專利名稱：在帶有可變閥控制的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中診斷故障的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過對進(jìn)氣管壓力的監(jiān)控來診斷內(nèi)燃機(jī)的氣缸的進(jìn)氣閥和排氣 閥的功能的一種方法和一種裝置?，F(xiàn)有技術(shù)將進(jìn)氣管壓力傳感器應(yīng)用于檢測內(nèi)燃機(jī)中的進(jìn)氣閥的故障行為。在此，當(dāng)在開關(guān) 進(jìn)氣閥的情況下能夠確定故障時，將進(jìn)氣管壓力的曲線轉(zhuǎn)換到頻域中，并且通過確定缺少 的諧振來檢測該曲線。這種方式然而并不適合于在帶有可變控制的進(jìn)氣閥和排氣閥的內(nèi)燃 機(jī)中確定何時以及在哪一個閥上出現(xiàn)了故障。電動液壓的閥系統(tǒng)(EHVS 電動-液壓閥系統(tǒng))在內(nèi)燃機(jī)中使用，該閥系統(tǒng)包括 閥，該閥在用于將空氣-燃料-混合物吸入氣缸中的進(jìn)氣側(cè)上和在用于將廢氣排出到廢氣 歧管中的排氣側(cè)上都帶有液壓致動器。電動-液壓的閥提供了可能性，即單獨地和完全變 化地控制進(jìn)氣閥和排氣閥，其中閥中的每個的控制在任意的、帶有變化的和可匹配的上升 時間的時間點對于打開和關(guān)閉都是可能的。由此可以實現(xiàn)對于內(nèi)燃機(jī)的工作的燃燒策略的 更寬的范圍。電動液壓的閥通常不包括用于確定實際的調(diào)節(jié)狀態(tài)、例如閥沖程的裝置。因此不 可能的是，獲得直接的反饋，該反饋說明了調(diào)節(jié)狀態(tài)，或說明了關(guān)于下面情況的信息，即所 涉及的閥是否處于打開的或關(guān)閉的狀態(tài)中。為了檢測閥的故障，因此需要一種用于診斷閥的功能的方法。致動器的診斷可以 通過在每個致動器上設(shè)置位置傳感器來實現(xiàn)。這種附件然而大大提高了整個系統(tǒng)的成本。 因此必需的是，提出可替換的方法，并且優(yōu)選地間接地應(yīng)用另外的傳感器，該傳感器已經(jīng)存 在于發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中并且其需要用于另外的目的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供用于診斷內(nèi)燃機(jī)的可變控制的閥的故障的一種方法和 一種裝置，其中在不帶有用于檢測閥的閥沖程的傳感器的情況下進(jìn)行診斷。本發(fā)明的目的 還在于當(dāng)檢測到進(jìn)氣閥和排氣閥的故障時識別故障的類型。該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法以及通過根據(jù)從屬權(quán)利要求所述的裝置 來實現(xiàn)。本發(fā)明的有利的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求中說明。根據(jù)第一方面，提出了一種用于診斷在內(nèi)燃機(jī)上的多個可變控制的進(jìn)氣閥和/或 排氣閥的功能的方法。該方法具有下述步驟-借助壓力曲線模型確定模擬的壓力指標(biāo)，該壓力指標(biāo)提供了關(guān)于內(nèi)燃機(jī)的空氣 系統(tǒng)中的壓力的指標(biāo)，其中壓力曲線模型根據(jù)工作點描述了無故障的內(nèi)燃機(jī)的壓力曲線；-提供空氣系統(tǒng)中的實際的、瞬時的壓力的指標(biāo)；-根據(jù)模擬的壓力指標(biāo)和空氣系統(tǒng)中的實際的壓力的指標(biāo)確定偏差量；3
-根據(jù)偏差量識別當(dāng)控制進(jìn)氣閥和/或排氣閥時的故障。由于閥是內(nèi)燃機(jī)的空氣系統(tǒng)的一部分，因此閥的故障對于空氣系統(tǒng)中的傳感器、 例如空氣質(zhì)量傳感器和進(jìn)氣管壓力傳感器產(chǎn)生了直接的影響。閥功能對于另外的傳感器 (例如凸輪軸角度、過量空氣系數(shù)探測器)的影響可能需要關(guān)于另外的發(fā)動機(jī)致動器和其 狀態(tài)的附加的信息，因此在上述方法中，將空氣進(jìn)氣傳感器作為輸入量的壓力曲線模型降 低了在閥的功能故障的故障檢測中的復(fù)雜性。對此，對于功能正常運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)，模擬空氣 系統(tǒng)中的壓力曲線并且將對于工作點得出的模擬的壓力與空氣系統(tǒng)中的實際的壓力相比 較。根據(jù)壓力彼此之間的偏差確定在閥控制時的故障。此外，可以通過故障來實施閥調(diào)節(jié) 的可信性測試，其由安裝在閥上的位置傳感器進(jìn)行檢測。此外，故障可以根據(jù)偏差量并根據(jù)閾值識別，該閾值取決于內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)一個實施方式，故障的類型根據(jù)確定的時間段的位置來識別，在該時間段中 借助于偏差量識別故障。時間段可以定義為在單個的閥的順序控制的時間點之間的時間范圍，其中當(dāng)進(jìn)氣 閥和/或排氣閥的控制標(biāo)記出時間段的開始，在該時間段中根據(jù)偏差量識別出故障，則識 別出進(jìn)氣閥和/或排氣閥的故障。根據(jù)一個實施方式，壓力曲線模型可以根據(jù)訓(xùn)練信號并根據(jù)當(dāng)無故障的內(nèi)燃機(jī)工 作時空氣系統(tǒng)中的實際的、瞬時的壓力的指標(biāo)進(jìn)行訓(xùn)練。壓力曲線模型可以根據(jù)帶有傅里葉系數(shù)的傅里葉關(guān)系式模擬空氣系統(tǒng)中的周期 性的壓力曲線，其中傅里葉系數(shù)根據(jù)測得的壓力指標(biāo)確定。根據(jù)另一個方面，提出了一種用于診斷在內(nèi)燃機(jī)上的多個可變控制的進(jìn)氣閥和/ 或排氣閥的功能的裝置，該裝置包括-模擬單元，用于借助壓力曲線模型確定模擬的壓力指標(biāo)，該壓力指標(biāo)提供了關(guān)于 內(nèi)燃機(jī)的空氣系統(tǒng)中的壓力的指標(biāo)，其中壓力曲線模型根據(jù)工作點描述了無故障的內(nèi)燃機(jī) 的壓力曲線；-單元，用于根據(jù)模擬的壓力指標(biāo)和空氣系統(tǒng)中的實際的壓力的指標(biāo)確定偏差 量；-分析單元，用于根據(jù)偏差量識別進(jìn)氣閥和/或排氣閥的控制中的故障。根據(jù)一個實施方式，可以設(shè)置有開關(guān)，以便根據(jù)模擬單元的訓(xùn)練信號提供空氣系 統(tǒng)中的實際的、瞬時的壓力的指標(biāo)，因此壓力曲線模型根據(jù)當(dāng)無故障的內(nèi)燃機(jī)工作時測得 的壓力指標(biāo)進(jìn)行訓(xùn)練。根據(jù)另一個方面，提出了一種計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序包含程序代碼，當(dāng)該程序 代碼在數(shù)據(jù)處理單元上被執(zhí)行時，該程序代碼實施了上述的方法。


以下參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。圖中示出圖1示出了具有進(jìn)氣閥的氣缸的空氣輸送部分的示意性的橫截面視圖；圖2示出了具有空氣輸入和廢氣排出的內(nèi)燃機(jī)的俯視圖；圖3示出了用于發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的可自由控制的閥的可能的自由度的視圖；圖4示出了用于表明根據(jù)本發(fā)明的方法示意性的框圖5示出了用于表明單個的閥的由壓力傳感器測得的壓力曲線和調(diào)節(jié)長度(沖 程)的信號-時間圖；圖6示出了由壓力傳感器測得的進(jìn)氣管壓力的壓力曲線和信號模型，該信號模型 說明了模擬的進(jìn)氣管壓力曲線的傅里葉級數(shù)的前六個諧振；并且示出了在模擬的信號與實 際的壓力曲線之間的故障的曲線；圖7示出了在故障情況下當(dāng)應(yīng)用傅里葉級數(shù)的前六個諧振時實際的壓力曲線和 模擬的壓力曲線的示意性的視圖，其中在第一氣缸中排氣閥未打開；并且示出了在實際的 和模擬的壓力曲線之間的平方的故障的曲線；圖8示出了在模擬的信號與故障的信號之間的平方的被過濾的故障的曲線，其中 第一和第三氣缸的排氣閥未打開；圖9示出了在進(jìn)氣管中的實際的壓力和模擬的壓力信號的曲線；以及示出了平方 的故障的曲線；圖10示出了在模擬的壓力信號與故障的壓力信號之間的平方的和被過濾的故障 的曲線，不僅是對于第一氣缸的進(jìn)氣閥的故障，而且也是對于第三氣缸的進(jìn)氣閥的故障；圖11示出了在模擬的壓力信號與實際的故障的壓力信號之間的平方的和被過濾 的故障的曲線，對于第一和第三氣缸的故障的進(jìn)氣閥和排氣閥；圖12示出了實際的壓力信號和模擬的壓力信號在故障情況下的曲線，其中進(jìn)氣 閥晚于所期望地打開；圖13示出了壓力信號和模擬的信號在故障情況下的曲線，其中第一氣缸的排氣 閥晚于所期望地關(guān)閉。
具體實施例方式在圖1中示出了用于內(nèi)燃機(jī)1的單個的氣缸2的空氣輸送系統(tǒng)的橫截面視圖?？?氣輸送系統(tǒng)包括進(jìn)氣管3，在該進(jìn)氣管中布置了節(jié)氣門4，以便通過進(jìn)氣管3對通向氣缸2 的空氣輸送進(jìn)行控制。在節(jié)氣門4的上游通常設(shè)置了空氣質(zhì)量傳感器6，以便檢測流到內(nèi)燃機(jī)1的氣缸2 中的空氣量。在節(jié)氣門4的下游還設(shè)置了壓力傳感器7，其檢測了進(jìn)氣管3中的取決于節(jié)氣 門4的位置的空氣壓力。根據(jù)進(jìn)氣閥8的打開狀態(tài)，空氣從進(jìn)氣管3中通過相應(yīng)的進(jìn)氣閥 8由進(jìn)氣管3吸入氣缸2的燃燒室中。在圖2中示出了具有內(nèi)燃機(jī)1的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的俯視圖，該內(nèi)燃機(jī)具有四個氣缸2。 氣缸以Z1-Z4在其在氣缸組中的布置順序示出。氣缸2的點火順序相應(yīng)于Z1-Z3-Z2-Z4。 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括共同的空氣輸送裝置10，在該空氣輸送裝置中布置了節(jié)氣門4。在節(jié)氣門 4的上游布置了空氣質(zhì)量傳感器6以及在節(jié)氣門4的下游布置了進(jìn)氣管壓力傳感器7，利用 該壓力傳感器可以檢測進(jìn)氣管3中的瞬時的壓力。內(nèi)燃機(jī)1的四個氣缸2分別配有進(jìn)氣閥8和排氣閥12。進(jìn)氣管3分支，以便將空 氣輸送至各自的氣缸2的相應(yīng)的進(jìn)氣閥8。氣缸2的排氣閥12用于將燃燒廢氣從氣缸2中 排出到廢氣歧管13中。在所示出的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，所應(yīng)用的進(jìn)氣閥8和排氣閥12是可自 由控制的閥，其打開狀態(tài)可以變化地調(diào)節(jié)。在圖3中為了說明進(jìn)氣閥和排氣閥8、12的可控制性，示出了在一個特定的時間段5上的可自由控制的閥的通流橫截面的不同的曲線，在該時間段期間閥打開并且再次關(guān)閉。 可識別出當(dāng)控制這種閥時的多個自由度。可能的是，對在打開狀態(tài)中的通流橫截面的大小、 打開或關(guān)閉閥的速度(通過在時間上的通流橫截面的提高表示)、以及閥的打開時間和關(guān) 閉時間進(jìn)行控制。這種自由度可以通過閥的合適的控制而利用。如果在閥的控制與閥的行為之間存 在偏差，因此就存在著故障情況。在一些故障情況中閥的行為不相應(yīng)于期望的行為，這些故 障情況可能對于這種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(在該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)氣閥和排氣閥8、12可變化地彼此 獨立無關(guān)地進(jìn)行控制)的工作是嚴(yán)重的情況。下述的方法現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)，在上述的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，對進(jìn)氣閥和排氣閥的故障和 故障情況進(jìn)行確定，此時進(jìn)氣閥和排氣閥8、12在相應(yīng)的控制中完全無法打開、進(jìn)氣閥8過 晚地打開或者排氣閥12過晚地關(guān)閉(當(dāng)進(jìn)氣閥打開時)。如果進(jìn)氣管中的壓力曲線與模擬的壓力曲線有偏差，則確定了閥的故障。模擬的 壓力曲線相應(yīng)于在理想情況下可能存在的壓力曲線，此時在已知的空氣系統(tǒng)動態(tài)性中進(jìn)氣 閥8和排氣閥12的行為相應(yīng)于期望的行為。在進(jìn)氣管中的壓力曲線例如可以模擬，其措 施是記錄了具有無故障的進(jìn)氣閥8和排氣閥12的內(nèi)燃機(jī)1的壓力曲線。隨后借助于傅里 葉-分析對產(chǎn)生的壓力曲線進(jìn)行分析。由于進(jìn)氣管3中的壓力曲線是周期性的信號，因此 可以得出如下所示的公式
權(quán)利要求
1.一種用于診斷在內(nèi)燃機(jī)(1)上的一個或多個可變控制的進(jìn)氣閥(8)和/或排氣閥 (12)的功能的方法；所述方法具有下述步驟-借助壓力曲線模型確定模擬的壓力指標(biāo)(Pm。d)，所述壓力指標(biāo)提供了關(guān)于所述內(nèi)燃機(jī) (1)的空氣系統(tǒng)中的壓力的指標(biāo)，其中所述壓力曲線模型根據(jù)工作點描述了無故障的內(nèi)燃 機(jī)(1)的壓力曲線；-提供空氣系統(tǒng)中的實際的、瞬時的壓力(Pman)的指標(biāo)；-根據(jù)所述模擬的壓力指標(biāo)(Pnrod)和空氣系統(tǒng)中所述實際的壓力(Pman)的指標(biāo)確定偏差量；-根據(jù)所述偏差量識別所述進(jìn)氣閥(8)和/或所述排氣閥(1 的功能故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)所述偏差量并根據(jù)取決于所述內(nèi)燃機(jī)(1)的 轉(zhuǎn)速(η)和/或負(fù)載矩(M)的閾值識別故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中故障的類型根據(jù)確定的時間段的位置來確定， 在該時間段中借助于所述偏差量(A)識別出故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述時間段定義為在單個的閥的順序控制的時間 點之間的時間范圍，其中當(dāng)所述進(jìn)氣閥和/或所述排氣閥(12)的控制標(biāo)記出時間段的開 始，在該時間段中根據(jù)所述偏差量㈧識別出故障，則識別出所述進(jìn)氣閥⑶和/或所述排 氣閥(12)的故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中所述壓力曲線模型根據(jù)訓(xùn)練信號并 根據(jù)當(dāng)無故障的內(nèi)燃機(jī)(1)工作時所述空氣系統(tǒng)中的實際的、瞬時的壓力(Pman)的指標(biāo)進(jìn) 行訓(xùn)練。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述壓力曲線模型根據(jù)帶有傅里葉系數(shù)的傅里葉 關(guān)系式模擬所述空氣系統(tǒng)中的周期性的壓力曲線，其中所述傅里葉系數(shù)根據(jù)測得的所述壓 力指標(biāo)(Ρ_)確定。
7.一種用于診斷在內(nèi)燃機(jī)(1)上的多個可變控制的進(jìn)氣閥(8)和/或排氣閥(12)的 功能的裝置，所述裝置包括-模擬單元(20)，用于借助壓力曲線模型確定模擬的壓力指標(biāo)(Pm。d)，所述壓力指標(biāo)提 供了關(guān)于所述內(nèi)燃機(jī)(1)的空氣系統(tǒng)中的壓力的指標(biāo)，其中所述壓力曲線模型根據(jù)工作點 描述了無故障的內(nèi)燃機(jī)⑴的壓力曲線；-單元(21)，用于根據(jù)所述模擬的壓力指標(biāo)(Pm。d)和所述空氣系統(tǒng)中的所述實際的壓 力(Pman)的指標(biāo)確定偏差量；-分析單元(22)，用于根據(jù)所述偏差量識別所述進(jìn)氣閥(8)和/或所述排氣閥(12)的 功能故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中設(shè)置有開關(guān)(M)，以便根據(jù)所述模擬單元00)的 訓(xùn)練信號提供測得的壓力指標(biāo)，從而所述壓力曲線模型根據(jù)當(dāng)無故障的內(nèi)燃機(jī)(1)工作時 所述空氣系統(tǒng)中的所述實際的、瞬時的壓力(Pman)的指標(biāo)進(jìn)行訓(xùn)練。
9.一種計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序包含程序代碼，當(dāng)所述程序代碼在數(shù)據(jù)處理單元 上被執(zhí)行時，所述程序代碼實施了根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于診斷在內(nèi)燃機(jī)(1)上的一個或多個可變控制的進(jìn)氣閥(8)和/或排氣閥(12)的功能的方法；該方法具有下述步驟借助壓力曲線模型確定模擬的壓力指標(biāo)(Pmod)，該壓力指標(biāo)提供了關(guān)于內(nèi)燃機(jī)(1)的空氣系統(tǒng)中的壓力的指標(biāo)，其中壓力曲線模型根據(jù)工作點描述了無故障的內(nèi)燃機(jī)(1)的壓力曲線；提供空氣系統(tǒng)中的實際的、瞬時的壓力(Pman)的指標(biāo)；根據(jù)所述模擬的壓力指標(biāo)(Pmod)和空氣系統(tǒng)中所述實際的壓力(Pman)的指標(biāo)確定偏差量；根據(jù)所述偏差量識別所述進(jìn)氣閥(8)和/或所述排氣閥(12)的功能故障。
文檔編號F02D41/00GK102057150SQ200980121720
公開日2011年5月11日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者I·薩拉克 申請人:羅伯特.博世有限公司