用于内燃机的故障诊断系统和控制系统的制作方法

专利名称：用于内燃机的故障诊断系统和控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的故障诊断系统，其用于诊断作动器是否 存在异常状况，其中的作动器被设置成对目标的受控变量进行控制，当燃 料被转变为内燃机的转动能量时，其中的目标要被控制到所需的数量。本 发明还涉及一种用于内燃机的控制系统。
背景技术：
例如，如US 5491631 (JP 5-172705A)所公开的那样，设置故障诊断系 统的目的在于诊断内燃机的作动器是否存在异常状况，同时还与内燃机的 电子控制单元进行通讯。具体而言，在这样的故障诊断系统中，向废气再 循环(EGR)阀发出阀角度指令，以控制废气再循环流道(EGR流道)的横 截面积，其中的废气再循环流道用于将废气从内燃机的排气系统再循环输 送到进气系统，在这样的故障诊断系统中，如果在经过规定的时段后，EGR 阀没有开启，则可判断出EGR阀出现了异常。因而，就可诊断出EGR阀的 角度操作是否出现了异常。
在这样的诊断方法中，向要被诊断的目标作动器输出操作信号，然后， 在经过规定时长后的规定时刻，基于作动器的状态来诊断作动器是否存在 异常状况。因而，在从向作动器发出操作指令到作动器完成预期操作之间 的过渡时期内，无法确定作动器是否存在异常状况。因此，在直到作动器 完成预期操作为止的过渡时期内，不能适当地检测出对作动器造成改变的 异常状况一即响应特性方面的异常。

发明内容
因而，本发明的目的是提供一种故障诊断系统，其可诊断出作动器在 响应特性方面是否存在异常，其中的作动器被进行操作以对目标的受控变 量进行控制，当燃料被转变为内燃机的转动能量时，其中的目标的要被控制到所需的数量，本发明还提供了一种用于内燃机的控制系统。
根据本发明的一个方面，在作动器的操作量或受控变量的目标值被改 变的条件下，监控作动器操作量或受控变量在向该目标值改变过程中的变 化状况，并基于所监控的变化状况来确定作动器的响应特性是否存在异常 状况。
在作动器操作量的目标值(指令量)被改变时，实际操作量将趋向目 标值(指令量)的变化值来进行改变，但相对于该变化值存在一定的延迟。 此外，当要被控制的目标的受控变量目标值被改变时，对作动器进行控制 以使得受控变量跟随着目标值发生变化。为此，实际的受控变量将趋向目 标值的变化值来进行改变，但改变存在一定延迟。此条件下，通过监控操 作量或受控变量在向目标值改变过程中的变化值，可确定出作动器的响应 特性是否存在异常。因而，能正确地确定出是否存在这样的异常状况在 操作量或受控变量向目标值改变的过程中，操作量或受控变量所表现出的 变化值超出了设定的范围，由此延伸，可正确地确定出作动器的响应特性 是否出现异常。


从下文参照附图所作的详细描述，可根据清楚地领会上述内容以及本
发明的其它目的、特征和优点。在附图中
图1中的示意图表示了带有本发明第一实施方式的发动机系统；
图2中的原理框图涉及第一实施方式中对燃料压力执行反馈控制的处
理流程；
图3A和图3B中的时序图表示了第一实施方式中燃料泵的响应特性； 图4中的流程图表示了在第一实施方式中诊断燃料泵是否存在异常的 流程；
图5中的原理框图表示了第一实施方式中对实际燃料压力相对于时间 执行微分运算的过程；
图6中的时序图表示了第一实施方式中从实际燃料压力中去除小变动 量的方法；
图7中的时序图表示了根据本发明第二实施方式的、用于确定响应特
6性是否存在异常的方法；
图8中的原理框图表示了根据本发明第三实施方式的、对进气量执行 反馈控制的过程；
图9A和图9B中的时序图表示了第三实施方式中进气量的响应特性； 图10中的流程图表示了第三实施方式中对EGR阀是否存在异常进行诊 断的过程；
图11中的流程图表示了根据本发明第四实施方式的、诊断可变喷嘴型 涡轮增压器是否存在异常状况的流程；
图12中的示意图表示了带有根据本发明的第五实施方式的发动机系 统；以及
图13中的流程图表示了诊断第五实施方式中的节气阀是否存在异常的 流程。
具体实施方式
