CN111663985A - 用于改进检测空催化器壳体的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于改进检测空催化器壳体的方法和系统”。提供了用于诊断催化器罐或壳体内的催化器基底的存在或不存在的方法和系统。所述方法和系统描述了激励持续度量，所述激励持续度量是判断所述催化器罐是否为空的基础。如果确定所述催化器罐或壳体是空的，则可以经由控制器来执行缓解控制动作。

Description

用于改进检测空催化器壳体的方法和系统
技术领域
本申请涉及用于确定催化器是否已经从位于内燃发动机的排气系统中的催化器壳体移除的方法和系统。
背景技术
催化器可以结合到内燃发动机的排气系统中以将碳氢化合物和NOx转变成CO2、N2和H2O。催化器可以由基底和附着到基底的涂层构成。在催化器达到阈值温度之后，流过基底的排气可以转变成CO2、N2和H2O。催化器转变排气的效率还可以取决于已经流过催化器的排气的过去历史和催化器内的当前化学状态。尽管很多车辆所有者认为将排气转变成CO2、N2和H2O是有用的过程并且希望遵守政府规程，但一些车辆所有者可能相信与可以经由从车辆排气系统移除催化器基底实现的车辆性能的增加相比，将排气转变成CO2、N2和H2O提供的益处较小。具体地，这些车辆所有者可能希望降低排气背压，使得可以实现流过发动机的更高空气和燃料流率，由此增加发动机输出。然而，移除催化器基底和涂层可能会违反政府法规并且增加不太希望的排气的排放。因此，可能期望提供一种确定催化器基底是否已经从催化器壳体移除的方式，使得可以促使车辆所有者和其他有关各方采取缓解动作。另外，可能期望在检测到空催化器壳体的情况下调整发动机操作，使得可以减少排气尾管排放并且使得移除催化器基底不会改进发动机性能。
发明内容
本文的发明人已经认识到诊断空催化器罐的存在或不存在可能具有具体益处，并且已经开发了一种发动机操作方法，所述发动机操作方法包括：经由控制器对排气系统中位于催化器下游的氧传感器的输出进行采样；以及经由所述氧传感器的所述采样的输出来将空催化器罐与包括起作用的催化器(例如，在催化器达到阈值温度之后有能力氧化或还原通过所述催化器的至少一部分排气的催化器)的催化器罐区分开。
通过将空催化器罐与包括起作用的催化器的催化器罐区分开，可以提供的技术结果是改进在存在催化器劣化的情况下可以执行的缓解动作。具体地，在一个示例中，发动机性能可以被约束到在所述催化器可容纳基底时的情况等效的水平，使得不会通过移除催化器基底而获得发动机性能益处。此外，可以响应于催化器劣化的程度来调整在较高发动机负荷下减少发动机NOx产生的控制动作。例如，如果确定催化器罐是空的，则与在催化器可能包括基底和涂层时基于涂层的部分的聚集而确定催化器性能劣化的情况相比，火花正时可以在更大程度上延迟。
本说明书可以提供若干优点。具体地，该方法可以改进催化器劣化评估。此外，该方法可以提高催化器监测器的鲁棒性。另外，该方法可以提高使用中的监测器性能等级。
应当理解，提供以上发明内容部分是为了以简化的形式介绍在具体实施方式部分中进一步描述的一系列概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。
附图说明
图1示出了车辆的发动机系统的示意图；
图2示出了发动机燃料控制器的框图；
图3示出了来自暴露于不同水平的催化器劣化的输出的催化器监测传感器的电压输出的曲线图；
图4示出了不同水平的催化器劣化的持续激励度量的曲线图；并且
图5示出了用于确定和补偿发动机排气系统中的催化器劣化的方法。
具体实施方式
以下描述涉及用于操作发动机的系统和方法，包括用于监测催化器的性能的诊断。所述发动机可以是图1所示的类型。所述发动机可以包括调整喷射到发动机的燃料量的控制器。图2中示出了示例燃料控制器的框图。图3中示出了暴露于流过不同催化器的气体的催化器监测传感器的示例输出电压。图4中示出了不同水平的催化器劣化的示例持续激发度量。图5中示出了用于确定和补偿空催化器壳体的方法。
现在转到附图，图1描绘了可以包括在车辆5中的内燃发动机10的气缸14的示例。发动机10包括多个气缸，图1中示出了一个气缸，该发动机由电子发动机控制器12控制。控制器12接收来自图1中所示的各种传感器的信号，并且采用图1中所示的致动器以基于接收到的信号和存储在控制器12的存储器中的指令而调整发动机操作。
发动机10可以被供应以汽油、醇、天然气或其他燃料。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统和通过来自人类车辆操作员130经由输入装置132的输入来控制。在该示例中，输入装置132包括加速踏板和踏板位置传感器134，该踏板位置传感器用于生成比例踏板位置信号。发动机10的气缸(在本文也被称为“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136，其中活塞138位于所述燃烧室壁中。活塞138可以联接到曲轴140，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器54联接到车辆5的至少一个车轮55，如下面进一步描述。此外，起动机马达(未示出)可以经由飞轮联接到曲轴140以实现发动机10的起动操作。
