CN101787921A

CN101787921A - 用于具有两个冷却剂传感器的应用中的发动机冷却系统诊断

Info

Publication number: CN101787921A
Application number: CN200910252807A
Authority: CN
Inventors: I·安尼罗维奇; J·W·谢基宁; J·于; Z·王; M·沃勒
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: US8046150B2; CN101787921B; US20100138134A1

Abstract

本发明涉及用于具有两个冷却剂传感器的应用中的发动机冷却系统诊断。温度比较模块产生发动机冷却剂温度和散热器冷却剂温度之间的温度差。能量确定模块确定与由发动机产生的热能相对应的能量值。所述热能增加发动机冷却剂温度和散热器冷却剂温度中的至少一个。诊断模块进行所述温度差和能量值的比较并基于所述比较来确定与发动机有关的恒温器的状态。

Description

用于具有两个冷却剂传感器的应用中的发动机冷却系统诊断

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年12月1日提交的美国临时申请No.61/118,743的权益。上述申请的公开内容在此作为参考全文引入。

技术领域

本发明涉及发动机冷却系统的诊断，且更具体地涉及带有两个冷却剂传感器的发动机冷却系统的诊断。

背景技术

在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。

发动机在燃烧过程中燃烧空气和燃料的混合物以产生驱动扭矩。在燃烧过程期间，发动机将空气/燃料混合物的化学势能转换为动能和热能。热能的一部分可以传递给循环通过发动机的冷却剂质量(m)。

热能可使得冷却剂质量(m)的冷却剂温度增加。冷却剂温度可以由发动机内部某位置处的发动机冷却剂温度(ECT)传感器测量。ECT传感器发送ECT给发动机控制模块(ECM)。

恒温器可调节循环通过发动机的冷却剂质量(m)的量。恒温器是在冷却剂温度达到恒温器开启温度时开启且在冷却剂温度低于开启温度时关闭的温控阀。当恒温器关闭时循环通过发动机的冷却剂质量(m)小于当恒温器开启时的冷却剂质量(m)。

通常在冷却剂温度低于开启温度时，恒温器关闭，使得循环通过发动机的冷却剂质量(m)较小。热能传递给较小的冷却剂质量(m)且使得ECT增加至操作范围。操作范围可以是约180°F至200°F的冷却剂温度范围。一旦ECT处于操作范围内，恒温器就可以随后被开启，以增加循环通过发动机的冷却剂质量(m)的量并调节冷却剂温度。

当恒温器保持卡开而与冷却剂温度无关时，发生卡开恒温器。通过允许循环通过发动机的冷却剂质量(m)较大，卡开恒温器可延迟或者阻止ECT增加至操作范围。热能传递给较大冷却剂质量，这导致较慢的冷却剂温度增加。因而，冷却剂温度在比冷却剂质量(m)较小时更长的时间段内低于操作范围。

当冷却剂温度低于操作范围时，发动机内的润滑液可能效率较低且发动机的部件可更快地磨损掉。燃烧过程可能效率较低且燃料汽化可能效率较低。排气排放可排出更多污染物。当冷却剂温度处于操作范围内时，发动机以更利于燃料汽化、发动机润滑和排气排放的状况操作。

冷却剂温度模型可用于确定恒温器何时卡开。例如，建模ECT可与检测ECT进行比较，以确定恒温器何时卡开。当建模ECT与检测ECT之间的差足够大时，恒温器可能卡开。模型可能是不准确的且可能需要长期诊断卡开恒温器。此外，对于多个发动机和冷却系统可能需要多个冷却剂温度模型。

发明内容

一种发动机控制系统包括温度比较模块、能量确定模块和诊断模块。所述温度比较模块将发动机的发动机冷却系统中的冷却剂质量的第一冷却剂温度与第二冷却剂温度进行比较。所述能量确定模块确定在发动机燃烧过程期间转换的计算能量。所述诊断模块基于所述温度比较和所述计算能量来设定设置在发动机冷却系统中的恒温器的卡开故障状态。

