專利名稱：補償隨機催化劑行為的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及排放控制系統(tǒng)和方法，更具體地說，涉及基于隨機催化劑行為校準(zhǔn)排 放控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
這里提供的背景技術(shù)描述用于總體上介紹本發(fā)明的背景。在本背景技術(shù)部分中所 描述的程度上，當(dāng)前署名的發(fā)明人的工作和本描述中在申請時不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的各方面， 既非明示也非默示地被認(rèn)為是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
內(nèi)燃發(fā)動機燃燒氣缸內(nèi)的空氣/燃料(A/F)混合物來驅(qū)動活塞，并產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。 A/F混合物中的空氣與燃料的比值可以稱作A/F比值。A/F比值可以通過控制節(jié)氣門和燃 料控制系統(tǒng)中的至少一者來調(diào)節(jié)。例如，可以調(diào)節(jié)A/F比值來控制發(fā)動機的扭矩輸出和/ 或來控制由發(fā)動機產(chǎn)生的排放物。
燃料控制系統(tǒng)可以包括內(nèi)反饋環(huán)路和外反饋環(huán)路。更具體地說，內(nèi)反饋環(huán)路可以 使用來自位于排放系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器上游的廢氣氧(EGO)傳感器(即，前催化劑EGO傳感 器)的數(shù)據(jù)。內(nèi)反饋環(huán)路可以使用來自前催化劑EGO傳感器的數(shù)據(jù)來控制供給到發(fā)動機的 期望量的燃料(即，燃料指令)。
例如，當(dāng)前催化劑EGO傳感器感測到由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣中的富A/F比值時，內(nèi)反 饋環(huán)路會減小燃料指令?？商娲?，例如，當(dāng)前催化劑EGO傳感器感測到廢氣中的貧A/F比 值時，內(nèi)反饋環(huán)路會增加燃料指令。換言之，內(nèi)反饋環(huán)路會將A/F比值保持在或接近于理想 的A/F比值(例如，對于汽油發(fā)動機，為14.7 1)。
外反饋環(huán)路可以使用來自布置在催化轉(zhuǎn)化器后的EGO傳感器(即，后催化劑EGO 傳感器)的信息。在一些實施方案中，EGO傳感器可以設(shè)置在排氣歧管內(nèi)的其它位置。例 如，EGO傳感器可以位于催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)(S卩，中間床EGO)。外反饋環(huán)路可以使用來自后催化 劑EGO傳感器的數(shù)據(jù)來校正(即，校準(zhǔn))來自前催化劑EGO傳感器、后催化劑EGO傳感器和 /或催化轉(zhuǎn)化器的不期望的讀取結(jié)果。例如，外反饋環(huán)路可以使用來自后催化劑EGO傳感器 的數(shù)據(jù)，以將后催化劑EGO傳感器保持在期望的電壓電平。換言之，因為后催化劑傳感器電 壓電平與催化劑效率和催化劑氧儲存質(zhì)量有關(guān)，所以外反饋環(huán)路可以保持儲存在催化轉(zhuǎn)化 器中的期望量的氧。因此，該外反饋環(huán)路改善發(fā)動機和催化劑系統(tǒng)的性能。發(fā)明內(nèi)容
一種用于校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊的方法包括對來自位于催化劑的上游的第一氧傳 感器的第一信號進行采樣。所述第一信號指示由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣的氧含量。所述方法還包括使用所述催化劑的模型和所述第一信號來預(yù)測位于所述催化劑的下游的第二氧傳感 器的響應(yīng)。所述方法還包括對來自所述第二氧傳感器的第二信號進行采樣，并基于所述第 二信號的采樣和所預(yù)測的響應(yīng)之間的差值來確定所述第二信號的分量。所述分量歸因于除 了氧之外的氣體。另外，所述方法包括基于所述第二信號的所述分量來校準(zhǔn)所述發(fā)動機控 制模塊。所述發(fā)動機控制模塊控制噴射到所述發(fā)動機中的燃料的量。
一種用于校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊的系統(tǒng)包括催化劑模擬模塊、分量確定模塊和校準(zhǔn) 模塊。所述催化劑模擬模塊對來自位于催化劑的上游的第一氧傳感器的第一信號進行采 樣。所述第一信號指示由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣的氧含量。所述催化劑模擬模塊還通過使用所 述催化劑的模型和所述第一信號預(yù)測位于所述催化劑的下游的第二氧傳感器的響應(yīng)。所述 分量確定模塊對來自所述第二氧傳感器的第二信號進行采樣，并基于所述第二信號的采樣 和所預(yù)測的響應(yīng)之間的差值來確定所述第二信號的分量。所述分量歸因于除了氧之外的氣 體。所述校準(zhǔn)模塊基于所述第二信號的所述分量來校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊。所述發(fā)動機 控制模塊控制噴射到所述發(fā)動機中的燃料的量。
