DE102016117069A1

DE102016117069A1 - Systeme und verfahren für eine überwachungsvorrichtung eines luft-kraftstoff-ungleichgewichts

Info

Publication number: DE102016117069A1
Application number: DE102016117069.0A
Authority: DE
Inventors: Mario Anthony Santillo; Michael James Uhrich; Stephen William Magner; Mrdjan J. Jankovic
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2017-03-30
Also published as: US9657663B2; CN106555688A; US20170089280A1; CN106555688B

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur Detektion eines Luft-Kraftstoff-Ungleichgewichts auf der Basis einer Ausgabe von mehreren Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen vorgesehen. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren, während einer Rückkopplungs-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung als Reaktion auf einer Ausgabe eines Abgassensors, der stromabwärts von einem Katalysator positioniert ist: Anzeigen eines Zylinderungleichgewichts als Reaktion auf eine Katalysatortransferfunktion, die nur innerhalb eines spezifizierten Frequenzbereichs auf der Basis der Abgassensorausgabe bestimmt wird, nachdem bestimmt wird, dass der Katalysator nominell ist; und Einstellen eines Aktuators als Reaktion auf das angezeigte Zylinderungleichgewicht. Auf diese Weise können Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichte genau identifiziert und mitigiert werden, wodurch Emissionen reduziert werden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Steuerung eines Fahrzeugmotors, um Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichte zu detektieren.
Hintergrund/Zusammenfassung
Ein Fahrzeug kann einen Dreiweg-Katalysator (TWC) (engl. three-way catalyst) zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors umfassen. Eine Rückkopplungssteuerung kann angewendet werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) (engl. air-fuel ration) eines Motors derart zu regeln, dass Motorabgasbestandteile in einer Weise eingestellt werden können, welche die Katalysatoreffizienz verbessert. Einige Fahrzeuge können einen Universal-Abgassauerstoff-(UEGO-)Sensor (engl. universal exhaust gas oxygen), der stromaufwärts von dem TWC positioniert ist, und einen erhitzten Abgassauerstoff-(HEGO-)Sensor (engl. heated exhaust gas oxygen), der stromabwärts von dem TWC positioniert ist, umfassen, um das AFR etwa bei der Stöchiometrie zu steuern. Der UEGO-Sensor liefert eine Rückkopplung, um Motorabgase nahe der Stöchiometrie einzustellen. Der HEGO-Sensor liefert eine Rückkopplung, um das Motor-AFR reicher oder magerer voreinzustellen, um die Katalysatoreffizienz zu verbessern.
Ein Abgasverteiler umfasst einzelne Abgasabzweiger von jedem Motorzylinder, die sich zu einem einzelnen Rohr stromaufwärts von dem Katalysator sammeln. Um Motorstartemissionen zu minimieren, wird der Katalysator so nahe bei den Zylinderabgasöffnungen wie möglich platziert, um den Katalysator rasch zu erhitzen. Der Ort des UEGO-Sensors ist angesichts des begrenzten verfügbaren Raums indessen optimiert, um das beste Gemisch von Gasen aus jedem Zylinder zu messen. Da der Raum für die Abgasrohre stromaufwärts von dem Katalysator begrenzt ist, ist ein typisches Problem, das bei Saugmotoren entsteht, der Zonenfluss. Spezifisch ist der Zonenfluss ein unausgeglichener reicher/magerer Fluss durch das Abgassystem, der aus dem begrenzten Raum resultiert, damit sich Abgase in einer homogenen Weise mischen können. Falls jedes Zylinder-AFR mit den anderen Zylindern abgestimmt wird, ist dieses Zonenflussphänomen kein Problem und ein stöchiometrisches AFR kann aufrechterhalten werden. Falls jedoch AFR-Ungleichgewichte von Zylinder zu Zylinder bestehen, die beispielsweise aus einer Variabilität zwischen Teilen oder absichtlich induzierten Borddiagnose-(OBD-)Ungleichgewichten resultieren, wird der Abgasstrom verschiedene AFR-Grade in Abhängigkeit von dem Ort in dem Abgasabzweiger umfassen. Falls der UEGO-Sensor kein geeignetes Gemisch der Gase jedes Zylinders aufgrund dieses Zonenflussphänomens messen kann, werden die reichen/mageren Gase den Katalysator rasch überfluten und aus dem Auspuff als erhöhte CO- und NOx-Emissionen austreten.
Andere Versuche zur Behandlung eines AFR-Ungleichgewichts umfassen die Überwachung des Motor-AFR unter Verwendung eines oder mehrerer HEGO- und/oder UEGO-Sensoren. Ein beispielhafter Ansatz wird von Behr et al. im US-Patent 7,802,563 gezeigt. Darin umfasst ein Verfahren zur Überwachung des AFR eines Motors: Lenken von Abgas von einer Gruppe von Zylindern zu einem Sauerstoffsensor, Abtasten des Sauerstoffsensors über einer Zündfrequenz der Gruppe von Zylindern, Bestimmen einer Differenz zwischen den Abtastwerten über ein Fensterintervall, und Anzeigen eines AFR-Ungleichgewichts in der Gruppe von Zylindern, wenn ein Verhältnis mindestens des Fensterintervalls über eine Gesamtanzahl von Fensterintervallen eine Schwelle überschreitet.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch potentielle Probleme mit solchen Systemen und Verfahren gefunden. Als Beispiel greift das oben diskutierte System auf einen einzelnen Abgassensor für jede Gruppe von Zylindern zurück, von denen einige für eine AFR-Ungleichgewichtsüberwachung dediziert sein können. Als weiteres Beispiel kann das Verfahren, falls ein oder mehrere Abgassauerstoffsensoren verschlechtert ist oder sind, fehlerhaft ein AFR-Ungleichgewicht aufgrund der falschen Funktionsweise des Sensors anzeigen. Falls sich einer oder mehrere der Abgassauerstoffsensoren, die zur Überwachung des Motor-AFR verwendet werden, stromabwärts von einem Katalysator befindet, kann das Verfahren ferner fehlerhaft ein AFR-Ungleichgewicht aufgrund der Verschlechterung des Katalysators anzeigen.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren behandelt werden, welches umfasst: während einer Rückkopplungs-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung als Reaktion auf die Ausgabe eines Abgassensors, der stromabwärts von einem Katalysator positioniert ist: Anzeigen eines Zylinderungleichgewichts als Reaktion auf eine Katalysatortransferfunktion, die nur innerhalb eines spezifizierten Frequenzbereichs auf der Basis der Abgassensorausgabe bestimmt wird; und Einstellen eines Aktuators als Reaktion auf das angezeigte Zylinderungleichgewicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen, dass der Katalysator nominell ist, vor dem Anzeigen des Zylinderungleichgewichts. Auf diese Weise kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht genau identifiziert und gemindert werden, wodurch Emissionen reduziert werden.
Es ist klar, dass die obige Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Es sollen keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifiziert werden, dessen Umfang nur durch die Ansprüche definiert wird, die der detaillierten Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Motorsystems;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Katalysatorsteuersystems;
3 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Identifikation eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts veranschaulicht;
4 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Identifikation eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts auf der Basis einer Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße veranschaulicht;
5 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens für mehrere Überwachungsvorrichtungen veranschaulicht; und
6 und 7 zeigen einen Satz von Graphen, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Identifikation eines AFR-Ungleichgewichts veranschaulichen.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Identifikation und Mitigation eines Luft-Kraftstoff-Ungleichgewichts. Spezifisch werden Verfahren und Systeme zur Detektion eines Luft-Kraftstoff-Ungleichgewichts auf der Basis einer Ausgabe mehrerer Überwachungsvorrichtungen beschrieben. Die Systeme und Verfahren können in einem Fahrzeug implementiert werden, wie dem in 1 dargestellten Fahrzeugsystem. Wie in 2 dargestellt, kann das Fahrzeug ein Motorsystem mit mehreren Zylindern und ein Abgasnachbehandlungssystem umfassen, sowie mehrere Rückkopplungssteuerschleifen zur Überwachung und Steuerung des AFR. Falls einer der mehreren Zylinder ein Luft-Kraftstoff-Ungleichgewicht in Bezug auf die anderen Zylinder aufweist, kann der Abgasstrom nicht gleichmäßig sein, und die reichen/mageren Abgase werden den Katalysator rasch übersättigen und aus dem Auspuff als erhöhte CO- und NOx-Emissionen austreten. Ferner kann die Verschlechterung des Katalysators und/oder der Abgassauerstoffsensoren falsche Detektionen eines AFR-Ungleichgewichts auslösen. Ein Verfahren zur Detektion eines AFR-Ungleichgewichts, wie das in 3 dargestellte Verfahren, umfasst das Zusammenführen der Ausgabe einer AFR-Ungleichgewichtsüberwachungsvorrichtung und einer Schwellen-Katalysatorüberwachungsvorrichtung, um die Gültigkeit einer AFR-Ungleichgewichtsdetektion zu erhöhen. Spezifisch schließt das Verfahren zuerst die Möglichkeit einer Schwelle oder eines verschlechterten Katalysator aus, bevor bestimmt wird, ob ein AFR-Ungleichgewicht vorliegt, da ein Verfahren zur Detektion eines AFR-Ungleichgewichts durch die Berechnung einer Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße, wie das in 4 dargestellte Verfahren, auf der nominellen Betreibbarkeit des Katalysators basieren kann. Obwohl die Verfahren von 3 und 4 in Bezug auf AFR-Ungleichgewichte und Schwellen-Katalysatoren beschrieben werden, kann ein Verfahren zur Detektion verschlechterter Bedingungen allgemein, wie das in 5 dargestellte Verfahren, die Evaluierung der Ausgabe von mehreren Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen umfassen, um eine einzelne verschlechterte Komponente zu identifizieren. Auf diese Weise kann die gegenseitige Abhängigkeit von Systemkomponenten berücksichtigt werden, bevor eine verschlechterte Komponente angezeigt wird, wodurch die Genauigkeit von Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen erhöht wird und Emissionen wiederum reduziert werden. 6 und 7 veranschaulichen beispielhafte Daten, welche die Fähigkeit zur Detektion eines AFR- oder Zylinderungleichgewichts auf der Basis einer Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße zeigen.
