CN109973231B - 诊断汽缸间空燃比偏差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及诊断汽缸间空燃比偏差的方法。诊断汽缸间空燃比偏差的方法利用氧传感器粗糙度，可以包括：诊断条件确定步骤、氧传感器粗糙度确定激活步骤、氧传感器粗糙度水平确定步骤、空燃比偏差检测步骤和故障报告步骤。

Description

诊断汽缸间空燃比偏差的方法
技术领域
本发明涉及一种诊断汽油发动机空燃比偏差的方法，更具体地，涉及一种利用氧传感器粗糙度(roughness)诊断汽缸间空燃比偏差的方法。
背景技术
为了满足排放标准，汽油发动机对燃料喷射速率进行反馈控制，使得可以在理论空燃比(λ＝1)区域中进行燃烧。
然而，汽缸间空燃比偏差是在大量生产的发动机中，由每个汽缸的填充量的偏差和喷射速率的偏差引起的，其中，喷射速率的偏差由于喷油器故障而引起，以及当汽缸间空燃比偏差为预定水平或更高时，可操作性由于燃烧稳定性低而变差，废气的增加也受到很大影响。
根据现有技术的诊断汽缸间空燃比偏差的方法监视利用发动机RPM的变化率确定的发动机粗糙度，同时对每个汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制。当对一个汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制时，如果由于相应汽缸的扭矩减小而导致发动机RPM的不均匀，则发动机粗糙度水平增加。
然而，由于在相关技术中需要在稀燃方向上进行大量(约15％或更多)的燃料量调制，以充分地感测发动机粗糙度水平的变化，因此当诊断汽缸间空燃比偏差时，燃料效率损失是不可避免的。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供诊断汽缸间空燃比偏差的方法，其配置为利用对汽缸间空燃比偏差敏感的氧传感器粗糙度而不用发动机粗糙度在稀燃方向上进行少量的燃料量调制，以便于检测空燃比偏差，从而减少诊断时间和燃料效率的损失。
本发明其他的各个方面可以通过如下的描述得以理解，并且参照本发明的示例性实施方案会变得明显。而且，对于本发明所属领域中的技术人员明显的是，可以通过所要求保护的装置及其组合来实现本发明的各个目标和优点。
根据本发明的各种示例性实施方案，提供了一种利用氧传感器粗糙度诊断汽缸间空燃比偏差的方法，所述方法可以包括：诊断条件确定步骤、氧传感器粗糙度确定激活步骤、氧传感器粗糙度水平确定步骤、空燃比偏差检测步骤和故障报告步骤。
在诊断条件确定步骤中，可以确定是否满足排气系统的空燃比仅通过燃料量反应的诊断条件，以确定是否进行诊断。
当在诊断条件确定步骤中确定出满足诊断条件时，可以执行氧传感器粗糙度确定激活步骤，以激活氧传感器粗糙度的确定。
氧传感器粗糙度可以确定为针对由低通滤波器去除噪声的氧传感器的信号的值和通过滑动平均滤波器确定的空燃比的平均代表值之间的差值，在每个发动机循环检测到的最大值和最小值之间的差。
氧传感器粗糙度可以确定为针对由低通滤波器去除噪声的氧传感器的信号的值和通过滑动平均滤波器确定的空燃比的平均代表值之间的差值，在每个发动机循环检测到的均方根误差(RMSE)值。
当在氧传感器粗糙度确定激活步骤中激活氧传感器粗糙度的确定时，可以在执行空燃比偏差检测步骤之前执行氧传感器粗糙度水平确定步骤。
在氧传感器粗糙度水平确定步骤中，当氧传感器粗糙度水平在预定发动机工作区域中是预定水平或更低水平时，可以不执行空燃比偏差检测步骤，并且可以确定出没有出现偏差。
当在氧传感器粗糙度水平确定步骤中确定出氧传感器粗糙度的水平是预定水平或更高水平时，可以执行空燃比偏差检测步骤。
在空燃比偏差检测步骤中，可以通过确定在对每个汽缸执行燃料量调制时产生的氧传感器粗糙度的变化量来检测汽缸间空燃比偏差。
空燃比偏差检测步骤可以包括：燃料量调制步骤、氧传感器粗糙度变化量确定步骤、氧传感器粗糙度变化量确定步骤和诊断汽缸切换步骤。
在燃料量调制步骤中，可以对当前汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制。
在氧传感器粗糙度变化量确定步骤中，可以确定通过在稀燃方向上的燃料量调制而变化的氧传感器粗糙度的变化量。
在氧传感器粗糙度变化量确定步骤中，当氧传感器粗糙度相对于燃料量调制量的确定的变化率是稀燃状态的预定阈值或更大或者富燃状态的预定阈值或更小时，可以确定出相应的汽缸引起汽缸间空燃比偏差，以在故障报告步骤中报告故障。
当在氧传感器粗糙度变化量确定步骤中确定出当前汽缸不会引起汽缸间空燃比偏差时，在诊断汽缸切换步骤中，诊断汽缸可以根据预定次序顺序切换到下一个汽缸，并且可以对下一个汽缸执行燃料量调制步骤。
在燃料量调制步骤中，当对当前汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制时，可以补偿其它汽缸在富燃方向上的燃料量，以将整体汽缸的空燃比保持为理论空燃比。
根据本发明的各种示例性实施方案，提供了一种诊断汽缸间空燃比偏差的方法，其利用氧传感器粗糙度，其中，通过在预定发动机工作区域中的氧传感器粗糙度水平来诊断汽缸间空燃比偏差。
当在预定发动机工作区域中的氧传感器粗糙度水平是预定水平或更低水平时，可以诊断出没有汽缸间空燃比偏差。
