CN110360027A - 用于诊断水喷射系统的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于诊断具有用于水的压力室(1)的水喷射系统的一种方法和一种设备，其中，该压力室(1)与泵(3)、压力传感器(2)和喷射阀连接。泵(3)构造用于产生压力室(1)中的水的压力，压力传感器(2)构造用于测量压力室(1)中的水的压力，并且喷射阀(4)构造用于将水从压力室(1)喷射到内燃机中。在泵(3)停止运行的情况下，借助压力传感器(2)在一时间段上观察压力室(1)中的压力，并且由该压力在所述时间上的变化过程确定水喷射系统的密封性和泄漏。

Description

用于诊断水喷射系统的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于诊断水喷射系统的一种方法和一种设备。

背景技术

由DE102016200694已经已知一种具有共同的压力室的水喷射系统。构造成用于水的存储容积的压力室与泵并且与多个水喷射阀连接。通过泵将水从箱体泵送到压力室中，并且在此实现压力室中的水的期望压力。通过喷射阀可以将水喷射到内燃机或内燃机的进气管中，以便因此在燃烧期间影响在内燃机中产生的温度。因此，可以积极地影响内燃机中的燃烧过程。

发明内容

与此相反，根据本发明的方法或根据本发明的设备具有如下优点：可靠地诊断水喷射系统。因此可以确保水喷射系统的功能，由此也确保积极地影响燃烧室中的燃烧过程。因此，确保了对内燃机的所有功能系统(尤其对内燃机的排气有影响的功能系统)的监测。

由说明书和附图得出其他的优点和改善方案。当要么截止阀实现在管线中，要么除了电气地关断泵以外也关闭截止阀时，可以特别简单地和可靠使泵停止运行(Stilllegen)。因此可以确保，在泵方面不再将流体泵送到压力室中，或者也不再有流体能够从压力室通过泵逸出。通过这种措施，因此可以确定水喷射系统的功能故障的可能的故障原因。首先，进行压力变化过程的静态测试，在该静态测试中，不对喷射阀进行操作。通过这种措施，检查水喷射系统的静态压力保持能力。在另一测试中，对至少一个喷射阀进行操作，由此，因此可以识别喷射阀的错误的不打开。如果在该测试中识别到预给定的压力差，则可以推断出原则上正常工作的喷射阀。此外，在此通过分析处理压力差的大小也可确定：喷射阀喷射期望的水量还是可以识别到与期望水量的偏差。为了放大信号，在此也可以进行相同喷射阀的多个喷射。对于具有多个喷射阀的水喷射系统而言，单独地对每个喷射阀进行检查。因此可以辨识出各个故障的喷射阀。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地阐释。附图示出：

图1示出水喷射系统的示意图；

图2示出静态测试中的压力变化过程；

图3示出具有故障的喷射阀的压力变化过程；

图4示出具有正常工作的喷射阀的压力变化过程；

图5示出在水喷射系统中存在泄漏和存在故障喷射阀情况下的压力变化过程，

图6示出在具有正常工作的喷射阀的水喷射系统中存在泄漏的情况下的压力变化过程。

具体实施方式

在图1中示出示意性的水喷射系统。图1的水喷射系统具有压力室1，通过压力传感器2测量该压力室的压力。压力室1与多个喷射阀4连接，通过所述喷射阀可以将水喷射到内燃机中——例如喷射到内燃机的进气管中或直接喷射到内燃机的燃烧室中。此外，压力室1与泵3连接。泵3通过第一管线11与水箱5连接，并且此外泵3通过第二管线12与压力室1连接。当泵3被操作时，该泵将水从水箱5泵送到压力室1中，并且给如此泵入压力室1中的水加载运行压力。通过压力传感器2测量该运行压力，并且(通过未示出的电线)将该运行压力传递给控制设备6。可选地，泵可以通过回流管线(图中未示出)与箱体连接，所述回流管线对于泵的功能而言(尤其量控制)是重要的。在回流管线中可以布置有节流阀或止回阀。由于该回流管线或泵3的准确构型对于本发明而言并不重要，所以这些细节也未在图1中示出。控制设备6分析处理压力室1中的压力并且(通过未示出的电线)相应地对泵3进行操控，以便在压力室1中保持预期的期望压力。此外，在第一管线11中还示出截止阀7，或在第二管线12中示出截止阀8，通过所述截止阀可以实现第一管线11或第二管线12的可靠关闭。

