用於操作柴油發動機的方法
2023-07-14 19:32:06 2
專利名稱：用於操作柴油發動機的方法
技術領域：
本發明涉及用於操作柴油發動機的方法，特別是機動車的柴油發動機。
背景技術：
已知現代柴油發動機被設置有燃料噴射設備，用於將燃料直接噴射到發動機的汽缸。燃料噴射設備通常包括燃料軌道和多個電控燃料噴射器，所述噴射器分別位於發動機的相應汽缸中，且通過專用供應導管液壓連接到燃料軌道。事實上，每個燃料噴射器通常包括噴嘴和可移動針狀件，該可移動針狀件重複地開啟和關閉該噴嘴，由此將燃料通過多次燃料噴射噴射到汽缸中。針狀件通過專用促動器移動，該促動器通常是螺線管促動器或壓電促動器，該促動器通過發動機控制單元(EOT)控制。事實上，E⑶通過命令促動器打開燃料噴射器噴嘴、並在一定時間段之後通過命令促動器關閉燃料噴射器噴嘴而操作每次燃料噴射。開啟命令和關閉命令之間的時間段通常被稱為燃料噴射器的激勵時間，且其作為期望的要被噴射燃料量的函數而被ECU確定。但是在發動機壽命期間，燃料噴射設備經歷漸進式劣化到實際噴射到發動機中的燃料量與所期望的非常不同的地步。該劣化主要通過燃料中存在的碳和金屬沉積物以及通過燃料噴射器磨損而導致。更詳細地說，碳和金屬沉積物通常傾向於積聚到噴射器噴嘴，由此逐漸堵住噴嘴孔並因此導致減小的被噴射燃料量。相反，噴射器的磨損，例如噴射器針狀件和/或針狀件座的磨損，可導致過量燃料量的噴射。在任何情況下，被噴射燃料量和期望噴射燃料量之間的明顯差異將增加柴油發動機的汙染物排放，且其還會導致其他重要的副作用。作為例子，過量噴射的燃料量增加汽缸內的溫度和排氣溫度，直到其引起發動機損壞和甚至活塞熔融(其可導致活塞咬粘)的地步。從另一方面，被減小的噴射燃料量會劣化發動機的性能，直到其甚至防止燃料在發動機汽缸內的燃燒的地步。
發明內容
通過以上，本發明的實施例的目的是提供一種策略，用於識別柴油發動機的燃料噴射設備是否過於劣化，以便能夠施加必要的對策。另一目的是保護柴油發動機不受損壞，這些損壞可以在被噴射燃料量與期望燃料量明顯不同時發生。這些和/或其他目的可通過在本發明主要方面中記錄的本發明實施例的特徵實現。本發明其它方面引用本發明實施例的優選和/或特別有利的特徵。本發明實施例提供了一種用於操作柴油發動機的方法，包括以下步驟-測量通過柴油發動機排放的排氣流中的氧濃度值；-基於被測量的氧濃度值確定代表噴射到柴油發動機中的燃料量的參數值，-計算該參數的確定值和該參數的期望值之間的差(即，代數差，其可以是正的或負的)，以及-如果被計算的差超過該差的正臨界值，識別柴油發動機的燃料噴射設備故障。假定正臨界值被適當標定，該策略有利地能夠識別燃料噴射設備是否過度劣化， 由此允許執行任意適當程序來防止發動機損壞和/或用於向用戶發信號告知其燃料噴射設備亟待需要維護。根據本發明的該實施例，代表被噴射燃料量地上述參數可以是被噴射燃料量本身，或替換地，與該量相關的任何參數，諸如供給到發動機中的混合物的空氣對燃料比。此外，該參數的確定值和相關的期望值之間的上述差可被計算為，確定值減去期望值，或替換地，期望值減去確定值。事實上，所有這些替換例允許識別燃料噴射系統的過度劣化。根據本發明的一方面，正臨界值是經驗確定的。以此方式，正臨界值可在特定柴油發動機上執行的單個實驗活動中確定，且然後其可有利地用於在裝有那種柴油發動機的任何機動車上執行本策略。根據本發明實施例，該方法規定，如果該參數的被計算值和該參數的期望值之間的被計算差落在該差的負臨界值之下，也識別燃料噴射設備的故障。由於該實施例，本策略有利地能識別燃料噴射設備是否過度劣化，在該劣化相對於期望燃料量增加被噴射燃料量和在該劣化降低被噴射燃料量的兩種情況下。根據該實施例的一方面，負臨界值可被經驗地確定，由此實現對於正臨界值所解釋的同樣優點。根據本發明實施例，在該方法中涉及的參數表示被噴射到柴油發動機的單個汽缸中的燃料量。