CN1463322A - 预热排气处理装置的催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种控制内燃发动机排气处理装置的催化剂预热的方法。该方法包括：产生受稳定燃烧约束的预热请求以加热催化剂。根据预热请求确定发动机进气的过量空气系数的降低。通过所述过量空气系数的降低，修正过量空气系数的理想值以提供修正的过量空气系数的理想值。根据所述过量空气系数的降低，修正EGR率的理想值以提供修正的EGR率的理想值。根据修正的EGR率的理想值确定EGR命令信号。

Description

预热排气处理装置的催化剂的方法
发明背景
本发明涉及一种控制内燃发动机以预热排气处理装置的催化剂的方法。
在内燃机中，特别是在柴油机中，过量空气系数被降低以增加冷启动或冷启动后的排气处理装置的催化剂的温度。该种技术的示例公开在2000.1.18公布的日本专利申请P2000-18024A中。根据该示例，进气节气门和排气再循环(EGR)阀被调节以保持过量空气系数在1.5到1.0范围内，从而减少吸入空气来预热排气处理装置的催化剂。该现有技术是令人满意的，但有必要通过调节EGR率和过量空气系数改进该技术以快速预热催化剂，获得良好的排气性能和稳定的燃烧。
发明内容
本发明的目的是通过调节EGR率和过量空气系数提供一种控制内燃发动机排气处理装置的催化剂预热的方法以快速预热催化剂，获得良好的排气性能和稳定的燃烧。
根据本发明的其中一个示范性的实施例提供了一种控制内燃发动机排气处理装置的催化剂预热的方法，所述排气处理装置位于发动机排气路径中，所述发动机包括响应EGR命令信号被驱动的排气再循环(EGR)系统用以将排气循环到发动机进气，该方法包括：
产生受稳定燃烧约束的预热请求以加热催化剂；
根据预热请求确定发动机进气的过量空气系数的降低；
通过所述过量空气系数的降低，修正过量空气系数的理想值以提供修正的过量空气系数的理想值；
根据所述过量空气系数的降低，修正EGR率的理想值以提供修正的EGR率的理想值；和
根据修正的EGR率的理想值确定EGR命令信号。
附图说明
通过阅读下列说明并参照附图，本发明的进一步的目的和优点将变得显而易见。
图1是根据本发明的实施例所制造的内燃发动机和发动机控制系统的原理图。
图2是说明本发明的发动机控制系统的方框图。
图3是在排气处理装置的催化剂进气的排气的温度对过量空气系数的曲线图。
图4是氮氧化合物(NOx)排放对EGR和过量空气系数的曲线图。
图5是碳氢化合物(HC)排放对EGR和过量空气系数的曲线图。
图6是说明本发明的实施例的逻辑的方框图。
图7A-7D是说明使用气缸壁温度来确定该发动机能否预热排气处理装置的控制逻辑的四种变化的方框图。
图8A-8D是说明利用该发动机已实现自保持运转后的时间来确定发动机能否预热排气处理装置的控制逻辑的另四种变化的方框图。
图9A-9D是说明使用怠速燃油量来确定该发动机能否预热排气处理装置的控制逻辑的另外四种变化的方框图。
图10是说明本发明的实施例的另一逻辑的方框图。
图11A-11D是说明在开始阶段发动机已实现自保持运转以启动排气处理装置的预热后，使用对与冷却液温度相关的时间的斜率控制的控制电路逻辑的四种变化的方框图。
图12是说明在发动机已实现自保持运转后的所需时间与冷启动期间的冷却液温度的曲线图。
图13是说明LTC_demand与dTIME(＝#TIME-TIME)的曲线图。
图14是说明LTC_demand与TRATIO(＝#TIME/TIME)的曲线图。
图15A-15D是在发动机实现自保持运转以在最初预热排气处理装置之后使用斜率控制响应供油量偏差的控制逻辑的四种变化的方框图。
图16是说明LTC_demand与dQfidle(＝Qfidle-#Qfidle)的图。
图17是说明LTC_demand与QRATIO(＝Qfidle/Qfidle)的图。
图18是说明本发明的实施例的流程图。
图19是说明本发明的标志控制程序的一个示例的流程图。
图20是说明本发明的标志控制程序的另一示例的流程图。
图21是本发明的LTC_demand计算程序的一个示例的流程图。
图22是本发明的LTC_demand计算程序的另一示例的流程图。
图23是本发明的LTC_demand计算程序的另一示例的流程图。
图24是本发明的LTC_demand计算程序的另外示例的流程图。
图25是本发明的LTC_demand计算程序的其它示例的流程图。
图26是本发明的LTC_demand确定程序的一个示例的流程图。
图27是本发明的LTC_demand确定程序的另一示例的流程图。
图28是本发明的LTC_demand确定程序的另一示例的流程图。
图29是本发明的LTC_demand确定程序的其它示例的流程图。
图30是说明积分燃油量Qf的方法的方框图。
图31是说明发动机控制系统部分的示例的方框图。
图32是说明过量空气系数MLambda(MIN)的最小设定点与燃油量Qf和发动机转速Ne的图。
图33是说明发动机控制系统的另一部分的示例的方框图。
图34是说明校正系数KEGR与过量空气系数dMLambda的理想值或基值到修正的或最终的理想过量空气系数FMLambda的过量空气系数的减少dMLambda、和修正的理想过量空气系数FMLambda的图。
图35是说明发动机控制系统的其它部分的一个示例的方框图。
图36是说明节气门开启区(TVO AREA)与发动机转速Ne和理想空气量Qac的曲线图。
图37是说明节气门位置TVO_Duty与TVO AREA的图。
图38是说明可变几何形状涡轮区(VGA AREA)与发动机转速Ne和理想空气量Qac的图。
图39是说明VGT位置VGT_Duty与VGT AREA的图。
图40是说明EGR区EGR AREA与发动机转速Ne和理想空气量Qac的图。
图41是说明EGR阀位置EGR_Duty与EGR AREA的图。
图42是说明后燃烧油量PostQ与最终理想过量空气系数FMLambda的图。
图43是说明最终理想过量空气系数FMLambda程序的一个示例的流程图。
图44是说明最终的理想EGR率FMEGR程序的一个示例流程图。
图45是说明根据本发明的实施例的HC排放的时间积分的图。
图46是说明根据本发明的实施例的NOx排放的时间积分的图。
典型实施例的说明
首先参照图1，图1示出了装有排气再循环(EGR)系统12和可变几何形状涡轮增压器(VGT)14的压缩式点火发动机系统10的简化原理图。发动机系统10还装有进气节气门(TV)16。一个代表性的带有4个喷油器20的发动机气缸体18被示出，该喷油器分别直接将燃油喷射进4个燃烧室(未示出)。喷油器20从共轨22接受加压的燃油。空气通过进气歧管24进入燃烧室，并且燃烧排气沿着箭头28的方向通过排气歧管26被排出。
EGR系统12将排气歧管26与进气歧管24相连。这使得部分排气沿箭头30的方向从排气歧管26循环到进气歧管24。变流EGR阀32调节从排气歧管26再循环的量。在燃烧室中，再循环排气用作惰性气体，因此降低了火焰和缸内气体的温度并且减少了氮氧化合物(NOx)的形成。另一方面，再循环的排气代替了新鲜的空气并且降低了缸内混合物的空燃比。
VGT14包括压缩机34和涡轮机36。涡轮增压器使用排气能量以增加供给燃烧室的大部分进气。沿箭头28方向流动的排气驱动涡轮36。涡轮36驱动一般安装在同一轴上的压缩机34。旋转压缩机34压缩周围空气38并且沿箭头40的方向将压缩空气导入进气歧管24，这样与自然吸气的非涡轮增压发动机比较，产生在燃烧期间形成更大转矩和动力的涡轮增压压力。
排气处理装置42位于发动机排气路径，通过该路径排气从涡轮36沿箭头44的方向流动。排气处理装置42为催化转换器系统并且处理发动机排气。
可变几何形状涡轮增压器除具有转子组外还具有可移动部件。这些可移动部件可通过改变涡轮机分级(stage)的面积改变涡轮增压器的几何形状，发动机的排气流过该区域，并且/或改变排气进入或离开涡轮机的角度。依赖于涡轮增压器的几何形状，涡轮增压器将不同的涡轮增压量提供到发动机。可变几何形状的涡轮增压器可被电控制以改变涡轮增压量。
在可变几何形状涡轮增压器中，发动机的涡轮机壳被加大并且气流被抑制到理想水平。可变几何形状涡轮增压器有几种设计。在一种设计中，可变进气喷嘴具有级联的可移动叶片，该叶片是位置可移动的以改变气流进入涡轮的面积和角度。在另一设计中，涡轮增压器具有改变涡轮机壳有效剖面面积的可移动侧围。应当理解本发明的实施例不限于任何可变几何形状涡轮增压器的特定结构。即这里所使用的术语VGT指任何包括上述示例和包括废气旁通调节阀的可控制的增压装置。
继续参照图1，各种传感器通过输入端口52与控制器50电通讯。控制器50最好包括微处理器54以通过数据和控制总线58与各种计算机可读存储介质通讯。计算机可读存储介质56可包括用作只读存储器60、随机存取存储器62和非易失性随机存取存储器64的任意数量的已知装置。
计算机可读存储介质56具有存储在其上的指令，该指令可由控制器执行以执行控制包括节气门16、VGT14和EGR阀32的发动机10的方法。可选择地，控制发动机10的方法包括在内燃机混合物点火后后喷射燃油以调节排气处理装置42的温度。该程序指令使得控制器50能够按照由微处理器54执行的指令控制车辆的各种系统和子系统。可选择地，指令也可由任意数量的逻辑单元66执行。输入端口52从各种传感器接收信号并且控制器50在指向各种车辆部件的输出端口68产生信号。
数据、诊断和编程接口可有选择地通过插头与控制器50相连以在其之间交换各种信息。该接口可被使用以在计算机可读存储介质内改变诸如配置设置、校准变量和对TV、VGT和EGR控制的指令等。
在操作中，控制器50从各种汽车传感器接收信号并且执行嵌入在软件和/或硬件中的控制逻辑以控制该发动机。在示范性的实施例中，控制器50为从日本横滨Nissan摩托车有限公司购买的ECCS(发动机电子集中控制系统)控制单元。
