CN1865681A - 用于稀薄怠速的排放控制 - Google Patents

Abstract

一发动机控制系统，其在稀薄怠速运行之后对供给到发动机的燃料进行调节，该系统包括：第一模块，其基于稀薄运行空气质量流量和化学当量空燃比(AFR)确定浓质量燃料供应率，并且基于所述浓质量燃料供应率计算浓状态时间。和第二模块，其在所述稀薄怠速运行之后的浓状态运行期间调节到所述发动机的燃料，以在所述状态浓时间期间提供所述浓质量燃料供应率。

Description

用于稀薄怠速的排放控制

技术领域

本发明涉及内燃机，并且尤其涉及稀薄怠速后排放控制。

背景技术

在燃烧过程中，汽油被氧化，并且氢(H)和碳(C)与空气相结合。不同的化合物包括二氧化碳(CO₂)，水(H₂O)，一氧化碳(CO)，氮氧化物(NO_X)，未燃碳氢(HC)，氧化硫(SO_X)和其它化合物被形成。

汽车排放系统包括三元催化转化器，其能够帮助氧化废气中的CO，HC和减少NO_X。该催化转化器包括氧气存储能力以提供对从稀到浓空燃比(AFR)偏移的缓冲。例如，在稀运行(即，过量空气)期间氧气被储存在催化转化器中，并且在浓运行(即，过量燃料)期间从催化转化器中消耗。

在怠速期间，发动机采用稀空燃比(即，AFR大于化学当量比(AFR_STOICH))运行来改善燃料消耗。更具体的，由于稀空燃比被使用，在怠速期间消耗了更少的燃料。但是，延长的稀薄运行对排气后处理提出了挑战。一个挑战是当空燃比变稀薄时，催化转化器的NO_X转化效率迅速下降。稀薄NO_X捕集后处理技术已经发展来处理该问题。

另一个挑战是过量氧气储存在催化转化器中。更具体的，催化转化器构造用来储存目标量的氧气。通过作为对较小浓偏移和稀偏移的缓冲，这样来提高催化剂效率，其中在较小浓偏移期间可释放氧气用于氧化，和在稀偏移期间储存过量的氧气。在延长的稀薄运行期间，催化转化器变得氧饱和。然后，NO_X转化效率降低直到一些过量氧气被移去。在返回到化学当量比运行(即，采用AFR_STOICH运行)之前，过量的氧气必须移去，以恢复到合适的三元(即，HC，CO和NO_X)转化效率。

发动机控制系统能够在稀薄怠速之后利用短时间的浓操作去除过量的氧气。因此，过量的燃料被消耗。该燃料消耗损失抵消了一些稀薄怠速运行的优点。

发明内容

因此，本发明提供了一发动机控制系统，该系统可以在稀薄怠速运行之后调节供给到发动机的燃料。该发动机控制系统包括第一模块，其基于稀薄运行空气质量流量和化学当量空燃比(AFR)确定浓质量燃料供应率，并且基于浓质量燃料供应率计算浓状态时间。第二模块在稀薄怠速运行之后的浓状态运行期间调节供给到发动机的燃料，以在浓状态时间期间提供浓质量燃料供应率。

在其它的特征中，第一模块计算在稀薄怠速运行期间所储存的氧气量，并且基于化学当量空燃比计算氧气燃料比(OFR)。该浓状态时间基于所储存的氧气量和OFR进一步计算出。第一模块计算空气中氧气质量含量a％、稀薄运行空气质量流量和稀薄时间的乘积，并且确定所储存的氧气量为该乘积和所储存氧气的目标量的最小值。所储存氧气的目标量是基于催化转化器的存储因子和存储容量确定的。

在另外其它的特征中，发动机控制系统进一步包括第三模块，其基于催化转化器的入口传感器信号和出口传感器信号修正浓状态时间。该第三模块测量在入口传感器信号和出口传感器信号之间的实际的响应时间，并且基于实际响应时间和目标响应时间计算修正因子。

本发明的进一步应用的范围将从下面提供的详细描述中变得显然。需要理解的是详细的描述和具体的例子在表示本发明优选实施例的同时，其意图仅仅是举例说明的意思不试图去限制本发明的范围。

附图简述

从详细的描述和附图中本发明将变得更加充分地被理解，其中：

图1是示例发动机系统的示意图，该发动机系统基于本发明的稀薄怠速控制进行调节；

图2是表示对从浓到稀和稀到浓过渡工况的示例性催化剂前和催化剂后传感器信号的曲线图；

图3是表示本发明稀薄怠速控制所执行的示例步骤的流程图；和

图4是执行本发明稀薄怠速控制的示例模块的示意图。

具体实施方式

优选实施例的下面描述实际上仅仅是示例并且决不试图去限制本发明、本发明的应用或使用。为了清楚的目的，同样的标号将使用在附图中表示相同的元件。如在此所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它能提供所述功能的合适的组件。

