CN102022211B - 用于发动机控制器的同步诊断系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于发动机控制器的同步诊断系统和方法。发动机控制器诊断系统包括汽缸识别号(ID)比较模块和同步诊断模块。该汽缸ID比较模块将与第一控制器相关联的第一汽缸ID和与第二控制器相关联的第二汽缸ID进行比较。该同步诊断模块基于所述第一汽缸ID和所述第二汽缸ID之间的比较来确定所述第一控制器的同步状态。

Description

用于发动机控制器的同步诊断系统和方法

技术领域

本公开内容涉及用于内燃发动机的同步诊断系统和方法。

背景技术

这里提供的背景描述是用于大体呈现本公开内容的背景环境。目前署名的发明人的在背景技术部分中所描述的工作，以及在提交申请时可能不具有现有技术资格的内容方面，既不明示地也不暗含地被认为是抵触了本公开内容的现有技术。

多于一个的发动机控制器可以被用于控制内燃发动机。例如，在具有双控制器的发动机中，每个控制器各控制一半的汽缸。当发动机起动时的同步过程期间控制器单独地确定在凸轮轴和曲轴之间的相位关系。根据相位关系来为前排汽缸和后排汽缸确定燃料喷射和火花正时。不恰当的控制器同步可能会导致不恰当的燃料喷射器和火花塞调度安排。

对于具有单个控制器的发动机而言，不恰当的控制器同步会阻止发动机起动。不过，对于具有双发动机控制器的发动机而言，当仅有一个控制器同步时发动机就可以起动。与被恰当地同步的控制器相关联的汽缸可以提供足够的动力来驱动与被不恰当地同步的控制器相关联的其他汽缸。因此，可能不基于预定调度安排来控制所述其他汽缸的燃料喷射和火花正时。

发明内容

发动机控制器诊断系统包括汽缸识别号(ID)比较模块和同步诊断模块。汽缸ID比较模块将与第一控制器关联的第一汽缸ID和与第二控制器关联的第二汽缸ID进行比较。同步诊断模块基于所述第一汽缸ID和所述第二汽缸ID之间的比较来确定第一控制器的同步状态。

在一个特征中，发动机控制器诊断系统包括多个发动机诊断模块。同步诊断模块基于来自所述多个发动机诊断模块的至少一个信号来确定第一控制器的同步状态。

在其他特征中，所述多个发动机诊断模块包括凸轮轴位置传感器诊断模块、点火系统诊断模块、排气监控模块、轨压力监控模块以及燃料喷射器诊断模块。当所述至少一个信号指示出相关发动机部件内没有故障时，同步诊断模块确定第一控制器被正确地同步。

诊断发动机控制器的方法包括：将与第一控制器关联的第一汽缸识别号(ID)和与第二控制器关联的第二汽缸ID进行比较；以及基于所述第一汽缸ID和所述第二汽缸ID之间的比较来确定第一控制器的同步状态。

本发明涉及下述技术方案。

1.一种发动机控制器诊断系统，包括：

汽缸识别号(ID)比较模块，其将与第一控制器相关联的第一汽缸ID和与第二控制器相关联的第二汽缸ID进行比较；以及

同步诊断模块，其基于所述第一汽缸ID和所述第二汽缸ID之间的比较来确定所述第一控制器的同步状态。

2.根据方案1所述的发动机控制器诊断系统，还包括多个发动机诊断模块，所述发动机诊断模块包括凸轮轴位置传感器诊断模块、点火系统诊断模块、排气监控模块、轨压力监控模块以及燃料喷射器诊断模块，其中所述同步诊断模块基于来自所述多个发动机诊断模块的至少一个信号来确定所述第一控制器的同步状态。

3.根据方案2所述的发动机控制器诊断系统，其中当所述至少一个信号指示出相关发动机部件内没有故障时所述同步诊断模块确定所述第一控制器被正确同步。

4.根据方案2所述的发动机控制器诊断系统，其中当排气的氧气浓度超过阈值时所述排气监控模块产生故障信号。

5.根据方案2所述的发动机控制器诊断系统，其中当燃料轨压力处于预定范围之外时所述燃料轨压力监控模块产生故障信号。

6.根据方案2所述的发动机控制器诊断系统，还包括与所述第一控制器相关联的汽缸ID计数器，其中当所述同步诊断模块确定所述第一控制器没有被正确同步时所述汽缸ID计数器递增所述第一汽缸ID。