如本领域的任何一个普通技术人员所理解的，控制逻辑可在硬件、固件、软件或其组合中被执行。此外，除了与控制器50一起工作的车辆的各种系统和子系统外，控制器50可执行控制逻辑。此外，尽管在示范性实施例中控制器50包括微处理器54，任何已知编程和处理技术或策略均可被使用以控制根据本发明的发动机。
此外，应当理解该发动机控制器可以各种方式接收信息。例如，发动机系统信息可通过数据链路、在发动机控制器的数字输入端或传感器输入端被接收。
在示范性实施例中，控制器50控制包括TV 16、VGT 14、EGR阀32和燃油控制的所有的发动机系统。例如，来自控制器50的命令信号70调节节气门开启(TVO)位置，信号72调节VGT位置，信号74调节EGR阀位置。同样地，来自控制器50的命令信号调节燃油的喷油时间、数量和共轨压力。
在控制器50中，借助于控制算法从被测量变量和发动机运算参数计算出命令信号70、72、74和76。传感器和可校准的查寻图和/或表向控制器50提供发动机运行信息。例如，加速传感器78向控制器50提供表示加速踏板开启(APO)或角度的信号80。同样地，曲轴传感器82向控制器提供表示曲轴位置的POS信号84。它也向控制器50提供气缸识别信号。此外，发动机冷却液温度传感器86向控制器50提供表示该发动机冷却液温度Tw的信号88。在示范性实施例中，气缸壁温度传感器90向控制器50提供表示该发动机气缸壁温度Twall的信号92。在本实施例和另一示范性实施例中，催化剂载体温度传感器94向控制器50提供表示排气处理装置42内催化剂载体温度Tbed的信号96。在其它实施例中，催化剂出口温度传感器98向控制器50提供表示在排气处理装置42的出口排气温度Tcat-out的信号100。控制器50也可接收其它传感输入，如来自气流传感器102表示压缩机34的上升气流的质量流量的信号。在本发明的示范性实施例中，确定TV、VGT和EGR命令信号70、72和74所使用的各种技术在图2中被示出。
在图2中，方框图110说明了由控制器50执行的包括指令在内的控制逻辑的功能，用以对预热排气处理装置42的催化剂预热提供改进的发动机控制和提供冷启动时和冷启动后的改进的排放控制。本发明的实施例对降低催化剂的预热时间和改进冷启动时和冷启动后的柴油机的排放特别有用。使用EGR技术将部分排气和进气混合降低了氮氧化合物(NOx)的排放。在涡轮增压柴油机中，驱动EGR流从排气岐管26到进气歧管24所必需的背压利用VGT 14完成。通过VGT几何形状的变化(例如叶片位置变化或废气旁通阀位置变化)，通过EGR阀位置变化，和最好通过这两种变化，可获得对EGR流率的控制。
如随着该说明人们将能理解的，本发明的许多方面可被单独或共同使用。
继续参照图2，在所说明的实施例中，加速位置传感器输入APO和发动机转速输入Ne(rpm)在块112被接收。块112使用查寻图来确定发动机转矩请求TQ。尽管未示出，但适当的诸如单向二级滤清器之类的滤清器增加了转矩请求TQ的延迟。增加延迟使得发动机控制的较慢气流赶上发动机控制的较快响应的力矩请求。在块114中，发动机转速Ne和滤清转矩请求TQ被接收并且与其它发动机条件一道被处理，产生理想的燃油喷射正时、数量Qf和油轨压力。该因素控制表示在76的燃油供给。
在由双点划线表示的设定点产生块116中，预热发动机的进气的理想化学成分被确定。该理想化学成分用过量空气系数和EGR率表示。每周期的燃油量Qf从喷油正时块114被提供到块116。发动机转速Ne也被提供到块116。块116中的设定点值被包含在过量空气系数和EGR率118、120的查寻图内。查寻图118确定发动机转速和和燃油量(每周期)条件的过量空气系数的设定点值。同样地，查寻图120确定各种发动机转速和燃油量(每周期)状况的EGR率的设定点值。块116分别提供过量空气系数设定点值MLambda和EGR率设定点值MEGR到块122和124。
说明发动机冷却液温度的过量空气系数的理想值或基本值BMLambda在块122被确定。同样地，说明发动机冷却液温度的EGR率BMEGR的理想值或基本值在块124被确定。通过根据冷却液温度传感器输入Tw校正设定值MLambda和MEGR，该理想值被确定。从块126中，一个与冷却液温度相关的校正值被确定。在块122内的求和点128从设定点值MLambda减去由块126提供的校正值以确定理想值BMLambda。同样地，从块130中，另一个与冷却液温度相关的校正值被确定。在块124内求和点132从设定点值MEGR减去由块130提供的校正值以确定理想值BMEGR。块126包括各种发动机冷却液温度、转速和燃油量的校正值，通过该校正值过量空气系数的设定点值MLambda被降低用于气缸壁的预热。块130包括各种发动机冷却液温度、转速和燃油量的校正值，通过该校正值EGR率的设定点值MEGR被降低以在预热期间产生改进的燃烧环境。分别结合图31和33，下面将再一次详细描述块126和130。
逻辑块140确定预热请求LTC_demand以预热排气处理装置42的催化剂。在一些实施例中，LTC_demand由两个值0和1中的一个表示。在其它的实施例中，LTC_demand由不小于0和不大于1的任何一个值表示。在本实施例中，逻辑块140的测量经常产生下列结果，即LTC_demand为0，除非气缸壁温度状况的测量或估计使得该发动机能够在接收到加热催化剂的需要时以进一步降低的过量空气系数运行。在气缸壁温度状况充分提高后，逻辑块140经常产生另一结果，即在接收到加热催化剂的需要时，LTC_demand为1。在块140中有可被使用的逻辑变量，这样的变量现在没有被详细地描述，但结合图6、7A-7D、8A-8D、9A-9D、10、11A-11D、15A-15D和19-29它们将被详细地描述。
块140的LTC_demand被过量空气系数降低确定块142接收，过量空气系数降低确定块142根据LTC_demand确定过量空气系数dMLambda的降低。当LTC_demand为1时，块142包括至少一个用作输出dMLambda的值，多个用于各种发动机状况的值可以可提取的方式被包括在块142内。输出dMLambda被提供到块122。下面结合图31将再一次详细描述块142。
在过量空气系数调节器块122内，另一求和点144接收第一求和点128的BMLambda和过量空气系数降低确定块142的降低dMLambda以确定过量空气系数的修正调节值或最终的理想值FmLambda。在求和点144，从BMLambda减去dMLambda得出FMLambda(FMLambda＝BMLambda-dMLambda)。即dMLambda可以以BMLambda和FMLambda之间的差表示(dMLambda＝BMLambda-FMLambda)。
从利用dMLambda修正理想值BMLambda的过程得出的过量空气系数的降低影响在EGR率调节器块124内修正理想值BMEGR的过程。在块124内，系数块146确定的过量空气系数的降低。通过计算BMLambda和FMLambda之间的差或通过从块142接收dMLambda，该确定可被确定。系数块146确定EGR校正系数KEGR。用于至少dMLambda状况的各种系数值被包含在块146内。最好，包含在块146内的用于dMLambda和FMLambda的系数值以可提取方式排列。该系数值具有上限1。下面结合图3将再次描述系数块146。
块124根据降低dMLambda修正理想值BMEGR。在块124内，系数KEGR以这样一种方式用作BMEGR的调节器，即BMEGR的减少的校正量越多，dMLambda增加的越多。在对于所说明的实施例中，对于相同的FMLambda，当dMLambda增加时，系数KEGR从1减少。此外，对于相同的dMLambda，当FMLambda增加时，系数KEGR从1增加。相乘点148从系数块146接收KEGR，并且通过计算KEGR和BMEGR的乘积来修正理想值BMEGR确定修正的理想值FMEGR。
修正的理想值FMLambda和FMEGR被使用以计算每周期的理想空气量Qac和每周期的理想EGR排气量Qec。从块122，FMLambda被提供到空气量计算块150。在块122内，相乘点152接收FMLambda和理论空燃比(A/F)Blambda(＝14∶6)以通过FMLambda乘以Blambda确定理想的空燃比(A/F)FMA/F。第二相乘点154接收FMA/F和燃油量(每周期)Qf以通过Qf乘以FMA/F确定理想空气量(每周期)Qac。EGR排气量计算块15以相乘点形式接收理想空气量。相乘点156也接收FMEGR以确定理想EGR排气量(每周期)Qec。
理想空气量Qac被传递到TV和VGT控制器。TV16根据理想空气量Qac和发动机转速Ne由TV命令信号控制。VGT14根据理想空气量Qac和发动机转速Ne由VGT命令信号控制。EGR阀32根据理想EGR排气量由EGR命令信号控制。TV控制器158和VGT控制器160调节TV位置和VGT几何形状以获得修正的理想过量空气系数值FMLambda。EGR控制器162调节EGR阀位置以实现修正的理想EGR率值FMEGR。
在所说明的实施例中，TV、VGT和EGR命令信号被表示为负载并且分别叫做TVO_Duty、VGT_Duty和EGR_Duty，在控制器TV16中，通过理想空气量Qac和发动机转速Ne的查寻图164，由TV16提供的区域被确定。该确定区域在查寻表166被转换为负载(TVO_Duty)。控制器158向TV16提供TVO_Duty。在控制器VGT14中，VGT几何形状(在本实施例中的喷嘴位置)被调节。通过理想空气量Qac和发动机转速Ne的查寻图168，由VGT14提供的区域被确定。该确定区域在查寻表170转换为负载(VGT_Duty)。VGT控制器160向VGT14提供VGT_Duty。在控制EGR阀32中，通过理想EGR排气量Qec和发动机转速Ne的查寻图172，由EGR阀32提供的区域被确定。在查寻表174中该确定区域被转换为负载(EGR_Duty)。EGR控制器162向EGR阀提供EGR_Duty。
