CN107923332A - 用于在内燃机运行时识别故障的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在具有吸气管喷射和直接喷射的内燃机（100）运行时识别故障的方法，其中，所述内燃机（100）在两个不同的燃烧循环中被控制，用于通过在这两个燃烧循环里面不同地分布燃料量到吸气管喷射和直接喷射上分别加入燃料量和从属的空气量到内燃机（100）的燃烧室（103）里面，其中，对于两个燃烧循环的每个燃烧循环获得加入到燃烧室（103）里面的空气量与加入到燃烧室（103）里面的燃料量的比例值，并且其中，当两个值的至少一个值以大于第一阈值偏离从属的比较值时，利用偏差推断在内燃机（100）运行时的故障形式。

Description

用于在内燃机运行时识别故障的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在具有吸气管喷射和直接喷射的内燃机运行时识别故障的方法，以及一种计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。

背景技术

在汽油发动机中用于喷射燃料的可能的方法是吸气管喷射，它越来越多地被直接喷射燃料所取代。直接喷射燃料的方法导致在燃烧室里面明显更好的燃料分布，并因此导致以更少的燃料消耗更好的功率产出。

此外也存在具有吸气管喷射与直接喷射组合、即所谓的双系统的汽油发动机。这对于越来越严厉的排放要求或者说排放限制值是有利的，因为吸气管喷射例如对于中等负荷范围导致比直接喷射更好的排放值。而在满负荷范围直接喷射例如能够减小所谓的爆燃。

在内燃机的燃烧室里面产生不期望的空气-燃料比时，这例如可以利用λ传感器识别，通过适当地改变燃料喷射器的控制可以匹配空气-燃料比。

发明内容

按照本发明建议一种具有独立权利要求特征的用于在内燃机运行时识别故障的方法以及一种计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。有利的扩展结构是从属权利要求以及下面的描述的内容。

在本发明的范围内，当空气-燃料比的两个值的至少一个值偏离从属的比较值的时候，通过比较在不同地分布到两种喷射形式时在燃烧室中的空气-燃料比可以非常快速且简便地推断出现的故障形式。

在简单地获得在燃烧室中的空气-燃料比时，仅仅可以推断在内燃机运行时的故障并且由此可以匹配燃料喷射器的控制，而通过所建议的方法也能够识别在内燃机运行时的故障形式。在此要考虑，通过燃料喷射器的相应的控制时间沉淀给定的燃料量。但是在此当有缺陷的流量通过燃料喷射器时不沉淀所期望的燃料量。尤其作为不同形式的故障可以区分为相关的燃料喷射器的功能受限和在空气输送到燃烧室时的功能受限。通过这种方式也可以非常简便地定位准确的故障原因，这例如能够更简便且更快速地克服故障。

所述燃料量分布最好包括纯吸气管喷射和纯直接喷射。通过这种方式可以特别明显地识别在两个燃烧循环时在空气-燃料比中的不同。

当两个值的只一个值以大于第一阈值偏离从属的比较值时，推断属于偏差值的喷射形式的燃料喷射器的功能受限。即，例如当空气-燃料比值只在纯吸气管喷射时、但是不在纯直接喷射时显著偏离比较值或理论值，则可以推断对于吸气管喷射的燃料喷射器的功能受限。在由燃料喷射器给出的燃料量太小的情况下将测量太高的空气含量。当然，这也能够在其它的、不同地分布在两个喷射形式时出现，尽管偏差也不太大。在此可以适当地选择第一阈值。这个阈值例如可以用于，考虑可能的测量不精确。

在此最好也规定，当两个值也还以大于第二阈值相互偏离时，则只推断燃料喷射器的功能受限。同样可以使用第二阈值，用于考虑可能的测量不精确、由此尤其可以避免，当两个值的只一个值以大于第一阈值偏离、但是两个值只微少地相互偏离时，推断故障。通过这种方式也可以非常简便地识别燃料喷射器的功能受限。