图1中所示的水喷射系统设置用于将水喷射到内燃机中。为此，喷射阀4分别布置在内燃机的进气管或缸盖中，并且因此可以将水喷射到进气管中或直接喷射到内燃机的燃烧室中。为此，通常根据内燃机的缸的数量，给内燃机的每个缸或者每个燃烧室设置一个单独的喷射阀4。替代地，可以给每个缸设置多于一个阀，例如一个用于将水直接喷射到燃烧室中的阀以及一个用于将水喷射到进气管中的阀。在图1中示意性地示出相应于四缸内燃机的四个喷射阀。并非在内燃机的所有运行状态中都对水进行喷射。此外，根据内燃机的运行点有意义的是改变运行压力(即存储在压力室1中的水的压力)。例如通过由控制装置6操控泵来对压力室1中的压力的进行操控。因此，控制装置6通过未示出的电操控线路与泵3连接。此外，控制装置6获得压力传感器2的压力信号并且尤其分析处理这些压力信号来操控泵3。根据本发明现在提出，在确定的运行点使用压力传感器2的压力信号来诊断水喷射系统。

在图1中示出两个截止阀，其中，在第一管线11中设有截止阀7，并且在第二管线12中设有截止阀8。在本发明的优选构型中，这些截止阀也由控制装置6所操控，从而可以以限定的方式闭锁和打开第一管线11和第二管线12。根据泵的构造，也可能足够的是：要么在第一管道11要么在第二管道12中仅设置单个的截止阀。这主要由泵3在关断状态中是否密封而决定。此外，还存在具有纯机械止回阀的泵类型，从而在泵关闭的状态中，单纯通过机械装置就已经能够存在泵3相对于压力室1中的压力的密封性。替代地，也可以使泵3仍然运行并且简单地通过操控信号来关闭截止阀8。尤其当期望存在关闭泵3的非常限定的时刻时，这是可能出现的，所述时刻无法通过简单地关闭泵3而如此精确地实现。然后，泵3在逐渐关闭(Auslaufen)时还短暂地输送一些水，但是这由于截止阀8关闭而对压力室1中的压力没有影响。因此，根据泵3的构造，代替所示的两个截止阀7，8，可以要么在第一管线中要么第二管线中仅设置一个单独的截止阀。

在图2中示出压力传感器2的压力P相对于水喷射系统的确定运行的时间t的关系。从水喷射系统的无压力的状态出发，将泵3接通并且压力室1中的压力P增加。在时刻t1使泵停止运行。通过关断泵3并且同时关闭图1的截止阀7和8来实现泵的停止运行。取决于该水喷射系统的构型，也可以通过简单地关断泵或者通过关闭所设置的截止阀7或8中的一个来关断泵来实现泵的停止运行。在此重要的是，通过泵3的停止运行，不再通过措施使压力室1中的压力增加。

在时刻t1之后，在水喷射系统被最佳地密封的情况下，压力室1中的压力因此将会随时间保持恒定。所密封的水喷射系统1的这种运行情况由曲线21的进一步的变化过程示出。相反，在曲线22中示出水喷射系统的非最佳密封性，即随着时间t的增加，压力室1中的压力向较低的压力值减小。例如通过比较两条曲线21和22可以看出，曲线21与22之间的压力差随着时间的增加而增大。在同样在图2中示出的时刻t2，已经存在曲线21的密封的水喷射系统与泄漏的或非密封的水喷射系统22之间的能够显著测量的差。特别简单地，因此可以简单地通过如下方式评估水喷射系统的密封性：在时刻t1进行一次压力测量，并且在时刻t2(即在预给定的时间段过去之后)重新进行一次压力测量。如果时刻t2的压力测量与时刻t1的压力测量之间测得的压力差小于阈值，则由此可以推断出水喷射系统是密封的。

如果时刻t1的测量与时刻t2的测量之间的压力差大于阈值，则认为水喷射系统是非密封的。在此，可以在压力传感器2的测量准确度方面或期望的压力保持能力方面确定阈值。可以通过分析处理预给定时间段t1至t2的开始时的和结束时的压力差来确定水喷射系统的密封性或非密封性。

在图3中示出相对于时间t的另一压力变化过程31。此外，借助曲线变化过程32示出喷射阀4的操控信号，借助曲线变化过程33示出一个或两个截止阀7、8的操控，并且借助曲线变化过程34示出泵3的操控。曲线32的低电平相应于关闭的喷射阀，并且曲线32的高电平相应于打开的喷射阀。曲线33的低电平相应于打开的截止阀7、8，并且高电平相应于关闭的截止阀。曲线34的高电平相应于接通的泵3，并且曲线34的低电平相应于关断的泵3。

从无压力的水喷射系统出发，通过接通泵3并且打开截止阀7、8来对压力室1进行加压(Unterdrucksetzen)。相应地，直至时刻t1，打开截止阀7、8并且接通泵3。例如能够通过曲线33和34的变化过程看出，然后在时刻t1，关闭截止阀7、8并且关断泵3。如从压力曲线31的变化过程中得出，涉及的是密封的水喷射系统，从而在时刻t2，曲线31的压力相对于时刻t1的压力不发生改变或仅略微地改变。

