专利名称：用于控制氮氧化物传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制用在发动机排气系统中的氮氧化物(NOx)传感器的系统和方法。
背景技术：
火花塞式和压缩式内燃发动机产生几种形式的氮氧化物(NOx)气体作为燃料燃烧过程的副产品。NOx气体可以以各种形式存在于发动机排气流中，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、和氧化二氮(N2O)。为了减少存在于车辆尾部排气管排放中的各种NOx气体的水平，现代的车辆可包括选择性催化还原(SCR)装置。在排气系统中，合适的还原剂(例如氨或尿素)以精确可控的速率被添加到含有 NOx的排气流中，并经过SCR装置。SCR装置的催化作用将NOx气体转换成氮气和水。NOx 传感器通常定位在排气流中，以紧密地监视NOx水平和SCR的效率。这些传感器的性能可使用合适的传感器诊断软件来评估。
发明内容
此处公开了一种车辆，其包括内燃发动机。到各个发动机气缸的燃料供应有时自动减少，例如当车辆主动减速时，以便增加燃料效率。这种能力在此被称为燃料切断事件。 车辆包括一个或多个氮氧化物(NOx)传感器和具有超量程诊断工具的控制器。此外，控制器包括用于执行本发明方法的算法，其选择性地响应于燃料切断事件而中断诊断工具。本算法的执行暂时地阻止NOx传感器(一个或多个)的功能的诊断，且特别是任何超量程低 NOx水平状况的诊断。具体说，公开一种车辆，其包括内燃发动机，内燃机具有排气端口、与排气端口流体连通的排气系统、氮氧化物(NOx)传感器、和控制器。排气系统配置为在排气流经过排气系统时调节排气流。NOx传感器定位在排气流中，并测量排气流中NOx的水平。控制器具有超量程诊断工具，并选择性地响应预定的发动机开动燃料切断事件而停止使用诊断工具。一种用在车辆上的方法，包括经由控制器检测预定的发动机开动燃料切断事件， 并在检测到的燃料切断事件期间暂时停止使用超量程诊断工具。被选择性地停止使用的超量程诊断工具被配置为用于评估NOx传感器的量程性能。本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
图1是具有氮氧化物(NOx)传感器的车辆的示意图；和图2是描述了在图1所示车辆上的燃料切断事件过程中、用于选择性地停止使用 NOx传感器诊断工具的方法的流程图。
具体实施例方式参见附图，其中几幅图中相同的附图标记对应相同或类似的部件。车辆10示意性地示出在图1中。车辆10包括内燃发动机12，取决于构造，其可以是火花塞点火式汽油发动机或压缩式柴油发动机。车辆10包括一个或多个氮氧化物(NOx)传感器42、控制器40、 传感器诊断工具50、和方法或算法100。算法100可被控制器40的相关硬件部件选择性地执行，以在当发动机12运行时发生的、预定的燃料切断事件过程中选择性地停止使用或暂时地停止诊断工具50。一种这样的燃料切断事件是减速燃料切断事件。在这样的情况下，在维持的车辆减速时间段内，燃料16喷射到发动机12的各个气缸中被切断。该动作有助于增加总的燃料效率。当在燃料切断事件过程中对所有气缸的燃料供给速率下降到零或某种最小非零阈值时，发动机12不再燃烧燃料16，且因此发动机不再排出NOx气体。此时，传感器超量程逻辑被诊断工具50持续无阻地使用会产生超量程低值，即被确定为相对于校准的阈值过低的值。这造成假的正诊断代码，继而会导致不必要的保修。图2的算法100的执行解决该问题。车辆10包括传动装置14。油门20或其他合适的装置选择性地允许预定量的空气进入发动机12，而燃料喷射器(未示出)允许来自油箱18的燃料16与空气结合。燃料16 被发动机12燃烧产生排气流(箭头2 ，其在最终排放到周围大气之前经由排气系统13处理。通过燃料16的燃烧释放的能量在传动装置14的可旋转输入构件M上产生扭矩。来自发动机12的扭矩通过传动装置14的各种齿轮组、离合器、制动器、及互连的构件(未示出)传送到可旋转输出构件26。来自传动装置14的输出扭矩由此被传递到一组驱动车轮 28，为了简要仅其中一个车轮在图1中示出。排气系统13与发动机12的排气端口( 一个或多个)17流体连通，从而在排气流从发动机的各个气缸排放之后，排气系统接收并调节排气流(箭头22)。根据本实施例，排气系统13可包括氧化催化器30、选择性催化还原(SCR)装置32、和颗粒过滤器34，它们可以是任何期望的顺序。颗粒过滤器34可配置为陶瓷泡沫、金属筛网、粒状氧化铝、或任何其他适于温度和应用的材料(一种或多种)。燃料喷射装置36与控制器40电通讯，并经由一组控制信号 (箭头1 控制。燃料喷射装置36与油箱18流体连通。燃料喷射装置36选择性地将一些燃料16喷射到氧化催化器30中，如被控制器40确定的那样。喷射的燃料16随后以受控的方式、在氧化催化器30中燃烧，以产生处于足以使颗粒过滤器34再生的水平的热量。仍参见图1，SCR装置32被配置为使用活性催化剂将NOx气体转换成水和氮气、作为燃烧的惰性副产品。例如，SCR装置32可配置为陶瓷块或陶瓷蜂窝结构、板状结构、或任何其他合适的设计。在一个实施例中，NOx传感器42相对于SCR装置32定位在上游，如在发动机12的出口处。另一 NOx传感器42相对于SCR装置32定位在下游，如刚好在颗粒过滤器34之前。来自各个上游和下游NOx传感器42的NOx水平测量结果(箭头11、111)被供送到控制器40中。控制器40处理并评估SCR装置32和相关部件的总的NOx还原性能。控制器40可配置为数字计算机或微型计算机，用作车辆控制模块，和/或用作比例-积分-微分(PID)控制器装置，其具有微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器 (ROM)、随机访问存储器(RAM)、电可擦编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模拟-数字(A/D)和/或数字-模拟(D/A)电路，及任何所需的输入/输出电路和相关装置，以及任何所需的信号调制和/或信号缓冲电路。算法100和任何所需的参考校准被存储在控制器40中， 或易于被控制器40访问，以提供以下所述的功能。控制器40还与发动机12通讯，例如经由发动机控制模块(ECM)(未示出)，并接收反馈信号(箭头44)。控制器40可用作ECM，且因此反馈信号(箭头44)可针对控制器内部地确定。反馈信号(箭头44)识别发动机12的运行点，诸如油门20的当前位置、所需的燃料喷射速率、发动机速度、加速器踏板位置、和/或要求的发动机扭矩。如上所述，当发动机实际上没有燃烧燃料16时，发动机12不产生NOx排放。因此，根据本发明，无论何时控制器检测到基于预定减速或其他燃料切断事件时，控制器40选择性地并暂时停止驻存在诊断工具50内的任何NOx传感器超量程逻辑。结合图1所示的车辆10的结构来参见图2。本算法100从步骤102开始，其中控制器40验证正确工作的通讯通道相对于NOx传感器42是有效的。例如，步骤102可以实现自动信号交换或其他协议步骤，其适于确定车辆10的受控局域网络(CAN)是否正确地发挥功能。步骤102意图确认相对于NOx传感器42的通讯失败的存在。如果通讯通道正确地工作，则算法100前进到步骤104。否则，算法100前进到步骤107。在步骤104，控制器40验证发动机12是否已经运行了经校准的持续时间。在一个实施例中，控制器40启动计时器，且确定何时经过了经校准的时间段，例如大约20秒。但是，可以预见，其他一些实施例使用其他一些经校准时间段。如果发动机12已经运行了该经校准时间段，则算法100前进到步骤106。否则，算法100前进到步骤107。在步骤106，控制器40检查NOx传感器42的准备状态，且由此判断每个NOx传感器是否目前在线并能够测量排气流(箭头22)中NOx的水平。如果NOx传感器42已经准备好，则算法100前进到步骤108。否则，算法前进到步骤107。在步骤107，控制器40暂时地中断或停止诊断工具50的超量程逻辑，特别是对于低水平误差检测时。即，当发动机12没有主动燃烧燃料16时，经由诊断工具50继续评估 NOx传感器42的性能可导致错误的正结果。这会使得NOx传感器42在燃料切断事件过程中严重地不能实现其目的。步骤107可保持有效、直到发动机12再次加燃料经校准的持续时间，在这一点诊断工具50被释放，以监视NOx传感器42的超量程功能性。在步骤108，控制器40确定进入发动机12各个气缸的燃料供给速率，并由此确定预先确定的燃料切断事件当前是否有效。如上所述，车辆10可选择性地不给发动机12提供燃料，例如在维持减速的时段中，以便节省燃料。步骤108验证这种燃料切断事件是否有效。如此，控制器40可与ECM(未示出)、其他控制模块通讯，或直接与发动机12通讯，这取决于构造，以便精确地确定燃料供应速率。控制器40随后将已知的燃料供应速率与经校准的低阈值比较，该阈值可以基本为零或某个低的非零阈值。在一个实施例中，控制器40可使用发动机12每转大约0到大约8mm3燃料16的阈值，尽管可以使用其他的供应燃料值。替换地，步骤108可实现将发动机12的运行时间与第二经校准阈值比较，该第二经校准阈值高于来自步骤104的第一经校准阈值。例如，控制器40可以使用大约600秒的阈值，且只要发动机12已经运行了至少那么长时间，控制器40就可以执行步骤110，而不管燃料供应的速率。如果燃料供应速率超过了经校准的阈值或运行时间超过了第二经校准阈值，则算法100前进到步骤110。否则，算法100前进到步骤107。在步骤110，控制器40以常规方式运行诊断工具50。S卩，在步骤110控制器40通过处理NOx水平(箭头11、111)并将这些水平与经校准的阈值比较来进行超量程诊断。当 NOx水平低于或高于所述阈值时，诊断代码、指示灯、消息、或其他合适的控制动作可被控制器40执行。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。相关申请的交叉引用本申请要求于2010年11月12日提交的美国临时专利申请No. 61/412，864，以及于2011年1月25日提交的美国专利申请No. 13/012,897的优先权和权益，所述申请的全部内容通过引用合并与此。
权利要求
1.一种车辆，包括 内燃发动机，具有排气端口 ；排气系统，与排气端口流体连通，且配置为调节来自发动机的排气流； 氮氧化物(NOx)传感器，定位在排气系统中，其中NOx传感器配置为测量排气流中NOx 气体的水平；和控制器，具有超量程诊断工具，该工具用于评估NOx传感器的量程性能； 其中控制器检测预定的发动机开动燃料切断事件，并随后在燃料切断事件期间暂时停止使用超量程诊断工具。
2.如权利要求1所述的车辆，其中超量程诊断工具确定排气流中NOx气体的水平何时下降到最小阈值之下，且其中燃料切断事件是基于车辆减速的燃料切断事件。
3.如权利要求1所述的车辆，还包括选择性催化还原(SCR)装置，其定位在排气系统中，其中SCR装置配置为经由催化处理将NOx气体还原成氮气和水，其中NOx传感器定位在SCR装置的出口处。
4.如权利要求3所述的车辆，其中NOx传感器包括定位在SCR装置出口处的NOx传感器，且还包括定位在发动机排气端口附近的附加的NOx传感器。
5.如权利要求1所述的车辆，其中控制器部分地通过验证发动机是否已经运行了经校准的持续时间来检测预定的发动机开动燃料切断事件。
6.如权利要求1所述的车辆，其中控制器部分地通过确定进入发动机的燃料供应速率、并通过将燃料供应速率与经校准的阈值比较，来检测预定的发动机开动燃料切断事件。
7.如权利要求1所述的车辆，其中控制器还配置为用于 检测发动机的运行时间；将发动机的运行时间与第一经校准运行时间阈值比较；和仅暂时停止使用超量程诊断工具，直到发动机的运行时间超过第一经校准运行时间阈值。
8.如权利要求7所述的车辆，其中控制器还配置为用于将发动机的运行时间与第二经校准运行时间阈值比较，该第二经校准运行时间阈值大于第一经校准运行时间阈值；和只要发动机运行时间超过第二经校准运行时间阈值，使得超量程诊断工具工作。
9.一种用在车辆上的方法，该车辆具有内燃发动机、与发动机流体连通的排气系统、定位在排气系统中的氮氧化物(NOx)传感器、和控制器，该方法包括经由控制器检测预定的发动机开动燃料切断事件，包括通过确定燃料供应速率检测基于车辆减速的燃料切断事件，和将燃料喷射速率与经校准阈值比较，该经校准阈值为发动机每转大约Omm3至大约8mm3燃料；和在检测到的燃料切断事件期间暂时停止使用超量程诊断工具； 检测发动机的运行时间；将发动机的运行时间与第一经校准运行时间阈值比较；和仅暂时地停止使用超量程诊断工具，直到发动机的运行时间超过第一经校准运行时间阈值。
10.如权利要求9所述的方法，还包括将发动机的运行时间与第二经校准运行时间阈值比较，该第二经校准运行时间阈值大于第一经校准运行时间阈值；和只要发动机运行时间超过第二经校准运行时间阈值，使得超量程诊断工具工作； 其中超量程诊断工具配置为用于评估NOx传感器的量程性能。
全文摘要
一种车辆，包括具有排气端口的发动机、用于调节发动机排气流的排气系统、位于排气流中的氮氧化物(NOx)传感器、和控制器。控制器具有超量程诊断工具，用于评估传感器的量程性能。控制器检测预定的发动机开动燃料切断事件，并随后在燃料切断事件过程中暂时地停用诊断工具。燃料切断事件可以是基于车辆减速的事件。选择性催化还原(SCR)装置可位于排气系统中，至少一个NOx传感器位于SCR装置出口处。附加的NOx传感器可位于排气端口附近。一种用在上述车辆中的方法包括经由控制器检测发动机开动燃料切断事件，并在燃料切断事件期间停用诊断工具。
文档编号F01N11/00GK102465744SQ20111035941
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月14日 优先权日2010年11月12日
发明者J.E.科瓦尔科夫斯基, S.T.菲尔德曼 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司