CN118049299A - 用于评估NOx传感器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本文中所描述的构思涉及用于监测NOx传感器以检测与NOx传感器相关的故障的系统、方法和/或设备，该NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中、在排气后处理系统下游。这包括利用催化剂效率模型来检测故障的发生，该故障可指示范围内偏置或卡住的NOx传感器。

Description

用于评估NOx传感器的方法和系统
技术领域
引言
内燃发动机可采用排气气体排放系统，该排气气体排放系统包括尾管感测系统，该尾管感测系统能够出于发动机控制、监测以及故障检测和诊断的目的来监测排气气体馈送流中的氮氧化物。
发明内容
本文中所描述的构思涉及一种用于监测NOx传感器以检测与NOx传感器相关的故障的系统、方法和/或设备，该NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中、在排气后处理系统下游。这包括利用催化剂效率模型来检测故障的发生，该故障可指示范围内(in-range)偏置或卡住的NOx传感器。
本公开的方面可包括：确定排气后处理系统的排气净化装置的温度；确定排气气体流速；确定排气气体馈送流的空气/燃料比；确定排气净化装置的储氧能力；以及基于储氧能力来确定排气净化装置的效率；基于排气气体馈送流的空气/燃料比、排气净化装置的效率、以及排气气体流速来确定排气气体馈送流中预期的NOx浓度；以及基于来自NOx传感器的信号输入来确定排气气体馈送流中所测量的NOx浓度。将排气气体馈送流中所测量的NOx浓度与排气气体馈送流中预期的NOx浓度进行比较，以检测NOx传感器中的故障。
本公开的另一方面可包括：当排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于阈值时，检测与NOx传感器相关的故障。
本公开的另一方面可包括：当空气/燃料比是化学计量的或富的并且排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于该阈值时，检测偏置高(biased-high)的传感器偏移故障。
本公开的另一方面可包括：当空气/燃料比是贫的并且排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于该阈值时，检测偏置低(biased-low)的传感器偏移故障。
本公开的另一方面可包括：当空气/燃料比在贫空气/燃料比和富空气/燃料比之间转变并且排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于该阈值时，检测范围内卡住的传感器故障。
本公开的另一方面可包括：仅当排气净化装置的温度指示排气净化装置已达到起燃状态时，才比较排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
本公开的另一方面可包括：仅当排气气体流速和排气气体馈送流的空气/燃料比确定排气气体馈送流中预期的NOx浓度准确时，才比较排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
本公开的另一方面可包括：确定排气净化装置的温度；经由上游排气气体传感器和下游排气气体传感器监测排气净化装置；基于排气净化装置的温度以及经由上游排气气体传感器和下游排气气体传感器对排气净化装置的监测来确定排气净化装置的储氧能力；基于储氧能力来确定排气净化装置的效率；确定排气气体流速；确定排气气体馈送流的空气/燃料比；以及基于排气气体馈送流的空气/燃料比、排气净化装置的效率、以及排气气体流速来确定排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
本公开的另一方面可包括用于监测NOx传感器的系统，该NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中并在排气净化装置下游，该系统包括：质量空气流量传感器；第一排气气体传感器，其布置在排气净化装置上游；第二排气气体传感器，其布置在排气净化装置下游；以及控制器，其与质量空气流量传感器以及第一排气气体传感器和第二排气气体传感器通信。控制器包括算法代码，该算法代码可执行以：确定排气净化装置的温度；确定排气气体流速；确定排气气体馈送流的空气/燃料比；基于排气净化装置的温度来确定排气净化装置的储氧能力；基于储氧能力来确定排气净化装置的效率；基于排气气体馈送流的空气/燃料比、排气净化装置的效率、以及排气气体流速来确定排气气体馈送流中预期的NOx浓度；基于NOx传感器来确定排气气体馈送流中所测量的NOx浓度；将排气气体馈送流中所测量的NOx浓度与排气气体馈送流中预期的NOx浓度进行比较；以及当排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于阈值时，经由控制器检测NOx传感器中的范围内故障。
本发明至少包括如下方案：