在其他特征中，第一冷却剂温度由发动机中的发动机冷却剂温度传感器测量。第二冷却剂温度由冷却系统中的散热器中的散热器冷却剂温度传感器测量。恒温器在发动机和散热器之间。所述计算能量基于进入发动机的空气质量。

所述发动机控制系统还包括调节模块，所述调节模块确定修正所述计算能量的调节因子。所述调节因子是所述计算能量的指数修正。所述调节因子可以是等于0.6的可校准值。在其他特征中，调节因子基于冷却系统中的冷却剂质量。在另外的特征中，调节因子基于发动机的操作状况。

本发明的进一步的应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅为说明的目的且并没有意图限制本发明的范围。

附图说明

本发明将从详细说明和附图得到更充分地理解，在附图中：

图1是根据本发明原理的发动机系统的示例性实施方式的功能框图；

图2是根据本发明原理的发动机控制模块的示例性实施方式的功能框图；和

图3是示出了在发动机控制模块中执行的示例性步骤的流程图。

具体实施方式

以下说明本质上仅为示范性的且绝没有意图限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑或的一种逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。

如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。

根据本发明的发动机控制系统使用两个冷却剂温度来诊断卡开恒温器。第一冷却剂温度可以由发动机内部某位置处的发动机冷却剂温度(ECT)传感器测量。第二冷却剂温度可由散热器内某位置处的散热器冷却剂温度(RCT)传感器测量。恒温器可定位在发动机和散热器之间。

ECT和RCT之间的温度差可与燃烧过程期间转换的空气/燃料混合物的化学能相对应的计算能量进行比较。温度差和计算能量的温度-能量比值可与故障阈值进行比较以诊断恒温器何时处于卡开。当恒温器关闭时，所述比值可大于或等于故障阈值。当恒温器卡开时，所述比值将小于故障阈值。

现在参考图1，示出了内燃机系统的示例性实施方式。空气通过空气入口104进入发动机102，并行进到进气歧管106。歧管空气流量(MAF)传感器108可设置在入口104中。MAF传感器108基于进入发动机102的空气质量产生空气流量信号，并将与发动机控制模块(ECM)110进行通信传输所述空气流量信号。进气空气温度(IAT)传感器109也可设置在入口104中以测量空气温度。

进气歧管106将空气分配给气缸112。燃料喷射器114可将一定质量的燃料在中心位置或者多个位置处喷射到进气歧管106。替代性地，燃料喷射器114可将燃料直接喷射到气缸112中。在汽油发动机中，燃料质量可基于MAF传感器108产生的空气流量信号。空气和燃料是混合产生具有化学势能的空气/燃料混合物的化学反应物。

气缸112中的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。在汽油发动机中，火花塞116可在燃烧过程期间点火空气/燃料混合物。在柴油或压缩点火发动机中，空气/燃料混合物可通过气缸112的压缩来点火。本发明的原理可应用于汽油和柴油发动机两者。

空气/燃料混合物的燃烧增加气缸112中的压力并促使活塞(未示出)驱动发动机中的曲轴(未示出)。通过这种方式，化学能中的一部分转换成动能以产生驱动扭矩。

化学能的另一部分转换成热能。热能可传递给通过排气歧管117离开气缸112到达排气管119的排气。排气可将一些热能传递给排气歧管117和排气管119。热能也可以从气缸112传递给循环通过发动机102中的冷却剂通路(未示出)的冷却剂质量(m)。冷却剂质量(m)可以是流经冷却系统的液体冷却剂。

