CN101539062B

CN101539062B - 进气温度传感器诊断系统和方法

Info

Publication number: CN101539062B
Application number: CN2009101276516A
Authority: CN
Inventors: K·D·麦莱恩; W·王
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: DE102009012891B4; US7797993B2; CN101539062A; DE102009012891A1; US20090235725A1

Abstract

本发明涉及进气温度传感器诊断系统和方法。进气温度(IAT)传感器诊断系统包括IAT确定模块，质量空气流量(MAF)模块和诊断模块。该IAT确定模块根据IAT传感器确定测量IAT。该MAF模块根据MAF传感器确定基准温度。该诊断模块根据基准温度和测量IAT之间的比较确定IAT传感器中的故障。

Description

进气温度传感器诊断系统和方法

技术领域

本发明涉及发动机诊断系统，尤其涉及进气温度传感器诊断系统和方法。

背景技术

这里提供的背景技术说明是为了总的呈现本发明的背景。当前发明者就本背景技术部分中描述的范围的工作，以及在提交时没有承认为现有技术的说明既未明确地也未暗示地被承认为是相对于本发明的现有技术。

内燃机点燃燃料和空气混合物从而产生驱动转矩。更具体地，空气通过节气门被吸入发动机并且与燃料混和从而产生空气和燃料混合物。空气和燃料混合物在气缸中通过活塞被压缩，然后在气缸中燃烧，从而在气缸中往复驱动活塞。该活塞循环地驱动发动机的曲轴。

基于若干参数对发动机操作进行调整，这些参数包括但不限于，进气温度(IAT)、歧管绝对压力(MAP)、节气门位置(TPS)、发动机转速(RPM)和大气压(P_BARO)。传统的内燃机包括IAT传感器，用于直接测量IAT。在某些情况下，IAT传感器由于损坏、磨损和/或许多其他因素而变得不正确。因此，要监测IAT传感器以确定IAT传感器读数是否正确。

某些传统的内燃机系统包括第二IAT传感器。为了确定第一IAT传感器是否正确，将第二IAT传感器的读数与第一IAT传感器的读数进行比较。然而，该附加的IAT传感器增加了成本和复杂性并且同时也要监测准确性。

发明内容

因此，提供了一种进气温度(IAT)传感器诊断系统，该系统包括IAT确定模块，质量空气流量(MAF)模块和诊断模块。IAT确定模块基于IAT传感器确定测量的IAT。MAF模块基于MAF传感器确定基准温度。诊断模块根据基准温度和测量的IAT之间的比较来诊断IAT传感器中的故障。

另一方面，进气温度(IAT)传感器的诊断方法包括：使用IAT传感器产生与发动机有关的测量的IAT，使用质量空气流量(MAF)传感器确定基准温度，和在基准温度与测量的IAT之间的差值达到阈值时指示IAT传感器的故障状态。

其他应用领域将根据在此提供的说明变得显而易见。应该理解的是说明和特定实施例仅是为了描述的目的，而不是意欲限制本发明的范围。

附图说明

在此描述的附图仅是为了描述的目的而不是意欲以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据本发明的进气温度(IAT)传感器诊断系统来调整的内燃机系统的功能框图；

图2是包含本发明的IAT传感器诊断系统的控制模块的控制框图；

图3是质量空气流量传感器的示例性电路图；和

图4是流程图，图示了通过本发明的IAT传感器诊断系统执行的示例性步骤。

具体实施方式

优选实施例的接下来描述本质上仅仅是示例性的而决不是意欲限制本发明、其应用或使用。出于清楚的考虑，相同的附图标记在附图中用来表示类似元件。正如这里所用的，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)，执行一个或多个软件或固件程序的电子电路，处理器(共用、专用或群组的)和存储器，组合逻辑电路或提供所述功能的其他合适部件。

本发明的进气温度(IAT)传感器诊断系统用来监测和确定IAT传感器的合理性。基准温度是从已有的MAF传感器获得的。IAT传感器诊断系统对IAT传感器测量的温度和基准温度进行比较。当基准温度和测量的IAT之间的差值等于或高于阈值时，IAT传感器诊断系统可以确定IAT传感器处于故障状态。

现在参考图1，图示了示例性内燃机系统10。内燃机系统10包括发动机12，进气歧管(IM)14和排气歧管(EM)16。空气通过空气过滤器18和节气门20吸入到进气歧管14中。空气与燃料混和从而形成燃料和空气混合物。燃料和空气混合物通过活塞(未示出)在发动机12的气缸22中点火并燃烧。燃烧过程释放出能量，用来在气缸22中往复驱动活塞。燃烧过程产生的排气通过排气歧管16排出并且在排气后处理系统(未示出)中进行处理后排放到大气中。虽然图示了一个气缸22，可以知道的是本发明的进气传感器诊断系统可以应用于具有多于一个气缸的发动机。

