CN108071460B - 非侵入式空气/燃料传感器诊断 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种非侵入式空气/燃料传感器诊断。提供用于诊断车辆的排气系统中催化剂下游的排气氧传感器的故障状况的方法和系统。在一个示例中，一种方法包括确定催化剂的部分氧化状态的改变速率与氧传感器的输出电压的改变速率的比。如果所述比是正的，则故障被诊断并且随后的发动机运转的调整不考虑来自氧传感器的反馈。

Description

非侵入式空气/燃料传感器诊断

技术领域

本发明总体涉及诊断机动车辆中排气传感器的退化。

背景技术

由于对汽车排放的收紧的政府法规，现代车辆使用三元催化剂(TWC)用于发动机排气后处理。二氧化铈通常被添加到催化剂以化学地存储器氧气，并且通过增加来关于化学计量比空燃比(AFR)的运转窗口来帮助遏制排放突破。基于催化剂监测传感器和/或基于物理的催化剂模型，TWC可以被维持在期望的部分氧化状态(fractional oxidationstate,FOS)处。例如，一些车辆在TWC上游的传感器通用或宽域排气氧(UEGO)传感器和在TWC下游的加热型排气氧(HEGO)来帮助将催化剂的AFR和FOS维持在设定点处。具体地，上游UEGO传感器为关于化学计量比调整发动机排气提供反馈。下游HEGO传感器为将发动机AFR偏置为更富或更稀提供反馈以增加催化剂效率。此外，下游HEGO传感器可以被用于催化剂诊断。

HEGO传感器的退化可以导致增加的燃料消耗和排放。一种用于诊断HEGO传感器退化的现有侵入式方法涉及主动调整发动机运转以便收集关于HEGO传感器性能的数据。例如，发动机运转可以被主动调整以影响一个或更多个富至稀或稀至富的转变，以便监测HEGO传感器对这些转变的响应。在美国专利号5,801,295中公开了为非侵入式的另一现有方法。在其中，当某些进入条件满足时，监测HEGO传感器输出电压，并且电压轨迹节段在指定时段内进行求和。求和的HEGO电压轨迹的长度与阈值长度进行比较；在阈值长度之下的轨迹长度指示增加的HEGO传感器的灵敏性和稳健性。

然而，发明人在此已经认识到此类方法的潜在问题。例如，在侵入式方法中，所需的来自发动机运转的偏移可以被局限于具体不足够频繁地发生的工况以准确地监测传感器。另外，这些偏移可以增加发动机运转在不期望的AFR下的持续时间，导致增加的燃料消耗和/或增加的排放。在非侵入式方法中，为了执行诊断，各种进入条件必须满足，使得HEGO传感器诊断可以在它消极地影响发动机性能的过长时间段内保持未被检测到。此外，由于该方法单独将降低的切换频率与HEGO传感器退化相关联，不影响切换频率的HEGO传感器退化的类型可以不被注意到。

发明内容

发明人在此已经识别了克服上面描述的方法的缺陷的方法和系统。在一个示例中，上面描述的问题可以通过一种用于确定排气催化剂的FOS的改变速率和被布置在所述催化剂下游的氧传感器的输出电压的改变速率的方法来解决。所述方法包括如果所述FOS的所述改变速率与所述输出电压的所述改变速率的比是正的，则指示氧传感器故障并且独立于所述氧传感器输出电压来控制发动机运转。相应地，相比于上面描述的诊断只能够在不频繁地发生并且往往必须被主动诱发的某些发动机工况下被执行的侵入式方法，只要发动机被暖机并且正在稳态下运转，HEGO传感器的故障诊断就可以被执行。另外，在本公开中描述的方法和系统提供了特别稳健的诊断，因为它们不考虑正在讨论的参数的量值(例如，FOS的量值和HEGO传感器输出电压的量值)，而是聚焦于FOS的改变速率与HEGO传感器输出电压的改变速率的比的符号。因此，本文中描述的方法和系统的技术效果是稳健的HEGO传感器故障诊断可以通过监测FOS的改变速率与HEGO传感器输出电压的改变速率的比的符号来执行。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了车辆的发动机和相关联的排气排放物系统的示意图。

图2A示出图示示例控制架构的方框图。

图2B示出了图示基于物理的发动机和TWC模型的方框图。

图3示出了图示用于使用基于物理的TWC模型计算催化剂的FOS的方法的示例流程图

图4A示出了根据AFR图示催化剂的FOS的曲线图。

图4B示出了图示AFR与下游HEGO传感器输出电压之间的关系的曲线图。

图5示出了图示用于基于催化剂的FOS的改变与HEGO传感器输出电压的改变的比的符号非侵入式地诊断HEGO传感器故障的方法的示例流程图。

图6-7示出了展示根据图5的方法的HEGO传感器故障检测的示例正时图。

具体实施方式

以下描述涉及用于非侵入式地诊断车辆中的HEGO传感器退化的系统和方法。如在图1中示出的，除了催化剂上游和下游的排气氧传感器，车辆可以被配置有用于排气后处理的TWC。发动机运转可以基于来自这些排气氧传感器的反馈来进行控制，如在图2A中示出的，以便实现期望的AFR并且最小化不期望的排气排放物。根据在图3中示出的方法，催化剂的FOS可以在发动机控制器处经由基于物理的发动机和催化剂模型(诸如在图2B中示出的那些)来计算，并且被维持在设定点处。在图4A中示出了AFR与催化剂的FOS之间的关系，并且在图4B中示出了AFR与下游HEGO传感器的输出之间的关系。如在图5中示出的，控制器可以基于催化剂的FOS在一持续时间内的改变与HEGO传感器输出电压在该持续时间内的改变的比的符号指示HEGO传感器退化。图6示出了当UEGO传感器适当地运行时执行的HEGO传感器诊断的示例，并且图7示出了当UEGO传感器退化时执行的HEGO传感器诊断的示例。

图1图示了示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，所述发动机10可以被包括在发动机系统1。发动机系统1可以是被包括机动车辆5中的推进系统。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置130来自车辆操作者132的输入控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可以包括燃烧室壁32，活塞36被设置在其中。活塞36可以被耦接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦接至车辆的至少一个驱动轮。另外，启动马达可以经由飞轮耦接至曲轴40，以实现发动机10的启动运转。

燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。在这个示例中，进气门52和排气门54可以通过凸轮驱动经由一个或更多个凸轮来控制，并且可以使用可以由控制器12运转的凸轮轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个，以改变气门运转。进气门52和排气门54的位置可以分别由气门位置传感器55和57确定。在可替代的实施例中，进气门52和/或排气门54可以由电气门驱动控制。例如，汽缸30可以可替代地包括通过电气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有一个或更多个喷射器，其用于将爆震控制流体提供至汽缸内。作为非限制性的示例，汽缸30被示出为包括一个燃料喷射器66，从燃料系统172向燃料喷射器66供应燃料。燃料喷射器66被示出为直接耦接至汽缸30，以便经由电子驱动器68与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进的汽缸30中。以此方式，燃料喷射器66提供了到汽缸30的燃烧室内的所谓的燃料直接喷射(在下文中也被称为“DI”)。

