CN100529347C - 根据氧传感器曲线算法得到的微分面积的催化剂状态监控 - Google Patents

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Abstract

用于监控催化转化器中的催化剂状态的控制系统和方法包括控制第一空气/燃料比率。监控来自第一氧传感器的第一信号和来自第二氧传感器的第二信号。控制第二空气/燃料比率。根据第一氧传感器到达第一阈值电压的情况来确定第一时间。根据第二氧传感器到达第二阈值电压的情况来确定第二时间。计算第一与第二时间之间由第一与第二信号限定的微分面积。

Description

根据氧传感器曲线算法得到的微分面积的催化剂状态监控
技术领域
本发明涉及车辆所用的发动机控制系统，尤其涉及监控着催化转化器中的催化剂的状态的诊断系统。
背景技术
催化转化器减少了使用内燃机的车辆中的废气排放。三效催化转化器包括带有催化剂材料涂层的衬底，这些催化剂材料促进了废气中的碳氢化合物和一氧化碳的氧化以及氮的氧化物的减少。当催化剂的温度高于最低水平并且当空气/燃料比率为化学计量时，催化剂作用最佳。化学计量被定义为理想的空气/燃料比率，对于汽油而言为14.7至1。空气/燃料比率被称为“浓”通常与比率低于化学计量有关。类似地，空气/燃料比率被称为“稀”通常与比率高于化学计量有关。
在一种车辆构型中，第一和第二氧传感器位于车辆废气中。第一氧传感器定位于催化转化器的上游位置。第二氧传感器定位于催化转化器的下游位置。这些氧传感器测量废气中的氧含量。一般地，催化转化器的效率基于其在特定时期内保持氧充量的能力。
一种确定催化转化器的效率的方法为测量废气中的氧含量响应于控制空气/燃料比率到达预定阈值所用的时间差。催化转化器的效率与该时间差成比例。更具体而言，随着时间差增加，催化转化器保持氧充量的能力就增加。
在一种方法中，控制了稀空气/燃料比率。对下游氧传感器进行监控并且确定控制时间与阈值时间之间的时间差。该时间差被认为确定了催化转化器保持氧充量的能力。
发明内容
用于监控催化转化器中的催化剂状态的控制系统和方法包括控制第一空气/燃料比率。监控来自第一氧传感器的第一信号和来自第二氧传感器的第二信号。控制第二空气/燃料比率。根据第一氧传感器到达第一阈值电压的情况来确定第一时间。根据第二氧传感器到达第二阈值电压的情况来确定第二时间。计算第一与第二时间之间由第一与第二信号限定的微分(differential)面积。
根据其它特征，控制第一空气/燃料比率包括控制浓空气/燃料混合物，而控制第二空气/燃料比率包括控制稀空气/燃料混合物。监控操作包括监控来自位于催化转化器的排气上游的第一氧传感器的第一信号和监控来自位于催化转化器的排气下游的第二氧传感器的第二信号。
通过阅读随后提供的详细描述，将会清楚了解本发明可适用的其它领域。应当理解，尽管以下详细描述及其特定实例示出了本发明的优选实施例，但它们仅用于示例说明，而并不用于限制本发明的范围。
附图说明
通过以下详细描述和附图，将会更充分地理解本发明，图中：
图1为车辆所用的根据本发明的发动机控制系统的功能模块图；
图2为根据本发明的上游和下游氧传感器的示例性电压对时间曲线；以及
图3为示出了根据本发明的用于监控催化转化器状态的步骤的流程图。
具体实施方式
以下对优选实施例的描述事实上仅为示例性，并且决非用于限制本发明、其应用或用途。在本文中使用时，术语“模块”是指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路或其它提供所述功能的适用部件。
参看图1，示出了示例性的发动机控制系统8。节气门10和燃料系统12控制着通过进气口16输送至发动机14的空气/燃料混合物。点火系统18点燃发动机14内的空气/燃料混合物。由空气/燃料混合物的燃烧所产生的废气通过排气歧管20排出。催化转化器22接收来自排气歧管20的废气并且减少废气的排放水平。
控制模块30与发动机控制系统8的各个部件通讯，包括但不限于节气门位置传感器32(TPS)、燃料系统12、点火系统18、质量空气流传感器36(MAF)和进气歧管空气压力传感器38(MAP)。控制模块30接收来自TPS32的节气门位置信号、来自MAF36的质量空气流信号和来自MAP38的进气歧管空气压力信号。节气门位置信号、质量空气流信号和进气歧管空气压力信号用来确定进入发动机14的空气流。然后利用空气流数据来计算由燃料系统12输送至发动机14的相应燃料。控制模块30还与点火系统18通讯以便确定点火火花定时。氧传感器46和48分别置于催化转化器22上游和下游的排气20中。氧传感器46和48向控制模块30输出表示催化转化器22之前和之后的排气20中的氧含量的信号。
控制模块30可接收来自发动机控制系统8中的其它部件的附加反馈，包括但不限于来自冷却剂温度传感器44的冷却剂温度和来自发动机速度传感器34的发动机速度(RPM)。控制模块30还可接收发动机控制系统8外部的其它信号，包括但不限于来自车辆速度传感器49的车辆速度信号。这些及其它变量可能影响发动机控制系统8的总体性能和行为。控制模块30使用从各种发动机部件收集的数据以便监控和优化发动机性能。在本发明中，实施了诊断控制系统来测量催化转化器22保持氧充量的能力。
