专利名称：在带有可变阀控制的发动机系统中诊断故障的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过对进气管压力的监控来诊断内燃机的气缸的进气阀和排气 阀的功能的一种方法和一种装置。现有技术将进气管压力传感器应用于检测内燃机中的进气阀的故障行为。在此，当在开关 进气阀的情况下能够确定故障时，将进气管压力的曲线转换到频域中，并且通过确定缺少 的谐振来检测该曲线。这种方式然而并不适合于在带有可变控制的进气阀和排气阀的内燃 机中确定何时以及在哪一个阀上出现了故障。电动液压的阀系统(EHVS 电动-液压阀系统)在内燃机中使用，该阀系统包括 阀，该阀在用于将空气-燃料-混合物吸入气缸中的进气侧上和在用于将废气排出到废气 歧管中的排气侧上都带有液压致动器。电动-液压的阀提供了可能性，即单独地和完全变 化地控制进气阀和排气阀，其中阀中的每个的控制在任意的、带有变化的和可匹配的上升 时间的时间点对于打开和关闭都是可能的。由此可以实现对于内燃机的工作的燃烧策略的 更宽的范围。电动液压的阀通常不包括用于确定实际的调节状态、例如阀冲程的装置。因此不 可能的是，获得直接的反馈，该反馈说明了调节状态，或说明了关于下面情况的信息，即所 涉及的阀是否处于打开的或关闭的状态中。为了检测阀的故障，因此需要一种用于诊断阀的功能的方法。致动器的诊断可以 通过在每个致动器上设置位置传感器来实现。这种附件然而大大提高了整个系统的成本。 因此必需的是，提出可替换的方法，并且优选地间接地应用另外的传感器，该传感器已经存 在于发动机系统中并且其需要用于另外的目的。
发明内容
因此本发明的目的是提供用于诊断内燃机的可变控制的阀的故障的一种方法和 一种装置，其中在不带有用于检测阀的阀冲程的传感器的情况下进行诊断。本发明的目的 还在于当检测到进气阀和排气阀的故障时识别故障的类型。该目的通过根据权利要求1所述的方法以及通过根据从属权利要求所述的装置 来实现。本发明的有利的设计方案在从属权利要求中说明。根据第一方面，提出了一种用于诊断在内燃机上的多个可变控制的进气阀和/或 排气阀的功能的方法。该方法具有下述步骤-借助压力曲线模型确定模拟的压力指标，该压力指标提供了关于内燃机的空气 系统中的压力的指标，其中压力曲线模型根据工作点描述了无故障的内燃机的压力曲线；-提供空气系统中的实际的、瞬时的压力的指标；-根据模拟的压力指标和空气系统中的实际的压力的指标确定偏差量；3
-根据偏差量识别当控制进气阀和/或排气阀时的故障。由于阀是内燃机的空气系统的一部分，因此阀的故障对于空气系统中的传感器、 例如空气质量传感器和进气管压力传感器产生了直接的影响。阀功能对于另外的传感器 (例如凸轮轴角度、过量空气系数探测器)的影响可能需要关于另外的发动机致动器和其 状态的附加的信息，因此在上述方法中，将空气进气传感器作为输入量的压力曲线模型降 低了在阀的功能故障的故障检测中的复杂性。对此，对于功能正常运行的内燃机，模拟空气 系统中的压力曲线并且将对于工作点得出的模拟的压力与空气系统中的实际的压力相比 较。根据压力彼此之间的偏差确定在阀控制时的故障。此外，可以通过故障来实施阀调节 的可信性测试，其由安装在阀上的位置传感器进行检测。此外，故障可以根据偏差量并根据阈值识别，该阈值取决于内燃机的转速。根据一个实施方式，故障的类型根据确定的时间段的位置来识别，在该时间段中 借助于偏差量识别故障。时间段可以定义为在单个的阀的顺序控制的时间点之间的时间范围，其中当进气 阀和/或排气阀的控制标记出时间段的开始，在该时间段中根据偏差量识别出故障，则识 别出进气阀和/或排气阀的故障。根据一个实施方式，压力曲线模型可以根据训练信号并根据当无故障的内燃机工 作时空气系统中的实际的、瞬时的压力的指标进行训练。压力曲线模型可以根据带有傅里叶系数的傅里叶关系式模拟空气系统中的周期 性的压力曲线，其中傅里叶系数根据测得的压力指标确定。根据另一个方面，提出了一种用于诊断在内燃机上的多个可变控制的进气阀和/ 或排气阀的功能的装置，该装置包括-模拟单元，用于借助压力曲线模型确定模拟的压力指标，该压力指标提供了关于 内燃机的空气系统中的压力的指标，其中压力曲线模型根据工作点描述了无故障的内燃机 的压力曲线；-单元，用于根据模拟的压力指标和空气系统中的实际的压力的指标确定偏差 量；-分析单元，用于根据偏差量识别进气阀和/或排气阀的控制中的故障。根据一个实施方式，可以设置有开关，以便根据模拟单元的训练信号提供空气系 统中的实际的、瞬时的压力的指标，因此压力曲线模型根据当无故障的内燃机工作时测得 的压力指标进行训练。根据另一个方面，提出了一种计算机程序，该计算机程序包含程序代码，当该程序 代码在数据处理单元上被执行时，该程序代码实施了上述的方法。