应认识到，在替代的实施例中，喷射器66可以是进气道喷射器，其提供到汽缸30上游的进气道内的燃料。也应认识到，汽缸30可以从多个喷射器接收燃料，诸如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合。

继续图1，进气通道42可以包括具有节流板64的节气门。在这个具体的示例中，控制器12可以通过提供给被包括在节气门62内的电动机或执行器改变节流板64的位置，这种构造通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62可以被运转为改变提供给在只是发动机汽缸之一的燃烧室30的进气。节流板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和歧管空气质量传感器122，用于向控制器12提供各自的信号MAF和MAP。

在选择的运转模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统88可以经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。尽管示出了火花点火部件，但在一些实施例中，在有或没有点火火花的情况下，都可以以压缩点火模式使发动机10的燃烧室30或一个或更多个其他燃烧室运转。

上游排气传感器126被示为在排放控制装置70的上游耦接至排气通道48。上游传感器126可以是用于提供排气AFR的指示的任何合适的传感器，诸如线性宽带氧传感器或UEGO、双态窄带氧传感器或EGO、HEGO、或NOx、HC或CO传感器。在本文中描述的非限制性实施例中，上游排气传感器126是被配置为提供与存在于排气中的氧气量成比例的的输出(诸如电压信号)的UEGO传感器。控制器12利用该输出来确定排气AFR。

排放控制装置70被示为沿着排气传感器126下游的排气通道48布置。在本文中描述的非限制性实施例中，装置70是被配置为还原NOx并氧化CO和未燃的碳氢化合物的TWC。然而，在其他实施例中，装置70可以是NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。

第二下游排气传感器128被示为在排放控制装置70的下游耦接至排气通道48。下游传感器128可以是用于提供排气AFR的指示的任何合适的传感器，诸如UEGO传感器、EGO传感器、HEGO传感器等。在一个实施例中，下游传感器128是被配置为指示在排气经过排气催化剂之后的相对变富或变稀的HEGO传感器。因此，HEGO传感器可以提供转变点形式的输出或在排气从稀转变为富处的电压信号。

另外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以通过EGR通道140将期望的一部分排气从排气通道48送至进气通道42。控制器12可以通过EGR阀142改变提供给进气通道42的EGR量。另外，EGR传感器144可以被布置在EGR通道内，并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。在一些情况下，EGR系统可以被用来调节燃烧室内的空气和燃料混合气的温度。

控制器12在图1中被示为微型计算机，包括微处理单元102、输入/输出端口104、在这个具体示例中作为只读存储片106示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存取器110和数据总线。控制器12可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量计(MAF)的测量，来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)，来自耦接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)，来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)，来自传感器122的歧管绝对压力(MAP)信号，来自UEGO传感器126的UEGO传感器输出(UEGO)，以及来自HEGO传感器128的HEGO传感器输出(HEGO)。发动机转速信号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可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行的非临时性指令，用于实现以下所述方法以及期望但没有具体列出的其他变体。

在一些示例中，车辆5可以是具有可用于一个或更多个车辆车轮55的扭矩的多个来源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆、或仅具有(一个或多个)电机的电动车辆。在所示出的示例中，车辆5包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机。当一个或更多个离合器56被接合时，发动机10的曲轴140和电机52经由变速器54被连接至车辆车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56被提供在曲轴140与电机52之间，并且第二离合器56被提在供电机52与变速器54之间。控制器12可以向每个离合器56的致动器发送接合或分离离合器的信号，以便连接或断开曲轴140与电机52和被连接到其的部件，和/或连接或断开电机52与变速器54和被连接到其的部件。变速器54可以是齿轮箱、行星齿轮系统、或另一类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式进行配置，包括作为并联、串联、或串并联型混合动力车辆。

电机52从牵引电池58接收电功率以为车辆车轮55提供扭矩。电机52也可以例如在制动运转期间作为发电机进行运转以为充电电池58提供电功率。

如上所述，图1仅示出了多缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、(一个或多个)火花塞等。

图2A示出了图示可以由发动机控制器(诸如图1的控制器12)实施的控制架构200的方框图。控制架构200包括发动机227、TWC235上游的UEGO传感器230和TWC235下游的HEGO传感器240。发动机227可以对应于图1的发动机10；UEGO传感器230可以对应于图1的UEGO传感器126；TWC235可以对应于图1的TWC70；以及HEGO传感器240可以对应于图1的HEGO传感器128。催化剂控制架构200将发动机AFR调节为在化学计量比附近的设定，并且基于HEGO传感器240的电压输出相距预定HEGO电压设定点的偏差对该调节进行精调。内环控制器207使用上游UEGO传感器输出用于更高带宽的反馈控制，而外环控制器205使用HEGO传感器输出用于更低带宽的控制。

包含比例-积分-微分(PID)控制器的内环控制器207通过产生适当的燃料命令(例如，燃料脉冲宽度)来控制发动机AFR。求和节点222可选地对来自内环控制器207的燃料命令与来自前馈控制控制器220的命令进行组合。这种组合的命令集被输送给发动机227的燃料喷射器。UEGO传感器230为内环控制器207提供反馈信号。UEGO反馈信号与发动机227与TWC235之间的供给气体(例如，发动机排气)的氧气含量成比例。外环控制器205产生被提供给内环控制器207的UEGO参考信号。UEGO参考信号在节点216处与UEGO反馈信号进行组合。由节点216提供的误差或差信号然后被内环控制器207用来调整燃料命令，使得发动机227内的实际AFR接近期望的AFR。HEGO传感器240为外环控制器205提供反馈信号。外环控制器205可以是包含积分项的任何适当的控制器，诸如比例-积分(PI)控制器。

在正常运转期间，催化剂(诸如图2的TWC235)通过NOx还原来产生氧气(O2)。同时，当其他排气种类(例如，HC和CO)被氧化时，氧气被消耗。氧气也可直接从排气中的空气获得。如果可获得比所消耗的更多的氧气，则过多氧气将会被存储在催化剂中(例如，在二氧化铈中)，随后当消耗比所产生的更多的氧气时所述过多氧气能够被使用。催化剂的FOS(例如，催化剂内的二氧化铈的部分氧化状态)指的是在给定时间相比于总氧气存储容量的催化剂中存储的氧气量，并且在从0(没有存储的氧气)到1(在存储容量下)的范围内变化。催化剂的FOS可以针对最佳的性能被维持在期望的水平(例如，0.5)，所述期望的水平基于发动机负荷和温度来校准。为了控制催化剂的FOS，基于物理的发动机和催化剂模型可以被存储在控制器(诸如图1的控制器12)的非临时性存储器中。

图2B示出了图示示例性基于物理的发动机模型260和示例性基于物理的TWC模型270的方框图250。发动机模型260和TWC模型270可以被存储在控制器(诸如图1的控制器12)的非临时性存储中。

发动机模型260接收各种输入参数。在所描绘的示例中，到发动机模型的输入参数包括AFR、ECT和RPM。到发动机模型的AFR值输入可以是从UEGO传感器(诸如图1的UEGO传感器126)接收的信号，该信号表示感测到的TWC上游的发动机排气的AFR。ECT输入可以对应于感测到的ECT值(例如，来自图1的温度传感器112)，或可以替代地基于测量或推测的其他参数的值来推测。RPM输入可以由控制器根据PIP信号来产生，如在上面参照图1讨论的。发动机模型260包括接收输入参数作为输入并且产生表示估计的给定输入参数的发动机输出的输出参数的各种等式，诸如基于物理动态模型的等式。该模型可以以实时数字形式被实施在控制器中。在一个示例中，发动机模型可以使用诸如正交最小二乘法的系统识别技术来开发，以开发基于回归的排气排放物模型。在所描绘的示例中，发动机模型针对给定输入参数输出估计的排气排放物。估计的排气排放物可以是估计的排气的化学成分，例如包括各种排气种类的浓度。

估计的排气排放物反过来充当到TWC模型270的输入参数中的一个。TWC模型270接收各种其他输入参数；在所描绘的示例中，这些包括空气质量(AM)和边缘温度。AM参数表示TWC上游的排气通道中的质量空气流量，质量空气流量可以由被布置在TWC上游的排气通道中的MAF传感器来测量。替代地，AM可以基于测量的或推测的其他参数的值来估计。边缘温度参数表示TWC处的温度(例如，连接排气管与TWC的边缘处的温度)，并且可以由被布置在边缘处的温度传感器来测量、或基于测量的或推测的其他参数的值来估计。TWC模型270包括接收输入参数作为输入并且产生表示估计的给定输入参数的发动机输出的输出参数的各种函数、等式和/或控制结构。在所描绘的示例中，TWC模型输出估计的尾管AFR(例如，TWC下游的排气通道中下游的AFR)、估计的尾管排放物(例如，估计的TWC下游的排气的化学成分)、和估计的TWC的FOS。这些输出的值可以被存储在控制器的非临时性存储器中，并且可以充当用于由控制器配合各种致动器进行的对发动机系统运转的调整的基础。

图3示出了用于使用基于物理的发动机和TWC模型(诸如在图2B中示出的那些)计算催化剂的估计的FOS的示例方法300。估计FOS可以被用来诊断HEGO传感器的退化，如在下面参照图5讨论的。用于执行方法300和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器(诸如图1的控制器12)基于存储在控制器的非临时性存储器上的指令并且配合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图1和2A描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据本文中描述的方法采用发动机系统的各种致动器来调整发动机运转。

方法300在302处开始，并且包括估计或测量发动机工况。例如，发动机工况可以包括但不限于RPM、发动机负荷、ECT、所喷射的燃料量、MAF、发动机AFR、UEGO传感器电压、HEGO传感器电压、排气AM和TWC边缘温度。发动机工况可以通过一个或更多个传感器来测量，或基于可用数据来估计或推测。在302后，该方法进入到304。

在304处，控制器确定UEGO传感器故障是否被指示。UEGO传感器故障可以使用车载诊断(诸如六种型式故障方法)来进行诊断；在确定UEGO传感器退化后，UEGO传感器故障标志可以在控制器处被设定，而在确定UEGO传感器未化后，UEGO传感器故障标志可以不被设定，或如果它之前被设定则可以被清除。

如果UEGO传感器故障不被指示，则该方法进入到306，并且控制器基于由UEGO传感器输出的信号确定TWC上游的排气通道中的AFR。如在上面参照图1描述的，由UEGO传感器输出的信号可以是与TWC上游的排气中的氧气的浓度成正比的电压。相应地，控制器可以根据来自UEGO传感器的信号并且与来自UEGO传感器的信号成比例地确定AFR。在306后，该方法进入到314。

返回到304，如果UEGO传感器故障被指示，则方法300进入到308，并且控制器基于进入发动机汽缸(MAF)的空气量和所喷射的燃料量估计AFR。MAF可以通过传感器(诸如图1的MAF传感器120)来测量。所喷射的燃料量可以例如基于由控制器命令的燃料喷射脉冲宽度来确定。

在308之后，该方法进入到310，并且控制器对估计的AFR进行滤波和/或平均化以增加准确性。例如，虽然AFR估计会由于燃料壁湿或积洼形成而相对不准确，但是执行滤波和/或平均化可以改善AFR的估计的稳健性。

在310之后，该方法进入到312，并且控制器将AFR(在306处通过UEGO传感器测量的AFR或在310处经滤波和/或平均化的AFR)连同估计的/测量的ECT和RPM的值一起输入到基于物理的发动机模型(诸如图2B的发动机模型260)内来估计发动机排气排放物。例如，发动机模型可以估计从发动机行进通过排气通道并进入催化剂的排气种类的浓度。在312之后，该方法进入到314。

在314处，控制器将估计的发动机排气排放物连同估计的/测量的排气AM和催化剂边缘温度的值一起输入到基于物理的催化剂模型(诸如图2B的TWC模型270)内。如在上面参照图2B讨论的，基于这些输入参数的值，催化剂模型估计并输出催化剂的FOS以及其他输入。在314后，方法300结束。

现在转向图4A，曲线402显示了催化剂(诸如图1的TWC70)的稳态FOS与排气AFR之间的关系的特性曲线。X轴表示如通过UEGO传感器测量的排气AFR(λ)；1的λ值在化学计量比发动机运转期间发生。Y轴表示催化剂的稳态FOS。稀供给(例如，具有稀AFR的排气)可以使催化剂饱和，导致更靠近1的FOS。相反，富供给(例如，具有富AFR的排气)可以耗尽催化剂的存储的氧气，导致更靠近0的FOS。相应地，催化剂的稳态FOS是排气AFR的非线性函数。

图4B的曲线404展示了HEGO传感器电压与排气AFR之间的关系的特性曲线。X轴表示如通过UEGO传感器测量的相对排气AFR(λ)。Y轴表示HEGO传感器输出电压。如上面提及的，HEGO传感器的输出电压是存在于排气中的氧气量的非线性函数；稀供给(λ>1)导致相对低的HEGO传感器电压，而富供给(λ<1)导致相对高的HEGO传感器电压。例如，当催化剂由于稀排气的供给而饱和有氧气时，更多的氧气将会经过催化剂，因为它不能被存储在催化剂处，导致相对低的HEGO传感器电压。相比之下，当催化剂由于富排气的供给未饱和有氧气时，氧气被存储在催化剂处，并且因此从排气耗尽，导致相对高的HEGO传感器电压。如图所示，HEGO传感器电压跃变在大约λ＝1处发生；当λ从大约1减小时，HEGO传感器输出迅速地增加(例如，曲线404的斜率具有第一更大值直至到达阈值电压，并且然后随着λ继续减小，更不迅速地增加(例如，曲线404的斜率具有第二更小值)。在另一方面，当λ从大约1增加时，HEGO传感器输出缓慢地减小(例如，曲线404的斜率具有第三最小值)。因此，HEGO传感器不提供排气AFR的线性测量，而是指示排气AFR是富的还是稀的。例如，如果HEGO传感器输出电压在第一阈值(例如，信号的斜率在其处从第一更大值减小至第二更小值的阈值电压)之上，则控制器可以指示排气AFR是富的，并且如果HEGO传感器输出电压在低于第一阈值的第二阈值之下，则指示排气AFR是稀的。

