DE102009054359B4

DE102009054359B4 - Motorkühlsystemdiagnose für Anwendungen mit zwei Kühlmittelsensoren

Info

Publication number: DE102009054359B4
Application number: DE102009054359.7A
Authority: DE
Inventors: Igor Anilovich; John W. Siekkinen; Jinhee Yu; Zhong Wang; Mikaela Waller
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2016-09-15
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: DE102009054359A1

Abstract

Motorsteuerungssystem, das umfasst: ein Temperaturvergleichsmodul (202), das eine Temperaturdifferenz zwischen einer gemessenen Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und einer gemessenen Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT) berechnet; ein Energiebestimmungsmodul (204), das einen Energiewert (E) bestimmt, der einer von einem Motor (102) erzeugten, an das Motorkühlmittel und/oder das Radiatorkühlmittel übertragenen Wärmeenergie entspricht, wobei die Wärmeenergie die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und/oder die Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT) erhöht; ein Diagnosemodul (206), das einen Vergleich der Temperaturdifferenz und des Energiewerts (E) erzeugt und einen Status eines Thermostats (132), das mit dem Motor (102) verbunden ist, auf der Grundlage des Vergleichs bestimmt; und ein Einstellmodul (208), das einen exponentiellen Einstellfaktor (α) zum selektiven Einstellen des Energiewerts (E) bestimmt, wobei der Einstellfaktor (α) auf einer Änderung einer Kühlmittelmasse (m) beruht, wenn wegen einer Heizungsanforderung eine Heizungskühlmittelmasse (mh) zu der Kühlmittelmasse (m) hinzugefügt wird; und wobei der Einstellfaktor (α) auf der Übertragung von Wärmeenergie aus dem Abgaskrümmer (117) an die Kühlmittelmasse (m) über eine vorbestimmte Zeitspanne beruht; wobei der Vergleich umfasst, dass ein Verhältnis (R) der Temperaturdifferenz zu dem Energiewert (E), der durch den Einstellfaktor (α) eingestellt ist, bestimmt wird, und wobei das Diagnosemodul (206) bestimmt, dass der Status offen fest sitzend ist, wenn das Verhältnis (R) kleiner oder gleich einem Fehlerschwellenwert ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Diagnose eines Motorkühlsystems und insbesondere die Diagnose eines Motorkühlsystems mit zwei Kühlmittelsensoren.
HINTERGRUND
Die hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck einer allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder, sofern sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt des Einreichens nicht anderweitig als Stand der Technik ausgewiesen sind, werden weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
Ein Motor verbrennt eine Mischung aus Luft und Kraftstoff in einem Verbrennungsprozess, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Während des Verbrennungsprozesses setzt der Motor chemische potentielle Energie der Luft/Kraftstoff-Mischung in kinetische Energie und Wärmeenergie um. Ein Teil der Wärmeenergie kann an eine Kühlmittelmasse (m) übertragen werden, die durch den Motor hindurch zirkuliert.
Die Wärmeenergie kann bewirken, dass eine Kühlmitteltemperatur der Kühlmittelmasse (m) ansteigt. Die Kühlmitteltemperatur kann von einem Motorkühlmitteltemperatursensor (ECT-Sensor) an einer Stelle im Inneren des Motors gemessen werden. Der ECT-Sensor sendet die ECT an ein Motorsteuerungsmodul (ECM).
Ein Thermostat kann die Menge der Kühlmittelmasse (m) regeln, die durch den Motor hindurch zirkuliert. Das Thermostat ist ein Thermostatventil, das öffnet, wenn die Kühlmitteltemperatur eine Thermostatöffnungstemperatur erreicht, und das schließt, wenn die Kühlmitteltemperatur unter der Öffnungstemperatur liegt. Wenn das Thermostat geschlossen ist, ist die durch den Motor hindurch zirkulierende Kühlmittelmasse (m) kleiner, als wenn das Thermostat offen ist.
Wenn die Kühlmitteltemperatur unter der Öffnungstemperatur liegt, ist das Thermostat normalerweise geschlossen, sodass die durch den Motor hindurch zirkulierende Kühlmittelmasse (m) kleiner ist. Die Wärmeenergie wird an die kleinere Kühlmittelmasse (m) übertragen und erhöht die ECT auf einen Betriebsbereich. Der Betriebsbereich kann ein Kühlmitteltemperaturbereich von etwa 82 Grad Celsius bis 93 Grad Celsius (180°F bis 200°F) sein. Sobald die ECT in dem Betriebsbereich liegt, kann das Thermostat anschließend öffnen, um die Menge der Kühlmittelmasse (m), die durch den Motor hindurch zirkuliert, zu erhöhen und die Kühlmitteltemperatur zu regeln.
Ein offen festsitzendes Thermostat tritt auf, wenn das Thermostat unabhängig von der Kühlmitteltemperatur offen festsitzend bleibt. Das offen festsitzende Thermostat kann verzögern oder verhindern, dass die ECT auf den Betriebsbereich ansteigt, indem es ermöglicht, dass die durch den Motor hindurch zirkulierende Kühlmittelmasse (m) größer ist. Die Wärmeenergie wird an eine größere Kühlmittelmasse übertragen, was zu einem langsameren Anstieg der Kühlmitteltemperatur führt. Daher liegt die Kühlmitteltemperatur eine längere Zeitspanne lang unter dem Betriebsbereich als wenn die Kühlmittelmasse (m) kleiner ist.
