專(zhuān)利名稱(chēng)：使用氮氧化物傳感器的診斷系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，且更具體地涉及使用氮氧化物(NOx)傳感器的診斷系統(tǒng)和方 法。
背景技術(shù)：
在此提供的背景說(shuō)明是為了總體上介紹本發(fā)明背景的目的。當(dāng)前所署名發(fā)明人的 工作(在背景技術(shù)部分描述的程度上)和本描述中否則不足以作為申請(qǐng)時(shí)的現(xiàn)有技術(shù)的各 方面，既不明顯地也非隱含地被承認(rèn)為與本發(fā)明相抵觸的現(xiàn)有技術(shù)。內(nèi)燃機(jī)在氣缸中燃燒空氣/燃料(A/F)混合物以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩。A/F混合物的燃 燒產(chǎn)生可通過(guò)排氣岐管和排氣系統(tǒng)從氣缸驅(qū)出的排氣。排氣系統(tǒng)可包括處理排氣以減少排 放物的部件。例如，排氣可包括氮氧化物(NOx)。處理排氣的部件可包括但不局限于，外部排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)、催化轉(zhuǎn)化器以 及選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。此外，排氣系統(tǒng)可包括測(cè)量由排氣系統(tǒng)輸出的NOx量的一 個(gè)或多個(gè)NOx傳感器。因此，一個(gè)或多個(gè)NOx傳感器可用作反饋以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)操作(即，發(fā) 動(dòng)機(jī)A/F比)和/或排氣系統(tǒng)操作(即，EGR的百分比)，從而減少排氣中NOx的量。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括位置控制模塊、氮氧化物(NOx)估計(jì)模塊以及診斷模塊。位置控制 模塊基于發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中第一氮氧化物(NOx)水平來(lái)改變凸輪軸移相器和排氣再循 環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置。NOx估計(jì)模塊估計(jì)凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的位 置變化之后預(yù)定時(shí)段內(nèi)排氣中NOxW量，其中估計(jì)NOx量基于與凸輪軸移相器和EGR閥中至 少一個(gè)的多個(gè)位置變化相對(duì)應(yīng)的多個(gè)預(yù)定NOx量。診斷模塊基于預(yù)定閾值以及估計(jì)NOx量 與第二 NOyK平之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)，其中第一和第 二 NOx水平使用NOx傳感器來(lái)測(cè)量。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括氮氧化物(NOx)估計(jì)模塊和診斷模塊。NOx估計(jì)模塊基于凸輪軸 移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置的預(yù)定函數(shù)來(lái)估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣 中NOx的量。診斷模塊基于預(yù)定閾值以及估計(jì)NOx量與由NOx傳感器測(cè)量的排氣中實(shí)際NOx 量之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)?！N方法包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中第一氮氧化物(NOx)水平來(lái)改變凸輪軸 移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置；估計(jì)凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè) 的位置變化之后預(yù)定時(shí)段內(nèi)排氣中NOx的量，其中估計(jì)NOx量基于與凸輪軸移相器和EGR閥 中至少一個(gè)的多個(gè)位置變化相對(duì)應(yīng)的多個(gè)預(yù)定NOχ量；以及基于預(yù)定閾值以及估計(jì)ΝΟχ量與 第二 NOyK平之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)，其中第一和第二 NOx水平使用NOx傳感器來(lái)測(cè)量。一種方法包括基于凸輪軸移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置的預(yù) 定函數(shù)來(lái)估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx的量；以及基于預(yù)定閾值以及估計(jì)NOx量與由NOx
