CN105593499B - 用于估算共轨燃料系统中的高压燃料泄露的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于测量内燃机的燃料贮存器中的燃料压力减小的系统和方法。该系统包括使燃料流停止流向发动机的燃料贮存器的能力。将压力信号发送到发动机的控制系统，直到燃料贮存器中的燃料压力下降预定量，此时重新启用燃料流。然后分析压力信号，以确定由每个燃料喷射器输送的燃料量。该系统和方法通过限制燃料贮存器中的燃料压力的减小量而维持发动机和排放性能。

Description

用于估算共轨燃料系统中的高压燃料泄露的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求来自2013年7月19日提交的共同拥有的第13/946,409号美国专利申请的优先权，所述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种用于测量来自内燃机的燃料系统的燃料泄漏率的系统和方法。
背景技术
由于部件之间的间隙，所有燃料系统都具有一定量的燃料泄漏。然而，一些燃料系统具有相对高的燃料泄漏，用于润滑、冷却及其它用途。即使燃料泄漏可能具有期望的益处，燃料泄漏率也可能随时间而改变，并且可能超过预定的限制。
发明内容
本公开提供了一种用于确定具有多个燃烧室的内燃机的燃料系统的燃料泄漏率的系统；该系统包括燃料贮存器、传感器、多个燃料喷射器和控制系统。所述燃料贮存器被定位成接收燃料流。所述传感器适于检测所述燃料贮存器中的燃料压力，并且发送指示所述燃料贮存器中的所述燃料压力的压力信号。所述多个燃料喷射器中的每个燃料喷射器均是可操作的，以将来自所述燃料贮存器的一定量的燃料输送到所述多个燃烧室中的一个。所述控制系统适于接收所述压力信号，适于传送使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器的控制信号，适于确定所述燃料系统的燃料泄漏率，适于基于所述压力信号来确定所述燃料压力减小预定量，并且适于基于所述燃料压力的减小的预定量来发送使所述燃料流重新开始流向所述燃料贮存器的控制信号。
本公开还提供一种确定内燃机的燃料系统的燃料泄漏量的方法。该方法包括：将燃料流提供给燃料贮存器；使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器，以限定终止事件的开始；以及确定所述终止事件期间所述燃料贮存器的燃料压力。该方法还包括：基于所述压力信号来确定所述燃料压力的预定减小量；当所述燃料贮存器的燃料压力为减小预定量时，使所述燃料流重新开始流向所述燃料贮存器；限定所述终止事件的结束；以及基于所述燃料压力来确定所述燃料系统的燃料泄漏率。
本公开还提供了一种用于确定内燃机的燃料系统的燃料泄漏率的系统，该系统包括燃料贮存器、传感器、多个燃料喷射器和控制系统。所述燃料贮存器被定位成接收燃料流。所述传感器适于检测所述燃料贮存器的燃料压力，并且发送指示所述燃料贮存器的所述燃料压力的压力信号。所述多个燃料喷射器中的每个燃料喷射器均是可操作的，以将来自所述燃料贮存器的一定量的燃料输送到燃烧室。所述控制系统适于接收所述压力信号，适于传送使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器的控制信号，适于确定所述燃料系统的燃料泄漏率，并且适于发送使所述燃料流重新开始流向所述燃料贮存器的控制信号。
在结合附图查看时，根据示例性实施方式的以下详细描述，本公开的实施方式的优点和特征将变得更加清楚。
附图说明
图1是结合本公开的示例性实施方式的内燃机的示意图。
图2是根据本公开的示例性实施方式的图1的发动机的数据采集、分析和控制(DAC)模块。
图3是根据本公开的第一示例性实施方式的图2的DAC模块的数据采集过程的过程流程图。
图4是示出在停止燃料流向图1的内燃机的贮存器期间所获得的数据的曲线图。
具体实施方式
参考图1，结合本公开的示例性实施方式的内燃机的一部分被示出为简化示意图，通常以10表示。发动机10包括发动机主体11，发动机主体11包括发动机缸体12和附接至发动机缸体12的气缸盖14、燃料系统16以及控制系统18。控制系统18接收来自位于发动机10上的传感器的信号，并且将控制信号发送到位于发动机10上的装置，以控制这些装置(诸如一个或多个燃料喷射器)的功能。
