在用於對內燃機中的提前點火情況進行識別的系統有故障時設定緊急運行模式的方法和裝置的製作方法

2023-07-05 19:07:01 1

專利名稱：在用於對內燃機中的提前點火情況進行識別的系統有故障時設定緊急運行模式的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在用於對內燃機中的提前點火情況進行識別的系統有故障時識別緊急運行模式的方法，其中為了識別故障而對由至少一個傳感器和/或至少一條傳感器線路和/或傳感器信號分析裝置組成的系統進行診斷，並且本發明涉及一種實施所述方法的裝置。
背景技術：
在內燃機中，所輸入的燃料-空氣-混合物的燃燒將機動車置於行駛運行中或者說維持行駛運行狀態。在此，所述燃料-空氣-混合物的燃燒通過火花塞的點火火花來開始。所述點火火花構成火焰前端，所述火焰前端在內燃機的整個燃燒室中擴散並且在燃燒過程中將存在的燃料-空氣-混合物轉化為動能。對於爆震的燃燒情況來說，燃燒過程的一部分突然進行並且在內燃機的燃燒室中引起劇烈的壓力上升，所述劇烈的壓力則產生壓力波，該壓力波會傳播並且衝擊到限定著所述燃燒室的壁體上，在那裡高頻的振動轉化為結構聲。這些振動通過爆震傳感器(結構聲傳感器)來探測並且在觸發內燃機時要通過爆震調節來加以考慮，用於防止內燃機損壞。所述內燃機在此以最佳的效率總是在爆震界限處運行。藉助於所述爆震調節來避免通過一再重複的爆震的燃燒來給內燃機造成的損壞。不過，除了所描述的爆震的燃燒情況之外也出現自燃情況，所述自燃情況通過燃燒室中較熱的部位、油滴或者燃料-空氣-混合物中的較熱的剩餘氣體區所引起。這樣的自燃情況可能作為出現點火火花之前的提前點火併且作為出現點火火花之後的再點火而出現。在此除了點火火花所誘生的火焰前端之外產生了一個或者多個其它的火焰前端。這些自燃情況通常稱為提前點火併且提高了末端氣體區域中的爆震的燃燒的危險。在此出現的結構聲振動的突出之處在於極端的壓力幅度，所述極端的壓力幅度則會很快地導致內燃機損壞。通過對爆震傳感器的信號的分析來如此對內燃機進行監控，是否出現未加控制的燃燒情況。為了防止這些未加控制的燃燒情況，要採取應對措施，所述應對措施防止這些提前點火情況的出現，因為必須保護內燃機防止這些提前點火情況。在此像在進行爆震調節時一樣調整延遲點火角是不夠的，因為自燃不受點火火花的影響。因此需要採取其它的措施，比如內燃機的燃燒室中的填充降低，這降低了燃燒室中的混合物溫度。這樣的用於提前點火的路徑除了所述爆震傳感器之外作為其它的硬體還包括至少一個傳感器線路和傳感器信號分析裝置。但是如果在所述硬體元件之一上出現了故障，所述用於識別提前點火情況的信號就會導致錯誤的結果。從中產生的用於防止提前點火情況的措施在此無法防止內燃機的損壞，因為在錯誤的前提下採取了所述措施。出於這個原因，要對所述硬體元件比如爆震傳感器、傳感器線路和傳感器信號分析裝置進行經常性的診斷。

發明內容
由此，本發明的任務是，說明在用於對內燃機中的提前點火情況進行識別的系統有故障時用於設定緊急運行模式的一種方法和一種裝置，所述方法和裝置在硬體有故障時可靠地防止內燃機的損壞。按本發明，所述任務通過以下方式得到解決，即在通過所述診斷確定所述系統的故障時，中斷具有傳感器信號檢測、傳感器信號分析、未加控制的燃燒情況的識別以及針對提前點火的應對措施的採取的常見的路徑，並且作為緊急運行模式而激活安全路徑。這樣做的優點是，中斷所有與內燃機的在提前點火情況的識別功能無故障工作時所構建的連接。在此構造一條單獨的安全路徑，藉助於該安全路徑在防止提前點火情況方面將所述內燃機轉換為緊急運行模式。由此也禁止每種常見的與內燃機的連接，由此保證所述內燃機的保護。對於這種緊急運行模式來說再也不能識別提前點火情況，在這種緊急運行模式中為了保護內燃機而採取緊急措施，所述緊急措施可靠地防止還出現進一步的提前點火情況。在一種設計方案中，在所述安全路徑中激活相應的措施，所述措施可罪地防止在內燃機中產生提前點火情況。通過這樣的措施，原則上總是保證防止提前點火情況，即使沒有明確的測量信號指示提前點火情況的存在或者產生。在此將所述內燃機置於一種狀態中，該狀態不允許提前點火情況。在一種改進方案中，為了防止產生提前點火情況而降低內燃機的燃燒室中的溫度。這樣做的優點是，降低或者完全防止燃燒室中的突然的並且極端有損內燃機的能量轉換。由此對燃燒室中的較熱的位置或者說燃燒-空氣-混合物中的熱點進行冷卻並且由此防止提前點火情況的出現。在一種變型方案中，通過內燃機中的燃料加濃來降低所述內燃機的燃燒室中的溫度。通過所述處於內燃機的燃燒室中的燃料-空氣-混合物的加濃,來通過幾乎恆定的空氣品質來限制燃燒能力。此外，通過較大的燃料量的出現的蒸發來更加劇烈地對所述燃料-空氣-混合物進行冷卻。在另一種設計方案中，所述內燃機的燃燒室中的溫度通過內燃機中的空氣加濃來降低。在這種情況下，未參與燃燒的空氣量起冷卻的作用。同樣，稀薄混合氣導致燃料-空氣-混合物的更為緩慢的燃燒，使得提前點火情況對內燃機沒有多大影響。在另一種變型方案中，所述內燃機的燃燒室中的溫度通過藉助於空氣輸入的減少來降低汽油機的填充這種方式來降低。這通過節氣閥朝關閉狀態的方向的運動來進行，由此防止空氣進一步擠入到內燃機中並且由此降低燃燒程度，這又由於較低的溫度而積極地影響著提前點火情況。所述內燃機的燃燒室中的溫度有利地通過藉助於所述內燃機的進氣閥和/或排氣閥的觸發時間的微小的重疊度來減少所述內燃機中的內部的剩餘氣體這種方式來降低。這些調整的前提是能夠調整的凸輪軸。在這種情況下，至少一根用於所述進氣閥或者排氣閥的凸輪軸能夠調整。有利的是，兩根凸輪軸都能夠調整並且由此用於所述進氣閥和排氣閥的控制時間能夠調整。這種處理方式能夠對提前點火情況作出多方面的反應，因為所述重疊度可以很快地以軟體的方式來調整。因為只有在所述排氣閥已經關閉時才打開所述進氣閥，所以降低所述內燃機的燃燒室中的溫度。對於觸發時間的重疊度降低來說，可以從所述進氣閥或排氣閥的最大衝程(MaximalanschHge)出發或者可以僅僅考慮到所述閥的特定的打開狀態。在一種改進方案中，為了對所述傳感器進行診斷而形成標準化的基準電平，為了進行故障識別而將該標準化的基準電平與上面的和下面的閾值進行比較，其中如果所述傳感器信號處於通過所述上面的和下面的閾值所形成的關於轉速的信號帶之外，則識別出故障。這種診斷可以非常容易地實施並且僅僅需要在軟體中進行改動。因而可以放棄額外的硬體。尤其為了對傳感器線路進行診斷而實施短路檢查並且在存在所述傳感器線路的對乾電池電壓的短路或者對地短路時識別出故障。這種診斷措施也能夠在內燃機的運行過程中非常容易地實施。在一種改進方案中，通過在信號檢測及信號分析方面對計算機硬體的監控來進行傳感器信號分析裝置的診斷，其中如果在信號檢測或者信號分析的過程中出現不可信狀況，則識別出故障。在所述傳感器信號分析裝置的運行過程中也可以實施這種診斷，這實現了所述傳感器信號分析裝置的故障的快速的識別。在另一種實施方式中，將所述故障保存在故障存儲器中以便在維修點進行分析。由此也可以在後來消除在內燃機的運行過程中已經識別的故障。本發明的一種改進方案涉及一種用於在用於對內燃機中的提前點火情況進行識別的系統有故障時設定緊急運行模式的裝置，其中為了識別故障而對由至少一個傳感器和/或一條傳感器線路和/或傳感器信號分析裝置組成的系統進行診斷。