车辆动力总成中的在线监测和诊断

背景技术

许多现代发动机采用多种环境控制机制来限制排放物的产生。伴随着每个增加的控制机制，会产生增加的复杂性和潜在的故障模式。期望新的和替代的监测和诊断分析。

概述

除其他之外，本发明人已认识到，待解决的一个问题是需要新的和/或替代的监测和诊断分析。在一些示例中，系统质量流和针对这种流的模型被用于提取和监测老化因素，例如燃料喷射器漂移（fuel injector drift）、排气再循环阀阻塞和/或质量空气流量传感器偏差（sensor bias）。

第一说明性和非限制性示例采取系统的形式，所述系统包括：发动机，其包括至少一个汽缸、至少一个燃料喷射器、进气歧管和排气歧管，其中，所述至少一个燃料喷射器被构造成在受燃料喷射器漂移影响的情况下将一定量的燃料喷射到所述汽缸；进气口（airintake），其包括具有入口和出口的质量空气流量（MAF）传感器，所述传感器生成受MAF传感器偏差影响的MAF传感器输出；燃料-空气混合物（FAM）传感器，其具有FAM传感器输出；位于所述进气口和发动机进气歧管之间的节气门（throttle）；各自具有输出的环境压力传感器和环境温度传感器；进气歧管（IM）压力传感器和IM温度传感器，二者构造成相应地感测所述进气歧管处的压力和温度；以及系统监测器，其构造成使用模型以及所述环境压力传感器和所述环境温度传感器的输出来计算以下各项中的每一项：所述MAF传感器下游的第一压力和第一温度；所述排气歧管处的第二压力和第二温度；所述FAM传感器处的第三压力和第三温度；控制器，其构造成使用IM压力和IM温度、所述MAF传感器输出、所述FAM传感器输出、燃料喷射器输出、所述第一压力、所述第二压力和所述第三压力以及所述第一温度、所述第二温度和所述第三温度来计算燃料喷射器漂移和MAF传感器偏差中的每一者。

附加地或替代地，所述系统还可包括涡轮增压器，所述涡轮增压器具有耦接成接收来自所述排气歧管的排气的涡轮机和耦接成向所述节气门提供压缩空气的压缩机；其中，所述系统监测器被构造成计算所述压缩机上游的所述第一压力和所述第一温度。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：记录多个计算出的燃料喷射器漂移值，确定所述燃料喷射器漂移的变化率，以及估计并记录所述燃料喷射器剩余的使用寿命的百分比。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：将计算出的燃料喷射器漂移与阈值比较，以及如果达到所述阈值，则发出维护所述燃料喷射器的警报。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：记录多个MAF传感器偏差值，确定所述MAF传感器偏差的变化率，以及估计并记录所述MAF传感器剩余的使用寿命的百分比。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：将计算出的MAF传感器偏压与阈值比较，以及如果达到所述阈值，则发出维护所述MAF传感器的警报。

附加地或替代地，所述系统还可包括排气再循环（EGR）阀，所述EGR阀构造成使来自所述排气歧管的空气再循环回到所述进气歧管，所述EGR阀能够选择性地在打开位置和关闭位置之间操作并且受流动面积（FEA）减少的影响，其中，所述控制器还被构造成使用所述IM压力和所述IM温度、所述MAF传感器输出、所述FAM传感器输出、所述燃料喷射器输出、所述第一压力、所述第二压力和所述第三压力以及所述第一温度、所述第二温度和所述第三温度来估计所述EGR阀的所述FEA。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：记录多个估计的FEA值，确定所述FEA的变化率，以及估计并记录所述EGR阀剩余的使用寿命的百分比。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：将估计的FEA与阈值比较，以及如果达到所述阈值，则发出维护所述EGR阀的警报。

附加地或替代地，上述系统可被结合到混合动力电动车辆中，该混合动力电动车辆还包括电动机，其中，所述电动机使用混合动力功率分流优化例程来控制，其中，所述车辆被构造成使用所估计的燃料喷射器漂移来更新所述混合动力功率分流优化例程。

