CN114575989B - 一种节温器的故障诊断方法及故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种节温器的故障诊断方法及故障诊断系统，涉及车辆发动机技术领域。本发明先获取发动机冷却系统的当前水温和发动机处于怠速工况的占比，然后在怠速工况的占比小于预设占比时对发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值进行累加，之后在累加时间大于预设时间或与发动机冷却系统的当前水温对应的预设温度模型中的水温达到预设温度时计算累加后的平均差值，之后将平均差值与第一预设值进行比较，最后根据比较结果判断发动机的节温器处于正常状态或故障状态。上述技术方案能够更加准确地判断节温器的状态。

Description

一种节温器的故障诊断方法及故障诊断系统

技术领域

本发明涉及车辆发动机技术领域，特别是涉及一种节温器的故障诊断方法及故障诊断系统。

背景技术

虽然汽油发动机已进行了大量改进，但是在将化学能转换成机械能的过程中，汽油发动机的效率仍然不高。汽油中的大部分能量70％左右被转换成热量，而散发这些热量则是汽车冷却系统的任务。事实上，一辆在高速公路上行驶的汽车，其冷却系统所散失的热量足以供两个普通房屋取暖。如果发动机变热，就会加快组件的磨损，从而使发动机效率降低并且排放出更多污染物。而冷却系统的另一个重要作用是使发动机尽快升温，并使其保持恒温。燃料在汽车发动机内持续燃烧，燃烧过程中产生的热量大部分从排气系统中排出，但仍有部分热量滞留在发动机中，从而使其升温。当冷却液的温度约为93℃时，发动机达到最佳运行状态。在这个温度下燃烧室的温度足以使燃料完全蒸发，因此可以更好地使燃料燃烧并减少气体排放。如果用于润滑发动机的润滑油较稀薄，粘稠度较低，则发动机零部件就可以更灵活地运转，而发动机在围绕自身部件旋转的过程中消耗的能量也将减少，金属零件更不易磨损。

蜡式节温器是控制冷却液流动路径的阀门，是一种自动调温装置，通常含有感温组件，借着膨胀或冷缩来开启、关掉空气、气体或液体的流动。对于汽油机车辆节温器故障主要分为节温器泄露、卡滞两种故障模式。其中泄露故障会造成冷却液液位异常下降，极端情况会造成发动机或其他部件异常过热损坏。节温器卡滞常开故障是国标GB18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》对于发动机冷却系统监测的重点内容。

发明内容

本发明第一方面的目的是要提供一种节温器的故障诊断方法，解决现有技术中节温器故障诊断不准确的技术问题。

本发明第二方面的目的是要提供一种节温器的故障诊断系统。

根据本发明第一方面的目的，本发明提供了一种节温器的故障诊断方法，包括：

获取发动机冷却系统的当前水温和发动机处于怠速工况的占比；

在所述怠速工况的占比小于预设占比时对所述发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值进行累加；

在累加时间大于预设时间或与所述发动机冷却系统的当前水温对应的所述预设温度模型中的水温达到预设温度时计算累加后的平均差值；

将所述平均差值与第一预设值进行比较；

根据比较结果判断所述发动机的节温器处于正常状态或故障状态。

可选地，获取发动机冷却系统的当前水温和发动机处于怠速工况的占比的步骤，之后包括：

计算所述发动机冷却系统的当前水温与所述预设温度模型中对应的水温的差值；

在所述差值大于或等于第二预设值时且在所述怠速工况的占比小于预设占比时对所述发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值进行累加。

可选地，根据比较结果判断所述发动机的节温器处于正常状态或故障状态的步骤，具体包括：

在所述平均差值大于所述第一预设值时判定所述发动机的节温器处于故障状态。

可选地，根据比较结果判断所述发动机的节温器处于正常状态或故障状态的步骤，还包括：

在所述平均差值小于或等于所述第一预设值时判定所述发动机的节温器处于正常状态。

可选地，计算所述发动机冷却系统的当前水温与所述预设温度模型中对应的水温的差值的步骤，之后还包括：

在所述差值大于或等于所述第二预设值时且在所述怠速工况的占比大于或等于所述预设占比时退出故障诊断。

可选地，所述预设温度模型中的水温按照以下方式计算：

根据所述发动机的台架数据将发动机燃料产生的燃烧扭矩及发动机摩擦扭矩按照预设比例转换成进入所述发动机冷却系统的热量；

根据进入所述发动机冷却系统的热量和所述发动机冷却系统的散热量计算出所述发动机冷却系统的水温变化率；

根据所述发动机冷却系统的水温变化率和所述发动机冷却系统的初始水温确定所述预设温度模型中的水温。

可选地，按照以下方式计算所述发动机冷却系统的散热量：

对空气对流散热量、空调暖风散热量和水箱散热量进行积分得到所述发动机冷却系统的散热量。

可选地，所述预设比例为4:1～5:1。

可选地，所述预设时间为范围在90s～110s之间的任一数值；

所述第一预设值和所述第二预设值为范围在10℃～15℃之间的任一数值；

所述预设温度为范围在80℃～90℃之间的任一数值。

根据本发明第二方面的目的，本发明还提供了一种节温器的故障诊断系统，包括：

控制模块，所述控制模块包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算程序，所述计算程序被所述处理器执行时用于实现上述的故障诊断方法。

本发明先获取发动机冷却系统的当前水温和发动机处于怠速工况的占比，然后在怠速工况的占比小于预设占比时对发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值进行累加，之后在累加时间大于预设时间或与发动机冷却系统的当前水温对应的预设温度模型中的水温达到预设温度时计算累加后的平均差值，之后将平均差值与第一预设值进行比较，最后根据比较结果判断发动机的节温器处于正常状态或故障状态。上述技术方案考虑到只有在怠速工况的占比小于预设占比时根据一段时间内的水温与预设温度模型中的水温差值的平均差值才能够准确判断出节温器是否发生故障，与现有技术中仅通过发动机冷却系统的水温来判断节温器是否发生故障的技术方案相比，能够更加准确地判断节温器的状态。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的节温器的故障诊断方法的示意性流程图；

图2是根据本发明另一个实施例的节温器的故障诊断方法的示意性流程图；

图3是根据本发明一个实施例的节温器的故障诊断系统的示意性结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1是根据本发明一个实施例的节温器的故障诊断方法的示意性流程图。

如图1所示，在一个具体的实施例中，节温器的故障诊断方法包括以下步骤：

步骤S100，先获取发动机冷却系统的当前水温和发动机处于怠速工况的占比V；

步骤S200，在怠速工况的占比V小于预设占比V₁时对发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值T进行累加；预设占比V₁为范围在45％～55％之间的任一数值，例如可以为45％、50％或55％。在一个优选地实施例中，预设占比为50％。

步骤S300，在累加时间大于预设时间或与发动机冷却系统的当前水温对应的预设温度模型中的水温达到预设温度时计算累加后的平均差值T_V。这里，预设时间为范围在90s～110s之间的任一数值，例如可以为90s、100s或110s。预设温度为范围在80℃～90℃之间的任一数值，例如可以为80℃、85℃或90℃。在一个优选地实施例中，预设温度为85℃。

步骤S400，将平均差值T_V与第一预设值T₁进行比较；这里，第一预设值T₁为范围在10℃～15℃之间的任一数值，例如可以为10℃、12℃或15℃。

步骤S500，根据比较结果判断发动机的节温器处于正常状态或故障状态。

该实施例考虑到只有在怠速工况的占比V小于预设占比V₁时根据一段时间内的水温与预设温度模型中的水温差值的平均差值T_V才能够准确判断出节温器是否发生故障，与现有技术中仅通过发动机冷却系统的水温来判断节温器是否发生故障的技术方案相比，能够更加准确地判断节温器的状态。

图2是根据本发明另一个实施例的节温器的故障诊断方法的示意性流程图。如图2所示，在该实施例中，步骤S100之后包括以下步骤：

步骤S110，计算发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值T；

步骤S120，判断差值T是否大于或等于第二预设值T₂，若是，则执行步骤S130，若否，则返回步骤S100。也就是说，若差值T小于第二预设值T₂的话则故障诊断逻辑循环，说明节温器处于正常状态。这里，第二预设值T₂为范围在10℃～15℃之间的任一数值，例如可以为10℃、12℃或15℃。

步骤130，判断怠速工况的占比V是否小于预设占比V₁，若是，则执行步骤S200，若否，则执行步骤S210；

步骤S210，退出故障诊断。也就是说，在怠速工况的占比V大于或等于预设占比V₁时退出故障诊断。

这里，需要说明的是，步骤S200和S210之间没有先后顺序关系。

在该实施例中，步骤S500具体包括以下步骤：

步骤S510，在所平均差值T_V大于第一预设值T₁时判定发动机的节温器处于故障状态；

步骤S520，在平均差值T_V小于或等于第一预设值T₁时判定发动机的节温器处于正常状态。

这里，需要说明的是，步骤S510和步骤S520之间没有先后顺序关系。

传统技术方案是采用双水温传感器监测方案，整个系统图包括：发动机、主水温传感器、第二路水温传感器、节温器、暖风系统、散热器水箱以及冷却液。相当于在散热器出水口新增一个水温传感器。发动机启动后正常运转，当节温器无故障时，在节温器关闭状态，主水温传感器测量到的冷却水温度升高，而大循环中的第二路水温传感器测量的温度无明显温升；当主水温传感器的测量值达到节温器打开温度阀值时，节温器开始逐渐打开，此时第二路水温传感器的测量值快速增大。理论上，当节温器打开时，发动机冷却系统工作在小循环的状态，发动机正常运转产生的热量只让小循环内的冷却液快速升温，所以主水温传感器测量值会高于故障阈值，如果整个测量系统与设定的逻辑一致，则判定节温器正常。而当节温器有故障时，节温器卡滞在常开位置，冷却液直接进入大循环系统，也就是发动机正常运转产生的热量同时进入到大小循环内的冷却液中，因此第二路水温传感器测得的大循环冷却液温度第二路水温传感器升高很快(相比小循环状态来说)。由于发动机运转工况内消耗的燃料的量是一定的，也就是释放出的总的热量和进入冷却系统的热量均是固定的。当大循环的冷却液分担了一部分热量后，而第二路水温传感器的测量值达到一定温度时，故主水温传感器的测量值必然比单纯小循环状态的温升小，一旦测量值低于故障阈值，则判定节温器卡滞在常开位置。传统技术方案需要在散热器出水口处新增一个水温传感器，通过两个水温传感器检测到的水温才能够判断出节温器是否发生故障。而本实施例通过温度模型的方案来替代了增加零部件的方案，降低了成本的同时能够达到诊断节温器的目的。

单水温传感器监测原理在硬件要求上与中国第五阶段法规车型相比未新增零部件。与双水温传感器诊断方案相比减少了一个水温传感器。单个水温传感器监测的原理是：发动机启动后，正常运转，当节温器无故障情况下，且节温器关闭状态，水温传感器的测量值会随着时间增加逐渐升高，预设温度模型中的水温值(利用建立的水温模型策略，基于正常节温器在各种环境下经过多轮试验测试后得出的标定结果)也随之上升。当温度达到一定阀值时，预设温度模型中的水温值与水温传感器的测量值之差低于故障诊断阈值，则判定节温器正常，此时的水温传感器的实际测量值和预设温度模型中的水温值基本相等。当节温器有故障情况下，节温器卡滞在常开位置，冷却液直接进入大循环系统。由于存在大循环分流热量，因此水温传感器的测量值上升缓慢。当温度达到一定阀值时，预设温度模型的水温值与水温传感器的测量值之差高于故障诊断阈值，则判定节温器卡滞在常开位置。这里的故障诊断阈值就是上述的第一预设值。

单水温传感器节温器故障监测具体的诊断逻辑为在发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值小于第二预设值T₂(10℃～15℃)时，诊断标志位参数状态为0，判定节温器处于正常状态。在发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值T大于或等于第二预设值T₂，诊断标志位参数状态会变为1，同时会计算怠速工况在整个驾驶循环内的时间所对应的占比V，当此占比V大于或等于设定值50％时，则诊断状态参数赋值为7，诊断过程直接结束。这是因为法规允许防止误报故障，因为怠速工况缺少风冷散热，即使是故障节温器，发动机温升也会比较快，和正常节温器区分度比较低。反之，也就是当占比小于设定值50％时，开始累加模型温度与实际水温的差值T，当累积时间达到诊断使能的预设时间(100s，不同车型标定的时间阀值不同)或者水温模型温度值达到诊断使能模型温度上限阀值(85℃，小于节温器始开温度)时，停止累加主水温模型温度值和实际水温值的差值并计算这段时间内的平均差值T_V，当其大于第一预设值T₁(10℃～15℃)，则诊断状态参数赋值4，报出节温器常开故障，反之则诊断状态参数赋值5，诊断完成节温器无故障报出，也就是节温器处于正常状态。

在该实施例中，预设温度模型中的水温按照以下方式计算：

步骤一：根据发动机的台架数据将发动机燃料产生的燃烧扭矩及发动机摩擦扭矩按照预设比例转换成进入发动机冷却系统的热量；

步骤二：根据进入发动机冷却系统的热量和发动机冷却系统的散热量计算出发动机冷却系统的水温变化率；

步骤三：根据发动机冷却系统的水温变化率和发动机冷却系统的初始水温确定预设温度模型中的水温。

在步骤一中，预设比例为4:1～5:1。在一个优选的实施例中，预设比例为0.7:0.15。为简化计算模型，根据发动机台架数据及经验直接将混合气燃烧产生的燃烧扭矩及发动机摩擦(倒拖)扭矩按一定比例(一般分配的燃烧扭矩的比例为0.7，摩擦扭矩的比例为0.15)折算成进入发动机冷却系统的热量，然后转化为产热功率，最终输出相应的总产热温度变化率。随着海拔升高，大气压力降低，发动机的排气背压及泵气损失减少，相同发动机运转工况下所需的发动机功率下降，从而导致相同工况下产热功率会减少，而从某车型的高原测试数据，在相同发动机运转工况下，实际水温温升与平原相比并无明显降低，因此需要对不同的海拔下的产热功率进行修正。该实施例考虑到了摩擦对冷却液加热的作用，因此，能够更准确地计算进入发动机冷却系统的热量，从而更准确地计算出发动机冷却系统的水温变化率。

在步骤二中，车辆在行驶过程中，车外空气进入机舱后就会和冷却水发生对流散热。根据牛顿冷却定律“物体的冷却速度，与其当前温度与所处的环境温度之间的温差成正比”，通过温差确定冷却速度，此外冷却的空气量与车速的平方成正比关系，而空气量影响冷却速率，因此通过车速修正因子进行修正。由于当前车型发动机管理系统中都未引入鼓风机档位信号，无法判断是否开启暖风及相应风量，因此计算模型温度时只考虑暖风全开模式(空调开启、温度最高、风量最大)的极限工况，其前提条件是，即节温器故障模式下和正常节温器暖风全开模式下的实际冷却水温升有足够的区分度。通过冷却水与蒸发器表面(用环境温度代替)的温差确定冷却速度。理论上暖风水箱的散热速率跟鼓风机的风量和冷却水的流量有关，跟车速和环境温度无关，因此可以将车速修正设为1。因此，该实施例中，通过对空气对流散热量、空调暖风散热量和水箱散热量进行积分得到发动机冷却系统的散热量，删减了中冷器散热量，这是因为在大循环回路打开之前节温器的诊断已完成，从而简化了模型。并且该实施例针对开空调和开暖风的工况，仅考虑到了空调开启、温度最高且风量最大的极限工况下的散热量，进一步简化了模型。

在步骤三中，通过将发动机冷却系统的水温变化率与发动机冷却系统的初始水温进行相加从而得到预设温度模型中的水温。

图3是根据本发明一个实施例的节温器的故障诊断系统100的示意性结构图。如图3所示，在一个具体的实施例中，节温器的故障诊断系统100包括控制模块10，控制模块10包括存储器12和处理器11，存储器12内存储有计算程序，计算程序被处理器11执行时用于实现上述的故障诊断方法。处理器11可以是一个中央处理单元(central processing unit，简称CPU)，或者为数字处理单元等等。处理器11通过通信接口收发数据。存储器12用于存储处理器11执行的程序。存储器12是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何介质，也可以是多个存储器12的组合。上述计算程序可以从计算机可读存储介质下载到相应计算/处理设备或者经由网络(例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到计算机或外部存储设备。

该实施例利用软件算法建立发动机冷却系统的水温模型，利用诊断策略优化达到满足国六法规对发动机冷却系统中节温器的诊断要求，从而替代现有的双水温传感器的诊断方案，可以实现较为可观的降低成本。无需在散热器上多开水温传感器安装孔，降低了模具费用及工艺成本，减少了发动机冷却系统设计在新增加的水温传感器布置定型时测试资源的投入，降低了冷却液的泄漏风险。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种节温器的故障诊断方法，其特征在于，包括：

获取发动机冷却系统的当前水温和发动机处于怠速工况的占比；

在所述怠速工况的占比小于预设占比时对所述发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值进行累加，所述预设占比为范围在45％～55％之间的任一数值；

在累加时间大于预设时间或与所述发动机冷却系统的当前水温对应的所述预设温度模型中的水温达到预设温度时计算累加后的平均差值；

将所述平均差值与第一预设值进行比较；

根据比较结果判断所述发动机的节温器处于正常状态或故障状态。

2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，获取发动机冷却系统的当前水温和发动机处于怠速工况的占比的步骤，之后包括：

计算所述发动机冷却系统的当前水温与所述预设温度模型中对应的水温的差值；

在所述差值大于或等于第二预设值时且在所述怠速工况的占比小于预设占比时对所述发动机冷却系统的当前水温与预设温度模型中对应的水温的差值进行累加。

3.根据权利要求2所述的故障诊断方法，其特征在于，根据比较结果判断所述发动机的节温器处于正常状态或故障状态的步骤，具体包括：

在所述平均差值大于所述第一预设值时判定所述发动机的节温器处于故障状态。

4.根据权利要求3所述的故障诊断方法，其特征在于，根据比较结果判断所述发动机的节温器处于正常状态或故障状态的步骤，还包括：

在所述平均差值小于或等于所述第一预设值时判定所述发动机的节温器处于正常状态。

5.根据权利要求2所述的故障诊断方法，其特征在于，计算所述发动机冷却系统的当前水温与所述预设温度模型中对应的水温的差值的步骤，之后还包括：

在所述差值大于或等于所述第二预设值时且在所述怠速工况的占比大于或等于所述预设占比时退出故障诊断。

6.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述预设温度模型中的水温按照以下方式计算：

根据所述发动机的台架数据将发动机燃料产生的燃烧扭矩及发动机摩擦扭矩按照预设比例转换成进入所述发动机冷却系统的热量；

根据进入所述发动机冷却系统的热量和所述发动机冷却系统的散热量计算出所述发动机冷却系统的水温变化率；

根据所述发动机冷却系统的水温变化率和所述发动机冷却系统的初始水温确定所述预设温度模型中的水温。

7.根据权利要求6所述的故障诊断方法，其特征在于，按照以下方式计算所述发动机冷却系统的散热量：

对空气对流散热量、空调暖风散热量和水箱散热量进行积分得到所述发动机冷却系统的散热量。

8.根据权利要求6所述的故障诊断方法，其特征在于，

所述预设比例为4:1～5:1。

9.根据权利要求2所述的故障诊断方法，其特征在于，

所述预设时间为范围在90s～110s之间的任一数值；

所述第一预设值和所述第二预设值为范围在10℃～15℃之间的任一数值；

所述预设温度为范围在80℃～90℃之间的任一数值。

10.一种节温器的故障诊断系统，其特征在于，包括：

控制模块，所述控制模块包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算程序，所述计算程序被所述处理器执行时用于实现根据权利要求1-9中任一项所述的故障诊断方法。

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