CN102809409A - 用于检测并行进气发动机中的质量空气流量传感器的故障的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于并行进气发动机的系统包括第一、第二、第三和第四模块。第一模块基于节气门的横截面面积和横过节气门的压力比估算进入到发动机中的总质量空气流量（MAF）。第二模块基于所估算的总MAF和系数估算分别通过第一和第二进气通道的第一和第二MAF。第三模块分别计算所估算的第一和第二MAF与由第一和第二MAF传感器测量的第一和第二MAF之间的第一和第二差值。第四模块分别基于第一和第二差值以及第一和第二阈值检测第一和第二MAF传感器的故障。
Description
技术领域
本发明涉及内燃发动机并且更具体地涉及一种用于检测并行进气发动机中的质量空气流量（MAF）传感器的故障的系统和方法。
背景技术
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。当前所署名发明人的在本背景技术部分中所描述的程度上的工作，以及本描述中在申请时不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
内燃发动机通过可以由节气门调节的进气系统将空气吸入到进气歧管中。进气系统可以包括一个或多个进气管道。例如，并行进气构造可以包括两个进气管道，它们在被连接到进气歧管并且由节气门调节的单个管道处会聚在一起。此外，一个或多个涡轮增压器可以给吸入到进气歧管中的空气加压。双涡轮增压器发动机可以具有可变的构造，诸如并行的、连续的或分段的。
进气歧管中的加压空气被分配到多个气缸并且与燃料结合以形成空气/燃料（A/F）混合物。A/F混合物被压缩并且在气缸内燃烧以驱动可转动地旋转曲轴的活塞并且产生驱动转矩。将燃烧产生的废气从气缸排到排气歧管中。废气的压力和/或流动可以给一个或多个涡轮增压器提供动力。在被释放到大气中之前也可以用废气处理系统处理废气。
发明内容
一种用于并行进气发动机的系统包括第一、第二、第三和第四模块。第一模块基于节气门的横截面面积和横过节气门的压力比估算进入到发动机中的总质量空气流量（MAF）。第二模块基于所估算的总MAF和系数估算分别通过第一和第二进气通道的第一和第二MAF。第三模块分别计算所估算的第一和第二MAF与由第一和第二MAF传感器测量的第一和第二MAF之间的第一和第二差值。第四模块分别基于第一和第二差值以及第一和第二阈值检测第一和第二MAF传感器的故障。
一种用于并行进气发动机的方法包括：基于节气门的横截面面积和横过节气门的压力比估算进入到发动机中的总质量空气流量（MAF），基于所估算的总MAF和系数估算分别通过第一和第二进气通道的第一和第二MAF，分别计算所估算的第一和第二MAF与由第一和第二MAF传感器测量的第一和第二MAF之间的第一和第二差值，和基于所述第一和第二差值以及第一和第二阈值分别检测所述第一和第二MAF传感器的故障。
本发明还提供如下方案：
1.一种用于并行进气发动机的系统，所述系统包括：
第一模块，其基于节气门的横截面面积和横过所述节气门的压力比估算进入到发动机中的总质量空气流量（MAF）；
第二模块，其基于所估算的总MAF和系数分别估算通过第一进气通道和第二进气通道的第一MAF和第二MAF；
第三模块，其分别计算所估算的第一MAF和第二MAF与由第一MAF传感器和第二MAF传感器测量的第一MAF和第二MAF之间的第一差值和第二差值；和
第四模块，其分别基于所述第一差值和第二差值以及第一阈值和第二阈值检测所述第一MAF传感器和第二MAF传感器的故障。
2.如方案1所述的系统，其中所述系数取决于分别通过所述第一进气通道和第二进气通道的第一流动速率和第二流动速率。
3.如方案2所述的系统，其中所述系数等于所述第一流动速率和所述第二流动速率的总和除所述第一流动速率。
4.如方案1所述的系统，其中所述第二模块基于所估算的总MAF和所述系数的乘积估算所述第一MAF。
5.如方案1所述的系统，其中所述第二模块基于所估算的总MAF和一差值的乘积估算所述第二MAF，其中所述差值是在一和所述系数之间的差值。
6.如方案1所述的系统，其中当对应的差值大于对应的阈值时所述第四模块检测到第一MAF传感器和第二MAF传感器中的其中一个的故障。
7.如方案1所述的系统，其中当第一差值大于第一阈值并且第二差值大于第二阈值时所述第四模块检测到第一MAF传感器和第二MAF传感器两者的故障。
8.如方案1所述的系统，其中所述第四模块丢弃所述第一MAF传感器和第二MAF传感器中的故障的一个的测量值并且基于相应的涡轮增压器的涡轮速度、节气门的位置、和废气氧浓度中的至少一个产生估算的MAF。
9.如方案1所述的系统，其中当检测到第一MAF传感器和第二MAF传感器中的其中一个的故障时，所述第四模块产生故障信号，其中所述故障信号设置诊断标记和通知车辆的驾驶员中的至少一种。
10.如方案1所述的系统，其中所述发动机还包括在并行双涡轮增压器构造中实施的两个涡轮增压器，其中每个进气通道都包括进气管道，并且其中所述涡轮增压器给分别通过所述进气管道吸入的空气加压。
11.一种用于并行进气发动机的方法，所述方法包括：
基于节气门的横截面面积和横过所述节气门的压力比估算进入到发动机中的总质量空气流量（MAF）；
基于所估算的总MAF和系数估算分别通过第一进气通道和第二进气通道的第一MAF和第二MAF；
分别计算所估算的第一MAF和第二MAF与由第一MAF传感器和第二MAF传感器测量的第一MAF和第二MAF之间的第一差值和第二差值；和
分别基于所述第一差值和第二差值以及第一阈值和第二阈值检测所述第一MAF传感器和第二MAF传感器的故障。
12.如方案11所述的方法，其中所述系数取决于分别通过所述第一进气通道和第二进气通道的第一流动速率和第二流动速率。
13.如方案12所述的方法，其中所述系数等于所述第一流动速率和所述第二流动速率的总和除所述第一流动速率。
14.如方案11所述的方法，还包括基于所估算的总MAF和所述系数的积估算所述第一MAF。
15.如方案11所述的方法，还包括基于所估算的总MAF和一差值的乘积估算所述第二MAF，其中所述差值是在一和所述系数之间的差值。
16.如方案11所述的方法，还包括当对应的差值大于对应的阈值时检测到所述第一MAF传感器和第二MAF传感器中的其中一个的故障。
17.如方案11所述的方法，还包括当第一差值大于第一阈值并且第二差值大于第二阈值时检测到所述第一MAF传感器和第二MAF传感器两者的故障。
18.如方案11所述的方法，还包括丢弃所述第一MAF传感器和第二MAF传感器中的故障的一个的测量值并且基于相应的涡轮增压机涡轮速度、节气门的位置和废气氧浓度中的至少一个产生估算的MAF。
19.如方案11所述的方法，还包括当检测到所述第一MAF传感器和第二MAF传感器中的其中一个的故障时产生故障信号，其中所述故障信号设置诊断标记和通知车辆的驾驶员中的至少一个。
20.如方案11所述的方法，其中所述发动机还包括在并行双涡轮增压器构造中所述的两个涡轮增压器，其中每个进气通道都包括进气管道，并且其中所述涡轮增压器给分别通过所述进气管道吸入的空气加压。
通过下面所提供的详细描述，本发明的应用的进一步的领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和特定实施例旨在仅仅是为了示例性的目的并且不旨在限定本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，将更全面地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的一个执行方式的示例性的并行进气发动机系统的功能方块图；
图2是根据本发明的一个执行方式的示例性的控制模块的功能方块图；和
图3是流程图，示出了根据本发明的一个执行方式的、用于检测并行进气发动机中的质量空气流量（MAF）传感器的故障的示例性的方法。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示范性的并且绝不是要限制本发明、应用或使用。清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为使用非排他逻辑或的逻辑（A或B或C）。应当理解在不改变本发明的原则时，可以以不同顺序执行方法内的步骤。
如这里所使用的，术语模块可以指、包括、或是下面的一部分：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享的、专用的、或成组的）；提供所描述功能的其它适合部件；或上述的一些或全部的组合，例如以芯片上系统的形式。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享的、专用的、或成组的）。
并行如上面所使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并可以指程序、例程、函数、类和/或对象。如上面所使用的，术语共享意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享的）处理器来执行。另外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共享的）存储器存储。如上面所使用的，术语成组意味着来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器或者一组执行引擎来执行。例如，处理器的多个核和/或多个线程可以被认为是执行引擎。在各种执行方式中，多个执行引擎可横过处理器、横过多个处理器以及横过多个位置中的多个处理器，诸如并行处理装置中的多个服务器来分组。另外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器存储。
这里描述的装置和方法可以由通过一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来执行。计算机程序包括存储在非瞬时的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储的数据。非瞬时的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。
内燃发动机可以包括一个或多个进气管道。此外，内燃机可以包括一个或多个给吸入到进气歧管中的空气加压的涡轮增压器。例如，具有两个并行涡轮增压器的发动机（即，并行双涡轮增压器发动机）具有用于各涡轮增压器的单独的进气通道。并行进气发动机可以包括用于各进气管道的质量空气流量（MAF）传感器。例如，并行双涡轮增压器发动机可以包括各涡轮增压器上游的MAF传感器。MAF传感器可以测量通过各进气管道的MAF，其可由发动机控制系统使用以控制发动机。例如，发动机控制系统可以加和所测量的MAF以获得用于控制发动机的总MAF。
传统的诊断系统通过基于其它操作参数估算MAF并比较所估算的MAF和来自MAF传感器的测量的MAF来诊断MAF传感器。在并行进气发动机中，然而，估算MAF产生对进入到发动机中的总MAF的估算而不是估算通过各进气管道的MAF。因此，当检测到故障时，传统的诊断系统不能确定哪个MAF传感器故障。不正确和/或不准确的MAF传感器故障检测可能增加成本和/或降低性能。
因此，提出用于检测并行进气发动机中的MAF传感器的故障的系统和方法。该系统和方法可以首先基于横过节气门的压力比和节气门的横截面面积估算进入到发动机中的总MAF。该系统和方法然后可以确定将所估算的总MAF划分到单独的部件中的系数。该系数可以基于分别通过进气管道的流动速率预先确定。该系统和方法可基于所估算的总MAF和系数确定通过进气管道的估算的MAF。该系统和方法然后可以基于MAF传感器的测量值和对应的估算的MAF之间的差值计算MAF残差。
该系统和方法然后可以基于MAF残差和一个或多个阈值检测MAF传感器的故障。当MAF传感器的MAF残差大于对应的阈值时，该系统和方法可以丢弃来自故障的MAF传感器的测量值并且基于其它的操作参数估算MAF。例如，该系统和方法可以基于操作参数诸如但不限于涡轮增压器的涡轮速度、节气门位置、废气的氧浓度等估算故障MAF传感器的MAF。此外，该系统和方法产生故障信号以通知驾驶员和/或设置维修标记。
此外，系统和方法可以从系统级的视角而不是传感器级的视角检测MAF传感器的故障，如在普通受让的美国专利6,701,282中所描述的那样，其整体以引用的方式被结合到这里。更具体地，由于各系统传感器的相互依赖性，当给定的传感器故障时，MAF传感器的系统级检测可以防止其它诊断系统的错误的故障检测。换句话说，由普通拥有的美国专利6,701,282所描述的系统级方法可以被扩展到根据本发明的并行进气发动机。
现在参考图1，示例性的发动机系统10包括发动机12。例如，发动机12可以是火花点火（SI）发动机、柴油机、均质充量压缩点火（HCCI）发动机，或其它合适类型的发动机。在一些执行方式中，发动机系统10可以是混合系统并且因此可以进一步包括额外的部件，诸如电动马达和电池系统。发动机12通过进气系统16将空气吸到进气歧管14中。
进气系统16包括两个并行进气通道。更具体地，进气系统16包括进气管道18和20、空气过滤器22和24、以及涡轮增压器26和28。尽管示出了并行双涡轮增压器构造，但本发明的系统和方法可以在其它并行进气发动机系统中执行。空气过滤器22和24去除掉空气的微粒。涡轮增压器26和28给流过并行进气通道的空气加压。并行进气通道会聚到另一管道30。通过节气门32可以调节流过管道30并且流到进气歧管14中的气流。例如，可以经由电子节气门控制器（ETC）电动控制节气门32。
MAF传感器34和36分别测量通过并行进气通道的MAF。更具体地，MAF传感器34和36分别测量通过进气管道18和20的MAF。节气门入口压力(TIP)传感器38测量节气门32上游的空气压力。节气门位置传感器（TPS）40测量节气门32的位置。歧管绝对压力（MAP）传感器42测量进气歧管14内侧（也就是，节气门32下游）的空气压力。
进气歧管14中的空气被分配到多个气缸44。尽管示出了六个气缸，但发动机12可以包括其它数量的气缸。空气与来自多个燃料注射器46的燃料结合以形成空气/燃料（A/F）混合物。例如，燃料注射器46可以经由气缸44的进气端口（未示出）将燃料注射到气缸44中或者直接将燃料注射到气缸44中。气缸44内的A/F混合物被活塞（未示出）压缩并被燃烧。取决于发动机12的类型，火花塞48可以点燃压缩的A/F混合物。可替换地，然而，A/F混合物可以被压缩直到自动点火发生。
A/F混合物的燃烧驱动活塞（未示出），该活塞可转动地旋转曲轴50并且产生驱动转矩。驱动转矩可以经由变速器52被传递到车辆的传动系统54。例如，变速器52可以经由液压联轴器（未示出）诸如变矩器连接到曲轴50。额外的传感器（未示出）可以测量曲轴50的转动速度（“发动机速度”）和/或变速器52的输出轴的转动速度（“车辆速度”）。
燃烧产生的废气被从气缸44排到排气歧管56中。排气歧管56中的废气的压力和/或流动可以用来给涡轮增压器26和28提供动力。更具体地，额外的管道（未示出）可以将排气歧管56连接到涡轮增压器26和28的涡轮（未示出）。在被释放到大气中之前，排气歧管56中的废气也可以被废气处理系统（ETS）58处理。仅仅作为例子，ETS58可以包括氧化催化剂（OC）、氧化氮（NOx）吸收器/吸附器、选择性催化还原（SCR）系统、颗粒物质（PM）过滤器、和/或三元催化转换器中的至少一种。
控制模块60控制发动机系统10的操作。控制模块60可以接收来自涡轮增压器26和28、节气门32、MAF传感器34和36、TIP传感器38、TPS40、MAP传感器42、燃料注射器46、火花塞48、变速器52、传动系统54和/或ETS58的信号。控制模块60也可以接收来自其它合适的传感器的信号，诸如表示发动机速度和车辆速度的信号。控制模块60可以控制涡轮增压器26和28、节气门32、燃料注射器46、火花塞48、变速器52、和/或ETS58。控制模块60也可以控制其它合适的部件，诸如涡轮增压器增压控制器和废气门。控制模块60也可以执行本发明的系统或方法。
现在参考图2，示出了控制模块60的例子。控制模块60可以包括总MAF估算模块70、系数产生模块72、MAF划分确定模块74、残差计算模块76、和故障检测模块78。
总MAF估算模块70接收来自TIP传感器38、TPS40和MAP传感器42的分别表示所测量的TIP、所测量的节气门位置和所测量的MAP的信号。所测量的MAP和所测量的TIP之间的比值（也就是，MAP/TIP）代表横过节气门32的压力比。总MAF估算模块70基于横过节气门32的压力比和节气门32的横截面面积估算进入到发动机12中的总MAF（MAFTOT）。所测量的节气门位置可以用来确定节气门的横截面面积。可选地，例如，可以基于节气门本体的直径预先确定节气门32的横截面面积。
系数产生模块72产生用于将总MAF划分到单独的部件中的系数(R)。系数R取决于通过进气通道的流动速率。更具体地，第一流动速率（F1）可以代表通过进气管道18的流动速率并且第二流动速率（F2）可以代表通过进气管道20的流动速率。系数R代表相应第一和第二流动速率F1和F2的比值。更具体地，系数R可以等于F1/（F1+ F2）。此外，在一些执行方式中，系数R可以基于发动机操作参数而变化。
MAF划分确定模块74接收来自总MAF估算模块70的估算的总MAF（MAFTOT）。MAF划分确定模块74也接收来自系数产生模块72的系数R。MAF划分确定模块74基于所估算的总MAF（MAFTOT）和系数R确定第一估算的MAF（MAF1EST）和第二估算的MAF（MAF2EST）。第一估算的MAF（MAF1EST）代表通过进气管道18的估算的MAF并且第二估算的MAF （MAF2EST）代表通过进气歧管20的估算的MAF。例如，第一和第二估算的MAF（MAF1EST和MAF2EST）可以由下面的等式确定：
MAF1EST = MAFTOT × R; 和
MAF2EST = MAFTOT × (1-R)。
残差计算模块76接收第一和第二估算的MAF（MAF1EST和MAF2EST）。残差计算模块76还接收来自第一和第二MAF传感器34和36的表示分别通过进气管道18和20的所测量的MAF（MAF1ACT和MAF2ACT）的信号。残差计算模块76分别基于第一和第二估算的MAF（MAF1EST和MAF2EST）以及第一和第二测量的MAF（MAF1ACT和MAF2ACT）计算第一和第二MAF残差（MAF1RES和MAF2RES）。例如，残差计算模块76可以由下面的等式计算第一和第二MAF差值MAF1RES和MAF1RES：
MAF1RES = MAF1ACT – MAF1EST; 和
MAF2RES = MAF2ACT – MAF2EST。
故障检测模块78接收第一和第二MAF残差MAF1RES和MAF2RES。故障检测模块78基于第一和第二MAF差值MAF1RES和MAF2RES以及一个或多个阈值检测MAF传感器34和/或MAF传感器36的故障。尤其是，具有大于阈值的绝对值的第一MAF差值MAF1RES表示MAF传感器34故障。类似地，具有大于阈值的绝对值的第二MAF差值MAF2RES表示MAF传感器36故障。
在一些执行方式中，一个阈值可以被用在检测MAF传感器34和MAF传感器36的故障中。然而，也可以使用单独的阈值（举例来说，取决于设计的考虑因素，诸如MAF1和MAF2之间的空气流量差值）。当检测到MAF传感器34的故障时，故障检测模块78可以产生故障信号80。类似地，当检测到MAF传感器36的故障时，故障检测模块78可以产生故障信号82。故障信号80和82可以用来设置诊断标记和/或通知车辆的驾驶员。
现在参考图3，用于检测并行进气发动机中的MAF传感器的故障的示例性的方法在100处开始。在100处，控制模块60基于横过节气门32的压力比和节气门32的横截面面积估算总MAF。在104处，控制模块60产生系数。在108处，控制模块60基于所估算的总MAF和系数确定第一和第二估算的MAF。在112处，控制模块60分别基于第一和第二估算的MAF以及来自MAF传感器34和36的所测量的第一和第二MAF计算第一和第二MAF残差。
在116处，控制模块60确定第一MAF残差是否大于对应的阈值和/或第二MAF残差是否大于对应的阈值。如果为真，那么控制可以进行到120。如果为假，那么控制可以返回到100。在120处，控制模块60可以产生表示MAF传感器34故障的故障信号和/或表示MAF传感器36故障的故障信号。控制然后可以结束。
能以多种形式实现本发明的广泛的教导。因此，尽管本发明包括特定实施例，但是本发明的真实范围不应当被如此限制，因为基于附图、说明书和下面的权利要求的学习，其它修改对本领域从业人员而言将变得是显而易见的。
Claims (10)
1. 一种用于并行进气发动机的系统，所述系统包括：
第一模块，其基于节气门的横截面面积和横过所述节气门的压力比估算进入到发动机中的总质量空气流量（MAF）；
第二模块，其基于所估算的总MAF和系数分别估算通过第一进气通道和第二进气通道的第一MAF和第二MAF；
第三模块，其分别计算所估算的第一MAF和第二MAF与由第一MAF传感器和第二MAF传感器测量的第一MAF和第二MAF之间的第一差值和第二差值；和
第四模块，其分别基于所述第一差值和第二差值以及第一阈值和第二阈值检测所述第一MAF传感器和第二MAF传感器的故障。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述系数取决于分别通过所述第一进气通道和第二进气通道的第一流动速率和第二流动速率。
3. 如权利要求2所述的系统，其中所述系数等于所述第一流动速率和所述第二流动速率的总和除所述第一流动速率。
4. 如权利要求1所述的系统，其中所述第二模块基于所估算的总MAF和所述系数的乘积估算所述第一MAF。
5. 如权利要求1所述的系统，其中所述第二模块基于所估算的总MAF和一差值的乘积估算所述第二MAF，其中所述差值是在一和所述系数之间的差值。
6. 如权利要求1所述的系统，其中当对应的差值大于对应的阈值时所述第四模块检测到第一MAF传感器和第二MAF传感器中的其中一个的故障。
7. 如权利要求1所述的系统，其中当第一差值大于第一阈值并且第二差值大于第二阈值时所述第四模块检测到第一MAF传感器和第二MAF传感器两者的故障。
8. 如权利要求1所述的系统，其中所述第四模块丢弃所述第一MAF传感器和第二MAF传感器中的故障的一个的测量值并且基于相应的涡轮增压器的涡轮速度、节气门的位置、和废气氧浓度中的至少一个产生估算的MAF。
9. 如权利要求1所述的系统，其中当检测到第一MAF传感器和第二MAF传感器中的其中一个的故障时，所述第四模块产生故障信号，其中所述故障信号设置诊断标记和通知车辆的驾驶员中的至少一种。
10. 一种用于并行进气发动机的方法，所述方法包括：
基于节气门的横截面面积和横过所述节气门的压力比估算进入到发动机中的总质量空气流量（MAF）；
基于所估算的总MAF和系数估算分别通过第一进气通道和第二进气通道的第一MAF和第二MAF；
分别计算所估算的第一MAF和第二MAF与由第一MAF传感器和第二MAF传感器测量的第一MAF和第二MAF之间的第一差值和第二差值；和
分别基于所述第一差值和第二差值以及第一阈值和第二阈值检测所述第一MAF传感器和第二MAF传感器的故障。
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