CN107956587B - 用于排气热交换器诊断的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于排气热交换器诊断的方法和系统。提供了用于对排气热交换系统的多个部件进行车载诊断的方法和系统。在一个示例中，基于在热交换器上游估计的第一温度、在热交换器下游估计的第二温度、冷却剂温度以及在热交换器上游估计的压力检测热交换器和流体地耦接到热交换器的冷却剂系统中的一个或多个的劣化。此外，可以基于耦接到转向阀的位置传感器的输入检测热交换系统的转向阀的劣化。

Description

用于排气热交换器诊断的方法和系统
技术领域
本说明书整体涉及用于排气热交换系统的部件的车载诊断的方法和系统。
背景技术
发动机可以配置有用于从排气中回收热的排气热回收系统。排气热可以用于加热发动机冷却剂，其可以向发动机提供热并且还使乘客舱温暖，从而改善发动机和燃料效率。另外，排气可以经由EGR系统再循环到进气歧管，并用于减少排气NOx排放。排气再循环(EGR)冷却器可以耦接到EGR系统，以在再循环的排气被递送到进气歧管之前使再循环的排气的温度降低。组合的热交换系统可以用于排气热回收和EGR冷却两者。可能需要定期或适时地执行诊断程序来监测发动机系统的不同部件。
提供了用于排气热交换器和EGR冷却器的诊断的各种方法。在一个示例中，如US6,848,434所示，Li等人公开了一种用于诊断耦接到EGR递送通道的EGR冷却器的方法。基于包括排气温度、EGR冷却器出口温度和发动机冷却剂温度的因素计算EGR冷却器的有效性因素。将有效性因素与阈值进行比较，如果有效性因素低于阈值，则确定EGR冷却器的故障。阈值可以基于通过递送通道的EGR流率。
然而，本发明人在此已经认识到了上述方法的潜在问题。作为一个示例，在具有组合的热交换系统的实施例中，其中公共热交换器用于排气热回收和EGR冷却两者，不可以使用单一有效性因素可靠地检测EGR冷却器功能的劣化。具体地，可能难以将组合的热交换系统的EGR冷却功能的问题与排气热回收功能的问题区分开来。另外，由于存在允许EGR功能和排气热回收功能的不同组合的多个阀，可能难以从与热交换器相关联的问题或从与使冷却剂循环通过热交换器的冷却剂管线相关联的问题分析出与阀相关联的问题。
发明内容
本发明人在此已经确定了一种可以至少部分地解决上述问题的方法。一个示例方法包括：指示将排气从排气催化剂的下游经由转向阀转向到排气旁路中的热交换器中的热交换系统的劣化，该指示基于在热交换器上游估计的第一排气温度和排气压力、在热交换器下游估计的第二排气温度、以及循环通过热交换器的冷却剂的温度中的每一个。以这种方式，通过使用多个温度传感器、压力传感器和转向阀位置传感器，可以可靠地诊断排气热交换系统的每个部件。
在一个示例中，发动机系统可以配置有用于EGR冷却和排气热回收的单个热交换器。热交换器可以定位在平行于主排气通道设置的排气旁通通道中，并且耦接到主排气通道的转向阀可用于允许(enable)排气转向到旁通通道中或引导通过主通道进入尾管。包括EGR阀的EGR递送通道可以耦接到热交换器下游的旁通通道。一个或多个温度传感器和压力传感器可以耦接到热交换器的上游和下游的旁通通道。此外，温度传感器可以容纳在流体地耦接到热交换器的冷却剂系统的流出冷却剂管线中。热交换器系统可以通过调节转向阀和EGR阀的位置而以多种模式操作，并且基于操作模式，来自温度传感器和压力传感器中的每一个的输入可以周期地或适时地用于诊断热交换系统的部件。作为一个示例，在仅执行排气热回收的操作模式期间，高于热交换器上游的阈值压力的存在可用于推断热交换器的劣化(诸如由于堵塞)。在同一模式期间，冷却剂温度的下降可用于推断冷却剂系统的劣化(诸如由于冷却剂管线堵塞)。作为另一示例，在正在执行排气热回收和EGR递送两者的操作模式期间，低于阈值的冷却剂温度可用于推断作为EGR冷却器的热交换器的劣化。在仅排气热回收模式期间施加的阈值可与在组合的排气热回收和EGR递送模式期间施加的阈值不同。在每个模式中，来自耦接到转向阀的位置传感器的输入和来自温度传感器和压力传感器的输入一起可以用于推断转向阀的劣化。另外，在排气不经由旁通通道引导的操作模式期间，可以基于热交换器上游的排气温度基本上等于热交换器下游的排气温度以及排气压力基本上等于大气压力来诊断各种温度传感器和压力传感器。
以这种方式，通过使用耦接到排气系统的旁通通道的现有温度传感器和压力传感器，可以有效地执行对组合的热交换系统的多个部件的车载诊断。通过将在热交换器的上游和下游测量的排气温度与基于组合的热交换器系统的操作模式在那些位置处预期的温度进行比较，可以可靠地检测热交换器中的堵塞。通过在每种模式中将排气温度变化与冷却剂温度变化进行比较，可以更好地将与热交换器相关联的热交换问题与耦接到热交换器的冷却剂系统相关联的热交换问题区分开来。基于组合的热交换系统的操作模式(诸如基于该系统是仅用于排气热回收还是用于排气热回收和EGR递送)来调节诊断期间施加的温度和压力阈值的技术效果在于，组合的热交换系统的不同功能可以使用相同的传感器组来独立诊断。通过适时地监测用于诊断过程的传感器中的每一个传感器的健康状况，可以改善热交换系统的车载诊断的可靠性。通过允许可靠且准确地执行对排气热交换系统的诊断，组合的热交换系统的燃料经济性和排放益处可以在更广范围的发动机工况内扩展。
应当理解，提供上面的发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的所选概念。这并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，所述主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1A示出了包括以第一模式操作的热交换系统的发动机系统的示例实施例。
图1B示出了包括以第二模式操作的热交换系统的发动机系统的示例实施例。
图1C示出了包括以第三模式操作的热交换系统的发动机系统的示例实施例。
图2示出了说明可以被实施用于对图1A至图1C的热交换系统进行诊断的示例方法的流程图。
图3示出了说明可以被实施用于对耦接到图1A至图1C的热交换系统的传感器进行诊断的示例方法的流程图。
图4示出了说明可以被实施用于对排气系统转向阀进行诊断的第一示例方法的流程图。
图5示出了说明可以被实施用于对排气系统转向阀进行诊断的第二示例方法的流程图。
图6示出了说明图1A至图1C的热交换系统的不同部件的诊断参数的表。
图7示出了根据本公开的诊断图1A至图1C的热交换系统的热交换器和转向阀的第一示例。
图8示出了根据本公开的诊断流体地耦接到图1A至图1C的热交换器的冷却剂系统的第二示例。
具体实施方式
以下描述涉及用于排气热交换系统的多个部件的车载诊断的系统和方法。排气热交换系统可以包括用于排气热回收和排气再循环(EGR)冷却的单个热交换器(耦接到旁通通道)。排气热交换系统的不同操作模式在图1A至图1C中示出。发动机控制器可以被配置为执行控制程序，诸如图2、图3、图4和图5的示例程序，以定期或适时地诊断排气热交换系统的部件，诸如热交换器、流体地耦接到热交换器的冷却剂系统、引导排气通过热交换器的转向阀、以及一个或多个系统传感器。用于诊断每个部件的参数和阈值可以基于所选择的操作模式而变化，如图6中用表格表示的。参照图7和图8示出示例诊断程序。
图1A示意性地示出了包括发动机10的示例发动机系统100的各方面。在一个示例中，发动机系统100耦接在推进系统中，诸如被配置为用于公路行驶的车辆。在所描绘的实施例中，发动机10是耦接到涡轮增压器13的升压发动机，该涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的压缩机114。具体地，新鲜空气沿进气通道42经由空气滤清器112被引入发动机10，并流到压缩机114。压缩机可以是任何合适的进气压缩机，诸如马达驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统100中，压缩机是经由轴19机械地耦接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116通过使发动机排气膨胀来驱动。
如图1A所示，压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)21耦接到节气门20。节气门20耦接到发动机进气歧管22。压缩的空气充气从压缩机流过增压空气冷却器21和节气门到达进气歧管。在图1A所示的实施例中，通过歧管空气压力(MAP)传感器124感测进气歧管内的空气充气的压力。
一个或多个传感器可以耦接到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以耦接到入口用于估计压缩机入口温度，并且压力传感器56可以耦接到入口用于估计压缩机入口压力。作为另一示例，湿度传感器57可以耦接到入口用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。其他传感器可以包括例如空燃比传感器等。在其他示例中，可以基于发动机工况推断压缩机入口条件(诸如湿度、温度、压力等)中的一个或多个。此外，当排气再循环(EGR)启用时，传感器可以估计包括新鲜空气、再循环压缩空气和在压缩机入口处接收的排气残余物的空气充气混合物的温度、压力、湿度和空燃比。
废气门致动器92可以被致动为打开，以将涡轮上游的至少一些排气压力经由废气门91倾泄到涡轮下游的位置。通过减少涡轮上游的排气压力，能够减小涡轮速度，这进而有助于减少压缩机喘振。
进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦接到一系列燃烧室30。燃烧室进一步经由一系列排气门(未示出)耦接到排气歧管36。在所描绘的实施例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其他实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管部分。具有多个排气歧管部分的配置可以使来自不同燃烧室的流出物能够被引导到发动机系统中的不同位置。
在一个实施例中，排气门和进气门中的每一个可以被电子致动或控制。在另一个实施例中，排气门和进气门中的每一个可以被凸轮致动或控制。无论是电动致动还是凸轮致动，都可以根据对期望的燃烧和排放控制性能的需要调节排气门和进气门打开和关闭正时。
可以经由喷射器66向燃烧室30供应一种或多种燃料，诸如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门体喷射或其任何组合向燃烧室供应燃料。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火来开始燃烧。
如图1A所示，来自一个或多个排气歧管段的排气可以被引导到涡轮116以驱动涡轮。然后，来自涡轮和废气门的组合流流过排放控制装置170和173。在一个示例中，第一排放控制装置170可以是起燃催化剂，并且第二排放控制装置173可以是车身底部催化剂。通常，排气后处理装置170和173被配置为催化处理排气流，并且由此减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，排气后处理装置170和173可以被配置为当排气流为稀时从排气流捕集NOx，并且当排气流为浓时还原被捕集的NOx。在其他示例中，排气后处理装置170和173可以被配置为在还原剂的帮助下使NOx比例失调或选择性地还原NOx。在其他示例中，排气后处理装置170和173可以被配置为氧化排气流中的残余的碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这种功能的不同排气后处理催化剂可以被分开地或一起布置在排气后处理级中的载体涂层或其他地方。在一些实施例中，排气后处理级可以包括可再生烟粒过滤器，其被配置为捕集并氧化排气流中的烟粒颗粒。
