CN113074869B - Egr冷却液泄露检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种EGR冷却液泄露检测系统及方法，该系统，包括存储模块、EGR冷却器状态评估模块和故障诊断模块，EGR冷却器状态评估模块的输入端与存储模块输出端信号连接，存储模块输入端与EGR冷却器水路的出入口压差传感器、EGR冷却器水路出入口温度传感器、排气温度传感器和进气温度传感器输出端信号连接。实时监测EGR冷却系统的状态，当检测EGR冷却器中冷却液压差和温度变化达到一定程度后，即认为EGR冷却器发生泄露，信息分析处理后反馈给控制系统进行车辆报警，提醒车辆使用者及时进行维护和故障处理，从而降低EGR冷却器泄露导致整个发动机总成和后处理总成发生严重故障的风险，降低维修成本。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机EGR系统检测，具体涉及一种EGR冷却液泄露检测系统及方法。
背景技术
EGR系统目前在汽车发动机系统中用于降低缸内氮氧，提升发动机排放性能的机体结构，其主要分为EGR阀和EGR冷却器两部分。
EGR冷却器主要用于对流经EGR系统的高温废气进行冷却降温，该结构分为气路和水路，结构较为复杂。在市场应用时，发现存在EGR中冷器水路发生冷却液泄露的情况出现，主要原因是由于EGR冷却器内长期高温气体流通，且气路和水路复杂的结构关系。EGR中冷器水路通常与发动机冷却系统连接，如其内部发生泄露，一则导致发动机冷却效率下降，严重会导致EGR阀工作温度超温使其损坏或发动机机械热负荷过高损坏；二则发生冷却液随废气进入发动机缸内，甚至排气管路和后处理系统，导致发动机拉缸，或者后处理系统中贵金属涂层发生质变等严重故障。
中国专利(CN111441884A)，公开了一种EGR冷却器内部泄露监测装置及监测方法，通过在EGR冷却器出气管管路上加装冷却液收集器及电磁阀，电磁阀线路与发动机电控单元ECU连接。发动机电控单元ECU通过判断EGR冷却器内部是否有泄露，防止因为EGR冷却器内部泄露造成发动机及车辆的严重损坏。存在以下缺点：(1)、通过收集泄露液体判断泄露的方式，需要泄露量达到一定程度才能触发判断机制，无法在轻微泄露时发现泄露情况；(2)、EGR中通过的高温废气对所使用的电磁阀等电器件存在严重的腐蚀影响，可能导致技术失效和可靠性降低。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种EGR冷却液泄露检测系统及方法，通过实时对EGR冷却器冷却液压力和温度状态监测，判断是否存在泄露，根据EGR冷却器泄露情况进行维修提醒及维修方案。
本发明采用的技术方案是：一种EGR冷却液泄露检测系统，其特征在于：包括存储模块、EGR冷却器状态评估模块和故障诊断模块，所述EGR冷却器状态评估模块的输入端与存储模块输出端信号连接，所述存储模块输入端与EGR冷却器水路的出入口压差传感器、EGR冷却器水路出入口温度传感器、排气温度传感器和进气温度传感器输出端信号连接。
作为优选，基于发动机排气温度、EGR冷却器水路出入口温度和EGR冷却器水路两端压差，计算EGR冷却器的冷却效率，在存储模块标定的冷却效率-温度压力模型进行查表，由EGR冷却器状态评估模块判断EGR冷却器水路是否存在泄露和冷却效率是否满足要求。
作为优选，所述EGR冷却器状态评估模块的输出端与整车仪表的输入端信号连接。
作为优选，所述出入口压差传感器的参数要求：量程：±10KPa；输出信号：0～5V；供电电压：9～36VDC；零点温漂移：≤±0.05％FS℃；环境温度：-20～85℃；响应时间：1mS；振动影响：在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1％FS；密封等级：IP65。