在一些示例中，车辆5可以是具有可用于一个或多个车轮55的多个扭矩源的混合动力车辆。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电机的电动车辆。在所示的示例中，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。当一个或多个离合器56接合时，发动机10的曲轴140和电机52经由变速器54连接到车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴140与电机52之间，而第二离合器57设置在电机52与变速器54之间。控制器12可以向每个离合器56的致动器发送信号以接合或分离离合器，以便将曲轴140与电机52和与其连接的部件连接或断开，和/或将电机52与变速器54和与其连接的部件连接或断开。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。
动力传动系统可以通过各种方式进行配置，包括被配置为并联、串联或串并联式混合动力车辆。在电动车辆示例中，系统电池58可以是牵引电池，该牵引电池将电力输送到电机52以向车轮55提供扭矩。在一些示例中，电机52还可以充当发电机操作以例如在制动操作期间提供电力以对系统电池58充电。应当理解，在包括非电动车辆示例的其他示例中，系统电池58可以是联接到交流发电机46的典型起动、照明、点火(SLI)电池。
交流发电机46可以被配置为在发动机运行期间经由曲轴140使用发动机扭矩对系统电池58充电。另外，交流发电机46可以基于发动机的一个或多个电气系统(诸如一个或多个辅助系统，包括暖通空调(HVAC)系统、车灯、车载娱乐系统和其他辅助系统)的对应电气需求来对其供电。在一个示例中，在交流发电机上汲取的电流可以基于驾驶室冷却需求、电池充电要求、其他辅助车辆系统需求和马达扭矩中的每一个而不断改变。调压器可以联接到交流发电机46以便基于系统使用需要(包括辅助系统需求)来调整交流发电机的功率输出。
发动机10的气缸14可以经由一系列进气通道142和144以及进气歧管146接收进气。除了气缸14之外，进气歧管146还可以与发动机10的其他气缸连通。进气通道中的一个或多个可以包括一个或多个增压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括布置在进气通道142与144之间的压缩机174以及沿着排气通道135布置的排气涡轮176。当增压装置被配置为涡轮增压器时，压缩机174可以至少部分地通过排气涡轮176经由轴180提供动力。然而，在其他示例中，诸如当发动机10设置有机械增压器时，压缩机174可以通过来自马达或发动机的机械输入提供动力，并且可以可选地省略排气涡轮机176。在另外的其他示例中，发动机10可以设置有电动机械增压器(例如，“eBooster”)，并且压缩机174可以由电动马达驱动。在另外的其他示例中，诸如当发动机10是自然进气式发动机时，发动机10可以不设置有增压装置。
包括节流板164的节气门162可以设置在发动机进气通道中以用于改变被提供给发动机气缸的进气的流率和/或压力。例如，节气门162可以位于压缩机174的下游，如图1所示，或者可以可选地设置在压缩机174的上游。节气门162的位置可以经由来自节气门位置传感器163的信号传递到控制器12。
排气系统11包括排气歧管148，除了气缸14之外，该排气歧管还可以接收来自发动机10的其他气缸的排气。上游排气传感器126(例如，供气氧传感器)被示为在第一排放控制装置罐或壳体179和车底排放控制装置罐或壳体178的上游联接至排气歧管148，该第一排放控制装置罐或壳体容纳起燃三元催化器，该车底排放控制装置罐或壳体容纳包括催化涂层的基底178a(例如，三元催化器)。排气传感器126可以选自用于提供排气空燃比(AFR)的指示的各种合适的传感器，诸如，例如宽域型线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。在图1的示例中，排气传感器126是UEGO传感器。排放控制装置罐或壳体178可以容纳三元催化器、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或者它们的组合。在图1的示例中，排放控制装置罐或壳体178容纳三元催化器。催化器监测传感器(CMS)158(例如，双态下游氧传感器)位于排放控制装置罐或壳体178的下游且在大气159的上游。排放控制装置罐或壳体178包括基底178a，该基底包括涂层(未示出)，该涂层可以包含一种或多种贵金属(例如，铑、钯、铂)。
发动机10的每个气缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，气缸14被示出包括位于气缸14的上部区域处的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些示例中，包括气缸14的发动机10的每个气缸都可以包括位于气缸的上部区域处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。在该示例中，进气门150可以由控制器12通过经由包括一个或多个凸轮151的凸轮致动系统152的凸轮致动来控制。类似地，排气门156可以由控制器12经由包括一个或多个凸轮153的凸轮致动系统154来控制。进气门150和排气门156的位置可以分别由气门位置传感器(未示出)和/或凸轮轴位置传感器155和157来确定。
