專利名稱:用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備和診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請披露內(nèi)容涉及一種用于采用催化劑的內(nèi)燃機的診斷設(shè)備和診斷方法。該設(shè)備及方法能夠在內(nèi)燃機中凈化包含在排氣中的特定成分，并適于檢測在一定情況下的催化劑溫度升高加速控制的故障。
背景技術(shù)：
近年來，在汽車內(nèi)燃機領(lǐng)域，需要對排氣凈化進(jìn)行改進(jìn)。特別地，尋求對冷起動排氣凈化技術(shù)的改進(jìn)，該技術(shù)適于在從冷機起動開始的一段時間內(nèi)使用，在這段時間內(nèi)催化劑處于非活性狀態(tài)。而且，由于已經(jīng)實施了關(guān)于排氣排放的嚴(yán)格法規(guī)，所以更加迫切地需要改進(jìn)排氣凈化。因此，當(dāng)用冷機起動時，為了快速地使催化劑活化，需要執(zhí)行催化劑溫度升高加速控制，例如怠速增加控制或點火定時延遲控制。然而，需要執(zhí)行診斷操作，以確保能正常地執(zhí)行這些控制功能。
在日本專利臨時申請No.2001-132526中披露了診斷技術(shù)的例子。在該參考文獻(xiàn)中，在冷起動過程中對內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和點火定時進(jìn)行監(jiān)測。在從催化劑溫度升高加速操作開始經(jīng)過一預(yù)定時間段之后，當(dāng)所監(jiān)測的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速小于或等于預(yù)定值時，或者當(dāng)所監(jiān)測的點火定時(點火提前量)大于或等于預(yù)定值時，進(jìn)行失敗(故障)判斷。
然而，在上述參考文獻(xiàn)所披露的系統(tǒng)中，除非在特定的內(nèi)燃機運行狀態(tài)下已經(jīng)超過預(yù)定的延遲時間，否則不會起動診斷操作，所述特定的內(nèi)燃機運行狀態(tài)例如是空轉(zhuǎn)運行，此時同時執(zhí)行內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速反饋控制和點火定時反饋控制。例如，冷起動之后，在轉(zhuǎn)換到加速運行模式經(jīng)過相對較短的一段時間段時，不會執(zhí)行診斷。這樣，就需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容本申請披露一種用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備。在一個實施例中，診斷設(shè)備包括催化劑和控制器。催化劑設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中，并凈化排氣系統(tǒng)中的特定成分?？刂破鞅痪幊虨閳?zhí)行多個功能。具體說，控制器被編程為在冷機運行過程中控制內(nèi)燃機的至少一個控制參數(shù)，以加速催化劑的溫度升高?？刂破鬟M(jìn)一步根據(jù)至少一個控制參數(shù)計算修正系數(shù)，該修正系數(shù)相應(yīng)于對催化劑的溫度升高的貢獻(xiàn)程度。控制器進(jìn)一步根據(jù)修正系數(shù)估計催化劑排放量，該催化劑排放量相應(yīng)于排放到排氣系統(tǒng)中催化劑下游的特定成分排放量?？刂破鬟€根據(jù)估計的催化劑排放量診斷催化劑溫度升高加速控制是否正常地發(fā)揮功能，該催化劑溫度升高加速控制能加速催化劑的溫度升高。另外，還披露了一種診斷方法。
通過隨后的結(jié)合附圖的說明，本系統(tǒng)的其他特征和優(yōu)點將變得顯明，其中圖1為內(nèi)燃機排放凈化系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。
圖2為根據(jù)第一實施例的催化劑溫度升高加速控制的診斷處理流程圖。
圖3為在圖2的步驟104A中執(zhí)行的、用于計算修正系數(shù)平均值的子程序流程圖。
圖4為在圖2的步驟113中執(zhí)行的、用于進(jìn)行正常水平計算的子程序一個例子的流程圖。
圖5為在圖2的步驟113中執(zhí)行的、用于進(jìn)行正常水平計算的子程序另一個例子的流程圖。
圖6為可能在圖2的步驟103A中使用的、用于設(shè)定點火定時修正系數(shù)G(ADV)的圖的一個例子。
圖7為可能在圖2的步驟103B中使用的、用于設(shè)定速度修正系數(shù)G(N)的圖的一個例子。
圖8為燃料噴射量與從內(nèi)燃機排放的HC排放量之間的關(guān)系圖。
圖9A-9D為在冷機起動過程中，正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下各種參數(shù)變化的時序圖。
圖10為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的催化劑溫度升高加速控制的診斷處理流程圖。
圖11為在圖10的步驟102A中執(zhí)行的、用于設(shè)定診斷-判斷取消標(biāo)志的子程序流程圖。
圖12為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的催化劑溫度升高加速控制的診斷處理流程圖。
圖13為在圖2的步驟104B中執(zhí)行的、用于計算總排放熱量的子程序流程圖。
圖14為可能在圖13的步驟133中使用的、用于設(shè)定熱量初始值TQEPINI的圖的一個例子。
具體實施方式盡管權(quán)利要求
并不限于所述實施例，但通過對本申請對各種實例的討論，可以對本系統(tǒng)各方面作出最好的理解?，F(xiàn)在參見附圖，其中詳細(xì)地顯示說明性實施例。盡管附圖描繪了實施例，但是附圖未必是嚴(yán)格成比例的，且夸大了某些特征，以更好地顯示和解釋實施例的創(chuàng)新方面。進(jìn)一步地，本申請所描述的實施例并不意在窮盡或限制或限定為附圖及下文詳細(xì)說明中所示的確切形式和結(jié)構(gòu)。下面參考附圖對本發(fā)明的示例性實施例詳細(xì)說明如下。
第一實施例下文中，參見附圖對診斷設(shè)備和方法的第一實施例進(jìn)行解釋。圖1顯示了用于汽油內(nèi)燃機的排氣排放凈化系統(tǒng)的實施例?；鸹ㄈ?位于內(nèi)燃機20的燃燒室21上部大致中央的位置。燃燒室21通過進(jìn)氣閥22與進(jìn)氣通道23連接，并通過排氣閥24與排氣通道25連接?？諝鉃V清器26、空氣流量計3、電子控制節(jié)氣門27、節(jié)氣門開度傳感器4和燃料噴射閥5，從進(jìn)氣通道23的上游起、以上述順序設(shè)置在進(jìn)氣通道23中。空氣流量計3設(shè)置為測量進(jìn)氣流量。節(jié)氣門27設(shè)置為在適當(dāng)?shù)臈l件下打開和關(guān)閉進(jìn)氣通道23。節(jié)氣門開度傳感器4設(shè)置為檢測節(jié)氣門的打開情況。燃料噴射閥5設(shè)置為向進(jìn)氣通道23的進(jìn)氣口23A噴入燃料。應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于這種氣道噴射內(nèi)燃機，而本發(fā)明可以用于缸內(nèi)直接噴射內(nèi)燃機，在該內(nèi)燃機中燃料從燃料噴射閥直接噴入燃燒室。
為了更有效地在包括冷機起動過程在內(nèi)的內(nèi)燃機運行狀態(tài)下凈化排氣，排氣排放凈化系統(tǒng)由雙催化劑系統(tǒng)構(gòu)成，因此催化劑彼此串聯(lián)地放置且位于各自的安裝位置。催化劑沿排氣通道25互相間隔開并具有不同的周圍環(huán)境溫度。更具體地說，前催化劑13置于排氣通道25中并位于排氣歧管集合部25A處，該前催化劑13接近燃燒室21并具有比較高的排氣溫度。前催化劑13可以位于在排氣通道25的上游、排氣歧管集合部25A附近。后催化劑14置于前催化劑13的下游且位于車輛底板的下方，該后催化劑14具有比較低的排氣溫度。
在一實施例中，前催化劑13是包括三元催化劑13A與HC吸收型催化劑13B組合的HC吸收型三元催化劑。三元催化劑13A可以將NOX、HC和CO的排放幾乎減小到0，接近理論空氣/燃料(A/F)比。HC吸收型催化劑13B設(shè)置為，在三元催化劑13A有活性以前，暫時吸收所排放的碳?xì)浠衔?HCs)。例如，后催化劑14可由上述HC吸收型催化劑構(gòu)成。應(yīng)理解，排氣排放凈化系統(tǒng)并不限于所述的催化劑系統(tǒng)，也就是如上所述的由三元催化劑13A和HC吸收型催化劑13B構(gòu)成的催化劑系統(tǒng)。作為另一類催化劑，催化劑系統(tǒng)可以包括NOX捕獲型催化劑，能在氧氣過剩的稀薄A/F運行模式下捕獲NOX，并能在理論(stoichiometric)或富余A/F運行模式下吸收并減少NOX。三元催化劑13A、HC吸收型催化劑13B和NOX捕獲型催化劑可以要么單獨使用，要么以合理的組合方式使用。
