发动机馈气燃料干扰后恢复催化剂存储水平的系统和方法
【专利摘要】针对发动机中的空燃比控制描述了多种方法。在一个示例中，方法包括由先行控制器响应于定位在排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈来调节燃料喷射，其中先行控制器包括第一积分项和第二积分项，第二积分项修正过去的燃料干扰。这样，可以通过先行控制器提供对误差的快速响应，同时通过第二积分项修正平均的已知过去燃料补充误差。
【专利说明】发动机馈气燃料干扰后恢复催化剂存储水平的系统和方法
【背景技术】
[0001]发动机可以燃烧空气和燃料的混合物以产生扭矩。空气与燃料的比率(称为空燃比或燃空比)可以响应于来自包括排气氧传感器在内的各种传感器的反馈而被控制。发动机空燃比的闭环控制可以由若干控制环组成:试图在排气穿过减排催化剂之前调节排气的内环、以及在气体穿过催化剂之后使用气体的测定值的外环。
[0002]内环控制可以具有多个控制目标，包括:维持馈气(离开发动机的)空燃比以减少排放、减少燃料经济性的损失、以及减少NVH(噪声、振动和不平顺性，Noise Vibrat1nand Harshness)或驾驶性问题。另外，内环可以旨在调节馈气燃空比以追踪由诸如发动机转速、负载、温度等运行条件设定并且由外环反馈修改的目标值。外环可以操作成基于指示催化剂状态的后催化剂传感器的读数来调节内环燃空比目标。主要由于在输出处看到并由HEGO(加热型废气氧，Heated Exhaust Gas Oxygen)传感器测量到的在催化剂的输入处的任何馈气变化之前的长时延迟，外环反馈控制面临诸多挑战。
[0003]已经提出了增强内环以解决燃烧/排气系统中存在的大的传输延迟和动态滞后，例如在美国专利7，987，840中所描述的。另外，可以向在内环中使用的标准比例积分(PI)控制器添加附加的积分项以追踪没有在催化剂上游被排除的干扰。追踪积分器可以布置在控制器结构中(例如，与原积分器串联)；然而，如果使用先行控制器的话(例如，诸如Smith预估器之类的延时补偿器)，这将导致冲突。
【发明内容】
[0004]发明人已经认识到上述缺点，并且在实施方式中提供了一种发动机方法，其包括由先行控制器响应于定位在排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈来调节燃料喷射，其中先行控制器包括第一积分项和第二积分项，第二积分项修正过去的燃料干扰。
[0005]这样，通过使用稍后的修正来消除先前的误差，可以更精确地维持随时间以平均理论配比进入排气催化剂的燃空比。通常，这种修正与先行控制器对立。然而，通过在先行控制器的基准位置中将附加的积分器布置在内环中，即使在存在一侧(例如，非对称)干扰的情况下，排气催化剂中的时间积分平均空燃比也能够被控制。另外，可以基于发动机扭矩干扰极限以及基于排气催化剂是否氧存储饱和或即将氧存储饱和、或者是否氧存储耗尽或即将氧存储耗尽来截短附加的积分器。
[0006]根据本发明的一个实施例，第二积分项甚至响应于一侧干扰使进入排气催化剂的排气燃空比在时间积分均值范围内维持在理论配比。
[0007]根据本发明的一个实施例，先行控制器为Smith预估器。
[0008]根据本发明的一个实施例，第一积分项包括在Smith预估器内。
[0009]根据本发明的一个实施例，还包括基于发动机扭矩修正极限来截短第二积分项。
[0010]根据本发明的一个实施例，还包括基于排气催化剂下游的排气氧传感器读数来暂停由第二积分项产生的燃料修正。
[0011]根据本发明的一个实施例，响应于下游排气氧传感器读数已经在与由第二积分项产生的修正相同的方向上从理论配比偏离而暂停燃料修正。
[0012]根据本发明的一个实施例，还包括响应于发动机转速和负载调节先行控制器的基准设定点。
[0013]根据本发明的一个实施例，内环基准设定点以频率调节。
[0014]根据本发明的一个实施例，基准是氧完全饱和与氧完全耗尽之间的期望催化剂氧存储状态。
[0015]根据本发明的另一方面，提供了一种发动机方法，包括:
[0016]响应于定位在排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈经由包括先行控制器的燃料控制器来调节燃料喷射，先行控制器包括先行控制器中的第一积分项并且包括第二积分项，第二积分项修正过去的燃料干扰，第二积分项的输出仅仅部分地形成先行控制器的基准设定点。
[0017]根据本发明的一个实施例，燃料控制器包括内环和外环。
[0018]根据本发明的一个实施例，外环确定用于内环的设定点基准。
[0019]根据本发明的一个实施例，先行控制器为Smith预估器。
[0020]根据本发明的一个实施例，还包括基于发动机扭矩修正极限截短第二积分项。
[0021]根据本发明的一个实施例，还包括基于排气催化剂下游的排气氧传感器读数来暂停由第二积分项产生的燃料修正。
[0022]根据本发明的一个实施例，响应于下游排气氧传感器读数已经在与由第二积分项产生的修正相同的方向上从理论配比偏离而暂停燃料修正。
[0023]在一个特定的示例中，所述方法可以将内环控制器构造成追踪斜坡式输入，这在处理上述燃料干扰问题时可以有效。附加的积分项对误差进行积分并将其添加至控制器输出以抵消已经发生的干扰，只要催化剂在非饱和状态下工作即可。因此，通过内环控制器所采取的将催化剂氧存储水平保持在期望范围内的动作，减小了对外环控制的挑战。具体地，可以通过改变基准设定点来处理发生的燃料干扰，以弥补一段时期内的干扰。通过在这种已知的干扰发生后不久即对抗该干扰，同时仍能够实现预测性的控制器动作，减小了对催化剂的影响，使得外环控制的难度减小。
[0024]根据本发明的又一方面，提供了一种系统，包括:包括排气歧管的发动机；紧密连接至排气歧管的催化剂；连接在发动机排气中的催化剂上游的上游UEGO传感器；连接在发动机排气中的催化剂下游的下游HEGO传感器；以及包括存储器的控制器，在存储器中存储有计算机可读指令，指令包括代码，代码用于通过内环和外环基于上游UEGO和下游HEGO确定对连接于发动机的燃料喷射器脉冲宽度的修正，内环包括积分器，积分器形成馈送至先行控制器的设定点基准的仅仅一部分。
[0025]根据本发明的一个实施例，催化剂是三效催化剂。
[0026]根据本发明的一个实施例，存储器还包括存储在其中的计算机可读指令，该计算机可读指令包括代码，该代码用于基于关于下游HEGO指示稀薄还是浓密的内环的误差指不来截短积分项的输出。
[0027]应当理解的是，提供上文的简要描述是为了以简化的形式引入将在详细的说明书中进一步描述的一系列概念。并不意在确定要求保护的主题的关键或必要特征，而要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题并不局限于解决前面提到的或者在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。另外，发明人在此已经认识到本文提到的缺点，但并不承认这些缺点是公知的。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1示出了内燃发动机的示例性气缸。
[0029]图2A示出了示例性延时补偿PI控制燃料系统的视图。
[0030]图2B示出了根据本公开的示例性实施方式的具有附加的积分器(12)的内环燃料控制系统的框图。
[0031]图3示出了对图2A和2B中所示的燃料控制系统的系统响应。
[0032]图4示出了对用于梯状燃料干扰的Smith预估器PI控制器的积分器输出。
[0033]图5示出了图2B所示的内环燃料控制系统的每个积分器的输出。
[0034]图6示出了在具有和不具有12积分器上的截短的情况下对图2B所示的内环燃料控制系统的系统响应。
[0035]图7示出了根据本公开的方法的流程图。
[0036]图8示出了用于12积分器的截短步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0037]本公开涉及使用燃料控制系统内反馈环和外控制环对内燃发动机的燃料进行控制以维持催化剂氧存储。在实施方式中，燃料控制系统结合了附加的积分器项。附加的积分器基于基准信号以及来自排气催化剂上游的排气氧传感器的反馈。附加的积分器缓解了不期望的燃料干扰。图1示出了根据本公开的发动机的示例性气缸。图2A示出了反馈控制燃料系统的第一方法，其与图2B所示的具有附加积分器的燃料系统的框图形成对比。图3至图6示出了根据图2的结构的燃料控制系统的各种操作的实验性输出。图7和图8示出了流程图，其详细地说明了在具有内环和外环的控制系统中使用具有先行控制器的附加积分器的示例性方法，其中上述内环和外环用于控制催化剂氧存储状态到基准水平。
[0038]图1是示出了多缸发动机10的一个气缸的示意图，发动机10可以包括在车辆的推进系统中，在该车辆中可以使用排气传感器126来确定由发动机10产生的排气的空燃t匕。空燃比(连同其它运行参数)可以用于各种运行模式下的作为空燃控制系统的一部分的发动机10的反馈控制。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统以及通过经由输入装置130的来自车辆操作人员132的输入来控制。在本示例中，输入装置130包括加速踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，气缸)30可以包括燃烧室壁32，活塞36定位在燃烧室30中。活塞36可以连接于曲轴40，使得活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系统连接于车辆的至少一个驱动轮。另外，起动器马达可以经由飞轮连接于曲轴40以实现发动机10的起动操作。
[0039]燃烧室30可以经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够经由相应的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施方式中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
[0040]在本示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动来控制。凸轮致动系统51和53可以各自包括一个或多个凸轮并且可以使用可被控制器12操作以改变气门操作的凸轮轮廓转换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57来确定。在替代性实施方式中，进气门52和/或排气门54可以通过电气门致动来控制。例如，可替代地，气缸30可以包括通过电气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
[0041]燃料喷射器66示出为以如下构型布置在进气通道44中:其提供所谓的燃料端口喷射到位于燃烧室30上游的进气口中。燃料喷射器66可以与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号的脉冲宽度(FPW)成比例地喷射燃料。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统输送至燃料喷射器66。在一些实施方式中，替代性地或者附加地，燃烧室30可以包括直接连接至燃烧室30的燃料喷射器，用于以所谓的直喷方式将燃料直接喷射到燃烧室30中。
[0042]在选定的运行模式下，点火系统88能够响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。尽管示出了火花点火部件，在一些实施方式中，燃烧室30或发动机10的一个或多个其他的燃烧室可以在具有或者不具有点火火花的情况下在压缩点火模式下工作。
[0043]空燃比排气传感器126示出为连接至排气系统50的位于排放控制装置70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEG0(宽域或大范围废气氧传感器)。其他的实施方式可以包括不同的排气传感器，例如双态氧传感器或废气氧传感器(EG0)、加热型废气氧(HEGO)传感器(加热的EG0)、氮氧化物(NOx)传感器、碳氢化合物(HC)传感器或一氧化碳(CO)传感器。在一些实施方式中，排气传感器126可以是位于排气系统中的多个排气传感器中的第一个排气传感器。例如，附加的排气传感器可以位于排放控制装置70的下游。
[0044]排放控制装置70示出为沿着排气通道48布置在排气传感器126的下游。装置70可以是三效催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或者以上所述的组合。在一些实施方式中，排放控制装置70可以是位于排气系统中的多个排放控制装置中的第一个排放控制装置。在一些实施方式中，在发动机10运行期间，可以通过在特定的空燃比内运行发动机的至少一个气缸来周期性地重设排放控制装置70。
[0045]控制器12在图1中示出为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口 104、用于可执行程序和校准值的电存储介质(在本特定示例中示出为只读存储器芯片106)、随机存取存储器108、保活存储器110以及数据总线。除了前面讨论的这些信号之外，控制器12还可以接收来自连接于发动机10的传感器的各种信号，这些信号包括:来自空气质量流量传感器120的引入的空气质量流量(MAF)的测量；来自连接于冷却水套114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);来自连接于曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型的传感器)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，例如:有MAF传感器而没有MAP传感器，或者反之。在理论配比期间，MAP传感器能够给出发动机扭矩的指示。另外，该传感器与检测到的发动机转速一起能够提供引入到气缸中的燃料混合气(包括空气)的估测。在一个示例中，传感器118(也用作发动机转速传感器)可以在曲轴的每转下产生预定数量的等间隔脉冲。
[0046]另外，上述信号的至少一部分可以在空燃比或燃空比(FAR)控制系统和下文中更详细描述的方法中使用。例如，控制器112可以构造成响应于来自空燃比传感器以及其他传感器的反馈利用第一控制结构调节对发动机的燃料喷射。另外，控制器12可以构造成使用传感器反馈来确定空燃比传感器劣化，例如不对称的劣化。在一些示例中，控制器12可以包括非瞬态地存储在存储器中的用于控制发动机运行的指令，包括响应于定位在排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈由先行控制器(例如Smith预估器)调节燃料喷射，其中先行控制器包括第一积分项和第二积分项，第二积分项修正过去的燃料干扰。第二积分项能够帮助通过燃料喷射调节使进入排气催化剂的排气燃空比在时间积分均值范围内维持在理论配比一这甚至是响应于一侧干扰进行的。在一些实施方式中，控制器包括用于基于发动机扭矩修正极限截短第二积分项以及基于位于排气催化剂下游的排气氧传感器的读数来暂停第二积分项产生的燃料修正的指令，响应于下游排气氧传感器读数暂停的燃料修正已经在与第二积分项产生的修正相同的方向上从理论配比偏离。另外，控制器可以包括可执行为响应于发动机转速和负载调节先行控制器的基准设定点的指令，其中内环基准设定点以频率调节，并且基准是氧完全饱和与氧完全耗尽之间的理想催化剂氧存储状态。
[0047]在一些示例中，控制器12可以包括非瞬态地存储在存储器中的用于控制发动机运行的指令，包括响应于定位在排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈通过包括先行控制器的燃料控制器调节燃料喷射，其中先行控制器包括先行控制器中的第一积分项和第二积分项，第二积分项修正过去的燃料干扰，第二积分项的输出仅仅部分地形成先行控制器的基准设定点。
[0048]注意，存储介质只读存储器106能够被编程为具有计算机可读数据，该计算机可读数据表示能够由处理器102执行的、用于实施本文描述的方法及其变型的指令。
[0049]在图2A和2B中示出了可以包括在控制器12中的控制器的示例性控制框图。
[0050]现在转向图2A，示出了示例性的内部和外部闭环控制，其中物理系统(称为设备)表现为机械部件。FAR REF (FAR基准)框202表示这些示例中的基准燃空比设定点命令是方波，该方波以选定的频率(例如0.5HZ至3HZ之间的频率)改变关于理论配比的燃料命令。对基准框202的输入包括发动机转速和负载。小而频繁的命令变化提高了催化剂224的效率。方波的幅值、周期和占空比的选择可以是发动机运行参数(例如发动机转速(η)、负载、各种温度等)的函数。另外，方波可以相对于HEGO设定点基于测得的催化剂状态的指示与催化剂之后的排气氧传感器电压(由HEGO传感器228确定)对应地被调节，同样，HEGO设定点一般是能够由查询表204确定的各种发动机参数的函数。
[0051]在燃料控制系统框206内的是内环控制器，在本示例中，内环控制器包括Smith预估器，Smith预估器使用燃烧/排气延时和滤波器滞后的估测值来补偿PI控制器，从而允许具有稳定操作的较高增益。下一个框提供了在补充燃料中涉及的余量控制策略的提取，例如开环(OL)燃料，其将空气质量转化成发送至燃料喷射器218的燃料喷射命令，但是基于反馈燃料控制被精细地调节。框中的剩余元件指示处于控制下的相关物理系统(喷射器218、燃烧气缸220、排气UEGO传感器226、催化剂224以及HEGO传感器228，其可以对应于包括喷射器66、燃烧室30、传感器112等的图1的示例性发动机系统)。
[0052]该控制器通过对减去反馈测量值(称为误差信号)的基准信号作出反应而修正误差。基准变化或对系统的干扰将产生误差。一旦误差消除，控制器的非存储部分(例如，t匕例项)将不会提供进一步的修正。一旦误差为零，存储型控制项(例如，积分项)将继续提供修正；然而，在新的误差出现之前，修正将为固定的偏差量。这允许调节器控制具有施加在其上的稳态干扰(例如负载)的系统。没有被调节器立即排除的干扰在随后不被修正。在很多情况下，特意地制造相反的干扰(实际上是如果在一旦瞬态响应衰减的情况下进行修正的话修正的内容)以对抗已经在过去发生的干扰是没有价值的或者可能是有害的。然而，发明人在此已经认识到，在本文的传感器下游的系统自身对干扰的累积效应敏感的情况下(催化剂就是这样的系统)，对抗过去的干扰以维持系统的期望平衡可能是有益的。然而，使问题复杂化是预测性控制器(例如，Smith预估器)的先行属性。
[0053]具体地，即使利用环中的Smith预估器，关于过量氧化剂或过量还原剂的干扰仍可以穿过并进入催化剂中。另外，催化剂用作具有饱和极限的蓄积器(氧存储装置)。抵消由UEGO传感器所确定的已经穿过的任何已知的干扰在将催化剂氧存储水平的中心设置于中间值并且远离存储极限时可以是有效的。然而，这种修正会与预测性控制器不利地相互作用，从而导致不能完全地排除剩余的误差，或者产生控制器不稳定性，这种不稳定性会导致甚至更大的误差。例如，在常规的PI结构中添加与控制器积分器串联的附加的积分器能够与延时补偿器不利地相互作用并且不能够排除剩余的误差。
[0054]解决现有的燃料控制方法的燃料干扰、同时减少与预测性控制器的不利的相互干扰的示例性方法是在控制架构中在整个Smith预估器结构之前设置额外的积分器(例如，将控制器构造成使得附加的积分器被用来生成用于预测性控制器的基准设定点的至少一部分——并且在一个示例中仅为一部分)。在图2B中示出了这种方法的一个示例。这里，基准信号被馈送至初始位置以被Smith预估器处理并被馈送至PI (P和II)控制器，但是也被独立地用来计算用于在209处示出的第二积分器(I2/s)的误差项，其中“s”是拉普拉斯运算器。该方法在这里称为I&PI方法。Smith预估器对I2/s使用的误差没有直接影响，因此减小了两个积分器之间的不利的相互作用。换言之，附加的积分器(I2/s)不依赖于Smith预估器，而是依赖于来自外环的基准信号。
[0055]这样，可以响应于位于排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈通过先行控制器(例如，Smith预估器)来调节燃料喷射，先行控制器包括第一积分项(在本示例中形成Smith预估器的一部分)和第二积分项，第二积分项修正过去的燃料干扰。第二积分项使进入排气催化剂的排气燃空比在时间积分均值范围内维持在理论配比——这甚至是响应于一侧干扰进行的。该系统可以在内环和外环反馈控制系统、例如图2B所示的系统的环境中实施。通过204生成的外环基准可以响应于发动机转速和负载，从而设定用于下游空燃比传感器228的基准电压。通过202生成的内环基准也可以基于发动机转速和负载，并且可以表示催化剂氧存储状态。内环基准可以以本文描述的频率来调节。
[0056]如关于图7至图8更详细描述的，可以向图2B的控制器添加额外的特征，这些特征包括基于发动机扭矩修正极限截短第二积分项以及基于下游排气氧传感器读数暂停由第二积分器产生的燃料修正。
[0057]现在转向图3，示出了模拟结果。图3图示了图2A和图2B的控制器分别如何响应于方波基准命令(细实线)和在20秒处施加的燃料干扰(粗实线)。在上方的曲线图中，系统的响应(虚线:Smith预估器和PI ;以及点划线:Smith预估器结合处之前的附加的积分器)排除2秒内的持续的0.6phi (正态化的燃空比)干扰。然而，在上述2秒进程期间，催化剂存储已经从其期望状态(图3的下方的曲线图中所示)变得浓密(过量还原剂)。通过利用添加的积分器I2/s来追踪该变化，可以使催化剂状态缓慢地恢复至其期望的平衡水平，即点划线所示。
[0058]可以考虑干扰修正的大小以避免不期望的发动机扭矩干扰。如果FAR减小(稀薄:燃料太少)，则发动机扭矩输出减小。如果混合度为3%或更稀薄，这会变得显著。图2A的控制器的控制动作可以潜在地较大，因为控制动作一般对抗浓密干扰。然而，第二积分器将在瞬态已经衰减之后起作用，以保持催化剂居中，但是不一定有益于上游燃烧。因此，为了使控制更稳健，可以在第二积分器上施加稀薄修正极限，如关于图7至图8进一步描述的，其能够与图2B的控制器相协调地操作。另外，浓密控制器反应也可以被截短，但是从扭矩干扰的观点来看，可以允许浓密控制器反应采取较大的值，因为扭矩不以与相同大小的稀薄进程相同的速率减小。
[0059]注意，可以采用各种方法来截短第二积分器。在一个示例中，第二积分器的输出可以基于馈气UEGO值来截短。如果太稀薄的话，则第二积分器的输出可以减小或者甚至设定为零。然而，这形成了系统中的又一个反馈环。另一种更谨慎的方法可以将第二积分器的稀薄贡献截短至固定值。这种截短的一个方面在于，与一般的抗饱和方法形成对比，其并不中止第二积分器。如果第二积分器的输出由于稀薄极限考虑而受到限制，那么第二积分器仍能够修正已经发生的干扰，并且在必要时延长第二积分器作用的时间。通过截短输出但是允许积分器继续更新并提供较长时期的修正，将随时间修正总体干扰。因此，在一个示例中，第二积分器的修正动作的持续时间与其输出被截短的程度成比例地延长。
[0060]现在转向图4，提供了附加的样本数据以便更好地图示可以可选地与图2B的控制器使用的有利的截短。具体地，图4示出了图2A中的控制器(没有额外的积分器)对梯状干扰(20秒)的输出。在图2B的系统(I&PI)的情况下，额外的积分器I2/s的响应示出在图5的上方的曲线图中，并且PI控制器的积分器Il/s示出在图5的下方的曲线图中。
[0061]现在转向图5，图5的下方的曲线图的积分器(ll/s)与图4的积分器输出匹配。积分器I2/s与图5的上方的曲线图中的O的偏差是没有被常规控制器抵消的干扰的初始部分。本质上，积分器(I2/s)由于其限制(例如感应延时)而消除悄悄通过原始控制器的干扰的累积效应。在一个示例中，12积分器的该输出能够被截短至0.0lFAR0
[0062]现在转向图6，其示出了总响应。通过将最大稀薄额外积分器(I2/s)极限设定于-0.01FAR，对方波基准的响应仅仅允许与方波偏离0.01，如能够在图6的上方的曲线图中看到的。在图6的下方的曲线图中，具有截短的输出(虚线)的额外的积分器抵消干扰，但是耗时比非截短示例(实线)长。
[0063]关于图2B的附加积分操作的最终考虑是基于HEGO测量考虑催化剂状态。由于对UEGO信号进行积分时的小误差的随时间的累积，所以可能的是催化剂状态达到非常稀薄或者非常浓密的状态，从而有发生穿透的危险(如果氧存储饱和的话，是NOx穿透；如果氧存储耗尽的话，是HC和CO穿透)。如果达到了这种状态，那么附加的积分器进行的将进一步迫使催化剂偏向被耗尽或饱和的任何附加的控制动作应当减少。如果HEGO电压达到表明催化剂接近穿透的极限，那么附加的积分器应当在促进饱和/耗尽的方向上中止。例如，如果如下游传感器电压达到阈值下限时所指示的那样，氧存储基本充满的话，那么第二积分器的附加变薄输出中止，但是不截短或以其他方式改变变浓输出。可替代地，如果如下游传感器电压达到阈值上限时所指示的那样，氧存储基本耗尽的话，那么第二积分器的附加变浓输出中止，但是不改变或以其他方式截短变薄输出。这样，可以减少无意的催化剂穿透，同时提供非穿透状态下的修正动作。
[0064]转向图7，方法700的流程图示出为图2B的控制器的一个示例性实施方式。在图7所示的方法中，示出了第二积分器的截短。具体地，在702处，方法包括基于外环的误差确定用于内环的基准设定点(例如，通过202)。接下来，在704处，方法确定误差(例如，通过加法框240)。接下来，在706处，方法确定应用了一个或多个截短的情况下的第二积分器的输出。通过图8的方法来描述方框706的额外的细节。
[0065]然后，除了其他元件之外，误差还被添加至第二积分器的截短的输出，并且在708处被应用于Smith预估器，包括通过滤波器214的补偿。接下来，Smith预估器的输出被用来生成比例项和积分项(分别为710和712)，比例项和积分项然后被添加并应用以基于714处的气流产生燃料补充的闭环燃料调节。然后在716处通过燃料喷射器应用所确定的调节。
[0066]通过图8中的示例性方法800示出了 706的截短的额外的细节。具体地，图8示出了截短图2B的第二积分器209的输出的方法800。“l/ζ”框(814)指示可以用于离散时间积分的最后通过的存储器元件，其中z表示离散时域运算器。示例性的测量和设定点假定正态化的FAR，其中高HEGO电压指示浓密状态，而低电压指示稀薄状态。
[0067]方法800包括确定具有截短的第二积分器的输出。首先，在802中，方法包括将来自加法框240的具有积分增益808的输出的误差应用于乘法框810。并行地，方法在806处根据与浓密阈值和稀薄阈值(分别为浓密_电压、稀薄_电压)相比的下游HEGO电压(HEG0_电压)的状态确定对误差值的修改。806的输出在810处倍增以生成修改的积分误差。如果HEGO和误差状态指示催化剂事实上正接近穿透，那么806输出将为0，这将有效地中止积分器(I2/s)。如果逻辑并不指示催化剂穿透即将发生，那么806输出从控制环最后一次更新开始的时间，一般为零点几秒。810处的乘积(由积分增益808与来自806的输出相乘得到的误差)将是对加法框812的修改后的积分误差输入。方框812和814提供了I2/s的数值积分。注意，即使方框816至822可以截短方框826处的输出，814处的存储位置也将继续更新。
[0068]接下来，在816处，方法判断修改后的积分误差(int)是否小于稀薄极限，如果是的话(为真)，将截短对方框818中的稀薄极限的输出。如果积分值不小于稀薄极限的话(为假)，那么方框820检查积分项是否大于浓密极限，如果是的话(为真)，则在822处将输出截短至浓密极限。如果没有达到任一个截短(820处为假)，则输出被设定为修改后的积分项，该修改后的积分项然后作为附加的基准输入被提供给Smith预估器内环控制器。
[0069]这样，可以响应于位于排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈通过包括先行控制器的燃料控制器来调节燃料喷射，其中先行控制器包括先行控制器中的第一积分项并且包括第二积分项，第二积分项修改过去的燃料干扰，并且第二积分项的输出824仅仅部分地形成先行控制器的基准设定点。如本文所论述的，该先行控制器和第二积分项可以包括在具有内环和外环的控制器的内环内，其中外环响应于下游传感器而内环响应于上游传感器，外环确定用于内环的设定点基准。
[0070]另外，如关于图8所描述的，第二积分器的输出可以基于各种参数被截短，包括基于如在816和820中所描述的稀薄和浓密发动机燃烧极限、基于在806中描述的下游传感器电压，等等。在一些示例中，由第二积分项产生的燃料修正可以基于位于排气催化剂下游的排气氧传感器的读数被截短，包括通过响应于下游排气氧传感器读数已经在与由806中所示的第二积分器产生的修正相同的方向上从理论配比偏离而将误差设定为零来暂停输出。
[0071]注意，本文包括的示例性控制和估测例程能够与多种发动机和/或车辆系统构型使用。本文描述的特定程序可以代表诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等之类的任何数量的处理策略中的一个或多个。因此，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序执行、并行地执行、或者在一些情况下可以省去。类似地，所示的处理顺序不一定是实现本文描述的示例性实施例的特征和优点所需要的，而是为了示例和描述的目的而提供的。所示的动作或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略而重复地执行。另外，所描述的动作和/或功能可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。
[0072]将注意的是，本文公开的构型和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应在限制性的意义上来考虑，因为可以存在众多的变型。例如，上述技术能够应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4和其他发动机类型。本公开的主题包括本文描述的各种系统和构型以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
[0073]所附权利要求特别地指出了被认为是新颖且非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能述及“元件”或“第一”元件或其等同称谓。这种权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不必须是两个或更多个这种元件，也不排除是两个或更多个这种元件。通过对当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求，可以对所公开的特征、功能、元件和/或属性的组合和子组合要求保护。这种无论与原始权利要求相比在范围上是更宽、更窄、相同还是不同的权利要求也被认为包括在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种发动机方法，包括: 由先行控制器响应于定位在排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈来调节燃料喷射，所述先行控制器包括第一积分项和第二积分项，所述第二积分项修正过去的燃料干扰。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二积分项甚至响应于一侧干扰使进入所述排气催化剂的排气燃空比在时间积分均值范围内维持在理论配比。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述先行控制器为Smith预估器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一积分项包括在所述Smith预估器内。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括基于发动机扭矩修正极限来截短所述第二积分项。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述排气催化剂下游的排气氧传感器读数来暂停由所述第二积分项产生的燃料修正。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，响应于下游排气氧传感器读数已经在与由所述第二积分项产生的修正相同的方向上从理论配比偏离而暂停燃料修正。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于发动机转速和负载调节所述先行控制器的基准设定点。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，内环基准设定点以频率调节。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，基准是氧完全饱和与氧完全耗尽之间的期望催化剂氧存储状态。
11.一种发动机方法，包括: 响应于定位在排气催化剂上游的排气传感器的排气氧反馈经由包括先行控制器的燃料控制器来调节燃料喷射，所述先行控制器包括所述先行控制器中的第一积分项并且包括第二积分项，所述第二积分项修正过去的燃料干扰，所述第二积分项的输出仅仅部分地形成所述先行控制器的基准设定点。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料控制器包括内环和外环。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述外环确定用于所述内环的设定点基准。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述先行控制器为Smith预估器。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括基于发动机扭矩修正极限截短所述第二积分项。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括基于所述排气催化剂下游的排气氧传感器读数来暂停由所述第二积分项产生的燃料修正。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，响应于下游排气氧传感器读数已经在与由所述第二积分项产生的修正相同的方向上从理论配比偏离而暂停燃料修正。
18.—种系统,包括: 包括排气歧管的发动机； 紧密连接至所述排气歧管的催化剂； 连接在发动机排气中的催化剂上游的上游UEGO传感器； 连接在发动机排气中的催化剂下游的下游HEGO传感器；以及 包括存储器的控制器，在所述存储器中存储有计算机可读指令，所述指令包括代码，所述代码用于通过内环和外环基于所述上游UEGO和所述下游HEGO确定对连接于所述发动机的燃料喷射器脉冲宽度的修正，所述内环包括积分器，所述积分器形成馈送至先行控制器的设定点基准的仅仅一部分。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述催化剂是三效催化剂。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述存储器还包括存储在其中的计算机可读指令，该计算机可读指令包括代码，该代码用于基于关于所述下游HEGO指示稀薄还是浓密的所述内环的误差指示来截短所述积分项的输出。
【文档编号】F02D41/38GK104421023SQ201410422413
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】斯蒂芬·威廉·马格恩, 姆尔简·J.·扬科维奇, 伊马德·哈山·马奇, 詹姆斯·迈克尔·克恩斯 申请人:福特环球技术公司