车辆发动机进行诊断测试的正确燃料流量的确定方法

专利名称：车辆发动机进行诊断测试的正确燃料流量的确定方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆发动机的正确燃料流量的确定方法，以进行含有传感器的所述发 动机的操作系统的诊断测试。
背景技术：
汽车上越来越需要复杂的操作系统，特别是对于工业车辆，以保证各种使用条件下发 动机的正确运作，以及各种船上装置的正确运作，例如尾气处理装置、尾气再循环装置。 例如，通常根据发动机的运行情况、尾气成分、处理装置，由特定控制单元控制燃料注入、 再循环线路阀的开启、可变几何涡轮喷嘴的开启。各种参数的检测可以由传感器测得，并 且对于此操作系统的运作是必须的。此外，各种控制单元的调整必须足够精确。
以下为在汽车上常见的元件，特别是设置有增压发动^L的汽车，以及工业车辆上常用 的柴油发动机。气流传感器通常位于增压压缩机的上游进气管处，增压传感器和增压温度 传感器通常位于增压压缩机的下游进气管，在进入发动机之前，例如进气歧管之前。尾气 成分传感器特别地，存在通常用于探测尾气中氧浓度的传感器，常称为X传感器(lambda sensor )或探测器。在设置有催化剂的汽油发动机中，后者主要用于调整燃料注射。对于 柴油发动机，同样需要正确调整发动机尾气再循环流量，从而降低污染物的产生，或保证 尾气适合处理系统(催化系统，粒子再生过滤器等)的良好运作。此外，在柴油发动机中， 尾气再循环管将进气管和排气管连接。可以设置各种装置(泵、文氏管)，特别是在排气 管的涡轮上游端和进气管压缩机的下游端之间的高压分支上的再循环时、且如果循环线路 端之间没有保证足够的距离的情况下，从而在所有情况下允许适当流量的再循环气体。 此外，可以通过电子操作系统控制的阀进行调整。如果无需再循环，则所述阀完全关闭。
根据传感器测量的值，对发动机进行如上所述的调整。由于传感器校准损失，或者进 气管的损失，最常见的问题包括进气流量的不正确探测(如果损失在压缩机的上游，传感 器下游的外部空气进入；如果损失是压缩机的下游，空气损失向外)。此外，温度和压力 传感器也可能有误差。X传感器也可能存在故障或不正确校准。
另一个问题在于，由于阀损失、或者其它系统错误、或者不正确计算(例如发动机的 容积效率)，再循环气体流量的存在计算错误。此外，正确的燃料注射流量的计算复杂性是一个问题。事实上，注射器的流量存在相 当大误差(例如，大约2mg/周期)，该误差在低负载(较低燃料流量)可能甚至为正确值 的20%,在发动机处于较低转数时甚至超过30%,这不能区别车辆的探测传感器的其它问 题。
由于在如上述所述的很多常见问题中，存在由于损失导致测量流量的错误或空气流量 传感器的错误校准，控制单元可能不会周期性地将测得的流量值与从增压温度、压力、发 动机速度和体积效率(可才艮据通常模式的发动机速度获得)计算出的流量值比较。如果检 测到明显不同，空气流量传感器可以重新校准。此方法并不解决其它原因导致的错误，从 而可能产生系统错误。
系统错误有时通过车间的诊断测试检测，例如预定或者根据需要而进行的测试。为了 获得控制单元检测到的数据，控制单元还可以通过常^见方式连接至外部控制单元，例如计 算机。尽管如此，即使检测到错误信息，不去除元件的情况下追溯可能的原因常常很困难。 此外，燃料流量的不精确计算使快速确定其它问题的可能性十分有限。
因此，需要可以在可能的错误的基础上，进行确定元件的诊断方法，减少需要去除元 件和/或采用车辆以外的设备进行测量。

发明内容
本发明解决了以上问题，提供一种供应给检查车辆(特别是工业车辆)发动机的正确 流量的确定方法。该方法包括
