Способ эксплуатации двигателя с датчиком выхлопных газов

Способ эксплуатации двигателя с датчиком выхлопных газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к датчику выхлопных газов, установленному в автомобильном транспортном средстве, и способу мониторинга работы датчика выхлопных газов.

Уровень техники

Датчик выхлопных газов, оснащенный упреждающим контроллером, может быть расположен в выхлопной системе транспортного средства для определения соотношения «воздух/топливо» в выхлопных газах, выпускаемых двигателем внутреннего сгорания транспортного средства. Данные, полученные от датчика выхлопных газов, могут быть использованы для управления работой двигателя внутреннего сгорания, приводящего в движение транспортное средство.

Деградация датчика выхлопных газов (уменьшение эффективности его работы) может привести к ухудшению управления двигателем, что может стать причиной увеличенного количества выбросов и/или ухудшить дорожные качества транспортного средства. Таким образом, точное обнаружение деградации датчика выхлопных газов и последующая регулировка параметров упреждающего контроллера может уменьшить вероятность управления двигателем на основании показаний неисправного датчика выхлопных газов. В частности, возможно шесть отдельных типов деградации датчика выхлопных газов. Эти типы можно разделить на группу фильтрующего типа и группу запаздывающего типа. Также типы деградации могут быть симметричными, либо асимметричными относительно стехиометрического соотношения. Датчик выхлопных газов, имеющий асимметричный фильтрующий тип деградации, может иметь худшее значение постоянной времени показаний датчика лишь в одном направлении перехода воздушно-топливного соотношения (например, переход от богатой смеси к бедной смеси, либо от бедной смеси к богатой смеси). При ухудшении параметров датчика параметры упреждающего контроллера могут быть отрегулированы для достижения стабильности в работе замкнутой системы.

Известные из уровня техники подходы к регулировке параметров упреждающего контроллера датчика выхлопных газов при возникновении деградации включают в себя регулировку коэффициента усиления упреждающего контроллера только лишь в направлении деградации. В результате контроллер двигателя может асимметрично реагировать для подачи большего или меньшего количества топлива в направлении деградации. Данная асимметричная работа может привести к увеличению выбросов СО (фильтр перехода обеднение-обогащение) или увеличению выбросов NOx (фильтр перехода обогащение-обеднение).

Раскрытие изобретения

Для решения вышеуказанных проблем предлагается способ регулировки впрыска топлива в двигатель, в зависимости от модифицированного сигнала обратной связи по содержанию кислорода в выхлопных газах, полученного от датчика выхлопных газов. Этот сигнал обратной связи модифицирован путем преобразования асимметричного отклика датчика выхлопных газов в более симметричный отклик, например, в модифицированный симметричный отклик. Например, асимметричный отклик может являться асимметричным откликом о деградации фильтрующего типа, при этом скорость отклика ухудшается лишь в одном направлении перехода, либо ухудшается в одном направлении в большей степени, чем в другом направлении. В одном примере преобразование асимметричного отклика в модифицированный симметричный отклик может включать в себя фильтрацию неискаженной части (например, в направлении перехода) асимметричного отклика характеристики некоторым значением на основе постоянной времени искаженной части асимметричного отклика. После преобразования асимметричного отклика можно преобразовать один или несколько параметров упреждающего контроллера датчика выхлопных газов на основании преобразованного симметричного отклика. Например, можно отрегулировать и применить к обоим направлениям перехода отклика датчика выхлопных газов один или несколько из следующих параметров: пропорциональный коэффициент усиления, интегральный коэффициент усиления, постоянную времени контроллера и время задержки контроллера. В данном случае может быть достигнут технический эффект упреждающего контроллера, способного работать симметрично, тем самым уменьшая калибровочные работы контроллера и снижая выбросы NOx и СО двигателя.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое изложение сущности изобретения представлено для описания в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее изложение которых приводится ниже в подробном описании. Краткое раскрытие сущности изобретения не направлено на определение основных или существенных характеристик заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами реализации изобретения, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного описания.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схему примерной движительной системы транспортного средства, включающей в себя датчик выхлопных газов.

Фиг. 2 представляет собой график, показывающий деградацию датчика выхлопных газов по типу симметричного фильтра.

Фиг. 3 представляет собой график, показывающий деградацию датчика выхлопных газов по типу асимметричного фильтра при переходе от богатой смеси к бедной смеси.

