CN101900049B - 具有最小空气流的后氧气传感器性能诊断 - Google Patents

具有最小空气流的后氧气传感器性能诊断 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有最小空气流的后氧气传感器性能诊断。一种发动机控制***包括氧气(O2)传感器诊断模块，所述O2传感器诊断模块诊断O2传感器且请求最小每缸空气量(APC)。节气门致动器模块基于所述最小APC来控制节气门以调节空气质量流量。

Description

具有最小空气流的后氧气传感器性能诊断
技术领域
本发明涉及转化器后氧气传感器性能诊断。
背景技术
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
排气***包括催化转化器和氧气(O2)传感器。转化器前O2传感器测量进入催化转化器的O2。转化器后O2传感器测量离开催化转化器的O2。O2传感器可被诊断以确定所采取的测量值是否可靠。
转化器后O2传感器基于传感器测量值产生电压输出信号。例如，正常工作的转化器后O2传感器可对O2的变化水平具有相对快速的响应。相比而言，有故障的转化器后O2传感器可具有相对慢速的响应。诊断转化器后O2传感器可包括监测电压输出信号且确定响应时间是否高于和/或低于阈值。
发明内容
一种发动机控制***包括氧气(O2)传感器诊断模块，所述O2传感器诊断模块诊断O2传感器且请求最小每缸空气量(APC)。节气门致动器模块基于所述最小APC来控制节气门以调节空气质量流量。在其它特征中，所述O2传感器诊断模块请求稀至浓过渡且在稀至浓过渡期间请求所述最小APC。
在其它特征中，所述节气门致动器模块在所述最小APC是多个APC请求中的最大值时基于所述最小APC来控制节气门。在另外的特征中，所述节气门致动器模块在所述最小APC小于多个APC请求中的至少一个时中止基于所述最小APC来控制节气门。
在另外的特征中，所述最小APC包括预定值。在其它特征中，所述O2传感器诊断模块请求浓至稀过渡且在浓至稀过渡期间请求所述最小APC。在其它特征中，所述O2传感器诊断模块在诊断O2传感器之前请求所述最小APC。
在进一步的特征中，所述O2传感器诊断模块在诊断O2传感器之后中止请求所述最小APC。在其它特征中，所述O2传感器诊断模块在诊断O2传感器期间请求所述最小APC。在进一步的特征中，所述O2传感器诊断模块在诊断O2传感器之后中止请求所述最小APC。
一种用于控制发动机的方法，包括：请求最小每缸空气量(APC)；基于所述最小APC来控制节气门以调节空气质量流量；以及基于所述APC来诊断O2传感器。在其它特征中，所述方法还包括请求稀至浓过渡且在稀至浓过渡期间请求所述最小APC。
在其它特征中，所述方法还包括在所述最小APC是多个APC请求中的最大值时基于所述最小APC来控制节气门。在另外的特征中，所述方法还包括在所述最小APC小于多个APC请求中的至少一个时中止基于所述最小APC来控制节气门。
在另外的特征中，所述最小APC包括预定值。在其它特征中，所述方法还包括请求浓至稀过渡且在浓至稀过渡期间请求所述最小APC。在其它特征中，所述方法还包括在诊断O2传感器之前请求所述最小APC。
在进一步的特征中，所述方法还包括在诊断O2传感器之后中止请求所述最小APC。在其它特征中，所述方法还包括在诊断O2传感器期间请求所述最小APC。在进一步的特征中，所述方法还包括在诊断O2传感器之后中止请求所述最小APC。
本发明公开了下述技术方案。
(1).一种发动机控制***，包括：
氧气(O2)传感器诊断模块，所述O2传感器诊断模块诊断O2传感器且请求最小每缸空气量(APC)；和
节气门致动器模块，所述节气门致动器模块基于所述最小APC来控制节气门以调节空气质量流量。
(2).根据(1)所述的发动机控制***，其中，所述O2传感器诊断模块请求稀至浓过渡且在所述稀至浓过渡期间请求所述最小APC。
(3).根据(1)所述的发动机控制***，其中，所述节气门致动器模块在所述最小APC是多个APC请求中的最大值时基于所述最小APC来控制所述节气门。
(4).根据(1)所述的发动机控制***，其中，所述节气门致动器模块在所述最小APC小于多个APC请求中的至少一个时中止基于所述最小APC来控制所述节气门。
(5).根据(1)所述的发动机控制***，其中，所述最小APC包括预定值。
(6).根据(1)所述的发动机控制***，其中，所述O2传感器诊断模块请求浓至稀过渡且在所述浓至稀过渡期间请求所述最小APC。
(7).根据(1)所述的发动机控制***，其中，所述O2传感器诊断模块在诊断所述O2传感器之前请求所述最小APC。
(8).根据权利要求7所述的发动机控制***，其中，所述O2传感器诊断模块在诊断所述O2传感器之后中止请求所述最小APC。
(9).根据(1)所述的发动机控制***，其中，所述O2传感器诊断模块在诊断所述O2传感器期间请求所述最小APC。
(10).根据(9)所述的发动机控制***，其中，所述O2传感器诊断模块在诊断所述O2传感器之后中止请求所述最小APC。
(11).一种用于控制发动机的方法，包括：
请求最小每缸空气量(APC)；