在时刻t2之后，现在对喷射阀进行操控，这由曲线32的相应的电平变化表示。在时刻t2与t3之间进行多个n次喷射。由于这些喷射发生在内燃机中，所以所喷射的水被输送到燃烧室中并且通过燃烧过程蒸发。为了防止水在进气管或燃烧室中冷凝，并非简单地持续性地打开喷射阀4直至在压力室1存在压力差，而是进行单个的喷射，这些单个的喷射就数量而言分别如此安排，使得这些单个的喷射不会对内燃机中的燃烧过程造成损害。

如在压力曲线31上可以看出那样，在时刻t2与t3之间的时间段中尽管发生了喷射，但是压力室1中的压力不发生变化。尽管为了打开喷射阀施加了在曲线32中所示的多个相应的电平变化，也是这种情况。因此，虽然将相应的操控脉冲施加到喷射阀4上，但是由压力的这种保持不变也可以推断出：相应的喷射阀错误地未打开。因此可以确定：在图3中被操控用于喷射的喷射阀4错误地无法被操作。因此，图3中所示的操控信号的以及由此产生的压力的变化过程允许对水喷射系统做出如下诊断：喷射阀4中的一个错误地未打开。

在图4中示出具有正确工作的喷射阀4的相应诊断。在图4中，首先示出相对于时间的压力变化过程41。此外，示出喷射阀的电平变化或操控脉冲42。曲线41的直至时刻t2的变化过程相应于图3中的压力曲线31的变化过程。操控脉冲42的直至时刻t3的变化过程相应于图3中的操控脉冲32的变化过程。

然而，与图3不同，基于图4的水喷射系统具有正常工作的水喷射阀4。作为对所述操控脉冲42的响应，因此在时间段t2至t3中发生压力室1中的压力降低。每次当喷射阀4通过相应的脉冲打开时，水都从压力室1喷射到内燃机中。因为泵3停止运行，所以不再由泵3给压力室继续提供水。因此，作为对t2至t3之间的时间段中的每个喷射脉冲的响应，压力室1中的压力减小，这通过时间段t2至t3中的压力曲线41表示。通过每次打开喷射阀4都会发生压力降低，这能够通过测量压力室1中的压力被证实。

为了实现足够稳定的压力信号，在此有利的是，不仅进行单个的喷射，而且相继地进行多个喷射。然后可以在每次喷射之后或仅在多个喷射结束时对压力室1中的压力进行分析处理。图4的变化过程在此相应于正常工作的水喷射系统，因为在时刻t2就已经证实系统的静态密封性，并且通过分析处理时间段t2至t3中的压力证实了喷射阀的功能。

在图4中，除了压力曲线41以外，还示出替代的压力曲线43和44。这些替代的压力曲线43和44相应于正常工作的喷射阀，然而这些喷射阀具有量偏差。压力的曲线变化过程41相应于期望压力变化过程，喷射阀设计用于所述期望压力变化过程。曲线43的压力变化过程相应于喷射不足量(Mindermenge)的喷射阀，并且压力变化过程44相应于具有过多量(Mehrmenge)——即比曲线41的正常喷射阀喷射得更多——的喷射阀。尤其当设置多个喷射阀4时，这是非常重要的。然后，喷射阀中的每个自身进行测试，也就是说，对这些喷射阀4中的每个单独地在喷射特性方面进行检查。如果在此确定在压力变化过程方面不同，则可以相应地对各个喷射阀进行补偿。为此，在示出如曲线43所示变化过程的喷射阀中，相应地延长操控时间，以便对不足量进行补偿。在具有相应于曲线44的压力变化过程的喷射阀中，相应地缩短操控脉冲，以便因此减少所喷射的水量。因此可以通过该措施实现各个喷射阀4的统一，其方式是：在诊断运行中检查各个喷射阀4的喷射特性，并且通过改变喷射持续时间来进行量补偿。

相应地，也可以在图3方面分别对喷射阀进行单独地检查。如果在此确定：所有喷射阀都相应于图3，则推断出水喷射系统完全失效，并且必须相应地对内燃机的运行进行匹配。

在图5中相对于时间t示出压力室1的压力51。直至时刻t2的变化过程相应于图2的曲线22的变化过程，也就是说涉及非密封的水喷射系统，在该非密封的水喷射系统中，在泵停止运行的情况下，压力室1中的压力连续减小。在时刻t2之后，重新对喷射阀进行操作，如这在图3中借助时刻t2至t3之间的曲线20示出的那样。然而时刻t2至t3之间的压力51的变化过程表现出线性的变化过程，该线性变化过程相应于在时刻t1至t2之间已经确定的连续压力降低的压力变化过程。在此无法看出喷射阀4的操控的效果。这表示，除了水喷射系统的泄漏以外，而且喷射阀也不响应于相应的操控脉冲——即喷射阀错误地保持关闭。

在图6中示出相对于相应于图5的时间t的相应压力变化过程61，其中，喷射阀4响应于操控脉冲地打开。因此，在时刻t2与t3之间的时间段中分别出现压力变化过程，该压力变化过程相应于：图4的曲线41的压力变化过程附加地叠加由于非密封的水喷射系统的压力减小。因此，通过分析处理图6的压力变化过程可以确定水喷射系统是非密封的，但是至少，示出根据图6的压力变化过程的水喷射阀相应地响应于操控脉冲——打开。在这种情况下，推测在泵3或截止阀中存在错误，而并非在示出图6的压力变化过程的喷射阀中存在错误。

如果在多个喷射阀——例如四个喷射阀——的情况下，三个喷射阀在诊断时具有如图6所示的压力变化过程，并且一个唯一的喷射阀具有如图5所示的变化过程，则可以推断出具有根据图5的压力变化过程的喷射阀也是水喷射阀泄漏的原因。然后可以有针对性地更换具有图5的压力变化过程的单个的水喷射阀，并且然后通过重新检查来验证：该阀确实的确也是水喷射系统不密封的原因。如果所有四个喷射阀都具有如图6所示的压力变化过程，则可以得出如下结论：在水喷射系统中存在其他泄漏(例如有缺陷的截止阀)，因为所有喷射阀都视为是无故障的。

Claims (10)

1.一种用于诊断水喷射系统的方法，所述水喷射系统具有用于水的压力室(1)，其中，所述压力室(1)与泵(3)、至少一个压力传感器(2)以及至少一个喷射阀(4)连接，其中，所述泵(3)构造用于产生所述压力室(1)中的水的压力，所述压力传感器(2)构造用于测量所述压力室(1)中的水的压力，并且所述喷射阀(4)构造用于将水从所述压力室(1)喷射到内燃机中，其特征在于，在所述泵(3)停止运行的情况下，借助所述压力传感器(2)在一时间段上观察所述压力室(1)中的压力，并且由所述压力在时间上的变化过程确定所述水喷射系统的密封性和或泄漏。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泵(3)借助第一管线与水箱连接并且借助第二管线与所述压力室(1)连接，在所述第一管线和/或第二管线中布置有截止阀，通过所述截止阀可以闭锁所述第一管线和/或第二管线，并且当所述泵(3)停止运行时，关闭第一截止阀和/或第二截止阀。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于预给定的时间段，使所述泵(3)停止运行并且不通过所述喷射阀(4)进行喷射，至少通过测量所述预给定时间段的开始时和结束时的压力来分析处理压力差，并且当初始值与最终值的压力差小于第一阈值时，将所述水喷射系统评估为密封的，并且当初始值与最终值的压力差大于所述第一阈值时，将所述水喷射系统评估为不密封的。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于预给定的时间段，使所述泵(3)停止运行并且通过至少一个喷射阀(4)进行至少一个喷射，分析处理至少喷射之前所述与喷射之后的压力差，并且当喷射之前与喷射之后的压力差小于第二阈值时，将所述喷射阀(4)评估为错误地关闭。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当喷射之前与喷射之后的压力差大于所述第二阈值时，将所述喷射阀(4)评估为正常工作的。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过测量至少一个喷射之前与之后的压力差，在喷射量方面对被评估为正常工作的喷射阀(4)进行等级划分，根据所述至少一个喷射之前与之后的压力差与所述压力差的期望值的偏差程度，所述等级包括：不足量等级、过多量等级和正常等级。

7.根据以上权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过喷射阀(4)进行多个喷射，并且分析处理所述多个喷射之前与之后的压力差。

8.根据以上权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述水喷射系统具有多个喷射阀(4)，并且单独地对每个喷射阀(4)执行诊断。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过分析处理所述多个喷射阀(4)的压力差来推测所述水喷射系统的各个部件的故障。

10.一种用于诊断水喷射系统的设备，所述水喷射系统具有用于水的压力室(1)，其中，所述压力室(1)与泵、压力传感器(2)以及喷射阀(4)连接，其中，所述泵(3)构造用于产生所述压力室(1)中的水的压力，所述压力传感器(2)构造用于测量所述压力室(1)中的水的压力，并且所述喷射阀(4)构造用于将水从所述压力室(1)喷射到内燃机中，其特征在于，设置如下装置：所述装置使所述泵(3)停止运行，并且所述装置借助所述压力传感器(2)在一时间段上观察所述压力室(1)中的压力，并且所述装置由所述压力在时间上的变化过程确定所述水喷射系统的密封性或泄漏。