根据本发明的又一个示例性实施方案，提供了一种诊断汽缸间空燃比偏差的方法，其利用氧传感器粗糙度，其中，通过在对每个汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制时产生的氧传感器粗糙度的变化量来诊断汽缸间空燃比偏差。
当氧传感器粗糙度的变化率是稀燃状态的预定阈值或更大或者富燃状态的预定阈值或更小时，可以诊断出相应汽缸引起汽缸间空燃比偏差。
本发明的方法和装置具有其他的特征和优点，这些特征和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是示出确定在本发明的示例性实施方案中利用的氧传感器粗糙度的过程的视图。
图2是示出在根据本发明的示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法中，氧传感器粗糙度根据稀燃方向上燃料量的调制的变化的视图。
图3是示出根据本发明另一示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法的视图。
图4是示出根据本发明示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法的步骤的流程图。
应当了解，附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同的或等同的部分。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的实例。虽然将结合本发明的示例性实施方案来描述本发明，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖本发明的示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替选方式、修改方式、等同方式以及其它实施方案。
下面，将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施方案的用于诊断汽缸间空燃比偏差的方法。然而，为了不必要地模糊本发明的要点，将省略与众所周知的功能或配置有关的详细描述。
图1是示出确定在本发明的示例性实施方案中利用的氧传感器粗糙度的过程的视图。
参照图1，在根据本发明的示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法中，氧传感器粗糙度(roughness)如下文所述确定。
首先，通过对氧传感器的信号应用低通滤波器去除氧传感器的信号的噪声，通过滑动平均滤波器确定空燃比的平均代表值，然后确定空燃比的去除噪声的信号的值与平均代表值之间的差值。
当确定出差值时，每个发动机循环检测所确定的差值的最大值和最小值，以确定氧传感器粗糙度，所述氧传感器粗糙度定义为所检测的最大值和最小值之间的差。
同时，氧传感器粗糙度也可以定义为均方根误差(RMSE，root mean squareerror)值，而不是要确定的上述最大值和最小值之间的差。
在根据本发明的示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法中，利用对每个汽缸执行燃料量调制时产生的氧传感器粗糙度的变化量诊断空燃比偏差。
图2是示出在根据本发明的示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法中，氧传感器粗糙度根据稀燃方向上燃料量的调制的变化的视图。
参照图2，在特定汽缸的空燃比相较于其他汽缸偏差较大的情况下，当对每个汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制(f0→f1)时，氧传感器粗糙度的变化量(△R＝R1-R0)大于其他汽缸的变化量。
即，在特定汽缸的空燃比相较于其他汽缸在稀燃方向上偏差较大的情况下，在对应汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制时，氧传感器粗糙度的变化量趋向于大幅增加。另一方面，在特定汽缸的空燃比相较于其他汽缸在富燃方向上偏差较大的情况下，在对应汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制时，氧传感器粗糙度的变化量趋向于大幅减少。
因此，在根据本发明的示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法中，当以预定次序顺序地执行在稀燃方向上的燃料量调制时，如果氧传感器粗糙度的水平增加到预定阈值或以上或者预定阈值或以下时，诊断出相应汽缸中的燃烧与其他汽缸相比处于相对稀燃或富燃状态，从而导致汽缸间空燃比偏差。
在燃料量调制与每个汽缸的氧传感器粗糙度之间的关系根据排气系统的形状或氧传感器的位置而不同的情况下，可以对每个汽缸利用校正因子，以便考虑到上述特点而执行诊断。
同时，如图3所示，可以利用燃料量调制量与氧传感器粗糙度的变化量之间存在函数关系的事实来确定最佳燃料量校正因子。此时，当确定的最佳值与初始值之间存在预定的差值时，也可以诊断出相应汽缸的空燃比大大偏离整体空燃比。
