СПОСОБ И СИСТЕМА ИНТЕГРАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА (ВАРИАНТЫ)
METHOD AND INTEGRAL CONTROL SYSTEM OF CATALYTIC NEUTRALISER (EMBODIMENTS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе контроля катализатора.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройства снижения токсичности отработавших газов, например, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, соединенные с выпускной системой двигателя внутреннего сгорания, уменьшают количество побочных продуктов горения, таких как монооксид углерода, углеводороды и оксиды азота. Для уменьшения токсичности отработавших газов могут быть использованы способы контроля катализатора с целью определения момента, когда устройство снижения токсичности отработавших газов достигло предела использования и должно быть заменено. Надежный контроль катализатора может сократить затраты путем снижения количества ложных оповещений о выработке ресурса в действительности еще пригодным для использования катализатором, или может быть снижена токсичность отработавших газов путем снижения количества ложных оповещения о пригодности катализатора, который в действительности уже выработал свой ресурс.
Разработаны различные подходы контроля катализатора, включая способы, обеспечивающие контроль устройства снижения токсичности отработавших газов, содержащий, вслед за периодом режима замедления с отсечкой топлива, индикацию деградации устройства снижения токсичности отработавших газов на основании способа интегрального контроля воздушно-топливного отношения и установившегося режима на основании способа диагностики индексного отношения. По существу, способ интегрального контроля воздушно-топливного отношения определяет количество топлива, которое может быть потреблено для взаимодействия с накопленным в катализаторе кислородом, для пробоя датчика, стоящего за катализатором.
Заявители признают проблему вышеуказанного способа. А именно, способ интегрального контроля воздушно-топливного отношения может быть более чувствительным к шуму при измерении воздушно-топливного отношения. Например, способ интегрального контроля воздушно-топливного отношения вместо значения воздушно-топливного отношения, полученного от газового датчика, расположенного перед катализатором, использует в расчете откалиброванное значение воздушно-топливного отношения до тех пор, пока газовый датчик, расположенный перед катализатором, не достигнет стехиометрического уровня. Дополнительный шум может быть введен в расчет из-за использования постоянного значения для откалиброванного воздушно-топливного отношения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один подход по меньшей мере частично относящийся к решению вышеуказанной проблемы, содержит способ для двигателя, содержащий: вслед за периодом режима замедления с отсечкой топлива (РЗОТ), индикацию деградации устройства снижения токсичности отработавших газов на основании количества обогащенных продуктов, необходимых для превышения в сторону обогащения датчиком первого порогового значения, причем индикацию осуществляют, когда продолжительность РЗОТ больше второго порогового значения, и интегрирование на основании воздушно-топливного отношения на входе, причем интегрирование начинают только после того, как воздушно-топливное отношение на входе достигнет стехиометрического уровня. В этом случае измеренное воздушно-топливное отношение может быть использовано при интегрировании, что позволит уменьшить шум и ошибки. В частном варианте осуществления первое пороговое значение по существу является стехиометрическим значением. Датчик представляет собой датчик воздушно-топливного отношения, расположенный ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов. Датчик представляет собой датчик частичного объема. Датчик является датчиком полного объема. При этом интегрирование также основано на массовом расходе воздуха во время подачи обогащенных продуктов. Интегрирование не учитывает воздушно-топливное отношение на входе до того момента, как воздушно-топливное отношение на входе достигнет стехиометрического уровня. Интегрирование на основании воздушно-топливного отношения на входе завершают, когда датчик превысит в сторону обогащения первое пороговое значение. Воздушно-топливное отношение на входе определяют с помощью универсального датчика кислорода в отработавших газах, расположенного выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов.
Например, контроль катализатора может быть активирован после периода РЗОТ в двигателе. Катализатор в двигателе может накапливать кислород во время периода РЗОТ, и контроль катализатора осуществляют с возможностью расчета количества топлива, необходимого для взаимодействия с накопленным кислородом. По существу, эта масса топлива может сообщать о сроке службы катализатора. Количество массы топлива может быть рассчитано, как топливо, доставленное к катализатору за время от первого момента, когда датчик, расположенный перед катализатором и показывающий воздушно-топливное отношение на входе, достигает стехиометрического уровня, до второго момента, когда датчик, расположенный за катализатором, достигает первого порогового значения. Первое пороговое значение в одном примере может быть стехиометрическим значением. Интегральный расчет может быть использован для расчета массы топлива, интегральный расчет начинают от первого момента времени и заканчивают во второй момент времени. Таким образом, количество топлива, доставляемое к катализатору до того, как датчик, расположенный перед катализатором, достигнет стехиометрического уровня, может быть проигнорировано и не включено в интегральный расчет.
В этом случае способ интегрального контроля воздушно-топливного отношения может быть использован для обнаружения катализатора, достигшего предела использования, более надежным образом. Благодаря тому, что расчет начинают, когда датчик, расположенный перед катализатором, достигает стехиометрического уровня, может быть рассчитано только то количество топлива, которое реагирует с накопленным в катализаторе кислородом. Кроме того, благодаря использованию измеренного воздушно-топливного отношения на входе вместо откалиброванного воздушно-топливного отношения, расчет может быть менее чувствительным к шуму и может обеспечить более ясный способ контроля катализатора. Соответственно, может быть достигнуто более точное прогнозирование состояния катализатора. По существу, может быть уменьшена вероятность ложной характеризации деградировавшего катализатора в качестве пригодного катализатора (и наоборот). В целом, могут быть уменьшены затраты, связанные с такими ошибками, и снижена токсичность отработавших газов.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Раскрытие изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Настоящее изобретение также может быть осуществлено в виде способа для двигателя, содержащего расчет общей массы топлива, впрыскиваемой вслед за возникновением режима замедления с отсечкой топлива (РЗОТ), причем расчет содержит интегрирование на основании массового расхода воздуха и воздушно-топливного отношения от первого момента времени, соответствующего моменту, когда первый датчик отработавших газов показывает стехиометрический уровень, до второго момента времени, когда второй датчик отработавших газов претерпевает переключение; и индикацию деградации катализатора на основании общей массы топлива. В частном варианте осуществления первый датчик отработавших газов представляет собой универсальный датчик отработавших газов, а второй датчик отработавших газов представляет собой нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах. Переключение второго датчика отработавших газов содержит пересечение вторым датчиком отработавших газов порогового напряжения перехода от обеднения к обогащению. Способ также может включать прекращение расчета общей массы топлива, когда продолжительность периода РЗОТ меньше первого порогового значения. Расчет общей впрыскиваемой массы топлива не учитывает топливо, впрыскиваемое до того, как первый датчик отработавших газов покажет стехиометрический уровень.
Кроме этого, настоящее изобретение может быть осуществлено в виде системы двигателя, содержащей: двигатель, соединенный с выпускной системой, содержащей устройство снижения токсичности отработавших газов; первый датчик отработавших газов, расположенный в выпускной системе выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов; второй датчик отработавших газов, подсоединенный ниже по потоку от объема каталитического материала устройства снижения токсичности отработавших газов; контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в постоянной памяти и обеспечивающими выполнение следующих действий: инициация режима замедления с отсечкой топлива (РЗОТ) на основании условия работы двигателя; вслед за РЗОТ, инициация подачи топлива в ответ на нажатие водителем педали акселератора; вслед за нажатием водителем педали акселератора оценка общего количества массы топлива, поданной от момента, когда первый датчик отработавших газов достиг стехиометрического уровня, до переключения второго датчика отработавших газов; применение рассчитанного общего количества массы топлива в методе опорных векторов для генерирования классифицирующего выходного сигнала; и индикация деградации катализатора на основании классифицирующего выходного сигнала. В частном варианте осуществления первый датчик отработавших газов представляет собой универсальный датчик отработавших газов. Второй датчик отработавших газов представляет собой нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах. Переключение второго датчика отработавших газов содержит пересечение вторым датчиком отработавших газов порогового напряжения перехода от обеднения к обогащению. Общее количество массы топлива основано на воздушно-топливном отношении на входе и массовом расходе воздуха. Контроллер может содержать дополнительные инструкции, обеспечивающие игнорирование первого количества массы топлива, подаваемого до того, как первый датчик отработавших газов достиг стехиометрического уровня.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 показана принципиальная схема примера цилиндра многоцилиндрового двигателя с устройством снижения токсичности отработавших газов, соединенным с выпускной системой двигателя.
