專利名稱：根據(jù)氧傳感器曲線算法得到的微分面積的催化劑狀態(tài)監(jiān)控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛所用的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及監(jiān)控著催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑的狀態(tài)的診斷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
催化轉(zhuǎn)化器減少了使用內(nèi)燃機(jī)的車輛中的廢氣排放。三效催化轉(zhuǎn)化器包括帶有催化劑材料涂層的襯底，這些催化劑材料促進(jìn)了廢氣中的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉难趸约暗难趸锏臏p少。當(dāng)催化劑的溫度高于最低水平并且當(dāng)空氣/燃料比率為化學(xué)計(jì)量時(shí)，催化劑作用最佳?；瘜W(xué)計(jì)量被定義為理想的空氣/燃料比率，對(duì)于汽油而言為14.7至1。空氣/燃料比率被稱為“濃”通常與比率低于化學(xué)計(jì)量有關(guān)。類似地，空氣/燃料比率被稱為“稀”通常與比率高于化學(xué)計(jì)量有關(guān)。
在一種車輛構(gòu)型中，第一和第二氧傳感器位于車輛廢氣中。第一氧傳感器定位于催化轉(zhuǎn)化器的上游位置。第二氧傳感器定位于催化轉(zhuǎn)化器的下游位置。這些氧傳感器測(cè)量廢氣中的氧含量。一般地，催化轉(zhuǎn)化器的效率基于其在特定時(shí)期內(nèi)保持氧充量的能力。
一種確定催化轉(zhuǎn)化器的效率的方法為測(cè)量廢氣中的氧含量響應(yīng)于控制空氣/燃料比率到達(dá)預(yù)定閾值所用的時(shí)間差。催化轉(zhuǎn)化器的效率與該時(shí)間差成比例。更具體而言，隨著時(shí)間差增加，催化轉(zhuǎn)化器保持氧充量的能力就增加。
在一種方法中，控制了稀空氣/燃料比率。對(duì)下游氧傳感器進(jìn)行監(jiān)控并且確定控制時(shí)間與閾值時(shí)間之間的時(shí)間差。該時(shí)間差被認(rèn)為確定了催化轉(zhuǎn)化器保持氧充量的能力。

發(fā)明內(nèi)容
用于監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑狀態(tài)的控制系統(tǒng)和方法包括控制第一空氣/燃料比率。監(jiān)控來(lái)自第一氧傳感器的第一信號(hào)和來(lái)自第二氧傳感器的第二信號(hào)?？刂频诙諝?燃料比率。根據(jù)第一氧傳感器到達(dá)第一閾值電壓的情況來(lái)確定第一時(shí)間。根據(jù)第二氧傳感器到達(dá)第二閾值電壓的情況來(lái)確定第二時(shí)間。計(jì)算第一與第二時(shí)間之間由第一與第二信號(hào)限定的微分(differential)面積。
根據(jù)其它特征，控制第一空氣/燃料比率包括控制濃空氣/燃料混合物，而控制第二空氣/燃料比率包括控制稀空氣/燃料混合物。監(jiān)控操作包括監(jiān)控來(lái)自位于催化轉(zhuǎn)化器的排氣上游的第一氧傳感器的第一信號(hào)和監(jiān)控來(lái)自位于催化轉(zhuǎn)化器的排氣下游的第二氧傳感器的第二信號(hào)。
通過(guò)閱讀隨后提供的詳細(xì)描述，將會(huì)清楚了解本發(fā)明可適用的其它領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)理解，盡管以下詳細(xì)描述及其特定實(shí)例示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但它們僅用于示例說(shuō)明，而并不用于限制本發(fā)明的范圍。


通過(guò)以下詳細(xì)描述和附圖，將會(huì)更充分地理解本發(fā)明，圖中圖1為車輛所用的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的功能模塊圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的上游和下游氧傳感器的示例性電壓對(duì)時(shí)間曲線；以及圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器狀態(tài)的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述事實(shí)上僅為示例性，并且決非用于限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“模塊”是指特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(共享、專用或組)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路或其它提供所述功能的適用部件。
參看圖1，示出了示例性的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)8。節(jié)氣門10和燃料系統(tǒng)12控制著通過(guò)進(jìn)氣口16輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)14的空氣/燃料混合物。點(diǎn)火系統(tǒng)18點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)14內(nèi)的空氣/燃料混合物。由空氣/燃料混合物的燃燒所產(chǎn)生的廢氣通過(guò)排氣歧管20排出。催化轉(zhuǎn)化器22接收來(lái)自排氣歧管20的廢氣并且減少?gòu)U氣的排放水平。
控制模塊30與發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)8的各個(gè)部件通訊，包括但不限于節(jié)氣門位置傳感器32(TPS)、燃料系統(tǒng)12、點(diǎn)火系統(tǒng)18、質(zhì)量空氣流傳感器36(MAF)和進(jìn)氣歧管空氣壓力傳感器38(MAP)?？刂颇K30接收來(lái)自TPS32的節(jié)氣門位置信號(hào)、來(lái)自MAF36的質(zhì)量空氣流信號(hào)和來(lái)自MAP38的進(jìn)氣歧管空氣壓力信號(hào)。節(jié)氣門位置信號(hào)、質(zhì)量空氣流信號(hào)和進(jìn)氣歧管空氣壓力信號(hào)用來(lái)確定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)14的空氣流。然后利用空氣流數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算由燃料系統(tǒng)12輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)14的相應(yīng)燃料?？刂颇K30還與點(diǎn)火系統(tǒng)18通訊以便確定點(diǎn)火火花定時(shí)。氧傳感器46和48分別置于催化轉(zhuǎn)化器22上游和下游的排氣20中。氧傳感器46和48向控制模塊30輸出表示催化轉(zhuǎn)化器22之前和之后的排氣20中的氧含量的信號(hào)。
控制模塊30可接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)8中的其它部件的附加反饋，包括但不限于來(lái)自冷卻劑溫度傳感器44的冷卻劑溫度和來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器34的發(fā)動(dòng)機(jī)速度(RPM)。控制模塊30還可接收發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)8外部的其它信號(hào)，包括但不限于來(lái)自車輛速度傳感器49的車輛速度信號(hào)。這些及其它變量可能影響發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)8的總體性能和行為?？刂颇K30使用從各種發(fā)動(dòng)機(jī)部件收集的數(shù)據(jù)以便監(jiān)控和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能。在本發(fā)明中，實(shí)施了診斷控制系統(tǒng)來(lái)測(cè)量催化轉(zhuǎn)化器22保持氧充量的能力。
參看圖2，控制模塊30監(jiān)控著分別由上游氧傳感器46和下游氧傳感器48傳遞的上游信號(hào)60和下游信號(hào)62。信號(hào)60和62傳遞了時(shí)間(t)上的電壓(V)。電壓表示了在上游和下游氧傳感器46和48處的排氣20中測(cè)得的氧含量。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，盡管示例的氧傳感器46和48為電壓傳感器，但也可以傳遞其它信號(hào)，如電流信號(hào)、數(shù)字信號(hào)等等，來(lái)表示氧含量。
如同將要所述，當(dāng)上游氧傳感器46到達(dá)上游閾值電壓時(shí)，就獲得第一閾值電壓V1。當(dāng)下游氧傳感器48到達(dá)下游閾值電壓時(shí)，就獲得第二閾值電壓V2。第一和第二閾值電壓V1和V2通過(guò)在第一時(shí)間t1控制空氣/燃料混合物為濃以及在第二時(shí)間t2控制空氣/燃料混合物為稀而獲得。濃空氣/燃料混合物影響上游信號(hào)60從第一時(shí)間t1到第二時(shí)間t2電壓開始增加。因此，下游氧傳感器48具有產(chǎn)生下游信號(hào)62的延遲響應(yīng)，從第一時(shí)間t1到第二時(shí)間t2該下游信號(hào)62電壓增加。
在第二時(shí)間t2處，控制稀空氣/燃料混合物。從第二時(shí)間t2到第四時(shí)間t4上游信號(hào)60電壓減小。下游信號(hào)62滯后于上游信號(hào)并且在第四時(shí)間t4電壓減小至第二閾值電壓V2。第三時(shí)間t3表示第一閾值電壓V1而第四時(shí)間t4表示第二閾值電壓V2。從第三時(shí)間t3到第四時(shí)間t4計(jì)算上游信號(hào)60與下游信號(hào)62之間的微分面積A。微分面積A表示由催化轉(zhuǎn)化器22在時(shí)間(t3至t4)上提供的氧充量(V1至V2)。控制模塊30可隨后將面積A與表示經(jīng)過(guò)凈化器的排放量的預(yù)定值及其它表示漸進(jìn)性能水平的閾值相比較。
