CN104632445B - 用于识别在喷射器的开启特性中的故障的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别在内燃机（10）的喷射器（14）的开启特性中的故障的方法，其中所述喷射器（14）具有电磁控制的阀元件（15），其中实施弹道式部分喷射，其中弹道式地触发喷射器（14），从而阀元件（15）未开启到行程限制挡块（118），确定弹道式的关闭延时，将所确定的弹道式的关闭延时与参考值进行比较，并且由所述比较识别出在喷射器（14）的开启特性中的故障。

Description

用于识别在喷射器的开启特性中的故障的方法

技术领域

本发明涉及一种用于识别在喷射器的开启特性中的故障的方法。

背景技术

熟知并且在许多方面使用喷射器，尤其是在内燃机中用作燃料喷射器。电磁喷射器和压电喷射器得到推广。典型的喷射器包括可电控的阀元件，所述阀元件能够开启和封闭燃料的流道。所述阀元件包括针阀（或者说喷射器针阀）和电磁执行器（电枢或者说磁性电枢和线圈）或者压电执行器。所述执行器与针阀耦接并且被电控。通过阀门弹簧将执行器和针阀压到无流的终端（“标准位置”，“零位”）中。在该未操作的终端中，燃料的流道或者封闭（NC）或者打开（NO）。

在电磁喷射器中，通过以电磁线圈通电的形式的触发、例如在主通电流或者说主触发过程中产生电磁力，所述电磁力使电枢连同针阀一起与阀门弹簧的力相反地移动。这又引起在NC喷射器的情况下开启燃料流或者说在NO喷射器的情况下封闭燃料流。

如果电磁喷射器通电结束，则撤销将电枢保持在电磁喷射器的操作位置中的磁场。此后，与磁场相反地作用的阀门弹簧的力占优势。该力如此作用到电枢上，从而该电枢移离电磁线圈。这又引起阀元件变换到未操作的终端中。

在压电喷射器中，以相似的方式触发相应的阀元件的针阀。然而，在此不给电磁线圈通电，而是阀元件借助压电执行器移动。通过在压电执行器上设置电压加载该压电执行器并且由此引起针阀的开启。如果卸载压电执行器，所述针阀又关闭。

在此在喷射器中出现延时。开启延时是在触发开始和开启时刻之间的时间，在开启时刻时释放燃料流或者说燃料输送。关闭延时是在触发结束和关闭时刻之间的时间，在关闭时刻时结束释放燃料输送。在开启时刻和关闭时刻之间的时长在此表示为开启时长，在所述开启时长期间通过喷射器输送一定量的燃料。在触发开始和结束之间的时长表示为触发持续时间。因此，对于喷射器和该输送的燃料量的精确控制必须已知喷射器的开启延时和关闭延时或者说精确的开启时刻和关闭时刻。

在此即使在内燃机的正常运行的操作中也能够以简单的方式确定关闭延时。能够在喷射器的调节（例如控制阀操作，CVO）过程中确定关闭时刻。在此能够例如检测电磁线圈的电压信号。从该电压信号能够推断出电枢的移动。

进而能够由电压信号确定关闭时刻并且最终也确定关闭延时。

例如由文献DE 10 2009 028 650 A1已知一种方法，以便确定电磁喷射器（或者说燃料喷射阀）的开启延时。在此确定电磁喷射器的最大触发持续时间和最大开启时长，在所述触发持续时间和开启时长中燃料各自刚好还未中断。此外，对于该最大触发持续时间和最大开启时长各自确定电磁喷射器的关闭时长。由这些结果确定开启延时。

出于诊断原因，例如在在线诊断过程中，需要持续监测在喷射器的开启特性中是否存在故障。在开启特性中的这种故障多数意味着例如由于喷射器的损耗现象的开启延时的变化。例如应该及早识别导致内燃机增加的油耗和增加的排放的故障。然而，例如根据文献DE 10 2009 028 650 A1确定开启延时非常昂贵和繁琐并且不能够轻易地实施到内燃机运行的操作中。

