CN112282946B - 用于后处理的热控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制包括催化剂的内燃机系统的方法，包括接收内燃机的期望输出，以及接收包括指示催化剂的温度的信息的传感器信息。该方法包括基于候选控制点的相应组计算多组发动机性能值，发动机性能值包括催化剂的温度随时间变化的温度变化率，所述方法还包括确定温度变化率是否满足催化剂的最小升温速率。该方法还包括基于选定的候选控制点组和最小升温速率来控制内燃机。

Description

用于后处理的热控制的方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及内燃机，并且更具体地涉及用于控制具有一个或多个排气后处理装置的内燃机系统的方法和系统。
背景技术
内燃机用于各种车辆、移动机器和固定机器中，以通过燃料(例如柴油燃料)的燃烧来执行工作或产生动力。柴油燃料的燃烧可能产生污染物，如未燃烧的烃、一氧化碳和氮氧化物(NOx)。后处理装置(例如氧化或选择性催化还原(SCR)催化剂)减少由内燃机产生的潜在有害排放物的量。例如，氧化催化剂催化将NOx转化成无害化合物的NOx的反应。后处理系统可以包括其他后处理装置，例如颗粒过滤器和/或多个、种催化剂，以进一步帮助减少不希望的排放物。
催化剂可以在特定温度范围内充分运行。例如，催化剂可具有称为催化剂起燃温度的特定温度，在该温度下性能(转化效率)为催化剂潜力的约50％。该起燃温度可以是200摄氏度、300摄氏度或更高。因此，当催化剂的温度低于起燃温度时，可能产生大量不希望的排放物。取决于发动机的类型，当从冷启动操作发动机时，排气可能需要5分钟或更长时间来将催化剂加热到足够的工作温度。已经采用了各种装置和策略来减少将催化剂加热到足够温度所需的时间量。例如，发动机系统可以包括加热器(例如电加热器)。然而，这种加热器会增加后处理系统的费用和尺寸。
在Brown的美国专利第6,668,545 B2号(“专利'545”)中公开了示范性催化剂升温评估方法。在专利'545中描述的系统包括用于计算催化剂的氧储存特性的成对的空气/燃料比传感器。将催化剂氧储存的量度与阈值进行比较以评估催化剂的温度升温速率是否足够快。专利'545可以在升温不足时在诊断存储器中设置标记。
虽然专利'545的升温评估在一些情况下可能是有用的，但是它可能不提供用于控制发动机的操作以在足够的速率下升温催化剂的方法。此外，专利'545可能不提供适应变化的环境条件的系统。
所披露的方法和系统可以解决上述问题中的一个或多个和/或本领域中的其他问题。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何具体问题的能力限定。
发明内容
在一个方面，一种用于控制包括催化剂的内燃机系统的方法可包括接收内燃机的期望输出，以及接收包括指示催化剂的温度的信息的传感器信息。该方法可以包括基于候选控制点的相应组计算多组发动机性能值，发动机性能值包括催化剂的温度随时间变化的温度变化率，该方法还包括确定温度变化率是否满足催化剂的最小升温速率。该方法还可以包括基于选定的候选控制点组和最小升温速率来控制内燃机。
在另一方面，一种用于控制包括催化剂的内燃机系统的方法可包括接收内燃机的期望输出和接收包括指示催化剂的温度的信息的传感器信息。该方法可以包括基于候选控制点的相应组来计算多组发动机性能值，并且确定是否至少一组候选控制点满足催化剂的最小升温速率。该方法还可以包括基于最小升温速率用候选控制点更新控制图。
在另一方面，用于内燃机系统的控制系统可以包括配置成接收来自内燃机的排气的催化剂和配置成产生指示催化剂的温度的信号的传感器。所述控制系统还可以包括控制器，所述控制器被配置成：基于所述信号确定所述催化剂何时处于冷状态，以及基于所述催化剂处于冷状态的确定来设置所述催化剂的最小升温速率。所述控制器可以被配置为确定是否通过进气节流阀限制空气流以增加所述催化剂的温度变化率，并且更新用于控制所述内燃机的控制图，所更新的控制图包括所述进气节流阀的位置。
附图说明
并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了各种示范性实施例，并且与说明书一起用于解释所披露的实施例的原理。
图1是示出根据本发明的一个方面的控制系统的示意图。
图2是示出根据图1的控制系统的方法的流程图。
具体实施方式
前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示范性和说明性的，并不限制所要求保护的特征。如在此所使用的，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“具有”、“包括(including)”或其他变体旨在涵盖非排他性的内含物，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或装置不仅包括这些要素，而且可以包括未明确列出的或这种过程、方法、物品或装置所固有的其他要素。此外，在本发明中，相对术语(例如“约”、“大致”和“大约”等)用于指示所陈述的值中±10％的可能变化。
图1示出了用于确保内燃机系统12的一种或多种催化剂28、32的充分升温的控制系统10的部件。控制系统10可以包括与内燃机系统12、电子控制模块或ECM80以及内燃机14相关联的多个输入40。输入40可包括操作者产生的输入或来自测量发动机系统12的各个部件的状态的多个传感器的请求和输出。ECM80可以设置为用于控制内燃机系统12的每个部件的单个发动机控制模块，可以分布在多个控制单元上，或者可以与一个或多个附加控制单元通信。例如，ECM80可与用于控制发动机系统12的各种子系统的一个或多个控制单元通信。发动机系统12可以通过燃料(即柴油燃料)的燃烧来产生动力，并且可以包括进气系统、排气再循环(EGR)系统以及包括一个或多个后处理装置的后处理系统。内燃机系统12能够以一种或多种燃料(例如柴油燃料、汽油和/或诸如天然气的气态燃料)运行。
内燃机14可以包括由相应的多个发动机气缸形成的多个燃烧室。每个气缸可以例如经由电子控制的燃料喷射器16接收燃料。燃料喷射器16可位于每个气缸中用于直接喷射和/或位于进气口中用于进气口喷射。进气通道20可以连接在发动机14的上游以向每个气缸提供空气。进气通道20可以设置在一个或多个空气压缩机(未示出)的下游，并且可以包括进气节流阀18和下游进气通道22，例如用于发动机气缸的发动机进气歧管。下游进气通道22可以连接到内燃机14的每个气缸的进气阀。排气通道24可以连接在发动机14的下游以提供用于排气离开每个气缸的路径。排气通道24可以被包括作为包括电子控制的EGR阀26的EGR系统的一部分。后处理系统可以包括一个或多个后处理装置，例如一种或多种催化剂28、32以及柴油颗粒过滤器(DPF)30。还可以提供有助于一个或多个后处理装置的再生的一个或多个装置。催化剂28、32可以包括柴油氧化催化剂(DOC)或选择性催化还原(SCR)催化剂中的一种或多种。
输入40可以由向ECM80输出信号的一个或多个传感器形成。如上所述，输入40可包括操作者产生的输入或ECM80的“期望”输入，例如发动机14的期望输出42，以及来自配置成提供对应于发动机系统12的实际状态的反馈信息(例如输入52-70)的传感器的“实际”输入。一个或多个输入40可以与发动机系统12的部件之一的测量或感测状态相关联，例如燃料喷射器16、进气阀或进气节流阀(ITV)18或DPF28的状态。
期望输出42可以是例如基于诸如踏板、杆、节流阀等的输入装置的测量位置确定的发动机14的期望产量，或者可以对应于发动机14的期望动作。例如，期望输出42可以对应于(例如当发动机14用作发电机的部件时)作为ECM80的输入而接收的要求转矩量或要求功率量。燃料量输入52可对应于喷射燃料的实际量或质量。燃料量52可以对应于例如连接到一个或多个燃料管线和/或喷射器16的一个或多个流量和/或压力传感器。(例如通过测量发动机14的曲轴的每分钟转数)发动机速度传感器54可以输出与发动机14的旋转速度相对应的信号。大气压力传感器56可以测量发动机14外部的大气空气压力。环境空气温度传感器58可以测量发动机14外部的空气的温度。冷却剂温度传感器60可测量用于将发动机14维持在期望温度的冷却剂的温度。进气温度传感器62可以测量提供给发动机14的压缩空气的温度，并且可以设置在发动机14的进气系统的一部分内(例如下游进气通道22内)。例如，在ITV18和EGR阀26的下游，进气压力传感器64可以测量提供给发动机14的每个气缸的压缩空气的压力。排气温度传感器66可测量排气在离开发动机14之后(例如在排气通道24内)的排气温度。排气温度传感器66可以包括在排气通道24的上游部分处和/或在下游位置(例如相邻于后处理装置的入口的位置)处的一个或多个温度传感器。排气流量传感器68可以设置成测量来自发动机14的排气的流量，并且可以设置在排气通道24的一个或多个位置中。
一个或多个输入40可以与后处理装置(例如催化剂28、32和/或DPF30)相关联。可以为发动机系统12的每个催化剂28、32提供催化剂的温度传感器70。温度传感器70可设置在其中容纳有一种或多种催化剂28、32的罐内的任何适当位置处，和/或设置在每个催化剂28、32的紧邻上游和/或下游的适当位置处。另外，烟粒负载传感器可产生指示DPF30内存在的烟粒量的信号。为了清楚起见，省略了与来自内燃机系统12的输入40相关联的信号线。
