CN107893707A - 用于催化剂反馈控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供用于催化剂控制的方法和系统。在一个示例中，该方法包括通过调整燃料喷射控制催化剂下游的空燃比。基于通过在反馈控制不稳定点处的系统识别而在线更新的控制参数调整该燃料喷射。

Description

用于催化剂反馈控制的方法和系统
技术领域
本说明书总体涉及用于控制发动机排气系统中的催化剂下游的空燃比的方法和系统。
背景技术
来自发动机系统的排放可以通过耦接到发动机排气系统的催化剂来控制。为了保持高催化剂效率，需要严格地管控穿过催化剂的排气的空燃比。可以通过使用前馈和反馈控制环路的混合体调整燃料喷射量，从而经由控制器控制排气的空燃比。在各种发动机工况下调谐控制器可能是复杂的和费时的。复杂性由缺乏对发动机系统的理解以及难以隔离各种系统响应的根本原因引起。
确定控制参数的其它尝试包括通过中继反馈调谐控制器。由Boiko等人在US8255066B2中示出一种示例方法。其中，生成对应于所选择的增益或相位裕度的振荡，并且基于振荡的振幅和频率来计算PID控制器调谐参数。
然而，本发明人已认识到，专门针对适当的模型(在该情况下为汽车排气后处理系统)的识别相对于通用控制器调整提供对不同工况的更多洞察和覆盖。仅足以捕获系统在感兴趣的频率范围中的动态响应的简单模型可以解决控制器调谐问题。可以容易地表征该模型，并且该模型可并入到控制器结构中。另外，控制响应可受益于在线更新到控制参数的原始(出厂)校准，以解决由于随着时间推移的催化剂退化而造成的控制参数漂移。
发明内容
在一个示例中，上述问题可通过一种方法来解决，该方法包括：在稳态发动机操作期间，基于控制参数响应于来自催化剂体积下游的传感器反馈，调整对汽缸的燃料喷射，该控制参数是基于在反馈控制不稳定点处的系统识别确定的。以此方式，在发动机操作期间，可以在线更新控制参数，而对发动机/催化剂操作产生较小影响。另外，更新的控制参数可以更好地解决系统退化，并且保留高催化剂效率。
作为一个示例，可以经由内部反馈环路控制催化剂上游的空燃比，并且可以经由外部反馈环路控制催化剂下游的空燃比。可以在催化剂上游的一组预定质量流率中的每个质量流率下离线(off-line)调谐外部反馈环路的控制参数。校准的控制参数可以被保存在发动机控制器中，并且响应于发动机工况而在发动机操作期间使用所述校准的控制参数。可以在稳态发动机操作期间在线更新查找表。具体地，可以通过经由中继功能(relayfunction)控制内部反馈环路来引起催化剂下游的空燃比振荡。这样一来，外部反馈控制环路达到反馈控制不稳定，并且可以基于系统识别来更新控制参数。以此方式，可以基于对发动机/催化剂操作有较小影响的催化剂控制环路的极简动态特性，在线更新控制参数。更新的控制参数使得能够在大范围的发动机工况下实现高催化剂效率。另外，可以离线生成查找表以在受控的实验室条件下为所有工况提供初始特性。
应理解的是，提供以上发明内容是为了以简化形式介绍在具体实施方式中将进一步被描述的概念选择。这不意味着确定要求保护的主题的关键特征或重要特征，要求保护的主题的范围通过随附于具体实施方式的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任意部分中提及的任意缺点的实施方式。
附图说明
图1示出示例发动机系统的框图。
图2是展示催化剂控制环路的高级框图。
图3示出展示催化剂控制的示例方法的流程图。
图4A示出当实施示例方法时发动机操作参数和信号的时间线。
图4B是图4A中所示的时间线的放大图，该放大图展示基于系统响应识别系统参数的示例方法。
图5是示例内部模型控制结构。
图6示出用于催化剂控制的示例外环控制器的框图。
图7示出在时域中实施示例外环控制器的低级图。
具体实施方式
以下描述涉及用于通过控制催化剂下游的空燃比来管理排气催化剂的操作的系统和方法。图1示出包括用于处理排气的催化剂的示例发动机系统。图2是展示用于催化剂控制的反馈环路的高级框图。反馈控制环路包括基于催化剂下游的空燃比的反馈的外部反馈环路，以及基于催化剂上游的空燃比的反馈的内部反馈环路。外环控制器可用中继功能替换，以将外部反馈环路驱动到反馈控制不稳定点。由于催化剂退化，所以控制参数可以受益于更新。图3展示用于催化剂控制的示例方法，其中控制参数可以在反馈控制不稳定点处被在线更新。图4A示出当实施图3中所示的示例方法时发动机操作参数和信号随时间的变化。图4B展示可以如何基于系统响应来识别系统延迟和系统增益。基于系统延迟和系统增益，可以经由内部模型控制推导出控制参数。图5中示出示例内部模型控制结构。图6示出示例外环控制器的示例框图。图7是图6中所示的外环控制器的低级时域实施方案。