因此值得期待的是提供一种可能性，以便能够以简单的方式识别在喷射器的开启特性中的故障。

发明内容

按照本发明提供了一种具有权利要求1所述特征的用于识别在喷射器的开启特性中的故障的方法。有利的设计方案是从属权利要求以及以下说明的主题。

按照本发明实施弹道式部分喷射。在这种弹道式部分喷射中弹道式地触发喷射器，从而阀元件未开启到行程限制挡块。所述阀元件尤其包括针阀。通过弹道式部分喷射如此触发阀元件，从而针阀不实现完整冲程并且仅轻微移动。

与弹道式部分喷射相反，当如此触发喷射器，即针阀移动直至行程限制挡块并且喷射器完全打开时表示为全冲程喷射。

按照本发明在弹道式部分喷射过程中确定弹道式关闭延时。该弹道式关闭延时在此是在喷射器通电结束和关闭时刻之间的时间，从所述关闭时刻起喷射器关闭或者说在所述关闭时刻时通过喷射器的燃料输送结束。由比较关闭延时与参考值识别或者说确定在喷射器的开启特性中的故障。

在此能够在内燃机的正常运行期间实施按照本发明的方法，因为能够有利地数量中性和扭矩中性地实施弹道式部分喷射。以简单的方式并且没有大花费地实施所述发明。必须在内燃机上不实施改造措施。因此能够实现在线诊断，在所述在线诊断中在内燃机的正常运行期间监测在喷射器的开启特性中是否存在故障。因此能够以简单的方式监测内燃机的各个喷射器。因此能够及早识别和更换具有在开启特性中的故障的失灵的喷射器。当识别在开启特性中的故障时尤其能够实施相应的措施。例如能够给出声音的或者视觉的报警信号。

由于在开启特性中的这种故障，尤其是喷射器的开启延时改变。在此尤其是增加开启延时。因此喷射器的开启时长和输送的燃料量也改变。进而通过所述发明，当由于在开启特性中的故障而改变输送的燃料量时能够及早识别。

本发明使用弹道式部分喷射的特殊性质。通过针阀不移动到行程限制挡块从而用于开启喷射器的针阀移动直接转到用于关闭喷射器的运动中。喷射器的开启（或者说开启特性）和关闭（或者说关闭特性）因此彼此耦接。在喷射器的开启特性中的故障在弹道式部分喷射中也影响喷射器的关闭特性。与此相反，在全冲程喷射中喷射器的开启特性和关闭特性彼此脱离。在开启特性中的故障在全冲程喷射中不作用到关闭特性上并且进而不作用到喷射器的关闭延时上。

所述喷射器能够尤其制成电磁喷射器或者压电喷射器。电磁喷射器的阀元件在此具有尤其是电枢或者说衔铁。在弹道式部分喷射过程中相对较短地触发电磁喷射器的线圈。在电枢到达行程限制挡块之前和在电磁喷射器完全打开之前，电枢和针阀以反方向移动并且电磁喷射器再次关闭。压电喷射器的阀元件尤其是具有压电执行器（Piezo-Aktor）。在此在弹道式部分喷射过程中相对较短地触发该压电执行器。

有利地将弹道式部分喷射置于全冲程喷射之前或者之后。内燃机或者说喷射器在此在正常运行的操作中以全冲程喷射运行。在全冲程喷射的冲程之前或者之后实施弹道式部分喷射。因此，检测在开启特性中是否存在故障能够作为在线诊断实现。例如能够在全冲程喷射的每个冲程之前或者以一定的时间间隔和/或在内燃机经过一定的时间间隔之后实施弹道式部分喷射或者说在线诊断。因此能够尤其实现持续的监测。因为优选数量中性和扭矩中性地实施弹道式部分喷射，弹道式部分喷射不影响全冲程喷射和进而内燃机的正常运行。

在一种有利的设计方案中，在阀元件处获取电压信号并且由此确定参考值。在此，尤其是在激活的喷射器元件处、也就是说在电磁线圈处或者说在压电执行器处确定电压信号。在此尤其在喷射器的调节过程（例如控制阀操作，CVO）中确定电压信号。借助电压信号能够确定喷射器的关闭时刻。以该确定的关闭时刻也能够以简单的方式确定关闭延时。该关闭延时表示与喷射器相关的典型的参考关闭延时并且用作用于与弹道式关闭延时比较的参考值或者说参考关闭延时。如果弹道式关闭延时与参考值偏差多于确定的阈值，这明确指示出在开启特性中的故障。例如在电磁喷射器中，衔铁在电磁线圈中的移动感应出电压，所述电压能够确定为上述电压信号。由在电磁线圈处的电压信号因此能够推断出电枢的移动。在压电喷射器中例如能够在压电执行器中感应电压，所述电压能够确定为上述电压信号。

优选当在开启特性中识别出故障时实施喷射器的诊断。在此检测在开启特性中是否真正存在故障。在该诊断过程中精确地检查喷射器并且精准地确定喷射器的开启特性。在此尤其是在内燃机的正常运行之外实施这种诊断。在此尤其是在专门的特殊模式中运行所述内燃机。在该特殊模式过程中尤其实施内燃机的基本适配。在此实施尤其是试验运转和学习喷射并且根据确定的燃料压力预设运行所述内燃机。因此在更换喷射器之前能够首先验证按照本发明的方法的结果。因此再次对证按照本发明的方法的结果并且避免错误地更换无故障的喷射器。

优选确定喷射器的开启延时。尤其是在上面描述的检测在开启特性中是否真正存在故障的过程中能够实施该确定的开启延时。如果该确定的开启延时与（例如在控制装置或者说控制器中）储存的开启延时的参考值有偏差，这意味着实际在喷射器的开启特性中存在故障。为了确定所述开启延时能够例如在车间中实施昂贵和繁琐的方法。尤其是借助在文献DE 10 2009 028 650 A1中描述的方法实施开启延时。

优选数量中性和扭矩中性地实施弹道式部分喷射。因此，弹道式部分喷射既不影响和恶化运转平稳性、燃料消耗、废气量也不影响和恶化内燃机的输出功率。尤其是当弹道式部分喷射在在全冲程喷射的过程中的冲程之前实施时，弹道式部分喷射仍然不影响内燃机。

尤其是编程技术上地为此设置按照本发明的计算单元、例如机动车的控制器，用于实施按照本发明的方法。

以软件形式实施所述方法也是有利的，因为尤其是当执行的控制器还用于其他任务并且因此总归存在时，这产生特别少的成本。用于准备计算机程序的合适的数据载体尤其是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD以及其他等等。也能够通过计算机网络（因特网、内联网等等）下载程序。

由说明书和附图得出本发明的其他优点和设计方案。

可以理解，能够不仅以指出的各个组合而且以其他组合或者单独地使用以上提到的和以下还未阐述的特征，而没有放弃本发明的范围。

附图说明

借助实施例在附图中示意性地示出本发明并且以下参照附图详细描述本发明。

图1示意性地示出了内燃机的框图，为此设置所述内燃机，即实施按照本发明的方法的优选的实施方式；

图2示意性地示出了电磁喷射器，所述电磁喷射器适用于实施按照本发明的方法的优选的实施方式；

图3示意性地示出了无故障的电磁喷射器在全冲程喷射中的开启和关闭特性的图表；

图4示意性地示出了有故障的电磁喷射器在全冲程喷射中的开启和关闭特性的图表；

图5示意性地示出了无故障和有故障的电磁喷射器在弹道式部分喷射中的开启和关闭特性的图表。

具体实施方式

图1示出了内燃机10的燃料系统11的简化的示意图，所述内燃机具有现有的四个汽缸12和附属的、用于喷射燃料电控的喷射器（或者说喷油阀）14，所述电磁喷射器对应于内燃机10的汽缸设有标识a至d，但是对于一般参考而言以下不标明标识。在该特别的实施例中，喷射器14构成电磁控制的电磁喷射器。然而，喷射器14也能够例如构成压电喷射器。每个电磁喷射器14各具有一个（在图1中不可见）电磁控制的阀元件15（参见图2）。在电磁喷射器14上方示出共轨块（Common-Rail-Block）16，所述共轨块由高压管路18供给燃料并且由压力传感器20监控。内燃机10或者设计为汽油机或者设计为柴油机。在图1的右上部分中示出连同显示的离开和进入的控制电路的控制器22，以及在其中包含的电存储介质24和计算机程序26。控制器22在此为此设置，即执行按照本发明的方法的优选的实施方式。

在运行中，（未示出的）燃料泵通过高压管路18供给共轨块16，其中压力传感器20通过用于控制装置和/或调节装置22的、示出的信号线路告知当前压力。四个电磁喷射器14根据控制信号将确定的燃料量挤压到汽缸12中。

图2示意性地示出了用于内燃机10的燃料直接喷射的电磁喷射器14的若干元件。在图2中显示电磁喷射器14关闭。示出了具有电枢线圈（或者说电磁线圈）112和电枢114的电磁铁113，所述电枢在通电时被牵引到电枢线圈112中。电枢114的移动由静止支座116以及电枢挡块118限制。在关闭的电磁喷射器14中或者说在未操作的终端中，电枢114位于静止支座116上。穿过在电枢114中的轴向孔引导所述针阀（或者说喷射器针阀）120，所述针阀在其在图中的上端部处与盘形圆盘122固定连接。螺旋弹簧124作用到圆盘122上并且因此在关闭方向上对针阀120施加力。针阀120、圆盘122并且必要时电枢114一起形成阀元件15。

在电磁喷射器14的在图中的下端部处布置有阀座126。排出开口128在针阀120位于阀座126上时关闭并且在针阀120提升时打开（未示出）。电磁喷射器14的其它元件，比如像燃料通道没有一起示出。所有的移动发生在关于图2垂直的方向上。

在图3中示出了简图300，所述简图示出了电枢114在阀元件15的电磁触发中在全冲程喷射中的移动。曲线301在此表示电枢114关于时间t的位置P。曲线301在此描述了无故障的电磁喷射器，所述电磁喷射器在开启特性中没有故障。

在时刻

时开始触发阀元件15并且给电枢线圈112通电。在时刻

时结束触发阀元件15并且电枢线圈112不再通电。所述触发在起始点

和终点

之间的时间表示为触发持续时间

。

在所述触发起始点

之后经过开启延时

之后，电枢114从其静止支座116朝向电枢挡块118移动，针阀120开启排出开口128并且进而阀元件15在时刻

时打开。电枢114在静止支座116中的位置在简图300中表示为

。阀元件15打开处的电枢114的位置以

表示。电枢114在电枢挡块118处的位置以

表示。

类似地，在所述触发终点

之后经过关闭延时

之后，电枢114在时刻

时再次到达位置

，在所述位置

中阀元件15关闭。

在图4中示出了类似于简图300的简图400。曲线401描述了电枢114在阀元件15的电磁触发中在有故障的电磁喷射器的全冲程喷射中的移动，所述电磁喷射器在开启特性中具有故障。为了比较，在简图400中也虚线示出了无故障的电磁喷射器的曲线301用于比较。

在图4的实施例中的触发时间

与在图3的实施例中的相同。根据曲线301的无故障的电磁喷射器的开启特性在此明显区别于根据曲线401的有故障的电磁喷射器的开启特性。有故障的电磁喷射器或者说其阀元件在此在时刻

