Способ диагностики датчика влажности с использованием нагревателя очистки от конденсата - RU2638222C2

Чертежи

Показать все 12 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение, в общем, относится к области управления работой двигателя внутреннего сгорания и, в частности, к диагностике неисправности датчиков влажности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы двигателя могут применять датчики влажности для контроля условий эксплуатации двигателя. Датчики влажности, расположенные в пределах впускного коллектора, могут влиять на определение топливо-воздушного соотношения, дозирование величины EGR на впуске, и др.

Датчики влажности могут измерять относительную влажность, абсолютную влажность или удельную влажность.

Один из примерных способов диагностики ухудшения характеристик датчика влажности раскрыт в US6073480, в котором неисправность внутри емкостного датчика влажности определяется посредством использования нагревателя конденсата, присоединенного к датчику влажности, для повышения локальной температуры и, таким образом, соответствующей влажности. Ухудшение характеристик в таком случае определяется посредством сравнения емкости датчика до и после того, как введен в действие нагреватель. Более точно, US6073480 определяет ухудшение характеристик емкостного датчика влажности посредством циклического изменения температур выше и ниже точки росы и сравнивает изменение относительной влажности с изменением емкости. Если емкость не изменяется на ожидаемую величину между температурами выше точки росы и ниже точки росы, указывается ухудшение характеристик датчика.

Однако авторы в материалах настоящей заявки осознали некоторые потенциальные проблемы у вышеприведенного подхода. А именно, указание ухудшения характеристик полагается на надлежащее функционирование нагревателя и датчика температуры. Поэтому, ухудшение характеристик нагревателя или датчика температуры могут быть неверно диагностированы в качестве ухудшения характеристик конденсатора датчика, и наоборот. Вышеприведенный способ также полагается на моделированную локальную температуру в ответ на ввод в действие нагревателя; однако, температура возле датчика влажности не изолирована и может находиться под влиянием атмосферной температуры или тепла двигателя, приводя к неточным результатам.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы увидели, что вышеприведенные проблемы могут решаться в особенности в системах с нагревателем конденсата и датчиком температуры, присоединенными к датчику влажности. Варианты осуществления этих систем используют выявленную абсолютную влажность, измеренную температуру и предполагаемое или измеренное полное давление для определения других показателей влажности. Посредством подобного способа, абсолютную влажность можно находить как функцию от температуры, полного давления и удельной влажности.

Например, удельная влажность (также известная как коэффициент влажности) не находится под влиянием температуры или давления окружающей среды, так как она является отношением масс воды к сухому воздуху. Поэтому, относительная влажность для данной абсолютной влажности может моделироваться в качестве функции давления и температуры. Авторы обнаружили, что, посредством сравнения моделированного выходного сигнала датчика влажности с действующим выходным сигналом датчика влажности, ухудшение характеристик может определяться, если разность между моделированным выходным сигналом и действующим выходным сигналом превышает предел порогового значения ошибки.

В других вариантах осуществления, использующих конкретные датчики влажности, относительная влажность может рассчитываться в качестве функции удельной влажности и измеренной температуры. Ухудшение характеристик датчика влажности, в таком случае, может указываться, если рассчитанная относительная влажность превышает известные предельные значения для относительной влажности.

В одном из вариантов осуществления, способ содержит эксплуатацию датчика на впуске двигателя, корпус датчика включает в себя элемент считывания температуры, нагреватель и элемент считывания емкости; и отдельное проведение различия между ухудшением характеристик каждого из нагревателя, элемента считывания температуры и элемента считывания емкости. Таким образом, можно обеспечивать точные диагностику и прогнозирование.

В дополнительных аспектах раскрыто, что порядок диагностики ухудшения характеристик среди нагревателя, элемента считывания температуры и элемента считывания емкости заключается в том, что, во-первых, определяют, присутствует ли общее ухудшение характеристик, а во-вторых, определяют ухудшение характеристик элемента считывания температуры; проведение различия основано на первом и втором определении и дополнительно включает в себя этап, на котором указывают ухудшение характеристик элемента считывания емкости, если присутствует общее ухудшение характеристик, и отсутствует ухудшение характеристик элемента считывания температуры, указывают ухудшение характеристик элемента считывания температуры, если отсутствует общее ухудшение характеристик, и присутствует ухудшение характеристик элемента считывания температуры, и указывают ухудшение характеристик нагревателя, если присутствует общее ухудшение характеристик, и присутствует ухудшение характеристик элемента считывания температуры; общее ухудшение характеристик датчика основано на том, находится ли относительная влажность в пределах диапазона; общее ухудшение характеристик датчика основано на разности абсолютной влажности, определенной на разных температурах; общее ухудшение характеристик датчика основано на удельной влажности.

В другом аспекте раскрывается способ для системы двигателя, содержащий этапы, на которых: указывают ухудшение характеристик емкостного датчика влажности в ответ на измеренную влажность датчика причем упомянутый датчик включает в себя датчик температуры; и указывают ухудшение характеристик в пределах компонента датчика влажности в ответ на ухудшение характеристик датчика температуры.

В дополнительных аспектах раскрыто, что измеренная влажность является одной или более из относительной влажности, удельной влажности или абсолютной влажности; указывают ухудшение характеристик датчика влажности, если ошибка между моделированной влажностью и измеренной влажностью превышает пороговое значение; определяют относительную влажность на основании измеренной влажности и указывают ухудшение характеристик датчика влажности, если относительная влажность оказывается выше предопределенного максимального значения относительной влажности или ниже предопределенного минимального значения относительной влажности; предопределенное максимальное значение относительной влажности находится между 90% и 100%, а предопределенное минимальное значение относительной влажности находится между 15% и 30%; в первом состоянии, измеряют температуру внутри датчика влажности и измеряют абсолютную влажность; во втором состоянии, измеряют температуру внутри датчика влажности и измеряют абсолютную влажность; и указывают ухудшение характеристик датчика влажности, если изменение абсолютной влажности не находится в пределах предопределенного диапазона ошибок, определенного изменением температуры; в первом состоянии, измеряют температуру, измеряют абсолютную влажность и рассчитывают относительную влажность или удельную влажность; во втором состоянии, измеряют температуру, измеряют абсолютную влажность и определяют относительную влажность или удельную влажность; указывают ухудшение характеристик датчика влажности, если изменение удельной влажности является большим, чем пороговое значение; определение порогового значения включает в себя этап, на котором определяют давление паров, давление окружающей среды, парциальное давление, или давление насыщенного пара внутри датчика влажности; во время первого состояния, предоставляют двигателю возможность приходить в равновесие вслед за событием выключения транспортного средства, измеряют температуру внутри датчика влажности с использованием датчика температуры и измеряют температуру в одном или более местоположений в пределах системы двигателя с использованием дополнительных датчиков температуры; и указывают ухудшение характеристик датчика температуры, если измерение датчика температуры не попадает в пределы диапазона значений, определенных дополнительными датчиками температуры; указывают ухудшение характеристик датчика температуры, если датчик температуры измеряет температуру выше 150 градусов по Фаренгейту во время состояния крейсерского хода транспортного средства; указывают ухудшение характеристик емкостного датчика, если указывается ухудшение характеристик датчика влажности, а ухудшение характеристик датчика температуры не указывается; указывают ухудшение характеристик датчика температуры, если указывается ухудшение характеристик датчика влажности, и указывается ухудшение характеристик датчика температуры.

В другом аспекте раскрывается способ, содержащий этапы, на которых: эксплуатируют датчик на впуске двигателя у двигателя, сочлененного с дорожным транспортным средством, причем корпус датчика включает в себя элемент считывания температуры, нагреватель и элемент считывания емкости; и по отдельности проводят различие между ухудшением характеристик каждого из нагревателя, элемента считывания температуры и элемента считывания емкости; и указывают идентифицированное ухудшение характеристик посредством установки диагностического кода.

В дополнительных аспектах раскрыто, что порядок диагностики среди ухудшения характеристик нагревателя, элемента считывания температуры и элемента считывания емкости заключается в том, что, во-первых, определяют, присутствует ли общее ухудшение характеристик, и, во-вторых, определяют ухудшение характеристик элемента считывания температуры, при этом проведение различия основано на первом и втором определении и дополнительно содержит этапы, на которых указывают ухудшение характеристик элемента считывания емкости, если присутствует общее ухудшение характеристик, и отсутствует ухудшение характеристик элемента считывания температуры, указывают ухудшение характеристик элемента считывания температуры, если отсутствует общее ухудшение характеристик, и присутствует ухудшение характеристик элемента считывания температуры, и указывают ухудшение характеристик нагревателя, если присутствует общее ухудшение характеристик, и присутствует ухудшение характеристик элемента считывания температуры.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с подборкой концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематический вариант осуществления системы впуска и выпуска.

Фиг. 2 показывает схематический вариант осуществления датчика влажности.

Фиг. 3 графически изображает примерные состояния двигателя в качестве функции времени.

Фиг. 4A графически изображает примерную относительную влажность в качестве функции времени для действующего выходного сигнала датчика влажности и моделированного выходного сигнала датчика влажности.

Фиг. 4B графически изображает ошибку между действующим выходным сигналом датчика влажности и моделированным выходным сигналом датчика влажности по фиг. 4A в качестве функции времени.

Фиг. 5A графически изображает альтернативную примерную относительную влажность в качестве функции времени для альтернативного действующего выходного сигнала датчика влажности и альтернативного моделированного выходного сигнала датчика влажности.

Фиг. 5B графически изображает ошибку между действующим выходным сигналом датчика влажности и моделированным выходным сигналом датчика влажности по фиг. 5A.

Фиг. 6 графически изображает среднюю ошибку примерных выходных сигналов четырех датчиков влажности.

Фиг. 7 - примерный способ диагностики ухудшения характеристик датчика влажности.

Фиг. 8 - примерный способ диагностики ухудшения характеристик датчика влажности.

Фиг. 9 - примерный способ диагностики ухудшения характеристик датчика влажности.

Фиг. 10 - примерный способ диагностики ухудшения характеристик датчика влажности.

Фиг. 11 - примерный способ диагностики ухудшения характеристик датчика влажности.

