催化剂储氧能力调节系统和方法.pdf

本发明涉及催化剂储氧能力调节系统和方法，具体地，一种用于车辆的系统包括储氧能力（OSC）确定模块、延迟确定模块、校正模块和故障检测模块。所述OSC确定模块基于使用分别位于催化剂的上游和下游的第一氧传感器和第二氧传感器测量的氧的第一量和第二量来确定排气系统的催化剂的OSC时段。所述延迟确定模块确定所述第二氧传感器的延迟时段。所述校正模块基于所述OSC时段和所述延迟时段之间的差来设定所述催化剂的校正的OSC时段。所述故障检测模块基于所述校正的OSC时段选择性地指示在所述催化剂中存在故障。

权利要求书一种用于车辆的系统，其包括：
储氧能力（OSC）确定模块，所述OSC确定模块基于使用分别位于催化剂的上游和下游的第一氧传感器和第二氧传感器测量的氧的第一量和第二量来确定排气系统的催化剂的OSC时段；
确定所述第二氧传感器的延迟时段的延迟确定模块；
基于所述OSC时段和所述延迟时段之间的差来设定所述催化剂的校正的OSC时段的校正模块；以及
基于所述校正的OSC时段选择性地指示在所述催化剂中存在故障的故障检测模块。
 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述校正模块将所述校正的OSC时段设定为所述OSC时段减去所述延迟时段。
 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其还包括：
燃料控制模块，所述燃料控制模块选择性地指示发动机的供料从富燃料状态转变到贫燃料状态；
上游氧监测模块，所述上游氧监测模块确定当指令所述转变时的第一时刻与当所述氧的第一量超过第一预定值时的第二时刻之间的第一时段；以及
下游氧监测模块，所述下游氧监测模块确定所述第一时刻与所述氧的第二量超过第二预定值时的第三时刻之间的第二时段，
其中，所述OSC确定模块基于所述第一时段和所述第二时段确定所述催化剂的所述OSC时段。
 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述OSC确定模块将所述OSC时段设定为所述第一时段和所述第二时段之间的差。
 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，其还包括：
面积确定模块，所述面积确定模块监测所述第二量，并且所述面积确定模块确定由所述第二量在所述第一时刻与当所述第二量超过第三预定值时的第四时刻之间形成的曲线下方的面积；以及
面积滤波模块，所述面积滤波模块使用所述面积、来自从所述富燃料状态到所述贫燃料状态的N个先前转变的面积的N个先前值以及滤波器产生滤波面积，
其中，所述延迟确定模块基于所述面积和所述滤波面积中之一来确定所述延迟时段。
 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述延迟确定模块还基于由面积索引的延迟时段的映射来确定所述延迟时段。
 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述延迟确定模块根据所述面积和所述滤波面积中之一来确定所述延迟时段。
 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述滤波器是指数加权移动平均滤波器。
 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，其还包括：传感器故障检测模块，所述传感器故障检测模块基于所述面积和所述滤波面积中之一来选择性地指示在所述第二氧传感器中存在故障。
 一种用于车辆的方法，其包括：
基于使用分别位于催化剂的上游和下游的第一氧传感器和第二氧传感器测量的氧的第一量和第二量来确定排气系统的催化剂的储氧能力（OSC）时段；
确定所述第二氧传感器的延迟时段；
基于所述OSC时段和所述延迟时段之间的差来设定所述催化剂的校正的OSC时段；以及
基于所述校正的OSC时段选择性地指示在所述催化剂中存在故障。

说明书催化剂储氧能力调节系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃发动机，且更具体地涉及内燃发动机的储氧催化剂。
背景技术
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。当前所署名发明人的在本背景技术部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申请时可能不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
内燃发动机燃烧气缸内的空气和燃料混合物以驱动活塞，从而产生驱动扭矩。流入发动机的空气经由节气门进行调节。更具体地说，节气门调节节气门面积，以增加或减少进入发动机的空气流。当节气门面积增大时，进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调节为给气缸提供期望的空气/燃料混合物和/或实现期望的扭矩输出而被注入的燃料的速率。增加提供给气缸的空气和燃料的量增大发动机的扭矩输出。
在火花点火式发动机中，火花使提供到气缸的空气/燃料混合物开始燃烧。在压缩点火式发动机中，气缸内的压缩将提供到气缸的空气/燃料混合物点燃。火花正时和空气流可以是用于调节火花点火式发动机的扭矩输出的主要机制，而燃料流可以是用于调节压缩点火式发动机的主要机制。
已经开发出发动机控制系统来控制发动机输出扭矩，以实现期望的扭矩。然而，传统的发动机控制系统不能如所期望的那样精确地控制发动机输出扭矩。此外，传统的发动机控制系统不能提供对控制信号的快速响应或者不能在影响发动机输出扭矩的各个装置之间协调发动机扭矩控制。
发明内容
一种用于车辆的系统包括储氧能力（OSC）确定模块、延迟确定模块、校正模块和故障检测模块。所述OSC确定模块基于使用分别位于催化剂的上游和下游的第一氧传感器和第二氧传感器测量的氧的第一量和第二量来确定排气系统的催化剂的OSC时段。所述延迟确定模块确定所述第二氧传感器的延迟时段。所述校正模块基于所述OSC时段和所述延迟时段之间的差来设定所述催化剂的校正的OSC时段。所述故障检测模块基于所述校正的OSC时段选择性地指示在所述催化剂中存在故障。
一种用于车辆的方法包括：基于使用分别位于催化剂的上游和下游的第一氧传感器和第二氧传感器测量的氧的第一量和第二量来确定排气系统的催化剂的储氧能力（OSC）时段；确定所述第二氧传感器的延迟时段；基于所述OSC时段和所述延迟时段之间的差来设定所述催化剂的校正的OSC时段；以及基于所述校正的OSC时段选择性地指示在所述催化剂中存在故障。
本发明还提供如下方案：
1、一种用于车辆的系统，其包括：
储氧能力（OSC）确定模块，所述OSC确定模块基于使用分别位于催化剂的上游和下游的第一氧传感器和第二氧传感器测量的氧的第一量和第二量来确定排气系统的催化剂的OSC时段；
确定所述第二氧传感器的延迟时段的延迟确定模块；
基于所述OSC时段和所述延迟时段之间的差来设定所述催化剂的校正的OSC时段的校正模块；以及
基于所述校正的OSC时段选择性地指示在所述催化剂中存在故障的故障检测模块。
2、根据方案1所述的系统，其特征在于，所述校正模块将所述校正的OSC时段设定为所述OSC时段减去所述延迟时段。
3、根据方案1所述的系统，其特征在于，其还包括：
燃料控制模块，所述燃料控制模块选择性地指示发动机的供料从富燃料状态转变到贫燃料状态；
上游氧监测模块，所述上游氧监测模块确定当指令所述转变时的第一时刻与当所述氧的第一量超过第一预定值时的第二时刻之间的第一时段；以及
下游氧监测模块，所述下游氧监测模块确定所述第一时刻与所述氧的第二量超过第二预定值时的第三时刻之间的第二时段，
其中，所述OSC确定模块基于所述第一时段和所述第二时段确定所述催化剂的所述OSC时段。
4、根据方案3所述的系统，其特征在于，所述OSC确定模块将所述OSC时段设定为所述第一时段和所述第二时段之间的差。
