专利名称：内燃机排气净化系统诊断设备、排气净化系统和诊断方法
技术领域：
本发明涉及净化从内燃机(下文中也称作“发动机”)排放的排气的技术领域。如这里所使用的，术语“净化”指降低由内燃机所排放的排气的毒性。尤其是，本发明涉及对排气净化系统中的流路切换阀是否存在泄漏的诊断。
将排气引入包含旁路催化转化器的旁路排气通道。优选地，将旁路排气通道相对设置在传统排气系统的主催化转化器的上游，在发动机的冷起动开始之后，流路切换阀使排气转向通过旁路排气通道。
背景技术：
通常，在内燃机的冷起动和催化转化器的完全激活，即催化转化器的温度上升到足够高时之间，排气无法被充分地净化。当主催化转化器设置在发动机的下游的一定距离(例如，在汽车的下面)时，尤其产生这种情况。然而，如果主催化转化器设置得离发动机较近，由于热劣化，催化剂的耐用性或寿命可能显著地折损。
相关的排气系统包括与通向主催化转化器的主排气通道的上游部分并行设置的旁路排气通道和旁路催化转化器。流路切换阀用于紧接在发动机的冷起动开始之后将排气引入到旁路排气通道。这样，因为旁路催化转化器相对于主催化转化器设置在排气系统的上游，所以其可被更快速地激活，从而使排气的净化更早开始。
在相关的排气系统中，当流路切换阀没有彻底地切换流路时(例如，当假定流路切换阀阻止排气泄漏到主排气通道时，排气泄漏到主排气通道)，未净化的排气可能被排放到空气中，直到主催化转化器被完全激活。
相关的排气系统包括用于检测使用流路切换阀所导致的流量减少的方法；然而相关的排气系统没有包括与任何诊断未净化的排气的泄漏有关的机构。因此，需要一种可以正确地诊断流路切换阀的泄漏的设备。
发明内容
本发明涉及一种诊断内燃机的排气净化系统的设备。该排气净化系统包括连接到内燃机的主排气通道和沿着主排气通道设置在下游的主催化转化器。将用于旁路主排气通道的旁路排气通道设置在主催化转化器的上游的主排气通道的一部分处。此外，沿着旁路排气通道设置旁路催化转化器。此外，被旁路排气通道旁路的主排气通道部分设置有用于关闭主排气通道的阀。旁路排气通道具有用于检测流过旁路排气通道的排气的空燃比的第一传感器。此外，主排气通道具有用于检测引入主催化转化器的排气的空燃比的第二传感器。第一和第二传感器连接到控制器。
当阀处于关闭状态时，诊断阀的泄漏。根据本发明的实施例的一个方面，基于用于检测通过旁路排气通道的排气的空燃比的第一传感器和用于检测通过主排气通道的排气的空燃比的第二传感器来诊断该泄漏。由于使用传统上可用于内燃机的控制中的空燃比传感器来诊断阀的泄漏，因此可以不需要附加的传感器来执行诊断。
根据发明的实施例的一个方面，提供一种用于诊断内燃机的排气净化系统的设备。该设备包括主排气通道；主催化转化器，其被设置在主排气通道中；旁路排气通道，其与主排气通道互通流体，从而使主排气通道在旁路排气通道从主排气通道分出的分支点和位于主催化转化器上游侧的、旁路排气通道汇合入主排气通道的接合处之间的部分旁路；旁路催化转化器，其被设置在旁路排气通道中；设置在主排气通道的所述部分中、用来打开或关闭主排气通道的所述部分的阀；第一传感器，其设置在旁路排气通道中以输出表示在旁路排气通道中流动的排气的第一空燃比的第一信号；第二传感器，其设置在主排气通道中以输出表示流入主催化转化器的排气的第二空燃比的第二信号；以及控制器，其接收第一和第二信号，控制器基于第一和第二信号判断处于关闭设置的阀是否使排气泄漏到主排气通道的所述部分。
根据本发明的实施例的另一个方面，提供一种诊断内燃机的排气净化系统的方法，该方法包括检测流经包括主催化转化器的主排气通道的排气的第一空燃比；检测流经旁路排气通道的排气的第二空燃比，旁路排气通道与主排气通道互通流体，从而使主排气通道在旁路排气通道从主排气通道分出的分支点和位于主催化转化器上游侧的、旁路排气通道汇合入主排气通道的接合处之间的部分旁路，旁路排气通道包括旁路催化转化器；用阀防止排气沿主排气通道流动；以及基于第一和第二空燃比，判断排气是否通过阀泄漏。
包含在这里并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的优选实施例，与上面给出的一般说明和下面给出的详细说明一起用于说明本发明的特征。
图1是示出根据本发明构造的内燃机排气系统的示意图。
图2是示出根据本发明的第一实施例的泄漏诊断的曲线图。
图3是示出根据本发明的第二实施例的泄漏诊断的曲线图。
图4是示出根据本发明的第三实施例的泄漏诊断的处理的流程图。
图5是示出根据图4所示的实施例的泄漏诊断的时序图。
图6是示出诊断催化剂劣化程度的处理的时序图。
图7是示出时间差ΔT和催化剂劣化程度之间的关系的曲线图。
图8是示出催化剂劣化程度和阈值L之间的关系的曲线图。
图9是示出根据本发明的第四实施例的泄漏诊断的时序图。
具体实施例方式
以下，参考附图详细说明本发明的各种优选实施例。尽管对四气缸内燃机的排气净化系统进行说明，但当然不局限于此。这就是说，还预见了具有不同配置、气缸数和实施方式的内燃机。
图1示出排气通道以及在用于驱动车辆的内燃机的排气系统中使用的控制器的示意性布置。
内燃机1的气缸盖1a具有可以配置在内部的从第一到第四气缸(图1中仅示出一个)侧面地打开的排气口2。排气口2(图1中仅示出一个)中的每一个连接到各主排气通道3的上游部分。与第一到第四气缸相对应的四个主排气通道3的上游部分(图1中仅示出一个)优选地在设置了流路切换阀5的部分汇合，从而形成通向主催化转化器4的、位于主排气通道3的下游部分的单一的主排气流通道。优选地位于车辆下方的主催化转化器4可以具有大的容量并可以含有三元催化剂以及氢碳(HC)捕集(trap)催化剂。从排气口2排放的排气流过主排气通道3的上游部分、放置了流路切换阀5的部分、主排气流通道3的下游部分，直到用于净化在发动机正常操作期间排放的排气的主催化转化器4。流路切换阀5可以设置关闭部件，该关闭部件通过允许或阻止排气流过排气通道3来改变流路。设置可能是蝶形阀、片状阀或任意等同形式的流路切换阀5(图1中仅示出一个)来打开或关闭主排气通道3。可以在例如连接到第一到第四气缸的四个主排气通道3上游部分的多个主排气通道3的上游部分的汇合处的后面设置单个流路切换阀5。优选地由用于重新配置流路切换阀5的例如电动马达、螺线管、真空开关或任意等同形式的制动器5a驱动流路切换阀5。
四个旁路排气通道7(图1中仅示出一个)的上游部分从相对应的四个主排气通道3的上游部分分支。旁路排气通道7具有比主排气通道3的横截面积小的横截面积。分支点6(即，每一个旁路排气通道7的上游部分的上游端；图1中仅示出一个)优选地设置在相对应的主排气通道3的上游部分的上游尽可能远处，即尽可能地接近气缸盖1a。四个旁路排气通道7的上游部分优选地汇合以形成作为旁路排气通道7的下游部分的、通向旁路催化转化器8的单一的旁路排气流通道。优选地，紧挨在四个旁路排气通道7的上游部分汇合处之后设置可以使用三元催化剂的旁路催化转化器8。优选地，旁路催化转化器8具有比主催化转化器4的容量小的容量，并装有可以在低温最佳激活的催化剂。从旁路催化转化器8的出口延伸的单一排气流通道优选地连接在主排气通道3的接合处9(即主催化转化器4的入口的上游，及流路切换阀5的下游)。即，设置旁路排气通道7来旁路在主催化转化器4的上游的主排气通道3的一部分。可将流路切换阀5安装在主排气通道3的这部分中。