方案1.一种用于监测NOx传感器的方法，所述NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中、在排气后处理系统下游，所述方法包括：
确定所述排气后处理系统的排气净化装置的温度；
确定排气气体流速；
确定所述排气气体馈送流的空气/燃料比；
基于所述排气净化装置的温度来确定所述排气净化装置的储氧能力；
基于所述储氧能力来确定所述排气净化装置的效率；
基于所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比、所述排气净化装置的所述效率、以及所述排气气体流速来确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度；
基于来自所述NOx传感器的信号输入来确定所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度；
将所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度与所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度进行比较；以及
基于其来检测与所述NOx传感器相关的故障。
方案2.根据方案1所述的方法，所述方法包括：当所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于阈值时，检测与所述NOx传感器相关的所述故障。
方案3.根据方案2所述的方法，所述方法包括：当所述空气/燃料比是化学计量的或富的并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的所述绝对差异大于所述阈值时，检测偏置高的传感器偏移故障。
方案4.根据方案2所述的方法，所述方法包括：当所述空气/燃料比是贫的并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值时，检测偏置低的传感器偏移故障。
方案5.根据方案2所述的方法，所述方法包括：当所述空气/燃料比在贫空气/燃料比和富空气/燃料比之间转变并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值时，检测范围内卡住的传感器故障。
方案6.根据方案1所述的方法，所述方法包括：仅当所述排气净化装置的所述温度指示所述排气净化装置已达到起燃状态时，才比较所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
方案7.根据方案1所述的方法，所述方法包括：仅当所述排气气体流速和所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度准确时，才比较所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
方案8.一种用于监测NOx传感器的方法，所述NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中并且在排气净化装置下游，所述方法包括：
确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度；
基于来自所述NOx传感器的信号输入来确定所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度；
将所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度与所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度进行比较；以及
当所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于阈值时，检测所述NOx传感器中的范围内故障。
方案9.根据方案8所述的方法，所述方法包括：
确定所述排气净化装置的温度；
经由上游排气气体传感器和下游排气气体传感器监测所述排气净化装置；
基于所述排气净化装置的温度以及经由所述上游排气气体传感器和所述下游排气气体传感器对所述排气净化装置的监测来确定所述排气净化装置的储氧能力；
基于所述储氧能力来确定所述排气净化装置的效率；
确定排气气体流速；
确定所述排气气体馈送流的空气/燃料比；以及
基于所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比、所述排气净化装置的所述效率、以及所述排气气体流速来确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
方案10.根据方案8所述的方法，所述方法包括：当所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值并且空气/燃料比是化学计量的或富于化学计量的时，检测偏置高的传感器偏移故障。
