用于汽缸压缩诊断的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于汽缸压缩诊断的方法和系统。本发明公开了一种执行非侵入式发动机压缩测试的方法和系统。当请求压缩测试时，可以使用来自电池驱动的电动马达的能量不添加燃料地旋转混合动力车辆发动机。多个发动机循环中电池电流的变化用于推断汽缸压缩参数并评估汽缸压缩劣化。
【专利说明】用于汽缸压缩诊断的方法和系统
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及在混合动力车辆系统中执行非侵入式发动机压缩测试的方法和系统。【【背景技术】】
[0002]内燃发动机的每个汽缸内需要足够的压缩水平以正常运转。于是，例行地执行压缩测试以诊断每个汽缸中的压缩水平。不充分的汽缸压缩可以用于诊断汽缸部件，比如气门、衬垫、活塞环等。通常，压缩测试可能是侵入式的需要拆解发动机。例如，维修技术人员可以将火花塞和/或燃料喷射器从发动机拆下使得可以放入压力传感器以测量单个汽缸的压力水平。此外，可能需要不添加燃料地(例如经由起动机马达)将发动机运转至发动机循环中的预期位置。然而，这样的侵入式方法比较困难、费时间，并且还需要培训过的技术人员。此外，将发动机部件(例如火花塞)拆下以执行测试使得拆下的部件容易受损。
[0003]US4, 539，841显示了一种执行非侵入式压缩测试的示例方法。其中，电磁转速传感器形式的探测器用于在发动机怠速状况期间测量每个汽缸压缩阶段期间的瞬时发动机转速。估算的发动机转速用于推断汽缸峰值压力和峰值功率输出。通过将推断值与标准化的压力曲线比较来诊断汽缸压缩问题。US5，663，493显示了另一种示例非侵入式压缩测试。其中，维修工具用于在使用从电池汲取电流的起动机马达旋转发动机的转动起动阶段监视发动机中的电池电压或电流。该工具基于起动机电流的变化在屏幕上向技工显示每个汽缸的相对压缩。
【
【发明内容】
】
[0004]发明人在此已经认识到上述方法的潜在问题。在一个示例中，虽然这些方法是非侵入式的，但是它们需要技术人员来完成。特别地，两种方法都需要经过培训的技术人员使用必须连接至发动机或车辆的特定位置的诊断工具。在US4，539，841的方法中，使用怠速运转的发动机还可能产生可能会影响诊断结果的大量的噪声因素。在US5，663，493的方法中，其方法限于评估发动机转动起动转速时的电池电流变化。这样，可以在其它较高发动机转速时得到更加显著的电流变化。此外，转动起动转速时有限的气流可能产生大量的噪声因素。在任一种方法中，诊断都消耗时间并且结果可能容易产生误差(例如，更容易产生人为误差或噪声引起的误差)。
[0005]在一个示例中，可以通过一种用于混合动力车辆系统的方法至少部分解决上述问题中的一些，该方法包含:使用马达扭矩通过提前的进气门正时和打开的进气节气门不添加燃料地旋转发动机；并且基于该旋转期间电池电流的变化指示汽缸压缩劣化。这样，可以自动地并且非侵入地执行压缩测试而不需要培训过的技术人员来拆解发动机部件或者使用复杂的诊断工具。
[0006]例如，当混合动力电动车辆系统处于钥匙关闭状况时，车辆可以从维修技术人员或操作员接收汽缸压缩测试请求。可以经由车辆的交互式触摸(touch-1nteractive)显示屏的交互或者经由简单的诊断工具作出请求。响应于压缩测试请求，控制器可以确定发动机温度是否在规定的范围内(例如高于60° F)。一旦确定，可以使用来自电池驱动的电动马达/发电机的用于推进车辆的马达扭矩不添加燃料地旋转发动机。发动机可以在初期以较低转速(例如100rpm)旋转较短的时间段(例如15秒)以减少由缺少油膜导致的摩擦变化性(frict1n variability)并且使发动机驱动的机械油泵建立足够的压力以帮助驱动发动机凸轮。随后可以通过(经由进气凸轮正时提前)完全提前的进气门正时以及完全打开的进气节气门以较高转速(例如1000rpm-2000rpm或更高转速)旋转发动机较长时间段。可以将发动机转速调节至允许在驱使歧管压力(MAP)趋于大气压力(BP)时保持发动机转速控制的可实现的最低发动机转速。通过打开节气门并提前进气凸轮，发动机汽缸可以吸入更多空气使得达到更高的峰值压力。这样，这显著改善了信噪比。
[0007]随后在一个或多个发动机循环中(特别地，在每个汽缸的压缩行程期间)监视电池电流(或电压)的变化。由于电池具有内阻，电池端子两端的电压作为发动机旋转阻力的函数而变化，该旋转阻力根据每个汽缸中的压缩而变化。电流的变化用于估算每个汽缸的压缩行程产生的扭矩。随后使用标量(scalar)算法将估算的扭矩用于推断每个汽缸的压缩压力。通过比较每个汽缸推断的压缩压力与预期的汽缸压缩压力，可以识别汽缸压缩的劣化并且可以设置识别未通过测试的特定汽缸的诊断代码。维修技术人员随后可以诊断受影响的汽缸。
[0008]这样，可以非侵入地执行汽缸压缩测试而不需要发动机拆解。在维修技术人员的测试请求之后自动地运行测试，实现了减少大量时间和成本的益处。此外，可以减少火花塞螺纹和其它发动机部件的损坏。通过基于电池电流的变化推断汽缸压力，减少了专用汽缸压力传感器的需求。总之，提供了简单又精确的非侵入式压缩测试。
[0009]根据本发明的一个方面，提供一种用于混合动力车辆的方法，该方法包含:响应于压缩测试的请求，使用来自电池驱动的马达的扭矩通过提前的进气门正时和打开的进气节气门不添加燃料地旋转发动机；以及响应于在所述旋转期间从电池电流变化推断的汽缸压缩压力的变化指示汽缸压缩的劣化。
[0010]根据本发明的一个实施例，不添加燃料地旋转发动机包括当车辆没有运转时不添加燃料地旋转发动机。
[0011]根据本发明的一个实施例，不添加燃料地旋转发动机进一步包括仅在发动机温度高于第一阈值时旋转。
[0012]根据本发明的一个实施例，通过提前的进气门正时旋转包括通过完全提前的进气凸轮旋转，并且其中通过打开的进气节气门旋转包括通过完全打开进气节气门旋转。
[0013]根据本发明的一个实施例，指示包括:基于电池电流的变化估算每个发动机汽缸的压缩行程扭矩；基于估算的汽缸压缩行程扭矩推断每个发动机汽缸的压缩压力；以及基于汽缸的推断汽缸压缩压力低于汽缸的预期汽缸压缩压力而指示压缩劣化。
[0014]根据本发明的一个实施例，估算包括当进气歧管压力基本上处于或接近大气压力时基于电池电流的变化估算压缩行程扭矩。
[0015]根据本发明的一个实施例，基于估算的汽缸压力行程扭矩推断每个发动机汽缸的压缩压力包括:使用基于发动机冷却剂温度和发动机转速的因子修改估算的压缩行程扭矩以去除扭矩估算的摩擦影响；以及使用标量算法将修改的压缩行程扭矩转换为推断的压缩压力。
[0016]根据本发明的一个实施例，汽缸的预期汽缸压缩压力基于发动机转速、发动机温度、歧管压力和大气压力中的一者或多者。
[0017]根据本发明的另一方面，提供一种混合动力车辆系统，包含:包括汽缸的发动机；连接至电池的电动马达/发电机；连接至进气门的进气凸轮；连接至发动机进气歧管的进气节气门；以及具有计算机可读指令的控制器，指令用于:响应于操作员压缩测试的请求，使用马达不添加燃料地旋转发动机同时完全提前进气凸轮并且完全打开进气节气门；监视汽缸压缩行程期间电池电流的变化；基于监视的变化估算汽缸压缩扭矩和汽缸压缩压力中的每者；以及基于估算的汽缸压缩压力偏离于预期汽缸压缩压力而指示汽缸压缩劣化。
[0018]根据本发明的一个实施例,旋转发动机包括以基于电池荷电状态的发动机转速旋转发动机，转速随着荷电状态的增加而增加。
[0019]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】】
[0020]图1说明用于混合动力电动车辆的示例推进系统；
[0021]图2说明示例内燃发动机；
[0022]图3描述执行非侵入式发动机压缩测试的高级流程图；
[0023]图4描述根据本发明的示例压缩测试。
【【具体实施方式】】
[0024]下面的描述涉及在混合动力车辆(比如图1-2中的混合动力电动车辆(HEV))中执行发动机压缩诊断的系统和方法。车辆控制器可以配置用于响应于压缩测试的请求而执行控制程序(例如图3中的程序)以使用电池驱动的车辆系统马达的动力不添加燃料地旋转发动机。在旋转期间电池的电流变化可以用于推断压缩扭矩和压缩压力对应的变化。通过将估算的汽缸压缩压力与预期压缩压力比较，可以精确地识别汽缸压缩的劣化。图4显示了示例压缩测试。这样，可以自动诊断发动机压缩而不需要发动机拆解或额外的压力传感器。
[0025]图1描述了用于车辆的混合动力推进系统100。在描述的实施例中，车辆是混合动力电动车辆(HEV)。推进系统100包括具有多个汽缸30的内燃发动机10。可以从包括一个或多个燃料箱、一个或多个燃料泵以及喷射器166的燃料系统(未显不)向发动机10的每个汽缸提供燃料。
[0026]发动机10经由扭矩输入轴18向传动装置44传输动力。在描述的示例中，传动装置44是包括行星齿轮组22以及一个或多个旋转的齿轮元件的功率分流(power-split)传动装置(或驱动桥)。传动装置44进一步包括发电机24和电动马达26。由于马达或发电机中的每者可以作为马达或发电机运转，发电机24和电动马达26也可以称为电机。经由动力传动装置34、扭矩输出轴19以及差速及轴总成36从传动装置44输出扭矩用于推进车辆的主动轮52。
[0027]发电机24可驱动地连接至电动马达26使得可以使用来自电能存储装置(本说明中描述为电池54)的电能运转发电机24和电动马达26中的每者。在一些实施例中，能量转换装置(比如差以逆变器)可以连接在电池和马达之间以将电池的直流(DC)输出转换为马达使用的交流(AC)输出。然而,在替代实施例中，逆变器可以配置在电动马达中。由于行星齿轮组的机械特性，可以通过行星齿轮组22 (输出侧的)动力输出元件经由机械连接32驱动发电机24，将在下文进一步详细说明。
[0028]电动马达26可以作为发电机以再生模式运转，即吸收车辆和/或发动机运动的能量并将吸收的动能转换为适合存储在电池54中的能量形式。此外，比如发动机10在不同燃烧模式转变的期间(例如在火花点火模式和压缩点火模式转变的期间)，电动马达50可以根据需要作为马达或发电机运转以增加或吸收发动机提供的扭矩。
[0029]行星齿轮组22包含环形齿轮42、中心齿轮43和行星齿轮架总成46。环形齿轮和中心齿轮可以经由齿轮架彼此连接。行星齿轮组22的第一输入侧连接至发动机10而行星齿轮组22的第二输入侧连接至发电机24。行星齿轮组的输出侧经由包括一个或多个啮合的齿轮元件60-68的动力传输齿轮装置34连接至车辆牵引车轮52。在一个示例中，啮合的齿轮元件60-68可以是步进传动比齿轮(st印rat1 gear)，其中齿轮架总成46可以将扭矩分配至步进传动比齿轮。齿轮元件62、64和66安装在中间轴16上，其中齿轮元件64啮合电动马达驱动的齿轮元件70。电动马达26驱动齿轮元件70，这作为中间轴齿轮装置的扭矩输入。这样，行星齿轮架46(以及发动机和发电机)可以经由一个或多个齿轮元件连接至车轮和马达。混合动力推进系统100可以在包括重度混合动力系统的多个实施例中运转，其中仅通过发动机和发电机协同地驱动、仅通过电动马达或者它们的组合来驱动车辆。可替代地，也可以采用辅助或轻度混合动力的实施例，其中发动机是主扭矩源并且在特定状况期间(比如在踩加速器踏板(tip-1n)事件期间)电动马达选择性地增加扭矩。
[0030]如本说明书参考图3详细说明的，在选择的状况期间，马达26和/或发电机24可以用于不添加燃料地旋转发动机10。特别地，在推进系统100没有运转时的状况期间，响应于发动机压缩测试的请求，电池电力可以用于运转马达/发电机以不添加燃料地旋转发动机。通过在发动机旋转期间监视多个发动机循环中电池54的电流变化，可以推断出汽缸压缩参数(比如汽缸压缩扭矩和压力值)。在旋转期间，可以完全提前进气凸轮并且可以完全打开进气节气门以增加至汽缸的气流，从而允许达到较高的峰值汽缸压力。从而，这改善了从汽缸收集的数据的信噪比并且实现更加可靠的诊断。基于估算的汽缸压缩参数与预期值的偏差，可以识别一个或多个发动机汽缸中的压缩劣化。这实现使用马达扭矩进行非侵入式压缩测试。
[0031]可以第一发动机运行(engine-on)模式(本说明书中也称为发动机模式)驱动车辆，其中发动机10与发电机(发电机提供行星齿轮组的反扭矩并允许净行星输出扭矩用于推进)共同运转并且发动机用作驱动车轮52的主要扭矩源(如果在马达模式中发电机也可以向车轮提供扭矩)。在发动机模式中，可以将燃料从燃料箱经由燃料喷射器166提供至发动机10使得发动机可以添加燃料地旋转以提供推进车辆的扭矩。特别地，发动机动力传输至行星齿轮组的环形齿轮。同时，发动机向中心齿轮43提供扭矩，产生发动机的反扭矩。所以，通过行星齿轴架将扭矩输出至中间轴17的齿轮62、64、66上，这些齿轮从而传输动力至车轮52。可选地，可以运转发动机以输出多于推进所需要的扭矩，这种情况下(处于发电机模式的)发电机吸收多余的动力以向电池54充电或提供向其它车辆负载提供电力。
[0032]还可以辅助模式驱动车辆，其中发动机10运转并且用作驱动车轮52的主要扭矩源并且电动马达用作额外的扭矩源与发动机10 —起运转并补充发动机提供的扭矩。在辅助模式中，燃料提供至发动机10以添加燃料地旋转发动机并且向车轮提供扭矩。
[0033]在又一个示例中，可以发动机停机(engine-off)模式(本说明中也称为纯电动模式)驱动车辆，其中电池驱动的电动马达26运转并且用作驱动车轮52的唯一扭矩源。这样，在发动机停机模式期间，无论发动机是否旋转，不将燃料喷射进发动机10。例如，在制动期间、低速期间、当在交通灯处停车时等可以使用发动机停机模式。特别地，马达动力传输至齿轮元件70，齿轮元件70从而驱动中间轴17上的齿轮元件并且从而驱动车轮52。
[0034]推进系统100可以进一步包括控制系统，该控制系统包括配置用于从多个传感器16 (本说明书描述了多个示例)接收信息并将控制信号发送至多个执行器81 (本说明书描述了多个示例)的控制器12。在一个示例中，传感器16可以包括多个压力和温度传感器、燃料水平传感器、多个排气传感器等。例如，多个执行器可以包括齿轮组、汽缸燃料喷射器(未显示)、连接至发动机进气歧管(未显示)的进气节气门等。控制器12可以从多个传感器接收输入数据、处理输入数据并且响应于处理的输入数据基于其中对应于一个或多个程序编程的指令或代码而触发执行器。本说明书关于图3描述了示例控制程序。
[0035]图2描述了(图1的)发动机10的燃烧室或汽缸的实施例。可以从包含控制器12的控制系统接收控制参数以及车辆驾驶员130经由输入装置132的输入。在该示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。在另一个示例中，参考上文参考图1讨论的，可以接收来自车辆驾驶员基于按钮的位置关于希望的下坡(downhill)行驶模式的输入。发动机10的汽缸(本说明书也称为“燃烧室”)30可包括带有位于其中的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可以连接至曲轴140使得活塞的往返运动转化为曲轴的转动运动。曲轴140可以通过传动系统和乘用车的至少一个驱动轮相连。曲轴140可以经由传动系统连接至乘用车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮连接至曲轴140以实现发动机10的起动运转。特别地，发电机24和包括马达26的动力系连接至曲轴并且提供扭矩用于发动机转动起动。
[0036]汽缸30能通过一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146和发动机10的除汽缸30之外的其它汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可包括增压装置，比如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2显示了发动机10配置有涡轮增压器，所述涡轮增压器包含设置在进气通道142和144之间的压缩机174和沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以至少由排气涡轮176通过轴180驱动，其中增压装置配置为涡轮增压器。然而，在其它示例中，比如在发动机10配备有机械增压器的情况下，排气涡轮176可以选择性地省略，这时可以通过来自马达或发动机的机械输入驱动压缩器174。包括节流板164的节气门20可以沿发动机的进气通道设置，用于改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图2所示节气门20可安装在压缩机174的下游，或者可替代地安放在压缩机174的上游。
[0037]排气通道148可以接收来自发动机10的汽缸30以及其它汽缸的排气。排气传感器128如图所示和排放控制装置178上游的排气通道148相连。传感器128可以从用于提供排气空燃比指示的多个合适的传感器中选择，例如线性氧传感器或者UEGO(通用或宽域排气氧传感器)，双态氧传感器或EGO (如图所示)，HEGO (加热型EG0)，氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)或氧化碳(CO)传感器。排气控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、Ν0χ捕集器、各种其它排放控制装置或它们的组合。
[0038]可以通过位于排气通道148中的一个或多个温度传感器(未显示)估算排气温度。可替代地，可以基于发动机工况(比如转速、负荷、空燃比(AFR)、火花延迟等)推断排气温度。此外，可以通过一个或多个排气传感器128计算排气温度。应理解，可以通过本说明书中列出的温度估算方法的组合替代地估算排气温度。
[0039]发动机10的每个汽缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸30如图所示包括位于汽缸30上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸30)可以包括位于汽缸上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气阀。
[0040]进气门150可由控制器12经由凸轮驱动系统151通过凸轮驱动控制。类似地，排气门156可由控制器12经由凸轮驱动系统153控制。凸轮驱动系统151和153中的每者可以包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作以改变气门运转的凸轮轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者。可以分别通过气门位置传感器155和157确定进气门150和排气门156的位置。在替代实施例中，可以通过电动气门驱动器控制进气和/或排气门。例如，汽缸30可替代地包括通过电动气门驱动进行控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动进行控制的排气门。在其它实施例中，进气和排气门可通过共用气门驱动器或驱动系统、或者可变气门正时驱动器或驱动系统来控制。
[0041]如参考图3详细说明的，在诊断汽缸30的压缩水平时的状况期间，可以完全提前进气凸轮151以完全提供进气门150的正时。同时，可以完全打开节气门20。这样，可以最大化至汽缸的气流，允许升高的汽缸最高压力。这改善了汽缸压缩测试期间的信噪比并提供更加精确和可靠的压缩测试结果。
[0042]汽缸30可以具有压缩比，其为当活塞138处于下止点时的容积与活塞138处于上止点时的容积的比例。通常，压缩比的范围是9:1到10:1。然而，在一些使用了不同燃料的示例中，压缩比可能会增加。例如，当使用高辛烷燃料或较高汽化潜热的燃料时可能发生这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响压缩比也可以增加。
[0043]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选定运转模式下，点火系统190可响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞192给燃烧室30提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可以省略，比如发动机10可以通过自动点火或者通过燃料喷射(如在一些柴油发动机中)发起燃烧。
[0044]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置有用于提供爆震或预点火抑制流体的一个或多个喷射器。在一些实施例中，该流体可以是燃料，其中喷射器也称为燃料喷射器。作为一个非限制的不例，汽缸30显不为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166显示为直接和汽缸30相连用于与通过电子驱动器168从控制器12接收的脉冲宽度信号FPW成比例地直接向其中喷射燃料。这样，燃料喷射器166提供已知的称为直接喷射(下文也称为“DI”)将燃料喷入燃烧汽缸30。尽管图2显示了喷射器166作为侧喷射器，它也可以位于活塞的上方，比如火花塞192的位置的附近。当采用醇基燃料操作发动机时，由于某些醇基燃料较低的挥发度，这样的位置可改善混合和燃烧。可替代地，喷射器可以位于进气门上方并与之靠近以改善混合。
[0045]可将燃料从包括燃料箱、燃料泵以及燃料导轨的第一高压燃料系统8输送至燃料喷射器166。可替代地，可通过单级燃料泵以较低的压力输送燃料，与使用高压燃料系统相t匕，这种情况下压缩冲程期间直接燃料喷射的正时受到更多限制。此外，虽然未示出，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。应理解，在替代实施例中，喷射器166可以是将燃料提供进汽缸30上游的进气道的进气道喷射器。
[0046]如上文所描述的，图2仅显示了多缸发动机的一个汽缸。同样，每个汽缸可以类似地包括它自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
[0047]燃料系统8中的燃料箱可装有不同质量(比如不同组分)的燃料。这些不同可包括不同的醇含量、不同的辛烷、不同的汽化热、不同的燃料混合和/或其组合等。在一个示例中，具有不同醇含量的燃料可包括一种汽油燃料和其它的乙醇或甲醇。在另一个示例中，发动机可使用汽油作为第一燃料并且包含混合燃料(比如E85(大约为85%乙醇和15%的汽油)或M85(大约为85%的甲醇和15%的汽缸))的醇作为第二燃料。包含燃料的其它醇可以是醇和水的混合物，醇、水和汽油的混合物。
[0048]如图2所示，控制器12作为微电脑，包括微处理器单元(CPU) 106、输入/输出端口(I/O) 108、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在这个特别的实施例中显示为只读存储芯片(ROM) 110)、随机存取存储器(RAM) 112、保活存储器(KAM) 114和数据总线。控制器12可从和发动机10相连的传感器接收各种信号，除上文讨论过的信号之外，还包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)、来自和冷却套筒118相连的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)、来自和曲轴140相连的霍耳效应(Hall effect)传感器120(或其它类型)的表面点火感测信号(PIP)、来自节气门位置感应器的节气门位置(TP)、来自传感器124的歧管压力信号(MAP)、来自EGO传感器128的汽缸AFR和来自爆震传感器的不正常燃烧。发动机转速信号(RPM)可由控制器12根据PIP信号得到。
[0049]存储介质只读存储器110可以编程有电脑可读数据，其代表了可由处理器106执行用于执行下文描述的方法和其它所预期的但没有具体列举的变型的指令。
[0050]这样，每个汽缸内需要充足的压缩水平使得发动机10正常运转。于是，维修技术人员可以定期执行发动机压缩测试以诊断每个汽缸中的压缩水平。不足的汽缸压缩可以用于诊断多个汽缸部件(比如气门、衬垫、活塞环等)的劣化。发明人在此已经认识到当请求压缩测试时，可以使用来自车辆系统马达或发电机的动力不添加燃料地旋转发动机同时提前进气门并完全打开进气节气门。随后可以监视电池电流。由于电池具有内阻，电池端子两端的电压作为发动机旋转阻力的函数而变化，旋转阻力根据每个汽缸中的压缩而变化。从而，在发动机不添加燃料旋转期间监视电池电流的变化可以用于估算每个汽缸的压缩行程中产生的扭矩和压力。如果汽缸没有产生足够的压力或扭矩，可以指示压缩劣化。这允许非侵入地并基本自动地执行压缩诊断。此外，减少了技术人员需要的时间和工作。基于从电池电流变化推断的汽缸压力模型，可以确定压缩劣化的特征。此外，维修技术人员可以拆解劣化的汽缸以确定压缩劣化的原因。
[0051]现在转向图3，描述了执行根据本发明的非侵入式压缩测试的示例程序300。通过使用马达扭矩不添加燃料地旋转发动机同时通过打开节气门并提前进气凸轮来增加至汽缸的气流，电池电流变化可以用于推断信噪比得到改善的汽缸压缩参数。
[0052]在301处，可以确定车辆接收到压缩测试的请求。在一个示例中，当车辆处于钥匙关闭(key-off)状况(例如停在车库)时车辆可以从维修技术人员接收到压缩测试的请求。维修技术人员可以使用连接至车辆(例如车身上的位置)的简单诊断工具请求测试。可替代地，可以经由车辆仪表盘上交互式触摸显示屏接收请求。
[0053]一旦确定请求，在302处可以确定是否满足选择的发动机状况。特别地，可以确定发动机温度是否在规定的范围内。例如，可以确定发动机温度是否高于阈值(例如60° F)。这样，可以仅在发动机温度在极限内时并且车辆已经接收到压缩测试的请求之后并且当车辆没有运转时执行压缩测试运转。
[0054]一旦确定发动机状况，可以自动发起(即不需要车辆驾驶员或维修技术人员进一步的输入)压缩测试。在304处，程序包括使用来自车辆系统的电池驱动的电动马达(或发电机)的马达扭矩不添加燃料地旋转发动机。如306-308讨论的，可以提前进气门正时并打开进气节气门而执行该旋转。特别地，来自车辆的电动马达/发电机的扭矩可以用于以第一较高的发动机转速(例如100rpm)旋转发动机第一较短的时间段(例如15秒)。该初始旋转用于减少或去除缺少油膜导致的压缩中的摩擦变化性并且在发动机驱动的油泵中建立足够的油压以帮助驱动进气凸轮。
[0055]在306处，可以通过完全提前进气凸轮来完全提前进气门正时。在308处，可以完全打开进气节气门。通过完全提前进气门并完全打开进气节气门来旋转发动机，汽缸可以吸到更多空气允许了在汽缸中产生更大的峰值压力。从而，这改善了汽缸的信噪比。在310处，发动机旋转包括以第二较低转速(例如从100rpm至较低的200rpm)旋转发动机第二较长的时间段(例如30秒)。第二发动机转速可以低于第一发动机转速，并且第二发动机转速可以包括减小至维持足够发动机转速控制的可实现的发动机最低转速的发动机转速。在一个示例中，第一转速和第一时间段可以基于连接至发动机和进气凸轮的机械油泵的压力而第二转速和第二时间项可以基于相对于大气压力(BP)的歧管压力。例如，可以调节第二转速和/或时间段使MAP处于或接近BP。特别地，在312处可以确定MAP是否处于或接近BP。如果为否，在314处可以调节发动机转速以使MAP更加接近BP。
[0056]以第二转速运转发动机还可以包括以基于电池荷电状态(电池S0C)的发动机转速旋转发动机，转速随着电池SOC的增加而增加。然而，如果电池SOC下降到阈值以下，可以中止压缩测试并且可以添加燃料地旋转发动机以向电池再充电并避免车辆故障。
[0057]在316-324处，程序包括基于该旋转期间电池电流的变化而指示汽缸压缩劣化。特别地，在316处程序包括基于车辆电池电流的变化而估算汽缸压缩行程扭矩。此处，当进气歧管压力基本处于或接近BP时基于电池电流的变化估算每个发动机汽缸的压缩行程扭矩。在318处，调节估算的汽缸压缩扭矩以去除摩擦影响(特别地，基于发动机冷却剂温度(ECT)的摩擦的影响)。例如，可以使用基于ECT和发动机转速的因子来修改估算的汽缸压缩扭矩。控制器可以使用基于ECT和发动机转速的3D表格来调节估算的汽缸压缩扭矩。可以使用来自MAP和BP值的信息以推断任何的泵送损失来执行压缩扭矩估算的进一步修正(refinement)。此外,压缩阈值可以考虑海拔对BP的影响。
[0058]在320处，程序包括使用标量算法将每个汽缸修改过的压缩行程扭矩转换为各个汽缸推断的压缩行程压力。从而，由于扭矩与压缩是成比例的，可以使用标量算法。这样，可以基于估算的汽缸压缩行程扭矩来推断每个发动机汽缸的压缩压力。这样，该压缩测试方法相较于相关的压缩测试的进一步的优点是提供了绝对压力测量，即使所有汽缸受到相等的影响该压力测量允许探测较差的压缩。
[0059]在322处，可以将每个汽缸的推断压缩压力与预期压缩行程压力比较，可以基于相对于预期的缸压缩压力的推断汽缸压缩压力而指示汽缸压缩劣化。每个汽缸的预期压缩压力可以存储在控制器存储器的查值表中并且可以基于发动机冷却剂温度、发动机转速、BP和MAP中的一者或多者。特别地，在322处可以确定推断的汽缸压缩压力是否处于或接近预期的汽缸压缩压力。如果推断的汽缸压缩压力没有偏离预期的汽缸压缩压力，在324处可以确定汽缸压缩水平是满意的并且可以设置指示发动机已经通过压缩测试的标记。
[0060]如果推断的汽缸压缩压力偏离于预期的汽缸压缩压力，例如如果推断的汽缸压缩压力低于预期汽缸压缩压力的量超过阈值量，那么在326可以确定一个或多个识别的发动机汽缸中的压缩水平不令人满意并且可以设置指示对应的汽缸没有通过压缩测试的标记。[0061 ] 在一些实施例中，可以在多个发动机转速处执行压缩测试。例如，可以不添加燃料地旋转发动机并且可以在第一较低发动机转速时初步监视电池电流。随后，可以不添加燃料地旋转发动机并且可以在第二较高发动机转速时监视电池电流。通过在不同的发动机转速时执行测试，改善了结果的可靠度。通过使用电动马达运转发动机而不是使用起动机马达来运转发动机，可以实现更宽范围的发动机转速。此外，由于通过没有精确监视电流的12伏电池得到起动机马达扭矩，在功率分离的控制器中使用马达/发电机和电池电流的扭矩预测算法可能更加成熟、精确并且容易获取。
[0062]应理解，除了确定汽缸劣化之外，在一些实施例中，基于汽缸压缩压力变化的趋势(或者汽缸压缩扭矩变化的趋势或者电池电流变化的趋势)，可以确定劣化的特性。例如，响应于压缩压力的较慢上升，可以确定活塞环发生泄漏。在另一个示例中，响应于压缩压力升高较慢并且没有达到目标水平，可以识别气门泄漏。
[0063]现在转向图4，显示了示例压缩测试。图4中图谱400在曲线402处描述连接至电动马达/发电机的车辆系统电池的电池电流(I_batt)、在图表曲线处描述进气节气门的开度并且在曲线406处描述进气凸轮正时。随时间描述这些曲线，其中时间显示为发动机循环。在该示例中，发动机可以是直列4缸发动机，其中通过汽缸1-4中每个汽缸的点火按描述的点火顺序(汽缸l(Cyl_l)随后是汽缸3(Cyl_3)随后是汽缸4(Cyl_4)再随后是汽缸2(Cyl_2))定义每个发动机循环。描述的示例显示了 2个发动机循环中的结果。
[0064]tl之前发动机可能停机并且混合动力车辆可能没有运转。在该时间期间，可以关闭进气节气门(曲线404)并且可以标称位置来设置进气凸轮。在tl处，接收到压缩测试的请求。响应于该请求，使用马达扭矩不添加燃料地旋转发动机并且监视电池电流的变化(图表402)。发动机旋转同时完全打开进气节气门并且完全提前进气凸轮以最大化汽缸吸入的空气量。
[0065]如曲线402显示的，在每个燃烧事件的行程中电池电流(以及对应的汽缸压缩压力)可以逐渐上升再下降并且随后返向初始值。在描述的示例中，在汽缸4的点火期间在两个发动机循环的每者中电池电流的变化可能低于预期。特别地，汽缸4的电池电流的变化可能低于上限阈值Thr_l并且高于下限阈值Thr_2。相比而言，所有其它汽缸的电池电流的变化可能高于上限阈值Thr_l并且低于下限阈值Thr_2。响应于汽缸4在点火期间的电池电流的变化小于预期，可以确定汽缸4的压缩劣化并且对该汽缸设置诊断代码。在t2处，可以完成压缩测试并且节气门和进气凸轮可以返回至它们的初始位置。这样，识别汽缸压缩时间减少并且复杂度降低。
[0066]在一个不例中，混合动力车辆包含具有汽缸的发动机、连接至电池的电动马达/发电机、连接至进气门的进气凸轮和连接至发动机的进气歧管的进气节气门以及车辆控制器。控制器可以配置有响应于操作员请求压缩测试而使用马达不添加燃料地旋转发动机同时完全提前进气凸轮并完全打开进气节气门、监视在汽缸的压缩行程期间电池电流的变化、基于监视的变化来估算汽缸压缩扭矩和汽缸压缩压力中的每者、并且基于估算的汽缸压缩压力偏离于预期的汽缸压缩压力而指示汽缸压缩劣化的计算机可读指令。本发明中，旋转发动机包括以基于电池SOC的发动机转速旋转发动机，随着SOC的增加可以增加转速和测试的长度。
[0067]这样，可以执行非侵入式汽缸压缩测试，其减少了技术人员完成测试所需要的时间量、工作量以及复杂度。特别地，在技术人员的测试请求之后可以基本自动运行该测试。不需要发动机拆解，减少了汽缸部件(比如火花塞螺纹)的损坏。通过基于电池电流的变化推断汽缸压力，减少了专用汽缸压力传感器的需求。这提供了成本和部件减少的益处。
[0068]注意本发明包括的示例控制和估算程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本发明描述的具体程序代表任意数量处理策略中的一者或多者，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的多个动作、操作和/或功能可以描述的序列、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。本领域内的普通技术人员可理解取决于使用的特定策略可以反复执行一个或多个描述的动作、操作和/或功能。此外，描述的动作、操作和/或功能可以图形化地代表在发动机控制系统中计算机可读的存储媒介的非瞬态存储器中编程的代码。
[0069]应理解本说明书公开的配置和程序实际是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应当认为是限制，因为可预期多种的变型。例如，上述技术可以应用到V6、14、16、V12、对置4缸和其它种类的发动机。本公开的题包括在此公开的多种系统和配置(以及其它特征、功能和/或属性)的所有新颖的和非显而易见的组合及子组合。
[0070]权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。
【权利要求】
1.一种用于混合动力车辆的方法，包含: 使用马达扭矩通过提前的进气门正时以及打开的进气节气门不添加燃料地旋转发动机；以及 基于所述旋转期间电池电流的变化指示汽缸压缩劣化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅在发动机温度在极限内并且所述车辆已经接收到压缩测试的请求时执行所述旋转。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述车辆处于钥匙关闭状况时所述车辆从维修技术人员接收所述压缩测试的请求。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过提前的进气门正时旋转包括通过完全提前的节气门正时旋转。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过完全提前的进气门正时旋转包括通过完全提前的进气凸轮旋转。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过打开的进气节气门旋转包括通过完全打开所述进气节气门旋转。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用马达扭矩不添加燃料地旋转所述发动机包括使用来自所述车辆的电动马达/发电机的扭矩以第一较高的转速旋转所述发动机第一较短的时间段并且随后以第二较低的转速旋转所述发动机第二较长的时间段。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一转速和所述第一时间段基于连接至所述发动机和进气凸轮的机械油泵的压力，并且其中所述第二转速和第二时间段基于相对于大气压力的歧管压力。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述旋转期间电池电流的变化指示汽缸压缩劣化包括: 基于车辆所述电池电流的变化估算汽缸压缩行程扭矩； 基于所述估算的汽缸压缩行程扭矩推断汽缸压缩压力；以及 基于相对于预期汽缸压缩压力的所述推断的汽缸压缩压力指示汽缸压缩劣化。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预期压缩压力基于发动机冷却剂温度、发动机转速、大气压力和歧管压力中的一者或多者。
【文档编号】G01M15/00GK104236913SQ201410243252
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】D·R·马丁 申请人:福特环球技术公司