CN1549892A - 识别内燃机进气管中泄漏的方法及相应的内燃机 - Google Patents

Abstract

一种具有Lambda调节机构的内燃机(3)，通过根据Lambda调节机构(8)的调节信号产生一个求值信号并监视是否超过一个极限值，可以识别内燃机进气管(1)中的泄漏。当进气管(1)中漏油时，内燃机(3)包含一附加空气质量，该附加空气质量不能由一个空气质量测量计(2)获知。该附加的空气质量由Lambda调节机构(8)通过提高调节信号来补偿，从而同样提高了求值信号可以用于识别进气管(1)中的泄漏。尤其是，以此可以识别出内燃机(1)的曲轴箱通风管(5)是否还正常地与进气管(1)相连。

Description

识别内燃机进气管中泄漏的方法及相应的内燃机

本发明涉及一种识别内燃机进气管中泄漏的方法和用于实施该方法的一种内燃机。

目前的内燃机中，为了实现最佳功率和消耗，重要的是，为内燃机供给一种具有确定混合比的燃料空气混合气。一种确定的燃料空气混合气尤其在废气借助一个催化转化器净化时是必须的。通常，催化转化器的功能很大程度上取决于所用燃料空气混合气的混合比。为了表征混合气成分，过量空气系数用Lambda定义。Lambda是实际的燃料空气混合比与化学计量学的燃料空气混合比的比例。在Lambda等于1时，燃料正好与其完全燃烧所需空气量混合。对于迄今所用的催化转化器，发动机必须在Lambda值尽量等于1的很窄的范围内或者很窄的催化转化器窗内工作。

为了能够尽可能精确地保持燃料空气混合气的Lambda值，已知内燃机以一个Lambda调节器工作。这里，一方面用一个过量空气系数测量计测得流进内燃机中的空气，另一方面用至少一个Lambda探头测得在燃料燃烧之后离开内燃机的废气中的氧气含量。一个控制装置从这两个参数确定输入的燃料量。为了能够即使在负荷变化的情况下也尽可能好地保持力求的Lambda值，在控制装置中借助两种机理求出必需的燃料量。一个是，从流进的空气质量计算燃料量，这就借助流入的空气质量产生理想的过量空气系数。以此方式，可以非常迅速地对负荷变化或者对流进的空气质量变化作出反应。但缺点是，在这种机理中没有反馈是否实际上达到了理想的Lambda值。因此，可以例如基于不同的燃料种类或者燃料组分在保持燃料空气比相同的情况下混合气中的过量空气系数有波动。为了补偿这种由于不同的燃料组分或者在确定流进空气质量时的不精确性引起的波动，设置一个叠加的Lambda调节机构，该调节机构根据发动机进气门处测得的Lambda值改变输入的燃料量。因此这种控制是根据流进的空气质量确定据燃料量，而在闭环控制中则相反，是根据测得的Lambda值改变燃料量。

理想的是，当在流进空气质量一定时为了实现理想的Lambda值所必需的燃料量被精确地配给时，Lambda调节机构必须只是很小地影响燃料量甚至不影响。

这里重要的是，流进发动机的空气质量被精确确定。因此识别出内燃机的进气管中的泄漏位置非常重要。另外，进气管上常常连接有一个曲轴箱通风管，因此在进气管与曲轴箱通风管之间的连接出问题时就会在进气管中产生泄漏，导致内燃机功能故障。

本发明的任务是提出一种能够以很少的费用识别出内燃机进气管中泄漏的方法和装置。

按照本发明，该任务是通过一种具有权利要求1所述特征的方法和具有权利要求1 2所述特征的内燃机来解决的。从属权利要求分别限定了本发明的优选实施形式。

按照本发明，其前提是根据测得的流进来的空气质量基本准确地配给为了实现理想的Lambda值所需的燃料量。如果在这一前提下Lambda调节机构必须特别强烈地干预，以达到理想的Lambda值，则可以利用以下提示：如果流进内燃机的空气多于求出的空气质量，则内燃机进气管中存在泄漏。这种方法的采用原则上与力求的Lambda值无关。不仅可以用于内燃机稀薄燃烧工况，其中Lambda值的理论值大于1，而且也可以用于目前使用最广的Lambda值力求等于1的控制方法。在本发明的一种特别简单的实施例中，求值信号可以等于Lambda调节机构的执行信号。

优选的是，这种方法在内燃机没有出现负荷变化的工作阶段中实施。这尤其可以是怠速工况时。以此方式实现一种稳定的控制状态，其中没有因为控制的瞬变过程出现任何干扰。

这里，可以在Lambda值调节机构中使用不同的适应值，这些适应值在确定的学习阶段求出并用于影响Lambda调节机构的执行信号。这种适应值可以用于在确定燃料量的情况下实现一个执行操作，其必要性前面已经公知。然后，配给的燃料量可以借助适应值和Lambda调节器的值计算出。例如可以以此方式考虑何时所用的燃料具有特别低的质量，从而必须分配更多的燃料量。借助适应值可以实现Lambda调节器可以总是处于一个最佳的工作范围，尤其是能够围绕一个中性位置工作。适应值可以是相乘的也可以是相加的适应值。相加的适应值尤其可以用于在怠速工作时或者在负荷很小时实现内燃机的正确运转。相乘的适应值尤其可以用于部分负荷范围内。

