Система для диагностики датчика отработавших газов и адаптация средств управления

Предусмотрены способы и системы для настройки упреждающего регулятора датчика отработавших газов, присоединенного на выпуске двигателя. В одном из вариантов осуществления, способ содержит настройку впрыска топлива в ответ на обратную связь по кислороду отработавших газов из упреждающего регулятора датчика отработавших газов и настройку одного или более параметров упреждающего регулятора в ответ на тип ухудшения датчика кислорода. Таким образом, упреждающий регулятор может адаптироваться на основании типа и величины ухудшения характеристик, чтобы повышать эксплуатационные качества системы регулирования топлива-воздуха.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Настоящая полезная модель, в целом, относится к области управления работой двигателя внутреннего сгорания, и в частности, к диагностике датчика отработавших газов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Датчик отработавших газов, имеющий упреждающий регулятор, может быть расположен в системе выпуска транспортного средства, чтобы выявлять топливо-воздушное соотношение отработавших газов, выпускаемых из двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Показания датчика отработавших газов могут использоваться для управления работой двигателя внутреннего сгорания, чтобы приводить в движение транспортное средство.

Ухудшение датчика отработавших газов может вызывать ухудшение управления двигателем, которое может давать в результате повышенные выбросы и/или пониженные возможности вождения транспортного средства. Соответственно, точное определение ухудшения датчика отработавших газов и последующая настройка параметров упреждающего регулятора может снижать вероятность управления двигателем на основании показаний от подвергнутого ухудшения датчика отработавших газов. В частности, датчик отработавших газов может проявлять шесть дискретных типов ухудшения характеристик. Типы ухудшения характеристик могут быть сгруппированы в ухудшение характеристик типа фильтра и ухудшение характеристик типа задержки. Датчик отработавших газов, демонстрирующий ухудшение характеристик типа фильтра, может иметь ухудшенную постоянную времени показания датчика наряду с тем, что датчик отработавших газов, демонстрирующий ухудшение характеристик типа задержки, может иметь ухудшенную временную задержку показания датчика. В ответ на ухудшение датчика, параметры упреждающего регулятора могут настраиваться для повышения точности показаний подвергнутого ухудшения датчика отработавших газов.

Известно решение уровня техники US2012046910 (A1), опубликованное 23 февраля 2012 г., в котором раскрывается, что устройство диагностики неисправности датчика отработавших газов содержит датчик отработавших газов и средство оценки, которое оценивает, установлены ли условия исполнения для осуществления диагностики неисправности элемента в датчике отработавших газов. Устройство также содержит средство диагностики неисправности, которое осуществляет диагностику неисправности в соответствии с выходным сигналом, сформированным датчиком отработавших газов. Дополнительно, когда интегральное значение величины всасываемого воздуха двигателя внутреннего сгорания не меньше, чем предварительно заданная величина, средство оценки оценивает, что условия исполнения установлены. Средство диагностики неисправности отменяет установку условий исполнения, когда количество всасываемого воздуха двигателя внутреннего сгорания остается меньше, чем предварительно заданное значение в течение предварительно заданного периода времени. Однако в данном решении не учитывается тип ухудшения характеристик датчика, что не позволяет точно настраивать систему регулирования топливо-воздушного соотношения и приводит к уменьшению эксплуатационных качеств системы регулирования топлива-воздуха.

Предшествующие подходы к настройке параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов в ответ на ухудшенные характеристики включают в себя уменьшение коэффициента усиления упреждающего регулятора независимо от типа и величины ухудшения датчика. В одном из примеров, для сохранения устойчивости системы упреждающего регулятора, коэффициенты усиления регулятора могут активно понижаться для снижения неустойчивости системы. Однако, настройка параметров регулятора таким образом может давать в результате пониженные эксплуатационные качества системы регулирования топлива-воздуха.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Авторы в материалах настоящей заявки увидели вышеприведенные проблемы и идентифицировали подход для настройки одного или более параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов в ответ на тип ухудшения датчика кислорода. Тип ухудшения датчика кислорода может включать в себя ухудшение фильтра или ухудшение задержки. В одном из примеров, ухудшение фильтра может указываться ухудшенной постоянной времени, являющейся большей, чем ожидаемая постоянная времени, а ухудшение задержки может указываться ухудшенной временной задержкой, являющейся большей, чем ожидаемая временная задержка. Величина ухудшения датчика может определяться по ухудшенной постоянной времени и/или ухудшенной временной задержке. Настройка одного или более параметров упреждающего регулятора может включать в себя настройку коэффициента усиления пропорционального звена, коэффициента усиления интегрального звена, постоянной времени регулятора и временной задержки регулятора. Постоянная времени и временная задержка регулятора могут использоваться компенсатором задержки упреждающего регулятора.

В одном аспекте раскрывается система для транспортного средства, содержащая: двигатель, включающий в себя систему впрыска топлива; датчик отработавших газов, присоединенный в системе отработавших газов двигателя, датчик отработавших газов имеет упреждающий регулятор; и контроллер, включающий в себя команды, исполняемые для настройки одного или более параметров упреждающего регулятора в ответ на ухудшение датчика отработавших газов, при этом, величина настройки основана на величине и типе поведения ухудшения датчика отработавших газов.

В дополнительном аспекте раскрыто, что количество топлива и/или временные характеристики системы впрыска топлива настраиваются на основании обратной связи по кислороду отработавших газов из упреждающего регулятора.

В одном из примеров, параметры упреждающего регулятора могут настраиваться первой величиной в ответ на ухудшение задержки, и параметры упреждающего регулятора могут настраиваться второй, отличной величиной в ответ на ухудшение фильтра. Впрыск топлива двигателя, в таком случае, может настраиваться в ответ на обратную связь по кислороду отработавших газов из упреждающего регулятора. Величина настройки параметров может быть дополнительно основана на величине ухудшенной постоянной времени и/или ухудшенной временной задержки. По существу, упреждающий регулятор может адаптироваться на основании типа и величины ухудшения характеристик. Таким образом, могут повышаться эксплуатационные качества системы регулирования топлива-воздуха.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и особенности настоящего описания будут очевидны из последующего подробного описания, взятого отдельно или вместе с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие полезной модели, приведенное выше, предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с подборкой концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании полезной модели. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которого однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает принципиальную схему варианта осуществления силовой установки транспортного средства, включающей в себя датчик отработавших газов.

Фиг. 2 показывает график, указывающий ухудшение характеристик типа симметричного фильтра датчика отработавших газов.

Фиг. 3 показывает график, указывающий ухудшение характеристик типа несимметричного фильтра перехода с богатой смеси на бедную датчика отработавших газов.

Фиг. 4 показывает график, указывающий ухудшение характеристик типа несимметричного фильтра перехода с бедной смеси на богатую датчика отработавших газов.

Фиг. 5 показывает график, указывающий ухудшение характеристик типа симметричной задержки датчика отработавших газов.

Фиг. 6 показывает график, указывающий ухудшение характеристик типа несимметричной задержки перехода с богатой смеси на бедную датчика отработавших газов.

Фиг. 7 показывает график, указывающий ухудшение характеристик типа несимметричной задержки перехода с бедной смеси на богатую датчика отработавших газов.

Фиг. 8 показывают график, иллюстрирующий примерный отклик ухудшившегося датчика отработавших газов на командный вход в DFSO.