燃料系统的一个挑战在于，它们具有一定量的燃料泄漏，这可能是由于经由控制阀的燃料泄漏、某些部件的润滑、部件的冷却以及其它目的。虽然预期了一定体积的燃料泄漏并且为发动机10提供好处，但是当燃料泄漏超过预定的速率限制时，由于需要更换泄漏的燃料，燃料泄漏降低发动机10的效率。由此，有益的是测量来自燃料系统16的燃料泄漏率，以确定燃料泄漏率是否小于预定的速率限制。然而，测量这种燃料泄漏是有挑战性的，因为发动机10是动态环境，并且指示燃料流率的信号，例如可能经由漏极电路而发生的信号，可能是足够有的噪声，使得这样的信号可能太不精确而难以对过量燃料泄漏提供早期预警。本公开的系统和方法提供了对于燃料系统16的燃料泄漏的改进决策，提供机会来警告操作员：因为燃料系统16的过量燃料泄漏，需要维修发动机10。在下文描述的设备和方法提供了来自燃料系统16的燃料泄漏的测量，同时防止发动机10的燃料系统16的燃料贮存器或燃料轨道的燃料压力的非期望下降。控制系统18能够停止燃料流向发动机10的燃料贮存器或轨道。虽然使燃料流向燃料贮存器停止(这形成终止事件)，但控制系统18接收来自与燃料贮存器相关联的传感器的且指示燃料贮存器的燃料压力的信号。通过基于贮存器的燃料压力减小而不是时间来停止燃料流，发动机10的性能和排放得以维持。
发动机主体12包括曲轴20、#1活塞22、#2活塞24、#3活塞26、#4活塞28、#5活塞30、#6活塞32和多个连杆34。活塞22、24、26、28、30和32被定位成用于在多个发动机气缸36中往复运动，在每个发动机气缸36中定位有一个活塞。一个连杆34将每个活塞连接到曲轴20。如将要看到的那样，活塞在发动机10燃烧过程的作用下的运动导致连杆34移动曲轴20。
多个燃料喷射器38被定位在气缸盖14内。每个燃料喷射器38流体地连接到燃烧室40，每个燃烧室40由一个活塞、气缸盖14以及发动机气缸36的在活塞和气缸盖14之间延伸的部分形成。
燃料系统16提供燃料给喷射器38，然后通过燃料喷射器38的动作将其喷射到燃烧室40中，形成一个或多个喷射事件。燃料系统16包括燃料回路42、包含燃料的燃料箱44、从燃料箱44的下游沿着燃料回路42定位的高压燃料泵46以及从高压燃料泵46的下游沿着燃料回路42定位的燃料贮存器或轨道48。虽然燃料贮存器或轨道48被示为单个单元或元件，但是贮存器48可以分布在发送或接收高压燃料的多个元件上，诸如一个或多个燃料喷射器38、高压燃料泵46和将来自高压燃料泵46的高压燃料连接到多个元件的任何线路、通道、管、软管等。燃料系统16还包括：从高压燃料泵46的上游沿着燃料回路42定位的入口计量阀52；以及从高压燃料泵46的下游沿着燃料回路42定位的一个或多个出口止回阀54，用以允许燃料从高压燃料泵46单向流到燃料贮存器48。虽然未示出，但是额外的元件可以沿着燃料回路42定位。例如，入口止回阀可以定位在入口计量阀52的下游和高压燃料泵46的上游，或者入口止回阀可以被并入高压燃料泵46中。入口计量阀52具有改变或切断燃料流向高压燃料泵46的能力，这进而切断流向燃料贮存器48的燃料流。燃料回路42将来自燃料贮存器48的燃料连接到燃料喷射器38，燃料喷射器然后提供受控量的燃料给燃烧室40。发动机10还包括排放回路66，排放回路66被定位成将来自燃料喷射器38以及来自其它燃料系统16地点的燃料泄漏连接到燃料箱44。这样的燃料泄漏可以出自燃料喷射器38中的阀的操作、燃料喷射器38的润滑以及燃料喷射器38和燃料系统16的其它功能。燃料系统16还可以包括低压燃料泵50，低压燃料泵50沿着燃料电路42定位在燃料箱44和高压燃料泵46之间。低压燃料泵50为入口计量阀52提供了几乎恒定的压力，以在入口计量阀52处提供压力可控性。
控制系统18可以包括控制模块56和线束58。本公开的许多方面就以下元件执行的动作序列来描述：计算机系统或能够执行编程指令的其它硬件，例如通用计算机、专用计算机、工作站或其它可编程数据处理设备。应当认识到，在每个实施方式中，各种动作可以由以下器件执行：专用电路(例如，为执行专门功能而互连的分立的逻辑门)；由一个或多个处理器(例如，一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)和/或专用集成电路)执行的程序指令(软件)，诸如逻辑块、程序模块等；或两者的组合。例如，可以在硬件、软件、固件、中间件、微码或其任何组合中来实施实施方式。所述指令可以是用于执行必要的任务并且可以存储在非临时性的机器可读介质(诸如存储介质或其它存储物)中的程序代码或代码段。代码段可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类或者指令、数据结构或程序语句的任意组合。代码段可以通过传递和/或接收信息、数据、自变量、参数或存储内容被耦合到另一代码段或硬件电路。