第二说明性和非限制性示例采取系统的形式，所述系统包括：发动机，其包括至少一个汽缸、至少一个燃料喷射器、进气歧管和排气歧管，其中，所述至少一个燃料喷射器被构造成在受燃料喷射器漂移影响的情况下将一定量的燃料喷射到所述汽缸；进气口，其包括具有入口和出口的质量空气流量（MAF）传感器，所述传感器生成受MAF传感器偏差影响的MAF传感器输出；燃料-空气混合物（FAM）传感器，其具有FAM传感器输出；高压排气再循环（HPEGR）阀，其在发动机排气歧管处具有输入部，并且在发动机进气歧管处具有输出部，所述HPEGR阀能够选择性地在打开位置和关闭位置之间操作，并且受流动面积（FEA_HPEGR）减少的影响；节气门，其位于所述进气口和HPEGR与所述发动机进气歧管的联接处之间；低压排气再循环（LPEGR）阀，其在排气输出部处具有LPEGR输入部，并且具有耦接到MAF传感器出口的LPEGR输出部，所述LPEGR阀受流动面积（FEA_LPEGR）减少的影响；环境压力传感器和环境温度传感器；进气歧管（IM）压力传感器和IM温度传感器，二者构造成相应地感测所述进气歧管处的压力和温度；系统监测器，其构造成使用模型来计算以下各项中的每一项：所述MAF传感器下游的第一压力和第一温度；所述排气歧管处的第二压力和第二温度；所述FAM传感器处的第三压力和第三温度；控制器，其构造成使用IM压力和IM温度、所述MAF传感器输出、所述FAM传感器输出、燃料喷射器输出、所述第一压力、所述第二压力和所述第三压力以及所述第一温度、所述第二温度和所述第三温度，来计算所述FEA_LPEGR、所述FEA_HPEGR、燃料喷射器漂移和MAF传感器偏差中的每一者。

附加地或替代地，所述系统还可包括涡轮增压器，所述涡轮增压器具有耦接成接收来自所述排气歧管的排气的涡轮机和耦接成向所述节气门提供压缩空气的压缩机；其中，所述系统监测器被构造成计算所述压缩机上游的所述第一压力和所述第一温度。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：记录多个计算出的FEA_LPEGR值，确定所述FEA_LPEGR的变化率，以及估计并记录所述LPEGR剩余的使用寿命的百分比。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：将计算出的FEA_LPEGR与阈值比较，以及如果达到所述阈值，则发出维护所述LPEGR阀的警报。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：记录多个计算出的FEA_HPEGR值，确定所述FEA_HPEGR的变化率，以及估计并记录所述HPEGR剩余的使用寿命的百分比。

附加地或替代地，所述控制器还被构造成：将计算出的FEA_HPEGR与阈值比较，以及如果达到所述阈值，则发出维护所述HPEGR阀的警报。

另外的说明性示例可包括其中结合第一或第二说明性、非限制性示例（及其变体）的车辆和/或操作如第一和第二说明性、非限制性示例中所述的系统的方法。第三说明性、非限制性的示例采取方法的形式，所述方法操作包括发动机的系统，所述发动机具有进气歧管、排气歧管以及具有受漂移影响的输出的至少一个燃料喷射器，所述系统还包括受偏差影响的质量空气流量（MAF）测量装置和燃料-空气混合物（FAM）测量装置；所述方法包括：使用MAF装置的输出来计算进入到所述进气歧管中的质量流量；使用所述FAM测量装置来观察离开所述排气歧管的燃料与空气的比率；确定来自所述燃料喷射器的预期燃料量；确定所述进气歧管中的压力；使用所述比率和所述压力，来估计所述燃料喷射器的所述漂移；以及使用所述比率和所述压力，来估计所述MAF装置的所述偏差。

附加地或替代地，所述方法可在系统中执行，所述系统还包括排气再循环（EGR）阀，所述EGR阀具有指示所述EGR阀的阻塞程度的有效面积系数（factor of effectivearea，FEA），所述阀由控制信号控制，所述方法还包括：使用所述比率、所述压力和所述EGR阀的所述控制信号的值，来估计所述EGR阀的所述FEA。

附加地或替代地，估计所述燃料喷射器的所述漂移和估计所述MAF装置的所述偏差的步骤还包括使用所述EGR阀的所述控制信号的所述值。

附加地或替代地，所述方法还可包括确定所估计的漂移、偏差或FEA中的至少一者已越过阈值，并且传达对所述系统的维修的需求。

此概述旨在提供对本专利申请的主题的介绍。其不意在提供排他性或详尽的解释。包括具体实施方式以提供关于本专利申请的进一步的信息。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相似的附图标记可在不同视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大致图示了本文中论述的各种实施例。

图1示出了操作控制系统的模型；

图2以示意性形式示出了说明性的发动机；

图3示出了说明性的阀；

图4示出了说明性的流测量装置；以及

图5-8以框图形式示出了说明性的方法。

具体实施方式

图1示出了操作控制系统的模型。控制设备以100示出，并且包括状态观察器102，该状态观察器102将一组当前状态变量馈送到低级控制器104。该低级控制器104计算可应用于一组致动器112的过程参数的解，该致动器112继而控制物理设备114的操作。该物理设备114可以是例如但不限于内燃机，无论是柴油还是汽油的内燃机。该组致动器112可控制例如但不限于燃料或其他喷射器、可变喷嘴涡轮位置、发动机制动、后处理（包括排气）、节气门位置、排气再循环（EGR）阀、电动机（例如在电动涡轮增压器中，其可通过脉宽调制（PWM）控制）、废气门（WG）位置、增压空气冷却器功能、再循环阀的位置、可变压缩机几何致动器的位置；以及系统中的其他阀、喷嘴和部件。