繼續(xù)參看圖1和2，并另外參看圖3，示出了一種監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑的狀態(tài)的方法，其總體標(biāo)為100?？刂茝牟襟E108開始。在步驟110中，控制確定是否允許診斷測(cè)試。如果不允許測(cè)試，控制就在步驟111處結(jié)束。如果允許測(cè)試，控制就在步驟112處確定催化轉(zhuǎn)化器22是否已達(dá)到操作溫度。如果催化轉(zhuǎn)化器22未達(dá)到操作溫度，則控制返回步驟112。如果催化轉(zhuǎn)化器22足夠熱，則控制在步驟114中確定車輛速度是否等于零并且發(fā)動(dòng)機(jī)14是否在空轉(zhuǎn)。車輛速度可以通過(guò)例如車輛速度傳感器49來(lái)確定。如果車輛速度并不等于零并且/或者發(fā)動(dòng)機(jī)14并未空轉(zhuǎn)，則控制返回至步驟114。如果車輛速度等于零并且發(fā)動(dòng)機(jī)14在空轉(zhuǎn)，則控制在步驟118中控制第一空氣/燃料比率。根據(jù)圖2中的示例性曲線的第一空氣/燃料比率為在時(shí)間t1處控制的濃空氣/燃料比率。
在步驟120中，監(jiān)控上游信號(hào)60和下游信號(hào)62。在步驟122中，控制確定下游信號(hào)62是否等于第一閾值電壓(V1)。第一閾值電壓(V1)為表示下游氧傳感器48傳遞足夠高的電壓的預(yù)定電壓。足夠高的電壓可為表示催化轉(zhuǎn)化器22響應(yīng)于控制空氣/燃料比率的任何適當(dāng)電壓。如果不等于，則控制返回步驟122。在步驟124中，控制第二空氣/燃料混合物。根據(jù)圖2中的示例性曲線的第二空氣/燃料比率為在時(shí)間t2處控制的稀空氣/燃料比率。在步驟125中，控制確定上游信號(hào)60是否已達(dá)到第二閾值電壓V2。如果上游信號(hào)60未達(dá)到第二閾值電壓V2，則控制返回步驟125。在步驟126中，控制確定下游信號(hào)62是否已達(dá)到第二閾值電壓V2。如果下游信號(hào)62未達(dá)到第二閾值電壓V2，則控制返回步驟126。如果下游信號(hào)62已達(dá)到第二閾值電壓V2，則控制在步驟128中計(jì)算由上游信號(hào)60和下游信號(hào)62在時(shí)間t3至t4上限定的微分面積。應(yīng)當(dāng)理解，盡管在圖2的示例性曲線中，示出的上游信號(hào)60和下游信號(hào)62在時(shí)間t4處會(huì)聚于第二閾值電壓V2，但這兩個(gè)信號(hào)可以不一定必須會(huì)聚。
在步驟130中，根據(jù)微分面積A確定催化轉(zhuǎn)化器保持氧充量的能力。在步驟131中，禁止測(cè)試。然后控制就返回至步驟110?？蓪⑽⒎置娣eA與表示失效模式的閾值進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)例中，微分面積A可生成通過(guò)值或失效值中的一個(gè)。失效值可用于開始失效模式或者在車輛8的儀表板(未示出)上照亮。在另一個(gè)實(shí)例中，微分面積A可用于確定催化轉(zhuǎn)化器的效率或其它操作參數(shù)。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，在確定催化轉(zhuǎn)化器22的狀態(tài)時(shí)，可以考慮補(bǔ)償系數(shù)。補(bǔ)償系數(shù)可說(shuō)明各種條件，例如但不限于催化轉(zhuǎn)化器22的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)14上的負(fù)載以及通過(guò)排氣20的空氣流。
圖3的方法100提供了從步驟118至131標(biāo)示的侵入診斷步驟。步驟112和114提供了對(duì)催化轉(zhuǎn)化器22和車輛10總體上的操作狀態(tài)的初步檢查。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，在開始侵入診斷步驟之前，控制模塊30可采用其它更多或更少的初步檢查。
根據(jù)以上描述，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員現(xiàn)在能夠理解，本發(fā)明的廣義思想能夠按照各種形式實(shí)現(xiàn)。因此，盡管以上結(jié)合其特定實(shí)例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的真正范圍不應(yīng)當(dāng)被限制于此，因?yàn)樵谘芯苛烁綀D、說(shuō)明書和以下權(quán)利要求之后，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)清楚其它改型。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑狀態(tài)的方法，包括控制第一空氣/燃料比率；監(jiān)控來(lái)自第一氧傳感器的第一信號(hào)和來(lái)自第二氧傳感器的第二信號(hào)；控制第二空氣/燃料比率；根據(jù)所述第一氧傳感器到達(dá)第一閾值電壓的情況來(lái)確定第一時(shí)間；根據(jù)所述第二氧傳感器到達(dá)第二閾值電壓的情況來(lái)確定第二時(shí)間；以及計(jì)算所述第一與第二時(shí)間之間由所述第一與第二信號(hào)限定的微分面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中控制所述第一空氣/燃料比率包括控制濃空氣/燃料混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中監(jiān)控操作包括監(jiān)控來(lái)自位于所述催化轉(zhuǎn)化器的排氣上游的所述第一氧傳感器的所述第一信號(hào)；以及監(jiān)控來(lái)自位于所述催化轉(zhuǎn)化器的排氣下游的所述第二氧傳感器的所述第二信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中監(jiān)控所述第一信號(hào)包括監(jiān)控一定時(shí)期內(nèi)在所述第一氧傳感器處的第一氧含量，并且其中監(jiān)控所述第二信號(hào)包括監(jiān)控一定時(shí)期內(nèi)在所述第二氧傳感器處的第二氧含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中控制所述第二空氣/燃料比率包括控制稀空氣/燃料比率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述微分面積與閾值進(jìn)行比較。
7.一種用于監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑狀態(tài)的控制系統(tǒng)，包括位于催化轉(zhuǎn)化器上游的第一氧傳感器，其產(chǎn)生第一信號(hào)；位于催化轉(zhuǎn)化器下游的第二氧傳感器，其產(chǎn)生第二信號(hào)；以及控制模塊，其監(jiān)控所述第一和第二信號(hào)，根據(jù)通過(guò)所述第一氧傳感器獲得的第一閾值電壓來(lái)確定第一時(shí)間，根據(jù)通過(guò)所述第二氧傳感器獲得的第二閾值電壓來(lái)確定第二時(shí)間，并且計(jì)算所述第一與第二時(shí)間之間由所述第一與第二信號(hào)限定的微分面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制第一空氣/燃料比率并隨后控制第二空氣/燃料比率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一空氣/燃料比率為稀。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中所述第二空氣/燃料比率為濃。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一和第二氧傳感器位于排氣中。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一和第二氧傳感器向所述控制模塊傳遞電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一時(shí)間發(fā)生于響應(yīng)于所述控制模塊控制稀空氣/燃料比率而使從所述第一氧傳感器傳遞的電壓減小期間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其中所述第二時(shí)間發(fā)生于響應(yīng)于所述控制模塊控制稀空氣/燃料比率而使從所述第二氧傳感器傳遞的電壓減小期間。
15.一種用于監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑狀態(tài)的方法，包括控制濃空氣/燃料比率；監(jiān)控隨著時(shí)間的第一和第二信號(hào)，所述第一信號(hào)從位于催化轉(zhuǎn)化器上游的第一氧傳感器傳遞，而所述第二信號(hào)從位于催化轉(zhuǎn)化器下游的第二氧傳感器傳遞；控制稀空氣/燃料比率；根據(jù)所述第一氧傳感器到達(dá)第一閾值電壓的情況來(lái)確定第一時(shí)間；根據(jù)所述第二氧傳感器到達(dá)第二閾值電壓的情況來(lái)確定第二時(shí)間；以及計(jì)算所述第一與第二時(shí)間之間由所述第一與第二信號(hào)限定的微分面積。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將所述微分面積與閾值進(jìn)行比較；以及根據(jù)所述閾值確定催化轉(zhuǎn)化器是否已保持氧充量足夠長(zhǎng)的時(shí)間。
全文摘要
用于監(jiān)控催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑狀態(tài)的控制系統(tǒng)和方法包括控制第一空氣/燃料比率。監(jiān)控來(lái)自第一氧傳感器的第一信號(hào)和來(lái)自第二氧傳感器的第二信號(hào)?？刂频诙諝?燃料比率。根據(jù)第一氧傳感器到達(dá)第一閾值電壓的情況來(lái)確定第一時(shí)間。根據(jù)第二氧傳感器到達(dá)第二閾值電壓的情況來(lái)確定第二時(shí)間。計(jì)算第一與第二時(shí)間之間由第一與第二信號(hào)限定的微分面積。
文檔編號(hào)F01N11/00GK1831306SQ20061005952
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者K·D·麥克萊恩 申請(qǐng)人:通用汽車公司