7.根据方案6所述的发动机控制器诊断系统，其中所述汽缸ID计数器使得所述第一汽缸ID增加一个等于超过2的汽缸总数的值。

8.根据方案2所述的发动机控制器诊断系统，其中当所述点火系统诊断模块和所述燃料诊断模块中的至少一者诊断出燃料喷射器和火花塞中的至少一者内的故障时所述燃料喷射器和所述火花塞中至少一者被停用。

9.根据方案2所述的发动机控制器诊断系统，其中当所述第一汽缸ID和所述第二汽缸ID彼此异相并且所述至少一个信号指示出相关发动机部件内没有故障时所述同步诊断模块确定所述第一控制器被正确同步。

10.根据方案1所述的发动机控制器诊断系统，其中当所述第一汽缸ID和所述第二汽缸ID彼此同相时所述同步诊断模块确定所述第一控制器被正确同步。

11.一种诊断发动机控制器的方法，包括：

比较与第一控制器相关联的第一汽缸识别号(ID)和与第二控制器相关联的第二汽缸ID；以及

基于所述第一汽缸ID和所述第二汽缸ID之间的比较来确定所述第一控制器的同步状态。

12.根据方案11所述的方法，还包括基于来自多个发动机诊断模块的至少一个信号来确定所述第一控制器的同步状态，其中所述发动机诊断模块包括凸轮轴位置传感器诊断模块、点火系统诊断模块、排气监控模块、轨压力监控模块以及燃料喷射器诊断模块。

13.根据方案12所述的方法，还包括当所述至少一个信号指示出相关发动机部件内没有故障时确定所述第一控制器被正确地同步。

14.根据方案12所述的方法，还包括当所述第一汽缸ID和所述第二汽缸ID彼此异相并且所述至少一个信号指示出相关发动机部件内没有故障时确定所述第一控制器被正确同步。

15.根据方案12所述的方法，其中当排气的氧气浓度超过阈值时所述排气监控模块产生故障信号。

16.根据方案12所述的方法，其中当轨压力处于预定范围之外时所述轨压力监控模块产生故障信号。

17.根据方案12所述的方法，还包括当所述第一控制器没有被正确同步时递增所述第一汽缸ID。

18.根据方案17所述的方法，还包括使得所述第一汽缸I D递增一个等于超过2的汽缸总数的值。

从这里提供的说明中可以显而易见到其他应用领域。应该理解，说明和特定示例仅用于示意性目的并且不试图限制本公开内容的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于示意性目的并且不试图以任何方式来限制本公开内容的范围。

图1是发动机系统的功能框图，该发动机系统包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器和所述第二控制器均包括根据本公开内容的教导的同步模块；

图2是根据本公开内容的教导的第一控制器的第一同步模块的功能框图；以及

图3A和图3B是示出了根据本公开内容的教导的用于诊断控制器的同步的方法的流程图。

具体实施方式

下述说明实质上仅是示例性的并且不试图限制本公开内容、应用或使用。为了清晰，在图中的相同附图标记用于指代类似元件。如这里所用，术语“模块”代表专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其他适当部件。

用于诊断双控制器发动机系统的同步诊断系统将与第一控制器关联的第一汽缸ID和与第二控制器关联的第二汽缸ID进行比较。当第一和第二汽缸ID彼此异相时，同步诊断系统可以基于各发动机诊断来确定第一控制器是否被恰当地同步。

现在参考图1，发动机系统10包括燃烧空气和燃料混合物来产生驱动扭矩的发动机12。发动机12包括被设置成两排并且被连接到曲轴16的多个汽缸14和14’。虽然发动机12中示出了十个汽缸14和14’，不过发动机12可以包括任意数量的汽缸，包括但不限于2、4、5、6、8、12、14、16或18个。

