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Hintergrund und Kurzfassung
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Moderne Fahrzeuge verwenden Dreiwegekatalysatoren (TWC) für eine Abgasnachbehandlung von Benzinverbrennungsmotoren. Mit strenger werdenden Regierungsvorschriften für Kraftfahrzeugemissionen wird eine Rückkopplungssteuerung verwendet, um das Verbrennungsmotor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) angemessen zu regeln. Einige Fahrzeuge weisen einen universellen Abgassauerstoff-(UEGO)-Sensor vor dem TWC und einen erwärmten Abgassauerstoff-(HEGO)-Sensor hinter dem TWC auf, um das AFR in der Nähe der Stöchiometrie zu steuern. Dies wird erreicht, indem das AFR auf einen Sollpunkt um die Stöchiometrie geregelt wird, der wiederum auf der Grundlage der Abweichung der HEGO-Spannung von einem vorgegebenen HEGO-Spannungssollpunkt fein abgestimmt wird.
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Verschiedene Fehler in der Art eines AFR-Ungleichgewichts zwischen Zylindern könnten die UEGO-Sensorablesung jedoch gegenüber der Stöchiometrie in den reichen oder den mageren Bereich verschieben. Dies kann dazu führen, dass erhebliche Zufuhrgasemissionen, wie Kohlenmonoxid (CO) oder Stickoxide (NOx), direkt zum Auspuffrohr laufen, weil die verschobene Luft-/Kraftstoffmischung direkt dem Katalysator zugeführt wird, wodurch der Sauerstoffspeicherpuffer überlastet wird, der kurze Abweichungen von der Stöchiometrie erlaubt. Diese asymmetrischen Fehler können beispielsweise durch einen verschlechterten UEGO-Sensor, ein Zylinderungleichgewicht, das sich aus einem verschlechterten Kraftstoffeinspritzer ergibt, oder einen Fehler, der während eines Verzögerungskraftstoffabschaltereignisses herbeigeführt wird, hervorgerufen werden. Das Detektieren und Korrigieren einer asymmetrischen Verschiebung kann einschließen, dass zuerst ein intrusiver Diagnosetest ausgeführt wird, wodurch das Risiko der Erzeugung erheblicher Auspuffrohremissionen bei Vorhandensein eines existierenden Verschiebungsfehlers erhöht wird.
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Die vorliegenden Erfinder haben das vorstehende Problem erkannt und verschiedene Ansätze entwickelt, um es zu adressieren. Insbesondere werden Systeme und Verfahren zum Identifizieren und Unterdrücken asymmetrischer Fehler, welche bewirken, dass Verbrennungsmotoremissionen in den reichen oder mageren Bereich verschoben werden, offenbart. Bei einem Beispiel umfasst ein Verfahren für ein Verbrennungsmotorsystem das Erzeugen einer UEGO-Sensor-Rückkopplungssollpunkteinstellung auf der Grundlage langsamerer und schnellerer Zeitkomponenten innerhalb einer äußeren Schleife eines Katalysatorsteuersystems, das Erzeugen einer Verschiebungsversatzkorrektur der inneren Schleife anhand der langsameren Zeitkomponente und das Angeben der Verschlechterung des Verbrennungsmotorsystems auf der Grundlage eines Vergleichs der Verschiebungsversatzkorrektur mit einer Verschlechterungsschwelle. Auf diese Weise wird die Gesamt-Steuerautorität der äußeren Schleife vergrößert, während die Fahrbarkeit und Geräusch-, Vibrations- und Rauhigkeits-(NVH)-Randbedingungen aufrechterhalten werden und Emissionsstandards bei Vorhandensein eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Verschiebungsfehlers erfüllt werden.
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Bei einem anderen Beispiel umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine mit einem stromaufwärts gelegenen Abgassensor, der vor einem Katalysator angeordnet ist, und einem stromabwärts gelegenen Abgassensor, der hinter einem Katalysator angeordnet ist, folgende Schritte: Erzeugen einer Rückkopplungssollpunkteinstellung des stromaufwärts gelegenen Abgassensors auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals des stromabwärts gelegenen Abgassensors, Überwachen des Verschiebungsversatzes des stromaufwärts gelegenen Abgassensors auf eine konstante oder langsam veränderliche Verschiebung, Erzeugen einer Verschiebungsversatzkorrektur ansprechend auf die konstante oder langsam veränderliche Verschiebung und Einstellen des Rückkopplungssignals des stromabwärts gelegenen Abgassensors mit der Verschiebungsversatzkorrektur ansprechend auf ein zeitliches Ereignis. Auf diese Weise kann die Erzeugung von Auspuffrohremissionen bei Vorhandensein eines asymmetrischen Verschiebungsfehlers verhindert werden.
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Bei einem anderen Beispiel umfasst ein System zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine Folgendes: einen ersten Abgassauerstoffsensor, der hinter dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, einen Katalysator, der hinter dem ersten Abgassensor angeordnet ist, einen zweiten Abgassauerstoffsensor, der hinter dem Katalysator angeordnet ist, eine Steuereinrichtung in Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten Abgassauerstoffsensor, wobei die Steuereinrichtung eine innere Rückkopplungssteuerschleife zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors mit einer über den ersten Abgassauerstoffsensor bereitgestellten Rückkopplung und eine äußere Rückkopplungssteuerschleife, welche ein der inneren Rückkopplungssteuerschleife bereitgestelltes Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage einer Rückkopplung vom zweiten Abgassauerstoffsensor modifiziert, umfasst, wobei die Steuereinrichtung das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis über die Zeit auf eine konstante oder langsam veränderliche Verschiebung überwacht und das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ansprechend auf die konstante oder langsam veränderliche Verschiebung korrigiert und wobei die Steuereinrichtung das Überwachen des Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ansprechend auf ein Verzögerungskraftstoffabschaltereignis für einen vorgegebenen Zeitraum deaktiviert. Auf diese Weise können asymmetrische Verschiebungsfehler geeignet identifiziert und unterdrückt werden, ohne dass intrusive Diagnosetests erforderlich wären.
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Die vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung für sich oder in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung leicht verständlich werden.
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Es sei bemerkt, dass die vorstehende Kurzfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Es ist nicht vorgesehen, dass sie Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifiziert, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, die irgendwelche der vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors und eines zugeordneten Abgasemissionssystems,
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2 ein Blockdiagramm einer als Beispiel dienenden Katalysatorsteuerarchitektur,
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3A ein Blockdiagramm eines als Beispiel dienenden Mittelbereichssteuersystems,
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3B ein Blockdiagramm eines als Beispiel dienenden modifizierten Mittelbereichssteuersystems für die äußere Schleife,
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4 ein Flussdiagramm einer hohen Ebene, welches ein als Beispiel dienendes passives Rückkopplungsverfahren unter Verwendung einer Schnell-und-langsam-Steuerung für das Erzeugen einer Verschiebungskorrektur der äußeren Schleife zeigt,
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5 ein Flussdiagramm einer hohen Ebene, welches ein als Beispiel dienendes aktives Rückkopplungsverfahren unter Verwendung entweder einer Schnell-und-langsam-Steuerung oder einer modifizierten Mittelbereichssteuerung zum Erzeugen einer Verschiebungskorrektur der äußeren Schleife zeigt,
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6 einen Satz von Graphen, welche eine Langzeitsteuerwirkung der äußeren Schleife für ein als Beispiel dienendes passives Rückkopplungsverfahren unter Verwendung einer Schnell-und-langsam-Steuerung zum Erzeugen einer Sollpunkteinstellung der inneren Schleife gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen, und
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7 einen Satz von Graphen, welche eine Langzeitsteuerwirkung der äußeren Schleife für ein als Beispiel dienendes aktives Rückkopplungsverfahren unter Verwendung einer Schnell-und-langsam-Steuerung zum Erzeugen einer Sollpunkteinstellung der inneren Schleife gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen.