排气可以从第二排放控制装置173的下游经由主排气通道102和旁通通道174中的一个或多个流动到消声器172。例如，来自排气后处理装置170和173的经处理的排气的全部或一部分可以在经过消声器172之后经由主排气通道102释放到大气中。可替代地，来自排气后处理装置170和173的经处理的排气的全部或一部分可以经由耦接到主排气通道的排气热交换系统150释放到大气中。热交换系统150能够被操作用于排气热回收(用于发动机加热)以及EGR冷却。如下所述，热交换系统的部件还允许使用单个热交换器同时执行排气热回收和EGR冷却。
排气热交换系统150的旁通通道174可以在接合部106处耦接到第二排放控制装置173下游的主排气通道102。旁通通道174可以从第二排放控制装置173的下游延伸到消声器172的上游。旁通通道174可以被布置成平行于主排气通道102。热交换器176可以耦接到旁通通道174以冷却经过旁通通道174的排气。在一个示例中，热交换器176是水气交换器。发动机冷却剂系统155可以流体地耦接到排气热交换器176，以进行排气热回收和EGR冷却。冷却剂系统的冷却剂可以经由冷却剂入口管线160流过热交换器，并且在循环通过热交换器之后，冷却剂经由冷却剂出口管线162可以返回到发动机，或者可以被引导到加热器芯。
排气再循环(EGR)递送通道180可以在热交换器176下游的接合部108处耦接到排气旁通通道174，以向压缩机114上游的发动机进气歧管提供低压EGR(LP-EGR)。以这种方式，经由热交换器176冷却的排气可以再循环到发动机进气口。在另外的实施例中，发动机系统可以包括高压EGR流动路径，其中排气从涡轮116的上游抽出并再循环到压缩机114下游的发动机进气歧管。一个或多个传感器可以耦接到EGR通道180，用于提供关于EGR的组成和条件的细节。例如，可以提供温度传感器用于确定EGR的温度，可以提供压力传感器用于确定EGR的压力，可以提供湿度传感器用于确定EGR的湿度或含水量，并且可以提供空燃比传感器用于估计EGR的空燃比。可替代地，可以通过耦接到压缩机入口的一个或多个温度传感器、压力传感器、湿度传感器和空燃比传感器55-57来推断EGR条件。在一个示例中，空燃比传感器57是氧传感器。
耦接到主排气通道102和热交换器176下游的旁通通道174的出口的接合部的转向阀175可以用于调整通过旁通通道174的排气流。转向阀的位置可以响应于从发动机控制器接收的信号来调节，以在选定的操作模式中操作排气热交换系统。在一个示例中，转向阀可以被致动到第一完全打开位置，以使排气流从催化剂(第二排放控制装置)173的下游经由排气旁路174流到尾管35，从而使得热交换系统能够在仅提供排气回收的第一模式中操作。作为另一示例，转向阀可以被致动到第二完全关闭位置，以将所有排气经由主排气通道引导到尾管，同时禁止经由排气旁路174从催化剂173的下游到尾管35的排气流。通过同时调节EGR阀52的位置，热交换器系统可以在其中EGR被提供给发动机进气通道42的第二模式或者其中排气被直接引导到尾管35的第三模式中操作。高分辨率位置传感器177可以耦接到转向阀175，用于向发动机控制器提供关于转向阀175的位置的精确指示。如本文所详述的，可以基于转向阀相对于命令位置(第一位置或第二位置)的估计位置来推断转向阀的劣化。
EGR阀52可以在EGR通道180和进气通道42的接合部处耦接到EGR通道180。为了期望的燃烧和排放控制性能，可以打开EGR阀52以允许来自热交换器176下游的旁通通道174的受控量的排气到达压缩机入口。EGR阀52可以被配置为连续可变阀或开/关阀。根据诸如发动机温度的工况，排气的一部分可以通过旁通通道174转向，并且从旁通通道174转向到尾管35，或者经由EGR通道180和排气再循环(EGR)阀52转向到压缩机114的入口。可以调节转向阀175和EGR阀52的开口，以控制通过旁通通道174和热交换器176的排气流。
多个传感器可以耦接到排气热交换系统150。多个传感器包括耦接到热交换器176上游的旁通通道174的第一温度传感器140，以及耦接到热交换器176下游的旁通通道174的第二温度传感器144。温度传感器140、144可以被配置为分别估计流入和流出热交换器的排气的温度。第三温度传感器148可以耦接到冷却剂出口管线162，用于估计在循环通过热交换器176之后的冷却剂的温度。压力传感器142可以耦接到热交换器176上游的旁通通道174，用于估计在热交换器176上游的旁通通道中的压力。多个传感器进一步包括耦接到转向阀175的高分辨率位置传感器177。可以在热交换系统的每个操作模式期间使用来自多个传感器中的一个或多个或者全部的输入来诊断热交换系统的各种部件。
发动机系统100可以进一步包括控制系统14。控制系统14被示出为从多个传感器16(其各种示例在本文被描述)接收信息，并向多个致动器18(其各种示例在本文被描述)发送控制信号。作为一个示例，传感器16可以包括耦接到排气旁路174的温度传感器140和144、耦接到冷却剂出口管线162的温度传感器148、耦接到旁通通道174的压力传感器142、耦接到转向阀175的高分辨率位置传感器177、位于涡轮116上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56、压缩机入口湿度传感器57以及EGR传感器。其他传感器诸如附加压力传感器、温度传感器、空燃比传感器和组成传感器可以耦接到发动机系统100中的各个位置。致动器81可以包括例如节气门20、EGR阀52、转向阀175、废气门92和燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器12可以从各种传感器接收输入数据，处理该输入数据，并且基于与一个或多个程序对应的在控制器中编程的指令或代码而响应于经处理的输入数据来触发各种致动器。例如，基于发动机工况和EGR要求，控制器12可以向耦接到转向阀175的致动器以及耦接到EGR阀52的致动器命令信号，以将排气经由热交换器176引导到进气歧管和/或尾管。此外，控制器可以基于来自温度传感器140、144和148、压力传感器142以及转向阀位置传感器177中的每一个的输入来定期或适时地诊断热交换器176、冷却剂系统155和转向阀175中的每一个。关于图2、图3、图4和图5描述用于排气热交换系统150诊断的示例控制程序。
图1A示出了处于第一操作模式的排气热交换系统150的操作。因此，第一操作模式表示能够进行排气流控制的转向阀175和EGR阀52的第一设定。在第一操作模式中，转向阀175可以处于第一(完全打开)位置，并且EGR阀52可以处于完全关闭位置。当处于第一操作模式时，由于转向阀175的第一位置，离开第二排放控制装置173的全部体积的排气可以在接合部106处转向到旁通通道中。排气然后可以流过热交换器176并且然后经由打开的转向阀175返回到主排气通道。由于EGR阀52的关闭位置，流过旁通通道的排气可以不流入EGR通道180，并且全部体积的排气可以重新进入主排气通道102。在重新进入主排气通道102之后，排气可以流过消声器172，并且然后经由尾管35被释放到大气中。当排气经过热交换器176时，来自排气的热可以传递到循环通过热交换器176的冷却剂。在将热从排气传递到冷却剂后，温热的冷却剂可以经由冷却剂出口管线162循环回到发动机和发动机周围(诸如当需要发动机加热时)和/或循环通过加热器芯以用于加热车辆的乘客舱(诸如当请求乘客舱加热时)。
在需要回收排气热用于加热发动机的条件期间，诸如在发动机冷启动条件期间，可以在第一操作模式(如上所述)中操作排气热交换系统。通过在发动机冷启动期间将排气转向通过热交换器176，来自排气的热可以在热交换器处被回收并传递到循环通过热交换器176的冷却剂。然后可以将热的冷却剂循环在发动机缸体周围，使得从排气提取的热可用于发动机预热。通过在冷启动期间加速发动机预热，可以减少冷启动排气排放，并且可以改善发动机性能。此外，在发动机耦接在车辆中的情况下，热的冷却剂可以在加热器芯周围循环，以向车辆的乘客舱提供热。
在第一模式中的操作期间，可以使用来自温度传感器140、144、148和压力传感器142中的每一个的输入来执行对热交换器176和冷却剂系统155的车载诊断。此外，可以基于来自位置传感器177的输入来执行对转向阀175的诊断。
作为示例，如果热交换器被堵塞，则可能限制通过热交换器的排气流。因此，排气压力可以开始聚积在热交换器176的上游，其中排气温度相应地升高。这也导致热交换器两端的较大排气温度差。因此，当在第一模式中操作时，响应于在热交换器176上游测量的排气压力高于第一阈值压力(诸如高于大气压力或高于尾管中的排气压力)、在热交换器176上游测量的第一排气温度高于阈值温度(诸如高于主排气通道中的排气温度)、以及由第一温度传感器140在热交换器上游测量的第一排气温度和由第二温度传感器144在热交换器176下游测量的第二排气温度之间的温度差高于第一阈值差中的一个或多个或每一个，可以指示热交换器176的劣化。指示热交换器176的劣化可以包括指示热交换器176被堵塞。另外，可以基于与对应阈值的温度和压力偏差来指示堵塞程度。
作为另一示例，如果冷却剂系统被堵塞，则可能限制通过热交换器的冷却剂流。因此，排气热可能不被有效地传递到循环通过热交换器的冷却剂，导致在流出冷却剂管线162处估计的温度下降。因此，在第一模式中操作时，响应于在冷却剂系统的流出管线处测量的冷却剂温度低于第一阈值冷却剂温度(诸如在来自排气的热传递后的预期的冷却剂温度)，可以指示使冷却剂循环通过热交换器的冷却剂系统155的劣化。指示冷却剂系统155的劣化可包括指示由于冷却剂管线的堵塞或夹紧而导致的低于预期的冷却剂流率。以这种方式，通过依赖于排气温度偏差和冷却剂温度偏差，可以更好地将由于热交换器的问题所导致的排气热回收减少与由于冷却剂系统的问题所导致的排气热回收减少区分开来，并且可以执行适当的缓解动作。
作为另一示例，在第一模式中，转向阀可以被命令到第一(完全打开)位置，以使排气流能够转向到旁通通道中。然而，如果转向阀在第二位置中卡住关闭，或者如果该阀仅部分打开，则所需排气流不转向通过热交换器，并且不实现对应的排气热回收。响应于由位置传感器177估计的转向阀175的实际位置与所命令的完全打开(第一)位置不同，控制器可以指示转向阀175卡住关闭(在第二位置中)或部分打开(在第一位置和第二位置之间)。
响应于热交换器176、冷却剂系统155和转向阀175中的一个或多个的劣化指示，可以禁止将排气转向通过排气旁路174中的热交换器176。相反，可以允许排气绕过热交换器176经由主排气通道102直接流到尾管35。
图1B示出了在第二操作模式中的排气热交换系统150的操作的示意图。先前在图1A中介绍的部件类似地编号，且不再重新介绍。
因此，第二操作模式表示能够进行排气流控制的转向阀175和EGR阀52的第二设定。在第二操作模式中，转向阀175可以处于第二(完全关闭)位置，并且EGR阀52可以处于打开位置。由于转向阀175的完全关闭位置，可以禁止排气流从旁通通道174到主排气通道102。可以调节EGR阀52的开口，以允许期望量的排气进入旁通通道174和EGR递送通道180。当处于第二操作模式时，由于EGR阀52的打开位置和转向阀的关闭位置，排气的第一部分可以从作为EGR冷却器的热交换器下游的旁通通道抽出并被递送到发动机进气歧管。排气的第二(剩余)部分可以不进入旁通通道，但是可以经由消声器172直接流到尾管。排气的第一部分在热交换器176处被冷却后可以在接合部108处进入EGR递送通道180。EGR可以经由EGR递送通道180和EGR阀52递送到发动机进气歧管。排气的第一部分(作为EGR递送)与排气的第二部分(直接引导到尾管而无需冷却)的比率可以基于期望的EGR水平来确定。可以请求EGR达到期望的发动机稀释率，从而改善燃料效率和排放质量。所请求的EGR量可以基于包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度等的发动机工况。例如，控制器可以参考查找表，其将发动机转速和负荷作为输入，并将与应用到EGR阀的打开程度对应的信号作为输出，打开程度提供与输入的发动机转速-负荷相对应的稀释量。在其他示例中，控制器可以依赖于将发动机负荷的变化与发动机稀释要求的变化相关联并进一步将发动机稀释要求的变化与EGR要求的变化相关联的模型。例如，当发动机负荷从低负荷增加到中等负荷时，EGR要求可以增加，并且然后当发动机负荷从中等负荷增加到高负荷时，EGR要求可以降低。
当在发动机预热完成之后请求EGR时并且当不再需要为了发动机加热目的的排气热时，排气热交换系统可以在第二操作模式(如上所述)中操作。在第二模式中的操作期间，控制器可以在确认EGR阀未劣化时诊断一个或多个热交换系统部件。在一个示例中，可以使用监测EGR递送通道180中的孔口两端的EGR流率的差压反馈传感器来估计EGR阀的劣化。当确认EGR阀在起作用时，控制器可以使用来自温度传感器140、144和148中的每一个以及压力传感器142的输入诊断热交换器176和冷却剂系统155。此外，可以基于来自位置传感器177的输入在第二模式中操作热交换系统时诊断转向阀175。
在第二模式的操作期间，虽然EGR阀52未劣化，但如果热交换器被堵塞，则可能限制通过热交换器176的排气流。因此，排气压力可以开始聚积在热交换器176的上游，其中排气温度相应地升高。当较少量的排气流过堵塞的热交换器时，热交换器下游的排气温度可能低于预期的温度。这也导致热交换器两端的较大排气温度差。在该第二模式中，响应于在热交换器176上游测量的排气压力高于第一阈值压力(诸如高于大气压力或高于尾管中的排气压力)、在热交换器176上游测量的第一排气温度高于阈值温度(诸如高于主排气通道中的排气温度)、以及由第一温度传感器140在热交换器176上游测量的第一排气温度与由第二温度传感器144在热交换器176下游测量的第二排气温度之间的温度差高于第一阈值差中的一个或多个或每一个，可以指示热交换器176的劣化。此外，可以基于与对应阈值的温度和压力偏差来指示堵塞程度。
作为另一示例，如果冷却剂系统被堵塞，则可能限制通过热交换器176(在第二模式中用作EGR冷却器)的冷却剂流。因此，来自再循环排气的热可能不被有效地传递到热交换器176处的冷却剂，导致在流出冷却剂管线162处估计的温度下降。因此，当在第二模式中操作时，响应于在冷却剂系统的流出管线162处测量的冷却剂温度低于阈值冷却剂温度(诸如EGR冷却之后的预期的冷却剂温度)，可以指示冷却剂系统155的劣化。指示冷却剂系统155的劣化可以包括指示由于冷却剂管线的堵塞或夹紧而导致的低于预期的冷却剂流率。
作为另一示例，在第二模式中，转向阀可以被命令到第二(完全关闭)位置，以禁止排气流从旁通通道174返回到主排气通道102。然而，如果转向阀被在第一位置中卡住关闭，或者如果该阀仅部分地打开，则高于期望量的排气可以被引导通过旁通通道175。响应于由位置传感器177估计的转向阀175的实际位置与所命令的完全关闭(第二)位置不同，控制器可以指示转向阀175卡住打开(在第一位置中)或部分地打开(在第一位置和第二位置之间)。
图1C示出了处于第三操作模式的排气热交换系统150的操作的示意图145。先前在图1A中介绍的部件被类似地编号，且不再重新介绍。
因此，第三操作模式表示能够进行排气流控制的转向阀175和EGR阀52的第三设定。在第三操作模式中，转向阀175可以处于第二(完全关闭)位置，并且EGR阀52可以处于关闭位置。由于转向阀175的完全关闭位置，可以禁止排气流从旁通通道174到主排气通道102。当处于第三操作模式时，由于转向阀175的第二位置和EGR阀的关闭位置，离开第二排放控制装置173的全部体积的排气可以不进入旁通通道并且可以经由消声器172直接流到尾管35。在该操作模式中，不存在通过热交换器176的排气流，并且排气热可以不被回收。
排气热交换系统150可以响应于高于阈值的发动机负荷条件并且在发动机预热完成之后在第三操作模式(如上所述)中操作。在这种高于阈值的发动机负荷条件下，可以不请求EGR。此外，由于发动机是温热的，所以可能不期望排气热回收。在第三模式中的操作期间，可以诊断包括温度传感器140、144和148以及压力传感器142的热交换系统的多个传感器。传感器的诊断方法的详细描述在图5中讨论。在第三模式中，排气可以不经由旁通通道174流动，因此，热交换器176上游的排气压力可以基本上等于热交换器176上游的排气压力，并且热交换器176上游的压力还可以基本上等于大气压力。此外，在该模式中，由于排气热不传递到冷却剂系统，所以可以将冷却剂温度维持低于阈值温度(诸如基于发动机操作的预期的冷却剂温度)。当在第三模式中操作时，可以响应于估计的排气压力和大气压力之间的高于阈值的压力差来指示压力传感器142的劣化；可以响应于第一排气温度和第二排气温度之间的高于阈值的差来指示第一温度传感器140和第二温度传感器144中的至少一个的劣化；并且可以响应于估计的冷却剂温度高于预期的冷却剂温度来指示第三温度传感器148的劣化。阈值温度差和阈值压力差中的每一个可以分别对应于温度传感器和压力传感器的期望的仪器限制(误差范围)。当没有从热交换器到冷却剂的热传递时，阈值冷却剂温度可以对应于预期的冷却剂温度。以这种方式，图1A至图1C的系统提供一种发动机系统，其包括：发动机进气歧管；发动机排气系统，其具有排气通道和旁通通道，排气通道包括一个或多个排气催化剂和消声器，旁通通道从一个或多个排气催化剂下游到消声器上游耦接到排气通道，旁通通道包括热交换器；第一温度传感器，其耦接到热交换器上游的旁通通道，用于估计第一排气温度；第二温度传感器，其耦接到热交换器下游的旁通通道，用于估计第二排气温度；压力传感器，其耦接到热交换器上游的旁通通道，用于估计排气压力；冷却剂系统，其具有用于使冷却剂循环通过热交换器的流入冷却剂管线和流出冷却剂管线，冷却剂系统进一步耦接到发动机缸体和加热器芯中的每一个，流出冷却剂管线包括用于估计冷却剂温度的冷却剂温度传感器；转向阀，其将旁通通道的出口耦接到排气通道；位置传感器，其耦接到转向阀，用于估计转向阀位置；以及EGR通道，其具有EGR阀，用于将来自热交换器下游的旁通通道的排气再循环到进气歧管。发动机系统进一步包括控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：将转向阀偏移到第一位置并关闭EGR阀以在第一模式中操作排气系统，其中排气从排气催化剂的下游经由旁通通道流到消声器的上游；将转向阀偏移到第二位置并打开EGR阀以在第二模式中操作排气系统，其中排气从旁通通道经由EGR通道流到发动机进气歧管；将转向阀偏移到第二位置并关闭EGR阀以在第三模式中操作排气系统，其中排气绕过热交换器从排气催化剂的下游直接流到消声器的上游；以及在第一模式和第二模式中的一个模式中操作时，响应于第一温度和第二温度之间的差高于阈值差以及第二温度低于阈值温度中的每一个，指示热交换器的劣化；并且响应于劣化的指示，转变到第三模式。
图2示出了第一示例方法200，其可以被实施用于对包括热交换器(诸如图1A至图1C的热交换器176)和冷却剂系统(诸如图1A至图1C的冷却剂系统155)的排气热交换系统(诸如图1A至图1C的排气热交换系统150)的多个部件进行车载诊断。用于执行方法200和本文包括的其余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1A至图1C所描述的传感器)接收的信号来执行。根据下述方法，控制器可以利用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。
在201处，该程序包括估计和/或测量发动机工况。评估的条件可以包括例如发动机温度、发动机负荷、驾驶员扭矩需求、发动机转速、节气门位置、排气压力、排气空燃比、包括环境温度、压力和湿度的环境条件、MAP、MAF、升压等。
在202处，控制器可以基于确定的发动机工况来选择热交换系统的操作模式。选择操作模式包括基于发动机温度、环境温度和/或排气催化剂温度确定是否需要发动机加热。在一个示例中，在发动机温度低(例如，低于排气催化剂的活化温度)时的条件期间，诸如在发动机冷启动条件期间，需要发动机加热。选择操作模式进一步包括基于发动机转速负荷和排气NOx水平确定是否需要EGR。在一个示例中，EGR需求在低中发动机转速-负荷区域中增加，并且然后在中高发动机转速-负荷区域中逐渐减少。选择操作模式可以进一步包括确定是否期望客舱加热，诸如当环境温度低时。基于相对于EGR需求的发动机加热需求，可以操作热交换系统，以仅提供EGR，仅提供排气热回收，或同时提供EGR和排气回收两者。热交换系统可以通过EGR阀(诸如图1A至图1C中的EGR阀52)和耦接到主排气通道和容纳热交换器(诸如图1A至图1C中的热交换器176)的旁通通道(诸如图1A至图1C中的旁通通道174)的接合部处的转向阀(诸如图1A至图1C中的转向阀175)在多个模式中的一个模式中操作。
在204处，该程序包括确定是否选择第一(仅排气热回收)模式。在期望用于发动机和客舱加热的排气热回收的冷启动条件期间，排气热交换系统可以在第一模式中操作。在第一排气热回收模式(如关于图1A所讨论的)中，操作排气热交换系统，其中转向阀被命令到第一打开位置并且EGR阀被致动为关闭，使得来自主排气通道的全部体积的排气可以经由容纳热交换器的旁通通道引导到尾管，并且EGR可以不被递送到发动机进气歧管。如果确认系统在排气热回收(第一)模式中操作，则该程序移动到206，以基于来自耦接到转向阀的高分辨率位置传感器(诸如图1A至图1C中的位置传感器177)的输入来检索转向阀的实际位置。
在208处，该程序包括确定转向阀是否处于预期(命令)位置。在排气热回收模式中的操作期间，转向阀可以被命令到第一打开位置，以允许排气流从排气催化剂的下游经由热交换器到达尾管(而不是直接到达尾管)。如果确定转向阀不处于预期(第一)位置，则可以推断出转向阀可能劣化。在234处，可以发起诊断程序，以基于相对于命令位置的实际位置来诊断转向阀，如图4所详述的。