(第一实施方式)
首先参见图1,其表示了一种发动机系统，在柴油机IO进气道12的上 游设置了用于检测进气量的空气流量计14。在空气流量计14的下游位置处 设置了用于对进气道12中压力(进气压力)进行检测的进气压力传感器16。 进气道12被制成利用进气阀18的角度规律操作而与由缸盖20和活塞22 隔出的燃烧室24相连接。燃料喷射阀26的顶端部分被布置成突伸到燃烧 室24中，从而可将燃料喷射输送到燃烧室24中。
燃料经高压燃料通道28从共轨30输送给燃料喷射阀26。共轨30是蓄 压腔室，其蓄积着处于高压状态的燃料，且为各个气缸所共用。燃料泵34 将燃料从燃料箱32中加压供送出。燃料泵34上设置有燃料配量阀36，从 而，可利用配量阀36对加压供送给共轨30的燃料量进行控制。为此，可 根据要被加压供送的燃料量对共轨30中燃料的压力进行控制。共轨30上 设置有用于检测内部压力的燃料压力传感器38。
当燃料被喷射到燃烧室24中时，在燃烧室24中的压縮作用下，其自 发燃烧，从而产生出能量。借助于活塞22，该能量的外在表现形式为柴油 机10输出轴(曲轴)的转动能。在靠近曲轴的位置处设置了用于检测曲轴转角的曲轴转角传感器40。
共轨30中的燃料经燃料喷射阀26喷射到燃烧室24中，以引发燃烧， 然后，借助于排气阀42的角度规律操作，将为供应燃烧而输入的气体以废 气的形式排出到排气道44中。
在排气道44与进气道12之间设置了废气再循环(EGR)通道46，其用 于将排气道44中的废气再循环回进气道12中。EGR通道46中设置有EGR 阀48，其用于控制该通道的横截面积。废气通道44和进气道12上设置有 可变喷嘴型的涡轮增压器50。可变喷嘴型涡轮增压器50是电驱动的，从而 可利用流动控制阀装置54对涡轮52上游的废气的流动特性进行控制。
电子控制单元(ECU) 60是由微计算机等器件构成的。ECU60接收发动
机系统中各个传感器的输出信号以及来自于加速器传感器的输出信号，其 中的加速器传感器用于对加速踏板的操作量进行检测，ECU60基于各个传感 器的输出信号对柴油机10的各个作动器进行驱动，由此来对柴油机10的 燃烧进行控制，其中的作动器例如是燃料喷射阀26和配量阀36。此时， ECU60执行反馈控制的流程，以将燃料压力传感器38的检测值(实际燃料 压力)控制到目标值(燃料压力目标值)上。
在由ECU60所执行的流程中，涉及共轨30中燃料压力控制的流程被表 示在图2中。
燃料压力目标值设定环节B10基于柴油机10的工况而设定燃料压力目 标值PFIN。也就是说，燃料压力目标值设定环节B10基于转速NE和燃料喷 射阀26的喷射量QFIN来设定燃料压力目标值PFIN，其中的转速是根据曲 轴转角传感器40的检测值得出的。
在正常工作时，选择环节B12输出由燃料压力目标值设定环节B10所 设定的燃料压力目标值PFIN。差值运算环节B14计算出由选择环节B12输 出的燃料压力目标值PFIN与燃料压力传感器38的检测值(实际燃料压力 NPC)之间的差值。
反馈量运算环节B16基于差值运算环节B14的输出而计算出燃料泵34 的反馈操作量。具体来讲，反馈量运算环节B16利用比例一积分一微分(PID) 控制计算出到燃料泵34的排流量的指令值(指令排流量)作为反馈操作量。
驱动电流转换环节B18是这样一个环节其将指令排流量转换为燃料泵34 (配量阀36)实际操作信号的电信号。
利用上述的流程，燃料泵34 (配量阔36)可被进行操作，因而可将共 轨30中的燃料压力反馈到燃料压力目标值上。此条件下，通过对反馈量运 算环节B16中的增益进行匹配，就能将共轨30中燃料压力的可控性保持在 很高的程度上。
但是，例如当燃料泵34的响应特性发生恶化时一例如由于配量阀34 的线圈出现滑动故障时，共轨30中燃料压力的可控性就会降低。因此，在 该实施方式中，在特定的条件下,通过在测试模式时将燃料压力目标值PFIN 趋向燃料压力测试目标值进行改变，可诊断燃料泵34的响应特性是否存在 异常。具体来讲，选择环节B12选择的是燃料压力测试目标值，该目标值 被设定为阶跃地增加，由此可实现上述的诊断。
在图3A中，单点划线表示了在测试模式时燃料压力测试目标值的变化， 实线表示了当燃料泵34正常工作时共轨30中燃料压力的变化(行为)。与 此相反，双点划线(情形#1)和虚线(情形#2)表示了当燃料泵34工作 异常时共轨30中燃料压力的变化情况。
在由双点划线表示的情形#1中，例如由于配量阀36的线圈出现滑动 故障，燃料泵34排流量发生增加的时刻相对于燃料压力目标值是延迟的。 在该情形#1中，由于燃料泵34排流量增加的时刻被延迟了，所以积分项被 增大了，而后，排流量的增大量将大于燃料泵34响应特性正常时的增大量。 因此，如果将情形井1与燃料泵34响应特性正常时的情形进行比较，在实 际燃料压力达到燃料压力目标值所需的时间方面，两种情形不存在任何差 异。但是，如果将情形弁1与燃料泵34响应特性正常时的情形进行比较， 在情形#1中，在实际燃料压力达到燃料压力目标值之后，所造成的超调量 也将变得更大。
与此相反，在虚线所示的情形弁2中，共轨30中的燃料压力表示了排 流量的增加速度被减小的情况，此情况就像是反馈控制的增益被设得过于 小的情况。因而，在测试模式的时间内，实际燃料压力将不能达到燃料压 力目标值。
此条件下，当燃料泵34的响应特性为正常时，如果测试模式的时长未 被设定为比实际燃料压力达到燃料压力目标值所需的时间长太多，则就可根据实际燃料压力是否能在测试模式时期内跟随上燃料压力目标值而确定
出情形弁2的异常情况。但是，利用这样的方法却无法检测出情形#1的异
常。特别是，对于情形#1，即使通过检测实际燃料压力达到燃料压力目标 值所需的时间，也无法检测出异常情况(燃料压力的升高出现延迟)。 因而，在该实施方式中，基于实际燃料压力向燃料压力目标值变化过
程中发生的变化来确定燃料泵34的响应特性是否存在异常。具体来讲，基
于实际燃料压力对时间的变化情况一即实际燃料压力相对于时间的微分值 (dNPC/dt)来确定是否出现了异常。图3B中表示了这种用于确定是否出 现异常的方法。
限定了实际燃料压力对时间的微分值(dNPC/dt)最大值的正常范围和 异常范围。如图3B中的实线所示，如果燃料泵34的响应特性正常，则实 际燃料压力相对于时间的微分值的最大值就处于正常范围内。在非正常的 情形(情形弁l)中，最大值变为了大于正常范围的数值。在异常情形(情 形#2)中，最大值保持为小于正常范围的状态。按照这种方式，借助于实 际燃料压力相对于时间的微分值，就可正确地确定出是否出现了异常情况。
图3B所示的正常范围是在事先根据实际燃料压力的检测值设定的，在 利用正常的燃料泵34执行图2所示的燃料压力反馈控制时设定该范围。此 条件下，优选地是，借助于从燃料泵34各种改型获得的、各种能被容许的 排流特性来设定该正常范围。此条件下，借助于具有所允许的最高响应特 性的燃料泵和具有所允许的最低响应特性的燃料泵就足以设定出正常范围 的上、下限。但是，除了燃料泵34的结构因素之外，希望正常范围的设定 还考虑到了其它因素的变动。这些其它因素例如包括所使用的燃料的性 质、燃料的温度、大气压力等。
图4表示了诊断燃料泵34的响应特性是否出现异常的流程。由ECU60 重复地一例如按照规定的时间间隔执行该流程。
首先，在步骤S10中，判断是否满足测试模式的执行条件。假定的执 行条件是发动机被控制在怠速控制条件下。这是因为这能增加对异常状 况进行诊断的频率。如果判断出满足测试模式的执行条件，则就在步骤S12 中开始执行测试模式。也就是说，阶跃地增加燃料压力目标值。在随后的 步骤S14中，利用燃料压力传感器38多次地检测实际燃料压力NPC。此条件下，优选地是，各次检测之间的时间间隔被设定为这样的时间段其小 于在使用正常的燃料泵34时实际燃料压力达到燃料压力目标值所需的时 间。利用这样的设置，能基于实际燃料压力达到燃料压力目标值之前的检 测值来诊断是否出现异常情况。
在随后的步骤S16中，计算实际燃料压力(NPC)相对于时间(t)的 微分值(dNPC/dt)。具体来讲，是按照图5所示的方式来执行步骤S14和 S16中的处理。也就是说，燃料压力传感器38的输出信号(压力信号)被 输入给ECU60中的滤波电路62。滤波电路62的输出被A/D转换器64转换 为数字数据。如果必需的话，还要使该数字数据进一步地经过滤波处理环 节B20，以利用软件对其作滤波处理，然后，利用微分环节B22对其进行微 分。
图6中表示了由A/D转换器64所执行的采样模式、以及由滤波处理环 节B20所执行的滤波处理模式。
在图6中，图线(al)表示了各个气缸的压縮上死点(TDC)， (bl)表 示了燃料泵34柱塞的压力供送上死点，(c)表示了 A/D转换器64对燃料 压力的采样时刻点。这些图线(al)、 (bl)和(cl)表示了同步燃料喷射 时的情形，在此情况下，燃料的喷射操作与燃料的压力供送操作是一一对 应的。在此情况下，在燃料被压力供送之后、 一直到燃料被喷射时之间的 时期内，当实际燃料压力稳定时对燃料压力进行采样。因而，可适当地消 除掉实际燃料压力变动的影响，其中，实际燃料压力的变动是由实际燃料 压力的升高和降低而造成的，对燃料执行压力供送会造成压力的升高，对 燃料执行喷射会造成压力的降低。结果就是，可在燃料压力变动最小的情 况下计算出实际燃料压力相对于时间的微分值dNPC/dt。
在图6中，图线(a2)、 (b2)、和(c2)表示了不同步燃料喷射时的情 形，在这样的情形中，燃料的喷射操作与燃料的压力供送操作不是一一对 应的。例如，假定在五缸内燃机中执行压力供送的时长为240。曲轴转角 (CA)，燃料的喷射时长为144。CA。在此情况下，如果在燃料喷射周期 (144。CA)的时间间隔内对实际燃料压力NPC进行采样，则对实际燃料压 力NPC执行采样时的时刻与对燃料执行压力供送的时刻之间的时间差将会 对采样得到的实际燃料压力产生很大的影响。此外，如果在执行压力供送的周期(240°CA)内对实际燃料压力进行采样，则对实际燃料压力NPC执 行采样时的时刻与喷射燃料时刻之间的时间差会对采样得到的实际燃料压 力造成很大的影响。因此，实际燃料压力相对于时间的微分值(dNPC/dt) 不仅会受到燃料泵34响应特性的影响，而且会受到共轨30中燃料压力变 化的影响，而共轨中燃料压力变化的起因是对燃料执行喷射操作。
为此原因，如图线6 (c2)所示，利用图5所示的数字滤波处理环节 B20对实际燃料压力NPC的数字数据作进一步的滤波处理。此处表示的是这 样的情况前次的实际燃料压力和这次采样的实际燃料压力分别与系数A、 B相乘(其中A+B=l)，且在随后将与系数A、 B相乘得到的数值加到一起来
计算出实际燃料压力，也就是说是这样的情况采样得到的实际燃料压力 经过了加权平均处理。此外，图线(c3)表示了一种实例，在该情况中， 取代了图线(c2)所示的情况，以720。CA的时间间隔对实际燃料压力NPC 执行采样，而720°CA是燃料喷射周期与燃料压力供送周期的最小公倍数。 按照这种方式，即使通过将燃料喷射周期与燃料压力供送周期的最小公倍 数设定为实际燃料压力的采样周期，也能消除由于燃料喷射引发共轨30中 燃料压力变动而对实际燃料压力对时间微分值dNPC/dt的影响。
在图4所示的步骤S18中，检査测试模式是否已经完成。此条件下， 在燃料压力目标值被阶跃地增加之后就足以检査是否已经经过了测试模式 的规定时长。如果测试模式尚未完成，则进程就返回到步骤SIO。
如果确定出测试模式已经完成，则在步骤S20中，就计算实际燃料压 力相对于时间的微分值(dNPC/dt)的最大值。在随后的步骤S22中，检查 实际燃料压力相对于时间微分值的最大值是否处于图3B所示的允许范围 (正常范围)内。此处，图3B所示正常范围的设定考虑到了实际的反馈控 制(图2所示的控制)。此外，在使用图5所示模拟滤波电路62和数字滤 波处理环节B20的情况下，在利用同一滤波处理对采样值进行处理时为实
际燃料压力相对于时间的微分值设定正常范围。
