本發(fā)明涉及一種用于將水噴射到內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

由de3928611已經(jīng)公開了一種用于將水噴射到內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中的方法或設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

與此相對，根據(jù)本發(fā)明的用于診斷將水噴射到內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中的方法或設(shè)備具有這樣的優(yōu)點：能夠檢驗噴水的能運轉(zhuǎn)性。因為，在大多數(shù)現(xiàn)代發(fā)動機中本來設(shè)置有爆震傳感器，那么對于噴水裝置的診斷不需要僅為此目的而設(shè)置其它傳感器。由此，通過分析處理本來用于內(nèi)燃發(fā)動機運行已存在的數(shù)據(jù)，噴水裝置的診斷特別簡單和低成本地進行。在此，特別簡單地求得內(nèi)燃發(fā)動機的爆震傾向，其中，這種程度與所使用的爆震傳感器類型無關(guān)。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠在沒有大的費用的情況下用于匹配不同傳感器類型。由此，根據(jù)本發(fā)明的方法或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備是非常低成本的并且可靠地識別出噴水裝置的故障。

其它優(yōu)點和改進通過從屬權(quán)利要求的措施得出。通過將內(nèi)燃發(fā)動機的爆震傾向與對比值比較，噴水裝置的診斷特別簡單地進行。在此，對于內(nèi)燃發(fā)動機的不同運行范圍設(shè)置不同的對比值。通過這些相對較簡單的措施已經(jīng)能夠以高質(zhì)量來進行噴水裝置的診斷。噴水裝置的更好的診斷能夠通過在預(yù)給定的運行范圍中的第一和第二測量來進行。通過比較兩個測量能夠進行噴水裝置的非常準確的診斷。當在兩個測量中的一個中，噴射到燃燒室中的量為零，即當沒有水噴射到燃燒室中時，該效果則特別強烈。當在爆震傾向的第一測量和爆震傾向的第二測量之間增加噴水量時，則在噴水裝置正常運行情況下會減小爆震傾向。當根據(jù)測量不能確定這種情況時，則能夠診斷出噴水裝置的功能故障。當在爆震傾向的第一測量和爆震傾向的第二測量之間減少噴水量時，則會增大爆震傾向。當這被證實時，噴水裝置則無缺陷地運行，而當這未被證實時，則認為噴水裝置功能故障。兩種做法允許具有高精確度的簡單診斷，因為，通過兩個測量的比較，爆震傾向的小的變化即可獲知。在兩種方法中，以減少的噴水量的運行應(yīng)該僅短暫進行，以便避免內(nèi)燃發(fā)動機的爆震運行。特別有利的是二級方法，在該方法中，具有減少的噴水量的內(nèi)燃發(fā)動機運行僅在存在故障懷疑時進行。對此，首先將爆震傾向的絕對值與用于相關(guān)運行區(qū)域的對比值進行比較，并且在此，當超出對比值時，噴水裝置則被診斷為有潛在故障。然后進行這樣的方法：在該方法中比較具有不同噴水量的兩個測量值。由于第二級只在故障懷疑時進行，則能夠很大程度避免或者只在絕對必要時進行帶有減少的噴水量的暫時運行，在該運行中存在增大的爆震傾向。在具有多氣缸的內(nèi)燃發(fā)動機中，能夠?qū)γ總€氣缸單獨執(zhí)行用于診斷的該方法。在另一構(gòu)型中，也能夠在具有多氣缸的內(nèi)燃發(fā)動機中相互比較不同氣缸的測量值，由此通過交叉比較改進單個氣缸的噴水裝置的診斷。燃燒噪聲的強度或爆震燃燒頻率或者由爆震調(diào)節(jié)裝置求得的用于點火角度的爆震極限尤其適用于該爆震傾向。

