Способ и система определения предельного уровня деградации каталитического нейтрализатора (варианты) - RU2701626C2

Чертежи

Описание

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Транспортное средство может содержать тройной каталитический нейтрализатор (ТКН) для снижения уровня токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Для регулирования воздушно-топливного отношения (ВТО) в двигателе может быть использовано управление с обратной связью таким образом, чтобы компоненты выпускной системы двигателя можно было регулировать, увеличивая эффективность каталитического нейтрализатора. Некоторые транспортные средства могут содержать универсальный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ), расположенный выше по потоку от ТКН, и нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ), расположенный ниже по потоку от ТКН для поддержания ВТО, близкого к стехиометрическому значению. УДКОГ обеспечивает обратную связь для поддержания отработавших газов двигателя на уровне стехиометрии. НДКОГ обеспечивает обратную связь для смещения воздушно-топливного отношения двигателя в сторону обогащения или обеднения для повышения эффективности каталитического нейтрализатора.

Точное регулирование воздушно-топливного отношения в двигателе может повысить коэффициент нейтрализации отработавших газов каталитическим нейтрализатором; однако, если каталитический нейтрализатор деградировал, выбросы транспортного средства могут быть выше регулируемых уровней, даже при точном регулировании воздушно-топливного отношения в двигателе. Поэтому желательно учитывать, деградировал ли каталитический нейтрализатор или нет, чтобы принять корректировки с целью приведения выбросов транспортного средства до допустимого уровня или для оповещения водителя о необходимости технического обслуживания транспортного средства.

Один способ определения факта деградации каталитического нейтрализатора состоит в совершении разового изменения воздушно-топливного отношения в двигателе с бедного по топливу на богатое, или наоборот, и измерении времени, которое требуется для обнаружения соответствующего изменения концентрации кислорода в отработавших газах ниже по потоку от каталитического нейтрализатора. Время для обнаружения изменения концентрации кислорода может служить показателем уровня деградации каталитического нейтрализатора. Однако выбросы отработавших газов двигателя могут быть деградированы, если богатые или бедные по топливу отработавшие газы прорываются через каталитический нейтрализатор из-за интрузивных изменений воздушно-топливного отношения в двигателе. Кроме того, возможности для контроля ступенчатого изменения могут быть ограничены, а шум в системе может снизить точность результатов, найденных на основании лишь небольшого количества наблюдений.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявители выявили вышеуказанные недостатки и разработали способ, содержащий: во время управления с обратной связью воздушно-топливным отношением в двигателе в ответ на показания датчика отработавших газов, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора: индикацию деградации каталитического нейтрализатора по передаточной функции каталитического нейтрализатора, установленной только в определенном диапазоне частот на основании выходного сигнала датчика отработавших газов.

Путем определения передаточной функции каталитического нейтрализатора только в определенном диапазоне частот, можно обеспечить технический результат, заключающийся в определении деградации каталитического нейтрализатора путем модуляции воздушно-топливного отношения в двигателе, используемой для улучшения эффективности каталитического нейтрализатора. Другими словами, оценка деградации каталитического нейтрализатора может быть осуществлена на основе небольших вариаций воздушно-топливного отношения, регулярно осуществляемых для улучшения эффективности каталитического нейтрализатора, в отличие от направленного возмущения, которое может привести к прорыву выбросов. В результате возможна оценка деградации каталитического нейтрализатора в отношении отсутствия или наличия деградации выбросов транспортного средства, при этом данная оценка может быть более устойчива к источникам шума.

Настоящее изобретение может обеспечить несколько преимуществ. В частности, способ позволяет улучшить диагностику каталитического нейтрализатора транспортного средства. Дополнительно, способ может обеспечить улучшенные выбросы транспортного средства путем обеспечения индикации условия деградации каталитического нейтрализатора. Кроме того, способ может обеспечить неинтрузивную или незаметную для водителя диагностику каталитического нейтрализатора.

Вышеуказанные преимущества и другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего раскрытия, взятого самого по себе или вкупе с прилагаемыми графическими материалами.

Следует понимать, что приведенная выше сущность изобретения предназначена для ознакомления с подборкой концепций в упрощенной форме, подробно раскрытых в раскрытии. Она не предназначена для идентификации ключевых или существенных отличительных признаков заявляемой сущности изобретения, объем которой однозначно определен формулой изобретения, следующей за раскрытием. Кроме того, заявляемое изобретение не ограничивается вариантами осуществления, преодолевающими любой из недостатков, указанных выше или в любой другой части настоящего документа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 схематично показан пример системы двигателя;

На фиг. 2 схематично проиллюстрирован пример системы управления каталитического нейтрализатора;

На фиг. 3 показана высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая пример способа определения предельного уровня деградации каталитического нейтрализатора;

На фиг. 4 показан пример кривой зависимости магнитуды от частоты для полосового фильтра, используемого для фильтрации воздушно-топливного отношения, определяемого установленным ниже по потоку НДКОГ, и для фильтрации воздушно-топливного отношения, определяемого по модели каталитического нейтрализатора с расположенным выше по потоку УДКОГ, где в качестве входных данных используют воздушно-топливное отношение;

