CN100472036C - 有故障的挺杆油歧管组件电磁阀诊断系统 - Google Patents

Abstract

一种检测有故障的挺杆油歧管组件电磁阀的诊断系统包括电流测量模块、延时模块、电压测量模块和诊断模块。当触发信号被使能时，电流测量模块测量流经电磁阀的电流。延时模块根据所述被测量的电流确定延时。电压测量模块测量为电磁阀供电的电源电压。诊断模块基于所述延时和所述电源电压来确定电磁阀是否有故障。

Description

有故障的挺杆油歧管组件电磁阀诊断系统

技术领域

本发明涉及可变排量内燃机，并且更确切地说涉及检测有故障的电磁阀，该有故障的电磁阀去激活内燃机的气缸。

背景技术

对于更节省燃料又不损害性能的发动机的增加的需求已导致了可变排量(DoD)内燃机的发展。DoD发动机包括控制系统，该控制系统在低载荷的情况下去激活气缸而在高载荷的情况下重新激活气缸。例如，八缸发动机可使用四个气缸来运行，以通过减小泵动损失来提高燃料经济性，但是当诸如在加速期间要求更多动力时，八缸发动机能使用所有八个气缸。DoD发动机在使用所有气缸时处于激活模式而在使用少于所有气缸时处于去激活模式。

在去激活模式中，有较少的气缸在工作。因此，有较小的驱动转矩可用来驱动车辆传动系统和辅助设备(例如，交流发电机、冷却液泵、A/C压缩机)。然而，由于减小了燃料消耗(也就是，没有燃料被供给去激活的气缸)并且减小了发动机泵送而增加了发动机效率。因为去激活的气缸并不吸收新鲜的进气，所以减小了泵动损失。

挺杆油歧管组件(LOMA，lifter oil manifold assembly)被实施来激活和去激活发动机的选择气缸。LOMA包括一系列与相应气缸相关联的电磁阀。这些电磁阀有选择地被激励来能够使液压油流向可切换的挺杆以抑制阀动，从而去激活相应的气缸。在电磁阀故障的情况下，发动机可能出现机械损伤。因此，快速检测有故障的电磁阀有利地防止可能的发动机损伤。

一种检测有故障的电磁阀的方法是监控电短路或者开路。然而，这种方法将仅仅检测电磁阀的电故障，而不考虑诸如被卡塞的电磁阀的机械故障。

发明内容

根据本发明的、检测有故障的挺杆油歧管组件电磁阀的诊断系统包括电流测量模块、延时模块、电压测量模块和诊断模块。当触发信号被使能时，电流测量模块测量流经电磁阀的电流。延时模块根据被测量的电流来确定延时。电压测量模块测量给电磁阀供电的电源电压。诊断模块根据延时和电源电压来确定电磁阀是否有故障。

在其它特征中，延时基于被测量的电流的斜率的转变。延时是斜率的转变与触发信号被使能时之间的一段时间。当延时大于时间阈值上限或者低于时间阈值下限时，诊断模块确定电磁阀有故障。时间阈值上限和时间阈值下限基于电源电压。

从以下所提供的详细说明中，适用本发明的另一些领域将变得明显。应理解的是，当说明本发明的优选实施例时，所详述的说明和特定实例仅仅出于图解说明的目的而并非要限制本发明的范围。

附图说明

从详述的说明和附图中将更充分地理解本发明，其中：

图1是图解说明包括可变排量(DoD)发动机的车辆动力系的功能框图；

图2是图解说明挺杆油歧管组件(LOMA)和进气阀机构的DoD发动机的局部剖视图；

图3是根据本发明的有故障的电磁阀检测系统的功能框图；

图4是根据本发明的电流测量模块的示例性示意图；

图5是流经LOMA电磁阀的电流相对时间的图示；

图6是图解说明根据本发明的计算延时模块所采用的步骤的流程图；

图7是图解说明该计算延时模块根据本发明来更新延时计算所采用的步骤的流程图；

图8是图解说明由根据本发明的诊断模块所采用的步骤的流程图；以及

图9是示例性时间阈值上限和时间阈值下限相对于被供给LOMA电磁阀的电压的图示。

具体实施方式

以下对优选实施例(多个优选实施例)的说明实际上仅仅是示例性的并且决不是意图限制本发明、本发明的应用或者使用。出于清楚的目的，将在附图中使用相同的参考编号来标识相似的元件。如在此所使用的那样，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用处理器、专用处理器、或者处理器组)和执行一个或者多个软件或者固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它适当的部件。