1 veranschaulicht eine schematische Darstellung, die einen Zylinder eines Motors 10 mit mehreren Zylindern zeigt, der in einem Antriebssystem eines Automobils enthalten sein kann. Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuereinheit 12 umfasst, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbenutzer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel ist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und dieses umfasst einen Pedalpositionssensor 134, um ein proportionales Pedalpositionssignal PP zu generieren. Eine Verbrennungskammer (z. B. Zylinder) 30 eines Motors 10 kann Verbrennungskammerwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 umfassen. Der Kolben 36 kann mit einer Nockenwelle 40 gekoppelt sein, so dass die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Nockenwelle übersetzt wird. Die Nockenwelle 40 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein dazwischenliegendes Getriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor mit der Nockenwelle 40 über ein Schwungrad in Eingriff gelangen, um den Betrieb des Motors 10 zu starten.
Die Verbrennungskammer 30 kann Einlassluft von einem Ansaugkrümmer 44 über einen Einlasskanal 42 aufnehmen und kann Verbrennungsgase über einen Auslasskanal 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Auslasskanal 48 können selektiv mit der Verbrennungskammer 30 über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 kommunizieren. In einigen Beispielen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehrere Einlassventile und/oder zwei oder mehrere Auslassventile umfassen. In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und Auslassventil 54 durch eine Nockenbetätigung über einen oder mehrere Nocken gesteuert werden und können eines oder mehrere von Nockenprofilschalt-(CPS-) (engl. cam profile switching), variablen Ventilverstell-(VCT-) (engl. variable cam timing), variablen Ventilsteuerungs-(VVT-) (engl. variable valve timing) und/oder variablen Ventilhub-(WL-) (engl. variable valve lift) Systemen umfassen, die von der Steuereinheit 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 52 und Auslassventils 54 kann von Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Beispielen kann/können das Einlassventil 52 und/oder Auslassventil 54 durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ dazu ein Einlassventil umfassen, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über eine Nockenbetätigung gesteuert wird, die CPS- und/oder VCT-Systeme umfasst.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einem oder mehreren Kraftstoffinjektoren ausgelegt sein, um diesen Kraftstoff zuzuführen. Als nichteinschränkendes Beispiel ist der Zylinder 30 gezeigt, der einen Kraftstoffinjektor 66 umfasst, dem Kraftstoff vom Kraftstoffsystem 172 zugeführt wird. Der Kraftstoffinjektor 66 ist direkt mit dem Zylinder 30 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des von der Steuereinheit 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise liefert der Kraftstoffinjektor 66 was als Direkteinspritzung (hier im Nachstehenden auch als „DI” bezeichnet) von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 30 bekannt ist.
Es ist klar, dass in einem alternativen Beispiel der Injektor 66 ein Saugrohrinjektor sein kann, der Kraftstoff in die Einlassöffnung stromaufwärts von dem Zylinder 30 abgibt. Es ist auch klar, dass der Zylinder 30 Kraftstoff von mehreren Injektoren erhalten kann, wie mehreren Saugrohrinjektoren, mehreren Direktinjektoren oder einer Kombination davon.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 kann der Einlasskanal 42 eine Drossel 62 mit einer Drosselplatte 64 umfassen. In diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselplatte 64 von der Steuereinheit 12 über ein Signal variiert werden, das einem Elektromotor oder Aktuator zugeführt wird, der mit der Drossel 62 versehen ist, eine Auslegung, die üblicherweise als elektronische Drosselsteuerung (ETC) (engl. electronic throttle control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betrieben werden, um die Einlassluft zu variieren, die der Verbrennungskammer 30 unter anderen Motorzylindern zugeführt wird. Die Position der Drosselplatte 64 kann an die Steuereinheit 12 durch ein Drosselpositionssignal TP (engl. throttle position) übermittelt werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Massenluftfluss-Sensor 120 und einen Verteilerluftdruck-Sensor 122 umfassen, um der Steuereinheit 12 jeweilige Signale MAF (engl. manifold air flow) und MAP (engl. manifold air pressure) zuzuführen.
Ein Zündungssystem 88 kann der Verbrennungskammer 30 über eine Zündkerze 92 als Reaktion auf ein Vorzündsignal SA (engl. advance signal) von der Steuereinheit 12 unter Auswahlbetriebsmodi einen Zündfunken zuführen. Obwohl die Funkenzündkomponenten gezeigt sind, kann oder können in einigen Beispielen die Verbrennungskammer 30 oder eine oder mehrere andere Verbrennungskammern des Motors 10 in einem Kompressionszündmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
Ein stromaufwärtiger Abgassensor 126 ist gekoppelt mit Abgaskanal 48 stromaufwärts von einer Emissionssteuervorrichtung 70 gezeigt. Der stromaufwärtige Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor sein, um eine Anzeige des Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses zu liefern, wie ein linearer Breitband-Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal- oder Breitband-Abgassauerstoff), ein Zweizustands-Schmalband-Sauerstoffsensor oder EGO (engl. exhaust gas oxygen), eine HEGO (erhitzter EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. In einem Beispiel ist der stromaufwärtige Abgassensor 126 ein UEGO, der ausgelegt ist, eine Ausgabe wie ein Spannungssignal zu liefern, das proportional zu der Menge an Sauerstoff ist, die im Abgas vorliegt. Die Steuereinheit 12 verwendet die Ausgabe, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen.
Die Emissionssteuervorrichtung 70 ist entlang des Abgaskanals 48 stromabwärts vom Abgassensor 126 angeordnet gezeigt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiweg-Katalysator (TWC) sein, der ausgelegt ist, NOx zu reduzieren und CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. In einigen Beispielen kann die Vorrichtung 70 eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Ein zweiter, stromabwärtiger Abgassensor 129 ist gekoppelt mit dem Abgaskanal 48 stromabwärts von der Emissionssteuervorrichtung 70 gezeigt. Der stromabwärtige Sensor 129 kann ein beliebiger Sensor sein, um eine Anzeige des Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses zu liefern, wie ein UEGO, EGO, HEGO usw. In einem Beispiel ist der stromabwärtige Sensor 129 ein HEGO, der ausgelegt ist, die relative Anreicherung oder Magerkeit des Abgases anzuzeigen, nachdem es durch den Katalysator strömt. Als solcher kann der HEGO eine Ausgabe in der Form eines Schaltpunkts oder des Spannungssignals an dem Punkt liefern, an dem das Abgas von mager auf reich wechselt.
Ferner kann in den geoffenbarten Beispielen ein Abgasrückführ-(EGR-) (engl. exhaust gas recirculation) System einen gewünschten Teil des Abgases von dem Abgaskanal 48 zu dem Einlasskanal 42 über eine EGR-Passage 140 lenken. Die Menge an EGR, die dem Einlasskanal 42 zugeführt wird, kann von der Steuereinheit 12 über ein EGR-Ventil 142 variiert werden. Ferner kann ein EGR-Sensor 144 innerhalb der EGR-Passage angeordnet sein und kann eine Anzeige von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases liefern. Unter bestimmten Bedingungen kann das EGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Verbrennungskammer zu regeln.
Die Steuereinheit 12 ist in 1 als Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das als Nurlesespeicher-Chip 106 in diesem bestimmten Beispiel gezeigt ist, einen Speicher 108 mit wahlfreiem Zugriff, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus umfasst. Die Steuereinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren empfangen, welche mit dem Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den vorstehend diskutierten Signalen, die umfassen: Messung des induzierten Massenluftflusses (MAF) von dem Massenluftfluss-Sensor 120; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 112, der mit einer Kühlmanschette 114 gekoppelt ist; ein Profil-Zündaufnahmesignal (PIP) (engl. profile ignition pickup) von einem Hall-Sensor 118 (oder anderen Typ), der mit der Nockenwelle 40 gekoppelt ist; eine Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor; und ein Absolutverteilerdruck-(MAP-)Signal von dem Sensor 122. Die Motordrehzahl, UpM (Umdrehungen pro Minute, engl. RPM, rounds per minute), kann von der Steuereinheit 12 aus dem Signal PIP generiert werden.
Das Speichermedium als Nurlesespeicher 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, die nicht-transitorische, von dem Prozessor 102 ausführbare Instruktionen repräsentieren, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten durchzuführen, die antizipiert, jedoch nicht spezifisch aufgelistet werden.
In einigen Beispielen kann die Steuereinheit 12 eine Anzeige einer Systemverschlechterung an ein Licht oder ein Anzeigefeld 131 ausgeben. Die Anzeige kann ein visueller Alarm, wie in beleuchtetes Licht, oder eine Nachricht sein. Die Nachricht kann einen Diagnosecode umfassen, der die Art des verschlechterten Zustands anzeigt. Beispielsweise kann die Steuereinheit 12 einen verschlechterten Katalysator über ein Licht oder ein Anzeigefeld 131 anzeigen. Die Anzeige kann ein alphanumerischer Code sein, der eine Verschlechterung des Katalysators oder einer anderen Komponente anzeigt.
Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Motors mit mehreren Zylindern, und jeder Zylinder kann ähnlich seinen eigenen Satz von Einlass/Auslassventilen, Kraftstoffinjektor, Zündkerze usw. umfassen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer inneren und äußeren Rückkopplungssteuerschleife für eine Katalysatorsteuerarchitektur 200. Die Katalysatorsteuerarchitektur 200 umfasst ein Motorsystem 206 und ein Katalysatorsteuersystem 214, wobei der Motor 10 ein Abgassystem 225 umfasst.
