Неагрессивный контроль датчика отработавших газов - RU2642952C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее раскрытие относится к датчику отработавших газов в моторном транспортном средстве.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Датчик отработавших газов может быть расположен в системе выпуска транспортного средства, чтобы выявлять топливо/воздушное соотношение отработавших газов, выпускаемых из двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Показания датчика отработавших газов могут использоваться для управления работой двигателя внутреннего сгорания, чтобы приводить в движение транспортное средство.

Ухудшение характеристик датчика отработавших газов может вызывать ухудшение характеристик двигателя, которое может давать в результате повышенные выбросы и/или пониженные возможности вождения транспортного средства. Соответственно, точное определение ухудшения характеристик датчика отработавших газов может снижать вероятность управления двигателем на основании показаний с подвергнутого ухудшению характеристик датчика отработавших газов. В частности, датчик отработавших газов может проявлять шесть дискретных типов поведения ухудшения характеристик. Типы поведения ухудшения характеристик могут быть категоризированы в качестве ухудшения характеристик несимметричного типа (например, с несимметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную, несимметричной задержкой перехода с бедной смеси на богатую, несимметричным фильтром перехода с богатой смеси на бедную, несимметричным фильтром перехода с бедной смеси на богатую), которое оказывает влияние только на скорости реакции датчика отработавших газов на переход с бедной смеси на богатую или с богатой смеси на бедную, или ухудшения характеристик симметричного типа (например, с симметричной задержкой, симметричным фильтром), которое оказывает влияние на обе скорости реакции датчика отработавших газов на переход с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую. Поведения ухудшения характеристик типа с задержкой могут быть связаны с начальным откликом датчика отработавших газов на изменение состава отработавших газов, а поведения ухудшения характеристик типа с фильтром могут быть связаны с длительностью после начальной реакции датчика отработавших газов для перехода по выходному сигналу датчика с богатой смеси на бедную или с бедной смеси на богатую.

Предыдущие подходы к контролю ухудшения характеристик датчика отработавших газов, в частности, идентификации одного или более из шести поведений ухудшения характеристик, полагались на агрессивный сбор данных. То есть двигатель может специально приводиться в действие с одним или более переходами с богатой смеси на бедную или бедной смеси на богатую, чтобы контролировать реакцию датчика отработавших газов. Однако, эти отклонения могут ограничиваться конкретными условиями эксплуатации, которые не возникают достаточно часто, чтобы точно контролировать датчик. Кроме того, эти отклонения могут увеличивать работу двигателя на нежелательных топливо/воздушных соотношениях, которые дают в результате повышенный расход топлива и/или повышенные выбросы. Дополнительно, большие величины фонового шума, присутствующего в собираемых замерах, могут нарушать точное определение ухудшения характеристик датчика.

Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали вышеприведенные проблемы и идентифицировали неагрессивный подход, который использует надежный параметр для определения ухудшения характеристик датчика отработавших газов. В одном из вариантов осуществления, способ контроля датчика отработавших газов, присоединенного на выпуске двигателя, содержит указание ухудшения характеристик датчика отработавших газов, в том числе несимметричного ухудшения характеристик, на основании временной задержки и линейного отрезка каждого замера из набора реакций датчика отработавших газов, собранных во время управляемого изменения топливо-воздушного соотношения.

Временная задержка и линейный отрезок датчика отработавших газов могут давать устойчивый к ошибкам сигнал, который имеет меньший шум и более высокую точность воспроизведения, чем предыдущие подходы. Поступая таким образом, может улучшаться точность определения ухудшения характеристик датчика. В одном из примеров, управляемое изменение лямбда может быть входом в или выходом из перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Во время входа в DFSO, двигателю может даваться команда перехода из стехиометрической работы в работу на бедной смеси, а во время выхода из DFSO, двигателю может даваться команда перехода с работы на бедной смеси на стехиометрическую работу. По существу, временная задержка и линейный отрезок датчика отработавших газов могут контролироваться во время условий, которые почти соответствуют переходам с бедной смеси на богатую и с богатой смеси на бедную, чтобы определять, присутствует ли какое-нибудь из шести дискретных поведений ухудшения характеристик датчика, без агрессивных отклонений.

Посредством определения ухудшения характеристик датчика отработавших газов с использованием неагрессивного подхода по данным, собранным во время DFSO, контроль ухудшения характеристик датчика отработавших газов может выполняться аналогичным образом. Кроме того, посредством использования выходного сигнала датчика отработавших газов для определения того, какое из семи поведений ухудшения характеристик демонстрирует датчик, управление с обратной связью по замкнутому контуру может быть улучшено приспосабливанием управления двигателем (например, величины и/или установки момента впрыска топлива) в ответ на указание конкретного поведения ухудшения характеристик датчика отработавших газов для снижения воздействия на возможности вождения и/или выбросы транспортного средства, обусловленного ухудшением характеристик датчика отработавших газов.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания, при его прочтении в одиночку или в связи с прилагаемыми чертежами.

Должно быть понятно, что краткое изложение сущности изобретения, приведенное выше, предоставлено для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Оно не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленное изобретение не ограничено реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает принципиальную схему варианта осуществления силовой установки транспортного средства, включающей в себя датчик отработавших газов.

Фиг. 2 показывает график, указывающий поведение ухудшения характеристик с симметричным фильтром датчика отработавших газов.

Фиг. 3 показывает график, указывающий поведение ухудшения характеристик типа с несимметричным фильтром перехода с богатой смеси на бедную датчика отработавших газов.

Фиг. 4 показывает график, указывающий поведение ухудшения характеристик типа с несимметричным фильтром перехода с бедной смеси на богатую датчика отработавших газов.

Фиг. 5 показывает график, указывающий поведение ухудшения характеристик типа с симметричной задержкой датчика отработавших газов.

Фиг. 6 показывает график, указывающий поведение ухудшения характеристик типа с несимметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную датчика отработавших газов.

Фиг. 7 показывает график, указывающий поведение ухудшения характеристик типа с несимметричной задержкой перехода с бедной смеси на богатую датчика отработавших газов.

Фиг. 8A показывает график, указывающий вход в DFSO без возмущения топливо-воздушного соотношения.

Фиг. 8B показывает график, указывающий вход в DFSO с возмущением топливо-воздушного соотношения.

Фиг. 9 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ для указания возмущения топливо-воздушного соотношения согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 10 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ для контроля топливо-воздушного соотношения во время DFSO согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 11 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ для указания ухудшения характеристик отработавших газов согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Последующее описание относится к подходу для определения ухудшения характеристик датчика отработавших газов. Более точно, системы и способы, описанные ниже, могут быть реализованы для определения ухудшения характеристик датчика отработавших газов на основании распознавания любого одного из шести дискретных типов поведения, связанного с ухудшением характеристик датчика отработавших газов. Распознавание поведения ухудшения характеристик может выполняться во время входа в или выхода из DFSO, чтобы неагрессивно контролировать реакцию датчика отработавших газов во время переходов с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую. Кроме того, большие возмущения топливо-воздушного соотношения, которые могут нарушать контроль, такие как изменение паров топлива, присутствующих на впуске (например, вследствие продувки бачка для паров топлива), или переход от закрытого дросселя, могут выявляться для повышения точности указания ухудшения характеристик.

Фиг. 1 показывает двигатель, включающий в себя датчик отработавших газов. Фиг. 2-8B показывают ожидаемые и подвергнутые ухудшению характеристик лямбда для каждого из шести поведений ухудшения характеристик датчика отработавших газов, в том числе реакцию с возмущением топливо-воздушного соотношения. Фиг. 9-11 - примерные способы, которые могут выполняться двигателем для определения поведения ухудшения характеристик.

Фиг. 1 - принципиальная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку транспортного средства, в которой датчик 126 отработавших газов может использоваться для определения топливо-воздушного соотношения отработавших газов, вырабатываемых двигателем 10. Топливо-воздушное соотношение (наряду с другими рабочими параметрами) может использоваться для управления с обратной связью двигателем 10 в различных режимах работы. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 (то есть цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенными в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

В этом примере, впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 66 показана скомпонованной во впускном канале 44 в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как оконный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от камеры 30 сгорания. Топливная форсунка 66 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, присоединенную непосредственно к камере 30 сгорания, для впрыска топлива прямо в нее некоторым образом, известным как непосредственный впрыск.

Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.

Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 системы 50 выпуска выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания соотношения воздуха отработавших газов/топлива, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. В некоторых вариантах осуществления, датчик 126 отработавших газов может быть первым одним из множества датчиков отработавших газов, расположенных в системе выпуска. Например, дополнительные датчики отработавших газов могут быть расположены ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов.

Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть первым одним из множества устройств снижения токсичности отработавших газов, расположенных в системе выпуска. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может периодически перенастраиваться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливо/воздушного соотношения.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включая воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.

Более того, по меньшей мере некоторые из описанных выше сигналов могут использоваться в способе определения ухудшения характеристик датчика отработавших газов, описанном ниже более подробно. Например, обратное значение числа оборотов двигателя может использоваться для определения задержек, связанных с циклом впрыска-впуска-сжатия-расширения - выпуска. В качестве еще одного примера, обратная величина скорости (или обратная величина сигнала MAF) может использоваться для определения задержки, связанной с перемещением отработавших газов от выпускного клапана 54 до датчика 126 отработавших газов. Описанные выше примеры наряду с иным использованием сигналов датчиков двигателя могут использоваться для определения временной задержки между изменением управляемого топливо-воздушного соотношения и скоростью реакции датчика отработавших газов.

В некоторых вариантах осуществления, определение ухудшения характеристик датчика отработавших газов может выполняться в специализированном контроллере 140. Специализированный контроллер 140 может включать в себя ресурсы 142 обработки, чтобы справляться с обработкой сигналов, связанной с производством, калибровкой и проверкой достоверности определения ухудшения характеристик датчика 126 отработавших газов. В частности, буфер замеров (например, формирующий приблизительно 100 замеров в секунду на ряд цилиндров двигателя), используемый для записи скорости реакции датчика отработавших газов, может быть слишком большим для ресурсов обработки модуля управления силовой передачей (PCM) транспортного средства. Соответственно, специализированный контроллер 140 может быть функционально соединен с контроллером 12 для выполнения определения ухудшения характеристик датчика отработавших газов. Отметим, что специализированный контроллер 140 может принимать сигналы параметров двигателя из контроллера 12 и может отправлять сигналы управления двигателем и информацию об определении ухудшения характеристик в числе других сообщений в контроллер 12.

Отметим, что постоянное запоминающее устройство 106 и/или ресурсы 142 обработки могут быть запрограммированы машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемый процессором 102 и/или специализированным контроллером 140 для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов.

Как обсуждено выше, ухудшение характеристик датчика отработавших газов может определяться на основании любого одного или, в некоторых примерах, каждого из шести дискретных поведений, указываемых задержками по скорости реакции показаний топливо/воздушного соотношения, вырабатываемых датчиком отработавших газов во время переходов с богатой смеси на бедную и/или переходов с бедной смеси на богатую. Фиг. 2-7 каждая показывает график, указывающий один из шести дискретных типов поведений ухудшения характеристик датчика отработавших газов. Графики строят топливо/воздушное соотношение (лямбда) в зависимости от времени (в секундах). На каждом графике, пунктирная линия указывает командный сигнал лямбда, который может отправляться на компоненты двигателя (например, топливные форсунки, клапаны цилиндра, дроссель, свечу зажигания и т.д.), чтобы формировать топливо/воздушное соотношение, которое развивается по циклу, содержащему один или более переходов с бедной смеси на богатую и один или более переходов с богатой смеси на бедную. На изображенных фигурах, двигатель является входящим в и выходящим из DFSO. На каждом графике, пунктирная линия указывает ожидаемое время реакции лямбда датчика отработавших газов. На каждом графике, сплошная линия указывает ухудшенный сигнал лямбда, который вырабатывался подвергнутым ухудшению характеристик датчиком отработавших газов в ответ на командный сигнал лямбда. На каждом из графиков, линии с двойной стрелкой указывают, где данный тип поведения ухудшения характеристик отличается от ожидаемого сигнала лямбда.

Фиг. 2 показывает график, указывающий первый тип поведения ухудшения характеристик, который может проявляться подвергнутым ухудшению характеристик датчиком отработавших газов. Этот первый тип поведения ухудшения характеристик является типом с симметричным фильтром, который включает в себя медленную реакцию датчика отработавших газов на командный сигнал лямбда для обеих модуляций, перехода с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую. Другими словами, ухудшенный сигнал лямбда может начинать переходить с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую в ожидаемые моменты времени, но скорость реакции может быть более низкой, чем ожидаемая скорость реакции, что дает в результате уменьшенные промежутки времени пиков обеднения и обогащения.

Фиг. 3 показывает график, указывающий второй тип поведения ухудшения характеристик, который может проявляться подвергнутым ухудшению характеристик датчиком отработавших газов. Второй тип поведения ухудшения характеристик является типом с несимметричным фильтром перехода с богатой смеси на бедную, который включает в себя медленную реакцию датчика отработавших газов на командный сигнал лямбда для перехода с богатого на бедное топливо/воздушное соотношение. Этот тип поведения может начинать переход с богатой смеси на бедную в ожидаемый момент времени, но скорость реакции может быть более низкой, чем ожидаемая скорость реакции, что может давать в результате уменьшенный промежуток времени пика обеднения. Этот тип поведения может считаться несимметричным, так как реакция датчика отработавших газов является медленной (или более медленной, чем ожидается) во время перехода с богатой смеси на бедную.

Фиг. 4 показывает график, указывающий третий тип поведения ухудшения характеристик, который может проявляться подвергнутым ухудшению характеристик датчиком отработавших газов. Третий тип поведения является типом с несимметричным фильтром перехода с бедной смеси на богатую, который включает в себя реакцию датчика отработавших газов на командный сигнал лямбда для перехода с бедного на богатое топливо/воздушное соотношение. Этот тип поведения может начинать переход с бедной смеси на богатую в ожидаемый момент времени, но скорость реакции может быть более низкой, чем ожидаемая скорость реакции, что может давать в результате уменьшенный промежуток времени пика обогащения. Этот тип поведения может считаться несимметричным, так как реакция датчика отработавших газов является медленной (или более медленной, чем ожидается) только во время перехода с бедной смеси на богатую.

Фиг. 5 показывает график, указывающий четвертый тип поведения ухудшения характеристик, который может проявляться подвергнутым ухудшению характеристик датчиком отработавших газов. Этот четвертый тип поведения ухудшения характеристик является типом с симметричной задержкой, который включает в себя задержанную реакцию на командный сигнал лямбда для обеих модуляций, перехода с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую. Другими словами, ухудшенный сигнал лямбда может начинать переходить с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую в моменты времени, которые задержаны от ожидаемых моментов времени, но соответственный переход может происходить с ожидаемой скоростью реакции, что дает в результате смещенные промежутки времени пиков обеднения и обогащения.

Фиг. 6 показывает график, указывающий пятый тип поведения ухудшения характеристик, который может проявляться подвергнутым ухудшению характеристик датчиком отработавших газов. Этот пятый тип поведения ухудшения характеристик является типом с несимметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную, который включает в себя задержанную реакцию на командный сигнал лямбда у перехода с богатого на бедное топливо/воздушное соотношение. Другими словами, ухудшенный сигнал лямбда может начинать переходить с богатой смеси на бедную в момент времени, который задержан от ожидаемого момента времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью реакции, что дает в результате сдвинутые и/или уменьшенные промежутки времени пика обеднения.

Этот тип поведения может считаться несимметричным, так как реакция датчика отработавших газов задерживается от ожидаемого время начала только во время перехода с богатой смеси на бедную.

Фиг. 7 показывает график, указывающий шестой тип поведения ухудшения характеристик, который может проявляться подвергнутым ухудшению характеристик датчиком отработавших газов. Этот шестой тип поведения является типом с несимметричной задержкой перехода с бедной смеси на богатую, который включает в себя задержанную реакцию на командный сигнал лямбда у перехода с бедного на богатое топливо/воздушное соотношение. Другими словами, ухудшенный сигнал лямбда может начинать переходить с бедной смеси на богатую в момент времени, который задержан от ожидаемого момента времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью реакции, что дает в результате сдвинутые и/или уменьшенные промежутки времени пика обеднения. Этот тип поведения может считаться несимметричным, так как реакция датчика отработавших газов задерживается от ожидаемого время начала только во время перехода с бедной смеси на богатую.

Будет принято во внимание, что подвергнутый ухудшению характеристик датчик отработавших газов может проявлять комбинацию двух или более из вышеописанных поведений ухудшения характеристик. Например, подвергнутый ухудшению характеристик датчик отработавших газов может проявлять поведение ухудшения характеристик с несимметричным фильтром перехода с богатой смеси на бедную (то есть фиг. 3), а также поведение ухудшения характеристик с несимметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную (то есть фиг. 6).

Фиг. 8A и 8B показывают графики, иллюстрирующие реакцию датчика отработавших газов на управляемый вход в DFSO. Фиг. 8A показывает график 210, иллюстрирующий вход в DFSO без возмущения топливо-воздушного соотношения перед входом, а фиг. 8B показывает график 220, иллюстрирующий вход в DFSO с возмущением топливо-воздушного соотношения перед входом. С обращением к фиг. 8A, командное лямбда, ожидаемое лямбда и ухудшенное лямбда показаны аналогично лямбдам, описанным со ссылкой на фиг. 2-7. Фиг. 8A иллюстрирует ухудшение характеристик с симметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную, при этом временная задержка для отклика на управляемое изменение топливо-воздушного соотношения отсрочивается. Стрелка 202 иллюстрирует временную задержку, которая является временной длительностью от управляемого изменения лямбда до момента времени (T₀), когда наблюдается пороговое изменение измеренного лямбда. Пороговое изменение лямбда может быть небольшим изменением, которое указывает, что началась реакция на управляемое изменение, например, 5%, 10%, 20% и т.д. Стрелка 204 указывает постоянную времени (T₆₃) для реакции, которая, в системе первого порядка является промежутком времени от T₀ до того, когда достигнуто 63% реакции установившегося режима. Стрелка 206 указывает временную длительность от T₀ до того, как достигнуто 95% требуемой реакции, иначе указываемую ссылкой как пороговое время реакции (T₉₅). В системе первого порядка, пороговое время реакции (T₉₅) приблизительно равно трем постоянным времени (3*T₆₃).

