用于对内燃机的与燃料分配管处于连接之中的喷射阀进行诊断的方法和装置

摘要

本发明涉及一种用于诊断喷射阀(5)的方法，其中在停机阶段中关闭燃料分配管(4)的燃料供给，在关闭燃料供给之后测量所述燃料分配管(4)中的第一燃料压力，在第一燃料压力测量之后触发喷射阀(5)进行测试喷射，在测试喷射之后测量所述燃料分配管(4)中的第二燃料压力，从所测量的第一及第二燃料压力中形成压差值(ΔP)，从该压差值(ΔP)中确定工作参数与基准参数之间的偏差，并且在超过事先定义的最大偏差时识别出所述喷射阀(5)是有故障的。此外，本发明涉及一种用于诊断喷射阀(5)的装置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对内燃机的与燃料分配管处于连接之中的喷射阀进行诊断的方法。

此外，本发明涉及一种用于对内燃机的与燃料分配管处于连接之中的喷射阀进行诊断的装置，该装置具有构造用于对燃料分配管中的燃料压力进行测量的测压机构和控制机构。

背景技术

在现代的内燃机中，经常通过燃料分配管(Rail)来提供有待通过喷射阀喷入内燃机气缸燃烧室中的燃料。所述燃料分配管与燃料供给系统尤其与高压燃料供给系统相连接。各个喷射阀又与所述燃料分配管相连接，所述喷射阀可以借助于合适的控制机构来触发以喷射特定的燃料量。这样的内燃机不仅可以是柴油机而且可以是汽油机。所述喷射系统比如可以是所谓的共轨喷射系统。

喷射阀由于其复杂的制造方法以及不同的使用条件在其运行特性方面受到巨大的影响。尤其在其运行技术条件方面经常出现离散度。这样的离散度或者不均匀性引起燃料混合物的不均匀的计量并且在内燃机中导致排放的增加和不平稳运转，而这在多数情况下又伴随着效率的降低。所述离散度比如可以是制造公差，也就是喷射阀的由制造方法引起的独有的偏差。这样的制造公差可以在阀门的生产结束之后通过测量来查明并且通过在发动机控制仪中的校准来得到补偿。另一种类型的离散度是老化现象，所述老化现象在阀门的使用寿命期间具有稳定的特性，该特性比如可以通过长时间测量来查明，以便能够将阀门的名义的特性的模拟情况保存在控制系统中。

在此有两种方法作为喷射阀的均衡功能为人所熟知，其用于在阀门的整条流量特性曲线上通过喷射时间的匹配对老化现象和制造公差进行补偿。

一种方法是所谓的气缸选择性的λ调节，所述λ调节在每个废气组(Abgasbank)分别使用一个λ传感器，所述λ传感器通过气缸单独的λ传感器模型与气缸单独的λ传感器信号之间的比较来识别气缸彼此间的相对偏差。在内燃机的所有气缸拥有均匀分布的空气质量流量这样的假设下，借助于以下公式可以从所测量的λ值和已知的化学计算比c中计算平均燃料质量流量

在这种已知的方法中，可以从所述气缸单独的λ信号与平均λ调节器值之间的偏差中推断出每个气缸的所喷射的燃料质量，并且在这个标准的基础上对喷射校正值进行气缸单独的匹配。不过，这种方法不能用于燃料喷射器的诊断，因为气缸选择性的λ调节的偏差不仅可能源自空气路径而且可能源自燃料路径，并且由此不能保证明确地定位故障位置。此外，当λ传感器定位在涡轮增压器的下游时，这种诊断方法的可运用性在现代的增压发动机中受到限制。

已知的第二种方法将气缸单独的不平稳运转用于气缸单独的喷射校正值的匹配。在此，曲轴的随时间变化的角加速度α是用于内燃机的不平稳运转的尺度，并且描绘了每个气缸的所引起的平均转矩M。在此利用以下关系：

M＝α·Θ.