如果确定转向阀处于预期(第一)位置，则可以诊断热交换器。在210处，控制器可以基于来自多个排气热交换系统传感器的输入来确定热交换系统的不同位置处的温度和压力值。这包括在211处，经由耦接到热交换器上游的旁通通道的第一温度传感器(诸如图1A至图1C中的温度传感器140)估计旁通通道(热交换器的上游)处的第一排气温度(T1)。这进一步包括在212处，经由耦接到热交换器下游的旁通通道的第二温度传感器(诸如图1A至图1C中的温度传感器144)估计旁通通道(热交换器的下游)处的第二排气温度(T2)。另外，在213处，可以确定出口冷却剂管线处的冷却剂温度(T3)，如由耦接到出口冷却剂管线的温度传感器(诸如图1A至图1C中的温度传感器148)测量的。此外，在214处，可以经由耦接到热交换器上游的旁通通道的压力传感器(诸如图1A至图1C中的压力传感器142)在旁通通道(热交换器的上游)处估计排气压力(P1)。
在216处，该程序包括将在上游位置(热交换器的上游)处估计的温度和压力与对应阈值进行比较。具体地，可以确定估计的排气压力(P1)是否高于阈值压力(T_P2)。阈值压力可以对应于当热交换器未被堵塞时并且当排气能够流过旁通通道并返回到主排气通道时旁通通道中的预期排气压力(P)。预期排气压力可以经由使用发动机转速-负荷和燃料空燃比作为输入的算法来确定。因此，当热交换器未被堵塞时，旁通通道中的排气压力可以与主通道中的排气压力(其可以处于大气压力或大气压力左右)平衡。可以进一步确定估计的第二排气温度(T2)是否低于第一阈值温度(T_1)。第一阈值温度可以对应于排气被热交换器冷却后的排气的预期温度(预期的第二排气温度)。在经过热交换器时预期的排气冷却可以基于排气流率，冷却速率在较低排气流率下较高。
除了将压力和温度与对应阈值进行比较之外，该程序还可以包括确定在热交换器上游估计的第一排气温度(T1)和在热交换器下游估计的第二排气温度(T2)之间的差(DT)是否高于阈值温度差。阈值温度差可以是排气流过热交换器时预期的排气温度下降。可以基于发动机负荷、发动机温度、发动机转速、排气流率以及通过热交换器的冷却剂流率中的一个或多个来对预期的第二排气温度和预期的排气温度下降进行建模。在一个示例中，预期的排气温度下降可以随着通过热交换器的冷却剂流率的增加以及发动机负荷、发动机温度、发动机转速和排气流率的降低而更高。在另一个示例中，预期的排气温度下降可以随着通过热交换器的冷却剂流率的减少以及发动机负荷、发动机温度、发动机转速和排气流率的增加而更低。如果确定P1高于T_P2，则可以推断出由于热交换器的堵塞，排气不能流过热交换器，并且因此在热交换器的上游存在压力聚积。同时，如果T2低于T_1，则可以推断出由于热交换器堵塞，热交换器下游的排气流被限制，导致温度降低到阈值温度以下。此外，T1和T2之间的高于阈值的差也可以指示排气不流过热交换器。因此，响应于第二排气温度低于预期的第二排气温度、第一排气温度和第二排气温度之间的差高于阈值温度差、以及排气压力高于预期排气压力中的一个或多个，在218处，可以推断出热交换器存在劣化，并且可以设定指示劣化的诊断代码。也可以在检测到劣化后，在238处，排气可不再被引导通过旁通通道和热交换器。响应于热交换器劣化的指示，转向阀以以偏移到完全关闭(第二)位置，并且EGR阀可以关闭，以禁止排气流通过排气旁路，并且仅允许排气流绕过热交换器直接到达尾管。
如果在216处确定排气压力低于阈值压力(T_P)，第二排气温度高于阈值温度(T_1)，并且第一排气温度和第二排气温度之间的差低于阈值差，则该程序可以前进至步骤220。在220处，该程序包括确定冷却剂出口处的冷却剂温度(T3)是否低于阈值冷却剂温度(T_C1)。阈值冷却剂温度可以对应于在热交换器处将来自排气的排气热传递到冷却剂之后冷却剂的预期温度。当将热传递到循环冷却剂(在热交换器处)时，冷却剂的温度可以增加。预期的冷却剂温度可以基于排气温度、排气流率和冷却剂流率中的一个或多个来建模。在一个示例中，预期的冷却剂温度可以随着冷却剂流率的增加以及发动机温度、排气流率的降低而更低。在另一个示例中，预期的冷却剂温度可以随着冷却剂流率的降低以及发动机温度、排气流率的增加而更高。
如果确定冷却剂温度(T3)高于阈值冷却剂温度(T_C1)，则可以推断出在热交换器处正在发生从排气到冷却剂系统的热传递。因此，在224处，可以指示热交换器和冷却剂系统未劣化。然而，如果确定T3低于T_C1，则可以推断出冷却剂系统不能在热交换器处从排气吸收热。因此，在222处，可以设定指示冷却剂系统劣化的诊断代码。指示可以包括指示一个或多个冷却剂管线被堵塞或夹紧。在检测到冷却剂系统劣化之后，在238处，可以绕过热交换器将排气直接引导到尾管。
返回到204，如果没有选择第一模式，则在226处，该程序包括确定是否选择第二EGR递送模式。当请求EGR时并且当未请求用于发动机和乘客舱加热的进一步排气热回收时，排气热交换系统可以在第二模式中操作。在EGR递送模式中，热交换系统在转向阀处于第二关闭位置并且EGR阀打开的情况下操作，使得可以将一定量的排气从排气歧管经由旁通通道、热交换器、EGR递送通道和EGR阀引导到发动机进气歧管。在该第二模式中，进入旁通通道的排气可以不返回到主排气通道。如果确定排气热交换系统在EGR递送(第二)模式中操作，则在228处，控制器可以基于来自耦接到转向阀的高分辨率位置传感器的输入来检索转向阀的实际位置。
在230处，该程序包括确定转向阀是否处于预期(命令)位置。在EGR递送模式中的操作期间，转向阀可以被命令到第二位置，以允许排气流经由热交换器到达发动机进气歧管。如果确定转向阀不处于预期(第二)位置，则可以推断出转向阀可能存在劣化。在234处，可以发起诊断程序来诊断转向阀。转向阀诊断的细节在图4中描述。
如果确认转向阀处于预期位置，则在232处，控制器可以确认EGR阀未劣化。可以基于如使用EGR递送通道中的孔口两端的差压反馈传感器估计的EGR流率来监测EGR阀操作。一旦确认EGR阀在起作用，则该程序可以前进至步骤210，以继续进行热交换器和冷却剂系统诊断。其中，如上所述，响应于热交换器上游的排气温度与热交换器下游的排气温度之间的高于阈值的差，可以指示热交换器的劣化，并且响应于低于阈值的冷却剂温度，可以指示冷却剂系统的劣化。
如果在226处确定排气热交换系统不在EGR递送模式中操作，则在236处可以确认该系统在热交换器旁路(第三)模式中操作。在未请求排气热回收的高于阈值的发动机负荷条件期间，排气热交换系统可以在第三操作模式中操作。在第三排气热交换器旁路模式(如关于图1C所讨论的)中，热交换系统可以在转向阀处于第二位置并且EGR阀关闭的情况下操作。在旁路模式中的操作期间，可以执行对排气热交换系统传感器的诊断。排气热交换系统传感器的诊断的细节在图3中讨论。
以这种方式，在热交换系统在第一模式或第二模式中操作期间，可以周期性地(在自上次诊断程序以来已经经过了阈值时间或已经行驶了阈值距离之后)或适时地执行对热交换器和冷却剂系统的诊断。
图3示出了可以被实施用于对耦接到图1A至图1C的排气热交换系统的多个传感器进行车载诊断的示例方法300。诊断程序可以监测耦接到热交换器上游的旁通通道的温度传感器(诸如图1A至图1C中的温度传感器140)、耦接到热交换器下游的旁通通道的温度传感器(诸如图1A至图1C中的温度传感器144)、耦接到出口冷却剂管线的温度传感器(诸如图1A至图1C中的温度传感器148)和耦接到热交换器上游的旁通通道的压力传感器(诸如图1A至图1C中的压力传感器142)中的每一个的健康状况。
在302处，控制器可以确认排气热交换系统在热交换器旁路(第三)模式中操作。如图1C所述，在不再期望排气再循环(EGR)和排气热回收的高于阈值的发动机负荷条件期间，该系统在第三模式中操作。在304处，控制器可以基于来自耦接到转向阀的高分辨率位置传感器(诸如图1A至图1C中的位置传感器177)的输入来检索转向阀的位置。
在306处，该程序包括确定转向阀的实际位置是否与预期(命令)位置匹配。在旁路模式中，预期位置是转向阀的第二完全关闭位置。此外，EGR阀可以关闭以允许排气流直接到达尾管。如果确定转向阀不处于预期(第二)位置，诸如当转向阀的实际位置包括第一位置或第一位置和第二位置之间的位置时，可以推断出转向阀劣化。在320处，可以发起诊断程序来诊断转向阀的劣化，例如以确定其是否卡住打开或关闭。在旁路模式中操作时的转向阀诊断的细节在图5中描述。
如果确认转向阀处于预期位置，则在308处，控制器可以从多个排气热交换系统传感器检索热交换系统的温度值和压力值。在309处，可以确定如由耦接到热交换器上游的旁通通道的温度传感器测量的第一排气温度(T1)。在310处，可以确定如由耦接到热交换器下游的旁通通道的温度传感器测量的第二排气温度(T2)。在311处，可以确定如由耦接到出口冷却剂管线的温度传感器测量的冷却剂温度(T3)。在312处，可以确定如由耦接到热交换器上游的旁通通道的压力传感器测量的排气压力(P1)。
在314处，该程序包括确定第一排气温度(T1)是否基本上等于第二排气温度(T2)，诸如当第一排气温度和第二排气温度之间存在低于阈值的差时。控制器还可以确定热交换器上游的压力(P1)是否基本上等于大气压力(BP)，诸如当P1和BP之间存在低于阈值的差时。此外，可以确定冷却剂温度是否低于阈值冷却剂温度(T_C2)。由于在第三模式中，排气不进入旁通通道，所以在热交换器上游估计的温度可以与在热交换器下游估计的温度平衡，并且旁通通道中的压力可以与大气压力平衡。阈值温度差和阈值压力差中的每一个可以分别对应于温度传感器和压力传感器的预期的仪器限制(误差范围)。当没有从热交换器到冷却剂的热传递时，阈值冷却剂温度可以对应于预期的冷却剂温度。
如果确定T1等于T2(或者T1和T2之间存在低于阈值的差)、T3低于T_C2以及P1等于BP(或者P1和BP之间存在低于阈值的差)中的每一个，则在316处，可以推断出排气热交换系统温度和压力传感器未劣化。
如果确定T1不等于T2，则在318处，可以指示第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个的劣化。基于第一温度(T1)和第二温度(T2)之间的绝对温度差高于阈值温度差，可以设定诊断代码。此外，如果确定T3高于T_C2，则可以指示冷却剂温度传感器的劣化。如果确定P1不等于BP，则可以指示压力传感器的劣化。基于估计的排气压力和大气压力之间的绝对差高于阈值压力差，可以设定诊断代码。如果检测到一个或多个排气热交换系统传感器的劣化，则传感器可能不再用于热交换器系统的有效诊断。因此，在320处，可以暂时中止对排气热交换系统的进一步的诊断，直到传感器的功能恢复(诸如在随后的维修期间)。
以这种方式，当在第三模式中操作时，可以响应于排气压力和大气压力之间的高于阈值的压力差来指示压力传感器的劣化，可以响应于第一排气温度和第二排气温度之间的高于阈值的差来指示第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个的劣化，并且可以响应于高于阈值的冷却剂温度来指示第三温度传感器的劣化。在热交换系统在第三模式中操作期间，可以周期性地或适时地执行对热交换系统传感器的车载诊断。
图4示出了可以被实施用于诊断排气热交换系统的转向阀的示例方法400。
在403处，可以基于来自耦接到转向阀的位置传感器的输入来检索转向阀的实际位置。在404处，该程序包括确定转向阀的实际位置是否不同于转向阀的命令位置。作为示例，在热交换系统在第一热回收模式中操作期间，转向阀可以被命令到第一完全打开位置，并且EGR阀可以关闭，以允许排气流经由热交换器到达尾管。如果在第一模式期间，转向阀的实际位置包括第二位置或第一位置和第二位置之间的位置，则可以确定转向阀的劣化。相比之下，在热交换系统在第二EGR递送模式中操作期间，转向阀可以被命令到第二完全关闭位置，并且EGR阀可以打开，以允许排气流经由热交换器到达发动机进气歧管。在热交换系统在第三旁路模式中操作期间，转向阀也可以被命令到第二位置，并且EGR阀可以关闭，以允许排气流绕过热交换器直接到达尾管。如果在第二模式或第三模式期间，转向阀的实际位置包括第一位置或第一位置和第二位置之间的位置，则可以确定转向阀劣化。