4傳感器測(cè)量的排氣中實(shí)際NOx量之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀 態(tài)。本發(fā)明涉及下述技術(shù)方案。1. 一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括位置控制模塊，所述位置控制模塊基于發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中第一氮氧化物 (NOx)水平來(lái)改變凸輪軸移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置；NOx估計(jì)模塊，所述NOx估計(jì)模塊估計(jì)在凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的位置 變化之后預(yù)定時(shí)段內(nèi)排氣中NOxW量，其中估計(jì)NOx量基于與凸輪軸移相器和EGR閥中至少 一個(gè)的多個(gè)位置變化相對(duì)應(yīng)的多個(gè)預(yù)定NOx量；和診斷模塊，所述診斷模塊基于預(yù)定閾值以及估計(jì)NOx量與第二 NOx水平之間的差來(lái) 確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)，其中第一和第二 NOwK平使用NOx傳感器來(lái)測(cè)量。2.根據(jù)方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述差小于預(yù)定閾值時(shí)，診斷模塊確定 凸輪軸移相器和EGR閥中的至少一個(gè)處于故障狀態(tài)。3.根據(jù)方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括EGR管路，所述EGR管路將發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管；和EGR閥，所述EGR閥控制被引入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管中的再循環(huán)排氣的量。4.根據(jù)方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括NOx傳感器，所述NOx傳感器測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx的量。5.根據(jù)方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，凸輪軸移相器的所述位置對(duì)應(yīng)于相應(yīng)氣 缸的進(jìn)氣閥和排氣閥兩者都處于第一狀態(tài)的時(shí)段，且其中所述時(shí)段對(duì)應(yīng)于內(nèi)部EGR的量。6. —種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括氮氧化物(NOx)估計(jì)模塊，所述NOx估計(jì)模塊基于凸輪軸移相器和排氣再循環(huán) (EGR)閥中至少一個(gè)的位置的預(yù)定函數(shù)來(lái)估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx的量；和診斷模塊，所述診斷模塊基于預(yù)定閾值以及估計(jì)NOx量與由NOx傳感器測(cè)量的排氣 中實(shí)際NOx量之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)。7.根據(jù)方案6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述差小于預(yù)定閾值時(shí)，診斷模塊確定 凸輪軸移相器和EGR閥中的至少一個(gè)處于故障狀態(tài)。8.根據(jù)方案6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括EGR管路，所述EGR管路將發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管；和EGR閥，所述EGR閥控制被引入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管中的再循環(huán)排氣的量。9.根據(jù)方案6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括NOx傳感器，所述NOx傳感器測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx的量。10.根據(jù)方案6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，凸輪軸移相器的所述位置對(duì)應(yīng)于相應(yīng)氣 缸的進(jìn)氣閥和排氣閥兩者都處于第一狀態(tài)的時(shí)段，且其中所述時(shí)段對(duì)應(yīng)于內(nèi)部EGR的量。11. 一種方法，包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中第一氮氧化物(NOx)水平來(lái)改變凸輪軸移相器和排氣 再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置；估計(jì)在凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的位置變化之后預(yù)定時(shí)段內(nèi)排氣中NOx的量，其中估計(jì)NOx量基于與凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的多個(gè)位置變化相對(duì)應(yīng)的 多個(gè)預(yù)定NOx量；以及基于預(yù)定閾值以及估計(jì)而)(量與第二 NOpK平之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR 閥中至少一個(gè)的狀態(tài)，其中第一和第二 NOx水平使用NOx傳感器來(lái)測(cè)量。12.根據(jù)方案11所述的方法，還包括當(dāng)所述差小于預(yù)定閾值時(shí)，確定凸輪軸移相器和EGR閥中的至少一個(gè)處于故障狀 態(tài)。13.根據(jù)方案11所述的方法，還包括使用EGR管路來(lái)將發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管；以及使用EGR閥來(lái)控制被引入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管中的再循環(huán)排氣的量。14.根據(jù)方案11所述的方法，還包括使用NOx傳感器來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx的量。15.根據(jù)方案11所述的方法，其中，凸輪軸移相器的所述位置對(duì)應(yīng)于相應(yīng)氣缸的 進(jìn)氣閥和排氣閥兩者都處于第一狀態(tài)的時(shí)段，且其中所述時(shí)段對(duì)應(yīng)于內(nèi)部EGR的量。16. —種方法，包括基于凸輪軸移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置的預(yù)定函數(shù)來(lái)估計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx的量；以及基于預(yù)定閾值以及估計(jì)NOx量與由NOx傳感器測(cè)量的排氣中實(shí)際NOx量之間的差 來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)。17.根據(jù)方案16所述的方法，還包括當(dāng)所述差小于預(yù)定閾值時(shí)，確定凸輪軸移相器和EGR閥中的至少一個(gè)處于故障狀 態(tài)。18.根據(jù)方案16所述的方法，還包括使用EGR管路來(lái)將發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管；以及使用EGR閥來(lái)控制被引入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管中的再循環(huán)排氣的量。19.根據(jù)方案16所述的方法，還包括使用NOx傳感器來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx的量。20.根據(jù)方案16所述的方法，其中，凸輪軸移相器的所述位置對(duì)應(yīng)于相應(yīng)氣缸的 進(jìn)氣閥和排氣閥兩者都處于第一狀態(tài)的時(shí)段，且其中所述時(shí)段對(duì)應(yīng)于內(nèi)部EGR的量。本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用領(lǐng)域從下文提供的詳細(xì)說(shuō)明顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，詳細(xì) 說(shuō)明和具體示例僅旨在用于說(shuō)明的目的且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。


從詳細(xì)說(shuō)明和附圖將更充分地理解本發(fā)明，在附圖中圖IA是描述排氣NOx濃度對(duì)比于排氣再循環(huán)(EGR)變化量的曲線(xiàn)圖；圖IB是描述內(nèi)部EGR量對(duì)比于變化凸輪軸移相器位置的曲線(xiàn)圖；圖IC是描述在延長(zhǎng)的操作時(shí)段內(nèi)氮氧化物(NOx)傳感器的耐用度和精確度的兩 個(gè)曲線(xiàn)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能框圖3A是根據(jù)本發(fā)明的控制模塊的示例性第一實(shí)施例的功能框圖；圖3B是根據(jù)本發(fā)明使用NOx傳感器來(lái)確定凸輪軸移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥 中一個(gè)的狀態(tài)的第一方法的流程圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的控制模塊的示例性第二實(shí)施例的功能框圖；以及圖4B是根據(jù)本發(fā)明使用NOx傳感器來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中一個(gè)的狀態(tài) 的第二方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下說(shuō)明本質(zhì)上僅為示范性的且絕不意圖限制本發(fā)明、它的應(yīng)用、或使用。為了清 楚起見(jiàn)，在附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)類(lèi)似的元件。如在此所使用的，短語(yǔ)A、B和C 的至少一個(gè)應(yīng)當(dāng)理解為意味著使用非排他邏輯或的一種邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)理解的是， 方法內(nèi)的步驟可以以不同順序執(zhí)行而不改變本發(fā)明的原理。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)模塊指的是專(zhuān)用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或更 多軟件或固件程序的處理器(共享的、專(zhuān)用的、或組)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路、和/或提供 所述功能的其他合適的部件。排氣再循環(huán)(EGR)可能是內(nèi)部或外部的。更具體地，外部EGR可能指的是經(jīng)由外 部EGR系統(tǒng)從排氣岐管至進(jìn)氣岐管的排氣引導(dǎo)。外部EGR系統(tǒng)可包括控制引入到(即，再 循環(huán)到)進(jìn)氣岐管中的排氣的量的EGR閥?