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Detaillierte Beschreibung
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Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Identifizieren und Unterdrücken asymmetrischer Fehler in einem Abgasnachbehandlungssystem eines Fahrzeugs. Wie in 1 dargestellt ist, kann das Fahrzeug mit einem Dreiwegekatalysator zur Abgasnachbehandlung zusätzlich zu Abgassauerstoffsensoren vor und hinter dem Katalysator versehen sein. Diese Abgassauerstoffsensoren können eine Katalysatorsteuerarchitektur aufweisen, die eine innere und eine äußere Steuerschleife in der Art der in 2 dargestellten aufweist. Eine allgemeine Mittelbereichssteuerarchitektur ist in 3A dargestellt und für die Steuerung der äußeren Schleife modifiziert, wie in 3B dargestellt ist. Beim modifizierten Ansatz wird die Steuerwirkung der äußeren Schleife über die Zeit überwacht, um asymmetrische Fehler zu identifizieren und zu unterdrücken. Nach einem Verzögerungskraftstoffabschaltereignis ist der Katalysator notwendigerweise reich verschoben, um den Katalysator aus einem gesättigten Sauerstoffzustand zu regenerieren. Dieser Prozess der Katalysatorregeneration stört die geeignete Überwachung der Steuerwirkung der äußeren Schleife, so dass dieses Merkmal der Steuereinrichtung der äußeren Schleife nach einem Verzögerungskraftstoffabschaltereignis vorübergehend deaktiviert werden kann. Routinen für das Überwachen und Aktualisieren der Steuerwirkung der äußeren Schleife, die während der Katalysatorregeneration deaktiviert sind, sind in den 4 und 5 dargestellt. Zeitleisten, welche die Steuerwirkung der äußeren Schleife zeigen, sind in den 6 und 7 dargestellt.
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1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Zylinders eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 10, der in ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs aufgenommen sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein die Steuereinrichtung 12 aufweisendes Steuersystem und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf. Eine Verbrennungskammer (d.h. ein Zylinder) 30 des Motors 10 kann Verbrennungskammerwände 32 mit einem darin angeordneten Kolben 36 aufweisen. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit wenigstens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
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Die Verbrennungskammer 30 kann Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugdurchgang 42 empfangen und Verbrennungsgase über einen Abgasdurchgang 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgasdurchgang 48 können über das Ansaugventil 52 bzw. das Abgasventil 54 selektiv mit der Verbrennungskammer 30 kommunizieren. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Abgasventile aufweisen. Bei diesem Beispiel können das Ansaugventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über einen oder mehrere Nocken gesteuert werden und eines oder mehrere von einem Nockenprofilschalt-(CPS)-System, einem System mit veränderlicher Nockenzeitsteuerung (VCT), einem System mit veränderlicher Ventilzeitsteuerung (VVT) und/oder einem System mit einem veränderlichen Ventilhub (VVL) verwenden, welche durch die Steuereinrichtung 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu ändern. Die Position des Ansaugventils 52 und des Abgasventils 54 können durch Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. Gemäß alternativen Ausführungsformen können das Ansaugventil 52 und/oder das Abgasventil 54 durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein durch elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Ansaugventil und ein durch Nockenbetätigung, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, gesteuertes Abgasventil aufweisen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzern, um ihm Kraftstoff bereitzustellen, versehen sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 30 einen Kraftstoffeinspritzer 66 aufweist, dem Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem 172 zugeführt wird. Der Kraftstoffeinspritzer 66 ist wie dargestellt direkt mit dem Zylinder 30 gekoppelt, um Kraftstoff darin direkt proportional zur Pulsbreite des über einen elektronischen Treiber 68 von der Steuereinrichtung 12 empfangenen Signals FPW einzuspritzen. Auf diese Weise stellt der Kraftstoffeinspritzer 66 eine so genannte Direkteinspritzung (nachstehend auch als "DI" bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bereit.
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Es sei bemerkt, dass gemäß einer alternativen Ausführungsform der Einspritzer 66 ein Saugrohreinspritzer sein kann, der Kraftstoff in den Ansaugstutzen vor dem Zylinder 30 einbringt. Es sei auch bemerkt, dass der Zylinder 30 Kraftstoff von mehreren Einspritzern in der Art mehrerer Saugrohreinspritzer, mehrerer Direkteinspritzer oder einer Kombination davon empfangen kann.
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Unter weiterem Bezug auf 1 sei bemerkt, dass der Ansaugdurchgang 42 eine Drossel 62 mit einer Drosselplatte 64 aufweisen kann. Bei diesem speziellen Beispiel kann die Position der Drosselplatte 64 durch die Steuereinrichtung 12 über ein Signal geändert werden, das einem Elektromotor oder einem Betätigungselement bereitgestellt wird, der oder das in die Drossel 62 aufgenommen ist, wobei es sich um eine Konfiguration handelt, die üblicherweise als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betätigt werden, um die der Verbrennungskammer 30 bereitgestellte Ansaugluft unter anderen Motorzylindern zu ändern. Die Position der Drosselplatte 64 kann der Steuereinrichtung 12 durch ein Drosselpositionssignal TP bereitgestellt werden. Der Ansaugdurchgang 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen jeweiliger Signale MAF und MAP zur Steuereinrichtung 12 aufweisen.
