用於診斷內燃機的方法

2023-05-19 04:16:26 5

專利名稱：用於診斷內燃機的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於診斷內燃機的方法、裝置以及電腦程式，該 內燃機具有至少一個附屬於該內燃機的麥克風。
背景技術：
通常通過測量和評價不同的物理參數如曲軸轉速、不同的壓力和溫 度和類似參數實現內燃機運行狀態的診斷。
由EP0 840 285已知用於內燃機主動排氣消聲的系統。這種系統例 如通過揚聲器產生聲音信號，它與排氣設備產生的聲音疊加並且補償或 者在"聲音設計(Sounddesign)"的意義上改變這個聲音。系統的一部 分是用於接收由排氣設備發出的聲音(排氣噪聲)的麥克風。

發明內容
本發明的目標是，給出診斷內燃機運行狀態的其他方法。 這個目標通過獨立權利要求所迷的方法、裝置、電腦程式以及裝
置用途得以實現。
這個目標尤其通過一種用於診斷內燃^U的方法得以實現，該內燃機
具有至少 一個附屬於內燃機的麥克風，其中接收聲音並且轉換成電信 號，其中將代表著聲音的電信號用於診斷內燃機的運行狀態。運行狀態 的診斷包括識別內燃機單個結構部件或組件的損傷，以及監控內燃機的 實際狀態是否對應於理論狀態，例如是否正確地接受氣缸關閉，參數如 噴射時刻和噴射時間、點火時刻和類似參數是否對應於理論參數。內燃 機優選設置在汽車裡面。麥克風優選附屬於排氣設備。該麥克風優選是 用於排氣設備的主動聲音影響(aktive Schallbeeinflussung)的裝置的一 部分。優選通過麥克風的原始數據實現運行狀態的診斷，該原始數據通 過用於排氣設備的主動聲音影響的裝置的控制器處理過。但是該麥克風 也可以設置在摩託車或汽車的其它位置上，優選在要被監控的內燃機附 近。所述處理可以包括數位化和/或濾波和/或轉換頻率範圍。
優選規定，通過將代表著排氣設備聲音的電信號與所期望的電信號 相比較實現運行狀態的診斷，其中在代表著排氣設備的聲音的電信號偏 離於所期望的電信號大於極限值時，識別為內燃機運行狀態偏離於理論
狀態。內燃機運行狀態的診斷優選包括識別燃燒斷火(Ver-brennungsaussetzer)。當排氣脈衝的振幅在確定時間間隔內小於所期望 的最小振幅時，優選識別為燃燒斷火。所述內燃機運^"狀態的診斷在另 一優選的實施例中包括監控氣體交換閥的打開和關閉。所述內燃機運行 狀態的診斷包括優選監控至少 一個氣缸在這個氣缸的氣缸關閉期間氣 體交換閥關閉。當排氣脈衝的振幅在確定時間間隔內大於所期望的最大 振幅時，優選識別為氣體交換閥在氣缸的氣缸關閉期間錯誤地打開。
優選規定，由電信號產生代表該信號的噪聲模型，將它與表徵特定 故障特性的噪聲模型進行比較，其中求出表示在代表著信號的噪聲模型 與表徵特性的噪聲模型之間的 一致度的尺度，並且當該尺度位於容差範 圍以外時，識別為表徵特性的噪聲模型所屬的故障。表示在代表著信號 的噪聲模型與表徵特性的噪聲模型之間的 一致度程度的尺度例如可以 是兩個噪聲模型的相關性或者可比較的靜態參數。
所述噪聲模型優選是電信號的頻語，在積分變換、尤其是傅立葉變 換的頻率範圍中。
上述目標也通過裝置、尤其是用於內燃機的控制器得以實現，它構 造適用於執行按照本發明所述的方法。
上述目標也通過電腦程式得以實現，它具有在計算4幾中運4亍該程 序時用於執行按照本發明的方法所述的所有步驟的程序編碼。
上述目標也通過用於內燃機排氣設備的主動聲音影響的以執行本 發明所述方法的裝置用途得以實現。


下面藉助於附圖詳細描述本發明的實施例。附圖中
圖1示出用於內燃機排氣設備的主動聲音影響的系統草圖，
圖2示出按照本發明的用於診斷內燃機的系統的細節圖。
具體實施例方式
圖1示出一個用於內燃機排氣設備2的主動影響的系統原理圖。例如
在EP 0 840 285和文章"Variable Gestaltung des Abgasmuendungsgeraeusches am Beispiel eines V6-Motors" (Heil Enderle , MTZ 10/2001,第786-794 頁)中可以找到這種系統的更詳細的視圖。內燃機1與排氣設備連接，它 包括一個管道15和一個消聲器3。通過由現有技術已知的控制器4實現 對內燃機以及用於主動聲音影響的系統的控制。為了主動聲音影響，該 控制器4產生一個信號，它通過放大器5放大到必需的功率，並且通過 聲轉換器6、優選揚聲器耦入到消聲器3裡面。信號的計算使用那些描 述了內燃機運行點的參數。為了實現調節，將引起的聲信號在排氣設備 出口通過麥克風7接收，並且作為電參數輸送到發動機控制器4。麥克 風7的代表著排氣設備出口上的聲信號的電參數被控制器用於控制和調 節聲轉換器6的信號。控制器4為了控制聲信號而包含計算規則，它在 一般的意義上可以解釋為調節器。其目標是，或者使來自麥克風7的信 號最小化(調節目標也是獲得最小噪聲)，或者實現帶有確定頻率的期 望振幅(在這裡調節目標也是"聲音設計"，並由此實現有意識地影響 噪聲特性)。為此該調節器包含有依賴於運行點而存儲在控制器4裡面 的參數。這種關係例如可以是發動機轉速n、發動機負荷P和點火角4>。 這些參數或者固定地給定，或者通過適配器適配於要被調節的系統的改 變著的參數。