為了在提前點火情況的識別功能受到幹擾時防止所述內燃機的損壞，存在著相應的機構，所述機構在通過所述診斷確定所述系統的故障時中斷或者完全或部分切斷具有傳感器信號檢測、傳感器信號分析、提前點火情況的識別以及針對提前點火的應對措施的採取的常見的路徑，並且作為緊急運行模式而激活安全路徑。將通常用於識別提前點火情況的路徑完全切斷，由此保證，在內燃機上不會出現內燃機損壞，因為在所述安全路徑中僅僅激發無論如何都防止提前點火情況的出現的措施。所述機構有利地包括用於內燃機的控制及分析裝置，該控制及分析裝置觸發用於所述至少一個傳感器和/或所述至少一條傳感器線路和/或所述傳感器信號分析裝置的診斷的信號並且對根據這些信號所接收的應答信號進行分析，其中在識別出故障時中斷所述具有傳感器信號檢測、傳感器信號分析、未加控制的燃燒情況的識別以及針對提前點火的應對措施的採取的常見的路徑(26)並且激活所述安全路徑。所述常見的路徑的這樣的切斷以及所述安全路徑的激活可以容易地在所述控制及分析裝置的軟體中來實現。單獨的安全路徑的激活保證，在識別出有故障的系統中在所述內燃機上僅僅實施可靠地保證所述內燃機的安全及保護的措施。在一種變型方案中，所述傳感器是布置在所述內燃機的氣缸上的爆震傳感器、布置在所述內燃機的燃燒室中的壓力傳感器或者對所述內燃機的曲軸的轉速進行探測的轉速傳感器。藉助於這些不同的傳感器可以可靠地識別未加控制的燃燒情況。在此在使用所述壓力傳感器的情況下來直接探測提前點火情況，而所述爆震傳感器的使用或者說通過轉速信息進行的探測則間接地識別所述提前點火情況。在一種設計方案中，所述內燃機的每個氣缸作為致動器而具有用於放入空氣的進氣閥和用於排出燃燒廢氣的排氣閥，所述進氣閥和排氣閥的打開時間分別由凸輪軸來調整，其中所述控制及分析裝置如此觸發所述凸輪軸，使得所述進氣閥和排氣閥的打開時間不重疊或者僅僅稍許地重疊。通過所述閥打開時間的重疊度降低來減少處於所述內燃機的燃燒室中的內部的剩餘氣體，由此降低所述燃燒室中的溫度水平。氣缸的進氣閥和排氣閥的較少地重疊的觸發在此代表著一種簡單的軟體方面的措施。


本發明允許大量的實施方式。其中之一要藉助於在附圖中示出的圖樣來進行詳細解釋。附圖示出如下
圖1是用於檢測並且降低內燃機中的未加控制的燃燒情況的裝置；
圖2是按圖1的內燃機的氣缸的原理圖；並且 圖3是用於在出現未加控制的燃燒情況時來觸發內燃機的路徑。相同的特徵用相同的附圖標記來表示。
具體實施例方式圖1示出了一種用於對內燃機I中的燃燒情況進行檢測和分析的裝置。所述內燃機I在該實施例中具有四個氣缸2、3、4、5，所述氣缸的未進一步示出的在這些氣缸2、3、4、5中運動的活塞分別通過連杆6、7、8、9與曲軸10相連接並且根據通過燃燒引起的壓力變化來驅動著所述曲軸10。所述氣缸2、3、4、5與進氣管11相連接，該進氣管通過節氣閥12相對於空氣吸入管13關閉。在每個氣缸2、3、4、5中都伸出一個用於噴射燃料的噴嘴14，由此形成燃料-空氣-混合物。除此以外，每個氣缸2、3、4、5如在圖2中示範性地僅僅為氣缸2示出的一樣都具有一個用於新鮮空氣的進氣閥15和用於在燃燒過程中產生的廢氣的排氣閥16。所述進氣閥15由進氣凸輪軸來驅動並且所述排氣閥16由排氣凸輪軸來驅動，這些凸輪軸為簡明起見而未進一步示出。在所述內燃機I上布置了爆震傳感器17，該爆震傳感器對所述內燃機I的通過該內燃機I中的燃燒引起的結構聲振動進行探測。將所述爆震傳感器17的信號傳輸給控制儀18，該控制儀也與與所述曲軸10對置的曲軸傳感器19相連接，其中所述控制儀18將燃燒情況配屬給所述曲軸傳感器19的代表著曲軸角度的信號。所述控制儀18包括與存儲器21相連接的傳感器分析裝置20。此外，所述控制儀18與所述節氣閥12並且與所述燃料噴嘴14相連接並且通過凸輪軸調整機構與每個氣缸2、3、4、5的進氣閥15及排氣閥16相連接。為了識別第一氣缸，在所述第一氣缸2上布置了相位傳感器23，該相位傳感器同樣與所述控制儀18相連接。在打開所述節氣閥12時，新鮮空氣流入到所述進氣管11中，該進氣管通過所述進氣閥15導入到所述氣缸2、3、4、5中。此外，由相應的燃料噴嘴14來將燃料噴射到所述氣缸2、3、4、5中。通過未進一步示出的火花塞觸發的火花在所述氣缸2、3、4、5中先後開始燃燒，所述燃燒在所述氣缸2、3、4、5中觸發壓力上升，所述壓力上升通過所述活塞和連杆6、
7、8、9傳遞到所述曲軸10上並且將其置於運動之中。除了受控制的通常無爆震的並且也可以零星地有爆震的燃燒之外出現具有很早的燃燒開始或者說燃燒層的燃燒。這些燃燒稱為提前點火。這樣的提前點火與正常燃燒相比具有高得多的壓力和溫度，這對內燃機來說有損壞作用。為了識別並且為了減少提前點火情況，在所述控制儀18中設立了用於識別提前點火情況的信號分析路徑。在此連續地或者以預先給定的時間間隔來對所述爆震傳感器17的由於通過燃燒引起的結構聲振動而出現的信號進行分析。所述爆震傳感器17的這些輸出信號由所述控制儀18置於與由所述曲軸傳感器19輸出的曲軸角的關係之中。由此可以將爆震的燃燒情況相應地配屬給所述氣缸2、3、4、5，在所述氣缸中經過燃燒。為了保證，必要的用於識別提前點火情況的硬體也總是可靠地工作，以有規律的間隔對其進行診斷。除了所述爆震傳感器17之外，所述將爆震傳感器17與所述控制儀18連接起來的傳感器線路24以及所述作為信號分析單元本身的控制儀18也屬於這種硬體。所述診斷在此藉助於軟體程序來進行並且包括邏輯框25。這個邏輯框25在圖3中示出。為了對傳感器故障進行診斷，由一個上面的和下面的閾值形成一個信號帶，其中所述爆震傳感器17的正常的信號必須處於所述信號帶之內。如果這個由所述爆震傳感器17提供的信號處於所述信號帶之外，則識別出故障。如此對所述傳感器線路24本身進行診斷，方法是實施所述線路24的短路檢查。在進行這樣的短路檢查時確定，所述傳感器線路24是具有對地短路還是具有對乾電池電壓的短路。如果是這種情況，則將此同樣作為故障記錄在所述邏輯框25中並且保存在存儲器21中。為了對所述傳感器信號分析裝置20進行診斷，在信號檢測和信號分析方面對所述傳感器信號分析裝置20的計算機硬體進行監控，其中如果在信號檢測或者信號分析的過程中出現了不可信狀況，則識別出故障。在此也將這種故障在所述監控軟體的邏輯框25中保存在存儲器21中。隨時可以在維修點中為了其它的診斷目的而輸出保存在存儲器21中的故障並且對其進行分析。如果現在在所述三種診斷情況之一中已經識別出故障，那就切斷常見的如以往關於所述內燃機I已經存在的一樣的路徑26。這種切斷可以一次性地通過以下方式來進行，即所述提前點火情況的識別通過所述控制儀18中的傳感器信號分析裝置20來中斷。由此保證，未實施任何用於抑制提前點火情況的措施。不過，除了所述提前點火情況的識別功能的切斷之外，也可以結束所有用於防止提前點火情況的應對措施。該措施也保證，所述內燃機I的致動器12、14、15、16沒有通過所述常見的路徑26得到採取其它動作的要求。在出現故障的情況下，激活單獨的第二安全路徑27，該第二安全路徑包括用於防止內燃機I的損壞的安全措施。這些安全措施是指一些處理方式，這些處理方式保證，始終將所述內燃機的燃燒室中的溫度保持如此低的水平，從而可靠地防止未加控制的燃燒情況的產生。為了防止所述內燃機I產生提前點火情況，在所述安全路徑27中採取不同的用於防止提前點火情況的措施。這些措施要麼可以單個地要麼可以以組合的形式來實施。屬於這些措施的有通過燃料加濃或者說新鮮空氣加濃或者說填充降低來對所述氣缸2、3、4、5的燃燒室22進行冷卻。通過所述氣缸2、3、4、5中的內部的剩餘氣體的減少可以特別舒適地減少提前點火情況。在此所述進氣閥15和排氣閥16如此通過其凸輪軸來得到驅動，使得這兩個閥15、16的打開時間不會在負荷交變OT (上死點)中重疊。在此和所述用於減少空氣輸入的節氣閥12以及燃料噴射閥14 一樣由所述控制儀18來觸發所述凸輪軸。閥重疊度的降低使得只有在所述排氣閥16關閉時才打開所述進氣閥15，由此處於所述氣缸2、3、4、5中的剩餘氣體得到減少並且所述氣缸2、3、4、5中的溫度水平下降。如果僅僅所述進氣凸輪軸能夠可變地調整，那就調整延遲用於所述進氣閥15的控制時間。也就是說，只有在所述相應的氣缸
2、3、4、5的活塞已經超過代表著所述氣缸2、3、4、5中的活塞可以達到的最高點的上死點OT並且已經又處於向下運動中時所述進氣閥15才打開。如果所述內燃機I僅僅擁有能夠調整的排氣閥控制時間，那就調整提早所述排氣閥的控制時間，也就是說在所述氣缸2、3、4、5的活塞在其向上運動中到達上死點OT之前進行。如果不僅所述進氣閥15而且所述排氣閥都是可變的，那就調整提早所述排氣閥16的控制時間向並且調整延遲所述進氣閥15的控制時間。在這種情況下不僅可以考慮到所述閥15、16的最大衝程而且也可以僅僅考慮到所述閥15、16的打開位置中的特定的Λ。為了通過所述控制儀18來採取用於防止提前點火的措施，在所述安全路徑27中存在著其它的方案。因此在一種簡單的變型方案中可以通過所述控制儀18來觸發已經討論過的一個或者多個方案，方法是該控制儀要麼激活所述燃料噴嘴14並且/要麼調整所述節氣閥12並且/要麼改變所述進氣閥15及排氣閥16的控制時間。
權利要求
1.用於在用於對內燃機中的提前點火情況進行識別的系統有故障時設定緊急運行模式的方法，其中為了識別故障而對由至少一個傳感器(17)和/或傳感器線路(24)和/或傳感器信號分析裝置(20)組成的系統進行診斷，其特徵在於，在通過所述診斷確定所述系統(17、24、20)的故障時，中斷或者完全或部分切斷具有傳感器信號檢測、傳感器信號分析、提前點火情況的識別以及針對提前點火的應對措施的採取的常見的路徑(26)，並且作為緊急運行模式而激活安全路徑(27 )。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述安全路徑(27)中激活可靠地防止所述內燃機(I)中產生提前點火情況的措施。
3.按權利要求2所述的方法，其特徵在於，為了防止產生提前點火情況而降低所述內燃機(I)的燃燒室中的溫度。
4.按權利要求3所述的方法，其特徵在於，通過所述內燃機(1)中的燃料加濃來降低所述內燃機(I)的燃燒室中的溫度。
5.按權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述內燃機(1)的燃燒室中的溫度通過所述內燃機(I)中的空氣加濃來降低。
6.按權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述內燃機(1)的燃燒室中的溫度通過藉助於空氣輸入的減少來降低所述內燃機(1)的填充這種方式來降低。
7.按權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述內燃機(1)的燃燒室中的溫度通過藉助於所述內燃機(I)的進氣閥(15)和/或排氣閥(16)的觸發時間的重疊度降低來減少所述內燃機(I)中的內部的剩餘氣體這種方式來降低。
8.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，為了對所述傳感器(17)進行診斷而從所述傳感器信號中求得標準化的基準電平，為了進行故障識別而將所述標準化的基準電平與上面的和下面的閾值進行比較，其中如果所述傳感器信號處於通過所述上面的和下面的閾值所形成的信號帶之外，則識別出故障。
9.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，為了對傳感器線路(24)進行診斷而實施短路檢查，並且在存在所述傳感器線路(24)的對乾電池電壓的短路或者對地短路時識別出故障。
10.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，通過在信號檢測及信號分析方面對計算機硬體的監控來進行傳感器信號分析裝置(20)的診斷，其中如果在信號檢測或者信號分析的過程中出現不可信狀況，則識別出故障。
11.按權利要求8、9或10中至少一項所述的方法，其特徵在於，將所述故障保存到故障存儲器中以便在維修點進行分析。
12.在用於對內燃機中的提前點火情況進行識別的系統有故障時用於設定緊急運行模式的裝置，其中為了識別故障而對由至少一個傳感器(17)和/或至少一條傳感器線路(24)和/或傳感器信號分析裝置(20)組成的系統進行診斷，其特徵在於，存在著相應的機構(18，25)，所述機構在通過所述診斷確定所述系統(17、24、20)的故障時中斷或者完全或部分切斷具有傳感器信號檢測、傳感器信號分析、提前點火情況的識別以及針對提前點火的應對措施的採取的常見的路徑，並且作為緊急運行模式而激活安全路徑(27)。
13.按權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述機構包括用於內燃機(I)的控制及分析裝置(18)，該控制及分析裝置觸發用於所述至少一個傳感器(17)和/或所述至少一條傳感器線路(24)和/或所述傳感器信號分析裝置(20)的診斷的信號，並且對根據這些信號所接收的應答信號進行分析，其中在識別出故障時中斷所述常見的用於識別提前點火情況的路徑(26)並且激活所述安全路徑(27)。
14.按權利要求12或13所述的裝置，其特徵在於，所述傳感器(17)是布置在所述內燃機(I)的氣缸上的爆震傳感器、布置在所述內燃機(I)的燃燒室中的壓力傳感器或者對所述內燃機(I)的曲軸的轉速進行探測的轉速傳感器。
15.按權利要求12、13或14所述的裝置，其特徵在於，所述內燃機(I)的每個氣缸作為致動器具有用於放入空氣的進氣閥(15)和用於排出燃燒廢氣的排氣閥(16)，所述進氣閥和排氣閥的打開時間分別由凸輪軸來調整，其中所述控制及分析裝置(18)如此觸發所述凸輪軸，使得所述進氣閥(15 )和排氣閥(16)的打開時間不重疊或者僅僅稍許地重疊。
全文摘要
本發明涉及一種用於在用於對內燃機中的提前點火情況進行識別的系統有故障時設定緊急運行模式的方法，其中為了識別故障而對由至少一個傳感器(17)和/或至少一條傳感器線路(24)和/或傳感器信號分析裝置(20)組成的系統進行診斷。為了在所述用於識別提前點火情況的系統有故障時防止內燃機的損壞，在通過所述診斷確定所述系統(17、24、29)的故障時中斷具有傳感器信號檢測、傳感器信號分析、提前點火情況的識別以及針對提前點火情況的應對措施的採取的常見的路徑，並且作為緊急運行模式而激活安全路徑(27)。
文檔編號F02D35/02GK103080514SQ201180042766
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月1日 優先權日2010年9月6日
發明者J.沃爾思, C.克魯思, W.哈伊明, L.羅 申請人:羅伯特·博世有限公司