在一些状况期间，控制器12可以改变被提供给凸轮致动系统152和154的信号以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。可以同时控制进气门正时和排气门正时，或者可以使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时的可能性中的任一种。每个凸轮致动系统可以包括一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作来改变气门操作的可变排量发动机(VDE)、凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。在可选示例中，进气门150和/或排气门156可以通过电动气门致动来控制。例如，气缸14可以可选地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由凸轮致动(包括CPS和/或VCT系统)控制的排气门。在其他示例中，进气门和排气门可以由共同的气门致动器(或致动系统)或可变气门正时致动器(或致动系统)控制。
如本文进一步所述，进气门150和排气门156可以在VDE模式期间经由电致动摇臂机构来停用。在另一个示例中，进气门150和排气门156可以经由CPS机构来停用，在所述CPS机构中，没有升程的凸轮凸角用于停用的气门。还可以使用另外的其他气门停用机构，诸如用于电致动气门的机构。在一个示例中，进气门150的停用可以由第一VDE致动器(例如，联接到进气门150的第一电致动摇臂机构)控制，而排气门156的停用可以由第二VDE致动器(例如，联接到排气门156的第二电致动摇臂机构)控制。在可选示例中，单个VDE致动器可以控制气缸的进气门和排气门两者的停用。在另外的其他示例中，单个气缸气门致动器停用多个气缸(进气门和排气门两者)，诸如发动机组中的所有气缸，或者不同的致动器可以控制所有进气门的停用，而另一个不同的致动器控制停用的气缸的所有排气门的停用。应当理解，如果气缸是VDE发动机的不可停用的气缸，则气缸可以不具有任何气门停用致动器。每个发动机气缸可以包括本文所述的气门控制机构。在被停用时，进气门和排气门在一个或多个发动机循环保持在关闭位置以便防止流入或流出气缸14。
气缸14可以具有压缩比，所述压缩比是当活塞138处于下止点(BDC)时与处于上止点(TDC)时的容积比。在一个示例中，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，压缩比可以增大。例如，当使用较高辛烷值的燃料或具有较高潜在汽化焓的燃料时，可能发生这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响，则压缩比也可以增大。
发动机10的每个气缸可以包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择操作模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号而经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。可以基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整火花正时。例如，可以在最佳扭矩最小点火提前角(MBT)正时提供火花以将发动机功率和效率最大化。控制器12可以将发动机工况(包括发动机转速、发动机负荷和排气AFR)输入到查找表中，并且输出针对所输入的发动机工况的对应MBT正时。在其他示例中，火花可以从MBT延迟，诸如以便在发动机起动期间加速催化器预热，或以便减少发动机爆震的发生。
在一些示例中，发动机10的每个气缸可以被配置有用于向气缸提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，气缸14被示为包括进气道燃料喷射器66，但也可以提供直接燃料喷射。燃料喷射器66可以被配置为输送从燃料系统8接收的燃料。燃料系统8可以包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。进气道燃料喷射器66可以由控制器12控制，使得喷射的燃料量与燃料喷射器66从控制器12接收到的信号成比例。燃料可以经由燃料泵和燃料轨从燃料系统8的燃料箱输送到燃料喷射器66。此外，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。
燃料喷射器66可以被配置为以不同的相对量从燃料系统8接收不同的燃料作为燃料混合物，并且还被配置为将该燃料混合物直接喷射到气缸中。例如，燃料喷射器66可以接收醇燃料或汽油。此外，可以在气缸的单个循环的不同冲程期间将燃料输送到气缸14。例如，进气道喷射的燃料可以在接收燃料的气缸的前一循环的进气门关闭之后喷射且直到当前气缸循环的进气门关闭。因此，对于单个燃烧事件(例如，经由火花点火在气缸中燃烧燃料)，可以经由喷射器66在每个循环执行一次或多次燃料喷射。
燃料系统8中的燃料箱可以容纳不同燃料类型的燃料，诸如具有不同燃料品质和不同燃料成分的燃料。差异可以包括不同的醇含量、不同的含水量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料掺混物和/或它们的组合等。具有不同的汽化热的燃料的一个示例包括汽油作为具有较低汽化热的第一燃料类型，并包括乙醇作为具有较大汽化热的第二种燃料类型。在另一个示例中，发动机可以使用汽油作为第一燃料类型并使用诸如E85(大约85％乙醇和15％汽油)或M85(大约85％甲醇和15％汽油)的含醇燃料掺混物作为第二燃料类型。其他可行的物质包括水、甲醇、醇与水的混合物、水与甲醇的混合物、醇的混合物等。在又一示例中，这两种燃料都可以是具有不同醇成分的醇掺混物，其中第一燃料类型可以是具有较低醇浓度的汽油醇掺混物，诸如E10(大约10％乙醇)，而第二燃料类型可以是具有更高醇浓度的汽油醇掺混物，诸如E85(大约85％乙醇)。另外，第一燃料和第二燃料在其他燃料品质方面也可能不同，诸如温度、粘度、辛烷值等的差异。此外，一个或两个燃料箱的燃料特性可能经常变化，例如由于燃料箱加注的每日变化。