现在参照图1，车辆10包括驱动变速箱14的发动机12。变速箱14是由发动机12通过相应扭矩变换器或者离合器16驱动的自动变速箱或者手动变速箱。空气通过油门17流入发动机12。发动机12包括N个气缸18。在发动机工作期间有选择地去激活一个或者多个选择气缸18’。虽然图1描述了八个气缸(N＝8)，但是应理解的是，发动机12可以包括附加的或者更少的气缸18。例如，可设想具有4、5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。空气通过进气歧管20流入发动机12并且在气缸18中与燃料一起燃烧。发动机还包括挺杆油歧管组件(LOMA)22，该挺杆油歧管组件去激活选择气缸18’，如以下还将进一步描述的那样。

控制器24与发动机12和多个如在此所讨论的输入和传感器连通。车辆驾驶员操纵加速器踏板26来调整油门17。更特别地，踏板位置传感器28生成被传送给控制器24的踏板位置信号。控制器24根据该踏板位置信号来生成油门控制信号。油门调节器(未示出)根据该油门控制信号来调节油门17，以调整流入发动机12的空气。

车辆驾驶员操纵制动踏板30来调整车辆制动。更特别地，制动位置传感器32生成被传送给控制器24的制动踏板位置信号。控制器24根据该制动踏板位置信号生成制动控制信号。制动系统(未示出)根据该制动控制信号来调节车辆制动，以调整车辆速度。发动机速度传感器34根据发动机速度来生成信号。进气歧管绝对压力(MAP)传感器36根据进气歧管20的压力来生成信号。油门位置传感器(TPS)38根据油门位置来生成信号。

当发动机12进入运行点来实现去激活模式时，控制器24将发动机12变换到去激活模式。在示例性实施例中，虽然可去激活一个或者多个气缸，但去激活N/2个气缸18。一去激活选择气缸18’，控制器24就增加其余的或者激活的气缸18的功率输出。去激活的气缸18’的进气口和排气口(未示出)被关闭，以减少泵动损失。

根据进气MAP、气缸模式和发动机速度来确定发动机负载。更特别地，如果MAP低于给定RPM的阈值水平，则认为发动机负载轻并且发动机12可能以去激活的模式运行。如果MAP高于给定RPM的阈值水平，则认为发动机负载重并且发动机12以激活模式运行。如以下进一步详细讨论的那样，控制器24根据电磁阀控制来控制LOMA 22。

现在参照图2，发动机12的进气阀机构40包括进气阀42、摆杆44和与每个气缸18相关联的推杆46。发动机12包括被旋转地驱动的凸轮轴48，该凸轮轴48具有多个沿其放置的阀凸轮50。阀凸轮50的凸轮面52啮合以下详细讨论的挺杆和推杆46，以循环地打开和关闭进气口53，在该进气口53内定位进气阀42。通过诸如弹簧的偏置件(未示出)将进气阀42偏置到关闭位置。因此，偏置力通过摆杆44被转移到推杆46，从而导致推杆46压在凸轮面52上。

当促使凸轮轴48旋转时，阀凸轮50引起相应推杆46的线性运动。当促使推杆46向外移动时，导致摆杆44绕轴(A)旋转。摆杆44的旋转促使进气阀42朝着打开位置运动，因此打开进气口53。当凸轮轴48继续旋转时，偏置力促使进气阀42到达关闭位置。这样，进气口53循环地被打开来使得空气进入。

尽管发动机12的进气阀机构40在图2中被图解说明，但是应理解的是，发动机12还包括排气阀机构(未示出)，该排气阀机构以类似的方式运行。更确切地说，排气阀机构包括排气阀、摆杆和与每个气缸18相关联的推杆。类似地如上面针对进气阀机构所描述的那样，凸轮轴48的旋转促使排气阀往复运动，以打开和关闭相关联的排气口。

LOMA 22将加压的液体提供给多个挺杆54并且LOMA 22包括与选择气缸18’(参看图1)相关联的(示意性地示出的)电磁阀56。选择气缸18’是当以去激活模式运行发动机12时被去激活的那些气缸。挺杆54被放置在进气阀机构和排气阀机构内，以提供凸轮50与推杆46之间的对接。更确切地说，挺杆54有选择地促使相应推杆46中的线性运动。通常，为每个选择气缸18’设置有两个挺杆54(一个挺杆用于进气阀42而一个挺杆用于排气阀)。然而，希望更多的挺杆54可与每个选择气缸18’相关联(也就是，每个气缸18’有多个进气或者排气阀)。LOMA 22还需要压力传感器58，该压力传感器58生成指示供给LOMA 22的液压油的压力的压力信号。希望可以实现一个或者多个压力传感器58。

与选择气缸18’相关联的每个挺杆54在第一模式和第二模式之间液压式地被操纵。第一和第二模式分别与激活的和去激活的模式相对应。在第一模式中，挺杆54提供了凸轮50与推杆46之间的机械连接。这样，凸轮50引起挺杆54的线性运动，挺杆54的线性运动被转移到推杆46。在第二模式中，挺杆54起到缓冲器的作用，以提供凸轮50与推杆46之间的机械断开。虽然凸轮50引起挺杆54的线性运动，但是该线性运动没有被转移到推杆46。由于挺杆及其操作对于本领域技术人员是公知的，所以目前舍弃对挺杆54的更详细的说明。

电磁阀56有选择地能够使液压油流向挺杆54，以将挺杆54在第一和第二模式之间切换。虽然通常存在一个与每个选择气缸18’相关联的电磁阀56(也就是，针对两个挺杆有一个电磁阀)，但希望可以实现更多个或者更少个电磁阀56。每个电磁阀56使相关联的(示意性示出的)阀60在打开位置与关闭位置之间动作。在关闭位置，阀60抑制加压的液压油流向相应的挺杆54。在打开位置，阀60能够使加压的液体经由液体通道62流向相应的挺杆54。加压的液压油流动被设置为从加压的液压油源到LOMA 22。

虽然未图解说明，但是在此提供了示例性的电磁阀的简要说明，以更好地理解本发明。电磁阀56一般包括电磁线圈和电枢，该电枢被同轴地放置在该线圈内。电枢提供了电磁阀56与诸如阀60的机械元件之间的机械对接。电枢相对于线圈通过偏置力被偏置到第一位置。偏置力可以由偏置件(诸如弹簧)或者通过加压的液体来给予。电磁阀56通过将电流供给线圈来被激励，将电流供给线圈感应出沿着线圈轴线的磁力。该磁力促使电枢线性运动到第二位置。在第一位置，电枢将阀60保持在其关闭位置，以抑制加压的液压油流向相应的挺杆。在第二位置，电枢使阀60动作到其打开位置，以能够使加压的液压油流向相应的挺杆。

有故障的电磁阀检测系统64监控被供给电磁阀56的电压和由电磁阀56所汲取的电流。使用这两个参数，有故障的电磁阀检测系统64确定电磁阀56是否正在正确地做出响应。如果电磁阀56没有正确地做出响应，则有故障的电磁阀检测系统64报告故障。

现在参照图3，有故障的电磁阀检测系统64包括电流测量模块66、计算延时模块68、诊断模块70和电压测量模块72。当触发信号76被使能时，电源电压74给电磁阀56供电。当触发信号76已被使能时，电流测量模块66测量通过电磁阀56的电流的流动。计算延时模块68计算在触发信号76的使能与电磁阀56的充分向前运动之间已经过了多长时间。计算延时模块68使用来自电流测量模块66的电流测量结果来确定电磁阀56何时充分前进。诊断模块70使用来自计算延时模块68的延时计算结果和来自电压测量模块72的电压测量结果来确定电磁阀是否有故障78。

现在参照图4，并入低端电流测量方案的电流测量模块66的示例性实施例包括晶体管80、电压放大器82和模数(A/D)转换器84。晶体管80是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)并且作为开关，当触发信号76被使能时，该开关允许电流流动。虽然晶体管80被示为NMOS晶体管，但根据本发明可使用由触发信号76使能的任何切换方法。

当晶体管80被使能时，在旁路电阻85两端产生电压降，该旁路电阻85被连接到晶体管80的源极和地。旁路电阻85两端的电压降代表流经电磁阀56的电流。

电压放大器82被连接到晶体管80的源极和地。电压放大器82被用于将旁路电阻85两端的电源换算(scale)到A/D转换器84的输入所要求的电平。

A/D转换器84的输入端被连接到电压放大器82的输出端。A/D转换器84接收来自电压放大器82的模拟信号并且将该模拟信号转换成数字信号。此外，该数字信号由A/D转换器84来换算，以与电磁阀56的所测量的电流相对应。在优选的实施例中，A/D转换器以每秒5000个试样的速率对电压放大器的输出进行取样。考虑到在计算电磁阀56的延时中使用了数字信号，A/D转换器84的输出被连接到计算延时模块68。

图5是流经电磁阀56的电流的图示。顶部曲线图86与流经电磁阀56的实际电流相对应。底部曲线图88与来自电流测量模块66的数字电流读数相对应。在曲线图86和88中，触发信号76在近似50ms处出现，并且在近似60ms处存在“谷值”。电流读数中的“谷值”与电磁阀56的电枢碰到机械停止相对应。延时是触发信号76与电流读数的“谷值”之间的时差。

在底部曲线图88中，状态0描述了在命令触发信号76之前的电磁阀56的状态，状态1描述了增加的电磁阀电流的状态，状态2描述了减小的电磁阀电流，而状态3描述了在电磁阀56的电枢已碰到机械停止之后的增加的电磁阀电流。延时是状态0转变到状态1与状态2转变到状态3之间所经过的时间。

状态0转变到状态1的时刻是触发信号76被激活的时刻。然而，其余转变的时刻通过检查电流信号来计算。在状态1，电流信号增加并且具有正斜率。在状态2，电流信号减小并且具有负斜率。状态1转变到状态2是电流斜率从正变化到负的时候。由于状态3具有增加的斜率，所以状态2转变到状态3通过电流斜率从负变化到正的时刻来确定。

如通常公知的那样，函数的导数表示函数的斜率。在离散域中，可以计算电流信号的导数的充分近似，以便确定斜率。可使用数种数值方法来实现该目的。最简单的是导数的两点后向差分近似法。两点后向差分近似法使用以下等式：

$y\′=\frac{y_n-y_{n-1}}{h}$

其中y′是电流信号的近似导数，y_n是电流信号的当前试样，y_n-1是电流信号的前一试样，以及h是电流信号的试样之间的时间。在优选的实施例中，试样之间的时间h与A/D转换器84的采样率等值。

导数的两点后向差分近似对于信号噪声是敏感的。具有较小误差度的近似可被计算，但是这些近似一般使用额外的试样，以实现准确度或者使用非实时处理。因此，优选的是计算电流信号的移动平均值的导数而不是直接计算电流信号。虽然试样的移动平均值将有助于消除噪声，但是对于斜率导数中的略微增加和减小仍能过早地指示电流信号已改变方向。因此，优选的是，在报告斜率变化之前，该斜率变化持续了数个连续的试样。如果状态2转变到状态3没有在预定的周期内被检测到，则计算延时模块68将最大时间(例如50ms)报告为电磁阀56的延时。

现在参考图6，计算延时模块68通常实施在90处所示的步骤。在步骤92，控制开始。在步骤94，计算延时模块68检测触发信号76，并且在步骤96，计算延时模块68确定触发信号76是否已被激活。如果触发信号76还没有被激活，则控制返回到步骤94。然而，如果触发信号76已被激活，则计算延时模块68执行步骤98来计算电流信号的移动平均值。在步骤100，计算延时模块68利用电流信号的移动平均值的后向差分近似来逼近电流信号的导数。在步骤102，计算延时模块68更新延时计算。在步骤104，计算延时模块确定电流信号的斜率是否从负的转变到正的。如果斜率已被转变，则控制在步骤106结束。如果斜率还没有被转变，则计算延时模块68在步骤108确定最大时间是否已被超过，以发现电流信号的斜率的转变。如果最大时间已被超过，则控制在步骤106结束。如果最大时间还未被超过，则控制返回到步骤94，以进行另一次迭代。

现在参照图7，步骤102中的更新延时计算由状态机来实现。当车辆10起动时，状态机以状态0开始。当处于状态0时，在步骤112，控制确定触发信号76是否已被激活。如果触发信号76还未被激活，则控制保持在状态0。

如果触发信号76已被激活，则控制进入状态1并在步骤114中将计时器设为零。在步骤116，控制将去抖动计数器设为零。使用去抖动计数器来确保电流斜率的变化持续数个连续的试样。在步骤118，递增计时器。在步骤120，控制确定最大时间是否已被超过，以确定电流斜率从负的转变到正的。如果最大时间已被超过，则控制进入状态3并且在步骤122将最大时间报告为延时。如果最大时间还未被超过，则控制保持在状态1并且在步骤126确定电流斜率是为负的还是为零。如果电流斜率不是为负的或者为零，则控制在步骤128将去抖动计数器复位到零并且返回步骤118。如果电流斜率为负的或者为零，则在步骤130，控制确定该斜率对于最后数个连续的试样是否为负的。如果斜率对于最后数个连续的试样还不是为负的，则控制保持在状态1，在步骤132递增去抖动计数器并返回到步骤118。

如果斜率对于最后数个连续的试样已为负的，则控制进入状态2并且在步骤134将去抖动计数器设为零。在步骤136，控制递增计时器。在步骤138，控制确定是否已超过了最大时间，以发现电流信号的斜率从负的转变到正的。如果已超过了最大时间，则控制进入状态3并且在步骤122将最大时间报告为延时。如果还未超过最大时间，则控制保持在状态2并且在步骤140确定电流信号的斜率是否是为正的还是为零。如果斜率不是为正的或者为零，则控制在步骤142复位去抖动计数器并且返回到步骤136。如果斜率是为正的或者为零，则控制在步骤144确定斜率对于最后的数个连续的试样是否为正的。如果电流信号的斜率对于最后数个连续的试样还不是为正的，则控制保持在状态2，在步骤146递增去抖动计数器并且返回到步骤136。如果斜率对于最后数个连续的试样为正的，则控制进入状态3并在步骤122报告延时。

现在参照图8，诊断模块70通常实施在148处所示的步骤。该过程仅仅示出对两个电磁阀56的控制，但是该过程可以针对任意数目的电磁阀56来实施。在步骤150开始控制。诊断模块70在步骤152从电压测量模块72中读取电压并且在步骤154确定延时数据是否对于所有电磁阀56均可得到。如果延时数据不可得到，则控制返回到步骤152。如果延时数据是可得到的，则步骤156确定第一电磁阀的延时是否在时间阈值上限和时间阈值下限内。如果延时不在时间阈值上限和时间阈值下限内，则控制在步骤158指示第一电磁阀有故障。如果延时在时间阈值上限和时间阈值下限内，则控制在步骤160指示第一电磁阀通过检查。在步骤162，控制确定第二电磁阀的延时是否在时间阈值上限和时间阈值下限内。如果该延时不在时间阈值上限和时间阈值下限内，则控制在步骤164指示第二电磁阀有故障并且控制在步骤166结束。如果该延时在时间阈值上限和时间阈值下限内，则控制在步骤168指示第二电磁阀通过检查并且控制在步骤166结束。

现在参照图9，曲线图170示例性地示出相对于被供给电磁阀56的电压的时间阈值上限和时间阈值下限。诊断模块70使用由计算延时模块68所计算的延时和电压读取模块72的电压输出来确定电磁阀56是否有故障。更确切地说，电磁阀56的延时必须大于被供给电磁阀56的相应电压的阈值上限172或者小于被供给电磁阀56的相应电压的阈值下限174，以记录故障。

本领域技术人员现在可以从上述说明中理解，本发明的广泛的教导可以各种形式来实现。因此，当本发明结合其特定实例来说明时，本发明的真正的范围并没有被限制，因为一旦研究附图、说明书和随后的权利要求，其它修改方案对本领域技术人员就将变得显而易见。

Claims (19)

1.一种检测有故障的挺杆油歧管组件电磁阀的诊断系统，该诊断系统包括:

电流测量模块，当触发信号被使能时，该电流测量模块测量流经该电磁阀的电流；

延时模块，该延时模块根据所述被测量的电流确定延时；

电压测量模块，该电压测量模块测量为该电磁阀供电的电源电压；以及

诊断模块，该诊断模块根据所述延时和所述电源电压来确定该电磁阀是否有故障。

2.根据权利要求1所述的诊断系统，其中，所述延时基于所述被测量的电流的斜率的转变。

3.根据权利要求2所述的诊断系统，其中，所述延时是所述斜率的所述转变与所述触发信号被使能时之间的一段时间。

4.根据权利要求3所述的诊断系统，其中，所述延时模块计算所述被测量的电流的导数。

5.根据权利要求4所述的诊断系统，其中，所述延时模块根据所述触发信号和所述导数来确定所述延时。

6.根据权利要求5所述的诊断系统，其中，当所述触发信号被使能时，所述延时模块开始对所述延时进行计时，并且当所述导数从负的转变到正的时，所述延时模块停止对所述延时进行计时。

7.根据权利要求1所述的诊断系统，其中，当所述延时大于时间阈值上限时，所述诊断模块确定所述电磁阀有故障。

8.根据权利要求7所述的诊断系统，其中，当所述延时低于时间阈值下限时，所述诊断模块确定所述电磁阀有故障。

9.根据权利要求8所述的诊断系统，其中，所述时间阈值上限和所述时间阈值下限基于所述电源电压。

10.根据权利要求1所述的诊断系统，其中，所述电流测量模块包括:

开关，该开关与所述电磁阀连通并且利用所述触发信号来使能该开关；

旁路电阻，该旁路电阻与所述开关和地连通，其中，当所述开关被使能时，电流流经所述旁路电阻；

模数转换器，该模数转换器将所述被测量的电流转换成数字电流；以及

放大器，该放大器将所述旁路电阻两端的电压降换算为所述模数转换器所要求的电平。

11.一种检测有故障的挺杆油歧管组件电磁阀的方法，该方法包括:

当触发信号被使能时，测量流经所述电磁阀的电流；

根据所述被测量的电流来确定延时；

测量为所述电磁阀供电的电源电压；以及

根据所述延时和所述电源电压来确定所述电磁阀是否有故障。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述延时基于所述被测量的电流的斜率的转变。

13.根据权利要求12所述的诊断系统，其中，所述延时是所述斜率的所述转变与所述触发信号被使能时之间的一段时间。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括计算所述被测量的电流的导数。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括根据所述触发信号和所述导数确定所述延时。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括:当所述触发信号被使能时，对所述延时进行计时，直到所述导数从负的转变到正的。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括:当所述延时大于时间阈值上限时，确定所述电磁阀有故障。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括:当所述延时小于时间阈值下限时，确定所述电磁阀有故障。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述时间阈值上限和所述时间阈值下限基于所述电源电压。

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