按照本發明，為了診斷內燃機的運行狀態，引入用於主動聲音影響 的系統。尤其是這種用於主動聲音影響的系統被用作監控內燃機單個氣 缸的不燃燒。在此，在發動機控制器的診斷功能範圍中監控燃燒斷火。 這尤其是一個或多個氣缸的燃燒停止，例如由於在內燃機點火系統範圍 中的故障。另一方面能夠有針對性地使單個氣缸失效，即所謂的氣缸關 閉。
圖2示出按照本發明的系統的詳細框圖。內燃機1通過一個包括中 間消聲器8的排氣管15與終端消聲器9連接。與圖1所示一樣，對終 端消聲器9附設一個揚聲器。如同圖l的實施例一樣，在終端消聲器9 下遊設置有麥克風，用於接收排氣管10的排氣口噪聲。信號發生器11 根據發動機轉速n產生排氣脈衝的基頻，為此可以利用曲軸傳感器作為 同步化源。信號發射器11附加地產生一個所期望數目標多倍基頻，所 謂的諧波。它們單獨地通過數字濾波器在強度和相位上進行影響，在這 裡示出的濾波器用於三個頻率即基頻和兩個諧波，以標記符號12a、 12b
和12c標出。濾波參數一方面根據運行點存儲在控制器4裡面，另一方 面他們通過一個執行適配算法的適配裝置13進行更新，使得麥克風7 的信號與振幅的給定理論值14之間的偏差對於每個頻率都最小。濾波 器12a至12c的輸出信號輸送到一個功率放大器5，該功率放大器控制 一個聲轉換器6，該聲轉換器例如可以是一個揚聲器或者類似器件。適 配裝置10的適配算法例如可以是一種平方評價標準的最小化，它通過 最小平方方法求解。
如果數字濾波器12a至12c的濾波參數理想地適配，並且使理論值 14置於零，這對應於在排氣設備出口上實現最小噪音的調節目標，於是 聲轉換器的聲信號幾乎完全補償單個氣缸的排氣脈衝。因此麥克風7的 輸出信號幾乎為零。作為燃燒斷火的燃燒停止意味著對於這個氣缸的明 顯更低的排氣脈衝振幅。但是對於完全燃燒的排氣脈衝，聲轉換器6的 修正信號通過數字濾波器12a至12c的濾波參數確定，因此它們也通過 內燃機的運行點得到影響。因此在麥克風7上顯示信號振幅。這個信號 現在可以通過已知的方法分析。已知的方法是超過一個可調節的閾值， 對於該閾值推斷出燃燒斷火。通過測量從內燃機的排氣閥到麥克風7的 排氣脈衝的運行時間來確定燃燒斷火歸屬於某個特定氣缸。這個運行時 間基本上通過廢氣溫度和其對聲速的影響來確定，即這個運行時間根據 運行點存儲在控制器4中的特徵曲線族裡面，在已知發動機轉速n時， 可以推斷出燃燒斷火的氣缸。當排氣脈衝的振幅A在 一 個確定的時間間 隔△ t內小於所期望的最小振幅A一min的時候，則識別為燃燒斷火。
在另 一改進方案中，使用用於監控氣缸之一有針對性的失效的系 統。在此通過發動機控制器根據運行點使單個氣缸不供給燃料。此外， 使內燃機的進氣閥和排氣閥(氣體交換閥)保持關閉，用於減少由於壓 縮做功引起的能耗。在理想情況下，斷開的氣缸不產生排氣脈衝。濾波 器12a至12c的濾波參數現在可以由發動機控制器轉換到取決於調節目 標的參數。如果調節目標是調節到最小的排氣噪聲，則對於斷開的氣缸 在聲轉換器6上無需輸出信號。而如果排氣噪聲不通過氣缸失效受到影 響，則使聲轉換器6將不燃燒的噪聲添加到總噪聲。
在上述兩種情況下，如果排氣閥不象由發動機控制器所要求的那樣 保持關閉，則麥克風7上的信號偏離所期望的曲線。由此可以無需附加 傳感器地監控排氣閥控制器的特性。當排氣脈衝的振幅A在確定的時間
間隔△ t期間大於所期望的最大振幅A—max時，則識別為氣體交換閥在 氣缸的氣缸關閉期間錯誤地打開。
在本發明的另 一 實施例中，通過控制器例如通過快速傅立葉變換 (FFT)求得噪聲頻語的信號分析。這種求得的噪聲模型與存儲的噪聲 模型進行比較。在此可以使用神經網絡或者簡單的閾值詢問。不同的噪 聲模型和其時間歸屬對應於不同的故障原因例如發動機爆燃、發動機 或車輪上的軸承損傷、噴射閥缺陷、高壓泵上的缺陷；發電機缺陷，例 如三角帶滑移、起動器缺陷、進氣系統和排氣系統上的洩漏；其它促動 器如節流閥促動器、次級空氣泵促動器、次級空氣系統促動器、油箱通 氣閥促動器、排氣閥促動器、排氣止回閥促動器、吸管換接促動器上的 缺陷；主變速器和附屬變速器上的磨損，例如對於自動變速箱、在分動 器或者差速器上的磨損；在發動機閥門驅動機構上的缺陷、渦輪機廢氣 門上的缺陷、渦輪機循環空氣閥上的缺陷或者發動機風扇上或起動器上 或類似部件上的缺陷。
