用于内燃机的故障分析方法和故障分析装置

摘要

本发明涉及一种用于内燃机的故障分析方法，该内燃机具有多个汽缸，其中确定该内燃机的角速度，并且其中匹配所述多个汽缸（6）中的一个汽缸的燃烧过程的参数，以补偿其中内燃机分别移动一个角度间隔的时间。为了实现一种使得能够识别有缺陷的气缸（6）的故障分析方法，借助所述参数的值确定多个汽缸（6）中的该一个汽缸有缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的故障分析方法、一种根据权利要求10的前序部分所述的故障分析装置以及一种根据权利要求16的前序部分所述的具有故障分析装置的内燃机控制装置。

背景技术

由US 6,158,273公开了这样的用于内燃机的故障分析装置，该内燃机具有角速度确定装置、内燃机控制装置以及多个汽缸，该内燃机控制装置被设计为匹配所述多个汽缸中的一个汽缸的燃烧过程的参数，以补偿其中内燃机分别移动一个角度间隔（Winkelintervall）的时间。该内燃机是其点燃时间得到匹配的奥托发动机。故障本身存在于错误的点燃时间。该故障通过故障分析装置校正。点燃时间不用于推导汽缸之一的、例如是错误点燃时间的原因的缺陷。

发明内容

本发明基于以下任务，即实现一种故障分析方法、一种故障分析装置以及一种内燃机控制装置，它们使得可以识别出有缺陷的汽缸。

本发明所基于的任务通过具有权利要求1的特征部分的特征的故障分析方法、具有权利要求10的特征部分的特征的故障分析装置以及具有权利要求16的特征部分的特征的内燃机控制装置来解决。

本发明涉及一种用于内燃机的故障分析方法，其中借助参数的值确定多个汽缸中的一个汽缸有缺陷。在本发明的关联中，所述汽缸包括例如汽缸活塞、汽缸环、具有喷射器、进气阀和出气阀等的汽缸头。在本发明的关联中，缺陷被理解为汽缸的一部分的固定特性与该部分的期望特性的不可容忍的偏差。可变的点燃时间不是固定特性，因此不是本发明意义上的缺陷。还可以分别匹配多个汽缸的参数，也就是匹配至少一个汽缸的参数。优选地，在所述故障分析方法中可以使用已经具有包括汽缸平衡调节装置的常规内燃机的部件。

在优选的实施方式中，如果所述参数的值低于下极限，或者该参数的值超过上极限，则识别出多个汽缸中的所述一个汽缸存在缺陷。所述下极限和上极限是相对于针对可工作气缸的参数的典型值来定义的。

在优选的实施方式中，匹配其它汽缸的另外的参数，以保持内燃机转数恒定。因此只考虑针对唯一的内燃机转数的参数，从而只需要知道该参数针对内燃机转数的表现，以判断是否存在缺陷。事实上，所追求的保持内燃机转数恒定的目标通常无法实现。

在该优选实施方式的扩展中，如果至少一个另外的参数的值低于一下极限并且同时喷射量大于一下极限，或者该另外的参数的值超过一上极限并且同时喷射量小于一下极限，则识别出多个汽缸中的所述一个汽缸存在缺陷。所述下极限和所述上极限是相对于针对可工作汽缸的参数的典型值来定义的。还可以只将那些喷射量另外达到极值的汽缸视作有缺陷的。

在该优选实施方式的另一扩展中，由内燃机的角速度变化来计算出在多个汽缸的每一个汽缸中的喷射量。这使得可以确定喷射量而不需要其它传感器。

在该优选实施方式的另一扩展中，在计算喷射量时假定角速度变化分别取决于第一喷射量和至少一个第二喷射量。由此可以在喷射量和角速度之间建立起可以被简单分析的函数关系。

在该优选实施方式的另一扩展中，在由于角速度变化导致的动能变化与第一喷射量之间假定存在线性关系，并且在由于角速度变化导致的动能变化与第二喷射量之间假定存在线性关系。由此喷射量可以通过对线性方程组进行求解来计算。

在该优选实施方式的另一扩展中，所述参数是燃料在多个汽缸的所述一个气缸中的喷射时间，并且所述另外的参数是燃料分别在其它汽缸的每一个中的喷射时间。该方法特别适用于柴油机。导致喷射时间偏差的可能原因尤其是喷射喷嘴的缺陷，如打开或闭合不充分。

在该优选实施方式的扩展中，将所述参数的平均值与没有匹配的参数的平均值进行比较，以检查所述故障分析方法的结果。为了获得没有匹配的参数的平均值，例如断开汽缸平衡调节装置。

本发明还涉及一种用于内燃机的故障分析装置，其中该故障分析装置被设计为，借助参数的值确定多个汽缸中的所述一个汽缸是有缺陷的。

在优选的实施方式中，所述故障分析装置被设计为，如果参数的值低于下极限，或者该参数的值超过上极限，则识别出多个汽缸中的所述一个汽缸存在缺陷。

在该优选实施方式的一个扩展中，所述故障分析装置被设计为，匹配其它汽缸的另外的参数，以保持内燃机转数恒定。

在该优选实施方式的另一扩展中，所述故障分析装置被设计为，如果至少一个另外的参数的值低于一下极限并且同时喷射量大于一下极限，或者该另外的参数的值超过一上极限并且同时喷射量小于一下极限，则识别出多个汽缸中的所述一个汽缸存在缺陷。

在该优选实施方式的另一扩展中，所述故障分析装置被设计为，由内燃机的角速度变化来计算出在多个汽缸的每一个汽缸中的喷射量。

在该优选实施方式的另一扩展中，所述故障分析装置被设计为，将所述参数的平均值与没有匹配的参数的平均值进行比较，以检查故障分析的结果。

本发明还涉及一种具有故障分析装置的内燃机控制装置，其中该故障分析装置被设计为，借助所述参数的值确定多个汽缸中的所述一个汽缸是有缺陷的。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明。

图1示出汽车内燃机的示意性视图；以及

图2示出故障分析方法的流程图。

具体实施方式

图1示出汽车内燃机的示意性视图。该内燃机包括内燃机块1、吸气侧翼2、排气侧翼3、共轨分配管4和微控制器形式的内燃机控制装置5。内燃机块1包括4个汽缸，在这些汽缸中示出汽缸6。在汽缸头7中设置进气阀8、出气阀9以及喷射喷嘴10。进气阀8关闭或打开从吸气侧翼2到燃烧室11的通道。出气阀9关闭或打开从燃烧室11到排气侧翼3的通道。喷射喷嘴10将燃料喷射到燃烧室11中。因此，这是柴油机。进气阀8、出气阀9和喷射喷嘴10通过电气控制线路12、13和14由内燃机控制装置5控制。汽缸活塞15通过连杆16与曲轴17连接，在该曲轴上设置曲轴齿轮18。角速度测量器19测量曲轴17的角速度并且通过电气线路20向内燃机控制装置5发送角速度信号。内燃机控制装置5具有空转转数调节器、汽缸平衡调节器以及故障分析装置，该空转转数调节器调节内燃机的空转转数并且不允许被停止，该汽缸平衡调节器负责使每个汽缸产生相同的动能，由此内燃机“回转（rundlaufen）”，该故障分析装置执行下面将描述的故障分析方法。汽缸平衡调节器在正常运行时也总是接通的。但是，该汽缸平衡调节器可以被停止。空转转数调节器、汽缸平衡调节器和故障分析装置在结构上与执行空转调节功能、汽缸平衡调节功能和故障分析的内燃机控制装置5相同。故障分析的结果被显示在内燃机控制装置5的显示装置上或者通过数据线路传送到外部显示装置。但是故障分析装置还可以构成为外部分析装置，该外部分析装置通过数据线路访问内燃机控制装置5以从该内燃机控制装置读取数据。

