CN113389667B - 一种高压egr冷却器性能监测及故障诊断方法 - Google Patents

一种高压egr冷却器性能监测及故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，包括以下步骤：S1、当诊断条件都满足时，加入信号延时计数器，当诊断条件满足持续设定时间后，开启EGR冷却器性能诊断功能；S2、基于EGR冷却器出口温度传感器测量值计算的EGR冷却器前后温降与基于EGR冷却器出口温度模型计算值的EGR冷却器温降比值来进行EGR冷却器冷却效率监测及诊断；S3、若EGR冷却器性能监测指标低于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能故障，且报出EGR冷却器冷却效率低故障；若EGR冷却器性能监测指标高于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能正常。本设计不仅可靠性高，而且增强了故障诊断鲁棒性，降低了误报风险。

Description

一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法
技术领域
本发明涉及国六柴油发动机OBD检测技术领域，尤其涉及一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，主要适用于提高诊断可靠性。
背景技术
EGR冷却器用于冷却部分返回到发动机气缸内的废气，在废气进入气缸后，与气缸中的新鲜气体混合并进入燃烧室进行燃烧，以降低汽车尾气中氮氧化物的含量。EGR冷却器随着使用时间的增加，其表面会有水垢和积碳等杂质产生，从而影响EGR冷却器的冷却性能，有效的诊断策略判断EGR冷却器的冷却性能是否满足要求，对发动机的排放性能控制有着重要的意义。
中国专利，申请公布号为CN112380707A，申请公布日为2021年2月19日的发明公开了一种EGR冷却器的冷却性能评估方法及装置、电子设备，该发明基于废气温度和废气流量，确定需求的EGR冷却器冷后的目标废气温度，基于目标废气温度，计算EGR冷却器的冷却效率目标值，计算EGR冷却器的实际冷却效率，基于实际冷却效率和冷却效率目标值，对EGR冷却器的冷却性能进行评估，EGR冷却器冷却效率目标值则由MAP获取，实际冷却器冷却效率获取与EGR冷却器前后废气温度以及发动机冷却液温度相关。虽然该发明对EGR冷却器的实际冷却效率评估精准，但是其仍然存在以下缺陷：该发明目标效率通过MAP获取，不能覆盖所有运行工况，使得诊断可靠性低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的可靠性低的缺陷与问题，提供一种可靠性高的高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，包括以下步骤：
S1、开启EGR冷却器性能诊断功能；
S2、监测EGR冷却器性能并输出监测结果；
EGR冷却器性能监测指标表达式为：
η＝(T3-Tsensor)/(T3-Test)上式中，η为EGR冷却器性能监测指标，T3为发动机排气温度模型计算值，Test为EGR冷却器出口温度模型计算值，Tsensor为EGR冷却器出口温度传感器测量值；
S3、判断EGR冷却器性能是否存在故障；
若EGR冷却器性能监测指标η低于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能故障，且报出EGR冷却器冷却效率低故障；
若EGR冷却器性能监测指标η高于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能正常。
步骤S1中，当同时满足以下诊断条件时，EGR冷却器性能诊断功能开启：
(1)发动机排气温度在标定排气温度范围内，以确保发动机处于最佳工作状态；
(2)发动机排气温度梯度在标定排气温度梯度范围内，以确保发动机工况处于相对稳定状态；
(3)EGR阀流量在标定EGR阀流量范围内，以确保EGR阀处于工作状态；
(4)EGR阀流量梯度在标定EGR阀流量梯度范围内，以确保EGR阀工况处于相对稳定状态；
(5)EGR冷却器温降在标定EGR冷却器温降范围内，以确保EGR冷却器处于最佳性能状态；
(6)发动机冷却液温度在标定冷却液温度范围内，以确保发动机处于热机状态；
(7)发动机转速在标定转速范围内，以确保发动机处于热机状态；
(8)车速在标定车速范围内，以确保EGR冷却器处于最佳性能状态。
步骤S1中，当诊断条件都满足时，加入信号延时计数器，当诊断条件满足持续设定时间后，开启EGR冷却器性能诊断功能。
步骤S2中，所述发动机排气温度模型计算值T3是指涡轮增压器前端发动机排气温度值。
步骤S2中，所述发动机排气温度模型计算值T3通过DOC入口温度传感器测量值T4反算得到。
步骤S2中，所述EGR冷却器出口温度模型计算值Tset通过发动机排气温度模型计算值T3计算得到。
步骤S2中，计算出EGR冷却器性能监测指标η后，加入滤波系数k。
步骤S3中，所述诊断阀值是通过将EGR冷却器的冷却液流量减小或者切断来进行台架排放测试获得的。
当诊断出EGR冷却器冷却效率低故障时，依据国六OBD法规规则激活发动机故障灯和驾驶员诱导系统，提醒驾驶员及时进行车辆维护。
完成故障维护后，若经过车辆驾驶循环确认监测到EGR冷却器性能监测指标η高于诊断阀值，则依据国六OBD法规规则熄灭发动机故障灯和解除驾驶员诱导系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法中，通过监测基于EGR冷却器出口废气温度传感器测量值计算的EGR冷却器前后温降与基于EGR冷却器出口温度模型计算值计算的EGR冷却器温降比值来进行EGR冷却器冷却效率监测及诊断，基于EGR冷却器出口废气温度传感器进行性能监测和故障诊断，保证了EGR冷却器性能的可靠性。因此，本发明可靠性高。
2、本发明一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法中，EGR冷却器效率低故障诊断条件考虑全面，提高了故障诊断准确率，节约了故障诊断成本。因此，本发明故障诊断准确率高，故障诊断成本低。
3、本发明一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法中，当诊断条件都满足时，加入信号延时计数器，当诊断条件满足持续设定时间后，开启EGR冷却器性能诊断功能，增加信号延时计数器，增强了故障诊断鲁棒性，降低了误报风险。因此，本发明增强了故障诊断鲁棒性，降低了误报风险。
4、本发明一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法中，发动机排气温度模型计算值通过DOC入口温度传感器测量值反算得到，与实际运行跟随性好，评估更精确；EGR冷却器出口温度模型计算值通过发动机排气温度模型计算值计算得到，使得计算结果更精确。因此，本发明精确度高。
5、本发明一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法中，计算出EGR冷却器性能监测指标后，加入滤波系数，过滤掉跳跃信号，增强了性能指标的可靠性。因此，本发明可靠性高。
6、本发明一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法中，在失效模式下能及时提醒驾驶员进行维护，保证车辆安全正常运行；故障诊断定位精准、时效性强，提高了车辆驾驶可靠性。因此，本发明提高了车辆驾驶可靠性。
附图说明
图1是本发明一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法的流程图。
图2是本发明中高压EGR冷却器布置结构示意图。
图中：空气滤清器1、空气流量计2、涡轮增压器3、中冷器4、进气节流阀5、发动机6、发动机排气温度测量点7、高压EGR阀8、高压EGR冷却器出口温度传感器安装点9、高压EGR冷却器10、DOC入口温度传感器安装点11。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1、图2，一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，包括以下步骤：
S1、开启EGR冷却器性能诊断功能；
S2、监测EGR冷却器性能并输出监测结果；
EGR冷却器性能监测指标表达式为：
η＝(T3-Tsensor)/(T3-Test)
上式中，η为EGR冷却器性能监测指标，T3为发动机排气温度模型计算值，Test为EGR冷却器出口温度模型计算值，Tsensor为EGR冷却器出口温度传感器测量值；
S3、判断EGR冷却器性能是否存在故障；
若EGR冷却器性能监测指标η低于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能故障，且报出EGR冷却器冷却效率低故障；
若EGR冷却器性能监测指标η高于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能正常。
步骤S1中，当同时满足以下诊断条件时，EGR冷却器性能诊断功能开启：
(1)发动机排气温度在标定排气温度范围内，以确保发动机处于最佳工作状态；
(2)发动机排气温度梯度在标定排气温度梯度范围内，以确保发动机工况处于相对稳定状态；
(3)EGR阀流量在标定EGR阀流量范围内，以确保EGR阀处于工作状态；
(4)EGR阀流量梯度在标定EGR阀流量梯度范围内，以确保EGR阀工况处于相对稳定状态；
(5)EGR冷却器温降在标定EGR冷却器温降范围内，以确保EGR冷却器处于最佳性能状态；
(6)发动机冷却液温度在标定冷却液温度范围内，以确保发动机处于热机状态；