如果确定转向阀的实际位置与转向阀的命令位置匹配，则在406处，可以指示转向阀未劣化，并且可以继续用于调节排气热交换系统的操作。
如果确定转向阀的实际位置不同于命令位置，则在407处，控制器可以检索如由耦接到热交换器上游的旁通通道的温度传感器估计的第一排气温度(T1)、如由耦接到热交换器下游的旁通通道的温度传感器估计的第二排气温度(T2)以及如由耦接到热交换器上游的旁通通道的压力传感器估计的排气压力(P1)中的每一个。
在408处，该程序包括确定排气热交换系统是否在排气热回收(第一)模式中操作。如果确认该系统在排气热回收(第一)模式中操作，则在410处，该程序可以包括确定转向阀是否处于预期的第二位置，以及第一排气温度是否低于阈值温度T_2。阈值温度T_2可以对应于当全部体积的排气流过旁通通道(诸如在第一模式中的操作期间)时在热交换器上游的旁通通道处的预期排气温度。阈值温度T_2可以基于发动机负荷、发动机温度、发动机转速和排气流率中的一个或多个进行建模。
如果在第一模式中的操作期间确定转向阀处于第二位置(实际位置)，并且T1低于T_2，则在412处，可以推断出转向阀卡在第二完全关闭位置中并且排气可以不进入排气旁路。在418处，可以设定指示转向阀卡住关闭的诊断代码，并且排气热交换系统可以不再在第一模式中操作，直到转向阀已被维修为止。
如果确定转向阀不处于第二位置，则在414处，该程序包括确定转向阀是否部分打开(在第一位置和第二位置之间)，并且第一排气温度(T1)是否低于阈值温度T_2。当转向阀卡在第一位置和第二位置之间时，排气可以流过主排气通道，并且可以不进入旁通通道。如果确定转向阀在第一模式中操作期间处于部分打开位置并且T1低于阈值T_2，则在418处，可以推断出转向阀在卡在第一位置和第二位置之间时正在泄漏，并且全部体积的排气可以不进入排气旁路(如在第一模式中的操作期间所期望的那样)。可以设定诊断代码，并且排气热交换系统可以不再在第一模式中操作，直到转向阀已被维修为止。
如果确定转向阀没有部分打开并且不处于第二位置，则在416处，可以推断出转向阀未劣化并且正在起作用。可替代地，在417处，可以指示转向阀位置传感器存在可能的劣化，并且传感器可能无法最佳地估计转向阀的实际位置。
如果在408处，确定排气热交换系统不在排气热回收模式中操作，则在420处，该程序包括确定排气热交换系统是否在EGR递送(第二)模式中操作。如果确认排气热交换系统在EGR递送(第二)模式中操作，则在422处，控制器可以确认EGR阀未劣化。可以基于EGR流率监测EGR阀操作。一旦确认EGR阀完全起作用，则该程序可以前进至步骤424，以在EGR模式中操作时继续进行转向阀诊断。
在424处，该程序包括确定转向阀是否处于第一位置，以及第二排气温度(T2)是否高于阈值温度T_3。当期望量的排气(作为EGR)在进入EGR递送通道之前流过旁通通道(诸如在第一模式中的操作期间)时，阈值温度T_3可以对应于热交换器下游的旁通通道处的预期排气温度。阈值温度T_3可以基于发动机负荷、发动机温度、发动机转速、排气流率以及通过热交换器的冷却剂流率的一个或多个进行建模。
如果在第二模式中的操作期间确定转向阀处于第一位置，并且T2高于阈值温度T_3，则在428处，可以推断出转向阀被卡在第一位置中，并且全部体积的排气可以进入排气旁路(而不是排气的一部分被直接引导到尾管)。高于期望体积的排气可能进入EGR通道，导致燃烧不稳定。可以设定指示转向阀卡住打开的诊断代码，并且排气热交换系统可以不再在第二模式中操作，直到转向阀已被维修为止。
如果确定转向阀不处于第一位置，则在426处，该程序包括确定转向阀是否部分打开(在第一位置和第二位置之间)，并且排气压力是否高于阈值压力T_P2。当转向阀部分打开(在第一位置和第二位置之间)时，高于估计量的排气可以进入旁通通道，并且可以流过EGR递送通道或返回到主排气通道。如果高于预期量的排气进入旁通通道，则热交换器上游的压力可以增加。阈值T_P2可以对应于由进入旁通通道的用于EGR的预期量的排气生成的旁通通道中的压力。阈值压力T_P2可以基于发动机负荷、发动机温度、发动机转速和排气流率中的一个或多个进行建模。
如果确定在第二模式中的操作期间转向阀处于部分打开位置，并且P1高于阈值T_P2，则该程序可以移动到418，并且可以推断出转向阀在卡在第一位置和第二位置之间时正在泄漏。可以设定指示泄漏的诊断代码，并且排气热交换系统可以不再在第二模式中操作，直到转向阀已被修理为止。如果确定转向阀不处于部分打开位置，并且P1低于阈值T_P2，则该程序可以前进至416，并且可以指示转向阀未劣化。
如果在420处，确定排气热交换系统不在EGR递送模式中操作，则在430处可以推断出该系统在热交换器旁路(第三)模式中操作。在旁路模式中的操作期间，也可以执行对转向阀的诊断。在旁路模式中操作时对转向阀诊断的细节在图5中讨论。
图5示出了可以被实施用于在热交换系统在热交换器旁路模式中操作期间诊断排气热交换系统的转向阀的示例方法500。在旁路模式中的操作期间，转向阀可以处于第二位置，并且EGR阀可以关闭，使得排气可以不进入旁通通道并且可以通过主排气通道直接流到尾管。示例方法500可以在图4的步骤430处实施。
在502处，控制器可以确认排气热交换系统在热交换器旁路(第三)模式中操作。此外，控制器可以基于来自耦接到转向阀的高分辨率位置传感器的输入来检索转向阀的实际位置。
在504处，该程序包括确定转向阀的实际位置是否不同于转向阀的命令位置。作为示例，在热交换系统在旁路模式中操作期间，转向阀可以被命令到第二位置，并且EGR阀可以关闭，以允许排气流绕过热交换器直接到达尾管。
如果确定转向阀的实际位置与转向阀的命令位置相同，则在505处，可以指示转向阀未劣化，并且可以继续用于调节排气热交换系统的操作。
在506处，控制器可以检索如由耦接到热交换器上游的旁通通道的温度传感器估计的第一排气温度(T1)、如由耦接到热交换器下游的旁通通道的温度传感器估计的第二排气温度(T2)以及如由耦接到热交换器上游的旁通通道的压力传感器估计的排气压力(P1)中的每一个。
在508处，该程序包括确定转向阀是否处于第一位置以及第一排气温度(T1)是否高于阈值温度T_4。在旁路模式中，由于排气可以不进入旁通通道，所以阈值温度T_4可以对应于在没有任何排气流过旁通通道情况下的旁通通道的预期温度。
如果确定即使在第三模式中的操作期间转向阀处于第一位置，并且T1高于阈值T_4，则在509处，可以设定指示转向阀被卡在第一位置中的诊断代码，并且排气可以进入排气旁路，而不是直接流过热交换器。
如果确定转向阀不处于第一位置，则在510处，该程序包括确定转向阀是否部分打开(卡在第一位置和第二位置之间)以及排气压力是否高于大气压力(BP)。当转向阀处于第一位置和第二位置之间时，排气可以进入旁通通道，并且热交换器上游的压力可以增加到高于大气压力。
如果确定在第二模式中的操作期间转向阀处于部分打开位置，并且P1高于BP，则该程序可以移动到512，并且可以推断出转向阀由于卡在第一位置和第二位置之间而正在泄漏，并且可以设定诊断代码。如果确定转向阀没有部分打开并且不处于第一位置，则在505处，可以推断出转向阀未劣化。
以这种方式，响应于在第一模式中操作时估计的转向阀位置是第二位置或在第一位置和第二位置之间的位置，可以指示转向阀的劣化。此外，响应于在第二模式和第三模式中的一个模式中操作期间估计的转向阀位置是第一位置或在第一位置和第二位置之间的位置，可以指示转向阀的劣化。
图6示出了图1A至图1C的热交换系统的不同部件的诊断参数的表600。热交换系统可以包括容纳在排气旁路中的热交换器，排气旁路从排气催化剂的下游到消声器的上游耦接到主排气通道。具有流入冷却剂管线和流出冷却剂管线的冷却剂系统可以流体地耦接到热交换器。热交换系统可以进一步包括排气再循环(EGR)通道，用于将来自热交换器下游的排气旁路的排气经由EGR阀再循环到发动机进气歧管。控制器可以调节耦接到主排气通道和热交换器下游的排气旁路的接合部的转向阀的位置，以在三种不同模式中的一个模式中操作热交换系统。
在一个示例中，当在第一热回收模式中操作热交换系统时，控制器可以将转向阀致动到第一(打开)位置，并且可以关闭EGR阀，以使排气从排气催化剂的下游经由容纳热交换器的排气旁路流到尾管。在另一示例中，当在第二EGR模式中操作热交换系统时，控制器可以将转向阀致动到第二(关闭)位置，并且可以打开EGR阀，以使排气从排气催化剂的下游经由容纳热交换器的排气旁路流到尾管。在又一示例中，当在第三旁路模式中操作热交换系统时，控制器可以将转向阀致动到第二位置，并且可以关闭EGR阀，以使排气绕过热交换器从排气催化剂的下游直接流到尾管。
对于热交换系统的诊断，经由容纳在热交换器上游的旁通通道中的第一温度传感器来估计第一排气温度(T1)，经由容纳在热交换器下游的旁通通道中的第二温度传感器来估计第二排气温度(T2)，经由容纳在热交换器上游的旁通通道中的压力传感器来估计排气压力(P1)，并且经由容纳在冷却剂系统的冷却剂管线中的第三温度传感器来估计冷却剂温度(T3)。可以经由耦接到转向阀的高分辨率位置传感器来估计转向阀的实际位置。
在行602中，当热交换系统在第一热回收模式和第二EGR模式中的任一个模式中操作时，可以诊断热交换器的劣化。其中，转向阀可以处于第一位置(在第一模式中的操作期间)或处于第二位置(在第二模式中的操作期间)。如果存在热交换器的劣化，诸如如果热交换器被堵塞，则热排气可能聚积在热交换器的上游，并且排气可能不能够流过热交换器。由于热交换器的劣化，第二排气温度(T2)可以低于预期的第二温度，而第一排气温度(T1)可以高于预期的第一温度，并且排气压力(P1)可以高于预期的压力。此外，热可以不传递到循环通过热交换器的冷却剂，导致冷却剂温度保持低于预期的冷却剂温度。可以基于所选择的操作模式(第一模式或第二模式)、发动机温度、发动机负荷、发动机转速、排气流率、冷却剂流率等来对预期的第一温度、预期的第二温度、预期的压力和预期的冷却剂温度进行建模。
在行604中，当热交换系统在第一热回收模式和第二EGR模式中的任一个模式中操作时，可以诊断冷却剂系统的劣化。其中，转向阀可以被命令到第一位置(在第一模式中的操作期间)或第二位置(在第二模式中的操作期间)。如果存在冷却剂系统的劣化，则来自排气的热可以不传递到热交换器处的冷却剂，并且离开热交换器的排气可以不比进入热交换器的排气明显更冷。由于冷却剂系统的劣化，第二排气温度(T2)可以高于预期的第二温度，而第一排气温度(T1)可以基本上等于预期的第一温度，并且排气压力(P1)可以基本上等于预期的压力。此外，由于热可能不传递到热交换器处的冷却剂，所以冷却剂温度可以保持低于预期的冷却剂温度。可以基于操作模式(第一或第二)、发动机温度、发动机负荷、发动机转速、排气流率等对预期的第一温度、预期的第二温度、预期的压力和预期的冷却剂温度进行建模。
在行606中，当热交换系统在第一热回收模式中操作时，可以诊断转向阀的劣化。其中，转向阀可以被命令处于第一位置(在第一模式中的操作期间)。然而，如果转向阀卡在第二位置(实际位置)中，则大量的排气可能不进入旁通通道，并且可以经由主排气通道直接流到尾管。如果在第一模式中的操作期间转向阀卡在第二位置中，则由于低于预期的排气流进入旁通通道，第一排气温度(T1)可以低于预期的第一温度，第二排气温度(T2)可以低于预期的第二温度，并且排气压力(P1)可以低于预期的压力。此外，由于大量的排气可以不流过热交换器，所以冷却剂温度可以低于预期的冷却剂温度。