空气通过节气阀20被汲取到进气歧管18内。节气阀20调节进入进气歧管18内的质量空气流量。在进气歧管18内的空气被分配到汽缸14和14’内。各汽缸14或14’均包括进气阀22、排气阀24、燃料喷射器26和火花塞28。燃料喷射器26喷射燃料，当空气通过进气端口被汲取到汽缸14和14’内时该燃料与空气结合。进气阀22选择性地打开和关闭使得空气/燃料混合物能够进入汽缸14和14’。活塞(未示出)压缩在各汽缸14或14’内的空气/燃料混合物。火花塞28引起空气/燃料混合物的燃烧，从而驱动汽缸14和14’内的活塞。活塞驱动曲轴16产生驱动扭矩。当排气阀24打开时，汽缸14和14’内的燃烧排气被驱离排气端口。排气被传送到排气歧管30并且在排气系统(未示出)中被处理。

发动机系统10还包括喷射系统32和点火系统33。喷射系统32可以包括燃料泵和燃料轨(均未示出)。喷射系统32向燃料喷射器26供应预定量的燃料。通过凸轮轴(未示出)来控制打开和关闭进气阀22和排气阀24的正时。点火系统33给火花塞28提供能量以便点燃汽缸14和14’内的燃烧充气。凸轮轴被同步到曲轴16。当发动机起动时在同步过程中相对于各汽缸14确定凸轮轴和曲轴16之间的相位关系。根据相位关系来确定燃料喷射正时和点火正时。

在发动机系统10中提供多个传感器以便监控发动机运行条件。多个传感器包括但不限于曲轴位置传感器40、凸轮轴位置传感器41、第一氧气传感器42、第二氧气传感器44和燃料轨压力传感器46。曲轴位置传感器40监控曲轴16的旋转位置。凸轮轴位置传感器41监控凸轮轴的旋转位置。第一氧气传感器42被设置在与第一排43的汽缸14相关联的排气歧管处并且监控与第一排43的汽缸14相关联的排气的氧气浓度。第二氧气传感器44被设置在与第二排45的汽缸14’相关联的排气歧管处并且监控与第二排45的汽缸14’相关联的排气的氧气浓度。燃料轨压力传感器46监控燃料轨压力。

第一控制器50和第二控制器52分别独立地控制第一排43的汽缸14和第二排45的汽缸14’。例如，在包括10个汽缸的发动机中，第一控制器50可以控制汽缸号1、2、3、4和5，而第二控制器52可以控制汽缸号6、7、8、9和10。第一和第二控制器50和52单独地从多个传感器接收信号来监控运行条件并控制相关汽缸14和14’。

第一和第二控制器50和52分别包括第一和第二同步模块54和56。各第一和第二同步模块54和56均在点火开关接通时起动同步过程。在同步期间，各第一和第二控制器50和52均确定汽缸识别号(ID)并因而确定与其相应汽缸14或14’相关联的凸轮轴和曲轴16之间的相位关系。汽缸ID识别出确定汽缸点火次序所根据的参考汽缸。

大体而言，汽缸ID识别出当起动机马达起动来驱动发动机时处于压缩冲程且在上止点(TDC)附近(例如TDC之前60-80曲轴度数)的汽缸。汽缸ID是汽缸控制器中的变量并且指示出当前哪个汽缸在TDC附近且处于压缩冲程结束处。对于四冲程发动机而言，曲轴每点火循环(发动机循环)旋转两次。因此，每发动机循环，活塞处于TDC两次(即，压缩冲程结束时一次且排气冲程结束时一次)。控制器不能够仅通过使用曲轴位置传感器40来确定活塞何时处于TDC和处于压缩冲程结束。凸轮轴每发动机循环旋转一次。因此，通常凸轮轴位置传感器41与曲轴位置传感器40结合使用来确定哪个汽缸在TDC附近且处于压缩冲程。通过采样来自曲轴位置传感器40和凸轮轴位置传感器41二者的电信号，发动机控制器可以正确地识别出当前处于TDC附近且处于压缩冲程结束的汽缸。这个汽缸被用作参考汽缸。发动机中各汽缸的动力传输顺序是预先确定的。因此，当识别出参考汽缸时，可以确定汽缸的点火次序以及凸轮轴和曲轴16之间的相位关系。

