CN108071506B - 用于诊断内燃发动机的冷却剂喷射装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于诊断内燃发动机的冷却剂喷射装置的方法和设备，其中，求出运行平稳性或运行不平稳性。由运行平稳性或运行不平稳性求出冷却剂喷射装置的运转或不运转。

Description

用于诊断内燃发动机的冷却剂喷射装置的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于诊断内燃发动机的冷却剂喷射装置的方法和设备。

背景技术

由DE 31 42 729 A1已经已知一种方法和一种设备，在该方法中将水喷入内燃发动机中，以便改进燃烧的质量

或者抑制内燃发动机的爆震。

发明内容

与此相对，本发明的方法和本发明的设备具有这样的优点，即，由运行平稳性或运行不平稳性可以推断出冷却剂喷射装置的运转或不运转。因此可以在内燃发动机持续运行期间求出，是否事实上执行所述方法，也就是说，用于喷射的器件是否可靠地运转。如果在此确定冷却剂喷射装置可靠地运转，那么在考虑通过喷入冷却剂来改进燃烧的情况下可以优化地继续进行持续的运行。如果确定冷却剂喷射装置不运转，那么必须开始相应的应对措施，尤其是用于保护内燃发动机的措施，以便尤其保护发动机防止过热或在出现强烈爆震情况下保护发动机。因此可以在宽的范围上保证发动机的安全运行。

其它优点和改进由本发明技术方案得出。因为运行平稳性或运行不平稳性与内燃发动机的运行参数有关，所以在评估运行平稳性或运行不平稳性时必须考虑内燃发动机的各个运行点。特别简单的方法是将运行平稳性或运行不平稳性与比较值进行比较。如果在此确定，运行平稳性低于比较值或者运行不平稳性高于比较值，那么冷却剂喷射装置被诊断为有故障。该方法是特别简单的并且简单地仅需要比较值的一个特征曲线族。尤其，根据内燃发动机的运行点将这些比较值设定到特征曲线族中。通过运行平稳性或运行不平稳性的测量(一次在激活冷却剂喷射装置情况下并且一次在停用冷却剂喷射装置情况下来实现)来进行用于诊断冷却剂喷射装置的改进方法。通过该直接比较可以实现较高的诊断品质，因此也可以在激活和停用的冷却剂喷射装置之间的区别不那么大的运行区域中可靠地进行诊断。在此，在冷却剂喷射装置激活并运转的情况下预期改进，也就是说运行平稳性会提高或者说运行不平稳性会降低。如果在冷却剂喷射装置激活情况下的运行平稳性与在冷却剂喷射装置停用情况下的运行平稳性相比没有足够地改进，也就是说运行平稳性不增加，那么冷却剂喷射装置相应地被诊断为有故障。替代地，如果在冷却剂喷射装置停用情况下的运行不平稳性与在冷却剂喷射装置激活情况下的运行不平稳性相比，运行平稳性没有足够高地增加，那么冷却剂喷射装置也可以被诊断为有故障。作为其他替代方案也可以实现两级式方法，在该方法中首先进行运行平稳性或运行不平稳性与比较值的比较并且仅在该方法启示冷却剂喷射装置的潜在功能故障时使用具有在激活和停用的冷却剂喷射装置之间的主动来回切换并且具有运行平稳性值或运行不平稳性值的比较的方法，其中，当运行平稳性低于比较值或运行不平稳性高于比较值时，冷却剂喷射装置被诊断为潜在有故障；并且，当在冷却剂喷射装置激活情况下的运行平稳性小于在冷却剂喷射装置停用情况下的运行平稳性时，冷却剂喷射装置被诊断为最终有故障；或者，当在冷却剂喷射装置激活情况下的运行不平稳性大于在冷却剂喷射装置停用情况下的运行不平稳性时，冷却剂喷射装置被诊断为最终有故障。因此，在该方法中首先也实现低的费用，该费用仅在需要情况下激活用于诊断冷却剂喷射装置的费用较高的改进方法。因此，同时可以将所述费用保持很低，并且尽管如此可以实现具有高可靠性的诊断。