有利的是，所述燃料喷射器的功能受限作为不同形式的功能受限包括缺陷、局部缺陷或脏污，其中尤其利用相关值与从属的比较值的偏差程度推断偏差形式。通过这种方式能够更准确地识别故障形式。例如在尽管明显、但是还相对微小地偏离值时可以推断在燃料喷射器里面或上面的脏污、例如以层膜的形式。脏污将可能导致在相关的燃料喷射器中更微小的通流率，这在相同的控制时间时可能导致比所期望的燃料量更小的燃料量。在较大偏离时也可以推断局部缺陷或者缺陷。为此可以确定适合的偏差，它们例如可以利用试验测量获得。在缺陷情况下相关燃料喷射器也可以更少地利用或者断开，用于防止可能的其它问题，例如催化器过热。

最好当两个值分别以大于第一阈值偏离从属的比较值时，推断在对于燃烧室空气输送、尤其空气质量计量时的功能受限。在此利用，对于两种喷射形式使用内燃机的空气输送。即，如果在两种情况下出现偏差，则得出在共同使用的系统中出现故障，因为在两个不同的燃料喷射器中相同的故障是极不可能的。在此输送到燃烧室的太多的空气量将可能导致太多的空气含量，并且输送到燃烧室的太少的空气量将可能导致在燃烧室中混合物太少的空气含量。在此可以适合地选择第一阈值。由此这个阈值例如可以用于，考虑可能的测量不精确，如同已经提到过的那样。

在此也可以有利地规定，当两个值也还以小于第三阈值相互偏离时，则只推断功能受限。同样可以使用第三阈值，用于考虑可能的测量不精确、由此尤其可以避免，当两个值尽管显著偏离比较值、但是还没有超过测量不精确的范围时，推断故障。由此可以考虑由于不同的喷射形式和可能伴随而来的其它效应如阀门控制时间带来的两个值的可能的偏差。通过这种方式也能够非常简便地识别空气输送的功能受限。由此尤其可以推断空气质量计的故障。

有利的是，利用λ传感器、在相关燃烧循环里面的转速变化和/或在燃烧室里面的压力传感器获得加入到燃烧室里面的空气量与加入到燃烧室里面的燃料量的比例。λ传感器例如在内燃机中本来就存在。例如当由于在燃烧室里面太少的燃料量在燃烧时产生太小的扭矩，则引起转速变化。通过压力传感器可以获得在燃烧室里面的空气-燃料混合物的压力，这个压力受到混合物中燃料含量的影响。利用这些方法中一个方法通常可以足够准确地确定比例，但是例如使用多个这些方法更准确。

最好对于内燃机的每个燃烧室获得故障形式。通过这种方式例如可以检验内燃机的每个燃料喷射器。在吸气管喷射时对于多个燃烧室使用公共的燃料喷射器的情况下，只一次性执行对于纯吸气管喷射的测量也是足够的，而对于纯直接喷射对于每个燃烧室执行测量。虽然如此也可以在吸气管喷射时对于每个燃烧室执行测量，用于得到更准确的值。

当利用λ传感器对于多个燃烧室获得分别加入到燃烧室里面的空气量与分别加入到燃烧室里面的燃料量的比例时，有利地在考虑阀门控制时间、燃气传输时间和/或λ传感器的反应时间的条件下获得各个燃烧室的相应的比例。在这里充分利用，在考虑燃气传输时间和例如排气阀打开时间的条件下以时间上的高分辨率的氧信号推断各个燃烧室的氧值。通过这种方式当对于多个燃烧室只设有一个λ传感器、即不是对于每个燃烧室设有自身的λ传感器时，也可以执行所建议的方法。

有利的是，获得所述值与比较值的偏差和/或相互间相对或者绝对的偏差，尤其当两个燃烧循环至少基本给定相同的燃料量和空气量的时候。在使用相对偏差时可以避免可能错误的结果、例如在对于两个燃烧循环不同的燃料量时，例如在不同的内燃机负荷要求时。但是在至少基本相同的燃料量的情况下、例如在相互衔接的燃烧循环时可以使用绝对偏差，由此通常可以实现更准确的结果。

按照本发明的计算单元、例如机动车控制器、尤其是发动机控制器尤其是可编程的，它设计成，执行按照本发明的方法。

以计算机程序的形式执行本方法也是有利的，因为这尤其带来很少的成本，尤其当所述控制器还用于其它任务并因此本来就存在的时候。用于提供计算机程序的适合数据载体尤其是磁、光和电的存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。也可以通过计算机网络（互联网、内网等）下载程序。

