CN1536206A - 内燃发动机废气后处理设备的诊断系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机的废气后处理设备诊断系统，其安排成根据浓强力控制期间催化剂下游侧空气/燃料比相对于催化剂上游侧空气/燃料比的变化执行对该废气后处理设备的第一退化诊断，并且当该第一退化诊断做出退化判定时，从理想配比控制期间对催化剂下游侧空气/燃料比的反馈控制下的反馈量的反转周期执行第二退化诊断。

Description

内燃发动机废气后处理设备的诊断系统
技术领域
本发明涉及内燃发动机废气后处理设备，并且尤其涉及废气后处理设备的诊断系统。
背景技术
在能燃烧浓气混合气的弱燃发动机的情况下，大都在发动机的排气通道中设置吸附和氧化型NOX催化剂(NOX捕集催化剂)以便净化(脱氧)废气中的氧化氮(NOX)，当废气中的空气-燃料比高(稀薄(lean))时这种NOX捕集催化剂吸附废气中的NOX，当空气-燃料比低(浓(rich))时其解吸附并且脱氧所捕集的NOX。由于NOX捕集催化剂吸附能力的限制，必须在吸附能力饱和之前的适当定时对捕集到的NOX解吸附和脱氧。从而，如日本公布的7-279 718号专利申请中公开那样，设置一种已知的废气后处理设备以便进行短暂降低废气的空气/燃料比的浓强化控制(richspike control)。
另一方面，为了保持高废气净化效率，需要准确地检测NOX捕集催化剂的异常。为了满足这个需要，日本公开的2002-38929和2001-73747号专利申请公开一种测量在浓强化控制期间的废气空气/燃料比并且根据其中被测的废气的空气/燃料比保持在理想配比的空气/燃料比附近的时间间隔来诊断NOX捕集催化剂退化的诊断方法。
另外，日本公开的10-121943专利申请公开一种根据设置在催化剂下游的O2传感器的输出测量对提供到发动机的混合气的空气/燃料比进行反馈控制期间的该O2传感器的反转周期(inversion cycle)，并且从该测得的反转周期诊断该催化剂的退化的诊断方法。
发明内容
但是，这些诊断方法在准确性上存在问题。例如，前一个方法配置成通过测量其中下游侧空气/燃料比(出口λ)保持在接近理想配比空气/燃料比的时间间隔ΔT和通过将该时间间隔ΔT和一阈值的比较来诊断该催化剂的退化，如图22A和22B中所示，存在着如果在浓强化控制期间对空气/燃料比的控制出现波动，因为保持在理想配比空气/燃料比附近的时间间隔ΔT变化而做出错误诊断的可能性。
尽管改进浓强化控制期间的空气/燃料比控制精度是重要的，但由于浓强化控制的周期短，例如仅数秒，所述该改进受到限制。因此，必须在假定该诊断总是包含预定的空气/燃料比控制误差的情况下进行诊断。
另一方面，在诸如柴油发动机的压缩点火发动机中采用利用反转周期诊断催化剂的退化的后一种方法的情况下，由于在理想配比空气/燃料比附近的空气/燃料比下发动机不正常工作并且在稀薄燃烧条件下进行，由于进行该在理想配比空气/燃料比附近的退化诊断，燃料燃烧恶化。因此，在压缩点火发动机运行在理想配比空气/燃料比附近的空气/燃料比的情况下，由于空气-燃料混合气的不等价状态，难以遏制废气颗粒杂质的产生。这缩短废气颗粒过滤器(DPF)的恢复间隔并且从而也恶化燃料燃烧。
从而本发明的一个目的是提供一种能准确诊断废气后处理设备的退化同时遏制燃料燃烧恶化的诊断系统。
本发明的一个方面提供一种用于内燃发动机的废气后处理设备诊断系统，包括：一个改变发动机废气中氧化剂和还原剂之间比率的废气环境改变部分；一个设置在发动机的排气通道中的废气后处理设备，根据该比率该废气后处理设备选择性地执行对废气的吸附操作和还原操作；设置在该废气后处理设备上游处的第一废气环境检测器，该第一废气环境检测器检测该废气后处理设备上游废气的氧化剂和还原剂之间的第一比率；设置在该废气后处理设备下游处的第二废气环境检测器，该第二废气环境检测器检测该废气后处理设备下游废气的氧化剂和还原剂之间的第二比率；根据在废气环境发生改变的第一发动机运行条件下得到的该第一和第二比率诊断该废气后处理设备的退化的第一退化诊断部分；以及，当该第一退化诊断部分诊断出该废气后处理部分退化时，根据在第二发动机运行条件下得到的该第一和第二比率诊断该废气后处理设备的退化的第二退化诊断部分。