По этим параметрам, могут определяться различные подробности касательно реакции датчика отработавших газов. Во-первых, временная задержка, указанная стрелкой 202, может сравниваться с ожидаемой временной задержкой, чтобы определять, является ли датчик проявляющим поведение ухудшения характеристик с задержкой. Во-вторых, постоянная времени, указанная стрелкой 204, может использоваться для предсказания T₉₅. Предсказанное T₉₅ может сравниваться с измеренным T₉₅, чтобы определять, присутствует ли возмущение топливо-воздушного соотношения перед входом в DFSO. Более точно, как пояснено выше, постоянная времени представляет время для достижения 63% требуемого топливо-воздушного соотношения, и T₉₅ может предсказываться умножением постоянной времени на три. Если предсказанное T₉₅ не равно измеренному T₉₅, это указывает возмущение топливо-воздушного соотношения, которое будет пояснено подробнее со ссылкой на фиг. 8B. В заключение, линейный отрезок, указанный стрелкой 206, может определятся на основании изменения лямбда за длительность реакции, начиная с T₀. Линейный отрезок является отрезком сигнала датчика и может использоваться для определения того, присутствует ли ухудшение реакции. Линейный отрезок может определяться на основании уравнения:

Обращаясь к фиг. 8B, изображен график 220, показывающий реакцию датчика отработавших газов во время входа в DFSO, включающую в себя возмущение топливо-воздушного соотношения. Аналогично фиг. 8A, показаны командное лямбда, ожидаемое лямбда и ухудшенное лямбда. Возмущение топливо-воздушного соотношения, показанное в сигнале ожидаемого лямбда на 208, может вызывать переходное изменение топливо-воздушного соотношения, которое не управляется контроллером. Возмущение топливо-воздушного соотношения может вызываться продувкой бачка для паров топлива или другим действием, которое дает в результате изменения в отношении топлива, присутствующего в цилиндрах, таким как погрешность топливоснабжения, обусловленная переходным процессом закрываемого дросселя. Возмущения топливо-воздушного соотношения также могут вызываться переходными изменениями у потока воздуха в цилиндры. В результате возмущения определенная временная задержка, указанная стрелкой 202’, является более короткой, чем временная задержка по фиг. 8A. Это происходит потому, что лямбда начинает изменяться непосредственно после управляемого входа в DFSO, а отсюда, измеренное время между управляемым запуском DFSO и тем, когда лямбда изменяется на пороговую величину, укорачивается. В результате этой укороченной временной задержки, постоянная времени, указанная стрелкой 204’, удлиняется. Кроме того, линейный отрезок, указанный стрелкой 206’, также увеличивается по сравнению с линейным отрезком по фиг. 8A. Включение этой временной задержки и линейного отрезка в определение ухудшения характеристик может вызывать неточное определение ухудшения характеристик. Чтобы идентифицировать такое возмущение, предсказанный T₉₅ (3*T₆₃) может сравниваться с измеренным T₉₅. Как показано на фиг. 8B, предсказанный T₉₅, который имеет значение взятой три раза определенной постоянной времени (стрелка 204’), является большим, чем измеренный T₉₅. Если предсказанный T₉₅ отличен от измеренного T₉₅ на пороговую величину, такую как 10%, данные, собранные во время такого управляемого изменения лямбда, могут отбрасываться, снижая шум и улучшая точность определения ухудшения характеристик.

Фиг. 9-11 - блок-схемы последовательности операций, изображающие способы для контроля топливо-воздушного соотношения отработавших газов, для того чтобы определять, присутствует ли одно или более поведений ухудшения характеристик датчика. Топливо-воздушное соотношение отработавших газов может определяться датчиком отработавших газов во время управляемого изменения топливо-воздушного соотношения, такого как во время входа в или выхода из DFSO. Однако, в некоторых вариантах осуществления, могут контролироваться другие управляемые изменения топливо-воздушного соотношения, такие как изменения, обусловленные восстановлением каталитического нейтрализатора или другими действиями. Во время управляемого изменения AFR, лямбда, которое измеряется датчиком, может собираться по мере того, как датчик реагирует на управляемое изменение, и скорость, с которой датчик реагирует, может оцениваться для определения временной задержки и линейного отрезка для реакции. Набор реакций может собираться, и временные задержки и линейные отрезки для всех реакций могут усредняться и сравниваться с ожидаемыми временной задержкой и линейным отрезком. Кроме того, для улучшения точности контроля, AFR может контролироваться для определения, происходят ли возмущение у AFR перед управляемым изменением. Если так, значения лямбда, собранные во время такого управляемого изменения, могут отбрасываться, так как возмущения AFR могут нарушать рассчитанную временную задержку и линейный отрезок.

Далее, с обращением к фиг. 9, изображен примерный способ 300 для указания возмущения топливо-воздушного соотношения согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Способ 300 может выполняться системой управления транспортного средства, такой как контроллер 12 и/или специализированный контроллер 140, для контроля топливо-воздушного соотношения во время управляемого изменения топливо-воздушного соотношения посредством датчика, такого как датчик 126 отработавших газов.

На этапе 302 способ 300 включает в себя определение рабочих параметров двигателя. Рабочие параметры двигателя могут определяться на основании обратной связи с различных датчиков двигателя и могут включать в себя число оборотов, нагрузку, топливо/воздушное соотношение, температуру двигателя и т.д. Кроме того, рабочие параметры двигателя могут определяться в течение заданной длительности, например, 10 секунд, для того чтобы определять, изменяются ли определенные условия эксплуатации двигателя или является ли двигатель работающим в условиях установившегося режима. Способ 300 включает в себя, на этапе 304, определение того, является ли двигатель входящим в или выходящим из перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Во время DFSO двигатель эксплуатируется без впрыска топлива наряду с тем, что двигатель вращается и прокачивает воздух через цилиндры. Условия входа и выхода DFSO могут быть основаны на различных условиях эксплуатации транспортного места и двигателя. В частности, комбинация одного или более из скорости транспортного средства, ускорения транспортного средства, числа оборотов двигателя, нагрузки двигателя, положения дросселя, положения педали, положения передачи трансмиссии и различных других параметров, могут использоваться для определения того, будет ли двигатель входящим в или выходящим из DFSO. В одном из примеров условия входа DFSO могут быть основаны на числе оборотов двигателя ниже порогового значения. В еще одном примере условия входа в DFSO могут быть основаны на нагрузке двигателя ниже порогового значения. В еще одном другом примере состояние DFSO может быть основано на положении педали акселератора. Дополнительно или в качестве альтернативы, вход в DFSO может определяться на основании управляемого сигнала для прекращения впрыска топлива. Выход из DFSO может быть основан на управляемом сигнале начать впрыск топлива в этом примере. В еще одном примере событие DFSO может заканчиваться на основании увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах водителем, скорости транспортного средства, достигающей порогового значения, и/или нагрузки двигателя, достигающей порогового значения.

Если на этапе 304 определено, что двигатель не является входящим в или выходящим из DFSO, способ 300 возвращается на этап 302, чтобы продолжить определять рабочие параметры двигателя. Если определены условия входа или выхода DFSO, способ 300 переходит на этап 306 для записи изменения лямбда со временем в течение входа или выхода DFSO. Когда двигатель входит в или выходит из DFSO, управляемые изменения топливо-воздушного соотношения и топливо-воздушное соотношение, выявленное датчиком отработавших газов, могут сохранятся в памяти контроллера или специализированного контроллера во время перехода в или из DFSO. В качестве используемых в материалах настоящей заявки, термины вход в и выход из DFSO могут включать в себя время от того, когда выявлен управляемый вход или выход, до момента времени, когда топливо-воздушное соотношение, выявленное датчиком, достигает указанного командой значения в установившемся режиме.

На этапе 308 определяется, присутствует ли возмущение топливо-воздушного соотношения перед входом или выходом. Как пояснено ранее, возмущение топливо-воздушного соотношения, например, может быть вызвано дополнительными парами топлива, присутствующими на впуске. Эти возмущения могут нарушать контроль реакции датчика отработавших газов на управляемый вход в или выход из DFSO. Для того чтобы выявлять возмущение AFR, лямбда при управляемом запуске или останове DFSO записывается на этапе 310. На этапе 312 регистрируется момент времени после запуска или останова DFSO, в который лямбда повысилось на пороговое процентное отношение. В одном из примеров, пороговое процентное отношение может быть пригодным небольшим изменением лямбда, которое указывает, что двигатель является реагирующим на управляемое изменение, таким как увеличение в 10%, 20% и т.д. Этот момент времени может указываться ссылкой как T₀. На этапе 314 определяется постоянная времени (T₆₃). Как пояснено ранее, постоянная времени может быть промежутком временем T₀, за который достигается 63% указанной командой реакции. T₉₅ может быть промежутком времени от T₀, за который достигается 95% указанной командой реакции, и, в системе первого порядка, является эквивалентным трем постоянным времени. На этапе 316 3*T₆₃ сравнивается с измеренным T₉₅.

На этапе 318 определяется, является ли 3*T₆₃ приблизительно равным измеренному T₉₅. Предсказанный T₉₅ (например, 3*T₆₃) может отклоняться от измеренного T₉₅ в соответствии с подходящим диапазоном, таким как 5 или 10%. Если 3*T₆₃ является отличным от измеренного T₉₅ на величину, большую чем этот диапазон, это указывает, что определенный T₀ является откликом на возмущение AFR, а не фактическим T₀ в ответ на управляемый вход в или выход из DFSO. Таким образом, способ 300 переходит на этап 320, чтобы указывать, что присутствует возмущение AFR, и отбрасывать собранное изменение лямбда. Однако, если 3*T₆₃ является приблизительно равным измеренному T₉₅, возмущение AFR отсутствует, и собранное изменение лямбда во время входа или выхода DFSO может добавляться в качестве замера в набор реакций датчика отработавших газов на этапе 322. После отбрасывания собранных значений лямбда на этапе 320 или добавления собранных значений лямбда в набор реакций на этапе 322, способ 300 осуществляет выход.

Фиг. 10 иллюстрирует способ 400 для контроля топливо-воздушного соотношения во время DFSO. Способ 400 может выполняться контроллером 12 и/или специализированным контроллером 140. Способ 400 включает в себя, на этапе 402, определение того, было ли пороговое количество замеров собрано в наборе реакций датчика отработавших газов. Замеры могут собираться во время входа и выхода DFSO, как пояснено со ссылкой на фиг. 9. Замеры могут включать значения лямбда, собранные во время реакции датчика отработавших газов на управляемый вход или выход DFSO. Например, каждый замер может включать в себя каждое значение лямбда, собранное во время реакции на управляемый вход в DFSO, например, замер может включать в себя значение лямбда, собираемое каждые 10 мс, или значение, собираемое каждые 100 мс, и т.д. Пороговое значение может быть подходящим пороговым значением, которое уравновешивает сбор данных с точным моделированием датчика, и может включать в себя 10 замеров, 20 замеров и т.д.

Если пороговое количество замеров не было собрано, способ 400 возвращается в прежнее состояние. Если пороговое количество замеров было собрано, способ 400 переходит на этап 404, чтобы определять ожидаемые и измеренные временную задержку и линейный отрезок для каждого замера, собранного во время входа DFSO. Измеренные временная задержка и линейный отрезок могут рассчитываться, как описано выше со ссылкой на фиг. 8A и 8B. Ожидаемая временная задержка между изменением указанного командой топливо-воздушного соотношения и начальной реакцией датчика отработавших газов может определяться по нескольким источникам задержки. Прежде всего, есть вклад в задержку из цикла впрыска-впуска-сжатия-расширения-выпуска. Этот вклад в задержку может быть пропорциональным обратной величине числа оборотов двигателя. Во-вторых, есть вклад в задержку от времени, чтобы отработавшие газы перемещались от выпускного окна цилиндров двигателя до датчика отработавших газов. Этот вклад в задержку может меняться с обратной величиной скорости или массового расхода воздуха у газа в выпускном канале. В заключение, есть вклады в задержку, вызванные временами обработки, фильтрацией, применяемой к сигналу датчика отработавших газов, и временем, требуемым, чтобы фильтрованный сигнал датчика отработавших газов изменился на требуемое приращение лямбда.

Ожидаемый линейный отрезок может рассчитываться на основании времени для достижения окончательного значения от окончания временной задержки (начала линейного отрезка).

На этапе 406 ожидаемые и измеренные временная задержка и линейный отрезок для каждого замера, собранного во время выхода DFSO, определяются подобно временной задержке и линейному отрезку для входа DFSO, описанным выше. На этапе 408 усредняются все измеренные временные задержки на входе, усредняются все измеренные линейные отрезки на входе, усредняются все ожидаемые временные задержки на входе, и усредняются все ожидаемые линейные отрезки на входе. Подобным образом, на этапе 410 усредняются измеренные и ожидаемые временные задержки и линейные отрезки на выходе Таким образом, средняя измеренная временная задержка, средний измеренный линейный отрезок, средняя ожидаемая временная задержка и средний ожидаемый линейный отрезок определяются как для переходов с богатой смеси на бедную (например, входа в DFSO), так и перехода с бедной смеси на богатую (например, выхода из DFSO).

На этапе 412 тип поведения ухудшения характеристик датчика определяется на основании средних временных задержек и линейных отрезков, рассчитанных ранее, что будет описано подробнее со ссылкой на фиг. 11. На этапе 414 определяется, является ли датчик проявляющим по меньшей мере один тип ухудшения характеристик датчика. Если нет, способ 400 осуществляет выход, так как датчик не подвергнут ухудшению характеристик и, таким образом, может продолжаться стандартная работа двигателя. Если да, способ 400 переходит на этап 416, чтобы настраивать величину и/или установку момента впрыска топлива. Чтобы гарантировать соответствующее управление двигателем для поддержания выбросов и экономии топлива двигателя на требуемом уровне, один или более рабочих параметров двигателя могут настраиваться на этапе 416, если требуется. Это может включать в себя настройку величины и/или установки момента впрыска топлива и может включать в себя настройку процедур управления, которые основаны на обратной связи с подвергнутого ухудшению характеристик датчика, для компенсации идентифицированного ухудшения характеристик. На этапе 418 если поведение ухудшения характеристик превышает пороговое значение, это может указывать, что датчик поврежден или находится в нерабочем состоянии в других отношениях, и, по существу, водитель транспортного средства может уведомляться об ухудшении характеристик датчика, например, активизацией лампы индикации неисправной работы. По настройке рабочих параметров и/или уведомлению водителя транспортного средства, способ 400 осуществляет выход.

Фиг. 11 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ 500 для определения поведения ухудшения характеристик датчика на основании определенных и ожидаемых временных задержек и линейных отрезков во время выхода и входа в DFSO. Способ 500 может выполняться контроллером 12 и/или специализированным контроллером 140, и может выполняться в течение этапа 412 способа 400, описанного выше. На этапе 502 способ 500 включает в себя сравнение измеренной временной задержки на входе и временной задержки на выходе с ожидаемой временной задержкой на входе и временной задержкой на выходе. Как пояснено со ссылкой на фиг. 10, как для входа в, так и для выхода из DFSO могут определяться средняя измеренная временная задержка и средняя ожидаемая временная задержка. Каждая измеренная временная задержка может сравниваться со своей соответственной ожидаемой временной задержкой, чтобы определять разность временных задержек.

На этапе 504 определяется, являются ли обе временных задержки, на входе и выходе, большими, чем их соответственные ожидаемые временные задержки, на пороговую величину. Пороговая величина может быть подходящей величиной, такой как 5% или 10%, которая предусматривает некоторое отклонение реакции датчика отработавших газов, которое не оказывает влияния на возможности вождения или выбросы, и предусматривает погрешность в ожидаемых временных задержках. Если обе временных задержки, на входе и выходе, являются большими, чем их соответственные ожидаемые временные задержки, поведение ухудшения характеристик с симметричной задержкой указывается на этапе 506, и способ 500 переходит на этап 508. Если обе не являются большими, чем их соответственные ожидаемые временные задержки, способ 500 также переходит на этап 508, чтобы определять, является ли одна из временных задержек на входе или выходе большей, чем ее соответственная ожидаемая временная задержка. Если нет, способ 500 переходит на этап 512. Если да, способ 500 переходит на этап 510, чтобы указывать ухудшение характеристик с несимметричной задержкой. Если временная задержка на входе является большей, чем ожидаемая, указывается ухудшение характеристик с задержкой перехода с богатой смеси на бедную. Если временная задержка на выходе является большей, чем ожидаемая, указывается ухудшение характеристик с задержкой перехода с бедной смеси на богатую. Способ 500 затем переходит на этап 512.

На этапе 512 измеренный линейный отрезок на входе сравнивается с ожидаемым линейным отрезком на входе, и измеренный линейный отрезок на выходе сравнивается с ожидаемым линейным отрезком на выходе. На этапе 514 определяется, являются ли оба линейных отрезка, на входе и выходе, большими, чем их соответственные ожидаемые линейные отрезки на пороговую величину, подобно определению, произведенному на этапе 504. Если оба являются большими, чем ожидается, способ 500 переходит на этап 516, чтобы указывать ухудшение характеристик с симметричным фильтром, а затем, способ 500 переходит на этап 518. Если нет, способ 500 переходит на этап 518, чтобы определять, является ли один из линейных отрезков на входе или выходе большим, чем его соответственный ожидаемый линейный отрезок.

Если определено, что один из линейных отрезков на входе или выходе является большим, чем ожидается, способ 500 переходит на этап 520, чтобы указывать ухудшение характеристик с несимметричным фильтром. Если линейный отрезок на входе является большим, чем ожидаемый, указывается ухудшение характеристик с фильтром перехода с богатой смеси на бедную. Если линейный отрезок на выходе является большим, чем ожидаемый, указывается ухудшение характеристик с фильтром перехода с бедной смеси на богатую. Способ 500 затем переходит на этап 522. К тому же, если на этапе 518 ответом является нет, способ 500 переходит на этап 522, чтобы определять, указано ли по меньшей мере одно поведение ухудшения характеристик, на основании предыдущих сравнений временных задержек и линейных отрезков. Если указано по меньшей мере одно поведение ухудшения характеристик, способ 500 осуществляет выход. Если ухудшение характеристик не указано, способ 500 переходит на этап 524, чтобы указывать отсутствие поведения ухудшения характеристик, а затем, способ 500 завершает работу.

Таким образом, способы, представленные в материалах настоящей заявки, предусматривают определение ухудшения характеристик датчика отработавших газов на основании временной задержки и линейного отрезка набора реакций датчика отработавших газов, собранных во время управляемых изменений лямбда. Эти управляемые изменения лямбда могут быть входом в и выходом из DFSO. Кроме того, собранные значения лямбда во время управляемого изменения лямбда могут контролироваться для определения того, присутствует ли возмущение топливо-воздушного соотношения перед управляемым изменением лямбда. Если так, эти собранные значения лямбда могут отбрасываться, с тем чтобы снижать шум, который может нарушать точное определение ухудшения характеристик. Возмущение топливо-воздушного соотношения может выявляться посредством определения постоянной времени реакции датчика и оценки порогового времени реакции на основании постоянной времени. Если оцененное пороговое время реакции отлично от измеренного времени реакции, то может указываться возмущение.

Будет принято во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные вариации осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные вариации. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Объем настоящего раскрытия охватывает все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать элемент в единственном числе, либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в объем настоящего раскрытия.

Реферат

Изобретение относится к датчику отработавших газов в моторном транспортном средстве. Предложен способ для контроля датчика отработавших газов, присоединенного на выпуске двигателя. В одном из вариантов осуществления способ содержит указание ухудшения характеристик датчика отработавших газов на основе временной задержки и линейного отрезка каждого замера из набора реакций датчика отработавших газов, собранных во время входа в или выхода из перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Таким образом, датчик отработавших газов может контролироваться с использованием надежных параметров неагрессивным образом. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула