CN101435377A - 进气温度合理性诊断 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及进气温度合理性诊断，具体地说，涉及一种确定发动机的进气温度(IAT)传感器的故障状态是否出现的方法，包括基于先前估算的第一歧管绝对压(MAP)和估算的第一空气质量流量(MAF)来估算第一MAP以及基于先前估算的第二MAP和当前已测量的MAF来估算第二MAP，其中，估算的第一MAF与先前估算的第一MAP有关。基于第一MAP和第二MAP来确定IAT差值。基于IAT差值来确定IAT传感器的故障状态是否出现。

Description

进气温度合理性诊断
技术领域
本发明涉及内燃机，更具体地讲，涉及进气温度传感器合理性诊断(rationality diagnostic)。
背景技术
本段中的声明仅提供了有关本发明的背景信息，并不能构成现有技术。
内燃机燃烧燃料-空气混合物来产生传动扭矩。更准确地说，是将空气经过节气门吸入发动机中。空气混合有燃料，并且利用活塞在气缸内压缩空气-燃料混合物。空气-燃料混合物在气缸内燃烧以往复地驱动气缸内的活塞，而活塞接着转动地驱动发动机的曲轴。
发动机的运行基于若干参数来调节，这些参数包括但不限于进气温度(intake air temperature，IAT)、歧管绝对压(manifold absolutepressure，MAP)、节气门位置(throttle position，TPS)、发动机每分钟转数(RPM)和大气压(PBARO)。具体地参见节气门，节气门之前的状态参数(例如空气温度和压强)是能被用来控制和诊断发动机的良好参考。传统的内燃机包括直接测量IAT的IAT传感器。然而在有些情况下，IAT传感器可由于损坏、磨损和/或一些其它因素而变得不准确。因此，IAT传感器应受到监控用以确定基于IAT传感器读数所确定的IAT是否合理。
有些传统的内燃机系统包括第二IAT传感器，将来自该第二IAT传感器的读数与来自第一IAT传感器的读数相比较，以便确定第一IAT传感器是否合理。此附加的IAT传感器增加了成本和复杂性，并且其自身因准确性而必须受到监控。
发明内容
因此，本发明提供了一种确定发动机的进气温度(IAT)传感器的故障状态是否出现的方法。该方法包括基于先前估算的第一歧管绝对压(MAP)和估算的第一空气质量流量(mass air flow，MAF)来估算第一MAP，以及基于先前估算的第二MAP和当前已测量的MAF来估算第二MAP，其中，估算的第一MAF与先前估算的第一MAP有关。基于第一MAP和第二MAP来确定IAT差值。基于IAT差值来确定IAT传感器的故障状态是否出现。
在另一个特征中，该方法还包括基于第一MAP和第二MAP来计算MAP差值，其中，基于MAP差值来确定IAT差值。
在另一个特征中，确定故障状态是否出现的步骤包括将IAT差值与阈值IAT差值相比较，并且当IAT差值大于阈值IAT差值时指示IAT故障。
在另一个特征中，该方法还包括基于节气门入口压、经过节气门的有效流通面积、先前估算的第一MAP、已测量的IAT和先前估算的MAF中至少一个来估算第一MAF。
在另一个特征中，基于来自发动机的进气歧管的、估算的第一发动机流率(engine flow rate，EFR)来估算第一MAP。
在又一个特征中，基于来自发动机的进气歧管的、估算的第二发动机流率(EFR)来估算第二MAP。
在又一个特征中，基于相应的第一废气再循环(exhaust gasrecirculation，EGR)值和第二EGR值来估算第一MAP和第二MAP。
根据此处所提供的描述，将会清楚更多的适用性区域。应理解的是，说明和具体的实例仅为例证起见，并非意欲限制本发明的范围。
附图说明
此处描述的附图仅为例证目的而非意欲以任何方式限制本发明的范围。
图1为内燃机系统的功能框图，该内燃机系统根据本发明的进气温度(IAT)合理性控制来调节；
图2为显示示范性的IAT迹线的曲线图；
图3为显示了示范性的步骤的流程图，该示范性的步骤通过本发明的IAT合理性控制来执行；
图4为显示了示范性的模块的功能框图，该示范性的模块执行IAT合理性控制。
具体实施方式
下列优选方案的说明本质上仅为示范性的，而决非意欲限制本发明及其申请或用途。为清楚起见，将在附图中使用相同的标号来表示相同的元件。文中所用的术语＂模块＂是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路或其它适当的提供所述功能的部件。
现在参看图1，其显示了示范性的内燃机系统10。发动机系统10包括发动机12、进气歧管(IM)14和排气歧管(EM)16。空气经过空气过滤器17和节气门18吸入到进气歧管14中。空气混合有燃料，且燃料-空气混合物在发动机12的气缸20中燃烧。更准确地说，通过活塞(未示出)在气缸20内压缩燃料-空气混合物并启动燃烧。燃烧过程释放能量，该能量用来在气缸20内往复驱动活塞。由燃烧过程产生的废气经过排气歧管16排出，并在释放到大气中之前在废气后处理系统(未示出)中进行处理。尽管显示了单个的气缸20，但可预料的是，本发明的进气合理性控制可通过具有多于一个的气缸的发动机来执行。
