CN105332808A - 基于瞬态驾驶循环检测的发动机输出炭烟诊断控制系统 - Google Patents
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Abstract
公开了基于瞬态驾驶循环检测的发动机输出炭烟诊断控制系统。一种内燃发动机控制系统包括内燃发动机，该内燃发动机包括配置成在驾驶循环期间在其中执行空气/燃料混合物的燃烧的至少一个汽缸。电子发动机控制模块被配置成选择性地执行至少一个基于炭烟的诊断操作，该操作基于排出的炭烟来诊断内燃发动机。电子诊断评估模块与发动机控制模块电气通信并且被配置成在驾驶循环期间基于内燃发动机的至少一个瞬态驾驶事件来禁用至少一个基于炭烟的诊断操作。
Description
技术领域
本发明一般涉及内燃发动机控制系统，并且更具体来说，涉及内燃发动机诊断系统。
背景技术
燃烧储存在内燃发动机的汽缸中的空气/燃料混合物产生的废气是含有气态碳排放的不均匀混合物，气态碳排放诸如但不限于一氧化碳（“CO”）、未燃的碳氢化合物和氮的氧化物（“NOx”）以及包括凝相物质（液体和固体）的颗粒物质和炭烟。
车辆通常包括废气处理系统，包括一个或多个排气处理设备，诸如像颗粒过滤器。颗粒过滤器包括安置成与废气流体连通的过滤器基底。过滤器基底被配置成在废气流过其时收集颗粒物质和炭烟。
联邦政府指令的发动机输出性能要求变得越来越严格，因为与碳排放有关的关注点持续增加。通常使用发动机排出炭烟模型来估计发动机炭烟输出，该输出又用来诊断内燃发动机和颗粒过滤器的使用中性能。然而，常规的发动机排出炭烟模型可能不能以满足联邦政府指令的使用中速率性能要求所需的精确度来估计发动机炭烟输出。当在瞬态条件下操作内燃发动机时，例如，常规的发动机排出炭烟模型与颗粒物质传感器的组合可能导致错误的失败诊断或可能错误的通过诊断。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，内燃发动机控制系统包括内燃发动机，该内燃发动机包括配置成在驾驶循环期间在其中执行空气/燃料混合物的燃烧的至少一个汽缸。电子发动机控制模块被配置成选择性地执行至少一个基于炭烟的诊断操作，该操作基于排出的炭烟来诊断内燃发动机。电子诊断评估模块与发动机控制模块电气通信并且被配置成在驾驶循环期间基于内燃发动机的至少一个瞬态驾驶事件来禁用至少一个基于炭烟的诊断操作。
在本发明的另一个示例性实施例中，一种控制内燃发动机的诊断系统的方法，该方法包括在驾驶循环期间在内燃发动机的汽缸中燃烧空气/燃料混合物。燃烧产生从汽缸排出的炭烟。方法进一步包括选择性地执行至少一个基于炭烟的诊断操作，该操作基于排出的炭烟来诊断内燃发动机。方法进一步包括在驾驶循环期间基于内燃发动机的至少一个瞬态驾驶事件来禁用至少一个基于炭烟的诊断操作。
本发明包括以下方案：
1.一种内燃发动机控制系统，包括：
内燃发动机，包括配置成在驾驶循环期间在其中执行空气/燃料混合物的燃烧的至少一个汽缸，所述燃烧产生从所述至少一个汽缸排出的炭烟；
电子发动机控制模块，被配置成选择性地执行至少一个基于炭烟的诊断操作，所述操作基于排出的炭烟来诊断所述内燃发动机；以及
与发动机控制模块电气通信的电子诊断评估模块，所述诊断评估模块被配置成在所述驾驶循环期间基于所述内燃发动机的至少一个瞬态驾驶事件来禁用所述至少一个基于炭烟的诊断操作。
2.如方案1所述的内燃发动机控制系统，其中所述诊断评估模块将检测出的瞬态驾驶事件的数量与瞬态阈值相比较，并且当检测出的瞬态驾驶事件的数量超出所述瞬态阈值时禁用所述至少一个基于炭烟的诊断操作。
3.如方案2所述的内燃发动机控制系统，其中所述至少一个瞬态驾驶事件是基于空气的数量和传递到汽缸的燃料的数量中的至少一个来检测。
4.如方案3所述的内燃发动机控制系统，其中所述瞬态事件是基于在取样的时间周期内燃料的所述数量的改变速率来检测。