冷却系统可包括水泵118，水泵118将冷却剂质量(m)从入口软管120泵送到发动机102中。水泵118可以是设置在发动机102中的离心式泵。水泵118可以通过连接到皮带和带轮系统而由曲轴(未示出)提供动力，皮带和带轮系统连接到曲轴。水泵118也可以由电动马达(未示出)提供动力。水泵118将冷却剂质量(m)循环通过发动机102内的冷却剂通路。来自于燃烧过程的热能传递给冷却剂质量(m)，从而使得冷却剂温度增加。设置在发动机102中的发动机冷却剂温度(ECT)传感器122测量冷却剂温度并将ECT传送给ECM 110。

水泵118可继续将冷却剂质量(m)通过出口软管124循环到冷却系统中的散热器126。散热器126可包括多个细长通道127，冷却剂质量(m)可在通道127内流动。散热器126用作热交换器且允许热能从冷却剂质量(m)传递给在通道127外部流动的空气。冷却风扇128可将空气吹送通过散热器126以增加从冷却剂质量(m)传递给空气的热量。

通过散热器126的空气流可使得冷却剂温度在冷却剂质量(m)通过入口软管120离开散热器126之前降低。一些热能从冷却剂质量(m)传递给空气，从而使得冷却剂温度降低。设置在散热器126中的散热器冷却剂温度(RCT)传感器130测量冷却剂温度并将RCT传送给ECM 110。

恒温器132可设置在冷却系统中，处于发动机102和散热器126之间。例如，恒温器132可附接到发动机102或设置在出口软管124中。恒温器132可以是在恒温器132处的冷却剂达到恒温器开启温度时开启的温控阀。恒温器132通过基于冷却剂温度来开启和关闭而调节循环通过发动机102的冷却剂质量(m)。恒温器132可以是加热恒温器132，包括电加热元件(未示出)以降低恒温器132的开启温度。

当恒温器132处的冷却剂低于开启温度时，恒温器132可关闭。关闭的恒温器132通过阻止从发动机102到散热器126的冷却剂流而将冷却剂质量(m)分成发动机冷却剂质量(m_e)和散热器冷却剂质量(m_r)。发动机冷却剂质量(m_e)是发动机102内的冷却剂质量。散热器冷却剂质量(m_r)是散热器126内的冷却剂质量，且可包括入口软管120和出口软管124中的冷却剂质量。通过阻止从发动机102到散热器126的冷却剂流，恒温器132使得循环通过发动机102的冷却剂质量(m)与在包括散热器冷却剂质量(m_r)时相比更小。

当恒温器132处的冷却剂高于开启温度时，恒温器132可随后开启以允许循环通过发动机102的冷却剂质量(m)包括散热器冷却剂质量(m_r)。因而，发动机冷却剂质量(m_e)和散热器冷却剂质量(m_r)组合以增加循环通过发动机102的冷却剂质量(m)。

水泵118也可以使得冷却剂质量(m)通过加热器入口134循环到加热器芯136。加热器芯136可包括多个细长通道137，冷却剂质量(m)可在通道137内流动。加热器芯136用作热交换器且允许热能从冷却剂质量(m)传递给在通道137外部流动的空气。风扇140可将空气吹送通过加热器芯136以增加从冷却剂传递给空气的热量。空气可用于增加车辆内部的温度。通过加热器芯136的空气流可在冷却剂质量(m)通过加热器出口138离开加热器芯136之前降低冷却剂温度。

加热器阀142可设置在加热器芯136和加热器入口134之间。加热器阀142可响应于加热器请求而开启和关闭。加热器请求可响应于车辆占用者或者ECM 110的控制而提供。

当不存在加热器请求时，加热器阀142可关闭以阻止循环通过发动机102的冷却剂质量(m)包括加热器冷却剂质量(m_h)。加热器冷却剂质量(m_h)是加热器芯136内的冷却剂质量，且可以包括加热器入口134和加热器出口142中的冷却剂质量。通过阻止从发动机102到加热器芯136的冷却剂流，加热器阀142促使加热器冷却剂质量(m_h)保持在加热器芯136内。因而，循环通过发动机102的冷却剂质量(m)与在包括加热器冷却剂质量(m_h)时相比更小。

