CN105275651A - 用于二次空气喷射与排气背压阀协调的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于二次空气喷射与排气背压阀协调的方法和系统。提供了用于控制并协调控制催化剂后的排气背压阀和二次空气喷射以加快催化剂加热的方法和系统。通过在冷启动状况下调整排气背压阀以增加排气背压以及将二次空气喷射到催化剂上游的排气通道中，可以加快排气催化剂激活。

Description

用于二次空气喷射与排气背压阀协调的方法和系统
技术领域
本发明涉及具体地是在发动机冷启动期间用于协调排气背压阀调整使用二次空气喷射来加快排气催化剂的加热的系统和方法。
背景技术
在排气催化剂已经被充分升温之前释放的发动机冷启动排放会降低车辆排气质量。因此，发动机控制系统会使用各种方法来加快排气催化剂处的激活温度(例如，起燃温度)的到达。
一种示例方法包含，通过使发动机浓运转以产生高水平的发动机排出的一氧化碳(CO)、氢气(H2)和碳氢化合物并同时将空气泵入到排气催化剂上游的排气歧管中(在本文中称为二次空气喷射)，增加排气温度。被泵入到排气歧管中的空气会与排气反应，从而产生放热反应。因此，可以实现迅速的催化剂加热。然而，发明人在此已经认识到到这样的方法的潜在问题。在二次空气喷射期间，需要高水平的富集来增加排气中的可燃气体的百分比，这会降低发动机效率并增加微粒排放。另外，需要高水平的火花延迟来增加排气的温度。因此，会使燃烧稳定性和/或发动机效率退化。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以通过一种用于发动机的方法至少部分地解决，其包含：在发动机冷启动期间，基于期望的排气背压调整排气背压阀位置；确定在阀上游的实际的排气背压；基于实际的排气背压将期望的二次空气量输送到催化剂上游的排气通道中；以及基于实际的背压调整燃料喷射量和火花正时。
作为一示例，在发动机冷启动期间，当发动机温度在阈值温度之下时，可以调整被连接在排气催化剂下游的排气背压阀，以增加在阀上游的排气背压。同时，可以使二次空气泵运转以将二次空气输送到催化剂上游的排气歧管中。通过使用在催化剂后的排气背压阀，给定质量的排气与催化剂部分接触的时间和温度大幅增加，从而加快催化剂激活。通过协调排气背压使用二次空气喷射，可以实现排气催化剂的更迅速的加热。另外，当排气背压增加和二次空气喷射协调地(coordinately)用于催化剂升温时将会需要的富集量和火花延迟量会小于在单独的二次空气喷射期间将会需要的燃料喷射量和火花延迟量。因此，通过使用更少的火花延迟，可以改善火花延迟、效率和燃烧稳定性，并且通过使用更少的富集，可以改善微粒排放和效率。
以此方式，排气背压和二次空气喷射可以被有利地用来加快排气催化剂激活。该组合能使排气催化剂激活加快，而不损害燃烧稳定性和效率。通过迅速地加热排气催化剂，可以减少冷启动排气排放。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了发动机系统的示意图。
图2示出了图示可以被执行用于在发动机冷启动期间调整二次空气喷射和排气背压阀以便加快发动机暖机和催化剂激活的程序的高水平流程图。
图3示出了根据本公开的用于加快发动机暖机的示例排气背压阀和二次空气喷射调整。
具体实施方式
提供了用于加快车辆发动机(诸如图1的发动机系统)中的发动机暖机和催化剂激活的方法和系统。在发动机冷启动期间，排气背压和二次空气喷射可以被有利地用来迅速地升高排气催化剂的温度。控制器可以被配置为执行控制程序，(诸如图2的示例程序)来调整被设置在排气催化剂下游的排气阀，以升高排气背压同时输送二次空气。通过协调地使用排气背压增加与二次空气喷射，可以减小所需的富集量和火花延迟量。因此，可以改善燃烧稳定性、效率和微粒排放，同时实现迅速的催化剂加热。在图3处描述了示例背压阀(backpressurevalve)和二次空气喷射量调整。
图1示出了车辆系统106的示意图。车辆系统106包括发动机系统108，发动机系统108包括被连接至排放控制系统122的发动机100。发动机100包括多个汽缸130。发动机100还包括进气装置123和排气装置125。进气装置123可以通过进气通道142从大气接收新鲜空气。进入进气通道142的空气可以由空气过滤器190来进行过滤。进气通道142可以包括进气节气门182，进气节气门182被设置在进气压缩机152和进气增压空气冷却器184的下游。进气节气门182可以被配置为调整进入发动机进气歧管144的进气气流(例如，升压的进气)。排气装置125包括通向排气通道145的排气歧管148，排气通道145经由排气尾管135将排气送至大气。