本發(fā)明進一步的適用范圍將通過下文提供的詳細(xì)描述而變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解 的是，該詳細(xì)描述和具體示例僅用于說明目的，而并非旨在限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明還提供如下方案
方案1、一種用于校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊的方法，其包括
對來自位于催化劑的上游的第一氧傳感器的第一信號進行采樣，其中，所述第一 信號指示由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣的氧含量；
使用所述催化劑的模型和所述第一信號預(yù)測位于所述催化劑的下游的第二氧傳 感器的響應(yīng)；
對來自所述第二氧傳感器的第二信號進行采樣；
基于所述第二信號的采樣和所預(yù)測的響應(yīng)之間的差值確定所述第二信號的分量， 其中，所述分量歸因于除了氧之外的氣體；以及
基于所述第二信號的所述分量校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊，其中，所述發(fā)動機控制 模塊控制噴射到所述發(fā)動機中的燃料的量。
方案2、如方案1所述的方法，其特征在于，所述除了氧以外的氣體包括氫氣。
方案3、如方案1所述的方法，其特征在于，所述除了氧以外的氣體包括未燃燒的烴。
方案4、如方案2所述的方法，其特征在于，所述氫氣是從所述催化劑釋放的。
方案5、如方案1所述的方法，其特征在于，其還包括校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊的 控制架構(gòu)，其中，所述控制架構(gòu)包括比例-積分-微分(PID)控制、增益調(diào)度的PID控制、 H-無窮控制、滑?？刂?SMC)和模糊邏輯控制中的至少一種。
方案6、如方案1所述的方法，其特征在于，其還包括
確定所述差值的衰落速率；以及
基于所述衰落速率校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊。
方案7、如方案1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機控制模塊在所述發(fā)動機的 運行期間基于參考信號與從所述第二氧傳感器接收的信號之間的差值來控制燃料的量。
方案8、如方案7所述的方法，其特征在于，所述參考信號指示在所述第二氧傳感器處的所述廢氣的期望組成。
方案9、如方案8所述的方法，其特征在于，所述參考信號指示化學(xué)計量比。
方案10、如方案1所述的方法，其特征在于，其還包括
在所述發(fā)動機的運行時段期間確定多個分量；以及
基于所述多個分量校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊。
方案11、如方案10所述的方法，其特征在于，所述多個分量中的每個基于所述差 值的衰落速率。
方案12、如方案11所述的方法，其特征在于，其還包括使用基于模型的校準(zhǔn)來校 準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊，所述基于模型的校準(zhǔn)包括所述催化劑的模型。
方案13、如方案1所述的方法，其特征在于，其還包括基于所述廢氣的溫度和所 述廢氣的流速中的至少一者來預(yù)測所述響應(yīng)。
方案14、如方案1所述的方法，其特征在于，所述模型基于所述廢氣的溫度和所述 廢氣的流速中的至少一者以及所述第一信號來預(yù)測所述響應(yīng)。
方案15、一種用于校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊的系統(tǒng)，其包括
催化劑模擬模塊，所述催化劑模擬模塊對來自位于催化劑的上游的第一氧傳感 器的第一信號進行采樣，其中，所述第一信號指示由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣的氧含量；以及使 用所述催化劑的模型和所述第一信號來預(yù)測位于所述催化劑的下游的第二氧傳感器的響 應(yīng)；
分量確定模塊，所述分量確定模塊對來自所述第二氧傳感器的第二信號進行采 樣，并且基于所述第二信號的采樣和所預(yù)測的響應(yīng)之間的差值來確定所述第二信號的分 量，其中，所述分量歸因于除了氧之外的氣體；以及
校準(zhǔn)模塊，所述校準(zhǔn)模塊基于所述第二信號的所述分量來校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模 塊，其中，所述發(fā)動機控制模塊控制噴射到所述發(fā)動機中的燃料的量。
方案16、如方案15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述除了氧以外的氣體包括氫氣。
方案17、如方案16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣是從所述催化劑釋放的。