附圖說明

本發(fā)明的實施例在示圖中示出并且在接下來的描述中詳細闡述。本發(fā)明示出：

圖1到圖3具有噴水裝置的內(nèi)燃發(fā)動機的不同構(gòu)型

圖4用于診斷的第一方法

圖5用于診斷的第二方法，和

圖6用于診斷噴水裝置的第三方法。

具體實施方式

在圖1中示意性示出發(fā)動機，即具有氣缸10的內(nèi)燃發(fā)動機。在氣缸10中，通過活塞100限定燃燒室101。用于燃燒的空氣通過進氣管11及用于在氣缸10中燃燒的燃料通過燃料噴射器13輸送給氣缸10或燃燒室101。在此產(chǎn)生的廢氣通過排氣管12從氣缸10中排出。在此是常見的汽油發(fā)動機或柴油發(fā)動機，該發(fā)動機在圖1中僅示意性示出。其它控制元件例如進氣閥和排氣閥、用于影響經(jīng)過進氣管11的空氣流的器件(例如節(jié)氣門)、火花塞或電熱塞和其它常見的汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機的元件尤其未被示出，因為它們對于本發(fā)明的理解并不重要。此外，在圖1中示出將水噴射到進氣管11中的裝置。噴水裝置包括水箱2，該水箱通過連接管道5與電泵1連接。水能夠經(jīng)過連接管道5從水箱2流向電泵1或由電泵1從水箱中抽出。電泵1的借助連接管道5與水箱2連接的一側(cè)在下面稱為入口。此外，電泵1具有高壓出口，該高壓出口借助連接管道5與水軌3連接。水軌3是壓力存儲器，該壓力存儲器能夠由電泵用水充注并且加載以壓力。尤其在噴射到進氣管中的情況下，壓力相對較小，使得水軌3也能夠構(gòu)造為簡單的軟管或構(gòu)造為軟管分配器。水軌3之后借助另一連接管道5與噴水器4連接，該噴水器通向進氣管11中。在水箱2中的水由此經(jīng)過電泵1的入口被輸送并且在泵1的高壓出口處以增大的壓力可供使用。之后，所述水被暫時存儲在水軌3中，直至水通過噴水裝置4的相應(yīng)開口被噴射到進氣管11中。

在水軌3上也能夠連接多個噴水器4，這些噴水器用水供給多個氣缸10。這尤其在多氣缸發(fā)動機中(如目前在機動車中是常見的那樣)是這樣的構(gòu)型，通過該構(gòu)型能夠個別地以匹配于該氣缸的水量供應(yīng)每個氣缸。

通過將水噴射到進氣管11中，在氣缸10的燃燒室101中，與通過燃料噴射器13噴入的燃料一起產(chǎn)生空氣、燃料和水的混合物。通過相應(yīng)的點火，或者通過火花塞或者在柴油發(fā)動機中通過自燃過程，在氣缸10的燃燒室中進行燃料-空氣混合物的燃燒。通過在該空氣-燃料混合物中包含的水進行氣缸10中的燃燒室101的有效冷卻，由此降低燃燒溫度并且在汽油發(fā)動機的應(yīng)用中減小爆震傾向。因此，對汽油發(fā)動機的效率或能耗有積極作用的優(yōu)化點火時間點是可能的。此外，在汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機中也能夠減少有害廢氣的產(chǎn)生。因此，將水引入到燃燒室中是一種能夠?qū)飧?0燃燒室中的燃燒質(zhì)量產(chǎn)生積極影響的措施。通過該措施能夠?qū)U氣質(zhì)量和氣缸10的熱負載、功率和燃料需求產(chǎn)生積極影響。

在圖2中同樣示出具有將水噴射到氣缸10的燃燒室中的裝置的發(fā)動機。用參考標記10、11、12、13、1、2、3、4、5、100、101又表明與在圖1中相同的物體。然而與圖1不同的是，噴水器4不是這樣布置，即該噴水器通入進氣管11，而是直接通入氣缸10的燃燒室101。直接將水噴射到氣缸10的燃燒室中比噴射到進氣管中需要明顯更高的壓力。為了將水噴射到進氣管11中，幾個bar的水壓就足夠了。由于在空氣進氣閥向著進氣管11方向已關(guān)閉并且氣缸處于壓縮階段時能夠進行到氣缸10的燃燒室中的噴射，為了將水噴射到燃燒室中則需要直至200bar數(shù)量級的明顯更高的壓力。因此，水必須以明顯更高的壓力儲存在水軌3中，以便實現(xiàn)直接噴射到氣缸10的燃燒室中。對此，高壓泵6布置在電泵1后面。高壓泵6的入口借助連接管道5與電泵1的高壓出口連接。高壓泵6的高壓出口借助連接管道5與水軌3連接。這實現(xiàn)了這樣的布置，在該布置中產(chǎn)生足夠高的壓力，以便實現(xiàn)將水直接噴射到發(fā)動機的燃燒室中。