附图说明

在附图中示出并且在接下来的描述中详细阐述本发明的实施例。在附图中，

图1示出冷却剂喷入内燃发动机的进气管中，

图2示出冷却剂直接喷入内燃发动机的燃烧室中，

图3示出具有用于激活和停用的喷水装置的区域的发动机特征曲线族，和

图4a一次以激活的喷水装置并且一次以停用的喷水装置示出在冷却剂喷射装置能运转情况下的运行不平稳性。

图4b在喷水装置不能运转的情况下在激活的和停用的喷水装置中的运行不平稳性信号。

具体实施方式

在图1中示意性示出发动机，也就是说具有气缸10的内燃发动机。在气缸10中通过活塞100限定了燃烧室101。通过进气管11将用于燃烧的空气并且通过燃料喷射器13将用于在气缸10中燃烧的燃料输送给输送给气缸10或者说燃烧室101。通过废气管12将在此产生的废气从气缸10排走。在此涉及常见的汽油发动机或柴油发动机，其在图1中仅示意性地示出。尤其未示出其它控制元件，例如空气入口阀和废气出口阀、用于影响经过进气管11(例如节气门)的空气流、火花塞或预热塞或常见的汽油发动机和柴油发动机的其它元件，因为它们对于理解本发明不重要。

此外，在图1中示出冷却剂喷入，通常是将水喷入进气管11中。除了水作为冷却剂以外，水和酒精的混合物尤其适合作为冷却剂。接下来，术语“冷却剂喷射”和“喷水”等同地被用于描述冷却剂喷射。喷水装置包括通过连接管路5与电泵1连接的水箱2。水可以经过连接管路5从箱2流动到电泵1或者说被电泵1从箱中抽吸出。电泵1的通过连接管路5与水箱2连接的一侧接下来称为入流部。此外，电泵1具有通过连接管路5与水轨3连接的高压出口。水轨3是压力存储器，该压力存储器可以用水由电泵来充注并且以压力来加载。尤其在喷入进气管中时压力较小，使得水轨3也可以构造为简单的软管或软管分配器。水轨3通过另一连接管路5与通入进气管11中的喷水器4连接。因此，水箱2中的水经由入流部被输送给电泵1并且在泵1的高压出口上以提高的压力来提供。于是，该水被暂时存储在水轨3中直至通过喷水器4的相应打开被喷入进气管11中。

在水轨3上也可以附接多个喷水器4，它们给多个气缸10供水。尤其在多气缸发动机(如当今在机动车中常见那样)中是这样一种构型：其中，可以单独地以每个气缸的与其协调的量来给该气缸供水。

通过将水喷入进气管11中，在气缸10的燃烧室101中与通过燃料喷射器13喷入的燃料一起产生空气、燃料和水的混合物。于是，通过或者由火花塞或者在柴油发动机情况下由自燃过程引起的相应点燃，在气缸10的燃烧室中进行燃料-空气混合物的燃烧。通过在该空气-燃料混合物中包含的水，在气缸10中进行燃烧室101的有效冷却，由此降低燃烧温度并且在应用于汽油发动机的情况下减小爆震倾向。由此可以实现优化的点火时间点，该点火时间点对汽油发动机的效率或消耗产生正面影响。进一步地，在汽油发动机和柴油发动机中也可以减小有害废气的产生。因此，将水带入燃烧室中是一种可以正面影响气缸10的燃烧室中的燃烧质量的措施。通过该措施，既可以正面影响废气的质量和气缸10的热负荷又可以正面影响燃料需求。进一步地，还示出控制器200，该控制器是用于操控发动机的所有部件的微控制器。为此，读出发动机的相应传感器的信号，并且计算发动机的相应操控信号。因此，控制器200是用于控制发动机的所有运行状态的器件。

在图2中同样示出具有水喷射到气缸10的燃烧室中的发动机。用附图标记10、11、12、13、1、2、3、4、5、100、101再次标注与在图1中相同的对象。然而与图1不同，喷水器4不是这样布置，即喷水器通入进气管11中，而是直接通入气缸10的燃烧室101中。将水直接喷入气缸10的燃烧室中与喷入进气管中相比需要明显更高的压力。对于将水喷入进气管11中而言，几巴的水压足够用。因为在空气进入阀向进气管11方向已经闭合并且气缸位于压缩阶段中时可以进行到气缸10的燃烧室中的喷射，所以为了将水喷入燃烧室中需要高达200巴数量级的明显较高压力。因此，在水轨3中必须以明显较高的压力来存储水，以便能够实现直接到气缸10的燃烧室中的喷射。为此，在电泵1后面布置有高压泵6。高压泵6的入流部通过连接管路5与电泵1的高压出口连接。高压泵6的高压出口通过连接管路5与水轨3连接。因此实现了能产生足够高的压力以便能够将水直接喷入发动机燃烧室中的组件。