在行608中，当热交换系统在第二EGR模式和第三旁路模式中的任一个模式中操作时，可以诊断转向阀的劣化。其中，转向阀可以被命令处于第二位置(在第二模式或第三模式中的操作期间)。然而，如果转向阀卡在第一位置(实际位置)中，则全部量的排气可以进入排气旁路，流过热交换器并经由EGR递送通道进入发动机进气口。如果在EGR模式或旁路模式中的操作期间转向阀卡在第一位置中，则由于高于预期的排气流进入旁通通道，第一排气温度(T1)可以高于预期的第一温度，第二排气温度(T2)可以高于预期的第二温度，并且排气压力(P1)可以高于预期的压力。此外，由于全部体积的排气可以流过热交换器，所以冷却剂温度可以高于预期的冷却剂温度。
在行610中，当热交换系统在第一热回收模式、第二EGR模式和第三旁路模式中的一个模式中操作时，可以诊断转向阀的劣化。其中，转向阀可以被命令处于第一位置(在第一模式的操作期间)或第二位置(在第二模式中的操作期间)。然而，在第一模式中的操作期间，如果转向阀卡在第一位置和第二位置之间(处于部分打开位置)，则全部体积的排气可以不进入排气旁路，并且排气的一部分可以经由主排气通道(绕过热交换器)直接流到尾管。如果转向阀卡在部分打开的位置，则由于低于预期的排气流进入旁通通道，第一排气温度(T1)可以低于预期的第一温度，第二排气温度(T2)可以低于预期的第二温度，并且排气压力(P1)可以低于预期的压力。此外，由于全部体积的排气可以不流过热交换器，所以冷却剂温度可以低于预期的冷却剂温度。然而，在第二模式或第三模式中的操作期间，如果转向阀卡在第一位置和第二位置之间(处于部分打开位置)，则高于预期体积的排气可以进入排气旁路。如果转向阀卡在部分打开的位置，则由于高于预期的排气流进入旁通通道，第一排气温度(T1)可以高于预期的第一温度，第二排气温度(T2)可以高于预期的第二温度，并且排气压力(P1)可以高于预期的压力。此外，由于高于预期体积的排气可以流过热交换器，所以冷却剂温度可以高于预期的冷却剂温度。
在行612中，当热交换系统在第三旁路模式中操作时，可以诊断耦接到热交换器上游的排气旁路的第一温度传感器和耦接到热交换器下游的排气旁路的第二温度传感器中的至少一个的劣化。其中，转向阀可以被命令到第二位置(在第三模式中的操作期间)。在该模式中，由于没有排气可以进入旁通通道，所以可以预期第一排气温度等于第二排气温度，并且可以预期排气压力等于大气压力。如果第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个存在劣化，则第一排气温度可以基本上不等于第二排气温度，而排气压力可以基本上等于大气压力。
在行614中，当热交换系统在第三旁路模式中操作时，可以诊断耦接到热交换器上游的排气旁路的压力传感器的劣化。其中，转向阀可以处于第二位置(在第三模式中的操作期间)，并且不预期排气进入旁通通道。如果存在压力传感器的劣化，则排气压力可以基本上不等于大气压力，而第一排气温度可以基本上等于第二排气温度。
以这种方式，可以在热交换器系统的不同操作模式期间对排气热交换系统的不同部件执行车载诊断。
图7示出了说明用于图1A至图1C的热交换系统的部件的第一诊断程序的示例操作顺序700。可以周期性地和/或适时地执行诊断程序以监测热交换系统的转向阀和热交换器的劣化。水平(x轴)表示时间，并且竖直标记t1-t4识别排气旁路组件系统的操作中的重要时间。
第一曲线(线702)示出了耦接到主排气通道和容纳热交换器的旁通通道的接合部的转向阀的实际位置，如经由耦接到转向阀的位置传感器估计的。第二曲线(线704)示出了耦接到将排气从排气通道递送到进气歧管的EGR递送通道的排气再循环(EGR)阀的位置。第三曲线(线706)示出了热交换器上游的第一排气温度，如经由耦接到旁通通道的第一温度传感器估计的。虚线707示出了第一阈值(预期)温度，低于该阈值温度可以推断出任何排气都不进入旁通通道。第四曲线(线708)示出了热交换器下游的第二排气温度，如经由耦接到旁通通道的第二温度传感器估计的。虚线709示出了第二阈值(预期)温度，低于该阈值温度可以推断出任何排气都不流过热交换器。第五曲线(线710)示出了耦接到热交换器的流出冷却剂管线中的冷却剂温度，如经由耦接到冷却剂管线的第三温度传感器估计的。虚线711示出了冷却剂温度，其可以表示在热交换器处从排气中吸收预期量的热之后的预期的冷却剂温度。第六曲线(线712)示出了热交换器上游的排气压力，如经由耦接到旁通通道的压力传感器估计的。虚线713示出了阈值压力，其可以表示由于热交换器的堵塞而在旁通通道中存在排气聚积时在热交换器上游的旁通通道处估计的排气压力。第七曲线(线714)示出了热交换器劣化指示标志的位置，并且第八曲线(线716)示出了转向阀劣化指示标志的位置。
在时间t1之前，响应于发动机冷启动条件，转向阀可以被命令到第一位置，并且EGR阀可以被命令关闭，以使全部体积的排气从主排气通道经由热交换器流到尾管而不进入EGR递送通道。在冷启动条件期间，请求排气热回收，并且不期望EGR。在此期间，当排气流过具有热交换器的旁通通道时，第一排气温度和第二排气温度可以高于它们相应的阈值温度。当排气在流过热交换器时被冷却时，第二排气温度可以低于第一排气温度。当排气流过热交换器而没有任何障碍时，排气压力可以低于阈值压力。当来自排气的热被传递到热交换器处的冷却剂时，冷却剂温度保持高于阈值冷却剂温度。当转向阀的命令位置与转向阀的实际第一位置匹配时，可以推断出转向阀未劣化。在此期间，热交换器和转向阀可能不劣化，并且可以不设定相应的劣化标志。
在时间t1，响应于发动机负荷的增加(诸如在踩油门期间)，转向阀可以被致动到第二位置，同时保持EGR阀关闭，以使排气绕过热交换器经由主排气通道直接流到尾管。此外，此时，可以不再请求排气热回收。在时间t1和t2之间，排气可以不进入旁通通道，并且热交换器上游的排气温度(Te)可以基本上等于热交换器下游的排气温度。基于如由第一排气温度传感器和第二排气温度传感器中的每一个测量的排气温度之间的平衡，可以指示第一温度传感器和第二温度传感器两者都起作用并且能够继续用于排气热交换系统诊断。当排气不进入旁通通道时，可以观察到热交换器上游的压力可以等于大气压力(BP)。此外，基于压力传感器的预期读数(示出当前压力作为大气压力)，可以推断出压力传感器未劣化。在此期间，由于热不被传递到热交换器处的冷却剂，所以冷却剂温度可以下降到阈值温度以下。
在时间t2，响应于发动机的中负荷条件，EGR需求可以增加。响应于对EGR的需求，可以打开EGR阀，以允许期望量的排气经由EGR递送通道进入发动机进气口。转向阀可以保持在第二位置，以使期望量的排气从排气歧管经由热交换器流到进气歧管。此时，基于发动机工况(诸如在中发动机负荷条件期间)，可能不期望排气热回收，而可能期望EGR。在t2和t3之间，由于排气流过旁通通道和热交换器，所以第一排气温度和第二排气温度可以继续高于它们相应的阈值温度。排气压力可以高于大气压力，但可以低于阈值压力。
在时间t3，在EGR递送模式中的操作期间，可以观察到第二排气温度降低到阈值温度(线709)以下，同时第一排气温度继续高于阈值(线707)。此外，排气压力可以增加到阈值压力(线713)以上。基于热交换器下游的排气温度的不期望的降低(热交换器上游的压力没有降低)和热交换器上游的压力的增加，可以推断出存在热交换器的劣化。在该示例中，可以指示热交换器被堵塞，并且已经显著地减少了流过热交换器的排气流。基于热交换器劣化的检测，可以设定指示劣化的标志(诊断代码)。在时间t3和t4之间，由于排气可能未有效地流过热交换器，所以冷却剂温度可以降低到阈值温度(线711)以下。在此期间，转向阀的命令位置与转向阀的实际第二位置匹配，并且可以指示转向阀未劣化。
由于热交换器可能不再最佳地适用于排气热回收或EGR冷却，所以排气可以不再被引导通过旁通通道中的热交换器。在时间t4，可以关闭EGR阀，同时将转向阀保持在第二位置，以使排气经由主排气通道直接流到尾管。
图8示出了说明用于图1A至图1C的热交换系统的部件的第二诊断程序的示例操作顺序800。可以周期性地和/或适时地执行诊断程序以监测耦接到热交换系统的热交换器的冷却剂系统的健康状况。水平(x轴)表示时间，并且竖直标记t1-t3识别在排气旁路组件系统的操作中的重要时间。
第一曲线(线802)示出了耦接到主排气通道和容纳热交换器的旁通通道的接合部的转向阀的实际位置，如经由耦接到转向阀的位置传感器估计的。第二曲线(线804)示出了耦接到将排气从排气通道递送到进气歧管的EGR递送通道的排气再循环(EGR)阀的位置。第三曲线(线806)示出了热交换器上游的第一排气温度，如经由耦接到旁通通道的第一温度传感器估计的。第四曲线(线808)示出了热交换器下游的第二排气温度，如经由耦接到旁通通道的第二温度传感器估计的。第五曲线(线810)示出了耦接到热交换器的流出冷却剂管线中的冷却剂温度，如经由耦接到冷却剂管线的第三温度传感器估计的。虚线811示出了冷却剂温度，其可以表示在热交换器处从排气中吸收预期量的热之后的预期的冷却剂温度。第六曲线(线812)示出了冷却剂系统劣化指示标志的位置。
在时间t1之前，响应于发动机冷启动条件，转向阀可以被致动到第一位置，并且EGR阀可以处于关闭位置，以使全部体积的排气从主排气通道经由热交换器流动到尾管而不进入EGR递送通道。在t1时，可以请求用于发动机加热和/或乘客舱加热的排气热回收。在此期间，当排气在流过热交换器时被冷却时，第二排气温度可以低于第一排气温度。当来自排气的热被传递到热交换器处的冷却剂时，冷却剂温度可以高于阈值冷却剂温度。在此期间，冷却剂系统可以最佳地起作用，并且可以将劣化标志保持在关闭位置。
在时间t1，响应于发动机的中负荷条件，EGR需求可能增加，因此EGR阀可以打开，并且转向阀可以被致动到第二位置，以允许期望量的排气经由EGR递送通道流动到发动机进气口。在时间t1和t2之间，可能不期望排气热回收，并且可能请求EGR。在此期间，当排气经由热交换器流到发动机进气口时，热被传递到循环通过热交换器的冷却剂，并且冷却剂温度可以保持高于阈值温度。
在时间t2，在EGR递送模式中的操作期间，冷却剂温度可以降低到阈值温度以下，指示可能不发生从排气到冷却剂的热传递。此外，由于排气热不被传递到热交换器的冷却剂，所以离开热交换器的排气的温度也可以增加。基于低于阈值的冷却剂温度和第二排气温度的增加，可以推断出冷却剂系统劣化并且可以不再用于排气热交换或EGR冷却。由于冷却剂系统可以不再最佳地适用于排气热回收或EGR冷却，所以排气可以不再被引导通过旁通通道中的热交换器。在时间t3，响应于冷却剂系统劣化的检测，可以关闭EGR阀，同时将转向阀保持在第二位置，以使排气经由主排气通道直接流到尾管。
