专利名称：诊断机油活塞冷却喷嘴阀故障的方法
技术领域：
本发明涉及一种诊断内燃机的机油活塞冷却喷嘴阀(OPCJ)的故障的方法，特别是诸如柴油机或火花点燃发动机的机动车的内燃机。
背景技术：
已知机动车用内燃机装备有适用于润滑发动机的旋转或滑动构件的机油系统。机油系统大致包括由发动机驱动的机油泵，其从机油箱抽取润滑油，并在压力下将其输送通过发动机汽缸缸体的主油道，其中所述主油道经由相应的管道连接至多个出口孔，用于润滑曲轴轴承(主轴承和大头轴承)、操作阀门的凸轮轴轴承、顶杆等。为了冷却和润滑发动机活塞和相关的汽缸，机油系统还包括多个喷嘴，其各自用 于将机油朝向发动机活塞喷入上曲轴箱区域。每一个喷嘴通常都装备有止回阀，其仅在机油压力超过其预定的阈值时自动打开喷嘴。在现代内燃机中，喷嘴可连接至给公共辅助油道，也称作机油活塞冷却喷嘴(OPCJ)孔油道，其实现在内燃机的汽缸缸体中，且通过电驱动阀门和主油道连通，该阀门常被称作喷射阀或机油活塞冷却喷嘴(OPCJ)阀。该OPCJ阀通常由发动机控制单元(E⑶)根据管理策略控制，该管理策略设计用于允许活塞的有效的冷却，并由此导致显著的燃料节约和污染排放的降低。该管理策略常在位于主油道中的宽范围压力传感器(即能够感知宽范围的阀门上的压力的实际值的传感器)的辅助下实施。本发明的实施例的目标是提供用于诊断OPCJ阀的方法，即OPCJ阀是否响应于由ECU传输的指令有效地打开和闭合主油道和辅助油道之间的连通。另一个目的是使用简单且合理的方案实现该目标，其意味着较已知的方法更廉价的硬件需求。

发明内容
通过如在本发明主要方面报告的本发明的实施例的特征来实现所述和/或其他目标。本发明其它方面陈述了本发明的实施例的优选和/或特别有有优势的特征。具体地，本发明的实施例提供了一种方法，用于诊断内燃机的机油活塞冷却喷嘴阀的故障，其包括下列步骤-感知主油道内的压力的值；-检查机油活塞冷却阀被命令处在打开主油道和辅助油道之间的连通的状态或是关闭所述连通的状态中；-检查辅助油道内的压力值是否超过其预定的阈值，在该阈值之上辅助油道的喷嘴自动打开；-当主油道内的压力值超过阈值至少预定的量以及当辅助油道内的压力检查的结果不同于基于机油活塞冷却喷嘴阀的命令状态的预期时，识别机油活塞冷却喷嘴阀的故障。由于该方案，诊断方法能够通过在辅助油道中布置更简单的开关压力传感器，gp，仅能够感知压力是否超过预定的阈值的传感器，以及通过将该阈值设定至在其上喷嘴的止回阀打开的压力值而优势地实施。该开关压力传感器较宽范围压力传感器要便宜得多，从而本发明的该实施例的诊断方法的实施较已知的方式要优势地廉价。根据本发明的方面，如果主油道中的压力值超过阈值至少预定的量、且机油活塞冷却阀被命令处在用于打开主油道和辅助油道之间的连通的状态时，辅助油道中的压力值被期望超过阈值。

在这样的状况下，如果辅助油道中的压力检查的结果返回为其中的压力值未超过阈值，则诊断方法因此能够恰当地识别OPCJ阀的故障。根据本发明的另一方面，如果主油道中的压力值超过阈值至少预定的量、且机油活塞冷却阀被命令处在用于关闭主油道和辅助油道之间的连通的状态时，辅助油道中的压力值被期望不超过阈值。在这样的状况下，如果辅助油道中的压力检查的结果返回为其中的压力值超过阈值，则诊断策略因此能够恰当地识别OPCJ阀的故障。根据本发明的此外的方面，主油道中的压力值应超过阈值的该预定的量将主油道和辅助油道之间的压力降量化。该方面具有允许该方法提供更可靠的结果的优势。为了进一步增加该方法的可靠性，该预定的量可作为发动机速度的值和机油温度的值的函数被确定。根据本发明的方法可在计算机程序的帮助下被实施，所述计算机程序包括用于实施所述方法的全部步骤的程序编码，且表现为包括所述计算机程序的计算机程序产品。