CN110848038B - 用于对内燃机进行诊断的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对用于车辆的内燃机（100）进行诊断的一种装置（108）和一种方法，其中所述装置（108）包括：识别机构（110），该识别机构构造用于在车辆特别是在正常运行中运行时识别内燃机（100）的切断过程；检测机构（112），该检测机构构造用于在所述切断过程的期间检测内燃机（100）的曲轴（102）的转速的或齿时间的变化曲线的一部分和/或几部分；比较机构（116），该比较机构构造用于将所述变化曲线的一部分和/或几部分的至少一个特征在比较中与比较特征进行比较；以及诊断机构（118），该诊断机构构造用于根据所述比较的结果实施关于至少一个气缸（104）中的压缩损失的诊断。

Description

用于对内燃机进行诊断的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于对内燃机的气缸中的压缩损失进行诊断、尤其进行识别的一种方法和一种装置。

背景技术

传统的用于进行压缩损失识别的方法作为维修点诊断功能的一部分而使用压缩测试。在此，在内燃机在喷射被去除激活的情况下被拖曳的时候记录曲轴的齿时间。对于齿时间的分析能够实现气缸精确的压缩损失识别。

值得追求的是，也在维修点诊断功能之外来识别压缩损失。

发明内容

这一点通过根据本发明的用于对车辆的内燃机进行诊断的方法和用于对用于车辆的内燃机进行诊断的装置来实现。在所述方法中，在车辆特别是在正常运行中运行时识别出该内燃机的切断过程，其中在所述切断过程的期间检测该内燃机的曲轴的转速的或齿时间的变化曲线的一部分和/或几部分，其中在与至少一个比较特征的比较中比较所述变化曲线的一部分或几部分的至少一个特征，并且根据所述比较的结果来实施关于至少一个气缸中的压缩损失的诊断。所述装置包括：识别机构，该识别机构构造用于在车辆特别是在正常运行中运行时识别内燃机的切断过程；检测机构，该检测机构构造用于在所述切断过程的期间检测内燃机的曲轴的转速的或齿时间的变化曲线的一部分和/或几部分；比较机构，该比较机构构造用于将所述变化曲线的一部分和/或几部分的至少一个特征在比较中与比较特征进行比较；以及诊断机构，该诊断机构构造用于根据所述比较的结果实施关于至少一个气缸中的压缩损失的诊断。

在下文中，“正常运行”是指以下运行，在所述运行中为了诊断目的而尤其没有影响或者操控内燃机的运行。

在用于对车辆的内燃机进行诊断的方法中，在车辆尤其在正常运行中运行的期间识别内燃机的切断过程，其中在切断过程的期间检测内燃机的曲轴的转速的或齿时间的变化曲线的一部分和/或几部分，其中将所述变化曲线的一部分和/或几部分的至少一个特征在比较中与至少一个比较特征进行比较，并且根据所述比较的结果实施关于至少一个气缸中的压缩损失的诊断。因此，在正常运行中，在由于运行引起的切断过程的期间、也就是说不是在通过外部的机器、像比如起动器以预先给定的方式拖曳发动机的期间也能够在维修点诊断功能中进行诊断。

特别有利的是，确定至少一个表征压缩质量和/或膨胀质量的特征。仅仅从转速的和/或齿时间的所检测到的部分中能够提取必要的关于压缩质量的特征。这些特征能够直接在时间信号中作为幅度值而存在，或者在特殊的变换之后、例如作为频谱值变换到频率范围中之后和/或在计算匹配的模型的系数之后存在。因此，能够从本来存在的曲轴传感器或转速传感器的信号中获知压缩损失，而无需用于测量气缸内部压力的附加的传感器。

特别有利的是，如果至少一个特征与至少一个比较特征之间的差异超过判定阈值，那就诊断出压缩损失。在出现压缩损失时，这些特征的区别绝大部分仅仅在于现存的压缩质量差异和/或膨胀质量差异。因此能够稳健地进行诊断。

特别有利的是，确定用于确定特征与比较特征之间的差异的尺度。这是一种有效的、用于进行变化曲线之间的成对的相似性计算的可行方案。特别有利的是，使用表明特征与比较特征之间的相似性的度量(Metrik)。例如，使用经过加权的度量，其考虑具有不同权重的不同特征，以用于求取作为用于特征和比较特征的相似性的尺度的间距(Abstand)。

特别有利的是，将所述变化曲线的、配属于内燃机的第一气缸的第一部分的特征与所述变化曲线的、配属于内燃机的第二气缸的第二部分的比较特征彼此进行比较。对内燃机的两个气缸的变化曲线和/或其从中推导的特征进行的比较能够识别多达一半的气缸中的压缩损失。

特别有利的是，根据比较变化曲线来确定至少一个比较特征，所述比较变化曲线是内燃机的曲轴的转速的或齿时间的变化曲线的至少一部分，这部分在所述内燃机的切断过程的期间在排除了压缩损失的存在的时刻被检测到。这能够通过与先前为这个气缸所记录的比较变化曲线的比较来识别内燃机的所有气缸中的压缩损失。

特别有利的是，所述变化曲线的一部分处于曲轴角的如下角分段中，该角分段配属于气缸中的活塞的运动的上止点。在切断过程的期间，记录上止点附近的齿时间和/或转速并且将其分配给相应的气缸。其原因在于，在切断过程的期间仅仅气缸的压缩和膨胀阶段对曲轴施加显著的影响。因此，上止点周围的角分段代表着这两个气缸阶段的、对所测量的参量的最大影响。

特别有利的是，仅仅使用来自整个转速范围的速度间隔的部分，在所述速度间隔中所述差异大于相异性阈值。通过带有压缩损失的气缸与不带有压缩损失的气缸的特征之间的相异性的提高改进了分级(Klassifikation)。

特别有利的，使内燃机在切断过程中从空转中停止。这能够实现特别好的识别效果。

特别有利的是，使用学习型的优化方法、数据驱动的模型和/或算法，以用于设置最佳的判定阈值和/或确定特征与压缩质量和膨胀质量之间的配属关系。

特别有利的是，根据所述结果与用于相同构造类型的和/或具有可比较的用途(Gebrauch)的车辆的比较结果的比较关于至少一个气缸中的压缩损失来实施对于内燃机的诊断，所述比较在远离车辆的计算机或计算机复合体(Rechnerverbund)来执行。这能够实现所述诊断的基于云的改进。

所述用于对内燃机进行诊断的装置包括：识别机构，该识别机构构造用于在车辆特别是在正常运行中运行时识别内燃机的切断过程；检测机构，该检测机构构造用于在所述切断过程的期间检测内燃机的曲轴的转速的或齿时间的变化曲线的一部分和/或几部分；比较机构，该比较机构构造用于将所述变化曲线的一部分和/或几部分的至少一个特征在比较中与比较特征进行比较；以及诊断机构，该诊断机构构造用于根据所述比较的结果实施关于至少一个气缸中的压缩损失的诊断。由此能够在车辆的正常运行中进行车载诊断(on-board Diagnose)。

所述装置有利地包括预处理机构，所述预处理机构构造用于确定表征压缩质量和/或膨胀质量的特征。

所述装置优选构造用于实施所提到的方法之一。

附图说明

其他有利的设计方案在以下描述和附图中得出。在附图中：

图1示意性地示出了车辆的内燃机的部件；

图2示意性地示出了用于在车辆的正常运行的期间进行诊断的方法中的步骤；

图3示出了停止过程的曲轴转速变化曲线；

图4a-d示出了窗口中的曲轴转速变化曲线，

图5作为用于压缩质量的特征的示例示出了局部最小值和最大值之间的比例。

具体实施方式

图1示意性地示出了车辆的部件。该车辆包括具有曲轴102的内燃机100。内燃机包括多个气缸104，活塞106能够分别在所述气缸中在上止点和下止点之间运动，以用于驱动曲轴102。

在图1中示意性地示出了用于进行诊断的装置108、尤其是用于在车辆的正常运行的期间进行诊断的装置，以用于识别所述气缸104中的至少一个气缸中的压缩损失。

装置108包括识别机构110，该识别机构构造用于在车辆以正常运行行驶时识别内燃机100的切断过程。例如，如果要求发动机停止，则进行切断过程。在这种情况下，禁止供应燃料和/或点火。这导致内燃机100的转速损失。通过下述措施来记录并且分析相应的发动机停止过程。

装置108包括检测机构112，该检测机构构造用于在切断过程的期间检测内燃机100的曲轴102的转速的或齿时间的变化曲线的至少一部分，所述变化曲线配属于所述内燃机100的多个气缸104中的每个单个的气缸。

装置108包括预处理机构114，该预处理机构构造用于从所检测到的变化曲线中从一个和/或多个切断过程中提取每个气缸的特征。装置108包括比较机构116，该比较机构构造用于将从所述变化曲线中所提取的特征在比较中与来自一条比较变化曲线或者多条变化曲线的比较特征进行比较。

装置108包括诊断机构118，该诊断机构构造用于根据比较的一个或多个结果实施关于所述气缸104中的至少一个气缸中的压缩损失的诊断。诊断涉及对于所述气缸104中的至少一个气缸中的压缩损失的识别。

优选地，通过一个或多个切断过程来实施诊断，以用于提高所述探测的稳健性。

例如，通过曲轴位置传感器或类似的传感器120来检测齿时间或转速，所述传感器尤其通过数据线122向所述检测机构112提供曲轴102的齿时间和/或转速。

下面借助于图2来描述用于进行诊断的方法。

在开始之后，在内燃机100的正常运行的期间，实施步骤202。

在步骤202中，在车辆处于运行期间要求内燃机100的切断过程或者识别出这样的要求。例如，在切断过程中禁止供应燃料和/或点火。例如在切断过程中使内燃机100从空转中停止。

紧接着实施步骤204。

在步骤204中，在切断过程的期间检测内燃机100的曲轴的转速的或齿时间的变化曲线的至少一部分，所述变化曲线包括用于内燃机100的一个或多个气缸104的变化曲线。详细来讲，对特定的气缸104来说对角分段进行分析，所述角分段包括其上止点和上止点周围的区域。

例如，对于多个气缸104来说，为每个有待诊断的气缸104分配所述变化曲线的一部分，该部分处于曲轴102的曲轴角的角分段中，该角分段配属于这个气缸104的活塞106的运动的上止点。

紧接着实施步骤206。

在步骤206中实施预处理。为了进行噪声抑制、对缺失的齿时间进行校正和/或用快速傅里叶变换对所述变化曲线的所检测到的部分进行处理，以用于产生至少一个特征。详细来讲，为每个气缸104确定其特征。在一个方面，从所检测到的变化曲线中从一个和/或多个切断过程中提取每个气缸的特征。优选地，确定表征压缩质量和/或膨胀质量的特征。特征能够是幅度值、标准化的幅度值、频率范围的频谱值和/或用于随机过程的时间离散模型的系数。这些特征也能够借助于机器学习通过数据驱动模型来确定。

尤其提取与压缩质量和/或膨胀质量有关的特征。尤其将这些特征与比较变化曲线的比较特征进行比较，所述比较特征与压缩质量和/或膨胀质量具有相同的关系。

能够规定，仅仅使用来自整个转速范围的速度间隔的部分，在所述速度间隔中所述差异大于相异性阈值。

能够规定，在比较之前根据内燃机100的转速对所述变化曲线的幅度进行校正。

紧接着实施步骤208。

在步骤208中，在比较中将所述变化曲线的一部分与比较变化曲线进行比较。例如，关于所述变化曲线的一部分和所述比较变化曲线的幅度或者关于其形状对其进行比较。详细来讲，将从所述变化曲线中所提取的一个或多个特征在比较中与来自一条或多条比较变化曲线的一个或多个比较特征进行比较。

也能够检测、预处理并且比较多个发动机停止过程。

例如，通过匹配的间距计算来确定用于确定特征与比较特征之间的差异的尺度。可以确定来自所述变化曲线的特征与来自所述比较变化曲线的比较特征之间的欧几里德间距，以用于计算相似性。作为替代方案或补充方案，能够使用数据驱动的模型，以用于借助于机器学习来计算特征与压缩质量和/或膨胀质量的配属关系。

在第一方面，将所述变化曲线的、配属于内燃机100的第一气缸的第一部分与所述变化曲线的、配属于内燃机100的第二气缸的第二部分彼此进行比较。这意味着，用于第一气缸的比较变化曲线是用于第二气缸的变化曲线的一部分。如果使用多个发动机停止过程来对第二气缸进行诊断，则保存第一气缸的比较变化曲线或从中得到的特征，以用于为第二气缸上的多个停止过程来实施探测。这意味着，用于第一气缸的比较变化曲线是用于第二气缸的变化曲线的一部分并且反之亦然。如果使用多个发动机停止过程来执行诊断，则保存所提取的特征并将其分配给相应的气缸。对所保存的信息要么进行平均并且进行一次比较和/或执行多次比较。特别地，针对变化曲线分别观察相应的气缸中的相应的活塞的上止点附近的角分段。

在另一方面，比较变化曲线是内燃机100的曲轴的转速的或齿时间的变化曲线的、在内燃机100的切断过程的期间在不存在压缩损失的时刻所检测到的部分。在以下时刻来记录所述比较变化曲线，在所述时刻肯定发动机还完全正常并且不存在压缩损失。比如，这个时刻是在首次许可之后的第一个500公里至2500公里、特别是2000公里之内和/或100至300次、特别是250次停止过程之内的时刻。尤其对于比较变化曲线来说在诊断之前检测同一个气缸的活塞的上止点的附近的角分段，为所述角分段来执行比较。

紧接着实施步骤210。

在步骤210中，根据所述比较的一个或多个结果来实施关于气缸中的压缩损失的诊断。

例如，如果至少一个特征与至少一个比较特征之间的差异超过判定阈值，那就诊断出压缩损失。例如，通过学习型的优化方法来确定、改进或者优化用于比较的判定阈值。

在另一种示例中，学习型数据驱动模型识别出所属的压缩质量和/或膨胀质量并且报告与此相关的错误。

能够在所述方法的工序过程(Durchlauf)中对内燃机100的多个气缸进行诊断。能够重复步骤202至210，以用于单个地诊断多个气缸。步骤的次序不一定在每次重复时包括每个步骤，此外所述步骤也能够以不同的顺序来实施。

然后结束所述方法。

能够在基于云的方案中将结果与相同构造类型的且具有可比较用途的车辆的结果进行比较。例如，根据当前有待诊断的车辆的结果与用于相同构造类型的并且/或者具有可比较的用途的其它车辆的比较结果的、关于至少一个气缸104中的压缩损失的比较情况在步骤210中实施对于内燃机的诊断。对于结果的这种比较在远离有待诊断的车辆的计算机或计算机复合体中来执行。其他车辆的结果比如从先前进行的诊断中已知。如果用于有待诊断的车辆的结果与其他结果偏差太大，那么这就比如表明压缩损失。因此，稳健性得到提高。

图3在上部分中关于标准化的时间tn示意性地示出了在发动机停止的期间以U/min为单位的曲轴转速变化曲线K。在图3的下部分中，关于相对于四冲程发动机的720°曲轴角以四个相位中的°曲轴角为单位的曲轴位置θ示出了相同的曲轴转速变化曲线K。图3以图形方式示出了在停止过程的期间的转速变化曲线与气缸的相位的配属关系。

在切断过程的期间，发动机在压缩阶段中在能量损失的情况下将动能转换为势能，并且将这种势能以气体压力的形式储存在气缸内部。曲轴得到制动。在切断过程的期间，发动机在膨胀阶段中将气体压力的形式的势能在损失的情况下转换为动能。曲轴得到加速。

这两个阶段对每个气缸来说通过发动机专用的曲轴角分段来定义并且通过所观察的气缸的上止点OT0、OT1、OT2、OT3来分开。

图4a关于标准化的时间并且在划分为着围绕相应的气缸的上止点的窗口的情况下针对4个气缸示意性地示出了以U/min为单位的曲轴转速变化曲线K。在图4c中针对相同的气缸示出了在围绕着相应的上止点的以°曲轴角为单位的窗口中的、关于相应的幅度得到补偿的转速KK的、第一变化曲线K1、第二变化曲线K2以及由K1和K2求平均的变化曲线Km。详细来讲，以不同的转速示出了在彼此独立的情况下以方差和平均值得到标准化的变化曲线K1和K2。

在图4b中示出了在围绕着相应的上止点的以°曲轴角为单位的窗口中的、关于相应的幅度得到补偿的、用于第一气缸OT0、用于第二气缸OT1和第三气缸OT2的转速KK的变化曲线。

在图4d中示出了在围绕着相应的上止点的以°曲轴角为单位的窗口中的、关于相应的幅度得到补偿的、用于第一气缸OT0、用于第二气缸OT1和第三气缸OT2的转速KK的变化曲线以及用于第三气缸OT3的平均的变化曲线。

在这种示例中，得到补偿的幅度用作压缩质量和膨胀质量的特征。对于所述变化曲线的成对的相似度计算来说，补偿并非绝对必要。补偿允许更好地关于具有不同的转速的变化曲线的压缩质量和/或膨胀质量对其进行比较。对每个气缸来说能够在求平均或者不求平均的情况下对所述变化曲线进行研究。能够借助于对于用于确定所述变化曲线的差异的尺度、比如欧几里德间距的计算或者其它的用于确定信号变化曲线的相异性的方法来研究所述窗口中的变化曲线。两个气缸的压缩质量和膨胀质量越是不同，这些气缸的信号变化曲线之间的相似性就越小。优选地，使用多个停止过程，以用于执行求平均过程。

其中一个气缸OT3上的压缩损失在图5中作为以用于相应的气缸OT0、OT1、OT2、OT3的°曲轴角为单位的窗口上面的、得到补偿的转速KK的变化曲线来示出。

此外，在图5中示出了另一特征、即用于气缸OT2和OT3的局部的最小值504和最大值506之间的比例502。对于所述变化曲线中的局部最小值来说，所述转速通过压缩获得最大的影响。对于局部最大值来说，转速通过膨胀获得最大的影响。这些区域对诊断来说是具有匹配的角分段的所定义的位置。这些特征是有利的，也能够按特殊的分析方法将信号的其它的位置或者特性用作特征。

尤其如果同时在所有气缸中出现压缩损失，则为每个单个的气缸计算在上止点之前和之后的、特别有利地针对探测所定义的位置上的、得到补偿和/或未得到补偿的转速的比例。将该比例与先前针对这些位置而校准的比例进行比较。在此能够规定合适的、关于经过校准的比例的公差范围。

Claims (16)

1.用于对车辆的内燃机(100)进行诊断的方法，其特征在于，在车辆运行时识别出该内燃机(100)的切断过程(202)，其中在所述切断过程的期间检测该内燃机(100)的曲轴(102)的转速的或齿时间的变化曲线的一部分和/或几部分(204)，其中在与至少一个比较特征的比较中比较所述变化曲线的一部分或几部分的至少一个特征(208)，并且根据所述比较的结果来实施关于至少一个气缸(104)中的压缩损失的诊断。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定至少一个特征，所述特征表征压缩质量和/或膨胀质量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果至少一个特征与至少一个比较特征之间的差异超过判定阈值，那就诊断出压缩损失。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定用于确定特征与比较特征之间的差异的尺度。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述变化曲线的、配属于所述内燃机(100)的第一气缸的第一部分的特征与所述变化曲线的、配属于所述内燃机(100)的第二气缸的第二部分的比较特征相互比较。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个比较特征根据比较变化曲线来确定，所述比较变化曲线是所述内燃机(100)的曲轴(102)的转速的或齿时间的变化曲线的至少一部分，这部分在所述内燃机(100)的切断过程的期间在排除压缩损失的存在的时刻被检测到。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述变化曲线的部分处于曲轴角的角分段中，所述角分段配属于所述气缸(104)中的活塞的运动的上止点。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，仅仅使用来自整个转速范围的速度间隔的部分，在其中所述差异大于相异性阈值。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述内燃机(100)在切断过程中从空转中停止。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述结果与用于相同构造类型的车辆的比较结果和/或与能够比较的用途的比较关于至少一个气缸(104)中的压缩损失来实施对于内燃机的诊断(210)，所述比较则在远离车辆的计算机或计算机复合体中来执行。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用学习型的优化方法、数据驱动的模型和/或算法，以用于设置最佳的判定阈值和/或确定特征与压缩质量和膨胀质量之间的配属关系。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在车辆在正常运行中运行时识别出该内燃机(100)的切断过程(202)。

13.用于对用于车辆的内燃机(100)进行诊断的装置(108)，其特征在于：识别机构(110)，该识别机构(110)构造用于在车辆运行时识别内燃机(100)的切断过程；检测机构(112)，该检测机构构造用于在所述切断过程的期间检测内燃机(100)的曲轴(102)的转速的或齿时间的变化曲线的一部分和/或几部分；比较机构(116)，该比较机构构造用于将所述变化曲线的一部分和/或几部分的至少一个特征在比较中与比较特征进行比较；以及

诊断机构(118)，该诊断机构构造用于根据所述比较的结果实施关于至少一个气缸(104)中的压缩损失的诊断。

14.根据权利要求13所述的装置(108)，其特征在于，所述装置(108)包括预处理机构(114)，所述预处理机构构造用于确定表征压缩质量和/或膨胀质量的特征。

15.根据权利要求13或14所述的装置(108)，其特征在于，所述装置构造用于实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

16.根据权利要求13所述的装置(108)，其特征在于，该识别机构(110)构造用于在车辆在正常运行中运行时识别内燃机(100)的切断过程。

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