分别将主上游空燃比传感器10和主下游空燃比传感器11设置在主催化转化器4的入口和出口处。此外，将旁路上游空燃比传感器12和旁路下游空燃比传感器13分别设置在旁路催化转化器8的入口和出口处。在激活主催化转化器4之后，主上游空燃比传感器10和主下游空燃比传感器11可以执行传统的空燃比的反馈控制。可以响应来自主上游空燃比传感器10的输出信号，例如通过控制喷射到第一到第四气缸的燃料量来控制发动机的空燃比。可以使用来自主下游空燃比传感器11的输出信号补偿控制特性的任何偏差。类似地，当使用旁路催化转化器8时，旁路上游空燃比传感器12和旁路下游空燃比传感器13可以执行传统的空燃比的反馈控制。这就是说，当使用旁路催化转化器8时，可以响应来自旁路上游空燃比传感器12的输出信号，控制发动机的空燃比。可以使用来自旁路下游空燃比传感器13的输出信号来补偿控制特性的任何偏差。空燃比传感器10、11、12和13可以包括相对于排气的空燃比具有基本线性的输出特性的宽带空燃比传感器，或具有两种输出特性(例如，表示富空燃比，或表示贫空燃比)的氧传感器。通常，由于上述空燃比控制的控制特性，优选地使用宽带空燃比传感器作为上游空燃比传感器10和12，优选地使用氧传感器作为下游空燃比传感器11和13以提供成本方面的优势。旁路上游空燃比传感器12可以设置为用于检测旁路排气流通道中的空燃比的第一传感部件，主上游空燃比传感器10可以设置为用于检测主排气流通道中、流入主催化转化器4的排气的空燃比的第二传感部件。
此外，内燃机1的第一到第四气缸中的每一个包括火花塞21(图1中仅示出一个)、进气通道22(图1中仅示出一个)以及可以设置在进气通道22中的燃料喷射阀23(图1中仅示出一个)。优选地，将可以使用马达等致动器打开或关闭的电子控制节流阀24设置在进气通道22的上游。可以在进气通道22和节流阀24之间设置节气室(plenum)。此外，可以将发动机1所使用的用于检测吸入空气量的空气流量计25设置在节流阀24的上游、空气净化器26的下游。
发动机控制单元27控制内燃机1的各种参数(例如，设定每一个燃料喷射阀23喷射的燃料量，设定每一个火花塞21的火花定时，设定节流阀24的打开程度，驱动制动器5a以设定流路切换阀5的打开/关闭状况等)。除了接收空燃比传感器10、11、12和13的输出信号，来自例如冷却剂温度传感器28和用于检测由司机操作的加速踏板的位置(即，踏入量)的传感器29的其它传感器的输出信号，也可以被输入到发动机控制单元27。优选地，发动机控制单元27还可以诊断流路切换阀5是否存在泄漏。
优选地，响应于冷起动开始后发动机1或排气的低温，流路切换阀5关闭排气通道3。因此，从每一个气缸所排放的全部排气从相对应的分支点6，通过相对应的旁路排气通道7，流到旁路催化转化器8。由于例如旁路催化转化器8设置在非常接近排气口2的位置，并且其大小相对较小，因此旁路催化转化器8可被快速激活。这使得排气可以在冷起动开始后的较早阶段被净化。
随着预热处理期间发动机1或排气的温度升高，由于主催化转化器4的催化剂被该热量完全激活，因此流路切换阀5打开。同样地，从气缸排放的大部分排气通过主排气通道3到达主催化转化器4。尽管旁路排气通道7没有关闭，但是大部分排气没有流过旁路排气通道7。相反，排气流过主排气通道3。这是因为旁路排气通道7的横截面积小于排气通道3的横截面积，以及在旁路排气流通道中设置的旁路催化转化器8导致了更大的流阻。由于气流阻力的差异，还可以避免旁路催化转化器8的热劣化。
接下来，说明根据本发明的第一实施例的对是否存在通过流路切换阀5的任何泄漏的诊断。在下面的实施例中，两个上游空燃比传感器10和12优选地为宽带空燃比传感器，而两个下游空燃比传感器11和13优选地为氧传感器。当根据本发明的第一实施例诊断泄漏时，仅采用两个上游空燃比传感器10和12。
图2是示出当冷起动开始之后流路切换阀5处于关闭状态，并且旁路上游空燃比传感器12提供空燃比的反馈控制(即，激活旁路催化转化器8之后)时，用于诊断泄漏的第一实施例的一系列曲线图。如上所述，由于旁路催化转化器8可被快速激活，因此反馈控制几乎在冷起动之后立即开始。通过临时地关闭流路切换阀5，在主催化转化器4激活之后也可以执行诊断。
图2(a)是示出在正常状况期间，即当不存在泄漏不存在旁路催化转化器8的热劣化时，由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB(下文中也称作空燃比AFB)和由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM(下文中也称作空燃比AFM)之间的比较的曲线图。如图2(a)所示，根据传统的空燃比反馈控制，燃料喷射量周期性地波动从而使排气的空燃比在理论空燃比(即理论空燃比状态)附近变化。因此空燃比周期性地从理论空燃比状态变化到发动机1燃烧的富状态和贫状态中的每一个。然而，由于旁路上游空燃比传感器12直接被来自发动机1的排气所影响，因此可以确定与发动机的空燃比的波动相对应的输出信号。即，由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB对应于发动机的空燃比，或可被认为是发动机的空燃比本身。与由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB相比，由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM的曲线图示出了超过理论空燃比的富/贫状态可以在更短的时间量内达到。其还示出了变化定时，即在理论空燃比、富贫状态之间发生变化的点，与由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB发生变化的点相比发生延迟。这是由于旁路催化转化器8的催化剂的氧容量导致的。当排气的空燃比变为贫状态时吸收氧，当排气的空燃比变为富状态时释放氧。因此，尽管排气的空燃比周期性地在富状态和贫状态之间波动，但是在旁路催化转化器8的下游侧不发生变化，直到旁路催化转化器8的氧容量饱和。
图2(b)示出当处于关闭状态的流路切换阀5发生排气泄漏时的相关特性。由于该泄漏不影响由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB，因此没有从图2(a)所示的正常状态发生变化。然而，主上游空燃比传感器10检测到通过流路切换阀5泄漏的排气，即不通过旁路催化转化器8的排气。因此，在旁路上游空燃比传感器12检测空燃比AFB的同时，检测到的空燃比AFM在富和贫的状态之间波动。此外，富/贫状态的值(即，周期性变化的幅值)低于由旁路上游空燃比传感器12检测到空燃比AFB的富/贫状态的值。这是由于与通过旁路催化转化器8的排气的混合所导致的稀释造成的。
例如，可以在由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM中富状态变化到贫状态的时间(反之亦然)以及由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB中的相应时间(即，富状态变化为贫状态时，反之亦然)之间确定时间延迟Δt。如果时间延迟Δt小于阈值，则判断为发生泄漏。