方案11.根据方案8所述的方法，所述方法包括：当所述空气/燃料比是贫的并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的所述绝对差异大于所述阈值时，检测偏置低的传感器偏移故障。
方案12.根据方案8所述的方法，所述方法包括：当所述空气/燃料比在贫空气/燃料比和富空气/燃料比之间转变并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值时，检测范围内卡住的传感器故障。
方案13.根据方案8所述的方法，所述方法包括：仅当所述排气净化装置的所述温度指示所述排气净化装置已达到起燃状态时，才比较所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
方案14.根据方案8所述的方法，所述方法包括：仅当所述排气气体流速和所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度准确时，才比较所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
方案15.一种用于监测NOx传感器的系统，所述NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中并且在排气净化装置下游，所述系统包括：
质量空气流量传感器；
第一排气气体传感器，其布置在所述排气净化装置上游；
第二排气气体传感器，其布置在所述排气净化装置下游；
控制器，其与所述质量空气流量传感器以及所述第一排气气体传感器和所述第二排气气体传感器通信；所述控制器包括算法代码，所述算法代码可执行以：
确定所述排气净化装置的温度，
确定排气气体流速，
确定所述排气气体馈送流的空气/燃料比，
基于所述排气净化装置的所述温度来确定所述排气净化装置的储氧能力；
基于所述储氧能力来确定所述排气净化装置的效率；
基于所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比、所述排气净化装置的效率、以及所述排气气体流速来确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度；
基于所述NOx传感器来确定所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度；
将所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度与所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度进行比较；以及
当所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于阈值时，经由所述控制器检测所述NOx传感器中的范围内故障。
方案16.根据方案15所述的系统，所述系统包括能够执行以进行以下操作的指令集：当所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值并且空气/燃料比是化学计量的或富于化学计量的时，检测偏置高的传感器偏移故障。
方案17.根据方案15所述的系统，所述系统包括能够执行以进行以下操作的指令集：当所述空气/燃料比是贫的并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值时，检测偏置低的传感器偏移故障。
方案18.根据方案15所述的系统，所述系统包括能够执行以进行以下操作的指令集：当所述空气/燃料比在贫空气/燃料比和富空气/燃料比之间转变并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的所述绝对差异大于所述阈值时，检测范围内卡住的传感器故障。
方案19.根据方案15所述的系统，所述系统包括能够执行以进行以下操作的指令集：仅当所述排气净化装置的温度指示所述排气净化装置已达到起燃状态时，才比较所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
方案20.根据方案15所述的系统，所述系统包括能够执行以进行以下操作的指令集：仅当所述排气气体流速和所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度准确时，才比较所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
以上发明内容并不旨在代表本公开的每个可能的实施例或每个方面。相反，前述发明内容旨在举例说明本文中所公开的一些新颖方面和特征。当结合附图和所附权利要求书理解时，从对用于实施本公开的代表性实施例和模式的以下详细描述中，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将容易显而易见。
附图说明
现在将参考附图通过示例来描述一个或多个实施例，其中：
图1示意性地图示了根据本公开的内燃发动机和排气后处理系统。
图2图解地图示了根据本公开的关于空气/燃料比的NOx和CO转换效率，这些转换效率与内燃发动机和排气后处理系统的操作相关联。
