CN102042101A - 不对称氧传感器诊断和劣化补偿*** - Google Patents

不对称氧传感器诊断和劣化补偿*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及不对称氧传感器诊断和劣化补偿***。具体地，一种用于发动机的诊断***包括氧检测模块、计时模块和控制模块。所述氧检测模块接收来自氧传感器的氧信号，所述氧传感器检测所述发动机的排气***中的氧水平。所述氧信号具有N个富状态和M个贫状态，其中，N和M是大于或等于1的整数。所述计时模块确定所述氧信号处于所述N个富状态中的至少一个富状态的富时段，并确定所述氧信号处于所述M个贫状态中的至少一个贫状态的贫时段。所述控制模块基于所述富时段和所述贫时段之间的比较来检测所述氧传感器的不对称的差错。

Description

不对称氧传感器诊断和劣化补偿***
技术领域
本申请涉及车辆诊断***，更具体地说，涉及无源氧传感器诊断和劣化补偿***。
背景技术
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。在本背景技术部分中所描述的程度上，当前署名的发明人的作品和本描述中在申请时不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被认为是本发明的现有技术。
在内燃发动机(ICE)的燃烧过程期间，汽油被氧化，氢(H)和碳(C)与空气结合，从而产生各种化学化合物。例如，化学化合物可以包括二氧化碳(CO2)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、氧化氮(NOx)、未燃烧的烃(HC)和氧化硫(SOx)。
ICE的排气***可以包括催化转化器、主氧传感器和次氧传感器。催化转化器通过以化学方式将废气转化为二氧化碳(CO2)、氮(N)和水(H2O)来还原排气排放物。主氧传感器和次氧传感器用于检测废气的氧含量。主氧传感器监测与进入催化转化器的废气相关联的氧水平。次氧传感器检测与离开催化转化器的废气相关联的氧水平。主氧传感器和次氧传感器提供反馈信号，该反馈信号用于维持ICE的在化学上准确的空气与燃料(A/F)比或化学计量的A/F比，从而支持催化转化过程。
排气诊断***可以监测催化转化器以及主氧传感器和次氧传感器，以确保发动机和排气***的适当操作。传统上，执行无源测试和/或介入式测试来检查主氧传感器和次氧传感器的操作。在介入式测试期间，以介入方式调节A/F比，并监测主氧传感器和次氧传感器的响应。尽管介入式测试允许主氧传感器和次氧传感器的差错检测，但是介入式测试会增加排气排放物和/或导致发动机不稳定并降低可操纵性。
发明内容
提供了一种用于发动机的诊断***，所述诊断***包括氧检测模块、计时模块和控制模块。所述氧检测模块接收来自氧传感器的氧信号，所述氧传感器检测所述发动机的排气***中的氧水平。所述氧信号具有N个富状态和M个贫状态，其中，N和M是大于或等于1的整数。所述计时模块确定所述氧信号处于所述N个富状态中的至少一个富状态的富时段，并确定所述氧信号处于所述M个贫状态中的至少一个贫状态的贫时段。所述控制模块基于所述富时段和所述贫时段之间的比较来检测所述氧传感器的不对称的差错。
在其它特征中，提供了一种诊断氧传感器的方法。所述方法包括：接收来自氧传感器的氧信号，所述氧传感器检测发动机的排气***中的氧水平。所述氧信号具有N个富状态和M个贫状态，其中，N和M是大于或等于1的整数。确定所述氧信号处于所述N个富状态中的至少一个富状态的富时段。确定所述氧信号处于所述M个贫状态中的至少一个贫状态的贫时段。基于所述富时段和所述贫时段之间的比较来检测所述氧传感器的不对称的差错。
本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。
本发明还提供如下方案：
方案1、一种用于发动机的诊断***，其包括：
氧检测模块，所述氧检测模块接收来自第一氧传感器的氧信号，所述第一氧传感器检测所述发动机的排气***中的氧水平；
其中，所述氧信号具有N个富状态和M个贫状态，其中，N和M是大于或等于1的整数；
计时模块，所述计时模块确定所述氧信号处于所述N个富状态中的至少一个富状态的富时段，并确定所述氧信号处于所述M个贫状态中的至少一个贫状态的贫时段；以及
控制模块，所述控制模块基于所述富时段和所述贫时段之间的比较来检测所述第一氧传感器的不对称的差错。
方案2、根据方案1所述的诊断***，其特征在于，其还包括氧传感器，
