本發(fā)明涉及以催化劑的上游和下游兩處提供的傳感器控制發(fā)動機(jī)排氣。

背景技術(shù)：
催化轉(zhuǎn)化器可以被提供以控制車輛的排氣排放物，然而隨著車輛的燃空比變化至富或稀狀況，催化劑的狀態(tài)可能降低催化劑防止如CO或NOx的有害排放物進(jìn)入大氣的效果。氧傳感器可以被提供以確定催化劑的狀態(tài)；然而，這可能不會提供對動態(tài)工作狀態(tài)變化的快速響應(yīng)，從而導(dǎo)致有害排放物在過渡工作狀態(tài)期間被釋放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明人已意識到上述方案的問題并提出了至少部分解決上述問題的方法和系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，提出了一種以上游傳感器和下游傳感器控制發(fā)動機(jī)排氣的方法。該方法包含基于發(fā)動機(jī)上游的空氣質(zhì)量流量變化率調(diào)節(jié)下游傳感器的設(shè)定值并調(diào)節(jié)燃料噴射以控制下游傳感器的排氣燃空比（FAR）至經(jīng)調(diào)節(jié)的設(shè)定值，以及控制下游傳感器的排氣FAR至上游傳感器的設(shè)定值。以此方式，催化劑狀態(tài)可以被監(jiān)控，并且可以調(diào)整燃料噴射以通過預(yù)測可能的稀或富FAR狀況確保催化劑不超過氧化劑或還原劑的閾值量。本公開可以提供若干優(yōu)點(diǎn)。例如，防止催化氧化劑或還原劑飽和減少CO和NOx排放物并提高燃料經(jīng)濟(jì)性。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包含通過在節(jié)氣門探測空氣質(zhì)量流量并使經(jīng)探測的空氣質(zhì)量流量經(jīng)過低通濾波器以獲得經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量而確定工況，當(dāng)空氣質(zhì)量流量在經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的閾值范圍內(nèi)時(shí)第一工況被確定，而當(dāng)空氣質(zhì)量流量在經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的閾值范圍之外時(shí)第二工況被確定。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包含在第一工況下，如果空氣質(zhì)量流量被確定為在經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的閾值范圍內(nèi)則使定時(shí)器提前，并且如果定時(shí)器超過時(shí)間閾值則將HEGO的設(shè)定值設(shè)置為第一電壓。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包含在第一工況下，將HEGO的設(shè)定值設(shè)置為第二電壓，其中第二電壓低于第一電壓。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包含，在第二工況下，計(jì)算經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的變化率，將計(jì)算的經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的變化率映射到ΔHEGO設(shè)定值調(diào)整以確定調(diào)整因數(shù)，基于靜態(tài)輸入條件以調(diào)整因數(shù)調(diào)整靜態(tài)設(shè)定值，以及將HEGO的設(shè)定值設(shè)置為經(jīng)調(diào)節(jié)的靜態(tài)設(shè)定值。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于調(diào)整下游傳感器的設(shè)定值的控制信號經(jīng)過滯后超前濾波器，并且用于調(diào)整燃料噴射的控制信號經(jīng)過超前滯后濾波器。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種在發(fā)動機(jī)中控制燃料噴射的方法包含：在第一氧傳感器回路和第二氧傳感器回路確定排氣流的燃空比（FAR），第一氧傳感器回路被布置在催化轉(zhuǎn)換器的上游，第二氧傳感器回路被布置在催化轉(zhuǎn)換器的下游；基于工況確定下游設(shè)定值；基于瞬時(shí)空氣質(zhì)量流量調(diào)整下游設(shè)定值；將經(jīng)調(diào)節(jié)的下游設(shè)定值轉(zhuǎn)換為FAR；確定探測的FAR和測得的FAR之間的誤差；基于確定的誤差確定上游設(shè)定值以及基于上游設(shè)定值和測得的上游FAR調(diào)整燃料噴射。在另一個(gè)實(shí)施例中，上游傳感器是通用排氣氧（UEGO）傳感器，而下游傳感器是加熱型排氣氧（HEGO）傳感器。