非临时性的机器可读介质可以另外被认为体现在任何有形形式的计算机可读载体内，诸如固态存储器、磁盘以及含有合适的计算机指令集(诸如程序模块和数据结构)的光盘，这将致使处理器执行本文描述的技术。计算机可读介质可以包括以下：具有一条或多条导线的电连接、磁盘存储、磁盒、磁带或其它磁存储装置、便携式计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除的可编程只读存储器(例如，EPROM、EEPROM或闪存)或能够存储信息的任何其它有形介质。
应当指出的是，本公开的系统在此被图示并且讨论为具有执行特定功能的各种模块和单元。应当理解，出于清楚的目基于它们的功能仅仅示意性地图示这些模块和单元，并且并不一定代表具体的硬件或软件。在这方面，这些模块、单元和其它部件可以是为基本上执行在此解释的其特定功能而实现的硬件和/或软件。不同部件的各种功能可以以任何方式被组合或分离为硬件和/或软件模块，并且可以单独或组合使用。包括但不限于键盘、显示器、指点装置等的输入/输出装置或I/O装置或用户接口可以直接地或通过中间I/O控制器被耦合到系统。由此，本公开的各个方面可以体现为许多不同的形式，并且所有这些形式都认为是在本公开的范围之内。
控制系统18还包括贮存器压力传感器60和曲柄角度传感器。虽然传感器60被描述为压力传感器，但是传感器60可以是可被校准以提供代表燃料压力的压力信号的其它装置，诸如力传感器、应变仪或其它装置。曲柄角度传感器可以是齿轮传感器62、旋转霍尔传感器64或能够测量曲轴20的旋转角度的其它类型的装置。控制系统18使用从贮存器压力传感器60和曲柄角度传感器接收的信号，来确定接收燃料的燃烧室，然后将其用于分析从贮存器压力传感器60接收的信号(下文更详细地描述)。
控制模块56可以是电子控制单元或电子控制模块(ECM)，其可以监控发动机10或可以包括发动机10的相关联车辆的条件。控制模块56可以是单个处理器、分布式处理器、处理器的电子等效或上述要素的任意组合，以及软件、电子存储、固定查找表等。控制模块56可以包括数字或模拟电路。控制模块56可以经由线束58连接到发动机10的某些部件，但是这样的连接可以通过其它的手段，包括无线系统。例如，控制模块56可以连接到并提供控制信号给入口计量阀52和燃料喷射器38。
当发动机10运转时，燃烧室40中的燃烧导致活塞22、24、26、28、30和32的移动。活塞22、24、26、28、30和32的移动导致连杆34的移动，连杆34驱动地连接到曲轴20，并且连杆34的移动导致曲轴20的旋转运动。曲轴20的旋转角度由发动机10测量，以帮助发动机10燃烧事件的计时并用于其它目的。曲轴20的旋转角度可以在多个地点进行测量，包括主曲柄轮(未示出)、发动机飞轮(未示出)、发动机凸轮轴(未示出)或凸轮轴本身。可以用齿轮传感器62、旋转霍尔传感器64以及其它技术进行曲轴20旋转角度的测量。代表曲轴20旋转角度的信号也被称为曲柄角，其被从齿轮传感器62、旋转霍尔传感器64或其它装置发送到控制系统18。
曲轴20驱动高压燃料泵46和低压燃料泵50。低压燃料泵50的动作从燃料箱44抽出燃料，并且使燃料沿着燃料回路42移向入口计量阀52。从入口计量阀52，燃料经由入口止回阀(未示出)沿着燃料回路42的下游流向高压燃料泵46。高压燃料泵46使燃料经由出口止回阀54沿着燃料回路42的下游流向燃料贮存器或轨道48。入口计量阀52接收来自控制系统18的控制信号，并且可操作以阻止燃料流向高压燃料泵46。入口计量阀52可以是比例阀，或者可以是能够在打开和关闭位置之间被迅速调制以调节流过阀的流体量的开闭阀。
燃料压力传感器60与燃料贮存器48连接，并且能够检测或测量燃料贮存器48中的燃料压力。燃料压力传感器60将指示燃料贮存器48中的燃料压力的信号发送至控制系统18。燃料贮存器48连接到每个燃料喷射器38。控制系统18将控制信号提供给燃料喷射器38，其确定每个燃料喷射器38的运转参数，诸如燃料喷射器38操作的时间长度和每次发动(firing)或喷射事件期间添加燃料脉冲(fueling pulse)的数量，它决定了由每个燃料喷射器38输送的燃料量。