因为旋转惯性质量Θ被认为是恒定的，所以在能够测量的角加速度与所引起的转矩之间存在着线性关系。由此在点火参数恒定时并且在假设空气质量流量恒定且分布均匀时，获得所引起的平均转矩作为在每个气缸上所喷射的燃料质量的函数。借助于气缸单独的不平稳运转在燃料质量保持相同的情况一直改变一个单个的燃料喷射时间，直至各个气缸之间关于不平稳运转的偏差达到最小值。这个校正值作为匹配值保存在发动机控制仪中。不过，这种方法不能用于燃料喷射器的诊断，因为所述气缸单独的不平稳运转的偏差不仅可能源自空气路径而且可能源自燃料路径，并且由此不能保证明确地定位故障位置。

在这两种已知的方法中求取用于喷射到各个气缸中的匹配值。由此两种方法虽然能够对稳定的老化现象进行校正。但是它们不能提供对喷射阀的快速出现的故障进行诊断的可能性，因为不能保证明确地定位故障位置。

此外，从US 6,964,261 B2中公开了用于控制燃料喷射器的一种装置和一种方法。在此在一种所谓的零燃料条件下喷射燃料量。确定在燃料轨中与所喷射的燃料量相对应的压力降并且根据燃料喷射来确定发动机转速的变化。依赖于轨中的压力降以及发动机转速的相应变化来实施燃料喷射的调整。利用这种已知的方法可以确定喷射器的老化现象。但是用所述方法没有考虑到喷射阀的由于故障而快速出现的变化。

发明内容

从所解释的现有技术出发，本发明的任务是，说明开头所述类型的一种方法和一种装置，利用所述方法和所述装置尤其可以在不依赖于内燃机的排气设备配置的情况下对喷射阀的快速出现的故障进行诊断。

该任务通过独立权利要求1和14的主题得到解决。本发明的有利的拓展方案在从属权利要求以及说明书和附图中获得。

对于开头所提到的方法，该任务按本发明通过以下步骤来解决：

-在内燃机的停机阶段中关闭燃料分配管的燃料供给，

-在关闭燃料供给之后测量所述燃料分配管中的第一燃料压力，

-在第一燃料压力测量之后触发喷射阀进行至少一次测试喷射，

-在所述至少一次测试喷射之后测量所述燃料分配管中第二燃料压力，

-从所测量的第一及第二燃料压力中形成压差值，

-从所述压差值中确定工作参数与基准参数之间的偏差，并且在超过事先定义的工作参数与基准参数之间的最大偏差时识别出所述喷射阀是有故障的。

对于开头所提到的装置，该任务按本发明通过以下方式得到解决，即构造所述控制机构用于：

-在内燃机的停机阶段中，关闭燃料分配管的燃料供给，

-如此触发所述测量机构，使得其在关闭燃料供给之后测量所述燃料分配管中的第一燃料压力，

-在第一燃料压力测量之后触发喷射阀进行至少一次测试喷射，

-如此触发所述测压机构，使得其在所述至少一次测试喷射之后测量所述燃料分配管中的第二燃料压力，

-从所测量的第一及第二燃料压力中形成压差值，并且

-从所述压差值中确定工作参数与基准参数之间的偏差，并且在超过事先定义的工作参数与基准参数之间的最大偏差时识别出所述喷射阀是有故障的。

因此，本发明规定，在测试喷射之前与之后的燃料压力之间形成差值并且在这个压差值的基础上确定内燃机的工作参数与基准参数之间的偏差。事先确定所述工作参数与基准参数之间的最大允许的偏差。只要超过了所检查的喷射阀的这个最大偏差，那就将该喷射阀标识为有故障的。因此，按本发明尤其可以识别喷射阀的技术条件的快速出现的变化。在此，所述最大偏差可以依赖于对喷射阀的稳定性的要求来选择。因此按本发明在出现工作参数与基准参数之间的不合理的偏差时触发故障识别。

故障现象影响着各个喷射阀并且显示出一种明显有别于喷射阀的稳定的老化现象的特性。在此不可能对这种未预料的特性进行模拟。故障在这方面尤其是指快速出现的变化并且不是稳定的变化如老化现象。

所述按本发明的方法是一种用于对这样的故障现象以及相对于喷射阀的正常老化的剧烈偏差进行诊断的方案。在将喷射阀识别为有故障时，可以采取合适的应对措施。通过有针对性地更换有故障的喷射阀，可以降低排放的提高并且减少不平稳运转。比如也可以将内燃机置于紧急运行状态中。在此比如可以设想，内燃机还只能以受限制的转速来运行。

按本发明，借助于工作参数与基准参数之间的偏差也可以计算匹配值，在所述匹配值的基础上在下次喷射时对经过检查的喷射阀的触发进行匹配，从而对工作参数的偏差进行平衡。只要这样的匹配值不合理，也就是说尤其所述工作参数与基准参数之间的偏差超过预先定义的最大偏差，那就可以将该阀门诊断为有故障的。所述预先定义的最大偏差比如可以借助于事先编制的组合特性曲线来求得。