设置多个传感器116。传感器116可包括例如但不限于检测歧管绝对压力（MAP）、质量空气流量（MAF）、EGR压力、流量和温度、涡轮速度、NOx、发动机速度、燃料量、增压压力等的传感器。附加的受监测参数可包括例如电动涡轮增压器的电动机的扭矩输出、废气门（WG）标准化开度、再循环阀（RCV）标准化开度和/或可变几何压缩机位置和构造。在一些示例中，传感器116还可感测用户输入，例如制动或加速踏板上的压力和/或方向盘位置（以及对其的改变）。传感器116可被构造成对被感测的基础参数采样并且将这些采样的结果提供给状态观察器102。状态观察器102可随时间记录传感器输出和致动器位置，以提供系统操作的历史。

状态观察器102和低级控制器104例如可在微控制器中实现，该微控制器构造成根据一组存储指令操作，以便执行状态观察和优化例程。在另一个示例中，专用集成电路（ASIC）可提供状态观察器功能，其可包括捕获或累积来自致动器112和/或传感器116的数据，这些数据又可由微控制器周期性地读取。低级控制器104可构造有电路、逻辑和/或存储的指令集，以用于使用例如模型预测控制（MPC）成本函数、线性二次型调节器（LQR）控制、比例积分微分（PID）控制或其他控制方法来执行控制和/或优化计算。

低级控制器104可被集成到车载诊断系统（未示出）中或与之分开提供，该系统可用于记录诊断变量并根据需要将它们呈现给用户或存储以供以后分析。低级控制器104被示出为操作性地链接到整个发动机控制单元（ECU）120。示出了分开的块102、104和120，然而，应当理解的是，如果需要，可将该架构集成到单个处理器或微控制器中。可为一些设计限定附加的块，例如包括健康监测器或环境控制监测器。在其他示例中，可根据需要为每个块102、104和120提供单独的ASIC、状态机、微控制器或微处理器。所示的各种块可通过电气和/或通信耦接器操作性地连接，所述耦接器例如包括控制器局域网总线。

由低级控制器104计算的控制解用于产生一个或多个输出，这些输出又用于控制致动器112以操作物理设备114。一般而言，目的可以是最小化操作变量与可控输出或物理设备操作特性的一个或多个目标输出值的距离。例如，目标可以是目标涡轮增压器速度、目标增压压力、压缩机上的目标压差、目标空气质量流量、目标气体组分中的任何一者，或者其组合。利用MPC功能，与该一个或多个输出值（或所得的操作特性）的目标或参考值的距离被最小化，从而优化了性能。作为示例，MPC成本函数的形成可如方程1中所示：

其中u

在另一个示例中，可使用PID控制方法来解释与目标操作点的比例、积分和微分差中的每一个。PID控制的目标操作点可使用单个值，例如压缩机增压压力，或者可使用多个值，例如压缩机速度和压缩机增压压力，同时控制其他因素（例如，致动器位置），来指导操作以维持这样的目标。比例差可指示当前状态，积分差可识别随时间的过程偏移，并且导数差可指示操作变化的方向。利用PID控制，在监测的同时最小化比例差，以确保积分和微分差不会指示性能变化，这可能在进一步迭代后使比例差增加。对于PID控制器，输出到致动器112的控制参数被调整以在迭代的基础上减小或最小化实际性能与一个或多个目标的距离。PID控制可结合多个不同的目标操作特性。例如，低级控制器104可使用PID控制来代替MPC。如果需要，可替代地使用LQR控制，从而应用类似的概念。

状态观测器102、低级控制器104或ECU 120可依赖于考虑到发动机的不同特征的发动机模型，以估计发动机中不同位置处的温度和压力。为了促进上面提到的控制方法（PID、MPC和/或LQR），可使用通常在例如在测试站处的良好控制的条件下开发和验证的模型，随着时间的推移生成和跟踪估计的压力和温度，以及在限定的时间范围内预测未来。特定模型将随着特定的发动机构造而异，并且术语可能因制造商而异。然而，一般而言，因此可获得估计的压力和温度的值以用于下面论述的说明性方法中。如本文所使用的，“系统监测器”是跟踪和建模此类推断值的状态观察器102、低级控制器104或ECU 120（或单独的控制器，如果提供）中的任何一者。

图2以示意性形式示出了说明性的发动机。系统200包括发动机210，其具有（空气）进气歧管212和排气歧管214以及多个汽缸。发动机汽缸接收由燃料喷射器216输入的燃料。每个燃料喷射器216适于为气缸的每个循环（通常）提供可变的燃料充量。提供的燃料量由控制信号确定。燃料喷射器216随着时间的推移老化，并且经受燃料喷射器漂移的影响，这反映了输送的燃料量相对于由控制信号预测的量的变化。