На фиг. 2-4 показаны блок-схемы примера способа контроля катализатора согласно настоящему изобретению.
На фиг. 5 показана приведенная в качестве примера временная линия для способа контроля катализатора в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 6 показана приведенная в качестве примера диаграмма, соответствующая классификации по методу опорных векторов для пригодного катализатора и катализатора, достигшего предела использования, с использованием первого способа.
На фиг. 7 показана приведенная в качестве примера диаграмма, соответствующая классификации по методу опорных векторов для пригодного катализатора и катализатора, достигшего предела использования, с использованием второго способа согласно настоящему изобретению.
На фиг. 8 и 9 показаны приведенные в качестве примера гистограммы, соответствующие классификации по методу опорных векторов с использованием первого способа и второго способа.
На фиг. 10 показано приведенное в качестве примера изменение рассчитанной массы топлива от температуры.
На фиг. 11 изображена взаимосвязь между избыточной подачей топлива и рассчитанной массой топлива.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее раскрытие относится к системе и способу контроля устройства снижения токсичности отработавших газов (например, трехкомпонентному катализатору), вслед за периодом режима замедления с отсечкой топлива (РЗОТ) в двигателе, например, двигателе, показанном на фиг. 1. Программа контроля катализатора может быть активирована после возникновения РЗОТ и после того, как водитель нажал на педаль акселератора для выхода из режима РЗОТ. Приведенный в качестве примера способ контроля катализатора, показанный на фиг. 2-4, определяет общую массу топлива (МТ), впрыскиваемую в катализатор, на основании интегрального расчета массового расхода воздуха (МРВ) и воздушно-топливного отношения выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов (например, воздушно-топливное отношение подаваемого газа). Интегральный расчет осуществляют от момента, когда расположенный выше по потоку датчик достигает стехиометрического уровня, до момента переключения расположенного ниже по потоку датчика воздушно-топливного отношения (фиг. 5). Расположенный ниже по потоку датчик воздушно-топливного отношения может быть датчиком полного объема или датчиком частичного объема. Метод опорных векторов (MOB) может быть использован для классификации расчета МТ с целью определения и обеспечения оповещения о деградации катализатора. MOB может содержать алгоритм кластеризации и буферную область для увеличения устойчивости и уменьшения объема используемой памяти. На фиг. 6 и 7 показаны буферные области в случае использования первого способа контроля катализатора и второго способа контроля катализатора. На фиг. 8 и 9 показано распределение данных МТ, полученных с использованием первого способа контроля катализатора и второго способа контроля катализатора, соответственно. Пример рассчитанной МТ для устройства снижения токсичности отработавших газов с полным полезным ресурсом (ППР) показан на фиг. 10. Количество избыточного топлива после периода РЗОТ для переключения датчика воздушно-топливного отношения, расположенного ниже по потоку, может линейно увеличиваться с увеличением общей массы топлива (фиг. 11).
Касательно терминологии, повсеместно используемой в настоящем раскрытии, датчик отработавших газов или датчик кислорода, расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов, может быть назван датчиком, расположенным перед катализатором, или расположенным выше по потоку датчиком. Расположенный выше по потоку датчик может измерять воздушно-топливное отношение в подаваемом газе. Другими словами, расположенный выше по потоку датчик может измерять воздушно-топливное отношение на входе в устройство снижения токсичности отработавших газов. Аналогично, датчик отработавших газов или датчик кислорода, расположенный ниже по потоку от катализатора, может быть назван расположенным ниже по потоку датчиком или датчиком, расположенным за катализатором. Расположенный ниже по потоку датчик может измерять воздушно-топливное отношение в газах, выходящих из устройства снижения токсичности отработавших газов.
На фиг. 1 представлена схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в двигательную установку транспортного средства. Двигателем 10 может управлять по меньшей мере частично управляющая система, содержащая контроллер 12, и входной сигнал от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального положению педали (ПП) сигнала ПП. Камера 30 сгорания (также называемая цилиндр 30) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с размещенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Далее, стартер двигателя может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик (не показан) для возможности запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выводить газообразные продукты сгорания через выпускной коллектор 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут избирательно взаимодействовать с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
Показано, что топливный инжектор 66 расположен во впускном коллекторе 44 в конфигурации, обеспечивающей впрыск топлива во впускной канал, расположенный выше по потоку от камеры 30 сгорания. Топливный инжектор 66 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ИВТ), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Топливо может быть доставлено в топливный инжектор 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может альтернативно или дополнительно содержать топливный инжектор, напрямую соединенный с камерой 30 сгорания, для впрыскивания топлива непосредственно в камеру способом, известным как прямой впрыск.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулировать контроллер 12 посредством сигнала, подаваемого на электрический двигатель или привод, включенный в состав дросселя 62, обеспечивая так называемое электронное управление дросселем (ЭУД). Таким образом, управление дросселем 62 позволяет регулировать количество впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания и в другие цилиндры двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может быть определено контроллером 12 посредством сигнала положения дросселя. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (ДВК) для обеспечения соответствующих сигналов МРВ и ДВК, сообщаемых контроллеру 12.
Система зажигания 88 может обеспечивать искру зажигания в камере 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 при выбранных режимах работы. Несмотря на то, что на фигуре показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых примерах камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме компрессионного воспламенения с искрой или без нее.
Датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 58 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейным датчиком кислорода или универсальным или широкодиапазонным датчиком кислорода в отработавших газах (УДКОГ), бистабильным датчиком кислорода или датчиком кислорода в отработавших газах (ДКОГ), нагреваемым датчиком кислорода в отработавших газах (НДКОГ), датчиком оксидов азота (NOx), НС или СО. Устройство 70 снижения токсичности в отработавших газах показано расположенным вдоль выпускного канала 58, ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может быть трехкомпонентным катализатором (ТКК), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинацией. В некоторых примерах во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть периодически сбрасываться путем работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах определенного воздушно-топливного отношения. Датчик 76 полного объема отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 58, расположенным ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 76 может быть любым подходящим датчиком для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейным датчиком кислорода или УДКОГ (универсальным или широкодиапазонным датчиком кислорода в отработавших газах), бистабильным датчиком кислорода или датчиком кислорода в отработавших газах (ДКОГ), нагреваемым датчиком кислорода в отработавших газах (НДКОГ), датчиком NOx, НС или СО. Кроме того, множество датчиков отработавших газов может быть расположено в местах частичного объема в пределах устройств снижения токсичности отработавших газов. В качестве примера, вариант осуществления может содержать срединный датчик для нахождения воздушно-топливного отношения в середине катализатора.