参照图3，多个小圆圈表示实验数据。所示曲线表示降低的过量空气系数(Lambda＝λ)增加了在催化剂进口排气的温度(Tcat-in)。这种密切的关系在整个汽车驱动部分中对各种发动机条件没有改变。给定在冷启动时和冷启动后加热催化剂所需的的排气温度的理想值Tcat-in，过量空气系数的理想值被确定。实现过量空气系数理想值引起提供的排气温度与理想温度值一样高。
参照图4和5，过量空气系数和EGR率是确定NOx和HC排放的两个重要参数。从图4中将能够理解在冷启动和冷启动后，为提高排气温度加热催化剂而降低的过量空气系数需要增加EGR率以减少对发动机排放性能的影响。然而，主要由于缸壁温度(Twall)降低，在冷启动后立即采取这样的行动可能引起燃烧稳定性的降低。发动机运转费力可能由这样的燃烧稳定性的降低引起。
在图2的系统中，催化剂预热控制逻辑140的LTC_demand工作有效避免冷启动和冷启动后的这种不适当的缸内环境。参照图6到图30，将描述催化剂预热的控制逻辑140。
现在参照图6，根据本发明的实施例的逻辑被概括性地表示在180中。在块182中，是否仍需要预热催化剂被确定。在块184中，确定缸内燃烧环境是否允许发动机以降低过量空气系数运转被以迅速增加催化剂的温度。在块186，当缸内燃烧环境允许发动机在存在需要情况下运转时，产生预热请求(LTC_demand＝1)。
受燃烧稳定性约束，在产生预热请求时有很多变化。整个过程可以分为3个部分。
参照图7A-7D，第一部分为冷却液温度传感器输入Tw或催化剂载体温度传感器输入Tbed被监控以确定是否启动预热催化剂。第二部分为缸壁温度传感器输入Twall被监控以确定缸内燃烧环境允许发动机以减小的过量空气系数运转，来迅速增加催化剂的温度。在第二部分当缸内燃烧环境变为允许发动机运转时，预热请求LTC_demand被确定。第三部分为根据对催化剂温度的测量和估计确认是否有必要预热催化剂，并且照原样产生所确定的LTC_demand。
现在参照图7A，在块190，冷却液温度阈值TW*被确定，并且冷却液温度传感器输入Tw与阈值TW*相比，当冷却液温度Tw低于阈值TW时，确定启动催化剂预热。或者催化剂载体温度阈值TBED*被确定，将催化剂载体温度传感器输入Tbed与阈值TBED*相比，当催化剂载体温度Tbed低于阈值TBED*时，确定启动催化剂预热。此外，在块190内，缸壁温度阈值#TWALL被确定，并且缸壁温度传感器输入Twall与阈值#TWALL相比，当缸壁温度超过阈值#TWALL时确定缸内燃烧环境允许发动机以降低的过量空气系数运转迅速增加催化剂的温度，并且预热请求LTC_demand被设定为等于1。为了确定催化剂是否已被预热，高于TBED的催化剂载体温度阈值#TBED被确定。催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比。当催化剂载体温度Tbed低于阈值#TBED时照原样产生所确定的预热请求LTC_demand。当催化剂载体温度Tbed达到或超过阈值#TBED时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。应当理解逻辑块190产生受燃烧稳定性约束的预热请求LTC_demand(燃烧稳定性由缸壁温度Twall与阈值#TWALL相比较的结果反映)。
现在参照图7B，在整个过程的第一和第二部分块192基本上与块190相同。在第三部分中存在差异。为了确定催化剂是否已被预热，与将催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较不同，块192将在催化剂出口的排气温度Tcat-out与排气温度阈值#TGAS相比较。在块192，当催化剂出口排气温度Tcat-out低于阈值#TGAS时，确定的预热请求LTC-demand照原样产生。当排气温度Tcat-out达到或超过阈值#TGAS时，确定的LTC-demand被重新设置(LTC-demand＝0)。
现在参照图7C，在整个过程的第一和第二部分中，块194基本上与块190相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，与图7A的块190不同，块194将冷却温度Tw与冷却液温度阈值#TW相比较。阈值#TW高于阈值TW*。在块194中，当冷却液温度Tw低于阈值#TW时，确定的预热请求LTC-demand照原样产生。当冷却液温度Tw达到或超过阈值#TW时，确定的LTC-demand被重新设置(LTC-demand＝0)。
参照图7D，在整个过程的第一和第二部分中，块196基本上与块190相同。在第三部分存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，与图7A的块190不同，块196从冷启动的开始接收燃油量Qf和发动机转速Ne以计算热能INT_Q的积分，并且将积分INT_Q与时间积分阈值#INTQ相比较。在块196，当积分INT_Q小于阈值#INTQ时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当积分INT_Q等于或大于阈值#INTQ时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。热能INT_Q的积分可被表示为：
INT_Q＝∫Ne/(60×50)/2×Ncyl×Qf    …方程式1
其中：Ncyl为气缸的数量。
参照图8A-8D，第一部分为冷却液温度传感器输入Tw或催化剂载体温度传感器输入Tbed被监控以确定是否启动催化剂预热。第二部分为不监控缸壁温度Twall，而测量发动机已达到自保持运行后的时间以确定缸内燃烧环境是否允许发动机以降低的过量空气系数运转，以迅速增加催化剂的温度。在第二部分中，预热请求LTC_demand被确定。第三部分为根据测量和估计的预热温度确定是否有必要预热催化剂和照原样产生确定的LTC_demand。
如上面所讨论的，应当理解仅在整个过程的第二部分图8A所示的控制逻辑块200不同于图7A所示的块190，同样地，仅在整个过程的第二部分，图8B所示的控制逻辑块202不同于图7B所示的块192。此外，图8C所示的控制逻辑块204不同于图7C所示的块194。最后，图8D所示的控制逻辑块206不同于图7D所示的块196。
现在参照图8A，在块200中，冷却液温度阈值TW*被确定并且冷却液温度传感器输入Tw与阈值TW*相比。当冷却液温度Tw低于阈值TW*时确定启动催化剂预热。或者，催化剂载体温度阈值TBED*被确定，催化剂载体温度传感器输入Tbed与阈值TBED*相比较，并且当催化剂载体温度Tbed低于阈值TBED*时确定启动催化剂预热。此外，在块200内，发动机转速阈值#NE被确定并且发动机转速Ne与阈值#NE相比较。当发动机速度Ne超过阈值#NE时，确定发动机实现了自保持运转。当发动机已实现自保持运转时或在发动机刚实现自保持运转后，计时器被启动。块200接收计时器计数输入TIME。时间阈值#TIME被确定。将计时器计数TIME与阈值#TIME相比较。缸内燃烧环境允许发动机以降低的过量空气系数运转，以迅速增加催化剂的温度。当计时器计数TIME超过阈值#TIME时，预热请求LTC_demand被设定为等于1。为了确定催化剂是否已被预热，高于TBED*的催化剂载体温度阈值#TBED被确定。将催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较。当催化剂载体温度低于阈值#TBED时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当催化剂载体温度Tbed达到或超过阈值#TBED时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。应当理解，逻辑块200受燃烧稳定性(该燃烧稳定性由计时器计数TIME与阈值#TIME相比较的结果反映)约束的预热请求LTC_demand。
现在参照图8B，在整个过程的第一和第二部分中，块202基本上与块200相同。在第三部分存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，与将催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较不同，块202将在催化剂出口的排气温度Tcat-out与排气温度阈值#TGAS相比较。在块202，当催化剂出口排气温度Tcat-out低于阈值#TGAS时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当排气温度Tcat-out达到或超过阈值#TGAS时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
现在参照图8C，在整个过程的第一和第二部分中，块204基本上与块200相同。在第三部分存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，与图8A的块200不同，块204将冷却液温度Tw与阈值#TW相比较。阈值#TW高于阈值TW*。在块204，当冷却液温度Tw低于阈值#TW时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当冷却液温度Tw达到或超过阈值#TW时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
