专利名称：氧传感器诊断方法
技术领域：
本发明涉及汽车氧传感器诊断方法，特别是应用于在线诊断系统(OBD)中的汽车氧传感器的故障诊断方法。
背景技术：
在使用三元催化转化器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比(14.6 1)，三元催化剂对C0、HC和NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向发动机管理单元发出反馈信号，再由它控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。发动机管理单元根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油脉宽。但是，如果氧传感器出现故障，输出的电压异常，发动机管理单元就不能精确控制空燃比，使得尾气排放超标，同时，还会使发动机工况恶化，导致怠速熄火，发动机运转失准等各种故障。因此，非常有必要对氧传感器进行故障诊断。氧传感器失效的原因主要有铅中毒、硅中毒、表面积碳、陶瓷元件破损和加热器电阻烧蚀等，其失效的表现形式主要是输出电压信号不正常和响应迟缓，因此可以通过诊断氧传感器的输出电压信号实现对其故障的诊断。目前氧传感器诊断装置可与车辆的在线诊断(OBD)系统相连，并检测氧传感器的状态，通过故障指示灯及扫描仪读取故障码，保证及时维修更换氧传感器。图1所示为氧传感器的测量输出示意图，如图所示，混合气在接近理论空燃比 14. 6时，约输出450mV的电压。尾气偏浓时，输出电压会增加，例如由450mV增加到650mV 以上；反之，尾气变稀后，输出电压减小，例如由450mV下降到300mV以下(根据氧传感器特性稍有不同，氧传感器的输出值略有变化)。氧传感器正常工作时，在诊断工况下，氧传感器的输出电压是在低压和高压之间周期性变化。当系统进入减速断油时，则氧传感器信号会持续低于某特定值(基本为0)； 而当系统进入加浓工况时，则氧传感器信号会持续大于某个特定值。而目前对于在这种特殊工况下的使能条件判断不能准确。
发明内容
本发明的目的是提供氧传感器诊断方法，覆盖车辆的各种运行工况，特别是在特殊工况下，也能实施逻辑严谨、规程合理的控制。本发明提供了氧传感器诊断方法，它包括响应诊断和特殊工况诊断，特殊工况诊断包括判断发动机是否处于稳态工况，判断发动机是否满足特殊工况诊断的通用条件，判断发动机是否满足特殊工况使能条件，如果上述判断中有一个条件不满足，则步骤返回，重新开始下一次诊断，如果上述判断条件全部满足，则处理氧传感器信号，进行故障判断并汇报诊断情况。其中特殊工况使能条件判断包括氧传感器故障标志位是否已清零，发动机转速是否大于或等于特殊工况诊断转速限值，发动机水温是否大于或等于特殊工况诊断水温限值，发动机运转持续时间是否大于或等于特殊工况诊断发动机最小运转时间，功率加浓标志是否置位，和发动机进气流量是否大于特殊工况诊断进气流量最小限值。在氧传感器诊断方法的再一种具体实施方式
中，其中判断发动机稳态工况的判断值包括瞬态工况计数器记录值、进气流量偏差和发动机转速偏差。如果瞬态工况计数器记录值小于或等于所述瞬态工况计数器上限值，且进气流量偏差大于或等于进气流量偏差限值，且所述发动机转速偏差大于或等于发动机转速偏差限值，则所述稳态工况条件满足且所述瞬态工况计数器开始累加。在氧传感器诊断方法的另一种具体实施方式
中，其中判断特殊工况诊断的通用条件包括未处于开发或标定控制状态，电瓶电压大于或等于氧传感器所述特殊工况诊断电瓶电压最小限值，未处于燃油降扭控制使能状态，发动机进气流量大于氧传感器所述特殊工况诊断进气流量最小限值，油门变化率小于油门变化率限值，和未处于二次空气诊断工况。使用本发明的氧传感器诊断方法，可以实现在汽车的不同运行工况下对氧传感器的故障进行诊断，特别是在发动机处于减速断油或加浓的特殊工况下，以可以准确地判断氧传感器是否工作正常，以免因发动机处于特殊工况，而误报氧传感器故障。
图1是一种氧传感器输出曲线示意图。图2是氧传感器诊断方法一种示意性实施方式的流程示意图。图3是氧传感器诊断方法一种示意性实施方式中响应诊断流程的示意图。图4是氧传感器诊断方法一种示意性实施方式中特殊工况诊断流程的示意图。