作为优选，所述出入口温度传感器、排气温度传感器和进气温度传感器采用热敏电阻，参数要求：量程：-40℃～850℃；精度：-40℃～280℃±2.5℃，280℃～850℃±1％；输出电阻：170Ω～767Ω；响应时间：＜10s。
作为优选，所述存储模块的参数要求：时钟频率：不低于16MHz；内部Flash：不低于64kByte；内部RAM：不低于8kByte；支持SAE J1939通讯；波特率：250kbit/s；采样点：87.5％。
一种EGR冷却液泄露检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、获取发动机当前的转速、发动机水温和环境温度，及EGR冷却器气路进出口温度和压力，以及EGR冷却器水路进出口温度和压力；
b、与存储模块中建立的冷却效率-温度压力模型进行查表对照；
c、当检测到的EGR冷却器水路温差和压差超出冷却效率-温度压力模型中对应的值，则EGR冷却器状态评估模块判断EGR冷却器存在泄露风险。
作为优选，步骤b中，建立冷却效率-温度压力模型的具体步骤为：通过采集发动机万有特性曲线上各个工况的EGR冷却器的水路进出口温度/压力，EGR冷却器气路进出口温差和发动机转速、扭矩的对应关系，构建整个发动机运行工况范围内的EGR冷却器的冷却效率-温度压力模型。
进一步的，建立冷却效率-温度压力模型的具体步骤还包括：
根据所使用的机型完成EGR冷却器气路温度边界确定：通过发动机万有特性曲线上各个工况的EGR冷却器气路进出口温度和发动机转速、扭矩的对应关系，确定EGR冷却器气路的最高温度点H和最低温度点L，作为EGR冷却器气路温度边界；
从EGR冷却器气路的最低温度点L均速拉升发动机至最高温度点H，采集EGR冷却器进口温度变化率ΔTin和出口温度变化率ΔTout，以及进口压力变化率ΔPin和出口压力变化率ΔPout，获得EGR冷却器温差最大变化率ΔT＝|ΔTin|+|ΔTout|和压差最大变化率ΔP＝|ΔPin|+|ΔPout|；
利用温差/压差最大变化率ΔT和ΔP、环境温度以及发动机水温作为EGR冷却器的实时冷却效率-温度压力模型的修正因子。
作为优选，通过EGR冷却器状态评估模块中的风险定义和状态判断，将评估结果输出给仪表进行提醒。
本发明取得的有益效果是：实时监测EGR冷却系统的状态，当检测EGR冷却器中冷却液压差和温度变化达到一定程度后，即认为EGR冷却器发生泄露，信息分析处理后反馈给控制系统进行车辆报警，提醒车辆使用者及时进行维护和故障处理，从而降低EGR冷却器泄露导致整个发动机总成和后处理总成发生严重故障的风险，降低维修成本。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为全工况温降扫描结果；
图3为全工况压降扫描结果；
图4为试验室环境温度下发动机转速扭矩情况；
图5为EGR冷却液压降及瞬时压降阈值变化情况；
附图标记：1、EGR冷却器；2、存储模块；3、EGR冷却器状态评估模块；4、仪表；5、出入口温度传感器；6、出入口压差传感器；7、排气温度传感器；8、进气温度传感器；9、EGR阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的一种EGR冷却液泄露检测系统，包括存储模块2、EGR冷却器状态评估模块3和故障诊断模块，EGR冷却器状态评估模块3的输入端与存储模块2输出端信号连接，存储模块2输入端与EGR冷却器1水路的出入口压差传感器6、EGR冷却器1水路的出入口温度传感器5、排气温度传感器7和进气温度传感器8输出端信号连接。
基于发动机排气温度、EGR冷却器水路出入口温度和EGR冷却器水路两端压差，计算EGR冷却器1的冷却效率，在存储模块2标定的冷却效率-温度压力模型进行查表，由EGR冷却器状态评估模块3判断EGR冷却器1水路是否存在泄露和冷却效率是否满足要求。