发动机100可以是包括升压装置的升压的发动机，诸如涡轮增压器150。涡轮增压器150可以包括沿着进气通道142布置的进气压缩机152和沿着排气通道145设置的排气涡轮154。压缩机152可以经由轴156被涡轮154至少部分地驱动。通过涡轮增压器提供的升压量可以由发动机控制器来改变。经由废气门153控制的涡轮旁通通道151可以跨过排气涡轮连接，使得流过排气通道145的一些或所有排气可以绕过涡轮154。通过调整废气门的位置，可以改变被输送通过涡轮的排气量，由此改变向发动机进气输送的升压量。
在其他实施例中，经由旁通阀(未示出)控制的类似旁通通道可以跨过进气压缩机连接，使得通过压缩机152压缩的一些或所有排气可以被再循环到压缩机152上游的进气通道142中。通过调整压缩机旁通阀的位置，可以在选定的状况下释放进气系统中的压力，以降低压缩机喘振荷载的影响。
可选的增压空气冷却器184可以被包括在压缩机152下游的进气通道中，以降低通过涡轮增压器压缩的进气的温度。具体地，后置冷却器184可以被包括在进气节气门182的上游或被集成到进气歧管144中。
被连接至排气通道145的排放控制系统122包括催化剂170。在一个示例中，催化剂170可以包括多块催化剂砖。在另一示例中，可以使用每个均具有多块砖的多个排放控制装置。在一个示例中，催化剂170可以是三元型催化剂。在其他示例中，催化剂170可以是氧化催化剂、稀NOx捕集器、选择性催化还原(SCR)装置、微粒过滤器、或其他排气处理装置。虽然在本文中描述的实施例中催化剂170被布置在涡轮154的下游，但是在其他实施例中，催化剂170可以被布置在涡轮增压器涡轮的上游或在发动机排气通道中的另一位置处，而不偏离本公开的范围。
排气节气门或排气背压阀164可以位于排气催化剂170下游的排气通道中。在本文中描述的实施例中，控制器120可以基于各种发动机工况和参数值(例如，发动机冷启动、存储的真空水平、关闭等)控制排气节气门164的位置。在其他实施例中，排气背压阀、排气通道及其他部件可以被设计为使得在各种发动机工况下根据需要机械地控制排气节气门，而无控制系统介入。如参照图2详述的，在发动机冷启动状况下，可以通过控制器120协调通过二次空气泵96输送的二次空气喷射选择性地关闭排气背压阀164，以迅速地升高排气压力和温度。通过对排气流进行节流，减少发动机排气阀处非受控的膨胀，进一步升高排气温度并加快下游排气催化剂的激活。此外，通过将二次空气泵入到排气中，可以实现排气催化剂的更迅速的加热。
因此，经由排气的节流到发动机和排气催化剂的热传递的改善可以归因于至少两个效果。第一，由于排气的更高压力，(更缓慢移动的)排气的更高密度改善了每千克排气流的热传递。另外，到在催化剂后(例如，在排气三元催化剂后(postcatalyst)的大气的膨胀将排气的压力相关的温度下降延迟直至催化剂下游。具体地，通过使用催化剂后的节气门，给定质量的排气与催化剂部分接触的时间和温度大幅增加。这加快了催化剂激活。应意识到，虽然所描述的实施例经由排气节气门实现排气的在催化剂后的膨胀，但是在替代实施例中，可以经由发动机排气通道145中在催化剂后的节流孔(orifice)实现相同效果。
排气节气门164可以在大多数发动机工况下被维持在完全打开位置(或节气门全开)，但是可以被配置为在某些状况下关闭以增加排气背压，这将会在下面进行详述。在一个实施例中，排气节气门164可以具有两个限制(restriction)水平，完全打开或完全关闭。然而，在替代实施例中，排气节气门164的位置可以通过控制器120可变地调整到多个限制水平。
如在本文中详述的，排气节气门位置的调整可以影响通过发动机的气流。例如，完全关闭的节气门可以被概念化为限制排气流的“排气尾管中的马铃薯”，由此引起关闭的节气门上游的排气背压的增加。排气背压的这种增加导致排气温度的直接增加，这可以在选定的状况下(例如，在发动机冷启动期间)被有利地使用，以加快排气催化剂170的升温。在一些实施例中，当关闭排气节气门时，可以延迟火花正时，以进一步升高排气温度，由此进一步加快催化剂激活。
为了补偿排气节气门调整对发动机气流的影响，可以调整一个或更多个其他发动机部件。作为一示例，当排气节气门关闭时，质量空气流量最初会减小，并且因此进气节气门(诸如进气节气门182)可以打开，以允许更多空气到发动机，从而维持发动机转速并减少扭矩波动。以此方式，当排气节气门被用来管理背压时，可以控制气流以限制发动机输出扭矩。作为另一示例，当节气门关闭时，可以调整(例如，提前)火花正时，以改善燃烧稳定性。在一些实施例中，气门正时调整还可以结合节气门位置调整而被使用(例如，对气门重叠量的调整)，以改善燃烧稳定性。例如，可以调整进气和/或排气门正时，以调整内部排气再循环并增加燃烧稳定性。
车辆系统106可以进一步包括低压EGR(LP-EGR)系统161。LP-EGR系统161包括EGR通道163，EGR通道163将在排气催化剂170下游且在排气节气门164上游的排气通道145与在压缩机152上游的进气通道142连接。被布置在EGR通道163中的EGR冷却器162冷却流过其中的排气，这将会在下面详述。位于EGR冷却器162的进气通道侧上的EGR通道163中的EGR阀159的位置可以通过控制器120被调整，以改变经由LP-EGR系统从排气通道再循环到进气通道的排气的量和/或速率。在一些实施例中，一个或更多个传感器可以被设置在LP-EGR通道163内，以提供被再循环通过LP-EGR通道的排气的压力、温度和空燃比中的一个或更多个的指示。例如，温度传感器118可以被连接至EGR冷却器162(在进气通道侧上)的出口，并且可以被配置为提供EGR冷却器出口温度的估计。在位于LP-EGR通道163与进气通道242的汇合处的混合点处，可以利用新鲜进气来稀释被再循环通过LP-EGR通道163的排气。具体地，通过调整EGR阀159的位置，可以调整EGR流的稀释。
因此，当EGR阀159关闭时，至少一部分排气可以被引导通过EGR冷却器162。
在一些实施例中(如所描述的)，车辆系统106可以进一步包括高压EGR(HP-EGR)系统171。HP-EGR系统171包括EGR通道173，EGR通道173将在涡轮154上游的排气通道145与在压缩机152下游且在增压空气冷却器184和进气节气门182上游的进气通道142连接。被布置在EGR通道173中的EGR冷却器172冷却流过其中的排气。可以通过控制器120调整位于EGR冷却器172的进气通道侧上的EGR通道173中的EGR阀179的位置，以改变经由HP-EGR系统从排气通道再循环到进气通道的排气的量和/或速率。在一些实施例中，一个或更多个传感器可以被设置在HP-EGR通道173内，以提供被再循环通过HP-EGR通道的排气的压力、温度和空燃比中的一个或更多个的指示。
发动机100可以通过包括控制器120的控制系统140和通过经由输入装置(未示出)的来自车辆操作者的输入至少部分地控制。控制系统140被配置为，从多个传感器160(在本文中所描述的致动器的各种示例)接收信息，并向多个致动器180送控制信号。作为一个示例，传感器160可以包括被连接至排气歧管148的排气氧传感器126、被连接至进气歧管144的MAP传感器121、排气催化剂温度传感器117、位于排气尾管135中的催化剂170上游的排气压力传感器119、位于排气背压阀上游且催化剂170下游的排气背压传感器127、位于排气尾管135中的催化剂170下游的排气温度传感器128和排气压力传感器129和被布置在真空贮存器177中的真空传感器192。各种排气传感器也可以被包括在催化剂170下游的排气通道145中，诸如微粒物质(PM)传感器、NOx传感器，氧传感器、氨气传感器、碳氢化合物传感器等。其他传感器(诸如各种额外的压力、温度、空燃比和成分传感器)可以被连接至车辆系统106中的各种位置。作为另一示例，致动器180可以包括燃料喷射器166、排气节气门164、EGR阀159和进气节气门182。其他致动器(诸如各种额外的阀和节气门)可以被连接至车辆系统106中的各种位置。控制器120可以接收来自各种传感器的输入数据，处理输入数据，并响应于经处理的输入数据基于其中对应于一个或更多个程序的被编程的指令或代码而触发致动器。示例控制程序在本文中关于图2被进行描述。如在本文中参照图2-3进一步详述的，控制器120可以被配置为，在选定的发动机工况下(例如，在冷启动状况下)将二次空气流喷射到排放控制装置170上游的排气通道中以增加排气温度。空气泵96可以存在，以经由喷射管路94将(例如，来自大气的)外部空气喷射到排气歧管148中，喷射管路94通过阀95来控制。在一个示例中，空气泵96可以将外部空气输送到排气通道135中处于涡轮下游且在催化剂上游的位置。
因此，在冷启动状况下，可以协调排气背压调整(例如，通过调整排气背压阀164)使用二次空气喷射，以便加快到催化剂激活温度的催化剂升温。另外，当协调地使用二次空气喷射和排气背压调整时，可以基于实际的排气背压调整燃料喷射量和火花正时。因此，如果在冷启动状况下单独使用二次空气喷射(即，排气背压阀打开)，那么发动机可以以额外的富集(enrichment)来运转，以增加排气中的可燃气体的百分比。另外，可以增加自MBT的火花延迟量，以增加排气的温度。由于高水平的富集和火花延迟，会使发动机效率、微粒排放和燃烧稳定性退化。在冷启动状况下，通过使用二次空气喷射与排气背压调整的组合，发动机可以以更少的富集和更少的火花延迟来运转。因此，可以改善效率、排放和燃烧稳定性，同时实现迅速的排气催化剂激活。二次空气喷射和排气背压调整的细节将会在这里关于图2和3进一步详述。
现在转向图2，程序200描述了用于在发动机冷启动期间调整排气背压阀(诸如图1处排气背压阀164)和二次空气喷射以加快催化剂加热和激活的方法。
在202处，方法200包括，确认发动机冷启动。例如，可以确定发动机温度(例如，如根据发动机冷却液温度推测的)是否在阈值之下。在另一示例中，可以确定排气催化剂处的温度是否在阈值温度之下，诸如在激活或起燃温度之下。如果否，那么该方法可以结束。
一旦确定发动机冷启动，该方法就可以进入到203。在203处，方法200包括，确定和/或测量发动机工况。例如，发动机工况可以包括发动机温度、发动机转速、发动机负荷、环境温度、大气压力、排气温度、排气催化剂温度、自发动机启动以后的持续时间、最大泵速度、在最大泵速度下可输送的二次空气量、电池荷电状态等。其次，在204处，该方法可以包括，基于经确定的发动机工况来确定期望的排气背压。其次，在205处，控制器可以基于期望的排气背压来调整排气背压阀(EBP阀)打开量。如在图1处详述的，排气背压阀(或排气节气门)可以位于排气催化剂的下游。在冷启动状况下，可以减小排气背压阀打开量，以便增加排气背压。排气背压阀打开量可以通过调整排气背压阀而被减小到更关闭的位置。因此，可以增加排气温度。通过增加排气温度，可以减少排气催化剂到达激活温度或起燃温度所需的持续时间。
在调整排气背压阀以实现期望的排气背压后，该方法可以进入到206。在206处，控制器可以确定当前的或实际的排气背压。例如，实际的排气背压可以基于来自排气背压传感器(诸如在图1中的传感器127)的压力测量来确定。因此，排气背压传感器可以位于排气背压阀的上游。可替代地，实际的排气背压可以基于其他测量诸如(一个或多个)EGR系统中的压力、在给定的进气节气门打开下的空气流速等来确定。
接下来，在208处，方法200包括，基于实际的排气背压确定期望的二次空气喷射量。在冷启动状况下，除了增加排气背压外，还可以使用二次空气来减少排气催化剂到达运转温度所需的持续时间。通过使空气泵(诸如图1处的空气泵96)运转以经由喷射管路94将外部空气(例如，来自大气)喷射到排气歧管148中，可以提供二次空气。期望的二次空气可以基于富集量、发动机气流、自发动机启动以后的持续时间、排气温度和排气催化剂温度。例如，当排气背压和排气温度增加时，期望的二次空气量会减小。
在确定期望的二次空气喷射量后，方法200可以前进到210。在210处，该方法包括，调整空气泵的速度以输送期望的二次空气量。该方法可以包括，调整向电动空气泵供应的电压、电流或脉冲宽度，其次，在212处，该方法包括，确定被输送到排气通道中的实际的二次空气量。被输送的实际的二次空气量可以基于二次空气质量流量来确定，二次空气质量流量利用位于二次空气喷射管路(诸如，图1处二次空气喷射管路94)中的二次空气质量流量传感器来确定。因此，对于给定的泵速度，被输送的二次空气量会随着排气背压增加而减小。可替代地，被输送的实际的二次空气量可以基于空气泵速度、实际的排气背压等来确定。
其次，在214处，该方法包括，确定期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差是否大于阈值差。如果是，方法200可以前进到216。在216处，该方法包括，确定排气催化剂温度(T_催化剂)是否在阈值温度之下，诸如在激活温度或起燃温度(T_起燃)之下。如果排气催化剂温度在起燃温度之下，那么该方法可以前进到218。在218处，该方法包括，确定二次空气泵是否正在阈值速度处或阈值速度之上运转。阈值速度可以基于期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差、最大泵速度、实际的排气背压和实际的二次空气量。如果确定泵速度不大于阈值速度，那么该方法可以前进到219。例如，如果泵速度不大于阈值速度，那么可以确定期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差可以通过增加泵速度来减小。因此，在219处，该方法包括，增加泵速度以增加二次空气喷射量，以便使期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差在阈值差之下。
返回到218，如果泵速度小于阈值速度，那么方法200可以进入到226。在226处，该方法包括，调整排气背压阀以减小排气背压。例如，可以增加排气背压阀的开口(opening)以减小排气背压。排气背压阀开口量可以基于期望的二次空气喷射量与实际的二次空气喷射量之间的差。因此，当所述差增加时，排气背压阀开口量会增加。例如，如果泵速度大于阈值速度，那么可以确定期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差不能通过增加泵速度来减小。即，可以确定二次空气泵不能在当前的排气背压下输送期望的二次空气量。因此，可以减小排气背压。通过减小排气背压，可以增加通过二次空气泵输送的二次空气喷射量。另外，在226处，该方法包括，基于经调整的排气背压调整燃料喷射量和火花正时。例如，当排气背压在阈值压力之上时，燃料喷射量和火花延迟量可以随着排气背压的增加而减小。因此，当协调地使用二次空气喷射和排气背压调整时所需的燃料喷射量和火花延迟量会小于当使用二次空气喷射而不调整排气背压(即，通过将排气背压阀维持在完全打开位置)时所需的燃料喷射量和火花延迟量。换言之，当使用排气背压和二次空气喷射时会比当单独使用二次空气喷射需要更少的富集和更少的火花延迟。因此，当使用二次空气喷射与排气背压调整的组合时，可以改善效率、微粒排放和燃烧稳定性，同时实现更快的排气催化剂激活。
返回到216，如果排气催化剂温度已经到达激活温度或起燃温度(即，如果T_催化剂≥T_起燃)，那么方法200可以前进到222。在222处，该方法包括，打开排气背压阀并停止二次空气喷射。另外，在排气催化剂到达激活温度后，可以基于当前的发动机工况调整燃料喷射和火花。发动机工况可以包括例如发动机转速与负荷。
返回到214，如果期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差不大于阈值量，那么方法200可以前进到220。在220处，该方法可以确定排气催化剂温度(T_催化剂)是否在阈值温度之下。如果是，那么该方法可以进入到224。在224处，该方法包括，维持排气背压阀关闭量。例如，如果期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差不大于阈值量，那么可以确定二次空气泵能够在当前的排气背压下输送期望的二次空气量。因此，可以不需要调整泵速度或排气背压阀来获得期望的二次空气量，直至到达催化剂起燃温度。换言之，可以维持当前的二次空气喷射量和排气背压，直至排气催化剂到达激活温度或起燃温度。另外，在224处，该方法可以包括，基于当前的排气背压调整燃料喷射量和火花延迟量。例如，如在上面讨论的，当排气背压在阈值压力之上时，燃料喷射量和火花延迟量可以随着排气背压的增加而减小。
返回到220，如果确定催化剂温度不在激活温度或起燃温度之下，那么该方法可以前进到222。在222处，该方法包括，打开排气背压阀，停止二次空气喷射，并基于发动机工况调整燃料喷射量和火花，如在上面讨论的。
以此方式，可以协调地调整排气背压和二次空气喷射，以加快排气催化剂在发动机冷启动运转期间的加热。通过协调排气背压与二次空气喷射，可以减小火花延迟量和燃料喷射量。因此，可以改善燃烧稳定性、效率和微粒排放，同时实现快速的催化剂激活。
在一个示例中，一种用于发动机的方法可以包含：在发动机冷启动期间，基于期望的排气背压调整排气背压阀位置；确定在阀上游的实际的排气背压；基于实际的排气背压将期望的二次空气量输送到催化剂上游的排气通道中；以及基于实际的背压调整燃料喷射量和火花正时。该输送可以被执行一持续时间直至排气催化剂的温度在阈值温度之上，并且期望的排气背压基于环境温度、发动机温度、大气压力、发动机转速、发动机负荷、排气温度、排气催化剂温、自发动机启动以后的持续时间、最大泵速度、在最大泵速度下可输送的二次空气量和电池荷电状态中的一个或更多个。另外，可以确定在排气背压阀上游且在催化剂下游的实际的背压。调整火花正时可以包括延迟火花正时，火花延迟量基于实际的排气背压，并且调整燃料喷射量可以包括增加燃料喷射量，增加量基于实际的排气背压。
另外，期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差量可以被确定。当排气催化剂的温度在阈值温度之下，响应于差量小于阈值差，可以维持排气背压阀位置和二次空气泵速度。当排气催化剂的温度在阈值温度之下，响应于阈值量大于阈值差，确定泵速度是否大于阈值速度。另外，响应于泵速度大于阈值速度，可以调整排气背压阀位置以减小实际的排气背压，并且可以基于减小的排气背压调整火花正时和燃料喷射量。响应于泵速度小于阈值速度，可以增加泵速度。
另外，响应于排气催化剂的温度大于阈值温度，可以将排气背压阀位置调整到打开位置，可以停止二次空气泵，并且可以基于发动机转速和发动机负荷状况中的一个或更多个调整火花正时和燃料喷射量。
转向图3，示出了二次空气喷射和排气背压在冷启动运转期间的示例调整。图3的顺序可以通过在图1的系统中根据图2的方法执行指令来提供。在时间t0-t5处的垂直标记表示在顺序期间的感兴趣时间。具体地，映射图300在曲线302处描述了二次空气喷射泵速度，并且泵速度沿Y轴箭头的方向增加，在曲线306处描述了实际的二次空气喷射量，并且二次空气量沿Y轴箭头的方向增加，在曲线308处描述了期望的二次空气喷射量，在曲线304处描述了当不使用排气背压以及二次空气时的二次空气喷射量，在曲线310处描述了排气催化剂温度，并且催化剂温度沿Y轴箭头的方向增加，在曲线312处描述了实际的排气背压，并且排气背压沿Y轴箭头的方向增加，在曲线313处描述了阈值背压，在曲线314处描述了排气背压阀状况，在曲线316处描述了当不使用排气背压时在二次空气喷射期间的火花延迟，在曲线318处描述了当使用排气背压和二次空气喷射时的火花延迟，在曲线320处描述了当不使用排气背压时在二次空气喷射期间的燃料喷射，并且在曲线322处描述了当排气背压和二次空气喷射时的燃料喷射。X轴表示时间，并且时间从曲线的左侧向曲线的右侧增加。
在t0处，发动机可以被启动。具体地，响应于发动机催化剂温度(310)在阈值(T_起燃)之下，发动机冷启动会在t0处开始。在发动机冷启动期间，发动机可以在排气背压阀(314)处于更关闭的位置的情况下被重启动。在所描述的示例中，排气背压阀被调整到更关闭的位置。然而，必须意识到，在一些示例中，排气背压阀可以关闭，或它可以在打开位置开始，并在发动机启动之后不久移动到更关闭的位置。通过将排气背压阀调整到更关闭的位置，在排气背压阀的上游(例如，直接上游)确定的排气背压增加(312)。因此，催化剂温度也增加(310)。另外，可以使二次空气泵运转(302)，以将二次空气(例如，来自大气)输送到催化剂上游的排气歧管中。因此，二次空气喷射量会增加(曲线306)。因此，二次空气喷射量可以基于经确定的排气背压。曲线306示出了基于排气背压的二次空气喷射量，而曲线304示出了在冷启动状况下当不使用排气背压时(例如，当排气背压阀处于打开位置时)为实现所描述的催化剂温度增加(310)而以所描述的二次空气泵速度可以输送的二次空气喷射量。例如，相比于当使用排气背压以及二次空气喷射以减少排气催化剂到达激活或起燃温度所需的时间时的工况，当不使用排气背压以及二次空气喷射时会需要更高的二次空气喷射量。
另外，火花正时会自MBT延迟(318)，并且燃料喷射量(322)会增加。火花正时和燃料喷射量可以基于实际的排气背压来调整。例如，当排气背压在阈值压力(313)之上时，自MBT的火花延迟量会随着排气背压的增加而减小，并且燃料喷射量会随着排气压力的增加而减小。在一个示例中，仅火花延迟量可以基于排气背压来调整(例如，随着排气压力增加而火花延迟更少)。在另一示例中，仅燃料喷射量可以基于排气背压来调整。例如，燃料喷射量可以随着排气压力的增加而减小。在又一示例中，火花延迟和料喷射都可以基于排气背压来调整。通过使用至少一些火花延迟，排气温度可以进一步增加，并且催化剂激活可以进一步加快。通过使用增加的燃料喷射量(即，更高的富集)，可以增加排气中的可燃气体的百分比。因此，可以增加排气温度。因此，当使用二次空气和排气背压时的自MBT的火花延迟量和燃料喷射量会小于当仅使用二次空气或排气背压时的火花延迟(316)和燃料喷射量(320)。以此方式，在冷启动状况下，通过使用二次空气喷射和排气背压来加快排气催化剂的加热，可以使用更少的火花延迟和更少的燃料喷射量(即，更少的富集)。通过使用更少的火花延迟，可以改善燃烧稳定性和效率，并且通过提供更少的富集，可以改善微粒排放和效率。
在t0与t1之间的时间处，排气背压会增加(312)。为了提供期望的二次空气，二次空气泵速度会增加。另外，期望的与实际的二次空气量之间的差会小于阈值差，并且催化剂温度会增加(310)，但是会维持在起燃温度之下。在时间t1处以及在t1与t2之间，二次空气泵会以最大速度运转。另外，期望的与实际的二次空气量之间的差会小于阈值差。催化剂温度会增加，并且会继续保持在起燃温度之下。排气背压(312)会比在时间t0处更高。因此，自MBT的火花延迟会减小(318)，并且燃料喷射量会减小(322)。
在时间t2处，催化剂温度会小于起燃温度。另外，期望的与实际的二次空气量之间的差会大于阈值差。例如，期望的二次空气量会增加。然而，二次空气泵会以其最大速度运转(302)。因此，通过泵在给定的排气压力下供应的二次空气(306)会小于期望的量(308)。因此，为了提供期望的二次空气量(即，为了将期望的与实际的二次空气量之间的差减小至小于阈值差)，排气背压(312)可以通过增加排气背压阀(314)的打开来减小。通过减小排气背压，以最大速度运转的二次空气泵可以输送更高的二次空气量。由于减小排气背压，自MBT的火花延迟量会增加(318)，并且燃料喷射量会增加(322)。
在t2与t3之间的时间处，排气背压阀会继续处于更不关闭的位置。因此，排气背压会减小(312)。另外，泵会以其最大速度运转。由于减小的排气背压，通过泵以其最大速度运转而输送的二次空气量会增加。另外，火花延迟会增加，并且燃料喷射量会增加。然而，火花延迟(318)和燃料喷射(322)量会小于当仅二次空气被使用而不增加排气背压时的火花延迟(316)和富集(320)。催化剂温度会增加(310)。
在时间t3处以及在t3与t4之间，催化剂温度会增加。但是，催化剂温度会维持低于起燃温度。另外，期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差会大于阈值差。可以进一步打开排气背压阀(314)，以进一步减小排气背压(312)。因此，通过泵输送的二次空气量(306)会增加。另外，火花延迟和燃料喷射会增加。
在时间t4处以及在t4与t5之间，催化剂温度会增加，并且会维持在起燃温度之下。另外，期望的与实际的二次空气量之间的差会小于阈值差。因此，排气阀打开量会被维持。即，当确定二次空气泵正在输送期望的二次空气量时，排气阀打开量会被维持。
在时间t5处，催化剂温度会到达起燃温度。在催化剂到达起燃温度后，排气背压阀可以打开(314)，并且二次空气喷射(306)可以停止(例如，通过停止二次空气泵)。另外，燃料喷射和火花可以基于发动机工况来调整。
在一个示例中，在冷启动状况下，当排气催化剂的温度在起燃温度之下时，HP-EGR阀(诸如，图1处的阀179)和/或LP-EGR阀(诸如，图1处的阀159)可以关闭。在另一示例中，在冷启动状况下，HP-EGR阀和/或LP-EGR阀可以被移动到更关闭的位置。
以此方式，在冷启动状况下，当排气催化剂的温度在激活温度之下时，二次空气喷射可以与排气背压调整相组合，以增加排气的温度，由此促进排气催化剂的迅速加热。通过组合二次空气喷射与排气背压调整，所需的富集量和火花延迟量会小于当独立地使用二次空气喷射(即，没有排气背压)时所需的富集量和火花延迟量。通过使用更少的富集，可以改善微粒排放和效率。通过使用更少的火花延迟，可以改善燃烧稳定性和效率。
在一个示例中，一种用于发动机的方法可以包含：在发动机冷启动期间，基于排气背压调整第一二次空气喷射量；调整排气背压阀，以将调整排气背压调整到不同的背压；以及基于不同的背压调整燃料喷射量和火花正时，以实现期望的排气温度，其中调整燃料喷射量包括随着不同的背压减小而增加燃料喷射量，并且其中调整火花正时包括随着不同的背压减小而增加火花延迟量。另外，调整到不同的值可以基于第一二次空气喷射量与第二二次空气喷射量之间的大于阈值差的差，第二二次空气喷射量基于二次质量空气流量传感器读数来确定。调整第一二次空气喷射量可以包括调整二次空气泵的速度，二次空气泵速度基于不同的背压。排气背压基于环境温度、发动机温度、大气压力、发动机转速、发动机负荷、排气温度、排气催化剂温、自发动机启动以后的持续时间、最大泵速度、在最大泵速度下可输送的二次空气量和电池荷电状态中的一个或更多个。
另外，当排气催化剂的温度小于阈值温度时，可以调整第一二次空气喷射量、排气背压阀、燃料喷射量和火花正时。响应于催化剂温度大于或等于阈值温度，排气背压阀可以被调整到打开位置；并且二次空气泵速度可以被调整到零。
在另一示例中，一种用于发动机的方法可以包含：在发动机冷启动期间，确定第一排气背压；基于第一背压确定期望的二次空气喷射量；确定期望的二次空气喷射量与实际的二次空气量之间的差；基于大于阈值差的差调整排气背压阀，以实现第二排气背压；以及基于第二背压调整燃料喷射量和火花正时，其中第二排气背压小于第一排气背压，并且其中调整燃料喷射量和火花正时包括，响应于第二背压在阈值背压之下，增加燃料喷射量并增加火花延迟量。
注意，在本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图示说明和描述而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所图示的动作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的代码。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包含：
在发动机冷启动期间，基于期望的排气背压调整排气背压阀位置；
确定在所述阀上游的实际的排气背压；
基于所述实际的排气背压将期望的二次空气量输送到催化剂上游的排气通道中；以及
基于所述实际的背压调整燃料喷射量和火花正时。
2.根据权利要求1所述的方法，其中输送被执行一持续时间直至排气催化剂的温度在阈值温度之上，并且其中所述期望的排气背压基于环境温度、发动机温度、大气压力、发动机转速、发动机负荷、排气温度、排气催化剂温度、自发动机启动以后的持续时间、最大泵速度、在所述最大泵速度下可输送的二次空气量和电池荷电状态中的一个或多个。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定在所述排气背压阀上游且在所述催化剂下游的所述实际的背压。
4.根据权利要求2所述的方法，其中调整所述火花正时包括延迟所述火花正时，火花延迟量基于所述实际的排气背压，并且其中调整所述燃料喷射量包括增加所述燃料喷射量，增加量基于所述实际的排气背压。
5.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含，确定所述期望的二次空气量与实际的二次空气量之间的差量。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含，当所述排气催化剂的温度在所述阈值温度之下时，响应于所述差量小于阈值差，维持所述排气背压阀位置和二次空气泵速度。
7.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含，当所述排气催化剂的温度在所述阈值温度之下，响应于所述阈值量大于所述阈值差，确定所述泵速度是否大于阈值速度。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含，响应于所述泵速度大于所述阈值速度，调整所述排气背压阀位置以减小所述实际的排气背压，并基于所述减小的排气背压调整所述火花正时和所述燃料喷射量。
9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含，响应于所述泵速度小于所述阈值速度，增加所述泵速度。
10.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含，响应于所述排气催化剂的温度大于所述阈值温度，将所述排气背压阀位置调整到打开位置，停止所述二次空气泵，并基于发动机转速和发动机负荷状况中的一个或多个调整火花正时和燃料喷射量。
11.一种用于发动机的方法，其包含：
在发动机冷启动期间，
基于排气背压调整第一二次空气喷射量；
调整排气背压阀，以将所述排气背压调整到不同的背压；以及
基于所述不同的背压调整燃料喷射量和火花正时，以实现期望的排气温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中调整所述燃料喷射量包括随着所述不同的背压减小而增加所述燃料喷射量，并且其中调整所述火花正时包括随着所述不同的背压减小而增加火花延迟量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中调整到不同的值基于所述第一二次空气喷射量与第二二次空气喷射量之间的大于阈值差的差，所述第二二次空气喷射量基于二次质量空气流量传感器读数确定。
14.根据权利要求13所述的方法，其中调整所述第一二次空气喷射量包括调整二次空气泵的速度，所述二次空气泵速度基于所述不同的背压。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述排气背压基于环境温度、发动机温度、大气压力、发动机转速、发动机负荷、排气温度、排气催化剂温度、自发动机启动以后的持续时间、最大泵速度、在所述最大泵速度下可输送的二次空气量和电池荷电状态中的一个或多个。
16.根据权利要求15所述的方法，其中当排气催化剂的温度小于阈值温度时，调整所述第一二次空气喷射量、所述排气背压阀、所述燃料喷射量和所述火花正时被执行。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含，将所述排气背压阀调整到打开位置；以及响应于所述催化剂温度大于或等于所述阈值温度，将所述二次空气泵速度调整到零。
18.一种用于发动机的方法，其包含：
在发动机冷启动期间，确定第一排气背压；
基于所述第一背压确定期望的二次空气喷射量；
确定所述期望的二次空气喷射量与实际的二次空气量之间的差；
基于所述差大于阈值差调整排气背压阀，以实现第二排气背压；以及
基于所述第二背压调整燃料喷射量和火花正时。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二排气背压小于所述第一排气背压。
20.根据权利要求19所述的方法，其中调整所述燃料喷射量和所述火花正时包括，响应于所述第二背压在阈值背压之下，增加所述燃料喷射量并增加火花延迟量。
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