合也被考虑。例如，另外同样合适的燃料系统可以包括ITP和提升泵两者。此外，任何燃料滤清器90可以包括附加部件，例如燃料中水传感器、临时储存通过燃料滤清器从燃料中除去的水的水容器、以及永久地排放储存的水的排水装置。

上面所述的结构能够实现用于诊断车辆系统中性能问题的各种方法。因此，继续参考上述结构，现在通过举例描述一些这样的方法。但是，应当理解，这里描述的方法和在本公开范围内的其他方法通过不同的结构也能够实现。在车辆系统10运行的任何时间可以加入（enter）该方法，并且可以重复执行。当然，方法的每次执行可以改变用于后面执行的进入条件并且因此调用复杂的决策逻辑。在本公开中这种逻辑被完全考虑。

图4示出用于诊断具有柴油发动机、燃料系统和车载诊断系统的汽车系统中性能问题的实例方法110。在方法110的112，作为正常启动过程的一部分，起动发动机以开始运行。在114，在发动机起动期间至少一个燃料系统被感测。在本文考虑的各种实施方式中，在HP燃料喷射泵的上游和/或下游可以感测压力。可选地，可以在燃料系统中的滤清器上感测压力。一般而言，压力可以根据设置在燃料系统中的一个或多个燃料压力传感器的输出来感测。虽然本方法阐明在发动机还在起动时感测压力，但是在其他实施方式中这种感测可以在起动之后不久进行。

在方法110中，在之前的发动机起动和/或运行事件期间感测的燃料压力的记录被储存在汽车的OBD系统的储存器部件中。该数据可以采取任何合适的形式——每次发动机起动事件或每三次这种事件或每五次这种事件等的压力读数。在一个实施方式中，每次发动机起动事件的压力数据可以保持用于最近数个事件，但是在该数据可能更少见之前。

感测的压力数据的一个实例代表示于图5。该压力可以在HP泵的上游——例如通过前面附图的压力传感器104——在发动机起动期间的合适时间间隔感测。例如，该压力可以从发动机的第五到第二十转感测。该图揭示出在相对长的时间期间内——在所示的例子中为五十个发动机起动事件——所感测的压力小的逐渐下降。适合该指示的趋势线的这种数据趋势可以归因于燃料具有的杂质在燃料系统的燃料滤清器中的预期累积。该图还示出在当前的发动机起动事件之前五个发动机起动事件感测的更突然的压降迹象。偏离长期趋势线的这种压降可以指示燃料的部分胶凝——即过高的燃料粘度。

现在返回图4，在方法110的116，识别储存数据的趋势。该动作可以包括通过数据限定趋势线以反映所感测压力的长期演变（evolution）。在一个实施方式中，该趋势可以与燃料具有的杂质在燃料系统的燃料滤清器中的正常积累一致。在一些实施方式中，规定该趋势的许多参数可以被计算和/或储存在OBD系统中。这些参数可以包括斜率和截距，或对数据多项式拟合的系数等。斜率和截距或其他参数可以基于对储存数据点的所选择数目——例如十个——的数据的最小二乘拟合。在一些实施方式中，选择用于拟合的数据点可以是最近储存的数据的子集——在一些情况下根据合适的准则过滤。在一个例子中，可以仅使用来自冷启动（在环境温度的发动机）的数据。

在118，确定在发动机起动和/或运行期间在燃料系统中感测的压力是否与所识别趋势偏离阈值量。在大多数情况下，过高的燃料粘度将引起在燃料系统的高压区和低压区感测的压力低于其设置点值。阈值量的合适值在本公开的各种实施方式中可以不同，但是，取决于燃料系统设计可以包括设置点压力的10%：例如，在HP泵的上游1.0巴，或在HP泵的下游400巴。如果感测的压力的确与该趋势偏离阈值量，那么方法前进到120。否则方法返回。

在这里考虑的各种实施方式中，与该趋势的偏离可以用各种方法检测。例如，足够大小的数据斜率的变化可以以信号通知与趋势的偏离。如果斜率的变化足够大（例如，大于阈值）并且进一步地，如果变化沿着减小斜率的方向（即，压力下降比前面快），则过高的燃料粘度可以与燃料滤清器退化区别开来。

继续参考图4，在120确定燃料系统中或汽车其他地方的温度传感器感测的温度是否低于阈值温度。阈值温度的合适值可以包括例如-2℉、-5℉或-10℉。该阈值温度可以对应于温度范围的上限，在该温度范围，可能的是在118检测的异常压降可能是由于过高的燃料粘度。如果温度不低于阈值，则方法返回。否则，方法进行到122。在122用户被警告；例如，将指示过高燃料粘度的所谓的发动机检查码设置在车辆的车载诊断系统中。以这种方式，在车载诊断系统中指示过高燃料粘度的状态。在一个实施方式中，选择的码可以将过高的燃料粘度状态和各种其他燃料系统问题例如燃料滤清器被燃料携带的杂质堵塞或燃料喷射器功能故障区别开来。

