CN106988907A - 识别内燃发动机中出现故障的燃料喷射器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种识别具有多个燃料喷射器的内燃发动机中的出现故障燃料喷射器的方法，所述方法包括以下步骤：按次序命令燃料喷射器中的每一个喷射一燃料量；在所喷射的燃料量的燃烧过程中测量曲轴旋转速度的多个值；针对每一个燃料喷射器，处理所测量的曲轴旋转速度，以计算各自的失衡值，所述失衡值代表燃料喷射器所喷射的燃料量；计算所计算的失衡值的平均值；针对每一个燃料喷射器，将所计算的平均值从每一个失衡值减去，以获得各自的经调整失衡值；计算经调整失衡值的标准差；针对每一个燃料喷射器，将经调整失衡值乘以所述标准差，以获得各自的经修正失衡值；将经修正失衡值中的每一个与其预定阈值相比较；以及，如果相应的经修正失衡值超出所述预定阈值，则识别出出现故障的燃料喷射器。

Description

识别内燃发动机中出现故障的燃料喷射器的方法
技术领域
本发明涉及一种识别内燃发动机中出现故障的燃料喷射器的方法。
背景技术
配备有燃料喷射器的内燃发动机是已知的，燃料喷射器用来提供燃料到由发动机的电子控制单元(ECU)控制的发动机的汽缸。
在特定的机械或电气故障的情况下，喷射器会卡在闭合位置中，从而导致持久的发动机振动且不能被控制。
本发明的实施例的一个目标是，提供一种策略，该策略允许检测由于内燃发动机的燃料喷射系统中的机械或电气故障而导致的卡住闭合的喷射器，而不管发动机是处于怠速或处于瞬变工况。
该目标和其他目标通过本发明的方法、装置、计算机程序和计算机程序产品而实现。
本发明还提供了优选和/或特别有优势的方面。
发明内容
本发明的一实施例提供一种用于识别具有多个燃料喷射器的内燃发动机中的出现故障的燃料喷射器的方法，所述方法包括以下步骤：
-按次序命令燃料喷射器中的每一个喷射燃料量；
-在所喷射的燃料量的燃烧过程中测量曲轴旋转速度的多个值；
-针对每一个燃料喷射器，处理所测量的曲轴旋转速度，以计算各自的失衡值(unbalancing value)，所述失衡值代表燃料喷射器所喷射的燃料量；
-计算所计算的失衡值的平均值；
-针对每一个燃料喷射器，将所计算的平均值从每一个失衡值中减去，以获得各自的经调整失衡值；
-计算所述经调整失衡值的标准差；
-针对每一个燃料喷射器，将经调整失衡值的每一个乘以所述标准差，以获得各自的经修正失衡值；
-将经修正失衡值中的每一个与其预定阈值相比较；以及，
-如果相应的经修正失衡值超出所述预定阈值，则识别出(identifying)出现故障的燃料喷射器。
该实施例的效果在于，当一个喷射器处于卡住闭合状况中时，根据上述实施例所计算的经修正失衡值比从曲轴旋转速度信号直接计算的失衡值大至少一个数量级。
与此同时，当所有喷射器都正常工作时，通过上述实施例计算的经修正失衡值非常接近于零。这些事实的组合允许获得在可接受最差性能(WPA)与不可接受最佳性能(BPU)的喷射器之间进行区分的较宽的范围(margin)，从而带来选择预定阈值的较宽的范围，从而极大地减小校准工作量。
根据本发明的另一实施例，预定阈值被确定为发动机工作点的函数。该实施例的效果在于，其允许考虑发动机作用点对曲轴旋转速度信号的不同影响。
根据本发明的另一实施例，如果相应的经修正失衡值超出预定阈值持续预定时间量，则出现故障的燃料喷射器被识别出。该实施例的效果在于，通过经由校准过程而建立预定时间量，在所述预定时间量期间对于给定喷射器的经修正失衡值连续地超过预定阈值，由此可以降低或消除错误识别的发生。
根据本发明的另一实施例，方法还包括以下步骤：将经修正失衡值的每一个与各自的因子相乘，以获得诊断失衡值(diagnostic unbalancing value)；并且，如果相应诊断失衡值超出预定阈值，则识别出出现故障的燃料喷射器。该实施例的效果在于，其允许使得在所有喷射器正常运行的情况下所有喷射器的经修正失衡值相似，以便能够使用单一的阈值用于出现故障的喷射器的最终识别。
本发明的另一方面提供一种用于识别具有多个燃料喷射器的内燃发动机中的出现故障燃料喷射器的装置，所述装置包括：
-用于按次序命令燃料喷射器中的每一个喷射一燃料量的器件；
-在所喷射的燃料量的燃烧过程中测量曲轴旋转速度的多个值的器件；
-用于针对每一个燃料喷射器处理曲轴旋转速度的测量值以计算各自的失衡值的器件，所述失衡值代表燃料喷射器所喷射的燃料量；
-用于计算所计算的失衡值的平均值的器件；
-用于针对每一个燃料喷射器将所计算的平均值从每一个失衡值中减去，以获得各自的经调整失衡值的器件；
-用于计算经调整失衡值的标准差的器件；
-用于针对每一个燃料喷射器将经调整失衡值乘以所述标准差，以获得各自的经修正失衡值的器件；
-用于将经修正失衡值中的每一个与其预定阈值相比较的器件；以及，