控制器12在图1中被示为微计算机，所述微计算机包括微处理器单元106、输入/输出端口108(例如，电路)、用于可执行程序(例如，可执行指令)和校准值的电子存储介质(在该特定示例中被示为非暂时性只读存储器芯片110)、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。控制器12可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括先前讨论的信号，并且另外包括以下项的测量值：来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)；来自联接到冷却套管118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的曲轴位置信号；来自节气门位置传感器163的节气门位置；来自排气传感器126的信号UEGO，该信号UEGO可以由控制器12使用来确定排气的空燃比；经由爆震传感器90的发动机振动(例如，爆震)；以及来自MAP传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。控制器12可以根据曲轴位置产生发动机转速信号RPM。来自MAP传感器124的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。控制器12可以基于发动机冷却剂温度来推断发动机温度并推断排放控制装置178的温度。
控制器12可以经由人/机接口15从人类驾驶员接收输入。例如，人类驾驶员或技术人员可以经由人/机接口15请求执行车辆诊断。此外，控制器12可以经由人/机接口15显示消息或车辆系统状态信息(例如，催化器状态信息、催化器劣化信息、发动机状态信息、发动机劣化信息和其他车辆信息)。控制器12还可以经由发射器190将相同的信息广播到远程计算机服务器191，使得服务技术人员可以查看车辆状态和诊断信息。
如上描述，图1仅示出了多气缸发动机的一个气缸。因此，每个气缸可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。应当理解，发动机10可以包括任何合适数量的气缸，包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个气缸。此外，这些气缸中的每一个可以包括由图1参考气缸14所描述和描绘的各种部件中的一些或所有部件。
在选定的状况期间，诸如当未请求发动机10的全扭矩能力时，控制器12可以选择停用第一或第二气缸组中的一个(在本文中也被称为VDE操作模式)。在VDE模式期间，可以通过关闭相应的燃料喷射器166和66来停用选定的气缸组的气缸。此外，气门150和156可以被停用并在一个或多个发动机循环内保持关闭。尽管禁用的气缸的燃料喷射器被关闭，但其余启用的气缸继续执行燃烧，其中对应的燃料喷射器以及进气门和排气门是活动的并且在操作。为了满足扭矩需要，控制器调整进入活动发动机气缸的空气量。因此，为了提供八缸发动机在0.2发动机负荷和特定发动机转速下产生的等效发动机扭矩，与当发动机在所有发动机气缸都活动的情况下操作时的发动机气缸相比，活动发动机气缸可以在更高的压力下操作。这需要更高的歧管压力，从而导致降低泵气损失并提高发动机效率。另外地，暴露于燃烧的较小的有效表面积(仅来自活动气缸)减少了发动机热损失，从而提高了发动机的热效率。
因此，图1的系统提供了一种用于操作发动机的系统，所述系统包括：内燃发动机，所述内燃发动机包括致动器；排气系统，所述排气系统联接到所述内燃发动机，所述排气系统包括第一氧传感器、第二氧传感器和催化器壳体；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令用于响应于确定所述催化器壳体没有容纳基底而经由所述致动器来调整所述内燃发动机的操作。所述系统包括其中所述确定是基于所述第二氧传感器的输出。所述系统包括其中所述确定是基于激励持续度量。所述系统还包括经由行列式矩阵来确定所述激励持续度量。所述系统包括其中所述行列式矩阵包括遗忘因子变量。所述系统还包括经由一个或多个低通滤波器来确定所述激励持续度量。
现在参考图2，示出了可以包括在图1的控制器12中的燃料控制器的框图。燃料控制器200可以作为可执行指令结合在非暂时性存储器中。
燃料控制器200包括外环控制器202和内环控制器206。外环控制器从如图1所示的氧传感器158(例如，CMS 158)接收反馈。在一个示例中，外环控制器确定期望的CMS输出电压与由控制器12接收到的实际CMS电压之间的误差。可以将误差输入到外环控制器202的比例/积分控制器中，该比例/积分控制器输出空燃比或燃空比调整。将空燃比或燃空比调整输入到求和点204中。此外，在一些示例中，外环控制器202内的比例/积分控制器的输出可以添加到预定幅度、占空比和频率的空燃比或燃空比方波信号。可以提供空燃比或燃空比方波信号，以通过循环由稀排气和浓排气形成的排气的方波来提高催化器效率，所述稀排气和浓排气通过车底催化器基底178a以提高催化器效率。