上游氧氣傳感器11和下游氧氣傳感器12都設(shè)置在排氣通道25中，且分別位于前催化劑13的上游和下游。代替使用簡單的氧氣傳感器(O2傳感器)，可以使用能檢測寬范圍空氣/燃料比的寬范圍空燃比傳感器來作為傳感器11和12?？梢愿鶕?jù)由位置(POS)傳感器7和相位(PHASE)傳感器8所檢測的傳感器信號來計算內(nèi)燃機旋轉(zhuǎn)速度(內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速)，該位置傳感器7檢測曲軸的角位置，而該相位傳感器8檢測曲軸的相位。爆燃傳感器6和水溫傳感器10安裝在內(nèi)燃機20的氣缸體上。爆燃傳感器6設(shè)置為檢測爆燃狀態(tài)(內(nèi)燃機爆燃)。水溫傳感器10設(shè)置為檢測出內(nèi)燃機冷卻劑溫度，作為內(nèi)燃機的溫度。
起到電子控制單元作用的內(nèi)燃機控制器1，采用公知的數(shù)字計算機系統(tǒng)構(gòu)建，具有中央處理器(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存儲器(RAM)和輸入輸出接口。控制器1具有存儲和執(zhí)行功能，以便允許控制器1執(zhí)行各種控制過程。各種信號，例如起動器信號、點火信號等，經(jīng)由信號線2輸入到內(nèi)燃機控制器1。根據(jù)從傳感器3、4、6-8和10-12處檢測到的傳感器信號確定出控制信號，控制器1向各致動器輸出這些控制信號，以便控制它們的運行。例如，通過燃料噴射閥5噴入的燃料噴射量和噴射定時以及火花塞9的點火定時都由控制器1進(jìn)行控制。根據(jù)分別來自氧氣傳感器11和12的輸出，控制器1執(zhí)行空氣/燃料比反饋控制。
當(dāng)內(nèi)燃機為冷機時，例如在冷機起動階段，相應(yīng)于在冷機起動之后數(shù)秒的時間，且在該時間段內(nèi)催化劑溫度仍然低且是非活化的，會存在這樣一種可能性從催化劑處排放大量的仍未凈化的HC排放物。由此，冷排放對抗措施，即上述的HC吸收型催化劑13B和14，被用于催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。前催化劑13位于或臨近于排氣歧管集合部25A處，以加速催化劑的溫度升高。同樣在預(yù)定的空轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，控制器1執(zhí)行催化劑溫度升高加速控制，其中(i)怠速增加控制包括在怠速控制中，由此通過反饋控制的方式，將內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速控制或調(diào)整至預(yù)定的怠速(其中一個控制參數(shù))，與此一起的是(ii)點火定時延遲控制，由此相對于最佳扭矩(MBT)的最小提前量使點火定時延遲(其中一個控制參數(shù))。
圖2為診斷控制處理的流程圖，該診斷控制處理用于在冷機運行過程中診斷催化劑溫度升高加速控制是否正常地發(fā)揮功能。當(dāng)內(nèi)燃機20起動時，立即由內(nèi)燃機控制器1啟動控制該程序，且在一段非常短的時間內(nèi)(具體地說，執(zhí)行單位燃燒(每燃燒的一次或多次)的每個預(yù)定的曲軸角度)來重復(fù)地執(zhí)行。
在步驟101中，進(jìn)行檢查，以判斷內(nèi)燃機20的運行狀態(tài)是否在催化劑溫度升高加速控制運行范圍內(nèi)，例如在執(zhí)行催化劑溫度升高加速控制的冷起動過程中。也就是，進(jìn)行檢查，以判斷內(nèi)燃機是否是冷機狀態(tài)，其中催化劑仍然是未活化的。具體地說，根據(jù)幾種條件進(jìn)行判斷，例如，內(nèi)燃機溫度條件，內(nèi)燃機冷卻劑溫度小于或等于預(yù)定的溫度值，范圍大約從20℃至30℃。
在步驟102中，進(jìn)行檢查，以判斷是否滿足預(yù)定診斷使能條件(apredetermined diagnostic enabling condition)。診斷使能條件包括，與排氣溫度升高加速控制(催化劑溫度升高加速控制)相關(guān)的傳感器是否正常地運行的條件，這些傳感器例如是空氣流量傳感器3、位置傳感器7、相位傳感器8、以及氧氣傳感器11-12。第一實施例的診斷設(shè)備的特點是，可以診斷相對較寬范圍的冷機運行以及空轉(zhuǎn)運行的內(nèi)燃機運行參數(shù)。因此，基本上，獨立的運行狀態(tài)(空轉(zhuǎn)運行等)，內(nèi)燃機載荷及內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速不屬于步驟102的診斷使能條件。
在步驟103A中，根據(jù)當(dāng)前的點火定時來計算點火定時修正系數(shù)G(ADV)。根據(jù)相位延遲定時值A(chǔ)DV-MBTCAL來計算或重新獲得修正系數(shù)G(ADV)，該相位延遲定時值A(chǔ)DV-MBTCAL是按圖6所示的控制圖表、從最佳扭矩MBT的最小提前量進(jìn)行延遲。如此處所示的，相位延遲定時值A(chǔ)DV-MBTCAL越大，則燃燒效率會變得越低，且因此排氣溫度會變得越高。為此，設(shè)定修正系數(shù)G(ADV)，以使得單位排氣供應(yīng)熱量QEXST增加。也就是，修正系數(shù)G(ADV)相應(yīng)于因相位延遲點火定時而產(chǎn)生的對催化劑溫度升高的貢獻(xiàn)程度。這樣，相位延遲定時值越大，則設(shè)定的修正系數(shù)G(ADV)越大。
在步驟103B中，根據(jù)當(dāng)前內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速NE來計算轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(N)。根據(jù)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速NE、從圖7所示的控制圖表來計算或重新獲得(retrieved)修正系數(shù)G(N)。如此處所示的，內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速NE越高，則實際的燃燒時間間隔越短，且因此熱散失量越小。這樣，設(shè)置修正系數(shù)G(N)，以使得單位排氣供應(yīng)熱量QEXST增加。也就是，修正系數(shù)G(N)相應(yīng)于因內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速增加而產(chǎn)生的對催化劑溫度升高的貢獻(xiàn)程度。這樣，內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速越高，則設(shè)置的G(N)越大。
在步驟103C中，估計或計算單位排氣供應(yīng)熱量QEXST，其相應(yīng)于由一個燃燒過程(單位燃燒)提供的排氣熱量。具體地說，用下面的等式(1)來計算熱量QEXSTQEXST＝TP×G(ADV)×G(N)……(1)其中，TP代表燃料噴射量。
通過使用上述修正系數(shù)G(ADV)和G(N)，可以有效地吸收或消除因內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速波動和/或點火定時波動而產(chǎn)生的單位排氣供應(yīng)熱量QEXST的波動。
在步驟104中，將單位排氣供應(yīng)熱量進(jìn)行累計或總計，計算總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP?？偱艢夤?yīng)熱量相應(yīng)于在冷機運行過程中提供給催化劑13的排氣的總熱量。具體地說，通過將燃燒循環(huán)(也就是，具有單位燃燒的多個燃燒循環(huán))與單位排氣供應(yīng)熱量QEXST相乘得到的值加上在先的總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP，來更新總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP，所述燃燒循環(huán)是對在先的運算處理計算的，而所述在先的總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP是在一次運算處理循環(huán)之前計算的。
在步驟104A的子程序中，計算點火定時修正系數(shù)G(ADV)的平均值(簡單來說，即點火定時修正系數(shù)平均值A(chǔ)VADV)以及轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(N)的平均值(簡單來說，即轉(zhuǎn)速修正系數(shù)平均值A(chǔ)VNE)。從圖3可見，在步驟141中，根據(jù)轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(N)來計算轉(zhuǎn)速修正系數(shù)累計值SMCSNE。具體的說，通過將當(dāng)前運算子程序計算的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(N)加上到在先的子程序為止所累計的累計值SMCSNE，來更新轉(zhuǎn)速修正系數(shù)累計值SMCSNE。在步驟142中，通過將轉(zhuǎn)速修正系數(shù)累計值SMCSNE除以累計燃燒循環(huán)，來計算轉(zhuǎn)速修正系數(shù)平均值A(chǔ)VNE。
在步驟143中，根據(jù)點火定時修正系數(shù)G(ADV)計算點火定時修正系數(shù)累計值SMCSADV。具體地說，通過將當(dāng)前運算子程序計算的點火定時修正系數(shù)G(ADV)加上到在先的子程序為止所累計的累計SMCSADV，來更新點火定時修正系數(shù)累計值SMCSADV。