Während die Kühlmitteltemperatur unter dem Betriebsbereich liegt, kann es sein, dass Schmierflüssigkeiten im Inneren des Motors weniger effektiv sind und Komponenten des Motors schneller verschleißen. Der Verbrennungsprozess kann weniger effizient sein und eine Kraftstoffverdampfung kann weniger effektiv sein. Die Abgasemissionen können mehr Schadstoffe emittieren. Wenn die Kühlmitteltemperatur im Betriebsbereich liegt, arbeitet der Motor bei günstigeren Bedingungen für die Kraftstoffverdampfung, die Motorschmierung und Abgasemissionen.
Ein Kühlmitteltemperaturmodell kann verwendet werden, um zu bestimmen, wenn das Thermostat offen festsitzt. Zum Beispiel kann eine modellierte ECT mit der erfassten ECT verglichen werden, um zu bestimmen, wenn das Thermostat offen festsitzt. Wenn die Differenz zwischen der modellierten ECT und der erfassten ECT groß genug ist, kann das Thermostat offen festsitzen. Das Modell kann ungenau sein und kann eine längere Zeitspanne benötigen, um das offen festsitzende Thermostat zu diagnostizieren. Zudem können für mehrere Motoren und Kühlsysteme mehrere Kühlmitteltemperaturmodelle notwendig sein.
DE 197 55 859 A1 offenbart ein Thermostatfehlfunktion-Erfassungssystem für ein Motorkühlsystem, das bei einer Ausführungsform eine Temperaturdifferenz zwischen einer Motorkühlmitteltemperatur und einer Radiatorkühlmitteltemperatur erzeugt und aus einem Vergleich der Temperaturdifferenz mit einem Öffnungsfehlfunktion-Unterscheidungswert auf eine Öffnungsfehlfunktion des Thermostats schließt.
In US 2004/0 199 324 A1 ist ein System zur Diagnose der Arbeitsweise eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine offenbart, das das Kühlsystem anhand einer Kühlmitteltemperatur in der Brennkraftmaschine und einer in einer Diagnoseperiode von der Brennkraftmaschine insgesamt verwendeten Energiemenge diagnostiziert.
US 6 128 948 A offenbart eine Methodik zur Diagnose des Aufwärmverhaltens eines Kraftmaschinenkühlsystems unter Verwendung eines modellbasierten Algorithmus, bei der die an die Kraftmaschine beim Aufwärmen gelieferte akkumulierte Luft zur Darstellung der von der Kraftmaschine erzeugten Gesamtwärme verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Motorsteuerungssystem umfasst ein Temperaturvergleichsmodul, ein Energiebestimmungsmodul und ein Diagnosemodul. Das Temperaturvergleichsmodul vergleicht eine erste Kühlmitteltemperatur und eine zweite Kühlmitteltemperatur einer Kühlmittelmasse in einem Motorkühlsystem eines Motors. Das Energiebestimmungsmodul bestimmt eine berechnete Energie, die während eines Verbrennungsprozesses in dem Motor umgesetzt wird. Das Diagnosemodul setzt einen offen-festsitzend-Fehlerstatus eines Thermostats, das in dem Motorkühlsystem angeordnet ist, auf der Grundlage des Temperaturvergleichs und der berechneten Energie.
Erfindungsgemäß wird die erste Kühlmitteltemperatur von einem Motorkühlmitteltemperatursensor in dem Motor gemessen. Die zweite Kühlmitteltemperatur wird von einem Radiatorkühlmitteltemperatursensor in einem Radiator in dem Kühlsystem gemessen. Das Thermostat liegt zwischen dem Motor und dem Radiator. Die berechnete Energie kann auf einer Masse von Luft beruhen, die in den Motor eintritt.
Das Motorsteuerungssystem umfasst ferner ein Einstellmodul, das einen Einstellfaktor bestimmt, der die berechnete Energie modifiziert. Der Einstellfaktor ist ein exponentieller Modifizierfaktor der berechneten Energie. Der Einstellfaktor kann ein kalibrierbarer Wert sein, der gleich 0,6 ist. Erfindungsgemäß beruht der Einstellfaktor auf der Kühlmittelmasse in dem Kühlsystem und auf einer Betriebsbedingung des Motors.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der hier nachstehend bereitgestellten genauen Beschreibung. Es versteht sich, dass die genaue Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der genauen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung eines Motorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung eines Motorsteuerungsmoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte darstellt, die in dem Motorsteuerungsmodul ausgeführt werden.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist keinesfalls dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Der Klarheit halber werden gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Bei der Verwendung hierin soll der Ausdruck mindestens eine von A, B und C so aufgefasst werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte in einem Verfahren in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck Modul eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Das Motorsteuerungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet zwei Kühlmitteltemperaturen, um das offen festsitzende Thermostat zu diagnostizieren. Eine erste Kühlmitteltemperatur wird von einem Motorkühlmitteltemperatursensor (ECT-Sensor) an einer Stelle in einem Motor gemessen. Eine zweite Kühlmitteltemperatur wird von einem Radiatorkühlmitteltemperatursensor (RCT-Sensor) an einer Stelle in einem Radiator gemessen. Das Thermostat kann zwischen dem Motor und dem Radiator angeordnet sein.
