专利名称：用于检测内燃机的与阀门有关的故障状态的系统和方法
技术领域：
本发明涉及内燃机中的故障状态或故障的检测。具体地说，本发明涉及用于检测由于发动机阀门故障以及与阀门相关的故障而引起的发动机故障的系统和方法。
一般内燃机依赖于阀门装置控制气体吸入发动机汽缸或从发动机汽缸内排出。在一种典型的结构中，阀门利用弹簧被安装在发动机体或发动机头内。阀门的运动，即打开或关闭，一般由摇杆装置控制。摇杆装置被鼓电机曲轴驱动并通过摇杆凸轮装置控制每个汽缸中阀门的冲程的定时。
内燃机的每个汽缸具有至少一个阀门。在单阀门汽缸的情况下，阀门在每一吸气冲程打开一次，并为排除燃烧的气体打开第二次。在另一种类型的发动机中，提供两个这种阀门，一个用于吸气，一个用于排气。
空气通过管道装置进入发动机汽缸。一种类型的发动机如图1所示，其中利用呈标准的V形排列的8个汽缸。因而，发动机10包括左汽缸组11和右汽缸组12。在这种情况下，可以认为汽缸10被分成4个汽缸部分或象限，每个象限由单独的进气管供气。例如，图中左上方两个汽缸通过左前方进气管15提供空气。以类似方式，发动机10的右前方象限通过右前方进气管16供气，左后方象限通过进气管17供气，右后方象限通过进气管18进气。
如上所述，每个汽缸具有配备有具有一个或几个阀门的阵列。图2示出了一种典型的阀门装置30。阀门装置30被安装在发动机头31内。对于进气阀，阀门装置被设置在空气入口32和发动机汽缸室33之间，用于控制从入口和支管被吸入汽缸的空气流量。
阀门装置包括终止在阀头36的阀杆35，阀头36被设计用于密封被设置在进气口32和汽缸室33之间的阀座37。当正确地工作时，阀头36脱离阀座37，从而使空气进入汽缸室33，然后使阀座37密封。
发动机头31支撑着阀导向件39，阀杆35通过阀导向件39往返运动。一个弹簧装置，即外弹簧40和内弹簧41对阀杆35提供一个向上的力。在这个实施例中，弹簧垫片42被固定在阀杆的端部，用于把弹簧40，41夹在垫片和阀导向件39之间。弹簧40、41被设计用于提供合适的返回力，用于在发动机循环的合适时刻向后拉动阀头36，使其和阀座37密封接合。
阀杆35的向下运动，因而也是阀头36的向下运动，被摇杆装置45控制。在摇杆装置一端的挺杆44向下推动阀杆35的顶部，使阀头36与阀座37上脱离。当挺杆44缩回时，弹簧40、41工作，向回拉动阀头而和阀座37接合。
如同任何机械装置那样，阀门装置30在发动机的苛刻的环境中易于发生故障。阀门装置的故障范围从小故障到严重的故障。小问题可以从由于阀座37内的阀头36的密封不良而引起的泄漏开始。不良的密封可能由于阀门、阀座或阀导向件的变形引起的。随着阀门泄漏量的增加，可能导致严重的问题，其中包括阀门的过热，以及最终的完全失效。阀门装置的其它故障方式包括阀杆或阀座的氧化与/或断裂。此外，阀门弹簧可能由于疲劳而失效。
阀门装置的故障，例如阀门装置30的故障是难于检测的。检测不出的和阀门相关的故障可能快速地发展，并且可能快速地导致主发动机的破坏。根据故障的性质，对发动机的破坏可能在5分钟之内便会发生。在一些情况下，活塞、汽缸套筒和汽缸头以及燃料注入器和连杆可能由于故障的阀门装置的影响而必然收到破坏。在许多应用中，例如采矿操作，发动机每天要工作24小时，每周工作7天。在这些应用中，任何停机时间都会对车辆主/操作者带来经济损失。
现代发动机包括用于连续监视几个发动机操作状态的发动机控制系统，例如用于监视发动机速度、油压和温度等。对于一些发动机问题，这些被监视的状态在问题变得更加严重之前便向车辆操作者提供及时的警告。然而，在和阀门相关的故障的情况下，按照一般方式被监视的发动机操作条件在严重的甚至致命的发动机故障发生之前不能提供足够的警告。因此需要一种系统和方法，其可以精确地并及时地检测和阀门相关的故障，并通知车辆操作者，使得有足够的时间避免对发动机造成更严重的破坏。