如果采用适应值，在实施本发明的方法时就必须考虑这些适应值。求值信号则结合Lambda调节机构的执行信号和修正因子确定，修正因子取决于必要时存在的和有效的适应值。这里，对于每一个适应值分别产生一个修正值，其中不仅对于每个相乘适应值而且对于每个相加适应值都产生一个修正值，该修正值是相乘的。为了为相加的适应值产生一个相乘的修正值，必须使用相应的计算规则。为此也可以将一个相加的适应值首先转换为一个相乘的值。

此外，可以想到在形成求值信号时不用适应值的绝对值，而是使用混合气适应值的变化。

同样，可以采用根据内燃机工作的高度或者内燃机温度所产生的修正因子。

为了识别泄漏或者分析求值信号，可以定义一个时间窗，在该时间窗内进行识别。此时，测定一个第一时间间隔和一个第二时间间隔，在第一时间间隔内求值信号位于上限之上，  在第二时间间隔内求值信号位于下限之下。接着可以求出这两个时间间隔之间的时间差，并与测量窗相联系，一边获得一个无量纲的参数。

此时如果没有出现泄漏，则求值信号没有超过极限值或者仅超过很短的时间。第二时间间隔明显大于第一时间间隔，因此产生一个负的差值，该差值在测量窗长度上产生一个几乎等于-1的值。如果出现泄漏，求值信号明显长于极限值，则两个时间间隔产生一个很大的正差值，该差值最大可以等于测量窗的长度。在测量窗长度上产生一个几乎等于+1的值，优选的是最终故障阈值采用0.8。

但是，优选的是，在泄漏识别的诊断过程中持续地计算两个时间间隔之间的差值并与实际的测量窗时间相联系。以此方式，在诊断过程中从一开始就存在一个值作为参考参数。无量纲的参考参数与故障阈值之间的比较，在这样一种情况下也在最小测量时间之后进行，该最小测量时间可能小于测量窗长度。在明确的故障情况下可以非常迅速地进行故障识别。

下限和上限可以相等，但也可以隔开一个安全距离，以避免错误诊断。如果求值信号位于阈值之间，由于测量窗时间不断增加，无量纲的参考参数下降，从而去除可能无理由的故障。

下面借助一个优选实施例参考附图详细描述本发明。

附图示出了内燃机的示意结构以及按照本发明实施例实施本发明方法所必需的部件。

在该功能图表中示出了一个内燃机3，带有一个进气管1和一个排气管7。通过进气管1吸进燃烧所必需的空气，相反，通过排气管7排出燃烧气体。

在进气管1中，最前面是一个空气滤清器6用于净化流进的空气，接着是一个空气质量测量计2。空气质量测量计2测得每个时间单位流进进气管1中的空气质量。

内燃机3是一个带有一曲轴箱的活塞式发动机，曲轴箱配有一个曲轴箱通风机构5。曲轴箱通风机构5用于将经活塞流进曲轴箱的燃料蒸汽再次吸出。为此曲轴箱通风机构5与进气管1相连。

在排气管7中布置一个Lambda探头4，以测量燃烧气体中的氧气含量。

此外，设置一个Lambda调节机构8和一个控制机构9，以便确定内燃机3运行所需的燃料量。为此控制机构9与空气质量测量计2相连，该空气质量测量计将空气质量测量的结果传给控制机构9。控制机构9还有一个来自Lambda调节机构8的执行信号，该Lambda调节机构又与Lambda探头4相连。Lambda调节机构8的设计使它借助传到控制机构9的执行信号影响流进内燃机3中的燃料空气混合气，从而燃烧气体中氧气含量达到一定理论值。

相反，控制机构9能够根据在空气质量测量计2中测得的空气质量计算出必需的燃料量，该燃料量是达到理想的Lambda值必需的。此时，还考虑Lambda调节机构8的执行信号。检验是否以配给的燃料量达到了力求的Lambda值，不用控制机构9进行。这一点借助Lambda调节机构8实现，该Lambda调节机构8通过嵌接到控制机构9中形成一个闭环控制。

当进气管1没有泄漏时，控制机构9可以借助测得的空气质量以一定精确度计算必需的燃料量。偏差尤其是可能由空气质量测量过程中的不精确性、构件制造偏差、变化了的燃烧条件或者燃料组分的变化产生。基于空气质量确定的燃料量与理想的燃料量的偏差由Lambda调节机构8或执行信号补偿。但是，只要求Lambda调节机构8的很小的调节作用，因为控制机构9借助测得的空气质量已经能够求出燃料量的足够精确的值。

但当进气管1内部出现泄漏时，会有比空气质量测量计2测得的更多的空气流进内燃机3中。结果是，控制机构9对于实际流进内燃机3的空气质量配给了过少的燃料量。这就导致燃烧气体中氧气含量过高。Lambda调节机构8试图借助执行信号引起控制机构9中的燃料量增加来补偿上述偏差。进气管1的泄漏导致执行信号达到一个不正常的高值，因为Lambda调节机构8借助执行信号试图为漏进的空气配给燃料，该漏进的空气不会被控制机构9在空气质量测量时一起考虑进去。