Фиг. 9 - блок-схема, иллюстрирующая способ для настройки параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов на основании типа и величины ухудшения.

Фиг. 10 - блок-схема, иллюстрирующая способ для определения настроенных параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов на основании ухудшения характеристик фильтра.

Фиг. 11 - блок-схема, иллюстрирующая способ для определения настроенных параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов на основании ухудшения характеристик задержки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Последующее описание относится к системам и способам для настройки упреждающего регулятора датчика отработавших газов, присоединенного к выпуску двигателя, такого как датчик отработавших газов, изображенный на фиг. 1. Более точно, один или более параметров упреждающего регулятора могут настраиваться в ответ на тип ухудшения датчика кислорода. Шесть типов ухудшения характеристик датчика отработавших газов (например, датчика кислорода отработавших газов) представлены на фиг. 2-7. Шесть типов ухудшения характеристик могут быть сгруппированы в две группы: ухудшение типа фильтра и ухудшение типа задержки. Ухудшение типа фильтра может указываться ухудшенной постоянной времени отклика датчика наряду с тем, что ухудшение типа задержки может указываться ухудшенной временной задержкой отклика датчика. Параметры упреждающего регулятора могут настраиваться на основании величины и типа ухудшения, тем самым, изменяя выходной сигнал датчика отработавших газов. Фиг. 9 представляет способ для настройки параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов на основании типа и величины ухудшения, а впоследствии настройки впрыска топлива двигателя. Фиг. 10 и 11 показывают способы для определения настроенных параметров упреждающего регулятора на основании ухудшения характеристик. Таким образом, упреждающий регулятор может адаптироваться на основании типа и величины ухудшения характеристик, чтобы повышать эксплуатационные качества системы регулирования топлива-воздуха.

Фиг. 1 - принципиальная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку транспортного средства, в которой датчик 126 отработавших газов может использоваться для определения топливо-воздушного соотношения отработавших газов, вырабатываемых двигателем 10. Топливо-воздушное соотношение (наряду с другими рабочими параметрами) может использоваться для управления с обратной связью двигателем 10 в различных режимах работы. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 (то есть, цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным в ней. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Дроссель 62, включающий в себя дроссельную заслонку 64, может быть предусмотрен между впускным коллектором 44 и впускным каналом 42 для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Настройка положения дроссельной заслонки 64 может увеличивать или уменьшать открывание дросселя 62, тем самым, изменяя массовый расход воздуха или расход всасываемого воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, посредством увеличения открывания дросселя 62, может возрастать массовый расход воздуха. Наоборот, посредством уменьшения открывания дросселя 62, массовый расход воздуха может убывать. Таким образом, настройка дросселя 62 может настраивать количество воздуха, поступающего в камеру 30 сгорания для сжигания. Например, посредством увеличения массового расхода воздуха, может возрастать крутящий момент на выходном валу двигателя.

Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов. В этом примере, впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 66 показана скомпонованной во впускном коллекторе 44 в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как впрыск топлива во впускные каналы выше по потоку от камеры 30 сгорания. Топливная форсунка 66 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, присоединенную непосредственно к камере 30 сгорания, для впрыска топлива прямо в нее некоторым образом, известным как непосредственный впрыск.

Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.

Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 системы 50 выпуска выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 отработавших газов может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо-воздушного соотношения отработавших газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. В некоторых вариантах осуществления, датчик 126 отработавших газов может быть первым одним из множества датчиков отработавших газов, расположенных в системе выпуска. Например, дополнительные датчики отработавших газов могут быть расположены ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов.

Устройство 70 снижения токсичности выбросов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть первым одним из множества устройств снижения токсичности отработавших газов, расположенных в системе выпуска. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности выбросов может периодически перенастраиваться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливо/воздушного соотношения.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи показания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.

Более того, по меньшей мере некоторые из описанных выше сигналов могут использоваться в различных способах определения ухудшения датчика отработавших газов, описанном ниже более подробно. Например, обратное значение числа оборотов двигателя может использоваться для определения задержек, ассоциированных с циклом впрыска - впуска - сжатия - расширения - выпуска. В качестве еще одного примера, обратная величина скорости (или обратная величина сигнала MAF) может использоваться для определения задержки, ассоциированной с перемещением отработавших газов от выпускного клапана 54 до датчика 126 отработавших газов. Описанные выше примеры наряду с иным использованием сигналов датчиков двигателя могут использоваться для определения временной задержки между изменением управляемого топливо-воздушного соотношения и скоростью отклика датчика отработавших газов.

В некоторых вариантах осуществления, определение и калибровка ухудшения датчика отработавших газов могут выполняться в специализированном контроллере 140. Специализированный контроллер 140 может включать в себя ресурсы 142 обработки, чтобы справляться с обработкой сигналов, ассоциированной с производством, калибровкой и проверкой достоверности определения ухудшения датчика 126 отработавших газов. В частности, буфер замеров (например, формирующий приблизительно 100 замеров в секунду на ряд цилиндров двигателя), используемый для записи скорости отклика датчика отработавших газов, может быть слишком большим для ресурсов обработки модуля управления силовой передачей (PCM) транспортного средства. Соответственно, специализированный контроллер 140 может быть оперативно соединен с контроллером 12 для выполнения определения ухудшения датчика отработавших газов. Отметим, что специализированный контроллер 140 может принимать сигналы параметров двигателя из контроллера 12 и может отправлять сигналы управления двигателем и информацию об определении ухудшения в числе других сообщений в контроллер 12.

Датчик 126 отработавших газов может содержать упреждающий регулятор. В одном из примеров, упреждающий регулятор может включать в себя (пропорционально-интегральный, PI) ПИ-регулятор и компенсатор задержки, такой как предсказатель Смита (например, компенсатор задержки на SP). ПИ-регулятор может содержать коэффициент усиления пропорционального звена, K_P, и коэффициент усиления интегрального звена, K_I. Предсказатель Смита может использоваться для компенсации задержки и может включать в себя постоянную времени, T_C-SP, и временную задержку, T _D-SP. По существу, коэффициент усиления пропорционального звена, коэффициент усиления интегрального звена, постоянная времени регулятора и временная задержка регулятора могут быть параметрами упреждающего регулятора датчика отработавших газов. Настройка этих параметров может изменять выходной сигнала датчика 126 отработавших газов. Например, настройка вышеприведенных параметров может изменять скорость отклика показаний топливо-воздушного соотношения, вырабатываемых датчиком 126 отработавших газов. В ответ на ухудшение датчика отработавших газов, параметры регулятора, перечисленные выше, могут настраиваться, чтобы компенсировать ухудшение и повысить точность показаний топливо-воздушного соотношения, тем самым, расширяя управление и эксплуатационные качества двигателя. Специализированный контроллер 140 может быть с возможностью связи присоединен к упреждающему регулятору. По существу, специализированный контроллер 140 и/или контроллер 12 могут настраивать параметры упреждающего регулятора на основании типа ухудшения, определенного с использованием любого из имеющихся в распоряжении способов диагностики, как описано ниже. В одном из примеров, параметры регулятора датчика отработавших газов могут настраиваться на основании величины и типа ухудшения. Шесть типов ухудшения характеристик обсуждены ниже со ссылкой на фиг. 2-7. Дополнительные подробности о настройке коэффициентов усиления, постоянной времени и временной задержки регулятора датчика отработавших газов представлены ниже со ссылкой на фиг. 9-11.