本方法还考虑通知车辆的驾驶员过高的燃料粘度状态的功用。因此，在124，在仪表板上或在车辆驾驶室里的其他地方上的信号可以被照明以指示过高的燃料粘度。在一些实施方式中，可以用声音报警代替信号或除了信号之外还用声音报警。

在一些实施方式中，可以采取另外的动作，以主动地补救过高的燃料粘度状态。在方法110的126，例如，主动加热被应用于一个或多个燃料系统部件以便降低燃料的粘度。这种部件可以包括，例如，燃料喷射器、燃料管线、孔、或燃料滤清器。例如，这些部件的一个或多个可以进行电加热。此外或可选地，通过调节发动机系统的一个或多个控制设置，车辆的ECS可以力图补偿增加的粘度。在128，例如，在当前燃料喷射程序中车辆的ECS自动延长燃料喷射脉冲宽度，力图补偿由于过高的燃料粘度引起的较低喷射速率。自然，这种方法比较适合于燃料的粘度仅仅有些提高的情况，而不是显著胶凝的情况。继续图4，在130感测的燃料系统的数据记录根据在114感测的压力被更新。

方法110提供了具体的例子，其中，如果在发动机起动期间在燃料系统中感测的压力与在前面的发动机起动期间感测的压力相差阈值量，则在OBD系统中指示过高的燃料粘度。这里，只有如果在车辆系统中感测的温度低于阈值温度才指示过高的燃料粘度。在这个实例方法中，在前面的发动机起动期间感测的压力的记录被储存并且用来确定当前感测的压力是否偏离观察到的趋势。尽管利用这种途径，但是也考虑各种其他变化。在一个可选的实施方式中，在前面的发动机起动期间感测的压力（当前感测的压力与其进行比较）可以是对多个前面的发动机起动事件所取的平均压力。在另一个实施方式中，它可以是在紧接当前的发动机起动事件之前的发动机起动事件期间所感测的压力。在还其他实施方式中，可以在发动机的给定驱动循环——例如第五转、第二十转等记录压力。如果相较于在同一驱动循环上的热起动或热运行，在冷起动或冷运行期间压力明显较低，则可以指示过高的燃料粘度。

参考上面描述的所示实施方式，通过举例提出本公开的方面。在一个或多个实施方式中可以基本相同的部件、过程步骤和其他要素以最少的重复一致地指明和描述。但是，应当指出，一致地指明的要素可以在一定程度上不同。还应当指出，包含在本公开中的附图是示意性的并且通常不按比例绘制。而是，附图中所示的各种绘制比例、纵横比和部件数目可以有意地改变，以使某些特征或关系容易被看见。

在本文说明和/或描述的方法中，一些指示的过程步骤可以被省去而不背离本公开范围。同样，为了实现预期的结果，指出的过程步骤的顺序也不总是需要，而是为了容易说明和描述而提供。一个或多个说明的动作、功能或操作可以根据所用的具体策略重复进行。

应当理解，本文上面描述的物件、系统和方法是本公开的实施方式——非限制性的例子，对其也考虑许多变化和延伸。本公开还包括上述物件、系统和方法或其任何和所有等同物的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

Claims (10)

1.一种用于诊断具有柴油发动机、燃料系统和车载诊断系统的车辆系统中的性能问题的方法，包括：

起动所述发动机；和

如果在所述发动机起动期间或之后在所述燃料系统中感测的压力与在之前的发动机运行期间感测的压力相差阈值量，则在所述车载诊断系统中指示过高的燃料粘度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述起动期间或之后感测的压力在所述起动期间感测，并且其中在之前的发动机运行期间感测的压力在之前的发动机起动期间感测。

3.根据权利要求1所述的方法，其中只有如果在所述车辆系统中感测的温度低于阈值温度才指示过高的燃料粘度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述燃料系统中感测的压力是在燃料喷射泵的上游感测。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述燃料系统中感测的压力是在燃料喷射泵的下游感测。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述燃料系统中感测的压力是在燃料滤清器上感测。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述在之前的发动机运行期间感测的压力是对多个之前的发动机起动事件平均的压力。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述在之前的发动机运行期间感测的压力是在紧接当前发动机起动事件之前的发动机起动事件期间感测的压力。

9.根据权利要求1所述的方法，其中指示过高的燃料粘度包括在所述车载诊断系统中设置指示所述过高的燃料粘度的发动机检查码。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述发动机检查码将过高的燃料粘度与燃料滤清器堵塞或燃料喷射器功能故障区别开来。

Images