按本发明，在内燃机的停机阶段中进行测试喷射，因为在这个阶段中喷射阀在正常情况下未被触发。由此通过中断给燃料分配管的燃料供给，将在分配管中所包含的燃料保持在几乎恒定的水平上。在此有利的是，在关闭燃料供给之后在第一次压力测量和测试喷射开始之前等待系统的振荡阶段过去，以便对于测试喷射来说在燃料喷射系统中存在着稳定的状态。

在此，内燃机可以是柴油机或者汽油机。所述燃料分配管(轨)尤其可以是共轨。所述控制机构比如可以是发动机控制仪(ECU)。所述测压机构尤其可以是安装在燃料分配管上的压力传感器尤其是高压传感器。

所述按本发明的方法或者说所述按本发明的装置可以不依赖于内燃机的排气设备配置进行使用。在此从纯粹物理的眼光看既不需要λ传感器也不需要转速传感器。

按本发明，尤其可以对多个工作参数与多个基准参数在其偏差方面进行比较。

尤其可以如此安排所述测试喷射，使得在测试喷射的范围内喷射的燃料不燃烧。比如所喷射的燃料量对于燃烧来说太少。通过这种方式，比如可以实现内燃机的催化器的预热。但是也可以规定，所述测试喷射导致燃料混合物的燃烧，用于防止由于未燃烧的燃料混合物而引起的废气值的提高。原则上所述测试喷射比如可以是预喷射或再喷射或者是用于催化器的加热喷射。

作为用于有待检查的喷射阀的触发参数，尤其可以预先设定喷射器的触发时间。来自λ调节、气缸组均衡功能以及喷射器的非线性的影响被纳入喷射时间中。因而只要作为用于测试喷射的触发参量预先设定了喷射时间，那就以有利的方式自动地对这样的影响一同加以考虑。但是也可以设想，通过喷射器的张开幅度、触发高度(喷射器的升程)等的控制来影响所述测试喷射。

当然也可以由所述控制机构来触发所述测压机构用于测量两个以上的压力值。尤其而后能够测量关于时间的压力变化曲线，从该压力变化曲线中又可以确定压差值。

本发明的一种有利的设计方案规定，所述工作参数是所形成的压差值并且所述基准参数是在测试喷射之前与之后燃料分配管中的燃料压力之间的额定压差值。利用该设计方案，以特别简单的方式提供有待检查的工作参数，该工作参数可以与事先定义的额定压差值进行比较。

但是作为替代方案或者补充方案也可以规定，所述工作参数是从压差值中确定的、在测试喷射时实际喷射的燃料量，并且所述基准参数是在测试喷射时有待喷射的额定燃料量。只要燃料高压系统被认为在很大程度上是密封的并且知道所使用的燃料的具有足够的精度的压缩模量，那就可以借助于以下等式从所求得的压差值中确定用所述测试喷射实际喷射的绝对燃料量：

$\mathrm{\Delta P}=B[\alpha ·\mathrm{\Delta T}-\frac{\mathrm{\Delta m}}{\rho ·V}],$其中

ΔP：压差值

B：燃料的压缩模量

α：由温度引起的体积膨胀系数

ΔT：温度变化

Δm：实际喷射的燃料量

ρ：燃料密度

V：燃料分配系统的容积

因而利用这种设计方案可以直接将在测试喷射中所喷射的燃料量与所属的预先给定的额定燃料量进行比较，并且在这个基础上对喷射阀进行诊断。

按本发明的方法的另一种有利的设计方案规定，触发所述喷射阀进行多次测试喷射，其中为每次测试喷射分别从所测量的第一和第二燃料压力中形成压差值。所述装置的一种相应的设计方案规定，构造所述控制机构用于触发所述喷射阀进行多次测试喷射，并且为每次测试喷射分别从所测量的第一和第二燃料压力中形成压差值。利用该设计方案可以提高所求得的压差值的可靠性和说服力。在此可以规定，在各个测试喷射之间打开对燃料分配管的燃料供给直至重新形成工作压力并且随后在下一次测试喷射之前在停机阶段中又将其关闭。但是也可以在测试喷射之间使对燃料分配管的燃料供给保持关闭。

因此在这种设计方案中通过喷射阀进行多次测试喷射。为此以特别有利的方式规定，所述工作参数是所形成的压差值的离散度，并且所述基准参数是压差值的额定离散度。所述额定离散度尤其也可以为零。在这种设计方案中，将所形成的压差值的离散度的在喷射阀有故障时出现的提高用于诊断，其中在超过事先定义的额定离散度时诊断出喷射阀的故障。作为替代方案或者补充方案在此可以规定，所述工作参数是从压差值中确定的、在测试喷射时实际喷射前燃料量的离散度，并且所述基准参数是燃料量的额定离散度。