На фиг. 5 показан пример кривой зависимости магнитуды от частоты для низкочастотного фильтра, используемого для фильтрации воздушно-топливного отношения, определенного установленным ниже по потоку НДКОГ, и для фильтрации воздушно-топливного отношения, определенного по модели каталитического нейтрализатора с помощью расположенного выше по потоку УДКОГ, где в качестве входных данных используют воздушно-топливное отношение, прошедшее через полосовой фильтр;

На фиг. 6 показан пример диаграммы адаптированных коэффициентов усиления передаточной функции для каталитических нейтрализаторов, работающих в экологичном режиме (например, новые), для каталитических нейтрализаторов с максимальным сроком службы (например, старые каталитические нейтрализаторы, работающие должным образом в течение гипотетического срока службы транспортного средства) и для каталитических нейтрализаторов, эффективность работы которых достигла предельного уровня (например, каталитический нейтрализаторы, обеспечивающие уровень эмиссии в пределах установленных границ); и

На фиг. 7 показан пример кривой адаптации коэффициентов передаточной функции каталитического нейтрализатора при разных начальных условиях.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к диагностике наличия или отсутствия деградации каталитического нейтрализатора. В частности, раскрыты способы и системы для определения передаточной функции каталитического нейтрализатора и ее коэффициента. Системы и способы могут быть применены к транспортному средству, содержащему двигатель, например, систему двигателя, показанную на фиг. 1. Система двигателя может содержать систему управления воздушно-топливным отношением, как показано на фиг. 2. Способ определения коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора приведен на фиг. 3. Приведенные в качестве примера результаты для способа и системы показаны на фиг. 4-7.

На фиг. 1 представлена схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в силовую установку автомобиля. Двигателем 10 может управлять, по меньшей мере, частично система управления, содержащая контроллер 12, и входной сигнал от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода представляет собой педаль газа и содержит датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального положению педали (ПП) сигнала ПП. Камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с размещенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Далее, стартер двигателя может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать поступающий из впускного коллектора 44 через входной канал 42 воздух и выводить газообразные продукты сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно взаимодействовать с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана. В этом примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться кулачковым приводом через один или несколько кулачков и могут использовать одну или более из следующих систем: переключении профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ), и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для регулирования работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных примерах впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 может управляться электрическим приводом клапана. Например, цилиндр 30 альтернативно может содержать впускной клапан, управляемый через электрический привод клапана, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, содержащий системы ППК и/или ИФКР.

В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован с одним или несколькими топливными инжекторами для подачи топлива. В качестве неограничивающего примера показан цилиндр 30, содержащий один топливный инжектор 66, подающий топливо из топливной системы 172. Топливный инжектор 66 показан соединенным непосредственно с цилиндром 30 для прямого впрыска топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ИВТ), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, инжектор 66 обеспечивает прямой впрыск (далее именуемый «ПВ») топлива в цилиндр 30 сгорания.

Понятно, что в альтернативном примере инжектор 66 может быть инжектором впрыска во впускные каналы, подающим топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Также понятно, что цилиндр 30 может получать топливо от множества инжекторов, таких как множество инжекторов впрыска во впускные каналы, множество инжекторов прямого впрыска или их комбинации.

Также на фиг. 1 впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулировать контроллер 12 посредством сигнала, подаваемого на электрический мотор или привод, предусмотренный в дросселе 62, такая конфигурация обычно называется электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, управление дросселем 62 позволяет регулировать количество входящего воздуха, подаваемого в камеры 30 сгорания цилиндров двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может быть определено контроллером 12 посредством сигнала положения дросселя (ПД). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (ДВК) для обеспечения соответствующих сигналов МРВ и ДВК, сообщаемых контроллеру 12.

Система зажигания 88 может обеспечивать искру зажигания в камере сгорания 30 посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 при выбранных режимах работы. Несмотря на то, что на фигуре показаны компоненты искры зажигания, в некоторых примерах камера сгорания 30 или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме компрессионного воспламенения с искрой или без нее.

Расположенный выше по потоку датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Расположенный выше по потоку датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для определения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейным широкополосным датчиком кислорода или универсальным или широкодиапазонным датчиком кислорода в отработавших газах (УДКОГ), узкополосным датчиком кислорода с двумя состояниями или датчиком кислорода в отработавших газах (КОГ), нагреваемым датчиком кислорода в отработавших газах (НДКОГ), датчиком оксидов азота (NOx), углеводорода (НС) или оксида углерода (СО). В одном примере расположенный выше по потоку датчик 126 отработавших газов представляет собой УДКОГ, сконфигурированный для обеспечения выходного сигнала, такого как сигнал напряжения, пропорционального количеству кислорода в отработавших газах. Контроллер 12 использует выходной сигнал для определения воздушно-топливного отношения в отработавших газах.

Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано расположенным вдоль выпускного канала 48, ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может быть тройным каталитическим нейтрализатором (ТКН) с возможностью уменьшения NOx, а также окисления СО и несгоревших углеводородов. В некоторых примерах устройство 70 может быть уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинацией.