控制模块30基于多个发动机运行参数来调节发动机的运行，这些参数包括但不限于前节气门静压(PPRE)、前节气门滞止压(PPREO)(亦即节气门上游的空气压)、进气温度(IAT)、空气质量流量(MAF)、歧管绝对压(MAP)、有效节气面积(AEFF)、发动机每分钟转数(RPM)和大气压(PBARO)。PPREO和PPRE基于前节气门估算控制来确定，这在2006年8月14日提交的共同被转让的、共同未决的美国申请序号为11/464340中进行了公开。
IAT、MAF、MAP和发动机RPM基于由IAT传感器32、MAF传感器34、MAP传感器36和发动机RPM传感器38所产生的信号来分别地确定，这些传感器都是发动机系统的标准传感器。AEFF基于由节气门位置传感器产生的节气门位置信号来确定，该传感器也是标准传感器。节气门位置传感器42产生节气门位置信号(TPS)。AEFF与TPS之间的关系利用带有安装了临时的滞止压传感器50(图1中用虚线示出)的发动机测功试验来预先确定。批量生产的车辆(Productionvehicles)包括了在其中预定程序的关系式，因此不要求有滞止压传感器。
本发明的IAT合理性控制监控IAT传感器32的准确性。更准确地说，确定第一估算MAP值和第二估算MAP值
Figure A200810129209D00092
并基于
Figure A200810129209D00093
和
Figure A200810129209D00094
之间的差值来监控IAT传感器32的准确性。更准确地说，
Figure A200810129209D00096
对应于IAT传感器32所感测的IAT和实际IAT之间的差值(ΔIAT)(参见图2)。例如，
Figure A200810129209D00097
沿正方向或负方向越大，ΔIAT便会越大。注意的是，字符＂＾＂表示估算(亦即未直接测量的)值。
Figure A200810129209D00098
基于下列关系式来确定：
M A ^ P 1 t = M A ^ P 1 t - 1 + [ Δt · T m · R · ( M A ^ F 1 t + E G ^ R t - E F ^ R 1 t ) V INT ] - - - ( 1 )
其中：t为当前的时间段；
t-1为先前的时间段；
Δt为t与t-1之间的差值；
Tm为计算出的进口充气温度，与IAT、冷却剂温度、车辆速度及其它进出进气歧管系统的流的热参数有关；
R为用于空气的气体常数(287m2/(s2·
Figure A200810129209D0009132725QIETU
))；
为估算的MAF；
Figure A200810129209D00102
为进入进气歧管的估算的废气再循环(在有废气再循环(EGR)系统时)；
Figure A200810129209D00103
为流出进气歧管(亦即进入汽缸内)的气流；而
VINT为进气歧管容积(常数)。
Figure A200810129209D00104
根据下列关系式来确定：
Figure A200810129209D00105
其中：PINLET为节气门入口处的绝对压；
AEFF为经过节气门的有效流通面积并且基于节气门位置(TPS)来确定；和
MAFLAG为具有0.1的分辨率、范围在0至1之间的一阶延迟滤波值。
φ基于通过节气门的压强比(PR)来确定。PR设置为：
P R = M A ^ P 1 t - 1 P INLET - - - ( 3 )
如果PR不大于0.5283，则经过节气门的流量受到限制或阻塞，而且φ为常数且等于0.685。如果PR大于0.5283且小于1，则基于下列关系式来确定φ：
Figure A200810129209D00107
Figure A200810129209D00108
基于下列关系式来确定：
E F ^ R 1 t = RPM · M A ^ P 1 t - 1 · B CORR · N · V DISP · V EFF 120 · R · T m - - - ( 5 )
其中：BCORR为基于PBARO和RPM来确定的校正因子；
VEFF为发动机的容积效率并基于RPM和MAPt-1来确定；
N为发动机中的气缸数；和
VDISP为发动机排量。
Figure A200810129209D00111
基于下列关系式来确定：
M A ^ P 2 t = M A ^ P 2 t - 1 + [ Δt · T m · R · ( M A ^ F 2 t + E G ^ R t - E F ^ R 2 t ) V INT ] - - - ( 6 )
其中，
Figure A200810129209D00113
设定为等于当前测量的MAF(MAFt)。因此，除了代替实际估算
Figure A200810129209D00114
来执行MAFt的事实外，等式6与等式1相似。
此外，
Figure A200810129209D00115
基于下列关系式来确定：
