CN105089760A - 在存在传感器劣化的情况下改善催化剂诊断的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在存在传感器劣化的情况下改善催化剂诊断的系统和方法，公开了用于诊断催化剂操作的系统和方法。在一个示例中，响应于可随传感器年限变化的催化剂监视器传感器的属性来调节催化剂变量的阈值极限。催化剂变量可提供对催化剂是否劣化或是否按预期操作的洞察。
Description
技术领域
本发明涉及改善用于交通工具的催化剂诊断的系统和方法。该系统和方法可特别用于经历传感器输出动态特性变化的交通工具。
背景技术
交通工具可包括用于处理发动机排放物的催化剂。由于催化剂暴露于升高的温度、机械振动、硫污染并且暴露在操作过程期间可遇到的其他工况下，所以随着时间的推移催化剂的性能可劣化。如果催化剂劣化超过预期量，交通工具尾管排放物可提高至不期望的水平。因此，可能期望提供判断催化剂是否按期望执行的鲁棒方法。
一种诊断催化剂操作的方法为使用氧传感器信息。具体地，氧传感器可放置在催化剂上游和下游的排气系统中。来自氧传感器上游和下游的信息可以为判断催化剂是否以期望方式执行的基础。然而，氧传感器性能可随着时间而劣化。劣化的氧传感器的输出可导致判断性能不良的催化剂正在以期望方式执行。因此，当判断催化剂是否按期望运转时，可期望提供将氧传感器性能从催化剂性能分离的方法。
发明内容
本发明人在此已经认识到上述缺点并且已经开发出用于诊断催化剂的方法，其包括：响应于催化剂监视器传感器输出的斜率来调节催化剂劣化阈值；响应于变量未超过催化剂劣化阈值而指示催化剂劣化；以及响应于劣化的指示来调节致动器的状态。
通过响应于催化剂监视器传感器的属性而调节催化剂诊断极限，可提供改善催化剂诊断的技术成果。具体地，催化剂监视器传感器的输出电压可随年限改变，使得当催化剂监视器传感器是确定催化剂性能的诊断的一部分时，可过高估计催化剂氧存储。然而，提供以用于再活化催化剂的催化剂氧存储估计极限和燃料的阈值量可经调节以补偿催化剂传感器动态特性。特别地，响应于催化剂监视器传感器斜率的变化，或可选地响应于催化剂监视器传感器时间常量，再活化催化剂并且提供催化剂下游的富排气成分排出(breakthrough)的氧存储估计极限和阈值燃料量可被增加。
本发明可提供若干优点。例如，该方法可提供更可靠的催化剂诊断评估。进一步地，经由提供劣化的催化剂操作的指示，该方法可减少交通工具排放物。更进一步地，该方法可遵守交通工具上的诊断规定。
当单独使用或与附图结合使用时，本发明的以上优点和其他优点及特征将通过以下具体实施方式变得显然。
应该理解，提供上述发明内容是为以简化形式引入所选概念，其将在具体实施方式中进一步描述。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或必要特征，其保护范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上的或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
当单独使用或参考附图使用时，通过阅读在此称为具体实施方式的实施例的示例将更充分理解在此描述的优点，其中：
图1为发动机和排气后处理系统的示意图；
图2和图3示出仿真的催化剂诊断序列；
图4和图5示出仿真的CMS输出特征；
图6和图7示出说明了基于额定氧传感器输出和劣化的氧传感器输出的确定的催化剂性能中的差异的分布曲线图；
图8和图9示出基于氧传感器的响应对催化剂性能和催化剂再活化燃料阈值的示例性调节；以及
图10为用于在CMS性能可能劣化的系统中诊断催化剂的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及诊断交通工具催化剂的性能，该催化剂处理内燃发动机的排气。本发明提供了基于位于交通工具排气系统中的一个或多个氧传感器的操作特征而调节催化剂诊断极限和催化剂氧存储极限。图1示出了一种示例性发动机和排气系统。图2和图3示出了示例性催化剂诊断序列。图4和图5示出了额定的新催化剂监视传感器(CMS)和劣化的CMS的输出。图6和图7示出了CMS输出对催化剂诊断估计的影响。图8和图9示出了基于CMS斜率估计的催化剂监视器阈值和极限。图10示出了用于在CMS输出可能劣化的系统中诊断催化剂的方法。
参考图1，包括多个汽缸的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，图1示出了多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，其中活塞36放置在汽缸壁32内并且连接到曲轴40。飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动机96包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可选择性地推进小齿轮95以啮合环形齿轮99。起动机96可直接安装至发动机的前面或发动机的后面。在某些示例中，起动机96可经由带或链条将扭矩选择性供给到曲轴40。在一个示例中，起动机96在未被啮合到发动机曲轴时处于基本状态。
所示燃烧室30分别经由进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器57确定。使用排气凸轮相位调节器56，排气凸轮53的正时可关于曲轴40的正时变化，以便相对于曲轴位置调节排气门打开和关闭位置。使用排气凸轮相位调节器59，进气凸轮51的正时可关于曲轴40的正时变化，以便相对于曲轴位置调节排气门打开和关闭位置。