控制系统18包括控制发动机10的部件以测量燃料系统16的燃料泄漏的过程。现在转向图2，示出了根据本公开的示例性实施方式的数据采集、分析和控制(DAC)模块70。DAC模块70包括计时器模块72、燃料流量控制模块74、数据采集和分析模块76以及燃料喷射器控制模块78。
计时器模块72接收指示发动机10运转状态的信号，以及燃料流量控制模块74的过程完成信号。计时器模块72的功能是：当发动机10的运转状态允许时并且处于特定的或预定的时间间隔时，启动DAC模块70的数据采集过程。计时器模块72还监控发动机的运转状态，并且可以调整计时间隔，以在各种发动机状态下包括诸如各种燃料量和贮存器压力水平的测量结果。如果贮存器48保持在恒定的压力水平下，或者如果燃料喷射器38被命令在同一燃料添加水平下，则计时器模块72还可以抑制新的测量结果，但是这样的抑制可能具有最大的时间长度。计时器模块72还可以监控每个燃料喷射器38的收敛(convergence)。当下文描述的过程的新测量结果匹配改变的或调整的燃料添加特性时，燃料喷射器38被收敛，这意味着测量间隔可以增加，以避免不必要的燃料流停止。如果从未发生收敛，则下面描述的过程可以指示系统故障，需要操作员的干预。计时器模块也可能限制燃料流的停止次数，以避免过多的燃料流停止，这可以通过超控(override)入口计量阀52来完成。为了启动数据采集过程，计时器模块72使用发动机10的运转状态或者先前数据采集过程的完成来启动或开始计时过程。当发动机10最初启动时，计时器模块72接收来自控制系统18且指示发动机10运转的发动机运转信号，这启动了计时器模块72的计时器。当计时器达到指定或预定的时间间隔时，这可能在1至4小时的范围内，并且可以被描述为驱动周期或OBD(机载诊断)周期，计时器模块72将过程启动信号发送到流量控制模块74。根据从流量控制模块74接收的过程完成信号来启动随后的计时过程。
燃料流量控制模块74接收来自计时器模块72的过程启动信号、来自数据采集和分析模块76的数据采集完成信号以及来自控制系统18的曲轴角度信号。流量控制模块74将过程完成信号提供给计时器模块72，将数据采集启动信号提供给数据采集和分析模块76，并且将燃料流量控制信号提供给燃料系统16。来自计时器模块72的过程启动信号导致流量控制模块74等待预定的曲轴角度，并且一旦到达预定的角度，就将燃料流量控制信号发送到燃料系统16，以停止燃料流向贮存器48，从而形成终止事件的开始。在发送停止燃料流的信号之后，流量控制模块74然后将数据采集启动信号发送到数据采集和分析模块76。来自数据采集和分析模块76的数据采集完成信号导致流量控制模块74将燃料流量控制信号发送到燃料系统16，以重新开始流向贮存器48的燃料流，从而结束终止事件。在发送信号以重新开始燃料流之后，流量控制模块74将过程完成信号发送到计时器模块72。
数据采集和分析模块76接收来自流量控制模块74的数据采集启动信号以及来自燃料轨道或贮存器压力传感器60的燃料压力数据信号，并将一个或多个喷射器运转参数信号提供给燃料喷射器控制模块78以及将数据采集完成信号提供给流量控制模块74。当数据采集和分析模块76接收来自流量控制模块76的数据采集启动信号时，模块76开始存储来自贮存器压力传感器60的燃料压力数据信号。模块76将采集燃料压力数据信号并分析燃料压力数据信号，以确定何时达到预定的燃料压力减小。一旦已经达到预定的燃料压力减小，模块76就将完成燃料压力数据信号的分析，以确定是否需要修改一个或多个燃料喷射器38的运转参数，以及燃料系统16的燃料泄漏是否少于预定限制(下文进一步描述)。如果任何燃料喷射器38的一个或多个运转参数需要调整，则模块76将修改的燃料喷射器运转参数发送到燃料喷射器控制模块78，用在随后的燃料喷射事件中。数据采集和分析模块76还将数据采集完成信号发送到流动控制模块74。
燃料喷射器控制模块78接收来自数据采集和分析模块76的燃料喷射器运转参数，并提供信号给每个燃料喷射器38，以控制每个燃料喷射器38的运转。例如，运转参数可以包括每个燃料喷射器38的运转时间、来自燃料喷射器38的添加燃料脉冲的数量以及燃料喷射事件相对于曲柄角或曲轴角的安置。虽然未示出，但是燃料喷射控制模块78还接收：与期望的燃料量、期望的启动-喷射时间有关的信息；以及可能需要适当地控制每个燃料喷射器38的运转的其它信息。
