专利名称：发动机催化转化器老化故障诊断方法
技术领域：
本发明涉及发动机催化转化器的故障诊断方法，特别是一种具备车载诊断(OBD) 功能的发动机催化转化器老化故障诊断方法。
背景技术：
在发动机在线诊断(OBD)系统中，需要保证与发动机排气管相连接的催化转化器的正常工作，当催化转化器因长期使用导致性能劣化，致使排放中的碳氢(HC)含量超过排放限值0. 4g/km时，OBD系统警示灯应点亮，并记录故障信息。通常，对催化转化器劣化的诊断是基于检测催化转换器的储氧时间(OSC)。如图1 所示，当催化转化器10处于正常工作状态时，上游氧传感器Wl的电压输出值随发动机的工况而上下波动，但下游氧传感器沈2的电压输出值则基本为一条电压接近为零的直线。如图2所示，当催化转化器10的性能劣化、丧失储氧能力后，下游氧传感器262也会产生类似于上游氧传感器261的输出电压波动。对催化转化器劣化的诊断可以通过检测催化转化器的储氧能力，来探测在催化转化器的转化效率。对催化转化器劣化的诊断的原理是通过检测催化转化器的储氧时间来探测在催化转化器的转化效率；而对储氧时间的检测是通过在怠速工况下改变空燃比(由稀至浓)， 比较上下游氧传感器对空燃比变化的响应时间，从而获得催化转化器储氧能力的信息。图3显示了一种典型的催化转化器诊断过程，其中实线所示为上游氧传感器的电压输出曲线，虚线所示为下游氧传感器的输出曲线。如图所示，催化转化器的诊断过程分为两个阶段，第一阶段首先控制空燃比由标准值(14.6)逐渐过渡到稀(15. 6)，然后分别记录上游氧传感器和下游氧传感器转稀的响应时间。第二阶段首先将空燃比保持在15. 6—定的时间，然后再逐渐过渡到浓(13. 6)，接着分别记录下上游氧传感器和下游氧传感器转浓的响应时间。对催化转化器劣化的诊断的原理是通过检测第二阶段中空燃比由稀变浓时， 比较上、下游氧传感器对空燃比变化的响应时间，从而获得催化转化器储氧能力的信息，探测催化转化器的转化效率，判断催化转化器是否存在故障。美国专利6694M3中公开了一种催化转化器故障的诊断方法，在其中的诊断过程中包括了对发动怠速等诊断使能条件的判断，但判断的对象有限；另外在该方法仅是根据输出结果判断催化转化器正常工作或是存在故障，但无法查明导致输出不正常的原因的， 从而影响故障诊断结果的真实与准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机催化转化器故障诊断方法，它能充分考虑故障诊断时产生的各种情况，判断条件更加全面充分，特别是在催化转化器突然劣化时，诊断进入特殊模式，采用不同于常规的诊断次数和OSC滤波系数，向OBD故障诊断单元发生相关信息，以便更加准确的诊断出催化转化器的状态，如无法进行故障诊断，利用该方法还可以知晓无法进行故障诊断的原因。
本发明提供了一种发动机催化转化器故障诊断方法，该方法中包括使能条件判定过程、第一阶段监测过程、第二阶段监测过程、储氧时间计算过程、诊断判断过程和汇报故障诊断结果，在储氧时间计算过程中还包括特殊诊断模式判断过程，它包括如下步骤: 判断储氧时间的修正值0SC。是否小于等于特殊诊断模式触发值0SCT，且上一次计算的储氧时间滤波值OSCt与次计算储氧时间修正值OSCc的差值是否大于特殊诊断模式触发限值AOSCt ；如果储氧时间的修正值0SC。小于等于特殊诊断模式触发值0SCT，或上一次计算的储氧时间滤波值OSCt与次计算储氧时间修正值OSCc的差值大于特殊诊断模式触发限值A0SCT，则特殊诊断模式使能置位；判断特殊诊断模式诊断次数是否大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数；如果所述特殊诊断模式诊断次数大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，则特殊诊断模式的总诊断次数清零；若虽特殊诊断模式诊断次数大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，但储氧时间的修正值0SC。