由说明和附图给出本发明的其它优点和扩展结构。

附图说明

利用附图的实施例简示出本发明并且在下面参照附图描述：

图1a和1b简示出两个内燃机，它们可以用于按照本发明的方法；

图2简示出内燃机气缸，它可以用于按照本发明的方法；

图3以优选的实施例示出在按照本发明的方法中可能的故障形式；

图4以优选的实施方式简示出按照本发明方法的流程。

具体实施方式

在图1a中简示出内燃机100，它可以用于按照本发明的方法。例如，内燃机100具有四个燃烧室103和一个吸气管106，它连接在每个燃烧室103上。

在此吸气管106对于每个燃烧室103具有一个燃料喷射器107，它布置在紧靠燃烧室前面的吸气管的各段里面。因此燃料喷射器107用于吸气管喷射。此外每个燃烧室103具有用于直接喷射的燃料喷射器111。

在图1b中简示出另一内燃机200，它可以用于按照本发明的方法。例如，内燃机200具有四个燃烧室103和一个吸气管206，它连接在每个燃烧室103上。

在此吸气管206对于所有燃烧室103具有公共的燃料喷射器207，它布置在例如紧靠在这里未示出的节流阀后面的吸气管里面。因此第一燃料喷射器207用于吸气管喷射。此外每个燃烧室103具有用于直接喷射的燃料喷射器111。

因此所示的两个内燃机100和200具有所谓的双系统、即吸气管喷射和直接喷射。不同之处仅仅在于吸气管喷射的形式。例如在图1a中所示的吸气管喷射允许独立地对于每个燃烧室计量燃料，如同例如对于高值内燃机可以使用的那样，而在图1b中所示的吸气管喷射在其结构和其控制上更简单。所示的两个内燃机尤其可以是汽油发动机。

在图2中简示出内燃机100的气缸102，但是比在图1a中更详细。气缸102具有燃烧室103，它通过活塞104的运动加大或减小。所示的内燃机尤其可以是汽油发动机。

气缸102具有进气阀105，用于使空气或燃料-空气混合物进入到燃烧室103里面。空气通过吸气管106作为一部分输送到空气输送系统，燃料喷射器107位于吸气管上。抽吸的空气通过进气阀105进入到气缸102的燃烧室103里面。节流阀112在空气输送系统中用于调整在气缸102里面所需的空气质量流。利用空气质量传感器120、例如以热膜空气质量计的形式可以获得通过吸气管106要加入到燃烧室103里面的空气量。

内燃机可以在吸气管喷射过程中运行。借助于燃料喷射器107在这个吸气管喷射过程中喷射燃料到吸气管106里面，由此在那里形成空气-燃料混合物，它通过进气阀105进入到气缸102的燃烧室103里面。在燃烧室103里面设有压力传感器122，利用它可以获得位于燃烧室里面的空气-燃料混合物的压力。

内燃机也可以在直接喷射过程中运行。为此燃料喷射器111安置在气缸102上，用于直接喷射燃料到燃烧室103里面。在这个直接喷射时用于燃烧必需的空气-燃料混合物直接在气缸102的燃烧室103里面形成。

气缸102还配有点火设施110，用于产生点火火花，用于在燃烧室103里面开始燃烧。

燃烧废气在燃烧后从气缸102通过废气排气管108排出。根据排气阀109的打开实现排出，排气阀同样布置在气缸102上。进气阀和排气阀105,109打开和关闭，用于以公知的方式执行内燃机100的四冲程运行。在废气管108里面设有λ传感器121，利用它可获得在废气中的剩余氧含量，由此又可以推算在燃烧室里面的空气-燃料比。

内燃机100可以通过直接喷射、吸气管喷射或在混合运行中运行。这能够根据瞬时运行点实现用于内燃机100运行的最佳运行方式的选择。因此，如果内燃机以低转速和低负荷运行的时候，内燃机100例如可以在吸气管喷射运行中运行，当内燃机以高转速和高负荷运行的时候，内燃机可以在直接喷射运行中运行。但是在大的运行范围上有意义的是，内燃机100在混合运行中运行，在混合运行时要输送到燃烧室103的燃料量按比例地通过吸气管喷射和直接喷射输送。

