專利名稱：用于檢測內(nèi)燃機的與閥門有關的故障狀態(tài)的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機中的故障狀態(tài)或故障的檢測。具體地說，本發(fā)明涉及用于檢測由于發(fā)動機閥門故障以及與閥門相關的故障而引起的發(fā)動機故障的系統(tǒng)和方法。
一般內(nèi)燃機依賴于閥門裝置控制氣體吸入發(fā)動機汽缸或從發(fā)動機汽缸內(nèi)排出。在一種典型的結(jié)構(gòu)中，閥門利用彈簧被安裝在發(fā)動機體或發(fā)動機頭內(nèi)。閥門的運動，即打開或關閉，一般由搖桿裝置控制。搖桿裝置被鼓電機曲軸驅(qū)動并通過搖桿凸輪裝置控制每個汽缸中閥門的沖程的定時。
內(nèi)燃機的每個汽缸具有至少一個閥門。在單閥門汽缸的情況下，閥門在每一吸氣沖程打開一次，并為排除燃燒的氣體打開第二次。在另一種類型的發(fā)動機中，提供兩個這種閥門，一個用于吸氣，一個用于排氣。
空氣通過管道裝置進入發(fā)動機汽缸。一種類型的發(fā)動機如圖1所示，其中利用呈標準的V形排列的8個汽缸。因而，發(fā)動機10包括左汽缸組11和右汽缸組12。在這種情況下，可以認為汽缸10被分成4個汽缸部分或象限，每個象限由單獨的進氣管供氣。例如，圖中左上方兩個汽缸通過左前方進氣管15提供空氣。以類似方式，發(fā)動機10的右前方象限通過右前方進氣管16供氣，左后方象限通過進氣管17供氣，右后方象限通過進氣管18進氣。
如上所述，每個汽缸具有配備有具有一個或幾個閥門的陣列。圖2示出了一種典型的閥門裝置30。閥門裝置30被安裝在發(fā)動機頭31內(nèi)。對于進氣閥，閥門裝置被設置在空氣入口32和發(fā)動機汽缸室33之間，用于控制從入口和支管被吸入汽缸的空氣流量。
閥門裝置包括終止在閥頭36的閥桿35，閥頭36被設計用于密封被設置在進氣口32和汽缸室33之間的閥座37。當正確地工作時，閥頭36脫離閥座37，從而使空氣進入汽缸室33，然后使閥座37密封。
發(fā)動機頭31支撐著閥導向件39，閥桿35通過閥導向件39往返運動。一個彈簧裝置，即外彈簧40和內(nèi)彈簧41對閥桿35提供一個向上的力。在這個實施例中，彈簧墊片42被固定在閥桿的端部，用于把彈簧40，41夾在墊片和閥導向件39之間。彈簧40、41被設計用于提供合適的返回力，用于在發(fā)動機循環(huán)的合適時刻向后拉動閥頭36，使其和閥座37密封接合。
閥桿35的向下運動，因而也是閥頭36的向下運動，被搖桿裝置45控制。在搖桿裝置一端的挺桿44向下推動閥桿35的頂部，使閥頭36與閥座37上脫離。當挺桿44縮回時，彈簧40、41工作，向回拉動閥頭而和閥座37接合。
如同任何機械裝置那樣，閥門裝置30在發(fā)動機的苛刻的環(huán)境中易于發(fā)生故障。閥門裝置的故障范圍從小故障到嚴重的故障。小問題可以從由于閥座37內(nèi)的閥頭36的密封不良而引起的泄漏開始。不良的密封可能由于閥門、閥座或閥導向件的變形引起的。隨著閥門泄漏量的增加，可能導致嚴重的問題，其中包括閥門的過熱，以及最終的完全失效。閥門裝置的其它故障方式包括閥桿或閥座的氧化與/或斷裂。此外，閥門彈簧可能由于疲勞而失效。
閥門裝置的故障，例如閥門裝置30的故障是難于檢測的。檢測不出的和閥門相關的故障可能快速地發(fā)展，并且可能快速地導致主發(fā)動機的破壞。根據(jù)故障的性質(zhì)，對發(fā)動機的破壞可能在5分鐘之內(nèi)便會發(fā)生。在一些情況下，活塞、汽缸套筒和汽缸頭以及燃料注入器和連桿可能由于故障的閥門裝置的影響而必然收到破壞。在許多應用中，例如采礦操作，發(fā)動機每天要工作24小時，每周工作7天。在這些應用中，任何停機時間都會對車輛主/操作者帶來經(jīng)濟損失。
現(xiàn)代發(fā)動機包括用于連續(xù)監(jiān)視幾個發(fā)動機操作狀態(tài)的發(fā)動機控制系統(tǒng)，例如用于監(jiān)視發(fā)動機速度、油壓和溫度等。對于一些發(fā)動機問題，這些被監(jiān)視的狀態(tài)在問題變得更加嚴重之前便向車輛操作者提供及時的警告。然而，在和閥門相關的故障的情況下，按照一般方式被監(jiān)視的發(fā)動機操作條件在嚴重的甚至致命的發(fā)動機故障發(fā)生之前不能提供足夠的警告。因此需要一種系統(tǒng)和方法，其可以精確地并及時地檢測和閥門相關的故障，并通知車輛操作者，使得有足夠的時間避免對發(fā)動機造成更嚴重的破壞。