现在转向图3，示出了根据本公开的第一示例性实施方式描述控制系统18的数据采集过程100的流程图。数据采集过程100可以分布在控制系统18的一个或多个模块中，诸如计时器模块72、流量控制模块74以及数据采集和分析模块76。数据采集过程100可能是并入控制模块56且控制发动机10的一些或全部功能的较大过程的一部分。因此，虽然图3将数据采集过程100示出为独立的过程，但是数据采集过程100可能被较大的过程“调用”，并且在完成数据采集过程100时将控制交还给调用过程。
数据采集过程100以过程102启动。过程102可以包括：将数据采集过程100内的变量设定为初始值；清除寄存器；以及正常运作数据采集过程100所需的其它功能。从过程102起，控制进行到过程104。在过程104，启动计时器，并且设定时间T0。数据采集过程100可以使用发动机10的另一计时函数来建立数据采集过程100要求的初始时间T0。为了便于说明，计时功能被描述为数据采集过程100的一部分。
数据采集过程100继续进行到决策过程106。在过程106，数据采集过程100确定当前时间T是否等于或大于T0与自计时器启动后预定的或特定的时间变化ΔΤ的和。在本公开的示例性实施方式中，ΔΤ可以是一小时。取决于在燃料输送或其它条件下测量的变化，时间周期可以大于或小于一小时。虽然ΔΤ在本公开中被描述为固定的或预定的值，但是ΔΤ可以基于实际的数据而变化。例如，如果长的期间内(如1小时或更长)不需要调节燃料喷射器38的参数，则ΔΤ可以通过本文中描述的一个模块的动作而递增到更高的值，如30分钟。如果T小于T0与ΔΤ的和，则数据采集过程100在决策过程106等待，直到当前时间大于或等于T0与ΔΤ的和。如同初始时间T0，该计时功能可以在发动机10中的别处执行，并且为了便于说明被包括在此过程中。一旦满足决策过程106的条件，则过程移到决策过程108。
在决策过程108中，数据采集过程100确定燃料贮存器48的燃料压力P是否大于最小燃料压力P最小。过程108的目的是为了验证燃料贮存器48是否有足够的燃料压力，以保证采集到至少一个活塞的有效数据。有此，如果燃料贮存器48的燃料压力接近将不足以适当地运转燃料喷射器38的压力水平，则数据采集过程100将等待，直到高压燃料泵46将燃料贮存器48的燃料压力增加至合适的燃料压力水平。最小燃料压力将取决于许多因素，特别是发动机的类型、每个燃料喷射器38通常输送的燃料量以及高压燃料泵46的容量。例如，如果在1200巴的贮存器燃料压力下使燃料喷射器38最有效地运转，则P最小可以设定在1700巴或更高的正常运转燃料压力，以保证贮存器48即使在高负载条件下也包含正常运转燃料压力。在示例性实施方式中，P最小是1700巴。一旦燃料贮存器48的燃料压力已经达到P最小，数据采集过程100就移到过程110。
在过程110，数据采集过程100将燃料压力P0设定为燃料贮存器48的当前燃料压力PC。数据采集过程100然后移到过程112。在过程112，控制系统18将控制信号发送到入口计量阀52以关闭，使燃料停止流向高压燃料泵46，形成了终止事件的开始。控制系统18开始在数据采集过程114中存储来自贮存器压力传感器60的信号，以曲柄角0度加上偏移值(其可以是20度)而开始。偏移值的目的是适应使入口计量阀52响应所花费的时长，并且还可以适应燃料喷射事件的计时。数据采集将通过发动顺序继续，发动顺序可以是：活塞22、活塞30、活塞26、活塞32、活塞24和活塞28；或活塞#1、活塞#5、活塞#3、活塞#6、活塞#2和活塞#4。在决策过程116，数据采集过程100确定燃料贮存器48的燃料压力是否小于或等于P0与ΔP极限的差，其中ΔP极限是燃料贮存器48能允许的最大总燃料压力减小量。一旦满足决策过程116的条件，数据采集过程100就移到过程118，其中来自贮存器压力传感器60的数据采集被停止，并且由控制系统18分析所采集的信号或数据(下文更详细地描述)。虽然在数据采集过程100中未示出，但是过程100可以在数据采集过程期间包括以下附加过程：如果贮存器压力下降到预先设定的水平之下，则退出截断事件(cutout event)，而不管任何其它条件。数据采集过程100还可以包括提供多个燃料截断事件的过程，每个截断事件由可调节或可校准的间隔(例如15秒)分开。
