CN101240751B - 催化剂后氧传感器诊断 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及催化剂后氧传感器诊断。一种用于包括催化剂和催化剂后氧气传感器的废气系统的引擎废气传感器诊断系统，包括基于由该催化剂后氧气传感器产生的信号来计算总积分面积的第一模块。第二模块将该总积分面积与阈值积分面积比较，且在该总积分面积小于所述阈值积分面积时产生通过状态信号。

Description

催化剂后氧传感器诊断
技术领域
本发明涉及用于车辆的诊断系统，更具体地涉及催化剂后氧气传感器诊断。
背景技术
在燃烧过程中，汽油被氧化且氢(H)和碳(C)与空气结合。形成各种化学化合物，包括二氧化碳(CO2)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、氧化氮(NOx)、未燃的碳氢化合物(HC)、氧化硫(SOx)及其他化合物。
汽车废气系统包括催化转换器，该催化转换器通过将废气化学地转换成二氧化碳(CO2)、氮(N)和水(H2O)来减少废气排放。废气氧传感器产生一指示废气的氧气含量的信号。入口或催化剂前氧气传感器监测与催化转换器的入口废气流相关联的氧气水平。该入口O2传感器也是将引擎的空气-燃料(A/F)比例维持在支持催化转换过程所需的化学上正确或化学配比的A/F比例的初级反馈机制。出口或催化剂后氧气传感器监测与催化转换器的出口废气流相关联的氧气水平。该后O2传感器信号被用于次级A/F比例控制。
系统诊断要求氧气传感器正常运作。因此，氧气传感器被周期性检查以确保正常运作。常规上，诊断采用侵入式检查来检查传感器的工作。在侵入式检查时，操纵A/F比例并监测传感器响应。然而，这些侵入式检查会增加废气排放与/或导致引擎不稳定、以及车辆操作员会注意到的驾驶性能降低。此外，常规诊断比期望的更为复杂和计算强度大。
发明内容
因此，本发明提供了一种包括催化剂和催化剂后氧气传感器的用于废气系统的引擎废气传感器诊断系统。该引擎废气传感器诊断系统包括第一模块，该第一模块基于由该催化剂后氧气传感器产生的信号来计算总积分面积。第二模块将该总积分面积与阈值积分面积比较，并在该总积分面积小于该阈值积分面积时产生通过状态信号。
在另一特征中，该第二模块在该总积分面积不小于该阈值积分面积时产生失败状态信号。
在其他特征中，该引擎废气传感器诊断系统还包括使该总积分面积标准化(normalize)的第三模块。该总积分面积基于废气气体的平均流量被标准化。或者，该总积分面积基于催化剂前氧气传感器的开关状态被标准化。
在另外其他特征中，该第一模块从该总积分面积扣减与信号反转(signal reversal)相关联的积分面积。相应地，该引擎废气传感器诊断系统还包括第三模块，该第三模块监测所述信号，且在从富足到贫乏(lean)的转变过程中信号超过连续更新的最小信号值时指示信号反转。或者，该引擎废气传感器诊断系统还包括第三模块，其中该第三模块监测信号，且在从贫乏到富足的转变过程中信号低于连续更新的最大信号值时指示信号反转。
通过在下文中提供的详细描述，将显而易见本发明的其他应用范围。应理解，尽管示出了本发明的优选实施例的该详细描述和具体示例，其目的仅仅是用于说明而非旨在限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，可以更全面地理解本发明，附图中：
图1为引擎系统的功能性方框图，该引擎系统包括一执行本发明的催化剂后氧气传感器诊断的控制模块；
图2为示出由催化剂后氧气传感器产生的示例性信号的曲线图；
图3为示出依据本发明的催化剂后氧气传感器诊断的示例性氧气传感器信号的曲线图；
图4为示出依据本发明的催化剂后氧气传感器诊断的反转冻结(reverse freezing)的曲线图；
图5为示出由催化剂后氧气传感器诊断执行的示例性步骤的流程图；以及
图6为执行催化剂后氧气传感器诊断的示例性模块的功能性方框图。
具体实施方式
