CN104508283B - 用于识别内燃机进气道中的结焦方法及识别其结焦的发动机测试仪 - Google Patents

用于识别内燃机进气道中的结焦方法及识别其结焦的发动机测试仪 Download PDF

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Abstract

本发明的一个方面涉及一种用于识别在具有燃料直接喷射装置的内燃机的进气道中的结焦的方法。此外，所述内燃机具有可变的进气门控制装置。该可变的进气门控制装置能实现：相对于曲轴的曲轴转角改变进气门的开启时间。在该方法中，以相对于空载正常运行提高的空载转速来以空载运行内燃机。为了实施测量，此外将进气门的开启时间往早调节。确定内燃机的表征内燃机的运行不平稳性的运行不平稳性特征量，借助所述运行不平稳性特征量能够识别进气道中结焦的存在。

Description

用于识别内燃机进气道中的结焦方法及识别其结焦的发动机 测试仪
技术领域
本发明涉及一种用于识别在具有可变的进气凸轮轴调节装置(Einlassnockenwellen-Verstellung)的内燃机的进气道中的结焦的方法以及一种用于识别结焦的相应的发动机测试仪。
背景技术
在汽油直接喷射装置的汽油机中可能发生进气道的结焦，尤其是在进气门(例如气门颈)上或在气门开口上的进气通道中。在这样的结焦中，碳沉积在进气道中。对于具有汽油直接喷射装置的汽油机中的结焦倾向的原因是，在具有汽油直接喷射装置的汽油机中不发生以汽油连续地清洁性地冲刷进气道、例如进气门，因为燃料直接喷射到燃烧室中；来自曲轴箱排气的油残留物可以与来自气缸的碳黑颗粒相结合地在加热作用下以碳的形式沉积在进气口中。结焦倾向在此在使用质量低的燃料时和在低负载的行驶特性时增加。
该结焦造成低温怠速运转中的运转平稳性恶化并且可能导致提高的燃料消耗以及热态运转行驶特性中的缺陷。例如在气门盘和气门杆之间的气门颈上的结焦层可能干扰滚流流动，从而空载转速较强地波动并且在极端情况下甚至可能发生断火。结焦层甚至可能作为流动阻力由于不充分的气缸填充而导致功率下降。此外，在进气门上或在气门开口上的结焦层可能阻止气门的正确关闭，从而发生压缩损失和偶尔的断火。在具有直接喷射装置的内燃机中进气道、尤其是进气门的结焦及其后果在文献EP 1 884 637 A2中说明。
典型地进气道的结焦度在车间中只有在拆卸发动机部件之后才能视觉地确定。如果进气道相应地结焦，则进行进气道的清洁或相关构件的替换。
视觉地识别结焦具有为了视觉的可接近性而用于拆卸发动机部件的高劳动消耗的缺点。此外，视觉鉴定与缺乏可客观性的缺点相联系，因为结焦在纯视觉观察的情况下难以评估。
此外由文献DE 199 58 177 A1已知，结焦也可以涉及内燃机的燃烧室。与燃烧室的结焦有关地提出，探测内燃机的转速波动并且空载转速显著波动的情况下建议(veranlassen)发动机燃烧室的清洁。
发明内容
本发明的任务是，给出一种用于识别在具有燃料直接喷射装置的内燃机的进气道中的结焦的方法，该方法为了识别不需要拆卸内燃机并且能实现对结焦的客观评估。此外，该任务在于，给出一种具有相应特性的发动机测试仪。
所述任务通过按照本发明的特征得以解决。一种用于识别在具有燃料直接喷射装置和可变的进气门控制装置的内燃机的进气道中的结焦的方法，具有如下步骤：以相对于空载正常运行提高的空载转速来以空载运行内燃机，以便阻止内燃机熄灭；往早调节进气门的开启时间，以便提高内燃机的运行不平稳性；并且确定内燃机的表征内燃机的运行不平稳性的运行不平稳性特征量，其中，借助运行不平稳性特征量可识别进气道中结焦的存在。一种用于识别在具有燃料直接喷射装置和可变的进气门控制装置的内燃机的进气道中的结焦的发动机测试仪，所述发动机测试仪能与机动车连接以用于控制车辆的运行和用于接收车辆内部的测量值并且设计用于，以相对于空载正常运行提高的空载转速来以空载运行内燃机，以便阻止内燃机熄灭，往早调节进气门的开启时间，以便提高内燃机的运行不平稳性，确定内燃机的表征内燃机的运行不平稳性的运行不平稳性特征量，其中，借助运行不平稳性特征量可识别进气道中结焦的存在。