在具有双控制器的发动机中，第一和第二控制器50和52均识别出相应的参考汽缸并且根据相位关系为其相应汽缸14或14’指定燃料喷射正时和点火正时。当控制器恰当地确定了相对于相关汽缸的相位关系时，指定的燃料喷射正时和点火正时相对于相关汽缸同相。因此，控制器被恰当地同步。发动机12可以起动来产生动力并独立于起动机马达而运转。

在某些环境下，从曲轴位置传感器40和凸轮轴位置传感器41发送到发动机控制器的信号可能具有噪声，并且发动机控制器对信号的采样会走样。因此，发动机控制器会错误地确定了活塞处于压缩冲程中的TDC，而实际上此时活塞处于排气冲程中的TDC。当发动机控制器错误地识别了参考汽缸时，对于相关汽缸的指定燃料喷射正时和点火正时相对于另一排汽缸是异相的。因此，控制器没有被恰当地同步。

第一和第二同步模块54和56均将各自的汽缸识别号(ID)与来自另一同步模块的汽缸ID进行比较。基于比较和来自多个发动机诊断模块的信号来诊断同步模块54和56。

现在参考图2，第一同步模块54与第二同步模块56通信。第一同步诊断模块54包括汽缸ID计数器62、汽缸ID比较模块64、排气监控模块66、凸轮轴位置传感器诊断模块68、点火系统诊断模块70、轨压力监控模块72、燃料喷射器诊断模块73以及同步诊断模块74。虽然没有在图中示出，不过第二同步诊断模块56包括执行类似功能和诊断的类似模块。

汽缸ID计数器62根据来自凸轮轴位置传感器40和曲轴位置传感器41的信号来记录与第一排43的汽缸14相关联的汽缸ID。汽缸ID比较模块64从第二同步模块56的汽缸ID计数器接收与第二排45的汽缸14’相关联的汽缸ID。汽缸ID比较模块64比较两个控制器50和52的汽缸ID。例如，第一控制器50可能识别出汽缸号1作为参考汽缸，并且第二控制器52可能识别出汽缸号10作为参考汽缸。无论哪个汽缸被识别作为参考汽缸，第一排汽缸14中的参考汽缸相对于第二排汽缸14’中的参考汽缸具有预定相位关系。汽缸ID比较模块64可以比较第一和第二汽缸ID并且确定第一和第二汽缸ID彼此同相或异相。当第一和第二汽缸ID彼此同相时，两个控制器50和52均被正确地同步。当第一和第二汽缸ID彼此异相时，第一控制器50或第二控制器52或二者可能没有被恰当同步。例如，在被不当同步的控制器中，与相关汽缸14或14’相关联的曲轴16和凸轮轴之间的相位关系可以是例如180°异相。因此，与被不当同步的控制器相关联的汽缸ID可被提前一个等于超过2的汽缸总数的值。

当发动机12独立于起动机马达运转并且汽缸ID彼此异相时，汽缸ID比较模块64确定控制器50和52中的一者被不当同步。

排气监控模块66与第一氧气传感器42通信以便监控来自第一排43的汽缸14的排气的氧气浓度。排气监控模块66确定第一排43的汽缸14是在贫油条件下、均质条件下还是在富油条件下运行。当排气的氧气浓度超过阈值时，例如，该阈值可以指示出非常贫油的排气，则排气监控模块66可以产生故障信号并将其发送到同步诊断模块74。

大体而言，当控制器没有被同步时，燃料喷射正时和火花正时没有被恰当地调度安排。例如，燃料喷射可能被调度安排到发动机循环的膨胀冲程中。这样，与不当同步的控制器相关联的汽缸14内的燃料可能没有按期望燃烧。因此，来自与不当同步的控制器相关联的汽缸14的排气所具有的氧气浓度可超过指示出非常贫油排气的阈值。

凸轮轴位置传感器诊断模块68确定凸轮轴位置传感器41是否恰当地工作。控制器基于来自曲轴位置传感器40和凸轮轴位置传感器41的信号来确定曲轴16和凸轮轴之间的相位关系。当凸轮轴位置传感器41失效时，控制器可能没有被恰当地同步。当凸轮轴位置传感器41失效时，凸轮轴位置传感器诊断模块68产生故障信号并将其发送到同步诊断模块74模块。