本实施例中，EGR冷却器状态评估模块3的输出端与整车仪表4的输入端信号连接，当EGR冷却器状态评估模块3判断EGR冷却器1存在泄露风险时，通过EGR冷却器状态评估模块3中的风险定义和状态判断，将评估结果输出给仪表4进行提醒。
本实施例中，出入口压差传感器6的参数要求：量程：±10KPa；输出信号：0～5V；供电电压：24VDC(9～36VDC)；零点温漂移：≤±0.05％FS℃；环境温度：常温(-20～85℃)；响应时间：1mS(上升到90％FS)；振动影响：在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1％FS；密封等级：IP65。
本实施例中，出入口温度传感器、排气温度传感器和进气温度传感器可以采用相同型号的温度传感器，也可以采用不同型号的温度传感器，只要满足要求即可。当采用相同型号的温度传感器时，出入口温度传感器、排气温度传感器和进气温度传感器均采用热敏(PT)电阻，参数要求：量程：-40℃～850℃；精度：-40℃～280℃±2.5℃，280℃～850℃±1％；输出电阻：170Ω～767Ω(-40℃-850℃)；响应时间：＜10s(t63 300℃@11m/s)。
本实施例中，存储模块的参数要求：时钟频率：不低于16MHz；内部Flash：不低于64kByte；内部RAM：不低于8kByte；支持SAE J1939通讯；波特率：250kbit/s；采样点：87.5％；终端电阻，无；诊断，断线，错误帧(CAN控制器)，硬件保护：短路到高电平，短路到低电平，开路。
本发明的一种EGR冷却液泄露检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、获取发动机当前的转速、发动机水温和环境温度，及EGR冷却器气路进出口温度和压力，以及EGR冷却器水路进出口温度和压力；
b、与存储模块中建立的冷却效率-温度压力模型进行查表对照；
c、当检测到的EGR冷却器水路温差和压差超出冷却效率-温度压力模型中对应的值，则EGR冷却器状态评估模块3判断EGR冷却器1存在泄露风险；
d、通过EGR冷却器状态评估模块3中的风险定义和状态判断，将评估结果输出给仪表4进行提醒。
在存储模块中建立冷却效率-温度压力模型的具体步骤为：
(1)、通过采集发动机万有特性曲线上各个工况的EGR冷却器1的水路进出口温度/压力，EGR冷却器1气路进出口温差和发动机转速、扭矩的对应关系，构建整个发动机运行工况范围内的EGR冷却器1的冷却效率-温度压力模型(如下表)；
(2)、根据所使用的机型完成EGR冷却器气路温度边界确定：通过发动机万有特性曲线上各个工况的EG冷却器R气路进出口温度和发动机转速、扭矩的对应关系，确定EGR冷却器气路的最高温度点H和最低温度点L，作为EGR冷却器气路温度边界(图2为全工况温降扫描结果，图3为全工况压降扫描结果)；
(3)、从EGR冷却器气路的最低温度点L均速拉升发动机至最高温度点H，采集EGR冷却器进口温度变化率ΔTin和出口温度变化率ΔTout，以及进口压力变化率ΔPin和出口压力变化率ΔPout，获得EGR冷却器温差最大变化率ΔT＝|ΔTin|+|ΔTout|和压差最大变化率ΔP＝|ΔPin|+|ΔPout|；
(4)、利用温差/压差最大变化率ΔT和ΔP、环境温度以及发动机水温作为EGR冷却器的实时冷却效率-温度压力模型的修正因子(如下表，其中X为环境温度，X为修正系数)。
以某9L排量柴油发动机为例：
稳态工况验证：
试验室环境温度24.7℃，发动机水温86.3℃
瞬态工况验证：
