广义冷启动减排策略的制作方法

本发明涉及机动车辆发动机冷起动减排和催化剂操作。

车辆冷启动减排策略通常在稳定的发动机速度和负载条件下实施。执行排放策略之前，通常允许有预定时间，用于催化转换器的催化剂预热。升高的发动机怠速采用点火延迟和发动机每分钟转数升高中的一个或两个，通常执行于预定时间段，例如大约10至20秒，之后假定已经发生催化转换器起燃并且发生催化转换器氧化和还原过程。

较新的推进技术可能需要执行减排而忽略发动机状态，因此可能需要在瞬态发动机速度和负载期间执行催化剂预热。在这些条件下，在预定时间段不能或无法执行升高的发动机怠速，因此点火延迟和累积发动机每分钟转数这两个设定目标尚未实现。因此，需要一种在瞬态发动机速度和负载的条件下管理冷启动减排的新方法。

因此，虽然当前的车辆冷启动减排策略达到了其预期目的，但是需要一种用于实现排放冷启动策略的改进的新系统和新方法。

技术实现要素：

根据若干方面，一种用于在瞬态发动机速度和瞬态发动机负载期间确定催化起燃条件的系统，包括从发动机接收排气输出的催化转换器。

至少一个排气参数测量装置测量输入催化转换器的至少一个排气参数。处理器接收至少一个排气参数测量装置的输出，并且连续计算催化转换器的焓。重复比较计算出的催化转换器的焓与存储器中保存的实现催化起燃所需的预定焓阈值。

在本发明的另一方面，计算框接收输入，该输入包括排气输入温度、质量空气流量、质量燃料流量，以及催化转换器预热模式状态，用于计算催化转换器的焓。

在本发明的另一方面，在计算框中，开始计算催化转换器的焓之前，确定催化转换器预热模式状态为“真”，若催化转换器预热模式状态为“真”，则确定催化转换器处于低于催化起燃所需的温度。

在本发明的另一方面，通过处理器计算经过催化转换器的累积质量流量；并且在比较框中确定a)计算出的催化转换器的焓是否大于预定焓阈值，以及b)累积质量流量是否小于预定累积质量流量阈值。

在本发明的另一方面，如果(a)和(b)的比较框的输出为正，则生成诊断合格信号。

在本发明的另一方面，如果(a)和(b)的比较框的输出为负，则产生诊断失败信号。

在本发明的另一方面，通过处理器计算经过催化转换器的累积质量流量；并且在确定框中，确定催化转换器预热模式状态是否为“假”，并且累积质量流量是否大于预定最小阈值。

在本发明的另一方面，如果确定框的输出为正，则生成诊断测试不确定信号。

在本发明的另一方面，在确定框中确定催化转换器预热模式启用状态，并且如果确定框的输出为正，指示启用催化转换器预热模式，发出扭矩储备请求，以便增加排气温度；并且根据第一计算框中的扭矩储备的请求，计算并集成扭矩储备。

在本发明的另一方面，将计算框的结果作为第一变量输入到比较框中；第二计算框向比较模框提供限定实现催化剂起燃所需的能量阈值的第二变量。

在本发明的另一方面，将实现限定第二变量的催化剂起燃所需的能量阈值整合为排气流累积值；并且在比较框中，将第二变量与第一变量进行比较，以确定第二变量是否大于第一变量，并且如果比较框的输出为负，则扭矩储备足以满足催化剂起燃所需的焓阈值。

在本发明的另一方面，至少一个排气参数测量装置限定温度传感器、质量空气流量传感器和质量燃料流量传感器中的每一个。

根据若干方面，一种用于在瞬态发动机速度和瞬态发动机负载期间确定催化转换器的催化起燃条件的方法，包括：使用排气参数测量装置测量输入催化转换器的排气条件；将排气参数测量装置的输出转发到处理器；计算处理器中催化转换器的焓；重复比较催化转换器的焓与存储器中保存的实现催化起燃所需的预定焓阈值。

在本发明的另一方面，该方法包括：确认催化转换器处于或低于催化起燃所需的温度；并且在计算框中执行计算步骤，计算框接收包括排气温度、质量空气流量、质量燃料流量和催化转换器预热模式的输入。

在本发明的另一方面，该方法包括：确定计算出的催化转换器的焓是否大于预定焓阈值。

在本发明的另一方面，该方法包括：确定启用催化转换器预热模式；并且请求扭矩储备，增加排气温度。

在本发明的另一方面，该方法包括：识别限定实现催化器起燃所必需的能量阈值的第一变量，并且将第一变量输入比较框中；将计算步骤的结果作为第二变量输入比较框；以及将第一变量与第二变量进行比较，确定第二变量是否大于第一变量，并且如果所述比较为负，则认为扭矩储备足以满足催化剂起燃所需的焓阈值。

根据若干方面，一种用于在瞬态发动机速度和瞬态发动机负载期间确定催化转换器的催化起燃条件的方法，包括：使用至少一个排气参数测量装置测量输入催化转换器的排气条件；将至少一个排气参数测量装置的输出转发到处理器；连续计算处理器中催化转换器的焓；重复比较计算出的催化转换器的焓与存储器中保存的实现催化起燃所需的预定焓阈值；以及计算经过催化转换器的累积质量流量。

在本发明的另一方面，该方法包括：计算经过催化转换器的累积质量流量；并且判定a)催化转换器的焓是否大于预定焓阈值，以及b)累积质量流量是否小于预定累积质量流量阈值。

在本发明的另一方面，该方法包括：请求扭矩储备，增加排气温度；以及计算和整合扭矩储备。

根据本文提供的说明书，其他适用领域将变得显而易见。应当理解的是，说明书和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

在此描述的附图仅用于说明的目的，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据本发明的一个方面的、用于实现冷启动减排策略的车辆动力系统和电气系统的示意图；

图2是使用排气焓和累积排气质量流量阈值诊断催化剂起燃的催化转换器预热模式的流程图；

图3是使用扭矩储备作为催化剂起燃出口策略的催化转换器预热模式的流程图；和

图4是使用排气焓作为催化剂起燃出口策略的催化转换器预热模式的流程图。

具体实施方式

以下对一个方面的描述本质上仅是示例性的，并且决不旨在限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记来标识类似的元件。如本文所使用的，“启用”是指使用所有发动机气缸的操作。“停用”是指使用少于发动机的所有气缸(一个或多个气缸未启用)的操作。如这里所使用的，术语“处理器”指的是专用集成电路(asic)、电子电路、模块(共享、专用或组)和存储器，一起执行一个或多个软件或固件程序、组合逻辑电路，或提供所述功能的其他合适的组件。

现在参考图1，车辆10可以是任何类型的机动车辆，包括内燃发动机车辆和混合动力车辆，并且包括驱动变速器14的发动机12。变速器14是由发动机12通过相应的变矩器或离合器16驱动的自动或手动变速器。空气通过节气门18流入发动机12。发动机12包括n个气缸20。在发动机操作期间，选择性地停用一个或多个气缸20。尽管图1示出了八个气缸(n＝8)，但应当理解的是，发动机12可以包括额外或更少的气缸20。例如，可以考虑具有4、5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。空气通过进气歧管22流入发动机12，并与气缸20中的燃料燃烧。

根据若干方面，如果车辆10是混合动力车辆，则车辆10进一步包括电机24和电池26。电机24可在电动机模式和发电机模式中的每一种模式下操作。在电动机模式中，电机24由电池26供电，并驱动变速器14。在发电机模式中，电机24由变速器14驱动，并产生给电池26充电的电能。显然，除了电机24之外，电池26还可以为其他车辆附件供电。

控制器28与发动机12和电机24通信，并且从排气参数测量装置(诸如本文所述的传感器)接收各种输入。车辆操作者操纵加速器踏板30，调节节气门18。更具体地，踏板位置传感器32产生传递到控制器28的踏板位置信号。控制器28基于踏板位置信号产生节气门控制信号。节气门致动器(未示出)基于节气门控制信号调节节气门18，以调节进入发动机12的空气流量。

车辆操作者还操纵制动踏板34，调节车辆制动。当制动踏板34被致动时，制动位置传感器36产生传送到控制器28的制动踏板位置信号。控制器28基于制动踏板位置信号，产生制动控制信号。制动系统(未示出)基于制动控制信号，调节车辆制动，进而调节车速。除了踏板位置传感器32和制动位置传感器36之外，发动机速度传感器38还基于发动机速度产生信号。进气歧管绝对压力(map)传感器40基于进气歧管22的压力产生信号。节气门位置传感器(tps)42基于节气门位置产生信号。质量空气流量传感器(maf)44基于进入节气门18的空气流量产生信号。

当可以使用由少于所有气缸20产生的扭矩来满足车辆负载要求时，控制器28将发动机12转换到停用模式。在示例性实施例中，停用n/2个气缸20，尽管可以停用一个或多个气缸20。在停用选择的气缸20时，控制器28通过调节节气门18的位置来增加其余气缸20的动力输出。基于map、maf、rpm和其他输入，确定发动机负载。例如，如果发动机真空高于给定rpm的阈值水平，则发动机负载可以由少于所有气缸提供，并且以停用模式操作发动机12。如果真空低于给定rpm的第二阈值水平，则发动机负载不能通过少于所有气缸提供，并且以激活模式操作发动机12。

控制器28提供发动机速度控制，通过进气空气/燃料和火花正时控制，适配发动机输出扭矩，维持目标发动机速度。控制器28通过线路46向点火控制器48提供电子火花正时(est)信号输出。点火控制器48响应est信号，以便向火花塞50提供驱动信号的定时输出，用于燃烧发动机气缸20中的燃料充量。est信号还可以在宽正时范围内提供火花正时信号。通常，期望火花正时发生在活塞上死点之前，并且随着发动机速度的增加，通常进一步提前火花正时。

本领域技术人员还知道将火花正时延迟到上死点之后。例如可以延迟火花正时，以便快速地限制发动机输出扭矩，或者在发动机冷启动期间增加排气温度，实质上为了加热而交换发动机输出扭矩。通过至少一个催化转换器52排出来自发动机12的废气，催化转换器具有催化剂54，在最佳地进行氧化反应和还原反应之前，催化剂54需要达到预定温度(限定“催化剂起燃”)。在发动机冷启动期间可以延迟火花正时，更快地增加排气温度，并且因此尽可能快地提升催化剂54的温度，从而更快地达到燃料排放标准。限定催化剂起燃的预定温度和既限定总焓值、也限定催化剂起燃的条件可以保存在控制器28的存储器59中。

作为在发动机冷起动期间提升催化剂54的温度的另一种方法，可以执行“升高的怠速”，其中控制器28发信号通知临时增加的发动机怠速高于正常发动机怠速。升高的怠速可以在发动机起动后持续大约10至40秒的时间段。设定目标用于在升高的怠速运转期间控制发动机每分钟转数和火花正时或延迟。

在某些操作时间期间，不可以在整个时段执行升高的怠速。例如，如果车辆使用由电池26提供动力的电机24加速来驱动变速器14，但是没有足够的扭矩来满足扭矩需求，则在催化剂54能够达到用于催化剂起燃的最小所需温度之前，可能需要起动发动机和输出扭矩。在这种情况下，期望在发动机每分钟转数上升以满足扭矩需求的同时，继续达到排放标准。为了确定诸如升高的怠速之类的操作如何影响催化剂起燃，可以使用一个或多个排气温度传感器56，其可以位于催化转换器52的上游或下游，或者上游和下游。还可以提供质量燃料流量传感器58。

参考图2并且再次参考图1，根据若干方面，在包括瞬态发动机速度和瞬态发动机负载的条件期间的排气焓在诊断方法中被用作输入，限定用于控制发动机冷起动减排模式的参数。确定排气焓以便识别何时发生催化起燃，为在规定的稳态发动机操作条件期间(例如在没有稳态操作条件的升高的怠速期间)，确定排气测量偏差提供了替代方法。可以通过使用例如排气温度传感器56的催化转换器输入或输出温度来确定排气焓。继续参考图1，一个或多个温度传感器具有作为示例示出的单个排气温度传感器56，位于用于识别排气温度的催化转换器52的上游。附加的温度传感器(未示出)可以位于每个催化转换器52的下游。

还可以通过输入到催化转换器52的能量的总和来确定排气焓。在该方法中，使用参考图1所述的传感器的输出，例如温度传感器56、质量空气流量传感器(maf)44和质量燃料流量传感器58，来计算作为输入到催化转换器52的总能量的排气焓。

根据若干方面，在焓总和算法60中，排气温度62、质量空气流量64、质量燃料流量66，以及催化转换器预热模式状态68各自输入到计算框70。在计算框70中，首先识别催化转换器预热模式状态是否为“真”72，如果为“真”72，则识别催化转换器的温度低于催化起燃所需的温度，例如催化转换器52处于环境温度。如果催化转换器预热模式状态为“真”72，则计算排气焓74，并且还计算对于排气焓74经过催化转换器52的累积质量流量76。这些值可以各自集成，用于确定是否已经实现催化转换器起燃的能量和温度条件。

可以使用以下积分方程(1)和(2)来计算在计算框70中确定的排气焓74：

方程(1)：

方程(2)：

其中q流入是流入催化转换器52的累积能量流量，并且m流入是经过催化转换器52的累积质量流量。作为诊断工具，在以下比较框78中，确定a)所计算的排气焓74是否大于预定焓阈值，以及b)累积质量流量76是否小于预定累积质量流量阈值。如果(a)项和(b)项的比较框78的输出82为正，则生成诊断合格信号84。如果比较框78的输出86为负，则在累积框88中确定累积质量流量76是否小于预定质量流量阈值。如果累积框88的输出92为负，则产生诊断失败信号94。

如果累积框88的输出96为正，则在确定框98中，确定催化转换器预热模式状态68是否为“假”100，并且累积质量流量76是否大于预定最小阈值102。如果确定框98的输出104为负，则程序返回到计算框70。如果确定框98的输出106为正，则诊断测试被认为是不确定的，并且产生诊断测试不确定信号108。测量进入催化转换器52的焓，直到达到预定的能量水平，以便假定实现催化转换器的起燃。诊断比较能量和质量流量。当能量流量大于质量流量时，可能发生催化起燃并且识别诊断合格。如果质量流量大于能量流量，则诊断失败并重复。诊断不依赖于时间，并且除非识别出限定不确定结果的“故障待决”状态，否则继续进行诊断。例如当起动发动机时，可能导致不确定的结果，但在已经达到足以实现催化起燃的时间段之前关闭发动机。

参考图3并且再次参考图1和图2，根据其他方面，一种用于确定排气焓的方法，将扭矩储备集成为用于来自催化剂预热模式退出策略的参数。将扭矩储备定义为曲轴扭矩潜在值。由于在发动机冷起动模式期间延迟的火花正时延迟燃烧，并且因此在扭矩的潜在值和实际传递扭矩之间产生差异，因此可以获得扭矩储备。扭矩储备值随着时间集成，并且当达到基于排气流累积值的阈值时，扭矩储备值用作基础，推断是否已经达到必要的增加的排气焓以实现催化起燃。

根据扭矩储备焓集成算法110，在确定框114确定催化转换器预热模式状态112。如果确定框114的输出116为正，指示启用催化转换器预热模式，则在请求步骤118中，做出扭矩储备请求，以便增加排气温度。在扭矩储备请求118之后，在计算框120中，计算和集成扭矩储备。将计算框120的结果作为第一变量输入到比较模框122中。从第二计算框124获得限定实现催化剂起燃所需的能量阈值的第二变量，并将其输入到比较框122中。如上所述，将实现用作第二变量的催化剂起燃所需的能量阈值集成为废气流累积值。在比较框122中，将限定实现催化剂起燃所需的能量阈值的第二变量与从计算框120获得的第一变量进行比较，以确定第二变量是否大于第一变量。如果比较框122的输出126为负，则可用的扭矩储备足以满足催化剂起燃所需的能量阈值，并且算法返回并重复请求步骤118。

如果比较框122的输出128为正，则可用扭矩储备不足以满足催化器起燃所需的能量阈值。算法提供从比较框122接收输出128的响应门130。另外，如果确定框114的输出为负，指示催化转换器预热模式未被启用，则来自确定框114的负响应也被转发到响应门130。由负响应门130接收的任何响应导致出现标志132，指示不应该请求扭矩储备，并且算法在步骤134结束。

参考图4并且再次参考图1至图3，根据其他方面，一种用于确定排气焓的方法，将累积排气焓集成为用于催化剂预热模式退出策略的参数。应用如上限定的扭矩储备增加排气温度。进入催化剂的排气焓值随时间集成，并且在达到阈值时，用于催化剂起燃的热能阈值用作判断是否已经达到必要的增加的排气焓以实现催化起燃的基础。

根据催化器排气焓集成算法136，在确定框140确定催化器预热模式状态138。如果判定框140的输出142为正，则指示启用催化转换器预热模式，在请求步骤144中，做出扭矩储备请求以增加排气温度。在请求扭矩储备144之后，在计算框146中，计算并集成进入催化剂54的排气焓。将来自计算框146的结果作为第一变量输入到比较框148中。从第二计算框150获得限定实现催化剂起燃所需的能量阈值的第二变量，并将其输入到比较框148中。如上所述，将实现用作第二变量的催化剂起燃所需的能量阈值集成为废气流累积值。在比较框148中，将限定实现催化剂起燃所需的能量阈值的第二变量与从计算框146获得的第一变量进行比较，以确定第二变量是否大于第一变量。如果比较框148的输出152为负，则可用的排气焓足以满足催化剂起燃所需的能量阈值，并且算法返回并重复请求步骤144。

如果比较框148的输出154为正，则可用的排气焓不足以满足催化器起燃所需的能量阈值。该算法提供从比较框148接收输出154的响应门156。另外，如果确定框140的输出为负，则指示催化转换器预热模式未被启用，来自确定框140的负响应也被转发到响应门156。由负响应门156接收的任何响应导致出现标志158，指示不应该请求扭矩储备，并且算法在步骤160结束。

一种系统和方法，为在包括本发明的瞬态发动机速度和瞬态发动机负载的条件期间确定排气焓提供了若干优点。这些包括使用排气焓作为诊断方法的输入，而不是使用与规定的稳定发动机操作条件的测量偏差。本方法还提供了用于转换器预热的通用策略，以及在非怠速操作期间诊断冷启动排放策略的能力。本方法基于能量，并且可以在稳态和瞬态发动机速度和负载条件下使用。该策略使用排气焓，其考虑到进入催化剂的总热能，并且用作维护参数，因此可以在所有驾驶条件下应用。根据若干方面，本方法提供两种退出策略，包括与增加排气温度以实现催化剂起燃所需的扭矩储备量相关的第一策略，以及与进入催化剂的总排气焓相关、以实现催化剂起燃的第二策略。

本发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且不背离本发明要旨的变化旨在落入本发明的范围内。不应将这些变化视为脱离本发明的精神和范围。