-用于在相应的经修正失衡值超出所述预定阈值的情况下识别出出现故障的燃料喷射器的器件。
这一方面的效果类似于前述方法带来的效果，即在于，当一个喷射器处于卡住闭合状况中时，根据上述实施例所计算的经修正失衡值比从曲轴旋转速度信号直接计算的失衡值大至少一个数量级。同时，当所有喷射器正确工作时，通过上述实施例计算的经修正失衡值非常接近于零。这些事实的组合允许获得在可接受最差性能(WPA)与不可接受最佳性能(BPU)的较宽范围内区分喷射器，从而带来预定阈值的较宽的选择范围，从而极大地降低校准工作量。
根据本发明的另一方面，所述装置包括用于根据发动机工作点来确定预定阈值的器件。这一方面的效果在于，其允许考虑发动机工作点对曲轴旋转速度信号的不同影响。
根据本发明的另一方面，所述装置包括用于在经修正失衡值超出预定阈值达预定时间量的情况下检测喷射器的故障状况的器件。这一方面的效果在于，通过校准过程建立预定时间量，在所述预定时间量期间对于给定喷射器的经修正失衡值持续地超过预定阈值，由此可以降低或消除误报的发生。
根据本发明的另一方面，所述装置进一步包括用于将经修正失衡值与一预定因子相乘的器件，所述预定因子是发动机的汽缸数量的函数。这一方面的效果在于，其允许考虑发动机中不同数量的汽缸对曲轴旋转速度信号的不同影响，该曲轴旋转速度信号代表燃料通过相应喷射器到汽缸的喷射量。
根据本发明的另一实施例，所述装置包括：用于将经修正失衡值的每一个与各自的因子相乘，以获得诊断失衡值器件；和用于在相应诊断失衡值超出预定阈值的情况下识别出出现故障的燃料喷射器的器件。这一方面的效果在于，其允许使得在所有喷射器正常运行的情况下所有喷射器的经修正失衡值相似，以便能够使用单一的阈值用于出现故障的喷射器的最终识别。
根据所述方面的一个的方法在计算机程序的帮助下实施，所述计算机程序包括用于实施上述方法的所有步骤的程序代码，且具有包括计算机程序的计算机程序产品的形式。
计算机程序产品可以实施为用于内燃发动机的控制装置，其包括发动机控制单元(ECU)、关联于ECU的数据载体、和储存在数据载体中的计算机程序，从而，控制装置限定了与该方法以相同方式描述的实施例。在这种情况下，当控制装置执行计算机程序时，上面描述的方法的全部步骤被执行。
附图说明
通过结合以下附图并阅读以下说明，本发明的特点和优势将显而易见，其中，相同的附图标记指示相同的元件。
图1显示车辆系统；
图2是图1中的车辆系统的内燃发动机的横截面图；
图3是示意性显示用于计算代表图1-2中的四缸发动机的一个汽缸中的燃料燃烧对曲轴速度信号的影响的数值的过程的曲线图；
图4是显示处于发动机的稳定状态中的图1-2的内燃机的四缸中的每个的一个的随时间变化的四个失衡值的曲线图；
图5是显示图4的四个失衡值随时间变化的平均值的曲线图；
图6是显示图4的四个失衡值随时间变化的曲线图，其中，失衡值已减去平均值，以获得经调整的失衡值；
图7是显示图6的经调整的失衡值的标准差随时间变化的曲线图；
图8是显示经修正的失衡值随时间变化的曲线图，其中，所述经修正的失衡值通过将图6的失衡值和其标准差相乘而获得；
图9是显示对于处于发动机的瞬态工况的图1-2的内燃发动机的四个汽缸中的每一个汽缸的一个的、四个失衡值随时间变化的曲线图；
图10是显示图9的四个失衡值随时间变化的平均值的曲线图；
图11是显示图9的四个失衡值随时间变化的曲线图，其中，失衡值已减去平均值，以获得经调整的失衡值；
图12是显示图9的经调整的失衡值的标准差随时间变化的曲线图；
图13是显示经修正的失衡值随时间变化的曲线图，其中，所述经修正的失衡值通过将图11的失衡值和其标准差相乘而获得；
图14是显示根据现有技术测量的喷射器试样的性能的统计分布的曲线图；
图15是显示根据本发明的一个实施例测量的喷射器试样的性能的统计分布的曲线图；以及
图16是根据本发明的实施例的流程图。
具体实施方式
以下详细描述仅是示例性的，且目的不是限制本发明或本发明的应用和使用。进而，目的是不受如前所述的本发明背景或之后的详细描述中给出的任何理论的限制。
一些实施例可以包括汽车系统100，如图1和2所示，其包括内燃发动机(ICE)110，所述内燃发动机具有发动机缸体120，所述汽缸体限定至少一个汽缸125，所述至少一个汽缸具有联接为让曲轴145旋转的活塞140。汽缸盖130与活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)设置在燃烧室150中且被点燃，形成的热膨胀排气造成活塞140的往复运动。通过至少一个燃料喷射器160提供燃料，且通过至少一个进入口210提供空气。从与高压燃料泵180流体连通的燃料分配管170以高压向燃料喷射器160提供燃料，所述高压燃料泵增加从燃料源190接收的燃料压力。汽缸125每一个具有至少两个阀215，所述阀通过凸轮轴135促动，所述凸轮轴与曲轴145适时地旋转。阀215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150且交替地允许排气通过端口220离开。在一些例子中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