当存在加热器请求时，加热器阀142开启以允许循环通过发动机102的冷却剂质量(m)包括加热器冷却剂质量(m_h)。冷却剂质量(m)可流经加热器芯136，其中热能的一部分可传递给流经加热器芯136进入车辆内部的空气。因而，在发动机102内循环的冷却剂质量(m)由于包括了加热器冷却剂质量(m_h)而更大。

在燃烧过程期间，从气缸112传递给冷却剂质量(m)的热能使得在ECT传感器122处的冷却剂温度变化。理想地，温度变化和热能基于以下等式直接成比例：Q＝m×c×(T-T₀)其中(Q)是传递给冷却剂的热能，(m)是被传递热能的冷却剂质量，(c)是冷却剂的比热容量(常量)，且(T-T₀)是冷却剂温度(T)自初始冷却剂温度(T₀)起的变化。

冷却剂质量(m)可取决于恒温器132和加热器阀142而增加或减少。例如，当恒温器132关闭且加热器阀142关闭时，循环通过发动机102的冷却剂质量(m)可仅仅包括发动机冷却剂质量(m_e)。当恒温器132开启时，冷却剂质量(m)可包括发动机冷却剂质量(m_e)和散热器冷却剂质量(m_r)。当加热器阀142开启时，冷却剂质量也可包括加热器冷却剂质量(m_h)。冷却剂质量(m)越大，ECT变化越慢。因而，ECT的变化可受冷却剂质量(m)的影响。

通常，当冷却剂温度低于开启温度时，恒温器132保持关闭，使得散热器冷却剂质量(m_r)不被包括在发动机102中循环的冷却剂质量(m)内。ECT可更快地增加，因为与如果包括散热器冷却剂质量(m_r)相比，较少的冷却剂质量(m)循环通过发动机102，以从燃烧过程传递热能。

加热器阀142可取决于加热器请求开启或关闭。当加热器阀142关闭时，冷却剂质量(m)可仅仅包括发动机冷却剂质量(m_e)。来自于燃烧过程的热能传递给较小的发动机冷却剂质量(m_e)，这导致更快的ECT增加。当加热器阀142开启时，冷却剂质量(m)也可包括加热器冷却剂质量(m_h)。来自于燃烧过程的热能传递给发动机冷却剂质量(m_e)和加热器冷却剂质量(m_h)两者，这可使得ECT更慢地增加。

当恒温器132关闭时，散热器冷却剂质量(m_r)不循环通过发动机102。来自于燃烧过程的热能很少或没有传递给散热器冷却剂质量(m_r)。当恒温器132关闭时，RCT可保持大致恒定，因为RCT传感器130测量散热器126内的冷却剂温度。RCT可约等于ECT的初始温度。因而，当恒温器关闭时，ECT和RCT之间的差增加。

当冷却剂温度达到开启温度时，恒温器132开启允许循环通过发动机102的冷却剂质量(m)包括散热器冷却剂质量(m_r)。ECT和RCT可由于发动机冷却剂质量(m_e)和散热器冷却剂质量(m_r)的混合而达到均衡。ECT和RCT之间的差可变成常值。

当燃烧过程结束时，冷却剂温度降低，因为没有热能传递给冷却剂质量(m)。通常，当冷却剂温度下降低于开启温度时，恒温器132关闭。

当恒温器132在冷却剂温度下降低于开启温度之后不能关闭时，恒温器132卡开。由于恒温器132的故障部件或者恒温器132开启的阻碍，恒温器132可保持卡开。在燃烧过程期间，循环通过发动机102的冷却剂质量(m)包括发动机冷却剂质量(m_e)和散热器冷却剂质量(m_r)的组合，而与冷却剂温度无关。