5.如方案4所述的内燃发动机控制系统，其进一步包括发动机输出速度传感器，所述发动机输出速度传感器输出指示所述内燃发动机的发动机速度的发动机输出速度信号；
其中所述诊断评估模块与所述发动机输出速度传感器电气通信，并且当发动机速度超出速度阈值时，确定燃料的数量的改变速率对应于瞬态驾驶事件。
6.如方案5所述的内燃发动机控制系统，其中当检测到的瞬态驾驶事件的数量小于或等于所述瞬态阈值时，所述诊断评估模块确定稳态驾驶事件。
7.如方案6所述的内燃发动机控制系统，其中所述诊断评估模块确定多个稳态驾驶事件和多个瞬态驾驶事件，并且基于在标准化的时间周期内检测到的稳态驾驶事件的总数量与在所述标准化的时间周期内检测到的瞬态驾驶事件的总数量的比较来输出标准化的瞬态驾驶事件。
8.一种控制内燃发动机的诊断系统的方法，所述方法包括：
在驾驶循环期间在所述内燃发动机的至少一个汽缸中燃烧空气/燃料混合物，所述燃烧产生从所述至少一个汽缸排出的炭烟；
选择性地执行至少一个基于炭烟的诊断操作，所述操作基于排出的炭烟来诊断所述内燃发动机；以及
在所述驾驶循环期间检测所述内燃发动机的至少一个瞬态驾驶事件，并且响应于检测所述至少一个瞬态驾驶事件来禁用所述至少一个基于炭烟的诊断操作。
9.如方案8所述的方法，其中检测所述至少一个瞬态驾驶事件进一步包括将检测出的瞬态驾驶事件的数量与瞬态阈值相比较，并且响应于检测出的瞬态驾驶事件的数量超出所述瞬态阈值而禁用所述至少一个基于炭烟的诊断操作。
10.如方案9所述的方法，其进一步包括基于空气的数量和传递到汽缸的燃料的数量中的至少一个来检测所述至少一个瞬态驾驶事件。
11.如方案10所述的方法，其进一步包括基于在取样的时间周期内燃料的数量的改变速率来检测所述瞬态事件。
12.如方案11所述的方法，其进一步包括：
确定所述内燃发动机的发动机速度；以及
当所述发动机速度超出速度阈值时，确定燃料的数量的改变速率对应于瞬态驾驶事件。
13.如方案12所述的方法，其进一步包括当检测到的瞬态驾驶事件的数量小于或等于所述瞬态阈值时，确定稳态驾驶事件。
14.如方案13所述的方法，其进一步包括：
确定多个稳态驾驶事件；
确定多个瞬态驾驶事件；以及
基于在标准化的时间周期内检测到的稳态驾驶事件的总数量与在标准化的时间周期内检测到的瞬态驾驶事件的总数量的比较来确定标准化的瞬态驾驶事件。
本发明的上述特征从在结合附图进行的本发明的以下详细描述显而易见。
附图说明
其他特征和细节在实施例的以下详细描述中仅通过实例呈现，详细描述是参照附图，其中：
图1是示出根据本公开的示例性实施例的车辆系统的功能方框图；
图2是示出根据本公开的示例性实施例的发动机排出炭烟模型诊断控制模块的功能方框图；以及
图3是示出根据示例性实施例的控制包括在车辆系统中的诊断系统的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述实质上仅是示例性的，而并不意欲限制本公开、其应用或使用。应理解，在全部附图中，对应的参考数字指示相同或对应的部分和特征。如本文所使用，术语模块指代处理电路，其可以包括特定应用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共享、专用或集群）和内存、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能性的其他适合的部件。
参照图1，示出根据示例性实施例的车辆系统100的功能方框图。车辆系统100包括配置成产生旋转扭矩的发动机102。仅为了论述的目的，发动机102将被论述为柴油型内燃发动机。然而，应了解，车辆系统100可以用于其他类型的内燃发动机，包括但不限于火花点火（例如，汽油型）内燃发动机。发动机102的一个或多个系统和/或致动器可以由如下文更详细描述的发动机控制模块（ECM）200来控制。
空气通过进气歧管104被吸入到发动机102中。ECM200被配置成控制一个或多个燃料喷射器108a/108b以将一定数量的燃料传递到一个或多个汽缸110a/110b，在汽缸处燃料与空气混合以形成可燃烧的空气/燃料混合物。根据一个实施例，ECM200还被配置成控制节气门阀106。在发动机是例如柴油发动机的情况下，可以使用节气门阀来产生进气歧管真空，由此使得废气再循环到汽缸110a/110b内。此技术通常称为废气再循环（EGR），并且可以降低燃烧温度并且减少NOx产生，如本领域普通技术人员所理解。根据一个实施例，可以提供单独的致动器模块（例如，节气门致动器模块和燃料致动器模块）来分别控制节气门阀106和一个或多个燃料喷射器108a/108b。空气质量流量（MAF）传感器109可以输出指示传递到进气歧管104的空气数量的空气质量信号。
每个汽缸110a/110b包括联接到曲轴112的活塞（未示出）。空气/燃料混合物的燃烧可以包括四个冲程：进气冲程、压缩冲程、燃烧（或膨胀）冲程以及排气冲程。在进气冲程期间，活塞被降低到例如最底部位置，并且空气和燃料被引入到汽缸110a/110b等内。最底部位置可以称为下止点（BDC）位置。
在压缩冲程期间，曲轴112将活塞朝向例如最顶部位置驱动，由此压缩汽缸110a/110b等内的空气/燃料混合物。最顶部位置可以称为上止点（TDC）位置。空气/燃料混合物的燃烧将活塞朝向BDC位置驱动，由此旋转地驱动曲轴112。此旋转力（即，扭矩）可以是在汽缸110a/110b等的预定点火次序中的下一个汽缸的压缩冲程期间压缩空气/燃料混合物的压缩力。在排气冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧所产生的废气从汽缸110a/110b等排出。
发动机输出速度（EOS）传感器114测量曲轴112的旋转速度并且产生指示EOS的EOS信号。仅举例而言，EOS传感器114可以包括可变磁阻（VR）传感器或者另一种适合的类型的EOS传感器114。齿轮116可以包括“N”个数量的齿，并且被配置成与曲轴112一起旋转。EOS传感器114在齿轮116的旋转期间响应于检测到齿中的一个或多个来产生脉冲信号。每个脉冲之间（即，每个检测到的齿之间）的时间周期可以确定曲轴112的总速度。
每个脉冲信号可以对应于曲轴112的等于360°除以N个齿的量的角旋转。仅举例而言，齿轮116可以包括60个均匀间隔的齿（即，n=60）并且每个脉冲可以对应于曲轴112的6°的旋转。在各个实施中，可以省略N个均匀间隔的齿中的一个或多个。仅举例而言，可以省略N个齿中的两个。例如，可以省略一个或多个齿作为曲轴112的一次旋转的指示符。EOS传感器114可以基于脉冲之间（即，每个感测到的齿之间）的时间周期来产生EOS。仅举例而言，EOS传感器114可以基于在汽缸110a/110b等的膨胀冲程期间使得曲轴112旋转预定角度（例如，90°）所花费的周期来产生EOS。可以使用EOS来确定曲轴112的额外动态事件（即，干扰），包括但不限于加速/减速和/或爆震，这又指示一个或多个汽缸110a/110b等的干扰。例如，汽缸110a/110b等的干扰可以基于在汽缸110a/110b等的燃烧冲程期间测量出的EOS（例如，速度）的第一导数来确定。
发动机102可以将扭矩输出通过曲轴112传递到变速器118。例如，加速踏板120的位置可以指示扭矩的所需量，如由本领域普通技术人员所理解。踏板传感器122被配置成检测加速踏板120的位置的改变。基于加速踏板120的位置，踏板传感器122输出踏板信号，该踏板信号指示驾驶者所需的车辆速度且因此指示执行各个驾驶操纵所必需的燃料消耗。加速踏板120的位置进一步命令ECM200控制各个发动机致动器并且从活塞输出所需扭矩。例如，ECM200分析踏板信号并且确定获得所需扭矩输出所需要的空气量和/或燃料数量。基于所确定的空气和燃料的量，ECM200调整节气门阀106以调节进入发动机进气歧管104中的空气流。ECM200可以进一步控制燃烧喷射器108a/108b以调节喷射到汽缸110a/110b中的燃料的正时和/或数量。应了解，可以调整各个其他致动器和/或发动机参数以获得所需输出扭矩。
ECM200进一步控制变速器118以使得来自活塞的所需输出扭矩通过变速器输出轴126传递到一个或多个车轮124。以此方式，可以获得驾驶者的所需速度。在变速器118是自动型变速器的情况下，车辆系统100可以包括将输出扭矩传递到变速器118的扭矩传递设备，诸如扭矩变换器。
车辆系统100进一步包括与EOS传感器114和ECM200电气通信的电子EOS诊断控制模块202。根据一个实施例，EOS诊断控制模块202被配置成检测在发动机102的驾驶循环期间发生的一个或多个瞬态驾驶事件。当瞬态驾驶事件的数量超出阈值时，EOS诊断控制模块202确定存在过量数量的瞬态驾驶事件，并且禁用一个或多个取决于炭烟的诊断。通过响应于检测到过量数量的瞬态驾驶事件而禁用取决于炭烟的诊断，减少错误诊断发动机炭烟输出性能的可能性。
现在转向图2，示出根据本公开的示例性实施例的电子EOS诊断控制模块202的功能方框图。EOS诊断控制模块202包括电子内存单元204、电子瞬态检测模块206、电子瞬态事件计数器模块208以及电子诊断评估模块210。
内存单元204存储一个或多个阈值、取样燃料数量的时间周期、可配置极限的数量、地图、数据值、变量、温度模型、发动机排出炭烟模型以及系统模型。以此方式，子模块206至210中的一个或多个可以检索产生用来确定在具体驾驶循环期间是否应禁用一个或多个取决于炭烟的诊断的相应输出信号所必需的必要参数和阈值。
瞬态检测模块206接收用来检测瞬态驾驶事件的发生的初始瞬态输入信号212。根据一个实施例，瞬态输入信号212是燃料数量信号212，该信号指示由燃烧喷射器108a/108b喷射的燃料的量。然而，应了解，瞬态输入信号212也可以是从MAF传感器109输出的空气质量信号，或者燃料数量信号与空气质量信号的组合。燃料数量信号212例如是在从内存单元204检索到的时间周期值214内取样，以确定指示发动机102的减速或加速的绝对梯度值。
响应于确定发动机102的减速或加速，瞬态检测模块206确定检测到的减速或加速是否是瞬态驾驶事件的结果。根据一个实施例，瞬态检测模块206接收从EOS传感器114输出的EOS信号216。随后，将EOS信号216与从内存单元204检索到的速度阈值218相比较。当EOS信号216所指示的速度低于速度阈值218时，瞬态检测模块206输出指示发动机102在稳态条件下操作的稳态信号220。然而，当EOS信号216所指示的速度超出速度阈值218时，瞬态检测模块206输出指示瞬态驾驶事件的检测的瞬态检测信号222。
瞬态事件计数器模块208将检测到的瞬态事件与检测到的稳态事件相比较以标准化检测到的瞬态事件的总数量。当瞬态事件的数量超出稳态事件的数量一个计数阈值时，确定标准化的瞬态事件，并且瞬态事件计数器模块输出瞬态事件计数信号224。
电子诊断评估模块210与瞬态事件计数器模块208电气通信，并且响应于接收到每个瞬态事件计数信号224来增量包括在其中的计数器。将计数器的值与从内存单元204检索到的瞬态事件阈值226相比较。当计数的瞬态事件信号224的数量（即，检测到的瞬态事件的数量）超出瞬态事件阈值226时，电子诊断评估模块210确定驾驶循环包括过量数量的瞬态事件，并且输出在该驾驶循环期间禁用一个或多个基于炭烟的诊断操作的诊断禁用信号228。因此，减少由于在驾驶循环期间发生过量瞬态事件而导致的错误诊断发动机102的发动机输出炭烟性能的可能性。
现在转向图3，流程图示出根据示例性实施例的控制包括在车辆系统中的诊断系统的方法。方法在操作300开始，并且在操作302，监控发动机的一个或多个驾驶循环。在操作304，检测一个或多个瞬态驾驶事件。在操作306，将瞬态驾驶事件的数量与瞬态阈值相比较。当瞬态驾驶事件的数量低于瞬态阈值时，在操作308确定标称驾驶循环。在操作310，启用一个或多个取决于炭烟的诊断（例如，基于发动机输出炭烟水平的发动机诊断操作），并且在操作306，操作继续将检测到的瞬态事件的数量与瞬态阈值相比较。
然而，当瞬态驾驶事件的数量超出瞬态阈值时，在操作312，确定驾驶循环实现过量的瞬态驾驶事件。在操作314，禁用基于炭烟的诊断（例如，基于发动机输出炭烟水平的发动机诊断操作），并且方法在操作316结束。以此方式，可以实现减少基于发动机输出炭烟测量的错误的失败和错误的通过诊断的风险。应了解，可以修改以上描述的系统和方法以禁用基于在特定发动机操作条件下可能产生不精确的测量的模型的各种其他诊断。
虽然参照示例性实施例描述本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等价物替代其元件。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使得特定情况或材料适于本发明的教示。因此，本发明并不意欲限于所披露的具体实施例，而是本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。
Claims (10)
1.一种内燃发动机控制系统，包括：
内燃发动机，包括配置成在驾驶循环期间在其中执行空气/燃料混合物的燃烧的至少一个汽缸，所述燃烧产生从所述至少一个汽缸排出的炭烟；
电子发动机控制模块，被配置成选择性地执行至少一个基于炭烟的诊断操作，所述操作基于排出的炭烟来诊断所述内燃发动机；以及
与发动机控制模块电气通信的电子诊断评估模块，所述诊断评估模块被配置成在所述驾驶循环期间基于所述内燃发动机的至少一个瞬态驾驶事件来禁用所述至少一个基于炭烟的诊断操作。
2.如权利要求1所述的内燃发动机控制系统，其中所述诊断评估模块将检测出的瞬态驾驶事件的数量与瞬态阈值相比较，并且当检测出的瞬态驾驶事件的数量超出所述瞬态阈值时禁用所述至少一个基于炭烟的诊断操作。
3.如权利要求2所述的内燃发动机控制系统，其中所述至少一个瞬态驾驶事件是基于空气的数量和传递到汽缸的燃料的数量中的至少一个来检测。
4.如权利要求3所述的内燃发动机控制系统，其中所述瞬态事件是基于在取样的时间周期内燃料的所述数量的改变速率来检测。
5.如权利要求4所述的内燃发动机控制系统，其进一步包括发动机输出速度传感器，所述发动机输出速度传感器输出指示所述内燃发动机的发动机速度的发动机输出速度信号；
其中所述诊断评估模块与所述发动机输出速度传感器电气通信，并且当发动机速度超出速度阈值时，确定燃料的数量的改变速率对应于瞬态驾驶事件。
6.如权利要求5所述的内燃发动机控制系统，其中当检测到的瞬态驾驶事件的数量小于或等于所述瞬态阈值时，所述诊断评估模块确定稳态驾驶事件。
7.如权利要求6所述的内燃发动机控制系统，其中所述诊断评估模块确定多个稳态驾驶事件和多个瞬态驾驶事件，并且基于在标准化的时间周期内检测到的稳态驾驶事件的总数量与在所述标准化的时间周期内检测到的瞬态驾驶事件的总数量的比较来输出标准化的瞬态驾驶事件。
8.一种控制内燃发动机的诊断系统的方法，所述方法包括：
在驾驶循环期间在所述内燃发动机的至少一个汽缸中燃烧空气/燃料混合物，所述燃烧产生从所述至少一个汽缸排出的炭烟；
选择性地执行至少一个基于炭烟的诊断操作，所述操作基于排出的炭烟来诊断所述内燃发动机；以及
在所述驾驶循环期间检测所述内燃发动机的至少一个瞬态驾驶事件，并且响应于检测所述至少一个瞬态驾驶事件来禁用所述至少一个基于炭烟的诊断操作。
9.如权利要求8所述的方法，其中检测所述至少一个瞬态驾驶事件进一步包括将检测出的瞬态驾驶事件的数量与瞬态阈值相比较，并且响应于检测出的瞬态驾驶事件的数量超出所述瞬态阈值而禁用所述至少一个基于炭烟的诊断操作。
10.如权利要求9所述的方法，其进一步包括基于空气的数量和传递到汽缸的燃料的数量中的至少一个来检测所述至少一个瞬态驾驶事件。
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