CN102116190B - 一种新型三元催化转化器故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型三元催化转化器故障诊断方法，其特征在于具体步骤如下：A、首先判断诊断条件是否满足，诊断不成功最大尝试次数为12次的允许范围内；B、满足上述条件后，进入空燃比调节控制，先调节混合气变稀，持续时间不低于4s；接着进入空燃比继续保持在稀混合气5s，再逐渐过渡到浓混合气分别记录前氧和后氧传感器转浓信号的响应时间；C、空燃比控制结束，计算催化器中储存的氧充分释放的时间，得到催化器储氧时间，评估催化器储氧能力，进而判断催化器是否劣化。提高了三元催化转化器诊断的可靠性和精度，有效地对三元催化器进行实时诊断，避免漏报，从而在总体上提高了OBD系统的性能可靠度。

Description

一种新型三元催化转化器故障诊断方法

技术领域：

本发明涉及一种新型三元催化转化器故障诊断方法，属于汽车电子开发领域。

背景技术：

2008年7月1日开始实施第III阶段GB18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国III、IV阶段)》排放法规，其中对车载诊断系统(OBD)提出了强制要求，内容之一就是必须对三元催化转化器进行在线检测和诊断。根据OBD法规，如果催化转换器的劣化造成HC排放超过排放限值(0.4g/km)时必须点亮OBD系统警示灯，且记录故障信息。

三元催化转化器用来降低车辆排放，它能有效地将有害排放物转化为无害气体和水蒸气。

从空燃比控制方式来看，三元催化器的OBD诊断方法可分为主动诊断和被动诊断。主动诊断是在适当工况下，通过发动机空燃比控制器按照指定规律强制改变空燃比，其优点是可重复性强，诊断精度和效率高，但是可能会对动力控制模块产生一些干扰，适合于动力总成控制模块和车载诊断OBD模块全新开发；被动诊断是选择减速时的发动机断油工况和正常工况进行诊断，使发动机工作于稀浓两种工况下，可重复性低，精度效率也比较低，但是对动力控制模块PCM的干扰小，适合在原有动力总成控制模块基础上的升级。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种新型三元催化转化器故障诊断方法，即一种基于空燃比控制的催化器故障主动诊断法，前提是发动机电控系统具有双氧传感器配置；通过检测催化器储氧能力对催化器劣化程度进行监控；主动调整空燃比，使其偏离理论空燃比1-2个百分点，通过观察下游氧传感器信号变化的响应时间，就能确定催化转化器的储氧能力。三元催化器老化诊断策略如说明书附图2，一个完整的测试循环包括稀混合气控制(阶段A)和浓混合气控制(阶段B)，即分两个阶段改变空燃比(比如：空气燃油质量比即空燃比由13.6变化到15.6，再由15.6变化到13.6)，观测后氧传感器信号对空燃比的响应时间，得到储氧能力测试结果。如果空燃比变化时，后氧传感器反应滞后，则表示催化器储氧能力高；反之，如果后氧传感器反应滞后太小，则表示催化器储氧能力低。

本发明的技术方案是这样实现：一种新型三元催化转化器故障诊断方法，其特征在于具体步骤如下：

A、首先判断诊断条件是否满足：发动机运转持续一段时间；怠速工况空气流量的稳定性必须符合要求；节气门位置、冷却液水温、进气温度、催化器温度、大气压力、车速必须在允许范围内；燃油系统处于闭环控制状态且没有故障；空燃比稳定；碳罐电磁阀没有全开且比较稳定；不存在影响催化器诊断的故障；没有长时间保持怠速状态；诊断不成功最大尝试次数为12次的允许范围内；

B、满足上述条件后，进入空燃比调节控制，先调节混合气变稀，即第一阶段(比如空气燃油质量比由13.6变化到15.6)，分别记录下前氧和后氧传感器信号转稀的响应时间，一般第一阶段持续时间不低于4s；接着进入第二阶段，将空燃比继续保持在稀混合气5s，再逐渐过渡到浓混合气(比如空燃比由15.6过渡到13.6)，分别记录前氧和后氧传感器转浓信号的响应时间；