在步驟145中，通過將點火定時修正系數(shù)累計值SMCSADV除以累計的燃燒循環(huán)，來計算點火定時修正系數(shù)平均值A(chǔ)VADV。
再次回到圖2，在步驟105中，計算催化劑殘留比例ITAT50，其相應(yīng)于殘留在催化劑中的碳?xì)浠衔?HCs)比例。催化劑殘留比例ITAT5很大程度上取決于總排氣供應(yīng)熱量(總催化劑熱量)QEXSTP，且因此在所示實施例中，只根據(jù)總排氣供應(yīng)熱量(總催化劑熱量)QEXSTP簡單地計算出催化劑殘留比例ITAT50，如下面的等式(2)所示ITAT50＝1-QEXSTP/QT50……(2)其中，QT50代表使催化劑活化所需的熱量，且預(yù)設(shè)為一固定值。
在步驟106中，對一次燃燒過程中、從內(nèi)燃機20的燃燒室排放的HC排放物的排放量EOE進(jìn)行估計，也就是，相應(yīng)于供應(yīng)給催化劑的HC排放物量的單位內(nèi)燃機排放量SIMEOE。從圖8可見，排放量EOE大致與燃料噴射量TP成比例。排放量EOE對燃料噴射量TP的比例COEI(在圖8中由虛線表示)幾乎是常數(shù)。因此，在該步驟106中，簡單地將上述比例COEI設(shè)定為固定的系數(shù)，且因此只根據(jù)燃料噴射量TP來計算單位內(nèi)燃機排放量SIMEOE。
在圖2的步驟107中，對單位催化劑排放量(單位排氣管HC排放量)SIMTPE進(jìn)行計算，其相應(yīng)于由單位燃燒排放到催化劑下游部分的HC排放量。在步驟108中，對單位催化劑排放量SIMTPE進(jìn)行累計，并隨后計算催化劑排放量SIMTTPE，其相應(yīng)于排放到催化劑下游的排氣管HC排放物的總排放量。具體的說，通過將具有單位燃燒的燃燒循環(huán)與單位催化劑排放量SIMTPE相乘的值加上在先的催化劑排放量SIMTTPE，來循環(huán)更新催化劑排放量SIMTTPE，所述在先的催化劑排放量SIMTTPE是在一個運算處理循環(huán)之前計算的。
在步驟109中，進(jìn)行檢查，以判斷催化劑殘留比例ITAT50是否達(dá)到“0”，該值是一個預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)值。換句話說，進(jìn)行檢查，以判斷催化劑是否已活化?？梢岳斫猓瑯?biāo)準(zhǔn)值并不限于“0”，而標(biāo)準(zhǔn)值可以是預(yù)設(shè)為較大的值，以縮短診斷時長?？蓚溥x地，標(biāo)準(zhǔn)值可以預(yù)設(shè)為較小的值，以增加診斷準(zhǔn)確性。
當(dāng)步驟109的判斷結(jié)果為肯定(YES)時，程序執(zhí)行至步驟110。在步驟110中，進(jìn)行對催化劑溫度升高加速控制的正常狀態(tài)和故障狀態(tài)的判斷/診斷。具體地說，進(jìn)行檢查，以判斷催化劑排放量SIMTTPE是否小于或等于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)值EMNG。標(biāo)準(zhǔn)值EMNG預(yù)設(shè)為一固定值。例如，標(biāo)準(zhǔn)值EMNG設(shè)置為大致相應(yīng)于正常狀態(tài)下催化劑排放量SIMTTPE的1.5倍的值。
當(dāng)步驟110的判斷結(jié)果為肯定(YES)時，程序處理至步驟111。在步驟111中，作出催化劑溫度升高加速控制為正常狀態(tài)的判斷。相反地，當(dāng)步驟110的判斷結(jié)果為否定(NO)時，程序執(zhí)行至步驟112。在步驟112中，作出催化劑溫度升高加速控制為故障狀態(tài)的判斷，并隨后用諸如報警燈或聽得見的報警信號之類的報警指示，將所存在故障狀態(tài)通報給司機。
此外，當(dāng)判斷出催化劑溫度升高加速控制為故障狀態(tài)時，通過步驟113的子程序計算點火定時補償?shù)恼Ｋ絎ORADV和轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平WORNE。從圖4中可見，在步驟151中，通過下面的等式(3)計算轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平WORNEWORNE＝(AVNE-AVFNE)/(AVTNE-AVFNE)……(3)其中，WORNE代表轉(zhuǎn)速增加控制正常水平或正常程度(正常性)的指數(shù)，且正常狀態(tài)下其數(shù)值大約為“1”，而在故障狀態(tài)下其數(shù)值大約為“0”，且AVFNE代表相應(yīng)于故障狀態(tài)的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)的值并預(yù)設(shè)為一固定值，而AVTNE代表相應(yīng)于正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)的值并預(yù)設(shè)為一固定值。
在步驟152中，點火定時補償(也就是，點火定時延遲控制)的正常水平WORADV用下面的等式(4)計算WORADV＝(AVADV-AVFADV)/(AVTADV-AVFADV)……(4)其中，WORADV代表點火定時延遲控制的正常水平或正常程度(正常性)的指數(shù)，且正常狀態(tài)下其數(shù)值大約為“1”，而在故障狀態(tài)下其數(shù)值大約為“0”，且AVFADV代表相應(yīng)于故障狀態(tài)的點火定時修正系數(shù)的值并預(yù)設(shè)為一固定值，而AVTADV代表相應(yīng)于正常狀態(tài)的點火定時修正系數(shù)的值并預(yù)設(shè)為一固定值。
例如，當(dāng)最佳扭矩MBT的最小提前量的點火定時修正系數(shù)G(ADV)設(shè)置為“1”時，AVFADV值設(shè)置為“1”而AVTADV值設(shè)置為大約從“1.2”至“1.3”的數(shù)值范圍中的某個值。
在圖4所示的子程序中，進(jìn)行檢查，以判斷轉(zhuǎn)速增加控制和點火定時延遲控制哪一個是相對正常的或故障的，以便確定催化劑溫度升高加速控制故障的原因。具體的說，在步驟153中，互相比較轉(zhuǎn)速增加控制正常水平WORNE和點火定時補償正常水平WORADV。隨后，判斷出正常水平WORNE和正常水平WORADV中較高的一個對應(yīng)的控制是正常的，而正常水平WORNE和正常水平WORADV中較低的一個對應(yīng)的控制是故障的(見步驟154-155)?？赏ㄖ緳C判斷結(jié)果?？蓚溥x地，判斷結(jié)果可以僅作為參考量進(jìn)行存儲，以用于修理。
圖5顯示了一種可備選的子程序，可以用于代替圖4的子程序。在圖5的子程序中，進(jìn)行關(guān)于轉(zhuǎn)速增加控制和點火定時延遲控制的每一個的正常狀態(tài)和故障狀態(tài)的判斷。以與圖4的子程序相同的方式，在步驟151和152中，對正常水平WORADV和WORNE進(jìn)行計算。在隨后的步驟161中，正常水平WORNE與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較(小于“1”的值)。當(dāng)正常水平WORNE大于標(biāo)準(zhǔn)值時，判斷出轉(zhuǎn)速增加控制為正常(見步驟162)。相反地，當(dāng)正常水平WORNE小于或等于標(biāo)準(zhǔn)值時，判斷出轉(zhuǎn)速增加控制為故障(見步驟163)。
在步驟164中，正常水平WORADV與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較(小于“1”的值)。當(dāng)正常水平WORADV大于標(biāo)準(zhǔn)值時，判斷出點火定時延遲控制為正常(見步驟165)。相反地，當(dāng)正常水平WORADV小于或等于標(biāo)準(zhǔn)值時，判斷出點火定時延遲控制為故障(見步驟166)。
圖9A-9D為在冷起動過程中，對通過第一實施例的設(shè)備執(zhí)行的診斷操作進(jìn)行解釋的時序圖。在附圖中，用實線代表NC特性，其相應(yīng)于正常狀態(tài)，而用虛線代表MC特性，其相應(yīng)于故障狀態(tài)。橫坐標(biāo)相應(yīng)于曲軸角度(基準(zhǔn)曲軸位置REF)。如圖9A-9D所示，在所示實施例中，考慮內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速NE和點火定時的影響，對催化劑排放量SIMTTPE進(jìn)行計算。這樣，不管內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速NE的波動如何，催化劑排放量SIMTTPE幾乎與曲軸角度(燃燒時間間隔)成比例地增加，并隨后在當(dāng)催化劑殘留比例ITAT50變?yōu)椤?”的時間點附近達(dá)到其上限。因此，通過將該時間點的催化劑排放量SIMTTPE與標(biāo)準(zhǔn)值EMNG進(jìn)行比較，可以以較短診斷時長進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷。
下文所列出的為第一實施例的特點，操作和效果。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明診斷設(shè)備和方法的特點不限于此處所示及所描述的具體實施例，而在不脫離本發(fā)明的范圍或精神內(nèi)可作各種改變和修改。