Eine Temperaturdifferenz zwischen der ECT und der RCT wird mit einer berechneten Energie verglichen, welche einer chemischen Energie einer Luft/Kraftstoff-Mischung entspricht, die während des Verbrennungsprozesses umgesetzt wird. Ein Temperatur-Energie-Verhältnis der Temperaturdifferenz und der berechneten Energie wird mit einem Fehlerschwellenwert verglichen, um zu diagnostizieren, wenn das Thermostat offen festsitzt. Während das Thermostat geschlossen ist, wird das Verhältnis größer oder gleich einem Fehlerschwellenwert sein. Während das Thermostat offen festsitzt, wird das Verhältnis kleiner als der Fehlerschwellenwert sein.
Mit Bezug nun auf 1 ist eine beispielhafte Implementierung eines Verbrennungsmotorsystems gezeigt. Luft tritt durch einen Lufteinlass 104 in einen Motor 102 ein und wandert zu einem Ansaugkrümmer 106. Ein Krümmerluftstromsensor (MAF-Sensor) 108 kann in dem Einlass 104 angeordnet sein. Der MAF-Sensor 108 erzeugt ein Luftstromsignal auf der Grundlage einer Masse der Luft, die in den Motor 102 eintritt, und leitet das Luftstromsignal an ein Motorsteuerungsmodul (ECM) 110 weiter. Ein Ansauglufttemperatursensor (IAT-Sensor) 109 kann auch in dem Einlass 104 angeordnet sein, um eine Temperatur der Luft zu messen.
Der Ansaugkrümmer 106 verteilt die Luft auf Zylinder 112. Ein Kraftstoffeinspritzventil 114 kann eine Kraftstoffmasse an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen in den Ansaugkrümmer 106 einspritzen. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzventil 114 den Kraftstoff direkt in die Zylinder 112 einspritzen. Bei einem Benzinmotor kann die Kraftstoffmasse auf dem Luftstromsignal basieren, das von dem MAF-Sensor 108 erzeugt wird. Die Luft und der Kraftstoff sind chemische Reaktanten, die sich vermischen, um eine Luft/Kraftstoff-Mischung zu erzeugen, die eine chemische potentielle Energie aufweist.
Kolben (nicht gezeigt) in den Zylindern 112 komprimieren die Luft/Kraftstoff-Mischung. Bei einem Benzinmotor kann eine Zündkerze 116 die Luft/Kraftstoff-Mischung während des Verbrennungsprozesses zünden. Bei einem Diesel- oder Kompressionszündungsmotor kann die Luft/Kraftstoff-Mischung durch eine Kompression in dem Zylinder 112 gezündet werden. Die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können sowohl auf Benzin- als auch auf Dieselmotoren angewendet werden.
Die Verbrennung der Luft/Kraftstoff-Mischung erhöht den Druck in dem Zylinder 112 und zwingt einen Kolben (nicht gezeigt) zum Antreiben einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) in dem Motor. Auf diese Weise wird ein Teil der chemischen Energie in kinetische Energie umgesetzt, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen.
Ein weiterer Teil der chemischen Energie wird in Wärmeenergie umgesetzt. Die Wärmeenergie wird an das Abgas übertragen, das die Zylinder 112 durch einen Abgaskrümmer 117 an einen Auspuff 119 verlässt. Das Abgas kann einen gewissen Teil der Wärmeenergie an den Abgaskrümmer 117 und den Auspuff 119 übertragen. Die Wärmeenergie wird auch von den Zylindern 112 an eine Kühlmittelmasse (m) übertragen, die durch Kühlmittelkanäle (nicht gezeigt) in dem Motor 102 zirkulieren. Die Kühlmittelmasse (m) ist ein flüssiges Kühlmittel, das durch ein Kühlsystem fließt.
Das Kühlsystem kann eine Wasserpumpe 118 umfassen, welche die Kühlmittelmasse (m) aus einem Einlassschlauch 120 in den Motor 102 pumpt. Die Wasserpumpe 118 kann eine Zentrifugalpumpe sein, die in dem Motor 102 angeordnet ist. Die Wasserpumpe 118 kann von der Kurbelwelle (nicht gezeigt) durch eine Verbindung mit einem Riemen- und Riemenscheibensystem, das mit der Kurbelwelle verbunden ist, angetrieben werden. Die Wasserpumpe 118 kann auch von einem Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben werden. Die Wasserpumpe 118 zirkuliert die Kühlmittelmasse (m) durch die Kühlmittelkanäle im Inneren des Motors 102. Die Wärmeenergie aus dem Verbrennungsprozess wird auf die Kühlmittelmasse (m) übertragen, was bewirkt, dass die Kühlmitteltemperatur ansteigt. Ein Motorkühlmitteltemperatursensor (ECT-Sensor) 122, der in dem Motor 102 angeordnet ist, misst die Kühlmitteltemperatur und leitet die ECT an das ECM 110 weiter.
