CN102733916B - 车辆排气处理应用的NOx传感器的偏移和慢响应诊断方法 - Google Patents

车辆排气处理应用的NOx传感器的偏移和慢响应诊断方法 Download PDF

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Abstract

一种车辆排气处理应用的NOx传感器的偏移和慢响应诊断方法，包括用于确定排气流中的NOx传感器是否正常工作的车载系统和实践。

Description

车辆排气处理应用的NOx传感器的偏移和慢响应诊断方法
技术领域
本发明涉及评估来自于传感器的电输出信号的车载测试方法，所述传感器置于柴油发动机（或其它稀燃发动机）排气流中以检测排气中的氮氧化物（NOx）量。这种与NOx浓度相关的电压或电流信号由车载基于计算机的控制系统使用，用于管理发动机操作，用于管理和评估发动机排气处理。更具体地，本发明涉及这种NOx传感器的车载测试，以评估其零点读数及其对排气成分的变化的响应时间。
背景技术
用于驱动机动车辆的多气缸往复式活塞车辆发动机产生热流动排气流，其在离开发动机的排气歧管之后被处理以将未燃烃和一氧化碳氧化为二氧化碳和水，且在气体从尾管释放到大气之前将氮氧化物（NOx）混合物还原为氮气和水。
许多火花点火汽油发动机用供应至发动机气缸的燃料和空气添加物操作，所述燃料和空气添加物围绕大约14.7/1的化学计量比空气-燃料质量比紧密地变化。排气后处理然后使用氧传感器和三效催化剂系统完成，所述三效催化剂系统被管理以促进氧化和还原反应两者，以便产生清洁排气。柴油燃料压缩点火发动机和其它稀燃发动机通常以大大高于化学计量比的空气-燃料质量比操作，从而将充裕的空气装载到燃烧气缸中。来自于这种发动机操作的排气含有比常规汽油发动机排气更多的氧和氮氧化物。来自于稀燃发动机的排气处理通常使用用于未燃烃和一氧化碳的上游氧化催化剂，用于将一些NO氧化为NO2。在通过氧化催化剂之后，用于氮氧化物的还原剂材料（例如，尿素）喷射到热排气中且与热排气混合。气体然后送至与催化剂材料接触，所述催化剂材料被选择用于还原剂材料和氮氧化物之间的反应以形成氮气和水，以便从排气通道释放。由于氮化合物的氧含量被还原，因而该反应称为“还原”反应。该排气还原实践通常称为NOx的选择性催化还原（SCR）。
SCR型排气后处理系统需要插入排气流中的NOx传感器，用于管理还原剂材料添加到排气流中和其它后处理实践。NOx传感器通常形成为小的电化学单元，其例如通过响应于在排气中流动且流经传感器表面的氮氧化物物质的量产生电压或电流信号而工作。NOx传感器数据还可以用于评估用于NOx还原的催化剂或其它排气后处理材料是否正常工作。
需要确定排气流中的NOx传感器是否正常工作的车载系统和实践。当用于车辆排气系统的NOx传感器不正常工作时，通常需要迅速地诊断故障且报告给车辆操作者。本发明涉及评估这些重要NOx传感器的性能的某些方面的车载计算机进行和管理的诊断方法。
发明内容
来自于柴油发动机的排气流通常包含按体积计高达大约百分之十的氧，大约100至2000百万分率（ppm）的一氧化氮（NO）和大约20-200 ppm的二氧化氮（NO2）。NOx传感器在排气流中的预定位置使用，以快速地确定NOx成分的当前量，用于确定例如当前应当添加多少还原剂材料，以实现将NOx转换为氮气和水。在该示例中，传感器将位于还原剂材料喷射装置和SCR催化剂材料的上游。在另一个示例中，NOx传感器位于排气流中SCR催化剂材料的下游，以确认NOx的还原。
用于发动机排气流中的氮氧化物的许多传感器由陶瓷型金属氧化物制成，例如用三氧化二钇（氧化钇，Y2O3）稳定的二氧化锆（氧化锆，ZrO2）。这些材料已经用于氧传感器且适合用作NOx传感器。它们被压实作为在尾管的高温（例如，300℃和更高）下传导氧离子的密集陶瓷。传感器的氧化物本体的表面配置有一对高温电极，其可以例如由铂、金或钯或其它金属氧化物形成。传感器形成为提供根据排气流中的传感器位置处的氮氧化物浓度而变的电信号，例如电压或电流变化。来自于传感器的导线用于将信号传输给合适的计算机控制系统，用于管理排气处理系统的操作。由于发动机燃料供应和操作管理与排气成分之间的紧密关系，用于控制排气处理的基于计算机的系统可以是发动机操作控制系统的一部分或者与发动机操作控制系统通信。