(7)发动机转速在标定转速范围内，以确保发动机处于热机状态；
(8)车速在标定车速范围内，以确保EGR冷却器处于最佳性能状态。
步骤S1中，当诊断条件都满足时，加入信号延时计数器，当诊断条件满足持续设定时间后，开启EGR冷却器性能诊断功能。
步骤S2中，所述发动机排气温度模型计算值T3是指涡轮增压器前端发动机排气温度值。
步骤S2中，所述发动机排气温度模型计算值T3通过DOC入口温度传感器测量值T4反算得到。
步骤S2中，所述EGR冷却器出口温度模型计算值Test通过发动机排气温度模型计算值T3计算得到。
步骤S2中，计算出EGR冷却器性能监测指标η后，加入滤波系数k。
步骤S3中，所述诊断阀值是通过将EGR冷却器的冷却液流量减小或者切断来进行台架排放测试获得的。
当诊断出EGR冷却器冷却效率低故障时，依据国六OBD法规规则激活发动机故障灯和驾驶员诱导系统，提醒驾驶员及时进行车辆维护。
完成故障维护后，若经过车辆驾驶循环确认监测到EGR冷却器性能监测指标η高于诊断阀值，则依据国六OBD法规规则熄灭发动机故障灯和解除驾驶员诱导系统。
本发明的原理说明如下：
EGR冷却器主要性能指标是其冷却能力，冷却能力最直接的表现是EGR冷却器入口与EGR冷却器出口废气的温度变化。本设计对EGR冷却器冷却性能的评估方法更简单直观，主要是基于EGR冷却器下游传感器测量值与模型值偏差来对EGR冷却器冷却性能进行评估，若EGR冷却器下游传感器测量值偏高于模型值则表明冷却器性能偏低，两者相差超过一定值时则表征EGR冷却器失效，故障报出。而模型值的获取也将通过传感器实测值反算得到，更加精确，与实际运行结果跟随性好。同时，对故障诊断条件有具体描述，提高了故障诊断的鲁棒性，降低误报率，提高EGR冷却器可靠性。
本设计综合考虑了车辆运行状态、EGR阀工作状态以及发动机运行状态等(见表1)，提高诊断的IUPR率，满足国六法规要求，解决了EGR冷却器性能诊断的可靠性与满足国六法规IUPR率要求之间的矛盾；同时在失效模式下能及时提醒驾驶员进行维护，保证车辆安全正常运行。
表1 EGR冷却器效率诊断条件
Figure BDA0003093507460000061
上述范围都可以标定。
实施例：
参见图1、图2，一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，包括以下步骤：
S1、开启EGR冷却器性能诊断功能；
当同时满足以下诊断条件时，EGR冷却器性能诊断功能开启：
(1)发动机排气温度在标定排气温度范围内，以确保发动机处于最佳工作状态；
(2)发动机排气温度梯度在标定排气温度梯度范围内，以确保发动机工况处于相对稳定状态；
(3)EGR阀流量在标定EGR阀流量范围内，以确保EGR阀处于工作状态；
(4)EGR阀流量梯度在标定EGR阀流量梯度范围内，以确保EGR阀工况处于相对稳定状态；
(5)EGR冷却器温降在标定EGR冷却器温降范围内，以确保EGR冷却器处于最佳性能状态；
(6)发动机冷却液温度在标定冷却液温度范围内，以确保发动机处于热机状态；
(7)发动机转速在标定转速范围内，以确保发动机处于热机状态；
(8)车速在标定车速范围内，以确保EGR冷却器处于最佳性能状态；
当诊断条件都满足时，加入信号延时计数器，当诊断条件满足持续设定时间(时间可以标定)后，开启EGR冷却器性能诊断功能，信号延迟使诊断更可靠，可以去除掉某些偶然现象带来的误诊断，增强诊断鲁棒性；
S2、监测EGR冷却器性能并输出监测结果；
EGR冷却器性能监测指标表达式为：
η＝(T3-Tsensor)/(T3-Test)
上式中，η为EGR冷却器性能监测指标，T3为发动机排气温度模型计算值，Test为EGR冷却器出口温度模型计算值，Tsensor为EGR冷却器出口温度传感器测量值；
所述发动机排气温度模型计算值T3是指涡轮增压器前端发动机排气温度值；所述发动机排气温度模型计算值T3基于DOC入口温度传感器测量值T4，综合考虑排气热传递、管路热损失、热平衡等因素反算得到，在无排气温度传感器情况下的模型计算值T3更精确；所述EGR冷却器出口温度模型计算值Test通过发动机排气温度模型计算值T3计算得到，该模型计算值将作为EGR冷却器正常工作状态下出口温度基准；发动机排气温度模型计算值T3及EGR冷却器出口温度模型计算值Test均在发动机试验台架及整车试验中得到充分的验证，其精度高，模型计算值可信度强；
计算出EGR冷却器性能监测指标η后，加入滤波系数k；
S3、判断EGR冷却器性能是否存在故障；
若EGR冷却器性能监测指标η低于诊断阀值，表示EGR出口温度传感器测量值比正常状态下的出口温度偏高，说明该工况下EGR冷却器冷却性能较弱，则判定EGR冷却器性能故障，且报出EGR冷却器冷却效率低故障；
若EGR冷却器性能监测指标η高于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能正常；
所述诊断阀值是通过将EGR冷却器的冷却液流量减小或者切断来进行台架排放测试获得的；