在结点204处，将来自上游氧传感器126的空燃比或燃空比输出信号从外环控制器的输出减去。将从外环控制器202减去上游氧气传感器输出的结果输入到内环控制器206。在一个示例中，内环控制器可以是修改结点204的输出的比例/积分控制器。在结点208处，将空燃比或燃空比添加到前馈空燃比或燃空比。应用结点208的输出以调整由燃料喷射器66喷射的燃料量。在一些示例中，在结点208的输出与经由燃料喷射器66喷射燃料之间执行从空燃比或燃空比到燃料脉冲宽度的转换。
响应于求和点208的输出，经由燃料喷射器66将燃料喷射到发动机。发动机燃烧燃料并且将排气输送到发动机的排气系统，在该排气系统中，可以经由上游氧传感器126和下游氧传感器158来感测排气。
通过这种方式，可以响应于上游氧传感器和下游氧传感器的输出来调整喷射到气缸中的燃料量。燃料调整可以提高催化器效率。
现在参考图3，示出了CMS输出电压的预示曲线图。从图3的顶部起的第一曲线图示出了在车辆被驱动并且CMS位于完整使用寿命(FUL)催化器的下游时CMS的代表性电压输出水平。纵轴表示CMS输出电压，并且CMS输出电压在纵轴箭头的方向上增加。横轴表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线302表示位于完整使用寿命催化器的下游的CMS传感器的输出电压。完整使用寿命催化器是在如设计那样控制发动机时在预定的行驶持续时间(例如，150,000英里)内提供指定水平的发动机排放的催化器。
从图3的顶部起的第二曲线图示出了在车辆被驱动并且CMS位于阈值催化器的下游时CMS的代表性电压输出水平。纵轴表示CMS输出电压，并且CMS输出电压在纵轴箭头的方向上增加。横轴表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线304表示位于阈值催化器的下游的CMS传感器的输出电压。阈值催化器是已经在发动机按照设计的那样被控制时在其完整使用寿命下完成操作并且以预定速率劣化以提供一定倍数的指定水平的发动机排放的催化器。
从图3的顶部起的第三曲线图示出了在车辆被驱动并且CMS位于空催化器壳体或罐(例如，不含有基底和涂层的催化器壳体)的下游时CMS的代表性电压输出水平。纵轴表示CMS输出电压，并且CMS输出电压在纵轴箭头的方向上增加。横轴表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线306表示位于空催化器罐(例如，缺少基底的催化器罐)下游的CMS传感器的输出电压。一些人可能希望经由移除催化器基底，由此降低排气系统背压来提高他们车辆的性能或燃料经济性。从催化器壳体或罐移除催化器基底可以得到空催化器罐或壳体。
可以观察到，在车辆被驱动时，FUL催化器的CMS电压保持在较高水平。因为下游催化器中的氧泄放的机会可能因下游催化器对氧气的利用而较低，所以CMS电压可以保持在较高水平。起作用的催化器可以储存氧气并且使用氧气来氧化和还原排气组分。因此，对于起作用的催化器，可能存在更少的稀薄情况(例如，低CMS电压水平)。
还可以观察到，阈值催化器的CMS电压趋向于偶尔向较低电压水平移动。这些较低电压水平指示未被催化器储存或未在催化反应中使用的少量氧到达CMS传感器时的时间。因此，阈值催化器可能无法像FUL催化器那样有效地利用排气中的过量氧，和/或与使得排气排放物可以有效地被氧化的FUL催化器相比，阈值催化器的氧储存能力可能较低。通过这种方式，CMS传感器可以输出反映更显著的催化器劣化的电压。
空催化器罐或壳体的CMS电压被示出为在较低电压与较高电压之间循环。CMS电压循环指示至少一些氧未被储存在催化器中或在其中使用，因此可以经由CMS传感器观察到发动机空燃比或燃空比循环。另外地，施加在外环中的发动机空燃比或燃空比上以提高催化器效率的方波空燃比或燃空比也可以促成引起CMS输出电压循环的过量氧浓度和降低的氧浓度。因此，当催化器罐或壳体为空时，CMS电压可以在较高电压与较低电压之间主动地循环。
现在参考图4，示出了不同催化器的三个不同激励持续度量水平的曲线图。纵轴表示激励持续度量水平的量，并且激励持续度量水平的量在纵轴箭头的方向上增加。水平线表示催化器诊断已经被激活的时间量，并且催化器诊断已经被激活的时间量从图的左侧向右侧增加。水平线450表示阈值激励持续度量水平。当激励持续度量水平超过阈值水平450时，指示空催化器罐或壳体。
曲线402表示经由CMS传感器监测到的空催化器罐或壳体的激励持续度量水平。曲线402的激励持续度量水平迅速增加并且然后超过阈值450。在曲线402超过阈值450之后，曲线402保持高于阈值450。
曲线404表示经由CMS传感器监测到的阈值催化器的激励持续度量水平。曲线404的激励持续度量水平逐渐地增加，但它仍远低于阈值450。因此，在存在阈值催化器的情况下的CMS传感器输出电压可以与指示空催化器罐的阈值水平(例如，450)明确地区分开。
曲线406表示经由CMS传感器监测到的FUL催化器的激励持续度量水平。曲线406的激励持续度量水平逐渐地增加，但它仍远低于阈值450和曲线404。因此，在存在FUL催化器的情况下的CMS传感器输出电压可以与指示空催化器罐的阈值水平(例如，450)明确地区分开。
可以观察到，曲线404与阈值450之间存在显著量的分离。此外，曲线406与阈值450之间存在显著量的分离。因此，当前的阈值催化器监测器可以存在增加的鲁棒性。