大于特殊诊断模式触发值 OSCt,或上一次计算的储氧时间滤波值OSCt与次计算储氧时间修正值OSCc的差值小于等于特殊诊断模式变化量的触发限值AOSCt,则标志位清零且退出特殊诊断模式；如果特殊诊断模式诊断次数小于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，则特殊诊断模式的总诊断次数 +1，且本次循环的特殊诊断模式的诊断次数+1。在发动机催化转化器故障诊断方法的一种示意性的实施方式中，OSCc = OSC X OSCac X OSCtc其中OSCc为储氧时间的修改值，OSCac为储氧时间的空气流量修正系数， OSCrc为储氧时间的催化转化器温度修正系数，OSC = !"_-! 。_，其中，1~_为上游氧传感器的翻转时刻，TDown0为下游氧传感器的翻转时刻这两个翻转时刻。在发动机催化转化器故障诊断方法的另一种示意性的实施方式中，在特殊诊断模式后还包括一个储氧时间的滤波计算，即OSCf = (l_kF)0SCF+kFX0SCe其中0SCF为OSC滤波值，kF为滤波系数。本发明能充分考虑故障诊断时产生的各种情况，特别是在催化转化器突然劣化时，诊断进入特殊模式，采用不同于常规的诊断次数和OSC滤波系数，向OBD故障诊断单元发生相关信息，以便更加准确的诊断出催化转化器的状态，如无法进行故障诊断，利用本发明的方法还可以知晓无法进行故障诊断的原因。由于发动机的工作环境非常复杂，在实际诊断过程中有可能由于偶然因素造成催化器储氧时间偏小，如果据此认为催化器已经老化，则会给汽车用户带来额外的经济负担。采用本发明的方法，可以保证不会出现上述误判，提高系统诊断的可靠性。
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。图1是催化转化器正常工作时，上游氧传感器和下游氧传感器的输出示意图。图2是催化转化器劣化后时，上游氧传感器和下游氧传感器的输出示意图。图3是发动机催化转化器中上、下游氧传感器工作时的输出曲线。图4是发动机催化转化器故障诊断装置一种示意性的结构框图。图5A和图5B是发动机催化转化器诊断过程的流程示意图。图6是特殊诊断模式一种示意性实施方式的流程示意图。
具体实施例方式为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
，在各图中相同的标号表示相同的部分。在图4所述的发动机催化转化器故障诊断装置另一示意性的实施方式中，包括一个发动机管理单元20、一个与发动机管理单元20相连的催化转化器老化诊断模块30、和一个连接催化转化器诊断模块30与发动机管理单元20的OBD系统管理单元40。发动机管理单元20包括一个发动机工况输入单元21、一个燃油闭环状态控制单元22、一个空燃比状态控制单元23、一个碳罐电磁阀控制单元M、一个空燃比信息输入/输出控制单元25、一个氧传感器信息输入单元沈、一个故障灯控制单元27和一个与在线诊断系统相连的串口通讯模块观。其中与发动机工况输入单元21相连的传感器可以包括进气压力温度传感器、节气门位置传感器、冷却水温度传感器、催化转化器温度传感器、大气压力传感器和车速传感器等。碳罐电磁阀控制单元M与碳罐电磁阀相连，当发动机启动后碳罐电磁阀打开，活性碳罐与进气歧管相通，燃油经蒸发净化后被吸入进气歧管参加燃烧。设置在发动机排气管中的氧传感器将信号输入到氧传感器信息输入单元沈中。串口通讯模块观与OBD诊断模块(图中未示)相连，故障灯控制单元27的输出控制OBD故障指示灯。催化转化器诊断模块30包括一个使能条件判定部分32，它与发动机工况输入单元21、燃油闭环状态控制单元22、空燃比状态控制单元23及碳罐电磁阀控制单元M相连； 一个空燃比控制和氧传感器信息采集部分34，它与空燃比信息输入/输出单元25和氧传感器输入单元26相连；和一个与空燃比控制和氧传感器信息采集部分34相连的储氧时间判定部分36。空燃比控制和氧传感器信息采集部分34包括第一阶段空燃比控制和氧传感器信息采集单元341和第二阶段空燃比控制和氧传感器信息采集单元342，它们分别与空燃比信息输入/输出单元和氧传感器信息输入单元26相连。其中的第一阶段是指空燃比由标准值变稀的阶段，如空燃比由14. 6逐渐过渡到15. 6 ；第二阶段是指空燃比稀变浓的阶段， 如空燃比由15. 6逐渐过渡13. 6。