Другие датчики 72, такие как датчик массового расхода воздуха (МРВ) и/или датчик температуры, могут быть расположены выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов для контроля МРВ и температуры отработавших газов, входящих в устройство снижения токсичности отработавших газов. Места расположения датчиков, показанные на фиг. 1, являются только одним примером различных возможных конфигураций. Например, система снижения токсичности отработавших газов может содержать структуру частичного объема в глухо соединенных катализаторах.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 входа/выхода, электронную запоминающую среду для исполняемых программ и калибровочных значений, показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимую память 110 (ЭП) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, подсоединенных к двигателю 10, в дополнение к ранее упомянутым сигналам, включая измерения массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха, сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, подсоединенного к охлаждающему рукаву 114, сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118, работающего на эффекте Холла (или другого типа), подсоединенного к коленчатому валу 40; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; массы воздуха и/или температуры отработавших газов, входящего в катализатор от датчика 72; воздушно-топливное отношение в отработавших газах за катализатором от датчика 76; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД, об/мин), может быть сгенерирован контроллером 12 на основании сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления в коллекторе может быть использован для обеспечения индикации вакуума или давления во впускном коллекторе. Следует обратить внимание, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. Во время стехиометрической работы датчик ДВК может показывать крутящий момент двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с измеряемой частотой вращения двигателя, может обеспечить определение заряда (включая воздух), вводимого в цилиндр. В одном примере датчик 118, также используемый как датчик частоты вращения двигателя, может производить заранее установленное количество равнораспределенных импульсов для каждого оборота коленчатого вала. Дополнительно, контроллер 12 может взаимодействовать с кластерным отображающим устройством 136, например, для оповещения водителя о проблемах в двигателе или системе дополнительной обработки отработавших газов.
Запоминающая среда постоянного запоминающего устройства 106 может быть запрограммирована машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, исполняемые процессором 102, для осуществления способов, раскрытых ниже и других, не раскрытых, но предполагаемых вариантов.
На фиг. 2 показана приведенная в качестве примера программа 200 активации контроля катализатора после периода РЗОТ. В частности, катализатор в приведенном в качестве примера двигателе может контролироваться только при выполнении определенных условий. Например, контроль может основываться на идее, что при старении катализатора его емкость по кислороду уменьшается. Вместо определения уменьшения емкости, интегрированный способ контроля воздушно-топливного отношения вычисляет массу топлива, необходимую для взаимодействия с накопленным кислородом. Следовательно, контроль катализатора может быть инициирован, только когда катализатор насыщен кислородом.
кат
На этапе 202 могут быть определены и/или измерены условия работы двигателя. Например, могут быть определены и/или измерены условия работы двигателя, такие как частота вращения двигателя, крутящий момент, воздушно-топливное отношение, температура катализатора (Т) и т.д. Кроме того, до возникновения РЗОТ двигатель может работать по существу на стехиометрическом уровне.
На этапе 204 программа 200 определяет выполнение условий вхождения в РЗОТ. Условия вхождения в РЗОТ могут базироваться на различных условиях работы транспортного средства и двигателя. В частности, программа может использовать комбинацию из одного или нескольких параметров: скорости транспортного средства, ускорения транспортного средства, частоты вращения двигателя, нагрузки на двигатель, положения дросселя, положения педали, положения коробки передач и различных других параметров для определения выполнения условий вхождения в РЗОТ на этапе 204. В одном примере условия вхождения в РЗОТ могут основываться на том, что частота вращения двигателя ниже порогового значения. В другом примере условия вхождения в РЗОТ могут основываться на том, что нагрузка на двигатель ниже порогового значения. В другом примере условия вхождения в РЗОТ могут исходить из положения педали акселератора.
Если условия вхождения в РЗОТ не выполняются, программа переходит на этап 206, не запуская РЗОТ, и программа 200 завершается. Таким образом, может не происходить возникновение РЗОТ. Однако если на этапе 204 выполняются условия вхождения в РЗОТ, программа 200 переходит на этап 208 и запускает РЗОТ. Во время РЗОТ двигатель может работать без впрыска топлива, в то же время, поддерживая вращение и перекачивая воздух через устройство снижения токсичности отработавших газов. В этот период в катализаторах может быть регенерирован кислород в устройстве снижения токсичности отработавших газов.
РЗОТ может сохраняться до тех пор, пока не начнут выполняться условия выхода из РЗОТ. Например, РЗОТ может быть закончено на основании нажатия водителем педали акселератора, или когда скорость транспортного средства достигает порогового значения. На этапе 210 происходит определение программою 200 выполнения условия завершения РЗОТ. Если условия не выполняются для выхода из РЗОТ, программа 200 переходит на этап 212, и РЗОТ продолжается. Кроме того, могут контролировать различные рабочие параметры двигателя и транспортного средства, которые могут сообщать о завершении РЗОТ. Например, программа может контролировать положение педали. Если выполняются условия выхода из РЗОТ на этапе 210, например, в ответ на нажатие водителем педали акселератора, достижение скорости транспортного средства порогового значения, и/или достижение нагрузки на двигатель порогового значения, то программа 200 переходит на этап 214.
На этапе 214 определяют, выполняются ли входные условия контроля катализатора. Например, входное условие для активации контроля катализатора может быть продолжительность периода РЗОТ, достаточная для насыщения кислородом катализаторов в устройстве снижения токсичности отработавших газов. Благодаря тому, что контроль катализатора начинается только после того, как катализаторы должным образом будут насыщены кислородом, повышается точность программы контроля катализатора. Например, если катализатор в устройстве снижения токсичности отработавших газов не достаточно насыщен кислородом до того, как была запущена программа контроля катализатора, может быть обеспечено ошибочное значение деградации. В одном примере программа 200 может активировать контроль катализатора, если продолжительность РЗОТ больше пороговой продолжительности. Порог может быть установлен на основании показаний расположенного ниже по потоку нагреваемого датчика кислорода в отработавших газах НДКОГ, являющихся обедненными по кислороду в момент окончания РЗОТ или после него. В другом примере входное условие для контроля катализатора может быть значением выходного напряжения от расположенного ниже по потоку датчика НДКОГ, меньшим, чем пороговое напряжение обеднения. Когда выходное напряжение датчика НДКОГ меньше порогового напряжения обеднения, это может служить показателем того, что продолжительность РЗОТ достаточна для насыщения катализаторов. В другом примере входное условие для контроля катализатора может заключаться в том, что выходное напряжение датчика НДКОГ меньше порогового напряжения обеднения в течение времени, большего, чем пороговое время.
Если на этапе 214 не выполняются входные условия для инициации контроля катализатора, например, если РЗОТ длится не достаточно долго, программа переходит на этап 216. На этапе 216 может быть осуществлена подача топлива без инициации контроля катализатора, а программа 200 завершается. Однако если на этапе 214 выполняются входные условия инициации программы контроля катализатора, например, если выходное напряжение датчика НДКОГ меньше порогового напряжения обеднения, программа 200 переходит на этап 218. На этапе 218 осуществляют подачу топлива и инициируют контроль катализатора, что будет раскрыто на примере со ссылкой на фиг. 3. Затем программа 200 завершается.
Программа 300 фиг. 3 иллюстрирует пример программы контроля катализатора. В частности, рассчитывают количество обогащенных продуктов, необходимых для превышения в сторону обогащения датчиком порогового значения. Рассчитанное количество обогащенных продуктов не содержит часть обогащенных продуктов, поданных в устройство снижение токсичности отработавших газов до того момента, как расположенный выше по потоку датчик достигнет стехиометрического уровня.