本發(fā)明提供一種用于檢測內(nèi)燃機中的故障狀態(tài)的系統(tǒng)和方法，更具體地說，提供一種用于檢測和閥門相關的故障的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的方法利用在多個發(fā)動機汽缸部分的每個中的吸入空氣溫度進行檢測。以離散的時間增量使多個吸入空氣溫度的平均值和各個溫度進行比較。相對于平均溫度值的每個吸入空氣溫度的變化率被確定，用于確定是否已經(jīng)發(fā)生故障狀態(tài)。
按照本發(fā)明的一個方面，溫度檢測器被設置在每個吸氣管內(nèi)。每個檢測器的輸出被提供給發(fā)動機控制模塊，所述模塊執(zhí)行一系列步驟，用于計算溫度信息。在一個實施例中，發(fā)動機控制模塊包括被配置用于執(zhí)行一系列軟件指令的微處理器。在這個實施例中，相應于一個汽缸部分的每個吸氣管的溫度值被讀取并產(chǎn)生一個平均值。然后，每個吸入空氣溫度值和平均值比較，從而對于例程操作的每個時間增量產(chǎn)生一個差值。
每個汽缸部分的差值被分析，從而確定差值隨時間的變化率。如果對于一個特定的汽缸部分所述變化率超過一個預定門限值，則該汽缸部分被標記為有故障。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的另一個特點，計算受影響汽缸部分的溫度微分信息，用于確定故障是否可能是和閥門相關的故障。在一個實施例中，在幾個時間增量內(nèi)的多個溫度差值被微分。所得多個微分值在一個時間間隔內(nèi)被積分或求和，其結(jié)果和一個表示和閥門相關故障的門限值比較。如果積分結(jié)果超過門限值，受影響的汽缸進一步被標記為具有和閥門相關的故障。如果積分結(jié)果沒有超過門限值，則認為沒有發(fā)生和閥門相關的故障。
本發(fā)明的一個主要目的在于提供一種系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法在出現(xiàn)更嚴重的后果之前能夠精確且快速地識別故障的性質(zhì)。本發(fā)明的另一個目的被本發(fā)明的一個方面實現(xiàn)了，其能夠檢測由和閥門相關的故障引起的發(fā)動機故障。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種故障檢測系統(tǒng)，其可以依靠現(xiàn)有的發(fā)動機狀態(tài)檢測器或依賴于容易檢測的發(fā)動機操作狀態(tài)。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于可以在發(fā)動機可能發(fā)生嚴重破壞之前發(fā)出故障指示。另一個優(yōu)點在于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以區(qū)分故障是否和發(fā)動機閥門相關。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，其能夠提供由和閥門相關的故障所影響的汽缸部分或發(fā)動機象限的指示，以便幫助發(fā)動機修理。本發(fā)明的其它的目的和優(yōu)點通過結(jié)合附圖閱讀以下的說明將看得更加清楚。
圖1是利用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的內(nèi)燃機的頂部示意圖；圖2是圖1所示的發(fā)動機使用的閥門裝置的放大的局部截面圖；圖3是在閥門彈簧故障之前，故障期間和故障之后吸氣管溫度隨時間的變化曲線；圖4經(jīng)歷圖3的曲線所示的閥門彈簧故障的同一個發(fā)動機的曲軸箱的壓力曲線；圖5是經(jīng)歷閥座故障的另一個發(fā)動機的吸氣溫度隨時間的變化曲線；圖6是由按照本發(fā)明的方法的發(fā)動機控制模塊執(zhí)行的步驟的流程圖；圖7是由圖6所示的流程說明的方法的步驟訪問的子例程的流程圖；圖8是由圖6的流程圖說明的方法的步驟訪問的另一個子例程的流程圖；圖9a，9b是對于2閥門相關的故障方式吸入空氣溫度對時間的變化曲線；圖10a-10c是當和閥門相關的故障不存在時吸入空氣溫度對時間的變化曲線；圖11是用于區(qū)分和閥門相關的故障與和閥門無關的故障的步驟的流程圖。