时才开启，所述时刻

比无故障的电磁喷射器或者说其阀元件的开启时刻

出现晚。因此，有故障的电磁喷射器的开启延时

也比无故障的电磁喷射器的开启延时

长。

然而因为在开启特性中的故障不影响关闭特性，根据曲线301和401的有故障和无故障的电磁喷射器的关闭延时

是相同的。

因此，控制器22实施按照本发明的方法的优选的实施方式。在此在内燃机10正常运行的操作中实施弹道式部分喷射。该弹道式部分喷射在此有利地置于全冲程喷射之前或者之后。此外，数量中性和扭矩中性地实施部分喷射，从而所述内燃机未改变地继续运行。

在图5中示出了简图500，所述简图示出了电枢114在阀元件15的电磁触发中在弹道式部分喷射中的移动。曲线501在此表示无故障的电磁喷射器，曲线502表示有故障的电磁喷射器。

在此，在弹道式部分喷射中的触发在时刻

时就已经结束。在弹道式部分喷射中的触发持续时间

因此比在全冲程喷射中的触发持续时间

短。电枢114因此不能够移动到电枢挡块118处，而是在阀元件15完全打开之前再次移动到其静止支座116中。所述开启特性因此直接转变到关闭特性中或者说用于打开阀元件15的电枢114的移动直接转变到用于关闭阀元件15的电枢114的移动中。开启和关闭特性因此彼此耦接。

根据曲线501和502在弹道式部分喷射中的无故障和有故障的电磁喷射器的开启延时

和

与根据曲线301和401在全冲程喷射中的开启延时相似。然而在弹道式部分喷射中，无故障和有故障的电磁喷射器的弹道式关闭延时也是明显不同的。

根据曲线501，无故障的电磁喷射器或者说其阀元件在时刻

时关闭。根据曲线501在弹道式部分喷射中，所述无故障的电磁喷射器的该弹道式关闭延时

因此示出了参考关闭延时并且被确定为用于电磁喷射器的关闭延时的参考值。为了确定该参考值

，优选获取并计算电磁喷射器的电枢线圈112的电压信号。

根据曲线502，有故障的电磁喷射器或者说其阀元件在较早的时刻

时关闭。根据曲线502的有故障的电磁喷射器的弹道式关闭延时

比根据曲线501的无故障的电磁喷射器的弹道式关闭延时

短很多。

因此，弹道式关闭延时

比参考值小。因此得出，根据曲线502的电磁喷射器在开启特性中具有故障。

Claims (8)

1.用于识别在内燃机（10）的喷射器（14）的开启特性中的故障的方法，其中所述喷射器（14）具有电控的阀元件（15），其中实施弹道式的部分喷射，其中

-弹道式地触发所述喷射器（14），其中所述阀元件（15）未开启到行程限制挡块（118）；

-确定弹道式的关闭延时（

）；

-将所确定的弹道式的关闭延时（

）与参考值进行比较；并且

-由所述比较识别出在所述喷射器（14）的开启特性中的故障，

其中当识别到在所述喷射器（14）的开启特性中的故障时，实施所述喷射器的诊断，其中检测在所述喷射器（14）的开启特性中是否确实存在故障。

2.按权利要求1所述的方法，其中将弹道式的部分喷射置于全冲程喷射之前或者之后。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中获取在阀元件上的电压信号并且由此将电磁喷射器的关闭延时（

）确定为参考值。

4.按权利要求1所述的方法，其中确定所述喷射器（14）的开启延时（

）以便检测在所述喷射器（14）的开启特性中是否确实存在故障。

5.按权利要求1或2所述的方法，其中数量中性地和扭矩中性地实施弹道式的部分喷射。

6.按权利要求1或2所述的方法，其中识别出在电磁喷射器（14）或者压电喷射器的开启特性中的故障。

7.控制器（22），设置所述控制器以实施按上述权利要求中任一项所述的方法。

8.可由机器读取的存储介质，其具有在其上存储的计算机程序，当在控制器（22）上执行所述计算机程序时，所述计算机程序支配所述控制器（22）以实施按权利要求1至6中任一项所述的方法。

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