所示燃料喷射器66被定位为将燃料直接喷射到汽缸30内，这是本领域技术人员已知的直接喷射。可替代地，燃料可喷射到进气道，这是本领域技术人员已知的进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器66。另外，所示进气歧管44与可选的电子节气门62连通，该电子节气门调节节流板64的位置，以控制从进气口42到进气歧管44的气流。在一个示例中，高压、双极燃料系统可用于生成较高的燃料压力。在某些示例中，节气门62和节流板64可放置在进气门52和进气歧管44之间，使得节气门62为进气道节气门。
响应于控制器12，无分电器点火系统88经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。所示通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126耦合到在催化转化器70上游的排气歧管48。催化剂监视器传感器(CMS)127为提供如图4所示的输出的加热型氧传感器(HEGO)。
在一个示例中，转化器70可包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可使用多个排放控制装置，每个排放控制装置均带有多个砖。转化器70可以为三元型催化剂。
控制器12在图1中示为常规微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和常规数据总线。所示控制器12接收来自耦合到发动机10的传感器的各种信号，除先前讨论的那些信号外，还包括：来自耦合到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦合到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。还可感测用于由控制器12处理的大气压力(传感器未示出)。在本说明书的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每转产生预定数目的等间隔脉冲，由此可确定发动机转速(RPM)。
控制器12也可向用户显示器39显示变量和控制参数。例如，如果确定传感器或设备劣化，则控制器12可在显示器39上显示劣化设备的指示。
在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。通常，在进气冲程期间，排气门54关闭，而进气门52打开。空气经由进气歧管44引入燃烧室30中，并且活塞36移动到汽缸的底部，以便增加燃烧室30内的容积。本领域技术人员通常将活塞36靠近汽缸底部且处于其冲程结束时的位置(例如当燃烧室30处于其最大容积时)称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。本领域技术人员通常将活塞36在其冲程结束时且最靠近汽缸盖(例如当燃烧室30处于其最小容积时)的点称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，将燃料引入燃烧室。在下文称为点火的过程中，喷射的燃料由诸如火花塞92的已知点火装置点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞运动转化为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧过的空气燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回到TDC。注意，以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开正时和/或关闭正时可变化，例如以提供正或负气门重叠、进气门延迟关闭或各种其他示例。
因此，图1的系统提供了交通工具系统，其包括：发动机；与发动机流体连通的催化剂；放置在催化剂下游的排气道中的催化剂监视器传感器；以及包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令的控制器，该可执行指令用于响应于催化剂监视器阈值而调节致动器，催化剂监视器阈值基于催化剂监视器传感器的属性。交通工具系统包括，其中属性为催化剂监视器传感器的斜率。交通工具系统包括，其中斜率在富催化剂监视器输出阈值与稀催化剂监视器输出阈值之间。交通工具系统进一步包括附加的可执行指令，该指令用于响应于催化剂监视器传感器的属性而限制催化剂氧存储的估计值。交通工具系统进一步包括附加的可执行指令，该指令用于响应于存储在催化剂中的氧的估计值为零而结束诊断。交通工具系统包括，其中致动器为燃料喷射器。
现在参考图2，其示出了仿真的催化剂诊断序列。图2的序列表示其中确定催化剂达到操作要求的催化剂诊断序列。该操作序列可由图1的系统根据图10的方法来执行。垂直线T0-T4表示在序列中的特别感兴趣的时间。
自图2顶部的第一曲线是基于发动机排气的发动机空燃比与时间的曲线图。发动机空燃比由在发动机排气中的氧浓度确定。水平线202表示化学计量的空燃比。当空燃比迹线高于线202时，发动机稀运转，而当空燃比迹线低于线202时，发动机富运转。X轴表示时间，并且时间从图2的左侧到图2的右侧增加。
自图2顶部的第二曲线为CMS输出电压与时间的曲线。CMS输出电压可在0V和1V之间变化。1V的电压值指示富空气燃料混合物的氧含量。0V的值表示稀空气燃料混合物的氧含量。导致电压大于0.45V的排气被理解为富空气燃料混合物的排气。导致电压小于0.45V的排气被理解为稀空气燃料混合物的排气。Y轴表示如所指示的CMS电压。X轴表示时间，并且时间从图2的左侧到图2的右侧增加。