当冷却剂质量(m)包括散热器冷却剂质量(m_r)时，ECT增加较慢。冷却剂质量(m)越大，ECT越慢地增加至操作范围。此外，RCT和ECT可以大致相同的速率升高，因为冷却剂质量(m)流经发动机102和散热器126两者。ECT传感器122和RCT传感器130测量相同冷却剂质量(m)的温度，而不是分别测量发动机冷却剂质量(m_e)和散热器冷却剂质量(m_r)的温度。因而，当恒温器132卡开时，ECT和RCT之间的差保持大致恒定。

现在参考图2，示出了ECM 110的示例性实施方式。发动机控制模块包括温度比较模块202、能量确定模块204、诊断模块206和调节模块208。

温度比较模块202从ECT传感器122和RCT传感器130接收温度信号。温度比较模块202将所述信号进行比较，并通过从ECT减去RCT而输出温度差(ΔT)。

能量确定模块204确定在燃烧过程期间转换的计算能量(E)。计算能量(E)可以基于来自于MAF传感器108的累积空气质量流量。累积空气质量流量可为在燃烧过程期间进入发动机102的空气质量的积分。以另外的方式，计算能量(E)可以基于累积燃料流量。累积燃料流量可为在燃烧过程期间喷射到发动机102内的燃料质量的积分。

诊断模块206基于温度差(ΔT)、计算能量(E)和调节因子(α)来计算温度-能量比值(R)：R＝(ΔT_ECT-RCT)/E^α诊断模块206将比值(R)与故障阈值进行比较以确定恒温器132是否卡开。

调节模块208确定调节因子(α)。理想地，如前文所述，传递给冷却剂质量(m)的热能(Q)与冷却剂质量(m)的温度增加成比例。然而，计算能量(E)基于空气质量和燃料质量的化学势能。因而，计算能量(E)可包括动能和热能两者。调节因子(α)可修正计算能量(E)以与传递给冷却剂质量的热能相对应。调节因子(α)可为基于多个类似发动机的试验的可校准常值。例如，可以使用约0.6的统计确定值。

调节因子(α)也可以基于冷却剂质量(m)的变化。例如，当存在加热器请求时，由于增加加热器冷却剂质量(m_h)，冷却剂质量(m)可更大。调节因子(α)可增加或减小，以针对冷却剂质量(m)的变化调节计算能量(E)。

调节因子(α)也可以基于在预定时间内传递给排气的热能。热能的一部分可传递给排气，这可以增加排气歧管117的温度。当排气歧管的温度增加时，传递给排气歧管117的热能可降低。当排气歧管117的温度增加时，传递给冷却剂质量(m)的热能可增加。调节因子(α)可基于从排气歧管117传递给冷却剂质量(m)的热能变化来增加或减小。

以另一种方式，调节因子(α)也可以基于发动机102的操作状况，例如当ECT低于预定温度时。当ECT增加时，传递给冷却剂质量(m)的热能可增加。类似地，调节因子(α)可基于由IAT传感器109测量的进气空气温度。热能的一部分可从发动机102传递给发动机102周围的环境空气。因而，调节因子(α)可基于ECT和/或IAT增加或减小。

当恒温器132关闭时，由于传递给冷却剂质量(m)的热能，ECT增加，而RCT在散热器126保持大致恒定。因而，温度差(ΔT)增加。当燃烧过程继续时，空气质量流量继续累积，从而增加计算能量(E)。温度差(ΔT)增加且计算能量(E)增加，从而使得比值(R)保持高于故障阈值。

当恒温器132卡开时，在燃烧过程期间温度差(ΔT)可能不增加。RCT和ECT可以大致相同的速率增加，因为相同的冷却剂质量(m)循环通过发动机102和散热器126。因而，温度差(ΔT)保持大致恒定。当燃烧过程继续时，计算能量(E)增加。当温度差(ΔT)保持恒定且计算能量(E)增加时，比值(R)将下降低于故障阈值。