现在参考图5，示出了用于确定和补偿发动机排气系统中的催化器劣化的方法。图5的方法可以包括在图1的系统中并且可以与其协作。方法500的至少部分可以结合在图1的系统中作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令。另外，方法500的其他部分可以经由改变物理世界中的装置和致动器的操作状态的控制器来执行。控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。此外，方法500可以根据传感器输入来确定选定的控制参数。图5的方法可以应用于发动机的气缸组和联接到发动机的气缸组的排气系统中的每一个。
在502处，方法500经由图1中描述的传感器来确定车辆和发动机工况。方法500可以确定工况，包括但不限于发动机转速、发动机负荷、发动机温度、环境温度、燃料喷射正时、爆震传感器输出、发动机位置、驾驶员需求扭矩和发动机气流。方法500进行到504。
在504处，方法500判断是否存在用于执行空催化器罐或壳体评估的条件。在一个示例中，一旦激活发动机燃料控制器的内控制回路和外控制回路，就可以执行空催化器罐或壳体评估。可以响应于上游氧传感器的温度超过阈值温度和下游氧传感器的温度超过阈值温度而激活外控制回路。此外，在一些示例中，方法500可以要求发动机温度超过阈值温度并且下游催化器的预测温度超过阈值温度。如果方法500判断存在评估空催化器罐或壳体的存在或不存在的条件，则答案为是并且方法500进行到506。否则，答案为否并且方法500进行到550。
不同于一些催化器诊断，方法500不要求催化器起作用并且发动机进入减速燃料关闭状态以使得催化器可以被氧饱和。方法500也不要求加热的催化器氧饱和然后在停止减速燃料关闭状态时暴露于浓排气。因此，与其他催化器诊断方法相比，方法500可以在更宽范围的车辆工况下评估空催化器罐的存在。因此，方法500可以实现使用中的催化器监测器性能等级的提高。
在550处，方法500维持当前催化器操作状况状态。例如，如果先前确定催化器罐为空，则方法500维持催化器罐为空。然而，在执行对发动机排气系统的维护之后，可以经由服务人员来重置催化器操作状况状态。相反，如果先前确定罐或壳体中的催化器按预期那样执行，则方法500维持催化器罐不为空。方法500进行到退出。
在506处，方法500命令变化的排气流进入排气系统内的催化器。在一个示例中，变化的排气流可以通过由如图2所描述的外环燃料控制器供应的空燃比或燃空比方波来产生。所述方波可以使发动机的空燃比或燃空比在较浓与较稀空燃比或燃空比之间改变或循环，以便向排气系统的催化器提供持续激励。应当注意，持续激励可以是正弦波、三角波或其他变化波形的形式，并且不必一定是经由方波。可选地，可以经由斜坡和跳跃策略通过内控制燃料控制回路来扰乱发动机的空燃比或燃空比。
在方法500评估排气系统是否有空催化器罐或壳体时，方法500监测CMS传感器电压并可以将其存储到存储器。监测可以包括经由包括在控制器输入/输出电路中的模数转换器对CMS传感器的输出进行采样。从CMS传感器输出的电压可以转换成燃空比或可选地转换成空燃比。CMS传感器电压可以经由将CMS电压与燃空比相关的函数而转换成燃空比。方法500进行到508。
在508处，方法500确定激励持续度量的值。在一个示例中，可以经由行列式矩阵的解来确定激励持续度量(PE)：
Figure BDA0002399505440000161
其中PE是激励持续度量值，n是CMS电压或燃空比测量值的实际总数；λ是可以具有大于零但小于一的值的遗忘因子；k是CMS样本数，并且x是样本k的CMS电压或燃空值。可以应用遗忘因子以忽略旧数据，使得对当前数据进行更大的加权。这允许激励持续度量值更快地指示空催化器罐。然而，它也允许较久之前的测量值对激励持续度量产生一些影响，使得持续激励度量值不会过度嘈杂。λ的典型值可能是>0.9，并且可以通过实验确定。
行列式矩阵的解是a11×a22-a21×a12，其中a11是第1行第1列的矩阵条目，a22是第2行第2列的矩阵条目，其中a21是第2行第1列的条目，并且其中a12是第1行第2列的条目。
可选地，可以经由以下等式来估计或确定激励持续度量：
Figure BDA0002399505440000171
其中PE是激励持续度量，CMS是CMS传感器电压输出或燃空比，s是拉普拉斯变换变量，τ是具有通过实验确定的值的低通滤波器时间常数，并且1/(τs+1)是一阶低通滤波器的传递函数。在确定PE度量值之后，方法500进行到510。
在510处，方法500判断激励持续度量值是否大于阈值。该阈值可以是通过以FUL、阈值和空催化器罐操作发动机并确定每种等级的催化器的激励持续度量值而以经验确定的。该阈值可以通过检查或通过要求该阈值表现出相对于FUL和阈值催化器的激励持续度量值的统计特性来确定。例如，阈值可以是与平均FUL和阈值催化器激励持续度量值相差两个标准偏差的值。如果方法500判断激励持续度量值大于阈值，则答案为是并且方法500进行到512。否则，答案为否并且方法500进行到555。
在555处，方法500判断已经检测到标称催化器。换句话说，方法500判断催化器罐或壳体不是空的并且至少在某种程度上正在操作。方法500不指示空催化器罐或壳体，并且如果断言空催化器罐或壳体的指示，则可以清除空催化器罐或壳体的指示。例如，如果通过存储在控制器存储器中的变量的值来指示空催化器罐或壳体，则方法500可以清除或重置该变量，使得该变量的值不再指示存在空催化器罐或壳体。清除所述变量还可以包括将车辆操作调整回基线或标称操作，以及为车辆操作员和维修技术人员清除空催化器罐或壳体的指示。方法500进行到退出。