Фиг. 4 представляет собой график, показывающий деградацию датчика выхлопных газов по типу асимметричного фильтра при переходе от бедной смеси к богатой смеси.

Фиг. 5 представляет собой график, показывающий деградацию датчика выхлопных газов по типу симметричной задержки.

Фиг. 6 представляет собой график, показывающий деградацию датчика выхлопных газов по типу асимметричной задержки при переходе от богатой смеси к бедной смеси.

Фиг. 7 представляет собой график, показывающий деградацию датчика выхлопных газов по типу асимметричной задержки перехода от бедной смеси к богатой смеси.

На Фиг. 8 изображен график ухудшенного отклика датчика выхлопных газов при отсечке топлива в режиме замедления (DFSO).

На Фиг. 9 представлены графики модифицированного отклика деградации симметричного фильтра, преобразованной из асимметричного отклика деградации фильтрующего типа для датчика выхлопных газов.

На Фиг. 10 изображен способ преобразования асимметричного отклика деградации фильтрующего типа для датчика выхлопных газов до более симметричного отклика деградации фильтрующего типа.

На Фиг. 11 изображен способ регулировки параметров упреждающего контроллера датчика выхлопных газов, основанный на типе и уровне деградации.

На Фиг. 12 изображен способ определения регулируемых параметров упреждающего контроллера датчика выхлопных газов на основании деградации фильтрационного типа.

На Фиг. 13 изображен способ определения регулируемых параметров упреждающего контроллера датчика выхлопных газов на основании деградации задерживающего типа.

Осуществление изобретения

Следующее описание относится к системам и способам преобразования асимметричного отклика деградации датчика выхлопных газов, такого как датчик выхлопных газов с Фиг.1, в симметричный отклик деградации. В частности, асимметричный отклик деградации может быть асимметричным откликом деградации фильтрующего типа датчика выхлопных газов, как показано на Фиг. 3-4. На Фиг. 2-7 представлено шесть типов деградации датчика выхлопных газов (например, датчика кислорода в выхлопных газах), включая и асимметричные отклики деградации фильтрующего типа. На Фиг. 9 изображен пример преобразованной симметричного отклика деградации фильтрующего типа, полученной путем фильтрации неискаженной части асимметричного отклика деградации фильтрующего типа. Модифицированный симметричный отклик деградации фильтрующего типа может быть основан на постоянной времени искаженного участка асимметричного отклика деградации. На Фиг. 10 изображен способ преобразования асимметричного отклика деградации фильтрующего типа в симметричный отклик фильтрующего типа. Параметры упреждающего контроллера датчика выхлопных газов далее могут быть отрегулированы на основании амплитуды модифицированного отклика деградации фильтрующего типа. В одном примере амплитуда модифицированного симметричного отклика деградации фильтрующего типа может быть практически такой же, как и величина (например, постоянная времени) искаженного участка асимметричного отклика деградации фильтрующего типа. На Фиг. 11-13 представлены способы определения регулируемых параметров упреждающего контроллера на основании характеристик деградации. В случае асимметричной деградации фильтрующего типа регулируемые параметры упреждающего контроллера могут быть применены в обоих направлениях передачи (например, направления обеднение-обогащение и обогащение-обеднение), что делает операции упреждающего контроллера симметричными. В связи с этим, калибровочные работы контроллера могут быть уменьшены при одновременном уменьшении выбросов NOx и СО двигателя.

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение двигателя 10, который может быть частью ходовой системы транспортного средства 100, в котором может быть использован датчик 126 выхлопных газов для определения воздушно-топливного соотношения в выхлопных газах, производимых двигателем 10. Соотношение воздух/топливо (наряду с другими рабочими параметрами) может быть использовано для управления двигателем 10 с обратной связью в различных режимах работы. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также с помощью входных сигналов, направляемых водителем 132 транспортного средства с помощью устройства 130 ввода данных. В данном примере устройство 130 ввода данных представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали, которые генерируют пропорциональный сигнал положения педали PP. Камере 30 сгорания (например, цилиндре) двигателя 10 может иметь стенки 32 с расположенным в них поршнем 36. Поршень может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства с помощью системы. Кроме того, для запуска двигателя 10 к коленчатому валу 40 может быть с помощью маховика подключен пусковой мотор.

В камеру 30 сгорания воздух поступает из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а газообразные продукты сгорания выводятся через выхлопной канал 48. Дроссель 62, содержащий дроссельную заслонку 64, расположен во впускном канале 42. Дроссель выполнен таким образом, чтобы регулировать воздушный поток, поступающий в цилиндры двигателя. Регулировка положения дроссельной заслонки 64 может увеличить или уменьшить степень открытия дросселя 62, что позволит изменить массовый расход воздуха, либо скорость потока всасываемого воздуха, попадающего в цилиндры двигателя. Например, за счет увеличения степени открытия дросселя 62 массовый расход воздуха увеличивается. И наоборот, за счет уменьшения степени открытия дросселя 62 массовый расход воздуха может уменьшаться. В данном случае регулировка дросселя 62 может изменять количество воздуха, попадающего в камеру 30 сгорания. Например, за счет увеличения массового расхода воздуха, может увеличиваться выходной крутящий момент двигателя.

Впускной коллектор 44 и выхлопной канал 48 выборочно сообщаются с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах камеры 30 сгорания могут иметь по два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана. В данном примере впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут приводиться в действие системами 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода каждая может содержать один или более кулачков и может использовать одну или несколько систем, выбранных из системы переключения профиля кулачка (CPS), изменяемой синхронизации кулачка (VCT), изменяемой фазы газораспределения (VVT) и/или изменяемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапана. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено позиционными датчиками 55 и 57 соответственно. В других вариантах осуществления изобретения управление впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 может осуществляться электрическим клапанным приводом. Например, цилиндр 30 может иметь впускной клапан, управление которым осуществляется с помощью электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управление которым осуществляется кулачковым приводом, системы CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 66 показана расположенной во впускном коллекторе 44 таким образом, чтобы обеспечивать так называемый впрыск топлива во впускной канал выше по потоку относительно камеры 30 сгорания. Топливная форсунка 66 может впрыскивать топливо пропорционально ширине импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12 через электронный привод 68. Топливная форсунка 66 получает топливо из топливной системы (не показана), которая включает в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых вариантах осуществления изобретения камера 30 сгорания может в качестве варианта либо дополнительно содержать топливную форсунку, соединенную непосредственно с камерой 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в камеру способом, известным как прямой впрыск.

Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру сгорания 30 через свечу 92 зажигания в соответствии с сигналом опережения зажигания SA от контроллера 12 в выбранных рабочих режимах. Несмотря на то, что показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления изобретения камера сгорания 30 или одна или более камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия с искрой зажигания или без искры.

Датчик 126 выхлопных газов показан подключенным к выпускному каналу 48 выше по потоку устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. Датчиком 126 выхлопных газов может быть любой подходящий датчик, пригодный для получения информации о топливно-воздушном коэффициенте выхлопных газов, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), бистабильный датчик кислорода или EGO, датчик HEGO (подогреваемый EGO), датчик NOx, датчик углеводородов или датчик СО. В некоторых примерах осуществления изобретения датчик выхлопных газов 126 может быть первым из множества датчиков выхлопных газов, установленных в выхлопной системе. Например, дополнительные датчики выхлопных газов могут быть установлены ниже по потоку относительно устройства 70 уменьшения токсичности выхлопа.

Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку датчика 126 выхлопных газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушку NOx, другое устройство снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации. В некоторых примерах осуществления изобретения устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может быть первым из множества устройств снижения токсичности выхлопных газов, установленных в выхлопной системе. В некоторых вариантах осуществления изобретения во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может периодически перезапускаться за счет работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя при определенном воздушно-топливном коэффициенте.

Контроллер 12 показан на Фиг.1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорный блок 102 (CPU), порты ввода/вывода 104 (I/O), электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный как постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM), энергонезависимое запоминающее устройство ПО (КАМ) и обычную шину данных. В дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 10, включая: измерение массового расхода воздуха, поступающего в двигатель (MAF) от датчика 120, температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, подключенного к рукаву охлаждения 114; профильный выходной сигнал зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), подключенного к коленчатому валу 40; измерение положения дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал об абсолютном давлении во впускном коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122. Сигнал частоты вращения двигателя RPM может генерироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления во впускном коллекторе (MAP) от датчика давления во впускном коллекторе может использоваться для получения показаний о разрежении или давлении во впускном коллекторе. Необходимо принять во внимание, что могут использоваться различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, MAF без MAP или наоборот. Во время стехиометрической работы датчик MAP может подавать сигналы о крутящем моменте двигателя. Кроме того, этот датчик вместе с фиксированной частотой вращения двигателя может предоставить информацию о величине заряда (включая воздушный заряд), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также может быть использован как датчик частоты вращения двигателя, может выдавать заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала.

Кроме того, по крайней мере некоторые из вышеописанных сигналов могут быть использованы для определения деградации датчика выхлопных газов, описанном более подробно далее. Например, величина, обратная частоте вращения двигателя, может быть применена для определения задержек, связанных с циклом впрыск - всасывание - сжатие - расширение - выпуск. В качестве еще одного примера величина, обратная скорости (или величина, обратная сигналу MAF) может быть применена для определения задержки, связанной с прохождением выхлопных газов от выпускного клапана 54 к датчику 126 выхлопных газов. Вышеописанные примеры, наряду с другими функциями сигналов от датчиков двигателя, могут быть использованы для определения временной задержки между изменением заданного воздушно-топливного коэффициента и скорости отклика датчика выхлопных газов.

В некоторых примерах осуществления изобретения определение деградации и калибровка датчика выхлопных газов может быть выполнена в специализированном контроллере 140. Специализированный контроллер 140 может иметь процессинговые средства 142, представляющие собой ресурсы для обработки сигналов, связанных с выполнением, калибровкой и подтверждением определения ухудшения характеристик датчика 126 выхлопных газов. В частности, буфер для образцов (например, генерирующий приблизительно 100 образцов в секунду для каждого ряда цилиндров), который применяют для регистрации скорости отклика датчика выхлопных газов, может быть слишком большим для обрабатывающих ресурсов блока управления трансмиссией (БУТ) автомобильного транспортного средства. Соответственно специализированный контроллер 140 может быть функционально соединен с контроллером 12 для определения ухудшения характеристик датчика выхлопных газов. Следует отметить, что специализированный контроллер 140 может принимать сигналы о параметрах двигателя от контроллера 12 и посылать на контроллер 12 сигналы управления двигателем и данные об определении ухудшения характеристик через другие линии связи.

Датчик 126 выхлопных сигналов может иметь упреждающий контроллер. В одном примере упреждающий контроллер может включать в себя пропорционально-интегральный регулятор (или PI-регулятор) и компенсатор задержки, такой как предиктор Смита (компенсатор задержки SP). Пропорционально-интегральный регулятор может иметь пропорциональный коэффициент усиления K_P и интегральный коэффициент усиления K_I. Предиктор Смита можно применять для компенсации задержки, при этом он может иметь постоянную времени T_C-SP и задержку времени T_D.SP. В связи с этим, пропорциональный коэффициент усиления, интегральный коэффициент усиления, постоянная времени и время задержки регулятора могут являться параметрами упреждающего контроллера датчика выхлопных газов. Путем регулировки этих параметров можно менять выходной сигнал датчика 126 выхлопных газов. Например, путем регулировки вышеуказанных параметров можно изменить скорость отклика показаний воздушно-топливного соотношения, генерируемых датчиком 126 выхлопных газов. В ответ на деградацию датчика выхлопных газов вышеперечисленные параметры контроллера могут быть отрегулированы для компенсации деградации и увеличения точности показаний воздушно-топливного соотношения, что позволит увеличить управляемость и эффективность двигателя. Специальный контроллер 140 также может быть соединен с упреждающим контроллером. В связи с этим специальный контроллер 140 и/или контроллер 12 могут выполнять регулировку параметров упреждающего контроллера на основе типа деградации, определенного с помощью любого из доступных способов диагностики, как будет сказано далее. В одном примере параметры контроллера датчика выхлопных газов могут быть отрегулированы на основе уровня и типа деградации. В другом примере специальный контроллер 140 и/или контроллер 12 могут преобразовать или изменить искаженную отклик или сигнал от датчика выхлопных газов, после чего отрегулировать параметр контроллера на основе этого преобразованного искаженного сигнала. Шесть типов деградации описаны ниже со ссылкой на Фиг. 2-7. Ниже со ссылкой на Фиг. 9-13 представлена более подробная информация о регулировке коэффициентов усиления, постоянных времени и времени задержки контроллера датчика выхлопных газов, а также преобразование искаженного сигнала датчика выхлопных газов.

Необходимо отметить, что постоянное запоминающее устройство 106 и/или обрабатывающие ресурсы 142 могут быть запрограммированы под машиночитаемые данные, которые представляют собой команды для выполнения процессорным блоком 102 и/или специализированным контроллером 140 для реализации способов, описанных далее, а также других вариантов.

Как было изложено выше, деградация датчика выхлопных газов может быть обнаружена на основании одного или, в некоторых примерах, всех шести отдельных типов изменений, определяемых задержками в скорости отклика датчика выхлопных газов при формировании им данных о воздушно-топливном соотношении во время переходов смеси от богатой к бедной и/или от бедной к богатой. На Фиг. 2-7 представлены графики, каждый из которых изображает один из шести отдельных типов деградации датчика выхлопных газов. Графики представляют собой зависимость воздушно-топливного соотношения (лямбда) от времени (в секундах). На каждом графике пунктирная линия обозначает сигнал о заданной лямбде, который может быть направлен на элементы двигателя (например, топливные форсунки, клапаны цилиндров, дроссель, свечу зажигания и т.д.) для формирования воздушно-топливного соотношения, которое проходит цикл, включающий в себя один или несколько переходов смеси от бедной к богатой и один или несколько переходов смеси от богатой к бедной. На каждом графике пунктирная линия обозначает ожидаемое время отклика лямбды для датчика выхлопных газов. На каждом графике сплошная линия обозначает сигнал деградировавшей лямбды, который будет подан неисправным датчиком выхлопных газов в ответ на сигнал заданной лямбды. На каждом графике линии с двойными стрелками обозначают область, где данный тип ухудшении характеристик датчика отличается от сигнала ожидаемой лямбды.

Система с Фиг. 1 может предусматривать систему транспортного средства, в которую входит двигатель с системой впрыска топлива и датчиком выхлопных газов, расположенным в выхлопной системе двигателя, при этом датчик выхлопных газов имеет упреждающий контроллер. Также система может включать в себя контроллер, содержащий выполняемые программы для трансформации асимметричного отклика деградации датчика выхлопных газов в модифицированный симметричный отклик деградации на основании амплитуды и направления асимметричного отклика. Выполняемые программы для трансформации асимметричного отклика деградации могут включать в себя фильтрацию неискаженного направления перехода асимметричного отклика на основании постоянной времени искаженного направления перехода асимметричного отклика. Программа также может включать в себя регулировку одного или нескольких параметров упреждающего контроллера согласно модифицированного симметричного отклика деградации, при этом величина регулировки основывается на амплитуде модифицированного симметричного отклика. Также количество топлива и/или синхронизация системы впрыска топлива могут быть отрегулированы на основании сигнала обратной связи по концентрации кислорода в выхлопных газах от упреждающего контроллера.

Фиг. 2 представляет собой график, обозначающий первый тип ухудшения характеристик, который может выявить неисправный датчик выхлопных газов. Данный первый тип ухудшения характеристик является симметричным фильтром, который включает в себя медленный отклик датчика выхлопных газов на сигнал заданной лямбды для регулирования переходов смеси от богатой к бедной и от бедной к богатой. Другими словами, сигнал деградировавшей лямбды может начать переход от богатого к бедному и от бедного к богатому в ожидаемые моменты времени, но скорость отклика может быть ниже ожидаемой, что приведет к уменьшенной длительности пиков бедных и богатых состояний.

Фиг. 3 представляет собой график, обозначающий второй тип ухудшения характеристик, который может выявить неисправный датчик выхлопных газов. Данный второй тип ухудшения характеристик является асимметричным фильтром перехода от богатой смеси к бедной смеси, который включает в себя медленный отклик датчика выхлопных газов на сигнал заданной лямбды для перехода от богатой топливовоздушной смеси к бедной. Такой тип ухудшения характеристик датчика может начать переход от богатого к бедному в ожидаемый момент времени, но скорость отклика может быть ниже ожидаемой, что может привести к уменьшенной длительности пика бедного состояния. Данный тип ухудшения характеристик датчика можно считать асимметричным, поскольку отклик датчика выхлопных газов медленный (или ниже ожидаемого) во время перехода от богатой смеси к бедной смеси. При возникновении данного типа деградации контроллер может поставлять меньшее количество топлива при переходе от обогащения к обеднению смеси. В результате могут увеличиться выбросы NOx.

Фиг. 4 представляет собой график, обозначающий третий тип ухудшения характеристик, который может выявить неисправный датчик выхлопных газов. Данный третий тип ухудшении характеристик является асимметричным фильтром перехода от бедной смеси к богатой, который включает в себя медленный отклик датчика выхлопных газов на сигнал заданной лямбды для перехода от бедной смеси к богатой. Такой тип ухудшения характеристик датчика может начать переход от бедной смеси к богатой в ожидаемый момент времени, но скорость отклика может быть ниже ожидаемой, что может привести к уменьшенной длительности пика богатого состояния. Данный тип ухудшения характеристик датчика можно считать асимметричным, поскольку отклик датчика выхлопных газов медленный (или ниже ожидаемого) только во время перехода от бедной смеси к богатой. При возникновении данного типа деградации контроллер может поставлять большее количество топлива при переходе от обеднения к обогащению смеси. В результате могут увеличиться выбросы СО.

Фиг. 5 представляет собой график, обозначающий четвертый тип ухудшения характеристик, который может выявить неисправный датчик выхлопных газов. Данный четвертый тип ухудшения характеристик является симметричной задержкой, которая включает в себя задержку отклика на сигнал заданной лямбды для регулирования переходов смеси от богатой к бедной и от бедной к богатой. Другими словами, сигнал деградировавшей лямбды может начать переход от богатого к бедному и от бедного к богатому в моменты времени, которые наступают позднее ожидаемых моментов времени, но соответствующий переход может происходить с ожидаемой скоростью отклика, что приводит к смещению длительностей пиков бедных и богатых состояний.

Фиг. 6 представляет собой график, обозначающий пятый тип ухудшения характеристик, который может выявить неисправный датчик выхлопных газов. Данный пятый тип ухудшения характеристик является асимметричной задержкой перехода от богатой смеси к бедной смеси, которая включает в себя задержку отклика на сигнал заданной лямбды для перехода от богатой топливовоздушной смеси к бедной. Другими словами, сигнал деградировавшей лямбды может начать переход от богатой смеси к бедной смеси в момент времени, который происходит позднее ожидаемого момента времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью отклика, что приводит к смещению и/или уменьшению длительностей пиков бедной смеси. Данный тип ухудшения характеристик датчика можно считать асимметричным, поскольку отклик датчика выхлопных газов происходит с задержкой только относительно ожидаемого времени начала отклика во время перехода от богатой смеси к бедной.

Фиг. 7 представляет собой график, обозначающий шестой тип ухудшения характеристик, который может выявить неисправный датчик выхлопных газов. Данный шестой тип ухудшения характеристик является асимметричной задержкой перехода от бедной смеси к богатой, которая включает в себя задержку отклика на сигнал заданной лямбды для перехода от бедной смеси к богатой. Другими словами, сигнал деградировавшей лямбды может начать переход от бедной смеси к богатой в момент времени, который наступает позднее ожидаемого момента времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью отклика, что приводит к смещению и/или уменьшению длительностей пиков богатого состояния. Данный тип ухудшения характеристик датчика можно считать асимметричным, поскольку отклик датчика выхлопных газов происходит с задержкой только относительно ожидаемого времени начала отклика во время перехода от бедной смеси к богатой.

Шесть описанных выше типов деградации датчика выхлопных газов можно разделить на две группы. Первая группа включает в себя деградацию фильтрующего типа, в которой уменьшается скорость реакции показаний воздушно-топливного соотношения (например, задержка отклика увеличивается). В связи с этим постоянная времени отклика может изменяться. Вторая группа включает в себя деградацию типа задержки, в которой время отклика показаний воздушно-топливного соотношения запаздывает. Таким образом, время задержки отклика сигнала соотношения воздушно-топливного соотношения может увеличиться относительно ожидаемой реакции.

Фильтрующий тип и запаздывающий тип деградации влияют на систему управления динамикой датчика выхлопных газов по-разному. В ответ на ухудшенный отклик датчика выхлопных газов упреждающему контроллеру может потребоваться выполнить компенсацию управления для сохранения стабильности системы управления. Следовательно, при возникновении деградации датчика выхлопных газов параметры контроллера могут быть отрегулированы для компенсации деградации и увеличения точности показаний воздушно-топливного соотношения, тем самым увеличивая управляемость и эффективность двигателя. Например, если обнаружен запаздывающий тип деградации, то новые значения временной задержки и коэффициента усиления контроллера можно будет определить на основе ухудшенной временной задержки отклика. Если обнаружен деградация фильтрующего типа, то новые значения постоянной времени и временной задержки и коэффициентов усиления контроллера можно будет определить на основе ухудшенной постоянной времени отклика.

Однако если деградация фильтрующего типа является асимметричной, то регулировка коэффициентов усиления и параметров компенсации задержки упреждающего контроллера в направлении деградации может лишь сохранить стабильность работы замкнутой топливной системы. Этого может оказаться недостаточно для обеспечения стехиометрического соотношения в работе системы управления двигателя, что требует дальнейшей калибровки упреждающего контроллера на основе уровня (например, величины) асимметричной деградации фильтрующего типа. Однако путем преобразования асимметричной деградации фильтрующего типа в более симметричную, стехиометрическое соотношение при работе замкнутой системы может быть сохранено, что позволит компенсировать смещение обеднения и/или обогащения, возникшее из-за асимметричной работы. Более подробно компенсация и корректировка асимметричной реакции датчика, а также регулировка параметров контроллера датчика выхлопных газов описаны ниже со ссылкой на Фиг. 9-13.

Для диагностики деградации датчика выхлопных газов можно использовать различные способы. В одном примере деградацию можно определить на основе временной задержки и длины линии каждой выборки данных датчика выхлопных газов, собранных при заданном изменении воздушно-топливного соотношения. На Фиг. 8 изображен пример определения временной задержки и длины линии от реакции датчика выхлопных газов до входа в режим отсечки топлива в режиме замедления (DFSO). В частности, на Фиг. 8 изображен график 210, на котором представлены заданная лямбда, ожидаемая лямбда и ухудшенная лямбда подобно значениям, описанным со ссылкой на Фиг. 2-7. На Фиг. 8 представлен переход от обогащению к обеднению и/или симметричная деградация запаздывающего типа, при этом временная задержка отклика к заданному изменению воздушно-топливного соотношения запаздывает. Стрелка 202 демонстрирует временную задержку, которая является промежутком времени с начала заданного изменения значения лямбды до момента времени (τ₀), в котором наблюдается изменение порога измеренного значения лямбды. Пороговое изменение лямбды может быть малым значением, указывающим на отклик на заданное изменение, например, 5%, 10%, 20% и т.д. Стрелка 204 указывает на постоянную времени (τ₆₃) отклика, которая в системе первого порядка является отрезком времени от τ₀ до момента времени, когда достигнуто 63% от установившегося отклика. Стрелка 206 указывает на промежуток времени от τ₀ до момента времени, когда достигнуто 95% от требуемого отклика, что в ином случае рассматривается как пороговое время (τ₉₅) реакции. В системе первого порядка пороговое время (τ₉₅) реакции приблизительно равно трем временным постоянным (3* τ₆₃).

Из этих параметров можно вывести различные подробные данные, касающиеся реакции датчика выхлопных газов. Сначала время задержки, указанное стрелкой 202, можно сравнить с ожидаемым временем задержки для определения, демонстрирует ли датчик деградацию типа задержки. Затем постоянную времени, указанную стрелкой 204, можно использовать для прогнозирования момента τ₉₅. И наконец, длина линии, указанная стрелкой 206, может быть определена на основе изменения значения лямбды во всей характеристике, начиная с момента τ₀. Длина линии является длительностью сигнала датчика и может быть использована для определения наличия ухудшения реакции датчика (например, деградация фильтрующего типа). Длина линии может быть определена на основе следующего уравнения:

Если определенная длина линии больше ожидаемой длины, то датчик выхлопных газов может демонстрировать деградацию фильтрующего типа. Постоянная времени и/или время задержки деградировавшего отклика датчика выхлопных газов могут быть использованы контроллером для регулировки параметров контроллера датчика выхлопных газов. Способы регулировки параметров контроллера датчика выхлопных газов, основанные на типе деградации, представлены ниже на Фиг. 10-13.

В другом примере деградация датчика выхлопных газов может быть определена путем мониторинга характеристик распределения предельных значений от множества успешных выборок лямбды