另外，控制机构9能够根据Lambda调节机构8的执行信号产生并监视一个求值信号。求值信号由控制机构通过将Lambda调节机构8的执行信号与修正因子相乘来产生。修正因子根据内燃机3工作的高度、内燃机3的温度和适应值来产生。

适应值由控制机构9在学习阶段产生并在确定执行信号时考虑，以便考虑对必需的燃料量的缓慢变化的中期或长期影响。这种影响可以例如是燃料质量、构件制造公差或者变化的内燃机工况。借助适应值可以使Lambda调节机构8的执行信号保持在一个最佳的范围内，尤其是在中性位置附近。控制机构9不仅产生相加的适应值而且产生相乘的适应值，其中相加是执行信号确定是相加考虑，相乘是执行信号确定是相乘考虑，其中相加的适应值用于怠速工况，相乘的适应值用于部分负荷范围。

为了分析求值信号，在控制机构9中在内燃机3的怠速阶段，设置一个测量窗，其时间间隔是8秒。在该时间间隔中控制机构9监视Lambda调节机构8的求值信号是否超过了一个上限或者低于一个下限。这里，控制机构9测量其间求值信号超过上限的第一时间间隔和其间求值信号低于下限的第二时间间隔。求值信号处于这两个极限值之间时的时间间隔不考虑。以此方式可以实现在不确定的情况下不会错误识别出进气管1的泄漏。

在测量窗期间，持续地从第一时间间隔中减去第二时间间隔，获得的差值与测量窗的过去的时间间隔相联系。结果是一种随两个时间间隔在-1和+1之间移动的比例。该比例从尤其是4秒的最小测量时间开始与一个数值为0.8的故障阈值比较，并在该比例超过故障阈值时产生一个故障信号。

当Lambda调节机构8的求值信号长时间超过上限，也就是Lambda调节机构8在一段较长的时间上试图添加配给燃料，则据此识别出进气管1中泄漏。

附图标记清单

1 进气管

2 空气质量测量计

3 内燃机

4 Lambda探头

5 曲轴箱通风机构

6 空气滤清器

7 排气管

Claims (13)

1.识别内燃机(3)的进气管(1)中泄漏的方法，其中根据在空气质量测量点(2)处流经进气管(1)的空气质量和Lambda调节机构(8)的执行信号确定输入的燃料量，该Lambda调节机构测量燃烧后内燃机(3)的废气的氧气含量并影响执行信号从而使废气的氧气含量设定一个确定的值，其中监视一个求值信号是否超过或者低于一个极限值，其中求值信号根据Lambda(8)的执行信号产生。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，输入的燃料量与流进的空气质量的关系是空气质量与燃料量之间的一个确定的化学计量比例。

3.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在内燃机(3)怠速工况时进行进气管(1)中的泄漏识别。

4.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，求值信号通过Lambda调节机构(8)的执行信号与至少一个修正值相乘产生，该修正值根据至少一个适应值产生，该适应值由Lambda调节机构(8)在内燃机(3)的确定工作阶段中产生并用于影响Lambda调节机构(8)的执行信号。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个修正值根据至少一个适应值的变化产生。

6.按照权利要求4或5所述的方法，其特征在于，产生一个相乘的适应值，该适应值在确定执行信号时相乘。

7.按照权利要求4或5所述的方法，其特征在于，产生一个相加的适应值，该适应值在确定执行信号时相加。

8.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，求值信号通过Lambda调节机构(8)的执行信号与一个高度修正值相乘产生，该高度修正值是根据内燃机(3)所在高度产生。

9.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，求值信号通过Lambda调节机构(8)的执行信号与一个温度修正值相乘产生，该温度修正值是根据内燃机(3)的温度产生。

10.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在一个测量窗的时间间隔中测量其间求值信号超过极限值的一个第一时间间隔和其间执行信号低于极限值的一个第二时间间隔，第一时间间隔与第二时间间隔之间的差值与测量窗的过去的时间间隔相联系以获得一个参考参数，为了识别进气管(1)中的泄漏，将该参考参数与一个故障阈值相比较。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，测量窗的整体时间间隔持续8秒，在4秒的最小时间间隔之后才开始识别泄漏。

12.具有一个进气管(1)、一个控制机构(9)和一个Lambda调节机构(8)的内燃机(3)，其中控制机构(9)能够借助一个空气质量测量计(2)测得流经进气管(1)的空气质量和根据测得的空气质量和Lambda调节机构(8)的一个执行信号确定输入的燃料量，Lambda调节机构(8)能够借助一个Lambda探头(4)测量内燃机(3)的废气的氧气含量并影响执行信号，使氧气含量设定一个确定的值，控制机构(9)还能够根据Lambda调节机构(8)的执行信号产生一个求值信号并监视是否超过或低于一个极限值。

13.按照权利要求12所述的内燃机，其特征在于，控制机构(9)用于实施权利要求1-11之一所述的方法。