参照图8D，在整个过程的第一和第二部分中，块206基本上与块200相同。在第三部分存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于图8A的块200，块206接收燃油量Qf和发动机转速Ne以从冷启动开始计算由方程式1表示的热能INT_Q的积分，并且将积分INT_Q与整个时间积分阈值#INTQ相比较。在块206中，当积分INT_Q小于阈值#INTQ时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当积分INT_Q等于或大于阈值#INTQ时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
参照图9A-9D，第一部分为冷却液温度传感器输入Tw或催化剂载体温度传感器输入Tbed被监控以确定是否启动催化剂预热。第二部分为不监控缸壁温度而在冷启动时和冷启动后监控怠速油量Qfidle以确定缸内燃烧环境是否允许发动机以降低的过量空气系数运转，以迅速增加催化剂的温度。预热请求LTC_demand被确定。第三部分为根据测量或估计的催化剂温度确定是否有必要预热催化剂和照原样产生确定的LTC_demand。
如上面所进行的讨论，应当理解仅在整个过程的第二部分中图9A所示的控制逻辑块210与图7A所示的块190不同。同样地，仅在整个过程的第二部分中图9B所示的控制逻辑块212与图7B所示的块192不同。此外，图9C所示的控制逻辑块214与图7C所示的块194不同。最后，图9D所示的控制逻辑块216与图7D所示的块196不同。
现在参照图9A，在块210中，冷却液温度阈值TW*被确定并且将冷却液温度传感器输入Tw与阈值TW*相比较。当冷却液温度Tw低于阈值TW*时，确定启动催化剂预热。或者，催化剂载体温度阈值TBED*被确定，将催化剂载体温度传感器输入Tbed与阈值TBED*相比较，并且当催化剂载体温度Tbed低于阈值TBED*时确定启动催化剂预热。此外，在块210内，怠速燃油量阈值#Qfidle被确定并且将怠速燃油量Qfidle与阈值#Qfidle相比较。缸内燃烧环境允许发动机以降低的过量空气系数运转，以增加催化剂的温度被确定。当怠速燃油量Qfidle降到低于阈值#Qfidle时，预热请求LTC_demand被设定为等于1。为了确定催化剂是否已被预热，高于TBED*的催化剂载体温度阈值#TBED被确定。催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较。当催化剂载体温度Tbed低于阈值#TBED时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当催化剂载体温度Tbed达到或超过阈值#TBED时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。应当理解逻辑块200产生受燃烧稳定性(该燃烧稳定性由怠速燃油量Qfidle与阈值#Qfidle比较的结果反映)约束的预热请求LTC_demand。
现在参照图9B，在整个过程的第一和第二部分中，块212基本上与块210相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于将催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较，块212将在催化剂出口的排气温度Tcat-out与排气温度阈值#TGAS相比较。在块212，当催化剂出口排气温度Tcat-out低于阈值#TGAS时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当排气温度Tcat-out达到或超过阈值#TGAS时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
现在参照图9C，在整个过程的第一和第二部分中，块214基本上与块210相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于图9A的块210，块214将冷却液的温度Tw与冷却液温度阈值#TW相比较。阈值#TW高于阈值TW*。在块214，当冷却液温度Tw低于阈值#TW时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当冷却液温度Tw达到或超过阈值#TW时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
现在参照图9D，在整个过程的第一和第二部分中，块216基本上与块210相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于图9A的块210，块216接收燃油量Qf和发动机转速Ne以从冷启动开始计算如方程式1表示的热能的积分，并且将积分INT_Q与时间积分阈值#INTQ相比较。在块206，当积分INT_Q低于时间阈值#INTQ时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当积分INT_Q等于或大于阈值#INTQ时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
现在参照图10，根据本发明的另一实施例的逻辑一般表示在220中。在块220中，确定是否仍需要预热催化剂。在块224中，发动机是否在冷启动期间已达到自保持运转被确定。在块226中，在发动机已实现自保持运转后，以控制速率增加预热请求LTC_demand。在块228，预热请求在需要的情况下产生。
在大多数冷启动的情况下，在发动机刚实现自保持运转后缸壁温度Twall停留在阈值#WALL以下，使得缸内燃烧环境没发展到允许发动机以降低的过量空气系数运转来迅速增加催化剂的温度。在该种环境中，为了降低催化剂的预热时间，所谓的斜率控制(ramp control)被使用。根据该斜率控制，预热请求LTC_demand以控制速率(该控制速率说明缸内燃烧环境的进展情况)向1增加。
在受燃烧稳定性约束的预热请求产生中有多种变化。整个过程可被分为三部分。
参照图11A-11D，第一部分为冷却液温度传感器输入Tw或催化剂载体温度传感器输入Tbed被监控以确定是否启动催化剂预热。第二部分为以控制速率(该控制速率说明缸内燃烧环境的进展)执行斜率控制以在发动机刚实现自保持运转后增加预热请求LTC_demand。控制速率作为时间函数被确定。第三部分为根据测量或估计的催化剂温度确定是否有必要预热催化剂和照原样产生确定的LTC_demand。
现在参照图11A，在块230，冷却液温度阈值TW*被确定并且将冷却液温度传感器输入Tw与阈值TW*相比较。当冷却液温度Tw低于阈值TW*时，确定启动催化剂预热。或者，催化剂载体温度阈值TBED*被确定，将催化剂载体温度传感器输入Tbed与阈值TBED*相比较，并且当催化剂载体温度Tbed低于阈值TBED*时，确定启动催化剂预热。此外，在块230内，发动机转速阈值#NE被确定并且将发动机转速输入Ne与阈值#NE相比较。当发动机转速Ne超过阈值#NE时，发动机已实现自保持运转被确定。在发动机实现自保持运转时或发动机刚实现自保持运转后，计时器被启动。块230接收计时器计时输入TIME时间阈值#TIME被确定。在冷启动开始时冷却液温度越低，缸内环境发展到允许发动机以降低的过量空气系数运转就越需要更多的时间。该种关系在图12中被说明。在图12中，作为一个示例，实线238说明了随着冷却液温度Tw不同值时间阈值#TIME的变化。使用它，时间阈值#TIME作为在冷启动开始的冷却液温度Tw的函数被确定。对于斜率控制来说，发动机刚实现自保持运转后，预热请求LTC_demand以在计时器计数TIME和阈值#TIME之间的差或比为控制速率向1增加。在实施例中，#TIME与TIME的差被使用。在该种情况下，如由图13中所绘曲线240所示，当dTIME从#TIME降到0时，预热请求LTC_demand从0增加到1。在另一实施例中，在TIME和#TIME之间的比(＝TIME/#TIME)TRATIO被使用。在该种情况下，如由图14中所绘曲线242所示的，当比TRATIO从0增加到1时，预热请求LTC_demand从0增加到1。为了确定催化剂是否已被预热，高于TBED*的催化剂载体温度阈值#TBED被确定。将催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较。当催化剂载体温度低于阈值#TBED时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当催化剂载体温度Tbed达到或超过阈值#TBED时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。应当理解逻辑块200产生受燃烧稳定性(该燃烧稳定性由计时器计数TIME与阈值#TIME相比较的结果反映)约束的预热请求LTC_demand。
现在参照图11B，在整过程的第一和第二部分中，块232基本上与块230相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于将催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较，块232将在催化剂出口的排气温度Tcat-out与排气温度阈值#TGAS相比较。在块232中，当催化剂出口排气温度Tcat-out低于阈值#TGAS时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当排气温度Tcat-out达到或超过阈值#TGAS时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