5、根据方案3所述的系统，其特征在于，其还包括：
面积确定模块，所述面积确定模块监测所述第二量，并且所述面积确定模块确定由所述第二量在所述第一时刻与当所述第二量超过第三预定值时的第四时刻之间形成的曲线下方的面积；以及
面积滤波模块，所述面积滤波模块使用所述面积、来自从所述富燃料状态到所述贫燃料状态的N个先前转变的面积的N个先前值以及滤波器产生滤波面积，
其中，所述延迟确定模块基于所述面积和所述滤波面积中之一来确定所述延迟时段。
6、根据方案5所述的系统，其特征在于，所述延迟确定模块还基于由面积索引的延迟时段的映射来确定所述延迟时段。
7、根据方案5所述的系统，其特征在于，所述延迟确定模块根据所述面积和所述滤波面积中之一来确定所述延迟时段。
8、根据方案5所述的系统，其特征在于，所述滤波器是指数加权移动平均滤波器。
9、根据方案5所述的系统，其特征在于，其还包括：传感器故障检测模块，所述传感器故障检测模块基于所述面积和所述滤波面积中之一来选择性地指示在所述第二氧传感器中存在故障。
10、根据方案1所述的系统，其特征在于，其还包括：故障监测模块，所述故障监测模块监测所述故障检测模块的所述指示，并响应于所述故障检测模块指示在所述催化剂中存在所述故障来选择性地激活指示器灯。
11、一种用于车辆的方法，其包括：
基于使用分别位于催化剂的上游和下游的第一氧传感器和第二氧传感器测量的氧的第一量和第二量来确定排气系统的催化剂的储氧能力（OSC）时段；
确定所述第二氧传感器的延迟时段；
基于所述OSC时段和所述延迟时段之间的差来设定所述催化剂的校正的OSC时段；以及
基于所述校正的OSC时段选择性地指示在所述催化剂中存在故障。
12、根据方案11所述的方法，其特征在于，其还包括：将所述校正的OSC时段设定为所述OSC时段减去所述延迟时段。
13、根据方案11所述的方法，其特征在于，其还包括：
选择性地指示发动机的供料从富燃料状态转变到贫燃料状态；
确定当指令所述转变时的第一时刻与当所述氧的第一量超过第一预定值时的第二时刻之间的第一时段；以及
确定所述第一时刻与所述氧的第二量超过第二预定值时的第三时刻之间的第二时段；以及
基于所述第一时段和所述第二时段确定所述催化剂的所述OSC时段。
14、根据方案13所述的方法，其特征在于，将所述OSC时段设定为所述第一时段和所述第二时段之间的差。
15、根据方案13所述的方法，其特征在于，其还包括：
监测所述第二量；
确定由所述第二量在所述第一时刻与当所述第二量超过第三预定值时的第四时刻之间形成的曲线下方的面积；
使用所述面积、来自从所述富燃料状态到所述贫燃料状态的N个先前转变的面积的N个先前值以及滤波器产生滤波面积；以及
基于所述面积和所述滤波面积中之一来确定所述延迟时段。
16、根据方案15所述的方法，其特征在于，其还包括：还基于由面积索引的延迟时段的映射来确定所述延迟时段。
17、根据方案15所述的方法，其特征在于，其还包括：根据所述面积和所述滤波面积中之一来确定所述延迟时段。
18、根据方案15所述的方法，其特征在于，所述滤波器是指数加权移动平均滤波器。
19、根据方案15所述的方法，其特征在于，其还包括：基于所述面积和所述滤波面积中之一来选择性地指示在所述第二氧传感器中存在故障。
20、根据方案11所述的方法，其特征在于，其还包括：响应于在所述催化剂中存在所述故障的指示选择性地激活指示器灯。
本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，附图中：
图1是根据本发明的示例发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的示例发动机控制系统的功能框图；
图3是根据本发明的示例催化剂监测系统的功能框图；
图4是根据本发明的示例下游氧传感器监测系统的功能框图；
图5是描绘出根据本发明的基于下游氧传感器的延迟时段来校正催化剂的储氧能力时段的示例方法的流程图；以及
图6是描绘出根据本发明的确定下游氧传感器的延迟时段的示例方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为是指使用非排他逻辑或的逻辑（A或B或C）。应当理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。
如这里所使用的，术语模块可以指或包括：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共用的、专用的、或成组的）；提供所描述功能的其它适合部件；或上述的一些或全部的组合，例如以芯片上系统的形式，或者可以是上述的一部分。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共用的、专用的、或成组的）。
如上面所使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并可以指程序、例程、函数、类和/或对象。如上面所使用的，术语共用意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共用的）处理器来执行。另外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共用的）存储器存储。如上面所使用的，术语成组意味着来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器或一组执行引擎来执行。例如，处理器的多个芯和/或多个线程可以被视为执行引擎。在各种实施方式中，执行引擎可以跨处理器、跨多个处理器以及跨多个位置的处理器例如并行处理布置的多个服务器而成组。另外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器存储。
这里描述的装置和方法可以由通过一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来执行。计算机程序包括存储在非瞬时的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储的数据。非瞬时的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。
车辆的发动机将排气输出到催化剂。催化剂与排气的一种或多种组分反应。当排气相对于化学计量是富氧（贫燃料）时，催化剂可以储存排气中的氧。然而，催化剂储存氧的能力随时间而衰退。
第一氧传感器位于催化剂的上游。第二氧传感器位于催化剂的下游。发动机控制模块（ECM）控制发动机的操作。例如，ECM控制发动机的供料。在一些情况下，ECM可以控制发动机的供料，以从富燃料状态转变为贫燃料状态。例如，ECM可以将发动机的供料从富燃料转变为贫燃料，以确定在第二氧传感器中是否存在故障和/或确定在催化剂中是否存在故障。
ECM基于使用第二氧传感器在第一时刻和第二时刻之间测量的氧的量来确定在第二氧传感器中是否存在故障。第一时刻可以是在操作期间在从富燃料状态转变为贫燃料状态之前处于富燃料状态的时刻。第二时刻可以是当由第二氧传感器测量的氧的量超过预定值时的时刻。ECM可以确定由第一时刻和第二时刻之间的氧的量形成的曲线下方的面积。ECM可以向此面积应用滤波器，以生成滤波面积。ECM可以基于所述面积和滤波面积中之一来确定在第二氧传感器中是否存在故障。
ECM基于在从富燃料状态转变为贫燃料状态之后催化剂储存氧的时段来确定在催化剂中是否存在故障。此时段可以称作催化剂的储氧能力（OSC）时段。ECM基于当由第一氧传感器测量的氧的量超过预定值时的第三时刻和当由第二氧传感器测量的氧的量超过预定值时的第四时刻之间的时段来确定催化剂的OSC时段。仅举例，当OSC时段大于预定时段时，ECM可以确定在催化剂中存在故障。