Фиг. 12 - примерный способ диагностики ухудшения характеристик датчика влажности.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Системы EGR могут быть включены в системы двигателя, чтобы снижать выбросы и повышать эффективность использования топлива. Величина EGR, подаваемой в двигатель, может зависеть от нескольких условий эксплуатации, в том числе, свойств отработавших газов, подвергаемых рециркуляции на впуск. Отработавшие газы могут подвергаться рециркуляции для снижения токсичности выбросов. Величина рециркулированной EGR также может настраиваться для достижения крутящего момента двигателя. Эти настройки могут производиться в ответ на датчики в тракте EGR или на впуске и могут учитывать датчики влажности, которые могут применяться для определения дозы воздуха.

Концентрация различных выбросов, таких как твердые частицы и NO_X, может определяться в точке повсюду в системе впуска и выпуска, и может меняться в ответ на условия эксплуатации. Концентрация NO_Xможет возрастать с температурой сгорания внутри системы двигателя и убывать с разбавителями, такими как влажность. Поэтому, условия эксплуатации двигателя могут настраиваться в ответ на влажность, чтобы добиваться уровней выбросов.

Влажность может контролироваться с использованием одного из трех разных измерений.

Относительная влажность определена в качестве отношения парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при заданной температуре. Относительная влажность может вычисляться по измерению точки росы датчика точки росы. Этот тип датчика поддерживает зеркало при температуре точки росы и считывает количество конденсата, которое формируется на охлажденном зеркале. Относительная влажность также может вычисляться по измерениям влажной колбы и сухой колбы. Относительная влажность может вычисляться по эффекту охлаждения испарением, наблюдаемому на влажной поверхности.

Абсолютная влажность является показателем количества воды на единицу объема совокупной смеси воздуха и водяного пара. Датчик содержания водяного пара может использоваться для измерения абсолютной влажности. Эти датчики включают в себя емкостные датчики влажности, при этом, количество воды между электродами конденсатора оказывает влияние на диэлектрическую постоянную конденсатора и, таким образом, емкость. Кроме того, датчики водяного пара могут измерять температуру и измерять или предполагать полное давление для вычисления других показателей влажности, таких как относительная или удельная влажность.

Удельная влажность может быть определена в качестве отношения количества воды к количеству сухого воздуха в данном объеме. Как пояснено в материалах настоящей заявки, с использованием принципов термодинамики, удельная влажность может найдена как функция относительной влажности и других параметров. Удельная влажность особенно полезна при определении уровней разбавления воздуха водой.

Далее, обращение к дополнительным деталям касательно разных показателей влажности, абсолютная влажность выборки может быть определена согласно:

Относительная влажность данной выборки является отношением парциального давления водяного пара внутри смеси к известному значению давления насыщенного пара жидкости в термодинамическом равновесии при данной температуре

где partial pressure of water vapor - парциальное давление водяного пара; saturated vapor pressure at that temperature - давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.

Удельная влажность выборки является отношением массы водяного пара внутри выборки к массе сухого воздуха в пределах выборки:

Масса H₂O может быть функцией ее молярной массы (18 г/моль), температуры и парциального давления. Подобным образом, масса воздуха может быть найдена имеющей значение функции молярной массы (29 г/моль), температуры и парциального давления. Парциальное давление воздуха внутри выборки, содержащей в себе водяной пар, может быть найдено равным парциальному давлению окружающего воздуха минус парциальное давление воды. Таким образом, удельная влажность может быть представлена уравнением

Относительная влажность также может быть найдена имеющей значение функции удельной влажности:

Эта зависимость может быть представлена логарифмически:

log(H_R)=log(P_ambient)-log(P_Sat)+c₁log(H_S)+c₂.

Давление насыщенной системы при данной температуре находится в знаменателе этого отношения, таким образом, относительная влажность не может превышать 100%, так как парциальное давление непосредственно зависит от насыщения в процентах. Поэтому, относительная влажность имеет верхнее предельное значение 100%. Низшая относительная влажность, наблюдаемая на земной поверхности, имеет значение приблизительно 20%.

Удельная влажность может быть функцией абсолютной влажности и температуры и может быть выражена при большинстве атмосферных условий в качестве:

Относительная влажность может быть выражена подобным образом в качестве:

здесь R - постоянная Ридберга, а T - температура. Таким образом, нет результирующего влияния ни на H_S, ни на H_T вследствие температуры.

Если тепло добавляется в выборку воздуха, плотность выборки будет снижаться, таким образом, масса водяного пара внутри данного объема воздуха будет убывать. Это вызывает уменьшение измерения абсолютной влажности вследствие его зависимости от объема. Однако, отношение между массой водяного пара и массой сухого воздуха будет оставаться постоянным, так как изменение температуры будет оказывать равное влияние на обе массы. Поэтому, удельная влажность и относительная влажность остаются не подвергшимися влиянию изменения температуры.