所述按本发明的方法的另一种设计方案规定，先后触发至少两个喷射阀相应地进行至少一次测试喷射，其中为每个喷射阀分别从所测量的第一和第二燃料压力中形成压差值。所述装置的一种设计方案相应地规定，构造所述控制机构用于先后触发至少两个喷射阀相应地进行至少一次测试喷射，并且为每个喷射阀分别从所测量的第一和第二燃料压力中形成压差值。利用该设计方案比如可以先后对多个喷射阀进行检查。此外，该设计方案能够根据一个喷射阀相对于另一个喷射阀的相对偏差来对这个喷射阀进行故障诊断。这尤其在燃料高压系统中出现微小的泄漏时或者在确定燃料的压缩模量方面不精确时并且由此在所喷射的燃料量的只能不精确的绝对计算中会十分有利。

在使用多个为测试喷射所触发的阀门时在各个测试喷射之间也可以再度打开对燃料分配管的燃料供给直到形成工作压力并且为随后的测试喷射在停机阶段中再次将其关闭。在此同样又可以在各个测试喷射之间将燃料供给保持关闭。在此可以以特别有利的方式规定，所述工作参数是为第一喷射阀形成的压差值，并且所述基准参数是为第二喷射阀形成的压差值。但是也可以设想，作为替代方案或者补充方案所述工作参数是为第一喷射阀从相应的压差值中确定的、在测试喷射时实际喷射的燃料量，并且所述基准参数是为第二喷射阀从相应的压差值中确定的、在测试喷射时实际喷射的燃料量。

在所述方法的另外的有利的设计方案中可以规定，触发所述至少两个喷射阀中的每个喷射阀进行多次测试喷射，其中为每次测试喷射分别从所测量的第一和第二燃料压力中形成压差值。所述装置的另一种设计方案相应地规定，构造所述控制机构用于触发所述至少两个喷射阀中的每个喷射阀进行多次测试喷射，并且为每次测试喷射分别从所测量的第一和第二燃料压力中形成压差值。利用该设计方案又可以提高所述至少两个喷射阀的所求得的压差值的说服力。

在此又可以规定，所述工作参数是为所述第一喷射阀形成的压差值的离散度，并且所述基准参数是为所述第二喷射阀形成的压差值的离散度。作为替代方案或者补充方案可以规定，所述工作参数是为所述第一喷射阀从压差值中确定的、在测试喷射时实际喷射的燃料量的离散度，并且所述基准参数是为所述第二喷射阀从压差值中确定的、在测试喷射时实际喷射的燃料量的离散度。

只要触发多个阀门进行测试喷射，那么当然尤其可以触发两个以上的喷射阀。在这种情况下，所述基准参数比如可以是压差值的平均值或者是从所述压差值中确定的实际喷射的燃料量的平均值或者在每个喷射阀进行多次触发时是其它的被触发的喷射阀也就是尤其第二、第三、第四等喷射阀的压差值或者所喷射的燃料量的离散度的平均值。

实践已经表明，如果最大偏差至少为25％优选至少为50％时，可以进行特别可靠的故障识别。

所述按本发明的装置尤其可以构造用于实施所述按本发明的方法。

附图说明

下面借助于附图对本发明的实施例进行详细解释。其中：

图1是内燃机的燃料分配系统，

图2是在燃料阀按本发明进行测试喷射时在图1所示的燃料分配系统中的关于时间的压力变化曲线，并且

图3是具有不同的按本发明测量的压差值的图表。

具体实施方式

在图1中示出的燃料高压系统具有燃料高压泵1。流量控制阀2与该高压泵1相连接，所述流量控制阀2通过输入管路3将由燃料高压泵1提供的燃料输送给燃料分配管4。多个喷射阀5与所述燃料分配管4相连接。为了向喷射阀5供应燃料，每个喷射阀5具有与所述燃料分配管4相连接的喷射阀输入管路6。此外，作为测压机构示出了压力传感器7，在所示出的实施例中是高压传感器7。利用该压力传感器7可以测量燃料分配管4中的燃料压力。为触发所述喷射阀5并且为控制燃料高压系统的其它的参量，设置了未详细示出的控制机构(ECU)。

所述控制机构设置用于在内燃机这里是汽油机的停机阶段中通过流量控制阀2来关闭所述燃料分配管4的燃料供给。随后等待燃料高压系统的振荡阶段过去，直到在该系统中出现稳定的状态。在所述燃料分配管4中所包含的燃料由此保持在实际上恒定的压力水平上。一旦存在着稳定的状态，那就由控制机构触发所述压力传感器7，用于在燃料分配管4中测量第一燃料压力。这个第一压力值被保存在所述控制机构中。