相当详细地示出了发动机系统200的空气系统。环境空气被空气过滤器220接收并过滤以去除微粒，空气过滤器220随后是质量空气流量（MAF）传感器222。MAF传感器222确定进入该系统的质量流量。由MAF传感器222报告的测量结果受到偏差的影响，该偏差受部件容差、老化和/或MAF传感器222中的阻碍的影响。例如，随着时间的推移，微粒可能会积聚在MAF传感器中和/或MAF传感器的老化可能会改变其特性。

如本文所用的，当空气通过元件时，空气通过元件之前的位置被称为“上游”，而空气通过元件后的位置被称为“下游”。例如，如所示，空气通过空气过滤器220，并且随后通过MAF传感器222，因此空气过滤器220在MAF传感器222的上游，而MAF传感器222在空气过滤器220的下游。可感测环境空气状态，以确定例如但不限于环境空气压力、温度和湿度。

在所示示例中，通过MAF传感器222的空气到达三通低压EGR（EGR_LP）阀262，其进一步的细节在下面提供。从EGR_LP阀262出来的空气被供给到涡轮增压器224，该涡轮增压器224包括压缩机226和涡轮机228。使用涡轮机228所获得的扭矩，压缩机226将压缩空气，从而提高其压力和温度，这也可被称为增压空气。为了提高发动机210的效率（并限制极端温度），空气随后在230处通过增压空气冷却器（CAC）。CAC 230的下游是以232示出的可调整节流阀（ACV）。ACV 232用作系统200中的节气门。

该系统被示出为包括再循环阀（RCV）234，其允许离开压缩机226的增压空气再循环回到压缩机226的进气口。RCV被包括用于各种目的，主要是为了防止当在压缩机226以高速旋转的情况下ACV 232（节气门）被关闭时可能出现的喘振。如果其出现，则喘振状况会导致空气反向流动通过压缩机226，并可能损坏压缩机226或其他部件。一些示例可能会省略RCV 234，并且将其包含在图中并不限于此特定构造。使用环境空气状态（温度、压力和/或湿度）、MAF传感器222的输出、RCV 234的位置和EGR_LP阀262的位置，压缩机226上游的位置1处的压力和温度可被建模并且通常将由系统监测器跟踪。

通过ACV 232的空气到达进气歧管212。另一组传感器，例如温度和压力传感器（或例如，测量空气的成分的其他传感器）可被设置在进气歧管212处，标记为位置2，如图所示。空气进入发动机210的气缸，在那里发生燃烧。在燃烧之后，现在与燃料（其中至少一些已燃烧）混合的空气在排气歧管214处离开发动机。如所示，位置3处的压力和温度可由系统监测器使用位置2处的测量状态以及发动机速度和燃料喷射参数来建模或推断，其中发动机速度由公知的磁测量装置测量，并且燃料喷射由燃料喷射器216的控制信号获得。

来自排气歧管214的排气被引导回到涡轮增压器224并为涡轮机228供能。当排气通过涡轮机228时，涡轮机旋转并驱动压缩机226。如果需要，涡轮增压器224的涡轮机228和/或压缩机226可包括可变几何形状。例如，涡轮机228可以是可变喷嘴涡轮机（VNT）。可选地，可提供电动机（E-Turbo）以增强涡轮增压器224的操作，特别是在低发动机速度下，其中涡轮机228可能未提供足够的力来驱动压缩机226以充分地增压气流。在其他实施例中，涡轮增压器224可被省略，或者如果需要，并且如本领域中已知的那样，其可被增压器替代或增强。

如以240指示的，设置了高压排气再循环系统（EGR_HP）。EGR_HP包括可控阀，其允许排气再循环回到进气歧管212。EGR的使用在本领域中通常公知为允许将惰性气体引入到发动机的燃烧室中。在柴油发动机的背景下，EGR可用于减少某些对环境有害的排放物，特别是一氧化二氮（NOx）。EGR还可用于汽油发动机中，以减少节流或泵送损失和/或发动机爆震。

通过阀的流的面积可通过有效面积系数（FEA）来缩放。例如EGR_LP阀262和EGR_HP240的阀随着时间的推移会经受阻塞并最终堵塞，因为排气中的颗粒物质积聚减少了气体可流过的面积。FEA表示这种有效流动面积的减少。积聚的材料还可能损害使阀240、262响应于电命令信号而移动的阀致动器的能力。

