CN103534469B - 用于发动机凸轮廓线切换***的诊断法 - Google Patents

用于发动机凸轮廓线切换***的诊断法 Download PDF

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Abstract

一种瞬间诊断法，用于通过计算汽缸列与汽缸列的空气质量流量比率中的变化而对内燃机的凸轮廓线切换***的正确操作进行判定。

Description

用于发动机凸轮廓线切换***的诊断法
技术领域
本发明涉及一种用于指示内燃机中的多个凸轮轴状态中的一个凸轮轴状态的诊断法。本发明的各方面涉及一种方法、一种处理器或电子控制单元、一种发动机和一种车辆。
背景技术
已提出了用于提供尤其用于车辆的凸轮轴状态的变化的***，以提高发动机的工作特性。在一个示例中，凸轮轴具有提供相应的低进气门升程和高进气门升程的双廓线，并且因而允许一定范围的气门正时来提高发动机的经济性和性能。相关的廓线通常是根据驾驶员的需求和其它相关参数而由基于发动机控制单元(ECU)的微处理器来选择。
已提出了用于切换凸轮廓线的许多装置。一种解决方案提供了用于每个进气门的双挺杆。当发动机以低负荷运行时，每个挺杆在低升程凸轮廓线上操作，而当发动机以高负荷运行时，能够根据需要通过高压供油而启用高升程模式以接合高升程凸轮廓线。
ECU控制其它车辆***，特别是用于将废气排放物减少至最少的***，并且为此，需要用以确认所需的凸轮轴状态已生效的诊断法。在上面给出的示例中，由于挺杆本身可能发生故障，因此仅对通往挺杆的高压油供应的存在与否进行监测是不够的。
因此，已提出对发动机排气的成分——特别是氧含量——进行监测，以确认所测量的值位于与所要求的凸轮轴状态相关联的范围内。ECU例如可以包括查询表，该查询表通过参照燃料供给和/或发动机转速为每个凸轮轴状态给出相对应的值。
US-B-7621175公开了一种对V形发动机中的凸轮廓线切换***的退化进行检测的方法，该方法比较了在受迫改变用于一个汽缸列的凸轮状态期间的两个汽缸列的排气成分。例如，如果两个排气流中的氧浓度未改变，则可以推断凸轮廓线切换***在经受受迫改变的汽缸列中已经退化。通常情况下，由于电路或液压回路中的故障，替代的凸轮状态已不被采用。
在该装置中，受迫改变能够周期性地并且是在合适的发动机操作状态期间在短时间内施加于每个汽缸列。
有利的是具有能够对改变的凸轮轴状态的正确起作用进行检测的替代诊断法。
发明内容
根据本发明，提供了一种对多汽缸内燃机的凸轮廓线切换***的退化进行检测的方法，该方法包括下述步骤：
使所述内燃机在凸轮廓线切换***的一种状态下运行；
为第一汽缸子组提供引入燃料流量和排气流量的相对应的氧含量，以及
计算在限定的时间段内通过第一汽缸子组的空气质量；
为第二汽缸子组提供引入燃料流量和排气流量的相对应的氧含量，并且计算在所述限定的时间段内通过第二汽缸子组的空气质量；
将用于第一汽缸子组和第二汽缸子组的空气质量流量进行比较以给出标准比率；
瞬间地迫使所述汽缸子组中的一个汽缸子组的凸轮廓线切换***达到替代状态；
对通过第一汽缸子组和第二汽缸子组的相对应的空气质量进行重新计算，并且比较所述重新计算的空气流量以给出修正比率；
以及将所述标准比率与所述修正比率进行比较以检测其显著改变。
特别地、但非排它性地，该方法适于具有呈两个汽缸列布置的四个或更多个汽缸的V形发动机(也称为V型发动机)，其中，每个汽缸列具有相应的进气道和排气道，并且每个汽缸列具有独立地可操作的凸轮廓线切换***。进气道可以由共用的源给送。本发明也适用于具有分组汽缸和用于每个组的独立的凸轮廓线切换***的直列式发动机。
在一种实施方式中，所述标准比率在与发动机的低气门升程模式相对应的凸轮轴状态下被提供，并且凸轮廓线切换***被瞬间地迫使达到与用于计算所述修正比率的高气门升程模式相对应的凸轮轴状态。
通常，标准比率可以显示出在±5％范围内的空气流量的差异，然而，所述修正比率可以显示出在±15％范围内的空气流量的差异。在本发明中，空气流量比率的显著变化指示凸轮廓线切换***中未出现故障。
通常，该方法适用于节气门关闭状态，其中，凸轮轴状态的瞬间变化不可能影响车辆的驱动或不可能被驾驶员注意到。
凸轮轴状态的用于一组汽缸的从低升程至高升程的瞬间受迫改变将为所切换的组引起减小的空气流量，并且通过共享的进气增压也可以为另一(未切换)组引起增大的空气流量。因此，该受迫改变可以引起一个子组瞬间地具有浓的空气/燃料混合物，然而，另一汽缸子组具有瞬间的稀薄空气/燃料混合物。
典型的汽油发动机在每个排气***中使用催化涂覆的基材以使尾气排放最小化。这些排气催化剂的有效操作通常要求给予排气催化剂的排气保持为接近化学计量空燃比。为此，该发动机设置有燃料供给的闭环反馈控制，然而，排气道中的氧气传感器判定排气是否具有指示非化学计量燃烧的氧含量。传感器输出用于对发动机的燃料供给进行连续地调整以补偿稀薄的或浓的混合物——因而，通过催化剂的气流量通常保持为化学计量或接近化学计量，并且能够将有害排放物减少至最少。
在燃料供给的闭环反馈控制中已经取得了相当大的进展，但是该方法仅能够在偏离目标空燃比已被识别之后校正燃料供给。因此，下述是可能的是：如果在排气空燃比中存在大的扰动，则可能超过催化剂的存储容量，并且即使闭环反馈控制是快速且精确的，一些不期望的排放物仍可能传送到大气。
在本发明的改型中，该方法还包括下述步骤：对第一汽缸子组和第二汽缸子组的燃料供给进行调整，同时所述凸轮廓线切换***处于替代性状态下，以便获得所需的排放特性。
因而，借助于例如通过参照将燃料供给与凸轮轴状态、发动机速度、以及节气门开度相关联的查询表来为发动机适当地进行燃料供给，能够进一步将有害排放物减至最少。再者，汽缸子组之间的空气流量比率的显著变化是凸轮廓线切换***的正确起作用的指示。
作为通过第一汽缸子组和第二汽缸子组的空气质量的计算的一部分，该方法优选地包括合并时间延迟以补偿所测量的燃料量的供给与对位于发动机的相应排气口下游的适当排气传感器处的排气流量的相对应氧含量进行检测之间的时期。
作为限定测量计时的一部分，该方法还可以包括合并时间延迟以补偿迫使替代凸轮状态与检测相对应的排气成分之间的时期。
本发明的有利特征在以下描述中及其所附的权利要求中被提及。
在该申请的范围内，可以设想的是在前述段落中、在权利要求中、以及/或在以下描述和附图中提出的多个方面、实施方式、示例、特征和替代方案可以独立地采用或以其任意组合采用。除非有不兼容的特征，否则在相关的一个实施方式中描述的特征适用于所有实施方式。
附图说明
现在将参照附图、仅通过示例对本发明进行描述，在附图中：
图1为具有进气连接件、排气连接件和燃料连接件的V形发动机的示意性端视图；
图2以图解的方式示出了增加的燃料流量与相对应的废气排放物检测之间的时间延迟；以及
图3以图解的方式示出了在凸轮轴状态的受迫改变期间空气流量中的变化。
具体实施方式
图1以示意性的截面图示出了V形发动机(10)，该V形发动机(10)具有例如六个汽缸并且具有安装至共用的曲轴箱(13)的左汽缸列和右汽缸列(11，12)。共用的供气装置(14)经由相应的进气道(15，16)对每个汽缸列进行给送，并且每个汽缸列均具有其自身相应的排气道(17，18)。每个汽缸列均设置有高压燃料喷射导轨(19，20)。
每个汽缸盖内均设置有常规类型的凸轮廓线切换***，该***允许根据需要在用于进气门的高升程状态与低升程状态之间进行切换。在正常发动机操作中，凸轮廓线切换***通常被一起致动，使得所选择的操作状态是共有的，但是在本发明的诊断法中，凸轮廓线切换***也被独立地致动。
设置有常规的电子控制单元(ECU)(21)以根据驾驶员的需求和排放物法规来控制发动机燃料供给***及其它***。每个排气道内均设置有λ(氧)传感器(22，23)，并且该λ(氧)传感器(22，23)适于将空燃比的瞬时测量值发送至ECU。
在本发明中，燃料质量流量通过任何合适的方式作为输入提供至ECU。每个氧传感器(22，23)均将空气/燃料比的指示提供至ECU。ECU也被编程为计算燃料供给改变的时间从而反映在传感器(22，23)的输出的相应变化中。该时间延迟为发动机转速和传感器(22，23)的下游位置的函数；更具体地为排气混合物体积流率和位于传感器上游的排气***体积的函数。该时间延迟例如可以通过参照瞬时发动机转速、空气质量流量、发动机负荷、空气压力和/或排气温度而在查询表中提供。
图2示出了燃料或空气流量的瞬间增加量(31)相比于废气排放物的浓度的相对应变化(32)的图，以及在预定的发动机转速(或排气混合物体积流率)处的相应延迟dT。该延迟dT通常将降低发动机转速，并且因此，排气流的速度(体积流率)增大。如果燃料供给根据空气流的变化而进行调整，则特性(32)将是平的，而时间dT仍表示进气状态的改变与相对应的排气成分检测之间的滞后。
ECU适于根据排气的燃料流量和空燃比(参照时间延迟)计算出通往每个汽缸列的进入空气流量的测量值。然而，在本发明中无需确定绝对体积空气流量，而仅涉及每个汽缸列的作为无量纲比率L/R的空气流量。
在发动机的良好状态下——其中每个汽缸列(11，12)同等地起作用，标准比率L/R通常接近1，并且通常具有不大于±5％的变化。
优选地，本发明的凸轮轴诊断在节气门关闭状态下操作，在这种情况下对驾驶员而言是较不明显的。在这种状态下，凸轮轴通常处于低升程状态。
一个汽缸列——例如汽缸列(11)——的凸轮轴被瞬间迫使达到高升程状态。因此，空气的通过量改变，并且如果燃料供给保持不变，则排气成分将改变。随着空气通过第一汽缸列被不同地抽出，第二汽缸列中的空气的相对应的通过量也可能改变，并且如果燃料供给保持不变，则来自第二汽缸列的排气浓度也可能改变。然而，优选地，第一汽缸列和第二汽缸列的燃料供给进行调整以补偿空气流量的变化，以便保持精确的催化剂控制并且随后释放最小的有害排放物。
在一个汽缸列的瞬间高升程状态期间，考虑到延迟dT，比率L/R被重新计算并且与标准比率进行比较。如果重新计算的空气流量比率充分地改变——通常改变了±15％，则指示正确的凸轮轴位置。如果重新计算的空气流量比率在标准范围±5％内(即，未改变)，则指示不正确的凸轮轴位置。因而，能够判定凸轮廓线切换***是否正确地运行。
对于具有共用的气源的发动机，本发明的重要特征为：当通过一个汽缸列的空气流量瞬间增加时，通过另一汽缸列的空气流量相应地减少，因而增加了朝向改变的空气流量比率的倾向。不要求空气流量的绝对确定。图3以图解的方式示出了两个汽缸列(11，12)的空气流量的效果(41，42)，其中，汽缸列(11)在时间T切换至高升程，并且在时间T2返回至低升程。T1-T2可以在2-3秒的范围内。因为由本发明提供的差值是充分的，因此名义空气流量的略微差异是不重要的。
应当理解，根据凸轮廓线，与低升程凸缘廓线相比，高升程凸轮可导致增加的体积空气流量或降低的体积空气流量。

