專利名稱：一種新型三元催化轉(zhuǎn)化器故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型三元催化轉(zhuǎn)化器故障診斷方法，屬于汽車電子開發(fā)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2008年7月1日開始實施第III階段GB18352. 3-2005《輕型汽車污染物排放限 值及測量方法(中國III、IV階段)》排放法規(guī)，其中對車載診斷系統(tǒng)(OBD)提出了強制要 求，內(nèi)容之一就是必須對三元催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行在線檢測和診斷。根據(jù)OBD法規(guī)，如果催化轉(zhuǎn) 換器的劣化造成HC排放超過排放限值(0.4g/km)時必須點亮OBD系統(tǒng)警示燈，且記錄故障
fn息ο三元催化轉(zhuǎn)化器用來降低車輛排放，它能有效地將有害排放物轉(zhuǎn)化為無害氣體和 水蒸氣。從空燃比控制方式來看，三元催化器的OBD診斷方法可分為主動診斷和被動診 斷。主動診斷是在適當(dāng)工況下，通過發(fā)動機空燃比控制器按照指定規(guī)律強制改變空燃比， 其優(yōu)點是可重復(fù)性強，診斷精度和效率高，但是可能會對動力控制模塊產(chǎn)生一些干擾，適合 于動力總成控制模塊和車載診斷OBD模塊全新開發(fā)；被動診斷是選擇減速時的發(fā)動機斷油 工況和正常工況進(jìn)行診斷，使發(fā)動機工作于稀濃兩種工況下，可重復(fù)性低，精度效率也比較 低，但是對動力控制模塊PCM的干擾小，適合在原有動力總成控制模塊基礎(chǔ)上的升級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型三元催化轉(zhuǎn)化器故障診斷方法，即一種基于空燃 比控制的催化器故障主動診斷法，前提是發(fā)動機電控系統(tǒng)具有雙氧傳感器配置；通過檢測 催化器儲氧能力對催化器劣化程度進(jìn)行監(jiān)控；主動調(diào)整空燃比，使其偏離理論空燃比1-2 個百分點，通過觀察下游氧傳感器信號變化的響應(yīng)時間，就能確定催化轉(zhuǎn)化器的儲氧能力。 三元催化器老化診斷策略如說明書附圖2，一個完整的測試循環(huán)包括稀混合氣控制(階段 A)和濃混合氣控制(階段B)，即分兩個階段改變空燃比(比如空氣燃油質(zhì)量比即空燃比 由13. 6變化到15. 6，再由15. 6變化到13. 6)，觀測后氧傳感器信號對空燃比的響應(yīng)時間， 得到儲氧能力測試結(jié)果。如果空燃比變化時，后氧傳感器反應(yīng)滯后，則表示催化器儲氧能力 高；反之，如果后氧傳感器反應(yīng)滯后太小，則表示催化器儲氧能力低。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)一種新型三元催化轉(zhuǎn)化器故障診斷方法，其特征 在于具體步驟如下A、首先判斷診斷條件是否滿足發(fā)動機運轉(zhuǎn)持續(xù)一段時間；怠速工況空氣流量的 穩(wěn)定性必須符合要求；節(jié)氣門位置、冷卻液水溫、進(jìn)氣溫度、催化器溫度、大氣壓力、車速必 須在允許范圍內(nèi)；燃油系統(tǒng)處于閉環(huán)控制狀態(tài)且沒有故障；空燃比穩(wěn)定；碳罐電磁閥沒有 全開且比較穩(wěn)定；不存在影響催化器診斷的故障；沒有長時間保持怠速狀態(tài)；診斷不成功 最大嘗試次數(shù)為12次的允許范圍內(nèi)；B、滿足上述條件后，進(jìn)入空燃比調(diào)節(jié)控制，先調(diào)節(jié)混合氣變稀，即第一階段(比如空氣燃油質(zhì)量比由13. 6變化到15. 6)，分別記錄下前氧和后氧傳感器信號轉(zhuǎn)稀的響應(yīng)時 間，一般第一階段持續(xù)時間不低于4s;接著進(jìn)入第二階段，將空燃比繼續(xù)保持在稀混合氣 k，再逐漸過渡到濃混合氣(比如空燃比由15. 6過渡到13. 6)，分別記錄前氧和后氧傳感器 轉(zhuǎn)濃信號的響應(yīng)時間；C、空燃比控制結(jié)束，計算原始儲氧時間即第二階段前氧傳感器信號翻轉(zhuǎn)和后氧傳 感器信號翻轉(zhuǎn)的時間差，也就是催化器中儲存的氧充分釋放的時間，計算公式為ATosc = Td-Tu(I)(1)公式符號含義解析Δ Tosc-原始儲氧時間(前后氧響應(yīng)時間差)Td-前氧傳感器翻轉(zhuǎn)時刻Tu-后氧傳感器翻轉(zhuǎn)時刻由于儲氧時間的精度主要受空氣流量和催化器溫度的影響，因此需要考慮這兩點 因素AT0sccor = AT0sceotX nflowx nCatT(2)(2)公式符號含義解析Δ T0sccor-修正后儲氧時間Δ T0scEaw-未經(jīng)修正的儲氧時間η flow-空氣流量修正系數(shù)
η CatT-催化器溫度修正系數(shù)為了保持結(jié)果的一致性，需要對補償后的儲氧時間濾波，作為最終結(jié)果Δ Tosc ⑴=(1- η Filt) Δ Tosc (i-1) + η Filt X Δ Tosccor (3)(3)公式符號含義解析Δ Tqsc (i)_當(dāng)前儲氧時間濾波值Δ Tosc (i-1)-上循環(huán)儲氧時間濾波值Δ T0sccor-修正后儲氧時間nFilt-濾波因子通過上述模型公式得到催化器儲氧時間，和臨界催化器即介于劣化和正常之間的 催化器比較，評估催化器儲氧能力，進(jìn)而判斷催化器是否劣化。本發(fā)明的積極效果是提高了三元催化轉(zhuǎn)化器診斷的可靠性和精度，有效地對三元 催化器進(jìn)行實時診斷，避免漏報，從而在總體上提高了 OBD系統(tǒng)的性能可靠度。


圖1為催化器診斷結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為催化器診斷空燃比控制過程圖；圖3為本發(fā)明正常催化器前氧傳感器輸出信號；圖4為本發(fā)明正常催化器后氧傳感器輸出信號；圖5為本發(fā)明的極限催化器前氧傳感器輸出信號；圖6為本發(fā)明的極限催化器后氧傳感器輸出信號；
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述如圖1所示，排氣依次經(jīng)過前氧傳感器、三元催化器和后氧傳感器，E⑶通過比較 前后氧傳感器的信號特性評估三元催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率。一種新型三元催化轉(zhuǎn)化器故障 診斷方法，其特征在于具體步驟如下A、首先判斷診斷條件是否滿足發(fā)動機運轉(zhuǎn)持續(xù)一段時間；怠速工況空氣流量的 穩(wěn)定性必須符合要求；節(jié)氣門位置、冷卻液水溫、進(jìn)氣溫度、催化器溫度、大氣壓力、車速必 須在允許范圍內(nèi)；燃油系統(tǒng)處于閉環(huán)控制狀態(tài)且沒有故障；空燃比穩(wěn)定；碳罐電磁閥沒有 全開且比較穩(wěn)定；不存在影響催化器診斷的故障；沒有長時間保持怠速狀態(tài)；診斷不成功 最大嘗試次數(shù)為12次的允許范圍內(nèi)；B、滿足上述條件后，進(jìn)入空燃比調(diào)節(jié)控制，先調(diào)節(jié)混合氣變稀，即第一階段(比如 空氣燃油質(zhì)量比由13. 6變化到15. 6)，分別記錄下前氧和后氧傳感器信號轉(zhuǎn)稀的響應(yīng)時 間，一般第一階段持續(xù)時間不低于4s ；接著進(jìn)入第二階段，將空燃比繼續(xù)保持在稀混合氣 k，再逐漸過渡到濃混合氣(比如空燃比由15. 6過渡到13. 6)，分別記錄前氧和后氧傳感器 轉(zhuǎn)濃信號的響應(yīng)時間；C、空燃比控制結(jié)束，計算原始儲氧時間即第二階段前氧傳感器信號翻轉(zhuǎn)和后氧傳 感器信號翻轉(zhuǎn)的時間差，也就是催化器中儲存的氧充分釋放的時間，計算公式為ATosc = Td-Tu(I)(1)公式符號含義解析Δ Tosc-原始儲氧時間(前后氧響應(yīng)時間差)Td-前氧傳感器翻轉(zhuǎn)時刻Tu-后氧傳感器翻轉(zhuǎn)時刻由于儲氧時間的精度主要受空氣流量和催化器溫度的影響，因此需要考慮這兩點 因素Δ T0sccor = Δ T0sctowX nflowx η CatT (2)(2)公式符號含義解析Δ T0sccor-修正后儲氧時間
Δ T0scEaw-未經(jīng)修正的儲氧時間η flow-空氣流量修正系數(shù)η CatT-催化器溫度修正系數(shù)為了保持結(jié)果的一致性，需要對補償后的儲氧時間濾波，作為最終結(jié)果Δ Tosc ⑴=(1- η Filt) Δ Tosc (i_l) + η Filt X Δ Tosccor (3)(3)公式符號含義解析Δ Tffic (i)_當(dāng)前儲氧時間濾波值Δ Tosc (i-1)-上循環(huán)儲氧時間濾波值Δ T0sccor-修正后儲氧時間nFilt-濾波因子通過上述模型公式得到催化器儲氧時間，和臨界催化器即介于劣化和正常之間的 催化器比較，評估催化器儲氧能力，進(jìn)而判斷催化器是否劣化。
如圖2所示，催化器診斷空燃比控制過程，分成兩個階段(第一階段A和第二階段 B)控制空燃比，第一階段為稀混合氣控制，第二階段濃混合氣控制。實施例1 圖3、4所示，為正常催化器前后氧傳感器信號，上圖為前氧傳感器信號，下圖為后 氧傳感器信號，后氧傳感器信號相對前氧傳感器信號的響應(yīng)有明顯滯后。計算的原始儲氧時間為15s，經(jīng)過濾波后能夠超過6. 5s，在正常范圍內(nèi)，系統(tǒng)在測 試完畢后報告當(dāng)前無催化器劣化故障。實施例2 圖5、6所示，為完全劣化催化器實車數(shù)據(jù)輸出信號，圖5為前氧傳感器信號，圖6 為后氧傳感器信號，可以看出下游氧傳感器信號接近上游氧傳感器信號。儲氧時間低于 2. ls，完全劣化，系統(tǒng)在測試完畢后報告當(dāng)前催化器存在劣化故障。
權(quán)利要求
1. 一種新型三元催化轉(zhuǎn)化器故障診斷方法，其特征在于具體步驟如下A、首先判斷診斷條件是否滿足發(fā)動機運轉(zhuǎn)持續(xù)一段時間；怠速工況空氣流量的穩(wěn)定 性必須符合要求；節(jié)氣門位置、冷卻液水溫、進(jìn)氣溫度、催化器溫度、大氣壓力、車速必須在 允許范圍內(nèi)；燃油系統(tǒng)處于閉環(huán)控制狀態(tài)且沒有故障；空燃比穩(wěn)定；碳罐電磁閥沒有全開 且比較穩(wěn)定；不存在影響催化器診斷的故障；沒有長時間保持怠速狀態(tài)；診斷不成功最大 嘗試次數(shù)為12次的允許范圍內(nèi)；B、滿足上述條件后，進(jìn)入空燃比調(diào)節(jié)控制，先調(diào)節(jié)混合氣變稀，即第一階段(比如空氣 燃油質(zhì)量比由13.6變化到15. 6)，分別記錄下前氧和后氧傳感器信號轉(zhuǎn)稀的響應(yīng)時間，一 般第一階段持續(xù)時間不低于4s ；接著進(jìn)入第二階段，將空燃比繼續(xù)保持在稀混合氣5s，再 逐漸過渡到濃混合氣(比如空燃比由15. 6過渡到13. 6)，分別記錄前氧和后氧傳感器轉(zhuǎn)濃 信號的響應(yīng)時間；C、空燃比控制結(jié)束，計算原始儲氧時間即第二階段前氧傳感器信號翻轉(zhuǎn)和后氧傳感器 信號翻轉(zhuǎn)的時間差，也就是催化器中儲存的氧充分釋放的時間，計算公式為ATosc = Td-Tu(I)(1)公式符號含義解析Δ Tqsc-原始儲氧時間(前后氧響應(yīng)時間差) Td-前氧傳感器翻轉(zhuǎn)時刻 Tu-后氧傳感器翻轉(zhuǎn)時刻由于儲氧時間的精度主要受空氣流量和催化器溫度的影響，因此需要考慮這兩點因素AT0scCor — Δ T0scEaw X rI flow ^ rL CatT (2)(2)公式符號含義解析AT。s。c。r-修正后儲氧時間 Δ T0scEaw-未經(jīng)修正的儲氧時間 nflow-空氣流量修正系數(shù) nCatT-催化器溫度修正系數(shù)為了保持結(jié)果的一致性，需要對補償后的儲氧時間濾波，作為最終結(jié)果 Δ Tosc (i) = (i-nFilt) AT0SC(i-i) + nFiltx Δ Tosccor (3)(3)公式符號含義解析 ATm(i)-當(dāng)前儲氧時間濾波值Δ Tosc (i-1)-上循環(huán)儲氧時間濾波值 AT。s。c。r-修正后儲氧時間 nFilt-濾波因子通過上述模型公式得到催化器儲氧時間，和臨界催化器即介于劣化和正常之間的催化 器比較，評估催化器儲氧能力，進(jìn)而判斷催化器是否劣化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型三元催化轉(zhuǎn)化器故障診斷方法，其特征在于具體步驟如下A、首先判斷診斷條件是否滿足，診斷不成功最大嘗試次數(shù)為12次的允許范圍內(nèi)；B、滿足上述條件后，進(jìn)入空燃比調(diào)節(jié)控制，先調(diào)節(jié)混合氣變稀，持續(xù)時間不低于4s；接著進(jìn)入空燃比繼續(xù)保持在稀混合氣5s，再逐漸過渡到濃混合氣分別記錄前氧和后氧傳感器轉(zhuǎn)濃信號的響應(yīng)時間；C、空燃比控制結(jié)束，計算催化器中儲存的氧充分釋放的時間，得到催化器儲氧時間，評估催化器儲氧能力，進(jìn)而判斷催化器是否劣化。提高了三元催化轉(zhuǎn)化器診斷的可靠性和精度，有效地對三元催化器進(jìn)行實時診斷，避免漏報，從而在總體上提高了OBD系統(tǒng)的性能可靠度。
文檔編號F01N3/20GK102116190SQ20091021816
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者孫鵬遠(yuǎn), 顏松 申請人:中國第一汽車集團公司