Отметим, что постоянное запоминающее устройство 106 и/или ресурсы 142 обработки могут быть запрограммированы машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемыми процессором 102 и/или специализированным контроллером 140 для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов.

Как обсуждено выше, ухудшение датчика отработавших газов может определяться на основании любой одной или, в некоторых примерах, каждой из шести дискретных характеристик, указываемых задержками по скорости отклика показаний топливо-воздушного соотношения, вырабатываемых датчиком отработавших газов во время переходов с богатой смеси на бедную и/или переходов с бедной смеси на богатую. Фиг. 2-7 каждая показывает график, указывающий один из шести дискретных типов ухудшений характеристик датчика отработавших газов. Графики строят кривую топливо-воздушного соотношения (лямбда) в зависимости от времени (в секундах). На каждом графике, пунктирная линия указывает командный сигнал лямбда, который может отправляться на компоненты двигателя (например, топливные форсунки, клапаны цилиндра, дроссель, свечу зажигания, и т.д.), чтобы формировать топливо-воздушное соотношение, которое развивается по циклу, содержащему один или более переходов с бедной смеси на богатую и один или более переходов с богатой смеси на бедную. На изображенных фигурах, двигатель является входящим в и выходящим из перекрытия топлива при замедлении (например, DFSO). На каждом графике, пунктирная линия указывает ожидаемое время отклика лямбда датчика отработавших газов. На каждом графике, сплошная линия указывает ухудшенный сигнал лямбда, который вырабатывался ухудшившимся датчиком отработавших газов в ответ на командный сигнал лямбда. На каждом из графиков, линии с двойной стрелкой указывают, где данный тип ухудшения характеристик отличается от ожидаемого сигнала лямбда.

Система по фиг. 1 может предусматривать систему для транспортного средства, включающего в себя двигатель, включающую в себя систему впрыска топлива и датчик отработавших газов, присоединенный в системы отработавших газов двигателя, датчик отработавших газов имеет упреждающий регулятор. Система дополнительно может включать в себя контроллер, включающий в себя команды, исполняемые для настройки одного или более параметров упреждающего регулятора в ответ на ухудшение датчика отработавших газов, при этом, величина настройки основана на величине и типе ухудшения характеристик датчика отработавших газов. Кроме того, количество топлива и/или временные характеристики системы впрыска топлива могут настраиваться на основании обратной связи по кислороду отработавших газов из упреждающего регулятора.

Фиг. 2 показывает график, указывающий первый тип ухудшения характеристик, который может проявляться ухудшившимся датчиком отработавших газов. Этот первый тип ухудшения характеристик является типом с симметричным фильтром, который включает в себя медленный отклик датчика отработавших газов на командный сигнал лямбда для обеих модуляций, перехода с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую. Другими словами, ухудшенный сигнал лямбда может начинать переходить с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую в ожидаемые моменты времени, но скорость отклика может быть более низкой, чем ожидаемая скорость отклика, что дает в результате уменьшенные промежутки времени пиков обеднения и обогащения.

Фиг. 3 показывает график, указывающий второй тип ухудшения характеристик, который может проявляться ухудшившимся датчиком отработавших газов. Второй тип ухудшения характеристик является типом с несимметричным фильтром перехода с богатой смеси на бедную, который включает в себя медленный отклик датчика отработавших газов на командный сигнал лямбда для перехода с богатого на бедное топливо-воздушное соотношение. Этот тип характеристики может начинать переход с богатой смеси на бедную в ожидаемый момент времени, но скорость отклика может быть более низкой, чем ожидаемая скорость отклика, что может давать в результате уменьшенный промежуток времени пика обеднения. Этот тип характеристики может считаться несимметричным, так как отклик датчика отработавших газов является медленным (или более медленным, чем ожидается) во время перехода с богатой смеси на бедную.

Фиг. 4 показывает график, указывающий третий тип ухудшения характеристик, который может проявляться ухудшившимся датчиком отработавших газов. Третий тип характеристики является типом асимметричного фильтра перехода с бедной смеси на богатую, который включает в себя медленный отклик датчика отработавших газов на командный сигнал лямбда для перехода с бедного топливо-воздушного соотношения на богатое. Этот тип характеристики может начинать переход с бедной смеси на богатую в ожидаемый момент времени, но скорость отклика может быть более низкой, чем ожидаемая скорость отклика, что может давать в результате уменьшенный промежуток времени пика обогащения. Этот тип характеристики может считаться несимметричным, так как отклик датчика отработавших газов является медленным (или более медленным, чем ожидается) только во время перехода с бедной смеси на богатую.

Фиг. 5 показывает график, указывающий четвертый тип ухудшения характеристик, который может проявляться ухудшившимся датчиком отработавших газов. Этот четвертый тип ухудшения характеристик является типом с симметричной задержкой, который включает в себя задержанный отклик на командный сигнал лямбда для обеих модуляций, перехода с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую. Другими словами, ухудшенный сигнал лямбда может начинать переходить с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую в моменты времени, которые задержаны от ожидаемых моментов времени, но соответственный переход может происходить с ожидаемой скоростью отклика, что дает в результате смещенные промежутки времени пиков обеднения и обогащения.

Фиг. 6 показывает график, указывающий пятый тип ухудшения характеристик, который может проявляться ухудшившимся датчиком отработавших газов. Этот пятый тип ухудшения характеристик является типом с несимметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную, который включает в себя задержанный отклик на командный сигнал лямбда у перехода с богатого на бедное топливо-воздушное соотношение. Другими словами, ухудшенный сигнал лямбда может начинать переходить с богатой смеси на бедную в момент времени, который задержан от ожидаемого момента времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью отклика, что дает в результате сдвинутые и/или уменьшенные промежутки времени пика обеднения. Этот тип характеристики может считаться несимметричным, так как отклик датчика отработавших газов задерживается от ожидаемого время начала только во время перехода с богатой смеси на бедную.

Фиг. 7 показывает график, указывающий шестой тип ухудшения характеристик, который может проявляться ухудшившимся датчиком отработавших газов. Этот шестой тип характеристики является типом с асимметричной задержкой перехода с бедной смеси на богатую, который включает в себя задержанный отклик на командный сигнал лямбда у перехода с бедного топливо-воздушного соотношение на богатое. Другими словами, ухудшенный сигнал лямбда может начинать переходить с бедной смеси на богатую в момент времени, который задержан от ожидаемого момента времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью отклика, что дает в результате сдвинутые и/или уменьшенные промежутки времени пика обеднения. Этот тип характеристики может считаться несимметричным, так как отклик датчика отработавших газов задерживается от ожидаемого времени начала только во время перехода с бедной смеси на богатую.

Шесть ухудшений характеристик датчика отработавших газов, описанных выше, могут быть поделены на две группы. Первая группа включает в себя ухудшение типа фильтра, при котором снижается скорость отклика показания топливо-воздушного соотношения (например, увеличивается запаздывание отклика). По существу, может изменяться постоянная времени отклика. Вторая группа включает в себя ухудшение типа задержки, при котором задерживается момент времени отклика показания топливо-воздушного соотношения. По существу, временная задержка отклика топливо-воздушного соотношения может возрастать от ожидаемого отклика.