当诊断出EGR冷却器冷却效率低故障时，依据国六OBD法规规则激活发动机故障灯和驾驶员诱导系统，提醒驾驶员及时进行车辆维护；完成故障维护后，若经过车辆驾驶循环确认监测到EGR冷却器性能监测指标η高于诊断阀值，则依据国六OBD法规规则熄灭发动机故障灯和解除驾驶员诱导系统。

Claims (6)

1.一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、开启EGR冷却器性能诊断功能；
当同时满足以下诊断条件时，EGR冷却器性能诊断功能开启：
（1）发动机排气温度在标定排气温度范围内，以确保发动机处于最佳工作状态；
（2）发动机排气温度梯度在标定排气温度梯度范围内，以确保发动机工况处于相对稳定状态；
（3）EGR阀流量在标定EGR阀流量范围内，以确保EGR阀处于工作状态；
（4）EGR阀流量梯度在标定EGR阀流量梯度范围内，以确保EGR阀工况处于相对稳定状态；
（5）EGR冷却器温降在标定EGR冷却器温降范围内，以确保EGR冷却器处于最佳性能状态；
（6）发动机冷却液温度在标定冷却液温度范围内，以确保发动机处于热机状态；
（7）发动机转速在标定转速范围内，以确保发动机处于热机状态；
（8）车速在标定车速范围内，以确保EGR冷却器处于最佳性能状态；
S2、监测EGR冷却器性能并输出监测结果；
EGR冷却器性能监测指标表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为EGR冷却器性能监测指标，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为发动机排气温度模型计算值，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为EGR冷却器出口温度模型计算值，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为EGR冷却器出口温度传感器测量值；
所述发动机排气温度模型计算值
Figure 675395DEST_PATH_IMAGE006
是指涡轮增压器前端发动机排气温度值；
所述发动机排气温度模型计算值
Figure 874295DEST_PATH_IMAGE006
通过DOC入口温度传感器测量值
Figure DEST_PATH_IMAGE012
反算得到；
所述EGR冷却器出口温度模型计算值
Figure 418540DEST_PATH_IMAGE008
通过发动机排气温度模型计算值
Figure 411904DEST_PATH_IMAGE006
计算得到；
S3、判断EGR冷却器性能是否存在故障；
若EGR冷却器性能监测指标
Figure 41599DEST_PATH_IMAGE004
低于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能故障，且报出EGR冷却器冷却效率低故障；
若EGR冷却器性能监测指标
Figure 778611DEST_PATH_IMAGE004
高于诊断阀值，则判定EGR冷却器性能正常。
2.根据权利要求1所述的一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，其特征在于：步骤S1中，当诊断条件都满足时，加入信号延时计数器，当诊断条件满足持续设定时间后，开启EGR冷却器性能诊断功能。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，其特征在于：步骤S2中，计算出EGR冷却器性能监测指标
Figure 177362DEST_PATH_IMAGE004
后，加入滤波系数
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。
4.根据权利要求1或2所述的一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，其特征在于：步骤S3中，所述诊断阀值是通过将EGR冷却器的冷却液流量减小或者切断来进行台架排放测试获得的。
5.根据权利要求1或2所述的一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，其特征在于：当诊断出EGR冷却器冷却效率低故障时，依据国六OBD法规规则激活发动机故障灯和驾驶员诱导系统，提醒驾驶员及时进行车辆维护。
6.根据权利要求5所述的一种高压EGR冷却器性能监测及故障诊断方法，其特征在于：完成故障维护后，若经过车辆驾驶循环确认监测到EGR冷却器性能监测指标
Figure 607207DEST_PATH_IMAGE004
高于诊断阀值，则依据国六OBD法规规则熄灭发动机故障灯和解除驾驶员诱导系统。
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