专利名称：燃料喷射器诊断系统和用于直喷式发动机的方法
技术领域：
本发明涉及直喷式发动机，更具体而言，涉及燃料喷射器诊断系统和用于直喷式
发动机的方法。
背景技术：
本文提供的背景技术描述仅仅为了总体上介绍本发明的背景。在此背景技术部分
中所描述的当前署名发明人的工作以及在提交时在不同情形下可能不构成现有技术的该
描述的各方面，既不明示地也不默示地被承认为是针对本发明的现有技术。 控制输送至发动机的燃料和空气喷射量以满足燃料经济性要求和排放标准。当燃
料喷射器不正确工作时，输送至发动机的燃料喷射量可能偏离所期望的水平，导致排放增
加和/或燃料经济性降低。 在发动机关闭时，可进行燃料喷射器诊断。可基于燃料喷射事件之前和之后共同 燃料轨处的燃料压力来估算流经喷射器的燃料量。将估算出的燃料量与期望的燃料量进行 比较以确定喷射器是否正确地工作。在发动机关闭时，测量到的燃料压力低并且由于每次 燃料喷射事件之后的压力波动可能容易产生误差。通常，在同一喷射器上可能需要进行若 干次燃料喷射事件以确保对燃料压力的正确测量和对喷射器的正确诊断。
发明内容
因此，一种燃料喷射器诊断系统，包括燃料泵控制模块、压力传感器和诊断模块。
燃料泵控制模块使向发动机燃料轨的燃料输送停止。在发动机运行时压力传感器在多个喷
射器中的至少一个上测量喷射事件之前燃料轨的第一压力和喷射事件之后燃料轨的第二
压力。诊断模块基于第一压力和第二压力对所述至少一个喷射器进行故障诊断。
—种燃料喷射系统的诊断方法，包括在发动机运行时使燃料泵停用；测量燃料
轨压以获得第一压力；通过由多个燃料喷射器中的一个喷射燃料而开始喷射事件；在喷射
事件之后测量燃料轨压以获得第二压力；以及在发动机运行时，基于第一压力和第二压力
对所述多个燃料喷射器中的一个进行故障诊断。 从本文提供的描述中将清楚本发明的进一步应用领域。应该理解，描述和具体实 例仅用于说明之目的，而并非意图限制本发明的范围。
本文描述的附图仅用于说明之目的，并非意图以任何方式限制本发明的范围。
图1是包括了根据本发明的燃料喷射器诊断模块的发动机系统的功能框图；
图2是包括了根据本发明的燃料喷射器诊断模块的控制模块的功能框图；
图3是示出了压力传感器所生成的输出信号的波形的曲线图；以及
图4是根据本发明的燃料喷射器诊断方法的流程图。
具体实施例方式
下面的描述实质上仅为示例性的，并非意图限制本发明及其应用或使用。应该理 解，全部附图中，对应的附图标记表示相似或对应的零件或特征。在本文中所用时，术语"模 块"是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享 的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它提供所述功能的合适构件。
根据本发明教导的燃料喷射器诊断系统可在发动机运行时，尤其在发动机怠速时 诊断燃料喷射器。诊断期间，停用燃料泵，并测量喷射事件前和后的燃料轨压。当喷射事件 前和后的压力差或者基于该压力差的实际燃料量低于阈值时，燃料喷射器诊断系统诊断出 喷射器发生了故障。 参照图1，根据本发明教导的发动机系统10包括发动机12、燃料系统14、进气系统 16、点火系统18和排气系统20。燃料系统14可向发动机12提供燃料。发动机系统10为 直喷式系统，在这种系统中，燃料以高压直接喷射到燃烧室内的压縮空气中。进气系统16 向发动机12提供空气。点火系统18提供火花以点燃发动机12的燃烧室中的燃料和空气 混合物。发动机12中空气-燃料混合物的燃烧提供被传输至变速器(未示出)的动力并 且同时产生排气。排气经过排气系统20从发动机12排出。 燃料系统14包括燃料泵22、燃料轨24、喷射系统26、燃料管线28和压力传感器 30。燃料泵22可为活塞泵，其通过燃料管线28向燃料轨24提供高压燃料。发动机曲轴 (未示出)通过凸轮轴机构32驱动燃料泵22。燃料泵22通过调节被捕集在燃料泵的活塞 式汽缸内的燃料质量量来控制流向燃料轨24的燃料质量量。 燃料泵22通过燃料管线28将压力下的燃料输送到燃料轨24。燃料轨24将高压 燃料输送到在发动机12的直喷输入处的喷射系统26。压力传感器30设置在燃料轨24处 以监测轨压。燃料轨24处的过量燃料可通过燃料返回管线(未示出)返回到燃料箱(未 示出)。燃料返回管线可包含压力调整器(未示出)。喷射系统26包括每个汽缸一个的喷 射器。该多个喷射器与燃料轨24连通并且相继、直接地向发动机燃烧室提供燃料。
控制模块40与发动机12、燃料泵22、燃料轨24、喷射系统26、进气系统16、点火系 统18以及压力传感器30通信。控制模块40包括燃料喷射器诊断模块42，燃料喷射器诊断 模块42在发动机12运行时诊断喷射系统的所述多个喷射器的故障。 参照图2 ，控制模块40包括燃料喷射器诊断模块42 、发动机状况评估模块44、数据 接收模块45、燃料泵控制模块46、燃料喷射正时模块48和存储器模块50。
燃料泵控制模块46与燃料泵22通信以控制由燃料泵22输送到燃料轨24的燃料 质量量。燃料喷射正时模块48与喷射系统26通信以控制所述多个喷射器52的燃料喷射 正时。在正常的发动机运行期间(即，未进行喷射器诊断时)，燃料泵控制模块46可命令燃 料泵22向燃料轨24输送请求量的燃料。喷射正时模块48可根据由控制模块40指令的请 求正时使所述多个喷射器52启动以相继喷射燃料。 控制模块40在发动机12运行时进行燃料喷射器诊断。当发动机运行时，对于直 喷式发动机而言燃料轨压通常是高的，仅作为实例，在6MPa(870psi)和20MPa(2900psi)之 间。由于该高轨压，燃料喷射事件之后的压力波动会对轨压的精确测量有较小的影响。
更具体而言，发动机状况评估模块44与发动机12通信并监测发动机运行状况以 确定是否存在诊断条件。基于燃料轨压、发动机速度和发动机载荷中的至少一个确定诊断条件。仅作为实例，当发动机怠速时、当轨压大于阈值时、当发动机速度(RPM)低时、和/或 当发动机载荷高时，可存在诊断条件。当发动机12以低RPM运行时，有更多的时间来减弱 压力振荡，从而降低压力振荡对轨压的精确度的影响。当发动机12在高载荷下运行时，由 于通过喷射器输送大量的燃料，喷射事件前和后的压力差(压力降)相对大。这样，与该压 力降相比，压力波动相对小。当存在所述诊断条件中的一个或多个时，发动机状况评估模块 44可使喷射器诊断模块42启动以进行燃料喷射器诊断。 诊断期间，燃料泵控制模块46可使燃料泵22停用以向燃料轨24输送零燃料。在 待诊断的具体喷射器(n)上发生喷射事件之前，燃料轨24可达到近似稳态的状态。使燃料 轨24保持接近稳态可最大限度地减小压力波动以确保对轨压的更精确测量。
参照图3，数据接收模块45接收来自压力传感器30的压力数据。压力传感器30 测量喷射事件之前的第一轨压P。yKri。接着，汽缸(n)的喷射器(n)可将燃料量喷射进发动 机12的汽缸(n)的燃烧室中。在喷射器(n)上发生喷射事件之后，压力传感器30测量第
二轨压P。yKW)。第二轨压P。yKW)小于第一轨压P。yKn)，因为燃料量通过喷射器W离开T