废气门（WG）以246示出。WG 246在某些情况下允许排气绕过涡轮机228，例如用于防止涡轮增压器224的超速。WG 246是出于说明目的而被包括，并且可被省略。例如，当VNT被用作涡轮机228时，通常省略WG 246。涡轮增压器224的速度可被测量，并且使用涡轮机速度228和几何形状以及EGR_HP和WG 246的位置、位置4处的温度和压力，将在位置3处建模的温度和压力用作附加输入。

设置燃料-空气混合物（FAM）传感器250以感测离开涡轮机228之后的排气中的状态。该FAM传感器可包括例如但不限于宽带型排气氧（UEGO）传感器、含氧传感器（Lambdasensor）和/或氧传感器。在一些示例中，FAM传感器250被构造成输出相对于空气-燃料过量系数（air-fuel equivalence ratio）的测量结果，其通常用符号Lambda（λ）表示，并且测量排气中的氧气（O2）的比例。位置5处的压力和/或温度可使用各种系统部件的已知几何形状以及针对位置4计算的压力和温度以及其他数据输入来建模。

如所示的系统包括后处理块，以270图示。后处理块270可包括一个或多个排气处理装置。例如，对于柴油发动机，选择性催化还原过滤器或贫NOx捕集器（LNT）装置可用于捕获NOx排放物，其他柴油氧化催化（DOC）过滤器可用于捕获碳氢化合物和一氧化碳，并且柴油颗粒过滤器（DPF）可用于捕获颗粒物质。例如，汽油发动机可包括催化转化器。在其他示例中，例如如果发动机210用于与其他燃料一起使用，则可使用不同的排气处理装置。可在后处理块270之间设置一个或多个附加传感器，例如温度和/或压力传感器，以及任何其他期望的传感器（例如，排放物和/或微粒传感器），以在经由消声器274离开之前感测排气。

在图2的示例中，设置了第二EGR路径。EGR_AC以260示出，并且包括在进入到低压EGR（EGR_LP）之前冷却再循环气体的热交换器，以262示出。EGR_LP 262是由电动致动器控制的阀。EGR_LP 262受到物质在其中积聚的影响，这与EGR_LP 240非常相似（尽管此时系统中的气体将具有少得多的颗粒物质，但仍可能出现堵塞）。在该示例中，EGR_LP 262为三通阀，如由其致动器控制的，在其增加排气再循环的同时，其减少新鲜空气的进入，并且反之亦然。

图3示出了说明性的阀。所示的说明性的阀可用于系统中的任何位置，但是其反映了可用于例如上面示出的低压或高压位置的常见EGR阀设计。其他阀设计，例如蝶阀，也可用于此类应用中。三通阀可用于某些实施方式中，例如用于LP_EGR，如上面的图2中所示。对于图3中所示的示例，阀壳体300在302处具有暴露于排气流的开口。柱塞304在致动器306的控制下可向上或向下移动，从而允许如308所示的排气通过开口310再循环到系统进气侧。该倾向是用于阻碍材料积聚在柱塞304周围和/或积聚在暴露于排气的开口302处。随着时间的推移，阻塞材料减少了供气体流动的可用面积，即FEA减少，从而即使当柱塞304从302处的开口缩回时也会减少流量。

对于图3中所示的阀或任何其他阀设计，随着时间的推移，气体的通过可能会受堵塞或结垢的阻碍。此类装置的FEA表明有多少原始流动面积保持未受阻碍。随着FEA降低，阀停止提供期望程度的流动和/或可能不再按命令致动。此外，系统控制确定EGR阀位置所依靠的EGR流量模型变得有偏差。最后，必须清洁或更换阀。因此，FEA是出于维护目的测量或以其他方式确定的有用变量。

图4示出了可用作质量空气流量（MAF）传感器的流量测量装置。管400在其内具有热线风速计测量装置，其具有细丝402，该细丝402具有跨电连接器410、412施加的电流或电压。在模拟应用中，惠斯通电桥（Wheatstone bridge）电路可被耦接到连接器410、412，以监测通过细丝402的电信号所遇到的电阻变化。此类变化反映了流过管400的气体406的质量。具有其他设计的其他流量测量装置也是已知的，例如包括流动阻碍测量装置，例如文丘里管、孔板和/或喷嘴装置。

再次参考图2中的系统，若干部件会随着时间的推移而经受老化。可能影响系统性能并需要维护的老化因素可包括MAF传感器偏差，其中MAF传感器所生成的测量结果变得不准确。另一个老化因素是每个EGR阀的FEA，它会影响相对于预期流量的质量流量，这是因为气体可流过的开口变得狭窄。再一个老化因素是燃料喷射器漂移，其中喷射的实际燃料量相对于预期值发生变化。如果这些变化/偏差没有被检测和补偿，则可能会存在系统性能的损失，例如排放的变化。针对这些项目中的每一个的维护可能包括清洁、修理或更换中的任何一者。