(1)第一實施例的診斷設(shè)備具有至少一個催化劑13、14，催化劑溫度升高加速控制，和控制單元。催化劑13、14設(shè)置在內(nèi)燃機20的排氣系統(tǒng)中，以凈化包含在排氣中的特定成分。在冷機運行過程中，催化劑溫度升高加速控制利用內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速升高控制以及點火定時延遲控制，以加速催化劑的溫度升高。在冷機運行過程中，控制器1對催化劑溫度升高加速控制進(jìn)行診斷。診斷設(shè)備配置為，根據(jù)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速NE來計算轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(N)(見步驟103A)，以及配置為根據(jù)點火定時來計算點火定時修正系數(shù)G(ADV)(見步驟103B)。診斷設(shè)備還配置為，根據(jù)速度修正系數(shù)G(N)和點火定時修正系數(shù)G(ADV)來估計催化劑排放量SIMTTPE，其相應(yīng)于排放到催化劑下游側(cè)的特定成分的排放量(見步驟108)。根據(jù)該估計，診斷設(shè)備配置為判斷/診斷催化劑溫度升高加速控制的狀態(tài)是否運行正常(處于正常狀態(tài))，或存在故障(處于故障狀態(tài))。診斷/判斷是基于催化劑排放量SIMTTPE的(見步驟110-112)。此外，診斷設(shè)備配置為，根據(jù)轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(N)來計算轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平WORNE(見步驟141-142)，并根據(jù)點火定時修正系數(shù)G(ADV)來計算點火定時延遲控制的正常水平WORADV(見步驟143-145)。
假設(shè)在冷機運行過程中催化劑溫度升高加速控制為故障，通過一起使用轉(zhuǎn)速增加控制以及點火定時延遲控制，來執(zhí)行催化劑溫度升高加速控制。在這種條件下，催化劑排放量SIMTTPE趨于增加，該催化劑排放量SIMTTPE相應(yīng)于排氣管HC總排放量，其與最終排放到催化劑下游側(cè)的特定成分相關(guān)。因此，以一種不需要催化劑溫度傳感器的簡化構(gòu)型，通過估計催化劑排放量SIMTTPE并通過根據(jù)所估計的催化劑排放量SIMTTPE進(jìn)行診斷，可以獲得高精度的診斷。
在上述已有技術(shù)的描述中，僅根據(jù)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和點火定時進(jìn)行診斷，則能夠進(jìn)行診斷的范圍實質(zhì)上局限于諸如空轉(zhuǎn)范圍的具體運行范圍。相反，在本文所述的第一實施例中，對轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(NE)和點火定時修正系數(shù)G(ADV)進(jìn)行計算，完全考慮了由于內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速NE和點火定時所產(chǎn)生的影響，二者都用作催化劑溫度升高加速控制(催化劑升溫控制)的參數(shù)。根據(jù)這些修正系數(shù)設(shè)定催化劑排放量SIMTTPE。因而，由此可以準(zhǔn)確地計算催化劑排放量，同時有效地減少或消除由于內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速波動和/或點火定時波動而造成的消極影響。這樣，在相對寬的內(nèi)燃機運行范圍內(nèi)，可以獲得對催化劑溫度升高加速控制正常狀態(tài)或非正常狀態(tài)(故障狀態(tài))的高精度診斷。
如上所述，可以提供一種高精度系統(tǒng)診斷。更具體地說，利用修正系數(shù)G(N)和G(ADV)、連同用于催化劑排放量SIMTTPE計算的運算處理，可以容易地且準(zhǔn)確地對用于催化劑溫度升高的轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平WORNE、以及用于催化劑溫度升高的點火定時延遲控制的正常水平WORADV進(jìn)行計算。也就是，不需要作任何適配和設(shè)置新的控制參數(shù)，就可以分別計算出或得到轉(zhuǎn)速增加控制和點火定時延遲控制的正常程度和異常程度。結(jié)果，可以減少在運算操作和存儲能力上的負(fù)荷。
(2)如上所述，用下面的等式計算上述正常水平WORNE和WORADVWORNE＝(AVNE-AVFNE)/(AVTNE-AVFNE)WORADV＝(AVADV-AVFADV)/(AVTADV-AVFADV)以這種方式，利用固定值(預(yù)設(shè)值)，可以分別計算指示轉(zhuǎn)速增加控制正常程度的指數(shù)以及指示點火定時延遲控制正常程度的指數(shù)，由此可以指示出故障狀態(tài)和正常狀態(tài)。因此，當(dāng)對催化劑溫度升高加速控制故障狀態(tài)(正常狀態(tài))進(jìn)行判斷/診斷時，通過將兩個水平WORNE和WORADV中的一個與另一個進(jìn)行比較(見步驟153)，可以容易地確定轉(zhuǎn)速增加控制和點火定時延遲控制中哪一個是故障的。
(3)診斷設(shè)備配置為，根據(jù)轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(N)和點火定時修正系數(shù)G(ADV)，對單位催化劑排放量SIMTPE進(jìn)行循環(huán)地計算，該單位催化劑排放量SIMTPE相應(yīng)于內(nèi)燃機的每單位燃燒所排放到催化劑下游側(cè)的特定成分排放量，以及診斷設(shè)備配置為，通過對單位催化劑排放量SIMPTE進(jìn)行累計，計算催化劑排放量SIMTTPE。因此，可以準(zhǔn)確地計算催化劑排放量，同時消除每單位燃燒的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速波動和/或點火定時波動的影響。優(yōu)選的是，單位燃燒為一個燃燒過程?？蓚溥x地，單位燃燒可以是對控制程序的一個預(yù)定運算時間間隔(曲軸角度)的數(shù)次燃燒過程。
(4)診斷設(shè)備配置為，為內(nèi)燃機的每單位燃燒計算轉(zhuǎn)速修正系數(shù)平均值A(chǔ)VNE(見步驟142)，并配置為，根據(jù)所計算的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)平均值A(chǔ)VNE，來計算轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平WORNE(見步驟151)。診斷設(shè)備配置為，為內(nèi)燃機的每單位燃燒計算點火定時遲修正系數(shù)平均值A(chǔ)VADV(見步驟145)，以及配置為，根據(jù)所計算的點火定時修正系數(shù)平均值A(chǔ)VADV，來計算點火定時延遲控制的正常水平WORADV(見步驟152)。因此，可以準(zhǔn)確地計算正常水平，同時消除每單位燃燒的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速波動和/或點火定時波動的影響。
(5)更具體地說，診斷設(shè)備配置為，根據(jù)轉(zhuǎn)速修正系數(shù)G(N)和點火定時修正系數(shù)G(ADV)，來計算催化劑殘留比例ITAT50，該催化劑殘留比例ITAT50相應(yīng)于留在催化劑中的特定成分的比例(見步驟105)，以及配置為，根據(jù)所計算的催化劑殘留比例ITAT50準(zhǔn)確地計算催化劑排放量SIMTTPE。
(6)上述“催化劑殘留比例”與催化劑活性狀態(tài)及凈化性能有關(guān)，且代表了催化劑的一種狀態(tài)。典型地，用語“催化劑殘留比例”定義為催化劑殘留比例ITAT50，相應(yīng)于留在催化劑中的特定成分的比例。在其替換例中，可以使用諸如催化劑溫度這樣的另一種參數(shù)，該催化劑溫度是通過催化劑溫度傳感器檢測或估計出的并指示催化劑的活性狀態(tài)。
(7)診斷設(shè)備配置為，根據(jù)燃料噴射量TP來估計相應(yīng)于排氣熱量的單位排氣供應(yīng)熱量QEXST，該排氣熱量可以由內(nèi)燃機的單位燃燒來提供(見步驟103)，以及配置為，通過將單位排氣供應(yīng)熱量QEXST的累計值加到熱量初始值TQEPINI上，來計算總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP(見步驟104)。如上所述，盡管是一種不需要采用直接檢測催化劑溫度的催化劑溫度傳感器的簡化系統(tǒng)，但也可以準(zhǔn)確地計算總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP。此外，通過將為每單位燃燒獲得的單位排氣供應(yīng)熱量QEXST進(jìn)行累計，計算總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP。以及由此，可以在包括瞬態(tài)運行階段在內(nèi)的相對寬的運行范圍內(nèi)，準(zhǔn)確地計算總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP，在該瞬態(tài)運行階段中內(nèi)燃機的運行狀態(tài)是變化的。