图4是示出根据本发明示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法的步骤的流程图。在本发明的示例性实施方案中，可以由控制器执行图4的流程图。
参照图4，根据本发明的示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法包括：诊断条件确定步骤(S10)、氧传感器粗糙度确定激活步骤(S20)、氧传感器粗糙度水平确定步骤(S30)、空燃比偏差检测步骤(S40)和故障报告步骤(S50)，从而利用氧传感器粗糙度来诊断汽缸间空燃比偏差。
根据本发明的示例性实施方案的诊断汽缸间空燃比偏差的方法仅在满足在发动机运行期间排气系统的空燃比仅通过燃料量反应的条件时才执行。
为此，在诊断条件确定步骤(S10)中，通过确定如下的条件来确定是否执行诊断，诸如氧传感器的信号的激活、空燃比反馈、意外火灾的发生、发动机负载和速度、外部环境(诸如室外空气温度和大气压力)、发动机冷却剂的温度、燃料净化阀的状态、发动机起动后经过的时间等。
当在诊断条件确定步骤(S10)中确定出满足诊断条件时，执行氧传感器粗糙度确定激活步骤(S20)，以激活氧传感器粗糙度的确定。
当在氧传感器粗糙度确定激活步骤(S20)中激活氧传感器粗糙度的确定时，在执行空燃比偏差检测步骤(S40)之前首先执行氧传感器粗糙度水平确定步骤(S30)。
在氧传感器粗糙度水平确定步骤(S30)中，当在预定发动机工作区域中的氧传感器粗糙度水平是预定水平或更低水平时，不执行空燃比偏差检测步骤(S40)，并且确定出没有出现偏差。由于氧传感器粗糙度仅受汽缸间空燃比偏差的影响，因此仅利用氧传感器粗糙度的绝对水平就能确定偏差的出现。
另一方面，由于相关技术中利用的发动机粗糙度除了受到汽缸间空燃比偏差的影响外，还受到诸如换挡冲击的各种因素的影响，因此仅利用发动机粗糙度的绝对水平无法确定汽缸间空燃比偏差。
根据本发明的示例性实施方案，在执行空燃比偏差检测步骤(S40)之前，首先执行氧传感器粗糙度水平确定步骤(S30)，从而最小化频繁的燃料量调制的诊断对燃料效率和驾驶性造成的不利影响。
当在氧传感器粗糙度水平确定步骤(S30)中确定出氧传感器粗糙度的水平是预定水平或更高水平并且因此怀疑特定汽缸出现空燃比偏差时，执行空燃比偏差检测步骤(S40)。
在空燃比偏差检测步骤(S40)中，确定在对每个汽缸执行燃料量调制时产生的氧传感器粗糙度的变化量，以检测汽缸间空燃比偏差，并且为此，空气燃料比偏差检测步骤(S40)包括：燃料量调制步骤(S41)、氧传感器粗糙度变化量确定步骤(S42)、氧传感器粗糙度变化量确定步骤(S43)和诊断汽缸切换步骤(S44)。
在燃料量调制步骤(S41)中，对当前汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制，并且在氧传感器粗糙度变化量确定步骤(S42)中，确定通过燃料量调制而变化的氧传感器粗糙度的变化量。
在氧传感器粗糙度变化量确定步骤(S43)中，当氧传感器粗糙度相对于预定燃料量调制量的变化率是预定阈值或更大(稀燃状态)或另一阈值或更小(富燃状态)时，确定出相应的汽缸引起汽缸间空燃比偏差，在故障报告步骤(S50)中报告故障。
当在氧传感器粗糙度变化量确定步骤(S43)中确定出当前汽缸不会引起汽缸间空燃比偏差时，在诊断汽缸切换步骤(S44)中，诊断汽缸根据预定次序顺序切换到下一个汽缸，对下一个汽缸执行燃料量调制步骤(S41)。
同时，在燃料量调制步骤(S41)中，当执行在稀燃方向上的燃料量调制时，补偿其它汽缸在富燃方向上的燃料量，以将整体汽缸的空燃比保持为理论空燃比。
根据本发明的示例性实施方案，在诊断汽缸间空燃比偏差的方法中，利用氧传感器粗糙度来执行诊断，使得与利用发动机粗糙度的诊断方法相比较可以利用少的燃料量调制量来执行诊断，从而减少由于诊断导致的燃料效率损失。
此外，由于可以基于氧传感器粗糙度的水平来快速诊断汽缸间空燃比是否出现偏差，所以在正常发动机中不执行任意的燃料量调节，从而减少燃料效率的损失和废气排放。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“朝上”、“朝下”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“朝后”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“里面”、“外面”、“内”、“外”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是出于说明和描述的目的。这些描述并非旨在为穷尽本发明，或将本发明限定为所公开的精确形式，并且显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施方案进行选择并进行描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及各种不同替选方式和改变。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等同形式加以限定。

Claims (17)

1.一种诊断汽缸间空燃比偏差的方法，其利用氧传感器粗糙度，所述方法包括：
诊断条件确定步骤，其由控制器确定是否满足诊断条件；
氧传感器粗糙度确定激活步骤，其当满足诊断条件时，由控制器激活氧传感器粗糙度的确定；
氧传感器粗糙度水平确定步骤，其由控制器确定氧传感器粗糙度的水平；
空燃比偏差检测步骤，其由控制器确定空燃比偏差；
故障报告步骤，其报告故障，
其中，所述氧传感器粗糙度确定为针对由低通滤波器去除噪声的氧传感器的信号的值和通过滑动平均滤波器确定的空燃比的平均代表值之间的差值，在每个发动机循环检测到的最大值和最小值之间的差或均方根误差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在诊断条件确定步骤中，由控制器确定是否满足排气系统的空燃比通过燃料量反应的诊断条件，以确定是否执行偏差诊断。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述诊断条件包括：氧传感器的信号的激活、空燃比反馈、意外火灾的发生、发动机负载和速度、外部环境、发动机冷却剂的温度、燃料净化阀的状态以及发动机起动后经过的时间中的一个，其中，外部环境包括室外空气温度和大气压力。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，当在氧传感器粗糙度确定激活步骤中激活氧传感器粗糙度的确定时，在执行空燃比偏差检测步骤之前首先执行氧传感器粗糙度水平确定步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在氧传感器粗糙度水平确定步骤中，当氧传感器粗糙度的水平在预定发动机工作区域中是预定水平或更低水平时，不执行空燃比偏差检测步骤，并且确定出没有出现偏差。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，当在氧传感器粗糙度水平确定步骤中确定出氧传感器粗糙度的水平是预定水平或更高水平时，执行空燃比偏差检测步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在空燃比偏差检测步骤中，通过确定在对每个汽缸执行燃料量调制时产生的氧传感器粗糙度的变化量来检测汽缸间空燃比偏差。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述空燃比偏差检测步骤包括：燃料量调制步骤、氧传感器粗糙度变化量确定步骤、氧传感器粗糙度变化量确定步骤和诊断汽缸切换步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在燃料量调制步骤中，对汽缸中的当前汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在氧传感器粗糙度变化量确定步骤中，确定通过在稀燃方向上的燃料量调制而变化的氧传感器粗糙度的变化量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在氧传感器粗糙度变化量确定步骤中，当确定的氧传感器粗糙度相对于燃料量调制量的变化率是稀燃状态的预定阈值或更大或者富燃状态的预定阈值或更小时，确定出汽缸中的相应汽缸导致汽缸间空燃比偏差，从而在故障报告步骤中报告故障。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，当在氧传感器粗糙度变化量确定步骤中确定出当前汽缸不引起汽缸间空燃比偏差时，在诊断汽缸切换步骤中，汽缸中的诊断汽缸根据预定次序顺序切换到汽缸中的下一个汽缸，并且对下一个汽缸执行燃料量调制步骤。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，在燃料量调制步骤中，当对当前汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制时，补偿汽缸中的其它汽缸在富燃方向上的燃料量，以将所有汽缸的空燃比保持为理论空燃比。
14.一种诊断汽缸间空燃比偏差的方法，其利用氧传感器粗糙度，其中，通过在预定发动机工作区域中的氧传感器粗糙度水平来诊断汽缸间空燃比偏差，
其中，所述氧传感器粗糙度确定为针对由低通滤波器去除噪声的氧传感器的信号的值和通过滑动平均滤波器确定的空燃比的平均代表值之间的差值，在每个发动机循环检测到的最大值和最小值之间的差或均方根误差值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，当在预定发动机工作区域中的氧传感器粗糙度水平是预定水平或更低水平时，诊断出没有汽缸间空燃比偏差。
16.一种诊断汽缸间空燃比偏差的方法，其利用氧传感器粗糙度，其中，通过在对每个汽缸执行在稀燃方向上的燃料量调制时产生的氧传感器粗糙度的变化量来诊断汽缸间空燃比偏差，
其中，所述氧传感器粗糙度确定为针对由低通滤波器去除噪声的氧传感器的信号的值和通过滑动平均滤波器确定的空燃比的平均代表值之间的差值，在每个发动机循环检测到的最大值和最小值之间的差或均方根误差值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，当氧传感器粗糙度的变化率是稀燃状态的预定阈值或更大或者富燃状态的预定阈值或更小时，诊断出汽缸中的相应汽缸引起汽缸间空燃比偏差。
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