参见图1，一示例的车辆10包括一控制模块12，一发动机14，一燃料系统16和排气系统18。控制模块12与多个传感器、执行器和阀相连通。发动机14包括一个与控制模块12相连通的节气门20。该节气门20调节在活塞(未示出)的进气冲程期间吸入发动机14的空气量。当空燃比(AFR)高于化学当量空燃比(AFR_STOICH)时，发动机14运行在稀薄状态(即，减少的燃料)。当空燃比小于化学当量空燃比时，发动机14运行在浓状态。化学当量比定义为一理想的空燃比(例如，对汽油来说为14.7比1)。在发动机14中的内部燃烧产生的废气从发动机14流入排气系统18，该排气系统处理废气并且释放处理后的废气到大气中。

控制模块12从节气门位置传感器(TRS)21接收节气门位置信号并且从MAF传感器23接收质量空气流量(MAF)信号。节气门位置信号和MAF信号被用来确定流入发动机14的空气流量。空气流量数据用来计算通过燃料系统16输送到发动机14的相应的燃料。

排气系统18包括一排气歧管22、一催化转化器24、一位于催化转化器24上游的入口氧气传感器26和一位于催化转化器24下游的出口氧气传感器28。期望传感器26，28为在现有技术中已知的类型，该已知类型包括开关传感器和宽量程空燃(WRAF)传感器，但并不限此。催化转化器24通过增加碳氢(HC)和一氧化碳(CO)的氧化率和氮氧化物(NO_X)的还原率对发动机流出的废气进行处理，以减少排气尾管中的废气。

为了能够氧化，催化转化器24需要空气或者氧气，并且催化转化器24能够在需要时释放储存的氧气。在还原反应中，氧气从NO_X中产生并且催化转化器24能够适当地储存额外的氧气。催化转化器24的氧气存储容量(OSC)是催化转化器在氧化HC和CO，和还原NO_X方面效率的指示。入口氧气传感器26与控制模块12相连通，并且对进入催化转化器24的废气流中氧气含量作出响应。出口氧气传感器28与控制模块12相连通，并且对流出催化转化器24的废气流中氧气含量作出响应。

入口氧气传感器26和出口氧气传感器28分别产生一入口传感器信号(ISS)和出口传感器信号(OSS)。该ISS和OSS是电压信号，其基于废气中氧气的含量进行变化。更具体的，当废气的氧气含量增加时(即，AFR变高或则燃料变稀)，电压信号降低。当废气的氧气含量下降时(即，AFR变低或燃料变浓)，电压信号增大。控制模块12接收ISS和OSS，并且将传感器信号电压与废气的氧气含量水平相关联。

本发明的稀薄怠速后控制对在稀薄怠速时期(t_IDLE)过程中发动机的运行参数进行监控。发动机在怠速期间进行稀薄运行以改善燃料消耗，因为在稀薄运行时消耗更少的燃料。发动机在稀薄怠速运行后以浓状态运行一计算的时期(t_RICH)。更具体的，本发明的稀薄怠速后控制基于在稀薄怠速时期(t_IDLE)过程中发动机的运行状态确定过量质量燃料供应率 在稀薄怠速运行结束之后，发动机以浓状态运行以在t_RICH时期输送 如此，在延长时段的发动机稀薄怠速之后，存储在催化转化器中的过量氧气被有效地减少到一所需的水平。

稀薄怠速后控制基于在t_IDLE期间的实际空燃比(AFR_LEAN)，化学当量空燃比(AFR_STOICH)和稀燃料供应率

根据下面公式计算过量空气流量(MAF_EXC)：

${\mathrm{MAF}}_{\mathrm{EXC}}=({\mathrm{AFR}}_{\mathrm{LEAN}}-{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{STOICH}}){\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{FUELLEAN}}$

在t_IDLE期间在催化转化器中所储存的氧气量(m_O2STRD)基于下面的关系式进行确定，关系式为：

m_O2STRD＝MIN[((％O2_AIR)(MAF_EXC)(t_IDLE)，m_O2TARGET)]

其中％O2_AIR是氧气在空气中的质量百分比(即，23.2％)并且m_O2TARGET是所储存氧气的目标质量。m_O2TARGET的计算是基于下面公式：

              m_O2TARGET＝(f_O2)(m_O2CAP)

其中f₀₂是氧气存储因子并且是在催化转化器中所需的氧气保留量(例如，等于0.5的额定值)。期望f₀₂可以基于计算得的OSC进行改变(即，随着时间过去而减少)，以考虑到老化的原因。m_O2CAP是新的催化转化器的氧气质量存储容量并且是一固定的催化转化器设计参数。

化学当量氧气燃料比(OFR_STOICH)基于以下等式计算：

OFR_STOICH＝(AFR_STOICH)(％O2_AIR)

在t_RICH期间将存储的氧气减少到所需水平的浓燃料质量的计算是根据下面的化学计量关系式：

$m_{\mathrm{FUELRICH}}=\frac{m_{O2\mathrm{STRD}}}{{\mathrm{OFR}}_{\mathrm{STOICH}}}$

t_RICH的计算是基于下面公式：

$t_{\mathrm{RICH}}=\frac{m_{\mathrm{FUELRICH}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{FUELEXC}}}$

的计算是根据下面关系式：

${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{FUELEXC}}=\frac{{\mathrm{MAF}}_{\mathrm{EXC}}}{({\mathrm{AFR}}_{\mathrm{STOICH}}-{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{RICH}})}$

其中AFR_RICH是在t_RICH期间的空燃比并且是一校准值(例如，大约13.1)。期望AFR_RICH可以基于催化转化器的温度(T_CAT)能够改变(例如，从基于T_CAT的查询表中确定AFR_RICH)。MAF_EXC是在t_RICH期间的空气质量流量，其是基于MAF传感器的信号得到的。

现在参见图2，本发明的稀薄怠速后控制能够基于ISS和OSS修正t_RICH。更具体的，一误差因子(f_ERROR)的计算可根据下面公式：

$f_{\mathrm{ERROR}}=\frac{t_{\mathrm{RESPTARG}}}{t_{\mathrm{RESPMEAS}}}$

其中t_RESPTARG是OSS的目标或者所需响应时间(例如，在ISS之后变稀/浓的滞后时间)并且t_RESPMEAS是OSS的测量或实际响应时间。t_RESPTARG的计算是基于下面关系式：

$t_{\mathrm{RESPTARG}}=\frac{m_{O2\mathrm{TARGET}}}{\left({\mathrm{MAF}}_{\mathrm{EXC}}\right)(\%{O2}_{\mathrm{AIR}})}$

一个修正的t_RICH(t_RICHCORR)作为t_RICH和f_ERROR的乘积被计算。如此，f_ERROR可起适应性学习增益因子的作用。f_ERROR将在有充足氧气存储时等于1，在有不足氧气存储时大于1，和在有过量氧气存储时小于1。稀薄怠速后控制运行发动机以在t_RICHCORR期间提供

来减少所存储的氧气到所需的水平。

现在参见图3，通过本发明的稀薄怠速后控制所执行的示例的步骤将进行详细描述。在步骤300，控制确定发动机是否运行在稀薄怠速。如果发动机没有运行在稀薄怠速，控制返回。如果发动机运行在稀薄怠速，在步骤302处控制对发动机在t_IDLE期间的发动机运行情况进行监控。在步骤304处，控制确定稀薄怠速运行是否完成。如果稀薄怠速运行没有完成，控制返回到步骤302。如果稀薄怠速完成了，控制继续到步骤306。

在步骤306处，控制基于在t_IDLE期间的AFR_ACT，AFR_STOICH和

确定MAF_EXC。控制在步骤308处确定m_O2STRD并且在步骤310处确定m_FUELRICH。在步骤312处控制确定

在步骤316处控制基于f_ERROR修正t_RICH。控制调节到发动机的燃料供给以在步骤318处在t_RICHCORR期间提供

在步骤320处，控制确定t_RICHCORR是否到期。如果t_RICHCORR没有到期，则控制返回到步骤318处。如果t_RICHCORR到期，控制在步骤322基于正常燃料供给率调节燃料供给，并且控制结束。该正常燃料供给率能够包括提供AFR_STROICH的燃料供给率，但是并不限于此。

现在参见图4，执行本发明的稀薄怠速后控制的示例的模块将进行详细描述。示例的模块包括稀薄后燃料计算模块400，修正模块402和燃料控制模块404。稀薄后燃料计算模块400基于MAF，AFR_ACT和

确定 和t_RICH。修正模块基于t_RICH确定t_RICHCORR。燃料控制模块404基于 和t_RICHCORR产生一燃料控制信号来调节发动机运行。

本发明的稀薄怠速后控制精确地计量着稀薄怠速之后浓燃料供给事件的量(即，

)和持续时间(t_RICHCORR)。如此，催化转化器的转化效率被最大化以提供最佳排放，并且用来消耗存储氧气的燃料消耗损失被最小化以提供最佳燃料经济性。

现在本领域技术人员从上面描述中应该理解本发明的较宽的教导能够以多种形式进行实现。因此虽然发明已经通过相关的具体例子进行描述，但本发明的真实范围不应该受到限制，因为其它的修改通过本领域技术人员对附图，说明书和下面的权利要求进行了解后将会变得明显。

Claims (18)

1.一种发动机控制系统，其在稀薄怠速运行之后对供给到发动机的燃料进行调节，该系统包括：

第一模块，其基于稀薄运行空气质量流量和化学当量空燃比(AFR)确定浓质量燃料供应率，并且基于所述浓质量燃料供应率计算浓状态时间；和

第二模块，其在所述稀薄怠速运行之后的浓状态运行期间调节到所述发动机的燃料，以在所述浓状态时间期间提供所述浓质量燃料供应率。

2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述第一模块计算在所述稀薄怠速运行期间所储存的氧气量，并且基于所述的化学当量空燃比确定氧气燃料比(OFR)，其中所述浓状态时间基于所述的所储存的氧气量和所述的OFR进一步计算出。

3.如权利要求2所述的发动机控制系统，其中所述的第一模块计算空气中氧气质量含量a％、所述稀薄运行空气质量流量和稀薄时间的乘积，并且确定所储存的氧气量为所述乘积和所储存氧气的目标量的最小值。

4.如权利要求3所述的发动机控制系统，其中所述的所储存氧气的目标量是基于催化转化器的存储因子和存储容量确定的。

5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其进一步包括第三模块，其基于催化转化器的入口传感器信号和出口传感器信号修正所述浓状态时间。

6.如权利要求5所述的发动机控制系统，其中所述的第三模块测量在所述入口传感器信号和所述出口传感器信号之间的实际的响应时间，并且基于所述实际的响应时间和目标响应时间计算修正因子。

7.一种在稀薄怠速运行之后调节供给到发动机的燃料以减少催化转化器的氧气含量的方法，该方法包括：

基于稀薄运行空气质量流量和化学当量空燃比(AFR)确定浓质量燃料供应率；

基于所述浓质量燃料供应率计算浓状态时间；和

在所述稀薄怠速运行之后的浓状态运行期间调节到所述发动机的燃料，以在所述浓状态时间期间提供所述浓质量燃料供应率。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

计算在所述稀薄怠速运行期间所储存的氧气量；和

基于所述的化学当量空燃比确定氧气燃料比(OFR)，其中所述浓状态时间基于所述的所储存的氧气量和所述的OFR进一步计算出。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

计算空气中氧气质量含量a％、所述稀薄运行空气质量流量和稀薄时间的乘积；和

确定所储存的氧气量为所述乘积和所储存氧气的目标量的最小值。

10.如权利要求9所述的方法，其中

所述的所储存氧气的目标量是基于所述催化转化器的存储因子和存储容量确定的。

11.如权利要求7所述的方法，进一步包括基于所述催化转化器的入口传感器信号和出口传感器信号修正所述浓状态时间。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

测量在所述入口传感器信号和所述出口传感器信号之间的实际的响应时间；和

基于所述实际的响应时间和目标响应时间计算修正因子。

13.一调节供给到发动机的燃料来减少催化转化器的氧含量的方法，其包括：

在怠速期间稀薄地运行所述发动机；

在所述怠速期间监控稀薄空气质量流量；

在所述怠速期间的期满时基于所述稀薄空气质量流量和化学当量空燃比(AFR)确定浓质量燃料供应率；

基于所述浓质量燃料供应率计算浓状态时间；和

在所述稀薄怠速运行之后的浓状态运行期间调节到所述发动机的燃料，以在所述浓状态时间期间提供所述浓质量燃料供应率。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括

计算在所述稀薄怠速运行期间所储存的氧气量；和

基于所述的化学当量空燃比确定氧气燃料比(OFR)，其中所述浓状态时间基于所述的所储存的氧气量和所述的OFR进一步计算出。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

计算空气中氧气质量含量a％、所述稀薄运行空气质量流量和稀薄时间的乘积；和

确定所储存的氧气量为所述乘积和所储存氧气的目标量的最小值。

16.如权利要求15所述的方法，其中

所述的所储存氧气的目标量是基于所述催化转化器的存储因子和存储容量确定的。

17.如权利要求13所述的方法，进一步包括基于所述催化转化器的入口传感器信号和出口传感器信号修正所述浓状态时间。

18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：

测量在所述入口传感器信号和所述出口传感器信号之间的实际的响应时间；和

基于所述实际的响应时间和目标响应时间计算修正因子。

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