CN105386886B - 用于阈值水平催化剂的识别的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于估测催化剂传递函数增益的系统和方法。在一个示例中，向催化剂应用空燃比强制函数。催化剂的上游的空燃比和下游的空燃比被操纵以确定催化剂的传递函数增益。传递函数增益可以是指示催化剂劣化的存在或不存在的基础。

Description

用于阈值水平催化剂的识别的方法
背景技术
车辆可以包括三元催化剂(TWC)以用于对内燃发动机的排气进行处理。可以应用反馈控制以调节发动机的空燃比，使得可以以提高催化剂效率的方式调节发动机排气成分。一些车辆可以包括位于TWC上游的宽域排气氧(UEGO)传感器和位于TWC下游的加热排气氧(HEGO)传感器以将空燃比控制在理想配比附近。UEGO传感器提供了反馈以将发动机排气调节在理想配比周围。HEGO传感器提供了反馈以使发动机空燃比偏向于更浓或更稀，从而提高催化剂效率。
精确的发动机空燃比控制可以提高催化转化效率；然而，如果催化剂处于劣化状态，那么即使发动机空燃比被精确地控制，车辆排放也可能在管控水平以上。因此，理想的是判断催化剂是否劣化，从而可以采取补救措施以使车辆回到管控排放水平以内或者向驾驶员发出警告以将车辆送至经销商处以便维修。
一种判断催化剂是否劣化的方式是对发动机空燃比进行一次的从稀到浓的变化或者从浓到稀的变化，并且测量观察到催化剂下游的排气氧浓度的相应变化所需的时间。观察到氧浓度的变化所需的时间可以提供关于催化剂劣化水平的指示。然而，如果浓或稀的排气由于发动机空燃比的侵入变化而穿透催化剂，则发动机排放控制可能劣化。另外，监测步进变化的机会可能有限，并且系统中的噪声可能使得基于仅仅少量观察的估测结果不太确定。
发明内容
发明人已经认识到上述缺点并且已经完成了一种方法，其包括：在响应于催化剂排气传感器的下游的反馈发动机空燃比控制期间，响应于仅仅在基于排气传感器输出的指定频率范围内确定的催化剂传递函数，指示催化剂的劣化。
通过仅仅在指定频率范围内确定催化剂传递函数，可以提供如下技术效果：通过用来提高催化剂效率的发动机空燃比调制来评估催化剂劣化。换言之，可以基于常规用来提高催化剂效率的小量的空燃比变化而非通过可能导致排放穿透的专门扰动来提供催化剂劣化评估。结果，可以通过不使车辆排放劣化并且对很多噪声源更可靠的方式提供催化剂劣化评估。
本发明提供了诸多优点。特别地，上述方法可以改善车辆催化剂诊断。另外，上述方法可以通过提供催化剂劣化状态的指示而提供改善的车辆排放。另外，上述方法可以提供无侵入或不易被驾驶员注意到的催化剂诊断。
当单独地或者结合附图来理解时，本发明的上述优点以及其他优点和特征将从下面的详细描述中变得显而易见。
应当理解的是，提供前面的概述是为了以简化的形式提供将在详细的说明书中进一步描述的一系列概念。其并不意在确定要求保护的主题的关键或必要特征，其中要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题并不局限于解决在前文中或者在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了示例性发动机系统的示意图；
图2示出了示例性催化剂控制系统的示意图；
图3示出了用于识别阈值催化剂的示例性方法的高级流程图；
图4示出了对于应用至从下游HEGO传感器确定的空燃比和从催化剂模型确定的空燃比的带通滤波器，大小对于频率的示例性曲线图，其中所述催化剂模型将基于上游UEGO的空燃比作为输入；
图5示出了在空燃比已经被带通滤波之后，对于应用至从下游HEGO传感器确定的空燃比和从催化剂模型确定的空燃比的低通滤波器，大小对于频率的示例性曲线图，其中所述催化剂模型将基于上游UEGO的空燃比作为输入；
图6示出了对于未成熟的(例如，新的)催化剂、完全有用寿命的催化剂(例如，根据需要在假想的车辆寿命跨度内工作的老化的催化剂)和阈值催化剂(例如，满足最低排放阈值的催化剂)的修改的催化剂传递函数增益的示例性曲线图；以及
图7示出了在不同初始条件下开始的增益的催化剂传递函数修改的示例性曲线图。
具体实施方式
本发明涉及诊断催化剂劣化的存在或不存在。具体地，描述了用于确定催化剂传递函数及其增益的方法和系统。所述系统和方法可以在包括发动机(例如图1描绘的发动机系统)的车辆中实施。该发动机系统可以包括如图2所示的空燃比控制系统。在图3中提供了用于确定催化剂传递函数增益的方法。在图4至图7中示出了所述方法和系统的示例性性能结果。