储氧时间判定部分36包括一个储氧时间限定单元361、一个储氧时间计算单元 362和一个结果判定单元363，结果判定单元的输出与OBD系统管理单元40相连，进而与故障灯控制单元27相连。OBD系统管理单元40与储氧时间判定部分36及发动机管理单元20中的故障灯控制单元27相连。现结合图5A和图5B详细说明发动机催化转化器的故障诊断流程。发动机催化转化器的诊断流程主要有六个过程使能条件判定过程，第一阶段监测过程，第二阶段监测过程，储氧时间计算过程，诊断判断过程和汇报故障诊断结果。首先进入使能条件判定过程，判断步骤包括步骤Sll判断空气流量范围是否符合要求、步骤S12判断发动机是否处于怠速状态、步骤S13判断是否存在影响催化转化器诊断的故障、步骤S14判断发动机的其他运转条件是否满足诊断要求、步骤S15判断满足上述条件后稳定的时间是否足够长(比如5秒)、及步骤S16判断是否发生了其他需要退出诊断的工况。
例如，在一种具体的实施方式中步骤Sll中判断的空气流量范围为0.5g/ s-1. Og/s ；步骤S12中判断的怠速工况的条件是从大空气流量状态(例如大于5g/s)回到怠速状态(油门位置为0、车速小于2公里/小时)，而且时间不能过长(例如不能超过20 秒)；步骤S13中判断的影响催化转化器诊断的故障包括由凸轮轴位置传感器、水温传感器、曲轴位置传感器、点火线圈、电子节气门、燃油系统、进气温度、怠速转速、喷嘴、进气流量传感器、进气压力传感器等引起的故障；步骤S14中判断的发动机其他运转条件主要包括发动机未处于故障诊断工具控制状态，空燃比控制未处于恢复至诊断前状态的过程中， 进气流量为0. 5g/s-l. Og/s,发动机的运转持续时间大于100s，节气门开度小于1. 1 %，冷却水温处于70°C至100°C范围内，进气温度在30°C至70°C范围内，大气压大于70kpa，车速小于2公里/小时、自动变速箱时档位在P档或N档，燃油处于闭环控制状态，怠速持续时间在30秒之内；步骤S15中判断发动机满足上述条件的时间是否为^以上；步骤S16中判断需要退出诊断的工况例如包括发动机转速与目标怠速的差值大于200转/分，整车电器 (如电子风扇、空调风扇、自动变速箱档位等)的状态发生了显著的变化。本领域技术人员可以理解，根据车型和发动机的不同而不同，以上各项判断的数值也会有所不同。若上述任何一项使能条件未满足，程序进入步骤S60，向OBD汇报故障诊断结果； 如果上述各项条件均能满足，则程序进入第一阶段监测过程。在第一阶段监测过程中，首先执行步骤S22，执行第一阶段空燃比控制，即将空燃比由标准值(14.6)逐渐过渡到稀(15. 6)，然后分别记录下上游氧传感器和下游氧传感器转稀的响应时间，规定第一阶段所持续的时间为图3中所示的A部分，第一阶段的持续时间不低于一个标定时间(例如4秒)。然后执行步骤SM判断第一阶段是否完成。通常氧传感器响应会产生两种特殊情况第一种是上游氧传感器响应时间过长 (例如超过2秒)，此时流程将从步骤SM转入步骤S60，汇报诊断结果后退出诊断程序 ’另一种是下游氧传感器响应时间过长(例如超过8秒)，此时流程将下游氧传感器的储氧时间赋值为默认最大值，此时流程将从步骤SM转步骤S60，汇报诊断催化转化器储氧能力高的结论，然后控制空燃比逐渐回到理论值14. 6，之后退出诊断程序。除此之外，如果步骤M 判断第一阶段监测完成，则程序转入图5B所示的步骤S32，进入第二阶段监测过程。参见图5B所示，程序执行步骤S32，执行第二阶段空燃比控制，将空燃比继续保持在15. 6 一定的时间，即图3中所示的B部分，然后再逐渐过渡到浓的空燃比13. 6，分别记录下上游氧传感器和下游氧传感器的响应时间，然后执行步骤S34判断第二阶段(参见图3) 是否完成。与第一阶段的情形相同，在第二阶段氧传感器响应会产生两种特殊情况第一种是上游氧传感器响应时间过长(例如超过2秒)，此时流程将从步骤S34转入步骤S60，汇报诊断结果后退出诊断程序；另一种是下游氧传感器响应时间过长(例如超过8秒)，此时流程将下游氧传感器的储氧时间赋值为默认最大值，此时流程将从步骤S34转步骤S60，汇报诊断催化转化器储氧能力高的结论，然后控制空燃比逐渐回到理论值14. 6，之后退出诊断程序。