一种发动机系统(10)，其包括流体地连接至电控发动机(11)的排气系统(12)。来自所述发动机的排气可沿着经涡轮增压器(15)的涡轮(16)的第一通路(20)行进，或沿着绕过所述涡轮(16)的第二通路(22)行进。偏压电控废气门阀以关闭所述第二通路(22)。电子控制器(13)与所述电控发动机(11)和所述电控废气门阀通信。所述电子控制器(13)配置成执行用以检测所述电控废气门阀的卡滞闭合故障状态的废气门诊断算法，并且响应于检测到卡滞闭合故障状态而使所述发动机减功率运转。
流体地连接至所述发动机的排气系统(12)，所述排气系统具有经过涡轮增压器(15)的涡轮(16)的第一通路(20)，以及绕过所述涡轮(16)的第二通路(22)，并且包括用于关闭所述第二通路(22)的电控废气门阀(30)；以及与所述电控发动机(11)和所述电控废气门阀(30)通信的至少一个电子控制器(13)，所述至少一个电子控制器(13)配置成：执行用于检测所述电控废气门阀(30)的卡滞闭合故障状态的废气门诊断算法，并且响应于检测到所述电控废气门阀(30)的所述卡滞闭合故障状态而使所述电控发动机(11)减功率运转，其中，所述至少一个电子控制器(13)还配置成：执行用于检测诊断机会窗的诊断机会检测算法(70)，并且响应于检测到所述诊断机会窗来执行所述废气门诊断算法。
2.根据权利要求1所述的发动机系统(10)，其特征在于，所述废气门诊断算法配置成：将打开信号(83)传送至所述电控废气门阀(30)；
在传送所述打开信号(83)的同时接收废气门构型信号；以及
响应于指示出闭合的废气门状态的废气门构型信号记录所述电控废气门阀(30)的卡滞闭合故障状态，或者响应于指示出打开的废气门状态的废气门构型信号中断所述打开信号(88)。
3.根据权利要求1所述的发动机系统(10)，其特征在于，所述发动机系统包括进气系统，所述进气系统具有经所述涡轮增压器(15)的压缩机(17)并且进入到所述发动机的第一通道(56)；绕过所述发动机进入到所述排气系统(12)的第二通道(57)；以及包括用于闭合所述第二通道(57)的电控压缩旁通阀(55)；
所述至少一个电子控制器(13)与所述电控压缩旁通阀(55)通信，所述至少一个电子控制器(13)配置成执行压缩旁通诊断算法，所述压缩旁通诊断算法配置用于检测所述电控压缩旁通阀(55)的卡滞闭合故障状态，并且响应于检测到所述电控压缩旁通阀(55)的卡滞闭合故障状态而使所述电控发动机(11)减功率运转；
所述至少一个电子控制器(13)还配置成执行用于检测诊断机会窗的诊断机会检测算法(70)，并且响应于检测到所述诊断机会窗来执行所述废气门诊断算法和所述压缩旁通诊断算法；以及所述诊断机会窗和与常闭的电控废气门阀和常闭的电控压缩旁通阀(55)对应的发动机运转状态对应。
4.根据权利要求3所述的发动机系统(10)，其特征在于，所述废气门诊断算法配置成：将打开信号(83)传送至所述电控废气门阀(30)；
在传送所述打开信号(83)的同时接收废气门构型信号；以及
响应于指示出闭合的废气门状态的废气门构型信号记录所述电控废气门阀(30)的卡滞闭合故障状态，或者响应于指示出打开的废气门状态的废气门构型信号中断所述打开信号(88)；其中，所述压缩旁通诊断算法配置成：将打开信号(83)传送至电控压缩旁通阀(55)；
在传送所述打开信号(83)的同时接收压缩旁通构型信号；以及
响应于指示出闭合的压缩旁通状态的压缩旁通构型信号记录所述电控压缩旁通阀(55)的卡滞闭合故障状态，或者响应于指示出打开的压缩旁通状态的压缩旁通构型信号中断所述打开信号(88)。
5.一种运转发动机系统(10)的方法，所述发动机系统包括电控发动机(11)；流体地连接至所述发动机的排气系统(12)，所述排气系统具有经涡轮增压器(15)的涡轮(16)的第一通路(20、56)，绕过所述涡轮(16)的第二通路(22)，和包括用于关闭所述第二通路(22)的电控废气门阀(30)；以及与所述电控发动机(11)和所述电控废气门阀(30)控制通信的至少一个电子控制器(13)；所述方法包括以下步骤：对所述电控废气门阀(30)的卡滞闭合故障状态进行检测；以及