方案18、如方案15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)模塊校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制 模塊的控制架構(gòu)，并且其中，所述控制架構(gòu)包括比例-積分-微分(PID)控制、增益調(diào)度的 PID控制、H-無窮控制、滑?？刂?SMC)和模糊邏輯控制中的至少一種。
方案19、如方案15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分量確定模塊確定所述差值的 衰落速率，并且所述校準(zhǔn)模塊基于所述衰落速率校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊。
方案20、如方案15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機控制模塊在所述發(fā)動機 的運行期間基于在所述第二氧傳感器處的所述廢氣的期望組成和從所述第二氧傳感器接 收的信號之間的差值來控制燃料的量。


通過詳細(xì)描述和附圖將會更全面地理解本發(fā)明，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機系統(tǒng)的功能框圖2是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機控制模塊的功能框圖4是根據(jù)本發(fā)明的受騙確定模塊的功能框圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的所測量的后催化劑信號和所模擬的后催化劑信號之間 的比較的曲線圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的基于所測量的后催化劑信號和所模擬的后催化劑信號 之間的比較的偏移值的分布；
圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的基于所測量的后催化劑信號和所模擬的后催化劑信號 之間的比較的衰落時間的分布；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的包括補償參數(shù)的發(fā)動機控制模塊的功能框圖；以及
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的用于基于隨機催化劑模型控制發(fā)動機系統(tǒng)的方法的流 程圖。
具體實施方式
下面的描述本質(zhì)上僅是示例性的并且決不是要限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。為了 清楚起見，在附圖中使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識相似的元件。如這里所使用的，短語A、B和C 中的至少一個應(yīng)當(dāng)被解釋為使用非排他邏輯或的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不改 變本發(fā)明的原理的情況下，可以以不同的順序執(zhí)行方法內(nèi)的步驟。
如這里所使用的，術(shù)語模塊指專用集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共用的、 專用的、或成組的)和執(zhí)行一個或多個軟件程序或固件程序的存儲器、組合邏輯電路、和/ 或提供所描述功能的其他適合組件。
發(fā)動機控制模塊可以基于來自氧傳感器的反饋來控制噴射到發(fā)動機的氣缸中的 燃料的量。來自氧傳感器的信號指示廢氣的氧含量。因此，發(fā)動機控制模塊可以基于廢氣 的氧含量來控制噴射到氣缸中的燃料的量。然而，位于催化劑下游的氧傳感器會對除了氧 以外的氣體(例如，從催化劑釋放的氫)交叉敏感。因此，位于催化劑下游的氧傳感器會產(chǎn) 生指示除了氧以外的氣體的信號。可以將氧傳感器基于廢氣中的除了氧以外的氣體產(chǎn)生信 號稱作為“傳感器受騙”。當(dāng)位于催化劑下游的氧傳感器由于傳感器受騙而產(chǎn)生信號時，發(fā) 動機控制模塊會錯誤地控制噴射到氣缸中的燃料的量。
根據(jù)本發(fā)明的受騙確定系統(tǒng)可以補償傳感器受騙。受騙確定系統(tǒng)可以將傳感器受 騙表征為隨機效應(yīng)。更具體地說，受騙確定系統(tǒng)可以執(zhí)行將傳感器受騙建模為隨機效應(yīng)的 催化劑模型(即，隨機催化劑模型)。受騙確定系統(tǒng)可以基于隨機催化劑模型來校準(zhǔn)發(fā)動機 控制模塊的控制架構(gòu)。因此，當(dāng)位于催化劑下游的氧傳感器由于傳感器受騙產(chǎn)生信號時，基 于隨機催化劑模型校準(zhǔn)的發(fā)動機控制模塊可以正確地控制噴射到氣缸中的燃料的量。
現(xiàn)在參照圖1，發(fā)動機系統(tǒng)20包括驅(qū)動變速器M的發(fā)動機22。雖然示出的是火 花點火式發(fā)動機，但是還可想到壓燃式發(fā)動機。節(jié)氣門26可以調(diào)節(jié)進入進氣歧管觀的空 氣流量。進氣歧管觀內(nèi)的空氣被分布到氣缸30中。發(fā)動機控制模塊32致動燃料噴射器 34，從而將燃料噴射到氣缸30中。每個氣缸30可以包括用于點燃空氣/燃料(A/F)混合 物的火花塞36?？商娲兀趬喝际桨l(fā)動機中，A/F混合物可以通過壓縮而被點燃。雖然圖 1示出了四個氣缸30，但發(fā)動機22可以包括額外的或更少的氣缸30。發(fā)動機22還可以提 供使進氣門38和排氣門40停用的主動燃料管理系統(tǒng)(未示出)。