ECM80可配置成直接地或通过一个或多个中间控制器接收每个输入40并输出控制信号至发动机14的多个电子可控部件。ECM80可体现为接收输入40并发出输出控制信号的单个微处理器或多个微处理器。ECM80可包括存储器、辅助存储装置、处理器(例如中央处理单元)或用于完成根据本发明的任务的任何其他装置。与ECM80相关联的存储器或辅助存储装置可存储数据和/或软件规程以协助ECM80执行其功能。这种存储器或辅助存储装置可以存储数据，所述数据允许ECM80执行模型模块82、优化器模块或优化器84以及排序模块86的功能。存储器可以存储多个可更新控制图90。此外，与ECM80相关联的存储器或辅助存储装置还可以存储从控制系统10的一个或多个输入40接收的数据。许多商业上可获得的微处理器可配置成执行ECM80的功能。各种其他已知电路可以与ECM80相关联，包括信号调节电路、通信电路和其他适当的电路。输入40可以包括向ECM80提供反馈或其他信息的任何附加输入。
图1所示的ECM80的示范性模块，模型模块82、优化器84和排序模块86可以配置ECM80以执行各种功能，例如更新一个或多个控制图90。如在图1中可以看到的，这些模块可以提供到彼此的输出并且提供到控制图90的输出。
存储在ECM80内的控制图90可指示控制点(其可采取输出的形式)与一个或多个输入之间的关系。每个控制图90的一个或多个控制点可以对应于由ECM80向发动机12的可控部件(例如燃料喷射器16、ITV18和EGR阀26)输出的命令。示范性控制点可以包括燃料喷射的启动、燃料喷射的质量、请求的EGR和请求的进气压力(或增压)。其他示范性控制点可包括：主喷射、引燃喷射和/或后主喷射的定时、执行或省略引燃喷射和/或后主喷射的喷射模式，以及燃料喷射器16停用的多个停用气缸。另外，控制点可以包括(在主喷射期间、引燃喷射期间和/或后主喷射期间)喷射燃料的质量。每个控制点可以对应于例如对由发动机14产生的排气的流量(量)没有显著影响的燃料因子或排气因子(其可以统称为“发动机校准因子”)。每个控制点可以对应于可能影响(例如减小)由发动机14产生的排气量的发动机限制因子。对应于燃料或排气因子的控制点可以包括喷射启动的定时、喷射质量、喷射压力和/或所请求的EGR。与发动机限制相对应的控制点可以包括(例如通过控制ITV18的位置)请求的进气压力。
控制图90可在ECM90的存储器内更新，使得控制图90的一个或多个控制点与一个或多个输入之间的关系可随时间变化。例如，控制图90可以通过用于控制图90的一个或多个特定输入的新的或修改的控制点来更新。例如，在EGR控制图90中，EGR控制点的特定值可以针对控制图90的特定组的输入(例如期望输出42、发动机速度和所请求的进气压力的特定值)而更新。虽然一些控制图90可以是可更新的，但是其他控制图可以是固定的(永久的或不可更新的)。ECM80可基于控制图90向喷射器16、ITV18或EGR阀26中的至少一个输出控制信号或控制命令。
优化器模块84可以通过搜索控制点的候选组并基于每组候选控制点的排序值评估每组控制点来搜索候选控制点的最佳组。优化器模块84可接收来自控制图90的控制点作为第一输入。这些控制点可以在一个或多个组中被提供。每组控制点可以对应于用于发动机系统12的一个或多个可控特征或致动器的相应指令(例如喷射器16、ITV18和EGR阀26)。优化器84还可以接收存储在ECM80的存储器中的一个或多个约束。这些约束对应于当发动机14运行时永不超过的硬限制。优化器84可以将多个相应控制点作为组输出。优化器84可以在模型模块82和排序模块86对候选控制点组进行分析之后接收与每个候选控制点组相关联的排序值。
模型模块82可以接收由优化器84输出的每组候选控制点。模型模块82还可以接收一个或多个输入40，包括期望输出42和对应于输入52-70的一个或多个感测的或实际的值。模型模块82可提供对应于发动机系统12的基于经验或物理的模型。模型模块82可计算对应于每组候选控制点的多个性能值。多个性能值可以形成模型模块82的输出。
排序模块86可以从模型模块82接收多个性能值中的每个。排序模块86还可以接收与多个性能值相关联的每组候选控制点。排序模块86可以例如从ECM80的存储器中检索多个性能限制和性能目标。基于这些输入，排序模块86可以计算或以其他方式确定与每组控制点相关联的排序值，该排序值可以被输出到优化器84。
工业实用性
控制系统10的所披露的方面可用于各种机器和/或车辆。例如，控制系统10可以包括在具有排放NOx和/或CO的内燃机的任何移动机器中。另外，控制系统10可用于包括产生这些化合物的内燃机的任何固定或大型机器中。控制系统10可配置成减少任何合适的机器或车辆的NOx和CO排放。
在控制系统10的操作期间，发动机14燃烧由燃料喷射器16喷射的燃料。进入每个气缸的空气量可以由ITV18控制。EGR的量可以由EGR阀26的位置来控制。进气的流量和压力可以由进气节流阀18限制。ECM80可经由输入40连续地监测发动机系统12的部件的运行状态。ECM80可基于模型模块82、优化器84和排序模块86的操作在发动机系统12的操作期间更新控制图90，并且可基于更新的控制图90控制燃料喷射器16、ITV18和EGR阀26中的一个或多个。在一个方面，可以基于更新的控制图90来控制燃料喷射器16、ITV18和EGR阀26。
如上所述，控制点的组可以由优化器84识别，并且可以用于更新多个控制图90。模型模块82可以提供基于经验或物理的模型，该模型对应于发动机系统12。排序模块86可以基于由模型模块82输出的性能值来计算或以其他方式确定与每组控制点相关联的排序值。
优化器84可以通过随机选择过程或基于存储在控制图90中的现有信息来识别候选控制点组。例如，可以基于用于燃料喷射启动的定时、燃料质量、请求的EGR和/或请求的进气压力的控制图来选择候选控制点。每个控制图可以限定超表面，该超表面对应于可以满足一个或多个输入(例如发动机速度和期望转矩)的不同控制点。在一个方面，可以从满足发动机速度和请求转矩的控制点随机识别每组候选控制点。然而，可以采用非随机识别策略，例如迭代搜索。非随机识别策略可以基于先前评估的候选控制点组来搜索候选控制点组，所述先前评估的候选控制点组被确定为令人满意。例如，一旦识别出令人满意的候选控制点组，随后的搜索可以通过识别相邻控制点启动。
喷射器16的示范性控制点可形成示范性燃料因子并包括燃料喷射的启动(例如主喷射、引燃喷射和/或后主喷射的定时、执行或省略引燃和/或后主喷射的喷射模式或其中燃料喷射器16被停用的多个停用气缸)和喷射燃料的质量(在主喷射、引燃喷射和/或后主喷射期间)。用于ITV18(示范性发动机限制因子)和EGR阀26(示范性排气因子)的控制点可以包括这些阀的位置(例如打开角度)，并且可以提供对EGR量、进气歧管压力、进气温度和其他性能值的控制。优化器84对候选控制点组的搜索可以基于边界来限制，所述边界诸如上述约束中的一个或多个，其可以永久地存储在ECM80的存储器中。此外，优化器84可以基于与每个控制点相关联的相应的下边界和上边界(例如最小值和最大值)来搜索每个控制点。这些边界可以从存储在ECM80的存储器中的发动机调谐或图导出。这些边界可以例如基于一个或多个存储的方程来计算(例如关于特定控制点的下边界可以对应于控制点的期望值的20％)。示范性约束可以包括燃料喷射质量、喷射定时、EGR或进气压力的最小值和/或最大值。另外，可以基于优化器执行的搜索类型来应用一个或多个约束(例如与发射模式、进气温度、停用气缸的数量等相关联的约束)。
每个候选控制点组可以被认为落入四个类别或分组之一内：第一分组，其中发动机系统12的至少一个燃料因子或排气因子(例如喷射启动的定时、喷射质量、喷射压力和/或所请求的EGR)被修改并且限制因子(例如ITV18的位置)未被修改；第二分组，其中燃料和/或排气因子未被修改并且限制因子被修改；第三分组，其中同时修改至少一个燃料因子(和/或排气因子)和限制因子；以及第四分组，其中没有修改燃料因子、排气因子或限制因子。在一个方面，在第一分组中，排气流可以基本上不受修改控制点的影响。通常根据进气限制量，可以在第二分组和第三分组中减少排气流，执行该操作以增加发动机14的温度。
如在此使用的，调整的或“修改的”因子是指被调整或改变以增加发动机14的温度和由发动机14产生的排气的温度的发动机命令和控制点。因此，与未修改的或标准的指令相比，修改的发动机因子可导致后处理装置的温度升高。修改的燃料因子可以包括调整燃料喷射定时(例如提前或延迟定时)。替代或附加于调整的燃料喷射定时，修改的燃料因子可以包括通过调整喷射压力和/或喷射持续时间来调整喷射燃料的质量(燃料质量)。还可以调节(例如增加)燃料质量以增加排气温度。如所理解的，调节燃料喷射和/或燃料质量可以增加排气温度和/或排气流。因此，修改的燃料因子可涉及发出用于控制喷射器16的一个或多个方面的经调节的命令，一个或多个方面例如喷射定时(喷射启动)、喷射压力、喷射持续时间等。
修改的排气因子可以涉及发出用于控制EGR阀26的位置的经调节的命令。这些经调节的EGR阀26指令可以代替或附加于用于燃料喷射器16的经调节的指令而发出。当ECM80不试图增加后处理装置或发动机14的温度时，与用于EGR阀26的位置的未修改的或标准的指令相比，可以调节EGR阀26的位置以减少EGR的量。在一个方面，成组的控制点可以调节燃料喷射定时、喷射燃料的质量或EGR阀26的位置中的至少一个，以增加催化剂28、32的温度。
通过部分地限制到发动机14的空气流，调整的或“修改的”发动机限制因子(例如ITV18的位置)可以不同于未修改的或标准的ITV18的位置。这可能导致由发动机14产生的排气的温度升高。ITV18的修改(限制)位置可趋于通过减少引入到发动机14的空气量来降低排气的流速。
一旦模型模块82从优化器84接收到一组或多组候选控制点，这些候选控制点和一个或多个输入40就可以用作发动机模型中的输入。在示范性配置中，发动机模型可以允许模型模块82计算发动机系统12的实时性能。该发动机模型可以描述发动机模型的输入(候选控制点和至少一个输入40)与从发动机模型输出的多个性能值之间的多个物理关系。因此，通过将多个候选控制点和一个或多个输入40输入到模型，模型模块82可以计算与候选控制点和发动机系统12的实际状态相对应的多个性能值。
由模型模块82计算的一个示范性性能值是催化剂28和/或32的温度变化率。该变化率可以表示每个催化剂28、32升温或冷却的速度。可计算催化剂28、催化剂32或两者以及任何其他后处理部件的温度变化率。温度变化率可以为正值以表示升温速率，或者为负值以表示冷却速率。零或基本为零的温度变化率可表示催化剂28、32的温度预期保持基本恒定。模型模块82可配置成基于排气温度(输入66)、排气流速(输入68)以及催化剂28、32的当前温度(输入70)中的一个或多个来计算温度变化率。该温度变化率还可以基于与特定组的候选控制点相对应的排气流和排气温度来确定。模型模块82的基于经验或物理的模型可以用标准之间的已知关系来编程，所述标准包括排气温度、排气流速、当前温度和催化剂的预期升温速率。该模型可以允许模型模块82计算成组的候选控制点将对这些标准中的每一个的影响，并且由此确定每组候选控制点的温度变化率。可以采用类似的方法来计算其他发动机性能值。
示范性发动机性能值还可以包括烟粒变化率、燃料消耗、瞬态响应、输出转矩、制动平均有效压力或进气流量中的一个或多个。进一步的发动机性能值可以包括质量流、排气歧管温度、峰值气缸压力、(后处理之前和/或之后的)NOx量、烟粒产生率(后处理之前和/或之后发动机14产生烟粒的速率)、(后处理之前和/或之后的)NOx/烟粒比率或其他。一旦针对候选控制点的一个或多个组计算了每个性能值，就可以将性能值从模型模块82输出到排序模块86。
排序模块86可以被配置为执行两个或更多个功能，以评估每组候选控制点的性能值。首先，排序模块86可以确定候选控制点的性能值是否满足一个或多个性能限制。作为第二功能，排序模块86可以通过将一个或多个性能值与对应的性能目标进行比较来计算与每组候选控制点相关联的排序值。
示范性性能限制是最小升温速率(限制)，其可以是与催化剂28、催化剂32或两者相关联的最小升温速率。如果需要，可以为每个催化剂28、32提供不同的最小升温速率。例如，催化剂28、32可以基于不同的起燃温度具有不同的最小升温速率。这些最小升温速率可允许催化剂28、32在适当的时间达到相应的功能温度(例如起燃温度或催化剂充分活跃的预定阈值温度等)。此外，不同的最小升温率可存储在ECM80中并基于发动机14的一个或多个运行条件来应用。ECM80可通过参考图来查找升温速率性能值。例如，可以提供图来基于发动机14的负载确定最小升温速率。当发动机14在低负载条件下运行时，可以设置相对低的最小升温速率。当发动机14在中负载条件下运行时，可以应用更大的最小升温速率。最后，当发动机14在高负载条件下运行时，可以应用甚至更大的最小升温速率。可替代地，升温速率可以是与冷状态相关联的常数值。另外的示范性性能限制可以包括NOx产生、排气温度、冷却剂温度等的限制。
可以基于发动机系统12的一个或多个部件的感测到的或计算出的运行条件来设置或移除(提升)性能限制。一个示范性性能限制可以是最小升温速率，其可以在特定条件下移除。排序模块86可以从催化剂温度传感器70接收催化剂28、32的温度，并且当该催化剂的温度高于预定阈值时，移除一种或两种催化剂28、32的最小升温速率。在示范性实施例中，250摄氏度的温度可以与诸如冷启动条件的冷状态相关联并且可以形成示范性预定阈值。在一个方面，预定阈值可以是在200摄氏度与250摄氏度之间的值。因此，冷状态可与期间催化剂28、32的温度相对较低的条件相关联。除了冷启动条件之外，当发动机14在低负载下运行一段时间时，还可能出现冷状态。当一种或多种催化剂28、32被确定为处于冷状态(例如当催化剂温度传感器70的温度低于预定温度阈值时)时，最小升温速率可以是正值。可以应用其他性能限制而不管系统12的操作条件如何。
性能限制可以由固定(永久)值或范围限定，或者可以具有在内燃机系统12的运行期间由排序模块86调节的值或范围。例如，排序模块86可以被配置成基于内燃机系统12的一个或多个部件的感测到的或计算出的状态来改变一个或多个性能限制。在示范性配置中，催化剂28和/或催化剂32的最小升温速率可由排序模块86调节。例如，排序模块86可以在催化剂28、32的温度相对较冷时将最小升温速率从冷状态开始时的第一(较高)值改变，并且当催化剂28、32的温度接近或达到与冷状态相关联的预定温度阈值时将最小升温速率改变为第二(较低)值。
关于排序模块86的第二功能，该模块可以为每组候选控制点计算排序值。该排序值可以通过评估关于对应的性能目标的每组性能值来计算。例如，排序模块86可以将催化剂升温速率性能值与最小升温速率目标进行比较。该比较可包括确定性能值与目标之间的差的幅值。另外，每个性能目标可以与反应性能目标的相对重要性的加权因子相关联。一个或多个加权因子可以是存储在ECM80中的永久值或固定值，而其他加权因子可以(例如在预定义的边界内)是用户可编辑的。加权因子可以对应于每个性能目标的相对重要性。
排序模块86可以基于每个性能值与对应的性能目标和每个相关联的加权因子的比较来计算排序值。该排序值可以被提供为用于成组的候选控制点(以及相关联的性能值)的单个值。在示范性配置中，可以用成本函数来计算排序值。因此，可以基于与性能目标的偏差为多个性能值计算成本。该排序值可以表示考虑每个成本的相关加权因子的这些成本的总和。当基于成本函数确定排序值时，优选(期望)排序值可以对应于较低值。然而，该排序值可以替代地表示合意性得分，其中较高的值可以表示优选的排序值。可以将每组候选控制点与相关联的排序值一起提供给优化器84，优化器84比较相应的排序值，以识别最高排序的候选控制点组。当成组的候选控制点被确定为满足每个限制并且被发现与候选控制点的一个或多个其他组相比具有优选的排序值时，可以更新图90。每个更新的图90可以存储在ECM80的存储器中。例如，更新的图90可以在发动机系统12的后续冷状态或冷启动期间使用。
当催化剂28、32处于冷状态时，ECM80可基于属于上述控制点的分组中的任一分组的一个或多个控制点组来操作发动机系统12，并且当基于由模型模块82、优化器84和排序模块86识别的控制点的最佳组来控制发动机系统12时，ECM80可在每个分组中的控制点组之间自由地切换。在一个方面，ECM80可在催化剂28、32处于冷状态时基于与第一分组相对应的成组的控制点来控制发动机系统12，在第一分组中，至少一个燃料和/或排气因子被修改并且限制因子不被修改。在催化剂28、32已部分地升温之后，但仍处于冷状态时，ECM80可基于第三组分中的一组或多组控制点来操作发动机系统12，在第三分组中，至少一个燃料因子(和/或至少一个排气因子)和限制因子被同时修改。因此，当催化剂28、32显著低于预定阈值时，ECM80可以评估来自每个分组的候选控制点组，并且可以倾向于具有来自第一分组的控制点的控制系统12，其中喷射启动、喷射质量、喷射压力和/或所请求的EGR可以被调节不同的量。一旦催化剂28、32已经升温到接近预定阈值的温度，ECM80可以继续评估来自每个分组的候选控制点组，并且可以倾向于具有来自第三分组的控制点的控制系统12。该奇幻可以基于模型模块82、优化器84和排序模块86的操作来确定，而不需要提供对应于该偏移的预定图。
如上所述，在冷状态、例如冷启动期间，ECM80可能倾向于从第一分组切换到第三分组。该切换的定时可以基于性能值和排名值的实时计算来确定，并且可以通过更新控制图90来调整。这样，在第一冷状态下的该切换的定时可以不同于在第二冷状态下的该切换的定时。例如，ECM80可以被配置成基于作为输入提供给模型模块82的实际状态并且基于对应的性能值来更新该切换的定时。另外，ECM80可以修改在每个冷状态期间采用哪些控制点的分组，以及，如果有的话，从一个分组到另一分组的每个切换的定时。因此，ECM80可基于满足所应用的性能限制并对应于最高排序值的分组的任何组合来控制发动机12。
图2示出了可以通过示范性控制系统10执行的控制方法200。在方法200的步骤202中，ECM80可接收操作员命令，例如与对来自内燃机14的特定输出的请求相关联的期望输出42。期望输出42可以采取由内燃机14产生的要求转矩、由内燃机14产生的要求功率等的形式。例如，期望输出42可以对应于由输入装置发出的操作员命令，如上所述。步骤202还可以包括例如通过输入40从发动机系统12的传感器接收每一项信息，输入40包括来自传感器70的指示催化剂28和/或催化剂32的温度的信号。步骤202可以在方法200期间和在发动机14的运行期间以规则的间隔执行。例如，步骤202可以以大约60毫秒(ms)的间隔、120ms的间隔或任何其他适当的间隔执行。
在步骤204中，优化器84可以选择(例如随机地或通过搜索控制图90)多个候选控制点组。在示范性配置中，在步骤204中可以选择1000组候选控制点。所选择的候选控制点组可以从优化器84输出到模型模块82。在步骤204中选择的候选控制点组可以分别落入上述四个分组中的一个分组内。
在步骤206中，基于这些候选控制点组，模型模块82可以计算相应的性能值组(例如1000个组)。这些性能值可以从发动机系统12的发动机模型的输出确定。可以为每一组候选控制点计算相应的催化剂升温速率，以确定催化剂28、32预期升温的速率。每组候选控制点的性能值可以对应于多个上述分组，包括以下中至少一个：第一分组，其中仅修改一个或多个燃料或排气因子；第二分组，其中仅修改ITV18的位置；以及第三分组，其中修改一个或多个燃料或排气因子和ITV18的位置。
步骤208-212提供用于基于发动机系统12的部件的状态设置或改变性能限制之一的示范性方法。步骤208可以包括基于指示该温度的传感器信息(其例如作为催化剂温度传感器70的输出)确定催化剂28、32的升温速率。例如，步骤208可以包括通过将催化剂28、32中的一个或两个的温度与预定阈值进行比较来确定催化剂28、32是否处于诸如冷启动条件的冷状态。
当一种或多种催化剂28、32处于冷状态时，可以执行步骤212。在步骤212中，排序模块86可以设置最小升温速率(性能限制)以需要增加催化剂28、32的温度。可选地，可以在步骤212中设置最小升温速率目标(性能目标)。
当催化剂28、32不处于冷状态时，可以执行步骤210。在步骤210中，可以移除或提升最小升温速率。步骤210可以包括允许催化剂28、32的温度基于发动机系统12的操作而自由地波动。步骤210可以包括设置与催化剂28、32的温度相关联的性能目标(例如最小升温速率目标)来代替限制。
步骤214可以跟随步骤210或步骤212，并且可以包括计算与候选控制点的每个组相关联的排序值。步骤214可以通过将每组候选控制点的性能值与一个或多个相应的性能目标进行比较来执行。步骤214可以包括计算多个排序值，每个排序值对应于在步骤204中选择的成组的候选控制点。在示范性配置中，其中在步骤204中选择了1000组候选控制点并且在步骤206中使用发动机模型评估，可以在步骤214中计算1000个对应的排序值。
在步骤216中，可以将每组候选控制点的性能值与每个限制(包括在步骤212中设置的最低升温速率)进行比较。例如，在步骤216中，优化器84可以识别哪些候选控制点组满足每个限制，限制包括最低升温速率。这些候选控制点组可以修改燃料或排气因子中的一个或多个、一个或多个发动机限制因子，或燃料(和/或排气)因子和发动机限制因子两者。
在步骤218中，当候选控制点组中没有一个满足这些限制时，可以将具有最佳排序值的候选控制点组存储在ECM80的存储器中。此后，优化器84可以选择附加的候选控制点组(例如新的1000个候选控制点组)，并将其输出到模型模块82。步骤218还可以包括用发动机模型评估候选控制点的每个附加组，并且将结果(性能值)输出到排序模块86。步骤218可以以类似于步骤204和206的方式执行。在步骤218之后，方法200可以返回到步骤216以确定候选控制点的附加组中的一个或多个是否满足每个限制。可以重复步骤214-218，直到识别出满足每个限制的至少一组候选控制点。如果在预定时间段之后没有识别出满足所有限制的候选控制点组，则ECM80可基于先前识别的(例如存储在图90中的)候选控制点组或基于具有最佳排序值的候选控制点组来操作发动机系统12。该过程然后可以返回到步骤202并且可以接收更新的操作员命令和传感器信息。
在步骤220中，优化器84可以从被确定为满足每个限制的控制点组中选择排序最高(最佳)的控制点组。一旦选择了最佳的控制点组，就可以基于具有最佳排序的控制点组来更新一个或多个控制图90。最高排序的候选控制点组可以属于其中仅修改燃料或排气因子的第一分组、其中仅修改ITV18的位置的第二分组，或其中修改一个或多个燃料或排气因子和ITV18的位置两者的第三分组。
在步骤222中，例如以满足最小升温速率的方式，发动机系统12的至少一个部件可以基于期望输出42和在步骤220中更新的控制图进行操作。因此，包括最小升温速率的每个限制可以在发动机系统12的运行期间被满足。
在冷状态期间，可以重复执行方法200以连续地评估候选控制点组并更新控制图90。更新的控制图90可以允许控制系统10根据属于第一分组的第一候选控制点组、属于第二分组的第二控制点组和属于第三分组的第三候选控制点组在单个冷状态下控制发动机系统12。例如，在发动机系统12的第一冷状态下，ECM80可基于第一分组中的控制点通过调节一个或多个燃料或排气因子(例如调节燃料喷射定时、喷射燃料的质量、燃料喷射压力或排气再循环阀的位置中的至少一者)来控制发动机系统12，而不限制限制因子(通过ITV18的空气流动)。在第一冷状态期间的稍后时间，ECM80可以转变到第三分组，在第三分组中至少一个燃料因子和/或排气因子被修改并且ITV18被修改。例如，该转变可以在第一定时执行(或启动)。在发动机系统12的第二冷状态下，该转变的另一(第二)定时可与第一定时不同，并且可基于在发动机系统12的操作期间计算的性能值和等级值。因此，ECM80可基于发动机模型的实时计算改变开始施加限制因子的定时。在发动机系统12的第三示范性冷状态下，ECM80可基于第三分组中的控制点初始地控制发动机系统12。根据方法200，来自第一、第二和第三分组的控制点的任何组合可以用于在单一冷状态下控制发动机系统12。例如，在单个冷状态期间，ECM80可基于在控制图90中更新的控制点，基于仅一个分组中的控制点、三个分组中的任何两个分组中的控制点，基于或所有三个分组中的控制点来控制发动机系统12。
可以有规律地或连续地监测催化剂28、32的温度，并且可以相应地施加、移除或改变最小升温速率。而方法200可以通过在预定的时间段上评估多个候选控制点来执行(例如在60ms的时间段内评估1000个控制点或更多)，方法200可包括选择候选控制点组(步骤204)，将发动机模型的结果输出到排序模块86(步骤206)，以及计算各个候选控制点组的排序值(步骤214)。
控制系统10和方法200可以实现改进的性能，同时减少NOx和CO的排放。因此，与传统的发动机和后处理系统不同，系统10和方法200能够基于当前操作和环境条件来确定用于加热催化剂28、32的适当策略。例如，控制系统10可以确定最小升温速率是否可以通过发动机校准(燃料和/或排气因子、进气阀限制或这两者)来满足。在此描述的控制系统10和方法200可以允许ECM80利用基于经验或物理的发动机模型计算在冷状态下催化剂28、32将升温的速率。至少部分地基于增加催化剂28、32的温度的需要，在ECM80中编程的发动机模型可以允许ECM80动态地控制内燃机系统12。因此，系统10和方法200可提供用于快速升高催化剂28、32的温度的更精确的方法。另外，通过提供可更新的控制图，系统10和方法可以识别满足发动机系统12所需的最小升温速率和其他性能要求的新的控制点组。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所披露的方法和系统进行各种修改和变化。考虑到本文所披露的系统的说明书和实践，本领域的技术人员将清楚本方法和系统的其他实施例。本说明书和示例旨在被认为仅是示范性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等效范围指示。

Claims (10)

1.一种用于控制包括催化剂的内燃机系统的方法，所述方法包括：
接收内燃机的期望输出；
接收传感器信息，所述传感器信息包括指示所述催化剂的温度的信息；
基于候选控制点的相应组计算多组发动机性能值，所述发动机性能值包括催化剂的温度随时间变化的温度变化率；
确定所述温度变化率是否满足所述催化剂的最小升温速率；和
基于所选择的候选控制点组和所述最小升温速率来控制所述内燃机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述候选控制点组包括第一候选控制点组，所述第一候选控制点组通过调整以下各项中的至少一项来满足所述最小升温速率：
燃料喷射定时；
喷射燃料的质量；或
排气再循环阀的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述候选控制点组包括第二候选控制点组，所述第二候选控制点组通过调节用于控制到所述内燃机的空气流的进气节流阀的位置来满足所述最小升温速率。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括确定与所述第一候选控制点组和所述第二候选控制点组相关联的排名，其中基于所述排名选择所述候选控制点组中的一个。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述候选控制点组包括第三候选控制点组，所述第三候选控制点组通过以下方式满足所述最小升温速率：
调节一个或多个燃料喷射器的喷射定时或喷射燃料的质量；和
调节所述进气节流阀的位置以限制流向所述内燃机的空气流。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，进一步包括在所述内燃机的第一冷状态期间通过在第一定时由进气节流阀限制空气流来增加所述温度变化率。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括，在所述内燃机的第二冷状态期间，通过在不同于所述第一定时的第二定时由所述进气节流阀限制空气流来增加所述温度变化率。
8.一种用于内燃机系统的控制系统，包括：
催化剂，所述催化剂配置成接收来自内燃机的排气；
传感器，所述传感器配置成产生指示所述催化剂的温度的信号；和
控制器，被配置为：
接收来自所述传感器的所述信号；
基于所述信号确定何时所述催化剂处于冷状态；
基于所述催化剂处于所述冷状态的确定来设置所述催化剂的最小升温速率；
确定是否通过进气节流阀限制空气流以增加所述催化剂的温度变化率；和
更新用于控制所述内燃机的控制图，所更新的控制图包括所述进气节流阀的位置。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述控制器配置成在所述内燃机的第一冷状态期间通过调节燃料喷射定时、喷射燃料的质量或排气再循环阀的位置中的至少一个来增加所述温度变化率。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其中，所述控制器配置成通过在所述内燃机的所述第一冷状态期间在第一定时由所述进气节流阀限制空气流来增加所述温度变化率，并且在所述内燃机的第二冷状态期间，所述控制器配置成通过在与所述第一定时不同的第二定时由所述进气节流阀限制空气流来增加所述温度变化率。
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