执行碳罐净化及空燃比估计参数的匹配的方法

专利名称：执行碳罐净化及空燃比估计参数的匹配的方法
技术领域：
本公开涉及这样一种方法，该方法用于控制混合动力电动汽车的燃料蒸汽净化并 用于执行传感器的匹配研究(adaptive learning)，所述传感器提供与空燃比计算有关的
信息ο
背景技术：
发动机燃料系统包括碳罐，该碳罐用于收集在燃料系统中产生的燃料蒸汽，其中， 燃料蒸汽在碳罐内被吸附在碳颗粒上。碳颗粒存储燃料蒸汽的能力是有限的。因此，碳罐 周期性地经历净化过程，在净化过程中，将来自大气的新鲜空气吸入碳罐。碳颗粒释放燃料 蒸汽，含燃料蒸汽的空气在发动机燃烧期间被吸入发动机并在其中进行燃烧。发动机还具有空燃比控制方法。在某些工况下，发动机被闭环操作以控制空燃比。 基于来自发动机排气中的废气氧传感器的信号进行闭环反馈控制。在其他工况下，基于来 自发动机进气中的传感器的信号(从中能够计算出空气流量)以及受控于燃料喷射器的燃 料脉宽(从中能够计算出燃料流量)进行空燃比开环控制。优选闭环控制，但不能总是使用 闭环控制，例如，当废气氧传感器温度低于其工作温度时；当发动机经历剧烈瞬变时，其中， 从出现于发动机上游到位于排气流中的废气氧传感器的延时过长时；当发动机在远离理论 配比(stoichiometric)的空燃比下运转时，不使用闭环控制。开环控制依靠其来确定燃料 流量和空气流量的传感器和致动器因发动机的不同而不同并随时间而改变。为了确保开环 控制的精度，周期性地对闭环测量和开环测量进行比较。如果检测到差异，则调整开环计算 中的参数以解决遇到的可变性。碳罐的净化提供的进入燃烧室的燃料多于由燃料喷射器喷射的燃料。减少通过燃 料喷射器喷射的燃料量以补偿净化燃料。因为引入发动机中的燃料多于喷射的燃料，所以 如果匹配程序和净化过程同时进行，则开环参数将是不准确的。因此，当进行匹配程序时关 闭净化过程。据发现，为了充分地净化碳罐，基本上只要发动机条件允许，就命令执行净化 操作。在现有技术中，命令在发动机起动之后尽快运行匹配程序，这影响允许用于净化 的时间，但并非本质上地。然而，在混合动力电动汽车(HEV)中，由于频繁地停止和起动发 动机以提高车辆的燃料效率，因此与严格必要相比，更加频繁地运行匹配程序，从而给净化 碳罐带来了实质性的障碍。净化时机的减少增加了碳罐被充满的可能性，这将有可能导致 燃料蒸汽从碳罐排出。这可能对车辆满足相关排放标准的能力造成不利影响。

发明内容
公开了一种用于控制布置在车辆中的内燃机的方法，其中，当发动机正在运转时， 增加自最近的匹配以来的时间(TSLA)计数器的值。如果关闭发动机，则存储TSLA的值并 使用保存的TSLA的值执行TSLA的下一个增量。当TSLA的值超过TSLA阈值时进行匹配程 序，即，发动机运转足够的时间过后需要进行匹配。当运行匹配程序时，将TSLA计数器复位。当发动机被关闭时，通过每次保存TSLA的值来确保仅在必要时进行匹配程序而不依赖 于每次发动机重新起动。进行匹配程序可包括在闭环空燃控制模式下操作以保持预定的 空燃比；基于参数的当前值估计开环空燃比；当预定的空燃比和开环空燃比之间的差值大 于阈值时，调整用于估计开环空燃比的特定参数的值；在估计步骤和调整步骤期间增加匹 配计数器的值；当匹配计数器超过其阈值时，退出匹配程序并将匹配计数器复位。如果在进 行匹配程序期间发动机停止，则中断匹配并保存匹配计数器的值。匹配计数器的下一个增 量使用保存的匹配计数器的值以确保当匹配程序被发动机停转事故中断时，其运行时间不 长于必要的运行时间。还公开了一种控制发动机的方法，其中，检测发动机的起动状态并且其特征为接 通起动(key-on start)或后继起动(subsequent start)。