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Ein Zündsystem 88 kann der Verbrennungskammer 30 über eine Zündkerze 92 ansprechend auf ein Zündvorziehungssignal SA von der Steuereinrichtung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi einen Zündfunken bereitstellen. Wenngleich Funkenzündkomponenten dargestellt sind, können gemäß einigen Ausführungsformen die Verbrennungskammer 30 oder eine oder mehrere andere Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors 10 in einem Kompressionszündmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
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Ein stromaufwärts gelegener Abgassensor 126 ist wie dargestellt mit dem Abgasdurchgang 48 vor der Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt. Der stromaufwärts gelegene Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Art eines linearen Breitbandsauerstoffsensors oder UEGO-(Universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff)-Sensors, eines Zweizustands-Schmalband-Sauerstoffsensors oder EGO-Sensors, eines HEGO-(Erwärmter-EGO)-Sensors, eines NOx-Sensors, eines HC-Sensors oder eines CO-Sensors sein. Gemäß einer Ausführungsform ist der stromaufwärts gelegene Abgassensor 126 ein UEGO, der dafür ausgelegt ist, eine Ausgabe in der Art eines Spannungssignals bereitzustellen, die proportional zur im Abgas vorhandenen Sauerstoffmenge ist. Die Steuereinrichtung 12 verwendet die Ausgabe zur Bestimmung des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
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Die Emissionssteuervorrichtung 70 ist wie dargestellt entlang dem Abgasdurchgang 48 hinter dem Abgassensor 126 angeordnet. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC) sein, der dafür ausgelegt ist, NOx zu reduzieren und CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 70 eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
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Ein zweiter stromabwärts gelegener Abgassensor 128 ist wie dargestellt mit dem Abgasdurchgang 48 hinter der Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt. Der stromabwärts gelegene Sensor 128 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Art eines UEGO-, EGO-, HEGO- oder vergleichbaren Sensors sein. Gemäß einer Ausführungsform ist der stromabwärts gelegene Sensor 128 ein HEGO, der dafür ausgelegt ist, die relative Anreicherung oder Abmagerung des Abgases nach dem Hindurchtreten durch den Katalysator anzugeben. Dabei kann der HEGO eine Ausgabe in Form eines Schaltpunkts oder des Spannungssignals an dem Punkt, an dem das Abgas von mager zu reich wechselt, bereitstellen.
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Ferner kann gemäß den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungs-(EGR)-System einen gewünschten Teil des Abgases vom Abgasdurchgang 48 über den EGR-Durchgang 140 zum Ansaugdurchgang 42 leiten. Die EGR-Menge, die dem Ansaugdurchgang 42 bereitgestellt wird, kann über das EGR-Ventil 142 durch die Steuereinrichtung 12 geändert werden. Ferner kann ein EGR-Sensor 144 innerhalb des EGR-Durchgangs angeordnet sein und eine Angabe von einem oder mehreren Werten, nämlich vom Druck, von der Temperatur und der Konzentration des Abgases bereitstellen. Unter einigen Bedingungen kann das EGR-System verwendet werden, um die Temperatur der Luft-Kraftstoff-Mischung innerhalb der Verbrennungskammer zu regeln.
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Die Steuereinrichtung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Ein-/Ausgabeports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicherchip 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen Datenbus aufweist. Die Steuereinrichtung 12 kann verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu den vorstehend erörterten Signalen empfangen, einschließlich einer Messung des induzierten Massenluftstroms (MAF) vom Massenluftstromsensor 120, der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 gekoppelten Temperatursensor 112, eines Profilzündaufnahmesignals (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), einer Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor und eines Absolutkrümmerdrucksignals (MAP) vom Sensor 122. Ein Motorgeschwindigkeitssignal RPM kann anhand des Signals PIP von der Steuereinrichtung 12 erzeugt werden.
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Der Speichermedium-Nurlesespeicher 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, welche vom Prozessor 102 ausführbare nicht flüchtige Befehle repräsentieren, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die erwartet werden aber nicht spezifisch aufgelistet sind, auszuführen.
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Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors, und jeder Zylinder kann ähnlich seinen eigenen Satz von Ansaug-/Abgasventilen, eines Kraftstoffeinspritzers, einer Zündkerze usw. aufweisen.
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2 ist ein Blockdiagramm, das die innere und die äußere Rückkopplungssteuerschleife für eine Katalysatorsteuerarchitektur 200 zeigt, welche durch eine Verbrennungsmotorsteuereinrichtung in der Art der Steuereinrichtung 12 implementiert ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Katalysatorsteuerarchitektur 200 umfasst einen universellen Abgassauerstoff-(UEGO)-Sensor 230 vor einem Dreiwegekatalysator (TWC) 235 und einen erwärmten Abgassauerstoff-(HEGO)-Sensor 240 hinter dem TWC 235. Die Katalysatorsteuerarchitektur 200 regelt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) auf einen Sollpunkt in der Nähe der Stöchiometrie und stimmt diese Regelung auf der Grundlage der Abweichung einer HEGO-Spannung von einem vorgegebenen HEGO-Spannungssollpunkt fein ab. Die Steuereinrichtung 207 der inneren Schleife verwendet den stromaufwärts gelegenen UEGO-Sensor für eine Rückkopplungssteuerung höherer Bandbreite, während die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife den HEGO-Sensor für eine Steuerung mit einer niedrigeren Bandbreite verwendet.
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Die Steuereinrichtung 207 der inneren Schleife, welche einen Proportional-Integral-Differenzial-(PID)-Regler umfasst, steuert das Verbrennungsmotor-AFR durch Erzeugen eines geeigneten Kraftstoffbefehls (beispielsweise Kraftstoffpulsbreite). Ein Summierglied 222 kombiniert den Kraftstoffbefehl von der Steuereinrichtung 207 der inneren Schleife mit Befehlen von einer Vorwärtsregelungs-Steuereinrichtung 220. Dieser kombinierte Befehlssatz wird den Kraftstoffeinspritzern des Verbrennungsmotors 227 zugeführt. Der UEGO-Sensor 230 stellt der Steuereinrichtung 207 der inneren Schleife ein Rückkopplungssignal bereit, wobei das UEGO-Rückkopplungssignal proportional zum Sauerstoffgehalt des Zufuhrgases oder des Verbrennungsmotorabgases zwischen dem Verbrennungsmotor 227 und dem TWC 235 ist. Die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife erzeugt ein UEGO-Referenzsignal, das der Steuereinrichtung 207 der inneren Schleife bereitgestellt wird. Das UEGO-Referenzsignal wird an einer Verbindungsstelle 216 mit dem UEGO-Rückkopplungssignal kombiniert. Das durch die Verbindungsstelle 216 bereitgestellte Fehler- oder Differenzsignal wird dann von der Steuereinrichtung 207 der inneren Schleife verwendet, um den Kraftstoffbefehl einzustellen, so dass sich das tatsächliche AFR innerhalb des Verbrennungsmotors 227 dem gewünschten AFR nähert. Der HEGO-Sensor 240 stellt der Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife ein Rückkopplungssignal bereit.