随后由所述控制机构触发有待诊断的喷射阀5进行测试喷射。为此由该控制机构为所述测试喷射预先设定喷射时间。在所示出的实施例中在此将喷射时间选择得如此短，以便喷射如此少的燃料量，从而不会导致这些燃料量的燃烧。

在测试喷射之后，所述压力传感器7如此被所述控制机构所触发，从而由所述压力传感器7测量所述燃料分配管4中的第二燃料压力。这个所测量的压力同样保存在所述控制机构中。

所述控制机构也可以触发所述压力传感器7用于进行两次以上的压力测量尤其进行大量的压力测量。通过这种方式可以测量关于时间的压力变化曲线。在图2中所示出的图表中示出了在测试喷射过程中在燃料分配管4中的这种关于时间的压力变化曲线。在该图表中，在X轴上绘出了以秒计的时间并且在Y轴上绘出了燃料分配管4中的以百帕(Hektopascal)计的压力。

在此，在大约7.5秒的时刻关闭燃料分配管的燃料供给。可以看出，燃料分配管4中的压力随后除了由运行引起的波动之外基本上保持恒定。在大约9秒时，触发有待诊断的喷射阀5进行测试喷射。相应地，在图表中可以看出所述燃料分配管4中的燃料压力剧烈下降。在测试喷射结束后大约在9.2秒时，燃料压力除了由运行引起的波动之外基本上又保持在测试喷射之后较低的压力水平上。

由所述控制机构从直接在测试喷射之前和之后所测量的第一和第二燃料压力中形成一个压差值ΔP。这个压差值ΔP在图2中绘出。

按照本发明的一种设计方案，可以将如此形成的压差值ΔP选择作为内燃机的工作参数，并且与一个关于所属的测试喷射事先定义的在所述测试喷射之前和之后燃料分配管4中的燃料压力之间的额定压差值进行比较。在此，所述额定压差值尤其借助于预先给定的用于测试喷射的喷射时间来确定。为此可以事先编制相应的组合特性曲线。随后可以确定所形成的压差值与额定压差值之间的偏差，并且在超过事先定义的在示出的实施例中为50％的最大偏差时诊断出所触发的喷射阀5的故障。

在图3中为说明本发明的另一种实施例示出了一张图表。在此在X轴上标出以毫秒计的喷射时间TI_1_MES，在测试喷射的范围内用该喷射时间TI_1_MES来触发不同的喷射阀5。所述喷射阀5在图3中的图表中用数字0到7来表示，其中为不同的喷射阀分配了不同的在图3中在图表的右边缘示出的符号。因此，比如为具有数字0的喷射阀分配了菱形的符号，为具有数字2的喷射阀分配了正方形等等。

在图3中的图表的Y轴上示出了为不同的喷射阀所测量的、在相应的测试喷射之前和之后在燃料分配管4中测量的以百帕计的燃料压力之间的压差值ΔP。在所示出的实施例中，先后用十个不同的用于测试喷射的喷射时间来触发所述喷射阀。在此触发八个喷射阀中的每个喷射阀进行多次测试喷射，在所示出的实施例中为十次测试喷射，其中对于每个喷射阀的每次测试喷射来说分别从在测试喷射之前和之后所测量的第一和第二燃料压力中形成压差值ΔP。在图3中的图表中示出了不同的喷射阀的每次喷射的这些压差值ΔP。

作为工作参数在所示出的实施例中计算了关于喷射时间和关于喷射阀所求得的压差值ΔP的离散度。作为基准参数，在所示出的实施例中事先规定所述压差值的额定离散度。在所示出的实施例中所述额定离散度为零。图表的在图3中用附图标记8来表示的区域显示出具有数字0的阀门的压差值的离散度过高(在图3中的菱形的测量点)。具有数字0的阀门的这种过高的离散度在所示出的实施例中已经超过事先定义的与压差值的额定离散度之间的最大偏差。相应地，在所示出的实施例中所述具有数字0的阀门被识别为有故障的。

由此可以更换按照图2和3被识别为有故障的阀门，用于保证内燃机的最佳的运行状态。同样可以采取合适的应对措施比如将内燃机置于紧急运行状态中或者说限制内燃机的转速。

由此用所述按本发明的方法或者说所述按本发明的装置可以识别各个喷射阀的特别快速地并且由此令人惊讶地出现的故障并且采取合适的应对措施。在此，所述方法和所述装置不依赖于内燃机的排气设备配置。