CN110582628A - 对来自探测器的丰度信号的振荡进行过滤和校正的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种过滤和校正方法，该过滤和校正方法用于在产生使探测器所测量的丰度信号(Mes sond sam)振荡的发动机的至少一个运行条件期间以及探测器模型改变期间过滤并校正该丰度信号(Mes sond sam)，该探测器是所谓的上游探测器，通过存储代表该条件有效的发动机运行参数的值，在发动机上进行与发动机处预确定丰度设定值(Consrich sond)的调整相关的预先测试时，识别出运行条件。一旦在发动机运行的给定时刻检测到该至少一个值，第一滤波中止并被用于过滤测量丰度(Mes sond sam)的第二滤波代替。然后，在对该探测器的至少一个参数(ttrans、treps)进行校正。

Description

对来自探测器的丰度信号的振荡进行过滤和校正的方法
技术领域
本发明涉及一种用于过滤和校正的方法，该方法在导致丰度信号振荡的发动机的至少一个运行条件、以及探测器的模型改变期间对来自探测器的丰度信号进行过滤和校正。该探测器是设置在热力发动机的出口处的排气管路中的探测器，并且由于通常设置在催化器的上游而称为上游探测器。
背景技术
发动机中空气/燃料混合物的丰度调节根据上游探测器处丰度设定值、以及通过第一滤波过滤的上游探测器所测定丰度来执行，该上游探测器处丰度设定值在发动机处预确定丰度设定值和探测器的至少一个运行参数的基础上通过探测器模型来改正。
优选地，本发明适用于具有汽油燃料控制点火并增压的发动机。汽油名称包括基于汽油、乙醇或液化石油气的混合物。这不是限制性的，并且本发明可适用于任意机动装置。
参照未限制本发明的图1，示出了涡轮增压的热力发动机1以及发动机出口处的涡轮机2。在排出来自发动机1的气体的排气管路上存在催化器3，该催化器3被上游探测器4a和下游探测器4b围绕。有利地，催化器3是氧化还原催化器。该组合件在现有技术中是已知的。排气管路可以包含一个或多个其他选择性污染消除元件，例如颗粒过滤器、主动或被动氮氧化物捕集器、或者针对柴油发动机的选择性催化还原系统。
发动机的运行由命令控制单元控制，该命令控制单元向每个气缸的入口处分配发动机中的燃料丰度设定值。
因此，对发动机中空气/燃料混合物的丰度调节可以根据在上游探测器处估计出的丰度设定值来执行，该上游探测器处的估计丰度设定值是基于发动机处的预确定丰度设定值以及上游探测器所测定的丰度。
有利地，比例上游探测器用于测量催化器上游的丰度并将该丰度调节在热力发动机的命令控制单元所确定的设定值附近。在大多数情况下，当发送机处的丰度设定值改变时，更具体地是由命令控制单元确定的在发动机的至少一个气缸处的丰度设定值改变时，该探测器处设定值是通过使用代表系统性能和探测器性能的模型而得出的。
确定探测器处的丰度设定值的主要困难在于，通常存在根据例如排出气体流量的发动机运行条件而可在发动机处丰度设定值与探测器处丰度设定值之间变化的延迟时间、以及可变反应时间。为了补偿延迟时间和反应时间，最常使用内部模型以表示气体从发动机到探测器的传输时间以及探测器的反应时间。这样的模型用于将喷射器处的丰度设定值转换成探测器处的丰度设定值。这将在下文中进行更具体的描述
在下文中，将把发动机中的扫气作为运行条件的示例。这不是限制性的，并且引起不同过滤和探测器模型校正的运行条件可以不是扫气。
再次参照图1，为了更快速地重启动涡轮增压器，其中涡轮机标注为2，发动机的命令控制单元允许在某些阶段进行扫气。这旨在通过热力发动机的气缸气门的打开重叠而允许新鲜空气进入到排气管，而不会被燃烧。在这些阶段中，催化器上游的平均丰度必须有利于减少污染排放。
对催化器上游的丰度的调节将使用由上游探测器给出的丰度测量。基于汽缸燃烧室的丰度设定值或发动机丰度设定值，可以通过具有延迟的一次函数来模拟得出探测器处的丰度设定值。
为了优化催化器的污染物转化效率，可以在丰度调节中限定上游探测器处的丰度设定值改变，该丰度设定值改变称为催化器窗口，其给出围绕上游探测器处估计丰度设定值的设定值变化范围
通过上游探测器处丰度设定值进行调节形成主要困难。例如，这种困难出现在扫气激活的阶段或在发动机的其他运行条件下，在这些运行条件下发动机内产生氧气流且该氧气流被输送到排气管路。
这些氧气流经过气缸的一个或多个排气门而被输送到该气缸或每个气缸，并且可通过在丰度信号上产生规律脉冲来影响上游探测器的测量。这以示例在图3中示出。振荡频率与发动机转速有关，而振幅取决于扫气率。
针对从5％变化至30％的不同扫气率，图3示出了丰度信号Rich根据时间t的振荡。具有最高扫气率的丰度信号标注为具有方形的曲线，而具有最低扫气率的丰度信号标注为具有星形的曲线，扫气率越高，振荡的振幅越大。
探测器处丰度设定值不会参与这些振荡，因此在丰度调节器的入口处观测到偏差，该丰度调节器负责通过探测器处的真实测量丰度来跟踪丰度设定值。该现象过快同时仅通过几个计算时间步而得出，因此该偏差可以得到有效校正，校正的效果只有在一定延迟之后才可见。丰度调节器甚至可能通过可能的校正来放大丰度振荡。
可以对探测器所测丰度信号进行过滤，以便限制或消除调节器所见的振荡。然而，过滤可在丰度信号上施加延迟并因此导致探测器模型的改变，在该探测器模型中，考虑至少一个探测器参数，以在发动机处丰度设定值和探测器处丰度设定值之间建立联系。
例如，可以考虑探测器的两个参数，这两个参数是由于探测器与发动机的距离而导致的延迟时间和该探测器固有的反应时间。调节器会将这种变化视为其尝试错误校正的测量偏差。
文献FR-A-3 026 780公开了一种机动车辆的热力发动机，其包括至少一个汽缸、排气管路、设置在排气管路上的丰度探测器、以及丰度设定值确定模块，该模块根据在该至少一个汽缸中的丰度设定值来确定探测器处的丰度设定值。确定模块配置成通过使用第一计算规则来确定探测器处的丰度设定值。
在该文献中，调节模块配置成根据表示探测器所测量出的丰度与探测器处的丰度设定值之间的差距的值而基于第一计算规则来确定在该至少一个汽缸中待实施的丰度校正。
该文献给出了探测器模型的选择示例，该选择示例包括使用一阶滤波器作为探测器的响应时间的基本模型，并且旨在在发动机处于怠速运行的情况下切换为线性模型或二阶滤波器。因此有利地，将调节器的内部模型改变成史密斯预估器，以符合线性探测器模型或二阶探测器模型。
在本文献给出的另一示例中，使用一阶滤波器作为探测器的反应时间的基本模型，并且在探测器尚未达到最优运行温度的情况下切换到二阶滤波器，在探测器的温度小于其额定运行温度时，信号的动态变化较小。
然而，该文献不涉及在产生丰度信号振荡的发动机的至少一个运行状况期间对在探测器处测得的丰度信号进行滤波和校正。
发明内容
因此，本发明所要解决的主要问题是减少或完全消除振荡并修改探测器模型，该振荡在发动机的一个或多个特定运行条件期间在空气/燃料混合物的丰度信号上形成，该空气/燃料混合物的丰度信号由设置在热力发动机的出口处的排气管路中的探测器测量，修改探测器模型可使发动机处丰度设定值与探测器处测量丰度设定值相对应。
为了实现该目的，根据本发明提供了一种过滤和校正方法，该过滤和校正方法用于在产生使丰度信号振荡的发动机的至少一个运行条件、以及探测器模型改变期间过滤和校正探测器所测量的丰度信号，该探测器是设置在热力发动机出口处的排气管路中的所谓上游探测器，根据上游探测器处丰度设定值进行发动机中空气/燃料混合物的丰度调节，探测器模型校正该上游探测器处丰度设定值，该探测器模型是基于发动机处预确定丰度设定值和探测器的至少一个运行参数、以及第一滤波过滤的上游探测器测量丰度，该方法的特征在于，通过存储代表该至少一个条件有效的发动机的至少一个运行参数的至少一个值，在发动机上进行与发动机处预确定丰度设定值的调整相关的预先测试时，识别出使丰度信号产生振荡的发动机的至少一个运行条件，并且，一旦在发动机运行的给定时刻检测到该至少一个值，第一滤波中止，该第一滤波被用于过滤测量丰度的第二滤波代替，并且在检测到该至少一个值时对该探测器的至少一个参数进行校正。
技术效果是实施不同于第一滤波或额定滤波的第二滤波。这允许减少甚至消除由产生这些振荡的发动机运行条件的存在而导致的丰度振荡，该运行条件例如但不限于扫气。使用专用于探测器模型的校准将允许更好地调整应被调节的探测器处的丰度设定值。
由于这样的第二滤波能够改变探测器的模型，因此要调整用于建立该模型所考虑的探测器参数，探测器参数主要是延迟时间和反应时间，但这不是限制。根据本发明的控制规律通过排气管路中的探测器而以丰度的调节功能实现。
用于过滤丰度测量的第二次滤波将消除所测得的丰度信号上的振荡。振荡频率总是等于发动机循环的频率，该振荡频率基本上对应于气缸的每个排气口处的新鲜空气的脉冲。因此有助于第二滤波器的调节。
有利地，第一滤波是一阶滤波，而第二滤波是二阶滤波，并且根据发动机的至少一个气缸的填充率和发动机转速来校正探测器的至少一个参数。
有利地，第二滤波具有与在给定时间的当前发动机转速成正比的固有频率，该固有频率具有校准系数。
有利地，探测器的至少一个参数通过图来校正。
有利地，探测器的参数是两个，分别是上游探测器的延迟时间、以及特别针对丰度为0.63的上游探测器的反应时间，该延迟时间取决于发动机和上游探测器之间的距离以及发动机出口处的排出气体的速度。
有利地，延迟时间和反应时间彼此独立地同时并行被校正。例如，可以复制延迟时间和反应时间的图，以便在对探测器处测量丰度使用第二滤波时校准并调整这些特征时间。
有利地，发动机的一个或多个运行条件可以单独地或组合地选自以下发动机运行参数：具有作为参数的扫气率的扫气，该扫气在发动机中以新鲜空气实施并允许未燃烧的空气进入发动机的出口处的排气管路；对发动机或排气管路进行至少一个诊断；以及对发动机进行测试或对模型的调整进行测试，该模型与排气管路中存在的去污染元件或测量传感器有关。
导致在探测器处测得的丰度信号振荡的运行条件变得越来越多，而在以后很有可能有新的条件要考虑，以对测量丰度进行过滤并对探测器模型进行校正。
有利地，当至少一个条件是扫气时，第二滤波的固有频率取决于扫气率和发动机转速。
本发明还涉及一种动力总成，该动力总成包括热力发动机、排气管路、以及命令控制单元，该排气管路包括至少一个催化器、以及上游探测器和下游探测器，该命令控制单元负责热力发动机的运行以及排气管路中的污染消除，该动力总成的特征在于，命令控制单元包括实施这种过滤和校正方法的装置，该方法用于对来自上游探测器的丰度信号进行过滤和校正。
本发明可适用于所使用的排气系统并被添加到已经存在的控制法则中，本发明允许优化发动机的性能，以实现污染消除以及可能的舒适度。在以后的机动装置中将继续使用扫气，并且丰度调节的性能要求将增加，因此使用本发明将是必不可少的。对于可能在探测器测得的丰度信号中产生振荡的测试，也是如此。
在催化器上游的探测器负责测量丰度以与由发动机丰度设定值推断出的该上游探测器处的丰度设定值进行比较的情况下，本发明可直接适用于所使用的排气管路，本发明的软件方案添加到命令控制单元中已经存在的控制规则中。
本发明提出的解决方案是纯软件式的，可以轻易地安装在发动机的命令控制单元中，并且更特别地，安装在通过上游探测器实施的催化器上游的丰度调节功能中。
有利地，上游探测器是比例氧气探测器，并且下游探测器是二元氧气探测器。
附图说明
通过阅读下面的详细描述并参照作为非限制性示例给出的附图，本发明的其他特征、目的和优点将变得显而易见，在附图中：
-图1是热力发动机以及排气管路的组合件的示意图，该排气管路包括催化器和位于催化器上游的至少一个探测器，该探测器能够用于根据丰度设定值对发动机中的丰度进行调节，根据本发明的过滤和校正方法可以针对这样的组合件实施，
-图2示出了用于实施根据本发明的滤波和校正方法的逻辑图，该滤波和校正方法用于计算探测器模型的每个参数，该参数可能已经被丰度信号的振荡改变，
-图3示出了在不同扫气率下丰度随时间变化的多条曲线，这些变化曲线具有本发明旨在减少或消除的振荡，
-图4示出了发动机处丰度设定值曲线、排气管路中的发动机出口处的上游探测器处丰度设定值曲线、以及在探测器处测得的丰度曲线，通过考虑探测器的延迟时间和反应时间而基于发动机处丰度设定值来进行对上游探测器处丰度设定值的估计，该估计在根据本发明的丰度信号过滤及校正方法的实施例中实现。
具体实施方式
应注意的是，附图作为示例给出而不是对本发明的限制。附图形成促进理解本发明的示意图，并不一定是实际应用的比例。特别地，图1所示的各种元件的尺寸不代表实际。
参照所有附图尤其是图1、图2和图4，本发明涉及一种对测量丰度Mes sond sam的信号进行过滤和校正的方法，当产生使测量丰度信号Mes sond sam振荡的发动机的至少一个运行条件以及探测器模型改变期间，该测量丰度Mes sond sam来自探测器。
根据上游探测器4a处的丰度设定值Consrich sond以及上游探测器4a所测定的测量丰度Mes sond sam对发动机1中的空气/燃料混合物进行丰度调节，通过探测器模型来校正该上游探测器4a处的丰度设定值Consrich sond，探测器模型是基于发动机处预确定丰度设定值Consrich mot以及至少探测器4a的运行参数ttrans、treps，该测量丰度Mes sondsam通过第一滤波或额定过滤进行了过滤，该第一滤波在图2中以标注Carto2D nom示出。优选地，存在待校正的探测器4a的两个运行参数ttrans、treps，这些参数将在后面详述。
例如，在图4中，在本发明的非限制性特定示例中，示出了测量丰度Med sond sam相对于丰度设定值Consrich sond具有偏差Err。来自热力发动机1的氧气流会使实际测量丰度Med sam sam振荡。因此，有必要消除或减少这些振荡。
在图4中，实际上由曲线Consrich mot示出的发动机1处丰度设定值被基于该发动机处丰度设定值Consrich mot推测出的探测器处丰度设定值Consrich sond代替，由于探测器检测到测量丰度Med sond sam，因此，在排气管路的同一点比较丰度设定值Consrichsond和测量丰度Med sond sam，以使得该比较不会出现错误。
根据本发明，在发动机1上进行与发动机1处预确定的丰度设定值Consrich sond的调整相关的预先测试时，识别出使丰度信号Med sond sam产生振荡的发动机的至少一个运行条件。这可以通过例如在发动机试验台上进行测试来完成。
存储代表该至少一个条件有效的发动机1的至少一个运行参数的至少一个值。一旦在发动机1运行的给定时刻检测到该至少一个值，第一滤波或额定过滤中止，被对测量丰度Mes sond sam的第二滤波代替。
第二滤波称为Carto2D filt。因此，根据检测到引起探测器4a处出现或不出现测量丰度振荡的发动机运行状况而交替使用第一滤波和第二滤波。当检测到该至少一个值时，就对探测器4a的一个或多个参数ttrans、treps进行校正。
在图4中，检测到是否涉及产生振荡的运行条件称为Activ filt。如果未检测到涉及振荡产生的运行条件，则进行所谓额定滤波Carto 2D nom的第一滤波并进行对至少一个探测器参数ttrans、treps的额定计算。相反地，如果检测到涉及振荡产生的运行条件，则执行不同于第一滤波的第二滤波Carto 2D filt并修改探测器的一个或多个参数ttrans、treps。
然后，异或式的例如第一滤波或第二滤波的当前滤波的结果被传输到接收模块Fus，并且在探测器4a处的测量丰度Mes sond sam中产生振荡的运行条件下，通过计算探测器参数ttrans、treps来修改探测器模型。
例如，用于额定探测器模型的图被复制。这些新的图具有特定的支承点，并且根据第二校准滤波而对每种应用进行校准。通过布尔模型实现测量丰度信号振荡时在额定模型和校正模型之间对模型的选择，该布尔模型指示对探测器4a处的测量丰度信号Mes sondsam的滤波的激活状态。
该第一滤波可以是一阶滤波，并且第二滤波可以是二阶滤波。可以根据发动机的至少一个汽缸的填充率Remp和发动机转速RM来校正探测器4a的一个或多个参数ttrans、treps。在优选实施例中，第二滤波可以具有与给定时刻的当前发动机转速成比例的固有频率，该固有频率具有校准系数。探测器4a的一个或多个参数ttrans、treps可以通过有利地是2D图的图来校正。可以存在与探测器4a的参数ttrans、treps中的每一个相关的图。
参照图1和图4，通过考虑到上游探测器4a的延迟时间ttrans、以及到达0.63的丰度或对应于丰度为63％的上游探测器4a的反应时间treps，基于发动机处预确定丰度设定值Consrich mot对上游探测器4a处的估计丰度设定值Consrich sond建模，该上游探测器4a的延迟时间ttrans取决于发动机1和上游探测器4a之间的距离、以及当前在发动机1的出口处的排出气体的速度。
因此，建模基于对延迟时间ttrans和到达63％的反应时间treps这两个特征时间的识别。这些参数可以根据运行点进行限定并通过图进行校准。
在图4中，丰度R在纵坐标上，而时间t在横坐标上。示出了发动机处设定值Consrich mot的曲线、以及上游探测器处丰度设定值Consrich sond和上游探测器测量丰度Mes sond sam的两条曲线。上游探测器处丰度设定值Consrich sond是被过滤并被改变的探测器丰度设定值。
在分别为探测器测量丰度Mes sond sam曲线和经过过滤的探测器丰度设定值Consrich sond的两条曲线之间存在偏差Err。有利地，通过1阶滤波器过滤基于发动机1的丰度的上游探测器4a处的估计丰度设定值Consrich sond。
如前所述，可以通过不同的图彼此并行地同时执行对延迟时间ttrans和反应时间treps的校正。
能够产生使丰度信号Med sond振荡的发动机1的运行条件可以通过在发动机开发过程中的测试来确定。不受限制地，一个或多个条件可以单独地或组合地采自以下参数：具有作为参数的扫气率的扫气，该扫气在发动机1中以新鲜空气实施并允许未燃烧的空气进入发动机1的出口处的排气管路；对发动机1或排气管路进行至少一个诊断；以及对发动机1进行测试或对模型的调整进行测试，该模型与排气管路中存在的去污染元件3或测量传感器4a、4b有关。在图3中已经示出了探测器处测量丰度的振荡的产生。
当产生振荡的发动机运行条件是扫气时，第二滤波的固有频率可以取决于扫气率和发动机转速RM。
本发明还涉及一种动力总成，该动力总成包括热力发动机1、排气管路、以及命令控制单元，该排气管路包括至少一个催化器3以及上游探测器4a和下游探测器4b，该命令控制单元负责热力发动机1的运行以及排气管路中的污染消除。
根据本发明，命令控制单元包括实施这种过滤和校正方法的装置，该方法用于对上游探测器4a的丰度信号Mes sond sam进行过滤和校正。
上游探测器4a可以是比例氧气探测器，而下游探测器4b可以是二元氧气探测器。
本发明不限于仅作为示例给出的描述并示出的实施例。

Claims (10)

1.一种用于过滤和校正方法，所述方法用于在产生使所述探测器测出的丰度信号(Messond sam)振荡的发动机的至少一个运行条件、以及所述探测器的模型发生改变期间过滤和校正所述测量丰度信号(Mes sond sam)，所述探测器是设置在所述热力发动机(1)的出口处的排气管路中的所谓上游探测器(4a)，根据所述上游探测器(4a)处的丰度设定值(Consrich sond)进行所述发动机(1)中空气/燃料混合物的丰度调节，所述探测器模型校正所述上游探测器处的所述丰度设定值，所述探测器模型是基于发动机处预确定丰度设定值(Consrich mot)和所述探测器(4a)的至少一个运行参数(ttrans、treps)、以及第一滤波过滤的所述上游探测器(4a)所测定的所述测量丰度(Mes sond sam)，其特征在于，通过存储代表所述至少一个条件有效的所述发动机(1)的至少一个运行参数的至少一个值，在所述发动机(1)上进行与所述发动机(1)处的预确定丰度设定值(Consrich sond)的调整相关的预先测试时，识别出使所述测量丰度(Mes sond sam)产生振荡的所述发动机的至少一个运行条件，并且，一旦在所述发动机(1)的运行的给定时刻检测到所述至少一个值，所述第一滤波中止，所述第一滤波被用于过滤所述测量丰度(Mes sond sam)的第二滤波代替，并且在检测到所述至少一个值时对所述探测器(4a)的所述至少一个参数(ttrans、treps)进行校正。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一滤波是一阶滤波，而所述第二滤波是二阶滤波，并且根据所述发动机的至少一个气缸的填充率(Remp)和发动机转速(RM)来校正所述探测器(4a)的所述至少一个参数(ttrans、treps)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二滤波具有与在给定时间的当前发动机转速成正比的固有频率，该固有频率具有校准系数。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述探测器(4a)的至少一个参数(ttrans、treps)通过图来校正。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述探测器的参数为两个，分别是所述上游探测器(4a)的延迟时间(ttrans)、以及特别针对丰度为0.63的所述上游探测器(4a)的反应时间(treps)，所述延迟时间取决于所述发动机(1)和所述上游探测器(4a)之间的距离、以及所述发动机(1)的出口处的排出气体的速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述延迟时间(ttrans)和所述反应时间(treps)彼此独立地同时并行被校正。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述发动机的一个或多个运行条件可以单独地或组合地选自以下发动机运行参数：具有作为参数的扫气率的扫气，所述扫气在所述发动机(1)中以新鲜空气实施并允许未燃烧的空气进入所述发动机(1)的出口处的排气管路；对所述发动机(1)或所述排气管路进行至少一个诊断；以及对所述发动机(1)进行测试或对模型的调整进行测试，所述模型与所述排气管路中存在的去污染元件(3)或测量传感器(4a、4b)有关。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述至少一个条件是扫气时，所述第二滤波的固有频率取决于所述扫气率和所述发动机转速(RM)。
9.一种动力总成，所述动力总成包括热力发动机(1)、排气管路、以及命令控制单元，所述排气管路包括至少一个催化器(3)、以及上游探测器(4a)和下游探测器(4b)，所述命令控制单元负责所述热力发动机(1)的运行以及所述排气管路中的污染消除，其特征在于，所述命令控制单元包括实施根据权利要求1至8中任一项所述的过滤和校正方法的装置，所述方法用于对来自所述上游探测器(4a)的所述丰度信号(Mes sond sam)进行过滤和校正。
10.根据权利要求9所述的动力总成，其中，所述上游探测器(4a)是比例氧气探测器，并且所述下游探测器(4b)是二元氧气探测器。
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