再次参考图2(a)，可以将由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB中的富状态或贫状态的间隔t1与由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM中相应的富状态或贫状态的间隔t2相比较。如果间隔t1和t2基本相等，则判断为发生泄漏。
判断是否发生泄漏的代用方法可以提供附加的可靠性。例如，判断泄漏可以包括根据多次空燃比的变化计算平均值，或评估基本上等于间隔t1和t2之间的差(t1-t2)的时间延迟Δt。现在说明使用这些特征的方法。
图2(c)示出当催化转化器8的催化剂有些劣化时空燃比AFM的变化。当由于催化剂的劣化导致氧容量降低时，由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM的基本变化不变。然而，富/贫状态波动更快。即，关于由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB的变化的时间延迟Δt变短。然而，富/贫状态的时间间隔t2变长。如果催化剂已经劣化到零氧容量点，则时间延迟Δt或时间间隔t1和t2可能无法从图2(b)所示的情况区分。然而，由于催化剂的劣化实际上缓慢地进行，因此当催化剂部分劣化时，时间延迟Δt或时间间隔t1和t2取图2(a)和2(b)所示特性之间的中间值。因此，在这个阶段，可以判断为催化剂已经劣化。因此，催化剂的劣化可以与判断为存在流路切换阀5的泄漏相区分。
例如，如果时间延迟Δt小于第一阈值，则可以判断为已经发生泄漏。然而，如果时间延迟Δt大于第二阈值，则可以判断为没有发生泄漏。此外，如果时间延迟Δt落入预定的范围内，例如本身就在第一和第二阈值之间的第三和第四阈值之间，则可以判断为旁路催化转化器8中的催化剂已经劣化。第三和第四阈值可以分别等于第一和第二阈值。
由旁路上游空燃比传感器12检测到空燃比AFB中的富状态或贫状态的间隔t1以及由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM中的相应的富状态或贫状态的间隔t2进行判断。如果间隔t1和t2基本互相相等，则判断为发生了泄漏。此外，如果间隔t2充分地小于间隔t1，则可以判断为没有发生泄漏。如果间隔t2稍微小于间隔t1，则可以判断为在旁路催化转化器8中的催化剂已经劣化。
根据以上实施例，即使当传统的空燃比的反馈控制继续时，也可以诊断流路切换阀5的泄漏。此外，当执行该诊断时，排气的毒性不会恶化。此外，可以执行包括判断催化剂是否已经劣化的精确的泄漏诊断。
图3是示出用于当冷起动开始之后流路切换阀5处于关闭状态时在旁路催化转化器8激活之后诊断泄漏的根据本发明的第二实施例的一系列曲线图。在该诊断期间，通过以恒定的周期和幅值的前馈控制，强制变化发动机的空燃比(即从富到贫，反之亦然)。
类似于图2(a)～2(c)，图3(a)示出正常状态(无泄漏，无催化剂劣化)，而图3(b)示出发生泄漏，图3(c)示出催化剂劣化。应当注意的是，诊断方法与第一实施例中的诊断方法相同。
根据图2所示的第一实施例，发动机的空燃比的富/贫状态的周期和幅值的变化，相对于发动机1的驱动状况，不需为恒定的。然而，根据第二实施例，发动机的空燃比以恒定的周期和幅值规则地变化。这可以提高诊断泄漏和催化剂劣化的精度。此外，即使当发动机的空燃比在前馈控制中强制变化时，富/贫状态相对于理论空燃比周期性地变化，从而使平均空燃比可以保持在理论空燃比附近。因此，排气的毒性不会恶化。优选地，可以不将发动机的空燃比变化的周期设定为长到会显著地降低催化剂的氧容量。
根据本发明的实施例，提供一种用于诊断内燃机的排气净化系统的设备。该设备包括设置在主催化转化器上游的旁路排气通道。沿着旁路排气通道设置旁路催化转化器，并设置用于使排气转向通过旁路排气通道的流路切换阀。该设备还包括第一空燃比传感器，用于检测旁路催化转化器上游的排气的空燃比；以及第二空燃比传感器，用于检测主催化转化器上游的排气的空燃比。当流路切换阀处于关闭状态时，通过使用来自第一和第二传感器的检测的信号，可以诊断流路切换阀的泄漏。
当发动机的空燃比在富状态和贫状态之间周期性地变化时，可以根据以下的两个步骤诊断流路切换阀的泄漏(i)确定由第二空燃比传感器检测到的富状态和贫状态之间的变化相对于由第一空燃比传感器检测到的状态之间的类似变化的时间延迟；以及(ii)基于该时间延迟，判断是否存在泄漏。
作为选择，当发动机的空燃比在富状态和贫状态之间周期性地变化时，可以根据以下的两个步骤诊断流路切换阀的泄漏(i)确定由第二空燃比传感器检测到的富状态和贫状态之间的变化中的时间间隔和由第一空燃比传感器检测到的状态之间的类似的时间间隔；以及(ii)通过比较时间间隔，判断是否存在泄漏。
为了周期性地在富状态和贫状态之间变化，可以采用使用第一空燃比传感器、通过反馈控制的发动机的空燃比的周期性变化。
作为选择，在诊断期间，发动机的空燃比可以以预定的周期周期性地变化。此外，由于平均空燃比基本上保持在理论空燃比，即使在发动机的空燃比被强制性周期变化的情况下，排气的毒性也不会恶化。
当用于打开/关闭主排气通道3的流路切换阀5处于关闭位置时，来自内燃机1的全部排气被引入旁路排气通道，并通过旁路催化转化器。然而当流路切换阀5处于打开位置时，大部分来自内燃机1的排气绕过旁路催化转化器8，然后通过主催化转化器4。这是由于主排气通道3和旁路排气通道7中的不同流阻所导致的。
优选地，当流路切换阀5处于关闭位置时，执行用于判断是否存在任何泄漏通过流路切换阀5的诊断。例如，可以响应于空燃比的反馈控制，通过使用发动机的空燃比的周期性变化来执行诊断。当发动机的空燃比周期性地变化时，由第一空燃比传感器12检测到的信号也和发动机的空燃比一起周期性地变化。这是因为第一空燃比传感器12设置在旁路催化转化器8的上游。然而，由于催化剂的氧容量，旁路催化转化器8下游的排气的空燃比相对于发动机的空燃比以一个时间延迟在相对小的范围内改变。
如果流路切换阀5不泄漏，则设置在主催化转化器4上游的第二空燃比传感器10仅接收已经通过旁路催化转化器8的排气。结果，如上所述，由第二空燃比传感器10检测到的空燃比相对于排气空燃比的周期性变化以一个时间延迟在相对小的范围内改变。然而，如果流路切换阀5泄漏，则由第二空燃比传感器10检测到的空燃比在与排气空燃比大致相同的时间改变。因此由第二空燃比传感器10检测到的空燃比也相对于由第一空燃比传感器12检测到的空燃比改变。这是因为至少一些来自发动机1的排气直接通过第二空燃比传感器10，即没有通过旁路催化转化器8。例如，如果忽略从排气口2到第一空燃比传感器12之间的距离与从排气口2到第二空燃比传感器10的距离的效果之间的差异，则由第一空燃比传感器12和第二空燃比传感器10检测到的空燃比的富/贫状态将在流路切换阀5泄漏的同时改变。
因此可以通过时间延迟或富/贫状态变化的时间间隔诊断泄漏是否发生或是何种程度的泄漏。
如上所述，氧容量可以被催化剂的劣化影响。然而，如果已经发生了劣化，由第一空燃比传感器12和第二空燃比传感器10检测到的富/贫状态之间的变化定时相互不完全一致。此外，根据劣化程度，时间延迟变短。因此，即使存在催化剂劣化，也能判断是否发生泄漏。
根据以上实施例，可以正确并容易地诊断流路切换阀5的任何泄漏，从而避免了在发动机启动的早期阶段期间未净化的排气被排放到空气中。
