CN101624942A - 具有自适应学习模块的进气温度传感器诊断系统 - Google Patents

具有自适应学习模块的进气温度传感器诊断系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有自适应学习模块的进气温度传感器诊断系统。具体地，提供了一种用于内燃机的诊断系统，其包括进气温度(IAT)确定模块、参考温度确定模块和自适应学习模块。该IAT确定模块在第一时间利用IAT传感器确定第一IAT，并在第二时间利用该IAT传感器确定第二IAT。该参考温度确定模块基于MAF传感器在所述第一时间的第一电压输出确定第一频率，并基于该MAF传感器在所述第二时间的第二电压输出确定第二频率。该自适应学习模块基于所述第一IAT、所述第二IAT、所述第一频率以及所述第二频率确定温度－频率关系。

Description

具有自适应学习模块的进气温度传感器诊断系统
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2008年7月10日提交的美国临时申请No.61/079,455的权益。通过引用将上述申请的公开内容并入本文。
技术领域
[0002]本公开涉及发动机诊断系统，更具体地说，涉及具有自适应学习模块的进气温度传感器诊断系统。
背景技术
[0003]这部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，有可能并不构成现有技术。
[0004]内燃机燃烧燃料空气混合物以产生驱动扭矩。更具体地说，通过节气门将空气吸入发动机中。空气与燃料混合，并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驱动气缸内的活塞，这又旋转地驱动发动机的曲轴。
[0005]基于若干参数调节发动机操作，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RPM和大气压力(PBARO)。具体参考节气门，可将节气门之前的状态参数(例如，空气温度和压力)用于发动机控制和诊断系统。内燃机可包括直接测量IAT的IAT传感器。然而在某些情况下，IAT传感器可由于损坏、磨损和/或其它因素而变得不准确。因此，可监测IAT传感器，以便确定基于该IAT传感器读数确定的IAT是否准确。
[0006]内燃机系统可包括第二IAT传感器。将来自第二IAT传感器的读数与来自第一IAT传感器的读数进行比较，以确定第一IAT传感器是否准确。然而，该附加的IAT传感器增加了成本和复杂性，并且为了准确起见也必须对其进行监测。
发明内容
[0007]因此，一种用于内燃机的诊断系统，其包括进气温度(IAT)确定模块、参考温度确定模块和自适应学习模块。该IAT确定模块在第一时间利用IAT传感器确定第一IAT，并在第二时间利用该IAT传感器确定第二IAT。该参考温度确定模块基于MAF传感器在所述第一时间的第一电压输出确定第一频率，并基于该MAF传感器在所述第二时间的第二电压输出确定第二频率。该自适应学习模块基于所述第一IAT、所述第二IAT、所述第一频率以及所述第二频率确定温度-频率关系。
[0008]一种用于内燃机的诊断系统，其包括进气温度(IAT)确定模块、参考温度确定模块以及自适应学习模块。该IAT确定模块在第一时间利用IAT传感器确定第一IAT。该参考温度确定模块基于MAF传感器在所述第一时间的第一电压输出确定第一频率。该自适应学习模块基于所述第一温度和所述第一频率确定修正值。所述参考温度确定模块基于预定的线性温度-频率关系和所述修正值确定参考温度。
[0009]一种诊断进气温度(IAT)传感器的方法，该方法包括：利用所述IAT传感器在第一时间确定第一IAT；基于MAF传感器在所述第一时间的第一输出电压确定第一频率；利用所述IAT传感器在第二时间确定第二IAT；基于所述MAF在所述第二时间的第二输出电压确定第二频率；以及基于所述第一IAT、所述第二IAT、所述第一频率和所述第二频率确定温度-频率关系。
[0010]从本文提供的说明，更多的应用领域将变得显而易见。应当理解，这些描述及具体示例仅用于说明之目的，并不意图限制本公开的范围。
附图说明
[0011]这里所示的附图仅用于说明之目的，绝不意图以任何方式限制本公开的范围。
[0012]图1是包括了根据本公开的诊断系统的车辆的示意图示；
[0013]图2是根据本公开的诊断系统的控制框图；以及
[0014]图3A和图3B是表示了根据本公开的进气温度传感器的诊断方法的流程图。
具体实施方式
[0015]实质上，下面的描述仅仅是示例性的，绝不意图限制本公开及其应用或使用。为清楚起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。用在本文中时，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享、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它合适部件。