在过程120，控制系统18将信号发送到入口计量阀52，以打开、恢复、启用、重新启用、开始或重新开始流向高压燃料泵46和燃料贮存器48的燃料流，并且结束终止事件。虽然过程120被示为在过程118的数据分析之后发生，但是过程120可以首先被实现，然后如果出于操作性原因，流向贮存器的燃料流需要重新迅速启用，则分析数据。在决策过程122，数据采集过程100确定发动机10是否处于停机模式。如果发动机10正在停机，则由燃料喷射器38输送的燃料的测量不再是期望的，并可能导致无效的数据，因此数据采集过程100在过程124结束。如果发动机10正在继续运转，则数据采集过程100返回到过程104，在这里重新启动计时器，并且数据采集过程100如先前所描述的继续。
虽然在六个活塞的背景下描述了数据采集过程100，但是数据采集过程100可以用于任何数量的活塞。过程正常运转所需的唯一调整是为活塞的发动提供曲柄角，和发动顺序。
图4示出了在操作前面描述的过程期间采集的代表性数据。在示例性实施方式中，图4的横轴表示所采集数据的时域。横轴也可以代表发动机10的曲柄角。纵轴表示燃料贮存器48的示例性燃料压力。用在数据采集过程100的过程108中的值P最小显示在纵轴上。值ΔP极限(其设定燃料贮存器48中能允许的最大总燃料压力减小)显示在图4图形的右手边。
一个或多个燃料喷射事件由曲线部分202的数据表示。在每次喷射事件202之间，弯曲部分204的原始压力数据说明由燃料系统16中来自燃料贮存器48的燃料泄漏造成压力减小。为了分析燃料泄漏率，每次喷射事件202之间的每个曲线部分204均可以由线性拟合206来表示。因为输送到燃料贮存器48的燃料的停止是基于总的燃料压力减小，即ΔP极限，所以仅数量有限的燃料喷射事件202被表示在流向燃料贮存器48的燃料流被暂停期间采集的数据中。将燃料贮存器48的压力减小限制到ΔP极限的益处在于，在采集数据的同时继续将燃料添加到燃烧室40，从而不需要将发动机10放置在电动或零燃料添加条件下，这从发动机10的性能和操作员感知发动机10的操作方面而言是有利的。
一旦采集到压力数据，其可能类似于图4所示的数据，该数据被分析以确定来自燃料系统16和燃料喷射器38的燃料泄漏率。许多可能模型中的一个可以如公式(1)中所描述。
公式(1)
在公式(1)中，P是燃料贮存器48的燃料压力，是燃料泄漏或压力衰减速率，而c0和c1是需要估算的系数。所述系数可以使用递归最小二乘程序估算，以加性过程噪声协方差修改，以使系数学习、适应或调整到新的燃料泄漏的条件，这可能发生在出现故障的情况下，如公式(2)所示。
公式(2)
公式(3)至公式(10)中所示的关系提供了公式(2)的定义。
j＝第j次更新 公式(3)
yj＝第j次瞬时压力衰减速率测量 公式(4)
公式(5)
Xj-1＝Xj-1+W 公式(6)
公式(7)
Xj＝[1-(K*Hj)]*Xj-1 公式(8)
公式(9)
公式(10)
在公式(7)中，术语“R”是可以被校准考虑与个别泄漏率测量结果相关联的预期噪声水平的可变参数。在公式(9)中，术语“Wc0”和“Wc1”是处理噪声的白噪声输入方差。公式(10)表示初始系数差异。术语“X0”是表示系数估计值的方差的2×2矩阵。对于初始时间步，或第一次使用此矩阵，X0矩阵需要适当地初始化。和的初始值可以通过使用预先存在的数据在大量测量之上执行递归计算来确定，以任意大的对角协方差矩阵开始。除了上述值，系数c0和c1需要为初始时间步骤进行初始化，并可以设定为标称燃料泄漏状态的预期值。在一个例子中，设计为无泄漏的燃料系统可能使用为零的系数c0和c1的初始或标称值。对于具有非零泄漏率的其它燃料系统，系数c0和c1的标称值表示新发动机的预期平均泄漏率。然而，应该理解的是，因为这个模型典型地快速收敛，系数c0和c1的初始值相对不重要。在该领域，在不同的发动机(设计成名义上“无泄漏”和设计有泄漏)中的泄漏状态变化有可能很大，并且上文描述的模型是能够迅速适应各种泄漏条件。在示例性实施方式中，系数c0和c1存储在控制系统18的非易失性存储器中，使得在每个发动机上，启动模式将初始化，最近的系数值来自前一周期。虽然这种模式现在把温度视为恒定的，但是温度可以被列为泄漏率模型的附加项。公式(9)的过程噪声协方差可以如所示的，对角元素被调整，得到性能或收敛率与噪声抑制之间的期望平衡。调整过程包括将各值指定给：公式(7)中参数R、公式9中的Wc0和Wc1噪声强度参数、公式(10)中的初始和参数值，以及系数参数c0和c1。R的值代表个别泄漏测量的预期方差，Wc0和Wc1的值代表在泄漏状态下每单位时间的最大预期变化，并且系数c0和c1代表在泄漏状态下典型的新发动机上的预期变化或不确定性。一旦获得关于不同发动机随时间的泄漏测量能力和泄漏状态可变性的足够数据，就可以校准参数R、Wc0、Wc1、和的值。在一个例子中，可以通过试错来校准所述参数，以实现期望的收敛行为。在发动机10的运转期间，在各个泵截断事件之后使用上面的公式来更新系数估值。残留误差可以被监控，以确定收敛，之后系数估值可以用于确定发动机10的燃料泄漏状态。