Das Motorsystem 208 kann einen Motor 10 mit mehreren Zylindern 230 umfassen. Der Motor 10 umfasst einen Motoreinlass 42 und einen Motorauslass 48. Der Motoreinlass 42 umfasst eine Drossel 62 in Fluidkommunikation mit einem Motoransaugkrümmer 44. Das Motorabgassystem 225 umfasst einen Abgasverteiler 48, der zu einem Abgaskanal 235 führt, der Abgas in die Atmosphäre lenkt. Das Motorabgassystem 225 kann eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 70 umfassen, die in einer eng gekoppelten Position im Abgas montiert sein können. Eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen kann oder können einen Dreiweg-Katalysator, eine magere NOx-Falle, ein Teilchenfilter, einen Oxidationskatalysator usw. umfassen. Es ist klar, dass andere Komponenten in dem Motor enthalten sein können, wie verschiedenste Ventile und Sensoren, wie beispielsweise in 1 dargestellt.
Das Fahrzeugsystem 206 kann ferner ein Katalysatorsteuersystem 214 umfassen. Das Katalysatorsteuersystem 214 ist gezeigt, wie es Informationen von den Abgassauerstoffsensoren 126 und 129 empfängt und Steuersignale an die Kraftstoffinjektoren 66 sendet. Als Beispiel können die Abgassauerstoffsensoren den Abgassensor 126 umfassen, der stromaufwärts von der Emissionssteuervorrichtung 70 angeordnet ist, und den Abgassensor 129, der stromabwärts von der Emissionssteuervorrichtung 70 angeordnet ist. Andere Sensoren, wie Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können mit verschiedenen Orten in dem Fahrzeugsystem 206 gekoppelt sein. Das Katalysatorsteuersystem 214 kann Eingabedaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingabedaten verarbeiten und die Aktuatoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten auf der Basis von Instruktionen oder einem darin programmierten Code aktivieren, die einer oder mehreren Routinen entsprechen. Das Katalysatorsteuersystem 214 kann mit Instruktionen ausgelegt sein, die in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind, und die das Katalysatorsteuersystem 214 veranlassen, Steuerroutinen über einen oder mehrere Aktuator auf der Basis von Informationen vorzunehmen, welche über einen oder mehrere Sensoren empfangen werden. Beispiele von Steuerroutinen werden hier mit Bezugnahme auf 3 beschrieben.
In einem Beispiel ist die Emissionssteuervorrichtung 70 ein Dreiweg-Katalysator, ist der Abgassensor 126 ein UEGO-Sensor und ist der Abgassensor 129 ein HEGO-Sensor.
Das Katalysatorsteuersystem 214 regelt das AFR auf ein gewünschtes AFR nahe der Stöchiometrie und stimmt diese Regelung auf der Basis der Abweichung einer HEGO-Spannung von einem vorherbestimmten HEGO-Spannungseinstellpunkt fein ab. Die Innenschleifen-Steuereinheit 207 verwendet den stromaufwärtigen UEGO-Sensor 126 für eine Rückkopplungssteuerung mit höherer Bandbreite, während die Außenschleifen-Steuereinheit 205 den HEGO-Sensor 129 für eine Steuerung mit niedrigerer Bandbreite verwendet. Das Katalysatorsteuersystem 214 kann durch eine Motorsteuereinheit, wie die Steuereinheit 12, implementiert werden.
Die Innenschleifen-Steuereinheit 207 kann eine Proportional-Integral-Ableitungs-(PID-)Steuereinheit (engl. proportional-integral-derivative) umfassen, die das Motor-AFR durch das Generieren eines geeigneten Kraftstoffbefehls (z. B. Kraftstoffimpulsbreite) regelt. Ein Summierpunkt 222 kombiniert den Kraftstoffbefehl von der Innenschleifen-Steuereinheit 207 mit Befehlen von der Vorwärts-Steuereinheit 220. Dieser kombinierte Satz von Befehlen wird an die Kraftstoffinjektoren 66 des Motors 10 geliefert. Der UEGO-Sensor 126 liefert ein Rückkopplungssteuersignal an die Innenschleifen-Steuereinheit 207, wobei das UEGO-Rückkopplungssignal proportional ist zu dem Sauerstoffgehalt des Zufuhrgases oder des Motorabgases zwischen dem Motor 10 und dem TWC 70. Die Außenschleifen-Steuereinheit 205 generiert ein UEGO-Referenzsignal (z. B. ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis), das an die Innenschleifen-Steuereinheit 207 geliefert wird. Das UEGO-Referenzsignal wird mit dem UEGO-Rückkopplungssignal am Punkt 216 kombiniert. Der Fehler oder das Differenzsignal, das von dem Punkt 216 geliefert wird, wird dann von der Innenschleifen-Steuereinheit 207 verwendet, um den Kraftstoffbefehl einzustellen, so dass sich das tatsächliche AFR innerhalb des Motors 10 dem gewünschten AFR annähert. Der HEGO-Sensor 129 liefert eine Rückkopplung an die Außenschleifen-Steuereinheit 205. Das HEGO-Rückkopplungssignal kann verwendet werden, um das UEGO-Referenzsignal einzustellen, oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzsignal, das an die Innenschleifen-Steuereinheit 207 über den Punkt 216 geliefert wird. Zusätzlich arbeitet die Außenschleifen-Steuereinheit 205, um die Kaqtalysatoreffizienz zu verbessern, indem eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rechteckwelle mit niedriger Amplitude an den Katalysatoreingang angelegt wird. Die Rechteckwelle ermöglicht, dass in den Katalysator eindringende Abgasbestandteile variieren, um so Sauerstoff und CO in dem Katalysator aufzufüllen, wodurch die Kohlenwasserstoff-Oxidation und NOx-Reduktion verbessert werden.
Somit sieht das System von 1 und 2 ein System vor, welches umfasst: einen Motor, der mehrere Zylinder und ein Abgassystem umfasst, wobei das Abgassystem einen Katalysator und Sauerstoffsensoren umfasst, die stromaufwärts und stromabwärts von dem Katalysator angeordnet sind; und eine Steuereinheit, welche in einem nicht-transitorischen Speicher gespeicherte Instruktionen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuereinheit veranlassen: eine Verstärkung der Katalysatortransferfunktion auf der Basis von Daten zu berechnen, die von den Sauerstoffsensoren ausgegeben werden; als Reaktion auf ein Detektieren eines nominellen Katalysators ein Zylinderungleichgewicht als Reaktion auf die Verstärkung über einer Schwelle anzuzeigen; und einen Aktuator als Reaktion auf das Zylinderungleichgewicht einzustellen. Beispiele von Verfahren, die in einem solchen System implementiert werden, werden hier mit Bezugnahme auf 3 bis 5 weiter beschrieben.
3 ist ein detailliertes Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens 300 zur Identifikation eines AFR-Ungleichgewichts gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Insbesondere betrifft das Verfahren 300 die Bestimmung eines AFR-Ungleichgewichts auf der Basis der Größe der Frequenz-Domänen-Transferfunktion eines Katalysators in einem spezifischen Bereich von Frequenzen, der einer angewiesenen Rechteckwelleneingabe entspricht. Das Verfahren 300 wird hier mit Bezugnahme auf die Komponenten und Systeme beschrieben, die in 1 und 2 dargestellt sind, obwohl es klar ist, dass das Verfahren auf andere Systeme angewendet werden kann, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Das Verfahren 300 kann von der Steuereinheit 12 durchgeführt werden und kann als ausführbare Instruktionen in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert werden.
Das Verfahren 300 beginnt bei 305. In 305 umfasst das Verfahren 300 die Evaluierung von Betriebsbedingungen. Betriebsbedingungen können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Motortemperatur, Umgebungstemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, Zeit seit dem Motorstopp, Motor-AFR und HEGO-Sensorspannung. Das Verfahren 300 geht zu 310 weiter, nachdem Motorbetriebsbedingungen bestimmt wurden.
In 310 umfasst das Verfahren 300 die Überwachung der Katalysatorverstärkung, um ein AFR-Ungleichgewicht zu detektieren. Spezifisch kann die Überwachung der Katalysatorverstärkung die Bestimmung der Größe der Frequenz-Domänen-Transferfunktion des Katalysators in einem spezifischen Bereich von Frequenzen umfassen, der einer angewiesenen Rechteckwelleneingabe entspricht, und den Vergleich der Größe mit einer Schwelle. Wie hier mit Bezugnahme auf 4 weiter beschrieben, bestimmt das Verfahren die Größe unter Verwendung eines vereinfachten TWC-Modells, das eine Systemverstärkung k, eine Zeitverzögerung τ_d und einen Integrator umfasst, wie beispielsweise in der folgenden Gleichung ausgedrückt:
oder äquivalent ẏ(t) = ku(t – τ_d) wobei y das Katalysatorausgabe-AFR ist, u das Katalysatoreingabe-AFR ist, s der Frequenz-Domänen-Laplace-Operator ist, und ẏ der Zeit-Domänen-Ableitungsoperator ist. In dem Fall eines AFR-Ungleichgewichts in einem Zonenfluss-Abgassystem oder in dem Fall eines Schwellenkatalysators werden die signifikanten Abgasabweichungen von der Stöchiometrie weg durch den stromabwärtigen Sauerstoffsensor als erhöhte Systemverstärkung repräsentiert. Somit kann die Systemverstärkung k in eine kalibrierte nominelle Systemverstärkung k₀ und eine Skalierungsverstärkung k_scl geteilt werden, um beispielsweise Abweichungen aufgrund einer Verschlechterung zu repräsentieren, k = k₀ × k_scl. Die Bestimmung der Größe der Katalysatortransferfunktion kann somit die Bestimmung der Skalierungsverstärkung k_scl umfassen (hier auch als Katalysatorverstärkung oder Katalysatorverstärkungsgrößen-Schätzung bezeichnet). Das Verfahren kann kontinuierlich die Katalysatorverstärkung überwachen, um ein AFR-Ungleichgewicht zu detektieren, während ein äußeres Schleifen-AFR freigegeben ist.
