CN101680366A - 内燃机排气控制系统和内燃机排气控制系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

在被应用于由内燃机和电动机提供动力的混合动力车辆的内燃机排气控制系统的控制方法中，当确定需要执行所述内燃机的预热控制时，控制设置在排气控制催化剂下游的排气节气门以将其开度减小到目标开度。接下来，计算将流入内燃机中的排气的温度升高到目标排气温度所需的燃料的目标喷射量。然后，调节来自电动机的辅助扭矩，使得该辅助扭矩与在燃料喷射量已被设定为目标喷射量时来自内燃机的扭矩之和基本上等于所需扭矩。

Description

内燃机排气控制系统和内燃机排气控制系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机排气控制系统，该内燃机排气控制系统被应用于使用两种类型的动力源来运行的混合动力车辆，所述两种类型的动力源一个是内燃机，另一个是电动机。本发明还涉及一种控制这样的内燃机排气控制系统的方法。

背景技术

在被应用于使用两种类型的动力源(一个是内燃机，另一个是电动机)来运行的混合动力车辆的内燃机排气控制系统中，如果排气控制催化剂的催化剂温度低于催化剂活化温度，则排气净化效果降低。尤其是，在内燃机的冷起动期间，必须对排气控制催化剂进行预热使得它能够被快速活化。

如本专利申请特开No.2000-297669(JP-A-2000-297669)描述了一种技术：在被应用于混合动力车辆的内燃机排气控制系统中，当排气控制催化剂没有被活化时，通过增加发动机负荷以升高排气温度来使排气控制催化剂快速活化。还描述了控制发动机输出恒定扭矩以及通过控制电动机/发电机(M/G)发电来向发动机施加负荷的技术。

然而，虽然增大内燃机的输出加速了排气控制催化剂的活化，但是，它也可能导致大量污染物(例如未燃烧燃料)排放到大气中，直到排气控制催化剂被活化。而且，当电池充满电时发动机停止，从而有可能出现：内燃机可能在排气控制催化剂没被活化时开动，例如在突然加速期间。

发明内容

本发明提供了一种被应用于混合动力车辆的内燃机排气控制系统，该内燃机排气控制系统有效地执行排气控制催化剂的预热控制并在执行预热控制时抑制废气排放恶化。本发明还提供了一种控制这样的内燃机排气控制系统的方法。

本发明的第一方面涉及一种被应用于由内燃机和电动机提供动力的混合动力车辆的内燃机排气控制系统。该排气控制系统包括：排气控制催化剂，该排气控制催化剂设置在内燃机的排气通道中；第一催化剂预热装置，该第一催化剂预热装置通过增加内燃机中的燃料喷射量来预热排气控制催化剂；以及辅助量调节装置，该辅助量调节装置调节由电动机产生的辅助扭矩，使得辅助扭矩与在燃料喷射量已经增加之后的发动机扭矩之和基本上等于所需扭矩。

在该结构中，如果排气控制催化剂的催化剂温度低于催化剂活化温度，则废气排放可能恶化，因此执行排气控制催化剂的预热控制。在该第一方面，例如，当排气控制催化剂的催化剂温度等于或低于预定预热阈值温度时，可以执行对排气控制催化剂的预热控制。该预热阈值温度可以是例如等于排气控制催化剂的活化温度与预定余量之和的温度。如果催化剂温度等于或低于预热阈值温度，则对于从排气中去除污染物来说，排气控制催化剂变得更低效。

此外，预热控制还可以在催化剂温度低于催化剂活化温度时以及在内燃机冷起动期间执行。例如i)当发动机扭矩保持过低时，例如发动机在接近空转的低负荷下运行或者当以由于重复减速引起的低排气温度运行时，以及ii)当混合动力车辆仅使用由电动机产生的辅助扭矩运行时，催化剂温度可以低于催化剂活化温度。

在前述第一方面，内燃机排气控制系统还可以包括排气节气门，该排气节气门设置在排气控制催化剂下游并改变排气通道的截面积；以及第二催化剂预热装置，该第二催化剂预热装置通过减小排气节气门的开度来预热排气控制催化剂。

相应地，当执行预热控制时，第一催化剂预热装置增加内燃机中的燃料喷射量，而第二催化剂预热装置减小排气节气门的开度。在该情形中，当燃料喷射量增加时，从内燃机排出的排气的温度升高，从而流入排气控制催化剂中的排气的温度升高(以下，流入排气控制催化剂中的排气的温度还可以称为“流入排气温度”)。

而且，当控制排气节气门使得其开度减小时，内燃机中的背压增大因此内部EGR和负荷增大。结果，与背压低时相比，输出发动机扭矩所需的燃料喷射量增加。而且，排气节气门上游的排气通道内的压力增大，并且由于从内燃机排出的排气的温度升高，流入排气温度升高。在本说明书中，除非另外指明，否则“控制排气节气门使得其开度减小”意味着控制排气节气门以相对于不执行预热控制时的开度来减小其开度。

以此方式，根据第一方面，第一催化剂预热装置和第二催化剂预热装置彼此协作运行以将流入排气温度升高，使得排气控制催化剂的温度可以升高。即，由于由第二催化剂预热装置升高的流入排气温度的升高量，由第一催化剂预热装置增加的燃料喷射量的增加量减少了，从而可以减小排气量。相应地，由于喷射更少的燃料，所以当执行排气控制催化剂的预热控制时，从内燃机排出的污染物的量减小。

而且，控制排气节气门以充分减小其开度升高了流入排气温度，因此排气控制催化剂可以保持在高温、增压的环境中。相应地，可以在早期升高排气控制催化剂的温度。而且，通过在执行预热控制时使排出的排气量保持较低，能够抑制含有污染物的大量排气通过排气控制催化剂而没被净化。如上所述，前述第一方面抑制了当执行排气控制催化剂的预热控制时的废气排放恶化。