该计算机程序产品能够实现为装备有ECU的内燃机、和ECU相关的数据载体、以及存储在数据载体中的计算机程序，从而，当ECU执行计算机程序时，该方法的上述全部步骤被实施。该方法也可被实现为电磁信号，所述信号被调制以承载代表用于实施所述方法的全部步骤的计算机程序的数据位序列。另一个实施例提供了一种用于诊断内燃机的机油活塞冷却喷嘴阀的故障的设备，其中该设备包括-感知主油道内的压力的值的装置；-检查机油活塞冷却阀被命令处在打开主油道和辅助油道之间的连通的状态中或是闭合所述连通的状态中的装置；-检查辅助油道内的压力值是否超过其预定的阈值的装置，在该阈值之上辅助油道的喷嘴自动打开；-当主油道内的压力值超过阈值至少预定的量以及当辅助油道内的压力检查的结果不同于基于机油活塞冷却喷嘴阀的命令状态的预期时，识别机油活塞冷却喷嘴阀的故障的装置。
本发明的该实施例具有上述方法的优势，S卩，其允许使用简单且更廉价的方案对故障进行更可靠的检测。又一实施例提供一种机动车系统，其包括内燃机(ICE)，包括经由机油活塞冷却喷嘴阀连通的主油道和辅助油道；喷嘴，其和辅助油道连通；宽范围压力传感器，位于主油道中；开关压力传感器，位于辅助油道中；和电子控制单元(ECU)，其通过宽范围压力传感器以及开关压力传感器与机油活塞冷却喷嘴阀连通，其中E⑶配置为由宽范围压力传感器感知主油道中的压力的值；-检查机油活塞冷却阀被命令处在打开主油道和辅助油道之间的连通的状态或是闭合所述连通的状态中；-通过开关压力传感器比较辅助油道内的压力值是否超过其预定的阈值，在该阈 值之上辅助油道的喷嘴自动打开；-当主油道内的压力值超过阈值预定的量以及当辅助油道内的压力检查的结果不同于基于机油活塞冷却喷嘴阀的命令状态的预期时，识别机油活塞冷却喷嘴阀的故障。本发明的该实施例还具有允许使用简单且更廉价的方案对故障进行更可靠的检测。


将通过示例的方式参照附图对本发明进行描述。图I示出了汽车系统。图2是附属于图I中的汽车系统的内燃发动机的部分。图3是图2中的内燃机的机油系统的示意图；图4是图3中的机油系统的部分的示意图；图5是根据本发明的实施例的诊断方法的示意图。附图标记10VD0P11机油箱12馈给线路13主油道14机油冷却器15机油过滤器16 管道17供应管道18连接管道19宽范围压力传感器20辅助油道21 喷嘴22止回阀23开关压力传感器
240PCJ 阀100汽车系统110内燃发动机120发动机缸体125 汽缸130汽缸头135凸轮轴140 活塞 145 曲轴150燃烧室155凸轮移相器160燃料喷射器170燃料轨道180燃料泵190燃料源200进气歧管205空气进气管道210 进气口215 阀门220 口225排气歧管230涡轮增压器240压缩机260 涡轮260中冷器270排气系统275排气管280后处理装置290VGT 促动器300排气再循环系统31OEGR 冷却器320EGR 阀330节流阀本体340质量空气流量和温度传感器350歧管压力和温度传感器360燃烧压力传感器380冷却剂和机油温度和水平传感器400燃料轨道压力传感器410凸轮位置传感器
420曲轴位置传感器430排气压力和温度传感器440EGR温度传感器445加速器踏板位置传感器450ECU455数据载体Pm主油道中的压力值Pa辅助油道中的压力值 Pth压力阈值Pth*压力阈值Pd可校准量。
具体实施例方式一些实施例可包括汽车系统100，如图I和2所示，其包括内燃发动机(ICE) 110，该内燃发动机包括限定了具有联接以旋转曲轴145的活塞140的至少一个汽缸125的发动机缸体120。汽缸头130和活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)被布置在燃烧室150中且点燃，导致热的膨胀的排气，其导致活塞140的往复运动。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，而空气通过至少一个进气口 210提供。