Второй, расположенный ниже по потоку датчик 129 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48, и расположен ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Расположенный ниже по потоку датчик 129 может быть любым подходящим датчиком для определения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, таким как УДКОГ, КОГ, НДКОГ и др. В одном примере расположенный ниже по потоку датчик 129 представляет собой НДКОГ, сконфигурированный для определения относительного обогащения или обеднения отработавших газов после прохождения через каталитический нейтрализатор. По существу, НДКОГ может обеспечивать выходной сигнал в форме точки перехода или сигнала напряжения в точке, в которой происходит переход от бедному к богатому отработавшему газу.

Кроме того, в раскрытых примерах система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять необходимую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 РОГ. Количество РОГ, подаваемых во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 через клапан 142 РОГ. Кроме того, датчик 144 РОГ может быть расположен в канале РОГ и может обеспечивать определение одного или более параметров: давление, температуру и концентрацию отработавших газов. При определенных условиях система РОГ может быть использована для регулирования температуры топливовоздушной смеси в камере сгорания.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 входа/выхода, электронную запоминающую среду для исполняемых программ и калибровочных значений, показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, подсоединенных к двигателю 10, в дополнение к ранее упомянутым сигналам, включая измерения массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха, показания температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, подсоединенного к охлаждающему рукаву 114, сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 38, работающего на эффекте Холла, (или другого типа), подсоединенного к коленчатому валу 40, сигнал положения дросселя (ПД) от датчика 58 положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 на основании сигнала (ПЗ).

Среда постоянного запоминающего устройства 106 может быть запрограммирована машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, исполняемые процессором 102 для осуществления способов, раскрытых ниже и других, не раскрытых, но предполагаемых вариантов.

В некоторых примерах контроллер 12 может выводить сигнал индикации деградации системы на световую или индикаторную панель 131. Индикация может быть представлена визуальным оповещением, таким как подсветка или сообщение. Сообщение может содержать диагностический код, обозначающий природу деградации. Например, контроллер 12 может оповещать о деградации каталитического нейтрализатора по световой или индикаторной панели 131. Оповещение может быть представлено буквенно-цифровым кодом, представляющим каталитический нейтрализатор или другой компонент, подвергшийся деградации.

Как раскрыто выше, на фиг. 1 показан один цилиндр многоцилиндрового двигателя, подобным образом, каждый цилиндр может содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и др.

На фиг. 2 показана схема внутреннего и внешнего контуров управления с обратной связью для архитектуры 200 управления каталитическим нейтрализатором. Архитектура 200 управления каталитическим нейтрализатором содержит систему 206 двигателя и систему 214 управления каталитическим нейтрализатором, при этом двигатель 10 содержит выпускную систему 225.

Система 208 двигателя может содержать двигатель 10 с множеством цилиндров 230. Двигатель 10 содержит воздухозаборник 42 и выпускной канал 48. Воздухозаборник 42 двигателя содержит дроссель 62, сообщающийся по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя. Выпускная система 225 двигателя содержит выпускной коллектор 48, ведущий в выпускной канал 235, выводящий отработавшие газы в атмосферу. Выпускная система 225 двигателя может содержать одно или несколько устройств 70 снижения токсичности отработавших газов, устанавливаемых вплотную в выпускной системе. Одно или более устройство может содержать тройной каталитический нейтрализатор, ловушку обедненного NOx, фильтр частиц, каталитический нейтрализатор и др. Понятно, что в двигателе могут содержаться и другие компоненты, например, различные клапаны и датчики, например, показанные на фиг. 1.

Система 206 транспортного средства может также содержать систему 214 управления каталитическим нейтрализатором. Система 214 управления каталитическим нейтрализатором показана получающей информацию от датчиков 126 и 129 кислорода в отработавших газах и отправляющей управляющие сигналы топливным инжекторам 66. В качестве примера, датчики кислорода в отработавших газах могут содержать датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, датчик 129 отработавших газов, расположенный ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Другие датчики, например, датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава, могут быть подсоединены в различных местах в системе 206 транспортного средства. Система 214 управления каталитическим нейтрализатором может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и применять приводы в ответ на обработанные входные данные в соответствии с инструкцией или кодом, запрограммированным в нем, соответственно одной или более последовательностям. Система 214 управления каталитическим нейтрализатором может быть сконфигурирована с инструкциями, сохраненными в энергонезависимой памяти, побуждающими систему 214 управления каталитическим нейтрализатором осуществлять последовательность управления посредством одного или более приводов, на основании информации, полученной от одного или более датчиков. Приведенные в качестве примера последовательности управления раскрыты со ссылкой на фиг. 3.

В одном примере устройство 70 снижения токсичности отработавших газов представляет собой тройной каталитический нейтрализатор, датчик 126 отработавших газов представляет собой УДКОГ, а датчик 129 отработавших газов представляет собой НДКОГ.

Система 214 управления каталитическим нейтрализатором регулирует воздушно-топливное отношение до желаемого отношения, близкого к стехиометрическому, и тонко настраивает его регулировки на основании отклонения напряжения НДКОГ от заранее определенного значения напряжения НДКОГ. Контроллер 207 внутреннего контура использует расположенный выше по потоку УДКОГ 126 для управления с обратной связью в более высоком диапазоне частот, в то время как контроллер 205 внешнего контура использует НДКОГ 129 для управления в более низком диапазоне частот. Система 214 управления каталитическим нейтрализатором может быть реализована контроллером двигателя, например, контроллером 12.

Контроллер 207 внутреннего контура может содержать пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контроллер, ругулирующий воздушно-топливное отношение в двигателе путем генерирования соответствующей команды подачи топлива (например, импульса впрыска топлива). Суммирующее соединение 222 объединяет топливную команду от контроллера 207 внутреннего контура с командой от контроллера 220 с прямой связью. Эта комбинированная группа команд поступает в топливные инжекторы 66 двигателя 10. УДКОГ 126 обеспечивает сигнал обратной связи в контроллер 207 внутреннего контура, сигнал обратной связи УДКОГ пропорционален содержанию кислорода в подаваемом газе или выхлопе между двигателем 10 и ТКН 70. Контроллер 205 внешнего контура генерирует опорный сигнал УДКОГ (например, желаемое воздушно-топливное отношение), передаваемый в контроллер 207 внутреннего контура. Опорный сигнал УДКОГ объединяют с сигналом обратной связи УДКОГ в соединении 216. Сигнал рассогласования или разностный сигнал, обеспечиваемый соединением 216, затем использует контроллер 207 внутреннего контура для регулировки топливной команды таким образом, что действительное ВТО в двигателе 10 достигает желаемого ВТО. НДКОГ 129 обеспечивает обратную связь с контроллером 205 внешнего контура. Сигнал обратной связи НДКОГ может быть использован для регулирования опорного сигнала УДКОГ или опорного сигнала воздушно-топливного отношения, передаваемого контроллеру 207 внутреннего контура через соединение 216. Дополнительно, контроллер 205 внешнего контура работает для улучшения эффективности каталитического нейтрализатора путем наложения низкой амплитуды прямоугольной волны воздушно-топливного отношения на входной сигнал в каталитическом нейтрализаторе. Прямоугольная волна позволяет компонентам отработавших газов, входящим в каталитический нейтрализатор, изменяться таким образом, чтобы компенсировать кислород и СО в каталитическом нейтрализаторе, тем самым, улучшая окисление углеводородов и восстанавливая NOx.

Таким образом, система, показанная на фиг. 1 и 2 обеспечивает систему, содержащую: двигатель, содержащий выпускную систему, содержащую каталитический нейтрализатор и датчики кислорода, расположенные выше по потоку и ниже по потоку от каталитического нейтрализатора; и контроллер, содержащий инструкции, сохраненные в энергонезависимой памяти, для регулировки привода в ответ на коэффициент усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора, вычисленный только в пределах определенного диапазона частот заранее определенной функции форсирования прямоугольной волны, плюс и минус отклонение. В системе определенный диапазон частот заранее определенной функции форсирования равен 1,5 Гц. Приведенная в качестве примера система содержит отклонение, равное 1 Гц. Таким образом, приведенная в качестве примера полоса пропускаемых частот может быть в диапазоне от 0,5 Гц до 2,5 Гц. Приведенная в качестве примера система также содержит дополнительные инструкции для полосовой фильтрации выходных сигналов датчиков кислорода, расположенных выше по потоку и ниже по потоку. Система также содержит дополнительные инструкции для определения ошибки по разности между отфильтрованными на полосовом фильтре выходными сигналами датчика кислорода, расположенного выше по потоку, и датчика кислорода, расположенного ниже по потоку. Система также содержит обеспечение изменения воздушно-топливного отношения при первой частоте для определения первого коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора.

На фиг. 3 показана высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая приведенный в качестве примера способ 300 определения предельного уровня деградации каталитического нейтрализатора в соответствии с настоящим раскрытием. В частности, способ 300 относится к определению магнитуды передаточной функции частотной области каталитического нейтрализатора в определенном диапазоне частот согласно командному входному сигналу прямоугольной волны. Способ 300 будет раскрыт со ссылкой на компоненты и системы, изображенные на фиг. 1 и 2, хотя следует понимать, что способ может быть применен и к другим системам без отклонения от объема настоящего изобретения. Способ 300 может быть реализован контроллером 12 и может быть сохранен в виде исполняемых инструкций в энергонезависимой памяти.

На этапе 302 способа 300 оценивают условия работы двигателя. Условия работы могут содержать температуру двигателя, внешнюю температуру, частоту вращения двигателя, нагрузку на двигатель, время от остановки двигателя, воздушно-топливное отношение в двигателе, напряжение НДКОГ, но не ограничиваются этим. Способ 300 переходит на этап 304 после определения условий работы двигателя.

