CN102287279A - 用于检测发动机中的废气再循环故障的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于检测发动机中的废气再循环故障的方法。通过将实际的MAP值与推导出的MAP值比较来检测发动机中的EGR故障，基于MAF和发动机转速来确定推导出的MAP值。在一个或多个实施例中，测量多对实际的MAP值并计算多对推导出的MAP值，一些值是在低EGR率下得到的，其他值是在高EGR率下得到的。期望这两种值在高EGR率下偏离而在低EGR率下近似相等。如果在高EGR率下不存在这样的偏离，则确定存在故障。根据本公开，推导出的MAP的计算包括对通过碳罐流入到进气歧管中的空气流量的补偿。在没有这样的补偿的情况下，EGR程序被应用于没有来自碳罐的空气流量的情况。另外，从计算中排除了快速的VVT运动所导致的混淆结果。

Description

用于检测发动机中的废气再循环故障的方法

技术领域

本公开涉及一种用于机动车辆的车载诊断方法和系统，尤其涉及诊断废气再循环(EGR)系统。

背景技术

影响汽车排放的车辆系统设置有车载诊断系统(OBD)，以确定系统是否发生故障并在已经发生这样的故障时警告车辆操作者设法获得维修。EGR系统的正常操作影响排放水平，因此通过OBD程序来确定正常的操作。

在共同转让的第6,257,214号美国专利中描述了一种被称为侵入式监测器的OBD程序，该美国专利的全部内容被包含于此。众所周知，在给定的速度-扭矩运行条件下，在将EGR加入到进气时的歧管绝对压力(MAP)比没有将EGR加入到进气时的MAP高。为了确定系统完整性，在以标准的EGR设置提供EGR以及EGR阀关闭两者的运行条件下采集MAP数据。如果在这两种设置下的MAP相同或相近，则表示在EGR系统中存在故障。同时，为了同一目的采集并分析MAF(空气质量流量)数据，这是因为EGR取代了进气歧管中的空气并使进气减少(即，MAF读数较低)。在关闭EGR阀以执行诊断期间，发动机排放暂时受到影响。尽管该程序仅仅导致排放略有增加，但这会在试图满足非常低的排放目标时面临挑战。

响应于对具有不影响排放的EGR监测器的期望，在共同转让的第6,850,834B 1号美国专利中开发并公开了一种非侵入式监测器，该美国专利的全部内容被包含于此。在一些非侵入式监测器中，在标准标定的运行条件下采集诸如MAP和空气质量流量(MAF)的发动机传感器数据，即，在标准运行条件下，不施加干扰，从而有利于EGR OBD程序。所述数据被分成不同的范围并被代入到描述期望行为的等式中。即，如上所述，众所周知，EGR以可被模拟或估计的方式影响MAP。在没有EGR的情况下MAP和MAF之间的线性关系可被确定。在使用EGR的情况下所采集的数据预计会偏离在没有EGR的情况下的所述线性关系。然而，如果在使用EGR的情况下所采集的数据位于在没有EGR的情况下所确定的直线上，则确定在EGR系统中存在故障。

在给定的发动机转速和EGR率的条件下MAF与MAP大致呈线性关系的表述忽略了碳罐清洗和可变气门正时(VVT)对该线性关系的影响。具体地讲，在碳罐的清洗过程中，空气和燃料蒸气在MAF传感器的下游位置被供应到进气歧管。被引入到进气歧管中的清洗空气影响MAP，但是MAF传感器并不测量该清洗空气，从而使EGR对MAP的影响变混淆。在稳定状态下，VVT不会使MAF和MAP的线性关系表现混淆。然而，VVT的快速变化导致歧管充气延迟，使得MAF和MAP不追踪彼此的轨迹。由快速的VVT调节所导致的瞬态会使EGR OBD程序变混淆。在典型的发动机安装(即，不是混合动力电动车辆(非HEV))中，有足够的运行时间，在该运行时间中没有发生碳罐清洗，从而可进行采样。另外，在非HEV中，不那么激进地使用VVT，这就意味着不经常使用过度延迟的气门正时，并且气门正时的变化率通常是适中的。因此，在非HEV中，尚未发现因延迟问题而大大削弱EGR OBD程序的精度。由于HEV能够通过以电动机为辅来将比全扭矩低的扭矩提供给车轮，并能够提供比期望扭矩高的扭矩，而额外的扭矩用于发电，因此更激进地使用VVT可适应气门正时的快速变化率和过度延迟的正时两者。另外，在HEV中，内燃发动机长时间运行，其间，当电动机提供动力时内燃发动机闲置。因此，为了彻底地清洗碳罐，几乎所有的发动机运行时间都在清洗碳罐。归因于这两种因素，已经发现，为非HEV开发的非侵入式EGR OBD监测器在被应用于HEV应用时遭遇EGR系统故障的错误检测，这导致为获得不需要的服务而行驶不必要的路程并造成顾客不满。因此，需要一种用于HEV应用的稳健的EGR OBD监测器。