自图2顶部的第三曲线为在减速燃料切断(DFSO)事件之后提供催化剂排出的供应给发动机的累积的过量燃料的曲线。水平线204表示供应给发动机的过量燃料的阈值量，该阈值量被期望在完全使用寿命的催化剂(例如，在其使用路线(例如，100,000英里)结束时，可接受地执行以满足期望排放水平的催化剂)中引起富排气成分排出(例如，富发动机排气产物穿过催化剂而未被氧化)。Y轴表示提供催化剂排出的累积的过量燃料并且提供催化剂排出的累积的过量燃料的量在Y轴箭头的方向上增加。提供催化剂排出的累积的过量燃料基于在以下时间中累积的富于化学计量的燃料量的燃料量，即在CMS输出正指示稀的时间或在DFSO之后从燃料喷射器启动直到存储在催化剂中的估计的氧为零的时间。X轴表示时间，并且时间从图2的左侧到图2的右侧增加。
自图2顶部的第四曲线为在DFSO期间存储在催化剂中的估计的氧的曲线。Y轴表示在DFSO期间存储在催化剂中的估计的氧，并且存储在催化剂中的估计的氧在Y轴箭头的方向上增加。X轴表示时间，并且时间从图2的左侧到图2的右侧增加。水平线210表示在DFSO期间存储在催化剂中的估计的氧的极限。因此，存储在催化剂中的氧的估计量不超过水平210。
在时间T0，发动机排气指示发动机正在以近化学计量的空燃比运转，并且CMS传感器正在指示在催化剂之后的位置处的稍富的排气成分。在DFSO之后供给到催化剂的累积的过量富燃烧产物的累积量为零，并且在DFSO期间存储在催化剂中的估计的氧为零。因此，发动机未以DFSO模式运转。
在时间T1，由于发动机排气比用于化学计量燃烧的排气更稀，所以发动机排气指示发动机正在以DFSO模式运转。响应于驾驶员释放加速器踏板(未示出)，发动机可进入DFSO模式。在DFSO期间，在没有燃料的情况下，发动机继续旋转并且通过发动机泵送新鲜空气，并且排气系统引起基于发动机排气的发动机空燃比示出极稀的状况。通过排气系统泵送的新鲜空气使在催化剂中的碳氢化合物和CO氧化，并且产生指示稀状况的排气产物。当空气穿过催化剂时，CMS输出从富转变到稀。由于燃料喷射器在DFSO之后被停用或不供应燃料给发动机，所以供给发动机的提供催化剂排出的过量燃料的累积量处于零水平。在基于发动机排气的发动机空燃比转变到稀后，存储在催化剂中的估计的氧增加。存储在催化剂中的估计的氧在时间T2之前达到一个水平并保持恒定。存储在催化剂中的估计的氧达到210的水平为极限水平，其表示当过量燃料燃烧产物供应给催化剂时，确保阈值催化剂(例如，满足排放的交通工具上的诊断规定的最佳劣化催化剂)将富排出(例如，富燃烧产物穿过催化剂而不被处理)的平均三西格玛(例如，在图7中所示的在710和712处的三标准差)的量。
在时间T2，响应于增加发动机扭矩的请求(未示出)，基于发动机排气的发动机空燃比从稀(不燃烧空气燃料混合物)DFSO模式转变到富(燃烧空气燃料混合物)催化剂再活化模式。通过在稀运转之后转变为富，可以经由利用氧气使CO和碳氢化合物氧化而减少尾管NOx。由于少量富排气成分穿过催化剂到达CMS，所以CMS输出继续指示稀排气成分(例如，低电压)。由于富排气成分从发动机供应给催化剂，所以提供催化剂排出的过量富燃烧产物的累积量开始增加。由于存储在催化剂中的氧被用于氧化在发动机排气成分中的碳氢化合物和CO，所以存储在催化剂中的估计的氧开始减少。
在时间T3，由于在催化剂中的氧被估计为耗尽，所以存储在催化剂中的估计的氧达到零值。然而，CMS传感器继续提供指示在催化剂下游的排气实际展示出稀成分水平的低电压，从而指示催化剂实际已经存储了比估计更多的氧。响应于估计的氧的值达到零，基于发动机排气的发动机空燃比自催化剂再活化模式转变到化学计量的发动机空燃比模式。由于存储在催化剂中的估计的氧水平达到零，所以提供催化剂排出的过量燃料的累积量增加了预定量，该预定量基于在存储在催化剂中的估计的氧水平达到零时的CMS输出。由于提供催化剂排出的过量燃料的累积量大于阈值204，所以判断出催化剂正常工作，并且催化剂监视器输出达到指示。阈值204基于图8所示的曲线。
在时间T4，CMS输出转变到指示在催化剂内的富条件。催化剂监视器在CMS传感器转变到指示富条件时完成。这样，催化剂可被监测和估计以确定催化剂是否正在以期望的方式运转。
现在参考图3，其示出了仿真的催化剂诊断序列。图3的序列表示其中确定催化剂未达到预期操作要求的催化剂诊断序列。该操作序列可由图1的系统根据图10所述的方法来执行。垂直线T10-T13表示在序列中的特别感兴趣的时间。图3的曲线表示具有在图2中所述的相同变量的曲线。因此，为简洁起见，图3省略了对曲线的描述。
在时间T10，发动机排气指示发动机正在以近化学计量的空燃比进行操作，并且CMS传感器正指示在催化剂之后的位置处的稍富的排气成分。在DFSO之后，供应给催化剂的累积的过量富燃烧产物的累积量为零，并且在DFSO期间存储在催化剂中的估计的氧为零。因此，发动机未运转在DFSO模式中。
在时间T11，由于发动机排气比化学计量燃烧的排气更稀，所以发动机排气指示发动机正运转在DFSO模式中。响应于驾驶员释放加速器踏板(未示出)，发动机可进入DFSO模式。当空气穿过催化剂时，CMS输出从富转变到稀。由于燃料喷射器在DFSO之后被停用或未供应燃料给发动机，所以提供催化剂排出的过量燃料的累积量处于零水平。在基于发动机排气的发动机空燃比转变到稀后，存储在催化剂中的估计的氧增加。存储在催化剂中的估计的氧在时间T12之前达到一个水平并保持恒定。存储在催化剂中的估计的氧达到210的水平为表示确保阈值催化剂将排出的平均三西格玛(例如，在图7中所示的在710和712处的三标准差)量的极限水平。
