CN116066220A - 用于诊断向内燃机排气***的废气后处理***的燃烧器供应空气的供气回路的方法 - Google Patents

用于诊断向内燃机排气***的废气后处理***的燃烧器供应空气的供气回路的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于诊断向内燃机(1)的排气***(2)的废气后处理***(14)的燃烧器(21)供应空气的供气回路(23)的方法，其中，供气回路(23)设置有泵送设备(24)，所述泵送设备(24)沿由截止阀(26)调节的第一管道(25)被容纳。所述方法需要沿插设于泵送设备(24)和燃烧器(21)之间的第一管道(25)容纳第一压力传感器(33)；沿燃烧器(21)外的第二管道(35)容纳第二压力传感器(34)；获取由所述第一和第二压力传感器(33、34)检测到的压力信号(P33,P34)；根据由所述第一和第二压力传感器(33、34)检测到的压力信号来诊断供气回路(23)中的故障和/或失效(F)。

Description

用于诊断向内燃机排气***的废气后处理***的燃烧器供应空气的供气回路的方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2021年10月29日提交的意大利专利申请号102021000027893的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于诊断向内燃机排气***的废气后处理***的燃烧器供应空气的供气回路的方法。
背景技术
内燃机通常设置有多个气缸，每个气缸连接到进气歧管和排气歧管，排气管道连接到排气歧管，以便将燃烧产生的废气供应到排气***，排气***将燃烧产生的废气释放排入大气。
废气后处理***通常包括预催化转化器，其沿排气管道布置；微粒过滤器，其同样沿着排气管道布置在预催化转化器下游；以及催化转化器，其沿排气管道布置在微粒过滤器上游。
废气后处理***最后还包括燃烧器。在燃烧器内部限定有燃烧室，燃烧室接收来自供气回路的新鲜空气并接收来自喷射器的燃料，喷射器适合于将燃料喷射到燃烧室中。此外，火花塞联接到燃烧器上，以点燃存在于燃烧室内的混合物。供气回路通常设置有泵送设备，该泵送设备从罐(优选***有空气过滤元件)中抽取并通过由截止阀调节的管道向燃烧器供应空气。
燃烧器适用于将废气(以及由此产生的热量)引入排气管道，以加速催化转化器的加热并促进微粒过滤器的再生。为了能够控制燃烧室内发生的燃烧(以及由此产生的废气)，能够控制供气回路引入的空气量以及能够迅速识别诸如泵送构件或调节阀之类的部件可能出现的故障极为重要。
文献DE102010060136公开了一种控制向内燃机排气***的废气后处理***的燃烧器供应空气的供气回路的方法。供气回路包括一个拉伐尔(de Laval)喷嘴，该喷嘴旨在保持供应到燃烧器的空气量恒定，而不管排气***的排气管道中可能发生的压力变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于诊断向内燃机排气***的废气后处理***的燃烧器供应空气的供气回路的方法，该方法不存在上述缺点，并且尤其是实施起来容易且经济。
根据本发明，提供了一种用于诊断向具有排气管道的内燃机的排气***的废气后处理***的燃烧器供应空气的供气回路；该***包括沿着排气管道布置的至少一个催化转化器，并且燃烧器适于将废气引入排气管道以加速所述至少一个催化转化器的加热；其中，燃烧器内部限定有燃烧室，该燃烧室从喷射器接收燃料并通过供气回路接收新鲜空气，该供气回路设置有泵送设备，该泵送设备沿着由截止阀调节的第一管道被容纳；该方法包括以下步骤：
沿***在泵送设备和燃烧器之间的第一管道容纳第一压力传感器；
沿第二管道容纳第二压力传感器，该第二管道将燃烧器连接到排气管道；
获取由所述第一和第二压力传感器检测到的压力信号；和