本发明的第一方面涉及一种用于识别在具有燃料直接喷射装置的内燃机、尤其是具有汽油直接喷射装置的汽油机的进气道中的结焦的方法。该方法例如在车辆外部的发动机测试仪上运行，所述发动机测 试仪例如在车辆修理车间中使用。所述发动机测试仪通过相应的车辆接口与车辆的发动机控制装置无线或有线连接并且可以由此控制车辆的运行并且查询发动机控制装置的测量值。但也可想到，该方法在车辆的发动机控制器上进行，其中，例如在识别结焦的情况下自动指示通道的清洁。为此，对于清洁的提示可以输出给驾驶员或车间中的装配工和/或将对结焦的相应提示存储在车辆的故障存储器中。此外也可想到，在识别结焦时通过发动机控制器实施车辆的自动清洁，例如通过将清洁液引入到进气道中或转换到内燃机的清洁运行模式中。
内燃机此外还具有可变的进气门控制装置。该可变的进气门控制装置能实现，相对于曲轴的曲轴转角改变进气门的开启时间。例如涉及可变的凸轮轴调节，其中进气凸轮轴的位置相对于曲轴改变，尤其是通过所谓的叶片调节器来改变。也可以涉及完全可变的气门机构，其中除了进气门的开启时间之外此外可以改变气门升程。
在所述方法中，以相对于空载正常运行提高的空载转速来以空载运行内燃机。在这里可以规定，内燃机首先在空载正常运行中运行，例如以在700至900U/min的范围内的转速。此后为了识别结焦提高空载转速，例如提高到大于1200U/min的空载转速、尤其是提到高大约1500U/min的转速。
为了实施测量此外往早调节进气门的开启时间，由此气门重叠(在进气门已经打开而排气门还未关闭的持续时间)扩大。在这里可能的是，起动对开启时间的确定调节并且然后在进气门的开启时间的该调节中接收(aufnehmen)测量值。例如起动处于调节范围的早的半部中的开启时间的调节。可以使用如下调节，在所述调节中进气门已经在下面的死点之后不久或已经在下面的死点之前关闭。也可能的是，开启时间从晚向早连续运行(durchfahren)一次或多次并且开启时间的连续运行期间分别接收测量值。在这里例如使用在用于确定运行不平稳性特征量的评估窗口中测量值，所述评估窗口的重心或其完全处于最大的调节范围的早的半部中。
借助测量可以确定内燃机的表征内燃机的运行不平稳性的运行不 平稳性特征量。借助运行不平稳性特征量于是能够识别进气道中的结焦的存在。
通过将进气门的开启时间按照本发明的往早调节，内燃机的运行不平稳性原则上提高。在进气道结焦的情况和未结焦的情况之间内燃机的运行不平稳性的区别由此变大，由此可以较容易地在结焦和未结焦之间进行区分并且借此安全的和小的进气口结焦度的结焦也可以较早地识别。另一方面应该在进气门的早的开启时间时使用较高的空载转速，以便阻止内燃机熄灭。
按照本发明的方法允许通过测量代替通过主观的视觉评估而客观地确定结焦。清洁或修理只在客观上实际必需时才进行。
仅为了视觉评估结焦而拆卸发动机在使用本方法时不是必需的。结焦可以通过所述方法非常快速地确定(例如代替在拆卸发动机时的多于1小时而在3分钟内)。
内燃机的运行不平稳性特征量可以与对比值相比较。如果运行不平稳性特征量例如随着运行不平稳性上升而变大，则尤其是可以对于运行不平稳性特征量大于对比值的情况来确定进气道的高的结焦度和/或进气道的清洁需求。但如果运行不平稳性特征量小于所述特征量，则不存在清洁进气道的需要。
如果运行不平稳性特征量例如随运行不平稳性上升而变小，则例如可以对于运行不平稳性特征量小于对比值的情况来确定进气道的高的结焦度和/或进气道的清洁需求。
运行不平稳性特征量、高的结焦度的存在和/或清洁需求例如可以尤其是视觉地向发动机测试仪的用户通知，该用户于是实施进气道的清洁。
优选地，对每个气缸确定表征气缸的运行不平稳性的与气缸相关的运行不平稳性特征量。由与气缸相关的运行不平稳性特征量然后形成用于整个内燃机的(全局的)运行不平稳性特征量。这尤其是可以通过对各个气缸的运行不平稳性特征量取平均值进行。通过形成各个气缸的运行不平稳性特征量的平均值，可以借助得出的运行不平稳性 特征量较好地推断进气道中结焦的存在。当全部气缸的与气缸相关的运行不平稳性特征量显示提高的运行不平稳性时，则典型地存在进气道的结焦。然而当单个气缸的运行不平稳性特征量显示提高的运行不平稳性，但其他气缸的运行不平稳性特征量没有显示提高的运行不平稳性时，则通常不存在进气道的结焦；但在该情况下在对运行不平稳性特征量取平均值时得出的运行不平稳性特征量恰好没有显示特别高的运行不平稳性，因为该气缸的运行不平稳性特征量提高只以因数1/气缸数来影响(durchschlagen)内燃机的运行不平稳性特征量。
