CN112443410B - 用于诊断内燃机的燃烧断火的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于诊断带有至少一个缸体的内燃机的燃烧断火的方法，且包括以下步骤：确定各个缸体在至少两个工作冲程上的排气背压值，将排气背压值与凸轮轴位置和/或工作冲程关联，确定每个工作冲程的排气背压最大量和/或排气背压最小量，将排气背压最大量和/或排气背压最小量在存在多个缸体的情况中在各个缸体之间和/或与之前的工作冲程的最大和/或最小值比较且确认偏差，将偏差与先前确认的阈值比较。此外本发明涉及一种用于实施该方法的控制装置和一种带有这样的控制装置的机动车。通过根据本发明的方法可尤其在燃烧过程且因此还有排气后处理的效率方面改进且更有效地设计到目前为止已知的方法。

Description

用于诊断内燃机的燃烧断火的方法

技术领域

本发明涉及一种根据本发明的用于诊断内燃机的燃烧断火的方法和一种根据本发明的控制器。

背景技术

现在的排气法规要求越来越精确的燃料预控。对此准确的计算方法已经在发动机控制器中被引入且始终被改进。然而精准地计算所要求的燃料量的前提是精确地获悉凸轮轴位置、压力和温度值和其它的输入变量。尽管做出了所有努力，然而部件如缸盖、凸轮轴或压力和温度传感器仍然有公差。此外，由于在进气管(Saugrohr，有时称为进气歧管)以及在排气歧管中的压力波且还由于长度不同的进气通道和排气通道(温度影响)得出在捕获的新鲜空气质量方面的各缸体单独的(zylinderindividuelle)差异。在车辆运行中目前通过传统的测量和计算方法不可探测所述各缸体单独的差异。所述各缸体单独的差异在运行中导致各缸体单独的燃料/空气比，所述燃料/空气比不相应于期望的空气/燃料混合(仅仅在平均值中)。尤其地，在奥托发动机(Ottomotor，有时称为汽油发动机)中应注意的是，燃料/空气比相应于化学计量比，不仅因为催化器在此具有最高的转化率，而且因为在偏差增大时出现燃烧断火。未燃烧的空气/燃料混合物最终到达催化器中且在充分放热的情况下该空气/燃料混合物反应且由此导致在催化器中非常高的温度且导致可能破坏整料(Monolithen)。

为了应对该缺点已知的是，利用相应的诊断方法识别燃烧断火。普遍的诊断方法以高频地评估转速信号为基础，借助于转速信号通过模式识别、即通过检测系统的信号震荡诊断燃烧断火。

已知的通过评估转速信号进行的方法要求高的应用耗费且尽管如此未使100%的识别成为可能，因为转速信号具有剧烈干扰。这以(如例如通过由于差的行驶地面引起的振动、在传动系中的共振、不平稳的燃烧、预点火、炽热点火等等造成的)不同的影响为基础。为了在尚未发生燃烧断火的时候，不以错误的方式诊断燃烧断火，通过应用参数限制诊断功能的运行范围且因此允许在排除的区域中出现断火。

在过去中所要求的排气极限值比现在高。因此可容忍一定的误差。此外进一步优化了影响混合物的控制功能如例如充气和燃料路径模型，由此减少燃烧断火的出现。

已经已知不同的其它的方法，所述方法不是通过评估转速信号而是在测量的排气背压的基础上进行内燃机的燃烧断火的识别或者获知。

那么例如德国专利文献DE 10 2009 035 700 B3描述一种用于缸体选择性地识别在带有至少一个缸体的内燃机的至少一个缸体中的混合物的停止的或不完全地进行的点火，其中排气(Abgas，有时称为废气)从缸体中引导通过排气总管(Abgassammelleitung，有时称为排气歧管)，其中形成参考信号，该参考信号与缸体的活塞在某一时间T0时的位置有关，其中测量在排气总管中的压力且就低于阈值而言取决于参考信号随着时间推移评估在排气歧管中的压力信号。阈值从压力信号的平均值中产生。

德国专利申请DE 10 2017 009 265 A1公开了一种用于获知具有多个缸体和至少一个对于所述缸体共同的排气歧管(在点火燃烧的运行期间排气从缸体中流动到该排气歧管中)的内燃机的燃烧断火的方法，带有步骤：借助于压力传感器探测在排气歧管中存在的压力；且取决于至少一个表征探测的压力的信号获知燃烧断火；在其中尤其实施以下步骤：在可预设的范围(多个测量点处于该范围中)上对信号进行积分，由此形成积分(Integral)；将积分除以测量点的数量；且取决于该除法获知燃烧断火。

在另一以模型为基础的方法中，根据DE 10 2016 002 082 A1描述了一种用于获知具有多个缸体的内燃机的燃烧断火的方法。在该方法中，针对每个缸体区段在内燃机的工作冲程之内探测多个不同的信号，所述信号分别表征分别的缸体区段的燃烧。分别的信号取决于内燃机的转速和负荷来加权，由此形成分别的输入变量。对输入变量求和，由此形成和值。此外针对内燃机的每个缸体取决于和值获知至少一个在工作冲程之内出现的燃烧断火。

然而已知的措施要么仅仅考虑到绝对的排气背压值且将该排气背压值与阈值比较。这具有如下缺点，即排气背压通过许多影响变量如周围环境温度、负荷、转速、涡轮增压器调节机构的位置改变。由此，将通过所述影响变量引起的排气背压的改变与通过燃烧断火引起的改变区分开在耗费方面非常高。由此该方法要么是有误差的要么要求高的数据化耗费。

另一方面已知首先包括排气背压信号的计算处理的方法。仅仅考虑平均值或积分值或同时考虑其它的参数，以为了实施有更小误差的比较。然而这在燃烧断火的个别事件方面导致更低的分选精度(Trennschärfe，有时被称为选择性)。特别在排气压力水平低的情况下断火识别几乎是不可行的，因为在燃烧的缸体和未燃烧的缸体之间的差异在该区域中是非常小的。

发明内容

本发明的任务由此是，提供用于诊断内燃机的燃烧断火的方法和控制器供使用，通过该方法和该控制器至少部分地克服现有技术的缺点。尤其地，该方法应该在计算耗费低的同时具有高的分选精度。

该任务通过根据本发明的方法和根据本发明的控制器解决。

根据第一方面，本发明涉及一种用于诊断带有至少一个缸体的内燃机的燃烧断火的方法。

根据第二方面，本发明涉及一种用于诊断内燃机的燃烧断火的控制器，其中控制器设计成，实施根据第一方面的方法。

本发明的另外的有利的设计方案从说明书和下文对本发明的优选的实施例进行的描述中得出。

根据本发明设置成，提供一种方法供使用，利用该方法可如此进行内燃机的燃烧断火的诊断，即实施以下步骤：确定所述至少一个缸体在至少一个工作冲程上的排气背压值，将排气背压值与凸轮轴位置和/或工作冲程关联，确定每个工作冲程的排气背压最大量和/或排气背压最小量，将排气背压最大量和/或排气背压最小量(在存在多个缸体的情况中)在各个缸体之间和/或与之前的工作冲程的最大和/或最小值比较且确认偏差，将偏差与先前确认的阈值比较。当仅仅存在一个缸体时，执行排气背压最大量和/或与之前的工作冲程的最大和/或最小值的比较和偏差的确认。

在本发明的意义中，燃烧断火的概念尤其不仅包含气体可燃物混合物在缸体中点燃的停止而且包含混合物的不完全的或延迟的点燃。由此不只是表示点火或点火火花的停止，主要是因为点火或点火火花的停止仅仅是燃烧断火的多个原因中的一个。

内燃机可为奥托发动机或柴油发动机。

在排气行程的范围中，通过开启至少一个或多个分配给分别的缸体的排气阀，排气从分别的缸体中排出到排气歧管中。由此从排气行程中或者从在分别的缸体中存在的压力中产生借助于压力传感器探测的在排气歧管中存在的压力。排气背压可在排气引导装置中优选地相邻于排气阀由排气背压传感器测量或例如以在工作冲程期间测量的多个测量值为基础计算。

工作冲程(也称为工作循环)可包括步骤：吸气、压缩、做功、排气。内燃机的工作冲程对四冲程发动机机而言例如经过了曲轴旋转两圈。

排气背压值与凸轮轴位置和/或工作冲程的关联可通过由相应的探测装置向执行该方法的控制器传送时段、工作冲程和/或凸轮轴或曲轴位置实现。

结果是，尤其得出针对曲柄转角(Kurbelwinkel，有时称为曲轴转角)的排气背压的曲线。

确定每个缸体的排气背压最大量和/或排气背压最小量可通过带有极限点的计算的排气背压曲线的曲线讨论(Kurvendiskussion，有时称为曲线分析)实现。尤其地，直接在排气阀开启之后分别确定排气背压的最大量和/或最小量。

随后根据本发明实现如此确定的排气背压最大量和/或排气背压最小量分配给单独的缸体。这也可借助于发送到控制器处的针对分别的缸体的参数(如例如曲轴转角、排气阀的开启的时间点、点火顺序或质量流量)执行。

在此随后实现如此获知的最大量和/或最小量在各个缸体之间和/或与之前的工作冲程的最大和/或最小值比较且确认偏差。确认最大和/或最小值的偏差优选地通过简单的减法实现。

最后根据本发明实现偏差与先前确认的阈值的比较。

利用在来自排气背压变化曲线的极限点和燃烧断火之间的相互关系使所描述的方法针对在排气背压传感器的测量值探测中的系统误差和随机误差具有鲁棒性。仅仅排气背压极限点在缸体之间和/或与相应的之前的极限点值的观察和比较和仅仅分别的差与预先设定的阈值的观察和比较此外减少计算耗费和存储需求。此外，由于根据本发明的首先发生的仅仅最大量和/或最小量在缸体之间的比较相比于以前已知的方法显著地提高了方法的分选精度。此外，该方法几乎不取决于周围环境条件和驾驶技巧，且这不带有高的误差修正耗费。

换言之，本发明的核心思想恰巧不是将平均值或其它的首先通过尝试的误差修正计算的压力值与针对排气背压的同样由平均值计算的绝对的阈值比较，而是相反地与此区分地是这样的核心思想，即确定针对曲柄转角的排气背压曲线的极限点，相互比较所述极限点且仅仅以与阈值进行比较的方式检查针对每个缸体的差值。

在此介绍的本发明由此使在非常高的分选精度的情况下极其鲁棒地且可靠地识别燃烧断火成为可能。由于比较仅仅极限点的相对差值可以非常简单的方式实现识别，该识别不取决于绝对的排气背压值的由运行引起的波动且由此也不要求高耗费的误差修正计算或匹配计算。甚至在行驶期间即在动态中根据本发明的燃烧断火诊断是可行的，因为最低限度地仅仅必须相互比较各个缸体的最近的(letzt，有时称为上一次)燃烧且所述燃烧在时间上一起非常接近。

在所述方法的一些设计方案中所述方法可包括以下步骤：

a) 测量排气背压，

b) 将测量值与时间和/或凸轮轴位置和/或工作冲程关联，

c) 确定来自步骤b)的关联曲线的最大量和/或最小量，

d) 将最大量和/或最小量分配给至少一个、优选地每个单独的缸体，

e) 将最大量和/或最小量在缸体之间和/或与之前的值比较，且计算差值，和

f) 将差值与先前确定的阈值比较。

在一种备选的设计方案中，步骤e)可在步骤d)之前实施。

在一种根据本发明的方法的设计方案中，阈值可通过在试验台上的测量获知。

测量可简单地实施且仅仅要求小的耗费。也可单次地针对分别的燃烧发动机类型实现相应的数据化(Bedatung，有时称为参数化)。

在根据本发明的方法的一些实施形式中，可取决于转速和/或负荷对阈值进行匹配。

换言之，不仅可为最小值的差或最大值的差分别存储固定的阈值，而且可取决于转速和/或发动机负荷获知匹配的阈值且为了比较以可检索的方式存储该匹配的阈值。

在一些实施例中，根据本发明的方法此外可包括利用高分辨率的排气背压传感器的高的时间上的采样率接收传感器信号，其中传感器信号代表排气背压。采样率可位于0.5kHz到3000kHz的范围中、尤其位于1kHz到1000kHz的范围中。在与另外的参数如凸轮轴位置和/或工作冲程关联之后则可从排气背压中获得排气背压的时间上的特性的曲线。因此可非常准确地获知针对每个缸体的曲线的最大量和最小量且最大量和最小量的差异可提供关于缸体在燃烧方面的差异的准确的说明。因此可利用高的分选精度诊断燃烧断火。

本发明此外涉及一种用于诊断带有至少两个缸体的内燃机的燃烧断火的控制器。该控制器设计成，接收各个缸体在至少两个工作冲程上的排气背压值，实施排气背压值与凸轮轴位置和/或工作冲程的关联，确定每个缸体的排气背压最大量和/或排气背压最小量，在各个缸体之间比较排气背压最大量且确认相互之间的或与之前的工作冲程的偏差，且以与先前确定的阈值进行比较的方式检查确认的偏差。

电子的发动机控制器的任务在于，如此操控发动机管理系统的所有执行器，即使得得出在燃料消耗、排气排放、功率和行驶舒适方面尽可能最好的发动机运行。为了实现这一点，必须利用传感器探测且利用算法(所述算法是根据固定的模式进行的计算过程)处理许多运行参数。结果是得出信号变化曲线，利用所述信号变化曲线操控执行器。

电子的发动机控制器通过传感器和理论值发送器(Sollwertgeber，有时称为理论值传感器)探测为了控制和调节发动机所需要的运行数据。理论值发送器(例如开关)探测由驾驶员进行的设定，如例如点火钥匙在点火锁(Zündschloss，有时称为点火开关)中的位置，空调控制件的开关位置或用于行驶速度调节的操纵杆的位置。传感器探测物理变量和化学变量且因此提供关于发动机的当前的运行状态的信息。

针对这样的传感器的示例为：

· 用于识别曲轴位置和计算发动机转速的转速传感器，

· 用于识别在带有用于调整凸轮轴位置的凸轮轴相位调节器的发动机中的相位位置(发动机的工作冲程)和凸轮轴位置的相位传感器，

· 用于计算取决于温度的修正变量的发动机温度和进气温度传感器，

· 用于识别发动机爆震的爆震传感器，

· 用于充气探测的空气质量测量器和进气管压力传感器，

· 用于例如在涡轮之前测量排气背压的排气压力传感器，

· 排气温度传感器，

· 空气质量测量器，

· 用于λ调节的λ探针。

传感器的信号可为数字电压、脉冲状的电压或模拟电压。在控制器中的或将来也增多地在传感器中的输入电路处理所有这些信号。它们进行电压电平的匹配且因此匹配信号以为了在控制器的微型控制器中的进一步处理。

例如计算喷射、充气控制、点火和闭合角度计算、充气计算、空转转速调节、λ调节、爆震调节、燃料蒸发截留系统的控制、增压压力调节、防盗锁止(Wegfahrsperre)、行驶速度调节或转速限制属于在控制器中的信号处理。

控制装置可具有处理器、例如微型处理器，该处理器构造成，实施所描述的用于诊断内燃机的燃烧断火的方法。控制器此外可具有数据存储器，在该数据存储器中优选地存储程序，该程序含有用于处理器的指令，以为了相应于所描述的方法控制该处理器。在数据存储器中此外可存储用于执行所描述的方法的预设的相互关系和/或预设的参数，例如缸体体积。

控制器可集成到机动车的发动机控制设备中。备选地，控制装置可构造为独立的单元。

在一些实施例中，控制装置可包括排气背压传感器或可与排气背压传感器例如通过信号输入端中的一个连接。排气背压传感器在此可构造成以高的时间上的采样率输出代表排气背压的传感器信号。

本发明此外涉及一种带有内燃机和如上文描述的用于诊断内燃机的燃烧断火的控制装置的机动车。内燃机具有至少一个缸体、优选地至少两个缸体、分别进气阀(通过该进气阀缸体与空气供应装置连接)和分别排气阀(通过该排气阀缸体与排气引导装置连接)。内燃机可为奥托发动机。内燃机可为柴油发动机，该柴油发动机优选地可以在阀传动机构(Ventiltrieb，有时称为气阀传动机构)中的扩大的可变性运行和/或使用内部的排气再循环。

附图说明

存在大量设计且改进所述方法的可行性。对此首先可参阅本发明。在下文中可借助于附图和附属于此的描述进一步阐述本发明的优选的设计方案。在附图中：

图1以极其示意性的示图显示了在本发明的一种示例性的设计方案中的根据本发明的用于诊断燃烧断火的方法的流程图，

图2显示了用于阐明该方法的线图，且

图3显示了用于阐明该方法的另一线图。

具体实施方式

在图1中显示了在一种示例性的设计方案中的用于诊断内燃机的燃烧断火的方法的流程图。

在S1中从高分辨率的排气背压传感器接收代表排气背压的传感器信号。排气背压传感器构造成利用高的时间上的采样率测量排气背压。例如可针对每6°的曲轴转角探测值。传感器信号因此针对内燃机的一个、但是优选地多个工作循环的大量时间点提供针对排气背压的值供使用。

在S2中进行将排气背压传感器的测量值与时间和/或凸轮轴位置和/或工作冲程关联。如此执行的信号处理得出排气背压例如针对曲轴转角值的曲线。

在S3中在确定极限点的情况下执行曲线讨论且确定来自S2的曲线的分别的最大量和/或最小量。优选地，对此分别直接在排气阀开启之后确定最大量和/或最小量。

在S4中进行将最大量和/或最小量分配给单独的缸体。这例如可借助于曲轴转角或在与凸轮轴位置的关联中实现。随后可利用另外的运行参数对如此得到的分配进行合理性检查。

在S5中执行分别的缸体的排气背压的最大量和/或最小量与其它的缸体的相应的值和/或与来自之前的工作冲程的值的比较。这可通过简单的减法实现。

在S6中最终进行来自步骤S5的排气压力最大量和/或排气压力最小量的差值与先前确定的阈值的比较。如果该比较得出获知的排气压力最大量的差比阈值大，检测出燃烧断火。如果获知的极限值的差位于阈值之下，不存在燃烧断火。

可选地可例如作为匹配变量的转速和/或负荷对阈值进行匹配。

图2以示出为针对曲柄转角的绘图(Abtrag)的方式显示在内燃机的排气总管中的压力测量信号10,20在工作冲程上的典型的线图。在曲线20中显示了在没有燃烧断火的情况下的排气背压特性。与此相对，曲线10显示了在带有燃烧断火的情况下的排气背压特性。针对带有涡轮增压的内燃机在增压区域中在增压压力为1500mbar且转速为4500的情况下按照如在图1中示出的根据本发明的方法的步骤S2获知在此显示的曲线。

图3以示出为针对曲柄转角的绘图(Abtrag)的方式显示在内燃机的排气总管中的压力测量信号10,20在工作冲程上的另一典型的线图。如在图2中那样，在曲线20中显示了在不带有燃烧断火的情况下的排气背压特性。与此相对，曲线10显示了在带有燃烧断火的情况下的排气背压特性。针对不带有涡轮增压的内燃机在进气范围中在进气压力为300mbar且转速为4500的情况下按照如在图1中示出的根据本发明的方法的步骤S2获知在此显示的曲线。

参考标号列表

S1: 测量排气背压

S2: 将测量值与时间和/或凸轮轴位置和/或工作冲程关联

S3: 确定来自S2的关联曲线的最大量和/或最小量

S4: 将最大量和/或最小量分配给至少一个、优选地每个单独的缸体

S5: 将最大量和/或最小量在缸体之间和/或与之前的值比较且确认偏差

S6: 将来自S5的偏差与阈值比较

10： 在带有燃烧断火的情况下的排气背压曲线

20： 在不带有燃烧断火的情况下的排气背压曲线

Claims (15)

1.用于诊断带有至少一个缸体的内燃机的燃烧断火的方法，包括以下步骤：确定所述至少一个缸体在至少两个工作循环上的排气背压值，将所述排气背压值与凸轮轴位置和/或所述工作循环关联，确定每个工作循环的排气背压最大量并将所述排气背压最大量与之前的工作循环的最大值比较并确认偏差，并且/或者确定每个工作循环的排气背压最小量并将所述排气背压最小量与之前的工作循环的最小值比较并确认偏差，将所述偏差与先前确认的阈值比较，其中，如果所述偏差比阈值大，检测出内燃机的燃烧断火。

2.用于诊断带有至少两个缸体的内燃机的燃烧断火的方法，包括以下步骤：确定所述至少两个缸体在至少一个工作循环上的排气背压值，将所述排气背压值与凸轮轴位置和/或所述工作循环关联，确定每个工作循环的排气背压最大量并将所述排气背压最大量在各个缸体之间比较且确认偏差，并且/或者确定每个工作循环的排气背压最小量并将所述排气背压最小量在各个缸体之间比较且确认偏差，将所述偏差与先前确认的阈值比较，其中，如果所述偏差比阈值大，检测出内燃机的燃烧断火。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在排气引导装置中相邻于排气阀由排气背压传感器测量所述排气背压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)测量所述排气背压，

b)将测量值与时间和/或所述凸轮轴位置和/或所述工作循环关联，

c)确定来自步骤b)的关联曲线的最大量和/或最小量，

d)将所述最大量和/或最小量分配给至少一个单独的缸体，

e)将所述最大量和/或最小量与之前的值比较，且计算差值，和

f)将所述差值与先前确定的阈值比较。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤d)中将所述最大量和/或最小量分配给每个单独的缸体。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)测量所述排气背压，

b)将测量值与时间和/或所述凸轮轴位置和/或所述工作循环关联，

c)确定来自步骤b)的关联曲线的最大量和/或最小量，

d)将所述最大量和/或最小量分配给至少一个单独的缸体，

e)中将所述最大量和/或最小量在所述缸体之间比较，且计算差值，和

f)将所述差值与先前确定的阈值比较。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述阈值通过在试验台上的测量获知。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，可取决于转速和/或负荷对所述阈值进行匹配。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述方法中步骤e)在步骤d)之前实施。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，各个缸体的排气背压值的确定借助于带有高的时间上的采样率的排气背压传感器实现。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述排气背压传感器的采样率位于0.5kHz到3000kHz的范围中。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述排气背压传感器的采样率位于1kHz到1000kHz的范围中。

13.用于诊断内燃机的燃烧断火的控制器，其中所述控制器设计成，实施根据权利要求1-12中任一项所述的方法。

14.根据权利要求13所述的控制器，其中所述控制器包括至少一个排气背压传感器或可与至少一个排气背压传感器连接，其中所述排气背压传感器构造成，以高的时间上的采样率输出代表针对分别的缸体的所述排气背压的传感器信号。

15.机动车，带有具有至少两个缸体的内燃机，所述缸体分别包括：至少一个进气阀，通过所述进气阀所述缸体与空气供应装置连接；和至少一个排气阀，通过所述排气阀每个缸体与排气引导装置连接，且带有根据权利要求13或14所述的用于诊断内燃机的燃烧断火的控制器。