На этапе 304 способа 300 выполняют модуляцию воздушно-топливного отношения. Центр амплитуды модуляции находится около стехиометрического значения или может немного отклоняться. Частота модуляции воздушно-топливного отношения может быть определена, исходя из объема и места расположения каталитического нейтрализатора, для которого устанавливают передаточную функцию, или в зависимости от других факторов, например, частоты вращения двигателя и нагрузки. В одном примере частота может составлять 1,5 Гц. Способ 300 переходит на этап 306 после начала модуляции воздушно-топливного отношения в двигателе. В некоторых примерах систем этап 304 активен к моменту запуска управления по внешнему контуру.

На этапе 306 способа 300 оценивают, был ли активирован внешний контур управления воздушно-топливным отношением в двигателе. В одном примере внешний контур управления воздушно-топливным отношением может быть активирован после активации внутреннего контура управления воздушно-топливным отношением в двигателе, а регулирование воздушно-топливного отношения до желаемого значения, близкого к стехиометрическому, после того, как задний НДКОГ достигает предельной температуры, и в ответ на предельное значение времени от начала запуска двигателя. В этом случае могут избежать определения магнитуды передаточной функции каталитического нейтрализатора, если транспортное средство работает в режиме экономии топлива, холодного старта или в других условиях, при которых воздушно-топливное отношение после каталитического нейтрализатора не может быть надежным критерием для определения передаточной функции каталитического нейтрализатора. Если оценивают, что внешний контур управления воздушно-топливным отношением активирован, то ответ - да, и способ 300 переходит на этап 308. В противном случае ответ - нет, и способ 300 переходит на этап 310.

На этапе 310 способа 300 деактивируют устройство контроля каталитического нейтрализатора. Устройство контроля каталитического нейтрализатора деактивирован, так как выходной сигнал НДКОГ при данных условиях не может быть надежным. Способ 300 возвращается на этап 306 после деактивации устройства контроля каталитического нейтрализатора и не пробует осуществлять запуск до следующего программного контура.

На этапе 308 способ 300 активирует и запускает таймер. Таймер позволяет системе избежать определения магнитуды передаточной функции каталитического нейтрализатора во время переходов между режимами после активирования внешнего контура управления воздушно-топливным отношением. Способ 300 переходит на этап 309 после приращения показания таймера.

На этапе 309 способа 300 оценивают, превысило ли показание таймера предельное значение. Если превышение имело место, то ответ - да, и способ 300 переходит на этап 312. В противном случае, ответ - нет, и способ 300 возвращается на этап 308, на котором идет приращения показания таймера.

На этапе 312 способа 300 подготавливают контрольные входные и выходные данные о каталитическом нейтрализаторе для обработки. В частности, выходное напряжение расположенного выше по потоку УДКОГ преобразуется в воздушно-топливное отношение. Аналогично, выходной сигнал НДКОГ преобразуется в воздушно-топливное отношение. Выходной сигнал напряжения датчиков показывает концентрацию кислорода в отработавших тазах. Напряжения преобразуют в воздушно-топливные отношения путем пропускания напряжений через передаточные функции, где воздушно-топливное отношение выступает в качестве выходного сигнала.

Дополнительно, воздушно-топливное отношение в выхлопной трубе, определяемое НДКОГ, обрабатывают путем подачи на высокочастотный фильтр с регулируемой постоянной времени t_c (например, обычная защита от шума в области частоты замеров) для определения производной выходного сигнала, выражается нижеследующим уравнением:

где

- рассчитанная производная воздушно-топливного отношения y в газе на выходе из каталитического нейтрализатора, s - оператор Лапласа, и t_c - регулируемая постоянная времени. Воздушно-топливное отношение на входе в каталитического нейтрализатора, определенное по данным УДКОГ, преобразуют в моделированный выходной сигнал рассматриваемого каталитического нейтрализатора. В частности, определенное УДКОГ воздушно-топливное отношение, входной сигнал и, обрабатывают путем системного запаздывания τ_d, пропусканием через низкочастотный фильтр с постоянной времени t_c и коэффициентом усиления системы k₀ для обеспечения моделированной производной воздушно-топливного отношения в газе на выходе из каталитического нейтрализатора, что раскрыто в нижеследующем уравнении:

где

- моделированная производная воздушно-топливного отношения y в газе на выходе из каталитического нейтрализатора, s - оператор Лапласа, и t_c - регулируемая постоянная времени, u - воздушно-топливное отношение на входе в каталитический нейтрализатор, и τ_d - запаздывание. k₀ и τ_d относятся к номинальной каталитической системе и являются обычными функциями переменных двигателя, таких как массовый поток через систему двигателя. Способ 300 переходит на этап 314 после преобразования выходных сигналов датчиков в воздушно-топливные отношения и фильтрации, что раскрыто выше.

На этапе 314 способа 300 производят фильтрацию на полосовом фильтре производной измеренного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, или за каталитическим нейтрализатором, воздушно-топливного отношения

и производной смоделированного ниже по потоку воздушно-топливного отношения . Фильтрация может быть выражена следующим уравнением:

где G_bp обозначает передаточную функцию полосового фильтра,

- отфильтрованная на полосовом фильтре версия , - отфильтрованная на полосовом фильтре версия , и t_cl и t_ch - нижняя и верхняя граница частот полосового фильтра. Способ 300 переходит на этап 316 после фильтрации сигналов на полосовом фильтре.