На этапе 302 программою 300 может быть установлено, выполняются ли условия для инициации контроля катализатора. Как раскрыто ранее, условия могут содержать один из следующих параметров: достаточная продолжительность периода РЗОТ для насыщения катализатора(ов) кислородом, выходной сигнал датчика НДКОГ меньше порогового напряжения обеднения, и выходной сигнал датчика НДКОГ меньше порогового напряжения обеднения дольше пороговой продолжительности времени. В примере входное условие представлено достаточной продолжительностью периода РЗОТ, продолжительность РЗОТ может быть больше, чем второе пороговое значение.
Если не выполняются условия для инициации контроля катализатора, программа 300 переходит на этап 304, на котором катализатор не контролируют, а программа завершается. С другой стороны, если программа подтверждает выполнение условий для инициации контроля катализатора, программа 300 переходит на этап 306 для начала подачи топлива с обогащением. Подача топлива с обогащением может быть инициирована в ответ на нажатие водителем педали акселератора для выхода из РЗОТ. Кроме того, во время контроля катализатора может возникнуть условие избыточной подачи топлива подачи топлива.
Как указывалось ранее, способ интегрального контроля катализатора на основании интегрального расчета воздушно-топливного отношения основывается на знании, что емкость катализатора по кислороду снижается при старении и/или деградации катализатора. Таким образом, путем измерения количества массы топлива, необходимой для взаимодействия с накопленным кислородом, может быть оценен возраст катализатора (и его деградация). В частности, может быть оценено количество массы топлива, необходимого для взаимодействия с накопленным в катализаторе кислородом после достаточно продолжительного периода РЗОТ (продолжительность РЗОТ>второго порогового значения).
Первый способ интегрального расчета воздушно-топливного отношения (ИРВТО) позволяет рассчитать общее количество массы топлива (МТ), подаваемого от момента завершения периода РЗОТ до переключения расположенного ниже по потоку датчика. Конкретнее, в первом способе интегрального расчета воздушно-топливного отношения рассчитывают общую массу топлива, потребляемую для взаимодействия с накопленным в катализаторе кислородом до того, как переключится расположенный ниже по потоку датчик. Общая масса топлива, доставляемая к насыщенному кислородом катализатору после РЗОТ и до момента, как переключится расположенный ниже по потоку датчик НДКОГ, может быть рассчитана по уравнению (1):
n
начало
конeu
вх
вых
Здесь МТ обозначает количество массы топлива, потребляемой для взаимодействия с накопленным в катализаторе кислородом после завершения периода РЗОТ от момента времени t до переключения датчика НДКОГ в момент времени t. МРВ обозначает массовый расход воздуха, входящего в катализатор (например, измеренный датчиком МРВ 120 и/или датчиком 70), φ представляет эквивалент воздушно-топливного отношения, нижние индексы «вх» и «вых» обозначают положения перед и после катализатора, соответственно. Расположенные ниже по потку от катализатора датчики могут быть расположены посредине (для систем частичного объема) или в выхлопной трубе (например, для систем полного объема). φ может быть измерено расположенным выше по потоку датчиком воздушно-топливного отношения, например, датчиком УДКОГ (например, датчиком 126), а φ может быть оценено расположенным ниже по потоку датчиком НДКОГ (например, датчиком 76).
Уравнение 1 может быть аппроксимировано для емкости катализатора по кислороду согласно уравнению (2):
стех
вх
вх
вх
В уравнении (2) ВТО представляет стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и φ представляет эквивалент воздушно-топливного отношения в подаваемом в катализатор газе. φ может быть рассчитано, например, на основании показаний датчика УДКОГ. Согласно уравнению (2), ИРВТО может быть отрицательной величиной в условиях обеднения (например, φ<1) и положительной при в условиях обогащения. Соответственно, интегрирование через промежуток времени может создать ошибку в расчете ИРВТО, в частности, при медленном переходе воздушно-топливного отношения (ВТО) от обедненному к обогащенному. Для уменьшения этой ошибки, контроль ИРВТО может использовать калибруемую уставку ВТО для периода времени, когда показания датчика все еще указывают на обеднение, а затем на основании калибруемого значения переключается на значение датчика УДКОГ. Уставка ВТО является дополнительным параметром, который может ввести ошибку аппроксимации, а также дополнительную сложность в модель контроля катализатора.
начало
Следует отметить, что уравнения (1) и (2) используют интегральный расчет, начинающийся сразу после окончания периода РЗОТ в момент времени t. Однако, топливо, поданное к катализатору сразу после выхода из РЗОТ, может не взаимодействовать с накопленным в катализаторе кислородом, и включение этого топлива в расчет общего количества топлива может привести к ошибочному расчету топлива, необходимого для взаимодействия с накопленным кислородом. По существу, может быть оценено большее количество общей массы топлива, что приводит к неточной классификации катализатора как катализатора с полным полезным ресурсом или нового катализатора. Более новые катализаторы могут вмещать большую массу топлива, чем истощенные катализаторы.
Например, любое количество разбавленного воздухом топлива может быть доставлено для поддержания воздушно-топливного отношения значительно выше стехиометрического уровня без истощения катализатора и без переключения выходного сигнала расположенного ниже по потоку датчика. Понятно, что расчет массы топлива в данном примере может не обеспечить какой-либо информации касательно возраста катализатора.
Второй способ интегрального расчета воздушно-топливного отношения, раскрытый в настоящем изобретении, рассчитывает количество топлива, подаваемого в катализатор после того, как расположенный выше по потоку датчик достигнет стехиометрического уровня. Таким образом, может быть рассчитана масса топлива, действительно взаимодействующая с накопленным кислородом. Здесь, масса топлива, поданная до того, как расположенный выше по потоку датчик укажет стехиометрический уровень, может не быть включена в расчет общей массы топлива.
2
2
Во втором способе интегрального расчета воздушно-топливного отношения общая масса топлива (МТ или ИРВТО), необходимая для взаимодействия с накопленным кислородом может быть рассчитана, как показано в уравнении (3):
кон
Здесь интегрирование может быть начато в момент времени, когда расположенный выше по потоку датчик, например, универсальный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ) достигает стехиометрического. Другими словами, интегрирование начинают только тогда, когда воздушно-топливное отношение на входе (например, на входе в катализатор) достигает стехиометрического уровня. Интегрирование может быть завершено, как в первом способе, когда расположенный ниже по потоку датчик (например, НДКОГ) претерпевает переключение. Как раскрыто ранее, переключение расположенного ниже по потоку датчика может происходить, когда расположенный ниже по потоку датчик превышает по обогащению первое пороговое значение. Здесь первое пороговое значение может быть по существу равным стехиометрическому уровню. Кроме того, расположенный ниже по потоку датчик может быть датчиком кислорода для измерения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, выходящих из катализатора. В качестве примера t может быть моментом времени, когда срединное воздушно-топливное отношение достигает стехиометрического уровня. Здесь, датчик воздушно-топливного отношения может быть обеспечен посредине в устройстве снижения токсичности отработавших газов. Возвращаясь на этап 308 фиг. 3, программа 300 может подтверждать, достиг ли стехиометрического уровня расположенный выше по потоку датчик. По существу, расположенный выше по потоку датчик показывает обеднение, обогащение или по существу соответствие подаваемого газа стехиометрическому отношению. В одном примере расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов датчик может быть датчиком УДКОГ. Если определяют, что расположенный выше по потоку датчик не показывает стехиометрического отношения, то программа 300 переходит на этап 310 для ожидания начала интегрального расчета общей массы топлива.
