CN101676541A - 用于协同转矩控制系统的冷起动减排策略 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于协同转矩控制系统的冷起动减排策略。一种用于内燃机的冷起动控制系统包括热量估计模块、转矩请求模块和推进转矩确定模块。热量估计模块确定排气系统温度，并估计将排气系统加热到预定温度所需的热量。转矩请求模块基于估计的热量产生转矩请求。推进转矩确定模块基于转矩请求确定所需的发动机转矩。

Description

用于协同转矩控制系统的冷起动减排策略

技术领域

本发明涉及内燃机，且更具体地涉及降低冷起动排放的用于内燃机的冷起动控制系统。

发明背景

这里提供的背景描述用于总体上介绍本发明的背景的目的。当前所署名发明人的工作(在本背景技术部分中所描述的程度上)和本描述中不足以作为申请时的现有技术的各方面，既非明示地也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。

催化转化器可以用来减少排放。一般地，催化转化器在高温时更有效。例如，“起燃温度”是一氧化碳(CO)、未燃的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NO_X)的转化达到50％效率的点。为了更迅速地提高催化转化器的温度，在发动机冷起动期间可以延迟点火正时以对废气产生更多的热量。通常通过将点火时刻从发动机输出所需转矩的点变动来实现点火正时延迟。由于点火时刻变动，发动机可能不会输出所需的发动机转矩。

发明内容

因而，一种用于内燃机的冷起动控制系统包括热量估计模块、转矩请求模块和推进转矩确定模块。热量估计模块确定排气系统温度，并估计为获得排气系统预定温度所需的热量。转矩请求模块基于估计的热量产生转矩请求。推进转矩确定模块基于转矩请求确定所需的发动机转矩。

在其他特征中，排气系统温度可以是催化转化器床温度，预定温度可以是起燃温度。

一种在发动机冷起动期间控制发动机的方法包括确定排气系统温度、估计为获得排气系统预定温度所需的热量、基于估计的热量产生转矩请求和基于转矩请求确定所需的发动机转矩。

根据这里提供的描述，应用的其他领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体实施例仅仅为了说明的目的而非用来限制本发明的范围。

附图说明

这里描述的附图仅仅为了说明的目的而非用来以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据本发明的车辆动力系的框图；

图2是根据本发明的与加热控制模块通信的协同转矩控制模块的框图；

图3是根据本发明的包括加热控制模块的冷起动控制模块的框图；

图4是根据本发明的在发动机冷起动期间操作发动机的方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述实质上仅仅是示例性的，并且不是用来限制本发明、应用或使用。为了清楚目的，相同的附图标记将在附图中用来表示相似的元件。如在此使用的，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适部件。

根据本发明的冷起动控制模块包括加热控制模块，加热控制模块估计在发动机冷起动期间加热催化转化器所需的热量。估计的热量被转换成转矩值，加热控制模块基于转矩值产生转矩请求。推进转矩确定模块基于多个转矩请求确定所需的发动机转矩，所述多个转矩请求包括来自加热控制模块的转矩请求。

现在参考图1，车辆动力系20包括产生转矩的内燃机22。转矩量通过一个或多个致动器(未示出)建立，致动器根据来自动力系控制模块(PCM)26的指令控制到发动机22的燃料、点火、残余废气或排气再循环(EGR)、气缸发火的数量和空气流中的至少一个。发动机22可以是柴油机或汽油机。曲轴位置传感器28产生表示发动机22速度的信号。发动机22的排气穿过催化转化器30。发动机22的转矩能用于驱动附加载荷。空调压缩机29是附加载荷的一个例子。PCM26能利用压缩机离合器31以选择地将空调压缩机29与发动机转矩结合和从发动机转矩分离。附加载荷的其他例子包括交流发电机、动力转向泵、空气泵等。

动力系20还可以包括电动机32，电动机32根据来自PCM26的转矩指令34提供转矩。电动机32的转矩能与发动机22的转矩结合以提供动力系20的动力。尽管电动机32被示为与发动机22的转矩输出串联地结合，但应当理解，在本描述的范围内还能想到其他配置。例如，可以将电动机32实施为将转矩直接提供给车轮36而不通过变速器38的一个或多个电动机。

发动机22和电动机32的联合转矩被应用于变速器38。变速器38可以是根据来自PCM26的换档指令40切换档位的自动变速器。变速器38的输出轴结合到差速器42的输入。差速器42驱动车轴和车轮36。车轮转速传感器44产生表示它们的相应车轮36的旋转速度的信号。

PCM26包括冷起动控制模块50，冷起动控制模块50基于排气系统温度产生转矩请求。冷起动控制模块50可以包括与催化转化器30通信的加热控制模块52。当冷起动控制模块50确定出催化转化器30的温度低于阈值温度时，可以启动加热控制模块52。加热控制模块52与协同转矩控制模块54通信。

现在参考图2，协同转矩控制模块54可以包括车轴转矩确定模块62、推进转矩确定模块64和致动器控制模块66。加热控制模块52与推进转矩确定模块64通信。车轴转矩确定模块62基于发送到车轴转矩确定模块62的多个转矩请求确定所需希望的车轴转矩。推进转矩确定模块64基于所需的车轴转矩和发送到推进转矩确定模块64的多个转矩请求确定所需的推进转矩(或所需的发动机转矩)。致动器控制模块66控制多个致动器，并因此控制发动机22(和电动机34)的运行，以输出所需的推进转矩。

更具体地，车轴转矩确定模块62可以接收车轴层面的多个转矩请求，包括但不局限于，驾驶员转矩请求76、巡航控制78、牵引/拖曳控制80、车辆超速保护控制82、制动转矩管理84和减速燃料切断控制86。

驾驶员转矩请求76例如通过加速器踏板来产生。巡航控制78是第二组驾驶员输入并且可以通过加速器踏板对比驾驶员请求进行仲裁。牵引/拖曳控制80控制正/负车轮滑移。通过车轮转速的加速/减速控制车轮滑移。车辆超速保护控制82防止过高的车速。如果驾驶员踩下制动踏板，则制动转矩管理84限制推进系统使其不能克服制动。当所需的车轴转矩小于通过正常手段使燃烧转矩最小化所能实现的车轴转矩时，减速燃料切断控制86禁止燃烧转矩并促成完全的发动机转矩断开。

车轴转矩确定模块62对来自这些转矩请求器76、78、80、82、84、86的转矩请求进行求和，并确定所需的车轴转矩请求。与所需的车轴转矩相对应的信号作为多个推进转矩请求之一被发送给推进转矩确定模块64。

推进转矩确定模块64可以接收来自多个推进转矩请求器90-1、90-2、......90-N的多个推进转矩请求和来自车轴转矩确定模块62的所需的车轴转矩请求。当启动加热控制模块52时，推进转矩确定模块64还可以接收来自加热控制模块52的转矩请求。当排气系统低于阈值温度时，加热控制模块52可以被选择地启动以作出转矩请求。

当作出转矩请求时，某些转矩请求(不论是车轴转矩请求还是推进转矩请求)可以包括绝对转矩和储备转矩(△转矩)。绝对转矩用来实现所需的功能。转矩储备是超过当前运行条件下的所需发动机转矩输出的可用转矩量。转矩储备代表发动机的可变负荷。可变负荷可以迅速改变发动机转矩水平，但不会改变绝对发动机转矩。可以建立转矩储备以在发动机上不曾预料到的大转矩负荷的情况下，将发动机转速保持在预定最小转速之上。作出转矩储备请求的设备可以更迅速地响应转矩增加。

转矩储备可以是加和的储备或最小储备。加和的储备对于转矩增加响应是必需的，并因而必须被加和。最小储备不用于转矩增加响应。因而，作出最小储备请求的设备能使用用于所需功能的现有储备。

参考图3，冷起动控制模块50包括加热控制模块52。加热控制模块52包括热量估计模块103、热量/转矩转换模块104和转矩请求模块105。热量估计模块103估计排气系统的温度(例如，催化转化器床温度)，并估计加热催化转化器30所需的热量。应当注意，可以利用除催化转化器30之外的排气系统中的部件的温度估计加热排气系统所需的热量。热量/转矩转换模块104与热量估计模块103和转矩请求模块105通信，并将所估计的热量转换成转矩值。转矩请求模块105与推进转矩确定模块64通信并基于该转矩值产生推进转矩的转矩请求。

当催化转化器处于冷起动条件下时，可以启动加热控制模块52。例如，当废气、排气系统(即，催化转化器)的温度或发动机冷却剂温度低于阈值温度时，冷起动条件存在。阈值温度可以是等于或低于催化转化器的起燃温度的温度。起燃温度是排放的转化达到预定效率(例如，50％)的温度。当启动加热控制模块52时，热量估计模块103可以估计为达到用于排气系统和因此催化转化器30的预定温度(例如，起燃温度)所需的热量。然后，热量/转矩转换模块104将所估计的热量转换成转矩值。然后，转矩请求模块105基于该转矩值产生向推进转矩确定模块64的转矩请求。转矩请求可以是转矩储备请求，特别地呈最小储备的形式。

在推进转矩确定模块64确定了预计的推进转矩之后，来自加热控制模块52的转矩请求被加到预计的推进转矩以获得所需的推进转矩。来自加热控制模块52的转矩储备请求不会改变预计的绝对转矩。来自加热控制模块52的转矩储备请求仅仅影响点火时刻。为了补偿由于点火时刻延迟引起的转矩损失，可以增加空气流以获得所需的推进转矩输出。

返回参考图2，在推进转矩确定模块64确定了所需的推进转矩输出之后，可以将表示所需转矩输出的信号发送到致动器控制模块66。致动器控制模块66控制多个致动器以实现推进转矩输出。多个致动器可以包括、但不局限于节气门控制器106、点火控制器107、燃料控制器108、涡轮增压器109。致动器控制模块66确定最佳的节气门位置、点火时刻、燃料量、进气压力和电动机转矩以获得所需的转矩输出。可以通过控制这些致动器106、107、108、109改变节气门位置、点火时刻、燃料量和进气压力，来输出可变的发动机转矩和电动机转矩。

一般地，所需的转矩储备取决于发动机转速、预计的空气流、预计的推进转矩、车速、有效踏板位置、转化器温度和发动机运转时间。来自加热控制模块52的转矩储备请求可以被确定为预计的推进转矩和发动机转速的函数。可以基于发动机运转时间、冷却剂温度和催化转化器温度调节用来给催化转化器提供加热的储备转矩。用于冷起动加热的储备转矩可以增大/减小以防止转矩传送的显著阶跃变化。当冷起动条件不再存在时，加热控制模块52可以退出工作以停止将储备转矩请求发送给推进转矩确定模块64。例如当发动机运转达预定时间段时或当催化转化器的温度或发动机冷却剂温度达到预定温度时，冷起动条件不再存在。

参考图4，操作发动机的方法110在步骤112开始。当发动机冷却剂或催化转化器的温度低于阈值温度时，冷起动控制模块在步骤114中启动加热控制模块。在步骤116中，加热控制模块52的热量估计模块103估计将排气系统(特别地催化转化器)加热到预定温度所需的热量。所需的热量取决于发动机运行条件。然后在步骤118中，加热控制模块52的热量/转矩转换模块104将估计的热量转换成转矩值。然后在步骤120中，转矩请求模块105基于转矩值产生转矩请求。来自加热控制模块52的转矩请求呈转矩储备的形式。

接着，在步骤122中，推进转矩确定模块64基于除来自加热控制模块52的转矩储备请求之外的多个转矩请求确定预计的推进转矩。然后在步骤124中，推进转矩确定模块64将转矩储备请求加到预计的推进转矩以获得最终所需的转矩输出。然后在步骤126中，致动器控制模块66控制致动器输出所需转矩。在步骤128中，冷起动控制模块不断监视排气系统的温度以确定冷起动条件是否仍然存在。当冷起动条件不存在时，则在步骤130中，冷起动控制模块可以使加热控制模块退出工作。转矩储备下降回到零。方法110在步骤132结束。

本发明的冷起动控制模块允许将用于加热排气系统的估计热量转换成被包含在最终所需的发动机转矩中的转矩请求。致动器控制模块66可以基于最终所需的发动机转矩调节点火正时、燃料量和空气流量。照此，冷起动控制模块可以操作发动机转矩以获得所需的转矩输出和估计的热量而不会损害驾驶员的观测到的驾驶质量。

此外，根据本发明教导的冷起动控制模块允许容易地集成用于适当的功能需要发动机转矩的新硬件。由于在转矩域中仲裁需要发动机转矩的所有部件，所以能使转矩域和空气域之间的转变的误差最小化。

从上述说明本领域技术人员能懂得本发明的广泛教导能以各种各样的形式实施。因而，虽然本发明包括特定例子，但本发明的真实范围不应受此限制，因为基于对附图、说明书和所附权利要求的研究，其他变型对本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (15)

1.一种用于内燃机的冷起动控制系统，包括：

热量估计模块，其确定排气系统温度，并估计将排气系统加热到预定温度所需的热量；和

转矩请求模块，其基于所述估计的热量产生转矩请求；和

推进转矩确定模块，其基于所述转矩请求确定所需的发动机转矩。

2.如权利要求1所述的冷起动控制模块，还包括将所述估计的热量转换成转矩值的热量/转矩转换模块。

3.如权利要求2所述的冷起动控制模块，其中所述转矩请求模块基于所述转矩值产生转矩请求。

4.如权利要求3所述的冷起动控制模块，其中所述转矩请求与转矩储备相对应。

5.如权利要求4所述的冷起动控制模块，其中所述转矩储备是发动机转速和所需的发动机转矩的函数。

6.如权利要求2所述的冷起动控制模块，还包括加热控制模块，所述加热控制模块包括所述热量估计模块、所述热量/转矩转换模块和所述转矩请求模块。

7.如权利要求6所述的冷起动控制模块，其中当所述排气系统温度低于阈值温度时，所述加热控制模块启动。

8.如权利要求6所述的冷起动控制模块，其中在所述排气系统达到起燃温度之后，所述加热控制模块退出工作。

9.如权利要求6所述的冷起动控制模块，其中在发动机运转预定时间段之后，所述加热控制模块退出工作。

10.如权利要求6所述的冷起动控制模块，其中所述预定温度是起燃温度。

11.一种在发动机冷起动期间控制发动机的方法，包括：

确定排气系统温度；

估计将排气系统加热到预定温度所需的热量；

基于所述估计的热量产生转矩请求；和

基于所述转矩请求确定所需的发动机转矩。

12.如权利要求11所述的方法，还包括将所述估计的热量转换成转矩值。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述转矩请求与转矩储备相对应。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述转矩储备是所述所需的发动机转矩和发动机转速的函数。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述预定温度是起燃温度。

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