在系统级别，在一个示例中，如上面的图2中所示的系统包括用于质量流量、温度和压力的多个可用内部测量装置，并且除了如图所示的有意的输入和输出外，通常相对于大气是密封的。该系统还可由其制造商（或其他人/实体）建模，以允许通过推断和通过参考已知的致动器位置和其他测量结果来估计压力和温度。在系统密封的情况下，流入和流出系统的质量流量必须相等。在没有泄漏的情况下，通过MAF传感器222的空气输入的质量加上由燃料喷射器216输入的燃料必须等于经由消声器274离开的质量。然而，如所述，MAF传感器222和燃料喷射器216分别经受偏差和漂移的影响。在该系统内，至少就质量流量而言，存在至少两个高度关注的附加因素，即：EGR阀242、262中的每一个的FEA。一个说明性示例将这些因素的分析结合在一起，从而使得能够实现对多个部件的新的和创新的分析，从而允许优化系统维护、操作和健康。更具体而言，以下示例示出了如何可使用可用的系统测量装置和建模来确定MAF传感器漂移、燃料喷射器漂移和EGR阀的功能操作中的每一者。

在进气歧管处进入到发动机中的总质量流量可与系统空气输入处测得的质量流量和EGR质量流量相关联为{W

接下来，进入到发动机中的总质量流量W

其中：

p

p

p

p

C

A

A

函数Ψ是每个EGR阀的非线性流函数（在方程1中，引用了单个Ψ函数；如果两个阀具有不同的几何形状/设计，则可能有两个分开的函数Ψ

T

R是特定气体常数。

在上下文中，FEA估计C

发动机进气歧管处的质量流率将EGR_HP流量与节气门（图2中的ACV 232）的流量耦合，并且可根据方程3理解：

(ACV) W

然后，可根据质量流量来计算进气歧管压力的变化率，如方程4中所示：

其中，κ是空气的等熵指数，V

除了从组合的节气门和高压EGR进入到发动机中的质量流量之外，燃料喷射器通过在每个气缸中喷射一定量的燃料来进一步增加质量输入。在发动机的下游，在排气中，FAM传感器（图2中的250）提供对逸出系统的排气中的质量比的测量。燃料喷射器的输出受漂移b

其中，λ(t)是FAM传感器对空燃比的测量结果，W

将上述方程结合在一起，可使用离散时间动力学的标准EKF方法来构建扩展卡尔曼滤波器（EKF）离散时间动力学的构造，也就是说，在离散数学中，x

并且状态矢量可定义为：

各自提供对MAF传感器偏差、燃料喷射漂移和EGR FEA的测量的两个流量模型以及一个测量压力模型产生：

这里，y

上述示例包括针对具有EGR_HP和EGR_LP两者的系统的输入和分析。一些示例可省略EGR流动路径中的一个或另一个。作为示例，柴油发动机可省略LP_EGR，而汽油发动机可省略HP_EGR。在其他示例中，两个EGR阀路径都可包括在汽油、柴油或其他燃料发动机中。如果是这样，则上述方程以相同的方式应用，除了以零代替无论哪个被省略的路径的EGR质量流量。

一旦计算出来，这些值中的一个或多个随后就可被记录在车载存储器中和/或从车辆传送到外部数据库，例如车队信息的中央存储库或制造商的数据库。还可做出各种决定，如图5-8中所示。

图5示出了本文公开的方法和系统的第一示例性应用。方法500包括在502处构造初始矢量和系统输入。例如，步骤502可包括获得和/或输入关于使用中的系统部件的信息，包括MAF传感器、EGR阀的构造、发动机进气歧管、UEGO和燃料喷射器的尺寸/体积。该方法包括在发动机的操作期间执行系统监测功能，如504处所示。监测功能504包括在发动机操作时获得与压力和温度传感器、MAF传感器的输出以及EGR阀和燃料喷射器的设置相关的数据，以及使用模型推断和跟踪系统中各个点处的压力和温度。

接下来，如506处所示，该方法获得估计的FEA，或者多于一个估计的FEA。例如，在506处获得的估计的FEA可以是EGR阀的估计的FEA，无论是高压还是低压。然后，将估计的FEA与阈值比较，如508处所示，其中在一些示例中，该阈值设置FEA的下限。例如，该阈值可要求估计的FEA指示不超过可用流动面积的某个预定百分比（50%、60%、70%、80%、90%、95%或其他值）被阻塞。如果在508处越过阈值，则系统在510处设置维护的标志。步骤510可简单地包括在存储器中存储或更新值，或者可替代地通知维护的需要，例如通过点亮检查发动机灯或向用户激活另一警报。例如，步骤510还可或替代地包括从车辆或系统向车队的中央储存库或OEM数据库发出通信。该维护例如可包括清洁或更换一个或多个部件。