处理由所述第一和第二压力传感器检测到的压力信号，以便诊断供气回路中的故障和/或失灵。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，附图显示了本发明的非限制性实施例，其中：
-图1示意性地示出了配备有废气后处理***的内燃机，该废气后处理***配备有实施根据本发明的诊断方法的控制单元；
-图2示意性地示出了图1中所示的废气后处理***的细节；和
-图3是示出了根据本发明的诊断方法的框图。
具体实施方式
在图1中，数字1整体表示配备有排气***2(未显示)并具有多个气缸3的增压内燃机，每个气缸通过至少一个相应的排气阀(未显示)连接到进气歧管4和排气歧管5。
进气歧管4接收包括废气和新鲜空气的气体混合物，该新鲜空气即通过进气管道6来自外部的空气，进气管道6设有用于新鲜空气流的空气过滤器并由节流阀8调节。沿着进气管道6，在空气过滤器7的下游，还有一个空气流量计9。
排气歧管5连接到排气管道10，排气管道10将燃烧产生的废气供应到排气***2，排气***2将燃烧产生的气体释放到大气中。
增压内燃机1包括用于内燃机1的增压***，该增压***通过设有涡轮机12及压缩机13的涡轮增压器11获得，涡轮机12沿排气管道10布置，从而由于从气缸3排出的废气的作用而高速旋转，压缩机13沿进气管道6布置并机械连接到涡轮机12以便由涡轮机12自身引起旋转以增加存在于供气管道6中的空气压力。
排气***2设置有废气后处理***14，该废气后处理***14包括沿着排气管道10布置在涡轮增压器11下游的预催化转化器15，和同样沿着排气管道10布置在预催化转化器15下游的微粒过滤器16(也称为汽油微粒过滤器)。根据优选的变体，废气后处理***14设置有催化转化器17，该催化转化器17沿排气管道10布置在微粒过滤器16的上游。根据优选实施例，催化转化器17和微粒过滤器16一个接一个地布置在共同的管状容器的内部。
根据第一变体，内燃机1进一步设置有UHEGO或UEGO线性氧传感器18，其沿排气管道10被容纳并***涡轮增压器11和预催化转换器15之间，以检测涡轮增压器11下游和预催化转换器15上游的废气的空燃比(提供指示废气中氧含量的线性输出)。
内燃机还设置有λ传感器19，该λ传感器19适于提供开/关二进制输出，其指示废气的空燃比是高于还是低于化学计量值，该传感器19沿排气管道10被容纳并***在预催化转化器15和由催化转化器17及微粒过滤器16限定的组件之间，以检测预催化转化器15下游的废气中的氧浓度；最后，设置有λ传感器20，其适于提供开/关二进制输出，其指示废气的空燃比是高于还是低于化学计量值，该传感器20沿排气管道10被容纳，并且被布置在由催化转化器17和微粒过滤器16限定的组件的下游，以检测由催化转化器17和微粒过滤器16限定的组件的下游的废气中的氧浓度。
废气后处理***14还包括燃烧器21，其适于将废气(以及由此产生的热量)引入排气管道10，以加速预催化转化器15和/或催化转化器17的加热并促进微粒过滤器的16再生。燃烧器21布置成使得在预催化转化器15上游或催化转化器17下游将废气引入排气管道10。
根据图2，在燃烧器21内部限定了燃烧室22，其通过供气回路23接收新鲜空气(即来自外部的空气)，供气回路23配备有泵送设备24(已知类型，未详细描述)，泵送设备从罐39(优选***有空气过滤元件)泵送并通过由截止阀26(布置在泵送设备24下游)调节的管道25供应空气到燃烧器21。
燃烧室22还接收来自喷射器27的燃料，喷射器适于将燃料喷射到燃烧室22中。此外，火花塞28联接到燃烧器21以点燃存在于燃烧室22内的混合物。内燃机1还包括设有泵送设备30的供油回路29，其设置有通过管道31供应燃料的泵送设备30，管道31由阀38调节。
内燃机1最后包括控制***32，其设计成控制内燃机1的运行。控制***32包括至少一个电子控制单元(也称为“ECU”)，其控制内燃机1的不同部件的操作。显然，上述公开的电子控制单元ECU可以是控制燃烧器21运行的专用控制单元ECU，也可以是控制内燃机1运行的电子控制单元ECU。火花塞28由电子控制单元ECU控制，以便在其电极之间产生火花，从而确定燃烧室22内压缩的气体的点火。控制***32还包括连接到电子控制单元ECU的多个传感器。