在所求得或測得的噪聲模型與存儲的噪聲模型一致時，推斷出附屬 於所存儲噪聲模型的故障原因。
也可以選擇在發動機滑移運行中執行診斷，因為不存在燃燒的幹擾 噪聲。同樣在汽車靜止狀態執行診斷。在此有意識地控制內燃機的部件 或者在內燃機靜止時汽車的其它部件，並且分析由部件模擬的噪聲。同 樣可以4艮據部件的噪聲水平控制噴射閥。例如可以通過改變控制並由此 改變噴射量實現減少"噪聲(Nagel)"，尤其是對於柴油發動機。即，這 樣改變噴射控制，使得產生噪聲降低。通過這種調節迴路，例如也可以 補償在使用壽命上的部件偏差。優選在滑移運行中也可以通過檢測火花 塞的噪聲監控點火。
權利要求
1.一種用於診斷內燃機(1)的方法，該內燃機具有至少一個附屬於該內燃機(1)的麥克風(7)，其中接收內燃機(2)的聲音並轉換成電信號，其特徵在於，將代表聲音的電信號用於診斷內燃機(1)的運行狀態。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述麥克風附屬於排氣 設備。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述麥克風(7)是用於排氣設備的主動聲音影響的裝置的一部分。
4. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，通過所述麥克風(7) 的原始數據實現運行狀態的診斷，該原始數據通過用於排氣設備的主動 聲音影響的裝置的控制器(4)處理過。
5. 如權利要求1至4中任一項所迷的方法，其特徵在於，通過將代 表著排氣設備(2)的聲音的電信號與所期望的電信號相比較實現運行 狀態的診斷，其中在代表著排氣設備(2)的聲音的電信號與所期望的 電信號的偏差大於極限值時，識別為內燃機(1)的運行狀態偏離於理 論狀態。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，所述內燃 機(1)的運行狀態的診斷包括識別燃燒斷火。
7. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，當排氣脈衝的振幅(A) 在確定的時間間隔(At)內小於所期望的最小振幅(A—min)時，識別 為燃燒斷火。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵在於，所述內燃 機運行狀態的診斷包括監控氣體交換閥的打開和關閉。
9. 如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述內燃機運行狀態的 診斷包括對至少 一個氣缸在該氣缸的氣缸關閉期間氣體交換閥處於關 閉進4亍監控。
10. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，當排氣脈衝的振幅(A) 在確定時間間隔(At)內大於所期望的最大振幅(A一max)時，識別為 氣體交換閥在氣缸的氣缸關閉期間錯誤地打開。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的方法，其特徵在於，由所 述電信號產生代表著該信號的噪聲模型，將該噪聲模型與表徵特定故障 特性的噪聲模型進行比較，其中求出表示代表著信號的噪聲模型與表徵特性的噪聲鬥莫型之間一致度的尺度，並且其中當該尺度位於容差範圍以 外時，識別為表徵特性的噪聲模型所屬的故障。
12. 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述噪聲模型是在 積分變換、尤其是傅立葉變換的頻率範圍中電信號的頻譜。
13. 裝置，尤其是用於內燃機的控制器，它用於執行如前述權利要 求1至8中任一項所述的方法。
14. 具有在計算機中運行時用於執行如權利要求1至12中任一項 所述所有步驟的程序編碼的電腦程式。
15. 用於內燃機排氣設備的主動聲音影響的裝置的用途，以執行如 權利要求1至12中任一項所述方法。
全文摘要
一種用於診斷內燃機(1)的方法，該內燃機具有至少一個附屬於該內燃機(1)的麥克風(7)，其中接收內燃機(2)的聲音並且轉換成電信號。使用代表聲音的電信號用於診斷內燃機(1)的運行狀態。
文檔編號F02D41/00GK101187340SQ20071018704
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月19日 優先權日2006年11月20日
發明者K·裡斯-米勒, M·克倫克, U·卡斯納 申請人:羅伯特·博世有限公司