C、空燃比控制结束，计算原始储氧时间即第二阶段前氧传感器信号翻转和后氧传感器信号翻转的时间差，也就是催化器中储存的氧充分释放的时间，计算公式为：

ΔT_osc＝T_d-T_u(1)

(1)公式符号含义解析：

ΔT_OSC-原始储氧时间(前后氧响应时间差)

T_d-前氧传感器翻转时刻

T_u-后氧传感器翻转时刻

由于储氧时间的精度主要受空气流量和催化器温度的影响，因此需要考虑这两点因素：

ΔT_OscCor＝ΔT_OscRaw×η_flow×η_CatT(2)

(2)公式符号含义解析：

ΔT_OscCor-修正后储氧时间

ΔT_OscRaw-未经修正的储氧时间

η_flow-空气流量修正系数

η_CatT-催化器温度修正系数

为了保持结果的一致性，需要对补偿后的储氧时间滤波，作为最终结果：

ΔT_OSC(i)＝(1-η_Filt)ΔT_OSC(i-1)+η_Filt×ΔT_OSCCor(3)

(3)公式符号含义解析：

ΔT_OSC(i)-当前储氧时间滤波值

ΔT_OSC(i-1)-上循环储氧时间滤波值

ΔT_OscCor-修正后储氧时间

η_Filt-滤波因子

通过上述模型公式得到催化器储氧时间，和临界催化器即介于劣化和正常之间的催化器比较，评估催化器储氧能力，进而判断催化器是否劣化。

本发明的积极效果是提高了三元催化转化器诊断的可靠性和精度，有效地对三元催化器进行实时诊断，避免漏报，从而在总体上提高了OBD系统的性能可靠度。

附图说明：

图1为催化器诊断结构示意图；

图2为催化器诊断空燃比控制过程图；

图3为本发明正常催化器前氧传感器输出信号；

图4为本发明正常催化器后氧传感器输出信号；

图5为本发明的极限催化器前氧传感器输出信号；

图6为本发明的极限催化器后氧传感器输出信号；

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：

如图1所示，排气依次经过前氧传感器、三元催化器和后氧传感器，ECU通过比较前后氧传感器的信号特性评估三元催化转化器的转化效率。一种新型三元催化转化器故障诊断方法，其特征在于具体步骤如下：

A、首先判断诊断条件是否满足：发动机运转持续一段时间；怠速工况空气流量的稳定性必须符合要求；节气门位置、冷却液水温、进气温度、催化器温度、大气压力、车速必须在允许范围内；燃油系统处于闭环控制状态且没有故障；空燃比稳定；碳罐电磁阀没有全开且比较稳定；不存在影响催化器诊断的故障；没有长时间保持怠速状态；诊断不成功最大尝试次数为12次的允许范围内；

B、满足上述条件后，进入空燃比调节控制，先调节混合气变稀，即第一阶段(比如空气燃油质量比由13.6变化到15.6)，分别记录下前氧和后氧传感器信号转稀的响应时间，一般第一阶段持续时间不低于4s；接着进入第二阶段，将空燃比继续保持在稀混合气5s，再逐渐过渡到浓混合气(比如空燃比由15.6过渡到13.6)，分别记录前氧和后氧传感器转浓信号的响应时间；

C、空燃比控制结束，计算原始储氧时间即第二阶段前氧传感器信号翻转和后氧传感器信号翻转的时间差，也就是催化器中储存的氧充分释放的时间，计算公式为：

ΔT_osc＝T_d-T_u(1)

(1)公式符号含义解析：

ΔT_OSC-原始储氧时间(前后氧响应时间差)

T_d-前氧传感器翻转时刻

T_u-后氧传感器翻转时刻

由于储氧时间的精度主要受空气流量和催化器温度的影响，因此需要考虑这两点因素：

ΔT_OscCor＝ΔT_OscRaw×η_flow×η_CatT(2)