基于所述最小APC来控制节气门以调节空气质量流量；以及
基于所述APC来诊断O2传感器。
(12).根据(11)所述的方法，还包括：
请求稀至浓过渡；以及
在所述稀至浓过渡期间请求所述最小APC。
(13).根据(11)所述的方法，还包括：在所述最小APC是多个APC请求中的最大值时基于所述最小APC来控制所述节气门。
(14).根据(11)所述的方法，还包括：在所述最小APC小于多个APC请求中的至少一个时中止基于所述最小APC来控制所述节气门。
(15).根据(11)所述的方法，其中，所述最小APC包括预定值。
(16).根据(11)所述的方法，还包括：
请求浓至稀过渡；以及
在所述浓至稀过渡期间请求所述最小APC。
(17).根据(11)所述的方法，还包括：在诊断所述O2传感器之前请求所述最小APC。
(18).根据(17)所述的方法，还包括：在诊断所述O2传感器之后中止请求所述最小APC。
(19).根据(11)所述的方法，还包括：在诊断所述O2传感器期间请求所述最小APC。
(20).根据(19)所述的方法，还包括：在诊断所述O2传感器之后中止请求所述最小APC。
本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于说明的目的且并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本发明经从详细说明和附图更充分理解，在附图中：
图1是根据本发明原理的示例性氧气传感器信号的图形图示；
图2是根据本发明原理的示例性转化器后氧气传感器性能诊断试验结果的图形图示；
图3是根据本发明原理的示例性发动机***的功能框图；
图4是根据本发明原理的示例性发动机控制***的功能框图；
图5是根据本发明原理的图4的氧气传感器诊断模块的示例性实施方式的功能框图；
图6是根据本发明原理的图4的发动机扭矩控制模块的示例性实施方式的功能框图；和
图7是示出了在根据本发明原理进行转化器后O2传感器性能诊断中执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示例性的且绝不意图限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法内的步骤能以不同顺序执行而不改变本发明的原理。
如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。
排气***中的O2传感器(例如，转化器前和转化器后O2传感器)可被诊断以确定O2测量值是否可靠。转化器后O2传感器位于催化转化器的出口处。因而，当通过催化转化器的空气流增加时，诊断转化器后O2传感器可能更有效。例如，催化转化器减少转化器后O2传感器可用的O2量。结果，催化转化器对转化器后O2传感器的信号响应具有不利影响。当空气流增加时，转化器后O2传感器提供更快的信号响应(即，响应时间减少)。本发明在诊断转化器后O2传感器期间执行最小空气流要求。
现在参考图1，示出了根据本发明原理的示例性氧气传感器信号的图形表示。转化器后O2传感器基于排气中的O2含量产生电压输出信号。由正常工作的转化器后O2传感器产生的电压输出信号基于排气中的O2含量变化。有故障的转化器后O2传感器的常见特征是缓慢或迟缓(即，慢速)的响应。例如，在有故障的转化器后O2传感器的情况下，电压输出信号需要增加的时间量从浓过渡至稀和/或从稀过渡至浓。
转化器后O2传感器性能诊断(POPD)通过在从浓过渡至稀和/或从稀过渡至浓期间通过计算高于或低于电压输出信号的积分面积(IA)来监测转化器后O2传感器的性能。当信号过渡速度减小时，IA增加。IA被标准化且与阈值IA(IATHR)进行比较以确定信号是否被劣化至转化器后O2传感器应当被维修或更换的程度。
IA分别在第一和第二电压V1、V2和电压输出信号达到相应电压时的时间t1、t2之间计算。仅作为示例，V1和V2可基于稀和浓过渡的初步数据分析来选择。所述电压针对浓至稀和稀至浓过渡单独地选择。
正常工作的O2传感器响应100表示在稀至浓过渡期间正常工作的转化器后O2传感器的响应。IA102基于正常工作的O2传感器响应100计算。有故障的O2传感器响应104表示在稀至浓过渡期间有故障的转化器后O2传感器的响应。IA 106基于有故障的O2传感器响应104计算。通过将每个IA与IATHR进行比较，可以确定转化器后O2传感器是否有故障。
现在参考图2，示出了根据本发明原理的示例性转化器后氧气传感器性能诊断试验结果的图形图示。竖直轴表示观测试验结果的频率(统计密度函数)(单位：百分比)。水平轴表示标准化之后的IA。图形示出了转化器后O2传感器诊断试验结果的示例性曲线。参考最佳性能不能接受的传感器(BPUS)表示不能接受的传感器中的最佳者。
第一诊断曲线200表示在升高空气流的情况下(即，空气流高于最小空气流)诊断的示例性正常工作的单元的数据。第二诊断曲线202表示在没有升高空气流的情况下诊断的示例性正常工作的单元的数据。参考诊断曲线204表示在升高空气流的情况下诊断的BPUS的数据。钟形曲线相对于空气流标准化，且因而被改变。当空气流增加或减小时，钟形曲线水平移动。
每条曲线示出了对空气流标准化的IA的可能值的示例性范围。例如，参考诊断曲线204的可能值的范围从约35至约86。第一诊断曲线200的可能值的范围从0至约25。第二诊断曲线202的可能值的范围从约17至约51。所述图形示出了每个标准化的IA的观测试验结果的频率。例如，参考诊断曲线204示出了大约5.5％的时间，标准化的IA是大约58。
在POPD期间，标准化的IA与参考诊断曲线204的可能值进行比较以确定转化器后O2传感器是否正常工作。IA值偏离参考诊断曲线204越大，就越容易监测转化器后O2传感器的问题。例如，两条曲线之间相交使得对于两个转化器后O2传感器可能计算出相同的标准化的IA。因而，可能更难于在对应转化器后O2传感器之间进行区分。
例如，第二诊断曲线202和参考诊断曲线204重叠。在水平轴上大约35和大约51之间曲线202和204的重叠增加了确定转化器后O2传感器是否正常工作的难度。例如，参考诊断曲线204示出了IA不太可能但是还是有可能低至大约35。类似地，第二诊断曲线202示出了IA不太可能但是还是有可能高达大约51。基于第二诊断曲线202和参考诊断曲线204，同样可能具有约43的IA。在重叠区域的情况下，将难以在正常工作的转化器后O2传感器和有故障的转化器后O2传感器之间进行区分。
相比而言，在第一诊断曲线200和参考诊断曲线204之间几乎没有重叠。因此，可能的曲线的标准化的IA不会重叠且容易区分。曲线彼此相隔越远，越容易在正常工作的转化器后O2传感器和有故障的转化器后O2传感器之间进行区分。例如，参考诊断曲线204可能的最低标准化的IA是大约35，第一诊断曲线200可能的最高标准化的IA是大约25。两条曲线200和204之间的间隙示出了更容易在正常工作的转化器后O2传感器和有故障的转化器后O2传感器之间进行区分。
现在参考图3，示出了根据本发明原理的示例性发动机***300的功能框图。发动机***300包括发动机302，发动机302燃烧空气/燃料混合物以基于驾驶员输入模块304产生车辆的驱动扭矩。虽然本文描述了火花点火汽油型发动机，但是本发明可应用于其它类型的扭矩产生装置，而不限于汽油型发动机、柴油型发动机、丙烷型发动机和混合型发动机。
空气通过节气门阀312抽吸到进气歧管310中。发动机控制模块(ECM)314命令节气门致动器模块316以调节节气门阀312的开度，以便控制被抽吸到进气歧管312中的空气量。来自于进气歧管310的空气被抽吸到发动机302的气缸中。虽然发动机302可包括多个气缸，但是为了图示目的，示出了单个代表性气缸318。仅作为示例，发动机302可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM314可指示气缸致动器模块320以选择性地停用一些气缸，以便改进燃料经济性。
来自于进气歧管310的空气通过进气门322被抽吸到气缸318中。ECM314控制由燃料喷射***324喷射的燃料量。燃料喷射***324可在中间位置将燃料喷射到进气歧管310中或者在多个位置(例如，在每个气缸的进气门附近)处将燃料喷射到进气歧管310中。替代地，燃料喷射***324可将燃料直接喷射到气缸中。
所喷射的燃料在气缸318中与空气混合且形成空气/燃料混合物。气缸318中的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自于ECM314的信号，火花致动器模块326激励气缸318中的火花塞328，从而点火空气/燃料混合物。火花的定时可相对于活塞处于其最上部位置(称为上止点(TDC))时的时间来规定，在上止点，空气/燃料混合物被最大程度地压缩。
空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，从而驱动旋转曲轴(未示出)。活塞然后开始再次向上移动且通过排气门330排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气***334从车辆排出。
排气***334包括催化转化器344、转化器前O2传感器346和转化器后O2传感器348。转化器前O2传感器346位于催化转化器344的上游(相对于排气)，而转化器后O2传感器348位于催化转化器344的下游。
催化转化器344通过增加碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的氧化率和氮氧化物(NOX)的还原率来控制排放物。为了允许氧化，催化转化器344需要O2。催化转化器344的O2存储容量表示氧化HC和CO以及还原NOX的效率。
转化器前O2传感器346与ECM314通信且测量进入催化转化器344的排气流中的O2含量。转化器后O2传感器348。与ECM314通信且测量离开催化转化器344的排气流中的O2含量。
在转化器前O2传感器346和转化器后O2传感器348上执行性能诊断以确定所述传感器是否正常工作。例如，当传感器346和348中的一个或多个不正常工作时，催化转化器监测的效率可降低。