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步骤。图2是氧传感器诊断方法一种示意性实施方式的流程示意图。本发明的氧传感器诊断方法包括响应诊断和特殊工况诊断，诊断流程开始于步骤S10。接着，进入步骤S20中， 判断是否满足响应诊断的使能条件，如果步骤S20的结果为“是”，进入到步骤S30，进行响应诊断，得出响应诊断结果，并在步骤S40向OBD故障管理模块汇报诊断情况。在步骤S40 汇报诊断结果后，结束本次响应诊断并返回到步骤S10，开始进行一下次的氧传感器故障诊断。如果在步骤S20中的输出结果为“否”，则结束本次故障诊断，返回步骤S10，开始下一次故障诊断。在响应诊断的同时，程序还进行特殊工况诊断，程序由步骤SlO进入到步骤S50， 判断是否满足响应诊断的使能条件，如果步骤S50的结果为“是”，进入到步骤S60，进行特殊工况诊断，得出特殊工况诊断结果，并在步骤S70向OBD故障管理模块汇报诊断情况。在步骤S70汇报诊断结果后，结束本次特殊工况诊断并返回到步骤S10，开始进行一下次的氧传感器故障诊断。如果在步骤S50中的输出结果为“否”，则结束本次故障诊断，返回步骤 S10，开始下一次故障诊断。
图3是氧传感器诊断方法的一种示意性实施方式中响应诊断流程的示意图。图2 中步骤S20的响应诊断使能条件判断，可以包括如图3中所示的发动机工况判断步骤S22， 禁止诊断的故障判断步骤SM和响应诊断使能判断步骤S26 ；图2中步骤S30的响应诊断， 可以包括图3中所示的数据收集步骤S32、数据计算步骤S34和数据判断步骤S36。参见图3，响应诊断流程开始于步骤S10，接着，进入步骤S22中，判断是否满足发动机工况判断，如果步骤S22的决断结果为“是”，则进入步骤S24，如果步骤S22的判断结果为“否”，则结束本次诊断，返回开始步骤S10，开始下一次诊断。其中发动机工况判断的条件例如可以包括发动机运转持续时间是否大于或等于响应诊断发动机最小运转持续时间，冷却液温度是否大于响应允许的冷却液温度最小值， 碳罐脱附率是否小于响应诊断允许的最大碳罐脱附率，发动机转速是否介于诊断允许发动机最小转速和诊断允许发动机最大转速之间，发动机转速是否介于诊断允许发动机进气流量最小值和诊断允许发动机进气流量最大值之间，发动机汽缸气压是否大于或等于响应诊断允许的发动机汽缸气压的最小值，燃油供给是否处于闭环控制状态，燃油控制是否未处于断油退出后的加浓状态，燃油控制是否未处于降扭状态，等等。在各种发动机工况判断的条件同时满足的情况下，步骤S22的判断结果为“是”。例如，在一种示意性的实施方式中响应诊断发动机最小运转持续时间为60秒， 响应允许的冷却液温度小值为70°C，响应诊断允许的最大碳罐脱附率为1.5%，诊断允许发动机最小转速为1200转/分，诊断允许发动机最大转速为5000转/分，诊断允许发动机进气流量最小值为2g/秒，诊断允许发动机进气流量最大值为20g/秒，响应诊断允许的发动机汽缸气压的最小值70Kpa。本领域的技术人员可以理解，针对不同的车辆，可调整发动机工况判断中的限值。在步骤S24中，判断是否存在禁止响应诊断的故障，如果步骤S24的输出为“否”， 则进入步骤S26，如果输出结果为“是”，则结束本次诊断，返回开始步骤S10，开始下一次诊断。其中禁止诊断的故障可以包括水温传感器故障、曲轴位置传感器故障、点火线圈故障、电子节气门故障、燃油系统故障、进气温度故障、怠速转速故障、喷嘴故障、进气流量传感器故障、进气压力传感器故障、失火故障、上游氧传感器加热故障、上游氧传感器信号故障、碳罐电磁阀故障、系统电压故障、车速传感器故障。在步骤S26中，进行响应诊断使能判断，如果步骤S26的输出结果为“是”，则进入步骤S32，如果输出结果为“否”，则结束本次诊断，返回开始步骤S10，开始下一次诊断。其中响应诊断使能判断可以包括车速达到特定的车速且响应诊断持续时间累加后大于响应诊断使能最小延迟时间。例如，在一种示意性的实施方式中，特定车速为70公里/小时，响应诊断使能最小延迟时间为5秒。