用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制和診斷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的空燃比的反饋控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的排氣排放的有效轉(zhuǎn)換包括將催化劑原料氣（feedgas)空燃比維 持在圍繞化學(xué)計(jì)量比的狹窄的窗口處。然而，在實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，可以發(fā)生輕微的偏 離化學(xué)計(jì)量比。為了增加操作窗口并因而提高排放性能，催化劑通常包括氧化鈰以為氧存 儲(chǔ)提供緩沖。為了維持最佳的催化劑性能，儲(chǔ)存的氧可以經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的反饋控制被 維持在基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和溫度校準(zhǔn)的期望的設(shè)定點(diǎn)。
[0003] 然而，發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到以上方法的問題。確定儲(chǔ)存在催化劑中存儲(chǔ)的氧的 水平通常涉及利用基于物理的催化劑模型，該催化劑模型包括一維或更多維的多個(gè)偏微分 方程。這種模型可能難于實(shí)施并可能需要比通常在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中可利用的更多處理能 力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因而，在一個(gè)示例中，通過用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的方法可以至少部分地解決以上 問題。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包含基于催化劑的部分氧化態(tài)（fractional oxidation state)調(diào)整燃料噴射量，部分氧化態(tài)基于貫穿催化劑縱向軸線的多個(gè)排氣種類的反應(yīng)速率 和用于催化劑的流體相和涂層（washcoat)的一組軸向平均的質(zhì)量平衡和能量平衡方程， 并基于來自下游的空燃比傳感器的反饋。
[0005] 在另一個(gè)示例中，一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣方法包含基于下列項(xiàng)調(diào)整燃料噴射量：催化劑 相對(duì)于部分氧化態(tài)（FOS)設(shè)定點(diǎn)的F0S，基于貫穿催化劑縱向軸線的多個(gè)排氣種類的反應(yīng) 速率和一組軸向平均的質(zhì)量平衡和能量平衡方程的F0S，以及來自下游的HEGO(加熱型排 氣氧）傳感器相對(duì)于HEGO設(shè)定點(diǎn)的不同的反饋，F(xiàn)OS和HEGO設(shè)定點(diǎn)綁定在一起。
[0006] 本公開可以提供若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，專用于催化劑模型的處理資源可以被減少。 進(jìn)一步地，通過維持催化劑在期望的部分氧化態(tài)可以改善排放控制。此外，催化劑種類 (諸如HC、Nox和C0,或者總氧化劑和還原劑）的演變可以被監(jiān)測(cè)，并且如果預(yù)測(cè)到超標(biāo) (breakthrough)，車輛的操作者可以被通知和/或附加的發(fā)動(dòng)機(jī)控制操作可以被采取以控 制排氣種類的產(chǎn)生。本方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其提供了用于控制和診斷的非入侵式的催化劑 監(jiān)測(cè)器，該監(jiān)測(cè)器較少依賴于傳感器位置并因此將同樣地應(yīng)用于部分和全部體積催化劑系 統(tǒng)。最后，通過以此方式將兩個(gè)設(shè)定點(diǎn)綁定在一起，能夠提高控制器的魯棒性同時(shí)限制了復(fù) 雜性和校準(zhǔn)工作。
[0007] 當(dāng)單獨(dú)或結(jié)合附圖時(shí)，根據(jù)下面【具體實(shí)施方式】，本描述的上述優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)，以 及特點(diǎn)將是顯而易見的。
[0008] 應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述是為了以簡(jiǎn)化的形式介紹一些概念，這些概念在具體實(shí) 施方式中被進(jìn)一步描述。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保 護(hù)的主題的范圍由隨附于【具體實(shí)施方式】的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不 限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0009] 圖1示意性地示出了示例車輛系統(tǒng)。