以下参考附图详细说明本发明的优选的实施方式。图中示出图1示出了具有进气阀的气缸的空气输送部分的示意性的横截面视图；图2示出了具有空气输入和废气排出的内燃机的俯视图；图3示出了用于发动机系统中的可自由控制的阀的可能的自由度的视图；图4示出了用于表明根据本发明的方法示意性的框图5示出了用于表明单个的阀的由压力传感器测得的压力曲线和调节长度(冲 程)的信号-时间图；图6示出了由压力传感器测得的进气管压力的压力曲线和信号模型，该信号模型 说明了模拟的进气管压力曲线的傅里叶级数的前六个谐振；并且示出了在模拟的信号与实 际的压力曲线之间的故障的曲线；图7示出了在故障情况下当应用傅里叶级数的前六个谐振时实际的压力曲线和 模拟的压力曲线的示意性的视图，其中在第一气缸中排气阀未打开；并且示出了在实际的 和模拟的压力曲线之间的平方的故障的曲线；图8示出了在模拟的信号与故障的信号之间的平方的被过滤的故障的曲线，其中 第一和第三气缸的排气阀未打开；图9示出了在进气管中的实际的压力和模拟的压力信号的曲线；以及示出了平方 的故障的曲线；图10示出了在模拟的压力信号与故障的压力信号之间的平方的和被过滤的故障 的曲线，不仅是对于第一气缸的进气阀的故障，而且也是对于第三气缸的进气阀的故障；图11示出了在模拟的压力信号与实际的故障的压力信号之间的平方的和被过滤 的故障的曲线，对于第一和第三气缸的故障的进气阀和排气阀；图12示出了实际的压力信号和模拟的压力信号在故障情况下的曲线，其中进气 阀晚于所期望地打开；图13示出了压力信号和模拟的信号在故障情况下的曲线，其中第一气缸的排气 阀晚于所期望地关闭。
具体实施例方式在图1中示出了用于内燃机1的单个的气缸2的空气输送系统的横截面视图。空 气输送系统包括进气管3，在该进气管中布置了节气门4，以便通过进气管3对通向气缸2 的空气输送进行控制。在节气门4的上游通常设置了空气质量传感器6，以便检测流到内燃机1的气缸2 中的空气量。在节气门4的下游还设置了压力传感器7，其检测了进气管3中的取决于节气 门4的位置的空气压力。根据进气阀8的打开状态，空气从进气管3中通过相应的进气阀 8由进气管3吸入气缸2的燃烧室中。在图2中示出了具有内燃机1的发动机系统的俯视图，该内燃机具有四个气缸2。 气缸以Z1-Z4在其在气缸组中的布置顺序示出。气缸2的点火顺序相应于Z1-Z3-Z2-Z4。 发动机系统包括共同的空气输送装置10，在该空气输送装置中布置了节气门4。在节气门 4的上游布置了空气质量传感器6以及在节气门4的下游布置了进气管压力传感器7，利用 该压力传感器可以检测进气管3中的瞬时的压力。内燃机1的四个气缸2分别配有进气阀8和排气阀12。进气管3分支，以便将空 气输送至各自的气缸2的相应的进气阀8。气缸2的排气阀12用于将燃烧废气从气缸2中 排出到废气歧管13中。在所示出的发动机系统中，所应用的进气阀8和排气阀12是可自 由控制的阀，其打开状态可以变化地调节。在图3中为了说明进气阀和排气阀8、12的可控制性，示出了在一个特定的时间段5上的可自由控制的阀的通流横截面的不同的曲线，在该时间段期间阀打开并且再次关闭。 可识别出当控制这种阀时的多个自由度。可能的是，对在打开状态中的通流横截面的大小、 打开或关闭阀的速度(通过在时间上的通流横截面的提高表示)、以及阀的打开时间和关 闭时间进行控制。这种自由度可以通过阀的合适的控制而利用。如果在阀的控制与阀的行为之间存 在偏差，因此就存在着故障情况。在一些故障情况中阀的行为不相应于期望的行为，这些故 障情况可能对于这种发动机系统(在该发动机系统中进气阀和排气阀8、12可变化地彼此 独立无关地进行控制)的工作是严重的情况。下述的方法现在能够实现，在上述的发动机系统中，对进气阀和排气阀的故障和 故障情况进行确定，此时进气阀和排气阀8、12在相应的控制中完全无法打开、进气阀8过 晚地打开或者排气阀12过晚地关闭(当进气阀打开时)。如果进气管中的压力曲线与模拟的压力曲线有偏差，则确定了阀的故障。模拟的 压力曲线相应于在理想情况下可能存在的压力曲线，此时在已知的空气系统动态性中进气 阀8和排气阀12的行为相应于期望的行为。在进气管中的压力曲线例如可以模拟，其措 施是记录了具有无故障的进气阀8和排气阀12的内燃机1的压力曲线。随后借助于傅里 叶-分析对产生的压力曲线进行分析。由于进气管3中的压力曲线是周期性的信号，因此 可以得出如下所示的公式