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife ein Proportional-Integral-(PI)-Regler, wobei die Integralsteuerwirkung zwischen Kurzzeit- und Langzeitbestandteilen zerlegt wird. Die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife kann eine beliebige geeignete Steuereinrichtung sein, die einen Integralterm enthält. Die Kurzzeit-Integralsteuerwirkung wird verwendet, um eine schnelle Korrektur des von der Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife ausgegebenen UEGO-Referenzsignals bereitzustellen. Das ausgegebene UEGO-AFR-Referenzsignal sollte nominell nahe bei eins liegen und nur bei Vorhandensein eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Verschiebungsfehlers zu einem größeren oder zu einem kleineren Wert verschoben sein. Dabei wird die Langzeit-Integralsteuerwirkung verwendet, um eine langsame Korrektur des von der Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife ausgegebenen UEGO-Referenzsignals bereitzustellen. Diese Korrekturwirkung ermöglicht es, dass die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife einen begrenzten momentanen Bereich der Steuerautorität beibehält, um Fahrbarkeits- und Geräusch-, Vibrations- und Rauhigkeits-(NVH)-Randbedingungen zu erfüllen, während gleichzeitig konstante oder langsam veränderliche Störungen über den momentanen Autoritätsbereich unterdrückt werden. Auf diese Weise wird der Gesamtbereich der Steuerautorität der äußeren Schleife wirksam vergrößert.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die langsame Korrekturkomponente (SCC) durch Filtern der Ausgabe der Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife mit einem kalibrierbaren Tiefpassfilter erzeugt. Die SCC-Ausgabe wird verwendet, um den Verschiebungsversatz der inneren Schleife passiv oder aktiv einzustellen. Dies ermöglicht das Überwachen der Korrektur der durchschnittlichen Langzeitverschiebung, falls vorhanden, die durch die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife angewendet wird. Das Aktualisieren der SCC wird für einen kalibrierbaren Zeitraum nach einem Verzögerungskraftstoffabschalt-(DFSO)-Ereignis und nach einer Katalysatorreaktivierung deaktiviert, um eine ungerechtfertigte Verschiebungskorrektur zu verhindern. Beispielhafte Ansätze für das Aktualisieren der SCC und das aktive oder passive Einstellen des Verschiebungsversatzes der inneren Schleife auf diese Weise werden hier weiter und mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Kombination einer Steuereinrichtung mit einer hohen Bandbreite und einer begrenzten Autorität und eines Tiefpassfilters als Schnell-und-langsam-(FAS)-Steuereinrichtung bezeichnet. Eine Steuereinrichtung der äußeren Schleife, die ein kalibrierbares Tiefpassfilter aufweist, wird hier weiter mit Bezug auf 3B beschrieben.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife eine modifizierte Mittelbereichs-(MMR)-Steuereinrichtung. Die MMR-Steuereinrichtung erzeugt eine SCC unter Verwendung eines Integrators an Stelle eines Tiefpassfilters. Die SCC-Ausgabe wird verwendet, um den Verschiebungsversatz der inneren Schleife auf einem regulären Intervall in einer vorgegebenen Weise einzustellen, wobei dies nach jedem Antriebszyklus, wenn ein spezifizierter Zeitraum verstrichen ist oder in Echtzeit einschließen kann. Dies ermöglicht die Überwachung der Korrektur der durchschnittlichen Langzeitverschiebung, falls vorhanden, die durch die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife angewendet wird. Eine Verschlechterungsschwelle kann festgelegt werden, so dass das Vorhandensein einer Langzeitverschiebungskorrektur einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Verschiebungsfehler angibt. Auf diese Weise kann ein Verschiebungsfehler identifiziert werden, wodurch möglicherweise zusätzliche Logik ausgelöst wird, um den spezifischen Fehler zu isolieren. Unabhängig davon, ob eine solche zusätzliche Logik implementiert ist, kann die Steuereinrichtung 205 der äußeren Schleife den Verschiebungsfehler durch eine Langzeit-Innerschleifen-Verschiebungsversatzkorrektur aktiv unterdrücken.
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Das Aktualisieren der SCC wird auch für einen kalibrierbaren Zeitraum nach einem DFSO-Ereignis und nach einer Katalysatorreaktivierung deaktiviert, um eine ungerechtfertigte Verschiebungskorrektur zu verhindern. Das Aktualisieren der SCC und das aktive Einstellen des Innerschleifen-Verschiebungsversatzes auf diese Weise wird hier ferner mit Bezug auf 5 beschrieben. Eine Steuereinrichtung der äußeren Schleife, die eine modifizierte Mittelbereichs-Steuereinrichtung umfasst, wird hier weiter mit Bezug auf 3B beschrieben.
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3A ist ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Mittelbereichs-Steuereinrichtung 300 zeigt, die in einer Zweieingangskonfiguration mit einer langsamen und einer schnellen Komponente angeordnet ist. Die schnelle Komponente ist ein Steuersignal hoher Bandbreite zum Befehlen einer sofortigen Sensorrückkopplungseinstellung. Die langsame Komponente ist ein Steuersignal niedriger Bandbreite, das konstanten oder langsam veränderlichen Verschiebungen Rechnung trägt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 310 ein PI-Regler. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 310 eine beliebige geeignete Steuereinrichtung sein, die einen Integralterm enthält. Die Verbindungsstelle 303 erzeugt ein Fehlersignal auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Referenzsignal yref und dem Rückkopplungssignal y. Es sei bemerkt, dass das Referenzsignal yref ein Vorwärtsregelungssignal ist, während das Rückkopplungssignal y gemessen wird. Die Steuereinrichtung 310 empfängt das Fehlersignal von der Verbindungsstelle 303 und berechnet eine schnelle Korrekturkomponente u1, welche ein eingestelltes Referenzsignal aufweist. Die schnelle Korrekturkomponente u1 wird in eine Anlage 315 eingegeben. Die schnelle Korrekturkomponente u1 wird auch in die Verbindungsstelle 305 eingegeben, wo ein Fehlersignal auf der Grundlage der schnellen Korrekturkomponente u1 und des Referenzsignals u1,ref berechnet wird. Das Fehlersignal von der Verbindungsstelle 305 wird in eine Steuereinrichtung 320 eingegeben. Die Steuereinrichtung 320 filtert die eingestellte schnelle Korrekturkomponente und erzeugt eine langsame Korrekturkomponente u2. Eine Anlage 325 wandelt die gefilterte Korrekturkomponente u2 in ein Verschiebungsversatzsignal um. An einer Verbindungsstelle 330 werden das Verschiebungsversatzsignal von der Anlage 325 und die Ausgabe von der Anlage 315 zum Signal y kombiniert.
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3B ist ein Blockdiagramm einer modifizierten Mittelbereichs-Steuereinrichtung 350 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mittelbereichs-Steuerstrukturen, die eine Langsam-schnell-Zweieingangskonfiguration aufweisen, in der Art der vorstehend mit Bezug auf 3A beschriebenen Steuereinrichtung, weist die modifizierte Mittelbereichs-Steuereinrichtung 350 einen einzigen Eingang mit sowohl langsamen als auch schnellen Komponenten auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 360 ein PI-Regler. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 360 eine beliebige geeignete Steuereinrichtung sein, die einen Integralterm enthält. Die Verbindungsstelle 355 erzeugt ein Fehlersignal auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Referenzsignal yref und dem Rückkopplungssignal y. Es sei bemerkt, dass das Referenzsignal yref ein Vorwärtsregelungs-HEGO-Spannungssignal ist, während das Rückkopplungssignal y ein gemessenes HEGO-Spannungssignal ist. Die Steuereinrichtung 360 empfängt das Fehlersignal von der Verbindungsstelle 355 und berechnet eine schnelle Korrekturkomponente u1, welche einen eingestellten UEGO-Sensorrückkopplungssollwert aufweist. Die schnelle Korrekturkomponente u1 wird an eine Steuereinrichtung 365 und eine Verbindungsstelle 370 ausgegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 365 ein Integrator. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 365 ein Tiefpassfilter sein. Gemäß beiden Ausführungsformen filtert die Steuereinrichtung 365 die schnelle Korrekturkomponente u1, um eine langsame Korrekturkomponente u2 zu erzeugen. Die langsame Korrekturkomponente u2 wird an der Verbindungsstelle 370 mit der schnellen Korrekturkomponente u1 kombiniert. Das vollständig korrigierte Signal von der Verbindungsstelle 370 wird dann in eine Anlage 375 eingegeben, wobei die Anlage 375 die Katalysatorsteuerarchitektur aus 2 mit Ausnahme der Steuereinrichtung der äußeren Schleife aufweist.
