CN102812226A - 用于识别内燃机的电子调节的燃料喷射***的故障行为的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于识别内燃机的电子调节的燃料喷射***的故障行为的方法，借助该方法可以在燃料喷射***中有效地定位故障原因。尤其是可以识别故障原因是在燃料喷射***的高压***中还是在低压***中。

Description

用于识别内燃机的电子调节的燃料喷射***的故障行为的方法
技术领域
本发明涉及一种用于识别内燃机的电子调节的燃料喷射***的故障行为的方法。
背景技术
在现代汽车中采用极大地有利于在不期望有害物质的消耗和排放方面满足苛刻的客户和法律要求的燃料喷射***。这种现代汽车例如具有自点燃的内燃机，这种内燃机用共轨柴油喷射***工作。
在这种***中出现的故障，例如泄漏、机械部件失效、杂质等，通常导致不期望的汽车行为，例如功率损耗，提高的有害物质排放或者错误存储灯的激活。这类故障既可能出现在相应汽车的低压范围也可能出现在相应汽车的高压范围中或在上述范围中是有基础的。
已知的车载诊断***尤其是在存在动态操作条件时仅有限地允许确定或者至少近似地定位喷射***中的精确的故障原因，而不会在此过程中对诊断范围中的整个喷射***的行为造成负面影响。除此之外，还通过以下方式以明显的程度限制了故障原因的精确定位，即只有有限数量的车载传感器信息可用。
上述一系列问题在于，在工厂中由于缺乏对故障原因的精确认识而通常不需要地更换部件。例如可能更换能工作的高压泵，尽管不期望的***行为是通过堵塞的燃料过滤器引起的。
此外已经公开了在工厂中为诊断目的在燃料喷射***上安装附加的传感器并且执行手动测试。但是这带来了针对相应工厂的高分析耗费，这又提高了以不需要的方式更换实际上能工作的部件的预备。此外对汽车的高压***的手动干预通常导致，杂质进入***中或损坏该***的部件。
从DE 197 27 794 C1已经公开了一种用于检查汽车的燃料供应装置的方法，该燃料供应装置将燃料从燃料泵推进到内燃机的喷射设备。在该公知方法中，在通过将燃料泵和喷射设备关闭预定的持续时间来关闭内燃机之后监视燃料线路中的燃料压力的时间变化。将燃料压力的变化与取决于燃料温度的比较特征线进行比较。在与多于一个可预定的容差宽度有偏差的情况下，识别错误功能。借助该公知方法识别喷射***的高压范围中的错误功能。但是不能通过低压范围中的故障得出结论。
从DE 196 22 757 B4公开了在具有高压喷射的内燃机的燃料供应***中识别泄漏的方法和设备。在此燃料由至少一个泵从低压范围推送到高压范围中。高压范围中的压力可用至少一个压力控制装置控制。为了检测高压范围中的压力设置压力传感器。在启动内燃机时，可以控制至少一个压力控制装置，使得在无故障的状态下压力升高到期望值。如果所检测的压力值没有在预定的时间间隔内达到期望的压力值，则推断存在故障。该公知方法使得可以识别喷射***中的故障。不可能形成高压侧与低压侧之间的差。此外限制了识别潜力，因为在内燃机启动之后由此存在的低起动器转数仅导致经过泵的比较低的通过量。其结果是，仅在通过量较高的情况下作用于汽车行为的故障原因（例如堵塞的燃料过滤器）不能被识别出来。此外在存在比较低的起动器转数的情况下强烈限制最大容许的燃料压力，以便虽然泵通过量较低也能保证足够的泵润滑。其结果是，借助该公知方法不能评估整个压力范围以及由此限制了可识别的故障原因的数量。
发明内容
基于该现有技术本发明所基于的任务是说明一种用于识别内燃机的电子调节的燃料喷射***的故障行为的方法，该方法使得可以改善故障原因的定位。
该任务通过具有权利要求1中说明的特征的方法解决。本发明的有利设计和扩展在从属权利要求中说明。
本发明的优点尤其是在于，通过使用所要求保护的方法可以在燃料喷射***中有效地定位故障原因。尤其是既可以定位在燃料喷射***的高压***中又可以定位在燃料喷射***的低压***中出现的故障。如果执行根据本发明的方法给出燃料喷射***无故障地工作，则故障原因分析的其它焦点可以被置于发动机的其它子***，例如置于气道上。另一方面可以必要时在燃料喷射***的所定位的其中存在故障行为的区域中也执行按规格的其它测试，以最后有效地确定以及随后消除精确的故障原因。例如，在另一个测试的范围中可以对燃料过滤器进行手动检查。对所确定的故障原因的可能消除例如可以在于安装泄漏喷雾器。
根据本发明的方法优选地在汽车工厂中执行，并且在很多情况下确保在工厂中不会以不需要的方式交换燃料喷射***的可疑的、实际上可工作的部件。