发明内容

为了解决至少一个问题，公开了一种用于检测EGR故障的方法，该方法包括：在选择的发动机运行条件范围内采集多个实际的MAP值；基于MAF以及清洗阀命令来确定多个推导出的MAP值；当在具有高的EGR率的发动机运行条件下推导出的MAP值基本上等于实际的MAP值时确定已经发生EGR故障。在一些实施例中，推导出的MAP进一步基于发动机转速。所述方法还可包括：采集多个MAF值；采集多个清洗阀命令；采集多个发动机转速值。所述多个MAF值、多个清洗阀命令以及多个发动机转速值的采集时间基本上与多个实际的MAP值的采集时间同步，以提供各个实际的MAP值和各个推导出的MAP值之间的数据对，每个数据对的采集时间几乎相同。多个推导出的MAP值与实际的MAP值一一对应。推导出的MAP所基于的MAF、发动机转速和清洗阀命令的采集时间基本上与推导出的MAP与之进行比较的实际的MAP的采集时间同步。

选择的发动机运行条件范围包括：第一范围，在该第一范围中，命令的EGR是高的EGR率并且容积效率处于中等范围内；第二范围，在该第二范围中，命令的EGR是低的EGR率并且容积效率处于低范围内；第三范围，在该第三范围中，命令的EGR是低的EGR率并且容积效率处于高范围内。在一些实施例中，低的EGR率基本上相当于没有EGR。

清洗阀命令被用于确定推导出的MAP，以补偿从清洗阀被结合于其上的碳罐流入到发动机进气歧管中的空气流量。在一些实施例中，在被结合到发动机的进气歧管的碳罐上执行对碳的诊断程序。如果指示在碳罐中存在故障，则无EGR故障被传送到电子控制器。在检测到EGR系统中存在故障而在碳罐中不存在这样的故障时，则将EGR故障传送到电子控制器。在一些实施例中，发动机设置有可变气门正时装置，在第一范围、第二范围和第三范围内的数据采集进一步基于可变气门正时装置在预定时间段处于稳定状态。

在一些实施例中，通过其来确定推导出的MAP的数据以及实际的MAP的数据采集被延迟，直到点火开关接通、冷起动过程完成为止。

在混合动力电动车辆的实施例中，发动机可间歇地运行，在这种情况下，在发动机被重新起动之后，实际的MAP以及通过其来确定推导出的MAP的数据的采集进一步被延迟预定时间段。

如果确定存在EGR故障，则EGR故障被传送到发动机中的电子控制器中的存储单元(memory location)。

附图说明

图1是内燃发动机的单个汽缸的示意图；

图2是包括用于驱动的内燃发动机和电动机两者的HEV的示意图；

图3是作为容积效率的函数的MAP在三个数据采集范围内的图形；

图4是示出本公开的一个实施例的流程图。

具体实施方式

如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出并描述的实施例的各种特征可与在一个或多个其他附图中示出的特征结合，以产生未被明确示出并描述的替代实施例。示出的特征的结合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种结合和变型会被期望用于具体应用或实施。本领域的普通技术人员可实现与本公开一致的相似的应用或实施，例如，其中的组件以与在附图中的实施例中示出的顺序略微不同的顺序布置的应用或实施。本领域的普通技术人员将认识到的是，本公开的教导可被应用于其他应用或实施。