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Daher ist die Steuereinrichtung 350 eine mit einer geschlossenen Regelschleife arbeitende Steuereinrichtung, die entweder eine passive oder eine aktive Rückkopplungskorrektur ermöglicht. Verfahren für die Steuereinrichtung 350 werden hier weiter mit Bezug auf die 4 und 5 erörtert. Das praktische Ergebnis des Implementierens der Steuereinrichtung 350 wird hier weiter mit Bezug auf die 6 und 7 erörtert.
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Nach der Überwachung der mittleren Langzeit-Steuerwirkung der Steuereinrichtung vom PI-Typ der äußeren Schleife kann die resultierende Ausgabe in einer von zwei Arten verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Verwendung der resultierenden Ausgabe eine passive Rückkopplungskorrektur, so dass die Langzeit-Steuerwirkung der Steuereinrichtung der äußeren Schleife passiv überwacht wird. Am Ende eines Zyklus (beispielsweise zu einer vorgegebenen Zeit, wenn die Fahrzeugzündung ausgeschaltet wird usw.) wird der resultierende passiv überwachende Ausgangswert ufilt verwendet, um den Verschiebungsversatz der inneren Schleife (Verschiebungs_korr), der über den Zyklus konstant bleibt, zu aktualisieren. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verschiebungskorrekturverfahren mit aktiver Rückkopplung implementiert werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn das Tiefpassfilter (oder gemäß einigen Ausführungsformen der Integrator) die Langzeit-Steuerwirkung der Steuereinrichtung der äußeren Schleife überwacht, die Gesamtsteuerausgabe utot als die Summe der Steuerwirkung u der äußeren Schleife und der SCC-Ausgabe ufilt berechnet. Sowohl bei passiven als auch bei aktiven Implementationen ermöglicht die Korrekturwirkung, dass die Gesamtsteuerautorität der äußeren Schleife wirksam erhöht wird und daher geeignete Betriebsgrenzen aufrechterhalten werden, um Fahrbarkeitsrandbedingungen zu erfüllen, während gleichzeitig konstante oder langsam veränderliche Störungen über den momentanen Autoritätsbereich hinaus unterdrückt werden. Gemäß allen Ausführungsformen kann die SCC entweder auf das Referenzsignal der Steuereinrichtung der inneren Schleife oder direkt auf die UEGO-Rückkopplungssensormessung selbst angewendet werden, weil die in die Steuereinrichtung 207 der inneren Schleife eingegebene Nettosumme äquivalent ist, wie im Summierglied 216 in 2 gezeigt ist.
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4 ist ein Flussdiagramm einer hohen Ebene, welches ein als Beispiel dienendes passives Rückkopplungsverfahren 400 unter Verwendung einer Schnell-und-langsam-Steuereinrichtung der äußeren Schleife zum Erzeugen einer Verschiebungskorrektur der äußeren Schleife zeigt. Das Verfahren 400 kann mit der Schnell-und-langsam-Steuereinrichtung der äußeren Schleife, wie vorstehend mit Bezug auf 3B beschrieben, implementiert werden.
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Das Verfahren 400 kann bei 405 beginnen. Bei 405 kann das Verfahren 400 ein Verzögerungskraftstoffabschaltereignis detektieren. Nach einem DFSO-Ereignis ist die Katalysatorsteuerung notwendigerweise ins Reiche verschoben, um den Katalysator aus einem gesättigten Sauerstoffspeicherzustand zu regenerieren. Um zu verhindern, dass diese Verschiebungswirkung ins Reiche die SCC-Ausgabe beeinflusst, muss die Langzeit-Steuerwirkung daran gehindert werden, während einer vorgegebenen Zeitdauer Tsp nach einem DFSO-Ereignis zu überwachen. Zu diesem Zweck wird, wenn ein DFSO-Ereignis auftritt, ein inkrementierender Zeitgeber ausgelöst und erst zu Beginn des nächsten DFSO-Ereignisses zurückgesetzt. Falls kein DFSO-Ereignis detektiert wird, wird das Verfahren 400 daher bei 410 fortgesetzt. Bei 410 wird ein Zeitgeber inkrementiert. Falls ein DFSO-Ereignis detektiert wird, wird das Verfahren 400 bei 415 fortgesetzt. Bei 415 wird der Zeitgeber zurückgesetzt. Die Zeitgeberausgabe wird dann bei 420 ausgegeben.
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Das Verfahren 400 kann dann bei 425 fortgesetzt werden. Bei 425 wird die Zeitgeberausgabe mit einem kalibrierbaren Zeitgebersollpunkt Tsp verglichen, und der Status der Steuerung wird beurteilt. Falls die Zeitgeberausgabe größer als der Zeitgebersollpunkt Tsp ist oder die Steuerung der äußeren Schleife deaktiviert ist, kann das Verfahren 400 bei 430 fortgesetzt werden. Bei 430 wird die gefilterte Ausgabe ufilt durch Filtern der Steuerwirkung u der äußeren Schleife durch ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten tc, ufilt = rolav_tc(u, tc) aktualisiert. Falls die Zeitgeberausgabe jedoch kleiner oder gleich dem Zeitgebersollpunkt ist und die Steuerung der äußeren Schleife nicht deaktiviert ist, kann das Verfahren 400 bei 435 fortgesetzt werden. Bei 435 bleibt die gefilterte Ausgabe gleich, d.h. ufilt(k + 1) = ufilt(k). Nach jedem Fall wird die gefilterte Ausgabe ufilt dann bei 440 ausgegeben.
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Bei 445 fortsetzend kann das Verfahren 400 bestimmen, ob das Ende eines Zündzyklus aufgetreten ist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 alternativ bestimmen, ob das Ende eines spezifizierten Zyklus aufgetreten ist, wobei der Zyklus beispielsweise eine kalibrierbare Zeitdauer aufweisen kann. Falls die Zündung noch nicht zyklisch durchlaufen wurde, kann das Verfahren 400 bei 450 fortgesetzt werden. Bei 450 kann die Verschiebungsversatzkorrektur auf den vorhergehenden Wert, beispielsweise Verschiebungs_korr(k + 1) = Verschiebungs_korr(k) gesetzt werden. Der Verschiebungsversatz kann dann bei 465 ausgegeben werden, und das Verfahren 400 kann dann enden. Falls die Zündung zyklisch durchlaufen wurde, kann das Verfahren 400 jedoch bei 455 fortgesetzt werden. Bei 455 kann der Verschiebungsversatz Verschiebungs_korr durch Addieren der gefilterten Ausgabe ufilt zum vorhergehenden Verschiebungsversatz, beispielsweise Verschiebungs_korr(k + 1) = Verschiebungs_korr(k) + ufilt, aktualisiert werden. Nach dieser Aktualisierung des Verschiebungsversatzes kann das Verfahren 400 bei 460 fortgesetzt werden. Bei 460 werden die Tiefpassfilterzustände für den nächsten Zyklus auf null zurückgesetzt, ufilt = 0. Der Verschiebungsversatz wird dann bei 465 ausgegeben. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Verschiebungsversatz dann mit einer Verschlechterungsschwelle verglichen werden. Falls der Verschiebungsversatz oberhalb der Verschlechterungsschwelle liegt, kann die Steuereinrichtung 212 eine Verschlechterung des Verbrennungsmotorsystems angeben. Die Steuereinrichtung 212 kann keine Verschlechterung des Verbrennungsmotorsystems angeben, bis der Verschiebungsversatz während eines vorgegebenen Zeitraums oberhalb der Verschlechterungsschwelle liegt. Das Verfahren 400 kann dann enden.
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5 ist ein Flussdiagramm hoher Ebene, welches ein als Beispiel dienendes aktives Rückkopplungsverfahren 500 unter Verwendung entweder einer Schnell-und-langsam-Steuerung oder einer modifizierten Mittelbereichssteuerung zeigt, um eine Verschiebungskorrektur der äußeren Schleife zu erzeugen. Das Verfahren 500 kann in einer geschlossenen Schleife entweder mit einem Tiefpassfilter oder einem Integrator implementiert werden, um die SCC zu erzeugen, wie hier mit Bezug auf 3B beschrieben wird.
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Das Verfahren 500 kann bei 505 beginnen. Bei 505 kann das Verfahren 500 detektieren, ob ein DFSO-Ereignis aufgetreten ist. Falls kein DFSO-Ereignis aufgetreten ist, kann das Verfahren 500 bei 510 fortgesetzt werden. Bei 510 wird ein Zeitgeber inkrementiert. Falls ein DFSO-Ereignis aufgetreten ist, kann das Verfahren 500 bei 515 fortgesetzt werden. Bei 515 wird der Zeitgeber zurückgesetzt. Bei 520 wird die Zeitgeberausgabe ausgegeben. Das Verfahren 500 kann dann bei 525 fortgesetzt werden.
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Bei 525 kann das Verfahren 500 die Zeitgeberausgabe mit einem kalibrierbaren Zeitgebersollpunkt Tsp vergleichen und den Status der Steuereinrichtung der äußeren Schleife beurteilen. Falls die Zeitgeberausgabe größer als der Zeitgebersollpunkt Tsp ist oder die Steuereinrichtung der äußeren Schleife deaktiviert ist, kann das Verfahren 500 bei 530 fortgesetzt werden. Falls die Steuereinrichtung der äußeren Schleife eine FAS-Steuereinrichtung ist, wird bei 530 die SCC-Ausgabe ufilt durch Filtern der Steuerwirkung u der äußeren Schleife durch ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer kalibrierbaren Zeitkonstanten tc, ufilt = rolav_tc(u, tc) aktualisiert. Falls die Steuereinrichtung der äußeren Schleife eine MMR-Steuereinrichtung ist, wird die SCC-Ausgabe ufilt durch Filtern der Steuerwirkung u der äußeren Schleife durch einen Integrator ufilt = ∫u(t)dt aktualisiert. Die gefilterte Ausgabe ufilt kann dann bei 540 ausgegeben werden. Falls die Zeitgeberausgabe kleiner oder gleich dem Zeitgebersollpunkt Tsp ist und die Steuereinrichtung der äußeren Schleife nicht deaktiviert ist, kann das Verfahren 500 bei 535 fortgesetzt werden. Bei 535 bleibt die gefilterte Ausgabe ufilt unverändert, ufilt(k + 1) = ufilt(k). Die gefilterte Ausgabe ufilt wird dann bei 540 ausgegeben. Das Verfahren 500 kann dann bei 545 fortgesetzt werden.
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Bei 545 kann das Verfahren 500 die Gesamtsteuerausgabe utot durch Addieren der SCC-Ausgabe ufilt zur Steuerung u der äußeren Schleife erzeugen. Auf diese Weise wird die Langzeit-Steuerwirkung der Steuereinrichtung der äußeren Schleife aktiv überwacht. Das Verfahren 500 kann dann bei 550 fortgesetzt werden.
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Bei 550 kann das Verfahren 500 bestimmen, ob das Ende eines Zündzyklus aufgetreten ist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 500 alternativ bestimmen, ob das Ende eines spezifizierten Zyklus aufgetreten ist, wobei der Zyklus beispielsweise einen kalibrierbaren Zeitraum umfassen kann. Falls die Zündung noch nicht zyklisch durchlaufen wurde, kann das Verfahren 500 dann bei 555 fortgesetzt werden. Bei 555 kann die Verschiebungsversatzkorrektur Verschiebungs_korr auf den vorhergehenden Wert, beispielsweise Verschiebungs_korr(k + 1) = Verschiebungs_korr(k), gesetzt werden. Der Verschiebungsversatz kann dann bei 570 ausgegeben werden, und das Verfahren 500 kann dann enden. Falls die Zündung zyklisch durchlaufen wurde, kann das Verfahren 500 jedoch bei 560 fortgesetzt werden. Bei 560 kann der Verschiebungsversatz Verschiebungs_korr durch Addieren der gefilterten Ausgabe ufilt zum vorhergehenden Verschiebungsversatz aktualisiert werden. Gemäß Ausführungsformen, bei denen ein Integrator für das Überwachen der Langzeit-Steuerwirkung verwendet wird, ist die Verschiebungsversatzkorrektur beispielsweise Verschiebungs_korr(k + 1) = Verschiebungs_korr(k) + ufilt. Gemäß Ausführungsformen, bei denen ein Tiefpassfilter für das Überwachen der Langzeit-Steuerwirkung verwendet wird, ist die Verschiebungsversatzkorrektur jedoch Verschiebungs_korr(k + 1) = Verschiebungs_korr(k) + 2ufilt. Der Verschiebungsversatz Verschiebungs_korr wird durch das Zweifache der gefilterten Ausgabe aktualisiert, weil, wenn das Tiefpassfilter in einer geschlossenen Regelschleife mit dem PI-Regler 360 implementiert ist, die resultierende identifizierte Verschiebung nur die Hälfte des wahren Störungsversatzes ist. Nach dieser Aktualisierung des Verschiebungsversatzes kann das Verfahren 500 bei 565 fortgesetzt werden. Bei 565 werden die SCC-Zustände für den nächsten Zyklus auf null zurückgesetzt, ufilt = 0. Der Verschiebungsversatz wird dann bei 570 ausgegeben. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Verschiebungsversatz dann mit einer Verschlechterungsschwelle verglichen werden. Falls der Verschiebungsversatz oberhalb der Verschlechterungsschwelle liegt, kann die Steuereinrichtung 212 eine Verschlechterung des Verbrennungsmotorsystems angeben. Die Steuereinrichtung 212 kann keine Verschlechterung des Verbrennungsmotorsystems angeben, bis der Verschiebungsversatz während eines vorgegebenen Zeitraums oberhalb der Verschlechterungsschwelle liegt. Schließlich kann das Verfahren 500 enden.
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6 ist ein Satz von Graphen 600, welche die Steuerwirkung der äußeren Schleife für ein als Beispiel dienendes passives Rückkopplungsverfahren unter Verwendung einer Schnell-und-langsam-Steuerung für das Erzeugen einer Verschiebungskorrektur der inneren Schleife gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen. Ein Antriebszyklus einer amtlichen Testprozedur ("Federal Test Procedure"), insbesondere FTP75, ist für einen UEGO-Sechs-Muster-reich-zu-mager-Verzögerungsfehler mit einem Betrag von 500 ms dargestellt. In diesem Fall wird das passive Rückkopplungsverfahren der Verschiebungskorrektur mit der FAS-Steuerung verwendet, wie hier mit Bezug auf 4 beschrieben.
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Ein Graph 610 zeigt eine Auftragung des schnellen Teils der Steuerwirkung u der äußeren Schleife als Funktion der Zeit. Die Steuerwirkung u der äußeren Schleife entspricht der hier mit Bezug auf 3B beschriebenen Korrekturkomponente u1 hoher Bandbreite und begrenzter Autorität (HBLA). Ein Graph 620 zeigt eine Auftragung der gefilterten Steuerwirkungsausgabe ufilt der äußeren Schleife als Funktion der Zeit. Die gefilterte Ausgabe ufilt entspricht der hier mit Bezug auf 3B beschriebenen langsamen Korrekturkomponente u2. Ein Graph 630 zeigt eine Auftragung des Verschiebungsversatzes Verschiebungs_korr als Funktion der Zeit. Ein Graph 640 zeigt eine Auftragung der aktualisierten langsamen Korrekturkomponente ufilt + Verschiebungs_korr als Funktion der Zeit.
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Anfänglich wird Verschiebungs_korr auf Null gesetzt und ufilt anhand des Langzeitmittelwerts des schnellen Abschnitts der Steuerwirkung der äußeren Schleife berechnet. Wenn das Fahrzeug um 1400 Sekunden ausgeschaltet wird, wird der zuletzt aufgezeichnete Wert von ufilt verwendet, um Verschiebungs_korr zu aktualisieren, d.h. Verschiebungs_korr(k + 1) = Verschiebungs_korr(k) + ufilt = ufilt = 0,011. Nach dieser Aktualisierung wird ufilt für den nächsten Zyklus auf Null zurückgesetzt. Während des zweiten Antriebszyklus hilft der aktualisierte Verschiebungs_korr-Wert dabei, die Verschiebung der Ablesung des UEGO-Sensors teilweise aufzuheben, was dazu führt, dass ein kleinerer ufilt-Wert gelernt wird, weil der schnelle Abschnitt der Steuereinrichtung der äußeren Schleife nicht so reich verschoben zu werden braucht, um den Mager-Fehler zu korrigieren. Am Ende des zweiten Antriebszyklus wird Verschiebungs_korr wieder anhand des zuletzt gelernten ufilt-Werts aktualisiert, was zu einer Gesamt-reich-Verschiebung von 1,5 % führt. Schließlich wird ufilt wieder für den nächsten Zyklus auf Null zurückgesetzt.
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7 ist ein Satz von Graphen 700, welche die Steuerwirkung der äußeren Schleife für ein als Beispiel dienendes aktives Rückkopplungsverfahren unter Verwendung einer Schnell-und-langsam-Steuerung zum Erzeugen einer Vorspannungskorrektur der inneren Schleife gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen. Bei diesem Beispiel wird ein Testzyklus mit einem UEGO-Sechs-Muster-reich-zu-mager-Verzögerungsfehler mit einem Betrag von 800 ms ausgeführt. In diesem Fall wird das aktive Rückkopplungsverfahren der Verschiebungskorrektur mit einer FAS-Steuerung verwendet, wie hier mit Bezug auf 5 beschrieben.
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Ein Graph 710 zeigt eine Auftragung der Steuerwirkung u der äußeren Schleife als Funktion der Zeit. Die Steuerwirkung u der äußeren Schleife entspricht der hier mit Bezug auf 3B beschriebenen Korrekturkomponente u1 hoher Bandbreite und begrenzter Autorität (HBLA). Ein Graph 720 zeigt eine Auftragung der gefilterten Steuerwirkungsausgabe ufilt der äußeren Schleife als Funktion der Zeit. Die gefilterte Ausgabe ufilt entspricht der hier mit Bezug auf 3B beschriebenen langsamen Korrekturkomponente u2. Ein Graph 730 zeigt eine Auftragung des Verschiebungsversatzes Verschiebungs_korr als Funktion der Zeit. Ein Graph 740 zeigt eine Auftragung der aktualisierten langsamen Korrekturkomponente ufilt + Verschiebungs_korr als Funktion der Zeit.
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Zunächst wird Verschiebungs_korr auf Null gesetzt und wird ufilt anhand des Langzeitmittelwerts der Steuerwirkung der äußeren Schleife berechnet, die bei ±1,5 % abgeschnitten wird. Wenn das Fahrzeug um 700 Sekunden ausgeschaltet wird, wird der zuletzt aufgezeichnete Wert von ufilt verwendet, um Verschiebungs_korr zu aktualisieren, d.h. Verschiebungs_korr(k + 1) = Verschiebungs_korr(k) + 2ufilt = 0,0176. Nach dieser Aktualisierung wird ufilt für den nächsten Zyklus auf Null zurückgesetzt. Während des zweiten Antriebszyklus hilft der aktualisierte Verschiebungs_korr-Wert dabei, die Verschiebung der Ablesung des UEGO-Sensors und schließlich der Steuerwirkung der äußeren Schleife aufzuheben. Dies kann durch Vergleichen des schnellen Korrektursignals im Graphen 710 vor und nach der Verschiebungs_korr-Aktualisierung (d.h. links und rechts der Zeit 800 s) beobachtet werden, wobei das Signal u nach der Aktualisierung zentrierter ist und nicht so oft zu den Betätigungsgrenzen läuft. Auf diese Weise kann die momentane Steuerwirkung der äußeren Schleife bei ±1,5 % abgeschnitten bleiben, um Fahrbarkeitsrandbedingungen zu erfüllen, während gleichzeitig eine Langzeitverschiebung zum Korrigieren der fehlerhaften Bedingung bestehen bleibt. Es sei bemerkt, dass die Steuerwirkung, die erforderlich ist, um diesen 800-ms-reich-zu-mager-Verzögerungsfehler zu unterdrücken, größer ist als der momentane Autoritätsbereich der Steuereinrichtung der äußeren Schleife und daher ufilt erforderlich ist, um eine nicht verschobene Steuerung aufrechtzuerhalten, während Fahrbarkeitsrandbedingungen erfüllt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor das Erzeugen einer UEGO-Sensorrückkopplungssollpunkteinstellung auf der Grundlage langsamerer und schnellerer Zeitkomponenten innerhalb einer äußeren Schleife eines Katalysatorsteuersystems, das Erzeugen einer Verschiebungsversatzkorrektur der inneren Schleife anhand der langsameren Zeitkomponente und das Angeben der Verschlechterung des Verbrennungsmotorsystems auf der Grundlage eines Vergleichs der Verschiebungsversatzkorrektur mit einer Verschlechterungsschwelle. Das Verfahren verwendet einen HEGO-Sensor der äußeren Schleife und einen Proportional-Integral-Regler und stellt ferner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der UEGO-Sensor-Rückkopplungssollpunkteinstellung ein. Das Erzeugen der UEGO-Sensor-Rückkopplungssollpunkteinstellung unter Verwendung der schnelleren und langsameren Zeitkomponenten umfasst das Summieren der schnelleren Zeitkomponente und der langsameren Zeitkomponente.
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Bei einem Beispiel umfasst das Erzeugen der schnelleren und der langsameren Zeitkomponenten das Erzeugen eines ersten Fehlers auf der Grundlage der Differenz zwischen einem Referenz-HEGO-Sensorsignal und einem HEGO-Sensorsignal, das Erzeugen der schnelleren Zeitkomponente auf der Grundlage des ersten Fehlers und das Erzeugen der langsameren Zeitkomponente durch Filtern der schnelleren Komponente. Bei einem Beispiel wird das Filtern der schnelleren Komponente durch ein Tiefpassfilter ausgeführt.
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Bei einem anderen Beispiel wird die Verschiebungsversatzkorrektur der inneren Schleife auf der Grundlage eines Werts der langsameren Zeitkomponente bestimmt. Der Wert der langsameren Zeitkomponente wird zur Verschiebungsversatzkorrektur der inneren Schleife am Ende eines Zündzyklus addiert. Die Verschiebungsversatzkorrektur der inneren Schleife wird ansprechend auf das Ende eines Zündzyklus als ein Verschiebungsversatz auf die UEGO-Sensorrückkopplungssollpunkteinstellung angewendet.
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Bei einem weiteren Beispiel umfasst das Verfahren ferner das Deaktivieren der Erzeugung der Korrektur der langsameren Komponente ansprechend auf ein Verzögerungskraftstoffabschaltereignis für einen vorgegebenen Zeitraum. Bei einem Beispiel ist der vorgegebene Zeitraum ein Zündzyklus.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine mit einem stromaufwärts gelegenen Abgassensor, der vor einem Katalysator angeordnet ist, und einem stromabwärts gelegenen Abgassensor, der hinter einem Katalysator angeordnet ist, das Erzeugen einer Rückkopplungssollpunkteinstellung des stromaufwärts gelegenen Abgassensors auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals des stromabwärts gelegenen Abgassensors, das Überwachen der Rückkopplungssollpunkteinstellung des stromaufwärts gelegenen Abgassensors auf eine konstante oder langsam veränderliche Verschiebung, das Erzeugen einer Verschiebungsversatzkorrektur ansprechend auf die konstante oder langsam veränderliche Verschiebung und das Einstellen des Rückkopplungssignals des stromabwärts gelegenen Abgassensors mit der Verschiebungsversatzkorrektur ansprechend auf ein zeitliches Ereignis.
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Bei einem Beispiel ist der stromaufwärts gelegene Abgassensor ein universeller Abgassauerstoffsensor und ist der stromabwärts gelegene Abgassensor ein erwärmter Abgassauerstoffsensor.
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Bei einem Beispiel umfasst die Rückkopplungssollpunkteinstellung des stromaufwärts gelegenen Abgassensors eine schnelle Komponente und eine langsame Komponente. Bei diesem Beispiel umfasst das Überwachen der Rückkopplungssollpunkteinstellung des stromaufwärts gelegenen Abgassensors auf eine konstante oder langsam veränderliche Verschiebung das Filtern der schnellen Komponente. Ferner wird das Filtern der schnellen Komponente der Rückkopplungssollpunkteinstellung des stromaufwärts gelegenen Abgassensors durch einen Integrator ausgeführt.
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Das Verfahren umfasst ferner das Deaktivieren der Erzeugung der Verschiebungsversatzkorrektur ansprechend auf ein Verzögerungskraftstoffabschaltereignis für einen vorgegebenen Zeitraum.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein System zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine einen ersten Abgassauerstoffsensor, der hinter dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, einen Katalysator, der hinter dem ersten Abgassensor angeordnet ist, einen zweiten Abgassauerstoffsensor, der hinter dem Katalysator angeordnet ist, und eine Steuereinrichtung in Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten Abgassauerstoffsensor, wobei die Steuereinrichtung eine innere Rückkopplungssteuerschleife zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors mit einer über den ersten Abgassauerstoffsensor bereitgestellten Rückkopplung und eine äußere Rückkopplungssteuerschleife, welche ein der inneren Rückkopplungssteuerschleife bereitgestelltes Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage einer Rückkopplung vom zweiten Abgassauerstoffsensor modifiziert, umfasst, wobei die Steuereinrichtung das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis über die Zeit auf eine konstante oder langsam veränderliche Verschiebung überwacht und das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ansprechend auf die konstante oder langsam veränderliche Verschiebung korrigiert und wobei die Steuereinrichtung das Überwachen des Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ansprechend auf ein Verzögerungskraftstoffabschaltereignis für einen vorgegebenen Zeitraum deaktiviert. Bei einem Beispiel ist der stromaufwärts gelegene Abgassauerstoffsensor ein universeller Abgassauerstoffsensor und ist der stromabwärts gelegene Abgassauerstoffsensor ein erwärmter Abgassauerstoffsensor.
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Bei einem Beispiel verwendet die Steuereinrichtung ein Tiefpassfilter zum Überwachen des Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Bei einem anderen Beispiel verwendet die Steuereinrichtung einen Integrator zum Überwachen des Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
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Bei einem anderen Beispiel umfasst die äußere Rückkopplungssteuerschleife eine modifizierte Mittelbereichssteuereinrichtung.
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Es sei bemerkt, dass die hier aufgenommenen als Beispiel dienenden Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotoren und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und Routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien in der Art ereignisgetriebener, interruptgetriebener, Multitasking-, Multithreading-Verarbeitungsstrategien und ähnlicher Verarbeitungsstrategien repräsentieren. Dabei können verschiedene der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen fortgelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie dient nur einer einfachen Erläuterung und Beschreibung. Eine oder mehrere der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen können abhängig von der jeweiligen verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen graphisch einen Code repräsentieren, der in den nicht flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Verbrennungsmotorsteuersystem zu programmieren ist.
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Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Vierzylinder-Boxermotoren und andere Typen von Motoren angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
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Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden, speziell dar. Diese Ansprüche können "ein" Element oder "ein erstes" Element oder eine Entsprechung davon betreffen. Diese Ansprüche sollen so verstanden werden, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, ob sie in Bezug auf den Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder verschieden sind, werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.