在图3中示出特征曲线族，在该特征曲线族中示出负荷L和转速N并且示出冷却剂喷射装置激活或停用的运行区域。如可见那样，在较大的区域32中，尤其在负荷较低并且转速较低的区域中，冷却剂喷射装置是未激活的。在另一区域31中，尤其在负荷较高并且转速较高的区域中，喷水装置被激活，以便将内燃发动机的热过载或者内燃发动机的爆震保持很低。根据本发明，现在提出一种方法和一种设备，通过它们可以确定冷却剂喷射装置的运转或不运转。如果在此得出，冷却剂喷射装置运转，那么可以借助冷却剂喷射进行内燃发动机的更好运行。在此，使内燃发动机在优化的运行区域中运行，由此可以提升发动机的消耗或者说功率(wodurch der Verbrauch des Motors bzw.die Leistung gesteigertwerden)。如果确定，冷却剂喷射装置不运转，那么必须实现内燃发动机的保护运行，因为不可能借助冷却剂喷射进行优化运行。通过该保护运行提高了消耗并且降低了发动机的功率。

在图4a中示出在带有运转的冷却剂喷射装置的系统中的运行不平稳性。针对时间画出运行不平稳性。在此，运行不平稳性既由多气缸内燃发动机的各个气缸之间的发动机转速波动又由在同一气缸中相继进行燃烧过程时的发动机转速波动得出。根据内燃发动机燃烧室中的混合物的构成而定地，在燃烧变化过程方面存在区别，这些区别表现在相应燃烧的不同力矩贡献方面。这例如可以通过评估内燃发动机的转速获知到，其方式是：分别直接在一次燃烧之后评估不同的转速。通过喷入冷却剂会更好地控制气缸中的各个燃烧过程，并且在各个气缸的燃烧过程中的区别变得更小。

在此，可以实现两个不同的评价量度，即运行不平稳性或运行平稳性。运行不平稳性说明各个燃烧过程相互间的区别有多大。运行平稳性说明各个气缸中的燃烧过程相似性有多大。然而，两个规则仅以不同的正负符号说明相同的事实。这意味着，高的运行不平稳性相当于低的运行平稳性，低的运行不平稳性相当于高的运行平稳性。通过两个不同的规则基本上陈述了相同的情况，然而，在过去会将两个不同的规则都考虑，也就是说既考虑运行不平稳性又考虑运行平稳性，以评价内燃发动机中的燃烧过程的一致性。

在图4a中示出在冷却剂喷射装置运转情况下的运行不平稳性。在第一区域401中示出在激活冷却剂喷射装置情况下的运行不平稳性。在第二区域402中示出在停用也就是说关断冷却剂喷射装置情况下的运行不平稳性。如明确地可见那样，相比在冷却剂喷射装置(401)接通情况下，在冷却剂喷射装置关断情况下运行不平稳性显著更高。因此可以清楚地区分，内燃发动机是否正在借助喷水来运行。

在图4b中示出在冷却剂喷射装置有故障情况下的相同测量。因为冷却剂喷射装置不运转，所以接通或关断冷却剂喷射装置对燃烧过程没有影响，因为在两个状态中都不将冷却剂带入燃烧室中。因此，运行不平稳性的两个变化过程都存在于相应于冷却剂喷射装置关断情况下的区域402中。

根据特征曲线族3中的运行区域而定地，现在可以使用不同的分析方法。在运行点301，内燃发动机处于冷却剂喷射装置接通的状态中。因此，通过简单地观察运行不平稳性或运行平稳性可以确定，事实上是否已喷水或未喷水，也就是说喷水装置是否无故障地运转。然而，运行平稳性信号或运行不平稳性信号同样被内燃发动机的运行或者说被安装有内燃发动机的车辆的运行影响。通常，内燃发动机不是连续地静态地运行，而是转速和负荷会变化并且因此发动机的运行点也变化。因此需要根据内燃发动机的各个运行点来设定运行平稳性或运行不平稳性的不同区域401和402。尤其，相比在负荷和转速较低的情况下，在负荷和转速较高的情况下可能出现较大波动。尤其，内燃发动机的怠速运行的优点应为低的运行不平稳性或者说高的运行平稳性。由于发动机的不断变化的运行条件，简单地区分区域401和402(如在图4a中所示)可能是困难的。尤其，这些区域可能在内燃发动机的真实运行中明显重叠，于是很难确定冷却剂喷射装置是否运转。

因此，可以实现改进的诊断，在该诊断中相继进行运行不平稳性和运行平稳性的两个测量。在此，对于一个状态，激活冷却剂喷射装置，并且在此之后不久又停用冷却剂喷射装置，并且在两个状态中都进行运行不平稳性的测量。尤其当在这两个测量之间内燃发动机的运行条件未强烈改变时，可证明有明显的区别。

