使用防冷凝加热器的湿度传感器诊断方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于电容湿度传感器的诊断方法，该传感器包含加热器和电容感应元件，该方法单独区分加热器、温度感应元件或电容感应元件的劣化。通过实施该方法，可以替代或补偿传感器的单个元件以允许进一步的运转。
【专利说明】使用防冷凝加热器的湿度传感器诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用防冷凝加热器的湿度传感器诊断方法。
【背景技术】
[0002] 发动机系统可以利用湿度传感器来监视发动机的工况。位于进气歧管内的湿度传 感器可以用于辅助确定空燃比、测量进气中的排气再循环（EGR)量等。
[0003] 湿度传感器可以测量相对湿度、绝对湿度和比湿。
[0004] 美国专利US6073480公开了一种湿度传感器劣化的示例诊断方法，其中通过使用 连接至湿度传感器的冷凝加热器（condensation heater)增加局部湿度以及对应的湿度来 确定电容湿度传感器内的故障。然后通过比较启用加热器之前和之后的传感器的电容来确 定劣化。特别地，美国专利US6073480通过在露点之上和之下的温度之间循环并且比较相 对湿度的变化和电容的变化来确定电容湿度传感器劣化。如果在露点之上和露点之下的温 度之间电容没有改变预期量，则指示传感器劣化。
[0005] 然后，发明人在此已经认识到上述方法的一些潜在问题。也就是，劣化指示依赖于 正常运转的加热器和温度传感器。从而，加热器或温度传感器的劣化可能会误判为传感器 电容器的劣化，反之亦然。上述方法还依赖于响应于加热器的启用的局部温度模型；然而湿 度传感器附近的温度没有隔离并且会受到环境温度或发动机热量的影响导致不精确的结 果。
【发明内容】
[0006] 发明人在此认识到，可以具体通过具有连接到湿度传感器的冷凝加热器和温度传 感器的系统处理上述问题。这些系统的实施例使用探测到的绝对湿度、测量的温度以及假 设的或测量的总压力来确定湿度的其它测量。通过类似的方法，可以发现绝对湿度是温度、 总压力和比湿的函数。
[0007] 例如，因为比湿是水和干空气的质量比，所以比湿(也称为湿度比）不受环境温度 或压力的影响。从而，对于给定绝对湿度的相对湿度可以建模成压力和温度的函数。发明 人发现通过比较湿度传感器的模型输出和湿度传感器的实际输出，如果模型输出和实际输 出之间的差异超过余量误差阈值则可以确定劣化。
[0008] 在使用特定湿度传感器的其它实施例中，相对湿度可以计算为比湿和测量温度的 函数。随后如果计算的相对湿度超过相对湿度的已知极限则可以指示湿度传感器劣化。
[0009] 在一个实施例中，公开了一种方法，该方法包含在发动机进气中运转传感器，传感 器的设置（housing)包括温度感应元件、加热器以及电容感应元件；以及单独区分加热器、 温度感应元件和电容感应元件之间每者的劣化。这样，可以提供精确的诊断和预测。
[0010] 根据本发明的一个实施例，预定相对湿度最大值在90%和100%之间而预定的相对 湿度最小值在15%和30%之间。
[0011] 根据本发明的一个实施例，进一步包含：第一状况时，测量湿度传感器内的温度并 测量绝对湿度；第二状况时，测量湿度传感器内的温度并测量绝对湿度；并且如果绝对湿 度的变化不在通过温度变化确定的预定误差范围内则指示湿度传感器劣化。
[0012] 根据本发明的一个实施例，进一步包含：第一状况时，测量温度、测量绝对湿度并 计算相对湿度或比湿；第二状况时，测量温度、测量绝对湿度并确定相对湿度或比湿；并且 如果比湿的变化高于阈值则指示湿度传感器劣化。
[0013] 根据本发明的一个实施例，确定阈值包括确定湿度传感器内的蒸汽压力、环境压 力、分压力或饱和压力。
[0014] 根据本发明的一个实施例，进一步包含，在车辆停（vehicle-off )事件之后允许发 动机平衡的第一状况期间，使用温度传感器测量湿度传感器内的温度，并使用额外的温度 传感器测量发动机系统内一个或多个位置处的温度；并且如果温度传感器测量没有落到通 过额外的温度传感器确定的范围值之间则指示温度传感器劣化。
[0015] 根据本发明的一个实施例，进一步包含在车辆巡航状况期间如果温度传感器测量 的温度高于150华氏度则指示温度传感器劣化。
[0016] 根据本发明的一个实施例，进一步包含如果指示湿度传感器劣化并且没有指示温 度传感器劣化则指示电容传感器劣化。
[0017] 根据本发明的一个实施例，进一步包含如果指示湿度传感器劣化并且指示温度传 感器劣化则指示温度传感器劣化。
[0018] 根据本发明，提供一种方法，包含：在连接至机动车的发动机的发动机进气中运转 传感器，传感器的设置包括温度感应元件、加热器和电容感应元件；并且单独区分加热器、 温度感应元件和电容感应元件之间每者的劣化；并且通过设置诊断代码指示识别的劣化。
[0019] 根据本发明的一个实施例，加热器、温度感应元件和电容感应元件之间劣化的诊 断顺序包括是否存在整体劣化的第一确定以及温度感应元件劣化的第二确定，其中区分是 基于第一和第二确定，并且进一步包括如果存在整体劣化并且不存在温度感应元件劣化则 指示电容感应元件劣化、如果存在整体劣化并且存在温度感应元件劣化则指示温度感应元 件劣化以及如果不存在整体劣化并且存在温度感应元件劣化则指示加热器劣化。
[0020] 应理解，提供上文的概述用于以简化形式引入一系列原理，其将在【具体实施方式】 中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护 的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或 本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1显不了进气和排气系统的不例实施例；
[0022] 图2显示了湿度传感器的示例实施例；
[0023] 图3图形化地描述示例发动机状况的时间函数；
[0024] 图4A图形化地描述用于实际湿度传感器输出和模型湿度传感器输出的示例相对 湿度的时间函数；
[0025] 图4B图形化地描述图4A中实际湿度传感器输出和模型湿度传感器输出之间的误 差的时间函数；
[0026] 图5A图形化地描述用于替代的实际湿度传感器输出和替代的模型湿度传感器输 出的替代的示例相对湿度的时间函数；
[0027] 图5B图形化地描述图5A中实际湿度传感器输出和模型湿度传感器输出之间的误 差；
[0028] 图6图形化地描述四个示例湿度传感器输出的平均误差；
[0029] 图7是示例湿度传感器劣化诊断方法；
[0030] 图8是示例湿度传感器劣化诊断方法；
[0031] 图9是示例湿度传感器劣化诊断方法；
[0032] 图10是示例湿度传感器劣化诊断方法；
[0033] 图11是示例湿度传感器劣化诊断方法；
[0034] 图12是示例湿度传感器劣化诊断方法。
【具体实施方式】
[0035] EGR系统可以集成进发动机系统以降低排放并增加燃料效率。输送至发动机的 EGR量可以取决于包括再循环进入进气的排气的特性在内的多个工况。可以再循环排气以 控制排放。还可以调节再循环的EGR量以获得发动机扭矩。可以响应于EGR路径中或进气 中的传感器作出这些调节，并且传感器可以包括用于确定空气充气的湿度传感器。
[0036] 可以在进气和排气系统的各个地方确定多种排放物（比如微粒物质和氮氧化物 (N0X))的浓度，并且该浓度可能响应于工况而改变。N0 X浓度可能通过发动机系统内的燃烧 温度增加而通过稀释物（比如湿气）减小。所以，可以响应于湿度调节发动机工况以实现排 放等级（emission rates)。
[0037] 可以使用三种不同测量中的一者来监视湿度。
[0038] 相对湿度定义为特定温度时水蒸汽的分压力与饱和蒸汽压的比率。可以从露点传 感器的露点测量计算出相对湿度。这种类型的传感器保持镜子处于露点温度并且感应寒冷 的镜子上形成的冷凝量。还可以从湿球和干球测量计算出相对湿度。可以从湿的表面上观 测到的蒸发冷却效应计算出相对湿度。
[0039] 绝对湿度是测量空气和水蒸汽完全混合的每个单位体积的水量。可以使用水蒸汽 含量传感器来测量绝对湿度。这些传感器可以包括电容湿度传感器，其中电容器的电极之 间的水量影响电容器的介电常数并从而影响电容。此外，水蒸汽传感器可以测量温度并测 量或假定总压力以计算其它的湿度测量，比如相对湿度或比湿。
[0040] 比湿可以定义为给定体积中水量与干空气量的比率。如此处解释的，使用热力学 原理，可以发现比湿是相对湿度和其它参数的函数。比湿对于确定空气被水稀释的水平尤 其有用。
[0041] 现在转向关于不同湿度测量的其它细节，样本的绝对湿度可以定义为：
[0042]
【权利要求】
1. 一种方法，包含： 在发动机进气中运转传感器，所述传感器的设置包括温度感应元件、加热器和电容感 应兀件；并且 单独区分加热器、温度感应元件和电容感应元件之间每者的劣化。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热器、温度感应元件和电容感应元 件之间劣化的诊断顺序包括是否存在整体劣化的第一确定以及温度感应元件劣化的第二 确定。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述区分基于所述第一和第二确定，并且 包括如果存在整体劣化并且不存在温度感应元件劣化则指示电容感应元件的劣化、如果存 在整体劣化并且存在温度感应元件的劣化则指示温度感应元件的劣化并且如果不存在整 体劣化并且存在温度感应元件劣化则指示加热器劣化。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述整体传感器劣化基于相对湿度是否 在范围内。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述整体传感器劣化基于不同温度时确 定的不同绝对湿度。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述整体传感器劣化基于比湿。
7. -种用于发动机系统的方法，包含： 响应于传感器测量的湿度指示基于电容的湿度传感器的劣化，所述湿度传感器包括温 度传感器；并且 响应于温度传感器劣化指示所述湿度传感器的部件内的劣化。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述测量的湿度是相对湿度、比湿或绝对 湿度中的一者或多者。
9. 根据权利要求8所述的方法，进一步包含如果模型湿度和测量湿度之间的误差超过 阈值则指示湿度传感器劣化。
10. 根据权利要求8所述的方法，进一步包含基于测量的湿度确定相对湿度并且如果 所述相对湿度落在预定的相对湿度最大值之上或者预定的相对湿度最小值之下则指示湿 度传感器劣化。
【文档编号】G01N27/22GK104101625SQ201410136444
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2013年4月5日
【发明者】R·D·珀西富尔, I·H·马基, T·J·克拉克, M·J·于里克, P·库马尔, Y-W·金 申请人:福特环球技术公司