高压燃油泵故障检测方法
【专利摘要】本发明提供一种高压燃油泵故障检测方法，包括下述步骤：步骤一，采集燃油蓄压器内的瞬时燃油压力，对瞬时燃油压力进行滤波处理，保留燃油供给频率和燃油喷射频率对应的波动分量；步骤二，在每一个高压燃油泵供油周期内，根据瞬时燃油压力波动分量的最大值和最小值的差值计算燃油压力增量；步骤三，在预先设定的工况条件下，统计燃油压力增量在设定的周期内超过阈值的概率来判断高压燃油泵的故障。本方法能够及时检测出高压燃油泵的失效、供油能力降低和老化等故障，并发出预警信息，告知检修人员调整高压燃油泵，防止高压燃油泵进一步劣化导致排放和安全问题，降低维修成本。
【专利说明】高压燃油泵故障检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机领域，尤其是一种高压燃油泵故障的检测方法。
【背景技术】
[0002]中国专利CN103047125A提出了一种高压柱塞泵供油故障检测方法及装置。该方法首先计算每个供油周期的N个曲轴信号齿对应的轨压值，计算N个轨压值对应的最大值和最小值的差值，该差值就是每个供油周期的轨压上升值，其次计算所有柱塞轨压上升值的平均值，最后计算每一个柱塞的轨压上升值和平均值的比值，如果比值在范围内，则油泵无故障，否则，有故障。该专利存在以下不足之处:没有考虑提前角对轨压上升值的影响；没有对N个曲轴齿对应轨压值进行滤波处理；该专利只是计算了供油周期内轨压最大值和最小值的差值，没有考虑差值对应供油角度，因此不能准确判断柱塞供油能力降低等故障；该专利只是计算一个柱塞的轨压上升值和平均值的比值，没有将柱塞对应的轨压上升值和其历史数据进行比较，因此不能准确判断柱塞的老化故障。
[0003]中国专利CN102828876A提出了一种监测供油不平衡故障的方法和装置。该方法根据发动机转速和发动机缸数计算高压泵的理论供油周期，获取各个轨压峰值及其对应的时间点，计算相邻两个峰值时间间隔作为实际供油周期，如果实际供油周期在理论供油周期的若干整数倍的预设数值范围内，则判断高压供油不平衡。该方法存在以下不足之处:没有考虑提前角对轨压上升值的影响；没有说明获取轨压峰值的具体方法；该专利只能在高压泵各缸工作能力出现较大差异时，才能检测高压供油不平衡状态，而当高压泵各缸工作能力出现同等程度的变化时，该专利中描述的方法无法进行检测。
[0004]现有技术中的检测方法主要存在以下几个问题:①、没有准确地选取反应高压燃油泵工作能力的特征量，无法准确判断高压燃油泵供油能力降低等故障；②、没有将反应高压燃油泵工作能力的特征量和其历史数据进行比较，因此不能准确判断高压燃油泵的老化故障；③、只能在高压泵各缸工作能力出现较大差异时，才能检测高压供油不平衡状态，无法进行检测高压泵各缸工作能力出现同等程度的变化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用于高压燃油泵故障检测的方法，具体讲是一种用于检测高压燃油泵失效、泵油能力降低和老化等故障的方法。本发明采用的技术方案是:
一种高压燃油泵故障检测方法，包括下述步骤:
步骤一，采集燃油蓄压器内的瞬时燃油压力，对瞬时燃油压力进行滤波处理，保留燃油供给频率和燃油喷射频率对应的波动分量；
步骤二，在每一个高压燃油泵供油周期内，根据瞬时燃油压力波动分量的最大值和最小值的差值计算燃油压力增量；
步骤三，在预先设定的工况条件下，统计燃油压力增量在设定的周期内超过阈值的概率来判断高压燃油泵的故障。
[0006]进一步地，步骤一中，可以定时间周期，也可以定角度周期采集燃油蓄压器内的瞬时燃油压力，燃油压力的采样周期必需满足以该采样周期采集的瞬时燃油压力能反映高压燃油泵一个供油周期内的燃油压力的变化特征。
[0007]更进一步地，如果是定时间周期采样瞬时燃油压力，采用时域滤波器对瞬时燃油压力信号进行处理，如果定角度周期采样瞬时燃油压力，采用角度域滤波器对瞬时燃油压力信号进行处理。
[0008]更进一步地，所适用的时域滤波器或角度域滤波器是一种带通滤波器，其包含两个通带，两个通带中心分别是燃油供给频率和燃油喷射频率。
[0009]进一步地，步骤二中的计算具体为:计算瞬时燃油压力波动分量的最大值和最小值及其对应的发动机角度或时间，将最大值和最小值的差值与从最小值到最大值经历的发动机角度或时间的比值作为燃油压力增量。