图3示意性地图示了根据本公开的用于NOx传感器的实施例的NOx传感器监测例程，该NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中。
附图不一定按比例绘制，并且可呈现如本文中所公开的本公开的各种特征的稍微简化的表示，包括例如特定的尺寸、取向、位置和形状。与这种特征相关联的细节将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
具体实施方式
如本文中所描述和图示的，所公开的实施例的部件可以以各种不同的构型来布置和设计。因此，以下详细描述并不旨在限制如所要求保护的本公开的范围，而是仅代表其可能的实施例。另外，虽然在以下描述中阐述了众多特定细节以便提供对本文中所公开的实施例的透彻理解，但是能够在没有这些细节中的一些的情况下实践一些实施例。此外，为了清楚的目的，没有详细描述在相关领域中所理解的某些技术材料，以便避免不必要地使本公开晦涩。
仅出于方便和清楚的目的，可关于附图来使用诸如顶部、底部、左、右、上、上面、上方、下方、下面、后和前之类的方向术语。这些和类似的方向术语将不被解释为限制本公开的范围。此外，可在不存在本文中未具体公开的元件的情况下实践如本文中所图示和描述的本公开。
如本文中所使用的，术语“系统”可指代布置成提供所描述的功能的机械和电气致动器、传感器、控制器、专用集成电路(ASIC)、组合逻辑电路、软件、固件和/或其他部件中的一者或组合。
实施例可在本文中按照功能和/或逻辑块部件和各种处理步骤进行描述。这种块部件可由被构造成执行指定功能的任何数量、组合或集合的机械和电气硬件、软件和/或固件部件实现。例如，实施例可采用机械部件和电气部件、集成电路部件、存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等的各种组合，以上各者可在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下实施各种功能。另外，本领域技术人员将了解，可结合机械和/或电子系统来实践实施例，并且本文中所描述的车辆系统仅仅是可能的实施方式的实施例。
为了简洁起见，一些部件和技术以及系统(及系统的各个操作部件)的其他功能方面在本文中可不进行详细描述。此外，本文中包含的各种附图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例功能关系和/或物理性联接。本公开的实施例中可存在许多替代性或附加的功能关系或物理性连接。
如本文中所采用的，术语“上游”和相关术语指代相对于所指示的位置而朝向流动流的起始点的元件，且术语“下游”和相关术语指代相对于所指示的位置而远离流动流的起始点的元件。
诸如第一、第二和第三之类的序数的使用不一定暗示顺序的排序意义，而是可能区分动作或结构的多个实例。
参考附图，其中，相似的附图标记贯穿若干图对应于相似或类似的部件，与本文中所公开的实施例一致的图1示意性地图示了内燃发动机(发动机)10和相关联的排气后处理系统30，其可设置成向车辆提供推进动力。车辆可包括但不限于呈商用车辆、工业车辆、农用车辆、乘用车辆、飞机、船只、火车、全地形车辆、个人运动设备、机器人等形式的移动平台，以实现本公开的目的。
发动机10优选地包括多气缸发动机组，该多气缸发动机组限定结合了可移动的、往复式活塞的多个气缸12。进气歧管22布置成将进气引导到所述多个气缸12，并且排气歧管24夹带排气气体以便引导通过排气后处理系统30。
发动机10包括多个直喷式燃料喷射器14，这些直接喷射式燃料喷射器布置成将燃料直接喷射到与所述多个气缸12相关联的各个燃烧室。喷射器14可以是直接喷射式装置，诸如在一个实施例中是螺线管激活的装置。
发动机10包括多个火花点火器16，这些火花点火器布置成在与所述多个气缸12相关联的各个燃烧室中点燃燃料。
发动机10还包括进气系统，该进气系统可包括进气过滤器19、质量空气流量(MAF)传感器18、节流阀20、以及如可能有用的其他装置和传感器。
发动机10可包括排气气体再循环(EGR)系统26，该EGR系统将排气气体从排气歧管24流体地引导到进气歧管22。在一个实施例中，EGR系统可包括EGR阀、包括旁通阀的EGR冷却器、EGR出口温度传感器、EGR冷却器入口温度传感器和真空开关。
其他发动机监测传感器可包括曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、冷却剂温度传感器、油位开关、油压开关、节气门位置传感器、EGR流量/位置传感器和进气温度传感器等。一个或多个发动机监测传感器可替换为合适的可执行模型。
在一个实施例中，发动机10可包括用于产生进气增压压力的涡轮增压器或增压器、以及如可能有用的相关的感测装置。在一个实施例中，这可包括具有涡轮的可变几何涡轮增压器(VGT)，该涡轮流体地联接到在排气后处理系统30上游的排气歧管24。
其他未图示的发动机部件和系统包括活塞、曲轴、发动机缸盖、进气阀、排气阀、凸轮轴、以及可变凸轮移相器(当采用时)。
发动机10优选地在具有重复执行的进气-压缩-燃烧-排气冲程的四冲程燃烧循环中操作。
控制器50监测各种感测装置并执行控制例程以响应于操作者命令来命令各种致动器控制发动机10的操作。操作者命令可从各种操作者输入装置确定，包括例如踏板组件，以示例的方式，该踏板组件包括加速器踏板和制动踏板。以非限制性示例的方式，与发动机操作相关联的其他感测装置可包括大气压力传感器、环境空气温度传感器、VGT位置传感器(在采用涡轮增压器的系统上)、排气气体温度传感器、充气入口温度传感器和充气出口温度传感器等等。
排气后处理系统30包括多个流体地连接的排气净化装置以用于在发动机排气气体通过尾管42排放到环境空气中之前净化该发动机排气气体。排气净化装置可以是被构造成氧化、还原、过滤和/或以其他方式处理排气气体馈送流的成分的装置，这些成分包括但不限于碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物(NOx)和颗粒物质。在所示的实施例中，分别部署了第一排气净化装置32、第二排气净化装置33和第三排气净化装置38。第一排气净化装置32和第二排气净化装置33可密切地联接到排气歧管24，即位于发动机舱内。第三排气净化装置38可定位在远侧，诸如当在陆上车辆上被采用时位于地板下位置中。在某些实施例中，第一排气净化装置32和第二排气净化装置33可以是氧化催化器以用于氧化排气气体馈送流中的碳氢化合物和其他成分。第三排气净化装置38可包括三效氧化/还原催化器、选择性催化还原催化器(SCR)和/或颗粒过滤器中的一者或多者。包括具有喷射喷嘴的还原剂喷射器的还原剂递送系统(未示出)可相对于其定位在上游，以将还原剂可控地供应到排气气体馈送流中来促进NOx还原。
第一排气净化装置32、第二排气净化装置33和第三排气净化装置38中的每一者包括具有流动通道的陶瓷或金属基底，这些流动通道已用催化增强材料涂覆，通过非限制性示例的方式，这些催化增强材料包括：铂族金属，诸如铂、钯和/或铑；其他金属，诸如铜；铈；以及其他材料。涂覆的材料在与温度、流速、空气/燃料比等相关的某些条件下实现化学反应，以氧化、还原、过滤或以其他方式处理排气气体馈送流的成分。所示的实施例包括呈一种布置的排气后处理系统30的元件，其是说明性的。可在本公开的范围内采用排气后处理系统30的元件的其他布置，其中这种布置包括添加其他排气净化装置和/或省除排气净化装置中的一者或多者，取决于具体应用的要求。
用于控制发动机10和监测排气后处理系统30的排气净化装置的传感器可包括第一发动机输出排气气体传感器34和第二发动机输出排气气体传感器35，相应地，第一催化剂监测排气气体传感器36和第二催化剂监测排气气体传感器37，以及NOx传感器40。第一发动机输出排气气体传感器34和第二发动机输出排气气体传感器35分别布置在排气歧管24中、分别在第一排气净化装置32和第二排气净化装置33上游。催化剂监测排气气体传感器36、37布置在排气气体馈送流中、分别在第一排气净化装置32和第二排气净化装置33下游。NOx传感器40布置在排气气体馈送流中、在第三排气净化装置38下游，该第三排气净化装置可在地板下位置中。可结合其他排气气体传感器，包括例如德耳塔压力传感器、一个或多个温度传感器、和/或用于监测排气气体馈送流的其他合适的感测装置和模型。第一发动机输出排气气体传感器34和第二发动机输出排气气体传感器35、相应地第一催化剂监测排气气体传感器36和第二催化剂监测排气气体传感器37可以是具有宽范围λ感测能力的λ传感器或宽范围氧传感器，并且在一个实施例中是平面型氧化锆双单元装置，每个装置均具有感测元件和集成式电动加热元件。
这种传感器和模型可布置成监测或以其他方式确定与特定位置处的排气气体馈送流相关的参数。因而，上述传感器和/或模型可有利地被采用来监测排气净化装置中的单独各者的性能、监测与排气净化装置的子集的性能相关联的参数、或监测与整个排气后处理系统30的性能相关联的参数。
发动机控制包括控制各种发动机操作参数，包括控制发动机控制状态以通过化学反应过程来最小化各种排气气体成分，以非限制性示例的方式，这些化学反应过程包括氧化、还原、过滤和选择性还原。其他发动机控制状态包括控制操作参数以预热发动机10并传递热量或以其他方式预热第一密切联接的催化器32和第二密切联接的催化器33以及第三排气净化装置38中的各者以实现其有效操作。
术语“控制器”和相关术语(诸如，微控制器、控件、控制单元、处理器等)指代以下各者中的一者或各种组合：专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器)、以及呈存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)形式的相关联的非暂时性存储器部件。非暂时性存储器部件能够以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节、缓冲电路和其他部件的形式存储机器可读指令，其可由一个或多个处理器访问和执行以提供所描述的功能。输入/输出电路和装置包括监测来自传感器的输入的模拟/数字转换器和相关装置，其中以预设的采样频率或响应于触发事件来监测这种输入。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意指包括校准和查找表的控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望的功能。例程可以以规则的间隔执行，例如，在进行中的操作期间每100微秒执行一次。替代地，可响应于触发事件的发生而执行例程。可使用直接有线点对点链路、联网的通信总线链路、无线链路或另一通信链路来实现控制器、致动器和/或传感器之间的通信。通信包括交换数据信号，包括例如经由导电介质的电信号；经由空气的电磁信号；经由光学波导的光学信号；等。数据信号可包括离散的、模拟的和/或数字化的模拟信号，这些信号表示来自传感器的输入、致动器命令和控制器之间的通信。
术语“信号”指代传达信息的物理上可辨别的指示符，并且可以是能够行进通过介质的合适的波形(例如，电、光学、磁性、机械或电磁)，诸如DC、AC、正弦波、三角波、方波、振动等。
术语“校准”、“校准的”和相关术语指代将装置或系统的期望的参数和一个或多个感知到的或观察到的参数相关的结果或过程。如本文中所描述的校准可以被精简到可存储的参数表、多个可执行方程或可被采用作为测量或控制例程的一部分的另一合适形式。
参数被定义为可测量的量，其表示使用一个或多个传感器和/或物理模型可辨别的装置或其他元件的物理性质。参数可具有离散值(例如，“1”抑或“0”)、百分数(例如，0％到100％)或无穷可变值。
图2图解地图示了与空气/燃料比相关的NOx和CO转换效率，这些转换效率与参考图1所描述的内燃发动机10和排气后处理系统30的实施例的操作相关联。转换效率210在纵轴上指示，并且空气/燃料比220在横轴上指示。线212描绘了NOx转换效率，并且线214描绘了CO转换效率。
在富于化学计量的发动机操作条件(指示为区1222)下，可最容易检测NOx传感器偏置高的故障。在贫于化学计量的发动机操作条件(指示为区3226)下，可最容易检测NOx传感器偏置低的故障。在切换(toggling)或接近化学计量的发动机操作条件(指示为区2224)下，可最容易检测NOx传感器偏置的范围内卡住故障。该信息可被采用来开发用于检测NOx传感器故障的诊断算法，具体地NOx传感器合理性故障，如参考图3所描述的。
图3示意性地图示了被描述用于监测NOx传感器40的实施例的传感器监测例程300，该NOx传感器布置在内燃发动机10的排气气体馈送流中并且位于参考图1所描述的排气后处理系统30下游。图3被表示为图示车辆计算系统的示例方法的流程图，该车辆计算系统从与该系统通信的一个或多个控制器接收指令。与所述一个或多个模块通信的车辆计算系统可通过计算机算法、机器可执行代码、非暂时性计算机可读介质、或被编程到车辆的合适的可编程逻辑装置中的软件指令来实施，该可编程逻辑装置为诸如所述一个或多个模块、与车辆计算系统通信的服务器、与车辆计算系统和/或服务器通信的移动装置、车辆中的另一控制器、或其组合。尽管流程图中所示的各种步骤呈现为按时间顺序发生，但这些步骤中的至少一些可按不同的次序发生，并且一些步骤可同时执行或根本不执行。本文中可按照功能和/或逻辑块部件和/或各种处理步骤来描述教导。这种块部件可由已被构造成执行指定功能的硬件、软件和/或固件部件组成。
传感器监测例程300包括用以检测NOx传感器故障的合理性检查，该NOx传感器故障可呈范围内偏置或范围内卡在或静态输出的形式，其中，诊断策略利用催化剂效率模型来检测这种故障。传感器监测例程300包括进入条件部分310和监测部分320。
进入条件部分310包括在内燃发动机10的操作期间经由控制器50来定期地和周期性地监测来自各种发动机和排气后处理传感器的信号输入。在一个实施例中，发动机和排气后处理传感器可包括第一发动机输出排气气体传感器34和第二发动机输出排气气体传感器35、相应地第一催化剂监测排气气体传感器36和第二催化剂监测排气气体传感器37、NOx传感器40、以及发动机监测传感器，发动机监测传感器可包括MAF传感器18、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、冷却剂温度传感器、油位开关、油压开关、节气门位置传感器、EGR流量/位置传感器和进气温度传感器。
进入条件部分310监测来自各种发动机和排气后处理传感器的信号输入，以经由直接监测和/或估计来确定第一排气净化装置32、第二排气净化装置33和第三排气净化装置38的温度(S301)。
进入条件部分310监测来自各种发动机和排气后处理传感器的信号输入，以经由直接监测和/或估计来确定第一排气净化装置32、第二排气净化装置33和第三排气净化装置38的储氧能力(S302)。
进入条件部分310监测来自各种发动机和排气后处理传感器的信号输入，以经由直接监测和/或估计来确定发动机输出空气/燃料比(S303)。
进入条件部分310监测来自各种发动机和排气后处理传感器的信号输入，以经由直接监测和/或估计来确定排气气体馈送流流速(S304)。
进入条件部分310基于发动机输出空气/燃料比、以及第一排气净化装置32、第二排气净化装置33和第三排气净化装置38的相应的储氧能力来确定第一排气净化装置32、第二排气净化装置33和第三排气净化装置38的转换效率(S305)。