对优选实施例的下述描述在本质上仅仅是示例性的，且不旨在限制本发明及其应用或使用。为了清楚，在图中使用相同的参考符号来表示相同的元件。如本文所使用的，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或者分组)和存储器、组合逻辑电路、与/或提供所述功能性的其他合适部件。
现在参考图1，引擎系统10包括引擎12、废气系统14和控制模块16。空气通过节流阀17和进气歧管18被吸入引擎12，并与引擎12内的燃料混合。空气和燃料混合物在汽缸(未示出)内燃烧以产生驱动扭矩。通过燃烧产生的气体通过废气歧管19和废气系统14离开引擎。废气系统14包括催化转换器22、下文中称为前O2传感器24的催化剂前或入口氧气传感器24、以及下文中称为后O2传感器26的催化剂后氧气传感器26。废气气体在催化转换器22内被处理且排放到空气中。
前O2传感器24和后O2传感器26产生各自的电压信号，这些电压信号传递到控制模块16。前O2和后O2传感器信号分别指示进入和离开催化转换器22的废气的氧气含量。控制模块16与燃料系统(未示出)通信以基于传感器信号来调节到引擎12中的燃料流量。
现在参考图2，后O2传感器26典型地为窄范围“开关”传感器。电压输出信号是由该传感器基于通过其的废气气体的氧气含量而产生的。从图2可以最好地看出，由正常或运行的传感器产生的氧气传感器信号基于废气气体的氧气含量而变化。故障的氧气传感器的最常见特征为迟钝或缓慢的响应。例如，对于故障的氧气传感器，信号从富足到贫乏与/或从贫乏到富足的转变所需的时间量增加。
现在参考图3，本发明的催化剂后氧气传感器诊断通过计算在从富足到贫乏与/或从贫乏到富足的转变期间该传感器的电压信号(VPO2)以上或以下的积分面积(IA)，来监测后O2传感器26的性能。当信号转变速度减小时，IA增加。将IA与阈值IA(IATHR)比较以确定该信号是否已经恶化得使得后O2传感器26应维修或更换。
优选地在非侵入式动作过程中来执行该催化剂后氧气传感器诊断。例如，可以在减速燃料切断(deceleration fuel cut-off，DFCO)操作过程中执行该诊断，在该过程中，由于车辆减速过程中到汽缸的燃料切断，信号从富足转变为贫乏。类似地，可以在信号从贫乏转变为富足的非侵入式操纵过程中执行该诊断。然而还预期，可以通过根据期望而侵入式地命令从贫乏到富足或富足到贫乏的转变，来执行该诊断。
分别计算第一电压V1和第二电压V2和信号到达相应电压的时间t1和t2之间的IA。基于对催化剂后氧气传感器和催化转换器状态的多种组合的贫乏(例如，在DFCO期间)和富足转变的初级数据分析，来选择V1和V2。例如，该初级数据包括使用下述组合而收集到的数据：良好(即，正常运作的)催化剂后氧气传感器与良好催化剂的组合、良好催化剂后氧气传感器与不良(即，不正常运作的)催化剂的组合、不良催化剂后氧气传感器和不良催化剂的组合、以及不良催化剂后氧气传感器和良好催化剂的组合。选择对于催化剂后氧气传感器的失效最为敏感且同时对催化转换器状态最不敏感的电压。分别选择用于从富足到贫乏的转变和从贫乏到富足的转变的电压。
现在参考图4，催化剂后氧气传感器实施一反转冻结程序(reversefreezing routine)以滤除信号转变过程中的不良数据。在某些情形中，信号在转变过程中可以临时反转。例如，对于从富足到贫乏转变的情形中，如图4所示，信号可以在与转变方向相反的方向上临时增大或形成尖峰。更具体而言，由于信号在该转变过程中减小，最小电压(VMIN)持续被更新。如果该信号反转(即，大于VMIN)，则发生了反转。因此催化剂后氧气传感器诊断忽略在该信号反转的时间(tREV)内该信号下方的面积。IA计算成可使用的或有效的积分面积(例如，IAX和IAY)之和。对于从贫乏到富足转变的情形，信号在转变过程中增大。因此，这种情况下，最大电压(VMAX)持续被更新，如果信号低于VMAX则发生反转。
催化剂后氧气传感器诊断还实施对积分参数的标准化程序。更具体而言，计算标准化的IA(IANORM)，将该IA与IATHR比较。在一个特征中，基于在从富足到贫乏和从贫乏到富足的转变开始时的平均废气流量来标准化IA，以减小在转变开始时平均废气流量变化引起的IA变化。下述方程被用于基于平均废气流量的标准化：
