DE102010046348B4

DE102010046348B4 - Motorsteuersystem für ein genaueres Ansprechen auf eine Rückmeldung von einem Abgassystem mit einem Luft/Kraftstoff-Äquivalenzverhältnisversatz

Info

Publication number: DE102010046348B4
Application number: DE102010046348.5A
Authority: DE
Inventors: Jason Meyer; Shawn W. Midlam-Mohler; Kenneth P. Dudek; Stephen Yurkovich; Yann G. Guezennec
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: CN102032060A; US8347866B2; CN102032060B; US20110073089A1; DE102010046348A1

Abstract

Motorsteuersystem (10), das umfasst:ein Sättigungsbestimmungsmodul (90), das bestimmt, wenn ein erster Abgassauerstoffsensor (EGO-Sensor) (36) gesättigt ist, wobei der erste EGO-Sensor (36) stromaufwärts eines Katalysators (37) angeordnet ist, wobei das Sättigungsbestimmungsmodul (90) bestimmt, dass der erste EGO-Sensor (36) gesättigt ist, wenn Messungen vom ersten EGO-Sensor (36) entweder größer als ein erster Schwellenwert für eine Zitterperiode oder geringer als ein zweiter Schwellenwert für die Zitterperiode sind, und wobei der erste Schwellenwert größer ist als der zweite Schwellenwert;ein Einstellfaktor-Erzeugungsmodul (100), das einen Einstellfaktor für eine Integralverstärkung eines Kraftstoffsteuermoduls (140) erzeugt, wenn der erste EGO-Sensor (36) gesättigt ist;ein Modul für die erwartete EGO-Spannung, das erwartete Messungen des ersten EGO-Sensors auf der Basis eines gewünschten Äquivalenzverhältnisses (EQR) bestimmt; unddas Kraftstoffsteuermodul (140), das einen Kraftstoffbefehl für einen Motor (12) auf der Basis von Differenzen zwischen erwarteten und gemessenen Mengen an Sauerstoff in dem durch den Motor (12) erzeugten Abgas, einer Proportionalverstärkung, der Integralverstärkung und des Integralverstärkungs-Einstellfaktors einstellt;dadurch gekennzeichnet , dassdas Motorsteuersystem ferner umfasst:ein Modul (50) zur Bestimmung des gewünschten EQR, das das gewünschte EQR auf der Basis von Messungen von einem zweiten EGO-Sensor (38), des Einlasskrümmer-Absolutdrucks (MAP) und der Motordrehzahl bestimmt, wobei der zweite EGO-Sensor (38) stromabwärts des Katalysators(37) angeordnet ist;ein Fehlerbestimmungsmodul (80), das einen Fehler auf der Basis von Differenzen zwischen den Messungen vom ersten EGO-Sensor (36) und den erwarteten Messungen vom ersten EGO-Sensor (36) bestimmt; undein Modul für die mittlere erwartete Spannung (70), das eine mittlere erwartete Spannung auf der Basis der erwarteten Messungen vom ersten EGO-Sensor (36) und einer vorbestimmten Zeitdauer bestimmt;wobei das Einstellfaktor-Erzeugungsmodul (100) ferner ein Modul zur Erzeugung eines nominalen Einstellfaktors umfasst, das einen nominalen Integralverstärkungs-Einstellfaktor erzeugt, wenn der erste EGO-Sensor (36) gesättigt ist, wobei der nominale Integralverstärkungs-Einstellfaktor auf der mittleren erwarteten Spannung und dem ersten und dem zweiten Schwellenwert basiert; undwobei das Einstellfaktor-Erzeugungsmodul (100) ferner ein Filtermodul (110) umfasst, das den nominalen Integralverstärkungs-Einstellfaktor filtert, um den Integralverstärkungs-Einstellfaktor zu erzeugen, und das den Integralverstärkungs-Einstellfaktor auf der Basis eines Rücksetzsignals gleich eins setzt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf ein Motorsteuersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein verbessertes Ansprechen auf eine Rückmeldung von Abgassauerstoffsensoren (EGO-Sensoren) in einem Abgassystem mit einem Luft/Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis-Versatz (EQR-Versatz), wie es beispielsweise aus der DE 34 08 635 A1 bekannt geworden ist. Ein in den Ansätzen vergleichbares Motorsteuersystem geht ferner aus der DE 10 2007 062 655 A1 hervor.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft/Kraftstoff-Gemisch (L/K-Gemisch) in Zylindern, um Kolben anzutreiben und ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Ein Verhältnis von Luft zu Kraftstoff im L/K-Gemisch kann als L/K-Verhältnis bezeichnet werden. Das UK-Verhältnis kann durch Steuern einer Drosselklappe und/oder eines Kraftstoffsteuersystems geregelt werden. Das L/K-Verhältnis kann jedoch auch durch Steuern von anderen Motorkomponenten (z. B. eines Abgasrückführungs- oder AGR-Systems) geregelt werden. Das L/K-Verhältnis kann beispielsweise geregelt werden, um das Ausgangsdrehmoment des Motors zu steuern und/oder Emissionen, die durch den Motor erzeugt werden, zu steuern.
Das Kraftstoffsteuersystem kann eine innere Rückkopplungsschleife und eine äußere Rückkopplungsschleife umfassen. Insbesondere kann die innere Rückkopplungsschleife Daten von einem Abgassauerstoffsensor (EGO-Sensor) verwenden, der stromaufwärts eines Katalysators in einem Abgassystem des Motorsystems angeordnet ist (d. h. ein EGO-Sensor vor dem Katalysator). Die innere Rückkopplungsschleife kann die Daten vom EGO-Sensor vor dem Katalysator verwenden, um eine gewünschte Menge an Kraftstoff, die dem Motor zugeführt wird, zu steuern (d. h. ein Kraftstoffbefehl).
Die innere Rückkopplungsschleife kann beispielsweise den Kraftstoffbefehl verringern, wenn der EGO-Sensor vor dem Katalysator ein fettes L/K-Verhältnis in dem vom Motor erzeugten Abgas erfasst (d. h. nicht verbrannter Kraftstoffdampf). Alternativ kann die innere Rückkopplungsschleife beispielsweise den Kraftstoffbefehl erhöhen, wenn der EGO-Sensor vor dem Katalysator ein mageres UK-Verhältnis im Abgas erfasst (d. h. Sauerstoffüberschuss). Mit anderen Worten, die innere Rückkopplungsschleife kann das L/K-Verhältnis auf oder nahe einem idealen L/K-Verhältnis (z. B. Stöchiometrie oder 14,7:1) halten, wobei somit die Kraftstoffsparsamkeit des Motors erhöht wird und/oder vom Motor erzeugte Emissionen verringert werden.
Insbesondere kann die innere Rückkopplungsschleife eine Proportional-Integral-Steuerung (PI-Steuerung) durchführen, um den Kraftstoffbefehl zu korrigieren. Überdies kann der Kraftstoffbefehl ferner auf der Basis eines kurzzeitigen Kraftstoffabgleichs oder eines langzeitigen Kraftstoffabgleichs korrigiert werden. Der kurzzeitige Kraftstoffabgleich kann beispielsweise den Kraftstoffbefehl durch Ändern von Verstärkungen der PI-Steuerung korrigieren. Außerdem kann beispielsweise der langzeitige Kraftstoffabgleich den Kraftstoffbefehl korrigieren, wenn der kurzzeitige Kraftstoffabgleich außerstande ist, den Kraftstoffbefehl innerhalb einer gewünschten Zeitdauer vollständig zu korrigieren.
Die äußere Rückkopplungsschleife kann andererseits Informationen von einem EGO-Sensor verwenden, der nach dem Katalysator angeordnet ist (d. h. ein EGO-Sensor nach dem Katalysator). Die äußere Rückkopplungsschleife kann Daten vom EGO-Sensor nach dem Katalysator verwenden, um einen unerwarteten Messwert vom EGO-Sensor vor dem Katalysator, vom EGO-Sensor nach dem Katalysator und/oder vom Katalysator zu korrigieren (d. h. kalibrieren). Die äußere Rückkopplungsschleife kann beispielsweise die Daten vom EGO-Sensor nach dem Katalysator verwenden, um den EGO-Sensor nach dem Katalysator auf einem gewünschten Spannungspegel zu halten. Mit anderen Worten, die äußere Rückkopplungsschleife kann eine gewünschte Menge an Sauerstoff, die im Katalysator gespeichert ist, aufrechterhalten, wobei somit die Leistung des Abgassystems verbessert wird. Außerdem kann die äußere Rückkopplungsschleife die innere Rückkopplungsschleife durch Ändern von Schwellenwerten, die von der inneren Rückkopplungsschleife beim Bestimmen, ob das L/K-Verhältnis fett oder mager ist, verwendet werden, steuern.
Die Abgaszusammensetzung (z. B. L/K-Verhältnis) kann sich auf das Verhalten der EGO-Sensoren auswirken, wodurch die Genauigkeit der EGO-Sensorwerte beeinflusst wird. Folglich wurden Kraftstoffsteuersysteme zum Arbeiten auf der Basis von Werten, die anders als erwartet sind, konstruiert. Kraftstoffsteuersysteme wurden beispielsweise so konstruiert, dass sie „asymmetrisch“ arbeiten. Mit anderen Worten, die Fehlerreaktion des Kraftstoffssteuersystems auf ein mageres L/K-Verhältnis kann beispielsweise anders sein als die Fehlerreaktion des Kraftstoffsteuersystems auf ein fettes L/K-Verhältnis.
Die Asymmetrie ist typischerweise als Funktion von Motorbetriebsparametern ausgelegt. Insbesondere ist die Asymmetrie eine Funktion der Abgaszusammensetzung und die Abgaszusammensetzung ist eine Funktion der Motorbetriebsparameter. Die Asymmetrie wird indirekt durch Einstellen der Verstärkungen und der Schwellenwerte der inneren Rückkopplungsschleife erreicht, was zahlreiche Tests bei verschiedenen Motorbetriebsbedingungen erfordert. Diese umfangreiche Kalibrierung ist überdies für jeden Antriebsstrang und jede Fahrzeugklasse erforderlich und passt sich nicht leicht an andere Technologien an, einschließlich einer variablen Ventilzeitsteuerung und eines variablen Ventilhubs, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, auch dann für eine zuverlässige Kraftstoffzumessung zu sorgen, wenn der EGO-Sensor gesättigt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Motorsteuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Verfahren umfasst das Bestimmen, wenn ein erster Abgassauerstoffsensor (EGO-Sensor) gesättigt ist, wobei der erste EGO-Sensor stromaufwärts eines Katalysators angeordnet ist, das Erzeugen eines Einstellfaktors für eine Integralverstärkung, wenn der erste EGO-Sensor gesättigt ist, und das Einstellen eines Kraftstoffbefehls für einen Motor auf der Basis von Differenzen zwischen erwarteten und gemessenen Mengen von Sauerstoff im durch den Motor erzeugten Abgas, einer Proportionalverstärkung, der Integralverstärkung und des Integralverstärkungs-Einstellfaktors.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Selbstverständlich sind die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur für Erläuterungszwecke bestimmt.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich, in denen:

1A ein Graph ist, der Effekte eines Luft/Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis-Versatzes (EQR-Versatzes) auf erwartete Messungen eines Abgassauerstoffsensors (EGO-Sensors) vor dem Katalysator darstellt;
1B ein Graph ist, der Effekte eines EQR-Versatzes auf eine Differenz zwischen erwarteten und tatsächlichen Messungen eines EGO-Sensors vor dem Katalysator während einer fetten Störung darstellt;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Steuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Steuern von einem Motor zugeführtem Kraftstoff gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zweckgebunden oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Eine gewünschte Menge an Kraftstoff, die einem Motor zugeführt werden soll (d. h. ein Kraftstoffbefehl), kann auf der Basis einer Rückmeldung von einem Abgassauerstoffsensor (EGO-Sensor) stromaufwärts eines Katalysators (d. h. ein EGO-Sensor vor dem Katalysator) eingestellt werden. Der Kraftstoffbefehl kann beispielsweise Steuersignale für mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen umfassen, die der gewünschten Menge an Kraftstoff entsprechen. Die Rückmeldung kann eine Differenz (d. h. ein Fehler) zwischen erwarteten und tatsächlichen Mengen an Sauerstoff in dem durch den Motor erzeugten Abgas sein. Insbesondere kann die Rückmeldung ein Spannungsfehler (V_err) sein, der auf eine Differenz zwischen erwarteten Spannungsmessungen vom EGO-Sensor vor dem Katalysator (V_exp), die auf dem Kraftstoffbefehl basieren, und tatsächlichen Spannungsmessungen vom EGO-Sensor vor dem Katalysator (V_meas) hinweist.
Ein Steuermodul kann eine Proportional-Integral-Steuerung (Pl-Steuerung) des Kraftstoffbefehls auf der Basis des Spannungsfehlers V_err durchführen. Vielmehr kann der Kraftstoffbefehl unter Verwendung einer Proportionalkorrektur und einer Integralkorrektur eingestellt werden, die beide vom Spannungsfehler V_err abgeleitet werden können. Die PI-Steuerung kann beispielsweise den Kraftstoffbefehl auf der Basis einer gewichteten Summe der Proportionalkorrektur und der Integralkorrektur einstellen.
Insbesondere kann die Proportionalkorrektur ein Produkt des Spannungsfehlers V_err und einer Proportionalverstärkung (P) umfassen. Die Proportionalkorrektur kann eine schnellere Korrektur am Kraftstoffbefehl in Ansprechen auf Änderungen im Spannungsfehler V_err schaffen. Die Integralkorrektur kann andererseits ein Integral eines Produkts des Spannungsfehlers V_err und einer Integralverstärkung (I) umfassen. Die Integralkorrektur kann die Genauigkeit des Kraftstoffbefehls durch Verringern der bleibenden Regelabweichung verbessern.
Ein EGO-Sensor kann eine Ausgangsspannung umfassen, die zu einem Luft/Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis (EQR) für einen kleinen Bereich des EQR, der nachstehend als „Proportional-EQR-Bereich“ bezeichnet wird, proportional ist. Das EQR kann als Verhältnis eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (L/K-Verhältnisses) (z. B. 14,7:1) zu einem tatsächlichen L/K-Verhältnis definiert sein. Folglich kann nur als Beispiel ein tatsächliches UK-Verhältnis von 12,25:1 (fetter als Stöchiometrie) einem EQR von 1,20 entsprechen. Der Proportional-EQR-Bereich kann auf Stöchiometrie (d. h. ein EQR von 1,00) zentriert sein. Außerhalb des Proportional-EQR-Bereichs kann jedoch die Ausgangsspannung des EGO-Sensors eine schwächere Empfindlichkeit gegen die Sauerstoffkonzentration und folglich das L/K-Verhältnis aufweisen. Motorsteuersysteme können daher die EGO-Spannung innerhalb des Proportional-EQR-Bereichs künstlich sättigen.
Um Emissionsziele zu erfüllen, kann das befohlene EQR-Signal (d. h. der Kraftstoffbefehl) keinen stöchiometrischen Mittelwert aufweisen. Überdies kann die Regelung des im Katalysator gespeicherten Sauerstoffs einen nicht stöchiometrischen EQR-Versatz erfordern. Die erwartete Ausgangsspannung des EGO-Sensors vor dem Katalysator (V_exp) ändert sich jedoch als Funktion des befohlenen EQR-Signals. Die mittlere erwartete Ausgangsspannung V_mean kann sich daher als Funktion des EQR-Versatzes ändern.
Mit Bezug auf 1A können beispielsweise die künstlichen Sättigungsgrenzen 250 mV für die untere Spannungsgrenze (V_lower) und 650 mV für die obere Spannungsgrenze (V_upper) sein. Ferner kann der EGO-Sensor die Stöchiometrie bei 450 mV lesen. Die drei Wellenformen stellen die erwartete EGO-Sensorspannung für ein Zittersignal mit einer Amplitude von 1,5 % (0,015 EQR) und eine Zitterperiode von 25 Abtastwerten und drei verschiedene EQR-Versätze (kein Versatz, +0,5 % Versatz und +1,0 % Versatz) dar. Wie gezeigt, verbringt die erwartete EGO-Spannung mehr Zeit bei der oberen Sättigungsgrenze V_upper, wenn der EQR-Versatz zunimmt. Folglich variiert die mittlere erwartete Spannung V_exp.
Eine Störung kann jedoch nicht ausgesondert werden, bis ein vollständiger Steuervorgang, der in Ansprechen auf die Störung unternommen wird, gleich der Größe der Störung ist. Überdies können große Störungen verursachen, dass die gemessene EGO-Spannung vor dem Katalysator V_meas die Spannungsgrenzen V_lower oder V_upper überschreitet. Solange die EGO-Spannung gesättigt bleibt, kann jedoch der Mittelwert des Spannungsfehlers V_err als Differenz zwischen der mittleren erwarteten Spannung V_mean und der entsprechenden Spannungsgrenze (V_upper für fette L/K-Fehler und V_lower für magere L/K-Fehler) angenähert werden. Für ausreichend große Störungen kann eine Menge an Zeit, die erforderlich ist, um die Störung zu beseitigen, zu einem Produkt der Integralverstärkung I und der mittleren erwarteten Spannung V_mean ungefähr umgekehrt proportional sein.
Mit Bezug auf 1B ist beispielsweise der Spannungsfehler V_err aufgrund einer fetten Störung, die ausreichend groß ist, um die gemessene Spannung V_meas zu sättigen, gezeigt. In diesem Beispiel nimmt der mittlere Betrag des Spannungsfehlers V_err während eines Zitterzyklus (25 Abtastwerte) mit zunehmendem EQR-Versatz ab. Für eine konstante Integralverstärkung I kann folglich eine Menge an Zeit, die erforderlich ist, um die Störung auszusondern, mit zunehmendem EQR-Versatz zunehmen.
Typische Motorsteuersysteme können daher entweder EQR-Versätze begrenzen oder keine EQR-Versätze verwenden. Insbesondere können typische Motorsteuersysteme EQR-Versätze begrenzen oder nicht verwenden, um die Veränderung der mittleren erwarteten Spannung V_mean zu verringern. Die Begrenzung oder Nicht-Verwendung von EQR-Versätzen kann jedoch verhindern, dass die innere Schleife die erwartete Spannung V_exp nachführt, und/oder verhindern, dass die innere Schleife den gewünschten EQR-Versatz (der äußeren Schleife) erreicht. Alternativ können typische Motorsteuersysteme EQR-Versätze verwenden, aber (wie vorher beschrieben) es kann der PI-Steuerung misslingen, einige Störungen zu korrigieren. Mit anderen Worten, typische Motorsteuersysteme, die EQR-Versätze verwenden, können verringerte Störungsaussonderungseigenschaften im großen Umfang umfassen. Überdies kann der Integrator in der äußeren Schleife einen größeren EQR-Versatz befehlen, ohne den gewünschten EQR-Effekt zu erkennen (d. h. Integratorüberlauf).
Daher werden ein System und ein Verfahren dargestellt, die eine PI-Steuerung des Kraftstoffbefehls unter Verwendung eines Integralverstärkungs-Einstellfaktors (l_af) für die Integralverstärkung I durchführen. Insbesondere kann der Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af die Integralverstärkung I einstellen, um eine konstante Störungsaussonderungsleistung im großen Umfang aufrechtzuerhalten. Folglich wird das Produkt zwischen der Integralverstärkung I und der Differenz zwischen der entsprechenden Spannungsgrenze (V_upper für fette L/K-Fehler und V_lower für magere L/K-Fehler) und der mittleren erwarteten Spannung V_mean konstant gehalten.
Mit anderen Worten, der Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af modifiziert die Integralverstärkung I, um Änderungen der mittleren erwarteten Spannung V_mean, die sich aus einem EQR-Versatz ergeben, zu kompensieren. Der Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af kann angewendet werden, wenn der Spannungsfehler V_err länger als eine vorbestimmte Periode (z. B. die Zitterperiode) gesättigt ist. Überdies kann der Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af gefiltert werden. Insbesondere kann das Filter zurückgesetzt (d. h. auf eins gesetzt) werden, wenn sich eine Polarität des Spannungsfehlers V_err ändert oder wenn der Spannungsfehler V_err nicht mehr gesättigt ist.
Mit Bezug auf 2 umfasst ein Motorsystem 10 einen Motor 12. Luft wird durch einen Einlass 14, der durch eine Drosselklappe 16 geregelt werden kann, in einen Einlasskrümmer 18 gesaugt. Der Luftdruck im Einlasskrümmer 18 kann durch einen Krümmerdrucksensor (MAP-Sensor) 20 gemessen werden. Die Luft im Einlasskrümmer kann durch Einlassventile (nicht dargestellt) in mehrere Zylinder 22 verteilt werden. Obwohl sechs Zylinder gezeigt sind, ist zu erkennen, dass andere Zahlen von Zylindern implementiert werden können.
Kraftstoffeinspritzdüsen 24 spritzen Kraftstoff in die Zylinder 22 ein, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch (L/K-Gemisch) zu erzeugen. Obwohl die Kraftstoffeinspritzdüsen 24 in jedem der Zylinder 22 implementiert sind (d. h. Direktkraftstoffeinspritzung), kann es sein, dass die Kraftstoffeinspritzdüsen 24 Kraftstoff in einen oder mehrere Einlasskanäle der Zylinder 22 einspritzen können (d. h. Kanalkraftstoffeinspritzung). Das L/K-Gemisch in den Zylindern 22 wird durch Kolben (nicht dargestellt) komprimiert und durch Zündkerzen 26 gezündet. Die Verbrennung des L/K-Gemisches treibt die Kolben (nicht dargestellt) an, was eine Kurbelwelle 28 drehbar dreht, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Ein Motordrehzahlsensor 30 kann eine Drehzahl der Kurbelwelle 28 (z. B. in Umdrehungen pro Minute oder N/min) messen.
Abgas, das sich aus der Verbrennung ergibt, wird aus den Zylindern 22 durch Auslassventile (nicht dargestellt) und in einen Auslasskrümmer 32 abgelassen. Ein Abgassystem 34 behandelt das Abgas, um Emissionen zu verringern, und stößt dann das Abgas aus dem Motor 12 aus. Ein erster Abgassauerstoffsensor (EGO-Sensor) 36 erzeugt eine erste Spannung, die eine Menge an Sauerstoff im Abgas stromaufwärts eines Katalysators 37 (d. h. vor diesem) angibt. Der erste EGO-Sensor 36 kann nachstehend als „EGO-Sensor vor dem Katalysator“ bezeichnet werden. Der Katalysator 37 behandelt das Abgas, um Emissionen zu verringern. Ein zweiter EGO-Sensor 38 erzeugt eine zweite Spannung, die eine Menge an Sauerstoff im Abgas stromabwärts des Katalysators 37 (d. h. nach diesem) angibt. Der zweite EGO-Sensor 38 kann nachstehend als „EGO-Sensor nach dem Katalysator“ bezeichnet werden.
Nur als Beispiel können die EGO-Sensoren 36, 38 Schalt-EGO-Sensoren oder universelle EGO-Sensoren (UEGO-Sensoren) umfassen, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Die Schalt-EGO-Sensoren erzeugen ein EGO-Signal in Einheiten der Spannung und Schalten das EGO-Signal auf eine niedrige oder hohe Spannung, wenn der Sauerstoffkonzentrationspegel mager bzw. fett ist. Die UEGO-Sensoren erzeugen ein EGO-Signal in Einheiten des EQR und beseitigen das Umschalten zwischen mageren und fetten Sauerstoffkonzentrationspegeln der Schalt-EGO-Sensoren.
Das Steuermodul 40 regelt den Betrieb des Motorsystems 10. Insbesondere kann das Steuermodul 40 die Luft, den Kraftstoff und/oder den Zündfunken, die zum Motor 12 geliefert werden, steuern. Das Steuermodul 40 kann beispielsweise die Luftströmung in den Motor 12 durch Steuern der Drosselklappe, den dem Motor 12 zugeführten Kraftstoff durch Steuern der Kraftstoffeinspritzdüsen 24 und den zum Motor 12 gelieferten Zündfunken durch Steuern der Zündkerzen 26 regeln. Das Steuermodul 40 kann auch die erste und die zweite Spannung vom EGO-Sensor 36 vor dem Katalysator bzw. vom EGO-Sensor 38 nach dem Katalysator empfangen.
Das Steuermodul 40 kann das System und/oder Verfahren der vorliegenden Offenbarung implementieren. Insbesondere kann das Steuermodul 40 den Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af auf der Basis des EQR-Versatzes (und folglich wiederum auf der Basis der mittleren erwarteten Spannung V_mean) erzeugen. Das Steuermodul 40 kann dann die Integralverstärkung I unter Verwendung des Integralverstärkungs-Einstellfaktors einstellen. Schließlich kann das Steuermodul 40 dann die PI-Steuerung durchführen, um den Kraftstoffbefehl für den Motor 12 unter Verwendung der Proportionalverstärkung P und der eingestellten Integralverstärkung I einzustellen.
Mit Bezug auf 3 ist das Steuermodul 40 genauer gezeigt. Das Steuermodul 40 kann ein Modul 50 zur Bestimmung des gewünschten EQR, ein Modul 60 für die erwartete EGO-Spannung, ein Modul 70 für die mittlere erwartete Spannung, ein Fehlerbestimmungsmodul 80, ein Sättigungsbestimmungsmodul 90, ein Modul 100 zur Erzeugung des nominalen Einstellfaktors, ein Filtermodul 110, ein Rücksetzsteuermodul 120, ein Verstärkungssteuermodul 130 und ein Kraftstoffsteuermodul 140 umfassen. In einer Ausführungsform können das Modul 100 zur Erzeugung des nominalen Einstellfaktors und das Filtermodul 110 gemeinsam als „Einstellfaktor-Erzeugungsmodul“ bezeichnet werden.
Das Modul 50 zur Bestimmung des gewünschten EQR bestimmt ein gewünschtes EQR (EQR_des) auf der Basis von Messungen vom MAP-Sensor 20, vom Motor-N/min-Sensor 30 und vom EGO-Sensor 38 nach dem Katalysator. Das gewünschte EQR-Signal EQR_des kann beispielsweise ein sinusförmiges Zittersignal mit einem variablen EQR-Versatz sein.
Das Modul 60 für die erwartete EGO-Spannung sagt das Ansprechen des EGO-Sensors 36 vor dem Katalysator auf der Basis des gewünschten EQR EQR_des voraus. Folglich erzeugt das Modul 60 für die erwartete EGO-Spannung die erwartete Spannung V_exp des EGO-Sensors 36 vor dem Katalysator.
Das Modul 70 für die mittlere erwartete Spannung sagt die mittlere erwartete Spannung V_mean über eine Zitterperiode auf der Basis der erwarteten Spannung V_exp vom Modul 60 für die erwartete EGO-Spannung voraus.
Das Fehlerbestimmungsmodul 80 empfängt die gemessene Spannung V_meas vom EGO-Sensor 36 vor dem Katalysator und die erwartete Spannung V_exp vom Modul 60 für die erwartete EGO-Spannung. Das Fehlerbestimmungsmodul 80 bestimmt den Spannungsfehler V_err auf der Basis der Differenzen zwischen der gemessenen Spannung V_meas und der erwarteten Spannung V_exp entsprechend dem gewünschten EQR EQR_des. Mit anderen Worten, der Spannungsfehler V_err gibt Differenzen zwischen gemessenen und erwarteten Mengen an Sauerstoff im durch den Motor 12 erzeugten Abgas an.
Das Sättigungsbestimmungsmodul 90 empfängt die gemessene Spannung V_meas. Das Sättigungsbestimmungsmodul 90 bestimmt, ob die Spannung V_meas gesättigt ist. Insbesondere bestimmt das Sättigungsbestimmungsmodul 90, dass die Spannung V_meas gesättigt ist, wenn die Spannung V_meas länger als die Zitterperiode (T_d) größer ist als die obere Sättigungsgrenze V_upper. Das Sättigungsbestimmungsmodul 90 kann auch bestimmen, dass die Spannung V_meas gesättigt ist, wenn die Spannung V_meas länger als die Zitterperiode T_d geringer ist als die untere Sättigungsgrenze V_lower. Die obere Sättigungsgrenze V_upper kann beispielsweise eine höhere Spannung als die untere Sättigungsgrenze V_lower sein. Das Sättigungsbestimmungsmodul 90 kann ein Sättigungssignal (S) erzeugen, wenn die Spannung V_meas gesättigt ist.
Das Modul 100 zur Erzeugung des nominalen Einstellfaktors empfängt die mittlere erwartete Spannung V_mean vom Modul 70 für die mittlere erwartete Spannung und das Sättigungssignal S vom Sättigungsbestimmungsmodul 90. Das Modul 100 zur Erzeugung des nominalen Einstellfaktors erzeugt einen nominalen Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_nom, wenn die Spannung V_meas gesättigt ist, d. h. wenn das Sättigungssignal S empfangen wird. Mit anderen Worten, wenn die Spannung V_meas nicht gesättigt ist, kann der nominale Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_nom gleich eins sein.
Für fette EQR-Versätze (V_meas > V_exp) kann der nominale Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_nom folgendermaßen erzeugt werden: $I_{nom} = \frac{V_{upper} - V_{lower}}{2 (V_{upper} - V_{mean})}$
wobei V_upper, V_lower und V_mean die obere und die untere Sättigungsgrenze der gemessenen Spannung V_meas bzw. die mittlere erwartete Spannung V_mean darstellen.
Für magere EQR-Versätze (V_meas < V_exp) kann der nominale Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_nom folgendermaßen erzeugt werden: $I_{nom} = \frac{V_{upper} - V_{lower}}{2 (V_{mean} - V_{lower})}$
wobei V_upper, V_lower und V_mean die obere und die untere Sättigungsgrenze der gemessenen Spannung V_meas bzw. die mittlere erwartete Spannung V_mean darstellen.
Das Filtermodul 110 filtert den nominalen Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_nom, um den Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_af zu erzeugen. Nur als Beispiel kann das Filter ein diskretes Filter erster Ordnung sein. Das Filtermodul 110 kann auch ein Rücksetzsignal (R) vom Rücksetzsteuermodul 120 empfangen. Das Filtermodul 110 kann den Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af auf der Basis des Rücksetzsignals R (d. h. wenn das Rücksetzsignal R empfangen wird) zurücksetzen. Insbesondere kann das Filtermodul 110 den Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af gleich eins setzen.
Das Rücksetzsteuermodul 120 empfängt den Spannungsfehler V_err. Das Rücksetzsteuermodul 120 erzeugt das Rücksetzsignal R auf der Basis des Spannungsfehlers V_err. Insbesondere kann das Rücksetzsteuermodul 120 das Rücksetzsignal R erzeugen, wenn sich eine Polarität des Spannungsfehlers V_err ändert. Wie vorher beschrieben, kann das Rücksetzsteuermodul 120 das Rücksetzsignal R zum Filtermodul 110 senden, um den Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af zurückzusetzen.
Das Verstärkungssteuermodul 130 empfängt den Integraleinstellfaktor l_af. Das Verstärkungssteuermodul 130 empfängt auch die Spannung V_err. Das Verstärkungssteuermodul 130 erzeugt Proportional- und Integralverstärkungen (P bzw. I), die für die PI-Steuerung des Kraftstoffbefehls durch das Kraftstoffsteuermodul 140 verwendet werden sollen. Das Verstärkungssteuermodul 130 kann eine Grundlinien-Integralverstärkung I_base durch den Einstellfaktor l_af einstellen. Die Grundlinien-Integralverstärkung I_base kann beispielsweise mit dem Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af multipliziert werden und das Produkt (d. h. I = I_base × I_af) kann zum Kraftstoffsteuermodul 140 geliefert werden.
Das Kraftstoffsteuermodul 140 bestimmt den Kraftstoffbefehl (d. h. die erforderliche Kraftstoffzuführung), um das gewünschte EQR EQR_des zu erreichen, in Anbetracht einer Abschätzung einer eingeschlossenen Luftmenge. Nur als Beispiel kann die Abschätzung der eingeschlossenen Luftmenge auf einer Luftmengenrate (MAF-Rate) in den Motor 12 basieren. Die Abschätzung der eingeschlossenen Luftmenge kann jedoch auch unter Verwendung von anderen Sensoren und/oder Motorbetriebsparametern bestimmt werden.
Das Kraftstoffsteuermodul 140 empfängt auch die Proportional- und Integralverstärkungen P bzw. I. Das Kraftstoffsteuermodul 140 empfängt auch den Spannungsfehler V_err. Das Kraftstoffsteuermodul 140 führt eine PI-Steuerung durch, um den Kraftstoffbefehl auf der Basis dessen einzustellen. Insbesondere kann das Kraftstoffsteuermodul 140 den Kraftstoffbefehl auf der Basis der Proportionalverstärkung P, der Integralverstärkung I und des Spannungsfehlers V_err einstellen. Mit anderen Worten, das Kraftstoffsteuermodul 140 kann eine Proportionalkorrektur und eine Integralkorrektur bestimmen.
Die Proportionalkorrektur kann beispielsweise ein Produkt der Proportionalverstärkung P und des Spannungsfehlers V_err sein. Außerdem kann die Integralkorrektur beispielsweise ein Integral eines Produkts der Integralverstärkung I und des Spannungsfehlers V_err sein. Folglich kann das Kraftstoffsteuermodul 140 den Kraftstoffbefehl auf der Basis einer gewichteten Summe der Proportionalkorrektur und der Integralkorrektur einstellen. Außerdem kann der Kraftstoffbefehl nur als Beispiel Steuersignale für die Kraftstoffeinspritzdüsen 24 umfassen. Es ist jedoch zu erkennen, dass der Kraftstoffbefehl Steuersignale für andere Motorkomponenten (z. B. ein AGR-System) umfassen kann.
Mit Bezug auf 4 beginnt ein Verfahren zum Steuern des dem Motor 12 zugeführten Kraftstoffs (d. h. des Kraftstoffbefehls) in Schritt 150. In Schritt 150 stellt das Steuermodul 40 fest, ob der Motor 12 gestartet ist (d. h. läuft). Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung zu Schritt 154 weitergehen. Wenn dies falsch ist, kann die Steuerung zu Schritt 150 zurückkehren.
In Schritt 154 bestimmt das Steuermodul 40 die gemessene Spannung V_meas und die entsprechenden oberen und unteren Sättigungsgrenzen V_upper bzw. V_lower der gemessenen Spannung V_meas. Außerdem kann das Steuermodul 40 den Spannungsfehler V_err bestimmen, der Differenzen zwischen gemessenen und erwarteten Mengen an Sauerstoff in dem durch den Motor 12 erzeugten Abgas angibt.
In Schritt 158 stellt das Steuermodul 40 fest, ob die gemessene Spannung V_meas gesättigt ist (d. h. außerhalb der oberen und unteren Sättigungsgrenze V_upper bzw. V_lower liegt). Falls dies zutrifft, kann die Steuerung zu Schritt 162 weitergehen. Falls dies falsch ist, kann die Steuerung zu Schritt 170 weitergehen.
In Schritt 162 kann das Steuermodul 40 den Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af erzeugen. Das Steuermodul 40 kann beispielsweise den nominalen Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_nom erzeugen und ihn filtern, um den Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_f zu erzeugen.
In Schritt 166 kann das Steuermodul 40 feststellen, ob sich die Polarität des Spannungsfehlers V_err geändert hat. Wenn dies zutrifft, kann das Steuermodul zu Schritt 170 weitergehen. Wenn dies falsch ist, kann die Steuerung zu Schritt 174 weitergehen.
In Schritt 170 kann das Steuermodul 40 den Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af zurücksetzen. Mit anderen Worten, das Steuermodul 40 kann den Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af auf eins setzen, wobei folglich der nominale Integralverstärkungs-Einstellfaktor I_nom ignoriert wird. In Schritt 174 kann das Steuermodul 40 die Proportionalverstärkung P und die Integralverstärkung I erzeugen.
In Schritt 178 kann das Steuermodul 40 die Integralverstärkung I durch den Integralverstärkungs-Einstellfaktor l_af einstellen. Das Steuermodul 40 kann beispielsweise die Integralverstärkung I mit dem Einstellfaktor l_af multiplizieren (d. h. I = I x I_af). In Schritt 182 kann das Steuermodul 40 die Proportionalkorrektur und die Integralkorrektur erzeugen. Die Proportionalkorrektur kann beispielsweise ein Produkt der Proportionalverstärkung P und des Spannungsfehlers V_err sein und die Integralkorrektur kann ein Integral eines Produkts der Integralverstärkung I und des Spannungsfehlers V_err sein.
In Schritt 186 kann das Steuermodul 40 den Kraftstoffbefehl auf der Basis der Proportionalkorrektur und der Integralkorrektur einstellen. Das Steuermodul 40 kann beispielsweise den Kraftstoffbefehl auf der Basis einer gewichteten Summe der Proportionalkorrektur und der Integralkorrektur einstellen. Insbesondere kann der Kraftstoffbefehl Steuersignale für die Kraftstoffeinspritzdüsen 24 umfassen. Die Steuerung kann dann zu Schritt 154 zurückkehren.

Claims

Motorsteuersystem (10), das umfasst: ein Sättigungsbestimmungsmodul (90), das bestimmt, wenn ein erster Abgassauerstoffsensor (EGO-Sensor) (36) gesättigt ist, wobei der erste EGO-Sensor (36) stromaufwärts eines Katalysators (37) angeordnet ist, wobei das Sättigungsbestimmungsmodul (90) bestimmt, dass der erste EGO-Sensor (36) gesättigt ist, wenn Messungen vom ersten EGO-Sensor (36) entweder größer als ein erster Schwellenwert für eine Zitterperiode oder geringer als ein zweiter Schwellenwert für die Zitterperiode sind, und wobei der erste Schwellenwert größer ist als der zweite Schwellenwert; ein Einstellfaktor-Erzeugungsmodul (100), das einen Einstellfaktor für eine Integralverstärkung eines Kraftstoffsteuermoduls (140) erzeugt, wenn der erste EGO-Sensor (36) gesättigt ist; ein Modul für die erwartete EGO-Spannung, das erwartete Messungen des ersten EGO-Sensors auf der Basis eines gewünschten Äquivalenzverhältnisses (EQR) bestimmt; und das Kraftstoffsteuermodul (140), das einen Kraftstoffbefehl für einen Motor (12) auf der Basis von Differenzen zwischen erwarteten und gemessenen Mengen an Sauerstoff in dem durch den Motor (12) erzeugten Abgas, einer Proportionalverstärkung, der Integralverstärkung und des Integralverstärkungs-Einstellfaktors einstellt; dadurch gekennzeichnet , dass das Motorsteuersystem ferner umfasst: ein Modul (50) zur Bestimmung des gewünschten EQR, das das gewünschte EQR auf der Basis von Messungen von einem zweiten EGO-Sensor (38), des Einlasskrümmer-Absolutdrucks (MAP) und der Motordrehzahl bestimmt, wobei der zweite EGO-Sensor (38) stromabwärts des Katalysators(37) angeordnet ist; ein Fehlerbestimmungsmodul (80), das einen Fehler auf der Basis von Differenzen zwischen den Messungen vom ersten EGO-Sensor (36) und den erwarteten Messungen vom ersten EGO-Sensor (36) bestimmt; und ein Modul für die mittlere erwartete Spannung (70), das eine mittlere erwartete Spannung auf der Basis der erwarteten Messungen vom ersten EGO-Sensor (36) und einer vorbestimmten Zeitdauer bestimmt; wobei das Einstellfaktor-Erzeugungsmodul (100) ferner ein Modul zur Erzeugung eines nominalen Einstellfaktors umfasst, das einen nominalen Integralverstärkungs-Einstellfaktor erzeugt, wenn der erste EGO-Sensor (36) gesättigt ist, wobei der nominale Integralverstärkungs-Einstellfaktor auf der mittleren erwarteten Spannung und dem ersten und dem zweiten Schwellenwert basiert; und wobei das Einstellfaktor-Erzeugungsmodul (100) ferner ein Filtermodul (110) umfasst, das den nominalen Integralverstärkungs-Einstellfaktor filtert, um den Integralverstärkungs-Einstellfaktor zu erzeugen, und das den Integralverstärkungs-Einstellfaktor auf der Basis eines Rücksetzsignals gleich eins setzt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Filtermodul (110) ein diskretes Filter erster Ordnung umfasst.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein Rücksetzsteuermodul (120), das das Rücksetzsignal erzeugt, wenn sich eine Polarität des Fehlers ändert.