参看图2，控制模块30监控着分别由上游氧传感器46和下游氧传感器48传递的上游信号60和下游信号62。信号60和62传递了时间(t)上的电压(V)。电压表示了在上游和下游氧传感器46和48处的排气20中测得的氧含量。本发明所属领域的普通技术人员将会理解，尽管示例的氧传感器46和48为电压传感器，但也可以传递其它信号，如电流信号、数字信号等等，来表示氧含量。
如同将要所述，当上游氧传感器46到达上游阈值电压时，就获得第一阈值电压V1。当下游氧传感器48剧达下游阈值电压时，就获得第二阈值电压V2。第一和第二阈值电压V1和V2通过在第一时间t1控制空气/燃料混合物为浓以及在第二时间t2控制空气/燃料混合物为稀而获得。浓空气/燃料混合物影响上游信号60从第一时间t1到第二时间t2电压开始增加。因此，下游氧传感器48具有产生下游信号62的延迟响应，从第一时间t1到第二时间t2该下游信号62电压增加。
在第二时间t2处，控制稀空气/燃料混合物。从第二时间t2到第四时间t4上游信号60电压减小。下游信号62滞后于上游信号并且在第四时间t4电压减小至第二阈值电压V2。第三时间t3表示第一阈值电压V1而第四时间t4表示第二阈值电压V2。从第三时间t3到第四时间t4计算上游信号60与下游信号62之间的微分面积A。微分面积A表示由催化转化器22在时间(t3至t4)上提供的氧充量(V1至V2)。控制模块30可随后将面积A与表示经过净化器的排放量的预定值及其它表示渐进性能水平的阈值相比较。
继续参看图1和2，并另外参看图3，示出了一种监控催化转化器中的催化剂的状态的方法，其总体标为100。控制从步骤108开始。在步骤110中，控制确定是否允许诊断测试。如果不允许测试，控制就在步骤111处结束。如果允许测试，控制就在步骤112处确定催化转化器22是否已达到操作温度。如果催化转化器22未达到操作温度，则控制返回步骤112。如果催化转化器22足够热，则控制在步骤114中确定车辆速度是否等于零并且发动机14是否在空转。车辆速度可以通过例如车辆速度传感器49来确定。如果车辆速度并不等于零并且/或者发动机14并未空转，则控制返回至步骤114。如果车辆速度等于零并且发动机14在空转，则控制在步骤118中控制第一空气/燃料比率。根据图2中的示例性曲线的第一空气/燃料比率为在时间t1处控制的浓空气/燃料比率。
在步骤120中，监控上游信号60和下游信号62。在步骤122中，控制确定下游信号62是否等于第一阈值电压(V1)。第一阈值电压(V1)为表示下游氧传感器48传递足够高的电压的预定电压。足够高的电压可为表示催化转化器22响应于控制空气/燃料比率的任何适当电压。如果不等于，则控制返回步骤122。在步骤124中，控制第二空气/燃料混合物。根据图2中的示例性曲线的第二空气/燃料比率为在时间t2处控制的稀空气/燃料比率。在步骤125中，控制确定上游信号60是否已达到第二阈值电压V2。如果上游信号60未达到第二阈值电压V2，则控制返回步骤125。在步骤126中，控制确定下游信号62是否已达到第二阈值电压V2。如果下游信号62未达到第二阈值电压V2，则控制返回步骤126。如果下游信号62已达到第二阈值电压V2，则控制在步骤128中计算由上游信号60和下游信号62在时间t3至t4上限定的微分面积。应当理解，尽管在图2的示例性曲线中，示出的上游信号60和下游信号62在时间t4处会聚于第二阈值电压V2，但这两个信号可以不一定必须会聚。
在步骤130中，根据微分面积A确定催化转化器保持氧充量的能力。在步骤131中，禁止测试。然后控制就返回至步骤110。可将微分面积A与表示失效模式的阈值进行比较。在一个实例中，微分面积A可生成通过值或失效值中的一个。失效值可用于开始失效模式或者在车辆8的仪表板(未示出)上照亮。在另一个实例中，微分面积A可用于确定催化转化器的效率或其它操作参数。本发明所属领域的普通技术人员将会理解，在确定催化转化器22的状态时，可以考虑补偿系数。补偿系数可说明各种条件，例如但不限于催化转化器22的温度、发动机14上的负载以及通过排气20的空气流。
图3的方法100提供了从步骤118至131标示的侵入诊断步骤。步骤112和114提供了对催化转化器22和车辆10总体上的操作状态的初步检查。本发明所属领域的普通技术人员将会理解，在开始侵入诊断步骤之前，控制模块30可采用其它更多或更少的初步检查。
根据以上描述，本发明所属领域的普通技术人员现在能够理解，本发明的广义思想能够按照各种形式实现。因此，尽管以上结合其特定实例描述了本发明，但本发明的真正范围不应当被限制于此，因为在研究了附图、说明书和以下权利要求之后，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚其它改型。