图2示出故障分析方法的流程图。

在步骤S1中首先确保用于该故障分析方法的合适的边界条件。汽车的内燃机处于空转运行中。所有附加的电气和机械消耗器都被停止。内燃机处于正常的温度范围中。空转转数调节器被调节为，使得该空转转数调节器在曲轴17旋转期间尽可能不会由于角速度ω的波动而影响发动机转数N。汽缸平衡调节器被停止。在发动机周期MZ_j，其中j=1,2,3…期间，喷射喷嘴分别在相同的预定喷射持续时间t_j,i内在n=4个汽缸的所属汽缸Z_i（i=1,2…n）中喷射燃料。从预定的喷射持续时间t_j,i得出受控的喷射量                                                ，其中c_t和c_m对于该发动机是特征性常量。受控的喷射量m_j,i是应当喷射的并且在作用方式正确时也被喷射的喷射量。对于在发动机周期MZ_j中的平均喷射持续时间来说，成立。对于在发动机周期MZ_j中的平均的受控喷射量来说，成立。通过断开的汽缸平衡调节器，所有的喷射时间和受控喷射量都相同大小。

在步骤S2中，角速度测量器19连续测量曲轴17的角速度ω，并且向内燃机控制装置5发送角速度信号。角速度ω在一个发动机周期MZ_j内具有4个最大值，这些最大值分别属于汽缸之一Z_i中的点燃过程。在该点燃过程之后，角速度ω首先增大，然后由于摩擦损耗又下降直至下个点燃过程为止。因此，一个发动机周期MZ_j具有4个相同大小的角度间隔，在这些角度间隔中角速度ω一直增加到最大值。

在步骤S3中又接通汽缸平衡调节器。内燃机控制装置5现在控制内燃机，由此分别在相同的固定的持续时间内移动所述4个相同大小的角度间隔。为此内燃机控制装置改变用于各个汽缸Z_i的燃料喷射装置的喷射时间t_i。汽缸平衡调节装置基于以下近似的假设，即在静止状态下的发动机转数N与各个喷射时间t_j,i或受控喷射量m_j,i的总和成比例：

在此，对于至少一个有缺陷的汽缸来说平均喷射持续时间以及平均喷射量一般会改变。

下面应当示例性地针对喷射时间t_j,i进行其它描述。喷射量m_j,i不必作为绝对值给出，而是可以最为相对值给出。在此以下边界条件成立：和。

刚开始，所有的喷射时间t_j,i都具有相同的值t₀。内燃机控制装置绝不会只改变单个喷射时间t_i，而是至少总是同时改变两个汽缸Z_i的喷射时间t_i，以尽可能保持发动机转数N恒定。因此在通过汽缸平衡调节器进行的调节之后，在静止状态下下式成立：

，

其中对于参数p_j,i的总和下式成立：

实践中，诸如示例性示出的参数p_j,i的可能值范围还被进一步限制为：

在汽缸平衡调节之后得出的参数p_j,i被故障分析装置自动得知，因为该参数作为专用功能集成在该故障分析装置中。空转转数调节器现在匹配t₀，使得如果需要的话内燃机又以期望的空转发动机转数N旋转。同样，步骤S3一直重复执行，直到达到令人满意的结果为止。

在步骤S4中，故障分析装置由内燃机分别在角度间隔中的角速度ω变化来计算在n=4个汽缸Z_i的每一个中的实际的喷射量。在此，用于具有n=4个汽缸Z_i的内燃机的故障分析装置基于以下模型：在该模型中在角度间隔中的角速度ω变化基于分别通过两个其中最后被喷射了燃料的汽缸Z_i进行的加速，并且在该模型中附加的动能由于在该角度间隔中的所述加速而分别与第一喷射量成比例以及与第二喷射量成比例，所述加速与该角度间隔开始时角速度的平方与结束时角速度的平方之差成比例：

在静止状态下，针对4个未知的喷射量获得4个方程，从而可以唯一地确定喷射量。该分析还可以继续用于多次旋转，其中所得出的喷射量被统计地分析。同样，在该模型中还可以附加地考虑摩擦损耗。系数e,f和d是特定于发动机的并且是已知的，而且同样可以取决于角速度ω。对于具有多于4个汽缸Z_i的内燃机而言，附加的动能还可以取决于多于两个汽缸Z_i。

在步骤S5中，故障分析装置决定汽缸Z_i之一是否有缺陷。这借助受控喷射量m_j,i、系数p_j,i或喷射时间t_j,i来识别。这些参数是等价的。

如果恰好对于汽缸Z_i来说所属的受控喷射量m_j,i大于上极限M_o（），和/或所属的参数p_j,i大于上极限P_o（），和/或所属的喷射时间t_j,i大于上极限T_o（），则该汽缸被定义为有缺陷的。一种典型原因例如可能是只可以不充分地打开的喷射器。对于该汽缸来说，只能在极端长的喷射时间内达到平均喷射量。此外，平均喷射量的变化或平均喷射持续时间的变化通过汽缸平衡调节器用于检查结果。也就是此外必须使平均的受控喷射量或平均喷射持续时间在接通汽缸平衡之后增加。如果不符合这一点，故障分析方法的结果就不是一致的并因此是错误的。

如果对于多个汽缸Z_i来说所属的受控喷射量m_j,i大于上极限M_o（），和/或所属的参数p_j,i大于上极限P_o（），和/或所属的喷射时间t_j,i大于上极限T_o（），则附加地还可以将所属的计算出的喷射量用作标准。这样如果对于汽缸Z_i来说作为其它标准同时所述所属的计算出的喷射量小于例如下极限Ω_u=0.9Ω，则该汽缸Z_i被定义为有缺陷的，其中Ω是在空转时通常所喷射的喷射量（对于没有缺陷的汽缸来说）。可替换的，还可以仅将同时还具有最小喷射量的汽缸Z_i定义为有缺陷的。该喷射量可以如上说明的那样计算。作为上极限例如可以使用：P_o=1.5，T_o=1.5t₀，，其中。即使对于多个汽缸来说满足上述条件，类似地平均喷射量的变化或平均喷射持续时间的变化也可以用于检查该结果。

如果恰好对于汽缸Z_i来说所属的受控喷射量m_j,i小于下极限M_u（），和/或所属的参数p_j,i小于下极限P_u（），和/或所属的喷射时间t_j,i小于下极限T_u（），则该汽缸被定义为有缺陷的。一种典型原因例如可能是可以打开过大的喷射器。对于该汽缸来说，只能在极端短的喷射时间内达到平均喷射量。此外，平均喷射量的变化或平均喷射持续时间的变化又通过汽缸平衡调节器用于检查该结果。也就是此外必须使平均的受控喷射量或平均喷射持续时间在接通汽缸平衡之后下降。如果不符合这一点，故障分析方法的结果就不是一致的并因此是错误的。

如果对于多个汽缸Z_i来说所属的受控喷射量m_j,i小于下极限M_u（），和/或所属的参数p_j,i小于下极限P_u（），和/或所属的喷射时间t_j,i小于下极限T_u（），则附加地还可以将所属的计算出的喷射量用作标准。这样如果对于汽缸Z_i来说作为其它标准同时所述所属的喷射量大于例如上极限Ω_o=1.1Ω，则该汽缸Z_i被定义为有缺陷的，其中Ω是在空转时通常所喷射的喷射量。可替换的，还可以仅将同时还具有最小喷射量的汽缸Z_i定义为有缺陷的。该喷射量可以如上说明的那样计算。作为下极限例如可以使用：P_u=0.5，T_u=0.5t₀，，其中。即使对于多个汽缸来说满足上述条件，类似地平均喷射量的变化或平均喷射持续时间的变化也可以用于检查该结果。

优选的，首先仅记录针对最极端的汽缸Z_i或唯一的有缺陷的汽缸Z_i的故障。该记录接着用作其它人工故障分析的起点或用作针对有缺陷的汽缸的修理措施。这样，在针对有缺陷的汽缸消除了故障原因之后，可以重复所述分析方法，以检查是否还存在缺陷。