总的来说，图4A和4B示出了催化剂的稳态FOS和HEGO传感器输出电压两者随着排气AFR如何变化。另外，催化剂的稳态FOS和HEGO传感器输出电压具有逆关系(例如，当一个增加时，另一个减小)。例如，当λ从富转变为稀时，稳态FOS迅速地增加，而HEGO传感器输出电压迅速地减小。

现在转向图5，图示了用于确定HEGO传感器中的故障的非侵入式方法500，所述非侵入式方法500可以由控制器(诸如图1的控制器12)来执行。该方法使用催化剂的FOS的改变速率与在HEGO传感器的适当运行期间发生的HEGO传感器输出电压的改变速率之间的逆关系，以便检测HEGO传感器是否正在适当地运行。

方法500在504处开始，并且控制器估计或测量发动机工况(例如，RPM、发动机负荷和AFR)。发动机工况可以通过一个或更多个传感器(诸如在上面描述的那些)来测量，或可以基于可用数据来估计或推测。

在504处，控制器确定发动机是否正在稳态下运转以及是否被暖机。例如，如果发动机转速在至少阈值持续时间内保持基本上恒定，则可以确定发动机正在稳态下运转。另外，如果发动机温度大于阈值温度(例如，如基于来自ECT传感器(诸如图1的温度传感器112)的信号推测的)，则可以确定发动机被暖机。

如果发动机未正在稳态下运转并且未被暖机，则该方法进入到528，并且控制器确定发动机是否被暖机以及车辆电池的荷电状态(SOC)是否大于阈值。例如，当发动机未在稳态下运转时，瞬态状况可以存在(例如，由于车辆操作者压下加速器踏板并且因此引起发动机负荷的急剧增加)。在混合动力车辆中，电池和马达/发电机可以与发动机曲轴和变速器可运转地耦接。例如，在请求的车辆车轮扭矩在阈值之上的状况下，电池可以向马达/发电机(充当马达)供应电功率，并且马达可以经由变速器为车辆车轮提供补充扭矩。然而，只有电池的SOC是充足的，补充扭矩才可以被提供。相比之下，在诸如请求的车辆车轮扭矩在阈值之下的减速的状况下，发动机输出可以经由马达/发电机(充当发电机)被转换为电能，所述电能然后被存储在电池中，使得被供应给车辆车轮的扭矩小于发动机输出扭矩。

如果在528处回答为是，则该方法进入到530，并且控制器调整发动机系统的运转使得发动机可以在稳态下进行运转同时期望的车辆车轮扭矩仍然被提供。例如，如果瞬态状况是加速状况，则发动机负荷可以被降至稳态负荷，并且请求的车辆车轮扭矩的增加可以由电池和马达/发电机供应。作为另一示例，如果瞬态状况是减速状况，则发动机负荷可以被增加至稳态负荷，并且超出请求的车辆车轮扭矩的发动机输出扭矩可以被用来在马达/发电机处产生电力以便存储在电池处(并且因此不被应用于车辆车轮)。在530之后，该方法进入到508，其将会在下面进行讨论。

否者，如果在528处回答为否，则该方法进入到506，并且控制器维持当前的发动机运转。例如，如果最近执行的HEGO传感器的诊断指示无故障，则维持当前的发动机运转可以包括继续在发动机AFR的控制中并入来自HEGO传感器的反馈。替代地，如果最近执行的HEGO传感器的诊断指示故障，则维持当前的发动机运转可以包括控制器继续在没有来自HEGO传感器的反馈的情况下控制发动机AFR(例如，单独利用来自UEGO传感器的反馈来控制发动机AFR)。在506后，方法500结束。

返回到504，如果发动机正在稳态下运转并且被暖机，则方法500进入到508。另外，该方法在530之后进入到508。在508处，控制器在第一时间处计算催化剂的FOS并确定HEGO传感器输出电压。例如，FOS可以在控制器处被存储在非临时性存储器中的发动机和TWC的基于物理的模型以在上面参照图3描述的方式来计算。HEGO传感器输出电压通过HEGO传感器(诸如图1的HEGO传感器128)来测量，并且作为信号被发送给控制器(诸如图1的控制器12)。在508之后，该方法进入到510。

在510处，控制器在第二稍后时间处计算催化剂FOS并确定HEGO传感器输出电压(例如，第二时间从时间顺序上在第一时间之后发生)。该方法然后进入到512。

在512处，控制器使用在508和510处确定的值确定催化剂的FOS的改变速率(ΔFOS)和HEGO传感器输出电压的改变速率(ΔHEGO)。ΔFOS表示第一时间处的催化剂FOS值与第二稍后时间处的催化剂FOS值之间的差，并且因此表示FOS在第一时间处开始并在第二时间处结束的持续时间内的改变速率。同样地，ΔHEGO表示第一时间处的HEGO传感器输出电压与第二稍后时间处的HEGO传感器输出电压之间的差，并且因此表示HEGO传感器输出电压在第一时间处开始并在第二时间处结束的持续时间内的改变速率。即，ΔFOS和ΔHEGO在共同的特定时间段内被确定，并且因此表示同时发生的FOS和HEGO传感器输出的改变速率。在精确相同的时间段内同时测量ΔFOS和ΔHEGO是重要的，因为在相同时间段内的改变速率之间的关系(具体地，在相同时间段内改变速率是正的还是负的)是用于故障诊断的基础。在一个示例中，量ΔFOS的单位是秒的倒数(1/s)，因为FOS可以由积分(无量纲参数)来表示并且FOS的改变速率随着时间发生。另外，在一个示例中，量ΔHEGO的单位是伏每秒(V/s)。相应地，ΔFOS与ΔHEGO的比的单位可以是伏的倒数(1/V)。在512之后，该方法进入到514。

在514处，控制器确定ΔFOS或ΔHEGO是否等于0。如果ΔFOS或ΔHEGO等于0，则该方法进入到506，并且控制器如在上面描述的那样维持当前的发动机运转。否者，如果ΔFOS和ΔHEGO都为非零，则该方法进入到516。

在516处，控制器计算ΔFOS与ΔHEGO的比。因为ΔHEGO是非零值，根据需要从514进入到516，该比将会被限定。此外，因为ΔFOS是非零值，ΔFOS与ΔHEGO的比也将会是非零值。在516之后，该方法进行到518。