进气门322可由进气凸轮轴340控制，而排气门330可由排气凸轮轴342控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可控制每个气缸的多个进气门和/或可控制多个气缸组的进气门。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个气缸的多个排气门和/或可控制多个气缸组的排气门。气缸致动器模块320可通过中止提供燃料和火花和/或禁用其排气门和/或进气门而停用气缸。
进气门322开启的时间可通过进气凸轮移相器350相对于活塞TDC变化。排气门330开启的时间可通过排气凸轮移相器352相对于活塞TDC变化。移相器致动器模块358基于来自于ECM314的信号控制进气凸轮移相器350和排气凸轮移相器352。
发动机***300可包括提供加压空气给进气歧管310的增压装置。例如，图3示出了涡轮增压器360。涡轮增压器360由流过排气***334的排气提供动力且将压缩空气充气提供给进气歧管310。用于产生压缩空气充气的空气可从进气歧管310获得。
废气旁通阀364可允许排气旁通涡轮增压器360，从而减小涡轮增压器的输出(或增压)。ECM314经由增压致动器模块362来控制涡轮增压器360。增压致动器模块362可通过控制废气旁通阀364的位置来调节涡轮增压器360的增压。压缩空气充气通过涡轮增压器360提供给进气歧管310。中间冷却器(未示出)可驱散压缩空气充气的热量中的一些，所述热量在空气被压缩时产生且也能由于邻近排气***334而增加。替代发动机相同可包括提供压缩空气给进气歧管310且由曲轴驱动的增压器。
发动机***300可包括排气再循环(EGR)阀370，其将排气选择性地改向回到进气歧管310。在各种实施方式中，EGR阀370可位于涡轮增压器360之后。发动机***300可使用RPM传感器380测量曲轴速度(单位：每分钟转数(RPM))。发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器382测量。ECT传感器382可位于发动机302内或者位于循环冷却剂的其它位置，例如散热器(未示出)处。
进气歧管310内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器384测量。在各种实施方式中，可测量发动机真空度，其中，发动机真空度是环境空气压力和进气歧管310内的压力之间的差。流入进气歧管310的空气质量可使用空气质量流量(MAF)传感器386测量。在各种实施方式中，MAF传感器386可与节气门阀312一起位于壳体内。
节气门致动器模块316可使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)390来监测节气门阀312的位置。被抽吸到发动机***300中的空气的环境温度可使用进气空气温度(IAT)传感器392测量。ECM314可使用来自于所述传感器的信号以作出用于发动机***300的控制决策。
ECM314可与变速器控制模块392通信以协调变速器(未示出)中的换档。例如，ECM314可在换档期间降低扭矩。ECM314可与混合动力控制模块396通信以协调发动机302和电动马达398的操作。电动马达398也可以用作发电机，且可用于产生电能以供车辆电气***使用和/或存储在蓄电池中。在各种实施方式中，ECM314、变速器控制模块394和混合动力控制模块396可集成到一个或多个模块中。
为了简要地提及发动机302的各种控制机构，改变发动机参数的每个***可称为致动器。例如，节气门致动器模块316可以改变叶片位置，因而改变节气门阀312的开口面积。因而，节气门致动器模块316可称为致动器，节气门开口面积可称为致动器位置。
类似地，火花致动器模块325可称为致动器，而对应致动器位置是火花提前量。其它致动器包括增压致动器模块362、EGR阀370、移相器致动器模块358、燃料喷射***324和气缸致动器模块320。关于这些致动器的术语致动器位置可分别对应于增压压力、EGR阀开度、进气和排气凸轮移相器角度、空气/燃料比和起用的气缸的数量。
现在参考图4，示出了根据本发明原理的示例性发动机控制***的功能框图。发动机控制模块(ECM)400包括车轴扭矩裁定模块404。车轴扭矩裁定模块404在来自于驾驶员输入模块304的驾驶员输入和其它车轴扭矩请求之间进行裁定。例如，驾驶员输入可包括加速踏板位置。其它车轴扭矩请求可包括由牵引控制***在车轮滑移期间请求的扭矩减少，和来自于巡航控制***的控制车辆速度的扭矩请求。
车轴扭矩请求还可包括来自于适应性巡航控制模块的请求，适应性巡航控制模块可改变扭矩请求以保持预定跟车距离。车轴扭矩请求还可包括由于负车轮打滑引起的扭矩增加，例如在当发动机产生的扭矩为负时车辆轮胎相对于道路表面打滑时。
车轴扭矩请求还可包括制动器扭矩管理请求和旨在防止车辆超速状况的扭矩请求。制动器扭矩管理请求可减少发动机扭矩以确保发动机扭矩不超过在车辆停止时制动器保持车辆的能力。车轴扭矩请求还可由底盘稳定性控制***作出。车轴扭矩请求还可包括扭矩切断请求，例如可在检测到重大故障时产生。
车轴扭矩裁定模块404输出预测扭矩和即时扭矩。预测扭矩是为了满足驾驶员扭矩和/或速度请求在未来需要的扭矩量。即时扭矩是为了满足瞬时扭矩请求在当前时刻所需的扭矩，例如在牵引控制感测到车轮打滑时的扭矩减小。