Die Wasserpumpe 118 kann fortfahren, die Kühlmittelmasse (m) durch einen Auslassschlauch 124 an einen Radiator 126 in dem Kühlsystem zu zirkulieren. Der Radiator 126 kann mehrere längliche Gänge 127 umfassen, in welchen die Kühlmittelmasse (m) fließen kann. Der Radiator 126 wirkt als Wärmetauscher und ermöglicht, dass Wärmeenergie von der Kühlmittelmasse (m) an Luft übertragen wird, die außerhalb der Gänge 127 strömt. Ein Kühlventilator 128 kann die Luft durch den Radiator 126 blasen, um die von der Kühlmittelmasse (m) an die Luft übertragene Wärme zu erhöhen.
Die Luftströmung durch den Radiator 126 kann bewirken, dass die Kühlmitteltemperatur abnimmt, bevor die Kühlmittelmasse (m) den Radiator 126 durch den Einlassschlauch 120 verlässt. Ein gewisser Teil der Wärmeenergie von der Kühlmittelmasse (m) wird an die Luft übertragen, was bewirkt, dass die Kühlmitteltemperatur abnimmt. Ein Radiatorkühlmitteltemperatursensor (RCT-Sensor) 130, der in dem Radiator 126 angeordnet ist, misst die Kühlmitteltemperatur und leitet die RCT an das ECM 110 weiter.
Ein Thermostat 132 kann in dem Kühlsystem zwischen dem Motor 102 und dem Radiator 126 angeordnet sein. Zum Beispiel kann das Thermostat 132 an dem Motor 102 angebracht oder in dem Auslassschlauch 124 angeordnet sein. Das Thermostat 132 kann ein Thermostatventil sein, das öffnet, wenn das Kühlmittel an dem Thermostat 132 eine Thermostatöffnungstemperatur erreicht. Das Thermostat 132 regelt die Kühlmittelmasse (m), die durch den Motor 102 zirkuliert, indem es auf der Grundlage der Kühlmitteltemperatur öffnet und schließt. Das Thermostat 132 kann ein beheiztes Thermostat 132 sein, das ein elektrisches Heizelement (nicht gezeigt) umfasst, um die Öffnungstemperatur des Thermostats 132 zu senken.
Während das Kühlmittel an dem Thermostat 132 unter der Öffnungstemperatur liegt, kann das Thermostat 132 geschlossen sein. Das geschlossene Thermostat 132 unterteilt die Kühlmittelmasse (m) in eine Motorkühlmittelmasse (m_e) und eine Radiatorkühlmittelmasse (m_r), indem es das Fließen von Kühlmittel von dem Motor 102 an den Radiator 126 sperrt. Die Motorkühlmittelmasse (m_e) ist eine Kühlmittelmasse im Inneren des Motors 102. Die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) ist eine Kühlmittelmasse im Inneren des Radiators 126 und kann die Kühlmittelmasse in dem Einlassschlauch 120 und dem Auslassschlauch 124 umfassen. Durch Sperren des Kühlmittelstroms von dem Motor 102 an den Radiator 126 bewirkt das Thermostat 132, dass die Kühlmittelmasse (m), die durch den Motor 102 zirkuliert, kleiner ist, als wenn die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) umfasst ist.
Während das Kühlmittel an dem Thermostat 132 über der Öffnungstemperatur liegt, kann das Thermostat 132 anschließend öffnen, um zu ermöglichen, dass die Kühlmittelmasse (m), die durch den Motor 102 zirkuliert, die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) umfasst. Daher werden die Motorkühlmittelmasse (m_e) und die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) kombiniert, um eine Erhöhung der Kühlmittelmasse (m) zu bilden, die durch den Motor 102 zirkuliert.
Die Wasserpumpe 118 kann die Kühlmittelmasse (m) auch durch einen Heizungseinlass 134 und einen Heizungskern 136 zirkulieren. Der Heizungskern 136 kann mehrere längliche Gänge 137 umfassen, in welchen die Kühlmittelmasse (m) strömen kann. Der Heizungskern 136 wirkt als Wärmetauscher und ermöglicht, dass die Wärmeenergie von der Kühlmittelmasse (m) an Luft übertragen wird, die außerhalb der Gänge 137 strömt. Ein Ventilator 140 kann die Luft durch den Heizungskern 136 blasen, um die Wärme zu erhöhen, die von dem Kühlmittel an die Luft übertragen wird. Die Luft kann verwendet werden, um eine Temperatur eines Fahrzeuginneren zu erhöhen. Das Strömen von Luft durch den Heizungskern 136 kann die Kühlmitteltemperatur verringern, bevor die Kühlmittelmasse (m) den Heizungskern 136 durch den Heizungsauslass 138 verlässt.
Ein Heizungsventil 142 kann zwischen dem Heizungskern 136 und dem Heizungseinlass 134 angeordnet sein. Das Heizungsventil 142 kann in Ansprechen auf eine Heizungsanforderung öffnen und schließen. Die Heizungsanforderung kann in Ansprechen auf eine Steuerung durch einen Insassen des Fahrzeugs oder durch das ECM 110 bereitgestellt sein.
