CN112703306B - 用于识别在内燃机的进气道中的结焦的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于识别在内燃机的进气道中的故障、尤其是结焦的方法，该内燃机具有燃料直喷装置、节气门和可变的进气门升程控制装置。按照本发明的方法包括：在步骤a)中实施第一量偏差测试，通过该第一量偏差测试求取第一空气系数比值(w1)，该第一空气系数比值由在第一量偏差测试期间所测得的拉姆达值(λreal,1)和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的期望的拉姆达值(λsoll,1)构成，在第一量偏差测试中借助可变的进气门升程控制装置实施负载控制。步骤b)包括实施第二量偏差测试，通过该第二量偏差测试求取第二空气系数比值(w2)，该第二空气系数比值由在第二量偏差测试期间所测得的拉姆达值(λreal,2)和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的期望的拉姆达值(λsoll,2)构成，在第二量偏差测试中借助节气门实施负载控制。最后，在步骤c)中由第一空气系数比值(w1)和第二空气系数比值(w2)确定比较结果，借助该比较结果能识别在内燃机的进气道中故障的存在。

Description

用于识别在内燃机的进气道中的结焦的方法
技术领域
本发明涉及一种用于识别在内燃机的进气道中的故障的方法以及一种相应的发动机测试装置。尤其是，本发明涉及一种用于识别在内燃机的进气道中的结焦的方法，该内燃机具有燃料直喷装置、节气门和可变的进气门升程控制装置。
背景技术
在具有汽油直喷装置的汽油机中可能发生进气道的结焦，尤其是在进气门(例如气门颈)上或在气门开口上的进气通道中。在这样的结焦中，类似碳的材料沉积在进气道中。对于具有汽油直喷装置的汽油机中的结焦倾向的原因是，在具有汽油直喷装置的汽油机中不发生用汽油连续地清洁性地冲刷进气道、例如进气门，因为燃料在燃烧室中直接喷射。来自曲轴箱排气、阀杆密封件或涡轮轴承的油残留物可与来自气缸的碳黑颗粒相结合地在加热作用下以碳的形式沉积在进气口中。结焦倾向在此在使用低品质的燃料和油时并且在低负载的行驶特性时倾向于增加。
所述结焦造成低温怠速运转中的运转平稳性恶化并且可能导致提高的燃料消耗以及热态运转行驶特性中的缺陷。例如在气门盘与气门杆之间的气门颈上的结焦层可能干扰滚流流动，从而空载转速较强地波动并且在极端情况下甚至可能发生断火。结焦层甚至可能作为流动阻力由于不充分的气缸填充而导致功率下降。此外，在进气门上或在气门开口上的结焦层可能阻止气门的正确关闭，从而发生压缩损失和偶尔的断火。
典型地，进气道的结焦度在车间中只有在拆卸发动机部件之后才能视觉地确定。如果进气道相应地结焦，则进行进气道的清洁或进行相关构件的替换。
视觉地识别结焦具有为了视觉的可接近性而用于拆卸发动机部件的高劳动消耗的缺点。此外，视觉鉴定与缺乏客观性的缺点相联系，因为在纯视觉观察的情况下难以评估结焦。
由文献DE102012213241A1已知一种方法，该方法为了识别在具有燃料直喷装置的内燃机的进气道中的结焦不需要拆卸内燃机并且允许客观地评估结焦。然而，仅可以在具有气门开启时间的相位调节(所谓的可变的进气门控制)的内燃机中使用文献中所描述的方法，在其中借助节气门实现对空气质量流的控制。在该方法中，内燃机在空载中以相对于空载正常运行提高的空载转速来运行。此外，借助可变的进气门控制装置提前调节进气门的开启时间，从而增大了气门重叠(在排气门关闭之前已经打开进气门的持续时间)。借助测量然后确定内燃机的表征内燃机的不平稳运转的不平稳运转特征变量。借助不平稳运转特征变量然后能够识别在进气道中的结焦的存在。
然而，所述方法不能在如下内燃机中使用，在该内燃机中借助可变的进气门升程控制装置进行对空气质量流的控制，因为燃烧方法以不同的方式设计。在具有节流的负载控制装置的内燃机中通过进气口进行残留气体控制，而在具有可变的进气门升程控制装置的内燃机中通过排气口实现残留气体控制。
发明内容
本发明的任务是，给出一种用于识别内燃机的故障、尤其是结焦的方法，所述内燃机具有燃料直喷装置和可变的进气门升程控制装置，为了进行识别，该方法不需要拆卸内燃机并且能够实现对于存在结焦而言的至少一个标志。所述任务还在于，给出一种具有相应特性的发动机测试装置。
为此，本发明提出一种用于识别在内燃机的进气道中的故障的方法，该内燃机具有燃料直喷装置、节气门和可变的进气门升程控制装置，该方法具有以下步骤：