根据本发明的实施例，提供用于纠正车辆排气流的一个或多个NOx传感器的操作特性的车载计算机管理诊断的算法。
方案1. 一种诊断车辆NOx传感器故障的方法，包括以下步骤：
(a)确定车辆发动机的燃料流被中断；
(b)监测NOx传感器以确定来自于NOx传感器的输出是否在超过预定时间量内保持高于上限阈值；以及
(c)如果是，那么判定NOx传感器存在高偏移误差；
(d)否则，如果来自于NOx传感器的输出在超过预定时间量内低于零或负阈值，那么判定存在低偏移误差。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，步骤(a)还包括：使用发动机控制单元（ECU）来监测燃料流量传感器。
方案3. 根据方案1所述的方法，其中，步骤(b)还包括：使用发动机控制单元（ECU）包括的计时器来确定来自于NOx传感器的输出是否保持高于上限阈值。
方案4. 根据方案1所述的方法，其中，上限阈值或负阈值存储在发动机控制单元（ECU）上的存储器中。
方案5. 根据方案1所述的方法，还包括步骤：触发标记，以警告车辆乘员低偏移误差或高偏移误差。
方案6. 根据方案1所述的方法，还包括步骤：确定步骤(a)-(d)的持续时间是否超过最大分配时间。
方案7. 一种诊断车辆NOx传感器故障的方法，包括以下步骤：
(a)确定车辆发动机的燃料流率；
(b)接收NOx传感器的输出；
(c)计算在多个数据点内车辆发动机的燃料流率的四阶矩以及NOx传感器的输出变化率的四阶矩；
(d)计算燃料流率的四阶矩和NOx传感器的输出变化率的四阶矩之间的比率；
(e)将所计算的比率与阈值进行比较；以及
(f)如果所计算的比率大于阈值，那么确定存在误差状况。
方案8. 一种诊断车辆NOx传感器故障的方法，包括以下步骤：
(a)使来自于NOx传感器的输出信号通过放大滤波器；
(b)使用微处理器检测来自于放大滤波器的输出的最小值；
(c)使用微处理器确定最小值是否为负；以及
(d)如果最小值不是负，那么确定NOx传感器存在故障状况。
方案9. 根据方案8所述的方法，其中，最小值使用包络滤波器检测。
方案10. 根据方案8所述的方法，还包括步骤：计算最小值的平均值以及确定最小值的平均值是否低于预定阈值。
方案11. 一种诊断车辆NOx传感器故障的方法，包括以下步骤：
(a)确定燃料停止流向车辆发动机；
(b)在预定时间量内测量来自于NOx传感器的输出；
(c)基于时间和NOx传感器输出来计算NOx传感器的测量输出的斜率；
(d)确定所计算斜率是否小于预定斜率值；以及
(e)如果是，那么判定传感器没有正常工作。
方案12. 根据方案11所述的方法，其中，步骤(c)-(e)使用发动机控制单元（ECU）或微处理器执行。
方案13. 根据方案11所述的方法，其中，输出的斜率使用来自于NOx传感器的测量输出的平均值计算。
方案14. 根据方案11所述的方法，其中，输出的斜率使用来自于NOx传感器的测量输出的最大值或最小值计算。
附图说明
本发明的一个或多个优选示例性实施例将在下文结合附图描述，其中，相同的附图标记表示相同的元件，且其中：
图1是图示与本文所述的方法一起使用的车辆的示例性实施例的框图；
图2是图示与本文所述的方法一起使用的车辆排气系统的示例性实施例的图；
图3是本文所述的方法的示例性实施例的流程图；
图4是本文所述的方法的另一个示例性实施例的流程图；
图5(a)-(c)是关于本文所述的方法讨论的各个测量值和/或结果的曲线图；
图6是本文所述的方法的又一个示例性实施例的流程图；
图7是本文所述的方法的又一个示例性实施例的流程图；
图8(a)-(b)是通过正常工作的NOx传感器产生的输出和来自于正常工作的NOx传感器的输出在其通过放大滤波器之后的曲线图；
图9(a)-(b)是通过工作欠佳的NOx传感器产生的输出和来自于工作欠佳的NOx传感器的输出在其通过放大滤波器之后的曲线图；