此外设有构造为控制器115的计算单元，用于控制内燃机100。控制器115可以使内燃机100在直接喷射、吸气管喷射或混合运行中运行。此外控制器115也可以获得空气质量计120、λ传感器121以及压力传感器122的值。

参照图2详细解释的内燃机100的工作原理也可以传递到按照图1b的内燃机200上，不同之处只是，对于所有燃烧室或气缸只设有一个公共的燃料喷射器。因此在吸气管喷射或混合运行时控制吸气管中的唯一燃料喷射器。

在图3中以优选的实施例示出在按照本发明的方法中的可能的故障形式。为此在竖轴上标出空气-燃料比V。

通过Vs表示比较值，在此它要适用于两个值，即，例如不仅适用于利用纯吸气管喷射获得的值，而且适用于利用直接喷射获得的值。这一点例如由此实现，分别对于相同的燃料量和空气量获得空气-燃料比的获得值，和/或相对于要加入的燃料量给出。

这种比较值例如可以是通常在喷射过程中要实现的理论值。通过ΔV₁，ΔV₂和ΔV₃表示第一、第二和第三理论值。三个理论值例如可以选择相同大小，例如比较值的5%或10%。当然，根据需求和/或测量精度也可以其它或不同地选择阈值。

此外以V_x.1和V_x.2的形式表示不同的值，其中下标中的1或2表示喷射形式，即在这里例如是纯吸气管喷射和纯直接喷射。下标中的x表示要解释的示例编号。

在第一种情况下V_1.1和V_1.2的值、即用于吸气管喷射和直接喷射的空气-燃料比例基本相同大小并且同时以小于第一阈值ΔV₁偏离比较值Vs。这意味着，两个值在测量精度的范围内例如还对应于比较值。因此在这里不推断故障。

在第二种情况下值V_2.1和V_2.2是不同的。在此只有值V_2.2以大于第一阈值ΔV₁偏离比较值Vs，而值V_2.1以小于第一阈值ΔV₁偏离比较值Vs。但是两个值V_2.1和V_2.2还是以大于第二阈值ΔV₂相互偏离。

这意味着，两个值在测量精度范围内是相互不同的，并且同时只有值V_2.2在测量精度范围内偏离比较值Vs。因此在这里可以得出，在附属于值V_2.2的燃料喷射器中、即在这里用于直接喷射的燃料喷射器出现功能受限。当只有两个不同的喷射形式中的一个在空气-燃料比中出现显著偏差时，可以得到，不出现可能影响两种喷射形式的故障。

在第三种情况下值V_3.1和V_3.2是不同的。在此只有值V_3.1以大于第一阈值ΔV₁偏离比较值Vs，而值V_3.2以小于第一阈值ΔV₁偏离比较值Vs。这种情况以交换的值对应于第二种情况，即，在这里出现在吸气管喷射时的功能受限。其余的请参照第二种情况的说明。但是对于第二和第三种情况，当出现足够好的值测量精度时，例如也可以省去与第二阈值的比较。因此只有两个值中的一个值以大于第一阈值偏离时才可以推断功能受限。

关于燃料喷射器的功能受限、如同例如在第二和第三种情况中示出的那样还要指出，例如可以根据各个值偏离比较值的程度推断功能受限的形式。例如，在偏离10%时判断为可接受的燃料喷射器脏污，而在30%或40%时可以判断为局部缺陷或缺陷。在对于直接喷射的燃料喷射器中通常接收一定程度的流量减小（例如与新状态相比约10%的流量减小），它在一定运行时间以后与新状态相比出现。如果流量减小显著超过这个10%，则在纯吸气管喷射系统中尤其导致发动机故障，因为氧调节停止。当然，只是示例性地选择这些百分比数，并且可以根据状况匹配。例如在不同的喷射形式中可以引用不同的偏差。

在第四种情况下V_4.1和V_4.2值以小于第三阈值ΔV₁相互偏离并且两个值以大于第一阈值ΔV₁偏离比较值Vs。由此可以得出，两个值在测量精度范围内是相同的。因此得出，出现以两种喷射形式参与的故障原因，其中涉及到空气输送到燃烧室。在这里通常与空气质量计相关。

在图4中以优选的实施方式简示出按照本发明方法流程。在步骤400可以首先获得在纯吸气管喷射时的空气-燃料比。接着可以在步骤410获得在纯直接喷射时的空气-燃料比。当然，也可以在时间上相反地执行这两个步骤。

在步骤420将由此得到的用于空气-燃料比的值与各个比较值比较。接着可以在步骤430里面得出已经出现并获得的故障形式，即例如存储在控制器存储器里面和/或作为警示输出给司机。

Claims (14)

1.一种用于在具有吸气管喷射和直接喷射的内燃机（100,200）运行时识别故障的方法，

其中，所述内燃机（100,200）在两个不同的燃烧循环中被控制，用于通过在这两个燃烧循环里面不同地分布燃料量到吸气管喷射和直接喷射上分别加入燃料量和从属的空气量到内燃机（100,200）的燃烧室（103）里面，

其中，对于两个燃烧循环的每个燃烧循环获得加入到燃烧室（103）里面的空气量与加入到燃烧室（103）里面的燃料量的比例（V）值（V_1.1,V_1.2, V_2.1,V_2.2, V_3.1,V_3.2, V_4.1,V_4.2,），并且

其中，当两个值（V_1.1,V_1.2, V_2.1,V_2.2, V_3.1,V_3.2, V_4.1,V_4.2,）的至少一个值以大于第一阈值（ΔV₁）偏离从属的比较值（Vs）时，利用偏差推断在内燃机（100,200）运行时的故障形式。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述燃料量分布包括纯吸气管喷射和纯直接喷射。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，当两个值（V_1.1,V_1.2, V_2.1,V_2.2, V_3.1,V_3.2, V_4.1,V_4.2,）的只一个值以大于第一阈值（ΔV₁）偏离从属的比较值（Vs）时，推断属于偏差值的喷射形式的燃料喷射器（107,207,111）的功能受限。

4.如权利要求3所述的方法，其中，当两个值（V_1.1,V_1.2, V_2.1,V_2.2, V_3.1,V_3.2, V_4.1,V_4.2,）也还以大于第二阈值（ΔV₂）相互偏离时，则只推断燃料喷射器（107,207,111）的功能受限。

5.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述燃料喷射器（107,207,111）的功能受限作为不同形式的功能受限包括缺陷、局部缺陷或脏污，其中尤其利用相关值（V_1.1,V_1.2, V_2.1,V_2.2, V_3.1,V_3.2, V_4.1,V_4.2,）与从属的比较值（Vs）的偏差程度推断偏差形式。

6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，当两个值（V_1.1,V_1.2, V_2.1,V_2.2, V_3.1,V_3.2, V_4.1,V_4.2,）分别以大于第一阈值（ΔV₁）偏离从属的比较值（Vs）时，推断在对于燃烧室（103）空气输送、尤其空气质量计量时的功能受限。

7.如权利要求6所述的方法，其中，当两个值也还以小于第三阈值（ΔV₃）相互偏离时，则只推断在空气输送时的功能受限。

8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，利用λ传感器（121）、在相关燃烧循环里面的转速变化和/或在燃烧室（103）里面的压力传感器（122）获得加入到燃烧室里面的空气量与加入到燃烧室（103）里面的燃料量的比例（V）。

9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，对于内燃机（100，200）的每个燃烧室（103）获得故障形式。

10.如权利要求9所述的方法，其中，当利用λ传感器（121）对于多个燃烧室获得分别加入到燃烧室（103）里面的空气量与分别加入到燃烧室（103）里面的燃料量的比例（V）时，在考虑阀门控制时间、燃气传输时间和/或λ传感器（121）的反应时间的条件下获得各个燃烧室（103）的相应的比例（V）。

11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，获得所述值（V_1.1,V_1.2, V_2.1,V_2.2,V_3.1,V_3.2, V_4.1,V_4.2,）与比较值（Vs）的偏差和/或相互间相对的或者绝对的偏差，尤其当两个燃烧循环至少基本给定相同的燃料量和空气量的时候。

12.一种计算单元（115），它设计成，执行如上述权利要求中任一项所述的方法。

13.一种计算机程序，它命令计算单元（115），执行如权利要求1至11中任一项所述的方法，当该方法在计算单元（115）上执行的时候。

14.一种可机器读取的存储介质，具有在其上存储的如权利要求13所述的计算机程序。