曲轴位置传感器500可以设置为测量曲轴145的旋转速度。曲轴传感器500包括轮505，其随曲轴145旋转且具有多个齿，例如60个齿。曲轴传感器500进一步包括定子传感器元件507，其位于靠近旋转轮505周边的位置且其可以感测旋转轮505的齿的旋转运动。通常，可以使用霍耳效应定子传感器，但是也可采用其他检测原理，例如光学传感器或电磁感应传感器。以此方式，定子传感器507能测量一个齿通过和下一个齿通过之间的时间间隔。这种时间间隔通常显示为T6，因为齿之间的角距离是已知，且在存在六十个齿的轮的情况下等于6°CA(曲柄角)。因为齿之间的角距离是恒定的，所以时间间隔T6由此可以用于直接测量曲轴145的旋转速度。如已知的，曲轴145的旋转速度可以受到喷射到发动机110的汽缸125的燃料量的影响。
空气可以通过进气歧管200分配到空气进气口(一个或多个)210。空气进气管道205可以从周围环境将空气提供到进气歧管200。在其他实施例中，可以提供节流阀本体330，以调节进入歧管200中的空气流。在其他实施例中，可以提供例如涡轮增压器230(具有压缩机240，其旋转地联接到涡轮机250)这样的强制空气系统。压缩机240的旋转增加管道205和歧管200中空气的压力和温度。设置在管道205中的内部冷却器260可以降低空气的温度。通过从排气歧管225接收排气，涡轮机250旋转，所述排气歧管从排气口220引导排气且在通过涡轮机250膨胀之前经过一系列叶片。排气离开涡轮机250且被引导到后处理系统270中。该例子显示了可变几何涡轮机(VGT)，VGT促动器290布置为让叶片运动，以改变经过涡轮机250的排气的流动。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何结构的和/或包括废气门。
后处理系统270可以包括排气管275，所述排气管具有一个或多个排气后处理装置280。排气后处理装置可以是配置为改变排气成分的任何装置。排气后处理装置280的一些例子包括但不限于催化转换器(两向和三向(two and three way))、氧化催化器、贫NOx捕获器、碳氢化合物吸收器、选择性催化还原(SCR)系统和颗粒过滤器，例如过滤器上的选择性催化还原器(SCRF)500等等。
其他实施例可以包括联接在排气歧管225和进气歧管200之间的高压排气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可以包括EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气流动。
汽车系统100可以进一步包括与相关于ICE110的一个或多个传感器450和/或装置通信的电子控制单元(ECU)450。ECU 450可以从各种传感器接收输入信号，所述传感器配置为产生与相关于ICE 110的各种物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和油温液位传感器380、燃料分配管压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器500、排气压力传感器430、EGR温度传感器440和加速踏板位置传感器445。
具体地，曲轴位置传感器500可以设置以用于测量曲轴145的旋转速度。曲轴传感器500包括轮505，其随曲轴145旋转且具有多个齿，例如60个齿。曲轴传感器500进一步包括定子传感器元件507，其位于靠近旋转轮505周边的位置且其可以感测旋转轮505的齿的旋转运动。通常，可以使用霍耳效应定子传感器，但是可采用其他检测原理，例如光学传感器或感应传感器。以此方式，定子传感器507能测量一个齿的通过和下一个齿的通过之间的时间间隔。这种时间间隔通常显示为T6，因为齿之间的角距离是已知，且在六十个齿的轮的情况下等于6°CA(曲柄角)。因为齿之间的角距离是恒定的，所以每一个时间间隔T6由此可直接测量曲轴145的旋转速度。如已知的，曲轴145的旋转速度可以被喷射到发动机110的汽缸125的燃料量影响。
进而，ECU 450可以产生到各种控制装置的输出信号，所述控制装置布置为控制ICE 110的运行，包括但不限于燃料喷射器160、节流阀本体330、EGR阀320、VGT促动器290、和凸轮相位器155。应注意，虚线用于表示ECU 450和各种传感器和装置之间的通信，但是为了清楚，其中的一些被省略。