本发明的另一个方面提供一种诊断内燃发动机的废气后处理设备的方法，该废气后处理设备设置在发动机的排气通道中，并且根据废气中由一个废气环境改变部分改变的氧化剂和还原剂之间的比率来净化发动机的废气，该方法包括：检测该废气后处理设备上游废气的氧化剂和还原剂之间的第一比率；检测该废气后处理设备下游处废气的氧化剂和还原剂的第二比率；根据在废气环境发生改变的第一发动机运行条件下得到的该第一和第二比率执行第一诊断操作以诊断该废气后处理设备的退化；以及，当该第一退化诊断部分诊断出该废气后处理部分退化时，根据在第二发动机运行条件下得到的该第一和第二比率执行第二诊断操作以诊断该废气后处理设备的退化。
附图说明
参照各附图从下面的说明会理解本发明的其它目的和特征。
图1是系统图，示出依据本发明的一实施例的诊断系统。
图2是结构图，示出该实施例中采用的一种废气后处理设备。
图3是结构图，示出该实施例中采用的另一种废气后处理设备。
图4是结构图，示出该实施例中采用的另一种废气后处理设备。
图5A和5B是分别解释由该实施例的诊断系统进行的第一和第二退化诊断的曲线。
图6是示出该实施例中执行的催化剂退化诊断的流程图。
图7解释废气后处理要求。
图8是示出在图6中的步骤S1执行的第一退化诊断的流程图。
图9A、9B和9C是解释图8的第一退化诊断的曲线。
图10是示出在图6中的步骤S5执行的第二退化诊断的流程图。
图11是解释图10的第二退化诊断的曲线。
图12是示出实际空气/燃料比计算进程的流程图。
图13是示出泵电流和空气/燃料比之间的关系的表。
图14是示出燃料喷射量计算进程的流程图。
图15示出燃料喷射特性曲线。
图16是示出进气系统响应时间常数计算进程的流程图。
图17示出容积效率。
图18是示出容积效率修正值的表。
图19是示出汽缸新鲜空气进入量计算进程的流程图。
图20是示出AFM电压和气流速率之间的关系的表。
图21是示出废气HC量计算进程的流程图。
图22A和22B是解释利用时间测量的退化诊断的曲线。
图23A和23B是解释利用积分量的退化诊断的图。
具体实施方式
参照各附图，其中讨论一个依据本发明的废气后处理设备诊断系统的实施例。图1是一个示意图，示出一个依据本发明的适宜于内燃发动机(柴油发动机)的用于废气后处理设备的诊断系统的实施例。
从发动机1的上游侧在柴油发动机1的进气通道2中依次设置空气滤清器3、气流计4、涡轮增压器5的进气压缩机5a、中间冷却器6、进气节流阀7以及收集器8。从而，经空气滤清器3进入的进气由气流计4测量、由涡轮增压器5的进气压缩机5a压缩、由中间冷却器6冷却以及由进气节流阀7控制其量。进而，经收集器8空气流入每个汽缸的燃烧室9。
燃料由公用轨条型燃料喷射系统，即高压燃料泵10压缩并提供到公用轨条11，而且接着通过用于各个汽缸的燃料喷射器直接喷射到每个燃料室9。提供给每个燃烧室9的空气和燃料由热线点火塞13适当加热并且通过压缩点火燃烧。另外，把废气排入到排气通道14中。
流入到排气通道14中的一部分废气通过EGR通道15和EGR阀16作为EGR(废气再循环)气返回到发动机1的进气侧。其余的废气流过涡轮增压器5的排气涡轮5b以便驱动排气涡轮5b。
发动机1的废气后处理设备设置在排气通道14中的排气涡轮5b的下游。该废气后处理设备具有通过根据废气中的氧化剂和还原剂之间的比率对氧化氮(NOX)的吸附和脱氧来净化废气的功能，该比率至少通过一个废气环境改变装置改变。更具体地，当废气空气/燃料比稀薄时，把废气中的NOX捕集到该废气后处理设备的NOX捕集催化剂元件17中，以及当废气空气/燃料比浓时，在该NOX捕集催化剂元件17上对该NOX捕集催化剂元件17中捕集到的NOX进行解吸附和脱氧。
在NOX捕集催化剂元件17的上游侧和下游侧，设置分别检测废气中的空气/燃料比λ(代表过量空气比)的空气/燃料比传感器21和22。这些上游和下游空气/燃料比传感器21和22充当用来检测废气中的氧化剂和还原剂比率的第一和第二废气的环境检测装置。
如图2中所示，可以把该废气后处理设备设置成使得在其上支承氧化催化剂的NOX捕集催化剂元件17是独立地安装在排气通道中的，以便氧化流过NOX捕集催化剂元件17的废气混合物(HC，CO)。另外，如图3中所示，可以把该废气后处理设备设置成采用NOX捕集催化剂元件17以及安装在NOX捕集催化剂元件下游的用来捕获废气颗粒杂质(积碳)的柴油颗粒过滤器(DPF)18。而且，如图4中所示，还可以把该废气后处理设备设置成分别在NOX捕集催化剂元件17的上游独立地安装氧化催化剂19，和在NOX捕集催元件17的下游安装DPF 18。
在图2或图3的情况下，空气/燃料比传感器21和22分别安装在NOX捕集催化剂元件17的上游侧和下游侧。在图4的情况下，分别在氧化催化剂19的上游侧和NOX捕集催化剂元件17的下游侧安装O2传感器21和22。此外，如图3和4中所示，设置用于检测DPF 18的上游侧压力和下游侧压力之间的压差的压差传感器23，以及用于检测DPF 18的入口处和出口处的废气温度的废气温度传感器24和25。
尽管把依据本发明的该实施例示成并且描述成把大范围型空气/燃料比传感器21和22用作为第一和第二废气环境检测装置，应理解，可以采用常规O2传感器或NOX传感器来替代空气/燃料比传感器21和22。
依据本发明的该实施例被示成并且描述成在不直接把空气/燃料比传感器输出(空气/燃料比)用作为和废气中的氧化剂和还原剂间的比率相关的参数的情况下，根据该空气/燃料比传感器输出(空气/燃料比)计算废气中的还原剂量。因此，该第一和第二废气环境检测装置构建成除这些空气/燃料比传感器外还分别包括HC量计算部分。
回到图1，为了控制发动机1，控制单元30接收以下信号：来自气流计4的信号、来自空气/燃料比传感器21和22的信号、来自检测发动机速度Ne的发动机速度传感器31的信号、来自检测加速器踏板开度APO的加速器踏板开度传感器32的信号、来自检测发动机水温Tw的水温传感器33的信号、以及来自检测进气压力Pint的进气压力传感器34的信号。
控制单元30根据这些接收到的输入信号向燃料喷射器12输出燃料喷射命令信号、向进气节流阀7输出节流阀开度命令信号，并且向EGR阀16输出EGR阀开度命令信号。该燃料喷射命令信号确定燃料喷射器12的主喷射，以及在主喷射之后执行的，即在膨胀冲程或排气冲程期间执行的后喷射(post injection)的燃料喷射量及喷射定时。
NOX捕集催化剂元件17基本上储存稀薄燃烧运行条件期间的NOX。然而，由于NOX捕集催化剂元件17的NOX捕集能力的限制，必须在NOX捕集能力饱和之前的适当定时解吸附NOX捕集催化剂元件17中集存的NOX并且对NOX脱氧。
从而控制单元30根据发动机运行历史确定NOX捕集催化剂元件17的恢复定时。当控制单元30判定应恢复NOX捕集催化剂元件17时，通过暂时减小进气节流阀7的开度或者通过暂时提高燃料喷射来进行浓燃烧操作(浓强化控制)。作为浓强化控制的方法，可以采用日本公开7-279718号专利申请中示出的方法，但应理解浓强化控制的方法不受此方法的限制。
但是，如果NOX捕集催化剂17退化，则废气净化性能会削弱。从而，必须进行NOX捕集催化剂元件17的退化诊断。因此把控制单元30设置成通过利用NOX捕集催化剂元件17的O2储存功能来进行NOX捕集催化剂元件的退化诊断。以下将详细讨论退化诊断。
本发明的该实施例中采用的退化诊断包括容易在正常发动机运行条件下执行的第一退化诊断，以及当第一退化诊断结果为退化可能性高时执行的、能得到高精确诊断结果的第二退化诊断。
第一退化诊断是在正常运行条件下，并且当废气环境改变成浓端或稀薄端时，即当发动机运行状态从稀薄燃烧运行改变到浓燃烧运行或者从浓燃烧运行改变到稀薄燃烧运行时执行的。更具体地说，当执行浓强化控制时执行第一退化诊断。
第一退化诊断的技术安排配置成参照图5A的曲线测量从催化剂17上游侧的空气/燃料比λ或HC量改变到某预定值的第一时刻到催化剂17下游侧的空气/燃料比λ或HC量达到该预定值的第二时刻之间的时间间隔ΔTime(图22中示出)，或者计算在该时间间隔ΔTime期间上、下游之间空气/燃料比λ或HC量的差的积分量(∑(HC))。进而，根据所得到的时间间隔ΔTime或该积分量，诊断NOX捕集催化剂元件的退化。
一旦从发动机运行模式改变到诊断运行模行，即改变到理想配比空气/燃料比运行条件，当第一退化诊断结果指示NOX捕集催化剂元件17处于退化状态时执行第二退化诊断。
第二退化诊断的技术设置成在根据下游侧空气/燃料比传感器22的输出把废气的空气/燃料比反馈控制在接近理想配比空气/燃料比的值上的反馈控制期间测量反馈量(λ)的反转周期TCHK。根据该得到的反转周期TCHK，进一步诊断NOX捕集催化剂元件17的退化。在空气/燃料比反馈控制期间测量该反馈量的反转周期TCHK的方法是周知的，并且尤其在日本公布的10-121943号专利申请中公开。从而本文省略对其的解释。
如上面讨论那样，浓强化控制期间的催化剂退化诊断是简单的。但是，由于该退化诊断是在过渡运行状态期间执行的，故难以得到高精确的诊断结果。另一方面，尽管出于精度考虑最好采用基于对下游侧空气/燃料比的空气/燃料比反馈控制的反转周期的退化诊断方法，但该后一方法必须在理想配比空气/燃料比条件下进行。从而，从燃料燃烧的角度考虑，后一种诊断不是优选的。
因此，在本发明中，作为第一退化诊断，采用在浓强化控制期间进行的简单催化剂退化诊断。另外，当在按相对严格的值设定诊断阈值的条件下进行的第一退化诊断的结果指示存在催化剂退化趋势时，进行第二诊断，该第二诊断是基于在理想配比空气/燃料比附近某值的空气/燃料比反馈控制的反转周期的高精度退化诊断。通过这种第一和第二退化诊断的组合，可最大地遏制燃料燃烧的退化并且实现高精准的退化诊断。
接着，参照一个流程图解释由控制单元30执行的催化剂退化诊断的细节。图6是该催化剂退化诊断的主流程图。
在步骤S1，控制单元30通过检查指示用来恢复NOX捕集催化剂元件17的浓强化控制的执行状态的标志Frich来判定现在是否正在进行浓强化控制。当步骤S1的判定为肯定时，即当标志Frich为指示正在执行浓强化控制的“真”时，该程序转到步骤S2。当步骤S1的判定为否定时，即当标志Frich为指示不在执行浓强化控制的“假”时，终止本例程。
在步骤S2，控制单元30执行由图8的流程图示出的第一退化诊断(第一诊断)以得到第一退化诊断结果F_ATS_NG1。
在步骤S3，控制单元30判定第一诊断结果F_ATS_NG1是否为“真”。当步骤S3的判定为肯定时，即当第一诊断结果F_ATS_NG1为指示NOX捕集催化剂元件处于退化状态的“真”时，该程序转到步骤S4。当步骤S3的判定为否定时，即当第一诊断结果F_ATS_NG1为“假”时，终止本例程。
在步骤S4，控制单元30把废气后处理要求标志ATSstate设为3，以便出于执行第二退化诊断的目的把当前的发动机运行过渡到理想配比空气/燃料比控制。对废气后处理要求标志ATSstate的解释在后面讨论。
在步骤S5，控制单元30通过执行由图10的流程图示出第二退化诊断(第二诊断)得到第二退化诊断结果F_ATS_NG2。
在步骤S6，控制单元30判定第二诊断结果F_ATS_NG2是否为“真”。当步骤S6的判定为肯定时，即当第二诊断结果F_ATS_NG2为指示NOX捕集催化剂元件处于退化状态的“真”时，该程序转到步骤S7，在其中控制单元30把废气后处理异常指示标志F_ATS_NGF设定为“真”(F_ATS_NGF＝真)，然后终止本例程。当步骤S6的料定为否定时，即当第二诊断结果F_ATS_NG2为“假”时，该程序转到在其中控制单元30把废气后处理异常指示标志F_ATS_NGF设定为“假”(F_ATS_NGF＝假)的步骤S8。接着，该程序从步骤S8进入在其中控制单元30把第一退化诊断结果标志F_ATS_NG1设定为“假”(F_ATS_NG1＝假)的步骤S9。然后终止本例程。
图7是用于解释废气后处理要求标志ATSstate的注释图。在从发动机启动到结束发动机加热的间隔期间，把标志ATSstate设为0(ATSstate＝0)，从而把空气/燃料比(空气倍率(air multiple rate))大致保持在1。该设定导致温度升高发动机操作。
在结束发动机1的加热操作之后，控制单元30把标志ATSstate设定在指示常规柴油运行模式的1上，从而把空气/燃料比λ设成大于或等于1.4(λ≥1.4)以执行稀薄燃烧运行，当NOX捕集催化剂17的NOX捕集量变成大于一预定量时，把标志ATSstate设为2(ATSstate＝2)，从而把空气/燃料比λ设置为约0.9，以执行浓强化控制。在该控制阶段期间，进行第一退化诊断。
在NOX捕集催化剂元件17的催化剂性能因吸附硫(S)而退化之前，周期性地执行硫(S)毒化消除操作，该操作是把空气/燃料比保持在理想配比空气/燃料比上并把催化剂温度提高到高于700℃的操作。从而，当产生S毒化消除要求时，控制单元30把标志ATSstate置成3(ATSstate＝3)，从而通过执行理想配比空气/燃料比操作提高催化剂17的温度。随后，当该催化剂的温度变成足够高时，控制单元30把标志ATSstate置成4(ATSstate＝4)，从而把空气/燃料比λ设置成大约为0.99(稍浓状态)，以执行S毒化消除操作。
当燃烧沉积在DPF 18上的废气颗粒杂质时(通过把空气/燃料比λ设置为大于1.0的值并且把催化剂的温度增加到高于600℃)，控制单元30首先把标志ATSstate置为3(ATSstate＝3)，从而通过执行理想配比空气/燃料比控制提高DPF 18的温度。随后当DPF 18的温度变成足够高时，控制单元30把标志ATSstate置成5(ATSstate＝5)，从而通过把空气/燃料比λ大致保持为1.2(λ1.2)来执行DPF恢复操作。
另外，当催化剂17以及DPF的温度变成高于预定的高温并且担心被火损害时，控制单元30把ATSstate置成6，以按预定的时间执行避免这种由火引起的损害的操作。然后，运行返回到正常运行。
因此，在图6中的流程图的步骤S4处，控制单元30把标志ATSstate置成3(ATSstate＝3)，以便在理想配比空气/燃料比的条件下执行第二退化诊断。
图8示出在图6流程图的步骤S2处执行的第一退化诊断的流程图，而图9示出第一退化诊断的情况。
在图8的步骤S11，控制单元30判定NOX捕集催化剂元件17上游侧的HC量HC_F是否小于预定值SL_HC_SF#，以便检查是否正在执行浓燃烧控制。
在步骤S12，控制单元30判定NOX捕集催化剂元件17下游侧的HC量HC_R是否小于预定值SL_HC_SR1#，以便检查是否正在执行浓燃烧控制。根据空气/燃料比传感器的输出进行HC量(碳氢化合物量)的计算，其详细解释在后面讨论。
当步骤S11和S12的判定都是肯定的(真)时，该程序转到其中控制单元30把废气后处理诊断执行标志F_OBD_ATS置成“真”(F_OBD_ATS＝真)的步骤S13。然后，该程序转到步骤S14。当步骤S11的判定或步骤S12的判定中之一为否定的(假)时，该程序进入其中控制单元30把标志F_OBD_ATS置成“假”(F_OBD_ATS＝假)的步骤S23。接着，结束该例程。
在步骤S14，控制单元30利用下面的式(1)计算作为上游侧HC量HC_F和下游侧HC量HC_R之间的差的HC积分量KOBDHC。
KOBDHC＝KOBDHCn-1+(HC_F-HC_R)                    (1)
在步骤S15，控制单元30判定下游侧HC量HC_R是否小于预定量SL_HC_SR2#，以便判定是否终止理想配比空气/燃料比保持阶段。
在步骤S16，控制单元30判定差|HC_F-HC_R|是否小于预定值KDHC#，以便判定是否在正常条件下进行诊断。
当步骤S15和S16的判定都是肯定的(真)时，该程序进入步骤S17。当步骤S15的判定或步骤S16的判定之一是否定的(假)时，该程序进入其中控制单元30把第一退化诊断结果F_ATS_NG1带入前一个诊断结果F_ATS_NG1n-1(F_ATS_NG1＝F_ATS_NG1n-1)的步骤S22。接着结束该例程。
在步骤S17，控制单元30确定最终HC积分量KOBDF(KOBDF＝KOBDHCn-1)。在步骤S18，控制单元30清除到目前为止的HC积分量KOBDHC(KOBDHC＝0)。
在步骤S19，控制单元30判定最终HC积分量KOBDF是否大于预定的诊断阈值KOBDFSL#。当步骤S19的判定为肯定时，该程序转到步骤S20，在其中控制单元30确定催化剂17是正常的并且把第一退化诊断结果标志F_ATS_NG1置成“假”(F_ATS_NG1＝假)。然后终止该例程。当步骤20的判定是否定的(假)时，该程序转到步骤S21，在其中控制单元30确定催化剂17异常并且把第一退化诊断结果标志F_ATS_NG1置成“真”(F_ATS_NG1＝真)。然后终止该例程。
图10是在图6中示出的流程图里的步骤S5处执行的第二退化诊断的流程图，而图11示出该第二退化诊断的具体操作。
在步骤S31，控制单元30判定废气后处理要求标志ATSstate是否为3或为4，以判定发动机运行条件是否在理想配比空气/燃料比附近。
在步骤S32，控制单元30通过检查绝对值|Rlambr-1|是否小于KLAMCM#判定空气/燃料比Rlambr是否收敛到目标空气/燃料比。
当步骤S31和S32的判定都是肯定的(真)时，该程序转到步骤S33。当步骤S31的判定或步骤S32中之一是否定的(假)，终止该例程。
在步骤S33，控制单元30读空气/燃料比反馈控制的反转周期TCHK并且判定该反转周期TCHK是否小于诊断阈值SL_TCHK#。当步骤S33的判定是肯定的(真)时，该程序转到其中控制单元30确定该催化剂异常的步骤S34。然后结束该例程。当步骤S33的判定是否定的(假)时，该程序转到步骤S35，在其中控制单元30把第二退化诊断结果标志F_ATS_NG2置成“假”(F_ATS_NG2＝假)。然后结束该例程。
图12示出从宽范围型空气/燃料比传感器的输出计算实际空气/燃料比(实际λ)的流程图。用于NOX捕集催化剂元件17的上游侧和下游侧传感器的输出类似地用于计算其各自的实际空气/燃料比。
在步骤S41，控制单元30读每个空气/燃料比传感器的泵电流。在步骤S42，控制单元30利用图13中所示的表把泵电流转换成实际空气/燃料比Rlamb0。在步骤S43，控制单元30通过进行加权平均处理得到最终空气/燃料比(上游侧空气/燃料比Rlambf和下游侧空气/燃料比Rlambr)。
图14示出为了计算目标加速要求燃料喷射量Qfdrv所使用的流程图。
在步骤S51，控制单元30读发动机速度Ne和加速器踏板开度APO。在步骤S52，控制单元30根据发动机速度Ne和加速器踏板开度APO从图15中示出的图中检索基本燃料喷射量Mqdrv。
在步骤S53，控制单元30计算用于空转速度控制的空转校正量Qfisc。在步骤S54，控制单元30通过对基本燃料喷射量Mqdrv加上空转校正量Qfisc得到目标加速要求燃料喷射量Qfdrv。然后结束该例程。
图16是得到进气系统的响应时间常数等效值Kkin的流程图。
在步骤S61，控制单元30读发动机速度Ne、目标加速要求燃料喷射量Qfdrv、进气压力Pint和EGR比Megrd。
在步骤S62，控制单元30利用图17中的图从发动机速度Ne和目标加速要求燃料喷射量Qfdrv计算容积效率基本值Kinb，并且利用图18中示出的表从进气压力Pint计算容积效率进气压力校正值kinh。
在步骤S63，控制单元30利用下面的式(2)，从容积效率基本值Kinb、容积效率进气压力校正值Kinh以及EGR比Megrd计算容积效率等效值Kin。
Kin＝Kinb×Kinh×1/(1Megrd/100)          (2)
在步骤S64，控制单元30通过使容积效率等效值Kin乘以体积比KVOL来计算进气系统的响应时间常数等效值Kkin。然后，结束该例程。这里，体积比KVOL是进气系统体积Vm和汽缸冲程容积Vc之间的比(Vc/Vm)。
图19是计算汽缸进气新鲜空气(fresh air)量Qac的流程图。
在步骤S71，控制单元30读气流计(AFM)的输出电压。在步骤S72，控制单元30利用图20中示出的表把该输出电压转换成进气量Qas。在步骤S73，控制单元30对进气量Qas进行加权平均处理以得到值Qas0。
在步骤S74，控制单元30读发动机速度Ne。在步骤S75，控制单元30利用下面的式(3)从进气量Qas0、发动机速度Ne以及常数KCON#计算每个汽缸的进气量Qac0。
Qac0＝Qas0/Ne×KCON#                (3)
在步骤S76，控制单元30对每个汽缸进气量Qac0的k次计算进行延迟处理以得到入口新鲜空气量Qacn＝Qac0n-k。
在步骤S77，控制单元30利用下面的公式(4)，通过从响应时间常数等效值Kin和收集器入口新鲜空气量Qacn进行延迟处理来计算汽缸进气新鲜空气量Qac。
Qac＝Qacn-1×(1-Kkin)+Qacn×Kkin    (4)
图21是用来计算排气系统HC量(还原剂量)的流程图。类似地利用NOX捕集催化剂元件17的上游侧以及下游侧传感器的输出以计算它们各自的排气系统HC量。
在步骤S81，控制单元30读汽缸进气新鲜空气量Qac和空气/燃料比Rlamb(Rlambf和Rlambr)。
在步骤S82，控制单元30利用下面的式(5)计算HC量。
HC＝Qac/(Blmab#×Ralmb)             (5)
其中Blmab#是一个常数。
在步骤S83，控制单元30对步骤S82得到的HC量进行加权平均处理以得到最终HC量，并且分别设定NOX捕集催化剂元件的上游侧和下游侧HC量为HC_F和HC_R。
借助本发明的如此配置的实施例，在废气环境向浓端或者向稀薄端改变的正常发动机运行条件下执行第一退化诊断，并且从分别设置在废气后处理设备上游侧和下游侧的第一和第二废气环境检测装置之间的检测结果变化诊断该废气后处理设备的退化。当第一退化诊断的结果指示正在发生该废气后处理设备的退化时，执行第二退化诊断。为了执行该第二退化诊断，把发动机运行条件改变到诊断运行条件。该第二退化诊断安排成从第二废气环境检测装置的检测结果变化诊断该废气后处理设备。利用该第一和第二退化诊断的组合，该依据本发明的诊断系统能改进诊断精度并且同时遏制燃料消耗的退化。
利用这种按照本发明配置的实施例，由于在从稀薄燃烧运行向浓燃烧运行(浓强化控制)过渡期间或者在从浓燃烧运行向稀薄燃烧运行过渡期间进行第一退化诊断，容易在不恶化发动机性能的情况下进行废气后处理设备的诊断。
另外，该第一退化诊断安排成计算从第一废气环境检测装置的输出改变成一预定值的第一时刻到第二废气环境检测装置的输出也改变到该预定值的第二时刻的时间间隔之间的该第一废气环境检测装置的输出与该第二废气环境检测装置的输出之间的差的积分，并且安排成根据该得到的积分量诊断该废气后处理设备的退化。这种方案大大改进诊断精度。
即，在通过测量下游侧空气/燃料比(出口λ)保持在理想配比空气/燃料比附近的时间间隔ΔT并且使该时间间隔和阈值比较来诊断催化剂的退化的情形中，如图22A和22B所示，如果浓强化控制期间对空气/燃料比的控制发生波动，存在着由于保持在理想配比空气/燃料比附近的比率的时间间隔ΔT变化而做出错误诊断的可能性。
与此相反，如图23A和23B中所示那样，即使在浓强化控制期间对空气/燃料比的控制发生波动，该计算积分量∑(ΔHC)并且基于该积分量诊断废气后处理设备的退化的诊断方法由于波动小而改进了诊断精度。
另外，由于依据本发明的该实施例的第二退化诊断安排成通过使发动机操作过渡到理想配比空气/燃料比控制来执行退化诊断，因此精确地诊断废气后处理设备的退化变成可能。
而且，依据本发明的该实施例的第二退化诊断安排成通过基于第二废气环境检测装置的输出把废气的空气/燃料比反馈控制在理想配比空气/燃料比附近、测量该反馈控制期间的反馈量的反转周期、并且基于该反转周期诊断该废气后处理设备的退化来进行退化诊断。这种方案能实现高精度诊断。
通过把依据本发明的诊断系统成应用于对附着在压缩点火发动机，例如柴油发动机上的废气后处理设备进行退化诊断，由于诊断分成二个阶段，提高了该诊断系统的优点。即，在汽油发动机的情况下，至少在高负载运行区中发动机在理想配比空气/燃料比邻域工作，从而可能首先根据反馈控制期间反馈量的反转周期进行诊断。
本申请基于2003年4月2日在日本申请的日本2003-99656号专利申请。该日本专利申请的整个内容收录作为参考。
尽管上面通过参照本发明的一个实施例说明了本发明，但本发明不受上面说明的实施例的限制。鉴于上面的描述的领导，本领域技术人员可想到对上面说明的该实施例的各种修改和变型。本发明的范围是参照下述权利要求书定义的。

Claims (16)

1.一种用于内燃发动机的废气后处理设备诊断系统，包括：
一个用于改变发动机废气中氧化剂和还原剂之间比率的废气环境改变部分；
一个设置在该发动机的排气通道中的废气后处理设备，该废气后处理设备根据该比率选择性地执行对废气的吸附操作和还原操作；
设置在该废气后处理设备的上游的第一废气环境检测器，该第一废气环境检测器检测该废气后处理设备上游的废气的氧化剂和还原剂之间的第一比率；
设置在该废气后处理设备的下游的第二废气环境检测器，该第二废气环境检测器检测该废气后处理设备下游的废气的氧化剂和还原剂之间的第二比率；
根据在废气环境发生改变的第一发动机运行条件下得到的该第一和第二比率来诊断该废气后处理设备的退化的第一退化诊断部分；以及
当该第一退化诊断部分诊断出该废气后处理设备退化时，根据在第二发动机运行条件下得到的该第一和第二比率诊断该废气后处理设备的退化的第二退化诊断部分。
2.如权利要求1所述的诊断系统，其中，当发动机运行条件从稀薄燃烧运行改变到浓燃烧运行或者从浓燃烧运行改变到稀薄燃烧运行时，该第一退化诊断部分诊断该废气后处理设备的退化。
3.如权利要求2所述的诊断系统，其中，该第一退化诊断部分包括一个积分部分，其用于计算从第一废气环境检测器的输出改变成一预定值的第一时刻到第二废气环境检测器的输出也改变到该预定值的第二时刻的时间之中该第一废气环境检测器的输出和该第二废气环境检测器的输出之间的差的积分量，并且该第一退化诊断部分根据该积分量诊断该废气后处理部分的退化。
4.如权利要求1所述的诊断系统，其中，该第二退化诊断部分通过使发动机运行条件过渡到理想配比空气/燃料比运行条件来诊断该废气后处理设备的退化。
5.如权利要求4所述的诊断系统，其中，该第二退化诊断部分包括一个用于根据该第二废气环境检测器的输出把废气的空气/燃料比反馈控制到理想配比空气/燃料比附近的废气空气/燃料比反馈控制部分，以及一个用于测量在由该废气空气/燃料比反馈控制部分执行反馈控制期间反馈量的周期的周期测量部分，并且其中该第二退化诊断部分根据该周期诊断该废气后处理设备的退化。
6.如权利要求1所述的诊断系统，其中，把该废气后处理设备安装在一个压缩点火发动机上。
7.如权利要求1所述的诊断系统，其中，该第一退化诊断部分诊断该废气后处理设备的退化的第一发动机运行条件包括暂时把发动机运行条件从稀薄燃烧条件改变到浓燃烧条件的浓强力控制条件。
8.如权利要求1所述的诊断系统，其中，该第二退化诊断部分诊断该废气后处理设备的退化的第二发动机运行条件包括理想配比空气/燃料比控制。
9.如权利要求1所述的诊断系统，其中，该废气后处理设备选择性地执行对废气中的氧化氮的吸附操作以及对该氧化氮的还原操作。
10.如权利要求1所述的诊断系统，其中，该第一退化诊断部分根据把发动机运行条件暂时从稀薄燃烧条件改变到浓燃烧条件的操作后得到的该第一和第二比率来诊断该废气后处理设备的退化。
11.如权利要求1所述的诊断系统，其中，该废气后处理设备包括NOX捕集催化剂。
12.如权利要求11所述的诊断系统，其中，该废气后处理设备还包括安装在该NOX捕集催化剂下游的柴油颗粒过滤器。
13.如权利要求12所述的诊断系统，其中，该废气后处理设备还包括安装在该NOX捕集催化剂上游的氧化催化剂。
14.如权利要求1所述的诊断系统，其中，该第一退化诊断部分根据浓强化控制期间催化剂下游侧空气/燃料比相对于催化剂上游侧空气/燃料比的变化来诊断该废气后处理设备的退化，并且该第二退化诊断部分在该第一退化诊断做出退化诊断时，从理想配比控制期间对催化剂下游侧空气/燃料比进行反馈控制下的反馈量的反转周期来诊断该废气后处理设备的退化。
15.一种为内燃发动机诊断废气后处理设备的方法，该废气后处理设备设置在发动机的排气通道中并且根据废气中由一个废气环境改变部分改变的氧化剂和还原剂之间的比率来净化发动机的废气，该方法包括：
检测该废气后处理设备上游废气的氧化剂和还原剂之间的第一比率；
检测该废气后处理设备下游废气的氧化剂和还原剂的第二比率；
根据在废气环境发生改变的第一发动机运行条件下得到的该第一和第二比率执行第一诊断以诊断该废气后处理设备的退化；以及
当该第一退化诊断部分诊断出该废气后处理部分退化时，根据在第二发动机运行条件下得到的该第一和第二比率执行第二诊断以诊断该废气后处理设备的退化。
16.一种用于内燃发动机的废气后处理设备的诊断系统，包括：
用于改变发动机废气中氧化剂和还原剂之间比率的废气环境改变装置；
用于通过根据由该废气环境改变装置改变的比率选择性地执行对废气的吸附操作和还原操作来净化废气的废气后处理装置，该废气后处理装置设置在发动机的排气通道中；
用于检测该废气后处理设备上游废气的氧化剂和还原剂之间的第一比率的第一废气环境检测装置，该第一废气环境检测装置设置在该废气后处理装置的上游；
用于检测该废气后处理设备下游废气的氧化剂和还原剂之间的第二比率的第二废气环境检测装置，该第二废气环境检测装置设置在该废气后处理装置的下游；
用于根据在废气环境发生改变的第一发动机运行条件下得到的该第一和第二比率诊断该废气后处理装置的退化的第一退化诊断装置；以及
当该第一退化诊断装置诊断出该废气后处理装置退化时，根据在第二发动机运行条件下得到的该第一和第二比率诊断该废气后处理装置的退化的第二退化诊断装置。
CNB200410033367XA 2003-04-02 2004-04-02 内燃发动机废气后处理设备的诊断系统 Expired - Fee Related CN100362219C (zh)

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