如果在块508中FEA没有指示立即需要维护，则该方法可返回到块502并等待下一次迭代。例如，块504中的监测功能可间隔执行，例如每秒、每分钟、每小时或每天一次，或者每个行程一次或多次。在一些示例中，该系统还可确定FEA的变化率，如块512处所示。如果估计的FEA的变化率超过另一个阈值，则这可能会再次提示维护的标志。该变化率也可用于估计EGR阀的剩余使用寿命，如514处所示。该剩余使用寿命可通过与中央存储库通信或在维护访问期间报告，并可用于安排维护。

在整个过程中存储的值，包括FEA估计，也可出于故障排除的目的而存储。在维护访问时，车辆系统可通过耦接到发动机控制单元来电子轮询，以下载在操作期间生成的诊断故障代码（DTC）。存储的FEA估计可用于帮助判定或排除报告的DTC的潜在根源原因。此外，如果系统中包括健康监测器，则系统健康监测器可使用记录的FEA信息而使用2020年8月31日提交的题为“HEALTH CONSCIOUS CONTROLLER”的美国专利申请序号17/008,076中公开的方法和系统，来优化或调整发动机性能和操作。

图6示出了本文公开的方法和系统的另一个示例性应用。方法600包括在602处构造初始矢量和系统输入。例如，步骤602可包括获得和/或输入关于使用中的系统部件的信息，包括MAF传感器、EGR阀的构造、发动机进气歧管、UEGO和燃料喷射器的尺寸/体积。然后，该方法在发动机的操作期间执行系统监测功能，如604处所示。系统监测功能604包括在发动机操作时获得与压力和温度传感器、MAF传感器的输出以及EGR阀和燃料喷射器的设置相关的数据，以及使用模型推断和跟踪系统中各个点处的压力和温度。

接下来，如606处所示，该方法获得估计的MAF传感器偏差。然后，将在606处获得的估计的MAF传感器偏差与阈值比较，如608处所示，其中在一些示例中，该阈值设置MAF传感器偏差的上限。例如，该阈值可要求估计的MAF传感器偏差表明与标称或初始校准值相比，或者相对于预期或估计的老化趋势（也就是说，在可用的程度上，相对于为MAF传感器本身开发的MAF传感器偏差的模型）不超过某个预定的变化量，例如1%到30%，或者更多或更少。如果在608处越过阈值，则系统在610处设置维护的标志。步骤610可简单地包括在存储器中存储或更新值，或者可替代地通知维护的需要，例如通过点亮检查发动机灯或向用户激活另一警报。例如，步骤610还可或替代地包括从车辆或系统向车队的中央储存库或OEM数据库发出通信。该维护例如可包括清洁或更换一个或多个部件。

如果在块608中MAF传感器偏差没有指示立即需要维护，则该方法可返回到块602并等待下一次迭代。例如，块604中的监测功能可间隔执行，例如每秒、每分钟、每小时或每天一次，或者每个行程一次或多次。在一些示例中，该系统还可确定MAF传感器偏差的变化率，如块612处所示。如果估计的MAF传感器偏差的变化率超过另一个阈值，则这可能会再次提示维护的标志。该变化率也可用于估计MAF传感器的剩余使用寿命，如614处所示。该剩余使用寿命可通过与中央存储库通信或在维护访问期间报告，并可用于安排维护。

图7示出了本文公开的方法和系统的另一个示例性应用。方法700包括在702处构造初始矢量和系统输入。例如，步骤702可包括获得和/或输入关于使用中的系统部件的信息，包括MAF传感器、EGR阀的构造、发动机进气歧管、UEGO和燃料喷射器的尺寸/体积。然后，该方法在发动机的操作期间执行系统监测功能，如704处所示。系统监测功能704包括在发动机操作时获得与压力和温度传感器、MAF传感器的输出以及EGR阀和燃料喷射器的设置相关的数据，以及使用模型推断和跟踪系统中各个点处的压力和温度。

接下来，如706处所示，该方法获得估计的燃料喷射器漂移。然后，将在706处获得的估计的燃料喷射器漂移与阈值比较，如608处所示，其中在一些示例中，该阈值设置燃料喷射器漂移的上限。例如，该阈值可要求估计的燃料喷射器漂移表明与标称或初始校准值相比，或者相对于燃料喷射器本身的劣化/漂移模型（在这样的模型可用的程度上），不超过某个预定漂移量，例如1%到30%，或者更多或更少。如果在708处越过阈值，则系统在710处设置维护的标志。步骤710可简单地包括在存储器中存储或更新值，或者可替代地通知维护的需要，例如通过点亮检查发动机灯或向用户激活另一警报。例如，步骤710还可或替代地包括从车辆或系统向车队的中央储存库或OEM数据库发出通信。该维护例如可包括清洁或更换一个或多个部件。

