CN101832210A - 冷起动发动机控制诊断系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冷起动发动机控制诊断系统和方法，提供了一种发动机控制模块，包括点火控制模块、发动机速度模块、余值确定模块和度量确定模块。所述点火控制模块基于指令的点火正时致动火花塞。所述发动机速度模块基于发动机温度和冷起动之后发动机运转的时间段确定期望发动机速度。所述余值确定模块基于所述期望发动机速度确定期望点火正时，并且基于所述指令的点火正时与所述期望点火正时之间的差确定残余点火正时。所述度量确定模块基于所述残余点火正时和预定点火正时范围检测点火正时故障。

Description

冷起动发动机控制诊断系统和方法
技术领域
本发明涉及用于发动机冷起动的控制系统，尤其涉及用于在冷起动期间诊断发动机速度和点火正时的系统和方法。
背景技术
这里提供的背景技术描述是为了总地示出本公开的背景的目的。本发明人在该背景技术部分中所作描述的内容，以及其描述在提交时不会以其它方式被认为现有技术的方面，既不明确地也不含蓄地认为是破坏本公开的现有技术。
当内燃机初始起动时，发动机和发动机的排气系统是低温的。所述低温使得燃料难以在汽缸中汽化。未完全汽化的燃料无法完全燃烧。起动时未完全燃烧的燃料部分增加了排气中的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)水平。
包括内燃机的车辆还可包括处理排气的催化转化器。催化转化器包括促进排气中的HC和CO的氧化以及氮氧化物的还原的催化剂。催化剂在起动时无法有效控制排放，这是因为：1)较高比例的燃料保持未燃烧，并且随后被排出；2)催化剂温度不够高。
催化剂在达到称为起燃温度的工作温度时有效地工作。在发动机和排气系统已经通过发动机运转被充分地加热之后，催化剂达到起燃温度。在冷起动期间，提升发动机速度并延迟点火正时，以提高排气温度和增大排气流，以快速地加热催化剂。
发动机控制模块执行车载诊断(OBD)，以在冷起动期间确保遵从排放限制。OBD可监测发动机和在故障期间会增大排放的排气系统部件。例如，OBD可基于氧传感器信号监测催化转化器的性能。如果发生故障，那么OBD可设定确认故障的诊断故障代码(DTC)，使得可修正故障。OBD还可通过显示指示灯来通知驾驶员有故障。
发明内容
发动机控制模块包括点火控制模块、发动机速度模块、余值((residual)确定模块和度量(metric)确定模块。所述点火控制模块基于指令的点火正时致动火花塞。所述发动机速度模块基于发动机温度和冷起动之后发动机运转的时间段确定期望发动机速度。所述余值确定模块基于所述期望发动机速度确定期望点火正时，并且基于所述指令的点火正时与所述期望点火正时之间的差确定残余点火正时。所述度量确定模块基于所述残余点火正时和预定点火正时范围检测点火正时故障。
所述余值确定模块基于测量的发动机速度与所述期望发动机速度之间的差确定残余发动机速度。所述度量确定模块基于所述残余发动机速度和预定发动机速度范围检测发动机速度故障。
发动机控制方法包括基于指令的点火正时致动火花塞、和基于发动机温度和冷起动之后发动机运转的时间段确定期望发动机速度。另外，所述方法包括基于所述期望发动机速度确定期望点火正时、和基于所述指令的点火正时与所述期望点火正时之间的差确定残余点火正时。所述方法还包括基于所述残余点火正时和预定点火正时范围检测点火正时故障。
所述发动机控制方法还包括基于测量的发动机速度与所述期望发动机速度之间的差确定残余发动机速度。另外，所述方法包括基于所述残余发动机速度和预定发动机速度范围检测发动机速度故障。
附图说明
本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围。
图1为根据本公开的车辆系统的功能框图。
图2为根据本公开的发动机控制模块的功能框图。
图3为示出根据本公开的用于诊断冷起动的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