点火系统诊断模块70确定点火系统33是否恰当地工作。当点火系统33失效时，点火系统诊断模块70产生故障信号并将其发送到同步诊断模块74。

轨压力监控模块72可以被用于直接喷射发动机中以便监控燃料轨的燃料轨压力。当轨压力不处于期望范围内时，轨压力监控模块72产生故障信号并将其发送到同步诊断模块74。

燃料喷射器诊断模块73监控燃料喷射器。当燃料喷射器失效时，燃料喷射器诊断模块73产生故障信号并将其发送到同步诊断模块74。

同步诊断模块74基于汽缸ID之间的比较以及来自发动机诊断模块的信号中的至少一者来确定相关控制器(即第一控制器54)是否被恰当地同步。发动机诊断模块包括但不限于排气监控模块66、凸轮轴位置传感器诊断模块68、点火系统诊断模块70、轨压力监控模块72以及燃料喷射器诊断模块73。当发动机速度处于预定范围内，例如处于20RPM和1500RPM之间时，同步诊断模块74可以被致动以便起动同步诊断。

同步诊断模块74可以在两种情况之一下确定相关控制器(即第一控制器50)被恰当同步。在第一情况下，第一和第二汽缸ID彼此同相。在第二情况下，第一和第二汽缸ID彼此异相。不过，同步诊断模块74没有从排气监控模块66、凸轮轴位置传感器诊断模块68、点火系统诊断模块70、轨压力监控模块72和燃料喷射器诊断模块73中的任一者接收到任何故障信号。因此，同步诊断模块74可以确定相关第一控制器50被恰当同步。

当排气监控模块66和/或凸轮轴位置传感器诊断模块68产生故障信号时，第一控制器54可能被恰当同步或可能没有被恰当同步。同步诊断模块74可以命令相关汽缸ID计数器62递增第一汽缸ID，例如增加一个等于超过2的汽缸号的值，从而校正汽缸ID。

当点火系统诊断模块70和/或燃料喷射器诊断模块73诊断到火花塞和/或燃料喷射器内的故障时，火花塞和/或燃料喷射器可以被停用。

第二同步模块56进行类似诊断并且确定第二控制器52是否被恰当同步。第一和第二控制器50和52的同步诊断模块74可以从彼此接收诊断结果。

现在参考图3A和图3B，用于诊断控制器(即第一控制器50)的方法80开始于步骤82。在步骤84，汽缸ID计数器62记录与第一控制器50相关联的第一汽缸ID。在步骤86，汽缸ID比较模块64接收第一汽缸ID和来自于第二控制器52的第二汽缸ID。在步骤88，第一控制器50在步骤88确定发动机12是否凭借自身运转(即独立于起动机马达运转)。如果在步骤88中发动机12不独立运转，则控制器50和52均仍需要被同步。因此，在步骤90，根据正常汽缸ID增量逻辑，汽缸ID计数器62继续记录第一汽缸ID。

当在步骤88中发动机12独立运转时，第一和第二控制器50和52中至少一者被同步。在步骤92中汽缸ID比较模块64确定第一和第二汽缸ID是否彼此同相。如果在步骤92中汽缸ID彼此同相，则在步骤94中同步诊断模块74确定第一和第二控制器50和52被恰当同步。否则，在步骤96中同步诊断模块74确定是否接收到来自凸轮轴位置传感器诊断模块68的故障信号。如果在步骤96接收了故障信号，则方法进行到步骤98。在步骤98中，同步诊断模块74命令汽缸ID计数器62将第一汽缸ID递增一个等于超过2的汽缸总数的值。如果在步骤96没有接收到故障信号，则在步骤98中第一控制器50确定发动机是否是直接喷射发动机。

如果发动机12是直接喷射发动机，则在步骤102中轨压力监控模块72确定燃料轨压力是否处于预定范围内。如果不，则方法80进行到步骤98。如果在步骤100中发动机12不是直接喷射发动机或者如果在步骤102中燃料轨压力处于预定范围内，则方法80进行到步骤104。

在步骤104中排气监控模块66确定与第一控制器50相关联的第一氧气传感器42是否准备好。如果在步骤104中第一氧气传感器42准备好了，则在步骤106中排气监控模块66确定排气中的氧气浓度是否超过阈值。如果氧气浓度超过阈值，则方法80进行到步骤110。如果氧气浓度没有超过阈值，则在步骤108中同步诊断模块74确定第一控制器50被正确同步。

