具有最小空氣流的後氧氣傳感器性能診斷的製作方法

2023-08-13 04:35:51 3

專利名稱：具有最小空氣流的後氧氣傳感器性能診斷的製作方法
技術領域：
本發明涉及轉化器後氧氣傳感器性能診斷。
背景技術：
在此提供的背景說明是為了總體上介紹本發明背景的目的。當前所署名發明人的 工作(在背景技術部分描述的程度上)和本描述中否則不足以作為申請時的現有技術的各 方面，既不明顯地也非隱含地被承認為與本發明相牴觸的現有技術。排氣系統包括催化轉化器和氧氣(O2)傳感器。轉化器前O2傳感器測量進入催化 轉化器的02。轉化器後O2傳感器測量離開催化轉化器的02。O2傳感器可被診斷以確定所 採取的測量值是否可靠。轉化器後O2傳感器基於傳感器測量值產生電壓輸出信號。例如，正常工作的轉化 器後O2傳感器可對O2的變化水平具有相對快速的響應。相比而言，有故障的轉化器後02傳 感器可具有相對慢速的響應。診斷轉化器後O2傳感器可包括監測電壓輸出信號且確定響 應時間是否高於和/或低於閾值。

發明內容
一種發動機控制系統包括氧氣(O2)傳感器診斷模塊，所述O2傳感器診斷模塊診斷 O2傳感器且請求最小每缸空氣量(APC)。節氣門致動器模塊基於所述最小APC來控制節氣 門以調節空氣品質流量。在其它特徵中，所述O2傳感器診斷模塊請求稀至濃過渡且在稀至 濃過渡期間請求所述最小APC。在其它特徵中，所述節氣門致動器模塊在所述最小APC是多個APC請求中的最大 值時基於所述最小APC來控制節氣門。在另外的特徵中，所述節氣門致動器模塊在所述最 小APC小於多個APC請求中的至少一個時中止基於所述最小APC來控制節氣門。在另外的特徵中，所述最小APC包括預定值。在其它特徵中，所述O2傳感器診斷 模塊請求濃至稀過渡且在濃至稀過渡期間請求所述最小APC。在其它特徵中，所述O2傳感 器診斷模塊在診斷O2傳感器之前請求所述最小APC。在進一步的特徵中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷O2傳感器之後中止請求所述最 小APC。在其它特徵中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷O2傳感器期間請求所述最小APC。 在進一步的特徵中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷O2傳感器之後中止請求所述最小APC。一種用於控制發動機的方法，包括請求最小每缸空氣量(APC)；基於所述最小 APC來控制節氣門以調節空氣品質流量；以及基於所述APC來診斷O2傳感器。在其它特徵 中，所述方法還包括請求稀至濃過渡且在稀至濃過渡期間請求所述最小APC。在其它特徵中，所述方法還包括在所述最小APC是多個APC請求中的最大值時基 於所述最小APC來控制節氣門。在另外的特徵中，所述方法還包括在所述最小APC小於多 個APC請求中的至少一個時中止基於所述最小APC來控制節氣門。在另外的特徵中，所述最小APC包括預定值。在其它特徵中，所述方法還包括請求濃至稀過渡且在濃至稀過渡期間請求所述最小APC。在其它特徵中，所述方法還包括在診斷 O2傳感器之前請求所述最小APC。在進一步的特徵中，所述方法還包括在診斷O2傳感器之後中止請求所述最小APC。 在其它特徵中，所述方法還包括在診斷O2傳感器期間請求所述最小APC。在進一步的特徵 中，所述方法還包括在診斷O2傳感器之後中止請求所述最小APC。本發明公開了下述技術方案。(1). 一種發動機控制系統，包括氧氣(O2)傳感器診斷模塊，所述O2傳感器診斷模塊診斷O2傳感器且請求最小每 缸空氣量(APC)；和節氣門致動器模塊，所述節氣門致動器模塊基於所述最小APC來控制節氣門以調
節空氣品質流量。(2).根據(1)所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊請求稀至濃 過渡且在所述稀至濃過渡期間請求所述最小APC。(3).根據⑴所述的發動機控制系統，其中，所述節氣門致動器模塊在所述最小 APC是多個APC請求中的最大值時基於所述最小APC來控制所述節氣門。(4).根據⑴所述的發動機控制系統，其中，所述節氣門致動器模塊在所述最小 APC小於多個APC請求中的至少一個時中止基於所述最小APC來控制所述節氣門。(5).根據(1)所述的發動機控制系統，其中，所述最小APC包括預定值。(6).根據(1)所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊請求濃至稀 過渡且在所述濃至稀過渡期間請求所述最小APC。(7).根據(1)所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷所述 O2傳感器之前請求所述最小APC。(8).根據權利要求7所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊在診 斷所述O2傳感器之後中止請求所述最小APC。(9).