[0010]进一步地，步骤三具体包括:计算N(N大于等于I)个发动机工作循环内燃油压力增量的平均值，将平均值乘以高压燃油泵失效阈值系数得到高压燃油泵失效阈值，如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于失效阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵失效；将平均值乘以高压燃油泵能力降低阈值系数得到高压燃油泵供油能力降低阈值，如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于能力降低阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵供油能力降低。其中，高压燃油泵失效阈值系数和能力降低阈值系数根据燃油蓄压器内燃油压力和发动机燃油喷射量决定。
[0011]进一步地，步骤三还包括:根据燃油蓄压器内燃油压力和发动机燃油喷射量确定高压燃油泵老化阈值，如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于高压燃油泵老化阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵出现老化故障。
[0012]更进一步地，高压燃油泵老化阈值通过人工标定或自动学习确定；人工标定过程为:根据燃油压力和燃油喷射量制成一张二维表格，然后填入不同工况下对应的老化阈值，使用时根据当前燃油压力和喷油量查上述表格即可；自动学习过程为:根据当前燃油压力和燃油喷射量制成一张二维燃油压力增量表格，新的高压燃油泵在开始使用时学习在不同工况下的燃油压力增量并填入上述表格；并根据内燃机运行时间制成一张老化系数表格，在此表格中填入相应的老化系数；使用时，根据当前内燃机运行工况查上述自学习得到的燃油压力增量表格得到相应燃油压力增量；再根据当前发动机累计运行时间查老化系数表格，得到相应的老化系数；最后将查表得到的燃油压力增量乘以老化系数得到当前工况下的高压泵老化阈值。
[0013]进一步地，进行上述故障判断时，首先判断高压燃油泵的失效故障和供油能力降低故障，再判断老化故障。
[0014]本发明所描述的高压燃油泵故障检测方法与目前存在的解决方法的不同之处包括:①可以定时间周期或定角度周期采集瞬时燃油压力，通过带通滤波器对瞬时燃油压力进行处理，其通带中心是燃油供给频率和燃油喷射频率。②将一个供油周期内的瞬时燃油压力的最大值和最小值差值与所经历的时间或角度的比值作为轨压增量，以此反应高压燃油泵的供油能力。③通过设置高压燃油泵失效阈值、供油能力降低阈值以及老化阈值来判断高压燃油泵的失效、供油能力降低和老化等故障。
[0015]本方法能够及时检测出高压燃油泵的失效、供油能力降低和老化等故障，并发出预警信息，告知检修人员调整高压燃油泵，防止高压燃油泵进一步劣化导致排放和安全问题，降低维修成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的高压共轨燃油系统结构简图。
[0017]图2A为本发明的瞬时燃油压力原始信号图。
[0018]图2B为本发明的对原始信号滤波后的瞬时燃油压力信号图。
[0019]图3A为本发明的高压燃油泵失效阈值系数示意图。
[0020]图3B为本发明的高压燃油泵能力降低阈值系数示意图。
[0021]图4A为本发明的一缸高压泵失效时瞬时燃油压力信号图。
[0022]图4B为本发明的一缸高压泵失效时燃油压力增量及失效判断阈值示意图。
[0023]图5A为本发明的高压燃油泵老化阈值示意图。
[0024]图5B为本发明的高压燃油泵老化系数示意图。
[0025]图6为本发明的高压泵故障监控实施条件判断的流程图。
[0026]图7为本发明的高压泵故障检测实施流程图。
【具体实施方式】
[0027]本实施例的发动机以柴油内燃机为例。
[0028]下面结合附图，通过以高压共轨燃油喷射系统作为实例来详细说明本发明所述内燃机的高压燃油泵故障检测方法检测高压燃油泵故障的原理和流程。