(8)診斷設(shè)備配置為，根據(jù)燃料噴射量TP來估計單位內(nèi)燃機排放量SIMEOE，該單位內(nèi)燃機排放量SIMEOE相應(yīng)于由單位燃燒從內(nèi)燃機排放的特定成分的排放量(見步驟106)，以及配置為，根據(jù)催化劑殘留比例ITAT50和單位內(nèi)燃機排放量SIMEOE，來計算單位催化劑排放量SIMTPE(見步驟107)。以這種方式，根據(jù)從內(nèi)燃機排放的單位內(nèi)燃機排放量SIMEOE，和與此同時獲得的、指示催化劑狀態(tài)的催化劑殘留比例ITAT50，為每單位燃燒計算單位催化劑排放量SIMTPE。這樣，可以準(zhǔn)確地計算單位催化劑排放量SIMTPE，同時在單位內(nèi)燃機排放量SIMEOE中反映催化劑的活性狀態(tài)。
(9)如上所述，用下面的等式計算催化劑殘留比例ITAT50(見步驟105)ITAT50＝1-QEXSTP/QT50ITAT50催化劑殘留比例QEXSTP總催化劑熱量QT50催化劑活化所需的熱量其中QT50的值預(yù)設(shè)為一固定值。
因此，可以僅根據(jù)總催化劑熱量QEXSTP，簡單地計算催化劑殘留比例ITAT50。結(jié)果，可以減少運算操作負(fù)荷及存儲器占用量。
(10)診斷設(shè)備配置為，判斷催化劑殘留比例ITAT50是否減小到預(yù)定值(例如“0”)以下(見步驟109)，以及配置為，在判斷出催化劑殘留比例ITAT50已經(jīng)被減小到預(yù)定值以下(ITAT50＝0)時，執(zhí)行診斷(見步驟110-112)。以這種方式，可以利用用于計算單位催化劑排放量SIMTPE的催化劑殘留比例ITAT50，來設(shè)置診斷時長。這樣，不需增加額外的判斷/診斷參數(shù)，就可以有效地縮短診斷時長。
(11)典型地，上述特定成分相應(yīng)于汽油內(nèi)燃機中的碳?xì)浠衔?HCs)?？梢岳斫猓景l(fā)明可以應(yīng)用于柴油機排氣凈化系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，上述特定成分為顆粒物質(zhì)(PM)、氮氧化物(NOX)以及一氧化碳(CO)排放物。
第二實施例下文解釋了用于排放凈化系統(tǒng)的診斷設(shè)備及方法的第二實施例。第二實施例的用在汽油內(nèi)燃機的排氣排放凈化系統(tǒng)與圖1所示的第一實施例的相同。圖10為診斷控制處理流程圖，該診斷控制處理用于在冷機運行過程中診斷催化劑溫度升高加速控制是否正常運行。這樣，將在圖2所示的第一實施例流程圖中指代步驟的相同步驟標(biāo)號，應(yīng)用于圖10所示的修改流程圖中相應(yīng)的步驟標(biāo)號，這是為了比較這兩個不同的流程圖。在下文中，參考附圖，只對與第一實施例不同的那些步驟進(jìn)行詳細(xì)描述，同時因為上文所作的描述是自明的，所以省略對相同步驟的描述。
在步驟102A的子程序中，設(shè)置診斷-判斷取消標(biāo)志CFLG。在圖11中顯示了步驟102A的子程序。具體地說，如圖11所示，首先，在步驟121中，使監(jiān)測階段累積燃燒計數(shù)值CSMRFCT增加“1”，該監(jiān)測階段累積燃燒計數(shù)值CSMRFCT相應(yīng)于在執(zhí)行了催化劑溫度升高加速控制的冷機運行過程中，燃燒循環(huán)(具有單位燃燒)的累計值。在步驟122中，進(jìn)行檢查，以判斷內(nèi)燃機是否空轉(zhuǎn)，例如，空轉(zhuǎn)開關(guān)是否打開。在空轉(zhuǎn)過程中，通過反饋控制將內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速控制為預(yù)定的怠速(目標(biāo)怠速)。在冷機狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)過程中，為了催化劑溫度升高加速和升溫加速的目的，將此時的目標(biāo)怠速設(shè)置為比內(nèi)燃機熱機狀態(tài)的目標(biāo)怠速更高的值。也就是，執(zhí)行轉(zhuǎn)速增加控制，作為上述催化劑溫度升高加速控制。在步驟123中，使空轉(zhuǎn)階段累積燃燒計數(shù)值CSMIDCT增加“1”，該空轉(zhuǎn)階段累積燃燒計數(shù)值CSMIDCT相應(yīng)于在冷機運行過程中執(zhí)行空轉(zhuǎn)運行時燃燒循環(huán)(具有單位燃燒)的累計值。在步驟124中，計算空轉(zhuǎn)分配比例CSMIDL，其相應(yīng)于在冷機運行過程中執(zhí)行空轉(zhuǎn)運行的比例。具體地說，以空轉(zhuǎn)階段累積燃燒計數(shù)值CSMIDCT對監(jiān)測階段累積燃燒計數(shù)值CSMRFCT的比例(CSMIDCT/CSMRFCT)，計算空轉(zhuǎn)分配比例CSMIDL。
步驟125，將空轉(zhuǎn)分配比例CSMIDL與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#進(jìn)行比較。在一實施例中，該標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#設(shè)置為從約“0.4”至約“0.6”范圍內(nèi)的一個數(shù)值。在一具體實施例中，該標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#設(shè)置為大致相應(yīng)于“0.6”的值。也就是，當(dāng)在冷機運行過程中以約50％的比例執(zhí)行空轉(zhuǎn)運行時，執(zhí)行診斷操作。當(dāng)空轉(zhuǎn)分配比例CSMIDL小于其標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#時，子程序從步驟125運行至步驟126。在步驟126中，診斷-判斷取消標(biāo)志CFLG設(shè)置為“1”。相反地，當(dāng)空轉(zhuǎn)分配比例CSMIDL大于或等于其標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#時，子程序從步驟125運行至步驟127。在步驟127中，診斷-判斷取消標(biāo)志設(shè)置為“0”。
回到圖10，在步驟103中，估計并計算單位排氣供應(yīng)熱量QEXST，其相應(yīng)于由內(nèi)燃機單位燃燒供應(yīng)的排氣熱量。具體地說，用在圖2所示第一實施例流程圖的步驟103C中使用的相同等式(1)，來計算單位排氣供應(yīng)熱量QEXST。
在步驟109A中，進(jìn)行檢查，以判斷通過圖11的步驟102A設(shè)置或重置的診斷-判斷取消標(biāo)志CFLG是否被重置為“0”。換句話說，進(jìn)行檢查，以判斷空轉(zhuǎn)分配比例CSMIDL是否大于或等于標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#，并由此判斷是否滿足診斷使能條件。
當(dāng)步驟109和109A的回答都為肯定(YES)時，程序處理至步驟110。在步驟110中，進(jìn)行對催化劑溫度升高加速控制正常狀態(tài)或故障狀態(tài)的判斷/診斷。具體地說，進(jìn)行檢查，以判斷催化劑排放量SIMTTPE是否小于或等于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值EMNG。標(biāo)準(zhǔn)值EMNG預(yù)設(shè)為一固定值。例如，標(biāo)準(zhǔn)值EMNG設(shè)置為大致相應(yīng)于正常狀態(tài)催化劑排放量SIMTTPE的1.5倍的值。當(dāng)步驟110的判斷結(jié)果為肯定(YES)時，判斷出催化劑溫度升高加速控制為正常。相反地，當(dāng)步驟110的判斷結(jié)果為否定(NO)時，判斷出催化劑溫度升高加速控制為故障，并隨后用諸如報警燈或聽得見的報警信號之類的報警指示，將所存在故障狀態(tài)通報給司機。
下文所列出的為第二實施例的特征配置形式，操作和效果。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明診斷設(shè)備和方法的配置形式不限于此處所顯示及所描述的具體實施例，而在不脫離本發(fā)明的范圍或精神內(nèi)可作各種改變和修改。
(1)第二實施例的診斷設(shè)備具有至少一個催化劑13、14，催化劑溫度升高加速控制、催化劑排放量控制，以及判斷控制。催化劑13、14設(shè)置在內(nèi)燃機20的排氣系統(tǒng)(排氣通道25)中，以凈化包含在排氣中的特定成分(HC)。提供催化劑溫度升高加速控制(怠速增加控制，點火定時延遲控制等)，以在冷機運行過程中加速催化劑的溫度升高。根據(jù)冷機運行過程中催化劑的狀態(tài)，催化劑排放量控制(步驟108)對催化劑排放量SIMTTPE進(jìn)行估計，該催化劑排放量SIMTTPE相應(yīng)于排放到催化劑下游側(cè)的特定成分的排放量。根據(jù)所估計的催化劑排放量SIMTTPE，判斷控制(步驟110-112)進(jìn)行催化劑溫度升高加速控制是否正常運行或是否存在故障的判斷/診斷。