Bei Fortsetzen in 315 umfasst das Verfahren 300 die Überwachung des Katalysators, um einen Schwellenkatalysator zu detektieren. Da das oben beschriebene Verfahren zur Schätzung der Größe der Katalysatortransferfunktion für ein AFR-Ungleichgewicht empfindlich ist, basiert die Überwachung des Katalysators, um einen Schwellenkatalysator zu detektieren, vorzugsweise nicht auf der Katalysatorverstärkung. Stattdessen kann das Verfahren 300 den Katalysator während Bedingungen überwachen, wenn keine Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung auftritt, so dass die Katalysatorüberwachungsvorrichtung von einem potentiellen AFR-Ungleichgewicht nicht nachteilig beeinflusst wird. Als veranschaulichendes und nichteinschränkendes Beispiel kann das Verfahren 300 den Katalysator während Bedingungen einer Kraftstoffzufuhrunterbrechung bei Geschwindigkeitsabnahme (DFSO)(engl. deceleration fuel shut-off) überwachen, indem eine Menge an Sauerstoff berechnet wird, die im Katalysator gespeichert ist. Beispielsweise, wie von Sealy et al. im US-Patent 8,756,915 beschrieben, umfasst ein Verfahren zur Überwachung eines Katalysators, nach einer DFSO-Dauer, das Anzeigen einer Verschlechterung des Katalysators auf der Basis einer Menge an reichen Produkten, die erforderlich ist, um einen Sensor zu veranlassen, reicher als eine Schwelle zu werden, wobei die erforderliche Menge an reichen Produkten mit einer Menge an Sauerstoff korreliert werden kann, die im Katalysator gespeichert ist.
Bei Fortsetzen in 317 umfasst das Verfahren 300 eine Bestimmung, ob ein Schwellenkatalysator auf der Basis der Katalysatorüberwachungsausgabe in 315 detektiert wird. Wie oben und hier weiter diskutiert, kann das Vorliegen eines Schwellenkatalysators bewirken, dass sich die Skalierungsverstärkung k_scl erhöht (z. B. über den nominellen Wert von 1), und so kann ein Schwellenkatalysator als Rauschfaktor angesehen werden, wenn bestimmt wird, ob ein AFR-Ungleichgewicht vorliegt. Falls ein Schwellenkatalysator detektiert wird, zeigt daher das Verfahren kein AFR-Ungleichgewicht ungeachtet der Skalierungsverstärkung an.
Falls ein Schwellenkatalysator detektiert wird („JA”), geht das Verfahren 300 zu 320 weiter. In 320 umfasst das Verfahren 300 die Anzeige eines Schwellenkatalysators. In 325 umfasst das Verfahren 300 die Einstellung von Aktuatorn auf der Basis des Schwellenkatalysators. Spezifisch stellt das Verfahren 300 Aktuator ein, um zu versuchen, Motoremissionen als Reaktion auf die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße zu reduzieren. In einem Beispiel werden die Motorkraftstoffinjektoren derart eingestellt, dass die Amplitude des Rechteckwellen-AFR reduziert wird, die dem Katalysator zugeführt wird, bei dem eine mögliche Verschlechterung diagnostiziert wird. Dann endet das Verfahren 300.
Somit versucht das Verfahren nicht, ein AFR-Ungleichgewicht zu detektieren, falls der Katalysator verschlechtert ist. Wenn, bei einer Rückkehr zu 317, ein Schwellenkatalysator nicht detektiert wird („NEIN”), geht das Verfahren 300 zu 335 weiter. In 335 umfasst das Verfahren 300 die Bestimmung, ob ein AFR-Ungleichgewicht vorliegt. Ein AFR-Ungleichgewicht kann bestimmt werden, indem die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße mit einer Ungleichgewichtsschwelle verglichen wird: falls die Verstärkungsgrößenschätzung über der Ungleichgewichtsschwelle liegt, wird dann ein AFR-Ungleichgewicht detektiert; andernfalls wird kein AFR-Ungleichgewicht detektiert.
Als Beispiel kann die Ungleichgewichtsschwelle unter Verwendung von Tests über verschiedene Antriebszyklen mit einem Katalysatorsystem mit voller Nutzungsdauer (FUL)(engl. full-useful life) vorherbestimmt werden, wobei verschiedenste AFR-Ungleichgewichte absichtlich induziert werden. Über die einfache Detektion eines Ungleichgewichts hinaus umfasst in einigen Beispielen die Bestimmung, ob ein AFR-Ungleichgewicht vorliegt, ferner eine Bestimmung eines Typs und einer Menge eines AFR-Ungleichgewichts. Beispielsweise kann das Verfahren auf eine Nachschlagtabelle Bezug nehmen, um eine Menge (z. B. 10%, 15%, 20% usw.) und einen Typ (z. B. mager oder reich) zu bestimmen. Noch weiter kann in einigen Beispielen das Verfahren, mindestens teilweise auf der Basis der Verstärkungsgrößenschätzung, einen bestimmten Zylinder und/oder eine Zylinderbank bestimmen, der oder die für das Ungleichgewicht verantwortlich ist. Auf diese Weise, wie hier weiter diskutiert, kann das Verfahren Aktuator einstellen (z. B. Kraftstoffinjektoren), um das Ungleichgewicht zu abzuschwächen.
Als veranschaulichendes Beispiel zeigt 6 einen Graphen 600, der das hier beschriebene Verfahren zur Detektion eines AFR-Ungleichgewichts auf der Basis von Katalysatorverstärkungsschätzungen veranschaulicht. Insbesondere umfasst der Graph 600 mehrere Katalysatorverstärkungsschätzungen 610, die während sechzehn Einzeltests erfasst werden, wobei die einzelnen Tests über verschiedenste Antriebszyklen unter Verwendung eines FUL-Katalysatorsystems sowohl mit einem als auch ohne ein AFR-Ungleichgewicht vorgenommen werden. In jedem Fall beginnt das nicht-intrusive Verfahren mit einer anfänglichen Skalierungsverstärkungsschätzung von 1,0 und aktualisiert kontinuierlich, wenn die Außenschleifen-Steuereinheit freigegeben ist. Die Katalysatorverstärkungsschätzungen 613 entsprechen den ersten sechs Tests, wobei ein AFR-Ungleichgewicht entweder eines 20% reichen oder 20% mageren AFR an einzelnen Zylindern induziert wird. Die Katalysatorverstärkungsschätzungen 617 entsprechen Tests, in denen AFR-Ungleichgewichte nicht induziert werden. Wie gezeigt, implementiert das Verfahren korrekt das Vorliegen eines AFR-Ungleichgewichts auf der Basis der Katalysatorverstärkungsschätzung, egal ob das Ungleichgewicht reich oder mager ist.
Als weiteres veranschaulichendes Beispiel zeigt 7 einen Graphen 700, der das hier beschriebene Verfahren zur Detektion eines AFR-Ungleichgewichts auf der Basis von Katalysatorverstärkungsschätzungen veranschaulicht. Insbesondere umfasst der Graph 700 mehrere Katalysatorverstärkungsschätzungen 710, die während dreizehn Einzeltests erfasst werden, wobei die einzelnen Tests über verschiedenste Antriebszyklen unter Verwendung eines FUL-Katalysqatorsystems sowohl mit einem als auch ohne ein AFR-Ungleichgewicht vorgenommen werden. In jedem Fall beginnt das nicht-intrusive Verfahren mit einer anfänglichen Skalierungsverstärkungsschätzung von 1,0 und aktualisiert kontinuierlich, wenn die Außenschleifen-Steuereinheit freigegeben ist. Um die Fähigkeit des Verfahrens zu zeigen, variierende Grade eines AFR-Ungleichgewichts zu bestimmen, werden verschiedene Ungleichgewichtsgrade während der ersten drei Tests induziert, während keine Ungleichgewichte in den zehn nachfolgenden Tests induziert werden. Spezifisch entsprechen die Katalysatorverstärkungsschätzungen 713 der Testnummern eines bis drei jeweils induzierten Ungleichgewichtsgraden von 10%, 15% und 20% reich an einem einzelnen Zylinder. Die Katalysatorverstärkungsschätzungen 717 der Testnummern vier bis dreizehn entsprechen hingegen Tests, in denen kein Ungleichgewicht induziert wird. Wie dargestellt, wird gezeigt, dass sich die Katalysatorverstärkungsschätzung nahezu linear mit zunehmenden AFR-Ungleichgewichtsgraden erhöht, während eine statistisch signifikante Trennung von den ausgeglichenen Tests weg aufrechterhalten wird. Daher ermöglicht die hier beschriebene AFR-Ungleichgewichtsüberwachungsvorrichtung die Reduktion von AFR-Ungleichgewichtsdetektionsschwellen, während gleichzeitig die Emissionsausgabefähigkeit erhöht wird.
Falls, mit erneuter Bezugnahme auf 335 in 3, kein AFR-Ungleichgewicht vorliegt („NEIN”), geht das Verfahren 300 zu 340 weiter, wo kein AFR-Ungleichgewicht detektiert wird. Das Verfahren 300 kann keine Anzeige eines AFR-Ungleichgewichts liefern, falls kein AFR-Ungleichgewicht detektiert wird. Dann endet das Verfahren 300. In einigen Beispielen kann das Verfahren kontinuierlich eine Schleife bilden (z. B. zu 305 zurückkehren), mindestens wenn die äußere Steuerschleife aktiviert ist. In anderen Beispielen kann das Verfahren einen Zeitgeber inkrementieren, um eine Zeitdauer seit der letzten AFR-Ungleichgewichtsbestimmung zu verfolgen, und die AFR-Ungleichgewichtsbestimmung kann periodisch vorgenommen werden, um Verarbeitungsressourcen zu sparen.
Falls jedoch, mit erneuter Bezugnahme auf 335, ein AFR-Ungleichgewicht detektiert wird („JA”), geht das Verfahren 300 zu 345 weiter. In 345 wird ein AFR-Ungleichgewicht detektiert. Das Verfahren 300 kann eine Anzeige eines AFR-Ungleichgewichts liefern, falls ein AFR-Ungleichgewicht detektiert wird. In einem Beispiel liefert das Verfahren 300 eine Anzeige eines AFR-Ungleichgewichts über die Änderung eines Betriebszustands eines Lichts oder Anzeigefelds.