现在转到ECU 450，该设备可以包括与存储系统，或数据载体460,和接口总线通信的数字中心处理单元(CPU)。CPU配置为执行在存储系统中存储为程序的指令，且向/从接口总线发送和接收信号。存储系统可以包括各种存储类型，包括光学存储、磁性存储、固态存储和其他非易失存储器。接口总线可以配置为向/从各种传感器和控制装置发送、接收和调整模拟和/或数字信号。所述程序可以实施为本文所公开的方法，从而允许CPU执行这种方法的步骤且控制ICE 110。
存储在存储系统中的程序经由线缆或以无线方式从外部传递。在汽车系统100以外，其通常是计算机程序产品，其在本领域也被称为计算机可读介质或机器可读介质，且应理解为位于载体上的计算机程序代码，所述载体是瞬时或非瞬时的，结果是计算机程序产品也可被认为是瞬时或非瞬时的。
瞬时计算机程序产品的例子是信号，例如电磁信号，例如光学信号，其是用于计算机程序代码的瞬时载体。对这种计算机程序代码的携带可通过用常规调制技术调制信号来实现，例如用于数字数据的QPSK，使得代表所述计算机程序代码的二进制数据加载到瞬时电磁信号上。这种信号例如在经由Wi-Fi以无线方式将计算机程序代码传递到笔记本电脑时使用。
在非瞬时计算机程序产品的情况下，计算机程序代码实施在实体存储介质中。存储介质是上述的非瞬时载体，使得计算机程序代码以可获取的方式永久地或非永久地存储在存储介质中。存储介质可具有计算机技术领域已知的常规类型，例如闪速存储器，Asic，CD等。
代替ECU 450，汽车系统100可以具有不同类型的处理器，以提供电子逻辑，例如嵌入控制器、车载计算机、或可布置在车辆上的任何处理模块。
现将描述该方法的各种实施例，以四缸发动机为例，其中汽缸被指示为A、B、C和D。
应注意，作为每一个喷射器160的操作结果，由于每一个汽缸125的燃料喷射量不同，所以通过曲轴传感器500所提供的信号受到发动机振动的影响。
ECU 450能处理通过曲轴传感器500提供的信号，且能够借助随后的过程而产生失衡(unbalancing)
具体说，图3示意性地显示了用于计算代表图1-2的四缸发动机的汽缸中之一中的燃料燃烧对曲轴速度信号的影响的方法的框图。
在四缸发动机中，当相应的活塞处于其上死点(TDC)位置附近时，按照每720°曲柄角(CA)，燃料喷射器160被命令为按顺序执行燃料喷射。
结果，在同一720°曲柄角(CA)中，发生四处燃烧，四个汽缸125每一个发生一处燃烧，且这些燃料喷射每一个按照180°曲柄角(CA)衡量(scale)。
因此，在720°的曲柄角(CA)中，曲轴传感器500产生指示曲轴145的旋转速度的信号，其被所有这些燃烧影响。
该信号可以通过以下方式处理，以便提取在下文被称为失衡值的数值，该失衡值代表在曲轴的180°曲柄角(CA)旋转中、喷射器160的燃料喷射的影响。
如上所述，在曲轴传感器轮505具有六十个齿的情况下，通过曲轴传感器500产生的信号为一系列T6值，其每一个代表曲轴传感器轮505完成6°CA旋转所花费的时间，且由此是对于曲轴传感器轮505的角速度的直接衡量。
ECU 450设置有专用软件，其处理来自曲轴传感器轮505的60个齿中的每一个的信息、并且通过T6的时间段来表示。
为了处理曲轴传感器轮505的信号，针对每一个燃料喷射器(i)限定180°CA的窗口(即30个T6)，其中，该窗口对应于在汽缸125中往复运动的活塞140的膨胀冲程，其中，燃料喷射器(i)已经执行了燃料喷射。
对于每一个180°CA窗口，五个连续的T6值被求和，从而获得通常以T30-1示出的值。
因为一个180°CA包括六个30°CA，五个另外的T30值通过将相应的五组T6值求和来计算，即T30-2、T30-3、T30-4、T30-5和T30-6。
此时，六个T30被分组为两组连续的T30值，从而获得两个T90值，即T90-1和T90-2，这一操作在本领域也称为“抽取(decimation)”。
进而，执行抗混叠滤波(anti-aliasing filtering)以避免大于燃烧的阶(order)的频率(对四个汽缸来说是2阶2)存在于包括从0阶到燃烧阶(在四缸发动机中为1)的频谱中，换句话说，避免高频与待分析的频率重合。
因此，通过使用0.5和1阶的带通滤波器处理T90-1和T90-2值，分别在图3的BPF0.5和BPF1示出。
通过0.5阶的带通滤波器处理T90-1和T90-2值允许计算两个值，即T90-1-0.5和T90-2-0.5，且处理通过1阶带通滤波器处理T90-1和T90-2值允许计算两个其他值，即T90-1-1和T90-2-1。
这四个值最后被输入到以下公式(1)：
Unbalance(i)＝(T90-1-0.5+T90-2-0.5)*KA+(T90-1-1+T90-2-1)*KB(1)