Während die Heizungsanforderung nicht vorhanden ist, kann das Heizungsventil 142 geschlossen sein, um zu verhindern, dass die Kühlmittelmasse (m), die durch den Motor 102 zirkuliert, eine Heizungskühlmittelmasse (m_h) umfasst. Die Heizungskühlmittelmasse (m_h) ist eine Kühlmittelmasse innerhalb des Heizungskerns 136 und kann die Kühlmittelmasse im Heizungseinlass 134 und im Heizungsauslass 142 umfassen. Durch Sperren der Kühlmittelströmung von dem Motor 102 an den Heizungskern 136 erzwingt das Heizungsventil 142, dass die Heizungskühlmittelmasse (m_h) im Heizungskern 136 bleibt. Die durch den Motor 102 zirkulierende Kühlmittelmasse (m) ist daher kleiner, als wenn die Heizungskühlmittelmasse (m_h) umfasst wäre.
Während die Heizungsanforderung vorhanden ist, öffnet das Heizungsventil 142, um zu ermöglichen, dass die durch den Motor 102 zirkulierende Kühlmittelmasse (m) die Heizungskühlmittelmasse (m_h) umfasst. Die Kühlmittelmasse (m) kann durch den Heizungskern 136 strömen, wo ein Teil der Wärmeenergie an die Luft übertragen werden kann, die durch den Heizungskern 136 in das Fahrzeuginnere strömt. Die Kühlmittelmasse (m), die in dem Motor 102 zirkuliert, ist daher größer, wenn die Heizungskühlmittelmasse (m_h) umfasst ist.
Während des Verbrennungsprozesses bewirkt die von den Zylindern 112 an die Kühlmittelmasse (m) übertragene Wärmeenergie, dass sich die Kühlmitteltemperatur an dem ECT-Sensor 122 ändert. Im Idealfall sind die Temperaturänderung und die Wärmeenergie direkt proportional auf der Grundlage von: Q = m × c × (T – T₀) wobei (Q) die an das Kühlmittel übertragene Wärmeenergie ist, (m) die Kühlmittelmasse ist, an welche die Wärmeenergie übertragen wird, (c) die spezifische Wärmekapazität des Kühlmittels (eine Konstante) ist und (T – T₀) die Veränderung der Kühlmitteltemperatur (T) von einer anfänglichen Kühlmitteltemperatur (T₀) ist.
Die Kühlmittelmasse (m) kann in Abhängigkeit von dem Thermostat 132 und dem Heizungsventil 142 zunehmen oder abnehmen. Zum Beispiel kann die durch den Motor 102 zirkulierende Kühlmittelmasse (m), während das Thermostat 132 geschlossen ist und das Heizungsventil 142 geschlossen ist, nur die Motorkühlmittelmasse (m_e) umfassen. Wenn das Thermostat 132 öffnet, kann die Kühlmittelmasse (m) die Motorkühlmittelmasse (m_e) und die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) umfassen. Während das Heizungsventil 142 offen ist, kann die Kühlmittelmasse auch die Heizungskühlmittelmasse (m_h) umfassen. Je größer die Kühlmittelmasse (m) ist, desto langsamer verläuft die Änderung der ECT. Daher kann die Änderung der ECT durch die Kühlmittelmasse (m) beeinflusst werden.
Während die Kühlmitteltemperatur unter der Öffnungstemperatur liegt, bleibt das Thermostat 132 normalerweise geschlossen, sodass die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) nicht in der im Inneren des Motors 102 zirkulierenden Kühlmittelmasse (m) umfasst ist. Die ECT kann schneller ansteigen, da weniger Kühlmittelmasse (m) durch den Motor 102 zirkuliert, um Wärmeenergie aus dem Verbrennungsprozess zu übertragen, als wenn die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) umfasst wäre.
Das Heizungsventil 142 kann in Abhängigkeit von der Heizungsanforderung offen oder geschlossen sein. Während das Heizungsventil 142 geschlossen ist, kann die Kühlmittelmasse (m) nur die Motorkühlmittelmasse (m_e) umfassen. Die Wärmeenergie aus dem Verbrennungsprozess wird an die kleinere Motorkühlmittelmasse (m_e) übertragen, was zu einem schnelleren ECT-Anstieg führt. Während das Heizungsventil 142 offen ist, kann die Kühlmittelmasse (m) auch die Heizungskühlmittelmasse (m_h) umfassen. Die Wärmeenergie aus dem Verbrennungsprozess wird sowohl an die Motorkühlmittelmasse (m_e) als auch die Heizungskühlmittelmasse (m_h) übertragen, was bewirken kann, dass die ECT langsamer ansteigt.
Während das Thermostat 132 geschlossen ist, zirkuliert die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) nicht durch den Motor 102. Nur wenig oder keine Wärmeenergie aus dem Verbrennungsprozess wird an die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) übertragen. Während das Thermostat 132 geschlossen ist, kann die RCT im Wesentlichen konstant bleiben, da der RCT-Sensor 130 die Kühlmitteltemperatur im Inneren des Radiators 126 misst. Die RCT kann in etwa gleich einer Anfangstemperatur der ECT sein. Während das Thermostat geschlossen ist, steigt daher die Differenz zwischen der ECT und der RCT an.
Wenn die Kühlmitteltemperatur die Öffnungstemperatur erreicht, öffnet das Thermostat 132, um zu ermöglichen, dass die durch den Motor 102 zirkulierende Kühlmittelmasse (m) die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) umfasst. Die ECT und die RCT können aufgrund des Vermischens der Motorkühlmittelmasse (m_e) und der Radiatorkühlmittelmasse (m_r) ein Gleichgewicht erreichen. Die Differenz zwischen der ECT und der RCT kann konstant werden.
Wenn der Verbrennungsprozess endet, nimmt die Kühlmitteltemperatur ab, weil keine Wärmeenergie an die Kühlmittelmasse (m) übertragen wird. Normalerweise schließt das Thermostat 132, wenn die Kühlmitteltemperatur unter die Öffnungstemperatur sinkt.
Wenn das Schließen des Thermostats 132 versagt, nachdem die Kühlmitteltemperatur unter die Öffnungstemperatur sinkt, sitzt das Thermostat 132 offen fest. Das Thermostat 132 kann aufgrund einer ausgefallenen Komponente des Thermostats 132 oder einem Hindernis beim Öffnen des Thermostats 132 offen festsitzend bleiben. Während des Verbrennungsprozesses umfasst die durch den Motor 102 zirkulierende Kühlmittelmasse (m) eine Kombination der Radiatorkühlmittelmasse (m_r) und der Motorkühlmittelmasse (m_e) ohne Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur.
Die ECT steigt langsamer an, wenn die Kühlmittelmasse (m) die Radiatorkühlmittelmasse (m_r) umfasst. Je größer die Kühlmittelmasse (m) ist, desto langsamer steigt die ECT auf den Betriebsbereich an. Zudem können die RCT und die ECT mit der im Wesentlichen gleichen Rate bzw. Geschwindigkeit ansteigen, da die Kühlmittelmasse (m) sowohl durch die Maschine 102 als auch den Radiator 126 strömt. Der ECT-Sensor 122 und der RCT-Sensor 130 messen die Temperatur der gleichen Kühlmittelmasse (m) anstatt der Motorkühlmittelmasse (m_e) bzw. der Radiatorkühlmittelmasse (m_r). Während daher das Thermostat 132 offen festsitzt, bleibt die Differenz zwischen ECT und RCT im Wesentlichen konstant.
Mit Bezug nun auf 2 ist eine beispielhafte Implementierung des ECM 110 gezeigt. Das Motorsteuerungsmodul umfasst ein Temperaturvergleichsmodul 202, ein Energiebestimmungsmodul 204, ein Diagnosemodul 206 und ein Einstellmodul 208.
Das Temperaturvergleichsmodul 202 empfängt die Temperatursignale von dem ECT-Sensor 122 und dem RCT-Sensor 130. Das Temperaturvergleichsmodul 202 vergleicht die Signale und gibt ein Temperaturdelta (ΔT) aus, indem es die RCT von der ECT subtrahiert.
Das Energiebestimmungsmodul 204 bestimmt eine berechnete Energie (E), die während des Verbrennungsprozesses umgesetzt wird. Die berechnete Energie (E) kann auf einer akkumulierten Luftmassenströmung von dem MAF-Sensor 108 beruhen. Die akkumulierte Luftmassenströmung kann ein Integral der Luftmasse sein, die während des Verbrennungsprozesses in den Motor 102 eintritt. Auf eine andere Weise kann die berechnete Energie (E) auf einer akkumulierten Kraftstoffströmung beruhen. Die akkumulierte Kraftstoffströmung kann ein Integral der während des Verbrennungsprozesses in den Motor 102 eingespritzten Kraftstoffmasse sein.
Das Diagnosemodul 206 berechnet ein Temperatur-Energie-Verhältnis (R) auf der Grundlage des Temperaturdeltas (ΔT), der berechneten Energie (E) und eines Einstellfaktors (α): R = (ΔT_ECT-RCT)/E^α
Das Diagnosemodul 206 vergleicht das Verhältnis (R) mit einem Fehlerschwellenwert, um zu bestimmen, ob das Thermostat 132 offen festsitzt.
Das Einstellmodul 208 bestimmt den Einstellfaktor (α). Wie zuvor angemerkt, ist die an die Kühlmittelmasse (m) übertragene Wärmeenergie (Q) im Idealfall proportional zu einem Temperaturanstieg der Kühlmittelmasse (m). Die berechnete Energie (E) beruht jedoch auf der chemischen potentiellen Energie der Luftmasse und der Kraftstoffmasse. Daher umfasst die berechnete Energie (E) sowohl die kinetische Energie als auch die Wärmeenergie. Der Einstellfaktor (α) kann die berechnete Energie (E) so modifizieren, dass sie der an die Kühlmittelmasse übertragenen Wärmeenergie entspricht. Der Einstellfaktor (α) kann eine kalibrierbare Konstante sein, die auf einem Testen mehrerer ähnlicher Motoren beruht. Zum Beispiel kann ein statistisch bestimmter Wert von etwa 0,6 verwendet werden.
Der Einstellfaktor (α) beruht auch auf Änderungen der Kühlmittelmasse (m). Die Kühlmittelmasse (m) ist größer, wenn die Heizungsanforderung vorhanden ist, wegen des Hinzufügens der Heizungskühlmittelmasse (m_h). Der Einstellfaktor (α) wird erhöht oder verringert, um die berechnete Energie (E) auf die Änderungen bei der Kühlmittelmasse (m) einzustellen.
Der Einstellfaktor (α) beruht auch auf der Übertragung der Wärmeenergie an das Abgas über eine vorbestimmte Zeitspanne. Ein Teil der Wärmeenergie wird an das Abgas übertragen, was eine Temperatur des Abgaskrümmers 117 erhöht. Die an den Abgaskrümmer 117 übertragene Wärmeenergie kann abnehmen, wenn die Temperatur des Abgaskrümmers zunimmt. Die an die Kühlmittelmasse (m) übertragene Wärmeenergie kann zunehmen, wenn die Temperatur des Abgaskrümmers 117 zunimmt. Der Einstellfaktor (α') wird auf der Grundlage der Änderung bei der Übertragung der Wärmeenergie aus dem Abgaskrümmer 117 an die Kühlmittelmasse (m) erhöht oder verringert.
Auf andere Weise kann der Einstellfaktor (α) auf einer Betriebsbedingung des Motors 102 beruhen, wie etwa wenn die ECT unter einer vorbestimmten Temperatur liegt. Wenn die ECT zunimmt, kann die an die Kühlmittelmasse (m) übertragene Wärmeenergie abnehmen. Auf ähnliche Weise kann der Einstellfaktor (α) auf der von dem IAT-Sensor 109 gemessenen Ansauglufttemperatur beruhen. Ein Teil der Wärmeenergie kann aus dem Motor 102 an die Umgebungsluft um den Motor 102 herum übertragen werden. Daher kann der Einstellfaktor (α) auf der Grundlage der ECT und/oder der IAT erhöht oder verringert werden.
Wenn das Thermostat 132 geschlossen ist, nimmt die ECT aufgrund der Wärmeenergie zu, die an die Kühlmittelmasse (m) übertragen wird, während die RCT im Inneren des Radiators 126 im Wesentlichen konstant bleibt. Daher nimmt das Temperaturdelta (ΔT) zu. Wenn der Verbrennungsprozess fortgesetzt wird, wird die Luftmassenströmung fortgesetzt akkumuliert, wodurch die berechnete Energie (E) erhöht wird. Das Temperaturdelta (ΔT) nimmt zu und die berechnete Energie (E) nimmt zu, was bewirkt, dass das Verhältnis (R) über dem Fehlerschwellenwert bleibt.
Wenn das Thermostat 132 offen festsitzt, kann das Temperaturdelta (ΔT) während des Verbrennungsprozesses nicht zunehmen. Die ECT und die RCT können im Wesentlichen mit der gleichen Rate zunehmen, da die gleiche Kühlmittelmasse (m) durch den Motor 102 und den Radiator 126 zirkuliert. Daher bleibt das Temperaturdelta (ΔT) im Wesentlichen konstant. Wenn der Verbrennungsprozess fortgesetzt wird, steigt die berechnete Energie (E) an. Das Verhältnis (R) wird unter den Fehlerschwellenwert abnehmen, da das Temperaturdelta (ΔT) konstant bleibt und die berechnete Energie (E) zunimmt.
Das Diagnosemodul 206 vergleicht das Verhältnis (R) mit einem Fehlerschwellenwert, um zu bestimmen, ob das Thermostat 132 offen festsitzt. Der Vergleich kann während des Verbrennungsprozesses viele Male stattfinden. Zum Beispiel kann der Vergleich einmal pro Sekunde stattfinden. Während das Verhältnis (R) größer oder gleich dem Fehlerschwellenwert ist, sitzt das Thermostat 132 nicht offen fest. Während das Verhältnis (R) kleiner oder gleich dem Fehlerschwellenwert ist, sitzt das Thermostat 132 offen fest.
Die Ergebnisse des Vergleichs können gefiltert werden. Zum Beispiel kann eine Fehlerrate auf der Grundlage eines Fehlerzählers (X) und eines Testzählers (Y) bestimmt werden. Der Fehlerzähler (X) kann inkrementiert werden, während das Thermostat 132 offen festsitzt. Mit jedem Vergleich kann der Testzähler (Y) inkrementiert werden. Wenn die Fehlerrate (X/Y) über einer Schwellenwertrate liegt, gibt das ECM 110 einen Fehlerstatus aus, der ein offen festsitzendes Thermostat anzeigt. Das Diagnosemodul 206 kann den Vergleich für eine vorbestimmte Zeit während des Verbrennungsprozesses ausführen. Auf andere Weise kann das Diagnosemodul 206 den Vergleich ausführen, während die IAT und/oder die ECT unter einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegen.
Mit Bezug nun auf 3 stellt ein Flussdiagramm beispielhafte Schritte eines Motorsteuerungssystems dar. Die Steuerung beginnt bei Schritt 302 während des Verbrennungsprozesses, wenn die Steuerung die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) bestimmt. Bei Schritt 304 bestimmt die Steuerung die Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT). Die Steuerung bestimmt den Einstellfaktor (α) bei Schritt 306.
Bei Schritt 308 berechnet die Steuerung die akkumulierte Luftmassenströmung in den Motor 102 auf der Grundlage eines Signals von dem MAF-Sensor 108. Die Steuerung bestimmt bei Schritt 310 die berechnete Energie (E) auf der Grundlage der akkumulierten Luftmassenströmung von dem MAF-Sensor 108. Bei Schritt 312 berechnet die Steuerung das Temperatur-Energie-Verhältnis (R). Bei Schritt 314 bestimmt die Steuerung den Fehlerschwellenwert für ein offen festsitzendes Thermostat.