Claims (16)

1.一种用于监控用于发动机的催化转化器中的催化剂状态的方法，包括：
确定催化转化器是否达到操作温度；
当催化转化器达到操作温度的时候，确定车辆速度是否等于零以及发动机是否空转；
当车辆速度等于零以及发动机空转时，控制第一空气/燃料比率；
监控来自第一氧传感器的第一信号和来自第二氧传感器的第二信号；
控制第二空气/燃料比率；
根据所述第一氧传感器到达第一阈值电压的情况来确定第一时间；
根据所述第二氧传感器到达第二阈值电压的情况来确定第二时间；以及
计算所述第一与第二时间之间由所述第一与第二信号限定的微分面积；
根据所述微分面积确定催化剂的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述第一空气/燃料比率包括：
控制浓空气/燃料混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中监控操作包括：
监控来自位于所述催化转化器的排气上游的所述第一氧传感器的所述第一信号；以及
监控来自位于所述催化转化器的排气下游的所述第二氧传感器的所述第二信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中监控所述第一信号包括监控一定时期内在所述第一氧传感器处的第一氧含量，并且其中监控所述第二信号包括监控一定时期内在所述第二氧传感器处的第二氧含量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述第二空气/燃料比率包括：
控制稀空气/燃料比率。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述微分面积与阈值进行比较。
7.一种用于监控用于发动机的催化转化器中的催化剂状态的控制系统，包括：
位于催化转化器上游的第一氧传感器，其产生第一信号；
位于催化转化器下游的第二氧传感器，其产生第二信号；以及
控制模块，其监控所述第一和第二信号，其中
确定催化转化器是否达到操作温度；
当催化转化器达到操作温度的时候，确定车辆速度是否等于零以及发动机是否空转；
当车辆速度等于零以及发动机空转时，根据通过所述第一氧传感器获得的第一阈值电压来确定第一时间，
根据通过所述第二氧传感器获得的第二阈值电压来确定第二时间，
计算所述第一与第二时间之间由所述第一与第二信号限定的微分面积；
根据所述微分面积确定催化剂的状态。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述控制模块控制第一空气/燃料比率并随后控制第二空气/燃料比率。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述第一空气/燃料比率为稀。
10.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述第二空气/燃料比率为浓。
11.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述第一和第二氧传感器位于排气中。
12.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述第一和第二氧传感器向所述控制模块传递电压。
13.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述第一时间发生于响应于所述控制模块控制稀空气/燃料比率而使从所述第一氧传感器传递的电压减小期间。
14.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述第二时间发生于响应于所述控制模块控制稀空气/燃料比率而使从所述第二氧传感器传递的电压减小期间。
15.一种用于监控用于发动机的催化转化器中的催化剂状态的方法，包括：
确定催化转化器是否达到操作温度；
当催化转化器达到操作温度的时候，确定车辆速度是否等于零以及发动机是否空转；
当车辆速度等于零以及发动机空转时，控制浓空气/燃料比率；
监控随着时间的第一和第二信号，所述第一信号从位于催化转化器上游的第一氧传感器传递，而所述第二信号从位于催化转化器下游的第二氧传感器传递；
控制稀空气/燃料比率；
根据所述第一氧传感器到达第一阈值电压的情况来确定第一时间；
根据所述第二氧传感器到达第二阈值电压的情况来确定第二时间；以及
计算所述第一与第二时间之间由所述第一与第二信号限定的微分面积；
根据所述微分面积确定催化剂的状态。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
将所述微分面积与阈值进行比较；以及根据所述阈值确定催化转化器是否已保持氧充量足够长的时间。
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