图10是本文所述的方法的又一个示例性实施例的流程图；和
图11(a)-(c)是停止到车辆发动机的燃料以及工作正常和欠佳的NOx传感器响应于燃料停止的输出的曲线图。
具体实施方式
本文所述的方法可以使用从NOx传感器产生的输出诊断NOx传感器响应性和/或准确性。更具体地，所述方法可以确定NOx传感器是否响应过慢或者产生离零点过远（例如，偏移）的输出。这些确定可以通过分析从NOx传感器接收的输出来进行。由于不正确的尿素计量，低于零点的NOx传感器偏移可能引起排放物渗漏，且还使得不能诊断SCR催化剂故障。另一方面，具有高于零点的偏移的NOx传感器可能引起排气的过多处理且可能导致氨逃逸。在一些情况下，NOx传感器对排气中的NOx成分量的变化不能足够快地响应。对这些变化的NOx传感器响应时间可能影响添加到排气的处理量。如果NOx传感器对排气NOx含量的变化不能足够快地响应，那么添加到排气的处理水平可能比所需更大或更小，从而导致上述的过多排放物渗漏或氨逃逸。因而，检测低/高偏移NOx传感器状况或欠佳响应NOx传感器且警告驾驶员这些状况可以导致其快速校正。
转向图1，示出了车辆10，包括发动机控制单元（ECU）12，其不仅接收从NOx传感器输出的数据，而且执行车辆10上的各种计算任务。车辆10在所示实施例中图示为乘用车辆，但是应当理解的是，还可以使用任何其它车辆，包括摩托车、卡车、运动型多功能车（SUV）、旅行车（RV）、轮船、飞机等。车辆10包括用于推进的车辆发动机（未示出），例如上文讨论的柴油燃料压缩点火发动机或其它稀燃发动机。
转向图2，示出了由车辆10使用的车辆排气系统14，其可以排出包括NOx的排气。车辆排气系统14可包括各个元件，例如用于测量排气的NOx含量的一个或多个NOx传感器16、用于将氨或一些其它排气处理物引入排气的计量模块18、以及被处理排气将流经的SCR催化剂20。NOx传感器16可以在排气离开车辆发动机时监测排气的方式定位，和/或位于SCR催化剂20的下游以测量已处理排气的NOx含量。
图1所示的ECU 12可以是能够处理电子指令的任何类型的装置，包括微处理器、微控制器、主处理器、控制器、车辆通信处理器和专用集成电路（ASIC）。其可以是仅用于控制车辆发动机/排放物功能的专用处理器或者可以与其它车辆系统共用。ECU 12执行各种类型的数字存储指令，例如存储在存储器22中的软件或固件程序，其允许ECU 12提供宽范围的各种服务。车辆总线24可以在NOx传感器16和ECU 12以及位于车辆10上的其它模块之间传送数据和交换指令。这些其它模块中的一些包括具有至少一个扬声器的音频系统26和能够听觉或视觉传送消息给车辆乘员的可视显示器28。例如，ECU 12可以执行程序或处理数据以实现本文所述方法的至少一部分。此外，ECU 12可以包括一个或多个计时器和/或计数器，其可以提供本文所述方法的计时和/或计数功能。
转向图3，示出了诊断车辆NOx传感器故障的示例性方法300。该方法300可以确定关于特定NOx传感器16是否存在低或高排出状况。方法300在步骤305开始，确定至车辆发动机的燃料流停止。措辞“确定”可以表示各种动作，例如使用ECU 16确定燃料不再提供给车辆发动机（例如，减速燃料切断或离合器燃料切断事件）。最后，存在方法300可以确定燃料何时停止流向车辆发动机的多种方法。停止车辆发动机的燃料流可以通过停止产生车辆排气的燃烧过程而停止产生NOx，从而形成确定NOx传感器16是否有故障的基准。即，如果不产生NOX，NOx传感器16应当不产生表示NOx以显著数量存在的输出。燃料流的停止还可以启动计时器，计时器监测在方法300期间经过的总时间。该计时器可以称为主计时器且能够以各个方式实施，例如使用类似于ECU 12的微处理器的计数器。方法300前进到步骤310。
在步骤310，确定排气中的NOx水平是否高于上限阈值。如果是，那么可以更新记录NOx水平保持高于上限阈值的时间量的计时器。该计时器可以称为NOx上限计时器且可以用于确定NOx水平保持高于上限阈值的时间量。计时器可以使用ECU 12或能够执行计时功能的其它微处理器上的计数器功能来实施。否则，如果NOx水平低于上限阈值，那么不更新该计时器且方法300前进到步骤315。
