本发明的示例性实施例涉及一种用于确定安装在车辆发动机中的喷射器是否发生故障的发动机控制方法及设备；特别地，涉及一种在确定喷射器是否发生故障时能够减少空气压缩机的影响的发动机控制方法及设备。
背景技术：
作为车辆的发动机的内燃发动机通过在燃烧室中燃烧外部空气和燃料的混合物来产生动力，其中燃料通过由电子控制单元(以下称为“ECU”)控制的喷射器喷射到燃烧室中。如果喷射器发生故障，则发动机无法完全地同步，在这种情况下，可能无法获得期望的驱动力，并且可能发生振动和启动或不能重新启动。因此，精确地确定喷射器是否发生故障非常重要。
同时，关于确定喷射器是否发生故障的方法，专利文件1公开了一种在喷射器在发动机的所有气缸中都停止的状态下测量曲轴的角速度的方法，并且使用每个气缸的曲轴的角速度的变化以及气缸之间的变化的差异。也就是说，当气缸之间的曲轴的角速度的变化的差异超过预定范围时，确定喷射器发生故障。
同时，车辆包括空气压缩机以产生用于制动器和各种空气系统的压缩空气。空气压缩机以其活塞通过从与其啮合的车辆发动机所传输的动力来往复运动的方式压缩并排出空气。当车辆的空气压缩机被驱动时，压缩机的负载在每次旋转的特定角度区间被施加到发动机的曲轴上，从而影响曲轴的角速度。因此，角速度在对应于相关的角度区间的气缸中减小，因此可能错误地认为相关气缸的喷射器发生故障。
[专利文件1]
韩国专利申请公布号2002-0022356(2002年3月27日)
技术实现要素：
本发明的实施例涉及一种发动机控制方法及设备，其能够在基于曲轴的角速度的变化的差异来确定喷射器是否发生故障时减少空气压缩机的影响。
通过下面的描述可以理解本发明的其它目的和优点，并且参照本发明的实施例，这些目的和优点将变得显而易见。此外，对本发明所属领域的技术人员而言显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过所要求保护的方法及其组合来实现。
根据本发明的实施例，一种用于车辆的发动机控制设备包括：曲轴位置传感器系统，其包括至少一个曲轴位置传感器，并且检测发动机的曲轴的角速度；空气压缩机，发动机的驱动力从发动机的输出端被传输至该空气压缩机；用于喷射燃料的喷射器；以及控制器，其基于发动机的多个气缸之间的曲轴的角速度的变化的差异来确定喷射器是否发生故障，其中空气压缩机和发动机的输出端被布置，使得在通过发动机的喷射器喷射燃料之后立即向空气压缩机周期性施加驱动扭矩。
发动机的驱动力可通过将空气压缩机的输入端与发动机的输出端接合来进行传输，并且空气压缩机可被构造成与发动机的输出端接合，使得在通过发动机的喷射器喷射燃料之后立即向空气压缩机周期性地施加驱动扭矩。
根据本发明的另一实施例，一种用于车辆的发动机控制设备包括：曲轴位置传感器系统，其包括至少一个曲轴位置传感器，检测发动机的曲轴的角速度；空气压缩机，发动机的驱动力从发动机的输出端被传输至该空气压缩机；用于喷射燃料的喷射器；以及控制器，其基于发动机的多个气缸之间的曲轴的角速度的变化来确定喷射器是否发生故障，其中，在发动机被驱动时，控制器测量每个特定旋转区间中的每个气缸的曲轴的角速度，并基于每个气缸的特定旋转区间之间的角速度的变化来确定喷射器是否发生故障，并且空气压缩机和发动机的输出端被布置，使得在除控制器在特定旋转区间中测量角速度以检测喷射器的故障时的时间以外的时间中向空气压缩机周期性地施加驱动扭矩。
发动机的驱动力可通过将空气压缩机的输入端与发动机的输出端接合来进行传输，并且空气压缩机可被构造成与发动机的输出端接合，使得在除控制器在特定旋转区间中测量角速度以检测喷射器的故障时的时间以外的时间向空气压缩机周期性地施加驱动扭矩。
特定旋转区间之间的角速度的变化可以是在每个气缸中曲轴具有最大角速度的区间中的角速度与除该区间以外的区间中的角速度之间的差异。
根据本发明的另一实施例，一种确定将燃料喷射到车辆的发动机中的喷射器是否发生故障的发动机控制方法，该车辆包括通过与发动机联锁而被驱动的空气压缩机，该发动机控制方法包括基于发动机的每个气缸的曲轴的角速度的变化来确定喷射器是否发生故障，以及当空气压缩机的后端处的压力等于或小于特定压力时确定喷射器是否发生故障。
根据本发明的另一实施例，一种确定将燃料喷射到车辆的发动机中的喷射器是否发生故障的发动机控制方法，该车辆包括通过与发动机联锁而被驱动的空气压缩机，该发动机控制方法包括：当发动机被驱动时测量每个气缸的曲轴的角速度；根据对每个气缸所测量的曲轴的角速度中的在特定旋转区间中的角速度之间的差异来计算每个气缸中的角速度的变化；当任何气缸中的角速度的变化超过第一参考值时，计算除该特定旋转区间以外的区间中的每个气缸的曲轴的角速度的变化；以及当改变的旋转区间之间的曲轴的角速度的变化超过第二参考值时确定喷射器是否发生故障。
根据本发明的另一实施例，一种确定将燃料喷射到车辆的发动机中的喷射器是否发生故障的发动机控制方法，该车辆包括通过与发动机联锁而被驱动的空气压缩机，该发动机控制方法包括：当发动机被驱动时在每个周期测量每个气缸的曲轴的角速度；根据对每个气缸所测量的曲轴的角速度中的在特定旋转区间中的角速度之间的差异来计算每个气缸中的角速度的变化；当任何气缸中的角速度的变化超过参考值并且角速度的变化超过参考值的状态被保持预定时间以上时，确定喷射器发生故障。
发动机控制方法可进一步包括：在计算每个气缸中的角速度的变化之后，基于计算出的角速度的变化来计算燃料喷射的校正量，该燃料从喷射器被提供给每个气缸；以及当在任何气缸中的燃料喷射的校正量超过参考值并且燃料喷射的校正量超过参考值的状态被保持预定时间以上时，确定喷射器发生故障。
发动机控制方法可进一步包括：确定发动机是否处于怠速状态以及发动机冷却液温度是否等于或高于特定温度；以及确定其中发动机处于怠速状态并且发动机冷却液温度等于或高于特定温度的状态是否被保持特定时间以上；并且当发动机处于怠速状态并且发动机冷却液温度等于或高于特定温度的状态被保持特定时间以上时，可确定喷射器是否发生故障。
确定喷射器是否发生故障可包括：计算每个气缸的特定旋转区间之间的角速度的变化，然后基于计算出的角速度的变化来计算燃料喷射的校正量，该燃料从喷射器被提供给每个气缸；以及当在任何气缸中的燃料喷射的校正量超过参考值并且燃料喷射的校正量超过参考值的状态被保持预定时间以上时，确定所述喷射器发生故障。
特定旋转区间之间的角速度的变化可以是在每个气缸中曲轴具有最大角速度的区间中的角速度与除该区间以外的区间中的角速度之间的差异。
当确定喷射器发生故障时，故障信息可通过语音消息或视频消息传送给驾驶员，并且与故障信息相关的诊断故障代码(DTC)可被存储在车辆中的存储装置中。
当确定喷射器未发生故障时，可以基于计算出的燃料喷射的校正量校正喷射到每个气缸中的燃料量。
附图说明
图1示出了说明根据本发明的实施例的发动机控制设备的结构的框图。
图2示出了说明根据本发明的实施例的发动机控制设备中的空气压缩机的结构的立体图。
图3A和图3B示出了说明根据本发明实施例的发动机控制方法的流程图。
图4A和图4B示出了说明根据本发明另一实施例的发动机控制方法的流程图。
图5A和图5B示出了说明根据本发明另一实施例的发动机控制方法的流程图。
图6A和图6B示出了用于解释根据本发明的实施例的发动机控制设备及方法适用的喷射器故障检测方法的参考图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以不同的形式实施，并不应被解释为受限于本文所阐述的实施例。相反地，提供这些实施例以便使本公开彻底且完整，并且将本发明的范围全面地传达给本领域的技术人员。在整个公开中，相同的附图标记在本发明的各个附图和实施例中表示相同的部件。