转到图1，其示出可包括在车辆的推进系统中的多缸发动机10的一个汽缸的示意图。可以至少部分地由包括控制器12的控制系统且由经由输入设备130来自车辆操作者132的输入来控制发动机10。在该示例中，输入设备130包括加速器踏板以及用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30(也被称为汽缸30)可以包括具有燃烧室壁32，其中活塞36定位在燃烧室壁32中。活塞36可耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系统(未示出)耦接到车辆的至少一个主动轮。另外，起动电动机可以经由飞轮(未示出)耦接到曲轴40以使得能够进行发动机10的起动操作。
燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收吸入空气，并且可以经由排气歧管48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管48可以经由相应进气阀52和排气阀54选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多进气阀和/或两个或更多排气阀。
在提供燃料到燃烧室30上游的进气道中的所谓进气道喷射的配置中，燃料喷射器66被示出为布置在进气歧管44中。燃料喷射器66可以经由电子驱动器68与从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地喷射燃料。可以通过燃料系统(未示出)将燃料递送到燃料喷射器66，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。在一些实施例中，燃烧室30可以可替代地或附加地包括直接耦接到燃烧室30的燃料喷射器，用于以所谓直接喷射的方式直接在其中喷射燃料。
进气通道42可以包括具有节流阀板64的节流阀62。在该特定示例中，可以由控制器12经由提供到包括有节流阀62的电动机或致动器的信号使节流阀板64的位置变化，这种配置通常称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，可操作节流阀62以使提供到其它发动机汽缸之中的燃烧室30的吸入空气变化。可以通过节流阀位置信号TP将节流阀板64的位置提供给控制器12。进气通道42可以包括耦接在节流阀62上游的质量空气流量传感器120，用于测量通过节流阀62进入汽缸的充气的流率。进气通道42还可以包括耦接在节流阀62下游的歧管空气压力传感器122，用于测量歧管空气压力MAP。
在选择操作模式下，点火系统88可以响应于来自控制器12的点火提前信号SA，经由火花塞92将点火火花提供到燃烧室30。尽管示出火花点火部件，但是在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其它燃烧室可以在具有或不具有点火火花的压缩点火模式下操作。
排气传感器126被示出为耦接到排放控制设备70上游的排气通道58。传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、窄带(视为双态设备的较旧系统)氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制设备71和排放控制设备70被示出为沿着排气传感器126下游的排气通道58布置。第一排放控制设备71在第二排放控制设备70的上游。设备71和设备70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其它排放控制设备或其组合。排气传感器76被示出为耦接到第一排放控制设备71下游的排气通道58。传感器76可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、窄带氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在另一实施例中，排放控制设备71和排放控制设备70可以组合成具有两个单独体积的一个单独设备，并且中置(mid-bed)传感器可以被定位在排放控制设备内的两个体积之间，以检测催化剂中间的空燃比。
诸如空气质量流量(AM)和/或温度传感器的其它传感器72可以设置在第一排放控制设备71的上游，以监测进入排放控制设备的排气的AM和温度。图1中所示的传感器位置仅是各种可能配置的一个示例。例如，排放控制系统可以包括具有紧密耦接的催化剂的局部体积设定的一个排放控制设备。