a)实施第一量偏差测试，通过该第一量偏差测试求取第一空气系数比值w1，该第一空气系数比值由在所述第一量偏差测试期间所测得的拉姆达值λreal,1和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的第一期望的拉姆达值λsoll,1构成，在第一量偏差测试中借助所述可变的进气门升程控制装置实施负载控制；
b)实施第二量偏差测试，通过该第二量偏差测试求取第二空气系数比值w2，该第二空气系数比值由在所述第二量偏差测试期间所测得的拉姆达值λreal,2和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的第二期望的拉姆达值λsoll,2构成，在第二量偏差测试中借助所述节气门实施负载控制；
c)由第一空气系数比值w1和第二空气系数比值w2确定比较结果，借助该比较结果能识别在内燃机的进气道中故障的存在。
本发明还提出一种数据载体，所述数据载体能直接被加载到数字计算机的内部存储器中并且包括软件代码段，当所述数据载体在计算机上运行时，利用所述软件代码段执行根据本发明所述的方法。
本发明还提出一种用于识别在内燃机的进气道中的故障的发动机测试装置，该发动机测试装置构造用于实施根据本发明所述的方法。
本发明的第一方面涉及一种用于识别在内燃机的进气道中的故障、尤其是结焦的方法。所述内燃机具有一个或多个缸体底座，各个缸体底座包括多个气缸，这些气缸分别具有一个构造在气缸中的燃烧室和至少一个喷射嘴。尤其是，在每个燃烧室中设置有恰好一个喷射嘴。共同的空气质量流被供应给各个缸体底座的燃烧室。同样地，共同的排气流从各个缸体底座的燃烧室中被导出。所述内燃机具有燃料直喷装置，尤其是涉及具有汽油直喷装置的汽油机。
该方法例如在车辆外部的发动机测试装置上进行，该发动机测试装置例如被用于车辆修理车间。所述发动机测试装置通过相应的车辆接口与车辆的发动机控制装置无线地或有线地连接，并且此外可以控制车辆的运行并且调用发动机控制装置的测量值。也可设想，该方法在车辆的发动机控制装置上进行，其中，例如在识别到故障、尤其是结焦的情况下命令清洁进气通道和/或进气门。为此，可以向驾驶员或车间中的装配工发出用于清洁的提示和/或在车辆的故障存储器中存储相应的提示。也可设想，在识别到进气道中的故障、尤其是结焦时，通过发动机控制装置例如通过将清洁液体引入到进气道中或转换到内燃机的清洁运行模式来实施车辆的自动清洁。
内燃机具有进气道中的节气门和具有可变的进气门升程控制装置(也称为VVT，可变的气门机构)。所述可变的进气门升程控制装置能够实现调节气门升程。通过可变的气门升程能够调节进入到内燃机的燃烧室中的进气量，从而在正常运行中不再需要连接于缸体底座上游的节气门。所述节气门仅在特殊的运行状态中、例如在紧急运行中使用。通过无节流的负载控制可以降低负载变换损失。空气的较高的流入速度导致汽油-空气混合物在燃烧室中更好的混匀。
在该方法中，在第一步骤中实施第一量偏差测试。通过所述量偏差测试求取第一空气系数比值，该第一空气系数比值由在第一量偏差测试期间所测得的拉姆达值和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的期望的拉姆达值构成。在第一量偏差测试中，借助可变的进气门升程控制装置实施对内燃机的负载控制。
在第二步骤中实施第二量偏差测试。通过所述第二量偏差测试求取第二空气系数比值，该第二空气系数比值由在第二量偏差测试期间所测得的拉姆达值和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的期望的拉姆达值构成。在第二量偏差测试中，借助设置在进气道中的节气门实施对内燃机的负载控制。
在第三步骤中由所述第一空气系数比值和所述第二空气系数比值确定比较结果。借助该比较结果能识别在内燃机的进气道中故障的存在。
在实施第一量偏差测试和第二量偏差测试期间，燃料路径没有改变，即用于燃烧所需的燃料质量的传递没有改变。与之相对地，只要存在故障或者说结焦，则通过不同的负载控制一方面借助可变的进气门升程控制装置并且另一方面借助节气门改变空气路径。
根据本发明的方法允许客观地确定在具有燃料直喷装置的内燃机的进气道中的故障、尤其是结焦。所述客观的确定通过测量而不是通过主观的视觉评估进行。由此，只有在客观上实际需要时才进行清洁或维修。
在使用这里所述的方法时，不需要仅为了视觉评估结焦而拆卸内燃机。可在非常短的时间内确定结焦。用于确定在内燃机的进气道中是否存在故障、尤其是结焦的持续时间例如可在大约十分钟内，代替在拆卸内燃机的情况下在一小时或更多时间内进行。发动机不必再借助所述方法被部分拆解，从而可将有待维修的其它故障原因最小化到强制必要的程度。此外，借助根据本发明实施的平衡混合物偏差方法识别结焦的精度明显高于现有技术中的情况。