，F(xiàn)參考圖1A，排氣度隨著EGR百分比增加而降低。換句話(huà)說(shuō)，EGR閥的相對(duì) 位置可直接影響排氣NOx濃度。在另一方面，內(nèi)部EGR可由于進(jìn)氣和排氣閥正時(shí)重疊而出現(xiàn)。更具體地，進(jìn)氣和排 氣閥正時(shí)重疊可導(dǎo)致在相應(yīng)排氣閥開(kāi)啟并隨后關(guān)閉之后燃燒期間所產(chǎn)生的排氣的一部分 被捕獲在氣缸中。因此，排氣的該部分有效地再循環(huán)，用于下一次燃燒事件?，F(xiàn)參考圖1B，內(nèi)部EGR隨著凸輪軸移相器位置的增加而增加。換句話(huà)說(shuō)，凸輪軸移 相器的相對(duì)位置可直接影響內(nèi)部EGR，且因此可直接影響排氣NOx濃度。如上所述，EGR閥位置和凸輪軸移相器位置兩者可對(duì)應(yīng)于排氣NOx濃度。因此，排 氣NOx濃度可用于確定EGR閥(即，外部EGR系統(tǒng))和凸輪軸移相器中的一個(gè)是否出故障 (即，處于故障狀態(tài))。更具體地，NOx傳感器可測(cè)量排氣中NOx的量作為反饋，用于確定外 部EGR閥和凸輪軸移相器中的一個(gè)是否處于故障狀態(tài)。現(xiàn)參考圖1C，示出了 NOx傳感器在延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)的耐用度和精確度。更具體地， NOx傳感器在新傳感器(+/-5%)時(shí)以及老化經(jīng)過(guò)135英里(+/-5%)時(shí)具有相同的精確度。 因此，NO5J.感器可用于始終如一地并精確地確定外部EGR系統(tǒng)和凸輪軸移相器中的一個(gè)的 狀態(tài)。因此，呈現(xiàn)了測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx濃度的系統(tǒng)和方法。測(cè)量NOx濃度可 用于確定外部EGR系統(tǒng)和凸輪軸移相器中的一個(gè)是否出故障(即，處于故障狀態(tài))。在第一實(shí)施例中，所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法確定由NOx傳感器測(cè)量的NOx量的實(shí)際變化 與NOx量的預(yù)期變化之間的差。NOx量的預(yù)期變化可對(duì)應(yīng)于EGR閥和凸輪軸位置中一個(gè)的 位置變化。然后，該差可與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，以確定外部EGR系統(tǒng)和凸輪軸移相器中一個(gè) 的狀態(tài)。
在第二實(shí)施例中，所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法確定由NOx傳感器測(cè)量的實(shí)際NOx量與使用 預(yù)定NOx模型確定的估計(jì)NOx量之間的差。預(yù)定NOx模型可為EGR閥位置和凸輪軸位置中 至少一個(gè)的函數(shù)。然后，該差可與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，以確定外部EGR系統(tǒng)和凸輪軸移相器 中一個(gè)的狀態(tài)。現(xiàn)參考圖2，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12。發(fā)動(dòng)機(jī)12燃燒空氣/燃料(A/F)混 合物以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩?？諝馔ㄟ^(guò)入口 16抽吸到進(jìn)氣岐管14中。節(jié)氣門(mén)(未示出)可被包 括以調(diào)節(jié)進(jìn)入到進(jìn)氣岐管14中的空氣流。進(jìn)氣岐管14內(nèi)的空氣被分配到多個(gè)氣缸18中。 雖然示出了六個(gè)氣缸18，但是應(yīng)當(dāng)理解的是發(fā)動(dòng)機(jī)12可包括其它數(shù)量的氣缸。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的部件通信的控制模塊20。例如，部件可包 括本文所描述的發(fā)動(dòng)機(jī)12、傳感器和/或致動(dòng)器?？刂颇K20可實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)和方 法?？諝鈴娜肟?16通過(guò)空氣質(zhì)量流量(MAF)傳感器22傳送。MAF傳感器22產(chǎn)生表示 流經(jīng)MAF傳感器22的空氣流率的MAF信號(hào)。進(jìn)氣岐管絕對(duì)壓力(MAP)傳感器24布置在進(jìn) 氣岐管14中位于入口 16與發(fā)動(dòng)機(jī)12之間。MAP傳感器24產(chǎn)生表示進(jìn)氣岐管14中空氣壓 力的MAP信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(未示出)以發(fā)動(dòng)機(jī)速度或與發(fā)動(dòng)機(jī)速度成比例的速率旋轉(zhuǎn)。曲軸傳 感器26感測(cè)曲軸的位置并產(chǎn)生曲軸位置(CP)信號(hào)。CP信號(hào)可與曲軸的旋轉(zhuǎn)速度和氣缸事 件相關(guān)。僅作為示例，曲軸傳感器26可為可變磁阻傳感器。替代性地，可使用其它合適方 法來(lái)感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和氣缸事件。進(jìn)氣閥34選擇性地開(kāi)啟和關(guān)閉，以使得空氣進(jìn)入到氣缸18中。進(jìn)氣凸輪軸30調(diào) 節(jié)進(jìn)氣閥位置。進(jìn)氣凸輪軸移相器32控制進(jìn)氣凸輪軸30的位置。雖然示出了兩個(gè)凸輪軸 30、36 (即，雙頂置凸輪軸或D0HC)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可實(shí)施為一個(gè)凸輪軸(即，單頂置凸 輪軸或S0HC)。控制模塊20致動(dòng)燃料噴射器28以將燃料噴射到氣缸18中。活塞(未示出)壓 縮并燃燒氣缸18內(nèi)的A/F混合物。在做功沖程期間，活塞驅(qū)動(dòng)曲軸以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩。當(dāng)排 氣閥40處于開(kāi)啟位置時(shí)，源自于氣缸18中的燃燒的排氣被迫使通過(guò)排氣岐管42排出。排 氣凸輪軸36調(diào)節(jié)排氣閥位置。排氣凸輪軸移相器38控制排氣凸輪軸36的位置。排氣岐管壓力(EMP)傳感器44產(chǎn)生表示排氣岐管42中的壓力的EMP信號(hào)。排氣 處理系統(tǒng)46可處理排氣。僅作為示例，排氣處理系統(tǒng)46可包括催化轉(zhuǎn)化器、氧化催化劑 (OC)、選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)、NOxK收器、NOx吸附器以及顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器中的 至少一個(gè)。NOx傳感器48可產(chǎn)生表示排氣處理系統(tǒng)46下游的排氣中NOx的量的信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可包括外部EGR系統(tǒng)50。EGR系統(tǒng)50包括EGR閥52和EGR管路 54。EGR系統(tǒng)50可將排氣的一部分從排氣岐管42引入到進(jìn)氣岐管14中。EGR閥52可安 裝在進(jìn)氣岐管14上。EGR管路54可從排氣岐管42延伸到EGR閥52，從而在排氣岐管42 與EGR閥52之間提供連通。控制模塊20可致動(dòng)EGR閥52來(lái)增加或減少引入到進(jìn)氣岐管 14中的排氣的量?？刂颇K20可確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥52中一個(gè)的狀態(tài)。更具體地， 控制模塊20可確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥中的一個(gè)是否處于故障狀態(tài)?？刂颇K 20可基于NOx量的預(yù)定變化和預(yù)定NOx水平中的一個(gè)以及由NOx傳感器48測(cè)量的NOx量來(lái)
8確定凸輪軸移相器32、38或EGR閥是否處于故障狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)12還可包括渦輪增壓器56。渦輪增壓器56可由通過(guò)渦輪機(jī)入口所接收的 排氣來(lái)驅(qū)動(dòng)。僅作為示例，渦輪增壓器56可包括可變噴嘴渦輪機(jī)。渦輪增壓器56增加進(jìn) 入到進(jìn)氣岐管14中的空氣流以引起進(jìn)氣岐管壓力增大(S卩，增壓壓力)?？刂颇K20致動(dòng) 渦輪增壓器56以選擇性地限制排氣流，從而控制增壓壓力?，F(xiàn)參考圖3A，更詳細(xì)地描述了控制模塊20的示例性第一實(shí)施例60?？刂颇K60 可包括位置控制模塊62、NOx估計(jì)模塊64和診斷模塊66。位置控制模塊62可基于由NOx傳感器48生成的排氣中NOx測(cè)量量來(lái)改變凸輪軸 30,36和EGR閥52中一個(gè)的位置。例如，如果NOx測(cè)量量大于排放要求，那么位置控制模塊 62可增加EGR的量。更具體地，例如，位置控制模塊62可通過(guò)開(kāi)啟EGR閥52來(lái)增加外部 EGR，或位置控制模塊62可通過(guò)增加進(jìn)氣和排氣閥34、40之間的重疊來(lái)增加內(nèi)部EGR。替代 性地，位置控制模塊62可改變凸輪軸30、36和EGR閥52兩者的位置。例如，當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)操 作中需要高于預(yù)定閾值的EGR量時(shí)，可執(zhí)行凸輪軸30、36中一個(gè)的位置變化。NOx估計(jì)模塊64可確定由凸輪軸30、36和EGR閥52中一個(gè)的位置變化引起的NOx 量的預(yù)期(估計(jì))變化。更具體地，NOx估計(jì)模塊64可基于位置變化以及相應(yīng)于不同的位 置變化的多個(gè)NOx預(yù)定量來(lái)確定NOx量的估計(jì)變化。診斷模塊66從NOx估計(jì)模塊64接收估計(jì)NOx量。診斷模塊66基于預(yù)定閾值以及 NOx量的估計(jì)變化和NOx量的實(shí)際變化之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥52中 一個(gè)的狀態(tài)。更具體地，NOx量的實(shí)際變化是位置變化之前的NOx量與位置變化之后的NOx 量之間的差，所述位置變化前后的NOx量均由NOx傳感器48來(lái)測(cè)量。當(dāng)所確定的差(在NOx量的估計(jì)變化和NOx量的實(shí)際變化之間)小于預(yù)定閾值時(shí)， 診斷模塊66可確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥52中的一個(gè)處于故障狀態(tài)。換句話(huà)說(shuō)，由 于凸輪軸30、36和EGR閥中的一個(gè)被阻塞或被限制不能充分移動(dòng)，NOx量的變化小于預(yù)期。現(xiàn)參考圖3B，在步驟70開(kāi)始用于確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥52中一個(gè)的 狀態(tài)的第一方法。在步驟72，控制模塊20確定發(fā)動(dòng)機(jī)12是否在運(yùn)行。如果是，那么控制過(guò) 程可推進(jìn)到步驟74。如果否，那么控制過(guò)程可返回到步驟72。在步驟74，控制模塊20可基于由NOx傳感器48生成的NOx測(cè)量量來(lái)改變凸輪軸 30、36和EGR閥52中一個(gè)的位置。在步驟76，控制模塊20可基于凸輪軸30、36和EGR閥52中一個(gè)的位置變化來(lái)估
計(jì)NOx量的變化。在步驟78，控制模塊20可確定NOx量的估計(jì)變化與NOx量的實(shí)際變化之間的差。 NOx量的實(shí)際變化可為在凸輪軸30、36和EGR閥52中一個(gè)的位置變化之前和之后由NOx傳 感器48測(cè)量的NOx量之間的差。在步驟80，控制模塊基于所確定的差和預(yù)定閾值來(lái)確定凸輪軸移相器32、38和 EGR閥52中的一個(gè)是否處于故障狀態(tài)。更具體地，控制模塊20可確定所確定的差是否小于 預(yù)定閾值。如果是，那么控制過(guò)程可返回到步驟72。如果否，控制過(guò)程可推進(jìn)到步驟82。在步驟82，控制模塊20可確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥52中的一個(gè)處于故 障狀態(tài)。因此，控制模塊20可產(chǎn)生故障信號(hào)或產(chǎn)生錯(cuò)誤標(biāo)記。于是，控制過(guò)程可在步驟84 結(jié)束。
現(xiàn)參考圖4A，更詳細(xì)地示出了控制模塊20的示例性第二實(shí)施例100?？刂颇K 100可包括EGR控制模塊102和診斷模塊104。NOx估計(jì)模塊102可基于預(yù)定模型以及凸輪軸30、36和EGR閥52中一個(gè)的位置來(lái) 估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOx的量。換句話(huà)說(shuō)，預(yù)定模型可為凸輪軸移相器32、38中至 少一個(gè)的位置的函數(shù)。例如，當(dāng)EGR閥52的開(kāi)度增加或進(jìn)氣和排氣閥34、40之間的重疊增 加時(shí)，估計(jì)NOx量可增加。診斷模塊104從NOx估計(jì)模塊102接收估計(jì)NOx量。診斷模塊104基于預(yù)定閾值 以及估計(jì)NOx量與由NOx傳感器48測(cè)量的實(shí)際NOx量之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器32、38 和EGR閥52中一個(gè)的狀態(tài)。當(dāng)所確定的差(在估計(jì)NOx量與實(shí)際NOx量之間)大于預(yù)定閾值時(shí)，診斷模塊104 可確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥52中的一個(gè)處于故障狀態(tài)。換句話(huà)說(shuō)，由于凸輪軸 30,36和EGR閥中的一個(gè)被阻塞或被限制不能充分移動(dòng)，NOx估計(jì)量大于預(yù)期。現(xiàn)參考圖4B，在步驟110開(kāi)始用于確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥52中一個(gè)的 狀態(tài)的第二方法。在步驟112，控制模塊20確定發(fā)動(dòng)機(jī)12是否在運(yùn)行。如果是，那么控制 過(guò)程可推進(jìn)到步驟114。如果否，那么控制過(guò)程可返回至步驟112。在步驟114，控制模塊20可基于凸輪軸30、36和EGR閥52中一個(gè)的位置以及預(yù)定 模型來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)12所產(chǎn)生的排氣中NOx的量。在步驟116，控制模塊20可確定估計(jì)NOx量與由NOx傳感器48測(cè)量的實(shí)際NOx量 之間的差。在步驟118，控制模塊20可確定所確定的差(S卩，絕對(duì)值)是否大于預(yù)定閾值。如 果否，那么控制過(guò)程可返回至步驟112。如果是，那么控制過(guò)程可推進(jìn)到步驟120。在步驟120，控制模塊20可確定凸輪軸移相器32、38和EGR閥52中的一個(gè)處于 故障狀態(tài)。因此，控制模塊20可產(chǎn)生故障信號(hào)或產(chǎn)生錯(cuò)誤標(biāo)記。于是，控制過(guò)程可在步驟 122結(jié)束。本發(fā)明的廣泛教導(dǎo)可以以多種形式實(shí)施。因此，雖然本發(fā)明包括特定的示例，由于 當(dāng)研究附圖、說(shuō)明書(shū)和以下權(quán)利要求書(shū)時(shí)，其它修改對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，所以 本發(fā)明的真實(shí)范圍并不如此限制。
權(quán)利要求
一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括位置控制模塊，所述位置控制模塊基于發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中第一氮氧化物(NOX)水平來(lái)改變凸輪軸移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置；NOX估計(jì)模塊，所述NOX估計(jì)模塊估計(jì)在凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的位置變化之后預(yù)定時(shí)段內(nèi)排氣中NOX的量，其中估計(jì)NOX量基于與凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的多個(gè)位置變化相對(duì)應(yīng)的多個(gè)預(yù)定NOX量；和診斷模塊，所述診斷模塊基于預(yù)定閾值以及估計(jì)NOX量與第二NOX水平之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)，其中第一和第二NOX水平使用NOX傳感器來(lái)測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述差小于預(yù)定閾值時(shí)，診斷模塊確定 