Ухудшение типа фильтра и ухудшение типа задержки оказывают влияние на динамическую систему регулирования датчика отработавших газов по-разному. Более точно, любое одно из ухудшения характеристик типа фильтра может побуждать динамическую систему повышаться с системы первого порядка до системы второго порядка наряду с тем, что любое одно из ухудшения характеристик временной задержки может сохранять систему в качестве системы первого порядка с задержкой. Если обнаружено ухудшение типа фильтра, подход отображения может использоваться для преобразования системы второго порядка в систему первого порядка. Новые постоянная времени, временная задержка и коэффициенты усиления регулятора затем могут определяться на основании ухудшенной постоянной времени. Если обнаружено ухудшение типа задержки, новые временная задержка и коэффициенты усиления могут определяться на основании ухудшенной временной задержки. Дополнительные подробности о настройке параметров регулятора датчика отработавших газов на основании типа и величины ухудшения датчика дополнительно описаны ниже со ссылкой на фиг. 9-11.

Различные способы могут использоваться для диагностирования ухудшенной характеристики датчика отработавших газов. В одном из примеров, ухудшение может указываться на основании временной задержки и линейного отрезка каждого экземпляра выборки из набора откликов датчика отработавших газов, собранных во время командного изменения топливо-воздушного соотношения. Фиг. 8 иллюстрирует пример определения временной задержки и линейного отрезка по отклику датчика отработавших газов на командный вход в DFSO. Более точно, фиг. 8 показывает график 210, иллюстрирующий командное лямбда, ожидаемое лямбда и ухудшенное лямбда, подобно лямбдам, описанным со ссылкой на фиг. 2-7. Фиг. 8 иллюстрирует ухудшение с симметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную, при этом, временная задержка для отклика на управляемое изменение топливо-воздушного соотношения отсрочивается. Стрелка 202 иллюстрирует временную задержку, которая является временной длительностью от командного изменения лямбда до момента времени (₀), когда наблюдается пороговое изменение измеренного лямбда. Пороговое изменение лямбда может быть небольшим изменением, которое указывает, что начался отклик на командное изменение, например, 5%, 10%, 20%, и т. д. Стрелка 204 указывает постоянную времени (₆₃) для отклика, который, в системе первого порядка является промежутком времени от ₀ до того, когда достигнуто 63% отклика установившегося режима. Стрелка 206 указывает временную длительность от T ₀ до того, как достигнуто 95% требуемого отклика, иначе указываемого ссылкой как пороговое время отклика (₉₅). В системе первого порядка, пороговое время отклика (₉₅) приблизительно равно трем постоянным времени (3* ₆₃).

По этим параметрам, могут определяться различные подробности касательно отклика датчика отработавших газов. Во-первых, временная задержка, указанная стрелкой 202, может сравниваться с ожидаемой временной задержкой, чтобы определять, является ли датчик проявляющим ухудшения характеристик с задержкой. Во-вторых, постоянная времени, указанная стрелкой 204, может использоваться для предсказания ₉₅. В заключение, линейный отрезок, указанный стрелкой 206, может определятся на основании изменения лямбда за длительность отклика, начиная с ₀. Линейный отрезок является отрезком сигнала датчика и может использоваться для определения, присутствует ли ухудшение отклика (например, ухудшение типа фильтра). Линейный отрезок может определяться на основании уравнения:

Если определенный линейный отрезок является большим, чем ожидаемый линейный отрезок, датчик отработавших газов может быть проявляющим ухудшение типа фильтра. Постоянная времени и/или временная задержка ухудшенного отклика датчика отработавших газов могут использоваться контроллером для настройки параметров регулятора датчика отработавших газов. Способы для настройки параметров регулятора датчика отработавших газов на основании ухудшения характеристик представлены ниже на фиг. 9-11.

В еще одном примере, ухудшение датчика отработавших газов может указываться посредством контроля характеристик распределения предельных значений из многочисленных множеств следующих один за другим отсчетов лямбда в условиях эксплуатации установившегося состояния. В одном из примеров, характеристиками могут быть мода и центральный пик распределения обобщенных предельных значений (GEV) предельных перепадов лямбда, собранных во время условий эксплуатации установившегося состояния. Ухудшение с несимметричной задержкой или несимметричным медленным откликом может определяться на основании амплитуды центрального пика и/или амплитуды моды. Дополнительная классификация, например, симметричная задержка или симметричный медленный отклик, может быть основана на определенной задержке датчика или определенной постоянной времени датчика. Более точно, если определенная временная задержка датчика является большей, чем номинальная временная задержка, указывается симметричная задержка датчика (например, указывает ухудшение типа задержки). Номинальная временная задержка датчика является ожидаемой задержкой отклика датчика на командное изменение топливо-воздушного соотношения на основании задержки от того, когда топливо впрыскивается, сжигается, и отработавшие газы покрывают расстояние от камеры сгорания до датчика отработавших газов. Определенная временная задержка может происходить, когда датчик фактически выводит сигнал, указывающий измененное топливо-воздушное соотношение. Подобным образом, если определенная постоянная времени датчика является большей, чем номинальная постоянная времени, указывается симметричное ухудшение характеристик отклика датчика (например, указывает ухудшение типа фильтра). Номинальная постоянная времени может быть постоянной времени, указывающей, насколько быстро датчик реагирует на командное изменение лямбда, и может определяться автономно, на основании функционирования датчика без ухудшения. Как обсуждено выше, определенная постоянная времени и/или временная задержка ухудшенного отклика датчика отработавших газов могут использоваться контроллером для настройки параметров регулятора датчика отработавших газов.

В еще одном примере, ухудшение датчика отработавших газов может указываться параметрами, оцененными по двум моделям работы, модели обогащенного сгорания и модели обедненного сгорания. Командное топливо-воздушное соотношение и топливо-воздушное соотношение, указываемое датчиком отработавших газов, могут сравниваться с допущением, что сгорание, которое формировало топливо-воздушное соотношение, было обогащенным (например, с вводом командного лямбда в обогащенную модель), а также сравниваться при условии, что событие сгорания было обедненным (например, с вводом командного лямбда в обедненную модель). Для каждой модели, может оцениваться набор параметров, который обеспечивает наиболее точное соответствие командных значений лямбда с измеренными значениями лямбда. Параметры модели могут включать в себя постоянную времени, временную задержку и статический коэффициент усиления модели. Оцененные параметры из каждой модели могут сравниваться друг с другом, и тип ухудшения датчика (например, фильтра в противоположность задержке) может указываться на основании разностей между оцененными параметрами.

Один или более из вышеприведенных способов для диагностирования ухудшения отработавших газов может использоваться в процедурах, дополнительно описанных ниже (фиг. 9-11). Эти способы могут использоваться для определения, подвергнут ли датчик отработавших газов ухудшению характеристик, и если так, какой тип ухудшения произошел (например, тип фильтра или задержки). Кроме того, эти способы могут использоваться для определения величины ухудшения. Более точно, вышеприведенные способы могут определять ухудшенные постоянную времени и/или временную задержки.

