CN102644504B - 用于执行发动机材料温度传感器诊断的系统和方法 - Google Patents

用于执行发动机材料温度传感器诊断的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于执行发动机材料温度传感器诊断的诊断系统，包括：冷却剂流动传感器，配置为提供在冷却剂系统中的冷却剂流动的指示；发动机状态传感器，配置为提供内燃机操作状态的指示；以及计算机执行诊断模块，与冷却剂流动传感器和发动机状态传感器通信。诊断模块配置为使用冷却剂流动的指示和内燃机操作状态的指示估计内燃机中累积能量的量。

Description

用于执行发动机材料温度传感器诊断的系统和方法
技术领域
本发明大体涉及用于评估发动机材料温度传感器的合理性的诊断程序。
背景技术
诊断程序被使用于车辆系统中，譬如机动车系统中以确保各种控制方法可能需要的传感器的正确工作。诊断程序可以被用于周期性地在传感器上执行合理性检测并且确保传感器提供在预期范围内的读数和/或没有卡住或滞后于实际系统动态。
在内燃机中，温度传感器可以被用于监控特定部件的操作温度。这些传感器被配置为以各种方式调整燃烧过程，所述方式可以降低仅在高燃烧温度下产生的某些氮氧化物副产品的产生。此外，材料温度传感器可以被用于在材料温度开始实质上升高时启动主或副冷却过程。在这样的系统中，期望材料温度传感器记录和/或提供精确的读数。
发明内容
车辆系统可以包括内燃机，其配置为选择性地采用多个操作状态中的一个。操作状态可以包括，例如发动机运行状态和自动停止状态。内燃机可以设置有冷却剂系统，其被配置为具有可变冷却剂流动，譬如由电动水泵或可选择性接合的可切换水泵所提供的，并且可以包括温度传感器，其被配置为监控发动机的一部分的材料温度。
车辆可以包括计算机执行诊断模块，用于评估温度传感器的合理性。诊断模块可以与内燃机和冷却剂系统通信，并且可以被配置为监控冷却剂系统的冷却剂流动和内燃机的操作状态。诊断模块还可以被配置为估计内燃机中累积能量的量。诊断模块还可以与温度传感器通信，并配置为接收监控的材料温度的指示。
在一个实施例中，计算机执行诊断模块可以通过将监控材料的温度的指示与内燃机中累积能量的估计相关联来评估温度传感器的合理性。在另一实施例中，诊断模块可以被配置为将监控的材料温度的指示与温度阈值进行比较；将累积能量的估计与能量阈值进行比较；并且如果在累积能量的估计超过能量阈值之前监控的材料温度的指示超过温度阈值则确定温度传感器是合理的。诊断模块可以被操作以响应发动机运行操作状态(具有或不具有冷却剂流动)以升高累积能量的估计，并且例如响应从“无冷却剂流动”到冷却剂流动的过渡而降低累积能量的估计。此外，模块可以对累积能量的估计超过第一阈值的次数进行计数来提供基于速度的功能。
一种执行对发动机材料温度传感器诊断的方法可以包括监控内燃机操作状态，监控与内燃机相关联的冷却剂系统中的冷却剂流动，以及监控来自发动机材料温度传感器的温度信号。诊断模块可以使用内燃机操作状态和冷却剂系统中冷却剂的流动来估计内燃机中累积能量的量。模块可以使用累积能量的估计量来评估温度信号的合理性。
在一个实施例中，诊断模块可以通过将累积能量的估计与能量阈值进行比较、将温度信号与温度阈值进行比较、并且如果在累积能量的估计超过能量阈值之前温度信号超过温度阈值则确定温度信号是合理的来评估温度信号的合理性。此外，估计累积能量的量可以包括首先提供基线能量值，然后响应于发动机运行操作状态提高该能量值，和/或响应于从“无冷却剂流动”到感测到的冷却剂流动的过渡而降低能量值。
当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
附图说明
图1是具有用于评估发动机材料温度传感器的合理性的诊断模块的车辆的示意图；
图2是配置为采用多个发动机状态中的一个的内燃机的示意性状态图；
图3是示例性冷却剂泵控制器的示意图；