Bei Fortsetzung in 350 umfasst das Verfahren 300 die Einstellung von Aktuatorn auf der Basis des AFR-Ungleichgewichts. Spezifisch stellt das Verfahren 300 Aktuator ein, um zu versuchen, die Motoremissionen als Reaktion auf die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße zu reduzieren. In einigen Beispielen stellt das Verfahren Aktuator (z. B. Motorkraftstoffinjektoren) ein, um eine Menge und/oder einen Typ eines AFR-Ungleichgewichts weiter zu bestimmen, zu detektieren, welcher Zylinder und/oder welche Zylinderbänke das AFR-Ungleichgewicht umfassen usw. Auf der Basis dieser Bestimmungen kann das Verfahren die Aktuator weiter einstellen, um das AFR-Ungleichgewicht zu berücksichtigen. Dann endet das Verfahren 300.
Es ist klar, dass, obwohl 3 die Überwachung auf ein AFR-Ungleichgewicht in 310 und die Überwachung des Katalysators in 315 als Betriebe sequentiell oder in Serie zeigt, in einigen Beispielen beide Überwachungsvorrichtungen gleichzeitig oder parallel arbeiten. Falls zu irgendeiner Zeit ein Schwellenkatalysator detektiert wird, zeigt das Verfahren einen Schwellenkatalysator an und stoppt die Überwachung auf ein AFR-Ungleichgewicht. Falls die AFR-Ungleichgewichtsüberwachungsvorrichtung die Skalierungsverstärkung über der AFR-Ungleichgewichtsschwelle detektiert, wartet das Verfahren dann darauf, dass die Katalysatorüberwachungsvorrichtung JA oder NEIN sagt, bevor das AFR-Ungleichgewicht angezeigt wird.
Somit bietet das Verfahren von 3 ein Verfahren zur Detektion eines AFR-Ungleichgewichts auf der Basis einer Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgrößenschätzung. Das Verfahren berücksichtigt potentielle Rauschquellen (z. B. einen Schwellenkatalysator) in der Verstärkungsgrößenschätzung, bevor eine AFR-Ungleichgewichtsbestimmung auf der Basis der Verstärkungsgrößenschätzung vorgenommen wird. Auf diese Weise vermeidet das Verfahren die fehlerhafte Detektion eines AFR-Ungleichgewichts aufgrund anderer verschlechterter Komponenten. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung der Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgrößenschätzung wird hier mit Bezugnahme auf 4 weiter beschrieben.
4 ist ein detailliertes Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens 400 zur Detektion eines AFR-Ungleichgewichts gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Insbesondere betrifft das Verfahren 400 die Bestimmung der Größe einer Frequenz-Domänen-Transferfunktion eines Katalysators in einem spezifischen Bereich von Frequenzen, der einer angewiesenen Rechteckwellen-Eingabe entspricht, und die Bestimmung, ob ein AFR-Ungleichgewicht vorhanden ist, auf der Basis der Größe. Das Verfahren 400 wird hier mit Bezugnahme auf die Komponenten und Systeme beschrieben, die in 1 und 2 dargestellt sind, obwohl es klar ist, dass das Verfahren auf andere Systeme angewendet werden kann, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Das Verfahren 400 kann von der Steuereinheit 12 durchgeführt werden und kann als ausführbare Instruktionen in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert werden.
Das Verfahren 400 beginnt bei 402. In 402 umfasst das Verfahren 400 die Evaluierung von Motorbetriebsbedingungen. Betriebsbedingungen können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Motortemperatur, Umgebungstemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, Zeit seit dem Motorstopp, Motor-AFR und HEGO-Sensorspannung. Das Verfahren 400 geht zu 404 weiter, nachdem Motorbetriebsbedingungen bestimmt wurden.
In 404 wendet das Verfahren 400 eine Luft-Kraftstoff-Modulation auf das Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis an. Die Amplitude der Modulation ist um die Stöchiometrie zentriert, oder in einigen Beispielen kann eine geringe Vorspannung angelegt werden. Die Luft-Kraftstoff-Modulationsfrequenz kann auf dem Volumen und dem Ort des Katalysators basieren, für den die Transferfunktion geschätzt wird, oder auf anderen Faktoren, wie Motordrehzahl und -last. Als nicht-einschränkendes Beispiel kann die Frequenz innerhalb von 1 bis 2 Hz liegen. In einem Beispiel kann die Frequenz 1,5 Hz betragen. Das Verfahren 400 geht nach dem Beginn der Modulation des AFR des Motors zu 406 weiter. In einigen beispielhaften Systemen ist der Schritt 404 bereits aktiv, wenn die äußere Schleifensteuerung freigegeben wird.
In 406 beurteilt das Verfahren 400, ob die äußere AFR-Steuerschleife des Motors aktiviert wurde. In einem Beispiel kann die äußere AFR-Steuerschleife aktiviert werden, nachdem die innere AFR-Steuerschleife aktiviert wird, und nach der Steuerung auf ein gewünschtes AFR nahe der Stöchiometrie, nachdem der hintere HEGO-Sensor eine Schwellentemperatur erreicht, und als Reaktion auf eine Schwellenzeitdauer seit dem Motorstart. Auf diese Weise kann das Verfahren 400 vermeiden, die Größe der Katalysatortransferfunktion zu bestimmen, falls das Fahrzeug in einem Modus ohne Kraftstoff, bei einem Kaltstart oder einer anderen Bedingung arbeitet, wo ein Post-Katalysator-AFR für eine Bestimmung der Katalysatortransferfunktion nicht zuverlässig sein kann. Falls das Verfahren 400 beurteilt, dass die äußere AFR-Steuerschleife aktiv ist („JA”), geht das Verfahren 400 zu 408 weiter. Andernfalls („NEIN”) geht das Verfahren 400 zu 410 weiter.
In 410 deaktiviert das Verfahren 400 die AFR-Ungleichgewichtsüberwachungsvorrichtung. Die AFR-Ungleichgewichtsüberwachungsvorrichtung wird deaktiviert, da der HEGO-Aus-gang unter den aktuellen Betriebsbedingungen nicht zuverlässig sein kann. Das Verfahren 400 kehrt zu 406 zurück, nachdem die AFR-Ungleichgewichtsüberwachungsvorrichtung deaktiviert wird, und wird bis zur nächsten Programmschleife nicht versuchen zu laufen.
In 408 aktiviert und inkrementiert das Verfahren 400 einen Zeitgeber. Der Zeitgeber ermöglicht es dem System, eine Bestimmung der Katalysatortransferfunktionsgröße während transienter Modi zu vermeiden, nachdem die äußere AFR-Steuerschleife aktiviert wird. Das Verfahren 400 geht zu 409 weiter, nachdem der Zeitgeber inkrementiert wird.
In 409 beurteilt das Verfahren 400, ob ein Wert des Zeitgebers größer ist als ein Schwellenwert. Wenn dies zutrifft („JA”), geht das Verfahren 400 zu 412 weiter. Andernfalls („NEIN”) kehrt das Verfahren 400 zu 408 zurück, wo der Zeitgeber inkrementiert wird.
In 412 bereitet das Verfahren 400 die Eingabe und Ausgabe des überwachten Katalysators zur Verarbeitung vor. Insbesondere wird die Ausgangsspannung des stromaufwärtigen UEGO in ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgewandelt. Ähnlich wird die HEGO-Sensorausgabe in ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgewandelt. Die Spannungsausgabe aus den Sensoren ist für eine Sauerstoffkonzentration in den Abgasen repräsentativ. Die Spannungen werden in AFRs über das Führen der Spannungen durch Transferfunktionen mit dem AFR als Ausgabe umgewandelt.
Zusätzlich wird das Auspuff-AFR, wie aus der HEGO-Sensorausgabe geschätzt, von einem Hochpass-Filter mit einer einstellbaren Zeitkonstante t_c bearbeitet (z. B. eine typische Sicherung gegen ein Signalrauschen, das nahe bei der Abtastfrequenz eingeführt wird), um die Ableitung der Ausgabe zu schätzen, wie in der folgenden Gleichung gezeigt:
wobei ẏ_f die geschätzte Ableitung des Katalysatorausgangsgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses y ist, s der Laplace-Operator ist, und t_c eine einstellbare Zeitkonstante ist. Die Katalysator-AFR-Eingabe, der aus dem UEGO bestimmt wird, wird in eine modellierte Ausgabe des gegenständlichen Katalysators umgewandelt. Insbesondere wird bei dem von dem UEGO bestimmten AFR die Eingabe u von einer Systemverzögerung τ_d, einem Tiefpass-Filter mit der Zeitkonstante t_c und einer Systemverstärkung k₀ bearbeitet, um die modellierte Ableitung des Katalysatorausgangsgas-AFR zu ergeben, wie in der folgenden Gleichung beschrieben:
wobei ẏ_m,f die modellierte geschätzte Ableitung des Katalysatorausgangs-AFR y ist, s der Laplace-Operator ist, t_c eine einstellbare Zeitkonstante ist, u das Katalysatoreingabe-AFR ist, und τ_d eine Zeitverzögerung ist. Die Systemverstärkung k₀ und die Zeitverzögerung τ_d sind für ein nominelles Katalysatorsystem repräsentativ und sind typischerweise Funktionen von Motorvariablen, wie dem Massenfluss durch das Motorsystem. Das Verfahren 400 geht zu 414 weiter, nachdem die Sensorausgänge in AFRs umgewandelt und gefiltert werden, wie oben beschrieben.
In 414 wendet das Verfahren 400 ein Bandpass-Filter auf die Ableitung des gemessenen oder stromabwärtigen Post-Katalysator-AFR ẏ_f und die Ableitung des modellierten stromabwärtigen AFR ẏ_m,f an. Das Filtern kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: {ẏ_bp, ẏ_m,bp} = G_bp(s){ẏ_f, ẏ_m,f, t_cl, _tch} wobei G_bp die Transferfunktion des Bandpass-Filters anzeigt, ẏ_bp die Bandpass-gefilterte Version von ẏ_f ist, ẏ_m,bp die Bandpass-gefilterte Version von ẏ_m,f ist, und t_cl und t_ch eine niedrige und hohe Sperrfrequenz des Bandpass-Filters sind. Das Verfahren 400 geht zu 416 weiter, nachdem die Signale Bandpass-gefiltert wurden.