[0029]图1是高压共轨燃油系统结构简图。图中燃油从带有粗滤器的油箱I中吸入至燃油精滤器2，其中一部分燃油在高压燃油泵3 (下文简称高压泵)的柱塞腔内加压形成高压燃油并从油泵出油阀口流经高压油管汇集入共轨管5，为喷油器7的高压喷射提供稳定持续的高压燃油源，多余部分从油泵上的溢流阀处与喷油器7回油一起流回油箱I ;高压燃油从共轨管5经高压油管分别流向各缸的喷油器7 ;喷油器7根据电子控制单元ECU8输出的脉冲给定时刻和给定宽度，按特征喷射特性将燃油喷入发动机各缸的燃烧室中。共轨管5 一端安装有燃油压力传感器6作为轨压传感器，实时监控共轨管内的燃油压力情况，当燃油压力超过允许的最大值时，泄压阀4打开，共轨管内的燃油压力迅速降低到安全范围内，以保证整个系统的安全。共轨系统的电子控制8单元采集各个传感器实时检测的柴油机和共轨系统状态参数，通过内置的控制策略及储备数据发出精确的电流脉冲信号，并使对应的共轨泵电磁阀、喷油器电磁阀等产生电磁力，以驱动对应的执行器进行动作，使供油量、轨压、喷油角度和喷油量按需求进行反馈调节。共轨喷油系统所采用的传感器9包括:转速传感器，轨压传感器，冷却液温度传感器，燃油温度传感器，曲轴转角传感器(或凸轮轴转角传感器)，加速踏板传感器等多种，有的发动机上还装有:车速传感器，空气流量传感器，大气压力传感器，增压压力传感器，大气温度传感器等其他传感器。电子控制单元8的执行器驱动信号10包括:喷油器电磁阀和高压燃油泵电磁阀驱动信号。
[0030]通过轨压传感器(燃油压力传感器6)就可以采集作为蓄压器的共轨管5内的瞬时燃油压力。
[0031]图2A是在内燃机转速lOOOrpm，目标燃油压力850bar工况下，每3CA定角度采集的瞬时燃油压力原始信号图。CA是曲轴转角单位，ICA就360度中的I度。瞬时燃油压力信号的采集方式不局限于本实施例中的定角度周期采样，也可以定时间周期采样。在车辆和内燃机运行过程中差生的干扰信号，以及传感器、线束和电控单元采集信号过程中产生的干扰信号使得瞬时燃油压力原始信号中出现如图2A所示的高频毛刺信号。
[0032]图2B是对原始信号滤波后的瞬时燃油压力信号图。对于定时间周期采样的瞬时燃油压力原始信号，通过时域滤波器对其进行滤波处理；对于定角度周期采样的瞬时燃油压力原始信号，通过角度域滤波器对其进行滤波处理。滤波器是带通滤波器，含两个通带，两个通带中心分别是供油频率(即燃油供给频率)和喷油频率(即燃油喷射频率)。以6缸内燃机和2缸直列式高压燃油泵为例，对于角度域滤波器，其基准频率是内燃机的工作频率，即内燃机工作一个循环对应的频率是1，供油频率和喷油频率分别是2和6，在角度域滤波器中设置两个通带[2-Λ，2+Λ]和[6-Λ，6+Λ]，Λ可以根据实际情况确定。时域滤波器的通带和角度域滤波器的通带的设置方法是一致的。
[0033]根据滤波处理后的瞬时燃油压力计算燃油压力增量，在每缸高压燃油泵供油周期内，计算瞬时燃油压力的最小值和最大值及其对应的角度或时间，将最大值和最小值的差值与从最小值到最大值经历的发动机角度或时间的比值作为燃油压力增量。在计算燃油压力增量时，燃油喷射量、喷射提前角、燃油压力值和内燃机转速对瞬时燃油压力增量都有影响，其影响规律为:燃油压力增量和燃油喷射量成正比关系，燃油喷射量越大，燃油压力增量越大；喷射提前角在供油上止点之前越提前，燃油压力增量越小，喷射提前角在供油上止点之后对燃油压力增量没有影响；燃油压力增量和燃油压力成正比关系，燃油压力越大，燃油压力增量越大；燃油压力增量和内燃机转速成反比关系，转速越高，燃油压力增量越小。
[0034]图3Α是高压泵失效阈值系数示意图。计算N(N大于等于I)个发动机工作循环内燃油压力增量的平均值，将燃油压力增量平均值乘以高压燃油泵失效阈值系数得到高压燃油泵失效阈值，如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于失效阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵失效。高压泵失效阈值系数根据燃油压力和燃油喷射量确定，如图3Α所示。图3Β是高压泵泵油能力降低系数示意图。将燃油压力增量平均值乘以高压燃油泵能力降低阈值系数得到高压燃油泵供油能力降低阈值，如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于能力降低阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵供油能力降低。高压泵泵油能力降低系数根据燃油压力和燃油喷射量确定。高压燃油泵能力降低阈值系数根据燃油压力和燃油喷射量确定，如图3Β所示。