燃料以高压从燃料轨道170提供至燃料喷射器160，燃料轨道170和高压燃料泵180流体连通，该高压燃料泵180增加从燃料源190处接收的燃料的压力。每一个汽缸125都包括至少两个阀门215，其由正时和曲轴145 —起旋转的凸轮轴135促动。阀门215选择地允许空气从口 210进入燃烧室150，并替换地允许排气通过口 220离开。在一些示例中，凸轮移相器155可选择地变动凸轮轴135和曲轴145之间的正时。空气可通过进气歧管200配送至空气进气口(一个或多个)210。空气进气管道205可从周围环境提供空气至进气歧管200。在其他实施例中，可提供节流阀本体330以调节进入歧管200中的空气流动。在此外的其他实施例中，可提供诸如涡轮增压器230的强制进气系统，其包括旋转地联接至涡轮250的压缩机240。压缩机240的旋转增加了管道205和歧管200中的空气的压力和温度。布置在管道205中的中冷器260可降低空气的温度。涡轮250通过从排气歧管225接收排气而旋转，其将排气从排气口 220引导通过一系列叶片，继而通过涡轮250膨胀。排气离开涡轮250并被引导进入排气系统270中。该示例示出了可变形状涡轮(VGT)，其具有布置为移动叶片以改变通过涡轮250的排气的流动的VGT促动器290。在其他实施例中，涡轮增压器230可为固定形状的和/或包括废气门。排放系统270可包括排气管275，其具有一个或多个排气后处理装置280。后处理装置可为配置为改变排气成分的任意装置。后处理装置280的一些示例包括但不限于，催化转换器(双路或三路的)、氧化催化器、稀NOx采集器、碳氢化合物吸收器、选择催化还原(SCR)系统和颗粒过滤器。其他实施例可包括排气再循环(EGR)系统300，其联接在排气歧管225和进气歧管200之间。EGR系统300可包括EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气的温度。EGR阀门320调节EGR系统300中的排气的流动。汽车系统100还可包括电子控制单元(E⑶)450，其和一个或多个与ICEllO相关的装置和/或传感器连通。ECU450可从多个传感器处接收信号，传感器被配置为产生信号，该信号和与ICEllO相关的各个物理参数成比例。传感器包括但不限于质量空气流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和机油温度和水平传感器380、燃料轨道压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440、和加速器踏板位置传感器445。此外，E⑶可产生至各个控制装置的输出信号，该控制装置被配置为控制ICEllO的运行，其包括但不限于，燃料喷射器160、节流阀本体330、EGR阀320、VGT促动气290、和凸轮移相器155。注意，虚线用于指示ECU450和各个传感器和装置之间的连通，但一些出于清楚的目的被忽略。现在转向E⑶450，该装置可包括和存储器系统以及接口总线连通的数字中央处理器(CPU)。CPU被配置为执行作为程序存储在存储器系统中的指令，并发送信号至接口总线以及从接口总线接收信号。存储器系统可包括多种存储器类型，包括光存储器、磁存储器、固态存储器、以及其他非易失性存储器。接口总线可被配置为发送、接收、和调制模拟和/或数字信号至/从各个传感器和控制装置。程序可实现此处公开的方法，允许CPU执行该方法步骤并控制ICEl 10。