基本上，提供上述診斷控制，以診斷冷機運行催化劑溫度升高控制(具體地，包括在怠速控制中的轉(zhuǎn)速增加控制，以及點火定時延遲控制)是否正常地執(zhí)行。轉(zhuǎn)速增加對催化劑活化的貢獻(xiàn)很大。因此，當(dāng)冷起動之后，按司機發(fā)出的扭矩增加的指令而轉(zhuǎn)換至加速運行模式時，由于扭矩增加使得內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速趨于極大地增加，并且由于存在與催化劑溫度升高控制所不同的因素，由此催化劑的活化可以被迅速地加速。在這種情況下，不可能對催化劑溫度升高控制進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷。然而，在診斷系統(tǒng)配置為在冷機運行過程中只在空轉(zhuǎn)運行持續(xù)的條件下執(zhí)行診斷的情況下，則存在診斷頻率過小的風(fēng)險。
因此，在本發(fā)明第二實施例中，診斷設(shè)備配置為，計算空轉(zhuǎn)運行比例CSMIDL，以該空轉(zhuǎn)運行比例來在冷機運行過程中執(zhí)行怠速增加控制，該怠速增加控制起到其中一個催化劑溫度升高控制的作用，以及配置為，當(dāng)比例CSMIDL小于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#時阻止上述判斷控制的執(zhí)行(見步驟125、126)，以及配置為，只在空轉(zhuǎn)運行比例CSMIDL大于或等于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#時執(zhí)行判斷/診斷(見步驟125、127)。因此，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值CSMIDL#，可以有效地增加診斷的準(zhǔn)確性，同時防止診斷頻率的減少。也就是，可以將增加的診斷頻率和增加的診斷準(zhǔn)確性調(diào)和到很高的水平上。
(2)從圖1可見，診斷設(shè)備配置為，計算在冷機運行過程中、單位燃燒的燃燒循環(huán)累計值CSMRFCT，并配置為，當(dāng)在冷機運行過程中執(zhí)行空轉(zhuǎn)運行時所產(chǎn)生的具有單位燃燒的燃燒循環(huán)累計值CSMIDCT。這樣，可以根據(jù)累計值CSMRFCT和CSMIDCT兩者，容易地且準(zhǔn)確地計算出比例CSMIDL，在冷機運行過程中以該比例CSMIDL執(zhí)行空轉(zhuǎn)運行。
第三實施例下文解釋了用于排放凈化系統(tǒng)的診斷設(shè)備及方法的第三實施例。第三實施例的用于汽油內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)與圖1所示的第一實施例相同。圖12為診斷控制處理流程圖，該診斷控制處理用于在冷機運行過程中診斷催化劑溫度升高加速控制是否正常運行。這樣，將在圖2所示的第一實施例流程圖中指代步驟的相同步驟標(biāo)號，應(yīng)用于圖12所示的修改流程圖中相應(yīng)的步驟標(biāo)號，這是為了比較這兩個不同的流程圖。在下文中，參考附圖，只對與第一實施例不同的那些步驟進(jìn)行詳細(xì)描述，同時因為上面所作的描述是自明，所以省略對相同步驟的描述。
在步驟103中，估計并計算單位排氣供應(yīng)熱量QEXST，其相應(yīng)于由內(nèi)燃機的單位燃燒供應(yīng)的排氣熱量。具體地說，通過使用與圖2所示第一實施例流程圖的步驟103C中的等式(1)相同的等式，來計算單位排氣供應(yīng)熱量QEXST。
在步驟104B的子程序中，計算總催化劑熱量QEXSTP，其相應(yīng)于催化劑所持有的熱量。參照圖13，在步驟131中，進(jìn)行檢查，以判斷內(nèi)燃機狀態(tài)是否處于冷機運行的早期階段，催化劑溫度升高控制就是在該階段下執(zhí)行的，也就是，判斷內(nèi)燃機是否處于起動階段。具體地說，進(jìn)行檢查，以判斷總催化劑熱量QEXSTP是否為代表初始階段的初始值“0”。在所示實施例中，在內(nèi)燃機停止?fàn)顟B(tài)下，將包括總催化劑熱量QEXSTP在內(nèi)的各種控制參數(shù)的初始值重置為或初始化為“0”。僅在內(nèi)燃機起動之后的子程序第一次執(zhí)行循環(huán)時，才發(fā)生從步驟131至步驟133的處理。在第二次執(zhí)行循環(huán)之后，程序從步驟131前進(jìn)至步驟132。
在內(nèi)燃機起動之后，在步驟133，根據(jù)由水溫傳感器10檢測到的內(nèi)燃機冷卻劑溫度TWINT，從圖14所示的預(yù)設(shè)控制圖表中，計算催化劑所持有的熱量的初始值TQEPINI。從圖14可見，內(nèi)燃機冷卻劑溫度TWINT越高，則設(shè)置的初始值TQEPINI越高。熱量初始值TQEPINI設(shè)置為總催化劑熱量QEXSTP。
在冷機運行過程中，在步驟132中，根據(jù)上述單位排氣供應(yīng)熱量QEXST來更新總催化劑熱量QEXSTP。具體地說，通過將對在先的運算處理算出的燃燒循環(huán)(也就是，具有單位燃燒的多個燃燒循環(huán))乘以單位排氣供應(yīng)熱量QEXST得到的值加到在先的總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP上，由此來更新總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP，所述在先的總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP是一次運算處理循環(huán)之前計算的。如上所述，總排氣供應(yīng)熱量QEXSTP相應(yīng)于這些燃燒循環(huán)下的單位排氣供應(yīng)熱量QEXST的累計值，也就是，通過將催化劑的熱量初始值TQEPINI加上供應(yīng)給排氣系統(tǒng)的總排氣供應(yīng)熱量，從而獲得的總數(shù)值。
下文所列出的為第三實施例的特征配置形式，操作和效果。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明診斷設(shè)備和方法的配置形式不限于此處所示及所描述的具體實施例，而在不脫離本發(fā)明的范圍或精神內(nèi)可作各種改變和修改。例如，在所示實施例中，由水溫傳感器10檢測到的水溫用作內(nèi)燃機的溫度。使用對水溫傳感器10進(jìn)行利用的簡單技術(shù)，該水溫傳感器是用于一般內(nèi)燃機控制的。在其替換例中，可將內(nèi)燃機機油溫度用作內(nèi)燃機溫度。為了更大地增加準(zhǔn)確性，可以直接檢測催化劑溫度或催化劑的周圍環(huán)境溫度。
第三實施例的診斷設(shè)備配置為，根據(jù)由水溫傳感器10檢測到的內(nèi)燃機溫度TWINT，來估計催化劑持有的熱量的初始值TQEPINI(見步驟133)，以及配置為，計算單位排氣供應(yīng)熱量QEXST，其相應(yīng)于供應(yīng)到內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)的排氣的熱量(見步驟103)。第三實施例的診斷設(shè)備配置為，根據(jù)所計算的單位排氣供應(yīng)熱量QEXST和所估計的熱量初始值TQEPINI，來估計冷機運行過程中的催化劑的狀態(tài)值ITAT50(見步驟132、105)，以及配置為，根據(jù)所估計的催化劑的狀態(tài)值ITAT50，來估計催化劑排放量SIMTTPE，該催化劑排放量SIMTTPE相應(yīng)于在冷機運行過程中排放到催化劑下游側(cè)的特定成分的排放量(見步驟108)，以及配置為，根據(jù)所估計的催化劑排放量SIMTTPE，進(jìn)行對催化劑溫度升高加速控制正常狀態(tài)或故障狀態(tài)的判斷/診斷(見步驟110-112)。
假設(shè)在冷機運行過程中催化劑溫度升高加速控制故障，此時，通過怠速增加控制、點火定時延遲控制等執(zhí)行催化劑溫度升高加速控制。在這種條件下，催化劑排放量SIMTTPE趨于增加，該催化劑排放量SIMTTPE相應(yīng)于排氣管HC排放物的總排放量，并與最終排放到催化劑下游側(cè)的特定成分相關(guān)。除了從內(nèi)燃機排放的HC排放量之外，催化劑排放量SIMTTPE會因催化劑的活性狀態(tài)以及凈化性能而波動，例如，相應(yīng)于留在催化劑中的碳?xì)浠衔?HCs)比例的催化劑殘留比例ITAT50。因此，以不需要催化劑溫度傳感器的簡化配置形式，通過根據(jù)催化劑的狀態(tài)值ITAT50來估計催化劑排放量SIMTTPE、并通過根據(jù)所估計的催化劑排放量SIMTTPE進(jìn)行診斷，可以獲得高精度的診斷。
在上述已有技術(shù)的描述中，僅根據(jù)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和點火定時進(jìn)行診斷，則能夠進(jìn)行診斷的范圍實質(zhì)上局限于諸如空轉(zhuǎn)范圍的具體運行范圍。相反，在第三實施例中，完全考慮由于點火定時和內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速(燃燒時長)造成的影響，對相應(yīng)于催化劑狀態(tài)的催化劑殘留比例ITAT50和催化劑排放量SIMTTPE進(jìn)行設(shè)置，所述點火定時和內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速都用作催化劑溫度升高加速控制(催化劑升溫控制)的參數(shù)。也就是，可以計算或獲得催化劑排放量SIMTTPE，同時有效地減少或消除由于內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和/或點火定時的波動造成的消極影響。這樣，通過根據(jù)催化劑排放量SIMTTPE進(jìn)行診斷，可以在相對寬的內(nèi)燃機運行范圍內(nèi)，獲得對催化劑溫度升高加速控制正常狀態(tài)或非正常狀態(tài)(故障狀態(tài))的高精度診斷。
