用于催化剂健康监测的方法和系统

申请号 CN201710320117.1 申请日 2017-05-09 公开(公告)号 CN107355290A 公开(公告)日 2017-11-17
申请人 福特环球技术公司; 密歇根大学董事会; 发明人 T·波洛尼; P·库马尔; I·H·马基;
摘要 本 发明 涉及用于催化剂健康监测的方法和系统,提供了用于基于单调地减小表示催化剂存储容量的催化剂活性参数的下降而连续地监测排气催化剂的功能的方法和系统。催化剂劣化可以响应于催化剂存储容量的估计下降低于 阈值 而被指示。 发动机 操作参数可以基于催化剂存储容量的当前 水 平而被调整。
权利要求

1.一种方法,其包括:
响应于传感器反馈和在发动机操作期间确定的催化剂存储容量的第一估计而调整发动机燃料喷射,所述第一估计响应于工况而增加和减少;以及
响应于在发动机操作期间估计的催化剂存储容量的第二估计而指示催化剂劣化,所述第二估计响应于工况仅减少。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一估计基于测量的空燃比,并且其中所述第二估计基于相对于所述测量的空燃比的第一建模催化剂活性参数和相对于所述测量的空燃比的第二建模催化剂活性参数中的每个。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述第一建模催化剂活性参数初始地设置为催化剂功能的上限,并且其中所述第二建模催化剂活性参数初始地设置为催化剂功能劣化的第一平。
4.根据权利要求2所述的方法,其中所述测量的空燃比基于在时间窗口上收集的多个排气传感器的输出。
5.根据权利要求2所述的方法,其中指示催化剂劣化包括:估计基于第一建模催化剂活性参数计算的第一估计的空燃比和所述测量的空燃比之间的第一归一化均方误差;估计基于第二建模催化剂活性参数计算的第二估计的空燃比和所述测量的空燃比之间的第二归一化均方误差;比较所述第一归一化均方误差和所述第二归一化均方误差,并响应于所述第二归一化均方误差低于所述第一归一化均方误差,指示催化剂劣化处于所述第一水平,并且响应于所述第二归一化均方误差高于所述第一归一化均方误差,指示催化剂功能处于所述上限。
6.根据权利要求5所述的方法,进一步包括响应于指示催化剂劣化处于所述第一水平,将所述第一建模催化剂活性参数更新为催化剂功能劣化的第一水平,并将所述第二建模催化剂活性参数更新为催化剂功能劣化的第二水平,所述第二水平表示比所述第一水平更高的劣化水平。
7.根据权利要求6所述的方法,还包括迭代地更新所述测量的空燃比和所述第一估计的空燃比之间的所述第一归一化均方误差的所述估计和所述测量的空燃比和所述第二估计的空燃比之间的第二归一化均方误差的所述估计,迭代地比较更新的所述第一归一化均方误差和更新的所述第二归一化均方误差,基于所述第一归一化均方误差相对于所述第二归一化均方误差迭代地更新所述第一建模催化剂活性参数和所述第二建模催化剂活性参数,以及迭代地更新催化剂存储容量的所述第二估计。
8.根据权利要求1所述的方法,还包括基于催化剂存储容量的所述第二估计而调整多个发动机操作参数和一个或多个机载诊断例程,其中所述发动机操作参数包括空燃比和加注燃料时间表。
9.一种发动机方法,其包括:
将基于具有用于排气催化剂的第一活性参数的第一基于模型的过滤器计算的第一估计的排气空燃比和测量的空燃比之间的第一误差与基于具有用于所述排气催化剂的第二建模活性参数的第二基于模型的过滤器计算的第二估计的排气空燃比和所述测量的空燃比之间的第二误差相比较;
当所述第一误差超过所述第二误差时,减小所述第一活性参数;以及
响应于所述第一活性参数下降到低于阈值,指示催化剂劣化。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述第一误差包括所述测量的空燃比和所述第一估计的排气空燃比之间的归一化均方误差并且所述第二误差包括所述测量的空燃比和所述第二估计的排气空燃比之间的归一化均方误差。
11.根据权利要求9所述的方法,还包括将所述第一过滤器的所述第一活性参数初始地设置为与催化剂功能的上限对应的值,并将所述第二过滤器的所述第二活性参数初始地设置为与催化剂功能劣化的第一水平对应的值。
12.根据权利要求10所述的方法,其中初始地设置包括响应于所述发动机中排气催化剂的安装而设置所述第一活性参数和所述第二活性参数中的每个。
13.根据权利要求9所述的方法,其中减小所述第一活性参数包括将所述第一过滤器的所述第一活性参数重新设置为所述第二过滤器的所述第二活性参数,所述方法还包括在重新设置所述第一活性参数时,将所述第二过滤器的所述第二活性参数减小到与催化剂功能劣化的第二水平对应的值,所述第二水平高于所述第一水平,并基于所述第一过滤器的当前第一活性参数而指示催化剂功能的当前水平。
14.根据权利要求10所述的方法,还包括基于估计的空燃比和所述第一基于模型的过滤器而调整空燃比估计和加注燃料时间表。
15.根据权利要求9所述的方法,其中排气空燃比的所述估计包括在时间窗口上从在所述催化剂的上游耦连的排气传感器和在所述催化剂的下游耦连的排气氧传感器中的每个估计空燃比,并在所述时间窗口上基于来自所述两个排气氧传感器中的每个的输出而估计平均空燃比。
16.一种发动机系统,其包括:
包括三元催化剂的排气管;
在所述三元催化剂的上游耦连到所述排气管的第一排气传感器;
在所述三元催化剂的下游耦连到所述排气管的第二排气传感器;
用于将燃料喷射到发动机汽缸中的燃料喷射器;以及
具有计算机可读指令的控制器,所述计算机可读指令存储在非临时性存储器上以用于:
将活性参数分配到与排气催化剂存储容量相关联的第一过滤器和第二过滤器中的每个;
基于与所述第一过滤器和所述第二过滤器中的每个相关联的误差而迭代地更新估计的排气催化剂存储容量;以及
基于更新的估计的所述排气催化剂存储容量调整燃料喷射。
17.根据权利要求16所述的方法,其中将活性参数分配至所述第一过滤器和所述第二过滤器中的每个包括将所述第一过滤器的第一活性参数初始地分配至与催化剂功能的上限对应的所述排气催化剂存储容量,以及将所述第二过滤器的第二活性参数初始地分配至与催化剂功能劣化的第一水平对应的所述排气催化剂存储容量。
18.根据权利要求17所述的系统,其中所述迭代地更新包括基于所述第一活性参数和所述第二活性参数中的每个与估计的空燃比之间的比较而在时间窗口上使所述第一活性参数和所述第二活性参数中的每个下降,并且其中响应于所述比较而不增大所述第一活性参数和所述第二活性参数。
19.根据权利要求18所述的系统,其中使所述第一活性参数和所述第二活性参数中的每个下降包括:
估计在所述估计的空燃比和基于所述第一活性参数计算的第一空燃比之间的第一误差和在所述估计的空燃比和基于所述第二活性参数计算的第二空燃比之间的第二误差中的每个;
响应于所述第一误差低于所述第二误差,维持所述第一活性参数和所述第二活性参数中的每个;
响应于所述第二误差低于所述第一误差,使所述第一活性参数下降到所述第二活性参数的值,同时使所述第二活性参数下降到与催化剂功能劣化的第二水平对应的值,所述第二水平高于所述第一水平;以及
基于所述第一活性参数的所述下降更新所述估计的排气催化剂存储容量。
20.根据权利要求19所述的系统,还包括迭代地更新,直到所述第一活性参数的下降的值达到阈值,并且然后指示催化剂劣化;以及
响应于所述排气催化剂的替换,将所述第一活性参数重新设置为催化剂功能的所述上限。

说明书全文

用于催化剂健康监测的方法和系统

技术领域