附图说明
借助附图由下面的示例性阐述得出本发明的其它有利特性。
图1示出用于显示在燃料喷射***中流动的燃料体积流的草图，
图2示出用于显示测试例程的时间过程的图，以及
图3示出在燃料喷射***的高压***中的燃料压力的时间分布的示例。
具体实施方式
本发明涉及一种用于识别内燃机的电子调节的燃料喷射***的故障行为的方法。这类燃料喷射***例如是共轨柴油喷射***。在这类***中，从燃料库经由运送泵、燃料过滤器以及体积流调节阀将燃料引导至高压***中，该高压***具有高压泵、高压燃料线路、高压存储器和将燃料喷射到内燃机的汽缸中的喷射器。喷射器例如具有反馈到燃料库的泄漏线路。在高压***中设置经由信号线路与控制单元连接的压力传感器。该控制单元经由其它控制线路连接到喷射器并且经由一个或多个数据线路连接到内燃机的控制设备。在低压线路中设置经由数据线路与控制单元连接并且为了测量燃料温度而设置的温度传感器。此外，控制单元可以经由控制线路与压力调节阀连接，该压力调节阀在高压泵之后连接到高压***。压力调节阀连接到泄漏线路。控制单元例如在汽车的驾驶运行中依据负载、转数和驾驶员期望来经由压力调节阀调节燃料压力。此外，控制单元为了正确地将燃料喷射到内燃机的各个汽缸的目的而控制喷射器。
在这类燃料喷射***中流动燃料体积流，这在后面借助图1阐述。图1示出用于显示在燃料喷射***中流动的燃料体积流的草图。
图1中用Qin,raw表示由运送泵推送的燃料体积流。该燃料体积流到达体积流调节阀VCV，其开口状态由该***的控制单元分别以期望的方式调整。离开体积流调节阀VCV的燃料体积流Qin经由该***的高压泵HP输送到该***的高压存储器HS。总的来说离开高压存储器的与***消耗相应的燃料体积流用Qout表示，并且一起由通过喷射到汽缸中的喷射过程引起的燃料体积流QE、通过压力控制阀PCV（如果存在的话）输出的燃料体积流QPCV、通过持续泄漏装置输出的燃料体积流QDL和通过开关泄漏装置输出的燃料体积流QSL组成：
Qout = QE + QPCV + QDL + QSL。
此外，对于下面的实施方式，燃料的弹性模块EP（EP=f(T,Psys,燃料质量)）、高压存储器HS的体积VSys以及高压存储器HS中的燃料压力PSys是有意义的。
根据本发明，进行对内燃机的电子调节的燃料喷射***的故障行为的识别，其中首先设置预定的运行范围，例如空转运行，并且然后执行测试例程，在该测试例程中首先提高燃料喷射***的高压***中燃料的压力，然后降低该燃料的压力。在该测试例程的范围内，检测和存储燃料喷射***的不同参数。在接下来的评估过程中，对所存储的参数进行分析以识别燃料喷射***中的故障行为。预定的运行范围是具有优选恒定设置的转数和优选恒定设置的负载的运行，例如空转运行，其中经由空转调节器设置每分钟例如800转的恒定转数。根据本发明的方法尤其是在工厂中执行，如果保证例如长的空转阶段的静止的汽车操作条件，也可以在其它地方或在真实的驾驶运行中执行。
通过执行所述的测试例程，例如可以在存在不期望的汽车行为的情况下判断一方面燃料喷射***本身的无故障到什么程度以及由此在发动机的其它子***中搜索原因。另一方面对于有故障的燃料喷射***对可能在高压***或低压***中有基础的故障的原因进行定位，从而根据本发明的方法构成必要时需要的其它针对目标的分析和修理措施的起点。
在执行根据本发明的方法之前，通过其它测试例程或者还通过手动检查（例如对高压泵的泄漏的可视检查）推断，存在原则上防止发动机的可靠运行的加重困难的故障。其中例如包括有缺陷的起动器和防止压力上升的高压泵的完全阻塞。此外还包括特定于汽缸的故障，这些故障影响转数稳定性或燃料体积流QE和QSL，例如涉及喷射量或开关泄漏的压缩损耗或喷射器故障。这尤其意味着，由控制单元预定的喷射量必须至少接近正确地实现，这是由控制值正确地确定QE和QSL的前提。
预定运行范围、例如具有每分钟800转的恒定转数和具有恒定负载的空转运行的设置通过例如借助空转调节器的合适干预来进行。
根据本发明的一种实施方式，对于测试例程可以设置专门的燃烧模式或专门的喷射器控制，例如通过将喷射开始时间推后而具有减小的燃烧效率的模式。
根据另一种实施方式，测试例程也可以多次针对不同的运行范围或操作范围执行。因此该另一种实施方式是有利的，因为特定的故障原因仅在特定的运行或操作范围中对***行为产生作用。
根据其它的实施方式，测试例程也可以针对不同的燃料温度以及发动机或冷却水温度执行，因为高压泵的体积效率以及开关泄漏和持续泄漏取决于温度。