在步骤315，确定排气NOx水平是否低于负阈值。如果是，那么可以更新测量NOx水平低于负阈值的时间量的计时器且方法300前进到步骤320。否则，在不更新该计时器的情况下方法300前进到步骤320。该计时器可以称为NOx下限计时器且可以用于确定NOx水平保持低于下限阈值的时间量。类似于上限计时器，下限计时器可以使用ECU 12或能够执行计时功能的其它微处理器上的计数器功能来实施。
在步骤320，确定排气NOx水平是否在长于预定目标时间内高于上限阈值。这可以通过将NOx上限计时器的值与可以存储在车辆10处的预定上限时间值进行比较来实现。预定上限时间值可以是这样的时间量，超过该时间量将表示NOx传感器16经历高偏移状况。在一个示例中，ECU 12可以评估所存储的预定上限时间值且将其与NOx上限计时进行比较。如果上限计时小于所存储的预定上限时间，那么可以确定不存在高偏移状况且可以重置所有计时器。否则，主计时器可以更新且方法300可以前进到步骤325。
在步骤325，检查用于确定排气NOx水平保持低于负阈值多长时间的计数器，以确定其值是否超过预定目标值。该计数器可以称为负阈值计数器。如果确定负阈值计数低于预定目标值，那么不存在低偏移状况且在方法300期间使用的计时器可以重置且方法300可以返回步骤305。然而，如果计数值超过预定目标值，那么可能存在低偏移状况，其触发标记，该标记警告车辆乘员该状况（例如，故障）。计时器然后可以重置且方法300可以结束。
任选步骤可包括确定测试的持续时间是否超过分配用于该测试的最大时间量。例如，如果由主计时器测量的测试持续时间大于所分配的最大时间量，那么可以确定存在高偏移状况。该状况可触发标记，该标记警告操作者或者ECU 12，计时器然后可以重置且方法300可以结束。可以检查接受诊断测试结果的条件，以确定燃料切断已经持续的时间是否大于预定最小燃料切断时间。这可以防止在偏移检测期间错误报警。
本文所述的诊断方法的另一方面包括检测对车辆发动机燃料流的变化的响应时间减慢的量大于可接受时间常数的NOx传感器16。通常，燃料流的变化也应当改变NOx气体的输出，从而导致NOx传感器16的输出变化。例如，正常工作NOx传感器16对燃料流变化响应使用的时间量可以为500毫秒至1秒。即，来自于NOx传感器16的输出通常在0.5-1.0秒内对燃料流变化响应。相比而言，工作欠佳的NOx传感器16的时间常数可以是大约20秒，可能意味着NOx传感器16花费长很多的时间来对燃料流变化响应。各种方法可以用于检测缓慢响应的NOx传感器16。
转向图4，示出了诊断车辆NOx传感器故障的示例性方法400。更具体地，方法400包括在一定时间段内记录来自于NOx传感器16的输出且在该时间段内分析传感器输出的累增变化的静态分布。从视觉方面看，如果输出被图形表示，来自于正常工作NOx传感器16的在一定时间内测量的传感器输出的累增变化应当包括相对长的尾部。这些尾部可以表示距传感器输出值的累增变化的平均值最远的传感器数据。另一方面，响应缓慢的NOx传感器16可具有相对短的尾部，因为传感器输出的范围在相同时间量内不会移动远离该范围的平均值。
方法400在步骤405开始，通过启动或更新诊断计时器且记录在一定时间段内的车辆发动机的燃料流率和NOx传感器16输出两者。ECU 12或其它处理装置能够提供计时器，其可以监测诊断过程的持续时间且提供计时功能，以确定NOx传感器输出和/或燃料流率被记录的时段。此外，ECU 12或其它处理装置能够与燃料传感器通信，燃料传感器能够给ECU 12发送表示在任何给定时间流向车辆发动机的测量燃料量的输出信号。输出信号（或其包含的数据）可以存储在存储器22中。来自于燃料传感器的输出信号可以作为被记录以用于分析的可变数量的离散测量值存储。使用测量燃料流的量，ECU 12可以使用其处理能力来分析数据（例如，离散测量值）以确定燃料流向车辆发动机的速率以及检测燃料流率的变化。类似地，NOx传感器输出可以由ECU 12接收且存储在存储器装置内。NOx传感器输出可以作为在一定时间段内的NOx水平的离散测量值存储。ECU 12可以分析NOx水平的离散测量值以确定NOx传感器输出随时间变化的速率。燃料流和NOx传感器数据的记录和分析可以在车辆10上进行，可以使用ECU 12或执行这些任务的其它计算资源。方法400前进到步骤410。