权利要求
1.一种用于诊断在内燃机(1)上的一个或多个可变控制的进气阀(8)和/或排气阀 (12)的功能的方法；所述方法具有下述步骤-借助压力曲线模型确定模拟的压力指标(Pm。d)，所述压力指标提供了关于所述内燃机 (1)的空气系统中的压力的指标，其中所述压力曲线模型根据工作点描述了无故障的内燃 机(1)的压力曲线；-提供空气系统中的实际的、瞬时的压力(Pman)的指标；-根据所述模拟的压力指标(Pnrod)和空气系统中所述实际的压力(Pman)的指标确定偏差量；-根据所述偏差量识别所述进气阀(8)和/或所述排气阀(1 的功能故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述偏差量并根据取决于所述内燃机(1)的 转速(η)和/或负载矩(M)的阈值识别故障。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中故障的类型根据确定的时间段的位置来确定， 在该时间段中借助于所述偏差量(A)识别出故障。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述时间段定义为在单个的阀的顺序控制的时间 点之间的时间范围，其中当所述进气阀和/或所述排气阀(12)的控制标记出时间段的开 始，在该时间段中根据所述偏差量㈧识别出故障，则识别出所述进气阀⑶和/或所述排 气阀(12)的故障。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述压力曲线模型根据训练信号并 根据当无故障的内燃机(1)工作时所述空气系统中的实际的、瞬时的压力(Pman)的指标进 行训练。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述压力曲线模型根据带有傅里叶系数的傅里叶 关系式模拟所述空气系统中的周期性的压力曲线，其中所述傅里叶系数根据测得的所述压 力指标(Ρ_)确定。
7.一种用于诊断在内燃机(1)上的多个可变控制的进气阀(8)和/或排气阀(12)的 功能的装置，所述装置包括-模拟单元(20)，用于借助压力曲线模型确定模拟的压力指标(Pm。d)，所述压力指标提 供了关于所述内燃机(1)的空气系统中的压力的指标，其中所述压力曲线模型根据工作点 描述了无故障的内燃机⑴的压力曲线；-单元(21)，用于根据所述模拟的压力指标(Pm。d)和所述空气系统中的所述实际的压 力(Pman)的指标确定偏差量；-分析单元(22)，用于根据所述偏差量识别所述进气阀(8)和/或所述排气阀(12)的 功能故障。
8.根据权利要求7所述的装置，其中设置有开关(M)，以便根据所述模拟单元00)的 训练信号提供测得的压力指标，从而所述压力曲线模型根据当无故障的内燃机(1)工作时 所述空气系统中的所述实际的、瞬时的压力(Pman)的指标进行训练。
9.一种计算机程序，所述计算机程序包含程序代码，当所述程序代码在数据处理单元 上被执行时，所述程序代码实施了根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于诊断在内燃机(1)上的一个或多个可变控制的进气阀(8)和/或排气阀(12)的功能的方法；该方法具有下述步骤借助压力曲线模型确定模拟的压力指标(Pmod)，该压力指标提供了关于内燃机(1)的空气系统中的压力的指标，其中压力曲线模型根据工作点描述了无故障的内燃机(1)的压力曲线；提供空气系统中的实际的、瞬时的压力(Pman)的指标；根据所述模拟的压力指标(Pmod)和空气系统中所述实际的压力(Pman)的指标确定偏差量；根据所述偏差量识别所述进气阀(8)和/或所述排气阀(12)的功能故障。
文档编号F02D41/00GK102057150SQ200980121720
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月3日 优先权日2008年4月9日
发明者I·萨拉克 申请人:罗伯特.博世有限公司