在圖3中示出具有噴水系統(tǒng)的發(fā)動機的另一形式。用參考標記1、2、3、4、5、10、11、12、13、100、101又表明與圖1中相同的物體。此外，在圖3中還示出具有燃料箱14的燃料供給系統(tǒng)，該燃料箱通過連接管道5與前級泵15連接。前級泵15借助連接管道5與高壓泵6連接。高壓泵6之后通過連接管道5與水軌3連接。這里，高壓泵6具有兩個入口接口，其中，一個入口接口與用于泵水的電泵1連接，并且高壓泵6的另一個入口與燃料前級泵15連接。高壓泵6泵吸兩種介質(zhì)并且在它的高壓出口處提供兩種液體的乳化液，該乳化液具有合適于直接噴射到燃燒室中的壓力。由于燃料和水通常不混合，因而給水添加乳化劑，使得通過水和燃料的混合形成燃料和水的乳化劑。該乳化劑之后以相應(yīng)的高壓儲存在水軌3中并且通過燃料/水噴射器4直接噴射到氣缸10的燃燒室101中。

具有噴水裝置的內(nèi)燃發(fā)動機的其它變型方案同樣是可能的并且通過在圖1至3中示出的發(fā)動機的變型得出。例如，將燃料噴射到進氣管中也能夠伴隨同樣將水噴射到進氣管中或同樣將水直接噴射到氣缸中進行。作為其它變型方案能夠使用雙燃料噴射，既噴射到進氣管中也噴射到氣缸中。在多氣缸發(fā)動機中，可以僅個別氣缸，尤其是高熱負載的氣缸，設(shè)置噴水。

在圖1到3中附加地還示出爆震傳感器20，該爆震傳感器安裝在氣缸10的外側(cè)上。這樣的爆震傳感器是固體聲音傳感器，該固體聲音傳感器能夠探測在氣缸中由于燃燒室101中的燃燒而引起的聲波。這種固體聲音傳感器例如構(gòu)造為壓電固體聲音傳感器或加速度傳感器，并且分析處理通過氣缸的材料由燃燒室101傳遞到固體聲音傳感器20的聲波。這種爆震傳感器20目前設(shè)置在許多內(nèi)燃發(fā)動機中，以便優(yōu)化內(nèi)燃發(fā)動機的運行。當燃燒室101中的運行條件盡可能地接近爆震運行而未出現(xiàn)爆震時，內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒特別有效。因此，為了盡可能有效的運行，內(nèi)燃發(fā)動機盡可能接近發(fā)動機的爆震極限運行。由于運行條件的小的變化，例如燃料的稍微變化或發(fā)動機運行溫度的稍微變化，已經(jīng)引起未爆震燃燒和爆震燃燒之間的差別，因此需要通過這種爆震傳感器20監(jiān)控：是否達到爆震燃燒并且必要時通過相應(yīng)的控制措施阻止爆震。

除了固體聲音傳感器也能夠使用其它爆震傳感器，尤其將燃燒室壓力傳感器或離子流傳感器用作爆震傳感器20。在燃燒室壓力傳感器的情況下直接測量燃燒室101中的壓力。但這種傳感器通常不布置在氣缸10的側(cè)壁上，而是布置在靠近燃料噴射閥13的上側(cè)。替代地也能夠使用離子流傳感器，在離子流傳感器情況下，兩個電極伸進燃燒室101中，在該電極上接上測量電壓。流過兩個電極之間的離子的電流與壓力關(guān)系以及也與在燃燒室中產(chǎn)生的壓力波有關(guān)地變化，這樣同樣能夠識別燃燒室101中的爆震過程。

