CN110914659B

CN110914659B - 用于监控气缸压力传感器的方法

Info

Publication number: CN110914659B
Application number: CN201880034706.6A
Authority: CN
Inventors: T.弗兰克; A.托特; H.魏德勒
Original assignee: Rolls Royce Solutions Ltd
Current assignee: Rolls Royce Solutions Ltd
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2038-05-03
Also published as: EP3631398A1; US20200208578A1; EP3631398B1; CN110914659A; DE102017004895B4; US11149664B2; DE102017004895A1; WO2018215181A1

Abstract

本公开提出一种用于监控气缸压力传感器（11）的方法，在所述方法中，在能够预设的曲轴角度范围中检查传感器值允许性以及不允许性，在确定的允许性的情况下，所述气缸压力传感器（11）继续得到应用并且在确定的不允许性的情况下将所述气缸压力传感器（11）解除激活。本发明的特征在于，所述气缸压力传感器（11）的第一传感器值被设定为开始值以及第二传感器值被设定为停止值，由在所述开始值以及所述停止值之间的采样步骤的数量确定平台宽度并且所述平台宽度被设定为对于所述传感器值的允许性或不允许性是决定性的。

Description

用于监控气缸压力传感器的方法

技术领域

本发明涉及用于监控气缸压力传感器的方法，其中在能够预设的曲轴角度范围中检查传感器值允许性以及不允许性，在确定的允许性的情况下继续应用气缸压力传感器并且在确定的不允许性的情况下将气缸压力传感器解除激活。

背景技术

在基于气缸压力的马达管理系统中，燃烧的品质根据所测量的气缸压力来判定。燃烧调节建立到50%转换点（Umsatzpunkt）（MFB50）上。因此，对于这种调节、例如喷射开始调节的基础是可运转的气缸压力传感器。然而，恶劣的周围环境以及还有设置的运行方式可能促使气缸压力传感器损坏。因此例如燃气马达在爆震边界处运行，以便达到最佳的效率。在此，视爆震的强度而定，气缸压力传感器的测量元件、也就是说膜片可能不可逆地变形或甚至被毁坏。因此，视变形而定，实际上不存在的压力值被显示。只要在气缸中的压力不高于压力传感器的相应于测量范围的允许的最大值的例如4.5伏的输出电压，就还能够正确地确定在气缸中的压力。然而在气缸中更高的压力值是重要的，因为那么气缸压力传感器在饱和中运行，也就是说那么输出电压被限制到4.5伏并且示出平台。

从US 2007/0277591 A1中已知一种用于监控气缸压力传感器的方法，其中在预设的曲轴角度范围之内，传感器信号关于零点误差和放大误差被监控。如果传感器值不处于允许的值范围之内，那么必要时匹配传感器值。那么随后的调节、例如喷射开始基于所匹配的传感器值。在太大的零点误差的情况下，传感器值被匹配并且驾驶员借助于警示灯被通知以误差。在太大的放大误差的情况下，气缸压力传感器被解除激活并且对于随后的调节确定气缸压力的替代值。在此重要的是，已经在暂时的放大误差的情况下将气缸压力传感器解除激活。

发明内容

因此本发明基于如下任务，即利用相对于所描述的现有技术改善了的误差识别（Fehlererkennung）开发一种用于监控气缸压力传感器的方法。

所述任务通过权利要求1的特征解决。设计方案在从属权利要求中示出。

本发明设置成，将第一传感器值设定为开始值以及将第二传感器值设定为停止值，由在开始值以及停止值之间的采样步骤的数量确定平台宽度并且平台宽度被设定为对于传感器值的允许性或不允许性是决定性的。为此，在第一步骤中将传感器值与饱和边界值比较，其中，将大于饱和边界值的传感器值配属于第一范围并且将小于饱和边界值的传感器值配属于第二范围。在第一范围中，大于饱和边界值的第一传感器值被设定为开始值并且大于饱和边界值的最后的传感器值被设定为停止值。在第二范围中，传感器信号的二阶导数的最大值被设定为开始值并且传感器信号的二阶导数的最小值被设定为停止值。在所述两种情况下，接着通过将采样步骤的数量与信号分辨率相乘来确定平台宽度。信号分辨率应该理解为两个测量值关于曲轴角度的以度的角度间距或两个测量值的时间上的间距、也就是说采样时间。平台宽度与之前限定的边界值的比较通过在太大的平台宽度的情况下将气缸压力传感器标记为损坏来确定进一步的工作步骤。

除了准确地识别之前损坏的气缸压力传感器和主动地保护内燃机外，存在另外的优点，即尽可能长久地应用传感器信号。如果传感器值处于饱和边界值之下，那么尽管有放大误差（Verstärkungsfehlers）还是应用所述传感器值。