Bei Schritt 316 bestimmt die Steuerung, ob das Verhältnis (R) kleiner als der Fehlerschwellenwert ist. Während das Verhältnis (R) kleiner als der Fehlerschwellenwert ist, wird der Fehlerzähler (X) bei Schritt 318 erhöht. Bei Schritt 320 wird der Testzähler (Y) erhöht. Bei Schritt 322 bestimmt die Steuerung die Fehlerrate (X/Y). Wenn das Fehlerverhältnis (X/Y) bei Schritt 324 größer als die Schwellenwertrate ist, zeigt die Steuerung bei Schritt 326 einen offen-festsitzend-Fehler eines Thermostats an. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 302 fortfahren.

Claims

Motorsteuerungssystem, das umfasst: ein Temperaturvergleichsmodul (202), das eine Temperaturdifferenz zwischen einer gemessenen Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und einer gemessenen Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT) berechnet; ein Energiebestimmungsmodul (204), das einen Energiewert (E) bestimmt, der einer von einem Motor (102) erzeugten, an das Motorkühlmittel und/oder das Radiatorkühlmittel übertragenen Wärmeenergie entspricht, wobei die Wärmeenergie die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und/oder die Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT) erhöht; ein Diagnosemodul (206), das einen Vergleich der Temperaturdifferenz und des Energiewerts (E) erzeugt und einen Status eines Thermostats (132), das mit dem Motor (102) verbunden ist, auf der Grundlage des Vergleichs bestimmt; und ein Einstellmodul (208), das einen exponentiellen Einstellfaktor (α) zum selektiven Einstellen des Energiewerts (E) bestimmt, wobei der Einstellfaktor (α) auf einer Änderung einer Kühlmittelmasse (m) beruht, wenn wegen einer Heizungsanforderung eine Heizungskühlmittelmasse (m_h) zu der Kühlmittelmasse (m) hinzugefügt wird; und wobei der Einstellfaktor (α) auf der Übertragung von Wärmeenergie aus dem Abgaskrümmer (117) an die Kühlmittelmasse (m) über eine vorbestimmte Zeitspanne beruht; wobei der Vergleich umfasst, dass ein Verhältnis (R) der Temperaturdifferenz zu dem Energiewert (E), der durch den Einstellfaktor (α) eingestellt ist, bestimmt wird, und wobei das Diagnosemodul (206) bestimmt, dass der Status offen fest sitzend ist, wenn das Verhältnis (R) kleiner oder gleich einem Fehlerschwellenwert ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Diagnosemodul (206) bestimmt, dass der Status geschlossen ist, wenn das Verhältnis (R) größer als der Fehlerschwellenwert ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Energiewert (E) auf einer Luftmasse beruht, die in den Motor (102) eintritt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Energiewert (E) auf einer Kraftstoffmasse beruht, die in den Motor (102) eingespritzt wird.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Einstellfaktor (α) auch auf der Motorkühlmitteltemperatur (ECT), der Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT), einer Heizungsanforderung, einer Motorlaufzeit und/oder einer Ansauglufttemperatur (IAT) beruht.
Verfahren, das umfasst, dass: eine Temperaturdifferenz zwischen einer gemessenen Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und einer gemessenen Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT) berechnet wird; ein Energiewert (E) bestimmt wird, der einer von einem Motor (102) erzeugten, an das Motorkühlmittel und/oder das Radiatorkühlmittel übertragenen Wärmeenergie entspricht, wobei die Wärmeenergie die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und/oder die Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT) erhöht; und ein exponentieller Einstellfaktor (α) zum selektiven Einstellen des Energiewerts (E) bestimmt wird, wobei der Einstellfaktor (α) auf einer Änderung einer Kühlmittelmasse (m) beruht, wenn wegen einer Heizungsanforderung eine Heizungskühlmittelmasse (m_h) zu der Kühlmittelmasse (m) hinzugefügt wird; und wobei der Einstellfaktor (α) auf der Übertragung von Wärmeenergie aus dem Abgaskrümmer (117) an die Kühlmittelmasse (m) über eine vorbestimmte Zeitspanne beruht; ein Vergleich der Temperaturdifferenz und des Energiewerts (E) erzeugt wird und ein Status eines mit dem Motor (102) verbundenen Thermostats (132) auf der Grundlage des Vergleichs bestimmt wird, wobei der Vergleich ferner umfasst, dass ein Verhältnis (R) der Temperaturdifferenz zu dem Energiewert (E), der durch den Einstellfaktor (α) eingestellt ist, bestimmt wird, wobei der Status offen fest sitzend ist, wenn das Verhältnis (R) kleiner oder gleich einem Fehlerschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass bestimmt wird, dass der Status geschlossen ist, wenn das Verhältnis (R) größer als der Fehlerschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass der Energiewert (E) auf der Grundlage einer in den Motor (102) eintretenden Luftmasse bestimmt wird, und/oder das ferner umfasst, dass der Energiewert (E) auf der Grundlage einer in den Motor (102) eingespritzten Kraftstoffmasse bestimmt wird, und/oder wobei der Einstellfaktor (α) auch auf der Motorkühlmitteltemperatur (ECT), der Radiatorkühlmitteltemperatur (RCT), einer Heizungsanforderung, einer Motorlaufzeit und/oder einer Ansauglufttemperatur (IAT) beruht.