[0016]本公开的进气温度传感器诊断系统在基于空气质量流量(MAF)传感器的输出电压的频率与进气温度(IAT)之间确定习得(1earned)线性温度-频率关系(即，相关性)。仅作为示例，当发动机或发动机的控制模块是新的并首次使用时，获得习得线性相关性。进气温度传感器诊断系统记录车辆点火器第一次开启时获得的第一频率和第一IAT，并基于该第一频率和该第一IAT修正所述线性关系的偏差。
[0017]参照图1，车辆10包括发动机组件12和控制模块14。发动机组件12包括发动机16、进气系统18、排气系统20及燃料系统22。进气系统18与发动机16通讯，并包括进气歧管24、节气门26及电子节气门控制(ETC)28。ETC 28致动节气门26以控制流入发动机16的气流。排气系统20与发动机16通讯，并包括排气歧管30。燃料系统22向发动机16提供燃料。由空气/燃料混合物的燃烧产生的排气通过排气系统20排出发动机16。
[0018]控制模块14与燃料系统22、ETC 28、进气温度(IAT)传感器32、空气质量流量(MAF)传感器34及歧管绝对压力(MAP)传感器36通讯。IAT传感器32向控制模块14提供指示进气温度的信号。MAF传感器34向控制模块14提供指示流入发动机16的空气质量流量的信号。MAP传感器36向控制模块14提供指示歧管绝对压力的信号。
[0019]MAF传感器34可以是热线式空气流量计。MAF传感器34可包括位于给进气歧管24所设置的进气流路中的惠斯通热偶桥38，并可包括具有热感测元件和标定电阻器的第一侧以及具有空气温度感测电阻器和标定电阻器的第二侧。
[0020]加热元件可包括金属丝或膜。将电压施加至加热元件以维持预定温度并使桥38平衡。当穿过加热元件的气流增大时，维持预定温度所需的电力增大。当穿过桥的气流减小时，维持预定温度所需的电力减小。因此，跨越桥38的电压输出提供了穿过桥38的空气质量流量的指示。温度感测电阻器可基于周围气温来补偿气流确定。
[0021]控制模块14包括诊断模块39。诊断模块39监测无流动状态期间惠斯通桥38的输出电压以及IAT传感器32测得的IAT，以确定IAT传感器32的IAT读数是否准确。当发动机16处于非操作状态时，存在无流动状态，这将在以下描述。
[0022]参照图2，诊断模块39包括发动机停机评价模块40、进气温度(IAT)确定模块42、参考温度确定模块44、进气温度评价模块46、IAT传感器故障确定模块48、新硬件检测模块50、以及自适应学习模块52。
[0023]IAT确定模块42与IAT传感器32通讯，并基于IAT传感器32获得进气温度IAT。参考温度确定模块44与MAF传感器34通讯，并获得惠斯通桥的输出电压。
[0024]桥输出电压可以转换成脉冲调制信号。脉冲调制信号的频率可以由控制模块14解释为气流值。可以将无流动状态期间获得的频率另外用来确定用于诊断IAT传感器32的参考温度TREF。
[0025]当发动机16处于非操作状态时，通过进气歧管24流入发动机16的流动可大致为零。这样，基本上不存在穿过MAF传感器34并因此穿过桥38的流动。在该无流动状态(即，发动机非操作状态)期间，来自加热元件的热被消散到进气系统18中围绕在该加热元件周围的空气中。桥38输出低电压，并主要基于进气系统18中的周围空气温度而平衡。
[0026]当存在无流动状态时，在基于桥输出电压的频率与进气系统18中周围空气温度之间大致存在线性关系。桥输出电压提供的频率可以根据MAF传感器34和IAT传感器32的构造而与进气系统18中的空气温度成正比或反比。因此，MAF传感器34的频率提供了IAT读数是否准确的指示。在转让给本受让人的名称为“Intake AirTemperature Diagnostic System”的共同未决申请No.11/945,608中公开了利用MAF传感器的频率诊断IAT传感器，通过引用将该申请的公开内容全部并入本文。
[0027]自适应学习模块52可确定习得频率-温度相关性。通常，在无流动状态期间，来自MAF传感器34的频率信号与进气系统18中的空气温度之间存在线性关系。习得频率-温度相关性可用于确定参考温度以诊断IAT传感器32。
[0028]当存在学习条件时，自适应学习模块52被激活。例如，当新硬件检测模块50检测到存在新发动机、新控制模块、新IAT传感器和/或新MAF传感器时，可能存在学习条件。当车辆点火器开启时，自适应学习模块52从IAT确定模块42获得第一IAT，从参考温度确定模块44获得第一频率。IAT传感器32测量IAT。频率则基于MAF传感器34的输出电压。
[0029]之后，发动机启动并冷却预定时间段。自适应学习模块52从IAT确定模块42获得第二IAT，从参考温度确定模块44获得第二频率。自适应学习模块52基于第一IAT、第二IAT、第一频率和第二频率确定习得线性频率-温度相关性。习得频率-温度相关性可用于发动机和/或控制模块的寿命期间，并可记录在参考温度确定模块44中。当安装新IAT传感器和/或新MAF传感器时，可重复该学习过程。
[0030]另选的是，可在所述学习过程之前预先确定线性频率-温度关系。频率-温度关系可在发动机的制造期间预先确定，仅作为示例，例如在发动机测试期间。在不同发动机中，该线性关系的斜率大致相同。然而，进气温度可与来自不同发动机的MAF传感器的相同频率值不对应。换言之，频率与IAT之间的线性关系可因发动机当中的部件对部件的变动而改变。当安装新IAT传感器或新MAF传感器时，相同发动机中也可存在所述改变。自适应学习模块52可在坐标系中确定相对于代表着预定频率-温度关系的线的习得偏差(即，改变)。
[0031]为了习得所述偏差，当存在学习条件时，自适应学习模块52被激活。例如，当新硬件检测模块50检测到存在新发动机、新控制模块、新IAT传感器和/或新MAF传感器时，可存在学习条件。当车辆点火器开启时，自适应学习模块52基于IAT传感器32从IAT确定模块42获得第一IAT，从参考温度确定模块44获得第一频率。将第一频率和第一IAT作为习得修正值进行存储，以确定相对于预定线性温度-频率关系的偏差。
[0032]在任一方法中，习得修正值(即，偏差)在诊断期间被用于缩放来自MAF传感器34的测得频率以及来自IAT传感器32的测得IAT，以修正发动机之中的部件对部件变动。
[0033]另选的是，可省略新硬件检测模块50，并可在外部诊断工具中设置激活模块。当安装新IAT传感器32或新MAF传感器时，可将诊断工具手动插入控制模块14中以激活自适应学习模块52。自适应学习模块52于是如先前所述那样执行学习过程。
[0034]当发动机停机评价模块40检测到适于IAT传感器诊断的无流动状态时，IAT确定模块42可基于IAT传感器32确定IAT。参考温度确定模块44可基于MAF传感器34的输出电压确定频率。基于习得修正值来缩放该频率。可利用习得或预定频率-温度关系将该频率转换成参考温度TREF。进气温度评价模块46于是将IAT与TREF进行对比。当IAT与TREF之间的温差(ΔT)(ΔT＝|IAT-TREF|)超过阈值时，IAT传感器故障确定模块48可诊断IAT传感器32中的故障。
[0035]如图3A中所示，IAT传感器诊断方法70开始于步骤72。在步骤74中，车辆点火器开启。当在步骤76中新硬件检测模块50未检测到新发动机和/或新控制模块的存在时，不存在学习条件，并且若存在不流动状态，则诊断模块可继续进行以诊断IAT传感器。当在步骤76中新硬件检测模块50检测到存在新发动机和/或新控制模块时，在步骤78中自适应学习模块记录基于IAT传感器32来自IAT确定模块42的第一IAT。在步骤80中自适应学习模块52还记录来自参考温度确定模块44的第一频率。若在步骤82中诊断模块39确定温度-频率关系已存储在参考温度确定模块中，则在步骤84中将第一IAT和第一频率记录为习得修正值。习得修正值确定相对于预定温度关系的偏差。参考温度确定模块可随后利用预定温度-频率关系及习得修正值进行诊断。
[0036]若参考温度确定模块中未存储预定温度-频率关系，则参考温度确定模块需要学习温度-频率关系。参考温度模块在步骤86中存储第一温度和第一频率。发动机稍后在步骤88中运行并冷却。在发动机冷却预定时间段之后，在步骤90中自适应学习模块从IAT确定模块42获得第二IAT，从参考温度确定模块44获得第二频率。在步骤92中自适应学习模块52基于第一IAT、第二IAT、第一频率及第二频率获得习得频率-温度关系。
[0037]如图3B中所述，当在步骤94中发动机停机评价模块确定了无流动状态时，IAT传感器诊断可开始。在步骤96中，IAT确定模块确定IAT，参考温度确定模块基于MAF传感器34确定频率。在步骤98中，参考温度确定模块确定参考温度(TREF)。若在学习过程之前预先确定温度-频率关系，则参考温度模块利用习得修正值来缩放测得频率，并利用预定温度-频率关系将缩放的频率转换成TREF。若在学习过程期间习得温度-频率关系，则参考温度模块利用习得温度-频率关系确定参考温度TREF。当在步骤100中进气温度评价模块确定|TREF-IAT|超过阈值时，IAT传感器故障确定模块48可在步骤102中诊断故障。若|TREF-IAT|未超过阈值，则方法终止于步骤104。
[0038]本领域的技术人员此时从前面的描述应当理解，本公开的广泛教导可以各种形式实施。因此，尽管已结合了本公开的具体示例描述了本公开，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的真实范围不应当限制于此。

Claims (20)

1、一种用于内燃机的诊断系统，包括：
进气温度确定模块，其在第一时间利用进气温度传感器确定第一进气温度，并在第二时间利用所述进气温度传感器确定第二进气温度；
参考温度确定模块，其基于空气质量流量传感器在所述第一时间的第一电压输出确定第一频率，并基于所述空气质量流量传感器在所述第二时间的第二电压输出确定第二频率；以及