為了充分理解本發(fā)明的原理，現(xiàn)在參看結(jié)合


的優(yōu)選實施例，并利用專用術語說明本發(fā)明，應當理解，本發(fā)明并不限于這些實施例，本領域的技術人員在本發(fā)明的構(gòu)思內(nèi)可以作出各種改變和改型。
本發(fā)明提供了一種用于檢測和閥門相關的故障并向車輛操作者發(fā)出報警信號的系統(tǒng)和方法。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明計算吸入空氣的溫度，檢測空氣溫度的異常，并估算所述的異常，從而確定其是否和閥門故障相關。
參看圖1，前述的發(fā)動機10包括幾個吸入空氣溫度檢測器20-23，每個吸氣管具有一個溫度檢測器。更具體地說，檢測器20用于左前方支管15，檢測器21被設置在右前方支管16內(nèi)，檢測器22和左后方支管17相關，右后方支管18具有檢測器23。溫度檢測器可以具有各種已知的結(jié)構(gòu)，其適用于精確且快速地檢測通過每個氣管流動的空氣的溫度，例如熱電偶或熱敏電阻檢測器。
來自檢測器的信號沿著信號線24到達發(fā)動機控制模塊25。發(fā)動機控制模塊25可以是常規(guī)的，即，其接受來自各個發(fā)動機條件檢測器的輸入，并產(chǎn)生到各個發(fā)動機元件的輸出信號，用于控制發(fā)動機的操作和性能。對于本發(fā)明，發(fā)動機控制模塊可以包括執(zhí)行軟件的裝置，其讀取并計算沿著信號線24接收的檢測器輸出值。最好是，發(fā)動機控制模塊25包括被編程而執(zhí)行軟件指令例程的微處理器。
本實施例涉及一種發(fā)動機，例如發(fā)動機10，其可以被分成汽缸部分或象限。通過其自身的吸氣管例如氣管15-18把空氣提供給每個象限。因而，相應的吸入空氣溫度檢測器20-23提供關于被吸入每個象限的一對汽缸中的空氣溫度的輸出信號值。
利用本發(fā)明，可以識別哪個象限的汽缸包括有缺陷的或者有故障的閥門。在每個象限包括一個以上的汽缸的情況下，不可能精確地區(qū)分哪個汽缸具有有故障的閥門。然而，本發(fā)明提供了一種至少能夠使問題源局限于一個發(fā)動機象限的裝置。當然，如果每個象限只包括一個汽缸，則可以容易地指出問題出在哪個汽缸。在另一方面，如果每個象限包括兩個或更多的汽缸，則通過徹底地檢查步驟進行檢查，容易發(fā)現(xiàn)有故障的閥門裝置。
利用本發(fā)明的發(fā)動機10，4個溫度信號被提供給控制模塊25。按照圖3的標號，4個溫度信號是TLF，TLR，TRF，RRR。這些溫度分別相應于來自左前方檢測器20，左后方檢測器22，右前方檢測器21，右后方檢測器23的輸出值。圖3的曲線說明經(jīng)歷閥門彈簧故障的象限對吸入空氣溫度的影響。由曲線可見，每個檢測器的溫度，因而也是在每個象限的吸入管處的空氣溫度在正常的發(fā)動機操作期間保持相當均勻和穩(wěn)定。
然而，當閥門彈簧故障發(fā)生時，相應象限(在這種情況下是左后方象限)的吸入空氣的溫度急劇上升。從左后方象限吸入空氣的溫度上升的陡度可以得知，在和閥門有關的故障之后，可能相當快速地發(fā)生致命的發(fā)動機故障。因而，快速檢測和干預是重要的。本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)和方法，其可以檢測并在故障之后的一個短的時間內(nèi)產(chǎn)生一個報警信號。在一些特定情況下，在和閥門相關的故障后10秒之內(nèi)便產(chǎn)生故障報警。
其它的發(fā)動機狀態(tài)值不能及時地反映和閥門相關的故障。例如，參見圖4，其中示出了曲軸箱壓力隨時間的變化曲線。曲軸箱壓力直到閥門故障之后相當一段時間還是穩(wěn)定的。在這種特定的情況下，直到故障之后經(jīng)過100秒以上的時間曲軸箱壓力才有明顯的改變。更為嚴重的是，曲軸箱壓力直到故障之后200秒以上或者3分鐘以上才產(chǎn)生嚴重的反應。在一些情況下，到曲軸箱壓力急劇增加的時刻，受影響的汽缸已經(jīng)遭到嚴重破壞。
圖5示出了另一種閥門故障方式。圖5再次示出了每個汽缸部分或象限的吸入空氣溫度隨時間的變化曲線。在這種情況下，閥座發(fā)生了故障，隨后在小于50秒的時間內(nèi)由本發(fā)明的系統(tǒng)和方法檢測到。在這種情況下，被影響的汽缸的吸入空氣溫度不像在圖3所示的閥門彈簧故障情況下上升得那樣劇烈。然而，吸入空氣溫度經(jīng)歷了一個非特征性的增加，稍微減少，然后快速增加，直到一個小斜率的溫度增加的過程。雖然圖5所示的溫度變化的速度不像圖3所示的那樣劇烈，但是這種和閥門相關的故障的結(jié)果對發(fā)動機是嚴重的，在這種情況下，溫度的較緩和的增加使得檢測處理有些困難并使過程延長。
按照本發(fā)明，包括溫度檢測器20-23和發(fā)動機控制模塊25的系統(tǒng)可以按照圖6所示的若干步驟進行操作。應當理解，在優(yōu)選實施例中，這些步驟作為“背景”例程發(fā)生，即，這些步驟的序列在運行其它和發(fā)動機相關的例程的同時以預定時間間隔重復。根據(jù)現(xiàn)代微處理器的速度，這個背景例程可以以100毫秒的時間間隔運行而不干擾發(fā)動機控制模塊的其它功能。
在優(yōu)選實施例中，在步50例程開始，讀取所有吸入檢測器的值Ti，其中“i”相應于汽缸部分號。在所示的實施例中，有4組汽缸部分或象限，從而有4個值T1，T2，T3，T4要被讀取并由發(fā)動機控制模塊25控制。當然，模塊25包括合適的硬件與/或軟件，用于把溫度檢測器20-23產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)換成有用的格式。
在下一步52，計算吸入空氣的溫度的平均值。該平均值可以由T表示。這一平均吸入空氣溫度值可以通過幾種方法得到。當然，可以計算算術平均值，其中每個溫度值Ti相加之后被汽缸部分數(shù)除。此外，可以消除最高和最低的溫度值，剩下中等的溫度，用于計算平均吸入空氣溫度T。在另一種方案中，最高和最低的溫度在進行平均處理之前可被修正或被按比例處理。利用后兩種方法，可以使極端溫度對平均溫度的影響減到最小?？梢圆捎闷渌椒ㄓ嬎鉚，只要在所有象限內(nèi)計算結(jié)果能夠代表吸入溫度的平均值即可。
一旦平均吸入空氣溫度T被算出，在步56該溫度值便和所有的吸入空氣溫度值進行比較。這步的結(jié)果可以是一個新的值Δi，其代表特定象限的溫度和所有象限的平均溫度之差。
利用這種方法，可以容易地識別相對于其它象限其溫度急劇改變的象限。不過，象限的吸入空氣溫度中的瞬時的或短暫的偏差不一定表示和閥門相關的故障。因而，在步58，對于每個發(fā)動機象限，確定值Δi的變化率。這個變化率可以用Ri表示。因為要計算溫度差的變化率，所以必須積累幾個離散時間上的溫度值。因此，在發(fā)動機控制模塊內(nèi)的存儲器中保持一個Ti、T、Δi、和Ri的值的陣列，以預定的時間間隔存儲新的值。圖7和圖8的流程圖說明實現(xiàn)計算Ri的子例程，下面詳細說明。
每個發(fā)動機象限的變化率Ri用于確定在該發(fā)動機象限中是否發(fā)生了和閥門相關的故障。因而，在步60，每個汽缸的變化率Ri和門限值RLIM比較。門限值RLIM的大小被預先確定，并最好被存儲在發(fā)動機控制模塊25的存儲器中。這個值對于特定的發(fā)動機可以通過實驗得出。按照本發(fā)明的這一特征，不超過門限值的變化率Ri沒有發(fā)現(xiàn)故障。在這種情況下，其它的發(fā)動機檢測器，當由發(fā)動機控制模塊內(nèi)的其它發(fā)動機故障檢測例程監(jiān)視時，可以揭示其它的發(fā)動機問題。
在步62，如果特定象限的變化率的值超過限制值RLIM，則該汽缸部分或象限被標識為有故障的。然后例程在步64繼續(xù)由發(fā)動機控制模塊25執(zhí)行的相繼步驟。在優(yōu)選實施例中，可以在存儲器中保持一個汽缸部分表。該表可以具有汽缸部分健康標記，在步62未通過檢測的每個象限被打上故障標記。
現(xiàn)在參看圖7和圖8說明用于確定變化率值Ri的兩種方法。在圖7的第一實施例中，一旦主例程達到步58，子例程便在步70開始。在子例程的步72，在時刻T計算汽缸部分或象限分值Δi。在下一步74，在時刻(T+a)，計算類似的差值，其中的“a”相應于預定的時間間隔。如前所述，在圖6中所示的主例程的步驟可以以預定時間間隔例如每10毫秒由發(fā)動機控制模塊執(zhí)行。因而，利用步50-64的每個循環(huán)，可以產(chǎn)生更近的在時刻(T+a)的值Δi。
按照這一實施例，只有兩個Δi值進行比較，從而獲得變化率值Ri。當然，對于每個發(fā)動機部分或汽缸象限，或者更具體地說，對于每個溫度值Ti，執(zhí)行相同的處理步驟72-76，從而獲得值Ri。在步78，子例程繼續(xù)，進入主例程中的下一步，即步60。利用這個實施例，一個象限的溫度差值中的急劇的或基本上瞬時的變化，將觸發(fā)一個故障標記。這種變化率在圖3和圖5的曲線中是明顯的。圖3的溫度曲線表示一個這樣快的變化率，其容易在圖6的例程的兩個循環(huán)內(nèi)被檢測到。在圖5中，在閥門故障的開始發(fā)生快的變化率，而梢后在溫度信號中發(fā)生擾動。
在另一個實施例中，子例程在步70開始，然后進行步73，其中對多個時刻t，計算Δi的值的陣列。在步75，這個值Δi的陣列在一個特定的時間間隔以幾個預定的時間間隔“a”被積累。在一個特定的實施例中，這個時間間隔可以是1.0秒，因而如果圖6的主例程每100毫秒被執(zhí)行一次，則可以得到10個這樣的積累的值。這個積累的結(jié)果，便得到變化率值Ri。子例程在步78再次進入主例程的步60，其中使新產(chǎn)生的值Ri和門限值比較。
應當理解，門限值RLIM必須被調(diào)整，以便考慮為執(zhí)行圖7和圖8的兩個子例程所需的相對時間間隔。例如，圖7的子例程使用短的時間間隔，或少量的例程循環(huán)，在此期間計算差值的變化。因為變化率值Ri只使用兩個相繼周期的數(shù)據(jù)確定，如果數(shù)據(jù)在一個較長的時間間隔內(nèi)采集，這個值的數(shù)量必須較小。在另一方面，圖8的子例程在一個較長的時間間隔內(nèi)執(zhí)行，或者需要大量的主例程周期。可以預計，由這一子例程產(chǎn)生的變化率值將大于由圖7的子例程產(chǎn)生的值。必須根據(jù)用于計算Ri值的子例程的性質(zhì)設置RLIM的合適的值。
在優(yōu)選實施例中，發(fā)動機10包括4個汽缸部分或象限，每個象限包括兩個汽缸。同樣，在優(yōu)選實施例中，利用4個吸入空氣溫度檢測器20-23。在本發(fā)明的一種應用中，構(gòu)成具有一個吸入空氣溫度檢測器的發(fā)動機，用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法。在這種情況下，發(fā)動機控制模塊25包括用于根據(jù)來自其它發(fā)動機狀態(tài)檢測器的輸出值產(chǎn)生吸入空氣溫度的實時模型的軟件。例如，吸入空氣溫度模型可以利用發(fā)動機速度值、環(huán)境溫度與/或吸氣管壓力，以便計算理想的吸入空氣溫度。
一旦這個值被獲得，便利用該值代替在圖6的流程圖所說明的方法的步54計算出的平均吸入空氣溫度T。然后，這個基準溫度值被用于例程的所有其余步驟中。例如，在步56，進行實際吸入空氣溫度和使用實時模型計算出的基準溫度的比較。在這個修改的實施例中，只計算一個溫度差值Δ和一個變化率值R。
類似地，圖7和圖8所示的子例程對于具有一個吸入空氣溫度檢測器的發(fā)動機只需要執(zhí)行一次。在這種情況下，除非發(fā)動機只具有一個汽缸，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法便可以操作只用于檢測和閥門相關的故障的存在。在多缸發(fā)動機利用一個吸入空氣溫度檢測器的情況下，本發(fā)明的系統(tǒng)不能以和前述實施例中發(fā)動機10相同的方式隔離受影響的汽缸。
當確定溫度Ti相對于平均溫度T的差值的變化率超過限制值RLIM時，則確定存在某種異?；蚬收?。一般地說，只有檢測到的故障的一部分是由閥門裝置引起的。當特定象限或汽缸部分被標記有故障時，進行測試處理便可以確定故障的根源。不過，由圖6的一系列步驟檢測到的故障可能不是由于閥門裝置引起的。在這種情況下，測試處理多采取手術探查的形式，這非常花費時間。因而，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，用于確定由閥門裝置引起的故障或者和閥門相關的故障。
本發(fā)明的這個附加的實施例依賴于受影響汽缸部分的吸入空氣溫度的某些特性。參看圖9a，9b，其中示出了吸入空氣溫度隨時間的變化曲線。在圖9a的第一條曲線中，特定的汽缸Ti表示相對于所有汽缸的平均溫度急劇變化的溫度。在這種情況下，急劇的溫度增加可以直接歸因于閥門裝置故障。同樣，在圖9b的曲線中，吸入空氣溫度Ti經(jīng)歷一個急劇的振蕩擾動然后緩慢增加。實驗數(shù)據(jù)表明這個吸入空氣溫度的特征相應于和閥門相關的故障。
在另一方面，對于特定象限，吸入空氣溫度的全部增加不一定和閥門裝置相關。因而，如圖10a-10c所示，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同的吸入空氣溫度特征相應于其它類型的故障，甚至相應于正常的發(fā)動機運行。例如，在圖10a的曲線中，特定汽缸Ti的溫度逐漸增加，但是同時平均吸入空氣溫度也平行地增加。在這種情況下，所有的汽缸部分經(jīng)受類似的溫度增加，雖然一個汽缸的溫度可能較高。實驗數(shù)據(jù)表明這種溫度曲線不表示和閥門相關的故障。
同樣，見圖10b，一個汽缸部分具有逐漸增加的溫度，其增加的速率大于平均吸入溫度T的速率。實驗數(shù)據(jù)表明這不表示和閥門相關的故障。最后，在圖10c，一個發(fā)動機象限的溫度特性具有瞬時的尖峰，同時具有基本上平行的平均吸入溫度T。當尖峰的持續(xù)時間很短并隨后是正常的溫度特性時，通常不能認為故障和閥門有關。這種類型的信號一般是中間傳感器電路故障引起的。
因而，最有效的故障檢測系統(tǒng)和方法應當能夠區(qū)分圖9a，9b的吸入空氣溫度特性和圖10a-10c的溫度特性。發(fā)動機控制模塊可以包括一個另外的例程，如圖11的流程圖所示。這個例程的起始步驟80可以在圖6所示的流程圖的步64之后開始，但是最好和主例程同時運行。因而，一旦一個汽缸部分被標記有故障，例程流程則轉(zhuǎn)移到圖11所示的步80-96。在步82，確定是否有有故障的汽缸部分，如果沒有，例程便在步96返回。
如果對于一個特定的汽缸部分或象限設置有故障標記，則例程執(zhí)行步84，其中在時間間隔N內(nèi)對受影響的汽缸積累幾個值Δi。積累的Δi的數(shù)量取決于為執(zhí)行圖11的流程圖所需的時間增量以及時間間隔N。不過，一般在特定的時間間隔內(nèi)積累5個或更多個Δi的值。
一旦積累了幾個預定數(shù)量的值Δi并被存儲在存儲器中，在步86便對這些值微分，具體地說，它們相對于其直接相鄰的前一個值被微分。換句話說，由Δi(t)-Δi(t-1)計算微分值。這些微分值也被存儲在發(fā)動機控制模塊25內(nèi)的存儲器中。應當理解，這個微分步驟可以在圖11的子例程的每個循環(huán)和差值的積累同時進行，除去第一次之外。此外，步86可以在子例程在整個時間間隔N內(nèi)對受影響的象限積累Δi值之后被執(zhí)行。
這些積累的微分值在步88被積分。這可以用不同方法進行。在優(yōu)選實施例中，微分值在時間間隔N內(nèi)被求和。在步86和88的微分和積分可以用下式表示SUMi=Σtk=ttk=t+N[Δi(tk)-Δi(tk-1)]]]>受影響的象限的吸入空氣溫度的大的變化將使SUMi產(chǎn)生大的正值。積分的結(jié)果SUMi在條件步驟90被評估，確定其是否超過預定的限制。如果是，則例程進入步92，其中把上一次受影響的被標記的汽缸進一步加上具有和閥門相關的故障的標記。另外，如果條件步驟90的結(jié)果是否定的，則例程沿分支94到達繼續(xù)步驟96。
在圖6的流程圖的繼續(xù)步驟64或在圖11的流程圖的返回步驟96之后，發(fā)動機控制模塊可以執(zhí)行不同的故障相關例程。具體地說，向車輛操縱者發(fā)出某種報警，使其免遭可能的嚴重的發(fā)動機故障。在一種方法中，可以發(fā)出頂級的報警，給操縱者一個關閉發(fā)動機的機會。此外，發(fā)動機控制模塊可以接管控制，逐漸使發(fā)動機速度降低從而達到安全狀態(tài)，直到完全關閉。