如果在步骤S22中确定出实际燃料压力对时间微分值(dNPC/dt)的最 大值处于允许范围内，则在步骤S24中就判定燃料泵34工作正常。与此相 反，如果在步骤S22中确定出实际燃料压力对时间微分值(dNPC/dt)的最 大值超出允许范围，则在步骤S26中就判定燃料泵34的响应特性出现异常。此处，如果步骤S24或S26中的处理己完成、或者步骤S10中的判断 结论是否定的(N0)，则这一系列处理就完成了一次。 按照该实施方式，可得到如下的效果
(1) 基于实际燃料压力向燃料压力目标值改变过程中的变化状况来判 断燃料泵34的响应特性是否出现异常，利用这样的设计，能以更为合适的 方式来判断燃料泵34的响应特性是否存在异常。
(2) 基于实际燃料压力达到燃料压力目标值之前的检测值对实际燃料 压力相对于时间的变化量进行量化。利用这样的设计，能利用实际燃料压 力相对于时间的变化来确定燃料泵34的响应特性是否存在异常。
(3) 利用实际燃料压力在规定时间内相对于时间的微分值的最大值， 对实际燃料压力相对于时间的变化进行了量化，由此可按照合适的方式来 评价燃料泵34的响应特性。
(4) 通过执行测试模式来强制地改变燃料压力目标值，诊断出燃料泵 34的响应特性是否存在异常。利用该设计，能增加对燃料泵34响应特性方 面异常状况的诊断频率。
(第二实施方式)
如图7所示，在第二实施方式中，基于两方面的因素来诊断是否存在 异常，其中的两方面因素是在燃料压力目标值(单点划线)阶跃增大之 后到实际燃料压力(实线)开始增大时之间的无感时间TW;实际燃料压力 达到燃料压力目标值所需的跟随时间(随动所需时间)。此处，由于受到噪 声信号等的影响，检测实际燃料压力开始增加时的时刻是困难的。因而， 将燃料压力目标值阶跃增大之后、实际燃料压力达到规定压力a时的时间定 义为无感时间TW。通过按照与第一实施方式相同的方式也为无感时间和随 动所需时间设定正常范围，就能诊断出燃料泵34的响应特性是否存在异常。
即使利用第二实施方式也能达到第一实施方式的上述效果(1)、 (2) 和(4)。
(第三实施方式)
如图8所示，在第三实施方式中，基准角度设定环节B30根据柴油机 10的工况为EGR阀48的角度设定基准值(基准角度)。具体而言，例如是 通过基于发动机10的转速NE以及燃料喷射阀26的喷射量QFIN执行映射运算来设定该基准角度的。
进气量目标值设定环节B32根据柴油机10的工况而设定进气量的目标 值。具体而言，例如是通过基于发动机10的转速NE以及燃料喷射阀26的 喷射量执行映射运算来设定进气量目标值的。
选择环节B34在正常时刻有选择地输出进气量目标值设定环节B32的 输出量。差值运算环节B36计算出由空气流量计14测得的进气量(实际进 气量)与选择环节B34输出的进气量目标值之间的差值。
反馈量运算环节B38根据差值运算环节B36的输出计算出EGR阀48的 反馈修正量。具体而言，是根据对输出的比例一积分一微分(PID)运算来 计算出反馈修正量。
最终角度运算环节B40利用反馈修正量对基准角度进行修正，以计算 出最终角度的指令值(目标值)。利用这样的设计，就可利用EGR阀48的 工作来将实际进气量反馈到进气量目标值上。
当要诊断EGR阀48的响应特性是否存在异常时，选择环节B34就将其 输出切换为测试模式的输出。在图9A中，测试模式时的进气量目标值由单 点划线表示。在测试模式时，进气量目标值阶跃地增大，然后在规定的时 间内保持不变，然后再阶跃地减小。在图9B中表示了实际进气量对时间变 化(即在测试期间内实际进气量相对于时间的微分值)的正常范围，在进 气量目标值开始发生阶跃变化之后，该微分值将延续变化，而当经过规定 的时间后，该微分值归零。
在该实施方式中，为了增大进气量目标值并在随后将其减小，为实际 进气量对时间微分值的最大值和最小值设定了正常范围。设定这些正常范 围的方式与第一实施方式是相同的。
图10表示了根据该实施方式的、诊断EGR阀48的响应特性是否出现 异常的流程。利用ECU60重复地执行该流程一例如以规定的时间间隔执行。 此处，在图10中，为了简明，与图4所示流程相对应的处理步骤将用相同 的标号指代。
在这一系列处理步骤中，如果在步骤SIO中满足了测试模式的执行条 件，则在步骤S12a中，就按照图9A所示的方式来改变进气量的目标值， 以执行测试模式。在随后的步骤S14a中，对实际进气量进行采样。然后，在步骤S16a中，计算出实际进气量对时间的变化量一即其相对于时间的微 分值。如果判断出测试模式已被完成(步骤S18的结论为是)，则计算实际 进气量对时间的微分值的最大值和最小值。然后，在步骤S22a中判断最大 值和最小值是否处于允许的范围(图9B所示的正常范围)内。
至于在测试模式时设定EGR阀48的角度，并不需要按照图8所示的方 式来设定EGR阀48。例如，可仅利用反馈量运算环节B38、而不采用基准 角度设定环节B30来设定EGR阀48的角度。但是，在此情况下，图9B所 示的正常范围被假定为在仅利用反馈量运算环节B38来设定EGR阀48角度 情况下的正常范围。
按照第三实施方式，在对EGR阀48响应特性是否存在异常进行诊断时， 能获得与第一实施方式类似的优点。 (第四实施方式)
在第四实施方式中，对可变喷嘴型涡轮增压器50的响应特性是否存在 异常进行诊断。图11表示了该异常诊断的流程。利用ECU60重复地执行该 流程一例如以规定的时间间隔执行。此处，在图11中，为了简明，与图10 所示流程相对应的处理步骤将用相同的标号指代。
在这一系列处理步骤中，首先在步骤S10b中检查是否满足执行测试模 式的执行条件。此处，假定该执行条件是发动机10运行在怠速控制或燃料 关断控制模式下。如果判断出满足了执行测试模式的执行条件，则在步骤 S12b中执行测试模式。此处，改变升压压力(涡轮增压压力)的目标值。 具体而言，例如如图9A所示，如果发动机10工作在怠速控制模式下，则 阶跃地增大目标值、然后再阶跃地减小目标值就足够了。此外，如果发动 机工作在燃料关断控制模式中，则放缓目标值的降低幅度或增大目标值就 足够了，其中，伴随着向燃料关断控制的切换，易于出现目标值降低的情 况。在步骤S12b中，对涡轮增压器50实施电驱动，以利用布置在排气系 统44中的流动控制阀54来控制位于涡轮52上游的废气的流动特性，从而 可达到升压压力的目标值。
在随后的步骤S14b中，图1所示的进气压力传感器16测得检测值(实 际升压压力)。然后，在步骤S16b中，计算出实际升压压力对时间的变化 量一即其相对于时间的微分值。此时，优选地是，通过按照与第一实施方
15式相同的方式进行滤波，来消除掉进气道12中压力脉动所造成的影响，然
后，计算出实际升压压力相对于时间的微分值。当测试模式结束时(步骤
S18结论为是)，在步骤S20a中计算出实际升压压力相对于时间微分值的最 大值和最小值。此处，例如当通过在怠速控制中执行测试模式来增大或减 小目标值时，计算出微分值相对于时间的最大值和最小值。在另一方面， 当通过在燃料关断控制中执行测试模式来抑制实际升压压力的减小幅度 时，计算出实际升压压力相对于时间微分值的最大值。
在随后的步骤S22a中，检査实际升压压力相对于时间的微分值是否处 于步骤S20a计算所得的允许范围内。此处，设定允许范围的方式与第一实 施方式是相同的。在这一方面，在测试模式中设定可变喷嘴型涡轮增压器 50操作量的方法不必始终与对升压压力执行反馈控制的常规方法相同。也 就是说，即使根据实际升压压力与目标值之间的差值对基于柴油机10工作 状态(例如转速和喷射量)设定的基准操作量进行了反馈修正，以对升压 压力执行通常的反馈控制，在测试模式时也只有采用反馈控制。但是，在 此情况下，允许范围的设定是基于如下的假定可变喷嘴型涡轮增压器50 的操作量仅是利用反馈控制设定的。
根据第四实施方式，当对可变喷嘴型涡轮增压器50响应特性方面的异 常状况进行诊断时，能获得与第一实施方式类似的优点。 (第五实施方式)
如图12所示，在第五实施方式中，汽油机70的进气道72上设置有进 气节气阀74,用于控制进气道的横截面积。节气阀74是由电机76驱动的 电子控制阀。此外，用于检测节气阀74角度的节气阀传感器78被布置在 节气阀74的附近。另外，进气道72中设置有燃料喷射阀80，且燃烧室82 中设置有火花塞84。
为了将汽油机70的扭矩控制到希望的数值,ECU60向电机76输出操作 信号，以对节气阀74的角度进行操作，并驱动燃料喷射阀80和火花塞84。 特别是，ECU60对节气阀74执行反馈控制，将其控制到目标值。
图13表示了诊断节气阀74是否存在异常的流程。利用ECU60重复地 执行该流程一例如以规定的时间间隔执行。此处，在图13中，为了简明， 与图10所示流程相对应的处理步骤将用相同的步骤标号指代。在这一系列处理步骤中，如果在步骤S10中满足了测试模式的执行条 件，则在步骤S12c中开始执行测试模式。此条件下，按照与图9A所示控 制进气量的情况类似的方式，执行阶跃地增大节气阀角度目标值、然后再 减小目标值的流程。此时，为了抑制由节气阀角度改变所造成的扭矩变化， 要对点火时间进行修正。也就是说，当节气阀74的角度被增大时，点火时 间要被延迟，当节气阀74的角度被减小时，要将点火时刻提前。
在随后的步骤S14c中，节气阀传感器78测得实际的节气阀角度。然 后，在步骤S16c中，计算出节气阀角度的检测值对时间的微分值。后续的 处理过程与图IO所示的过程相同。
按照第五实施方式，当诊断节气阀74响应特性是否存在异常时，能获 得与第一实施方式类似的优点。 (其它实施方式)
可按照如下的方式来改变上述的实施方式。
(a) 基于使用作动器的受控目标的受控变量(燃料压力、进气量、升 压压力)或作动器操作量对时间的变化来判断作动器的响应特性是否存在 异常的方法并不一定是如下的方法基于微分值最大值或最小值的方法； 或基于无感时间和跟随所需时间的方法。例如，该方法可以是根据当相对 于时间的二阶微分值变为零时的时刻来实现的。例如，在图3A所示的实例 中，在情形#1中的异常情况下，相对于时间的二阶微分值变为零时的时刻 要晚于正常情况下的时刻。此外，可将受控变量或操作量目标值被改变之 前和之后的范围分割层多个范围，并基于时间受控变量或实际操作量达到 这些分割点所需的时间来判定作动器响应特性是否出现异常。
(b) 在设置了用于检测EGR阀48的装置的第二实施方式中，可基于 作动器操作量(即EGR阀48的角度)检测值对时间的变化来判定EGR阀48 的响应特性是否存在异常。
(c) 用于诊断作动器是否存在异常的测试模式不同于正常的操作模 式，该测试模式不必限于文中各实施方式所示的实例。此处，例如在柴油 机10或汽油机70是安装在车辆上的发动机的情况下，优选地是，测试模 式就是不会对车辆的行驶状况造成不利影响的工作模式。
(d) 不必一定要设置不同于正常工作的测试模式来诊断作动器是否存在异常，在改变目标值时就可诊断作动器的异常状况。也就是说，在第一 实施方式中，例如还可推荐这样的情况诊断操作的执行条件是利用燃料 压力目标值的增加量和增加速度来确定的。如果燃料压力目标值的实际增 加量和增加速度满足该诊断执行条件，就可判断作动器是否存在异常。即 使在这样的情况下，当燃料压力目标值的增加量和增加速度变为诊断执行 条件时，也可利用使用正常燃料泵34时的实际燃料压力变化状况来设定允 许范围(正常范围)。但是，正常工作时对实际燃料压力的变化造成影响的 因素要多于怠速控制时的因素。优选地是，将这些因素加入到诊断执行条 件中。也就是说，例如可认为如果燃料压力目标值的增加相同，使柴油 机10产生扭矩的燃料喷射量会变得近乎相同。但是，根据是否执行在后喷 射以对布置在排气系统中的后处理装置执行催化再生控制。可改变实际燃 料压力的变化量。为此，优选地是，或者是仅将是否执行在后喷射设为诊 断执行条件，或者是根据是否执行在后喷射可变地设定允许范围。
(e) 对受控变量或作动器操作量执行反馈控制、以将其控制到目标值
(指令值)的控制操作不必限于基于目标值与检测值之间的差值执行比例
一积分一微分(PID)控制的情况。但是，在基于积分值执行反馈控制的情 况下，检测值趋于如图3A和图3B以及图9A和图9B所示情形井1那样发生 改变，因而，本发明的应用将是特别有效的，其中，所述的积分值是指对 表达目标值与检测值之间差异度的量值所作的积分。