参见图3，内燃机110 (大致以虚线表示)装备有润滑系统，其包括由发动机自身驱动的可变排量机油泵(VDOP) 10，其从机油箱12抽取润滑油并在经由馈给线路12在压力下将其传输至实现在发动机缸体120中的主油道13。在发动机110的正常运行中，VD0P10可被命令以将其状态从高排量配置选择地改变至低排量配置，或相反，并由此造成进入主油道13的润滑油的压力的显著的变化。馈给线路12还装备有机油冷却器14和机油过滤器15，分别用于冷却和过滤在其中流动的润滑油。主油道13经由相应的管道16连接至多个出口孔，用于润滑曲轴轴承(主轴承和大头轴承)。通过头部供应管道17和多个连接管道18，主油道18还被连接至多个出口孔，用于润滑操作阀门、顶杆等的凸轮轴轴承。主油道13装备有宽范围压力传感器19，其适于测量其中的润滑油的压力。如图4所示，机油系统包括实现在发动机汽缸缸体中的辅助油道20，其连接至设置用于将润滑油朝向发动机活塞140喷入上曲轴箱区域的喷嘴21。即使图4仅示出了一个喷嘴21，应理解机油系统每个发动机活塞配置至少一个喷嘴21，全部喷嘴21经由相应的管道连接至同一个辅助油道20。每一个喷嘴21都包括机械式止回阀22，其提供用于在辅助油道20中的机油压力超过预定的阈值时自动打开喷嘴21,该阈值此后标识为Pth,且通常为I. 2bar。此外，如果辅助油道20中的机油压力降低至阈值Pth之下，或保持在阈值Pth之下，则止回阀22分别闭合喷嘴21或保持其闭合。辅助油道20装备有简单和廉价的开关压力传感器23，其仅适于感知止回阀22的入口处的润滑油压力是否超过阈值Pth。事实上，开关压力传感器23被校准为如果辅助油道20的感知到的压力超过相关的阈值Ptw则切换，该阈值Ptw超过阈值Pth —对应于止回阀22和辅助油道20之间的压力降的量。
辅助油道20经由电驱动机油活塞冷却喷嘴(OPCJ)阀24连接至主油道13，该阀可被选择性地命令处在打开状态中，在其中其打开主油道13和辅助油道20之间的连通，或处在闭合状态中，在其中其闭合所述连通。更详尽地，OPCJ阀24在其被电驱动时闭合连通，而其在电力被切断时打开连通。OPCJ阀24受发动机控制单元(ECT) 450控制，其根据预定的策略允许以及阻止OPCJ阀24被电驱动，该策略设计为实现提供活塞 的有效的冷却。本发明的实施例提供了一种用于诊断OPCJ阀门24是否在正常工作的方法。该诊断方法在图5的流程图中示意地示出。该诊断方法首先规定通过宽范围压力传感器19感知主油道13中的压力，并检查感知到的其Pm是否超过上述的阈值Ptw —可校准的附加的量Pd。可校准的量Pd量化了主油道13和辅助油道20之间流动的润滑油的压力降，且其可被作为发动机速度的实际值和机油系统中的润滑油的实际值的函数而优势地确定。只要感知到的压力值Pm不超过Pth+Pd的和，则该策略简单地重复主油道13中的压力的测量，这是因为其意味着即使在OPCJ阀故障时，止回阀22也阻止机油被朝向活塞140喷射。当第二压力值Pm超过Ptw+Pd的和时，该策略规定检测OPCJ阀被命令处在闭合状态中或是打开状态中，在该示例中即其是否被电驱动。如果第一检测返回OPCJ阀24被电驱动，其意味着OPCJ阀24应被闭合，且因此辅助油道20中的压力值被期望为不超过阈值Ptw。因此，该策略规定通过开关压力传感器23比较辅助油道20中的压力值是否实际上超过了阈值Ptw。如果辅助供油孔20中的压力值Pa未超过阈值Ptw，则意味着OPCJ阀24如期待地一样是闭合的，则OPCJ阀24没有发生故障，且该方法被重复。如果相反地，辅助供油孔20中的压力值Pa超过了阈值Ptw，则意味着OPCJ阀24和期待的不同被卡在打开状态中，且OPCJ阀24的故障被识别出。卡在打开状态中的OPCJ阀24并不是一个大问题，因为ICEllO持续正常运行，除了略微增加燃料消耗以及污染物排放外，这通常不超过其法律所规定的限度。因此，当如上所述地识别处故障时，没有具体的恢复策略是必须的，且甚至能不做进行任何处理。最多，可由E⑶450促动警告标志，用于发出在下一次维护中检查OPCJ阀24的信号。