通過對爆震傳感器20的信號的處理，由測量的數(shù)據(jù)確定燃燒的爆震強度，并且由一次或多次燃燒的爆震強度確定內(nèi)燃發(fā)動機的爆震傾向，即爆震傳感器配屬給的各氣缸10的爆震傾向。爆震結(jié)果通常出現(xiàn)在傳感器信號的確定的頻率范圍中。原因在于，通過爆震產(chǎn)生的在燃燒室101中的壓力波與燃燒室的幾何形狀有關(guān)地僅出現(xiàn)在確定的頻率范圍中。傳感器信號的進一步處理因此通常首先包含頻率過濾，以便只研究在一定頻率范圍中的信號。當爆震傳感器20構(gòu)造為固體聲音傳感器時，所測量的固體聲音信號則例如被整流并且被積分，以便確定燃燒室中爆震強度的程度。之后，該爆震強度與參考值比較，并且所測量的爆震強度和參考值之間的差別被評估。當爆震強度比參考值高出一個預(yù)給定的量值時，則判定了爆震燃燒。

當爆震傳感器20構(gòu)造為固體聲音傳感器時，爆震強度是燃燒噪聲的強度。當爆震傳感器20構(gòu)造為燃燒室壓力傳感器時，爆震強度則由于燃燒室中的壓力波動或壓力強度而形成。當爆震傳感器20構(gòu)造為離子流傳感器時，燃燒的爆震強度則通過離子流的強度和波動形成。在所有這些傳感器中，爆震傳感器的信號能夠分別在時間區(qū)間中被積分，或者能夠使用傳感器信號的峰值來構(gòu)成爆震強度。此外，已知通過信號的傅里葉變換和能量觀測的復(fù)雜分析處理算法用于求得爆震強度。主要根據(jù)爆震強度能夠簡單地通過爆震強度評價：在燃燒室101中是否已出現(xiàn)爆震。

由這樣求得的爆震強度之后能夠求得相關(guān)氣缸10的爆震傾向。爆震傾向也由于在氣缸10上的多次燃燒得出。為此能夠例如確定爆震頻率，其中，爆震頻率表明多久出現(xiàn)一次爆震燃燒，即相關(guān)氣缸的爆震強度已被評估為爆震燃燒。在此，爆震頻率能夠與時間區(qū)間有關(guān)或與爆震燃燒相對于非爆震燃燒的比例有關(guān)。爆震傾向的替代量度也能夠在爆震調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)進行中看到。爆震調(diào)節(jié)通常影響點火角度，以便阻止爆震的出現(xiàn)。為此，每次當爆震強度使燃燒被評估為爆震時，使點火角度向較晚的點火角度偏移，即向爆震出現(xiàn)可能性較小的運行范圍偏移。當之后經(jīng)過較長時間段未出現(xiàn)爆震時，點火角度小心地又向更有效運行的方向、即向較早點火角度的方向調(diào)節(jié)。由爆震調(diào)節(jié)所得出的點火角度由此同樣是用于在燃燒室101中燃燒的爆震傾向的量度。

根據(jù)多個相互緊接著的燃燒的爆震強度能夠求得爆震傾向，即求得在相關(guān)氣缸中出現(xiàn)爆震的可能性。為此例如觀察多個燃燒的爆震強度，其方法是，將這些爆震強度相加并且確定相對于燃燒數(shù)量的比例。這樣也能夠確定爆震傾向，而不出現(xiàn)爆震燃燒。這種方法替代地用于分析處理爆震燃燒的數(shù)量。

在圖4中描述了用于診斷在圖1到3中所描述的噴水裝置的第一方法。為此，在第一步驟21中，內(nèi)燃發(fā)動機在確定的運行范圍中運行。在此，運行范圍理解為對于內(nèi)燃發(fā)動機運行的相關(guān)參數(shù)的確定范圍，例如環(huán)境條件、相關(guān)傳感器的測量值和影響發(fā)動機的促動器的調(diào)節(jié)值。范圍是有意義的，因為，這樣可以將彼此相繼的測量相互比較并從而被共同考察。發(fā)動機運行條件的大的差別，例如一個約為1000轉(zhuǎn)/分鐘的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和一個例如4000轉(zhuǎn)/分鐘的全負載轉(zhuǎn)速之間的差別導(dǎo)致爆震傾向的明顯差別并且因此不能被共同考察。因此，在步驟21中首先求得內(nèi)燃發(fā)動機的運行參數(shù)，即轉(zhuǎn)速、負載、空氣溫度等的值。之后，在接下來的步驟22中求得內(nèi)燃發(fā)動機的爆震傾向。對此，進行多個燃燒的多個測量，其中，在每次測量時確定燃燒的爆震強度。在求得多個燃燒的爆震傾向時所必需的是：對于每個所述測量，內(nèi)燃發(fā)動機處于相同的運行區(qū)域中。否則，由于不同的運行條件而不能相互比較這些測量。由此，在步驟22中，由爆震傳感器20信號的多個測量求出爆震傾向。

步驟23緊隨步驟22，在步驟23中評估這樣求得的爆震傾向。在此，爆震傾向與用于爆震傾向的對比值比較。對此，對于各運行區(qū)域各存儲一個用于爆震傾向的對比值，該對比值與是否進行噴水或者噴射多少水量有關(guān)。之后，在步驟23中基于該比較執(zhí)行噴水裝置的診斷。尤其能夠確定，噴水裝置是否正常運轉(zhuǎn)。當爆震傾向不符合所期望的用于噴水的爆震傾向時，尤其當爆震傾向明顯增大時，則能夠確定：水噴射到燃燒室中明顯不足。因此，在該結(jié)果的情況下，噴水裝置被診斷為有故障的。

但借助該診斷不能確定故障原因，因為僅確定，是否進行噴水。在這種評估類型中，存在運行范圍的選擇和對比值之間的聯(lián)系。當運行范圍非常狹窄地或近似點狀地被限定時，則能夠為評估噴水裝置是否正常運轉(zhuǎn)而選擇非常接近正常的爆震傾向運行的對比值，并且噴水裝置的小的偏差已經(jīng)能夠被診斷出。當選擇更寬的運行范圍時，則對比值也必須包含與內(nèi)燃發(fā)動機的預(yù)期的正常運行的相應(yīng)更遠的間距。相應(yīng)合適的運行區(qū)域和對比值的考慮和設(shè)計必須分別與所期望的診斷頻率有關(guān)地被確定。

在圖5中描述用于診斷噴水裝置的第二方法。在此，在第一步驟31中進行具有到燃燒室中的第一和第二水量的至少兩個測量，并且相互比較這兩個測量結(jié)果，即相互比較由測量求得的爆震傾向。在此，兩個測量在內(nèi)燃發(fā)動機的相同運行區(qū)域中進行，使得也給出這樣求得的爆震傾向的可比性。

當一水量為零時，即在一個測量中沒有水噴射到燃燒室中，而在另一測量中將水噴射到燃燒室中，則在第一和第二測量中分別求得的爆震傾向之間的差別特別大。在這種情況下，該差別特別好，并且因此可以特別簡單地確定噴水裝置的功能故障。由此，在第一步驟31中進行具有噴射到燃燒室中的第一和第二水量的第一和第二測量。兩個測量在內(nèi)燃發(fā)動機的相同運行范圍中進行，使得分別求得的爆震傾向能相互比較。

步驟32緊隨步驟31，在該步驟32中由具有噴射到燃燒室中的不同水量的兩個測量確定第一爆震傾向和第二爆震傾向。步驟33緊隨步驟32，在該步驟33中分析處理兩個求得的爆震傾向，以便得到噴水裝置的診斷。在步驟33中的具體分析處理與在哪個測量中使用較大或較小的水量有關(guān)。當?shù)谝粐娝啃∮诘诙娝繒r，則在第一測量和第二測量之間預(yù)期爆震傾向減小。此外，爆震傾向的減小應(yīng)明顯可見。因此，在噴水裝置運轉(zhuǎn)良好的情況下預(yù)望，第一爆震傾向大于第二爆震傾向，其中，該差別應(yīng)大于預(yù)給定的閥值。當?shù)谝槐饍A向沒有超過閥值或等于或甚至小于第二爆震傾向時，噴水裝置則被診斷為有故障。