相應(yīng)于催化劑狀態(tài)的催化劑殘留比例ITAT50很大程度上取決于催化劑所持有的熱量。催化劑的熱量因供應(yīng)到排氣系統(tǒng)的排氣熱量而趨于增加。在例如在冷起動過程中通過催化劑溫度升高加速控制使催化劑溫度升高之前，催化劑殘留比例很大程度上取決于催化劑溫度。假設(shè)僅根據(jù)供應(yīng)到排氣系統(tǒng)的排氣熱量對催化劑的狀態(tài)進(jìn)行估計。例如，當(dāng)在催化劑所持有的熱量已經(jīng)高到某種程度的狀態(tài)下對內(nèi)燃機進(jìn)行重新起動時，例如在熱機重啟過程中，該過程中內(nèi)燃機溫度相對較高，有可能將催化劑熱量估計為一不理想的較小值。在這種情況下，不可能進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷。
因此，第三實施例的診斷設(shè)備配置為，根據(jù)內(nèi)燃機溫度來估計催化劑所持有的熱量的初始值TQEPINI，以及配置為，根據(jù)該熱量初始值TQEPINI和供應(yīng)到排氣系統(tǒng)的排氣熱量兩者，估計催化劑的狀態(tài)值ITAT50。這樣，不管在內(nèi)燃機起動階段內(nèi)燃機溫度的變化如何，都可以實現(xiàn)高精確度的診斷，由此在較寬的內(nèi)燃機運行范圍內(nèi)實現(xiàn)高精確度的診斷。
前面的說明僅是用于顯示和描述根據(jù)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的示例性實施例。本文并不意在將本發(fā)明窮盡為或限制為任何所披露的確切形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍內(nèi)，可作各種改變，且可用等價物來替換本文的構(gòu)成要素。此外，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)性范圍內(nèi)，可作多種修改，以使特定的情況或材料適合本發(fā)明的教示。因此，本文意在使本發(fā)明不限制為所披露的、用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的具體實施例，而意在使本發(fā)明能包括落在權(quán)利要求
范圍內(nèi)的所有實施形式。在不脫離本發(fā)明的精神或范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以不同于已作具體解釋及描述的形式來實施。本發(fā)明的范圍僅受所附權(quán)利要求
的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，包括催化劑，設(shè)置在所述內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中，用于凈化特定成分；以及控制器，被編程為執(zhí)行以下操作在冷機運行過程中，控制至少一個內(nèi)燃機控制參數(shù)，以加速所述催化劑的溫度升高；根據(jù)所述至少一個控制參數(shù)計算修正系數(shù)，該修正系數(shù)相應(yīng)于對所述催化劑的溫度升高的貢獻(xiàn)程度；根據(jù)所述修正系數(shù)估計催化劑排放量，該催化劑排放量相應(yīng)于排放到所述催化劑下游的排氣系統(tǒng)的所述特定成分排放量；以及根據(jù)所述估計的催化劑排放量，診斷催化劑溫度升高加速控制是否正常地發(fā)揮功能，該催化劑溫度升高加速控制加速所述催化劑的溫度升高。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中根據(jù)所述催化劑的活性狀態(tài)、供應(yīng)到所述催化劑的排氣熱量、以及從所述內(nèi)燃機排放的所述特定成分的內(nèi)燃機排放量，來估計所述催化劑排放量；以及其中，根據(jù)所述修正系數(shù)估計供應(yīng)到所述催化劑的所述排氣熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述催化劑排放量為，至所述催化劑被活化之前，所述催化劑排放量的累計值，以及當(dāng)所述累計值小于或等于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值時，所述控制器判斷出所述催化劑溫度升高加速控制正常地發(fā)揮功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制參數(shù)為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，且增加所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，以加速所述催化劑的溫度升高；所述修正系數(shù)為根據(jù)所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速計算出的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)；以及根據(jù)所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)估計所述催化劑排放量。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制參數(shù)為點火定時，且延遲所述點火定時，以加速所述催化劑的溫度升高；所述修正系數(shù)為根據(jù)所述點火定時計算出的點火定時修正系數(shù)；以及根據(jù)所述點火定時修正系數(shù)估計所述催化劑排放量。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制參數(shù)為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和點火定時，且增加所述內(nèi)燃機速度并延遲所述點火定時，以加速所述催化劑的溫度升高；所述修正系數(shù)包括根據(jù)所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速計算出的速度修正系數(shù)和根據(jù)所述點火定時計算出的點火定時修正系數(shù)；以及根據(jù)所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)和所述點火定時修正系數(shù)估計所述催化劑排放量。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步編程為根據(jù)所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)計算正常水平，該正常水平為指示轉(zhuǎn)速增加控制的正常程度的指數(shù)，該轉(zhuǎn)速增加控制增加內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速；以及根據(jù)所述點火定時修正系數(shù)計算正常水平，該正常水平為指示點火定時延遲控制的正常程度的指數(shù)，該點火定時延遲控制延遲點火定時。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步編程為當(dāng)所述催化劑溫度升高加速控制在故障運行時，將所述轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平與所述點火定時延遲控制的正常水平進(jìn)行比較；以及判斷所述轉(zhuǎn)速增加控制或所述點火定時延遲控制中的一個是否在故障運行。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步編程為根據(jù)所述修正系數(shù)循環(huán)地計算單位催化劑排放量，該單位催化劑排放量相應(yīng)于每個內(nèi)燃機燃燒過程中排放到所述催化劑下游側(cè)的所述特定成分的排放量；以及通過對所述單位催化劑排放量進(jìn)行累計，計算所述催化劑排放量。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制參數(shù)為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，且增加所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，以加速所述催化劑的溫度升高；所述修正系數(shù)為根據(jù)所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速計算出的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)；以及所述控制器被進(jìn)一步編程為根據(jù)所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)循環(huán)地計算單位催化劑排放量，該單位催化劑排放量相應(yīng)于每個內(nèi)燃機燃燒過程中排放到所述催化劑下游側(cè)的所述特定成分的排放量，以及通過對所述單位催化劑排放量進(jìn)行累計，計算所述催化劑排放量。