试验室环境温度24.8℃，发动机转速扭矩(如图4)，EGR冷却液压降及瞬时压降阈值(如图5)：结果表征，实时压降未超出阈值，无风险安全提示。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种EGR冷却液泄露检测系统，其特征在于：包括存储模块、EGR冷却器状态评估模块和故障诊断模块，所述EGR冷却器状态评估模块的输入端与存储模块输出端信号连接，所述存储模块输入端与EGR冷却器水路的出入口压差传感器、EGR冷却器水路出入口温度传感器、排气温度传感器和进气温度传感器输出端信号连接；基于发动机排气温度、EGR冷却器水路出入口温度和EGR冷却器水路两端压差，计算EGR冷却器的冷却效率，在存储模块标定的冷却效率-温度压力模型进行查表，由EGR冷却器状态评估模块判断EGR冷却器水路是否存在泄露和冷却效率是否满足要求；
EGR冷却液泄露检测的具体方法为：
a、获取发动机当前的转速、发动机水温和环境温度，及EGR冷却器气路进出口温度和压力，以及EGR冷却器水路进出口温度和压力；
b、与存储模块中建立的冷却效率-温度压力模型进行查表对照，建立冷却效率-温度压力模型的具体步骤为：通过采集发动机万有特性曲线上各个工况的EGR冷却器的水路进出口温度/压力，EGR冷却器气路进出口温差和发动机转速、扭矩的对应关系，构建整个发动机运行工况范围内的EGR冷却器的冷却效率-温度压力模型；
根据所使用的机型完成EGR冷却器气路温度边界确定：通过发动机万有特性曲线上各个工况的EGR冷却器气路进出口温度和发动机转速、扭矩的对应关系，确定EGR冷却器气路的最高温度点H和最低温度点L，作为EGR冷却器气路温度边界；
从EGR冷却器气路的最低温度点L均速拉升发动机至最高温度点H，采集EGR冷却器进口温度变化率ΔTin和出口温度变化率ΔTout，以及进口压力变化率ΔPin和出口压力变化率ΔPout，获得EGR冷却器温差最大变化率ΔT=|ΔTin|+|ΔTout|和压差最大变化率ΔP=|ΔPin|+|ΔPout|；
利用温差/压差最大变化率ΔT和ΔP、环境温度以及发动机水温作为EGR冷却器的实时冷却效率-温度压力模型的修正因子；
c、当检测到的EGR冷却器水路温差和压差超出冷却效率-温度压力模型中对应的值，则EGR冷却器状态评估模块判断EGR冷却器存在泄露风险。
2.根据权利要求1所述的EGR冷却液泄露检测系统，其特征在于：所述EGR冷却器状态评估模块的输出端与整车仪表的输入端信号连接。
3.根据权利要求1所述的EGR冷却液泄露检测系统，其特征在于：所述出入口压差传感器的参数要求：量 程：±10KPa；输出信号： 0～5V；供电电压： 9～36VDC；零点温漂移： ≤±0.05%FS℃；环境温度： -20～85℃；响应时间： 1 mS；振动影响：在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1%FS；密封等级：IP65。
4.根据权利要求1所述的EGR冷却液泄露检测系统，其特征在于：所述出入口温度传感器、排气温度传感器和进气温度传感器采用热敏电阻，参数要求：量程：-40℃~ 850℃；精度：-40℃～280℃±2.5℃，280℃～850℃±1%；输出电阻：170Ω～767Ω；响应时间：＜10s。
5.根据权利要求1所述的EGR冷却液泄露检测系统，其特征在于：所述存储模块的参数要求：时钟频率：不低于16MHz；内部Flash：不低于64kByte；内部RAM：不低于8kByte；支持SAE J1939通讯；波特率：250kbit/s ；采样点：87.5%。
6.根据权利要求4所述的EGR冷却液泄露检测系统，其特征在于：通过EGR冷却器状态评估模块中的风险定义和状态判断，将评估结果输出给仪表进行提醒。
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