С другой стороны, если на этапе 308 подтверждают, что расположенный выше по потоку датчик достиг стехиометрического уровня, программа 300 переходит на этап 312 для начала интегрирования с целью расчета массы топлива. Кроме того, на этапе 314 программа 300 не учитывает первую порцию топлива, доставленного до того, как расположенный выше по потоку датчик достиг стехиометрического уровня. Интегрирование может продолжаться до тех пор, пока расположенный ниже по потоку датчик не переключится с показаний обедненных значений на показания обогащенных значений.
На этапе 316 программа 300 может определить, имело ли место переключение расположенного ниже по потоку датчика. Как описано ранее, расположенный ниже по потоку датчик может считаться переключенным, когда расположенный ниже по потоку датчик переходит на более обогащенные значения показаний, по сравнению с первым пороговым значением. Первое пороговое значение, здесь, может быть стехиометрическим значением. Альтернативно, переключающее пороговое значение может быть отличным от стехиометрического. В другом примере расположенный ниже по потоку датчик может считаться переключенным, если выходное напряжение от расположенного ниже по потоку датчика больше порогового напряжения перехода от обеднения к обогащению. Пороговое напряжение перехода от обеднения к обогащению может быть заранее задано или откалибровано для указания на переход от обеднения к обогащению. В качестве примера может быть установлено пороговое напряжение перехода от обеднения к обогащению, равное 0,45 В.
Если определяют, что расположенный ниже по потоку датчик не был переключен, программа 300 переходит на этап 318 для контроля катализатора. При этом масса топлива все еще может быть взаимодействующей с кислородом, накопленным в катализаторе. Однако если определяют, что расположенный ниже по потоку датчик был переключен, программа 300 переходит на этап 320 для остановки интегрирования массы топлива и для расчета массы топлива с использованием уравнения (3). Расчет массы топлива на этапе 322 может не учитывать топливо, впрыскиваемое до достижения расположенным выше по потоку датчиком стехиометрического уровня.
Затем, на этапе 324 программа 300 может оценивать, имеет ли место деградация катализатора. Оценка может происходить на основании множества данных интегрирования массы топлива. Эта оценка далее будет раскрыта со ссылкой на фиг. 4. На этапе 326 контроль катализатора может быть остановлен, и работа двигателя может быть возвращена к работе с обедненной смесью или работе на стехиометрическом уровне при существующих условиях работы двигателя.
Таким образом, контроль катализатора может обеспечить индикацию деградации устройства снижения токсичности отработавших газов на основании, например, общего количества обогащенных продуктов. В одном примере способ контроля катализатора может содержать вслед за периодом режима замедления с отсечкой топлива (РЗОТ), индикацию деградации устройства снижения токсичности отработавших газов на основании количества обогащенных продуктов, необходимых для превышения в сторону обогащения датчиком первого порогового значения, индикацию осуществляют, когда продолжительность РЗОТ больше второго порогового значения, интегрирование на основании воздушно-топливного отношения на входе начинают только после того, как воздушно-топливное отношение на входе достигнет стехиометрического уровня. Первое пороговое значение может быть по существу стехиометрическим значением, а датчик может быть датчиком воздушно-топливного отношения, расположенным ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов. Например, датчик может быть датчиком кислорода, измеряющим воздушно-топливное отношение в отработавших газах, выходящих из устройства снижения токсичности отработавших газов. В другом примере датчик может быть датчиком частичного объема и может быть расположен в частичном объеме. В другом примере датчик может быть датчиком полного объема, расположенным в полном объеме катализатора.
Как упоминалось, способ может содержать интегрирование на основании воздушно-топливного отношения на входе, определяемого универсальным датчиком кислорода в отработавших газах, расположенным выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов. Интегрирование также может быть на основании массового расхода воздуха (МРВ) во время подачи обогащенных продуктов. Далее, интегрирование может пренебрегать воздушно-топливным отношением на входе до того, пока воздушно-топливное отношение не достигнет стехиометрического уровня. По существу, интегрирование может не начинаться до тех пор, пока воздушно-топливное отношение на входе не достигнет стехиометрического уровня, индикация чего осуществляется посредством расположенного выше по потоку датчика. Кроме того, интегрирование на основании воздушно-топливного отношения на входе может быть завершено, когда расположенный ниже по потоку датчик превысит первое пороговое значение.
Количество обогащенных продуктов, необходимое для того, чтобы датчик превысил по обогащению пороговое значение, может согласоваться с количеством кислорода, накопленном в устройстве снижения токсичности отработавших газов. Таким образом, индикация деградации катализатора может происходить на основании количества кислорода, накопленного в катализаторе(ах).
Расчет массы топлива согласно второму способу интегрального расчета воздушно-топливного отношения, как показано в уравнении (3), должен быть откалиброван для разных композиций топлива. Так как содержание этанола может быть не измерено, а оценено, в контроль катализатора может быть введена погрешность. Кроме того, может потребоваться дополнительная калибровка. С целью уменьшения затрат усилий на калибровку для конкретных типов топлива, уравнение (3) может быть нормализовано следующим образом по уравнению (4):
стех
Интегрирование в уравнении (4) не зависит от ВТО и, таким образом, менее чувствительно к типу топлива. В этом случае масса топлива может быть рассчитана независимо от типа топлива.
На фиг. 4 представлена программа 400 для оценки деградации катализатора по данным интегрирования массы топлива согласно фиг. 3. В частности, рассчитанную массу топлива используют в модели метода опорных векторов (MOB) с целью определения, является ли катализатор пригодным (более новый катализатор), или он находится на пределе использования (использованный катализатор).
На этапе 402 данные о массе топлива, собранные в программы 300, могут быть использованы в модели MOB. Данные могут быть собраны, спустя множество периодов РЗОТ. Модель MOB использует алгоритм кластеризации данных и содержит буферную область, откалиброванную около классифицирующей плоскости.
На фиг. 6 проиллюстрирован пример диаграммы 600 классификации данных массы топлива, собранных с использованием первого способа интегрального расчета воздушно-топливного отношения, примененного в модели MOB, содержащей алгоритм кластеризации и буферную область около его классифицирующей плоскости. На фиг. 7 изображен пример диаграммы 700 классификации данных, иллюстрирующий данные массы топлива, собранные с использованием второго способа интегрального расчета воздушно-топливного отношения, примененного в модели MOB.
Метод опорных векторов (MOB) может быть использован в способе контроля катализатора для прогнозирования функционирования катализатора. Во время работы транспортного средства при выбранных условиях различные неклассифицированные входные параметры могут быть подставлены в обученную модель MOB, и после классификации заранее заданного количества образцов, результат каждой классификации может быть сравнен с пороговым значением с целью определения, является ли катализатор функционирующим или нет. Модель MOB является представлением значений, как точек в пространстве, распределенных на диаграмме таким образом, что значения отдельных категорий разделены границей. Новые значения затем распределяют на диаграмме в этом же пространстве и предсказывают принадлежность к категории на основании того, на какую сторону границы они попадут.
Модели MOB используют знаковую функцию как линейный классификатор для классификации неизвестных входных сигналов на две группы на основании обучающей функции, в которой используют известные входные сигналы. В частности, известные входные сигналы размещают на диаграмме на высокомерном или бесконечномерном пространстве и выбирают одну или несколько гиперплоскостей, разделяющих входные сигналы на две группы. В другом примере для увеличения эффективности и устойчивости MOB и для уменьшения риска ошибочной классификации входных сигналов, что может привести к ошибочной индикации деградации катализатора, могут быть применены алгоритмы кластеризации к данным для дальнейшей организации (например, в группу) данных. Кластеризация может помочь уменьшить количество опорных векторов, используемых для определения оптимальной гиперплоскости.
Для диагностики катализатора различные входные параметры могут быть использованы в MOB. В другом примере входные параметры могут содержать общую массу топлива, потребляемую для взаимодействия с накопленным в катализаторе кислородом до того, как переключится расположенный ниже по потоку датчик НДКОГ.
На фиг. 6 и 7 показан пример диаграмм 600 и 700 классификации данных массы топлива, соответственно, с использованием алгоритма MOB и с кластеризацией нечетких С-средних, классифицирующей данные в две отдельные группы. Каждая диаграмма (600 и 700) отображает массу топлива (МТ) по оси y и температуру катализатора по оси х. Диаграмма 600 изображает катализаторы с полным полезным ресурсом (ППР) в области 610 (показаны кругами) и катализаторы, достигшие предела использования, в области 630 (показаны квадратами). В примере диаграммы 600 установка точек данных массы топлива, рассчитанных по уравнению (2) (или по первому способу интегрального расчета воздушно-топливного отношения), была применена к алгоритму MOB. Диаграмма 700 изображает ППР катализаторы в области 710 (изображены кругами), а катализаторы, достигшие предела использования, в области 730 (показаны квадратами). Кроме того, данные массы топлива на диаграмме 700 могут быть выведены из любого уравнения (3) или (4) (или по второму способу интегрального расчета воздушно-топливного отношения). Данные массы топлива на диаграмме 700 могут не содержать топливо, впрыскиваемое в катализатор до того, как показания расположенного выше по потоку датчика достигнут стехиометрического уровня.
Каждая диаграмма использует алгоритм MOB с кластеризацией нечетких С-средних и содержит соответствующую буферную область, например, буферную область 654 на диаграмме 600 и буферную область 754 на диаграмме 700. Буферные области 654 и 754 могут быть откалиброваны вокруг соответствующей классифицирующей плоскости на основании распределения данных, кластеризации, допусков на ошибочную классификацию и др. Выбор более широкой до определенной степени буферной области может увеличить точность, но, в то же время, может уменьшить количество точек данных, для которых может быть выполнен диагноз. Следовательно, калибровка может зависеть от компромисса между допустимой ошибкой и желаемой частотой обнаружения. Точки данных, попадающие в буферные области 654 и 754 могут не быть классифицированы (например, не может быть принято решение к какому классу - к ППР или достигшим предела использования - принадлежат точки данных в буферной области). Включением буферной области 654 (определенной классификационными плоскостями 650) и буферной области 754 (определенной классификационными плоскостями 750) может быть уменьшена ошибочная классификация около или рядом с классифицирующей плоскостью, и увеличена точность модели.
Следует отметить, что второй способ интегрального расчета воздушно-топливного отношения (диаграмма 700) содержит меньше (например, только один) катализаторов в буферной области 754. Следовательно, диаграмма 600, которая использует данные массы топлива, полученные по первому способу интегрального расчета воздушно-топливного отношения, показывает, что около 5 катализаторов находятся в буферной области 654 или около нее. По существу, второй способ интегрального расчета воздушно-топливного отношения обеспечивает более четкую буферную область между ППР и достигшим предела использования катализаторами, обеспечивая более точную характеризацию катализаторов.
Гистограмма 800 распределения, соответствующая классификации MOB по фиг. 6 проиллюстрирована на фиг. 8, показывая распределение данных массы топлива по оси x, и частоты по оси y. Гистограмма 900 распределения, соответствующая классификации MOB по фиг. 7 проиллюстрирована на фиг. 9, показывая распределение данных массы топлива (полученных с использованием любого из уравнений (3) или (4)) по оси x, и частоты по оси y. Гистограмма 800 распределения показывает распределение 802 для катализаторов, достигших предела использования, и распределение 804 для ППР катализаторов, полученные с использованием расчетов массы топлива по уравнению (2). Гистограмма 900 иллюстрирует распределение 902 для катализаторов, достигших предела использования, и распределение 904 для ППР катализаторов, полученные с использованием расчетов массы топлива по уравнению (3) или уравнению (4). Как можно видеть, распределения 902 и 904 уже по сравнению с распределениями 802 и 804. Более узкие распределения в 902 и 904 обозначают более надежный и точный способ определения деградации катализатора.
Вернемся к программе 400, если на этапе 404 данные массы топлива удовлетворяют классу катализатора, достигшего предела использования (например, область 730 на фиг. 7), тогда программа 400 переходит на этап 406, на котором устанавливают указатель неисправности. Кроме того, рабочий параметр двигателя может быть отрегулирован соответственно индикации деградации катализатора. Рабочий параметр двигателя может быть частотой вращения двигателя, нагрузкой на двигатель, скоростью транспортного средства, впрыском топлива, выходным крутящим моментом и т.д. Система двигателя в транспортном средстве может продолжать работать, однако, может быть уменьшена производительность и/или управляемость транспортного средства. В одном примере частота вращения двигателя и/или граница частоты вращения двигателя может быть снижена, что может снизить выходной крутящий момент двигателя. В другом примере скорость транспортного средства может быть уменьшена. Кроме того, впрыск топлива может быть отрегулирован таким образом, что уровень регулируемых выбросов двигателя может быть низким, даже при катализаторе, достигшем предела использования. По существу, эти регулировки одного или нескольких рабочих параметров двигателя могут быть пропорциональны степени деградации, индицируемой посредством контроля катализатора.
Если данные массы топлива не удовлетворяют классу катализатора, достигшего предела использования, программа 400 переходит на этап 408, на котором определяют, удовлетворяют ли данные массы топлива классу с полным полезным ресурсом (например, область 710 на фиг. 7). Если устанавливают, что данные массы топлива удовлетворяют классу с полным полезным ресурсом, программа 400 переходит на этап 410, на котором устанавливают указатель годности. Если нет, программа 400 классифицирует данные массы топлива как находящиеся в буферной зоне (например, буферной области 754 по фиг. 7) на этапе 412. Кроме того, программа 400 переходит на этап 414, на котором устанавливают указатель неопределенности.
В качестве примера, система контроля катализатора может осуществлять множество классификаций, соответствующих множеству периодов РЗОТ с целью точной и устойчивой классификации статуса деградации катализатора. В частности, большее количество классификаций может быть осуществлено, если катализатор классифицируют, как находящийся в буферной зоне или около нее по сравнении со случаями, когда по классификации катализатор попадает непосредственно в области катализаторов, достигших предела использования, или катализаторов с полным полезным ресурсом. В качестве примера, результаты множества классификаций могут быть усреднены или статистически объединены с использованием известных методов для оценки деградации катализатора. В качестве другого примера, большее количество классификаций может быть осуществлено, когда катализатор классифицируют как ППР или находящийся в буферной зоне с целью более точной диагностики катализатора, достигшего предела использования.
Соответственно, на основании классификации данных МТ посредством модели MOB может быть обеспечена индикация водителю транспортного средства, например, через устройство отображения. Например, если установлен указатель неисправности, предупреждающая индикация оповещает водителя о деградации катализатора. В качестве другого примера, если классификация MOB определяет, что катализатор все еще имеет запас полезного ресурса, и установлен указатель годности, то индикация отсутствует. В качестве другого примера, если результаты контроля катализатора по классификации находятся в пределах буферной зоны, предупреждающая индикация оповещает водителя о приближающейся деградации катализатора.
