内燃机的冷却系统的诊断系统.pdf

本发明涉及内燃机的冷却系统的诊断系统。一种用于发动机系统的控制系统，包括温度传感器及诊断模块。温度传感器测量冷却系统的出口处的出口温度。诊断模块对冷却流体温度进行估计，基于所述出口温度及所述冷却流体温度来确定冷却性能，并基于所述冷却性能以及预定阈值来选择性地诊断所述冷却系统中的故障。

1.  一种用于发动机系统的控制系统，包括：
温度传感器，所述温度传感器测量冷却系统的出口处的出口温度；以及
诊断模块，所述诊断模块对冷却流体温度进行估计，基于所述出口温度及所述冷却流体温度来确定冷却性能，并基于所述冷却性能以及预定阈值来选择性地诊断所述冷却系统中的故障。

2.  如权利要求1所述的控制系统，其中，所述诊断模块基于进气空气温度来估计所述冷却流体温度。

3.  如权利要求2所述的控制系统，其中，所述冷却系统是增压空气冷却器(CAC)。

4.  如权利要求2所述的控制系统，其中，基于车速及空气质量流率来确定所述预定阈值。

5.  如权利要求1所述的控制系统，其中，所述诊断模块基于发动机冷却设备的发动机冷却剂温度来估计所述冷却流体温度。

6.  如权利要求5所述的控制系统，其中，所述冷却系统是排气再循环冷却器(EGC)。

7.  如权利要求5所述的控制系统，其中，所述预定阈值基于发动机速度及空气质量流率。

8.  如权利要求1所述的控制系统，其中，所述诊断模块在所述冷却性能低于所述预定阈值时确定在所述冷却系统中存在故障。

9.  如权利要求1所述的控制系统，其中，所述诊断模块不与所述冷却系统的入口处的温度传感器进行通信。

内燃机的冷却系统的诊断系统
关联申请的交叉引用
本申请要求于2008年5月27日递交的美国临时专利申请号61/056,155的优先权。通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
技术领域
本发明涉及内燃机，且更具体地涉及内燃机的冷却系统的诊断系统。
背景技术
背景技术部分中的陈述总体地说明了本发明的背景情况。这里的署名发明人的工作就本背景技术部分描述的程度，以及描述的在申请时不足以构成现有技术的各个方面，均未明示或暗示可作为本发明的现有技术。
内燃机点火燃料空气混合物以产生驱动转矩。具体而言，空气通过节气门被吸入发动机并与燃料混合以形成空气燃料混合物。空气燃料混合物在气缸内被活塞压缩然后在气缸内被点火以往复驱动气缸内的活塞。活塞可旋转地驱动发动机的曲轴。
排气再循环(EGR)系统用于通过将一部分排气引导返回进气歧管来减少发动机排放。再循环排气与燃料及空气混合并在发动机内燃烧。在进入进气歧管之前，再循环排气被冷却以将进气歧管保持在预定温度之下。通常为以上目的设置包括但不限于EGR冷却器的冷却系统。
涡轮增压器可包括通过共用轴连接的涡轮机及压缩机。排气可进入涡轮机入口，引起涡轮机叶轮旋转。该旋转驱动压缩机以压缩环境空气并将压缩空气输入发动机的空气进气歧管。压缩空气使得更多空气进入气缸。包括但不限于增压空气冷却器的冷却系统可在压缩空气进入发动机之前将其冷却。
冷却系统(仅举例而言，EGR冷却器或增压空气冷却器)的性能通常由两个温度传感器监控。一个温度传感器设置在冷却系统的入口处，而另一温度传感器设置在冷却系统的出口处。通过将流经冷却系统的流体的入口温度与出口温度进行比较来确定冷却系统的效能。
发明内容
因此，一种用于发动机系统的控制系统，包括温度传感器及诊断模块。温度传感器测量冷却系统的出口处的出口温度。诊断模块对冷却流体温度进行估计，基于所述出口温度及所述冷却流体温度来确定冷却性能，并基于所述冷却性能以及预定阈值来选择性地诊断所述冷却系统中的故障。
根据这里的描述将清楚应用的其他方面。应当理解，描述及具体示例仅用于说明而并非对本发明的范围构成限制。
附图说明
这里描述的附图仅用于说明，而并非对本发明的范围以任何方式构成限制。
图1是内燃机系统的功能框图，该内燃机系统包括根据本发明的诊断系统而调节的冷却系统；
图2是结合有本发明的诊断模块的控制模块的控制框图；而
图3是示出由本发明的诊断模块执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
以下说明仅为示例，其并不意在对本发明、其应用或使用构成限制。为了清楚起见，将在附图中使用附图标记来表示类似的元件。在这里，术语模块指执行一个或更多软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用、专用或群组)以及存贮器，组合逻辑电路、或者可实现上述功能的其他合适器件。
根据本发明的教导，用于冷却系统的诊断系统可省去冷却系统中(仅举例而言，入口处)的温度传感器。因为冷却系统的性能取决于冷却流体的温度，故无需冷却系统的入口温度。冷却流体温度基于现有温度传感器(包括但不限于进气空气温度传感器或发动机冷却剂温度传感器)的测量温度来估算。
现参考图1，示意性地示出了示例性发动机系统10。发动机系统10包括发动机12、进气歧管14、排气歧管16及排气系统18。空气被吸入涡轮增压器24的压缩器，然后通过CAC 35、然后通过节气门20进入进气歧管14，进气歧管14将空气分配至气缸(未示出)。通过共轨喷射系统(未示出)将燃料喷射进入气缸，压缩空气的热量将空气/燃料混合物点火。空气/燃料混合物的燃烧产生燃料力以对可旋转地驱动曲轴(未示出)的活塞(未示出)进行驱动。排气从气缸离开，通过排气歧管16并进入排气系统18。涡轮增压器24将额外的空气泵入气缸，以与燃料及从进气歧管14吸入的空气燃烧。
排气系统18包括排气导管26、排气再循环(EGR)阀28、EGR导管30以及后处理系统32。后处理系统32在排气被排放进入大气之前减少排气中的排放物。排气歧管16将排气从气缸引导进入排气歧管16。一部分排气被引导至EGR导管30，而其余排气被引导进入排气导管26以驱动涡轮增压器24。
EGR阀28对再循环至进气歧管14的排气的流率进入控制。再循环排气与来自进气节气门20的空气混合。进气空气与再循环排气的混合物被传输至发动机12。
发动机系统10可包括冷却系统，冷却系统具有排气再循环冷却器(EGC)34及/或增压空气冷却器35。对再循环排气进行冷却的EGC 34设置在EGR导管30中，并具有入口36及出口38。EGC温度传感器40设置在出口38处以测量冷却排气的出口温度。
增压空气冷却器(CAC)35可邻近进气歧管14设置，以对来自涡轮增压器的压缩器的压缩空气进行冷却。CAC 35具有入口44及出口46。CAC温度传感器48设置在出口46处以测量被CAC 35冷却的空气的出口温度。
控制模块50控制各种发动机部件，包括但不限于与发动机运转相关的燃料喷射、点火正时、可变气门正时以及外围部件。控制模块50与用于监控发动机运转的多个传感器通信，并由此控制发动机运转。传感器包括但不限于进气空气温度(IAT)传感器52、进气歧管绝对压力(MAP)传感器54、发动机速度传感器56、空气质量流量(MAF)传感器58、发动机冷却剂温度传感器59、EGC温度传感器40、以及CAC温度传感器48。
进气空气温度传感器52产生表明空气的IAT的信号。EGC温度传感器40产生表明由EGC 34冷却的流体(即，再循环排气)的出口温度的信号。CAC温度传感器48产生表明由CAC 35冷却的流体(即，空气)的出口温度的信号。发动机速度传感器56产生表明发动机速度(RPM)的信号。MAF传感器58产生表明进入进气歧管14的MAF的信号。发动机冷却剂温度传感器59测量冷却发动机12的发动机冷却设备(未示出)的冷却剂温度。
控制模块50包括诊断模块60，所述诊断模块60与CAC温度传感器48、EGC温度传感器40、进气空气温度传感器52、以及发动机冷却剂温度传感器59通信。诊断模块60诊断CAC 35及EGC 34的冷却性能。
参考图2，控制模块50包括诊断模块60。诊断模块60包括CAC冷却流体温度估计模块62、EGC冷却流体温度估计模块64、以及性能确定模块66。CAC冷却流体温度估计模块62与IAT传感器52通信，并基于IAT估计CAC 35的冷却流体温度。因此，CAC 35的估计冷却流体温度(T_CACinput)等于进气空气温度(IAT)。EGC冷却流体温度估计模块64与发动机冷却剂温度传感器59通信，并基于对发动机12进行冷却的冷却设备的冷却剂的冷却剂温度(T_CTS)来估计EGC冷却流体温度。用于发动机冷却设备的相同冷却剂也用于EGC 34。
鉴于EGC 34与发动机冷却设备之间的距离以及CAC与空气入口之间的距离，在这两个测量位置之间会产生温度差。因此，通常，估计冷却流体温度(T_EGCinput或T_CACinput)等于冷却剂温度(T_CTS或T_IAT)加偏差值。虽然对EGC 34及CAC 35的冷却流体温度(T_EGCinput及T_CACinput)进行估计，但冷却流体温度取决于实际测量的温度。因此，无需用于估计冷却流体温度的复杂模型。
性能确定模块66与CAC温度传感器48、EGC温度传感器40、CAC冷却流体温度估计模块62、以及EGC冷却流体温度估计模块64通信。性能确定模块66包括用于CAC 35及EGC 34的性能确定算法。
性能确定模块66基于估计CAC冷却流体温度及来自CAC温度传感器48的测量CAC温度来获得CAC 35的计算冷却性能。性能确定模块66也可基于来自EGC冷却流体温度估计模块64的估计EGC冷却流体温度以及来自EGC温度传感器40的测量EGC出口温度来获得EGC34的计算冷却性能。
总而言之，冷却系统的冷却性能被定义为
n＝1-[冷却流体温度-估计冷却流体温度]/估计冷却流体温度
其中，N是计算的冷却性能；冷却流体温度是冷却系统的出口处的测量温度；估计流体温度是用于冷却系统(其可以是EGC或CAC)的冷却流体温度的估计温度。
因此，CAC的计算性能被定义为
N＝1-[T_CACout-T_CACinput]/T_CACinput
N＝1-[T_CACout-(IAT+偏差值)]/(IAT+偏差值)
其中，N是CAC的冷却性能；T_CACout是由CAC温度传感器测量的CAC中的冷却流体的测量出口温度；T_CACinput是用于冷却CAC的流体的估计冷却流体温度；IAT是来自IAT传感器的测量进气空气温度；而偏差值是考虑了IAT传感器处的空气温度与CAC入口处的冷却流体温度之间的温度差异的校正因子。
类似的，EGC的计算性能被定义为
N＝1-[T_EGCout-T_EGCinput]/T_EGCinput
N＝1-[T_EGCout-(T_CTS+偏差值)]/(T_CTS+偏差值)
其中，N是EGC的冷却性能；T_EGCout是流经EGC的冷却流体的测量出口温度；T_EGCinput是用于冷却EGC的流体的估计冷却流体温度；T_CTS是来自发动机冷却设备处的发动机冷却剂温度传感器的测量冷却剂温度；而偏差值是考虑了发动机冷却剂温度传感器处的冷却剂与EGC的入口处的冷却剂之间的温度差异的校正因子。
当冷却流体的测量位置远离冷却器时对冷却流体估计应用偏差值。
计算的冷却性能可利用低通滤波器(例如，PT1滤波器)进行滤波以实现适用于诊断的稳定输出。低通滤波器使低频率信号通过，但削弱具有高于截断频率的频率的信号。性能确定模块66包括CAC最低性能图68及EGC最低性能图70。将计算的冷却性能与CAC最低性能图68或EGC最低性能图70上的值进行比较。基于包括但不限于车辆速度及空气质量流率的车辆运转参数来形成CAC最低性能图68。基于包括但不限于发动机速度及空气质量流率的发动机运转参数来形成EGC最低性能图70。如果计算的冷却性能低于最低性能图68或70上的预定阈值达一段延长的时间段，则性能确定模块66向存贮器72发出信号以表明EGC 34或CAC 35存在故障。
参考图3，诊断冷却系统的冷却性能的方法100始于步骤102。诊断模块60在步骤104从位于EGC 34或CAC 35的出口处的EGC温度传感器40或CAC温度传感器48接收测量的出口温度。诊断模块60还在步骤106从现有温度传感器接收温度，并使用测量的温度来估计冷却系统的冷却流体温度。如果冷却系统是CAC 35，则估计的冷却流体温度是来自IAT传感器52的测量IAT加上偏差值(通常为零)。如果冷却系统是EGC 34，则估计冷却流体温度是来自发动机冷却剂温度传感器59的测量冷却剂温度加上偏差值。偏差值取决于发动机冷却设备处的冷却剂温度与EGC 34的入口36处的冷却剂温度之间的温度差异。在步骤108，诊断模块60基于测量的出口温度以及估计的冷却流体温度来计算冷却性能。在步骤110，性能确定模块66将计算的冷却性能与最低性能图进行比较。如果在步骤112计算的冷却性能低于最低性能图上的预定阈值，则在步骤114性能确定模块66诊断冷却系统的性能存在故障。整个过程在步骤116结束。
利用本发明的诊断系统，仅使用设置在EGC 34或CAC 35的出口处的一个温度传感器来进行性能诊断。基于来自现有温度传感器(包括但不限于IAT温度传感器52及发动机冷却剂温度传感器59)的测量温度来估计冷却流体温度。因此，无需复杂的标定。
本领域的技术人员现在可根据以上描述理解可以各种不同方式来实施本发明的教导。因此，虽然结合了其具体示例对本发明进行了描述，但因为本领域的技术人员可根据附图、说明书及所附权利要求书构思出其他改变示例，故本发明的实际范围不应如此限制。