此外，当第一催化剂预热装置增加燃料喷射量时，从内燃机输出的发动机扭矩波动。因此，当执行预热控制时，调节辅助扭矩，使得辅助扭矩与在已经增加燃料喷射量之后的发动机扭矩之和基本上等于所需扭矩，该所需扭矩是驾驶员驾驶混合动力车辆所需的扭矩。相应地，可以满足驾驶员所需的扭矩同时抑制对驾驶性能的负面影响。

根据第一方面，当第二催化剂预热装置将排气节气门的开度减小到目标开度时，第一催化剂控制装置可以增加燃料喷射量以将流入排气控制催化剂中的排气的温度升高到目标排气温度。

这里，目标开度可以是将流经排气控制催化剂的排气的流量充分减小以充分增大排气节气门上游的排气通道中的压力的根据实验确定的开度。而且，目标排气温度是执行预热控制时的流入排气温度的目标温度。

相应地，燃料喷射量以正好足够将当排气节气门的开度减小到目标开度时的流入排气温度、即已经由第二催化剂预热装置升高的流入排气温度升高到目标排气温度的量增加。以此方式，流入排气温度优先由第二催化剂预热装置升高，然后进一步由第一催化剂预热装置升高到目标排气温度。结果，流入排气温度能够更好地达到目标排气温度。

而且，当目标开度减小时，第二催化剂预热装置使流入排气温度升高的量增大。因此，当目标开度减小时，可以减少燃料喷射量所增加的量。

而且，通过使燃料喷射量的增加量最小，可以减少在执行预热控制期间从内燃机排出的污染物(例如未燃烧燃料)的量。因此，目标开度可以基本上为零。在这种情形中，当燃料喷射量的增加量减少并且背压增大时，发动机扭矩减小，但由于通过辅助量调节装置调节辅助扭矩，所以驾驶性能不会受到负面影响。结果，还可以进一步改善执行预热控制期间的废气排放。另外，由第一催化剂预热装置增加的燃料喷射量的增加量减少了，因此可以提高与预热控制相关的燃料效率。

目标排气温度还可以被设定为高于排气控制催化剂的活化温度。相应地，将排气控制催化剂的温度可靠地升高到活化温度。

此外，如果目标排气温度变得太高，则由第一催化剂预热装置增加的燃料喷射量可能变得过大，这可能导致预热控制期间的废气排放恶化。因此，目标排气温度可以被设定为等于或小于阈值排放温度的温度，在该阈值排放温度下，从内燃机排出的污染物的量超过预定量。

该阈值排放温度可以根据实验来确定并设定，以通过抑制过量污染物从内燃机排出来抑制废气排放的恶化。例如，该阈值排放温度可以被设定为使得从内燃机排出的排气中的污染物浓度等于或小于预定值。结果，可以抑制燃料喷射量的过度增加，从而使得能够在执行预热控制时阻止从内燃机排出过量污染物。

此外，内燃机排气控制系统还可以包括检测排气控制催化剂的温度的催化剂温度传感器。而且，目标排气温度可以被设定为等于或高于所检测到的排气控制催化剂温度。例如，催化剂温度传感器可以在已经开始执行预热控制之后间歇性地多次检测催化剂温度。结果，可以根据所检测到的逐渐升高的排气控制催化剂温度来将目标排气温度设定为一温度，使得能够可靠地升高排气控制催化剂的温度。

而且，如果目标排气温度相对于所检测到的催化剂温度被设定得太高，则由第一催化剂预热装置引起的燃料喷射量的增加可能过多，从废气排放的观点来看这是不希望的。尤其是，如果目标排气温度被设定为高于活化温度，则即使例如在对排气控制催化剂的预热控制已经开始之后紧接着催化剂温度仍然过度低于活化温度，燃料喷射量也可能突然增加而导致过量的未燃烧燃料等从内燃机排出。

因此，目标排气温度可以被设定为使得该目标排气温度和所检测到的排气控制催化剂温度之间的温度差不超过最大温度差。该最大温度差可以是所检测到的排气控制催化剂温度和流入排气温度之间的根据实验确定的温度差上限值，在该温度差上限值时能够确定：即使燃料喷射量增加使得该流入排气温度比催化剂温度高出该温度差，废气排放也将不会恶化。

结果，阻止了燃料喷射量突然增加，这抑制了当执行预热控制时从内燃机排出过量污染物。而且，燃料喷射量根据催化剂温度逐渐增加，这提高了与预热控制相关的燃料效率。此外，本发明的最大温度差可以是固定值，或者可以根据催化剂温度而改变。

另外，内燃机排气控制系统还可以包括：EGR设备，i)该EGR设备包括：EGR通道，该EGR通道使排气控制催化剂下游的排气通道与内燃机的进气通道相连；以及EGR阀，该EGR阀设置在EGR通道中并改变EGR通道的截面积，并且ii)所述EGR设备经由EGR通道将已经通过排气控制催化剂的排气的一部分再循环到所述内燃机；以及第三催化剂预热装置，该第三催化剂预热装置通过控制EGR阀使得EGR阀的开度增大来预热排气控制催化剂。

在该情形中，当第三催化剂预热装置控制EGR阀以增大EGR阀开度时，被再循环到内燃机的EGR气体量增大，从而升高进气的温度。结果，从内燃机排出的排气的温度升高，这使得排气控制设备的温度能够更快速升高。也就是说，能够甚至更早地预热排气控制催化剂。

而且，当前述内燃机排气控制系统具有设置在内燃机的进气通道中并调节进气量的进气节气门时，第三催化剂预热装置还可以在控制EGR阀以增大其开度时控制进气节气门以增大开度。结果，内燃机的背压增大，这进一步增大了排气节气门上游的排气通道内的压力，从而能够使排气控制催化剂更好地早期预热。

而且，EGR通道可以使排气节气门下游的排气通道与进气通道相连。在该情形中，当第一催化剂预热装置控制排气节气门使得其开度减小时，EGR通道内的压力不易增大。结果，在预热控制期间可以更精确地调节EGR气体量。

