專利名稱：識別內燃機進氣管中泄漏的方法及相應的內燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種識別內燃機進氣管中泄漏的方法和用于實施該方法的一種內燃機。
目前的內燃機中，為了實現最佳功率和消耗，重要的是，為內燃機供給一種具有確定混合比的燃料空氣混合氣。一種確定的燃料空氣混合氣尤其在廢氣借助一個催化轉化器凈化時是必須的。通常，催化轉化器的功能很大程度上取決于所用燃料空氣混合氣的混合比。為了表征混合氣成分，過量空氣系數用Lambda定義。Lambda是實際的燃料空氣混合比與化學計量學的燃料空氣混合比的比例。在Lambda等于1時，燃料正好與其完全燃燒所需空氣量混合。對于迄今所用的催化轉化器，發(fā)動機必須在Lambda值盡量等于1的很窄的范圍內或者很窄的催化轉化器窗內工作。
為了能夠盡可能精確地保持燃料空氣混合氣的Lambda值，已知內燃機以一個Lambda調節(jié)器工作。這里，一方面用一個過量空氣系數測量計測得流進內燃機中的空氣，另一方面用至少一個Lambda探頭測得在燃料燃燒之后離開內燃機的廢氣中的氧氣含量。一個控制裝置從這兩個參數確定輸入的燃料量。為了能夠即使在負荷變化的情況下也盡可能好地保持力求的Lambda值，在控制裝置中借助兩種機理求出必需的燃料量。一個是，從流進的空氣質量計算燃料量，這就借助流入的空氣質量產生理想的過量空氣系數。以此方式，可以非常迅速地對負荷變化或者對流進的空氣質量變化作出反應。但缺點是，在這種機理中沒有反饋是否實際上達到了理想的Lambda值。因此，可以例如基于不同的燃料種類或者燃料組分在保持燃料空氣比相同的情況下混合氣中的過量空氣系數有波動。為了補償這種由于不同的燃料組分或者在確定流進空氣質量時的不精確性引起的波動，設置一個疊加的Lambda調節(jié)機構，該調節(jié)機構根據發(fā)動機進氣門處測得的Lambda值改變輸入的燃料量。因此這種控制是根據流進的空氣質量確定據燃料量，而在閉環(huán)控制中則相反，是根據測得的Lambda值改變燃料量。
理想的是，當在流進空氣質量一定時為了實現理想的Lambda值所必需的燃料量被精確地配給時，Lambda調節(jié)機構必須只是很小地影響燃料量甚至不影響。
這里重要的是，流進發(fā)動機的空氣質量被精確確定。因此識別出內燃機的進氣管中的泄漏位置非常重要。另外，進氣管上常常連接有一個曲軸箱通風管，因此在進氣管與曲軸箱通風管之間的連接出問題時就會在進氣管中產生泄漏，導致內燃機功能故障。
本發(fā)明的任務是提出一種能夠以很少的費用識別出內燃機進氣管中泄漏的方法和裝置。
按照本發(fā)明，該任務是通過一種具有權利要求1所述特征的方法和具有權利要求1 2所述特征的內燃機來解決的。從屬權利要求分別限定了本發(fā)明的優(yōu)選實施形式。
按照本發(fā)明，其前提是根據測得的流進來的空氣質量基本準確地配給為了實現理想的Lambda值所需的燃料量。如果在這一前提下Lambda調節(jié)機構必須特別強烈地干預，以達到理想的Lambda值，則可以利用以下提示如果流進內燃機的空氣多于求出的空氣質量，則內燃機進氣管中存在泄漏。這種方法的采用原則上與力求的Lambda值無關。不僅可以用于內燃機稀薄燃燒工況，其中Lambda值的理論值大于1，而且也可以用于目前使用最廣的Lambda值力求等于1的控制方法。在本發(fā)明的一種特別簡單的實施例中，求值信號可以等于Lambda調節(jié)機構的執(zhí)行信號。
優(yōu)選的是，這種方法在內燃機沒有出現負荷變化的工作階段中實施。這尤其可以是怠速工況時。以此方式實現一種穩(wěn)定的控制狀態(tài)，其中沒有因為控制的瞬變過程出現任何干擾。
這里，可以在Lambda值調節(jié)機構中使用不同的適應值，這些適應值在確定的學習階段求出并用于影響Lambda調節(jié)機構的執(zhí)行信號。這種適應值可以用于在確定燃料量的情況下實現一個執(zhí)行操作，其必要性前面已經公知。然后，配給的燃料量可以借助適應值和Lambda調節(jié)器的值計算出。例如可以以此方式考慮何時所用的燃料具有特別低的質量，從而必須分配更多的燃料量。借助適應值可以實現Lambda調節(jié)器可以總是處于一個最佳的工作范圍，尤其是能夠圍繞一個中性位置工作。適應值可以是相乘的也可以是相加的適應值。相加的適應值尤其可以用于在怠速工作時或者在負荷很小時實現內燃機的正確運轉。相乘的適應值尤其可以用于部分負荷范圍內。
如果采用適應值，在實施本發(fā)明的方法時就必須考慮這些適應值。求值信號則結合Lambda調節(jié)機構的執(zhí)行信號和修正因子確定，修正因子取決于必要時存在的和有效的適應值。這里，對于每一個適應值分別產生一個修正值，其中不僅對于每個相乘適應值而且對于每個相加適應值都產生一個修正值，該修正值是相乘的。為了為相加的適應值產生一個相乘的修正值，必須使用相應的計算規(guī)則。為此也可以將一個相加的適應值首先轉換為一個相乘的值。
此外，可以想到在形成求值信號時不用適應值的絕對值，而是使用混合氣適應值的變化。
同樣，可以采用根據內燃機工作的高度或者內燃機溫度所產生的修正因子。
為了識別泄漏或者分析求值信號，可以定義一個時間窗，在該時間窗內進行識別。此時，測定一個第一時間間隔和一個第二時間間隔，在第一時間間隔內求值信號位于上限之上， 在第二時間間隔內求值信號位于下限之下。接著可以求出這兩個時間間隔之間的時間差，并與測量窗相聯系，一邊獲得一個無量綱的參數。
此時如果沒有出現泄漏，則求值信號沒有超過極限值或者僅超過很短的時間。第二時間間隔明顯大于第一時間間隔，因此產生一個負的差值，該差值在測量窗長度上產生一個幾乎等于-1的值。如果出現泄漏，求值信號明顯長于極限值，則兩個時間間隔產生一個很大的正差值，該差值最大可以等于測量窗的長度。在測量窗長度上產生一個幾乎等于+1的值，優(yōu)選的是最終故障閾值采用0.8。
但是，優(yōu)選的是，在泄漏識別的診斷過程中持續(xù)地計算兩個時間間隔之間的差值并與實際的測量窗時間相聯系。以此方式，在診斷過程中從一開始就存在一個值作為參考參數。無量綱的參考參數與故障閾值之間的比較，在這樣一種情況下也在最小測量時間之后進行，該最小測量時間可能小于測量窗長度。在明確的故障情況下可以非常迅速地進行故障識別。
下限和上限可以相等，但也可以隔開一個安全距離，以避免錯誤診斷。如果求值信號位于閾值之間，由于測量窗時間不斷增加，無量綱的參考參數下降，從而去除可能無理由的故障。
下面借助一個優(yōu)選實施例參考附圖
詳細描述本發(fā)明。
附圖示出了內燃機的示意結構以及按照本發(fā)明實施例實施本發(fā)明方法所必需的部件。
在該功能圖表中示出了一個內燃機3，帶有一個進氣管1和一個排氣管7。通過進氣管1吸進燃燒所必需的空氣，相反，通過排氣管7排出燃燒氣體。
在進氣管1中，最前面是一個空氣濾清器6用于凈化流進的空氣，接著是一個空氣質量測量計2?？諝赓|量測量計2測得每個時間單位流進進氣管1中的空氣質量。
內燃機3是一個帶有一曲軸箱的活塞式發(fā)動機，曲軸箱配有一個曲軸箱通風機構5。曲軸箱通風機構5用于將經活塞流進曲軸箱的燃料蒸汽再次吸出。為此曲軸箱通風機構5與進氣管1相連。
在排氣管7中布置一個Lambda探頭4，以測量燃燒氣體中的氧氣含量。
此外，設置一個Lambda調節(jié)機構8和一個控制機構9，以便確定內燃機3運行所需的燃料量。為此控制機構9與空氣質量測量計2相連，該空氣質量測量計將空氣質量測量的結果傳給控制機構9?？刂茩C構9還有一個來自Lambda調節(jié)機構8的執(zhí)行信號，該Lambda調節(jié)機構又與Lambda探頭4相連。Lambda調節(jié)機構8的設計使它借助傳到控制機構9的執(zhí)行信號影響流進內燃機3中的燃料空氣混合氣，從而燃燒氣體中氧氣含量達到一定理論值。
相反，控制機構9能夠根據在空氣質量測量計2中測得的空氣質量計算出必需的燃料量，該燃料量是達到理想的Lambda值必需的。此時，還考慮Lambda調節(jié)機構8的執(zhí)行信號。檢驗是否以配給的燃料量達到了力求的Lambda值，不用控制機構9進行。這一點借助Lambda調節(jié)機構8實現，該Lambda調節(jié)機構8通過嵌接到控制機構9中形成一個閉環(huán)控制。
當進氣管1沒有泄漏時，控制機構9可以借助測得的空氣質量以一定精確度計算必需的燃料量。偏差尤其是可能由空氣質量測量過程中的不精確性、構件制造偏差、變化了的燃燒條件或者燃料組分的變化產生?；诳諝赓|量確定的燃料量與理想的燃料量的偏差由Lambda調節(jié)機構8或執(zhí)行信號補償。但是，只要求Lambda調節(jié)機構8的很小的調節(jié)作用，因為控制機構9借助測得的空氣質量已經能夠求出燃料量的足夠精確的值。
但當進氣管1內部出現泄漏時，會有比空氣質量測量計2測得的更多的空氣流進內燃機3中。結果是，控制機構9對于實際流進內燃機3的空氣質量配給了過少的燃料量。這就導致燃燒氣體中氧氣含量過高。Lambda調節(jié)機構8試圖借助執(zhí)行信號引起控制機構9中的燃料量增加來補償上述偏差。進氣管1的泄漏導致執(zhí)行信號達到一個不正常的高值，因為Lambda調節(jié)機構8借助執(zhí)行信號試圖為漏進的空氣配給燃料，該漏進的空氣不會被控制機構9在空氣質量測量時一起考慮進去。
另外，控制機構9能夠根據Lambda調節(jié)機構8的執(zhí)行信號產生并監(jiān)視一個求值信號。求值信號由控制機構通過將Lambda調節(jié)機構8的執(zhí)行信號與修正因子相乘來產生。修正因子根據內燃機3工作的高度、內燃機3的溫度和適應值來產生。
適應值由控制機構9在學習階段產生并在確定執(zhí)行信號時考慮，以便考慮對必需的燃料量的緩慢變化的中期或長期影響。這種影響可以例如是燃料質量、構件制造公差或者變化的內燃機工況。借助適應值可以使Lambda調節(jié)機構8的執(zhí)行信號保持在一個最佳的范圍內，尤其是在中性位置附近?？刂茩C構9不僅產生相加的適應值而且產生相乘的適應值，其中相加是執(zhí)行信號確定是相加考慮，相乘是執(zhí)行信號確定是相乘考慮，其中相加的適應值用于怠速工況，相乘的適應值用于部分負荷范圍。
為了分析求值信號，在控制機構9中在內燃機3的怠速階段，設置一個測量窗，其時間間隔是8秒。在該時間間隔中控制機構9監(jiān)視Lambda調節(jié)機構8的求值信號是否超過了一個上限或者低于一個下限。這里，控制機構9測量其間求值信號超過上限的第一時間間隔和其間求值信號低于下限的第二時間間隔。求值信號處于這兩個極限值之間時的時間間隔不考慮。以此方式可以實現在不確定的情況下不會錯誤識別出進氣管1的泄漏。
在測量窗期間，持續(xù)地從第一時間間隔中減去第二時間間隔，獲得的差值與測量窗的過去的時間間隔相聯系。結果是一種隨兩個時間間隔在-1和+1之間移動的比例。該比例從尤其是4秒的最小測量時間開始與一個數值為0.8的故障閾值比較，并在該比例超過故障閾值時產生一個故障信號。
當Lambda調節(jié)機構8的求值信號長時間超過上限，也就是Lambda調節(jié)機構8在一段較長的時間上試圖添加配給燃料，則據此識別出進氣管1中泄漏。
附圖標記清單1 進氣管2 空氣質量測量計3 內燃機4 Lambda探頭5 曲軸箱通風機構6 空氣濾清器7 排氣管
權利要求
1.識別內燃機(3)的進氣管(1)中泄漏的方法，其中根據在空氣質量測量點(2)處流經進氣管(1)的空氣質量和Lambda調節(jié)機構(8)的執(zhí)行信號確定輸入的燃料量，該Lambda調節(jié)機構測量燃燒后內燃機(3)的廢氣的氧氣含量并影響執(zhí)行信號從而使廢氣的氧氣含量設定一個確定的值，其中監(jiān)視一個求值信號是否超過或者低于一個極限值，其中求值信號根據Lambda(8)的執(zhí)行信號產生。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，輸入的燃料量與流進的空氣質量的關系是空氣質量與燃料量之間的一個確定的化學計量比例。
3.按照前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在內燃機(3)怠速工況時進行進氣管(1)中的泄漏識別。
4.按照前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，求值信號通過Lambda調節(jié)機構(8)的執(zhí)行信號與至少一個修正值相乘產生，該修正值根據至少一個適應值產生，該適應值由Lambda調節(jié)機構(8)在內燃機(3)的確定工作階段中產生并用于影響Lambda調節(jié)機構(8)的執(zhí)行信號。
5.按照權利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一個修正值根據至少一個適應值的變化產生。
6.按照權利要求4或5所述的方法，其特征在于，產生一個相乘的適應值，該適應值在確定執(zhí)行信號時相乘。
7.按照權利要求4或5所述的方法，其特征在于，產生一個相加的適應值，該適應值在確定執(zhí)行信號時相加。
8.按照前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，求值信號通過Lambda調節(jié)機構(8)的執(zhí)行信號與一個高度修正值相乘產生，該高度修正值是根據內燃機(3)所在高度產生。
9.按照前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，求值信號通過Lambda調節(jié)機構(8)的執(zhí)行信號與一個溫度修正值相乘產生，該溫度修正值是根據內燃機(3)的溫度產生。
10.按照前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在一個測量窗的時間間隔中測量其間求值信號超過極限值的一個第一時間間隔和其間執(zhí)行信號低于極限值的一個第二時間間隔，第一時間間隔與第二時間間隔之間的差值與測量窗的過去的時間間隔相聯系以獲得一個參考參數，為了識別進氣管(1)中的泄漏，將該參考參數與一個故障閾值相比較。
11.按照權利要求10所述的方法，其特征在于，測量窗的整體時間間隔持續(xù)8秒，在4秒的最小時間間隔之后才開始識別泄漏。
12.具有一個進氣管(1)、一個控制機構(9)和一個Lambda調節(jié)機構(8)的內燃機(3)，其中控制機構(9)能夠借助一個空氣質量測量計(2)測得流經進氣管(1)的空氣質量和根據測得的空氣質量和Lambda調節(jié)機構(8)的一個執(zhí)行信號確定輸入的燃料量，Lambda調節(jié)機構(8)能夠借助一個Lambda探頭(4)測量內燃機(3)的廢氣的氧氣含量并影響執(zhí)行信號，使氧氣含量設定一個確定的值，控制機構(9)還能夠根據Lambda調節(jié)機構(8)的執(zhí)行信號產生一個求值信號并監(jiān)視是否超過或低于一個極限值。
13.按照權利要求12所述的內燃機，其特征在于，控制機構(9)用于實施權利要求1-11之一所述的方法。
全文摘要
一種具有Lambda調節(jié)機構的內燃機(3)，通過根據Lambda調節(jié)機構(8)的調節(jié)信號產生一個求值信號并監(jiān)視是否超過一個極限值，可以識別內燃機進氣管(1)中的泄漏。當進氣管(1)中漏油時，內燃機(3)包含一附加空氣質量，該附加空氣質量不能由一個空氣質量測量計(2)獲知。該附加的空氣質量由Lambda調節(jié)機構(8)通過提高調節(jié)信號來補償，從而同樣提高了求值信號可以用于識別進氣管(1)中的泄漏。尤其是，以此可以識別出內燃機(1)的曲軸箱通風管(5)是否還正常地與進氣管(1)相連。
文檔編號F02D41/22GK1549892SQ02817115
公開日2004年11月24日 申請日期2002年6月7日 優(yōu)先權日2001年9月28日
發(fā)明者F·柯施克, F 柯施克, K·U·林德曼, 林德曼, H·貝格曼, 衤 申請人:大眾汽車有限公司