In 416 wendet das Verfahren 400 eine Tiefpass- oder gleitendes Mittelwertfilter auf ẏ_bp und ẏ_m,bp an. Das Tiefpass-Filtern kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: {ẏ_lp, ẏ_m,lp} = G_lp(s){|ẏ_bp|, ẏ_m,bp|} wobei G_lp die Transferfunktion des Tiefpass-Filters bezeichnet, ẏ_lp die Tiefpass-gefilterte Version von ẏ_bp ist, und ẏ_m,lp die Tiefpass-gefilterte Version von ẏ_m,bp ist. Das Tiefpass-Filter wird so angewendet, dass die Eingangs/Ausgangs-Phasenregelung das Schätzungsergebnis der Transferfunktionsverstärkung des Katalysators nicht beeinträchtigt. Das Verfahren 400 geht zu 418 weiter, nachdem die Signale Tiefpass-gefiltert wurden.
In 418 bestimmt das Verfahren 400 einen Modellfehler ε. Der Modellfehler wird gemäß der folgenden Gleichung bestimmt: ε = ẏ_lp – k_scl × ẏ_m,lp wobei ε der Modellfehler ist, und k_scl die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgrößenschätzung ist, die einen Startwert erhält (z. B. 1), den der Algorithmus einstellt, während das Verfahren nach jeder Programmschleife iteriert. Das Verfahren 400 geht zu 420 weiter, nachdem die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgrößenschätzung bestimmt ist.
In 420 bestimmt das Verfahren 400 eine aktualisierte Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgrößenschätzung. Insbesondere wendet das Verfahren 400 einen Integrator und eine kalibierte (z. B. einstellbare) Verstärkung γ an, um die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße zu aktualisieren, wie in der folgenden Gleichung angezeigt: k ._scl = γ·ε.
Das Verfahren 400 geht zu 421 weiter, nachdem die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße aktualisiert wird.
In 421 beurteilt das Verfahren 400, ob die Schätzung eine Maturitätsmetrik erreicht hat. In einem Beispiel ist die Maturitätsmetrik eine Zeitdauer (z. B. zehn Minuten). In anderen Beispielen kann die Maturitätsmetrik eine Distanz umfassen, die von dem Fahrzeug zurückgelegt wird. Kompliziertere Verfahren, die Motorvariablen hinsichtlich einer anhaltenden Veränderung evaluieren, sind noch ein weiterer effektiver Weg, die Maturität zu evaluieren. Falls das Verfahren 400 beurteilt, dass die Maturitätsmetrik erreicht wurde („JA”), geht das Verfahren 400 zu 422 weiter. Andernfalls („NEIN”) kehrt das Verfahren 400 zu 418 zurück.
In 422 beurteilt das Verfahren 400, ob die geschätzte Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße k_scl größer ist als eine Schwellengröße k_afrim, die ein AFR-Ungleichgewicht anzeigt. Wenn dies zutrifft („JA”), geht das Verfahren 400 zu 426. Andernfalls („NEIN”) geht das Verfahren 400 zu 424 weiter.
In 424 zeigt das Verfahren 400 an, dass ein AFR-Ungleichgewicht nicht detektiert wird. Das Verfahren 400 kann keine Anzeige eines AFR-Ungleichgewichts liefern. Das Verfahren 400 geht zu 428 weiter.
In 428 gibt das Verfahren 400 die geschätzte Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße oder den Verstärkungsskalierungsfaktor k_scl aus, der in 420 berechnet wurde, so dass ein Stammprozess, wie das hier oben beschriebene Verfahren 300, schließlich bestimmen kann, ob ein AFR-Ungleichgewicht vorliegt (z. B. nach der Bestimmung, ob ein Schwellenkatalysator den erhöhten Verstärkungsskalierungsfaktor verursacht). Falls bestimmt wird, dass ein AFR-Ungleichgewicht detektiert wird, kann das Verfahren 400 zusätzlich Aktuator einstellen, um zu versuchen, Motoremissionen als Reaktion auf die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße über der Ungleichgewichtsschwelle zu reduzieren, und eine getrennte Katalysatorüberwachungsvorrichtung, die einen nominellen Katalysator detektiert, wie beispielsweise hier oben mit Bezugnahme auf 3 beschrieben. In einem Beispiel werden die Motorkraftstoffinjektoren so eingestellt, dass die Amplitude des Rechteckwellen-AFR reduziert wird, die dem Katalysator zugeführt wird. Eine Rechteckwelle mit höherer Amplitude kann zweckmäßig sein, wenn der Katalysator wie gewünscht arbeitet, da zusätzliche Gase erforderlich sein können, um die Katalysatorreaktionsstellen in der Nähe der stromabwärtigen Seite des Katalysators zu durchdringen und aufzufrischen, da die vorderen Reaktionsstellen effizient arbeiten. Falls der Katalysator jedoch verschlechtert ist, kann eine Rechteckwelle mit derselben Amplitude zu einem mageren oder reichen Durchbruch führen. Daher kann die Rechteckwellenamplitude über die rechtzeitige Einstellung des Kraftstoffinjektors reduziert werden. Das Verfahren 400 geht zum Ende, nachdem der Verstärkungsskalierungsfaktor ausgegeben wird.
In 426 zeigt das Verfahren 400 an, dass ein AFR-Ungleichgewicht detektiert wird. In einem Beispiel liefert das Verfahren 400 eine Anzeige eines AFR-Ungleichgewichts über die Änderung eines Betriebszustands eines Lichts oder Anzeigefelds. Das Verfahren 400 geht zu 428 weiter, nachdem das AFR-Ungleichgewicht detektiert wird.
Somit sehen die Verfahren von 3 und 4 ein Verfahren für eine AFR-Ungleichgewichtsüberwachungsvorrichtung vor. Das Verfahren umfasst die Bestimmung einer Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgrößenschätzung und den Vergleich der Verstärkungsgrößenschätzung mit einer AFR-Ungleichgewichtsschwelle als Reaktion auf einen nominellen Katalysator. Insbesondere umfasst das Verfahren: Perturbieren eines Katalysators über die Zufuhr von Abgasen zu dem Katalysator, die aus einem variierenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultieren; Lenken von Daten von einem stromaufwärtigen Sauerstoffsensor durch ein Modell, um eine Modellausgabe-Ableitungsschätzung vorzusehen, und von Daten von einem stromabwärtigen Sauerstoffsensor durch ein Hochpassfilter, um eine Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vorzusehen; Bandpassfiltern der Modellausgabe, um eine Bandpass-gefilterte Modellausgabe-Ableitungsschätzung vorzusehen, und Bandpassfiltern der Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung, um eine Bandpass-gefilterte Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vorzusehen; Schätzen einer Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße aus einer Differenz zwischen der Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung und der Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung; und Anzeigen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße über einer Schwelle. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner: Tiefpassfiltern der Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung und der Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vor dem Schätzen der Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße. In einem zweiten Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls das erste Beispiel umfassen kann, umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen eines Fehlers zwischen der Tiefpass-gefilterten Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung und der Tiefpass-gefilterten Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung. In einem dritten Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls eines oder mehr von dem ersten und zweiten Beispiel umfasst, umfasst das Verfahren ferner ein Nicht-Anzeigen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf die einen Schwellenkatalysator anzeigenden Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße. In einem vierten Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel umfasst, umfasst das Verfahren ferner ein Nicht-Anzeigen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf ein Detektieren einer Verschlechterung eines oder mehrerer der Sauerstoffsensoren.
Obwohl das oben beschriebene Verfahren einen Schwellenkatalysator als Rauschfaktor für AFR-Ungleichgewichtsbestimmungen betrachtet, ist es klar, dass andere Rauschquellen eine AFR-Ungleichgewichtsbestimmung beeinträchtigen können. Beispielsweise kann ein verschlechterter Abgassauerstoffsensor die Gültigkeit einer AFR-Ungleichgewichtsdetektion weiter beeinträchtigen. Somit kann, wie hier mit Bezugnahme auf 5 weiter beschrieben, ein Verfahren zur Verschlechterungsüberwachung die Kombination mehrerer Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen in eine einzelne Verschlechterungsbestimmung umfassen.
5 ist ein detailliertes Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens 500 zur Evaluierung der Ausgabe mehrerer Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Insbesondere betrifft das Verfahren 500 die Bestimmung einer einzelnen Verschlechterung auf der Basis einer Ausgabe mehrerer Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen. Das Verfahren 500 wird hier mit Bezugnahme auf die in 1 und 2 dargestellten Komponenten und Systeme beschrieben, obwohl es klar ist, dass das Verfahren auf andere Systeme angewendet werden kann, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Das Verfahren 500 kann von der Steuereinheit 12 durchgeführt werden und kann als ausführbare Instruktionen in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden.
Das Verfahren 500 beginnt bei 505. In 505 evaluiert das Verfahren 500 Motorbetriebsbedingungen. Betriebsbedingungen können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Motortemperatur, Umgebungstemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, Zeit seit dem Motorstopp, Motor-AFR und HEGO-Sensorspannung. Das Verfahren 500 geht zu 510 weiter, nachdem Motorbetriebsbedingungen bestimmt wurden.
In 510 evaluiert das Verfahren 500 die Ausgabe mehrerer Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen. Als nicht-einschränkende Beispiele können die mehreren Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen eine Schwellenkatalysator-Überwachungsvorrichtung, eine Abgassauerstoffsensor-Überwachungsvorrichtung und eine Motor-AFR-Ungleichgewicht-Überwachungsvorrichtung umfassen.