图1是示出了多缸发动机10的一个汽缸的示意图，其中多缸发动机10可以包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统控制以及通过输入装置130由来自车辆操作人员132的输入控制。在本示例中，输入装置130是加速踏板，并且其包括用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(例如，汽缸)30可以包括燃烧室壁32，其中活塞36位于燃烧室壁32中。活塞36可以连接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转化成曲轴的旋转运动。曲轴40可以通过中间传动系统连接至车辆的至少一个驱动轮。另外，起动机马达可以通过飞轮与曲轴40接合以实现发动机10的起动操作。
燃烧室30可以通过进气通道42接收来自进气歧管44的进气，并且可以通过排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够通过相应的进气气门52和排气气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些示例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气气门和/或两个或更多个排气气门。在本示例中，进气气门52和排气气门54可以通过经由一个或多个凸轮进行的凸轮致动来控制，并且可以使用为了改变气门操作而可以由控制器12操作的凸轮轮廓切换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。进气气门52和排气气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在替代性示例中，进气气门52和/或排气气门54可以通过电气门致动来控制。例如，可替代地，汽缸30可以包括经由电气门致动控制的进气气门和经由包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气气门。
在一些示例中，发动机10的每个汽缸可以构造成具有用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸30示出为包括一个燃料喷射器66，燃料喷射器66由燃料系统172供给燃料。燃料喷射器66示出为直接连接至汽缸30，用于与通过电子驱动器68从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地将燃料直接喷射到汽缸30中。通过这种方式，燃料喷射器66向燃烧汽缸30提供所谓的燃料直喷(下文中也称为“DI”)。
将理解的是，在替代性示例中，喷射器66可以是将燃料提供至汽缸30上游的进气道的进气道喷射器。还将理解的是，汽缸30可以接收来自多个喷射器的燃料，例如多个进气道喷射器、多个直喷喷射器或者多个进气道喷射器与多个直喷喷射器的组合。
继续参照图1，进气通道42可以包括具有节气门板64的节气门62。在该特定示例中，节气门板64的位置可以由控制器12经由提供给包括在节气门62内的电子马达或致动器的信号来改变，这种构型通常称为电子节气门控制(ETC)。通过这种方式，节气门62可以操作为改变提供给燃烧室30和其他发动机汽缸的进气。节气门板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。
点火系统88能够在选定的工作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。尽管示出了火花点火部件，但在一些示例中，燃烧室30或者发动机10的一个或多个其他燃烧室可以在具有点火火花或不具有点火火花的情况下在压缩点火模式下工作。
上游排气传感器126示出为连接至排放控制装置70上游的排气通道48。上游传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，例如线性宽带氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态窄带氧传感器或EGO传感器、HEGO(加热EGO)传感器、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是构造成提供与排气中存在的氧的量成比例的输出(例如电压信号)的UEGO。控制器12使用该输出来确定排气空燃比。
排放控制装置70示出为沿着排气传感器126下游的排气通道48布置。装置70可以是构造成减小NOx并使CO和未燃烧的碳氢化合物氧化的三元催化剂(TWC)。在一些示例中，装置70可以是NOx捕集器、各种其他的排放控制装置或者这些排放控制装置的组合。
第二下游排气传感器129示出为连接至排放控制装置70下游的排气通道48。下游传感器129可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，例如UEGO、EGO、HEGO等。在一个示例中，下游传感器129是构造成指示在穿过催化剂之后的排气的相对浓化或稀化的HEGO。这样，该HEGO可以提供切换点或排气从稀切换为浓时的点的电压信号的形式的输出。
另外，在所公开的示例中，排气再循环(EGR)系统可以将来自排气通道48的排气的期望的一部分通过EGR通道140引导至进气通道42。提供给进气通道42的EGR的量可以由控制器12通过EGR气门142来改变。另外，EGR传感器144可以布置在EGR通道内并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一项或多项的指示。在一些状况下，EGR系统可以用来调节燃烧室内的空气与燃料的混合物的温度。
控制器12在图1中示出为微型计算机，其包括：微处理器单元(CPU)102；输入/输出端口(I/O)104；用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在本特定示例中示出为只读存储芯片(ROM)106)；随机存取存储器(RAM)108、保持活跃存储器(KAM)110、以及数据总线。除了前面论述过的那些信号之外，控制器12还可以接收来自连接至发动机10的传感器的各种信号，这些信号包括：来自质量空气流量传感器120的导入质量空气流量(MAF)的测量值；来自连接于冷却水套114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接于曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型的传感器)的轮廓点火拾取信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器122的绝对歧管压力(MAP)信号。发动机转速RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。
存储介质只读存储器106能够被编程为具有表示能够由处理器102执行的非瞬态指令的计算机可读数据，其中所述指令用于执行下面描述的方法以及能够预料到但是没有具体列出的其他变型。
在一些示例中，控制器12可以向灯或显示面板131输出系统劣化的指示。该指示可以是视觉警告，例如点亮的灯或消息。所述消息可以包括指示劣化状况的本质的诊断代码。例如，控制器12可以通过灯或显示面板131指示劣化的催化剂。该指示可以是表示催化剂或其他部件劣化的字母-数字代码。
如前所述，图1示出了多缸发动机的仅仅一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气气门/排气气门、燃料喷射器、火花塞等。
图2示出了用于催化剂控制构架200的内反馈控制环和外反馈控制环的示意图。催化剂控制构架200包括发动机系统206和催化剂控制系统214，其中发动机10包括排气系统225。
发动机系统208可以包括具有多个汽缸230的发动机10。发动机10包括发动机进气口42和发动机排气口48。发动机进气口42包括与发动机进气歧管44流体连通的节气门62。发动机排气系统225包括通向排气通道235的排气歧管48，其中排气通道235将排气引导至大气。发动机排气系统225可以包括一个或多个排放控制装置70，排放控制装置70可以安装在排气通道中的紧密连接位置。一个或多个排放控制装置可以包括三元催化剂、稀NOx捕集器、颗粒过滤器、氧化催化剂等。将理解的是，其他部件例如如图1所描绘的各种气门和传感器可以包括在发动机中。
车辆系统206还可以包括催化剂控制系统214。催化剂控制系统214示出为接收来自排气氧传感器126和129的信息并且向燃料喷射器66发送控制信号。作为一个示例，排气氧传感器可以包括位于排放控制装置70上游的排气传感器126以及位于排放控制装置70下游的排气传感器129。其他传感器例如压力传感器、温度传感器、空燃比传感器和组分传感器可以连接在车辆系统206中的各种位置。催化剂控制系统214可以接收来自各种传感器的输入数据、对输入数据进行处理、并且基于编程在其中的对应于一个或多个程序的指令或代码响应于处理过的输入数据应用致动器。催化剂控制系统214可以构造成具有存储在非瞬态存储器中的指令，所述指令使催化剂控制系统214通过一个或多个致动器基于经由一个或多个传感器接收的信息执行控制程序。本文参照图3描述示例性的控制程序。
在一个示例中，排放控制装置70是三元催化剂，排气传感器126是UEGO传感器，并且排气传感器129是HEGO传感器。
催化剂控制系统214将空燃比(AFR)调节至理想配比附近的期望的空燃比，并且基于HEGO电压与预定的HEGO电压设定值的偏差对该调节进行微调。内环控制器207使用上游UEGO传感器126用于较高带宽反馈控制，而外环控制器205使用HEGO传感器129用于较低带宽控制。催化剂控制系统214可以由发动机控制器(例如控制器12)来执行。
内环控制器207可以包括比例积分导数(PID)控制器，该控制器通过生成合适的燃料命令(例如，燃料脉冲宽度)而调节发动机AFR。求和结点222将来自内环控制器207的燃料命令与来自前馈控制器220的命令进行组合。该组合的一组命令被传输至发动机10的燃料喷射器66。UEGO传感器126向内环控制器207提供反馈信号，其中该UEGO反馈信号与原料气或发动机10与TWC 70之间的发动机排气成比例。外环控制器205生成提供给内环控制器207的UEGO基准信号(例如，期望的空燃比)。UEGO基准信号在结点216处与UEGO反馈信号相组合。结点216提供的误差或差值信号然后被内环控制器207用来调节燃料命令，使得发动机10内的实际AFR接近期望AFR。HEGO传感器129向外环控制器205提供反馈。HEGO反馈信号可以用来调节UEGO基准信号或者调节经由结点216提供给内环控制器207的空燃比基准信号。另外，外环控制器205用来通过在催化剂输入处施加低幅值空燃比方波而提高催化剂效率。该方波允许进入催化剂的排气成分发生变化，从而补充催化剂中的氧和CO，由此改善碳氢化合物氧化和NOx还原。
因此，图1和图2的系统提供了如下一种系统，其包括：包括排气系统的发动机，该排气系统包括催化剂以及位于催化剂上游的氧传感器和位于催化剂下游的氧传感器；以及控制器，其包括存储在非瞬态存储器中的指令，所述指令用于响应于仅仅在预定方波强制函数的指定频率范围内确定的催化剂传递函数增益加减偏差而调节致动器。该系统包括预定强制函数的指定频率范围为1.5Hz的情形。示例性的系统包括偏差为1Hz的情形。因此，示例性的通带可以在0.5Hz至2.5Hz之间。示例性的系统还包括对上游氧传感器和下游氧传感器的输出进行带通滤波的另外的指令。该系统还包括根据上游氧传感器的带通滤波输出与下游氧传感器的带通滤波输出之差确定误差的另外的指令。该系统还包括供给在第一频率下发生变化的空燃比以估测第一催化剂传递函数增益。
图3是高级流程图，示出了根据本公开的用于识别阈值催化剂的示例性方法300。特别地，方法300涉及在对应于命令的方波输入的特定频率范围内确定催化剂的频域传递函数的大小。将在本文参照图1和图2所描绘的部件和系统描述方法300，尽管如此，应当理解的是，所述方法可以应用于其他系统而并不偏离本公开的范围。方法300可以由控制器12执行，并且可以存储为非瞬态存储器中的可执行指令。
在302中，方法300评估发动机工作状况。工作状况可以包括但不限于发动机温度、环境温度、发动机转速、发动机负荷、从发动机停止起的时间、发动机空燃比、以及HEGO传感器电压。在发动机工作状况被确定之后，方法300前进到304。
在304中，方法300向发动机空燃比应用空气-燃料调制。该调制的幅值以理想配比为中心，或者可以用于少量的偏离量。空气-燃料调制频率可以基于传递函数正在估测的催化剂的量和位置或者其他因素，例如发动机转速和发动机负荷。在一个示例中，频率可以是1.5Hz。在开始调制发动机的空燃比之后，方法300前进到306。在一些示例性系统中，步骤304在外环控制能够实现时已经是活跃的。
在306中，方法300判断发动机的外空燃比控制环是否已经激活。在一个示例中，外空燃比控制环可以在发动机的内空燃比控制环已经激活之后激活，并且在后部HEGO传感器达到阈值温度之后，响应于从发动机起动起的阈值时间量控制期望的空燃比在理想配比附近。通过这种方式，方法300可以避免在车辆在燃料中断模式、冷起动或催化剂后空燃比对于催化剂传递函数的确定可能不可靠的其他状况下运行时确定催化剂传递函数的大小。如果方法300判断出外空燃比控制环是活跃的，则答案为“是”，并且方法300前进到308。否则，答案为“否”，并且方法300前进到310。
在310中，方法300使催化剂监测去激活。催化剂监测之所以被去激活是因为HEGO输出在当前状况下可能不可靠。在催化剂监测被去激活之后，方法300返回至306，并且在下一个程序环之前，将不试图运行。
在308中，方法300激活计时器并使其渐增。计时器使得系统能够避免在外空燃比控制环激活之后的模式瞬变期间确定催化剂传递函数大小。在计时器渐增之后，方法300前进到309。
在309中，方法300判断计时器的值是否大于阈值。如果计时器的值大于阈值，则答案为“是”，并且方法300前进到312。否则，答案为“否”，并且方法300返回至308；在308中，使计时器渐增。
在312中，方法300准备监测的催化剂输入和输出以便处理。特别地，上游UEGO的输出电压被转化为空燃比。类似地，HEGO传感器输出被转化为空燃比。来自传感器的电压输出表示排气中的氧浓度。通过使电压通过具有空燃比作为输出的传递函数，电压被转化为空燃比。
另外，根据HEGO传感器输出估测出的排气管空燃比被具有可调时间常数tc(例如，对在采样频率附近引入的信号噪声的典型防护)的高通滤波器运算，以估测输出的导数，如下式所示：
Figure BDA0000793976740000091
其中，
Figure BDA0000793976740000092
为催化剂输出气体空燃比y的估测导数，s为拉普拉斯算子，并且tc为可调时间常数。根据UEGO确定的催化剂空燃比输入被转化为该催化剂的模型化输出。特别地，UEGO确定的空燃比和输入u被系统延迟τd、具有时间常数tc的低通滤波器以及系统增益k0运算，以提供催化剂输出气体空燃比的模型化导数，如下式所描述的：
Figure BDA0000793976740000101
其中，
Figure BDA0000793976740000102
为催化剂输出气体空燃比y的估测导数，s为拉普拉斯算子，并且tc为可调时间常数，u为催化剂输入空燃比，并且τd为时间延迟。k0和τd表示标定催化剂系统并且一般是发动机变量(例如经过发动机系统的质量流量)的函数。在传感器输出被转化为空燃比并且如上所述被滤波之后，方法300前进到314。
在方法300的314中，测量的下游或催化剂后空燃比的导数
Figure BDA0000793976740000103
和模型化的下游空燃比的导数
Figure BDA0000793976740000104
被带通滤波。滤波可以由下式表达：
Figure BDA0000793976740000105
其中，Gbp指示带通滤波器的传递函数，
Figure BDA0000793976740000106
为
Figure BDA0000793976740000107
的带通滤波形式，
Figure BDA0000793976740000108
为
Figure BDA0000793976740000109
的带通滤波形式，并且tcl和tch是带通滤波器的低截止频率和高截止频率。在信号已经被带通滤波之后，方法300前进到316。
在316中，方法300向
Figure BDA00007939767400001010
和
Figure BDA00007939767400001011
应用低通或滑动平均滤波器。低通滤波可以由下式表达：
Figure BDA00007939767400001012
其中，Glp指示低通滤波器的传递函数，
Figure BDA00007939767400001013
为
Figure BDA00007939767400001014
的低通滤波形式，并且
Figure BDA00007939767400001015
为
Figure BDA00007939767400001016
的低通滤波形式。低通滤波器被应用以使得输入/输出相不影响催化剂传递函数增益的估测结果。在信号已经被低通滤波之后，方法300前进到318。
在318中，方法300确定模型误差ε。根据下式确定模型误差：
Figure BDA0000793976740000111
其中，ε为模型误差，并且kscl为给定了起始值(例如，1)的催化剂传递函数增益大小估测值，其中算法在每个程序环之后方法进行迭代时调节该起始值。在催化剂传递函数增益大小估测值被确定之后，方法300前进到320。
在320中，方法300确定更新的催化剂传递函数增益大小估测值。特别地，方法300应用积分器和校准的(例如，可调节的)增益γ以更新催化剂传递函数增益大小，如下式所示：
Figure BDA0000793976740000112
在催化剂传递函数增益大小已经更新之后，方法300前进到321。
在321中，方法300判断估测值是否满足成熟度度量。在一个示例中，成熟度度量是已经超过的时间量(例如，10分钟)。在其他示例中，成熟度度量可以是车辆行驶的距离。在持续变化方面评价发动机变量的更复杂的方法是又一种评价成熟度的有效方法。如果方法300判断成熟度度量已经满足，则答案为“是”，并且方法300前进到322。否则，答案为“否”，并且方法300返回到318。
在322中，方法300判断估测的催化剂传递函数增益大小是否大于阈值大小。如果催化剂传递函数增益大小大于阈值大小，则答案为“是”，并且方法300前进到326。否则，答案为“否”，并且方法300前进到324。
在324中，方法300指示催化剂是标定的或者在规格催化剂内。如果催化剂被确定为标定催化剂，方法300可以不提供催化剂劣化的指示。方法300前进到328。
在328中，方法300响应于估测的催化剂传递函数增益大小输出估测的催化剂年龄。在一个示例中，根据经验确定的催化剂年龄值的表格或函数利用估测的催化剂传递函数增益大小被索引，并且催化剂年龄被输出。另外，如果确定催化剂为阈值催化剂或者劣化，则方法300响应于催化剂传递函数增益大小调节致动器以试图减小发动机排放。在一个示例中，对于可能的劣化，发动机燃料喷射器被调节以减小提供给正在被诊断的催化剂的方波空燃比的幅值。当催化剂正在如期望地工作时，较高幅值的方波可能是理想的，因为这可能需要额外的气体以穿过并更新催化剂的下游侧附近的催化剂反应部位，这是因为前部反应部位正在高效地工作。然而，如果催化剂劣化，则具有相同幅值的方波可能导致稀穿透或浓穿透。因此，可以通过准时地调节燃料喷射器来减小方波幅值。在催化剂年龄估测值被输出并且致动器响应于催化剂年龄被调节之后，方法300前进到结束。
在326中，方法300指示催化剂是阈值催化剂或劣化催化剂。如果催化剂被确定为阈值催化剂，则方法300可以提供催化剂劣化的指示。在一个示例中，方法300通过改变灯或显示面板的工作状态提供劣化的指示。在催化剂已经被确定为阈值催化剂之后，方法300前进到328。
因此，图3的方法提供了这样一种方法，其包括：在响应于催化剂排气传感器的下游的反馈发动机空燃比控制期间，响应于仅仅在基于排气传感器输出的指定频率范围内确定的催化剂传递函数，指示催化剂的劣化；以及响应于指示的劣化调节致动器。所述方法包括催化剂传递函数进一步基于与排气传感器输出相比的模型化输出的情形。所述方法包括劣化基于阈值以上的指定频率范围内的催化剂传递函数的增益的情形。所述方法还包括示例性的指定频率范围为1至2Hz的情形。
在一些示例中，所述方法包括反馈发动机空燃比控制是外环反馈控制的情形，所述方法还包括在外环反馈控制期间，进一步执行响应于位于催化剂上游的氧传感器的内环反馈发动机空燃比控制，其中外环包括添加至反馈控制的叠加方波。所述方法还包括指定的频率范围分别以频率上限和频率下限从上方和下方与叠加方波的频率交界的情形，其中频率下限大于零。所述方法包括在反馈控制期间，在催化剂传递函数被确定时发动机经历瞬态且稳态的工作状况的情形。所述方法包括空燃比控制包括调节燃料喷射脉冲宽度的情形。
图3的方法还提供了这样一种方法，其包括：通过供给源自于供给至发动机的变化的空燃比的催化剂排气来干扰催化剂；引导来自上游氧传感器的数据通过模型以提供模型输出并且引导来自下游氧传感器的数据通过高通滤波器以提供排气管空燃比导数估测值；对模型输出进行带通滤波以提供带通模型输出并且对排气管空燃比导数估测值进行带通滤波以提供带通排气管空燃比；根据带通排气管空燃比与带通模型输出之差估测催化剂传递函数增益大小。所述方法还包括在估测催化剂传递函数增益大小之前对带通模型输出和带通排气管空燃比进行低通滤波。
在一些示例中，所述方法还包括确定低通滤波的带通模型输出与低通滤波的带通排气管空燃比之间的误差。所述方法还包括响应于该误差调节催化剂传递函数增益大小的估测值。
现在参照图4，示出了对于在314处应用的带通滤波器，大小对于频率的曲线。带通滤波器衰减或减小了不在滤波器的通带中的信号频率的大小。在本示例中，通带在1.5Hz处。对于滤波器的输出，1.5Hz处的大小为0dB，或者在通频下不被滤波。大于或小于通频的频率被衰减。通带的宽度由图3中的步骤314的选择、tcl和tch确定。因此，带通滤波器允许催化剂传递函数根据排气传感器输出仅仅在指定频率范围内确定。通过对排气空燃比进行带通滤波，可以减小来自不与应用于催化剂的强制函数(例如，空燃比方波)相关的空气-燃料变化的影响。
现在参照图5，示出了对于在316处应用的低通滤波器，大小对于频率的曲线。低通滤波器衰减或减小大于滤波器的低带的截止频率的信号频率的大小。在本示例中，通带小于1Hz。大于上截止频率的频率被衰减。通过对带通滤波的排气空燃比进行低通滤波，可以减小对催化剂传递函数增益大小的估测的信号相位影响。
现在参照图6，示出了对于未成熟的催化剂、完全有用寿命的催化剂和阈值催化剂的修改的催化剂传递函数比例因子增益的曲线图。图3的方法利用从初始增益估测值1开始的三种类型的催化剂执行76次。允许增益在外空燃比控制环被激活时连续地更新。标签602、610和620表示对于相应的未成熟的催化剂、完全有用寿命的催化剂和阈值催化剂的平均增益值。类似地，标签604、612和622表示对于相应的未成熟的催化剂、完全有用寿命的催化剂和阈值催化剂的最大增益。类似地，标签606、614和624表示对于相应的未成熟的催化剂、完全有用寿命的催化剂和阈值催化剂的最小增益。可以观察到，对于阈值催化剂的增益明显地大于对于未成熟的催化剂和完全有用寿命的催化剂的增益。因此，增益是估测催化剂年龄和劣化的有用方式。另外，对于未成熟的催化剂和完全有用寿命的催化剂的增益非常相似。
现在参照图7，示出了对于完全有用寿命的催化剂，在不同初始条件下开始的增益的催化剂传递函数修改的示例性曲线图。图3的方法在三个单独的评价期间被应用于具有不同的初始条件kscl(从图3中的步骤320开始)的单个催化剂。增益值开始时远离地分开，并且截止时间1200时朝向彼此靠拢。增益各自被允许在联邦测试程序74循环上适应。尽管增益并不向完全相同的数靠拢，但增益足够紧地聚集在一起，从而落在图6对于完全有用寿命的催化剂所示的值的范围内。因此，图3示出的方法对于甚至在存在系统中的诱导误差的情况下确定催化剂劣化是可靠的。
注意，本文包括的示例性控制和估测程序可以与发动机和/或车辆系统构型使用。本文公开的控制方法和程序可以存储为非瞬态存储器中的可执行指令。本文描述的特定的程序可以表示诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等任何数量的处理策略中的一种或多种。因此，所示出的各种动作、操作和/或功能可以以示出的顺序执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。类似地，处理顺序也不是一定需要实现本文描述的示例性实施方式的特征和优点，而是为了便于说明和描述而提供的。示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略而被反复地执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形的方式表示要被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非瞬态存储器中的代码。
将注意的是，本文公开的构型和程序在本质上是示例性的，并且这些具体的实施方式不应在限制性的意义上来理解，因为众多变型都是可以的。例如，上述方法能够应用于V6、I4、I6、V12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构型以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的特定的组合和子组合。这些权利要求可能述及“一个”元件或“第一”元件或其等同称谓。这种权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的设置，既不要求两个或更多个这种元件，也不排除两个或更多个这种元件。通过对当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求，可以要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。这种权利要求无论在范围上与原始权利要求相比是更宽、更窄、相同或是不同，也都应当被认作包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种车辆催化剂的诊断方法，包括：
在响应于催化剂排气传感器的下游的反馈发动机空燃比控制期间：
响应于仅仅在基于排气传感器输出的指定频率范围内确定的催化剂传递函数，指示催化剂的劣化，包括：
引导来自上游氧传感器的数据通过模型以提供模型输出导数估测值并且引导来自下游氧传感器的数据通过高通滤波器以提供排气管空燃比导数估测值；
对所述模型输出进行带通滤波以提供带通模型输出导数估测值并且对排气管空燃比导数估测值进行带通滤波以提供带通排气管空燃比导数估测值；
根据带通排气管空燃比导数估测值与带通模型输出导数估测值之差估测催化剂传递函数增益大小；并且