Claims (15)

1.一种对多汽缸内燃机的凸轮廓线切换***的退化进行检测的方法，所述方法包括：
使所述内燃机在所述凸轮廓线切换***的一种状态下运行；
为第一汽缸子组提供引入燃料流量和排气流的相对应的氧含量，以及
计算限定的时间段内通过所述第一汽缸子组的空气质量；
为第二汽缸子组提供引入燃料流量和排气流的相对应的氧含量；
计算在所述限定的时间段内通过所述第二汽缸子组的空气质量；
对所述第一汽缸子组和所述第二汽缸子组的空气质量流量进行比较以给出标准比率；
瞬间地迫使所述汽缸子组中的一个所述汽缸子组的所述凸轮廓线切换***达到替代状态；
在所述瞬间迫使所述凸轮廓线切换***期间调整燃料供给以获得所需的废气排放物特性；
对通过所述第一汽缸子组和所述第二汽缸子组的所述相对应的空气质量进行重新计算，并且将所述重新计算的空气流量进行比较以给出修正比率；以及
将所述标准比率与所述修正比率进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述多汽缸内燃机的节气门关闭状态期间，所述凸轮廓线切换***瞬间地被迫使达到所述替代状态。
3.根据权利要求1所述的方法，以及，在节流需求增加的情况下，所述方法立即终止。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸轮廓线切换***被迫使从低升程状态达到高升程状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，燃料供给被调整为保持化学计量燃烧。
6.根据权利要求1所述的方法，包括对调整燃料供给与感测位于下游传感器处的所述排气的相对应的氧含量之间的延迟进行确定，以及
当计算所述空气质量流量和比率时，使氧含量与所述相对应的燃料流量相关。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述延迟通过参照发动机速度而从查询表提供。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述延迟通过参照发动机速度而由算法提供。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述延迟由发动机转数和曲柄转角中的一者提供。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述延迟由空气、燃料、和空气/燃料混合物中的一者的质量流量来表示。
11.根据权利要求1所述的方法，所述方法在具有用于其每个汽缸列的独立的凸轮廓线切换***的V形发动机中实施。
12.一种构造成执行如前述权利要求中的任一项所要求保护的方法的电子控制单元。
13.一种具有如权利要求12中所要求保护的电子控制单元的发动机或车辆。
14.一种构造成执行如权利要求1至11中的任一项所要求保护的方法的处理器。
15.一种具有如权利要求14中所要求保护的处理器的发动机或车辆。
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