实质上，下面的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。应理解的是，在附图中使用相应的附图标记来表示相同或相应的部分和特征。如本文中所使用的，术语“模块”指的是特定用途集成电路(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、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适部件。
通常，当内燃机初始起动时，碳氢化合物和一氧化碳排气排放高。起动时，可通过提高发动机速度和延迟点火正时来增强催化剂的性能和降低排气排放。提高发动机速度和延迟点火正时的组合提供了增大的热排气流，将催化剂快速地加热至起燃温度。被加热的催化剂有效地控制排放。
根据本公开的冷起动诊断系统在冷起动期间监测发动机速度和点火正时。该系统基于期望发动机速度和测量的发动机速度确定是否恰当地保持了发动机速度。该系统基于指令的点火正时和期望点火正时确定是否恰当地保持了点火正时。如果测量的发动机速度和/或指令的点火正时在预定范围之外，那么该系统可设定故障代码。故障代码可包括诊断故障代码(DTC)。预定范围可基于可接受的排放目标。
现在参考图1，例示的车辆系统20包括驱动变速器26的燃烧发动机22。节气门34调节进入进气歧管32的气流。进气歧管32内的空气分配进汽缸36中。在发动机运转期间，发动机控制模块30可停用一个或多个选择的汽缸36’。当发动机控制模块30不致动相应的燃料喷射器38将燃料喷射进所选择的汽缸36’时，所选择的汽缸36’停用。当发动机控制模块30致动相应的燃料喷射器38将燃料喷射进汽缸36时，汽缸36工作。每个汽缸36都可包括用于点燃空气/燃料混合物的火花塞40。尽管图1中示出了四个汽缸36，但是发动机22可包括另外的或更少的汽缸36。例如，可设想具有5、6、8、10、12和16个汽缸的发动机。发动机22还可提供主动燃料管理系统(未示出)。尽管所示发动机22包括将燃料直接喷射进汽缸36的燃料喷射器38，但是还可设想提供燃料喷射到进气歧管32或进气口中的发动机。
发动机控制模块30与车辆系统20的部件通信。如本文所述，所述部件包括发动机22、传感器和致动器。发动机控制模块30可执行本公开的冷起动诊断系统。
空气从入口42通过空气流量(MAF)传感器44，例如空气流量计。MAF传感器44产生表示流过MAF传感器44的空气流率的MAF信号。可计量经由节气门34进入发动机22的空气。仅为示例，节气门34可为在入口42内旋转的蝶形阀。节气门34基于操作员和/或控制器指令的发动机运转点被致动。节气门位置传感器(TPS)46产生表示节气门34的位置的TPS信号。
歧管绝对压力(MAP)传感器48位于节气门34与发动机22之间的发动机进气歧管32中。MAP传感器48产生表示歧管绝对气压的MAP信号。位于进气歧管32中的歧管空气温度(MAT)传感器50基于进气温度产生MAT信号。
发动机曲轴(未示出)以发动机速度或与发动机速度成比例的速度旋转。曲轴传感器52感测曲轴的位置，并产生曲轴位置(CSP)信号。CSP信号可取决于曲轴的旋转速度和汽缸事件。仅为示例，曲轴传感器52可为可变磁阻传感器。发动机速度和汽缸事件可使用其它适当的方法来感测。
进气门54有选择地打开和关闭，以使空气能够进入汽缸36。进气凸轮轴(未示出)调节进气门位置。活塞(未示出)压缩汽缸36中的空气/燃料混合物。发动机控制模块30致动燃料喷射器38将燃料喷射进汽缸36。发动机控制模块30还可致动火花塞40开始空气/燃料混合物的燃烧，从而驱动汽缸36中的活塞。活塞驱动曲轴产生驱动扭矩。当排气门58处于打开位置时，汽缸36中的燃烧排气被迫使通过排气歧管56排出。排气凸轮轴(未示出)调节排气门位置。尽管只示出了一个进气门54和一个排气门58，但是发动机22可以每个汽缸36包括多个进气门54和排气门58。