下面借助图2详细阐述用于显示根据本发明的实施例的测试例程的时间流程的图。在该测试例程的范围内执行多个步骤，同时确定和存储不同的参数。然后将这些参数用在最后的评估过程中，以识别在燃料喷射***中是否存在故障以及识别这些故障是存在于该***的高压***还是低压***中。在该评估的范围中，将所提到的参数与期望值进行比较，这些期望值又是从取决于运行点的特征曲线族推导出的，例如转数特征曲线族、发动机温度的特征曲线族和燃料温度的特征曲线族。
如果设置预定的运行范围，例如空转运行，则在t=0和t=t0之间的时间段中进行的第一步骤S1中将汽车在所设置的运行范围中运行例如10秒的时间段，以使***稳定。在第一步骤S1中，借助控制单元调节高压***中的燃料压力，使得在高压***中存在近似恒定的***压力PSys，其中下式成立：
Qin = Qout = QPCV + QE + QSL + QDL。
为了进行该调节，调节单元以分别必要的方式控制体积流调节阀VCV并且必要时控制压力调节阀PCV。
在随后从t = t0延伸到t = t1的第二步骤S2中，通过电子干预执行器控制一方面完全闭合压力调节阀PCV，只要这种压力调节阀存在，并且另一方面打开体积流调节阀VCV。在此预计有合适的死区时间，以确保所提到的阀实际上也达到所设置的最终位置。
在从t = t1延伸到t = t2的后续第三步骤S3中，高压***中的燃料压力的升高一直执行到预定的上极限值。在此，燃料输入Qin,raw不再通过体积流调节阀限制并且不通过压力调节阀流出燃料。因此下式成立：
Qin> Qout。
因此***压力PSys以定义的方式升高，直到达到预定的上极限值为止。该上极限值例如与最大容许***压力减去安全容差相应。替换于此的，***压力还可以以定义的方式一直升高，直到达到特定的升高持续时间。然后通过电子执行器干预完全闭合体积流调节阀VCV以及完全去活针对所有汽缸的喷射。此外压力调节阀PCV保持闭合。
在所提到的直到预定的上极限值的压力升高阶段期间，从借助压力传感器测量的高压***中的燃料压力值确定时间上的瞬时以及平均的梯度dPSys,INC/dt。此外如果例如压力调节阀或压力限制阀从特定的压力开始打开，则此外不能建立更高的***压力。在这种情况下，在预定的等待持续时间之后在相应的***压力时已经存储了故障指示。
在从t = t2延伸到t = t3的后续第四步骤S4中，实现延迟时间，在该延迟时间内进行***稳定。执行该步骤，因为在完全关闭体积流调节阀VCV之前以及在完全喷射去活之前以及在发动机停止之前还将少量的燃料量抽送到高压***中，以及因为还有小的气体量被喷射到汽缸中。在时刻t=t3，该***稳定结束。
在从t = t3延伸到t = t4的后续第五步骤S5中，高压***中的燃料压力（即***压力）降低，直到降低到预定的下极限值。对于静止的发动机，燃料流出仅由于持续泄漏而出现：Qout = QDL。由此，***压力PSys降低。从测量的高压***中的压力，确定瞬时的和平均的压力降低梯度dPSys,DEC/dt。这一直进行，直到达到预定的下极限值，该下极限值例如是环境压力。根据一种实施方式，在此作为瞬时梯度的评估标准，***压力本身或者还有压力降低时间在压力上升期间就已经分别与所属的最小期望值或最大期望值相比较。这可以依据燃料温度、发动机温度或燃料压力进行并且作为故障指示存储起来。
在时刻t = t4之后结束的后续第六步骤S6中，进行评估，在该评估中对存储的参数进行分析以识别故障行为。在该分析的范围中，将已识别的故障分配给燃料喷射***的高压***或低压***。
在评估的范围中由以下关系式可用的是：
Figure 2011800167038100002DEST_PATH_IMAGE001
，
其中：dV = Qin - Qout；
Ep = f(PSys, T, 燃料质量)；
VSys = 常量。
根据有利的实施方式，如下执行分析：
在与压力下降行为相应的第一评估步骤中，主要借助在步骤S5中确定的参数来判断高压***。
根据起始条件，排除特定于汽缸的高压***中的故障，这些故障影响QE和QSL。因此作为可能的故障原因仅还留下影响QPCV和QDL的故障。
如果现有的压力调节阀PCV从特定的压力开始打开，则已经在步骤S3中识别出这一点。在相应的故障指示的情况下，在高压***的第一子评估步骤中存储压力调节阀PCV的故障，例如以提示“失败”的形式。
此外，在高压***的主评估步骤中上述原理性关联在此被简化地使用，因为如已经结合步骤S5讲述的下面的关系式成立：Qout = QDL。如果平均的或存储的瞬时下降梯度或其它所描述的评估标准之一超过或低于分别所属的最小或最大期望值，则存储将高压***表示为有故障的提示“失败”。
如果在压力下降期间的梯度仅在特定的压力值之前超过为此期望的梯度，则这在高压***的第二子评估步骤中附加地作为与压力有关地泄漏的指示存储。该泄漏例如可能通过燃料喷射***的压力限制阀的减小的弹簧硬度引起。
相反，如果梯度和其它评估标准始终在分别所属的期望范围内，则存储将燃料喷射***的高压***表示为无故障的提示“通过”。
上述高压***的状态信息可以经由OBD接口传送给工厂，从而在需要时可以执行广泛的、针对目标的分析以及执行修理。
在与压力上升行为的分析相应的第二评估步骤的范围中，对低压***进行评价。在此，有效的是与在第一评估步骤中相同的起始条件。
在第二评估步骤的范围中，针对步骤S3中确定的平均升高梯度如下转换上面说明的关系式，其中分别恒定地应用瞬时值或平均值来确定期望的压力升高梯度：
Figure 2011800167038100002DEST_PATH_IMAGE003
。
对于实际的评价，将在步骤S3中确定的梯度dPSys,Inc/dt与针对相应运行点有效的期望值进行比较。为此可以将以下实施方式用于确定各个取决于压力的燃料体积流：
-燃料体积流Qin可以依据高压泵的容许的效率范围来确定，例如由高压泵的硬件规范来确定。
-燃料体积流QPCV通过对压力调节阀的干预来消除并且因此没有影响。
-燃料体积流QE和QSL可以一方面由喷射时间或开关泄漏的取决于运行点的特征曲线族来确定。根据另一种实施方式，燃料体积流也可以由高分辨率的高压存储器传感器信号（例如具有一毫秒的采样率）确定。为此发动机例如在空转运行时以高压***的不同压力水平运行，例如以300巴、500巴、…、1500巴、…、最大***压力，并且详细观察在相应的压力水平时所测量的压力信号。
图3示出在燃料喷射***的高压***中的燃料压力的时间分布的示例。在该图中，沿着横轴绘制时间t，并且沿着纵轴绘制***压力PSys。简化地，在该显示中喷射开始与高压泵的上死区点TDCPumpe重合。首先已知持续泄漏QDL是连续存在的。在时刻TDCPumpe之前，通过高压泵的工作脉冲建立一定的压力，如在所显示的曲线的用Qin表示的部分区域中所表示的。从时刻TDCPumpe开始在喷射的范围中通过体积流QSL和QE又降低压力并且可以确定陡峭的压力梯度。在喷射结束之后，在下一个泵工作脉冲开始之前仅还存在由于持续泄漏QDL导致的体积流。由此最后可以通过减去QDL而由喷射期间的陡峭的压力梯度确定QSL和QE的和。对向各个元件的其它划分对于进一步的评估是不需要的。为了消除信号噪声，所描述的对高压***中的燃料压力分布的观察针对待分析的每一个压力水平多次重复。
燃料体积流QDL一方面可以由持续泄漏的取决于运行点的特征曲线族确定。替换于此的，可以直接使用在步骤S5中确定的降落梯度dPSys,DEC/dt。另一种替换在于，在上述观察的范围内针对QSL或QE确定QDL。这后两种替换的优点是，由此可以计算出高压***中必要时存在的取决于压力的泄漏以用于低压***中的评估，并且由此不会影响测试结果。
如果在低压***的主评估步骤的范围中其它评估标准之一（例如***压力本身或压力上升时间）的平均的或存储的瞬时升高梯度dPSys,Inc超过或低于分别所属的最大或最小期望值，则作为针对在低压***中存在故障的指标存储对于低压***的提示“失败”。
如果在压力上升期间的瞬时梯度仅从特定的压力值起低于为此期望的梯度，则在低压***的子评估步骤中又附加地被标记为取决于压力的泄漏的指示，其中取决于压力的泄漏例如通过压力限制阀的减小的弹簧硬度引起。
相反，如果梯度和其它评估标准始终在对应的期望范围内，则存储将低压***表示为无故障的提示“通过”。
低压***的状态信息可以经由OBD接口提供给工厂，从而在需要时在那里可以执行其它针对目标的分析以及执行修理。
由此，由不同主评估步骤和子评估步骤的结果可以在工厂中的有针对性的故障搜索范围内推断出以下结论：
-如果所有评估步骤都提供提示“通过”，则整个燃料喷射***处于无故障的状态。
-如果对压力上升行为的分析提供提示“失败”并且对压力下降行为的分析提供提示“通过”，则在低压***中存在故障原因。
-关于压力上升行为的提示“通过”和关于压力下降行为的提示“失败”的出现由于原理是不可能的。
-如果两个主评估步骤都提供提示“失败”，则在高压***中存在故障原因。
