CN106917689A - 基于上游氧气传感器的性能对所测量的氧存储能力的调整 - Google Patents

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Abstract

一种车辆系统包括上游氧气监测模块，所述上游氧气监测模块监测上游排气氧气传感器，并且基于所述上游排气氧气传感器检测到燃料供给从富到贫转换的时间来确定上游转换时段。延迟确定模块确定与所述上游排气氧气传感器对所述燃料供给转换的检测相关联的延迟时段。上游校正模块基于所述上游转换时段和所述延迟时段来确定校正后的上游转换时段。下游氧气监测模块监测下游排气氧气传感器，并且基于所述下游排气氧气传感器对所述燃料供给转换的响应来确定下游转换时段。氧存储能力(OSC)确定模块基于所述校正后的上游转换时段和所述下游转换时段来确定OSC时段。催化器故障检测模块基于所述OSC时段选择性地调整所述发动机的操作参数。

Description

基于上游氧气传感器的性能对所测量的氧存储能力的调整
技术领域
本发明涉及内燃机诊断，并且更具体地涉及对发动机催化器的车内性能诊断。
背景技术
法规规定了发动机系统的故障标准。其中包括：要求车载诊断(OBD)系统监测排放控制系统(包括发动机催化器(也称为催化转化器))的功能和条件。发动机催化器通过化学方式将排气转化为低危害副产物来减少废气排放。发动机催化器通常在系统于贫燃料(富氧)情况下运行时存储氧气。随后，当系统在富燃料(贫氧)情况下运行时，发动机催化器会释放所存储的氧气以补偿缺氧情况。
氧存储能力指的是发动机催化器存储氧气的能力。安装在发动机催化器前面和后面的氧气传感器监测进入和离开催化器的排气中的氧浓度。氧气传感器将与排气中的氧浓度相关的反馈信号提供给发动机控制模块(ECM)。所收集的数据用于计算OSC，OSC再用于监测发动机催化器的性能。
发明内容
一种用于车辆的系统包括：上游氧气监测模块，其监测上游氧气传感器，并且基于上游氧气传感器检测到燃料供给从富到贫转换的时间来确定上游转换时段。上游氧气传感器监测在发动机催化器前面的排气流的氧浓度。该系统包括：延迟确定模块，其确定与上游氧气传感器检测到燃料供给从富到贫转换这一过程相关联的延迟时段。该系统包括：上游校正模块，其基于上游转换时段和延迟时段来确定校正后的上游转换时段。该系统包括：下游氧气监测模块，其监测下游氧气传感器，并且基于下游氧气传感器对燃料供给从富到贫转换所做出的响应来确定下游转换时段。下游氧气传感器监测在发动机催化器后面的排气流的氧浓度。该系统包括：氧存储能力(OSC)确定模块，其基于校正后的上游转换时段和下游转换时段来确定OSC时段。该系统包括：催化器故障检测模块，其基于OSC时段选择性地调整车辆发动机的操作参数。
在其它特征中，该系统包括：催化器测试模块，其选择性地命令燃料供给从富到贫转换。燃料供给从富到贫转换是指从富燃料状态到贫燃料状态的转换。当排气的第一测量氧浓度越过第一预定值时，由上游氧气传感器检测为富燃料状态。当排气的第二测量氧浓度越过第二预定值时，由上游氧气传感器检测为贫燃料状态。
在其它特征中，上游氧气监测模块将上游转换时段设置为第一时间与第二时间之差，第一时间基于命令燃料供给从富到贫转换的时间，第二时间为上游氧气传感器监测到贫燃料状态的时间。其它特征方面，第一时间为停用了预定数量的发动机汽缸的时间。在其它特征中，下游氧气监测模块将下游转换时段设置为第一时间与第三时间之差，第一时间基于命令燃料供给从富到贫转换的时间，第三时间为下游氧气传感器检测到贫燃料状态的时间。
在其它特征中，延迟确定模块基于催化器温度、进气温度和质量空气流量中的至少一者，使用排气系统性能诊断来确定延迟时段。其它特征方面，当已停用了预定数量的发动机汽缸时，排气系统性能诊断开始。当上游氧气传感器检测到贫燃状态时，排气系统性能诊断终止。其它特征方面，排气系统性能诊断包括至少一张由催化器温度、进气温度和质量空气流量编索引的经校准值表。
在其它特征中，上游校正模块将校正后的上游转换时段设置为上游转换时段与延迟时段的差。在其它特征中，OSC模块将OSC时段设置为校正后的上游转换时段与下游转换时段之间的差。在其它特征中，该系统包括：校正模块(其基于OSC时段并且基于催化器温度和高度来确定校正后的OSC时段)、预期OSC模块(其确定预期OSC时段)、归一化模块(其基于校正后的OSC时段和预期OSC时段来确定OSC比率)以及比率滤波模块(其基于OSC比率来确定滤波后的OSC比率)。
在其它特征中，校正模块通过(i)使用由催化器温度和高度编索引的校正因子值校准表来确定校正因子，以及(ii)将OSC时段乘以校正因子，来确定校正后的OSC。预期OSC模块使用由催化器温度和质量空气流量编索引的预期OSC校准表来确定预期OSC时段。归一化模块通过将校正后的OSC时段除以预期OSC时段来确定OSC比率。比率滤波模块使用指数加权移动平均滤波器来确定滤波后的OSC比率。
一种用于车辆的系统包括：催化器测试模块，其选择性地命令燃料供给从富燃料状态向贫燃料状态转换。该系统包括：上游氧气监测模块，其监测上游氧气传感器，并且将上游转换时段设置为上游氧气传感器对燃料供给从富到贫转换做出响应的时间与命令燃料供给从富到贫转换的时间之差。上游氧气传感器监测在发动机催化器前面的排气。该系统包括：延迟确定模块，其基于催化器温度、进气温度和质量空气流量来确定与上游氧气传感器对燃料供给从富到贫转换的响应相关联的延迟时段。该系统包括：上游校正模块，其通过从上游转换时段中减去延迟时段来确定校正后的上游转换时段。该系统包括：上游氧气监测模块，其监测上游氧气传感器，并且将上游转换时段设置为上游氧气传感器对燃料供给从富到贫转换做出响应的时间与命令燃料供给从富到贫转换的时间之差。下游氧气传感器监测在发动机催化器后面的排气。该系统包括氧存储能力(OSC)确定模块，其将OSC时段设置为下游转换时段与校正后的上游转换时段之间的差。该系统包括：校正模块，其通过(i)使用由催化器温度和高度编索引的校正因子值的校准表来确定校正因子，以及(ii)将OSC时段乘以校正因子，来确定校正后的OSC时段。该系统包括：预期OSC模块，其使用由催化器温度和质量空气流量编索引的预期OSC的校准表来确定预期OSC时段。该系统包括：归一化模块，其将OSC比率设置为用校正后的OSC时段除以预期OSC时段。该系统包括：比率滤波模块，其使用指数加权移动平均滤波器来确定滤波后的OSC比率。该系统包括：催化器故障检测模块，其基于滤波后的OSC比率选择性地调整车辆发动机的操作参数。
一种方法包括：命令燃料供给从富燃料状态向贫燃料状态转换，以及基于上游氧气传感器对燃料供给从富到贫转换做出的响应来确定上游转换时段。上游氧气传感器监测车辆发动机催化器前面的排气流。该方法进一步包括：确定与上游氧气传感器对燃料供给从富到贫转换的响应相关联的延迟时段。该方法进一步包括基于上游转换时段和延迟时段确定校正后的上游转换时段。该方法进一步包括基于下游氧气传感器对燃料供给从富到贫转换的响应来确定下游转换时段。下游氧气传感器监测发动机催化器后面的排气流。该方法进一步包括：基于校正后的上游转换时段和下游转换时段来确定氧存储能力(OSC)时段。该方法进一步包括：基于OSC时段来检测催化器中的故障。该方法进一步包括：选择性地调整车辆发动机的操作参数。
在其它特征中，该方法包括：通过(i)使用由催化器温度和高度编索引的校正因子值校准表来确定校正因子，以及(ii)通过将OSC时段乘以校正因子，来校正OSC时段。该方法包括：通过使用由催化器温度和质量空气流量编索引的预期OSC值的校准表来确定预期OSC时段。该方法包括：通过将校正后的OSC时段除以预期OSC时段来对校正后的OSC时段进行归一化。该方法包括：使用指数加权移动平均滤波器来确定根据经归一化的OSC时段所滤波后的OSC比率。
在其它特征中，延迟时段使用排气系统性能诊断来加以确定，排气系统性能诊断在已停用了预定数量的发动机汽缸时开始，并且在上游氧气传感器检测到贫燃料状态时停止。排气系统性能诊断以催化器温度、进气温度和质量空气流量为依据。通过取用上游转换时段和延迟时段的差来确定校正后的上游转换时段。
在其它特征中，该方法包括：通过(i)使用由催化器温度和高度编索引的校正因子值的校准表来确定校正因子，以及(ii)通过将OSC时段乘以校正因子，来校正OSC时段。在其它特征中，该方法包括：通过使用由催化器温度和质量空气流量编索引的预期OSC值的校准表来确定预期OSC时段。在其它特征中，该方法包括：通过将校正后的OSC时段除以预期OSC时段来将校正后的OSC时段进行归一化。在其它特征中，该方法包括：使用指数加权移动平均滤波器来确定根据归一化后的OSC时段所滤波后的OSC比率。
本发明适用的其它领域将从详细描述、权利要求书和附图中变得显而易见。详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本发明将从详细说明和附图中变得更易于充分理解，其中：
图1是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的发动机控制模块(ECM)内的示例性催化器监测模块的功能框图；以及
图3A、图3B和图3C各自描绘了说明用于确定滤波后的OSC比率的示例性方法的流程图的一部分。
在附图中，附图标记可以重复用于标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
车辆的发动机将排气输出到催化器中或一系列催化器中。废气与催化器中的一种或多种组分反应以减少有害排放物。当排气处于贫氧、富燃料状态时，催化器利用所存储的氧气进行化学转化。当排气处于贫燃料、富氧状态时，催化器补充所消耗的氧气。催化器的功能通过催化器存储氧气的能力来测量。催化器存储氧气的能力由催化器氧存储能力(OSC)来表示。催化器存储氧气的能力随着时间而退化。
贫燃料状态和富燃料状态是与优选的化学计量状态相对而言的。化学计量操作状态表示优选的燃料空气比。氧气浓度对应于所检测到的电压。与富氧状态(贫燃料状态)下相比，在缺氧状态(富燃料状态)下检测到的电压将更大。在其它实施方式中，在富氧状态(贫燃料状态)下检测到的电压可以大于缺氧状态(富燃料状态)下所检测到的电压。
第一氧气传感器位于催化器的上游(“前传感器”)。第二氧气传感器位于催化器的下游(“后传感器”)。这些传感器由发动机控制模块(ECM)用于监测催化器的功能。广泛而言，ECM控制发动机的操作。例如，ECM控制发动机的燃料供给情况。在某些情况下，ECM可以发起从富燃料状态到贫燃料状态的转换。ECM可以将发动机的燃料供给从富燃料转换为贫燃料，以确定氧气传感器中是否存在故障和/或确定催化器中是否存在故障。
当存在某些启用条件时，例如在系统即将自然进入减速燃料切断模式(DFCO)之前，ECM可以触发燃料转换以确定催化器中是否存在故障。可替换地，当识别出特定速度、歧管绝对压力(MAP)和/或质量空气流量(MAF)时，ECM可以触发燃料转换。当已经确定需要更低功率时，例如当驾驶员释放加速器踏板以允许车辆减速时，DFCO开启。当在DFCO状态下操作时，可以停用一个或多个汽缸。
ECM基于滤波后的氧存储能力(OSC)比率来确定催化器中是否存在故障。滤波后的OSC比率以确定的OSC时段为依据。OSC时段为在ECM启动燃料供给从富到贫转换之后，后传感器与前传感器对贫燃料状态的响应之间的差。当由相应传感器检测到的电压小于预定值时，发生对贫燃料状态的响应。前传感器或后传感器对贫燃料状态的响应的延迟会导致对OSC时段的错误判定。因此，任一传感器中的延迟都可能影响ECU正确识别故障和催化器故障的能力。