На фиг. 5 показана временная линия 500, показывающая тренды в условиях работы транспортного средства для осуществления способа контроля катализатора вслед за периодом РЗОТ. Изображенная рабочая временная линия фиг. 5 может быть применима для приведенного в качестве примера двигателя, который содержит первый датчик УДКОГ, расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов для контроля воздушно-топливного отношения в подаваемом газе (также называемое воздушно-топливным отношением на входе). Приведенный в качестве примера двигатель также может содержать второй датчик УДКОГ, расположенный посредине устройства снижения токсичности отработавших газов, и датчик НДКОГ, расположенный ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов. Изменения количества топлива, впрыскиваемого в приведенный в качестве примера двигатель, показаны кривой 502 на временной линии 500, показания воздушно-топливного отношения первого датчика УДКОГ показаны кривой 504, показания воздушно-топливного отношения второго датчика УДКОГ показаны пунктирной кривой 506, и выходное напряжение датчика НДКОГ показано кривой 508. Все вышеуказанные параметры показаны в зависимости от времени, отмеченного на оси х. Кроме того, время увеличивается по оси x слева направо. Линия 514 представляет стехиометрическое выходное напряжение НДКОГ. Линия 516 показывает пороговое напряжение перехода от обеднения к обогащению или переключающее пороговое значение. В одном примере линия 516 может показывать напряжение 0,45 В. Линия 515 представляет пороговое напряжение обеднения. Понятно, что несмотря на то, что приведенная в качестве примера временная линия 500 отображает выходные сигналы датчика УДКОГ или НДКОГ, также могут быть использованы другие подходящие датчики отработавших газов без отклонения от объема настоящего изобретения. В качестве примера, расположенный выше по потоку датчик может быть датчиком НДКОГ, и/или расположенный ниже по потоку датчик может быть датчик УДКОГ без отклонения от объема настоящего изобретения.
До момента времени t1 транспортное средство может работать на стехиометрическом уровне, как показано всеми четырьмя кривыми, находящимися около стехиометрического уровня. В момент времени t1 может быть инициирован РЗОТ, например, во время движения по инерции под уклон, приводя к падению количества впрыскиваемого топлива (кривая 502) и к уменьшению воздушно-топливного отношения в подаваемом газе (или в месте выше по потоку), посредине, и ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов. Как показано на фиг. 5, ответный выходной сигнал второго датчика УДКОГ, показывающий воздушно-топливное отношение посредине, может быть относительно медленнее ответного выходного сигнала первого датчика УДКОГ, показывающего воздушно-топливное отношение в подаваемом газе. Кроме того, выходной сигнал датчика НДКОГ, показывающий воздушно-топливное отношение ниже по потоку от катализатора, может быть медленнее выходного сигнала УДКОГ.
Между моментами времени t1 и t3, во время периода РЗОТ, топливо может не впрыскиваться, в то время как двигатель продолжает вращаться и нагнетать воздух через устройство снижения токсичности отработавших газов. Таким образом, во время РЗОТ катализаторы в устройстве снижения токсичности отработавших газов могут быть насыщены кислородом.
В момент времени t2 выходной сигнал НДКОГ опускается ниже порогового напряжения обеднения (линия 515) и остается ниже порогового напряжения обеднения. Таким образом, если условием вхождения для осуществления контроля катализатора является то, что выходной сигнал НДКОГ меньше порогового напряжения обеднения, условие вхождения может быть удовлетворено в момент времени t2, а контроль катализатора может быть активирован после завершения периода РЗОТ.
Период РЗОТ может сохраняться до тех пор, пока не будут удовлетворены условия для выхода из РЗОТ. Поэтому в ответ на нажатие водителем педали акселератора в момент времени t3, двигатель выходит из работы в РЗОТ, и период РЗОТ может быть завершен. В одном примере условием вхождения для контроля катализатора может быть достаточная для насыщения катализатора кислородом продолжительность периода РЗОТ. На изображенной временной линии 500 период РЗОТ длится от момента t1 до момента t3, и может быть с соответствующей продолжительностью для полного насыщения устройства снижения токсичности отработавших газов. Если продолжительность периода РЗОТ меньше продолжительности, например, короче пороговой продолжительности, контроль катализатора могут не осуществлять.
В момент времени t3 количество впрыскиваемого топлива (кривая 502) увеличивается выше уровней стехиометрической работы двигателя, и с момента выполнения условий вхождения в контроль катализатора может начаться контроль катализатора. Соответственно, когда осуществляют контроль катализатора, двигатель может работать с впрыском обогащенного топлива в ответ на нажатие водителем педали акселератора. В качестве примера, в двигатель может быть подано избыточное топливо (относительно стехиометрического уровня) в количестве, равном ΔF. Количество избыточного топлива, ΔF, может увеличиться по существу линейно со степенью новизны катализатора. Другими словами, количество избыточного топлива может уменьшиться с увеличением возраста катализатора.
d
В ответ на увеличение впрыска топлива первый выходной сигнал УДКОГ, показывающий воздушно-топливное отношение (кривая 504) в подаваемом газе, начинает увеличиваться в момент времени t3, а второй выходной сигнал УДКОГ, показывающий срединное воздушно-топливное отношение (кривая 506) начинает увеличиваться сразу после момента времени t3. Следует отметить, что может иметь место короткое «мертвое время» (t) до того, как воздушно-топливное отношение в подаваемом газе подвергнется какому-либо изменению. Аналогично, срединное воздушно-топливное отношение также не подвергается изменению в течение «мертвого времени». Это может означать, что кислород не накоплен и не выпущен, так как катализатор уже насыщен кислородом во время периода РЗОТ, а подаваемый газ все еще более обедненный в сравнении с стехиометрическим уровнем. Поэтому, несмотря на впрыскивание топлива (кривая 502) в момент времени t3 и сразу после него, исходное количество топлива может быть не учтено в расчете массы топлива, так как нет изменения в емкости катализатора по кислороду.
Как можно видеть на кривой 508, выходной сигнал НДКОГ начинает увеличиваться от момента ниже порогового напряжения обеднения (линия 515) после t3. В момент времени t4 выходной сигнал первого датчика УДКОГ может достичь стехиометрического уровня. Поэтому интегрирование для расчета массы топлива по уравнению (3) и (4) может быть начато в момент времени t4.
Контроль катализатора продолжается до момента времени t5, когда выходной сигнал НДКОГ достигает и становится больше порогового напряжения перехода от обеднения к обогащению (линия 516). Поэтому в момент времени t5 останавливают контроль катализатора, и может быть прекращена избыточная подача топлива. Соответственно, после t5 количество впрыскиваемого топлива уменьшается, а работа двигателя может быть возвращена к стехиометрической работе для уменьшения количества выбросов углеводородов. Кроме того, после t5 показатели воздушно-топливного отношения первого датчика УДКОГ уменьшаются до стехиометрического уровня, как и выходного сигнала НДКОГ.