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)動機(jī)質(zhì)量流量快速減小時(shí)HEGO傳感器設(shè)定值減小，而當(dāng)發(fā)動機(jī)質(zhì)量流量快速增加時(shí)HEGO傳感器設(shè)定值增大。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包含通過在節(jié)氣門探測空氣質(zhì)量流量并使經(jīng)探測的空氣質(zhì)量流量經(jīng)過低通濾波器以獲得經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量而確定選擇的工況，當(dāng)空氣質(zhì)量流量在經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的閾值范圍內(nèi)時(shí)第一工況被確定，而當(dāng)空氣質(zhì)量流量在經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的閾值范圍之外時(shí)第二工況被確定。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包含以滯后超前濾波命令的形式處理HEGO設(shè)定值調(diào)整命令。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種在發(fā)動機(jī)中診斷催化劑退化的方法包括：在通用排氣氧（UEGO）傳感器和加熱型排氣氧（HEGO）傳感器處確定排氣流的燃空比（FAR），通用排氣氧（UEGO）傳感器被布置在催化轉(zhuǎn)換器的上游，加熱型排氣氧（HEGO）傳感器被布置在催化轉(zhuǎn)換器的下游；基于發(fā)動機(jī)上游的質(zhì)量流量的變化率調(diào)整HEGO傳感器回路的設(shè)定值；調(diào)整燃料噴射以控制燃空比（FAR）從而匹配期望的設(shè)定值；以及在所選狀況下，瞬時(shí)地且獨(dú)立于工況在最大電壓和最小電壓之內(nèi)的范圍內(nèi)調(diào)整下游傳感器設(shè)定值，從而基于對調(diào)整設(shè)定值的響應(yīng)而識別催化劑退化。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一設(shè)定值調(diào)整和最后的設(shè)定值調(diào)整從最大和最小電壓偏移至少閾值量。當(dāng)單獨(dú)或結(jié)合附圖參照以下具體實(shí)施方式時(shí)，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)以及特征將是顯而易見的。應(yīng)該理解提供上述發(fā)明內(nèi)容以簡化形式介紹了選擇性概念，其在具體實(shí)施方式中將被進(jìn)一步描述。這不意味著確定所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵或必要特征，其范圍由所附權(quán)利要求唯一限定。此外，所要求保護(hù)的主題不限于解決上述或本發(fā)明中的任意部分的任意缺點(diǎn)的實(shí)施方式。附圖說明圖1示出包括上游UEGO傳感器回路、下游HEGO傳感器回路和控制器元件的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)的示意圖。圖2示出燃空比控制器的方框圖。圖3示出將質(zhì)量空氣流量的導(dǎo)數(shù)映射到動態(tài)HEGO設(shè)定值的例子。圖4示出基于圖1的發(fā)動機(jī)的工況的HEGO設(shè)定值確定的流程圖。圖5A-5C示出HEGO設(shè)定值響應(yīng)由圖2的反饋燃料控制器的各種PI控制器類型提供的控制信號隨時(shí)間變化。具體實(shí)施方式本公開提出通過基于提供關(guān)于催化劑狀態(tài)信息的氧傳感器反饋回路來調(diào)節(jié)燃料噴射而控制車輛中燃空比的方法和系統(tǒng)。以此方式，如CO和NOx的有害排放物可以減少并且燃料經(jīng)濟(jì)性可以提高。參見圖1，包含多個(gè)汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10（其中一個(gè)汽缸在圖1中示出）由電子發(fā)動機(jī)控制器12控制。發(fā)動機(jī)10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36被布置在其中并且被連接到曲軸40。燃燒室30被示為分別經(jīng)由進(jìn)氣門52和排氣門54與進(jìn)氣歧管44和排氣歧管48連通。每個(gè)進(jìn)氣和排氣門均可以由進(jìn)氣凸輪51和排氣凸輪53操作?？商鎿Q地，一個(gè)或更多個(gè)進(jìn)氣和排氣門可以由機(jī)電控制的氣門線圈和電樞組件/總成操作。進(jìn)氣凸輪51的位置可以由進(jìn)氣凸輪傳感器55確定。排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。進(jìn)氣歧管44也被示為連接到發(fā)動機(jī)汽缸，發(fā)動機(jī)汽缸具有被連接到汽缸的燃料噴射器66，該燃料噴射器66用于與來自控制器12的信號FPW的脈沖寬度成比例地輸送液體燃料。