控制器12在图1中示出为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在该特定示例中示出为只读存储器106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存储器110和数据总线。控制器12可以从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，除了先前讨论的那些信号之外，所述信号还包括来自质量空气流量传感器120的感应质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)的表面点火拾取信号(PIP)；来自节流阀位置传感器的节流阀位置(TP)；来自传感器72的进入催化剂的排气的空气质量和/或温度；来自传感器76的催化剂后的排气空燃比；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。可以由控制器12从信号PIP生成发动机速度信号RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意，可使用上面传感器的各种组合，诸如不具有MAP传感器的MAF传感器，或反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。另外，该传感器连同所检测的发动机速度可以提供引入汽缸中的充气(包含空气)的估计。在一个示例中，也用作发动机速度传感器的传感器118可以在曲轴的每次回转中产生预定数量的等间隔的脉冲。另外，控制器12可以与集群显示设备136通信，例如用以向操作者提醒发动机或排气后处理系统中的故障。
存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示由处理器102可执行的用于实行下面描述的方法以及可预期但未具体列出的其它变体的指令。
控制器12从图1的各种传感器接收信号，并且采用图1的各种致动器，以基于存储于控制器的存储器上的接收的信号和指令调整发动机操作。例如，调整燃料喷射可以包括调整到电子驱动器68的脉冲宽度信号FPW，以调整喷射到汽缸的燃料量。
图2是展示用于催化剂控制的外部反馈环路250和内部反馈环路240的高级框图。内部反馈环路可以包括内环控制器203、开环控制器204、发动机205、UEGO传感器126以及将传感器电压转换成AFR的传递函数206。外部反馈环路可以包括外环控制器201、HEGO 76和将传感器电压转换成AFR的传递函数207，以及内部反馈环路。外环经由外环控制器201控制第一催化剂或第一催化剂体积71下游的空燃比(AFR)。内环控制第一催化剂上游的AFR。
控制器(诸如图1中的控制器12)可将基准(reference)AFR(ref_AFR)信号发送到外部反馈环路。基准AFR可以是第一催化剂下游的期望的AFR。ref_AFR与在第一催化剂下游测量的AFR AFR2之间的差值可以作为误差信号被发送到外环控制器201。通过将开关210与外环控制器201连接，来自外环控制器的输出与在第一催化剂上游测量的AFR AFR1之间的差值可以被计算并且被发送到内环控制器203。开环控制器204可以包括接收内环控制器203的输出的第一输入，以及第二输入211。作为一个示例，输入211可以是基于扭矩需求确定的汽缸空气充气。作为另一个示例，输入211可以是引入的空气质量。开环控制器可以解决包括碳罐净化和冷发动机加燃料的控制器(12)补偿。开环补偿给予闭环系统先起动(head start)的优势，并且允许内环控制器仅需要微调不期望的误差。开环控制器204在几个阶段中操作，首先解决每个发动机排控制，然后引导汽缸特定的加燃料，从而产生到发动机205的输出信号212，其中信号212可指示燃料喷射量。作为一个示例，信号212可以是燃料脉冲宽度信号(FPW)。响应于信号212，发动机205输出具有AFR为AFR1的排气。排气可以行进经过第一催化剂71，并且改变成AFR为AFR2。
在某些车辆工况下，诸如在稳定的发动机操作和充分的第一催化剂(71)及第二催化剂(70)活化期间，开关210可以可替代地连接到中继功能202，用于校准外环控制器201的控制参数。如果催化剂温度高于阈值，则催化剂可以被充分活化。可以基于设备(plant)200的特性来确定控制参数。设备200可以包括内部反馈环路、第一催化剂71以及放置在第一催化剂之后的HEGO传感器。图3中展示用于控制参数校准的过程。
图3示出经由反馈环路(诸如图2中所示的外部反馈环路)的催化剂控制的示例方法300。可以通过检查查找表来确定外环控制器的控制参数。在某些发动机工况下，可以通过将外部反馈环路驱动到反馈控制不稳定点来更新该查找表。
可以由车辆控制器(诸如图1中的控制器12)基于存储于控制器的存储器上的指令以及结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1所描述的传感器)接收的信号来执行用于完成方法300以及本文所包括的其余方法的指令。根据下面所描述的方法，车辆控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。
在步骤301处，通过车辆控制器确定车辆工况。控制器从发动机系统中的各种传感器获取测量结果并且估计工况，所述工况包括发动机负载、发动机速度、第一催化剂上游的质量流量、车辆扭矩需求、催化剂温度以及节流阀位置。
在步骤302处，方法300加载用于确定外环反馈控制器的控制参数的查找表。在一个实施例中，查找表可以包括存储在车辆控制器的非暂时性存储器中的预定查找表(基本查找表)。基本查找表可以包含表示配备有适度老化的催化剂的经认证的排放物开发车辆的校准。基本查找表可以适用于一系列不同老化程度的催化剂，但不一定对于非常新的或很旧的催化剂是最佳的。作为一个示例，基本查找表可以存储第一催化剂上游的质量流率和对应的控制参数。在另一个实施例中，基本查找表可以包括建模设备(诸如图2中的设备200)的质量流率和对应的系统特性，诸如系统延迟和系统增益。在发动机操作期间，可以在线计算外环控制器的控制参数作为系统特性的数学函数。在又一示例中，查找表还可以包括保存更新的控制参数或系统参数与基本控制参数或系统参数之间的差值的校正表。
在步骤303处，方法300确定车辆是否处于允许控制参数的在线更新的状况下。用于在线更新的可接受状况可以包括以下各项中的一个或多个：1)稳定的发动机操作以及充分活化的第一催化剂(71)；2)车辆动力传动系统处于可掩蔽可能由在线特性模式引起的任何噪声振动粗糙度(NVH)的状况下；3)充分的第二催化剂(70)活性，以在在线校准期间吸收突破第一催化剂(72)的排放物；以及4)控制参数更新之间的充分的时间/驱动循环，以避免过度的在线测试。可以响应于第一催化剂上游的稳定质量流量来确定稳定发动机操作的第一可接受状况。作为一个示例，可以通过传感器(诸如图1中的传感器72)测量质量流量。作为另一个示例，可以基于通过节流阀进入汽缸的质量空气流量估计质量流量。还可以通过基于以下各项中的一个或多个估计质量流量来建立稳定的质量流量：保持在一组限值内的发动机速度、任何碳罐净化操作的暂停、催化剂温度模型以及指示第一催化剂(71)活化的HEGO活性。在第二可接受状况下，可以通过已知用于掩蔽车辆NVH的发动机负载/速度和传动齿轮选择，或者通过检查车载加速度计，确定噪声振动粗糙度(NVH)水平。在第三可接受状况下，可以通过第二催化剂的温度或在该温度下的最近持续时间，确定第二催化剂(70)充分有活性的估计。在第四可接受状况下，应该基于最小持续时间或独立的驱动循环和/或查找表值可能已更改的一些其它指示，限制更新的数量。换句话说，连续查找表更新之间的持续时间不应小于阈值。这是因为参数的在线更新可能会侵入一些操作，诸如碳罐净化和其它系统诊断。如果系统准备好接受在线特性操作模式，则方法300移动到步骤304。否则，方法300移动到步骤305。
在步骤304处，方法300确定是否需要更新当前查找表。作为一个示例，可以在预定持续时间之后更新查找表。预定持续时间涉及可能的催化剂退化的持续时间。作为另一个示例，可以针对当前催化剂响应检查在开发适度老化催化剂中确定的催化剂老化模型，并且预示(signal)校正更新的机会。如果确定更新查找表，则方法300移动到步骤306，其中控制参数在当前质量流率下被重新校准。否则，方法300移动到步骤305，其中外环控制器用于催化剂控制。
在步骤306处，方法300确定AFR设定点和相应的AFR步长。在一个实施例中，AFR设定点可以是化学计量的。在另一个实施例中，AFR设定点可以从化学计量略微偏移，以便匹配典型的排放校准，这寻求提供各种调节的成分之间的排放减少的最佳折衷。例如，AFR设定点可以稍微富集，诸如0.9985。AFR步长可以被选择为AFR设定点的一小部分。例如，AFR步长可以是AFR设定点的1％至3％。在一个实施例中，可以选择富AFR步长和稀AFR步长。作为一个示例，富AFR步长可以与稀AFR步长相同。作为另一个示例，富AFR步长可以与稀AFR步长不同。步骤306还将内环控制器的输入连接到中继功能，使得外环控制器被绕过。
在步骤307处，基准AFR(诸如图2中的ref_AFR)被设定成从步骤306确定的AFR设定点。在一个实施例中，对于具有独立催化剂路径的所有发动机排，基准AFR被设定成AFR设定点。
在步骤308处，利用氧传感器(诸如图1中的传感器76)测量第一催化剂下游的实际AFR。在一个示例中，可以利用HEGO传感器来测量实际AFR。可替代地可以利用HEGO传感器来测量实际AFR。
在步骤309处，方法300可以通过从基准AFR中减去测量的AFR来计算误差。如果误差为正，则方法300在步骤310处确定是否终止控制参数校准。可以通过将内环控制器的输入从中继功能切换到外环控制器来终止校准。作为一个示例，当已收集所测量的AFR的足够的中继循环时，方法300可以终止校准。作为另一个示例，方法300可以在预定时间段之后终止校准。作为又一示例，当车辆状况在中继模式下操作不再是可接受的且更新将必须等待另一个机会运行时，方法300可以终止，但可以保留一些数据直到另外的更新是可能的。在步骤313处，基准AFR可以通过在步骤306中确定的稀AFR步长逐步变稀。
如果误差为负，则方法300移动到步骤311以确定是否终止校准过程。类似于步骤310，当已收集所测量的AFR的足够的中继循环时，可以终止校准。可替代地，可以在一段时间之后终止校准过程。然后，基准AFR可以通过在步骤306中确定的富AFR步长逐步变富。通过基于误差的符号逐步变富或逐步变稀，在第一催化剂下游测量的AFR将在延迟之后作出响应。连续的中继开关可以导致第一催化剂下游的AFR相对于AFR设定点会聚到具有接近稳定的周期和振幅的振荡。
在步骤314处，可以基于振荡的振幅和周期来确定设备200的特性，诸如系统增益和系统延迟。作为一个示例，可以基于振荡的几个循环的平均值来确定系统增益和系统延迟，因为中继循环之间可能存在略微变化。一旦为质量流量状况确定振荡的代表性周期和振幅，就可以产生计算的控制参数。作为一个示例，当前估计与基本查找表之间的差异可被记录在独立的校正表中。控制器可以使用基本表和校正表的总和作为控制参数。作为另一个示例，除了保存标称系统的控制参数的基本查找表之外，更新的控制参数被保存在可由控制器直接访问的独立的查找表中。在一个实施例中，可以对校正表或更新的查找表强制施加限值，以约束新控制参数与来自基本查找表的控制参数之间的差异。可以由诊断系统使用高于阈值的差异来检测潜在故障模式。作为一个示例，校正表中超过预定的上限和下限的参数可以被设定成限值。
图4B示出在第一催化剂下游的中继功能(relay function)输出451以及理想化测量的AFR 452。x轴指示时间，并且从左到右增加。在T1处，响应于AFR设定点420与所测量的AFR之间的负误差，中继功能输出通过步长Srich逐步变富。因此，测量的AFR首先从设定点AFR 420移开，然后靠近设定点AFR 420。在T2处，响应于从负到正的误差变化，中继功能输出通过步长Slean逐步变稀。就此而言，测量的AFR围绕设定点AFR振荡。中继输出为方波形式，也围绕设定点AFR振荡。测量的AFR 452与设定点AFR 420的每次交叉可被监测。每隔一个(every other)交叉之间的持续时间可以被测量为振荡的周期Tperiod。正峰值ymax和负峰值ymin可以被跟踪。正峰值与负峰值之间的差值可以被计算为振荡的振幅。然后可以根据方程1-2基于该周期和振幅来计算系统延迟τd和系统增益k：
方法300可以基于系统延迟和系统增益来计算控制参数。图6中呈现关于外环控制器的结构以及其控制参数的计算的细节。
转回到图3，方法300可以在步骤314处更新将校正基本查找表的校正表。基本表的值被保留以跟踪已知的适度老化的催化剂值，用于与当前状态进行比较。作为一个示例，可以更新存储在对应于当前质量流量的查找表中的增益和延迟。
在步骤315处，通过将外环控制器的输出与内部控制环路的输入连接，方法300终止校准，并且经由更新的查找表来控制催化剂。
在一个实施例中，可以通过将系统驱动到各种排气质量流量下的反馈控制不稳定点来离线构造基本查找表。换句话说，可以通过以一系列预定质量流率实行系统识别来确定控制参数或系统特性。然后，校准的查找表可以被保存在控制器的非暂时性存储器中。在实验室条件下已确定的基本查找表能够表示所有允许的质量流量，其中一些质量流量可能在在线操作中是不可获得的。另外，由于成本/封装限制而不具有第二催化剂的系统可能不能够依赖于在线更新。
图4A示出扭矩需求401、中继输出402、在第一催化剂403下游的测量的AFR以及第二催化剂404的温度随着时间的变化。
从T1到T2，经由外环控制器来控制催化剂，并且可以从加载的查找表确定控制参数。质量流量401保持在阈值410与阈值411之间。由于在从T1到T2的持续时间内质量流量的变化在阈值Th内，因此发动机控制器(诸如图1中的发动机控制器12)可以确定发动机处于稳定的发动机操作下。对于更新所需的其它条件(诸如图3的步骤303中的条件)可以做出类似的检查。第二催化剂的温度低于阈值430。
在时间T2处，响应于发动机稳定操作以及高于阈值430的第二催化剂的温度，控制器确定调谐控制参数，并且开始经由中继功能而不是外环控制器驱动催化剂。中继功能输出围绕设定点AFR 420振荡的方波。因此，第一催化剂下游的AFR围绕设定点AFR 420振荡。
在时间T3之前，控制器基于测量的AFR 403和中继输出402的振荡完成校准控制参数。催化剂是使用更新的控制参数来控制的。
可以基于内部模型控制(IMC)在系统延迟和系统增益的基础上确定控制参数。图5示出示例内部模型控制结构。P(s)是设备200的传递函数。p(s)可以基于系统延迟f和系统增益k具有以下增益积分形式：
通过将Q(s)选择为过程模型的近似逆过程模型，而没有时间延迟：
产生以下最终IMC控制器：
其中
α＝bw-mult×τ，β＝2+α 等式6
参数bw_mult允许使整体控制器变得更加激进或更不激进。在一个示例中，bw_mult可以在2至5之间。增加的β可使信号缓和，而减小的β可导致系统输出的更强大的改变。可基于等式7-8计算包括recip_eta和halfsqalpha的其它控制参数：
recipeta＝2τdα+τd 2/2+α2 等式7
图6是示出通过IMC得到的外环控制器的结构的框图。图7中示出外环控制器的详细时域实现方式，其中与图6起到相同功能的块具有相同的编号。
在与测量的AFR进行比较之前，首先通过滞后-超前滤波器(filter)601对输入信号ref_AFR进行滤波。作为一个示例，滞后-超前滤波器601可以具有传递函数其中根据等式6计算滤波器参数α和β。通过基于系统特性对期望的信号ref_AFR进行滤波，可以抑制输入的动态。该滤波器的目的是减缓基准命令，由于设备在任何特定工作点处具有的纯延迟，该基准命令太快以致于反馈控制不能被足够地控制(可能会遭受过冲)。
经滤波的ref_AFR输出sp_filt与第一催化剂下游的AFR2进行比较。诸如HEGO传感器的传感器响应于AFR输出电压信号AFR2。为了与sp_filter进行比较，可以用HEGO逆函数609处理传感器输出AFR2以得到测量的measured_afr。HEGO传递函数将电压信号转换成相应的AFR信号。sp_filt与measured_afr之间的误差err被计算并且被发送到超前-滞后滤波器602和增益调度误差块604。超前-滞后滤波器602为控制器提供有限量的预期动作。块602具有传递函数预期滤波器602包括使用β作为增益以使得当误差发生变化时信号更强大的馈通分支(feedthrough branch)。超前-滞后滤波器602还包括在超前-滞后滤波器块602中使用α和延迟增益以缓解馈通分支的影响的递归分支(recursive branch)。部分由于通过HEGO传递函数的电压至AFR转换以及部分由于整体系统非线性，该误差可能是非线性的。如果有必要，增益调度误差块604对正误差和负误差进行不同的加权，以使误差信号更线性。经由块603用系统增益进一步调整块602的输出(在等式5中得到)。块603和块604的输出被组合并且被称为gain_err，这反映了应用于基本误差(err)的信号调节。
如果达到控制器输出的削波(clip)，则通过防止饱卷(windup)的迭代项调整gain_err。只要控制器未达到饱和，则对gain_err的调整就为零。经调整的gain_err被发送到PI控制器605。PI控制器可以具有传递函数在时域中，经调整的gain_err信号可以用两个分支来处理：基于系统延迟直接对误差信号作出反应的简单控制项，以及能够抵消持久性误差的累积分支。PI控制器输出信号给削波块(clip block)606并且生成pi_out信号。削波块限制PI控制器输出bytr，PI控制器输出bytr设定限值pi_mn和pi_mx。如果对控制输出进行削波，则削波块确保控制项的内部状态不会继续增加。在削波块之前和之后的信号被发送到抗饱卷块(anti-windup block)607。
pi_out信号被发送到装置200以作出加燃料决定。例如，控制器可以调整FPW信号作为pi_out信号的数学函数，并且将FPW信号发送到燃料喷射器的驱动器。在设备200中的发动机操作之后，排气穿过第一催化剂。氧传感器测量AFR并且输出AFR2。
以此方式，外部控制环路的控制参数直接对应于表征的模型参数，可以在离线实验室测试中精确地捕获表征的模型参数，并且可以在线更新表征的模型参数以适应可能的催化剂退化。在各种排气质量流率下校准控制参数的技术效果在于，反馈控制具有最高响应水平而不会变得不稳定，即使系统的动态随着质量流量而显著改变。虽然仅仅控制参数的基本表就可能是足够的(来自等式6的bw_mult可能必须设定成相对保守的选择)，但对控制参数的在线更新可专门为车辆调整控制器，从而消除不同零件之间的可变性和/或老化的影响，并且提供更加稳健的反馈控制。控制催化剂下游的AFR的技术效果在于，即使在存在上游扰动的情况下，催化剂也可以保持高工作效率。在线更新控制参数的技术效果在于，可以响应于诸如催化剂退化的系统退化来更新控制参数。通过中继功能来控制内环的技术效果在于，可通过在催化剂下游的AFR中引起振荡来实行系统识别。通过在稳定的发动机操作期间将反馈控制驱动到不稳定点，在控制参数校准期间的质量流量可以保持恒定，其对发动机操作具有最小影响。
作为一个示例，一种用于发动机系统的方法包括：在稳定的发动机操作期间，基于控制参数响应于来自催化剂体积下游的传感器反馈，调整到汽缸的燃料喷射，这些控制参数是基于在反馈控制不稳定点处的系统识别确定的。在该方法的第一示例中，其中系统识别包括识别系统延迟和系统增益。该方法的第二示例可选地包括第一示例，并且还包括：基于催化剂体积上游的空燃比来调整燃料喷射。该方法的第三示例可选地包括第一和第二示例中的一个或多个，并且还包括：基于催化剂体积上游的质量流量来确定控制参数。该方法的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括：当催化剂体积下游的第二催化剂体积的温度高于阈值时，确定控制参数。该方法的第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括：基于经滤波的基准空燃比与传感器反馈之间的差值来调整燃料喷射，其中基于控制参数来对基准空燃比进行滤波。该方法的第六示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括：当发动机扭矩需求的变化在一定时段内低于阈值时，调整燃料喷射。
作为另一个实施例，一种用于发动机的方法包括：响应于催化剂下游的空燃比，经由反馈控制器确定燃料喷射量，其中反馈控制器的参数是基于排气质量流量经由查找表确定的；以及在稳定的发动机操作期间，基于反馈控制不稳定点处的系统识别来更新查找表。在该方法的第一示例中，该方法还包括通过将系统驱动到汽缸的每个排气质量流量下的反馈控制不稳定点来离线生成查找表。该方法的第二示例可选地包括第一示例，并且还包括：基于系统识别的反转(inverse)来确定反馈控制器参数。该方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且还包括：在系统识别期间确定系统延迟和系统增益。该方法的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括：其中反馈控制器的增益随系统增益减小而增加。该方法的第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括：其中反馈控制器的增益随系统延迟减小而增加。该方法的第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，并且还包括：基于催化剂上游的空燃比，经由内部反馈环路调整燃料喷射。该方法的第七示例可选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，并且还包括：通过经由中继功能控制内部反馈环路并绕过反馈控制器，将系统驱动到反馈控制不稳定点。
作为又一实施例，一种发动机系统包括：汽缸；燃料喷射器，其用于将燃料喷射到汽缸；第一催化剂；第二催化剂，其耦接在第一催化剂的下游；第一传感器，其用于感测第一催化剂上游的第一空燃比；第二传感器，其用于感测第一催化剂与第二催化剂之间的第二空燃比；以及发动机控制器，其被配置为具有存储于非暂时性存储器上的用于以下操作的计算机可读指令：基于来自第一传感器的反馈，通过内部反馈控制环路调整燃料喷射量；基于来自第二传感器的反馈，通过外部反馈控制环路调整燃料喷射量；以及在稳定的发动机操作期间，通过在反馈控制不稳定点处的系统识别更新外部反馈控制环路的控制参数。在系统的第一示例中，发动机控制器还被配置用于经由查找表确定外部反馈控制环路的控制参数。该系统的第二示例可选地包括第一示例，并且还包括：其中在反馈控制不稳定点处引起下游的空燃比的振荡。该系统的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且还包括：其中发动机控制器还被配置用于基于振荡的振幅和周期来确定系统增益和系统延迟。系统的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括：其中第一传感器是UEGO传感器，并且第二传感器是HEGO传感器。
请注意，本文中包括的示例性控制和估计程序可以被用于各种发动机和/或交通工具系统配置。本公开的控制方法和程序可以在非暂时性存储器中被储存为可执行指令，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件结合的控制器的控制系统来实施。本文描述的具体程序可以表示任意数量处理策略的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。就此而言，图示说明的各种动作、操作和/或功能可以以图示说明的顺序并行地执行或在某些情况下省略。同样地，处理的顺序不一定是实现本文描述的示例性实施例的特征和优势所必需的，而是被提供以易于图示说明和描述。根据所使用的特定策略，图示说明的动作、操作和/或功能中的一个或更多可以被反复执行。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可以以图表形式表示为被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器的代码，其中所描述的动作通过执行在包括各种发动机硬件部件的系统中的指令并结合电子控制器来实施。
应认识到，本公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，以上技术能够被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和配置以及其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或其等效表达形式。这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改当前权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而得要求保护。这样的权利要求，不论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同还是不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机系统的方法，包括：
在稳定的发动机操作期间，基于控制参数响应于来自催化剂体积下游的传感器反馈调整对汽缸的燃料喷射，所述控制参数是基于在反馈控制不稳定点处的系统识别确定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中系统识别包括识别系统延迟和系统增益。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述催化剂体积上游的空燃比调整所述燃料喷射。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述催化剂体积上游的质量流量确定所述控制参数。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括当所述催化剂体积下游的第二催化剂体积的温度高于阈值时，确定所述控制参数。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括基于经滤波的基准空燃比与所述传感器反馈之间的差值调整所述燃料喷射，其中所述基准空燃比是基于所述控制参数而被滤波的。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括当发动机扭矩需求的变化在一定时段内低于阈值时，调整所述燃料喷射。
8.一种用于发动机的方法，包括：
响应于催化剂下游的空燃比，经由反馈控制器确定燃料喷射量，其中所述反馈控制器的参数是基于排气质量流量经由查找表确定的；以及
在稳定的发动机操作期间，基于反馈控制不稳定点处的系统识别更新所述查找表。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括通过将所述系统驱动到每个排气质量流量下的反馈控制不稳定点，离线生成所述查找表。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述系统识别的反转来确定反馈控制器参数。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在系统识别期间确定系统延迟和系统增益。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述反馈控制器的增益随着系统增益减小而增加。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述反馈控制器的增益随着系统延迟减小而增加。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述催化剂上游的空燃比，经由内部反馈环路调整所述燃料喷射。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括通过经由中继功能控制所述内部反馈环路并绕过所述反馈控制器，将所述系统驱动到反馈控制不稳定点。
16.一种发动机系统，包括：
汽缸；
燃料喷射器，其用于将燃料喷射到所述汽缸；
第一催化剂；
第二催化剂，其耦接在所述第一催化剂下游；
第一传感器，其用于感测所述第一催化剂上游的第一空燃比；
第二传感器，其用于感测所述第一催化剂与所述第二催化剂之间的第二空燃比；以及
发动机控制器，其被配置为具有存储于非暂时性存储器上的用于以下操作的计算机可读指令：
基于来自第一传感器的反馈，通过内部反馈控制环路调整燃料喷射量；
基于来自第二传感器的反馈，通过外部反馈控制环路调整燃料喷射量；以及
在稳定的发动机操作期间，通过在反馈控制不稳定点处的系统识别更新所述外部反馈控制环路的控制参数。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述发动机控制器还被配置用于经由查找表确定所述外部反馈控制环路的控制参数。
18.根据权利要求16所述的系统，其中在所述反馈控制不稳定点处引起下游的所述空燃比的振荡。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述发动机控制器还被配置用于基于所述振荡的振幅和周期确定系统增益和系统延迟。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一传感器是UEGO传感器，并且所述第二传感器是HEGO传感器。
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