發(fā)動機控制模塊32與發(fā)動機系統(tǒng)20的部件相連通。發(fā)動機系統(tǒng)20的部件包括發(fā)動機22、傳感器和致動器，如本文所討論。
空氣從入口 42穿過質(zhì)量空氣流量(MAF)傳感器44。MAF傳感器44產(chǎn)生MAF信號， MAF信號指示進入進氣歧管觀中的空氣的質(zhì)量。歧管壓力(MAP)傳感器46設(shè)置在節(jié)氣門 26和發(fā)動機22之間的發(fā)動機進氣歧管觀中。MAP傳感器46產(chǎn)生指示歧管絕對空氣壓力 的MAP信號。位于進氣歧管觀中的進氣空氣溫度(IAT)傳感器48產(chǎn)生指示進氣空氣溫度 的IAT信號。發(fā)動機曲軸(未示出)以發(fā)動機速度或與發(fā)動機速度成比例的速率旋轉(zhuǎn)。曲 軸傳感器50產(chǎn)生可以指示曲軸的旋轉(zhuǎn)速度和位置的曲軸位置(CSP)信號。
發(fā)動機22可以包括使發(fā)動機冷卻劑循環(huán)的冷卻系統(tǒng)。發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)傳 感器51可以產(chǎn)生指示發(fā)動機冷卻劑溫度的ECT信號。ECT傳感器51可定位在發(fā)動機222 內(nèi)或定位在發(fā)動機冷卻劑被循環(huán)的其他位置處，例如定位在散熱器(未示出)處。
進氣門38選擇性地打開和關(guān)閉，從而能夠使空氣進入氣缸30。進氣凸輪軸(未 示出)調(diào)節(jié)進氣門38的位置?；钊?未示出)壓縮氣缸30內(nèi)的A/F混合物?；钊?qū)動曲 軸，以產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。當(dāng)排氣門40位于打開位置時，氣缸30內(nèi)的燃燒排氣被迫通過排氣歧 管52排出。排氣凸輪軸(未示出)調(diào)節(jié)排氣門40的位置。雖然示出了單個進氣門38和 排氣門40，但是發(fā)動機22可以針對每個氣缸30包括多個進氣門38和排氣門40。
發(fā)動機系統(tǒng)20包括處理廢氣的催化劑M (例如，三效催化劑)。發(fā)動機系統(tǒng)20可 以包括安裝在排氣歧管52中的一個或多個氧傳感器56、58。在下文中，可以將位于催化劑 54上游的氧傳感器56稱作為“前催化劑傳感器56”。在下文中，可以將位于催化劑M下游 的氧傳感器58稱作為“后催化劑傳感器58”。除了來自于存在于排氣中的其它氣體種類的 欺騙的信號成分之外，前催化劑傳感器56和后催化劑傳感器58均可以產(chǎn)生指示相對于大 氣中的氧的量而言廢氣中的氧的量的信號(例如，電壓)。在下文中，可以將由前催化劑傳 感器56產(chǎn)生的信號稱作為“前催化劑信號”。在下文中，可以將由后催化劑傳感器58產(chǎn)生 的信號稱作為“后催化劑信號”。
雖然將發(fā)動機系統(tǒng)20描述為包括前催化劑傳感器56和后催化劑傳感器58，但是 在一些實施方案中，發(fā)動機系統(tǒng)20可以包括定位在排氣歧管52內(nèi)的其它位置的EGO傳感 器。例如，EGO傳感器可以置于排氣歧管52的催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)(即，中間床EGO)。
發(fā)動機控制模塊32接收來自發(fā)動機系統(tǒng)20的輸入信號。輸入信號可以包括、但不 限于MAF信號、MAP信號、IAT信號、CSP信號、ECT信號、前催化劑信號和后催化劑信號。發(fā) 動機控制模塊32處理輸入信號，并產(chǎn)生輸出到發(fā)動機系統(tǒng)20的定時發(fā)動機控制指令。例 如，發(fā)動機控制指令可以致動節(jié)氣門26、燃料噴射器34和火花塞36。
現(xiàn)在參照圖2，示出了發(fā)動機控制模塊32的示例性控制架構(gòu)。發(fā)動機控制模塊32 包括前催化劑校正模塊70、前催化劑參考模塊71、后催化劑校正模塊72、補償模塊74、后催 化劑參考模塊75和燃料控制模塊76。發(fā)動機控制模塊32可以基于來自前催化劑傳感器 56和后催化劑傳感器58的反饋來控制噴射到氣缸30中的燃料的量。通常，發(fā)動機控制模 塊32控制噴射到氣缸30中的燃料的量，從而控制在氣缸30中燃燒的A/F混合物的A/F比 值。例如，發(fā)動機控制模塊32可以控制A/F比值，以便控制發(fā)動機系統(tǒng)20的排放和性能。
燃料控制模塊76基于燃料請求控制噴射到氣缸30中的燃料的量。燃料請求可以 指示將要注射到氣缸30中的燃料的量，以控制發(fā)動機系統(tǒng)20滿足期望的排放和/或性能 水平。
燃料請求可以基于前催化劑燃料請求和/或后催化劑燃料請求。前催化劑燃料請 求可以指示所請求的燃料的量，從而基于來自前催化劑信號的反饋來調(diào)節(jié)A/F比值。后催 化劑燃料請求可以指示所請求的燃料的量，從而基于來自后催化劑信號的反饋來調(diào)節(jié)A/F 比值。補償模塊74基于前催化劑燃料請求和后催化劑燃料請求來確定燃料請求。
前催化劑校正模塊70可以基于前催化劑信號來確定前催化劑燃料請求。前催化 劑校正模塊70可以確定前催化劑燃料請求，以保持期望的A/F比值。期望的A/F比值可以 是實現(xiàn)發(fā)動機系統(tǒng)20的期望的排放和/或性能水平的A/F比值。僅舉例而言，期望的A/F 比值可以接近于化學(xué)計量比(例如，對于汽油發(fā)動機，為14. 7 1)。前催化劑參考模塊71 產(chǎn)生期望的A/F比值。