本發明該實施例具有允許本策略識別柴油發動機的特定噴射器是否過度劣化的優點。根據本實施例的一方面，該參數值的確定規定-測量通過單個汽缸排放的排氣流中的氧濃度值，和-基於該氧濃度值確定該參數值。該方面具有允許對於單個汽缸的實際參數值的簡單且非常可靠的確定的優點。根據該方面，通過單個汽缸排放的排氣流中的氧氣濃度可通過獲得氧濃度值而被測量，該氧濃度值在上述排氣流通過該部分時在柴油發動機的排氣管線的一部分中測量， 該部分通常是位於排氣歧管和渦輪增壓機的渦輪之間的部分。以此方式，該測量可有利地僅利用一個快速響應氧氣傳感器而被執行用於柴油發動機的任何汽缸，該傳感器通常是通用排氣氧氣(UEGO)傳感器，其可位於排氣管線的該部分中。根據該實施例的另一方面，確定該參數值的步驟、計算該參數的被確定值和期望值之間的差的步驟、以及識別故障的步驟都被執行用於柴油發動機的每個汽缸。以此方式，本發明的策略能夠識別柴油發動機的每個汽缸的噴射器的故障。根據本發明的另一實施例，該方法還包括，如果柴油發動機的燃料噴射設備的故障被識別則執行緊急程序的步驟。由於該實施例，緊急程序可包括對防止柴油發動機損壞必要的所有必要對策。作為例子，緊急程序可包括產生警報信號的步驟，通知用戶燃料噴射設備失靈，和 /或包括自動關閉柴油發動機的步驟。根據本發明的任何實施例的方法可藉助電腦程式的幫助執行，該電腦程式包括用於執行上述方法的所有步驟的程序代碼，且具有包括該電腦程式的電腦程式產品的形式。電腦程式產品可被具體實施為柴油發動機，其包括發動機控制單元(ECU)、關聯到該ECU的數據載體和數據載體中存儲的電腦程式，從而當ECU執行電腦程式時，上述方法的所有步驟被執行。該方法可被具體實施為電磁信號，所述信號被調製為執行數據位的序列，該數據位代表執行該方法所有步驟的電腦程式。
本發明將通過例子並參考附圖描述。圖1是柴油發動機的示意圖。圖2是根據本發明的實施例的操作方法的流程圖。附圖標記說明10柴油發動機
11汽缸
12進氣歧管
13進氣管線
14排氣歧管
15排氣管線
16排氣管線部分
20渦輪增壓機
21壓縮機
22渦輪
30燃料噴射設備
31燃料軌道
32燃料噴射器
33供給導管
40發動機控制單元(ECU)
41UEGO傳感器
42數據載體
Ox氧濃度值
Q空氣對燃料比的值
Qd空氣對燃料比的期望
ΔQ和化之間的差
Thl正臨界值
Th2負臨界值
具體實施例方式隨後參考機動車的柴油發動機10描述本發明的實施例。柴油發動機10示意性地包括多個汽缸11，每個汽缸容納往復活塞；進氣歧管 12，連接到所有汽缸11和進氣管線13，用於將新鮮空氣從環境供給到每個汽缸11 ；和排氣歧管14，連接到所有汽缸11和排氣管線15，用於將排氣從每個汽缸11排放到環境。在本實施例中，柴油發動機10還裝備有渦輪增壓機20，其包括定位在進氣管線13 中的壓縮機21，和定位在排氣管線15中的渦輪22，該渦輪22被設置用於驅動所述壓縮機 21。柴油發動機10還裝備有燃料噴射設備30，用於將燃料直接噴射到汽缸11中，該燃料噴射設備包括燃料軌道31和多個電控燃料噴射器32，這些噴射器分別與相應的汽缸11 相關聯，且通過專用供給導管33液壓連接到燃料軌道31。實際上，每個燃料噴射器32通常包括噴嘴、針狀件和促動器，該促動器通常是螺線管促動器或壓電促動器，該促動器將針狀件移動，以便重複地開啟和關閉噴嘴，由此將燃料通過多次分離的燃料噴射噴射到相應汽缸11中。噴嘴、針狀件和促動器沒有詳細描述，因為它們是本領域的常規設置。每個燃料噴射器32的促動器通過發動機控制單元(E⑶)40控制，該E⑶通過命令促動器開啟燃料噴射器噴嘴、以及在一定時間段之後，通過命令促動器關閉燃料噴射器噴嘴而操作每次燃料噴射。開啟命令和關閉命令之間的時間段通常被稱為燃料噴射器32的激勵時間，且其作為期望的要被噴射燃料量的函數而被ECU40確定。