现在参照图11C，在整个过程的第一和第二部分中，块234基本上与块230相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于图11A的块230，块234将冷却液温度Tw与冷却液温度阈值TW*相比较。在块234中，当冷却液温度Tw低于阈值#TW时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当冷却液温度Tw达到或超过阈值#TW时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
现在参照图11D，在整个过程的第一和第二部分中，块236基本上与块230相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于图11A的块230，块236接收燃油量Qf和发动机转速Ne以从冷启动的开始计算如由方程式1表示的热量INT_Q的积分，并且将积分INT_Q与时间积分阈值#INTQ相比较。在块236中，当积分INT_Q小于阈值#INTQ时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当积分INT_Q等于或大于阈值#INTQ时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
参照图15A-15D，第一部分为冷却液传感器输入Tw或催化剂载体温度传感器输入Tbed被监控以确定是否启动催化剂预热。第二部分为在发动机以控制速率(该控制速率说明缸内燃烧环境的进展)刚实现自保持运转后执行斜率控制以增加预热请求LTC_demand。该控制速率作为怠速燃油量(Qfidle)的函数被确定。第三部分为根据测量或估计的催化剂温度确定是否有必要预热催化剂和照原样产生确定的LTC_demand的部分。
如上面所进行的讨论，应当理解仅在整个过程的第二部分中图15A所示的逻辑块250与图11A中所示的块230不同。同样地，仅在整个过程的第二部分中图15B中所示的控制逻辑块252与图11B中所示的块232不同。此外，图15C中所示的控制逻辑块254与图11C中所示的图194中所示的块234不同。最后，图15D中所示的控制逻辑块256与图11D中所示的块236不同。
现在参照图15A，在块250中，冷却液温度阈值TW*被确定并且将冷却液温度传感器输入Tw与阈值TW*相比较。当冷却液温度Tw低于阈值TW*时确定启动催化剂预热。或者，催化剂载体温度阈值TBED*被确定，将催化剂载体温度传感器输入Tbed与阈值TBED相比较，并且当催化剂载体温度Tbed低于阈值TBED*时启动催化剂预热被确定。此外，在块250内，发动机转速阈值#NE被确定并且将发动机转速输入Ne与阈值#NE相比较。发动机实现自保持运转时或发动机刚实现自保持运转后，启动计时器。块250接收怠速燃油量输入Qfidle。怠速燃油量阈值#Qfidle被确定。在冷启动开始时冷却液温度越低，燃油量Qfidle降低到阈值#Qfidle就需要更多的时间。该设置是这样的，当怠速燃油量降低到阈值#Qfidle时，使燃烧环境发展到允许发动机以降低的过量空气系数运转。对于斜率控制来说，发动机刚实现自保持运转后，预热请求LTC_demand以在怠速燃油量Qfidle和阈值#Qfidle之间的差或比的控制速率朝1增加。在实施例中，Qfidle与#Qfidle的差被使用。在该种情况下，如由图16中所绘曲线258所示，当dQfidle降为0时，预热请求LTC_demand从0增加到1。在另一实施例中，在#Qfidle和Qfidle之间的比QRATIO(＝#Qfidle/Qfidle)被使用。在这种情况下，如由图17中所绘曲线260所示，当QRATIO向1增加时，预热请求LTC_demand向1增加。为了确定催化剂是否已被预热，高于TBED*的催化剂载体温度阈值#TBED被确定。将催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较。当催化剂载体温度Tbed低于阈值#TBED时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当催化剂载体温度Tbed达到或超过阈值#TBED时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。应当理解逻辑块200产生受燃烧稳定性(该燃烧稳定性由怠速燃油量Qfidle与阈值#Qfidle比较的结果反映)约束的预热请求LTC_demand。
现在参照图15B，在整个过程的第一和第二部分中块252基本上与块250相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，由于不同于将催化剂载体温度Tbed与阈值#TBED相比较，块252将在催化剂出口排气温度Tcat-out与排气温度阈值#TGAS相比较。在块252，当催化剂出口的排气温度Tcat-out低于阈值#TGAS时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当排气温度Tcat-out达到或超过阈值#TGAS时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
现在参照图15C，在整个过程的第一和第二部分中块254基本上与块250相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于15A的块250，块254将冷却液温度Tw与冷却液温度阈值TW*相比较。阈值#TW高于阈值TW*。在块254中，当冷却液温度Tw低于阈值#TW时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当冷却液温度Tw达到或超过阈值#TW时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
参照图15D，在整个过程的第一和第二部分中块256基本上与块250相同。在第三部分中存在不同。为了确定催化剂是否已被预热，不同于图15A的块250，块256接收燃油量Qf和发动机转速Ne以从冷启动开始计算如由方程式1表示的热能的积分INT_Q，并且将积分INT_Q与时间积分阈值#INTQ相比较。在块256，当积分INT_Q小于阈值#INTQ时，确定的预热请求LTC_demand照原样产生。当积分INT_Q等于或大于阈值#INTQ时，确定的LTC_demand被重新设置(LTC_demand＝0)。
再次参照图7A-7D，块190、192、194和196可包含如在整个过程的第一部分图19和20所示的标志控制程序中的任何一个和如第二部分图21中所示的LTC_demand计算程序和如第三部分所示的图26-29所示的LTC_demand确认程序中的任何一个。
再次参照图8A-8D，块200、202、204和206可包含如在整个过程的第一部分的图19和20所示的标志控制程序中的任何一个和如第二部分的图22所示的LTC_demand计算程序和如第三部分图26-29所示的LTC_demand确认程序中的任何一个。
再次参照图9A-9D，块210、212、214和216可包含如在整个过程的第一部分图19和20所示的标志控制程序中的任何一个，和如第二部分图24中所示的LTC_demand计算程序和如第三部分所示的图26-29所示的LTC_demand确认程序中的任何一个。
再次参照图11A-11D，块230、232、234和236可包含如在整个过程的第一部分图19和20所示的标志控制程序中的任何一个，和如第二部分图23中所示的LTC_demand计算程序和如第三部分所示的图26-29所示的LTC_demand确认程序中的任何一个。
再次参照图15A-15D，块250、252、254和256可包含如在整个过程的第一部分的图19和20所示的标志控制程序中的任何一个和如第二部分的图25所示的LTC_demand计算程序和如第三部分图26-29所示的任何一个LTC_demand确认程序。
参照图18，控制器50(见图1)是怎样实现本发明的一个示例可被理解。图18中的流程图说明了概括性地表示在270中的控制程序。控制程序为发动机转速Ne(rpm)同步工作。
在图18中，在查询块272控制器确认是否设置标志FLAG。通过重复执行在图19和20中的其中一个流程图，标志FLAG被控制。如果在块272中FLAG被设置，程序进到输入块274。如果不是这种情况，则程序返回。
在输入块274中，控制器输入LTC_demand。通过重复执行图21-25中的其中一个流程图，LTC_demand被计算，紧接着，程序进到块276。通过重复执行图26-29中的其中一个流程图，块274中的LTC_demand被确定。
在块276，控制器从图26-29中的其中一个流程图输入确定的LTC_demand。
应当理解在本发明的执行中，块272、274和276构成催化剂预热的控制逻辑。在块276后，控制程序进到块278。
在块278中，控制器输入通过重复执行图43中的流程图计算的过量空气系数的修正的理想值FMLambda。在块278之后，控制程序进到块280。
在块280，控制器通过重复执行图44中的流程图输入EGR率的修正的理想值FMEGR。在块280后，使用FMLambda和FMEGR作为输入，控制器确定和输入TVO_Duty、VGT_Duty、EGR_Duty和PostQ。确定它们的一个示例在图35中被说明。
参照图19，控制器是怎样控制FLAG的一个示例可被理解。图19中的流程图说明了概括性地表示在290的FLAG控制程序。执行控制程序290以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图19中的输入块292，控制器接收冷却液温度传感器输入Tw。在下一个询问块294，控制器确定冷却液温度Tw是否低于确定的温度阈值TW*。如果情况是这样，控制程序进到控制器设置FLAG的块296。如果情况不是这样，控制程序进到控制器重新设置FLAG的块298。
参照图20，控制器是怎样控制FLAG的另一个示例可被理解。图20中的流程图说明了概括性地表示在300中的FLAG控制程序。控制程序300的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图20中的输入块302，控制器接收催化剂载体温度传感器输入Tbed。在下一个询问块304，控制器确定催化剂载体温度Tw是否低于确定的温度阈值TBED。如果情况是这样，控制程序进到控制器设置FLAG的块306。如果情况不是这样，则程序进到控制器重新设置FLAG的块308。
参照图21，控制器是怎样计算或确定LTC_demand的一个示例可被理解。图21中的流程图说明了概括性地表示在310中的LTC_demand计算程序。计算程序310的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图21中的输入块312，控制器接收缸壁温度传感器输入Twall。在下一个询问块314，控制器确定缸壁温度Twall是否高于确定的温度阈值#TWALL。如果情况是这样，则计算程序进到控制器确定LTC_demand等于1的块316。如果情况不是这样，则计算程序进到控制器确定LTC_demand等于0(zero)的块318。
参照图22，控制器是怎样计算或确定LTC_demand的一个示例可被理解。图22中的流程图说明了概括性地表示在320中的LTC_demand计算程序。计算程序320的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图22中的输入块322，控制器接收发动机转速输入Ne(rpm)。在下一个询问块324，控制器确定发动机转速Ne是否已达到确定的发动机转速阈值#NE。如果情况是这样，则计算程序进到块326，在块326，控制器确定发动机已实现保持运行，并设置开始位ST_BIT(ST_BIT＝1)。在块326之后，计算程序进到块328以测定ST_BIT被设置后的时间。在块328，控制器从在ST_BIT被设置时被启动的计时器接收计时器计数输入TIME。在下一个询问块330，控制器确定是否计时器计数TIME已达到时间阈值#TIME。如果情况是这样，则计数程序进到控制器确定LTC_demand等于1的块332。在块324中，如果被确定发动机转速Ne仍低于阈值#NE并且发动机已实现自保持运转，则计数程序进到334。在块334，控制器重新设置ST_BIT(ST_BIT＝0)。在块334之后，计数程序进到336。在块336，控制器确定LTC_demand等于0(zero)。在块330，如果被确定TIME小于#TIME，则计算程序进到控制器确定LTC_demand等于0(zero)的块336。
参照图23，控制器是怎样计算或确定LTC_demand的另一个示例可被理解。图23中的流程图说明了概括性地表示在340中的LTC_demand计算程序。计算程序340的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
参照图24，控制器是怎样计算或确定LTC_demand的一个示例可被理解。图24中的流程图说明了概括性地表示在370中的LTC_demand计算程序。计算程序370的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。在描述图23中的计算程序前，下面描述图24中的计算程序372。
在图24中的输入块372，控制器接收怠速量输入Qfidle。在下一个询问块374，控制器确定怠速燃油量Qfidle是否小于确定的怠速燃油量阈值#Qfidle。如果情况是这样，则计算程序进到控制器确定LTC_demand等于1的块376。如果情况不是这样，则计算程序进到控制器确定LTC_demand等于0(zero)的块378。
重新翻到图23，下面将描述计算程序340。
在输入块342，控制器接收冷却液温度传感器输入Tw。在下一个块，通过检索包含如图12中由曲线238所说明的数据的查寻图，控制器确定作为冷却液温度Tw的函数的时间阈值#TIME。在块344，计算程序进到块346。在输入块346，控制器接收发动机转速输入Ne(rpm)。在下一个询问块348，控制器确定发动机转速Ne是否已达到确定的发动机转速阈值#NE。如果情况是这样，计算程序进到块350，在块350控制器确定发动机已实现自保持运转并设定开始位ST_BIT(ST_BIT＝1)。在块352之后，计算程序进到块358以测定ST_BIT被设置后的时间。在块358，控制器从ST_BIT被设置时启动的计时器接收计时器计数输入。在块352之后，计算程序进到块354。在块354，通过从阈值#TIME减去TIME，控制器计算出dTIME。在下一个块356，通过检索如由图13中的曲线240所说明的查寻表，控制器确定作为dTIME的函数的LTC_demand。在块348，如果确定发动机转速Ne仍低于阈值#NE并且发动机没有实现自保持运转，则计算程序进到块358。在块358，控制器重新设置ST_BIT(ST_BIT＝0)。在块358之后，计算程序进到块360。在块360，控制器确定LTC_demand等于0(zero)。
在对LTC_demand计算程序340的上述描述中，通过使用dTIME(见块354)检索图13中的曲线240，控制器确定LTC_demand。如果需要，控制器可检索图14中的曲线242以确定LTC_demand。在该种情况下，控制器重复TRATIO比(＝TIME/#TIME)的计算并且在检索图17中的曲线242中使用它。
参照图25，控制器是怎样计算或确定LTC_demand的其它示例可被理解。图25中的流程图说明了概括性地表示在380的LTC_demand计算程序。计算程序380的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图25中，在输入块382，控制器接收发动机转速输入Ne(rpm)。在下一个询问块384，控制器确定发动机转速Ne是否已达到发动机转速阈值#NE。如果情况是这样，则计算程序进到块386，在块386控制器确定发动机已实现自保持运转并设置启始位ST_BIT(ST_BIT＝1)。在块386之后，计算程序进到输入块388。在块388之后，控制器接收怠速燃油量输入Qfidle。在块388之后，计算程序进到块390。在块390，控制器通过从Qfidle减去怠速燃油量阈值#Qfidle计算dQfidle。在下一个块392，通过检索如由图16中的曲线258所说明的查寻表，控制器确定作为Qfidle的函数的LTC_demand。在块384，如果确定发动机的转速Ne仍低于阈值#NE并且发动机未实现自保持运转，则计算程序进到块394。在块394，控制器重新设置ST_BIT(ST_BIT＝0)。在块394之后，计算程序进到块396。在块396，控制器确定LTC_demand等于0(zero)。
在对LTC_demand计算程序380的上述描述中，控制器通过使用dQfidle(见块390)检索图16中的曲线258确定LTC_demand。如果需要，控制器可检索图17中的曲线260以确定LTC_demand。如果情况是这样，控制器重复QRATIO比(＝#Qfidle/Qfidle)的计算并且在检索图17的曲线260中使用它。
参照图26，控制器是怎样确定LTC_demand的一个示例可被理解。图26中的流程图说明了概括性地表示在400的LTC_demand确定程序。确定程序400的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图26中，在输入块402，控制器从图18中的程序270的块274接收存储的LTC_demand。在下一个询问块404，控制器确定催化剂载体温度Tbed是否低于催化剂载体温度阈值#TBED。如果情况是这样，确定程序进到控制器照原样保持LTC_demand的块406。如果情况不是这样，确定程序进到控制器确定LTC_demand等于0(zero)的块408。
参照图27，控制器是怎样确定LTC_demand的一个示例可被理解。图27中的流程图说明了概括性地表示在410的LTC_demand确定程序。确定程序410的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图27中，在输入块412，控制器从图18中的程序270的块274接收存储的LTC_demand和催化剂出口温度传感器输入Tcat-out。在下一个询问块414，控制器确定催化剂出口温度Tcat-out是否低于催化剂出口温度阈值#TGAS。如果情况是这样，确定程序进到控制器照原样保持LTC_demand的块416。如果情况不是这样，确定程序进到控制器确定LTC_demand等于0(zero)的块418。
参照图28，控制器是怎样确定LTC_demand的另一个示例可被理解。图28中的流程图说明了概括性地表示在420的LTC_demand确定程序。确定程序420的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图28中，在输入块422，控制器从图18中的程序270的块274接收存储的LTC_demand和冷却液温度传感器输入Tw。在下一个询问块424，控制器确定冷却液温度Tw是否低于冷却液温度阈值#TW。如果情况是这样，确定程序进到控制器照原样保持LTC_demand的块426。如果情况不是这样，确定程序进到控制器确定LTC_demand等于0(zero)的块428。
参照图29，控制器是怎样确定LTC_demand的另一个示例可被理解。图29中的流程图说明了概括性地表示在430的LTC_demand确定程序。确定程序430的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图29中，在输入块432，控制器从图18中的程序270的块274接收存储的LTC_demand、燃油量输入Qf和发动机转速传感器输入Ne。在下一个询问块434，使用如由图30中的块所说明的数学运算控制燃油量的积分INT_Q。在下一个询问块436，控制器确定INT_Q是否小于阈值#INTQ。如果情况是这样，确定程序进到控制器照原样保持LTC_demand的块438。如果情况不是这样，确定程序进到控制器确定LTC_demand等于0(zero)的块440。
如前面所说明的，INT_Q可由方程式1表示。参照图30，控制器是怎样计算INT_Q的一个示例可被理解。在块442，使用燃油量输入Qf和发动机转速传感器输入Ne，可计算下列公式
Ne/(60×50)/2×Ncyl×Qf    …方程式2
其中，Ncyl为气缸的数量。
求和点446接收作为第一输入的接收块442的输出和作为第二输入的从块444的输出。在求和点446，两个输入之和被给定。求和点446的输出作为INT_Q被生成，块444接收求和点446的输出作为输入。在块444，延迟被增加。
参照图31，怎样计算过量空气系数的理想值BMLambda和过量空气系数的修正的理想值FMLambda的两个示例可被理解。图31说明了示范性实施例的一部分的方框图。图31中的说明部分基本上与图2中所说明的实施例的说明部分相同。因此，图2和31中使用相同的标号，表示相同的或相似的块。图31中的实施例与图2中的上述的实施例不同在于，在与冷却液温度相关的修正块120之内，查寻图450、查寻表452和相乘点454被说明，和在过量空气系数降低确定块142之内，查寻表456、求和点458和相乘点460被说明。
除了冷却液温度传感器输入Tw以外，图31中的块126还接收燃油量输入Qf和发动机转速输入Ne。基值λc包含在用于各种发动机转速和燃油量状况的查寻图450内。用于发动机转速和燃油量状况的基值λc的一个适当的值被提供到相乘点454。冷却液温度修正系数KTW的值包含查寻表452之内用于各种冷却液温度状况。在本实施例中该值的范围可从0到1。冷却液温度修正系数KTW值的适当值被提供到相乘点454。在相乘点454，两个输入相乘得出与冷却液温度相关的修正值。块126提供与冷却液温度相关的修正值到块122之内的求和点128。求和点128从由块116提供的设定点值MLambda减去由块126提供的修正值以确定理想值BMLambda。
图31中的块142除了接收LTC_demand以外，还接收燃油量输入Qf和发动机转速输入Ne。过量空气系数的最小设置点值MLambda(MIN)被包含在用于各种发动机转速和燃油量状况的查寻图456内。用于当前发动机转速和燃油量状况的最小设定点值MLambda(MIN)的一个适当值被提供到求和点458。过量空气系数的理想值BMLambda被提供到求和点458。在求和点458，从理想值BMLambda减去最小设定点值MLambda(MIN)以向相乘点460提供容差。相乘点460接收LTC_demand。在相乘点460，两个输入相乘得出dMLambda。块142提供dMLambda给块122中的求和点144。在求和点144，通过dMLambad与BMLamdba相减得到修正的理想值FMLambda。块122生成修正的理想值FMLambda。
参照图32，过量空气系数的设定点值MLambda(MIN)是怎样包含在图456内的一个示例可被理解。
参照图33，理想值BMEGR和修正的理想值FMEGR是怎样被计算的可被理解。图33说明了典型实施例的部分的方框图。图33中所说明的部分基本上与图2中所说明的实施例的部分相同。因此，图2和33中使用相同的标号表示相同的或相似的块。图33中的实施例与图2中的上述实施例不同在于，在与冷却液温度相关的修正块130，查寻图470、查寻表472、相乘点474被说明，和在系数块146求和点476和查寻图478被说明。
除了冷却液温度传感器输入Tw以外，图33中的块130还接收燃油量输入Qf和发动机转速输入Ne。基值EGRC被包含在用于各种发动机转速和燃油量状况的查寻图470。用于当前发动机转速和燃油量状况的基值EGRC的一个适当值被提供到相乘点474。冷却液温度修正系数KTW的值包含在用于各种冷却液温度状况的查寻表472内。在本实施例中该值的范围可从0到1。冷却液温度修正系数KTW的一个适当值被提供到相乘点474。在相乘点474，两个输入相乘得出与冷却液温度相关的修正值。块130提供与冷却液温度相关的修正值到块124内的求和点132。求和点132从由块116提供的设定点值MEGR减去由块130提供的修正值以确定理想值BMEGR。除了从块116接收MEGR，块124还接收FMLambda、BMLambda和从块130接收修正值。
在系数块146内的求和点476，从FMLambda和BMLambda计算出降低的dMLambda。降低的dMLambda被提供到查寻图478。除了dMLambda以外，修正的理想值被提供到查寻图478。EGR修正系数KEGR的值包含在用于各种FMLambda和dMLambda状况的查寻图478内。在本实施例中该值的范围从0到1。冷却液温度修正系数KEGR值的一个适当值被提供到相乘点148。相乘点474接收BMEGR。在相乘点148，KEGR和BMEGR相乘得出修正的理想值FMEGR。块124生成修正的理想值FMEGR。
参照图34EGR修正系数值KEGR是怎样包含在图478之内的一个示例可被理解。
图35中的方框图说明了典型实施例的一个部分。所说明的部分基本上与图2中所说明的实施例的部分相同。因此，在图2和33中使用相同的标号说明相同的或相似的块。在后期点火燃油喷射量控制器480的构造中，图35中的实施例与图2中的上述实施例不同在于提供了后期点火燃油喷射量控制器480。这里所使用的术语“后期点火燃油喷射”是指在缸内混合物点燃后或喷射的燃油进入排气处理装置之前的排气系统后将燃油喷射进发动机的每个缸内。后期点火燃油喷射控制器480接收修正的理想值FMLambda。控制器480包含查寻表482。后期点火燃油量PostQ的值在用于不同FMLambda值的查寻表482内。控制器480向执行后期点火燃油喷射的装置提供PostQ以增加排气的温度。该装置可包括喷油器以直接将燃油喷射进气缸。
参照图36-42，图35中所说明的实施例进一步被描述。参照图36，在TV控制器158内，TVO区是怎样包含在查寻图164中的一个示例可被理解。参照图37，在TV控制器158内，TVO_Duty值是怎样被包含在查寻表166中的一个示例可被理解。
参照图38，在VGT控制器160内，VGT区是怎样被包含在查寻图168中的一个示例可被理解。参照图39，在VGT控制器160内，VGT_Duty值是怎样被包含在查寻表170中的一个示例可被理解。
参照图40，在EGR控制器162内，EGR区是怎样被包含在查寻图172中的一个示例可被理解。参照图41，EGR_Duty值是怎样被包含在查寻表174中的一个示例可被理解。
参照图42，在后期点火燃油喷射量控制器480内，PostQ值是怎样被包含在查寻表482中的一个示例可被理解。
现在参照图43，控制器是怎样计算修正的理想值FMLambed的一个示例可被理解。图43中的流程图说明了概括性地表示在490的FMLambda程序。执行程序490以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图43中，在输入块492，控制器接收发动机转速输入Ne、燃油量输入Qf、冷却液温度传感器输入Tw和预热请求LTC_demand。在下一个块494，控制器以如图31中所说明的方式计算BMLambda。在下一个块496，控制器以如图31中所说明的方式计算FMLambda。
现在参照图44，控制器是怎样计算修正的理想值FMEGR的一个示例可被理解。图44中的流程图说明了概括性地表示在500的FMEGR程序。程序500的执行以例如10毫秒的规则间隔被重复。
在图44中，在输入块502，控制器接收发动机转速输入Ne、燃油量输入Qf、冷却液温度传感器输入Tw、BMLambda和FMLambda。在下一个块504，控制器以如图33中所说明的方式计算BMEGR。在下一个块506，控制器以如图33中所说明的方式计算FMEGR。
接收FMLambda和FMEGR，控制器以如图35中所说明的方式计算TVO_Duty、VGT_Duty、EGR_Duty和PostQ。
参照图45，垂直轴表示从冷启动开始HC排放的总量，而横轴表示从冷启动开始的耗用的时间。参照图46，垂直轴表示从冷启动开始NOx排放的总量，而横轴表示从冷启动开始耗用的时间。
使用LTC_demand、FMLambda和FMEGR以控制TV16、VGT14、EGR32和后期点火燃油喷射的本实施例的排放性能被测试。使用图31、33和35中所说明的计算技术，FMLambda、FMEGR、TVO_Duty、VGT_Duty、EGR_Duty和PostQ被确定。
在图45和46的每一个中，所示的实线表示根据本发明的上述实施例的排放性能。
在图45和46的每一个中，所示的虚线表示当没有采用特殊措施以迅速增加冷启动时和冷启动后的催化剂的温度时的排放性能。
在图45和46的每一个中，单点划线表示当仅使用后期点火燃油喷射技术迅速增加冷启动时和冷启动后的催化剂的温度时的排放性能。
结合典型实施例，本发明已被详细地描述。根据上述描述对本领域的技术人员来说许多选择、修改和变化将变得显而易见。因此认为在本发明的精神和范围内附属的权利要求将包含任何这样的选择、修改和变化。
本申请要求2001年7月30日申请的第P2001-228837号日本专利申请了优先权，因此其整个公开内容被在此引用。

Claims (37)