即时扭矩可通过快速响应的发动机致动器实现，而较慢的发动机致动器目的在于实现预测扭矩。例如，火花致动器能够快速改变火花提前，而凸轮移相器或节气门致动器可能响应较慢。车轴扭矩裁定模块404将预测扭矩和即时扭矩输出给推进扭矩裁定模块406。
在各种实施方式中，车轴扭矩裁定模块404可将预测扭矩和即时扭矩输出给混合动力优化模块408。混合动力优化模块408确定多少扭矩应当由发动机产生且多少扭矩应当由电动马达398产生。混合动力优化模块408然后将修正的预测和即时扭矩值输出给推进扭矩裁定模块406。在各种实施方式中，混合动力优化模块408可在混合动力控制模块396中实施。
推进扭矩裁定模块406在预测和即时扭矩以及推进扭矩请求之间进行裁定。推进扭矩请求可包括用于发动机超速保护和换档的扭矩减小和用于防止失速的扭矩增加。推进扭矩请求还可包括来自于速度控制模块的扭矩请求，速度控制模块可在怠速和滑行期间控制发动机速度，例如当驾驶员将他的脚从加速踏板移开时。
推进扭矩请求还可包括离合器燃料切断，在手动变速器车辆中，在驾驶员踩下离合器踏板时可减少发动机扭矩。各种扭矩备用也可提供给推进扭矩裁定模块406以允许在需要时快速实现这些扭矩值。例如，备用量可应用于空气调节压缩机开启和用于动力转向泵扭矩需求。
催化剂起燃(light-off)或冷启动排放过程可改变发动机的火花提前。可作出对应的推进扭矩请求，以抵销火花提前的变化。此外，发动机的空气-燃料比和/或发动机的空气质量流量可例如通过诊断侵入式当量比试验和/或新的发动机吹扫来改变。也可以作出对应推进扭矩请求以抵销这些变化。
推进扭矩请求还可包括切断请求，可通过检测到重大故障来启动。例如，重大故障可包括车辆偷盗检测、卡住的起动器马达检测、电子节气门控制问题和未预期到的扭矩增加。在各种实施方式中，可能不会裁定各种请求，例如切断请求。例如，它们可总是赢得裁定或可完全超控裁定。推进扭矩裁定模块406可仍接收这些请求，从而例如合适的数据可以反馈给其它扭矩请求器。
推进扭矩裁定模块406在来自于车轴扭矩裁定模块404或混合动力优化模块408、发动机速度控制模块410的扭矩请求和其它推进扭矩请求之间进行裁定。其它推进扭矩请求可包括例如用于发动机超速保护的扭矩减小和用于防止失速的扭矩增加。
发动机速度控制模块410将预测和即时扭矩请求输出给推进扭矩裁定模块406。当ECM400处于发动机速度控制模式时，推进扭矩裁定模块406可简单地选择来自于发动机速度控制模块410的扭矩请求。当驾驶人将他的脚从踏板移开时，可允许发动机速度控制模式。发动机速度控制模式于是可用于车辆滑行及在车辆怠速时。当车轴扭矩裁定模块404请求的预测扭矩小于标定扭矩值时，可选择发动机速度控制模式。
发动机速度控制模块410从RPM轨迹模块412接收期望RPM。RPM轨迹模块412确定用于发动机速度控制模式的期望RPM。仅作为示例，RPM轨迹模块412可输出线性减少的发动机速度，直到发动机速度达到怠速发动机速度。然后，RPM轨迹模块412可继续输出怠速发动机速度。
在各种实施方式中，RPM轨迹模块412可如于2002年6月18日公告且题为“System and Method of Controlling the Coastdown of aVehicle”的共同转让的美国专利No.6,405,587中所述的那样工作，所述专利的公开内容在此作为参考全文明确引入。
致动模式模块414从推进扭矩裁定模块406接收预测扭矩和即时扭矩。基于模式设置，致动模式模块414确定将如何实现预测和即时扭矩。例如，改变节气门阀312允许宽范围的扭矩控制。然而，开启和关闭节气门阀312是相对慢的。
禁用气缸提供宽范围的扭矩控制，但可产生驾驶性和排放物问题。改变火花提前是相对快速的，但是不提供大范围的控制。此外，在进入气缸318的空气量变化时，借助于火花可能的控制量(火花容量)变化。
节气门阀312可刚好足够地关闭，以使得能够通过尽可能延迟火花来实现期望即时扭矩。这提供先前扭矩的快速恢复，因为火花可以快速返回至其标定定时，从而产生最大扭矩。由此，通过使得快速响应的火花延迟的使用最大化而使得相对缓慢响应的节气门阀校正的使用最小化。
致动模式模块414采取的满足即时扭矩请求的方法由模式设置所决定。提供给致动模式模块414的模式设置可以包括：被动模式、理想(pleasible)模式、最大范围模式，和自动致动模式。
在被动模式中，致动模式模块414可以忽略即时扭矩请求。例如，致动模式模块414可以输出预测扭矩到预测扭矩控制模块416。预测扭矩控制模块416将预测扭矩转换为用于慢速致动器的期望致动器位置。例如，预测扭矩控制模块416可以控制期望歧管绝对压力(MAP)、期望节气门面积、和/或期望每缸空气量(APC)。
即时扭矩控制模块420确定用于快速致动器的期望致动器位置，例如期望火花提前。致动模式模块414可以指示即时扭矩控制模块420设定火花提前至标定值，该值对于给定的空气流量实现了最大可能的扭矩。因此在被动模式中，即时扭矩请求并不减少所产生的扭矩量或使火花提前偏离标定值。
在理想模式中，致动模式模块414可试图仅仅使用火花延迟来实现即时扭矩请求。这可能意味着如果期望扭矩减小大于火花备用容量(由火花延迟所能实现的扭矩减小的量)，扭矩减小将不能被实现。致动模式模块414可以因此输出预测扭矩给预测扭矩控制模块416以转化成期望节气门面积。致动模式模块414可以输出即时扭矩请求给即时扭矩控制模块420，即时扭矩控制模块420将尽可能长地延迟火花以试图实现该即时扭矩。