-在一个或多个子评估步骤的附加的或唯一的“失败”结果的情况下，可以直接推断出对应的故障原因。
在时间上的标准化的瞬时梯度和/或平均梯度的形成
[dPSys,Inc/dt]标准 = dPSys,Inc/dt + dPSys,Dec/dt
具有以下优点：由此消除了高压***（故障，容差）对压力上升行为的横向影响。

Claims (15)

1.一种用于识别内燃机的电子调节的燃料喷射***的故障行为的方法，具有以下步骤：
-执行测试例程，在该测试例程中提高燃料喷射***的高压***中燃料的压力，然后降低该燃料的压力，其中
-在该测试例程的范围内，检测和存储燃料喷射***的不同参数，以及其中
-在接下来的评估过程中，对所存储的参数进行分析以识别故障行为，其中在评估过程中对以下关系式进行分析：
Figure 2011800167038100001DEST_PATH_IMAGE001
，
其中：dV = Qin - Qout；
Ep = f(PSys, T, 燃料质量)；
VSys = 常量，
并且其中PSys是高压***的燃料压力，Ep是燃料的取决于压力的弹性模块，VSys是高压***的体积，Qin是从体积流调节阀输出的燃料体积流，以及Qout是燃料喷射***的整个燃料流出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在燃料压力下降期间测量瞬时燃料压力，并且确定在时间上的平均梯度和/或瞬时梯度dPSys,DEC/dt。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在燃料压力升高期间测量瞬时燃料压力，并且确定在时间上的平均梯度和/或瞬时梯度dPSys,Inc/dt。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，形成时间上的标准化的瞬时梯度和/或平均梯度：
[dPSys,Inc/dt]标准 = dPSys,Inc/dt + dPSys,Dec/dt。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在评估过程中识别燃料喷射***的高压***中的故障行为以及燃料喷射***的低压***中的故障行为，并且唯一地分配给两个子***之一。
6. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在评估过程中将故障行为分配给燃料喷射***的单个构件。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在测试例程中执行多个连续的步骤，其中在第一步骤中通过压力调节设置高压***中的恒定的燃料压力，并且在第二步骤中打开燃料喷射***的体积流调节阀，以及只要存在就关闭燃料喷射***的压力调节阀。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在另一步骤中将高压***中的燃料压力一直提高到预定的上极限值，并且然后关闭体积流调节阀以及去活向燃料喷射***的汽缸中的喷射过程。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在另一步骤中预先给定延迟时间，在该延迟时间内内燃机趋向于静止。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在另一步骤中燃料压力一直下降到预定的下阈值。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，另一个步骤是评估过程。
12.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，测试例程在预定的运行范围中执行。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，预定的运行范围是具有恒定设置的转数和恒定设置的负载的运行。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，预定的运行范围是空转运行。
15.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，针对不同的燃料温度和/或发动机温度和/或冷却水温度执行测试例程。
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