В некоторых вариантах осуществления, ухудшение датчика отработавших газов может имитироваться и вынуждаться, для того чтобы калибровать датчик отработавших газов. Например, инициатор неисправности может действовать извне на систему датчика отработавших газов. В одном из примеров, инициатор неисправности может вызывать неисправность типа фильтра, тем самым, имитируя ухудшения характеристик типа фильтра. Это может преобразовывать систему упреждающего регулятора датчика отработавших газов в систему второго порядка. Величина вынужденной неисправности или имитированного ухудшения затем могут определяться с использованием способа идентификации системы. В качестве альтернативы, один из других способов, описанных выше, может использоваться для определения величины ухудшения по отклику топливо-воздушного соотношения датчика отработавших газов.

Использование способа идентификации системы, номинальная работа системы упреждающего регулятора может описываться моделью объекта в частотной области, G₁(s). Неисправность фильтра, вызванная в системе, может быть задана посредством G₂(s). Таким образом, подвергнутая неисправности или ухудшению характеристик система упреждающего регулятора датчика отработавших газов может описываться следующим уравнением:

В этой модели непрерывного времени второго порядка, T_d - временная задержка, ₁ - постоянная времени номинальной системы, а ₂ - постоянная времени подвергнутой неисправности или ухудшению характеристик системы. Так как G₁(s)*G ₂(s)G₁(z)*G₂(z), G₁(z) и G ₂(z) являются соответственной моделью дискретного времени номинальной системы и вызванной неисправности, модель непрерывного времени второго порядка может быть связана с моделью дискретного времени первого порядка. Посредством перегруппировки уравнения, приведенного выше, получаем следующее:

Эквивалентное Z-преобразование системы первого порядка:

имеет значение:

,

где a - полюс, а T_s время дискретизации. В таком случае,

становится:

Затем, с перегруппировкой, получаем следующее уравнение:

,

где

Далее, чтобы найти ₁ и ₂ с использованием коэффициентов a₁ , b₁ и b₂, уравнение второго порядка знаменателя решается в отношении полюсов. Затем, полюса отображаются в полюса частотной области:

Инициатор неисправности дает сильно затухающую систему второго порядка вследствие присутствия реальных положительных постоянных времени номинальной системы и неисправной системы. Это гарантирует, что не может быть отрицательным. В заключение, ₁ и ₂ рассчитываются с использованием z₁ и z₂:

Для оценки коэффициентов a₁ , b₁ и b₂, уравнение в конечных разностях может быть записано следующим векторным произведением:

Затем, это уравнение может быть записано в следующей матричной форме:

Здесь, A - информационная матрица системы, построенная с использованием входных и выходных данных, X - вектор неизвестных коэффициентов, а Y - вектор последних (n-1-d) значений выходных данных, где d - параметр задержки (положительное целое число). С использованием алгебры, X может получаться псевдообращением информационной матрицы A:

,

где

Рекурсивная реализация может быть возможна для расчета X; однако, поскольку матрица M является 3x#, обратная матрица может быть получена с использованием следующих уравнений:

,

где

_)+_

Рекурсивная реализация алгоритма может иметь некоторые преимущества касательно неавтономной реализации, особенно в реалистичных случаях недостаточного возбуждения входов и помех при измерениях, а также возможной сингулярности матрицы M. Рекурсивный подход идентификации основан на применении фильтра Калмана для оценки состояния виртуальной системы MISO (со многими входами и единственным выходом):

Где X(k) и (k) - векторы параметров и входных данных/ независимых переменных состояния, определенные в качестве:

Оценка обучения в реальном времени неизвестных параметров модели выполняется посредством фильтра Калмана:

Где C(k) - рекурсивно рассчитанная обратная ковариационная матрица, а 0<<1 - коэффициент забывания, учитывающий нестационарность параметров модели.

Таким образом, способ идентификации системы может использоваться для определения номинальной постоянной времени и ухудшенной (или неисправной) постоянной времени. Эти значения затем могут использоваться для определения параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов. Способы для определения этих параметров описаны ниже на фиг. 9-11.

После определения, что датчик отработавших газов подвергнут ухудшению характеристик, один из способов, обсужденных выше, может использоваться для определения постоянной времени и/или временной задержки ухудшенного отклика. Эти параметры могут указываться в материалах настоящей заявки как ухудшенная (например, дефектная) постоянная времени, T_C-F, и ухудшенная временная задержка, T_D-f . Ухудшенные постоянная времени и временная задержка затем могут использоваться, наряду с номинальной постоянной времени, T _C-nom, и номинальной временной задержкой, T_D-nom , для определения настроенных параметров упреждающего регулятора. Как обсуждено выше, настроенные параметры упреждающего регулятора могут включать в себя коэффициент усиления пропорционального звена, K_P, коэффициент усиления интегрального звена, K_I, постоянную времени регулятора, T_C-SP , и временную задержку регулятора, T_D-SP. Настраиваемые параметры регулятора могут быть дополнительно основаны на номинальных параметрах системы (например, параметрах, предварительно установленных в упреждающем регуляторе). Посредством настройки коэффициентов усиления, а также постоянной времени и временной задержки регулятора компенсатора задержки на SP, точность отслеживания команды топливо-воздушного соотношения может возрастать, и может повышаться устойчивость упреждающего регулятора. По существу, после применения настроенных параметров регулятора внутри системы датчика отработавших газов, контроллер двигателя может настраивать временные характеристики и/или величину впрыска топлива на основании выходного сигнала топливо-воздушного соотношения датчика отработавших газов. В некоторых вариантах осуществления, если ухудшение датчика отработавших газов превышает пороговое значение, контроллер двигателя дополнительно может предупреждать водителя транспортного средства.

Таким образом, впрыск топлива может настраиваться в ответ на обратную связь по кислороду отработавших газов из упреждающего регулятора датчика отработавших газов. Кроме того, один или более параметров упреждающего регулятора могут настраиваться в ответ на тип ухудшения датчика кислорода. Тип ухудшения датчика кислорода может включать в себя ухудшение фильтра или ухудшение задержки. Один или более параметров упреждающего регулятора могут включать в себя коэффициент усиления пропорционального звена, коэффициент усиления интегрального звена, постоянную времени регулятора и временную задержку регулятора. В одном из примеров, ухудшение фильтра указывается ухудшенной постоянной времени, являющейся большей, чем ожидаемая постоянная времени. В еще одном примере, ухудшение фильтра может указываться ухудшенной постоянной времени в дополнение к номинальной постоянной времени. В еще одном другом примере, ухудшение задержки указывается ухудшенной временной задержкой, являющейся большей, чем ожидаемая временная задержка. Ухудшенная постоянная времени может быть постоянной времени ухудшенного отклика датчика отработавших газов в присутствии ухудшения типа фильтра. Подобным образом, ухудшенная временная задержка может быть временной задержкой ухудшенного отклика датчика отработавших газов в присутствии ухудшения типа задержки.

Как обсуждено выше, параметры упреждающего регулятора могут настраиваться на основании типа ухудшения датчика кислорода (например, ухудшения фильтра в противоположность задержке). Например, коэффициент усиления интегрального звена может настраиваться в ответ на оба, ухудшение задержки и ухудшение фильтра. Настройка коэффициента усиления интегрального звена может быть основана на одной или более из ухудшенной временной задержки и ухудшенной постоянной времени. Коэффициент усиления пропорционального звена может настраиваться первой величиной в ответ на ухудшение задержки и настраиваться второй, отличной величиной в ответ на ухудшение фильтра. Настройка коэффициента усиления пропорционального звена первой величиной может быть основана на ухудшенной временной задержке наряду с тем, что настройка коэффициента усиления пропорционального звена второй величиной может быть основана на ухудшенной постоянной времени. Постоянная времени регулятора может настраиваться в ответ на ухудшение фильтра и не настраиваться в ответ на ухудшение задержки. Настройка постоянной времени регулятора может быть основана на ухудшенной постоянной времени. В заключение, временная задержка регулятора может настраиваться первой величиной в ответ на ухудшение фильтра и настраиваться второй величиной в ответ на ухудшение задержки. Настройка временной задержки регулятора первой величиной может быть основана на ухудшенной постоянной времени наряду с тем, что настройка временной задержки регулятора второй величиной может быть основана на ухудшенной временной задержке. В некоторых вариантах осуществления, ухудшение фильтра может вызываться инициатором неисправности, инициатор неисправности действует извне на упреждающий регулятор.

Далее, с обращением к фиг. 9, изображен примерный способ 900 для настройки параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов на основании типа и величины ухудшения. Способ 900 может выполняться системой управления транспортного средства, такой как контроллер 12 и/или специализированный контроллер 140, для контроля отклика топливо-воздушного соотношения посредством датчика, такого как датчик 126 отработавших газов.

Способ 900 начинается на этапе 902 определением условий эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя могут определяться на основании обратной связи с различных датчиков двигателя и могут включать в себя число оборотов и нагрузку, топливо-воздушное соотношение, температуру двигателя, и т. д. Способ 900 затем переходит на этап 926, чтобы определять, пора ли вызывать ухудшение датчика отработавших газов. Как обсуждено выше, в некоторых вариантах осуществления, ухудшение датчика отработавших газов может вызываться в целях проверки и/или калибровки. В одном из примеров, ухудшение может вызываться инструментальным средством для вызова неисправности, таким как инициатор неисправности. Инициатор неисправности может быть включен в состав в качестве части специализированного контроллера 140 и/или контроллера 12. Таким образом, инициатор неисправности может действовать извне на систему упреждающего регулятора датчика отработавших газов. Контроллер может определять, когда неисправность (например, ухудшение) должна быть вызвана инициатором неисправности. Например, неисправность может вызываться спустя некоторую продолжительность работы транспортного средства. В качестве альтернативы, неисправность может вызываться в качестве эксплуатационной проверки во время работы транспортного средства. Таким образом, датчик отработавших газов может калиброваться посредством возбуждения разных ухудшений характеристик датчика и настройки параметров упреждающего регулятора.

Если контроллер определяет, что пора вызывать ухудшение, способ продолжается на этапе 928, чтобы вызывать ухудшение. Это может включать в себя побуждение ухудшения инициатором неисправности, описанным выше. В одном из примеров, может вызываться только один тип неисправности или ухудшения характеристик (например, одна из шести характеристик, представленных на фиг. 2-7). В еще одном примере, более чем один тип ухудшения характеристик может вызываться за раз. В еще одном другом примере, все шесть типов ухудшения характеристик могут вызываться для полной калибровки датчика отработавших газов. Как только наведение неисправности имитируется с помощью инициатора неисправности, способ продолжается на этапе 908, чтобы определять тип ухудшения датчика, дополнительно описанный ниже.

Однако, если не пора вызывать ухудшение на этап 926, способ 300 переходит на этап 904. На основании условий на этапе 902, способ 900 определяет, на этапе 904, удовлетворены ли условия контроля датчика отработавших газов. В одном из примеров, это может включать в себя, является ли двигатель работающим, и удовлетворены ли выбранные условия. Выбранные условия могут включать в себя, что входные параметры являются рабочими, например, что датчик отработавших газов находится на температуре, в силу которой он выдает функциональные показания. Кроме того, выбранные условия могут включать в себя, что сгорание происходит в цилиндрах двигателя, например, что двигатель не находится в заглушенном режиме, таком как перекрытие топлива при замедлении (DFSO), или что двигатель является работающим в условиях установившегося режима.

Если определено, что двигатель не работает, и/или выбранные условия не удовлетворены, способ 900 осуществляет возврат и не контролирует функционирование датчика отработавших газов. Однако, если условия датчика отработавших газов удовлетворены на этапе 904, способ переходит на этап 906, чтобы собирать входные и выходные данные с датчика отработавших газов. Это может включать в себя сбор и сохранение данных топливо-воздушного соотношения (например, лямбда), выявленных датчиком. Способ на этапе 906 может продолжаться до тех пор, пока не собрано необходимое количество отсчетов выборки (например, данных топливо-воздушного соотношения) для способа определения ухудшения на этапе 908.

На этапе 908, способ 900 включает в себя определение, подвергнут ли датчик отработавших газов ухудшению характеристик, на основании собранных данных датчика. Способ на этапе 908 дополнительно может включать в себя определение типа ухудшения или характеристики ухудшения датчика отработавших газов (например, ухудшения фильтра по отношению к задержке). Как описано выше, различные способы могут использоваться для определения характеристики ухудшения датчика отработавших газов. В одном из примеров, ухудшение может указываться на основании временной задержки и линейного отрезка каждого экземпляра выборки из набора откликов датчика отработавших газов, собранных во время командного изменения топливо-воздушного соотношения. Ухудшенные временная задержка и постоянная времени, наряду с линейным отрезком, могут определяться по данным отклика датчика отработавших газов и сравниваться с ожидаемыми значениями. Например, если ухудшенная временная задержка является большей, чем ожидаемая временная задержка, датчик отработавших газов может быть демонстрирующим характеристику ухудшения задержки (например, ухудшенную временную задержку). Если определенный линейный отрезок является большим, чем ожидаемый линейный отрезок, датчик отработавших газов может быть проявляющим характеристику ухудшения фильтра (например, ухудшенную постоянную времени).

В еще одном примере, ухудшение датчика отработавших газов может определяться по характеристикам распределения предельных значений из многочисленных наборов следующих один за другим отсчетов выборки лямбда во время условий эксплуатации установившегося режима. Характеристиками могут быть мода и центральный пик распределения обобщенных предельных значений (GEV) предельных перепадов лямбда, собранных во время условий эксплуатации установившегося состояния. Амплитуда центрального пика и моды, наряду с определенными постоянной времени и временной задержкой, могут указывать тип характеристики ухудшения наряду с величиной ухудшения характеристик.

В еще одном другом примере, ухудшение датчика отработавших газов может указываться на основании разности между первым набором оцененных параметров модели обогащенного сгорания и вторым набором оцененных параметров модели обедненного сгорания. Оцененные параметры могут включать в себя постоянную времени, временную задержку и статический коэффициент усиления как командного лямбда (топливо-воздушного соотношения), так и определенного лямбда (например, определенного из выходного сигнала датчика отработавших газов). Тип ухудшения датчика отработавших газов (например, фильтра в противоположность задержке) может указываться на основании разностей между оцененными параметрами. Должно быть отмечено, что способ, альтернативный вышеприведенным способам, может использоваться для определения ухудшения датчика отработавших газов.

Если ухудшение датчика отработавших газов вызвано с использованием инициатора неисправности, тип ухудшения вынужденной неисправности уже может быть известным. Таким образом, на этапе 908, тип характеристик ухудшения, вызванного инициатором неисправности, может сохраняться в контроллере и использоваться на этапе 910 и/или 912.

После того, как применены один или более из вышеприведенных способов, способ продолжается на этапе 910, чтобы определять, обнаружено ли ухудшение фильтра (например, ухудшение постоянной времени). Если ухудшение фильтра не обнаружено, способ продолжается на этапе 912, чтобы определять, обнаружено ли ухудшение задержки (например, ухудшение временной задержки). Если ухудшение задержки также не обнаружено, способ определяет на этапе 914, что датчик отработавших газов не ухудшился. Параметры упреждающего регулятора поддерживаются, и способ возвращается к продолжению контроля датчика отработавших газов.

Возвращаясь на этап 910, если указано ухудшение типа фильтра, способ продолжается на этапе 916, чтобы приближенно выражать систему объектом первого порядка с моделью задержки (например, FOPD). Это может включать в себя применение приближения по половинному правилу к номинальной постоянной времени, номинальной временной задержке и ухудшенной постоянной времени для определения эквивалентных постоянной времени и временной задержки первого порядка. Способ дополнительно может включать в себя определение настроенных коэффициентов усиления регулятора. Дополнительные подробности о способе на этапе 916 представлены на фиг. 10.

В качестве альтернативы, если ухудшение типа задержки указан на этапе 912, способ продолжается на этапе 918, чтобы определять эквивалентную или новую временную задержку в присутствии ухудшения. Способ дополнительно включает в себя определение настроенных параметров упреждающего регулятора, в том числе, коэффициентов усиления регулятора, а также постоянной времени и временной задержки регулятора (используемых в компенсаторе задержки). Дополнительные подробности о способе на этапе 918 представлены на фиг. 11.

С этапа 916 и 918, способ 900 продолжается на этапе 920, чтобы применять вновь определенные параметры упреждающего регулятора. Датчик отработавших газов затем может использовать эти параметры в упреждающем регуляторе для определения измеренного топливо-воздушного соотношения. На этапе 922, способ включает в себя определение топливо-воздушного соотношения из датчика отработавших газов и настройку впрыска топлива и/или временных характеристик на основании определенного топливо-воздушного соотношения. Например, это может включать в себя увеличение количества топлива, впрыскиваемого топливными форсунками, если топливо-воздушное соотношение находится ниже порогового значения. В еще одном примере, это может включать в себя уменьшение количества топлива, впрыскиваемого топливными форсунками, если топливо-воздушное соотношение находится выше порогового значения. В некоторых вариантах осуществления, если ухудшение датчика отработавших газов превышает пороговое значение, способ 300 может включать в себя уведомление водителя транспортного средства на этапе 924. Пороговое значение может включать в себя ухудшенные постоянную времени и/или временную задержку сверх порогового значения. Уведомление водителя транспортного средства на этапе 924 может включать в себя отправку уведомления или запроса технического обслуживания для датчика отработавших газов.

Фиг. 10 - блок-схема, иллюстрирующая способ 1000 для определения настроенных параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов на основании ухудшения характеристик фильтра. Способ 1000 может выполняться контроллером 12 и/или специализированным контроллером 140, и может выполняться в течение этапа 916 способа 900, описанного выше. На этапе 1002, способ 1000 включает в себя оценку ухудшенной постоянной времени, T _C-F, и номинальной постоянной времени, T_C-nom . Как обсуждено выше, номинальная постоянная времени может быть постоянной времени, указывающей, насколько быстро датчик реагирует на командное изменение лямбда, и может определяться автономно, на основании функционирования датчика без ухудшения. Ухудшенная постоянная времени может оцениваться с использованием любого из способов для определения ухудшения на этапе 908 способа 900, как обсуждено выше. Если ухудшение фильтра вызвано инициатором неисправности, способ идентификации системы, как обсуждено выше, может использоваться для определения ухудшенной и номинальной постоянных времени.

После определения ухудшенной постоянной T_C-F времени и номинальной постоянной T _C-nom времени, способ 1000 переходит на этап 1004, чтобы приближенно выражать систему второго порядка моделью второго порядка (например, FOPD). Способ на этапе 1004 может включать в себя применение приближения по половинному правилу к подвергнутой ухудшению системе. Приближение по половинному правилу включает в себя распределение меньшей постоянной времени (между номинальной и ухудшенной постоянными времени) поровну между большей постоянной времени и номинальной временной задержкой. Это может делаться с использованием следующих уравнений:

Если ухудшенная постоянная T_C-F времени является меньшей, чем номинальная постоянная T_C-nom времени, уравнение становится:

На этапе 1006, контроллер может заменять постоянную времени регулятора, T_C-SP, и временную задержку регулятора, T_D-SP, используемые в компенсаторе задержки на SP (в упреждающем регуляторе) определенными эквивалентной постоянной времени, T_C-Equiv, и эквивалентной временной задержкой, T_D-Equiv.

На этапе 1008, контроллер определяет промежуточный множитель, альфа, упреждающего регулятора. Промежуточный множитель определяется посредством следующего уравнения:

Промежуточный множитель альфа может использоваться для определения коэффициента K_I усиления интегрального звена упреждающего регулятора на этапе 1010. Коэффициент K_I усиления интегрального звена определяется из следующего уравнения:

Где K_I-nom - номинальный коэффициент усиления интегрального звена упреждающего регулятора. Поскольку альфа=1 для ухудшения фильтра, K_I поддерживается на номинальном значении.

В заключение, на этапе 1012, контроллер определяет коэффициент усиления пропорционального звена, K_P, на основании коэффициента K_I усиления интегрального звена и эквивалентной постоянной T _C-Equiv времени. Коэффициент K_P усиления пропорционального звена определяется из следующего уравнения:

По мере того, как величина ухудшения фильтра возрастает (например, по мере того, как возрастает ухудшенная постоянная времени), эквивалентная постоянная T_C-Equiv времени возрастает, тем самым, увеличивая K_P. После определения новых параметров упреждающего регулятора, способ возвращается на этап 916 способа 900 и продолжается на этапе 920, чтобы применять новые параметры регулятора.

Таким образом, коэффициенты усиления, постоянная времени и временная задержка упреждающего регулятора могут настраиваться на основании величины и типа поведения ухудшения характеристик. Более точно, для ухудшения типа фильтра (например, ухудшения постоянной времени), коэффициент усиления пропорционального звена, коэффициент усиления интегрального звена, а также постоянная времени и временная задержка регулятора (T_C-SP и T_D-SP) могут настраиваться на основании ухудшенной постоянной времени.

Фиг. 11 - блок-схема, иллюстрирующая способ 1100 для определения настроенных параметров упреждающего регулятора датчика отработавших газов на основании ухудшения характеристик задержки. Способ 1000 может выполняться контроллером 12 и/или специализированным контроллером 140, и может выполняться в течение этапа 918 способа 900, описанного выше. На этапе 1102, способ 1100 включает в себя оценку ухудшенной временной задержки, T_D-F, и номинальной временной задержки, T_D-nom. Как обсуждено выше, номинальная временная задержка является ожидаемой задержкой отклика датчика отработавших газов на командное изменение топливо-воздушного соотношения на основании задержки от того, когда топливо впрыскивается, сжигается, и отработавшие газы покрывают расстояние от камеры сгорания до датчика отработавших газов. Ухудшенная временная задержка T_D-F может оцениваться с использованием любого из способов для определения ухудшения на этапе 908 способа 900, как обсуждено выше.