在步骤410，计算所记录燃料流值和NOx传感器输出水平之间的连续差（或递差）。给定一组离散燃料流值或测量值和/或一组离散NOx传感器输出水平，两个或更多值之间的变化或差的量可以计算，从而得到这些值之间的差y（Δy）。Δy可以表示连续或不连续值之间的变化率。Δy可以使用以下公式计算：
对于一组k值：
Δy＝y(k)-y(k-1)
方法400前进到步骤415。
在步骤415，计算燃料流率以及NOx传感器输出的平均值、方差、三阶矩和四阶矩。在一个示例中，可以计算该组离散燃料流值或计算燃料流率的平均值和方差。该组离散燃料值的平均值和方差可以使用位于车辆10上的计算资源（例如，ECU 12）使用本领域技术人员已知的数学/统计技术来计算。该计算使用ECU 12或其它计算机处理装置来执行。该组离散燃料流值或计算燃料流率可以通过计算三阶和四阶矩递归地分析。例如，在n个数据点或值内的一组离散燃料流值的差分四阶矩可以使用以下公式计算：
可能且完全令人满意地通过计算二阶矩来检测离散值的分布的尾长，然而，四阶矩提供尾长的更准确预测。虽然已经参考燃料流值描述平均值、方差、以及三阶/四阶矩计算，但是可以对离散NOx传感器输出值进行相同的计算。即，可以计算该组NOx传感器输出水平或值的平均值以及NOx传感器输出水平的方差。此外，可以计算该组NOx传感器输出水平的三阶和四阶矩。因而，计算结果可以至少产生燃料流变化率的四阶矩和NOx传感器输出变化率的四阶矩。燃料流变化的四阶矩可以表示，而NOx传感器输出变化的四阶矩可以表示为。方法400前进到步骤420。
在步骤420，确定是否存在燃料流率的足够方差以获得可靠结果。步骤415中关于燃料流率计算的方差可以与阈值进行比较以确定是否存在燃料流的足够大的方差以执行方法400。NOx传感器输出的变化可以基于车辆发动机的燃料流的变化。为了确保NOx传感器16经受输入的足够变化（例如，排气中的变化NOx水平），如果燃料流中存在足够大的变化以有助于引起NOx传感器输出的相应变化将是有帮助的。否则，燃料流的不够变化可在车辆排气中产生相对稳定的NOx水平。因而，NOx传感器16可能令人满意地工作，而燃料流/NOx水平的相对小的变化可能不会使得NOx传感器16输出显著地变化。这在实际上可能正常工作时可能不正确地指示NOx传感器16有故障。如果方差不够，那么方法400前进到步骤405；否则，方法400前进到步骤425。
在步骤425，燃料流变化的四阶矩除以NOx传感器输出变化的四阶矩以计算矩比。矩比可以用作确定NOx传感器16滞后车辆发动机的燃料流变化多少的测试状况。如果矩比足够大，那么可以确定NOx传感器16对车辆发动机的燃料流变化可能没有响应，且相应地传感器可能对排气中的NOx水平变化没有响应。在一个示例中，矩比阈值可以在车辆10制造时存储在ECU 12的存储器部分中。在一个示例中，ECU 12可将所计算矩比阈值与矩比阈值进行比较，且当所计算矩比超过存储阈值时，ECU 12可以给车辆乘员或其它人员发送NOx传感器16有故障的信号。方法400然后结束。
图5(a)-(c)图示关于上述方法400讨论的各个测量值的曲线图结果。图5(a)表示在具体数据集或时间段内供应给车辆发动机的燃料变化。所供应的燃料变化表示为供应变化（Δmg）（单位：毫克），图5(a)中的曲线图示出了从大约-28 mg减少至大约26 mg增加的范围。因而，图示供应给车辆发动机的燃料变化的曲线图包括限定好的尾部（例如，从-28 mg至大约-2 mg以及从大约2 mg至26 mg的曲线图区域）。图5(b)示出了来自于正常工作或健康传感器的测量NOx输出的曲线图。其包括由NOx传感器16测量的NOX的变化（Δppm）（单位：百万分率）。可以看出，图5(b)所示的曲线图与图5(a)相对应，从而NOX的Δppm的曲线图具有与图5(a)所示的曲线图非常类似的限定好的尾部。相比而言，图5(c)示出了不正常工作的NOx传感器16的曲线图。类似于图5(b)中的曲线图，该曲线图测量来自于NOx传感器16的输出作为Δppm；但是与图5(b)中的曲线图不同，该曲线图不包括尾部。或者换句话说，由图5(c)中的曲线图表示的NOx传感器输出对燃料流变化可能没有响应，从而不能检测NOx水平的变化。