设置控制模块24来控制发动机部件，包括但不限于燃料喷射，点火正时，可变气门正时和与发动机操作相关的外部设备。控制模块24可与进气温度(IAT)传感器26，质量空气流量(MAF)传感器28、歧管绝对压力(MAP)传感器30、发动机PRM传感器32和节气门位置传感器34进行通信。

控制模块24处理这些传感器26，28，30，32，34产生的信号并且基于多个发动机操作参数来调整发动机操作，这些参数包括但不限于节气门前滞止压力(pre-throttle stagnation pressure)(即，节气门上游的总气压)，IAT，MAF，MAP，有效节流面积，发动机RPM和大气压。本发明的控制模块24可包括IAT传感器诊断系统36。

参考图2，控制模块24包括IAT传感器诊断系统36。IAT传感器诊断系统36可包括IAT确定模块38，MAF确定模块40和与IAT确定模块38及MAF确定模块40通信的IAT传感器诊断模块42。IAT确定模块38基于IAT传感器26的第一信号44确定测量的IAT。MAF确定模块40基于MAF传感器28的第二信号46确定进气的质量流量。MAF确定模块40还基于第三信号48确定MAF传感器28的基准热敏电阻器R1(示于图3中)的温度。IAT传感器诊断模块42基于来自IAT确定模块38和MAF确定模块40的信号来监测IAT传感器26的合理性，这些模块将在下面详细描述。当IAT诊断模块42确定了IAT传感器26的故障状态时，故障信号50被生成并被传送到错误存储器52用于随后分析和/或报告给车辆驾驶员。

参考图3，MAF传感器28可包括惠斯顿(Wheatstone)电桥电路60，该电路包括基准热敏电阻器R₁，第二电阻器R₂，第三电阻器R₃，测量用热敏电阻器R₄和第五电阻器R₅。基准热敏电阻器R₁，第二电阻器R₂和第三电阻器R₃串连连接到电桥电路60的第一支路62。测量用热敏电阻器R₄和第五电阻器R₅串连连接到电桥电路60的第二支路64。第一支路62和第二支路64并联连接。

基准热敏电阻器R₁和测量用热敏电阻器R₄可具有可变电阻并且可根据具体应用具有正温度系数或负温度系数。第二、第三和第五电阻器R₂，R₃，R₅是固定电阻器并且具有恒定电阻。测量用热敏电阻器R₄起到用来测量质量空气流量的热传感元件的作用。基准热敏电阻器R1被设计为在不同的进气温度下进行气流测量补偿，并在此借用为IAT传感器合理性诊断目的。

电桥电路60具有接线端68，70，72，74和76。将输入电压V₁在接线端68施加给电桥电路60。接线端74接地。在测量进气流之前，接线端72和76之间的电压V₃可被设为零，以平衡该电桥电路60。当经受气流时，该电桥电路60由于测量用热敏电阻器R₄中的电阻变化而变得不平衡。这是因为，由于从测量用热敏电阻器R₄到进气的热量损失，气流造成测量用热敏电阻器R₄中的温度降低。该电桥电路60可通过改变输入电压V₁重新平衡，以保持接线端72和76之间的零电压输出。当进气温度变化时，该电桥电路60还由于补偿热敏电阻器R₁中的电阻变化而变得不平衡。该电桥电路60可以通过改变输入电压V₁再次重新平衡，以保持接线端72和76之间的零电压输出。对应于输入电压V₁的第二信号46可被传送到用于确定质量空气流量的MAF确定模块40。

在测量质量空气流量时，在接线端70连续测量基准电压V₂。对应于该基准电压V₂的第三信号48也被传送到MAF确定模块40。

应该理解和明白的是，根据具体应用，电桥电路60可以包括不同数量的电阻器/热敏电阻器以及可具有不同的布置和结构，而不脱离本发明实质。

参考图4，IAT传感器诊断方法100开始于步骤102。在步骤104中，当进气经过IAT传感器26和MAF传感器28时，IAT传感器26产生对应于进气温度的第一信号44给IAT确定模块38，用于处理。基于该第一信号44，IAT确定模块38确定由IAT传感器26测量的IAT。该测量的IAT可被传送到IAT诊断模块42进行合理性诊断。同时，MAF传感器28可在步骤106中向MAF确定模块40传送对应于输入电压V₁的第二信号46和对应于基准电压V₂的第三信号48。除了确定进气的质量空气流量之外，MAF确定模块40还处理第二信号46和第三信号48从而获得基准温度T_ref。该基准温度T_ref可被传送到IAT诊断模块42，用于实现诊断目的。

更具体地，基准热敏电阻器R₁的电阻，电阻器R₂和R₃的电阻，输入电压V₁和基准电压V₂具有如下关系：

V_{2} = \frac{R_{2} + R_{3}}{R_{1} + R_{2} + R_{3}} V_{1}

(公式1)

R_{1} = [\frac{V_{1}}{V_{2}} - 1] (R_{2} + R_{3})

(公式2)其中R₁是基准热敏电阻器的可变电阻；R₂是第二电阻器的电阻；R₃是第三电阻器的电阻；V₁是施加到电桥电路的输入电压；和V₂是基准电压。

因为电阻器R₂和R₃是固定电阻器，电阻器R₂和R₃的电阻保持不变并且是已知的。可由公式2得出在测量温度下基准热敏电阻器R₁的可变电阻。

基准热敏电阻器R₁可被选择成具有对温度变化的线性响应，即具有电阻的恒定温度系数。因此，在步骤106中，测量温度下的基准热敏电阻器温度T_c可基于下列公式计算：

T_{C} = T_{0} + \frac{R_{1} (T_{C}) - R_{1} (T_{0})}{α}

(公式3)其中R₁(T_C)是由公式2得出的计算电阻；α是基准热敏电阻器R₁的电阻的温度系数；和R₁(T₀)是起始温度或室温T₀下的基准热敏电阻器R₁的电阻并且是已知的。

因为基准热敏电阻器R₁的计算温度T_C可能不能准确地反应实际IAT，在步骤108中对该计算温度T_C进行校准从而形成基准温度T_ref。根据MAF传感器28的结构和位置，计算温度T_C可以通过各种已知的方法来校准。基准温度T_ref被传送到IAT传感器诊断模块42。

IAT传感器诊断模块42从IAT确定模块38和MAF确定模块40分别接收表示测量的IAT和基准温度T_ref的信号。在步骤110中，IAT传感器诊断模块42比较由IAT传感器26测量的IAT和基准温度T_ref，以确定测量的IAT读数是否合理。在步骤112，当基准温度T_ref比IAT显著更高或更低时，即测量的IAT和基准温度之间的差值等于或高于阈值时，IAT诊断模块42可以在步骤114确定IAT传感器26的故障状态并且产生故障信号50。故障信号50可被传送到错误存储器52用于随后分析和/或报告给车辆驾驶员，由此完成步骤116中的诊断过程。如果基准温度T_ref和测量的IAT之间的差值小于阈值，诊断过程在步骤116结束。

虽然未示于附图中，应该理解和知道的是，第一信号44，第二信号46和第三信号48可被直接传送到IAT传感器诊断模块42。IAT传感器诊断模块42可以执行与先前描述类似的算法，而不需要IAT确定模块38和MAF确定模块40。

根据本发明的结构，IAT诊断可以通过使用现有的MAF传感器来实现，而不需要任何附加的传感器。因此，本发明的IAT传感器诊断系统36可以减少发动机控制单元的成本，同时提供可靠的IAT传感器诊断。

[0033 ]目前本领域技术人员可以根据上述描述知道，本发明的广义教导可以以多种形式实现。因此，虽然已经结合特定实施例对本发明进行描述，但是不应限制本发明的实际范围，因为根据附图、说明书和接下来的权利要求的教导，其他变形对本领域技术人员是显而易见的。

Claims

1.一种进气温度传感器诊断系统，包括：

进气温度确定模块，其确定由进气温度传感器测量的进气温度；

质量空气流量确定模块，其确定由质量空气流量传感器测量的基准温度；和

诊断模块，其基于所述基准温度和由所述进气温度传感器测量的进气温度之间的比较来诊断所述进气温度传感器中的故障。

2.如权利要求1的诊断系统，其中，所述质量空气流量传感器包括用于提供所述基准温度的第一热敏电阻器。

3.如权利要求2的诊断系统，其中，所述基准温度是基于所述第一热敏电阻器上的电压确定的。

4.如权利要求2的诊断系统，其中，所述基准温度与所述第一热敏电阻器的温度相关。

5.如权利要求1的诊断系统，其中，所述质量空气流量传感器包括用于测量所述进气的质量空气流量的第二热敏电阻器。

6.一种用于进气温度传感器的诊断方法，包括：

确定由进气温度传感器测量的与发动机有关的进气温度；

确定由质量空气流量传感器测量的基准温度；和

当所述基准温度和所述进气温度之间的差值达到阈值时，指示进气温度传感器的故障状态。

7.如权利要求6的诊断方法，还包括计算所述质量空气流量传感器的第一热敏电阻器的温度从而得到计算温度。

8.如权利要求7的诊断方法，还包括对所述计算温度进行校准从而得到所述基准温度。

9.如权利要求7的诊断方法，还包括测量所述质量空气流量传感器的第一热敏电阻器上的电压，所述计算温度与该电压相关。

10.如权利要求7的诊断方法，其中，所述质量空气流量传感器包括用于测量质量空气流量的第二热敏电阻器。