参照图1，示出了内燃发动机10具有被发动机电子控制器12控制的多个汽缸，在图1中示出了所述多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室14和汽缸壁16，活塞18位于汽缸壁16中并连接到曲轴20。示出了燃烧室14通过进气门26和排气门28分别与进气歧管22和排气歧管24连通。当作为凸轮轴(未示出)的一部分的凸轮29的尖端向下压排气门28时，凸轮29致动排气门28。类似地，凸轮27致动进气门26。可通过由发动机电子控制器12控制的可变气门正时(VVT)装置31来改变进气门26的正时。在图1中示出了传统的可变气门正时装置。然而，可使用用于调节气门正时的任何合适的装置，一个示例是气门动作完全可变的机电式致动系统。

还示出了进气歧管22具有燃料喷射器30，燃料喷射器30结合到进气歧管22，以与来自控制器12的信号fpw的脉宽成比例地提供液体燃料。由信号fpw控制的燃料量以及喷射正时都是可调的。通过传统的燃料系统(未示出，其包括燃料箱、燃料泵以及燃料轨)将燃料提供给燃料喷射器30。或者，发动机可被构造成使得燃料被直接喷射到发动机的汽缸中(这就是本领域技术人员公知的直喷式发动机)。示出了进气歧管22通过节流板36与节气门体34连通。节气门位置传感器38测量节流板36的位置。

示出了排气歧管24通过废气再循环管被结合到EGR阀42。EGR阀42还通过通向进气歧管22的入口48被结合到进气歧管22。通过由控制器12提供并由EGR RATE DES信号确定的控制信号来控制通过EGR阀42流向进气歧管22的EGR流量。

点火系统50响应于控制器12通过火花塞52将点火火花提供给燃烧室14。示出了两态废气氧传感器54在催化转化器56的上游被结合到排气歧管24。

示出了两态废气氧传感器58在催化转化器56的下游被结合到排气歧管24。传感器54和58分别将信号EGO1和EGO2提供给控制器12，控制器12可将这些信号转换成两态信号，一种状态指示废气是富燃条件下的产物，另一种状态指示废气是稀燃条件下的产物。

在图1中示出了控制器12为传统的微型计算机，其包括微处理器单元60、输入/输出端口62、只读存储器64(在这里为半导体芯片)、随机存取存储器66以及传统的数据总线68。示出了控制器12从结合到发动机10的传感器接收除前面讨论的那些信号之外的各种信号，这些信号包括：来自在节气门38之前被结合到进气歧管22的空气质量流量传感器70的空气质量流量(MAF)；来自压力传感器72的歧管绝对压力(MAP)的测量值；来自温度传感器74的进气歧管温度(MT)信号；来自结合到冷却套管80的温度传感器78的发动机冷却液温度(ECT)；来自结合到曲轴20的霍尔效应传感器82并用作发动机转速信号(曲轴每转一圈产生预定数目的等距脉冲)的点火传感器齿圈(profile ignition pickup，PIP)信号。另外还包括用于测量大气压力BP的气压计76。

碳罐84通过清洗阀90被结合到进气歧管22。在填充燃料期间从燃料箱(未示出)排出的燃料蒸气通过入口88进入碳罐84。燃料被吸附到碳罐84中的碳粒86上，并且空气通过开口92被释放到大气。当发动机10运行时，清洗阀90可被开启。进气歧管22中的真空度使大气通过开口92经碳罐84被吸入。大气将燃料蒸气从碳粒86带入到进气歧管22中并进入燃烧室14中以被燃烧。碳罐84以这样的方式被清洗，从而在补给燃料事件期间当携带有燃料蒸气的空气被引入到碳罐84中时，碳粒86可吸附燃料蒸气。在一个实施例中，清洗阀90是电磁阀，可通过提供脉宽调制信号来命令清洗阀90呈现全开位置和全闭位置之间的位置。基于对清洗阀90的命令以及进气歧管22和大气压力(BP)之间的压差，可估计经碳罐84被引入到发动机10中的空气的量。