在最大范围模式中，致动模式模块414可以指示气缸致动器模块320关闭一个或多个气缸以实现即时扭矩请求。致动模式模块414可以通过输出即时扭矩请求给即时扭矩控制模块420对扭矩减小的其余部分使用火花延迟。如果没有足够火花备用容量，致动模式模块414可以减小去往预测扭矩控制模块416的预测扭矩请求。
在自动致动模式中，致动模式模块414可以降低输出到预测扭矩控制模块416的预测扭矩请求。该预测扭矩可以仅仅被减小至允许即时扭矩控制模块420使用火花延迟实现即时扭矩请求所需要的程度。
即时扭矩控制模块420从扭矩估计模块424接收估计扭矩且使用火花致动器模块326设定火花提前，以实现期望即时扭矩。估计扭矩可以表示通过设定火花提前至标定值以产生最大扭矩而能够即时产生的扭矩量。因而，即时扭矩控制模块420可以选择将估计扭矩减小为即时扭矩的火花提前。
预测扭矩控制模块416也可接收估计扭矩并且可以接收测量到的空气质量流量(MAF)信号和发动机每分钟转数(RPM)信号。预测扭矩控制模块416可产生期望歧管绝对压力(MAP)信号，该信号被输出给增压调度模块428。
增压调度模块428使用期望MAP信号来控制增压致动器模块362。该增压致动器模块362然后控制涡轮增压器和/或增压器。预测扭矩控制模块416可产生期望面积信号，该信号输出给节气门致动器模块316。节气门致动器模块316然后调整节气门阀312以产生期望节气门面积。
预测扭矩控制模块416产生期望APC信号，该信号被输出给移相器调度模块422。基于该期望APC信号和RPM信号，移相器调度模块422使用移相致动器模块358来命令进气和/或排气凸轮移相器348和350至标定值。
扭矩估计模块424可使用命令的进气和排气凸轮移相器位置连同MAF信号来确定估计扭矩。替代地，扭矩估计模块424可以使用实际或测量移相器位置。扭矩估计的进一步讨论可以在共同受让的题为“Torque Estimator for Engine RPM and Torque Control(用于发动机RPM和扭矩控制的扭矩估计器)”的美国专利NO.6,704,638中找到，该专利所公开的全部内容在此作为参考全文引入。
氧气传感器诊断模块450对转化器后O2传感器348执行POPD试验。在非侵入式状况(例如，减速模式)期间，执行或允许所述试验。例如，减速模式可在使用者不请求更多扭矩时(例如，当使用者保持速度或施用车辆制动器以减速或停止时)发生。当存在非侵入式状况时，车轴扭矩裁定模块404可触发氧气传感器诊断模块450。例如，当存在非侵入式状况时，车轴扭矩裁定模块404可输出允许信号。可以设想的是，可在侵入式状况期间允许试验。
氧气传感器诊断模块450在稀至浓和浓至稀过渡期间监测转化器后O2传感器348的电压输出信号。在稀至浓过渡期间，氧气传感器诊断模块450可请求最小APC。例如，当请求最小APC时，氧气传感器诊断模块450可产生诊断APC信号。在各种实施方式中，诊断APC信号可在浓至稀过渡期间产生。例如，诊断APC信号可在混合动力车辆的浓至稀过渡期间产生。诊断APC信号传输给发动机扭矩控制模块452。
发动机扭矩控制模块452基于最小APC请求来确定最小预测扭矩。发动机扭矩控制模块452在最小APC请求之间进行裁定且产生最小预测扭矩请求。仅作为示例，发动机扭矩控制模块452可在节气门控制最小APC、燃料喷射器最小APC、燃烧APC、和来自于氧气传感器诊断模块450的最小APC之间进行裁定。
现在参考图5，示出了图4的氧气传感器诊断模块的示例性实施方式的功能框图。诊断控制模块500在存在非浸入式状况时接收允许信号。仅作为示例，允许信号可从车轴扭矩裁定模块404接收。当接收允许信号时，诊断控制模块500启动转化器后O2传感器348的试验且允许空气/燃料混合物变浓。仅作为示例，燃料喷射信号可传输给燃料喷射***324。燃料喷射***324控制浓至稀过渡。随后，燃料喷射***324控制稀至浓过渡的发生。诊断控制模块500在浓至稀和稀至浓过渡期间监测转化器后O2传感器348的电压输出信号。
当非侵入式状况不再存在时，氧气传感器诊断模块可中止试验。仅作为示例，如果允许POPD试验且发生空气/燃料混合物的变浓，那么试验可在驾驶员请求扭矩增加时中止。
诊断控制模块500监测电压输出信号且确定空气/燃料混合物是否在从浓过渡至稀或者从稀过渡至浓。如果诊断控制模块500确定从浓过渡至稀，那么电压输出信号传输给浓至稀计算模块502。如果从稀过渡至浓，那么诊断控制模块500将电压输出信号传输给稀至浓计算模块504并产生诊断APC信号。可以设想的是，诊断控制模块500可在将电压输出信号传输给浓至稀计算模块502时产生诊断APC信号。也可设想的是，诊断控制模块500可在操作期间任何时间时产生诊断APC信号。
浓至稀计算模块502和稀至浓计算模块504基于电压输出信号计算IA并标准化IA。标准化的IA传输给比较模块506。比较模块506将标准化的IA与IATHR进行比较。如果标准化的IA大于或等于IATHR，那么比较模块506确定转化器后O2传感器348有故障。如果标准化的IA小于IATHR，那么比较模块506确定转化器后O2传感器348正常工作。
现在参考图6，示出了图4的发动机扭矩控制模块的示例性实施方式的功能框图。发动机扭矩控制模块452确定可实现的最小APC。例如，最小APC可基于最小可控节气门位置、最小一致燃料喷射器开启时间、自维持燃烧的最小空气密度、和用于POPD试验的最小空气流中的一个或多个。下限最大值模块600基于(仅作为示例)最小可控节气门位置、最小一致燃料喷射器开启时间、自维持燃烧的最小空气密度、和用于POPD试验的最小空气流中哪个对应于更大的最小APC来确定可实现的APC的下限。
保持可控节气门位置所需的最小APC可以通过可靠节气门控制模块602的最小空气量来确定。可靠节气门控制模块602的最小空气量可基于多个输入来计算最小空气量。例如，第一输入可包括旋转发动机速度(单位：RPM)。第二输入可包括大气压力，可称为环境空气压力且可以被低通滤波。
第三输入可以是作为最大位置(即，全开节气门(WOT))的百分比的最小节气门位置。完全关闭节气门可使得节气门在节气门孔中机械卡住。因而，最小节气门位置标定值可限制节气门可关闭多完全。第四输入可包括车辆外部的空气(即，环境空气)温度。该温度可从在某些状况下操作的燃料***温度传感器估计，而不是从专用传感器读取。
第五输入可包括在节气门全开时节气门孔的最大有效面积(单位：平方毫米)。该有效面积可以是几何测量值或者可以从引入节气门本体***系数的空气量测量试验导出。第六输入可包括发动机中的气缸数，可来自于标定值。替代地，当选择的气缸停用时，气缸数可变化。
燃料喷射器可引入由于不能瞬时开启和关闭引起的另一极限值。燃料喷射器可具有它们必须被驱动的最小开启时间。在没有最小开启时间的情况下，燃料喷射器可有效地保持关闭或可以开启至不确定位置。最小开启时间产生了可以可靠地传输到气缸中的最小燃料量。由于汽油发动机通常以固定空气/燃料比运行，继而该最小可能传输燃料极限值产生最小APC极限值。
最小喷射器开启时间规定的最小空气量可以由喷射器开启时间的最小空气量模块604确定。喷射器开启时间的最小空气量模块604可以基于发动机RPM和当前有效喷射器流率(单位：毫克/秒)来执行计算。当前有效喷射器流率可以是跨过喷射器的压力和喷口尺寸的函数。
另一APC极限值可来自于稳定燃烧的需要。如果燃料滴在燃烧室中过宽地间隔，那么可能没有从一个分子的燃烧传递足够的热量给其相邻分子以变成自维持燃烧。在这种情况下，燃烧在火花塞处开始，但是不能点火燃烧室中的其它燃料滴。未燃烧燃料滴然后排出排气端口且可能损坏催化剂。
该极限值通常由标定者使用燃烧质量测量设备作为指示平均有效压力的宽方差来观测，可以转换为方差系数或COV。该极限值也可以通过用催化剂温度传感器监测发动机中的催化剂温度来观测。当未燃烧燃料滴到达催化剂时，催化剂温度开始上升。
可接受燃烧稳定性所需的最小空气量可以由燃烧稳定性的最小空气量模块606来确定。燃烧稳定性的最小空气量模块606可以基于发动机RPM和环境空气压力来执行计算。
POPD试验的最小空气量由诊断控制模块500请求。诊断控制模块500可存储最小APC的值。诊断控制模块500可在发生POPD试验的稀至浓过渡时请求最小APC。可以设想的是，诊断控制模块500可在发生POPD试验的浓至稀过渡时请求最小APC。
潜在最小APC极限值的最大值由下限最大值模块600确定。下限最大值模块600将期望APC输出给扭矩转换模块608。扭矩转换模块608将期望APC转换为最小预测扭矩。扭矩转换模块608将最小预测扭矩输出给推进扭矩裁定模块406。
在图7中，示出了在根据本发明原理进行转化器后O2传感器性能诊断中执行的示例性步骤的流程图。在步骤700中，控制过程确定是否允许诊断试验。仅作为示例，当存在非侵入式状况时可允许诊断试验。如果允许诊断试验，那么控制过程转到步骤702；否则，控制过程返回至步骤700。在步骤702，控制过程用燃料使空气/燃料混合物变浓。在步骤704，控制过程确定是否中止诊断试验。仅作为示例，当请求更多扭矩时，可中止诊断试验。如果中止诊断试验，那么控制过程转到步骤706；否则，控制过程转到步骤708。
在步骤706，控制过程中止诊断试验。在步骤708，控制过程监测电压输出信号。在步骤710，控制过程确定空气/燃料混合物是从浓过渡至稀还是从稀过渡至浓。如果空气/燃料混合物是从浓过渡至稀，那么控制过程转到步骤712；否则，控制过程转到步骤714。在步骤712，控制过程确定是否中止诊断试验。如果中止诊断试验，那么控制过程转到步骤706；否则，控制过程转到步骤722。
在步骤714，在稀至浓过渡下，控制过程请求最小APC。在步骤716，控制过程确定请求最小APC是否大于其它最小APC请求中的最大值。如果请求最小APC大于其它最小APC请求中的最大值，那么控制过程转到步骤718；否则，控制过程转到步骤722。
在步骤718，控制过程确定请求最小APC是否大于计算APC请求。如果请求最小APC大于计算APC请求，那么控制过程转到步骤720；否则，控制过程转到步骤722。在步骤720，控制过程将请求最小APC转换为节气门面积。在步骤721，控制过程调节节气门面积以实现请求最小APC。
在步骤722，控制过程监测电压输出信号。在步骤724，控制过程将电压输出信号与阈值进行比较。如果电压输出信号超过阈值，那么控制过程转到步骤726；否则，控制过程返回到步骤722。在步骤726，控制过程基于电压输出信号计算IA。在步骤728，控制过程标准化IA。
在步骤730，控制过程将IA与阈值IA进行比较。如果IA大于阈值IA，那么控制过程转到步骤732；否则，控制过程转到步骤734。在步骤732，控制过程指示故障且控制过程结束。在步骤734，控制过程指示合格且控制过程结束。
现在本领域中技术人员能够从前述说明理解到，本发明的广泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，但是由于在研究附图、说明书和所附权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本发明的真实范围不应如此限制。

Claims (20)

1.一种发动机控制***，包括：
氧气传感器诊断模块，所述氧气传感器诊断模块诊断氧气传感器且请求最小每缸空气量(APC)；和
节气门致动器模块，所述节气门致动器模块基于所述最小每缸空气量来控制节气门以调节空气质量流量。
2.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中，所述氧气传感器诊断模块请求稀至浓过渡且在所述稀至浓过渡期间请求所述最小每缸空气量。
3.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中，所述节气门致动器模块在所述最小每缸空气量是多个每缸空气量请求中的最大值时基于所述最小每缸空气量来控制所述节气门。
4.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中，所述节气门致动器模块在所述最小每缸空气量小于多个每缸空气量请求中的至少一个时中止基于所述最小每缸空气量来控制所述节气门。
5.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中，所述最小每缸空气量包括预定值。
6.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中，所述氧气传感器诊断模块请求浓至稀过渡且在所述浓至稀过渡期间请求所述最小每缸空气量。
7.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中，所述氧气传感器诊断模块在诊断所述氧气传感器之前请求所述最小每缸空气量。
8.根据权利要求7所述的发动机控制***，其中，所述氧气传感器诊断模块在诊断所述氧气传感器之后中止请求所述最小每缸空气量。
9.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中，所述氧气传感器诊断模块在诊断所述氧气传感器期间请求所述最小每缸空气量。
10.根据权利要求9所述的发动机控制***，其中，所述氧气传感器诊断模块在诊断所述氧气传感器之后中止请求所述最小每缸空气量。
11.一种用于控制发动机的方法，包括：
请求最小每缸空气量(APC)；
基于所述最小每缸空气量来控制节气门以调节空气质量流量；以及
基于所述每缸空气量来诊断氧气传感器。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
请求稀至浓过渡；以及
在所述稀至浓过渡期间请求所述最小每缸空气量。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述最小每缸空气量是多个每缸空气量请求中的最大值时基于所述最小每缸空气量来控制所述节气门。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述最小每缸空气量小于多个每缸空气量请求中的至少一个时中止基于所述最小每缸空气量来控制所述节气门。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最小每缸空气量包括预定值。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
请求浓至稀过渡；以及
在所述浓至稀过渡期间请求所述最小每缸空气量。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：在诊断所述氧气传感器之前请求所述最小每缸空气量。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：在诊断所述氧气传感器之后中止请求所述最小每缸空气量。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括：在诊断所述氧气传感器期间请求所述最小每缸空气量。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：在诊断所述氧气传感器之后中止请求所述最小每缸空气量。
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