传感器具体包括用于向燃烧器21供应的空气流的温度和压力传感器33，其优选地沿管道25被容纳(换言之，传感器33沿管道25被容纳在泵送设备24的下游，优选地插设于泵送设备24和截止阀26之间)；用于从燃烧器21流出的废气的温度和压力传感器34，其沿出口管道35被容纳；用于向燃烧器21供给的燃料的压力传感器36，其沿管道31被容纳。电子控制单元ECU进一步连接到UHEGO或UEGO线性氧传感器18和λ传感器19、20，电子控制单元ECU从那里接收指示废气的空燃比的信号。
下面将描述由电子控制单元ECU实施以执行供气回路23的正确操作的诊断方法。所述方法至少部分且示意性地显示在图3中。
首先，电子控制单元ECU被设计来确定泵送设备(24)下游的压力的目标值P目标。
根据优选变体，泵送设备24下游的压力的目标值P目标通过计算模型确定，该计算模型处理多个量，例如大气压力PATM,由压力传感器34检测到的沿出口管道35从燃烧器21流出的压力信号P34，和通过供气回路23的目标流量
Figure BDA0003897157740000051
以确定泵送设备24下游的压力的目标值P目标。
然后，电子控制单元ECU被配置为通过传感器33获取沿管道25向燃烧器21供给的空气流的压力值P33，并计算泵送设备24下游的压力的目标值P目标与沿管道25燃烧器21供给的空气流的压力值P33之间的偏差ΔP1。
在初步调整和设置阶段，确定安全限值TV1。
最后，电子控制单元ECU被配置为将泵送设备24下游的压力的目标值P目标与沿管道25向燃烧器21供给的空气流的压力值P33之间的偏差ΔP1与安全限值TV1相比较，并且识别故障F，在所述偏差ΔP1大于安全限值TV1的情况下基于该故障F发送警报信号F。
在这种情况下，可以识别泵送设备24可能的故障和/或失灵，也可以识别从泵送设备24到截止阀26的管道25的部分中可能的溢出或泄漏，并且最后，可以识别截止阀26何时锁定在打开位置。
换句话说，超过安全限值TV1的偏差ΔP1可以指示泵送设备24的故障或从泵送设备24到截止阀26的管道25的部分中的泄漏，或截止阀26被锁定在打开位置(或上述故障的组合)。
上述控制策略只有在少数启动条件出现的情况下才能启动。更详细地说，电子控制单元ECU被配置为检查泵送设备24是否在工作，以及根据向截止阀26请求的目标(打开或关闭)来检查截止阀26是关闭还是打开，该目标反过来是根据泵送设备24下游的压力的目标值P目标来确定的。
然后，电子控制单元ECU被设计来确定燃烧器21下游的压力的目标值P目标_燃烧器。
根据优选实施例，燃烧器21下游的压力的目标值P目标_燃烧器通过计算模型或存储在电子控制单元ECU中的映射来确定。特别地，燃烧器21下游的压力的目标值P目标_燃烧器从由传感器33检测到的燃烧器21上游的压力值P33开始确定，并考虑取决于通过供气回路23的目标空气流量的可变流动阻力PD。
然后，电子控制单元ECU被配置为通过传感器34获取沿出口管道35从燃烧器21流出检测到的压力值P34，并计算燃烧器21下游的压力的目标值P目标_燃烧器和由传感器34沿出口管道35从燃烧器21流出检测到的压力值P34之间的偏差ΔP2。
在初步调整和设置阶段，确定安全限值TV2。
最后，电子控制单元ECU配置为将燃烧器21下游的压力的目标值P目标_燃烧器与由传感器34检测到的沿出口管道35从燃烧器21流出的压力值P34之间的偏差ΔP2与安全限值TV2相比较，并且识别故障和/或失灵F，在所述偏差ΔP2大于安全限值TV2的情况下基于该故障和/或失灵F发送警报信号F2。
在这种情况下，可以识别从截止阀26到排气管道10的管道25的部分中可能的溢出或泄漏，并且可以识别截止阀26何时锁定在关闭位置。
换句话说，偏差ΔP2超过安全限值TV2可以指示从截止阀26到排气管道10的管道25的部分中的泄漏或截止阀26被锁定在关闭位置(或上述两种故障的组合)。