[0001] 本发明通常涉及用于监测催化剂的效率的方法和系统。

背景技术

[0002] 耦连到内燃发动机的排气装置的诸如三元催化剂的排放控制装置减少了燃烧副产品,如一、碳氢化合物和氮氧化物。为了减少排放,催化剂健康监测方法可以用于检测所述排放控制装置的劣化以及确定所述装置是否需要替换。可靠的催化剂健康监测可以通过减少作为消耗的催化剂的功能催化剂的错误表征而降低成本,以及通过减少作为功能催化剂的劣化催化剂的错误表征而减少排放。
[0003] 已经开发了用于催化剂健康监测的各种方法。由Shi等人在US 6,694,243中示出的一个示例方法公开了一种用于基于所述催化剂的测量的氧存储容量(OSC)监测催化剂健康的方法。建模的OSC可以基于发动机操作参数确定。所述建模的OSC与所述催化剂的所述测量的OSC比较以确定归一化的OSC。所述归一化的OSC然后与阈值比较,以便确定所述催化剂的健康。
[0004] 然而,本发明人在本文已经认识到关于此类系统的潜在问题。作为一个示例,所述方法可以能够确定催化剂是否充分发挥功能或充分劣化但是不可能识别所述催化剂在任何中间阶段的功能(如在催化剂部分地发挥功能的情况下,所述催化剂部分地发挥功能到何种程度)。也就是,上述方法可能不能够在催化剂的寿命内监测催化剂健康的逐渐变化(例如,恶化)。通过比较催化剂氧存储容量与固定阈值,不可以获知催化剂功能的阶段性变化并且由此不可以合适地调整发动机操作。这样,所述催化剂功能基于使用以及时间恶化。因此,如果未执行针对当前催化剂状态的补偿测量,则机载诊断中可以具有相关联的不精确性。用于催化剂健康监测的其他方法可以涉及在减速燃料切断(DFSO)事件期间估计催化剂功能,然而,此类事件不可以在驱动循环内足够频繁地发生,从而使催化剂健康监测具有挑战性。

发明内容

[0005] 本发明人在本文已经认识到通过一种方法可以至少部分地解决上述问题。一种示例方法包括响应于传感器反馈和在发动机操作期间确定的催化剂存储容量的第一估计而调整发动机燃料喷射,所述第一估计响应于工况而增加和减少;以及响应于在发动机操作期间估计的催化剂存储容量的第二估计,指示催化剂劣化,所述第二估计响应于工况仅减少。以这种方式,连续减小的催化剂活性参数可以用于在催化剂的寿命期间跟踪催化剂功能并且相应地调整发动机操作参数。
[0006] 作为一个示例,催化剂活性参数(AC)可以被限定为描述三元催化剂的存储容量(功能)的当前平的参数。这样,对于安装在车辆中的新催化剂,AC参数可以被设置为最大值(例如,1.0)。对于催化剂健康监测,AC参数可以单调地减小,而实际的催化剂存储容量可以基于催化剂工况增大和减小。两个基于模型的过滤器可以用于监测催化剂健康。具体地,两个基于模型的过滤器可以被限定(例如,过滤器A和过滤器B),并且每个过滤器可以被分配一预设AC值。分配至过滤器A的AC参数可以具有最大可能值(例如,当催化剂为新时,最大值为1.0),而过滤器B可以被分配与表示第一催化剂状态的催化剂劣化的第一水平对应的AC参数(例如,小于1.0,如0.8),所述第一水平是低于充分发挥功能的催化剂状态的一种水平。同时,经由在催化剂的上游或下游耦连到排气道的排气氧传感器(如UEGO或HEGO传感器)可以基于有限时间窗口而估计空燃比。基于与过滤器A和过滤器B中的每个对应的AC参数预期的空燃比可以与所估计的空燃比相比较,并且对于两个过滤器中的每个可以估计误差(例如,归一化的均方误差或NMSE)。如果用于过滤器A的NMSE低于或等于用于过滤器B的NMSE,可以推断用于过滤器A的AC参数更精确地表示催化剂的当前存储容量,并且发动机操作参数以及机载诊断(OBD)例程的初始化可以相应地被调整。如果用于过滤器B的NMSE较低,可以推断用于过滤器B的AC参数更精确地表示催化剂的当前存储容量,并且催化剂存储容量已经劣化为由过滤器B表示的催化剂劣化水平。响应于在过滤器B处的较低误差,两个过滤器的AC参数可以使用下降方法(roll-down methodology)被更新。在这里,用于过滤器A的AC参数下降到过滤器B的预设AC参数,而用于过滤器B的AC参数下降到表示第二催化剂状态的催化剂劣化的第二水平(例如,小于0.8,如0.7),所述催化剂劣化的第二水平是低于第一催化剂状态的一种水平。另外,诸如加注燃料的发动机操作参数以及OBD例程的初始化可以基于催化剂的更新的功能而被调整。在一个示例中,加注燃料可以被增加/减少,并且OBD例程的初始化可以基于更新的催化剂功能而被延迟。过滤器AC参数的更新可以响应于在每个过滤器处预期的空燃比与实际的(估计的)空燃比的差异而迭代地(iteratively)重复,直到过滤器A下降到阈值AC值(例如,最小可允许值)。一旦用于过滤器A的AC参数达到阈值,则可以指示催化剂的劣化并且可以请求催化剂替换。一旦替换催化剂,则可以重新设置用于过滤器A的AC参数并且可以重新开始用于催化剂健康监测的下降方法。
[0007] 以这种方式,通过使用多个基于模型的过滤器监测催化剂健康,可以连续地跟踪催化剂功能并且可以确定催化剂健康的中间阶段。通过在任何给定时间更精确地确定包括部分活性的状态以及活性损失程度的催化剂功能,发动机操作参数可以相应地调整,以改进燃料消耗和排放质量。另外,可以考虑催化剂的当前状态而调整机载诊断例程的初始化,从而允许例程完成速率的改进。使用用于催化剂健康监测的基于模型的下降方法的技术效果是催化剂活性可以被连续地跟踪,而不必等待特定发动机工况,如DFSO事件。另外,所述方法可以具有较低的计算需求。
[0008] 应该理解的是上述发明内容经提供以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这不意在确认所要求保护的主题的关键或必要特征,所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一限定。此外,所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。附图说明
[0009] 图1示出包括耦连到排气道的催化剂的发动机系统的示例实施例
[0010] 图2示出可以用于更新催化剂存储容量的第一估计和第二估计而实施的示例方法的流程图
[0011] 图3示出可以用于连续地监测图1的催化剂的效率而实施的示例方法的流程图。
[0012] 图4示出催化剂健康的示例监测。
[0013] 图5示出基于下降方法的催化剂健康监测的示例。

具体实施方式

[0014] 下列描述涉及用于在排气催化剂寿命期间连续地监测排气催化剂的健康和基于催化剂的功能调整发动机操作参数的系统和方法。包括排气催化剂的示例发动机系统在图1中示出。发动机控制器可以经配置执行控制例程,如图2的示例例程和图3的示例例程,从而基于来自估计的排气空燃比的偏差而更新催化剂存储容量的第一建模估计和第二建模估计。控制器还可以利用催化剂存储容量的单调减少的估计,以调整发动机操作。使用下降方法的催化剂健康监测的示例在图5中讨论,并且催化剂健康监测的另一示例和对应发动机调整关于图4讨论。
[0015] 图1示意性地示出包括发动机10的示例发动机系统10的各方面。在所示的实施例中,发动机10是耦连到包括由涡轮116驱动的压缩机114的涡轮增压器13的升压发动机。具体地,新鲜空气经由空气净化器12沿进气道42引入发动机10中并流动至压缩机114。压缩机可以是任何合适的进气压缩机,如达驱动的或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统10中,压缩机是经由轴19机械地耦连到涡轮116的涡轮增压器压缩机,所述涡轮116通过使发动机排气膨胀而被驱动。
[0016] 如图1中所示,压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)17耦连到节气20。节气门20耦连到发动机进气歧管22。从压缩机,压缩的空气充气通过增压空气冷却器17和节气门流动至进气歧管。在图1中所示的实施例中,进气歧管内的增压空气的压由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。
[0017] 一个或多个传感器可以耦连到压缩机114的入口。例如,温度传感器55可以耦连到入口以用于估计压缩机入口温度,并且压力传感器56可以耦连到入口以用于估计压缩机入口压力。作为另一示例,湿度传感器57可以耦连到入口以用于估计进入压缩机的增压空气的湿度。其他传感器可以包括例如空燃比传感器等。在其他示例中,压缩机入口情况(如湿度、温度、压力等)中的一个或多个可以基于发动机工况推断。另外,当排气再循环(EGR)启用时,传感器可以估计包括新鲜空气和在压缩机入口处接收的排气残留物的增压空气混合物的温度、压力、湿度和空燃比。
[0018] 废气门执行器92可以被致动打开,以经由废气门90从涡轮的上游倾倒至少一些排气压力至涡轮下游的位置。通过减少涡轮上游的排气压力,涡轮速度可以被减小以用于升压控制和/或减少压缩机喘振。
[0019] 进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦连到一系列燃烧室30。燃烧室还经由一系列排气门(未示出)耦连到排气歧管36。在所示的实施例中,示出了单个排气歧管36。然而,在其他实施例中,排气歧管可以包括多个排气歧管节段。具有多个排气歧管节段的配置可以使来自不同燃烧室的排出物被引导至发动机系统中的不同位置。
[0020] 在一个实施例中,排气门和进气门中的每个可以被电子地致动或控制。在另一实施例中,排气门和进气门中的每个可以被凸轮致动或控制。无论是电子地致动或凸轮致动,排气门和进气门打开和关闭的正时均可以根据需要调整以用于期望的燃烧和排放控制性能。
[0021] 燃烧室30可以经由喷射器66提供一种或多种燃料,如汽油乙醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门体喷射或它们的任何组合而被提供至燃烧室。在燃烧室中,燃烧可以经由火花点火和/或压缩点火而启动。
[0022] 如图1中所示,来自一个或多个排气歧管节段的排气被引导至涡轮116,以驱动涡轮。来自涡轮和废气门的组合流然后流过排气后处理催化剂170。一个或多个排气催化剂170可以经配置催化地处理排气流,并且由此减少排气流中一个或多个物质的量。例如,排气催化剂170可以配置作为NOx捕集器以用于当排气流为稀时从排气流捕集NOx,并且当排气流为富时还原所捕集的NOx。在其他示例中,催化剂170可以是经配置使NOx不成比例或者借助还原剂选择性地还原NOx的SCR催化剂。在其他示例中,排气催化剂170可以配置为用于氧化排气流中的残留碳氢化合物和/或一氧化碳的氧化催化剂或三元催化剂。具有任何讨论的功能的不同的排气后处理催化剂可以分离地或一起布置在排气后处理级中的中间层(wash coat)或任何位置中。在一些实施例中,排气后处理级可以包括经配置捕集并氧化排气流中的碳烟微粒的可再生碳烟过滤器。
[0023] 第一排气传感器128可以在催化剂170的上游耦连到排气道48。第二排气传感器129可以在催化剂170的下游耦连到排气道48。传感器128和129中的每个可以是用于提供排气空燃比的指示的合适传感器,如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。
[0024] 从催化剂170处理的排气中的全部或部分可以在经过消声器172之后经由主排气道102释放到大气中。低压排气再循环(LP-EGR)通道180可以从排气道104(涡轮116的下游)引导排气至(压缩机114的上游的)进气道42。EGR52可以打开,以允许控制的排气量至压缩机入口以用于期望的燃烧和排放控制性能。EGR阀52可以配置为连续可变阀。然而,在可替代的示例中,EGR阀52可以配置为打开/关闭阀。在进一步的实施例中,发动机系统可以包括高压EGR流路径,其中排气从涡轮116的上游汲取并再循环到压缩机114下游的发动机进气歧管。
[0025] 一个或多个传感器可以耦连到EGR通道180以用于提供关于EGR的成分和情况的细节。例如,温度传感器可以被提供用于确定EGR的温度,压力传感器可以被提供用于确定EGR的压力,湿度传感器可以被提供用于确定EGR的湿度或水含量,并且空燃比传感器可以被提供用于估计EGR的空燃比。可替代地,EGR情况可以由耦连到压缩机入口的一个或多个温度传感器、压力传感器、湿度传感器和空燃比传感器55-57推断。在一个示例中,空燃比传感器57是氧传感器。
[0026] 这样,排气催化剂170的功能可以基于使用以及发动机操作的整个时间而恶化。为了使能够连续地且精确地监测催化剂的健康,当催化剂是新的催化剂时,表示催化剂的存储容量(或功能)的催化剂活性参数可以被分配至催化剂,该参数然后使用在图3中在本文阐述的基于模型的下降方法在发动机操作期间被更新。在这里,可以限定两个基于模型的过滤器(如过滤器A和过滤器B)并且每个过滤器可以被分配一预设AC值。当新催化剂被安装在车辆中时分配至第一过滤器(过滤器A)的AC参数可以是上阈值(例如,最大值为1.0),同时第二过滤器(过滤器B)可以被分配较低的AC参数,如与催化剂劣化的第一水平对应的AC参数。在一个示例中,催化剂劣化的第一水平对应于第一催化剂状态,所述第一水平是低于充分发挥功能的催化剂状态的一种水平。用于每个过滤器的预期的排气空燃比可以基于对应的AC参数而预测并且与经由第一排气传感器128和第二排气传感器129中的一个或两个估计的实际排气空燃比相比较。第一活性参数(被分配至过滤器A)和第二活性参数(被分配至过滤器B)中的每个可以在时间窗口中基于在每个过滤器处自估计的空燃比的偏差而连续且迭代地更新(具体为下降)。这样,响应于所述比较,不增大第一活性参数和第二活性参数。通过迭代地更新催化剂存储容量,排气催化剂的健康可以被实时地跟踪,从而允许作出相当的发动机操作调整。
[0027] 下降(roll-down)方法可以继续,直到第一活性参数的下降值达到阈值,在这一点处可以指示催化剂劣化并可以请求催化剂替换。响应于排气催化剂的替换,可以将第一活性参数重设为催化剂功能的上限并且可以重新开始监测。
[0028] 发动机系统100还可以包括控制系统14。控制系统14经示出从多个传感器16(其各种示例在本文描述)接收信息并发送控制信号至多个执行器18(其各种示例在本文描述)。作为一个示例,传感器16可以包括排气传感器128和129、MAP传感器124、排气温度传感器、排气压力传感器、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56、压缩机入口湿度传感器57和EGR传感器。诸如附加压力传感器、温度传感器、空燃比传感器和成分传感器的其他传感器可以耦连到发动机系统100中的各种位置。执行器81可以包括例如节气门20、EGR阀52、废气门92和燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器12可以从各种传感器接收输入数据,处理输入数据并基于与一个或多个例程对应的在本文编程的指令或代码而响应于所处理的输入数据触发各种执行器。
[0029] 例如,基于由排气传感器128和129中的一个或多个或每个估计的空燃比,可以更新催化剂健康。多个发动机执行器(例如,燃料喷射器66)可以基于催化剂170的更新功能而被调整。在另一示例中,基于发动机工况和EGR要求,控制器12可以调节打开的EGR阀52,以将期望量的EGR从排气旁通通道引入发动机进气歧管中。
[0030] 图1示出包括具有各种组件的相对定位的排气催化剂的示例发动机系统。如果经示出直接地彼此接触或直接地耦连,则此类元件在至少一个示例中可以分别称为直接接触或直接耦连。类似地,经示出彼此连续或邻近的元件至少在一个示例中可以分别是彼此连续或彼此邻近的。作为示例,彼此共面接触放置的组件可以被称为共面接触。作为另一示例,其间仅具有空间且无其他组件的彼此远离放置的元件在至少一个示例中可以被如此称呼。
[0031] 以这种方式,图1的系统提供用于一种发动机系统,所述发动机系统包括包含三元催化剂的排气管;在三元催化剂上游耦连到排气管的第一排气传感器;在三元催化剂下游耦连到排气管的第二排气传感器;用于将燃料喷射到发动机汽缸中的燃料喷射器;和控制器。控制器可以配置有计算机可读指令,所述计算机可读指令存储在非临时性存储器上以用于:将活性参数分配至与排气催化剂存储容量相关联的第一过滤器和第二过滤器中的每个;基于与第一过滤器和第二过滤器中的每个相关联的误差而迭代地更新估计的排气催化剂存储容量;以及基于更新的估计的排气催化剂存储容量而调整燃料喷射。
[0032] 图2示出用于更新催化剂健康的示例方法200。所述方法可以基于来自实际空燃比估计的偏差而更新催化剂存储容量的第一建模估计和第二建模估计。用于实施方法200和本文包括的剩余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并与从诸如参照图1在上面描述的传感器等发动机系统的传感器接收的信号相结合地执行。控制器可以采用发动机系统的发动机执行器,以根据下面所述的方法调整发动机操作。
[0033] 在202处,该例程包括估计包括例如发动机负荷、发动机转速、车辆速度、排气空燃比、歧管真空、节气门位置、火花正时、EGR流、排气压力等当前发动机操作参数。基于当前发动机工况,在204处,可以估计第一催化剂存储容量和第二催化剂存储容量。催化剂存储容量的第一估计可以用于在发动机操作期间调节发动机操作参数,如加注燃料时间表。催化剂存储容量的第二估计可以用于贯穿催化剂的寿命监测的催化剂健康(功能)。从204,该例程移动以在经由第一组调整并响应于第一组条件(如在206-208处阐述)更新第一估计,同时经由第二组调整(不同于第一组调整)并响应于第二组条件(如在212-216处阐述)同时地更新第二估计。第一组条件可以与第二组条件不重叠或至少部分地重叠。所述例程然后可以再次在210处合并。
[0034] 现在转向第一估计的更新,在206处,可以接收排气传感器反馈。例如,可以基于在排气催化剂的上游耦连的第一排气氧传感器(如UEGO)和在催化剂的下游耦连到排气道的第二排气氧传感器(如HEGO)中的至少一个的输出而估计排气空燃比。此外,所估计的排气空燃比可以基于上游排气传感器和下游排气传感器中每个的输出。在一个示例中,传感器可以包括图1的排气传感器128和129。
[0035] 基于传感器反馈,在208处,可以更新催化剂存储容量的第一估计。在这里,更新第一估计包括基于传感器反馈增加或减少第一估计。
[0036] 在210处,基于催化剂存储容量的更新的第一估计,可以调整一个或多个发动机操作参数。这样,所更新的第一估计可以表示当前催化剂存储容量。在一个示例中,加注燃料时间表可以基于当前催化剂存储容量而调整。
[0037] 现在转向第二估计的更新,在212处,第一建模的催化剂活性(AC)参数和第二建模的催化剂活性(AC)参数可以被限定用于催化剂存储容量的第二估计。第一建模催化剂活性参数可以初始地设置为催化剂功能的理论上限(例如,AC=1的归一化值),并且第二建模催化剂活性参数可以初始地设置为催化剂功能劣化的第一水平(接下来是减小的水平)。在214处,可以基于在排气催化剂的上游耦连的第一排气氧传感器(如UEGO)和在催化剂的下游耦连到排气道的第二排气氧传感器(如HEGO)中的至少一个的输出而在时间窗口上估计排气空燃比。所估计的排气空燃比还可以基于上游排气传感器和下游排气传感器中的每个的输出。作为示例,传感器可以包括图1的排气传感器128和129。
[0038] 在216处,该例程包括基于所估计的空燃比使第一建模催化剂活性参数和第二建模催化剂活性参数下降。如在图3处阐述的,与催化剂存储容量的第二估计对应的第一建模催化剂活性参数和第二建模催化剂活性参数可以通过使用下降方法响应于发动机工况而单调地减小,并且可以不响应于任何发动机工况而增大。
[0039] 下降方法可以包括估计在所测量的空燃比和基于第一活性参数估计的空燃比之间的第一误差和在所测量的空燃比和基于第二活性参数估计的空燃比之间的第二误差中的每个;响应于第一误差低于第二误差,维持第一活性参数和第二活性参数中的每个;响应于第二误差低于第一误差,使第一活性参数下降至第二活性参数的值,同时使第二活性参数下降至与催化剂功能劣化的第二水平对应的值,所述第二水平高于所述第一水平;以及基于第一活性参数的下降而更新所估计的排气催化剂存储容量。
[0040] 该例程然后移动至210,其中多个发动机操作参数(如空燃比和加注燃料时间表)和机载诊断例程的初始化可以基于催化剂存储容量的第二估计而调整。使用建模的AC参数的催化剂健康监测的详细描述关于图3讨论。
[0041] 以这种方式,基于空燃比估计的催化剂存储容量的第一建模估计和第二建模估计可以用于安排发动机操作参数并用于监测催化剂健康(功能)。
[0042] 图3示出用于排气催化剂(如三元催化剂)的连续健康(功能)监测的示例方法300。该方法启用控制器,以在催化剂的寿命内在任何点处精确地估计催化剂的当前存储容量。
在一个示例中,图3的方法可以作为图2的例程的一部分执行,如在步骤216处执行。
[0043] 在302处,该例程包括估计当前发动机操作参数。所评估的参数可以包括例如发动机负荷、发动机转速、车辆速度、排气空燃比、歧管真空、节气门位置、火花正时、EGR流、排气压力等。
[0044] 在304处,预设催化剂活性(AC)参数可以分配至两个基于模型的过滤器(在这里指过滤器A和过滤器B)。这样,AC参数被限定为描述排气催化剂(其在一个示例中是诸如图1的催化剂170的三元催化剂)的催化剂存储容量的当前水平的参数,并且AC参数可以用于催化剂健康监测。在一个示例中,用于催化剂健康监测的催化剂存储容量的估计可以是如图2中讨论的催化剂存储容量的第二估计。对于安装在车辆中的新催化剂,AC参数可以设置为最大值(例如,1.0或更高)。对于催化剂健康监测,AC参数可以仅单调地减小(且不增大),而实际催化剂存储容量可以基于发动机操作而增大和减小。
[0045] 在305处,第一AC参数(AC_A)可以分配至第一基于模型的过滤器A。当催化剂为新时,分配至过滤器A的第一AC参数(AC_A)可以具有与充分发挥功能的催化剂对应的最大可能值(例如,对于新催化剂为1.0)。在306处,第二AC参数(AC_B)可以分配至第二基于模型的过滤器B。分配至过滤器B的第二AC参数(AC_B)可以对应于催化剂劣化的第一水平(例如,小于1.0,如0.8)。催化剂劣化的第一水平可以表示第一催化剂状态,所述第一催化剂状态是低于充分发挥功能的催化剂状态的一种水平。因此,将活性参数分配至第一过滤器和第二过滤器中的每个包括将第一过滤器的第一活性参数初始地分配至与催化剂功能的上限对应的排气催化剂存储容量,以及将第二过滤器的第二活性参数初始地分配至与催化剂功能劣化的第一水平对应的排气催化剂存储容量。
[0046] 在307处,排气空燃比可以基于在排气催化剂的上游耦连的第一排气氧传感器(如UEGO传感器)和在催化剂的下游耦连到排气道的第二排气氧传感器(如HEGO传感器)中的至少一个的输出而被测量。空燃比监测可以在有限时间窗口上实施。在一个示例中,时间窗口包括500个样本。时间窗口可以基于预校准值以避免尖锐变化。在时间窗口上的来自多个排气传感器(如图1中的排气传感器128和129)的估计可以用于确定排气的平均空燃比。
[0047] 在308处,估计的空燃比基于与过滤器A和过滤器B中的每个对应的AC参数而被计算。在一个示例中,对于每个过滤器,可以基于如由活性参数AC_A和AC_B表示的当前催化剂功能而计算空燃比估计。所测量的空燃比可以与所计算的(估计的)空燃比相比较。在310处,基于在与AC参数对应的所估计的空燃比和所测量的空燃比之间的比较,第一归一化均方误差(NMSE_A)可以计算用于过滤器A,并且第二归一化均方误差(NMSE_B)可以计算用于过滤器B。归一化均方误差表示在(用于每个过滤器的)空燃比的计算的估计和实际(测量的)空燃比之间的差。归一化均方误差的值越小,所计算的估计越接近实际测量。因此,具有较小归一化均方误差的过滤器具有更接近催化剂的实际功能状态的AC参数。
[0048] 在312处,NMSE_A的值与NMSE_B的值比较。在314处,该例程包括确定NMSE_A是否大于或等于NMSE_B。如果用于过滤器A的NMSE低于或等于用于过滤器B的NMSE,则可以推断用于过滤器A的AC参数更精确地表示催化剂的当前存储容量,并且该催化剂充分地发挥功能(而无任何劣化)。另外,在316处,可以不更新为过滤器A分配的预设AC参数(AC_A)和为过滤器B分配的预设AC参数(AC_B)。AC参数AC_A和AC_B继续用于估计的空燃比与测量的空燃比的比较以用于有效的催化剂功能监测。由于此阶段不具有催化剂劣化的指示,在218处,包括加注燃料的发动机操作可以基于经由排气传感器实施的空燃比估计而被调整。
[0049] 如果确定NMSE_B低于NMSE_A,则可以推断出催化剂功能已经减少至第一较低水平,所述第一较低水平是低于初始功能的一种水平。特定地,可以推断出当前催化剂功能不对应于AC_A的充分发挥功能状态,而是实际上对应于AC_B的催化剂劣化的第一水平。响应于第二过滤器的误差小于第一过滤器的误差,则在320处,基于下降方法更新两个过滤器的AC参数。遵循下降方法,过滤器A通过过滤器B的预设AC参数设置而更新,并且过滤器B可以用比其之前设置更低(例如,通过一种水平)的AC参数而更新,所述更新设置对应于催化剂劣化的第二水平(表示低于充分发挥功能的催化剂状态的两种水平的第二催化剂状态)。此外,由于催化剂的劣化状态,使用与过滤器A对应的AC值实施的排气空气-燃料估计可能不是精确的。
[0050] 在322处,可以考虑催化剂功能的当前水平而更新排气空燃比。在一个示例中,由于催化剂的劣化状态,由排气传感器估计的排气空燃比可以高于实际空燃比。所估计的空燃比可以基于当前催化剂功能(例如,通过校正因素)而调整。基于更新的空燃比,在324,可以调整包括加注燃料时间表的发动机操作参数。在一个示例中,基于排气空燃比的错误估计,已经将所述加注燃料安排为比化学计量更富。然而,通过使用所更新的空燃比,所述加注燃料时间表可以相应地调整,以维持加注燃料处于化学计量水平。控制器还可以发送信号至多个其他发动机执行器,以基于催化剂功能的当前水平调整发动机操作。
[0051] 另外,一个或多个机载诊断(OBD)例程的时间表可以基于催化剂的更新功能而调整。作为一个示例,OBD例程的初始化可以响应于催化剂的更新功能而延迟。例如,随着催化剂老化,点火时间可以增加。这可以反过来增加氧传感器变暖所需的时间,并且因此对于一些功能,可以整体地延迟OBD例程。
[0052] 在326处,该例程包括确定用于过滤器A的当前AC参数(AC_A的当前值)是否低于阈值AC参数。阈值AC参数可以对应于指示劣化催化剂的AC参数的最小可允许值。如果确定当前AC_A值高于阈值AC参数,则在328处,与过滤器A和过滤器B对应的AC参数继续基于下降方法而更新。过滤器AC参数的更新可以响应于每个过滤器的预期的空燃比与实际(估计的)空燃比的差而迭代地重复,直到过滤器A下降至阈值AC值(例如,最小可允许值)。每一次,在NMSE_A和NMSE_B之间的比较之后,如果NMSE_A低于NMSE_B,则当前AC参数AC_A和AC_B(无任何更新)继续用于与所估计的空燃比的比较,以用于有效的催化剂功能监测。如果NMSE_B低于NMSE_A,则过滤器A可以再次通过过滤器B的预设AC参数设置而更新,并且过滤器B可以通过AC参数而更新,所述AC参数是低于与催化剂劣化的较低水平对应的其之前设置的一种水平。下降方法被迭代地重复,以连续监测催化剂劣化的每个阶段。发动机操作参数和机载诊断的启动可以基于当前催化剂功能而相应地调整。
[0053] 如果确定(在326处)AC_A低于阈值AC参数,则可以推断催化剂被劣化。在330处,可以指示催化剂的劣化。所述指示可以包括设置标记或诊断代码,或者启动故障指示灯,以便使车辆操作员注意到催化剂被劣化并且必须被替换。响应于催化剂劣化的指示,控制器可以调整一个或多个发动机执行器的操作,以调整发动机操作。作为一个示例,响应于催化剂劣化的指示,控制器可以调整加注燃料时间表,限制发动机负荷(例如,通过减少进气节气门的开度),限制发动机扭矩输出,和/或减小升压压力(例如通过打开耦连到排气涡轮的废气门或耦连到进气压缩机的旁通阀)。
[0054] 在332处,该例程包括确定劣化的催化剂是否已经被替换。如果确定催化剂尚未被替换,则在334处,在等待由使用者进行的催化剂替换的同时可以继续催化剂劣化的指示。在此时间期间,发动机操作参数和机载诊断可以基于催化剂的劣化状态而调整。如果确认催化剂已经被替换,则可以推断新催化剂充分发挥功能。在336处,对于新催化剂,可以重新设置用于过滤器A和过滤器B中的每个的AC参数。对于过滤器A,所分配的AC参数可以重新设置为用于AC参数的最大可允许值,而对于过滤器B,所分配的AC参数可以对应于催化剂劣化的第一水平。例如,AC_A可以重新设置为1.0并且AC_B可以被重新分配为0.9。对于新催化剂,可以继续催化剂健康监测。
[0055] 以这种方式,通过使用多个基于模型的过滤器,催化剂功能可以被连续监测并且催化剂健康的中间阶段可以在其整个寿命内确定。通过连续地估计催化剂的当前状态,发动机操作参数可以被合适地调整,以改进燃料消耗和排放质量。
[0056] 继续前进至图5,示出了基于下降方法的催化剂健康监测的示例500。被限定描述三元催化剂(如图1中的催化剂170)的催化剂存储容量的当前水平的预设催化剂活性(AC)参数可以在下降方法中使用以用于催化剂健康监测。
[0057] 指示催化剂存储容量的两个预设AC参数可以分配至两个基于模型的过滤器。第一AC参数(AC1)可以被分配至基于模型的第一过滤器A。对于安装在车辆中的新催化剂,在设置1中,分配至过滤器A的第一AC参数可以设置为最大值。在此示例中,AC1的值是1.0。第二AC参数可以分配至基于模型的第二过滤器B。在设置1中,分配至过滤器B的第二AC参数可以对应于催化剂劣化的第一水平(例如,小于AC参数的最大值)。在此示例中,与催化剂劣化的第一水平对应的AC参数(AC2)的值是0.9。
[0058] 空燃比估计可以在时间窗口上基于来自多个排气传感器的输入而被实施。同样,可以计算与过滤器A和过滤器B中的每个对应的基于AC参数AC1和AC2预期的空燃比。所测量的空燃比可以与预期的空燃比相比较,并且第一归一化均方误差(NMSE1)可以被计算以用于过滤器A,并且第二归一化均方误差(NMSE2)可以被计算以用于过滤器B。NMSE1可以然后与NMSE2比较。如果NMSE1低于或等于NMSE2,则可以推断AC1更精确地表示催化剂的当前存储容量,并且用于过滤器A和过滤器B的AC参数可以在设置1中维持。发动机操作参数和机载诊断(OBD)例程的启动可以相应地调整。如果NMSE2低于NMSE1,可以推断AC2更精确地表示催化剂的当前存储容量,并且催化剂存储容量已经被劣化至由AC2表示的催化剂劣化水平的第一水平。响应于NMSE2低于NMSE1,两个过滤器的AC参数可以基于下降方法更新至设置2。在设置2中,用于过滤器A的AC参数可以下降至过滤器B的预设AC参数(AC2),而用于过滤器B的AC参数可以下降至表示第二催化剂状态的催化剂劣化的第二水平(AC3),所述第二催化剂状态是低于第一催化剂状态的一种水平。在此示例中,AC3(表示催化剂劣化的第二水平)可以具有0.75的值。另外,诸如加注燃料以及OBD例程的启动等发动机操作参数可以基于催化剂的更新的功能而被调整。
[0059] 用于过滤器A和过滤器B中的每个的AC参数的更新可以响应于(每个过滤器的)预期的空燃比与实际的(估计的)空燃比的差而被迭代地重复。归一化均方误差NMSE2可以基于在预期的空燃比(基于AC2)和估计的空燃比(基于排气传感器测量)之间的比较而计算以用于过滤器A,而归一化均方误差NMSE3可以基于在预期的空燃比(基于AC3)和估计的空燃比之间的比较而计算以用于过滤器B。如果确定NMSE2低于或等于NMSE3,则可以推断AC2更精确地表示催化剂的当前存储容量并且用于过滤器A和过滤器B的AC参数可以在设置2中维持。如果NMSE3低于NMSE2,可以推断AC3更精确地表示催化剂的当前存储容量,并且催化剂存储容量已经劣化为如由AC3表示的催化剂劣化的第二水平。响应于NMSE3低于NMSE2,两个过滤器的AC参数可以基于下降方法更新至设置3。
[0060] 在设置3中,用于过滤器A的AC参数可以进一步下降至过滤器B的预设AC参数(AC3),同时用于过滤器B的AC参数可以下降至表示第三催化剂状态的催化剂劣化的第三水平(AC4),所述第三催化剂状态是低于第一催化剂状态的两种水平。在此示例中,AC4(表示催化剂劣化的第三水平)可以具有0.4的值。归一化均方误差NMSE3可以基于在预期的空燃比(基于AC3)和估计的空燃比之间的比较而被计算以用于过滤器A,而归一化均方误差NMSE4可以基于在预期的空燃比(基于AC4)和估计的空燃比之间的比较而被计算以用于过滤器B。如果确定NMSE3低于或等于NMSE4,则可以推断用于过滤器A和过滤器B的AC参数可以在设置3中维持。如果NMSE4低于NMSE3,则可以推断AC4更精确地表示催化剂的当前存储容量,并且催化剂存储容量已经劣化到如由AC4表示的催化剂劣化的第三水平。同样,响应于NMSE4低于NMSE3,两个过滤器的AC参数可以遵循下降方法更新至设置4。
[0061] 在设置4中,用于过滤器A的AC参数可以进一步下降至过滤器B的预设AC参数(AC4),同时用于过滤器B的AC参数可以下降至表示第四催化剂状态的催化剂劣化的第四水平(AC5),所述第四催化剂状态是低于第一催化剂状态的三种水平。催化剂劣化的第四水平是最小可允许值(阈值)。一旦用于过滤器A的AC参数达到阈值,就可以指示催化剂的劣化并且可以请求催化剂替换。在此示例中,AC5可以具有0.1的值。归一化均方误差NMSE4可以基于在预期的空燃比(基于AC4)和估计的空燃比之间的比较而被计算以用于过滤器A,同时归一化均方误差NMSE5可以基于在预期的空燃比(基于AC5)和估计的空燃比之间的比较而被计算以用于过滤器B。如果确定NMSE4低于或等于NMSE5,则可以推断催化剂尚未完全劣化并且用于过滤器A和过滤器B的AC参数可以在设置4中维持。发动机操作参数可以基于催化剂功能的当前状态而被调整。然而,如果确定NMSE5低于NMSE4,则可以推断催化剂被劣化。通过设置标记或诊断代码,或者启动故障指示灯,可以指示催化剂的劣化,以便通知车辆操作员催化剂被劣化并且必须被替换。响应于催化剂劣化的指示,控制器可以调整一个或多个发动机执行器的操作,以调整发动机操作。
[0062] 在此示例中,在每个设置处的AC参数的值非线性地减小。然而,在另一示例中,在每个设置处的AC参数的值可以线性地减小。一旦催化剂被替换,就可以重新设置用于过滤器A的AC参数并且可以重新开始用于催化剂健康监测的下降方法。以这种方式,催化剂功能可以在任何给定时间处被有效地确定,所述催化剂功能包括部分活性的状态以及活性损失程度,并且发动机操作参数可以相应地被调整以改进燃料消耗和排放质量。
[0063] 图4示出了示例操作顺序400,所述示例操作顺序400示出排气三元催化剂功能和对应的发动机参数调整的连续监测。水平轴线(x轴线)表示时间并且竖直标记t1-t6标识催化剂的功能(健康)监测的显著时间。
[0064] 自顶部的第一曲线,即线402,示出发动机转速随着时间的变化。为了在其寿命内监测催化剂的功能,两个基于模型的过滤器,即过滤器A和过滤器B,可以均通过用于催化剂活性(AC)参数的预设值被限定。AC参数可以被限定为描述催化剂功能的当前水平的参数。对于催化剂健康监测,AC参数可以单调地减小,而实际催化剂存储容量可以基于发动机操作增大和减小。第二曲线,即线403,指示与过滤器A对应的当前AC参数。线405对应于如分配至充分发挥功能的(新的)催化剂的最高AC参数(例如,1.0)。线406、线407、线408和线409对应于如在功能的不同阶段分配至催化剂的AC参数,每个状态低于催化剂功能的充分发挥功能的状态。在一个示例中,线406可以对应于0.9,线407可以对应于0.7,线408可以对应于
0.5,并且线409可以对应于0.3。线404描述了AC参数的阈值。如果与过滤器A对应的AC参数减小到低于阈值404,则可以指示催化剂劣化并且可以请求催化剂替换。第三曲线,即线
410,指示与过滤器B对应的当前AC参数。第四曲线,即线412,示出指示催化剂劣化的标记的状态。第五曲线,即线414,示出如由排气传感器(如排气氧传感器(UEGO)和/或尾管加热的气体氧传感器(HEGO))估计的空燃比。虚线416示出考虑到催化剂功能的当前状态的空燃比(AFR)的更新的估计。第六曲线,即线418,示出如基于来自排气传感器的空燃比估计确定的加注燃料时间表。线420示出用于加注燃料的化学计量水平。虚线422示出考虑到催化剂功能的当前状态的更新的加注燃料时间表。
[0065] 在时间t1之前,观察车辆速度以随着车辆在发动机不启动的时间段之后从静止开始起动而增大。在此时间,车辆是具有充分发挥功能的催化剂的新的车辆。由于催化剂功能的最高水平,AC参数可以设置为过滤器A的最大水平405。过滤器B可以被分配与催化剂劣化的第一水平(表示第一催化剂状态,所述第一催化剂状态是低于充分发挥功能的催化剂状态405的一种水平)对应的AC参数406。
[0066] 在发动机操作期间,与过滤器A和过滤器B对应的AC参数可以与来自排气传感器的AFR估计连续地比较,并且归一化均方误差(NMSE)可以被确定以用于两个过滤器中的每个。所述比较可以在有限时间窗口上实施。用于每个过滤器的NMSE估计可以然后彼此比较。如果确定用于过滤器A的NMSE(NMSE_A)低于用于过滤器B的NMSE(NMSE_B),则可以推断用于过滤器A的AC参数是用于催化剂的当前AC参数。如果确定NMSE_B低于NMSE_A,则两个过滤器的AC参数可以基于下降方法而更新。遵循下降方法,如下面所述,过滤器A可以通过过滤器B的预设AC参数设置而被更新,并且过滤器B可以通过AC参数被更新,所述AC参数是低于其之前设置的一种水平。
[0067] 特别地,在时间t1之前,NMSE_A继续低于NMSE_B。基于第一过滤器的较低误差,可以推断催化剂充分地发挥功能,并且因此,所述标记可以维持在关闭位置中。由于催化剂充分地发挥功能,则由排气传感器估计的AFR可以被视为是精确的,而无需用于调整的任何要求。类似地,如从所估计的AFR确定的加注燃料时间表可以直接地用于提供燃料至发动机。
[0068] 在时间t1处,可以确定NMSE_B低于NMSE_A,指示催化剂不再处于其功能的原始水平(充分发挥功能)。在此阶段,可以更新与两个过滤器对应的AC参数。具体地,过滤器A可以被分配与催化剂劣化的第一水平对应的AC参数406,而过滤器B可以被分配与催化剂劣化的第二水平对应的AC参数407。换句话说,用于第一过滤器的AC参数下降至第二过滤器的原始AC参数,而用于第二过滤器的AC参数下降至更新的(较低的)AC参数。
[0069] 在时间t1和t2之间,基于用于过滤器A和过滤器B的更新的AC参数,NMSE_A和NMSE_B可以被连续地确定并被相互比较。更新的NMSE_A可以高于NMSE_B,并且催化剂可以继续用第一水平的劣化操作(其中功能是低于充分发挥功能的催化剂状态的水平的一种水平)。发动机操作参数可以基于催化剂的第一劣化状态而被调整。在此时间期间,由排气传感器估计的AFR可以是错误的,并且因此可以考虑催化剂的当前状态而被调整。在此示例中,所调整的AFR可以低于所估计的AFR。因此,加注燃料时间表可以考虑所调整的AFR而被更新。特别地,所提供的燃料可以高于基于所估计的AFR计算的燃料。同样,机载诊断例程的启动可以基于催化剂的当前状态而被调整,从而允许例程的完成速率的改进。由于在此时间期间,随着催化剂继续发挥功能,该标记维持在关闭位置中。
[0070] 在时间t2处,可以再次确定NMSE_B低于NMSE_A,从而指示在催化剂的健康中的进一步恶化。基于催化剂恶化的当前指示,过滤器A可以下降至与催化剂劣化的第二水平对应的AC参数407,同时过滤器B可以下降至与催化剂劣化的第三水平对应的AC参数408。在本示例中,可以推断在此状态下的当前催化剂功能是低于充分发挥功能的催化剂状态的水平的两种水平。
[0071] 在时间t2和t3之间,基于用于过滤器A和过滤器B的更新的AC参数,NMSE_A和NMSE_B可以被连续地确定并被相互比较。所更新的NMSE_A可高于NMSE_B,并且催化剂可以继续用低于充分发挥功能的催化剂状态的水平的两种水平的功能操作。在此时间期间,发动机操作参数和机载诊断的启动可以基于催化剂的第二劣化状态而被调整。AFR估计可以考虑催化剂的当前状态而被连续地调整。在此示例中,所调整的AFR可以低于所估计的AFR。因此,加注燃料时间表可以考虑所调整的AFR而被更新。所提供的燃料可以高于/低于基于所估计的AFR计算的燃料。
[0072] 在时间t3处,可以再次确定NMSE_B低于NMSE_A并且催化剂的健康已经进一步恶化。因此,与两个过滤器对应的AC参数可以被更新。过滤器A可以下降至与催化剂劣化的第三水平对应的AC参数408,而过滤器B可以下降至与催化剂劣化的第四水平对应的AC参数409。在此状态下的当前催化剂功能是低于充分发挥功能的催化剂状态的水平的三种水平。
然而,此水平的催化剂功能高于与催化剂劣化对应的阈值AC参数水平404。
[0073] 在时间t3和t4之间,基于用于过滤器A和过滤器B的当前AC参数,NMSE_A和NMSE_B可以被连续地确定并相互比较。所更新的NMSE_A可以高于NMSE_B并且所述催化剂可以继续用低于充分发挥功能的催化剂状态的水平的三种水平的功能操作。发动机操作参数和机载诊断可以继续基于催化剂的第三劣化状态而调整。AFR估计和加注燃料时间表可以考虑催化剂的当前状态被合适地调整。
[0074] 在时间t4处,可以再次确定NMSE_B低于NMSE_A,指示催化剂功能已经进一步恶化。过滤器A可以被分配与催化剂劣化的第四水平对应的AC参数408,所述AC参数408低于与阈值404对应的AC参数。由于在此阶段处推断出催化剂被劣化(最低水平的功能),用于催化剂功能监测的下降方法可以被暂停,并且无进一步AC参数被分配至过滤器B。此时,基于低于阈值催化剂状态的状态,可以指示催化剂劣化。所述指示可以包括设置标记或诊断代码,或者启动故障指示灯,以便通知车辆操作员催化剂被劣化并需要被替换。在时间t4和t5之间,车辆可以继续用劣化的催化剂操作。包括AFR和加注燃料时间表的发动机操作参数可以考虑催化剂的劣化条件被继续调整。机载诊断可以基于考虑劣化的催化剂状态的补偿测量而更新。
[0075] 在时间t5处,车辆发动机关闭。在时间t5和t6之间,车辆可以去到服务中心,其中劣化的三元排气催化剂可以用新的充分发挥功能的催化剂替换。一旦安装了新的催化剂,就可以重新设置用于过滤器A和过滤器B中的每个的AC参数。对于过滤器A,所分配的AC参数可以对应于用于AC参数的最大可允许值(405),同时对于过滤器B,所分配的AC参数可以对应于催化剂劣化的第一水平(406)。催化剂功能监测可以然后继续用于新的催化剂。
[0076] 将理解的是,虽然所描述的示例示出了用于过滤器的AC参数被线性地/逐步地降低(在每个迭代处降低一个水平),但是这不意在限制并且在可替代的示例中,用于过滤器的AC参数可以非线性地降低,如通过在每个迭代处降低多个水平。
[0077] 一个示例方法包括响应于传感器反馈和在发动机操作期间确定的催化剂存储容量的第一估计而调整发动机燃料喷射,所述第一估计响应于工况而增加和减少;以及响应于在发动机操作期间估计的催化剂存储容量的第二估计而指示催化剂劣化,所述第二估计仅响应于工况而减少(不增加)。在前述示例中,另外地或任选地,第一估计基于测量的空燃比,并且其中第二估计基于相对于所测量的空燃比的第一建模催化剂活性参数和相对于所测量的空燃比的第二建模催化剂活性参数中的每个。在任何或全部前述示例中,另外地或任选地,第一建模催化剂活性参数初始地设置为催化剂功能的上限,并且其中第二建模催化剂活性参数初始地设置为催化剂功能劣化的第一水平。在任何或全部前述示例中,所测量的空燃比另外地或任选地基于在时间窗口上收集的多个排气传感器的输出。在任何或全部前述示例中,另外地或任选地,指示催化剂劣化包括估计基于第一建模催化剂活性参数计算的第一估计的空燃比和所测量的空燃比之间的归一化均方误差;估计基于第二建模催化剂活性参数计算的第二估计的空燃比和所测量的空燃比之间的第二归一化均方误差;比较第一归一化均方误差和第二归一化均方误差,并响应于第二归一化均方误差低于第一归一化均方误差,指示催化剂劣化处于第一水平,并响应于第二归一化均方误差高于第一归一化均方误差,指示催化剂功能处于上限。任何或全部前述示例还包括另外地或任选地响应于指示催化剂劣化处于第一水平,将第一建模催化剂活性参数更新至催化剂功能劣化的第一水平,以及将第二建模催化剂活性参数更新至催化剂功能劣化的第二水平,所述第二水平表示比第一水平更高的劣化水平。任何或全部前述示例还包括另外地或任选地迭代地更新用于在所测量的空燃比和第一估计的空燃比之间的第一归一化均方误差的估计和用于在所测量的空燃比和第二估计的空燃比之间的第二归一化均方误差的估计,迭代地比较所更新的第一归一化均方误差和所更新的第二归一化均方误差,基于第一归一化均方误差相对于第二归一化均方误差迭代地更新第一建模催化剂活性参数和第二建模催化剂活性参数,以及迭代地更新催化剂存储容量的第二估计。任何或全部前述示例还包括另外地或任选地基于催化剂存储容量的第二估计调整多个发动机操作参数和一个或多个机载诊断例程,其中发动机操作参数包括空燃比和加注燃料时间表。
[0078] 另一示例方法包括将基于具有用于排气催化剂的第一活性参数的基于模型的第一过滤器计算的第一估计的排气空燃比和所测量的空燃比之间的第一误差与基于具有用于排气催化剂的第二建模的活性参数的基于模型的第二过滤器计算的第二估计的排气空燃比和所测量的空燃比之间的第二误差相比较;随着第一误差超过第二误差,减小第一活性参数;以及响应于第一活性参数下降到低于阈值,指示催化剂劣化。在前述示例中,另外地或任选地,第一误差包括在所测量的空燃比和第一估计的排气空燃比之间的归一化均方误差,并且第二误差包括在所测量的空燃比和第二估计的排气空燃比之间的归一化均方误差。任何或全部前述示例还包括另外地或任选地将第一过滤器的第一活性参数初始地设置为与催化剂功能的上限对应的值,并且将第二过滤器的第二活性参数初始地设置为与催化剂功能劣化的第一水平对应的值。在任何或全部前述示例中,初始地设置另外地或任选地包括响应于排气催化剂在发动机中的安装而设置第一活性参数和第二活性参数中的每个。在任何或全部前述示例中,另外地或任选地,减小第一活性参数包括将第一过滤器的第一活性参数重新设置为第二过滤器的第二活性参数,所述方法还包括在重新设置第一活性参数的同时,将第二过滤器的第二活性参数减小至与催化剂功能劣化的第二水平对应的值,所述第二水平高于所述第一水平,以及基于第一过滤器的当前第一活性参数而指示催化剂功能的当前水平。任何或全部前述示例还包括另外地或任选地基于所估计的空燃比和基于模型的第一过滤器调整空燃比估计和加注燃料时间表。
[0079] 在另一示例中,发动机系统包括包含三元催化剂的排气管;在三元催化剂的上游耦连到排气管的第一排气传感器;在三元催化剂的下游耦连到排气管的第二排气传感器;用于将燃料喷射到发动机汽缸中的燃料喷射器;和具有计算机可读指令的控制器,所述计算机可读指令存储在非临时性存储器上以用于:将活性参数分配至与排气催化剂存储容量相关联的第一过滤器和第二过滤器中的每个;基于与第一过滤器和第二过滤器中的每个相关联的误差而迭代地更新所估计的排气催化剂存储容量;以及基于所更新的估计的排气催化剂存储容量而调整燃料喷射。在前述示例中,另外地或任选地,将活性参数分配至第一过滤器和第二过滤器中的每个包括将第一过滤器的第一活性参数初始地分配至与催化剂功能的上限对应的排气催化剂存储容量,以及将第二过滤器的第二活性参数初始地分配至与催化剂功能劣化的第一水平对应的排气催化剂存储容量。在任何或全部前述示例中,另外地或任选地,迭代地更新包括在时间窗口上基于第一活性参数和第二活性参数中的每个和所估计的空燃比之间的比较而使第一活性参数和第二活性参数中的每个下降,并且其中第一活性参数和第二活性参数不响应于所述比较而增大。在任何或全部前述示例中,另外地或任选地,使第一活性参数和第二活性参数中的每个下降包括:估计第一误差和第二误差中的每个,所述第一误差基于估计的空燃比和基于第一活性参数的第一计算的空燃比之间的第一误差,所述第二误差是基于估计的空燃比和基于第二活性参数的第二计算的空燃比之间的误差;响应于第一误差低于第二误差,维持第一活性参数和第二活性参数中的每一个;响应于第二误差低于第一误差,将第一活性参数下降至第二活性参数的值,同时将第二活性参数下降至相应于催化剂功能劣化的第二水平的值,所述第二水平高于所述第一水平;以及基于第一活性参数的下降而更新所估计的排气催化剂存储容量。任何或全部前述示例还包括另外地或任选地迭代地更新,直到第一活性参数的下降值达到阈值,以及然后指示催化剂劣化;以及响应于排气催化剂的替换,将第一活性参数重新设置为催化剂功能的上限。
[0080] 以这种方式,通过设计单调地减小专门地用于催化剂健康监测的活性参数,可以连续地跟踪催化剂功能监测。通过使用两个基于模型的过滤器,催化剂健康的中间阶段可以在其整个寿命内被确定。通过使用下降方法,不仅可以检测完全劣化的催化剂,而且可以在任何给定时间确定催化剂的功能。使用用于催化剂健康监测的基于模型的下降方法的技术效果是催化剂活性可以被连续地跟踪,而不必等待具体发动机工况,如可以在延长的操作时间内(基于发动机工况)不发生DFSO事件。通过连续地估计催化剂的当前状态,发动机操作参数可以合适地调整,以改进燃料消耗和排放质量。另外,机载诊断的启动可以连续地调整,以补偿催化剂的当前状态,从而允许增大的诊断例程的完成速率。
[0081] 注意本文包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中,并且可以由包括控制器与各种传感器、执行器和其他发动机硬件结合的控制系统实施。本文所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个,诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等等。因此,所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行,并行地执行或在一些情况下被省略。同样地,所述处理顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必须要求的,而是为了便于说明和描述提供。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据正在使用的特定策略重复地执行。此外,所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码,其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件组件与电子控制器结合的系统中执行所述指令而被实施。
[0082] 将理解的是,本文公开的配置和例程在本质上是示例性的,并且这些具体实施例不被视为具有限制意义,因为许多变化都是可行的。例如,上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括各种系统和配置以及本文公开的其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
[0083] 随附权利要求特别地指出视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一”元件或“第一”元件或它们的等价物。此类权利要求应该被理解为包括一个或多个此类元件的并入,既不要求也不排除两个或多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或通过在新申请或相关申请中提交新权利要求而要求保护。此类权利要求,无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同,均被视为包括在本公开的主题内。
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