其中KA和KB是通过校准活动针对每一个汽缸125确定的系数。
通过以上过程，因此，可针对每一个汽缸125且针对每一个180°CA旋转计算失衡值。
出于本发明描述的目的，涉及喷射器160的失衡值代表通过该喷射器在给定发动机循环中所喷射的燃料量。
具体说，失衡值不代表绝对喷射燃料量，而是代表相对于其他燃料喷射器喷射的燃料量的相对喷射燃料量。实际上，失衡值(i)代表其他喷射器喷射的燃料量与通过喷射器(i)喷射的燃料量之间的差。
作为进一步的例子，在三汽缸发动机的情况下，每240°CA发生一次燃烧。因此，通过应用如上所述的计算过程，被称为T120-1和T120-2的120°CA的两个时间段被计算，代替了对于四缸发动机的T90时间段。
作为进一步的说明性例子，对于八汽缸发动机，每45°CA发生一次燃烧。因此，通过应用如上所述的计算过程，针对每一个燃烧，计算两个22.5°CA时间段。
在喷射器160由于故障而卡住关闭的情况下，失衡值Unbalance(i)被强烈影响，且各实施例的目标是检测这一情况。
根据本方法的一实施例，以四缸发动机为例，用于A、B、C和D汽缸的四个喷射器的每一个的失衡值(即如上所述的在每一个发动机循环中由ECU 450计算的Unbalance A、Unbalance B、Unbalance C、和Unbalance D，或整体为Unbalance(i))通过以下方式进一步处理。
在第一步骤中，ECU 450计算所有的针对每一个汽缸A、B、C和D的失衡值Unbalance(i)的平均值Unbalance Average。在数学上，该步骤可通过下列等式(2)表达：
其中i＝A、B、C、D。
在第二步骤中，ECU 450将如上所述的平均值Unbalance Average从每一个失衡值Unbalance(i)中减去，以便使其正常化(normalize)并考虑具体的喷射漂移构造(injection drift configurations)。即，在如上所述的例子中，使用下列等式(3)计算四个经调整的失衡值UnbalanceNoAverage(i)：
UnbalanceNoAverage(i)＝Unbalance(i)-Unbalance Average (3)
其中(i)＝A、B、C、D。
随后ECU 450根据下列等式(4)计算所有经调整的失衡值UnbalanceNoAverage(i)的标准偏差Unbalance Standard Deviation：
其中(i)＝A、B、C、D。
值得注意的是，当在一个喷射器160处于不运行状况时，即卡住状况，经调整失衡值的标准偏差Unbalance Standard Deviation显著地增加。
该方法的进一步步骤中，根据下列等式(5)，ECU 450使所有经调整失衡值UnbalanceNoAverage(i)与所计算的所有经调整失衡值的标准偏差Unbalance StandardDeviation相乘，以确定修正的失衡值Corrected Unbalance(i)：
Corrected Unbalance(i)＝UnbalanceNoAverage(i)·Unbalance StandardDeviation (5)
其中(i)＝A、B、C、D。
以上操作是特别有用的，以用于：由于更高标准偏差，在故障喷射器的情况下放大失衡值；并且，由于较低的标准偏差，在所有喷射器正确工作的时降低失衡值。
还值得注意的是，当一个喷射器处于不运行或卡住状态时，修正失衡值可以是比原始失衡值Unbalance(i)的高一个数量级。
相反，当所有喷射器160正确工作时，如上所述计算的修正失衡值CorrectedUnbalance(i)可以非常接近零。
这允许获得在可接受最差性能(Worst Performance Acceptable：WPA)和不可接收最佳性能(Best Performance Unacceptable：BPU)之间的对喷射器的高度分离，其提供了选择允许喷射器160的故障情况与其正常情况区分开的临界值的较宽范围的优点。
一旦通过以上计算已经确定了修正失衡值Corrected Unbalance(i)，则ECU 450将所有修正失衡值Corrected Unbalance(i)与预定临界值Diagnostic Threshold比较，以将喷射器160的故障情况与正常情况区分开。
预定临界值Diagnostic Threshold可以是发动机工作点的函数，例如以发动机速度和发动机负载的项目来表示，如下列等式(6)：
Diagnostic Threshold＝f(Engine Working Point) (6)
如上所述，预定临界值Diagnostic Threshold取决于发动机的工作点，其通常对于较高的发动机速度和发动机负载具有较高值，并且对于较低的发动机速度和发动机负载具有较低值。