凸輪軸移相器和EGR閥中的至少一個(gè)處于故障狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括EGR管路，所述EGR管路將發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管；和EGR閥，所述EGR閥控制被引入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管中的再循環(huán)排氣的量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括N0X傳感器，所述N0X傳感器測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中N0X的量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，凸輪軸移相器的所述位置對(duì)應(yīng)于相應(yīng)氣 缸的進(jìn)氣閥和排氣閥兩者都處于第一狀態(tài)的時(shí)段，且其中所述時(shí)段對(duì)應(yīng)于內(nèi)部EGR的量。
6.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括氮氧化物(N0X)估計(jì)模塊，所述N0X估計(jì)模塊基于凸輪軸移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥 中至少一個(gè)的位置的預(yù)定函數(shù)來(lái)估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中N0X的量；和診斷模塊，所述診斷模塊基于預(yù)定閾值以及估計(jì)N0X量與由NOJ.感器測(cè)量的排氣中實(shí) 際N0X量之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述差小于預(yù)定閾值時(shí)，診斷模塊確定 凸輪軸移相器和EGR閥中的至少一個(gè)處于故障狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括EGR管路，所述EGR管路將發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管；和EGR閥，所述EGR閥控制被引入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣岐管中的再循環(huán)排氣的量。
9.一種方法，包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中第一氮氧化物(N0X)水平來(lái)改變凸輪軸移相器和排氣再循 環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置；估計(jì)在凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的位置變化之后預(yù)定時(shí)段內(nèi)排氣中N0X的 量，其中估計(jì)N0X量基于與凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的多個(gè)位置變化相對(duì)應(yīng)的多 個(gè)預(yù)定而)(量；以及基于預(yù)定閾值以及估計(jì)N0X量與第二 N0X水平之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥 中至少一個(gè)的狀態(tài)，其中第一和第二 N0X水平使用N0X傳感器來(lái)測(cè)量。
10.一種方法，包括基于凸輪軸移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置的預(yù)定函數(shù)來(lái)估計(jì)發(fā)動(dòng) 機(jī)所產(chǎn)生的排氣中N0X的量；以及基于預(yù)定閾值以及估計(jì)N0X量與由N0X傳感器測(cè)量的排氣中實(shí)際N0X量之間的差來(lái)確 定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用氮氧化物傳感器的診斷系統(tǒng)和方法。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括氮氧化物(NOX)估計(jì)模塊和診斷模塊。NOX估計(jì)模塊基于凸輪軸移相器和排氣再循環(huán)(EGR)閥中至少一個(gè)的位置的預(yù)定函數(shù)來(lái)估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的排氣中NOX的量。診斷模塊基于預(yù)定閾值以及估計(jì)NOX量與由NOX傳感器測(cè)量的排氣中實(shí)際NOX量之間的差來(lái)確定凸輪軸移相器和EGR閥中至少一個(gè)的狀態(tài)。
文檔編號(hào)F02D41/22GK101994588SQ20101026732
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者J·D·考吉爾, S·A·杜格拉斯 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司