燃料通過燃料系統(tǒng)（未示出）被輸送至燃料噴射器66，該燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵、燃料管路和燃料軌道。圖1的發(fā)動機(jī)10被配置為使得燃料被直接噴射進(jìn)發(fā)動機(jī)汽缸，這被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為直接噴射。可替換地，液體燃料可以進(jìn)氣道噴射。燃料噴射器66由響應(yīng)控制器12的驅(qū)動器供應(yīng)工作電流。另外，進(jìn)氣歧管44被示為與可選電子節(jié)氣門64連通。在一個(gè)示例中，可以使用低壓直接噴射系統(tǒng)，其中燃料壓力可以被升高至大約20-30bar?？商鎿Q地，高壓雙級燃料系統(tǒng)可以被用來提供較高燃料壓力。無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)88響應(yīng)控制器12經(jīng)由火花塞92向燃燒室30提供點(diǎn)火火花。通用排氣氧（UEGO）傳感器126被示為連接到催化轉(zhuǎn)換器70上游的排氣歧管48。加熱型排氣氧（HEGO）傳感器127被示為連接到催化轉(zhuǎn)換器70下游的排氣通道。傳感器126和127兩者都向控制器12提供數(shù)據(jù)，在下面進(jìn)一步詳細(xì)地討論。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)換器70可以包括多個(gè)催化劑磚。在另一個(gè)示例中，均具有多磚的多個(gè)排放物控制裝置可以使用。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)換器70可以是三元型催化劑?？刂破?2在圖1中被示為傳統(tǒng)的微型計(jì)算機(jī)，其包括：微處理單元（CPU）102、輸入/輸出（I/O）端口104、只讀存儲器（ROM）106、隨機(jī)存取存儲器（RAM）108、?；畲鎯ζ鳎↘AM）110和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線。控制器12被示為接收來自連接到發(fā)動機(jī)10的傳感器的各種信號，除了之前討論的這些信號外，還包括：來自連接到冷卻套114的溫度傳感器112的發(fā)動機(jī)冷卻液溫度（ECT）；被連接到加速器踏板130用于感測腳132施加的力/位置的位置傳感器134；來自被連接到進(jìn)氣歧管44的壓力傳感器122的發(fā)動機(jī)歧管絕對壓力（MAP）的測量結(jié)果；來自感測曲軸40位置的霍爾效應(yīng)傳感器118的發(fā)動機(jī)位置傳感器；來自傳感器120的進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣質(zhì)量的測量結(jié)果；以及來自傳感器62的節(jié)氣門位置的測量結(jié)果。大氣壓力也可以被感測（傳感器未示出）用于由控制器12處理。在本說明的優(yōu)選方面中，發(fā)動機(jī)位置傳感器118在曲軸的每一次旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的等間距脈沖，根據(jù)該脈沖發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（RPM）可以被確定。在一些實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)可以被連接到混合動力車輛中的電動機(jī)/電池系統(tǒng)。混合動力車輛可以具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)、串聯(lián)結(jié)構(gòu)或其變化或組合。在工作期間，發(fā)動機(jī)10內(nèi)的每個(gè)汽缸通常經(jīng)歷四個(gè)沖程循環(huán)：循環(huán)包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。在進(jìn)氣沖程期間，通常是排氣門54關(guān)閉而進(jìn)氣門52打開。空氣經(jīng)由進(jìn)氣歧管44被引入燃燒室30，并且活塞36移動至汽缸的底部以便增加燃燒室30內(nèi)的體積?；钊?6接近汽缸底部并且在其沖程結(jié)束的位置（例如，當(dāng)燃燒室30處于其最大體積時(shí)）通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為下止點(diǎn)（BDC）。在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門52和排氣門54關(guān)閉?；钊?6向汽缸頂蓋移動以便壓縮燃燒室30內(nèi)的空氣?；钊?6在其沖程結(jié)束并且最接近汽缸蓋的位置（例如，當(dāng)燃燒室30處于其最小體積時(shí)）通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為上止點(diǎn)（TDC）。在下文中被稱為噴射的過程中，燃料被引入燃燒室。在下文中被稱為點(diǎn)火的過程中，所噴射的燃料由已知點(diǎn)火工具（如火花塞92）點(diǎn)火，從而導(dǎo)致燃燒。在膨脹沖程期間，膨脹的氣體推動活塞36回到BDC。曲軸40將活塞運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)扭矩。最后，在排氣沖程，排氣門54打開以便將已燃燒的空氣-燃料混合物釋放到排氣歧管48并且活塞回到TDC。請注意，上述內(nèi)容僅僅作為一個(gè)示例示出，并且進(jìn)氣和排氣門打開和/或關(guān)閉正時(shí)可以變化，以便提供正或負(fù)氣門重疊、進(jìn)氣門延遲關(guān)閉或各種其它示例。排氣燃空比（FAR）可以通過提供FAR控制器控制，該FAR控制器使用氧傳感器反饋回路來確定燃料噴射的調(diào)整因數(shù)。以此方式，燃料噴射被調(diào)整以診斷催化劑退化，改變催化劑狀態(tài)并防止催化劑中具有太多還原劑或太多氧化劑含量的狀態(tài)。這防止如CO和NOx的有害排放物離開車輛。圖2示出被包括在圖1的發(fā)動機(jī)10中的燃空比（FAR）控制器200的方框圖?？刂破?00通過基于來自排氣傳感器的反饋調(diào)整對發(fā)動機(jī)的燃料噴射量維持期望的燃空比。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器使用來自沿排氣路徑布置在多個(gè)位置的多個(gè)傳感器的反饋，在這個(gè)示例中是氧傳感器。傳感器可以被布置為使得一個(gè)傳感器位于催化轉(zhuǎn)換器的上游，而另一個(gè)傳感器位于催化轉(zhuǎn)換器的下游。在這種配置中，上游傳感器是寬帶傳感器，其能夠提供FAR的連續(xù)寬帶估計(jì)。以此方式，寬帶傳感器可以探測大范圍的FAR估計(jì)，但是犧牲精度。相比之下，下游傳感器是窄帶傳感器，其比寬帶傳感器能夠更精確地估計(jì)氣體化學(xué)計(jì)量，但是犧牲可測量的范圍。在帶外，傳感器信號飽和，從而向傳感器提供連續(xù)工作的非常窄的帶。如在圖2中所示，通用排氣氧（UEGO）傳感器126被布置在催化轉(zhuǎn)化器的上游，并且加熱型排氣氧（HEGO）傳感器127被布置在轉(zhuǎn)換器70的下游。如果HEGO傳感器127被布置在催化劑前的排氣流中，HEGO傳感器127則作為開關(guān)實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)HEGO傳感器127被布置在催化劑后的排氣中，F(xiàn)AR可以被充分過濾并以化學(xué)計(jì)量為中心，使得HEGO傳感器127能夠通過在其窄線性帶中工作提供氣體化學(xué)計(jì)量的更精確的估計(jì)。因此，HEGO電壓既表明排氣FAR，也表明催化劑的狀態(tài)，或者以催化劑70中氧化劑和還原劑的相對量表示，或者以在催化劑70中可獲得的氧存儲量的相關(guān)概念表示。關(guān)于催化劑的狀態(tài)的每種類型的信息表明催化劑70處理進(jìn)入的排放物的能力。例如，較高電壓指示氧存儲消耗，而較低電壓指示氧存儲量的增加。UEGO和HEGO傳感器126和127的位置產(chǎn)生有時(shí)被稱為內(nèi)回路（試圖在排氣經(jīng)過減少排放物的催化劑70之前調(diào)節(jié)排氣的UEGO傳感器回路）和外回路（在排氣經(jīng)過催化劑70后測量排氣的HEGO傳感器回路）的傳感器結(jié)構(gòu)。內(nèi)回路在排氣經(jīng)過減少排放物的催化劑70之前調(diào)節(jié)排氣。內(nèi)回路控制原料氣（發(fā)動機(jī)的排氣輸出）FAR以便減少排放物，防止燃料經(jīng)濟(jì)性不利，并避免噪聲、振動和不舒適性（NVH）或駕駛性能問題。內(nèi)回路也負(fù)責(zé)調(diào)解原料氣FAR以便遵循外回路設(shè)定的目標(biāo)值。外回路使用在排氣經(jīng)過催化劑70后的測量結(jié)果，以便基于工況和催化劑后（HEGO）的傳感器電壓確定目標(biāo)值。如上所述，圖2示出控制系統(tǒng)的一個(gè)示例，該控制系統(tǒng)通過基于發(fā)動機(jī)上游的空氣質(zhì)量流量的變化率調(diào)整下游傳感器的設(shè)定值，并調(diào)整燃料噴射以控制下游傳感器的排氣燃空比（FAR）至經(jīng)調(diào)節(jié)的設(shè)定值且控制上游傳感器的排氣FAR至上游傳感器的設(shè)定值，以上游傳感器和下游傳感器控制發(fā)動機(jī)排氣。此外，控制系統(tǒng)確定超出閾值范圍的空氣質(zhì)量流量變化，并相應(yīng)地計(jì)算過濾后的空氣質(zhì)量流量的變化率，將過濾后的空氣質(zhì)量流量的計(jì)算的變化率映射到ΔHEGO設(shè)定值調(diào)整，以確定調(diào)整因數(shù)（其在圖3和圖4的步驟412中被進(jìn)一步詳述），從而基于靜態(tài)輸入條件通過調(diào)整因數(shù)調(diào)整靜態(tài)設(shè)定值，并設(shè)定HEGO的設(shè)定值為經(jīng)調(diào)節(jié)的靜態(tài)設(shè)定值。以此方式，可能提高外回路控制器的能力，進(jìn)而能夠改進(jìn)催化劑氧管理和診斷。