Емкостные датчики влажности измеряют абсолютную влажность посредством размещения электрода конденсатора внутри выборки, которая должна измеряться, заполняющей воздушный зазор, разделяющий электроды. Вода в жидкой или парообразной форме имеет диэлектрические возможности, такие что, когда размещена между двумя обкладками конденсатора, ее дипольный момент будет выравниваться вдоль электрического поля между электродами, понижая напряженность электрического поля между электродами. Присутствие диэлектрика повышает емкость. Емкость, в таком случае, может измеряться посредством контроля тока через цепь с известными электрическими потенциалами (нормально выполняется с цепью постоянного тока).

Количество диэлектрика между электродами является прямо пропорциональным повышению емкости. Поэтому, если абсолютная влажность возрастает, масса воды, присутствующей внутри объема между электродами конденсатора, увеличивается, в результате увеличивая емкость. Подобным образом, если абсолютная влажность снижается, масса воды, присутствующей внутри объема между электродами конденсатора, уменьшается, в результате уменьшая емкость. Таким образом, ожидаемое изменение абсолютной влажности может моделироваться в качестве функции изменения температуры.

Фиг. 1 показывает примерную систему впуска и выпуска для четырехцилиндрового рядного двигателя, который может быть включен в силовую установку транспортного средства. Фиг. 2 показывает примерный датчик влажности, включающий в себя нагреватель конденсата, емкостный датчик и датчик температуры. Зависимость между емкостью, относительной влажностью, абсолютной влажностью и температурой показана для примерного датчика влажности за период времени на фиг. 3. Фиг. 4A показывает примерную относительную влажность для выходного сигнала реального датчика влажности и моделированного датчика влажности за период времени. Ошибка между двумя выходными сигналами на фиг. 4A изображена на фиг. 4B. Фиг. 5A показывает альтернативную примерную относительную влажность для выходного сигнала реального датчика влажности и моделированного датчика влажности за период времени. Ошибка между двумя выходными сигналами на фиг. 5A изображена на фиг. 5B. Средняя ошибка для примерных действующих показаний четырех датчиков влажности и их соответствующих моделированных выходных сигналов (таких, как изображенные на фиг. 4A и фиг. 5A) показана на фиг. 6.

Примерные варианты осуществления способов диагностики ухудшения характеристик датчика влажности показаны на фиг. 7-12. На фиг. 7 показан примерный способ, который указывает ухудшение характеристик датчика влажности в ответ на изменение температуры. Фиг. 8 показывает примерный способ для диагностирования ухудшения характеристик датчика температуры в пределах датчика влажности. Фиг. 9 показывает альтернативный способ для диагностирования ухудшения характеристик датчика температуры в пределах датчика влажности. Фиг. 10 показывает способ для определения ухудшения характеристик датчика влажности в ответ на принятые диапазоны относительной влажности. Фиг. 11 показывает альтернативный способ для диагностирования ухудшения характеристик датчика температуры в пределах датчика влажности. Фиг. 12 показывает примерный способ для диагностирования ухудшения характеристик датчика влажности, а также компонента внутри датчика влажности, который подвергнут ухудшению характеристик.

Вариант осуществления на фиг. 1 показывает примерную систему выпуска двигателя, который может быть включен в силовую установку моторного транспортного средства. Вариант осуществления совместим с четырехцилиндровым рядным двигателем. Воздух из атмосферы может поступать во впускную трубу 100 и дросселироваться дросселем 102 низкого давления, приводимым в действие системой 142 управления в ответ на нагрузку двигателя. Здесь приток воздуха может объединяться с рециркулированными отработавшими газами, в вариантах осуществления с EGR, с помощью трубы 108 EGR. Поток газов EGR в дозу воздуха может дозироваться клапаном 110 EGR, приводимым в действие системой 142 управления. В системах с турбонаддувом, доза воздуха может сжиматься компрессором 112, принимающим энергию от турбины 132. В некоторых вариантах осуществления, дроссель 114 может управлять рециркуляцией сжатой дозы воздуха в компрессор через перепускной канал 116 компрессора в ответ на условия эксплуатации, приводимый в действие системой 142 управления. Доза воздуха затем проходит через охладитель 118 наддувочного воздуха. Сжатая доза воздуха впоследствие может дросселироваться дросселем 104 высокого давления. Труба 126 вентиляции картера двигателя и/или одна или более впускных продувок могут быть присоединены к системе впуска. Сжатая доза воздуха может поступать во впускной коллектор 128, присоединенный к камерам сгорания двигателя. Топливо может впрыскиваться в дозу воздуха внутри впускного коллектора 128 или внутри камеры сгорания.

Выпускной коллектор 130 может быть присоединен к камерам сгорания. Ниже по потоку от выпускного коллектора 130, выпускная труба 140 может быть присоединена к турбине 132, выдающей мощность в компрессор 112. Перепускной канал 134 турбины может иметь вход, присоединенный к выпускной трубе 140 выше по потоку от турбины, и выход, присоединенный к выпускной трубе 140 ниже по потоку от турбины. Поток отработавших газов высокого давления через перепускной канал 134 турбины может дозироваться перепускным дросселем 136 турбины в ответ на условия эксплуатации посредством системы 142 управления. Отработавшие газы могут рециркулироваться в систему выпуска через трубу 108 EGR. Один или более охладителей 106 EGR могут быть присоединены к трубе 108 EGR. В других вариантах осуществления, система выпуска может быть присоединена к трубе EGR выше по потоку или ниже по потоку от турбины, а труба EGR может быть присоединена к впускной трубе 100 выше по потоку или ниже по потоку от компрессора. Кроме того, варианты осуществления могут включать в себя множество комбинаций вышеприведенных трактов EGR. Выпускная труба 140 может быть присоединена к устройству 138 снижения токсичности выбросов, такому как каталитический нейтрализатор отработавших газов или сажевый фильтр.

Система по фиг. 1 может иметь множество датчиков 144, присоединенных с возможностью связи к системе 142 управления. Эти датчики могут включать в себя датчики температуры, датчики давления и датчики влажности. Датчики влажности могут быть расположены в нескольких местоположениях в пределах системы впуска и выпуска, чтобы определять влажность в различных точках, и могут поддерживать связь с системой управления, с возможностью связи присоединенной к исполнительным механизмам, которые могут быть реагирующими на влажность. Три возможных расположения для датчиков влажности указаны буквами A, B и C на фиг. 1. Варианты осуществления могут включать в себя датчики в A, B, C, других неуказанных местоположениях, или некоторой их комбинации.

Датчики влажности, которые расположены в положениях под или близко к атмосферному давлению, таких как впускной коллектор выше по потоку от турбонагнетателя, датчик относительной влажности может измерять абсолютную влажность и расширять такое измерение предопределенным значением давления (как правило, ~103 кПа) для определения относительной влажности. Таким образом, если атмосферное давление известно, поправка может производиться на разность между предполагаемым давлением и действующим давлением.

Если датчик влажности размещен в местоположении с динамически изменяющимися давлениями, может определяться абсолютная влажность, а относительная влажность может расширяться измеренным или рассчитанным давлением. Давление может измеряться на или около датчика влажности и, к тому же, может рассчитываться на основании других измеренных условий возле датчика влажности или известной зависимости между действующей влажностью и другими условиями эксплуатации или измерениями давления.

Позвольте сказать несколько слов о датчиках относительной влажности, доступных для коммерческого приобретения в автомобильной промышленности. Они типично действительно являются датчиками абсолютной влажности, дополненными датчиками температуры. Они предполагают некоторое давление - типично, 103 кПа. В прошлом, они всегда были расположены в местах, где давление было атмосферным. Таким образом, если бы атмосферное давление было известно, поправка могла бы производиться на разность между предполагаемым давлением и действующим давлением. Поскольку мы размещаем эти датчики влажности в местоположении с динамически меняющимися давлениями, это фундаментально меняет то, каким образом мы должны компенсировать эти датчики для действующего давления вместо предполагаемого единственного давления.

Датчик влажности в местоположении A может измерять влажность отработавших газов, которые должны подвергаться рециркуляции на впуск. Влажность газов EGR может быть определяющей содержание водяного пара в газах EGR, а также концентрацию различных выбросов, выпускаемых транспортным средством в преимущественных условиях эксплуатации. Исполнительные механизмы 146, с возможностью связи присоединенные к системе управления, могут быть реагирующими на датчик влажности в местоположении A. Например, если влажность в A возрастает, это может указывать повышенную концентрацию водяного пара в газах EGR. Дроссель 110 EGR может приводиться в действие в ответ на повышение и может увеличивать количество газов EGR, рециркулированных на впуск. Система управления, например, может иметь команды для приведения в действие дросселя EGR, чтобы настраивать интенсивность выбросов, температуру двигателя или крутящий момент двигателя.

Датчик влажности в местоположении B может измерять влажность дозы воздуха из атмосферы, который может содержать в себе некоторое количество газов EGR. Система 142 управления может использовать датчик в B для определения содержания водяного пара дозы воздуха, который должен подаваться в двигатель, или влажности атмосферного воздуха. Кроме того, приведение в действие дросселя 102 низкого давления или перепускного дросселя 114 компрессора может настраиваться в ответ на влажность атмосферного воздуха, чтобы добиваться температуры двигателя, влажности, давления или эффективности сгорания. Перепускной дроссель 114 компрессора может повышать величину дозы воздуха через перепускной канал 116 компрессора в ответ на повышенные уровни влажности, с тем чтобы предотвращать ухудшение характеристик у компрессора из-за конденсата.

Датчик влажности в местоположении C может определять влажность сжатой дозы воздуха, который должен подаваться в двигатель, и может определять совокупное содержание топлива по дозе воздуха, имеющейся в распоряжении для сгорания. Дроссель 104 высокого давления может быть реагирующим на влажность, измеренную в местоположении C, и может настраивать количество сжатого воздуха, подаваемого во впускной коллектор. Влажность в C может находиться под влиянием потоков паров картера двигателя, воздуха усилителя тормозов или топливо/воздушной смеси продувки бачка, которые втекают во впускной коллектор.