因此，在喷水装置激活的运行点301中，通过简单地评估运行不平稳性已经可以识别到冷却剂喷射装置的干扰。替代地，在该运行点301也可以进行主动诊断，在该诊断中有目的地激活并且停用喷水装置，以便检验是否会出现运行不平稳性或运行平稳性的显著变化，从而推断出冷却剂喷射装置的运转或不运转。

在运行点302中，喷水装置是未激活的，也就是说，在这里与所存储的用于运行不平稳性或运行平稳性的比较值的比较是没有意义的。但是，在该运行点302中同样可以进行主动诊断，在该诊断中有目的地激活和停用喷水装置并且分别比较运行不平稳性或运行平稳性。即使在本来未设置冷却剂喷射的运行区域中也可以获知冷却剂喷射对运行不平稳性或运行平稳性的影响，并且因此可以进行冷却剂喷射装置的诊断。在运行点302时的该做法导致冷却剂的少许附加消耗，然而这是没有问题的，因为仅偶尔执行主动诊断。

进一步地，可以设置两级式诊断方法，在该诊断方法中在喷水装置301激活的运行点处连续评估运行不平稳性或运行平稳性。如果在该诊断形式中不能够清楚判断冷却剂喷射装置是否可靠地运转，那么通过受控地接通和关断冷却剂喷射装置来执行主动诊断。该两级式方法的优点在于，用于在借助冷却剂喷射进行的运行期间简单地连续监控运行不平稳性或运行平稳性的费用特别低。尤其不需要的是，在本来需要冷却剂喷射的运行区域中为了诊断而暂时关断冷却剂喷射装置。仅在运行不平稳性或运行平稳性的简单监控已经显示出喷水装置存在潜在功能故障并且之后可以执行费用较高的主动诊断时，执行所述费用较高的方法。因此，通过该两级式方法首先将用于诊断的费用保持很低并且仅在需要的情况下执行费用较高的主动诊断。有利的是，在该方法中，仅在怀疑有故障的情况下为了纯诊断目的而产生冷却剂的附加消耗。

Claims (8)

1.一种用于诊断内燃发动机的冷却剂喷射装置的方法，其特征在于，求出运行平稳性或运行不平稳性，并且由所述运行平稳性或运行不平稳性求出所述冷却剂喷射装置的运转或不运转，其中，所述运行平稳性或运行不平稳性既由多气缸内燃发动机的各个气缸之间的发动机转速波动得出又由在同一气缸中相继进行燃烧过程时的发动机转速波动得出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述内燃发动机的一个运行点求出所述运行平稳性或运行不平稳性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述运行平稳性或运行不平稳性与比较值比较。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述运行平稳性低于所述比较值或者所述运行不平稳性高于所述比较值时，所述冷却剂喷射装置被诊断为有故障。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述运行平稳性或运行不平稳性一次在激活冷却剂喷射装置情况下并且一次在停用冷却剂喷射装置情况下求出，并且，将用于所述运行平稳性或运行不平稳性的两个值相互比较。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当在所述冷却剂喷射装置激活情况下的所述运行平稳性小于在所述冷却剂喷射装置停用情况下的所述运行平稳性时，所述冷却剂喷射装置被诊断为有故障，或者，当在所述冷却剂喷射装置激活情况下的所述运行不平稳性大于在所述冷却剂喷射装置停用情况下的所述运行不平稳性时，所述冷却剂喷射装置被诊断为有故障。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述运行平稳性低于比较值或所述运行不平稳性高于比较值时，所述冷却剂喷射装置被诊断为潜在有故障；并且，当在所述冷却剂喷射装置激活情况下的所述运行平稳性小于在所述冷却剂喷射装置停用情况下的所述运行平稳性时，所述冷却剂喷射装置被诊断为最终有故障；或者，当在所述冷却剂喷射装置激活情况下的所述运行不平稳性大于在所述冷却剂喷射装置停用情况下的所述运行不平稳性时，所述冷却剂喷射装置被诊断为最终有故障。

8.一种用于诊断内燃发动机的冷却剂喷射装置的设备，其特征在于，设置有器件，所述器件求出所述内燃发动机的运行平稳性或运行不平稳性，并且由所述运行平稳性或运行不平稳性求出所述冷却剂喷射装置的运转或不运转，其中，所述运行平稳性或运行不平稳性既由多气缸内燃发动机的各个气缸之间的发动机转速波动得出又由在同一气缸中相继进行燃烧过程时的发动机转速波动得出。

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