CN102052132B - 催化剂起燃过程中用于检测故障的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及催化剂起燃过程中用于检测故障的方法和系统。一种用于控制发动机运转的系统和方法，包括计时器模块，其确定从当进入催化剂起燃模式时至当氧传感器信号达到氧传感器阈值时的时间长度，和比较模块，其生成出错信号并确定该时间长度何时超过时间阈值。

Description

催化剂起燃过程中用于检测故障的方法和系统

技术领域

本发明总体涉及用于机动车辆的发动机控制，尤其涉及一种在催化剂起燃过程中用于检测故障的方法和装置。

背景技术

这里提供的背景技术说明以对本发明的内容作一般性说明的目的。背景技术部分对发明人的工作的描述，以及对说明书中其他尚未构成申请日之前的现有技术的内容的描述，无论是以明确或隐含的方式都不被视为相对于本发明的现有技术。

催化剂可用于改变废气成分。催化剂在加热到期望的温度之前不会完全转化废气。期望的温度可以称为活化温度。通常，发动机冷起动。为了减少达到活化温度的时间量，发动机可以以特定的方式运转。二次空气喷射是更快速地增加催化剂温度的一种方式。该系统增加的成本和复杂性可能是不合需要的。

增加催化剂温度到催化剂起燃温度的另一个方式是提供分段脉冲喷射。分段脉冲喷射将喷射入气缸内的燃油量分成主脉冲和在主脉冲稍后的时间发生的二次脉冲。二次脉冲可以变化很大。调节装置要求监视每个喷射事件。二次脉冲的大小可以变化。当二次脉冲变得太小时，二次燃油喷射事件的检测不可能以传统的方式实现。

发明内容

本发明提供一种用于检测催化剂起燃模式中对应于缺失的燃油喷射的错误的系统和方法。该系统和方法使用与氧传感器温度的增加相关的时间。已经发现，由于随着氧传感器升温阻抗降低，氧传感器电压从由控制器提供的高阻抗电压源降低。排气系统中增加的热表明催化剂起燃模式正常运转。

在本发明的一方面，一种操作发动机的方法包括进入催化剂起燃模式，响应于进入催化剂起燃模式启动计时器，生成氧传感器信号，当氧传感器信号达到氧传感器阈值时，从计时器确定时间长度，当时间长度超过时间阈值时，生成出错信号。

在本发明的另一方面，一种用于控制发动机运转的控制系统包括计时器模块和比较模块，计时器模块确定从进入催化剂起燃模式时到氧传感器信号达到氧传感器阈值时的时间长度，比较模块生成出错信号并确定何时时间长度超过时间阈值。

本发明进一步的适用范围将从下文中提供的详细说明中变得明显。应该认识到，详细说明和具体的例子仅仅是为了说明的目的而不是为了限制本发明的范围。

本发明还提供了以下方案：

方案1.一种控制发动机运转的方法，该方法包括：

进入催化剂起燃模式；

响应于进入催化剂起燃模式启动计时器；

生成氧传感器信号；

当该氧传感器信号达到氧传感器阈值时，从计时器确定时间长度；和

当该时间长度超过时间阈值时，生成出错信号。

方案2.如方案1所述的方法，进一步包括当该时间长度低于该时间阈值时生成无故障信号。

方案3.如方案1所述的方法，其中生成出错信号包括生成对应于催化剂起燃模式出错的出错信号。

方案4.如方案1所述的方法，其中生成出错信号包括生成对应于氧传感器加热器出错的出错信号。

方案5.如方案1所述的方法，其中在进入催化剂起燃模式之后，向发动机气缸内提供包括主脉冲和二次脉冲的分段脉冲燃油喷射。

方案6.如方案5所述的方法，其中生成出错信号包括生成对应于分段脉冲出错的出错信号。

方案7.如方案5所述的方法，其中生成出错信号包括生成对应于缺失的二次脉冲的出错信号。

方案8.如方案1所述的方法，其中生成氧传感器信号包括生成对应于催化剂温度的氧传感器信号。

方案9.如方案1所述的方法，其中生成氧传感器信号包括氧传感器电压信号。

方案10.如方案9所述的方法，其中氧传感器电压信号对应于氧传感器阻抗。

方案11.一种控制发动机运转的系统，包括：

计时器模块，其确定从当进入催化剂起燃模式时至当氧传感器信号达到氧传感器阈值时的时间长度；和

比较模块，其生成出错信号并确定该时间长度何时超过时间阈值。

方案12.如方案11所述的系统，其中当该时间长度低于该时间阈值时该比较模块生成无故障信号。

方案13.如方案11所述的系统，其中该出错信号对应于催化剂起燃模式出错。

方案14.如方案11所述的系统，其中该出错信号对应于氧传感器加热器出错。

方案15.如方案11所述的系统，进一步包括催化剂起燃模式模块，其向发动机气缸内生成包括主脉冲和二次脉冲的分段脉冲燃油喷射。

方案16.如方案15所述的系统，其中该出错信号对应于分段脉冲出错。

方案17.如方案15所述的系统，其中该出错信号对应于缺失的二次脉冲。

方案18.如方案11所述的系统，其中生成氧传感器信号包括生成对应于催化剂温度的氧传感器信号。

方案19.如方案11所述的系统，其中该氧传感器信号包括氧传感器电压信号。

方案20.如方案19所述的系统，其中该氧传感器电压信号对应于氧传感器阻抗。

附图说明

本发明将从详细说明和附图中变得更加完全理解，其中：

图1为根据本发明的用于实施催化剂起燃操作的发动机的高度示意图；

图2为图1中发动机控制装置的框图；

图3为操作本发明的方法流程图；

图4为正常运转期间发动机转速、排气传感器输出、上游排气温度传感器、和催化剂温度的曲线图；

图5为催化剂起燃操作停止且排气氧传感器加热器开启时的发动机转速、排气传感器输出、上游排气温度传感器、和催化剂温度的曲线图；

图6为催化剂起燃操作开启且排气氧传感器加热器停止时的发动机转速、排气传感器输出、上游排气温度传感器、和催化剂温度的曲线图；

图7为催化剂起燃操作停止且排气氧传感器加热器停止时的发动机转速、排气传感器输出、上游排气温度传感器、和催化剂温度的曲线图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的而不旨在限制本发明及其应用或使用。为了清楚起见，附图中将使用相同的参考标号表示相同的部件。如本文所用的短语“A、B和C中的至少一个”可解释为使用非专用的逻辑或表示一种逻辑(A或B或C)。可以理解，在没有改变本发明的原理的情况下在方法中的步骤可按不同的顺序执行。

如本文所用的术语“模块”表示专用集成电路(“ASIC”)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的、或组合的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其他提供描述功能性的合适部件。

现在参考图1，示出了具有多个气缸14的发动机12。在本图示中，示出了三个气缸14；然而，发动机12可以包括不同数量的气缸14，其包括但不限于两个、四个、五个、六个、八个和十二个。每个气缸14可以包括喷油器16。直接喷射入气缸14称为直喷。

喷射系统20基于控制模块24的输出来控制喷油器16的操作。控制模块24可控制包括喷射系统20和其他燃油相关部件的车辆发动机运转特性。喷射系统20可生成分段脉冲喷射，其具有主脉冲和迟于主脉冲发生的二次脉冲。二次脉冲可小于主脉冲且特别地设计为增加排气温度使催化剂变化到催化剂起燃温度。正如下文将描述，分段脉冲喷射可在发动机12的冷起动之后执行。冷起动在发动机12和催化剂40冷却到环境温度后发生。

来自发动机12的气缸14的废气通过排气歧管30排出。排气歧管30收集废气并将废气导入排气管32。在排气管32中可以有涡轮增压器34的涡轮部分。排气管32还可包括排气氧传感器36。排气氧传感器36可包括加热器(未示出)。当传感器温度增加时，排气氧传感器36可具有减少的阻抗。当阻抗降低时，排气氧传感器36两端的电压也降低。由于高阻抗电压源由控制器提供。

催化剂40还可安放在排气管32内。催化剂40可以是当加热时用来减少废气成分的三元催化剂。当催化剂40达到起燃温度时，催化剂40高效地将废气成分转化为其他形式。催化剂40可用来除去废气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物。经过催化剂40之后，排气管42将废气排出到大气中。

现在参考图2，更详细地示出了控制模块24。控制模块24可包括冷起动进入模块110。一旦发动机冷起动，冷起动进入模块110就被激活。当发动机处于尚未起动一段预定时间时，或当温度传感器(未示出)显示催化剂40可能冷却时，冷起动进入模块110可被激活。冷起动进入模块110可与确定自上次点火停止开始的时间长度的计时器模块112通讯。催化剂起燃模式模块114可激活催化剂起燃过程以比正常发动机运转更快地增加催化剂温度达到预定温度。如上所述，分段脉冲喷射可用来增加废气温度并增加催化剂温度以快速减少废气成分。当从模块114进入催化剂起燃模式时，计时器模块112可确定从进入催化剂起燃模式至催化剂增加到起燃温度时的时间长度。

为了确定催化剂温度是否增加，排气传感器信号模块116可生成对应于废气温度特性的氧传感器信号。例如，当氧传感器温度增加时，阻抗降低。这导致电压也降低。因此，可监视阻抗或电压。当电压或阻抗降低到氧传感器阈值时，计时器模块112可提供从进入催化剂起燃模式至当氧传感器指示温度已增加时的时间长度。在进入冷起动和氧传感器读取指示氧传感器加热的预定电压或阻抗之间的时间长度可提供给时间比较模块120。时间比较模块120可将上述时间长度与时间阈值比较。时间阈值可从时间阈值模块118获取。时间阈值模块118可以是用来存储时间阈值的存储器。当然，时间阈值模块118可用于存储多个时间阈值，这在以下将描述的。

当该时间长度小于时间阈值时，时间比较模块120可提供无故障指示信号122。当时间长度大于时间阈值时，可使用故障指示信号124生成故障指示。

时间比较模块120还可表征时间。可获取多个阈值以便执行出错的确定。当起燃过程没有正常操作时，可生成起燃指示信号126。时间比较模块120还可生成加热器故障指示信号128。加热器故障指示信号128可对应于氧传感器内的加热器的操作故障。为了生成起燃指示信号126或加热器故障指示信号128，使用进入冷起动和相应的起燃阈值或加热器故障阈值之间的时间长度来执行时间比较。通过比较图4-7中的曲线起燃故障和加热器故障的确定将明显化。

现在参考图3，示出了在催化剂起燃期间一种操作发动机12的方法。在步骤210，确定发动机是否处于冷起动。如上所述，冷起动的确定可通过测量自上次点火开始的时间长度的不同部件的温度来执行。以下方法适用于发动机的冷起动。如果没有执行冷起动，再执行步骤210。

在步骤210，如果正在执行冷起动，则执行步骤212。在步骤212，进入催化剂起燃模式。在步骤214，在进入催化剂起燃模式时启动计时器。在步骤216，通过向发动机的喷油器提供分段脉冲喷射来执行催化剂起燃模式。可通过将脉冲分为主脉冲和二次脉冲来执行分段脉冲。二次脉冲可小于主脉冲并迟于主脉冲发生。

在步骤218，监视氧传感器信号。在这个例子中，还可监控氧传感器的电压。如上所述，当氧传感器由于废气温度增加而变热时，阻抗降低且在氧传感器上的电压也降低。当然，其他氧传感器的特性，例如电流，可用来确定在氧传感器上的温度变化。

在步骤220，将氧传感器信号与氧传感器阈值比较。氧传感器阈值对应于氧传感器温度。在步骤222，确定从催化剂起燃模式的初始至达到氧传感器阈值的时间长度。在步骤224，将该时间长度与时间阈值比较。如果时间长度不大于时间阈值，则在催化剂起燃过程没有故障并且步骤226生成无故障指示信号或根本不生成信号。

在步骤224，当时间长度大于时间阈值时，步骤230生成出错信号。出错信号对应于催化剂起燃模式错误，其可对应于二次脉冲没有喷射燃油。

在步骤240，供选择的步骤可表征时间长度和时间阈值的比较。通过表征时间，可使用多个时间阈值以生成起燃出错信号242或氧传感器出错信号244。起燃出错信号242和氧传感器出错信号244均可被生成从而对应于用于达到催化剂温度所需的时间长度。基于发动机和喷油系统的特性，与起燃出错信号242或氧传感器出错信号244相关的时间阈值可以不同。

现在参考图4，曲线示出了发动机转速信号，排气氧传感器电压、催化剂温度、和上游排气温度信号。发动机转速在10秒处迅速增加，这表明发动机已起动并处于冷起动。在这一点启动催化剂起燃模式。11秒的时间长度T1说明氧传感器的阻抗降低到预定水平所用的时间。预定水平在这种情况下大约为1050mV。该水平对应于表示排气温度已经增加的水平。催化剂温度增加。同样，上游排气温度信号也在预定时间量期间保持增加，然后在大约65秒处达到平衡。上游排气温度信号可从排气系统中的温度传感器测量。在操作中，可能没有提供该温度传感器信号；但是生成图4的测试车辆包括这种传感器以用于验证。同样，在车辆生产中也不会提供催化剂温度信号。在测试车辆中仅仅是为了验证目的才提供催化剂温度信号。

现在参考图5，示出了图4中同样的信号。在这种情况下，催化剂起燃操作停止且排气氧加热器开启。用于氧传感器达到1050mV的时间T2为17秒。

现在参考图6，用于催化剂达到1050mV的时间长度T3大约为20秒。在这个例子中，催化剂起燃操作开启，而排气氧加热器停止或失效。比较图5和6可以看出，催化剂起燃过程的停止所增加的时间长度小于氧传感器失效的时间。

现在参考图7，当催化剂起燃操作和排气氧传感器加热器均停止时，催化剂不会增加超过催化剂起燃温度。

因此，通过监控氧传感器的温度或氧传感器的相应特性，可确定氧传感器加热器停止或催化剂起燃过程停止、或都停止。

本发明广泛的教导可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的例子，但不足限于本发明的实际范围，因为在对本附图、本说明书和以下权利要求的研究基础上，其他改进措施对于本领域技术人员将变得显而易见。

Claims (16)

1.一种控制发动机运转的方法，该方法包括：

进入催化剂起燃模式；

响应于进入催化剂起燃模式启动计时器；

生成氧传感器信号；

当该氧传感器信号达到氧传感器阈值时，从计时器确定时间长度；和

当该时间长度大于第一时间阈值时，生成对应于氧传感器加热器出错的第一出错信号；

当该时间长度小于第一时间阈值并大于第二时间阈值时，生成对应于催化剂起燃模式出错的第二出错信号。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括当该时间长度小第一时间阈值时生成无故障信号。

3.如权利要求1所述的方法，其中在进入催化剂起燃模式之后，向发动机气缸内提供包括主脉冲和二次脉冲的分段脉冲燃油喷射。

4.如权利要求3所述的方法，其中进一步包括当该时间长度小于第一时间阈值并大于第二时间阈值时，生成对应于分段脉冲出错的第二出错信号。

5.如权利要求3所述的方法，其中进一步包括当该时间长度小于第一时间阈值并大于第二时间阈值时，生成对应于缺失的二次脉冲的第二出错信号。

6.如权利要求1所述的方法，其中生成氧传感器信号包括生成对应于催化剂温度的氧传感器信号。

7.如权利要求1所述的方法，其中生成氧传感器信号包括氧传感器电压信号。

8.如权利要求7所述的方法，其中氧传感器电压信号对应于氧传感器阻抗。

9.一种控制发动机运转的系统，包括：

计时器模块，其确定从当进入催化剂起燃模式时至当氧传感器信号达到氧传感器阈值时的时间长度；和

比较模块，其在该时间长度大于第一时间阈值时生成对应于氧传感器加热器出错的第一出错信号；并且当该时间长度小于第一时间阈值并大于第二时间阈值时，比较模块生成对应于催化剂起燃模式出错的第二出错信号。

10.如权利要求9所述的系统，其中当该时间长度小于第一时间阈值时该比较模块生成无故障信号。

11.如权利要求9所述的系统，进一步包括催化剂起燃模式模块，其向发动机气缸内生成包括主脉冲和二次脉冲的分段脉冲燃油喷射。

12.如权利要求11所述的系统，其中当该时间长度小于第一时间阈值并大于第二时间阈值时，比较模块生成对应于分段脉冲出错的第二出错信号。

13.如权利要求11所述的系统，其中当该时间长度小于第一时间阈值并大于第二时间阈值时，比较模块生成对应于缺失的二次脉冲的第二出错信号。

14.如权利要求9所述的系统，其中生成氧传感器信号包括生成对应于催化剂温度的氧传感器信号。

15.如权利要求9所述的系统，其中该氧传感器信号包括氧传感器电压信号。

16.如权利要求15所述的系统，其中该氧传感器电压信号对应于氧传感器阻抗。

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