燃料泄漏状态然后可以用作诊断并且用以改善虚拟燃料传感器算法的性能。例如，如果预定的燃料泄漏率为10毫克/秒，并且公式(1)至(10)指示出燃料泄漏率>10毫克/秒，则“校验发动机”光或指示器可以被提供给发动机10的操作员。在另一个例子中，如果燃料泄漏率超过预定燃料泄漏率的量较大，例如12毫克/秒，则“快停止发动机”光或其它指示器可以被提供给发动机10的操作员，指示出燃料泄漏使得发动机10可能处于灾难性的故障危险。虽然所提供的例子描述的是绝对燃料泄漏率，但是这样的泄漏率也可以被设定为百分比或比率。例如，初始燃料泄漏率可以在发动机10寿命的开始时进行测量，并且引起操作员警觉的预定燃料泄漏率可能是根据最初确定的燃料泄漏率的燃料泄漏增长的百分比，比如20％的燃料泄漏增长。同样地，可能指示发动机10的灾难性故障的燃料泄漏率增长得较高可能是增长30％，这可能导致向操作员提供指示即将发生发动机故障的警报。
虽然公式(1)至(10)记载的是燃料泄漏率的数学模型，但是使燃料泄漏率模型化的其它方法可以提供相似的结果，但是其它模型可能需要更多的非临时性机器可读的存储器或介质以及更多数据。例如，由于燃料泄漏率与温度和压力相关，可以使用表来存储各种运转条件期间的燃料泄漏数据，并且这些表然后可以用作将来比较的基准。用于存储燃料泄漏数据的表可以是自适应表，其使用类似于上文公式(1)至(10)所描述的方法来更新泄漏率测量结果。由于各个泄漏率测量是带噪声的，这些测量通常需要某种形式的过滤，以例如通过平均化或其它降噪技术来去除噪声。此外，虽然泄漏率随着温度和压力存在变化，但是初始数据集合可以用于在所有压力条件下设定最大燃料泄漏率。例如，如果初始燃料泄漏被确定为5毫克/秒，则控制系统18可以使用初始燃料泄漏率来建立预定的最大容许泄漏率。例如，通过使用从多个发动机收集的数据，控制系统18可以被预编程，以建立3倍于5毫克/秒的初始燃料泄漏率、或15毫克/秒、或300％的初始燃料泄漏率的初始操作员通知水平。当表格模型数据随着时间提高时，最大燃料泄漏率可以使用提供的初始燃料泄漏率示例向下微调到最佳的预定燃料泄漏率，例如200％的初始燃料泄漏率或10毫克/秒。
上述模型是可以用来描述燃料泄漏行为的多个模型之一，并且可以使用提供上述计算益处的其它数学模型。
虽然已经示出和描述了本公开的各种实施方式，但是应该理解的是，这些实施方式不限于此。实施方式可以改变、修改以及被本领域技术人员进一步应用。因此，这些实施方式并不限于所示和先前所述的细节，但也包括所有这些变化和修改。

Claims (22)

1.一种用于确定具有多个燃烧室的内燃机的燃料系统的燃料泄漏率的系统，该系统包括：
燃料贮存器，所述燃料贮存器被定位成接收燃料流；
传感器，所述传感器适于检测所述燃料贮存器中的燃料压力，并且发送指示所述燃料贮存器中的所述燃料压力的压力信号；
多个燃料喷射器，每个燃料喷射器均能够操作为在终止事件期间将来自所述燃料贮存器的一定量的燃料输送到所述多个燃烧室中的一个燃烧室；和
控制系统，所述控制系统适于接收所述压力信号，适于发送使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器的控制信号而形成所述终止事件的开始，适于在所述终止事件期间连续向所述多个燃烧室添加燃料的同时从所述压力信号采集压力数据，适于在添加燃料的同时分析所采集的压力数据以确定所述燃料系统的燃料泄漏率，并且适于发送使所述燃料流重新开始流向所述燃料贮存器的控制信号而结束所述终止事件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制系统被构造成通过活塞在所述燃烧室中的发动顺序来采集压力数据。
3.根据权利要求1所述的系统，所述控制系统被构造成基于所述压力信号来确定所述燃料压力减小了预定量，并且基于所述燃料压力减小的所述预定量来发送使所述燃料流重新开始流向所述燃料贮存器的控制信号。