在518处，控制器确定ΔFOS与ΔHEGO的比的符号是否是正的以及是否高于阈值。阈值可以是被指定为减少噪声并且减少要不然可以在瞬态波动期间发生的HEGO传感器故障的假阳性确定的预定的小正值。在其他示例中，然而，阈值可以是0。如果ΔFOS与ΔHEGO的比的符号是正的并且高于阈值，则该方法进入到520，并且控制器指示HEGO传感器故障。HEGO传感器故障的指示可以包括控制器设定(例如，设定为1)对应于HEGO传感器的诊断标志，其中标志的设定指示HEGO传感器的故障状况。例如，HEGO传感器故障的指示可以进一步包括控制器向车辆的显示器发送信号，以显示请求车辆操作者维修排放系统的消息或要不然向车辆操作者指示排放系统需要维修。该方法然后进入到522。

在522处，控制器在没有HEGO传感器输入的情况下调节AFR。例如，控制器可以从基于来自HEGO传感器以及UEGO传感器的反馈执行闭环控制转变为如在上面参照图2描述的利用UEGO传感器反馈但不利用HEGO传感器反馈的前馈模式下的闭环AFR控制。例如，参照在图2中示出的控制架构，在没有HEGO传感器输入的情况下调节AFR可以包括在来自外反馈控制循环的输入的情况下使用内反馈控制循环。在另一示例中，如果除了HEGO传感器故障外还指示UEGO传感器故障，则AFR可以在没有来自UEGO传感器反馈或HEGO传感器反馈的修正的情况下被维持在使用估计的汽缸质量空气充气和燃料量的前馈模式下。然而，这样的运转会消极地影响车辆的满足排放要求的能力。在522后，方法500结束。

返回到518，如果ΔFOS与ΔHEGO的比的符号不是正的(并且因此具有负值，因为它不等于0)，则方法500进入到524，并且控制器指示不存在HEGO传感器故障(例如，HEGO传感器正在适当地工作)。无HEGO传感器故障的指示可以包括控制器清楚(例如，设定为0)对应于HEGO传感器的诊断标志，其中标志的清除指示HEGO传感器的故障状况未正在发生。在524之后，该方法进行到526。

在526处，控制器使用来自HEGO传感器的反馈来调节AFR。例如，AFR可以继续根据参照图2描述的催化剂控制架构(包括内和外反馈控制循环两者)来调节，并且因此对AFR控制策略的调整可以不被执行。除了来HEGO传感器的反馈外，来自UEGO传感器的反馈或估计的TWC上游的排气AFR也可以考虑在AFR控制内。控制策略可以是提供最佳的AFR控制但是需要UEGO传感器和HEGO传感器正在适当地运行的缺省标称控制策略。在526后，方法500结束。

以此方式，HEGO传感器能够单独基于ΔFOS与ΔHEGO的比的符号(例如，该比是正的还是负的)来进行诊断，并且因此独立于ΔFOS和ΔHEGO的量值。例如，如果催化剂由于稀供给而饱和有氧气，则催化剂的FOS将会随着排气流过催化剂而增加，使得ΔFOS具有正值。同时，HEGO传感器输出电压将会减小，使得ΔHEGO具有负值。相反，如果由催化剂存储的氧气由于富供给而被耗尽，则催化剂的FOS将会随着排气流过催化剂而降低(导致负的ΔFOS值)，而HEGO传感器输出电压将会增加(导致正的ΔHEGO值)。因此，在HEGO传感器的标称运转期间，ΔFOS与ΔHEGO的比导致负值。如果ΔFOS与ΔHEGO的比是正的并且高于阈值，则HEGO传感器的故障状况被指示。只有发明人已经认识到，尽管ΔFOS和ΔHEGO的量值可以例如基于排气温度和流速而改变，但是就其本身而言，这些量的比的符号可以可靠地指示HEGO传感器是否在故障状况下。可选地，出于避免可以由于比的小波动而发生的假阳性确定的目的，ΔFOS与ΔHEGO的比的量值是否超过预定的正阈值可以被考虑。另外，有利地，当该方法在混合动力车辆的背景下被执行时，即使在瞬态工况下HEGO传感器也可以被诊断，因为电池和马达/发电机可以根据需要而添加或移除扭矩以允许发动机在稳态下运转同时仍然向车辆车轮供应请求的扭矩。

现在转向图6，映射图600显示了图示根据图5的方法500的HEGO传感器诊断的第一示例正时图。映射图600在曲线602处示出了命令的AFR(λ)，在曲线604处示出了命令的AFR(λ)估计的AFR，在曲线606处示出了UEGO传感器输出电压，在曲线608处示出了UEGO传感器故障标志的状态，在曲线610处示出了HEGO传感器输出电压，在曲线612处示出了催化剂的FOS，在曲线614处示出了ΔFOS与ΔHEGO的比，并且在曲线616处示出了HEGO传感器故障标志的状态。此外，用于指示HEGO传感器故障的阈值由虚线618来表示。对于所有以上内容，X轴表示时间，其中时间沿着X轴从左向右增加。每个个体曲线图的Y轴对应于标记的参数，并且从底部向顶部增加，除了曲线608和616，其中Y轴反映传感器故障标志是“开启”(指示退化)还是“关闭”(不指示退化)。

在t0与t1之间，车辆的发动机系统在化学计量比处以命令的AFR进行运转使得λ＝1，如在曲线602中示出的。UEGO传感器测量TWC上游的实际AFR，并且可以显当燃料命令基于传感器反馈来调整时关于化学计量比的电压波动(曲线606)，如在本文中参照图2描述的。例如，则UEGO传感器输出指示AFR是富的，控制器可以相应地减小燃料脉冲宽度以便实现化学计量比AFR。在通过映射图600图示的示例中，UEGO传感器正在适当地运行(例如，它不显示六种型式故障中的任一种)。因此，UEGO传感器故障标志(曲线608)关闭，并且在曲线604中示出的估计的发动机AFR使用UEGO传感器读数来确定。同时，催化剂下游的HEGO传感器测量催化剂后的AFR(例如，尾管处的AFR)。如在曲线610处示出的，当AFR被维持在化学计量比处时，HEGO传感器输出电压略微波动。同样地，当AFR被维持在化学计量比处时，计算的催化剂的FOS(曲线612)经历略微的波动。

控制器(诸如图1的控制器12)确定ΔFOS与ΔHEGO的比(曲线614)，如在本文中参照图5描述的。在图6的映射图600中示出的示例中，ΔFOS与ΔHEGO的比被连续地监测。替代地，ΔFOS与ΔHEGO的比可以被周期性地计算。例如，ΔFOS与ΔHEGO的比可以在发动机运转的预定持续时间之后被确定。在另一示例中，ΔFOS与ΔHEGO的比的确定可以由发动机工况(例如，RPM、发动机负荷、或AFR)的改变来触发。在t0与t1之间，ΔFOS与ΔHEGO的比是负的。因此，HEGO传感器故障标志在该时间期间关闭，如在曲线616中示出的。

