专利名称：延迟补偿系统和方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，且更具体地涉及氧传感器。
技术背景
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的 工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各 方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
燃料控制系统控制向发动机的燃料供应。燃料控制系统包括控制内环和控制外 环。控制内环可使用来自于位于排气系统中催化剂上游的排气氧(EGO)传感器的数据。催 化剂接收由发动机输出的排气。
控制内环可使用来自于EGO上游传感器的数据来控制提供给发动机的燃料量。仅 作为示例，当上游EGO传感器表示排气是浓的时，控制内环可减少提供给发动机的燃料量。 相反地，控制内环在排气是稀的时可增加提供给发动机的燃料量。基于来自于上游EGO传 感器的数据调节提供给发动机的燃料量会将在发动机中燃烧的空气/燃料混合物调整为 大约期望空气/燃料混合物(即，化学计量比混合物)。
控制外环可使用来自于位于催化剂下游的EGO传感器的数据。仅作为示例，控制 外环可使用来自于上游和下游EGO传感器的数据以确定由催化剂存储的氧量以及其它合 适参数。控制外环还可使用来自于下游EGO传感器的数据，以在下游EGO传感器提供异常 数据时校正由上游和/或下游EGO传感器提供的数据。发明内容
稳态(SS)延迟模块基于每缸空气量确定用于SS操作状态的SS延迟时段。动态补 偿模块基于动态操作状态的第一和第二动态补偿变量、SS延迟时段以及先前预估延迟时段 确定预估延迟时段。第一动态补偿变量对应于在燃料提供用于发动机气缸时的第一时间与 在源自于燃料和空气燃烧的排气从气缸排出时的第二时间之间的时段。SS和预估延迟时段 对应于第一时间与在排气达到位于催化剂上游的排气氧传感器时的第三时间之间的时段。 最终当量比模块基于预估延迟时段调节在第三时间之后提供给气缸的燃料。
一种方法包括基于每缸空气量(APC)确定用于稳态(SS)操作状态的SS延迟时 段；基于动态操作状态的第一和第二动态补偿变量、SS延迟时段以及先前预估延迟时段确 定预估延迟时段。第一动态补偿变量对应于在燃料提供用于发动机气缸时的第一时间与在 源自于燃料和空气混合物燃烧的排气从气缸排出时的第二时间之间的时段。SS和预估延 迟时段对应于第一时间与在排气达到位于催化剂上游的排气氧(EGO)传感器时的第三时间之间的时段。所述方法还包括基于预估延迟时段调节在第三时间之后提供给气缸的燃料量。
本发明涉及下述技术方案。
1. 一种用于车辆的系统，包括
稳态(SS)延迟模块，所述SS延迟模块基于每缸空气量(APC)确定用于SS操作状 态的SS延迟时段；
动态补偿模块，所述动态补偿模块基于动态操作状态的第一和第二动态补偿变 量、SS延迟时段以及先前预估延迟时段确定预估延迟时段；
其中，第一动态补偿变量对应于在燃料被提供用于发动机气缸时的第一时间与在 源自于燃料和空气混合物燃烧的排气从气缸排出时的第二时间之间的时段；以及
其中，SS和预估延迟时段对应于所述第一时间与在排气达到位于催化剂上游的排 气氧(EGO)传感器时的第三时间之间的时段；和
最终当量比(EQR)模块，所述EQR模块基于预估延迟时段调节在第三时间之后提 供给气缸的燃料量。
2.根据方案1所述的系统，其中，动态补偿模块基于第一和第二延迟时段的求和 确定预估延迟时段、基于SS延迟时段与第二动态补偿变量的第一乘积确定第一延迟时段、 以及基于先前预估延迟时段与第二动态补偿变量的第二乘积确定第二延迟时段。
3.根据方案2所述的系统，其中，先前预估延迟时段对应于由动态补偿模块确定 的上一个预估延迟时段。
4.根据方案2所述的系统，其中，SS延迟时段对应于在第一时间之前一定数量的 燃烧事件内由SS延迟模块确定的SS延迟时段，其中，该数量是第一动态补偿变量。
5.根据方案2所述的系统，其中，第二动态补偿变量是第一值和第二值中的一个。
6.根据方案1所述的系统，其中，动态补偿模块基于APC将第二动态补偿变量选择 性地设定为第一值和第二值中的一个，其中第一值和第二值不相等。
7.根据方案6所述的系统，其中，动态补偿模块在APC增加时将第二动态补偿变量 设定为第一值和第二值中的一个，且在APC减少时将第二动态补偿变量设定为第一值和第 二值中的另一个。
8.根据方案1所述的系统，还包括
传感器延迟模块，所述传感器延迟模块基于预估延迟确定排气的预期当量比 (EQR)；
传感器输出模块，所述传感器输出模块将预期EQR选择性地转换为由EGO传感器 输出的EGO测量值的单位；和
偏差模块，所述偏差模块基于预期EQR与EGO测量值之间的差确定偏差。
9.根据方案8所述的系统，其中，最终EQR模块基于偏差调节在第三时间之后提供 给气缸的燃料量。
10.根据方案8所述的系统，还包括取回模块，所述取回模块取回在第一时间之前 提供给气缸的空气/燃料混合物的一个或多个当量比(EQR)，并且基于所述一个或多个当 量比和预估延迟确定取回EQR，
其中，传感器延迟模块基于取回EQR确定预期EQR。
11. 一种用于车辆的方法，包括
基于每缸空气量(APC)确定用于稳态(SS)操作状态的SS延迟时段；
基于动态操作状态的第一和第二动态补偿变量、SS延迟时段以及先前预估延迟时 段确定预估延迟时段；
其中，第一动态补偿变量对应于在燃料被提供用于发动机气缸时的第一时间与在 源自于燃料和空气混合物燃烧的排气从气缸排出时的第二时间之间的时段；以及
其中，SS和预估延迟时段对应于所述第一时间与在排气达到位于催化剂上游的排 气氧(EGO)传感器时的第三时间之间的时段；以及
基于预估延迟时段调节在第三时间之后提供给气缸的燃料量。
12.根据方案11所述的方法，还包括
基于第一和第二延迟时段的求和确定预估延迟时段；
基于SS延迟时段与第二动态补偿变量的第一乘积确定第一延迟时段；以及
基于先前预估延迟时段与第二动态补偿变量的第二乘积确定第二延迟时段。
13.根据方案12所述的方法，其中，先前预估延迟时段对应于所确定的上一个预 估延迟时段。
14.根据方案12所述的方法，其中，SS延迟时段对应于在第一时间之前一定数量 的燃烧事件内所确定的SS延迟时段，其中，该数量是第一动态补偿变量。
15.根据方案12所述的方法，其中，第二动态补偿变量是第一值和第二值中的一个。
16.根据方案11所述的方法，还包括基于APC将第二动态补偿变量选择性地设定 为第一值和第二值中的一个，其中第一值和第二值不相等。
17.根据方案16所述的方法，还包括在APC增加时将第二动态补偿变量设定为第 一值和第二值中的一个，且在APC减少时将第二动态补偿变量设定为第一值和第二值中的 另一个。
18.根据方案11所述的方法，还包括
基于预估延迟确定排气的预期当量比(EQR)；
将预期EQR选择性地转换为由EGO传感器输出的EGO测量值的单位；以及
基于预期EQR与EGO测量值之间的差确定偏差。
19.根据方案18所述的方法，还包括基于偏差调节在第三时间之后提供给气缸的 燃料量。
20.根据方案18所述的方法，还包括
取回在第一时间之前提供给气缸的空气/燃料混合物的一个或多个当量比 (EQR)；
基于所述一个或多个当量比和预估延迟确定取回EQR ；以及
基于取回EQR确定预期EQR。
本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细 说明和具体示例仅旨在用于说明的目的且并不旨在限制本发明的范围。
图1是根据本发明原理的发动机系统的示例性实施方式的功能框图2是根据本发明原理的发动机控制模块的示例性实施方式的功能框图3是根据本发明原理的内环模块的示例性实施方式的功能框图4是根据本发明原理的预期上游排气输出模块的功能框图；以及
图5是描绘由根据本发明原理的方法所执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示例性的且绝不旨在限制本发明、它的应用、或使用。为了清 楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的 至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑(A或B或C)。应当理解的 是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。
如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更 多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供 所述功能的其他合适的部件。
发动机控制模块(ECM)可控制提供给发动机的燃料量，以产生期望空气/燃料混 合物。源自于空气/燃料混合物的燃烧的排气从发动机排出到排气系统。排气通过排气系 统行进到催化剂。排气氧(EGO)传感器测量催化剂上游的排气中的氧并且基于测量的氧生 成输出。
ECM基于提供用于燃烧的空气/燃料混合物的当量比(EQR)确定EGO传感器的预 期输出。ECM基于EGO传感器的输出与预期输出之间的差选择性地调节在未来燃烧事件期 间提供的燃料量。本发明的ECM延迟使用预期输出来考虑在提供燃料混合物时的时间与在 EGO传感器的输出反映源自于空气/燃料混合物燃烧的排气测量值时的时间之间的时段。
现参考图1，示出了发动机系统10的示例性实施方式的功能框图。发动机系统10 包括发动机12、进气系统14、燃料系统16、点火系统18以及排气系统20。发动机12例如 可包括汽油发动机、柴油发动机、混合动力发动机或者其它合适类型的发动机。
进气系统14包括节气门22和进气岐管M。节气门22控制进入到进气岐管M中 的空气流。空气从进气岐管M流动到发动机12内的一个或多个气缸中，例如气缸25。虽 然仅示出了一个气缸25，但是发动机12可包括多个气缸。
燃料系统16控制向发动机12的燃料供应。点火系统18选择性地点火发动机12 的气缸内的空气/燃料混合物。空气/燃料混合物中的空气经由进气系统14提供，空气/ 燃料混合物中的燃料由燃料系统16提供。在一些发动机系统中，例如在柴油发动机系统 中，可省去点火系统18。
源自于空气/燃料混合物的燃烧的排气从发动机12排出到排气系统20。排气系 统20包括排气岐管沈和催化剂观。仅作为示例，催化剂观可包括催化剂转化器、三元催 化剂(TWC)、和/或其它合适类型的催化剂。催化剂观接收由发动机12输出的排气并且减 少排气中各种成分的量。
发动机系统10还包括发动机控制模块(ECM) 30，其调节发动机系统10的操作。ECM 30与进气系统14、燃料系统16、以及点火系统18通信。ECM 30还与各种传感器通信。仅 作为示例，ECM 30可与空气质量流量(MAF)传感器32、岐管空气压力(MAP)传感器34、曲 轴位置传感器36以及其它合适传感器通信。
MAF传感器32测量流入到进气岐管M中的空气质量流率并且基于质量流率产生 MAF信号。MAP传感器34测量进气岐管M内的压力并且基于该压力产生MAP信号。在一 些实施方式中，发动机真空度可关于大气压力来测量。曲轴位置传感器36监测发动机12 的曲轴(未示出)的旋转并且基于曲轴的旋转产生曲轴位置信号。曲轴位置信号可用来确 定发动机速度(例如，单位转/分)。曲轴位置信号还可用于气缸识别。
ECM 30还与排气氧(EGO)传感器通信，EGO传感器与排气系统20相关联。仅作 为示例，ECM 30与上游EGO传感器(US EGO传感器)38以及下游EGO传感器(DS EGO传感 器)40通信。US EGO传感器38位于催化剂28的上游，DS EGO传感器40位于催化剂28的 下游。US EGO传感器38例如可位于排气岐管沈的排气流道(未示出)的合流点或者其它 合适位置。
US EGO传感器38和DS EGO传感器40在其相应位置测量排气中的氧浓度，并且 基于氧浓度产生EGO信号。仅作为示例，US EGO传感器38基于催化剂观上游的氧浓度 产生上游EG0(US EGO)信号，且DS EGO传感器40基于催化剂观下游的氧浓度产生下游 EGO (DSEGO)信号。
US EGO传感器38和DS EGO传感器40每个均可包括转换式EGO传感器、通用 EGO(UEGO)传感器(即，宽范围EGO传感器)、或者其它合适类型的EGO传感器。转换式EGO 传感器产生以伏特为单位的EGO信号，并且在氧浓度为稀和浓时分别将EGO信号在低电压 (例如，大约0. 2V)和高电压(例如，大约0. 8V)之间转换。UEGO传感器产生EGO信号并且 提供在浓与稀之间的测量值，该EGO信号对应于排气的当量比(EQR)。
现参考图2，示出了 ECM 30的示例性实施方式的功能框图。ECM30包括指令生成 器模块102、外环模块104、内环模块106、以及参考生成模块108。指令生成器模块102可 确定发动机操作状态。仅作为示例，发动机操作状态可包括但不局限于发动机速度、每缸空 气量(APC)、发动机负载、和/或其它合适参数。APC可针对一些发动机系统中的一个或多 个未来燃烧事件预估。发动机负载例如可由发动机12的APC与最大APC的比率来表示。
指令生成器模块102产生基本当量比(EQR)请求。基本EQR请求可对应于要在发 动机12的一个或多个气缸内燃烧的空气/燃料混合物的期望当量比(EQR)。仅作为示例， 期望EQR可包括化学计量比EQR ( 即，1. 0)。指令生成器模块102还确定期望下游排气输出 (期望DS EGO)。指令生成器模块102可基于例如发动机操作状态确定期望DS EGO。
指令生成器模块102还可产生用于基本EQR请求的一个或多个开环燃料供应校 正。燃料供应校正例如可包括传感器校正和偏差校正。仅作为示例，传感器校正可对应于 对基本EQR请求的校正，以适应US EGO传感器38的测量值。偏差校正可对应于基本EQR 请求的校正，以考虑可能出现的偏差，例如在确定APC时的偏差以及由向发动机12提供燃 料蒸汽(即，燃料蒸汽吹扫)引起的偏差。
外环模块104还可产生用于基本EQR请求的一个或多个开环燃料供应校正。外环 模块104例如可产生氧存储量校正和氧存储量维持校正。仅作为示例，氧存储量校正可对 应于基本EQR请求的校正，以在预定时段内将催化剂观的氧存储量调节至期望氧存储量。 氧存储量维持校正可对应于基本EQR请求的校正，以将催化剂洲的氧存储量调整为大约期望氧存储量。
外环模块104基于US EGO信号和DS EGO信号估计催化剂28的氧存储量。外环模块104可产生燃料供应校正以将催化剂观的氧存储量调节至期望氧存储量和/或将氧 存储量维持在大约期望氧存储量。外环模块104还可产生燃料供应校正以最小化DS EGO 信号与期望DSEGO之间的差。
内环模块106基于US EGO信号与预期US EGO之间的差确定上游EGO校正(US EGO 校正)(见图3)。US EGO校正可例如对应于基本EQR请求的校正以最小化US EGO信号与 预期US EGO之间的差。
参考生成模块108产生参考信号。仅作为示例，参考信号可包括正弦波、三角形 波、或其它合适类型的周期信号。参考生成模块108可选择性地改变参考信号的幅值和频 率。仅作为示例，参考生成模块108可在发动机负载增加时增加频率和幅值，在发动机负载 减少时减少频率和幅值。参考信号可被提供给内环模块106和一个或多个其它模块。
内环模块106基于基本EQR请求和US EGO校正确定最终EQR请求。内环模块106 还基于传感器校正、偏差校正、氧存储量校正、氧存储量维持校正、以及参考信号来确定最 终EQR请求。仅作为示例，内环模块106基于基本燃料指令、US EGO校正、传感器校正、偏 差校正、氧存储量校正、氧存储量维持校正、以及参考信号的求和来确定最终EQR请求。ECM 30基于最终EQR请求控制燃料系统16。
现参考图3，示出了内环模块106的示例性实施方式的功能框图。内环模块106可 包括预期US EGO模块202、偏差模块204、缩放模块206、补偿器模块208以及最终EQR模块 210。
预期US EGO模块202确定预期US EGO。预期US EGO模块202基于最终EQR请求 确定预期US EGO。然而，发动机系统10的延迟防止源自于燃烧的排气立即反映到US EGO 信号中。发动机系统10的延迟例如可包括发动机延迟、传输延迟以及传感器延迟。
发动机延迟可对应于例如在将燃料提供给发动机12的气缸时的时间与在得到的 已燃烧空气/燃料(排气)混合物从气缸排出时的时间之间的时段。传输延迟可对应于在 得到的排气从气缸排出时的时间与在得到的排气达到US EGO传感器38位置时的时间之间 的时段。传感器延迟可对应于在得到的排气达到US EGO传感器38位置时的时间与在得到 的排气反映到US EGO信号中时的时间之间的延迟。
预期US EGO模块202存储最终EQR请求的EQR。预期US EGO模块202基于发动 机延迟、传输延迟以及传感器延迟确定延迟。预期US EGO模块202延迟使用存储EQR，直到 延迟已经经过为止。一旦延迟已经经过，存储EQR应当对应于由US EGO传感器38测量的 EQR。
偏差模块204基于由US EGO传感器38提供的US EGO信号和由预期US EGO模块 202提供的预期US EGO确定上游EGO偏差(USEG0偏差)。更具体地，偏差模块204基于US EGO信号与预期US EGO之间的差确定US EGO偏差。
缩放模块206基于US EGO偏差确定燃料偏差。缩放模块206可应用一个或多个 增益或者其它合适控制因子来基于US EGO偏差确定燃料偏差。仅作为示例，缩放模块206可使用下述方程确定燃料偏差
权利要求
1.一种用于车辆的系统，包括稳态(SS)延迟模块，所述SS延迟模块基于每缸空气量(APC)确定用于SS操作状态的 SS延迟时段；动态补偿模块，所述动态补偿模块基于动态操作状态的第一和第二动态补偿变量、SS 延迟时段以及先前预估延迟时段确定预估延迟时段；其中，第一动态补偿变量对应于在燃料被提供用于发动机气缸时的第一时间与在源自 于燃料和空气混合物燃烧的排气从气缸排出时的第二时间之间的时段；以及其中，SS和预估延迟时段对应于所述第一时间与在排气达到位于催化剂上游的排气氧 (EGO)传感器时的第三时间之间的时段；和最终当量比(EQR)模块，所述EQR模块基于预估延迟时段调节在第三时间之后提供给 气缸的燃料量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，动态补偿模块基于第一和第二延迟时段的求和 确定预估延迟时段、基于SS延迟时段与第二动态补偿变量的第一乘积确定第一延迟时段、 以及基于先前预估延迟时段与第二动态补偿变量的第二乘积确定第二延迟时段。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，先前预估延迟时段对应于由动态补偿模块确定 的上一个预估延迟时段。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，SS延迟时段对应于在第一时间之前一定数量的 燃烧事件内由SS延迟模块确定的SS延迟时段，其中，该数量是第一动态补偿变量。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，第二动态补偿变量是第一值和第二值中的一个。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，动态补偿模块基于APC将第二动态补偿变量选择 性地设定为第一值和第二值中的一个，其中第一值和第二值不相等。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，动态补偿模块在APC增加时将第二动态补偿变量 设定为第一值和第二值中的一个，且在APC减少时将第二动态补偿变量设定为第一值和第 二值中的另一个。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括传感器延迟模块，所述传感器延迟模块基于预估延迟确定排气的预期当量比(EQR)； 传感器输出模块，所述传感器输出模块将预期EQR选择性地转换为由EGO传感器输出 的EGO测量值的单位；和偏差模块，所述偏差模块基于预期EQR与EGO测量值之间的差确定偏差。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，最终EQR模块基于偏差调节在第三时间之后提供 给气缸的燃料量。
10.一种用于车辆的方法，包括基于每缸空气量(APC)确定用于稳态(SS)操作状态的SS延迟时段； 基于动态操作状态的第一和第二动态补偿变量、SS延迟时段以及先前预估延迟时段确 定预估延迟时段；其中，第一动态补偿变量对应于在燃料被提供用于发动机气缸时的第一时间与在源自 于燃料和空气混合物燃烧的排气从气缸排出时的第二时间之间的时段；以及其中，SS和预估延迟时段对应于所述第一时间与在排气达到位于催化剂上游的排气氧 (EGO)传感器时的第三时间之间的时段；以及基于预估延迟时段调节在第三时间之后提供给气缸的燃料量。
全文摘要
本发明涉及延迟补偿系统和方法。稳态(SS)延迟模块基于每缸空气量确定用于SS操作状态的SS延迟时段。动态补偿模块基于动态操作状态的第一和第二动态补偿变量、SS延迟时段以及先前预估延迟时段确定预估延迟时段。第一动态补偿变量对应于在燃料提供用于发动机气缸时的第一时间与在源自于燃料和空气燃烧的排气从气缸排出时的第二时间之间的时段。SS和预估延迟时段对应于第一时间与在排气达到位于催化剂上游的排气氧传感器时的第三时间之间的时段。最终当量比模块基于预估延迟时段调节在第三时间之后提供给气缸的燃料量。
文档编号F02D29/02GK102032061SQ20101050181
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者J.迈尔, K.P.杜德, S.W.米德拉姆-莫勒, S.于尔科维奇, Y.G.格真内克 申请人:通用汽车环球科技运作公司