當發(fā)動機由診斷技術人員檢查時，可以瀏覽汽缸部分故障標記。發(fā)動機控制模塊在存儲器中可以包括故障標記的存儲位置，例如上述的汽缸部分表。然后故障標記信息可以使用具有通信端口的用于發(fā)動機控制模塊的常規(guī)的診斷工具被下載。然后，發(fā)動機技術人員可以利用故障標記確定受影響的發(fā)動機象限或汽缸部分，并至少得到故障原因的初步的理解。
設想圖6和圖11所示的方法的步驟利用存儲在發(fā)動機控制模塊的微處理器內(nèi)的軟件程序來實現(xiàn)。因而，不同的門限和限制值也可以存儲在存儲器中，并被訪問，用于在所述的例程的合適的步驟進行比較。
雖然優(yōu)選實施例設想基于軟件方法實現(xiàn)，但本發(fā)明可以不用軟件來實現(xiàn)。具體地說，可以使用模擬的計算單元，用于讀出每個吸入空氣檢測器的值，確定平均值并比較檢測器溫度值和平均值。利用這種方法，每個值應當由電壓值表示，并且每個例程的最后輸出也應當用類似的電壓值表示。這最終的電壓值可以通過使用發(fā)動機控制模塊中的合適的基于軟件的例程被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
雖然參照附圖對本發(fā)明進行了詳細說明，這些說明并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，應當理解，這里只說明了優(yōu)選實施例，在本發(fā)明的構(gòu)思內(nèi)的所有改變和改型都是要被保護的。
例如，本發(fā)明的系統(tǒng)可以被修正，以便用于具有一個吸氣管和一個溫度檢測器的發(fā)動機，而不利用先前的方法模擬理想的吸入溫度。具體地說，在圖7的子例程的步驟72或在圖8的子例程的步驟73中計算的差值Δ(t)可以相應于在時刻t的當前溫度和在時刻t-a的溫度的差，其中的“a”是上述的預定時間間隔。類似地，在圖7的子例程中的步驟74中，差值Δ(t+a)相應于T(t+a)-T(t)。利用這種替換，在圖6-8和11中的算法的其余步驟可以按照上述進行處理。
作為圖7的子例程的另一種替代，值Δ(t)和Δ(t+a)可以簡單地分別相應于在時刻t和t+a檢測器檢測的溫度值。該例程的其余步驟可以用相同方式處理。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測內(nèi)燃機中的故障狀態(tài)的方法，所述內(nèi)燃機具有多個空氣吸入管，用于向相應的多個內(nèi)燃機汽缸部分供應空氣，以及在所述每個吸入管的溫度檢測器，所述方法包括以下步驟讀取每個空氣吸入管的溫度檢測器的輸出值；產(chǎn)生代表所有空氣吸入管的平均吸入空氣溫度的平均值；對于每個空氣吸入管確定每個溫度檢測器的輸出相對于平均值的變化率的值；以及識別其變化率的值超過一個預定門限的空氣吸入管，借以指示在相應的汽缸部分存在故障狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于檢測故障狀態(tài)的方法，其中所述確定平均值的步驟包括將所有空氣吸入管的溫度檢測器的輸出值相加；以及由空氣吸入管的數(shù)量除所得之和。
3.如權(quán)利要求1所述的用于檢測故障狀態(tài)的方法，其中所述確定平均值的步驟包括確定所有溫度檢測器的輸出值的平均值，其中除去具有最高和最低值的輸出值。
4.如權(quán)利要求1所述的用于檢測故障狀態(tài)的方法，其中確定所述平均值的步驟包括確定所有空氣吸入管的溫度檢測器當中的最高輸出值和最低輸出值；除去具有最高輸出值和最低輸出值的吸入管，使所有空氣吸入管的溫度檢測器的輸出值相加；對所得之和加上一個最高輸出值和最低輸出值的預定比例；以及由被減少兩倍于所述預定比例的空氣吸入管的數(shù)量除所得之和。
5.如權(quán)利要求1所述的用于檢測故障狀態(tài)的方法，其中所述確定變化率值的步驟包括根據(jù)所述輸出值和所述平均值之間的差值計算一個差值；以及確定在一段時間內(nèi)所述差值的變化率。