在t1处，命令的AFR(曲线602)被阶跃为稀的。例如，命令的AFR可以在车辆减速期间或在轻负荷巡航状况下切换为稀的。在t1与t2之间，UEGO传感器输出电压(曲线606)响应于空气-燃料混合气中的增加的氧气浓度而增加。UEGO传感器故障标志608保持关闭，指示UEGO传感器故障还未被检测到。另外，在t1与t2之间，催化剂的FOS(曲线612)随着供给气体中的更多氧气可用于催化剂进行存储而增加，并且催化剂接近饱和(例如，FOS值接近1)。这导致更多氧气经过催化剂和HEGO传感器输出电压610的对应下降。由于催化剂的FOS与HEGO传感器输出电压之间的逆关系，ΔFOS与ΔHEGO的比保持负的，如在曲线614中示出的。因此比是负的，HEGO传感器故障标志不被设定并且保持关闭(曲线616)。

在t2处开始，λ曲线602)从稀的阶跃为富的。例如，AFR可以在车辆加速期间或在高负荷期间被阶跃为富的。随着供给气体中的空气(并且因此氧气)的量减少，UEGO传感器输出电压(曲线606)和估计的AFR(曲线604)也减小。UEGO传感器故障标志608保持关闭。催化剂的FOS(曲线612)随着氧气存储被耗尽而降低，以便氧化诸如CO和HC的排气种类；这允许增加的氧气量被存储在催化剂处。因此，下游HEGO传感器输出电压610随着尾管排放物的氧气浓度降低而增加。此外，ΔFOS与ΔHEGO的比保持负的(曲线614)，并且HEGO传感器故障不被指示(曲线616)。

在t3处，命令的AFR被返回到化学计量比(曲线602)。在t3与t4之间，UEGO传感器输出电压、HEGO传感器输出电压和催化剂的FOS的行为类似于在t0与t1之间表现的行为。例如，UEGO传感器输出电压606关于化学计量比振荡，并且HEGO传感器输出电压610和催化剂的FOS612均保持相对恒定，具有略微的波动。ΔFOS与ΔHEGO的比保持负的(曲线614)，并且HEGO传感器故障不被指示(曲线616)。

在t4处，λ再次被阶跃为稀的(曲线602)。在t4与t5之间，UEGO传感器输出电压606、估计的AFR604和催化剂的FOS612响应于λ的改变而增加，如在上面参照t1描述的。然而，如图所示，HEGO传感器输出电压610也增加。当HEGO传感器正在适当地波动并且因此未正在经历故障时，HEGO传感器输出电压响应于排气中的氧气的增加而减小(例如，它在t1与t2之间也是如此)。相比之下，如果HEGO传感器输出电压随着排气的氧气浓度增加而增加，则HEGO传感器退化并且并未适当地发挥作用。将会导致这样的行为的HEGO传感器的退化可以包括由于碳烟在陶瓷元件上的堆积和催化剂耗尽的增加的扩散屏障。如在曲线614中示出的，由于HEGO传感器输出电压和FOS的同时增加，HEGO传感器输出电压信号的斜率和估计的FOS信号的斜率都是正的，并且因此ΔFOS与ΔHEGO的比变为正。在t5处，该比超过阈值618。因此，在t5处，HEGO传感器故障标志614被设定为开启，指示HEGO传感器退化。连同提供HEGO传感器故障的指示一起，控制器可以在识别HEGO传感器退化后例如以在本文中参照图5描述的方式调整AFR控制逻辑。

在t6处，λ再次从稀的阶跃为富的(曲线602)。UEGO传感器输出电压606、估计的AFR604和催化剂的FOS612相应地降低，如在上面参照t2描述的。然而，HEGO传感器输出电压610也减小。随着AFR的浓度增加的HEGO传感器输出电压的减小导致ΔFOS与ΔHEGO的比的正值(曲线614)。因此，ΔFOS与ΔHEGO的比保持在阈值618之上，并且HEGO传感器故障标志616保持开启。

转向图7，示出了图示根据图5的方法500的HEGO传感器诊断的第二示例正时图。图7的映射图700显示了与图6的映射图600相同的参数(例如，图7的曲线702对应于图6的曲线602)，但是针对UEGO传感器退化的第二工况。

如在上面参照图6描述的，在t0与t1之间，车辆的发动机系统在化学计量比处以命令的λ进行运转(曲线702)。在图7的示例中，UEGO传感器的诊断(例如，经由六种型式故障检测方法)在t0之前被执行，并且故障被检测到；如图所示，UEGO传感器输出电压706展示了传感器响应的滞后。相应地，UEGO传感器故障标志被设定为开启(曲线708)。相比于在图6中示出的估计的AFR604，所述估计的AFR604基于UEGO传感器的输出以及其他因素来估计，在曲线704中示出的估计的AFR独立于UEGO传感器输出，并且反而基于测量的或推测的发动机工况(诸如汽缸空气量和所喷射的燃料量)来估计，如在本文中参照图3描述的。催化剂的FOS可以在UEGO传感器的故障状况下使用该估计的AFR来确定，如同样参照图3描述的。

在t4之前，HEGO传感器输出电压710和催化剂712的FOS对λ的改变适当地作出响应，如在上面参照图6描述的。例如，随着λ增加，催化剂的FOS712增加，而HEGO传感器输出电压710减小。因此，ΔFOS与ΔHEGO的比是负的(曲线714)，并且HEGO传感器故障不被指示(曲线716)。然而，在t4处开始，HEGO传感器输出电压随着λ增加而增加，并且因此ΔFOS与ΔHEGO的比具有正值。在t5处，ΔFOS与ΔHEGO的比超过阈值718。因此，HEGO传感器故障标志716被设定为开启，并且当ΔFOS与ΔHEGO的比保持正的并高于阈值718时，保持开启。

连同提供HEGO传感器故障的指示一起，控制器可以响应于HEGO传感器故障的检测来调整AFR控制逻辑。在图7的示例中，UEGO传感器也退化，并且因此，AFR可以独立于UEGO传感器反馈以及独立于HEGO传感器反馈来调节。例如，AFR的差错防止开环或前馈控制可以由控制器来执行。

在通过映射图600和700示出的示例中，HEGO传感器故障突然发生。应认识到，这些示例是图示性的，并且在其他示例中，HEGO传感器故障可以逐渐发生，或在接通事件后发动机一到达暖机后的稳态运转，就可以是明显的。