(f) 作动器是所述的目标，其响应特性是否存在异常要被进行诊断， 作动器并不一定限于各个实施方式中的实例。例如，作动器可以是气阀特 性改变单元，其用于改变进气阀或排气阀的气阀特性，其例如是气阀正时 改变单元，用于控制曲轴与用于驱动进气阀的凸轮轴之间的相对转角相位 差。
权利要求
1、一种用于内燃机(10、70)的故障诊断系统，其中的内燃机具有作动器(34、48、74)，当燃料被转变为转动能量时，作动器可被操作而对要被控制的目标的受控变量进行控制，该故障诊断系统包括监控装置(60)，用于在作动器的操作量或受控变量的目标值被改变的条件下，监控所述操作量或受控变量在向该目标值发生改变过程中的变化状况；以及判定装置(60)，用于基于所监控的变化状况来判定作动器的响应特性是否存在异常状况。
2、 根据权利要求1所述的故障诊断系统，其特征在于监控装置(60)包括用于实现如下操作的装置基于作动器操作量或 受控变量尚未达到目标值之前的检测值，将操作量或受控变量相对于时间 的变化进行量化；以及判定装置(60)根据量化的数值来判定作动器的响应特性是否存在异常。
3、 一种用于内燃机(10、 70)的故障诊断系统，其中的内燃机具有作 动器(34、 48、 74)，当燃料被转变为转动能量时，作动器可被操作而对要 被控制的目标的受控变量进行控制，该故障诊断系统包括用于执行如下操作的装置(60):在作动器的操作量或受控变量的目标 值被改变的条件下，基于操作量或受控变量的多个检测值对操作量或受控 变量相对于时间的变化进行量化；以及判定装置(60)，其用于基于量化后的量值来判定作动器的响应特性是 否存在异常状况。
4、 根据权利要求2或3所述的故障诊断系统，其特征在于被量化的 量值是与作动器的操作量或受控变量在规定时期内相对于时间的微分值相 对应的量值。
5、 根据权利要求1到3之一所述的故障诊断系统，其特征在于还包括所述监控装置(60)阶跃地改变目标值以用于实现监控操作；以及 所述判定装置(60)根据量化值是否响应于目标值的阶跃变化而超出 预定的正常范围来判定是否出现异常。
6、 根据权利要求1到3之一所述的故障诊断系统，其特征在于 作动器对内燃机中供应燃烧的流体的状态量进行控制。
7、 根据权利要求1到3之一所述的故障诊断系统，其特征在于 内燃机包括燃料喷射阀(26)，用于喷射蓄积在蓄压腔室(30)中的高压态燃料；作动器是燃料泵(34 )，用于对蓄积在蓄压腔室中的燃料执行压力供送；以及作动器的操作量或受控变量是蓄压腔室中的燃料的压力，其作为要被 控制的目标的受控变量。
8、 根据权利要求1到3之一所述的故障诊断系统，其特征在于-内燃机包括废气再循环流道(46)，其用于将排气系统(44)的废气再循环到进气系统(12)中，内燃机还包括用于控制废气再循环流道的横截 面积的阀(48);以及 作动器是所述阀。
9、 根据权利要求1到3之一所述的故障诊断系统，其特征在于-内燃机包括涡轮增压器(50、 52、 54)，其能对布置在排气系统中的涡轮上游的废气的流动特性进行控制； 作动器是涡轮增压器；以及作动器的操作量或受控变量是升压压力，其作为要被控制的目标的受 控变量。
10、 一种用于内燃机的控制系统，包括 根据权利要求1到3之一所述的诊断系统；以及根据权利要求1到3之一所述的作动器。
全文摘要
本发明提出了一种用于内燃机的故障诊断系统和控制系统。当燃料压力目标值(PFIN)被阶跃地改变时，发动机(10、70)的ECU(60)对实际燃料压力(NPC)的变化值进行监控。在一种异常情况下，实际燃料压力达到燃料压力目标值所需的时间等于在作动器(34)工作正常时的时间。但是，实际燃料压力相对于时间的微分值(dNPC/dt)的最大值却不同于作动器正常工作时的最大值。为此，预先为实际燃料压力相对于时间微分值的最大值设定了正常区间，如果实际燃料压力相对于时间的微分值的最大值超出该正常区间，就可确定出作动器工作异常。
文档编号F02M25/07GK101294519SQ200810087440
公开日2008年10月29日 申请日期2008年3月27日 优先权日2007年4月23日
发明者高桥智宏 申请人:株式会社电装