发动机22可包括使发动机冷却剂循环的冷却系统。冷却系统可包括发动机冷却剂温度(ECT)传感器60。ECT传感器60可产生表示发动机冷却剂温度的ECT信号。ECT传感器60可位于发动机22内，或者在发动机冷却剂循环的其它位置，例如散热器(未示出)。
催化转化器62可处理燃烧产生的排气。车辆系统20可包括入口氧传感器74和出口氧传感器76，其产生表示排气中氧水平的氧水平信号。发动机控制模块30可基于氧水平信号确定催化转化器62的效率。
现在参考图2，发动机控制模块30包括余值确定模块80、质量确定模块82、累加模块84和度量确定模块86。发动机控制模块30从车辆系统20接收输入信号。输入信号包括MAF、TPS、MAP、MAT、CSP、ECT和氧水平信号。输入信号下文中称为“车辆系统信号”。发动机控制模块30处理车辆系统信号，并产生输出至车辆系统20的同步发动机控制指令。例如，发动机控制指令可致动节气门34、燃料喷射器38和火花塞40。
发动机控制模块30在冷起动期间控制点火正时和发动机速度，以快速地加热催化剂。发动机控制模块30可在冷起动期间延迟点火正时以提高排气温度。发动机控制模块30还可在冷起动期间提升发动机速度以增大排气流。增大的高温排气流快速地加热催化剂，从而使冷起动期间排放降低。
更具体地，冷起动诊断系统监测发动机速度和点火正时，以确定在冷起动期间是否恰当地保持发动机速度和点火正时。在冷起动期间的目标提升发动机速度可称为期望发动机速度值(期望ESV)。在冷起动期间的目标延迟点火正时可称为期望点火正时值(期望STV)。下文中，期望ESV和期望STV统称为“期望值”。冷起动诊断系统基于期望ESV和测量的发动机速度确定冷起动期间是否恰当地保持了发动机速度。该系统基于期望STV和指令的点火正时确定冷起动期间是否恰当地保持了点火正时。该系统可设定DTC，以表示未恰当地保持发动机速度和/或点火正时。
冷起动诊断系统包括基于期望ESV和测量的发动机速度确定残余ESV。该诊断还包括基于期望STV和指令的点火正时确定残余STV。下文中，残余ESV和残余STV统称为“余值”。对所述余值进行限定(qualified)、累加和平均，以确定加权ESV和加权STV。如果加权ESV和加权STV在预定阈值度量之内，那么诊断确定在冷起动期间恰当地保持了发动机速度和点火正时。
余值确定模块80基于测量的发动机速度和期望ESV确定残余ESV。余值确定模块80可包括基于发动机运行时间和ETC信号确定期望ESV的发动机速度模块(未示出)。发动机运行时间可为冷起动之后发动机运转的时间段。余值确定模块80基于CSP信号确定测量的发动机速度。余值确定模块80可基于期望ESV与测量的发动机速度之间的差确定残余ESV。余值确定模块80将残余ESV输出至质量确定模块82。
另外，余值确定模块80基于期望STV和指令的点火正时确定残余STV。余值确定模块80基于期望ESV和测量的每缸空气(APC)值确定期望STV。APC值可基于车辆系统信号，包括MAF、MAP和MAT信号。余值确定模块80可包括基于指令的点火正时致动火花塞40的点火控制模块(未示出)。指令的点火正时可基于冷起动期间用于提高排气温度的延迟点火正时。余值确定模块80可基于期望STV与指令的点火正时之间的差来确定残余STV。余值确定模块80将残余STV输出至质量确定模块82。
质量确定模块82确定质量值。质量值可为基于车辆系统20的运转的数值。高质量值对应于车辆系统20在紧随冷起动之后以怠速状态运转。低质量值对应于车辆系统20远离怠速状态运转。仅为示例，质量值可为范围从0至1的数值。0可代表低质量值，1可代表高质量值。
质量值可基于发动机速度、发动机负载、发动机温度和发动机运行时间。质量值还可基于节气门34的位置和离合器(未示出)的位置。仅为示例，等于1的质量值可与车辆速度低于3千米每小时且发动机运行时间在冷起动之后超过1-2秒相关。质量值可用来基于质量值和余值的乘积加权余值。
更具体地，质量确定模块82确定各残余ESV和各残余STV的质量值。质量确定模块82可基于CSP信号、ECT信号、冷起动之后的发动机运行时间确定质量值。质量确定模块82基于残余ESV和质量值确定限定的ESV。质量确定模块82可基于残余ESV与质量值的乘积确定限定ESV。用于确定限定的ESV的质量值可称为对应的发动机质量值。质量确定模块82将限定的ESV和对应发动机质量值输出至累加模块84。
另外，质量确定模块82基于残余STV和质量值确定限定的STV。质量确定模块82可基于残余STV和质量值的乘积确定限定的STV。用于确定限定的STV的质量值可称为对应火花质量值。质量确定模块82将限定STV和对应火花质量值输出至累加模块84。
累加模块84接收多个限定ESV和多个对应发动机质量值。累加模块84将多个限定ESV相加以确定发动机速度之和。累加模块84将多个相应发动机质量值相加以确定发动机质量之和。累加模块84可将多个限定ESV和多个对应发动机质量值迭代相加预定次。仅为示例，所述预定迭代次可包括120次迭代。累加模块84基于发动机速度之和与发动机质量之和确定平均ESV。平均ESV可通过将发动机速度之和除以发动机质量之和来确定。
另外，累加模块84接收多个限定的STV和多个相应火花质量值。累加模块84将多个限定的STV相加以确定点火正时之和。累加模块84将多个对应的火花质量值相应以确定火花质量之和。累加模块84可将多个限定的STV和多个相应火花质量值迭代相加预定次。仅为示例，所述预定迭代次可包括120次迭代。累加模块84基于点火正时之和与火花质量之和确定平均STV。平均STV可通过将点火正时之和除以火花质量之和来确定。平均ESV和平均STV可统称为“平均值”。
累加模块84基于多个平均ESV确定加权ESV。累加模块84基于多个平均STV确定加权STV。加权ESV和加权STV可统称为“加权值”。累加模块84可基于移动平均数来确定加权值。移动平均数可为指数加权移动平均数。累加模块84可基于接收平均值的时间确定指数加权移动平均数。仅为示例，旧的平均值可比新近的平均值加权更重。可选地，可使用确定移动平均数的其它方法。累加模块84将加权ESV和加权STV输出至度量确定模块86。
度量确定模块86包括预定发动机速度度量。预定发动机速度度量包括最小阈值和最大阈值。度量确定模块86确定加权ESV是否在预定发动机速度度量内。如果加权ESV不在预定发动机速度度量内，那么度量确定模块86可设定发动机速度DTC。发动机速度DTC可表示在冷起动期间未恰当地保持发动机速度。
另外，度量确定模块86包括预定点火正时度量。预定点火正时度量包括最小阈值和最大阈值。度量确定模块86确定加权STV是否在预定点火正时度量内。如果加权STV不在预定点火正时度量内，那么度量确定模块86可设定点火正时DTC。点火正时DTC可表示在冷起动期间未恰当地保持延迟点火正时。
现在参考图3，诊断冷起动的方法100开始于步骤101。在步骤102中，余值确定模块80确定是否发生了冷起动。如果是，那么方法100继续至步骤104。如果否，那么方法100重复步骤102。在步骤104中，余值确定模块80确定期望ESV。在步骤106中，余值确定模块80确定期望STV。在步骤108中，余值确定模块80确定残余ESV和残余STV。
在步骤110中，质量确定模块82确定质量值。在步骤112中，质量确定模块确定限定ESV和限定STV。在步骤114中，累加模块84将限定ESV相加，并将相应发动机质量值相加。在步骤116中，累加模块84将限定STV相加，并将相应火花质量值相加。在步骤118中，累加模块84确定平均ESV和平均STV。在步骤120中，累加模块84确定加权ESV和加权STV。
在步骤122中，度量确定模块86确定加权ESV是否在预定发动机速度度量内。如果否，那么方法100继续至步骤124。如果是，那么方法100继续至步骤126。在步骤124中，度量确定模块86设定发动机速度DTC。在步骤126中，度量确定模块86确定加权STV是否在预定点火正时度量内。如果否，那么方法100继续至步骤128。如果是，那么方法100继续至步骤130。在步骤128中，度量确定模块86设定点火正时DTC。方法100结束于步骤130。