本发明提供一种用于检测内燃机中的故障状态的系统和方法，更具体地说，提供一种用于检测和阀门相关的故障的系统和方法。本发明的方法利用在多个发动机汽缸部分的每个中的吸入空气温度进行检测。以离散的时间增量使多个吸入空气温度的平均值和各个温度进行比较。相对于平均温度值的每个吸入空气温度的变化率被确定，用于确定是否已经发生故障状态。
按照本发明的一个方面，温度检测器被设置在每个吸气管内。每个检测器的输出被提供给发动机控制模块，所述模块执行一系列步骤，用于计算温度信息。在一个实施例中，发动机控制模块包括被配置用于执行一系列软件指令的微处理器。在这个实施例中，相应于一个汽缸部分的每个吸气管的温度值被读取并产生一个平均值。然后，每个吸入空气温度值和平均值比较，从而对于例程操作的每个时间增量产生一个差值。
每个汽缸部分的差值被分析，从而确定差值随时间的变化率。如果对于一个特定的汽缸部分所述变化率超过一个预定门限值，则该汽缸部分被标记为有故障。
按照本发明的系统和方法的另一个特点，计算受影响汽缸部分的温度微分信息，用于确定故障是否可能是和阀门相关的故障。在一个实施例中，在几个时间增量内的多个温度差值被微分。所得多个微分值在一个时间间隔内被积分或求和，其结果和一个表示和阀门相关故障的门限值比较。如果积分结果超过门限值，受影响的汽缸进一步被标记为具有和阀门相关的故障。如果积分结果没有超过门限值，则认为没有发生和阀门相关的故障。
本发明的一个主要目的在于提供一种系统和方法，所述系统和方法在出现更严重的后果之前能够精确且快速地识别故障的性质。本发明的另一个目的被本发明的一个方面实现了，其能够检测由和阀门相关的故障引起的发动机故障。本发明的另一个目的在于提供一种故障检测系统，其可以依靠现有的发动机状态检测器或依赖于容易检测的发动机操作状态。
本发明的一个优点在于可以在发动机可能发生严重破坏之前发出故障指示。另一个优点在于本发明的系统和方法可以区分故障是否和发动机阀门相关。
本发明的另一个优点在于，其能够提供由和阀门相关的故障所影响的汽缸部分或发动机象限的指示，以便帮助发动机修理。本发明的其它的目的和优点通过结合附图阅读以下的说明将看得更加清楚。
图1是利用本发明的系统和方法的内燃机的顶部示意图；图2是图1所示的发动机使用的阀门装置的放大的局部截面图；图3是在阀门弹簧故障之前，故障期间和故障之后吸气管温度随时间的变化曲线；图4经历图3的曲线所示的阀门弹簧故障的同一个发动机的曲轴箱的压力曲线；图5是经历阀座故障的另一个发动机的吸气温度随时间的变化曲线；图6是由按照本发明的方法的发动机控制模块执行的步骤的流程图；图7是由图6所示的流程说明的方法的步骤访问的子例程的流程图；图8是由图6的流程图说明的方法的步骤访问的另一个子例程的流程图；图9a，9b是对于2阀门相关的故障方式吸入空气温度对时间的变化曲线；图10a-10c是当和阀门相关的故障不存在时吸入空气温度对时间的变化曲线；图11是用于区分和阀门相关的故障与和阀门无关的故障的步骤的流程图。
为了充分理解本发明的原理，现在参看结合
的优选实施例，并利用专用术语说明本发明，应当理解，本发明并不限于这些实施例，本领域的技术人员在本发明的构思内可以作出各种改变和改型。
本发明提供了一种用于检测和阀门相关的故障并向车辆操作者发出报警信号的系统和方法。在优选实施例中，本发明计算吸入空气的温度，检测空气温度的异常，并估算所述的异常，从而确定其是否和阀门故障相关。
参看图1，前述的发动机10包括几个吸入空气温度检测器20-23，每个吸气管具有一个温度检测器。更具体地说，检测器20用于左前方支管15，检测器21被设置在右前方支管16内，检测器22和左后方支管17相关，右后方支管18具有检测器23。温度检测器可以具有各种已知的结构，其适用于精确且快速地检测通过每个气管流动的空气的温度，例如热电偶或热敏电阻检测器。
