专利名称：基于零相位滤波的空气-燃料不平衡检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机控制，并且更具体地涉及利用空气-燃料不平衡检测的发动机
排放控制。
背景技术：
此处的背景资料陈述只是为了大体上介绍本发明的背景。以在此背景技术部分中 所描述的为限、在提交时可能不构成现有技术的当前署名发明人的工作以及该描述的各方 面，既不明确地也不默示地被承认为是针对本发明的现有技术。 内燃发动机压縮并点燃气缸中的空气和燃料混合物以产生动力。空气-燃料混合 物中的不平衡会在排出气缸的排气中产生过多排放物。氧浓度传感器可以测量排气中的氧 浓度水平。通过测量排气中的氧浓度，可以调整空气-燃料混合物，从而提高燃烧效率并且 减少过多的排放物。
发明内容
因此，本发明提供一种控制系统，包括氧传感器，其基于发动机排气中的氧浓度 水平产生氧信号；滤波模块，其基于氧信号确定已滤波信号；以及空气-燃料不平衡检测模 块，其基于氧信号和已滤波信号检测发动机中的空气-燃料不平衡。此外，本发明提供一种 方法，包括基于发动机排气中的氧浓度水平产生氧信号；基于氧信号确定已滤波信号；以 及，基于氧信号和已滤波信号检测发动机中的空气-燃料不平衡。 从下面提供的具体实施方式
将明显看出本发明的更多适用领域。应当理解，具体 实施方式和特定例子仅用于说明的作用而不意图限制本发明的范围。
通过具体实施方式
和附图将更充分地理解本发明，其中 图1是依据本发明的包含空气_燃料不平衡系统的车辆的原理框图； 图2是依据本发明的控制模块的原理框图； 图3是流程图，示出了依据本发明的空气-燃料不平衡检测方法的示例性步骤；
图4示出了代表没有空气_燃料不平衡的发动机排气中的氧含量的示例性信号；
图5示出了代表有空气-燃料不平衡的发动机排气中的氧含量的示例性信号；以 及 图6示出了基于指示空气-燃料不平衡和无空气-燃料不平衡的氧传感器信号的 示例性信号。
具体实施例方式
下列描述本质上只是示例性的，绝不是用于限制本发明、其应用或使用。为了清楚 起见，在附图中，会使用相同的附图标记表征相似的元件。本文所使用的措辞"A、 B和C中的至少一个"应当解释成意味着使用非排它逻辑"或"的逻辑(A或B或C)。应当理解，方 法中的步骤可以按不同顺序执行，只要不改变本发明的原理。 本文所用的术语"模块"是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软 件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它 的提供所述功能的适当部件。 现在参照图1，车辆10包括发动机12、排气系统14和控制模块16。空气通过进气 歧管18吸入发动机中。空气在发动机12的气缸(未示出)内与燃料一起燃烧。燃烧过程 产生的排气经由排气系统14排出发动机12。排气系统14包括催化转化器22、催化剂前或 进口氧(02)传感器24和催化剂后或出口氧(02)传感器26。在催化转化器22中对排气进 行处理，并排入大气。 进口和出口 02传感器24、26基于排气的02含量产生信号。这些信号被传递给控 制模块16。控制模块16基于这些信号确定A/F比。控制模块16与燃料系统28通讯，燃料 系统28调节至发动机12的燃料流量。通过这种方式，控制模块16调整并调节供给发动机 12的A/F比。 进口和出口 02传感器24、26通常是窄范围开关传感器。然而，应当认识到，进口和 出口 02传感器24、26并不局限于窄范围型开关传感器。由02传感器24、26产生的电压输 出信号是基于流过该02传感器的排气的相对于化学计量(stoichiometry)的02含量。这 些信号在稀A/F比与浓A/F比范围之间变化，该范围包括化学计量A/F比。由进口 02传感 器24产生的02传感器信号在浓值与稀值之间来回转换。 控制模块16基于这些02传感器信号调节燃料流量。例如，如果进口 02传感器指 示稀状态，控制模块16就增加至发动机12的燃料流量。相反地，如果进口 02传感器指示 浓状态，控制模块16就减少至发动机12的燃料流量。燃料量是基于燃料偏差增益确定的， 该燃料偏差增益是基于传感器信号确定的。 发动机12中的空气_燃料不平衡引起02传感器24的快速开关，产生高频02传感 器信号。流过进气歧管18的空气量以及发动机12的转速可能会引起不希望有的排气分离。 取决于02传感器24的灵敏度水平，排气分离可能会引起02传感器信号噪声和对空气_燃 料不平衡的误判。本发明的空气-燃料不平衡检测系统和方法具有足够的信噪(S/N)比， 从而防止对空气_燃料不平衡的误判。 本发明的空气-燃料不平衡检测系统和方法基于02传感器信号检测发动机12中 的空气_燃料不平衡。更具体地说，空气_燃料不平衡检测系统和方法对02传感器信号进 行滤波并且基于未滤波02传感器信号和已滤波02传感器信号检测空气_燃料不平衡。空 气_燃料不平衡检测系统和方法采用这样的滤波器，该滤波器从未滤波02传感器信号中去 除任何高频不平衡，以便可利用未滤波和已滤波02传感器信号来确认空气_燃料不平衡。 通过去除任何高频不平衡但由于02传感器24的灵敏度而不去除噪声的滤波器达到了足够 的S/N比。 控制模块16依据本发明的空气-燃料不平衡检测系统和方法的原理检测空 气_燃料不平衡。当发动机12在运转时，控制模块16使用零相位、低通数字滤波器对02传 感器信号进行滤波，从而获得已滤波02传感器信号。控制模块16计算02传感器信号与已 滤波02传感器信号之间的差值，并且基于这个差值计算方差，从而产生指示空气_燃料不
5平衡级别的指数。当这个指数超过预定阈值时，控制模块16就检测出空气-燃料不平衡。
现在参照图2，控制模块16包括滤波模块200和空气-燃料不平衡检测模块202。 滤波模块200从催化剂前02传感器24接收02传感器信号。滤波模块200使用低通滤波器 对02传感器信号进行滤波，从而产生已滤波02传感器信号。低通滤波器从02传感器信号 中去除指示空气-燃料不平衡的高频成分。低通滤波器也是零相位滤波器，或是具有精确 零相位失真的滤波器。 空气-燃料不平衡检测模块202从催化剂前02传感器24接收未滤波02传感器信 号，并从滤波模块200接收已滤波02传感器信号。空气-燃料不平衡检测模块202计算未 滤波与已滤波02传感器信号之间的差值，并且确定该差值的方差。更具体地说，空气-燃料 不平衡检测模块202设定这个方差等于未滤波与已滤波02传感器信号之间的差值的平方。
空气-燃料不平衡检测模块202基于这个方差确定空气_燃料不平衡级别指数。 更具体地说，空气_燃料不平衡检测模块202可以设定这个指数等于这个方差。可替代地， 空气_燃料不平衡检测模块202可以对这个方差进行滤波，并且设定这个指数等于已滤波 方差，从而避免由未滤波指数的变化引起的对空气-燃料不平衡的错误检测。空气-燃料不 平衡检测模块202确定这个指数是否超过预定阈值。当这个指数超过了预定阈值，空气-燃 料不平衡检测模块202就检测出空气-燃料不平衡并且产生检修指示信号。
现在参照图3，将描述依据本发明的空气-燃料不平衡检测方法的示例性步骤。在 步骤300处，控制基于发动机排气中的02浓度水平产生02传感器信号。在步骤302处，控 制对02传感器信号进行滤波以获得已滤波02传感器信号。在步骤304到310中，控制基于 未滤波和已滤波02传感器信号检测空气_燃料不平衡。 在步骤304处，控制确定未滤波和已滤波02传感器信号之间的差值。在步骤306 处，控制基于该差值的方差或平方确定空气-燃料不平衡级别指数。更具体地说，控制可设 定这个指数等于这个方差。可替代地，控制可以对这个方差进行滤波，并且设定这个指数等 于已滤波方差，从而避免由未滤波指数的变化引起的对空气-燃料不平衡的错误检测。
在步骤308处，控制确定空气_燃料不平衡级别指数是否超过了预定的空气_燃 料不平衡级别阈值。当这个指数超过了阈值，控制就在步骤310处检测出空气_燃料不平 衡。出于鲁棒性(也就是，避免对空气-燃料不平衡的错误检测)，控制可以在这个指数超 过阈值一段预定的时间时检测出空气-燃料不平衡。当检测到空气-燃料不平衡时，控制 可以设定检修指示例如诊断故障代码(DTC)。因为02传感器通常测量排出单列气缸的排气 的02含量，所以控制可以为每列气缸设定独立的检修指示。 现在参照图4，示出了指示没有空气-燃料不平衡的发动机的示例性原始(也就是 未滤波)和已滤波02传感器信号。y轴代表02传感器输出，x轴代表监测02传感器信号以 检测空气-燃料不平衡的时段。原始和已滤波02传感器信号之间的变化极小。此外，在已 滤波和未滤波02传感器信号之间不存在相位偏移，因为使用了零相位滤波器来获得已滤波 02传感器信号。 现在参照图5，示出了指示有空气-燃料不平衡的发动机的示例性原始和已滤波 02传感器信号。y轴代表02传感器输出，x轴代表监测02传感器信号以检测空气_燃料不 平衡的时段。在左边的图中，由于中等量的空气_燃料不平衡，在原始和已滤波02传感器 信号之间存在中等量的变化。在右边的图中，由于巨大量的空气-燃料不平衡，在原始和已滤波02传感器信号之间存在巨大量的变化。 现在参照图6，示出了指示有空气-燃料不平衡的发动机和无空气-燃料不平衡的 发动机的示例性后处理过的信号。在左边的图中，7轴代表未滤波与已滤波02传感器信号 之间的余差(也就是差值)，x轴代表监测02传感器信号以检测空气_燃料不平衡的时段。 左边的图对合格的余差(也就是，未指示出空气-燃料不平衡)与不合格的余差(也就是， 指示出空气-燃料不平衡)进行比较。当合格的余差在受监控的时段的大部分时间内接近 0毫伏时，不合格的余差显示出幅值超过300毫伏的数个峰值。 在右边的图中，y轴代表未滤波与已滤波02传感器信号之间的余差的方差，x轴代 表来自受监控以检测空气_燃料不平衡的02传感器信号的样本数目。右边的图对合格的 方差(也就是，未指示出空气-燃料不平衡)与不合格的方差(也就是，指示出空气-燃料 不平衡)进行比较。与不合格的方差相比，合格的方差保持相对恒定，合格的方差的幅值远 远小于不合格的方差的幅值。 现在本领域技术人员能够从上文的描述意识到，可以以多种形式实施本发明的广 泛教导。因此，尽管本发明包含特定例子，但是，本发明的实际范围不会如此局限，因为对本 领域技术人员来说，通过研究附图、说明书和下列权利要求可以明显地看出其它修改。
权利要求
一种控制系统，包括滤波模块，其基于氧信号确定已滤波信号，该氧信号基于发动机排气中的氧浓度水平；以及空气-燃料不平衡检测模块，其基于所述氧信号和所述已滤波信号检测所述发动机中的空气-燃料不平衡。
2. 如权利要求1所述的控制系统，还包括产生所述氧信号且为催化剂前氧传感器的氧 传感器。
3. 如权利要求1所述的控制系统，其中，当检测到所述空气_燃料不平衡时，所述空 气_燃料不平衡检测模块设定检修指示。
4. 如权利要求1所述的控制系统，其中，所述滤波模块对所述氧信号进行滤波以确定 所述已滤波信号。
5. 如权利要求4所述的控制系统，其中，所述滤波模块使用低通滤波器对所述氧信号 进行滤波。
6. 如权利要求4所述的控制系统，其中，所述滤波模块使用零相位滤波器对所述氧信 号进行滤波。
7. 如权利要求4所述的控制系统，其中，所述滤波模块使用数字滤波器对所述氧信号 进行滤波。
8. 如权利要求1所述的控制系统，其中，所述空气_燃料不平衡检测模块 确定所述氧信号与所述已滤波信号之间的差值； 基于所述差值的方差确定指数；以及当所述指数超过了预定阈值时，检测出所述空气_燃料不平衡。
9. 如权利要求8所述的控制系统，其中，所述空气-燃料不平衡检测模块计算所述差值 的所述方差并且对所述差值的所述方差进行滤波以确定所述指数。
10. 如权利要求8所述的控制系统，其中，当所述指数超过了所述预定阈值一段预定的 时间时，所述空气_燃料不平衡检测模块检测出所述空气_燃料不平衡。
11. 一种方法，包括基于氧信号确定已滤波信号，该氧信号基于发动机排气中的氧浓度水平；以及 基于所述氧信号和所述已滤波信号检测所述发动机中的空气_燃料不平衡。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，所述氧信号基于所述排气进入催化转化器之前 所述排气中的所述氧浓度水平。
13. 如权利要求ll所述的方法，还包括当检测到所述空气-燃料不平衡时，设定检修指示。
14. 如权利要求11所述的方法，还包括对所述氧信号进行滤波以确定所述已滤波信号。
15. 如权利要求14所述的方法，还包括使用低通滤波器对所述氧信号进行滤波。
16. 如权利要求14所述的方法，还包括使用零相位滤波器对所述氧信号进行滤波。
17. 如权利要求14所述的方法，还包括使用数字滤波器对所述氧信号进行滤波。
18. 如权利要求11所述的方法，还包括 确定所述氧信号与所述已滤波信号之间的差值；基于所述差值的方差确定指数；以及当所述指数超过了预定阈值时，检测出所述空气_燃料不平衡。
19. 如权利要求18所述的方法，还包括计算所述差值的所述方差并且对所述差值的所 述方差进行滤波以确定所述指数。
20. 如权利要求18所述的方法，还包括当所述指数超过了所述预定阈值一段预定的时 间时，检测出所述空气-燃料不平衡。
全文摘要
本发明涉及基于零相位滤波的空气-燃料不平衡检测。一种控制系统，包括氧传感器，其基于发动机排气中的氧浓度水平产生氧信号；滤波模块，其基于氧信号确定已滤波信号；以及，空气-燃料不平衡检测模块，其基于氧信号和已滤波信号检测发动机中的空气-燃料不平衡。一种方法，包括基于发动机排气中的氧浓度水平产生氧信号；基于氧信号确定已滤波信号；以及，基于氧信号和已滤波信号检测发动机中的空气-燃料不平衡。
文档编号F02D41/22GK101713343SQ20091017876
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年10月1日
发明者C·S·李, I·J·麦欧文, I·阿尼洛维奇, L·王, S·W·梅杰斯, Z·王 申请人:通用汽车环球科技运作公司