内燃机的前述运行不平稳性特征量又可以是内燃机的平均运行不平稳性特征量，该平均运行不平稳性特征量由内燃机的在多次测量过程中的多个运行不平稳性特征量取平均而得出。
优选地，每个气缸的与气缸相关的运行不平稳性特征量根据多个与相应的气缸相关的运行不平稳性值来确定，所述运行不平稳性值说明内燃机在相应的气缸的工作阶段(即在相应的气缸点火时)中的运行不平稳性。在此，运行不平稳性值例如说明，曲轴相比于参考是否较快速或较缓慢地转动。
气缸的运行不平稳性特征量可以通过对关于该气缸的运行不平稳性值取平均来确定。
气缸的运行不平稳性特征量例如可以由说明曲轴较快速地转动的运行不平稳性值的平均值和说明曲轴较缓慢地转动的运行不平稳性值的平均值确定，例如其方式为确定这两个平均值的间距。
优选地，发动机温度(例如参照冷却剂的温度)至少在测量开始时小于或小于等于温度阈值(例如30℃至50℃范围中的温度阈值，尤其是40℃的温度阈值)，以便测量是有说服力的。这例如在测量之前检验。当发动机温度在测量之前不满足该条件时，优选借助电动鼓风机实施发动机快速冷却，其中，例如冷却剂的测量温度在2h内(代替8h)可以从例如100℃往下冷却到30℃。也可以规定，在整个测量期间发动机温度必须小于或小于等于温度阈值。
本发明的第二方面指向一种发动机测试仪。发动机测试仪设计用 于识别在具有燃料直接喷射装置和可变的进气门控制装置的内燃机的进气道中的结焦。该仪器例如通过电连接或无线电连接能与机动车连接，以用于控制车辆的运行和用于接收车辆内部的测量值。
发动机测试仪通过发动机控制器这样控制内燃机，使得所述内燃机以相对于空载正常运行而提高的空载转速以空载运行。发动机测试仪通过发动机控制器往早调节进气门的开启时间。此外，发动机测试仪确定内燃机的表征内燃机的运行不平稳性的运行不平稳性特征量，其中借助运行不平稳性特征量可识别进气道中结焦的存在。
用于按照本发明根据本发明的第一方面的方法的前述实施方式以相应的方式也适用于按照本发明的根据本发明的第二方面的发动机测试仪；按照本发明的发动机测试仪的有利实施方案对应于按照本发明的方法的所述有利的实施方案。
附图说明
以下根据附图借助实施例说明本发明。图中：
图1示出按照本发明的用于识别在内燃机的进气道中的结焦的方法的示例性流程图；
图2示出用于定义进气口撑开值的示图；
图3示出针对四个不同的气缸Z1、Z2、Z3和Z4的所测量的运行不平稳性值关于撑开角度SW的示图；并且
图4示出在清洁进气道之前和之后运行不平稳性特征量lutmwdiff的测量结果。
具体实施方式
在图1中示出按照本发明的用于识别在内燃机的进气道中的结焦的方法的示例性流程图。
在步骤90中检验发动机温度是否处于阈值之下、例如40℃之下。如果不是这种情况，则借助电动鼓风机实施发动机的快速冷却(Rapid Cool Down)，从而在测量开始之前发动机温度下降到40℃之下的值。
在保证温度在阈值之下之后，在步骤100中将空载转速从在空载正常运行中典型的空载转速(例如750U/min)提高至提高后的空载转速(例如1500U/min)。
此外，进气门的开启时间往早调节(见步骤110)，其方式为，进气凸轮轴往早调节。在这里，所谓的撑开值(Spreizungswert)SW减少。撑开值SW说明在上死点和进气门的气门升程曲线的顶点之间以°KW(曲轴)为单位的角度。这在图2中示出。曲线200说明在进气凸轮轴的中间位置中的示例性气门升程曲线。虚线的曲线210说明在曲线200往早调节之后的示例性气门升程曲线，其中，曲线200的开启时间(即在进气门的打开和关闭之间的时间间隔)在时间上早于曲线210的开启时间。在图2中在此示出在中间位置时曲线200的撑开值SW，所述撑开值等于上死点和气门升程曲线的顶点之间的角度。
开启时间往早的调节按照步骤110例如这样进行，即，通过改变撑开值SW，开启时间从晚向早连续运行多次并且在连续运行开启时间期间分别接收测量值。备选地，自然可能将开启时间 固定地置于早的位置(即撑开值SW调节到固定的值、例如在50°KW至85°KW的范围中的值SW)上并且在该位置中实施测量。