图4是示例性发动机状态控制器的示意图；
图5是用于评估发动机材料温度传感器的合理性的示例性流程图；
图6是示出了用于估计发动机材料温度传感器的合理性的示例性方法的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中在不同视图中，相似的参考标号被用于标志相同或相似的部件，图1是车辆系统10的示意图，该系统10具有计算机实施诊断模块12，用于评估发动机材料温度(“EMT”)的传感器14的合理性。在一个实施例中，车辆系统10可以包括，例如，车辆动力传动系统，其可以布置在机动车中。车辆系统10可以包括内燃机(“ICE”)16，其可以通过以本领域公知的方式燃烧燃料提供推进力到车辆。示例性燃料可包括柴油、汽油、乙醇、甲醇、氢、或天然气。ICE 16可以独自或结合各种配置的电驱动器使用，譬如混合动力传动配置。
在燃烧过程中，ICE 16可以产生显著量的热能17，此热能可以使用冷却系统18来移除。冷却系统18可以包括流体回路20，其流体地联接ICE 16的热交换器22到ICE 16外部的散热器24。可以使用水泵26使冷却流体在回路20中循环，该水泵可以设置为与回路20成串联配置。冷却流体可以经由热交换器22从ICE 16吸热，并且通过回路将热量携带到更适当的位置，在那儿热量可以使用散热器24传递到环境。
水泵26可以通过泵控制器28选择性地促动，并且可以在回路20中提供可控改变的冷却剂流动。在一个实施例中，水泵26可以是可切换水泵，其可以通过与ICE 16的旋转轴基于离合器的联接件而被选择性地驱动。示例性的基于离合器的联接件可以包括，但并不局限于，液压离合器、电磁离合器和粘性离合器，然而也可以包括本领域已知的其他离合器。在另一实施例中，水泵26可以是电驱动的，其泵速(及相应流体流动)与施加电压或频率成比例。如可以理解的，冷却系统18可以从ICE 16吸取热能，所述吸取的速度与回路20中的流体流动成比例。
如图2中大体示出的，在钥匙接通事件40之后(其可以由操作者执行)，ICE 16可以选择性地采用多种操作状态42中的一种。起作用的操作状态的选择可以通过发动机状态控制器30执行(如图1所示)，且起作用的状态可以描述ICE 16的行为。示例性操作状态42可以包括发动机运行状态44、自动停止状态46、制动燃料切断(DFCO)状态48、或其它功率降低或操作改动状态(未示出)。在发动机运行状态44中，ICE 16可以在正常操作条件下燃烧燃料以产生驱动扭矩。相反，在自动停止状态46或DFCO状态48中，发动机可不主动燃烧燃料。
自动停止状态46可以呈现临时发动机关闭状态，其中发动机的曲柄可以停止旋转。ICE 16可以采用自动停止状态46，例如，当车辆进入临时停车时，譬如交通灯处。如此，ICE 16可以自由地过渡回到发动机运行状态44，而不需要随后由操作者来执行钥匙接通事件40。
当ICE 16临时停止到汽缸的燃料流动时，DFCO状态48可以得到。在DFCO状态中，曲轴可以继续旋转(通过车辆惯性或通过辅助驱动装置)，且空气可以继续流动到汽缸中和从汽缸排出，然而，燃烧将由于缺少燃料而不存在。
如图3所示，发动机状态控制器30可以包括控制功能件50和发动机状态传感器52。在一个实施例中，控制功能件50可以配置为在各种操作状态42之间转变ICE 16(在图2中示出)。相似地，发动机状态传感器52可以提供当前哪种操作状态在起作用的指示。在一个实施例中，感应功能件52可以包括一个或多个硬件传感器，其可以配置为物理地感应ICE 16的行为。在另一个实施例中，传感功能件52可以包括软件传感器，其可以被配置为检查控制功能件50或相关软件位、寄存器或变量。
类似于发动机控制器30，如图4所示，泵控制器28可以相似地包括控制功能件54和冷却剂流动传感器56。控制功能件54可以选择性地改变在流体回路20中的冷却剂流动，例如，通过接合可变换离合器或通过控制施加到泵马达的电压和/或电流。此外，冷却剂流动传感器56可以被配置为提供在冷却剂系统18中的冷却剂流动的指示。在一个实施例中，冷却剂流动传感器56可以包括硬件流动传感器，其配置为物理地感应冷却剂流动。在另一个实施例中，冷却剂流动传感器56可以包括软件传感器，其可以被配置为检查控制功能件54或相关软件位、寄存器或变量。当配置有软件传感器时，“传感器”可以通过泵的操作状态推断冷却剂流动。
再次参考图1，计算机执行诊断模块12可以具体化为由数字计算机、嵌入式控制器或其他数据处理或计算设备中的一个或多个执行的软件/硬件程序。每一个计算设备或控制器可以包括执行诊断功能可能需要的微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模数(A/D)电路、数模(D/A)电路和/或任意其它需要的输入/输出(I/O)电路或设备中的一个或多个。
计算机执行诊断模块12可以经由泵控制器28与冷却剂系统18通信，且经由发动机控制器30与内燃机16通信。使用泵控制器28和发动机控制器30，诊断模块12可以分别被配置为感应和/或监控冷却剂系统18中的冷却剂流动和ICE 16的操作状态。使用监控的冷却剂流动和ICE 16的操作状态，诊断模块12可以被配置为估计ICE 16中累积能量的量。该估计可以基于以下假设：涉及燃烧的操作状态42(例如发动机运行状态44)可导致能量在ICE 16中累积，且冷却剂的存在可以从ICE 16移除累积能量。该关系示例性地在方程1中示出，其中EGenerated表示通过燃烧产生的能量的量，且ERemoved表示通过冷却系统18移除的能量的量。
ETotal＝EGenerated-ERemoved    方程1
在ICE中累积能量的量的估计可以被用于评估与ICE 16相关的温度传感器(例如，EMT传感器14)的合理性。例如，来自基线值的累积能量可以被用于计算ICE 16在相应时间周期中预期的温度升高。如果温度传感器14并不记录相应的温度升高，系统可以指示温度读数并不合理。
在一个实施例中，诊断模块12可以使用如在图5中示出的诊断程序60评估与ICE 16相关的温度传感器的合理性。如所示，诊断程序60可以在62处以钥匙接通事件开始，其可以由车辆乘客执行。钥匙接通事件可以将车辆置于运行时间配置中，其中各种车辆系统可以被供能和/或启动。
在程序60通过钥匙接通事件62被启动之后，它可以在64处检查EMT测试是否被启用。如果测试还没有被启用，程序60可以在66处检查以观察是否该测试在行程期间被禁用。在66处如果测试已经被禁用，则程序60可以在68处终止，否则它可以循环回到64处的EMT测试。
如果在64处程序60检测到EMT测试被启用，程序60可以随后使用发动机状态70的指示，其可以由发动机状态控制器30提供，以选择性地从多个现存操作状态42中选择一种发动机状态。尽管图5示出了三种操作状态(发动机运行44、自动停止46和DFCO 48)，更多或更少的状态可以基于ICE16的配置而被包括在程序60中。
一旦操作状态42被选择，程序可以接收来自与诊断模块12通信的冷却剂流动传感器56的冷却剂流72的指示。尽管图5示出了程序60，所述程序可以被配置为用于仅具有启动状态(例如状态80，90或100)，关闭状态(例如状态82，92，102)或过渡/搅拌状态(例如状态84)的水泵26，程序60可以替代地适用于连续可变泵。程序60可以使用接收的ICE操作状态70和冷却剂流72的指示来确定累积能量的增量改变，程序60可以将该改变加到运行能量总数(ETotal)。
对于冷却剂流动且发动机没有燃烧的情况(例如状态90和100)，净能量累积可以是负数(即能量被从ICE 16吸走)。对于冷却剂不流动且发动机正在燃烧燃料的情况(例如状态82)，净能量累积可以是正数(即能量经由燃烧释放但没有被冷却系统18从ICE 16移除)。为了进一步解释对于每一种操作状态/冷却剂流动组合的净能量流动，程序60可以在每种状态从查找表选择不同的可应用公式和/或值。
例如，在状态80处(发动机运行，冷却剂流动)，增量能量流动(K1)可以是正或负，并可以由发动机功率辨别。在状态82处(发动机运行，冷却剂不流动)，增量能量流(K2)可以是正，并可以由发动机功率确定。在状态84处(发动机运行，冷却剂从“不流动”过渡到流动)，增量能量流(K3)可以是负，并可以由发动机功率确定。在状态90处(自动停止，冷却剂流动)，增量能量流(K4)可以是负，并可以由车辆速度和冷却剂温度确定。在状态92处(自动停止，冷却剂不流动)，增量能量流(K5)可以是负，并可以由车辆速度和冷却剂温度确定。在状态100处(DFCO，冷却剂流动)，增量能量流(K6)可以是负，并可以由车辆速度和冷却剂温度确定。在状态102处(DFCO，冷却剂不流动)，增量能量流(K7)可以是负，并可以由车辆速度和冷却剂温度确定。
在之前状态(K1-K7)的每一种中，特定K值可以被确定，例如，通过离线试验测试数据和/或建模，且可以被存储在诊断模块12中的查找表中用于快速访问。累积能量和预期温度或预期温度改变之间的关系可以被类似地试验或分析地确定。
一旦增量能量改变通常在110处被确定，诊断模块12于是可以被配置为在112处将来自EMT传感器14的监控材料温度(EMTTemp)的指示与温度阈值(TTarget)比较，并且大体如方程2所示。类似地，诊断模块12可以配置为在114处将累积能量(ETotal)的估计与能量阈值(ELimit)比较，并且大体如方程3所示。
EMTTemp≥TTarget 方程2
ETotal≥ELimit 方程3
用于定位在ICE 16的汽缸盖中的温度传感器14的示例性温度阈值(TTarget)可以是110摄氏度。对于20摄氏度的启动温度，抵达110度温度极限可能所需的示例性能量的量可以是约6000kJ。由此，该量也可以被用作相应的能量阈值(ELimit)。
在一个实施例中，如果在累积能量的估计超过能量阈值之前监控的材料温度的指示超过温度阈值(116处)，EMT温度传感器14可以被认为提供“合理”信号。相反，如果在监控的材料温度的指示超过温度阈值之前累积能量的估计超过能量阈值(118处)，EMT温度传感器14可以被认为提供“不合理”信号。
示例性地，如果温度传感器14停止提供温度信号或如果它变得响应缓慢，则“不合理”信号可能发生。在任一情况下，跨能量阈值(ELimit)的累积能量(ETotal)的估计可以指示发动机已经在发热状态下运行足够长时间，应该可以预期对应的温度升高。如果温度升高没有被观察到，则程序可以在118处同时启动维护进程。
在“合理”(116处)或“不合理”(118处)的指示之后，程序60可以被配置为在120处执行基于速度的功能。例如，如果程序60在118处记录“不合理”传感器的出现，它可以随后在122处递增基于速度的计数。然而如果程序60在116处记录“合理”读数，它可以随后在124处更新累积能量(ETotal)的估计，并在126处将ETotal与能量阈值(ELimit)比较，譬如利用方程3。一旦ETotal超过ELimit，程序60可以在122处增量基于速度的计数。基于速度的计数由此可以呈现程序60已检测到传感器不合理的运行的次数。
在122处已经增量基于速度的计数之后，程序60在68处终止。在一个实施例中，程序60没有重启动直到下一钥匙接通事件62发生。本诊断程序60具有不管ICE 16处于什么操作状态42均能够运行的优点，且由此只要钥匙被接合就可以完全执行，而不管发动机是处于发动机运行状态、或自动停止状态。
图6示出了在可以与ICE 16相关联的发动机材料温度传感器上执行诊断的示例性方法200。如所示，该方法200可以包括监控ICE 16的操作状态(步骤202)，监控与ICE 16相关联的冷却剂系统18中的冷却剂流动(步骤204)；以及监控来自温度传感器14的温度信号(步骤206)。使用监控的操作状态和冷却剂流动，诊断模块12可以估计ICE 16中累积能量的量(步骤208)，且随后可以使用估计的能量来评估监控的温度信号的合理性(步骤210)。
如大体针对图5所述，诊断模块12可以估计在ICE 16中累积能量的量(步骤208)，例如通过提供能量值(步骤230)，然后随后响应于发动机运行操作状态增加能量值(步骤232)和/或响应于感应到的冷却剂流动降低能量值(步骤234)。相似地，诊断模块12可以评估温度信号的合理性(步骤210)，例如，通过将温度信号与温度阈值进行比较(步骤240)、将估计的累积能量与能量阈值进行比较(步骤242)、且随后如果在累积能量的估计超过能量阈值之前温度信号超过温度阈值则确定温度信号是合理的(步骤244)。最后，诊断模块12可以计算累积能量的估计超过能量阈值的次数来提供基于速度的功能(步骤250)。
虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。所有提及的方向(例如上部、下部、向上、向下、左、右、向左、向右、上方、下方、竖直和水平)仅用于标识目的，以辅助阅读者对本发明的理解，并且并产生限制，特别是对于本发明的位置、取向或使用的限制。期望的是，上述说明书中包含或附图中所示的所有内容应该被理解为仅是示例性的而不是限定性的。

Claims (10)

1.一种车辆系统，包括：
内燃机，配置为选择性地采用多种操作状态中的一种；
冷却剂系统，为内燃机设置，并且具有可变冷却剂流动；
计算机执行诊断模块，与内燃机和冷却系统连通，该诊断模块被配置为：
监控冷却剂系统的冷却剂流动；
监控内燃机的操作状态；
其特征在于，该车辆系统还包括
从监控的内燃机的操作状态和冷却剂流动估计内燃机中累积能量的量。
2.如权利要求1所述的车辆系统，还包括：
为所述内燃机设置的温度传感器，配置为监控所述内燃机的一部分的材料温度；以及
其中所述诊断模块与所述温度传感器通信，并配置为接收监控的材料温度的指示。
3.如权利要求2所述的车辆系统，其中所述诊断模块被配置为将监控的材料温度的指示与所述内燃机中累积能量的估计量相关联。
4.如权利要求2所述的车辆系统，其中所述诊断模块被配置为将所述累积能量的估计量与第一阈值进行比较；配置为将所述监控的材料温度的指示与第二阈值进行比较；并配置为如果在所述累积能量的估计值超过第一阈值之前所述监控的材料温度的指示超过第二阈值则确定温度传感器是合理的。
5.如权利要求4所述的车辆系统，其中所述诊断模块还被配置为对所述累积能量的估计量超过第一阈值的次数进行计数。
6.如权利要求1所述的车辆系统，其中用于内燃机的多个操作状态包括发动机运行状态和自动停止状态。
7.如权利要求6所述的车辆系统，其中所述诊断模块可操作以响应于发动机运行操作状态而增加累积能量的估计量，且可操作以响应冷却剂流动而减少累积能量的估计量。
8.一种诊断系统，包括：
冷却剂流动传感器，配置为提供在冷却剂系统中的冷却剂流动的指示；
发动机状态传感器，配置为提供内燃机操作状态的指示；以及
计算机执行诊断模块，与所述冷却剂流动传感器和所述发动机状态传感器通信，该诊断模块配置为使用冷却剂流动的指示和内燃机操作状态的指示估计所述内燃机中累积能量的量。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述诊断模块被配置为从发动机材料温度传感器接收内燃机的一部分的温度的指示。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述诊断模块被配置为将所述累积能量的估计量与第一阈值进行比较；配置为将所述温度的指示与第二阈值进行比较；并配置为如果在所述累积能量的估计值超过第一阈值之前所述温度的指示超过第二阈值则确定传感器读数是合理的。
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