CN111868356B - 用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法 - Google Patents

用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法。在所述内燃发动机的操作期间，执行以下步骤：－检测所述内燃发动机的旋转速度；－测量所述内燃发动机的进气道中的进气压力（P），其中，在所述内燃发动机的限定的静止行为期间，在分立时间处执行以下步骤：－定义取决于所述内燃发动机的旋转速度的参考频率（fR）；－将比较频率（fV）定义为所述参考频率（fR）的非整数倍；－确定所述内燃发动机的进气道中的所述进气压力（P）在所述参考频率（fR）下的振动的参考幅度（AR），并且确定所述内燃发动机的进气道中的所述进气压力（P）在所述比较频率（fV）下的振动的比较幅度（AV）；以及‑以限定的方式评估所确定的参考幅度（AR）和比较幅度（AV）的比率以及它们相应的绝对值。

Description

用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法。此外，本发明还涉及一种用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的装置。本发明还涉及一种计算机程序产品。
背景技术
现代内燃发动机通常配备有可变气门升程控制系统，其对内燃发动机的各种特性数据（例如燃料消耗、功率发展、排放等）具有有利的影响。为了避免在废气排放方面的缺点，由气门升程控制引起的气门升程变化必须精确且可靠地发生。在此，除了别的以外，使用这种系统，其被间接致动（例如，借助于液压致动器）和/或在所述系统中，电致动器不允许得出关于正确执行的气门升程变化的结论。
气门升程控制的逻辑致动借助于电子发动机控制单元（ECU）来进行。通常，至少一个气缸组的所有气缸以相同的方式被致动，其中在进气和排气期间气门打开。信号经由致动器（例如电气、液压系统等）转换成动作。
在可变气门升程控制的操作中的一个问题可能是，如果气门升程切换不是干净利落地起作用，则内燃发动机的燃料消耗和/或污染物排放因此恶化。
用于在不使用附加传感器的情况下诊断可能的故障的一个选择是关于物理变量（例如，进气道中的压力发展）评估进气侧和排气侧系统行为。在仅仅部分成功的气门升程变化（即，气缸组上的不均匀的气门升程）的情况下，由各个气缸吸入的空气质量可能显著不同。在各个进气循环中的这种巨大的差异导致进气道的特征性的激励，这可以从压力信号中识别。
图1示出了内燃发动机的进气道的歧管通道中的进气压力信号P的时间顺序发展的原理图。在从t=0到t1的第一部分中，内燃发动机的所有气缸的气门升程基本相同（无故障系统）。显然，在这种情况下，进气压力信号P显示出时间上相对恒定的发展。在时刻t1之后，由于错误的气门升程控制，针对各个气缸出现不同的气门升程（故障系统）。
这导致进气道中的进气压力信号P的振荡。例如，如果针对可变气门升程控制系统的一个致动器中断致动，则实现图1的右侧部分中所示的进气压力信号P的发展。这意味着四个气缸中的一个保持在“旧升程”中，导致进气道的歧管通道中的压力振荡。
通常借助于DFT（离散傅立叶变换）或FFT（快速傅立叶变换）进行的压力信号P在傅立叶空间中的变换提供了识别气门升程切换中的故障的一种可能性。
图2示出了在四缸内燃发动机的单个气缸中的故障期间进气压力信号P的时间发展。压力缸连接到进气道的歧管通道并测量进气压力信号P。
在图2的下部部分中，显然，在15Hz的参考频率下，发生进气压力信号P的激励（由椭圆形边框突出显示）。图2的下部部分示出了在傅立叶空间中变换的进气压力信号P。每个气缸每两个曲轴转数执行一个进气循环。四缸发动机的四个循环花费两个曲轴转数，从而给出每秒15个曲轴转数。进气压力信号P的15Hz因此与1800rpm的发动机旋转速度相关。
从图2的下部部分还明显的是，在一个气缸中出现故障时，进气压力信号P的激励也以30Hz发生，但是达到了较低的水平。