Фиг. 2 - схематическое изображение варианта осуществления датчика влажности, совместимого с раскрытым способом. Доза воздуха может течь через канал 200, датчик может находиться в вышеупомянутом местоположении датчика. Раскрытый датчик влажности может соединять нагреватель 202, конденсатор 204 и датчик 206 температуры. Изображенный датчик 206 температуры является намотанным резистивным термометром, однако, другие варианты осуществления могут использовать другие датчики температуры, такие как альтернативные конфигурации резистивного термометра или термопару. Изображенный нагреватель является резистивным нагревателем; другие варианты осуществления могут использовать другие нагреватели подобным образом. Нагреватель, датчик температуры и конденсатор могут быть выстроены в линию, из условия чтобы воздух, протекающий мимо нагревателя, мог проходить через конденсатор и термически взаимодействовать с датчиком температуры.

При введении в действие нагреватель 202 может повышать локальную температуру внутри датчика влажности. Повышенная локальная температура может побуждать расширяться дозу воздуха внутри датчика влажности, в особенности, между параллельными обкладками конденсатора 204. Так как это расширение является однородным, количество водяного пара в пределах объема между параллельными обкладками может уменьшаться, вызывая уменьшение емкости. Датчик 206 температуры, в таком случае, может измерять температуру воздуха, который прошел конденсатор.

Взаимное расположение между компонентами изображено на фиг. 3. Перед вводом в действие нагревателя, абсолютная влажность, емкость, температура и относительная влажность будут иметь некоторое ненулевое значение. По вводу в действие нагревателя, измеренная температура может повышаться со временем по линии 302 тренда температуры. Емкость, однако, может уменьшаться по линии 304 тренда емкости, которая может быть инверсией линии 302 тренда температуры. Относительная влажность остается на постоянном значении вдоль линии 306 тренда относительной влажности. Абсолютная влажность линейно связана с емкостью и может придерживаться линии тренда, подобной линии 304 тренда емкости. Фиг. 3 нормализована относительно удельной влажности для ясности и не скорректирована на неопределенность.

С использованием вышеупомянутых уравнений, относительная влажность может моделироваться в раскрытом варианте осуществления в качестве функции абсолютной влажности и температуры. Фиг. 4A показывает зависимость между моделированной относительной влажностью и действующей относительной влажностью для варианта осуществления датчика влажности. Моделированная относительная влажность может моделироваться согласно уравнению:

Измеренная относительная влажность может определяться с использованием уравнения:

Давление водяного пара может определяться датчиком давления, и давление насыщенного пара может рассчитываться в ответ на условия эксплуатации, может быть предопределенным значением или может быть исключено. Примерный моделированный выходной сигнал и действующий выходной сигнал, которые могут использоваться в системе управления для диагностики, показаны на фиг. 4A. Действующие выходные переменные (H_A и T) и моделированные выходные переменные (P_ambient и P_Sat) могут подвергаться выборке несколько раз на всем протяжении диагностических испытаний. Ошибка между действующей относительной влажностью и моделированной относительной влажностью показана на фиг. 4B. В этом примере, моделированное значение оставалось в пределах 20% действующего значения.

В вариантах осуществления, где емкостный датчик в пределах датчика влажности сообщает RH в относительной влажности, система управления сначала может вычислять относительную влажность на основании выходного сигнала емкостного датчика и измеренной температуры. Давление внутри датчика влажности может предполагаться, а абсолютная влажность рассчитываться.

Датчик может сообщать относительную влажность и температуру. С использованием абсолютной влажности, рассчитанной системой управления, и относительной влажности, сообщенной датчиком, может вычисляться ожидаемая сообщенная температура. Другие варианты осуществления могут вычислять ожидаемую удельную влажность или точку росы. Это может сравниваться с сообщенной температурой из датчика для указаний ухудшения характеристик. В качестве альтернативы, абсолютная влажность, вычисленная системой управления, и температура, сообщенная датчиком, могут использоваться для определения ожидаемой относительной влажности. Эта ожидаемая относительная влажность может сравниваться с сообщенной относительной влажностью для указаний ухудшения характеристик. Ожидаемый выходной сигнал может указываться ссылкой как «моделированный выходной сигнал». Сообщенный выходной сигнал может указываться ссылкой как «действующий выходной сигнал».

Фиг. 5A показывает такую же зависимость, как фиг. 4A, для подвергнутого ухудшению характеристик датчика влажности. Здесь, моделированный выходной сигнал остается значительно более высоким, чем действующий выходной сигнал из датчика. В этом примере, ошибка в процентах между измерениями достигает 70%, как показано на фиг. 5B.

Ошибка между действующим выходным сигналом и моделированным выходным сигналом за период выборки усредняется для проходов диагностики на четырех разных датчиках на фиг. 6. Ошибка, найденная в течение диагностики 602 первого датчика и диагностики 604 второго датчика, в среднем, находится ниже 20%. Ошибка, найденная в течение диагностики 606 третьего датчика и диагностики 608 четвертого датчика, в среднем, находится выше 60%. Распределения ошибки графически изображены для диагностики 602 первого датчика и диагностики 604 второго датчика 604 на первой линии распределения, 610. Распределения ошибки графически изображены для диагностики 606 первого датчика и диагностики 608 второго датчика 604 на первой кривой 612 распределения. Если кривая выборочного распределения имеет максимум распределения выше порогового значения 600, к примеру кривая 612, может указываться ухудшение характеристик.