如果修正失衡值Corrected Unbalance(i)超过预定临界值DiagnosticThreshold，则可以识别出相应的故障喷射器。
作为本方法的细化，如果修正失衡值Corrected Unbalance(i)超过预定临界值Diagnostic Threshold并持续一可校准的时间量，则可以识别故障喷射器。
在该方法的优选实施例中，根据下列等式(7)，ECU 450还将每一个修正失衡值Corrected Unbalance(i)乘以具体因子K(i)，所述因子K(i)取决于发动机110的汽缸125的数量：
Diagnostic Unbalance(i)＝Corrected Unbalance(i)·K(i) (7)
其中(i)＝A、B、C、D，且K(i)是取决于发动机110的汽缸125数量的相乘因子。
应注意，K(i)因子可以在经实验验证喷射器(i)的经修正失衡值与其他喷射器的经修正失衡值有显著不同的情况下引入，甚至在喷射器(i)正确工作的情况下也可以引入。
在这种情况下，K(i)因子被引入以在所有喷射器正常运行的情况下得到所有喷射器的相似的所有修正失衡值，以便能使用一个信号临界值进行比较。
在实验上，已经注意到K(i)因子通常不用于四汽缸发动机，但可以用于其他发动机，例如三汽缸发动机。
在这种情况下，如果相应的诊断失衡值Diagnostic Unbalance(i)(代替如前所述的修正失衡值Corrected Unbalance(i))超过预定临界值Diagnostic Threshold，则可以识别故障喷射器
还有，在该情况下，作为本方法的细化，如果诊断失衡值Diagnostic Unbalance(i)超过预定临界值Diagnostic Threshold并持续一可校准的时间量，则可识别故障喷射器。
在检测到故障喷射器的任何情况下，可以设定诊断故障代码(DiagnosticTrouble Code：DTC)。可以针对每一个汽缸设定不同的DTC代码。
图16是代表本发明实施例的流程图，其在汽车系统100正常操作期间被ECU 450执行。
方法的第一步骤用于测量曲轴旋转速度信号，其代表将燃料喷射到相应汽缸125中的每一个喷射器160的影响，并处理这种信号，以便获得每一个汽缸A、B、C和D的失衡值Unbalance(i)(图块510)。
随后ECU 450计算所有失衡值Unbalance(i)的平均值(图块520)。
在随后的步骤中，ECU 450将经计算的平均值从所述失衡值的每一个中减去，以获得经调整失衡值UnbalanceNoAverage(i)(图块530)。
随后，ECU 450计算经调整失衡值UnbalanceNoAverage(i)的标准偏差(图块540)。
经调整的所有失衡值UnbalanceNoAverage(i)的每一个随后与标准偏差相乘，以获得修正失衡值(图块550)。
随后通过将修正失衡值的每一个与其预定临界值其比较而检查，如果修正失衡值超过预定临界值，则识别出相应喷射器的出现故障情况(图块570)。
如果没有任何修正失衡值超过预定临界值，则从测量曲轴旋转速度信号开始重复该方法(图块510)。
为了展示本方法各实施例的效果，已经在发动机110上执行了几个测试，其中，在每一个测试中，在一定周期内，每一个喷射器A、B、C和D的操作被中断，一次中断一个喷射器。
在第一测试中，在发动机110运行在稳态下获得数据，且根据方法实施例的(图4-8)来处理数据。
具体说，图4-8代表了方法的各步骤，从图4所示表示的曲线开始，其是使用检测曲轴145的旋转速度变化的曲轴传感器500确定的，其被作为通过相应喷射器160在汽缸125中进行燃料喷射的效果。
因为图4的曲线是通过顺序中断四个喷射器A、B、C和D的操作形成的，所确定四个不同曲线，且在本方法各实施例的计算中，这种曲线包括随时间改变的多个失衡值，其如上所述是，Unbalance A、Unbalance B、Unbalance C和Unbalance D，或通常是Unbalance(i)。
具体说，图4的四个失衡值曲线Unbalance(i)的平均值Unbalance Average的曲线显示在图5(出于简单的目的在图5中显示为AV)。
四个失衡值曲线Unbalance(i)的曲线(已经减去它们的平均值)，即经调整失衡值UnbalanceNoAverage(i)显示在图6(出于简单的目的在图6中显示为A’、B’、C’和D’)。
经调整失衡值的标准偏差的曲线显示在图7(出于简单的目的在图7中显示为SD)。
代表被标准偏差相乘的经调整失衡值的图显示在图8(出于简单的目的在图8中显示为A”，B”，C”和D”)。
图8的图清楚地表明，在一个喷射器处于不运行或卡住时，修正失衡值比图4的原始失衡值大一个数量级，且在所有喷射器160正确地工作时，修正失衡值CorrectedUnbalance(i)非常接近零。