(2)公式符号含义解析：

ΔT_OscCor-修正后储氧时间

ΔT_OscRaw-未经修正的储氧时间

η_flow-空气流量修正系数

η_CatT-催化器温度修正系数

为了保持结果的一致性，需要对补偿后的储氧时间滤波，作为最终结果：

ΔT_OSC(i)＝(1-η_Filt)ΔT_OSC(i-1)+η_Filt×ΔT_OSCCor(3)

(3)公式符号含义解析：

ΔT_OSC(i)-当前储氧时间滤波值

ΔT_OSC(i-1)-上循环储氧时间滤波值

ΔT_OscCor-修正后储氧时间

η_Filt-滤波因子

通过上述模型公式得到催化器储氧时间，和临界催化器即介于劣化和正常之间的催化器比较，评估催化器储氧能力，进而判断催化器是否劣化。

如图2所示，催化器诊断空燃比控制过程，分成两个阶段(第一阶段A和第二阶段B)控制空燃比，第一阶段为稀混合气控制，第二阶段浓混合气控制。

实施例1：

图3、4所示，为正常催化器前后氧传感器信号，上图为前氧传感器信号，下图为后氧传感器信号，后氧传感器信号相对前氧传感器信号的响应有明显滞后。

计算的原始储氧时间为15s，经过滤波后能够超过6.5s，在正常范围内，系统在测试完毕后报告当前无催化器劣化故障。

实施例2：

图5、6所示，为完全劣化催化器实车数据输出信号，图5为前氧传感器信号，图6为后氧传感器信号，可以看出下游氧传感器信号接近上游氧传感器信号。储氧时间低于2.1s，完全劣化，系统在测试完毕后报告当前催化器存在劣化故障。

Claims (1)

1.一种新型三元催化转化器故障诊断方法，其特征在于具体步骤如下：A、首先判断诊断条件是否满足：发动机运转持续一段时间；怠速工况空气流量的稳定性必须符合要求；节气门位置、冷却液水温、进气温度、催化器温度、大气压力、车速必须在允许范围内；燃油系统处于闭环控制状态且没有故障；空燃比稳定；碳罐电磁阀没有全开且比较稳定；不存在影响催化器诊断的故障；没有长时间保持怠速状态；诊断不成功最大尝试次数为12次的允许范围内；

B、满足上述条件后，进入空燃比调节控制，先调节混合气变稀，即第一阶段，其空气燃油质量比由13.6变化到15.6，分别记录下前氧和后氧传感器信号转稀的响应时间，一般第一阶段持续时间不低于4s；接着进入第二阶段，将空燃比继续保持在稀混合气5s，再逐渐过渡到浓混合气，其空燃比由15.6过渡到13.6，分别记录前氧和后氧传感器转浓信号的响应时间；

C、空燃比控制结束，计算原始储氧时间即第二阶段前氧传感器信号翻转和后氧传感器信号翻转的时间差，也就是催化器中储存的氧充分释放的时间，计算公式为：

ΔT_osc＝T_d-T_u(1)

(1)公式符号含义解析：

ΔT_OSC-原始储氧时间即前后氧响应时间差

T_d-前氧传感器翻转时刻

T_u-后氧传感器翻转时刻

由于储氧时间的精度主要受空气流量和催化器温度的影响，因此需要考虑这两点因素：

ΔT_OscCor＝ΔT_OscRaw×η_flow×η_CatT(2)

(2)公式符号含义解析：

ΔT_OscCor-修正后储氧时间

ΔT_OscRaw-未经修正的储氧时间

η_flow-空气流量修正系数

η_CatT-催化器温度修正系数

为了保持结果的一致性，需要对补偿后的储氧时间滤波，作为最终结果：

ΔT_OSC(i)＝(1-η_Filt)ΔT_OSC(i-1)+η_Filt×ΔT_OSCCor(3)

(3)公式符号含义解析：

ΔT_OSC(i)-当前储氧时间滤波值

ΔT_OSC(i-1)-上循环储氧时间滤波值

ΔT_OscCor-修正后储氧时间

η_Filt-滤波因子

通过上述模型公式得到催化器储氧时间，和临界催化器即介于劣化和正常之间的催化器比较，评估催化器储氧能力，进而判断催化器是否劣化。

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