转向图6，示出了诊断车辆NOx传感器故障的示例性方法600。更具体地，方法600包括使用选择性放大滤波器放大来自于NOx传感器16的输出，且如果在燃料供应动态变化的给定时间范围内放大输出产生负值或低于指定诊断阈值的值，那么NOx传感器16可以看作正常工作。另一方面，如果在该范围内的放大输出不包括负数据点或低于指定诊断阈值的数据点，那么可以确定NOx传感器16有故障和/或不是最佳地工作。方法600在步骤605开始，通过经由输出信号将从NOx传感器16接收的传感器数据传送通过放大滤波器。在一个示例中，取决于是否进行NOx传感器16的诊断检查，NOx传感器16可以选择性地将数据发送通过放大滤波器。由于NOx传感器的性能可以使用一阶滤波器近似，因而放大滤波器可以被具体地选择，使得放大滤波器的零点将抑制或削弱来自于具有比滤波器零点位置更远的极点位置的传感器的任何输出。在一个示例中，为了检测具有时间常数的传感器，放大滤波器可以表示为（以频域）：
来自于放大滤波器的输出然后可以发送到ECU 12。方法600前进到步骤610。
在步骤610，来自于放大滤波器的输出可以被处理以定位负值。当NOx传感器正常工作时，来自于放大滤波器的输出可以包括负值。因而，检测负值的存在可以帮助确定NOx传感器16是否有故障。如果NOx传感器16的性能恶化到该传感器的时间常数（τ）大于预定值（例如，20秒）的程度，那么由放大滤波器产生的放大可能很小。在该情况下，来自于放大滤波器的输出可能不能产生任何负数据点。作为示例，如果诊断阈值被选择为零，这可以指示NOx传感器16没有正常工作。而且，低于阈值的数据点能以各种方式检测。在一个示例中，值可以通过使用包络滤波器检测，可以由ECU 12操作且存储在车辆10处的存储器模块22中。方法600然后结束。
包括使用选择性放大滤波器放大来自于NOx传感器16的输出的另一个示例在图7中示出。在此，方法700包括在步骤710启动诊断计时器。方法700前进到步骤720，且NOx传感器输出使用放大滤波器滤波。然后，在步骤730，使用包络滤波器在放大输出中定位负值，且方法700前进到步骤740。在步骤740，可以基于步骤710启动的计时器确定测试持续时间是否到期。如果否，那么方法700返回至步骤720。否则，方法700前进到步骤750且确定在测试期间是否存在足够的燃料变化。如果否，那么在步骤760重置诊断计时器且方法700返回至步骤710。否则，方法700结束。
图8(a)示出了通过正常工作的NOx传感器16产生的输出的曲线图，图8(b)示出了来自于正常工作的NOx传感器16的输出在其通过放大滤波器之后的曲线图。相比而言，图9(a)示出了通过工作欠佳的NOx传感器16产生的输出的曲线图，图9(b)示出了工作欠佳的NOx传感器16的输出在其通过放大滤波器之后的曲线图。如图8(b)所示，包络滤波器检测到多个负值，这可以表示NOx传感器16正常工作。包络滤波器结果在曲线图上作为标记为80的线示出。另一方面，图9(b)不包括任何负值，如在曲线图上作为标记为90的线示出的包络滤波器结果所示。可以用于在给定时间范围内执行诊断的开始条件包括给定范围内的燃料流的足够的动态变化，这于是可以预期引起正常工作的NOx传感器的足够的动态变化。这可有助于消除错误报警。
转向图10，示出了诊断车辆NOx传感器故障的示例性方法1000。方法1000包括基于在车辆发动机的燃料流停止之后来自于传感器的输出的变化率来测量NOx传感器16的功能性。例如，在停止将燃料流供应给车辆发动机之后，来自于NOx传感器16的输出应当比预定速率更快地变化。换句话说，NOx传感器输出的斜率应当大于预定阈值。此外，NOx传感器16的响应可能与NOx传感器16的时间常数（τ）直接相关。从而当来自于NOx传感器16的输出变化率（例如，斜率）低于阈值时，可以表示传感器工作欠佳，而在输出变化率高于该阈值时，可以确定NOx传感器16正常工作。