如果在块708中燃料喷射器漂移没有指示立即需要维护，则该方法可返回到块702并等待下一次迭代。例如，块604中的系统监测功能可间隔执行，例如每秒、每分钟、每小时或每天一次，或者每个行程一次或多次。在一些示例中，该系统还可确定燃料喷射器漂移的变化率，如块612处所示。如果估计的燃料喷射器漂移的变化率超过另一个阈值，则这可能会再次提示维护的标志。该变化率也可用于估计燃料喷射器的剩余使用寿命，如614处所示。该剩余使用寿命可通过与中央存储库通信或在维护访问期间报告，并可用于安排维护。

在图5-7中的整个过程中存储的值，包括FEA估计、MAF传感器偏差和/或燃料喷射器漂移，也可出于故障排除的目的而存储。在维护访问时，车辆系统可通过耦接到发动机控制单元来电子轮询，以下载在操作期间生成的诊断故障代码（DTC）。存储的FEA估计、MAF传感器偏差和/或燃料喷射器漂移可用于帮助判定或排除报告的DTC的潜在根源原因。此外，如果系统中包括健康监测器，则系统健康监测器可使用记录的FEA、MAF传感器偏差和/或燃料喷射器漂移信息而使用2020年8月31日提交的题为“HEALTH CONSCIOUS CONTROLLER”的美国专利申请序号17/008,076中公开的方法和系统，来优化或调整发动机性能和操作。

在一些示例中，MAF传感器偏差、燃料喷射器漂移和/或HP或LP EGR的FEA的计算是在发动机系统完全操作的情况下执行的。这样的示例与其中发动机或者发动机的一个或多个部件被禁用的替代方案形成对比。例如，美国专利10,641,214公开了一种诊断EGR状态的方法，例如通过在发动机关闭的情况下迫使空气通过EGR阀来识别堵塞的阀，和/或美国专利10,184,439，其中燃料喷射器性能是通过在发动机怠速期间一次一个地禁用燃料喷射器来确定的。在其他示例中，一个或多个发动机特征可被禁用或以其他方式从普通操作修改，或者可在受控状态下操作，同时执行任何上述分析。

图8示出了混合动力车辆的背景下的示例，其将电力驱动与基于燃料的驱动相结合。在混合动力车辆发动机控制中使用优化，以最大限度地提高燃料效率。随着车辆老化，并且特别是随着燃料喷射器老化，优化模型要么变得不那么准确，要么必须使用例如假设或建模的燃料喷射器漂移来更新。然而，在说明性实施方式中，可应用计算出的燃料喷射器漂移，从而增强优化例程。在图8的示例中，功率分流优化在块802处执行。在内燃机的操作期间，在804处（类似于上述的块504、604和704）执行系统监测功能，并且在806处使用上述方法来估计燃料喷射器漂移。然后，使用估计的燃料喷射器漂移来更新功率分流优化计算中与燃料喷射器操作相关的一个或多个项，如808处所示。例如，可更新当前燃料消耗、累积燃料消耗和/或燃料消耗图。结果是功率分流优化的增强方法。

这些非限制性示例中的每一个都可独立存在，或者能够以各种排列或组合与其他示例中的一个或多个组合。

以上具体实施方式包括对附图的引用，附图构成具体实施方式的一部分。附图通过例示的方式示出了特定的实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。此类示例可包括除所示或所述的那些元件之外的元件。然而，本发明人还设想了仅提供所示或所述的那些元件的示例。此外，本发明人还设想了使用关于特定示例（或者其一个或多个方面）或者关于本文所示或所述的其他示例（或者其一个或多个方面）所示或所述的那些元件（或者其一个或多个方面）的任何组合或排列的示例。在本文中，如在专利文件中常见的，术语“一”或“一个”用于包括一个或多于一个，而独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。此外，在权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并非意在对其对象施加数值要求。

本文描述的方法示例可至少部分地为机器或计算机实现的。一些示例可包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子装置来执行如以上示例中所述的方法。此类方法的实现可包括代码，例如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这样的代码可包括用于执行各种方法的计算机可读指令。所述代码可形成计算机程序产品的一部分。此外，在一个示例中，例如在执行期间或在其他时间，所述代码可有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性的有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可包括但不限于硬盘、可移动磁盘或光盘、磁带、存储卡或记忆棒、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）等。

以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。例如，上述示例（或者其一个或多个方面）可彼此组合使用。可使用其他实施例，例如由本领域普通技术人员在阅读以上描述后使用。

提供摘要以符合37 C.F.R. §1.72(b)，以允许读者快速确定技术公开的性质。其基于以下理解提交，即：其将不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。

此外，在以上具体实施方式中，各种特征可组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意指未要求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，创新的主题可能并非特定公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求特此作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求独立作为单独的实施例，并且预期这些实施例能够以各种组合或排列彼此组合。保护范围应参照所附权利要求以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。