根據(1)所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷所述 O2傳感器期間請求所述最小APC。(10).根據(9)所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷所述 O2傳感器之後中止請求所述最小APC。(11). 一種用於控制發動機的方法，包括請求最小每缸空氣量(APC)；基於所述最小APC來控制節氣門以調節空氣品質流量；以及基於所述APC來診斷O2傳感器。(12).根據(11)所述的方法，還包括請求稀至濃過渡；以及在所述稀至濃過渡期間請求所述最小APC。(13).根據(11)所述的方法，還包括在所述最小APC是多個APC請求中的最大 值時基於所述最小APC來控制所述節氣門。(14).根據(11)所述的方法，還包括在所述最小APC小於多個APC請求中的至 少一個時中止基於所述最小APC來控制所述節氣門。
(15).根據(11)所述的方法，其中，所述最小APC包括預定值。(16).根據(11)所述的方法，還包括請求濃至稀過渡；以及在所述濃至稀過渡期間請求所述最小APC。(17).根據(11)所述的方法，還包括在診斷所述O2傳感器之前請求所述最小 APC。(18).根據(17)所述的方法，還包括在診斷所述O2傳感器之後中止請求所述最 小 APC0(19).根據(11)所述的方法，還包括在診斷所述O2傳感器期間請求所述最小 APC。(20).根據(19)所述的方法，還包括在診斷所述O2傳感器之後中止請求所述最 小 APC0本發明的進一步應用領域從下文提供的詳細說明顯而易見。應當理解的是，詳細 說明和具體示例僅旨在用於說明的目的且並不旨在限制本發明的範圍。


本發明經從詳細說明和附圖更充分理解，在附圖中圖1是根據本發明原理的示例性氧氣傳感器信號的圖形圖示；圖2是根據本發明原理的示例性轉化器後氧氣傳感器性能診斷試驗結果的圖形 圖示；圖3是根據本發明原理的示例性發動機系統的功能框圖；圖4是根據本發明原理的示例性發動機控制系統的功能框圖；圖5是根據本發明原理的圖4的氧氣傳感器診斷模塊的示例性實施方式的功能框 圖；圖6是根據本發明原理的圖4的發動機扭矩控制模塊的示例性實施方式的功能框 圖；和圖7是示出了在根據本發明原理進行轉化器後O2傳感器性能診斷中執行的示例 性步驟的流程圖。
具體實施例方式以下說明本質上僅為示例性的且絕不意圖限制本發明、它的應用、或使用。為了清 楚起見，在附圖中使用相同的附圖標記標識類似的元件。如在此所使用的，短語A、B和C的 至少一個應當理解為意味著使用非排他邏輯「或」的一種邏輯(A或B或C)。應當理解的 是，方法內的步驟能以不同順序執行而不改變本發明的原理。如在此所使用的，術語模塊指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或更 多軟體或固件程序的處理器(共享的、專用的、或組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供 所述功能的其他合適的部件。排氣系統中的O2傳感器(例如，轉化器前和轉化器後O2傳感器)可被診斷以確定 O2測量值是否可靠。轉化器後O2傳感器位於催化轉化器的出口處。因而，當通過催化轉化器的空氣流增加時，診斷轉化器後O2傳感器可能更有效。例如，催化轉化器減少轉化器後 O2傳感器可用的O2量。結果，催化轉化器對轉化器後O2傳感器的信號響應具有不利影響。 當空氣流增加時，轉化器後O2傳感器提供更快的信號響應(S卩，響應時間減少)。本發明在 診斷轉化器後O2傳感器期間執行最小空氣流要求。現在參考圖1，示出了根據本發明原理的示例性氧氣傳感器信號的圖形表示。轉化 器後O2傳感器基於排氣中的O2含量產生電壓輸出信號。由正常工作的轉化器後O2傳感器 產生的電壓輸出信號基於排氣中的O2含量變化。有故障的轉化器後O2傳感器的常見特徵 是緩慢或遲緩(即，慢速)的響應。例如，在有故障的轉化器後O2傳感器的情況下，電壓輸 出信號需要增加的時間量從濃過渡至稀和/或從稀過渡至濃。轉化器後O2傳感器性能診斷(POPD)通過在從濃過渡至稀和/或從稀過渡至濃期 間通過計算高於或低於電壓輸出信號的積分面積(IA)來監測轉化器後O2傳感器的性能。 當信號過渡速度減小時，IA增加。IA被標準化且與閾值IA(IAthk)進行比較以確定信號是 否被劣化至轉化器後O2傳感器應當被維修或更換的程度。IA分別在第一和第二電壓^2和電壓輸出信號達到相應電壓時的時間tl、t2之 間計算。僅作為示例，V1和V2可基於稀和濃過渡的初步數據分析來選擇。所述電壓針對濃 至稀和稀至濃過渡單獨地選擇。正常工作的O2傳感器響應100表示在稀至濃過渡期間正常工作的轉化器後O2傳 感器的響應。IA102基於正常工作的O2傳感器響應100計算。有故障的O2傳感器響應104 表示在稀至濃過渡期間有故障的轉化器後O2傳感器的響應。IA 106基於有故障的O2傳感 器響應104計算。通過將每個IA與IAthk進行比較，可以確定轉化器後O2傳感器是否有故障。現在參考圖2，示出了根據本發明原理的示例性轉化器後氧氣傳感器性能診斷試 驗結果的圖形圖示。豎直軸表示觀測試驗結果的頻率(統計密度函數)(單位百分比)。 水平軸表示標準化之後的IA。圖形示出了轉化器後O2傳感器診斷試驗結果的示例性曲線。 參考最佳性能不能接受的傳感器(BPUS)表示不能接受的傳感器中的最佳者。第一診斷曲線200表示在升高空氣流的情況下(即，空氣流高於最小空氣流)診 斷的示例性正常工作的單元的數據。第二診斷曲線202表示在沒有升高空氣流的情況下診 斷的示例性正常工作的單元的數據。參考診斷曲線204表示在升高空氣流的情況下診斷的 BPUS的數據。鐘形曲線相對於空氣流標準化，且因而被改變。當空氣流增加或減小時，鐘形 曲線水平移動。每條曲線示出了對空氣流標準化的IA的可能值的示例性範圍。例如，參考診斷曲 線204的可能值的範圍從約35至約86。第一診斷曲線200的可能值的範圍從0至約25。 第二診斷曲線202的可能值的範圍從約17至約51。所述圖形示出了每個標準化的IA的觀 測試驗結果的頻率。例如，參考診斷曲線204示出了大約5. 5%的時間，標準化的IA是大約 58。在POPD期間，標準化的IA與參考診斷曲線204的可能值進行比較以確定轉化器 後O2傳感器是否正常工作。IA值偏離參考診斷曲線204越大，就越容易監測轉化器後O2傳 感器的問題。例如，兩條曲線之間相交使得對於兩個轉化器後O2傳感器可能計算出相同的 標準化的IA。因而，可能更難於在對應轉化器後O2傳感器之間進行區分。
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例如，第二診斷曲線202和參考診斷曲線204重疊。在水平軸上大約35和大約51 之間曲線202和204的重疊增加了確定轉化器後O2傳感器是否正常工作的難度。例如，參 考診斷曲線204示出了 IA不太可能但是還是有可能低至大約35。類似地，第二診斷曲線 202示出了 IA不太可能但是還是有可能高達大約51。基於第二診斷曲線202和參考診斷 曲線204，同樣可能具有約43的IA。在重疊區域的情況下，將難以在正常工作的轉化器後 O2傳感器和有故障的轉化器後O2傳感器之間進行區分。相比而言，在第一診斷曲線200和參考診斷曲線204之間幾乎沒有重疊。因此，可 能的曲線的標準化的IA不會重疊且容易區分。曲線彼此相隔越遠，越容易在正常工作的轉 化器後O2傳感器和有故障的轉化器後O2傳感器之間進行區分。例如，參考診斷曲線204可 能的最低標準化的IA是大約35，第一診斷曲線200可能的最高標準化的IA是大約25。兩 條曲線200和204之間的間隙示出了更容易在正常工作的轉化器後O2傳感器和有故障的 轉化器後O2傳感器之間進行區分。現在參考圖3，示出了根據本發明原理的示例性發動機系統300的功能框圖。發動 機系統300包括發動機302，發動機302燃燒空氣/燃料混合物以基於駕駛員輸入模塊304 產生車輛的驅動扭矩。雖然本文描述了火花點火汽油型發動機，但是本發明可應用於其它 類型的扭矩產生裝置，而不限於汽油型發動機、柴油型發動機、丙烷型發動機和混合型發動 機。空氣通過節氣門閥312抽吸到進氣歧管310中。發動機控制模塊(ECM) 314命令 節氣門致動器模塊316以調節節氣門閥312的開度，以便控制被抽吸到進氣歧管312中的 空氣量。來自於進氣歧管310的空氣被抽吸到發動機302的氣缸中。雖然發動機302可包 括多個氣缸，但是為了圖示目的，示出了單個代表性氣缸318。僅作為示例，發動機302可包 括2、3、4、5、6、8、10和/或12個氣缸。ECM314可指示氣缸致動器模塊320以選擇性地停用 一些氣缸，以便改進燃料經濟性。來自於進氣歧管310的空氣通過進氣門322被抽吸到氣缸318中。ECM314控制 由燃料噴射系統324噴射的燃料量。燃料噴射系統324可在中間位置將燃料噴射到進氣歧 管310中或者在多個位置(例如，在每個氣缸的進氣門附近)處將燃料噴射到進氣歧管310 中。替代地，燃料噴射系統324可將燃料直接噴射到氣缸中。所噴射的燃料在氣缸318中與空氣混合且形成空氣/燃料混合物。氣缸318中的 活塞(未示出)壓縮空氣/燃料混合物。基於來自於ECM314的信號，火花致動器模塊326 激勵氣缸318中的火花塞328，從而點火空氣/燃料混合物。火花的定時可相對於活塞處於 其最上部位置(稱為上止點(TDC))時的時間來規定，在上止點，空氣/燃料混合物被最大 程度地壓縮。空氣/燃料混合物的燃燒驅動活塞向下，從而驅動旋轉曲軸(未示出)。活塞然後 開始再次向上移動且通過排氣門330排出燃燒副產物。燃燒副產物經由排氣系統334從車 輛排出。排氣系統334包括催化轉化器344、轉化器前O2傳感器346和轉化器後O2傳感器 348。轉化器前O2傳感器346位於催化轉化器344的上遊(相對於排氣)，而轉化器後O2傳 感器348位於催化轉化器344的下遊。催化轉化器344通過增加碳氫化合物(HC)和一氧化碳(CO)的氧化率和氮氧化物(NOx)的還原率來控制排放物。為了允許氧化，催化轉化器344需要02。催化轉化器344的 O2存儲容量表示氧化HC和CO以及還原NOx的效率。轉化器前O2傳感器346與ECM314通信且測量進入催化轉化器344的排氣流中的 O2含量。轉化器後O2傳感器348。與ECM314通信且測量離開催化轉化器344的排氣流中
的O2含量。在轉化器前O2傳感器346和轉化器後O2傳感器348上執行性能診斷以確定所述 傳感器是否正常工作。例如，當傳感器346和348中的一個或多個不正常工作時，催化轉化 器監測的效率可降低。進氣門322可由進氣凸輪軸340控制，而排氣門330可由排氣凸輪軸342控制。在 各種實施方式中，多個進氣凸輪軸可控制每個氣缸的多個進氣門和/或可控制多個氣缸組 的進氣門。類似地，多個排氣凸輪軸可控制每個氣缸的多個排氣門和/或可控制多個氣缸 組的排氣門。氣缸致動器模塊320可通過中止提供燃料和火花和/或禁用其排氣門和/或 進氣門而停用氣缸。進氣門322開啟的時間可通過進氣凸輪移相器350相對於活塞TDC變化。排氣門 330開啟的時間可通過排氣凸輪移相器352相對於活塞TDC變化。移相器致動器模塊358 基於來自於ECM314的信號控制進氣凸輪移相器350和排氣凸輪移相器352。發動機系統300可包括提供加壓空氣給進氣歧管310的增壓裝置。例如，圖3示 出了渦輪增壓器360。渦輪增壓器360由流過排氣系統334的排氣提供動力且將壓縮空氣 充氣提供給進氣歧管310。用於產生壓縮空氣充氣的空氣可從進氣歧管310獲得。廢氣旁通閥364可允許排氣旁通渦輪增壓器360，從而減小渦輪增壓器的輸出(或 增壓)。ECM314經由增壓致動器模塊362來控制渦輪增壓器360。增壓致動器模塊362可 通過控制廢氣旁通閥364的位置來調節渦輪增壓器360的增壓。壓縮空氣充氣通過渦輪增 壓器360提供給進氣歧管310。中間冷卻器(未示出)可驅散壓縮空氣充氣的熱量中的一 些，所述熱量在空氣被壓縮時產生且也能由於鄰近排氣系統334而增加。替代發動機相同 可包括提供壓縮空氣給進氣歧管310且由曲軸驅動的增壓器。發動機系統300可包括排氣再循環(EGR)閥370，其將排氣選擇性地改向回到進 氣歧管310。在各種實施方式中，EGR閥370可位於渦輪增壓器360之後。發動機系統300 可使用RPM傳感器380測量曲軸速度(單位每分鐘轉數(RPM))。發動機冷卻劑的溫度可 使用發動機冷卻劑溫度(ECT)傳感器382測量。ECT傳感器382可位於發動機302內或者 位於循環冷卻劑的其它位置，例如散熱器(未示出)處。進氣歧管310內的壓力可使用歧管絕對壓力(MAP)傳感器384測量。在各種實施 方式中，可測量發動機真空度，其中，發動機真空度是環境空氣壓力和進氣歧管310內的壓 力之間的差。流入進氣歧管310的空氣品質可使用空氣品質流量(MAF)傳感器386測量。 在各種實施方式中，MAF傳感器386可與節氣門閥312 —起位於殼體內。節氣門致動器模塊316可使用一個或多個節氣門位置傳感器(TPS) 390來監測節 氣門閥312的位置。被抽吸到發動機系統300中的空氣的環境溫度可使用進氣空氣溫度 (IAT)傳感器392測量。ECM314可使用來自於所述傳感器的信號以作出用於發動機系統 300的控制決策。ECM314可與變速器控制模塊392通信以協調變速器(未示出)中的換檔。例如，
8ECM314可在換檔期間降低扭矩。ECM314可與混合動力控制模塊396通信以協調發動機302 和電動馬達398的操作。電動馬達398也可以用作發電機，且可用於產生電能以供車輛電 氣系統使用和/或存儲在蓄電池中。在各種實施方式中，ECM314、變速器控制模塊394和混 合動力控制模塊396可集成到一個或多個模塊中。為了簡要地提及發動機302的各種控制機構，改變發動機參數的每個系統可稱為 致動器。例如，節氣門致動器模塊316可以改變葉片位置，因而改變節氣門閥312的開口面 積。因而，節氣門致動器模塊316可稱為致動器，節氣門開口面積可稱為致動器位置。類似地，火花致動器模塊325可稱為致動器，而對應致動器位置是火花提前量。其 它致動器包括增壓致動器模塊362、EGR閥370、移相器致動器模塊358、燃料噴射系統324 和氣缸致動器模塊320。關於這些致動器的術語致動器位置可分別對應於增壓壓力、EGR閥 開度、進氣和排氣凸輪移相器角度、空氣/燃料比和起用的氣缸的數量。現在參考圖4，示出了根據本發明原理的示例性發動機控制系統的功能框圖。發動 機控制模塊(ECM) 400包括車軸扭矩裁定模塊404。車軸扭矩裁定模塊404在來自於駕駛 員輸入模塊304的駕駛員輸入和其它車軸扭矩請求之間進行裁定。例如，駕駛員輸入可包 括加速踏板位置。其它車軸扭矩請求可包括由牽引控制系統在車輪滑移期間請求的扭矩減 少，和來自於巡航控制系統的控制車輛速度的扭矩請求。車軸扭矩請求還可包括來自於適應性巡航控制模塊的請求，適應性巡航控制模塊 可改變扭矩請求以保持預定跟車距離。車軸扭矩請求還可包括由於負車輪打滑引起的扭矩 增加，例如在當發動機產生的扭矩為負時車輛輪胎相對於道路表面打滑時。車軸扭矩請求還可包括制動器扭矩管理請求和旨在防止車輛超速狀況的扭矩請 求。制動器扭矩管理請求可減少發動機扭矩以確保發動機扭矩不超過在車輛停止時制動器 保持車輛的能力。車軸扭矩請求還可由底盤穩定性控制系統作出。車軸扭矩請求還可包括 扭矩切斷請求，例如可在檢測到重大故障時產生。車軸扭矩裁定模塊404輸出預測扭矩和即時扭矩。預測扭矩是為了滿足駕駛員扭 矩和/或速度請求在未來需要的扭矩量。即時扭矩是為了滿足瞬時扭矩請求在當前時刻所 需的扭矩，例如在牽引控制感測到車輪打滑時的扭矩減小。即時扭矩可通過快速響應的發動機致動器實現，而較慢的發動機致動器目的在於 實現預測扭矩。例如，火花致動器能夠快速改變火花提前，而凸輪移相器或節氣門致動器可 能響應較慢。車軸扭矩裁定模塊404將預測扭矩和即時扭矩輸出給推進扭矩裁定模塊406。在各種實施方式中，車軸扭矩裁定模塊404可將預測扭矩和即時扭矩輸出給混合 動力優化模塊408。混合動力優化模塊408確定多少扭矩應當由發動機產生且多少扭矩應 當由電動馬達398產生。混合動力優化模塊408然後將修正的預測和即時扭矩值輸出給推 進扭矩裁定模塊406。在各種實施方式中，混合動力優化模塊408可在混合動力控制模塊 396中實施。推進扭矩裁定模塊406在預測和即時扭矩以及推進扭矩請求之間進行裁定。推進 扭矩請求可包括用於發動機超速保護和換檔的扭矩減小和用於防止失速的扭矩增加。推進 扭矩請求還可包括來自於速度控制模塊的扭矩請求，速度控制模塊可在怠速和滑行期間控 制發動機速度，例如當駕駛員將他的腳從加速踏板移開時。推進扭矩請求還可包括離合器燃料切斷，在手動變速器車輛中，在駕駛員踩下離合器踏板時可減少發動機扭矩。各種扭矩備用也可提供給推進扭矩裁定模塊406以允許在 需要時快速實現這些扭矩值。例如，備用量可應用於空氣調節壓縮機開啟和用於動力轉向 泵扭矩需求。催化劑起燃(light-off)或冷啟動排放過程可改變發動機的火花提前。可作出對 應的推進扭矩請求，以抵銷火花提前的變化。此外，發動機的空氣-燃料比和/或發動機的 空氣品質流量可例如通過診斷侵入式當量比試驗和/或新的發動機吹掃來改變。也可以作 出對應推進扭矩請求以抵銷這些變化。推進扭矩請求還可包括切斷請求，可通過檢測到重大故障來啟動。例如，重大故障 可包括車輛偷盜檢測、卡住的起動器馬達檢測、電子節氣門控制問題和未預期到的扭矩增 加。在各種實施方式中，可能不會裁定各種請求，例如切斷請求。例如，它們可總是贏得裁 定或可完全超控裁定。推進扭矩裁定模塊406可仍接收這些請求，從而例如合適的數據可 以反饋給其它扭矩請求器。推進扭矩裁定模塊406在來自於車軸扭矩裁定模塊404或混合動力優化模塊408、 發動機速度控制模塊410的扭矩請求和其它推進扭矩請求之間進行裁定。其它推進扭矩請 求可包括例如用於發動機超速保護的扭矩減小和用於防止失速的扭矩增加。發動機速度控制模塊410將預測和即時扭矩請求輸出給推進扭矩裁定模塊406。 當ECM400處於發動機速度控制模式時，推進扭矩裁定模塊406可簡單地選擇來自於發動機 速度控制模塊410的扭矩請求。當駕駛人將他的腳從踏板移開時，可允許發動機速度控制 模式。發動機速度控制模式於是可用於車輛滑行及在車輛怠速時。當車軸扭矩裁定模塊 404請求的預測扭矩小於標定扭矩值時，可選擇發動機速度控制模式。發動機速度控制模塊410從RPM軌跡模塊412接收期望RPM。RPM軌跡模塊412 確定用於發動機速度控制模式的期望RPM。僅作為示例，RPM軌跡模塊412可輸出線性減少 的發動機速度，直到發動機速度達到怠速發動機速度。然後，RPM軌跡模塊412可繼續輸出 怠速發動機速度。在各種實施方式中，RPM軌跡模塊412可如於2002年6月18日公告且題為 "System and Method of Controlling the Coastdown of aVehicle」的共同轉讓的美國專 利No. 6，405，587中所述的那樣工作，所述專利的公開內容在此作為參考全文明確引入。致動模式模塊414從推進扭矩裁定模塊406接收預測扭矩和即時扭矩。基於模式 設置，致動模式模塊414確定將如何實現預測和即時扭矩。例如，改變節氣門閥312允許寬 範圍的扭矩控制。然而，開啟和關閉節氣門閥312是相對慢的。禁用氣缸提供寬範圍的扭矩控制，但可產生駕駛性和排放物問題。改變火花提前 是相對快速的，但是不提供大範圍的控制。此外，在進入氣缸318的空氣量變化時，藉助於 火花可能的控制量(火花容量)變化。節氣門閥312可剛好足夠地關閉，以使得能夠通過儘可能延遲火花來實現期望即 時扭矩。這提供先前扭矩的快速恢復，因為火花可以快速返回至其標定定時，從而產生最大 扭矩。由此，通過使得快速響應的火花延遲的使用最大化而使得相對緩慢響應的節氣門閥 校正的使用最小化。致動模式模塊414採取的滿足即時扭矩請求的方法由模式設置所決定。提供給致 動模式模塊414的模式設置可以包括被動模式、理想(pleasible)模式、最大範圍模式，和自動致動模式。在被動模式中，致動模式模塊414可以忽略即時扭矩請求。例如，致動模式模塊 414可以輸出預測扭矩到預測扭矩控制模塊416。預測扭矩控制模塊416將預測扭矩轉換 為用於慢速致動器的期望致動器位置。例如，預測扭矩控制模塊416可以控制期望歧管絕 對壓力(MAP)、期望節氣門面積、和/或期望每缸空氣量(APC)。即時扭矩控制模塊420確定用於快速致動器的期望致動器位置，例如期望火花提 前。致動模式模塊414可以指示即時扭矩控制模塊420設定火花提前至標定值，該值對於 給定的空氣流量實現了最大可能的扭矩。因此在被動模式中，即時扭矩請求並不減少所產 生的扭矩量或使火花提前偏離標定值。在理想模式中，致動模式模塊414可試圖僅僅使用火花延遲來實現即時扭矩請 求。這可能意味著如果期望扭矩減小大於火花備用容量(由火花延遲所能實現的扭矩減小 的量)，扭矩減小將不能被實現。致動模式模塊414可以因此輸出預測扭矩給預測扭矩控制 模塊416以轉化成期望節氣門面積。致動模式模塊414可以輸出即時扭矩請求給即時扭矩 控制模塊420，即時扭矩控制模塊420將儘可能長地延遲火花以試圖實現該即時扭矩。在最大範圍模式中，致動模式模塊414可以指示氣缸致動器模塊320關閉一個或 多個氣缸以實現即時扭矩請求。致動模式模塊414可以通過輸出即時扭矩請求給即時扭矩 控制模塊420對扭矩減小的其餘部分使用火花延遲。如果沒有足夠火花備用容量，致動模 式模塊414可以減小去往預測扭矩控制模塊416的預測扭矩請求。在自動致動模式中，致動模式模塊414可以降低輸出到預測扭矩控制模塊416的 預測扭矩請求。該預測扭矩可以僅僅被減小至允許即時扭矩控制模塊420使用火花延遲實 現即時扭矩請求所需要的程度。即時扭矩控制模塊420從扭矩估計模塊424接收估計扭矩且使用火花致動器模塊 326設定火花提前，以實現期望即時扭矩。估計扭矩可以表示通過設定火花提前至標定值以 產生最大扭矩而能夠即時產生的扭矩量。因而，即時扭矩控制模塊420可以選擇將估計扭 矩減小為即時扭矩的火花提前。預測扭矩控制模塊416也可接收估計扭矩並且可以接收測量到的空氣品質流量 (MAF)信號和發動機每分鐘轉數(RPM)信號。預測扭矩控制模塊416可產生期望歧管絕對 壓力(MAP)信號，該信號被輸出給增壓調度模塊428。增壓調度模塊428使用期望MAP信號來控制增壓致動器模塊362。該增壓致動器 模塊362然後控制渦輪增壓器和/或增壓器。預測扭矩控制模塊416可產生期望面積信號， 該信號輸出給節氣門致動器模塊316。節氣門致動器模塊316然後調整節氣門閥312以產 生期望節氣門面積。預測扭矩控制模塊416產生期望APC信號，該信號被輸出給移相器調度模塊422。 基於該期望APC信號和RPM信號，移相器調度模塊422使用移相致動器模塊358來命令進 氣和/或排氣凸輪移相器348和350至標定值。扭矩估計模塊424可使用命令的進氣和排氣凸輪移相器位置連同MAF信號來確定 估計扭矩。替代地，扭矩估計模塊424可以使用實際或測量移相器位置。扭矩估計的進一步 討論可以在共同受讓的題為「Torque Estimator for Engine RPM and Torque Control (用 於發動機RPM和扭矩控制的扭矩估計器)」的美國專利N0. 6，704，638中找到，該專利所公開的全部內容在此作為參考全文引入。氧氣傳感器診斷模塊450對轉化器後O2傳感器348執行POPD試驗。在非侵入式 狀況(例如，減速模式)期間，執行或允許所述試驗。例如，減速模式可在使用者不請求更 多扭矩時(例如，當使用者保持速度或施用車輛制動器以減速或停止時)發生。當存在非 侵入式狀況時，車軸扭矩裁定模塊404可觸發氧氣傳感器診斷模塊450。例如，當存在非侵 入式狀況時，車軸扭矩裁定模塊404可輸出允許信號。可以設想的是，可在侵入式狀況期間 允許試驗。氧氣傳感器診斷模塊450在稀至濃和濃至稀過渡期間監測轉化器後O2傳感器348 的電壓輸出信號。在稀至濃過渡期間，氧氣傳感器診斷模塊450可請求最小APC。例如，當 請求最小APC時，氧氣傳感器診斷模塊450可產生診斷APC信號。在各種實施方式中，診斷 APC信號可在濃至稀過渡期間產生。例如，診斷APC信號可在混合動力車輛的濃至稀過渡期 間產生。診斷APC信號傳輸給發動機扭矩控制模塊452。發動機扭矩控制模塊452基於最小APC請求來確定最小預測扭矩。發動機扭矩控 制模塊452在最小APC請求之間進行裁定且產生最小預測扭矩請求。僅作為示例，發動機 扭矩控制模塊452可在節氣門控制最小APC、燃料噴射器最小APC、燃燒APC、和來自於氧氣 傳感器診斷模塊450的最小APC之間進行裁定。現在參考圖5，示出了圖4的氧氣傳感器診斷模塊的示例性實施方式的功能框圖。 診斷控制模塊500在存在非浸入式狀況時接收允許信號。僅作為示例，允許信號可從車軸 扭矩裁定模塊404接收。當接收允許信號時，診斷控制模塊500啟動轉化器後O2傳感器348 的試驗且允許空氣/燃料混合物變濃。僅作為示例，燃料噴射信號可傳輸給燃料噴射系統 324。燃料噴射系統324控制濃至稀過渡。隨後，燃料噴射系統324控制稀至濃過渡的發生。 診斷控制模塊500在濃至稀和稀至濃過渡期間監測轉化器後O2傳感器348的電壓輸出信 號。當非侵入式狀況不再存在時，氧氣傳感器診斷模塊可中止試驗。僅作為示例，如果 允許POPD試驗且發生空氣/燃料混合物的變濃，那麼試驗可在駕駛員請求扭矩增加時中止。診斷控制模塊500監測電壓輸出信號且確定空氣/燃料混合物是否在從濃過渡至 稀或者從稀過渡至濃。如果診斷控制模塊500確定從濃過渡至稀，那麼電壓輸出信號傳輸 給濃至稀計算模塊502。如果從稀過渡至濃，那麼診斷控制模塊500將電壓輸出信號傳輸給 稀至濃計算模塊504並產生診斷APC信號。可以設想的是，診斷控制模塊500可在將電壓 輸出信號傳輸給濃至稀計算模塊502時產生診斷APC信號。也可設想的是，診斷控制模塊 500可在操作期間任何時間時產生診斷APC信號。濃至稀計算模塊502和稀至濃計算模塊504基於電壓輸出信號計算IA並標準化 IA。標準化的IA傳輸給比較模塊506。比較模塊506將標準化的IA與IAthk進行比較。如 果標準化的IA大於或等於IAthk,那麼比較模塊506確定轉化器後O2傳感器348有故障。如 果標準化的IA小於IAthk,那麼比較模塊506確定轉化器後O2傳感器348正常工作。現在參考圖6，示出了圖4的發動機扭矩控制模塊的示例性實施方式的功能框圖。 發動機扭矩控制模塊452確定可實現的最小APC。例如，最小APC可基於最小可控節氣門位 置、最小一致燃料噴射器開啟時間、自維持燃燒的最小空氣密度、和用於POPD試驗的最小
12空氣流中的一個或多個。下限最大值模塊600基於(僅作為示例)最小可控節氣門位置、 最小一致燃料噴射器開啟時間、自維持燃燒的最小空氣密度、和用於POPD試驗的最小空氣 流中哪個對應於更大的最小APC來確定可實現的APC的下限。保持可控節氣門位置所需的最小APC可以通過可靠節氣門控制模塊602的最小空 氣量來確定。可靠節氣門控制模塊602的最小空氣量可基於多個輸入來計算最小空氣量。 例如，第一輸入可包括旋轉發動機速度(單位RPM)。第二輸入可包括大氣壓力，可稱為環 境空氣壓力且可以被低通濾波。第三輸入可以是作為最大位置(S卩，全開節氣門(WOT))的百分比的最小節氣門位 置。完全關閉節氣門可使得節氣門在節氣門孔中機械卡住。因而，最小節氣門位置標定值 可限制節氣門可關閉多完全。第四輸入可包括車輛外部的空氣(即，環境空氣)溫度。該 溫度可從在某些狀況下操作的燃料系統溫度傳感器估計，而不是從專用傳感器讀取。第五輸入可包括在節氣門全開時節氣門孔的最大有效面積(單位平方毫米)。該 有效面積可以是幾何測量值或者可以從引入節氣門本體排洩係數的空氣量測量試驗導出。 第六輸入可包括發動機中的氣缸數，可來自於標定值。替代地，當選擇的氣缸停用時，氣缸 數可變化。燃料噴射器可引入由於不能瞬時開啟和關閉引起的另一極限值。燃料噴射器可具 有它們必須被驅動的最小開啟時間。在沒有最小開啟時間的情況下，燃料噴射器可有效地 保持關閉或可以開啟至不確定位置。最小開啟時間產生了可以可靠地傳輸到氣缸中的最小 燃料量。由於汽油發動機通常以固定空氣/燃料比運行，繼而該最小可能傳輸燃料極限值 產生最小APC極限值。最小噴射器開啟時間規定的最小空氣量可以由噴射器開啟時間的最小空氣量模 塊604確定。噴射器開啟時間的最小空氣量模塊604可以基於發動機RPM和當前有效噴射 器流率(單位毫克/秒)來執行計算。當前有效噴射器流率可以是跨過噴射器的壓力和 噴口尺寸的函數。另一 APC極限值可來自於穩定燃燒的需要。如果燃料滴在燃燒室中過寬地間隔， 那麼可能沒有從一個分子的燃燒傳遞足夠的熱量給其相鄰分子以變成自維持燃燒。在這種 情況下，燃燒在火花塞處開始，但是不能點火燃燒室中的其它燃料滴。未燃燒燃料滴然後排 出排氣埠且可能損壞催化劑。該極限值通常由標定者使用燃燒質量測量設備作為指示平均有效壓力的寬方差 來觀測，可以轉換為方差係數或C0V。該極限值也可以通過用催化劑溫度傳感器監測發動機 中的催化劑溫度來觀測。當未燃燒燃料滴到達催化劑時，催化劑溫度開始上升。可接受燃燒穩定性所需的最小空氣量可以由燃燒穩定性的最小空氣量模塊606 來確定。燃燒穩定性的最小空氣量模塊606可以基於發動機RPM和環境空氣壓力來執行計 笪弁。POPD試驗的最小空氣量由診斷控制模塊500請求。診斷控制模塊500可存儲最小 APC的值。診斷控制模塊500可在發生POPD試驗的稀至濃過渡時請求最小APC。可以設想 的是，診斷控制模塊500可在發生POPD試驗的濃至稀過渡時請求最小APC。潛在最小APC極限值的最大值由下限最大值模塊600確定。下限最大值模塊600 將期望APC輸出給扭矩轉換模塊608。扭矩轉換模塊608將期望APC轉換為最小預測扭矩。扭矩轉換模塊608將最小預測扭矩輸出給推進扭矩裁定模塊406。在圖7中，示出了在根據本發明原理進行轉化器後O2傳感器性能診斷中執行的示 例性步驟的流程圖。在步驟700中，控制過程確定是否允許診斷試驗。僅作為示例，當存在 非侵入式狀況時可允許診斷試驗。如果允許診斷試驗，那麼控制過程轉到步驟702 ；否則， 控制過程返回至步驟700。在步驟702，控制過程用燃料使空氣/燃料混合物變濃。在步驟 704，控制過程確定是否中止診斷試驗。僅作為示例，當請求更多扭矩時，可中止診斷試驗。 如果中止診斷試驗，那麼控制過程轉到步驟706 ；否則，控制過程轉到步驟708。在步驟706，控制過程中止診斷試驗。在步驟708，控制過程監測電壓輸出信號。在 步驟710，控制過程確定空氣/燃料混合物是從濃過渡至稀還是從稀過渡至濃。如果空氣 /燃料混合物是從濃過渡至稀，那麼控制過程轉到步驟712 ；否則，控制過程轉到步驟714。 在步驟712，控制過程確定是否中止診斷試驗。如果中止診斷試驗，那麼控制過程轉到步驟 706 ；否則，控制過程轉到步驟722。在步驟714，在稀至濃過渡下，控制過程請求最小APC。在步驟716，控制過程確定 請求最小APC是否大於其它最小APC請求中的最大值。如果請求最小APC大於其它最小 APC請求中的最大值，那麼控制過程轉到步驟718 ；否則，控制過程轉到步驟722。在步驟718，控制過程確定請求最小APC是否大於計算APC請求。如果請求最小 APC大於計算APC請求，那麼控制過程轉到步驟720 ；否則，控制過程轉到步驟722。在步驟 720，控制過程將請求最小APC轉換為節氣門面積。在步驟721，控制過程調節節氣門面積以 實現請求最小APC。在步驟722，控制過程監測電壓輸出信號。在步驟724，控制過程將電壓輸出信號 與閾值進行比較。如果電壓輸出信號超過閾值，那麼控制過程轉到步驟726 ；否則，控制過 程返回到步驟722。在步驟726，控制過程基於電壓輸出信號計算IA。在步驟728，控制過 程標準化IA。在步驟730，控制過程將IA與閾值IA進行比較。如果IA大於閾值IA，那麼控制 過程轉到步驟732 ；否則，控制過程轉到步驟734。在步驟732，控制過程指示故障且控制過 程結束。在步驟734，控制過程指示合格且控制過程結束。現在本領域中技術人員能夠從前述說明理解到，本發明的廣泛教導可以以多種形 式實施。因此，儘管本發明包括特定的示例，但是由於在研究附圖、說明書和所附權利要求 書時，其他修改對於技術人員來說是顯而易見的，所以本發明的真實範圍不應如此限制。
1權利要求
一種發動機控制系統，包括氧氣(O2)傳感器診斷模塊，所述O2傳感器診斷模塊診斷O2傳感器且請求最小每缸空氣量(APC)；和節氣門致動器模塊，所述節氣門致動器模塊基於所述最小APC來控制節氣門以調節空氣品質流量。
2.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊請求稀至濃 過渡且在所述稀至濃過渡期間請求所述最小APC。
3.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述節氣門致動器模塊在所述最小 APC是多個APC請求中的最大值時基於所述最小APC來控制所述節氣門。
4.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述節氣門致動器模塊在所述最小 APC小於多個APC請求中的至少一個時中止基於所述最小APC來控制所述節 氣門。
5.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述最小APC包括預定值。
6.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊請求濃至稀 過渡且在所述濃至稀過渡期間請求所述最小APC。
7.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷所述 O2傳感器之前請求所述最小APC。
8.根據權利要求7所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷所述 O2傳感器之後中止請求所述最小APC。
9.根據權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述O2傳感器診斷模塊在診斷所述 O2傳感器期間請求所述最小APC。
10.一種用於控制發動機的方法，包括 請求最小每缸空氣量(APC)；基於所述最小APC來控制節氣門以調節空氣品質流量；以及 基於所述APC來診斷O2傳感器。
全文摘要
本發明涉及具有最小空氣流的後氧氣傳感器性能診斷。一種發動機控制系統包括氧氣(O2)傳感器診斷模塊，所述O2傳感器診斷模塊診斷O2傳感器且請求最小每缸空氣量(APC)。節氣門致動器模塊基於所述最小APC來控制節氣門以調節空氣品質流量。
文檔編號F02D41/22GK101900049SQ20101015867
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月31日 優先權日2009年3月31日
發明者C·E·懷特尼, I·安妮洛維奇, J·A·赫爾米克, J·W·西基寧, R·B·傑斯, R·C·小西蒙 申請人:通用汽車環球科技運作公司