1、一种控制内燃发动机排气处理装置的催化剂预热的方法，所述排气处理装置位于发动机排气路径中，所述发动机包括响应EGR命令信号被驱动的排气再循环(EGR)系统用以将排气循环到发动机进气，该方法包括：
产生受稳定燃烧约束的预热请求以加热催化剂；
根据预热请求确定发动机进气的过量空气系数的降低；
通过所述过量空气系数的降低，修正过量空气系数的理想值以提供修正的过量空气系数的理想值；
根据所述过量空气系数的降低，修正EGR率的理想值以提供修正的EGR率的理想值；和
根据修正的EGR率的理想值确定EGR命令信号。
2、如权利要求1中的方法，其中预热请求是在发动机的冷启动时和冷启动后产生的。
3、如权利要求1中的方法，其中当催化剂具有的温度低于催化剂温度阈值时，产生预热请求以说明缸内燃烧环境。
4、如权利要求1中的方法，其中当催化剂具有的温度低于催化剂温度阈值时，在缸壁温度已超过缸壁温度阈值后产生预热请求。
5、如权利要求1中的方法，其中当催化剂具有的温度低于催化剂温度阈值时，在从冷启动开始的时间已达到时间阈值后产生预热请求。
6、如权利要求1中的方法，其中在发动机在发动机的冷启动期间已实现自保持运转后，预热请求以时间和时间阈值之间的差或比的其中的一个为控制速率被增加，并且其中确定过量空气系数的降低包括增加为预热请求函数的降低量。
7、如权利要求1中的方法，其中时间阈值为发动机的冷却液温度的函数被确定。
8、如权利要求1中的方法，其中当催化剂具有的温度低于催化剂温度阈值时，在怠速燃油量在发动机的冷启动期间已达到怠速燃油量阈值之后产生预热请求。
9、如权利要求1中的方法，其中在发动机在发动机的冷启动期间已实现自保持运转后，预热请求以怠速燃油量和怠速燃油量阈值之间的差或比的其中的一个为控制速率被增加，并且其中确定过量空气系数的降低包括增加为预热请求函数的降低量。
10、如权利要求1中的方法，其中当超过催化剂阈值时，预热请求为0。
11、如权利要求3中的方法，其中当超过比所述催化剂温度阈值高的第二催化剂温度阈值时，预热请求为0。
12、如权利要求1中的方法，其中当超过催化剂出口温度阈值时，预热请求为0。
13、如权利要求1中的方法，其中当超过冷却液温度阈值时，预热请求为0。
14、如权利要求1中的方法，其中当从发动机的冷启动开始的燃油量的积分超过阈值时，预热请求为0。
15、如权利要求1中的方法，还包括：
响应EGR命令调节EGR系统的EGR阀。
16、如权利要求1中的方法，还包括：
根据修正的过量空气系数的理想值确定节气门开启(TVO)命令信号；和
响应TVO命令信号调节位于进气路径中的节气门。
17、如权利要求1中的方法，还包括：
根据过量空气系数的修正的理想值确定可变几何形状涡轮增压器(VGT)；和
响应VGT命令信号调节发动机的可变几何形状涡轮增压器(VGT)。
18、如权利要求16中的方法，还包括：
根据修正的过量空气系数的理想值确定后期点火燃油量；和
在缸内充气点火之后执行后期点火燃油量喷射以加热催化剂。
19、如权利要求17中所述的方法还包括：
根据修正的过量空气系数的理想值确定后期点火燃油量；和
在缸内充气点火后执行后期点火燃油量的喷射以加热催化剂。
20、一种发动机系统，包括：
具有多个燃烧室的发动机气缸体；
用于提供进气到燃烧室的进气歧管；
用于从燃烧室排出废气的排气歧管；
排气处理装置，其包括位于与排气歧管连通的发动机排气路径中的催化剂；
响应EGR命令信号被驱动的排气再循环(EGR)系统，以再循环排气到与进气歧管连通的发动机进气路径；
发动机控制器；和
计算机可读存储介质，其具有存储在其上的指令，该指令是发动机控制可执行的以执行控制内燃发动机催化剂预热的方法，其中该介质包括操作发动机控制器的指令以：
产生受稳定燃烧约束的预热请求以加热催化剂；
根据预热请求确定发动机进气的过量空气系数的降低；
通过所述过量空气系数的降低，修正过量空气系数的理想值以提供修正的过量空气系数的理想值；
根据所述过量空气系数的降低，修正EGR率的理想值以提供修正的EGR率的理想值；和
根据修正的EGR率的理想值确定EGR命令信号。
21、如权利要求20中所述的发动机系统还包括：位于发动机进气路径中的节气门，其响应节气门开启(TVO)命令信号被打开，并且其中计算机可读存储介质还包括用于发动机控制器的指令以：
根据修正的过量空气系数的理想值确定TVO命令信号。
22、如权利要求21中所述的发动机系统，还包括响应VGT命令信号被驱动的可变几何形状涡轮机，其中计算机可读存储介质还包括用于发动机控制器的指令以：
根据修正的过量空气系数的理想值确定VGT命令信号。
23、如权利要求22中所述的发动机系统，还包括执行后期点火燃油量的后期点火喷射以加热催化剂的装置，并且其中计算机可读存储介质还包括用于发动机控制器的指令以：
根据修正的过量空气系数的理想值确定后期点火燃油量。
24、如权利要求23中所述的该发动机系统，其中计算机可读存储介质还包括用于发动机控制器的指令以：
使用修正的过量空气系数的理想值计算理想的空气量；和
使用理想的空气量和修正的过量空气系数的理想值计算理想的EGR排气量。
25、一种控制内燃发动机排气处理装置的催化剂预热的装置，所述排气处理装置位于发动机排气路径中，所述发动机包括响应EGR命令信号被驱动的排气再循环(EGR)系统用以将排气循环到发动机进气，所述装置包括：
产生受稳定燃烧约束的预热请求以加热催化剂的逻辑块；
根据预热请求确定发动机进气的过量空气系数的降低的逻辑块；
通过所述过量空气系数的降低，修正过量空气系数的理想值以提供修正的过量空气系数的理想值的逻辑块；
根据所述过量空气系数的降低，修正EGR率的理想值以提供修正的EGR率的理想值的逻辑块；和
根据修正的EGR率的理想值确定EGR命令信号的逻辑块。
26、如权利要求25中所述的装置还包括：
空气量计算块，根据修正的过量空气系数的理想值，计算理想的空气量；和
EGR排气量计算块，根据理想的空气量和修正的EGR率的理想值计算理想的EGR排气量。
27、如权利要求26中所述的装置，其中EGR控制器接收理想的EGR排气量和发动机转速。
28、如权利要求27中所述的装置，还包括：
节气门(TV)控制器，其接收理想的空气量和发动机转速以确定TV命令信号；和
可变几何形状涡轮机(VGT)控制器，其接收理想的空气量和发动机转速以确定VGT命令信号。
29、如权利要求25中所述的装置，还包括：
设定点产生块，其确定发动机运转变量的设定点值，所述设定点值包括用于发动机转速和燃油量状况的过量空气系数和EGR率；并且
其中过量空气系数调节器块接收设定点产生块确定的过量空气系数的设定点值以确定过量空气系数的理想值。
30、如权利要求29中所述的装置，其中EGR率调节器块接收修正的过量空气系数的理想值和过量空气系数的降低，确定修正系数，并且将修正系数与EGR率的理想值相乘以确定修正的EGR率的理想值。
31、如权利要求25中所述的装置，其中
逻辑块确定是否仍存在预热催化剂的需要；
逻辑块确定缸内燃烧环境是否允许发动机以降低的过量空气系数运转以增加催化剂的温度；和
当缸内燃烧环境允许在存在预热催化剂的需要的情况下发动机运转时，逻辑块产生预热请求。
32、如权利要求25中所述的装置，其中
逻辑块确定是否仍存在预热催化剂的需要；
逻辑块确定发动机是否已实现自保持运转；
在发动机已实现自保持运转后，逻辑块以控制速率增加预热请求；和
在存在预热催化剂的需要的情况下，逻辑块产生预热请求。
33、一种计算机可读存储介质，其具有存储在其上的控制器可执行的指令，用以执行控制内燃发动机的排气处理装置的催化剂预热的方法，所述排气处理装置位于发动机排气路径中，该发动机包括响应EGR命令信号被驱动的排气再循环(EGR)系统以再循环排气到发动机进气，该计算机可读存储介质包括：
产生受稳定燃烧约束的预热请求以加热催化剂的指令；
根据预热请求确定发动机进气的过量空气系数的降低的指令；
通过所述过量空气系数的降低，修正过量空气系数的理想值以提供修正的过量空气系数的理想值的指令；
根据所述过量空气系数的降低，修正EGR率的理想值以提供修正的EGR率的理想值的指令；和
根据修正的EGR率的理想值确定EGR命令信号的指令。
34、如权利要求33中所述的计算机可读存储介质，其中用于产生预热请求的指令包括：
确定是否仍存在预热催化剂的需要的指令；
确定缸内燃烧环境是否允许发动机以降低的过量空气系数运转以增加催化剂的温度的指令；和
当缸内燃烧环境允许在存在预热催化剂的需要的情况下发动机运转时，产生预热请求的指令。
35、如权利要求33中所述的计算机可读存储介质，其中用于产生预热请求的指令包括：
确定是否需要保持催化剂的预热的指令；
确定发动机是否已实现自保持运转；
发动机已实现自保持运转后、以控制速率增加预热请求的指令；和
在需要时产生预热请求的指令。
36、一种计算机可读存储介质，其具有存储在其上的控制器可执行的指令，用以执行控制内燃发动机的排气处理装置的催化剂预热的方法，所述排气处理装置位于发动机排气路径中，该发动机包括响应EGR命令信号被驱动的排气再循环(EGR)系统以再循环排气到发动机进气，该计算机可读存储介质包括：
确定是否仍存在预热催化剂的需要的指令；
确定缸内燃烧环境是否允许发动机以降低的过量空气系数运转以增加催化剂的温度的指令；和
当缸内燃烧环境允许在存在预热催化剂的需要的情况下发动机运转时，产生预热请求的指令。
37、一种计算机可读存储介质，其具有存储在其上的控制器可执行的指令，用以执行控制内燃发动机的排气处理装置的催化剂预热的方法，所述排气处理装置位于发动机排气路径中，该发动机包括响应EGR命令信号被驱动的排气再循环(EGR)系统以再循环排气到发动机进气，该计算机可读存储介质包括：
确定是否需要保持催化剂的预热的指令；
确定发动机是否已实现自保持运转；
发动机已实现自保持运转后、以控制速率增加预热请求的指令；和
在需要时产生预热请求的指令。
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