CN101245742A - 用于冷起动减排放控制策略的车载诊断的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的诊断冷起动排放控制系统，包括具有计算发动机输出能量模块、发动机输出能量残差模块和诊断系统估计模块的控制模块。所述计算发动机输出能量模块与所述发动机输出能量残差模块通信，并构造成基于运行的发动机扭矩确定运行的发动机输出能量流。所述发动机输出能量残差模块与所述诊断系统估计模块通信，并构造成基于所述确定的发动机输出能量流和预期发动机输出能量流确定发动机输出能量残差。所述诊断系统估计模块构造成确定所述确定的发动机输出能量残差与表示正常冷起动排放控制的预定值是否符合。

Description

用于冷起动减排放控制策略的车载诊断的方法

技术领域

本发明涉及车辆发动机控制系统，尤其涉及用于监测冷起动减排放控制系统的诊断系统。

背景技术

这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并不构成现有技术。

催化转化器降低使用内燃机的车辆中的废气排放。三元催化转化器包括具有催化剂材料涂层的基底，其中催化剂激发废气中碳氢化物和一氧化碳的氧化，和废气中氮氧化物的还原。当催化剂的温度高于最低水平，并且当空气/燃料比为化学计量比时，催化剂运行最佳。化学计量比定义为理想空气/燃料比，其对于汽油为14.7比1。

希望最优化发动机中的空气/燃料比，以获得性能以及排放控制。因为催化剂在起动时未达到暖机操作温度，所以排放控制愈加困难。具有几种影响冷起动排放的因素，但它们可总结为两种。第一种为发动机输出排放，第二种为催化剂效率。发动机输出排放主要依赖于发动机基本设计、制造和发动机控制系统的功能。对于所设计的给定转化器催化剂效率直接与转化器温度相关。

一种在发动机冷起动时加速催化转化器预热或缩短其熄灯时间的方法是产生高的发动机输出能量。该能量主要依赖于废气温度和质量流率，而废气比热变化并不大。延迟点火正时和提高发动机怠速速度是降低冷起动排放的公知发动机控制方法。车载诊断第2版(on-boarddiagnostics version 2)(OBDII)条例规定需要监测冷起动减排放控制策略，获得降低排放或催化剂熄灯时间所必需的目标条件，并且排放不超过适用FTP(联邦测试程序)标准的1.5倍。

发明内容

因此，一种用于内燃机的诊断冷起动排放控制系统，包括具有计算发动机输出能量模块、发动机输出能量残差模块和诊断系统估计模块的控制模块。所述计算发动机输出能量模块与所述发动机输出能量残差模块通信，并构造成基于运行的发动机扭矩确定运行的发动机输出能量流。所述发动机输出能量残差模块与所述诊断系统估计模块通信，并构造成基于所述确定的发动机输出能量流和预期发动机输出能量流确定发动机输出能量残差。所述诊断系统估计模块构造成确定所述确定的发动机输出能量残差与表示正常冷起动排放控制的预定值是否符合。

根据下文中所提供的详细描述，本发明适用性的其它方面也是显而易见的。应当理解，尽管示出了本发明的优选实施例，但是其详细描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。

附图说明

本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围。

图1为根据本公开的车辆的示意图；

图2为图1中所示控制模块的控制框图；

图3为示出估计根据本发明的冷起动排放诊断系统的步骤的流程图；

图4为示出图3的测试可用条件估计的流程图；

图5为示出图3的系统质量计算的流程图；

图6为示出图3的实际能量输出计算的流程图；

图7为示出图3的设计发动机输出能量计算的流程图；

图8为示出图3的加权的能量残差计算的流程图；以及

图9为示出图3的测试结果的产生的流程图。

具体实施方式

实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为简便起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，术语模块指的是专用集成电路(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、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。

参考图1，示意性地示出了典型的车辆10。车辆10可包括与进气系统14、排气系统16、燃料系统18和点火系统20连通的发动机12。进气系统14可包括进气歧管22和节气门24。节气门24可控制进入发动机12的空气流。燃料系统18可控制进入发动机12的燃料流，点火系统20可点燃通过进气系统14和燃料系统18提供给发动机12的空气/燃料混合物。空气/燃料混合物燃烧产生的废气可通过排气系统16排出发动机12。排气系统16可包括与催化转化器28连通的排气歧管26。催化转化器28从排气歧管26接收废气，并可降低废气的排放水平。

车辆10还可包括与燃料系统18和点火系统20通信的控制模块30。控制模块30还可与质量空气流量(MAF)传感器32、节气门位置传感器(TSP)34、歧管空气压力(MAP)传感器36、发动机速度传感器38、发动机冷却液温度传感器40、第一氧气传感器42、第二氧气传感器44和车速传感器46通信。

MAF传感器32向控制模块30提供表示进入发动机12的空气流率的信号。TPS 34向控制模块30提供表示节气门24的位置的信号。MAP传感器36向控制模块30提供表示进气歧管22内空气压力的信号。发动机速度传感器38向控制模块30提供发动机速度信息，冷却液温度传感器40提供冷却液温度。位于催化传感器28上游和下游的第一和第二氧气传感器42、44提供废气流中氧气浓度水平的信号。车速传感器46向控制模块30提供车速。

控制模块30可包括用于监测冷起动排放控制系统的诊断冷起动排放控制系统，如下所述。控制模块30可包括图2中所示形成诊断控制系统的一系列模块。更具体地，控制模块30可包括计算发动机输出能量模块48、设计发动机输出能量模块50、发动机输出能量残差模块52、质量测量模块54和诊断系统估计模块56。

发动机输出能量

流可通常由下面的公式表示：

$\stackrel{\·}{E}=[f1\left(\mathrm{rpm}\right)*f2\left(\mathrm{engineTorque}\right)]*\left[f3\left(\mathrm{ti}\min g\right)\right]=[g/s]*[J/g]=J/s$

其中f1(rpm)表示发动机速度的函数，f2(engine Torque)表示发动机扭矩的函数，f3(timing)表示发动机点火正时的函数。发动机速度函数和发动机扭矩函数可用于计算单位为克(g)每秒(s)的发动机输出质量空气量流率。点火正时函数可用于计算单位为焦耳(J)每克(g)的废气的热能势。发动机废气的质量空气量流率与发动机废气的热能势的乘积可用于确定单位为焦耳(J)每秒(s)的能量流率。

计算发动机输出能量模块48基于上述函数，使用测量的怠速速度、计算的基于发动机传输空气的扭矩和实际指令的点火正时计算发动机输出能量流率。通过扭矩模型，可估计在当前每个气缸的空气、不受控点火提前和摩擦扭矩状况下的基于发动机传输空气的扭矩。设计的发动机输出能量模块50基于上述函数计算发动机输出能量流率，其大体类似于计算发动机输出能量模块48，但是使用设计的发动机运行参数替代实际发动机运行参数。更具体地，设计发动机输出能量模块50基于设计的发动机怠速速度、设计的指令点火正时和设计基于发动机空气的扭矩值计算预期(或设计的)发动机输出能量流率。

发动机输出能量残差模块52基于由计算发动机输出能量模块48提供的计算的发动机输出能量与由设计发动机输出能量模块50提供的设计的发动机输出能量之间的差计算发动机输出能量残差。然后，可通过系统质量测量模块54加权发动机输出能量残差。通常，系统质量测量模块54对于由发动机输出能量残差模块52提供的每个发动机输出能量残差确定0与1之间的系统质量权重(quality weight)。系统质量测量模块54估计车辆10的运行状况，并校验该状况是否处于可接受的范围内。所述运行状况可包括，但不限于，车速、节气门位置和发动机运行时间。车速和节气门位置可用于确定发动机12是否运行于怠速或轻载或者接近稳定状态状况。发动机运行时间可用于保证有力的系统质量检测，可靠地估计所述运行状况。

当起动状况(例如，冷起动)期间需要时，可通过系统质量测量模块54估计发动机运行参数，并确定所述参数是否处于可接受的范围内。例如，车速可接受的范围可为0至1英里每小时。节气门位置可接受的范围可包括有效发动机怠速所需的关闭节气门位置。可接受的发动机运行时间可包括对应于与冷起动发动机控制状况相符的时间帧的发动机运行时间。典型的发动机运行时间通常范围为从0至60秒。上面列举的发动机运行参数实例仅仅是示意性的，应当理解，通过系统质量测量模块54可估计更多或更少数量的参数。

系统质量测量模块54基于上述发动机运行参数确定对应于各发动机输出能量残差的0与1之间的系统质量权重。为1的系统质量权重可以分配给很好满足可接受范围限制的运行状况，为0的权重可以分配给不在可接受范围限制内的运行状况。可依据运行参数在可接受范围极限内的位置分配在0与1之间的系统质量权重。一旦分配系统质量权重，就可通过诊断系统估计模块56确定系统质量权重与发动机输出能量残差的乘积，获得加权的发动机输出能量残差值。控制模块30可以预定时间步长重复确定发动机输出能量残差值，并基于一段时间间隔的系统质量权重的和计算加权发动机输出残差值的和的平均值，并可以确定是否恰当地操作了冷起动诊断系统，如下所述。只有在预定发动机运行时间段内，系统质量权重的和超过预定值时做出所述确定。

图3示出了总地标记为100的诊断冷起动排放控制系统控制逻辑。控制逻辑100可在一段预定时间周期上在一系列时间间隔处运行一个循环。控制逻辑100可从在确定块102估计是否检测到任何适用的有效诊断故障开始。所述适用的有效故障为那些防止诊断系统100进行正确或有力检测的故障。所述适用的有效故障可包括，但不限于，MAF传感器故障、进气合理性故障、TPS故障、怠速速度控制故障、燃料喷射故障、点火线圈故障和发动机熄火故障。应当理解，还可想到其它故障信号。如果检测到任何有效诊断故障，控制可再次返回到确定块102。

如果未检测到适用的有效诊断故障，那么控制逻辑100就进行到控制块104，在这里估计测试允许条件，如下所述。然后，控制逻辑100进行到确定块106，在这里估计是否符合测试允许条件。如果不符合测试允许条件，那么控制逻辑100就返回到确定块102。如果符合测试允许条件，那么控制逻辑100就进行到控制块108，在这里计算系统质量，如下所述。然后，控制逻辑100进行到控制块110，在这里累积系统质量权重。系统质量权重的累积可包括确定指定给各种运行状况的系统质量权重的和，如上所述。控制块110可计算和存储上述一段预定时间周期上系统质量权重的移动总和。

然后，控制逻辑可进行到控制块112，在这里计算实际发动机输出能量，如下所述。然后，控制逻辑100可进行到控制块114，在这里计算设计的发动机输出能量，如下所述。在计算了实际发动机输出能量和设计的发动机输出能量之后，控制逻辑100可进行到控制块116，在这里计算能量残差。一旦确定了能量残差，它们就可与系统质量权重一起用来计算加权能量残差，如控制块118所示和下面所述。然后可在控制块120累积所述加权能量残差。加权能量残差的累积可包括确定加权能量残差的和。控制块120可计算和存储在上述一段预定时间周期之上的加权能量残差的移动总和。然后，控制逻辑100可进行到控制块122，在这里产生冷起动诊断系统的测试结果。然后终止控制逻辑100。

再参考图4，更加详细地示出了控制块104。如上所述，控制块104估计测试允许条件。控制块104的控制逻辑可从估计冷起动排放控制策略的状态的确定块124开始。冷起动排放控制策略可包括冷起动怠速速度控制或冷起动点火控制。如果发现冷起动排放控制策略无效，那么控制就进行到设定测试不可用标记的控制块126。然后控制返回到控制逻辑100，进行到确定块106(如图3中所示)，如上所述。如果发现冷起动排放控制策略有效，那么控制进行到估计发动机怠速条件的确定块108。如果不符合发动机怠速条件，那么控制再次进行到设定测试不可用标记的控制块126。然后控制可返回并进行到控制逻辑100的确定块106。如果符合发动机怠速条件，那么控制进行到确定块130。确定块130估计发动机运行时间处于校准值内。发动机运行时间校准值可表示冷起动条件的时间上限特性。如果发动机运行时间大于或等于校准运行时间，那么控制进行到设定测试不可用标记的控制块126。然后，控制返回并进行到控制逻辑100的确定块106。如果发动机运行时间小于校准值，那么控制进行到设定测试可用标记的控制块132。然后控制返回并进行到控制逻辑100的确定块106。

参考图5，更加详细地示出了控制块108。如上所述，控制块108计算上述发动机运行参数的系统质量。控制块108的控制逻辑可从基于节气门位置计算质量权重的控制块134开始。可通过TPS 34或车辆加速踏板位置的函数确定节气门位置。然后，在控制块136基于车速计算额外质量权重。车速可由车速传感器46提供。然后在控制步骤138计算基于发动机运行时间的质量权重。所述发动机运行时间可大体对应于上述时间间隔。然后控制块108可基于在控制块140的发动机12控制模式计算质量权重。然后在控制块142基于发动机燃烧状况计算质量权重。然后，控制块144确定所有质量权重的乘积。然后控制返回并进行到控制块110(见图3)。

图6更加详细地示出了控制块112。如上所述，控制块112计算实际发动机输出能量。控制块112的控制逻辑从计算上述质量空气流率的控制块146开始。所述质量空气流率可通过将发动机速度(RPM)的函数乘以基于发动机空气的扭矩的函数来确定。发动机速度可为测量的发动机速度，基于发动机空气的扭矩可为基于输送的发动机空气的扭矩。然后，控制块148基于指令的发动机正时计算热能势。然后，在控制块150将控制块146计算的质量空气流率与控制块148计算的热能势相乘，以确定实际发动机输出能量。然后控制返回并进行到控制块114(见图3)。

参考图7，更加详细地示出了控制块114。如上所述，控制块114计算设计的发动机输出能量。控制块114的逻辑从基于设计的发动机速度(RPM)和设计的基于发动机空气的扭矩计算设计的质量空气流率的控制块152开始。设计的发动机速度和设计的基于发动机空气的扭矩可为对应于理论冷起动条件的发动机速度和基于空气的扭矩。然后控制块154可基于设计的发动机正时计算热能势。设计的参数可为对应基于发动机12设计的冷起动状况下所需值的参数。然后，在控制块156将控制块152计算的质量空气流率和控制块154计算的热能势相乘，以确定设计的发动机输出能量。然后控制返回并进行到控制块116(见图3)。

图8更加详细地示出了控制块118。如上所述，控制块118计算加权能量残差。控制块118的控制逻辑从控制块158开始，这里，将在控制块116计算的能量残差与在控制块108计算的系统质量权重相乘，以计算加权能量残差。然后控制返回并进行到控制块120(见图3)。

参考图9，更加详细地示控制块122。如上所述，控制块122产生测试结果。更具体地，控制块122的控制逻辑在估计来自控制块110的累积系统质量权重的确定块160开始。如果累积的系统质量权重未超过预定阈值，那么不产生测试结果或诊断决定，控制返回。如果累积的系统质量权重超过预定阈值，那么控制进行到块162，在这里将加权能量残差平均。更具体地，将来自控制块120的累积加权能量残差除以来自控制块110的累积系统质量权重，以确定平均能量残差。然后，将平均能量残差通过滤波器，例如，指数加权移动平均(EMWA)滤波器，如控制块164所示。然后在确定块166将滤波的平均能量残差与诊断阈值相比较。如果诊断阈值满足，那么系统功能正常，并在控制块168产生通过信号。如果诊断阈值不满足，那么系统功能不正常，在控制块170产生故障信号。然后控制返回并结束控制逻辑100(见图3)。

本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。

Claims (20)

1.一种校验内燃机的冷起动排放控制的方法，包括：

确定运行的发动机扭矩；

基于确定的发动机扭矩确定实际能量流；

基于所述实际能量流和预期能量流确定能量流残差；

将确定的能量流残差与表示正常冷起动排放控制的预定值进行比较；以及

基于所述比较产生信号。

2.如权利要求1所述的方法，还包括测量发动机速度和确定指令点火正时，其中确定的发动机扭矩为与测量的发动机速度和确定的点火正时相关联的运行的发动机扭矩。

3.如权利要求1所述的方法，还包括基于运行状况给确定的能量流残差分配系统质量权重。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述确定能量流残差包括确定在预定时间周期上的一系列能量流残差，每个确定的能量流残差都基于与其相关的运行状况分配质量权重。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述分配包括基于确定的能量流残差和其对应的质量权重的乘积来确定一系列加权的能量流残差。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述确定能量流残差包括基于对所述一系列加权能量流残差求和及对相应的质量权重求和来确定平均加权能量流残差，所述平均加权能量流残差通过将所述一系列加权能量流残差的和除以所述相应的质量权重的和来确定。

7.如权利要求1所述的方法，还包括确定预期发动机扭矩和基于所述预期发动机扭矩确定预期能量流。

8.如权利要求7所述的方法，还包括确定预期发动机速度和预期指令点火正时，其中所述预期发动机扭矩、预期发动机速度和预期点火正时为与冷起动条件相关联的设计参数。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述预期发动机扭矩用于确定预期发动机质量空气流率。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述确定的发动机扭矩用于计算运行的质量空气流率。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述确定能量流残差包括确定所述实际能量流与所述预期能量流之间的差。

12.一种校验内燃机中冷起动排放控制的方法，包括：

测量运行的发动机速度；

确定发动机的指令点火正时；

确定运行的发动机扭矩；

基于测量的发动机速度、指令点火正时和运行的发动机扭矩来确定实际能量流；

基于所述实际能量流和预期能量流确定能量流残差；

基于预定的运行条件给所述能量流残差分配系统质量权重；

基于所述分配确定加权能量流残差；

在预定时间上累积多个系统质量权重；

在所述预定时间上累积对应于累积的系统质量权重的多个加权能量流残差；

基于所述累积的加权能量流残差和所述累积的系统质量权重来确定平均发动机输出能量流残差；

将确定的平均发动机输出能量流残差与表示正常冷起动排放控制的预定值进行比较；以及

基于所述比较产生信号。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述确定能量流残差包括确定所述实际能量流与所述预期能量流之间的差。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述确定平均发动机输出能量流残差包括将所述累积的加权能量流残差除以所述累积的系统质量权重。

15.如权利要求12所述的方法，还包括确定预期发动机扭矩和基于所述预期发动机扭矩确定所述预期能量流。

16.如权利要求12所述的方法，其中所述确定的发动机扭矩用于计算运行的质量空气流率。

17.一种控制模块，包括：

计算发动机输出能量模块，其构造成基于运行的发动机扭矩确定运行的发动机输出能量流；

发动机输出能量残差模块，其与所述计算发动机输出能量模块通信，并构造成基于所述确定的发动机输出能量流和预期发动机输出能量流确定发动机输出能量残差；以及

诊断系统估计模块，其与所述发动机输出能量残差模块通信，并构造成确定所述确定的发动机输出能量残差与表示正常冷起动排放控制的预定值是否符合。

18.如权利要求17所述控制模块，其中所述计算发动机输出能量模块构造成测量运行的发动机速度，并且确定指令点火正时，以确定所述运行的发动机输出能量流。

19.如权利要求17所述的控制模块，还包括质量测量模块，其构造成基于车辆运行参数确定系统质量权重，并给所述确定的发动机输出能量残差分配所述系统质量权重。

20.如权利要求17所述的控制模块，还包括设计发动机输出能量模块，其与所述发动机输出能量残差模块通信，并构造成确定所述预期发动机输出能量流。

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