燃料轨24。 将第一轨压(起始压力)P。yl(n)和第二轨压(终止压力)P。yl(n+1)记录在数据接收 模块45中。可将指示起始压力和终止压力的信号发送至燃料喷射器诊断模块42以供诊 断。此外，将压力信号的波形发送至燃料喷射器诊断模块42。然后，可继续对下一个喷射器 (n+l)进行诊断。从喷射器(n)的在先喷射事件获得的终止压力P。yl(n+1)变成喷射器(n+l) 上的后续喷射事件的起始压力。还记录该压力信号的波形。在喷射器(n+l)上发生了后续 喷射事件之后，可测量喷射器(n+l)的终止压力P。yK^)，并将其发送至燃料喷射器诊断模块 42。可在喷射器(n+2)和剩余的喷射器上重复相同的压力数据接收步骤，直至所有的喷射 器均得到诊断。 在获得压力数据之后，燃料泵控制模块46可使燃料泵22启动以恢复正常的闭环 操作并使燃料轨24恢复到预定轨压以便进行正常的发动机运行。可将喷射诊断安排在稍 后的时间。 返回参照图2，燃料喷射器诊断模块42可包括示出起始轨压、终止轨压和燃料量 之间关系的实验数据查询表54。可基于起始压力和终止压力确定实际燃料量。当具体喷射 器上的具体喷射事件的压力降或实际燃料量低于阈值时，燃料喷射器诊断模块42可确定 该具体喷射器发生了故障。可将故障信号发送至存储器模块50以供稍后分析。由于当发 动机运行时轨压高，燃料喷射器诊断模块42可基于每个喷射器的单次喷射事件对该喷射 器进行诊断。 可替代地，可在同一喷射器上重复压力数据接收步骤。可通过将起始压力、终止压 力关联到燃料量而获得具体喷射事件时流经喷射器的实际燃料量。记录该具体喷射事件的 实际燃料量。在对同一喷射器进行了多次燃料诊断之后，燃料喷射器诊断模块42可将针对 该同一喷射器上多次喷射事件的质量量相加。此外，可针对该同一喷射器上的多次喷射事 件，将对应于瞬时燃料压力波的喷射脉冲宽度相加。可将累计燃料质量量除以累计脉冲宽 度以获得指示通过该具体喷射器的平均燃料流速的值。可将针对该具体喷射器的燃料流速 与和其它喷射器关联的类似值进行比较。当该具体喷射器的流速在数值上远离大多数喷射 器的流速时，燃料喷射器诊断模块42可确定该喷射器异常并诊断出该具体喷射器发生了故障。可替代地，当该燃料流速低于阈值时，燃料喷射器诊断模块42诊断出该具体喷射器 发生了故障。 参照图4，诊断方法100开始于步骤102。在步骤104中，发动机状况评估模块44 确定是否存在一个或多个预定的诊断条件。如果存在，则控制模块40在步骤106中确定是 否停用燃料泵。如果没有停用燃料泵22，则燃料泵控制模块46在步骤108中使燃料泵22 停用。在步骤110中，压力传感器测量轨压以获得起始压力P。yKn)。将指示起始压力P。yl(n) 的信号发送到燃料喷射器诊断模块42。 在步骤112中，燃料喷射正时模块启动正被诊断的喷射器(n)以将所期望的燃料 量喷射进汽缸(n)中。在步骤114中，压力传感器测量轨压以获得终止压力P。yKn+D。将指 示终止压力P。yl(n+1)的信号发送到燃料喷射器诊断模块42。 在步骤116中，燃料喷射器诊断模块42确定压力降(P。yl(n)和P。yl(n+1)之间的压力 差)是否等于或大于阈值。如果压力降低于阈值，则燃料喷射器诊断模块诊断出喷射器(n) 发生了故障并可在步骤118中将喷射器(n)故障标记发送至存储器模块50。如果压力降等 于或大于阈值，则燃料喷射器诊断模块42可诊断出喷射器(n)未发生故障。然后，在步骤 120中，燃料喷射器诊断模块确定是否对所有的喷射器均进行了测试。如果为否，则可重复 从步骤110至步骤120的相同步骤，直到所有的喷射器均被诊断过。当所有的喷射器均被 诊断过时，在步骤122中，燃料泵控制模块使燃料泵启动以向燃料轨输送燃料，从而恢复正 常的发动机运行。方法100结束于步骤124。 从以上描述中本领域技术人员现在可以认识到，本发明的广泛教导可以多种形式 实施。因此，尽管结合特定实例对本发明进行了描述，但本发明的真实范围不应该如此局 限，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后本领域技术人员将明显看出其它的修 改。
权利要求
一种燃料喷射器诊断系统，包括燃料泵控制模块，其使向发动机燃料轨的燃料输送停止；压力传感器，其在发动机运行时在多个喷射器中的至少一个上测量喷射事件之前所述燃料轨的第一压力和所述喷射事件之后所述燃料轨的第二压力；以及诊断模块，其基于所述第一压力和所述第二压力对所述至少一个喷射器进行故障诊断。
2. 如权利要求1所述的燃料喷射器诊断系统，其中，当存在诊断条件时使所述燃料泵停用。
3. 如权利要求1所述的燃料喷射器诊断系统，还包括发动机评估模块，当存在诊断条 件时，该发动机评估模块启动所述诊断模块。
4. 如权利要求3所述的燃料喷射器诊断系统，其中，基于发动机速度、发动机载荷和轨 压中的至少一个来确定所述诊断条件。
5. 如权利要求3所述的燃料喷射器诊断系统，其中，当所述发动机怠速时启动所述诊 断模块。
6. 如权利要求1所述的燃料喷射器诊断系统，其中，当所述第一压力和所述第二压力 之差低于阈值时，所述诊断模块诊断出故障。
7. 如权利要求1所述的燃料喷射器诊断系统，其中，所述诊断模块包括查询表，该查询 表将所述第一压力和所述第二压力关联到流经所述至少一个喷射器的燃料量。
8. 如权利要求7所述的燃料喷射器诊断系统，其中，当所述燃料量低于阈值时，所述诊 断模块确定所述至少一个喷射器发生了故障。
9. 一种燃料喷射系统的诊断方法，包括 在发动机运行时使燃料泵停用； 测量燃料轨压以获得第一压力；通过多个燃料喷射器中的一个喷射燃料而开始喷射事件； 在所述喷射事件之后测量所述燃料轨压以获得第二压力；以及在所述发动机运行时，基于所述第一压力和所述第二压力对所述多个燃料喷射器中的 一个进行故障诊断。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，当存在诊断条件时使所述燃料泵停用。
11. 如权利要求10所述的方法，其中，基于发动机速度、发动机载荷、燃料喷射压力和 轨压中的至少一个来确定所述诊断条件。
12. 如权利要求9所述的方法，还包括当所述第一压力和所述第二压力之差低于阈值 时，诊断出所述燃料喷射器发生了故障。
13. 如权利要求9所述的方法，还包括将所述第一压力和所述第二压力关联到流经所 述喷射器的燃料量。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括当所述燃料量低于阈值时，诊断出所述喷射器之一发生了故障。
全文摘要
本发明涉及燃料喷射器诊断系统和用于直喷式发动机的方法。该燃料喷射器诊断系统包括燃料泵控制模块、压力传感器和诊断模块。燃料泵控制模块使向发动机燃料轨的燃料输送停止。在发动机运行时压力传感器在多个喷射器中的至少一个上测量喷射事件之前燃料轨的第一压力和喷射事件之后燃料轨的第二压力。诊断模块基于第一压力和第二压力对所述至少一个喷射器进行故障诊断。
文档编号F02D41/22GK101782024SQ20091025322
公开日2010年7月21日 申请日期2009年12月11日 优先权日2008年12月12日
发明者B·李, D·L·迪布尔, K·J·钦平斯基, M·D·卡, M·J·路西多 申请人:通用汽车环球科技运作公司