接通起动是指发动机伴随点火 开关接通操作而起动，或在仅在电动模式下依靠钥匙接通操作HEV的情况下，接通起动是 在钥匙接通之后的第一次发动机起动。当钥匙保持接通时，HEV可在单程期间起动和停止 多次。除了接通起动之外的所有其他起动在此被称为后继起动。当发动机正在运转时，增 加TSLA计数器的值。当TSLA计数器的值超过TSLA阈值时进行匹配程序。TSLA计数器响 应接通起动被复位。然而，当存在后继起动时，保存TSLA计数器的值。保存的TSLA计数器 的值被用于TSLA的下一个增量。依靠接通起动并当TSLA计数器的值超过TSLA阈值时运 行匹配程序。当重新起动为后继起动时，通过保存TSLA计数器的值，在TSLA计数器指示发 动机运转时间已超过TSLA阈值之后进行匹配程序，并非在发动机每次重新起动时进行匹 配程序。可选地，当发动机在钥匙接通时停转，依靠该发动机停转保存TSLA计数器的值。通过仅在每次需要时进行匹配程序克服了现有技术中的至少一个问题。通过仅在 必要时进行匹配程序，存在足够的时间用于净化，从而确保车辆能够达到相关排放标准。可选的解决方案是提供硬件解决方案，例如，提供大容积碳罐或密封的燃料箱系 统。硬件解决方案价格昂贵并且增加了车辆的重量。根据本发明的实施例，软件解决方案 的优点是在该方案中没有造成设计的改变、硬件的增加及成本的增加。


图1是发动机的示意图，示出与进行匹配程序及用于净化碳罐系统相关联的传感 器和致动器，所述匹配程序用于开环空燃比测量。图2A和图2B示出根据本公开的一个实施例的控制方法的流程图。
具体实施例方式如本领域普通技术人员所理解的，参照任一

和描述的实施例的各种特征 可结合一个或多个其他附图中所说明的特征来产生并未明确地说明或描述的可选实施例。 示出的特征的组合为代表性的应用提供代表性的实施例。然而，针对具体的应用或实施，可 期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。用于本说明的代表性的实施例通常涉 及装备汽油机的车辆的蒸汽回收系统。本领域普通技术人员可识别出与本公开一致的适用 于任何使用碳罐的车辆(尤其有助于具有停止-起动(stop-start)能力的车辆HEV和插 电式HEV)的相似的应用或实施。本领域普通技术人员应当认识到本公开的教导可适用于 其他应用或实施。
图1示出布置在车辆8中的内燃机10。新鲜空气通过进气歧管12被供应给发动 机10，废气通过排气歧管14排出。进气管18中的节气阀16控制被引入发动机10的空气 的量。燃料喷射器20将一定计量的燃料供应给每个发动机气缸。图1中燃料喷射器的排 列方式被称为进气道燃料喷射式。然而，可选择直喷式、中央喷射式或气体喷射式。传感器 22设置在进气管18中，从中能够计算出空气流量(mass air flow)。在一个可选实施例中， 传感器22为空气流量传感器。可选地，传感器22为压力传感器。基于来自压力传感器的 信号以及发动机10的转速能够确定空气流量。排气歧管14具有废气氧(EGO)传感器24。 基于来自传感器24的信号，能够控制燃料和空气以保持期望的空燃比始终在理论配比。传 感器24可以是加热EGO传感器或者宽域EGO (UEGO)传感器，前者具有加热器以促使EGO传 感器在发动机10冷起动之后更加快速地达到工作温度，后者允许在宽空燃比的范围内确 定空燃比。排气歧管14将废气供应给催化剂26，催化剂26用于在将废气排放到大气之前 对废气进行处理。继续图1，电控单元(E⑶)30被设置成用于控制与发动机10相关联的功能。E⑶30 具有一个或多个微处理机中央处理器(CPU)，CPU与一个或多个存储器管理单元(MMU)进行 通信。MMU控制数据在各种计算机可读存储介质之间的运动以及CPU和数据的通信。计算 机可读存储介质可包括易失性存储器和非易失性存储器，例如只读存储器(ROM)、随机存取 存储器(RAM)及不失效存储器(KAM)。KMA可被用于当CPU断电时存储各种操作变量。可使 用大量已知的存储装置中的任意存储装置如PROM(可编程只读存储器)、EPR0M(电PR0M)、 EEPROM (电可擦除PROM)、闪速存储器或任何其他能够存储数据的电、磁、光或其组合的存 储装置来实施计算机可读存储介质，存储的数据中的一些数据代表被CPU用于控制发动机 或装有发动机的车辆的可执行指令。计算机可读存储介质还可包括软盘、光盘只读存储器 (⑶-ROM)、硬盘等。CPU分别通过输入/输出(1/0)接口与各种传感器和致动器32进行通 信。一些E⑶30构造上不包含MMU。如果不使用MMU，则CPU管理数据并直接连接至ROM、 RAM及KAM。应当理解尽管具有计算能力的元件(computing capability)可以是分散的， 但为了示意性说明，所有具有计算能力的元件由ECU 30示出。此外，ECU 30的元件相互之 间可进行通信并可通过直接连接或无线地连接与外部传感器和致动器32进行通信。继续参照图1，燃料箱40为燃料喷射器20供应燃料(未示出燃料箱与燃料喷射 器之间的连接)。与燃料箱相连的是碳罐系统，碳罐系统包括与燃料箱40流体连通的碳罐 42。当燃料箱40被加满时，燃料箱40内部的蒸汽离开燃料箱并流入碳罐42，碳罐42包含 用来吸附燃料的活性碳颗粒。被燃料蒸汽挤出的空气通过端口 44排放到大气。图1中显 示的箭头示出净化操作，其中，空气通过端口 44流入。在收集或吸附模式下，空气从端口 44 流出。碳罐42还通过其中布置有净化阀48的管道46与发动机进气管18连通。当净化阀 48开启并且发动机进气管18中为真空时，从大气中吸入的新鲜空气在端口 44处进入碳罐 42，通过管道46、进气歧管12进入在其中燃烧燃料的发动机气缸。通过调节净化阀48的开 度控制净化流。净化阀48可以是脉宽调制以获得期望的位置的开关阀或者是受控于期望 位置的可变阀门。存在两种确定空燃比的方法开环，在没有反馈的情况下基于来自传感器和致动 器的信号确定空燃比。在一种方法中，基于来自传感器22的信号估计空气流量，并基于受 控于燃料喷射器20的脉宽估计燃料流量。可选地，通过对来自EGO传感器24的信号进行反馈(即，闭环控制)来确定空燃比。如果可能的话，ECU 30依靠闭环控制来保持适当的 空燃比。然而，EGO传感器24必须充分热以提供准确的信号。此外，当发动机10经历极限 瞬变(例如迅速踩踏或松开(rapid tip in or tip out)油门踏板)时，EGO传感器24可 提供延时的和/或混淆的结果。此外，在某些情况下，EGO传感器24仅在理论配比的操作 条件下(例如，当燃料和空气以这种比率被提供使得存在足够的空气来消耗全部燃料而没 有燃料剩余时)提供有用的信号。存在操作条件例如为了达到最大扭矩加浓混合气，在这 种操作条件下空燃比大于理论配比。尽管如此，注意如果EGO传感器24为UEGO传感器， 则可提供低于理论配比的空燃比的度量又可提供高于理论配比的空燃比的度量。在上述任 何一种情况下均可使用开环控制。然而，用来估计开环空燃比的传感器和致动器可随时间 而发生漂移。例如，燃料喷射器可遭受少量的堵塞或在阀表面处产生轻微的磨损，从而改变 燃料喷射器的流量特性。因此，由脉宽确定的喷射的燃料量变得不准确。为了确保开环空 燃比估计保持准确，可在发动机运转期间周期性地运行匹配程序。当发动机闭环运转时，很 可能以理论空燃比运转，这时也要执行开环空燃比估计。将开环空燃比和闭环空燃比进行 比较。如果两者的差值大于阈值，则调整用在基于致动器/传感器的信号来估计开环空燃 比的算法中的参数以使两个空燃比一致。如果在碳罐42的净化期间进行匹配程序，则EGO传感器24确定的空燃比仍然是 准确的。然而，开环估计的空燃比是不可靠的，这是因为传感器/致动器仅具有关于流经进 气管18的空气的信息和由燃料喷射器20供应的燃料的信息。开环估计不能测量从碳罐42 供应至发动机10的燃料和空气。因此，为了准确地调整开环估计中涉及的参数，当不能进 行净化(即，净化阀48关闭)时运行匹配程序。运行匹配程序花费大约半分钟的时间并且 在发动机起动之后以及发动机运转大约每25分钟之后，一旦条件合适就进行匹配程序。提 供的时间间隔仅仅是一个示例并不是为了限制。在一些车辆中，在E⑶30的控制下停止和起动发动机10而不依赖于车辆操作者 的控制。在混合动力电动汽车(HEV)中，车辆具有一个或多个连接至车轮的动力源发动机 10和电动机。可以在制动、怠速以及只有电动操作等期间关闭发动机10，之后当车辆操作 者踩下油门踏板时重新起动发动机10。在时走时停的交通中行驶的车辆可使发动机10每 分钟仅运转30秒。如果匹配程序在每次启动和重新起动之后立即进行，则几乎没有时间可 用于净化。这种情况出现在HEV中或当钥匙接通时频繁停止-起动的车辆中。在本公开的一个实施例中，将接通起动和后继起动进行区分。在图1中，点火开关 50连接至E⑶30。点火开关50为具有断开位置和接通位置的操作者可选开关，在断开位 置，操作者指示期望车辆8停止，在接通位置，指示期望车辆8前进。如果最近的起动大多数 为接通起动，即，发动机跟随操作者将点火开关50从断开位置移动到接通位置而起动，则 在发动机条件合适之后(例如当空燃比控制为闭环操作时)进行匹配程序。然而，在下述 情况下，即，发动机10在E⑶30的控制下被关闭，与此同时点火开关50仍处于接通位置， 并且发动机10的随后的起动并非取决于将点火开关50从断开位置移动到接通位置，仅在 发动机运转的预定持续时间过后进行匹配程序。在图2A和图2B中示出了说明本公开的一个实施例的流程图。开始于图2A，流程 图以100处的“接通”开始。“接通”可以是字面上的接通，即，车辆的操作者在点火装置中 手动移动钥匙指示期望操作车辆，或操作任意可知操作者的这种意图的装置(如按钮起动或远程起动)。在102处设置起动的类型。由于该起动为接通起动，因此将起动设置为接 通起动。在104处，将与匹配程序相关的计数器自最近的匹配以来的时间(TSLA)和匹配 时间(TA)复位为零。TSLA保存自上次进行匹配程序以来的时间，TA保存匹配程序运行的 时间。可期望运行匹配程序约40秒以确保精度。计数器TA可用于退出匹配程序；当TA超 过TA阈值时，中断匹配程序。可选地，可对开环空燃比和闭环空燃比进行采样并且当两者 产生充分相似的结果时，停止匹配程序。继续图2A，控制进行到106，在106处确定操作条件是否有利于净化。频繁地净化 可防止碳罐42被充满并防止在燃料箱40加满时或进行日常的加热/冷却循环(这导致燃 料箱40的容积膨胀/收缩)时碳罐42不能储存燃料蒸汽。适当的净化条件可包括催化 剂26在其工作温度下处理任何由开启净化所产生的油气毛刺(hydrocarbon spike)；空燃 比处于闭环控制下，即，充分地预热EGO传感器24以提供可靠的信号；匹配程序没有运行。 如果条件有利于净化，则在108处激活净化。如果条件不适宜净化，则控制进行到110，在 110处确定发动机10是否仍在运转。如果发动机10不在运转，则在112处关闭净化，并且 控制进行到114，在114处保存计数器TSLA和TA的值。在流程图中没有明确地示出TSLA 的增加的过程。但是，当发动机10正在运转时增加TSLA的值。由于没有进行过匹配程序， TA没有增量，所以当经由110和112第一次到达114时TA为零。TSLA反映出何时发动机 10运转至到达114。控制从114进行到116以确定发动机是否正在运转。如果发动机10不 在运转，则控制等待直到发动机10运转；如果发动机10正在运转，则控制转到106，在106 处确定条件是否有利于净化。如果110产生肯定的结果，S卩，发动机10正在运转，则控制进行到方框118 (步 骤)，在118处确定是否应当运行匹配程序。如果118中的三个测试结果中的任何一个为真 (布尔逻辑的OR)，则118产生肯定的结果。如果起动等同于接通起动，则应当进行匹配程 序。第一次经过方框118(步骤)时，起动仍被设置为接通起动，从而118使控制进行到方框 120(步骤)。但是，在匹配程序第一次运行之后将不存在上述情况。另一种情形是当TSLA 超过TSLA阈值时，在118处产生肯定的结果。也就是说，如果TSLA超过TSLA阈值(S卩，指 示匹配应当运行的频率)，则118使控制进行到120。同样在118处，如果TA大于零，则指 示中断最后一次进行的匹配程序，在这种情况下，通过使控制进行到120重新开始匹配。然 而，如果118中的情形没有一个为真，则控制返回方框106(步骤)以确定是否可以净化。在120处确定操作条件是否有利于进行匹配程序。这些条件可包括发动机冷却 剂温度在有利的范围内，表明发动机10被充分地预热；发动机10在闭环控制下运转。如果 不存在上述条件，则控制转到106 ；如果存在上述条件，则控制进行到图2B中示出的122，在 122处关闭净化并开启匹配。继续参照图2B，控制进行到方框124 (步骤)，在124处再次确 定发动机10是否正在运转。如果发动机10不在运转，控制进行到125，在125处关闭匹配 并且控制转到114，在114处保存TSLA和TA的值。这一循环的剩余部分在别处进行说明。 如果方框124 (步骤)产生肯定的结果，则控制进行到126，在126处确定TA是否大于TA阈 值(匹配程序应当运行的时间)。第一次到达126时，TA为零并产生否定的结果使控制进 行到128，在128处增加TA的值。在匹配程序进行足够的时间过后，在128处TA的值被充 分地增加以使126产生肯定的结果并使控制进行到130，在130处将TA和TSLA复位，关闭 匹配程序并将起动设置为后继起动。(注意在第一次匹配程序之后，在图2A的118处的
7第一个条件的测试结果为否定的。在118处只有在接通起动之后第一次进行匹配程序时， 第一个测试结果是肯定的。)控制从130返回到图2A的106以确定能否重新开始净化。根据本公开的实施例，通过保存TSLA和/或TA的值并基于保存的值增加增量，避 免在每次发动机重新起动之后运行匹配程序并允许匹配程序在其中断后继续进行。通过避 免匹配程序不必要的运行允许净化更加频繁地发生，从而避免碳罐被充满。虽然已经详细描述了优选实施例，但是本领域技术人员将识别出在权利要求范围 内的各种可选设计和实施例。图2A和图2B中的流程图示出根据本公开的实施例的一个示 例性过程。例如，图2A和图2B中的判定块可以以略微不同的顺序进行，例如，在确定是否为 有利的净化时机之前确定是否进行匹配程序。此外，流程图指示同步过程。然而，所述过程 可以是具有中断程序(例如当关闭发动机10时)的非同步过程。此外，当发动机10在运 转时，TSLA的增加过程可被认为是同时运行的独立程序或者可在图2A和图2B中明确地示 出。大量的可选实施例可用来实现本公开的显著的操作。虽然将一个或多个实施例进行描 述为提供优点或相对一个或多个期望特性优于其他实施例和/或现有技术，但本领域普通 技术人员应当认识到可在各种特征之间进行折衷来实现期望的系统属性，这取决于具体的 应用或实施。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、 包装、尺寸、维修保养方便性、重量、可制造性、易装配性等等。对于一个或多个特性，这里描 述的实施例特性不如其他实施例理想的，并不将其排除于本发明权利要求所限定的范围之 外。
权利要求
一种用于控制布置在车辆中的内燃机并接收空气燃料充量以进行操作的方法，所述方法包括当所述发动机正在运转时，增加TSLA计数器的值，TSLA为自最近的匹配以来的时间；当所述TSLA计数器超过TSLA阈值时进行匹配程序，所述匹配程序更新用于估计供应给发动机的空气燃料充量的开环空燃比的参数；响应于进行所述匹配程序，将所述TSLA计数器复位；及当发动机关闭并且钥匙接通时保存所述TSLA计数器的值，其中，所述保存的TSLA计数器的值用于所述TSLA计数器的下一个增量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，还基于发动机冷却剂温度在有利的范围内来进行 所述匹配程序。
3.如权利要求1所述的方法，所述车辆包括用于捕获燃料蒸汽的碳罐系统，所述方法 还包括当进行所述匹配程序时，关闭所述碳罐系统的净化功能。
4.如权利要求1所述的方法，其中，更新用于估计空燃比的参数包括 在闭环空燃控制模式下操作以保持预定的空燃比；基于参数的当前值估计开环空燃比；当预定的空燃比和开环空燃比之间的差值大于阈值时，调整用于估计开环空燃比的参 数的值；在估计步骤和调整步骤期间增加匹配计数器的值，所述匹配计数器被配置为测量所述 匹配程序运行的时间；及当所述匹配计数器超过匹配计数器阈值时，退出所述匹配程序并将所述匹配计数器复位。
5.如权利要求1所述的方法，所述车辆包括操作者可选点火开关，所述操作者可选点 火开关具有接通位置和断开位置，所述方法还包括当匹配程序正在进行时，增加匹配计数器的值，所述匹配计数器被配置为测量所述匹 配程序运行的时间；当所述匹配计数器超过匹配计数器阈值时，中断所述匹配程序；及 当发动机关闭并且点火开关处于接通位置时保存匹配计数器的值，其中，所述保存的 匹配计数器的值用于所述匹配计数器的下一个增量。
6.如权利要求5所述的方法，还包括当在接通之后第一次起动发动机时，将TSLA计数器和匹配计数器复位。
全文摘要
本发明公开了一种执行碳罐净化及空燃比估计参数的匹配的方法，该方法既用于执行匹配程序又用于执行碳罐净化。在匹配过程中，对照使用EGO传感器在闭环控制下的空燃比调整用于估计来自流量传感器和致动器的空燃比的参数。匹配程序和碳罐净化两个过程不能同时运行。在车辆中，从钥匙接通的时间起到钥匙断开期间发动机运转，在发动机起动后匹配立即发生并在此之后周期性地进行匹配。在车辆中，发动机频繁起动和关闭(例如对于HEV)，每当发动机起动时可运行匹配程序，与必要的匹配程序的运行相比，其运行更加频繁且不允许足够的时间用于净化。根据公开的控制方法，当关闭发动机时，保存自最近的匹配以来的时间和匹配时间，以使匹配程序仅在必要时进行。
文档编号F02D29/02GK101900044SQ20101018968
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月24日 优先权日2009年5月26日
发明者戴维·艾伦·克莱门斯, 戴维·迈克尔·贝文, 肯尼思·詹姆士·米勒, 道格拉斯·雷蒙德·马丁 申请人:福特全球技术公司