一种示例方法包括：指示将排气从排气催化剂的下游经由转向阀转向到排气旁路中的热交换器中的热交换系统的劣化，该指示基于在热交换器上游估计的第一排气温度和排气压力、在热交换器下游估计的第二排气温度、以及循环通过热交换器的冷却剂的温度中的每一个。任何前述示例进一步包括：另外地或可选地，响应于劣化的指示，禁止将排气转向通过排气旁路中的热交换器；并且允许排气绕过热交换器经由主排气通道直接流到尾管。在任何或所有前述示例中，另外地或可替代地，指示进一步基于相对于命令位置的转向阀的实际位置，实际位置经由耦接到转向阀的位置传感器估计，命令位置基于发动机加热需求，转向阀耦接到排气旁路的出口和主排气通道的接合部。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，热交换系统进一步包括排气再循环(EGR)通道，用于将来自热交换器下游的排气旁路的排气经由EGR阀再循环到发动机进气歧管，并且其中指示进一步基于EGR阀的实际位置。任何或所有前述示例进一步包括：另外地或可选地，通过将EGR阀致动到关闭位置并将转向阀致动到第一位置以允许排气流经由热交换器到达尾管，在第一热回收模式中操作热交换系统；通过将EGR阀致动到打开位置并将转向阀致动到第二位置以允许排气流经由热交换器到达发动机进气歧管，在第二EGR模式中操作热交换系统；以及通过将EGR阀致动到关闭位置并将转向阀致动到第二位置以允许排气流绕过热交换器直接到达尾管，在第三旁路模式中操作热交换系统，其中指示在第一模式、第二模式和第三模式中的每一个模式期间执行。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，指示包括：当在第一模式和第二模式中的一个模式中操作热交换系统时，响应于第二排气温度低于预期的第二排气温度以及估计的排气压力高于预期的排气压力中的每一个来指示热交换器的劣化；当在第一模式和第二模式中的一个模式中操作热交换系统时，响应于估计的冷却剂温度低于预期的冷却剂温度来指示使冷却剂循环通过热交换器的冷却剂系统的劣化；并且当在第一模式、第二模式和第三模式中的一个模式中操作热交换系统时，响应于转向阀的实际位置不同于转向阀的预期位置来指示转向阀的劣化。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，预期的第二排气温度基于发动机负荷、发动机温度、发动机转速、排气流率以及通过热交换器的冷却剂流率中的一个或多个来建模，其中预期的排气压力基于发动机负荷、发动机温度、发动机转速和排气流率中的一个或多个来建模，并且其中预期的冷却剂温度基于排气温度、排气流率和冷却剂流率中的一个或多个来建模。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，转向阀的预期位置包括在第一模式期间的第一位置以及在第二模式和第三模式期间的第二位置，第一位置允许排气流从催化剂的下游经由排气旁路到达尾管，并且第二位置禁止排气流从催化剂的下游经由排气旁路到达尾管。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，经由耦接到热交换器上游的排气旁路的第一温度传感器估计第一排气温度，其中经由耦接到热交换器下游的排气旁路的第二温度传感器估计第二排气温度，其中经由耦接到热交换器上游的排气旁路的压力传感器估计排气压力，其中经由耦接到冷却剂系统的冷却剂管线的第三温度传感器估计冷却剂温度。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，指示进一步包括：在第三模式中操作时，响应于估计的排气压力和大气压力之间的高于阈值的压力差来指示压力传感器的劣化；响应于第一排气温度和第二排气温度之间的高于阈值的差来指示第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个的劣化；并且响应于估计的冷却剂温度高于预期的冷却剂温度来指示第三温度传感器的劣化。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，指示热交换器的劣化包括指示热交换器被堵塞，其中指示冷却剂系统的劣化包括指示一个或多个冷却剂管线被堵塞，其中指示转向阀的劣化包括指示转向阀卡在打开位置、关闭位置和部分打开位置中的一个位置。
另一个示例方法包括：当操作热交换系统以使全部体积的排气从排气催化剂的下游经由容纳热交换器的排气旁路流到尾管时，响应于在热交换器上游测量的排气压力高于第一阈值压力、以及在热交换器上游测量的第一排气温度与在热交换器下游测量的第二排气温度之间的温度差高于第一阈值差中的每一个来指示热交换器的劣化；响应于在冷却剂系统的流出管线处测量的冷却剂温度低于第一阈值冷却剂温度来指示使冷却剂循环通过热交换器的冷却剂系统的劣化；并且响应于转向阀的实际位置不同于完全打开位置来指示耦接在排气旁路和主排气通道的接合部处的转向阀卡住关闭或部分打开。任何前述示例进一步包括：另外地或可选地，基于EGR需求，将排气的一部分从热交换器的下游经由排气再循环(EGR)阀再循环到发动机进气歧管；并且在再循环期间，当EGR阀未劣化时，响应于在热交换器上游测量的排气压力高于第二阈值压力、以及在热交换器上游测量的第一排气温度和在热交换器下游测量的第二排气温度之间的温度差高于第二阈值差中的每一个来指示热交换器的劣化；响应于在冷却剂系统的流出管线处测量的冷却剂温度低于第二阈值冷却剂温度来指示冷却剂系统的劣化；并且响应于转向阀的实际位置不同于完全关闭位置来指示转向阀卡住打开或部分打开。任何或所有前述示例进一步包括：另外地或可选地，当操作热交换系统以使排气绕过热交换器从排气催化剂的下游经由主排气通道流到尾管时，响应于在热交换器上游测量的第一排气温度和在热交换器下游测量的第二排气温度之间的温度差高于第三阈值差来指示耦接到热交换器上游的旁通通道的第一温度传感器和耦接到热交换器下游的旁通通道的第二温度传感器中的一个的劣化；响应于排气压力和大气压力之间的压力差高于阈值压力差来指示耦接到热交换器上游的旁通通道的压力传感器的劣化；响应于在冷却剂系统的流出管线处测量的冷却剂温度低于第三阈值冷却剂温度来指示耦接到冷却剂管线的第三温度传感器的劣化；并且响应于转向阀的实际位置不同于完全关闭位置来指示转向阀卡在打开位置或部分打开。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，第一阈值排气压力高于第二阈值排气压力，第一阈值温度差高于第二阈值温度差，第二阈值温度差高于第三阈值温度差，第一阈值冷却剂温度基本上等于第二阈值冷却剂温度和第三阈值冷却剂温度中的每一个。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，转向阀的完全打开位置允许排气流从排气旁路到达主排气通道，并且转向阀的完全关闭位置禁止排气流从排气旁路到达主排气通道。任何或所有前述示例进一步包括：另外地或可选地，响应于热交换器和冷却剂系统中的一个或多个的劣化的指示，将转向阀偏移到完全关闭位置并关闭EGR阀以禁止排气流通过排气旁路。
在又一示例中，一种发动机系统包括：发动机进气歧管；发动机排气系统，其具有排气通道和旁通通道，排气通道包括一个或多个排气催化剂和消声器，旁通通道从一个或多个排气催化剂的下游到消声器上游耦接到排气通道，旁通通道包括热交换器；第一温度传感器，其耦接到热交换器上游的旁通通道，用于估计第一排气温度；第二温度传感器，其耦接到热交换器下游的旁通通道，用于估计第二排气温度；压力传感器，其耦接到热交换器上游的旁通通道，用于估计排气压力；冷却剂系统，其具有用于使冷却剂循环通过热交换器的流入冷却剂管线和流出冷却剂管线，冷却剂系统进一步耦接到发动机缸体和加热器芯中的每一个，流出冷却剂管线包括用于估计冷却剂温度的冷却剂温度传感器；转向阀，其将旁通通道的出口耦接到排气通道；位置传感器，其耦接到转向阀，用于估计转向阀位置；EGR通道，其具有EGR阀，用于将来自热交换器下游的旁通通道的排气再循环到进气歧管。发动机系统进一步包括控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：将转向阀偏移到第一位置并关闭EGR阀以在第一模式中操作排气系统，其中排气从排气催化剂的下游经由旁通通道流到消声器的上游；将转向阀偏移到第二位置并打开EGR阀以在第二模式中操作排气系统，其中排气从旁通通道经由EGR通道流到发动机进气歧管；将转向阀偏移到第二位置并关闭EGR阀以在第三模式中操作排气系统，其中排气绕过热交换器从排气催化剂的下游直接流到消声器的上游；以及当在第一模式和第二模式中的一个模式中操作时，响应于第一温度和第二温度之间的差高于阈值差、以及第二温度低于阈值温度中的每一个，指示热交换器的劣化；以及响应于劣化的指示，转变到第三模式。在任何前述示例中，另外地或可替代地，控制器包括进一步的指令，用于：当在第一模式中操作时，响应于估计的转向阀位置包括第二位置或第一位置和第二位置之间的位置来指示转向阀的劣化；以及在第二模式和第三模式中的一个模式期间，响应于估计的转向阀位置包括第一位置或第一位置和第二位置之间的位置来指示转向阀的劣化。在任何或所有前述示例中，另外地或可替代地，控制器包括进一步的指令，用于：在第三模式中的操作期间，基于第一温度和第二温度之间的绝对温差高于阈值温度差来指示第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个的劣化；基于估计的排气压力和大气压力之间的绝对差高于阈值压力差来指示压力传感器的劣化；以及基于高于阈值的冷却剂温度来指示冷却剂温度传感器的劣化。
以这种方式，通过在排气系统中使用多个温度传感器和压力传感器，可以检测包括热交换器、流体地耦接到热交换器的冷却剂系统和转向阀的组合的热交换系统的部件的劣化。通过比较在不同操作模式期间在热交换器的上游和下游测量的排气温度，可以检测热交换器的堵塞。通过使用耦接到转向阀的高分辨率位置传感器，可以检测转向阀的位置是否与基于热交换系统的当前操作模式命令的预期位置不同。通过基于热交换系统的操作模式来调节在诊断期间施加的温度和压力阈值，可以使用相同的传感器组在每个模式中独立地诊断热交换系统的不同部件。验证用于检测热交换器和冷却剂系统的劣化的传感器的功能的技术效果在于可以改善热交换系统的车载诊断的可靠性。总的来说，通过使用多个温度传感器、压力传感器和转向阀位置传感器，可以有效地执行对排气热交换系统的诊断，并且可以单独监测和解决该系统的每个部件的劣化。
注意，本文包括的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器以及其他发动机硬件来实行。本文所描述的特定程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行执行或在某些情况下被省略。同样地，处理的顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述提供。可以根据所使用的具体策略重复执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件部件的系统中结合电子控制器执行指令来实行。
应当理解，因为可能有许多变化，所以本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4等发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元素或“第一”元素或其等同物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类元素的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类元素。所公开的特征、功能、元素和/或性质的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求被要求保护。此类权利要求，无论是宽于、窄于、等于或不同于原始权利要求的范围，也都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包括：