6.如權(quán)利要求1所述的用于檢測故障狀態(tài)的方法，其中所述確定變化率值的步驟包括在一個預定時間間隔內(nèi)積分空氣吸入管的溫度檢測器的輸出值和平均值之間的差的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的用于檢測故障狀態(tài)的方法，其中所述確定變化率值的步驟包括比較第一次得到的空氣吸入管的溫度檢測器的輸出值和平均值之間的差和第二次得到的所述差。
8.如權(quán)利要求1所述的用于檢測故障狀態(tài)的方法，還包括對被識別的空氣吸入部分區(qū)分故障狀態(tài)的故障方式的步驟，所述步驟包括微分被識別的空氣吸入管的變化率值，從而獲得導數(shù)值；把在一個預定時間間隔內(nèi)計算出的導數(shù)值相加；以及當所述導數(shù)值之和超過一個預定的限制時，則把相應于被識別的空氣吸入管的發(fā)動機汽缸部分標記為一種特定的故障方式。
9.如權(quán)利要求1所述的用于檢測故障狀態(tài)的方法，其中發(fā)動機具有一個用于向一個發(fā)動機汽缸部分供氣的空氣吸入管，發(fā)動機還具有用于接收來自發(fā)動機操作狀態(tài)檢測器的信號的微處理器，其中確定平均值的步驟包括從代表計算的吸入空氣溫度值的發(fā)動機狀態(tài)檢測器信號產(chǎn)生平均值。
10.一種用于檢測內(nèi)燃機中的故障狀態(tài)的系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機具有多個空氣吸入管，用于向相應的多個內(nèi)燃機汽缸部分供應空氣，包括被設置在多個空氣吸入管的每個中的檢測器，用于提供表示吸入管的空氣溫度的輸出值；用于產(chǎn)生表示所有空氣吸入管的平均空氣溫度的平均值的裝置；用于產(chǎn)生表示相對于在多個空氣吸入管每個中的所述檢測器的輸出值的平均值的變化率的變化率值的裝置；以及用于比較多個空氣吸入管的每個的所述變化率值和一個預定門限值，并提供指示所述變化率值超過所述門限值的發(fā)動機汽缸部分的信號的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的用于檢測故障狀態(tài)的系統(tǒng)，還包括具有微處理器的發(fā)動機控制裝置，所述微處理器接收來自所述檢測器的代表所述輸出值的信號；以及其中所述用于產(chǎn)生平均值的裝置，所述用于產(chǎn)生變化率值的裝置，和所述用于比較的裝置包括由所述微處理器執(zhí)行的軟件指令。
12.如權(quán)利要求11所述的用于檢測故障狀態(tài)的系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機包括一個空氣吸入管，其中所述發(fā)動機控制裝置包括用于檢測發(fā)動機狀態(tài)的其它檢測器；以及所述用于產(chǎn)生平均值的裝置包括用于根據(jù)來自所述其它檢測器的值計算一個空氣吸入管內(nèi)的吸入空氣溫度的裝置。
13.一種用于檢測內(nèi)燃機的汽缸的閥門裝置中的故障狀態(tài)的方法，所述內(nèi)燃機具有用于向汽缸提供空氣的吸氣管，所述方法包括以預定時間間隔確定吸氣管中的空氣的溫度值；確定表示在至少兩個時間間隔內(nèi)的溫度值的變化的變化率值；以及當變化率值超過一個預定門限時指示在閥門裝置中存在故障狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于檢測內(nèi)燃機中故障狀態(tài)的系統(tǒng)和方法,其中利用發(fā)動機的多個汽缸部分的每個部分的吸入空氣溫度。多個吸入空氣溫度的平均值以離散的時間增量和各個溫度進行比較。計算相對于平均溫度值的每個吸入空氣溫度的變化率,以便確定是否發(fā)生和閥門相關的故障。在所述系統(tǒng)和方法的另一個特點中,在幾個時間增量內(nèi)的多個溫度差值被微分。所得的多個微分值在所述時間間隔內(nèi)被積分或求和,其結(jié)果和表示和閥門相關的故障的門限值比較。
文檔編號F01L3/24GK1271810SQ9912534
公開日2000年11月1日 申請日期1999年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月17日
發(fā)明者E·J·勒萬多夫斯基, S·G·德克 申請人:卡明斯發(fā)動機公司