CN100451312C - 用于随选排量电动液压管路的故障检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测随选排量发动机的挺柱的油岐管装置(LOMA)中的故障的故障检测系统，该随选排量发动机可在激活模式和不激活模式切换期间进行操作，该系统包括LOMA的第一流体管路，该管路有选择地提供加压流体，以在激活和不激活模式之间调整发动机的运行。该故障检测系统还包括传感器，该传感器可响应于LOMA的流体压力并且基于此产生一压力信号。控制模块输出控制信号以在激活和不激活模式之间对发动机的运行进行切换。控制模块还基于在模式之间的切换之前的第一压力和在模式之间的切换之后的第二压力来确定压差。

Description

用于随选排量电动液压管路的故障检测系统及方法

技术领域

本发明涉及内燃机，并且尤其涉及用于随选排量发动机的发动机控制系统。

背景技术

一些内燃机包括在低负荷情况下使气缸不工作的发动机控制系统。例如，八缸发动机可以运行四个气缸，从而通过减少泵送损失来改善燃料经济性。该过程通常被称为随选排量(DOD)。运行所有气缸的操作过程称为激活模式。不激活模式是指运行小于所有发动机气缸的操作过程(即，一个或多个气缸不工作)。

在不激活模式下，较少的气缸运行。因此，较少的传动扭矩用来驱动车辆的传动系统和辅助装置(例如，交流发电机，冷却液泵，A/C压缩机)。然而，由于燃料消耗的减少(即，没有燃料供给到不工作的发动机)，发动机效率增加。因为不工作的气缸没有压缩新鲜空气，泵送损失也减少了。

挺柱的油歧管装置(LOMA)被实施来使所选取的发动机气缸工作和不工作。LOMA包括与对应气缸相关联的挺柱和电磁线圈。该电磁线圈有选择地被供电，使得液压流体流入挺柱中，从而中止气缸的运行，进而使得对应的气缸不工作。有可能一个或多个电磁线圈会卡住或者变得致动缓慢，并且导致系统不正确地运行。因此，LOMA可能需要进行替换。

发明内容

为了避免系统不正确地运行并及时发现需要进行替换的LOMA，本发明提出了一种用于LOMA的故障检测系统及方法。

因此，用于检测随选排量发动机(可运行在激活或者不激活模式下)的挺柱的油岐管装置(LOMA)中故障的故障检测系统，包括LOMA的第一流体管路，该管路有选择地提供加压流体，以在激活和不激活模式之间调整发动机的运行。该故障检测系统还包括传感器，该传感器可响应于LOMA的流体压力并且基于此压力产生一压力信号。控制模块输出控制信号以在激活和不激活模式之间对发动机的运行进行切换。控制模块基于在模式之间的切换之前的第一压力和在模式之间的切换之后的第二压力来确定压差。

在一个特征中，控制模块基于压差和预定的压差范围来确定第一流体管路的合格/故障状态事件。

在另一个特征中，压差范围由上压差值和下压差值来进行定义。

在另一个特征中，当压差小于下压差值时，控制模块指示为第一流体管路的故障状态事件。

在又一个特征中，当压差大于上压差值时，控制模块指示为第一流体管路的故障状态事件。

在又一个特征中，第一流体管路包括电磁线圈，其有选择地使加压流体流动到与发动机气缸相关联的挺柱上。控制模块基于电磁线圈使加压流体流动之前的第一压力和电磁线圈使加压流体流动之后的第二压力来计算压差。

在又一个特征中，当故障状态事件的数目超出了预定的故障状态范围时，控制模块检测到有故障的流体管路。

附图简述

本发明将从详细说明和附图中变得更加充分理解，其中

图1是表示包括了根据本发明的随选排量(DOD)发动机控制系统的车辆动力系统的原理框图；

图2是包括挺柱的油歧管装置(LOMA)和进气门机构的DOD发动机的部分剖视图；

图3是示出了LOMA的部分平面图；

图4A和4B是表示了根据本发明，运行在发动机激活模式和不激活模式前后的一段时期内采样的LOMA油压的曲线图；

图5是根据本发明的X对Y计数器(X out of Y counter)的图形表示；和

图6是表示检测LOMA中故障的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

下面的优选实施例的描述实际上仅仅是示例的并且决不意图限制本发明，其应用或者使用。为了清楚的目的，在附图中使用的相同的附图标记表示相似的元件。在此使用时，激活是指运行所有的发动机气缸的操作过程。不激活模式是指运行小于所有发动机气缸的操作过程(一个或多个气缸不工作)。在此使用时，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个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/或其它能提供所述功能的合适的组件。