进入条件部分310基于第一排气净化装置32、第二排气净化装置33和第三排气净化装置38的转换效率、以及排气气体馈送流流速来确定在第三排气净化装置38下游的排气气体馈送流中预期的尾管NOx浓度(S306)。
进入条件部分310使来自NOx传感器40的信号输出经受过滤、建模和稳定化，以确定感测的NOx浓度(S307)。
进入条件部分310的步骤(S301、...、S307)被周期性地执行并被执行以向监测部分320提供信息。
监测部分320包括评估作为进入条件的各种操作条件，以确定这些操作条件是否使得能够可靠执行用于NOx传感器40的故障检测策略(S321)。进入条件包括但不限于第一排气净化装置32、第二排气净化装置33和第三排气净化装置38的温度(S301)、发动机输出空气/燃料比(S303)以及排气气体馈送流流速(S304)。
使得能够执行监测部分的标准包括实现：预期的尾管NOx浓度稳定时所处的排气体积流量和催化剂/排气温度、外加处于确保催化剂起燃(light off)已发生的范围内的催化剂或排气温度、以及确保由NOx传感器准确读取NOx浓度和由NOx浓度模型准确估计NOx浓度的最小排气体积流量。
监测部分320的执行可如下进行。步骤可按合适的次序执行，并且不限于参考图3所描述的次序。如本文中所采用的，术语“1”指示肯定回答或“是”，并且术语“0”指示否定回答或“否”。
对进入条件的参数进行评估以确保监测部分320在预期的尾管NOx浓度稳定时所处的排气体积流量水平和催化剂/排气温度下执行，在确保催化剂起燃并具有足够的转换效率的催化剂和排气温度下执行，以及在确保由NOx传感器准确读取NOx浓度和由NOx浓度模型准确估计NOx浓度的最小排气体积流速下执行。
当满足或超过进入条件时，将感测的尾管NOx浓度(在S307处确定)与排气气体馈送流中在第三排气净化装置38下游的预期的尾管NOx浓度(在S306处确定)进行比较(S322)。催化剂储氧能力(OSC)和催化剂效率模型采用前和后O2传感器值和催化剂温度来计算储氧和建模的催化剂效率。建模的催化剂效率能够用于确定预期的NOx浓度。尾管NOx传感器测量排气中的NOx浓度，其与预期的NOx浓度进行比较以确定传感器的读数是否被偏置高或偏置低或在范围内卡住。
当预期的尾管NOx浓度和感测的NOx浓度之间的绝对差异小于阈值时(S322)(0)，不采取进一步行动，并且例程循环回到进入条件步骤(S321)。
当预期的尾管NOx浓度和感测的NOx浓度之间的绝对差异大于该阈值时(S322)(1)，例程评估排气气体空气/燃料比并采取如下行动。
当发动机输出空气/燃料比是化学计量的或富的时(S323)，使故障经受去抖动延迟和过滤(S324)，并且使预期的尾管NOx浓度和感测的NOx浓度之间的绝对差异经受指数加权移动平均(EWMA)分析(S325)。评估EWMA分析的输出并将其报告为与偏置高的传感器偏移故障相关联的活跃故障(S326)。在化学计量到略富于化学计量的操作期间，NOx催化剂效率被预期为高的，从而导致NOx浓度低。在这些操作条件下能够检测到偏置高的NOx传感器故障。
当发动机输出空气/燃料比是贫的时(S327)，使故障经受去抖动延迟和过滤(S328)，并且使预期的尾管NOx浓度和感测的NOx浓度之间的绝对差异经受指数加权移动平均(EWMA)分析(S329)。评估EWMA分析的输出并将其报告为与偏置低的传感器偏移故障相关联的活跃故障(S330)。在贫于化学计量的操作期间，NOx催化剂效率被预期为低的，从而导致NOx浓度高。在这些操作条件下能够检测到偏置低的NOx传感器故障。
当发动机输出空气/燃料比在富和贫之间转变时(S331)，使故障经受去抖动延迟和过滤(S332)，并且使预期的尾管NOx浓度和感测的NOx浓度之间的绝对差异经受指数加权移动平均(EWMA)分析(S333)。评估EWMA分析的输出并将其报告为与范围内卡住的传感器故障相关联的活跃故障(S334)。在从化学计量或略富于化学计量的操作转变到贫于化学计量的操作期间，NOx催化剂效率被预期为从高转变到低，从而导致NOx浓度发生从低到高的预期转变。在这些瞬时的操作条件下能够检测到静态的范围内NOx传感器故障。
所描述的监测器被预期为检测超出预期的NOx传感器系统测量公差能力的传感器偏置故障。
根据本公开的实施例可实施为设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)、或在本文中可通常被称为“模块”或“系统”的组合了软件和硬件方面的实施例的形式。此外，本公开可采取实施在有形表达介质中的计算机程序产品的形式，该有形表达介质具有实施在介质中的计算机可用程序代码。
详细描述和附图或图支持并描述本教导，但是本教导的范围仅由权利要求书限定。虽然已详细描述了用于实施本教导的最佳模式和其他实施例中的一些，但是存在用于实践权利要求书中定义的本教导的各种替代性设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于监测NOx传感器的方法，所述NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中、在排气后处理系统下游，所述方法包括：
确定所述排气后处理系统的排气净化装置的温度；
确定排气气体流速；
确定所述排气气体馈送流的空气/燃料比；
基于所述排气净化装置的温度来确定所述排气净化装置的储氧能力；
基于所述储氧能力来确定所述排气净化装置的效率；
基于所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比、所述排气净化装置的所述效率、以及所述排气气体流速来确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度；
基于来自所述NOx传感器的信号输入来确定所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度；
将所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度与所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度进行比较；以及
基于其来检测与所述NOx传感器相关的故障。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：当所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于阈值时，检测与所述NOx传感器相关的所述故障。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法包括：当所述空气/燃料比是化学计量的或富的并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的所述绝对差异大于所述阈值时，检测偏置高的传感器偏移故障。
4.根据权利要求2所述的方法，所述方法包括：当所述空气/燃料比是贫的并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值时，检测偏置低的传感器偏移故障。
5.根据权利要求2所述的方法，所述方法包括：当所述空气/燃料比在贫空气/燃料比和富空气/燃料比之间转变并且所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值时，检测范围内卡住的传感器故障。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：仅当所述排气净化装置的所述温度指示所述排气净化装置已达到起燃状态时，才比较所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：仅当所述排气气体流速和所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度准确时，才比较所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
8.一种用于监测NOx传感器的方法，所述NOx传感器布置在内燃发动机的排气气体馈送流中并且在排气净化装置下游，所述方法包括：
确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度；
基于来自所述NOx传感器的信号输入来确定所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度；
将所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度与所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度进行比较；以及
当所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于阈值时，检测所述NOx传感器中的范围内故障。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法包括：
确定所述排气净化装置的温度；
经由上游排气气体传感器和下游排气气体传感器监测所述排气净化装置；
基于所述排气净化装置的温度以及经由所述上游排气气体传感器和所述下游排气气体传感器对所述排气净化装置的监测来确定所述排气净化装置的储氧能力；
基于所述储氧能力来确定所述排气净化装置的效率；
确定排气气体流速；
确定所述排气气体馈送流的空气/燃料比；以及
基于所述排气气体馈送流的所述空气/燃料比、所述排气净化装置的所述效率、以及所述排气气体流速来确定所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度。
10.根据权利要求8所述的方法，所述方法包括：当所述排气气体馈送流中所测量的NOx浓度和所述排气气体馈送流中预期的NOx浓度之间的绝对差异大于所述阈值并且空气/燃料比是化学计量的或富于化学计量的时，检测偏置高的传感器偏移故障。
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