根据本公开，一种发动机方法包括，确定排气催化剂的部分氧化状态(FOS)的改变速率和被布置在所述催化剂下游的氧传感器的输出电压的改变速率；并且如果所述FOS的所述改变速率与所述输出电压的所述改变速率的比是正的，则指示氧传感器故障并且独立于所述氧传感器输出电压来控制发动机运转。在所述方法的第一示例中，确定所述FOS在持续时间内的所述改变速率包含，确定第一时间处的第一FOS和第二时间处的第二FOS，并且经由基于物理的发动机和催化剂模型确定所述第一FOS和所述第二FOS中的每一个。所述方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括，通过将在所述催化剂上游感测到的排气空燃比输入到所述发动机模型内，利用所述发动机模型根据所述感测到的排气空燃比估计发动机排气排放物，将所述估计的发动机排气排放物输入到所述催化剂模型内，以及利用所述催化剂模型根据所述估计的发动机排气排放物估计所述FOS，经由基于物理的发动机和催化剂模型确定所述第一FOS和所述第二FOS中的每一个。所述方法的第三示例可选地包括第一和第二示例中的一个或更多个，并且进一步包括，将发动机冷却液温度和发动机转速输入到所述发动机模型内并将排气质量和催化剂温度输入到所述催化剂模型内，其中所述估计的发动机排气排放物进一步是所述发动机冷却液温度和发动机转速的函数，并且其中所述估计的FOS进一步是所述排气质量和催化剂温度的函数。所述方法的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或更多个，并且进一步包括，所述氧传感器是第一氧传感器，其中所述发动机进一步包含被布置在所述催化剂上游的排气装置中的第二氧传感器，并且其中独立于所述传感器输出控制发动机运转包含响应于来自所述第二氧传感器的反馈而调整被喷射到所述发动机的燃料量。所述方法的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或更多个，并且进一步包括，所述传感器是第一氧传感器，其中所述发动机进一步包含被布置在所述催化剂上游的排气装置中的第二氧传感器，并且其中独立于所述传感器输出控制发动机运转包含：确定所述第二氧传感器是否在故障状况下；如果所述第二氧传感器在故障状况下，则独立于所述第一和第二氧传感器的所述输出执行发动机空燃比的前馈控制；并且如果所述第二氧传感器不在故障状况下，则依赖于所述第二氧传感器的所述输出并独立于所述第一氧传感器的所述输出执行发动机空燃比的反馈控制。所述方法的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或更多个，并且进一步包括，如果所述FOS的所述改变速率与所述氧传感器的所述输出电压的所述改变速率的所述比是负的，则指示无传感器故障并且依赖于所述氧传感器的所述输出电压控制发动机运转。所述方法的第七示例可选地包括第一至第六示例中的一个或更多个，并且进一步包括，所述FOS的所述改变速率与所述氧传感器的所述输出电压的所述改变速率的所述比是所述FOS在特定第一时间和特定第二时间之间的所述改变速率与所述输出电压在所述特定第一时间和所述特定第二时间之间的所述改变速率的比。

另外，根据本公开，一种发动机系统包括，三元催化剂，所述三元催化剂被布置在发动机排气通道中；加热型排气氧(HEGO)传感器，所述加热型排气氧(HEGO)传感器在所述排气通道中被布置在所述催化剂的下游；控制器，所述控制器包括具有被存储在其中的指令的非临时性存储器，所述指令可由处理器执行以：估计发动机排气排放物；根据所述估计的发动机排气排放物确定所述催化剂的部分氧化状态(FOS)；监测所述FOS在指定时间段内的改变速率与所述HEGO传感器的输出电压在所述指定时间段内的改变速率的比；如果所述比是正的并且大于阈值，则指示HEGO传感器退化并且独立于来自所述HEGO传感器的反馈调整发动机空燃比。在所述发动机系统的第一示例中，所述非临时性存储器具有被存储在其中的基于物理的发动机模型和基于物理的催化剂模型。所述发动机系统的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括，所述发动机模型被配置为接收估计的排气空燃比作为输入并输出所述估计的发动机排气排放物，并且其中所述催化剂模型被配置为接收所述估计的发动机排气排放物作为输入并输出所述催化剂的所述FOS。所述发动机系统的第三示例可选地包括第一和第二示例中的一个或更多个，并且进一步包括在所述排气通道中被布置在所述催化剂上游的通用或宽域排气氧(UEGO)传感器，其中当所述UEGO传感器不在故障状况下时，所述估计的排气空燃比根据所述UEGO传感器的输出电压来估计。所述发动机系统的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或更多个，并且进一步包括，当所述UEGO传感器在故障状况下时，所述估计的排气空燃比根据到所述发动机的质量空气流量和被喷射到所述发动机的燃料量来估计，并且然后进行滤波和/或平均化，并且其中所述经滤波和/或平均化的估计的排气空燃比被接收作为到所述发动机模型的输入。所述发动机系统的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或更多个，并且进一步包括，所述发动机模型被进一步配置为接收发动机转速和发动机冷却液温度作为输入，并且其中所述催化剂模型被进一步配置为接收所述排气通道中的质量空气流量和催化剂边缘温度作为输入。所述发动机系统的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或更多个，并且进一步包括，所述控制器进一步包含被存储在所述非临时性存储器中的指令，所述指令可由处理器执行以：如果所述比小于所述阈值，则指示无HEGO传感器退化并且依赖于来自所述HEGO传感器的反馈并进一步依赖于估计的所述催化剂上游的排气空燃比调整发动机空燃比。

此外，根据本公开，一种混合动力车辆包括，动力传动系统，所述动力传动系统包含发动机、马达、发电机/电池、和被耦接至车辆车轮的变速器；三元催化剂，所述三元催化剂被布置在发动机排气通道中；加热型排气氧(HEGO)传感器，所述加热型排气氧(HEGO)传感器在所述排气通道中被布置在所述催化剂的下游；控制器，所述控制器包括具有被存储在其中的指令的非临时性存储器，所述指令可由处理器执行以：开始所述HEGO传感器的故障诊断，所述故障诊断包括估计发动机排气排放物，根据所述估计的发动机排气排放物确定所述催化剂的部分氧化状态(FOS)，监测所述FOS的改变速率与所述HEGO传感器的输出电压的改变速率的比，并且如果所述比是正的，则指示HEGO传感器故障；以及通过在瞬态状况下利用所述电池和马达/发电机选择性地添加或移除扭矩来维持所述诊断期间的稳态发动机运转。在所述混合动力车辆的第一示例中，所述故障诊断进一步包括，如果所述比是正的，则独立于来自所述HEGO传感器的反馈调整发动机空燃比，并且如果所述比不是正的，则指示无HEGO传感器故障并依赖于来自所述HEGO传感器的反馈调整发动机空燃比。所述混合动力车辆的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括，在所述HEGO传感器的所述诊断内，所述FOS的所述改变速率的量值和所述HEGO传感器的所述输出电压的所述改变速率的量值两者都不被考虑。所述混合动力车辆的第三示例可选地包括第一和第二示例中的一个或更多个，并且进一步包括，所述非临时性存储器具有被存储在其中的基于物理的发动机模型和基于物理的催化剂模型，其中所述发动机模型被配置为接收估计的排气空燃比作为输入并输出所述估计的发动机排气排放物，并且其中所述催化剂模型被配置为接收所述估计的发动机排气排放物作为输入并输出所述催化剂的所述FOS。所述混合动力车辆的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或更多个，并且进一步包括在所述排气通道中被布置在所述催化剂上游的通用或宽域排气氧(UEGO)传感器，其中当所述UEGO传感器不在故障状况下时，所述估计的排气空燃比根据所述UEGO传感器的输出电压来估计。

注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件相结合的控制器的控制系统执行。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码，其中通过配合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令而使所描述的动作得以实现。