在步骤110中，同步诊断模块74确定来自点火系统诊断模块70和/或燃料喷射器诊断模块73的故障信号是否被接收。如果故障信号被接收，则在步骤112中燃料喷射器26和/或火花塞28被停用以便保护发动机12。如果在步骤110中没有接收故障信号，则方法80进行到步骤98。方法80结束于步骤114。

类似地，用于诊断第二控制器52的方法包括类似步骤。第二控制器52可以包括类似同步诊断模块来诊断第二控制器52的同步。

现在，本领域的技术人员可以从上述说明中理解到本公开内容的广泛教导可以被实施为各种形式。因此，虽然本公开内容已经结合其具体实施例被描述了，不过本公开内容的实质范围不应该被限制，因为在理解了附图、说明书和所附权利要求的基础上，技术人员可以显而易见到其他改型。

Claims (12)

1.一种发动机控制器诊断系统，包括：

汽缸识别号比较模块，其将与第一控制器相关联的第一汽缸识别号和与第二控制器相关联的第二汽缸识别号进行比较；

多个发动机诊断模块，所述发动机诊断模块包括凸轮轴位置传感器诊断模块、点火系统诊断模块、排气监控模块、燃料轨压力监控模块以及燃料喷射器诊断模块；以及

同步诊断模块，其基于(i)所述第一汽缸识别号和所述第二汽缸识别号之间的比较以及(ii)来自所述多个发动机诊断模块的至少一个信号来确定所述第一控制器的同步状态；

其中，当所述第一汽缸识别号和所述第二汽缸识别号彼此异相并且所述至少一个信号指示出与所述多个发动机诊断模块相关的发动机部件内没有故障时，所述同步诊断模块确定所述第一控制器被正确同步。

2.根据权利要求1所述的发动机控制器诊断系统，其中当排气的氧气浓度超过阈值时所述排气监控模块产生故障信号。

3.根据权利要求1所述的发动机控制器诊断系统，其中当燃料轨压力处于预定范围之外时所述燃料轨压力监控模块产生故障信号。

4.根据权利要求1所述的发动机控制器诊断系统，还包括与所述第一控制器相关联的汽缸识别号计数器，其中当所述同步诊断模块确定所述第一控制器没有被正确同步时所述汽缸识别号计数器递增所述第一汽缸识别号。

5.根据权利要求4所述的发动机控制器诊断系统，其中所述汽缸识别号计数器使得所述第一汽缸识别号增加一个等于超过2的汽缸号的值。

6.根据权利要求1所述的发动机控制器诊断系统，其中当所述点火系统诊断模块和所述燃料喷射器诊断模块中的至少一者诊断出燃料喷射器和火花塞中的至少一者内的故障时所述燃料喷射器和所述火花塞中至少一者被停用。

7.根据权利要求1所述的发动机控制器诊断系统，其中当所述第一汽缸识别号和所述第二汽缸识别号彼此同相时所述同步诊断模块确定所述第一控制器被正确同步。

8.一种诊断发动机控制器的方法，包括：

比较与第一控制器相关联的第一汽缸识别号和与第二控制器相关联的第二汽缸识别号；以及

基于(i)所述第一汽缸识别号和所述第二汽缸识别号之间的比较和(ii)来自多个发动机诊断模块的至少一个信号来确定所述第一控制器的同步状态，其中所述多个发动机诊断模块包括凸轮轴位置传感器诊断模块、点火系统诊断模块、排气监控模块、轨压力监控模块以及燃料喷射器诊断模块；

其中，当所述第一汽缸识别号和所述第二汽缸识别号彼此异相并且所述至少一个信号指示出与所述多个发动机诊断模块相关的发动机部件内没有故障时，确定所述第一控制器被正确同步。

9.根据权利要求8所述的方法，其中当排气的氧气浓度超过阈值时所述排气监控模块产生故障信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其中当轨压力处于预定范围之外时所述轨压力监控模块产生故障信号。

11.根据权利要求8所述的方法，还包括当所述第一控制器没有被正确同步时递增所述第一汽缸识别号。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括使得所述第一汽缸识别号递增一个等于超过2的汽缸号的值。