本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定示例描述了本发明，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，所以本发明的实际范围不应当这样限制。

Claims (20)

1.一种发动机控制模块，包括：
点火控制模块，其基于指令的点火正时致动火花塞；
发动机速度模块，其基于发动机温度和冷起动之后发动机运转的时间段确定期望发动机速度；
余值确定模块，其基于所述期望发动机速度确定期望点火正时，并且基于所述指令的点火正时与所述期望点火正时之间的差确定残余点火正时；以及
度量确定模块，其基于所述残余点火正时和预定点火正时范围检测点火正时故障。
2.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中所述指令的点火正时是基于所述冷起动期间用于提高排气温度的延迟点火正时的。
3.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中所述余值确定模块基于测量的每缸空气值确定所述期望点火正时。
4.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中所述余值确定模块基于测量的发动机速度与所述期望发动机速度之间的差确定残余发动机速度。
5.如权利要求4所述的发动机控制模块，其中所述度量确定模块基于所述残余发动机速度和预定发动机速度范围检测发动机速度故障。
6.如权利要求1所述的发动机控制模块，还包括质量确定模块，该模块基于测量的发动机速度、所述发动机温度和所述时间段中的至少一项确定质量值，其中所述质量值表示车辆系统相对于怠速状态的性能。
7.如权利要求6所述的发动机控制模块，其中所述度量确定模块基于所述质量值检测所述点火正时故障。
8.如权利要求6所述的发动机控制模块，其中所述度量确定模块基于所述质量值、所述期望发动机速度、所述测量的发动机速度和预定发动机速度范围检测发动机速度故障。
9.如权利要求7所述的发动机控制模块，其中所述度量确定模块基于多个所述质量值、多个所述残余点火正时、和所述预定点火正时范围检测所述点火正时故障。
10.如权利要求8所述的发动机控制模块，其中所述度量确定模块基于多个所述质量值、多个所述期望发动机速度、多个所述测量的发动机速度、和所述预定发动机速度范围检测所述发动机速度故障。
11.一种方法，包括：
基于指令的点火正时致动火花塞；
基于发动机温度和冷起动之后发动机运转的时间段确定期望发动机速度；
基于所述期望发动机速度确定期望点火正时；
基于所述指令的点火正时与所述期望点火正时之间的差确定残余点火正时；以及
基于所述残余点火正时和预定点火正时范围检测点火正时故障。
12.如权利要求11所述的方法，还包括基于所述冷起动期间用于提高排气温度的延迟点火正时确定所述指令的点火正时。
13.如权利要求11所述的方法，还包括基于测量的每缸空气值确定所述期望点火正时。
14.如权利要求11所述的方法，还包括基于测量的发动机速度与所述期望发动机速度之间的差确定残余发动机速度。
15.如权利要求14所述的方法，还包括基于所述残余发动机速度和预定发动机速度范围检测发动机速度故障。
16.如权利要求11所述的方法，还包括基于测量的发动机速度、所述发动机温度和所述时间段中的至少一项确定质量值，其中所述质量值表示车辆系统相对于怠速状态的性能。
17.如权利要求16所述的方法，还包括基于所述质量值检测所述点火正时故障。
18.如权利要求16所述的方法，还包括基于所述质量值、所述期望发动机速度、所述测量的发动机速度和预定发动机速度范围检测发动机速度故障。
19.如权利要求17所述的方法，还包括基于多个所述质量值、多个所述残余点火正时、和所述预定点火正时范围检测所述点火正时故障。
20.如权利要求18所述的方法，还包括基于多个所述质量值、多个所述期望发动机速度、多个所述测量的发动机速度、和所述预定发动机速度范围检测所述发动机速度故障。
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