本领域技术人员可以理解，针对不同的车辆，可调整响应诊断使能判断的限值。在步骤S32中，采集汽车氧传感器输出的电压信号并进行氧传感器初始状态判定和更新。即在步骤S32中，需要记录如图1所示的氧传感器输出信号由稀至浓的响应时间、 由稀至浓的翻转次数、由浓至稀的响应时间和由浓至稀的翻转次数。在步骤S34中，利用步骤S32中记录的数据，分别计算响应时间和响应率，其中响应时间包括稀至浓平均响应时间和浓至稀平均响应时间，平均响应时间、稀至浓平均响应时间、浓至稀平均响应时间和响应率的计算公式如下平均响应时间=总响应时间/总翻转次数；稀至浓平均响应时间=稀至浓的响应时间/稀至浓翻转的次数；浓至稀平均响应时间=浓至稀的响应时间/浓至稀翻转的次数；响应率=稀至浓平均响应时间/浓至稀平均响应时间。在完成上述计算后，程序进入步骤S36。在步骤S36中，将步骤S34中计算得到的稀至浓平均响应时间与稀至浓响应时间限值比较；将浓至稀平均响应时间与浓稀响应时间限值比较；将响应率与响应率上限值和响应率下限值比较。当稀至浓平均响应时间大于或等于稀至浓响应时间限值，浓至稀平均响应时间大于或等于浓至稀响应时间限值，且响应率介于响应率上限值和响应率下限值之间时，氧传感器被判定为故障。之后程序结束本次诊断，返回开始步骤S10，开始下一次诊断。例如，在一种示意性的实施方式中，稀至浓响应时间限值为0. 2秒，稀至浓响应时间限值为0. 3秒，响应率上限值为2，响应率下限为0. 5。本领域技术人员可以理解，针对不同的车辆，可调整稀至浓响应时间限值、稀至浓响应时间限值、响应率上限值和响应率下限。在步骤S40中，向OBD故障管理模块汇报步骤S34中计算结果信息和步骤S36中得到的判断结果故障诊断结果。在步骤S40汇报诊断结果后结束本次故障诊断，返回步骤 S10，开始下一次故障诊断。图4是氧传感器诊断方法一种示意性实施方式中特殊工况诊断流程的示意图。特殊工况诊断首先在步骤S52判断发动机是否处于稳态工况，如果步骤S52的输出结果为 “是”，则进入步骤S54，如果步骤S52的输出结果为“否”，则结束本次故障诊断，返回步骤 S10，开始下一次故障诊断。其中，步骤S52稳态工况的判断条件包括瞬态工况计数器记录值、进气流量偏差和发动机转速偏差。如果瞬态工况计数器记录值小于或等于所述瞬态工况计数器上限值， 且进气流量偏差大于或等于进气流量偏差限值，且所述发动机转速偏差大于或等于发动机转速偏差限值时，所述稳态工况条件满足且所述瞬态工况计数器开始累加。在步骤SM中，判断是否满足氧传感器特殊工况诊断的通用条件，如果步骤SM的输出结果为“是”，则进入步骤S56，如果步骤S54的输出结果为“否”，则结束本次故障诊断， 返回步骤S10，开始下一次故障诊断。在一个示意性的实施方式中，氧传感器特殊工况诊断的通用条件可以包括发动机未处于开发或标定控制状态，电瓶电压大于或等于氧传感器特殊工况诊断电瓶电压最小限值，发动机未处于燃油降扭控制使能状态，发动机进气流量大于氧传感器特殊工况诊断进气流量最小限值，油门变化率小于油门变化率限值，发动机未处于二次空气诊断工况。例如，在一个实施例中氧传感器特殊工况诊断电瓶电压最小限值为10V，氧传感器特殊工况诊断进气流量最小限值为Ig/秒，油门变化率限值为/秒。本领域的技术人员可以理解，针对不同的车辆，可调整氧传感器特殊工况诊断的通用条件的限值。在步骤S56中，判断是否满足特殊工况诊断使能条件，如果步骤S56的输出结果为“是”，则进入步骤S62，如果步骤S56的输出结果为“否”，则结束本次故障诊断，返回步骤S10，开始下一次故障诊断。在一个示意性的实施方式中，特殊工况诊断使能条件可以包括氧传感器故障标志位已清零，即表明此时不存在禁止诊断的故障，发动机转速大于或等于氧传感器特殊工况诊断转速限值，发动机水温大于或等于氧传感器特殊工况诊断水温限值，发动机运转持续时间大于或等于氧传感器特殊工况诊断发动机最小运转时间，功率加浓标志置位，和发动机进气流量大于氧传感器特殊工况诊断进气流量最小限值。例如，在一个实施例中，不存在禁止诊断的故障与响应诊断相同，氧传感器特殊工况诊断转速限值为500转/分，氧传感器特殊工况诊断水温限值为70°C，特殊工况诊断发动机最小运转时间为30秒，氧传感器特殊工况诊断进气流量最小限值为Ig/秒。