在诊断期间，如果富/贫状态关于理论空燃比周期性变化，平均空燃比可能等于或至少接近于理论空燃比。因此，排气释放的毒性不会恶化。
接下来，对于流路切换阀5泄漏的诊断，说明根据本发明的第三实施例。在第三实施例中，排气系统与第一实施例中的排气系统相同，排气和控制系统的配置与图1所示的配置相同。在第三实施例中，旁路上游空燃比传感器12可以设置为第一空燃比检测部件，主上游空燃比传感器10可以设置为第二空燃比检测部件。主上游空燃比传感器10安装在位于接合处9和主催化转化器4之间的主排气流通道的一部分上。该传感器10用于检测旁路排气流通道连接到主排气流通道的接合处9的下游的排气的空燃比。优选地，两个上游空燃比传感器10和12包括宽带空燃比传感器，而两个下游空燃比传感器11和13包括氧传感器。此外，在第三实施例中，尽管发动机的空燃比可以从富到贫瞬时改变，反之亦然，但是仅说明从贫到富的变化。
图4示出根据第三实施例的诊断处理的流程图。首先，读取发动机的角速度NE(例如按照每分钟的旋转)、发动机的负荷TP(例如按照喷射的燃料量)和节流阀24的打开程度TVO(步骤S1)。然后执行关于能否基于操作条件NE、TP和TVO执行诊断的判断(步骤S2)。当旁路催化转化器8激活、主催化转化器4不处于高温空气中并且流路切换阀5处于关闭位置时执行诊断。如果判断为可以执行诊断，则将内燃机的目标空燃比设为贫状态(步骤S3)。然后，产生等待模式，直到从旁路下游空燃比传感器13输出的信号显示为贫状态(步骤S4)。即，发动机的空燃比保持在贫状态，直到旁路催化转化器8的氧容量饱和。此后，目标空燃比瞬时变化到富状态(步骤S5)。在这种情况下，在监视旁路上游空燃比传感器12和主上游空燃比传感器10的输出信号变化的同时，计算诊断参数(如下文中所述)(步骤S6)。如果在将目标空燃比设置为富状态之后完成了对于预定时间周期的诊断(步骤S7)，则将目标空燃比回复为理论空燃比(步骤S8)。然后，将诊断参数与用于判断泄漏的阈值L相比较(步骤S9)。基于例如从变化到富状态(步骤S5)所经过的时间，可以判断诊断是否完成。作为选择，当旁路下游空燃比传感器13的输出信号显示为富状态时，可以完成诊断。在步骤S9，如果判断为诊断参数大于阈值L，则判断为流路切换阀5已经发生了泄漏，并可以产生警报，例如起动警报灯(未示出)来通知车辆的操作者或车辆服务人员存在故障状况(步骤S10)。
作为判断泄漏的时序图的图5示出内燃机1的目标发动机空燃比的变化、旁路下游空燃比传感器13的输出信号、由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM和由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB。如上所述，为了进行诊断，将目标发动机空燃比从理论空燃比强制地变为贫状态，然后瞬时改变为富状态。然后，由于流路切换阀5关闭，因此排气流过旁路排气通道7，并且在贫状态期间氧存储在旁路催化转化器8的催化剂中。至此，设置在旁路催化转化器8的下游的旁路下游空燃比传感器13的输出信号在一个时间延迟之后变为显示贫状态。此外，旁路上游空燃比传感器12和主上游空燃比传感器10都显示排气的空燃比处于贫状态。此外，在第三实施例中，在来自旁路下游空燃比传感器13的信号显示贫状态之后，目标空燃比以一个时间延迟变化为富状态。
当发动机的空燃比变化为富状态时，由设置在旁路催化转化器8的上游的旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB瞬时变化为富状态。然而，由于存储在旁路催化转化器8中的氧释放到旁路催化转化器8的下游，因此由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM不立即变化，即如实线所示其在一个时间延迟后变化为富状态。即，如实线所示，当不存在泄漏时，由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB与由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM明显不同。
然而，如果例如由于阀体的密封缺陷等，流路切换阀5泄漏，一部分量的排气到达主上游空燃比传感器10而没有通过旁路催化转化器8。因此，如虚线所示，由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM显示相对更富的状态。换言之，当泄漏发生时，根据泄漏的程度，由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM相对地更接近于由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比AFB。同样地，在两个空燃比之间，至少存在小的差别。此外，当存储在催化剂中的全部氧释放时，旁路下游空燃比传感器13的输出信号显示具有预定水平的贫状态，目标发动机空燃比在此阶段变回到理论空燃比。
如上所述，基于来自主上游空燃比传感器10和旁路上游空燃比传感器12的输出信号，可以判断是否存在任何泄漏。在发动机的空燃比相对于介于贫状态或富状态之间的理论空燃比，在贫状态或富状态之间变化之后，可以执行该判断。更具体地，可以使用检测到的空燃比的变化定时或检测到的空燃比的差异(下文中说明)进行诊断。
换言之，为了使用数字值来表示泄漏程度，优选地在目标发动机空燃比变化后的预定时间周期T内，确定由主上游空燃比传感器10检测的空燃比AFM的平均值(AVAFM)并确定由旁路上游空燃比传感器12检测的空燃比AFB的平均值(AVAFB)。因此，可将上述诊断参数确定为平均值之间的差，即AVAFM-AVAFB。然后将诊断参数与预定的阈值L相比较。可以根据要检测的泄漏程度预先确定阈值L。如果需要用于检测较低程度的泄漏的诊断，则应当将阈值设置为较大的值(然而，采用较大的阈值可能发生更多的检测错误)。此外，可以设置时间周期T，例如包括目标发动机空燃比处于贫状态期间的整个时间周期，或仅包括整个时间周期的一部分。
基于检测到的空燃比使用诊断参数的诊断提供了以下效果。在宽带空燃比传感器对即使很小的空燃比变化也能非常灵敏的范围内，其输出信号甚至可以响应于没有任何泄漏的、排气空燃比的很小的变化而立即变化(即使在催化剂的下游，见图5)。因此，可能很难仅基于输出信号的变化定时执行诊断。然而，当根据流路切换阀5是否泄漏检测到空燃比之间的差异时，在预定的间隔内检测到的空燃比的平均值作为诊断参数特别有用。因此，与根据变化定时方法使用仅用一组点的时间差相比较，诊断的精度可被提高。
如上所述，相对于第三实施例，通过使用为传统的空燃比反馈控制所另外设置的传统的空燃比传感器10、11、12和13，可以容易地诊断流路切换阀5的任何泄漏。因此，不用附加的传感器，也可以避免由于流路切换阀5的密封缺陷等所引起的不必要的有毒排气的排放。
此外，可将氧充分地存储在催化剂中直到达到饱和状态，或可将催化剂保持在无氧状态直到空燃比相对于理论空燃比从贫状态变化为富状态，反之亦然。由于这样可以最大化检测到的空燃比之间的差异，因此可以提高诊断的精度。在第三实施例中，在来自旁路下游空燃比传感器13的输出信号显示贫状态之后，给出了适当的时间延迟，将发动机的空燃比初始设置为贫状态，从而增加存储在旁路催化转化器8的催化剂中的氧的量。同样地，催化剂可以处于完全饱和状态。此外，不排放未净化的HC，直到氧饱和。
然而，当发动机的空燃比初始设置为富状态时，存储在催化剂中的氧的量降低。此外，在发动机空燃比设置为贫状态之后，引入催化剂的氧仍保持存储在催化剂中。因此，如果不存在泄漏，则主上游空燃比传感器10在一个时间延迟后显示变化为贫状态。如果主上游空燃比传感器10快速地变化为贫状态，则存在泄漏。
由于以上诊断取决于旁路催化转化器8中的催化剂的氧容量，如果由于催化剂的劣化使氧容量降低，则该诊断可能会受到影响。因此，尽管阈值L可以是恒定的值，根据催化剂的劣化程度调整阈值是很有帮助的，从而提高了诊断的精度。
图6是示出用于诊断旁路催化转化器8的催化剂劣化程度的优选方法的时序图。在流路切换阀5的打开状况下执行该诊断方法。可以为了诊断催化剂的劣化强制地打开流路切换阀5。此外，在流路切换阀5的打开状况下，内燃机1的目标空燃比瞬时从贫状态变化为富状态。然后测量时间差ΔT。时间差ΔT指由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM状态的变化与由旁路下游空燃比传感器13检测到的空燃比AFB状态的变化的时间之间的差异。如果将发动机的空燃比设置为富状态，则由主上游空燃比传感器10检测到的空燃比AFM立即显示富状态。这是因为流路切换阀5处于打开状态，而由于催化剂的氧容量导致由旁路下游空燃比传感器13检测到的空燃比AFB(也称为用于检测旁路催化转化器8的下游的排气空燃比的第三部件)在一个时间延迟后变化为显示富状态。因此，如果旁路催化转化器8相对较新而没有劣化，则时间差ΔT很大。随着劣化程度的增加，时间差ΔT变小。因此，如图7所示，根据时间差ΔT可以确定催化剂的劣化程度。此外，例如，通过使用在所谓的“燃料切断和恢复”处理期间的空燃比的变化，可以测量催化剂的劣化程度，其中，在减速期间切断燃料，在切断燃料之后进行恢复。
另外参考图8，例如通过使用催化剂的劣化程度可以确定阈值L。其结果是，可以调整阈值L来反映催化剂的劣化程度。因此，可以精确地执行泄漏诊断。只要在流路切换阀5处于打开状况下执行催化剂劣化程度的诊断，可以精确地判断流路切换阀5是否发生了泄漏。这是因为阀打开的状态可以使催化剂的劣化程度能被测量而不受任何泄漏的影响。此外，可以基于测量到的催化剂的劣化程度判断泄漏是否发生。尽管在图7和图8中示意性地示出了线性特性，但也可以预见非线性特性。此外，也可以使用其它方法诊断催化剂的劣化程度。
在本发明的第三实施例中，排气净化系统包括设置在通向主催化转化器4的主排气流通道上游的旁路排气通道7。旁路排气通道7通向旁路催化转化器8。用于阻止排气流的流路切换阀5设置在主排气流通道的上游。此外，净化系统包括第一空燃比检测部件，用于检测旁路催化转化器8的上游的排气的空燃比；第二空燃比检测部件，用于检测主催化转化器4上游的排气的空燃比；空燃比控制部件，用于当流路切换阀5处于关闭状况时，在相对于理论空燃比的贫状态和富状态之间瞬时地变化发动机的空燃比；以及诊断部件，用于在发动机的空燃比的瞬时变化之后，基于由第一和第二空燃比检测部件检测到的空燃比，诊断流路切换阀5是否存在任何泄漏。
当保持了使旁路催化转化器8中的氧饱和所需的充足时间时，发动机的空燃比的瞬时变化优选为从贫状态到富状态。
在根据第三实施例的排气净化系统中，当流路切换阀5处于关闭状况时，优选地将全部来自发动机1的排气引入旁路排气通道7并通过旁路催化转化器8。然而，当流路切换阀5处于打开状况时，由于相对于排气通道3的较大流阻差，大部分来自发动机1的排气优选地避开旁路排气通道7。
当流路切换阀5被设置为处于关闭状况时，可以通过变化发动机的空燃比，例如从贫状态到富状态，来执行关于流路切换阀5是否泄漏的诊断。在这种情况下，根据旁路催化转化器8的氧容量，在发动机空燃比的贫状态期间的过量的氧存储在催化剂中。然而，当发动机的空燃比设置为富状态时，排放氧。因此，尽管发动机的空燃比设置为富状态，只要流路切换阀5不泄漏，由于排放氧的影响，由第二空燃比检测部件检测到的空燃比不立即显示富状态。换言之，由第二空燃比检测部件检测到的排气的空燃比比紧接在发动机的空燃比变化之后的发动机的空燃比相对更贫。然而，当流路切换阀5泄漏时，由于泄漏的排气的相对富的状态，由第二空燃比检测部件检测到的排气的空燃比甚至可以更贫。因此，通过使用这些因素，可以判断流路切换阀的泄漏和该泄漏的程度。当发动机的空燃比从富设为贫时，旁路催化转化器8的氧容量也可能影响对泄漏的诊断。
在本发明的第三实施例中，在发动机的空燃比的瞬时变化之后，根据由第一和第二空燃比检测部件检测到的平均空燃比之间的差异判断是否存在泄漏。
催化剂劣化程度可能影响氧容量。因此，优选地设置用于测量催化剂的劣化程度的催化剂劣化检测部件。这使得可以根据催化剂的劣化程度校正或调整泄漏诊断。
例如，当通过比较平均空燃比和阈值之间的差来执行该诊断时，可以根据催化剂的劣化程度来修改阈值。这样做，可以提高诊断的精度。
根据第三实施例，在早期判断流路切换阀5是否泄漏有助于避免将未净化的排气排放到空气中。
此外，调整诊断以反映催化剂的劣化程度可以提高诊断的精度。
接下来，关于本发明的第四实施例说明诊断流路切换阀5是否泄漏的方法。第四实施例的排气系统与第一实施例的排气系统相同，排气系统的排气通道和控制系统的配置与图1中所示的配置相同。在第四实施例中，旁路下游空燃比传感器13设置为第一空燃比检测部件，主上游空燃比传感器10设置为第二空燃比检测部件。主上游空燃比传感器10安装在位于接合处9和主催化转化器4之间的主排气流通道的一部分上。传感器10用于检测旁路排气流通道连接到主排气流通道的接合处9下游的排气的空燃比。优选地，旁路上游空燃比传感器12包括宽带空燃比传感器，而三个空燃比传感器10、11和13包括氧传感器。此外，在第四实施例中，尽管发动机的空燃比可以在富状态和贫状态之间瞬时变化，但是仅说明从贫状态到富状态的变化。
在第四实施例中，诊断处理与第二实施例中的诊断处理相同。此外，示出本实施例的诊断处理的有关的流程图与图4所示的流程图相同。
作为示出第四实施例的诊断的时序图的图9示出内燃机的目标空燃比的变化、旁路下游空燃比传感器13的输出信号O2B和主上游空燃比传感器10的输出信号O2M以及由旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比。此外，图9示出了流路切换阀5发生泄漏(下文中说明)时的情形。如上所述，为了诊断泄漏，将目标发动机空燃比从理论空燃比强制地变化为贫状态，然后瞬时变化为富状态。然后，由于流路切换阀5关闭，因此，排气流过旁路排气通道7，并且在贫状态期间，氧存储在旁路催化转化器8的催化剂中。至此，设置在旁路催化转化器8的下游的旁路下游空燃比传感器13的输出信号O2B在一个时间延迟之后变为显示贫状态。此外，旁路上游空燃比传感器12相对于发动机的空燃比立即开始显示排气空燃比的贫状态。此外，在第四实施例中，在旁路下游空燃比传感器13的信号O2B显示贫状态之后，目标发动机空燃比以一个时间延迟变化为富状态。
当目标发动机空燃比从贫状态变化为富状态时，由设置在旁路催化转化器8的上游的旁路上游空燃比传感器12检测到的空燃比立即开始变化为显示富状态。因为存储在旁路催化转化器8中的氧排放到旁路催化转化器8的下游，所以旁路下游空燃比传感器10的输出信号O2B在发动机的空燃比变为富状态之后的一个时间延迟后翻转显示为富状态。此外，除非流路切换阀5泄漏排气，主上游空燃比传感器10的输出信号O2M几乎同时翻转显示为富状态。例如，如果忽略从发动机1的排气口2到旁路下游空燃比传感器13的距离与从发动机1的排气口2到主上游空燃比传感器10的距离的之间的差异，则如果不发生泄漏，输出信号O2B和O2M二者同时从显示富状态翻转为显示贫状态。
然而，如果例如由于阀体的密封缺陷等，排气通过流路切换阀5泄漏，一部分排气到达主上游空燃比传感器10而没有通过旁路催化转化器8。其结果是，如图9所示，主上游空燃比传感器10的输出信号O2M翻转显示富状态。即，当泄漏确实发生时，主上游空燃比传感器10的输出信号O2M和旁路下游空燃比传感器13的输出信号O2B变化为富状态的定时之间的差异增加。此外，当旁路下游空燃比传感器13的输出信号O2B达到预定水平(对应于贫状态)并且存储在催化剂中的全部氧排放时，目标空燃比返回到理论空燃比。
如上所述，基于主上游空燃比传感器10和旁路上游空燃比传感器12的输出信号，可以判断是否出现泄漏。可以在发动机空燃比相对于介于贫状态和富状态之间的理论空燃比在贫状态和富状态之间的瞬时变化之后进行该判断。更具体地，可以使用输出差异和输出的变化之间的时间差异执行诊断(下文中说明)。
在第四实施例中，可以基于对主上游空燃比传感器10的输出信号O2M和旁路下游空燃比传感器13的输出信号O2B分别跨越中间基准电压V0从贫状态翻转为富状态时的时间点(图9所示)的判断，使用数值来表示泄漏程度。将两个时间点之间的时间差ΔT(即，输出信号O2B的变化相对于输出信号O2M的变化的时间延迟)设置为诊断参数。然后，将诊断参数与用于判断泄漏的预定的阈值L相比较。根据要检测的泄漏程度预先确定阈值L。如果想要检测轻微程度泄漏的诊断，则可以将阈值设为更低(然而当阈值低时，可能发生更多的检测错误)。因此，当时间差ΔT大时，判断为发生了泄漏。
基于时间差ΔT的诊断具有以下的效果。因为根据具体状况(即，贫状态或富状态)氧传感器的输出快速地变化，所以即使没有实际的泄漏发生时，也可能容易地检测到大的输出差异。这是因为排气系统中的传感器的相对位置(即，相对上游或下游)所导致的输出的变化定时相互不一致。然而，如上所述，时间差ΔT对于泄漏是否发生提供了更清楚地显示的诊断参数。因此，与使用输出差异相比，诊断精度可以进一步提高。
在第四实施例中，通过使用用于空燃比的反馈控制的传统的空燃比传感器10、11、12和13可以容易地诊断流路切换阀5是否泄漏。因此，没有附加的传感器，也可以避免由于流路切换阀5的密封缺陷等所引起的不必要的有毒排气的排放。
此外，氧可以充分存储在催化剂中直到达到饱和状态，或催化剂可被保持在无氧状态直到空燃比相对于介于贫状态和富状态之间的理论空燃比从贫状态变化为富状态，反之亦然。由于这样可以最大化检测到的空燃比之间的差异，因此可以提高诊断的精度。在第四实施例中，在旁路下游空燃比传感器13的输出信号显示贫状态之后，给出了适当的时间延迟，将发动机的空燃比初始设置为贫状态，从而增加存储在旁路催化转化器8的催化剂中的氧的量。同样地，催化剂可以处于完全饱和状态。此外，不排放未净化的HC，直到氧饱和。
然而，当发动机空燃比初始设置为富状态时，存储在催化剂中的氧的量降低。此外，在发动机的空燃比设置为贫状态之后，引入催化剂的氧仍保持存储在催化剂中。因此，如果不存在泄漏，则主上游空燃比传感器10在一个时间延迟后显示变化为贫状态。如果主上游空燃比传感器10快速地变化为贫状态，则存在泄漏。
由于以上诊断取决于旁路催化转化器8中的催化剂的氧容量(类似于第二实施例)，如果由于催化剂的劣化使氧容量降低，则该诊断可能会受到影响。因此，尽管阈值L可以是恒定的值，但根据催化剂的劣化程度的水平调整阈值是有用的，由此提高了诊断的精度。
可以使用参考图6的第二实施例的方法作为旁路催化转化器8的催化剂劣化程度的诊断方法。
例如，可以基于催化剂的劣化程度确定阈值L。其结果是，阈值L可以反映催化剂的劣化程度。因此，可以精确地执行泄漏的诊断。只要在流路切换阀5处于打开的状态下进行催化剂劣化程度的诊断，就可以精确地判断流路切换阀5是否发生泄漏。这是因为阀的打开状态可以使对催化剂劣化程度的测量不受泄漏的影响。此外，可以基于测得的催化剂劣化程度判断泄漏是否发生。此外，可以使用其它方法来诊断催化剂的劣化程度。
在本发明的第四实施例中，排气净化系统包括设置在通向主催化转化器4的主排气流通道上游的旁路排气通道7。旁路排气通道7通向旁路催化转化器8。用于阻止排气流的流路切换阀5设置在主排气流通道的上游。此外，净化系统包括第一空燃比检测部件，用于检测旁路催化转化器8下游的排气空燃比；第二空燃比检测部件，用于检测主催化转化器4上游的排气空燃比；空燃比控制部件，用于当流路切换阀5处于关闭状况时，相对于理论空燃比在贫状态和富状态之间瞬时地变化发动机空燃比；以及诊断部件，用于在发动机的空燃比的瞬时变化之后，基于由第一和第二空燃比检测部件检测到的空燃比，诊断流路切换阀5是否存在任何泄漏。
当保持了使旁路催化转化器8中的氧气饱和所需的足够的时间时，发动机的空燃比的瞬时变化优选地从贫状态到富状态。
在根据第四实施例的排气净化系统中，当流路切换阀5处于关闭状况时，优选地将全部来自发动机1的排气引入旁路排气通道7并通过旁路催化转化器8。然而，当流路切换阀5处于打开状况时，由于相对于排气通道3的更大的流阻差，大部分来自发动机1的排气优选地避开旁路排气通道7。
当流路切换阀5被设置为处于关闭状况时，可以通过例如从贫状态到富状态变化发动机的空燃比，来执行关于流路切换阀5是否泄漏的诊断。在这种情形下，根据旁路催化转化器8的氧容量，在发动机空燃比处于贫状态期间的过量的氧被存储在催化剂中。然而当发动机的空燃比设置为富状态时，排放氧。因此，尽管发动机的空燃比设置为富状态，只要流路切换阀5不泄漏，由于排放氧的影响，由第一和第二空燃比检测部件检测到的空燃比不立即显示富状态。换言之，由第二空燃比检测部件检测到的排气的空燃比比紧接在发动机空燃比变化之后的发动机空燃比相对更贫。然而，当流路切换阀5泄漏时，由于泄漏的排气处于相对富的状态，因此由第二空燃比检测部件检测到的排气空燃比甚至可能更贫。因此，通过使用这些因素，可以判断流路切换阀的泄漏和该泄漏的程度。当发动机空燃比从富设为贫时，旁路催化转化器8的氧容量也可能影响对泄漏的诊断。
优选地，当流路切换阀5被设置为处于关闭状态时，可以通过变化发动机的空燃比，例如从贫状态到富状态，来执行流路切换阀5的诊断。在这种情形下，由于旁路催化转化器8的氧容量，在发动机空燃比处于贫状态期间的过量的氧被存储在催化剂中。然而当发动机的空燃比变为富状态时，排放氧。因此，尽管发动机的空燃比变为富状态，但是由第一和第二空燃比检测部件检测到的空燃比不立即变为富状态。只要流路切换阀5不泄漏，这就是由于氧排放所引起的。如果存储在催化剂中的全部氧已经被消耗，则由第一和第二空燃比检测部件检测到的空燃比在大约相同的时间显示为富状态。然而，当流路切换阀5泄漏时，由于泄漏的排气处于富状态，因此由第二空燃比检测部件检测到的排气空燃比立即显示贫状态。因此，基于这些因素，可以判断流路切换阀5是否泄漏和该泄漏的程度。当发动机的空燃比从富变为贫时，泄漏的影响可能是由于氧容量导致的。
在第四实施例中，在瞬时改变发动机空燃比后，基于由第一和第二空燃比检测部件检测到的空燃比的变化定时之间的差异，执行是否发生泄漏的判断。
催化剂劣化程度可能影响氧容量。因此，优选地设置用于测量催化剂的劣化程度的催化剂劣化检测部件。这使得可以根据催化剂的劣化程度校正或调整泄漏诊断。
例如，在发动机的空燃比瞬时变化之后，当通过比较阈值和由第一空燃比检测部件检测到的空燃比的变化定时相对于由第二空燃比检测部件检测到的空燃比的变化定时的时间延迟来执行泄漏诊断时，可以根据催化剂的劣化程度来修改阈值。同样地，可以提高诊断的精度。
根据第四实施例，在早期判断流路切换阀5是否泄漏可以避免将未净化的排气排放到空气中。
此外，调整诊断以反映催化剂的劣化程度，可以提高诊断的精度。
虽然通过参考一定的优选实施例公开了本发明，但是对所述实施例的多种变形、改变和变化是可能的，而不脱离由所附权利要求及其等同范围所定义的本发明的领域和范围。因此，意指发明不限于所述的实施例，而具有由所附权利要求的语言所定义的全部范围。
根据美国专利法第119条，本申请要求2006年3月15日提交的日本专利申请第2006-070232号、和两个在2006年3月16日提交的日本专利申请第2006-072001号和第2006-072004号的优先权。这里，这三个日本专利申请的全部内容通过引用并入本文。
权利要求
1.一种用于诊断内燃机的排气净化系统的设备，所述设备包括主排气通道；主催化转化器，其被设置在所述主排气通道中；旁路排气通道，其与所述主排气通道互通流体，从而使所述主排气通道在所述旁路排气通道从所述主排气通道分出的分支点和位于所述主催化转化器上游侧的、所述旁路排气通道汇合入所述主排气通道的接合处之间的部分旁路；旁路催化转化器，其被设置在所述旁路排气通道中；设置在所述主排气通道的所述部分中、用来打开或关闭所述主排气通道的所述部分的阀；第一传感器，其设置在所述旁路排气通道中以输出表示在所述旁路排气通道中流动的排气的第一空燃比的第一信号；第二传感器，其设置在所述主排气通道中以输出表示流入所述主催化转化器的排气的第二空燃比的第二信号；以及控制器，其接收所述第一和第二信号，所述控制器基于所述第一和第二信号判断处于关闭设置的所述阀是否使排气泄漏到所述主排气通道的所述部分。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一传感器检测所述旁路催化转化器的上游的排气的所述第一空燃比。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第二传感器检测所述阀的下游的排气的所述第二空燃比。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一信号表示通过所述旁路排气通道的排气的所述第一空燃比的富状态和贫状态之间的变化，所述第二信号表示通过所述主排气通道的排气的所述第二空燃比的富状态和贫状态之间的变化。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括确定表示所述第一空燃比的富状态和贫状态之间的变化的所述第一信号和表示所述第二空燃比的富状态和贫状态之间的变化的所述第二信号之间的时间延迟，所述时间延迟与提供给内燃机的发动机空燃比的周期性变化相对应。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括当所述时间延迟不大于阈值时，判断为存在泄漏；以及当所述时间延迟大于所述阈值时，判断为不存在泄漏。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括当所述时间延迟小于第一阈值时，判断为存在泄漏；当所述时间延迟大于第二阈值时，判断为不存在泄漏；以及当所述时间延迟处于所述第一阈值和所述第二阈值之间的预定范围时，判断为所述旁路催化转化器劣化。
8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括比较所述第一信号处于所述第一空燃比的所述富状态和贫状态之一的第一间隔和所述第二信号处于所述第二空燃比的所述富状态和贫状态之一的第二间隔，所述第一和第二空燃比的所述富状态和贫状态之间的变化与提供给内燃机的发动机空燃比的周期性变化相对应。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括当所述第一间隔基本上等于所述第二间隔时，判断为存在泄漏；以及当所述第一间隔小于所述第二间隔时，判断为不存在泄漏。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括当所述第一间隔基本上等于所述第二间隔时，判断为存在泄漏；当所述第一和第二间隔之间的差大于阈值时，判断为不存在泄漏；以及当所述第一和第二间隔之间的差不大于所述阈值时，判断为所述旁路催化转化器劣化。
11.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括周期性地变化提供给内燃机的发动机空燃比，所述发动机空燃比相对于理论空燃比发动机空燃比在贫状态和富状态之间变化。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，反馈系统包括所述第一传感器和所述控制器，所述反馈系统使提供给所述内燃机的引擎空燃比在富、贫状态之间周期性地改变。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述反馈系统设定提供给所述内燃机的所述引擎空燃比的理论空燃比水平。
14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，前馈系统使提供给所述内燃机的引擎空燃比在富、贫状态之间周期性地改变。
15.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制器执行贫富状态之间的、引擎空燃比的瞬时变化，所述第一信号和所述第二信号分别表示所述瞬时变化后的所述第一空燃比和所述第二空燃比。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一信号表示由所述第一传感器检测到的所述第一空燃比的平均状态，所述第二信号表示由所述第二传感器检测到的所述第二空燃比的平均状态，以及在变化所述发动机空燃比之后的预定期间确定所述第一和第二空燃比的平均状态。
17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第二传感器检测所述旁路排气通道的下游的排气的所述第二空燃比。
18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述瞬时变化所述引擎空燃比是从所述贫状态到所述富状态。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述发动机空燃比的瞬时变化发生在用于使所述旁路催化转化器中接近氧饱和的足够长时间之后。
20.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述控制器确定所述旁路催化转化器的催化剂劣化程度，以及所述控制器基于所述旁路催化转化器的所述催化剂劣化程度调整对处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏的判断。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，还包括设置在所述旁路排气通道中的第三传感器，所述第三传感器检测所述旁路催化转化器的下游的排气的第三空燃比，所述第三传感器输出表示所述第三空燃比的第三信号，所述控制器接收所述第三信号，并基于当所述阀处于所述打开设置时，与正在变化的所述发动机空燃比相对应的所述第一和第三空燃比的变化确定所述催化剂劣化程度。
22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述第一信号表示由所述第一传感器检测到的所述第一空燃比的平均状态，所述第二信号表示由所述第二传感器检测到的所述第二空燃比的平均状态，在所述发动机空燃比变化的预定期间确定所述第一和第二空燃比的平均状态，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括将阈值与表示平均空燃比的所述第一和第二信号之间的差进行比较，基于所述旁路催化转化器的催化剂劣化程度修改所述阈值。
23.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一传感器检测所述旁路催化转化器的下游的排气的所述第一空燃比，所述第二传感器检测所述旁路排气通道的下游的排气的所述第二空燃比。
24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述控制器在贫富状态之间执行引擎空燃比的瞬时变化，所述第一信号和所述第二信号分别表示所述瞬时变化之后的第一空燃比和第二空燃比。
25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括判断在所述第一信号表示出所述第一空燃比的富状态和贫状态之间的变化和所述第二信号表示出所述第二空燃比的富状态和贫状态之间的变化之间是否发生时间差，所述时间差与正在变化的所述发动机空燃比相对应。
26.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述瞬时变化所述引擎空燃比是从所述贫状态到所述富状态。
27.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，所述发动机空燃比的瞬时变化发生在用于使所述旁路催化转化器中接近氧饱和的足够长时间之后。
28.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述控制器确定所述旁路催化转化器的催化剂劣化程度，以及所述控制器基于所述旁路催化转化器的所述催化剂劣化程度调整对处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏的判断。
29.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，还包括设置在所述旁路排气通道中的第三传感器，所述第三传感器检测所述旁路催化转化器的上游的排气的第三空燃比，所述第三传感器输出表示所述第三空燃比的第三信号，所述控制器接收所述第三信号，并基于当所述阀处于所述打开设置时，与正在变化的所述发动机空燃比相对应的所述第一和第三空燃比的变化确定所述催化剂劣化程度。
30.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，判断处于所述关闭设置的所述阀是否泄漏包括判断在所述第一信号表示出所述第一空燃比的富状态和贫状态之间的变化和所述第二信号表示出所述第二空燃比的富状态和贫状态之间的变化之间是否发生时间差，所述时间差与正在变化的所述发动机空燃比相对应；比较阈值和所述时间差；以及基于所述旁路催化转化器的所述催化剂劣化程度修改所述阈值。
31.一种用于诊断内燃机的排气净化系统的设备，所述设备包括主排气通道；主催化转化器，其被设置在所述主排气通道中；旁路排气通道，其与所述主排气通道互通流体，从而使所述主排气通道在所述旁路排气通道从所述主排气通道分出的分支点和位于所述主催化转化器上游侧的、所述旁路排气通道汇合入所述主排气通道的接合处之间的部分旁路；旁路催化转化器，其被设置在所述旁路排气通道中；设置在所述主排气通道的所述部分中、用来打开或关闭所述主排气通道的所述部分的阀；以及诊断部件，其用于基于流经所述旁路排气通道的排气的第一空燃比和流经所述主排气通道的排气的第二空燃比之间的比较，诊断处于所述关闭设置的所述阀是否使废气泄漏到所述主排气通道。
32.根据权利要求31所述的设备，其特征在于，所述阀设置在所述主排气通道中。
33.根据权利要求31所述的设备，其特征在于，还包括用于变化提供给内燃机的发动机空燃比的部件，所述发动机空燃比在相对于理论空燃比的发动机空燃比的贫状态和富状态之间变化；以及与变化所述发动机空燃比的部件相对应的用于诊断的部件。
34.一种用于诊断内燃机的排气净化系统的方法，所述方法包括检测流经包括主催化转化器的主排气通道的排气的第一空燃比；检测流经旁路排气通道的排气的第二空燃比，所述旁路排气通道与所述主排气通道互通流体，从而使所述主排气通道在所述旁路排气通道从所述主排气通道分出的分支点和位于所述主催化转化器上游侧的、所述旁路排气通道汇合入所述主排气通道的接合处之间的部分旁路，所述旁路排气通道包括旁路催化转化器；用阀防止排气沿所述主排气通道流动；以及基于所述第一和第二空燃比，判断排气是否通过所述阀泄漏。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，检测排气的所述第一空燃比包括检测进入所述旁路催化转化器的排气的空燃比，检测排气的所述第二空燃比包括检测进入所述主催化转化器的排气的空燃比。
36.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，还包括确定所述旁路催化转化器的劣化。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，还包括使用阀来允许排气沿着所述主排气通道流动。
38.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，还包括检测离开所述旁路催化转化器的排气的第三空燃比。
全文摘要
本发明涉及一种内燃机排气净化系统诊断设备、排气净化系统和诊断方法。用于排气系统的设备包括主排气通道，设置在主排气通道中的主催化转化器，旁路排气通道，设置在旁路排气通道中的旁路催化转化器，用来打开或关闭主排气通道部分的阀。旁路排气通道在旁路排气通道从主排气通道分出的分支点和位于主催化转化器上游侧的、旁路通道合并入主排气通道的结合处之间将主排气通道旁路。第一传感器表示旁路排气通道中的排气的第一空燃比，第二传感器表示流入主催化转化器的排气的第二空燃比。控制器基于第一和第二排气的空燃比判断处于关闭设置的阀是否泄漏排气。
文档编号F01N3/20GK101037954SQ200710086788
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者久保贤吾, 西泽公良, 李先基, 佐藤健一, 赤羽基治 申请人:日产自动车株式会社