E F ^ R 2 t = RPM · M A ^ P 2 t - 1 · B CORR · N · V DISP · V EFF 120 · R · T m - - - ( 7 )
因此，等式7与上述的等式5相似。
现在参看图3，将详细地说明由IAT合理性控制所执行的示范性步骤。在步骤300中，控制监控车辆运行参数。在步骤301中，控制确定是否检测出任何可适用的、能起作用的诊断故障。可适用的、能起作用的故障是那些将阻止诊断系统作出准确检测或稳健检测的故障。可适用的、能起作用的故障可包括但不限于MAF传感器故障、TPS故障以及计算出的进口充气温度故障。应理解的是，可考虑其它的故障信号。如果检测出任何能起作用的诊断故障，则控制回路回到步骤300。在步骤302中，控制基于运行参数来计算
Figure A200810129209D00117
在步骤304中，控制基于运行参数来计算
Figure A200810129209D00118
控制在步骤305中计算
Figure A200810129209D00119
并且例如使用低通滤波器在步骤306中过滤
Figure A200810129209D001110
在步骤307中，控制基于已过滤的
Figure A200810129209D001111
来确定ΔIAT。在步骤308中，控制确定ΔIAT是否大于ΔIATTHR。如果ΔIAT大于ΔIATTHR，则控制在步骤310继续。如果ΔIAT小于或等于ΔIATTHR，则控制在步骤312中继续。在步骤310中，控制指示IAT传感器的故障。在步骤312中，控制指示IAT传感器的检测通过而控制结束。
现在参看图4，将详细地说明执行IAT控制的示范性模块。示范性的模块包括
Figure A200810129209D001112
模块400、
Figure A200810129209D001113
模块402、差值模块404、ΔIAT模块406、比较器模块410、NOT模块411、IAT故障模块412和IAT通过模块414。
Figure A200810129209D00121
模块400和
Figure A200810129209D00122
模块402如上文中详细说明的那样，分别地基于发动机运行参数来确定
Figure A200810129209D00123
和差值模块404基于
Figure A200810129209D00125
和
Figure A200810129209D00126
来确定
Figure A200810129209D00127
ΔIAT模块406基于已过滤的
Figure A200810129209D00128
来确定ΔIAT。在一个实施例中，ΔIAT模块406可利用导出的公式来处理
Figure A200810129209D00129
从而计算出ΔIAT。在备选实施例中，ΔIAT模块406包括预定程序的查找表，并利用
Figure A200810129209D001210
作为输入从检查表中确定ΔIAT。
比较器模块410将ΔIAT与ΔIATTHR比较，并基于此产生输出到IAT故障模块412的信号。例如，如果ΔIAT大于ΔIATTHR，则比较器模块410产生例如等于＂1＂的信号，并且IAT故障模块412指示IAT故障。如果ΔIAT小于或等于ΔIATTHR，则比较器模块410产生例如等于＂0＂的信号，并且IAT故障模块412不指示IAT故障。NOT模块411反转从比较器模块410中输出的信号。IAT通过模块414基于NOT模块411的输出来指示IAT的通过。
本领域技术人员现在可以从上述说明中了解到本发明的广泛教导能以各种形式来执行。因此，尽管本发明在其中结合了特别的实例来说明，但不应如此地限制本发明的真实范围，因为本领域技术人员只要研究附图、说明书及下列权利要求便会明白其它的变型。

Claims (21)

1.一种确定发动机的进气温度(IAT)传感器是否出现故障状态的方法，其包括：
基于先前估算的第一歧管绝对压(MAP)和估算的第一空气质量流量(MAF)来估算第一歧管绝对压；
基于先前估算的第二歧管绝对压和当前已测量的空气质量流量来估算第二歧管绝对压；
基于所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压来确定进气温度差值；且
基于所述进气温度差值来确定所述进气温度传感器的所述故障状态是否出现。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压来计算歧管绝对压差值，其中，所述进气温度差值基于所述歧管绝对压差值来确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述故障状态是否出现的步骤包括：
将所述进气温度差值与阈值进气温度差值相比较；且
当所述进气温度差值大于所述阈值进气温度差值时，指示进气温度故障。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于节气门入口压、经过所述节气门的有效流通面积、先前估算的第一歧管绝对压、已测量的进气温度和先前估算的空气质量流量中的至少一个来估算所述第一空气质量流量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于来自所述发动机的进气歧管的、估算的第一发动机流率(EFR)来估算所述第一歧管绝对压。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于来自所述发动机的进气歧管的、估算的第二发动机流率(EFR)来估算所述第二歧管绝对压。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于相应的第一废气再循环(EGR)值和第二废气再循环值来估算所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压。
8.一种用于确定发动机的进气温度(IAT)传感器是否出现故障状态的系统，其包括：
第一模块，其基于先前估算的第一歧管绝对压(MAP)和估算的第一空气质量流量(MAF)来估算第一歧管绝对压；
第二模块，其基于先前估算的第二歧管绝对压和当前已测量的空气质量流量来估算第二歧管绝对压；
第三模块，其基于所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压来确定进气温度差值；及
第四模块，其基于所述进气温度差值来确定所述进气温度传感器的所述故障状态是否出现。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第五模块，其基于所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压来计算歧管绝对压差值，其中，所述进气温度差值基于所述歧管绝对压差值来确定。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第四模块通过以下步骤来确定所述故障状态是否出现：
将所述进气温度差值与阈值进气温度差值相比较；且
当所述进气温度差值大于所述阈值进气温度差值时，指示进气温度故障。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第五模块，其基于节气门入口压、经过所述节气门的有效流通面积、先前估算的第一歧管绝对压、已测量的进气温度和先前估算的空气质量流量中的至少一个来估算所述第一空气质量流量。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一歧管绝对压基于来自所述发动机的进气歧管的、估算的第一发动机流率(EFR)来估算。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二歧管绝对压基于来自发动机的进气歧管的、估算的第二发动机流率(EFR)来估算。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压基于相应的第一废气再循环(EGR)值和第二废气再循环值来估算。
15.一种利用进气温度(IAT)传感器来运行发动机的方法，其包括：
基于先前估算的第一歧管绝对压(MAP)和估算的第一空气质量流量(MAF)来估算第一歧管绝对压；
基于先前估算的第二歧管绝对压和当前已测量的空气质量流量来估算第二歧管绝对压；
基于所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压来确定进气温度差值；
基于所述进气温度差值来确定校正的进气温度值；且
基于所述校正的进气温度值来运行所述发动机。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压来计算歧管绝对压差值，其中，所述进气温度差值基于所述歧管绝对压差值来确定。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述进气温度差值与阈值进气温度差值相比较；且
当所述进气温度差值大于所述阈值进气温度差值时，指示进气温度故障。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于节气门入口压、经过所述节气门的有效流通面积、先前估算的第一歧管绝对压、已测量的进气温度和先前估算的空气质量流量中的至少一个来估算所述第一空气质量流量。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，基于来自所述发动机的进气歧管的、估算的第一发动机流率(EFR)来估算所述第一歧管绝对压。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，基于来自所述发动机的进气歧管的、估算的第二发动机流率(EFR)来估算所述第二歧管绝对压。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，基于相应的第一废气再循环(EGR)值和第二废气再循环值来估算所述第一歧管绝对压和所述第二歧管绝对压。
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