包括： 基于所述发动机的模型和所述可能目标值组产生所述发动机的剩余稀释的预测量； 基于剩余稀释的预测量与预定最小剩余稀释量和预定最大剩余稀释量的比较来确定 用于所述可能目标值组的所述成本；以及 选择性地调整所述预定最小剩余稀释量和所述预定最大剩余稀释量中的至少一个以 用于所述故障诊断。
[0044] 18.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括： 基于所述发动机的模型和所述可能目标值组产生所述发动机的外部稀释的预测量； 基于外部稀释的预测量与预定最小外部稀释量和预定最大外部稀释量的比较来确定 用于所述可能目标值组的所述成本；以及 选择性地调整所述预定最小外部稀释量和所述预定最大外部稀释量中的至少一个以 用于所述故障诊断。
[0045] 19.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括： 基于所述目标值中的第一值控制节气门阀的开度； 基于所述目标值中的第二值控制涡轮增压器的废气门的开度； 基于所述目标值中的第三值控制排气再循环（EGR)阀的开度；以及 基于所述目标值中的第四值和第五值控制进气门和排气门定相。
[0046] 20.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括： 基于所述发动机的模型和所述N个其他可能目标值组分别产生所述发动机的N个其他 预测操作参数； 基于所述N个其他预测操作参数与所述预定最小值和最大值的比较来分别确定用于 所述N个其他可能目标值组的N个其他成本；以及 当用于所述可能目标值组的所述成本小于所述N个其他成本中的每一个时，从包括所 述可能目标值组和所述N个其他可能目标值组的所述群组中选择所述可能目标值组。
[0047] 本公开的其他适用领域将从详细描述、权利要求书以及图变得显而易见。详细描 述和具体实例仅意欲用于说明目的而非意欲限制本公开的范围。
【附图说明】
[0048] 本公开将从详细描述和附图变得更完整理解，其中： 图1是根据本公开的示例性发动机系统的功能方框图； 图2是根据本公开的示例性发动机控制系统的功能方框图； 图3是根据本公开的示例性空气控制模块的功能方框图； 图4包括描绘根据本公开的使用模型预测控制来控制节气门阀、进气门和排气门定 相、废气门以及排气再循环（EGR)阀的示例性方法的流程图； 图5是根据本公开的催化剂监控系统的示例性实施的功能方框图； 图6是根据本公开的传感器监控模块的示例性实施的功能方框图； 图7是描绘根据本公开的诊断催化剂中是否存在故障的示例性方法的流程图； 图8是描绘根据本公开的诊断催化剂下游的氧气传感器中是否存在故障的示例性方 法的流程图；以及 图9包括用于示例性催化剂和下游氧气传感器诊断的等值比对时间的示例性图表。 [0049] 图中，可以重复使用参考数字以指示类似和/或相同元件。
【具体实施方式】
[0050] 发动机控制模块（ECM)控制发动机的扭矩输出。更具体来说，ECM基于所请求的扭 矩量分别基于目标值来控制发动机的致动器。例如，ECM基于目标进气和排气相位器角来 控制进气和排气凸轮轴定相、基于目标节气门开度来控制节气门阀、基于目标EGR开度控 制排气再循环（EGR)阀并且基于目标废气门占空比控制涡轮增压器的废气门。
[0051] ECM可以单独地使用多个单输入单输出（SISO)控制器(诸如比例积分微分（PID) 控制器)来确定目标值。然而，当使用多个SISO控制器时，可以设置目标值以在有损可能的 燃料消耗减少的情况下维持系统稳定性。此外，个别SISO控制器的校准和设计可能是昂贵 且耗时的。
[0052] 本公开的ECM使用模型预测控制（MPC)来产生目标值。ECM可以基于发动机扭矩 请求来识别可以使用的可能目标值组。ECM可以基于可能组的目标值和发动机的数学模型 来确定用于每个组的预测参数。例如，ECM确定用于每个可能目标值组的预测发动机输出扭 矩、预测每汽缸空气（APC)、预测剩余稀释、预测外部稀释以及指示的平均有效压力（MEP) 的预测变化系数（COV)。ECM可以确定用于每个可能目标值组的一个或多个其他预测参数。
[0053] ECM可以基于每个组的预测参数和用于预测参数的预定最小和最大值来确定用于 该组的成本值。当对于该组确定的预测参数大于用于那个预测参数的预定最大值或者小于 用于那个预测参数的预定最小值时，ECM可以增加用于该组的成本值。ECM可以选择所述组 中具有最低成本值的一个组并且基于选定组的目标值来控制节气门阀、EGR阀、涡轮增压器 以及进气和排气凸轮轴定相。在各个实施中，作为识别目标值的可能组并且确定每个组的 成本的替代或添加，ECM模块可以产生代表目标值的可能组的成本的面。ECM模块随后可以 基于成本面的斜率来识别具有最低成本的可能组。
[0054] 发动机将排气输出到催化剂。催化剂与排气的一个或多个成分反应。当相对于化 学计量而言排气是氧气富足(贫油)时，催化剂可以将氧气存储在排气中。然而，催化剂存储 氧气的能力可能随时间恶化。
[0055] 在某些情况下，ECM可以将发动机的加燃料从富油转变为贫油和/或从贫油转变 为富油以确定催化剂中是否存在故障并确定位于催化剂的上游和/或下游的一个或多个 氧气传感器中是否存在故障。例如，当存在切断到发动机的燃料的一个或多个条件时，ECM 可以转变发动机的加燃料以用于故障确定。
[0056] 本公开的ECM设置用于故障确定的用于预测参数的预定最小值和最大值中的一 个或多个。这可以增加确定催化剂和氧气传感器中是否存在故障的精确度，同时使用MPC 控制节气门阀、EGR阀、涡轮增压器以及进气和排气凸轮定相。
[0057] 现在参照图1，呈现示例性发动机系统100的功能方框图。发动机系统100包括基 于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭 矩的发动机102。发动机102可以是汽油火花点火内燃发动机。
[0058] 空气通过节气门阀112被吸入到进气歧管110中。仅举例而言，节气门阀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控制调节节气门阀112的开 度以控制吸入到进气歧管110中的空气量的节气门致动器模块116。
[0059] 来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的汽缸中。虽然发动机102可以包 括多个汽缸，但是为了说明目的，示出单个代表性汽缸118。仅举例而言，发动机102可以包 括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM 114可以指示汽缸致动器模块120选择性地停 用一些汽缸，这在某些发动机操作条件下可以提高燃料经济性。
[0060] 发动机102可以使用四冲程循环来操作。以下描述的四冲程可以被称为进气冲 程、压缩冲程、燃烧冲程以及排气冲程。在曲轴(未示出）的每个旋转过程中，四个冲程中的 两个在汽缸118内发生。因此，汽缸118经历所有四个冲程必需两次曲轴旋转。
[0061] 在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入到汽缸118中。 ECM 114控制调节燃料喷射以实现目标空气/燃料比的燃料致动器模块124。燃料可以在 中心位置或者在多个位置(诸如靠近每个汽缸的进气门122)喷射到进气歧管110中。在各 个实施(未示出）中，燃料可以直接喷射到汽缸中或者喷射到与汽缸相关的混合腔室中。燃 料致动器模块124可以暂停对被停用的汽缸的燃料喷射。
[0062] 在汽缸118中，喷射的燃料与空气混合并且产生空气/燃料混合物。在压缩冲程 期间，汽缸118内的活塞(未示出）压缩空气/燃料混合物。火花致动器模块126基于来自 ECM 114的点燃空气/燃料混合物的信号来激励汽缸118中的火花塞128。火花的正时可 以相对于活塞位于其最顶部位置(称为上止点（TDC))的时间来指定。
[0063] 火花致动器模块126可以由指定在TDC之前或之后多久的正时信号来控制产生火 花。因为活塞位置与曲轴旋转直接有关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴角同 步。产生火花可以称为点火事件。火花致动器模块126可以具有对于每次点火事件改变火 花正时的能力。当火花正时在最后一次点火事件与下一次点火事件之间变化时，火花致动 器模块126可以对于下一次点火事件改变火花正时。火花致动器模块126可以暂停对被停 用的汽缸的火花提供。
[0064] 在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞离开TDC，由此驱动曲轴。燃 烧冲程可以被定义为活塞到达TDC与活塞到达下止点（BDC)的时间之间的时间。在排气冲 程期间，活塞开始移动离开BDC，并且通过排气门130排出燃烧副产物。燃烧副产物通过排 气系统134从车辆排出。排气系统134包括催化剂136,诸如三元催化剂（TWC)。催化剂136 与流动穿过催化剂136的排气的一个或多个成分反应。当排气是贫油（氧气富足）时，催化 剂136存储氧气。
[0065] 进气门122可以由进气凸轮轴140控制，而排气门130可以由排气凸轮轴142控 制。在各个实施中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制用于汽缸118的多个 进气门（包括进气门122)和/或可以控制多排汽缸(包括汽缸118)的进气门（包括进气门 122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可以控制用于汽缸118的多个排气 门和/或可以控制用于多排汽缸(包括汽缸118)的排气门（包括排气门130)。在各个其他 实施中，进气门122和/或排气门130可以由除凸轮轴以外的设备(诸如无凸轮的阀致动器） 控制。汽缸致动器模块120可以通过使得进气门122和/或排气门130不能打开来停用汽 缸 118〇
[0066] 进气门122打开的时间可以通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC而改变。排 气门130打开的时间可以通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC而改变。相位器致动器 模块158可以基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。 在实施时，可变气门升程(未示出）也可以由相位器致动器模块158来控制。
[0067] 发动机系统100可以包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括由流过排气系统134的 热排气供以动力的热涡轮160-1。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机 160-2。压缩机160-2压缩引入节气门阀112中的空气。在各个实施中，由曲轴驱动的增压 器(未示出）可以压缩来自节气门阀112的空气并且将压缩的空气传递到进气歧管110。
[0068] 废气门162可以允许排气绕开涡轮160-1，由此减少由涡轮增压器提供的升压(进 气空气压缩的量)。升压致动器模块164可以通过控制废气门162的开度来控制涡轮增压 器的升压。在各个实施中，两个或更多个涡轮增压器可以被实施并且可以由升压致动器模 块164来控制。
[0069] 空气冷却器(未示出）可以将来自压缩空气充量的热量转移到冷却介质（诸如发动 机冷却液或空气)。使用发动机冷却液来冷却压缩空气充量的空气冷却器可以称为中间冷 却器。使用空气来冷却压缩空气充量的空气冷却器可以称为充量空气冷却器。压缩空气充 量可以例如通过压缩和/或从排气系统134的部件接收热量。尽管为了说明目的分开展示， 但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此附接，从而将进气空气置于紧密接近热排气。
[0070] 发动机系统100可以包括选择性地将排气重新引导回至进气歧管110的排气再循 环（EGR)阀170。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由 EGR致动器模块172基于来自ECM 114的信号来控制。
[0071] 上游氧气传感器176测量流动到催化剂136中的排气中的氧气的量(例如，浓度)。 下游氧气传感器177测量催化剂136下游的排气中的氧气的量(例如，浓度)。ECM 114可以 使用来自所述传感器和/或一个或多个其他传感器的信号来进行用于发动机系统100的控 制决策。
[0072] 曲轴的位置可以使用曲轴位置传感器180来测量。曲轴的旋转速度(发动机速度） 可以基于曲轴位置来确定。发动机冷却液的温度可以使用发动机冷却液温度（ECT)传感器 182来测量。ECT传感器182可以位于发动机102内或者在冷却液循环的其他位置处，诸如 散热器(未不出）处。
[0073] 进气歧管110内的压力可以使用歧管绝对压力（MAP)传感器184来测量。在各个 实施中，可以测量发动机真空(其是周围空气压力与进气歧管110内的压力之间的差)。流 入到进气歧管110中的空气的质量流率可以使用空气质量流量（MF)传感器186来测量。 在各个实施中，MAF传感器186可以位于壳体(其也包括节气门阀112)中。
[0074] 节气门致动器模块116可以使用一个或多个节气门位置传感器（TPS) 190来监控 节气门阀112的位置。吸入到发动机102中的空气的周围温度可以使用进气温度（IAT)传 感器192来测量。发动机系统100还可以包括一个或多个其他传感器193,诸如周围湿度传 感器、一个或多个爆震传感器、压缩机出口压力传感器和/或节气门入口压力传感器、废气 门位置传感器、EGR位置传感器和/或一个或多个其他适合的传感器。ECM 114可以使用来 自传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决策。
[0075] ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出）中的调档。例如， ECM 114可以在换档期间减少发动机扭矩。ECM 114可以与混合控制模块196通信以协调 发动机102和电动机198的操作。
[0076] 电动机198也可以用作发电机，并且可以用来产生电能以供车辆电气系统使用和 /或以供存储在电池中。在各个实施中，ECM 114、变速器控制模块194以及混合控制模块 196的各种功能可以集成到一个或多个模块中。
[0077] 改变发动机参数的每个系统都可以称为发动机致动器。例如，节气门致动器模块 116可以调整节气门阀112的开度以实现目标节气门打开面积。火花致动器模块126控制 火花塞以实现相对于活塞TDC的目标火花正时。燃料致动器模块124控制燃料喷射器以实 现目标加燃料参数。相位器致动器模块158可以分别控制进气凸轮相位器148和排气凸轮 相位器150以实现目标进气凸轮相位器角和目标排气凸轮相位器角。EGR致动器模块172 可以控制EGR阀170以实现目标EGR打开面积。升压致动器模块164控制废气门162以实 现目标废气门打开面积。汽缸致动器模块120控制汽缸停用以实现目标数量的启用的或停 用的汽缸。
[0078] ECM 114产生用于发动机致动器的目标值以使得发动机102产生目标发动机输出 扭矩。ECM 114使用模型预测控制来产生用于发动机致动器的目标值，如以下进一步论述。
[0079] 现在参照图2,呈现示例性发动机控制系统的功能方框图。ECM 114的示例性实施 包括驾驶者扭矩模块202、车轴扭矩仲裁模块204以及推进扭矩仲裁模块206。ECM 114可 以包括混合优化模块208。ECM 114还可以包括储备/负载模块220、扭矩请求模块224、空 气控制模块228、火花控制模块232、汽缸控制模块236以及燃料控制模块240。
[0080] 驾驶者扭矩模块202可以基于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入255来确定 驾驶者扭矩请求254。驾驶者输入255可以基于例如加速踏板的位置和制动踏板的位置。 驾驶者输入255还可以基于巡航控制，该巡航控制可以是改变车辆速度以维持预定跟车间 距的自适应巡航控制系统。驾驶者扭矩模块202可以存储加速踏板位置到目标扭矩的一个 或多个映射并且可以基于选定的一个映射来确定驾驶者扭矩请求254。
[0081] 车轴扭矩仲裁模块204在驾驶者扭矩请求254与其他车轴扭矩请求256之间进行 仲裁。车轴扭矩(车轮处的扭矩）可以由各种源(包括发动机和/或电动机）产生。例如，车 轴扭矩请求256可以包括在检测到正车轮滑移时由牵引控制系统请求的扭矩减少。当车轴 扭矩克服车轮与路面之间的摩擦时发生正车轮滑移，并且车轮开始与路面相反地滑移。车 轴扭矩请求256还可以包括抵消负车轮滑移的扭矩增加请求，其中因为车轴扭矩为负而使 得车辆的轮胎相对于路面沿另一方向滑移。
[0082] 车轴扭矩请求256还可以包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求 可以减少车轴扭矩以确保车轴扭矩不会超出当车辆停止时保持住车辆的制动能力。车辆超 速扭矩请求可以减少车轴扭矩以防止车辆超出预定速度。车轴扭矩请求256还可以由车辆 稳定性控制系统产生。
[0083] 车轴扭矩仲裁模块204基于接收到的扭矩请求254与256之间的仲裁结果输出预 测扭矩请求257和即时扭矩请求258。如以下所描述，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可以在用于控制发动机致动器之前选择性地由ECM 114的 其他模块来调整。
[0084] -般而言，即时扭矩请求258可以是当前所需的车