符合目的地，在内燃机的空载运行中实施第一和/或第二量偏差测试。如上所述，通过车辆外部的发动机测试装置或车辆的发动机控制装置来进行该控制。
符合目的地，在所述节气门打开并且在进气门的小升程或最小升程的情况下实施所述第一量偏差测试。换句话说，在所谓的非节流状态下实施所述第一量偏差测试，在该状态下引入到燃烧室中的空气量仅仅取决于进气门升程的高度。由于所选择的小升程或最小升程，在进气道或进气门上存在结焦的情况下，引入到燃烧室中的空气在相对于预期的空气量减少的空气量中能被显著发现。因为期望的拉姆达值(也就是额定拉姆达值)由此更强地偏离所测得的拉姆达值，这在确定的第一过浓的空气系数比值中能被显著发现。
与此相对地，在进气门的最大升程和节气门基本上关闭的情况下实施所述第二量偏差测试。因此，借助节气门(所谓的节流运行)进行负载控制。在进气通道中或进气门上存在结焦的情况下，第二空气比值将不会经历与第一量偏差测试中的偏差同样明显的偏差，因为空气量可流入到燃烧室中所通过的横截面与在实施第一量偏差测试期间相比以较小的百分比受到结焦影响。
因此，当第一空气系数比值与第二空气系数比值不同时，可以推断在进气道中、即在内燃机的空气路径中存在故障。尤其是，当第一空气系数比值小于预先给定的第一阈值并且第二空气系数比值大于或等于预先给定的第一阈值时，推断出在进气道中存在结焦。
与此相对地，当第一空气系数比值大于预先给定的第二阈值并且第二空气系数比值再次相对于预先给定的第二阈值提高时，可推断出在进气道中存在泄漏。这由以下情况得出，即在第一量偏差测试期间在空载中几乎没有出现负压。因此，进气道中、尤其是空气收集器中的泄漏导致太稀薄的燃料-空气混合物。所述第一空气系数比值因此大于预先给定的第二阈值。在所述第二量偏差测试期间，在进气道中、尤其是在空气收集器中的节气门之后产生高的负压。因此，泄漏进入到进气道或者说空气收集器中，影响是燃料-空气混合物太稀薄。因此得出明显大于第二阈值的第二空气系数比值。
第一空气系数比值尤其是由在第一量偏差测试期间所测得的拉姆达值与期望的拉姆达值的商构成。第二空气系数比值由在第二量偏差测试期间所测得的拉姆达值与期望的拉姆达值的商构成。
通过确定第一和第二空气系数比值的优选方式，当第一空气系数比值小于预先给定的阈值并且因此小于第二空气系数比值时，则存在结焦。这由此得出，在给定结焦的第一量偏差测试期间与不存在结焦的情况相比，较少量的空气能够流入到燃烧室中。因此，所测得的拉姆达值小于期望的拉姆达值。与此相对地，在第二量偏差测试中，在所测得的和期望的拉姆达值之间的差不是很大，因为结焦不是如此强烈地改变流入到燃烧室中的空气体积。
所述预先给定的第一阈值和所述预先给定的第二阈值尤其是一样大、尤其是为1。
此外，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品能直接被加载到数字计算机的内部存储器中并且包括软件代码段，当所述产品在计算机上运行时，利用所述软件代码段执行在此所述的方法的步骤。计算机程序产品可以是数据载体的形式，例如DVD、CD-ROM、USB记忆棒等。计算机程序产品也可以作为可通过无线或有线网络加载的信号存在。
本发明的第二方面涉及一种发动机测试装置。该发动机测试装置设计用于识别在内燃机的进气道中的故障、尤其是结焦，所述内燃机具有燃料直喷装置、节气门和可变的进气门升程控制装置。该装置可以与机动车连接，以用于例如通过电连接或无线电连接控制车辆的运行和用于接受车辆内部的测量值。该发动机测试装置通过发动机控制装置这样控制内燃机，使得实施上述方法。
附图说明
接下来参考附图借助实施例来说明本发明。图中：
图1示出根据本发明的用于识别在内燃机的进气道中的故障、尤其是结焦的方法的一种示例性流程图。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的用于识别在内燃机的进气道中的故障、尤其是结焦的方法的一种示例性流程图。所述内燃机具有一个或多个缸体底座，各个缸体底座包括多个气缸，这些气缸分别具有一个构造在气缸中的燃烧室和至少一个喷射嘴。尤其是，在每个燃烧室中设置有恰好一个喷射嘴。共同的空气质量流被供应给各个缸体底座的燃烧室。同样地，共同的排气流从各个缸体底座的燃烧室中被导出。所述内燃机具有燃料直喷装置，尤其是涉及具有汽油直喷装置和可变的气门控制装置的汽油机。
在步骤S1中实施第一量偏差测试，通过该第一量偏差测试求取第一空气系数比值w1。所述空气系数比值w1由在第一量偏差测试期间所测得的拉姆达值λreal,1和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的期望的拉姆达值λsoll,1(也就是额定拉姆达值)的商构成。在第一量偏差测试中，借助可变的进气门升程控制装置(VVT)进行对内燃机的负载控制。
在步骤S2中实施第二量偏差测试，通过该第二量偏差测试求取第二空气系数比值w2。所述第二空气系数比值w2由在第二量偏差测试期间所测得的拉姆达值λreal,2和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的期望的拉姆达值λsoll,2(也就是额定拉姆达值)的商构成。在第二量偏差测试中，借助在内燃机的进气道中的节气门进行对内燃机的负载控制。
在步骤S3中对之前求取的第一和第二空气系数比值w1和w2进行比较。借助比较结果可推断出在内燃机的进气道中存在故障、尤其是存在结焦。
在内燃机的空载运行中依次地实施所述第一和第二量偏差测试。
在步骤S1中实施的第一量偏差测试是在进气门的小升程或最小升程的情况下实施的，其中，设置在内燃机的进气道中的节气门打开。换句话说，以具有可变的进气门升程控制装置的内燃机的常规运行方式实施所述第一量偏差测试。
与之相对地，在步骤S2中在进气门的最大升程(也就是说进气门最大地打开)且在节气门基本上关闭的情况下实施所述第二量偏差测试。这种运行方式对应于紧急运行，其中，在具有可变的进气门升程控制装置的发动机中借助节气门来实施负载控制。
根据在进气道中是否存在故障、尤其是结焦，得出有代表性的第一和第二空气系数比值w1、w2，其中，它们彼此的比例允许识别在进气道中故障的存在并且尤其是结焦的存在。
当在步骤S1中求取的第一空气系数比值w1与在第二步骤S2中求取的第二空气系数比值w2不同时，可以推断出进气道中的一般故障。这由以下情况导致，即当在步骤S1和S2中相应测得的拉姆达值λreal,1和λreal,2在不同的负载控制下将相同的空气量引入到燃烧室中时，空气系数比例值w1、w2因此必须具有相同的值，这必须在相应测得的相同拉姆达值中表现出来。与此相对地，如果在步骤S1和S2中引入到燃烧室中的空气量彼此不同，则这导致在步骤S21和S22中所测得的拉姆达值λreal,1、λreal,2的不同，而所期望的拉姆达值λsoll,1、λsoll,2保持不变。
结焦导致类似碳的物质沉积在进气口中、尤其是沉积在进气通道中和/或进气门上。碳的逐渐增多尤其是在步骤S1中(其中气门仅最小地打开)使原本存在的空气流动横截面过度强烈地减小。由此，较少的空气量可以流入到燃烧室中，由此所测得的拉姆达值λreal,1变小。这在第一空气系数比值w1的减小中更容易被发现。因此，如果第一空气系数比值w1小于第二空气系数比值w2，则可以推断出结焦。所述比较尤其是可以相对于选择为1的预先给定的阈值进行，因为相应的空气系数特征值w1、w2在不存在故障时对应于值1，因为所测得的和期望的拉姆达值近似一样大。相反的情况，在该情况中第一空气系数比值w1大于预先给定的阈值且大于第二空气系数比值w2，允许怀疑进气道中的泄漏，因为在此由于在第二步骤S2中的流动情况(在其中内燃机节流地运行)提供较少的空气量到燃烧室中。
尤其符合目的的是，气缸个别化地实施上述检验。为此，气缸个别化地求取第一空气系数比值w1和第二空气系数比值w2，正如气缸个别化地确定比较那样。由此，不仅可实现作出关于存在故障或者说结焦的基本结论，而且甚至可确定具有故障的气缸或可表明每个气缸的故障强度。
以哪种方式在第一步骤S1和第二步骤S2中求取所测得的拉姆达值λreal,1或λreal,2以及所期望的拉姆达值λsoll,1或λsoll,2，原则上是本领域技术人员已知的。一种可行的方式例如在申请人的WO2016/041742A1中描述。
此外，本领域技术人员已知其它的用于气缸个别化地确定所测得的和期望的拉姆达值的方式方法，因而在本说明书中放弃对于所述确定的详细说明。
附图标记列表
S1         方法步骤
S2         方法步骤
S3         方法步骤
λreal,1      在第一量偏差测试中测得的拉姆达值
λreal,2      在第二量偏差测试中测得的拉姆达值
λsoll,1      在第一量偏差测试中期望的(额定)拉姆达值
λsoll,2      在第二量偏差测试中期望的(额定)拉姆达值
w1         第一空气系数特征值
w2         第二空气系数特征值

Claims (16)

1.用于识别在内燃机的进气道中的故障的方法，该内燃机具有燃料直喷装置、节气门和可变的进气门升程控制装置，该方法具有以下步骤：
a)实施第一量偏差测试，通过该第一量偏差测试求取第一空气系数比值w1，该第一空气系数比值由在所述第一量偏差测试期间所测得的拉姆达值λreal,1和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的第一期望的拉姆达值λsoll,1构成，在第一量偏差测试中借助所述可变的进气门升程控制装置实施负载控制；
b)实施第二量偏差测试，通过该第二量偏差测试求取第二空气系数比值w2，该第二空气系数比值由在所述第二量偏差测试期间所测得的拉姆达值λreal,2和在内燃机的燃烧室中的燃料燃烧的第二期望的拉姆达值λsoll,2构成，在第二量偏差测试中借助所述节气门实施负载控制；
c)由第一空气系数比值w1和第二空气系数比值w2确定比较结果，借助该比较结果能识别在内燃机的进气道中故障的存在。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在内燃机的空载运行中实施所述第一和/或第二量偏差测试。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述进气门的小升程并且所述节气门打开的情况下实施所述第一量偏差测试。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述进气门的最大升程并且所述节气门基本上关闭的情况下实施所述第二量偏差测试。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，气缸个别化地求取第一空气系数比值w1和第二空气系数比值w2，并且气缸个别化地确定比较结果。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一空气系数比值(w1)由在第一量偏差测试期间所测得的拉姆达值λreal,1和第一期望的拉姆达值λsoll,1的商构成，并且所述第二空气系数比值w2由在第二量偏差测试期间所测得的拉姆达值λreal,2和第二期望的拉姆达值λsoll,2的商构成。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当第一空气系数比值w1与第二空气系数比值w2不同时，推断出在进气道中存在故障。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当第一空气系数比值w1小于预先给定的第一阈值并且第二空气系数比值w2大于预先给定的第一阈值时，推断出在进气道中存在结焦。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当第一空气系数比值w1大于预先给定的第二阈值并且第二空气系数比值w2再次相对于预先给定的第二阈值提高时，推断出在进气道中存在泄漏。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，当第一空气系数比值w1大于预先给定的第二阈值并且第二空气系数比值w2再次相对于预先给定的第二阈值提高时，推断出在进气道中存在泄漏。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述预先给定的第一阈值和所述预先给定的第二阈值一样大。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预先给定的第一阈值和所述预先给定的第二阈值为1。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法是用于识别在内燃机的进气道中的结焦的方法。
14.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述进气门的最小升程并且所述节气门打开的情况下实施所述第一量偏差测试。
15.数据载体，所述数据载体能直接被加载到数字计算机的内部存储器中并且包括软件代码段，当所述数据载体在计算机上运行时，利用所述软件代码段执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
16.用于识别在内燃机的进气道中的故障的发动机测试装置，该发动机测试装置构造用于实施根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
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