现在参见图1，发动机系统10包括发动机12和变速器14。变速器14可以为自动或者手动变速器，其可由发动机通过对应的液力变矩器或者离合器16驱动。

节气门18调节进入进气岐管20的空气流量。进气歧管将空气传送入气缸22中，在气缸22中空气与燃料混合并且燃烧以驱动活塞(未示出)。在发动机运行期间，一个或多个气缸22′可有选择地不工作。虽然图1只描述了8个气缸，应该理解发动机12可包括更多的或更少的气缸。例如，设想发动机具有4，5，6，8，10，12和16个气缸。挺柱的油歧管装置(LOMA)24在发动机12中被实施并且使所选的气缸22′不工作，如下面更进一步所描述的。而且，发动机控制系统10包括发动机转速传感器25，进气岐管绝对压力(MAP)传感器26和节气门位置传感器(TPS)27。发动机转速传感器25产生表示发动机转速的信号。MAP传感器产生表示进气岐管20压力的信号。TPS27产生表示节气门18位置的信号。控制模块28与发动机12和不同的传感器和执行机构进行通信，以有选择地使气缸22′不工作，如下面所述的。

车辆驾驶员操纵加速踏板(未示出)来调节节气门18。控制模块28基于加速踏板的位置输出节气门控制信号。节气门执行机构(未示出)基于节气门控制信号调节节气门18，以调整进入发动机12的空气流量。

当预定情况发生时，控制模块28可运行发动机12在不激活模式下。在示例的实施例中，N/2的气缸22′不工作，尽管可以使一个或多个气缸22′不工作。当所选取的气缸22′不工作时，控制模块28增加了工作的气缸22的功率输出。不工作的气缸22′的进气和排气口(未示出)被关闭以减少燃料消耗和泵送损失。

发动机的负荷可以基于进气MAP，气缸模式和发动机转速进行确定。更具体的，如果对于一给定的RPM，MAP小于一预定阈值，发动机负荷认为是轻的并且发动机12有可能运行在不激活模式下。如果对于一给定的RPM，MAP在该阈值之上，发动机负荷认为是重的并且发动机12运行在激活模式下。

现在参见图2，发动机12的进气门机构29包括与每个气缸22′相关联的进气门30，摇臂32和推杆34。发动机12包括可旋转驱动的凸轮轴36，该凸轮轴36具有多个沿着其设置的气门凸轮38。凸轮38的凸轮表面40与推杆34相接合，以周期性地打开和关闭进气门30布置在其中的进气口42。进气门30由一个诸如弹簧的偏压部件(未示出)偏压到关闭位置。因此，偏压力通过摇臂32传送到推杆34上，从而导致推杆34压到凸轮面40上。

当凸轮轴36旋转时，凸轮38可以引起对应推杆34的直线运动。当推杆向外移动时，致使摇臂32绕轴(A)枢转。摇臂32的枢转导致进气门30朝向打开位置移动，从而打开进气口42。当凸轮轴36继续旋转时，偏压力致使进气门30到关闭位置。如此，进气口42可周期性地打开以使空气进入。

尽管发动机12的进气门机构29在图2中示出，应该理解的是发动机12还包括以相似方式运行的排气门机构(未示出)。更具体的说，排气门机构包括与每个气缸22′相关联的排气门，摇臂和推杆。凸轮轴36的旋转引起排气门的往复运动以打开和关闭相关的排气口，与上述进气门机构29相类似。

LOMA24控制液压流体供给到多个流体管路中。一般地，单个流体管路与每组气缸气门相关联。单个流体管路包括电磁线圈50和至少一个挺柱52。电磁线圈50调节到与所选取气缸22′相关联的挺柱52的液压流体的压力，如下面更进一步描述的。所选取的气缸22′是当发动机12运行在不激活模式下时那些不工作的气缸。挺柱52设置在进气和排气门机构之内，以在凸轮38和推杆34之间提供连接。一般地，对每个选取的气缸22′提供了两个挺柱52(一个挺柱52用于进气门30并且另一个挺柱用于排气门)。然而，应该理解的是额外的挺柱52可以与每个选取的气缸22′相关联(即，每个气缸22′具有多个进气或排气门)。LOMA24还包括一个或多个压力传感器54，该压力传感器54与控制模块28相通信并且可产生表示到LOMA24的液压流体压力的压力信号。