指示将排气从排气催化剂的下游经由转向阀转向到排气旁路中的热交换器中的热交换系统的劣化，所述指示基于在所述热交换器上游估计的第一排气温度和排气压力、在所述热交换器下游估计的第二排气温度、以及循环通过所述热交换器的冷却剂的温度中的每一个。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，响应于劣化的所述指示，禁止排气通过所述排气旁路中的所述热交换器的所述转向；并且允许排气绕过所述热交换器经由主排气通道直接流到尾管。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述指示进一步基于相对于命令位置的所述转向阀的实际位置，所述实际位置经由耦接到所述转向阀的位置传感器估计，所述命令位置基于发动机加热需求，所述转向阀耦接到所述排气旁路的出口和主排气通道的接合部。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述热交换系统进一步包括排气再循环通道即EGR通道，用于将来自所述热交换器下游的所述排气旁路的排气经由EGR阀再循环到发动机进气歧管，并且其中所述指示进一步基于所述EGR阀的实际位置。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
通过将所述EGR阀致动到关闭位置并将所述转向阀致动到第一位置以允许排气流经由所述热交换器到达尾管，在第一热回收模式中操作所述热交换系统；
通过将所述EGR阀致动到打开位置并将所述转向阀致动到第二位置以允许排气流经由所述热交换器到达所述发动机进气歧管，在第二EGR模式中操作所述热交换系统；以及
通过将所述EGR阀致动到所述关闭位置并将所述转向阀致动到所述第二位置以允许排气流绕过所述热交换器直接到达所述尾管，在第三旁路模式中操作所述热交换系统，其中在所述第一热回收模式、所述第二EGR模式和所述第三旁路模式中的每个模式期间执行所述指示。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述指示包括：
当在所述第一热回收模式和所述第二EGR模式中的一个模式中操作所述热交换系统时，响应于所述第二排气温度低于预期的第二排气温度、以及估计的排气压力高于预期的排气压力中的每一个指示所述热交换器的劣化；
当在所述第一热回收模式和所述第二EGR模式中的一个模式中操作所述热交换系统时，响应于估计的冷却剂温度低于预期的冷却剂温度指示使冷却剂循环通过所述热交换器的冷却剂系统的劣化；以及
当在所述第一热回收模式、所述第二EGR模式和所述第三旁路模式中的一个模式中操作所述热交换系统时，响应于所述转向阀的实际位置不同于所述转向阀的预期位置指示所述转向阀的劣化。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述预期的第二排气温度基于发动机负荷、发动机温度、发动机转速、排气流率和通过所述热交换器的冷却剂流率中的一个或多个建模，其中所述预期的排气压力基于发动机负荷、发动机温度、发动机转速和排气流率中的一个或多个建模，并且其中所述预期的冷却剂温度基于排气温度、排气流率和冷却剂流率中的一个或多个建模。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述转向阀的所述预期位置包括在所述第一热回收模式期间的所述第一位置，以及在所述第二EGR模式和所述第三旁路模式中的每个模式期间的所述第二位置，所述第一位置允许排气流从所述催化剂的下游经由所述排气旁路到达所述尾管，并且所述第二位置禁止排气流从所述催化剂的下游经由所述排气旁路到达所述尾管。
9.根据权利要求6所述的方法，其中经由耦接到所述热交换器上游的所述排气旁路的第一温度传感器估计所述第一排气温度，其中经由耦接到所述热交换器下游的所述排气旁路的第二温度传感器估计所述第二排气温度，其中经由耦接到所述热交换器上游的所述排气旁路的压力传感器估计所述排气压力，其中经由耦接到所述冷却剂系统的冷却剂管线的第三温度传感器估计所述冷却剂温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述指示进一步包括：
当在所述第三旁路模式中操作时，
响应于估计的排气压力和大气压力之间的高于阈值的压力差指示所述压力传感器的劣化；
响应于所述第一排气温度和所述第二排气温度之间的高于阈值的差指示所述第一温度传感器和所述第二温度传感器中的至少一个的劣化；以及
响应于估计的冷却剂温度高于所述预期的冷却剂温度指示所述第三温度传感器的劣化。
11.根据权利要求6所述的方法，其中指示所述热交换器的劣化包括指示所述热交换器被堵塞，其中指示所述冷却剂系统的劣化包括指示一个或多个冷却剂管线被堵塞，其中指示所述转向阀的劣化包括指示所述转向阀卡在所述打开位置、所述关闭位置和部分打开位置中的一个位置中。
12.一种用于发动机的方法，其包括：
当操作热交换系统以使全部体积的排气从排气催化剂的下游经由容纳热交换器的排气旁路流到尾管时，
响应于在所述热交换器上游测量的排气压力高于第一阈值压力、以及在所述热交换器上游测量的第一排气温度和在所述热交换器下游测量的第二排气温度之间的温度差高于第一阈值差中的每一个指示所述热交换器的劣化；
响应于在冷却剂系统的流出管线处测量的冷却剂温度低于第一阈值冷却剂温度指示使冷却剂循环通过所述热交换器的所述冷却剂系统的劣化；以及
响应于转向阀的实际位置不同于完全打开位置指示耦接在所述排气旁路和主排气通道的接合部处的所述转向阀卡在关闭或部分打开。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
基于EGR需求，将所述排气的一部分从所述热交换器的下游经由排气再循环阀即EGR阀再循环到发动机进气歧管；以及
在所述再循环期间，当所述EGR阀未劣化时，
响应于在所述热交换器上游测量的所述排气压力高于第二阈值压力、以及在所述热交换器上游测量的所述第一排气温度和在所述热交换器下游测量的所述第二排气温度之间的所述温度差高于第二阈值差中的每一个指示所述热交换器的劣化；
响应于在所述冷却剂系统的所述流出管线处测量的冷却剂温度低于第二阈值冷却剂温度指示所述冷却剂系统的劣化；以及
响应于所述转向阀的所述实际位置不同于完全关闭位置指示所述转向阀卡在打开或部分地打开。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
当操作所述热交换系统以使排气绕过所述热交换器从所述排气催化剂的下游经由所述主排气通道流到所述尾管时，
响应于在所述热交换器上游测量的所述第一排气温度和在所述热交换器下游测量的所述第二排气温度之间的所述温度差高于第三阈值差指示耦接到所述热交换器上游的所述排气旁路的第一温度传感器和耦接到所述热交换器下游的所述排气旁路的第二温度传感器中的一个的劣化；
响应于所述排气压力和大气压力之间的压力差高于阈值压力差指示耦接到所述热交换器上游的所述排气旁路的压力传感器的劣化；
响应于在所述冷却剂系统的所述流出管线处测量的所述冷却剂温度高于第三阈值冷却剂温度指示耦接到所述流出管线的第三温度传感器的劣化；以及
响应于所述转向阀的所述实际位置不同于所述完全关闭位置指示所述转向阀卡在打开位置或部分地打开位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一阈值压力高于所述第二阈值压力，所述第一阈值差高于所述第二阈值差，所述第二阈值差高于所述第三阈值差，所述第一阈值冷却剂温度实质上等于所述第二阈值冷却剂温度和所述第三阈值冷却剂温度中的每一个。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述转向阀的所述完全打开位置允许排气流从所述排气旁路到达所述主排气通道，并且所述转向阀的所述完全关闭位置禁止排气流从所述排气旁路到达所述主排气通道。
17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括，响应于所述热交换器和所述冷却剂系统中的一个或多个的劣化的指示，将所述转向阀偏移到所述完全关闭位置并关闭所述EGR阀以禁止排气流通过所述排气旁路。
18.一种发动机系统，其包括：
发动机进气歧管；
发动机排气系统，其具有排气通道和旁通通道，所述排气通道包括一个或多个排气催化剂和消声器，所述旁通通道从所述一个或多个排气催化剂的下游到所述消声器的上游耦接到所述排气通道，所述旁通通道包括热交换器；
第一温度传感器，其耦接到所述热交换器上游的所述旁通通道，用于估计第一排气温度；
第二温度传感器，其耦接到所述热交换器下游的所述旁通通道，用于估计第二排气温度；
压力传感器，其耦接到所述热交换器上游的所述旁通通道，用于估计排气压力；
冷却剂系统，其具有用于使冷却剂循环通过所述热交换器的流入冷却剂管线和流出冷却剂管线，所述冷却剂系统进一步耦接到发动机缸体和加热器芯中的每一个，所述流出冷却剂管线包括用于估计冷却剂温度的冷却剂温度传感器；
转向阀，其将所述旁通通道的出口耦接到所述排气通道；
位置传感器，其耦接到所述转向阀，用于估计转向阀位置；
EGR通道，其具有EGR阀，用于将来自所述热交换器下游的所述旁通通道的排气再循环到所述进气歧管；以及
控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：
将所述转向阀偏移到第一位置并关闭所述EGR阀以在第一模式中操作所述排气系统，其中排气从所述排气催化剂的下游经由所述旁通通道流到所述消声器的上游；
将所述转向阀偏移到第二位置并打开所述EGR阀以在第二模式中操作所述排气系统，其中排气从所述旁通通道经由所述EGR通道流到所述发动机进气歧管；
将所述转向阀偏移到第二位置并关闭所述EGR阀以在第三模式中操作所述排气系统，其中排气绕过所述热交换器从所述排气催化剂的下游直接流到所述消声器的上游；以及
当在所述第一模式和所述第二模式中的一个模式中操作时，
响应于所述第一排气温度和所述第二排气温度之间的差高于阈值差以及所述第二排气温度低于阈值温度中的每一个，指示所述热交换器的劣化；以及
响应于劣化的所述指示，转变到所述第三模式。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令，用于：
当在所述第一模式中操作时，响应于估计的转向阀位置包括所述第二位置或所述第一位置和所述第二位置之间的位置指示所述转向阀的劣化；以及
在所述第二模式和所述第三模式中的一个模式期间，响应于估计的转向阀位置包括第一位置或所述第一位置和所述第二位置之间的位置指示所述转向阀的劣化。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令，用于：
在所述第三模式中操作期间，
基于所述第一排气温度和所述第二排气温度之间的绝对温度差高于阈值温度差指示所述第一温度传感器和所述第二温度传感器中的至少一个的劣化；
基于估计的排气压力和大气压力之间的绝对差高于阈值压力差指示所述压力传感器的劣化；以及
基于高于阈值的冷却剂温度指示所述冷却剂温度传感器的劣化。
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