專利名稱：對排氣系統(tǒng)的反饋更精確響應(yīng)的燃料控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，且更具體地涉及用于在空氣/燃料當(dāng)量比(EQR)偏移的情況 下對來自于排氣系統(tǒng)中排氣氧(EGO)傳感器的反饋改善響應(yīng)的燃料控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在此提供的背景說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時的現(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)混合物以驅(qū)動活塞并產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。A/ F混合物中空氣與燃料的比可稱為A/F比。A/F比可通過控制節(jié)氣門和燃料控制系統(tǒng)中的 至少一個來調(diào)節(jié)。然而，A/F比還可通過控制其它發(fā)動機(jī)部件(例如，排氣再循環(huán)或EGR系 統(tǒng))來調(diào)節(jié)。例如，A/F比可被調(diào)節(jié)，以控制發(fā)動機(jī)的扭矩輸出和/或控制發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的 排放。
燃料控制系統(tǒng)可包括內(nèi)反饋回路和外反饋回路。更具體地，內(nèi)反饋回路可使用來 自于排氣氧(EGO)傳感器的數(shù)據(jù)，EGO傳感器位于發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣系統(tǒng)中催化轉(zhuǎn)化器的 上游(即，催化劑前EGO傳感器)。內(nèi)反饋回路可使用來自于催化劑前EGO傳感器的數(shù)據(jù)， 以控制供應(yīng)給發(fā)動機(jī)的期望燃料量(即，燃料指令)。
例如，當(dāng)催化劑前EGO傳感器感測發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排氣中的濃A/F比時(即，未燃 燒燃料蒸汽)，內(nèi)反饋回路可減少燃料指令。替代性地，例如，當(dāng)催化劑前EGO傳感器感測排 氣中的稀A/F比時(即，過量氧)，內(nèi)反饋回路可增加燃料指令。換句話說，內(nèi)反饋回路可將 A/F比保持在理想A/F比或者接近理想A/F比(例如，化學(xué)計(jì)量比，或14. 7 1)，因而增加 了發(fā)動機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性和/或減少了發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排放。
特別地，內(nèi)反饋回路可執(zhí)行比例積分(PI)控制以校正燃料指令。而且，燃料指令 可基于短期燃料調(diào)整或長期燃料調(diào)整進(jìn)一步被校正。例如，短期燃料調(diào)整可通過改變PI控 制的增益來校正燃料指令。此外，例如當(dāng)短期燃料調(diào)整不能在期望時間段內(nèi)將燃料指令完 全校正時，長期燃料調(diào)整可校正燃料指令。
在另一方面，外反饋回路可使用來自于設(shè)置在催化轉(zhuǎn)化器之后的EGO傳感器(即， 催化劑后EGO傳感器)的信息。外反饋回路可使用來自于催化劑后EGO傳感器的數(shù)據(jù)，以 校正(即，標(biāo)定)來自于催化劑前EGO傳感器、催化劑后EGO傳感器、和/或催化轉(zhuǎn)化器的 意外讀數(shù)。例如，外反饋回路可使用來自于催化劑后EGO傳感器的數(shù)據(jù)，以將催化劑后EGO 傳感器保持在期望電壓水平。換句話說，外反饋回路可保持期望量的氧存儲在催化轉(zhuǎn)化器 中，因而改善排氣系統(tǒng)的性能。此外，外反饋回路可通過改變閾值來控制內(nèi)反饋回路，該閾值由內(nèi)反饋回路使用以確定A/F比是濃的還是稀的。
排氣成分(例如，A/F比)可影響EGO傳感器的性能，因而影響EGO傳感器值的精 確性。結(jié)果是，燃料控制系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成基于不同于所期望的值進(jìn)行操作。例如，燃料控制系 統(tǒng)被設(shè)計(jì)成“不對稱地”操作。換句話說，例如，燃料控制系統(tǒng)對于稀A/F比的偏差響應(yīng)可 不同于燃料控制系統(tǒng)對于濃A/F比的偏差響應(yīng)。
不對稱性通常設(shè)計(jì)成根據(jù)發(fā)動機(jī)操作參數(shù)而定。具體地，不對稱性根據(jù)排氣成分 而定，排氣成分根據(jù)發(fā)動機(jī)操作參數(shù)而定。通過調(diào)節(jié)內(nèi)反饋回路的增益和閾值而間接實(shí)現(xiàn) 該不對稱性，需要在各個發(fā)動機(jī)操作狀態(tài)下進(jìn)行大量測試。此外，對于每個動力系和車輛類 型需要該大量標(biāo)定，且該大量標(biāo)定不容易適用其它技術(shù)，包括但不局限于可變閥定時和升 程。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)包括飽和確定模塊、調(diào)節(jié)因子生成模塊和燃料控制模塊。飽和確 定模塊確定第一排氣氧(EGO)傳感器何時飽和，其中第一EGO傳感器位于催化劑的上游。調(diào) 節(jié)因子生成模塊在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn)生用于燃料控制模塊的積分增益的調(diào)節(jié)因子。 燃料控制模塊基于發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排氣中氧的預(yù)期量與測量值之間的差、比例增益、積分 增益和積分增益調(diào)節(jié)因子來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的燃料指令。
一種方法，包括確定第一排氣氧(EGO)傳感器何時飽和，其中第一 EGO傳感器位 于催化劑的上游；在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn)生用于積分增益的調(diào)節(jié)因子；以及基于發(fā)動 機(jī)所產(chǎn)生的排氣中氧的預(yù)期量與測量值之間的差、比例增益、積分增益和積分增益調(diào)節(jié)因 子來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的燃料指令。
本發(fā)明涉及下述技術(shù)方案。
1. 一種發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，包括
飽和確定模塊，所述飽和確定模塊確定第一排氣氧(EGO)傳感器何時飽和，其中 第一 EGO傳感器位于催化劑的上游；
調(diào)節(jié)因子生成模塊，所述調(diào)節(jié)因子生成模塊在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn)生用于燃 料控制模塊的積分增益的調(diào)節(jié)因子；和
燃料控制模塊，所述燃料控制模塊基于發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排氣中氧的預(yù)期量與測量 值之間的差、比例增益、所述積分增益和所述積分增益調(diào)節(jié)因子來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的燃料指令。
2.根據(jù)方案1所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，飽和確定模塊在第一EGO傳感器的測 量值在脈動周期上大于第一閾值或者在所述脈動周期上小于第二閾值時確定第一 EGO傳 感器飽和，且其中第一閾值大于第二閾值。
3.根據(jù)方案2所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括
期望當(dāng)量比(EQR)確定模塊，所述期望EQR確定模塊基于第二 EGO傳感器的測量 值、進(jìn)氣歧管絕對壓力(MAP)和發(fā)動機(jī)速度來確定期望EQR，其中第二 EGO傳感器位于催化 劑的下游。
4.根據(jù)方案3所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括
預(yù)期EGO電壓模塊，所述預(yù)期EGO電壓模塊基于期望EQR確定第一 EGO傳感器的預(yù)期測量值。
5.根據(jù)方案4所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括
偏差確定模塊，所述偏差確定模塊基于來自于第一 EGO傳感器的測量值與來自于 第一 EGO傳感器的預(yù)期測量值之間的差確定偏差。
6.根據(jù)方案5所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括
平均預(yù)期電壓模塊，所述平均預(yù)期電壓模塊基于來自于第一 EGO傳感器的預(yù)期測 量值和預(yù)定時間段確定平均預(yù)期電壓。
7.根據(jù)方案6所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，調(diào)節(jié)因子生成模塊還包括
額定調(diào)節(jié)因子生成模塊，所述額定調(diào)節(jié)因子生成模塊在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn) 生額定積分增益調(diào)節(jié)因子，其中額定積分增益調(diào)節(jié)因子基于平均預(yù)期電壓以及第一和第二 閾值。
8.根據(jù)方案7所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，調(diào)節(jié)因子生成模塊還包括
濾波模塊，所述濾波模塊濾波額定積分增益調(diào)節(jié)因子以產(chǎn)生積分增益調(diào)節(jié)因子， 并且基于重置信號將積分增益調(diào)節(jié)因子設(shè)定等于1。
9.根據(jù)方案8所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，濾波模塊包括一階離散濾波器。
10.根據(jù)方案8所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括
重置控制模塊，所述重置控制模塊在偏差的極性變化時產(chǎn)生重置信號。