响应于所指示的劣化调节致动器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂传递函数进一步基于与所述排气传感器输出相比的模型化输出。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述劣化基于在阈值以上的所述指定频率范围内的所述催化剂传递函数的增益。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述指定频率范围基于选择为优化催化剂效率的预定催化剂方波调制频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反馈发动机空燃比控制是外环反馈控制，所述方法还包括在所述外环反馈控制期间，进一步执行响应于位于催化剂上游的氧传感器的内环反馈发动机空燃比控制，其中所述外环包括添加至所述反馈控制的叠加方波。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述指定频率范围分别以频率上限和频率下限从上方和下方与所述叠加方波的频率交界，所述频率下限大于零。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述反馈控制期间，所述发动机在所述催化剂传递函数被确定时经历瞬态且稳态的工作状况。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂为三元催化剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，空燃比控制包括调节燃料喷射脉冲宽度。
10.一种车辆催化剂的诊断方法，包括：
通过供给源自于发动机的变化的空燃比的催化剂排气来干扰催化剂；
引导来自上游氧传感器的数据通过模型以提供模型输出导数估测值并且引导来自下游氧传感器的数据通过高通滤波器以提供排气管空燃比导数估测值；
对所述模型输出进行带通滤波以提供带通模型输出导数估测值并且对排气管空燃比导数估测值进行带通滤波以提供带通排气管空燃比导数估测值；
根据带通排气管空燃比导数估测值与带通模型输出导数估测值之差估测催化剂传递函数增益大小，所述催化剂传递函数基于所述上游氧传感器的输出和所述下游氧传感器的输出在指定频率范围内确定。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在估测所述催化剂传递函数增益大小之前对带通模型输出导数估测值和带通排气管空燃比导数估测值进行低通滤波。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括确定低通滤波带通模型输出导数估测值与低通滤波带通排气管空燃比导数估测值之间的误差。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括响应于所述误差调节催化剂传递函数增益大小的估测值。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述催化剂为三元催化剂。
15.一种发动机系统，包括：
包括排气系统的发动机，所述排气系统包括催化剂以及位于所述催化剂的上游和下游的氧传感器；以及
控制器，所述控制器包括存储在非瞬态存储器中的指令，所述指令用于：
引导来自上游氧传感器的数据通过模型以提供模型输出导数估测值并且引导来自下游氧传感器的数据通过高通滤波器以提供排气管空燃比导数估测值；
对所述模型输出进行带通滤波以提供带通模型输出导数估测值并且对排气管空燃比导数估测值进行带通滤波以提供带通排气管空燃比导数估测值；
根据带通排气管空燃比导数估测值与带通模型输出导数估测值之差估测催化剂传递函数增益大小，所述催化剂传递函数基于所述上游氧传感器的输出和所述下游氧传感器的输出在指定频率范围内确定；并且
响应于所述催化剂传递函数增益大小的估测值调节发动机燃料喷射器。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述指定频率范围基于选择为优化催化剂效率的预定催化剂方波调制频率。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述催化剂为三元催化剂。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器还包括用于在估测所述催化剂传递函数增益大小之前对带通模型输出导数估测值和带通排气管空燃比导数估测值进行低通滤波的指令。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器还包括用于确定低通滤波带通模型输出导数估测值与低通滤波带通排气管空燃比导数估测值之间的误差的指令。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器还包括用于响应于所述误差调节催化剂传递函数增益大小的估测值的指令。
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