IANORM＝(IA)(EAVG)T
其中EAVG为平均废气流量。系数T为基于使用自动化工具来支持的最小二乘统计方法所确定的校准值，该自动化工具允许系数的多个未标准化数据输入和标准化输出。基于转变是从富足到贫乏还是从贫乏到富足，来提供T的不同值。在另一个特征中，基于在从富足到贫乏和从贫乏到富足的转变期间前O2传感器24的开关速率(例如，600至300mV)来标准化IA。下述方程用于基于平均废气流量的标准化：
IANORM＝(IA)(SR)T
其中SR为前O2传感器24的开关速率，系数T为按照与上述类似的方式确定的校准值。
现在参考图5，描述本发明的催化剂后氧气传感器诊断所执行的示例性步骤。在步骤500，控制确定是否使能该催化剂后氧气传感器诊断。例如，如果将发生非侵入式燃料转变(例如，DFCO)，则使能该诊断。然而可以理解，可以在任何认为适当的时间使能该诊断，以及可以使用侵入式燃料转变来使能该诊断。如果诊断未被使能，则控制回路返回。如果诊断被使能，则在步骤502，控制确定该燃料转变是否为从富足到贫乏。如果转变为从富足到贫乏的转变，则控制在步骤504继续。如果转变不是从富足到贫乏的转变，则控制在步骤506继续。
在步骤504，控制监测VPO2。在步骤508，控制更新VMIN。在步骤510，控制确定VMIN是否超过VPO2。如果VMIN超过VPO2，则信号反转发生了且在该时间内VPO2下方的面积不应被考虑。因此，控制在步骤512更新tREV且回路返回到步骤504。如果VMIN不超过VPO2，控制在步骤514确定VPO2是否等于V2。如果VPO2不等于V2，则控制回路返回到步骤504。如果VPO2等于V2，则控制在步骤516继续。
在步骤506，控制监测VPO2。控制在步骤518更新VMAX。在步骤520，控制确定VMAX是否小于VPO2。如果VMAX小于VPO2，则信号反转已发生且在该时间内VPO2下方的面积不应被考虑。因此，控制在步骤522更新tREV且回路返回到步骤506。如果VMAX不小于VPO2，控制在步骤524确定VPO2是否等于V1。如果VPO2不等于V1，则控制回路返回到步骤506。如果VPO2等于V1，控制在步骤516继续。
在步骤516，控制确定IANORM。控制在步骤526确定IANORM是否小于IATHR。如果IANORM小于IATHR，则控制在步骤528指示后O2传感器26的通过(PASS)状态且控制结束。如果IANORM不小于IATHR，则控制在步骤530指示后O2传感器26的失败(FAIL)状态且控制结束。
现在参考图6，描述执行本发明的催化剂后氧气传感器诊断的示例性模块。该示例性模块包括反转冻结模块600、IA计算模块602、IA标准化模块604以及比较器模块606。反转冻结模块600监测VPO2并将VPO2值发送到IA计算模块602。更具体而言，反转冻结模块600滤除与反转时间段(tREV)相对应的任何VPO2值。
IA计算模块602基于由反转冻结模块600发送的VPO2值来计算IA。IA标准化模块604基于IA确定IANORM。更具体而言，IA标准化模块604基于T以及EAVG与/或SR来标准化IA，其中T基于转变类型选自预存储值。比较器模块606比较IANORM和IATHR，并基于其产生通过或失败信号。更具体而言，如果IANORM小于IATHR，比较器模块606产生通过信号，且如果IANORM不小于IATHR，比较器模块606产生失败信号。
本领域技术人员基于前述描述现在可以理解，本发明的广泛教导可以按各种形式来实施。因此，尽管已经结合本发明具体示例来描述本发明，但是本发明的真实范围不应如此受限，因为本领域技术人员在研究附图、说明书和权利要求之后可以显而易见其他改进。

Claims (23)

1.一种用于包括催化剂和催化剂后氧气传感器的废气系统的引擎废气传感器诊断系统，包括：
第一模块，基于由所述催化剂后氧气传感器产生的信号来计算总积分面积；以及
第二模块，将所述总积分面积与阈值积分面积比较，且在所述总积分面积小于所述阈值积分面积时产生通过状态信号。
2.如权利要求1所述的引擎废气传感器诊断系统，其中当所述总积分面积不小于所述阈值积分面积时，所述第二模块产生失败状态信号。
3.如权利要求1所述的引擎废气传感器诊断系统，还包括标准化所述总积分面积的第三模块。
4.如权利要求3所述的引擎废气传感器诊断系统，其中所述总积分面积基于废气气体的平均流量被标准化。
5.如权利要求3所述的引擎废气传感器诊断系统，其中所述总积分面积基于催化剂前氧气传感器的开关速率而被标准化。
6.如权利要求1所述的引擎废气传感器诊断系统，其中所述第一模块从所述总积分面积扣减与信号反转相关联的积分面积。
7.如权利要求6所述的引擎废气传感器诊断系统，还包括第三模块，所述第三模块监测所述催化剂后氧气传感器产生的所述信号，且在所述信号从富足到贫乏的转变期间所述信号超过连续更新的最小信号值时指示所述信号反转。
8.如权利要求6所述的引擎废气传感器诊断系统，还包括第三模块，所述第三模块监测所述催化剂后氧气传感器产生的所述信号，且在所述信号从贫乏到富足的转变期间所述信号低于连续更新的最大信号值时指示所述信号反转。
9.一种确定催化剂后氧气传感器的正常工作的方法，包括：
基于由所述催化剂后氧气传感器产生的信号来计算总积分面积；
将所述总积分面积与阈值积分面积比较；以及
在所述总积分面积小于所述阈值积分面积时产生通过状态信号。
10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述总积分面积不小于所述阈值积分面积时产生失败状态信号。
11.如权利要求9所述的方法，还包括标准化所述总积分面积。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述总积分面积基于废气气体的平均流量被标准化。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述总积分面积基于催化剂前氧气传感器的开关速率被标准化。
14.如权利要求9所述的方法，还包括从所述总积分面积扣减与信号反转相关联的积分面积
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
监测所述催化剂后氧气传感器产生的所述信号；以及
在所述信号从富足到贫乏的转变期间所述信号超过连续更新的最小信号值时指示所述信号反转。
16.如权利要求14所述的方法，还包括：
监测所述催化剂后氧气传感器产生的所述信号；以及
在所述信号从贫乏到富足的转变期间所述信号低于连续更新的最大信号值时指示所述信号反转。
17.一种确定催化剂后氧气传感器的正常工作的方法，包括：
在由所述催化剂后氧气传感器产生的信号在富足到贫乏之间转变空气-燃料比例；
基于所述信号在富足和贫乏之间的转变期间由所述信号来计算总积分面积；
将所述总积分面积与阈值积分面积比较；
在所述总积分面积小于所述阈值积分面积时产生通过状态信号；以及
在所述总积分面积不小于所述阈值积分面积时产生失败状态信号。
18.如权利要求17所述的方法，还包括标准化所述总积分面积。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述总积分面积基于废气气体的平均流量被标准化。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述总积分面积基于催化剂前氧气传感器的开关速率被标准化。
21.如权利要求17所述的方法，还包括从所述总积分面积扣减与信号反转相关联的积分面积
22.如权利要求21所述的方法，还包括：
监测所述催化剂后氧气传感器产生的所述信号；以及
在从富足到贫乏的转变期间所述信号超过连续更新的最小信号值时指示所述信号反转。
23.如权利要求21所述的方法，还包括：
监测所述催化剂后氧气传感器产生的所述信号；以及
在从贫乏到富足的转变期间所述信号低于连续更新的最大信号值时指示所述信号反转。
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