本发明的第二方面涉及一种内燃机排气控制系统的控制方法，该内燃机排气控制系统被应用于由内燃机和电动机提供动力的混合动力车辆。该控制方法包括：当确定要执行内燃机的预热控制时，计算将流入排气控制催化剂中的排气的温度升高到目标排气温度所需的燃料的目标喷射量；将燃料喷射量设定为所述目标喷射量；以及调节由电动机产生的辅助扭矩，使得由内燃机产生的扭矩和由电动机产生的辅助扭矩之和基本上等于所需扭矩。

本发明的第三方面涉及一种内燃机排气控制系统的控制方法，该内燃机排气控制系统被应用于由内燃机和电动机提供动力的混合动力车辆。该控制方法包括：如果确定要执行内燃机的预热控制，则将设置在排气控制催化剂下游的排气节气门的开度减小到目标开度；当排气节气门的开度已经减小到目标开度时，计算将流入排气控制催化剂中的排气的温度升高到目标排气温度所需的燃料的目标喷射量；将燃料喷射量设定为目标喷射量；以及调节由电动机产生的辅助扭矩，使得由内燃机产生的扭矩和由电动机产生的辅助扭矩之和基本上等于所需扭矩。

在此方面，该内燃机排气控制系统可以设置有EGR设备，i)所述EGR设备包括：EGR通道，该EGR通道使排气控制催化剂下游的排气通道与内燃机的进气通道相连，以及EGR阀，该EGR阀设置在EGR通道中并改变EGR通道的截面积，并且ii)所述EGR设备经由EGR通道将已经通过排气控制催化剂的排气的一部分再循环到内燃机。而且，如果确定需要执行内燃机的预热控制，则可以将排气节气门的开度减小到目标开度，并可以将EGR阀的开度增大到预定开度。

相应地，当在被应用于混合动力车辆的内燃机排气控制系统中执行排气催化剂的预热控制时，能够抑制废气排放恶化。

附图说明

通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的前述和进一步特征及优点将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是混合动力车辆的系统结构的框图，根据本发明第一示例性实施例的内燃机排气控制系统被应用于该混合动力车辆；

图2是根据第一示例性实施例的内燃机排气控制系统的结构的示意图；

图3A是图示了当执行第一示例性实施例中的预热控制时排气节气门的打开和关闭状态的时间图；

图3B是图示了当执行第一示例性实施例中的预热控制时排气流量的时间图；

图3C是图示了当执行第一示例性实施例中的预热控制时燃料喷射量的时间图；

图4是图示了根据第一示例性实施例的预热控制处理的流程图；

图5是图示了根据第一示例性实施例的修改例的预热控制处理的流程图；以及

图6是图示了根据本发明第二示例性实施例的预热控制处理的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图更详细地描述实现本发明的示例性实施例。顺便提及，除非另外特别指明，否则在这些示例性实施例中描述的构成元件的尺寸、材料、形状和相关布置等不意图限制本发明的技术范围。

<混合动力车辆系统结构>

图1是混合动力车辆的系统结构的框图，根据本发明第一示例性实施例的内燃机排气控制系统被应用于该混合动力车辆。该系统包括为混合动力车辆提供主动力的发动机1、提供辅助动力的电动机/发电机(以下简称为“MG”)、控制整个系统的主ECU 3、变速器(T/M)4、变速器(T/M)ECU 5、电池6、逆变器7、以及电池ECU 8。

MG 2可以用作电动机以提供被加入到来自发动机1的驱动力的辅助动力，或者用作发电机以对电池6进行充电。在该示例性实施例中，MG 2可以视作本发明的电动机。变速器4将来自发动机1的动力传递到混合动力车辆的驱动轮9。主ECU 3经由变速器ECU 5控制变速器。

例如，当混合动力车辆仅使用来自两个动力源中的一个、即或者发动机1或者MG 2的动力来运行时，来自所使用的动力源的动力经由变速器4传递到车轮9。如果车辆使用来自两个动力源的动力来运行时，来自发动机1和MG 2的动力均经由变速器4传递到车轮9。

电池6是可充电的蓄电池，其用作电源以驱动MG 2。电池6的充电状态(SOC)经由电池ECU 8而被主ECU 3控制。逆变器7将从电池6输出的直流(DC)电转换成交流(AC)电，并将其供给到MG 2。逆变器7还能够将MG 2产生的AC电转换成DC电，并将其供给到电池6。

<排气控制系统的概略结构>

图2是根据第一示例性实施例的内燃机排气控制系统的结构的示意图。图2所示的发动机1是具有四个气缸12的柴油发动机。发动机1的每个气缸12均设有将燃料直接喷射到气缸12的燃烧室中的燃料喷射阀13。在该示例性实施例中，发动机1可视作本发明的内燃机。

<进气系统>

进气歧管18连接到发动机1，其中进气歧管18的支管经由进气口连接到气缸12的燃烧室。第一进气节气门21设置在进气歧管18与进气通道19相连的部分附近。第一进气节气门21调节流过进气通道19的进气的流量。而且，在第一进气节气门21的上游，对流过进气通道19的气体进行冷却的中间冷却器14设置在进气通道19中。

由流动的排气的能量驱动的涡轮增压器17的压缩机壳体17a设置在中间冷却器14的上游。而且，输出表示流过进气通道19的进气量的电信号的空气流量计15设置在压缩机壳体17a的上游，并且空气滤清器16设置在空气流量计15的上游。而且，第二进气节气门22设置在压缩机壳体17a和空气流量计15之间。第二进气节气门22调节流过进气通道19的进气的流量。

在具有这种结构的发动机1的进气系统中，已经通过空气滤清器16将尘埃除去的进气通过进气通道19流入压缩机壳体17a中。当未示出的容纳在压缩机壳体17a中的压缩机旋转时，流入压缩机壳体17a中的进气被该压缩机压缩。在被压缩之后，进气的温度较高，因此该进气然后在其流入进气歧管18之前由中间冷却器14冷却。流入进气歧管18中的进气经由未示出的进气口在气缸12之间分配，在气缸12中，所述进气随着从燃料喷射阀13喷射的燃料的点火而燃烧。