为了使开启时间从晚到早地连续运行，撑开值SW从撑开值SW4(对应于晚的开启时间)出发减少到与此相对较小的撑开值SW1(对应于早的开启时间)。在此，撑开值SW4例如对应于开启时间 的能利用发动机的进气门机构调节的尽可能最晚的位置，而撑开值SW1例如对应于开启时间的能利用发动机的进气门机构调节的尽可能最早的位置。例如撑开值SW从SW4＝120°KW出发减少到撑开值SW1＝50°KW，其中，得出70°KW的调节范围。撑开值SW从SW1至SW4连续运行的数值范围在图3中作为X轴示出。
撑开值SW在步骤110中从SW4到SW1优选不只一次、而是多次地连续运行。
在连续运行中，借助探测器-轮-测量器接收所谓的部段时间。部 段时间在此对应于曲轴超过预先确定的曲轴角度范围的时间。在这里例如每个气缸配置有称为部段的曲轴角度范围，气缸在所述曲轴角度范围中点火。借助部段时间能够对于各个气缸计算运行不平稳性值(参看图1中的步骤120)。运行不平稳性值的计算例如在文献DE 198 14 732 A1中说明，其公开内容就此通过引用纳入到本申请的公开内容中。
运行不平稳性值lut(n)例如可以以如下方式计算：
在这里，lut(n)说明例如四缸的发动机的点火冲程n的运行不平稳性值。参量ts(n)说明在点火冲程n时的部段时间，ts(n+1)说明在点火冲程n+1时的部段。参量K相应于校正值K，尤其是用于动态补偿的校正值。
每个运行不平稳性值lut(n)根据气缸的点火顺序配置给确定的气缸的工作行程(Arbeitstakt)并且借此配置给确定的气缸。在图3中关于撑开值SW、即关于凸轮轴位置示出四缸的内燃机的气缸Z1、Z2、Z3和Z4的示例性的运行不平稳性值。在此，运行不平稳性值lut(n)可以接受正值和负值。在运行不平稳性值为零时相当于没有运行不平稳性的发动机运转。在lut(n)为正值时，发动机在配置的部段n中转动过于缓慢，在lut(n)为负值时，发动机在配置的部段n中转动过于快速。
在图3中示出的运行不平稳性值lut(n)通过撑开值SW从SW4至SW1的多次连续运行来确定并且气缸特定地被存储。
运行不平稳性值lut(n)形成漏斗形，其中，数值并且因此漏斗宽度随着撑开值SW增加(即随着开启时间的点火滞后偏移增加)而趋于变小并且随着撑开值SW变小(即开启时间的点火提前偏移增加)而趋于变大。因此，在开启时间往早移动时，内燃机的运行不平稳性趋于提高。具有凸轮轴的较早位置(例如直至85°KW)的运行不平稳性值lut(n)的使用适合于按照本发明的用于识别结焦的方法，因为 在凸轮轴的较早的位置中，在内燃机进气道结焦的情况和未结焦的情况之间运行不平稳性中的区别较大，由此可以较容易地在结焦和未结焦之间进行区分。以此提高测量方法的鲁棒性。
在后续的步骤中，为了确定运行不平稳性特征量只在从SW2至SW3、例如从SW2＝60°KW至SW3＝85°KW的评估窗口中考虑运行不平稳性值lut(n)。所述评估窗口的重心优选处于最大的调节范围的早的半部中，优选整个评估窗口处于最大的调节范围的早的半部中。在图3的示例中，最大的调节范围的早的半部从SW＝50°KW延伸至SW＝85°KW并且最大的调节范围的晚的半部从85°KW延伸至120°KW，其中，在从SW2＝60°KW至SW3＝85°KW的评估窗口的情况下，整个评估窗口处于最大的调节范围的早的半部中。
为了计算发动机的运行不平稳性特征量，在评估窗口中针对气缸Zi的所有大于0的运行不平稳性值计算与气缸相关的平均值mwlutZi_pos(参看图1中的步骤130)。这分别对全部气缸Zi进行，其中例如i＝1、2、3和4。
以类似的方式，在评估窗口中针对气缸Zi的所有小于0的运行不平稳性值计算与气缸相关的平均值mwlutZi_neg。这也对每个气缸Zi进行。
由所述平均值能够气缸特定地针对每个气缸Zi计算气缸Zi的正平均值mwlutZi_pos和气缸Zi的负平均值mwlutZi_neg之间的间距difflutZi(参看图1中的步骤140)。间距difflutZi的计算也分别对全部的气缸Zi进行。间距值difflutZi给出，在选择的评估窗口中，图3中的漏斗对于相应的气缸Zi平均上有多宽。
在步骤150中确定内燃机的运行不平稳性特征量lutmwdiff，其方式为，在全部的气缸Zi上对与气缸相关的值difflutZi取平均。