现在参见图3，LOMA24被示意的示出。单个流体管路48包括一个电磁线圈50，一对挺柱52和一个阀56。流体管路48还包括计数器60，其与控制模块相通信并且当流体管路48发生故障时递增，如下面更进一步描述的。

电磁线圈50与控制模块28相通信并且在打开和关闭位置之间有选择地操作连接到其上的阀56。尽管对于每个所选取的气缸22′示出了一个电磁线圈50(即，一个电磁线圈用于两个挺柱)，更多或者更少的电磁线圈50可用于实施。阀56的位置可调节输送到挺柱52的液压流体的流量。在关闭位置，阀56阻止加压的液压流体流入对应的挺柱52。在打开位置，阀56通过流体通路(未示出)将加压流体传送到对应的挺柱52中。挺柱52基于液压流体的供给在第一和第二模式下进行液压操作。第一和第二模式分别对应于发动机12的激活和不激活模式。

尽管没有示出，在此提供了典型的电磁线圈50的简要说明，以便于提供对本发明更透彻的理解。电磁线圈50通常包括电磁感应圈，柱塞和机械接口，诸如阀56。柱塞(未示出)同轴地设置在线圈之内并且在电磁线圈50和阀56之间提供了机械接口。柱塞由偏压力相对于线圈偏压到第一位置。偏压力可以由诸如弹簧的偏压部件或者加压流体给予。电磁线圈50通过供给电流到线圈而被供电，这样沿着线圈轴线产生了一磁力。磁力可引起柱塞到第二位置的直线运动。在第一位置，柱塞保持阀在其关闭位置，从而阻止加压的液压流体流向对应的挺柱。在第二位置，柱塞操作阀到其打开位置，从而使得加压的液压流体流向对应的挺柱。

当控制模块28开始发动机12的不激活模式运行时，液压流体流过整个LOMA24并且导向到每个对应的挺柱52中。

控制模块28包括诊断系统，其能够基于与对应的流体管路相关的流体压力和故障来确定LOMA24的运行。控制模块28接收到压力信号并且基于压差和预定压差范围确定流体管路48的合格/故障状态。更具体地说，在对与特定液压管路(C_N)相对应的特定电磁线圈50供电之前，第一压力值(P_PRE)被储存。控制模块28基于其决定将发动机转换到不激活模式时发动机的瞬时位置，可选取第一电磁线圈进行供电。由于发动机在转换时间处的瞬时位置被认为是随机函数，得到供电的第一电磁线圈可以被视为一随机函数。随机选择确保了每个流体管路48在驱动情况期间可以进行评估。在激励第一电磁线圈50之后，控制模块28确定由于电磁阀56的打开LOMA24的流体压力减少时的时间。控制模块28检索被编程的时间参数(t_{DEAC_SOL_RESPONSE})并且计算当流体压力在最小值时的时刻(t_MIN)。在t_MIN时，控制模块28储存第二压力值(P_post)。参数t_{DEAC_SOL_RESPONSE}在共同转让的US公开的专利申请No.20020189575中更加详细的描述，该申请在此以其全部内容作为参考进行结合。

控制模块28还基于P_PRE和P_POST确定压差(ΔP)并且将结果与预定压差范围(P_RANGE)进行比较。P_RANGE被定义为具有预定的上压差值(P_H)和预定的下压差值(P_L)。当ΔP超出了P_H，或者当ΔP小于P_L时，控制模块28通过将与对应的流体管路48相关联的计数器60递增来指示故障状态。尽管计数器60示出在外部，计数器60可在控制模块28之内进行实施。

现在参见图4A和4B，示例的曲线图示出了发动机12运行在激活或者不激活模式前后一段时期内采样的LOMA24的油压。图4A示出了当第一电动液压电路被供电时在油压传感器54上呈现的实际的油压信号。油压传感器54测量LOMA24的油压并且输出模拟信号到控制模块28中。模拟油压信号在转换为数字信号之前进行过滤以消除噪音。数字油压信号进一步按比例缩放并且数字上转换为工程单位的测量值。

图4B示出了在过滤和数字转换之后的油压信号。读数A可以在时间为0.04秒时采取。读数B可以在时间为0.07秒时采取。压力的下降是由于油流入到电磁阀56中。在这些读数之间的压差能够被计算来进行故障/没有故障的确定。仅仅是被供电的第一流体管路48被分析，因为随后的流体管路在压力信号中具有大量的液压噪音，这样会导致不精确的测量值。

现在参见图5，X对Y计数器的图形表示被示出。计数器60按照三个预定义的故障状态事件范围进行表征。第一故障状态事件范围(RANGE_EAULT)具有等于第一预定值的上阈值和等于第二预定阈值的下阈值。第二故障状态事件范围(RANGE_{POS_FAULT})具有等于第三预定值的上阈值和等于第四预定值的下阈值。第三故障状态事件范围(RANGE_{NO_FAULT})具有等于第五预定值的上阈值并且下阈值等于零。而且，定义RANGE_{POS_FAULT}的值大于定义RANGE_{NO_FAULT}的值。定义RANGE_FAULT的值大于定义RANGE_{POS_FAULT}和RANGE_{NO_FAULT}的值。

当计数器60记录的故障状态事件的数目超出了RANGE_{POS_FAULT}时，流体管路48被表征为存在故障。当相应于流体管路的故障状态事件的数目等于一个在RANGE_{POS_FAULT}之内的值时，流体管路48被表征为可能有故障。最后，当相应于流体管路48的故障状态事件的数目等于一个在RANGE_{NO_FAULT}之内的值时，流体管路48被表征为没有故障。

控制模块28基于由计数器60记录的故障状态事件和三个预定故障状态范围来进一步确定特定的流体管路(C_N)是否发生故障。当C_N被表征为有故障时，剩余的计数器60被分析。如果由剩余的计数器60记录的故障状态事件的数目在RANGE_{NO_FAULT}之内且它们充满了读数，则控制模块28确定故障对C_N来说是特定的。故障可以包括，但不限于卡住的电磁线圈50和/或者卡住的挺柱销。然而，当多个流体管路被表征为存在故障时，则存在的问题不是特定对单个流体管路48。例如，流体管路上游阻塞的流道会传送不充分的液压流体供给，这样会产生低压差信号。

现在参见图6，流程图示出了由LOMA诊断控制所执行的步骤。在步骤400处，控制随机选取与C_N相关联的电磁线圈50以供电。在步骤402处，控制在对电磁线圈50供电之前确定P_PRE。在步骤404处，控制对与C_N相关联的电磁线圈50供电。在步骤406处，控制基于预定的时间参数(t_{DEAC_SOL_RESPONSE})确定t_{P_MIN}。在步骤408处，控制确定在t_{P_MIN}的P_POST。在步骤410处，控制基于P_PRE和P_POST计算ΔP。

在步骤412处，控制确定ΔP是否在P_RANGE之内。当ΔP在P_RANGE之内时，控制在步骤414设置一合格状态，并传送合格读数到相关联的X对Y计数器中并且控制结束。当ΔP不在P_RANGE之内时，在步骤416处，控制传送故障读数到相应于C_N的相关的X对Y计数器60中，并且接着确定故障是否对C_N是特定的。在步骤418处，控制确定相关于C_N的故障状态事件的总数是否超出了RANGE_{POS_FAULT}。当故障状态事件的总数没有超出RANGE_{POS_FAULT}时，在步骤424处，控制确定故障对C_N不是特定的。否则，控制在步骤419处确定剩余的X对Y计数器是否充满读数，当剩余X对Y计数器没有充满读数时，控制继续到步骤424，因为其不能确定故障对管路C_N是否是特定的。

在步骤419处，当控制确定所有其它的计数器都充满读数时，在步骤420处，控制将继续检测与剩余流体管路相关的故障状态事件总数是否在RANGE_{NO_FAULT}之内。如果剩余流体管路具有故障计数在RANGE_{NO_FAULT}之内，则控制在步骤422确定故障对C_N是特定的并且控制结束。否则，控制在步骤424处确定故障对C_N不是特定的并且控制结束。

本领域技术人员应该从上述说明书中理解到本发明宽的教导能够以多种形式进行实施。因此，虽然本发明已经相关于具体例子进行描述，但本发明真实的范围不应当受到限制，因为在本领域技术人员对附图，说明书和下面的权利要求进行了解之后其它的修改是显然的。

Claims (22)