要被噴射燃料量的期望值通過E⑶40確定，通常通過經驗確定的映射，該映射將被噴射燃料量的期望值關聯到多個發動機運行參數，例如發動機速度和發動機扭矩。本發明的實施例提供了一種用於操作柴油發動機10的方法，其允許識別燃料噴射設備30的故障。在此描述的本方法步驟通過E⑶40執行。如圖2所示，該方法規定測量排氣流中的氧濃度值0X，其中，該排氣流由單個汽缸 11在其一個發動機循環期間排放，即在該發動機循環的排放階段。該測量通過快速響應的UEGO傳感器41 (見圖1)執行，該傳感器連接到E⑶41且定位在排氣管線15的包括在排氣歧管14和渦輪22之間的部分16中。氧濃度值Ox是在上述排氣流流過排氣管線15的所述部分16時被UEGO傳感器41 檢測的值。實際上，該值Ox可以通過將UEGO傳感器41檢測的值沿時間線繪圖並通過將該繪圖與單個汽缸11執行的發動機循環時機比較而被識別。
被測量值Ox然後被用於計算混合物的空氣對燃料比(AFR)的值Q，該混合物在相關發動機循環(即，導致上述排氣流的發動機循環)中已經被供給到單個汽缸11中。
將氧氣濃度關聯到空氣對燃料比的函數是已知的。此時，該方法規定計算用於該發動機循環的空氣對燃料比的被計算值Q和期望值仏之間的差八。該期望值△可通過經驗確定的映射確定，該映射將空氣對燃料比的期望值關聯到發動機速度並關聯到在該發動機循環期間噴射的燃料量的期望值。在本實施例中，差Δ通過以下公式計算Δ = Q-Qd以此方式，如果實際噴射到單個汽缸11中的燃料量小於所期望的量，則差Δ是正的，而如果實際噴射到單個汽缸11中的燃料量大於所期望的量，則差Δ是負的。被計算的差Δ然後與該差的正臨界值Thl和與負臨界值Th2比較。這些正的和負的臨界值Thl和Th2是在試驗柴油發動機上執行的試驗活動期間經驗確定的，該試驗柴油發動機具有柴油發動機10的相同特性。具體地，臨界值Thl和Th2被標定，以便分別表示一個範圍值的最大值和最小值， 超出該範圍，與單個汽缸11相關聯的燃料噴射器32被視為過於劣化，到達了其運行對於柴油發動機10有害的地步。更詳細地，本發明實施例的正臨界值Thl表示一界限，實際噴射的燃料量超過該界限則過小，從而在單個汽缸11內的燃燒完全不足。例如如果燃料噴射器32完全被堵住時，該事件可發生。本發明實施例的負臨界值Th2表示一界限，實際噴射的燃料量低於該界限則過大，其可導致發動機損壞，諸如活塞熔融，這可導致活塞咬粘。該事件可例如由於噴射器針狀件的過度磨損和/或針狀件座的過度磨損而發生。基於以上，該方法規定，如果被計算差Δ超過正臨界值Thl或如果被計算差Δ低於負臨界值Th2而識別燃料噴射設備30的故障。如果柴油發動機10的該故障被識別，該方法規定執行緊急程序，其可包括對於防止柴油發動機損壞必要的所有必要的對策。作為例子，緊急程序可包括產生警報信號的步驟，通知用戶燃料噴射設備30失靈，和/或包括自動關閉柴油發動機10的步驟。相反，如果被計算差Δ被包括在Thl和Th2之間的值的範圍內，關聯到單個汽缸 11的燃料噴射器32被視為足夠有效。但是在這種情況下，該方法可規定執行補償程序，其可糾正對於單個汽缸11的被噴射燃料量，以便在下一發動機循環中最小化該差Δ。作為例子，該程序可包括使用被計算值Q來確定實際噴射到單個汽缸11的燃料量的步驟，計算該被噴射燃料量和期望燃料量(按前述解釋地確定)之間的差的步驟，以及使用該差來糾正在下一發動機循環期間期望被噴射到單個汽缸11中的燃料量，以便相應地糾正噴射器激勵時間。根據本發明實施例，上述方法的步驟對於單個汽缸11按循環重複，且它們可被執行用於柴油發動機10的每個汽缸11。
根據本發明的一方面，該方法可藉助電腦程式執行，該電腦程式包括程序代碼，用於執行該方法的所有步驟，該程序代碼存儲在關聯到ECu40的數據載體42中。以此方式，當ECU40執行電腦程式時，上述方法的所有步驟被執行。儘管在前述發明內容和具體實施方式
