用于识别多缸内燃机的气缸的压缩损失的方法与流程

本发明涉及一种用于识别多缸内燃机的气缸压缩损失的方法以及一种用于执行所述方法的计算单元和计算机程序。

背景技术：

对于精确控制内燃机气缸中的燃烧，除了所配量的燃料量以外，其它参数尤其如压缩压力(气缸内部中的压力，该压力可以通过活塞行程产生)也是重要的。因此，燃烧的干扰例如不均匀的发动机运转或功率损失也可能来自压缩中的干扰。

所谓的压缩测试是工厂诊断功能，所述工厂诊断功能可以检验各个气缸上的压缩偏差。在内燃发动机在喷射停用的情况下被拖拽(schleppen)期间，所述压缩测试记录曲轴的齿时(zahnzeit)。通过各气缸单独地分析评价齿时，可以针对各气缸准确地识别出例如由泄漏引起的压缩损失。在此，压缩损失由于曲轴在有缺陷的气缸的压缩阶段或膨胀阶段中减速度以及加速度减小而表现出来。在此，气缸具有气体弹簧的功能，该气体弹簧将来自旋转的动能转换成势能并且暂时存储在气体压力中。尤其在柴油发动机的压缩比高、也就是说气体弹簧力高的情况下，压缩测试在例如不均匀的发动机运转或者功率损失的情况下是具有精准确定能力的重要诊断工具。

用于识别压缩损失的可能准则是在确定的齿弧段(zahnsegment)中一个气缸相对于另一气缸的齿时偏差。可能的齿弧段例如正处于ot(上止点：oberertotpunkt)之后的42°至60°曲轴角度(kw)的范围内并且具有6°kw的大小。

压缩测试的典型使用场景是没有起动的内燃发动机。在这样的情况下常规流程是，工厂工作人员多次尝试起动发动机、检验故障存储器并且最后应用压缩测试。然而，多次起动尝试会加热气缸壁上的机油，由此机油的粘度改变并且又减小摩擦。摩擦的减小引起旋转能量的提高，由此减小气体弹簧对旋转的影响。该温度效应(也称为“热呼啸”(warmorgeln))不能通过发动机温度或者说油温测量出并且使测试的说服力变差。

因此希望提供以下可能性：即使在气体弹簧力低的情况下、也就是说例如在具有小压缩的发送机中和/或在热的发动机中也能够识别出压缩偏差。

技术实现要素：

根据本发明，提出一种用于识别多缸内燃机的气缸压缩损失的方法以及一种用于执行所述方法的计算单元和一种计算机程序。优选构型是本发明的有利实施方式。

本发明尤其涉及一种所谓的压缩测试，该压缩测试可以检验各个气缸上的压缩偏差。通过所述方法可以针对各气缸准确地识别出例如由泄漏引起的压缩损失。尤其，本发明因此是一种诊断工具，以便即使不再能起动和点火内燃机也可以识别出内燃机各个气缸的压缩损失。

在所述方法的范畴内，在内燃机喷射停用(以及符合目的地在点火停用)的情况下针对内燃机的每个气缸分别确定弧段时间，在所述弧段时间中，内燃机的曲轴围绕对应气缸的上止点分别走过预给定的角度范围。在该上下文中，弧段时间尤其应理解为气缸走过一角度范围所需的时间，在该时间中气缸被视为起作用的。在该上下文中，气缸的止点应理解为，与曲轴耦合并且在该气缸中上下运动的活塞位于上止点。上点火止点(zot)基本适合作为本发明范畴内的上止点，因为在该情况下进气阀和排气阀在该角度范围内是闭合的并且该气缸因此可以起气体弹簧的作用。

符合目的地，针对每个气缸分别确定多个弧段时间。在此，曲轴尤其完成至少一个、优选多个工作循环，并且各个气缸或在其中运动的活塞分别一次或多次位于对应的上止点中。对压缩损失识别的准确性尤其与确定的弧段时间的数量有关。越多的(呈弧段时间形式的)测量值被确定，对压缩损失的识别越准确。

在所述方法的范畴内，由这些确定的弧段时间针对每个气缸确定运行不平稳性值，尤其分别作为不同气缸的弧段时间之间的差值来确定。在气缸存在压缩损失时，带有故障的该气缸的弧段时间与其余无故障的气缸的弧段时间不同。无故障的气缸的弧段时间应相同或至少基本相同。如果气缸的弧段时间相互不同，那么这表明存在压缩损失，使得不同气缸的弧段时间的差值符合目的地作为运行不平稳性的量度并因此作为运行不平稳性值被确定。尤其，由多个弧段时间也针对每个气缸确定多个运行不平稳性值。尤其，因此可以在一个时间区间持续期间针对每个气缸确定运行不平稳性值的时间变化过程。

运行不平稳性值例如可以作为相继的气缸的弧段时间的差值被确定，这些差值附加地与速度因数相乘。速度因数与绝对的弧段时间有关。此外，在和项(summenterm)中分别可以以相同的正负符号将这些运行不平稳性值相加。这例如被用于识别停机(bankaussetzer)。用于确定运行不稳定性值的方法例如由文献de19627540b4、de4118580a1和de102008044305a1已知，在这些文献中涉及更进一步的细节。尤其，根据以下公式针对点火节拍i由弧段时间ts确定运行不平稳性值lut(i)：

由运行不平稳性值针对每个气缸确定评价参量。根据该评价参量评价是否存在压缩损失。因此，该评价参量符合目的地与所有确定的运行不平稳性值或者说运行不平稳性值的时间变化过程有关。因此，通过考虑内燃机的多个工作循环可以符合目的地提高该评价参量的说服力。

本发明提供一种可能性，以便尤其在具有小压缩比的内燃机中也能够尤其通过合适地选择预给定的角度范围精确地识别出各个气缸的压缩损失，如接下来将会阐述的那样。

预给定的角度范围尤其围绕对应的上止点对称地延伸并且尤其描述相应气缸的起作用的弧段，在该弧段中，其它气缸的影响尤其是小的。因此，在该角度范围内符合目的地既考虑该气缸的压缩阶段又考虑膨胀阶段，在该压缩阶段中，气缸的活塞向着上止点运动，在该膨胀阶段中，活塞又从上止点运动离开。这两个阶段尤其等价地来考虑，使得这两个阶段中的摩擦影响相互抵消。

通过停用喷射，各个气缸符合目的地起气体弹簧的作用，该气体弹簧分别将曲轴的旋转动能转换成势能并且至少暂时存储在在气缸中被压缩的气体的气体压力中。为此，内燃机例如被起动机拖拽。在开始时，内燃机或者说曲轴的转速与起动机的转速尤其相同或者至少基本相同。如果气缸中的活塞在压缩阶段期间向着其上止点运动，那么曲轴转速由于所述气体弹簧、尤其由于该气缸中的气体的压缩而减小。在活塞经过了上止点并且在膨胀阶段期间从上止点运动离开之后，曲轴的转速由于所述气体弹簧、尤其由于存储在压缩气体中的气体压力而提高。

在带有故障的气缸存在压缩损失的情况下，气体弹簧的加速和减速作用减小。在带有故障的气缸的压缩阶段中，转速与在无故障的气缸中相比不那么强烈地减小，并且在带有故障的气缸的膨胀阶段中，转速与在无故障的气缸中相比不那么强烈地提高。带有故障的气缸由于压缩损失而失去气体弹簧的一部分势能，这导致在更长的时长中走完围绕上止点的预给定的角度范围并且因此导致更大的弧段时间。

通过考虑多个工作循环或者多个弧段时间和运行不平稳性值，尤其可以提高所述方法的精度这种精度尤其指无故障的压缩(好压缩)与带有故障的压缩(差压缩)之间的区分能力。例如，通过所述方法可以识别出好压缩和差压缩之间仅3巴的压缩压力差。

所述方法尤其适合于内燃机的不同种类并且能够在具有不同压缩比的内燃机中同样以高精度精确地识别压缩损失。在此，压缩比ε尤其指在压缩前的整个气缸室(总体积)与压缩后的剩余空间(剩余体积)之间的比值。例如，所述方法适合于具有较高压缩比的柴油发动机，在所述柴油发动机中出现高的气体弹簧力，并且在所述柴油发动机中在存在压缩损失的情况下较明显地出现改变。同样，所述方法也适合于具有较小压缩比的汽油发动机或者说奥托发动机，例如ε＝10或更大。尤其，也可以在这种内燃机中精确地识别出在存在压缩损失情况下的改变，这些改变与柴油发动机相比明显更低。

通过合适地选择预给定的角度范围，符合目的地得到所述方法的温度稳健性。因此，压缩损失尤其可以与内燃机的当前温度或油温无关地被识别出。在油在气缸壁上被加热的情况下，油的粘度和摩擦尤其减小。摩擦的减小导致旋转能量的提高，由此气体弹簧对曲轴旋转的影响被减小。因为由于围绕上止点对称地预给定的角度范围，压缩阶段和膨胀阶段被等价地考虑，所以这些摩擦影响符合目的地相互抵消。

有利地，分别在预给定的时间区间持续期间和/或针对预给定数量的工作循环确定内燃机的每个气缸的弧段时间。在该时间区间期间，曲轴完成一个或者优选多个工作循环，各个气缸或者说在其中运动的活塞分别一次或多次位于对应的上止点。该时间间隔或者说预给定数量的工作循环尤其是分析处理时长或者测量时长，对压缩损失识别的准确性与该分析处理时长或者测量时长有关。所述时间间隔越长或者说工作循环越多，(呈弧段时间形式的)测量值越多并且对压缩损失的识别越准确。通过合适地选择预给定的时间间隔或者说预给定数量的工作循环，符合目的地得到所述方法的高精度。例如，所述时间区间可以在5s到10s之间选择。

根据一个优选实施方式，针对每个气缸确定运行不平稳性值的总和和/或确定该气缸的运行不平稳性值的时间积分作为评价参量。通过多个运行不平稳性值的这种相加尤其得到稳健的、具有高说服力的评价参量，通过所述评价参量可以精确地反推出压缩损失并且可以达到高的精度。

特别优选，针对每个气缸确定正的运行不平稳性值的总和和/或确定该气缸的正的运行不平稳性值的时间积分作为评价参量。正的运行不平稳性值尤其表明从一个气缸至下一个气缸的弧段时间的延长。这尤其意味着，旋转能量损失。通过针对各气缸将正的运行不平稳性值相加，尤其获得表明压缩损失的评价参量。

有利地，尤其在预给定的时间区间期间针对每个气缸确定该气缸的运行不平稳性值的升高(steigung)作为评价参量。特别优选，针对每个气缸确定该气缸的正的运行不平稳性值的升高作为评价参量。例如，相加的、尤其正的运行不平稳性值与时间区间持续的比值或者相加的、尤其正的运行不平稳性值与完成的工作循环的数量的比值作为升高被确定。

根据一个优选实施方式，针对每个气缸也可以确定对应气缸的弧段时间的总和和/或确定弧段时间的比值和/或确定对应气缸的弧段时间的总和与所有气缸的弧段时间的总和的比值作为评价参量。

根据一个优选实施方式，确定第一弧段时间与尤其紧先前位于其上止点的气缸的第二弧段时间之间的差值作为气缸的运行不平稳性值，在所述第一弧段时间中，曲轴围绕该气缸的上止点走过预给定的角度范围，在所述第二弧段时间中，曲轴围绕另一气缸的上止点走过预给定的角度范围。因此，正运行不平稳性值尤其表明从一个气缸至下一气缸的弧段时间的延长。这表明旋转能量损失并且气缸存在压缩损失。

优选，对评价参量进行阈值比较，以便评价是否存在压缩损失。如果评价参量达到或超过阈值，那么这尤其表明存在压缩损失。

有利地，预给定内燃机工作循环的角度范围与气缸数量的比值作为所述角度范围。例如，在四冲程发动机的情况下，工作循环的角度范围为720°kw。在此，每个气缸的活塞在一个完整的工作循环期间两次位于上止点。因此，对于四缸四冲程发动机而言得到180°kw的预给定的角度间隔。因此，该预给定的角度间隔例如从上止点前90°kw延伸直至上止点后90°kw。

本发明的计算单元，例如机动车的控制器，尤其在编程技术上被设立为用于执行本发明的方法。

以计算机程序的形式实现所述方法也是有利的，因为这尤其在实施的控制器还被用于另外的任务并因此总归会存在时引起特别低的成本。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁性存储器、光学存储器和电存储器，如硬盘、闪存、eeproms、dvds等。通过计算机网络(互联网，内联网)下载程序也是可能的。

本发明的其它优点和构型由说明书和附图得到。

附图说明

本发明根据实施例在附图中示意性地示出并且在下面参照附图来描述。在附图中，

图1示意性示出内燃机，该内燃机构造用于实施本发明方法的优选实施方式。

图2作为方框图示意性示出本发明方法的优选实施方式。

图3示意性示出与曲轴角度有关的曲轴转速的曲线图，所述曲线图可以关于本发明方法的优选实施方式来确定。

图4示意性示出运行不平稳性值的时间变化过程的积分的曲线图，这些曲线图可以关于本发明方法的优选实施方式来确定。

具体实施方式

在图1中示意性示出内燃机并且以100标记，该内燃机构造为四缸四冲程发动机。

内燃发动机100具有四个气缸111,112,113,114，这些气缸分别被活塞121,122,123,124可运动地密封。作用到活塞121,122,123,124上的气体力被传递到曲轴110上。

传感轮130抗扭转地与曲轴110连接。沿着传感轮130的周边尤其等距地布置标记。这些标记可以借助接收器132例如磁性传感器被采样，并且测量信号134例如电压信号可以由控制器140确定。

由该测量信号134，控制器140可以确定标记经过接收器132时的时间点作为所谓的齿时。弧段时间可以作为传感轮132的每两个确定的标记之间的时间间距被确定。由测量信号134尤其得知，各个气缸111,112,113,114的活塞121,122,123,124(关于曲轴110从0°至360°的一转)位于哪个位置。尤其可以确定，各个气缸111,112,113,114的活塞121,122,123,124分别何时位于(上或下)止点。

当然，内燃发动机100还可以具有另外的元件，例如一个或多个凸轮轴、进气阀和排气阀等，它们由于直观原因未在图1中示出。

在气缸111,112,113,114中的一个或多个气缸中存在失火(zündaussetzer)或者说压缩损失时，作用的气体力减小并且从而曲轴110的旋转运动的均匀性也降低或者甚至可能发生内燃发动机100不再能够起动。

为了识别出压缩损失，控制器140尤其在程序技术上被设立为用于执行本发明方法的优选实施方式，该方法在图2中作为流程图示出并且接下来将被阐述。

在步骤210中，在喷射停用的情况下，内燃发动机100例如被起动机或例如在混合动力车辆中被电动机拖拽。例如，内燃发动机100在例如预给定的5s时间区间δt持续期间被拖拽。

在5s的该时间区间期间，曲轴实施n次工作循环(也就是说2n次完整转动)。因此，气缸111,112,113,114中的每一个或者说活塞121,122,123,124中的每一个在该时间区间期间n次位于其上点火止点(zot)。

在该时间区间期间，针对每个气缸111,112,113,114分别确定弧段时间，在该弧段时间中，曲轴110围绕对应的气缸111,112,113,114的上点火止点分别走过预给定的角度范围

该预给定的角度范围作为720°kw的工作循环的角度范围与气缸数量的比值被预给定：

该预给定的角度范围分别对称地围绕上点火止点并且因此从上点火止点前90°kw延伸直至上点火止点后90°kw。

在步骤211中，例如针对第一气缸111确定第一弧段时间，在该第一弧段时间期间，曲轴110围绕该第一气缸111的上点火止点走过预给定的角度范围。

在第一气缸111或者说其活塞121已经经过其上点火止点之后，例如第二气缸112的活塞122经过其上点火止点。因此，在步骤212中，针对第二气缸112确定第二弧段时间，在该弧段时间期间，曲轴110围绕该第二气缸112的上点火止点走过预给定的角度范围。

在步骤213中，针对第二气缸112确定第一运行不平稳性值，作为第二气缸112的在步骤212中确定的第二弧段时间与第一气缸111的在步骤211中确定的第一弧段时间之间的差值。

在没有压缩损失的无故障气缸中，在压缩阶段期间，该气缸中的气体被向着上点火止点运动的活塞压缩，由此，曲轴的转速减小。在接下来的膨胀阶段中，通过压缩气体使曲轴的转速提高。相反，在带有故障的气缸存在压缩损失时，该加速作用或减速作用减小，由此相应的弧段时间增大。

如果气缸111和112分别是无故障的并且不具有压缩损失，那么它们的在步骤211和212中确定的弧段时间应相同或至少基本相同。相反，如果第一气缸111存在压缩损失，那么第一气缸的在步骤211中确定的第一弧段时间大于第二气缸112的在步骤212中确定的第二弧段时间。

以类似的方式，在第二气缸112之后第三气缸113或者说其活塞123经过其上点火止点。因此，在步骤214中，针对第三气缸113确定第三弧段时间，在该弧段时间期间，曲轴110围绕第三气缸113的上点火止点走过预给定的角度范围。

与步骤213类似，在步骤215中针对第三气缸113确定运行不平稳性值，作为第三气缸113的在步骤214中确定的第三弧段时间与第二气缸112的在步骤212中确定的第二弧段时间之间的差值。

在第三气缸113之后，第四气缸114或者说其活塞124经过其上点火止点。因此，在步骤216中针对第四气缸114确定第四弧段时间，在该弧段时间期间，曲轴110围绕第四气缸114的上点火止点走过预给定的角度范围。

在步骤217中，针对第四气缸114确定第一运行不平稳性值，作为第四气缸114的在步骤216中确定的第四弧段时间与第三气缸113的在步骤214中确定的第三弧段时间之间的差值。

在第四气缸114之后，第一气缸111重新经过其上点火止点。因此，与步骤211类似，在步骤218中针对第一气缸111重新确定弧段时间，在该弧段时间期间，曲轴110围绕第一气缸111的上点火止点走过预给定的角度范围。

在步骤219中，针对第一气缸111确定第一运行不平稳性值，作为第一气缸111的在步骤218中确定的弧段时间与第四气缸114的在步骤216中确定的第四弧段时间之间的差值。

因此，步骤212至219一直重复，直至走完5s的时间区间δt。尤其，因此针对气缸111,112,113,114中的每一个确定n个弧段时间和n个运行不平稳性值。

在走完时间间隔δt之后，对气缸111,112,113,114中的每一个气缸的n个运行不平稳性值进行分析处理。在此，在步骤221中，由对应的n个运行不平稳性值针对每个气缸111,112,113,114确定评价参量。例如，在此可以将所述n个运行不平稳性值分别相加或者可以分别确定运行不平稳性值的时间变化过程的积分。在一个优选构型中，通过将仅正的运行不平稳性值相加来确定该评价参量。

在步骤222中，将每个气缸111,112,113,114的评价参量与阈值比较。如果这些评价参量都没有达到对应的阈值，那么在步骤223中评价得出：不存在压缩损失。

然而如果气缸的评价参量达到或超过阈值，那么在步骤224中评价得出：该气缸存在压缩损失。在该情况下，在步骤224中尤其可以采取措施，以便消除识别出的压缩损失。

在附图3和4中分别示意性示出曲线图，这些曲线图可以在本发明方法的优选实施方式的范畴内被确定。

图3在附图a和b中示意性示出图1的四缸内燃机100的曲轴转速nrot的曲线图310,320。

图3a示意性示出对于没有压缩损失的无故障情况的曲线图310。在此，曲线311,312,313和314分别示出曲轴110在从对应气缸111,112,113或114的上点火止点前直至上点火止点后的角度范围内的转速。如在图3a中可见，在此针对气缸111,112,113或114的曲线311,312,313和314基本相同。

类似地，图3b示意性示出图1的四缸内燃机100的曲线图320，其中，在气缸114中出现压缩损失。在此，曲线324示出带有故障的气缸114在围绕其上止点的预给定的180°kw角度范围内的转速。曲线321,322或323示出其余无故障的气缸111,112或113的转速变化过程。带有故障的气缸114的曲线324尤其在0°kw与+90°kw之间的膨胀阶段中与无故障的气缸的曲线321,322或323不同，因为带有故障的气缸114在该膨胀阶段中尤其具有比无故障的气缸111,112,113小的加速度。

图4在插图a和b中示意性示出正的运行不平稳性值的时间变化过程在预给定的5s时间区间δt期间的积分(∫lut)的曲线图410,420。

积分即一个气缸的在预给定的时间区间δt内确定的所有正的运行不平稳性值的相加，例如可以作为该气缸的对应评价参量被确定。

在图4a中，在曲线图410中示意性示出气缸111,112,113,114在没有压缩损失的无故障情况下的运行不平稳性值lut的积分变化过程411,412,413,414。如可见那样，评价参量在图4b的无故障情况下总是处于阈值lutmax以下。

在图4b中，类似地示意性示出气缸111,112,113,114的运行不平稳性值lut的积分变化过程421,422,423,424，其中，在气缸114中出现压缩损失。如可见那样，对应于气缸114的积分变化过程424超过阈值lutmax，使得该气缸114的评价参量也超过该阈值lutmax。