В системах двигателя, в которых стабильная относительная влажность может поддерживаться в течение периода времени, ухудшение характеристик может указываться, в некоторых вариантах осуществления, если сообщенная относительная влажность изменяется во время работы нагревателя. Так как относительная влажность является функцией выходного сигнала датчика, внезапная нестабильная сообщенная относительная влажность в пределах температурного диапазона может быть указывающей на ухудшение характеристик датчика температуры и/или конденсатора датчика.

Альтернативные варианты осуществления, такие как показанные на фиг. 6, в первом состоянии, могут измерять емкость конденсатора датчика на 702 и измерять температуру внутри датчика влажности на 704. На 706, первая абсолютная влажность, H_A1, может определяться с использованием предопределенной зависимости абсолютной влажности от емкости для специфичной системы. Локальная температура затем может повышаться на 708 с использованием нагревателя конденсата, который может быть присоединен к датчику температуры и конденсатору в пределах датчика влажности. Во втором состоянии, локальная температура T₂ вновь может измеряться на 710. Емкость конденсатора датчика может вновь измеряться на T₂, и абсолютная влажность H_A2 может быть найдена с использованием способа 706 на 710. Изменение температуры в процентах может определяться согласно ΔT=T₁-T₂/T₁ на 716, подобным образом, изменение абсолютной влажности в процентах может определяться с использованием ΔH=H_A1-H_A2/H_A1 на 718. Если изменение абсолютной влажности в процентах не находится в пределах порогового значения ошибки изменения температуры в процентах, может указываться ухудшение характеристик. Другими словами, если изменение тепла в пределах выборочного воздуха двигателя не приводит к изменению абсолютной влажности выборочного воздуха двигателя в пределах зоны измерения, может указываться ухудшение характеристик.

Должно быть принято во внимание, что локальная температура и наблюдаемые и ожидаемые воздействия на воздух двигателя относятся к небольшой выборке воздуха двигателя внутри датчика влажности и могут не быть применимыми к основной массе потока воздуха двигателя.

Раскрыт способ диагностики датчика температуры, который может выполняться дополнительно или в качестве альтернативы другим способам диагностики датчика влажности, и изображен на фиг. 8. Если инициирована целесообразная проверка, сначала может определяться, выключен ли двигатель, на 802. Если двигатель не выключен, способ может заканчиваться. Затем, может определяться, удовлетворены ли условия целесообразной проверки, примерные условия целесообразной проверки могут включать в себя температуру окружающей среды или температуру в пределах системы двигателя, влажность, тепловую однородность по всей системе двигателя или длительность выключения зажигания двигателя. Условия целесообразной проверки, в некоторых вариантах осуществления, могут включать в себя 6 или более часовое напитывание двигателя с выключенным зажиганием.

Если условия целесообразной проверки удовлетворены на 804, может определяться, находится ли двигатель в устойчивом равновесии на 604. Устойчивое равновесие может определяться некоторым количеством способов, в том числе посредством контроля режимов двигателя в течение периода времени или сравнения режимов двигателя с известными условиями устойчивого равновесия. Если двигатель находится в устойчивом равновесии, то первая температура T₁ может измеряться датчиком температуры, присоединенным к датчику влажности, на 808. Таковая может сравниваться с измерением T₂температуры вторым датчиком температуры, расположенным в пределах системы двигателя, на 810. В тепловом равновесии, температура во всех частях системы двигателя может находиться в рамках предела порогового значения ошибки, который может быть предварительно определен, с гораздо большей точностью, чем во время включенного двигателя или неустойчивого равновесия. Если разность между T₁ и T₂ не находится в пределах порогового значения на 812, ухудшение характеристик может указываться на 816.

Условия устойчивого равновесия могут быть специфичными для местоположений первого и второго датчика температуры. Таким образом, целесообразная проверка по фиг. 8 может выполняться, когда условия давали бы в результате сходные температуры и показания температуры в местоположении первого датчика и местоположении второго датчика.

Дополнительный способ проверки датчика температуры изображен на фиг. 9. После инициирования на 900, может определяться, включен ли двигатель, на 902. Если двигатель является работающим, то может определяться, удовлетворены ли условия целесообразной проверки, на 904. Условия могут включать в себя прохождение некоторого времени после того, как была выполнена последняя проверка (так чтобы проверки происходили через равные промежутки времени), преимущественные условия эксплуатации или указание следующего одного или более из способов, раскрытых в материалах настоящей заявки. Если условия удовлетворены, то температура внутри датчика влажности может определяться с использованием связанного датчика температуры на 906. Двигатель может работать в промежутке рабочего диапазона температур, в котором минимальным значением может быть температура атмосферного воздуха, а максимальным значением может быть максимальная рабочая температура. Таким образом, температура в качестве определяемой датчиком может сравниваться с известными рабочими температурами на 908. Если датчик температуры указывает, что температура находится вне принятого диапазона, ухудшение характеристик может указываться на 912.

В еще одном варианте осуществления, изображенном на фиг. 10, удельная влажность может измеряться или рассчитываться по абсолютной влажности и температуре. Относительная влажность может определяться с использованием предопределенной зависимости между емкостью и абсолютной влажностью для данного датчика влажности. Температура может определяться с использованием датчика температуры, присоединенного к датчику влажности, или другим способом, не указанным в другом месте в материалах настоящей заявки.

