CN107131040A - 用于确定排气温度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定排气温度的系统和方法。提供用于基于排气传感器加热元件的占空比来准确地推断在稳态车辆操作期间和瞬变车辆操作期间的排气温度的方法和系统。稳态温度基于所述占空比的倒数来推断，且随后用传递函数来调整，所述传递函数补偿由车辆速度和负载的变化导致的瞬变，且补偿踩加速器踏板和松开加速器踏板事件的发生。所述推断出的温度还能够与建模的温度进行比较以识别排气温度过热状况，使得能够迅速地执行缓解动作。

Description

用于确定排气温度的系统和方法
技术领域
本申请涉及用于准确地确定发动机排气温度并据此调整发动机操作的系统和方法。
背景技术
可期望准确地确定发动机的排气温度。通过确定发动机排气温度，有可能在排气温度高于期望温度时提供缓解动作。另外，确定排气温度可有助于评估排气后处理装置的操作。确定排气温度的一种方式是将热电偶、热敏电阻或其它温度传感器安装在排气通道中，所述排气通道将发动机燃烧副产物引导至排气后处理装置。然而，热电偶或热敏电阻在暴露于较高排气温度下时可退化。另外，如果酸性燃烧副产物积聚在排气温度传感器上，则该排气温度传感器的性能可退化。这会导致需要频繁替换温度传感器和相关的保修问题。
用于确定排气温度的另一实例方法包括基于加热元件来推断排气温度。例如，如通过Ma等人在US 8,152,369中示出，耦接到排气传感器的加热元件的电阻可用于排气温度估计。其中，用于维持排气传感器(例如，宽域排气氧传感器或UEGO)的感测元件的温度的加热器的电阻的变化用于估计排气温度。
然而，发明人已经认识到此类方法的潜在问题。作为一个实例，排气温度估计可由于加热器电路的缓慢时间响应而延迟。作为另一实例，传感器可能需要热屏，从而添加硬件需求。作为又一实例，将加热元件用于感测元件温度控制且用于排气温度估计可需要计算密集的复杂控制算法。即使使用加热元件，准确的排气温度估也需要达延长的时间段的稳态发动机操作。确切地说，瞬时能够导致在排气管道和排气传感器处的突然温度变化，所述变化影响加热元件电流。然而，这些温度可与排气温度的变化无关。例如，瞬时能够导致催化剂和传感器冷却，所述冷却导致额外的催化剂加热器操作以用于传感器温度维持。这将错误地表明排气温度的下降。即使排气温度估计中存在较小的不准确，这些较小的不准确也能够导致发动机操作中的较大误差。例如，如果发动机操作基于低估的排气温度来调整，那么可导致排气过热。由此，这使得其中能够准确地确定排气温度的工况的窗口变窄。因此，可期望以减少传感器退化的可能性的方式来确定发动机排气温度。另外，可期望以如下方式确定排气温度：所述方式是准确且动态的，使得可准确地观察到排气温度的快速变化。
发明内容
本文的发明人已经认识到上文提及的缺点且已经研发出一种用于发动机的方法，其包括：基于排气传感器加热元件的占空比并进一步基于在瞬变车辆操作期间的车辆状况，推断复合(composite)瞬时排气温度，所述车辆状况包含发动机负载、车辆速度以及建模的排气口凸缘(exhaust flange)温度；并且基于瞬时复合排气温度来调整发动机操作。以此方式，能够在较大范围的发动机工况下使用现有发动机硬件来可靠地估计排气温度。
作为一个实例，耦接到排气氧传感器(例如耦接在排气催化剂上游的UEGO传感器或耦接在排气催化剂下游的CMS传感器)的加热器的占空比可在车辆操作期间被捕获。这包含在稳态车辆操作以及瞬变车辆操作期间捕获的数据。由此，加热器经操作以将排气传感器的温度维持在操作温度处。因此，在排气温度较低的状况期间，加热器的占空比可增加以提供足够的热量以使传感器变暖。相反，在排气温度较高的状况期间，加热器的占空比可减少，因为排气提供足够的热量以使传感器变暖。发动机控制器可将所捕获的占空比的倒数转换成稳态排气温度。随后，可确定复合瞬时排气温度，其补偿由在瞬变车辆操作(例如车辆速度、发动机负载的瞬时变化、踩加速器踏板和松开加速器踏板事件的发生，以及建模的排气口凸缘温度的变化)期间的车辆状况引起的排气温度变化。例如，控制器可使用传递函数(例如，乘法器)来将占空比的倒数转换成稳态温度，且随后渐入(ramp in)瞬变调整，其中瞬变调整的量以及渐变(ramping)速率二者是基于发动机负载、车辆速度以及建模的排气口凸缘温度。作为一个实例，渐变的速率可随着车辆速度增加而降低，以补偿排气管道温度的下降(其需要加热器操作)，所述排气管道温度与排气温度的对应的下降无关。作为另一实例，渐变速率可在踩加速器踏板期间降低且在松开加速器踏板期间增加，以补偿瞬时事件对排气温度的不同影响。同样地，渐变速率可经调整以补偿负载变化。复合瞬时排气温度随后可用于调整发动机操作，例如以缓解排气过热。作为一个实例，如果复合瞬时排气温度升高，那么发动机负载可受限以降低峰值排气温度。
以此方式，通过经由氧传感器的加热器来估计排气温度，使用现有硬件来提供测量排气温度的技术结果是可能的。另外，通过补偿在瞬变车辆操作期间引发的与排气温度的变化不同的加热器操作的变化，可改进排气温度测量的准确性。因此，以及时的方式提供超温缓解动作，并减少发动机保修问题是可能的。
本说明书可提供若干优点。具体地，所述方法可改进排气温度估计。另外，所述方法可减少排气温度传感器退化。另外，所述方法可补偿随时间发生的排气温度传感器变化，而非一次传感器补偿。
当单独根据以下具体实施方式或结合附图根据以下具体实施方式，本说明书的上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。
应理解，提供以上概述是为了以简化的形式引入一些概念，这些概念将在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附权利要求书唯一地界定。此外，所要求保护的主题并不限于解决在上文或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方案。
附图说明
图1示出包含排气氧传感器的发动机的示意性描绘。
图2示出在排气氧传感器加热器的占空比与所估计的排气温度之间的图形关系。
图3示出在瞬变车辆操作期间在所估计的排气温度中的偏移/剧变(excursion)的实例。
图4示出用于基于排气传感器加热器操作来确定在车辆操作期间的复合瞬时排气温度的实例方法。
图5示出可用于确定复合瞬时排气温度的实例瞬时补偿。
图6示出用于基于所确定的复合瞬时排气温度来诊断排气超温的实例方法。
图7至图10示出由于在瞬变车辆操作期间变化的车辆状况而导致的实例排气温度调整和偏移。
具体实施方式
本说明书涉及确定发动机排气系统(例如图1的发动机系统)中的温度。排气温度测量可基于耦接到发动机系统的排气传感器的加热器的占空比来执行(图2)，并进一步基于由瞬变车辆操作引起的预计偏移来执行(图3)。控制器可经配置以执行控制例程(例如执行图4至5的实例例程)以基于加热器的占空比的倒数并进一步基于在瞬时操作期间的车辆状况(例如基于车辆速度、发动机负载以及加速踏板位置的变化)来推断复合瞬时排气温度。另外，控制器可基于所估计的复合瞬时排气温度与建模的排气口凸缘温度之间的差值来诊断发动机(图6)。由于在瞬时操作期间的变化的车辆状况导致的实例排气温度调整和偏移参考图7至图10示出。
参考图1，内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，所述内燃发动机包括多个汽缸，所述多个汽缸中的一个汽缸在图1中示出。发动机10可耦接在推进系统中，例如道路车辆100。确切地说，发动机10可位于车辆100的前端处的发动机舱(未示出)中。车辆100可配置有耦接到车辆的前端的格栅闸板系统160。格栅闸板系统160可包括多个格栅和放气孔，所述格栅和放气孔的位置可经由发动机控制器来调整以改变被引导通过车辆的发动机舱的环境空气流。例如，发动机控制器可将信号发送到致动器以将多个格栅和/或放气孔移动到更加开放的位置，以增加在选定状况下通过发动机舱的空气流，例如以增加冷却。在其它状况期间，发动机控制器可将信号发送到致动器以将多个格栅和/或放气孔移动到更加闭合的位置，以减少通过发动机舱的空气流(例如以减少空气动力阻力)。
发动机10包含燃烧室30和汽缸壁32，活塞36定位在所述汽缸壁中并连接到曲轴40。燃烧室30被示出为经由相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每一进气门和排气门可通过进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可通过进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可通过排气凸轮传感器57确定。
燃料喷射器66被示为定位成将燃料直接地喷射到汽缸30中，这被所属领域的技术人员称为直接喷射。替代地，燃料可被喷射到进气端口，这被所属领域的技术人员称为进气道喷射。燃料喷射器66与从控制器12提供的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料可以通过燃料系统被输送到燃料喷射器66，所述燃料系统包含燃料箱(未示出)、燃料泵(未示出)以及燃料轨(未示出)。另外，进气歧管44被示为与可选电子节气门62连通，所述电子节气门调整节流板64的位置以控制来自进气增压室46的空气流。
压缩机162从进气通道42抽取空气以供给增压室46。排气使经由轴161耦接到压缩机162的涡轮机164旋转。压缩机旁通阀175可经由来自控制器12的信号电动操作。压缩机旁通阀175允许加压空气循环回压缩机入口以限制增压压力。类似地，废气门致动器72允许排气绕过涡轮机164，使得增压压力能够在变化的工况下被控制。
无分电器点火系统88响应于控制器12而经由火花塞92将点火火花提供到燃烧室30。通用排气氧(UEGO)传感器126被示出耦接到催化转换器70上游的排气歧管48。替代地，双态排气氧传感器可替代UEGO传感器126。第二排气氧传感器127(在本文中还称为催化剂监测传感器或CMS)被示出为根据排气流的方向处于涡轮机和排放装置70的下游。
在一个实例中，转换器70能够包含多个催化剂砖。在另一实例中，能够使用多个排放控制装置，每一排放控制装置具有多个砖。在一个实例中，转换器70能够为三元型催化剂。
在一个实例中，位于催化剂上游的UEGO传感器126经配置以识别空气/燃料不平衡，所述空气/燃料不平衡将引起燃料在催化剂的第一砖的表面处的不准确燃烧。位于催化剂下游的CMS传感器127经配置以推断空气/燃料不平衡，所述空气/燃料不平衡由燃料在催化剂的第二砖的表面处的不准确燃烧导致。由此，在CMS传感器处接收的排气往往比在UEGO传感器处接收的排气更热。
UEGO传感器126可包含电阻加热元件150(在本文中还称为传感器加热器)，其用于在使用传感器126时提供热能以加热氧传感器126的氧感测元件(未示出)。同样地，CMS传感器127可包含电阻加热元件152(在本文中还称为传感器加热器)，其用于在使用传感器127时提供热能以加热氧传感器127的氧感测元件(未示出)。确切地说，加热元件150、152分别使得UEGO传感器126和CMS传感器127能够被维持在期望操作温度处(例如在700℃处)。例如，加热元件的占空比可响应于传感器的(设定点的)期望操作温度与传感器的实际温度(其可估计或推断出)之间的误差来调整。在一个实例中，电阻加热元件150、152的电阻可取决于在排气系统中氧传感器126被放置的位置处的温度而在2和20欧姆之间变化。
由此，至少在稳态车辆操作期间，加热元件150、152的占空比可与排气温度相关联，如图2处示出。图2的曲线图200描绘氧传感器加热元件占空比(沿着x轴线)随推断的排气温度(沿着y轴线)的变化。温度250表示第一温度且占空比252表示对应于曲线204上的位置202的第一脉冲宽度。曲线204示出加热器元件占空比与推断的排气温度之间的关系。因此，可观察到，当占空比增加时(也就是说，当引导通过加热器的电流增加时)，推断出的排气温度可下降。这是因为加热器经操作以维持排气传感器的温度。因此，在排气温度较低的状况期间，加热器的占空比可增加以提供足够的热量以使传感器变暖。相反，在排气温度较高的状况期间，加热器的占空比可减少，因为排气提供足够的热量以使传感器变暖且不需要经由加热器进行的另外加热。因此，发动机控制器可将所捕获的占空比的倒数转换成稳态排气温度。
然而，在瞬时车辆状况期间，例如当车辆以较高速度行进时，以及在延长的踩加速器踏板和松开加速器踏板事件期间，在推断出的排气温度中可存在较大偏移。同样地，偏移可在格栅闸板系统160的放气孔和格栅的操作期间发生。这可由于在排气管道和排气传感器处通过瞬时引发的突然温度变化导致，所述变化影响加热元件电流。然而，这些温度变化可与实际排气温度的变化无关。
此偏移的实例参考图3的曲线图300来描绘。其中，曲线302描绘实际排气温度，如将通过排气温度传感器所估计的。将这与描绘推断的排气温度的曲线304进行比较，所述推断的排气温度是基于在曲线306处描绘的加热器的占空比。所有曲线随车辆操作的时间绘制。在t1之前，车辆可在稳态状况下操作。在t1处，车辆可经历瞬变，例如由于车辆速度的增加或延长的松开加速器踏板导致的瞬变。由于瞬变，在排气通道处可存在催化剂和传感器冷却，这使用于传感器温度维持的额外的催化剂加热器操作成为必要。这通过在t1处在加热器占空比中的尖峰描绘。然而，基于此额外的加热器操作，排气温度可在t1处被错误地低估。如果发动机控制器响应于在t1处推断的排气温度来操作发动机并且升高实际排气温度，那么可引起排气过热。由此，即使是排气温度估计值中的较小偏移也能够导致发动机操作中的相当大的误差。
鉴于上述内容，发明人在本文中已研发出一种方法，该方法能够通过考虑通过车辆瞬变导致的温度波动来将加热器占空比数据用于准确的排气温度估计。在图4至图5处详述的方法基于预期的波动来确定基于排气温度的对占空比的调整，并基于瞬变来调整上述调整的渐入。例如，调整的绝对量以及调整的渐入的速率基于瞬变来调整，所述瞬变例如车辆速度、发动机负载、加速踏板位置以及(所估计的或建模的)排气口凸缘温度的变化。由此，在瞬变补偿期间，UEGO传感器加热器的占空比可基于期望的传感器温度设定点与(如所估计或推断的)实际温度之间的误差来继续调整。
返回到图1，控制器12被示出为常规的微型计算机，其包含：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110以及常规的数据总线。控制器12被示出为从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，除先前论述的那些信号外，还包含：来自耦接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；耦接到加速器踏板130以用于感测通过脚132调整的加速器位置的位置传感器134；来自大气压力传感器19的大气压力；用于确定尾气的点火的爆震传感器(未示出)；来自耦接到进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自耦接到增压室46的压力传感器122的增压压力的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120(例如，热线式空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。发动机位置传感器118在曲轴的每一转产生预定数目的等间隔脉冲，根据其能够确定发动机转速(RPM)。
控制器12从图1的各种传感器接收信号，并基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令采用图1的各种致动器来调整发动机操作。实例致动器包含燃料喷射器66、进气节气门64以及格栅闸板系统160的放气孔和格栅。在一个实例中，控制器捕获(一个或多个)排气传感器的加热器的占空比，并响应于推断出的复合瞬时排气温度来调整燃料喷射器和进气节气门，所述复合瞬时排气温度至少基于加热器的占空比和在车辆操作期间引致的瞬变。
存储介质只读存储器106能够用计算机可读数据编程，所述计算机可读数据表示可由处理器102执行以用于执行下文描述的方法以及预期但未具体列出的其它变化型式的指令。实例方法参考图4至图5来描述。
在一些实例中，发动机可耦接到混合动力车辆中的电动马达/电池系统。混合动力车辆可具有并联配置、串联配置或变化型式，或其组合。另外，在一些实例中，可采用其它发动机配置，例如柴油发动机。
在操作期间，发动机10内的每一汽缸通常经历四冲程循环：所述循环包含进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程。在进气冲程期间，一般地，排气门54闭合且进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入到燃烧室30中，且活塞36移动到汽缸的底部以便增加燃烧室30内的容积。活塞36靠近汽缸的底部且在其冲程结束处(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)的位置通常被所属领域的技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54闭合。活塞36朝向汽缸盖移动以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程末端处且最接近汽缸盖的点(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)通常被所属领域的技术人员称为上止点(TDC)。在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在下文中被称为点火的过程中，所喷射的燃料通过诸如火花塞92的已知点火构件来点火，从而引起燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧后的空气燃料混合物释放到排气歧管48且活塞返回到TDC。注意，上文仅作为实例来描述，且进气门和排气门打开和/或闭合正时可改变，例如以提供正或负气门重叠、延迟进气门闭合或各种其它实例。
以此方式，图1的系统提供发动机系统，其包括：发动机，其包含进气通道和排气通道；排气催化剂，其耦接到发动机排气通道；排气氧传感器，其耦接在排气催化剂上游，所述传感器包含用于将传感器维持在操作温度处的加热器；燃料喷射器，其耦接到发动机汽缸；进气节气门，其耦接到发动机进气通道；以及控制器。控制器可配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令以用于：在车辆操作期间，捕获加热器的占空比；将占空比的倒数转换成第一排气温度估计值；基于在车辆操作期间的瞬变来获悉传递函数；基于第一排气温度估计值和所获悉的传递函数来计算第二排气温度估计值；以及基于第二排气温度估计值来调整发动机操作。车辆操作包含稳态和瞬变车辆操作。传递函数基于以下各项中的一个或多个来获悉：在瞬变车辆操作期间的车辆速度的变化和发动机负载的变化。在一些实例中，传递函数还可基于在瞬变车辆操作期间的加速踏板位置的变化来获悉。控制器可包含用于进行以下操作的另外指令：响应于第二排气温度与建模的排气温度之间的差值高于阈值来指示排气超温状况，所述建模的排气温度基于发动机转速、发动机负载以及火花正时；且响应于所述指示，减小进气节气门的开度以限制发动机负载并使发动机变富。
现在转到图4，实例例程400被示出为用于基于排气传感器加热元件的占空比且进一步基于在瞬变车辆操作期间的车辆状况来推断复合瞬时排气温度。图4的方法的至少部分可并入到图1的系统中的控制器12以作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令。另外，图4的方法的部分可为在实际世界中控制器12采取以转变车辆工况的动作。用于实施方法400和本文中包含的其余方法的指令可通过控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(例如上文参考图1所描述的传感器)接收到的信号来执行。根据下文描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。
在402处，所述方法包含估计和/或测量车辆和发动机工况。这些工况包含例如发动机转速、发动机负载、点火火花正时、车辆速度、发动机温度、排气催化剂温度等。在404处，所述方法包含检索排气传感器加热器的占空比。排气传感器可为以下各项中的一个或多个：耦接在排气催化剂上游的第一排气氧传感器(例如排气UEGO传感器，或图1的传感器126)，以及耦接在排气催化剂下游的第二排气氧传感器(例如排气CMS传感器，或图1的传感器127)。在一个实例中，控制器可选择在第一状况期间(例如在稳定的发动机操作期间)的第一排气氧传感器的占空比。在另一实例中，控制器可选择在第二状况期间(例如在硬加速期间)的第二排气氧传感器的占空比。由此，如果由于不适当的燃烧(例如由于空气与排气中的未燃烧燃料的燃烧)导致汽缸中存在放热，那么此排气可经过第一排气传感器且不在第一传感器处燃烧，而在排气催化剂处燃烧。因此，在第二排气传感器处放热可更加明显(因为第二排气传感器在排气催化剂砖的下游)。因此，第二传感器可对由不完全燃烧引起的放热更加敏感。然而，当下游位置可随时间变得更热时，在初始加热阶段期间，上游位置可由于催化剂砖的热惰性而变得更热。
在其它实例中，控制器可检索耦接到排气传感器的上游和下游二者的加热器的占空比。例如，控制器可选择在第三状况期间(例如在低负载操作期间)的第一和第二排气氧传感器中的每一个的占空比。应了解，如果两个传感器都被选定，那么两个单独的排气温度测量值可获悉以用于两个相异的排气位置。由此，检索加热器的占空比包含检索(一个或多个)加热器的原始(未经调整的)占空比数据。在406处，所述方法包含对所捕获的占空比数据求倒数并对其进行滤波(inverted_htr_dc_fil)。例如，控制器可确定占空比的倒数并对所述信号施加低通滤波以从大幅度短持续时间占空比变化去除高频噪声。
在408处，所述方法包含将求倒数后并经滤波的占空比数据转换成稳态排气温度估计值(T_ss)。这包含应用传递函数以将求倒数后并经滤波的占空比数据转换成排气温度。在一个实例中，稳态排气温度被确定为：
T_ss＝(斜率*inverted_htr_dc_fil)+偏移，
其中斜率是每占空比变化量的温度变化，例如为1333，且偏移是在零占空比处的温度的假设值，例如为300。
在410处，所述方法包含基于发动机工况来对排气温度建模(T_model)。在本文中，建模的排气温度为预期排气温度，其基于车辆和发动机状况来预期，例如基于发动机转速、发动机负载、空气燃料比以及火花点火正时中的每一个来预期。在一个实例中，当排气传感器加热器是耦接到上游排气传感器(也就是说，UEGO传感器)的加热器时，预期的排气温度为预期或建模的排气口凸缘温度。在另一实例中，当排气传感器加热器是耦接到下游排气传感器(也就是说，CMS传感器)的加热器时，预期的排气温度为预期或建模的排气催化剂砖温度(例如，排气催化剂的第一砖的建模的起燃温度)。
在412处，所述方法包含确定发动机是否已运行了长于阈值持续时间和排气传感器是否足够温暖。作为一个实例，可确定发动机是否已运行达长于65秒和排气传感器是否高于激活温度(例如，高于700℃)。通过确认发动机已运行足够长的时间，可确定来自冷排气管道的偏差已从测量结果去除。同样地，通过确认排气传感器足够温暖，可确定占空比对排气温度的变化做出响应以维持传感器温度，而非进行其初始加热。
如果选定状况未得到确认，那么在414处，所述方法包含基于建模的排气温度来设定复合瞬时排气温度。例如，用于调整发动机操作的复合瞬时排气温度可依据建模的排气温度(例如，基于发动机转速、负载以及火花正时建模的排气口凸缘温度)来设定。在一个实例中，用于调整发动机操作的复合瞬时排气温度可设定为排气温度＝T_model*0.63。因为在凸缘处的气体温度最接近燃烧室，所以气体随通过排气管道的距离快速冷却。因此，暂时估计使用凸缘温度的百分比来估计下游位置处的温度。
在设定实际的排气温度后，在426处，所述方法包含基于确定的(设定的)排气温度来调整发动机操作参数。例如，发动机加燃料和发动机充气水平可基于所确定的排气温度来调整，以将排气温度维持在阈值内。在428处，可执行诊断例程(例如图6的实例例程)，以用于排气温度保护。其中，可诊断出过热且可执行适当的缓解动作。
返回到412，如果满足选定状况，那么所述方法前进以基于加热器占空比(也就是说，基于稳态温度)并进一步基于在瞬变车辆操作期间的车辆状况来推断复合瞬时排气温度，所述车辆状况包含发动机负载、车辆速度以及排气口凸缘温度中的一个或多个或每一个。在本文中，排气口凸缘温度包含预期的或建模的排气口凸缘温度(例如T_model)，其基于发动机转速、发动机负载、空气燃料比以及火花点火正时中的每一个。另外，复合瞬时排气温度可进一步基于发动机负载(例如在踩加速器踏板或松开加速器踏板事件的发生后)以及格栅闸板系统的操作。如下文详述，在经由传递函数将传感器加热器的占空比的倒数转换成第一排气温度估计值后，控制器可渐入瞬变调整，瞬变调整和渐入的速率中的每一个基于在瞬时操作期间的车辆状况(也就是说，发动机负载、车辆速度以及凸缘温度等)。
具体地说，在416处，所述方法包含基于预期的排气口凸缘温度偏移来确定排气口凸缘瞬变补偿(flange_gain)。如在图5处详述，这包含确定预期的排气口凸缘温度是否存在瞬时变化(transient_ex_fl)，以及确定凸缘瞬变是上升还是下降。在一个实例中，负凸缘温度瞬变可响应于减少的负载和RPM来预期，而正凸缘温度瞬变可响应于增加的负载和RPM来预期。
在确定凸缘瞬变补偿后，在418处，所述方法前进以基于在瞬变车辆操作期间的车辆速度的变化来确定车辆速度补偿(vspd_gain)。如在图5处详述，这包含确定车辆速度是增加还是减小，以及确定车辆速度是否足够高以造成局部冷却。随后可相应地调整瞬变补偿的渐变速率。除确定车辆速度补偿外，控制器还可基于车辆的格栅闸板系统的操作来确定瞬时补偿。
在确定车辆速度瞬时补偿后，在420处，所述方法前进以基于在瞬变车辆操作期间的发动机负载的变化来确定发动机负载补偿(load_gain)。如在图5处详述，这包含确定发动机负载是低、标称还是高，以及确定发动机是在高负载区还是在低负载区中操作。随后可据此调整瞬变补偿的渐变速率。
在确定发动机负载瞬变补偿后，在422处，所述方法前进以基于松开加速器踏板或踩加速器踏板事件的存在来确定低负载补偿(down_gain)。这可包含随车辆操作的所有踩加速器踏板和松开加速器踏板事件。替代地，补偿可基于长于阈值持续时间的踩加速器踏板和松开加速器踏板事件，例如延长的踩加速器踏板或延长的松开加速器踏板。如在图5处详述，补偿包含区分延长的踩加速器踏板和延长的松开加速器踏板对排气温度的影响。
在416至422处确定瞬变补偿后，所述方法前进到424以基于加热器占空比和所获悉的瞬变补偿来推断复合瞬时排气温度。如参考图5详述，这包含依据加热器占空比的倒数与瞬变调整来调整所获悉的稳态温度，所述瞬变调整基于瞬变补偿的集合而渐变。所述方法从该处移动到426以基于所确定(设定)的排气温度来调整发动机操作参数。例如，发动机加燃料和发动机充气水平可基于所确定的排气温度来调整，以将排气温度维持在阈值内。随后，在428处，可执行诊断例程，例如图6的实例例程，以用于排气温度保护。其中，可诊断出过热且可执行适当的缓解动作。
应了解，在上文所揭示的各种瞬时补偿处理步骤期间(例如在412至426处)，EGO传感器加热器的占空比可基于期望的传感器温度设定点与(如所估计或推断的)实际传感器温度之间的误差来继续调整。换句话说，EGO传感器加热器的占空比可继续独立于瞬变补偿来控制。现在转到图5，方法500描绘基于在瞬变操作期间的车辆状况的实例瞬变补偿。确切地说，控制器能够基于车辆状况的瞬时变化来预计并预测排气温度中的偏移(例如，温度将变化多少，温度是将增加还是将降低，以及温度将何时变化)。通过更好地预测这些偏移并对其进行补偿，可更准确地对排气温度建模。基于加热器占空比的第一排气温度估计值的瞬变调整，以及渐入瞬变调整至第一排气温度估计值的速率可基于各种瞬变补偿。例如，增益因子和/或传递函数可经调整以提供期望的渐入速率和期望的瞬时补偿。
在502处，可确定发动机负载是否高于阈值负载。由此，所述阈值负载可为较低阈值负载(Threshold_lowload)，在所述阈值负载之下，发动机可被确定为在低负载区中操作。在一个实例中，可确定发动机负载是否高于0.6。在本文中，负载被界定为每一汽缸中的空气除以在没有增压的标准状况下可在汽缸中的空气的最大量的比值。由此，1.0的负载将为在标准状况下在自然进气的发动机中的最大值。如果发动机负载高于阈值负载，且发动机不在低负载区中，那么在504处，所述方法包含降低渐变速率。例如，控制器可使与低负载瞬变补偿相关联的传递函数或增益因子(low_load_transient_tmr)递减。在一个实例中，传递函数或增益因子可递减至零(也就是说，所述因子可归零)，使得不需要低负载补偿。传递函数映射在中间负载处。因此，如果负载在所述区域内，那么传递函数不必被调整以考虑低或高状况。如果发动机负载低于阈值负载，且发动机被确定为在低负载区中，那么在506处，所述方法包含渐入更负的补偿。例如，控制器可使与低负载瞬变补偿相关联的传递函数或增益因子(low_load_transient_tmr)递增。校准工作将确定在温暖或中等环境温度期间的低负载补偿的增益。在极冷环境期间，由于冷却排气管道的冷空气的增加的影响，可观察到增益不同，所述排气管道与传感器接触并使占空比偏高以维持传感器温度。因此，可基于环境温度来调整增益。
从504和506中的每一个，所述方法前进到508。在508处，所述方法包含确定建模的排气口凸缘温度(基于发动机转速、负载以及火花点火正时来建模)的变化。例如，可确定预期的排气口凸缘温度是否存在瞬时变化(transient_ex_fl)，以及确定凸缘瞬变是上升还是下降。在一个实例中，负凸缘温度瞬变可响应于减少的发动机负载和RPM来预期，而正凸缘温度瞬变可响应于增加的负载和RPM来预期。
在510处，可确定预期的排气口凸缘温度是否存在任何负瞬变(也就是说，可以确定预期的排气口凸缘温度是否降低)。如果否，那么在512处，所述方法包含增加渐变速率。例如，控制器可使与凸缘瞬变补偿相关联的传递函数或增益因子(flange_gain)递增。控制器可将凸缘增益设定成预设较高值，例如设定成0.75。
如果确定存在正瞬变，那么在514处，所述方法包含增加渐变速率。例如，控制器可增加与凸缘瞬变补偿相关联的传递函数或增益因子(flange_gain)。控制器可将凸缘增益设定成不同的预设值，例如设定成1.7。如果确定不存在较大瞬变，且预期的排气口凸缘温度基本上处于稳态，那么在512和514处，所述方法包含降低渐变速率，因为凸缘瞬变接近零，即使在乘以凸缘增益时也是如此。
在一个实例中，在短暂的(brief)操作人员松开加速器踏板期间，可存在负瞬变。响应于松开加速器踏板，控制器可将凸缘增益设定成预设值，例如设定成0.75。在另一实例中，在短暂的操作人员踩加速器踏板期间，可存在正瞬变。响应于踩加速器踏板，控制器可将凸缘增益设定成预设值，例如设定成1.7。因此，渐变的速率可响应于操作人员踩加速器踏板事件而增加，并响应于操作人员松开加速器踏板事件而降低。通过将凸缘瞬变补偿增益设定为1.7，凸缘瞬变对补偿的影响在正瞬变期间能够较大。同样地，通过将凸缘瞬变补偿设定为0.75，凸缘瞬变对补偿的影响在负瞬变期间能够较小。通过对踩加速器踏板施加比松开加速器踏板应用更高的增益因子，减少复合瞬时排气温度的低估，从而改进排气温度控制。
从512和514中的每一个，所述方法前进到516。在516处，可确定车辆速度是否高于阈值速度。在一个实例中，可确定车辆速度是否高于55mph。如果是，那么在518处，为补偿由于较高车辆速度造成的排气管道和传感器冷却，控制器可增加渐变速率。例如，控制器可递增并固定(clip)与速度瞬变补偿相关联的传递函数或增益因子(vspd_transient_tmr)。否则，如果车辆速度低于阈值速度，那么在520处，控制器可降低渐变速率。例如，控制器可递减并固定与速度瞬变补偿相关联的传递函数或增益因子(vspd_transient_tmr)。
从518和520中的每一个，所述方法前进到522。在522处，可确定发动机运行时间是否已超过阈值运行持续时间。在一个实例中，可确定发动机是否已运行达长于300秒。如果否，那么所述方法移动到524，其中确定发动机负载是否高于阈值负载。由此，所述阈值负载可为在其上发动机可被确定为在高负载区中操作的较高阈值负载(Threshold_highload)。在一个实例中，可确定发动机负载是否高于1.4。如果发动机负载低于阈值负载，且发动机不在高负载区中，那么在528处，所述方法包含降低渐变速率。例如，控制器可使与高负载瞬变补偿相关联的传递函数或增益因子(high_load_transient_tmr)递减。在一个实例中，传递函数或增益因子可递减至零(也就是说，所述因子被归零)，使得不需要高负载补偿。在本文中，因为占空比到温度的基本传递函数在中间负载状况下被映射，所以传感器与气体温度的关系在高负载事件结束后逐渐恢复。如果发动机负载高于阈值负载，且发动机被确定为在高负载区中，那么在526处，所述方法包含增加渐变速率。例如，控制器可使与高负载瞬变补偿相关联的传递函数或增益因子(high_load_transient_tmr)递增。在本文中，因为占空比到温度的基本传递函数在中间负载状况下被映射，所以与在高负载期间存在的相对于传感器温度的增加的气体温度需要被补偿。
在确定高负载补偿后，所述方法移动到530。由此，如果发动机运行时间长于阈值持续时间，那么所述方法可直接地移动到530而不需要高负载补偿。一旦排气管道变热，传感器就不因冷管道而产生偏差，因此不再需要专门的高负载补偿。
以此方式，基于排气温度以及瞬变调整的渐变的速率来确定瞬变补偿，所述瞬变补偿实现加热器占空比的瞬变调整。确切地说，渐变的速率随车辆速度增加超过阈值速度而增加，渐变的速率随发动机负载增加超过阈值负载而增加，渐变的速率响应于预期的排气口凸缘温度(或如下文论述的预期的排气催化剂砖温度)中的瞬变而增加，且渐变的速率响应于低负载事件而降低。
在一些实例中，例如在其中排气传感器耦接在排气催化剂下游的示例中，渐变的速率可进一步基于预期的排气催化剂砖温度，所述预期的排气催化剂砖温度基于发动机转速、负载以及火花正时被建模。
在530处，所述方法包含基于加热器占空比(确切地说，基于加热器占空比的倒数确定的稳态温度)以及多个获悉的瞬变补偿的每个来确定或计算推断出的复合瞬时排气温度。确切地说，对于每一瞬变补偿，控制器可确定补偿的绝对量以及渐入补偿(增益因子)的速率。控制器随后可获悉经整合的补偿或补偿的集合，并将此添加到基于加热器占空比的温度以推断复合瞬时排气温度。例如，控制器可将复合瞬时排气温度推断为：
T_exh＝T_ss+(flange_gain*transient_ext_fl)+(low_load_gain*low_load_transient_tmr)+(vspd_gain*vspd_transient_tmr)+(high_loadload_gain*high_load_transient_tmr)
现在转到图6，其示出实例诊断例程600。所述方法实现(例如来自未计量的燃料或空气的)放热的早检测以及过热的早缓解。
在602处，所述方法包含检索复合瞬时排气温度(T_exh)，其基于排气传感器加热器占空比并进一步基于瞬时车辆状况来估计。由此，所述复合瞬时排气温度为在图4至图5的424处估计的复合瞬时排气温度。在604处，所述方法包含检索建模的排气口凸缘温度(T_model)，其基于发动机工况(例如发动机转速、负载、空气燃料比以及火花正时)来估计。由此，所述建模的排气口凸缘温度为在图4的410处估计的复合瞬时温度。
在606处，复合瞬时排气温度可与建模的排气口凸缘温度进行比较，且可确定复合瞬时排气温度是否高于建模的排气口凸缘温度。例如，可确定两者是否相差超过阈值量。如果是，那么可推断出存在由于燃料在排气催化剂处的燃烧而导致的放热。例如，放热可以已经由逸出汽缸的未经燃烧燃料和在排气催化剂处的燃烧导致。在另一实例中，可确定存在排气泄漏。在又一实例中，可确定发动机工况正产生比预期更热的排气。
响应于放热的确定，在610处，调整发动机操作，所述调整包含限制发动机负载以减小峰值排气温度。在一个实例中，发动机负载可限于1.5。例如，控制器可将信号发送到进气节气门致动器以减小耦接到发动机的进气通道的进气节气门的开度。因此，在发动机汽缸中接收的进气充气的量减少，由此限制发动机负载。在一个实例中，发动机可进入受限的负载操作模式以将峰值允许排气温度降低200℃。另外，控制器可响应于复合瞬时排气温度与建模的排气口凸缘温度之间的差值高于阈值量而设定诊断代码。诊断代码可指示排气温度估计中的准确性误差。
返回到606，如果复合瞬时排气温度不高于建模的排气口凸缘温度(例如，不超过阈值量)，那么在608处，所述方法将建模的排气催化剂温度与阈值温度进行比较。由此，在608中的阈值温度可基于在其上催化剂的寿命减少的温度，且可反映延长的峰值功率操作的影响。在一个实例中，阈值温度为900℃。如果建模的排气口凸缘温度不高于阈值温度，那么在614处，所述方法包含清除关于排气温度估计的任何诊断代码，并在建模的催化剂温度高于排气催化剂的起燃温度时允许退出排气催化剂加热模式。
如果建模的催化剂温度高于阈值温度，那么在612处，所述方法包含调整发动机操作以缓解排气过热并保护发动机免于高温。调整可包含使发动机变富以降低峰值排气温度。例如，控制器可将信号发送到燃料喷射器以增加喷射器的脉冲宽度。因此，发动机可以用比化学计量空气燃料比富的空气燃料比来操作。例如，发动机可以以0.7的空气燃料比操作。富操作可持续达预定持续时间(例如，多个燃烧事件或发动机周期)。替代地，富集可继续，直到建模的排气温度低于较低阈值温度。在一些实例中，除使发动机变富外，控制器还可限制发动机负载。另外，控制器可暂时地阻止进入到减速燃料切断(DFSO)操作模式中。例如，即使发动机进入其中DFSO将进入的低负载状况，也禁止进入到DFSO中。这是因为在催化剂处的未经燃烧的碳氢化合物将在DFSO开始时燃烧，使催化剂温度迅速上升，尤其是在用以控制已热的催化剂温度的富集期间。控制器还可响应于建模的排气口凸缘温度高于阈值温度来设定诊断代码。诊断代码可指示排气温度估计中的准确性误差。另外，由于在建模的排气口凸缘温度与复合瞬时排气温度之间的一致(或较低差值)(在606处的先前步骤中)，可推断出富集将提供期望的排气冷却。
应了解，虽然图4至图6的方法将建模的排气温度描述为建模的或预期的排气口凸缘温度，但在替代实例中，建模的排气温度可包含建模的或预期的排气催化剂砖温度。例如，当加热器占空比对应于第一上游排气传感器(例如，UEGO传感器)的加热器时，建模的排气温度可为预期的排气口凸缘温度(因为排气口凸缘刚好在UEGO传感器上游)。在另一实例中，当加热器占空比对应于第二下游排气传感器(例如，CMS传感器)的加热器时，建模的排气温度可为预期的排气催化剂砖温度(因为排气催化剂砖刚好在CMS传感器下游)。在两种情况下，预期的排气口凸缘温度和预期的排气催化剂砖温度可基于发动机工况来建模，所述发动机工况包含至少发动机转速、发动机负载、空气燃料比以及火花正时。在另外的实例中，图4至图6的例程可针对上游UEGO传感器和下游CMS传感器各自单独地执行。
现参考图7至图10来描绘实例排气温度偏移。图7在曲线图700处示出排气温度偏移的第一实例。确切地说，排气传感器加热器的占空比在曲线702处示出。建模的排气口凸缘温度中的偏移在曲线710处示出。基于加热器占空比来估计并补偿凸缘温度瞬变的排气温度在曲线704处示出，且与没有瞬变补偿的排气温度估计值(曲线706)以及通过排气温度传感器估计的实际温度(曲线708)进行比较。所有曲线都随着车辆行进的时间绘制。
在所描绘的实例中，在t1处可存在排气口凸缘温度偏移。例如，在t1处可存在踩加速器踏板事件。负载的增加导致更多排气被产生并比传感器冷。因此，加热器的占空比可增加。尽管排气温度瞬时地下降，但它快速地返回到较高值，如通过温度传感器的输出指示的(如在大虚线曲线708处示出)。然而，加热器的占空比仅在负载减少并返回到稳态值时返回。因此，如果排气温度仅基于加热器占空比来估计而不补偿偏移(如在小虚线曲线706处示出)，那么排气温度可被低估。通过经由瞬变补偿来补偿下降，推断出的复合瞬时排气温度(通过实线曲线704示出)能够更好地匹配通过温度传感器估计的值。确切地说，通过加入推断出的排气口凸缘温度的瞬变值，能够去除较大下降。例如，升高的瞬变可用于补偿大的下降。因此，误差的量值被减小。
图8在曲线图800处示出排气温度偏移的另一实例。其中，由在低负载下的操作导致的排气口凸缘温度的瞬变(low_load_compensation)在曲线808处示出。基于加热器占空比来估计并补偿凸缘温度瞬变的排气温度在曲线802处示出，且与没有瞬变补偿的排气温度估计值(曲线804)以及通过排气温度传感器估计的实际温度(曲线806)进行比较。所有曲线都随着车辆行进的时间绘制。
在所描绘的实例中，低负载操作的时段设置有额外的补偿。由此，这可构成低负载补偿。例如，在t1和t2之间可存在延长的松开加速器踏板(例如，延长的空转状况)。仅基于加热器占空比的未调整的排气温度估计值(小虚线804)不沿循基于温度传感器的温度(大虚线806)的下降方向。为减小误差，每当负载低于阈值时，补偿渐入排气温度的瞬时降低，且每当负载高于阈值时，补偿渐出排气温度的瞬时降低。例如，控制器可渐入瞬变，从而在负载高于0.6达200ms时，引起基于加热器占空比的排气温度的每秒1摄氏度减少(或在负载高于0.6达1s时，引起基于加热器占空比的排气温度的每秒5摄氏度减少)。当负载低于0.6时可渐出瞬变。换句话说，相比于负凸缘瞬变，控制器使用不同的乘法器用于正凸缘瞬变。
图9在曲线900处示出排气温度偏移的另一实例。其中，由发动机负载的变化(在曲线908处示出)导致的排气口凸缘温度中的瞬变得到补偿。基于加热器占空比来估计并补偿凸缘温度瞬变的排气温度在曲线902处示出，且与没有瞬变补偿的排气温度估计值(曲线904)进行比较。所有曲线都随着车辆行进的时间绘制。
在所描绘的实例中，可存在间歇的踩加速器踏板，其中一些踩加速器踏板为大踩加速器踏板。例如，可存在对高于1.4的负载的大踩加速器踏板，例如在t1和t2处示出。大踩加速器踏板设置有另外补偿。由此，这可构成高负载补偿。在本文中，在较高负载下，排气实际上变得比将预测的未调整的排气温度估计更热。仅基于加热器占空比的未调整的排气温度估计值(小虚线904)不沿循基于温度传感器的温度(未示出)的上升方向。换句话说，未调整的温度将低于实际温度。为减小误差，每当负载高于阈值时，补偿渐入排气温度的瞬时增加，且每当负载低于阈值时，补偿渐出排气温度的瞬时增加。例如，在高于1.4的负载下，控制器可渐入瞬变，从而引起对于发动机操作的每一秒，基于加热器占空比的排气温度的每秒10摄氏度增加。当负载低于1.4时可渐出瞬变。换句话说，相比于负凸缘瞬变，控制器使用不同的乘法器用于正凸缘瞬变。
图10在曲线图1000处示出排气温度偏移的另一实例。其中，由车辆速度的变化(在曲线1006处示出)导致的排气口凸缘温度中的瞬变得到补偿。基于加热器占空比来估计并补偿凸缘温度瞬变的排气温度在曲线1002处示出，且与没有瞬时补偿的排气温度估计值(曲线1004)进行比较。所有曲线都随着车辆行进的时间绘制。
在所描绘的实例中，可存在车辆速度的峰值，以及在较高速度下的延长的车辆操作。例如，可存在在55mph处或高于55mph的车辆操作段，如在t1和t2处示出。较高的车辆速度设置有另外补偿。由此，这可构成车辆速度补偿。在本文中，在较高车辆速度处，排气管道变得冷于排气。从UEGO到空气冷却的排气管道的增加的热损耗导致加热器更努力工作。因此，加热器占空比增加，且未调整的排气温度估计将预测比实际存在的值更高的排气温度。仅基于加热器占空比的未调整的排气温度估计值(小虚线1004)不沿循基于温度传感器的温度(未示出)的上升方向。换句话说，未调整的温度将低于实际温度。为减小误差，每当车辆速度高于阈值速度时，补偿渐入排气温度的瞬时增加，且每当车辆速度低于阈值速度时，补偿渐出排气温度的瞬时增加。例如，在高于55mph的速度下，控制器可渐入瞬变，从而引起对于车辆操作的每一秒，基于加热器占空比的排气温度的2.5摄氏度增加。当速度低于55mph时可渐出瞬变。
应了解，图7至10描绘解析出的各种瞬变补偿。然而，控制器可基于车辆状况的变化同时执行各种补偿中的一个或多个以更加准确地反映排气温度。
以此方式，排气温度可使用现有的排气氧传感器的加热器被准确地测量，同时更好地补偿预期的温度偏移。技术结果是现有传感器能够用于额外的测量。另外，即使排气温度传感器存在于发动机系统中，建模的排气温度也能够基于传感器的输出被确认或校正。通过补偿由在车辆操作期间的车辆状况的变化导致的排气温度的偏移，可确定更加可靠的排气温度估计值。由此，这允许更加迅速地识别出排气放热，从而使得能够及时地执行缓解动作。因此，排气组件退化被减少。
一种用于车辆发动机的实例方法包括：基于排气传感器加热元件的占空比并进一步基于在瞬变车辆操作期间的车辆状况来推断复合瞬时排气温度，所述车辆状况包含发动机负载、车辆速度以及建模的排气口凸缘温度或建模的催化剂温度；并且基于复合瞬时排气温度来调整发动机操作。在前述实例中，另外或可选地，所述方法另外包括，基于期望的排气传感器温度与实际排气传感器温度之间的误差来调整排气传感器加热元件的占空比。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，排气传感器是以下中的一个或多个：耦接在排气催化剂上游的第一排气氧传感器和耦接在排气催化剂下游的第二排气氧传感器。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，所述推断包含经由传递函数将占空比的倒数转换成第一排气温度估计值，且随后渐入瞬变调整，所述瞬变调整和所述渐入的速率中的每一个基于发动机负载、车辆速度以及建模的排气口凸缘温度或建模的催化剂温度，并且其中基于误差来调整排气传感器加热元件的占空比在渐变期间继续。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，排气口凸缘温度包含预期的排气口凸缘温度，所述预期的排气口凸缘温度基于发动机转速、发动机负载、空气燃料比以及火花点火正时中的每一个来建模。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，渐变的速率随着车辆速度增加至超过阈值速度而降低，其中渐变的速率随着发动机负载增加至超过阈值负载而增加，并且其中渐变的速率响应于预期的排气口凸缘温度的瞬变而降低。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，渐变的速率另外基于高负载事件或低负载事件。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，渐变的速率响应于操作人员高负载事件而增加且响应于低负载事件而降低。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，所述方法另外包括，响应于预期的排气口凸缘温度与复合瞬时排气温度之间的差值高于阈值量来设定诊断代码。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，所述车辆包含耦接到车辆的前端的格栅闸板系统，并且其中渐变的速率进一步基于格栅闸板系统是打开还是闭合，渐变的速率在格栅闸板打开时增加，渐变的速率在格栅闸板闭合时降低。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，当排气传感器是耦接在排气催化剂下游的第二排气传感器时，渐变的速率进一步基于预期的排气催化剂砖温度，所述预期的排气催化剂砖温度基于发动机转速、发动机负载以及火花点火正时中的每一个来建模。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，所述调整包含响应于复合瞬时排气温度高于阈值而限制发动机负载以及以比化学计量空气燃料比富的空气燃料比来操作发动机中的一个或多个。
用于车辆发动机的另一实例方法包括：基于耦接到排气传感器的加热器的占空比来推断稳态排气温度；通过以下操作来估计复合瞬时排气温度：基于在瞬变车辆操作期间的发动机负载的变化、车辆速度以及建模的排气温度中的每一个来使所述稳态排气温度渐变。在前述实例中，另外或可选地，所述推断包含：在第一状况期间，基于耦接到位于排气催化剂上游的第一排气传感器的第一加热器的占空比来推断，在第二状况期间，基于耦接到位于排气催化剂下游的第二排气传感器的第二加热器的占空比来推断。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，在第一状况期间，建模的排气温度包含建模的排气口凸缘温度，其中在第二状况期间，建模的排气温度包含建模的排气催化剂砖温度，并且其中在第三状况期间，建模的温度包含建模的排气口凸缘温度和建模的排气催化剂砖温度中的每一个。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，所述推断包含使用传递函数将加热器的占空比的倒数转换成稳态温度，并且其中所述估计包含基于负载的变化、车辆速度以及建模的排气温度中的每一个来设定渐变速率。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，所述方法另外包括，基于复合瞬时排气温度来调整发动机操作参数，所述发动机操作参数包含燃料喷射量和发动机进气充气量中的一个或多个。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，所述方法另外包括基于发动机转速、发动机负载、空气燃料比以及火花正时中的每一个来对建模的排气温度建模；响应于建模的排气温度与复合瞬时排气温度之间的差值高于阈值量，限制进气充气量以限制发动机负载；且响应于建模的排气温度高于阈值温度，使发动机变富并设定诊断代码。
另一实例车辆系统包括：发动机，其包含进气通道和排气通道；排气催化剂，其耦接到发动机排气通道；排气氧传感器，其耦接在排气催化剂上游，所述传感器包含用于将传感器维持在操作温度处的加热器；燃料喷射器，其耦接到发动机汽缸；进气节气门，其耦接到发动机进气通道；以及控制器。控制器可配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令以用于：在车辆操作期间，捕获加热器的占空比；将占空比的倒数转换成第一排气温度估计值；基于在车辆操作期间的瞬变来获悉传递函数；基于第一排气温度估计值和获悉的传递函数来计算第二排气温度估计值；以及基于第二排气温度估计值来调整发动机操作。在前述实例中，另外或可选地，在车辆操作期间包含在稳态和瞬变车辆操作期间，并且基于在车辆操作期间的瞬变来获悉传递函数包含：基于在瞬变车辆操作期间的车辆速度变化、发动机负载变化以及加速踏板位置变化中的一个或多个来获悉传递函数。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，控制器包含用于进行以下操作的另外指令：响应于第二排气温度高于阈值来指示排气超温状况，所述建模的第二排气温度基于发动机转速、发动机负载以及火花正时；且响应于所述指示，减小进气节气门的开度以限制发动机负载并使发动机变富。在前述实例中的任一或全部实例中，另外或可选地，控制器包含用于进行以下操作的另外指令：响应于第二排气温度与建模的排气温度之间的差值高于阈值来指示排气模型准确性状况，所述建模的排气温度基于发动机转速、发动机负载、空气燃料比以及火花正时；且响应于所述指示，减小进气节气门的开度以限制发动机负载并使发动机变富。
注意，本文中包含的实例控制和估计例程能够在各种发动机和/或车辆系统配置下使用。本文中公开的控制方法和例程可以在非暂时性存储器中存储为可执行指令，且可以由包含控制器的控制系统结合各种传感器、致动器以及其它发动机硬件来实施。本文中描述的具体例程可以表示例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等任何数目的处理策略中的一种或多种。由此，所说明的各种动作、操作和/或功能可以按说明的顺序执行、并行执行或在一些情况下省略。同样地，处理的次序并非是实现本文中所描述的实例实施例的特征和优点所必须的，而是为便于说明和描述而提供。根据所使用的特定策略，可以重复地执行所说明的动作、操作和/或功能中的一种或多种。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行在包含各种发动机硬件组件与电子控制器的结合的系统中的指令来实施。
应了解，本文中揭示的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不被认为具有限制性意义，因为众多的变体是可能的。例如，以上技术能够被应用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包含本文中公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合以及子组合。
以下权利要求书特别指出被认为新颖且非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以指代“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应被理解为包含一个或多个此类元件的合并，既不要求也不排除两个或两个以上此类元件。所揭示的特征、功能、元件和/或特性的其它组合以及子组合可以通过当前权利要求书的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。此类权利要求书，无论其范围比原始权利要求的更宽、更窄、相等或不同，也都被认为包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于耦接在车辆中的发动机的方法，其包括：
基于排气传感器加热元件的占空比并进一步基于在瞬变车辆操作期间的车辆状况，推断复合瞬时排气温度，所述车辆状况包含发动机负载、车辆速度以及排气口凸缘温度；以及
基于所述复合瞬时排气温度调整发动机操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括，基于期望的排气传感器温度与实际排气传感器温度之间的误差，调整所述排气传感器加热元件的所述占空比。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热元件耦接到排气传感器，并且其中所述排气传感器是耦接在排气催化剂上游的第一排气氧传感器和耦接在所述排气催化剂下游的第二排气氧传感器中的一个或多个。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述推断包含经由传递函数将所述占空比的倒数转换成第一排气温度估计值，且随后渐入瞬变调整，所述瞬变调整和所述渐入的速率中的每一个基于所述发动机负载、所述车辆速度以及所述排气口凸缘温度，并且其中基于所述误差调整所述排气传感器加热元件的所述占空比在渐变期间继续。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述排气口凸缘温度包含预期的排气口凸缘温度，所述预期的排气口凸缘温度基于发动机转速、发动机负载、空气燃料比以及火花点火正时中的每一个被建模。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述渐变的所述速率随所述车辆速度增加超过阈值速度而增加，其中所述渐变的所述速率随所述发动机负载增加超过阈值负载而增加，其中所述渐变的所述速率随所述发动机负载降低低于第二阈值负载而降低，并且其中所述渐变的所述速率响应于所述预期的排气口凸缘温度的瞬变而降低。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述渐变的所述速率进一步基于操作人员踩加速器踏板事件或操作人员松开加速器踏板事件，所述渐变的所述速率响应于所述操作人员松开加速器踏板事件而增加，且响应于所述操作人员踩加速器踏板事件而降低。
8.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括，响应于所述预期的排气口凸缘温度与所述复合瞬时排气温度之间的差值高于阈值量，设定诊断代码。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述车辆包含耦接到所述车辆的前端的格栅闸板，并且其中所述渐变的速率进一步基于所述格栅闸板是打开还是闭合，所述渐变的速率在所述格栅闸板打开时增加，所述渐变的速率在所述格栅闸板闭合时降低。
10.根据权利要求4所述的方法，其中当所述排气传感器是耦接在所述排气催化剂下游的所述第二排气氧传感器时，所述渐变的速率进一步基于预期的排气催化剂砖温度，所述预期的排气催化剂砖温度基于发动机转速、发动机负载以及火花点火正时中的每一个来建模。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整包含响应于所述复合瞬时排气温度高于阈值而限制发动机负载以及以比化学计量空气燃料比富的空气燃料比操作所述发动机中的一个或多个。
12.一种用于车辆发动机的方法，其包括：
基于耦接到排气传感器的加热器的占空比，推断稳态排气温度；
通过基于在瞬变车辆操作期间的发动机负载的变化、车辆速度以及建模的排气温度中的每一个使所述稳态排气温度渐变来估计复合瞬时排气温度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述推断包含，在第一状况期间，基于耦接到位于排气催化剂上游的第一排气传感器的第一加热器的占空比推断，在第二状况期间，基于耦接到位于所述排气催化剂下游的第二排气传感器的第二加热器的占空比推断。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第一状况期间，所述建模的排气温度包含建模的排气口凸缘温度，其中在所述第二状况期间，所述建模的排气温度包含建模的排气催化剂砖温度，并且其中在所述第三状况期间，所述建模的温度包含所述建模的排气口凸缘温度和所述建模的排气催化剂砖温度中的每一个。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述推断包含使用传递函数将所述加热器的所述占空比的倒数转换成所述稳态排气温度，并且其中所述估计包含基于所述负载的变化、车辆速度以及建模的催化剂温度中的每一个来设定渐变速率。
16.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括，基于所述复合瞬时排气温度来调整发动机操作参数，所述发动机操作参数包含燃料喷射量和发动机进气充气量中的一个或多个。
17.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括，基于发动机转速、发动机负载、空气燃料比以及火花正时中的每一个，对所述建模的排气温度建模；响应于所述建模的排气温度与所述复合瞬时排气温度之间的差值高于阈值量，限制进气充气量以限制所述发动机负载；以及响应于所述建模的排气温度高于阈值温度，使所述发动机变富并设定诊断代码。
18.一种车辆系统，其包括：
发动机，其包含进气通道和排气通道；
排气催化剂，其耦接到所述排气通道；
排气氧传感器，其耦接在所述排气催化剂的上游，所述传感器包含用于将所述传感器维持在操作温度下的加热器；
燃料喷射器，其耦接到发动机汽缸；
进气节气门，其耦接到所述进气通道；以及
控制器，其具有存储在非暂时性存储器上以用于进行以下操作的计算机可读指令：
在车辆操作期间，
捕获所述加热器的占空比；
将所述占空比的倒数转换成第一排气温度估计值；
基于在所述车辆操作期间的瞬变，获悉传递函数；
基于所述第一排气温度估计值和所述获悉的传递函数，计算第二排气温度估计值；以及
基于所述第二排气温度估计值调整发动机操作。
19.根据权利要求18所述的系统，其中在车辆操作期间包含在稳态车辆操作期间和瞬变车辆操作期间，并且其中基于在所述车辆操作期间的瞬变获悉传递函数包含：基于在所述瞬变车辆操作期间的车辆速度变化、发动机负载变化以及加速踏板位置变化中的一个或多个，获悉所述传递函数。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器包含用于进行以下操作的进一步指令：
响应于所述第二排气温度估计值高于阈值，指示排气超温状况；以及
响应于所述指示，减小所述进气节气门的开度以限制所述发动机负载并使所述发动机变富。
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