在任何情况下，所有数值仅是示例性的且可以取决于不同汽车系统100而变化。
从图9所示的曲线开始，已经如图9-12中详细所述地执行了第二测试，所述图代表本方法实施例的各步骤，图9的曲线是通过使用曲轴传感器500确定的，所述曲轴传感器500检测发动机110瞬态下曲轴145的旋转速度的变化。
在该情况下，在一定周期内，每一个喷射器A、B、C和D的操作被中断，一次中断一个喷射器。
具体说，图9是代表在发动机瞬态情况下随时间变化的四个失衡值的图，内燃发动机110的四个喷射器A、B、C和D中的每一个有一条曲线。
图10是代表图9的四个失衡值的平均值AV的图，其通过用于如上所述的等式(2)计算，且图10是代表图8的曲线的图，其平均已经被减去，如通过用于如上所述的等式(3)计算，且显示为A’、B’、C’和D’。
在如上所述的例子中，根据等式(4)计算所有经调整失衡值UnbalanceNoAverage(i)的标准偏差Unbalance Standard Deviation，也如图12的曲线中的曲线SD所示。
最后，也是在该例子中，根据上述等式(5)，经调整失衡值UnbalanceNoAverage(i)被所有经调整失衡值的经计算标准偏差Unbalance Standard Deviation相乘，以确定修正失衡值Corrected Unbalance(i)，且结果显示在图13中的A”、B”、C”和D”。
而且，图13的图清楚地表明，在一个喷射器处于不运行或卡住时，修正失衡值比图8的原始失衡值大一个数量级的量或更多，且在所有喷射器160正确地工作时，修正失衡值Corrected Unbalance(i)的幅值非常接近零。
为了更好地解释本发明的各实施例的优点，现在参考图14，即代表喷射器160样本性能的统计分布的图，其根据现有技术的方法测量。
在图14的统计分布中，通过现有技术方法测试的喷射器160被分为两个组：第一组得到图左侧的分布(连续线)且通过性能处于可接受最差性能范围的所有喷射器表示，而第二组得到图右侧的分布(虚线)，且通过所有不可接受最佳性能(BPU)喷射器表示。
可接受最差性能(WPA)喷射器的分布具有仅一个峰值，不可接受最佳性能(BPU)喷射器的分布具有两个峰值，一个峰值对应于发动机空转情况下测试的喷射器而另一峰值对应于发动机瞬态下测试的喷射器。
结果是可接受最差性能(WPA)喷射器的分布，具有等于WPAmean的平均值，具有相对小的标准偏差sigmaWPA，而不可接受最佳性能(BPU)喷射器的分布，具有等于BPUmean的平均值，具有相对大的标准偏差sigmaBPU，这是由于图14的特殊的两个峰值统计分布造成的。
在可接受最差性能(WPA)喷射器和不可接受最佳性能(BPU)喷射器之间的六个sigma分离表示要满足一种条件，以便让故障燃料喷射器检测方法在WPA和BPU喷射器之间做出充分区分。
该情况也可表示为以下数学形式：
WPAmean+4*sigmaWPA+2*sigmaBPU<BPUmean
从图14可见，现有技术的方法满足该情况，但是仅有非常小的裕量，因此需要非常高的校准工作来限定诊断临界值以检测卡住的喷射器，因为诊断临界值必须设定在裕量之内，以便在WPA和BPU喷射器之间做出区分。
这种小的校准裕量还会导致可能误检测或假的阳性结果。
图15是根据本方法实施例测量的喷射器样本性能的统计分布。
在图15的统计分布中，根据本发明各实施例的方法测试的喷射器160仍然可范围同样的两个组，即WPA喷射器和BPU喷射器，但是这两种分布具有相对小的标准偏差和其相应平均值，即WPAmean和BPUmean被分得很开。
具有的结果是，根据本发明各实施例的方法满足以下条件：
WPAmean+4*sigmaWPA+2*sigmaBPU<BPUmean
而且，留下了用于选择预定临界值Diagnostic Thresholdu的优选值的非常宽的范围或裕量(margin)，从而导致容易的校准工作。
尽管至少一个示例性实施例已经在前述发明内容和具体实施方式中进行了描述，但是应理解存在许多变化例。还应理解，一个或多个示例性实施例仅是例子，且目的不是以任何方式限制范围、适用性或构造。相反，前面的详细描述和详细描述为本领域技术人员提供了实施至少一个示例性实施例的便捷方式，应理解，以对示例性实施例中所述的元件的功能和布置做出各种改变，而不脱离权利要求及其等效方式限定的范围。
相关申请的交叉引用
本申请要求专利号为1516667.1、申请日为2015年9月21日的英国专利申请的优先权，其全部内容通过引用被合并在此。

Claims (9)

1.一种识别内燃发动机(110)中故障燃料喷射器(160)的方法，所述内燃发动机具有多个燃料喷射器(160)，方法包括的步骤是：