[0010] 圖2圖示說明了用于估計(jì)催化劑增益（gain)的控制操作。
[0011] 圖3示意性地示出了與模型反饋協(xié)同的內(nèi)環(huán)和外環(huán)控制策略的示例圖解。
[0012] 圖4是圖示說明根據(jù)本公開的實(shí)施例用于監(jiān)測(cè)催化劑的示例方法的流程圖。
[0013] 圖5是圖示說明根據(jù)本公開的實(shí)施例用于確定催化劑的氧化態(tài)的示例方法的流 程圖。
[0014] 圖6示出了設(shè)定點(diǎn)作為各種參數(shù)的函數(shù)的曲線圖，該設(shè)定點(diǎn)應(yīng)用于圖3的控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 為了減少排放的超標(biāo)，催化劑可以使用氧儲(chǔ)存材料（例如以鈰氧化合物的形式的 氧化鈰）以在富或稀沖程期間為氧提供緩沖。可以控制進(jìn)入催化劑的空燃比以便將催化劑 的氧化態(tài)維持在期望水平。在本公開的一種示例模型中，在進(jìn)口各種排氣種類（諸如H2、 CO、NOx、HC和02)的濃度通過催化劑的出口可以使用簡(jiǎn)化的低維模型被建模。該模型用于 復(fù)雜的催化劑動(dòng)力學(xué)，諸如涂層和催化劑老化中的擴(kuò)散和反應(yīng)，并將動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化為一組軸 向平均的模型方程。該模型方程追蹤每個(gè)排氣種類在催化劑的流體相和涂層中的平衡。另 外，該模型補(bǔ)償在催化劑的流體相和涂層中的整體能量平衡。
[0016] 特別地，該模型可以追蹤氧化劑和還原劑的濃度的變化以便確定催化劑的部分氧 化態(tài)，其可以被用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。進(jìn)一步地，可以確定催化劑增益并將其應(yīng)用于模 型以追蹤總的儲(chǔ)氧能力的變化，該變化可以指示催化劑是否退化。此外，各種排氣成分的濃 度可以被用于預(yù)測(cè)整體尾管排放。圖1示出了包括催化劑和控制系統(tǒng)的示例發(fā)動(dòng)機(jī)。圖 2-5圖示說明了可以由圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施的各種控制例程。
[0017] 圖1示出了車輛系統(tǒng)6的示意性描述。車輛系統(tǒng)6包括具有多個(gè)汽缸30的發(fā)動(dòng) 機(jī)10。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括進(jìn)氣裝置23和排氣裝置25。進(jìn)氣裝置23包括經(jīng)由進(jìn)氣通道42流 體地耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管44的節(jié)氣門62。排氣裝置25包括引導(dǎo)排氣通道35將排氣導(dǎo) 向大氣的排氣歧管48。排氣裝置25可以包括一個(gè)或更多個(gè)排放控制設(shè)備70,排放控制設(shè) 備70可以被安裝在排氣中緊湊耦合位置。一個(gè)或更多個(gè)排放控制設(shè)備可以包括三元催化 劑、稀NOx捕集器、柴油或汽油微粒過濾器、氧化催化劑等等。能夠被理解的是其他部件可 以被包括在發(fā)動(dòng)機(jī)中，諸如各種氣門和傳感器。
[0018] 發(fā)動(dòng)機(jī)10可以接收來自包括燃料箱和用于加壓輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)10的噴射器66的 燃料的一個(gè)或更多個(gè)泵的燃料系統(tǒng)（未示出）的燃料。盡管只示出了單個(gè)噴射器66,但是 可為每個(gè)汽缸提供附加的噴射器。能夠被理解的是，燃料系統(tǒng)可以是非回流燃料系統(tǒng)、回流 燃料系統(tǒng)或各種其他類型的燃料系統(tǒng)。燃料箱可以保存多種燃料混合物，包括具有一定范 圍的酒精濃度的燃料，諸如各種汽油乙醇混合物（包括EKKE85、汽油等等）和其組合。
[0019] 車輛系統(tǒng)6可以進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)14?？刂葡到y(tǒng)14被示出接收來自多個(gè)傳感 器16 (本文描述了其各種示例）的信息并向多個(gè)致動(dòng)器81 (本文描述了其各種示例）發(fā)送 控制信號(hào)。作為一個(gè)示例，傳感器16可以包括位于排放控制設(shè)備上游排氣傳感器126(諸 如線性UEGO傳感器）、溫度傳感器128和下游排氣傳感器129 (諸如二進(jìn)制HEGO傳感器）。 如本文所更詳細(xì)討論的，其他傳感器（諸如壓力、溫度和成分傳感器）可以被耦接至車輛系 統(tǒng)6中的各種位置。在一個(gè)示例中，致動(dòng)器可以包括"消息中心"，該"消息中心"包括操作 顯示器82,例如，其中響應(yīng)于催化劑退化的指示，指示需要維修排放系統(tǒng)的消息可以被輸出 至車輛操作者。作為另一個(gè)示例，致動(dòng)器可以包括燃料噴射器66和節(jié)氣門62。控制系統(tǒng) 14