确定参考燃料流量，该参考燃料流量相应于与测试发动机相同类型的参考发动机在各 种工作条件下测得的准确流量；
在没有燃料供应的情况下，相应于发动机的负载，将测试发动机进行从第一预设转速 至第二预设转速的减速测量(An/At));
基于所述减速和在同样负载条件下发动机实际工作条件，确定相应的参考流量。
所述参考流量优选通过至少发动机的转速的确定，且也可以由其他工作条件的确定， 例如环境压力和温度。
所述正确流量可以与工作操作系统指示的流量进行比较，用于控制注射流量和所述操 作系统的校准。本发明也涉及一种用于包含所述方法的车辆发动机的操作系统的诊断方法、以及正确 流量值在确定差错上的应用。
正确流量值可以用于车辆系统或电子装置，在诊断测试过程中，该车辆系统或电子装 置与车辆操作系统连接。
如果流量值与正确流量十分类似，流量值的修正或校准也可以是流量值的简单确认。


图1本发明的方法可应用的带有尾气再循环的增压发动机装置。
具体实施例方式
本发明的方法优选应用于车辆，特别是工业车辆，该车辆上设置有发动机，且该发动 机包括内燃机1 (优选为柴油发动机)、进气管2和排气管3。根据一个可选实施例， 进气管可以包括增压压缩机4,排气管可以包括用于驱动所述压缩机的涡轮5，该涡轮可 以为可变几何类型。通常，可以设置有尾气再循环管6,该尾气再循环管6连接排气管 和进气管的两个适当的点。可以设置特定装置(图中未显示)例如泵或文氏管装置，以允 许在管6内适当的再循环气体的流量。采用再循环阀7来调整所述流量。再循环管T'以连 接在发动机的进气管和排气管的高压分支上，例如将涡轮5的上游端和压缩机4下游端 连接。尽管如此，再循环也可以采用其他方式。空气流量传感器8设置在进气管。I传感 器9设置在排气管上。温度传感器19和压力传感器IO探测压缩机下游端的参数，优选在 再循环气体的再引入点，例如进气歧管12。
发动机操作系统11可以为惯用的电子单元，并可以从各种传感器接收信号，从而以现 有方式检测其他工作参数，包括发动机转速，以控制各种元件例如注射器，从而检测注 射的燃料流量，以及控制阀7根据收集数据调整再循环流量，以及控制可变几何涡轮喷 嘴5或岡门。因此，操作系统可以控制燃料的注射。控制单元也接收关于根据驾驶员要求 发动机所需的转矩和能量的数据。同时，系统也可以设置或利用其他传感器和控制器，例 如在排气管上设置温度传感器，特别是在存在气体处理系统的情况下，例如催化式排气净 化器、再生过滤器、或其他。在维护操作中，控制单元优选可以外部控制，例如可以连接 到外部控制装置，例如电脑，并且可以将探测到的工作数据传送给外部控制装置。控制单 元可以由外部设备控制，从而控制各种元件，例如注射、可变几何涡轮的开启、再循环阀 的开启、其他元件例如发动机冷却扇的运作。根据可以应用于如图所示的发动机的诊断方法，在电子单元ll检测到的数据基础上， 电子单元本身、或者外部设备可以确定三个数值，并进行比较，显示可能的错误。
例如，这可以是三个正确或虚拟的空气流量AirHFM是流量传感器8测得的流量；
Airasmod = a，*pb00St/Tb00St*Vm*Ev;这是从pboost和Tbo。st计算4寻到的虚拟空气流量，pbo0st 和Tb。。st分別表示增压压力和温度；此外，Vm为发动机转速(s")， Ev为容积效率(体
积)。容积效率为通常发动机的模式根据Vm可以得到的数据，这些模式也可以考虑其他
参数。最终，Airlsu=X*A/Fst*Qf,是空气流量值，其中，人为根据氧气浓度计算得到的值， 该氧气浓度是关于纯空气中氧气含量，从传感器测量得到，并根据传感器特征和环境特征 作修正，A/Fst为化学计量空燃比(stoichiometric air-foel ratio ), Qf为每时间单位的注射燃 料流量。空气流量可以为质量流量，虽然也可以计算容积流量。
三个流量可以在没有再循环流量的情况下确定，这可以由控制单元通过控制外部装 置进行，例如通常通过关闭阀7,但是也可以通过操作其他类型的再循环装置，如果存在 的话。如果确定的三个流量不匹配，根据偏差值，从表l作第一选择。"OK，，表示正确的流 量；"偏差+"和"偏差-"分别对应于确定值大于正确流量值和小于正确流量值。如果可以得 到描述发动机动作的参考值，那么很容易马上确定数值是否正确以及哪个数值。
诊断操作可以按如下方式进行。
关闭发动机，核实空气流量传感器是否指示在零值，并核实增压压力传感器是否显示 环境压力。
设置好上述参考数值后，在发动机低速下，数值与参考数值进行比较(这些参考数值 受环境条件影响，例如海拔)。如果测得的空气流量偏差，可以把范围限制在空气流量传 感器的偏差或供给管的损失，虽然也存在再循环系统的损失，特别是阀关闭条件下再循环 气体的泄漏，尤其是如果Air^值也偏差。
如果AiTasm。d数值错误，另 一方面如果在以往测试中没有检测到压力传感器的错误(此 外，如果没有^f全测到压力值偏差，即使在先参考值正确)，那么可以认为增压温度传感器 的错误。
随后，可以进行固定参考值的测试，例如低、中和高转速，同时再循环线路关闭，从 而探测空气流量的整个可能范围。为了提高增压压力，可变几何涡轮喷嘴可以关闭(由控 制单元控制)。此外，发动机冷却风扇可以运作，并发送命令到控制单元，由于工业车辆上风扇釆用高功率，所以通常直接由发动机轴驱动。此外，避免在测试过程中过热。因此， 在工业车辆上，通过比较车间测试中的三个数值，已经发现通常整个进气空气流量范围和 约一半或甚至更多的供给压力场可以探测。采用至少2、优选3及更多个工作点，进一步 使传感器测量的偏差直线性，这使可能的错误的信息更精确。
在减速步骤中，关闭燃料供应，核实X传感器的校准点(必须显示02的体积百分比为 20.95% )。
最后，通过开启阀门，进行不同气体再循环流量的一系列测试。如表l中情形6所示， 应当认为Airhfin空气流量的减少(部分供应给发动机的气体不来自外部)、以及Airlsu空气 流量的减少，但是Airwd流量只受气体成分的轻微影响(气体成分被再循环改变)，并表 示通过发动机的几乎正确的气体流量。当保持发动机速度不变时，这是正确的。发动机工 作参数(保持不变)事实上直接由检测者通过远程控制命令设置，例如输入控制器，须保 持的旋转速度、排气循环管的阀的位置(再循环系统阀门，EGR阀)和可变几何涡轮(VGT) 的位置。没有这种控制，工作条件的较小变化(例如发动机温度影响摩擦)将导致发动机 转速的偏差。剩下的没有驱动的执行器，继续按根据发动机控制单元的通常设置进行，只 有较小的偏差，因为增压温度升高，增压压力降低，这是因为气体受限于涡轮(如果再循 环处于高压分支)。因此，也可以观察到是否Airhftn和Airlsu的降低线性地取决于再循环尾 气流量的增长，这取决于阀门的开启。
通过如上所述进行测试，如果测试结果是所希望的，用户可以知道发动机操作系统的 整体功能性。
如表1所示，如果阀门不同，可以进行计算。
如果Air^值不同于其他两个(该其他两个一致)，可以认为X传感器出现问题。如果 在减速测试中没有检测到，那么X传感器可能出现问题，特别是如果燃料流量值相对于参 考值是正确的。否则，很可能是燃料流量的计算错误。
如果Akasm。d值不同于其他两个(该其他两个一致)，那么可能是温度或压力传感器出 现问题，或者引入了不想要的再循环气体(阀门泄漏)。在各种条件下的上述测试也允许 识别产生问题的元件，以及问题的性质例如，如果Airasm。d的偏差没有伴随着关闭发动 机，且所有数值在这点上一致，但只有在高负载时才出现偏差，那么压力或温度传感器存 在偏差。
如果只有Akhfin值不同，那么可能是空气流量传感器出错(如果发动机关闭时测试存在偏移，或者在其他流量上的测试中如果问题是非线性反应)，或者进气管损失(如果损 失是压缩机的上游，使Airhfm值降低，或者如果损失在下游，使Airhfo值升高)。
在不同条件下的以上测试可以按所示顺序进行，或者按其他顺序进行。
通过根据本发明操作， 一旦检测到错误的存在，可以根据具体情况决定进行适当的进 一步测试，以更快地确定错误的原因。
确定错误的原因之后，可以校准元件或进行必需的干涉。
此外，可以找到三个不同数值的其他组来比较，与至少部分的上述参数相关。例如， 以上确定的空气流量之间的关系可以确定。因此，通过改变影响关联的两个流量的条件， 可以更容易观察两者是否具有线性偏差。
此外，从空气流量Airasm。d和Airhfin以及从入传感器测得的氧气值，也可以确定虚拟燃 料流量以及计算其相对于Qf的偏差。当需要使Qf最大时，这可以完成。
如上所述，特別是在低负载下，注射系统的流量值Qf可能出现明显的错误。因此，如 果按如上所述的方法进行诊断，或者基于流量Qf的正确计算的任何其他方法，很难区别其 他可能的错误。例如，在Airlsu出现偏差的情况下，该错误将掩盖人传感器氧气含量计算 中可能的错误，其中公差允许在燃料流量上通常的公差一样宽，从而允许发动机操作系统 正常工作。此外，多个元件的错误不容易探测到。因此，注射系统或进行诊断的设备的校 准，至少当后者进行时，或至少燃料流量的错误，必须在各种测试的条件中准确探测出， 从而排除其他可能的错误。
与在发动机固定工作条件下(至少在允许车间进行测试的条件下)的燃料流量关联的 参考数值可以获得。这些数据可以通过与测试的发动机相同版本，在实验室中，不同负载 (转矩)下获得。事实上，即使在类似的工作条件下，发动机的结构特征(例如汽缸和活 塞、以及轴衬公差)或者偶然或测试中变化的摩擦原因(例如，润滑剂类型和温度，不同 负载例如各种设备例如交流发电机、液压转向泵、冷却风扇、调节压缩机等的驱动，使在 测试中，不同和相同的发动机承受的负载不同且不可再现，即使由于车辆运动的负栽没有 作用。
为了计算这些原因导致的负载，在两个预设置工作条件之间(两个不同转速)在没有 燃料供给下进行减速测试，可以计算摩擦产生的转矩。例如，在如上所述没有燃料供应下 的^传感器检查的同时进行测试，例如在各种转速下测试。从而，测得发动机从高转速到低转速(降低每分钟的圈数An)经过的时间At。
摩擦转矩计算出Md=I* (An/At"2兀/60,其中I为发动机转动件的转动惯量，该值很容 易从给定的版本得到。基于此转矩值，在诊断的各种条件下可以确定正确流量值Qf,从而 直接用于计算或用于构成用于诊断的系统或设备的注射系统的校准。
当然，参考值可以与各种条件有关，例如转矩或相应于载荷或相关(例如在预定条件 下的减速)的值。这些可以以函数或表格的形式获得。
采用以上的诊断方法，本发明的方法增加了测试的可靠性，并可以区别产生错误的可 能情形或者两个不同原因导致的差错。以上通过实施例描述了诊断方法的特定类型，该诊 断方法用于特定的发动机，尽管如此，根据本发明的方法可以用于基于正确燃料流量的其 他类型的测试，即便是在其他类型的发动机，例如即使没有增压或尾气循环，并作适当的 修改。
本发明也涉及计算程序，如所述控制单元和/或设备，该计算程序用于实施本发明的方 法或包含该方法的诊断方法。
本发明也涉及发动机和电子设备的操作系统，该操作系统可以连接到发动机的操作系 统，并可以执行上述方法或诊断。
表1
情形问题或未校准/有缺陷元件Ail"HFMAirASMOD
1空气流量传感器(HFM)偏差+/-OKOK
2压缩机上游的进气管损失偏差-OKOK
3压缩机下游的进气管损失偏差+OKOK
4增压压力传感器OK偏差+/-OK
5增压温度传感器OK偏差+/-OK
6再循环阀损失(EGR)偏差-aOK偏差-
7容积效率错误OK偏差+/-OK
8燃料流量值错误OKOK偏差+/-
9X传感器OKOK偏差+/-
权利要求
1. 一种工业车辆发动机的正确燃料流量的确定方法，所述方法包括确定参考燃料流量，该参考燃料流量相应于在与发动机负载相关的各种工作条件下、从与测试的发动机相同类型的参考发动机测得的准确流量；测量所述测试的发动机从与发动机负载相应的第一预定转速至第二预定转速的减速(Δn/Δt)，其中没有供应燃料；基于所述减速，以及基于在类似负载条件下的发动机实际工作状态，确定与所述正确流量相应的参考流量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法通过所述发动机的电子操纵系统 或与所述操纵系统连接的电子装置执行。
3. —种用于车辆发动机的操纵系统的诊断方法，其特征在于，包括如前述任意一项权 利要求所属的方法，以及所述正确流量值用于确定可能的差错。
4. 根据权利要求3所述的诊断方法，其特征在于发动机的操纵系统将所述正确流量 值与显示的流量值进行比较。
5. 根据权利要求3或4所述的诊断方法，其特征在于，包括以下操作探测一系列参 数包括传感器(8) 4笨测进气流量(AirhfaO;传感器(19、 10)探测增压压力(pho。st)和 增压温度(Tb。。st); X传感器(9)探测尾气中的氧气含量(入)；每分钟供应给发动机的流 量(Qf);基于至少部分所述参数，确定彼此独立的三个数值；比较所述三个数值，以确 定可能的工作差错；其中所述燃料流量(Qf)为所述正确的流量。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述三个数值为感应器检测的进气流量 (Airhfin)、根据增压温度和压力以及发动机转速计算出的进气流量(Airasm。d)、容积效率 值(Ev);从尾气的氧气百分比和供给的燃料流量计算出进气流量(Airku)。
7. 根据;f又利要求5所述的方法，其特征在于所述三个数值为第一虚拟燃料流量和第 二虚拟燃料流量计算出，其中，第一虚拟燃料流量从尾气的氧气百分比和传感器测得 的进气流量(Airhfin)计算出，第二虚拟燃料流量从所述增压温度和压力、所述发动机转 速、容积效率值(Ev)、尾气中氧气百分比、和所述正确燃料流量计算出。
8. —种计算程序，该计算程序可执行根据前述任意一项权利要求所述的诊断方法。
9. 一种用于执行根据前述任意一项权利要求所述的诊断方法的发动机的操纵系统。
10. —种可与发动机操纵系统连接的电子装置，该电子装置可执行根据前述任意一项 权利要求的诊断方法。
全文摘要
一种工业车辆发动机的正确燃料流量的确定方法，所述方法包括确定参考燃料流量，该参考燃料流量相应于在与发动机负载相关的各种工作条件下、从与测试的发动机相同类型的参考发动机测得的准确流量；测量所述测试的发动机从与发动机负载相应的第一预定转速至第二预定转速的减速(Δn/Δt)，其中没有供应燃料；基于所述减速，以及基于在类似负载条件下的发动机实际工作状态，确定与所述正确流量相应的相应参考流量。
文档编号G01M15/00GK101435741SQ200810176250
公开日2009年5月20日 申请日期2008年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者米歇尔·马克尼 申请人:依维柯发动机研究公司