屬于車載診斷系統(tǒng)技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

氧傳感器用在排放控制系統(tǒng)中以維持發(fā)動機的空燃比為理論空燃比。氧傳感器測量發(fā)動機排放中的氧含量，并參照大氣中氧濃度確定排氣中的氧濃度。如果排氣中的氧濃度與大氣中的氧濃度存在差別時，氧傳感器將會產(chǎn)生一個信號輸出。

傳統(tǒng)氧傳感器的不足之處是只能感知混合氣是濃還是稀，無法分辨混合氣濃或稀的程度。當空燃比在理論空燃比附近波動時，氧傳感器電壓會高低跳變。在低排放應用領域，寬域氧傳感器(UEGO)傳感器由于成本價格大幅降低而得到了廣泛應用，寬域氧傳感器和傳統(tǒng)氧傳感器的濃稀跳變特性不同，寬域氧傳感器不但能檢測出排氣的氧濃度的高低，同時也能夠正確檢測出實際的空燃比，從而可以通過λ閉環(huán)控制進一步降低排放。

經(jīng)過一段時間的使用，寬域氧傳感器可能會因為被重復加熱和冷卻或者氧傳感器中的碳被燃料添加劑氧化而導致寬域氧傳感器輸出響應遲滯的現(xiàn)象，這是氧傳感器老化的表現(xiàn)。

寬域氧傳感器通常安裝在催化器上游，在世界各國車載診斷系統(tǒng)(OBD)相關的法規(guī)中，催化器上游氧傳感器的老化檢測內(nèi)容無一例外的被列為強制要求，屬于OBD法規(guī)規(guī)定要檢測的部件。

傳統(tǒng)兩點式氧傳感器輸出信號在λ閉環(huán)控制作用下通常呈現(xiàn)出濃稀動態(tài)變化特性，利用這個特性可以診斷出其輸出信號是否發(fā)生響應遲滯老化。與兩點式氧傳感器不同的是，寬域氧傳感器由于可以精確輸出空燃比信號，所以不會呈現(xiàn)出濃稀動態(tài)變化特性，這給寬域氧傳感器的老化診斷帶來了困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對寬域氧傳感器老化診斷的困難，提供了一種寬域氧傳感器老化監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括ECU控制器、寬域氧傳感器智能驅(qū)動芯片和寬域氧傳感器；

寬域氧傳感器用于向ECU提供當前排氣管中空氣的氧濃度信號。

寬域氧傳感器智能驅(qū)動芯片負責寬域氧傳感器的空氣的氧濃度信號采集處理，轉(zhuǎn)換為過量空氣系數(shù)λ，并且負責寬域氧傳感器的加熱，以使氧傳感器盡快進入正常工作溫度。

ECU控制器根據(jù)當前寬域氧傳感器采集值，通過控制進氣量、噴油量、噴油和點火時刻對發(fā)動機汽缸內(nèi)空燃比和λ進行調(diào)節(jié)。

車用寬域氧傳感器老化故障診斷方法：

前提條件：要求寬域氧傳感器不存在短路斷路等電氣類故障，負荷、轉(zhuǎn)速變化不大(+/-5％范圍內(nèi))，系統(tǒng)λ閉環(huán)控制介入前提下才能進行寬域氧傳感器的老化診斷，否則診斷結(jié)果不可信。

1)當ECU控制器正在對發(fā)動機進行λ閉環(huán)控制，且要求發(fā)動機負荷和轉(zhuǎn)速變化量在±5％范圍內(nèi)時，在寬域氧傳感器的期望λ的基礎上，通過ECU控制器控制進氣閥和噴油器，使寬域氧傳感器的λ采集值信號波動中疊加一個方波，對期望λ進行強制振蕩，從寬域氧傳感器采集的λ信號會圍繞恒定的期望值進行振蕩；

2)ECU控制器根據(jù)λ閉環(huán)噴油修正乘法因子反推λ參考模型值，λ參考模型值由λ閉環(huán)噴油修正乘法因子經(jīng)過一個二階延時和低通濾波得到，λ閉環(huán)噴油修正乘法因子是從寬域氧傳感器采集的λ值與λ期望的理論值的偏差，該因子為λ閉環(huán)控制輸出，可直接采集獲得；

3)ECU控制器比較從寬域氧傳感器實際采集的λ值和λ參考模型值，分別計算兩者在強制振蕩上升沿處的最大斜率和下降沿處的最小斜率，并且分別相除兩者的最大斜率和最小斜率，從中取最小值作為實際采集的λ值和λ參考模型值斜率最小比值；

4)ECU控制器判斷：如果這個比值小于老化限值，則說明寬域氧傳感器響應遲滯，存在老化故障；否則寬域氧傳感器工作狀態(tài)正常，不存在老化故障。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明克服了寬域氧傳感器不會呈現(xiàn)出濃稀動態(tài)變化特性，而給寬域氧傳感器的老化診斷帶來的困難，實現(xiàn)了寬域氧傳感器的老化監(jiān)控及診斷。

附圖說明

圖1寬域氧傳感器老化監(jiān)控系統(tǒng)示意圖；

圖2發(fā)動機混合氣濃稀控制方法中λ閉環(huán)噴油修正乘法因子和λ采集值的關系，虛線為從寬域氧傳感器采集的λ值，實線為λ閉環(huán)噴油修正乘法因子；

圖3寬域氧傳感器老化故障診斷的算法；

圖4λ強制振蕩情況下的λ采集信號和模型信號。粗實線為λ強制振蕩設定值，細實線為λ模型輸出信號，虛線為λ采集信號。

具體實施方式

下面以實施例的形式對本發(fā)明技術(shù)方案做進一步解釋和說明。

寬域氧傳感器老化監(jiān)控系統(tǒng)如附圖1所示，

主要包括ECU控制器、寬域氧傳感器智能驅(qū)動芯片和寬域氧傳感器；

其中，寬域氧傳感器用于向ECU提供當前排氣管中空氣濃稀信號，通常使用過量空氣系數(shù)λ進行表征；

寬域氧傳感器智能驅(qū)動芯片負責寬域氧傳感器的λ信號采集處理和寬域氧傳感器的加熱，加熱可以使氧傳感器盡快進入正常工作溫度，不同類型寬域氧傳感器的正常工作溫度有差異，通常在400℃以上，技術(shù)人員可根據(jù)實際所使用的寬域氧傳感器調(diào)整加熱溫度。

ECU控制器根據(jù)當前寬域氧傳感器采集值，通過控制進氣量、噴油量、噴油和點火時刻對發(fā)動機汽缸內(nèi)空燃比和λ進行調(diào)節(jié)，并根據(jù)寬域氧傳感器智能驅(qū)動芯片完成監(jiān)控數(shù)據(jù)的處理。

此外，進氣溫度壓力傳感器用于向ECU控制器提供當前進氣溫度和壓力，節(jié)氣門通過ECU控制器控制進氣量。

噴油器通過ECU控制器發(fā)出噴射油量和噴油時刻命令。

火花塞通過ECU控制器發(fā)出發(fā)動機氣缸內(nèi)油氣混合氣點燃時刻命令；進排氣閥則用于控制進排氣時刻。

車用寬域氧傳感器老化故障診斷方法：

前提條件：要求寬域氧傳感器不存在短路斷路等電氣類故障，負荷、轉(zhuǎn)速變化不大(+/-5％范圍內(nèi))，系統(tǒng)λ閉環(huán)控制介入前提下才能進行寬域氧傳感器的老化診斷，否則診斷結(jié)果不可信。

1)當ECU控制器正在對發(fā)動機進行λ閉環(huán)控制，且發(fā)動機負荷和轉(zhuǎn)速的變化量在±5％范圍內(nèi)時，在寬域氧傳感器的期望λ的基礎上，通過ECU控制器控制進氣閥和噴油器，使寬域氧傳感器的λ采集值信號波動中疊加一個方波，對期望λ進行強制振蕩，從寬域氧傳感器采集的λ信號會圍繞恒定的期望值進行振蕩；

本實施例中催化器類型為三元催化轉(zhuǎn)化裝置，要求期望的λ＝1，以保護三元催化裝置，此時對廢氣的綜合轉(zhuǎn)化效率為最高，因此期望的＝1，其他催化器則根據(jù)自身特性，即最高轉(zhuǎn)化效率確定期望的λ。

方波的幅值由空氣流量決定，空氣流量越大，則方波幅值越大，方波幅值為固定值(參考值0.03)，周期則可以選擇固定值(參考值1s)。

2)ECU控制器根據(jù)λ閉環(huán)噴油修正乘法因子反推λ參考模型值，λ參考模型值由λ閉環(huán)噴油修正乘法因子經(jīng)過一個二階延時環(huán)節(jié)和低通濾波得到，λ閉環(huán)噴油修正乘法因子是從寬域氧傳感器采集的λ與期望λ的理論值的偏差。

圖2所示為計算λ閉環(huán)噴油修正乘法因子和實際λ值的關系。二階延時環(huán)節(jié)的時間常數(shù)和發(fā)動機的負荷、轉(zhuǎn)速和溫度有關，不同發(fā)動機特性導致的延時也不同。延時主要考慮的是廢氣在排氣管中流動到氧傳感器采集點所需要的時間和氧傳感器自身響應的延時。

其中二階延時環(huán)節(jié)的時間常數(shù)應當根據(jù)不同發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況(包括負荷和轉(zhuǎn)速)時的階躍響應加以確定，時間常數(shù)的確定過程分三步實現(xiàn)，具體步驟如下：首先在不同發(fā)動機負荷和轉(zhuǎn)速以及同樣的發(fā)動機溫度下調(diào)整λ期望值，其幅值和疊加的振蕩方波幅值一致，觀察二階延時環(huán)節(jié)響應，通過調(diào)整二階延時環(huán)節(jié)時間常數(shù)輸入，和實際λ進行比較，如果延時期間的二階環(huán)節(jié)λ輸出值低于階躍幅值20％，則認為可以接受，并以當前設置的二階延時環(huán)節(jié)的時間常數(shù)作為當前發(fā)動機負荷、轉(zhuǎn)速和溫度下的二階延時基礎量；第二步，在同樣的溫度下，重復上述工作，在其他發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷下獲取對應工況的二階延時基礎量，并做成三維圖表，其中z軸為二階延時基礎量，發(fā)動機負荷、轉(zhuǎn)速分別為x軸和y軸(負荷坐標可以采用0,25,35,45,55,65,75,80，單位：％；轉(zhuǎn)速坐標可以采用800,1000,1400,2000,3000,4000,5000，單位：轉(zhuǎn)/分)；第三步，確定發(fā)動機溫度影響的乘法修正因子，其趨勢為溫度越高，修正因子越小，做成二維圖表，其中x軸為溫度值，y軸為乘法修正因子(溫度參考值為0.0,18.0,36.0,54.0,72.0,90.0，對應的修正因子參考值為1,1,1,0.99,0.99,0.97)。最后根據(jù)實際工況經(jīng)過查表獲得二階延時基礎量并經(jīng)過乘法修正因子修正后即可得到最終的二階延時環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。

低通濾波主要用于排除氧傳感器信號的瞬時異常波動，時間常數(shù)(推薦值：50ms)的設定主要依據(jù)氧傳感器信號異常波動持續(xù)時間，以把異常波動排除且不影響正常信號采集為宜。

3)ECU控制器比較從寬域氧傳感器實際采集的λ值和λ參考模型值，分別計算兩者在強制振蕩上升沿處的最大斜率和下降沿處的最小斜率，并且分別相除兩者的最大斜率和最小斜率，從中取最小值作為實際采集的λ值和λ參考模型值斜率最小比值；

如圖4所示，在λ強制振蕩情況下，λ采集信號和λ模型信號呈現(xiàn)出振蕩的特性，但是λ模型信號作為參照比較恒定，斜率也固定；無故障的寬域氧傳感器采集的λ信號和λ模型信號應當一致，然而隨著傳感器的老化，采集的λ輸出信號響應遲滯，斜率也會發(fā)生變化，逐漸偏離參考值，由此可將其作為傳感器老化的判斷依據(jù)。

4)ECU控制器判斷：如果這個比值小于老化限值，則說明寬域氧傳感器響應遲滯，存在老化故障；否則寬域氧傳感器工作狀態(tài)正常，不存在老化故障。