来自检测器的信号沿着信号线24到达发动机控制模块25。发动机控制模块25可以是常规的，即，其接受来自各个发动机条件检测器的输入，并产生到各个发动机元件的输出信号，用于控制发动机的操作和性能。对于本发明，发动机控制模块可以包括执行软件的装置，其读取并计算沿着信号线24接收的检测器输出值。最好是，发动机控制模块25包括被编程而执行软件指令例程的微处理器。
本实施例涉及一种发动机，例如发动机10，其可以被分成汽缸部分或象限。通过其自身的吸气管例如气管15-18把空气提供给每个象限。因而，相应的吸入空气温度检测器20-23提供关于被吸入每个象限的一对汽缸中的空气温度的输出信号值。
利用本发明，可以识别哪个象限的汽缸包括有缺陷的或者有故障的阀门。在每个象限包括一个以上的汽缸的情况下，不可能精确地区分哪个汽缸具有有故障的阀门。然而，本发明提供了一种至少能够使问题源局限于一个发动机象限的装置。当然，如果每个象限只包括一个汽缸，则可以容易地指出问题出在哪个汽缸。在另一方面，如果每个象限包括两个或更多的汽缸，则通过彻底地检查步骤进行检查，容易发现有故障的阀门装置。
利用本发明的发动机10，4个温度信号被提供给控制模块25。按照图3的标号，4个温度信号是TLF，TLR，TRF，RRR。这些温度分别相应于来自左前方检测器20，左后方检测器22，右前方检测器21，右后方检测器23的输出值。图3的曲线说明经历阀门弹簧故障的象限对吸入空气温度的影响。由曲线可见，每个检测器的温度，因而也是在每个象限的吸入管处的空气温度在正常的发动机操作期间保持相当均匀和稳定。
然而，当阀门弹簧故障发生时，相应象限(在这种情况下是左后方象限)的吸入空气的温度急剧上升。从左后方象限吸入空气的温度上升的陡度可以得知，在和阀门有关的故障之后，可能相当快速地发生致命的发动机故障。因而，快速检测和干预是重要的。本发明提供了一种系统和方法，其可以检测并在故障之后的一个短的时间内产生一个报警信号。在一些特定情况下，在和阀门相关的故障后10秒之内便产生故障报警。
其它的发动机状态值不能及时地反映和阀门相关的故障。例如，参见图4，其中示出了曲轴箱压力随时间的变化曲线。曲轴箱压力直到阀门故障之后相当一段时间还是稳定的。在这种特定的情况下，直到故障之后经过100秒以上的时间曲轴箱压力才有明显的改变。更为严重的是，曲轴箱压力直到故障之后200秒以上或者3分钟以上才产生严重的反应。在一些情况下，到曲轴箱压力急剧增加的时刻，受影响的汽缸已经遭到严重破坏。
图5示出了另一种阀门故障方式。图5再次示出了每个汽缸部分或象限的吸入空气温度随时间的变化曲线。在这种情况下，阀座发生了故障，随后在小于50秒的时间内由本发明的系统和方法检测到。在这种情况下，被影响的汽缸的吸入空气温度不像在图3所示的阀门弹簧故障情况下上升得那样剧烈。然而，吸入空气温度经历了一个非特征性的增加，稍微减少，然后快速增加，直到一个小斜率的温度增加的过程。虽然图5所示的温度变化的速度不像图3所示的那样剧烈，但是这种和阀门相关的故障的结果对发动机是严重的，在这种情况下，温度的较缓和的增加使得检测处理有些困难并使过程延长。
按照本发明，包括温度检测器20-23和发动机控制模块25的系统可以按照图6所示的若干步骤进行操作。应当理解，在优选实施例中，这些步骤作为“背景”例程发生，即，这些步骤的序列在运行其它和发动机相关的例程的同时以预定时间间隔重复。根据现代微处理器的速度，这个背景例程可以以100毫秒的时间间隔运行而不干扰发动机控制模块的其它功能。
在优选实施例中，在步50例程开始，读取所有吸入检测器的值Ti，其中“i”相应于汽缸部分号。在所示的实施例中，有4组汽缸部分或象限，从而有4个值T1，T2，T3，T4要被读取并由发动机控制模块25控制。当然，模块25包括合适的硬件与/或软件，用于把温度检测器20-23产生的信号转换成有用的格式。
在下一步52，计算吸入空气的温度的平均值。该平均值可以由T表示。这一平均吸入空气温度值可以通过几种方法得到。当然，可以计算算术平均值，其中每个温度值Ti相加之后被汽缸部分数除。此外，可以消除最高和最低的温度值，剩下中等的温度，用于计算平均吸入空气温度T。在另一种方案中，最高和最低的温度在进行平均处理之前可被修正或被按比例处理。利用后两种方法，可以使极端温度对平均温度的影响减到最小。可以采用其它方法计算T，只要在所有象限内计算结果能够代表吸入温度的平均值即可。
一旦平均吸入空气温度T被算出，在步56该温度值便和所有的吸入空气温度值进行比较。这步的结果可以是一个新的值Δi，其代表特定象限的温度和所有象限的平均温度之差。
利用这种方法，可以容易地识别相对于其它象限其温度急剧改变的象限。不过，象限的吸入空气温度中的瞬时的或短暂的偏差不一定表示和阀门相关的故障。因而，在步58，对于每个发动机象限，确定值Δi的变化率。这个变化率可以用Ri表示。因为要计算温度差的变化率，所以必须积累几个离散时间上的温度值。因此，在发动机控制模块内的存储器中保持一个Ti、T、Δi、和Ri的值的阵列，以预定的时间间隔存储新的值。图7和图8的流程图说明实现计算Ri的子例程，下面详细说明。
每个发动机象限的变化率Ri用于确定在该发动机象限中是否发生了和阀门相关的故障。因而，在步60，每个汽缸的变化率Ri和门限值RLIM比较。门限值RLIM的大小被预先确定，并最好被存储在发动机控制模块25的存储器中。这个值对于特定的发动机可以通过实验得出。按照本发明的这一特征，不超过门限值的变化率Ri没有发现故障。在这种情况下，其它的发动机检测器，当由发动机控制模块内的其它发动机故障检测例程监视时，可以揭示其它的发动机问题。
在步62，如果特定象限的变化率的值超过限制值RLIM，则该汽缸部分或象限被标识为有故障的。然后例程在步64继续由发动机控制模块25执行的相继步骤。在优选实施例中，可以在存储器中保持一个汽缸部分表。该表可以具有汽缸部分健康标记，在步62未通过检测的每个象限被打上故障标记。
现在参看图7和图8说明用于确定变化率值Ri的两种方法。在图7的第一实施例中，一旦主例程达到步58，子例程便在步70开始。在子例程的步72，在时刻T计算汽缸部分或象限分值Δi。在下一步74，在时刻(T+a)，计算类似的差值，其中的“a”相应于预定的时间间隔。如前所述，在图6中所示的主例程的步骤可以以预定时间间隔例如每10毫秒由发动机控制模块执行。因而，利用步50-64的每个循环，可以产生更近的在时刻(T+a)的值Δi。
按照这一实施例，只有两个Δi值进行比较，从而获得变化率值Ri。当然，对于每个发动机部分或汽缸象限，或者更具体地说，对于每个温度值Ti，执行相同的处理步骤72-76，从而获得值Ri。在步78，子例程继续，进入主例程中的下一步，即步60。利用这个实施例，一个象限的温度差值中的急剧的或基本上瞬时的变化，将触发一个故障标记。这种变化率在图3和图5的曲线中是明显的。图3的温度曲线表示一个这样快的变化率，其容易在图6的例程的两个循环内被检测到。在图5中，在阀门故障的开始发生快的变化率，而梢后在温度信号中发生扰动。
在另一个实施例中，子例程在步70开始，然后进行步73，其中对多个时刻t，计算Δi的值的阵列。在步75，这个值Δi的阵列在一个特定的时间间隔以几个预定的时间间隔“a”被积累。在一个特定的实施例中，这个时间间隔可以是1.0秒，因而如果图6的主例程每100毫秒被执行一次，则可以得到10个这样的积累的值。这个积累的结果，便得到变化率值Ri。子例程在步78再次进入主例程的步60，其中使新产生的值Ri和门限值比较。
应当理解，门限值RLIM必须被调整，以便考虑为执行图7和图8的两个子例程所需的相对时间间隔。例如，图7的子例程使用短的时间间隔，或少量的例程循环，在此期间计算差值的变化。因为变化率值Ri只使用两个相继周期的数据确定，如果数据在一个较长的时间间隔内采集，这个值的数量必须较小。在另一方面，图8的子例程在一个较长的时间间隔内执行，或者需要大量的主例程周期。可以预计，由这一子例程产生的变化率值将大于由图7的子例程产生的值。必须根据用于计算Ri值的子例程的性质设置RLIM的合适的值。
在优选实施例中，发动机10包括4个汽缸部分或象限，每个象限包括两个汽缸。同样，在优选实施例中，利用4个吸入空气温度检测器20-23。在本发明的一种应用中，构成具有一个吸入空气温度检测器的发动机，用于执行按照本发明的方法。在这种情况下，发动机控制模块25包括用于根据来自其它发动机状态检测器的输出值产生吸入空气温度的实时模型的软件。例如，吸入空气温度模型可以利用发动机速度值、环境温度与/或吸气管压力，以便计算理想的吸入空气温度。
一旦这个值被获得，便利用该值代替在图6的流程图所说明的方法的步54计算出的平均吸入空气温度T。然后，这个基准温度值被用于例程的所有其余步骤中。例如，在步56，进行实际吸入空气温度和使用实时模型计算出的基准温度的比较。在这个修改的实施例中，只计算一个温度差值Δ和一个变化率值R。
类似地，图7和图8所示的子例程对于具有一个吸入空气温度检测器的发动机只需要执行一次。在这种情况下，除非发动机只具有一个汽缸，本发明的系统和方法便可以操作只用于检测和阀门相关的故障的存在。在多缸发动机利用一个吸入空气温度检测器的情况下，本发明的系统不能以和前述实施例中发动机10相同的方式隔离受影响的汽缸。
当确定温度Ti相对于平均温度T的差值的变化率超过限制值RLIM时，则确定存在某种异常或故障。一般地说，只有检测到的故障的一部分是由阀门装置引起的。当特定象限或汽缸部分被标记有故障时，进行测试处理便可以确定故障的根源。不过，由图6的一系列步骤检测到的故障可能不是由于阀门装置引起的。在这种情况下，测试处理多采取手术探查的形式，这非常花费时间。因而，本发明提供一种系统和方法，用于确定由阀门装置引起的故障或者和阀门相关的故障。
本发明的这个附加的实施例依赖于受影响汽缸部分的吸入空气温度的某些特性。参看图9a，9b，其中示出了吸入空气温度随时间的变化曲线。在图9a的第一条曲线中，特定的汽缸Ti表示相对于所有汽缸的平均温度急剧变化的温度。在这种情况下，急剧的温度增加可以直接归因于阀门装置故障。同样，在图9b的曲线中，吸入空气温度Ti经历一个急剧的振荡扰动然后缓慢增加。实验数据表明这个吸入空气温度的特征相应于和阀门相关的故障。
在另一方面，对于特定象限，吸入空气温度的全部增加不一定和阀门装置相关。因而，如图10a-10c所示，已经发现不同的吸入空气温度特征相应于其它类型的故障，甚至相应于正常的发动机运行。例如，在图10a的曲线中，特定汽缸Ti的温度逐渐增加，但是同时平均吸入空气温度也平行地增加。在这种情况下，所有的汽缸部分经受类似的温度增加，虽然一个汽缸的温度可能较高。实验数据表明这种温度曲线不表示和阀门相关的故障。
同样，见图10b，一个汽缸部分具有逐渐增加的温度，其增加的速率大于平均吸入温度T的速率。实验数据表明这不表示和阀门相关的故障。最后，在图10c，一个发动机象限的温度特性具有瞬时的尖峰，同时具有基本上平行的平均吸入温度T。当尖峰的持续时间很短并随后是正常的温度特性时，通常不能认为故障和阀门有关。这种类型的信号一般是中间传感器电路故障引起的。
因而，最有效的故障检测系统和方法应当能够区分图9a，9b的吸入空气温度特性和图10a-10c的温度特性。发动机控制模块可以包括一个另外的例程，如图11的流程图所示。这个例程的起始步骤80可以在图6所示的流程图的步64之后开始，但是最好和主例程同时运行。因而，一旦一个汽缸部分被标记有故障，例程流程则转移到图11所示的步80-96。在步82，确定是否有有故障的汽缸部分，如果没有，例程便在步96返回。
如果对于一个特定的汽缸部分或象限设置有故障标记，则例程执行步84，其中在时间间隔N内对受影响的汽缸积累几个值Δi。积累的Δi的数量取决于为执行图11的流程图所需的时间增量以及时间间隔N。不过，一般在特定的时间间隔内积累5个或更多个Δi的值。
一旦积累了几个预定数量的值Δi并被存储在存储器中，在步86便对这些值微分，具体地说，它们相对于其直接相邻的前一个值被微分。换句话说，由Δi(t)-Δi(t-1)计算微分值。这些微分值也被存储在发动机控制模块25内的存储器中。应当理解，这个微分步骤可以在图11的子例程的每个循环和差值的积累同时进行，除去第一次之外。此外，步86可以在子例程在整个时间间隔N内对受影响的象限积累Δi值之后被执行。
这些积累的微分值在步88被积分。这可以用不同方法进行。在优选实施例中，微分值在时间间隔N内被求和。在步86和88的微分和积分可以用下式表示SUMi=Σtk=ttk=t+N[Δi(tk)-Δi(tk-1)]]]>受影响的象限的吸入空气温度的大的变化将使SUMi产生大的正值。积分的结果SUMi在条件步骤90被评估，确定其是否超过预定的限制。如果是，则例程进入步92，其中把上一次受影响的被标记的汽缸进一步加上具有和阀门相关的故障的标记。另外，如果条件步骤90的结果是否定的，则例程沿分支94到达继续步骤96。
在图6的流程图的继续步骤64或在图11的流程图的返回步骤96之后，发动机控制模块可以执行不同的故障相关例程。具体地说，向车辆操纵者发出某种报警，使其免遭可能的严重的发动机故障。在一种方法中，可以发出顶级的报警，给操纵者一个关闭发动机的机会。此外，发动机控制模块可以接管控制，逐渐使发动机速度降低从而达到安全状态，直到完全关闭。
当发动机由诊断技术人员检查时，可以浏览汽缸部分故障标记。发动机控制模块在存储器中可以包括故障标记的存储位置，例如上述的汽缸部分表。然后故障标记信息可以使用具有通信端口的用于发动机控制模块的常规的诊断工具被下载。然后，发动机技术人员可以利用故障标记确定受影响的发动机象限或汽缸部分，并至少得到故障原因的初步的理解。
设想图6和图11所示的方法的步骤利用存储在发动机控制模块的微处理器内的软件程序来实现。因而，不同的门限和限制值也可以存储在存储器中，并被访问，用于在所述的例程的合适的步骤进行比较。
虽然优选实施例设想基于软件方法实现，但本发明可以不用软件来实现。具体地说，可以使用模拟的计算单元，用于读出每个吸入空气检测器的值，确定平均值并比较检测器温度值和平均值。利用这种方法，每个值应当由电压值表示，并且每个例程的最后输出也应当用类似的电压值表示。这最终的电压值可以通过使用发动机控制模块中的合适的基于软件的例程被转换为数字信号。
虽然参照附图对本发明进行了详细说明，这些说明并不构成对本发明的限制，应当理解，这里只说明了优选实施例，在本发明的构思内的所有改变和改型都是要被保护的。
例如，本发明的系统可以被修正，以便用于具有一个吸气管和一个温度检测器的发动机，而不利用先前的方法模拟理想的吸入温度。具体地说，在图7的子例程的步骤72或在图8的子例程的步骤73中计算的差值Δ(t)可以相应于在时刻t的当前温度和在时刻t-a的温度的差，其中的“a”是上述的预定时间间隔。类似地，在图7的子例程中的步骤74中，差值Δ(t+a)相应于T(t+a)-T(t)。利用这种替换，在图6-8和11中的算法的其余步骤可以按照上述进行处理。
作为图7的子例程的另一种替代，值Δ(t)和Δ(t+a)可以简单地分别相应于在时刻t和t+a检测器检测的温度值。该例程的其余步骤可以用相同方式处理。
权利要求
1.一种用于检测内燃机中的故障状态的方法，所述内燃机具有多个空气吸入管，用于向相应的多个内燃机汽缸部分供应空气，以及在所述每个吸入管的温度检测器，所述方法包括以下步骤读取每个空气吸入管的温度检测器的输出值；产生代表所有空气吸入管的平均吸入空气温度的平均值；对于每个空气吸入管确定每个温度检测器的输出相对于平均值的变化率的值；以及识别其变化率的值超过一个预定门限的空气吸入管，借以指示在相应的汽缸部分存在故障状态。
2.如权利要求1所述的用于检测故障状态的方法，其中所述确定平均值的步骤包括将所有空气吸入管的温度检测器的输出值相加；以及由空气吸入管的数量除所得之和。
3.如权利要求1所述的用于检测故障状态的方法，其中所述确定平均值的步骤包括确定所有温度检测器的输出值的平均值，其中除去具有最高和最低值的输出值。
4.如权利要求1所述的用于检测故障状态的方法，其中确定所述平均值的步骤包括确定所有空气吸入管的温度检测器当中的最高输出值和最低输出值；除去具有最高输出值和最低输出值的吸入管，使所有空气吸入管的温度检测器的输出值相加；对所得之和加上一个最高输出值和最低输出值的预定比例；以及由被减少两倍于所述预定比例的空气吸入管的数量除所得之和。
5.如权利要求1所述的用于检测故障状态的方法，其中所述确定变化率值的步骤包括根据所述输出值和所述平均值之间的差值计算一个差值；以及确定在一段时间内所述差值的变化率。
6.如权利要求1所述的用于检测故障状态的方法，其中所述确定变化率值的步骤包括在一个预定时间间隔内积分空气吸入管的温度检测器的输出值和平均值之间的差的步骤。
7.如权利要求1所述的用于检测故障状态的方法，其中所述确定变化率值的步骤包括比较第一次得到的空气吸入管的温度检测器的输出值和平均值之间的差和第二次得到的所述差。
8.如权利要求1所述的用于检测故障状态的方法，还包括对被识别的空气吸入部分区分故障状态的故障方式的步骤，所述步骤包括微分被识别的空气吸入管的变化率值，从而获得导数值；把在一个预定时间间隔内计算出的导数值相加；以及当所述导数值之和超过一个预定的限制时，则把相应于被识别的空气吸入管的发动机汽缸部分标记为一种特定的故障方式。
9.如权利要求1所述的用于检测故障状态的方法，其中发动机具有一个用于向一个发动机汽缸部分供气的空气吸入管，发动机还具有用于接收来自发动机操作状态检测器的信号的微处理器，其中确定平均值的步骤包括从代表计算的吸入空气温度值的发动机状态检测器信号产生平均值。
10.一种用于检测内燃机中的故障状态的系统，所述内燃机具有多个空气吸入管，用于向相应的多个内燃机汽缸部分供应空气，包括被设置在多个空气吸入管的每个中的检测器，用于提供表示吸入管的空气温度的输出值；用于产生表示所有空气吸入管的平均空气温度的平均值的装置；用于产生表示相对于在多个空气吸入管每个中的所述检测器的输出值的平均值的变化率的变化率值的装置；以及用于比较多个空气吸入管的每个的所述变化率值和一个预定门限值，并提供指示所述变化率值超过所述门限值的发动机汽缸部分的信号的装置。
11.如权利要求10所述的用于检测故障状态的系统，还包括具有微处理器的发动机控制装置，所述微处理器接收来自所述检测器的代表所述输出值的信号；以及其中所述用于产生平均值的装置，所述用于产生变化率值的装置，和所述用于比较的装置包括由所述微处理器执行的软件指令。
12.如权利要求11所述的用于检测故障状态的系统，其中所述发动机包括一个空气吸入管，其中所述发动机控制装置包括用于检测发动机状态的其它检测器；以及所述用于产生平均值的装置包括用于根据来自所述其它检测器的值计算一个空气吸入管内的吸入空气温度的装置。
13.一种用于检测内燃机的汽缸的阀门装置中的故障状态的方法，所述内燃机具有用于向汽缸提供空气的吸气管，所述方法包括以预定时间间隔确定吸气管中的空气的温度值；确定表示在至少两个时间间隔内的温度值的变化的变化率值；以及当变化率值超过一个预定门限时指示在阀门装置中存在故障状态。
全文摘要
本发明披露了一种用于检测内燃机中故障状态的系统和方法,其中利用发动机的多个汽缸部分的每个部分的吸入空气温度。多个吸入空气温度的平均值以离散的时间增量和各个温度进行比较。计算相对于平均温度值的每个吸入空气温度的变化率,以便确定是否发生和阀门相关的故障。在所述系统和方法的另一个特点中,在几个时间增量内的多个温度差值被微分。所得的多个微分值在所述时间间隔内被积分或求和,其结果和表示和阀门相关的故障的门限值比较。
文档编号F01L3/24GK1271810SQ9912534
公开日2000年11月1日 申请日期1999年12月17日 优先权日1998年12月17日
发明者E·J·勒万多夫斯基, S·G·德克 申请人:卡明斯发动机公司