專利名稱：燃料噴射器診斷系統和用于直噴式發動機的方法
技術領域：
本發明涉及直噴式發動機，更具體而言，涉及燃料噴射器診斷系統和用于直噴式
發動機的方法。
背景技術：
本文提供的背景技術描述僅僅為了總體上介紹本發明的背景。在此背景技術部分
中所描述的當前署名發明人的工作以及在提交時在不同情形下可能不構成現有技術的該
描述的各方面，既不明示地也不默示地被承認為是針對本發明的現有技術。 控制輸送至發動機的燃料和空氣噴射量以滿足燃料經濟性要求和排放標準。當燃
料噴射器不正確工作時，輸送至發動機的燃料噴射量可能偏離所期望的水平，導致排放增
加和/或燃料經濟性降低。 在發動機關閉時，可進行燃料噴射器診斷。可基于燃料噴射事件之前和之后共同 燃料軌處的燃料壓力來估算流經噴射器的燃料量。將估算出的燃料量與期望的燃料量進行 比較以確定噴射器是否正確地工作。在發動機關閉時，測量到的燃料壓力低并且由于每次 燃料噴射事件之后的壓力波動可能容易產生誤差。通常，在同一噴射器上可能需要進行若 干次燃料噴射事件以確保對燃料壓力的正確測量和對噴射器的正確診斷。
發明內容
因此，一種燃料噴射器診斷系統，包括燃料泵控制模塊、壓力傳感器和診斷模塊。
燃料泵控制模塊使向發動機燃料軌的燃料輸送停止。在發動機運行時壓力傳感器在多個噴
射器中的至少一個上測量噴射事件之前燃料軌的第一壓力和噴射事件之后燃料軌的第二
壓力。診斷模塊基于第一壓力和第二壓力對所述至少一個噴射器進行故障診斷。
—種燃料噴射系統的診斷方法，包括在發動機運行時使燃料泵停用；測量燃料
軌壓以獲得第一壓力；通過由多個燃料噴射器中的一個噴射燃料而開始噴射事件；在噴射
事件之后測量燃料軌壓以獲得第二壓力；以及在發動機運行時，基于第一壓力和第二壓力
對所述多個燃料噴射器中的一個進行故障診斷。 從本文提供的描述中將清楚本發明的進一步應用領域。應該理解，描述和具體實 例僅用于說明之目的，而并非意圖限制本發明的范圍。
本文描述的附圖僅用于說明之目的，并非意圖以任何方式限制本發明的范圍。
圖1是包括了根據本發明的燃料噴射器診斷模塊的發動機系統的功能框圖；
圖2是包括了根據本發明的燃料噴射器診斷模塊的控制模塊的功能框圖；
圖3是示出了壓力傳感器所生成的輸出信號的波形的曲線圖；以及
圖4是根據本發明的燃料噴射器診斷方法的流程圖。
具體實施例方式
下面的描述實質上僅為示例性的，并非意圖限制本發明及其應用或使用。應該理 解，全部附圖中，對應的附圖標記表示相似或對應的零件或特征。在本文中所用時，術語"模 塊"是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一種或多種軟件或固件程序的處理器(共享 的、專用的或成組的)和存儲器、組合邏輯電路、和/或其它提供所述功能的合適構件。
根據本發明教導的燃料噴射器診斷系統可在發動機運行時，尤其在發動機怠速時 診斷燃料噴射器。診斷期間，停用燃料泵，并測量噴射事件前和后的燃料軌壓。當噴射事件 前和后的壓力差或者基于該壓力差的實際燃料量低于閾值時，燃料噴射器診斷系統診斷出 噴射器發生了故障。 參照圖1，根據本發明教導的發動機系統10包括發動機12、燃料系統14、進氣系統 16、點火系統18和排氣系統20。燃料系統14可向發動機12提供燃料。發動機系統10為 直噴式系統，在這種系統中，燃料以高壓直接噴射到燃燒室內的壓縮空氣中。進氣系統16 向發動機12提供空氣。點火系統18提供火花以點燃發動機12的燃燒室中的燃料和空氣 混合物。發動機12中空氣-燃料混合物的燃燒提供被傳輸至變速器(未示出)的動力并 且同時產生排氣。排氣經過排氣系統20從發動機12排出。 燃料系統14包括燃料泵22、燃料軌24、噴射系統26、燃料管線28和壓力傳感器 30。燃料泵22可為活塞泵，其通過燃料管線28向燃料軌24提供高壓燃料。發動機曲軸 (未示出)通過凸輪軸機構32驅動燃料泵22。燃料泵22通過調節被捕集在燃料泵的活塞 式汽缸內的燃料質量量來控制流向燃料軌24的燃料質量量。 燃料泵22通過燃料管線28將壓力下的燃料輸送到燃料軌24。燃料軌24將高壓 燃料輸送到在發動機12的直噴輸入處的噴射系統26。壓力傳感器30設置在燃料軌24處 以監測軌壓。燃料軌24處的過量燃料可通過燃料返回管線(未示出)返回到燃料箱(未 示出)。燃料返回管線可包含壓力調整器(未示出)。噴射系統26包括每個汽缸一個的噴 射器。該多個噴射器與燃料軌24連通并且相繼、直接地向發動機燃燒室提供燃料。
控制模塊40與發動機12、燃料泵22、燃料軌24、噴射系統26、進氣系統16、點火系 統18以及壓力傳感器30通信。控制模塊40包括燃料噴射器診斷模塊42，燃料噴射器診斷 模塊42在發動機12運行時診斷噴射系統的所述多個噴射器的故障。 參照圖2 ，控制模塊40包括燃料噴射器診斷模塊42 、發動機狀況評估模塊44、數據 接收模塊45、燃料泵控制模塊46、燃料噴射正時模塊48和存儲器模塊50。
燃料泵控制模塊46與燃料泵22通信以控制由燃料泵22輸送到燃料軌24的燃料 質量量。燃料噴射正時模塊48與噴射系統26通信以控制所述多個噴射器52的燃料噴射 正時。在正常的發動機運行期間(即，未進行噴射器診斷時)，燃料泵控制模塊46可命令燃 料泵22向燃料軌24輸送請求量的燃料。噴射正時模塊48可根據由控制模塊40指令的請 求正時使所述多個噴射器52啟動以相繼噴射燃料。 控制模塊40在發動機12運行時進行燃料噴射器診斷。當發動機運行時，對于直 噴式發動機而言燃料軌壓通常是高的，僅作為實例，在6MPa(870psi)和20MPa(2900psi)之 間。由于該高軌壓，燃料噴射事件之后的壓力波動會對軌壓的精確測量有較小的影響。
更具體而言，發動機狀況評估模塊44與發動機12通信并監測發動機運行狀況以 確定是否存在診斷條件。基于燃料軌壓、發動機速度和發動機載荷中的至少一個確定診斷條件。僅作為實例，當發動機怠速時、當軌壓大于閾值時、當發動機速度(RPM)低時、和/或 當發動機載荷高時，可存在診斷條件。當發動機12以低RPM運行時，有更多的時間來減弱 壓力振蕩，從而降低壓力振蕩對軌壓的精確度的影響。當發動機12在高載荷下運行時，由 于通過噴射器輸送大量的燃料，噴射事件前和后的壓力差(壓力降)相對大。這樣，與該壓 力降相比，壓力波動相對小。當存在所述診斷條件中的一個或多個時，發動機狀況評估模塊 44可使噴射器診斷模塊42啟動以進行燃料噴射器診斷。 診斷期間，燃料泵控制模塊46可使燃料泵22停用以向燃料軌24輸送零燃料。在 待診斷的具體噴射器(n)上發生噴射事件之前，燃料軌24可達到近似穩態的狀態。使燃料 軌24保持接近穩態可最大限度地減小壓力波動以確保對軌壓的更精確測量。
參照圖3，數據接收模塊45接收來自壓力傳感器30的壓力數據。壓力傳感器30 測量噴射事件之前的第一軌壓P。yKri。接著，汽缸(n)的噴射器(n)可將燃料量噴射進發動 機12的汽缸(n)的燃燒室中。在噴射器(n)上發生噴射事件之后，壓力傳感器30測量第
二軌壓P。yKW)。第二軌壓P。yKW)小于第一軌壓P。yKn)，因為燃料量通過噴射器W離開T
燃料軌24。 將第一軌壓(起始壓力)P。yl(n)和第二軌壓(終止壓力)P。yl(n+1)記錄在數據接收 模塊45中。可將指示起始壓力和終止壓力的信號發送至燃料噴射器診斷模塊42以供診 斷。此外，將壓力信號的波形發送至燃料噴射器診斷模塊42。然后，可繼續對下一個噴射器 (n+l)進行診斷。從噴射器(n)的在先噴射事件獲得的終止壓力P。yl(n+1)變成噴射器(n+l) 上的后續噴射事件的起始壓力。還記錄該壓力信號的波形。在噴射器(n+l)上發生了后續 噴射事件之后，可測量噴射器(n+l)的終止壓力P。yK^)，并將其發送至燃料噴射器診斷模塊 42。可在噴射器(n+2)和剩余的噴射器上重復相同的壓力數據接收步驟，直至所有的噴射 器均得到診斷。 在獲得壓力數據之后，燃料泵控制模塊46可使燃料泵22啟動以恢復正常的閉環 操作并使燃料軌24恢復到預定軌壓以便進行正常的發動機運行。可將噴射診斷安排在稍 后的時間。 返回參照圖2，燃料噴射器診斷模塊42可包括示出起始軌壓、終止軌壓和燃料量 之間關系的實驗數據查詢表54。可基于起始壓力和終止壓力確定實際燃料量。當具體噴射 器上的具體噴射事件的壓力降或實際燃料量低于閾值時，燃料噴射器診斷模塊42可確定 該具體噴射器發生了故障。可將故障信號發送至存儲器模塊50以供稍后分析。由于當發 動機運行時軌壓高，燃料噴射器診斷模塊42可基于每個噴射器的單次噴射事件對該噴射 器進行診斷。 可替代地，可在同一噴射器上重復壓力數據接收步驟。可通過將起始壓力、終止壓 力關聯到燃料量而獲得具體噴射事件時流經噴射器的實際燃料量。記錄該具體噴射事件的 實際燃料量。在對同一噴射器進行了多次燃料診斷之后，燃料噴射器診斷模塊42可將針對 該同一噴射器上多次噴射事件的質量量相加。此外，可針對該同一噴射器上的多次噴射事 件，將對應于瞬時燃料壓力波的噴射脈沖寬度相加。可將累計燃料質量量除以累計脈沖寬 度以獲得指示通過該具體噴射器的平均燃料流速的值。可將針對該具體噴射器的燃料流速 與和其它噴射器關聯的類似值進行比較。當該具體噴射器的流速在數值上遠離大多數噴射 器的流速時，燃料噴射器診斷模塊42可確定該噴射器異常并診斷出該具體噴射器發生了故障。可替代地，當該燃料流速低于閾值時，燃料噴射器診斷模塊42診斷出該具體噴射器 發生了故障。 參照圖4，診斷方法100開始于步驟102。在步驟104中，發動機狀況評估模塊44 確定是否存在一個或多個預定的診斷條件。如果存在，則控制模塊40在步驟106中確定是 否停用燃料泵。如果沒有停用燃料泵22，則燃料泵控制模塊46在步驟108中使燃料泵22 停用。在步驟110中，壓力傳感器測量軌壓以獲得起始壓力P。yKn)。將指示起始壓力P。yl(n) 的信號發送到燃料噴射器診斷模塊42。 在步驟112中，燃料噴射正時模塊啟動正被診斷的噴射器(n)以將所期望的燃料 量噴射進汽缸(n)中。在步驟114中，壓力傳感器測量軌壓以獲得終止壓力P。yKn+D。將指 示終止壓力P。yl(n+1)的信號發送到燃料噴射器診斷模塊42。 在步驟116中，燃料噴射器診斷模塊42確定壓力降(P。yl(n)和P。yl(n+1)之間的壓力 差)是否等于或大于閾值。如果壓力降低于閾值，則燃料噴射器診斷模塊診斷出噴射器(n) 發生了故障并可在步驟118中將噴射器(n)故障標記發送至存儲器模塊50。如果壓力降等 于或大于閾值，則燃料噴射器診斷模塊42可診斷出噴射器(n)未發生故障。然后，在步驟 120中，燃料噴射器診斷模塊確定是否對所有的噴射器均進行了測試。如果為否，則可重復 從步驟110至步驟120的相同步驟，直到所有的噴射器均被診斷過。當所有的噴射器均被 診斷過時，在步驟122中，燃料泵控制模塊使燃料泵啟動以向燃料軌輸送燃料，從而恢復正 常的發動機運行。方法100結束于步驟124。 從以上描述中本領域技術人員現在可以認識到，本發明的廣泛教導可以多種形式 實施。因此，盡管結合特定實例對本發明進行了描述，但本發明的真實范圍不應該如此局 限，因為在研究了附圖、說明書和所附權利要求之后本領域技術人員將明顯看出其它的修 改。
權利要求
一種燃料噴射器診斷系統，包括燃料泵控制模塊，其使向發動機燃料軌的燃料輸送停止；壓力傳感器，其在發動機運行時在多個噴射器中的至少一個上測量噴射事件之前所述燃料軌的第一壓力和所述噴射事件之后所述燃料軌的第二壓力；以及診斷模塊，其基于所述第一壓力和所述第二壓力對所述至少一個噴射器進行故障診斷。
2. 如權利要求1所述的燃料噴射器診斷系統，其中，當存在診斷條件時使所述燃料泵停用。
3. 如權利要求1所述的燃料噴射器診斷系統，還包括發動機評估模塊，當存在診斷條 件時，該發動機評估模塊啟動所述診斷模塊。
4. 如權利要求3所述的燃料噴射器診斷系統，其中，基于發動機速度、發動機載荷和軌 壓中的至少一個來確定所述診斷條件。
5. 如權利要求3所述的燃料噴射器診斷系統，其中，當所述發動機怠速時啟動所述診 斷模塊。
6. 如權利要求1所述的燃料噴射器診斷系統，其中，當所述第一壓力和所述第二壓力 之差低于閾值時，所述診斷模塊診斷出故障。
7. 如權利要求1所述的燃料噴射器診斷系統，其中，所述診斷模塊包括查詢表，該查詢 表將所述第一壓力和所述第二壓力關聯到流經所述至少一個噴射器的燃料量。
8. 如權利要求7所述的燃料噴射器診斷系統，其中，當所述燃料量低于閾值時，所述診 斷模塊確定所述至少一個噴射器發生了故障。
9. 一種燃料噴射系統的診斷方法，包括 在發動機運行時使燃料泵停用； 測量燃料軌壓以獲得第一壓力；通過多個燃料噴射器中的一個噴射燃料而開始噴射事件； 在所述噴射事件之后測量所述燃料軌壓以獲得第二壓力；以及在所述發動機運行時，基于所述第一壓力和所述第二壓力對所述多個燃料噴射器中的 一個進行故障診斷。
10. 如權利要求9所述的方法，其中，當存在診斷條件時使所述燃料泵停用。
11. 如權利要求10所述的方法，其中，基于發動機速度、發動機載荷、燃料噴射壓力和 軌壓中的至少一個來確定所述診斷條件。
12. 如權利要求9所述的方法，還包括當所述第一壓力和所述第二壓力之差低于閾值 時，診斷出所述燃料噴射器發生了故障。
13. 如權利要求9所述的方法，還包括將所述第一壓力和所述第二壓力關聯到流經所 述噴射器的燃料量。
14. 如權利要求13所述的方法，還包括當所述燃料量低于閾值時，診斷出所述噴射器之一發生了故障。
全文摘要
本發明涉及燃料噴射器診斷系統和用于直噴式發動機的方法。該燃料噴射器診斷系統包括燃料泵控制模塊、壓力傳感器和診斷模塊。燃料泵控制模塊使向發動機燃料軌的燃料輸送停止。在發動機運行時壓力傳感器在多個噴射器中的至少一個上測量噴射事件之前燃料軌的第一壓力和噴射事件之后燃料軌的第二壓力。診斷模塊基于第一壓力和第二壓力對所述至少一個噴射器進行故障診斷。
文檔編號F02D41/22GK101782024SQ20091025322
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月11日 優先權日2008年12月12日
發明者B·李, D·L·迪布爾, K·J·欽平斯基, M·D·卡, M·J·路西多 申請人:通用汽車環球科技運作公司