[0035]图4Α是两缸高压燃油泵中的一缸高压泵失效时瞬时燃油压力信号图。当一缸高压泵失效时，在一个泵油周期内，燃油压力增量明显减小，甚至出现负值，而在另一缸高压泵的泵油周期内，燃油压力增量明显增加，利用该特征，能够快速准确判断哪一缸高压泵出现失效故障。图4Β是一缸高压泵失效时燃油压力增量及失效判断阈值示意图。当一缸高压泵出现故障时，其对应的燃油压力增量小于高压燃油泵失效判断阈值，在一定周期内，统计燃油压力增量小于高压燃油泵失效判断阈值的概率即可判断高压燃油泵失效故障。比如一个实际的判别例子是，对于100次内出现多于60次燃油压力增量小于高压燃油泵失效判断阈值的情况，则判断高压燃油泵失效故障。
[0036]若某一缸高压燃油泵没有出现失效故障，但其泵油能力严重下降，通过在一定周期内，统计燃油压力增量小于高压燃油泵泵油能力降低阈值的概率来判断高压燃油泵的泵油能力降低故障。如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于能力降低阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵供油能力降低。
[0037]图5A是高压泵老化阈值示意图。在本发明的具体实施例中，随着使用时间的增加，由于机械磨损等原因，高压燃油泵出现老化现象，导致整体供油能力降低。针对该故障，本发明通过标定高压燃油泵的老化阈值和老化特性系数来判断。具体方法是:通过人工标定或自动学习确定高压燃油泵老化阈值；人工标定过程为:根据燃油压力和燃油喷射量制成一张二维表格，然后填入不同工况下对应的老化阈值，使用时根据当前燃油压力和喷油量查上述表格即可；自动学习过程为:根据当前燃油压力和燃油喷射量制成一张二维燃油压力增量表格，新的高压燃油泵在开始使用时学习在不同工况下的燃油压力增量并填入上述表格；根据内燃机运行时间制成一张老化系数表格，在此表格中填入相应的老化系数；使用时，根据当前内燃机运行工况查上述自学习得到的燃油压力增量表格得到相应燃油压力增量；再根据当前发动机累计运行时间查老化系数表格，得到相应的老化系数；最后将查表得到的燃油压力增量乘以老化系数得到当前工况下的高压泵老化阈值。图5B是高压泵老化系数示意图。在新的高压燃油泵对应的老化系数为1，随着使用时间的增加，老化系数降低。老化系数的变化特征和高压燃油泵的设计制造特性有关。
[0038]图6是高压泵故障监控实施条件判断的流程图。首先在步骤11中判断条件A是否满足，如果条件A满足，则进行步骤12，如果不满足，则进行步骤19，结束此次条件判断。条件A可以是内燃机转速在一定范围之内。在步骤12中判断条件B是否满足，如果条件B满足，则进行步骤13，如果不满足，则进行步骤19，结束此次条件判断。条件B可以是燃油喷射量在一定范围之内。在步骤13中判断条件C是否满足，如果条件满足，则进行步骤14，如果不满足，则进行步骤19，结束此次条件判断。条件C可以是喷射提前角在一定范围之内。在步骤14中判断条件D是否满足，如果条件满足，则进行步骤15，如果不满足，则进行步骤19，结束此次条件判断。条件D可以是燃油压力在一定范围之内。在步骤15中判断条件E是否满足，如果条件满足，则进行步骤16，如果不满足，则进行步骤19，结束此次条件判断。条件E可以是燃油压力变化量在一定范围之内。在步骤16中设置一计数器，该计数器累加1在步骤17中判断计数器是否达到给定阈值，如果没有，则返回步骤11，开始新的一次条件判断，如果达到给定阈值，则进行步骤18。在步骤18中，置位高压燃油泵故障检测使能标志位。
[0039]图7是高压泵故障检测实施流程图。在步骤20中，判断高压燃油泵故障检测条件是否满足，如果不满足，则结束此次检测，如果满足，则进行步骤21。在步骤21中根据前述方法计算燃油压力增量。接下来在步骤22中计算高压燃油泵失效阈值。接下来在步骤23中，判断高压泵是否失效，如果是，则执行步骤28，如果否，则执行步骤24。在步骤24中，计算高压泵泵油能力降低阈值，接下来在步骤25中判断高压泵泵油能力是否降低，如果是，则执行步骤28，如果否，则执行步骤26。在步骤26中计算高压泵老化阈值，接下来在步骤27中判断高压泵是否老化，如果否，则推出本次判断，如果是，则执行步骤28。在步骤28中，对高压泵故障判断结果进行处理，如存储故障码等。
[0040]本文中应用了具体实施例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法和核心思想，同时对于本领域的一般技术人员，依据本发明所阐述的方法，在【具体实施方式】和应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种高压燃油泵故障检测方法，其特征在于，包括下述步骤: 步骤一，采集燃油蓄压器内的瞬时燃油压力，对瞬时燃油压力进行滤波处理，保留燃油供给频率和燃油喷射频率对应的波动分量； 步骤二，在每一个高压燃油泵供油周期内，根据瞬时燃油压力波动分量的最大值和最小值的差值计算燃油压力增量； 步骤三，在预先设定的工况条件下，统计燃油压力增量在设定的周期内超过阈值的概率来判断高压燃油泵的故障。
2.如权利要求1所述的高压燃油泵故障检测方法，其特征在于: 步骤一中，采用定时间周期或者定角度周期采集燃油蓄压器内的瞬时燃油压力。
3.如权利要求2所述的高压燃油泵故障检测方法，其特征在于: 如果是定时间周期采样瞬时燃油压力，采用时域滤波器对瞬时燃油压力信号进行处理，如果定角度周期采样瞬时燃油压力，采用角度域滤波器对瞬时燃油压力信号进行处理。
4.如权利要求3所述的高压燃油泵故障检测方法，其特征在于: 所适用的时域滤波器或角度域滤波器是一种带通滤波器，其包含两个通带，两个通带中心分别是燃油供给频率和燃油喷射频率。
5.如权利要求4所述的高压燃油泵故障检测方法，其特征在于，步骤二中的计算具体为: 计算瞬时燃油压力波动分量的最大值和最小值及其对应的发动机角度或时间，将最大值和最小值的差值与从最小值到最大值经历的发动机角度或时间的比值作为燃油压力增量。
6.如权利要求1、2、3或4所述的高压燃油泵故障检测方法，其特征在于，步骤三具体包括: 计算N个发动机工作循环内燃油压力增量的平均值，将平均值乘以高压燃油泵失效阈值系数得到高压燃油泵失效阈值，如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于失效阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵失效；将平均值乘以高压燃油泵能力降低阈值系数得到高压燃油泵供油能力降低阈值，如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于能力降低阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵供油能力降低；N大于等于1
7.如权利要求6所述的高压燃油泵故障检测方法，其特征在于，步骤三还包括: 根据燃油蓄压器内燃油压力和发动机燃油喷射量确定高压燃油泵老化阈值，如果高压燃油泵某一缸对应的燃油压力增量小于高压燃油泵老化阈值的概率超过设定概率，则判断该缸高压燃油泵出现老化故障。
8.如权利要求7所述的高压燃油泵故障检测方法，其特征在于: 高压燃油泵老化阈值通过人工标定或自动学习确定；人工标定过程为:根据燃油压力和燃油喷射量制成一张二维表格，然后填入不同工况下对应的老化阈值，使用时根据当前燃油压力和喷油量查上述表格即可；自动学习过程为:根据当前燃油压力和燃油喷射量制成一张二维燃油压力增量表格，新的高压燃油泵在开始使用时学习在不同工况下的燃油压力增量并填入上述表格；并根据内燃机运行时间制成一张老化系数表格，在此表格中填入相应的老化系数；使用时，根据当前内燃机运行工况查上述自学习得到的燃油压力增量表格得到相应燃油压力增量；再根据当前发动机累计运行时间查老化系数表格，得到相应的老化系数；最后将查表得到的燃油压力增量乘以老化系数得到当前工况下的高压泵老化阈值。
9.如权利要求7所述的高压燃油泵故障检测方法，其特征在于: 进行上述故障判断时，首先判断高压燃油泵的失效故障和供油能力降低故障，再判断老化故障。
【文档编号】F02D41/22GK104481715SQ201410728861
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】胡川, 杭勇, 龚笑舞, 王伏, 周奇 申请人:中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所, 中国第一汽车股份有限公司