此外，本发明允许将安装的（verbauten）气缸压力传感器相对于彼此互相印证（plausibilisieren）。在实践中，所示出的方法不仅能够应用在柴油马达中、在燃气马达中或还能够应用在汽油马达中。

附图说明

在附图中示出优选的实施例。其中：

图1示出系统图解，

图2示出程序流程图，

图3示出线图以及

图4示出线图。

具体实施方式

图1示出具有共轨系统的电子地控制的内燃机1的系统图解。共轨系统包括下面的机械的构件：用于输送来自燃料箱2的燃料的低压泵3、用于影响通流的燃料体积流的能够改变的抽吸节流阀4、用于在压力升高的情况下输送燃料的高压泵5、用于存储燃料的轨道6和用于将燃料喷入到内燃机1的燃烧室中的喷射器7。可选择地，共轨系统也能够利用单个存储器实施，那么其中，例如在喷射器7中集成有单个存储器8作为附加的缓冲体积。

内燃机1的运行方式通过电子的控制器10确定。电子的控制器10包含微机系统的通常的组成部件、例如微处理器、I/O模块、缓冲器和存储器模块（EEPROM、RAM）。在存储器模块中运用在特性曲线族/特征线中的对于内燃机1的运行相关的运行数据或将其运用为马达模型。通过所述运行数据，电子的控制器10由输入参量计算出输出参量。在图1中示例性地示出下面的输入参量：轨道压力pCR（其借助于轨道压力传感器9测量）、马达转速nMOT、气缸压力pZYL（其借助于气缸压力传感器11测量）、可选择地单个存储器8的压力pE和输入参量EIN。另外的传感器信号、例如废气涡轮增压器的增压空气压力概括在输入参量EIN中。在图1中示出用于操控抽吸节流阀4的信号PWM、用于操控喷射器7的信号ve（喷射开始/喷射结束）和输出参量AUS作为电子的控制器10的输出参量。输出参量AUS代表性地表示用于控制和调节内燃机1的另外的调节信号、例如用于在分级增压的情况下激活第二废气涡轮增压器的调节信号。电子的控制器10根据气缸压力pZYL确定燃烧状况。燃烧状况通过值MFB50评价，其中已喷入的燃料量的一半被燃烧。

图2示出程序流程图，其中示出所述方法。说明的数值涉及具有从0至5V的值范围和从0.5至4.5V的测量范围的电压传感器。显然根据本发明的方法也能够转用于电压压力传感器和电流压力传感器。在程序开始之后，在S1中初始化过程值（Verfahrenswerte）。由此例如将饱和边界值设定到SGW=4.5伏上，确定评价范围并且复位相应的计数器（Zähler）到零。然后在S2中读入气缸压力pZYL、也就是说气缸压力传感器（图1：11）的电压值。在没有误差的状态中，气缸压力传感器提供从0.5至4.5伏的电压范围。在S3中，气缸压力pZYL借助于滑动平均值运算（Mittelwertbildung）得到过滤。在图2中，输出参量利用pZYL（F）进行表征。接着，在S4中确定曲轴角度的评价范围、例如PHI=±180°。在所述曲轴角度范围之内进行气缸压力传感器的检查。然后在S5中计算经过滤的气缸压力pZYL（F）的一阶导数dp1。该一阶导数dp1可以关于曲轴角度（pZYL（F）/dPHI）或时间（pZYL（F）/dt）。然后在S6中，一阶导数dp1借助于滑动平均值运算得到过滤，输出参量：dp1（F）。在S7中，又从输出参量dp1（F）计算出二阶导数dp2。此后在S8中检查经过滤的气缸压力pZYL（F）是否大于饱和边界值SGW。在肯定的查询结果（S8：是）的情况下，该经过滤的气缸压力配属于第一范围并且根据步骤S9和S10进行处理。在否定的查询结果（S8：否）的情况下，该经过滤的气缸压力pZYL（F）配属于第二范围并且根据步骤S11和S12进行处理。对此，结合图3和4进行更详细的描述。

如果在S8中识别出了传感器值（在此：经过滤的气缸压力pZYL（F））小于饱和边界值SGW，那么在S11中设定开始值START和停止值STOPP。开始值START是二阶导数dp2的最大值并且停止值STOPP是二阶导数dp2的最小值。在图3B中，开始值START例如通过dp2=0.023w.E.和采样步骤1865来限定。相应地，停止值STOPP通过dp2=-0.013w.E.和采样步骤1885来限定。缩写w.E.表示“任意的单位”，在这种情况下表示电压单位（伏）在曲柄角度（Kurbelwinkel）PHI（度）上的二阶导数。代替曲轴角度，也可以应用时间作为等效。然后在S12中，将控制变量i设定到开始值的采样步骤上，也就是说i=1865。此后，程序流程图在点B处继续。

如果在S8中识别出了经过滤的气缸压力pZYL（F）大于饱和边界值SGW，那么在S9中设定开始值START和停止值STOPP。开始值START相应于大于饱和边界SGW的第一传感器值。停止值STOPP相应于大于饱和边界SGW的最后的传感器值。开始值START通过电压值和属于其的采样步骤限定。例如在图4B中，在计算二阶导数之后，开始值START通过dp2=-0.015w.E.和采样步骤1760限定并且停止值STOPP通过dp2=-0.007w.E.和采样步骤2030限定。然后在S10中，将控制变量i设定到开始值的采样步骤上，也就是说i=1760。此后，程序流程图在点B处继续。

在S13中，检查控制变量i是否小于/等于相应于停止值STOPP的采样步骤iSTOPP。如果这是这种情况（查询结果S13：是），那么在S14中，控制变量i升高1并且在S15中检查二阶导数dp2是否处于评价范围之内。在图3B和4B中，评价范围以附图标记AW表征。评价范围通过两个边界值GW1和GW2限定。如下地选择所述两个边界值GW1和GW2，使得其处于信号噪声带之上或之下，然而，用于开始和停止的信号处于所述边界值之外。如果二阶导数dp2处于评价范围AW之内（查询结果S15：是），那么在S16中控制变量k升高1。控制变量k表示在评价范围中的采样步骤的数量（Anzahl）。此后，程序流程图在点C处并且然后在点B处继续。如果在S15中确定二阶导数dp2处于评价范围AW之外，那么程序流程图在点C处并且然后在点B处继续。

如果在S13中的检查得到控制变量i大于iSTOPP，那么在S17中确定平台宽度（Plateaubreite）PB。对此，控制变量k这个值与信号分辨率、例如0.1度曲轴角度相乘。此后在S18中检查，平台宽度PB是否大于边界值PBGW。边界值PBGW是如下的数值，从所述数值起在超过其的情况下，气缸压力传感器被标记为损坏。如果平台宽度PB小于边界值PBGW（查询结果S18：否），那么气缸压力传感器被标记为可运转并且程序流程图在点A处以步骤S1继续。如果在S18中识别出平台宽度PB大于边界值PBGW（查询结果S18：是），那么气缸压力传感器被标记为损坏并且在S19中开始后续反应（Nachfolgereaktion）。作为后续反应例如设置成，对于内燃机促使功率减少，没有误差地工作的压力传感器的气缸压力应用作为用于控制和调节的基础或在最简单的情况下，将损坏的气缸压力传感器的传感器值被设定到替代值（Ersatzwert）上。此后程序流程图在点A处继续。

图2的程序流程图包括利用步骤S2至S7调节测量信号作为本发明的最大的范围。在本发明的更简单的实施方案中，这些步骤能够取消，从而例如在步骤S8中代替经过滤的气缸压力pZYL（F）应用经传感的气缸压力pZYL作为传感器值。同样，然后在评价平台宽度时不根据二阶导数而是根据传感器值。这种更简单的实施方式允许更快的方法循环。然而，二阶导数的应用和信号调节与此相对地提供了如下优点，即在数学上更可靠地确定边界值探测（从其起气缸压力传感器被识别为损坏）以及用于界定损坏检查的START和STOPP的确定。

在图3中示出用于在第二范围中的气缸压力走向的示例。图3由图3A和3B构成。在此，图3A示出关于曲轴以度的曲轴角度PHI的气缸压力pZYL的走向也就是说对应于其的气缸压力传感器的以伏的电压走向U。图3B示出关于采样步骤的传感器信号的二阶导数dp2的走向。

根据在图3A中的图示，在考虑的曲轴角度范围中，气缸压力pZYL的最大值、也就是说对应的电压值U处于例如SGW=4.7V的饱和边界之下。由此，信号走向处于第二范围B中。对于每个电压值从属有一个采样步骤。在图3B中在横坐标上绘出从第1800个采样步骤至第1960个采样步骤的范围。所述方法现在设置成，将二阶导数dp2的最大值设定为开始值START。在图3B中，该值相应地表征为START。二阶导数dp2的最小值被表征为STOPP。例如，开始值START通过dp2=0.023w.E.和采样步骤1865表征。缩写w.E.表示“任意的单位”，在这种情况下涉及电压单位（Volt）关于曲柄角度Phi（度）的二阶导数。代替曲轴角度，也可以应用时间作为等效。停止值STOPP通过dp2=-0.013w.E.和采样步骤1885限定。补充地，在图3B中画入评价范围AW，其通过第一边界值GW1=-0.004w.E.和第二边界值GW2=0.004w.E.限定。现在，处于评价范围AW之内的采样步骤被计数。在图3B中示例性地画入2个采样步骤。接着根据采样步骤的数量和信号分辨率（例如0.1度曲轴角度）计算平台宽度PB并且检查其是否大于边界值（图2：PBGW）。对于所示出的示例，平台宽度小于边界值，从而气缸压力传感器被标记为没有缺陷（Fehlerfrei）。