На этапе 316 способа 300 применяют низкочастотный фильтр или фильтр средних скользящих к

и . Фильтрация на низкочастотном фильтре может быть выражена следующим уравнением:

где G_lp обозначает передаточную функцию низкочастотного фильтра,

- отфильтрованная на низкочастотном фильтре версия , и - отфильтрованная на низкочастотном фильтре версия . Низкочастотный фильтр применяют таким образом, что синхронизация входа/выхода не влияет на определение результата коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора. Способ 300 переходит на этап 318 после фильтрации сигналов на низкочастотном фильтре.

На этапе 318 способа 300 определяют ошибку е модели. Ошибку модели определяют согласно нижеследующему уравнению:

где ε - ошибка модели, и k_scl - расчет магнитуды коэффициента усиления передаточной функции, а именно, данное начальное значение (например, 1), которое алгоритм настраивает при каждой итерации, после каждого программного контура. Способ 300 переходит на этап 320 после определения значения магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора.

На этапе 320 способа 300 определяют обновленное значение магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора. В частности, применяют интегратор и калибровочный (например, регулировочный) коэффициент у усиления для обновления магнитуды коэффициента усиления передаточной функции, как показано в нижеследующем уравнении.

Способ 300 переходит на этап 321 после обновления магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора.

На этапе 321 способа 300 оценивают, удовлетворяет ли вычисленное значение показателю зрелости. В одном примере показатель зрелости представляет собой количество превышенного времени (например, десять минут). В других примерах показатель зрелости может быть расстоянием, пройденным транспортным средством. В более сложных способах, в которых производят оценку параметров двигателя в виде устойчивого изменения, используют другой эффективный способ оценки зрелости. Если оценивают, что вычисленное значение удовлетворяет показателю зрелости, то ответ - да, и способ 300 переходит на этап 322. В противном случае, ответ - нет, и способ 300 возвращается на этап 318.

На этапе 322 способа 300 оценивают, превысила ли магнитуда коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора предельную магнитуду. Если превышение имело место, то ответ - да, и способ 300 переходит на этап 326. В противном случае, ответ - нет, и способ 300 переходит на этап 324.

На этапе 324 способа 300 осуществляют индикацию, что каталитический нейтрализатор является номинальным каталитическим нейтрализатором или каталитическим нейтрализатором, соответствующим техническим требованиям. Способ 300 переходит на этап 328.

На этапе 328 способа 300 выводят установленный возраст каталитического нейтрализатора в зависимости от установленной магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора. В одном примере таблицу или функцию найденного эмпирическим путем возраста каталитического нейтрализатора индексируют с использованием установленной магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора, и выводят возраст каталитического нейтрализатора. Дополнительно, если устанавливают, что каталитический нейтрализатор выработал свой ресурс, или деградировал, способ 300 регулирует приводы, чтобы попытаться уменьшить выбросы двигателя в зависимости от магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора. В одном примере топливные инжекторы двигателя регулируют таким образом, чтобы уменьшить амплитуду прямоугольной волны воздушно-топливного отношения, обеспечиваемую для каталитического нейтрализатора, диагностируемого на возможную деградацию. Более высокая амплитуда прямоугольной волны может быть желательна, когда каталитический нейтрализатор работает должным образом, так как при этом могут потребоваться дополнительные газы для проникновения и восстановления реакционной способности участков около выходной стороны каталитического нейтрализатора, так как передние реакционные участки работают эффективно. Однако, если каталитический нейтрализатор деградировал, прямоугольная волна той же амплитуды может привести к прорыву бедного или богатого газа. По этой причине амплитуда прямоугольной волны может быть уменьшена путем регулировки времени работы топливного инжектора. Способ 300 переходит к выходу после вывода установленного возраста каталитического нейтрализатора и регулировки приводов соответственно возрасту каталитического нейтрализатора.

На этапе 326 способа 300 осуществляют индикацию, что каталитический нейтрализатор достиг предельного уровня или деградировал. Способ 300 может обеспечить индикацию о деградации каталитического нейтрализатора, если было установлено, что каталитический нейтрализатор достиг предельного уровня. В одном примере способа 300 обеспечивают индикацию о деградации путем изменения рабочего состояния световой или индикаторной панели. Способ 300 переходит на этап 328 после индикации, что каталитический нейтрализатор достиг предельного уровня.

Таким образом, способ, показанный на фиг. 3 обеспечивает способ, содержащий: во время управления с обратной связью воздушно-топливным отношением в двигателе в ответ на показания датчика отработавших газов, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора: индикацию деградации каталитического нейтрализатора по передаточной функции каталитического нейтрализатора, установленной только в определенном диапазоне частот на основании выходного сигнала датчика отработавших газов; и регулировку привода в ответ на обнаруженную деградацию. Способ содержит определение передаточной функции каталитического нейтрализатора, которое осуществляют также путем сравнения смоделированного выходного сигнала с выходным сигналом датчика отработавших газов. Способ может содержать, что индикация деградации происходит при превышении коэффициентом усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора в определенном диапазоне частот предельного уровня. Способ также содержит определенный, приведенный в качестве примера, диапазон частот от 1 до 2 Гц.

В некоторых примерах способа управление с обратной связью воздушно-топливным отношением в двигателе представляет собой управление с обратной связью по внешнему контуру, способ также содержит во время управления с обратной связью по внешнему контуру осуществление управления с обратной связью по внутреннему контуру воздушно-топливным отношением в двигателе в ответ на показания датчика кислорода, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора, в котором внешний контур содержит наложенную прямоугольную волну, добавленную к управлению с обратной связью. Способ может содержать, что определенный диапазон частот ограничивает частоту наложенной прямоугольной волны сверху и снизу верхней и нижней границами частот, соответственно, нижняя граница частот больше нуля. Способ может содержать, что во время управления с обратной связью двигатель испытывает переходный и установившийся режимы работы во время определения передаточной функции каталитического нейтрализатора. Способ может содержать, что управление воздушно-топливным отношением содержит регулировку продолжительности импульса впрыска топлива.

Способ по фиг. 3 также содержит способ, содержащий: возмущение каталитического нейтрализатора путем подачи на каталитический нейтрализатор отработавших газов, образующихся при изменяющемся воздушно-топливном отношении; направление данных от датчика кислорода, расположенного выше по потоку, через модель для обеспечения расчета производной модельного выходного сигнала и данных от датчика кислорода, расположенного ниже по потоку, через высокочастотный фильтр для обеспечения расчета производной воздушно-топливного отношения в выхлопной трубе; полосовую фильтрацию модельного выходного сигнала для обеспечения отфильтрованной на полосовом фильтре производной модельного выходного сигнала и полосовую фильтрацию вычисленной производной воздушно-топливного отношения в выхлопной трубе для обеспечения отфильтрованной на полосовом фильтре производной воздушно-топливного отношения в выхлопной трубе; определение магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора по разности отфильтрованных на полосовом фильтре производной воздушно-топливного отношения в выхлопной трубе и производной модельного выходного сигнала. Способ также содержит низкочастотную фильтрацию отфильтрованной на полосовом фильтре производной модельного выходного сигнала и отфильтрованной на полосовом фильтре производной воздушно-топливного отношения в выхлопной трубе перед определением магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора.

В некоторых примерах способ также содержит определение ошибки между отфильтрованной на низкочастотном фильтре и полосовом фильтре производной модельного выходного сигнала и отфильтрованной на низкочастотном фильтре и полосовом фильтре производной воздушно-топливного отношения в выхлопной трубе. Способ также содержит регулировку значения магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора в зависимости от найденной ошибки.

На фиг. 4 показана кривая магнитуды от частоты для полосового фильтра, применяемого на этапе 314. Полосовой фильтр ослабляет или уменьшает магнитуду частот сигнала, не прошедших через полосовой фильтр. В этом примере полоса пропускания частот составляет 1,5 Гц. Магнитуда при 1,5 Гц для выходного сигнала фильтра составляет 0 дБ, т.е. не фильтруется при частоте прохода. Частоты больше и меньше частоты прохода ослабляются. Ширину полосы пропускания частот устанавливают путем выбора на этапе 314 способа, показанного на фиг. 3, t_cl и t_ch. Таким образом, полосовой фильтр позволяет определять передаточную функцию каталитического нейтрализатора только в пределах определенного диапазона частот выходного сигнала датчика отработавших газов. Путем полосовой фильтрации воздушно-топливного отношения в отработавших газах можно уменьшить влияние колебаний воздушно-топливного отношения, не относящихся к функции форсирования (например, прямоугольной волне воздушно-топливного отношения) каталитического нейтрализатора.

На фиг. 5 показана кривая магнитуды в зависимости от частоты для низкочастотного фильтра, используемого на этапе 316. Низкочастотный фильтр ослабляет или уменьшает магнитуду частот сигнала, превышающих предельную частоту фильтра. В этом примере полоса пропуская частот меньше 1 Гц. Частоты больше верхней границы частот ослабляют. Путем низкочастотной фильтрации прошедшего полосовой фильтр воздушно-топливного отношения в отработавших газах можно уменьшить влияния синхронизации сигнала на расчет магнитуды коэффициента усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора.