响应于检测到所述电控废气门阀(30)的卡滞闭合故障状态而使所述电控发动机(11)减功率运转，其中，所述方法包括对诊断机会窗进行检测；
响应于所述废气门诊断算法的执行完成对所述卡滞闭合故障状态进行检测的步骤；以及所述诊断机会窗和与常闭的电控废气门阀和常闭的电控压缩旁通阀(55)对应的发动机运转状态对应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，执行所述废气门诊断算法包括：将打开信号(83)传送至所述电控废气门阀(30)；
在传送所述打开信号(83)的同时接收废气门构型信号；以及
响应于指示出闭合的废气门状态的废气门构型信号记录所述电控废气门阀(30)的卡滞闭合故障状态，或者响应于指示出打开的废气门状态的废气门构型信号中断所述打开信号(88)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发动机系统(10)包括进气系统，所述进气系统具有经所述涡轮增压器(15)的压缩机(17)并进入到所述发动机中的第一通道(56)，绕过所述发动机进入到所述排气系统(12)中的第二通道(57)；和包括用于闭合所述第二通道(57)的电控压缩旁通阀(55)；所述至少一个电子控制器(13)与所述电控压缩旁通阀(55)控制通信；所述方法包括以下步骤：对所述电控压缩旁通阀(55)的卡滞闭合故障状态进行检测；以及
响应于检测到所述电控压缩旁通阀(55)的所述卡滞闭合故障状态而使所述电控发动机(11)减功率运转。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括：对诊断机会窗进行检测；
响应于检测到所述诊断机会窗来执行压缩旁通诊断算法和废气门诊断算法；
响应于所述压缩旁通诊断算法的执行完成对所述电控压缩旁通阀(55)的卡滞闭合故障状态进行检测的步骤；
响应于所述废气门诊断算法的执行完成对所述电控废气门阀的卡滞闭合故障状态进行检测的步骤；和所述诊断机会窗和与常闭的电控废气门阀和常闭的电控压缩旁通阀(55)对应的发动机运转状态对应。
发动机系统和运转发动机系统的方法
技术领域
[0001] 本发明总体上涉及具有位于排气系统中的电控阀的发动机系统，更具体地涉及用于检测并避免阀卡滞闭合故障状态的主动诊断方法。
背景技术
[0002] 当今的发动机系统通常装配有一个或多个涡轮增压器、排气气体循环系统以及在排气系统中的电控阀，所述电控阀用于控制压缩机旁通通路、涡轮旁通通路、再循环的排气气体的质量流率以及其他已知的控制特征。通常由在本技术领域中称为废气门阀的装置来控制避开涡轮的排气通路。例如，当增压压力接近某些预定的最大值或存在涡轮超速的风险时，可打开废气门阀，以直接将排气从排气歧管朝向排气尾管引导，而不会将能量传递给涡轮增压器。由于变化的温度和发动机排气中的成分，这些阀会积聚碳氢化合物、炭烟和其他化合物(混合物)的积累物，其会抑制正确的运转到阀有时会卡滞闭合的程度。为了防止位于排气系统中的阀卡滞闭合，技术人员想出用于使阀运动以抑制卡滞的各种策略。例如，美国专利公开2009/0164106教导了在发动机进行点火但发动机尚未运转的时候打开和闭合EGR阀，用以在发动机开始运转以后抑制卡滞。尽管未必对于所有阀——诸如控制排气气体再循环的阀——而言都是事实，但是卡滞闭合的废气门阀可潜在地导致灾难性的涡轮增压器或发动机故障。
[0003] 本发明涉及上述问题中的一个或多个。
发明内容
