專利名稱：用于內(nèi)燃機的故障診斷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的故障診斷系統(tǒng)，其用于診斷作動器是否 存在異常狀況，其中的作動器被設(shè)置成對目標(biāo)的受控變量進行控制，當(dāng)燃 料被轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)燃機的轉(zhuǎn)動能量時，其中的目標(biāo)要被控制到所需的數(shù)量。本 發(fā)明還涉及一種用于內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
例如，如US 5491631 (JP 5-172705A)所公開的那樣，設(shè)置故障診斷系 統(tǒng)的目的在于診斷內(nèi)燃機的作動器是否存在異常狀況，同時還與內(nèi)燃機的 電子控制單元進行通訊。具體而言，在這樣的故障診斷系統(tǒng)中，向廢氣再 循環(huán)(EGR)閥發(fā)出閥角度指令，以控制廢氣再循環(huán)流道(EGR流道)的橫 截面積，其中的廢氣再循環(huán)流道用于將廢氣從內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)再循環(huán)輸 送到進氣系統(tǒng)，在這樣的故障診斷系統(tǒng)中，如果在經(jīng)過規(guī)定的時段后，EGR 閥沒有開啟，則可判斷出EGR閥出現(xiàn)了異常。因而，就可診斷出EGR閥的 角度操作是否出現(xiàn)了異常。
在這樣的診斷方法中，向要被診斷的目標(biāo)作動器輸出操作信號，然后， 在經(jīng)過規(guī)定時長后的規(guī)定時刻，基于作動器的狀態(tài)來診斷作動器是否存在 異常狀況。因而，在從向作動器發(fā)出操作指令到作動器完成預(yù)期操作之間 的過渡時期內(nèi)，無法確定作動器是否存在異常狀況。因此，在直到作動器 完成預(yù)期操作為止的過渡時期內(nèi)，不能適當(dāng)?shù)貦z測出對作動器造成改變的 異常狀況一即響應(yīng)特性方面的異常。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的是提供一種故障診斷系統(tǒng)，其可診斷出作動器在 響應(yīng)特性方面是否存在異常，其中的作動器被進行操作以對目標(biāo)的受控變 量進行控制，當(dāng)燃料被轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)燃機的轉(zhuǎn)動能量時，其中的目標(biāo)的要被控制到所需的數(shù)量，本發(fā)明還提供了一種用于內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在作動器的操作量或受控變量的目標(biāo)值被改 變的條件下，監(jiān)控作動器操作量或受控變量在向該目標(biāo)值改變過程中的變 化狀況，并基于所監(jiān)控的變化狀況來確定作動器的響應(yīng)特性是否存在異常 狀況。
在作動器操作量的目標(biāo)值(指令量)被改變時，實際操作量將趨向目 標(biāo)值(指令量)的變化值來進行改變，但相對于該變化值存在一定的延遲。 此外，當(dāng)要被控制的目標(biāo)的受控變量目標(biāo)值被改變時，對作動器進行控制 以使得受控變量跟隨著目標(biāo)值發(fā)生變化。為此，實際的受控變量將趨向目 標(biāo)值的變化值來進行改變，但改變存在一定延遲。此條件下，通過監(jiān)控操 作量或受控變量在向目標(biāo)值改變過程中的變化值，可確定出作動器的響應(yīng) 特性是否存在異常。因而，能正確地確定出是否存在這樣的異常狀況在 操作量或受控變量向目標(biāo)值改變的過程中，操作量或受控變量所表現(xiàn)出的 變化值超出了設(shè)定的范圍，由此延伸，可正確地確定出作動器的響應(yīng)特性 是否出現(xiàn)異常。


從下文參照附圖所作的詳細描述，可根據(jù)清楚地領(lǐng)會上述內(nèi)容以及本
發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。在附圖中
圖1中的示意圖表示了帶有本發(fā)明第一實施方式的發(fā)動機系統(tǒng)；
圖2中的原理框圖涉及第一實施方式中對燃料壓力執(zhí)行反饋控制的處
理流程；
圖3A和圖3B中的時序圖表示了第一實施方式中燃料泵的響應(yīng)特性； 圖4中的流程圖表示了在第一實施方式中診斷燃料泵是否存在異常的 流程；
圖5中的原理框圖表示了第一實施方式中對實際燃料壓力相對于時間 執(zhí)行微分運算的過程；
圖6中的時序圖表示了第一實施方式中從實際燃料壓力中去除小變動 量的方法；
圖7中的時序圖表示了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的、用于確定響應(yīng)特
6性是否存在異常的方法；
圖8中的原理框圖表示了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的、對進氣量執(zhí)行 反饋控制的過程；
圖9A和圖9B中的時序圖表示了第三實施方式中進氣量的響應(yīng)特性； 圖10中的流程圖表示了第三實施方式中對EGR閥是否存在異常進行診 斷的過程；
圖11中的流程圖表示了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的、診斷可變噴嘴型 渦輪增壓器是否存在異常狀況的流程；
圖12中的示意圖表示了帶有根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的發(fā)動機系 統(tǒng)；以及
圖13中的流程圖表示了診斷第五實施方式中的節(jié)氣閥是否存在異常的 流程。
具體實施方式
(第一實施方式)
首先參見圖1,其表示了一種發(fā)動機系統(tǒng)，在柴油機IO進氣道12的上 游設(shè)置了用于檢測進氣量的空氣流量計14。在空氣流量計14的下游位置處 設(shè)置了用于對進氣道12中壓力(進氣壓力)進行檢測的進氣壓力傳感器16。 進氣道12被制成利用進氣閥18的角度規(guī)律操作而與由缸蓋20和活塞22 隔出的燃燒室24相連接。燃料噴射閥26的頂端部分被布置成突伸到燃燒 室24中，從而可將燃料噴射輸送到燃燒室24中。
燃料經(jīng)高壓燃料通道28從共軌30輸送給燃料噴射閥26。共軌30是蓄 壓腔室，其蓄積著處于高壓狀態(tài)的燃料，且為各個氣缸所共用。燃料泵34 將燃料從燃料箱32中加壓供送出。燃料泵34上設(shè)置有燃料配量閥36，從 而，可利用配量閥36對加壓供送給共軌30的燃料量進行控制。為此，可 根據(jù)要被加壓供送的燃料量對共軌30中燃料的壓力進行控制。共軌30上 設(shè)置有用于檢測內(nèi)部壓力的燃料壓力傳感器38。
當(dāng)燃料被噴射到燃燒室24中時，在燃燒室24中的壓縮作用下，其自 發(fā)燃燒，從而產(chǎn)生出能量。借助于活塞22，該能量的外在表現(xiàn)形式為柴油 機10輸出軸(曲軸)的轉(zhuǎn)動能。在靠近曲軸的位置處設(shè)置了用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器40。
共軌30中的燃料經(jīng)燃料噴射閥26噴射到燃燒室24中，以引發(fā)燃燒， 然后，借助于排氣閥42的角度規(guī)律操作，將為供應(yīng)燃燒而輸入的氣體以廢 氣的形式排出到排氣道44中。
在排氣道44與進氣道12之間設(shè)置了廢氣再循環(huán)(EGR)通道46，其用 于將排氣道44中的廢氣再循環(huán)回進氣道12中。EGR通道46中設(shè)置有EGR 閥48，其用于控制該通道的橫截面積。廢氣通道44和進氣道12上設(shè)置有 可變噴嘴型的渦輪增壓器50。可變噴嘴型渦輪增壓器50是電驅(qū)動的，從而 可利用流動控制閥裝置54對渦輪52上游的廢氣的流動特性進行控制。
電子控制單元(ECU) 60是由微計算機等器件構(gòu)成的。ECU60接收發(fā)動
機系統(tǒng)中各個傳感器的輸出信號以及來自于加速器傳感器的輸出信號，其 中的加速器傳感器用于對加速踏板的操作量進行檢測，ECU60基于各個傳感 器的輸出信號對柴油機10的各個作動器進行驅(qū)動，由此來對柴油機10的 燃燒進行控制，其中的作動器例如是燃料噴射閥26和配量閥36。此時， ECU60執(zhí)行反饋控制的流程，以將燃料壓力傳感器38的檢測值(實際燃料 壓力)控制到目標(biāo)值(燃料壓力目標(biāo)值)上。
在由ECU60所執(zhí)行的流程中，涉及共軌30中燃料壓力控制的流程被表 示在圖2中。
燃料壓力目標(biāo)值設(shè)定環(huán)節(jié)B10基于柴油機10的工況而設(shè)定燃料壓力目 標(biāo)值PFIN。也就是說，燃料壓力目標(biāo)值設(shè)定環(huán)節(jié)B10基于轉(zhuǎn)速NE和燃料噴 射閥26的噴射量QFIN來設(shè)定燃料壓力目標(biāo)值PFIN，其中的轉(zhuǎn)速是根據(jù)曲 軸轉(zhuǎn)角傳感器40的檢測值得出的。
在正常工作時，選擇環(huán)節(jié)B12輸出由燃料壓力目標(biāo)值設(shè)定環(huán)節(jié)B10所 設(shè)定的燃料壓力目標(biāo)值PFIN。差值運算環(huán)節(jié)B14計算出由選擇環(huán)節(jié)B12輸 出的燃料壓力目標(biāo)值PFIN與燃料壓力傳感器38的檢測值(實際燃料壓力 NPC)之間的差值。
反饋量運算環(huán)節(jié)B16基于差值運算環(huán)節(jié)B14的輸出而計算出燃料泵34 的反饋操作量。具體來講，反饋量運算環(huán)節(jié)B16利用比例一積分一微分(PID) 控制計算出到燃料泵34的排流量的指令值(指令排流量)作為反饋操作量。
驅(qū)動電流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)B18是這樣一個環(huán)節(jié)其將指令排流量轉(zhuǎn)換為燃料泵34 (配量閥36)實際操作信號的電信號。
利用上述的流程，燃料泵34 (配量闊36)可被進行操作，因而可將共 軌30中的燃料壓力反饋到燃料壓力目標(biāo)值上。此條件下，通過對反饋量運 算環(huán)節(jié)B16中的增益進行匹配，就能將共軌30中燃料壓力的可控性保持在 很高的程度上。
但是，例如當(dāng)燃料泵34的響應(yīng)特性發(fā)生惡化時一例如由于配量閥34 的線圈出現(xiàn)滑動故障時，共軌30中燃料壓力的可控性就會降低。因此，在 該實施方式中，在特定的條件下,通過在測試模式時將燃料壓力目標(biāo)值PFIN 趨向燃料壓力測試目標(biāo)值進行改變，可診斷燃料泵34的響應(yīng)特性是否存在 異常。具體來講，選擇環(huán)節(jié)B12選擇的是燃料壓力測試目標(biāo)值，該目標(biāo)值 被設(shè)定為階躍地增加，由此可實現(xiàn)上述的診斷。
在圖3A中，單點劃線表示了在測試模式時燃料壓力測試目標(biāo)值的變化， 實線表示了當(dāng)燃料泵34正常工作時共軌30中燃料壓力的變化(行為)。與 此相反，雙點劃線(情形#1)和虛線(情形#2)表示了當(dāng)燃料泵34工作 異常時共軌30中燃料壓力的變化情況。
在由雙點劃線表示的情形#1中，例如由于配量閥36的線圈出現(xiàn)滑動 故障，燃料泵34排流量發(fā)生增加的時刻相對于燃料壓力目標(biāo)值是延遲的。 在該情形#1中，由于燃料泵34排流量增加的時刻被延遲了，所以積分項被 增大了，而后，排流量的增大量將大于燃料泵34響應(yīng)特性正常時的增大量。 因此，如果將情形井1與燃料泵34響應(yīng)特性正常時的情形進行比較，在實 際燃料壓力達到燃料壓力目標(biāo)值所需的時間方面，兩種情形不存在任何差 異。但是，如果將情形弁1與燃料泵34響應(yīng)特性正常時的情形進行比較， 在情形#1中，在實際燃料壓力達到燃料壓力目標(biāo)值之后，所造成的超調(diào)量 也將變得更大。
與此相反，在虛線所示的情形弁2中，共軌30中的燃料壓力表示了排 流量的增加速度被減小的情況，此情況就像是反饋控制的增益被設(shè)得過于 小的情況。因而，在測試模式的時間內(nèi)，實際燃料壓力將不能達到燃料壓 力目標(biāo)值。
此條件下，當(dāng)燃料泵34的響應(yīng)特性為正常時，如果測試模式的時長未 被設(shè)定為比實際燃料壓力達到燃料壓力目標(biāo)值所需的時間長太多，則就可根據(jù)實際燃料壓力是否能在測試模式時期內(nèi)跟隨上燃料壓力目標(biāo)值而確定
出情形弁2的異常情況。但是，利用這樣的方法卻無法檢測出情形#1的異
常。特別是，對于情形#1，即使通過檢測實際燃料壓力達到燃料壓力目標(biāo) 值所需的時間，也無法檢測出異常情況(燃料壓力的升高出現(xiàn)延遲)。 因而，在該實施方式中，基于實際燃料壓力向燃料壓力目標(biāo)值變化過
程中發(fā)生的變化來確定燃料泵34的響應(yīng)特性是否存在異常。具體來講，基
于實際燃料壓力對時間的變化情況一即實際燃料壓力相對于時間的微分值 (dNPC/dt)來確定是否出現(xiàn)了異常。圖3B中表示了這種用于確定是否出 現(xiàn)異常的方法。
限定了實際燃料壓力對時間的微分值(dNPC/dt)最大值的正常范圍和 異常范圍。如圖3B中的實線所示，如果燃料泵34的響應(yīng)特性正常，則實 際燃料壓力相對于時間的微分值的最大值就處于正常范圍內(nèi)。在非正常的 情形(情形弁l)中，最大值變?yōu)榱舜笥谡７秶臄?shù)值。在異常情形(情 形#2)中，最大值保持為小于正常范圍的狀態(tài)。按照這種方式，借助于實 際燃料壓力相對于時間的微分值，就可正確地確定出是否出現(xiàn)了異常情況。
圖3B所示的正常范圍是在事先根據(jù)實際燃料壓力的檢測值設(shè)定的，在 利用正常的燃料泵34執(zhí)行圖2所示的燃料壓力反饋控制時設(shè)定該范圍。此 條件下，優(yōu)選地是，借助于從燃料泵34各種改型獲得的、各種能被容許的 排流特性來設(shè)定該正常范圍。此條件下，借助于具有所允許的最高響應(yīng)特 性的燃料泵和具有所允許的最低響應(yīng)特性的燃料泵就足以設(shè)定出正常范圍 的上、下限。但是，除了燃料泵34的結(jié)構(gòu)因素之外，希望正常范圍的設(shè)定 還考慮到了其它因素的變動。這些其它因素例如包括所使用的燃料的性 質(zhì)、燃料的溫度、大氣壓力等。
圖4表示了診斷燃料泵34的響應(yīng)特性是否出現(xiàn)異常的流程。由ECU60 重復(fù)地一例如按照規(guī)定的時間間隔執(zhí)行該流程。
首先，在步驟S10中，判斷是否滿足測試模式的執(zhí)行條件。假定的執(zhí) 行條件是發(fā)動機被控制在怠速控制條件下。這是因為這能增加對異常狀 況進行診斷的頻率。如果判斷出滿足測試模式的執(zhí)行條件，則就在步驟S12 中開始執(zhí)行測試模式。也就是說，階躍地增加燃料壓力目標(biāo)值。在隨后的 步驟S14中，利用燃料壓力傳感器38多次地檢測實際燃料壓力NPC。此條件下，優(yōu)選地是，各次檢測之間的時間間隔被設(shè)定為這樣的時間段其小 于在使用正常的燃料泵34時實際燃料壓力達到燃料壓力目標(biāo)值所需的時 間。利用這樣的設(shè)置，能基于實際燃料壓力達到燃料壓力目標(biāo)值之前的檢 測值來診斷是否出現(xiàn)異常情況。
在隨后的步驟S16中，計算實際燃料壓力(NPC)相對于時間(t)的 微分值(dNPC/dt)。具體來講，是按照圖5所示的方式來執(zhí)行步驟S14和 S16中的處理。也就是說，燃料壓力傳感器38的輸出信號(壓力信號)被 輸入給ECU60中的濾波電路62。濾波電路62的輸出被A/D轉(zhuǎn)換器64轉(zhuǎn)換 為數(shù)字數(shù)據(jù)。如果必需的話，還要使該數(shù)字數(shù)據(jù)進一步地經(jīng)過濾波處理環(huán) 節(jié)B20，以利用軟件對其作濾波處理，然后，利用微分環(huán)節(jié)B22對其進行微 分。
圖6中表示了由A/D轉(zhuǎn)換器64所執(zhí)行的采樣模式、以及由濾波處理環(huán) 節(jié)B20所執(zhí)行的濾波處理模式。
在圖6中，圖線(al)表示了各個氣缸的壓縮上死點(TDC)， (bl)表 示了燃料泵34柱塞的壓力供送上死點，(c)表示了 A/D轉(zhuǎn)換器64對燃料 壓力的采樣時刻點。這些圖線(al)、 (bl)和(cl)表示了同步燃料噴射 時的情形，在此情況下，燃料的噴射操作與燃料的壓力供送操作是一一對 應(yīng)的。在此情況下，在燃料被壓力供送之后、 一直到燃料被噴射時之間的 時期內(nèi)，當(dāng)實際燃料壓力穩(wěn)定時對燃料壓力進行采樣。因而，可適當(dāng)?shù)叵?除掉實際燃料壓力變動的影響，其中，實際燃料壓力的變動是由實際燃料 壓力的升高和降低而造成的，對燃料執(zhí)行壓力供送會造成壓力的升高，對 燃料執(zhí)行噴射會造成壓力的降低。結(jié)果就是，可在燃料壓力變動最小的情 況下計算出實際燃料壓力相對于時間的微分值dNPC/dt。
在圖6中，圖線(a2)、 (b2)、和(c2)表示了不同步燃料噴射時的情 形，在這樣的情形中，燃料的噴射操作與燃料的壓力供送操作不是一一對 應(yīng)的。例如，假定在五缸內(nèi)燃機中執(zhí)行壓力供送的時長為240。曲軸轉(zhuǎn)角 (CA)，燃料的噴射時長為144。CA。在此情況下，如果在燃料噴射周期 (144。CA)的時間間隔內(nèi)對實際燃料壓力NPC進行采樣，則對實際燃料壓 力NPC執(zhí)行采樣時的時刻與對燃料執(zhí)行壓力供送的時刻之間的時間差將會 對采樣得到的實際燃料壓力產(chǎn)生很大的影響。此外，如果在執(zhí)行壓力供送的周期(240°CA)內(nèi)對實際燃料壓力進行采樣，則對實際燃料壓力NPC執(zhí) 行采樣時的時刻與噴射燃料時刻之間的時間差會對采樣得到的實際燃料壓 力造成很大的影響。因此，實際燃料壓力相對于時間的微分值(dNPC/dt) 不僅會受到燃料泵34響應(yīng)特性的影響，而且會受到共軌30中燃料壓力變 化的影響，而共軌中燃料壓力變化的起因是對燃料執(zhí)行噴射操作。
為此原因，如圖線6 (c2)所示，利用圖5所示的數(shù)字濾波處理環(huán)節(jié) B20對實際燃料壓力NPC的數(shù)字數(shù)據(jù)作進一步的濾波處理。此處表示的是這 樣的情況前次的實際燃料壓力和這次采樣的實際燃料壓力分別與系數(shù)A、 B相乘(其中A+B=l)，且在隨后將與系數(shù)A、 B相乘得到的數(shù)值加到一起來
計算出實際燃料壓力，也就是說是這樣的情況采樣得到的實際燃料壓力 經(jīng)過了加權(quán)平均處理。此外，圖線(c3)表示了一種實例，在該情況中， 取代了圖線(c2)所示的情況，以720。CA的時間間隔對實際燃料壓力NPC 執(zhí)行采樣，而720°CA是燃料噴射周期與燃料壓力供送周期的最小公倍數(shù)。 按照這種方式，即使通過將燃料噴射周期與燃料壓力供送周期的最小公倍 數(shù)設(shè)定為實際燃料壓力的采樣周期，也能消除由于燃料噴射引發(fā)共軌30中 燃料壓力變動而對實際燃料壓力對時間微分值dNPC/dt的影響。
在圖4所示的步驟S18中，檢査測試模式是否已經(jīng)完成。此條件下， 在燃料壓力目標(biāo)值被階躍地增加之后就足以檢査是否已經(jīng)經(jīng)過了測試模式 的規(guī)定時長。如果測試模式尚未完成，則進程就返回到步驟SIO。
如果確定出測試模式已經(jīng)完成，則在步驟S20中，就計算實際燃料壓 力相對于時間的微分值(dNPC/dt)的最大值。在隨后的步驟S22中，檢查 實際燃料壓力相對于時間微分值的最大值是否處于圖3B所示的允許范圍 (正常范圍)內(nèi)。此處，圖3B所示正常范圍的設(shè)定考慮到了實際的反饋控 制(圖2所示的控制)。此外，在使用圖5所示模擬濾波電路62和數(shù)字濾 波處理環(huán)節(jié)B20的情況下，在利用同一濾波處理對采樣值進行處理時為實
際燃料壓力相對于時間的微分值設(shè)定正常范圍。
如果在步驟S22中確定出實際燃料壓力對時間微分值(dNPC/dt)的最 大值處于允許范圍內(nèi)，則在步驟S24中就判定燃料泵34工作正常。與此相 反，如果在步驟S22中確定出實際燃料壓力對時間微分值(dNPC/dt)的最 大值超出允許范圍，則在步驟S26中就判定燃料泵34的響應(yīng)特性出現(xiàn)異常。此處，如果步驟S24或S26中的處理己完成、或者步驟S10中的判斷 結(jié)論是否定的(N0)，則這一系列處理就完成了一次。 按照該實施方式，可得到如下的效果
(1) 基于實際燃料壓力向燃料壓力目標(biāo)值改變過程中的變化狀況來判 斷燃料泵34的響應(yīng)特性是否出現(xiàn)異常，利用這樣的設(shè)計，能以更為合適的 方式來判斷燃料泵34的響應(yīng)特性是否存在異常。
(2) 基于實際燃料壓力達到燃料壓力目標(biāo)值之前的檢測值對實際燃料 壓力相對于時間的變化量進行量化。利用這樣的設(shè)計，能利用實際燃料壓 力相對于時間的變化來確定燃料泵34的響應(yīng)特性是否存在異常。
(3) 利用實際燃料壓力在規(guī)定時間內(nèi)相對于時間的微分值的最大值， 對實際燃料壓力相對于時間的變化進行了量化，由此可按照合適的方式來 評價燃料泵34的響應(yīng)特性。
(4) 通過執(zhí)行測試模式來強制地改變?nèi)剂蠅毫δ繕?biāo)值，診斷出燃料泵 34的響應(yīng)特性是否存在異常。利用該設(shè)計，能增加對燃料泵34響應(yīng)特性方 面異常狀況的診斷頻率。
(第二實施方式)
如圖7所示，在第二實施方式中，基于兩方面的因素來診斷是否存在 異常，其中的兩方面因素是在燃料壓力目標(biāo)值(單點劃線)階躍增大之 后到實際燃料壓力(實線)開始增大時之間的無感時間TW;實際燃料壓力 達到燃料壓力目標(biāo)值所需的跟隨時間(隨動所需時間)。此處，由于受到噪 聲信號等的影響，檢測實際燃料壓力開始增加時的時刻是困難的。因而， 將燃料壓力目標(biāo)值階躍增大之后、實際燃料壓力達到規(guī)定壓力a時的時間定 義為無感時間TW。通過按照與第一實施方式相同的方式也為無感時間和隨 動所需時間設(shè)定正常范圍，就能診斷出燃料泵34的響應(yīng)特性是否存在異常。
即使利用第二實施方式也能達到第一實施方式的上述效果(1)、 (2) 和(4)。
(第三實施方式)
如圖8所示，在第三實施方式中，基準(zhǔn)角度設(shè)定環(huán)節(jié)B30根據(jù)柴油機 10的工況為EGR閥48的角度設(shè)定基準(zhǔn)值(基準(zhǔn)角度)。具體而言，例如是 通過基于發(fā)動機10的轉(zhuǎn)速NE以及燃料噴射閥26的噴射量QFIN執(zhí)行映射運算來設(shè)定該基準(zhǔn)角度的。
進氣量目標(biāo)值設(shè)定環(huán)節(jié)B32根據(jù)柴油機10的工況而設(shè)定進氣量的目標(biāo) 值。具體而言，例如是通過基于發(fā)動機10的轉(zhuǎn)速NE以及燃料噴射閥26的 噴射量執(zhí)行映射運算來設(shè)定進氣量目標(biāo)值的。
選擇環(huán)節(jié)B34在正常時刻有選擇地輸出進氣量目標(biāo)值設(shè)定環(huán)節(jié)B32的 輸出量。差值運算環(huán)節(jié)B36計算出由空氣流量計14測得的進氣量(實際進 氣量)與選擇環(huán)節(jié)B34輸出的進氣量目標(biāo)值之間的差值。
反饋量運算環(huán)節(jié)B38根據(jù)差值運算環(huán)節(jié)B36的輸出計算出EGR閥48的 反饋修正量。具體而言，是根據(jù)對輸出的比例一積分一微分(PID)運算來 計算出反饋修正量。
最終角度運算環(huán)節(jié)B40利用反饋修正量對基準(zhǔn)角度進行修正，以計算 出最終角度的指令值(目標(biāo)值)。利用這樣的設(shè)計，就可利用EGR閥48的 工作來將實際進氣量反饋到進氣量目標(biāo)值上。
當(dāng)要診斷EGR閥48的響應(yīng)特性是否存在異常時，選擇環(huán)節(jié)B34就將其 輸出切換為測試模式的輸出。在圖9A中，測試模式時的進氣量目標(biāo)值由單 點劃線表示。在測試模式時，進氣量目標(biāo)值階躍地增大，然后在規(guī)定的時 間內(nèi)保持不變，然后再階躍地減小。在圖9B中表示了實際進氣量對時間變 化(即在測試期間內(nèi)實際進氣量相對于時間的微分值)的正常范圍，在進 氣量目標(biāo)值開始發(fā)生階躍變化之后，該微分值將延續(xù)變化，而當(dāng)經(jīng)過規(guī)定 的時間后，該微分值歸零。
在該實施方式中，為了增大進氣量目標(biāo)值并在隨后將其減小，為實際 進氣量對時間微分值的最大值和最小值設(shè)定了正常范圍。設(shè)定這些正常范 圍的方式與第一實施方式是相同的。
圖10表示了根據(jù)該實施方式的、診斷EGR閥48的響應(yīng)特性是否出現(xiàn) 異常的流程。利用ECU60重復(fù)地執(zhí)行該流程一例如以規(guī)定的時間間隔執(zhí)行。 此處，在圖10中，為了簡明，與圖4所示流程相對應(yīng)的處理步驟將用相同 的標(biāo)號指代。
在這一系列處理步驟中，如果在步驟SIO中滿足了測試模式的執(zhí)行條 件，則在步驟S12a中，就按照圖9A所示的方式來改變進氣量的目標(biāo)值， 以執(zhí)行測試模式。在隨后的步驟S14a中，對實際進氣量進行采樣。然后，在步驟S16a中，計算出實際進氣量對時間的變化量一即其相對于時間的微 分值。如果判斷出測試模式已被完成(步驟S18的結(jié)論為是)，則計算實際 進氣量對時間的微分值的最大值和最小值。然后，在步驟S22a中判斷最大 值和最小值是否處于允許的范圍(圖9B所示的正常范圍)內(nèi)。
至于在測試模式時設(shè)定EGR閥48的角度，并不需要按照圖8所示的方 式來設(shè)定EGR閥48。例如，可僅利用反饋量運算環(huán)節(jié)B38、而不采用基準(zhǔn) 角度設(shè)定環(huán)節(jié)B30來設(shè)定EGR閥48的角度。但是，在此情況下，圖9B所 示的正常范圍被假定為在僅利用反饋量運算環(huán)節(jié)B38來設(shè)定EGR閥48角度 情況下的正常范圍。
按照第三實施方式，在對EGR閥48響應(yīng)特性是否存在異常進行診斷時， 能獲得與第一實施方式類似的優(yōu)點。 (第四實施方式)
在第四實施方式中，對可變噴嘴型渦輪增壓器50的響應(yīng)特性是否存在 異常進行診斷。圖11表示了該異常診斷的流程。利用ECU60重復(fù)地執(zhí)行該 流程一例如以規(guī)定的時間間隔執(zhí)行。此處，在圖11中，為了簡明，與圖10 所示流程相對應(yīng)的處理步驟將用相同的標(biāo)號指代。
在這一系列處理步驟中，首先在步驟S10b中檢查是否滿足執(zhí)行測試模 式的執(zhí)行條件。此處，假定該執(zhí)行條件是發(fā)動機10運行在怠速控制或燃料 關(guān)斷控制模式下。如果判斷出滿足了執(zhí)行測試模式的執(zhí)行條件，則在步驟 S12b中執(zhí)行測試模式。此處，改變升壓壓力(渦輪增壓壓力)的目標(biāo)值。 具體而言，例如如圖9A所示，如果發(fā)動機10工作在怠速控制模式下，則 階躍地增大目標(biāo)值、然后再階躍地減小目標(biāo)值就足夠了。此外，如果發(fā)動 機工作在燃料關(guān)斷控制模式中，則放緩目標(biāo)值的降低幅度或增大目標(biāo)值就 足夠了，其中，伴隨著向燃料關(guān)斷控制的切換，易于出現(xiàn)目標(biāo)值降低的情 況。在步驟S12b中，對渦輪增壓器50實施電驅(qū)動，以利用布置在排氣系 統(tǒng)44中的流動控制閥54來控制位于渦輪52上游的廢氣的流動特性，從而 可達到升壓壓力的目標(biāo)值。
在隨后的步驟S14b中，圖1所示的進氣壓力傳感器16測得檢測值(實 際升壓壓力)。然后，在步驟S16b中，計算出實際升壓壓力對時間的變化 量一即其相對于時間的微分值。此時，優(yōu)選地是，通過按照與第一實施方
15式相同的方式進行濾波，來消除掉進氣道12中壓力脈動所造成的影響，然
后，計算出實際升壓壓力相對于時間的微分值。當(dāng)測試模式結(jié)束時(步驟
S18結(jié)論為是)，在步驟S20a中計算出實際升壓壓力相對于時間微分值的最 大值和最小值。此處，例如當(dāng)通過在怠速控制中執(zhí)行測試模式來增大或減 小目標(biāo)值時，計算出微分值相對于時間的最大值和最小值。在另一方面， 當(dāng)通過在燃料關(guān)斷控制中執(zhí)行測試模式來抑制實際升壓壓力的減小幅度 時，計算出實際升壓壓力相對于時間微分值的最大值。
在隨后的步驟S22a中，檢査實際升壓壓力相對于時間的微分值是否處 于步驟S20a計算所得的允許范圍內(nèi)。此處，設(shè)定允許范圍的方式與第一實 施方式是相同的。在這一方面，在測試模式中設(shè)定可變噴嘴型渦輪增壓器 50操作量的方法不必始終與對升壓壓力執(zhí)行反饋控制的常規(guī)方法相同。也 就是說，即使根據(jù)實際升壓壓力與目標(biāo)值之間的差值對基于柴油機10工作 狀態(tài)(例如轉(zhuǎn)速和噴射量)設(shè)定的基準(zhǔn)操作量進行了反饋修正，以對升壓 壓力執(zhí)行通常的反饋控制，在測試模式時也只有采用反饋控制。但是，在 此情況下，允許范圍的設(shè)定是基于如下的假定可變噴嘴型渦輪增壓器50 的操作量僅是利用反饋控制設(shè)定的。
根據(jù)第四實施方式，當(dāng)對可變噴嘴型渦輪增壓器50響應(yīng)特性方面的異 常狀況進行診斷時，能獲得與第一實施方式類似的優(yōu)點。 (第五實施方式)
如圖12所示，在第五實施方式中，汽油機70的進氣道72上設(shè)置有進 氣節(jié)氣閥74,用于控制進氣道的橫截面積。節(jié)氣閥74是由電機76驅(qū)動的 電子控制閥。此外，用于檢測節(jié)氣閥74角度的節(jié)氣閥傳感器78被布置在 節(jié)氣閥74的附近。另外，進氣道72中設(shè)置有燃料噴射閥80，且燃燒室82 中設(shè)置有火花塞84。
為了將汽油機70的扭矩控制到希望的數(shù)值,ECU60向電機76輸出操作 信號，以對節(jié)氣閥74的角度進行操作，并驅(qū)動燃料噴射閥80和火花塞84。 特別是，ECU60對節(jié)氣閥74執(zhí)行反饋控制，將其控制到目標(biāo)值。
圖13表示了診斷節(jié)氣閥74是否存在異常的流程。利用ECU60重復(fù)地 執(zhí)行該流程一例如以規(guī)定的時間間隔執(zhí)行。此處，在圖13中，為了簡明， 與圖10所示流程相對應(yīng)的處理步驟將用相同的步驟標(biāo)號指代。在這一系列處理步驟中，如果在步驟S10中滿足了測試模式的執(zhí)行條 件，則在步驟S12c中開始執(zhí)行測試模式。此條件下，按照與圖9A所示控 制進氣量的情況類似的方式，執(zhí)行階躍地增大節(jié)氣閥角度目標(biāo)值、然后再 減小目標(biāo)值的流程。此時，為了抑制由節(jié)氣閥角度改變所造成的扭矩變化， 要對點火時間進行修正。也就是說，當(dāng)節(jié)氣閥74的角度被增大時，點火時 間要被延遲，當(dāng)節(jié)氣閥74的角度被減小時，要將點火時刻提前。
在隨后的步驟S14c中，節(jié)氣閥傳感器78測得實際的節(jié)氣閥角度。然 后，在步驟S16c中，計算出節(jié)氣閥角度的檢測值對時間的微分值。后續(xù)的 處理過程與圖IO所示的過程相同。
按照第五實施方式，當(dāng)診斷節(jié)氣閥74響應(yīng)特性是否存在異常時，能獲 得與第一實施方式類似的優(yōu)點。 (其它實施方式)
可按照如下的方式來改變上述的實施方式。
(a) 基于使用作動器的受控目標(biāo)的受控變量(燃料壓力、進氣量、升 壓壓力)或作動器操作量對時間的變化來判斷作動器的響應(yīng)特性是否存在 異常的方法并不一定是如下的方法基于微分值最大值或最小值的方法； 或基于無感時間和跟隨所需時間的方法。例如，該方法可以是根據(jù)當(dāng)相對 于時間的二階微分值變?yōu)榱銜r的時刻來實現(xiàn)的。例如，在圖3A所示的實例 中，在情形#1中的異常情況下，相對于時間的二階微分值變?yōu)榱銜r的時刻 要晚于正常情況下的時刻。此外，可將受控變量或操作量目標(biāo)值被改變之 前和之后的范圍分割層多個范圍，并基于時間受控變量或?qū)嶋H操作量達到 這些分割點所需的時間來判定作動器響應(yīng)特性是否出現(xiàn)異常。
(b) 在設(shè)置了用于檢測EGR閥48的裝置的第二實施方式中，可基于 作動器操作量(即EGR閥48的角度)檢測值對時間的變化來判定EGR閥48 的響應(yīng)特性是否存在異常。
(c) 用于診斷作動器是否存在異常的測試模式不同于正常的操作模 式，該測試模式不必限于文中各實施方式所示的實例。此處，例如在柴油 機10或汽油機70是安裝在車輛上的發(fā)動機的情況下，優(yōu)選地是，測試模 式就是不會對車輛的行駛狀況造成不利影響的工作模式。
(d) 不必一定要設(shè)置不同于正常工作的測試模式來診斷作動器是否存在異常，在改變目標(biāo)值時就可診斷作動器的異常狀況。也就是說，在第一 實施方式中，例如還可推薦這樣的情況診斷操作的執(zhí)行條件是利用燃料 壓力目標(biāo)值的增加量和增加速度來確定的。如果燃料壓力目標(biāo)值的實際增 加量和增加速度滿足該診斷執(zhí)行條件，就可判斷作動器是否存在異常。即 使在這樣的情況下，當(dāng)燃料壓力目標(biāo)值的增加量和增加速度變?yōu)樵\斷執(zhí)行 條件時，也可利用使用正常燃料泵34時的實際燃料壓力變化狀況來設(shè)定允 許范圍(正常范圍)。但是，正常工作時對實際燃料壓力的變化造成影響的 因素要多于怠速控制時的因素。優(yōu)選地是，將這些因素加入到診斷執(zhí)行條 件中。也就是說，例如可認為如果燃料壓力目標(biāo)值的增加相同，使柴油 機10產(chǎn)生扭矩的燃料噴射量會變得近乎相同。但是，根據(jù)是否執(zhí)行在后噴 射以對布置在排氣系統(tǒng)中的后處理裝置執(zhí)行催化再生控制?？筛淖儗嶋H燃 料壓力的變化量。為此，優(yōu)選地是，或者是僅將是否執(zhí)行在后噴射設(shè)為診 斷執(zhí)行條件，或者是根據(jù)是否執(zhí)行在后噴射可變地設(shè)定允許范圍。
(e) 對受控變量或作動器操作量執(zhí)行反饋控制、以將其控制到目標(biāo)值
(指令值)的控制操作不必限于基于目標(biāo)值與檢測值之間的差值執(zhí)行比例
一積分一微分(PID)控制的情況。但是，在基于積分值執(zhí)行反饋控制的情 況下，檢測值趨于如圖3A和圖3B以及圖9A和圖9B所示情形井1那樣發(fā)生 改變，因而，本發(fā)明的應(yīng)用將是特別有效的，其中，所述的積分值是指對 表達目標(biāo)值與檢測值之間差異度的量值所作的積分。
(f) 作動器是所述的目標(biāo)，其響應(yīng)特性是否存在異常要被進行診斷， 作動器并不一定限于各個實施方式中的實例。例如，作動器可以是氣閥特 性改變單元，其用于改變進氣閥或排氣閥的氣閥特性，其例如是氣閥正時 改變單元，用于控制曲軸與用于驅(qū)動進氣閥的凸輪軸之間的相對轉(zhuǎn)角相位 差。
權(quán)利要求
1、一種用于內(nèi)燃機(10、70)的故障診斷系統(tǒng)，其中的內(nèi)燃機具有作動器(34、48、74)，當(dāng)燃料被轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動能量時，作動器可被操作而對要被控制的目標(biāo)的受控變量進行控制，該故障診斷系統(tǒng)包括監(jiān)控裝置(60)，用于在作動器的操作量或受控變量的目標(biāo)值被改變的條件下，監(jiān)控所述操作量或受控變量在向該目標(biāo)值發(fā)生改變過程中的變化狀況；以及判定裝置(60)，用于基于所監(jiān)控的變化狀況來判定作動器的響應(yīng)特性是否存在異常狀況。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障診斷系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控裝置(60)包括用于實現(xiàn)如下操作的裝置基于作動器操作量或 受控變量尚未達到目標(biāo)值之前的檢測值，將操作量或受控變量相對于時間 的變化進行量化；以及判定裝置(60)根據(jù)量化的數(shù)值來判定作動器的響應(yīng)特性是否存在異常。
3、 一種用于內(nèi)燃機(10、 70)的故障診斷系統(tǒng)，其中的內(nèi)燃機具有作 動器(34、 48、 74)，當(dāng)燃料被轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動能量時，作動器可被操作而對要 被控制的目標(biāo)的受控變量進行控制，該故障診斷系統(tǒng)包括用于執(zhí)行如下操作的裝置(60):在作動器的操作量或受控變量的目標(biāo) 值被改變的條件下，基于操作量或受控變量的多個檢測值對操作量或受控 變量相對于時間的變化進行量化；以及判定裝置(60)，其用于基于量化后的量值來判定作動器的響應(yīng)特性是 否存在異常狀況。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的故障診斷系統(tǒng)，其特征在于被量化的 量值是與作動器的操作量或受控變量在規(guī)定時期內(nèi)相對于時間的微分值相 對應(yīng)的量值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的故障診斷系統(tǒng)，其特征在于還包括所述監(jiān)控裝置(60)階躍地改變目標(biāo)值以用于實現(xiàn)監(jiān)控操作；以及 所述判定裝置(60)根據(jù)量化值是否響應(yīng)于目標(biāo)值的階躍變化而超出 預(yù)定的正常范圍來判定是否出現(xiàn)異常。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的故障診斷系統(tǒng)，其特征在于 作動器對內(nèi)燃機中供應(yīng)燃燒的流體的狀態(tài)量進行控制。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的故障診斷系統(tǒng)，其特征在于 內(nèi)燃機包括燃料噴射閥(26)，用于噴射蓄積在蓄壓腔室(30)中的高壓態(tài)燃料；作動器是燃料泵(34 )，用于對蓄積在蓄壓腔室中的燃料執(zhí)行壓力供送；以及作動器的操作量或受控變量是蓄壓腔室中的燃料的壓力，其作為要被 控制的目標(biāo)的受控變量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的故障診斷系統(tǒng)，其特征在于-內(nèi)燃機包括廢氣再循環(huán)流道(46)，其用于將排氣系統(tǒng)(44)的廢氣再循環(huán)到進氣系統(tǒng)(12)中，內(nèi)燃機還包括用于控制廢氣再循環(huán)流道的橫截 面積的閥(48);以及 作動器是所述閥。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的故障診斷系統(tǒng)，其特征在于-內(nèi)燃機包括渦輪增壓器(50、 52、 54)，其能對布置在排氣系統(tǒng)中的渦輪上游的廢氣的流動特性進行控制； 作動器是渦輪增壓器；以及作動器的操作量或受控變量是升壓壓力，其作為要被控制的目標(biāo)的受 控變量。
10、 一種用于內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的診斷系統(tǒng)；以及根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的作動器。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于內(nèi)燃機的故障診斷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。當(dāng)燃料壓力目標(biāo)值(PFIN)被階躍地改變時，發(fā)動機(10、70)的ECU(60)對實際燃料壓力(NPC)的變化值進行監(jiān)控。在一種異常情況下，實際燃料壓力達到燃料壓力目標(biāo)值所需的時間等于在作動器(34)工作正常時的時間。但是，實際燃料壓力相對于時間的微分值(dNPC/dt)的最大值卻不同于作動器正常工作時的最大值。為此，預(yù)先為實際燃料壓力相對于時間微分值的最大值設(shè)定了正常區(qū)間，如果實際燃料壓力相對于時間的微分值的最大值超出該正常區(qū)間，就可確定出作動器工作異常。
文檔編號F02M25/07GK101294519SQ200810087440
公開日2008年10月29日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者高橋智宏 申請人:株式會社電裝