诊断模块206将比值(R)与故障阈值进行比较，以确定恒温器132是否卡开。在燃烧过程期间可多次进行比较。例如，可每秒进行一次比较。当所述比值(R)大于或等于故障阈值时，恒温器132没有卡开。当所述比值(R)小于或等于故障阈值时，恒温器132卡开。

可以对比较的结果进行滤波。例如，故障率可基于故障数(X)和试验数(Y)来确定。当恒温器132卡开时，故障数(X)可累加。在每次比较时，试验数(Y)可累加。当故障率(X/Y)高于阈值率时，ECM 110输出表示卡开恒温器的故障状态。在燃烧过程期间，诊断模块206可在预定时间内进行比较。以另一种方式，诊断模块206可在IAT和/或ECT低于预定温度阈值时进行比较。

现在参考图3，流程图示出了发动机控制系统的示例性步骤。在燃烧过程期间，控制过程以步骤302开始，这时控制过程确定发动机冷却剂温度(ECT)。在步骤304，控制过程确定散热器冷却剂温度(RCT)。在步骤306，控制过程确定调节因子(α)。

在步骤308，控制过程基于来自于MAF传感器108的信号来计算进入发动机102的累积空气质量流量。在步骤310，控制过程基于来自于MAF传感器108的累积空气质量流量来确定计算能量(E)。在步骤312，控制过程计算温度-能量比值(R)。在步骤314，控制过程确定卡开恒温器的故障阈值。

在步骤316，控制过程确定比值(R)是否小于故障阈值。当比值(R)小于故障阈值时，在步骤318，累加故障数(X)。在步骤320，累积试验数(Y)。在步骤322，控制过程确定故障率(X/Y)。如果在步骤324中故障率(X/Y)大于故障阈值，那么在步骤326中控制过程指示卡开恒温器故障。否则，控制过程可继续步骤302。

现在本领域中技术人员能够从前述说明理解到，本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，由于当研究附图、说明书和以下权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本发明的真实范围并不如此限制。

Claims

1.一种发动机控制系统，包括：

温度比较模块，所述温度比较模块产生发动机冷却剂温度与散热器冷却剂温度之间的温度差；

能量确定模块，所述能量确定模块确定与由发动机产生的热能相对应的能量值，其中，所述热量增加所述发动机冷却剂温度和散热器冷却剂温度中的至少一个；和

诊断模块，所述诊断模块产生所述温度差与所述能量值的比较，并基于所述比较来确定与所述发动机相关的恒温器的状态。

2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述比较包括确定温度差与能量值的比值，且其中，当所述比值小于或等于故障阈值时，所述诊断模块确定所述状态为开启的。

3.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，当所述比值大于故障阈值时，所述诊断模块确定所述状态为关闭的。

4.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述能量值基于进入发动机的空气质量。

5.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述能量值基于喷射到发动机中的燃料质量。

6.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括调节模块，所述调节模块确定调节因子以选择性地调节能量值，其中，所述调节因子基于发动机冷却剂温度、散热器冷却剂温度、加热器请求、发动机运行时间和进气空气温度中的至少一个。

7.一种方法，包括：

产生发动机冷却剂温度和散热器冷却剂温度之间的温度差；

确定与由发动机产生的热能相对应的能量值，其中，所述热能增加发动机冷却剂温度和散热器冷却剂温度中的至少一个；和

进行所述温度差和能量值的比较并基于所述比较来确定与发动机有关的恒温器的状态。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括确定温度差与能量值的比值，其中，当所述比值小于或等于故障阈值时，所述状态为开启的。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：当所述比值大于故障阈值时，确定所述状态为关闭的。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括基于进入发动机的空气质量来确定所述能量值。

11.根据权利要求7所述的方法，还包括基于喷射到发动机中的燃料质量来确定所述能量值。

12.根据权利要求7所述的方法，还包括确定调节因子以选择性地调节能量值，其中，所述调节因子基于发动机冷却剂温度、散热器冷却剂温度、加热器请求、发动机运行时间和进气空气温度中的至少一个。