发动机10可以是如在图2中示意性地示出的集成式发动机辅助(integrated motor assist)HEV 100的一部分。前轮被结合到前桥102。差速器和主减速器总成104被结合到前桥102。车辆动力传动系统通过变速器106被结合到差速器和主减速器总成104。变速器106通过离合器108被结合到电动机110。电动机110通过离合器114被结合到发动机10。在图2中示出的布置中，电动机110可被称为集成式起动发电机(ISG)，因为它可以为了起动的目的而用于使发动机10起转。并非所有的动力传动系统组件都能在HEV100的宽度范围内被端对端地结合。在图2中示出的实施例中，链条传动机构112被设置在发动机10和电动机110之间，使得发动机10绕着第一轴旋转，而电动机110和变速器106绕着基本上与第一轴平行的第二轴旋转。图2中的构造简单地示出了一个HEV的构造。在不脱离本公开的范围的情况下，存在多种替代方案来构造HEV。HEV 100示出了内燃发动机10被结合到前轮的布置。在另一实施例中，发动机10被结合到后桥。电动机110可用作给相关联的车桥提供扭矩的电动机或可用作从相关联的车桥吸收扭矩(即，给与所述车桥相关联的车轮提供制动力)的发电机。电动机110被结合到高电压电池116，高电压电池116用作储存和释放电能的装置。示出了发动机电子控制器12被结合到发动机10、变速器106、电动机110、离合器114以及高电压电池116。集成式发动机辅助HEV作为HEV的一种可能的类型被示出并不意在成为限制。在共同转让的第7,275,518号美国专利中描述了另一示例性HEV的构造，该美国专利的全部内容被包含于此。

再次参照图1，MAF传感器70被设置在通向进气歧管22的入口48的上游，MAP传感器72被设置在入口48的下游。MAF传感器70仅测量被供应到发动机10的新鲜空气，即，不测量EGR流量。然而，来自MAP传感器72的信号(MAP act)受到EGR的影响。可基于来自MAF传感器70的信号、指示发动机转速的PIP信号以及发动机排量(已知)来计算推导出的MAP，MAP inf。MAP inf和MAP act之间的差可被用于确定EGR系统是否正常工作。在替代实施例中，MAP inf和MAP act可被用于估计EGR act。通过将EGR act与EGR des(其中，基于对EGR阀的命令来计算EGR des)进行比较，可评价EGR系统的完整性。然而，如上所述，其他因素也影响MAP inf和MAP act的差。参照图1，当命令清洗阀90开启以便清洗碳罐84时，MAP act增加而MAP inf基本上不受影响。另外，气门正时的快速变化导致MAP act和MAP inf之间出现瞬时差异，这也会使数据变混淆。在图1中，示出了VVT装置31与进气凸轮27相关联，但没有VVT装置与排气凸轮29相关联。然而，所有的结合(VVT装置仅与进气凸轮相关联、VVT装置仅与排气凸轮相关联、VVT装置与进气凸轮和排气凸轮相关联、VVT装置与进气凸轮和排气凸轮均不相关联)均在本发明的范围内。

为了对EGR的完整性获得足够精确的评价，测量多个MAP和MAF。由于发动机运行条件不断变化，因此采集来自三个范围的数据，以诊断EGR系统，这三个范围包括：第一范围，在第一范围中，命令的EGR处于高EGR范围内并且容积效率处于中等范围内；第二范围，在第二范围中，命令的EGR处于低EGR范围内并且容积效率处于低范围内；第三范围，在第三范围中，命令的EGR处于低EGR范围内并且容积效率处于高范围内。容积效率vol eff基本为：vol eff＝2*MAF/(N*Vd)，其中，N是发动机转速，Vd是发动机排量。这两个因素说明这一事实，即，在四冲程发动机中，发动机每转两圈进行一次进气冲程。

落在第一范围内的条件是大的EGR量被使用的条件。落在第二范围内的条件通常具有低的EGR量(如果存在这样的条件)，因为这样的条件使残留在汽缸中的废气的量相对高，此外，更多的是，由于EGR而对燃烧稳定性造成不利影响。落在第三范围内的条件通常具有低的EGR量，这是因为在这样的条件下歧管绝对压力高。因此，通过EGR系统将EGR引入到进气歧管中的真空度是有限的。在图3中，针对三个范围示出了作为容积效率的函数的MAP的图形。示出了这三个范围不重叠，但是这样的示例不意在限制本公开。实线示出了MAP与容积效率的线性关系。前面已经提到过，在特定的发动机转速条件下，MAP与MAF呈近似线性关系。由于vol eff与MAF和发动机转速的商有关，因此在发动机转速范围内采集的数据可被绘制在一幅图上。由图中的加号所指示的点是在各种条件下的实际的MAP值。在第二范围和第三范围内的数据大致位于直线上并限定线性关系。然而，在第一范围内，由于大的EGR量被加入到进气，因此实际的MAP超出在没有加入EGR时期望MAP所在的实线。圆圈是基于MAF所确定的推导出的MAP。由于MAF在EGR影响读数之前被测得，因此MAP inf大致位于实线上。在MAP inf和MAP act之间存在一一对应关系，即，在每个采样点处测量MAP act并计算MAP inf。在落在所述范围之间的容积效率处没有数据被示出，这是因为根据本公开的一个实施例，仅在运行条件落入到这三个范围中的一个范围内时采集数据。不妨碍发动机在其他条件下运行；简单地说，在诊断程序中，不考虑这三个范围之外的数据。

在HEV应用中，如果将基于发生碳罐清洗的运行时间所采集的数据排除在外，则没有足够的发动机运行时间来采集足够的数据。如果是这样的话，那么将采集到很少的数据点并且不能足够频繁地进行EGR诊断。或者，基于碳罐清洗或气门正时的数据不被排除在外，在这种情况下，EGR OBD识别出由于碳罐清洗导致结果混淆而引起的误测。为了解决该问题，MAP inf作为清洗阀占空比(duty cycle)以及MAF和发动机转速N的函数而被计算。

图4中的流程图始于框140中的点火开关接通。在框150中，确定发动机是否脱离了冷起动致动条件。这些可包括确保采用冷起动点火延迟的时期已经结束。框150中的肯定结果使控制进行到框155，以确定EGR是否已经处于足以启动EGR OBD程序的大的范围内。实质上，在控制继续进行之前，确保温度是在正常范围内命令EGR的温度，而不是在为了确保良好的燃烧稳定性而减少EGR量的冷起动条件下命令EGR的温度。一旦HEV已经实现了框155中的肯定结果，那么即使发动机在点火开关没有断开的情况下频繁地打开和关闭，控制也不会返回到框150和框155。框155中的肯定结果使控制进行到框160，在框160中，确定发动机是否在第一范围内运行。首先，确定是否命令了较高的EGR率并确定容积效率是否处于中等范围内。在一些实施例中，采用的另外一个因素是VVT处于特定范围内，例如，提前角小于15度。在其他实施例中，VVT必须处于稳定的范围内，这就意味着其最近没有经历正时的快速变化，从而确保已经经过了使歧管充气稳定的足够的时间。在一些实施例中，另一因素是内燃发动机自上次停转以来已经运行了短的持续时间(例如，3秒至5秒)，以留出用于稳定的时间。如果在第一范围内进行采样的所有条件均已满足，则控制进行到框165，在框165中，采集一个或多个样本。尽管未在图4中明确示出，但是在框160和框165之间存在反馈，此时，在框160中继续验证发动机运行条件，在框165中继续进行采样，直到发动机运行条件落在第一范围之外为止。在一些情况下，当发动机在特定范围内保持足够的持续时间时，可在短的时间窗内采集在所述特定范围内提供足够精度的所有所需的样本。在其他情况下，通过其他框180或190对框160进行多次访问，以获得数量充足的样本。如果在框160中的结果是否定的，则控制进行到框170，在框170中，确定发动机是否在第二范围(低的EGR率和低的容积效率)内运行。与框160一样，来自框170的肯定结果也可基于VVT处于预定义的范围内(恰好此前没有过快地调节VVT)，并且自发动机重新起动以来发动机已经稳定了短时间。如果在框170中的结果是肯定的，则控制进行到框175，以在第二范围内采集至少一个样本。根据发动机在第二范围内保持的时间，可采集所有的样本。如果在框170中的结果是否定的，则控制进行到框180，以确定发动机是否处于第三范围(低的EGR率和高的容积效率)内。与框160和框170一样，除处于特定范围内的EGR和容积效率之外还可应用另外的条件。如果在框180中的结果是否定的，则控制进行到框160，以确定发动机现在是否处于第一运行范围内。如果在框180中的结果是肯定的，则控制进行到框185，以在第三范围内采集一个或多个样本。然后，控制进行到框190，以确定是否已经在这三个范围中的每个范围内均采集了足够的样本。如果结果是否定的，则控制返回到框160。如果已经采集了足够的样本，即，在框190中的结果是肯定的，则控制进行到框200，在框200中，对每个采样点均计算MAP inf。对通过碳罐被引入到发动机进气歧管中的清洗空气的补偿被包括在MAP inf的计算中。将MAP inf与MAP act进行比较，基于在具有高的EGR率的发动机运行条件下MAP inf基本上等于MAP act来确定EGR故障。在框205中，确定数据是否指示EGR故障。如果在框205中的结果是肯定的，则控制进行到框210，以确定是否已经检测到清洗系统故障。如果清洗系统运行不正常，则EGR OBD程序不能提供可靠的结果；因此，如果在框210中的结果为肯定的，则在框215中，EGR OBD暂停。如果在框210中的结果为否定的，则控制进行到框220，以在控制器中设置代码。在一个实施例中，仪表板灯被照亮以警告操作者需要获取服务。如果在框205中的结果是否定的，则控制进行到框230，EGR OBD成功地完成这次流程。

