專利名稱：催化劑后氧傳感器診斷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于車輛的診斷系統(tǒng)，更具體地涉及催化劑后氧氣傳 感器診斷。
背景技術(shù)：
在燃燒過程中，汽油被氧化且氫(H)和碳(C)與空氣結(jié)合。形 成各種化學(xué)化合物，包括二氧化碳(C02)、水(1120)、 一氧化碳(CO)、 氧化氮(NO,)、未燃的碳?xì)浠衔?HC)、氧化硫(SO,)及其他化合物。汽車廢氣系統(tǒng)包括催化轉(zhuǎn)換器，該催化轉(zhuǎn)換器通過將廢氣化學(xué)地 轉(zhuǎn)換成二氧化碳(C02 )、氮(N )和水(H20 )來減少廢氣排放。廢氣氧 傳感器產(chǎn)生一指示廢氣的氧氣含量的信號。入口或催化劑前氧氣傳感 器監(jiān)測與催化轉(zhuǎn)換器的入口廢氣流相關(guān)聯(lián)的氧氣水平。該入口 02傳感 器也是將引擎的空氣-燃料(A/F)比例維持在支持催化轉(zhuǎn)換過程所需 的化學(xué)上正確或化學(xué)配比的A/F比例的初級反饋機(jī)制。出口或催化劑 后氧氣傳感器監(jiān)測與催化轉(zhuǎn)換器的出口廢氣流相關(guān)聯(lián)的氧氣水平。該 后02傳感器信號被用于次級A/F比例控制。系統(tǒng)診斷要求氧氣傳感器正常運(yùn)作。因此，氧氣傳感器被周期性 檢查以確保正常運(yùn)作。常規(guī)上，診斷采用侵入式檢查來檢查傳感器的 工作。在侵入式檢查時(shí)，操縱A/F比例并監(jiān)測傳感器響應(yīng)。然而，這 些侵入式檢查會增加廢氣排放與/或?qū)е乱娌环€(wěn)定、以及車輛操作員 會注意到的駕駛性能降低。此外，常規(guī)診斷比期望的更為復(fù)雜和計(jì)算 強(qiáng)度大。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明提供了 一種包括催化劑和催化劑后氧氣傳感器的用 于廢氣系統(tǒng)的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)。該引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng) 包括笫一模塊，該第一模塊基于由該催化劑后氧氣傳感器產(chǎn)生的信號 來計(jì)算總積分面積。第二模塊將該總積分面積與閾值積分面積比較， 并在該總積分面積小于該閾值積分面積時(shí)產(chǎn)生通過狀態(tài)信號。在另 一特征中，該第二模塊在該總積分面積不小于該閾值積分面 積時(shí)產(chǎn)生失敗狀態(tài)信號。在其他特征中，該引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)還包括使該總積分面積標(biāo)準(zhǔn)化(normalize)的第三模塊。該總積分面積基于廢氣氣體的平 均流量被標(biāo)準(zhǔn)化?；蛘?，該總積分面積基于催化劑前氧氣傳感器的開 關(guān)狀態(tài)被標(biāo)準(zhǔn)化。在另外其他特征中，該第一模塊從該總積分面積扣減與信號反轉(zhuǎn) (signal reversal )相關(guān)聯(lián)的積分面積。相應(yīng)地，該引擎廢氣傳感器 診斷系統(tǒng)還包括第三模塊，該第三模塊監(jiān)測所述信號，且在從富足到 貧乏(lean)的轉(zhuǎn)變過程中信號超過連續(xù)更新的最小信號值時(shí)指示信 號反轉(zhuǎn)?；蛘?，該引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)還包括第三模塊，其中該 第三模塊監(jiān)測信號，且在從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變過程中信號低于連續(xù)更 新的最大信號值時(shí)指示信號反轉(zhuǎn)。通過在下文中提供的詳細(xì)描述，將顯而易見本發(fā)明的其他應(yīng)用范 圍。應(yīng)理解，盡管示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的該詳細(xì)描述和具體示 例，其目的僅僅是用于說明而非旨在限制本發(fā)明的范圍。


通過詳細(xì)描述和附圖，可以更全面地理解本發(fā)明，附圖中圖1為引擎系統(tǒng)的功能性方框圖，該引擎系統(tǒng)包括一執(zhí)行本發(fā)明的催化劑后氧氣傳感器診斷的控制模塊；圖2為示出由催化劑后氧氣傳感器產(chǎn)生的示例性信號的曲線圖； 圖3為示出依據(jù)本發(fā)明的催化劑后氧氣傳感器診斷的示例性氧氣傳感器信號的曲線圖；圖4為示出依據(jù)本發(fā)明的催化劑后氧氣傳感器診斷的反轉(zhuǎn)凍結(jié) (reverse freezing)的曲線圖；圖5為示出由催化劑后氧氣傳感器診斷執(zhí)行的示例性步驟的流程圖；以及圖6為執(zhí)行催化劑后氧氣傳感器診斷的示例性模塊的功能性方框圖。
具體實(shí)施方式
對優(yōu)選實(shí)施例的下述描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，且不旨在限 制本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。為了清楚，在圖中使用相同的參考符號來 表示相同的元件。如本文所使用的，術(shù)語"模塊，，是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享 的、專用的或者分組)和存儲器、組合邏輯電路、與/或提供所述功能 性的其他合適部件?，F(xiàn)在參考圖1，引擎系統(tǒng)10包括引擎12、廢氣系統(tǒng)14和控制模 塊16。空氣通過節(jié)流閥17和進(jìn)氣歧管18被吸入引擎12,并與引擎12 內(nèi)的燃料混合。空氣和燃料混合物在汽缸(未示出)內(nèi)燃燒以產(chǎn)生驅(qū) 動扭矩。通過燃燒產(chǎn)生的氣體通過廢氣歧管19和廢氣系統(tǒng)14離開引 擎。廢氣系統(tǒng)14包括催化轉(zhuǎn)換器22、下文中稱為前02傳感器24的催 化劑前或入口氧氣傳感器24、以及下文中稱為后02傳感器26的催化 劑后氧氣傳感器26。廢氣氣體在催化轉(zhuǎn)換器22內(nèi)被處理且排放到空氣 中。前02傳感器24和后02傳感器26產(chǎn)生各自的電壓信號，這些電壓 信號傳遞到控制模塊16。前02和后02傳感器信號分別指示進(jìn)入和離開 催化轉(zhuǎn)換器22的廢氣的氧氣含量?？刂颇K16與燃料系統(tǒng)(未示出) 通信以基于傳感器信號來調(diào)節(jié)到引擎12中的燃料流量?，F(xiàn)在參考圖2，后02傳感器26典型地為窄范圍"開關(guān)"傳感器。 電壓輸出信號是由該傳感器基于通過其的廢氣氣體的氧氣含量而產(chǎn)生 的。從圖2可以最好地看出，由正常或運(yùn)行的傳感器產(chǎn)生的氧氣傳感 器信號基于廢氣氣體的氧氣含量而變化。故障的氧氣傳感器的最常見 特征為遲鈍或緩慢的響應(yīng)。例如，對于故障的氧氣傳感器，信號從富 足到貧乏與/或從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間量增加?，F(xiàn)在參考圖3，本發(fā)明的催化劑后氧氣傳感器診斷通過計(jì)算在從 富足到貧乏與/或從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變期間該傳感器的電壓信號(VP02) 以上或以下的積分面積(IA)，來監(jiān)測后02傳感器26的性能。當(dāng)信號 轉(zhuǎn)變速度減小時(shí)，IA增加。將IA與閾值IA ( IATHR)比較以確定該信號 是否已經(jīng)惡化得使得后02傳感器26應(yīng)維修或更換。優(yōu)選地在非侵入式動作過程中來執(zhí)行該催化劑后氧氣傳感器診 斷。例如，可以在減速燃料切斷(deceleration fuel cut-off, DFCO) 操作過程中執(zhí)行該診斷，在該過程中，由于車輛減速過程中到汽釭的燃料切斷，信號從富足轉(zhuǎn)變?yōu)樨毞?。類似地，可以在信號從貧乏轉(zhuǎn)變 為富足的非侵入式操縱過程中執(zhí)行該診斷。然而還預(yù)期，可以通過根 據(jù)期望而侵入式地命令從貧乏到富足或富足到貧乏的轉(zhuǎn)變，來執(zhí)行該 診斷。分別計(jì)算第一電壓Vi和第二電壓V2和信號到達(dá)相應(yīng)電壓的時(shí)間tl 和t2之間的IA?；趯Υ呋瘎┖笱鯕鈧鞲衅骱痛呋D(zhuǎn)換器狀態(tài)的多種 組合的貧乏(例如，在DFC0期間)和富足轉(zhuǎn)變的初級數(shù)據(jù)分析，來選 擇V,和V2。例如，該初級數(shù)據(jù)包括使用下述組合而收集到的數(shù)據(jù)良 好(即，正常運(yùn)作的)催化劑后氧氣傳感器與良好催化劑的組合、良 好催化劑后氧氣傳感器與不良(即，不正常運(yùn)作的)催化劑的組合、 不良催化劑后氧氣傳感器和不良催化劑的組合、以及不良催化劑后氧 氣傳感器和良好催化劑的組合。選擇對于催化劑后氧氣傳感器的失效 最為敏感且同時(shí)對催化轉(zhuǎn)換器狀態(tài)最不敏感的電壓。分別選擇用于從 富足到貧乏的轉(zhuǎn)變和從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變的電壓。現(xiàn)在參考圖4,催化劑后氧氣傳感器實(shí)施一反轉(zhuǎn)凍結(jié)程序(reverse freezing routine)以濾除信號轉(zhuǎn)變過程中的不良數(shù)據(jù)。在某些情形 中，信號在轉(zhuǎn)變過程中可以臨時(shí)反轉(zhuǎn)。例如，對于從富足到貧乏轉(zhuǎn)變 的情形中，如圖4所示，信號可以在與轉(zhuǎn)變方向相反的方向上臨時(shí)增 大或形成尖峰。更具體而言，由于信號在該轉(zhuǎn)變過程中減小，最小電 壓(VMIN)持續(xù)被更新。如果該信號反轉(zhuǎn)(即，大于V固)，則發(fā)生了反 轉(zhuǎn)。因此催化劑后氧氣傳感器診斷忽略在該信號反轉(zhuǎn)的時(shí)間(tRBV)內(nèi) 該信號下方的面積。IA計(jì)算成可使用的或有效的積分面積(例如，IAx 和IAy)之和。對于從貧乏到富足轉(zhuǎn)變的情形，信號在轉(zhuǎn)變過程中增大。 因此，這種情況下，最大電壓(VMAX)持續(xù)被更新，如果信號低于VMAX 則發(fā)生反轉(zhuǎn)。催化劑后氧氣傳感器診斷還實(shí)施對積分參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化程序。更具 體而言，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化的IA(IA,m)，將該IA與IA麗比較。在一個特征 中，基于在從富足到貧乏和從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變開始時(shí)的平均廢氣流 量來標(biāo)準(zhǔn)化IA，以減小在轉(zhuǎn)變開始時(shí)平均廢氣流量變化引起的IA變 化。下述方程被用于基于平均廢氣流量的標(biāo)準(zhǔn)化IA,m = ( IA ) ( Eavc )其中Eg為平均廢氣流量。系數(shù)T為基于使用自動化工具來支持的最小二乘統(tǒng)計(jì)方法所確定的校準(zhǔn)值，該自動化工具允許系數(shù)的多個未 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)輸入和標(biāo)準(zhǔn)化輸出?；谵D(zhuǎn)變是從富足到貧乏還是從貧乏到富足，來提供T的不同值。在另一個特征中，基于在從富足到貧乏 和從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變期間前02傳感器24的開關(guān)速率(例如，600至 300mV)來標(biāo)準(zhǔn)化IA。下述方程用于基于平均廢氣流量的標(biāo)準(zhǔn)化 IA麵- ( IA) (SR) t其中SR為前02傳感器24的開關(guān)速率，系數(shù)T為按照與上述類似 的方式確定的校準(zhǔn)值。現(xiàn)在參考圖5，描述本發(fā)明的催化劑后氧氣傳感器診斷所執(zhí)行的 示例性步驟。在步驟500,控制確定是否使能該催化劑后氧氣傳感器診 斷。例如，如果將發(fā)生非侵入式燃料轉(zhuǎn)變(例如，DFCO)，則使能該診 斷。然而可以理解，可以在任何認(rèn)為適當(dāng)?shù)臅r(shí)間使能該診斷，以及可 以使用侵入式燃料轉(zhuǎn)變來使能該診斷。如果診斷未被使能，則控制回 路返回。如果診斷被使能，則在步驟502，控制確定該燃料轉(zhuǎn)變是否為 從富足到貧乏。如果轉(zhuǎn)變?yōu)閺母蛔愕截毞Φ霓D(zhuǎn)變，則控制在步驟504 繼續(xù)。如果轉(zhuǎn)變不是從富足到貧乏的轉(zhuǎn)變，則控制在步驟506繼續(xù)。在步驟504，控制監(jiān)測VP。2。在步驟508,控制更新VMIN。在步驟 510，控制確定V^是否超過VP。2。如果V,超過VP。2，則信號反轉(zhuǎn)發(fā)生 了且在該時(shí)間內(nèi)V剛下方的面積不應(yīng)被考慮。因此，控制在步驟512更 新UBv且回路返回到步驟504。如果V,不超過VP。2,控制在步驟514確 定Vp。2是否等于V"如果Vp。2不等于V"則控制回路返回到步驟504。 如果V剛等于V2，則控制在步驟516繼續(xù)。在步驟506，控制監(jiān)測VP。2?？刂圃诓襟E518更新VMAX。在步驟520， 控制確定V^是否小于VP。2。如果Vm小于VP。2,則信號反轉(zhuǎn)已發(fā)生且在 該時(shí)間內(nèi)Vm下方的面積不應(yīng)被考慮。因此，控制在步驟522更新tm 且回路返回到步驟506。如果V^不小于VP。2，控制在步驟524確定VP。2 是否等于V"如果Vp。2不等于V"則控制回路返回到步驟506。如果Vp。2 等于V^控制在步驟516繼續(xù)。在步驟516,控制確定IAN。KM?？刂圃诓襟E526確定IA,是否小于 IATHR。如果IA隨m小于IA ，則控制在步驟528指示后02傳感器26的 通過(PASS)狀態(tài)且控制結(jié)束。如果IA腿m不小于IA ，則控制在步驟 530指示后02傳感器26的失敗(FAIL)狀態(tài)且控制結(jié)束?，F(xiàn)在參考圖6，描述執(zhí)行本發(fā)明的催化劑后氧氣傳感器診斷的示 例性模塊。該示例性模塊包括反轉(zhuǎn)凍結(jié)模塊600、 IA計(jì)算模塊602、 IA 標(biāo)準(zhǔn)化模塊604以及比較器模塊606。反轉(zhuǎn)凍結(jié)模塊600監(jiān)測VPQ2并將 Vp。2值發(fā)送到IA計(jì)算模塊602。更具體而言，反轉(zhuǎn)凍結(jié)模塊600濾除與 反轉(zhuǎn)時(shí)間段(tRBV)相對應(yīng)的任何V剛值。IA計(jì)算模塊602基于由反轉(zhuǎn)凍結(jié)模塊600發(fā)送的Vp。2值來計(jì)算IA。 IA標(biāo)準(zhǔn)化模塊604基于IA確定IA,m。更具體而言，IA標(biāo)準(zhǔn)化模塊604 基于T以及E^與/或SR來標(biāo)準(zhǔn)化IA，其中T基于轉(zhuǎn)變類型選自預(yù)存 儲值。比較器模塊606比較IA國和IATHR，并基于其產(chǎn)生通過或失敗信 號。更具體而言，如果IA麵小于IATflR，比較器模塊606產(chǎn)生通過信號， 且如果IA麵不小于IATBR，比較器模塊606產(chǎn)生失敗信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于前述描述現(xiàn)在可以理解，本發(fā)明的廣泛教導(dǎo) 可以按各種形式來實(shí)施。因此，盡管已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明具體示例來描述 本發(fā)明，但是本發(fā)明的真實(shí)范圍不應(yīng)如此受限，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員 在研究附圖、說明書和權(quán)利要求之后可以顯而易見其他改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于包括催化劑和催化劑后氧氣傳感器的廢氣系統(tǒng)的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，包括第一模塊，基于由所述催化劑后氧氣傳感器產(chǎn)生的信號來計(jì)算總積分面積；以及第二模塊，將所述總積分面積與閾值積分面積比較，且在所述總積分面積小于所述閾值積分面積時(shí)產(chǎn)生通過狀態(tài)信號。
2. 如權(quán)利要求l所述的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，其中當(dāng)所述總積 分面積不小于所述閾值積分面積時(shí)，所述第二模塊產(chǎn)生失敗狀態(tài)信號。
3. 如權(quán)利要求l所述的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，還包括標(biāo)準(zhǔn)化所 述總積分面積的第三模塊。
4. 如權(quán)利要求3所述的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，其中所述總積分 面積基于廢氣氣體的平均流量被標(biāo)準(zhǔn)化。
5. 如權(quán)利要求3所述的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，其中所述總積分 面積基于催化劑前氧氣傳感器的開關(guān)速率而被標(biāo)準(zhǔn)化。
6. 如權(quán)利要求l所述的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，其中所述第一模 塊從所述總積分面積扣減與信號反轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的積分面積。
7. 如權(quán)利要求6所述的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，還包括第三模塊， 所述第三模塊監(jiān)測所述信號，且在從富足到貧乏的轉(zhuǎn)變期間所述信號超 過連續(xù)更新的最小信號值時(shí)指示所述信號反轉(zhuǎn)。
8. 如權(quán)利要求6所述的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，還包括第三模塊， 所述第三模塊監(jiān)測所述信號，且在從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變期間所述信號低 于連續(xù)更新的最大信號值時(shí)指示所述信號反轉(zhuǎn)。
9. 一種確定催化劑后氧氣傳感器的正常工作的方法，包括 基于由所述催化劑后氧氣傳感器產(chǎn)生的信號來計(jì)算總積分面積； 將所述總積分面積與閾值積分面積比較；以及 在所述總積分面積小于所述閾值積分面積時(shí)產(chǎn)生通過狀態(tài)信號。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述總積分面積不小于所 述閾值積分面積時(shí)產(chǎn)生失敗狀態(tài)信號。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括標(biāo)準(zhǔn)化所述總積分面積。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述總積分面積基于廢氣氣體 的平均流量被標(biāo)準(zhǔn)化。
13. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述總積分面積基于催化劑前 氧氣傳感器的開關(guān)速率被標(biāo)準(zhǔn)化。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括從所述總積分面積扣減與信 號反轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的積分面積
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括 監(jiān)測所述信號；以及在從富足到貧乏的轉(zhuǎn)變期間所述信號超過連續(xù)更新的最小信號值時(shí) 指示所述信號反轉(zhuǎn)。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括 監(jiān)測所述信號；以及在從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變期間所述信號低于連續(xù)更新的最大信號值時(shí) 指示所述信號反轉(zhuǎn)。
17. —種確定催化劑后氧氣傳感器的正常工作的方法，包括 在富足到貧乏之間轉(zhuǎn)變空氣-燃料比例；基于在富足和貧乏之間的轉(zhuǎn)變期間由所述催化劑后氧氣傳感器產(chǎn)生 的信號來計(jì)算總積分面積；將所述總積分面積與閾值積分面積比較；在所述總積分面積小于所述閾值積分面積時(shí)產(chǎn)生通過狀態(tài)信號；以及在所述總積分面積不小于所述閾值積分面積時(shí)產(chǎn)生失敗狀態(tài)信號。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括標(biāo)準(zhǔn)化所述總積分面積。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述總積分面積基于廢氣氣體 的平均流量被標(biāo)準(zhǔn)化。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述總積分面積基于催化劑前 氧氣傳感器的開關(guān)速率被標(biāo)準(zhǔn)化。
21. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括從所述總積分面積扣減與信 號反轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的積分面積
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，還包括 監(jiān)測所述信號；以及在從富足到貧乏的轉(zhuǎn)變期間所述信號超過連續(xù)更新的最小信號值時(shí) 指示所述信號反轉(zhuǎn)。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，還包括監(jiān)測所述信號；以及在從貧乏到富足的轉(zhuǎn)變期間所述信號低于連續(xù)更新的最大信號值時(shí) 指示所述信號反轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及催化劑后氧傳感器診斷。一種用于包括催化劑和催化劑后氧氣傳感器的廢氣系統(tǒng)的引擎廢氣傳感器診斷系統(tǒng)，包括基于由該催化劑后氧氣傳感器產(chǎn)生的信號來計(jì)算總積分面積的第一模塊。第二模塊將該總積分面積與閾值積分面積比較，且在該總積分面積小于所述閾值積分面積時(shí)產(chǎn)生通過狀態(tài)信號。
文檔編號F01N11/00GK101240751SQ20081007422
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者I·阿尼洛維奇, J·F·亞當(dāng)斯, T·L·廳, Z·王 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司