本发明的ECM监测上游氧气传感器的性能，以便确定在启动燃料供给从富到贫转换之后，上游氧气传感器对贫燃料状态的响应是否存在延迟。若有延迟，则使用所确定的延迟来校正上游转换时段。然后，校正后的上游转换时段将用于计算OSC时段，OSC时段用于确定滤波后的OSC比率。滤波后的OSC比率用于确定催化器中是否存在故障。如果故障重复出现，则催化器故障可以由故障指示灯指示。
图1描绘了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，其基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入来燃烧空气/燃料混合物，以产生车辆的驱动扭矩。空气通过节流阀112被吸入进气歧管110中。仅用于示例，节流阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶阀。ECM 114控制节流阀驱动器模块116，其调节节流阀112的开度以控制吸入到进气歧管110中的空气量。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的汽缸中。虽然发动机102可以包括多个汽缸，但是为了图示的目的，示出了单个代表性汽缸118。仅用于示例，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10、12个或另一合适数量的汽缸。ECM 114可以指示汽缸致动器模块120选择性地停用一些汽缸，这在某些发动机操作条件下可以提高燃料经济性。
发动机102可以使用四冲程循环操作。如下所述的四个冲程可以称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)每次旋转期间，在汽缸118内发生四个冲程中的两个。因此，汽缸118要经历全部四个冲程需要两次曲轴旋转。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入汽缸118中。ECM114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射以实现期望的空气/燃料比。燃料可以喷射到进气歧管110中的中心位置处或多个位置处(诸如每个汽缸的进气阀122附近)。在各种实施方式(未示出)中，燃料可以直接喷射到汽缸中或喷射到与汽缸相关联的混合室中。燃料致动器模块124可以停止向停用的汽缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合，并在汽缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火发动机，在这种情况下，汽缸118中的压缩点燃空气/燃料混合物。可替换地，发动机102可以是火花点火发动机，在这种情况下，火花致动器模块126基于来自ECM 114的信号来激励汽缸118中的火花塞128，点燃空气/燃料混合物。可以相对于活塞处于其最高位置(称为上止点(TDC))的时间来指定火花正时。
火花致动器模块126可由规定在TDC之前或之后多远就产生火花的正时信号来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可与曲轴角度同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可停止向停用汽缸提供火花。
产生火花可以被称为点火事件。火花致动器模块126可具有单独改变每个点火事件的正时的能力。当火花正时在上一次点火事件与下一次点火事件之间改变时，火花致动器模块126甚至能够改变用于下一次点火事件的正时。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，从而驱动曲轴。燃烧冲程可被定义为活塞达到TDC时与活塞返回至下止点(BDC)时之间的时间。
在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动，并且通过一个或多个排气阀(诸如排气阀130)排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆排出。排气系统134包括催化器136，诸如三元催化器(TWC)。催化器136与流经其自身的排气中的一种或多种成分反应。当排气处于贫燃料(富氧)时，催化器136存储氧气。
进气阀122可由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可由排气凸轮轴142控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可控制汽缸118的多个进气阀(包括进气阀122)和/或可控制多排汽缸(包括汽缸118)的进气阀(包括进气阀122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可控制汽缸118的多个排气阀和/或可控制多排汽缸(包括汽缸118)的排气阀(包括排气阀130)。
汽缸致动器模块120可通过禁止进气阀122和/或排气阀130的打开来停用汽缸118。在各种其它实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可由除凸轮轴以外的装置(诸如电磁致动器)来控制。
进气阀122被打开的时间可由进气凸轮相位器148相对于活塞TDC改变。排气阀130被打开的时间可由排气凸轮相位器150相对于活塞TDC改变。相位器致动器模块158可基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在实施的时候，也可由相位器致动器模块158来控制可变阀升程(未示出)。
发动机系统100可包括升压装置，该装置向进气歧管110提供加压空气。例如，图1示出了包括涡轮160-1的涡轮增压器，该涡轮160-1通过流经排气系统134的热废气提供动力。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，该冷空气压缩机160-2压缩进入节流阀112的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节流阀112的空气，并且将压缩后的空气传送至进气歧管110。
废气门162可允许排气旁路绕过涡轮160-1，从而减少涡轮增压器的升压(进入空气压缩量)。ECM 114可经由升压致动器模块165来控制涡轮增压器。升压致动器模块165可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器的升压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可由升压致动器模块165控制。涡轮增压器可具有可变的几何形状，这可由升压致动器模块165控制。
中间冷却器(未示出)可使包含在压缩空气充量中的一些热量消散，该热量在空气被压缩时产生。压缩空气充量也可具有从排气系统134的部件吸收的热量。尽管为了说明的目的单独示出，但是涡轮160-1和冷空气压缩机160-2可彼此附接，将进气置于靠近热排气的位置。
发动机系统100可包括废气再循环(EGR)阀164，该排气再循环(EGR)阀164选择性地将废气重新定向使其返回至进气歧管110。EGR阀164可位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR致动器模块166可基于来自ECM 114的信号控制EGR阀164。
发动机系统100可使用RPM传感器170以每分钟转数(RPM)来测量曲轴的速度。发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器171来测量。ETC传感器171可位于发动机102内或者位于冷却剂在其中循环的其它位置，诸如散热器(未示出)。
进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器172来测量。在各种实施方式中，发动机真空(其是环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差)可以被测量。流入进气歧管110的空气的质量流率可使用质量空气流量(MAF)传感器173来测量。在各种实施方式中，MAF传感器173可位于壳体中，该壳体也包括节流阀112。
节流阀致动器模块116可使用一个或多个节流阀位置传感器(TPS)174来监测节流阀112的位置。例如，第一节流阀位置传感器174-1和第二节流阀位置传感器174-2监测节流阀112的位置，并且基于该节流阀位置分别生成第一节流阀位置和第二节流阀位置(TPS1和TPS2)。吸入发动机102中的空气的环境温度可使用进气温度(IAT)传感器175来测量。
上游氧气传感器176(上游氧气传感器)测量流入催化器136的排气中的氧气量(例如，浓度)。下游氧气传感器180(下游氧气传感器)测量催化器136下游的排气中的氧气量(例如，浓度)。氧气浓度对应于确定的电压。与富氧状态(贫燃料状态)下相比，缺氧状态(富燃料状态)下检测到的电压将更高。在其它实施方式中，富氧状态(贫燃料状态)下确定的电压将比缺氧状态(富燃料状态)下确定的电压更高。
ECM 114可使用来自这些传感器和/或一个或多个其它传感器的信号做出发动机系统100(见图2)的决策。ECM 114存储故障代码，并且将在预定数量的故障已经被记录且指示了故障时照亮故障指示灯188并且指示故障。
变速器控制模块194可控制变速器的操作。ECM 114可因为各种原因与变速器控制模块194进行通信，例如以共享参数以及协调发动机操作与变速器中的换档。例如，ECM 114可在换挡期间选择性地减小发动机扭矩。ECM 114可与混合控制模块196进行通信，以协调发动机102与电动机198的操作。
电动机198也可用作发电机，并且可用来生产电能，用于车辆电气系统使用和/或用于存储在电池中。在各种实施方式中，ECM 114、变速器控制模块194和混合控制模块196的各种功能可以被集成在一个或多个模块中。
改变发动机参数的每一个系统都可被称为致动器。每个致动器接收致动器值。例如，节流阀致动器模块116可称为致动器，并且节流阀开度面积可称为致动器值。在图1的示例中，节流阀致动器模块116通过调整节流阀112的叶片角度实现节流阀开度面积。
类似地，火花致动器模块126可称为致动器，而对应的致动器值可为相对于汽缸TDC的火花提前量。其它致动器可包括汽缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、升压致动器模块165以及EGR致动器模块166。针对这些致动器，致动器值可分别对应于若干激活的汽缸、燃料供给速率、进气和排气凸轮相位器角度、升压以及EGR阀开度面积。ECM 114可控制这些致动器值，从而使发动机102产生期望的发动机输出扭矩。
图2是ECM 114内的示例性催化器监测模块290的功能框图。催化器测试模块218产生测试指示符208，其被传输到致动模块224、延迟确定模块252、上游氧气监测模块214以及下游氧气监测模块234。例如，催化器测试模块218可以在系统自然进入到减速燃料切断模式(DFCO)之前产生测试指示符208。通常，当获取了特定速度、齿轮以及每分钟转数(RPM)时，或者在系统正在进入或已经进入减速状态的情况下，触发DFCO。当识别到预定启用条件时，催化器测试模块218将传输测试指示符208。