首先，将参照图6A和图6B描述根据本发明的实施例的发动机控制设备及方法适用的喷射器故障检测方法。
喷射器故障检测方法使用曲轴的角速度的变化的差异。优选地，喷射器故障检测方法使用气缸之间的燃料喷射的校正量来补偿曲轴的角速度的变化的差异。
校正气缸之间的燃料喷射是通过包括至少一个曲轴位置传感器的曲轴位置传感器系统检测每个气缸的曲轴的角速度的变化的方法，并且是当在气缸之间比较检测到的变化且角速度的变化存在差异时，通过增加或减少进入气缸的喷射量在同步发动机时使气缸与其它气缸平衡的方法，每个气缸的曲轴的角速度的变化是在喷射器将燃料喷射到各个气缸内之后，由压缩、点火和燃烧所引起。
例如，如图6A所示，气缸2至4中的曲轴具有相同的角速度10rad/s，而气缸1中的曲轴具有相对较小的角速度8rad/s。在这种情况下，如图6B所示，作为控制器的ECU允许向气缸1中的喷射量增加校正量以便在气缸1中增大相对较小的角速度，控制器包括通过执行嵌入其中的指令来执行以下描述的各种功能的电子线路。
因此，在气缸之间的燃料喷射的校正中，当特定的喷射器相对于其它喷射器在喷射校正量方面显著不同时，确定相关气缸的喷射器中发生了物理异常，并且诊断该气缸的喷射器发生了故障。
同时，因为燃料在气缸内燃烧的时刻曲轴的角速度较快，并且在燃烧完成的时刻曲轴的角速度较慢，所以通过曲轴位置传感器测量的角速度并未被均匀地保持。因此，假定将曲轴旋转一周的区间以规则间隔分割为多个区间，并且通过在这些区间中的两个特定区间之间进行比较来计算角速度的变化。为了更准确地检测角速度的变化，优选的是将最快速度区间中的所需时间与其它区间中的所需时间进行比较。
表1说明了这种方法的示例。在气缸1异常的情况下，在气缸2至4的每一个中，曲轴的旋转速度最快的第一区间中的所需时间和作为其它区间的第二区间中的所需时间分别被保持为40和70。另一方面，第二区间中的所需时间比第一区间中的所需时间相对更长。在这种情况下，气缸1中的时间变化(对应于角速度的变化)为-90，即为40与130之间的差异，并且时间变化相比于作为四个气缸中的时间变化的平均值-45具有45的偏差。
当执行气缸之间的燃料喷射的校正时，对燃料喷射量进行校正以补偿偏差。在这种情况下，当喷射的校正量超过预定值时，确定喷射器发生故障。
表1
图2示出了说明根据本发明的实施例的发动机控制设备中的空气压缩机100的立体图。如图2所示，空气压缩机100是产生用于车辆制动器和各种空气系统的压缩空气的装置。空气压缩机100由典型的齿轮111驱动，并通过其中的活塞的往复运动来压缩和排出空气。另外，空气压缩机100处的齿轮111与发动机输出侧齿轮112啮合，并且通过齿轮111和齿轮112的啮合空气压缩机100由从发动机传输的动力驱动。
因此，当外部空气通过空气压缩机100中的活塞的周期性往复运动而引入和排出时的压力的变化导致空气压缩机100的驱动扭矩的周期性变化，从而影响发动机的输出侧。因此，这种变化影响发动机的曲轴的角速度，并且如上所述，这种变化还影响对喷射器是否发生故障的确定。
图1示出了说明根据本发明的实施例的能够减少空气压缩机100的影响的发动机控制设备的框图。
如图1所示，根据本发明的实施例的发动机控制设备包括图2所示的空气压缩机100、包括至少一个曲轴位置传感器的曲轴位置传感器系统200、包括通过执行嵌入其中的指令来执行下面描述的各种功能的电子线路的控制器(例如，ECU)300以及喷射器400。优选地，发动机控制设备包括例如由控制器300控制并向喷射器供应燃料的高压燃料泵500的燃料供应装置，以及检测发动机的冷却液温度的发动机冷却液温度传感器600。
曲轴位置传感器200设置在传感器轮210的附近，传感器轮210同轴地设置在曲轴中。传感器轮210具有沿其外周安装的多个齿220。曲轴位置传感器200感测不平整的齿以检测曲轴的旋转角度和每分钟转数(rpm)的值，并且将表示检测结果的脉冲状曲轴信号输出到控制器300。在这种情况下，齿不形成在传感器轮210的整个圆周上，而是从传感器轮210的一部分上去除。曲轴位置传感器200将所去除的部分识别为缺齿部分230。通过这种结构，可以测量曲轴的角速度。
控制器300接收来自曲轴位置传感器200的曲柄信号，使用接收到的结果计算曲轴的角速度，并且控制喷射器400和燃料泵500，以便基于计算出的结果来校正通过安装到每个气缸的喷射器400所喷射的燃料量。如上所述，控制器300基于从发动机冷却液温度传感器600传送的关于发动机冷却液温度的信息来确定喷射器400是否发生故障。另外，控制器300控制空气压缩机100的操作以产生期望的压缩空气。
根据本发明的实施例，空气压缩机100处的齿轮111被构造成与发动机输出侧齿轮112啮合，使得在发动机的喷射器400喷射燃料之后立即向空气压缩机100施加驱动扭矩(即，周期性地增加驱动扭矩超过一定的水平)。在喷射器400喷射燃料之后，发动机立即具有最高的输出扭矩。因此，即使在上述时间中空气压缩机100的驱动扭矩增加到超过一定的水平，但是与发动机的其它旋转区间相比，也可以极力抑制空气压缩机的驱动扭矩的影响。
这可通过将空气压缩机100处的齿轮111与发动机输出侧齿轮112啮合来实现，使得空气压缩机100中的活塞的上止点与发动机气缸中的活塞的上止点几乎重合。
可选地，根据本发明的实施例，空气压缩机100处的齿轮111被构造成与发动机输出侧齿轮112啮合，使得在除了控制器300在特定旋转区间中测量角速度以检测喷射器400的故障时的时间以外的时间周期性向空气压缩机100施加驱动扭矩。
如上所述，控制器300比较曲轴旋转区间中的两个特定区间之间的角速度(或所需时间)，以获得曲轴的角速度的变化。例如，如表1所示，控制器300比较曲轴的角速度较快的第一区间和作为其它区间中的一个的第二区间之间的角速度(或所需时间)。空气压缩机100的驱动扭矩以特定的周期增加。因此，如果施加驱动扭矩的时间处于在区间中检测角速度的时间以外，则在确定喷射器是否发生故障时排除其中由于空气压缩机100的驱动扭矩而使发动机的每分钟转数(rpm)减小的部分。因此，可以在确定喷射器400是否故障时排除空气压缩机100的驱动扭矩的影响。
这可通过将空气压缩机100处的齿轮111与发动机输出侧齿轮112啮合来实现，使得空气压缩机100中的活塞的上止点和发动机的气缸中的活塞的上止点处于特定的角度范围(例如120°至150°)中。
图3A-3B示出了说明根据本发明实施例的发动机控制方法的流程图。
如图3A所示，控制器300首先确定诸如包括至少一个曲轴位置传感器的曲轴位置传感器系统200的车辆速度传感器系统和喷射器400的动力端是否发生故障(S100)。例如，可通过使用设置在ECU系统中用于控制部件的驱动的ASIC(专用IC)的诊断信息来检查部件故障。当部件发生故障时，基本上不可能确定喷射器400是否发生故障，或者可能做出错误的决定。因此，优选的是首先确定部件是否发生故障。
当确定车速传感器和喷射器400的动力端未发生故障时，控制器确定是否满足与发动机状态和冷却液温度相关的控制许可条件(S110)。为了准确地确定喷射器400是否发生故障，除了喷射器400以外，优选的是尽可能地排除可能影响曲轴的角速度的因素。因此，优选的是，发动机处于怠速状态，并且不处于冷状态，其中发动机冷却液温度保持在特定温度以上(例如，等于或高于70℃的温度)。
另外，为了更稳定并可靠地确定喷射器400是否发生故障，在步骤S110中提到的控制许可条件优选地在被执行之后再被保持特定时间(例如，超过10分钟)(S120)。然而，从保持时间中排除了通过空气压缩机100填充空气罐所需的时间。
在本发明的实施例中，空气压缩机100包括在其下游侧的压力传感器。控制器300从压力传感器接收空气压缩机100的后端处的压力信息，并且仅当空气压缩机100的后端处的压力等于或小于特定压力时才确定喷射器400是否发生故障。空气压缩机100不会一直运转。因此，当空气压缩机100的后端处的压力超过一定水平时，控制器300不会确定喷射器400是否发生故障，并且仅当施加到空气压缩机100的后端的压力被去除时才确定喷射器400是否发生故障，空气压缩机100的后端处的压力是在空气压缩机被驱动以利用空气填充设置在车辆中的空气罐时产生的。
在这种情况下，可以在确定喷射器400是否故障时排除空气压缩机100的驱动扭矩的影响。
当空气压缩机100的后端处的压力等于或小于特定压力时，控制器300检测在特定区间中的每个气缸的曲轴的角速度的变化，以确定喷射器400是否发生故障(S140)。为此，优选的是，多个气缸的喷射器依次停止，并且使用曲轴位置传感器200来检测曲轴的角速度。在这种情况下，该特定区间被选择为角速度最快的区间(在活塞的上止点附近喷射燃料的区间)和其它区间中的其中一个，并且可以使用每个区间中的角速度或区间中的所需时间来检测角速度的变化。
在特定区间中的每个气缸的曲轴的角速度变化时，控制器300获得多个气缸中检测到的角速度的平均值，且获得每个气缸的曲轴的角速度的变化相对于平均值的差异(S150)。控制器300根据曲轴的角速度的变化的差异来计算每个气缸的燃料喷射的校正量，以补偿该差异(S160)。
在计算每个气缸的燃料喷射的校正量之后，控制器300将燃料喷射的校正量与预定的参考值进行比较。当在多个气缸中存在燃料喷射的校正量超过预定的参考值的气缸时，控制器300确定在该气缸中的喷射器400发生故障(S170和S180)。
根据本发明的实施例，当确定存在喷射器400发生故障的气缸时，控制器300通过安装在车辆中的扬声器输出语音消息，或者在诸如安装在车辆中的仪表板的屏幕上输出视频消息，以便通知驾驶员喷射器发生故障。通过这个过程，驾驶员可识别到燃料供应系统发生故障并采取适当的措施，诸如更换的措施(S190)。
根据本发明的实施例，控制器300发出喷射器故障的警告，并将关于故障气缸和相关气缸的哪个喷射器400发生故障的诊断故障代码(DTC)存储在车辆中的存储装置中。通过这个过程，可以容易地引起进一步的维护过程，并且由于仅更换故障的喷射器所以减少了车辆维护成本。
图4A-4B示出了说明根据本发明另一实施例的发动机控制方法的流程图。将省略对图4A-4B的流程图中与图3A-3B的流程图中相同的部件和内容的详细描述。
图4A中的步骤S200至步骤S220是确定对应于图3A中的步骤S100至步骤S120的控制许可条件的步骤。当在步骤S200至步骤S220中满足控制许可条件时，控制器300确定喷射器400是否发生故障(S230)。
为了确定喷射器400是否发生故障，类似于图3B中的步骤S140，控制器300检测特定区间中的每个气缸的曲轴的角速度的变化(S240)。
控制器300确定是否存在特定区间中曲轴的角速度的变化超过预定的第一参考值的气缸(S250)。此处，第一参考值是用以确定喷射器400是否发生故障的曲轴的角速度的变化的阈值，并且是根据喷射器400或安装在车辆中的发动机的规格而预先确定的。另外，在该步骤中检测曲轴的角速度的变化的区间优选地使用曲轴的旋转速度是最快的区间(第一区间)和除该区间以外的其它区间的其中一个(第二区间)。
当存在特定区间中曲轴的角速度的变化超过特定区间中的预定的第一参考值的气缸时，控制器300不会确定喷射器发生故障，而是改变用于检测角速度的变化的区间(S260)，并且检测改变的区间中每个气缸的曲轴的角速度的变化(S270)。如果在步骤S240中用于检测角速度的变化的区间中存在向空气压缩机100施加驱动扭矩的时间，尽管喷射器400未发生故障，但在步骤S240中检测到的角速度的变化由于受到空气压缩机100的驱动扭矩的作用而可能会超过第一参考值。为了防止这种情况，控制器300改变检测区间以重新检查喷射器400是否发生故障。