In 515 bestimmt das Verfahren 500, ob eine einzelne Verschlechterung auf der Basis der Ausgabe der mehreren Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen detektiert wird. Falls eine einzelne Verschlechterung von einer einzelnen Überwachungsvorrichtung detektiert wird („JA”), geht das Verfahren 500 dann zu 517 weiter. In 517 zeigt das Verfahren 500 an, dass eine einzelne Verschlechterung detektiert wird. In einigen Beispielen liefert das Verfahren 500 eine Anzeige der einzelnen Verschlechterung durch eine Änderung des Betriebszustands eines Lichts oder Anzeigefelds. Dann endet das Verfahren 500.
Falls, mit erneuter Bezugnahme auf 515, eine einzelne Verschlechterung nicht detektiert wird („NEIN”), geht das Verfahren 500 zu 520 weiter. In 520 bestimmt das Verfahren 500, ob mehrere Verschlechterungen (z. B. mehr als eine Verschlechterung) detektiert werden. Falls mehrere Verschlechterungen nicht detektiert werden („NEIN”), geht das Verfahren 500 zu 522 weiter. In 522 zeigt das Verfahren 500 an, dass keine Verschlechterung detektiert wird, da weder eine einzelne Verschlechterung noch mehrere Verschlechterungen auf der Basis der Ausgabe mehrerer Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen detektiert werden. Dann endet das Verfahren 500.
Falls mehrere Verschlechterungen detektiert werden („JA”), geht das Verfahren 500 zu 525 weiter. In 525 bestimmt das Verfahren 500, ob mehrere Verschlechterungen zusammenhängen oder voneinander abhängig sind. Die Verschlechterungen können voneinander abhängig sein, falls beispielsweise die Evaluierung einer Komponente von der Evaluierung einer anderen Komponente abhängig ist. Falls beispielsweise der Katalysator oder die Abgassauerstoffsensoren verschlechtert sind, kann eine AFR-Ungleichgewichtsbestimmung dann ungültig sein, da eine solche Bestimmung die normale Funktionsweise des Katalysators und/oder der Sensoren annimmt. Falls ein Schwellenkatalysator und ein verschlechterter Abgassensor detektiert werden, kann ähnlich der Schwellenkatalysator aufgrund der Verschlechterung des Abgassensors fehlerhaft detektiert werden. Es ist jedoch möglich, dass mehrere detektierte Verschlechterungen nicht voneinander abhängig sind. Beispielsweise können Verschlechterungen, die innerhalb eines Dampfemissions-Steuersystems auftreten, Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen im Abgassystem nicht direkt beeinflussen, und so kann das Verfahren diese Verschlechterungen als nicht miteinander zusammenhängend ansehen.
Falls die Verschlechterungen nicht miteinander zusammenhängen („NEIN”), geht das Verfahren 500 zu 527 weiter. In 527 zeigt das Verfahren 500 an, dass mehrere Verschlechterungen detektiert werden. In einigen Beispielen liefert das Verfahren 500 eine Anzeige der mehreren Verschlechterungen durch eine Änderung des Betriebszustands eines Lichts oder Anzeigefelds. Dann endet das Verfahren 500.
Falls die Verschlechterungen miteinander zusammenhängen („JA”), geht das Verfahren 500 zu 530 weiter. In 530 bestimmt das Verfahren 500 eine einzelne Verschlechterung auf der Basis der Kombination einzelner Verschlechterungen. Beispielsweise kann eine Nachschlagtabelle oder Funktion eine einzelne Verschlechterung auf der Basis der Kombination einzelner Verschlechterungen ausgeben. Die Nachschlagtabelle oder Funktion kann ferner die einzelne Verschlechterung auf der Basis der bestimmten Verschlechterungsgrade bestimmen. Als veranschaulichendes Beispiel kann das AFR-Ungleichgewichtsüberwachungsverfahren, das hier oben mit Bezugnahme auf 3 beschrieben wird, ein AFR-Ungleichgewicht, aber keinen Schwellenkatalysator detektieren, und die Katalysatorverstärkungsschätzung, die zur Detektion des AFR-Ungleichgewichts verwendet wird, kann nahe bei der AFR-Ungleichgewichtsschwelle liegen. Eine Sensorüberwachungsvorrichtung kann indessen einen verschlechterten Abgassauerstoffsensor mit einem erheblichen Verschlechterungsgrad detektieren. Das Verfahren 500 kann dann eine einzelne Verschlechterung (z. B. Verschlechterung des Abgassauerstoffsensors) anstelle von zwei Verschlechterungen (z. B. Sensorverschlechterung und AFR-Ungleichgewicht) auf der Basis der detektierten Verschlechterungen und ihrer jeweiligen Verschlechterungsgrade bestimmen.
In 535 zeigt das Verfahren 500 an, dass eine einzelne Verschlechterung detektiert wird, wobei die angezeigte einzelne Verschlechterung die einzelne Verschlechterung umfasst, die in 530 bestimmt wurde. In einigen Beispielen liefert das Verfahren 500 eine Anzeige der einzelnen Verschlechterung durch eine Änderung des Betriebszustands eines Lichts oder Anzeigefelds. Ferner kann das Verfahren 500 Aktuator einstellen, um die einzelne Verschlechterung zu mitigieren. Dann endet das Verfahren 500.
Auf diese Weise können Emissionen reduziert werden, indem Aktionen vermieden werden, um potentiell ungültige Verschlechterungen zu mitigieren, was Emissionen weiter erhöhen kann.
Der technische Effekt der Anzeige eines Zylinderungleichgewichts als Reaktion auf eine Katalysatortransferfunktion, die nur innerhalb einer spezifizierten Frequenz bestimmt wird, ist, dass das Zylinderungleichgewicht nicht fehlerhaft detektiert wird, falls der Katalysator verschlechtert ist. Ein weiterer technischer Effekt ist die Einstellung eines Aktuators, um eine detektierte Verschlechterung zu mitigieren. Noch ein weiterer technischer Effekt ist die Reduktion von Emissionen.
Als eine Ausführungsform umfasst das Verfahren: während einer Rückkopplungs-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung als Reaktion auf die Ausgabe eines Abgassensors, der stromabwärts von einem Katalysator positioniert ist, Anzeigen eines Zylinderungleichgewichts als Reaktion auf eine Katalysatortransferfunktion, die nur innerhalb eines spezifizierten Frequenzbereichs auf der Basis der Abgassensorausgabe bestimmt wird; und Einstellen eines Aktuators als Reaktion auf das angezeigte Zylinderungleichgewicht. In einem ersten Beispiel basiert das Verfahren, welches das Zylinderungleichgewicht anzeigt, auf einer Verstärkung der Katalysatortransferfunktion über einer Schwelle. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner eine Bestimmung, dass der Katalysator nominell ist, bevor das Zylinderungleichgewicht angezeigt wird. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehr von dem ersten und zweiten Beispiel und umfasst ferner, dass die Katalysatortransferfunktion auf einer modellierten Ausgabe verglichen mit der Abgassensorausgabe basiert. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und umfasst ferner, dass der spezifizierte Frequenzbereich auf einer vorherbestimmten Katalysator-Rechteckwellen-Modulationsfrequenz basiert, die ausgewählt wird, um die Katalysatoreffizienz zu optimieren. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis vierten Beispiel und umfasst ferner, dass die Rückkopplungs-Motor-Luft-Kraftstoff-Steuerung eine äußere Schleifenrückkopplungssteuerung ist, wobei das Verfahren ferner, während der äußeren Schleifenrückkopplungssteuerung, ein weiteres Vornehmen einer inneren Schleifen-Rückkopplungs-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor, der stromaufwärts von dem Katalysator angeordnet ist, wobei die äußere Schleife eine überlagerte Rechteckwelle umfasst, die zu der Rückkopplungssteuerung hinzugefügt wird. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis fünften Beispiel und umfasst ferner, dass der spezifizierte Frequenzbereich eine Frequenz der überlagerten Rechteckwelle von oben und unten mit einer oberen bzw. unteren Frequenzgrenze begrenzt, wobei die untere Frequenzgrenze größer als null ist. Ein siebentes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis sechsten Beispiel und umfasst ferner, dass während der Rückkopplungssteuerung der Motor Übergangs- und stationären Betriebsbedingungen ausgesetzt wird, während die Katalysatortransferfunktion bestimmt wird. Ein achtes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis siebenten Beispiel und umfasst ferner, dass der Katalysator ein Dreiweg-Katalysator ist. Ein neuntes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis achten Beispiel und umfasst ferner, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ein Einstellen einer Kraftstoffeinspritz-Impulsbreite umfasst.
Als weitere Ausführungsform umfasst das Verfahren: als Reaktion auf die Detektion mehrerer Verschlechterungen, Anzeigen einer einzelnen Verschlechterung auf der Basis der mehreren Verschlechterungen, und Einstellen eines Aktuators auf der Basis der einzelnen Verschlechterung. Ein erstes Beispiel des Verfahrens umfasst, dass die mehreren Verschlechterungen mindestens zwei von einem Zylinderungleichgewicht, einem Schwellenkatalysator, einem verschlechterten Kraftstoffinjektor und einem verschlechterten Abgassauerstoffsensor umfassen. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner: Anzeigen von mindestens zwei Verschlechterungen der mehreren Verschlechterungen, falls die mindestens zwei Verschlechterungen nicht voneinander abhängig sind. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehr von dem ersten und dem zweiten Beispiel, wobei die angezeigte einzelne Verschlechterung bestimmt wird, indem die Ausgabe mehrerer Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen evaluiert wird, welche die mehreren Verschlechterungen detektieren. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel, wobei die Evaluierung der Ausgabe der mehreren Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen ein Vergleichen der Ausgabe der mehreren Verschlechterungsüberwachungsvorrichtungen und eines Typs jeder detektierten Verschlechterung umfasst.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst ein System einen Motor, der mehrere Zylinder und ein Abgassystem umfasst, wobei das Abgassystem einen Katalysator und Sauerstoffsensoren umfasst, die stromaufwärts und stromabwärts von dem Katalysator angeordnet sind; und eine Steuereinheit, welche in einem nicht-transitorischen Speicher gespeicherte Instruktionen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuereinheit veranlassen: eine Verstärkung der Katalysatortransferfunktion auf der Basis von Daten zu berechnen, die von den Sauerstoffsensoren ausgegeben werden; als Reaktion auf eine Katalysatorüberwachungsvorrichtung, die anzeigt, dass der Katalysator nicht auf einem Schwellenpegel ist, ein Zylinderungleichgewicht als Reaktion auf die Verstärkung über einer Schwelle anzuzeigen; und einen Aktuator als Reaktion auf das Zylinderungleichgewicht einzustellen. In einem ersten Beispiel des Systems wird die Verstärkung der Katalysatortransferfunktion nur innerhalb eines spezifizierten Frequenzbereichs einer vorherbestimmten Forcing-Funktion plus und minus einer Versetzung berechnet. Ein zweites Beispiel des Systems umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel, wobei der spezifizierte Frequenzbereich der vorherbestimmten Forcing-Funktion auf einer vorherbestimmten Katalysator-Rechteckwellen-Modulationsfrequenz basiert, die ausgewählt ist, um die Katalysatoreffizienz zu optimieren. Ein drittes Beispiel des Systems umfasst gegebenenfalls eines oder mehr von dem ersten und zweiten Beispiel, wobei die Versetzung innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs einstellbar ist, der die vorherbestimmte Katalysator-Rechteckwellen-Modulationsfrequenz umgibt. Ein viertes Beispiel des Systems umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel, wobei der Motor ferner mehrere Kraftstoffinjektoren umfasst, und wobei das Einstellen des Aktuators als Reaktion auf das Zylinderungleichgewicht ein Einstellen einer Kraftstoffimpulsbreite mindestens eines der mehreren Kraftstoffinjektoren umfasst.