然而，与第二氧传感器相关联的延迟会延迟由第二氧传感器测量的氧的量超过预定值的时刻（第四时刻）。被延迟的第四时刻导致OSC时段延长。与第二氧传感器的延迟相关联的OSC时段的增大会导致OSC时段大于预定时段。因此，第二氧传感器的延迟会妨碍ECM识别催化剂中的故障。
本发明的ECM根据面积和滤波面积中之一来确定第二氧传感器的延迟时段。本发明的ECM基于第二氧传感器的延迟时段校正催化剂的OSC时段。更具体地，ECM基于为催化剂确定的OSC时段和第二氧传感器的延迟时段之间的差来确定催化剂的校正的OSC时段。ECM基于校正的OSC时段来确定在催化剂中是否存在故障。
现在参照图1，给出了示例发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物，从而产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节气门112被吸入到进气歧管110中。仅举例，节气门112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块（ECM）114控制节气门致动器模块116，节气门致动器模块116调节节气门112的开度，以控制吸入到进气歧管110中的空气的量。
来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的气缸中。尽管发动机102可以包括多个气缸，但为了示例目的，示出单个代表性气缸118。仅举例，发动机102可以包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或其它适当数量的气缸。ECM 114可以指令气缸致动器模块120来选择性地停用某些气缸，这在某些发动机运行条件下可改进燃料经济性。
发动机102可使用四冲程气缸循环来运行。下面描述的四个冲程将被称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴（未示出）的每一次旋转期间，在气缸118内发生所述四个冲程中的两个。因此，对于气缸118来说为了经历全部四个冲程两次曲轴旋转是必要的。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入到气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料喷射，以实现期望的空气/燃料比。在中心位置处或在多个位置处，例如靠近每个气缸的进气门122，可将燃料喷入进气歧管110中。在各种实施方式（未示出）中，可将燃料直接喷入气缸中或喷入与气缸相关联的混合室中。燃料致动器模块124可使燃料暂停喷入到被停用的气缸。
所喷射的燃料与空气混合并在气缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞（未示出）压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火式发动机，在这种情况下，气缸118内的压缩点燃空气/燃料混合物。或者，发动机102可以是火花点火式发动机，在这种情况下，基于来自ECM 114的信号，火花致动器模块126激发气缸118中的火花塞128，从而点燃空气/燃料混合物。火花的正时可被指定成与活塞处于其最上部位置的时刻相关，所述活塞的最上部位置被称为上止点（TDC）。
火花致动器模块126可由指示在TDC之前或之后多远来产生火花的正时信号来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴角同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可暂停向被停用的气缸提供火花。
产生火花可被称为点火事件。火花致动器模块126可具有为每次点火事件改变火花正时的能力。此外，火花致动器模块126可以甚至在火花正时在最后的点火事件和下一个火事件之间变化时改变下一个点火事件的火花正时。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，由此驱动曲轴。燃烧冲程可被限定为在活塞到达TDC与活塞返回到下止点（BDC）的时刻之间的时间。
在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上运动并且经一个或多个排气门例如排气门130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经排气系统134排出车辆。排气系统134包括催化剂136，例如三效催化剂（TWC）。催化剂136与流经催化剂136的排气的一种或多种组分发生反应。当排气为贫燃料（富氧）时，催化剂136储存氧。
进气门122可由进气凸轮轴140控制，同时排气门130可由排气凸轮轴142控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴（包括进气凸轮轴140）可控制气缸118的多个进气门（包括进气门122）和/或可控制多个气缸（包括气缸118）组的进气门（包括进气门122）。相似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可控制气缸118的多个排气门和/或可控制多个气缸（包括气缸118）组的排气门（包括排气门130）。
气缸致动器模块120可通过禁止打开进气门122和/或排气门130而停用气缸118。在各种其它实施方式中，进气门122和/或排气门130可由凸轮轴以外的装置例如电磁致动器控制。
进气门122被打开的时刻可相对于活塞TDC通过进气凸轮相位器148而改变。排气门130被打开的时刻可相对于活塞TDC通过排气凸轮相位器150而改变。相位器致动器模块158可基于来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在被实施时，可变气门升程（未示出）也可由相位器致动器模块158控制。
发动机系统100可包括将加压空气提供给进气歧管110的增压装置。例如，图1示出包括热涡轮机160‑1的涡轮增压器，热涡轮机160‑1由流经排气系统134的热废气驱动。涡流增压器还包括由涡轮机160‑1驱动的将导引到节气门112的空气进行压缩的冷气压缩机160‑2。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器（未示出）可压缩来自节气门112的空气并将压缩空气传送到进气歧管110。
废气门162可允许排气旁路通过涡轮机160‑1，从而减小涡轮增压器的增压（进气空气压缩的量）。ECM 114可通过增压致动器模块165控制涡轮增压器。增压致动器模块165可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器的增压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可由增压致动器模块165控制。涡轮增压器可具有可由增压致动器模块165控制的可变几何结构。
中冷器（未示出）可耗散包含在压缩空气充气中的一些热量，其在空气被压缩时产生。压缩空气充气还可具有从排气系统134的组件中吸收的热。虽然为了说明目的而分开示出，但是涡轮机160‑1和压缩机160‑2可彼此附接，从而将进气空气置于与热排气紧密接近。
发动机系统100可包括废气再循环（EGR）阀164，其选择性地将废气再导引回进气歧管110。EGR阀164可定位在涡轮增压器的涡轮机160‑1的上游。EGR致动器模块166可基于来自ECM 114的信号控制EGR阀164。
发动机系统100可使用RPM传感器170测量曲轴以每分钟转（RPM）形式的速度。发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度（ECT）传感器171测量。ECT传感器171可定位在发动机102内或定位在冷却剂被循环的其它位置处，例如定位在散热器（未示出）处。