在512处，方法500指示存在空催化器罐或壳体。在一个示例中，方法500可以通过亮灯或在人/机接口上发布消息来指示空催化器。此外，在一些示例中，方法500可以将空催化器罐(例如，不包括具有起作用的涂层的基底的催化器罐)的通知发送到车辆服务中心服务器。方法500进行到514。
在514处，方法500调整车辆操作以补偿空催化器罐或壳体。在一个示例中，方法500调整发动机火花正时以减少发动机在较高发动机负荷下可能产生的NOx。另外，方法500可以限制发动机节气门开度和喷射的燃料量，使得在催化器罐为空时流过发动机的最大气流不超过在催化器罐包括基底和涂层时流过发动机的最大气流。通过这种方式，如果催化器罐为空，则发动机性能不会提高。例如，当催化器包括基底时，节气门可以在车辆的驾驶员请求最大发动机功率或扭矩时完全打开。然而，当车辆的驾驶员请求最大发动机功率(例如，加速踏板已完全踩下)并且确定催化器罐或壳体是空的(例如，不包括基底)时，节气门只能打开至全开位置的75％。另外地或可选地，方法500可以调整凸轮正时，使得在催化器罐为空时流过发动机的最大气流不超过在催化器罐包括基底和涂层时流过发动机的最大气流。方法500进行到退出。
因此，图5的方法提供了一种发动机操作方法，所述发动机操作方法包括：经由控制器对排气系统中位于催化器下游的氧传感器的输出进行采样；以及经由所述氧传感器的所述采样的输出来将空催化器罐与包括起作用的催化器的催化器罐区分开。所述方法包括其中经由通过遗忘因子确定的激励持续度量来将所述空催化器罐与所述包括起作用的催化器的催化器罐区分开。所述方法包括其中经由通过时间常数确定的激励持续度量来将所述空催化器罐与所述包括起作用的催化器的催化器罐区分开。所述方法包括其中所述时间常数包括在低通滤波器中。所述方法还包括响应于确定所述空催化器罐而限制发动机功率输出。所述方法包括其中限制发动机功率包括响应于对最大发动机输出的请求而将节气门开度约束为小于全开位置。所述方法包括其中限制发动机功率包括响应于对最大发动机输出的请求而将喷射到发动机的燃料量约束为小于阈值燃料量。所述方法还包括响应于确定所述空催化器罐而将火花正时从一定发动机转速和负荷下的基础火花正时延迟。
图5的方法还提供了一种发动机操作方法，所述发动机操作方法包括：经由控制器对排气系统中位于催化器下游的氧传感器的输出进行采样；以及响应于激励持续度量而提供空催化器罐的指示，所述激励持续度量是基于在发动机排气系统中位于所述空催化器罐下游的氧传感器的输出。所述方法包括其中经由人/机接口来提供所述空催化器罐的所述指示。所述方法包括其中将空催化器罐的所述指示广播到不在车辆上的远程计算机。所述方法包括其中经由行列式矩阵来确定所述激励持续度量。所述方法包括其中所述行列式矩阵包括遗忘因子参数。所述方法包括其中经由一个或多个低通滤波器来确定所述激励持续度量。
在另一个表示中，图5的方法提供了将方波调整供应到发动机空燃比，感测催化器罐下游的经由对所述发动机空燃比的所述方波调整产生的排气，以及根据所述感测的排气来生成激励持续度量。所述方法还包括响应于所述激励持续度量而调整发动机操作。所述方法还包括将所述激励持续度量与阈值进行比较。所述方法包括其中经由响应于所述激励持续度量大于所述阈值而约束节气门的开度来执行调整发动机操作。
应注意，本文包括的示例性控制和估计例程可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文所描述的具体例程可以表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的处理策略等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作或功能可以按所示的顺序执行、并行执行、或者在一些情况下被省略。同样，处理顺序不一定是实现本文所述的示例性示例的特征和优点所需要的，而是为了便于说明和描述而提供。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以取决于所使用的特定策略而重复地执行。此外，所述动作、操作和/或功能可以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，其中所述动作通过结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来执行。
应当理解，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体示例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非明显的组合和子组合。
以下权利要求特别指出被视为新颖的和非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”要素或“第一”要素或其等效物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多个这样的要素。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改本发明权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。此类权利要求，无论与原始权利要求相比在范围上更广、更窄、相等或不同，也都被视为包括在本公开的主题内。