在这种情况下，上述控制策略再次地只有在少数启动条件出现的情况下才能启动。更详细地说，电子控制单元ECU被配置为检查泵送设备24是否工作以及截止阀26是否打开。
众所周知，泵送设备24设有致动器设备。在正常操作期间，电子控制单元ECU利用以随时间变化的频率和控制幅度为特征的命令来控制致动器设备。因此，考虑到泵送设备24被供应以随时间变化的频率和控制幅度为特征的振荡命令，申请人发现燃烧器21下游和上游的压力值(通过传感器33和34检测)具有与泵送设备24的控制命令的动态相类似的动态。换言之，申请人发现由压力传感器33和34获取的压力信号的频率成分具有与泵送设备24的控制命令的动态相类似的动态(即振荡动态，其以随时间变化的频率和控制幅度为特征，并且类似于泵送设备24的控制命令的动态)。
因此，根据另一个实施例，电子控制单元ECU被设计为分析由压力传感器33和34获取的信号的频率成分。
更详细地，将由压力传感器33获取的信号的频率成分与预期动态进行比较，该预期动态基于泵送设备24的控制命令的动态而确定。在由压力传感器33获取的信号的频率成分与预期动态的偏差大于安全值的情况下，则识别出泵送设备24可能的故障和/或失灵F，或识别出从泵送设备24到截止阀26的管道25的部分中的泄漏。
换言之，由压力传感器33获取的信号的频率成分与预期动态的偏差大于安全值表明泵送设备24的故障和/或失灵F，或从泵送设备24到截止阀26的管道25的部分中的泄漏(或上述两种故障的组合)。
此外，还将由压力传感器34获取的信号的频率成分与预期动态进行比较，该预期动态基于泵送设备24的控制命令的动态而确定。在由压力传感器34获取的信号的频率内容与预期发展的偏差大于安全值的情况下，识别出从截止阀26到排气管道10的管道25的部分中的泄漏。
另一方面，如果由压力传感器34获取的信号具有基本恒定的动态，同时，由压力传感器33获取的信号的频率成分与预期动态的偏差小于或等于安全值，则诊断出截止阀26卡在关闭位置的故障。
很明显，刚刚描述的另一实施例可以替代第一实施例或与其组合操作。在这最后一种情况下，刚刚描述的实施例被电子控制单元ECU使用来检查和验证根据第一实施例所做的关于截止阀26和泵送构件24的操作或管道25中的可能泄漏的诊断，反之亦然。
参考编号列表
1 内燃机
2 排气***
3 气缸
4 进气歧管
5 排气歧管
6 进气管道
7 空气过滤器
8 节流阀
9 空气流量计
10 排气管道
11 涡轮增压器
12 涡轮机
13 压缩机
14 后处理***
15 预催化转化器
16 微粒过滤器
17 催化转化器
18 线性传感器
19 λ传感器
20 λ传感器
21 燃烧器
22 燃烧室
23 供气回路
24 泵送设备
25 管道
26 截止阀
27 喷射器
28 火花塞
29 供油回路
30 泵送设备
31 管道
32 控制***
33 P、T传感器
34 P、T传感器
35 出口管道
36 P、T传感器
38 阀门
39 空气罐
电子控制单元 电子控制单元
P目标 目标压力值
P33，P34 传感器33、34检测到的压力值
Figure BDA0003897157740000091
 目标空气流量
ΔP1，ΔP2 偏差
TV1，TV2 安全限值
P目标_燃烧器 目标压力值
PD 流动阻力

Claims (12)

1.一种用于诊断向具有排气管道(10)的内燃机(1)的排气***(2)的废气后处理***(14)的燃烧器(21)供应空气的供气回路(23)的方法；***(14)包括沿排气管道(10)布置的至少一个催化转化器(15、17)，并且燃烧器(21)适于将废气引入排气管道(10)以加速所述至少一个催化转化器(15、17)的加热；其中，燃烧器(21)内部限定有燃烧室(22)，所述燃料室(22)从喷射器(27)接收燃料并通过供气回路(23)接收新鲜空气，所述供气回路(23)设置有泵送设备(24)，所述泵送设备(24)沿着由截止阀(26)调节的第一管道(25)被容纳；所述方法包括以下步骤：