为此，例如，通过将除在步骤S240中使用的第一区间和第二区间以外的第三区间和第四区间之间的角速度进行比较，或者检测其中旋转速度最快的第一区间中的角速度和除第二区间以外的其它区间中的角速度以对它们进行比较来检测角速度的变化。
控制器300确定在改变的区间中检测到的每个气缸的曲轴的角速度的变化是否超过预定的第二参考值(S280)。如果喷射器400发生物理故障，则即使在改变的区间中检测到曲轴的角速度的变化，在喷射器400发生故障的气缸与另一气缸之间的曲轴的角速度的变化也存在差异。
此处，根据改变的检测区间的位置或组合，第二参考值可与第一参考值相同或不同。
当确定在改变的区间中检测到的每个气缸的曲轴的角速度的变化超过预定的第二参考值时，控制器300可直接确定喷射器400发生故障。另外，类似于步骤S150至步骤S170，控制器300可基于通过检测每个气缸的曲轴的角速度的变化的差异而获得的值来计算每个气缸的燃料喷射的校正值，并且确定燃料喷射的校正值是否超过预定值以确定喷射器是否发生故障(S290至S310)。
当确定喷射器发生故障时，向驾驶员警告喷射器400发生故障并记录与图3A和图3B的实施例相同的故障代码。
图5A-5B示出了说明根据本发明另一实施例的发动机控制方法的流程图。将省略对图5A-5B的流程图中与图3A-3B和图4A-4B的流程图中相同的部件和内容的详细描述。
图5A中的步骤S400至步骤S420是确定对应于图3A中的步骤S100至步骤S120的控制许可条件的步骤。当在步骤S400至步骤S420中满足控制许可条件时，控制器300确定喷射器400是否发生故障(S430)。
为了确定喷射器400是否发生故障，类似于图3B中的步骤S140，控制器300检测特定区间中的每个气缸的曲轴的角速度的变化(S440)，并且基于检测到的每个气缸的曲轴的角速度的变化，获得每个气缸的曲轴的角速度的变化的差异(S450)。
控制器300根据每个气缸的曲轴的角速度的变化的差异来计算每个气缸的燃料喷射的校正值以补偿该差异(S460)，并且确定燃料喷射的校正值是否超过预定值(S470)。
该方法等同于参照图3A-3B以及图4A-4B描述的确定喷射器是否发生故障的方法。在本发明的实施例中，该方法确定燃料喷射的校正值是否超过预定值，然后是否被保持了预定时间(S480和S490)。
如上所述，空气压缩机100的驱动扭矩以特定周期(具有峰值)增加预定水平，从而产生负载。因此，空气压缩机100的驱动扭矩的影响在峰值附近最大，而在其余区域中显着减小。
另一方面，当喷射器400发生物理故障时，燃料喷射的校正值不会随着时间而减小，而是在特定时间内始终一致。因此，根据本发明的实施例的方法确定计算出的燃料喷射的校正值是否超过预定值并且然后是否被保持了预定时间。当上述状态持续特定时间以上时，确定喷射器400发生故障(S500)。
当确定喷射器发生故障时，向驾驶员警告喷射器400发生故障并记录与图3A-3B的实施例相同的故障代码(S510)。
根据本发明的实施例，可以防止由于在空气压缩机的操作期间引起的驱动扭矩的变化而错误地确定喷射器是否发生故障。因此，可以抑制由于不必要的部件的更换而导致的车辆维护成本的增加。
根据本发明的示例性实施例，可以通过防止由于在空气压缩机的操作期间引起的驱动扭矩的变化而错误地确定喷射器是否发生故障来抑制由于不必要的部件的更换而导致的车辆维护成本的增加。
虽然已经关于具体实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变和修改。