本领域的技术人员可以理解，针对不同的车辆，可调整特殊工况诊断使能条件的限值。在步骤S62中，首先对氧传感器信号进行滤波处理，然后记录系列氧传感器的电压值。在设定的采样计数周期内，如果电压值小于第一设定值，则累计加浓偏稀计数器；如果电压值不小于第一设定值，则加浓偏稀计数器不累计。如果电压值大于第二设定值，则累计减速断油偏浓计数器；如果不大于第二设定值，则减速断油偏浓计数器不累计。完成设定的采样计数周期后，进入步骤S64。例如，在一个实施例中，第一设定值为50mV，第二设定值为500mV，采样计数周期为300个。本领域的技术人员可以理解，针对不同的车辆，可调整第一设定值、第二设定值及采样计数周期的数值。在步骤S64中，将加浓偏稀计数器中的数值与第一限值比较，如果加浓偏稀计数器中的数值大于第一限值，则判断存在功率加浓偏稀的故障。还将减速断油偏浓计数器的数值与第二限值比较，如果减速断油偏浓计数器的数值大于第二限值，则判断存在减速断油偏浓的故障。例如，在本实施例中，第一限值和第二限值都为100。本领域的技术人员可以理解， 针对不同的车辆，可调整第一限值和第二限值的大小。在步骤S70中，将步骤S64中得到的判断结果向OBD故障管理模块汇报故障诊断结果。在步骤S70汇报诊断结果后，结束本次故障诊断，返回步骤S10，开始下一次故障诊断。在本发明的氧传感器诊断方法，特别是在发动机处于减速断油或加浓的特殊工况下，以可以准确地判断氧传感器是否工作正常，以免因发动机处于特殊工况，而误报氧传感器故障。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.氧传感器诊断方法，它包括响应诊断和特殊工况诊断，所述特殊工况诊断包括 判断发动机是否处于稳态工况，判断发动机是否满足特殊工况诊断的通用条件， 判断发动机是否满足特殊工况使能条件，如果上述判断中有一个条件不满足，则步骤返回，重新开始下一次诊断，如果上述判断条件全部满足，则处理氧传感器信号，进行故障判断并汇报诊断情况； 其特征在于所述特殊工况使能条件判断包括 氧传感器故障标志位已清零，发动机转速大于或等于氧传感器特殊工况诊断转速限值， 发动机水温大于或等于氧传感器特殊工况诊断水温限值， 发动机运转持续时间大于或等于氧传感器特殊工况诊断发动机最小运转时间， 功率加浓标志置位，和发动机进气流量大于特殊工况诊断进气流量最小限值。
2.如权利要求1所述氧传感器诊断方法，其中所述判断发动机稳态工况的判断值包括瞬态工况计数器记录值、进气流量偏差和发动机转速偏差，如果瞬态工况计数器记录值小于或等于所述瞬态工况计数器上限值，且进气流量偏差大于或等于进气流量偏差限值，且所述发动机转速偏差大于或等于发动机转速偏差限值，则所述稳态工况条件满足且所述瞬态工况计数器开始累加。
3.如权利要求1所述氧传感器诊断方法，其中所述判断特殊工况诊断的通用条件包括未处于开发或标定控制状态，电瓶电压大于或等于氧传感器所述特殊工况诊断电瓶电压最小限值， 未处于燃油降扭控制使能状态，发动机进气流量大于氧传感器所述特殊工况诊断进气流量最小限值， 油门变化率小于油门变化率限值，和未处于二次空气诊断工况。
全文摘要
本发明涉及氧传感器诊断方法，包括响应诊断和特殊工况诊断。特殊工况诊断包括判断发动机是否稳态、是否满足特殊工况诊断的通用条件和发动机是否满足特殊工况使能条件，如果上述判断中任一条件未满足，则重新诊断；如果全部满足，则处理氧传感器信号，判断故障并汇报诊断情况。特殊工况使能条件判断包括氧传感器故障标志位清零，发动机转速大于或等于特殊工况诊断转速限值，水温大于或等于特殊工况诊断水温限值，发动机运转持续时间大于或等于特殊工况诊断发动机最小运转时间，功率加浓标志置位，和进气流量大于特殊工况诊断进气流量最小限值。这种方法可覆盖车辆的各种运行工况，即使在特殊工况下，也能实施逻辑严谨、规程合理的控制。
文档编号F01N11/00GK102374002SQ20101025295
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者于树怀, 郭建民 申请人:阿尔特(中国)汽车技术有限公司