在图4中示出对于在第一范围A中的气缸压力走向的示例。图4由图4A和4B构成。在此，图4A示出关于曲轴以度的曲轴角度PHI的气缸压力pZYL的走向也就是说对应于其的气缸压力传感器的以伏的电压走向U。图4B示出传感器信号的二阶导数dp2关于采样步骤的走向。

如在图4A中示出的那样，气缸压力传感器的电压水平U处于饱和边界值SGW之上，也就是说，气缸压力传感器在饱和中运行。因此，电压走向U示出平台PB。对此可能的原因可能是气缸压力传感器的膜片的不可逆的变形和相应地高的气缸压力，如这例如在全负荷的情况下出现的那样。另外的可能的原因可能不仅是气缸以太高的压力运行并且传感器不能够完全地探测测量范围，而且是爆震的燃烧。如在图2的程序流程中已经阐释的那样，第一实际的传感器值被设定为开始值START，其具有比饱和边界SGW大的数值。最后的实际的传感器值被设定为停止值STOPP，其具有比饱和边界SGW大的数值。在图4B中，开始值START和停止值STOPP相应地得到表征。开始值START通过dp2=-0.015w.E.和采样步骤1760限定。停止值STOPP通过dp2=-0.007w.E.和采样步骤2030限定。

本发明现在设置成，测定采样步骤的数量，其中二阶导数dp2处于评价范围AW之内。通过所述两个边界值GW1和GW2限定评价范围。也就是说，在图4B中，这是从第1760个采样步骤直至第2030个采样步骤的范围。接着通过采样步骤的数量与信号分辨率、例如0.1度曲轴角度相乘来确定平台宽度PB。此后检查平台宽度PB是否大于边界值PBGW。在于图4B中示出的示例中探测到了太大的平台宽度，从而开始相应的后续反应、例如内燃机的功率减少。

附图标记列表

1 内燃机

2 燃料箱

3 低压泵

4 抽吸节流阀

5 高压泵

6 轨道

7 喷射器

8 单个存储器

9 轨道压力传感器

10 电子的控制器

11 气缸压力传感器。

Claims

1.用于监控内燃机（1）的气缸压力传感器（11）的方法，在所述方法中，在能够预设的曲轴角度范围（PHI）中检查传感器值允许性以及不允许性，在确定的允许性的情况下继续应用所述气缸压力传感器（11）并且在确定的不允许性的情况下将所述气缸压力传感器（11）解除激活，

其特征在于，

将所述气缸压力传感器（11）的第一传感器值设定为开始值（START）以及第二传感器值设定为停止值（STOPP），方法是：将所述传感器值与饱和边界值（SGW）比较，将大于所述饱和边界值（SGW）的传感器值配属于第一范围（A）并且将小于所述饱和边界值（SGW）的传感器值配属于第二范围（B），其中，在所述第一范围（A）中，将大于所述饱和边界值（SGW）的第一传感器值设定为开始值（START）并且将大于所述饱和边界值（SGW）的最后的传感器值设定为停止值（STOPP），其中，在所述第二范围（B）中，将所述传感器信号的二阶导数（dp2）的最大值设定为开始值（START）并且将所述传感器信号的二阶导数（dp2）的最小值设定为停止值（STOPP），其中，由在所述开始值（START）以及所述停止值（STOPP）之间的采样步骤的数量（k）确定平台宽度（PB）并且将所述平台宽度（PB）设定为对于所述传感器值的允许性或不允许性是决定性的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将所述采样步骤的数量（k）与在曲轴角度或采样时间的意义上的信号分辨率相乘来计算所述平台宽度（PB）。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在确定所述平台宽度（PB）时仅仅考虑在评价范围（AW）之内的传感器值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在一个平台宽度（PB）大于边界值（PBGW）的情况下，所述气缸压力传感器（11）被标记为损坏。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，开始后续调节，在所述后续调节期间，将所述传感器值设定到替代值上，或对于所述内燃机（1）促使功率减小，或将所述传感器值设定到正常的气缸压力传感器（11）的传感器值上或输出马达停止。