方法1000在步骤1005开始，通过检查开始诊断的一个或多个启动条件。为了更可靠地评估NOx传感器性能，可能满足某些车辆操作条件。例如，为了获得要判定的NOx传感器16的令人满意的输出变化率，确定是否有足够的燃料量流向车辆发动机可能是有帮助的。这可以通过将燃料流与预定阈值进行比较以确定燃料流率是否高于阈值来确定。如果是，那么诊断可以开始；否则，诊断将不进行。该确定可有助于确保在减少（可能消除）排气中的NOx水平之前排气中（至少初始地）存在足够的NOx量。初始NOx量和在燃料切断之后的NOx量之间的差应当使得传感器移动足够显著的量，以确定其是否正常工作。预定阈值可以存储在ECU 12的存储器22中，ECU 12也可以执行用于将NOx传感器输出与该阈值进行比较的计算机处理能力。而且，预定阈值可以针对各种传感器和车辆性能特性（例如，不同车辆型号或类型）标定或变化。操作条件的另一个示例包括确定车辆发动机的燃料停止是否持续足够时间量。由此，诊断过程可以确保在燃料停止期间可以编译从NOx传感器16接收的足够输出信号，以编译NOx传感器16的响应性。方法1000前进到步骤1010。
在步骤1010，来自于NOx传感器16的输出被接收且计算输出的变化率。这可以使用已知计算机处理能力实现，例如ECU 12所能够进行的处理能力。当ECU 12接收来自于NOx传感器16的输出时，ECU 12可以使用其内部时钟、计时器或其它时间保持装置来确定每单位时间的输出变化率。所确定的该输出变化率可以保存在存储器22中且可以执行进一步计算。例如，所确定的输出变化率可以用于计算输出变化率的平均值。方法1000前进到步骤1015。
在步骤1015，NOx传感器输出的计算变化率与预定阈值进行比较。如果变化率高于预定阈值，那么可以确定NOx传感器16恰当地工作。另一方面，如果所计算变化率低于预定阈值，那么可以确定NOx传感器16有故障。可以使用由ECU 12或其它计算装置实施的分类程序来在输出变化率中定位最大和最小值。在一些情况下，所确定的最大变化率可以与预定阈值进行比较。在其它情况下，所确定的最小变化率可以用于与预定阈值进行比较。在又一个示例中，还可以将来自于NOx传感器输出的变化率的计算平均值与预定阈值进行比较。与比较无关，如果确定来自于NOx传感器16的输出变化率低于预定阈值，那么车辆10的操作者或一些其它感兴趣方可以被警告有故障NOx传感器状况。操作者可以经由车载听觉和/或视觉报警来警告。方法1000然后结束。
图11(a)示出了停止到车辆发动机的燃料的曲线图，而图11(b)-(c)分别示出了工作欠佳和正常的NOx传感器16的输出，均响应于图11(a)所示的燃料停止。图11(a)示出了燃料以大约22.5 mm3/in的速率流向车辆发动机，直到215秒标记，在该点，燃料流下降为零。如图11(b)所示，来自于工作欠佳NOx传感器16的输出在215秒标记附近开始缓慢地下降，产生输出的较小变化率，从而产生相对缓和的斜率。相比而言，如图11(c)所示，来自于工作正常NOx传感器16的输出显示在215秒标记后急剧下降的NOx水平，直到大约220秒标记，从而产生比图11(b)所示更陡的斜率。
应当理解的是，前述说明不是本发明的限定，而是本发明的一个或多个优选示例性实施例的说明。本发明并不限于本文公开的具体实施例，而相反仅仅由所附权利要求限定。此外，前述说明中包含的陈述涉及具体实施例且不理解为对本发明范围或权利要求中使用的用词定义的限制，除非用词或措词在上文明确定义。所公开实施例的各种其它实施例和各种变化和修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，在上述方法之前，可以测量初始车辆状况且将这些状况与已知操作基准的范围进行比较。当测量初始车辆状况落入这些操作基准之外时，可以判定开始上述方法中的一个或多个。所有这种其它实施例、变化和修改旨在落入所附权利要求范围内。