После определения ухудшенной временной задержки T_D-F и номинальной временной задержки T_D-nom, способ 1100 переходит на этап 1104 для определения эквивалентной временной задержки, T_D-Equiv, на основании ухудшенной временной задержки T_D-F и номинальной временной задержки T_D-nom. Эквивалентная временная задержка T_D-Equiv может оцениваться согласно следующему уравнению:

Таким образом, эквивалентная временная задержка является добавочной временной задержкой (например, ухудшенной временной задержкой) после ожидаемой временной задержки (например, номинальной временной задержки).

Постоянная времени может не изменяться для ухудшения задержки. Таким образом, на этапе 1106, эквивалентная постоянная T_C-Equiv времени может устанавливаться в номинальную постоянную T_C-nom времени. На этапе 1108, контроллер может заменять постоянную времени регулятора, T_C-SP, и временную задержку регулятора, T_D-SP, используемые в компенсаторе задержки на SP (в упреждающем регуляторе) определенными эквивалентной постоянной времени, T_C-Equiv, и эквивалентной временной задержкой, T_D-Equiv. Что касается ухудшения задержки, постоянная T_C-SP времени регулятора может оставаться неизменной.

На этапе 1110, контроллер определяет промежуточный множитель, альфа, упреждающего регулятора. Промежуточный множитель может быть основан на ухудшенной временной задержке и номинальной временной задержке. Промежуточный множитель определяется посредством следующего уравнения:

Промежуточный множитель альфа затем может использоваться для определения коэффициента K_I усиления интегрального звена упреждающего регулятора на этапе 1112. Коэффициент K_I усиления интегрального звена определяется из следующего уравнения:

Где K_I-nom - номинальный коэффициент усиления интегрального звена упреждающего регулятора. По мере того, как величина ухудшения задержки (например, значение T_DF) возрастает, альфа может убывать. Это, в свою очередь, побуждает уменьшаться коэффициент K_I усиления интегрального звена. Таким образом, коэффициент усиления интегрального звена может уменьшаться на большую величину по мере того, как возрастает ухудшенная временная задержка T_D-F и величина ухудшения задержки.

В заключение, на этапе 1114, контроллер определяет коэффициент усиления пропорционального звена, K_P, на основании коэффициента K_I усиления интегрального звена и эквивалентной постоянной T _C-Equiv времени. Коэффициент K_P усиления пропорционального звена определяется из следующего уравнения:

Поскольку эквивалентная постоянная T_C-Equiv времени может не изменяться для ухудшения типа задержки, коэффициент K_P усиления пропорционального звена может быть основан на коэффициенте K_I усиления интегрального звена. Поэтому, по мере того, как K_I убывает с повышением ухудшенной временной задержки T_D-F , коэффициент K_P усиления пропорционального звена также убывает. После определения новых параметров упреждающего регулятора, способ возвращается на этап 916 способа 900 и продолжается на этапе 920, чтобы применять новые параметры регулятора.

Таким образом, коэффициенты усиления, постоянная времени и временная задержка упреждающего регулятора могут настраиваться на основании величины и типа поведения ухудшения характеристик. Более точно, что касается ухудшения типа задержки (например, ухудшения временной задержки), коэффициент усиления пропорционального звена, коэффициент усиления интегрального звена и временная задержка регулятора (T_D-SP) могут настраиваться на основании ухудшенной временной задержки наряду с тем, что постоянная времени регулятора (T_C-SP) сохраняется.

Как описано выше, параметры упреждающего регулятора датчика отработавших газов могут настраиваться первой величиной в ответ на ухудшение задержки и настраиваться второй, отличной величиной в ответ на ухудшение фильтра. Настроенные параметры могут изменять показание или обратную связь по кислороду отработавших газов из упреждающего регулятора. Впрыск топлива, в таком случае, может настраиваться в ответ на обратную связь по кислороду отработавших газов из упреждающего регулятора. Настройка параметров упреждающего регулятора может включать в себя настройку одного или более из коэффициента усиления пропорционального звена, коэффициента усиления интегрального звена, постоянной времени регулятора и временной задержки регулятора. Настройка параметров первой величиной в ответ на ухудшение задержки может включать в себя настройку коэффициента усиления пропорционального звена, коэффициента усиления интегрального звена и временной задержки регулятора на основании ухудшенной временной задержки, а не настройку постоянной времени регулятора. Кроме того, настройка параметров первой величиной включает в себя увеличение временной задержки регулятора и уменьшение коэффициента усиления интегрального звена и коэффициента усиления пропорционального звена на большие величины по мере того, как возрастает ухудшенная временная задержка. Наоборот, настройка параметров второй величиной в ответ на ухудшение фильтра может включать в себя настройку коэффициента усиления пропорционального звена, коэффициента усиления интегрального звена, постоянной времени регулятора и временной задержки регулятора на основании ухудшенной постоянной времени. Кроме того, настройка параметров второй величиной может включать в себя увеличение коэффициента усиления пропорционального звена, постоянной времени регулятора и временной задержки регулятора большей величиной по мере того, как ухудшенная постоянная времени возрастает.

Таким образом, коэффициенты усиления, постоянная времени и временная задержка упреждающего регулятора могут адаптироваться в качестве функции ухудшенной постоянной времени и ухудшенной временной задержки. Значение ухудшенной постоянной времени и значение ухудшенной временной задержки могут быть величиной соответственного ухудшения фильтра и ухудшения задержки. Эти значения могут определяться различными способами и сравниваться с ожидаемыми значениями временной задержки и постоянной времени для определения типа ухудшения (например, задержки в противоположность фильтру). Коэффициенты усиления регулятора, а также постоянная времени и временная задержка регулятора, используемые для компенсации задержки внутри упреждающего регулятора, затем могут определяться и настраиваться на основании величин ухудшенной постоянной времени и/или ухудшенной временной задержки. Если ухудшение характеристики является ухудшением типа фильтра, получающаяся в результате система второго порядка может быть приближенно выражена системой первого порядка. Эквивалентные постоянная времени и временная задержка могут оцениваться по системе первого порядка и использоваться для определения коэффициентов усиления, постоянной времени и временной задержки регулятора. Параметры упреждающего регулятора могут настраиваться разными величинами на основании того, подвергнута ли ухудшению постоянная времени или временная задержка. По существу, упреждающий регулятор может адаптироваться на основании типа и величины ухудшения характеристик. Таким образом, могут повышаться эксплуатационные качества системы регулирования топлива-воздуха.

Отметим, что примерные процедуры управления, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.

Должно быть принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Кроме того, одна или более различных конфигураций системы могут использоваться в комбинации с одной или более описанных диагностических процедур. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

1. Система для транспортного средства, содержащая:

двигатель, включающий в себя систему впрыска топлива;

датчик отработавших газов, присоединенный в системе отработавших газов двигателя, датчик отработавших газов имеет упреждающий регулятор; и

контроллер, включающий в себя команды, исполняемые для настройки одного или более параметров упреждающего регулятора в ответ на ухудшение характеристик датчика отработавших газов, при этом величина настройки основана на величине и типе ухудшения характеристик датчика отработавших газов.

2. Система по п.1, в которой количество топлива и/или временные характеристики системы впрыска топлива настраиваются на основании обратной связи по кислороду отработавших газов из упреждающего регулятора.