现在返回第一检测，如果第一检测返回OPCJ阀24未被电驱动，其意味着OPCJ阀24应被打开，且因此辅助油道20中的压力值被期望为超过阈值Ptw。也在该情形中，该策略规定通过开关压力传感器23比较辅助油道20中的压力值是否实际上超过了阈值ptw。如果这样的话，其意味着OPCJ阀23如期待地一样是打开的，则OPCJ阀24没有发生故障，且该方法被重复。如果相反地，辅助供油孔20中的压力值Pa未超过了阈值Ptw，则意味着OPCJ阀24和期待的不同被卡在闭合状态中，且OPCJ阀24的故障被识别出。卡在闭合状态的OPCJ阀24可对于I CEllO的正确运行而言是严重的问题，这是由于其阻止了活塞140的恰当的润滑和冷却。出于这一原因，当以这样的方式识别故障时，可建议具体的恢复策略。通过示例的方式，该恢复策略可规定限制发动机载荷和/或发动机扭矩，以降低冷却和润滑的需求。如果ICEllO装备有VD0P10，如在该示例中一样，恢复策略可进一步规定恒定地保持VDOPlO在高排量配置中，以增加仍在工作的润滑系统的部分中的压力，并由此部分地补偿OPCJ阀24的闭合。可能地，该恢复策略还规定阻止OPCJ阀24被驱动(即被命令处在闭合状态中)，这是因为其将是对能源的浪费。上述操作可延缓由于OPCJ阀24卡在闭合状态中所造成的发动机损害，但其不能绝对地阻止其发生。出于这一原因，恢复策略应一直规定向使用者(即ICEllO安装至的车辆的驾驶者)提供信号，例如通过闪烁警示灯，告知故障已发生，需要尽快处理。应理解上述的诊断策略当主油道13中的压力值Pm稳定时实施特别有效。出于这一原因，该诊断策略优选地在OPCJ阀24被从闭合状态切换至打开状态的时刻一段时间之后实施，或从OPCJ阀24被从打开状态切换至闭合状态的时刻一段时间之后实施。根据本发明的方面，上述诊断方法由ECU450在计算机程序的帮助下实施，所述计算机程序包括用于实施该方法的全部步骤的程序编码。
计算机程序存储在和E⑶450相关的数据载体455中，该E⑶继而连接至宽范围压力传感器19和开关压力传感器23，以及OPCJ阀24。通过这样的方式，当ECU450执行计算机程序时，上述的诊断方法的全部步骤被执行。尽管在前述的概述以及详细描述中示出了至少一个示例性实施例，应理解存在很多数量的变动之处。应理解所述一个或多个示例性实施例仅为实力，而不意图以任何方式限定范围、用途或配置。而是，上述概述和详细描述将为本领域技术人员提供用于实施至少一个示例性实施例的方便的说明，被理解的是可对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种变动，而不背离如在所附的权利要求书以及其法律意义上的等价物中阐明的范围。
权利要求
1.一种用于诊断内燃机(110)的机油活塞冷却喷嘴阀(24)的故障的方法，其包括步骤 -感知主油道(13)内的压力的值(Pm); -检查机油活塞冷却阀(24)被命令处在打开主油道(13)和辅助油道(20)之间的连通的状态中或是闭合所述连通的状态中； -检查辅助油道(20)内的压力值(Pa)是否超过其预定的阈值(Ptw)，在该阈值之上辅助油道的喷嘴(21)自动打开； -当主油道(13)内的压力值(Pm)超过阈值(Ptw)至少预定的量(Pd)且当辅助油道内(20)的压力检查的结果不同于基于机油活塞冷却喷嘴阀(24)的命令状态的预期时，识别机油活塞冷却喷嘴阀的故障。
2.如权利要求I所述的方法，其中如果主油道(13)中的压力值(Pm)超过阈值(Ptw)至少预定的量(Pd)、且机油活塞冷却阀(24)被命令处在用于打开主油道和辅助油道之间的连通的状态时，辅助油道(20 )中的压力值(Pa)被期望超过阈值(Ptw)。
3.如权利要求I所述的方法，其中如果主油道(13)中的压力值(Pm)超过阈值(Ptw)预定的量(Pd)且如果机油活塞冷却喷嘴阀(24)被命令处在用于闭合连通的状态中，则辅助油道(20)中的压力值(Pa)被期望为不超过阈值(Ptw)。