应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种发动机方法，其包含：

确定排气催化剂的部分氧化状态即FOS的改变速率和布置在所述催化剂下游的氧传感器的输出电压的改变速率；

如果所述FOS的所述改变速率与所述输出电压的所述改变速率的比是正的，则指示氧传感器故障并且独立于所述氧传感器输出电压控制发动机运转。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述FOS在持续时间内的所述改变速率包含，确定第一时间处的第一FOS和第二时间处的第二FOS，以及经由基于物理的发动机模型和基于物理的催化剂模型确定所述第一FOS和所述第二FOS中的每一个。

3.根据权利要求2所述的方法，其中经由基于物理的发动机模型和基于物理的催化剂模型确定所述第一FOS和所述第二FOS中的每一个包含，将在所述催化剂上游感测到的排气空燃比输入到所述发动机模型内，利用所述发动机模型根据所述感测到的排气空燃比估计发动机排气排放物，将所述估计的发动机排气排放物输入到所述催化剂模型内，以及利用所述催化剂模型根据估计的发动机排气排放物估计所述FOS。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包含，将发动机冷却液温度和发动机转速输入到所述发动机模型内并将排气质量和催化剂温度输入到所述催化剂模型内，其中所述估计的发动机排气排放物进一步是所述发动机冷却液温度和发动机转速的函数，并且其中估计的FOS进一步是所述排气质量和催化剂温度的函数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器是第一氧传感器，其中所述发动机进一步包含被布置在所述催化剂上游的排气装置中的第二氧传感器，并且其中独立于所述传感器输出控制发动机运转包含响应于来自所述第二氧传感器的反馈调整被喷射到所述发动机的燃料量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器是第一氧传感器，其中所述发动机进一步包含被布置在所述催化剂上游的排气装置中的第二氧传感器，并且其中独立于所述传感器输出控制发动机运转包含：

确定所述第二氧传感器是否在故障状况下；

如果所述第二氧传感器在故障状况下，独立于所述第一氧传感器和所述第二氧传感器的所述输出执行发动机空燃比的前馈控制；

如果所述第二氧传感器不在故障状况下，依赖于所述第二氧传感器的所述输出并独立于所述第一氧传感器的所述输出执行发动机空燃比的反馈控制。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：

如果所述FOS的所述改变速率与所述氧传感器的所述输出电压的所述改变速率的所述比是负的，指示无传感器故障并且依赖于所述氧传感器的所述输出电压控制发动机运转。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述FOS的所述改变速率与所述输出电压的所述改变速率的所述比是所述FOS在特定第一时间和特定第二时间之间的所述改变速率与所述输出电压在所述特定第一时间和所述特定第二时间之间的所述改变速率的比。

9.一种发动机系统，其包含：

三元催化剂，所述三元催化剂被布置在发动机排气通道中；

加热型排气氧传感器即HEGO传感器，所述加热型排气氧传感器在所述排气通道中被布置在所述催化剂的下游；

控制器，所述控制器包括具有被存储在其中的指令的非临时性存储器，所述指令可由处理器执行以：

估计发动机排气排放物；

根据估计的发动机排气排放物确定所述催化剂的部分氧化状态即FOS；

监测所述FOS在指定时间段内的改变速率与所述HEGO传感器的输出电压在所述指定时间段内的改变速率的比；

如果所述比是正的并且大于阈值，则指示HEGO传感器退化并且独立于来自所述HEGO传感器的反馈调整发动机空燃比。

10.根据权利要求9所述的发动机系统，其中所述非临时性存储器具有被存储在其中的基于物理的发动机模型和基于物理的催化剂模型。

11.根据权利要求10所述的发动机系统，其中所述发动机模型被配置为接收估计的排气空燃比作为输入并输出所述估计的发动机排气排放物，并且其中所述催化剂模型被配置为接收所述估计的发动机排气排放物作为输入并输出所述催化剂的所述FOS。

12.根据权利要求10所述的发动机系统，其进一步包含在所述排气通道中被布置在所述催化剂上游的通用或宽域排气氧传感器即UEGO传感器，其中当所述UEGO传感器不在故障状况下时，所述估计的排气空燃比根据所述UEGO传感器的输出电压估计。

13.根据权利要求12所述的发动机系统，其中当所述UEGO传感器在故障状况下时，所述估计的排气空燃比根据到所述发动机的质量空气流量和被喷射到所述发动机的燃料量估计，并且然后进行滤波和/或平均化，并且其中经滤波和/或平均化的估计的排气空燃比被接收作为到所述发动机模型的输入。

14.根据权利要求11所述的发动机系统，其中所述发动机模型被进一步配置为接收发动机转速和发动机冷却液温度作为输入，并且其中所述催化剂模型被进一步配置为接收所述排气通道中的质量空气流量和催化剂边缘温度作为输入。

15.根据权利要求9所述的发动机系统，其中所述控制器进一步包含被存储在所述非临时性存储器中的指令，所述指令可由处理器执行以：

如果所述比小于所述阈值，指示无HEGO传感器退化并且依赖于来自所述HEGO传感器的反馈并进一步依赖于所述催化剂上游的估计的排气空燃比调整发动机空燃比。

16.一种混合动力车辆，其包含：

动力传动系，所述动力传动系包含发动机、马达/发电机、电池和被耦接至车辆车轮的变速器；

三元催化剂，所述三元催化剂被布置在发动机排气通道中；

加热型排气氧传感器即HEGO传感器，所述加热型排气氧传感器在所述排气通道中被布置在所述催化剂的下游；

控制器，所述控制器包括具有被存储在其中的指令的非临时性存储器，所述指令可由处理器执行以：

开始所述HEGO传感器的故障诊断，所述故障诊断包括估计发动机排气排放物，根据估计的发动机排气排放物确定所述催化剂的部分氧化状态即FOS，监测所述FOS的改变速率与所述HEGO传感器的输出电压的改变速率的比，并且如果所述比是正的，则指示HEGO传感器故障；以及

通过在瞬态状况下利用所述电池和马达/发电机选择性地添加或移除扭矩来维持所述诊断期间的稳态发动机运转。

17.根据权利要求16所述的混合动力车辆，其中所述故障诊断进一步包括，如果所述比是正的，则独立于来自所述HEGO传感器的反馈调整发动机空燃比，并且如果所述比不是正的，则指示无HEGO传感器故障并依赖于来自所述HEGO传感器的反馈调整发动机空燃比。

18.根据权利要求16所述的混合动力车辆，其中在所述HEGO传感器的所述诊断内，所述FOS的所述改变速率的量值和所述HEGO传感器的所述输出电压的所述改变速率的量值两者都不被考虑。

19.根据权利要求16所述的混合动力车辆，其中所述非临时性存储器具有被存储在其中的基于物理的发动机模型和基于物理的催化剂模型，其中所述发动机模型被配置为接收估计的排气空燃比作为输入并输出所述估计的发动机排气排放物，并且其中所述催化剂模型被配置为接收所述估计的发动机排气排放物作为输入并输出所述催化剂的所述FOS。

20.根据权利要求19所述的混合动力车辆，其进一步包含在所述排气通道中被布置在所述催化剂上游的通用或宽域排气氧传感器即UEGO传感器，其中当所述UEGO传感器不在故障状况下时，所述估计的排气空燃比根据所述UEGO传感器的输出电压估计。

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