可选地可以在针对运行不平稳性特征量lutmwdiff的相继的测量中确定多个测量值(其方式为例如多次实施步骤110-150)并且对多个测量值取平均，其中然后考虑取平均的参量作为运行不平稳性特征量以用于识别进气道的结焦。
借助运行不平稳性特征量lutmwdiff(或平均的运行不平稳性特征量)可以识别进气道的结焦。如果运行不平稳性特征量lutmwdiff(或平均的运行不平稳性特征量)大于界限值，则这表示进气道结焦并且需要清洁进气道。如果运行不平稳性特征量lutmwdiff(或平均的运行不平稳性特征量)小于界限值，则进气行程未明显地结焦并且不需要清洁。
在此，所述界限值可以借助对足够多车辆进行经验性测定而获得。
在图4中分别示出在进气道清洁之前和之后运行不平稳性特征量lutmwdiff的四个测量值。虚线分别标出相应的四个测量值的平均值。如借助图4可看出，lutmwdiff的平均值在清洁进气道之前是在清洁进气道之后的几乎两倍那么高。此外可看出，运行不平稳性特征量的测量值在清洁之前逐渐变小并且由此失去说服力。为此的原因是升高的发动机温度，因为仅在第一测量值的测量开始之前发动机温度处于例如40℃的阈值温度之下，然而在后续的测量中通过发动机的缓慢加热而温度升高。因此，lutmwdiff的值是温度的函数。在第一测量开始时应该优选保证，开始温度处于例如40℃的阈值温度之下。这时测量是特别有说服力的。

Claims (10)

1.用于识别在具有燃料直接喷射装置和可变的进气门控制装置的内燃机的进气道中的结焦的方法，具有如下步骤：
-以相对于空载正常运行提高的空载转速来以空载运行内燃机(100)，以便阻止内燃机熄灭；
-往早调节进气门的开启时间(110)，以便提高内燃机的运行不平稳性；并且
-确定内燃机的表征内燃机的运行不平稳性的运行不平稳性特征量，其中，借助运行不平稳性特征量可识别进气道中结焦的存在(120-150)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提高的空载转速大于1200U/min。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述提高的空载转速等于1500U/min。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，确定运行不平稳性特征量的步骤包括：
-对每个气缸确定表征气缸的运行不平稳性的与气缸相关的运行不平稳性特征量，其中，内燃机的运行不平稳性特征量由与气缸相关的运行不平稳性特征量来确定(140)。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，由与气缸相关的运行不平稳性特征量通过取平均值确定内燃机的运行不平稳性特征量。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，根据多个关于相应气缸的运行不平稳性值来确定每个气缸的与气缸相关的运行不平稳性特征量，所述运行不平稳性值说明内燃机在相应气缸的工作行程中的运行不平稳性。
7.按照权利要求1至3之一所述的方法，所述方法具有如下附加的步骤：
-通过将运行不平稳性特征量与对比值相比较来识别结焦的存在。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述比较实施或不实施相关的发动机构件的清洁或替换。
9.按照权利要求1至3之一所述的方法，其具有附加的步骤：
-检验发动机温度是否小于或小于等于阈值温度。
10.用于识别在具有燃料直接喷射装置和可变的进气门控制装置的内燃机的进气道中的结焦的发动机测试仪，所述发动机测试仪能与机动车连接以用于控制车辆的运行和用于接收车辆内部的测量值并且设计用于，
-以相对于空载正常运行提高的空载转速来以空载运行内燃机，以便阻止内燃机熄灭，
-往早调节进气门的开启时间，以便提高内燃机的运行不平稳性，
-确定内燃机的表征内燃机的运行不平稳性的运行不平稳性特征量，其中，借助运行不平稳性特征量可识别进气道中结焦的存在。
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