4.如前述任意一项权利要求所述的方法，其中预定的量(Pd)量化了主油道(13)和辅助油道(20)之间的压力降。
5.如权利要求4所述的方法，其中预定的值(Pd)作为发动机速度的值和机油温度的值的函数被确定。
6.一种计算机程序，包括适于实施根据前述任意一项权利要求的方法的计算机编码。
7.一种计算机程序产品，其上存储有根据权利要求6的计算机程序。
8.一种内燃机(110 )，包括机油活塞冷却喷嘴阀(24)、发动机控制单元(450 )、和发动机控制单元(450)相关的数据载体(455)、以及存储在数据载体(455)中如权利要求6所述的计算机程序。
9.一种电磁信号，调制成为代表根据权利要求6的计算机程序的一系列数据位的载体。
10.一种用于诊断内燃机(110)的机油活塞冷却喷嘴阀(24)的故障的设备，其中该设备包括 -感知主油道(13)中的压力的值(Pm)的装置(19)； -检查机油活塞冷却阀(24)被命令处在打开主油道(13)和辅助油道(20)之间的连通的状态或是闭合所述连通的状态中的装置(450)； -检查辅助油道(20)内的压力值(Pa)是否超过其预定的阈值(Ptw)的装置(23)，在该阈值之上辅助油道的喷嘴(21)自动打开； -配置为当主油道(13)内的压力值(Pm)超过阈值(Ptw)至少预定的量(Pd)以及当辅助油道内(20)的压力检查的结果不同于基于机油活塞冷却喷嘴阀(24)的命令状态的预期时，识别机油活塞冷却喷嘴阀的故障的装置(450 )。
11.一种机动车系统(100)，包括 内燃机(ICE)，包括经由机油活塞冷却喷嘴阀(24)连通的主油道(13)和辅助油道(20);喷嘴(21)，其和辅助油道(20)连通；宽范围压力传感器(19)，位于主油道(13)中；开关压力传感器(23)，位于辅助油道(20)中；和电子控制单元(ECU)，其通过宽范围压力传感器(19)以及开关压力传感器(23)和机油活塞冷却喷嘴阀(24)连通，其中E⑶(450)配置为 由宽范围压力传感器(19)感知主油道(13)中的压力的值(Pm)； 检查机油活塞冷却阀(24)被命令处在打开主油道(13)和辅助油道(20)之间的连通的状态或是闭合所述连通的状态中； 通过开关压力传感器(23)比较辅助油道(20)内的压力值是否超过其预定的阈值(Ptw)，在该阈值之上辅助油道(20)的喷嘴(21)自动打开； 当主油道(13)内的压力值(Pm)超过阈值(Ptw)至少预定的量(Pd)且当辅助油道内(20)的压力检查的结果不同于基于机油活塞冷却喷嘴阀(24)的命令状态的预期时，识别机油活塞冷却喷嘴阀的故障。
全文摘要
本发明的实施例提供一种用于诊断内燃机(110)用机油冷却喷嘴阀(24)的故障的方法，其包括的步骤有感知主油道(13)中的压力值(PM);检测机油活塞冷却阀(24)被命令处在用于打开主油道(13)和辅助油道(20)之间的连通的状态中或处在闭合所述连通的状态中；检测辅助油道(20)中的压力值(PA)是否超过其预定的阈值(Pth*)，在阈值之上辅助油道自动打开喷嘴(21)；如果主油道(13)中的压力值(PM)超过阈值(Pth*)一预定的量(Pd)且如果辅助油道(20)中的压力检测的结果不同于基于机油活塞冷却喷嘴阀(24)的被命令的状态的期望，则识别出机油活塞冷却喷嘴阀(24)的故障。
文档编号G01M13/00GK102788690SQ20121015801
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月21日 优先权日2011年5月19日
发明者M.布鲁诺, M.比兰西亚 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司