當在第一測量中的噴水量高于第二測量中的噴水量時，則在第一和第二測量之間預(yù)期爆震傾向增大。該爆震傾向的增大也應(yīng)該超過閥值。當?shù)诙饍A向超過第一爆震傾向的量小于閥值或者第二爆震傾向等于或小于第一爆震傾向時，噴水裝置則被診斷為有故障。當?shù)诙饍A向(較少水量)比第一爆震傾向(較多水量)高于一個閥值時，噴水裝置則相應(yīng)地被診斷為運轉(zhuǎn)良好。

在根據(jù)圖5的方法中允許這樣的運行：在該運行中沒有水被噴射，使得在此可能出現(xiàn)爆震燃燒，這在原則上是不期望的。與此相對，存在噴水裝置的改進的診斷，因為通過在至少兩個燃燒過程(一個具有噴水并且另一個沒有或者具有減少的噴水)上的比較測量能夠?qū)崿F(xiàn)特別可靠和準確的診斷。在兩個應(yīng)用中必須相應(yīng)地相互平衡根據(jù)圖4的方法或根據(jù)圖5的方法的這兩種做法的優(yōu)點和缺點。

在圖6中描述這樣的方法：在該方法中，兩個優(yōu)點相互組合并且該方法僅具有較少的缺點。

根據(jù)圖6的方法的基本構(gòu)思在于，首先執(zhí)行根據(jù)圖4的方法，并且僅當?shù)谝环椒ń咏鼑娝b置的功能故障時才執(zhí)行根據(jù)圖5的方法。圖6的方法步驟21至23在內(nèi)容上相應(yīng)于圖4的方法步驟21至23。然而，圖6的步驟23區(qū)別在于，不是確定噴水裝置的功能故障而是確定潛在的故障作為結(jié)果。潛在的故障并不意味，噴水被干擾并且采取相應(yīng)的替代措施，而是僅意味著，執(zhí)行更準確的診斷方法，即執(zhí)行根據(jù)圖5的方法。這里，由于結(jié)果不是有故障而只是潛在有故障，相比在單獨執(zhí)行根據(jù)圖4的方法時是有意義的情況，也能夠更清楚地確定為了該方法而在步驟23中所使用的邊界值(＝閥值)。也能夠允許的是，根據(jù)步驟21至23的方法帶有一定不準確性地過于頻繁地將噴水裝置診斷為潛在有故障。

當在步驟23中確定噴水裝置潛在有故障時，那么緊接著進行步驟31到33，這些步驟又對應(yīng)圖5的相應(yīng)步驟31至33。當在步驟33中最終已診斷出噴水裝置的故障時，噴水裝置才被診斷為有故障并且進行相應(yīng)的對應(yīng)措施。與持續(xù)執(zhí)行根據(jù)圖5的方法相比，在根據(jù)圖6的方法中，由此相對更少地故意允許沒有噴水的運行，這意味著具有增大的爆震傾向的運行。在根據(jù)圖6的方法中，發(fā)動機由此更少地故意在具有增大的爆震傾向的運行中運行。

現(xiàn)在分別針對一個氣缸描述圖4、5和6的方法。在多氣缸內(nèi)燃機中，該方法對于每個氣缸分別單獨進行，因為每個氣缸至少部分地僅具有配屬給氣缸的噴水裝置組件。即噴水裝置4通常單獨配屬給每個氣缸，而泵1和水軌3通常是所有氣缸的共用部件。當每個氣缸具有自己的噴水器4時，則必須也為每個氣缸單獨執(zhí)行診斷方法。然而能夠為每個氣缸依次進行診斷，使得并不是所有氣缸同時以減少的噴水或沒有噴水來運行，使得不是所有氣缸同時以增大的爆震傾向來運行。這樣能夠減少爆震燃燒的出現(xiàn)，因為每次多個氣缸中只有一個以增大的爆震傾向來運行。