其中，所述第一氧传感器连接到所述发动机和催化转化器之间的所述排气***。
方案3、根据方案1所述的诊断***，其特征在于，所述控制模块基于所述富时段和所述贫时段产生比值，以及
其中，所述控制模块基于所述比值检测所述不对称的差错。
方案4、根据方案3所述的诊断***，其特征在于，当所述比值大于或等于预定比值时，所述控制模块检测到所述不对称的差错。
方案5、根据方案3所述的诊断***，其特征在于，当所述比值不等于1时，所述控制模块检测到所述不对称的差错。
方案6、根据方案3所述的诊断***，其特征在于，当所述比值指示所述富时段和所述贫时段之间的不对称的关系时，所述控制模块检测到所述第一氧传感器的故障。
方案7、根据方案3所述的诊断***，其特征在于，所述控制模块基于所述比值检测所述第一氧传感器的富故障和贫故障中的一个。
方案8、根据方案1所述的诊断***，其特征在于，所述富状态等于所述第一氧传感器处于一个富状态的时间量，以及
其中，所述贫时段等于所述第一氧传感器处于一个贫状态的时间量。
方案9、根据方案1所述的诊断***，其特征在于，所述计时模块基于所述N个富状态确定第一时间平均值，
其中，所述计时模块基于所述M个贫状态确定第二时间平均值，以及
其中，所述控制模块基于所述第一时间平均值和所述第二时间平均值检测到所述不对称的差错。
方案10、根据方案1所述的诊断***，其特征在于，所述控制模块：
产生与催化转化器相关联的第一差错信号；以及
基于所述第一差错信号防止所述氧传感器的差错检测。
方案11、根据方案1所述的诊断***，其特征在于，所述控制模块：
产生与催化转化器和第二氧传感器中的至少一个相关联的第一差错信号；
产生与所述第一氧传感器相关联的第二差错信号；以及
基于所述第一差错信号和所述第二差错信号检测所述第一氧传感器的故障状态。
方案12、根据方案11所述的诊断***，其特征在于，当所述第一差错信号处于通过状态并且所述第二差错信号处于未通过状态时，所述控制模块检测到所述故障状态。
方案13、根据方案11所述的诊断***，其特征在于，当所述第一差错信号处于未通过状态并且所述第二差错信号处于通过状态时，所述控制模块检测到所述第一氧传感器的非故障状态。
方案14、根据方案1所述的诊断***，其特征在于，所述氧信号是与预定水平重复地交叉的周期性振荡波形，
其中，所述N个富状态与所述周期性振荡波形的大于所述预定水平和小于所述预定水平中一个的N个部分相关联，以及
其中，所述M个贫状态与所述周期性振荡波形的大于所述预定水平和小于所述预定水平中一个的M个部分相关联。
方案15、一种诊断氧传感器的方法，所述方法包括：
接收来自第一氧传感器的氧信号，所述第一氧传感器检测发动机的排气***中的氧水平；
其中，所述氧信号具有N个富状态和M个贫状态，其中，N和M是大于或等于1的整数；
确定所述氧信号处于所述N个富状态中的至少一个富状态的富时段；
确定所述氧信号处于所述M个贫状态中的至少一个贫状态的贫时段；以及
基于所述富时段和所述贫时段之间的比较来检测所述第一氧传感器的不对称的差错。
方案16、根据方案15所述的方法，其特征在于，其还包括：基于所述富时段和所述贫时段产生比值，以及
其中，所述控制模块基于所述比值检测所述不对称的差错。
方案17、根据方案16所述的方法，其特征在于，其还包括：当所述比值指示所述富时段和所述贫时段之间的不对称的关系时，检测到所述第一氧传感器的故障。
方案18、根据方案15所述的方法，其特征在于，其还包括：
产生与催化转化器和第二氧传感器中的至少一个相关联的第一差错信号；
产生与所述第一氧传感器相关联的第二差错信号；以及
基于所述第一差错信号和所述第二差错信号检测所述第一氧传感器的故障状态。
方案19、根据方案18所述的方法，其特征在于，当所述第一差错信号处于通过状态并且所述第二差错信号处于未通过状态时，检测到所述故障状态。
方案20、根据方案15所述的方法，其特征在于，所述氧信号是与预定水平重复地交叉的周期性振荡波形，
其中，所述N个富状态与所述周期性振荡波形的大于所述预定水平和小于所述预定水平中一个的N个部分相关联，以及
其中，所述M个贫状态与所述周期性振荡波形的大于所述预定水平和小于所述预定水平中一个的M个部分相关联。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，附图中：
图1是根据本发明实施例的发动机控制***的一部分的功能框图；
图2是根据本发明实施例的图1的发动机控制***的另一部分的功能框图；
图3是对称氧信号和不对称氧信号的示例性示图；
图4是根据本发明实施例的诊断***的功能框图；以及
图5是示出根据本发明实施例的操作诊断控制***的方法的逻辑流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为使用非排他逻辑或的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。
如这里所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(共用的、专用的、或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其他适合组件。
另外，虽然以下实施例主要围绕示例内燃发动机而描述的，但是本发明的实施例可以应用于其它内燃发动机。例如，本发明可以应用于压缩点火发动机、火花点火发动机、均质火花点火发动机、均质充量压缩点火发动机、分层火花点火发动机和火花帮助压缩点火发动机。
在图1中，示出了发动机控制***的第一部分10。发动机控制***包括发动机12、排气***14和发动机控制模块(ECM)16。ECM16包括诊断控制模块18，后者诊断差错并检测与排气***14的部件相关联的故障。
例如，差错可以是指指示相应的传感器和/或发动机控制***的另一部件不适当操作的传感器信号。当传感器信号的特性超过阈值时，会存在差错。传感器信号特性可以包括频率、富状态持续时间和贫状态持续时间、幅值等等。下面描述这些传感器信号特性及其他方面。
故障可以是指部件正在不适当地运行的标识。虽然差错与部件相关联，但是部件可能没有故障。例如，由传感器产生的传感器信号可指示差错与该传感器相关联。差错可以是传感器故障的FALSE指示。可能由于与其它(多个)部件相关联的故障而产生差错。
作为另一示例，氧(O2)传感器可以产生指示O2传感器正在不适当地运行的O2信号。这可以是O2传感器故障的TRUE或FALSE指示。例如，当催化转化器或其它O2传感器具有故障时，O2传感器可能没有故障(不适当地运行)。下面将进一步对此加以详细描述。
发动机12基于驾驶员输入模块20燃烧空气/燃料混合物，以产生用于车辆的驱动扭矩。虽然这里描述了火花点火、汽油类型的发动机，但是本发明可应用于其它类型的扭矩生成器，而不限于汽油类型的发动机、柴油类型的发动机、丙烷类型的发动机和混合类型的发动机。
空气通过节气门26被吸入到发动机12的节气门控制***24的进气歧管22中。ECM 16指令节气门致动器模块28来调节节气门26的开度，以控制吸入到进气歧管22中的空气的量。来自进气歧管22的空气被吸入到发动机12的气缸中。尽管发动机12可以包括多个气缸，但是为了示例目的，示出了单个代表性气缸30。ECM 16可以指示气缸致动器模块32来选择性地停用一些气缸，以提高燃料经济性。
来自进气歧管22的空气通过进气门34被吸入到气缸30中。ECM16控制由燃料喷射***36喷射的燃料的量。燃料喷射***36可以在中心位置处将燃料喷射到进气歧管22中，或者可以在多个位置处，例如靠近于每个气缸的进气门，将燃料喷射到进气歧管22中。可替代地，燃料喷射***36可以将燃料直接喷射到气缸中。
所喷射的燃料与空气混合，并在气缸30中产生空气/燃料混合物。气缸30内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM 16的信号，点火***42的火花致动器模块40激发气缸30中的火花塞44，火花塞44点燃空气/燃料混合物。火花正时可被指定成与活塞处于其最上部位置时的时刻相关，所述活塞的最上部位置被称为上止点(TDC)，空气/燃料混合物大多数在该点被压缩。
空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动旋转曲轴(未示出)。然后，活塞再次开始向上运动并且经排气门48排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经排放***14排出车辆。
排气***14包括催化转化器50、前转化器(主)O2传感器52和后转化器(次)O2传感器54。前转化器O2传感器52位于排气歧管和催化转化器之间催化转化器50的上游(相对于排气而言)。后转化器O2传感器54位于催化转化器50的下游。
催化转化器50通过提高烃(HC)和一氧化碳(CO)的氧化速率和氧化氮(NOx)的还原速率来控制排放物。催化转化器50的O2储存/释放容量指示催化转化器氧化HC和CO的效率以及催化转化器还原NOx的能力。
前转化器O2传感器52与ECM 16连通，并测量进入催化转化器50的排气流的O2含量。后转化器O2传感器54与ECM 16连通，并测量离开催化转化器50的排气流的O2含量。主O2信号和次O2信号指示催化转化器50前和后的排气***14中的O2水平。O2传感器52、54产生相应的主O2信号和次O2信号，它们反馈给ECM 16，以用于空气/燃料比的闭环控制。
在一个实施例中，将主O2信号和次O2信号进行加权，并且例如80％基于主O2信号和20％基于次O2信号来产生所指令的空气/燃料比。在另一实施例中，次O2信号用于调节基于主O2信号产生的所指令的空气/燃料比。主O2信号可以用于空气/燃料比的粗略调节，次O2信号可以用于空气/燃料比的精细调节。ECM 16基于主O2信号和次O2信号来调节燃料流量、节气门定位和火花正时，从而调整发动机12的气缸中的空气/燃料比。
诊断控制模块18监测主O2信号和次O2信号，并确定何时存在与催化转化器50和/或O2传感器52、54中的一个或多个相关联的差错和/或故障。对O2传感器52、54进行性能诊断，以确定传感器是否适当地工作。例如，当O2传感器52、54中的一个或多个非适当地运行时，催化转化器监测的效率会降低。ECM 16可以补偿由诊断控制模块18检测到的差错和/或故障。当调节发动机12的空气/燃料比时，可以执行该补偿。
进气门34可以由进气凸轮轴60控制，而排气门48可以由排气凸轮轴62控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可以控制每个气缸的多个进气门和/或可以控制多个气缸组的进气门。类似地，多个排气凸轮轴可以控制每个气缸的多个排气门和/或可以控制多个气缸组的排气门。气缸致动器模块32可以通过暂停燃料和/或火花的供给和/或通过禁止相应的排气门和/或进气门而停用气缸。
进气门34被打开的时刻可相对于活塞TDC通过进气凸轮相位器64而改变。排气门48被打开的时刻可相对于活塞TDC通过排气凸轮相位器66而改变。相位器致动器模块68基于来自ECM 16的信号控制相位器64、66。
发动机控制***可以包括向进气歧管22提供压缩空气的升压装置。例如，图1示出了涡轮增压器70。涡轮增压器70由流经排气***14的废气供以动力，并向进气歧管22提供压缩空气充气。用于产生压缩空气充气的空气可以取自于进气歧管22。
废气门72可以使废气绕开(旁通)涡轮增压器70，由此减少涡轮增压器的输出(或升压)。ECM 16经由升压致动器模块74控制涡轮增压器70。升压致动器模块74可以通过控制废气门72的位置调整涡轮增压器70的升压。压缩空气充气通过涡轮增压器70提供到进气歧管22。中间冷却器(未示出)可以消散一部分压缩空气充气的热，该热在空气被压缩时产生，并且还由于接近于排气***14而增加。替代的发动机***可以包括增压器，增压器向进气歧管22提供压缩空气，并由曲轴驱动。
发动机控制***可以包括废气再循环(EGR)阀80，其选择性地将废气再导引回进气歧管22。在各种实施方式中，EGR阀80可以位于涡轮增压器70之后。发动机控制***可使用RPM传感器90测量曲轴以每分钟转(RPM)形式的速度。发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器92测量。ECT传感器92可位于发动机12内或位于冷却剂被循环的其它位置处，例如位于散热器(未示出)处。
进气歧管22内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器94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与进气歧管22内的压力之间的差。流入进气歧管22中的空气的质量可使用质量空气流量(MAF)传感器96测量。
节气门致动器模块28可使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)98监测节气门26的位置。被吸入到发动机控制***中的空气的环境温度可使用进气空气温度(IAT)传感器100测量。在各种实施方式中，IAT传感器100可以位于具有MAF传感器96的壳体中。ECM 16可使用来自传感器的信号来做出用于发动机控制***的控制决策。
ECM 16可以与变速器控制模块102连通，以协调变速器(未示出)的换档。例如，ECM 16可以在换档期间减小扭矩。ECM 16可以与混合控制模块104连通，以协调发动机12和电动机106的操作。电动机106还可以用作为发电器，并可以用于产生用以由车辆电***使用和/或用以储存在电池中的电能。在各种实施方式中，可以将ECM16、变速器控制模块102和混合控制模块104整合成一个或多个模块。
为了抽象地参考发动机12的各个控制机制，改变发动机参数的每个***可被称为致动器。例如，节气门致动器模块28可以改变叶片位置，从而改变节气门26的开度面积。因此，节气门致动器模块28可以被称为致动器，而节气门开度面积可被称为致动器位置。
类似地，火花致动器模块40可被称为致动器，而相应的致动器位置是火花提前的量。其它致动器包括升压致动器模块74、EGR阀80、相位器致动器模块68、燃料喷射***36和气缸致动器模块32。对于这些致动器，术语致动器位置可分别对应于升压、EGR阀开度、进气和排气凸轮相位器角度、空气/燃料比和所激发的气缸的数量。
现在参照图2，示出了发动机控制***的第二部分10′。第二部分10′包括ECM 16、节气门控制***24、燃料喷射***36和点火***42。ECM 16包括氧检测模块150、诊断控制模块18和空气/燃料比控制模块152。
在操作中，氧检测模块150从O2传感器52、54接收主O2信号和次O2信号，即Primary O2和Secondary O2。氧检测模块150可以对O2信号Primary O2和Secondary O2提供信号调节和滤波，从而产生调节的主O2信号和次O2信号，即Primary O2′和Secondary O2′。
诊断控制模块18基于调节的主O2信号和次O2信号产生差错和/或故障信号E/F。空气/燃料比控制模块152产生请求的燃料信号FR、请求的节气门位置信号TR和请求的火花信号SR。信号FR、TR和SR基于差错和故障信号E/F而产生，并由相应的燃料控制模块154、节气门控制模块156和点火控制模块158接收。产生所请求的信号，以调节发动机12的空气/燃料比。可以将空气/燃料比调节在预定值和/或化学计量值(例如，空气/燃料比为14.7∶1)处或者调节为以预定值和/或化学计量值为中心。
燃料控制模块154基于请求的燃料信号FR产生燃料控制信号FUEL。节气门控制模块156基于请求的节气门位置信号TR产生节气门控制信号THL。点火控制模块158基于请求的火花信号SR产生点火控制信号SPARK。信号FUEL、THL和SPARK可以分别包括燃料量、喷射器正时值、喷射器开度值、喷射器ON(开启)次数和持续时间、节气门位置、火花正时值等。
由于空气/燃料比的闭环控制，O2信号Primary O2和Secondary O2可以展现出振荡特性。例如，当在正常状态(即，无差错)下运行时，主O2信号Primary O2可以在富状态和贫状态之间振荡。O2信号可以具有正弦波形、方波形或其它周期性和振荡波形。富状态可以指当空气/燃料比小于预定值和/或化学计量值(例如，14.7∶1)时。贫状态可以指当空气/燃料比大于预定值和/或化学计量值(例如，14.7∶1)时。
在图3中，示出了示例性的对称的O2信号170和示例性的不对称的O2信号180。O2信号170、180可以由O2传感器52、54中的一个产生。对称的O2信号170可以与在正常或基准状态下运行的O2传感器相关联。不对称的O2信号180可以与在差错状态下运行的O2传感器相关联。O2传感器可以例如在如下情况时在基准状态下运行：在相应的O2信号中提供有相等数量的富状态和贫状态；富状态的持续时间与贫状态的持续时间相等；O2信号的频率在预定的范围内。当富状态的持续时间与贫状态的持续时间不同；O2信号的频率超过预定的范围时，具有对称的O2信号的O2传感器可能在差错状态下运行。
O2信号170、180具有在富状态和贫状态之间交替的周期性且振荡的轮廓。虽然对于图3的示例而言，当在水平轴182以上时，O2信号170、180处于富状态，当在水平轴182以下时，O2信号170、180处于贫状态，但是O2信号可以相对于水平轴182向上或向下偏移或移位。水平轴182对应于O2传感器的输出的大约中点(例如，450mV)。举例而言，O2传感器可以具有0-900mV的输出范围，其中，0mV是最贫值，900mV是最富值。控制目标可以大约是偏差的中点。富状态和贫状态的检测可以基于当出现如下情况时：O2信号与水平轴182交叉；O2信号超过预定的水平；和/或O2信号出现拐点。将富状态和贫状态之间的示例拐点标识为184。
O2传感器可以在对称的状态或不对称的状态下运行。对称的状态指当O2传感器的富状态的持续时间等于贫状态的持续时间时。不对称的状态指当O2传感器的富状态的持续时间不等于贫状态的持续时间时和/或当富状态的持续时间和贫状态的持续时间之差大于预定水平或小于另一预定水平时。可以在O2信号的一个或多个循环内监测O2信号的富状态和贫状态。循环包括一个富状态和一个贫状态以及位于水平轴上或与富状态和贫状态之间的水平对应的三个点。这三个点可以是拐点。
对称的O2信号170属于在对称的状态下运行的O2传感器，因为与富状态相关联的累积时间(例如，Acc1)等于与贫状态相关联的累积时间(例如，Acc2)。不对称的O2信号180属于在不对称的状态下运行的O2传感器，因为与富状态相关联的累积时间不等于与贫状态相关联的累积时间(例如，Acc3)。
当O2传感器在不对称的状态下运行时，不对称的差错与O2传感器相关联。该差错可以是富的不对称的差错或贫的不对称的差错。富的不对称的差错指当与富状态相关联的累积时间和与贫状态相关联的累积时间之间的比值小于1或为第一预定比值时。贫的不对称的差错指当与富状态相关联的累积时间和与贫状态相关联的累积时间之间的比值大于1或为第二预定比值时。比值1指示完全对称的状态和/或正常操作。预定比值是基于排放物的故障阈值。
再参照图2，诊断控制模块18可以监测并存储O2信号Primary O2′和Secondary O2′处于富状态和贫状态的持续时间。该持续时间可以基于来自计时器200的时间(时钟)信号CLK而产生，并存储在存储器202中。示出了用于前转化器O2传感器52的富状态持续时间PR1-N和贫状态持续时间PL1-M(标识为204)，其中，N和M是整数。还示出了用于后转化器O2传感器54的富持续时间SR1-N和贫持续时间SL1-M(标识为206)。
现在还参照图4，示出了诊断***220。诊断***220包括氧检测模块150′和诊断控制模块18。诊断控制模块18可以包括计时模块222、比值计算模块224、比较模块226和故障检测模块228。计时模块222包括富时间模块230和贫时间模块232。
诊断控制模块18可以在无源模式下运行，并检测与一个或多个O2传感器相关联的差错和/或故障。无源模式指在没有燃料控制***、节气门控制***和点火控制***的介入控制的情况下检测差错和/或故障。在无源模式期间，诊断控制模块18基于由O2传感器产生的O2信号检测差错和/或故障。在图4中，为了简单起见，示出了标识为O2的单个O2信号。O2信号可以由O2传感器52、54中的一个而产生。
现在还参照图5，示出的逻辑流程图显示出操作包括一个或多个O2传感器且提供相关联补偿的诊断控制***的方法。虽然以下步骤主要相对于图1-3的实施例来描述，但是可以容易地修改这些步骤，以应用于本发明的其它实施例。该方法可以在步骤250开始。
在步骤252中，氧检测模块150′接收O2信号。氧检测模块150′对O2信号进行信号调节，以产生标识为O2′的经调节的O2信号。在步骤254中，计时模块222接收并监测经调节的O2信号的富状态和贫状态。在步骤254A中，基于时钟信号CLK，富时间模块230监测经调节的O2信号的富状态，并将该富状态的持续时间存储在存储器202中。在步骤254B中，基于时钟信号CLK，贫时间模块232监测经调节的O2信号的贫状态，并将该贫状态的持续时间存储在存储器202中。举例而言，O2传感器52、54各自的N个富状态持续时间PR1-N、SR1-N和M个贫状态持续时间PL1-M、SL1-M可以由计时模块222产生，并存储在存储器202中。
在步骤256中，富时间模块230基于步骤254A的所存储的富状态持续时间产生第一累积值(例如，Acc1)。第一累积值可以是：经调节的O2信号的单个周期性循环的单个富状态的持续时间；经调节的O2信号的多个富状态的和；多个富状态的平均持续时间；等等。累积值可指与在空气/燃料状态(例如，富或贫)下运行相关联的数据的串长度。
在步骤258中，贫时间模块232基于步骤254B的所存储的贫状态持续时间产生第二累积值(例如，Acc2)。第二累积值可以是：经调节的O2信号的单个周期性循环的单个贫状态的持续时间；经调节的O2信号的多个贫状态的和；多个贫状态的平均持续时间；等等。在执行步骤256的同时，可以执行步骤258。
在步骤260中，比值计算模块224计算第一累积值和第二累积值之间的累积比值，并产生比值信号RATIO。在步骤262和步骤264中，比较模块226将步骤260的比值信号RATIO与预定参考值REF比较。在一个实施例中，预定参考值REF等于在基准状态下运行(例如，当O2传感器为新的时，与O2信号相关联的O2传感器的操作)的O2传感器的富与贫比值。在另一实施例中，预定参考值REF可以是围绕基准状态的窗口边界。
在步骤266中，当比值信号RATIO小于第一预定参考值REF1时，检测到富的不对称的差错(或富侧不对称状态)。当第一累积信号小于第二累积信号并且第一累积信号和第二累积信号之间的差值小于第一预定差值时，也检测到富的不对称的差错。除非解决，否则富的不对称的差错会导致发动机控制***具有富的排放物故障。在步骤278、280中解决富的差错。
在步骤268中，当比值信号RATIO大于第二预定参考值REF2时，检测到贫的不对称的差错(或贫侧不对称状态)。当第一累积信号大于第二累积信号并且第一累积信号和第二累积信号之间的差值大于第二预定差值时，也检测到贫的不对称的差错。第二预定差值可以等于第一预定差值。除非解决，否则贫的不对称的差错会导致发动机控制***具有贫的排放物故障。在步骤278、280中解决贫的不对称的差错。
当步骤266和步骤268中的一个或多个指示差错存在时，比较模块226可以产生差错信号O2Err。O2差错信号O2Err可以用于在存储器中设定相应的O2差错标志(例如，诊断问题代码)。O2差错信号O2Err和/或O2差错标志可以关联于和/或标识特定的O2传感器和该O2传感器的相应状态。当在步骤266中产生时，O2Err信号可以是富的不对称的差错信号，当在步骤268中产生时，O2Err信号可以是贫的不对称的差错信号。
在步骤270中，当比值信号RATIO处于由第一预定参考值REF1和第二预定参考值REF2限定的窗口中时，不设定不对称的差错。当第一累积信号和第二累积信号之间的差值在第一预定差值之间和/或第二预定差值之间时，也不设定不对称的差错。当比值信号RATIO在预定参考值REF1、REF2之间和/或接近于1时，会存在对称的状态。比较模块226可以产生不对称的差错信号O2Err，以指示存在对称的状态和/或不存在不对称的差错。虽然在图5中未示出，但是故障检测模块228可以产生故障检测信号FAULT，其指示与不对称的差错信号O2Err相关联的O2传感器的PASS状态。该方法可以在步骤270之后的271处结束。
在步骤272中，故障检测模块228判断是否存在其它差错和/或故障。例如故障检测模块228可以在不存在其它差错和/或故障时进行至步骤274，否则，故障检测模块228可以进行至步骤276。
在步骤274中，故障检测模块228基于O2不对称的差错信号O2Err产生故障检测信号FAULT。故障检测模块228可以产生指示与不对称的差错信号O2Err相关联的O2传感器的FAIL状态的故障检测信号FAULT。在步骤274之后，步骤278可以由例如ECM 16来执行。在步骤278中，ECM 16产生指令的空气/燃料比，同时补偿与O2不对称的差错信号O2Err相关联的差错。
在步骤276中，故障检测模块228基于O2不对称的差错信号O2Err和其它差错信号和/或故障信号(其它设定的标志或诊断问题代码)产生故障检测信号FAULT′。下面描述示例差错信号。故障检测信号FAULT可以指示与不对称的差错信号O2Err相关联并基于差错和/或故障的O2传感器的PASS或FAIL状态。在步骤276之后，步骤280可以由例如ECM 16来执行。在步骤280中，ECM 16可以产生指令的空气/燃料比，同时基于在步骤272中确定的其它差错和/或故障补偿与O2不对称的差错信号O2Err相关联的差错。
仅举例而言，可以基于来自前转化器O2传感器52的O2信号产生O2不对称的差错信号O2Err。可以基于O2不对称的差错信号O2Err和/或基于催化转化器50和后转化器O2传感器54是否存在差错和/或故障产生用于前转化器O2传感器52的故障检测信号FAULT。
作为另一示例，当催化转化器50具有泄漏(例如，通到位于催化转化器50和排气***14外部的外界空气的开口)时，后转化器O2传感器54可以指示催化转化器50之后的废气比所期望的要贫。这会导致发动机控制***10在富状态下运行延长的时间段，这会影响主O2信号Primary O2。因此，可以利用前转化器O2传感器52检测由催化转化器50的故障导致的差错。在这种情况下，基于例如指示催化转化器50具有故障的诊断问题代码，故障检测模块228避免产生指示前转化器O2传感器52发生故障的故障检测信号。
作为又一示例，当后转化器O2传感器54发生故障(例如，持续地指示催化转化器50的下游的废气是富和贫中之一)时，发动机控制***10可以在富状态和贫状态中的一个状态下运行延长的时间段。因此，可以利用前转化器O2传感器52检测由后转化器O2传感器54的故障导致的差错。在这种情况下，故障检测模块228避免产生指示前转化器O2传感器52发生故障的故障检测信号。
图1的ECM 16的闭环控制可以基于在上述方法中产生的差错和/或故障信号调节指令的空气/燃料比，并补偿在上述方法中产生的差错和/或故障信号。例如，当O2传感器52、54中的一个具有与富的不对称的差错和贫的不对称的差错中的一个相关联的故障时，ECM 16可以相应地调节供给到发动机12的气缸的燃料的量。举例而言，当后转化器O2传感器54具有贫的不对称的差错时，ECM 16会增加燃料流量而没有进行补偿。这会导致前转化器O2传感器52在富状态下比在贫状态下操作更长时间，这将导致ECM 16的闭环控制增加燃料流量、降低空气流量和/或增大当前的空气/燃料比。
为了补偿这些差错，ECM 16可以防止增加燃料流量和/或减少燃料流量。作为替代方式，ECM 16和/或诊断控制模块18可以调节从O2信号接收的信息，以解决O2传感器52、54的不对称的状态。这校正了O2传感器52、54的不对称的状态，并防止了闭环控制的不适当操作。
该方法可以在步骤278和步骤280之后的282处结束。上述步骤意味着为示例性示例；这些步骤可以根据应用顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠时间段期间或者以不同的次序执行。
上述实施例可以用于根据O2传感器的不对称的状态的检测和相关联的补偿来提高燃料流量控制、提高发动机***性能并减少排放物。因为在上述实施例中解决了O2传感器的差错和故障，所以上述实施例延长了O2传感器的工作寿命并减少了错误诊断差错和故障。
本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是，本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和随附权利要求书的基础上其他修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种用于发动机的诊断***，其包括：
氧检测模块，所述氧检测模块接收来自第一氧传感器的氧信号，所述第一氧传感器检测所述发动机的排气***中的氧水平；
其中，所述氧信号具有N个富状态和M个贫状态，其中，N和M是大于或等于1的整数；
计时模块，所述计时模块确定所述氧信号处于所述N个富状态中的至少一个富状态的富时段，并确定所述氧信号处于所述M个贫状态中的至少一个贫状态的贫时段；以及
控制模块，所述控制模块基于所述富时段和所述贫时段之间的比较来检测所述第一氧传感器的不对称的差错。
2.根据权利要求1所述的诊断***，其特征在于，其还包括氧传感器，
其中，所述第一氧传感器连接到所述发动机和催化转化器之间的所述排气***。
3.根据权利要求1所述的诊断***，其特征在于，所述控制模块基于所述富时段和所述贫时段产生比值，以及
其中，所述控制模块基于所述比值检测所述不对称的差错。
4.根据权利要求3所述的诊断***，其特征在于，当所述比值大于或等于预定比值时，所述控制模块检测到所述不对称的差错。
5.根据权利要求3所述的诊断***，其特征在于，当所述比值不等于1时，所述控制模块检测到所述不对称的差错。
6.根据权利要求3所述的诊断***，其特征在于，当所述比值指示所述富时段和所述贫时段之间的不对称的关系时，所述控制模块检测到所述第一氧传感器的故障。
7.根据权利要求3所述的诊断***，其特征在于，所述控制模块基于所述比值检测所述第一氧传感器的富故障和贫故障中的一个。
8.根据权利要求1所述的诊断***，其特征在于，所述富状态等于所述第一氧传感器处于一个富状态的时间量，以及
其中，所述贫时段等于所述第一氧传感器处于一个贫状态的时间量。
9.根据权利要求1所述的诊断***，其特征在于，所述计时模块基于所述N个富状态确定第一时间平均值，
其中，所述计时模块基于所述M个贫状态确定第二时间平均值，以及
其中，所述控制模块基于所述第一时间平均值和所述第二时间平均值检测到所述不对称的差错。
10.一种诊断氧传感器的方法，所述方法包括：
接收来自第一氧传感器的氧信号，所述第一氧传感器检测发动机的排气***中的氧水平；
其中，所述氧信号具有N个富状态和M个贫状态，其中，N和M是大于或等于1的整数；
确定所述氧信号处于所述N个富状态中的至少一个富状态的富时段；
确定所述氧信号处于所述M个贫状态中的至少一个贫状态的贫时段；以及
基于所述富时段和所述贫时段之间的比较来检测所述第一氧传感器的不对称的差错。
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