如该说明书和权利要求中使用的那样，用词“例如”、“如”、“诸如”和“如同”以及动词“包括”、“具有”、“包含”及其其它动词形式，在与一个或多个部件或其它项的列表结合使用时，均应当被理解为开放式的，意味着列表不认为是排除其它附加部件或项。其它用词应当使用其最广泛的合适涵义理解，除非它们在需要不同解释的上下文中使用。

Claims (14)

1.一种诊断车辆NOx传感器故障的方法，包括以下步骤：
(a)确定车辆发动机的燃料流是否被中断；
(b)如果车辆发动机的燃料流被中断，那么监测NOx传感器以确定来自于NOx传感器的输出是否在超过预定时间量内保持高于上限阈值；以及
(c)如果车辆发动机的燃料流被中断且来自于NOx传感器的输出在超过预定时间量内保持高于上限阈值，那么判定NOx传感器存在高偏移误差；
(d)否则，如果车辆发动机的燃料流被中断且来自于NOx传感器的输出在超过预定时间量内低于零或负阈值，那么判定存在低偏移误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)还包括：使用发动机控制单元（ECU）来监测燃料流量传感器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)还包括：使用发动机控制单元（ECU）包括的计时器来确定来自于NOx传感器的输出是否保持高于上限阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，上限阈值或负阈值存储在发动机控制单元（ECU）上的存储器中。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：触发标记，以警告车辆乘员低偏移误差或高偏移误差。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：确定步骤(a)-(d)的持续时间是否超过最大分配时间。
7.根据权利要求1所述的方法，在步骤(d)之后，还包括以下步骤：
(e)确定车辆发动机的燃料流率；
(f)接收NOx传感器的输出；
(g)计算在多个数据点内车辆发动机的燃料流率的四阶矩以及NOx传感器的输出变化率的四阶矩；
(h)计算燃料流率的四阶矩和NOx传感器的输出变化率的四阶矩之间的比率；
(i)将所计算的比率与阈值进行比较；以及
(j)如果所计算的比率大于阈值，那么确定存在误差状况。
8.根据权利要求1所述的方法，在步骤(d)之后，还包括以下步骤：
(e)使来自于NOx传感器的输出信号通过放大滤波器；
(f)使用微处理器检测来自于放大滤波器的输出的最小值；
(g)使用微处理器确定最小值是否为负；以及
(h)如果最小值不是负，那么确定NOx传感器存在故障状况。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，最小值使用包络滤波器检测。
10.根据权利要求8所述的方法，在步骤(h)之后，还包括步骤：计算最小值的平均值以及确定最小值的平均值是否低于预定阈值。
11.根据权利要求1所述的方法，在步骤(d)之后，还包括以下步骤：
(e)确定燃料停止流向车辆发动机；
(f)在预定时间量内测量来自于NOx传感器的输出；
(g)基于时间和NOx传感器输出来计算NOx传感器的测量输出的斜率；
(h)确定所计算斜率是否小于预定斜率值；以及
(i)如果是，那么判定传感器没有正常工作。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(g)-(i)使用发动机控制单元（ECU）或微处理器执行。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，输出的斜率使用来自于NOx传感器的测量输出的平均值计算。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，输出的斜率使用来自于NOx传感器的测量输出的最大值或最小值计算。
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