具體地，圖2的控制系統(tǒng)（其在圖4的程序中被進(jìn)一步詳述）使用發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)上游確定的經(jīng)估計(jì)的質(zhì)量流量變化來動態(tài)地預(yù)處理催化劑狀態(tài)，以便吸收由發(fā)動機(jī)10中的空氣質(zhì)量流量變化造成的過度的富或稀狀況。該預(yù)處理依靠HEGO電壓設(shè)定值相對于標(biāo)稱預(yù)定（例如，穩(wěn)態(tài)）值的調(diào)節(jié)。圖2中示出的燃空比控制器的方框圖示出控制系統(tǒng)的反饋性質(zhì)和誤差控制。如圖示說明，控制系統(tǒng)控制HEGO設(shè)定值的變化并且設(shè)定值基于質(zhì)量流量的靜態(tài)測量，同時(shí)包括基于動態(tài)質(zhì)量流量狀況的瞬態(tài)調(diào)整以便通過HEGO設(shè)定值的適當(dāng)?shù)膭討B(tài)偏置抑制排放物。以此方式，如果稀瞬態(tài)和/或向高負(fù)載的轉(zhuǎn)變被預(yù)期，則HEGO設(shè)定值被調(diào)整并且因此最終的UEGO設(shè)定值和燃料噴射量被調(diào)整，以引導(dǎo)操作向較低的催化劑氧存儲。為了提供上述調(diào)整，F(xiàn)AR參考信號提供內(nèi)UEGO回路的目標(biāo)FAR值，如通過來自外HEGO回路的反饋所配置的。HEGO傳感器127使用催化轉(zhuǎn)換器下游（并且優(yōu)選可選第二催化劑220的上游）獲得的測量結(jié)果提供HEGO測得的電壓。這個(gè)測得的電壓然后由測得估計(jì)器202轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的燃空比諸如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載（用于靜態(tài)HEGO設(shè)定值確定）或節(jié)氣門的質(zhì)量流量（用于動態(tài)HEGO設(shè)定值確定）的工作特性被輸入HEGO設(shè)定值確定器204。確定器204向滯后超前濾波器206提供HEGO參考電壓，滯后超前濾波器206向參考估計(jì)器208提供過濾后的參考電壓以便將參考電壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的燃空比可替換地，參考設(shè)定值可以基于排氣溫度。滯后超前濾波器206處理HEGO電壓設(shè)定值命令以調(diào)整估計(jì)的的水平，以便抑制信號的高頻率內(nèi)容并傳遞信號的較低頻率內(nèi)容從而提供系統(tǒng)的及時(shí)響應(yīng)而不過調(diào)（overshoot）。以此方式，HEGO步驟被逐步調(diào)整，首先到達(dá)被要求步驟的一部分，然后指數(shù)地增加至被完全要求步驟的數(shù)值。步驟量和增加的指數(shù)率基于系統(tǒng)在閉環(huán)控制下的動態(tài)特性，即取決于閉環(huán)控制器209、210的選擇。測得的與參考之間的差異然后被確定以便向比例積分（PI）控制器210提供頻率成形的誤差信號，頻率成形的誤差信號表示測得的HEGO電壓與參考HEGO電壓之間的偏移。由于與富相比，HEGO電壓對于給定的稀跨越了更大的范圍，所以兩個(gè)電壓被轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的燃空比因此，在確定誤差之前轉(zhuǎn)換確保稀或富狀況不會由于HEGO電壓與估計(jì)的之間的非線性映射影響誤差計(jì)算。超前滯后濾波器209處理外回路誤差信號（標(biāo)準(zhǔn)化的參考HEGO設(shè)定值電壓減標(biāo)準(zhǔn)化的測得的HEGO設(shè)定值電壓），該外回路誤差信號以與HEGO參考電壓設(shè)定值命令的滯后超前濾波器相反的功能性（但是不必在相同的頻帶），相對于較低頻率放大較高頻率以便對催化劑行為產(chǎn)生更具響應(yīng)性但穩(wěn)定的控制。比例積分控制器210作用于這個(gè)頻率成形的誤差信號而產(chǎn)生發(fā)送給FAR參考212的控制命令，以便允許外回路測得的HEGO電壓影響內(nèi)回路控制。內(nèi)回路確定對催化劑后測得的和設(shè)定值參考之間的偏差的控制器反應(yīng)。UEGO傳感器126被布置在催化轉(zhuǎn)換器70的上游，使得UEGO傳感器126獲得進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器70的排氣流的測量結(jié)果，如圖2中所示。這個(gè)測量結(jié)果和來自外回路的FAR參考信號之間的差異被計(jì)算以便確定誤差信號，該誤差信號由閉環(huán)配平控制器214處理。經(jīng)處理的誤差信號和FAR參考信號然后被提供給開環(huán)控制器216，以便將FAR映射到燃料噴射調(diào)整。催化劑前排氣218然后由UEGO126監(jiān)測以確定控制器反應(yīng)。以此方式，下游控制器設(shè)定值可以被調(diào)整以適應(yīng)瞬時(shí)操作，即使靜態(tài)設(shè)定值在瞬時(shí)的開始和結(jié)束是相同的。例如，在車輛減速期間，其中燃料未被關(guān)閉，進(jìn)入催化劑的FAR有時(shí)可能不會被精確地控制并且到達(dá)過富的可能性在這樣的操作中是較高的。在這種瞬時(shí)期間，系統(tǒng)命令催化劑氧存儲通過降低HEGO電壓設(shè)定值臨時(shí)增加，使得較富FAR可以被容許較長時(shí)間。通過調(diào)整HEGO電壓設(shè)定值更高和催化劑被氧耗盡，開環(huán)燃料系統(tǒng)趨于產(chǎn)生較稀混合物和較高原料氣NOx濃度的加速情況下的相似的外回路控制行為能夠被保護(hù)。為了建立足夠能力的外回路控制以允許HEGO設(shè)定值的動態(tài)調(diào)度（scheduling）同時(shí)保持在催化劑存儲界限之內(nèi)，控制器需要本公開概述的一些特征。首選，控制器考慮外回路操作的一些頻率模式：催化劑/HEGO的較低頻率響應(yīng)（減慢當(dāng)催化劑填滿或排空時(shí)發(fā)生的整合（integrating）操作）和排放氣體的一部分經(jīng)過催化劑而不參加催化劑氧存儲（直接通過）的較高頻率響應(yīng)。為了避免驅(qū)使催化劑完全飽和或耗盡狀態(tài)的過度控制器行為，控制器避免對直接供應(yīng)通過部件的過度反應(yīng)。然而，為了提供足夠快速的響應(yīng)以便滿足上述動態(tài)設(shè)定值調(diào)整，較慢的整合行為被加速以從一個(gè)穩(wěn)定的整合狀況轉(zhuǎn)向另一個(gè)。外回路反饋設(shè)計(jì)的一部分是確定對催化劑后（從HEGO傳感器電壓轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)化的HEGO）與設(shè)定值（從設(shè)定值電壓轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)定值）之間的偏差的控制器反應(yīng)。此處所述的轉(zhuǎn)換是具有滯后的非線性操作。比例積分（PI）控制器又展示一個(gè)可能性。然而，具有內(nèi)整合行為（氧存儲）和直接供送通過（feed-through）的催化劑的性質(zhì)限制利用PI控制器的響應(yīng)的速度和/或精確性。增加中頻帶的信號內(nèi)容并抑制高和低頻率的頻率成形可以被用來以大約2到3的因數(shù)/倍數(shù)改進(jìn)響應(yīng)速度并以大約4的因數(shù)抑制干擾，同時(shí)維持良好的穩(wěn)定性和魯棒性。由于反饋控制器的積極性（aggressiveness），對命令的響應(yīng)可能遭受過調(diào)。具體地，對命令信號的高頻內(nèi)容的響應(yīng)能夠?qū)е麓呋瘎┑竭_(dá)氧存儲界限（完全填充或耗盡），進(jìn)而能夠引起CO或NOx的漏過（breakthrough）。步驟命令（基于其他車輛狀況調(diào)度命令做出的操作調(diào)整的典型結(jié)果）將會引起過度響應(yīng)。減少該問題的有效方案是滯后超前濾波（頻率成形的一種類型）方框206中的命令，其有效地允許越過步驟的一部分，不過僅僅允許步驟的剩余部分以指數(shù)式衰減接近步驟的終值。系統(tǒng)立即響應(yīng)該部分步驟。系統(tǒng)過調(diào)在這些條件下將僅僅到達(dá)最初期望的步驟值。緩慢建立的剩余命令信號然后迫使系統(tǒng)保持接近期望的數(shù)值。此外，HEGO傳感器的使FAR與HEGO輸出電壓相關(guān)聯(lián)的某些物理特性產(chǎn)生關(guān)于富和稀FAR的失真。這能夠?qū)е路蔷€性增益失真并且能夠被修正。一個(gè)問題由將HEGO電壓轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化的燃空比的估計(jì)而引起。與富相比，對于給定的稀HEGO電壓跨越更大的范圍。該方法將HEGO電壓設(shè)定值和HEGO測量結(jié)果在計(jì)算誤差（兩個(gè)信號之間的差別）之前分別轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的燃空比。這看起來可能等同于簡單地對電壓誤差信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是由于HEGO電壓與估計(jì)的的非線性映射，當(dāng)稀與富對比時(shí)給定數(shù)值的電壓誤差信號將在中具有不同的意義，因此命令和測得的HEGO電壓首選被確定，并且然后差別被獲得以確定另外，催化劑診斷可以被包括在一個(gè)實(shí)施例中。這里，為了周期性確定催化劑存儲容量，程序引入催化劑后HEGO電壓的設(shè)定值變化以在非常嚴(yán)格的限制內(nèi)（在步驟420中詳述）練習(xí)催化劑，控制圖2中方框204的輸出。關(guān)于圖4描述的控制改進(jìn)在過渡期間降低了過量裝填或耗盡催化劑氧存儲的可能性，使得引入的設(shè)定值調(diào)節(jié)不產(chǎn)生非期望的排放物。相應(yīng)地，圖4示出基于發(fā)動機(jī)10的工況確定HEGO設(shè)定值的方法400的流程圖。方法400以在步驟402探測節(jié)氣門處的空氣質(zhì)量流量并在步驟404濾波空氣質(zhì)量流量開始，以便消除不是大瞬時(shí)空氣質(zhì)量的一部分的小波動。步驟406檢查用于這個(gè)驅(qū)動的催化劑監(jiān)控功能是否已運(yùn)行完成（moncompflg=1）。如果已完成，則該方法進(jìn)行到由箭頭408標(biāo)識的右流程路徑，其中HEGO設(shè)定值的確定基于發(fā)動機(jī)10的動態(tài)狀況而執(zhí)行。在這種情況下，如果空氣質(zhì)量中的變化顯著到足以經(jīng)過低通濾波器，則變化率在方法400的步驟410被計(jì)算。這個(gè)變化率在方法400的步驟412被映射到ΔHEGO設(shè)定值調(diào)整。這個(gè)映射的一個(gè)示例在圖3中示出，其中X水平軸的輸入是質(zhì)量空氣流量的導(dǎo)數(shù)d，而垂直Y軸的輸出是動態(tài)的HEGO設(shè)定值。接近X-Y軸原點(diǎn)的小空氣流量變化率提供非常小的HEGO設(shè)定值變化以避免HEGO設(shè)定值的振動；中到大的導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生較大動態(tài)HEGO設(shè)定值；但是真正過大的導(dǎo)數(shù)達(dá)到動態(tài)HEGO設(shè)定值變化的極限，這是由于存在HEGO線性工作范圍的極限?；陟o態(tài)輸入狀況，諸如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載、溫度等計(jì)算的HEGO設(shè)定值，在步驟414被確定。在步驟412確定的ΔHEGO設(shè)定值調(diào)整然后在方法400的步驟416被添加到靜態(tài)HEGO設(shè)定值，以便確定動態(tài)調(diào)整因數(shù)。步驟417是靜態(tài)和動態(tài)設(shè)定值變化之和的最終限幅/削波（clip），以確保催化劑未被驅(qū)動至完全耗盡或飽和。在步驟418，外回路HEGO設(shè)定值可用于204，使得反饋燃料控制系統(tǒng)可以然后使用這個(gè)新的HEGO設(shè)定值。如果在方法400的步驟406確定催化劑監(jiān)測未運(yùn)行至完成（moncompflg=0），該方法則沿如圖4中監(jiān)控流程420所標(biāo)識的左流程路徑進(jìn)行。這條路徑監(jiān)控催化劑的氧存儲容量并且依賴于外回路改進(jìn)的反饋控制，使得HEGO電壓不超過上限或下限電壓，該電壓允許經(jīng)調(diào)節(jié)的排放物通過排氣管。這個(gè)流程路徑依賴于在整個(gè)測試期間以相對穩(wěn)定狀態(tài)工作的發(fā)動機(jī)10。繼續(xù)方法400，在步驟422，在節(jié)氣門處經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量現(xiàn)在被用作為確定狀況是否穩(wěn)定的檢查的一部分。相應(yīng)地，當(dāng)前計(jì)算的（從方法400的步驟402）節(jié)氣門空氣質(zhì)量被評價(jià)以確定節(jié)氣門空氣質(zhì)量是否維持在Δ或閾值范圍內(nèi)、在經(jīng)濾波的當(dāng)前值（從方法400的步驟404）之上或之下。如果確定節(jié)氣門空氣質(zhì)量流量未在經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的Δ內(nèi)，定時(shí)器（下面更詳細(xì)地描述）消零而遵循上述的動態(tài)設(shè)定值流程408。然而，如果確定節(jié)氣門空氣質(zhì)量流量在經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量流量的Δ內(nèi)，定時(shí)器在步驟426增加（增加迭代循環(huán)的Δ時(shí)間）。在步驟428，定時(shí)器值與時(shí)間閾值相比較以確定定時(shí)器是否已提前至足夠的時(shí)間，表明足夠的空氣質(zhì)量穩(wěn)定性。經(jīng)濾波的空氣質(zhì)量的小擾動的容許允許監(jiān)控潛在運(yùn)行，即使發(fā)動機(jī)未完全處于穩(wěn)定狀態(tài)工作。如果定時(shí)器未在閾值之上，該方法等待開始監(jiān)控過程并允許動態(tài)HEGO設(shè)定值過程繼續(xù)運(yùn)行。如果在步驟428定時(shí)器已到達(dá)閾值，HEGO設(shè)定值在步驟430被置于高值，更具體的是表明催化劑70接近氧耗盡（但未足夠高以至于允許CO漏過）的電壓。如果在步驟432高HEGO設(shè)定值被確定由反饋燃料控制器實(shí)現(xiàn)，然后方法400則進(jìn)行到步驟434，在此HEGO設(shè)定值階躍至較低值，該較低值表明催化劑70接近氧飽和。如果高HEGO設(shè)定值未到達(dá)，然后該方法進(jìn)行到442并且將高HEGO設(shè)定值發(fā)送給204。在每個(gè)迭代循環(huán)減少的燃料量（來自基于化學(xué)計(jì)量估計(jì)預(yù)期的燃料）被跟蹤并被累計(jì)，使得用來匹配HEGO設(shè)定值的燃料在方法400的步驟436被確定。在438，如果設(shè)定值仍未到達(dá)，然后該方法進(jìn)行到442并且較低HEGO設(shè)定值被發(fā)送至確定器204。一旦達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)在440返回到正常驅(qū)動工作，例如通過設(shè)置監(jiān)控器完成測試標(biāo)記（moncompflg）為1。如果由于一些原因，諸如駕駛員導(dǎo)致的大節(jié)氣門變化，測試則被中斷，然后定時(shí)器消零并且方法400重新開始。將HEGO電壓從高電壓移動至低電壓設(shè)定值所需的減少的燃料量針對流程狀況被標(biāo)準(zhǔn)化，并且然后能夠與新的、中間的、完全老化的和閾值（超出其全部有用壽命的催化劑）催化劑的催化劑容量的已知（脫機(jī)確定的）結(jié)果相比較，因此產(chǎn)生當(dāng)前催化劑的相對容量的指示。相應(yīng)地，在方法400中描述的程序通過其存儲容量的一部分來練習(xí)催化劑。這樣的測試（希望在每個(gè)驅(qū)動循環(huán)運(yùn)行一次）能夠在相對穩(wěn)定的發(fā)動機(jī)狀況下運(yùn)行，諸如怠速或巡航。以此方式，在所選狀況下，下游傳感器設(shè)定值被瞬時(shí)地且獨(dú)立于工況在最大電壓和最小電壓之內(nèi)的范圍內(nèi)調(diào)整，從而基于對調(diào)整設(shè)定值的響應(yīng)而識別催化劑退化。對于新的和老化的催化劑，被用來從一個(gè)HEGO設(shè)定值移動到另一個(gè)設(shè)定值的燃料量能夠被確定，并且在車輛上能夠被測量并與這些指標(biāo)相比較。這有利地使用迅速的和穩(wěn)定的外回路控制，如在圖2中所示通過頻率成形HEGO設(shè)定值和誤差值而實(shí)現(xiàn)，其中期望的設(shè)定值能夠迅速地達(dá)到，而沒有過度以至于以產(chǎn)生排放物。圖5A-5C示出使用各種控制器類型的HEGO設(shè)定值控制的示例。在每張附圖中，線502（和圖5C中的線520）表示設(shè)置HEGO設(shè)定值的命令，而線504、514和522分別表示響應(yīng)催化劑后排氣的HEGO電壓。在圖5A-5C的每種情況下，HEGO設(shè)定值從在506處0.7伏（這表明催化劑70在其范圍的低端具有氧存儲-來自催化劑的還原劑比氧化劑更多）階躍至在508處0.35伏的設(shè)定值（這表明催化劑70接近氧存儲飽和-來自催化劑的氧化劑比還原劑更多）。以任一方向超過這些電壓導(dǎo)致CO或NOx傳遞給排氣管。圖5A是典型的低增益比例積分（PI）控制器，如所示的該控制器對于響應(yīng)時(shí)間（510）和過調(diào)（512）方面的命令改變存在困難。本公開的應(yīng)用限制需要響應(yīng)在不到1秒內(nèi)發(fā)生以具有排放或診斷益處。此外，電壓在兩個(gè)方向過調(diào)，表明氧存儲飽和或耗盡多于預(yù)期的一段延長時(shí)間。對這個(gè)示例進(jìn)一步增加PI增益將會使得過調(diào)更糟糕。圖5B相比圖5A的PI控制器增加增益。圖5B的控制器中沒有使用設(shè)定值頻率成形以便到達(dá)它的控制水平，然而誤差頻率成形被使用。此圖說明即使實(shí)現(xiàn)足夠迅速的響應(yīng)，維持設(shè)定值仍舊是一個(gè)問題。初始過調(diào)（516）和催化劑70工作區(qū)域外的振蕩（518）是不利的。圖5C說明當(dāng)使用具有高于圖5A（5C具有與5B相同的PI增益）的增益的較高增益的PI控制器時(shí)的催化劑響應(yīng)，其中誤差和命令信號都被頻率成形。對HEGO設(shè)定值變化的響應(yīng)是迅速的并保持催化劑70在其相對有效的工作區(qū)域內(nèi)。命令520的彎曲特性表明被命令的HEGO步驟通過超前/之后濾波而調(diào)整，其中該步驟僅僅到達(dá)整個(gè)步驟的一部分并且然后指數(shù)式接近終值。步驟的量和增加的指數(shù)率基于閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)特性。應(yīng)理解，此處所公開的構(gòu)造和程序本質(zhì)上是示范性的，并且這些具體的實(shí)施例不被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)樵S多變體是可能的。例如，上述技術(shù)能夠應(yīng)用于V-6、I-4、I-6、V-12、對置4缸和其它發(fā)動機(jī)類型。本發(fā)明的主題包括此處所公開的各種系統(tǒng)和構(gòu)造和其它的特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。例如，所附權(quán)利要求特別指出被認(rèn)為是新穎的和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可以涉及“一個(gè)”元件或“第一”元件或其等同物。應(yīng)當(dāng)理解，這樣的權(quán)利要求包括納入一個(gè)或更多個(gè)這樣的元件，既不必也不排除兩個(gè)或更多個(gè)這樣的元件。在這個(gè)或相關(guān)的申請中，通過修改本權(quán)利要求或提出新權(quán)利要求，所公開的特征、功能、元件和/或性質(zhì)的其它組合和子組合可以被要求保護(hù)。這樣的權(quán)利要求，無論是比原權(quán)利要求范圍寬、窄、相同或不同，均被認(rèn)為包含在本發(fā)明的主題內(nèi)。