沿***在泵送设备(24)和燃烧器(21)之间的第一管道(25)容纳第一压力传感器(33)；
沿第二管道(35)容纳第二压力传感器(34)，所述第二管道(35)将燃烧器(21)连接到排气管道(10)；
获取由所述第一压力传感器(33)和第二压力传感器(34)检测到的压力信号(P33，P34)；以及
处理由所述第一压力传感器(33)和第二压力传感器(34)检测到的压力信号(P33，P34)，以便诊断供气回路(23)中的故障和/或失灵(F)。
2.根据权利要求1所述的诊断方法，还包括以下步骤：
确定泵送设备(24)下游的压力的目标值(P目标)；
通过所述目标值(P目标)和由第一传感器(33)检测到的向燃烧器(21)供给的空气流的压力值(P33)之间的差计算第一偏差(ΔP1)；以及
识别故障和/或失灵(F)，在所述第一偏差(ΔP1)大于第一安全值(TV1)的情况下基于该故障和/或失灵发送警报信号。
3.根据权利要求2所述的诊断方法，其中，泵送设备(24)下游的压力的目标值(P目标)通过取决于多个特征量的计算模型确定，所述特征量包括大气压力(PATM),由第二压力传感器(34)检测到的压力信号(P34)和通过供气回路(23)的目标流量
Figure FDA0003897157730000021
4.根据权利要求2所述的诊断方法，其中，在所述第一偏差(ΔP1)大于第一安全值(TV1)的情况下，识别出泵送设备(24)的故障，识别出从泵送设备(24)到截止阀(26)的第一管道(25)的部分中的溢出，并且识别出截止阀(26)何时锁定在打开位置。
5.根据权利要求1所述的诊断方法，还包括以下步骤：
确定燃烧器(21)下游的压力的目标值(P目标_燃烧器)；
通过燃烧器(21)下游的压力的目标值(P目标_燃烧器)和由第二传感器(34)检测到的从燃烧器(21)流出的气流的压力值(P34)之间的差计算第二偏差(ΔP2)；以及
识别故障和/或失灵(F)，在所述第二偏差(ΔP2)大于第二安全值(TV2)的情况下基于该故障和/或失灵发送警报信号。
6.根据权利要求5所述的诊断方法，其中，燃烧器(21)下游的压力的目标值(P目标_燃烧器)从燃烧器(21)上游的压力值开始确定，并考虑取决于通过供气回路(23)的目标空气流量的可变压降。
7.根据权利要求5所述的诊断方法，其中，在所述第二偏差(ΔP2)大于第二安全值(TV2)的情况下，识别出从截止阀(26)到排气管道(10)的第一管道(25)的部分中的溢出，并且识别出截止阀(26)何时锁定在关闭位置。
8.根据权利要求1所述的诊断方法，还包括以下步骤：
计算由第一传感器(33)获取的信号的频率成分与预期动态之间的第三偏差；其中，所述预期动态基于泵送设备(24)的控制命令的动态而确定；以及
识别故障和/或失灵(F)，在所述第三偏差大于第三安全值的情况下基于所述故障和/或失灵发送警报信号。
9.根据权利要求8所述的诊断方法，其中，在所述第三偏差大于所述第三安全值的情况下，识别出所述泵送设备(24)的故障，或识别出从泵送设备(24)到截止阀(26)的第一管道(25)的部分中的溢出。
10.根据权利要求1所述的诊断方法，还包括以下步骤：
计算由第二传感器(34)获取的信号的频率成分与预期动态之间的第四偏差；其中，所述预期动态基于泵送设备(24)的控制命令的动态而确定；以及
识别故障(F)，在所述第四偏差大于第四安全值的情况下基于所述故障发送警报信号。
11.根据权利要求10所述的诊断方法，其中，在所述第四偏差大于所述第四安全值的情况下，识别出从截止阀(26)到排气管道(10)的第一管道(25)的部分中的溢出。
12.根据权利要求7所述的诊断方法，其中，在由所述第二传感器(34)获取的信号具有基本恒定的动态并且所述第三偏差小于或等于所述第三安全值的情况下，则检测到截止阀(26)失灵，因为其被锁定在关闭位置。
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