На фиг. 6 показана диаграмма адаптированных коэффициентов пересчета для коэффициента усиления передаточной функции для каталитических нейтрализаторов, эффективность которых обеспечивает экологичную работу, работу с максимальным сроком службы и для каталитического нейтрализатора, эффективность которого меньше предельного значения. Способ согласно фиг. 3 проводили семьдесят шесть раз с использованием трех типов каталитических нейтрализаторов, начиная с первоначальной оценки коэффициента одного из них. Коэффициенты непрерывно обновляли при активации внешнего контура управления воздушно-топливным отношением. Метки 602, 610 и 620 показывают средние значения коэффициента усиления, соответственно, для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает экологичную работу, для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает работу с максимальным сроком службы, и для каталитического нейтрализатора, эффективность которого меньше предельного значения. Аналогично, метки 604, 612 и 622 показывают максимальные значения коэффициентов усиления, соответственно, для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает экологичную работу, для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает работу с максимальным сроком службы, и для каталитического нейтрализатора, эффективность которого меньше предельного значения. Таким же образом, метки 606, 614 и 624 показывают минимальные значения коэффициентов усиления, соответственно, для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает экологичную работу, для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает работу с максимальным сроком службы, и для каталитического нейтрализатора, эффективность которого меньше предельного значения. Как можно видеть, коэффициенты усиления для каталитического нейтрализатора, эффективность которого меньше предельного значения, значительно больше, чем коэффициенты для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает экологичную работу, и для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает работу с максимальным сроком службы. По существу, коэффициенты усиления могут быть использованы для определения старения и деградации каталитического нейтрализатора. Кроме того, коэффициенты усиления для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает экологичную работу, и каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает работу с максимальным сроком службы, имеют близкие значения.

На фиг. 7 показа приведенная в качестве примера диаграмма адаптации коэффициентов усиления передаточной функции каталитического нейтрализатора, начинающейся при разных начальных условиях для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает работу с максимальным сроком службы. Способ согласно фиг. 3 применяют к одиночному каталитическому нейтрализатору с различными начальными условиями k_scl (на этапе 320 по фиг. 3) во время трех отдельных измерений. Значения коэффициентов начинают расширяться и сходятся друг с другом к моменту 1200. Коэффициенты адаптировали по циклу федеральной тестовой методики 74. Несмотря на то, что коэффициенты усиления не сходятся точно в одном значении, они группируются достаточно близко, чтобы входить в диапазон значений, показанный на фиг. 6, для каталитического нейтрализатора, эффективность которого обеспечивает работу с максимальным сроком службы. Таким образом, способ согласно фиг. 3 достаточно точен для определения деградации каталитического нейтрализатора, даже в присутствии вынужденной ошибки в системе.

Заметим, что приведенные здесь в качестве примера последовательности управления и оценки могут быть использованы с различными конфигурациями двигателя и/или транспортной системы. Изложенные в настоящем документе управляющие способы и последовательности могут быть сохранены в виде инструкций для исполнения в постоянной памяти. Раскрытые в настоящем документе определенные последовательности могут исполнять роль одного или нескольких из любого количества рабочих алгоритмов, например, инициируемых событиями, инициируемых прерываниями, многозадачных, многопоточных и др. По существу, различные действия, операции и/или проиллюстрированные функции в проиллюстрированной последовательности могут быть осуществлены параллельно или быть упущены из последовательности в некоторых случаях. Аналогично, для достижения отличительных признаков и преимуществ, раскрытых в настоящем документе, порядок обработки не является обязательным и приведен в качестве примера для наглядности раскрытия вариантов осуществления. Одно или несколько из проиллюстрированных действий, операций и/или функций может быть повторно осуществлено, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Далее, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять код для программирования, хранимый в постоянной памяти машиночитаемой запоминающей среды в системе управления двигателем.

Понятно, что раскрытые в настоящем документе конфигурации и последовательности приведены в качестве примера, и что данные определенные варианты осуществления не несут ограничительного смысла, так как возможны множественные варианты. Например, вышеописанная технология может быть применена к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, с 4 оппозитными цилиндрами, и другим типам двигателей. Сущность настоящего изобретения содержит все неизвестные и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие признаки, функции и/или раскрытые здесь свойства.

Нижеследующая формула изобретения, в частности, показывает определенные комбинации и подкомбинации, считающиеся неизвестными и неочевидными. Пункты формулы изобретения могут относиться к элементу или первому элементу или его эквиваленту. Такие пункты формулы изобретения следует понимать, содержащими один или более таких элементов, не устанавливая и не исключая два и более таких элемента. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены через изменение настоящей формулы изобретения или через представление новой формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такая формула изобретения, будучи более полной, сокращенной, равнозначной или отличающейся по объему от оригинальной формулы изобретения, также подлежит рассмотрению, так как входит в объем настоящего изобретения.

Реферат

Изобретение относится к выпускным системам двигателей. Способ определения уровня деградации каталитического нейтрализатора содержит возмущение каталитического нейтрализатора путем подачи на него отработавших газов. Затем направляют данные от датчика кислорода, расположенного выше по потоку, через модель для обеспечения расчета производной модельного выходного сигнала и данных от датчика кислорода, расположенного ниже по потоку, через высокочастотный фильтр. Фильтруют модельный выходной сигнал и определяют магнитуды коэффициента усиления передаточной функции нейтрализатора по разности отфильтрованных на полосовом фильтре производной воздушно-топливного отношения в выхлопной трубе и производной модельного выходного сигнала. Далее регулируют топливные инжекторы двигателя с учетом указанной магнитуды коэффициента усиления передаточной функции нейтрализатора. Повышается точность определения деградации. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула