CN102777276A - 催化剂起燃期间基于来自后催化剂氧传感器的输出控制燃料输送的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及催化剂起燃期间基于来自后催化剂氧传感器的输出控制燃料输送的系统和方法。具体地，一种系统包括电压确定模块和燃料控制模块。该电压确定模块确定位于发动机排气系统中的催化剂上游的第一氧传感器的第一输出电压，并且确定位于该催化剂下游的第二氧传感器的第二输出电压，该第一输出电压指示该催化剂上游的废气的第一氧含量，该第二输出电压指示该催化剂下游的废气的第二含氧量。当该催化剂的温度大于起燃温度时，该燃料控制模块基于该第一输出电压和该第二输出电压控制喷入发动机的燃料质量，并且当该催化剂温度小于起燃温度时，该燃料控制模块基于第二输出电压并且与该第一输出电压无关地控制该燃料质量。

Description

催化剂起燃期间基于来自后催化剂氧传感器的输出控制燃料输送的系统和方法

技术领域

本发明涉及催化剂起燃期间基于来自后催化剂氧传感器的输出控制燃料输送的系统和方法。

背景技术

此处的背景资料描述是为了大概介绍本发明的背景。目前署名的发明人的工作，在背景资料章节做了一定程度的描述，还有那些在申请时不可称作现有技术的方面，这些都既不明显又不隐含地认作相对于本发明的现有技术。

在发动机最开始起动的时候，发动机排气系统中的催化剂可以被加热到起燃温度以最大化催化剂的能力从而降低排放。催化剂受热的时期可以称作催化剂起燃。在催化剂起燃期间，可以控制发动机以产生具有贫空燃比的排气以加热催化剂到起燃温度。

在正常运转期间，可以控制发动机以维持发动机的空燃比在化学计量比。可以基于来自催化剂上游的氧传感器的输出控制发动机的空燃比。然而，在发动机最开始起动的时候，来自氧传感器的输出可能不可靠，直到氧传感器被加热到启用温度。因此，在发动机最开始起动的时候，可以基于其它发动机运转状态例如进气流量控制发动机空燃比。

发明内容

一种系统包括电压确定模块和燃料控制模块。该电压确定模块确定位于发动机排气系统中的催化剂上游的第一氧传感器的第一输出电压，并且确定位于该催化剂下游的第二氧传感器的第二输出电压，该第一输出电压指示该催化剂上游的排气的第一氧含量，该第二输出电压指示该催化剂下游的排气的第二氧含量。当该催化剂的温度大于起燃温度时，该燃料控制模块基于该第一输出电压和该第二输出电压控制喷入发动机的燃料质量，并且当该催化剂温度小于起燃温度时，该燃料控制模块基于第二输出电压并且与该第一输出电压无关地控制该燃料质量。

通过下文提供的详细描述，本发明的更多适用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和特定例子仅仅意图用于说明并且不意图限制发明范围。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种系统，包括：

电压确定模块，其确定位于发动机排气系统中的催化剂上游的第一氧传感器的第一输出电压，并且确定位于所述催化剂下游的第二氧传感器的第二输出电压，所述第一输出电压指示所述催化剂上游的排气的第一氧水平，所述第二输出电压指示所述催化剂下游的排气的第二氧水平；和

燃料控制模块，当所述催化剂的温度大于起燃温度时，所述燃料控制模块基于所述第一输出电压和所述第二输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量，并且当所述催化剂温度小于起燃温度时，所述燃料控制模块基于所述第二输出电压并且相对于所述第一输出电压独立地控制所述燃料质量。

2. 如方案1所述的系统，其中，所述第二氧传感器是窄频带传感器。

3. 如方案1所述的系统，进一步地包括温度估计模块，其基于所述发动机开动经历的时间估计所述催化剂温度。

4. 如方案1所述的系统，进一步地包括燃料质量确定模块，其基于期望空燃比和测得进气流量确定所述燃料质量。

5. 如方案4所述的系统，进一步地包括燃料质量调整模块，当所述输出电压小于目标电压时，所述燃料质量调整模块增加所述燃料质量，并且当所述输出电压大于所述目标电压时，所述燃料质量调整模块减少所述燃料质量。

6. 如方案5所述的系统，其中，所述燃料质量调整模块用基于所述输出电压与所述目标电压之间的差值确定的量调整所述燃料质量。

7. 如方案1所述的系统，进一步地包括空气启用模块，其启用所述排气系统中的二次空气喷射系统，其中，当所述二次空气喷射系统是启用的时，所述燃料控制模块基于所述输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量。

8. 如方案7所述的系统，其中，所述空气启用模块基于发动机转速、发动机冷却剂温度、进气温度、环境空气压力和歧管绝对压力启用所述二次空气喷射系统。

9. 如方案1所述的系统，进一步地包括传感器状态模块，其确定所述氧传感器是否是启用的，其中，当所述氧传感器是启用的时，所述燃料控制模块基于所述输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量。

10. 如方案9所述的系统，其中，当所述输出电压小于预定电压时，所述传感器状态模块确定所述氧传感器是启用的。

11. 一种方法，包括：

确定位于发动机排气系统中的催化剂上游的第一氧传感器的第一输出电压，所述第一输出电压指示所述催化剂上游的排气的第一氧水平；

确定位于所述催化剂下游的第二氧传感器的第二输出电压，所述第二输出电压指示所述催化剂下游的排气的第二氧水平；

当所述催化剂的温度大于起燃温度时，基于所述第一输出电压和所述第二输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量；以及

当所述催化剂温度小于起燃温度时，基于所述第二输出电压并且相对于所述第一输出电压独立地控制所述燃料质量。

12. 如方案11所述的方法，其中，所述第二氧传感器是窄频带传感器。

13. 如方案11所述的方法，进一步地包括基于所述发动机开动经历的时间估计所述催化剂温度。

14. 如方案11所述的方法，进一步地包括基于期望空燃比和测得进气流量确定所述燃料质量。

15. 如方案14所述的方法，进一步地包括，当所述输出电压小于目标电压时增加所述燃料质量，以及当所述输出电压大于所述目标电压时减少所述燃料质量。

16. 如方案15所述的方法，进一步地包括，用基于所述输出电压与所述目标电压之间的差值确定的量调整所述燃料质量。

17. 如方案11所述的方法，进一步地包括启用所述排气系统中的二次空气喷射系统，并且当所述二次空气喷射系统是启用的时，基于所述输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量。

18. 如方案17所述的方法，进一步地包括基于发动机转速、发动机冷却剂温度、进气温度、环境空气压力和歧管绝对压力启用所述二次空气喷射系统。

19. 如方案11所述的方法，进一步地包括确定所述氧传感器是否是启用的，并且，当所述氧传感器是启用的时，基于所述输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量。

20. 如方案19所述的方法，进一步地包括，当所述输出电压小于预定电压时，确定所述氧传感器是启用的。

附图说明

通过详细描述和附图将更完整地理解本发明，其中：

图1是根据本发明原理的示例发动机系统的原理框图；

图2是根据本发明原理的示例发动机控制系统的原理框图；

图3是说明根据本发明原理的示例发动机控制方法的流程图；

图4是说明根据本发明原理的示例发动机控制信号的图表；和

图5是说明根据本发明原理的位于催化剂下游的氧传感器的示例输出的图表。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是说明性的，并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，图中将使用相同的附图标记表示相似的元件。本文所用的措词"A、B和C中的至少一个"应当解释成意味着使用非专用逻辑"或"的逻辑（A或B或C）。应当理解，方法内的步骤可以以不同顺序执行，只要不改变本发明的原理。

本文所用的术语"模块"可以指的是、属于或包括专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共用的、专用的或组）；其它的提供所述功能的适当部件；或上述的一些或全部的组合，例如在单片系统中。术语"模块"可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共用的、专用的或组）。

上面所用的术语"代码"可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指的是程序、例行程序、函数、类和/或对象。上面所用的措词"共用的"意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共用的）处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共用的）存储器来存储。上面所用的措词"组"意味着来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器或一组执行发动机来执行。例如，处理器的多个芯和/或多个螺纹可以看做是执行发动机。在不同实施中，执行发动机可以在处理器、在多处理器和很多处理器中分组成多个位置，例如并行处理布置中的多个服务器。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器来存储。

本文所述装置和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序实现。计算机程序包括存储在非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性例子是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。

在催化剂起燃期间，可以调整发动机空燃比为富的以确保发动机不产生氮氧化物。另外，可以使用二次空气喷射系统把空气喷入发动机排气中以调整排气空燃比为贫的并且由此加热催化剂到起燃温度。当排气空燃比为贫的时，排气的氧含量大于排气空燃比为化学计量或富的时候。因此，催化剂可以变得氧饱和，并且催化剂存储氧的能力可能下降。

为了最有效地降低排放，催化剂可以能够释放和存储氧。例如，催化剂可以能够释放氧以转化一氧化碳为二氧化碳，并且，催化剂可以能够存储氧以转化氮氧化物为氮。因此，在催化剂起燃结束之前，排气空燃比可以设置成富的以避免催化剂氧饱和。

然而，在催化剂起燃期间，可以不基于来自发动机排气系统中的氧传感器控制发动机空燃比。而，可以不按要求的那样精确地控制排气空燃比，可以削弱催化剂释放和/或存储氧的能力。因此，当催化剂起燃结束时，催化剂不可尽可能有效地降低排放。

根据本发明原理的发动机控制系统和方法在催化剂起燃期间基于来自测量发动机排气中的氧含量的氧传感器的输出控制发动机空燃比。该氧传感器可以是位于发动机排气系统中的催化剂下游的窄频带传感器。该排气系统可以包括二次空气喷射系统，其喷射空气到排气中以加热该催化剂。在催化剂起燃结束之前，可以控制该发动机以在该催化剂处产生具有富空燃比的排气以避免催化剂氧饱和。

基于来自测量发动机排气中的氧含量的氧传感器的输出控制发动机空燃比实现了对排气空燃比的精确控制。基于来自位于该催化剂下游的氧传感器的输出控制发动机空燃比实现了对催化剂处或附近的排气空燃比的精确控制。因此，可以精确地控制存储在催化剂中的氧的量以最大化催化剂的能力从而通过释放和存储氧而降低排放。

宽频带传感器通常用于确定排气空燃比的值，而窄频带传感器通常用于确定排气空燃比何时从富或贫转换或者反之亦然。然而，来自窄频带传感器的输出电压可以提供对排气空燃比的定性测量，并且，窄频带传感器通常比宽频带传感器更便宜。因此，通过基于来自位于催化剂下游的窄频带传感器的输出控制发动机空燃比，可以以较低成本精确地控制和最优化存储在催化剂中的氧的量。

现在参照图1，给出示范性发动机系统100的原理框图。发动机系统100包括发动机102，其根据来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动转矩。经由进气系统108把空气吸入发动机102中。仅仅举例来说，进气系统108可以包括进气歧管110和节气门112。仅仅举例来说，节气门112可以包括具有可旋转阀片的蝶形阀。发动机控制模块（ECM）114控制节气门致动器模块116，其调节节气门112的开度以控制吸入进气歧管110中的空气量。

从进气歧管110把空气吸入发动机102的气缸中。虽然发动机102可以包括多个气缸，但是为了图示目的，示出单个代表性气缸118。仅仅举例来说，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可以命令气缸致动器模块120选择性地停用一些气缸，这可以在某些发动机运转状态下提高燃料经济性。

发动机102可以使用四冲程循环运转。下面描述的四冲程是以进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程命名的。在曲轴（未示出）的每转期间，在气缸118内发生四冲程中的两个。因此，曲轴的两转是气缸118经历全部四个冲程所必需的。

在进气冲程期间，经由进气门122把空气从进气歧管110吸入气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射以获得期望空燃比。燃料可以在中央位置或多位置喷入进气歧管110，例如在每个气缸的进气门122附近。在不同实施中（未示出），燃料可以直接喷入气缸中或喷入与气缸相关的混合室中。燃料致动器模块124可以中断向停用气缸的燃料喷射。

喷射的燃料与空气混合并且在气缸118中形成空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞（未示出）压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火式发动机，在这种情况下，气缸118中的压缩引燃空气/燃料混合物。替代地，发动机102可以是火花点火式发动机，在这种情况下，火花致动器模块126根据来自ECM 114的信号使气缸118中的火花塞128通电，这引燃空气/燃料混合物。可以相对于活塞处于其称作上止点（TDC）的最高位置时的时间规定火花正时。

火花致动器模块126可以由规定TDC前或后多久产生火花的正时信号控制。因为活塞位置直接与曲轴旋转有关，所以，火花致动器模块126的操作可以与曲轴角同步。在不同实施中，火花致动器模块126可以中断向停用气缸的火花供应。

产生火花可以称为点火事件。火花致动器模块126可以具有改变每个点火事件的火花正时的能力。火花致动器模块126甚至可以在火花正时信号在上一点火事件与下一点火事件之间变化时能够改变该下一点火事件的火花正时。

在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，由此驱动曲轴。燃烧冲程可以定义为活塞到达TDC与活塞回到下止点（BDC）时的时间之间的时间。

在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且经由排气门130排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统134从车辆排出。

进气门122可以由进气凸轮轴140控制，而排气门130可以由排气凸轮轴142控制。在不同实施中，多个进气凸轮轴（包括进气凸轮轴140）可以控制气缸118的多个进气门（包括进气门122）和/或可以控制多排气缸（包括气缸118）的进气门（包括进气门122）。同样地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可以控制气缸118的多个排气门和/或可以控制多排气缸（包括气缸118）的排气门（包括排气门130）。

气缸致动器模块120可以通过禁止进气门122和/或排气门130的开启而停用气缸118。在不同的其它实施中，进气门122和/或排气门130可以由除凸轮轴以外的装置例如电磁致动器控制。

可以由进气凸轮相位器148相对于活塞TDC改变进气门122开启的时间。可以由排气凸轮相位器150相对于活塞TDC改变排气门130开启的时间。相位器致动器模块158可以根据来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当实施时，相位器致动器模块158也可以控制可变气门升程（未示出）。

发动机系统100可以包括向进气歧管110提供压缩空气的增压装置。例如，图1示出涡轮增压器，其包括由流过排气系统134的热排气驱动的热涡轮160-1。该涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩引入节气门112的空气。在不同实施中，由曲轴驱动的增压器（未示出）可以压缩来自节气门112的空气并且把压缩空气输送给进气歧管110。

废气门162可以允许废气绕过涡轮160-1，由此降低涡轮增压器的增压（进气压缩量）。ECM 114可以通过增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器的增压。在不同的实施中，可以通过增压致动器模块164控制多个涡轮增压器。涡轮增压器可以具有可变几何形状，其可以由增压致动器模块164控制。

中冷器（未示出）可以耗散压缩空气时产生的压缩空气充量中包含的一些热量。压缩空气充量还可以具有来自排气系统134的部件的吸收热。虽然为了图示目的示出涡轮160-1和压缩机160-2是分开的，但是它们可以彼此相连，使进气非常接近高温排气。

发动机系统100可以包括废气再循环（EGR）阀170，其选择性地使废气改道回至进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。

排气系统134可以包括二次空气喷射系统174和催化剂176。在发动机102起动之后的催化剂起燃期间，二次空气喷射（AIR）系统174喷射空气到发动机102的排气中以加热催化剂176到起燃温度。AIR系统174可以由AIR致动器模块178控制。催化剂176与排气反应以降低排放并且在加热到起燃温度时工作最有效。

发动机系统100可以使用RPM传感器180测量曲轴的转速（即发动机转速），单位为转/分钟（RPM）。可以使用发动机冷却剂温度（ECT）传感器182测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以位于发动机102内或冷却剂循环的其它位置例如散热器（未示出）处。

可以使用歧管绝对压力（MAP）传感器184测量进气歧管110内的压力。可以使用环境空气压力（AAP）传感器185测量环境空气压力。在不同的实施中，可以测量发动机真空，即环境空气压力与进气歧管110内压力之间的差值。可以使用质量空气流量（MAF）传感器186测量流入进气歧管110的空气的质量流量。在不同的实施中，MAF传感器186可以位于还包含节气门112的壳体中。

节气门致动器模块116可以使用一个或多个节气门位置传感器（TPS）190监测节气门112的位置。可以使用进气温度（IAT）传感器192测量吸入发动机102中的空气的环境温度。可以使用前置催化剂或上游氧（UO2）传感器193-1和后催化剂或下游氧（DO2）传感器193-2测量发动机102的排气中的氧含量。UO2传感器193-1可以是位于催化剂176的上游的宽频带或窄频带传感器。DO2传感器193-2可以是位于催化剂176的下游的宽频带或窄频带传感器。ECM 114可以使用来自这些传感器的信号为发动机系统100作出控制决策。

ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器（未示出）中的换档。例如，ECM 114可以在换档期间减小发动机转矩。ECM 114可以与混合控制模块196通信以协调发动机102和电动机198的运转。电动机198还可以用作发电机，并且可以用来产生供车辆电气系统使用和/或存储在蓄电池中的电能。在不同的实施中，ECM 114、变速器控制模块194和混合控制模块196的不同功能可以并入一个或多个模块中。

改变发动机参数的每个系统可以称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可以称为致动器，节气门开口面积可以称作致动器值。在图1的例子中，节气门致动器模块116通过调整节气门111的阀片的角度来获得节气门开口面积。

同样地，火花致动器模块126可以称为致动器，而相应的致动器值可以是相对于气缸TDC的火花提前量。其它致动器可以包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、增压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些致动器，致动器值可以分别对应于在用气缸数、燃料供应速度、进气和排气凸轮相位器角度、增压压力和EGR阀开口面积。ECM 114可以控制致动器值以便促使发动机102产生期望的发动机输出转矩。

在催化剂起燃期间，ECM 114基于来自DO2传感器193-2的输出电压控制燃料供应速度以最优化存储在催化剂176中的氧的量。当输出电压小于目标电压时，指示流经催化剂176的排气的空燃比是贫的，ECM 114就可以增大燃料供应速度。当输出电压大于目标电压时，指示流经催化剂176的排气的空燃比是富的，ECM 114就可以减小燃料供应速度。ECM 114可以用例如使用比例、积分和/或微分控制基于输出电压与目标电压之间的差值确定的一个数量调整燃料供应速度。

现在参照图2，ECM 114包括燃料质量确定模块202，其确定并输出每次燃烧事件喷射的燃料质量。燃料质量确定模块202可以基于进气流量、期望空燃比例如化学计量以及进气流量、期望空燃比和燃料质量之间的预定关系确定燃料质量。这个预定关系可以具体化为方程式和/或查询表。

燃料质量确定模块202可以基于发动机冷却剂温度和最坏条件燃料的性质估计每次燃烧事件的未燃燃料量。该最坏条件燃料在低温环境中可以具有比最好条件燃料更低的挥发性。燃料质量确定模块202可以增大燃料质量以补偿由未燃燃料量引起的空燃比的可能降低。而且，AIR系统174可以位于排气门130处或附近。因此，燃料质量确定模块202可以估计AIR系统174输送的气流量，并且可以增大燃料质量以补偿由AIR系统174喷射的空气引起的空燃比的可能降低。

当发动机102起动时，ECM 114可以以开环模式操作，这种情况下，与UO2传感器193-1测得的氧含量无关地控制发动机102的空燃比。然而，在正常运转期间，ECM 114可以以闭环模式操作，这种情况下，基于UO2传感器193-1测得的氧含量控制发动机102的空燃比。因此，在开环模式中，如上所述，燃料质量确定模块202可以基于进气流量和期望空燃比确定燃料质量。另外，在闭环模式中，燃料质量确定模块202可以基于来自UO2传感器193-1的氧含量确定燃料质量。

在催化剂起燃期间，燃料质量调整模块204基于来自DO2传感器193-2的输出电压调整燃料质量。燃料质量调整模块204可以基于输出电压与催化剂176处的空燃比之间的预定关系调整燃料质量。这个预定关系可以具体化为图、方程式和/或查询表。燃料质量调整模块204输出调整的燃料质量。

燃料质量调整模块204可以调整燃料质量以维持催化剂176处的排气的空燃比为期望空燃比例如化学计量并且由此最优化存储在催化剂176中的氧的量。燃料质量调整模块204可以基于来自DO2传感器193-2的输出电压和目标电压调整燃料质量。该目标电压可以是一个数值（例如720毫伏（mV））或一个范围（例如200mV到750mV）、可以对应于期望空燃比并且可以基于排气温度而变化。当输出电压小于目标电压时排气空燃比可为贫的，并且，当输出电压大于目标电压时排气空燃比可为富的。

当输出电压小于目标电压时，指示排气空燃比为贫的，燃料质量调整模块204可以增大燃料质量。当输出电压大于目标电压时，指示排气空燃比为富的，燃料质量调整模块204可以减小燃料质量。燃料质量调整模块204可以用例如使用比例、积分和/或微分控制基于输出电压与目标电压之间的差值确定的一个数量调整燃料质量。

在催化剂起燃期间，当AIR系统174和DO2传感器193-2是启用的时，燃料质量调整模块204可以基于来自DO2传感器193-2的输出电压调整燃料质量。当驾驶员起动发动机102时，燃料质量调整模块204可以确定催化剂起燃开始。燃料质量调整模块204可以基于从驾驶员输入模块104收到的驾驶员输入确定驾驶员何时起动发动机102。当催化剂176的温度大于可为预定的起燃温度时，燃料质量调整模块204可以确定催化剂起燃结束。

温度估计模块206估计并输出催化剂176的温度。温度估计模块206可以基于来自IAT传感器192的进气温度和/或发动机102开动经历的时间（即发动机102的运转时间）估计催化剂温度。当发动机102起动的时候，温度估计模块206可以设置估计的催化剂温度等于进气温度，并且按照发动机102的运转时间成比例地增大该估计的催化剂温度。替代地，当发动机102的运转时间大于预定时间（例如20秒）时，燃料质量调整模块204可以确定催化剂起燃结束。

电压确定模块208确定并输出DO2传感器193-1、193-2的输出电压。电压确定模块208可以基于来自DO2传感器193-1、193-２的信号确定DO2传感器193-1、193-2的输出电压。替代地，可以省去电压确定模块208，燃料质量确定和调整模块202、204可以直接从DO2传感器193-1、193-2接收输出电压。

传感器状态模块210确定DO2传感器193-２是否是启用的并输出该确定。当DO2传感器193-2的温度已经达到DO2传感器193-2精确的温度时，传感器状态模块210可以确定DO2传感器193-2是启用的。传感器状态模块210可以基于进气温度和/或发动机102的运转时间估计DO2传感器193-2的温度。替代地，当DO2传感器193-2的输出电压小于预定电压（例如450mV）时，传感器状态模块210可以确定DO2传感器193-2是启用的。

空气启用模块212输出信号给AIR致动器模块178以启用AIR系统174并输出信号给燃料质量调整模块204指示AIR系统174是启用的。当发动机102起动并且当发动机运转状态处于预定范围之内时，空气启用模块212可以启用AIR系统174。发动机运转状态可以包括进气温度、环境空气压力、歧管绝对压力、发动机冷却剂温度和/或发动机转速。

歧管绝对压力、发动机冷却剂温度和发动机转速的预定范围可以对应于在暖机时以怠速运转的发动机102。仅仅举例来说，歧管绝对压力的预定范围可以是大于70千帕（kPa），发动机冷却剂温度的预定范围可以是小于100摄氏度（℃），发动机转速的预定范围可以是在1,500RPM和2,000RPM之间。进气温度和环境空气压力的预定范围可以由排放标准引导。仅仅举例来说，进气温度的预定范围可以在-30℃和30℃之间，环境空气压力的预定范围可以是大于80kPa。

燃料质量调整模块204可以基于从传感器状态模块210收到的输入确定DO2传感器193-2何时是启用的。燃料质量调整模块204可以基于从空气启用模块212收到的输入确定AIR系统174何时是启用的。AIR系统174是启用的时可以喷射恒定量的空气。因此，调整燃料质量可以是调整流经催化剂176的排气的空燃比的唯一办法。

燃料控制模块214输出信号给燃料致动器模块124以控制发动机102的燃料供应速度。燃料控制模块214可以基于由燃料质量调整模块204调整的燃料质量控制燃料供应速度。燃料控制模块214可以输出燃料质量给燃料致动器模块124，其可以在发动机102中的每次燃烧事件之前喷射该燃料质量。

现在参照图3，根据本发明原理的控制发动机的方法开始于302。在304处，该方法确定喷入发动机的燃料质量。该方法可以基于发动机进气系统中测得的气流量和期望空燃比例如化学计量确定燃料质量。在306处，该方法确定来自位于发动机排气系统中的催化剂下游的氧传感器的输出电压。

在308处，该方法确定该氧传感器是否是启用的。如果308为真，该方法继续到310。否则，该方法在312处结束。当该氧传感器的温度大于的温度是在氧传感器精确地检测氧含量情况的之上时，该氧传感器可以是启用的。当来自氧传感器的输出电压小于预定电压时，该方法可以确定该氧传感器是启用的。

在310处，该方法确定排气系统中的二次空气喷射系统是否是启用的。如果310为真，该方法继续到314。否则，该方法在312处结束。当发动机102起动并且当发动机运转状态处于预定范围之内时，该二次空气喷射系统可以是启用的。运转状态可以包括发动机转速、发动机冷却剂温度、进气温度、环境空气压力和歧管绝对压力。

在314处，该方法估计催化剂的温度。该方法可以基于环境温度、进气温度和/或发动机开动经历的时间估计催化剂的温度。替代地，该方法可以基于使用位于排气系统中的温度传感器在催化剂处或附近测得的温度估计催化剂的温度。

在316处，该方法确定是否催化剂的温度是否小于起燃温度。当发动机起动时，在催化剂起燃期间，催化剂被加热到起燃温度。在可为预定的起燃温度时或之上，催化剂可以最有效地降低排放。如果316为真，该方法继续到318。否则，该方法在312处结束。

在318处，该方法确定氧传感器的输出电压是否小于目标电压。当输出电压等于目标电压时，流过氧传感器的排气的空燃比可以等于期望空燃比例如化学计量。如果316为真，该方法继续到320。否则，该方法继续到322。

在320处，该方法确定增大喷入发动机的燃料质量的数量。该方法可以基于输出电压与目标电压之间的差值确定这个数量，例如，使用比例、积分和/或微分控制。如果该方法使用微分控制确定这个数量，该方法可以限制该微分值以避免减少燃料质量。因此，随着输出电压与目标电压之间的差值增大，该方法可以增大这个数量。相反地，随着输出电压与目标电压之间的差值减小，该方法可以减小这个数量。在324处，该方法用320处确定的数量增大燃料质量。

在322处，该方法确定减小喷入发动机的燃料质量的数量。该方法可以基于输出电压与目标电压之间的差值确定这个数量，例如，使用比例、积分和/或微分控制。如果该方法使用微分控制确定这个数量，该方法可以限制该微分值以避免增大燃料质量。因此，随着输出电压与目标电压之间的差值增大，该方法可以增大这个数量。相反地，随着输出电压与目标电压之间的差值减小，该方法可以减小这个数量。在326处，该方法用322处确定的数量减小燃料质量。

现在参照图4，图示了根据本发明原理的控制信号和传感器信号。控制信号包括指令当量比402。传感器信号包括测得当量比404、前置催化剂氧传感器输出电压406、后催化剂氧传感器输出电压408、发动机转速410、车速412和二次空气喷射系统气流量414。传感器信号还包括火焰电离剂检测器加权质量416和氮氧化物检测器加权质量418。该离子剂检测器加权质量416指示碳氢化合物排放水平，该氮氧化物检测器加权质量418指示氮氧化物排放水平。

X轴代表发动机运转时间，单位为秒，Y轴代表不同的单元。控制信号和传感器信号已经是按比例的以适合Y轴。指令当量比402和测得当量比404已经乘以100。原本以毫伏（mV）为单位的前置催化剂氧传感器输出电压406和后催化剂氧传感器输出电压408已经乘以0.1。原本以转/分钟（RPM）为单位的发动机转速410已经乘以0.01。车速412已经乘以0.62137，二次空气喷射系统气流量414已经乘以10。排放相关加权质量416、418已经乘以1,000,000。

在0秒和约21秒的发动机运转时间之间，控制信号和传感器信号对应于发动机起动且以怠速暖机时的发动机运转状态。在约21秒处，发动机转速410和车速412开始增大，指示在发动机起动之后驾驶员已经第一次踩下加速踏板。根据本发明原理的控制系统和方法可以基于第一次踩下之前后催化剂氧传感器输出电压408调整指令当量比402以最优化存储在催化剂中的氧的量。转而催化剂能够即存储又释放氧，这在第一次踩下时降低排放。

在420，后催化剂氧传感器输出电压408约为420mV，指示后催化剂氧传感器输出电压408精确地指示催化剂处或附近的排气的氧含量。因此，从420开始，响应于后催化剂氧传感器输出电压408调整指令当量比402以最优化存储在催化剂上的氧的量。

调整指令当量比402以维持后催化剂氧传感器输出电压408为约720mV的目标电压422，其可以对应于催化剂处的期望空燃比例如化学计量。在424，后催化剂氧传感器输出电压408从小于目标电压422转换成大于目标电压422，这可指示催化剂处的排气已经从贫转换成富。虽然424之前的测得当量比404大于100，但是，测得当量比404是在发动机中获取的，并且因此指示424之前，发动机的空燃比而未必是催化剂的空燃比是富的。

在424，响应于后催化剂氧传感器输出电压408的变化，减小指令当量比402以减小催化剂处的空燃比。在426，后催化剂氧传感器输出电压408从大于目标电压422转换成小于目标电压422，这可指示催化剂处的排气已经从富转换成贫。在426，响应地，增大指令当量比402以增大催化剂处的空燃比。只要发动机运转状态例如发动机转速410指示发动机仍然处于怠速并且驾驶员没有踩下，就可以以这种方式调整指令当量比402。

在428，发动机运转时间等于20秒，这可指示前置催化剂氧传感器输出电压406精确地指示离开发动机的排气的氧含量。因此，从428开始，代替后催化剂氧传感器输出电压408或除了后催化剂氧传感器输出电压408之外，可以基于前置催化剂氧传感器输出电压406控制指令当量比402。

现在参照图5，图示了来自氧传感器的输出与流过氧传感器的空燃比之间的关系。该氧传感器是窄频带或开磁传感器。Y轴代表开磁传感器的输出电压，单位为毫伏（mV），X轴代表流过该开磁传感器的排气的λ或当量比的倒数。

第一输出电压502表示当开磁传感器的温度是500摄氏度（℃）时开磁传感器的输出电压与排气的λ之间的关系。第二输出电压504表示当开磁传感器的温度是700℃时开磁传感器的输出电压与排气的λ之间的关系。第三输出电压502表示当开磁传感器的温度是900℃时开磁传感器的输出电压与排气的λ之间的关系。

根据本发明原理的控制系统和方法可以基于例如由第一、第二和第三输出电压502、504和506表示的关系调整输送给发动机的燃料的量。当输出电压大于目标电压时，可以减少输送给发动机的燃料。当输出电压小于目标电压时，可以增加输送给发动机的燃料。可以用与输出电压与目标电压之间的差值成比例的数量调整燃料。

如508所示，随着开磁传感器处或附近的排气温度升高，开磁传感器的输出电压降低。如510所示，随着排气温度升高，开磁传感器的输出电压降低。因此，可以基于排气温度调整目标电压。

能够以多种形式实施本发明的宽泛教导。因此，尽管本发明包含特定例子，但是本发明的真实范围不应当受此限制，因为本领域技术人员一旦研读附图、说明书和下列权利要求，其它改型将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

电压确定模块，其确定位于发动机排气系统中的催化剂上游的第一氧传感器的第一输出电压，并且确定位于所述催化剂下游的第二氧传感器的第二输出电压，所述第一输出电压指示所述催化剂上游的排气的第一氧水平，所述第二输出电压指示所述催化剂下游的排气的第二氧水平；和

燃料控制模块，当所述催化剂的温度大于起燃温度时，所述燃料控制模块基于所述第一输出电压和所述第二输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量，并且当所述催化剂温度小于起燃温度时，所述燃料控制模块基于所述第二输出电压并且相对于所述第一输出电压独立地控制所述燃料质量。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二氧传感器是窄频带传感器。

3.如权利要求1所述的系统，进一步地包括温度估计模块，其基于所述发动机开动经历的时间估计所述催化剂温度。

4.如权利要求1所述的系统，进一步地包括燃料质量确定模块，其基于期望空燃比和测得进气流量确定所述燃料质量。

5.如权利要求4所述的系统，进一步地包括燃料质量调整模块，当所述输出电压小于目标电压时，所述燃料质量调整模块增加所述燃料质量，并且当所述输出电压大于所述目标电压时，所述燃料质量调整模块减少所述燃料质量。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述燃料质量调整模块用基于所述输出电压与所述目标电压之间的差值确定的量调整所述燃料质量。

7.如权利要求1所述的系统，进一步地包括空气启用模块，其启用所述排气系统中的二次空气喷射系统，其中，当所述二次空气喷射系统是启用的时，所述燃料控制模块基于所述输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述空气启用模块基于发动机转速、发动机冷却剂温度、进气温度、环境空气压力和歧管绝对压力启用所述二次空气喷射系统。

9.如权利要求1所述的系统，进一步地包括传感器状态模块，其确定所述氧传感器是否是启用的，其中，当所述氧传感器是启用的时，所述燃料控制模块基于所述输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量。

10.一种方法，包括：

确定位于发动机排气系统中的催化剂上游的第一氧传感器的第一输出电压，所述第一输出电压指示所述催化剂上游的排气的第一氧水平；

确定位于所述催化剂下游的第二氧传感器的第二输出电压，所述第二输出电压指示所述催化剂下游的排气的第二氧水平；

当所述催化剂的温度大于起燃温度时，基于所述第一输出电压和所述第二输出电压控制喷入所述发动机的燃料质量；以及

当所述催化剂温度小于起燃温度时，基于所述第二输出电压并且相对于所述第一输出电压独立地控制所述燃料质量。

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