<排气系统>

排气歧管28连接到发动机1，其中排气歧管28的支管经由未示出的排气口连接到气缸12的燃烧室。涡轮增压器17的涡轮机壳体17b连接到排气歧管28。排气通道29连接到该涡轮机壳体17b，并还连接到下游的未示出的消声器。

排气控制设备20设置在排气通道29的途中。排气控制设备20包括氧化催化剂20a和位于该氧化催化剂20a下游的微粒过滤器(以下简称为“过滤器”)20b。该过滤器20b载有NOx储存还原催化剂(以下称为“NOx催化剂”)。

氧化催化剂20a吸附排气中的碳氢化合物(HC)，并通过催化剂氧化所吸附的HC等(即，未燃烧燃料)，从而将所吸附的HC变成水和二氧化碳。

此外，过滤器20b捕集排气中的微粒物质(以下简称为“PM”)。在过滤器20b上承载的NOx催化剂在流入NOx催化剂的排气中的氧浓度高时吸收排气中的氮氧化物(NOx)，并在流入NOx催化剂的排气中的氧浓度低时释放所储存的NOx。如果此时在排气中存在诸如碳氢化合物(HC)或一氧化碳(CO)的还原成分，则从NOx催化剂排出的NOx被还原。在该示例性实施例中，包括氧化催化剂20a和过滤器20b的排气控制设备20用作本发明的排气控制催化剂。

检测流入排气控制设备20中的排气温度的第一温度传感器24在排气通道29中紧挨排气控制设备20地设置在排气控制设备20的上游，而从流出排气控制设备20的排气温度来检测排气控制设备20的温度的第二温度传感器25在排气通道29中紧挨排气控制设备20地设置在排气控制设备20的下游。在该示例性实施例中，第二温度传感器25用作催化剂温度传感器。而且，调节流过排气通道29的排气的流量的排气节气门23在排气通道29中设置在第二温度传感器25的下游。

在具有这种结构的发动机1的排气系统中，在发动机1的气缸12中燃烧的排气被排入排气歧管28中，并流入涡轮增压器17的涡轮机壳体17b中。流入涡轮壳体17b的排气的能量使得涡轮机壳体17b内的未示出的可旋转支撑涡轮机旋转。未示出的涡轮机的转矩此时被传递到压缩机壳体17a中的未示出的压缩机。

流出涡轮机壳体17b的排气然后流入排气控制设备20中，在排气控制设备20中排气被净化。在被净化之后，该排气穿过必要时调节已净化排气的流量的排气节气门23，然后通过消声器排出到大气中。

<EGR设备>

发动机1配备有EGR设备30，该EGR设备30将通过排气控制设备20下游的排气通道29的排气中的一部分再循环到压缩机壳体17a上游的进气通道19中。EGR设备30包括EGR通道31、EGR阀32和EGR冷却器33。EGR通道31使排气通道29的位于排气节气门23下游的一部分与进气通道19的位于压缩机壳体17a上游但在第二进气节气门22下游的一部分相连。EGR阀32调节流过EGR通道31的排气的流量(以下将把该排气称为“EGR气体”)。EGR冷却器33对在EGR通道31中的EGR阀32上游流动的EGR气体进行冷却。

当EGR阀32打开时，EGR通道31打开，使得从排气控制设备20流出的排气的一部分经由EGR通道31再循环到进气通道19中。然后，已流入进气通道19中的EGR气体经由压缩机壳体17a和进气歧管18再循环到发动机1。

与发动机的运行状态控制有关的各种传感器经由电线连接到主ECU 3，从而主ECU 3接收从这些传感器输出的信号。所述传感器中的一些传感器包括：空气流量计15、第一温度传感器24、第二温度传感器25、检测发动机转速的曲轴位置传感器26、以及检测加速器的操作量的加速器位置传感器27。诸如第一进气节气门21、第二进气节气门22、燃料喷射阀13、排气节气门23和EGR阀32的各种阀也经由电线连接到主ECU 3并由主ECU 3控制。

而且，主ECU 3包括CPU、ROM和RAM等。用于控制与运行所述混合动力车辆有关的整个混合动力系统的程序、用于执行排气控制设备20的预热控制的程序以及存储数据的映射全部存储在ROM中。后文将描述的控制处理是存储在主ECU 3的ROM中的这样一种程序。

现在，将描述根据前述示例性实施例的混合动力车辆的运行控制。在示例性实施例的混合动力系统中，通过由主ECU 3控制来自发动机1和MG 2的驱动力的分配来控制混合动力车辆的运行状态。

主ECU 3控制从发动机1输出的扭矩(以下简称为“发动机扭矩”)TQe和从MG 2输出的扭矩(以下简称为“辅助扭矩”)TQa，使得发动机扭矩TQe和辅助扭矩TQa之和与所需扭矩TQr相一致。

例如，当混合动力车辆起动时，MG 2使用来自电池6的电能驱动并用作电动机。MG 2产生的动力用于开动和起动发动机1。如果混合动力车辆例如在电池6的SOC为高时从静止状态起步，则电池6不需要由MG 2充电，因此起动发动机1仅为了使发动机1预热，并且该混合动力车辆使用由MG 2产生的驱动力来起步。另一方面，如果混合动力车辆在电池6的SOC为低时从静止状态起步，则MG 2用作使用来自发动机1的动力的发电机，并且电池6被充电。

这里，如果氧化催化剂20a的催化剂温度低于氧化催化剂20a的活化温度，正如在发动机1的冷起动期间通常出现的情况，则从发动机1排出的未燃烧HC通过氧化催化剂20a并排放到大气中。因此，现有技术已经尝试通过增加冷起动期间的发动机1的燃料喷射量来快速预热排气控制设备20。

然而，通过增加喷射到发动机1中的燃料量，从发动机1排出的未燃烧HC量和排气的流量也增加。结果，在排气控制设备20预热的同时，废气排放可能恶化，其中大量未燃烧HC最终被排放到大气中。

因此，在该实施例中，执行对排气控制设备20的预热控制，同时抑制废气排气恶化。接下来，将描述对该示例性实施例的排气控制设备20的预热控制。将作为示例描述氧化催化剂20a的预热。

在该实施例的预热控制中，当执行排气节流控制以减小排气节气门23的开度De时增加燃料喷射量Qf。结果，流入氧化催化剂20a中的排气温度(以下将把该温度简称为“流入排气温度”)升高，同时流过氧化催化剂20a的排气的流量Ve(以下将把该流量简称为“流过排气流量”)保持较低。

图3是一组时间图，示出了当执行预热控制时排气节气门的打开/关闭状态(图3A)、流过排气流量Ve(图3B)以及燃料喷射量Qf(图3C)。

在水平轴上标示的参考字符“t0”指的是输出指令以执行对氧化催化剂20a的预热控制时的时间点。所述时间图还示出其中仅仅通过增加燃料喷射量Qf来预热氧化催化剂20a的情形，在该情形中不执行排气节流控制(当仅仅通过增加燃料喷射量来预热氧化催化剂时，将把该控制称为“现有预热”)。

如图3A所示，当在t0时刻输出指令以执行预热控制时，控制排气节气门23以减小其开度De。相应地，在示例性实施例中，排气节气门23的开度De从完全打开改变为完全关闭。当执行排气节气门控制时，排气节气门23上游的排气通道29内的压力增大，使得流入氧化催化剂20a中的排气的温度(即，流入排气温度)Tgi升高。此外，如图3B所示，通过完全关闭排气节气门23，能够保持低的流过排气流量Ve。

因为流入排气温度Tgi在执行排气节流控制之后上升，所以在该示例性实施例中，执行预热控制期间的燃料喷射量Qf小于在现有预热控制中的燃料喷射量。更具体而言，如图3C所示，燃料喷射量Qf在t0时刻从Qf0增加到预热控制喷射量Qft(以下称为“目标喷射量”)。

燃料喷射量Qf0是适合于执行预热控制之前的发动机1的运行状态的燃料喷射量，并可以根据实验确定。此外，目标喷射量Qft是执行预热控制时的燃料喷射量Qf的目标值。更具体而言，目标喷射量Qft被设定为使得流入排气温度Tgi在排气节气门23的开度De完全关闭时升高到目标流入排气温度Tgit。该目标流入排气温度Tgit是执行预热控制时的流入排气温度Tgi的目标温度。在该示例性实施例中，目标流入排气温度Tgit可以看作本发明的目标排气温度。

如上所述，在该实施例中，目标喷射量Qft增加了燃料喷射量Qf，以在流入排气温度Tgi已经优先通过排气节流控制升高之后对相对于目标流入排气温度Tgit来说不足的温度升高进行补偿。这里，当排气节流阀23的开度De变得更小时，目标喷射量Qft可以减少。这是因为当排气节气门23的开度De减小时，可以预期由于排气节流控制引起的流入排气温度Tgi的更大升温。

也就是说，在本实施例的预热控制中，完全关闭排气节气门23使得将流入排气温度Tgi升高到目标流入排气温度Tgit所需的目标喷射量Qft最少。相应地，从发动机1排出的未燃烧HC量也减少，而不会削弱氧化催化剂20a的早期活化。本示例性实施例中的术语“完全关闭”可以视作本发明的预定开度。

接下来，将详细描述本实施例中的目标流入排气温度Tgit的设定。将本示例性实施例中的目标流入排气温度Tgit设定为高于氧化催化剂20a的活化温度Tca。也就是说，通过将目标流入排气温度Tgit设定为高于活化温度Tca，可靠地活化了氧化催化剂20a。

然而，如果将目标流入排气温度Tgit设定得太高，则目标燃料喷射量Qft可能变得过多，从在预热控制期间抑制过量HC排放的观点来看，这是不希望。因此，在本实施例中，将阈值排放温度Tlm设定为目标流入排气温度Tgit的最大值。也就是说，目标流入排气温度Tgit可以被设定为高于氧化催化剂20a的活化温度Tca但不高于阈值排放温度Tlm的温度。

该阈值排放温度Tlm可以根据实验确定，并设定成通过抑制过量的未燃烧HC从发动机1排出来抑制废气排放的恶化。更具体而言，例如，阈值排放温度Tlm可以被设定为使得从发动机1排出的排气中的HC浓度不高于预先设定的容许值。因此，即使当燃料喷射量Qf增加以将流入排气温度Tgi升高到目标流入排气温度Tgit时，废气排放也将不会过度恶化。

接下来，将描述本实施例的辅助量调节控制。如上所述，当执行预热控制时，通过将燃料喷射量Qf增加到目标喷射量Qft来增大发动机扭矩TQe。相应地，当执行预热控制时，也执行辅助量调节控制以将从MG 2输出的辅助扭矩TQa减小发动机扭矩所增大的量(以下该量将称为“发动机扭矩增大量”)ΔTQe。

相应地，可以使发动机扭矩TQe和辅助扭矩TQa之和与所需扭矩TQr相一致，这抑制了驾驶性能的任何恶化。在本实施例中执行辅助量调节控制的主ECU 3可以视作本发明的辅助量调节装置。

以下，将参照图4中的流程图来描述由主ECU 3执行的预热控制，图4图示了根据该实施例的预热控制处理。该控制处理是存储在主ECU3的ROM中的程序并且它以预定间隔执行。

当执行该处理时，首先在步骤S101中，基于第二温度传感器25的输出值来检测氧化催化剂20a的催化剂温度Tc。然后在步骤S102中，确定催化剂温度Tc是否等于或低于要求执行预热控制的温度(以下简称为“预热阈值温度”)Tcr。该预热阈值温度Tcr等于氧化催化剂20a的活化温度Tca加上预定余量之和。如果催化剂温度Tc等于或低于预热阈值温度Tcr，由于排气净化性能显著低下，则确定有必要执行预热控制。

如果确定催化剂温度Tc等于或低于预热阈值温度Tcr，则确定需要执行预热控制，于是该处理前进到步骤S103。另一方面，如果确定催化剂温度Tc高于预热阈值温度Tcr，则确定不需要执行预热控制，于是该处理的循环结束。

在步骤S103中，读取由主ECU 3计算的当前的燃料喷射量Qf0，并从第一温度传感器24的输出值检测出流入排气温度Tgi。接下来，在步骤S104中，基于该流入排气温度Tgi、目标流入排气温度Tgit以及燃料喷射量Qf0来计算目标喷射量Qft。

在步骤S105中，计算当燃料喷射量Qf从Qf0增加到目标喷射量Qft时产生的发动机扭矩增大量ΔTQe。然后在步骤S106中，将排气节气门23的开度De变为零(即，完全关闭)并将燃料喷射量Qf增加到目标喷射量Qft。而且，向MG 2输出指令，以将辅助扭矩Tqa以等于发动机扭矩增大量ΔTQe的量减小。相应地，流入排气温度Tgi升高到目标流入排气温度Tgit，于是氧化催化剂20a的温度升高。

在步骤S107中，基于第二温度传感器25的输出值再次检测氧化催化剂20a的催化剂温度Tc。接下来，在步骤S108中，确定催化剂温度Tc是否高于预热阈值温度Tcr。如果确定催化剂温度Tc高于预热阈值温度Tcr，则确定预热控制可以结束，并且该处理的循环结束。

而且，如果确定催化剂温度Tc等于或低于预热阈值温度Tcr，则确定需要使氧化催化剂20a的温度再次升高，于是该处理返回到步骤S107。也就是说，对氧化催化剂20a的预热控制继续进行，直到催化剂温度Tc高于预热阈值温度Tcr。在预热控制处理中，执行步骤S106的主ECU 3用作本发明的第一催化剂预热装置和第二催化剂预热装置。

此外，如果发动机扭矩增大量ΔTQe大于辅助扭矩TQa，则即使辅助扭矩TQa为零，发动机扭矩TQe也可以超过所需扭矩TQr。在该情形中，可以使MG 2用作发电机，并且MG 2通过发电控制来吸收发动机扭矩TQe的过剩扭矩量(即，发动机扭矩增大量ΔTQe减去辅助扭矩TQa之差)。

而且，在步骤S106中，排气节气门23的开度De被改成零(即，完全关闭)，但本发明不限于此。例如，排气节气门23的开度De可以减小到如下开度：该开度充分减少流过排气流量Ve以充分增大排气节气门23上游的排气通道29内的压力，并且适当的开度可以根据实验来确定。另外，可以根据在减小排气节气门23的开度时的目标开度来设定目标喷射量Qft。例如，目标喷射量可以与目标开度的减小相关联地减少。可替代地，排气节气门23的开度可以保持相同(即，完全不变)。

在该情形中，可以使用诸如图5中所示的流程图。也就是说，如果确定需要执行预热控制(步骤S102)，则将排气节气门23设定为目标开度(步骤S301)。然后，基于该目标开度、当前的燃料喷射量Qf0和流入排气温度Tgi来计算目标喷射量Qft(步骤S104)。然后，计算当燃料喷射量Qf从Qf0增加到目标喷射量Qft时产生的发动机扭矩增大量ΔTQe(步骤S105)，并且将燃料喷射量增加到目标喷射量Qft(步骤S302)。而且，将辅助扭矩Tqa以等于发动机扭矩增大量ΔTQe的量减小。之后，该处理与图4所示的相同，因此将省略其描述。

在该实施例中，虽然本发明被应用于对有排气控制催化剂20的氧化催化剂20a的预热控制，但本发明也可以应用于对例如承载在过滤器20b上的NOx催化剂的预热控制。

接下来，将描述与第一实施例不同的本发明的第二实施例。该第二实施例中的混合动力车辆的系统结构和排气控制系统的基本结构与第一实施例中的相同，因此将省略其描述。

接下来，将描述根据第二实施例的氧化催化剂20a的预热控制。在第一实施例的预热控制中，描述了这样一种情形：为了在执行预热控制时抑制废气排放的恶化，目标流入排气温度Tgit被设定为高于氧化催化剂20a的活化温度Tca但不高于阈值排放温度Tlm的温度。

然而，如果目标流入排气温度Tgit被设定为高于活化温度Tca，则例如即使在已经开始预热控制之后紧接着催化剂温度Tc仍然低于活化温度Tca，燃料喷射量Qf也可能突然增加而使得大量未燃烧HC可能从发动机1排出。另一方面，为了可靠而有效地升高氧化催化剂20a的温度，仅需要升高流入排气温度Tgi，使得其至少高于当前的催化剂温度Tc。

因此，在该实施例中，检测在预热控制期间的催化剂温度Tc，并将目标流入排气温度Tgit设定为比所检测到的催化剂温度Tc高出基准温度差ΔTb。也就是说，根据所检测到的催化剂温度Tc来递增地升高目标流入排气温度Tgit，并且随着这种增加，目标喷射量Qft也递增地增加。

而且在该实施例中，将基准温度差ΔTb设定为超过不阈值温度差ΔTlm。该阈值温度差ΔTlm是可以根据实验确定的最大温度差，并且在该最大温度差时能够确定：即使增加燃料喷射量Qf以升高流入排气温度Tgi使得该流入排气温度Tgi比催化剂温度Tc高出该温度差，废气排放也将不会恶化。也就是说，阈值温度差ΔTlm是其中排气中的污染物(例如HC)的增加量等于或小于最大值的温度差。在该实施例中，阈值温度差ΔTlm可以视作本发明的最大温度差。此外，基准温度差ΔTb和阈值温度差ΔTlm可以是预先设定的固定温度差，或者它们可以根据催化剂温度Tc而改变。

结果，能够抑制在执行预热控制时从发动机1排出过量的未燃烧HC。而且，因为燃料喷射量Qf根据催化剂温度Tc而逐渐增加，所以能够提高与预热控制相关的燃料效率。

而且，在该实施例的预热控制中，EGR阀32的开度(以下简称为“EGR开度”)Degr从用于通常控制的开度(以下称为“通常控制开度”)Degrn改变到用于预热控制的开度(以下称为“目标开度Degrh”)。通常控制开度Degrn是适合于发动机1的运行状态的EGR开度Degr。通常控制开度Degrn可以根据实验确定并存储在映射中，或者可以基于发动机扭矩TQe和发动机转速使用存储在该映射中的函数来计算。

另一方面，目标开度Degrh是在执行预热控制时保持的EGR开度Degr。目标开度Degrh宽于(即，大于)通常控制开度Degrn。在执行预热控制时执行该控制以增大EGR开度Degr增大了被再循环到发动机1的EGR气体量。结果，从发动机1排出的排气的温度升高，因此可以更快速地预热氧化催化剂20a。

以下，将参照图6中的流程图来描述由主ECU 3执行的预热控制，图6图示了第二实施例的预热控制处理。该处理是存储在主ECU 3的ROM中的程序并且它以预定间隔执行。本处理中的与根据第一实施例的预热控制处理中的步骤相同的步骤将使用相同的步骤编号来表示，并且将省略这些步骤的详细描述。

在该处理的步骤S201中，排气节气门23的开度De变为零(即，完全关闭)。结果，排气节气门23上游的排气通道29内的压力增大。相应地，流入排气温度Tgi升高，并且流过排气流量Ve突然减小。

而且，在该步骤中，EGR开度Degr从通常控制开度Degrn改变到目标开度Degrh。例如，目标开度Degrh可以通过根据发动机扭矩TQe和发动机转速设定的映射或函数来预先获得，或者可以读取当前的通常控制开度Degrn并且可以将目标开度Degrh计算为宽于(即，大于)所述值的开度。执行该处理的步骤S201的主ECU用作本发明的第三催化剂预热装置。

在步骤S202中，计算目标流入排气温度Tgit。更具体而言，通过将基准温度差ΔTb与由第二温度传感器25检测到的催化剂温度Tc相加来计算目标流入排气温度Tgit。接下来在步骤S103中，从给发动机1的燃料喷射阀13的控制信号中读取当前的燃料喷射量Qf0，并且从第一温度传感器24的输出值中检测出当前的流入排气温度Tgi。

在步骤S203中，基于当前的燃料喷射量Qf0、当前的流入排气温度Tgi以及在步骤S202中设定的目标流入排气温度Tgit来计算目标喷射量Qft。也就是说，计算出将当前的流入排气温度Tgi升高到目标流入排气温度Tgit所需的目标喷射量Qft。

接下来，在步骤S105中，计算发动机扭矩增大量ΔTQe，然后在步骤S204中，将燃料喷射量Qf从当前的燃料喷射量Qf0增加到目标喷射量Qft。而且，将辅助扭矩TQa减小所述发动机扭矩增大量ΔTQe。然后该步骤结束并且该处理前进到步骤S107。这里，在催化剂温度Tc响应于燃料喷射量Qf的增加而升高之前的延迟可以根据实验确定，并且经过该延迟时段之后，该处理可以前进到步骤S107。

在步骤S107中，再次检测催化剂温度Tc，然后在步骤S108中，确定催化剂温度Tc是否高于预热阈值温度Tcr。如果确定催化剂温度Tc高于预热阈值温度Tcr，则该处理的循环结束。

另一方面，如果确定催化剂温度Tc等于或小于预热阈值温度Tcr，则该处理返回到步骤S202。也就是说，通过将基准温度差ΔTb与在步骤S107中检测到的催化剂温度Tc相加来计算目标流入排气温度Tgit。然后，执行之后的步骤，并且重复步骤S202至S108，直到在步骤S108中确定催化剂温度Tc高于预热阈值温度Tc。

根据该处理，燃料喷射量Qf根据执行预热控制时的催化剂温度Tc而逐渐增加，从而提高与氧化催化剂20a的预热控制相关的燃料效率。而且，即使催化剂温度Tc过低，燃料喷射量Qf也不会突然增加，因此可以进一步改善废气排放。而且，增大EGR气体量使催化剂温度Tc快速升高到预热阈值温度Tcr，因此，甚至可以使氧化催化剂20a更早地活化。

而且，在该实施例中，EGR通道31连接到排气通道29的位于排气节气门23下游的部分和进气通道19。结果，即使执行该实施例的排气节流控制，EGR通道31内的压力也不会过度升高。相应地，提高了当控制EGR阀32以减小其开度时的EGR气体量的计量精度。

另外，在第二实施例中，可以控制第一进气节气门21和第二进气节气门22，使得在EGR开度Degr增大时它们的开度增大。结果，排气节气门23上游的排气通道29内的压力可以进一步增大，因此更有效地升高氧化催化剂20a的温度。

另外，除了EGR设备30之外，该实施例中的排气控制系统还可以包括高压EGR设备，该高压EGR设备将通过排气歧管28的排气的一部分再循环到进气歧管18。在该情形中，由高压EGR设备再循环到发动机1的EGR气体量称为高压EGR气体量，而由EGR设备30再循环到发动机1的EGR气体量称为低压EGR气体量。

因为高压EGR设备在排气通过氧化催化剂20a之前将该排气的一部分再循环到发动机1，所以如果当执行预热控制时高压EGR气体量过多，则供给到氧化催化剂20a的热量可能更少或者排气节气门23上游的排气通道内的压力可能更低。因此，当在具有这种结构的排气控制系统中执行预热控制时，可以增大低压EGR气体量，并可以减小高压EGR气体量，这使得能够更好地执行对氧化催化剂20a的预热控制。

Claims (22)

1.一种内燃机排气控制系统，该内燃机排气控制系统被应用于由内燃机和电动机提供动力的混合动力车辆，所述内燃机排气控制系统的特征在于包括：

排气控制催化剂，所述排气控制催化剂设置在所述内燃机的排气通道中；

第一催化剂预热装置，所述第一催化剂预热装置通过增加所述内燃机中的燃料喷射量来预热所述排气控制催化剂；以及

辅助量调节装置，所述辅助量调节装置调节由所述电动机产生的辅助扭矩，使得所述辅助扭矩与在所述燃料喷射量已经增加之后的发动机扭矩之和基本上等于所需扭矩。

2.根据权利要求1所述的内燃机排气控制系统，其特征在于还包括：

设置在所述排气控制催化剂下游的排气节气门，所述排气节气门改变所述排气通道的截面积；以及

第二催化剂预热装置，所述第二催化剂预热装置通过减小所述排气节气门的开度来预热所述排气控制催化剂。

3.根据权利要求2所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，当所述排气节气门的开度减小到目标开度时，所述第一催化剂预热装置增加所述燃料喷射量，以将流入所述排气控制催化剂中的排气的温度升高到目标排气温度。

4.根据权利要求3所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，所述目标排气温度被设定为高于所述排气控制催化剂的活化温度但不高于阈值排放温度，在该阈值排放温度下，从所述内燃机排出的污染物的量超过预定量。

5.根据权利要求3所述的内燃机排气控制系统，其特征在于还包括：

催化剂温度传感器，所述催化剂温度传感器检测所述排气控制催化剂的温度，

其中所述目标排气温度被设定为高于所检测到的排气控制催化剂温度。

6.根据权利要求5所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，所述目标排气温度被设定为使得所检测到的排气控制催化剂温度和所述目标排气温度之间的温度差不超过最大温度差。

7.根据权利要求6所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，所述最大温度差是当所述排气中的污染物的增加量等于或小于预定最大值时所检测到的排气控制催化剂温度和流入排气温度之差。

8.根据权利要求6或7所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，所述最大温度差根据所述催化剂温度而改变。

9.根据权利要求2至8中的任一项所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，当所述目标开度减小时，所述燃料喷射量的增加量减少。

10.根据权利要求2至9中的任一项所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，所述目标开度是基本上完全关闭。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，如果在所述燃料喷射量已经增加之后的所述发动机扭矩超过所需扭矩，则所述辅助量调节装置使所述电动机用作发电机。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的内燃机排气控制系统，其特征在于还包括：

EGR设备，i)所述EGR设备包括：EGR通道，该EGR通道使所述排气控制催化剂下游的排气通道与所述内燃机的进气通道相连；以及EGR阀，该EGR阀设置在所述EGR通道中并改变所述EGR通道的截面积，并且ii)所述EGR设备经由所述EGR通道将已经通过所述排气控制催化剂的所述排气的一部分再循环到所述内燃机；以及

第三催化剂预热装置，所述第三催化剂预热装置通过控制所述EGR阀以增大所述EGR阀的开度来预热所述排气控制催化剂。

13.根据权利要求12所述的内燃机排气控制系统，其特征在于，所述EGR通道使所述排气节气门下游的所述排气通道与所述进气通道相连。

14.根据权利要求12或13所述的内燃机排气控制系统，其特征在于还包括：

设置在所述内燃机的所述进气通道中的进气节气门，所述进气节气门调节进气量，

其中当控制所述EGR阀以增大所述EGR阀的开度时，所述第三催化剂预热装置控制所述进气节气门以增大所述进气节气门的开度。

15.一种内燃机排气控制系统的控制方法，该内燃机排气控制系统被应用于由内燃机和电动机提供动力的混合动力车辆，所述控制方法的特征在于包括：

如果确定要执行所述内燃机的预热控制，则计算将流入所述排气控制催化剂中的排气的温度升高到目标排气温度所需的燃料的目标喷射量；

将燃料喷射量设定为所述目标喷射量；以及

调节由所述电动机产生的辅助扭矩，使得由所述内燃机产生的扭矩和由所述电动机产生的辅助扭矩之和基本上等于所需扭矩。

16.一种内燃机排气控制系统的控制方法，该内燃机排气控制系统被应用于由内燃机和电动机提供动力的混合动力车辆，所述控制方法的特征在于包括：

如果确定要执行所述内燃机的预热控制，则将设置在排气控制催化剂下游的排气节气门的开度减小到目标开度；

当所述排气节气门的开度已经减小到所述目标开度时，计算将流入所述排气控制催化剂中的排气的温度升高到目标排气温度所需的燃料的目标喷射量；

将所述燃料喷射量设定为所述目标喷射量；以及

调节由所述电动机产生的辅助扭矩，使得由所述内燃机产生的扭矩和由所述电动机产生的辅助扭矩之和基本上等于所需扭矩。

17.根据权利要求16所述的控制方法，其中所述内燃机排气控制系统设置有EGR设备，i)所述EGR设备包括：EGR通道，该EGR通道使所述排气控制催化剂下游的排气通道与所述内燃机的进气通道相连；以及EGR阀，该EGR阀设置在所述EGR通道中并改变所述EGR通道的截面积，并且ii)所述EGR设备经由所述EGR通道将已经通过所述排气控制催化剂的所述排气的一部分再循环到所述内燃机，所述控制方法的特征在于还包括：

如果确定要执行所述内燃机的预热控制，则将所述排气节气门的开度减小到所述目标开度，并将所述EGR阀的开度增大到预定开度。

18.根据权利要求15至17中的任一项所述的控制方法，其特征在于，当所述排气控制催化剂的温度等于或低于预定温度时，则确定要执行所述内燃机的预热控制。

19.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，所述预定温度等于所述排气控制催化剂的活化温度与预定余量之和，并且所述预定温度是如下这种温度：当处于该温度或低于该温度时，所述排气控制催化剂从所述排气中低效率地去除污染物。

20.根据权利要求15至19中的任一项所述的控制方法，其特征在于还包括：

当确定要执行所述内燃机的预热控制时，将所述目标排气温度设定为高于所述排气控制催化剂的活化温度但不高于阈值排放温度的温度，在所述阈值排放温度下，从所述内燃机排出的污染物的量是预定量。

21.根据权利要求15至19中的任一项所述的控制方法，其特征在于还包括：

当确定要执行所述内燃机的预热控制时，将所述目标排气温度设定为高于排气控制催化剂温度的温度。

22.根据权利要求15至19中的任一项所述的控制方法，其特征在于还包括：

当确定要执行所述内燃机的预热控制时，将所述目标排气温度设定为一温度，使得所述目标排气温度和排气控制催化剂温度之差不超过最大温度差值。

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