專利名稱：一種運轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動機及測量其排氣溫度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動機及測量其排氣溫度的方法。
背景技術：
可通過排氣流穿過催化劑時所產(chǎn)生的化學反應處理發(fā)動機排氣以凈化排放。如一 個示例，包含催化劑的催化轉(zhuǎn)化器可位于排氣管處，這樣催化劑幫助將排氣內(nèi)的一氧化碳 轉(zhuǎn)化為二氧化碳。也可能發(fā)生其它反應，例如將碳氫化合物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，以及將氮 氧化物轉(zhuǎn)化為氮和氧氣。通常地這些排氣處理系統(tǒng)需要知道排氣的溫度。此外，由于催化劑內(nèi)的化學反應 可為放熱反應，這樣熱量被釋放進排氣內(nèi)，先前的排氣溫度估算模型的解決方案包括建立 因為催化放熱額外的熱量的模型。本發(fā)明人已經(jīng)認識到這種先前的解決方案帶來的問題在于這些模型假設汽缸內(nèi) 的空氣和燃料完全混合和燃燒。然而，在空氣從進氣逃逸出至排氣中而沒有被捕集在汽缸 內(nèi)的情況(即漏氣)下，在有催化劑的情況下漏氣可氧化排氣內(nèi)的任何未燃燒成分。這種 反應為放熱反應，這樣反應將熱量釋放進排氣中，從而增加催化劑溫度。在一些情況下，這 種漏氣可作為漏氣模式的一部分發(fā)生(例如在渦輪增壓應用中)。不考慮該額外的熱量，通 常的計算低估了排氣溫度，其會由于過熱導致?lián)p害催化劑材料。出于這些原因，本發(fā)明的發(fā) 明人已經(jīng)加上了漏氣對排氣溫度的作用，并且隨后有利地使用改善的催化劑溫度估算提供 多種方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供一種計算來自發(fā)動機的排氣溫度的方法來解決上述問 題。該方法包括確定排氣的溫度、基于漏氣量和燃燒空燃比確定催化劑放熱及基于確定的 催化劑放熱調(diào)節(jié)確定的排氣溫度。該確定的溫度可包括催化劑溫度，例如催化劑中間溫 度。另外，可考慮在排氣道和/或歧管內(nèi)發(fā)生的放熱量相對于催化劑內(nèi)發(fā)生的放熱量確定 溫度。此外，可基于排氣(催化劑)溫度調(diào)節(jié)多種參數(shù)(例如發(fā)動機空燃比、發(fā)動機進氣流 和/或其它)補償該增加的溫度和/或減緩增加的溫度。這樣，即使在產(chǎn)生漏氣的狀況(例如發(fā)動機汽缸內(nèi)富況燃燒而增壓進氣門_排氣 門重疊的狀況)期間，也能夠獲得精確的排氣和/或催化劑溫度。例如，在總體上化學計 量的排氣空氣-燃料混合的情況下，可為發(fā)動機加注燃料以便在增壓運轉(zhuǎn)期間獲得富況燃 燒。因此，吹過汽缸的過量新鮮空氣混合富況燃燒氣體以形成總體上化學計量的空燃比。在 這樣的情況下，汽缸內(nèi)的富化空氣-燃料混合物會產(chǎn)生較高水平的一氧化碳，其隨后在放 熱反應中與來自漏氣的氧氣結(jié)合將熱量釋放進排氣中從而增加了排氣的溫度。然而，取決 于排氣道溫度，排氣道中可發(fā)生或多或少的放熱(并且在催化劑中會發(fā)生相應的或少或多 的放熱)。因此，對由漏氣引起的催化劑溫升建立模型，并且考慮是否在催化劑中或其它地 方發(fā)生或多或少的氧化，能夠允許更為精確的排氣溫度估算。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種基于催化劑放熱和漏氣的確定運轉(zhuǎn)具有渦輪增壓 器和催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機的方法，該方法包括響應駕駛員踩加速踏板通過在進氣門和排 氣門之間產(chǎn)生氣門重疊執(zhí)行增壓運轉(zhuǎn)，增壓運轉(zhuǎn)產(chǎn)生漏氣；在增壓運轉(zhuǎn)期間為內(nèi)燃發(fā)動機 加注燃料以便獲得富況燃燒，這樣排氣中的空氣-燃料混合物為化學計量比；確定排氣的 溫度；基于捕集在汽缸內(nèi)的空氣和燃料確定基準放熱；基于從排氣中的燃料的氧化釋放的 總熱量和總的排氣流量確定由漏氣引起的潛在的放熱；調(diào)節(jié)潛在的放熱以考慮到由排氣道 氧化引起的能量損失，其中化學能被轉(zhuǎn)化為排氣道中的熱能，潛在的放熱隨著排氣道凸緣 的溫度增加而減??；基于基準放熱和調(diào)節(jié)的潛在的放熱確定催化劑放熱；基于確定的催化 劑放熱調(diào)節(jié)確定的排氣溫度；及如果確定的排氣溫度大于閾值，隨后執(zhí)行控制動作。應理解上面的概述提供用于以簡化的形式引入將在詳細描述中進一步描述的選 擇的概念。不意味著確認所保護的本發(fā)明主題的關鍵的或?qū)嵸|(zhì)的特征，本發(fā)明的范圍將由 本申請的權利要求唯一地界定。此外，所保護的主題不限于克服上文或本公開的任何部分 中所述的任何缺點的實施方式。


圖1顯示了發(fā)動機實施例的框圖。圖2顯示了發(fā)動機在氣門重疊狀況的實施例的放大圖。圖3顯示了計算來自具有催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣溫度的方法實施例。圖4顯示了基于漏氣量計算催化劑放熱的示例方法。圖5顯示了基于具有渦輪增壓器和催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機的漏氣量計算催化劑放 熱的方法的實施例。圖6顯示了基于催化劑放熱和漏氣的確定運轉(zhuǎn)具有渦輪增壓器和催化劑的內(nèi)燃 發(fā)動機的方法的實施例。
具體實施例方式如上所述，可基于由正進氣門-排氣門重疊所導致的漏氣確定內(nèi)燃發(fā)動機(包括 催化劑)的排氣溫度。在一些情況下，可在自然吸氣(非增壓)發(fā)動機內(nèi)發(fā)生漏氣?？商?代地，發(fā)動機可包括渦輪增壓器，并且可由增壓運轉(zhuǎn)導致漏氣?；谒_定的排氣和/或催 化劑溫度可采取多種控制動作。如一個示例，圖1顯示了由電子發(fā)動機控制器12控制的包 含多個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機10，圖1中顯示了其中一個汽缸。發(fā)動機10包括汽缸蓋46、燃燒 室30和帶有定位于其內(nèi)并連接至曲軸40的活塞36的燃燒室壁32。燃燒室顯示為經(jīng)由各 自的進氣門52和排氣門54與進氣歧管44和排氣歧管48連通。在這個示例中顯示了單個 進氣門和排氣門，然而，可存在多個進氣門和/或多個排氣門。每個進氣門和排氣門可由凸 輪軸運轉(zhuǎn)，或均可通過共同凸輪軸運轉(zhuǎn)?？山?jīng)由液力驅(qū)動器使用可變氣門正時運轉(zhuǎn)。在可替 代實施例中，可通過電磁控制閥線圈和電樞總成運轉(zhuǎn)氣門。在圖1的示例中，進氣凸輪160 顯示為驅(qū)動氣門52，其中進氣凸輪可具有由信號162控制的可變正時。同樣，排氣凸輪164 顯示為驅(qū)動氣門54，其中排氣凸輪可具有由信號166控制的可變正時。汽缸30也顯示為具有連接至其上用于經(jīng)由燃料噴射系統(tǒng)(未顯示，其可為高壓共 軌汽油燃料系統(tǒng))與來自控制器12的信號脈沖寬度FPW成比例地將液體燃料輸送。燃料系統(tǒng)可包括燃料箱、高壓和/低壓燃料泵以及燃料導軌。圖1的發(fā)動機10配置為將燃料直 接地噴射進發(fā)動機汽缸內(nèi)，其為本領域技術人員所知的直接噴射。此外，進氣歧管44顯示 為與可選的電子節(jié)氣門125通訊。在圖1的示例中，汽缸蓋46顯示為具有在側(cè)向噴射位置連接至其上的燃料噴射器 66。然而，在可替代實施例中，噴射器也可位于頂部位置，例如鄰近火花塞92。圖1也顯示 了響應控制器12經(jīng)由火花塞92向燃燒室30提供點火火花的無分電點火系統(tǒng)88。在一些實施例中，發(fā)動機10可連接至渦輪增壓系統(tǒng)130，其為可使用的一個示例 壓縮裝置。渦輪增壓系統(tǒng)130包括經(jīng)由軸136連接的在進氣側(cè)上的壓縮器132和在排氣側(cè) 上的渦輪134。在可替代實施例中，如果需要，可使用兩級渦輪增壓器。在另一個可替代實 施例中，可使用具有類似于壓縮器132經(jīng)由發(fā)動機曲軸40驅(qū)動的壓縮器的機械增壓器?？墒褂枚喾N類型的渦輪增壓器和配置。例如，可使用可變幾何渦輪增壓器(VGT， variable geometry turbocharger)，其中渦輪和/或壓縮器的幾何可在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間 變化?？商娲?，或除此之外，當可變面積噴嘴位于排氣管內(nèi)的渦輪的上游和/或下游用 于改變通過渦輪的有效氣體膨脹時，可使用可變噴嘴渦輪增壓器(VNT，variable nozzle turbocharger)。仍然可使用其它方法用于改變排氣的膨脹，例如廢氣閥。圖1顯示了作用 為繞渦輪增壓134的旁通管道138內(nèi)的廢氣閥的示例閥門139。廢氣門139從控制器12接 收控制信號140。如上所述，閥門可位于渦輪內(nèi)或者可為可變噴嘴。同樣，如需要可使用雙 渦輪增壓器設置和/或串行渦輪增壓器設置。通用或?qū)捰蚺艢庋?UEGO)傳感器76顯示為連接至渦輪134和排氣控制裝置72 上游的排氣歧管48。裝置72可為NOx催化劑、SCR(選擇性催催化還原)催化劑、微粒過濾 器或它們的組合。第二排氣氧傳感器98顯示為連接至催化轉(zhuǎn)化器72的下游的排氣系統(tǒng)。 通過溫度傳感器77測量，和/或基于工況(例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷、空氣溫度、發(fā)動機溫度、 和/或氣流或它們的組合)估算排放控制裝置溫度。 圖1中控制器(或控制系統(tǒng))12顯示為微型計算機，包括微處理器單元102、輸入/ 輸出端口 104、只讀存儲器芯片106、隨機存取存儲器108、?；畲鎯ζ?10和數(shù)據(jù)總線。控 制器12可從連接至發(fā)動機10的傳感器接收多種信號，除了之前論述的那些信號，還包括 來自連接至冷卻套筒114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)、連接至加速器踏板 的位置傳感器119、來自傳感器122的絕對歧管壓力信號MAP、來自溫度傳感器117的發(fā)動 機空氣充氣溫度(ACT)或歧管溫度的測量值以及來自感應曲軸40位置的霍爾效應傳感器 118的發(fā)動機位置傳感器118。發(fā)動機位置傳感器118可在曲軸每轉(zhuǎn)產(chǎn)生預定數(shù)目的脈沖 (由此可確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM))。在一些實施例中，在混合動力車輛中發(fā)動機可連接至電動馬達/電池系統(tǒng)。混合 動力車輛可具有并聯(lián)配置、串聯(lián)配置或它們的變形例或組合。繼續(xù)參考圖1，其顯示了催化轉(zhuǎn)化器72，在一個示例中其可包括多個催化劑磚。在 另一個示例中，可使用多個排放控制裝置，每一個帶有多個催化劑磚。在一個示例中，轉(zhuǎn)化 器72可為三元催化劑。如這里更詳細描述的，發(fā)動機10可運轉(zhuǎn)在多種模式下，包括增壓狀況，其中在上 止點(TDC)處出現(xiàn)氣門重疊。具體地，可變氣門正時、增壓和在排氣門關閉(EVC)之后的直 接噴射燃料(即缸內(nèi)噴射)可用于降低充氣溫度并且減小自動點火(爆震)的傾向，從而能夠在選擇的狀況下改善扭矩輸出和燃料經(jīng)濟性。然而，在一些狀況下，在氣門重疊期間， 其中進氣門和排氣門在上止點附近(排氣沖程結(jié)束，進氣沖程開始)至少同時部分打開并 且(由于增壓)進氣歧管壓力高于排氣壓力，不參加燃燒的新鮮充氣可流動穿過排氣歧管。 圖2(其顯示了圖1中發(fā)動機10的放大示圖)中由流動路徑210說明了這樣的狀況。這過程導致排氣系統(tǒng)的新鮮空氣充氣的“損失”，其可稱為掃氣效果。如下面更詳 細地描述，可在控制器12內(nèi)的多個程序(例如燃料加注、火花正時、增壓控制等)中補償空 氣量。在一些狀況下，在這樣運轉(zhuǎn)期間，其中在燃燒期間新鮮充氣穿過排氣而沒有出現(xiàn)在汽 缸內(nèi)，在燃燒期間利用富況空燃比以使得總體的排氣空燃比可保持在大約化學計量。可替 代地，在其它狀況下，利用化學計量燃燒空燃比，并且從而可獲得稀況燃燒空燃比，并且從 而可獲得總體上甚至更稀況的空燃比。在執(zhí)行較獲得化學計量排氣混合物所需富化較低的 燃燒的示例中，第二后噴射可用于提供燃燒的燃料以與過多的氧反應以將排氣混合物空燃 比維持在大約化學計量。在上面的示例中，其中掃氣導致新鮮充氣沿著富況燃燒穿過至排氣，可控制燃燒 空燃比以使得總體上排氣空燃比為大約化學計量、稀況或富況。因此，在一些狀況下，可在 排氣系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生熱量的排氣中存在放熱反應。然而，在其它狀況下，例如放熱反應可導致催化劑溫度變得高于允許的催化劑閾 值溫度，高于催化劑閾值溫度可發(fā)生催化劑劣化。在這些狀況下，可采取多種控制動作，例 如執(zhí)行組合溫度過高保護程序以調(diào)節(jié)運轉(zhuǎn)參數(shù)減小催化劑的溫度。此外，在催化劑處可不完全地發(fā)生整個催化劑放熱，但也可在排氣路徑內(nèi)部的其 它位置(例如在排氣道處)發(fā)生。因此，可調(diào)節(jié)估算的催化劑放熱以考慮到由于排氣道氧 化(在該處化學能量被轉(zhuǎn)化為排氣道內(nèi)的熱量)造成的能量損失。通過結(jié)合漏氣對催化劑 放熱的影響和放熱發(fā)生位置的影響，可實現(xiàn)更精確的催化劑放熱的估算并且從而可減小潛 在的催化劑過熱劣化。圖3顯示了計算來自具有催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣溫度的示例方法300。如上 所述，在選擇的狀況下，由于渦輪充氣或機械增壓(其增加進氣歧管壓力)進氣壓力可超過 排氣壓力，或者由于調(diào)節(jié)排氣進氣壓力可超過排氣壓力，在這里噴泄脈沖之后的排氣壓力 顯著地低于平均排氣壓力。在這些狀況下，來自進氣的新鮮空氣直接地吹進排氣中而沒有 被捕集在汽缸內(nèi)。掃氣以及改善的吸氣(較高的進氣壓力)增加了可產(chǎn)生的扭矩。方法300包括了漏氣對估算的排氣和/或催化劑溫度的影響。在302處，方法300包括確定排氣溫度。排氣溫度可由多種合適的方法確定，例如 基于連接在排氣歧管48內(nèi)的排氣溫度傳感器、和/或基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷的估算 的排氣溫度和進一步基于多種因素(火花正時、發(fā)動機氣流、發(fā)動機燃燒空燃比、發(fā)動機 冷卻劑溫度和/或其它或它們的組合)。在304處，接下來方法300包括基于漏氣量和燃燒空燃比確定催化劑放熱。換句 話說，可在304處建立由于從排氣中未燃燒的燃料的氧化釋放的能量導致的排氣溫度的上 升的模型而說明排氣中的能量。如上所述，排氣中未燃燒的燃料可包括沒有捕集在汽缸內(nèi) 的燃料，例如吹入的燃料(例如經(jīng)由漏氣運載的燃料)。排氣中未燃燒的燃料可進一步包括 相應于汽缸內(nèi)化學計量空燃比的過量的燃料。排氣中的未燃燒的燃料的化學能量可等于來 自部分氧化的排氣成分內(nèi)的化學能量。因此，催化劑放熱可基于排氣中燃料氧化釋放的總熱量和總的排氣流量。參考圖4在下面詳細描述了基于漏氣量和燃燒空燃比等參數(shù)確定催 化劑放熱的示例方法。繼續(xù)參考圖3，在306處，方法300包括基于確定的催化劑放熱調(diào)節(jié)確定排氣的溫 度。這種行為包括，例如將確定的催化劑放熱加至確定的排氣溫度。這樣，能夠解決發(fā)動機運轉(zhuǎn)上的漏氣影響。響應于確定排氣溫度，可執(zhí)行一個或多 個控制動作。例如，可將調(diào)節(jié)后的確定的排氣溫度與指示催化劑的耐熱溫度的閥值溫度相 比較廠如果確定排氣溫度太高，可執(zhí)行控制動作以減小催化劑的溫度。參考圖6將詳細地 討論執(zhí)行這種控制動作。圖4顯示了確定催化劑放熱的示例方法400。例如在方法300的步驟304期間可 使用這樣的方法。在402處，方法400包括將催化劑放熱公式化為排氣內(nèi)的燃料氧化所釋 放的總熱量和總排氣流量的函數(shù)。在一些實施例中，由漏氣所引起的催化劑放熱ΔΤΜ可如 下計算
O mox,dize
A rr ^lJnfuel,exhATbl =-—--
cpmtot在這里，mtot為總的氣流，m^f:為在排氣中可被氧化的部分過量燃料，Cp為具 體的排氣熱量，并且&為燃料的熱值。在排氣中可被氧化的排氣中的過量燃料rn:二 可表示為在排氣中可用的最小過量燃料和可被排氣中的可用空氣氧化的燃料量 "C":，這里指的是燃料等同于過量空氣。換句話說
Γπποο oxidize ^ · availableequiv t
LULM8」m , ι u = TCWXi \1 Ι r , λΤΗ , L J fuel ,exhΑ ' fuel ,excess，‘ air，exh )因此，在404處，方法400包括確定排氣中的可用過量燃料。排氣中的可用燃料可 包括來自汽缸內(nèi)過量燃料的燃料/^二；和漏氣燃料。因此，m;二 s = me;:yl + mfue,M汽缸內(nèi)過量燃料為不能夠燃燒的剩余燃料，即m:; = m fueLcyl — UibP1cyl這里，mfuel,cyl為汽缸內(nèi)捕集的總?cè)剂稀?br> ^airtCylmfuel,cyl = ^r其基于汽缸內(nèi)的空燃比AFR。yl。把汽缸內(nèi)燃燒的燃料作為相對于汽缸空氣流為化 學計量空燃比，這得出代入至排氣中可用的過量燃料，漏氣燃料隨后可用空氣流和空燃比表示如下
mair,btmMju = AFR使用帶有空氣流的漏氣和漏氣百分比rbt之間的關系，即mair, bt = rbtmair, t。t，并且 帶有空氣流的汽缸空氣流和漏氣百分比之間的關系，m&,。yl = (l-rbt)maiu。t，漏出燃料可表 示為汽缸空氣流的公式如下
m
m
fuel.bt
air,cyl
AFRkl
h, 因此，排氣中的可用過量燃料可隨后表示為 m
available fuel,excess
moir,cyl.AFRsfoich
—min< 1，-
airycyl
m
air ,cyl
AFR
cyl
AFR
cyl
AFR
stoich
AFRh
rb, 這可進一步簡化以得出如下
(
m
available fiiel,excess
miml,-
■ + -
rb,
^cyl [ ^cyl J ^bt V ^ ~ rbt / j
m
air,cyl
AFR
stoich
其中人納和λ bt分別為空燃比，‘=
AFR . ^ AFRhl
(和Λ, 二一」'
AFR
stoich
AFR
stoich 繼續(xù)參考圖4，在406處，方法400包括確定等同于排氣中的可用過量空氣的燃料c 等同于排氣中可用過量空氣的燃料可如下計算
「 -, ^,eIuiv _ air,exhmair,exh = -
At Stoich其中exh為從在汽缸內(nèi)稀燃運轉(zhuǎn)的端口處過量空氣和/或漏氣mail、bt 得出的排氣中過量空氣。因此，過量空氣可表示為mair^xh = mp:'y + mairJU o端口處的過量空氣可表示為汽缸內(nèi)捕集的總空氣mair,。yl*來自汽缸的燃燒空氣 之間的差值，這樣
,,burnt mairtexcess ~ mair,cyl - mair,cyl在缸內(nèi)富況狀況的情況下可燃燒汽缸內(nèi)捕集的總空氣，而在缸內(nèi)稀況情況下，燃 燒的空氣量可等于相應于化學計量空燃比的量，因此mbaZ, = ^n{maircyl,mfueLcylAFRst0lch}
AFR
cyl
因此，通過給出上面引入的方程式端口處的過量空氣可簡化如下
port
Wl r— yytyyt
air,excess 一 u air^cyl "lair、cyl
miiKjl，^—
AFR
cyl
m
port
air,excess
1 - mind 1’
Λ
cyl
m
airtcyl
通過組合端口處的過量空氣的等式與之前得出的漏氣等式mair,b丨二 mair州
可簡化排氣中的過量空氣，以得出 rb,
、 h,
-hi W0
,exh
1一
+1 - min { 1,
A
cyl
m
air ,cyl
因此，等同于排氣中的可用空氣的燃料隨后為 繼續(xù)參考方法400，在408處，方法400包括確定能夠在排氣中被氧化的過量燃料， 如上面所引入的 使用在404處確定的排氣中可用過量燃料的方程和在406處確定的等同于排氣中 可用空氣的燃料的方程，可被氧化的過量燃料可由下面給出 在410處，方法400包括確定總排氣流量。總的排氣流量可表示為mtot 一 mfuel，cyl+mair，cyl+mair，bt+mfuel，bt根據(jù)汽缸空氣流、漏氣百分比和空燃比表示上述方程，總的排氣流量變?yōu)? 在412處，方法400包括計算催化劑放熱。代入至在402處建立的方程，可如下得
出催化劑放熱△T1
替換在408處獲得的方程Α";=二和在410處獲得的方程mt。t，可得出由漏氣引起 的催化劑放熱 在上面方程中的分子中，求最小化的運轉(zhuǎn)包括兩個變量。第一變量內(nèi)圓括號中的 第一項表示歸應于缸內(nèi)富況運轉(zhuǎn)的燃料。第一變量的第二頂和第二變量的第一項表示漏出 的空氣和燃料。第二變量內(nèi)圓括號中的第二項表示稀況運轉(zhuǎn)的空氣。上述方程的分母表示 總排氣流量。通過應用質(zhì)量守恒定律分別對于漏氣、缸內(nèi)空氣和排氣(即Abt，入。#和 約分可進一步簡化分母。該關系式可如下 因此，由漏氣引起的催化劑放熱的最終方程可如下 在一些實施例中，方法400可進一步包括在414處對于排氣道氧化造成的能量損 失調(diào)節(jié)由漏氣引起的催化劑放熱。如上所述，在排氣道處高溫期間，排氣道氧化將一些化學 能轉(zhuǎn)化為排氣道自身的熱量，其隨后減小催化劑處的漏氣放熱。換句話說，隨著排氣道的凸 緣處的溫度增加，更多的化學能被轉(zhuǎn)化為排氣道自身的熱量，并且因此催化劑處的放熱減 小。因此，乘法因子ffl,mult(Tfl)可應用至在412處確定的催化劑放熱方程以考慮到能量損 失，其中乘法因子相反地依賴于排氣道凸緣處的溫度Tfl。因此，隨后Tfl增加，乘法因子減 小，從而減小由漏氣引起的催化劑放熱，如下面的方程 在一些情況下，對于具有渦輪增壓器和催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機執(zhí)行上述方法和程 序。在一些情況下，發(fā)動機可為進氣道燃料噴射發(fā)動機，其中漏氣包括噴射在進氣道處進入 排氣歧管內(nèi)的部分燃料。此外，在一些情況下，發(fā)動機可為直接噴射發(fā)動機，其中在增壓運 轉(zhuǎn)增加排氣溫度期間為汽缸加注燃料以便富況燃燒。圖5描繪了在這種情況下執(zhí)行計算催 化劑放熱的方法的示例。在502處，方法500包括增壓發(fā)動機進氣。例如可通過渦輪增壓 器執(zhí)行這種增壓。在504處，方法500包括調(diào)節(jié)進氣門正時和排氣門正時中一個或多個以 在進氣門和排氣門之間產(chǎn)生正氣門重疊。在這樣的情況下，增壓隨后產(chǎn)生從發(fā)動機的進氣 歧管至排氣歧管的漏氣。在一個示例中，可響應駕駛員急踩加速踏板調(diào)節(jié)氣門以產(chǎn)生這種 重疊狀況。在506處，方法500包括在正氣門重疊的增壓期間為內(nèi)燃發(fā)動機加注燃料以便富 況燃燒。如上面所述，在增壓期間為內(nèi)燃發(fā)動機加注燃料以便于富況燃燒允許富況燃燒的 排氣中的空氣_燃料混合物和漏氣為化學計量。在508處，方法500包括響應排氣溫度確定催化劑的基準溫度。該基準溫度可基 于捕集在汽缸內(nèi)的空氣和燃料。多種合適的方法可用于確定催化劑的基準溫度，例如基于 發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的映射圖，包括一個或多個參數(shù)的調(diào)節(jié)，例如燃燒空燃比、進氣溫度、自 峰值扭矩正時的火花延遲或提前和/或它們的多種組合。在510處，方法500包括基于漏氣量并且基于排氣溫度確定在增壓正氣門重疊狀 況期間的額外的催化劑的溫度上升。例如，在一些情況下，額外的溫度上升可基于來自排氣 中的燃料氧化所釋放的總熱量和總排氣流量。如一個示例，方法400可用于確定對溫度上 升有貢獻的漏氣引起的催化劑放熱。在一些情況下，額外的溫度上升與漏氣量成比例。此 外，如上所述，通過排氣道氧化(其將一些化學能量轉(zhuǎn)化為排氣道自身的熱量)可減小放 熱。在這樣的情況下，額外的溫度上升可隨后基于排氣道溫度，并且隨著排氣道溫度上升而減小，從而減小由漏氣引起的放熱。因此，額外的溫度上升可確定為隨著排氣溫度增加而更在512處，方法500包括基于基準溫度和額外的溫度上升確定催化劑溫度的估算。 例如，催化劑溫度的估算可基于基準溫度和額外的溫度上升之和。此外，具有渦輪增壓器和催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機可基于這種排氣溫度的估算運轉(zhuǎn)。 如一個示例，圖6顯示了這樣的方法的實施例。在602處，方法600包括基于催化劑放熱和 漏氣確定催化劑的溫度。該確定可包括參考圖3如上所述的確定排氣溫度，其中參考圖4 如上確定催化劑放熱。該確定可進一步包括用以考慮到排氣道處的排氣道氧化的調(diào)節(jié)。在一個方法中，方法可包括響應駕駛員踏加速踏板通過在進氣門和排氣門之間產(chǎn) 生氣門重疊執(zhí)行增壓運轉(zhuǎn)，其中增壓運轉(zhuǎn)產(chǎn)生漏氣。這種方法可進一步包括在增壓運轉(zhuǎn)期 間對內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸加注燃料以便富況燃燒，這樣排氣中的空氣-燃料混合物為化學計 量的。如上所述，該方法可進一步包括確定排氣溫度，并且基于捕集在汽缸內(nèi)的空氣和燃料 確定基準放熱。這種方法可進一步包括基于從排氣中的燃料的氧化所釋放的總熱量和總的 排氣流量確定由漏氣所引起的潛在的放熱?？烧{(diào)節(jié)該潛在的放熱以考慮到由于排氣道氧化 造成的能量損失，其中在排氣道中化學能被轉(zhuǎn)化為熱能以使得潛在的放熱隨著排氣道凸緣 的溫度增加而減小。隨后可基于基準放熱和調(diào)節(jié)的潛在放熱確定催化劑放熱。在604處，方法600包括確定催化劑溫度是否大于閾值。這樣的閾值可基于催化 劑的耐熱溫度，其中超過催化劑的耐熱溫度會損害催化劑成分。如果確定催化劑的溫度大于閾值，隨后在606處，方法600包括執(zhí)行控制動作。這 種控制動作可包括，例如部件溫度過高保護程序調(diào)節(jié)運轉(zhuǎn)參數(shù)以減小催化劑的溫度。部件 溫度過高保護程序可包括多種合適的動作，例如減小增壓期間的燃燒空燃比的富化度和/ 或減小進氣門和排氣門之間的氣門重疊量(例如，通過提前排氣門關閉和/或延遲進氣門 打開)。在一個具體示例中，控制動作可進一步包括通過打開渦輪增壓器廢氣門將增壓程度 限制至低于閾值(即減小增壓程度)。這樣，能夠減小漏氣量和/或減小能夠在排氣中產(chǎn)生 放熱熱的過多還原劑。注意的是本發(fā)明包括的示例控制和估值程序可與多種發(fā)動機和/或車輛系統(tǒng)配 置一同使用。本發(fā)明描述的具體例程可代表任意數(shù)量處理策略(例如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、 多任務、多線程等)中的一個或多個。同樣，可以以所說明的順序執(zhí)行、并行執(zhí)行所說明的 各種行為或功能，或在一些情況下有所省略。同樣地，處理的順序也并非實現(xiàn)此處所描述的 實施例的特征和優(yōu)點所必需的，而只是為了說明和描述的方便?？筛鶕?jù)使用的具體策略，可 重復執(zhí)行一個或多個說明的步驟或功能。此外，所述的步驟用圖形表示了編程入發(fā)動機控 制系統(tǒng)中的計算機可讀存儲介質(zhì)的代碼。應了解，此處公開的配置與例程實際上為示例性，且這些具體實施例不應認定為 是限制性，因為可能存在多種變形。例如，上述技術可應用于V-6、1-4、Ι-6、ν-12、對置4缸、 和其他發(fā)動機類型。本發(fā)明的主題包括多種系統(tǒng)與配置以及其它特征、功能和/或此處公 開的性質(zhì)的所有新穎和非顯而易見的組合與子組合。本申請的權利要求具體地指出某些被認為是新穎的和非顯而易見的組合和次組 合。這些權利要求可引用“一個”元素或“第一”元素或其等同物。這些權利要求應該理解 為包括一個或多個這種元素的結(jié)合，既不要求也不排除兩個或多個這種元素。所公開的特征、功能、元件和/或特性的其他組合和次組合可通過修改現(xiàn)有權利要求或通過在這個或 關聯(lián)申請中提出新的權利要求得到主張。這些權利要求，無論與原始權利要求范圍相比更 寬、更窄、相同或不相同，也被認為包括在本發(fā)明主題內(nèi)。
權利要求
一種計算來自具有催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣溫度的方法，所述方法包含確定所述排氣的溫度；基于漏氣量和燃燒空燃比確定催化劑放熱；及基于所述確定的催化劑放熱調(diào)節(jié)所述確定的排氣的溫度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，確定所述排氣放熱包括確定從燃料的氧化 釋放的總熱量和總排氣流量。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，進一步包含調(diào)節(jié)所述催化劑放熱以考慮到 由排氣道氧化引起的能量損失，其中化學能被轉(zhuǎn)化為排氣道內(nèi)的熱量，所述催化劑放熱隨 著排氣道凸緣的溫度增加而減小。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述排氣包括未被所述內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸 所捕集并且由所述漏氣運載的未燃燒的燃料。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述排氣包括超過相應于所述內(nèi)燃發(fā)動機 的汽缸內(nèi)的化學計量空燃比的量的未燃燒燃料。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述排氣內(nèi)的未燃燒燃料的化學能等于排 氣成分中部分氧化的化學能。
7.一種運轉(zhuǎn)具有渦輪增壓器和催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述方法包含增壓發(fā)動機進氣；響應駕駛員踩加速踏板調(diào)節(jié)進氣門正時和排氣門正時中一個或多個以在所述進氣門 和所述排氣門之間產(chǎn)生正氣門重疊，所述增壓產(chǎn)生從所述發(fā)動機的進氣歧管至排氣歧管的 漏氣；在正氣門重疊的所述增壓期間為所述內(nèi)燃發(fā)動機加注燃料以便獲得富況燃燒這樣所 述富況燃燒的所述排氣和漏氣中的空氣_燃料混合物為化學計量比。響應于排氣溫度確定所述催化劑的基準溫度；基于漏氣量并且基于排氣溫度確定在增壓的正氣門重疊狀況期間的所述催化劑的額 外的溫度上升，所述額外的溫度上升被確定為隨著排氣溫度增加而減??；及基于所述基準溫度和所述額外的溫度上升確定催化劑溫度的估算。
8 如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述額外的溫度上升是基于排氣道溫度，并 且隨著排氣道溫度上升而減小。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述額外的溫度上升是基于排氣道氧化引 起的能量損失，其中化學能被轉(zhuǎn)化為排氣道內(nèi)的熱能。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述額外的溫度上升與所述漏氣量成比例。
全文摘要
本發(fā)明提供一種計算來自具有催化劑的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣溫度的方法。該方法包括確定排氣的溫度；基于漏氣量和燃燒空燃比確定催化劑放熱及基于確定的催化劑放熱調(diào)節(jié)確定的排氣的溫度。
文檔編號F01N9/00GK101922338SQ20101020054
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權日2009年6月9日
發(fā)明者A·Y·卡尼克, M·J·卡倫 申請人:福特環(huán)球技術公司