CN110857666B - 利用补偿学习策略增强发动机部件诊断稳健性的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用补偿学习策略诊断内燃机部件的方法，该方法包括通过致动器命令操作部件，以建立代表第一部件操作模式的第一操作参数。该方法还包括识别对第一操作模式产生负影响的第一参数的漂移。该方法还包括确定对致动器命令的补偿，以在第一操作模式期间抵消第一参数的漂移。该方法还包括使用所确定的致动器命令补偿来确定对第一参数的补偿。该方法还包括将所确定的参数补偿直接应用于第一参数。该方法还包括利用致动器命令操作部件，从而建立代表第二部件操作模式的第二操作参数。此外，该方法包括识别对第二操作模式产生负影响的第二参数的漂移。

Description

利用补偿学习策略增强发动机部件诊断稳健性的系统和方法
引言
本发明涉及一种利用补偿学习策略增强内燃机部件诊断稳健性的系统和方法。
现代的内燃机通常采用控制系统通过执行针对诸如传感器和致动器的各种发动机部件的诊断算法而监测和调整发动机性能。与标称部件行为相比，这种学习策略经常用于补偿由于部件间变化和部件老化引起的性能偏差。
通常，这样的策略包括测量和存储分量部件偏差的学习阶段，以及将学习补偿应用于控制信号或命令的释放阶段。在一些情况下并且对于某些部件而言，可以使用学习功能来执行物理链接至已经进行学习补偿的第一部件参数的第二部件参数的诊断观察。
针对特定部件的这种学习功能的使用可能导致第一部件参数的学习补偿对第二部件参数的诊断观察产生影响。然而，在诊断观察第二参数期间移除第一部件参数的学习补偿会产生侵入性测试，该测试可能导致主题部件的某些性能目标无法满足。
发明内容
一种利用补偿学习策略诊断内燃机部件的方法包括通过由电子控制器发出的致动器命令来操作发动机部件。具体而言，致动器命令用于建立代表第一部件操作模式的第一操作参数。该方法还包括经由电子控制器识别对第一操作模式产生负影响的第一操作参数的漂移。该方法还包括经由电子控制器确定对致动器命令的命令补偿，从而在第一操作模式期间抵消第一操作参数的漂移。该方法还包括经由电子控制器利用所确定的对致动器命令的补偿而确定对第一操作参数的参数补偿。该方法还包括将所确定的参数补偿直接应用于第一操作参数。该方法还包括利用致动器命令操作发动机部件以建立代表第二部件操作模式的第二操作参数。此外，该方法包括经由电子控制器识别对第二操作模式产生负影响的第二操作参数的漂移，同时将所确定的参数补偿直接应用于第一操作参数，而不将所确定的命令补偿应用于致动器命令。
确定参数补偿的步骤可包括将命令补偿转换为增量参考补偿值，以直接应用于第一操作参数，同时识别第二操作参数的漂移。
将命令补偿转换为增量参考补偿值的步骤可包括使用编程到控制器中的数学关系式。
将命令补偿转换为增量参考补偿值的步骤可包括访问凭经验收集的对致动器命令的确定补偿值与增量参考补偿值的查找表。
该发动机可以是压燃式发动机，该部件可以是配置为将燃料注入发动机的喷射器。
第一操作参数可以是相对较小的喷射量，而第一操作模式是引燃燃料喷射。
第二操作参数可以是相对较大的喷射量，而第二操作模式是主燃燃料喷射。
识别第二操作参数的漂移同时将所确定的参数补偿直接应用于第一操作参数而不将所确定的命令补偿应用于致动器命令的步骤可包括维持燃烧室中的预燃温度并维持发动机中的燃烧稳定性。
可替换地，第二操作参数可以是相对较小的喷射量，而第二操作模式可以是燃烧后燃料喷射。
该发动机可包括配置为减少发动机废气排放的排气后处理(AT)装置。在这样的情况下，识别第二操作参数的漂移同时将所确定的参数补偿直接应用于第一操作参数而不将所确定的命令补偿应用于致动器命令的步骤可包括维持AT装置有效运行以及因此维持发动机废气排放减少中的至少一者。
本发明还公开了一种利用补偿学习策略诊断内燃机部件的系统，例如通过执行上述方法的电子控制器。车辆可使用此类系统。
结合附图和所附权利要求，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将从以下对实施例的详细描述和用于执行所述公开内容的最佳模式中变得显而易见。
附图说明
图1是内燃机连接至具有后处理(AT)系统的排气系统的车辆的示意平面图，该AT系统具有用于减少废气排放的多个AT装置，该车辆包括使用电子控制器执行用于诊断发动机部件的补偿学习策略的系统。
图2是具有燃烧室和图1所示内燃机中代表性发动机部件的发动机气缸的特写示意图。
图3是利用补偿学习策略来诊断图1和图2中所示的内燃机部件的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图，其中在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件，图1示意性地示出了机动车辆10。车辆10包括配置为通过驱动轮14推进车辆的内燃机12。内燃机12可以是压燃式发动机或柴油发动机。通常而言，当特定量的环境进气气流16与从燃料箱20供应的计量燃料量18混合并且所得到的空气-燃料混合物被压缩到发动机气缸13(如图2所示)的燃烧室13A内时，发生柴油发动机12中的内燃。
如图所示，发动机12可包括配置为收集来自发动机气缸13的废气的排气歧管22。该发动机还包括涡轮增压器24，涡轮增压器24与气缸13流体连通，例如通过排气歧管22。涡轮增压器24由废气流驱动，特别是在每次燃烧事件之后由发动机12的各个气缸13例如通过排气歧管22释放的废气26。涡轮增压器24连接至排气系统28，排气系统28接收废气26并最终将废气排放到环境中，通常在车辆10的侧面或后面。涡轮增压器24还使用排气26流来对进气气流16加压。
车辆10还包括发动机排气后处理(AT)系统30。AT系统30包括多个排气后处理装置，其配置为从排气26有序地去除大部分含碳颗粒副产物和发动机燃烧的排放物成分。如图1和图2所示，AT系统30作为排气系统28的一部分操作。AT系统30包括至少一个AT装置，例如，设置在涡轮增压器24下游的第一AT装置32和设置在第一AT装置下游的第二AT装置34。第一AT装置32可紧密联接至涡轮增压器24，并设置在车辆10的发动机机舱11内，用于紧密靠近发动机12。第一AT装置32与发动机12的这种紧密联接可以提供紧凑的组装布置，从而使得在冷启动发动机12后在排气26的后处理过程中最小化AT系统30致动(即点火)的时间。AT系统30还可以包括位于第一AT装置32和第二AT装置34下游的排气气流中的其它AT装置(未示出)。
如图所示，第一AT装置32可以是柴油氧化催化剂(DOC)，而第二AT装置34可以是选择性催化还原(SCR)催化剂和过滤器。DOC的主要功能是减少一氧化碳(CO)和非甲烷碳氢化合物(NMHC)。当存在时，DOC另外被配置为产生二氧化氮(NO2)，其可以由远离DOC下游布置的SCR使用。SCR的主要功能是降低排气26中的氮氧化物(NOX)的浓度。
AT系统30还包括排气通道22A，排气通道22A可以是排气歧管22的一部分，配置为将来自发动机气缸13的排气气流26输送到涡轮增压器24，并且排气通道36配置为将涡轮增压器24后部的排气26输送至第一AT装置32。进气气流16经由进气通道38供应至发动机12，用于与燃料18混合，以产生燃烧，从而操作发动机，并产生排气26的气流。发动机12可包括发动机部件40，发动机部件40用于通过由电子控制器发出的控制信号利用致动器命令来操作发动机部件，下文将对此进行详细描述。
发动机部件40可以是采用学习策略的部件，该学习策略诊断校准的零点和控制范围，该控制将在不关闭的情况下受益于自校准。具体而言，发动机部件40可以是经由喷射器轨道42供应有燃料18并且用于将燃料18喷射到发动机气缸13中的燃料喷射器。虽然发动机12可包括发动机部件40的其他示例，例如传感器和致动器，但是本发明的其余部分将集中于主题部件的燃料喷射器实施例。因此，从此开始，燃料喷射器将标有数字40。内燃机12通常可以具有多缸配置，每个气缸13采用至少一个此类燃料喷射器40。
气流传感器44可设置在进气通道38中并配置为检测在其操作期间供应至发动机12的气流16的量，并且这样的数据可以用于控制喷射到气缸13中的燃料18的量。排气通道46配置为接收AT装置34后部所处理的排气26A，并使所处理的排气通过排气系统28的其余部分遗迹第二经过处理的第二AT装置34后部的排气26A，并使经处理的排气通过排气系统28的其余部分和AT系统30的其余部分。
车辆12还包括系统48，系统48配置为使用将在下面详细描述的补偿学习策略来执行部件40的诊断。系统48还被配置为减小一个组件40的操作参数的学习补偿对另一个组件40操作参数的诊断观察的影响，而不会不利地影响主题部件的性能。车辆10还包括配置为调整AT系统30的电子控制器50，并且因此，该控制器可以是AT系统的一部分。控制器50是系统48的一部分，并且可以是独立单元，或者是调整发动机12的操作的电子控制单元(ECU)的一部分。控制器50设置在车辆10上，并且包括处理器和易于访问的非暂时性存储器。用于控制AT系统30的操作的指令被编程或记录在控制器50的存储器中，并且处理器配置为在车辆10的操作期间执行来自存储器的指令。
控制器50通常编程为调整喷射器40以将燃料18喷射到气缸13中以使发动机12能够运行。具体而言，控制器50被编程为在特定的第一事件期间(例如在冷启动期间)利用致动器命令52(例如，经由控制信号传送)来操作喷射器40，以建立代表部件40(即，喷射器)操作的第一模式的第一操作参数54。第一操作参数是相对较小的喷射量，例如，在单个气缸中，每个发动机冲程的单次喷射在1-3mm3/冲程的范围内。第一操作模式是在上止点(BTDC)之前大约10度激活引燃燃料喷射以加热燃烧室13A。在此实施例中，喷射器40操作的第一模式可以例如由用于每个发动机冲程的单次喷射的1-3mm3/冲程(喷射器)的小喷射量限定，如上所述，并且因此配置为支持发动机12的冷启动。
控制器50还编程为识别或诊断对喷射器40操作的第一模式产生负影响(即，造成故障)的第一操作参数54的漂移。控制器50还编程为确定对致动器命令52的命令补偿56，从而在喷射器40操作的第一模式期间抵消第一操作参数54的漂移。控制器50还编程为利用对致动器命令52的确定补偿56确定对第一操作参数54的参数补偿58。参数补偿58的这种确定可包括将命令补偿56转换为增量参考补偿60的值以直接应用于第一操作参数54。
控制器50还编程为将所确定的参数补偿58直接应用于第一操作参数54。具体而言，所确定的参数补偿58直接应用于第一操作参数54，从而在喷射器40的第一操作模式期间抵消所识别的第一操作参数的漂移，而不将所确定的命令补偿56直接应用于致动器命令52。通常而言，操作参数的漂移表示在实现主题参数时会损失精度，即，使参数偏离其目标值。在喷射器40的第一操作模式期间第一操作参数漂移的情况下，可指示不正确量的燃料18被喷射到气缸13中。将不正确量的燃料18喷射到气缸13中可能对发动机的燃烧效率不利，对AT装置32、34在从排气26中去除颗粒副产物和燃烧的排放物成分中的操作有害。
控制器50还编程为使用致动器命令52操作喷射器40，以建立代表第二模式的喷射器40操作的第二操作参数62。第二操作参数62可以是相对较大的喷射量(例如，在5-150mm3/冲程的范围内)、每个发动机循环喷射的累积燃料量、多个气缸的每次冲程多次喷射。第二种操作模式是主燃烧燃料喷射，其在2-5度BTDC左右启动(在典型的柴油发动机中主要喷射通常发生在20度BTDC到5度ATDC的全范围内)以启动燃烧室13A中的完全燃烧。在此实施例中，喷射器40操作的第二模式可以例如由5-150mm3/冲程范围的大喷射量限定，并且配置为支持发动机12在常规操作温度范围内的操作，并响应操作者的要求产生发动机扭矩。主燃烧燃料喷射的其它示例可包括特定的操作条件，例如发动机12在瞬时机动期间的起动和加燃料。
可替代地，第二操作参数62可以是相对较小的喷射量，例如，在单个气缸中，每发动机冲程单次喷射在1-3mm3/冲程范围内。在此实施例中，喷射器40操作的第二模式可以是在上止点(ATDC)之后约100毫秒或10-30度激活燃烧后燃料喷射。燃烧后燃料喷射可以例如由1-3mm3/冲程范围内的较小喷射量限定，并且配置为在气缸13中主燃烧之后保持AT装置32、34的有效操作温度。因此，识别第二操作参数62的漂移同时将所确定的参数补偿58直接应用于第一操作参数54而不将所确定的命令补偿56应用于致动器命令52的步骤包括维持燃烧室13A中的预燃温度以及维持发动机12的燃烧稳定性中的至少一者。
此外，控制器50编程为识别或诊断对喷射器40操作的第二模式产生负影响的第二操作参数62的漂移。第二操作参数62的漂移的识别发生在所确定的参数补偿直接应用于第一操作参数54而不将所确定的命令补偿56应用之致动器命令52时。因此，控制器50配置为在第二操作模式期间执行第二操作参数62漂移的非侵入式诊断，即，在第二操作参数62诊断期间，所补偿的第一操作参数54和第一操作模式不受影响。这种诊断还允许控制器识别部件(例如喷射器)40的健康状况和性能，以支持第二喷射器操作模式，而不会不利地影响喷射器支持第一操作模式的能力。
控制器50还可配置为确定并向第二操作参数62施加补偿，从而在第二操作模式期间抵消所识别的漂移，而不影响喷射器40操作的第一模式。通过识别第二操作参数62的漂移，同时将所确定的参数补偿58直接应用于第一操作参数54并且不将所确定的命令补偿56应用于致动器命令52，控制器50配置为维持AT装置32、34的有效操作，并因此维持发动机废气排放的减少。
参数补偿58的确定步骤可包括将命令补偿56转换为增量参考补偿值64以直接应用于第一操作参数54。增量参考补偿值64旨在直接向第一操作参数54提供特定的增量变化，绕过对致动器命令52的修改以允许识别第二操作参数62的漂移。控制器50还可配置为经由数学关系式66将命令补偿56转换为增量参考补偿值64。数学关系式66旨在编程到控制器50中，并用于响应于所确定的命令补偿值56来计算增量参考补偿值64。可替代地，控制器50可编程为通过访问所确定的致动器命令补偿56与增量参考补偿值64的凭经验导出的数据查找表68，将确定的命令补偿值56转换为增量参考补偿值64。换句话说，数据查找表68包括所确定的致动器命令补偿56，用于使喷射器40的操作被交叉参考或与凭经验导出的增量参考补偿值64相关。
控制器50还可编程为确定喷射器轨道42中的压力，以及用于运行发动机12的燃料喷射器40的喷射定时。控制器50还可编程为确定每个发动机循环由每个燃料喷射器40产生的燃料18的喷射或脉冲数量。总的来说，系统48使用补偿学习策略来执行在第二操作模式期间发动机部件40性能漂移的非侵入式诊断，从而使得所补偿的操作参数54以及所伴随的第一操作模式不受影响。
图3示出了使用补偿学习策略的方法100，其使用补偿学习策略来诊断内燃机部件40，如上面图1和图2所示。方法100可以经由被编程为调节发动机12的操作的电子控制器50来执行。方法100在框102中启动，通过发动机部件(例如燃料喷射器40)操作发动机12。在整个方法中，并且从框102开始，该方法通常包括将预定量的气流16和燃料18供应至发动机12。在框102之后，该方法进行到框104，其中该方法包括使用由电子控制器50发出的致动器命令52来操作发动机部件40，以建立代表第一部件操作模式的第一操作参数54。
在框104之后，该方法进行到框106。在框106中，该方法包括经由电子控制器50识别对第一操作模式产生负影响的第一操作参数54的漂移。在框106之后，该方法进行到框108，其中该方法包括经由电子控制器50确定对致动器命令52的命令补偿58，以在第一操作模式期间抵消第一操作参数54的漂移。在框108之后，该方法进行到框110。在框110中，该方法包括经由电子控制器利用所确定的对致动器命令52的补偿58而确定对第一操作参数54的参数补偿58。
在框110中确定参数补偿58的步骤可包括将命令补偿转换为增量参考补偿值64，以直接应用于第一操作参数54，同时识别第二操作参数62的漂移。将所确定的参数补偿58转换为增量参考补偿值64的步骤可包括利用编程到控制器50中的数学关系式66，如上面参考图1和图2所述的。可替换地，将所确定的参数补偿58转换为增量参考补偿值64的步骤可包括访问所确定的对致动器命令52的参数补偿值58及增量参考补偿值的查找表68。
在框110之后，该方法移动到框112。在框112中，该方法包括将所确定的参数补偿58直接应用于第一操作参数54，以在第一操作模式期间抵消第一操作参数54的漂移，而不将所确定的命令补偿58应用于致动器命令52。在框112之后，该方法可以进行到框114。在框114中，该方法可包括利用致动器命令52操作发动机部件40，从而建立代表部件操作的第二模式的第二操作参数62。
在框114之后，该方法移动至框116。在框116中，该方法包括经由电子控制器识别对第二操作模式产生负影响的第二操作参数62的漂移。第二操作参数62的漂移的主题识别发生在控制器50将所确定的参数补偿58直接应用于第一操作参数54并且不将所确定的命令补偿56应用于致动器命令52的情况下。在框116之后，该方法可前进到框118，其中该方法包括经由电子控制器50确定并应用对部件40的第二操作参数62的补偿，以在第二操作模式期间抵消部件的漂移。在框116或118之后，该方法可以循环回到框104，以使用致动器命令52继续操作发动机部件40，以建立代表第一部件操作模式的第一操作参数54。
因此，控制器50可编程为连续监测发动机12、发动机部件(例如，喷射器)40和AT系统30的操作，并且作为方法100的一部分在第二操作模式期间执行主题部件40性能漂移的非侵入式诊断。方法100具体配置为执行诊断，从而使得所补偿的操作参数54和所伴随的第一操作模式不受影响。换言之，方法100配置为减小学习补偿一个部件40的操作参数对另一个部件40的操作参数的诊断观察的影响，而不会在实现第一操作模式目标时对主题部件的性能产生不利影响。
具体实施方式和附图是本发明的支持和描述，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的公开内容的一些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实践所附权利要求中所限定的本发明的各种替代设计和实施例。此外，附图中示出的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不必被理解为彼此独立的实施例。相反，可以将实施例的一个示例中描述的每个特征与来自其它实施例的一个或多个其它期望特征组合，从而产生未在文字中或通过参考附图描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落入所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种利用补偿学习策略进行内燃机部件诊断的方法，所述方法包括：
利用由电子控制器发出的致动器命令操作所述内燃机部件，从而建立代表第一部件操作模式的第一操作参数；
经由所述电子控制器识别对所述第一部件操作模式产生负影响的所述第一操作参数的漂移；
经由所述电子控制器确定对所述致动器命令的命令补偿，从而在所述第一部件操作模式期间抵消所述第一操作参数的所述漂移；
经由所述电子控制器利用所述确定的对所述致动器命令的补偿而确定对所述第一操作参数的参数补偿；
将所述确定的参数补偿直接应用于所述第一操作参数；
利用所述致动器命令操作所述内燃机部件，从而建立代表第二部件操作模式的第二操作参数；以及
经由所述电子控制器识别对所述第二部件操作模式产生负影响的所述第二操作参数的漂移，同时将所述确定的参数补偿直接应用于所述第一操作参数，而不将所述确定的命令补偿应用于所述致动器命令。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述参数补偿的步骤包括将所述命令补偿转换为增量参考补偿值，以直接应用于所述第一操作参数，同时识别所述第二操作参数的漂移。
3.如权利要求2所述的方法，其中，将所述确定的参数补偿转换为所述增量参考补偿值的步骤包括使用编程到所述控制器中的数学关系式。
4.如权利要求2所述的方法，其中，将所述确定的参数补偿转换为所述增量参考补偿值的步骤包括访问所述确定的对所述致动器命令的所述参数补偿值及增量参考补偿值的查找表。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述内燃机是压燃式内燃机，并且所述部件是配置为将燃料喷射到所述内燃机中的喷射器。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述第一操作参数时相对较小的喷射量，所述较小的喷射量是指每个发动机冲程的单次喷射在1-3mm 3/冲程的范围内，所述第一部件操作模式是引燃燃料喷射。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述第二操作参数是相对较大的喷射量，所述较大的喷射量是指每个发动机冲程的单次喷射在5-150mm 3/冲程的范围内，所述第二部件操作模式是主燃燃料喷射。
8.如权利要求7所述的方法，其中，识别所述第二操作参数的所述漂移同时将所述确定的参数补偿直接应用于所述第一操作参数而不将所述确定的命令补偿应用于所述致动器命令的步骤包括维持燃烧室中的预燃温度以及维持所述内燃机内燃烧稳定性中的至少一者。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述第二操作参数是相对较小的喷射量，所述较小的喷射量是指每个发动机冲程的单次喷射在1-3mm 3/冲程的范围内，所述第二部件操作模式是燃烧后燃料喷射。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述内燃机包括配置为减少内燃机废气排放的排气后处理(AT)装置，并且其中，识别所述第二操作参数的所述漂移同时将所述确定的参数补偿直接应用于所述第一操作参数而不将所述确定的命令补偿应用于所述致动器命令的步骤包括维持所述排气后处理(AT)装置的有效操作以及因此维持内燃机废气排放的减少。
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