CN104675545B - 用于检测内燃发动机的进气管路中的泄漏的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于检测内燃发动机的进气管路中的泄漏的系统。用于检测内燃发动机的进气管路中的泄漏/故障的系统包括：进气管路(IL)和排气管路(EL)、用于测量或估算进入所述进气管路(IL)的新鲜空气的量的装置(HFM)、用于测量或估算注入发动机(E)中的燃料的量的装置、在排气管路上的适于提供引入到内燃发动机(E)中的空气/燃料比率的第一值(λ测量)的测量或估算装置(λ和/或NOx)，该系统包括：适于计算所述空气/燃料比率的第二值(λexp)的处理装置(ECU)，该处理装置基于测量和估算新鲜空气和燃料的量来计算，以计算第一值与第二值间(λ测量‑λexp)的偏差(λerr)且如果所述偏差在包含零值的预定区间[λerr‑,λerr+]之外，则检测泄漏/故障状况。

Description

用于检测内燃发动机的进气管路中的泄漏的系统
技术领域
本发明涉及内燃发动机领域，该内燃发动机装备有至少一个低压废气再循环管道(low-pressure exhaust gas recirculation duct)，且更确切地，本发明涉及用于检测内燃发动机的空气进气管路和/或EGR中的泄漏的系统。
背景技术
用于内燃发动机的排放法规要求越来越严格的排放限制和越来越多的所需的鉴定周期。污染物之一是氧化氮(NOx)，其具有最高的影响且法规要求其保持在控制下：在大多数应用中，EGR(废气再循环)是负责减少这种污染物的系统。
可能的故障在于新鲜空气进入低压EGR管道时。
换句话说，新鲜空气代替再循环废气被引入。从而，在一方面，在由内燃发动机传递的功率/扭矩方面，性能提高，但是在另一方面，不再可能适当地控制/限制NOx排放。
可能发生的这种类型的故障本质上出于两种原因：低压EGR管道的意外的破坏或为了提高内燃发动机的性能由驾驶员执行的故意的打开。
可能发生的另外的异常状况是由例如由于碰撞导致的进气管道的破损而引起的。
US20120143459示出了检测低压EGR系统中的可能的泄漏的方法。本说明书将在下文中包括在该方法和本发明之间的直接的比较。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够监测新鲜空气可能进入/穿过内燃发动机(优选地，增压的)的低压EGR管道和/或可能进入进气管路中的系统。
本发明的目标是用于检测内燃发动机的进气管路中的泄漏的系统。
“进气管路”必须预期作为与内燃发动机的进气歧管连接的任何管道，包括相应的阀的下游的再循环分支EGR(根据废气的循环方向)的部分、相应的EGR阀，且包括在该方案是增压的时可能存在的增压器。
有利地，根据本发明，根据实施的方案的类型，识别受泄漏影响的一个或多个段是可能的。
包括前述系统的内燃发动机、实施前述系统的交通工具或固定装备也是本发明的目标。
本发明的另一目标是用于检测内燃发动机的进气管路中的泄漏的方法。
权利要求描述了本发明的优选的供选择的实施方式，且是本说明书的组成部分。
附图说明
本发明的另外的目的和优势将从对优选实施方式(及其替换实施方式)以及仅仅是阐示性且非限制性的所附附图的以下详细描述而变得明显，在附图中：
图1示出了包括低压EGR管道的内燃发动机的总图，其中该系统是本发明要实现的目标；
图2示出了包括低压EGR管道和高压EGR管道两者的阐示性方案，其中不同的管道的每个部分被编号。
在附图中，相同的附图标记和字母表示相同的元件或部件。
具体实施方式
参考图1和图2，具有任何数量(例如4个或6个)的缸的内燃发动机E，优选地是柴油循环机类型的内燃发动机，装备有进气歧管IP，该进气歧管IP与增压器或涡轮增压单元TC的出口连接。这种增压器C的入口通过管道FC连接到进气过滤箱F。
通常存在于内燃发动机上的质量流测量设备(mass flow measuring device)(HFM)布置在进气过滤箱F与管道EEL和管道FC之间的连接点之间。
如将在下文中明显的，涡轮增压器单元的存在是可选择的。
相同单元TC的涡轮机T的入口连接到排气歧管EP，且出口连接到废气后处理系统ATS。
低压EGR管道EEL连接在涡轮机T或废气处理系统(ATS)的出口与增压器C的入口之间。阀ELV布置在该管道EEL的任意点上，例如在管道FC的出口点上，以调节待被再循环的废气的量。
出于本发明的目的，低压EGR管道也可以是吸气式发动机的EGR管道，即，没有增压单元。
在该背景下，低压的概念关于废气在涡轮机T的下游被撤出的事实是清楚的。
内燃发动机，如果是增压的话，则可以可选择地装备有高压EGR管道EH，该高压EGR管道EH连接在排气歧管EP和进气歧管IP之间，从而连接在涡轮机T的入口的上游和增压器C的出口的下游之间。调节阀EHV布置在该管道EH的任意点，例如在进气歧管IP中的该管道的出口点，或该管道EH与排气歧管EP之间的连接点，以调节待被再循环的高压EGR气体的量。
在图1中，低压再循环管道EEL被示出为由具有标记的模块AF的重叠部中断，标记理论上代表低压EGR管道EEL上的泄漏，其允许新鲜空气通过低压EGR阀ELV进入发动机E。该新鲜空气未被用于测量质量流的设备(HFM)考虑在内。
如将在下文弄清楚的，新鲜空气的进入还可沿被包括在用于测量质量流的设备(HFM)与增压器C(如果存在的话)的入口之间的管道FC发生，或在发动机未装备有任何增压器的情况下在用于测量质量流的设备(HFM)的下游的任何点发生。
发动机E还装备有燃料注入系统IS(未在图2中示出)，该燃料注入系统IS包括用于测量或估算注入到缸中的燃料的量的装置。
在图2中，粗线表示本发明所应用的进气管路的部分。立即明显的是，对于低压EGR管道而言，当阀打开且相应的EGR管道EEL中的压力低于大气压力时，检测相应的ELV阀的上游的泄漏也是可能的。
此外，该发动机装备有至少一个λ传感器(lambda sensor)(λ)或在排气管路上装备有NOx传感器，通过其来测量在(新鲜)空气与被引入到内燃发动机E中的燃料之间的比率是可能的。
图1示出了多个λ传感器，这是由于在示出的实施方式中，其沿发动机的排气管路，即，沿ATS布置。对于本发明而言，至少一个λ和/或NOx传感器足以实现本发明。
必须考虑符号λ(lambda)表示λ或NOx传感器本身。
根据本发明，偏差λerr通过估算由在借助于所述λ或NOx传感器沿着排气管路测量λ的λ测量与使用用于测量或估算吸入的新鲜空气的量和注入的燃料的量的装置估算或测量λ的λexp之间的差值而得到：
λerr＝λ测量-λexp
STK代表一变量，对于柴油来说，该变量大体上等于14.6；对于生物柴油来说，该变量大体上等于13.5；对于乙醇来说，该变量大体上等于10.1；以及对于天然气来说，该变量大体上等于17.4。根据本发明，λerr的低于10％的小的值被认为是可容许的。然而，处理必须被认为是延伸到发动机的需要更严格或更宽的操作公差的更通常的情况。
当偏差，即λerr，超过第一正阈值λerr+时，这表示真正的λ高于同样借助于传感器HFM估算的λ，这是因为另外的新鲜空气(未被计算的)借助于进气/EGR管路被引入到发动机中。
从而，内燃发动机用相对于在规划阶段设定的标称量过量的空气工作，且这暗指较高的NOx排放。
如以上解释的，这种泄漏可能发生在HFM传感器与增压器C(如果存在的话)的入口之间、或发生在HFM传感器和进气歧管IP(如果发动机未被增压的话)之间、或发生在低压再循环管道EEL的该部分中或ELV阀与FC管道之间(图2)。
根据本发明的优选的供选择的实施方式，相反地，当偏差超过第二负阈值λerr-时，这意味着发动机用比在规划阶段设定的空气少的空气运行，这暗指较高的微粒和/或一氧化碳和/或未燃烧的碳氢化合物排放。
这种情况可发生在发动机出于在增压器C的出口与进气歧管IP之间的进气管道中的泄漏、或在进气歧管IP与EGR阀(EHV)之间的泄漏、或如果阀ELV未关闭且同时EGR管路的压力高于大气压力时在低压EGR管路EEL中的泄漏而被增压时。
从而，可实施本发明来检测使内燃发动机用相对于在规划阶段设定的标称值过量或不足的空气工作的泄漏。
根据本发明的系统可适合于检测两种类型的故障，即使它们不是共存的。
基于本发明，存在在排气管路上测量的λ与基于进入发动机的空气和燃料的量估算/测量的λ之间的前面提到的偏差的计算。
根据本发明的优选的供选择的实施方式，第一正阈值λerr+和第二负阈值λerr-具有相同的绝对值且优选地被包括在0.1和0.3之间，具有最优的值0.2。这些值不是绑定的，但是与当前的现有技术和有效的排放法规相关，且因此处理必须被认为是延伸到更宽或更严格的公差值。
根据本发明的优选的供选择的实施方式，用于减少污染物排放的设备，例如DPF(柴油微粒过滤器)和/或SCR(选择性催化还原剂)或作为对SCR的可替代物的NSC(NOx存储催化剂)可以布置在涡轮机的出口与低压EGR管道EEL的入口之间。
为了保证本方法的可靠性，优选的是，ATS的加热策略和/或DPF的再生策略一被激活，其抑制装置就被激活。
无论如何，优选的是，λ或NOx传感器布置在ATS的上游，使得其不受可引入的氧含量的可能变化的影响。
现在将呈现本发明与US20120143459之间的比较。
US20120143459描述了一种方法，其中基于在测量的空气/燃料比率与以排气测量的λ值λ测量之间的比率来计算参数Leak_Air并且将其与任意阈值Leak_Air_Det相比较：如果规律地发生Leak_Air>Leak_Air_Det，或如果在某一时间段内平均发生Leak_Air>Leak_Air_Inter，Leak_Air_Inter大体上不同于Leak_Air_Det，则检测到偏差。由于前面提到的公式，由US20120143459提出的方法可仅在预测导致例如在增压器(即，具有高压)下游的空气/EGR进气管路的段中，或当低压EGR阀未关闭且在该段中压力条件高于大气压力时在低压EGR管路EEL的段中朝着外部的气体泄漏(空气、或空气和再循环废气)的泄漏方面是有效的。相比之下，通常不能预测导致例如在被包括在质量流传感器(HFM)与增压器C之间的空气/EGR进气管路的段中或低压EGR管路EEL上的段中空气从外部进入的泄漏，见图2。
根据在以由进气除注入的燃料和“空气/燃料比率理论值”(见第[0009]段)而测量的空气的量来确定空气/燃料比率。
为了更方便的比较，对于按照US20120143459计算的空气/燃料比率，使用了根据本发明使用的相同的符号λexp。
因此，Leak_Air等于λ测量/λexp。
根据本发明，当时，即当被包括在阈值λerr-与λerr+之间(且反之亦然)时，没有用信号表示故障/泄漏，当所述偏差没有被包括在前面提到的阈值之间时，用信号表示故障/泄漏。
当时，则没有泄漏且Leak_Air应近似等于1。
根据本发明，偏差λerr＜0暗指Leak_Air>1，且类似地，根据本发明，偏差λerr＞0暗指0<Leak_air<1。
US20120143459没有给出关于Leak_Air_Det的值的指示，从而选择-∞<Leak_Air_Det<1的任何值是可能的，例如Leak_air_Det＝0.8，以这种方式，该方法将检测在其中Leak_air＝1的真正的泄漏/故障不存在的情况下的泄漏，即，其中根据本发明的所期望的λ与测得的λ正确地重合的情况。
从而，US20120143459的教导是至少不全面的。
根据本发明的另一种可选择的实施方式，在增压器的出口与进气歧管IP之间的进气管路可包括中间冷却器CO(图1)。相似地，再循环管道中的每一个可包括再循环气体的冷却器。
从而，根据本发明，借助于这些冷却器来检测可能的泄漏是可能的。
如以上描述的系统允许致动对低压EGR管道和进气管路两者的连续类型的密封条件的控制。
这种监测可由交通工具控制单元或发动机控制单元ECU来执行。从而，本发明可有利地借助于计算机程序来实现，该计算机程序包括当所述程序在计算机上运行时执行所述方法的一个或多个步骤的程序代码装置。出于该原因，本专利的范围意在还涵盖所述计算机程序、和包括记录的信息的计算机可读装置，该计算机可读装置包括用于当该程序在计算机上运行时执行该方法的一个或多个步骤的程序代码装置。
对于本领域技术人员而言，将明显的是，可构思和推导本发明的其他可选择的和等同的实施方式以实践，而不偏离本发明的范围。
例如，对可能类型的故障之一的检测可借助于交通工具的仪表板上的灯来确定异常的信号表示，和/或可确定恢复程序的激活，该恢复程序限制可由内燃发动机E传递的最大扭矩和/或最大功率或实施本发明的交通工具的最大速度。
从以上提出的描述中，对于本领域技术人员而言，在无需描述进一步的构造细节的情况下实施本发明将是可能的。在不同的优选实施方式中描述的元件和特征可被结合而不偏离本申请的范围。在现有技术的描述中所描述的内容，如果在详细描述中未被明确地排除，则必须被认为是与本发明的特征结合，形成本发明的组成部分。

Claims (21)

1.一种用于检测内燃发动机的进气管路中的泄漏的系统，所述系统包括：
-进气管路(IL)和排气管路(EL)，
-用于测量或估算进入所述进气管路(IL)的新鲜空气的量的装置(HFM)，
-用于测量或估算注入所述内燃发动机(E)中的燃料的量的装置,
-在所述排气管路上的适合于提供被引入到所述内燃发动机(E)中的空气/燃料比率的第一值λ测量的测量或估算装置，
所述系统包括被配置成计算所述空气/燃料比率的第二值λexp的处理装置ECU，所述处理装置ECU基于测量或估算的进入所述进气管路(IL)的所述新鲜空气的量和测量或估算的注入到所述内燃发动机(E)中的所述燃料的量来计算，以计算出作为在空气/燃料比率的所述第一值与所述第二值之间的差值λ测量-λexp的偏差λerr，并且如果所述偏差λerr在包含零值的预定的区间[λerr-,λerr+]之外，则泄漏的状况被检测出。
2.根据权利要求1所述的系统，其中当所述内燃发动机借助于增压器(C)增压且包括低压和/或高压再循环装置时，
-当所述偏差λerr正向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，所述处理装置ECU被配置成产生指示以下情况的警告信息：
-被包括在用于测量或估算进入所述进气管路(IL)的新鲜空气的量的所述装置与所述增压器(C)的空气入口之间的管道中的泄漏，和/或
-在低压EGR管道(EEL)的一部分中的泄漏或在被包括在相应的低压EGR阀(ELV)与所述增压器(C)的所述空气入口之间的管道的一部分中的泄漏；
或者
-当所述偏差λerr负向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，所述处理装置ECU适合于产生指示以下情况的警告信息：
-被包括在所述增压器(C)的出口与进气歧管(IP)之间的管道中的泄漏，和/或
-在被包括在相应的高压EGR阀(EHV)与所述进气歧管(IP)之间的高压EGR管道中的泄漏，和/或
-当相应的低压EGR阀(ELV)未完全地关闭且同时低压EGR管道处于高于大气压力的压力下时，在低压EGR管道(EEL)中的泄漏。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述内燃发动机未被增压且包括低压再循环装置，
-当所述偏差λerr正向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，所述处理装置ECU适合于产生指示以下情况的警告信息：
-被包括在用于测量或估算进入所述进气管路(IL)的新鲜空气的量的所述装置与进气歧管之间的管道中的泄漏，和/或
-在低压EGR管道(EEL)的一部分中的泄漏或在被包括在相应的低压EGR阀(ELV)与进气歧管(IP)之间的管道的一部分中的泄漏；或者
-当所述偏差λerr负向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，所述处理装置ECU适合于产生指示以下情况的警告信息：
-当相应的低压EGR阀(ELV)未关闭且低压EGR管道处于高于大气压力的压力下时，在低压EGR管道(EEL)中的泄漏。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中λerr-和λerr+具有被包括在0.1和0.3之间的绝对值，使得在其中没有泄漏的“正常”情况下，结果是λerr-<λerr<λerr+。
5.根据权利要求4所述的系统，其中λerr-和λerr+具有等于0.2的绝对值。
6.一种内燃发动机(E)，其具有：
-进气管路(IL)和排气管路(EL)，
-用于测量或估算进入所述内燃发动机(E)的新鲜空气的量的装置，
-用于测量或估算注入所述内燃发动机(E)中的燃料的量的装置,
-在所述排气管路上的适合于提供被引入到所述内燃发动机(E)中的空气/燃料比率的第一值λ测量的测量或估算装置，
所述内燃发动机包括与所述用于测量或估算进入所述内燃发动机(E)的新鲜空气的量的装置、所述用于测量或估算注入所述内燃发动机(E)中的燃料的量的装置以及所述在所述排气管路上的适合于提供被引入到所述内燃发动机(E)中的空气/燃料比率的第一值λ测量的测量或估算装置接口的并适合于计算所述空气/燃料比率的第二值λexp的处理装置ECU，所述处理装置ECU基于测量或估算的所述新鲜空气的量和所述燃料的量来计算，以计算出作为在空气/燃料比率的所述第一值和所述第二值之间的差值λ测量-λexp的偏差λerr，并且如果所述偏差λerr在包含零值的预定的区间[λerr-,λerr+]之外，则泄漏的状况被检测出。
7.根据权利要求6所述的内燃发动机，还包括布置在所述进气管路(IL)上的增压器(C)和低压和/或高压再循环装置，且其中所述处理装置ECU被配置成检测泄漏，
-当所述偏差λerr正向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，指示：
-被包括在用于测量或估算进入所述内燃发动机(E)的新鲜空气的量的所述装置与所述增压器(C)的空气入口之间的管道中的泄漏，和/或
-在低压EGR管道(EEL)的一部分中的泄漏或在被包括在相应的低压EGR阀(ELV)与所述增压器(C)的所述空气入口之间的管道的一部分中的泄漏；
或者
-当所述偏差λerr负向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，指示：
-被包括在所述增压器(C)的出口与进气歧管(IP)之间的管道中的泄漏，和/或
-在被包括在相应的高压EGR阀(EHV)与所述进气歧管(IP)之间的高压EGR管道中的泄漏，和/或
-当相应的低压EGR阀(ELV)未完全地关闭且同时低压EGR管道处于高于大气压力的压力下时，在低压EGR管道(EEL)中的泄漏。
8.根据权利要求6所述的内燃发动机，所述内燃发动机是非增压的类型且包括低压再循环装置，且其中所述处理装置ECU被配置成检测泄漏，
-当所述偏差λerr正向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，所述处理装置ECU适合于产生指示以下情况的警告信息：
-被包括在用于测量或估算进入所述内燃发动机(E)的新鲜空气的量的所述装置(HFM)与进气歧管(IP)之间的管道中的泄漏，和/或
-在低压EGR管道(EEL)的一部分中的泄漏或在被包括在相应的低压EGR阀(ELV)与进气歧管(IP)之间的管道的一部分中的泄漏；或者
-当所述偏差λerr负向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，所述处理装置ECU适合于产生指示以下情况的警告信息：
-当相应的低压EGR阀(ELV)未关闭且低压EGR管道处于高于大气压力的压力时，在低压EGR管道(EEL)中的泄漏。
9.根据前述权利要求6至8中任一项所述的内燃发动机，其中λerr-和λerr+具有被包括在0.1和0.3之间的绝对值，使得在其中没有泄漏的“正常”情况下，结果是λerr-<λerr<λerr+。
10.根据权利要求9所述的内燃发动机，其中λerr-和λerr+具有等于0.2的绝对值。
11.根据权利要求6至8中任一项所述的内燃发动机，还包括所述进气管路(IL)上的中间冷却器(CO)和/或再循环管道上的冷却器。
12.根据权利要求6至8中任一项所述的内燃发动机，还包括所述排气管路(EL)上的防污染设备。
13.根据权利要求12所述的内燃发动机，所述防污染设备是柴油微粒过滤器和/或选择性催化还原剂。
14.根据权利要求12所述的内燃发动机，所述防污染设备是柴油微粒过滤器和/或NOx存储催化剂。
15.一种交通工具或固定装备，其包括根据权利要求6至14中任一项所述的内燃发动机。
16.一种用于检测内燃发动机的进气管路(IL)中的泄漏的方法，所述内燃发动机包括：
-进气管路(IL)和排气管路(EL)，
-用于测量或估算进入所述进气管路(IL)的新鲜空气的量的装置(HFM)，
-用于测量或估算注入所述内燃发动机(E)中的燃料的量的装置,
-在所述排气管路上的废气的测量或估算装置，
所述方法包括以下步骤：
-通过所述排气管路上的所述测量或估算装置来计算被引入到所述内燃发动机(E)中的空气/燃料比率的第一值λ测量，
-基于测量或估算的进入所述进气管路(IL)的所述新鲜空气的量和测量或估算的注入所述内燃发动机中的所述燃料的量来计算进入所述内燃发动机的空气/燃料比率的第二值λexp，以及
-计算由所述第一值和所述第二值之间的差值λ测量-λexp得到的偏差λerr，以及
-如果所述偏差λerr在包含零值的预定的区间[λerr-,λerr+]之外，则泄漏的状况被检测出。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述内燃发动机借助于布置在所述进气管路(IL)上的增压器(C)来增压且设置有低压和/或高压再循环装置，所述方法包括用信号指示泄漏的步骤：
-当所述偏差λerr正向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，指示：
-被包括在用于测量或估算进入所述进气管路(IL)的新鲜空气的量的所述装置与所述增压器(C)的空气入口之间的管道中的泄漏，和/或
-在低压EGR管道(EEL)的一部分中的泄漏或在被包括在相应的低压EGR阀(ELV)与所述增压器(C)的所述空气入口之间的管道的一部分中的泄漏；
或者
-当所述偏差λerr负向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，指示：
-被包括在所述增压器(C)的出口与进气歧管(IP)之间的管道中的泄漏，和/或
-在被包括在相应的高压EGR阀(EHV)与所述进气歧管(IP)之间的高压EGR管道中的泄漏，和/或
-当相应的低压EGR阀(ELV)未完全关闭且同时低压EGR管道处于高于大气压力的压力下时，在低压EGR管道(EEL)中的泄漏。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述内燃发动机未被增压且包括低压再循环装置，所述方法包括用信号表示泄漏的步骤：
-当所述偏差λerr正向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，指示：
-在被包括在用于测量或估算进入所述进气管路(IL)的新鲜空气的量的所述装置与进气歧管之间的管道中的泄漏，和/或
-在低压EGR管道(EEL)的一部分中的泄漏或在被包括在相应的低压EGR阀(ELV)与所述增压器(C)的空气入口之间的管道的一部分中的泄漏；
或者
-当所述偏差λerr负向地超过所述预定的区间[λerr-,λerr+]时，指示：
-当所述低压EGR阀(ELV)未关闭且同时低压EGR管道处于高于大气压力的压力时，在低压EGR管道(EEL)中的泄漏。
19.根据前述权利要求16至18中任一项所述的方法，其中λerr-和λerr+具有被包括在0.1和0.3之间的绝对值，使得在其中没有泄漏的“正常”情况下，结果是λerr-<λerr<λerr+。
20.根据权利要求19所述的方法，其中λerr-和λerr+具有等于0.2的绝对值。
21.一种计算机可读装置，包括记录的程序，所述计算机可读装置包括适合于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求16至20中任一项的方法的程序代码装置。
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