根据本发明，提供了一种发动机操作方法，所述发动机操作方法具有：经由控制器对位于催化器下游的排气系统中的氧传感器的输出进行采样；以及经由所述氧传感器的所述采样的输出来将空催化器罐与包括起作用的催化器的催化器罐区分开。
根据一个实施例，经由通过遗忘因子确定的激励持续度量来将所述空催化器罐与所述包括起作用的催化器的催化器罐区分开。
根据一个实施例，经由通过时间常数确定的激励持续度量来将所述空催化器罐与所述包括起作用的催化器的催化器罐区分开。
根据一个实施例，所述时间常数包括在低通滤波器中。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，响应于确定所述空催化器罐而限制发动机功率输出。
根据一个实施例，限制发动机功率包括响应于对最大发动机输出的请求而将节气门开度约束为小于全开位置。
根据一个实施例，限制发动机功率包括响应于对最大发动机输出的请求而将喷射到发动机的燃料量约束为小于阈值燃料量。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，响应于确定所述空催化器罐而将火花正时从一定发动机转速和负荷下的基础火花正时延迟。
根据本发明，提供了一种发动机操作方法，所述发动机操作方法具有：经由控制器对排气系统中位于催化器下游的氧传感器的输出进行采样；以及响应于激励持续度量而提供空催化器罐的指示，所述激励持续度量是基于在发动机排气系统中位于所述空催化器罐下游的氧传感器的输出。
根据一个实施例，经由人/机接口来提供所述空催化器罐的所述指示。
根据一个实施例，将空催化器罐的所述指示广播到不在车辆上的远程计算机。
根据一个实施例，经由行列式矩阵来确定所述激励持续度量。
根据一个实施例，所述行列式矩阵包括遗忘因子参数。
根据一个实施例，经由一个或多个低通滤波器来确定所述激励持续度量。
根据本发明，提供了一种用于操作发动机的系统，所述系统具有：内燃发动机，所述内燃发动机包括致动器；排气系统，所述排气系统联接到所述内燃发动机，所述排气系统包括第一氧传感器、第二氧传感器和催化器壳体；和控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令用于响应于确定所述催化器壳体没有容纳基底而经由所述致动器来调整所述内燃发动机的操作。
根据一个实施例，所述确定是基于所述第二氧传感器的输出。
根据一个实施例，所述确定是基于激励持续度量。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，经由行列式矩阵来确定所述激励持续度量。
根据一个实施例，所述行列式矩阵包括遗忘因子变量。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，经由一个或多个低通滤波器来确定所述激励持续度量。

Claims (14)

1.一种发动机操作方法，其包括：
经由控制器对排气系统中位于催化器下游的氧传感器的输出进行采样；以及
经由所述氧传感器的所述采样的输出来将空催化器罐与包括起作用的催化器的催化器罐区分开。
2.如权利要求1所述的方法，其中经由通过遗忘因子确定的激励持续度量来将所述空催化器罐与所述包括起作用的催化器的催化器罐区分开。
3.如权利要求1所述的方法，其中经由通过时间常数确定的激励持续度量来将所述空催化器罐与所述包括起作用的催化器的催化器罐区分开。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述时间常数包括在低通滤波器中。
5.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括响应于确定所述空催化器罐而限制发动机功率输出。
6.如权利要求5所述的方法，其中限制发动机功率包括响应于对最大发动机输出的请求而将节气门开度约束为小于全开位置。
7.如权利要求6所述的方法，其中限制发动机功率包括响应于对最大发动机输出的请求而将喷射到发动机的燃料量约束为小于阈值燃料量。
8.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括响应于确定所述空催化器罐而将火花正时从一定发动机转速和负荷下的基础火花正时延迟。
9.一种用于操作发动机的系统，其包括：
内燃发动机，所述内燃发动机包括致动器；
排气系统，所述排气系统联接到所述内燃发动机，所述排气系统包括第一氧传感器、第二氧传感器和催化器壳体；以及
控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令用于响应于确定所述催化器壳体没有容纳基底而经由所述致动器来调整所述内燃发动机的操作。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述确定是基于所述第二氧传感器的输出。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述确定是基于激励持续度量。
12.如权利要求11所述的系统，所述系统还包括经由行列式矩阵来确定所述激励持续度量。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述行列式矩阵包括遗忘因子变量。
14.如权利要求11所述的系统，所述系统还包括经由一个或多个低通滤波器来确定所述激励持续度量。
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