顺序命令燃料喷射器(160)中的每一个喷射一燃料量，
在被喷射的燃料量燃烧期间，测量曲轴旋转速度的多个值；
处理曲轴旋转速度的测量值，以针对燃料喷射器(160)中的每一个计算代表通过燃料喷射器(160)喷射的燃料量的相应失衡值(Unbalance(i))；
计算经计算失衡值(Unbalance(i))的平均值(Unbalance Average)；
从失衡值(Unbalance(i))的每一个中减去经计算平均值(Unbalance Average)，以针对燃料喷射器(160)每一个获得相应的经调整失衡值(UnbalanceNoAverage(i))；
计算经调整失衡值(UnbalanceNoAverage(i))的标准偏差(Unbalance StandardDeviation)；
将每一个经调整失衡值(UnbalanceNoAverage(i))乘以标准偏差(Unbalance StandardDeviation)，以针对燃料喷射器(160)每一个获得相应修正失衡值(Corrected Unbalance(i))；
将修正失衡值(Corrected Unbalance(i))每一个与其预定临界值(DiagnosticThreshold)比较；和
如果相应修正失衡值(Corrected Unbalance(i))超过预定临界值(DiagnosticThreshold)则识别出出现故障的燃料喷射器(160)。
2.如权利要求1所述的方法，其中根据发动机(100)工作点确定预定临界(DiagnosticThreshold)。
3.如权利要求1所述的方法，其中如果相应修正失衡值(Corrected Unbalance(i))超过预定临界值(Diagnostic Threshold)并经过预定时间，则识别故障燃料喷射器(160)。
4.如权利要求1所述的根据，包括进一步的步骤是：
将每一个修正失衡值(Corrected Unbalance(i))乘以相应因子(K(i))，以获得诊断失衡值(Diagnostic Unbalance(i))，且
如果相应诊断失衡值(Diagnostic Unbalance(i))超过预定临界值(DiagnosticThreshold)，则识别故障燃料喷射器。
5.一种用于识别具有多个燃料喷射器(160)的内燃发动机(110)中故障燃料喷射器(160)的设备，该设备包括：
一器件，用于顺序命令燃料喷射器(160)中的每一个喷射一燃料量，
一器件，用于在被喷射的燃料量燃烧期间测量曲轴旋转速度的多个值；
一器件，用于处理曲轴旋转速度的测量值，以针对燃料喷射器(160)中的每一个计算代表通过燃料喷射器(160)喷射的燃料量的相应失衡值(Unbalance(i))；
一器件，用于计算经计算失衡值(Unbalance(i))的平均值(Unbalance Average)；
一器件，用于从失衡值(Unbalance(i))的每一个减去经计算平均值(UnbalanceAverage)，以针对燃料喷射器(160)每一个获得相应经调整失衡值(UnbalanceNoAverage(i))；
一器件，用于计算经调整失衡值(UnbalanceNoAverage(i))的标准偏差(UnbalanceStandard Deviation)；
一器件，用于将每一个经调整失衡值(UnbalanceNoAverage(i))乘以标准偏差(UnbalanceStandard Deviation)，以针对燃料喷射器(160)每一个获得相应修正失衡值(CorrectedUnbalance(i))；
一器件，用于将修正失衡值(Corrected Unbalance(i))每一个与其预定临界值(Diagnostic Threshold)比较；和
一器件，如果相应修正失衡值(Corrected Unbalance(i))超过预定临界值(Diagnostic Threshold)则识别有故障的燃料喷射器(160)。
6.一种汽车系统(100)，包括配置为用于执行根据权利要求1-4中任一项所述方法的电子控制单元(450)。
7.一种计算机程序，包括适用于执行权利要求1-4中任一项所述的方法的计算机代码。
8.一种计算机程序产品，在其上存储了如权利要求7所述的计算机程序。
9.一种用于内燃发动机(110)的控制设备，包括电子控制单元(450)、与电子控制单元(450)相关的数据载体(460)和存储在数据载体(460)中的如权利要求7所述的计算机程序。
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JP6421720B2 (ja) 内燃機関の失火判定装置

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