在接收到测试指示符208时，致动模块224可向燃料致动器模块124发送信号，从而诱使燃料致动器模块124迫使系统相对于优选的化学计量状态是富燃料状态。相对的富状态和贫状态由工业标准确定。仅用于示例，对于某个传感器，针对所测量的氧浓度，可选择450mV电压作为化学计量界限。这也可以是用于闭环燃料的目标电压。在燃料致动器模块124产生诱导之后，系统被认为在可校准的延迟时段之后以富状态运行，该可校准的延迟时段在由下游氧气传感器180测量的电压大于预定值时开始。在识别出系统以富燃料状态运行之前包括可校准的延迟，使得催化器能够充分地饱和。优选30-40％的富状态。
一旦识别出富状态，系统将被迫进入贫状态。仅用于示例，为了迫使系统进入贫状态，燃料致动器模块124可以简单地停止提供燃料。在另一种情况下，燃料致动器模块124可向汽缸致动器模块120发送汽缸停用指示符242，从而诱使汽缸致动器模块120选择性地停用一些汽缸并发送汽缸已停用指示符256。
在接收到测试指示符208时，上游氧气监测模块214可重置并且启动内部上游计时器。类似地，在接收到测试指示符208时，下游氧气监测模块234可重置并且启动内部下游计时器。可替换地，当下游氧气传感器180在诱导之后已经检测到富状态时，可以启动相应的计时器。在另一实施方式中，当命令从富到贫转换时，可以启动相应的计时器。
上游计时器和下游计时器将运行直到检测到贫燃料(富氧)排气状态。计时器将持续直到检测到的电压小于预定值。计时器值分别用于计算初始上游转换时段220和下游转换时段232。然后，转换时段可用于计算OSC时段。在从富到贫转换开始之后，任一传感器对贫燃料状态的响应的延迟都可能导致确定不正确的OSC时段。不正确的OSC时段可能引起错误地指示催化器故障。类似地，由传感器中的一个发出的非典型加速响应可导致确定不正确的OSC时段。因此，本发明中对于调整OSC时段或单个传感器响应时间的任何讨论都应当被理解为根据实施方式允许在任一方向上的调整。
上游氧气监测模块214通过取用接收到测试指示符208的时间与由上游氧气传感器176测量到贫燃料、富氧状态时的时间之间的差，来确定初始上游转换时段220。例如，当与氧气浓度对应的电压从大于预定值转换为小于预定值时，确定贫燃料、富氧状态。以这种方式，初始上游转换时段220指示命令从富燃料向贫燃料转换的时间(在此时间接收到测试指示符208)与上游氧气传感器176指示排气为贫燃料的时间之间的时段。
下游氧气监测模块234通过取用接收到测试指示符208时间与由下游氧气传感器180测量到贫燃料、富氧状态时的时间之间的差，来确定下游转换时段232。例如，当与氧气浓度对应的电压从大于预定值转换为小于预定值时，确定贫燃料、富氧状态。以这种方式，下游转换时段232指示命令从富燃料向贫燃料转换的时间(在此时间接收到测试指示符208)与下游氧气传感器180指示排气为贫燃料的时间之间的时段。
与上游氧气传感器对贫燃料状态的响应相关联的延迟时段210可由延迟确定模块252来确定。延迟时段210可用于校正初始上游转换时段220，用以确定校正后的上游转换时段216。延迟确定模块252使用排气系统性能诊断(ESPD)来确定上游氧气传感器的延迟时段210。当汽缸致动器模块120停用预定数量的汽缸时，可以启动ESPD。
当已停用了预定数量的汽缸时，汽缸致动器模块120将向延迟确定模块252发送汽缸停用指示符256。仅用于示例，当已经停用两个汽缸时，汽缸致动器模块120可向延迟确定模块252发送汽缸停用指示符256。当上游氧气传感器176指示排气为贫燃料时，也就是说，当上游氧气传感器传输低于预定值的电压时，ESPD将终止。
上游校正模块250可使用初始上游转换时段220和延迟时段210来确定校正后的上游转换时段216。例如，上游校正模块250可通过从初始上游转换时段220减去延迟时段210，来确定校正后的上游转换时段216。
在图2中，OSC模块236使用校正后的上游转换时段216和下游转换时段232来确定OSC时段240。OSC时段240对应于催化器136能够存储的氧气量。OSC模块236可将OSC时段240设置为下游氧气传感器对燃料转换的响应与上游氧气传感器对燃料转换的响应之间的差。以这种方式，通过取用校正后的上游转换时段216与下游转换时段232之间的差，确定OSC时段240。
在可替代方案中，对于与上游氧气传感器相关联的延迟的校正可以发生在初始OSC时段确定之后。例如，可通过将初始OSC时段加上延迟时段210来确定校正后的OSC时段，该初始OSC时段通过取用下游转换时段232与(未校正的)初始上游转换时段220之间的差来计算。另外，针对与催化器之前的传感器相关联的延迟的校正可以伴随额外的校正，该额外的校正用于针对与下游氧气传感器对贫燃料状态的响应相关联的任何延迟。参见2011年8月30日提交的美国申请号No.13/221,135，其整个公开内容通过引用并入本文。
一旦确定了OSC时段240，校正模块244就确定校正后的OSC时段254。例如，校正模块244可将校正后的OSC时段确定为系统的高度204与催化器温度202的函数。需要这些校正是因为，例如，热催化器存储了更多的氧气。同样地，与热催化器一起运行的系统可计算人为确定的高OSC时段。可以基于空气燃料比、MAF 248以及发动机压力变量使用连续开环模型来确定催化器温度202。
变化的高度204可由于可用于系统的大气氧的量而影响OSC时段240的确定。有可能的是，由于催化器在从富到贫转换之后重新捕获所损失的氧气所需要时间变长，所以大气氧的量越低(也就是说，高度越高)，OSC时段240就越长。可以使用系统的气压传感器来确定高度204。当不存在气压传感器时，可以基于歧管绝对压力的值来确定大气压力。仅用于示例，校正模块244可以随着催化器温度202的升高而增加OSC时段240，或者随着高度204的增加而减小OSC时段240。