[0004] 在一个方案中，发动机系统包括流体地连接至电控发动机的排气系统。该排气系统具有经涡轮增压器的涡轮的第一通路，以及绕过所述涡轮的第二通路。偏压电控废气门阀以闭合所述第二通路。所述发动机系统还包括与所述电控发动机和所述电控废气门阀通信的至少一个电子控制器。所述电子控制器配置成执行用于检测电控废气门阀的卡滞闭合故障状态的废气门阀诊断算法，并且响应于检测到所述电控废气门阀的卡滞闭合故障状态而使所述电控发动机减功率运转。
[0005] 在另一方案中，运转发动机系统的方法包括对所述电控废气门阀的卡滞闭合故障状态进行检测。使所述电控发动机响应于检测到所述电控废气门阀的卡滞闭合故障状态而减功率运转。
附图说明
[0006] 图1是根据本发明的一个方案的发动机系统的示意图；以及
[0007] 图2是执行根据本发明的检测和记录阀卡滞闭合状态的逻辑运算的程序的流程图。
具体实施方式
[0008] 参见图1，示出了根据本发明的一个示例性发动机系统10。发动机系统10包括流体地连接至排气系统12的电控发动机11。在示出的实施例中，发动机11是十六缸大缸径压燃式发动机，其运转由电子控制器13控制。发动机控制的一个方面是对与独立的大缸径气缸19中的每一个相关联的电控燃料喷射器(未示出)进行操作，所述气缸可具有超过140毫米的缸径尺寸。同样，在示出的实施例中，电控发动机11具有V构型，该V构型具有两个分开的缸排，每个缸排具有八个发动机气缸。因此，发动机11具有第一排气歧管31和第二排气歧管
32，所述第一和第二排气歧管可视为排气系统12的一部分，所述排气系统以排气尾管35终止。虽然不要求，但均衡管33可流体地连通两个排气歧管31和32。
[0009] 发动机系统10可包括一对涡轮增压器15a和15b，所述涡轮增压器与相应的排气歧管31和32关联。因此，来自歧管31的排气通过涡轮增压器15a的涡轮16a，然后才被引导至涡轮排气管28a中、通过后处理系统——该后处理系统可包括柴油微粒过滤器34，然后到达排气尾管35。同样地，来自第二歧管32的排气，以及可能经均衡管33而来自歧管31的额外的排气，通过涡轮增压器15b的涡轮16b，然后才通过涡轮排气管28b被引导至排气后处理系统。涡轮增压器15a和15b还包括压缩机17a和17b，所述压缩机接纳进入的周围空气50a和50b并对所述周围空气加压，然后将经压缩的空气引导至中冷器44。来自中冷器44的输出空气可在混合器43a和43b处与再循环的排气气体混合，然后被引导至各自的进气歧管45a和45b。
在示出的实施例中，由在排气歧管32中的七个气缸提供排气气体再循环，排气气体的循环率部分地以已知方式受控于排气限制阀48。再循环的排气气体可在冷却器41处冷却，然后通过EGR冷却阀42前往混合器43a和43b。
[0010] 除了控制发动机11之外，电子控制器13还与电控废气门阀30和电控压缩旁通阀55控制通信。电控废气门阀30可被偏压至闭合位置，而响应于自电子控制器13传送的打开信号打开。这样，电控废气门阀30通常是偏压闭合的，但可通过任何适当的致动器打开，所述致动器包括但不限于电子致动器、气动致动器以及液压致动器。当(废气门阀30)闭合时，排气经涡轮16按第一通路20行进。当废气门阀30打开时，排气按第二通路22直接从均衡管33行进到由柴油微粒过滤器34代表的排气后处理系统。例如，可以为了避免涡轮超速情况、降低增压压力，或因为现有技术中已知的任何其他原因而打开废气门阀30。因为电控废气门阀30通常是闭合的，并且持续地暴露于碳氢化合物积累物中，所以存在积累物可引起阀卡滞在闭合位置的风险。电控废气门阀30可利用任何已知的致动器以从闭合位置移向打开位置，和利用任何已知的(阀状态)传感器、以已知的方式来将阀状态传达给电子控制器13。阀状态传感器可以获取如关于打开或闭合的一比特信息那样简单的信息，或可具有任何期望的粒度，从而还用于检测部分地打开的阀状态，而不背离本发明。本发明的所有方案都包括一个或多个电控废气门阀，其允许排气被引导通过第二通路22而避开(多个)涡轮增压器15。因此，本发明设想出这样的发动机系统，即，其具有任意数量的涡轮增压器、具有或不具有排气气体再循环、以及任意数量的电控废气门阀和/或旁通阀，所述阀允许排气或空气分别绕过涡轮增压器中的一个或多个和/或发动机。
[0011] 压缩旁通阀55允许电子控制器13使中冷器44藉由旁通通道47直接地流体连通至均衡管33。因此，可沿着第一通道56引导来自中冷器44的空气通过压缩机17、通过中冷器44并且经由相应的进气歧管45进入到发动机11中。当电控压缩旁通阀55打开时，第二通道57将中冷器44流体地直接连通至均衡管33，以绕过发动机11。与废气门阀30相似，压缩旁通阀55通常是闭合的，因此也暴露于在所述压缩旁通阀的下游侧上的碳氢化合物积累物中，所述压缩旁通阀在所述下游侧连接至均衡管33。电控压缩旁通阀55可包括用于将该阀从正常闭合位置开启至打开位置的任何适当的致动器，并且可包括以任何期望水平的粒度将压缩旁通阀位置传送给电子控制器13的阀状态传感器，从简单的打开或闭合指示器到实际上感测连续的不同阀位置的传感器。
[0012] 参见图2，流程图示出当发动机系统10运转时由电子控制器13执行的程序的一小部分。在启动框80之后，在框81处，发动机系统10以额定功率运转。当以额定功率状态运转时，发动机系统10具有其全额定最大可用功率。电子控制器13可配置成通过执行查询82来执行诊断机会检测算法70，用以确定是否可获得诊断机会。根据本发明，诊断机会基本上表示发动机在这样的条件下运转，即，排气阀(例如，废气门阀30或压缩旁通阀55)是常闭的，不存在对增压压力的需求，或者打开排气阀将不会明显地自期望的增压水平下降。例如，诊断机会可在不需要增压的低怠速状态期间。根据本发明的另一诊断机会可以是在电子控制器指令零燃料供给的时候，诸如，装备有发动机系统10的机器正在依靠惯性下坡滑行的时候。另一诊断机会可以是在电子控制器13请求发动机11大幅减速——诸如可以是500RPM的减速变化——的时候。在此情况下，打开信号可以在发动机减速的同时传送给排气阀33、55，并且可以实际上辅助减速。其他较为可取的诊断机会可出现在与低燃料供给水平相结合的低增压水平期间，以使得打开排气阀33和55中的一个或两个将不会自期望的增压水平显著地降低。本领域技术人员应当认识到，仅在发动机系统10正在运转、待诊断的阀处于其常闭位置并且满足上文论述的其他诊断条件时，才执行诊断机会查询82。如果查询82返回为“否(N)”，则程序会回送并且继续以额定功率状态运转发动机系统10。如果诊断机会查询返回为“是(Y)”，则电子控制器13将针对每个排气阀执行阀诊断算法75。例如，电子控制器可针对待确定的、串联或并联的排气阀中的每一个执行阀诊断算法75，而不背离本发明。在框83处，打开信号从电子控制器13传送至待确定的阀，诸如废气门阀30或压缩旁通阀55。在查询84处，电子控制器13读取阀状态传感器并且确定阀是否确实是打开的。如果查询84返回“是”，则在框88处中断到阀的打开信号，并且在框89处程序回送，用以在框81处继续以额定功率状态运转发动机。如果阀打开查询84返回为“否”，则在框86处电子控制器13将阀卡滞闭合故障记录在存储器中，中断打开信号，并且使发动机减功率运转。在框87处，发动机减功率运转。在框90处，逻辑流程图结束。如在本发明中所使用的，术语“减功率”表示允许发动机系统10以任何不需要有问题的阀开启的状态——通常小于发动机的额定最大功率——运转，直至纠正了阀卡滞闭合状态。换言之，根据本发明的减功率发动机表示将会防止发动机系统10运转进入到电子控制器13会命令有问题的阀打开——这通常在发动机11以较高速度和负载状态运行时出现——的范围中。因此，在检测出故障之后发动机可继续以全功率运转，但是会在需要打开有问题的阀时减小可用功率，用以避免发动机和/或涡轮增压器损坏。在执行时，阀诊断算法75可以针对电控废气门阀30、接着针对电控压缩旁通阀