На 924, относительная влажность может рассчитываться для данной удельной влажности, при этом, давление окружающей среды может измеряться датчиком давления в пределах системы, или предопределенное заданное значение использоваться для системы или условий эксплуатации. Подобным образом, давление насыщенного пара может быть заданным значением, предопределенным для системы, или может быть основано на одном или более измерений датчиков. Диапазон относительной влажности может быть предопределенным для некоторых рабочих систем. Диапазон может находиться между максимально возможной относительной влажностью (100%) и минимальной наблюдаемой относительной влажностью (~20%); он также может быть альтернативным предопределенным диапазоном, где определены минимальное пороговое значение относительной влажности и максимальное пороговое значение относительной влажности. Если относительная влажность найдена находящейся между минимальным и максимальным пороговым значением на 926, проверка ухудшения характеристик может заканчиваться на 930. Если относительная влажность найдена находящейся за пределами диапазона на 926, ухудшение характеристик может указываться на 928.

Дополнительные варианты осуществления, такие как изображенный на фиг. 11, могут включать в себя диагностирование ухудшения характеристик датчика влажности посредством измерения температуры в первом состоянии с использованием датчика температуры, присоединенного к датчику влажности, на 942. На 944, локальная температура внутри датчика влажности может повышаться с использованием нагревателя конденсата, присоединенного к датчику влажности. Вторая температура может измеряться на 946 через предопределенное время с использованием датчика температуры, присоединенного к датчику влажности. Принятые максимальное изменение температуры и минимальное измерение температуры могут определяться для системы и длительности ввода в действие нагревателя. Если наблюдаемое изменение температуры находится в пределах порогового значения максимального и минимального изменений температуры, способ может заканчиваться на 952. Если наблюдаемое изменение температуры находится вне порогового значения максимального и минимального изменений температуры, ухудшение характеристик может указываться на 952.

В некоторых вариантах осуществления, один или более вышеприведенных способов диагностики могут использоваться совместно. Примерный способ, комбинирующий раскрытые способы, указан на фиг. 12. После инициирования процедуры диагностики датчика влажности на 960, может выполняться одна из вышеупомянутых процедур диагностики датчика влажности. Примерный вариант осуществления диагностики датчика влажности, выполняемой на 960, может включать в себя одну или более процедур, изображенных на фиг. 7, фиг. 10, или процедуру ошибки модели, описанную выше. Если ухудшение характеристик указано на 964, флажковый признак может устанавливаться в пределах системы управления на 966.

На 968, способ диагностики датчика температуры может выполняться над датчиком температуры в пределах датчика влажности. Способ диагностики датчика температуры может включать в себя любой из вышеупомянутых способов диагностики датчика температуры, таких как изображенные на фиг. 9 или фиг. 11. Если ухудшение характеристик в пределах датчика температуры указано, может определяться, был ли установлен флажковый признак в системе управления на 966. Если флажковый признак был установлен на 966, то ухудшение характеристик может указываться в пределах датчика температуры датчика влажности. Если флажковый признак не был установлен на 966, то может определяться, что ухудшение характеристик произошло в пределах нагревателя конденсата. Это происходит потому, что способы диагностики датчика влажности, раскрытые в материалах настоящей заявки, полагаются на измерения датчиков температуры, таким образом, подвергнутый ухудшению характеристик нагреватель конденсата может не оказывать влияния на диагностирование датчика влажности на основании относительной, удельной или абсолютной влажности.

Если ухудшение характеристик датчика температуры не указано на 972, то вновь может определяться, был ли установлен флажковый признак в системе управления на 966. Если флажковый признак был установлен на 966, ухудшение характеристик в пределах емкостного датчика датчиков влажности может указываться на 978. Если флажковый признак не был установлен, последовательность операций может заканчиваться на 980. Посредством этого способа, может определяться ухудшение характеристик в пределах датчика влажности, кроме того, может определяться компонент, осуществляющий вклад в ухудшение характеристик, так что компонент может заменяться или ремонтироваться без замены всего датчика или выполнения дополнительной время затратной или дорогостоящей диагностики.

Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Кроме того, эта технология может применяться к любому типу силовой передачи, в том числе, но не в качестве ограничения, к силовым передачам, ассоциативно связанным с транспортными средствами с чисто электрическим, гибридным электрическим, подключаемым к бытовой сети гибридным электрическим приводом, с электрическим приводом от топливных элементов и с приводом от дизельного двигателя. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.

Должно быть принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут ссылаться на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке.

Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.

Реферат

Изобретение относится к области управления работой двигателя внутреннего сгорания, в частности к диагностике неисправности датчиков влажности. Способ диагностики для емкостного датчика влажности, содержащего нагреватель и элемент считывания емкости, который по отдельности идентифицирует ухудшение характеристик нагревателя, элемента считывания температуры или элемента считывания емкости. Посредством этого способа, отдельные элементы датчика могут заменяться и компенсироваться, чтобы предоставлять возможность для дальнейшей эксплуатации. Технический результат заключается в повышении достоверности при диагностировании датчика влажности. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

Формула