图3示出了在四缸发动机的两个气缸的可变气门升程控制的错误致动期间进气压力信号P的时间发展的情形。在图3的上部部分中，可以看出，在故障的情况下，压力信号P的平均值不是静态的。在这种情况下，压力信号P的限定激励也发生在15Hz的参考频率（由椭圆形边框突出显示）的频率空间中。
这是因为，由于在内燃发动机的旋转速度和所执行的进气循环的数量之间存在联系，所以若干气缸中的故障的倍增反映在发动机的旋转速度和进气压力信号P的特定类型的压力幅度之间的相关性中。在此，在进气道的歧管通道中的进气压力信号P执行与发动机旋转速度相关的高频振荡。
图3的下部部分示出了在四缸发动机的两个气缸发生故障的情况下，进气压力信号P的激励也发生在15Hz。此外，显然在傅立叶空间中，进气压力信号P的大于15Hz的所有较高频率具有小的幅度。在图3的下部部分中，零到10Hz之间的进气压力信号P的高值是由于进气压力信号P不是静态的。
为了解决这个问题，使用了各种构思。可以规定，基于属于操作点的期望值以及测量值来执行物理变量的直接比较。如US6213068B1中所公开的，可以使用吸入气缸中的空气质量，或者如DE102008001099A1中所公开的，可以使用进气系统中的压力发展。EP1754867A1提出了基于内部气缸压力或由气缸/发动机发出的扭矩的类似过程。
这些方法需要非常好的数学模型，其中小的误差仅引起与模型的轻微偏差。然后问题在于设置阈值，在该阈值之上检测到故障。通常，一个气缸组中的所有n个（例如四个）气缸都被切换，其中模型和测量之间的偏差可能非常小。因此，不能保证可以可靠地检测故障。
如例如EP1460254A1和EP1580407A1中所公开的，另一种已知的构思是评估两个相互独立的进气系统中的压力波动，以便诊断进气系统中的任何故障。为此，通过检测局部最大值和最小值来估计相互独立的进气系统中的幅度，并且在限定数量的工作循环上对所述幅度求平均。然后进行平均幅度之间的比较，并且系统状态被评估为OK/NOK。
然而，在传统的直列式发动机中，很可能该原理不起作用，因为通常其仅具有单个进气系统。
如EP2386742A1中所公开的，另一种已知的构思评估或监测进气门和排气门关闭的时间。气门对气门座的冲击与由爆震传感器（knock sensor）拾取并在傅立叶空间中变换的声信号相关联。然后评估爆震信号（knock signal）的特征频率。为此，执行完全的傅立叶变换，其缺点是非常计算密集的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于内燃发动机的可变气门升程控制的有效监测系统。
根据第一方面，本发明提供了一种用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法，其中在内燃发动机的操作期间，执行以下步骤：
-检测所述内燃发动机的旋转速度；
-测量所述内燃发动机的进气道中的进气压力；其中，在所述内燃发动机的限定静态行为中，在分立时间处执行以下步骤：
-定义取决于所述内燃发动机的旋转速度的参考频率；
-定义比较频率；
-确定所述内燃发动机的进气道中的进气压力在所述参考频率下的振荡的参考幅度，以及所述内燃发动机的进气道中的进气压力在所述比较频率下的振荡的比较幅度；以及
-对参考幅度和比较幅度的比率以及它们相应绝对值的限定评估。
以这种方式，提供了对可变气门升程控制的有利监测，其检查气门切换是否已经正确地起作用。有利地，已经预先确定应当考虑哪些频率。仅在两个频率下评估进气压力信号的幅度。结果，这意味着有限且低的计算复杂度，使得该方法可以在现有的电子车辆控制装置中很好地实现。此外，所提出的系统足够敏感，以也仅在一个气缸上建立故障，这不能用上述已知方法来确保。
根据第二方面，本发明提供了一种用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的装置，借助于该装置，在内燃发动机的操作期间，可以执行以下步骤：
-检测装置，用于检测所述内燃发动机的旋转速度；
-测量装置，用于测量所述内燃发动机的进气道中的进气压力；以及
-计算装置，其被配置成在所述内燃发动机的限定静态行为中在分立时间处执行以下步骤：
-定义取决于所述内燃发动机的旋转速度的参考频率；
-将比较频率定义为参考频率的非整数倍；
-确定所述内燃发动机的所述进气道中的所述进气压力在所述参考频率下的振荡的参考幅度，以及所述内燃发动机的所述进气道中的所述进气压力在所述比较频率下的振荡的比较幅度；以及
-对参考幅度和比较幅度的比率以及它们相应绝对值的限定评估。
该方法的优选实施例是相应从属权利要求的主题。
该方法的优选改进提供了使用格策尔算法确定幅度。有利地，这仅仅意味着与传统的经典傅立叶变换相比，计算复杂度较低。
该方法的另一优选的改进规定，所确定的幅度的比率基于特定于内燃发动机的标准来评估。由此，该方法也可以非常精确地与所涉及的被检查的内燃发动机相匹配，并且由此允许得出关于相应内燃发动机的可变气门升程控制的精确结论。
该方法的另一个优选的改进的特征在于非整数倍在1.3和1.7之间的范围内，优选地为1.5。这样，使用了参考频率和比较频率之间的比率的适当范围，这允许得出关于内燃发动机的可变气门升程控制的状态的良好结论。
该方法的另一有利的改进规定，在两个幅度具有彼此的限定比例并且所限定的参考幅度的绝对值明显大于零的情况下，检测到可变气门升程控制中的故障。
该方法的另一有利的改进规定，在两个幅度具有相同的数量级并且两个值接近零的情况下，将可变气门升程控制检测为无故障。这样，定义了可以在有缺陷的和无故障的气门升程控制之间做出清楚区分的标准。
附图说明
下面参考几个附图，利用另外的特征和优点来描述本发明。附图首先示出了对本发明而言必要的一般原理，其中，没有详细解释根据现有技术的已知元件。
装置的所公开的优点以类似的方式从方法的所公开的优点中产生。
附图示出：
图1是内燃发动机的可变气门升程控制的进气压力信号的时间发展；
图2是在所述内燃发动机的一个气缸上发生故障的情况下，可变气门升程控制的进气压力信号的时间发展；
图3是在所述内燃发动机的两个气缸上发生故障的情况下，可变气门升程控制的进气压力信号的时间发展；
图4是根据本发明的方法的一个实施例的原理流程图；
图5是内燃发动机的可变气门升程控制的进气压力信号的时间发展，其中两个进气压力信号都根据本发明被评估；
图6是用于执行该方法的装置的原理的线路框图；
图7是用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法的原理流程图。
具体实施方式
图4示出了所提出的方法的原理流程图。在步骤100中，根据内燃发动机的旋转速度确定内燃发动机的参考频率fR。同时，借助于压力传感器测量内燃发动机的歧管进气道中的进气压力信号P。在步骤110中，使用所确定的参考频率fR和进气压力信号P，使用本身已知的格策尔算法（Görtzel-algorithm）计算进气压力信号P的参考幅度AfR。
在步骤120中，确定比较频率fV，其构成参考频率fR的非整数倍。在步骤130中，进气压力信号P与比较频率fV一起用于计算进气压力信号P在比较频率fV下的振荡的比较幅度AV。
在步骤140中，将所确定的参考幅度AR与比较幅度AV进行比较，并且评估该比较，其中使用内燃发动机的定义的标准。
图5示出了进气压力信号P的时间发展以及分别在参考频率fR和比较频率fV处的进气压力信号P的参考幅度AR和比较幅度AV的时间发展。
显然，在左侧部分中的表示无故障系统的进气压力信号P和在右侧部分中的表示故障系统的进气压力信号P被不同地配置。显然，在故障情况下的进气压力信号P上的谐波分量基本上高于无故障情况下的谐波分量。
所述格策尔算法在内燃发动机的操作期间被连续地执行。
比较频率fV是参考频率fR乘以非整数因子，其中该因子优选地位于1.3和1.7之间的范围内，更优选地为1.5。
比较频率fV与参考频率fR的非整数比率的依据在于，在内燃发动机（例如四缸发动机）的一个或多个气缸中出现故障时，整数因子将在每种情况下影响进气压力信号P的激励，因此频率空间中的可变气门升程控制中的故障不会反映在进气压力P的振荡的非整数倍中，使得可以容易地将故障与可变气门升程控制的正确状态区分开。所选择的非整数因子应该与待检查的相应的内燃发动机相适应，这需要针对待检查的相应的内燃发动机的特定的校准过程。
必须考虑到，该因子越接近整数倍，参考频率fR与比较频率fV的偏差越小。因此，目标是非整数因子，其中在故障情况下参考频率与比较频率的偏差尽可能小。
在无故障的情况下（图5的左侧部分），很明显，参考频率和比较频率fR、fV的幅度AR、AV非常相似，其中比较幅度AV上的峰值每个都构成了执行格策尔算法的开始。幅度AR、AV的比率的允许的数量级在大约2到大约3的范围内。
此外，明显的是，在图5的右侧部分的虚线中心线之后的第一矩阵中（故障情况），参考幅度AR和比较幅度AV的值不是静态的，或者具有大大增加的振荡，由此这些值被拒绝并且不执行格策尔算法。
在故障区域中，参考幅度AR向上移动，并且比较幅度AV向下移动，结果，两个幅度AR、AV差别很大。
为了使该方法正确地起作用，内燃发动机必须在一定程度上具有稳定的旋转速度，其中，偏差程度在瞬态区域中实际上是允许的；然而，如果超过该区域（例如在强烈的加速过程中），则该方法不能起作用，因为在这种情况下，发动机旋转速度和进气道中的进气压力P的变化太大（图中未示出）。
通常不能指定方法不能起作用的相应瞬态的程度，而是必须针对每个内燃发动机单独地指定。有利地，所提出的方法的实时性能允许每当再次出现静态状态的所述必要条件时重新开始评估。
因此，这意味着在识别真正的故障之前，必须多次确认或再现借助于所提出的方法检测到的故障。
用于执行格策尔算法的数学公式装置如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
n…方法的采样或扫描速率
П…pi
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Qt…进气压力P的临时值
Pt…进气压力P的实际值
t…实际时间阶段
Figure DEST_PATH_IMAGE003
A…以Pa为单位的叠加压力波动的幅度
SQR…平方根
应当对参考频率fR以及也对相关联的比较频率fv执行格策尔算法的所述过程。
结果，使用所提出的方法，以格策尔算法的形式执行简化傅里叶变换，借助于该算法分析进气压力P的振荡的预定频率。
有利地，利用所提出的方法，可以实现可靠的检测和高灵敏度。此外，不需要与建模值进行比较，因为这些是来自内燃发动机的真实操作的真实值。此外，还可以检查具有不相互独立的气缸组的内燃发动机。此外，与具有DFT/FFT处理的常规方法相比，仅低计算能力对于本发明来说就足够了。
图6示出了用于执行根据本发明的用于检查可变气门升程控制的方法的装置200的原理的线路框图。
可以看到检测装置200用于检测内燃发动机的旋转速度；所述检测装置在功能上连接到用于测量内燃发动机的进气道中的进气压力P的测量装置210（例如，压力传感器）。计算装置220在功能上连接到测量装置210，并且在内燃发动机的限定静态行为中被配置为在分立时间执行以下步骤：
-根据所述内燃发动机的旋转速度定义参考频率fR；
-将比较频率fV定义为参考频率fR的非整数倍；
-确定所述内燃发动机的进气道中的进气压力P在所述参考频率fR下的振荡的参考幅度AR，以及所述内燃发动机的进气道中的进气压力P在所述比较频率fv下的振荡的比较幅度AV；以及
-对参考幅度AR和比较幅度AV的比率的限定评估。
有利地，装置200可以被配置为电子发动机控制单元，该方法作为软件在该电子发动机控制单元上执行。这支持该方法的容易适应性。
图7示出了用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法的原理流程图。
在步骤300中，检测内燃发动机的旋转速度。
在步骤310中，测量内燃发动机的进气道中的进气压力P。
在步骤320中，定义取决于内燃发动机的旋转速度的参考频率fR，并且将比较频率fV定义为参考频率fR的非整数倍。
在步骤330中，确定在内燃发动机的进气道中的进气压力P在参考频率fR下的振荡的参考幅度AR，以及在内燃发动机的进气道中的进气压力P在比较频率fv下的振荡的比较幅度AV。
在内燃发动机的限定静态行为中，在分立时间处执行以下步骤：
在步骤340中，执行所确定的参考幅度AR和比较幅度AV的比率以及它们相应的绝对值的限定评估。
在不偏离本发明的核心的情况下，本领域技术人员还将认识到未公开或仅部分公开的实施例。

Claims (9)

1.一种用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的方法，其中，在所述内燃发动机的操作期间，执行以下步骤：
-检测所述内燃发动机的旋转速度；
-测量所述内燃发动机的进气道中的进气压力（P）；其中，在所述内燃发动机的限定静态行为中，在分立时间处执行以下步骤：
-定义取决于所述内燃发动机的旋转速度的参考频率（fR）；
-将比较频率（fV）定义为所述参考频率（fR）的非整数倍；
-确定所述内燃发动机的进气道中的进气压力（P）在所述参考频率（fR）下的振荡的参考幅度(AR)，以及所述内燃发动机的进气道中的进气压力（P）在所述比较频率（fV）下的振荡的比较幅度(AV)；以及
-对所述参考幅度(AR)和所述比较幅度(AV)的比率以及它们相应绝对值的限定评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考幅度(AR)和所述比较幅度(AV)的所述确定是使用格策尔算法来进行的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于特定于所述内燃发动机的标准来评估所述参考幅度(AR)和所述比较幅度(AV)的比率。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述非整数倍位于1.3和1.7之间的范围内。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述非整数倍是1.5。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述参考幅度(AR)和所述比较幅度(AV)有彼此的限定比率并且所限定的所述参考幅度的绝对值显著大于零的情况下，检测到所述可变气门升程控制中的故障。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述参考幅度(AR)和所述比较幅度(AV)具有相同的数量级并且两个值都接近零的情况下，所述可变气门升程控制被检测为无故障的。
8.一种用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的装置（200），借助于所述装置，在所述内燃发动机的操作期间，能够执行以下步骤：
-检测装置（210），用于检测所述内燃发动机的旋转速度；
-测量装置（220），用于测量所述内燃发动机的进气道中的进气压力（P）；以及
-计算装置（230），其被配置成在所述内燃发动机的限定静态行为中在分立时间处执行以下步骤：
-定义取决于所述内燃发动机的旋转速度的参考频率（fR）；
-将比较频率（fV）定义为所述参考频率（fR）的非整数倍；
-确定所述内燃发动机的进气道中的进气压力（P）在所述参考频率（fR）下的振荡的参考幅度(AR)，以及所述内燃发动机的进气道中的进气压力（P）在所述比较频率（fV）下的振荡的比较幅度(AV)；以及
-对所述参考幅度(AR)和所述比较幅度(AV)的比率的限定评估。
9.一种计算机可读存储介质，其包括程序代码，所述程序代码用于当在用于检查内燃发动机的可变气门升程控制的装置（200）上运行或存储在所述计算机可读存储介质上时实现根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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