预期OSC模块258可使用一组存储的校准表来识别产生于系统的当前操作条件的预期OSC222。校准表可通过催化器温度、发动机RPM226和MAF 248来进行编索引。归一化模块可将预期OSC222与校正后的OSC时段254进行比较，以确定OSC比率276。仅用于示例，归一化模块272可基于下面的公式来确定OSC比率276：
比率滤波模块277可将滤波器应用于OSC比率276，以产生滤波后的OSC比率268。例如，滤波器可为指数加权移动平均(EWMA)滤波器。比率滤波模块277可基于EWMA滤波器来产生滤波后的OSC比率268，该EWMA滤波器包括OSC比率276的当前值以及OSC比率276之前的M个值266(其来自于之前的M个从富到贫转换)，其中M是大于零的整数。所述之前的M个值266存储在历史存储模块262内，并且可表示指定时间段内所有确定的滤波后的OSC比率。
催化器故障检测模块280基于滤波后的OSC比率268来确定催化器136中是否存在故障。故障可指示催化器136存储氧的能力低于可接受水平。例如，当滤波后的OSC比率268降低到低于预定值时，催化器故障检测模块280可确定催化器136中存在故障。相反，当滤波后的OSC比率268大于预定值时，催化器故障检测模块280可确定催化器136中不存在故障。
当催化器136中存在故障时，催化器故障检测模块280可选择性地采取一个或多个补救动作。例如，催化器故障检测模块280可选择性地调整一个或多个发动机操作参数。例如，可能由于滤波后的OSC比率268而诱发燃料供给改变。催化器故障检测模块280可另外或替代地将催化器故障指示符284存储在系统的故障存储装置288中。催化器故障指示符284可包括例如预定诊断故障码(DTC)。故障监测模块292可监测故障存储装置288，并且在催化器中存在故障已被指示预定次数时点亮指示灯(诸如故障指示灯(MIL)188)，以指示催化器故障。例如，滤波后的OSC比率268在指定时间段内三次、四次、五次或六次下降至预定值以下，可引起MIL188点亮。
现在参考图3A、图3B和图3C，流程图描述了确定滤波后的OSC比率268以及确定催化器故障和失效的示例性方法。
在图3A中，在304处，催化器测试模块218确定是否满足一个或多个启动条件。如果不满足启动条件，则系统将保持在304。如果满足启动条件，则在308处，催化器测试模块218将产生测试指示符208。测试指示符208被发送至致动模块224、延迟确定模块252、上游氧气监测模块214和下游氧气监测模块234。
在312处，在接收到测试指示符208时，致动模块224将发信号给燃料致动器模块124以迫使系统变为富燃料。例如，致动模块224可以命令从化学计量状态向富燃料状态转换。如果在314处确定系统为富燃料，则在315处控制等待预定时间段，然后进行到316。在316处，燃料致动器模块124将命令从富向贫转换，从而引起系统变贫。例如，燃料致动器模块124可向汽缸致动器模块120发送汽缸停用指示符242，从而诱使汽缸致动器模块120选择性地停用一些汽缸并发送汽缸停用指示符256。将汽缸停用包括中断向那些汽缸供应燃料。
在318处，上游氧气监测模块214监测所检测到的与排气的氧浓度对应的电压212是否小于预定值。如果是，则控制流程继续行进至320；否则，控制流程保持在318处。在320处，上游氧气监测模块214可将初始上游转换时段220设置为等于催化器测试模块218命令燃料供给转换的时间(即，催化器测试模块218发送测试指示符208的时间)与由上游氧气传感器检测到的电压小于预定值且认为燃料贫料的时间之间的时段。在320处，上游氧气监测模块214将存储所确定的上游转换时段。
在328处，延迟确定模块252将使用ESPD来确定与上游氧气传感器176对于燃料供给转换的响应相关联的延迟时段210(如果有的话)。ESPD可使用由MAF、IAT和催化器温度编索引的校准表。
在图3B中，在330处，上游校正模块250将通过把校正后的上游转换时段设置为初始上游转换时段220与延迟时段210的差来确定校正后的上游转换时段216。
在336处，下游氧气监测模块234监测所检测到的与下游氧气浓度228对应的电压是否小于预定值且贫燃料。如果电压小于预定值，则在340处，下游氧气监测模块234将确定下游转换时段232。下游氧气监测模块234可将下游转换时段232设置为等于催化器测试模块218命令燃料供给转换的时间与电压小于预定值且认为燃料贫料的时间之间的时段。下游氧气监测模块234可存储下游转换时段232。
在344处，OSC模块236可通过将OSC时段240设置为340中的下游转换时段232与330中的校正后上游转换时段216之间的差来确定OSC时段240。在348处，校正模块244可使用由系统操作条件编索引的一组存储的校准表来确定校正因子。例如，校准表可由高度和催化器温度编索引。
在350处，可通过将OSC时段240乘以348中所确定的校正因子来确定校正后的OSC时段。在354处，预期OSC模块258通过对所选系统操作条件与一组存储的校准表进行比较来确定预期OSC222。在358处，可通过将校正后的OSC时段254除以预期OSC222来确定OSC比率276。
在图3C中，在364处，比率滤波模块277可使用EWMA来确定滤波后的OSC比率268。在366处，将滤波后的OSC比率268与预定值进行比较。如果滤波后的OSC比率268低于预定值，则控制流程转换至370。如果滤波后的OSC比率268高于预定值，则在372处，催化器故障检测模块280指示催化器中不存在故障。故障检测过程在304处重新开始，等待出现适当的启动条件。
在370处，催化器故障检测模块280可以选择并不选择性地改变发动机102的一个或多个操作参数，诸如燃料供给量、燃料空气比或火花提前。如果满足条件，则在380处，将改变操作参数。控制流程在386处继续。
如果在指定时段内已经检测到故障预定次数，则催化器故障检测模块280可以选择改变操作参数。如果在指定时段内已检测到故障预定次数，则可指示催化器故障。在386处，如果确定滤波后的OSC比率已低于预定值的次数超过预定次数，则可发现催化器故障。因此，可在376处点亮故障指示灯188。
仅用于示例，当滤波后的OSC比率已低于预定值的次数超过预定最大限制，则在386处将发现催化器故障，并且将在376处点亮故障指示灯188。如果在386处，滤波后的OSC比率已低于预定值的次数并未超过预定最大限制，则故障检测过程将在304处重新开始。
以上描述在本质上只是说明性的，且不以任何方式旨在限制本发明、其应用或用途。本发明的广泛教导可以以多种方式实施。因此，尽管本发明包含特定示例，但本发明的实际范围应当不限于此，因为在研究图式、说明书和随附权利要求书之后，其它修改将变得显而易见。应理解，方法中的一个或多个步骤可按不同顺序(或同时)来执行，而不改变本发明的原理。另外，尽管在上文将每一实施方式描述为具有特定特征，但关于本发明的任一实施方式描述的那些特征中的任一个或多个可以实施在任意其它实施方式中和/或与任意其它实施方式的特征组合，即使所述组合并未明确描述。换句话说，所描述的实施方式并不互斥，且一个或多个实施方式彼此的排列组合保留在本发明的范围内。
使用各种术语描述了元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系，包括“连接”、“啮合”、“耦合”、“邻近”、“靠近”、“在顶部”、“上方”、“下方”以及“布置”。除非明确描述为“直接”，否则当在以上公开内容中描述第一元件与第二元件之间的关系时，所述关系可以是第一元件与第二元件之间不存在其它中间元件的直接关系，但也可以是第一元件与第二元件之间存在(空间或功能上)一个或多个中间元件的间接关系。在本文中使用的，短语A、B和C中的至少一者应解释为意指逻辑(A或B或C)，使用非排他性逻辑“或”，而不应解释为意指“A中的至少一者、B中的至少一者，以及C中的至少一者”。
在包含以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”替换。术语“模块”可指以下各项的一部分或包含以下各项：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合式逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或群组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或群组)；提供所描述功能性的其它适合的硬件组件；或上述各项中的一些或全部的组合，例如组合在芯片上系统中。
模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括有线或无线接口，其连接至局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合。本发明的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块当中。例如，多个模块可允许负载平衡。在另一示例中，服务器(也称为远端或云)模块可代表客户端模块完成一些功能。
如上文所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微码，且可指程序、例程、函数、类别、数据结构，和/或对象。术语共享处理器电路包含执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器电路。术语群组处理器电路包含与额外处理器电路组合地执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的提及包含在离散管芯上的多个处理器电路、在单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核心、单个处理器电路的多个线程，或以上各项的组合。术语共享存储器电路包含存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语群组存储器电路包含与额外存储器组合地存储来自一个或多个模块的一些或全部代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。在本文中使用时，术语计算机可读介质并不包含通过介质(例如在载波上)传播的暂时性电信号或电磁信号；术语计算机可读介质因此可认为是有形的且非暂时性的。非暂时性、有形计算机可读介质的非限制性示例有：非易失性存储器电路(诸如快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路，或掩膜只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)，以及光学存储介质(诸如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中描述的设备和方法可以部分或全部由通过配置专用计算机执行体现在计算机程序中的一个或多个特定功能而产生的专用计算机来实现。上文描述的功能块、流程图组件和其它元件用作软件说明书，其可通过所属领域的技术人员或程序员的常规工作而转化为计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性、有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于所存储的数据。计算机程序可包含与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、背景服务、背景应用程序等。
