用于分析燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵的效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于分析燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵的效率的方法，其中，針對(duì)高壓泵的各個(gè)泵行程對(duì)高壓泵效率進(jìn)行分析，針對(duì)各個(gè)泵行程分別檢測(cè)并分析壓力升高和壓力降低，并根據(jù)對(duì)壓力升高或壓力降低的分析推斷出高壓泵的各個(gè)組件的狀態(tài)。
【專利說(shuō)明】用于分析燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵的效率的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于分析燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵的效率的方法。
[0002]在現(xiàn)代汽車中使用燃油噴射系統(tǒng)，其對(duì)滿足有關(guān)燃油消耗和并非所愿的有害物質(zhì)排放的高要求客戶的要求和法律要求做出了巨大貢獻(xiàn)。這種現(xiàn)代汽車?yán)缇哂凶孕悬c(diǎn)火的用共軌柴油噴射系統(tǒng)工作的內(nèi)燃機(jī)。
[0003]所述燃油噴射系統(tǒng)主要具有高壓泵。其任務(wù)在于，使得所提供的燃油處于高壓并將其傳送至相應(yīng)汽車的高壓系統(tǒng)。該高壓系統(tǒng)主要包括也稱為蓄壓管的高壓蓄存器。從那里起，處于高壓下的燃油被噴射器噴射到相應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。
[0004]燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵在行駛運(yùn)行期間受到高的機(jī)械負(fù)荷，所述負(fù)荷隨著時(shí)間的推移導(dǎo)致高壓泵的磨損增大。這種增大的磨損會(huì)造成高壓泵功率減小或者甚至失靈。在行駛運(yùn)行期間的高壓泵失靈牽涉到車輛停機(jī)。
[0005]借助已知的診斷系統(tǒng)無(wú)法對(duì)燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵進(jìn)行磨損識(shí)別。已知的診斷系統(tǒng)僅僅識(shí)別在燃油噴射系統(tǒng)中存在故障，卻不能辨別出故障的原因。這往往導(dǎo)致在維修站純粹猜測(cè)性地不必要地更換燃油噴射系統(tǒng)的與所出現(xiàn)的故障根本就不相關(guān)的構(gòu)件。
[0006]本發(fā)明的目的在于，提出一種用來(lái)能夠更好地確定在燃油噴射系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障的方法。
[0007]根據(jù)權(quán)利要求1，所述目的的實(shí)現(xiàn)方式為，在用于分析燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵效率的方法中，針對(duì)各個(gè)泵行程對(duì)高壓泵效率進(jìn)行分析，針對(duì)各個(gè)泵行程分別分析壓力升高和壓力降低，并根據(jù)對(duì)壓力升高和壓力降低的分析推斷出高壓泵的各個(gè)組件的狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明的有利設(shè)計(jì)和改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中給出。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可由下面參照附圖對(duì)其進(jìn)行的示范性說(shuō)明得到。其中:
圖1為燃油噴射系統(tǒng)的對(duì)于理解本發(fā)明來(lái)說(shuō)重要的組成部分的方框圖；
圖2為用于示出高壓泵氣缸中的壓力升高的曲線圖；
圖3為用于示出高壓泵出口閥的關(guān)閉點(diǎn)對(duì)壓力特性的影響的曲線圖；和 圖4為用于示出在高壓泵存在內(nèi)部泄漏時(shí)曲軸轉(zhuǎn)速對(duì)壓力特性的影響的曲線圖。
[0010]在本發(fā)明中對(duì)燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵的效率進(jìn)行分析，其中，針對(duì)高壓泵的各個(gè)泵行程對(duì)高壓泵的效率進(jìn)行分析，針對(duì)各個(gè)泵行程分別檢測(cè)并分析壓力升高和壓力降低，并根據(jù)對(duì)壓力升高或壓力降低的分析推斷出高壓泵的各個(gè)組件的狀態(tài)。
[0011]圖1所示為燃油噴射系統(tǒng)的對(duì)于理解本發(fā)明重要的組成部分的方框圖。
[0012]圖1中所示的方框圖具有燃油供應(yīng)系統(tǒng)1、燃油高壓泵2和高壓系統(tǒng)3。帶有虛線邊框的方框4是柴油共軌泵，其主要包括內(nèi)部傳輸泵7和燃油高壓泵2。燃油供應(yīng)系統(tǒng)I包括燃油箱5、燃油過(guò)濾器6、已提到的內(nèi)部傳輸泵7、體積流調(diào)節(jié)閥8、溢流閥9和限壓閥10。用字母Pl標(biāo)出的箭頭是泵潤(rùn)滑和燃油回流回路的組成部分。
[0013]燃油高壓泵2具有并聯(lián)連接的兩個(gè)氣缸11、12，其中，第一氣缸11具有入口閥13和出口閥14，第二氣缸12設(shè)有入口閥15和出口閥16。每個(gè)氣缸都具有柱塞，該柱塞在氣缸工作中沿著氣缸運(yùn)動(dòng)面移動(dòng)。這種移動(dòng)分別伴隨有行程容積或擠壓容積。在柱塞沿著氣缸運(yùn)動(dòng)面移動(dòng)期間出現(xiàn)壓力損失，其在下面稱為滲漏。[0014]高壓泵3含有限壓閥17、蓄壓管18和噴射器19。利用這些噴射器19，經(jīng)由供應(yīng)管路P2把燃油噴射到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。
[0015]所示裝置如下工作:
由燃油箱5提供的燃油經(jīng)由燃油過(guò)濾器6供應(yīng)給內(nèi)部傳輸泵7。在傳輸泵7出口可供使用的低壓燃油經(jīng)由體積流調(diào)節(jié)閥8供應(yīng)給燃油高壓泵，并在那里借助氣缸11和12而處于高壓。高壓燃油經(jīng)由出口閥14和16到達(dá)高壓系統(tǒng)3，并在該高壓系統(tǒng)中到達(dá)蓄壓管18。從那里起，處于高壓下的燃油利用噴射器19噴射到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。
[0016]高壓泵2在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間受到高的機(jī)械負(fù)荷，其組件因而受到增大的磨損。這種磨損在高壓泵的壽命期間會(huì)導(dǎo)致高壓泵功率減小或者甚至失靈。高壓泵失靈必定牽涉到相應(yīng)車輛停機(jī)。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)識(shí)別出高壓泵組件的磨損狀態(tài)，進(jìn)而也能識(shí)別出高壓泵即將失靈。通過(guò)這種識(shí)別能使得整個(gè)燃油噴射系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。在很多情況下，也可以把在燃油噴射系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障的原因限定在燃油噴射系統(tǒng)的一定組件上。
[0017]本發(fā)明尤其允許探測(cè)到燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵的各個(gè)組件有故障或無(wú)故障。如果探測(cè)到高壓泵的一個(gè)或多個(gè)組件有故障或者因此前的失靈而受到危及，則可以通過(guò)有針對(duì)性地維修所述組件或者必要時(shí)更換所述組件或整個(gè)高壓泵來(lái)目標(biāo)明確地提供輔助。
[0018]為此在本發(fā)明中對(duì)高壓泵進(jìn)行效率分析。這種效率分析針對(duì)一個(gè)單獨(dú)的泵行程進(jìn)行，而且還考慮到多個(gè)泵行程。為了能夠針對(duì)高壓泵的各個(gè)組件進(jìn)行效率分析，該效率分析在多個(gè)部分區(qū)域或步驟中進(jìn)行。
[0019]在所述步驟之一中進(jìn)行如下效率分析:檢查泵氣缸11和12的出口閥14和16的功能能力。為此分別在一個(gè)泵行程之后檢測(cè)并分析壓力下降。如果該壓降大于相關(guān)閾值，就將相應(yīng)的出口閥識(shí)別為有故障。而若該壓降小于相關(guān)閾值，就將相應(yīng)的出口閥識(shí)別為無(wú)故障。該步驟因而能實(shí)現(xiàn)有選擇性地辨別出有毛病的出口閥。由于能夠分別單獨(dú)地分析泵氣缸的出口閥，因而可以推斷出高壓泵的各個(gè)氣缸的功能能力，其中，也可以考慮綜合結(jié)果對(duì)組件進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。
[0020]在所述步驟的另一步驟中進(jìn)行如下效率分析:檢查泵氣缸11和12的入口閥13和15的功能能力，還要獲知因在相應(yīng)泵活塞與相應(yīng)氣缸運(yùn)動(dòng)面之間的滲漏引起的效率損失。為此，檢測(cè)并分析每個(gè)泵行程的壓力。這分別針對(duì)工作點(diǎn)進(jìn)行。為此給多個(gè)工作點(diǎn)分別設(shè)定參考值和允許的偏差。如果在相應(yīng)工作點(diǎn)的壓力升高處于容許范圍內(nèi)，就認(rèn)為高壓泵的相應(yīng)入口閥正常。為了獲知因滲漏引起的壓降，在具有不同泵行程頻率的多個(gè)工作點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的檢查。
[0021]通過(guò)前述功能分析，并綜合地考慮高壓泵的各個(gè)組件，可以識(shí)別出高壓泵有缺陷或者磨損嚴(yán)重，且在相應(yīng)車輛由于因效率所致的高壓泵功能失常而停機(jī)之前例如在客戶服務(wù)工作過(guò)程中予以更換或者維修。
[0022]由于前述效率分析可以在車輛的正常行駛運(yùn)行期間進(jìn)行，所以能夠有利地在識(shí)別到高壓泵此前在相當(dāng)時(shí)間內(nèi)失靈時(shí)降低燃油噴射系統(tǒng)中的最大允許壓力，以便能夠?qū)崿F(xiàn)滿載量，且能保持燃油噴射系統(tǒng)的功能能力直到行至最近的維修站。對(duì)于被識(shí)別出達(dá)到容積極限的高壓泵，所述降低燃油噴射系統(tǒng)中的最大允許壓力特別是在無(wú)關(guān)廢氣的工作點(diǎn)進(jìn)行。
[0023]圖2所示為用于示出高壓泵氣缸中的壓力升高的曲線圖。[0024]在上面的曲線圖中，沿著橫坐標(biāo)繪出了曲軸角度CRK，沿著縱坐標(biāo)繪出了壓力p。上面的曲線圖的上方曲線表示在高壓泵輸送率為100%時(shí)理論上的壓力升高情況(效率為100%)。上面的曲線圖的下方曲線表示在高壓泵輸送率為50%時(shí)理論上的壓力升高情況(效率為100%)。
[0025]在圖2的下面的曲線圖中，沿著橫坐標(biāo)繪出了曲軸角度CRK，沿著縱坐標(biāo)繪出了高壓泵氣缸的行程容積或擠壓容積HV，其中，用曲線圖中的相應(yīng)箭頭來(lái)表示高壓泵的輸送率50% 或 100%ο
[0026]圖3所示為用于示出高壓泵出口閥的關(guān)閉點(diǎn)對(duì)高壓泵壓力特性的影響的曲線圖。
[0027]在此，在上面的曲線圖中沿著橫坐標(biāo)繪出了曲軸角度CRK，沿著縱坐標(biāo)繪出了燃油壓力P。在上面的曲線圖中示出的曲線表明了在燃油噴射系統(tǒng)中出現(xiàn)的壓力損失Z P，當(dāng)存在50°的曲軸閉合角時(shí)會(huì)出現(xiàn)所述壓力損失。
[0028]在下面的曲線圖中，沿著橫坐標(biāo)繪出了曲軸角度CRK，沿著縱坐標(biāo)繪出了高壓泵氣缸的行程容積或擠壓容積HV，其中，同樣用曲線圖中的箭頭來(lái)表示存在50°的曲軸閉合角。圖3中還給出了柱塞的上止點(diǎn)。
[0029]圖4所示為用于示出在高壓泵存在內(nèi)部泄漏時(shí)曲軸轉(zhuǎn)速對(duì)壓力特性的影響的曲線圖。
[0030]在此，在上面的曲線圖中沿著橫坐標(biāo)繪出了曲軸角度CRK，沿著縱坐標(biāo)繪出了燃油壓力P。在上面的曲線圖中示出的曲線Kl表示在1000U/min以及3000U/min而無(wú)泵泄漏情況下在高壓泵輸送率為50%時(shí)的壓力升高情況。曲線K2表示在3000U/min存在有泵泄漏情況下在高壓泵輸送率為50%時(shí)的壓力升高情況。曲線K3表示在1000U/min存在有泵泄漏情況下在高壓泵輸送率為50%時(shí)的壓力升高情況。
[0031]在下面的曲線圖中，沿著橫坐標(biāo)繪出了曲軸角度CRK，沿著縱坐標(biāo)繪出了高壓泵氣缸的行程容積或擠壓容積HV。由該曲線圖可見(jiàn)，由泵泄漏引起的流量FW隨著曲軸角度的增大或轉(zhuǎn)速的增大而變大。
[0032]上述高壓泵效率分析的準(zhǔn)確度受各種不同的因素影響。所述準(zhǔn)確度一方面與在測(cè)量時(shí)采用的蓄壓管壓力傳感器的準(zhǔn)確度有關(guān)。該傳感器的準(zhǔn)確度為±1%。因而特別是在考慮到壓差情況可以認(rèn)為壓力傳感器的準(zhǔn)確度足夠用。所述傳感器的準(zhǔn)確度可以-只要希望-通過(guò)可信度測(cè)試來(lái)檢查。
[0033]影響高壓泵的效率分析準(zhǔn)確度的另一因素是彈性模量。若系統(tǒng)容積恒定，溫度對(duì)彈性模量有最大影響。蓄壓管中存在的溫度基于在泵初始運(yùn)行中或者在噴射器返回中測(cè)得的溫度來(lái)建模，且在系統(tǒng)中以較高的準(zhǔn)確度可供使用。
[0034]此外，系統(tǒng)當(dāng)前的持久泄漏影響高壓泵效率分析的準(zhǔn)確度。為了能夠獲知系統(tǒng)的所述持久泄漏，針對(duì)某些少數(shù)工作間隙，通過(guò)關(guān)閉體積流閥8來(lái)阻止泵輸送，并把關(guān)于時(shí)間的壓降梯度作為關(guān)于壓力和溫度的系統(tǒng)持久泄漏存儲(chǔ)在系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。所存儲(chǔ)的該參數(shù)可以在確定實(shí)際壓力升高時(shí)用作校正值。
[0035]高壓泵的容積效率主要受兩個(gè)因素影響:
第一因素是有效輸送時(shí)間。視泵的設(shè)計(jì)而定，泵的出口閥的關(guān)閉點(diǎn)可以改變。這會(huì)導(dǎo)致在到達(dá)泵柱塞的上止點(diǎn)之后，燃油從高壓系統(tǒng)回流到泵中。高壓泵出口閥的關(guān)閉角度的求取方式為，檢測(cè)壓力曲線，并用已求得的持久泄漏來(lái)矯正所檢測(cè)的壓力曲線。對(duì)通過(guò)這種方式得到的曲線進(jìn)行求導(dǎo)。如果導(dǎo)數(shù)大于零，泵就進(jìn)行輸送。如果導(dǎo)數(shù)等于零，就存在柱塞活塞的上止點(diǎn)。如果導(dǎo)數(shù)小于零，壓力就從系統(tǒng)回流到泵中。當(dāng)導(dǎo)數(shù)又變?yōu)榱銜r(shí)，出口閥關(guān)閉。以柱塞上止點(diǎn)為參照的該曲軸角度值在計(jì)算有效的輸送率時(shí)用作矯正量。
[0036]高壓泵的容積效率還與高壓泵組件的誤差和磨損有關(guān)。因而-如上已述-由于在柱塞活塞與氣缸運(yùn)動(dòng)面之間的滲漏引起或者由于入口閥缺陷而產(chǎn)生損失。這種壓力損失的求取方式可以為，在不同的轉(zhuǎn)速情況下檢測(cè)壓力升高情況。在考慮到歸因于出口閥的持久泄漏和關(guān)閉時(shí)間點(diǎn)誤差的矯正之后，在壓力升高中得到關(guān)于曲軸角度的不同的梯度。其原因是，當(dāng)存在低轉(zhuǎn)速時(shí)，壓力升高持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在泵輸送期間有更多時(shí)間用于間隙損耗。
[0037]如由上述論述可知，在對(duì)泵效率進(jìn)行所述分析時(shí)，利用特定于系統(tǒng)的參數(shù)在正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間進(jìn)行有針對(duì)性的測(cè)量，通過(guò)分析測(cè)量結(jié)果得到的數(shù)據(jù)用作驗(yàn)證參數(shù)，用來(lái)獲知高壓泵的功能能力和磨損狀態(tài)。通過(guò)對(duì)所檢測(cè)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行功能分析，可以對(duì)高壓泵進(jìn)行預(yù)先評(píng)價(jià)，且避免因泵磨損所致的功率減小，以及避免車輛停機(jī)。
[0038]由于用于分析高壓泵效率的上述方法可以在正常車輛運(yùn)行期間執(zhí)行，所以該方法以有利的方式涵蓋了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍。這能實(shí)現(xiàn)廣泛地評(píng)價(jià)高壓泵的狀態(tài)。由于在正常行駛運(yùn)行期間檢測(cè)所出現(xiàn)的故障，這些故障可以歸屬于一定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，這種歸屬關(guān)系與其它故障數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)在車輛中。其優(yōu)點(diǎn)是，在隨后?？吭诰S修站時(shí)就已經(jīng)知道了出現(xiàn)功能故障之處的負(fù)荷點(diǎn)。
[0039]用于分析高壓泵效率的所述方法優(yōu)選在發(fā)動(dòng)機(jī)推力階段實(shí)施，因?yàn)樵谒霭l(fā)動(dòng)機(jī)推力階段中可以在很大程度上避免干擾參數(shù)對(duì)該方法的并非所愿的影響。
[0040]所述方法能以有利的方式與另一功能例如比如在EP I 570 165 BI中記載的MFMA (最小燃油量調(diào)整)共同地使用。在此利用在推力運(yùn)行中的壓力升高。
【權(quán)利要求】
1.一種用于分析燃油噴射系統(tǒng)的高壓泵效率的方法，其中，針對(duì)高壓泵的各個(gè)泵行程對(duì)高壓泵效率進(jìn)行分析，針對(duì)各個(gè)泵行程分別檢測(cè)并分析壓力升高和壓力降低，并根據(jù)對(duì)壓力升高或壓力降低的分析推斷出高壓泵的各個(gè)組件的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，針對(duì)當(dāng)前存在的工作點(diǎn)對(duì)在泵行程期間出現(xiàn)的壓力升高進(jìn)行分析，并根據(jù)對(duì)壓力升高的分析推斷出高壓泵入口閥的功能能力。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，針對(duì)多個(gè)工作點(diǎn)分別設(shè)定用于壓力升高的參考曲線，對(duì)該參考曲線與由壓力測(cè)量值得到的壓力升高曲線進(jìn)行比較，在獲知所得到的壓力升高曲線與參考曲線的不允許地大的偏差情況下將入口閥識(shí)別為有故障，而在獲知所得到的壓力升高曲線與參考曲線的允許的偏差情況下將入口閥識(shí)別為無(wú)故障。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，針對(duì)具有不同泵行程頻率的多個(gè)工作點(diǎn)對(duì)在泵行程期間出現(xiàn)的壓力升高進(jìn)行分析，并根據(jù)這種分析推斷出在高壓泵氣缸柱塞與相關(guān)氣缸運(yùn)動(dòng)面之間存在不密封。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)在泵行程之后出現(xiàn)的壓力下降進(jìn)行分析，并根據(jù)對(duì)壓力下降的分析推斷出高壓泵出口閥的功能能力。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，針對(duì)壓力下降設(shè)定參考曲線，對(duì)該參考曲線與由壓力測(cè)量值得到的壓力下降曲線進(jìn)行比較，在獲知所得到的壓力下降曲線與參考曲線的不允許地大的偏差情況下將出口閥識(shí)別為有故障，而在獲知所得到的壓力下降曲線與參考曲線的允許的偏差情況下將出口閥識(shí)別為無(wú)故障。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，分別單獨(dú)地對(duì)高壓泵的每個(gè)氣缸進(jìn)行分析，根據(jù)所述分析推斷出相應(yīng)氣缸的組件的功能能力。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)對(duì)高壓泵的每個(gè)氣缸的分析整體地推斷出高壓泵的功能能力。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法在汽車正常行駛運(yùn)行期間實(shí)施。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，把在正常行駛運(yùn)行期間得到的與高壓泵組件的功能能力有關(guān)的數(shù)據(jù)非易失性地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，在行駛運(yùn)行期間由與高壓泵組件的功能能力有關(guān)的數(shù)據(jù)識(shí)別高壓泵的一個(gè)或多個(gè)組件的持續(xù)的磨損，并作為其反應(yīng)，使得燃油噴射系統(tǒng)中的最大允許壓力降低。
【文檔編號(hào)】F02D41/38GK103765000SQ201280043800
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月9日
【發(fā)明者】J.拉德茨基, H.里普爾 申請(qǐng)人:大陸汽車有限公司