11.根據(jù)方案10所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括
增益控制模塊，所述增益控制模塊產(chǎn)生比例增益和積分增益，其中積分增益包括 基線積分增益和積分增益調(diào)節(jié)因子的乘積。
12.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，燃料控制模塊基于期望EQR、MAF, 偏差、比例增益、積分增益以及積分增益調(diào)節(jié)因子來確定燃料指令。
13.根據(jù)方案12所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，燃料控制模塊基于期望EQR、MAF, 比例校正以及積分校正來確定燃料指令，比例校正包括比例增益和偏差的乘積，積分校正 包括積分增益和偏差的乘積的量的積分。
14.根據(jù)方案13所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，燃料控制模塊基于期望EQR以及比 例校正和積分校正的加權(quán)求和來確定燃料指令。
15.根據(jù)方案14所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，燃料指令包括用于發(fā)動機(jī)的燃料 噴射器的控制信號。
16. —種方法，包括
確定第一排氣氧(EGO)傳感器何時飽和，其中第一 EGO傳感器位于催化劑的上 游；
在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn)生積分增益的調(diào)節(jié)因子；以及
基于發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排氣中氧的預(yù)期量與測量值之間的差、比例增益、所述積分 增益和所述積分增益調(diào)節(jié)因子來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的燃料指令。
17.根據(jù)方案16所述的方法，還包括
在第一 EGO傳感器的測量值在脈動周期上大于第一閾值或者在脈動周期上小于 第二閾值時確定第一 EGO傳感器飽和，且其中第一閾值大于第二閾值。
18.根據(jù)方案17所述的方法，還包括
基于第二 EGO傳感器的測量值、進(jìn)氣歧管絕對壓力(MAP)和發(fā)動機(jī)速度來確定期望當(dāng)量比(EQR)，其中第二 EGO傳感器位于催化劑的下游。
19.根據(jù)方案18所述的方法，還包括
基于期望EQR確定第一 EGO傳感器的預(yù)期測量值。
20.根據(jù)方案19所述的方法，還包括
基于來自于第一 EGO傳感器的測量值與來自于第一 EGO傳感器的預(yù)期測量值之間 的差確定偏差。
21.根據(jù)方案21所述的方法，還包括
基于來自于第一 EGO傳感器的預(yù)期測量值和預(yù)定時間段確定平均預(yù)期電壓。
22.根據(jù)方案21所述的方法，還包括
在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn)生額定積分增益調(diào)節(jié)因子，其中額定積分增益調(diào)節(jié)因 子基于平均預(yù)期電壓以及第一和第二閾值。
23.根據(jù)方案22所述的方法，還包括
濾波額定積分增益調(diào)節(jié)因子以產(chǎn)生積分增益調(diào)節(jié)因子；以及
基于重置信號將積分增益調(diào)節(jié)因子設(shè)定等于1。
24.根據(jù)方案23所述的方法，其中，濾波包括一階離散濾波。
25.根據(jù)方案23所述的方法，還包括
在偏差的極性變化時產(chǎn)生重置信號。
26.根據(jù)方案25所述的方法，還包括
產(chǎn)生比例增益和積分增益，其中積分增益包括基線積分增益和積分增益調(diào)節(jié)因子 的乘積。
27.根據(jù)方案沈所述的方法，還包括
基于期望EQR、MAF、偏差、比例增益、積分增益以及積分增益調(diào)節(jié)因子來確定燃料 指令。
28.根據(jù)方案27所述的方法，還包括
基于期望EQR、MAF、比例校正以及積分校正來確定燃料指令，比例校正包括比例增 益和偏差的乘積，積分校正包括積分增益和偏差的乘積的量的積分。
29.根據(jù)方案觀所述的方法，還包括
基于期望EQR以及比例校正和積分校正的加權(quán)求和來確定燃料指令。
30.根據(jù)方案四所述的方法，其中，燃料指令包括用于發(fā)動機(jī)的燃料噴射器的控 制信號。
本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用領(lǐng)域從下文提供的詳細(xì)說明顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解的是，詳細(xì) 說明和具體示例僅旨在用于說明的目的且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。


從詳細(xì)說明和附圖將更充分地理解本發(fā)明，在附圖中
圖IA是描述空氣/燃料當(dāng)量比(EQR)偏移對預(yù)期催化劑前排氣氧(EGO)傳感器 測量值的影響的曲線圖IB是描述在濃擾動期間EQR偏移對預(yù)期和實(shí)際催化劑前EGO傳感器測量值的 影響的曲線圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的功能框圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性控制模塊的功能框圖；以及
圖4是根據(jù)本發(fā)明用于控制供應(yīng)給發(fā)動機(jī)的燃料的示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下說明本質(zhì)上僅為示例性的且絕不旨在限制本發(fā)明、它的應(yīng)用、或使用。為了清 楚起見，在附圖中使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識類似的元件。如在此所使用的，短語A、B和C的 至少一個應(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。
如在此所使用的，術(shù)語模塊指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或更 多軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的、或組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供 所述功能的其他合適的部件。
可基于來自于位于催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣氧(EGO)傳感器(即，催化劑前EGO傳 感器)的反饋來調(diào)節(jié)要供應(yīng)給發(fā)動機(jī)的期望燃料量(即，燃料指令)。例如，燃料指令可包 括用于多個燃料噴射器的對應(yīng)于預(yù)期燃料量的控制信號。反饋可為發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排氣中 氧的預(yù)期量與實(shí)際量之間的差(即，偏差)。更具體地，反饋可為表示來自于催化劑前EGO 傳感器基于燃料指令的預(yù)期電壓測量值(Vraip)與來自于催化劑前EGO傳感器的實(shí)際電壓測 量值(Vmeas)之間的差的電壓偏差(νε )。
控制模塊可基于電壓偏差Vot執(zhí)行燃料指令的比例積分(PI)控制。更確切地說， 燃料指令可使用比例校正和積分校正調(diào)節(jié)，比例校正和積分校正都可來自于電壓偏差Ve 。 例如，PI控制可基于比例校正和積分校正的加權(quán)求和調(diào)節(jié)燃料指令。
更具體地，比例校正可包括電壓偏差Verr與比例增益(P)的乘積。比例校正可提 供響應(yīng)于電壓偏差Vot變化的燃料指令的更快校正。在另一方面，積分校正可包括電壓偏 差Vm與積分增益(I)的乘積的積分。積分校正可通過減少穩(wěn)態(tài)偏差來改善燃料指令的精 確性。
EGO傳感器可包括對于小范圍當(dāng)量比(EQR)(下文中稱為“比例EQR范圍”)與空 氣/燃料EQR成比例的輸出電壓。EQR可定義為化學(xué)計(jì)量比空氣/燃料(A/F)比(例如， 14.7 1)與實(shí)際A/F比的比。因而，僅作為示例，12. 25 1的實(shí)際A/F比(比化學(xué)計(jì)量 比更濃)可對應(yīng)于1. 20的EQR。比例EQR范圍可集中在化學(xué)計(jì)量比(即，1. 00的EQR)。然 而，在比例EQR范圍之外，EGO傳感器的輸出電壓可具有對氧濃度以及因而A/F比的較差靈 敏度。因此，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可將EGO電壓人工飽和在比例EQR范圍內(nèi)。
為了滿足排放目標(biāo)，指令EQR信號(即，燃料指令)可不具有化學(xué)計(jì)量比均值。此 外，調(diào)節(jié)存儲在催化轉(zhuǎn)化器中的氧可需要無化學(xué)計(jì)量比EQR偏移。然而，催化劑前EGO傳感 器的預(yù)期輸出電壓(Vrap)根據(jù)指令EQR信號而變化。然而，平均預(yù)期輸出電壓Vm_可根據(jù) EQR偏移而變化。
現(xiàn)參考圖1A，例如，人工飽和極限值可以是針對電壓下限(V1otct)的250mV以及針 對電壓上限(VuppJ的650mV。此外，EGO傳感器可在450mV時讀取化學(xué)計(jì)量比。三個波形 代表脈動信號以及三個不同EQR偏移(無偏移、+0.5%偏移、以及+1.0%偏移)的預(yù)期EGO 傳感器電壓，所述脈動信號帶有1.5%幅值(0.015EQR)、25個樣本的脈動周期。如圖所示，當(dāng)EQR偏移增加時，預(yù)期EGO電壓在飽和上限Vuppct處占用更多的時間，結(jié)果是，平均預(yù)期電壓Vrap變化。
然而，直到響應(yīng)于擾動所采取的總控制動作等于擾動的幅值才可抑制擾動。此外， 大擾動可導(dǎo)致測量催化劑前EGO電壓Vmeas超過電壓極限V1otct或VUPPCT。然而只要EGO電壓 保持飽和，電壓偏差Vot的均值可近似為平均預(yù)期電壓Vmean與合適電壓極限(對濃A/F偏 差是Vuppct以及對稀A/F偏差是V1otJ之間的差。對于足夠大的擾動，消除擾動所需的時間 量可大約與積分增益I和平均預(yù)期電壓的乘積成反比例。
現(xiàn)參考圖1B，例如，示出了由濃擾動引起的電壓偏差Vot，該濃擾動足夠大以使測 量電壓飽和。在該示例中，在脈動周期(25個樣本)期間電壓偏差Vot的平均幅值隨 著EQR偏移的增加而減少。因而，對于恒定積分增益I，抑制擾動所需的時間量可隨著EQR 偏移的增加而增加。
因此，典型發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可限制EQR偏移或不使用EQR偏移。特別地，典型發(fā)動 機(jī)控制系統(tǒng)可限制或不使用EQR偏移以減少平均預(yù)期電壓Vm_的方差。然而，限制或不使 用EQR偏移可防止內(nèi)回路跟蹤預(yù)期電壓Vexp和/或防止內(nèi)回路實(shí)現(xiàn)期望(外回路)EQR偏 移。替代性地，典型發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可使用EQR偏移，但是(如前所述)PI控制可能不能校 正一些擾動。換句話說，使用EQR偏移的典型發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可包括降低的大規(guī)模擾動抑 制屬性。此外，外回路中的積分器可在不識別期望EQR效應(yīng)(S卩，積分器終結(jié))的前提下指 令較大EQR偏移。
因此，示出了使用積分增益I的積分增益調(diào)節(jié)因子(Iaf)來執(zhí)行燃料指令的PI控 制的系統(tǒng)和方法。更具體地，積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf可調(diào)節(jié)積分增益I，以保持恒定的大規(guī) 模擾動抑制性能。因此，積分增益I與合適電壓極限(對于濃A/F偏差是Vuppct以及對于稀 A/F偏差是V1otct)和平均預(yù)期電壓Vnrean之間的差的乘積保持恒定。
換句話說，積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf修正積分增益I，以補(bǔ)償源自于EQR偏移的平均 預(yù)期電壓￥_的變化。當(dāng)電壓偏差Vot飽和的時間長于預(yù)定時段(例如，脈動周期)時，可 應(yīng)用積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf。此外，積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf可被濾波。更具體地，當(dāng)電壓偏差 Verr的極性變化或者當(dāng)電壓偏差νε 不再飽和時，可重置濾波器(即，設(shè)定為1)。
現(xiàn)參考圖2，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動機(jī)12?？諝馔ㄟ^入口 14抽吸到進(jìn)氣岐管18 中，入口 14可由節(jié)氣門16調(diào)節(jié)。進(jìn)氣岐管18中的空氣壓力可由岐管壓力(MAP)傳感器20 測量。進(jìn)氣岐管中的空氣可通過進(jìn)氣閥(未示出)分配到多個氣缸22中。雖然示出六個 氣缸，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可采用其它數(shù)量的氣缸。
燃料噴射器M將燃料噴射到氣缸22中以形成空氣/燃料(A/F)混合物。雖然燃 料噴射器M在每個氣缸22中實(shí)施(即，直接燃料噴射)，但是可能的是，燃料噴射器M可 將燃料噴射到氣缸22的一個或多個進(jìn)氣口中(即，進(jìn)氣口燃料噴射)。氣缸22中的AA^g 合物由活塞(未示出)壓縮并由火花塞26點(diǎn)火。A/F混合物的燃燒驅(qū)動活塞(未示出)， 該活塞旋轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)動曲軸觀，從而產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。發(fā)動機(jī)速度傳感器30可測量曲軸觀的旋 轉(zhuǎn)速度(例如，單位轉(zhuǎn)/分，或RPM)。
源自于燃燒的排氣通過排氣閥(未示出)從氣缸22排出并進(jìn)入到排氣岐管32中。 排氣系統(tǒng)34處理排氣以減少排放并接著將排氣從發(fā)動機(jī)12驅(qū)出。第一排氣氧(EGO)傳感 器36產(chǎn)生表示位于催化轉(zhuǎn)化器37上游(S卩，之前)的排氣中的氧量的第一電壓。第一 EGO傳感器36在后文中可稱為“催化劑前EGO傳感器”。催化轉(zhuǎn)化器37處理排氣以減少排放。 第二 EGO傳感器38產(chǎn)生表示位于催化轉(zhuǎn)化器37下游(即，之后)的排氣中的氧量的第二 電壓。第二 EGO傳感器38在后文中可稱為“催化劑后EGO傳感器”。
僅作為示例，EGO傳感器36、38可包括但不局限于轉(zhuǎn)換式EGO傳感器或通用 EGO(UEGO)傳感器。轉(zhuǎn)換式EGO傳感器產(chǎn)生以伏特為單位的EGO信號，并且在氧濃度水平 為稀或濃時分別將EGO信號轉(zhuǎn)換為低電壓或高電壓。UEGO傳感器產(chǎn)生以EQR為單位的EGO 信號，并且消除在轉(zhuǎn)換式EGO傳感器的稀氧濃度水平和濃氧濃度水平之間的轉(zhuǎn)換。
控制模塊40調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10的操作。更具體地，控制模塊40可控制供應(yīng)給發(fā) 動機(jī)12的空氣、燃料和火花中的至少一個。例如，控制模塊40可通過控制節(jié)氣門調(diào)節(jié)進(jìn)入 到發(fā)動機(jī)12中的空氣流、通過控制燃料噴射器M調(diào)節(jié)供應(yīng)給發(fā)動機(jī)12的燃料、以及通過 控制火花塞沈調(diào)節(jié)供應(yīng)給發(fā)動機(jī)12的火花?？刂颇K40還可接收分別來自于催化劑前 EGO傳感器36和催化劑后EGO傳感器38的第一和第二電壓。
控制模塊40可實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)和方法。更具體地，控制模塊40可基于EQR偏 移(以及因此，繼而基于平均預(yù)期電產(chǎn)生積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf。于是，控制模塊40 可使用積分增益調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)積分增益I。最后，控制模塊40可接著執(zhí)行PI控制以使用比 例增益P和調(diào)節(jié)積分增益I來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)12的燃料指令。
現(xiàn)參考圖3，更詳細(xì)地示出了控制模塊40?？刂颇K40可包括期望EQR確定模塊 50、預(yù)期EGO電壓模塊60、平均預(yù)期電壓模塊70、偏差確定模塊80、飽和確定模塊90、額定 調(diào)節(jié)因子生成模塊100、濾波器模塊110、重置控制模塊120、增益控制模塊130以及燃料控 制模塊140。在一個實(shí)施例中，額定調(diào)節(jié)因子生成模塊100和濾波器模塊110可共同地稱為 “調(diào)節(jié)因子生成模塊”。
期望EQR確定模塊50基于來自于MAP傳感器20、發(fā)動機(jī)RPM傳感器30以及催化 劑后EGO傳感器38的測量值確定期望EQR(EQRdes)。例如，期望EQR信號EQRdes可以是具有 可變EQR偏移的正弦脈動信號。
預(yù)期EGO電壓模塊60基于期望EQR EQRdes預(yù)估催化劑前EGO傳感器36的響應(yīng)。 因此，預(yù)期EGO電壓模塊60產(chǎn)生催化劑前EGO傳感器36的預(yù)期電壓Vexp。
平均預(yù)期電壓模塊70基于來自于預(yù)期EGO電壓模塊60的預(yù)期電壓Vexp預(yù)估脈動 周期上的平均預(yù)期電壓^_。
偏差確定模塊80從催化劑前EGO傳感器36接收測量電壓Vmeas以及從預(yù)期EGO電 壓模塊60接收預(yù)期電壓Vexp。偏差確定模塊80基于測量電壓Vmeas與對應(yīng)于期望EQR EQRdes 的預(yù)期電壓Vrap之間的差確定電壓偏差VOT。換句話說，電壓偏差Verr表示發(fā)動機(jī)12所產(chǎn) 生的排氣中氧的測量值與預(yù)期量之間的差。
飽和確定模塊90接收測量電壓Vmeas。飽和確定模塊60確定電壓Vmeas是否飽和。 更具體地，飽和確定模塊60在電壓Vmeas大于飽和上限Vuppct的時間長于脈動周期(Td)時確 定電壓Vmeas飽和。飽和確定模塊60還在電壓Vmeas小于飽和下限V1otct的時間長于脈動周 期Td時確定電壓Vmeas飽和。例如，飽和上限Vuppct可為高于飽和下限V1otct的電壓。飽和確 定模塊60可在電壓Vmeas飽和時產(chǎn)生飽和信號(S)。
額定調(diào)節(jié)因子生成模塊100從平均預(yù)期電壓模塊130接收平均預(yù)期電壓Vmean以及 從飽和確定模塊90接收飽和信號S。額定調(diào)節(jié)因子生成模塊70在電壓Vmeas飽和時(即，在接收到飽和信號S時)產(chǎn)生額定積分增益調(diào)節(jié)因子1_。換句話說，當(dāng)電壓Vnreas未飽和 時，額定積分增益調(diào)節(jié)因子可等于1。
對于濃EQR偏移(Vmeas > Vexp)，額定積分增益調(diào)節(jié)因子In。m可如下產(chǎn)生,Vupper ~ ^lower /4、
Inom =Tfr;-Γ,-\ (1)zVvUpper — vmean )
其中，VuppCT、Vlower和Vmean分別表示測量電壓Vmeas的飽和上限和飽和下限以及平均 預(yù)期電壓Vm_。
對于，稀EQR偏移(Vmeas < Vexp)，額定積分增益調(diào)節(jié)因子In。m可如下產(chǎn)生γ π ιVupper ~ ^lower /0、
Inom ；^ (2)zI1Vmesn — vIower}
其中，Vupi^V1。■和Vmean分別表示測量電壓Vmeas的飽和上限和飽和下限以及平均 預(yù)期電壓vm_。
濾波模塊110濾波額定積分增益調(diào)節(jié)因子Im以產(chǎn)生積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf。僅作 為示例，濾波器可以是一階離散濾波器。濾波模塊110還可從重置控制模塊120接收重置 信號(R)。濾波模塊110可基于重置信號R(即，當(dāng)接收到重置信號R時)重置積分增益調(diào) 節(jié)因子Iaf。更具體地，過濾模塊110可將積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf設(shè)定等于1。
重置控制模塊120接收電壓偏差VeCT。重置控制模塊120基于電壓偏差Ve 產(chǎn)生 重置信號R。更具體地，重置控制模塊120可在電壓偏差Vm的極性變化時產(chǎn)生重置信號R。 如上所述，重置控制模塊120可將重置信號R發(fā)送給過濾模塊110，以重置積分增益調(diào)節(jié)因 子 Iaf0
增益控制模塊130接收積分調(diào)節(jié)因子Iaf。增益控制模塊130還接收電壓Ve 。增 益控制模塊130產(chǎn)生比例和積分增益(分別為P和I)，以被控制模塊140用于燃料指令的 PI控制。增益控制模塊130可通過調(diào)節(jié)因子Iaf調(diào)節(jié)基線積分增益Ibase。例如，基線積分增 益Ib.可乘以積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf，并且該乘積(即，I = IbaseXIaf)可被供應(yīng)給燃料控制 模塊140。
燃料控制模塊140確定燃料指令(即，所需燃料供應(yīng))，以實(shí)現(xiàn)給定捕獲空氣質(zhì)量 估計(jì)值的期望EQR EQRdes0僅作為示例，捕獲空氣質(zhì)量估計(jì)值可基于發(fā)動機(jī)12中的空氣質(zhì) 量流量(MAF)。然而，捕獲空氣質(zhì)量估計(jì)值還可使用其它傳感器和/或發(fā)動機(jī)操作參數(shù)來確定。
燃料控制模塊140還分別接收比例增益P和積分增益I。燃料控制模塊140還接 收電壓偏差VOT。燃料控制模塊140執(zhí)行PI控制以基于此調(diào)節(jié)燃料指令。更具體地，燃料 控制模塊140可基于比例增益P、積分增益I以及電壓偏差Vot調(diào)節(jié)燃料指令。換句話說， 燃料控制模塊140可確定比例校正和積分校正。
例如，比例校正可以是比例增益P和電壓偏差Vot的乘積。此外，例如，積分校正 可以是積分增益I和電壓偏差Verr的乘積的積分。因而，燃料控制模塊140可基于比例校 正和積分校正的加權(quán)求和調(diào)節(jié)燃料指令。此外，僅作為示例，燃料指令可包括用于燃料噴射 器M的控制信號。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，燃料指令可包括用于其它發(fā)動機(jī)部件(例如，EGR 系統(tǒng))的控制信號。
現(xiàn)參考圖4，一種控制供應(yīng)給發(fā)動機(jī)12的燃料(即，燃料指令)的方法在步驟150 開始。在步驟150，控制模塊40確定發(fā)動機(jī)12是否啟動(即，運(yùn)行)。如果是，控制過程可 推進(jìn)到步驟154。如果否，控制過程可返回至步驟150。
在步驟154，控制模塊40分別確定測量電壓Vmeas以及測量電壓Vmeas的相應(yīng)飽和上 限Vuppct和飽和下限VlOTCT。此外，控制模塊40可確定表示發(fā)動機(jī)12所產(chǎn)生的排氣中氧的測 量值與預(yù)期量之間的差的電壓偏差入 。
在步驟158，控制模塊40確定測量電壓Vmeas是否飽和(即，分別在飽和上限Vuppct 和飽和下限V1otct之外)。如果是，控制過程可推進(jìn)到步驟162。如果否，控制過程可推進(jìn)到 步驟170。
在步驟162中，控制模塊40可產(chǎn)生積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf。例如，控制模塊40可 產(chǎn)生額定積分增益調(diào)節(jié)因子并且將其濾波以產(chǎn)生積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf。
在步驟166，控制模塊40可確定電壓偏差Ve 的極性是否變化。如果是，控制模塊 可推進(jìn)到步驟170。如果否，控制過程可推進(jìn)到步驟174。
在步驟170，控制模塊40重置積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf。換句話說，控制模塊40可將 積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf設(shè)置為1，因而忽略額定積分增益調(diào)節(jié)因子1_。在步驟174，控制模 塊40可產(chǎn)生比例增益P和積分增益I。
在步驟178，控制模塊40可通過積分增益調(diào)節(jié)因子Iaf調(diào)節(jié)積分增益I。例如，控 制模塊40可將積分增益I乘以調(diào)節(jié)因子Iaf (即，I = I X Iaf)。在步驟182中，控制模塊40 可產(chǎn)生比例校正和積分校正。例如，比例校正可以是比例增益P和電壓偏差Vot的乘積，積 分校正可以是積分增益I和電壓偏差Vm的乘積的積分。
在步驟186，控制模塊40可基于比例校正和積分校正調(diào)節(jié)燃料指令。例如，控制模 塊40可基于比例校正和積分校正的加權(quán)求和調(diào)節(jié)燃料指令。更具體地，燃料指令可包括用 于燃料噴射器M的控制信號?？刂七^程然后可返回至步驟154。
本發(fā)明的廣泛教示可以以多種形式實(shí)施。因此，盡管本發(fā)明包括特定的示例，但是 由于當(dāng)研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求書時，其它修改對于技術(shù)人員來說是顯而易見的， 所以本發(fā)明的真實(shí)范圍不應(yīng)如此限制。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，包括飽和確定模塊，所述飽和確定模塊確定第一排氣氧(EGO)傳感器何時飽和，其中第一 EGO傳感器位于催化劑的上游；調(diào)節(jié)因子生成模塊，所述調(diào)節(jié)因子生成模塊在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn)生用于燃料控 制模塊的積分增益的調(diào)節(jié)因子；和燃料控制模塊，所述燃料控制模塊基于發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排氣中氧的預(yù)期量與測量值之 間的差、比例增益、所述積分增益和所述積分增益調(diào)節(jié)因子來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的燃料指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，飽和確定模塊在第一EGO傳感器的測 量值在脈動周期上大于第一閾值或者在所述脈動周期上小于第二閾值時確定第一 EGO傳 感器飽和，且其中第一閾值大于第二閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括期望當(dāng)量比(EQR)確定模塊，所述期望EQR確定模塊基于第二 EGO傳感器的測量值、進(jìn) 氣歧管絕對壓力(MAP)和發(fā)動機(jī)速度來確定期望EQR，其中第二EGO傳感器位于催化劑的下 游。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括預(yù)期EGO電壓模塊，所述預(yù)期EGO電壓模塊基于期望EQR確定第一 EGO傳感器的預(yù)期 測量值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括偏差確定模塊，所述偏差確定模塊基于來自于第一 EGO傳感器的測量值與來自于第一 EGO傳感器的預(yù)期測量值之間的差確定偏差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，還包括平均預(yù)期電壓模塊，所述平均預(yù)期電壓模塊基于來自于第一 EGO傳感器的預(yù)期測量值 和預(yù)定時間段確定平均預(yù)期電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，調(diào)節(jié)因子生成模塊還包括額定調(diào)節(jié)因子生成模塊，所述額定調(diào)節(jié)因子生成模塊在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn)生 額定積分增益調(diào)節(jié)因子，其中額定積分增益調(diào)節(jié)因子基于平均預(yù)期電壓以及第一和第二閾 值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，調(diào)節(jié)因子生成模塊還包括濾波模塊，所述濾波模塊濾波額定積分增益調(diào)節(jié)因子以產(chǎn)生積分增益調(diào)節(jié)因子，并且 基于重置信號將積分增益調(diào)節(jié)因子設(shè)定等于1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，濾波模塊包括一階離散濾波器。
10.一種方法，包括確定第一排氣氧(EGO)傳感器何時飽和，其中第一 EGO傳感器位于催化劑的上游；在第一 EGO傳感器飽和時產(chǎn)生積分增益的調(diào)節(jié)因子；以及基于發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排氣中氧的預(yù)期量與測量值之間的差、比例增益、所述積分增益 和所述積分增益調(diào)節(jié)因子來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的燃料指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及在空/燃當(dāng)量比偏移的情況下對排氣系統(tǒng)的反饋更精確響應(yīng)的燃料控制系統(tǒng)和方法。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)包括飽和確定模塊、調(diào)節(jié)因子生成模塊和燃料控制模塊。飽和確定模塊確定第一排氣氧(EGO)傳感器何時飽和，其中第一EGO傳感器位于催化劑的上游。調(diào)節(jié)因子生成模塊在第一EGO傳感器飽和時產(chǎn)生用于燃料控制模塊的積分增益的調(diào)節(jié)因子。燃料控制模塊基于發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的排氣中氧的預(yù)期量與測量值之間的差、比例增益、積分增益和積分增益調(diào)節(jié)因子來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的燃料指令。
文檔編號F01N11/00GK102032060SQ201010299050
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者J·邁爾, K·P·杜德克, S·W·米德拉姆-莫勒, S·于爾科維奇, Y·G·蓋真內(nèi)克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司