计算机程序可包括：(i)待解析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)，(ii)汇编语言代码，(iii)由编译器根据源代码产生的目标代码，(iv)用于由解释器执行的源代码，(v)用于由即时编译器编译并执行的源代码，等。仅用于示例，可使用根据包括以下语言的语法来撰写源代码：C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5、Ada、ASP(动态服务器页面)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、VisualLua知
权利要求中引述的元件并不旨在是根据美国法典第35条112(f)款的意义的装置加功能元件，除非使用短语“用于......的装置”明确地引述了元件，或者在使用短语“用于......的操作”或“用于......的步骤”的方法权利要求的情况下。

Claims (10)

1.一种用于车辆的系统，所述系统包括：
上游氧气监测模块，其监测上游氧气传感器，并且基于所述上游氧气传感器检测到燃料供给从富到贫转换的时间来确定上游转换时段，其中，所述上游氧气传感器监测在发动机催化器前面的排气流的氧浓度；
延迟确定模块，其确定与所述上游氧气传感器对所述燃料供给从富到贫转换的检测相关联的延迟时段；
上游校正模块，其基于所述上游转换时段和所述延迟时段来确定校正后的上游转换时段；
下游氧气监测模块，其监测下游氧气传感器，并且基于所述下游氧气传感器对所述燃料供给从富到贫转换的响应来确定下游转换时段，其中，所述下游氧气传感器监测在所述发动机催化器后面的所述排气流的所述氧浓度；
氧存储能力(OSC)确定模块，其基于所述校正后的上游转换时段和所述下游转换时段来确定OSC时段；以及
催化器故障检测模块，其基于所述OSC时段来选择性地调整所述车辆发动机的操作参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：催化器测试模块，其选择性地命令所述燃料供给从富到贫转换，
其中，所述燃料供给从富到贫转换是指从富燃料状态到贫燃料状态的转换，
其中，在所述排气的第一测量氧浓度越过第一预定值时，由所述上游氧气传感器检测为所述富燃料状态；且
其中，在所述排气的第二测量氧浓度越过第二预定值时，由所述上游氧气传感器检测为所述贫燃料状态。
3.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述上游氧气监测模块将所述上游转换时段设置为第一时间与第二时间之差，所述第一时间基于命令所述燃料供给从富到贫转换的时间，所述第二时间为所述上游氧气传感器检测到所述贫燃料状态的时间；并且
所述第一时间为已停用了所述发动机的预定数量的汽缸的时间。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述下游氧气监测模块将所述下游转换时段设置为第一时间与第三时间之差，所述第一时间基于命令所述燃料供给从富到贫转换的时间，所述第三时间为所述下游氧气传感器检测到所述贫燃料状态的时间。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述延迟确定模块基于催化器温度、进气温度和质量空气流量中的至少一者使用排气系统性能诊断来确定所述延迟时段。
6.根据权利要求5所述的系统，其中：
所述排气系统性能诊断在已停用了预定数量的汽缸时开始，且其中，所述排气系统性能诊断在所述上游氧气传感器检测到贫燃料状态时终止；并且
所述排气系统性能诊断包括至少一张由催化器温度、进气温度和质量空气流量编索引的经校准值表。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述上游校正模块将所述校正后的上游转换时段设置为所述上游转换时段与所述延迟时段的差。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述OSC模块将所述OSC时段设置为所述校正后的上游转换时段与所述下游转换时段之差。
9.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：
校正模块，其基于所述OSC时段并且基于催化器温度和高度来确定校正后的OSC时段；
预期OSC模块，其确定预期OSC时段；
归一化模块，其基于所述校正后的OSC时段和所述预期OSC时段来确定OSC比率；以及
比率滤波模块，其基于所述OSC比率来确定滤波后的OSC比率。
10.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述校正模块通过(i)使用由催化器温度和高度编索引的校正因子校准表来确定校正因子，以及(ii)将所述OSC时段乘以所述校正因子来确定所述校正后的OSC；
所述预期OSC模块使用由催化器温度和质量空气流量编索引的预期OSC校准表来确定所述预期OSC时段；
所述归一化模块通过将所述校正后的OSC时段除以所述预期OSC时段来确定所述OSC比率；且
所述比率滤波模块使用指数加权移动平均滤波器来确定所述滤波后的OSC比率。
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