在时间T12，响应于增加发动机扭矩请求(未示出)，基于发动机排气的发动机空燃比从稀(不燃烧空气燃料混合物)DFSO模式转变到富(燃烧空气燃料混合物)催化剂再活化模式。通过在稀运转之后转变到富，可以经由利用氧气使CO和碳氢化合物氧化来减少尾管NOx。由于少量富排气成分穿过催化剂到达CMS，所以CMS输出继续指示稀排气成分(例如，低电压)。由于富排气成分从发动机供应给催化剂，所以提供催化剂排出的过量富燃烧产物的累积量开始增加。由于存储在催化剂中的氧被用于氧化在发动机排气成分中的碳氢化合物和CO，所以存储在催化剂中的估计的氧开始减少。
在时间T13，响应于排气，CMS输出将状态转变为较高水平以指示在催化剂下游的富排气条件，但由于在催化剂中的氧被估计为未耗尽，所以存储在催化剂中的估计的氧未达到零值。然而，响应于CMS状态的改变，存储在催化剂中的估计的氧转变到零值。CMS状态改变将发动机从催化剂再活化模式转变到化学计量模式。响应于CMS状态改变，基于发动机排气的发动机空燃比自催化剂再活化模式转变到化学计量的发动机空燃比模式。响应于CMS改变状态，提供催化剂排出的过量燃料的量的累积也停止。由于提供催化剂排出的过量燃料的累积量小于阈值240，所以判断出催化剂劣化并且催化剂监视器不输出通过指示。阈值204基于图8所述的曲线。响应于CMS传感器转变到指示富条件的时间，催化剂监视器完成。这样，催化剂监视器响应于进入DFSO模式而被启动，并且响应于CMS传感器从稀状态改变为富状态或者响应于存储在催化剂中的氧的估计量达到零值而退出。
现在参考图4，其示出了仿真CMS输出特征的曲线图。另外，描述了基于CMS输出的确定CMS输出斜率的方法。在图4中所示的CMS输出特征表示未劣化的CMS输出的特征。
该曲线图示出了表示CMS输出电压的Y轴。X轴表示自DFSO起的时间，并且时间从图4的左侧到图4的右侧增加。在0.6V处的水平线450表示指示富发动机排气的阈值电压水平。在0.2V处的水平线452表示指示稀发动机排气的阈值电压水平。应该意识到，在此所述的电压水平为示例，并且期望针对不同的系统和传感器的不同的电压水平。
沿着CMS迹线类似400的点指示示例样本或内插值，该示例样本在发动机以近化学计量比运转的DFSO之前和期间的时间到当燃料喷射停止且发动机处于DFSO时的时间期间获取。样本404表示在CMS输出小于水平450之前采样的最后的CMS输出电压。样本406表示在CMS输出小于水平450之后采样的第一CMS输出电压。内插值408是在CMS输出处于水平450时的线性内插估计值。样本408的位置由斜率方程m＝(y2-y1/x2-x1)和直线方程y＝mx+b确定。其中，y2为第二样本的CMS电压，x2为第二样本的时间，y1为第一样本的CMS电压，x1为第一样本的时间，m为斜率，b为偏移量，y为CMS电压，且x为时间。样本408的位置是确定斜率420的基础，斜率420为CMS输出电压的斜率的估计值。
类似地，样本414的位置是在CMS输出处于水平452时的线性内插估计值。因此，样本414的位置由在样本410和样本412处的样本确定。样本410表示在CMS输出小于水平452之前采样的最后的CMS输出电压。样本412表示在CMS输出小于水平452之后采样的第一CMS输出电压。线段420的斜率使用以上斜率方程和在样本408与样本414处的样本的位置确定。未劣化的CMS的示例斜率值可以为-10。
现在参考图5，其示出了仿真的CMS输出特征的曲线。在图5中所示的CMS输出特征表示劣化CMS输出的特征。
该曲线图示出了表示CMS输出电压的Y轴。X轴表示自DFSO起的时间，并且时间从图5的左侧到图5的右侧增加。在0.6V处的水平线550表示指示富发动机排气的电压水平。在0.2V处的水平线552表示指示稀发动机排气的电压水平。
沿着CMS迹线类似500一样的样本指示示例样本，该示例样本在发动机正以近化学计量比运转的DFSO之前和期间的时间到当燃料喷射停止且发动机处于DFSO时的时间期间获取。样本504表示在CMS输出小于水平550之前采样的最后的CMS输出电压。样本506表示在CMS输出小于水平550之后采样的第一CMS输出电压。样本508为在CMS输出处于水平550时的线性内插估计值。样本508的位置由斜率方程m＝(y2-y1/x2-x1)和直线方程y＝mx+b确定。样本508的位置被确定以确定斜率520，斜率520为CMS输出电压的斜率的估计值。
类似地，样本514的位置是在CMS输出处于水平552时的线性内插估计值。因此，样本514的位置由在样本510和样本512处的样本确定。样本510表示在CMS输出小于水平552之前采样的最后的CMS输出电压。样本512表示在CMS输出小于水平552之后采样的第一CMS输出电压。线段520的斜率使用以上斜率方程和在样本508与样本514处的样本的位置确定。劣化的CMS的示例性斜率值可以为数值-2。
这样，可确定劣化的CMS展示出比未劣化的CMS更小的斜率。较小的斜率可导致催化剂氧存储容量的估计值增加，从而使在存在减小的CMS斜率的情况下更难以诊断劣化的催化剂。
现在参考图6，其示出了分布曲线图，该图示出了CMS斜率对催化剂监视器输出的影响。如在图2和图3的第三曲线中所示，在退出DFSO之后，催化剂监视器输出以磅质量燃料为单位的提供催化剂排出的过量富燃料的累积量。Y轴表示落入分布曲线602和604的区段内的催化剂监视器测试的数目。X轴表示以磅质量燃料为单位的提供催化剂排出的富燃料，并且富燃料量在X轴箭头的方向上增加。
分布602表示催化剂监视器执行数目的分布，其中在DFSO和催化剂再活化期间的CMS斜率具有不指示CMS劣化的较陡斜率(例如，图4)。分布604表示催化剂监视器执行数目的分布，其中在DFSO和催化剂再活化期间的CMS斜率具有指示一些CMS劣化的较浅斜率(例如，图5)。分布602和604基于使用相同催化剂的催化剂监视器执行。催化剂为指示劣化的催化剂的阈值催化剂，劣化的催化剂满足排放规定的最小排气成分转化效率。因此，当与分布602相比时，可观察到分布604朝向指示催化剂具有存储富燃烧副产物的附加容量的偏斜或偏置。垂直标记610为基于额定CMS时间常量(例如，新CMS的时间常量)的分布602的三西格玛催化剂监视器输出值。垂直标记612为分布604的三西格玛催化剂监视器输出值，并且分布604基于具有的时间常量比额定传感器(例如，新传感器)时间常量更慢的传感器，该传感器的时间常量足够慢以影响催化剂监视器但不足以慢到指示劣化的CMS。
因此，如果劣化的CMS传感器以诊断催化剂为基础但不补偿CMS传感器劣化，则相当大百分比的催化剂监视器测试将超过610阈值，并且被错误地报告为催化剂不满足期望的性能特征。然而，如果催化剂阈值610被调节到阈值612的水平，则催化剂监视器将指示催化剂正在预期极限内执行。这样，催化剂监视器阈值极限可针对CMS输出进行调节，以提供改善的催化剂操作容量估计值。
现在参考图7，其示出了分布曲线图，该图示出了CMS斜率对存储在催化剂中的估计的氧的影响。催化剂监视器估计存储在催化剂中的氧，并且使用该估计值判断存储在催化剂中的氧在DFSO之后的催化剂再活化期间何时耗尽。响应于氧估计值在比预期更早的时间耗尽，可完成催化剂监视器测试。因此，为了判断催化剂是否比阈值量劣化更多或者是否正在按照期望执行，可期望具有存储在催化剂中的氧的准确估计值。存储在催化剂中的氧的估计值在自图2和图3顶部的第四曲线中示出。Y轴表示落入分布曲线702和704的区段内的在DFSO之后的催化剂再活化数目。X轴表示以磅质量为单位的存储在催化剂内的估计的氧，并且存储的氧量在X轴箭头的方向上增加。
分布702表示在DFSO之后的催化剂再活化数目的分布，其中在DFSO和催化剂再活化期间使用的CMS斜率具有不指示CMS劣化的较陡斜率(例如，图4)。分布704表示催化剂监视器执行数目的分布，其中在DFSO和催化剂再活化期间的CMS斜率为指示一些CMS劣化的较浅斜率(例如，图5)。分布702和704基于使用相同催化剂的在DFSO之后的催化剂再活化。催化剂为指示满足最小排气成分转化效率的劣化的催化剂的阈值催化剂测试体(testpiece)。因此，当与分布702相比时，可观察到分布704朝向指示催化剂具有存储氧的附加容量偏斜或偏置。垂直标记710是分布702的三西格玛(标准差)催化剂监视器输出值。垂直标记712是分布704的三西格玛催化剂监视器输出值。
这样，如果劣化的CMS传感器以再活化催化剂为基础而不补偿CMS传感器劣化，则相当大百分比的催化剂监视器测试将估计氧存储超过710阈值，并且被错误地用作确定在催化剂中的存储的氧的基础，在催化剂中的存储的氧用作确定催化剂劣化的基础。然而，对于基于催化剂监视器的催化剂劣化估计值，如果催化剂阈值710被调节到阈值712的水平，则催化剂监视器将提供针对存储在催化剂内的氧的量的改善的估计值。因此，催化剂监视器氧存储阈值极限可针对CMS输出进行调节，以提供催化剂操作容量的改善的估计值。
现在参考图8，其示出催化剂劣化阈值对CMS斜率的曲线。催化剂劣化阈值为催化剂监视器指示或不指示催化剂劣化的基础。Y轴表示以磅质量燃料为单位的催化剂劣化阈值。例如，催化剂阈值曲线(例如，802和804)的一部分在图2和图3中示为阈值204。因此，将提供催化剂排出的过量富燃料的累积量与催化剂阈值曲线802和804中的一个相比较，以确定催化剂是否劣化。用于估计过量富燃料的累积量的曲线802和804的一部分由相应汽缸组中的每个汽缸组的CMS斜率(例如，X轴)确定。X轴值靠近Y轴以大值开始，并且该值在X轴箭头的方向上减小。
曲线802表示第一发动机汽缸组的催化剂劣化阈值。曲线804表示第二发动机汽缸组的催化剂劣化阈值。在两条曲线之间的燃料质量的差异可以归因于CMS位置和排气系统配置。对于包括两个催化剂砖和两个CMS的系统，催化剂监视器算法出于诊断目的基于阈值或曲线802和804判断催化剂中的任一个或两个是否劣化。在垂直标记806与垂直标记808之间的曲线802和804的部分是针对CMS传感器劣化的调节，其开始于指示CMS劣化不足或缺乏的CMS斜率(例如，从Y轴到806)直到其中判断CMS的劣化足以使催化剂监视器被禁用的CMS斜率(例如，从808到在X轴范围内的最浅斜率)。因此，在垂直标记806与垂直标记808之间的区域是对于催化剂阈值水平的调节，以用于判断催化剂是否劣化，其中该调节基于CMS劣化的量。
针对汽缸组1的在Y轴与806之间的曲线802的催化剂劣化阈值为如在图6中的610所示的阈值催化剂和新CMS(例如，快时间常量传感器)的催化剂监视器三西格玛输出。针对汽缸组1的在808与X轴的范围之间的曲线802的催化剂劣化阈值为如在图6中的612所示的阈值催化剂和部分劣化CMS(例如，慢时间常量传感器)的催化剂监视器三西格玛输出。在806与808之间的曲线802的催化剂劣化阈值为在820与822处的值之间的线性内插值。曲线804的阈值以类似方法确定。
现在参考图9，其示出了自DFSO起存储在催化剂中的氧与CMS斜率的曲线。曲线902和904指示两个汽缸组的存储在催化剂中的氧的极限。在燃料流量在DFSO期间停止之后，存储在催化剂中的氧的极限为确定催化剂再活化燃料的量(例如，超出提供化学计量的空气燃料给发动机的燃料量的燃料量)的基础，以在发动机燃料恢复之后供给发动机。
曲线902表示第一发动机汽缸组的催化剂氧存储估计值。曲线904表示第二发动机汽缸组的催化剂氧存储估计值。在两条曲线之间的存储在催化剂中的氧的差异可以归因于催化剂体积、CMS位置、催化剂砖成分和排气系统配置。对于包括两个催化剂砖和两个CMS的系统，催化剂监视器算法使用用于两个不同汽缸组的催化剂氧存储估计值来确定供应给该两个不同汽缸组的再活化燃料的量。在垂直标记906与垂直标记908之间的曲线902和904的部分为针对CMS传感器劣化的调节，该调节在指示CMS劣化不足或不存在的CMS斜率(例如，从Y轴到906)开始直到其中判断CMS劣化足以使催化剂监视器被禁用的CMS斜率(例如，从908到在X轴范围内的最浅斜率)。因此，在垂直标记906与垂直标记908之间的区域为基于CMS劣化量对催化剂氧存储极限的调节。
针对汽缸组1的在Y轴与906之间的曲线902的催化剂氧存储估计值极限为如在图7中的710所示的阈值催化剂和新CMS(例如，快时间常量传感器)的催化剂监视器三西格玛氧存储估计值极限。针对汽缸组1的在908与X轴的范围之间的曲线902的催化剂氧存储估计值极限为如在图7中的712所示的阈值催化剂和部分劣化CMS(例如，慢时间常量传感器)的催化剂监视器三西格玛氧存储估计值极限。在906与908之间的曲线902的催化剂氧存储极限值为在920与922处的值之间的线性内插值。曲线904的阈值以类似方法确定。
现在参考图10，其示出了用于在CMS性能可劣化的系统中诊断催化剂的示例方法的流程图。图10的方法可提供在图2和图3中所示的操作序列。进一步地，图10的方法可作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令而包括在图1的系统中。
在1002，方法1000基于CMS斜率确定催化剂劣化阈值极限。如在图4和图5中所述，方法1000确定CMS斜率。具体地，方法1000在DFSO期间对CMS传感器电压进行采样。处于第一阈值电压(例如，图4的408)的时间CMS输出通过在CMS输出转变通过第一阈值电压之前的第一样本(例如，图4的404)与在CMS输出转变通过第一阈值电压之后的第一样本(例如，图4的406)之间的线性内插来估计。第一阈值电压已知(例如，图4的450)，并且CMS输出经估计已经输出第一阈值电压的时间未知。在第一样本(例如，图4的404)与第二样本(例如，图4的406)之间的斜率根据斜率方程来确定，而CMS输出处于第一阈值电压的时间由直线方程、斜率和阈值电压来确定。
处于第二阈值电压(例如，图4的414)的时间CMS输出通过在CMS输出转变通过第二阈值电压之前的第一样本(例如，图4的410)与在CMS输出转变通过第二阈值电压之后的第一样本(例如，图4的412)之间的线性内插来估计。第二阈值电压已知(例如，图4的452)，并且CMS输出经估计已经输出第二阈值电压的时间未知。在第三样本(例如，图4的410)与第四样本(例如，图4的412)之间的斜率根据斜率方程来确定，而CMS输出处于第一阈值电压的时间由直线方程、斜率和阈值电压来确定。
CMS斜率基于第一阈值电压、CMS输出穿过第一阈值电压的时间、第二阈值电压和CMS输出穿过第二阈值电压的时间来确定。第一阈值电压和CMS输出穿过第一阈值电压的时间限定第一点。第二阈值电压和CMS输出穿过第二阈值电压的时间限定第二点。将第一点和第二点输入斜率方程以确定CMS斜率。
催化剂监视器阈值极限通过使用新CMS(陡斜率)和阈值催化剂多次启动催化剂监视器来确定。催化剂监视器输出提供阈值催化剂的催化剂排出的过量富燃料(例如，比化学计量混合物更富的燃料)的累积量。过量富燃料的三西格玛累积量选自多次催化剂监视器启动。如在图8的Y轴与806之间的曲线802所示，当CMS为新的(例如，快时间常量)时，三西格玛值为催化剂劣化阈值。
催化剂监视器也可使用部分劣化的CMS(浅斜率)和阈值催化剂被多次启动。催化剂监视器输出提供阈值催化剂的催化剂排出的过量富燃料(例如，比化学计量混合物更富的燃料)的累积量。过量富燃料的三西格玛累积量选自多次催化剂监视器启动。如在图8的808与X轴的范围之间的曲线802所示，当CMS部分劣化(例如，慢时间常量)时，该三西格玛值为催化剂劣化阈值。
在表示新CMS的阈值和部分劣化的CMS之间的催化剂劣化阈值经由在新CMS(陡斜率)的过量富燃料的三西格玛累积量与部分劣化的CMS(浅斜率)的过量富燃料的三西格玛累积量之间的线性内插来确定。例如，新CMS的三西格玛催化剂劣化阈值和新CMS的斜率表示第一点，部分劣化的CMS的三西格玛催化剂劣化阈值和部分劣化的CMS的斜率表示第二点。在第一点和第二点之间的直线的斜率由第一点和第二点使用斜率方程和斜率来确定。将斜率和第一点输入直线方程中以确定偏移量b。这样，可确定在第一点和第二点之间的直线方程。依据CMS斜率的表示催化剂劣化阈值的曲线(例如，图8的802)的三部分可以这样的方式确定。第二汽缸组的催化剂阈值可以类似的方式确定。在确定催化剂阈值曲线之后，方法400进行到1004。
在1004，方法1000基于CMS斜率确定催化剂中存储的氧阈值极限。如在1002和图4与图5中所示，方法1000确定CMS斜率。催化剂中存储的氧阈值极限通过使用新CMS(陡斜率)和阈值催化剂多次启动催化剂监视器来确定。基于超过用于在发动机退出DFSO模式之后操作发动机的化学计量燃料量的燃料的量，催化剂监视器估计存储在催化剂中的氧。三西格玛催化剂氧存储量选自多次催化剂监视器启动。如在图9的906与Y轴之间的曲线902所示，当CMS为新的(例如，较陡斜率)时，该三西格玛值为催化剂氧存储量极限。
催化剂监视器也可使用部分劣化的CMS(浅斜率)和阈值催化剂被多次启动。催化剂监视器基于在催化剂再活化期间供应给发动机的过量富燃料量来输出催化剂氧存储量。三西格玛催化剂氧存储量选自多次催化剂监视器启动。如在908与X轴的范围之间的曲线902所示，当CMS部分劣化(例如，慢时间常量)时，该三西格玛值为催化剂氧存储量极限。
在表示新CMS和部分劣化CMS的极限之间的催化剂氧存储量极限经由在新CMS(陡斜率)的三西格玛催化剂氧存储量与部分劣化CMS(浅斜率)的三西格玛催化剂氧存储量之间的线性内插来确定。例如，新CMS的三西格玛催化剂氧存储量和新CMS的斜率表示第一点，部分劣化的CMS的三西格玛催化剂氧存储量和部分劣化的CMS的斜率表示第二点。在第一点和第二点之间的直线的斜率由第一点和第二点使用斜率方程和斜率来确定。将斜率和第一点输入到直线方程中以确定偏移量b。这样，可确定在第一点和第二点之间的直线方程。依据CMS斜率的表示催化剂氧存储量的曲线(例如，图9的902)的三个部分可以这样的方法确定。第二汽缸组的催化剂氧存储量极限可以类似的方法确定。在确定催化剂氧存储量极限曲线之后，方法400进行到1006。
在1006，方法1000确定发动机工况。发动机工况可包括但不限于发动机转速、发动机载荷、周围空气温度、发动机空燃比和交通工具速度。在确定发动机工况之后，方法1000进行到1008。
应该注意，步骤1002-1006无需在每次启用催化剂监视器时都执行。相反，步骤1002-1006可执行一次，其结果存储在存储器中供以后使用。
在1008，方法1000判断催化剂监视器是否被启用或执行。响应于交通工具在催化剂监视器未被执行达预定量的时间或事件之后进入DSFO，可执行催化剂监视器。例如，在交通工具进入DFSO时的时间中，响应于发动机启动并且未执行催化剂监视器，可执行催化剂监视器。如果方法1000判断出其为执行催化剂监视器的期望时间，则答案为是，并且方法1000进行到1010。否则，答案为否，并且方法1000进行到退出。
在1010，方法1000开始累积在交通工具进入DFSO之后超过化学计量燃料的燃料量。在DFSO期间，燃料流量停止，所以燃料累积在供应富燃料混合物给发动机用于催化剂再活化时开始。例如，如果发动机正在以5％富和10lbs/hr的燃料流速运转，则方法1000就开始累积0.5lbs/hr的燃料流速直到CMS指示富。在燃料流速的累积开始之后，方法1000进行到1012。
在1012，方法1000采样CMS的输出。CMS提供对应于排气中的氧浓度的输出电压。氧浓度对应于发动机空燃比。对CMS输出电压进行采样并且将其存储在存储器中。在对CMS采样之后，方法1000进行到1014。
在1014，方法1000判断CMS是否已经从稀状态变为富状态，或者存储在催化剂中的估计的氧是否已经被供应给发动机的过量燃料耗尽。如果CMS从稀变为富，则指示在催化剂中的氧存储容量被耗尽。基于来自超过供应给发动机并且输送到催化剂的化学计量空气燃料混合物的燃料的富燃烧产物的质量，存储在催化剂中的估计的氧减少。如果方法1000判断出CMS已经改变状态或当富燃烧产物引入到催化剂时估计的氧减少到零，则答案为是，并且方法1000进行到1016。否则，答案为否，并且方法1000返回到1010。
在1016，方法1000判断过量燃料(例如，在DFSO之后催化剂被再活化时，比提供化学计量空燃比给发动机的燃料的质量更富的燃料的质量)的累积量是否大于燃料的阈值量。如果是这样，则答案为是，并且方法1000进行到1022。否则，答案为否，并且方法1000进行到1020。
在1020，方法1000存储针对催化剂监视器的通过的催化剂的指示。当催化剂展示多于阈值量的燃料被供应给发动机以使富燃烧产物离开催化剂时，催化剂通过。在存储通过指示之后，方法1000进行到退出。
在1022，方法1000存储用于催化剂监视器的劣化催化剂的指示。该指示可以具有调整变量值的形式。例如，当确定催化剂劣化时，催化剂劣化变量可从0值变为1值。当催化剂展示少于阈值量的燃料被供应给发动机以使富燃烧产物离开催化剂时，催化剂可劣化。在存储劣化指示之后，方法1000进行到1024。
在1024，方法1000响应于劣化的催化剂的指示而调节致动器。在一个示例中，响应于劣化的催化剂的指示而调节燃料喷射。例如，可减少峰对峰空燃比调制水平，以减少催化剂稀或富排出的可能性。另外，灯光或显示器可将催化剂劣化通知交通工具操作者。在另外的示例中，可做出其他的发动机致动器调节。在调节致动器之后，方法1000进行到退出。
在可替换的实施例中，CMS传感器时间常量可代替CMS斜率，尽管这两个变量不相同。因此，催化剂监视器阈值和催化剂氧存储估计值极限可基于CMS时间常量。
因此，图10的方法提供了用于诊断催化剂的方法，其包括：响应于催化剂监视器传感器输出的斜率来调节催化剂劣化阈值；响应于变量未超过催化剂劣化阈值而指示催化剂劣化；以及响应于劣化指示而调节致动器的状态。该方法包括，其中变量表示在发动机退出减速燃料切断模式之后超过供应给发动机的化学计量的空气燃料混合物的燃料量。
图10的方法也包括，其中催化剂劣化阈值随着催化剂监视器传感器斜率的减小而增加。该方法也包括，其中致动器提供催化剂劣化的指示。该方法包括，其中致动器为燃料喷射器。该方法进一步包括，基于富催化剂监视器传感器阈值水平和稀催化剂监视器传感器阈值水平来确定斜率。该方法包括，其中催化剂监视器传感器位于催化剂的下游。
图10的方法也包括用于诊断催化剂的方法，其包括：响应于催化剂监视器传感器输出的斜率而调节催化剂氧存储估计值极限；响应于催化剂监视器传感器输出的斜率而调节催化剂劣化阈值；响应于变量未超过催化剂劣化阈值和催化剂氧存储估计值大于零而指示催化剂劣化；以及响应于劣化指示而调节致动器的状态。该方法包括，其中当催化剂监视器从稀状态变为富状态时，催化剂氧存储估计值大于零。
该方法也包括，其中催化剂氧存储估计值极限随着催化剂监视器传感器斜率的减小而增加。该方法进一步包括，累积供应给发动机的燃料量，该燃料量超过在减速燃料切断事件之后在催化剂再生期间供应给发动机以运转该发动机的化学计量燃料量，并且其中燃料的累积量为变量。该方法包括，其中燃料的累积量为变量。该方法进一步包括，对催化剂监视器传感器的输出采样以确定斜率。该方法包括，其中致动器为显示设备。
如本领域的一个普通技术人员意识到的，在图10中描述的方法可表示任何数目的处理策略中的一种或多种，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所说明的各种步骤或功能可按说明的顺序执行、并行执行、或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现在此所述的目标、特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述提供。尽管未明确说明，但本领域的一个普通技术人员将认识到可以根据所使用的具体策略重复执行所说明的步骤或功能中的一种或多种。进一步地，所述行为、操作、方法和/或功能可用图形表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。
说明书到此结束。本领域的技术人员通过对本说明书的阅读将想到不背离本说明书的精神和范围的许多替换和修改。例如，使用天然气、汽油、柴油或可替换燃料配置运转的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可使用本说明书获得益处。
Claims (20)
1.一种用于诊断催化剂的方法，其包括：
响应于催化剂监视器传感器输出的斜率而调节催化剂劣化阈值；
响应于变量未超过所述催化剂劣化阈值而指示催化剂劣化；以及
响应于所述劣化的指示而调节致动器的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述变量表示在发动机退出减速燃料切断模式之后超过供应给所述发动机的化学计量的燃料量的燃料量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂劣化阈值随着所述催化剂监视器传感器的所述斜率的减小而增加。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述致动器提供催化剂劣化的指示。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述致动器为燃料喷射器。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括基于富催化剂监视器传感器阈值水平和稀催化剂监视器传感器阈值水平来确定所述斜率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂监视器传感器位于催化剂的下游。
8.一种诊断催化剂的方法，其包括：
响应于催化剂监视器传感器输出的斜率而调节催化剂氧存储估计值极限；
响应于催化剂监视器传感器输出的所述斜率而调节催化剂劣化阈值；
响应于变量未超过所述催化剂劣化阈值和所述催化剂氧存储估计值大于零而指示催化剂劣化；以及
响应于所述劣化的指示而调节致动器的状态。
9.根据权利要求8所述的方法，其中当催化剂监视器从稀状态变为富状态时，催化剂氧存储估计值大于零。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述催化剂氧存储估计值极限随着所述催化剂监视器传感器的所述斜率的减小而增加。
11.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括累积供应给发动机的燃料量，该燃料量超过在减速燃料切断事件之后的催化剂再生期间供应给所述发动机以运转所述发动机的化学计量的燃料量，并且其中燃料的累积量为所述变量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述燃料的累积量为所述变量。
13.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括对所述催化剂监视器传感器的输出采样以确定所述斜率。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述致动器为显示设备。
15.一种交通工具系统，其包括：
发动机；
与所述发动机流体连通的催化剂；
放置在所述催化剂下游的排气通道中的催化剂监视器传感器；以及
包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令的控制器，该指令用于响应于催化剂监视器阈值而调节致动器，所述催化剂监视器阈值基于所述催化剂监视器传感器的属性。
16.根据权利要求15所述的交通工具系统，其中所述属性为所述催化剂监视器传感器的斜率。
17.根据权利要求16所述的交通工具系统，其中所述斜率在富催化剂监视器输出阈值与稀催化剂监视器输出阈值之间。
18.根据权利要求15所述的交通工具系统，其进一步包括附加的可执行指令，该指令用于响应于所述催化剂监视器传感器的所述属性而限制催化剂氧存储的估计值。
19.根据权利要求15所述的交通工具系统，其进一步包括附加的可执行指令，该指令用于响应于存储在所述催化剂中的氧的估计值为零而结束诊断。
20.根据权利要求15所述的交通工具系统，其中所述致动器为燃料喷射器。
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