中已經展現了至少一個示例性實施例，應該理解，存在大量變體。還應該理解，一個或多個示例性實施例僅僅是例子，且不意圖以任何方式限制範圍、應用或構造。相反，前述發明內容和具體實施方式
將為本領域的技術人員提供方便的途徑來實施至少一個示例性實施例，應該理解，各種變化可用於示例性實施例中描述的元件的功能和設置，而不偏離所附權利要求和其法律等同物所限定的範圍。
權利要求
1.一種用於操作柴油發動機(10)的方法，包括以下步驟-測量通過柴油發動機(10)排放的排氣流中的氧濃度值(Ox)；-基於被測量的氧濃度值(Ox)確定代表噴射到柴油發動機(10)中的燃料量的參數值(Q),-計算該參數的確定值(Q)和該參數的期望值(Qd)之間的差(Δ)，-如果被計算的差(△)超過該差的正臨界值(Thl)，識別柴油發動機(10)的燃料噴射設備(30)故障。
2.如權利要求1所述的方法，其中，正臨界值(Thl)是經驗確定的。
3.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，如果被計算的差(△)落在該差的負臨界值( 之下，識別燃料噴射設備(30)故障。
4.如權利要求3所述的方法，其中，負臨界值(Th2)是經驗確定的。
5.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述參數表示被噴射到柴油發動機 (10)的單個汽缸(11)中的燃料量。
6.如權利要求5所述的方法，其中，該參數值⑴)的確定包括-測量通過所述單個汽缸(11)排放的排氣流中的氧濃度值(Ox)，和-基於該氧濃度值(Ox)確定所述參數值(Q)。
7.如權利要求6所述的方法所述，其中，通過所述單個汽缸(11)排放的排氣流中的氧濃度值(Ox)的測量獲得氧濃度值，該氧濃度值在所述排氣流通過柴油發動機(10)的排氣管線(16)的一部分(16)時在該部分(16)中測量。
8.如權利要求5至7中的任一項所述的方法，其中，確定該參數值(Q)的步驟、計算該參數的被確定值(Q)和期望值OU之間的差(Δ)的步驟、以及識別故障的步驟對於柴油發動機(10)的每個汽缸(11)而被執行。
9.如前述權利要求中任一項所述的方法，還包括，如果柴油發動機(10)的燃料噴射設備(30)的故障被識別則執行緊急程序的步驟。
10.如權利要求9所述的方法，其中，該緊急程序包括產生警報信號的步驟。
11.如權利要求9或10所述的方法，其中，該緊急程序包括自動關閉柴油發動機(10) 的步驟。
12.—種電腦程式，包括用於執行如前述權利要求中任一項所述的方法的所有步驟的程序代碼。
13.一種電腦程式產品，如權利要求12所述的電腦程式存儲在其上。
14.一種柴油發動機(10)，包括發動機控制單元(40)、關聯到該發動機控制單元00) 的數據載體0 和數據載體中存儲的如權利要求12所述的電腦程式。
15.一種電磁信號，被調製為用於數據位序列的載波，該數據位代表如權利要求12所述的電腦程式。
全文摘要
本發明實施例提供了一種用於操作柴油發動機(10)的方法，包括以下步驟測量通過柴油發動機(10)排放的排氣流中的氧濃度值(Ox)；基於被測量的氧濃度值(Ox)確定代表噴射到柴油發動機(10)中的燃料量的參數值(Q)，計算該參數的確定值(Q)和該參數的期望值(Qd)之間的差(Δ)，以及如果被計算的差(Δ)超過該差的正臨界值(Th1)，識別柴油發動機(10)的燃料噴射設備(30)故障。
文檔編號F02D41/22GK102374050SQ201110236559
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月17日 優先權日2010年8月17日
發明者M.A.喬溫格 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司