Als weitere Ausführungsform umfasst ein Verfahren: Perturbieren eines Katalysators über die Zufuhr von Abgasen zu dem Katalysator, die aus einem variierenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultieren; Lenken von Daten von einem stromaufwärtigen Sauerstoffsensor durch ein Modell, um eine Modellausgabe-Ableitungsschätzung vorzusehen, und von Daten von einem stromabwärtigen Sauerstoffsensor durch ein Hochpassfilter, um eine Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vorzusehen; Bandpassfiltern der Modellausgabe, um eine Bandpass-gefilterte Modellausgabe-Ableitungsschätzung vorzusehen, und Bandpassfiltern der Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung, um eine Bandpass-gefilterte Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vorzusehen; Schätzen einer Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße aus einer Differenz zwischen der Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung und der Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung; und Anzeigen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße über einer Schwelle. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner: Tiefpassfiltern der Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung und der Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vor dem Schätzen der Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße. In einem zweiten Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls das erste Beispiel umfasst, umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen eines Fehlers zwischen der Tiefpass-gefilterten Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung und der Tiefpass-gefilterten Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung. In einem dritten Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls eines oder mehr von dem ersten und zweiten Beispiel umfasst, umfasst das Verfahren ferner ein Nicht-Anzeigen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf ein Detektieren einer Verschlechterung des Katalysators auf der Basis einer Menge an Sauerstoff, die in dem Katalysator gespeichert ist. In einem vierten Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel umfasst, umfasst das Verfahren ferner ein Nicht-Anzeigen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf ein Detektieren einer Verschlechterung eines oder mehrerer der Sauerstoffsensoren.
Es ist zu beachten, dass hier enthaltene Beispiele von Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendet werden, können. Die hier geoffenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Instruktionen in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert werden und können von dem Steuersystem durchgeführt werden, das die Steuereinheit in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatorn und anderer Motor-Hardware umfasst. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren, wie ereignisbedingt, unterbrechungsbedingt, Mehrprozessbetrieb, Mehrsträngigkeit und dgl. Als solche können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Sequenz, parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ähnlich ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern ist der einfachen Darstellung und Beschreibung halber angeführt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen kann oder können in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt vorgenommen werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen graphisch einen Code repräsentieren, um in einem nicht-transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert zu werden, wobei die beschriebenen Aktionen durch die Ausführung der Instruktionen in einem System durchgeführt werden, das die verschiedenen Motor-Hardware-Komponenten in Kombination mit der elektronischen Steuereinheit umfasst.
Es ist klar, dass die hier geoffenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn anzusehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie bei V-6, R-4 (I-4), R-6 (I-6), V-12, 4-Boxermotoren und anderen Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht-naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und anderen hier geoffenbarten Merkmalen, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neu und nicht-naheliegend angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der geoffenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Ergänzung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, egal ob breiter, enger, gleich oder unterschiedlich im Umfang gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen, werden auch als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung umfasst angesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7802563 [0004]
US 8756915 [0039]

Claims

Verfahren, umfassend: während einer Rückkopplungs-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung als Reaktion auf die Ausgabe eines Abgassensors, der stromabwärts von einem Katalysator positioniert ist, Anzeigen eines Zylinderungleichgewichts als Reaktion auf eine Katalysatortransferfunktion, die nur innerhalb eines spezifizierten Frequenzbereichs auf der Basis der Abgassensorausgabe bestimmt wird; und Einstellen eines Aktuators als Reaktion auf das angezeigte Zylinderungleichgewicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anzeigen des Zylinderungleichgewichts auf einer Verstärkung der Katalysatortransferfunktion über einer Schwelle basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, vor dem Anzeigen des Zylinderungleichgewichts, ein Bestimmen, dass der Katalysator nominell ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Katalysatortransferfunktion auf einer modellierten Ausgabe verglichen mit der Abgassensorausgabe basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der spezifizierte Frequenzbereich auf einer vorherbestimmten Katalysator-Rechteckwellen-Modulationsfrequenz basiert, die ausgewählt wird, um die Katalysatoreffizienz zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungs-Motor-Luft-Kraftstoff-Steuerung eine äußere Schleifenrückkopplungssteuerung ist, wobei das Verfahren ferner, während der äußeren Schleifenrückkopplungssteuerung, ein weiteres Vornehmen einer inneren Schleifen-Rückkopplungs-Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor, der stromaufwärts von dem Katalysator angeordnet ist, umfasst, wobei die äußere Schleife eine überlagerte Rechteckwelle umfasst, die zu der Rückkopplungssteuerung hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der spezifizierte Frequenzbereich eine Frequenz der überlagerten Rechteckwelle von oben und unten mit einer oberen bzw. unteren Frequenzgrenze begrenzt, wobei die untere Frequenzgrenze größer als null ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei während der Rückkopplungssteuerung der Motor Übergangs- und stationären Betriebsbedingungen ausgesetzt wird, während die Katalysatortransferfunktion bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Katalysator ein Dreiweg-Katalysator ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ein Einstellen einer Kraftstoffeinspritz-Impulsbreite umfasst.
Verfahren, umfassend: Perturbieren eines Katalysators über die Zufuhr von Abgasen zu dem Katalysator, die aus einem variierenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis resultieren; Lenken von Daten von einem stromaufwärtigen Sauerstoffsensor durch ein Modell, um eine Modellausgabe-Ableitungsschätzung vorzusehen, und von Daten von einem stromabwärtigen Sauerstoffsensor durch ein Hochpassfilter, um eine Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vorzusehen; Bandpassfiltern der Modellausgabe, um eine Bandpass-gefilterte Modellausgabe-Ableitungsschätzung vorzusehen, und Bandpassfiltern der Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung, um eine Bandpass-gefilterte Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vorzusehen; Schätzen einer Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße aus einer Differenz zwischen der Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung und der Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung; und Anzeigen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf die Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße über einer Schwelle.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Tiefpassfiltern der Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung und der Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung vor dem Schätzen der Katalysatortransferfunktion-Verstärkungsgröße.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Bestimmen eines Fehlers zwischen der Tiefpass-gefilterten Bandpass-gefilterten Modellausgabe-Ableitungsschätzung und der Tiefpass-gefilterten Bandpass-gefilterten Auspuff-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ableitungsschätzung.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend ein Nicht-Anzeigen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf ein Detektieren einer Verschlechterung des Katalysators auf der Basis einer Menge an Sauerstoff, die in dem Katalysator gespeichert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend ein Nicht-Anzeigen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts als Reaktion auf ein Detektieren einer Verschlechterung eines oder mehrerer der Sauerstoffsensoren.
System, umfassend: einen Motor, der mehrere Zylinder und ein Abgassystem umfasst, wobei das Abgassystem einen Katalysator und Sauerstoffsensoren umfasst, die stromaufwärts und stromabwärts von dem Katalysator angeordnet sind; und eine Steuereinheit, welche in einem nicht-transitorischen Speicher gespeicherte Instruktionen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuereinheit veranlassen: eine Verstärkung der Katalysatortransferfunktion auf der Basis von Daten zu berechnen, die von den Sauerstoffsensoren ausgegeben werden; als Reaktion auf eine Katalysatorüberwachungsvorrichtung, die anzeigt, dass der Katalysator nicht auf einem Schwellenpegel ist, ein Zylinderungleichgewicht als Reaktion auf die Verstärkung über einer Schwelle anzuzeigen; und einen Aktuator als Reaktion auf das Zylinderungleichgewicht einzustellen.
System nach Anspruch 16, wobei die Verstärkung der Katalysatortransferfunktion nur innerhalb eines spezifizierten Frequenzbereichs einer vorherbestimmten Forcing-Funktion plus und minus einer Versetzung berechnet wird.
System nach Anspruch 17, wobei der spezifizierte Frequenzbereich der vorherbestimmten Forcing-Funktion auf einer vorherbestimmten Katalysator-Rechteckwellen-Modulationsfrequenz basiert, die ausgewählt ist, um die Katalysatoreffizienz zu optimieren.
System nach Anspruch 18, wobei die Versetzung innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs einstellbar ist, der die vorherbestimmte Katalysator-Rechteckwellen-Modulationsfrequenz umgibt.
System nach Anspruch 16, wobei der Motor ferner mehrere Kraftstoffinjektoren umfasst, und wobei das Einstellen des Aktuators als Reaktion auf das Zylinderungleichgewicht ein Einstellen einer Kraftstoffimpulsbreite mindestens eines der mehreren Kraftstoffinjektoren umfasst.