前催化劑校正模塊70可以基于前催化劑信號來確定當(dāng)前的A/F比值(S卩，所測量 的A/F比值)。前催化劑校正模塊70可以基于當(dāng)前的A/F比值和期望的A/F比值之差來確 定前催化劑燃料請求。前催化劑燃料請求可以表示將要注射到氣缸30中的燃料的量，從而 根據(jù)前催化劑信號實現(xiàn)期望的A/F比值。例如，如果前催化劑信號指示A/F比值為富且期 望的A/F比值為貧時，則前催化劑校正模塊70可以確定出減少所噴射的燃料的量的前催化 劑燃料請求，從而產(chǎn)生期望的貧A/F比值。當(dāng)期望的A/F比值接近于化學(xué)計量時，前催化劑 校正模塊70可以產(chǎn)生在貧A/F比值和富A/F比值之間切換的前催化劑燃料請求。
因為前催化劑傳感器56定位成經(jīng)由排氣歧管52直接從氣缸30接收廢氣，所以前 催化劑信號可以密切地跟蹤廢氣的組成。因此，前催化劑校正模塊70可以經(jīng)由前催化劑燃 料請求對A/F比值燃料做出快速校正。
后催化劑校正模塊72可以基于后催化劑信號來確定后催化劑燃料請求。后催化 劑校正模塊72可以產(chǎn)生后催化劑燃料請求，從而保持期望的A/F比值。例如，后催化劑校 正模塊72可以產(chǎn)生后催化劑燃料請求，從而保持期望的后催化劑信號(例如，指示廢氣接 近于化學(xué)計量的信號)。后催化劑參考模塊75可以產(chǎn)生期望的后催化劑信號。期望的后催 化劑信號還可以基于期望的排放和/或性能水平。
因為后催化劑傳感器58定位在催化劑M之后，所以后催化劑信號可能不密切地 跟蹤從氣缸30排出的廢氣的組成。換言之，催化劑M可能對廢氣產(chǎn)生緩沖作用，并可能在 當(dāng)廢氣從氣缸30排出時和當(dāng)在后催化劑傳感器58處測量廢氣時之間引入延遲。因此，后 催化劑校正模塊72會對A/F比值做出較慢的校正。
后催化劑傳感器58可能對除了氧以外的氣體敏感。例如，后催化劑傳感器58可 能對從催化劑M釋放的氫氣敏感。因此，后催化劑傳感器58可以基于廢氣中的氫的量產(chǎn) 生后催化劑信號。可以將基于廢氣中的除了氧以外的氣體產(chǎn)生后催化劑信號稱作為“傳感 器受騙”。寬范圍或切換的氧傳感器會由于傳感器受騙而產(chǎn)生信號。后催化劑信號(即，電 壓)會由于傳感器受騙增加。因此，當(dāng)傳感器受騙發(fā)生時，發(fā)動機控制模塊32可以確定出 A/F為較富還是較貧。
發(fā)動機控制模塊32可以包括控制架構(gòu)，例如包括增益值的比例-積分-微分 (PID)控制。僅舉例而言，前催化劑校正模塊70和后催化劑校正模塊72可以執(zhí)行控制架構(gòu)， 并可以包括增益值。作為另一示例，控制架構(gòu)可以包括增益調(diào)度的PID控制、H⑴(“H-無 窮”)控制、滑?？刂?SMC)和模糊邏輯控制中的一種或多種。額外地或可替代，可以執(zhí)行 其它控制架構(gòu)。
包括在發(fā)動機控制模塊32中的增益值可以根據(jù)發(fā)動機系統(tǒng)20的基于模型的校準(zhǔn) 來確定?；谀Ｐ偷男?zhǔn)可以包括在運行條件范圍內(nèi)運行發(fā)動機22的同時，基于測量發(fā) 動機系統(tǒng)20的傳感器值來確定控制架構(gòu)的增益值。例如，基于模型的校準(zhǔn)可以包括基于 前催化劑信號、后催化劑信號和催化劑模型來確定增益值?；谀Ｐ偷男?zhǔn)可以通過在校 準(zhǔn)過程中減少實驗工作的需要并減少人際交互來減少校準(zhǔn)嘗試。
用于校準(zhǔn)A/F比值的控制的催化劑模型可以基于前催化劑信號、排氣流量、排氣 溫度等輸出預(yù)期的后催化劑信號。然而，因為對傳感器受騙建?？赡苌婕暗皆诎l(fā)動機控制 模塊32中可能不能有效執(zhí)行的計算密集型模型，所以催化劑模型會不對傳感器受騙建模。 因此，當(dāng)基于不能解釋傳感器受騙的催化劑模型來校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊32時，在傳感器受 騙存在時，發(fā)動機控制模塊32可能不能正確地控制燃料噴射。
根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法表征后催化劑傳感器58的傳感器受騙并基于傳感 器受騙的表征來校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊32。校準(zhǔn)系統(tǒng)將傳感器受騙表征為隨機現(xiàn)象。因此， 校準(zhǔn)系統(tǒng)基于將傳感器受騙表征為隨機現(xiàn)象來校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊32，以控制A/F比值。
現(xiàn)在參照圖3，受騙確定系統(tǒng)80確定在發(fā)動機控制模塊32中使用的補償參數(shù)，以 補償傳感器受騙。補償參數(shù)可以包括例如在后催化劑校正模塊72中使用的增益值。換言 之，發(fā)動機控制模塊32可以基于補償參數(shù)得到校準(zhǔn)，從而在存在傳感器受騙時正確地控制 燃料噴射。
受騙確定系統(tǒng)80包括受騙確定模塊82。受騙確定模塊82可以按照與發(fā)動機控制 模塊32類似的方式來操作受騙確定系統(tǒng)80。例如，受騙確定模塊82可以基于從受騙確定 系統(tǒng)80的傳感器接收的信號控制受騙確定系統(tǒng)80的致動器。受騙確定模塊82可以基于 前催化劑信號、后催化劑信號和催化劑模型來確定補償參數(shù)。受騙確定模塊82還可以基于 包括、但不限于MAF、MAP、IAT、CSP和ECT信號的其它信號來確定補償參數(shù)。受騙確定模塊 82可以例如在試驗床裝置和/或在驅(qū)動循環(huán)(例如，聯(lián)邦試驗程序(FTP)驅(qū)動循環(huán))期間 操作發(fā)動機22和相關(guān)聯(lián)的部件。因此，受騙確定模塊82可以基于在試驗床和/或驅(qū)動試 驗中所收集的數(shù)據(jù)來確定補償參數(shù)。
受騙確定模塊82可以基于催化劑模型來控制燃料噴射器34。受騙確定模塊82可 以基于根據(jù)催化劑模型所模擬的后催化劑信號和所測量的后催化劑信號的比較來確定補 償參數(shù)。
現(xiàn)在參照圖4，受騙確定模塊82包括催化劑模擬模塊84、時段確定模塊86、偏差分 量確定模塊88 (在下文中稱作“偏差確定模塊88”)、衰落分量確定模塊90 (在下文中稱作 “衰落確定模塊90”)、分布確定模塊92和校準(zhǔn)模塊93。
催化劑模擬模塊84可以包括對催化劑M的操作進行建模的催化劑模型。因此， 催化劑模擬模塊84可以模擬后催化劑信號。在下文中，將由催化劑模型模擬的后催化劑信 號稱作為“所模擬的后催化劑信號”。所模擬的后催化劑信號可以指示后催化劑傳感器58 處的實際廢氣組成。
時段確定模塊86可以接收來自后催化劑傳感器58的可包括傳感器受騙分量的后 催化劑信號(即，所測量的后催化劑信號)。時段確定模塊86基于所測量的后催化劑信號 和所模擬的后催化劑信號的比較來確定后催化劑傳感器58由于傳感器受騙而產(chǎn)生信號的 時間段?？梢詫⒑蟠呋瘎﹤鞲衅?8由于傳感器受騙而產(chǎn)生信號的時段稱作“緩和時段”。偏差確定模塊88和衰落確定模塊90表征在緩和時段期間傳感器受騙的量。
現(xiàn)在參照圖5，示出了所測量的后催化劑信號、所模擬的后催化劑信號和緩和時 段。時段確定模塊86基于所模擬的后催化劑信號和所測量的后催化劑信號的比較來檢測 緩和時段。在圖5中，將緩和時段標(biāo)為R1-I^在緩和時段期間，所測量的后催化劑信號大 于所模擬的后催化劑信號。例如，在緩和時段札期間，所測量的后催化劑信號大于所模擬 的后催化劑信號。在緩和時段R1開始時，所測量的后催化劑信號和所模擬的后催化劑信號 在值上幾乎相等。將緩和時段札的開始標(biāo)為“峰”。當(dāng)所模擬的后催化劑信號從峰減小時， 所測量的后催化劑信號不會跟隨所模擬的后催化劑信號。因此，使用產(chǎn)生所模擬的后催化 劑信號的催化劑模型來校準(zhǔn)發(fā)動機系統(tǒng)20可能導(dǎo)致對燃料噴射的不正確的控制，因為催 化劑模型在存在傳感器受騙時可能不能預(yù)測正確的后催化劑信號。
當(dāng)所測量的后催化劑信號在峰之后以比所模擬的后催化劑信號更慢的速率衰落 時，時段確定模塊86可以檢測緩和時段。衰落確定模塊90和偏差確定模塊88可以基于峰 之后的衰落來表征傳感器受騙的量。
傳感器受騙可以由基于時間的分量和偏差值來表征。衰落確定模塊90可以確定 在每個緩和時段期間傳感器受騙的基于時間的分量。例如，傳感器受騙的基于時間的分量 可以指示在緩和時段期間所測量的后催化劑信號的衰落速率。在下文中，可以將基于時間 的分量稱作為“衰落時間”。偏差確定模塊88可以確定在每個緩和時段期間傳感器受騙的 偏差值。偏差值可以是所測量的后催化劑信號在緩和時段期間衰落所朝向的值。
盡管傳感器受騙由基于時間的分量和偏差值來表征，但是能夠預(yù)想到傳感器受騙 的其它表征(即，動態(tài)表示)。例如，可以使用較高階濾波器、多個基于時間的分量和/或多 個偏差值來表征傳感器受騙。
現(xiàn)在將關(guān)于緩和時段民來討論衰落時間和偏差值的示例性計算。緩和時段&從 峰？工跨到點P2。偏差確定模塊88可以基于所測量的后催化劑信號的穩(wěn)定值來確定偏差值。 例如，偏差值可以等于穩(wěn)定值。換言之，可以將偏差值描述為漸近值，當(dāng)后催化劑傳感器58 經(jīng)歷傳感器受騙時，所測量的后催化劑信號衰落到所述漸近值。
衰落確定模塊90可以基于將峰P1連接到點P2的衰落函數(shù)來確定緩和時段&中 的衰落時間。衰落確定模塊90可以基于各種衰落函數(shù)來確定衰落時間。僅舉例而言，衰落 確定模塊90可以將一階衰落函數(shù)擬合至峰P1和點P2之間的所測量的后催化劑信號。衰落 確定模塊90可以基于一階衰落函數(shù)的時間常數(shù)來確定衰落時間。僅舉例而言，衰落確定模 塊90可以確定出衰落時間等于一階衰落函數(shù)的時間常數(shù)。盡管將衰落確定模塊90描述為 基于一階衰落函數(shù)來確定緩和時段R2的衰落時間，但衰落確定模塊90可以基于其它函數(shù) (例如，二階衰落函數(shù))來確定衰落時間。
受騙確定模塊82可以在驅(qū)動循環(huán)內(nèi)操作發(fā)動機22，以確定補償參數(shù)。例如，驅(qū)動 循環(huán)可以包括FTP驅(qū)動循環(huán)。時段確定模塊86可以在驅(qū)動循環(huán)期間確定多個緩和時段。衰 落確定模塊90可以確定出與在驅(qū)動循環(huán)期間確定的多個緩和時段對應(yīng)的多個衰落時間。 偏差確定模塊88可以確定出與在驅(qū)動循環(huán)期間確定的多個緩和時段對應(yīng)的多個偏差值。 分布確定模塊92可以存儲在多個緩和時段期間確定的偏差值和衰落時間。
衰落時間和偏差值可以根據(jù)發(fā)動機運行條件在緩和時段之間變化?；谶\行條件 可能不能正確地預(yù)測衰落時間和偏差值。因此，可以將傳感器受騙模擬為隨機現(xiàn)象。
現(xiàn)在參照圖6A-6B，分布確定模塊92可以確定偏差值和衰落時間的分布。在圖6A 中示出了示例性的偏差分布函數(shù)(在下文中稱作“偏差函數(shù)”)。偏差函數(shù)可以基于具體偏 差值的多個發(fā)生。例如，在圖6A中，偏差值可以是在所測量的后催化劑信號已經(jīng)達(dá)到漸近 值之后所測量的后催化劑信號與所模擬的后催化劑信號的比值。偏差函數(shù)可以是擬合成直 方圖的曲線，直方圖包括與各個偏差值對應(yīng)的多個發(fā)生。
示例性衰落分布函數(shù)(在下文中稱作“衰落函數(shù)”)可以基于具體衰落時間的多個 發(fā)生。例如，在圖6B中，衰落時間可以是與一階衰落函數(shù)對應(yīng)的時間常數(shù)，其中，所述一階 衰落函數(shù)表征在對應(yīng)的緩和時段期間所測量的后催化劑信號的衰落。僅舉例而言，較大的 時間常數(shù)可以對應(yīng)于較長的衰落時間。圖6B的衰落函數(shù)可以是擬合成直方圖的曲線，直方 圖包括與各個衰落時間對應(yīng)的多個發(fā)生。
返回參照圖4，校準(zhǔn)模塊93包括基于模型的校準(zhǔn)模塊94、催化劑模型95和參數(shù)選 擇模塊96。校準(zhǔn)模塊93可以基于衰落時間和偏差值的分布來確定補償參數(shù)。補償參數(shù)可 以是在發(fā)動機控制模塊32的控制架構(gòu)(例如，后催化劑校正模塊72)中實現(xiàn)的增益值。校 準(zhǔn)模塊93可以基于在驅(qū)動循環(huán)期間獲取的數(shù)據(jù)(例如，MAF, MAP、ECT等)和通過衰落時 間及偏差值的分布所修改的催化劑模型來執(zhí)行發(fā)動機控制模塊32的控制架構(gòu)的校準(zhǔn)。在 下文中，可以將通過衰落時間和偏差值的分布所修改的催化劑模型稱作為“隨機催化劑模 型”。
參數(shù)選擇模塊96可以使用所述分布修改催化劑模型95的輸出(即，所模擬的后 催化劑信號)。催化劑模型95可以是在催化劑模擬模塊84中使用的相同的催化劑模型 (即，沒有對傳感器受騙建模的催化劑模型)。例如，參數(shù)選擇模塊96可以基于衰落時間和 偏差值的選擇來調(diào)節(jié)所模擬的后催化劑信號，從而模擬包括傳感器受騙的所測量的后催化 劑信號。換言之，參數(shù)選擇模塊96可以基于所選擇的衰落時間和偏差值使得來自催化劑模 型95的所模擬的后催化劑信號以各種速率衰落至各種偏差值。
參數(shù)選擇模塊96可以分別基于衰落函數(shù)和偏差函數(shù)來選擇衰落時間和偏差值進 行執(zhí)行。例如，參數(shù)選擇模塊96可以隨機地選擇衰落時間和偏差值進行執(zhí)行。參數(shù)選擇模 塊96可以分別基于衰落時間和偏差值的多個發(fā)生來選擇衰落時間和偏差值。例如，當(dāng)與衰 落時間相關(guān)聯(lián)的發(fā)生量較多時，參數(shù)選擇模塊96可以更經(jīng)常地選擇衰落時間。
基于模型的校準(zhǔn)模塊94可以確定用于發(fā)動機控制模塊32的控制架構(gòu)的增益值 (即，補償參數(shù))，以使用隨機催化劑模型基于增益值的校準(zhǔn)來補償傳感器受騙。因此，發(fā)動 機控制模塊32可以基于使用隨機催化劑模型確定的補償參數(shù)來控制發(fā)動機系統(tǒng)20，從而 在存在傳感器受騙時提供發(fā)動機系統(tǒng)20的穩(wěn)健控制。
補償參數(shù)依賴于發(fā)動機系統(tǒng)20的部件。例如，變速器M的變化(例如，自動到手 動)和/或發(fā)動機22的變化(例如，排量、燃料噴射類型)會產(chǎn)生在基于模型的校準(zhǔn)期間 確定的不同組的補償參數(shù)。因此，可以將被確定用于特定的發(fā)動機系統(tǒng)的補償參數(shù)調(diào)整成 適合該特定的發(fā)動機系統(tǒng)。
現(xiàn)在參照圖7，發(fā)動機控制模塊32可以基于使用隨機催化劑模型確定的補償參數(shù) 來控制發(fā)動機系統(tǒng)20。例如，在后催化劑校正模塊72的控制架構(gòu)中，可以將補償參數(shù)實現(xiàn) 為比例-積分-微分控制架構(gòu)中的增益。換言之，補償參數(shù)用作為控制架構(gòu)(例如，比例-積 分-微分控制架構(gòu))中的增益，從而對來自后催化劑傳感器58的所測量的后催化劑信號和期望的后催化劑信號之間的差值起作用。
現(xiàn)在參照圖8，用于基于隨機催化劑模型控制發(fā)動機系統(tǒng)的方法開始于100。在 100處，受騙確定模塊82基于催化劑模型使發(fā)動機22運行一驅(qū)動循環(huán)。在102處，時段確 定模塊86在驅(qū)動循環(huán)期間將所測量的后催化劑信號與所模擬的后催化劑信號進行比較。 在104處，時段確定模塊86確定與驅(qū)動循環(huán)對應(yīng)的緩和時段。在106處，衰落確定模塊90 確定每個緩和時段的衰落時間。在108處，偏差確定模塊88確定每個緩和時段的偏差值。 在110處，分布確定模塊92基于衰落時間確定衰落函數(shù)。在112處，分布確定模塊92基于 偏差值確定偏差函數(shù)。在114處，基于模型的校準(zhǔn)模塊94基于偏差函數(shù)和衰落函數(shù)產(chǎn)生隨 機催化劑模型。在116處，基于模型的校準(zhǔn)模塊94使用隨機催化劑模型基于校準(zhǔn)來確定補 償參數(shù)。在118處，發(fā)動機控制模塊32基于補償參數(shù)控制發(fā)動機系統(tǒng)20。
本發(fā)明的廣義教導(dǎo)可以以各種形式實施。因此，雖然本發(fā)明包括具體示例，但是， 本發(fā)明的真正范圍不應(yīng)局限于此，因為在研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求書的基礎(chǔ)上其 他修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊的方法，其包括對來自位于催化劑的上游的第一氧傳感器的第一信號進行采樣，其中，所述第一信號 指示由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣的氧含量；使用所述催化劑的模型和所述第一信號預(yù)測位于所述催化劑的下游的第二氧傳感器 的響應(yīng)；對來自所述第二氧傳感器的第二信號進行采樣；基于所述第二信號的采樣和所預(yù)測的響應(yīng)之間的差值確定所述第二信號的分量，其 中，所述分量歸因于除了氧之外的氣體；以及基于所述第二信號的所述分量校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊，其中，所述發(fā)動機控制模塊 控制噴射到所述發(fā)動機中的燃料的量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述除了氧以外的氣體包括氫氣。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述除了氧以外的氣體包括未燃燒的烴。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氫氣是從所述催化劑釋放的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊的控制 架構(gòu)，其中，所述控制架構(gòu)包括比例-積分-微分(PID)控制、增益調(diào)度的PID控制、H-無 窮控制、滑?？刂?SMC)和模糊邏輯控制中的至少一種。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括確定所述差值的衰落速率；以及基于所述衰落速率校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機控制模塊在所述發(fā)動機的運行 期間基于參考信號與從所述第二氧傳感器接收的信號之間的差值來控制燃料的量。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述參考信號指示在所述第二氧傳感器處 的所述廢氣的期望組成。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述參考信號指示化學(xué)計量比。
10.一種用于校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊的系統(tǒng)，其包括催化劑模擬模塊，所述催化劑模擬模塊對來自位于催化劑的上游的第一氧傳感器的 第一信號進行采樣，其中，所述第一信號指示由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣的氧含量；以及使用所述 催化劑的模型和所述第一信號來預(yù)測位于所述催化劑的下游的第二氧傳感器的響應(yīng)；分量確定模塊，所述分量確定模塊對來自所述第二氧傳感器的第二信號進行采樣，并 且基于所述第二信號的采樣和所預(yù)測的響應(yīng)之間的差值來確定所述第二信號的分量，其 中，所述分量歸因于除了氧之外的氣體；以及校準(zhǔn)模塊，所述校準(zhǔn)模塊基于所述第二信號的所述分量來校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊， 其中，所述發(fā)動機控制模塊控制噴射到所述發(fā)動機中的燃料的量。
全文摘要
本發(fā)明涉及補償隨機催化劑行為。具體地，一種用于校準(zhǔn)發(fā)動機控制模塊的方法包括對來自位于催化劑的上游的第一氧傳感器的第一信號進行采樣。所述第一信號指示由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣的氧含量。所述方法還包括使用所述催化劑的模型和所述第一信號來預(yù)測位于所述催化劑的下游的第二氧傳感器的響應(yīng)，并對來自所述第二氧傳感器的第二信號進行采樣。所述方法還包括基于所述第二信號的采樣和所預(yù)測的響應(yīng)之間的差值來確定所述第二信號的分量。所述分量歸因于除了氧之外的氣體。另外，所述方法包括基于所述第二信號的所述分量來校準(zhǔn)所述發(fā)動機控制模塊。所述發(fā)動機控制模塊控制噴射到所述發(fā)動機中的燃料的量。
文檔編號F02D41/30GK102032057SQ201010501680
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者K·P·杜德克, S·S·V·拉賈戈帕蘭, S·W·米德拉姆-莫勒, S·于爾科維奇, Y·G·格真納克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司