CN102748110A - 区别egr阀与氧传感器劣化 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有控制进气稀释的阀的发动机的诊断方法。该方法包含在供给发动机燃料的过程中，当所述阀被命令关闭而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示阀劣化。该方法还包括在没有供给发动机燃料的过程中，当阀被命令关闭而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示传感器劣化。

Description

区别EGR阀与氧传感器劣化
技术领域
本申请涉及机动车辆工程领域，更具体地，涉及机动车辆的排气再循环(EGR)系统的诊断。
背景技术
通过控制峰值燃烧温度，排气再循环(EGR)有助于减少来自发动机的NOx排放。EGR通过使用排气稀释进气，从而减少其氧含量而起作用。当使用经稀释的空气代替普通空气以支撑发动机内的燃烧时，导致较低的峰值燃烧温度。
EGR还能够改善汽油发动机的燃料经济性。处于中等和高负荷时，由于爆震减少而导致燃料经济性被改善，其允许更高效的燃烧定相、减少传递至发动机冷却剂的热损失和降低排气温度，进而减少富集的需求从而冷却排气组件。位于低负荷时，EGR提供减少节流损失的附加利益。
在现代EGR系统中，排气可经过电子致动的EGR阀，进入进气流。机动车辆控制器可致动阀以响应耦合至进气流的氧传感器输出。在一些情况中，可以用闭环的方式控制阀，以便传感器输出被调节至选定点值。自然地，阀和传感器均遭受劣化。在一些情况中，可通过在控制器中执行的诊断过程确定劣化的EGR系统。
例如，美国专利号7,100,585描述基于阀位置的测量诊断EGR阀的劣化。该途径在阀上需要专用的位置传感器以及在控制器中的专用反馈通道。美国专利申请公开号2010/0294253描述通过测量关闭阀时进气压力的变化诊断EGR阀的劣化。该途径对检测EGR阀中相对小的泄漏不够灵敏。
发明内容
因此，发明人在此已设计出灵敏且可能节约成本的替代方法，使用耦合至进气流中的氧传感器输出来诊断EGR阀的劣化。一个实施例提供具有控制进气稀释的EGR阀的发动机的诊断方法。该方法包含在供给发动机燃料的过程中，当所述阀被命令关闭而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示阀劣化。该方法还包括在没有供给发动机燃料的过程中，当阀被命令关闭而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示传感器劣化。以这种方式，传感器和EGR-阀劣化彼此明确地被区分，从而使得采取适当的纠正行为称为可能。
在另一个实施例中，该方法还包含判断传感器输出是否短路或断路。
在另一个实施例中，该方法还包含感测包括阀位置的发动机工况；以及基于工况预测氧水平，其中当预测的氧水平与传感器输出不一致时，触发所述指示。
在另一个实施例中，提供了具有控制进气稀释的阀的发动机的诊断方法。该方法包含将进气提供至发动机的进气歧管、耦合至进气歧管上游的氧传感器提供输出；当传感器输出对应于高于空气氧水平的氧水平时，指示传感器高于限值(over-limit)的劣化；在供给发动机燃料过程中，当阀被命令关闭，而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示阀劣化；以及没有供给发动机燃料时，当阀被命令关闭，而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示传感器低于限值(under-limit)的劣化。
在另一个实施例中，阀接收机械地耦合至压缩机的排气涡轮下游的排气，并且其中进气被这些压缩机上游的排气稀释。
在另一个实施例中，指示阀或传感器劣化包括在安装有发动机的机动车辆的车载诊断系统中的指示。
在另一个实施例中，具有控制进气稀释的阀的发动机的诊断方法包含将进气供给至发动机的进气歧管、耦合至进气歧管上游的氧传感器提供输出；调整发动机操作；在调整操作后的预定时间段后，接收传感器输出；当传感器输出对应于高于空气氧水平的氧水平时，指示传感器高于限值的劣化；在供给发动机燃料的过程中，当阀被命令关闭，而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示阀劣化；以及没有供给发动机燃料时，当阀被命令关闭，而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示传感器低于限值的劣化。
在另一个实施例中，调整操作包括命令阀关闭。
在另一个实施例中，调整操作包括暂停供给发动机燃料。
在另一个实施例中，该方法还包含判断传感器输出是否短路或断路.
在另一个实施例中，该方法还包含感测包括阀位置的发动机工况；以及基于工况预测氧水平，其中当预测的氧水平与传感器输出不一致时，触发所述指示。
提供上述概要从而以简化的形式介绍本发明所选部分，而不是指出关键或本质特征。由权利要求限定的要求保护的主题既不限制于本概要内容，也不限制于解决在此提出的问题或缺点的实施方式。
附图说明
图1和图2示出根据本发明实施例的示例发动机系统的多个方面。
图3、图4和图5示出根据本发明实施例的机动车辆EGR系统的示例诊断方法的多个方面。
具体实施方式
将参考上述列举的示出性实施例示例性描述本发明多方面。在一个或更多个实施例中可基本相同的组件、过程步骤和其他元素被一致地标识并以最少的重复描述。然而，应注意被一致标识的元素也可在一定程度上不同。还应注意的是，本发明中包含的附图为示意图并且通常不按比例绘制。相反，可能有意使图中所示的各绘图比例、高宽比和组件数量失真，以便易于看出某些特征或关系。
图1示意性示出在一个实施例中的示例发动机系统10的多方面。在发动机系统10中，新鲜空气被导入空气滤清器12并流至压缩机14。压缩机可以是任何适当的进气压缩机——例如，马达驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统10中，压缩机为机械地耦合至涡轮16的涡轮增压器压缩机，其中通过使来自排气歧管18的发动机排气膨胀来驱动涡轮。在一个实施例中，压缩机和涡轮可耦合在双涡管涡轮增压器。在另一个实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何随着发动机转速主动变化。
在发动机系统10中，压缩机14经由充气冷却器22和节气门24流体地耦合至进气歧管20。因此，来自压缩机的压缩空气流经充气冷却器和节气门前往进气歧管。充气冷却器可以是任何适合的热交换器，其被配置为冷却进气充气以便达到期望的燃烧和排放控制性能。如图1所示，压缩机旁通阀26耦合于压缩机的进口和出口之间。压缩机旁通阀可以是常闭阀，其被配置为在电子控制系统(见下文)的命令下打开，以便在所选的工况下释放过度升压(boost pressure)。例如，压缩机旁通阀在减小发动机速度的条件下可打开，从而避免压缩机喘振。当压缩机旁通阀打开时，未经压缩的新鲜空气可通过止回阀28流至节气门24。止回阀28能够使新鲜空气绕过节气门上游的大部分EGR-稀释的空气充气。在松加速器踏板过程中，该特征可减少发动机系统中残留的EGR-稀释空气的影响。
在发动机系统10中，排气歧管18和进气歧管20分别通过一系列排气门32和进气门34耦合至一系列汽缸30。在一个实施例中，可电子致动每个排气和进气门。在另一个实施例中，可凸轮致动每个排气和进气门。无论电子致动或是凸轮致动，为了实现期望的燃烧和排放控制性能，可根据需要调整排气门和进气门打开和关闭正时。
图1示出电子控制系统36，其可以是安装了发动机系统10的车辆的电子控制系统。在其中至少一个进气门或排气门被配置为根据可调整正时打开或关闭的实施例中，可通过电子控制系统控制可调整正时，从而在点火时调节存在于汽缸中存在的排气量。为了评估与发动机系统控制作用相关的工况，电子控制系统可操作地耦合至布置于整个发动机系统中的多个传感器——流量传感器、温度传感器、踏板位置传感器、压力传感器等。例如图1示出，歧管空气压力(MAP)传感器38和歧管空气温度传感器(MAT)40耦合至进气歧管20；质量空气流量(MAF)传感器42耦合至节气门24上游。在该实施例和其他实施例中还可以提供各种其他传感器。
汽缸30可被供给一种或更多种不同的燃料：汽油、醇类、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可通过直接喷射、进气道喷射、节气门体喷射或其任何组合被供给至汽缸。在发动机系统10中，通过火花点火开始燃烧。因此，发动机系统包含一系列火花塞44，其被配置为接收来自电子点火系统46的正时电压脉冲。在其他实施例中，可通过任何变化的方式经由火花点火和/或压缩点火开始燃烧。
如上所述，来自排气歧管18的排气流至涡轮16，从而驱动涡轮。当期望减少的涡轮扭矩时，一些排气被引导绕开涡轮并通过废气门48。然后涡轮和废气门的混流流经排气后处理装置50和52。在本发明的不同实施例中排气后处理装置的性质、数量和布置可不同。通常，排气后处理装置可包括至少一种排气后处理催化剂，其被配置为催化地处理排气流，从而减少排气流中一种或更多种物质的量。例如，当排气流稀薄时，一种排气后处理催化剂可被配置为从排气流中捕集NOx，而当排气流富集时减少捕集的NOx。在其他示例中，排气后处理催化剂可被配置为借助还原剂歧化NOx或选择性地还原NOx。在又一个例子中，排气后处理催化剂可被配置为氧化排气流中残留的碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何此类作用的不同排气后处理催化剂可被分开或一起布置于排气后处理装置的涂层或其他地方。在一些实施例中，排气后处理装置可包括被配置为捕集和氧化排气流中的碳烟颗粒的可再生碳烟过滤器。
在如图1中继续，所有或部分来自排气后处理装置的经处理的排气可经消声器54被释放至大气中。在发动机系统10中，经处理的排气经排气背压阀56流至消声器。在正常工况下，排气背压阀可保持完全打开，但是当其处于低发动机负荷时被命令部分关闭，如下面进一步描述的。
根据工况，一些经处理的排气被转向通过EGR冷却器58。通过打开与EGR冷却器串联连接的EGR阀60，排气可被转向。因此，EGR阀的位置影响进气稀释。EGR冷却器可以是任何适合的热交换器，其被配置为将排气流冷却至适合于混合至进气充气的温度。自EGR冷却器58，冷却的排气流至EGR阀60；自EGR阀，该排气流经压缩机14。在所示的LP EGR配置中，EGR阀接收来自排气涡轮16下游的排气，并且使用此种压缩机14上游的排气稀释进气。除了发动机系统10中相对长的LP EGR流动路径外，压缩机的旋转也为进入进气充气的排气提供良好的均化作用。进一步地，EGR分接点和混合点的设置提供有效的排气冷却；如图1所示，再循环排气横穿排气后处理装置50和52、EGR冷却器58、以及充气冷却器22。然而，还考虑了若干其他的EGR配置，包括其中高压排气来自涡轮16上游的位点并被混合进入压缩机14下游的进气的EGR配置。
在一些实施例中，节气门24、压缩机旁通阀26、废气门48、排气背压阀56和/或EGR阀60可被电子控制并被配置为在电子控制系统36的命令下关闭和打开。进一步地，这些阀中的一个或更多个可被连续地调整。电子控制系统可操作地耦合至每个电子控制的阀，并被配置为命令其根据需要打开、关闭和/或调整，从而执行此处描述的任何控制作用。
可部分关闭排气背压阀56，从而在外部EGR环路中维持充足的流动势能。当排气背压阀部分关闭时，在LP EGR分接点处积聚排气压力，从而增加外部EGR流动势能。部分地关闭排气背压阀还可通过增加排气歧管18中的排气压力而增加内部EGR率。
图2示意性地示出在一个实施例中的另一个示例发动机系统62的多方面。发动机系统62缺少排气背压阀56，但是包括耦合至空气滤清器12下游的清洁空气节气门64。清洁空气节气门可以是操作地耦合至电子控制系统36的电子控制阀。在正常工况下，清洁空气节气门可保持完全打开，但处于低发动机负荷时部分关闭，从而在外部EGR环路中维持充足的流动势能。当清洁空气节气门部分关闭时，在清洁空气节气门的下游形成部分真空，从而增加外部EGR流动势能。在与本公开完全一致的其他实施例中，发动机系统可包括排气背压阀和清洁空气节气门二者。在又一个实施例中，发动机系统可以不包括任何一个。
图1和图2还示出耦合至充气冷却器22上游的进气流的进气氧(IAO2)传感器66。IAO2传感器操作地耦合至电子控制系统36并被配置为提供响应进气流中的氧水平(即O2的分压力)的输出。该输出可包括电压或泵送电流。也就是，可配置IAO2传感器，以便输出随着O2分压力的增加而单调增加(在一些情况中线性增加)。在一个实施例中，IAO2传感器可以是UEGO传感器。因此，响应IAO2传感器输出，电子控制系统可调整EGR阀60的位置，从而对进气氧水平施加闭环控制。
自然地，EGR阀60和IAO2传感器66均可经受劣化。原则上，IAO2传感器输出对诊断劣化的EGR阀可以是有用的：基于被命令的EGR阀位置以及被感测的发动机工况，能够预测进气氧水平。然后，可将预测的数值同IAO2传感器输出比较。低于预测的氧水平能够指示泄漏的EGR阀。然而，因为劣化的IAO2传感器也能导致低于预测的氧水平，所以该诊断方法是模糊不请的。
为在提出该问题的同时还提供其他优势，该发明描述不同的诊断方法。本方法通过继续参考上述配置得到实现和描述。然而，应理解此处描述的以及其他完全包含于本发明范围内的方法也可通过其他配置实现。可在发动机系统运行的任何时候进入本方法，并且其可被重复实施。自然地，每次实施方法可为随后的实施改变进入状况，因此调用复杂的决策逻辑。本发明全面考虑了此类逻辑。
进一步地，在一些实施例中，不背离本发明范围可省略一些在此描述的和/或示出的过程步骤。为获得预期的结果，不必总按过程步骤所指示的顺序，提供指示的顺序是为了易于说明和描述。根据使用的具体策略，可重复执行一个或更多个所示行为、功能或操作。
此处提出的方法包括通过设置于发动机系统的一个或更多个传感器执行的各种的测量和/或感测事件。该方法还包括各种计算、比较和决策事件，其被可在操作地耦合至传感器的电子控制系统中执行。该方法还包括各种的硬件致动事件，其中电子控制系统可根据决策事件选择性地命令。此处公开的控制和估计可代表一个或更多个不同的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所公开的过程步骤(操作、功能和/或行为)可表现为编入电子控制系统中计算机可读存储介质中的代码。
图3示出机动车辆EGR系统的示例诊断方法68的多方面。在70，感测EGR阀位置(例如升起或打开量)。在一个实施例中，通过耦合至阀的位置传感器可直接感测阀位置。在其他实施例中，可间接或推断地感测位置。例如，感测位置可包括读取由电子控制系统命令的位置。在72，在电子控制系统中接收IAO2传感器输出。在74，感测发动机系统的其他工况。此类其他工况可包括例如排气背压阀位置、清洁空气节气门位置、进气节气门位置、发动机转速、发动机负荷、进气量、燃料喷射量、歧管空气压力和/或歧管空气温度。
在76，基于EGR阀位置和各种其他工况预测进气氧水平。在78，判断预测的氧水平是否与IAO2传感器输出一致。如果预测的氧水平与IAO2传感器输出一致，那么该方法返回。然而，如果预测的氧水平与IAO2传感器输出不一致，那么该方法前进至80，在80运行适合的EGR阀和/或传感器诊断。在一个实施例中，当预测的氧水平与传感器输出不一致时，可触发该诊断。该方法自80返回。
图4示出机动车辆EGR系统的另一示例诊断方法80A的多方面。在一个非限制的例子中，方法80A可在方法68的80处执行。在82，运行IAO2传感器上的电线诊断。该行为可包括判断传感器输出是否短路(例如接地或电源轨)或输出是否是断路。在84，为了能够运行随后的合理的诊断程序，调整发动机的一种或更多种操作。在一个实施例中，该行为可包括命令EGR阀关闭。在另一个实施例中，其可包括暂停供给发动机燃料(例如进入减速燃料关闭(DFSO)模式)。在86，运行合理的诊断程序。在一个实施例中，可在适当的延迟后开始86或其任何随后的实施。以该方式，在调整发动机操作后的预定时间段后，可接收IAO2传感器输出，其允许使进气氧水平有调整切断EGR和/或燃料的时间。方法自86返回。
图5示出机动车辆EGR系统的另一示例诊断方法80A的多方面。在一个非限制示例中，在方法80A的86处可执行方法86A。在88，从IAO2传感器读取进气氧水平。在一些实施例中，该行为可包括将适当的电流或电压偏置施加至传感器的电极。在90，判断以该方式读取的氧水平是否超过空气氧水平(例如，新鲜空气、周围空气)。如果氧水平确实超过空气氧水平，那么方法前进至92，在此指示超过限值的IAO2传感器输出。然而，如果氧水平确实没有超过空气氧水平，那么方法前进至94，在此判断EGR阀是否关闭(即被命令关闭)。该判断可通过询问存储在电子控制系统中的适当的数据结构来进行。如果EGR阀没有关闭，那么方法前进至88。然而，如果EGR阀关闭，那么方法前进至96。在96，判断氧水平是否低于空气氧水平。在一个实施例中，该行为可包括判断氧水平是否低于空气氧水平至少一个预定的绝对或相对阈值。如果氧水平不低于空气氧水平，那么方法前进至98，在此IAO2传感器和EGR阀劣化指示器(如果有)被清除。然而，如果水平低于空气氧水平，那么方法前进至100。在100，判断是否接入燃料(即在发动机中是否致动燃料喷射)。如果接入燃料，那么方法前进至102，在此指示EGR阀泄漏。因此，当阀被命令关闭而IAO2传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，在供给发动机燃料的过程中指示阀劣化。然而，如果没有接入燃料(例如，如果发动机系统处于DFSO模式)那么方法前进至104，在此指示低于限值(under-limit)的IAO2传感器输出。因此，当阀被命令关闭但传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，在没有供给发动机燃料的情况下指示IAO2传感器输出的低于限值的劣化。
在一些实施例中，可在安装有发动机的机动车辆的车载诊断系统中设定和/或清除不同劣化形式的指示器。例如该行为可包括设定和/或清除专用的MIL代码。在设定MIL代码的情况中，指示灯可以亮起或声音报警可以响起。进一步地，鉴于诊断的特定种类的劣化，可调整机动车辆的一个或更多个操作。在一个例子中，当检测出IAO2传感器输出的劣化时，电子控制系统可从对EGR阀的闭环控制向开环控制转换。当检测出泄漏的EGR阀时，电子控制系统可以试图增强处于低的发动机转速时的燃烧稳定性(例如，通过缩短点火延迟)。方法从92、98、102或104返回。
最后，应理解上文描述的物体、系统和方法为本发明的实施例(非限制性例子，其还可预期到其很多变化和扩展)。因此，本发明包括此处公开的物体、系统和方法及其任何和所有的等同物的所有新颖和非明显的组合及子组合。

Claims (10)

1.一种具有控制进气稀释的阀的发动机的诊断方法，其包含：
在供给发动机燃料的过程中，当所述阀被命令关闭，而传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示阀劣化；以及
在没有供给发动机燃料的过程中，当所述阀被命令关闭，而所述传感器输出对应于低于空气氧水平的氧水平时，指示传感器劣化。
2.根据权利要求1所述的方法，还包含将所述进气供给至所述发动机的进气歧管，其中所述传感器输出是耦合至所述进气歧管上游的氧传感器的输出。
3.根据权利要求2所述的方法，还包含将偏压施加至所述氧传感器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述阀接收机械地耦合至压缩机的排气涡轮下游的排气，并且其中所述进气被所述压缩机上游的这些排气稀释。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧水平比空气氧水平低至少一阈值量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器劣化导致所述传感器输出下降至第一限值以下，所述方法还包含当所述传感器输出对应于高于空气氧水平的氧水平时，指示所述传感器输出上升至第二限值以上。
7.根据权利要求1所述的方法，其中指示所述阀或传感器劣化包括在安装有所述发动机的机动车辆的车载诊断系统中的指示。
8.根据权利要求1所述的方法，还包含：
调整所述发动机的运行；以及
在调整运行后的预定时间段后，接收所述传感器输出。
9.根据权利要求8所述的方法，其中调整运行包括命令所述阀关闭。
10.根据权利要求8所述的方法，其中调整运行包括暂停供给所述发动机燃料。
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