进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力（MAP）传感器172测量。在各种实施方式中，可测量发动机真空度，其为环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差。流入进气歧管110中的空气的质量流率可使用质量空气流量（MAF）传感器173测量。在各种实施方式中，MAF传感器173可定位在壳体中，该壳体还包括节气门112。
节气门致动器模块116可使用一个或多个节气门位置传感器（TPS）174监测节气门112的位置。例如，第一节气门位置传感器174‑1和第二节气门位置传感器174‑2监测节气门112的位置，并基于节气门位置分别生成第一节气门位置和第二节气门位置（TPS1和TPS2）。被吸入发动机102的空气的环境温度可使用进气空气温度（IAT）传感器175测量。
上游氧传感器176测量流入催化剂136中的排气中的氧的量（例如，浓度）。下游氧传感器177测量催化剂136的下游的排气中的氧的量（例如，浓度）。ECM 114可以使用来自传感器和/或一个或多个其它传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决策。
变速器控制模块194可以控制变速器的操作。ECM 114可以出于各种原因与变速器控制模块194通信，例如以共用参数以及以通过变换变速器中的档位来协调发动机操作。例如，ECM 114可以在换档期间选择性地减小发动机扭矩。ECM 114可与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电马达198的操作。
电马达198还可用作发电机，并且可用于产生由车辆电气系统使用的电能和/或存储在电池中的电能。在各种实施方式中，可将ECM 114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196的各种功能集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统可被称为致动器。每个致动器接收致动器值。例如，节气门致动器模块116可被称为致动器，而节气门开度面积可被称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片的角度来实现节气门开度面积。
相似地，火花致动器模块126可被称为致动器，同时相应的致动器值可以是火花提前相对于气缸TDC的量。其它致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、增压致动器模块165和EGR致动器模块166。对于这些致动器，致动器值可分别对应于所启用的气缸的数目、供料率、进气凸轮相位器角度和排气凸轮相位器角度、增压压力和EGR阀开度面积。ECM 114可控制致动器值以使发动机102产生期望的发动机输出扭矩。
现在参照图2，给出了示例发动机控制系统的功能框图。ECM 114的示例实施方式包括驾驶员扭矩模块202、车轴扭矩仲裁模块204和推进扭矩仲裁模块206。ECM 114可以包括混合动力最优化模块208。ECM 114的示例实施方式还包括储备/负载模块220、致动模块224、空气控制模块228、火花控制模块232、气缸控制模块236和燃料控制模块240。ECM 114的示例实施方式还包括增压调度模块248和相位器调度模块252。
驾驶员扭矩模块202可基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入254确定驾驶员扭矩请求253。驾驶员输入254可基于例如加速器踏板的位置和制动器踏板的位置。驾驶员输入254还可基于来自巡航控制系统的输入，所述巡航控制系统可以是自适应巡航控制系统。自适应巡航控制系统改变车辆速度来维持预定跟随距离。驾驶员扭矩模块202可进一步基于车辆速度255确定驾驶员扭矩请求253。仅举例，车辆速度255可基于一个或多个测量的车轮速度、变速器输出轴速度和/或一个或多个其它适当的参数产生。
车轴扭矩仲裁模块204在驾驶员扭矩请求253与其它车轴扭矩请求256之间进行仲裁。车轴扭矩（对车轮的扭矩）可以由包括发动机和/或电马达的各种源产生。通常，扭矩请求可包括绝对扭矩请求以及相对扭矩请求和斜变请求。仅举例，斜变请求可包括使扭矩斜降到最小发动机关闭扭矩的请求或者使扭矩从最小发动机关闭扭矩斜升的请求。相对扭矩请求可包括临时的或持久的扭矩减小或增大。
车轴扭矩请求256可包括在检测到正车轮滑动时由牵引控制系统请求的扭矩减小。在车轴扭矩克服车轮与道路表面之间的摩擦并且车轮相对道路表面开始滑动时发生正车轮滑动。车轴扭矩请求256还可包括为抵消负车轮滑动的扭矩增大请求，在负车轮滑动中，车辆的轮胎相对于道路表面滑动，因为车轴扭矩是负的。
车轴扭矩请求256还可包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可减小车轴扭矩以确保车轴扭矩不超过制动器在停止车辆时控制车辆的能力。车辆超速扭矩请求可减小车轴扭矩以防止车辆超过预定速度。车轴扭矩请求256还可由车辆稳定控制系统生成。
车轴扭矩仲裁模块204基于在驾驶员扭矩请求253和车轴扭矩请求256之间进行仲裁的结果输出预测扭矩请求257和即时扭矩请求258。如下所述，来自车轴扭矩仲裁模块204的预测扭矩请求257和即时扭矩请求258在被用于控制发动机系统100的致动器之前可选择性地由ECM 114的其它模块调节。
一般而言，即时扭矩请求258是当前期望的车轴扭矩的量，而预测扭矩请求257是在临时通知时可能需要的车轴扭矩的量。ECM 114控制发动机系统100来产生与即时扭矩请求258相等的车轴扭矩。然而，不同的致动器值组合可引起相同的车轴扭矩。因此，ECM 114可在使车轴扭矩仍保持在即时扭矩请求258的同时，调节致动器值以允许较快速地转变到预测扭矩请求257。
在各种实施方式中，预测扭矩请求257可基于驾驶员扭矩请求253。即时扭矩请求258可以小于预测扭矩请求257，例如在驾驶员扭矩请求253在冰面上正引起车轮滑动时。在这样的情况下，牵引控制系统（未示出）可通过即时扭矩请求258来请求减小，并且ECM 114将由发动机系统100产生的扭矩减小到即时扭矩请求258。然而，ECM 114控制发动机系统100，使得：一旦车轮滑动停止，发动机系统100就可迅速地恢复产生预测扭矩请求257。
一般而言，即时扭矩请求258与（通常更高的）预测扭矩请求257之间的差可被称为扭矩储备。扭矩储备可表示发动机系统100在最小延迟的情况下可开始产生的（高于即时扭矩请求258）的附加扭矩的量。快速的发动机致动器用于增大或减小当前车轴扭矩。如下面更详细地描述，快速的发动机致动器是相对于缓慢的发动机致动器来限定的。
在各种实施方式中，快速的发动机致动器能够在某个范围内改变车轴扭矩，其中，所述范围由缓慢的发动机致动器建立。在这些实施方式中，所述范围的上限是预测扭矩请求257，同时所述范围的下限由快速致动器的扭矩容量限制。仅举例，快速的致动器可仅能够使车轴扭矩减小第一量，其中，所述第一量是快速致动器的扭矩容量的测量值。所述第一量可基于由缓慢的发动机致动器设定的发动机运行条件而改变。在即时扭矩请求258处于所述范围内时，快速的发动机致动器可被设定成促使车轴扭矩等于即时扭矩请求258。当ECM 114请求输出预测扭矩请求257时，快速的发动机致动器可被控制成使车轴扭矩改变到所述范围的上限，即预测扭矩请求257。
一般而言，与缓慢的发动机致动器相比，快速的发动机致动器可更迅速地改变车轴扭矩。与快速的致动器相比，缓慢的致动器可更缓慢地响应于其相应致动器值的变化。例如，缓慢的致动器可包括机械部件，所述机械部件响应于致动器值的变化需要时间来从一个位置移动到另一个位置。缓慢的致动器还可由一旦缓慢的致动器开始执行变化的致动器值则车轴扭矩开始变化所花费的时间量来表征。通常，对于缓慢的致动器来说该时间量将比对于快速的致动器来说的更长。此外，甚至在车轴扭矩开始变化之后，车轴扭矩可能花费更长的时间来完全响应于缓慢的致动器的变化。
仅举例，ECM 114可将用于缓慢的致动器的致动器值设定为如果快速的致动器被设定到合适的值则将使发动机系统100能够产生预测扭矩请求257的值。此时，ECM 114可将用于快速的致动器的致动器值设定为在缓慢的致动器值的情况下引起发动机系统100产生即时扭矩请求258而不是预测扭矩请求257的值。
因此，快速的致动器值引起发动机系统100产生即时扭矩请求258。在ECM 114决定将车轴扭矩从即时扭矩请求258转变为预测扭矩请求257时，ECM 114将用于一个或多个快速的致动器的致动器值变化到相应于预测扭矩请求257的值。因为缓慢的致动器值已经基于预测扭矩请求257而被设定，所以发动机系统100能够仅在由快速的致动器施加的延迟之后产生预测扭矩请求257。换句话说，避免了否则通过使用缓慢的致动器因改变车轴扭矩会引起的更长延迟。
仅举例，当预测扭矩请求257等于驾驶员扭矩请求253时，可在由临时扭矩减小请求引起的即时扭矩请求258小于驾驶员扭矩请求253时产生扭矩储备。可替换地，可通过在使即时扭矩请求258保持在驾驶员扭矩请求253的同时使预测扭矩请求257增加到大于驾驶员扭矩请求253来产生扭矩储备。产生的扭矩储备可吸收所需的车轴扭矩的意外增大。仅举例，由空气调节器或动力转向泵施加的意外负载可以通过增大即时扭矩请求258来补偿。如果即时扭矩请求258的增大小于扭矩储备，那么可通过使用快速的致动器迅速地产生所述增大。预测扭矩请求257还可被增大以重新建立先前的扭矩储备。
使用扭矩储备的另一示例是减小缓慢的致动器值的波动。由于其相对慢的速度，改变缓慢的致动器值可能产生控制不稳定性。此外，缓慢的致动器可包括在频繁被移动时可吸收更多动力和/或更迅速地磨损的机械零件。产生足够的扭矩储备允许在保持缓慢的致动器的值的同时经由即时扭矩请求258通过改变快速的致动器来做出期望扭矩的变化。例如，为了维持给定的怠速，即时扭矩请求258可在某个范围内改变。如果预测扭矩请求257被设定为大于这个范围的水平，那么即时扭矩请求258中的维持怠速的改变可在无需调节缓慢的致动器的情况下使用快速的致动器做出。
仅举例，在火花点火式发动机中，火花正时可以是快速的致动器值，而节气门开度面积可以是缓慢的致动器值。火花点火式发动机可通过应用火花来燃烧包括例如汽油和乙醇的燃料。作为对比，在压燃式发动机中，燃料流可以是快速的致动器值，而节气门开度面积可以用作发动机特性的致动器值而非扭矩。压燃式发动机可通过压缩燃料来燃烧包括例如柴油的燃料。
当发动机102是火花点火式发动机时，火花致动器模块126可以是快速的致动器，节气门致动器模块116可以是缓慢的致动器。在接收到新的致动器值后，火花致动器模块126能够改变随后点火事件的火花正时。当用于点火事件的火花正时（也称为火花提前）被设定为校准值时，可在紧跟该点火事件的燃烧冲程中产生最大扭矩量。然而，偏离校准值的火花提前可减小在燃烧冲程中产生的扭矩的量。因此，火花致动器模块126能够在发生下次点火事件时通过改变火花提前来改变发动机输出扭矩。仅举例，可在车辆设计的校准阶段期间确定火花提前对应于不同发动机运行条件的表，并且基于当前发动机运行条件从所述表中选出所校准的值。
作为对比，节气门开度面积的变化要花费较长时间来影响发动机输出扭矩。节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片的角度来改变节气门开度面积。因此，一旦接收到新的致动器值，在节气门112基于所述新的致动器值从其先前位置移动到新的位置时就有机械延迟。此外，基于节气门开度面积的空气流改变经受进气歧管110中的空气运送延迟。此外，进气歧管110中的增加的空气流未被实现为发动机输出扭矩的增大，直到气缸118在下次进气冲程中接收到额外空气、压缩所述额外空气并开始燃烧冲程。
使用这些致动器作为示例，可通过将节气门开度面积设定到将允许发动机102产生预测扭矩请求257的值来产生扭矩储备。此时，可基于比预测扭矩请求257更小的即时扭矩请求258来设定火花正时。虽然节气门开度面积产生用于使发动机102产生预测扭矩请求257的足够的空气流，但是火花正时基于即时扭矩请求258被延迟（这减小了扭矩）。因此，发动机输出扭矩将等于即时扭矩请求258。
当需要额外的扭矩时，火花正时可基于预测扭矩请求257或在预测扭矩请求257和即时扭矩请求258之间的扭矩来设定。通过接下来的点火事件，火花致动器模块126可使火花提前返回到校准值，这允许发动机102产生可利用已经存在的空气流实现的完全发动机输出扭矩。因此在不经受因改变节气门开度面积引起的延迟的情况下，发动机输出扭矩可被迅速增大到预测扭矩请求257。
当发动机102是压燃式发动机时，燃料致动器模块124可以是快速的致动器，节气门致动器模块116和增压致动器模块165可以是排放致动器。可基于即时扭矩请求258设定燃料质量，并可基于预测扭矩请求257设定节气门开度面积、增压和EGR开度。节气门开度面积可以产生比为满足预测扭矩请求257所需更多的空气流。继而，所产生的空气流可以比喷射的燃料的完全燃烧所需的要多，从而空气/燃料比通常贫乏，并且空气流的变化不影响发动机输出扭矩。因此，发动机输出扭矩将等于即时扭矩请求258，并可以通过调节燃料流而增大或减小。
可基于预测扭矩请求257控制节气门致动器模块116、增压致动器模块165和EGR阀164，以控制排放并使涡轮迟滞最小化。节气门致动器模块116可在进气歧管110内产生真空，以通过EGR阀164吸取废气并使废气进入进气歧管110。
车轴扭矩仲裁模块204可将预测扭矩请求257和即时扭矩请求258输出到推进扭矩仲裁模块206。在各种实施方式中，车轴扭矩仲裁模块204可以将预测扭矩请求257和即时扭矩请求258输出到混合动力最优化模块208。
混合动力最优化模块208可以确定应当由发动机102产生多少扭矩以及应当由电马达198产生多少扭矩。然后，混合动力最优化模块208分别将修正的预测扭矩请求259和即时扭矩请求260输出到推进扭矩仲裁模块206。在各种实施方式中，混合动力最优化模块208可以在混合动力控制模块196中执行。
由推进扭矩仲裁模块206接收到的预测扭矩请求和即时扭矩请求从车轴扭矩域（车轮处的扭矩）转换到推进扭矩域（曲轴处的扭矩）。该转换可以在混合动力最优化模块208之前、之后、作为它的一部分或代替它而发生。
推进扭矩仲裁模块206在包括经转换的预测扭矩请求和经转换的即时扭矩请求的推进扭矩请求279之间仲裁。推进扭矩仲裁模块206产生经仲裁的预测扭矩请求261和经仲裁的即时扭矩请求262。经仲裁的扭矩请求261和262可通过从接收到的扭矩请求中选择胜出的请求来产生。可替换地或额外地，经仲裁的扭矩请求261可通过基于接收到的扭矩请求中的另一个或多个而修正接收到的请求中的一个来产生。
推进扭矩请求279可包括用于发动机超速保护的扭矩减小、用于防止失速的扭矩增大以及由变速器控制模块194请求的以适应档位变换的扭矩减小。推进扭矩请求279还可由离合器燃料切断产生，当驾驶员在手动变速器车辆中压下离合器踏板以防止发动机速度的突增（快速增大）时，离合器燃料切断减小发动机输出扭矩。
推进扭矩请求279还可包括发动机关闭请求，其可在检测到关键故障时启动。仅举例，关键故障可包括检测到车辆被盗、停止的起动机马达、电子节气门控制问题和意外的扭矩增大。在各种实施方式中，当出现发动机关闭请求时，仲裁选择发动机关闭请求作为胜出的请求。当出现发动机关闭请求时，推进扭矩仲裁模块206可输出零作为经仲裁的预测扭矩请求261和即时扭矩请求262。
在各种实施方式中，发动机关闭请求可独立于仲裁程序而仅关闭发动机102。推进扭矩仲裁模块206仍可接收发动机关闭请求，以便例如适当的数据可被反馈给其它扭矩请求器。例如，所有其它扭矩请求器可被通知它们在仲裁中失败。
储备/负载模块220接收经仲裁的预测扭矩请求261和即时扭矩请求262。储备/负载模块220可调节经仲裁的预测扭矩请求261和经仲裁的即时扭矩请求262以产生扭矩储备和/或补偿一个或多个负载。然后，储备/负载模块220将经调节的预测扭矩请求263和经调节的即时扭矩请求264输出给致动模块224。
仅举例，催化剂点燃过程或冷起动排放减少过程会需要延迟的火花提前。因此，储备/负载模块220可以将经调节的预测扭矩请求263增大到高于经调节的即时扭矩请求264，以产生用于冷起动排放减少过程的延迟的火花。在另一示例中，可以直接改变发动机的空气/燃料比和/或质量空气流量，例如用于新的发动机吹扫。在开始这些过程之前，可以产生或增加扭矩储备，以快速地弥补在这些过程期间由于使空气/燃料混合物贫乏所导致的发动机输出扭矩的减小。
储备/负载模块220还可以在预期到未来负载例如动力转向泵操作或空气调节（A/C）压缩器离合器的接合时产生或增大扭矩储备。当驾驶员第一次请求空气调节时，可以产生用于接合A/C压缩器离合器的储备。在使经调节的即时扭矩请求264不改变的情况下，储备/负载模块220可以增大经调节的预测扭矩请求263以产生扭矩储备。然后，当A/C压缩器离合器接合时，储备/负载模块220可以通过所估计的A/C压缩器离合器的负载而增大经调节的即时扭矩请求264。
致动模块224接收经调节的预测扭矩请求263和经调节的即时扭矩请求264。致动模块224确定将如何实现经调节的预测扭矩请求263和经调节的即时扭矩请求264。致动模块224可以是发动机类型专用的。例如，对于火花点火式发动机和压燃式发动机来说，致动模块224可被不同地实施或使用不同的控制方案。
在各种实施方式中，致动模块224可在所有发动机类型通用的模块与发动机类型专用的模块之间限定界限。例如，发动机类型可包括火花点火式和压燃式。致动模块224之前的模块，例如推进扭矩仲裁模块206，可以是发动机类型通用的，而致动模块224和随后的模块可以是发动机类型专用的。
例如，在火花点火式发动机中，致动模块224可改变作为缓慢的致动器的节气门112的开度，其允许宽范围的扭矩控制。致动模块224可使用气缸致动器模块120来禁用气缸，这也提供宽范围的扭矩控制，但是也可能是缓慢的并且可能涉及驾驶性能和排放问题。致动模块224可使用火花正时作为快速的致动器。然而，火花正时可能不能提供大范围的扭矩控制。此外，使用火花正时的改变（被称为火花储备容量）而可能的扭矩控制量可能随空气流量的变化而改变。
在各种实施方式中，致动模块224可基于经调节的预测扭矩请求263产生空气扭矩请求265。空气扭矩请求265可等于经调节的预测扭矩请求263，以设定空气流量，使得可以通过对其它致动器的改变实现经调节的预测扭矩请求263。
空气控制模块228可基于空气扭矩请求265确定期望的致动器值。仅举例，空气控制模块228可基于空气扭矩请求265确定期望的歧管绝对压力（MAP）266、期望的节气门位置267和/或期望的每气缸空气量（APC）268。期望的MAP 266可用于确定期望的增压，而期望的APC 268可用于确定期望的凸轮相位器位置和期望的节气门位置267。在各种实施方式中，空气控制模块228还可基于空气扭矩请求265确定EGR阀164的开度的量。
致动模块224还可产生火花扭矩请求269、气缸关闭扭矩请求270和燃料扭矩请求271。火花扭矩请求269可由火花控制模块232使用，以确定将火花正时从经校准的火花正时延迟多少（这减小了发动机输出扭矩）。
校准的火花正时可基于各种发动机运行条件而改变。仅举例，扭矩关系可被求逆以求解期望的火花提前。对于给定的扭矩请求（Tdes），可基于下式来确定期望的火花提前（Sdes）。  
(1)  Sdes =T‑1(Tdes,APC,I,E,AF,OT,#)。
这种关系可具体化为方程和/或查询表。空气/燃料比（AF）可以是实际的空气/燃料比，如由燃料控制模块240报告的。
当火花提前被设定到校准的火花正时时，由此得到的扭矩可尽可能地接近于最大最优扭矩（MBT）。MBT是指：对于给定的空气流量，在使用具有比预定辛烷额定值更大的辛烷额定值的燃料并且使用化学计量供以燃料的情况下在火花提前被增加时所产生的最大发动机输出扭矩。该最大扭矩发生时的火花提前被称为MBT火花正时。由于例如燃料质量（例如当使用较低的辛烷燃料时）和环境因素，校准的火花正时可稍微不同于MBT火花正时。因此，在校准的火花提前时的发动机输出扭矩会小于MBT。
气缸关闭扭矩请求270可由气缸控制模块236使用以确定停用多少气缸。气缸控制模块236可指示气缸致动器模块120停用发动机102的一个或多个气缸。在各种实施方式中，可联合地停用预先限定的气缸组（例如，一半）。
气缸控制模块236还可指示燃料控制模块240停止提供燃料给停用气缸并且可指示火花控制模块232停止提供火花给停用气缸。在各种实施方式中，一旦气缸中已经存在的任何燃料/空气混合物已经燃烧，则火花控制模块232仅停止提供用于该气缸的火花。
气缸致动器模块120可包括液压系统，所述液压系统选择性地从相应的凸轮轴断开用于一个或多个气缸的进气门和/或排气门以便停用这些气缸。仅举例，用于一半气缸的气门被气缸致动器模块120作为组液压地联接或断开。在各种实施方式中，在不停止进气门和排气门的打开和关闭的情况下可仅通过暂停给这些气缸供应燃料来停用这些气缸。在这些实施方式中，可省略气缸致动器模块120。
燃料控制模块240可基于燃料扭矩请求271改变提供给气缸的燃料量。在火花点火式发动机的正常操作期间，燃料控制模块240可在空气引导模式下操作，在空气引导模式下，燃料控制模块240试图通过基于空气流量控制供料来维持化学计量的空气/燃料比。燃料控制模块240可确定在与当前的每气缸空气量的量组合时将产生化学计量燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可通过供料率272指示燃料致动器模块124为每个启用气缸喷射该燃料质量。
空气控制模块228可基于空气扭矩请求265确定期望的节气门位置267。空气控制模块228可将期望的节气门位置267输出到节气门控制模块280。节气门控制模块280基于期望的节气门位置267使用闭环控制产生期望的脉宽调制（PWM）信号282。节气门致动器模块116基于期望的PWM信号282致动节气门112。更具体地讲，期望的PWM信号282可以驱动节气门致动器模块116（例如其马达），以致动节气门112。尽管示出并讨论了期望的PWM信号282，但是节气门控制模块280可以使用其它合适类型的信号来控制节气门致动器模块116。
空气控制模块228可以将期望的MAP 266输出到增压调度模块248。增压调度模块248使用期望的MAP 266来控制增压致动器模块165。然后，增压致动器模块165控制一个或多个涡轮增压器（例如，包括涡轮160‑1和压缩机160‑2的涡轮增压器）和/或增压器。
空气控制模块228将期望的APC 268输出到相位器调度模块252。基于期望的APC 268和RPM信号，相位器调度模块252可以使用相位器致动器模块158来控制进气凸轮相位器148和/或排气凸轮相位器150的位置。
ECM 114还可以包括催化剂监测模块290（还参见图3）和传感器监测模块295（还参见图4）。如上所述，当排气被提供到催化剂136时，催化剂136储存氧。催化剂监测模块290监测催化剂136储存氧的能力，并基于催化剂136储存氧的能力选择性地诊断催化剂136中的故障的存在。
储氧能力（OSC）时段可以指示催化剂136储存氧的能力。催化剂监测模块290可以使用上游氧传感器176和下游氧传感器177对供料变化的响应来确定催化剂136的OSC时段。更具体地讲，催化剂监测模块290可以基于在当上游氧传感器176响应于从富燃料供料到贫燃料供料的转变时的第一时刻和当下游氧传感器177响应此转变时的第二时刻之间的时段来确定催化剂136的OSC时段。
当OSC时段大于预定时段时，催化剂监测模块290可以确定在催化剂136中不存在故障。相反，当OSC时段小于预定时段时，催化剂监测模块290可以确定在催化剂136中存在故障。
然而，产生其表示排气的氧浓度变化的输出的下游氧传感器177的延迟会导致下游氧传感器177比其应当的响应更晚地响应此转变。因此，下游氧传感器177的延迟导致OSC时段增大。因此，下游氧传感器177的延迟会导致催化剂监测模块290错误地确定出在催化剂136中不存在故障。
传感器监测模块295也监测下游氧传感器177对从燃料富供料到燃料贫供料的转变的响应。基于下游氧传感器177对转变的响应，传感器监测模块295确定与下游氧传感器177的延迟对应的参数。
本发明的催化剂监测模块290基于此参数来确定下游氧传感器177的延迟。催化剂监测模块290基于下游氧传感器177的延迟来校正OSC时段，并使用校正的OSC时段来确定在催化剂136中是否存在故障。
现在参照图3，给出了催化剂监测系统的示例实施方式的功能框图。燃料指令模块304选择性地指令致动模块224产生燃料扭矩请求271，以使供料率272从富燃料转变为贫燃料。仅举例，当发动机102怠速时，当发动机102非怠速时，或在其它合适的时间，燃料指令模块304可以指令致动模块224产生燃料扭矩请求271，从而结合执行减速燃料切断（DFCO）而执行该转变。
当燃料指令模块304指令将执行从富燃料到贫燃料的转变时，燃料指令模块304产生富到贫（R到L）转变指示符308。当执行转变时，上游氧传感器176在催化剂136和下游氧传感器177之前接收贫燃料排气。因此，基于由上游氧传感器176产生的信号而产生的上游氧浓度312应当在下游氧传感器177之前对此转变做出响应。
上游氧监测模块316可以响应于产生的富到贫转变指示符308重设并开始上游计时器值。因此，上游计时器值对应于自从富燃料到贫燃料的转变被指令开始已经经过的时段。
上游氧监测模块316监测上游氧浓度312。上游氧监测模块316可以将上游氧浓度312与第一预定值进行比较。当排气是富燃料时，上游氧浓度312可以大于第一预定值。当上游氧浓度312从大于第一预定值转变为小于第一预定值时，上游氧监测模块316可以设定上游转变时段320等于上游计时器值。以这种方式，上游转变时段320指示当从富燃料到贫燃料的转变被指令时的时刻和当上游氧传感器176指示废气是贫燃料的时刻之间的时段。
下游氧监测模块324可以响应于产生富到贫转变指示符308而重设并开始下游计时器值。因此，下游计时器值也对应于自从富燃料到贫燃料的转变被指令开始所经过的时段。
下游氧监测模块324监测下游氧浓度328。基于下游氧传感器177产生的信号，产生下游氧浓度328。下游氧监测模块324可以将下游氧浓度328与第二预定值进行比较。当排气为富燃料时，下游氧浓度328可大于第二预定值。第二预定值可以与第一预定值相同或不同。
当下游氧浓度328从大于第二预定值转变到小于第二预定值时，下游氧监测模块324可以设定下游转变时段332等于下游计时器值。以这种方式，下游转变时段332指示当从富燃料到贫燃料的转变被指令时的时刻和当下游氧传感器177指示废气是贫燃料时的时刻之间的时段。
储氧能力（OSC）确定模块336基于上游转变时段320和下游转变时段332确定催化剂136的OSC时段340。OSC时段340对应于催化剂136能够储存的氧的量。OSC确定模块336基于上游转变时段320和下游转变时段332之间的差来设定OSC时段340。仅举例，OSC确定模块336可以将OSC时段340设为等于下游转变时段332减去上游转变时段320。
校正模块344基于OSC时段340和传感器延迟时段352确定校正的OSC时段348。校正模块344基于OSC时段340和传感器延迟时段352之间的差来确定校正的OSC时段348。仅举例，校正模块344可以将校正的OSC时段348设为等于OSC时段340减去传感器延迟时段352。
传感器延迟时段352对应于当向下游氧传感器177提供贫燃料排气时和当下游氧传感器177产生指示排气是贫燃料的信号时之间的时段。延迟确定模块356基于面积360和面积360的滤波版本中之一来确定传感器延迟时段352。面积360的滤波版本将被称作滤波面积364。延迟确定模块356基于滤波器状态368选择面积和滤波面积364中之一，以用于确定传感器延迟时段352。下面结合图4进一步讨论面积360、滤波面积364和滤波器状态368。
当滤波器状态368为第一状态时，延迟确定模块356可以选择面积360。当滤波器状态368为第二状态时，延迟确定模块356可以选择滤波面积364。延迟确定模块356基于面积360和滤波面积364中所选择的一个，使用将面积与传感器延迟时段相关的映射（例如，查询表）和函数中之一，来确定传感器延迟时段352。
标准化模块372将校正的OSC时段348标准化，并产生OSC比376。标准化模块372可以通过根据催化剂136的温度和发动机空气流量（例如，MAF）调节校正的OSC时段348来将校正的OSC时段348标准化。仅举例，在催化剂136的温度升高时，标准化模块372可以增加校正的OSC时段348，反之亦然。在发动机空气流量增大时，标准化模块372可以另外地或替换地增加校正的OSC时段348，反之亦然。仅举例，标准化模块372可以基于以下等式设定OSC比376：
（2）                                                ，
其中，OSC比是OSC比376，Corrected是校正的OSC时段348（在针对温度和发动机空气流量调节之后），Unacceptable是具有故障的催化剂的预定OSC时段，Acceptable是不具有故障的催化剂的预定OSC时段。
比滤波模块377可以将滤波器应用于OSC比376，以产生滤波的OSC比378。仅举例，滤波器可以是指数加权移动平均（EWMA）滤波器。比滤波模块377可以分别基于OSC比376的当前值的EWMA和来自M个先前的富到贫转变的面积360的M个先前值产生滤波的OSC比378。M是大于零的整数。
催化剂故障检测模块380基于滤波的OSC比378确定在催化剂138中是否存在故障。仅举例，当滤波的OSC比378小于预定值时，催化剂故障检测模块380可以确定在催化剂136中存在故障。相反，当滤波的OSC比378大于预定值时，催化剂故障检测模块380可以确定在催化剂136中不存在故障。故障可以指示催化剂136储存氧的能力小于可接受的水平。在各种实施方式中，预定值可以是在0.0和1.0之间的值。
当在催化剂136中存在故障时，催化剂故障检测模块380可以采取一种或多种补救动作。仅举例，催化剂故障检测模块380可以选择性地调节一个或多个发动机运行参数（例如，供料率272）。催化剂故障检测模块380可以另外地或替换地将催化剂故障指示符384存储在存储器388中。催化剂故障指示符384可以包括例如预定的诊断故障码（DTC）。催化剂故障指示符384指示在催化剂136中存在故障。当在催化剂136中存在故障时，故障监测模块392可以监测存储器388，并使指示器例如故障指示器灯（MIL）396照亮。
现在参照图4，给出了传感器监测模块295的示例实施方式的功能框图。面积确定模块404可以响应于产生的富到贫转变指示符308监测下游氧浓度328。面积确定模块404可以基于下游氧浓度328在当产生富到贫转变指示符308时的时刻和当下游氧浓度328变得小于第三预定值时的随后时刻之间的一个或多个数学积分来确定面积360。面积360可以对应于下游氧浓度328在当产生富到贫转变指示符308时的时刻和当下游氧浓度328变得小于第三预定值时的随后时刻之间所形成的曲线下方的面积。第三预定值可以与第一预定值相同或不同，并且可以与第二预定值相同或不同。
面积滤波模块408将滤波器应用到面积360，从而产生滤波面积364。仅举例，滤波器可以是指数加权移动平均（EWMA）滤波器。加权可以与比滤波模块377的EWMA滤波器施加的加权相同或不同。面积滤波模块408可以分别基于面积360的当前值的EWMA和来自N个先前的富到贫转变的面积360的N个先前值产生滤波面积364。N是大于零的整数。N可以与M相等或不同。
最初，例如在起动（例如，钥匙开启（ON））时，可以将在产生滤波面积364时使用的面积360的先前值设为预定的初始化值。面积滤波模块408可以基于面积360的先前值产生滤波器状态368。更具体地讲，面积滤波模块408可以基于面积360的至少N个值是否自面积360的先前的值被最后设为预定的初始化值已经获得来产生滤波器状态368。如果是，则面积滤波模块408将滤波器状态368设为第二状态。如果否，则面积滤波模块408将滤波器状态368设为第一状态。以这种方式，延迟确定模块356将使用面积360来确定传感器延迟时段352，直到面积360的至少N个值自面积360的先前的值被最后设为预定的初始化值获得。在面积360的至少N个值自面积360的先前的值被最后设为预定的初始化值获得后，延迟确定模块356将使用滤波面积364来确定传感器延迟时段352。
传感器监测模块295还可以包括传感器故障检测模块412。传感器故障检测模块412可以基于滤波器状态368选择面积360和滤波面积364中之一。当滤波器状态368处于第一状态时，传感器故障检测模块412可以选择面积360，当滤波器状态368处于第二状态时，传感器故障检测模块412可以选择滤波面积364。
传感器故障检测模块412基于面积360和滤波面积364中的选择的一个来确定在下游氧传感器177中是否存在故障。仅举例，传感器故障检测模块412可以基于面积360和滤波面积364中的选择的一个与预定面积的比较来确定在下游氧传感器177中存在故障。故障可以指示与下游氧传感器177相关联的延迟大于可接受的水平。
当在下游氧传感器177中存在故障时，传感器故障检测模块412可以采取一个或多个补救动作。仅举例，传感器故障检测模块412可以选择性地调节一个或多个发动机运行参数。传感器故障检测模块380可以另外地或可选地将下游传感器故障指示符416存储在存储器388中。下游传感器故障指示符416可以包括例如预定的DTC。下游传感器故障指示符416指示在下游氧传感器177中存在故障。当在下游氧传感器177中存在故障时，故障监测模块392可以使指示器照亮。
现在参照图5，给出了基于传感器延迟时段352校正OSC时段340并指示在催化剂136中是否存在故障的示例方法的流程图。控制可以开始于504，在504，控制确定对于指令发动机102的供料从富燃料到贫燃料的转变是否满足一个或多个条件。如果是，则控制继续至508；如果否，则控制保持在504。
在508，控制产生富到贫转变指示符308。在512，控制可以指令发动机102的供料从富燃料到贫燃料转变。在516，控制确定上游氧浓度312是否大于第一预定值。如果是，则控制继续至520；如果否，则控制可以保持在516。
控制可以设定上游转变时段320等于在控制指令转变时的时刻与当前时刻之间的时段。在524，控制确定下游氧浓度328是否小于第二预定值。如果是，则控制可以继续至528；如果否，则控制可以保持在524。
在528，控制可以设定下游转变时段332等于在控制指令转变时的时刻与当前时刻之间的时段。在532，控制可以基于上游转变时段320和下游转变时段332来确定催化剂136的OSC时段340。控制基于上游转变时段320和下游转变时段332之间的差来确定OSC时段340。例如，控制可以设定OSC时段340等于下游转变时段332减去上游转变时段320。
在536，控制确定滤波器状态368是否指示第一状态。如果是，则控制继续至540；如果否，则控制继续至544。在540，控制基于面积360确定传感器延迟时段352。在544，控制基于滤波面积364确定传感器延迟时段352。控制基于使用面积360和滤波面积364中的选择的一个以及使面积与传感器延迟时段关联的映射和函数中之一来确定传感器延迟时段352。在540或544之后，控制继续至548。
在548，控制基于传感器延迟时段352校正OSC时段340，以产生校正的OSC时段348。控制可以基于OSC时段340和传感器延迟时段352之间的差来设定校正的OSC时段348。例如，控制可以设定校正的OSC时段348等于OSC时段340减去传感器延迟时段352。
在552，控制确定OSC比376。控制基于校正的OSC时段348来确定OSC比376。控制可以使用上面描述的等式（2）来确定OSC比376。在552，控制还可以将滤波器应用于OSC比376，以产生滤波的OSC比378。仅举例，滤波器可以包括EWMA滤波器，并且可以使用来自发动机的供料从富燃料到贫燃料的先前转变的OSC比376的一个或多个先前值。
在556，控制可以确定滤波的OSC比378是否小于预定值。如果否，则控制可以在560产生催化剂故障指示符384，从而指示在催化剂136中不存在故障，并且控制可以结束。如果是，则控制可以在564产生催化剂故障指示符384，以指示在催化剂136中存在故障。控制可以继续至568，在568，控制可以采取一个或多个补救动作，例如使MIL 396照亮、在存储器388中设定DTC以指示在催化剂136中存在故障、调节一个或多个发动机运行参数和/或一个或多个其它合适的补救动作。控制可以在568或560之后结束。尽管将控制示出并描述为结束，但是图5可以是一个控制环的举例说明，并且控制可以返回至504。
现在参照图6，给出了示出产生传感器延迟时段352的示例方法的流程图。控制可以开始于604，在604，控制确定是否正在产生富到贫转变指示符308。如果是，则控制继续至608。如果否，则控制可以保持在604。
在608，控制可以重设计时器，并采样下游氧浓度328。在612，控制可以确定下游氧浓度328是否小于第三预定值。如果是，则控制可以继续至632，下面对此进一步进行讨论。如果否，则控制可以继续至616。
在616，控制确定计时器是否对应于预定的采样时段。如果是，则控制可以继续至620。如果否，则控制可以返回至612。在620，控制可以重设计时器，并采样下游氧浓度328。在624，控制可以基于下游氧浓度328的采样和下游氧浓度328的最后值来确定部分面积。控制执行624的第一实例即下游氧浓度328的最后值是在608采用的下游氧浓度的值。在控制执行624一次之后，下游氧浓度328的最后值可以是来自620的最后执行的下游氧浓度的值。控制可以基于采样和最后值之间的变化在采样时段上的积分来确定部分面积。在628，控制可以将部分面积加到累积面积上（将部分面积与累积面积相加），并且控制可以返回至612。
返回参照632（当在612下游氧浓度328小于第三预定值时），控制可以采样下游氧浓度328。在636，控制可以基于下游氧浓度328的采样和下游氧浓度328的最后值来确定部分面积。用于636的目的的下游氧浓度328的最后值可以是在620的最后执行期间采用的下游氧浓度的值。控制可以基于在632所取的采样和最后值之间的变化在对应于计时器的时段上的积分来确定部分面积。在640，控制可以将部分面积加到累积面积上（将部分面积与累积面积相加）。
在644，控制可以设定累积面积等于面积360。在648，控制可以将滤波器应用于面积360，以产生滤波面积364。也可以在产生滤波面积364时使用来自先前的富到贫转变的面积360的一个或多个先前值。控制可以应用例如EWMA滤波器来产生滤波面积364。控制可以基于滤波面积364和面积360中之一来确定并指示在下游氧传感器177中是否存在故障。控制可以在648之后结束。尽管将控制示出并描述为结束，但是图6可以是一个控制环的举例说明，并且控制可以返回到604。控制可以响应于富到贫的转变并行地（例如，同时地）控制图5和图6的一部分。
本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是，本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和下面权利要求书的基础上其他修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。