вх
Как раскрыто ранее в отношении уравнений (3)-(4), масса топлива, впрыскиваемая в катализатор, может быть вычислена путем интегрального расчета на основании выходного сигнала воздушно-топливного отношения первого УДКОГ и массы воздуха, входящей в катализатор. Интегральный расчет может быть произведен от первого момента времени, соответствующего моменту, когда первый датчик УДКОГ показывает стехиометрический уровень, до второго момента времени, когда датчик НДКОГ претерпевает переключение с обеднения на обогащение. На фиг. 5 t4 может соответствовать первому моменту времени, когда может быть начат интегральный расчет, а момент времени t5 может соответствовать второму моменту времени, когда датчик НДКОГ претерпевает переключение. Заштрихованная область 524 может представлять интеграл сигнала первого датчика УДКОГ (например, член φ в уравнениях 3 и 4) от момента t4 до t5. Следует отметить, что это интегрирование может быть осуществлено специально, когда воздушно-топливное отношение на выходе не может быть точно известно, например, с помощью датчика НДКОГ.
d
Однако когда имеется срединный датчик воздушно-топливного отношения (например, датчик УДКОГ), как в примере по фиг. 5, интегральный расчет может быть немного другим. В одном примере интегрирование может начинаться от момента времени t3, если присутствует срединный датчик УДКОГ. Здесь интегрирование может охватывать общую площадь, соответствующую сумме области 526 и заштрихованной области 524. Соответственно, оценка массы топлива может включать в себя площадь, изображенную заштрихованной областью 524 (наклонные линии), и площадь, изображенную областью 526 (горизонтальные линии). Так как срединное воздушно-топливное отношение от второго датчика УДКОГ и воздушно-топливное отношение подаваемого газа от первого датчика УДКОГ перекрываются от времени t3 до t3 + t, площадь интегрирования, соответствующая времени перекрытия, была бы равна нулю. Кроме того, область 526 может быть значительно меньше заштрихованной области 524 и может быть упущена в интегральном расчете. В отсутствии точного воздушно-топливного отношения на выходе из катализатора контроль катализатора может подразумевать, что воздушно-топливное отношение на выходе по существу равно стехиометрическому, что может быть приемлемым допущением, как видно на фиг. 5.
Также следует отметить, что первый способ интегрального расчета воздушно-топливного отношения, представленный уравнением (2) может добавлять площадь, показанную заштрихованной точками областью 528, для компенсации топлива, доставленного сразу вслед за выходом из РЗОТ до того момента, как первый датчик УДКОГ достигнет стехиометрического уровня. Однако, как объяснялось ранее, это дополнительное топливо может не быть использовано для взаимодействия с накопленным в катализаторе кислородом, и, таким образом, может быть опущено из расчета массы топлива согласно уравнениям (3) и (4). Второй способ интегрального расчета воздушно-топливного отношения, соответственно, не добавляет область 528 в расчет массы топлива. Настоящее раскрытие использует расчет, показанный в уравнении (3) или (4) для расчета массы топлива. Кроме того, как раскрыто выше, масса топлива может быть оценена путем объединения областей 524 и 526, область 524, ограниченная слева временем t4, когда первый датчик УДКОГ (или подаваемый газ) достигает стехиометрического уровня, и ограниченная справа временем t5, когда датчик НДКОГ претерпевает переключение. По существу, область 526 может быть меньше области 524, и, тем самым, ей также можно пренебречь при расчете массы топлива.
Таким образом, приведенный в качестве примера способ контроля катализатора может содержать расчет общей массы топлива, впрыскиваемой вслед за периодом режима замедления с отсечкой топлива (РЗОТ), данный расчет содержит интегрирование на основании массового расхода воздуха и воздушно-топливного отношения от первого момента времени, соответствующего моменту, когда первый датчик отработавших газов показывает стехиометрический уровень, до второго момента времени, когда второй датчик отработавших газов претерпевает переключение; и индикацию деградации катализатора на основании общей массы топлива. Здесь первый датчик отработавших газов может быть универсальным датчиком отработавших газов, а второй датчик отработавших газов может быть нагреваемым датчиком кислорода в отработавших газах. Переключение второго датчика кислорода в отработавших газах может содержать пересечение вторым датчиком кислорода в отработавших газах порогового напряжения перехода от обеднения к обогащению (линия 516 на временной линии 500 по фиг. 5). Кроме того, способ может содержать прекращение расчета общей массы топлива, когда продолжительность периода РЗОТ меньше первого порогового значения. Первое пороговое значение здесь может быть пороговым значением продолжительности. Расчет общей впрыскиваемой массы топлива может пренебрегать топливом, впрыскиваемым до того, как первый датчик отработавших газов покажет стехиометрический уровень.
На фиг. 10 проиллюстрирована диаграмма 1000, показывающая изменение рассчитанной массы топлива (по уравнению (3) или уравнению (4)), отмеченное по оси y, в то время как по оси x отмечена температура катализатора. Кривая 1002 на диаграмме 1000 фиг. 10 может быть аналогична кривой MOB на фиг. 7 для катализатора с полезным ресурсом. Как можно видеть, масса топлива постепенно увеличивается, пока температура катализатора не достигнет значения около 1300 градусов по Фаренгейту, и затем уменьшается.
На фиг. 11 показана диаграмма 1100, иллюстрирующая пример взаимосвязи между избыточной подачей топлива (AF) и рассчитанной массой топлива (по уравнению (3) или по уравнению (4)). Как показано, избыточное топливо отложено по оси y, а рассчитанная масса топлива отложена по оси x. Кривая 1102 показывает, что избыточное топливо (AF) увеличивается почти линейно с рассчитанной массой топлива. Как упоминалось ранее, большая масса топлива, рассчитанная по уравнению (3) или (4), может обозначать более новый катализатор с большим полезным ресурсом. Поэтому большее количество избыточного топлива может потребляться во время выполнения программы контроля катализатора для взаимодействия с большим количеством накопленного в более новом катализаторе кислорода.
Таким образом, система контроля устройства снижения токсичности отработавших газов, соединенного с выпускной системой в двигателе внутреннего сгорания, может содержать первый датчик отработавших газов, расположенный в выпускной системе выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов; второй датчик отработавших газов, подсоединенный ниже по потоку от объема каталитического материала устройства снижения токсичности отработавших газов; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в постоянной памяти для инициации режима замедления с отсечкой топлива (РЗОТ) на основании условия работы двигателя; вслед за РЗОТ инициации подачи топлива в ответ на нажатие водителем педали акселератора; вслед за нажатием водителем педали акселератора, оценки общего количества массы топлива, поданной от момента, когда первый датчик отработавших газов достиг стехиометрического уровня, до переключения второго датчика отработавших газов; применение рассчитанного общего количества массы топлива в способе опорных векторов для генерирования классифицирующего выходного сигнала; и индикации деградации катализатора на основании классифицирующего выходного сигнала. При этом первый датчик отработавших газов может быть универсальным датчиком отработавших газов, а второй датчик отработавших газов может быть нагреваемым датчиком кислорода в отработавших газах. Переключение второго датчика кислорода в отработавших газах может содержать пересечение вторым датчиком отработавших газов порогового напряжения перехода от обеднения к обогащению (например, линия 516 на фиг. 5). Общее количество массы топлива может быть найдено на основании воздушно-топливного отношения на входе и массового расхода воздуха. Контроллер может содержать также инструкции для игнорирования первого количества массы топлива, подаваемой до того, как первый датчик отработавших газов достиг стехиометрического уровня.
Таким образом, устройство снижения токсичности отработавших газов может контролироваться с целью обнаружения деградации и/или старения. Старение катализатора может быть оценено по его емкости по кислороду, накапливаемому во время условий работы с обеднением. Вместо прямого расчета накопленного кислорода способ в настоящем документе рассчитывает массу топлива, необходимую для взаимодействия с накопленным кислородом, тем самым, обеспечивая показатель для диагностики катализатора. Кроме того, настоящее изобретение рассчитывает массу топлива путем конкретного расчета массы топлива, доставленной только после того, как датчик подаваемого газа (или датчик контроля подаваемого газа УДКОГ) достигнет стехиометрического уровня.
Таким образом, путем исключения части массы топлива, подаваемой в двигатель во время, следующее за периодом РЗОТ, до тех пор, пока датчик УДКОГ не достигнет стехиометрического уровня, может быть достигнут более точный расчет массы топлива, взаимодействующей по существу исключительно с накопленным кислородом. По существу, расчет массы топлива с использованием способа согласно настоящему изобретению может быть более надежным и менее чувствительным к шуму. В целом, может быть достигнута более точная оценка возраста катализатора.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, 1-4, 1-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.