除此之外，如果步骤34判断第二阶段监测完成，则程序进入储氧时间计算过程。在步骤S42，程序计算原始储氧时间(OSC)，其中，储氧时间为第二阶段中上游氧传感器翻转至下游氧传感器翻转时所持续的时间，即催化转化器储存的氧充分释放的时间，计算公式为0SC = TupcTTdot^其中，1^为上游氧传感器的翻转时刻，Td-为下游氧传感器的翻转时刻这两个翻转时刻。然后执行步骤S44，进行OSC修正值计算，因为储氧时间会受怠速空气流量和催化转化器温度的影响，因此还需要根据不同的空气流量和催化转化器温度对储氧时间进行修正。计算公式为osce = 0SCX0SCAeX0SCTe其中0SCe为修正后的储氧时间，0SCAe为储氧时间的空气流量修正系数，OSCrcS储氧时间的催化转化器温度修正系数，且OSCac和OSCrc 是两个设定值，一股是介于0和2的一个数，例如1. 1。完成上述的计算后，程序进入步骤S462进行判断，如果本次OSCe比上次的OSCc 小很多，则需执行步骤S464进行特殊诊断模式。一股来说，判断本次0SC。大大小于上次的 OSCc的条件有两个一是0SC。值小于最小限值(例如为1. 5s) ；二是0SC。的变化量的触发限值(例如为Is)。如果本次0SC。未比上次的0SC。小很多，则直接转入步骤S48。步骤S464为特殊诊断模式，催化转化器突然劣化时需要进入特殊诊断模式，采用不同于常规的诊断次数和OSC滤波系数，以保证诊断的可靠性。在步骤S464，计算滤波后的储氧时间并对诊断结果进行判定，特殊诊断模式的流程将在下文中结合图6加以说明。特殊诊断模式结束后执行步骤S48，进行OSC滤波值(OSCf)计算。在步骤S48，对补偿后的储氧时间结果进行滤波，计算0SCF，以克服不同测试结果的差异性，计算公式为0SCF = (l_kF)0SCF+kFX0SCe其中OSCf为OSC滤波值，kF为滤波系数，且两次滤波具有一定的时间间隔，例如为1 Oms。例如，在一种具体实施方式
中，若前次循环已报出催化转化器故障，则滤波系数kF 可取0. 2 ；若前次循环未报出催化转化器故障，则滤波系数kF可取0. 1 ；若本次循环特殊诊断模式使能置位，则滤波系数kF可取0. 5。即利用前次循环的OSCf值和本次循环0SC。值对储氧时间进行修改，赋值给本次循环的OSCf值，随后程序进入诊断判断过程。首先执行步骤S52，分析诊断结果如果OSCf低于标定值则报告FAIL，说明催化转化器存在故障；反之则报告PASS，表明催化转化器工作正常。然后执行步骤S54，将诊断结果报告给OBD故障管理单元。在步骤S56中执行诊断次数是否足够的判断如果达到每次着车循环时所需要进行的诊断次数(一股为6次)，则进入步骤S60汇报故障诊断结果，如果没有达到要求的次数则返回至图5A所示的步骤S11，重复进行诊断。图6所示为特殊诊断模式的一种示意性工作流程。如图所示，在执行步骤S462后如果需要进入特殊诊断模式则执行步骤S62，判断以下两个条件是否同时满足，即储氧时间的修正值OSCc小于等于特殊诊断模式触发值0SCT，且上一次计算的储氧时间滤波值OSCt 与次计算储氧时间修正值0SC。的差值大于特殊诊断模式触发限值A0SCT。如果上述条件同时得以满足，则程序进入步骤S63，特殊诊断模式使能置位。随后，程序进入步骤S64，判断特殊模式诊断次数是否大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数。如果特殊模式诊断次数大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，程序进入步骤S66，将特殊诊断模式的总诊断次数清零；若虽特殊模式诊断次数大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，但储氧时间的修正值0SC。大于特殊诊断模式触发值0SCT，或上一次计算的储氧时间滤波值OSCt与次计算储氧时间修正值OSCc的差值小于等于特殊诊断模式变化量的触发限值Δ OSCt，则程序进入步骤S65，则标志位清零且退出特殊诊断模式；如果特殊模式诊断次数小于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，则程序进入步骤S67 特殊诊断模式的总诊断次数+1，且本次循环的特殊诊断模式的诊断次数+1。在步骤S65、步骤S66或步骤S67结束后，程序进入步骤S48。例如，在具体实施方式
中，特殊诊断需要完成的最少诊断次数为20次，特殊诊断模式触发值OSCt为1秒，特殊诊断模式变化量的触发限值Δ OSCT为2至5秒。在本发明的催化转化器故障诊断方法中，OBD故障管理单元不仅可以接收并储存催化转化器最终的诊断Pass/hil信息，还可以接收并储存在使能条件判定、第一阶段和第二阶段监测过程中发现的导致诊断无法完成的信息，第一阶段和第二阶段还会产生对发动机的控制信息，特别是空燃比控制信息。因此，采用本发明的方法可以更加准确、全面地进行催化转化器的故障诊断，避免因其他故障对催化转化器诊断结果的干扰。在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明， 它们并非用？？以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.发动机催化转化器老化故障诊断方法，该方法中包括使能条件判定过程、第一阶段监测过程、第二阶段监测过程、储氧时间计算过程、诊断判断过程和汇报故障诊断结果， 其特征在于，在所述储氧时间计算过程中还包括特殊诊断模式判断过程，它包括如下步骤 判断储氧时间的修正值0SC。是否小于等于特殊诊断模式触发值0SCT，且上一次计算的储氧时间滤波值OSCt与次计算储氧时间修正值OSCc的差值是否大于特殊诊断模式触发限值 Δ OSCt ；如果所述储氧时间的修正值0SC。小于等于特殊诊断模式触发值0SCT，或上一次计算的储氧时间滤波值OSCt与次计算储氧时间修正值OSCc的差值大于特殊诊断模式触发限值 Δ OSCt，则特殊诊断模式使能置位；判断特殊诊断模式诊断次数是否大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数； 如果所述特殊诊断模式诊断次数大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，则特殊诊断模式的总诊断次数清零；若虽特殊诊断模式诊断次数大于等于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，但储氧时间的修正值0SC。大于特殊诊断模式触发值0SCT，或上一次计算的储氧时间滤波值OSCt与次计算储氧时间修正值0SC。的差值小于等于特殊诊断模式变化量的触发限值Δ OSCt,则标志位清零且退出特殊诊断模式；如果特殊诊断模式诊断次数小于特殊诊断需要完成的最少诊断次数，则特殊诊断模式的总诊断次数+1，且本次循环的特殊诊断模式的诊断次数+1。
2.如权利要求1所述的发动机催化转化器老化故障诊断方法，其中 OSCc = OSC X OSCac X OSCtc其中0SCc为储氧时间的修改值， OSCac为储氧时间的空气流量修正系数， OSCtc为储氧时间的催化转化器温度修正系数，OSC = T_-TD。wn()，其中，1~_为上游氧传感器的翻转时刻，TD。m()为下游氧传感器的翻转时刻这两个翻转时刻。
3.如权利要求2所述的发动机催化转化器老化故障诊断方法，其中在所述特殊诊断模式后还包括一个储氧时间的滤波计算，即OSCf = (1 -kF) 0SCF+kF XOSCc 其中OSCf为OSC滤波值， kF为滤波系数。
全文摘要
本发明提供了一种发动机催化转化器老化故障诊断方法，包括使能条件判定、第一阶段监测、第二阶段监测、储氧时间计算、诊断判断和故障诊断汇报。储氧时间计算中还包括特殊诊断模式，它能充分考虑故障诊断时产生的各种情况，判断条件更加全面充分，并能在出现无法诊断的情况下，向OBD故障诊断单元发出相关信息，以便更加准确的诊断出催化转化器的状态，防止出现错误判断，如无法进行故障诊断，利用该方法还可以知晓无法进行故障诊断的原因。
文档编号F01N3/20GK102374001SQ201010247329
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者姚国超, 张吉强 申请人:阿尔特(中国)汽车技术有限公司