1.一种故障检测系统，其用于在可运行在激活模式和不激活模式的随选排量发动机的挺柱的油岐管装置(LOMA)中检测故障，该系统包括：

所述LOMA的第一流体管路，其可选择地提供加压流体，以在所述的激活和不激活模式之间调整所述发动机的运行；

传感器，其可响应于所述LOMA的流体压力并且基于此流体压力产生压力信号；和

控制模块，其输出控制信号，以在所述的激活和不激活模式之间切换发动机的运行，并且基于在所述模式之间切换之前的第一压力和在所述模式之间切换之后的第二压力来确定压差。

2.如权利要求1所述的故障检测系统，其中所述控制模块基于所述的压差和预定的压差范围确定所述第一流体管路的合格/故障状态事件。

3.如权利要求2所述的故障检测系统，其中所述压差范围由上压差值和下压差值所定义。

4.如权利要求3所述的故障检测系统，其中当所述压差小于所述的下压差值时，所述的控制模块指示为所述的第一流体管路的故障状态事件。

5.如权利要求3所述的故障检测系统，其中当所述压差大于所述的上压差值时，所述的控制模块指示为所述的第一流体管路的故障状态事件。

6.如权利要求1所述的故障检测系统，其中所述的第一流体管路包括：

电磁线圈，其可选择地使加压流体流入与所述发动机的气缸相关联的挺柱中；和

其中所述的控制模块基于在所述的电磁线圈使所述的加压流体能够流动之前的第一压力和在所述的电磁线圈使所述的加压流体能够流动之后的第二压力来计算压差。

7.如权利要求1所述的故障检测系统，其中当所述的故障状态事件的数目超过预定的故障状态范围时，所述控制模块检测到有故障的流体管路。

8.一种用于在随选排量发动机的挺柱的油岐管装置(LOMA)的多个流体管路中检测故障的方法，其中随选排量发动机可运行在激活和不激活模式下，该方法包括：

监控所述LOMA的流体压力；

产生控制信号以在所述激活模式和不激活模式之间切换所述发动机的运行；

在所述模式之间切换之前确定第一压力；

在所述模式之间切换之后在预定时刻确定第二压力；

基于所述的第一压力和所述的第二压力计算压差；和

基于所述压差和预定压差范围确定流体管路的合格/故障状态事件。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述压差范围由上压差值和下压差值所定义。

10.如权利要求8所述的方法，其中当所述压差小于所述的下压差值时，所述的控制模块指示为所述的第一流体管路的故障状态事件。

11.如权利要求8所述的方法，其中当所述压差大于所述的上压差值时，所述的控制模块指示为所述的第一流体管路的故障状态事件。

12.如权利要求8所述的方法，其包括：

可选择地使加压流体流入与所述发动机的气缸相关的挺柱中；

在所述的电磁线圈使所述加压流体能够流动之前确定第一压力；

在所述的电磁线圈使所述加压流体能够流动之后确定第二压力；和

基于所述第一和第二压力计算所述的压差。

13.如权利要求8所述的方法，还包括计算故障状态事件的数目，并且当所述的故障状态事件的数目超过预定的阈值时检测到有故障的流体管路。

14.一种用于在随选排量发动机的挺柱的油岐管装置(LOMA)的特定的流体管路中检测故障的方法，

监控所述LOMA的流体压力；

产生流体压力信号；

产生控制信号以在激活模式和不激活模式之间切换所述发动机的运行；

基于所述压力信号和在所述流体压力信号产生的预定时间段计算压差；

基于所述压差和预定压差范围指示多个流体管路的合格/故障状态事件；和

基于所述合格/故障状态计算故障状态事件的数目。

15.如权利要求14所述的方法，包括基于所述的流体压力产生第一和第二压力信号。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述的第一压力信号是在使所述气缸不工作之前基于所述LOMA确定的。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述的第二压力信号是在使所述气缸不工作之后基于所述LOMA的所述流体压力确定的。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述压差范围由上压差值和下压差值所定义。

19.如权利要求14所述的方法，还包括：

确定所述的故障状态事件是否在第一预定故障状态范围，第二预定故障状态范围或者第三预定故障状态范围之一内；和

基于所述故障状态事件和所述的预定故障状态范围之一来确定流体管路是否存在故障。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述的第一预定故障状态范围由表示第一数量的故障事件的上阈值和表示第二数量的故障事件的下阈值来定义。

21.如权利要求19所述的方法，其中所述的第二预定故障状态范围由表示第三数量的故障事件的上阈值和表示第四数量的故障事件的下阈值来定义。

22.如权利要求19所述的方法，其中所述的第三预定故障状态范围由表示第五数量的故障事件的上阈值和等于零的下阈值来定义。

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