4.根据权利要求3所述的系统，所述系统还包括曲轴角度传感器，其中所述控制系统适于：一旦达到预定的曲柄角，就发送用于使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器的控制信号并且发出数据采集启动信号以存储燃料压力数据。
5.根据权利要求1所述的系统，所述控制系统被构造成确定所述燃料贮存器中的所述燃料压力是否大于足以保证采集到至少一个燃烧室的有效压力数据的最小燃料压力P最小。
6.根据权利要求5所述的系统，所述控制系统被构造成在发送用于使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器的控制信号之前设定燃料压力P0，并且当所述燃料贮存器中的所述燃料压力小于或等于所述燃料压力P0与最大允许燃料压力减小量ΔP极限的差时停止采集压力数据。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，使用数学公式来确定所述燃料泄漏率。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述燃料泄漏率等于
9.根据权利要求8所述的系统，其中，c0和c1是使用以加性过程噪声协方差修改的递归最小二乘程序估算的系数。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃料泄漏率在多个温度和压力条件下确定，并且被以表格形式存储。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃料泄漏率在多个温度和压力条件下确定，并且由地形图表示。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述燃料泄漏率超过预定的燃料泄漏率极限时，一状态信号被呈现给操作员。
13.一种确定内燃机的燃料系统的燃料泄漏量的方法，该方法包括：
将燃料流提供给燃料贮存器；
使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器，以限定终止事件的开始；
使用在所述终止事件期间在向所述内燃机的燃烧室添加燃料的同时来自压力传感器的压力信号来确定所述燃料贮存器中的燃料压力；
基于压力信号来确定所述燃料压力减小了预定量；
当所述燃料贮存器中的燃料压力减小了预定量时，使所述燃料流重新开始流向所述燃料贮存器，限定所述终止事件的结束；以及
基于所述燃料压力来确定所述燃料系统的燃料泄漏率。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定在终止事件期间的燃料压力的步骤包括：通过活塞在所述燃烧室中的发动顺序来采集压力数据。
15.根据权利要求13所述的方法，使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器的步骤包括：一旦达到预定的曲柄角，就发送用于使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器的控制信号。
16.根据权利要求13所述的方法，该方法进一步包括：在使所述燃料流停止流向所述燃料贮存器之前设定燃料压力P0，并且当所述燃料贮存器中的所述燃料压力小于或等于所述燃料压力P0与最大允许燃料压力减小量ΔP极限的差时停止采集压力数据。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，使用数学公式来确定所述燃料泄漏率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述燃料泄漏率等于
19.根据权利要求18所述的方法，其中，c0和c1是使用以加性过程噪声协方差修改的递归最小二乘程序估算的系数。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述燃料泄漏率在多个温度和压力条件下确定，并且被以表格形式存储。
21.根据权利要求13所述的方法，其中，所述燃料泄漏率在多个温度和压力条件下确定，并且由地形图表示。
22.根据权利要求13所述的方法，其中，当所述燃料泄漏率超过预定的燃料泄漏率极限时，一状态信号被呈现给操作员。
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