在替代实施例中，在框205中的结果是否定的情况下，控制返回到框160，以启动另一EGR OBD检查。在又一替代实施例中，在框205和框160之间插入延时，从而以适当的时间间隔执行EGR OBD。

在替代实施例中，在框160中执行的测试包含两个测试：发动机是否在第一范围内运行以及已经在第一范围内采集的样本的数量是否不足。如果这两个测试返回的结果均为“真”(布尔与)，则控制进行到框165。如果这两个测试中的任一个提供的结果为“假”，则控制进行到框170。框170和框180也可包括诸如关于框160所描述的测试的多个测试。

虽然已经详细描述了最佳方式，但是熟悉本领域的技术人员将认识到在权利要求范围内的各种替代设计和实施例。在一个或多个实施例已经被描述为提供优点或者在一个或多个期望特性方面优于其他实施例和/或背景技术的情况下，本领域的普通技术人员将认识到可能会在各个特点之间进行折衷以获得期望的系统属性，这可取决于具体应用或实施。这些属性包括但不限于：成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维修保养方便性、重量、可制造性、易装配性等。可根据应用来选择合适的折衷方案。被描述为在一个或多个特性方面预期比其他实施例差的实施例不在权利要求所述的本公开的范围之外。

Claims (5)

1.一种用于检测发动机中的废气再循环故障的方法，所述方法包括：

测量实际的歧管绝对压力；

基于空气质量流量以及来自结合到发动机的碳罐的空气流量来确定推导出的歧管绝对压力；

基于在具有高的废气再循环率的发动机运行条件下推导出的歧管绝对压力基本上等于实际的歧管绝对压力来确定废气再循环故障。

2.如权利要求1所述的方法，其中，废气再循环故障进一步基于对推导出的歧管绝对压力和实际的歧管绝对压力的多重比较。

3.如权利要求2所述的方法，其中，在三个发动机运行范围内确定推导出的歧管绝对压力和实际的歧管绝对压力的多重比较，以确定废气再循环故障，所述三个发动机运行范围包括：

第一范围，在该第一范围中，命令的EGR是高的废气再循环率并且容积效率处于中等范围内；

第二范围，在该第二范围中，命令的EGR是低的废气再循环率并且容积效率处于低范围内；

第三范围，在该第三范围中，命令的EGR是低的废气再循环率并且容积效率处于高范围内。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述碳罐通过电磁阀被结合到发动机进气歧管，基于进气歧管中的压力、大气压力以及向电磁阀提供命令的脉宽来确定从碳罐流入到发动机进气歧管中的空气流量。

5.如权利要求3所述的方法，其中，发动机结合有可变气门正时装置，以调节进气门正时，在所述三个发动机运行范围内的数据采集进一步基于进气门正时是稳定的，而恰好在数据采集之前进气门正时没有突变。

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