自适应学习模块，其基于所述第一进气温度、所述第二进气温度、所述第一频率以及所述第二频率确定温度-频率关系。
2、如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，在车辆点火器开启时且在发动机起动之前，确定所述第一进气温度和所述第一频率。
3、如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，在发动机运行并冷却预定时间段之后，确定所述第二进气温度和所述第二频率。
4、如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，所述参考温度确定模块基于所述空气质量流量传感器在第三时间的第三电压输出确定第三频率，并基于所述温度-频率关系将所述第三频率转换成参考温度(TREF)。
5、如权利要求4所述的诊断系统，其特征在于，所述进气温度确定模块在所述第三时间利用所述进气温度传感器确定第三进气温度，并且所述诊断系统还包括进气温度传感器故障确定模块，当所述第三进气温度与所述参考温度之差超过阈值时，所述进气温度传感器故障确定模块诊断所述进气温度传感器中的故障。
6、如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，进一步包括新硬件检测模块，当所述新硬件检测模块检测到所述发动机、所述诊断系统、所述进气温度传感器、以及所述空气质量流量传感器中的至少一个被更换时，激活所述自适应学习模块。
7、一种用于内燃机的诊断系统，包括：
进气温度确定模块，其在第一时间利用进气温度传感器确定第一进气温度；
参考温度确定模块，其基于空气质量流量传感器在所述第一时间的第一电压输出确定第一频率；以及
自适应学习模块，其基于所述第一温度和所述第一频率确定修正值；
其中，所述参考温度确定模块基于预定线性温度-频率关系和所述修正值确定参考温度。
8、如权利要求7所述的诊断系统，其特征在于，在所述发动机的制造期间将所述预定线性温度-频率关系存储在所述参考温度确定模块中。
9、如权利要求7所述的诊断系统，其特征在于，所述参考温度确定模块基于所述空气质量流量传感器在第二时间的第二电压输出确定第二频率，并基于所述修正值来缩放所述第二频率以获得缩放的频率。
10、如权利要求9所述的诊断系统，其特征在于，所述参考温度确定模块基于所述预定线性温度-频率关系将所述缩放的频率转换成参考温度(TREF)。
11、如权利要求10所述的诊断系统，其特征在于，所述进气温度确定模块在所述第二时间利用所述进气温度传感器确定第二进气温度，并且所述诊断系统还包括进气温度传感器故障确定模块，当所述第二进气温度与所述参考温度之差超过阈值时，所述进气温度传感器故障确定模块诊断所述进气温度传感器中的故障。
12、一种诊断进气温度传感器的方法，包括：
利用所述进气温度传感器在第一时间确定第一进气温度；
基于空气质量流量传感器在所述第一时间的第一输出电压确定第一频率；
利用所述进气温度传感器在第二时间确定第二进气温度；
基于所述空气质量流量传感器在所述第二时间的第二输出电压确定第二频率；以及
基于所述第一进气温度、所述第二进气温度、所述第一频率和所述第二频率确定温度-频率关系。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，在车辆点火器开启时且在发动机起动之前，确定所述第一进气温度和所述第一频率。
14、如权利要求12所述的诊断系统，其特征在于，在发动机运行并冷却预定时间段之后，确定所述第二进气温度和所述第二频率。
15、如权利要求12所述的诊断系统，其特征在于，进一步包括基于所述第一进气温度和所述第一频率来记录修正值。
16、如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述空气质量流量传感器在第三时间的第三输出电压确定第三频率。
17、如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述温度-频率关系将所述第三频率转换成参考温度(TREF)。
18、如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括利用所述进气温度传感器在所述第三时间确定第三进气温度，并在所述第三进气温度与所述参考温度之差超过阈值时诊断所述进气温度传感器中的故障。
19、如权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述发动机处于非操作状态时，确定所述第三频率和所述第三进气温度。
20、如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括当所述进气温度传感器、空气质量流量传感器、发动机和控制模块中的至少一个被更换时，激活所述自适应学习模块。
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