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制參數(shù)為點火定時，且延遲所述點火定時，以加速所述催化劑的溫度升高；所述修正系數(shù)為根據(jù)所述點火定時計算出的點火定時修正系數(shù)；以及所述控制器被進(jìn)一步編程為根據(jù)所述點火定時修正系數(shù)循環(huán)地計算單位催化劑排放量，該單位催化劑排放量相應(yīng)于每個內(nèi)燃機燃燒過程中排放到所述催化劑下游側(cè)的所述特定成分的排放量，以及，通過對所述單位催化劑排放量進(jìn)行累計，計算所述催化劑排放量。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步編程為為所述內(nèi)燃機的每個燃燒過程計算所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)的平均值，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)的平均值計算所述轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平；以及為所述內(nèi)燃機的每個燃燒過程計算所述點火定時修正系數(shù)的平均值，并根據(jù)所述點火定時修正系數(shù)的平均值計算所述點火定時延遲控制的正常水平。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步編程為用下面的等式計算所述轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平和所述點火延遲控制的正常水平WORNE＝(AVNE-AVFNE)/(AVTNE-AVFNE)WORADV＝(AVADV-AVFADV)/(AVTADV-AVFADV)其中WORNE代表所述轉(zhuǎn)速增加控制的正常水平，AVNE代表所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)的平均值，AVFNE代表相應(yīng)于故障狀態(tài)的所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)的一個值，AVTNE代表相應(yīng)于正常狀態(tài)的所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)的一個值，WORADV代表所述點火定時延遲控制的正常水平，AVADV代表所述點火定時修正系數(shù)的平均值，AVFADV代表相應(yīng)于故障狀態(tài)的所述點火定時修正系數(shù)的一個值，以及AVTADV代表相應(yīng)于正常狀態(tài)的所述點火定時修正系數(shù)的一個值。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步編程為根據(jù)所述修正系數(shù)計算催化劑殘留比例，該催化劑殘留比例相應(yīng)于留在所述催化劑中的所述特定成分的比例；以及根據(jù)所述催化劑殘留比例計算所述催化劑排放量。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制參數(shù)為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，且增加所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，以加速所述催化劑的溫度升高；所述修正系數(shù)為根據(jù)所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速計算出的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)；以及根據(jù)所述轉(zhuǎn)速修正系數(shù)計算所述催化劑殘留比例，該催化劑殘留比例相應(yīng)于留在所述催化劑中的所述特定成分的比例；根據(jù)所述催化劑殘留比例估計所述催化劑排放量。
16.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制參數(shù)為點火定時，且延遲所述點火定時，以加速所述催化劑的溫度升高；所述修正系數(shù)為根據(jù)所述點火定時計算出的點火定時修正系數(shù)；以及根據(jù)所述點火定時修正系數(shù)計算所述催化劑殘留比例，該催化劑殘留比例相應(yīng)于留在所述催化劑中的所述特定成分的比例；根據(jù)所述催化劑殘留比例估計所述催化劑排放量。
17.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器進(jìn)一步被編程為計算冷機運行過程中的空轉(zhuǎn)運行執(zhí)行比例；以及當(dāng)所述空轉(zhuǎn)運行執(zhí)行比例小于一預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值時，阻止所述診斷的執(zhí)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步編程為計算冷機運行過程中、具有單位燃燒的燃燒循環(huán)的累計值；計算當(dāng)在冷機運行過程中執(zhí)行所述空轉(zhuǎn)運行時所產(chǎn)生的、具有所述單位燃燒的燃燒循環(huán)的累計值；以及根據(jù)所述兩個累計值計算所述空轉(zhuǎn)運行執(zhí)行比例。
19.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步編程為通過使用所述修正系數(shù)計算排氣供應(yīng)熱量，該排氣供應(yīng)熱量相應(yīng)于供應(yīng)到所述內(nèi)燃機的所述排氣系統(tǒng)的排氣熱量；根據(jù)內(nèi)燃機溫度估計所述催化劑所持有的熱量初始值；根據(jù)所述排氣供應(yīng)熱量和所述熱量初始值兩者，估計冷機運行過程中的總催化劑熱量；根據(jù)所述估計的總催化劑熱量，估計所述催化劑的狀態(tài)；以及根據(jù)所述估計的催化劑狀態(tài)，估計所述催化劑的排放量。
20.一種用于內(nèi)燃機的診斷方法，所述內(nèi)燃機采用置于所述內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中、用于凈化特定成分的催化劑，該方法包括；在冷機運行過程中，控制內(nèi)燃機的控制參數(shù)，以加速所述催化劑的溫度升高；根據(jù)所述控制參數(shù)計算修正系數(shù)，該修正系數(shù)相應(yīng)于對所述催化劑溫度升高的貢獻(xiàn)程度；根據(jù)所述修正系數(shù)估計催化劑排放量，該催化劑排放量相應(yīng)于排放到所述催化劑下游側(cè)的所述特定成分的排放量；以及根據(jù)所述估計的催化劑排放量，診斷催化劑溫度升高加速控制是否正常地發(fā)揮功能，該催化劑溫度升高加速控制加速所述催化劑的溫度升高。
21.一種用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，包括催化劑，設(shè)置在所述內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中，用于凈化特定成分；控制裝置，用于在冷機運行過程中控制內(nèi)燃機控制參數(shù)，以加速所述催化劑的溫度升高；計算裝置，用于根據(jù)所述控制參數(shù)計算修正系數(shù)，該修正系數(shù)相應(yīng)于對所述催化劑的溫度升高的貢獻(xiàn)程度；估計裝置，用于根據(jù)所述修正系數(shù)估計催化劑排放量，該催化劑排放量相應(yīng)于排放到所述催化劑下游的排氣系統(tǒng)的所述特定成分排放量；以及診斷裝置，用于根據(jù)所述估計的催化劑排放量診斷催化劑溫度升高加速控制是否正常地發(fā)揮功能，該催化劑溫度升高加速控制加速所述催化劑的溫度升高。
專利摘要
一種用于內(nèi)燃機的診斷設(shè)備，包括催化劑和控制器。催化劑設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中，并凈化排氣系統(tǒng)中的特定成分?？刂破鞅痪幊虨閳?zhí)行多個功能。具體說，控制器被編程為，在冷機運行過程中控制內(nèi)燃機的至少一個控制參數(shù)，以加速催化劑的溫度升高?？刂破鬟M(jìn)一步根據(jù)至少一個控制參數(shù)計算修正系數(shù)，該修正系數(shù)相應(yīng)于對催化劑的溫度升高的貢獻(xiàn)程度?？刂破鬟M(jìn)一步根據(jù)修正系數(shù)估計催化劑排放量，該催化劑排放量相應(yīng)于排放到排氣系統(tǒng)中催化劑下游的特定成分排放量?？刂破鬟€根據(jù)估計的催化劑排放量診斷催化劑溫度升高加速控制是否正常地發(fā)揮功能，該催化劑溫度升高加速控制能加速催化劑的溫度升高。另外，還披露了一種診斷方法。
文檔編號F01N11/00GK1991139SQ200610172119
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月27日
發(fā)明者高津戶理惠, 加藤浩志 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan