车载诊断方法和用于车载诊断的系统 技术领域 本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的车载诊断方法和用于车载诊断 方法的系统。
背景技术 已知的是， 法定需求和售后市场需求推动了更先进的车载诊断装置 (OBD) 的开 发， 以检测车辆中的发生故障的装置。
为了检测内燃发动机的增压空气系统中的增压空气泄漏， 在现有技术中已知将例 如进气歧管压力的模拟值与测量值进行比较。 如果该测量值低于模拟值， 则检测到泄漏。 其 模型能够基于几个已知的变量， 例如发动机转速和 / 或涡轮机速度、 发动机扭矩、 所喷射的 燃料量、 可变几何涡轮机的致动器位置、 提前角、 喷射器的喷针开启压力。 通常， 该提前角和 喷射器的喷针开启压力被从这些模型中剔除， 因为一旦最终确定发动机控制策略， 这些变 量不再变化。也非常难以找出增压空气压力与这些变量之间的关系。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于检测内燃发动机的增压空气系统中的泄漏的车载 诊断方法。另一个目的是提供用于执行车载诊断方法的系统。本发明的再一个目的是检测 发生故障的进气歧管压力传感器和 / 或 VGT 位置传感器。
通过独立权利要求的特征来实现上述目的。 说明书和其他权利要求公开了本发明 的有利实施例。
提出了一种用于检测内燃发动机中的增压空气泄漏的车载诊断方法， 其中， 空气 由可变几何涡轮机 (VGT) 压缩， 并供给到该内燃发动机。 在倒拖 (motoring) 期间， 例如当发 动机在曲轴上产生负扭矩时， 在不向发动机供应燃料的情况下将压缩空气供给到发动机。 从可变几何涡轮机的当前叶片几何参数来估算增压压力。测量出实际增压压力， 并把估算 增压压力与实测增压压力进行比较。
配备有 VGT 的发动机具有控制发动机的进气歧管压力的能力。如果存在增压空气 泄漏， 则该控制能力降低。 在正常的发动机运行期间， 存在着影响发动机控制策略的许多因 素以及许多不确定性。 在各种因素中， 燃料量和正时尤其对增压空气压力有非常大的影响。 有利地， 本发明允许与发动机控制策略相独立的泄漏检测。通过在不供应燃料的情况下将 压缩空气供给到发动机中， 能够排除对发动机控制策略影响最大的因素， 因为在分析中不 必考虑供给燃料时的正时或燃料量。
有利地， 仅需要较少的测试和优化。 由于存在更少的需要考虑的不确定性， 所以能 够做出更精确的决定。简化了车载诊断， 且更易于对其进行开发、 优化、 确认和验证。
可变几何涡轮增压器 (VGT) 是通常被设计为允许涡轮的有效纵横比 (A/R 比 ) 随 着运行条件变化而改变的涡轮增压器。 VGT 具有可移动叶片， 所述可移动叶片可以将排气流 引导到涡轮机叶片上。叶片角度由致动器调整。在发动机的整个转速范围内， 叶片角度发生改变， 以优化涡轮机运行状况。
发动机低速时的最优纵横比与发动机高速时的最优纵横比不同。如果纵横比太 大， 则涡轮将不能在低速时产生增压。如果纵横比太小， 则涡轮将在高速时使发动机阻塞， 从而导致高的排气歧管压力、 高的泵气损失且最终导致低的功率输出。通过在发动机加速 时改变涡轮机壳体的几何参数， 涡轮机的纵横比可以维持其最优值。因此， VGT 具有最小的 滞后量， 具有低的增压阈值， 并且在发动机转速较高时非常有效。 现有技术中已知的一种常 见器具是在涡轮机壳体中靠近涡轮机入口处的一组数个空气动力学成形的叶片。 当这些叶 片移动时， 叶片尖端之间的面积改变， 因此导致可变的纵横比。 这些叶片可以由薄膜致动器 控制， 该薄膜致动器可以与废气门的薄膜致动器相同。 替代地， 可以使用用于电伺服致动叶 片的致动器。
根据本发明的一种有利开发， 如果实测增压压力与估算增压压力之差大于预定 值， 则可以确定存在泄漏。有利地， 可以考虑在该方法中采用的部件 ( 例如压力传感器等 ) 的已知公差。如果实测增压压力与估算增压压力之差大于所述部件的公差的平均值， 则可 以进行所述估算增压压力的合理估算。
根据本发明的一种有利开发， 可以在发动机的发动机制动运行状态期间确定所述 估算增压压力。 “发动机制动” 是利用内燃发动机的、 需要能量的压缩行程来消耗能量并使车辆减 速的行为。 “压缩制动” 是针对同一机制的常用专业术语。大型卡车可以使用被称为排气制 动器的装置来提高发动机制动的有效性。
发动机中的压缩由车辆的前进动量以及发动机飞轮的角动量驱动。 当驾驶员降档 以在不压下加速器踏板的情况下使发动机以高角速度 ( 或 RPM) 旋转时， 发动机将来自车辆 动能的能量转化为燃料 - 空气混合物的温度升高。这些热气体从车辆排出且热量从发动机 部件传递给空气。该能量转化的发生是因为大多数四冲程内燃发动机要求燃料 - 空气混合 物在点燃之前被压缩， 以便从其膨胀中提取有用的机械能。柴油发动机是绝热的发动机且 不具有火花塞， 当燃料喷射时， 它使用在压缩期间传递给增压空气的能量来直接点燃该混 合物。
在具有内燃发动机的所有非混合动力车辆中， 不管变速器的类型为何， 发动机制 动总是起作用的。发动机制动被动地降低了制动器的磨损， 且帮助驾驶员维持对车辆的控 制。当脚从加速器上抬起时， 变速器不是处于空档， 离合器被接合并且飞轮没有接合时， 发 动机制动总是起作用的。这通常也称为发动机拖动。
根据本发明的一种有利开发， 可以通过监测用于改变涡轮机叶片几何参数的致动 器的位置来确定该涡轮机的实际叶片几何参数。
有利地， 在发动机制动阶段， 可以通过监测 VGT 致动器的位置来检测增压空气系 统中的空气泄漏。 可以根据该致动器的位置来估算增压压力。 取决于该系统的动力学特性， 可以使用一阶状态空间模型。这可以从涡轮的效率和该系统的其他物理参数导出。然而， 当对不同的致动器位置提取样本并使这些样本与增压空气压力相关时， 更通常使用数值方 法。估算增压压力与实测增压压力的比较表明了增压空气中是否存在泄漏。
根据本发明的一种有利开发， 可以基于实际的发动机转速和 / 或涡轮机速度来确 定所述实测增压压力。通过这么做， 可以提高该方法的精度。在动态模型中， 考虑发动机转
速和 / 或涡轮机速度是尤其有利的。 如果存在泄漏， 则涡轮机速度比增压压力反应更快。 增 压压力缓慢变化， 直至达到稳定状态， 例如达到发动机控制单元所需的增压压力。 对于动态 系统来说， 考虑涡轮机速度是有利的。对实际增压压力的测量和估算可以更快地完成。优 选地， 至少可以根据穿过发动机的实际空气质量流量来获取所述实测增压压力。该空气质 量流量取决于发动机转速。 当增压空气中存在泄漏时， 空气质量流量改变， 且发动机转速对 这种变动是敏感的。该空气质量流量与增压压力相关。
根据本发明的另一个方面， 提出了用于根据前述方法步骤之一的车载诊断方法的 系统， 其中设置有计算单元， 该计算单元用于根据可变几何涡轮机的当前叶片几何参数来 确定所述估算增压压力， 并把估算增压压力与实测增压压力进行比较。该计算单元可以集 成在发动机控制单元或合适的车辆控制单元中。
此外， 还提出了一种计算机程序， 其包括计算机程序代码， 当所述程序在可编程微 型计算机上运行时， 该计算机程序代码适于执行车载诊断方法或用于在根据前述方法步骤 之一的方法中使用。 有利地， 当该计算机程序在连接到互联网的计算机上运行时， 该计算机 程序适于下载到控制单元或下载到该控制单元的一个部件中。 该优选的车载诊断方法可以 容易地实施在布置于车辆中的控制单元内。
另外， 还提出了一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品， 该计算机程序 产品包括用于在计算机上、 在根据前述车载诊断方法步骤之一的方法中使用的程序代码。 有利地， 该计算机程序产品可以实施在车辆的控制单元中。 附图说明
从以下对实施例的详细描述中， 可以最好地理解本发明以及上述及其他目的和优 点， 但本发明不限于此实施例， 其中 ：
图 1 示意性地示出了配备有可变几何涡轮机的、 优选的发动机 ；
图 2a 至图 2c 示意性地示出了一组特性曲线， 该组特性曲线指示了在图 1 的发动 机的正常运行的增压空气系统中的、 VGT 位置 ( 图 2a)、 增压压力 ( 图 2b) 和制动需求 ( 图 2c) ； 并且
图 3a 至图 3c 示意性地示出了一组特性曲线， 该组特性曲线指示了与图 1 中的在 增压空气系统中存在泄漏的发动机有关的、 VGT 位置 ( 图 3a)、 增压压力 ( 图 3b) 和制动需 求 ( 图 3c)。 具体实施方式
在附图中， 相同或相似的元件由相同的附图标记表示。 附图仅仅是示意性表示， 并 非旨在描述本发明的具体参数。 此外， 附图仅旨在描绘本发明的典型实施例， 因此不应视为 限制本发明的范围。
图 1 描绘了配备有涡轮增压器 50 的车辆 ( 未示出 ) 的发动机 20， 该涡轮增压器 50 包括可变几何涡轮机 54。空气通过空气管 32 和 34 供给到发动机 20 的进气歧管 22。空 气管 32 配备有空气滤清器 30。在空气管 32 和空气管 34 之间布置有涡轮增压器 50 的压缩 机 52。在空气管 34 中布置有增压空气冷却器 36。压缩空气穿过空气管 34 中的增压空气 冷却器 36 供给到进气歧管 22 中。发动机 20 例如配备有 EGR 系统， 其中， 来自发动机 20 的排气歧管 24 的排气被供 给到 EGR 冷却器 40 中。空气管 42 将冷却后的排气供给到 EGR 混合室 44， 在该 EGR 混合室 44 中， 排气与来自增压空气冷却器 36 的增压空气混合。EGR 致动器 46 根据发动机 20 的运 行状况将或多或少的排气引导到 EGR 冷却器 40， 并引导到 EGR 系统。
能够绕过 EGR 冷却器 40 的排气被供给到涡轮增压器 50 的涡轮机 54 中， 并被引导 通过排气管 60 而到达消声器 / 消音器和 / 或排气后处理系统 62， 该排气后处理系统 62 可 以配备有一种或多种催化剂、 微粒过滤器等 ( 未示出 )。
可以利用在增压空气冷却器 36 与 EGR 混合室 44 之间联接到空气管 34 的压力传 感器 38 来测量该增压空气的压力。发动机 20 可以配备有附接到发动机 20 的曲轴 ( 未示 出 ) 的曲轴速度传感器 26， 以指示发动机 20 的转速。
涡轮增压器 50 设置有感测涡轮机转速的涡轮速度传感器 56 以及感测致动器 ( 未 示出 ) 位置的可选位置传感器 58， 该致动器将叶片 ( 未示出 ) 在涡轮机中的位置从第一位 置改变到第二位置， 在该第一位置， 叶片处于具有最小空气通过量的关闭或几乎关闭的位 置， 而在第二位置， 叶片处于具有最大空气通过量的最大开启位置。
如果在增压空气中不存在泄漏， 图 2a 至图 2c 图示了 ： 由位置传感器 58 感测到的 VGT 位置的运行状态 ( 图 2a 中的曲线 100) ； 与增压压力需求 102 进行对比的由压力传感器 40 感测到的、 所述实测增压压力的运行状态 ( 图 2b 中的曲线 104) ； 以及当发动机 20 在发 动机制动模式下运行时的、 作为时间的函数的制动需求的运行状态 ( 图 2c 中的曲线 108)。 该致动器的实际位置例如表示为叶片最大开启位置的百分比， 这可以通过使叶片 在最小位置和最大位置之间移动的致动器的位置来读取。该致动器的位置与增压压力 104 相关。例如， 对于需要 280kPa 的增压压力来说， 在给定的示例系统中， 该致动器的位置对应 于叶片开启了 48％。在该示例中示出的数字仅用于阐明此系统的运行状态。
增压压力 104 和增压压力需求 102 需要一些时间来达到稳态。所需的过渡时间用 于保护部件， 且具有更自然而舒适的制动行为。例如， 增压压力需求 102 从过渡区域 106 中 的低值增加到稳态时的 280kPa。实测增压压力 104 示出了在开始时的过冲， 且几乎同时该 增压压力需求 102 增加。该过冲是控制函数的不良校准的结果。
对于发动机制动的制动需求 108 为大约 90％。 与最大制动性能相关的此参数从车 辆的需求函数中得到。这取决于驾驶员能够移动的发动机制动杆的位置， 这可以设定为多 个不同的制动需求。
在发动机制动期间， 没有燃料喷射到发动机 20 中。
这些曲线对于发动机 20 是特有的， 且图示了发动机 20 的特性。这样的特性曲线 是已知的， 且存储在提供发动机控制策略的控制单元可访问的映射中。该发动机控制策略 基于这样的特性曲线。
图 3a 至图 3c 揭示了在增压空气中存在泄漏的情况下的运行状态。图 3a 至图 3c 图示了 ： 由位置传感器 58 感测到的 VGT 位置的运行状态 ( 图 3a 中的曲线 100) ； 与增压压 力需求 102 进行对比的由压力传感器 40 感测到的、 所述实测增压压力的运行状态 ( 图 3b 中的曲线 104) ； 以及当发动机 20 在发动机制动模式下运行时的、 作为时间的函数的制动需 求的运行状态 ( 图 3c 中的曲线 108)。
如图可见， 例如对于空气管 34 中的增压空气冷却器 36 下游的 12mm 的泄漏来说，
致动器的位置已经从图 2a 中的 48％改变为图 3a 中的 32％。
类似地， 在过渡区域 106 中， 图 3b 中的实测增压压力 104 现在明显低于图 2b 中的 增压压力 104。
制动需求 108 示出了在增压压力 104 的过渡区域 106 的开始处的明显阶跃。
根据本发明， 尤其在发动机制动期间， 在不向发动机 20 供应燃料的情况下将压缩 空气供给到发动机 20。还能够在发动机运行时将压缩空气供给到发动机， 但然后将存在喷 射的燃料。这可以用于升高发动机的温度。优选通过感测使叶片移动的致动器的位置， 根 据可变几何涡轮机 54 的当前叶片几何参数来估算增压压力。把估算增压压力与实测增压 压力 104 进行比较。
通过将该估算增压压力与实测增压压力 104 进行比较， 能够检测到可能的压力 差。在增压空气泄漏的情况下， 该估算增压压力将明显高于实测增压压力 104。因此， 如果 实测增压压力 104 与估算增压压力之差大于预定值， 例如大于位置传感器 58 和 / 或压力传 感器 40 的平均公差， 则能够确定存在泄漏和 / 或发生故障的传感器。
有利地， 当采用该优选的方法时， 对于车辆中的增压空气泄漏的车载诊断仅需要 数秒时间。
有利地， 提供了一种车载诊断方法， 该方法比现有技术中已知的方法更精确， 且分 析时需要更少的参数。