55地顺序执行。发现任一阀处于卡滞闭合位置都可以引起发动机减功率，直至以已知方式纠正了阀卡滞闭合故障状态。然而，发动机11有效运转的减功率范围可根据卡滞闭合的阀而有所不同。在某些情况下，发动机的持续运转可解除阀卡滞闭合状态而不需要任何外部干预。否则，为了纠正阀卡滞闭合状态并且清除故障状态以使发动机返回至额定功率运转，技术人员的维修可能是必要的。
[0013] 工业适用性
[0014] 本发明发现了在任何这样的发动机系统(例如，压燃式，火花点燃式，等等)中的潜在应用，即，其包括一个或多个电控排气阀，该排气阀是常闭的，并且会由于排气中的碳氢化合物、炭烟以及其他化合物(混合物)的累积而卡滞闭合。本发明发现了在大缸径压燃式发动机中的具体应用，其中，在某些发动机运转状态期间，为了避免与灾难性涡轮增压器或发动机故障相关联的风险，打开排气阀可能是必要的。本发明发现在任何包括可能会卡滞闭合的排气阀的发动机系统中的潜在应用，这样的发动机系统具有可以包括或可以不包括排气再循环以及可以包括或可以不包括串联或并联的一个或多个涡轮增压器等的各种系统构型中的任一种。在本发明的所有方案中，待确定的排气阀电控地移动至打开位置，并且包括用于将阀状态传送至电子控制器的一些传感器或其他装置(例如，从其他传感器推出的)，用以执行根据本发明的阀诊断算法。
[0015] 本发明有利地在需要打开待确定的阀之前利用阀诊断算法来检测阀卡滞闭合状态。然而很重要的是，诊断活动可通过使阀运动打开来积极主动地抑制卡滞问题，并且在这样做时不会破坏当前的发动机运转状态——诸如显著地影响增压压力。因此，取决于特定的应用，工程师可或多或少积极地决定是什么构成了根据本发明的诊断机会。在积累可能更快速地发生和更可能出现阀卡滞闭合状态的那些应用中，可以比在阀卡滞闭合状态极少出现的情况中更频繁地执行程序，以寻找尽可能多的诊断机会，用来使阀在开启和闭合位置之间运动。例如，一个应用可仅选择成将诊断机会编码成与请求比一些确定的RPM(每分钟转数)——诸如500RPM——更大的发动机11减速的电子控制器13对应。在其他情况下，诊断机会算法可以编码成在怠速状态期间、在请求较大发动机减速时、在请求零燃料供给时以有规律的时间间隔来执行阀诊断算法，和寻找诸如低增压和低燃料供给状态的其他机会用以使排气阀运动，特别是当计数器已经确定阀已关闭了一段延长的时间时。例如，如果电子控制器13编程为记录相应的排气阀自上一次打开以来所经过的时间，则诊断机会算法可包括将机会扩展至低增压和低燃料供给状态的程序步骤，以帮助积极主动地确保阀不会卡滞闭合。因此，在正常运转期间，如果诊断机会检测算法70提供足够多的用于执行阀诊断算法75的机会，则阀会定期地/有规律地运动，使得碳氢化合物、炭烟和其他化合物(混合物)积累决不会达到阀卡滞闭合并且故障状态被实际上检测到并起作用使得发动机系统10减功率运转的程度。当阀诊断算法75对废气门阀30起作用时，所述逻辑运算可视为根据本发明的废气门诊断算法。此外，当阀诊断算法75对压缩旁通阀55起作用时，所述算法可被称为压缩旁通阀诊断算法，而不背离本发明。
[0016] 尽管本发明已经在文中阐明了被偏压至闭合位置的阀，但是本发明还设想到这样的系统，即，在该系统中阀被偏压至部分或完全打开位置，使得必须致动所述阀以使其移动至闭合位置。在此情况下，在正常运转期间在阀正常闭合时，将会致动用于相应的阀的致动器，以保持所述相应的阀闭合，直到控制器确定所述相应的阀需要打开。如在本发明中所使用的，“传送打开信号”到偏压至打开或部分地打开位置的阀，这表示中断致动所述阀至闭合位置的信号。同样地，“中断打开信号”到偏压至打开或部分打开位置的阀的表述，表示信号传送至阀致动器以引起阀闭合。因此，不需要为了打开而消耗致动能量的阀也将落入本发明中。
[0017] 应当理解的是上文的描述仅用于例示的目的，并不以任何方式限制本发明的范围。因此，本领域技术人员会理解，从对附图、说明书以及所附权利要求书的研究可以获得本发明的其他方案。
