用于燃料和辅助空气喷射的控制系统和方法 【技术领域】
本发明涉及内燃机， 更具体地涉及发动机控制系统。背景技术 这里提供的背景技术用于总体上介绍本发明的背景的目的。 在本背景技术部分中 所描述的程度上的当前所署名发明人的工作和本描述中否则不足以作为申请时的现有技 术的各方面， 既非明示地也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
发动机燃烧空气 / 燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节气门和进 气歧管被抽吸进发动机。通过一个或多个燃料喷射器提供燃料。在发动机的一个或多个气 缸内燃烧空气 / 燃料混合物。空气 / 燃料混合物的燃烧例如可通过燃料的喷射和 / 或由火 花塞提供的火花来启动。空气 / 燃料混合物的燃烧产生废气。废气被从气缸驱出到排放系 统。
排放系统包括与废气的不同成分反应的催化剂 ( 例如， 三元催化转化器 )。然而， 催化剂在其温度低于起燃温度时可能不会反应。因此， 在当催化剂温度很可能低于起燃温 度时的发动机起动 ( 例如点火开关开启 ) 的情况下， 催化剂的反应能力可能受到限制。
发动机控制模块 (ECM) 控制发动机的扭矩输出。仅举例， ECM 基于驾驶员输入和 / 或其他输入控制发动机的扭矩输出。ECM 在催化剂温度低于起燃温度时还控制各种发动机 参数以加热催化剂。仅举例， ECM 可延迟火花正时以提供废气中的碳氢化合物。排放系统 中碳氢化合物的氧化产生加热催化剂的热。
通过碳氢化合物氧化所产生热的量受到排放系统中的氧气量的限制。 次空气泵被 机械地连接到气缸盖以将空气直接地提供给气缸盖。 由次空气泵所传输的空气增加了排放 系统中的氧气量， 从而次空气泵增加了碳氢化合物氧化的能力。 ECM 控制次空气泵的运行以 控制排放系统中碳氢化合物的氧化和加热催化剂。
发明内容 一种发动机控制系统包括致动器控制模块和第三级喷射模块。 所述致动器控制模 块在催化剂起燃模式被启动时将辅助空气提供给排放系统， 并且在所述催化剂起燃模式被 启动的同时在每一发动机循环期间将第一和第二燃料喷射提供到气缸。 所述第三级喷射模 块在所述催化剂起燃模式被启动的同时在每一发动机循环的排气阶段期间将第三燃料喷 射选择地提供到所述气缸。所述第一、 第二、 和第三燃料喷射每个都分开一段时间。
在其他特征中， 所述致动器模块在所述催化剂起燃模式被启动时延迟用于所述气 缸的火花正时。
在其他特征中， 所述发动机控制系统还包括辅助空气泵。所述辅助空气泵在涡轮 增压器的涡轮机的下游将所述辅助空气提供给所述排放系统。
在其他特征中， 所述辅助空气泵通过连接到所述涡轮增压器的壳体的方式在所述 涡轮机的下游提供所述辅助空气。
在其他特征中， 所述发动机控制系统还包括正时确定模块。所述正时确定模块基 于排放凸轮位置和火花正时确定希望正时。 所述第三级喷射模块在所述希望正时下提供所 述第三喷射。
在其他特征中， 所述发动机控制系统还包括喷射确定模块。所述喷射确定模块基 于所述辅助空气和布置在所述排放系统中的催化剂的估计的温度确定希望的量。 所述第三 级喷射模块基于所述希望的量提供所述第三喷射。
在其他特征中， 所述发动机控制系统还包括起燃启动模块。所述起燃启动模块基 于发动机冷却剂温度、 布置在所述排放系统内的催化剂的估计的温度、 和驾驶员扭矩请求 中的至少一个选择地启动所述催化剂起燃模式。
在其他特征中， 所述起燃启动模块在所述发动机冷却剂温度高于预定的冷却剂温 度时启动所述催化剂起燃模式。
在其他特征中， 所述起燃启动模块在所述估计的温度低于预定的催化剂温度时启 动所述催化剂起燃模式。
在其他特征中， 所述起燃启动模块在所述发动机冷却剂温度高于预定的冷却剂温 度、 所述估计的温度低于预定的催化剂温度、 以及所述驾驶员扭矩请求小于预定的扭矩时 启动所述催化剂起燃模式。 一种发动机控制方法包括 ： 在催化剂起燃模式被启动时将辅助空气提供给排放系 统； 在所述催化剂起燃模式被启动的同时在每一发动机循环期间将第一和第二燃料喷射提 供到气缸 ； 以及在所述催化剂起燃模式被启动的同时在每一发动机循环的排气阶段期间将 第三燃料喷射选择地提供到所述气缸。 所述第一、 第二、 和第三燃料喷射每个都分开一段时 间。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括在所述催化剂起燃模式被启动时延迟 用于所述气缸的火花正时。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括在涡轮增压器的涡轮机的下游将所述 辅助空气提供给所述排放系统。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括连接通过到所述涡轮增压器的壳体的 方式在所述涡轮机的下游提供所述辅助空气。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括基于排放凸轮位置和火花正时确定希 望正时， 并且在所述希望正时下提供所述第三喷射。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括基于所述辅助空气和布置在所述排放 系统中的催化剂的估计的温度确定希望的量， 并且基于所述希望的量提供所述第三喷射。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括基于发动机冷却剂温度、 布置在所述 排放系统内的催化剂的估计的温度、 和驾驶员扭矩请求中的至少一个选择地启动所述催化 剂起燃模式。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括在所述发动机冷却剂温度高于预定的 冷却剂温度时启动所述催化剂起燃模式。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括在所述估计的温度低于预定的催化剂 温度时启动所述催化剂起燃模式。
在其他特征中， 所述发动机控制方法还包括在所述发动机冷却剂温度高于预定的
冷却剂温度、 所述估计的温度低于预定的催化剂温度、 以及所述驾驶员扭矩请求小于预定 的扭矩时启动所述催化剂起燃模式。
本发明提供下述技术方案。
1. 一种发动机控制系统， 包括 ：
致动器控制模块， 所述致动器控制模块在催化剂起燃模式被启动时将辅助空气提 供给排放系统， 并且在所述催化剂起燃模式被启动的同时在每一发动机循环期间将第一和 第二燃料喷射提供到气缸 ； 以及
第三级喷射模块， 所述第三级喷射模块在所述催化剂起燃模式被启动的同时在每 一发动机循环的排气阶段期间将第三燃料喷射选择地提供到所述气缸，
其中所述第一、 第二、 和第三燃料喷射每个都分开一段时间。
2. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 所述致动器模块在所述催化剂 起燃模式被启动时延迟用于所述气缸的火花正时。
3. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 还包括辅助空气泵， 所述辅助空 气泵在涡轮增压器的涡轮机的下游将所述辅助空气提供给所述排放系统。
4. 如方案 3 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 所述辅助空气泵通过连接到所 述涡轮增压器的壳体的方式在所述涡轮机的下游提供所述辅助空气。
5. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 还包括基于排放凸轮位置和火 花正时确定希望正时的正时确定模块，
其中， 所述第三级喷射模块在所述希望正时下提供所述第三喷射。
6. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 还包括基于所述辅助空气和布 置在所述排放系统中的催化剂的估计的温度确定希望的量的喷射确定模块，
其中所述第三级喷射模块基于所述希望的量提供所述第三喷射。
7. 如方案 1 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 还包括起燃启动模块， 所述起燃 启动模块基于发动机冷却剂温度、 布置在所述排放系统内的催化剂的估计的温度、 和驾驶 员扭矩请求中的至少一个选择地启动所述催化剂起燃模式。
8. 如方案 7 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 所述起燃启动模块在所述发动 机冷却剂温度高于预定的冷却剂温度时启动所述催化剂起燃模式。
9. 如方案 7 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 所述起燃启动模块在所述估计 的温度低于预定的催化剂温度时启动所述催化剂起燃模式。
10. 如方案 7 所述的发动机控制系统， 其特征在于， 所述起燃启动模块在所述发动 机冷却剂温度高于预定的冷却剂温度、 所述估计的温度低于预定的催化剂温度、 以及所述 驾驶员扭矩请求小于预定的扭矩时启动所述催化剂起燃模式。
11. 一种发动机控制方法， 包括 ：
在催化剂起燃模式被启动时将辅助空气提供给排放系统 ；
在所述催化剂起燃模式被启动时在每一发动机循环期间将第一和第二燃料喷射 提供到气缸 ； 以及
在所述催化剂起燃模式被启动的同时在每一发动机循环的排气阶段期间将第三 燃料喷射提供到所述气缸，
其中所述第一、 第二、 和第三燃料喷射每个都分开一段时间。12. 如方案 11 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括在所述催化剂起燃模 式被启动时延迟用于所述气缸的火花正时。
13. 如方案 11 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括在涡轮增压器的涡轮 机的下游将所述辅助空气提供给所述排放系统。
14. 如方案 13 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括通过连接到所述涡轮 增压器的壳体的方式在所述涡轮机的下游提供所述辅助空气。
15. 如方案 11 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括 ：
基于排放凸轮位置和火花正时确定希望正时 ； 以及
在所述希望正时下提供所述第三喷射。
16. 如方案 11 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括 ：
基于所述辅助空气和布置在所述排放系统中的催化剂的估计的温度确定希望的 量； 以及
基于所述希望的量提供所述第三喷射。
17. 如方案 11 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括基于发动机冷却剂温 度、 布置在所述排放系统内的催化剂的估计的温度、 和驾驶员扭矩请求中的至少一个选择 地启动所述催化剂起燃模式。 18. 如方案 17 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括在所述发动机冷却剂 温度高于预定的冷却剂温度时启动所述催化剂起燃模式。
19. 如方案 17 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括在所述估计的温度低 于预定的催化剂温度时启动所述催化剂起燃模式。
20. 如方案 17 所述的发动机控制方法， 其特征在于， 还包括在所述发动机冷却剂 温度高于预定的冷却剂温度、 所述估计的温度低于预定的催化剂温度、 以及所述驾驶员扭 矩请求小于预定的扭矩时启动所述催化剂起燃模式。
本发明进一步的适用范围将从在此提供的描述变得显而易见。 应当理解本描述和 特定例子仅旨在图示目的， 并且不旨在限制本发明的范围。
附图说明 从下面的详细说明和附图中将会更完整地理解本发明， 其中 ：
图 1A-1B 是根据本发明原理的发动机系统的功能框图 ；
图 2 是根据本发明原理的示意性催化剂控制模块的功能框图 ；
图 3 是描述根据本发明原理的示范性燃料喷射和气缸压力迹线与曲轴角度的关 系的图示 ；
图 4 是描述根据本发明原理的示范性排放系统温度迹线与时间的关系的图示 ； 以 及
图 5 是描述根据本发明原理的示范性方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示范性的并且决不是要限制本发明、 应用或使用。清楚起 见， 在附图中使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的， 短语 A、 B 和 C 中的至少一个应当被解释为使用非排他逻辑或的逻辑 (A 或 B 或 C)。应当理解在不改变本发明的 原则时， 可以以不同顺序执行方法内的步骤。
如这里所使用的， 术语模块指专用集成电路 (ASIC)、 电子电路、 执行一个或多个软 件程序或者固件程序的处理器 ( 共用的、 专用的、 或成组的 ) 和存储器、 组合逻辑电路、 和/ 或提供所描述功能的其他适合部件。
空气 / 燃料混合物的燃烧产生废气， 废气包括碳氢化合物、 碳氧化物、 水和其他物 质。 为了加热接收来自发动机的废气的催化剂 ( 例如， 三元催化剂 )， 发动机控制模块 (ECM) 在每一气缸循环期间将第一和第二燃料喷射选择地传输到发动机的气缸。 两级燃料喷射产 生废气， 所述废气包括增加量的碳氢化合物。废气中的碳氢化合物的氧化产生用于加热催 化剂的热。
本发明的 ECM 在每一发动机循环的排气阶段 ( 即， 排气冲程 ) 期间还提供到气缸 的第三 ( 即， 第三级 ) 燃料喷射。排气阶段对应于气缸内的活塞移动以从气缸排出燃烧所 产生的废气时。第三燃料喷射提供废气中额外的碳氢化合物， 而不影响空气 / 燃料混合物 的燃烧。所述额外的碳氢化合物允许更多的碳氢化合物氧化， 因此使催化剂在发动机起动 后更快地加热到起燃温度。 现在参考图 1A-1B， 示出示范性发动机系统 100 的功能框图。 发动机系统 100 包括 燃烧空气 / 燃料混合物以产生驱动扭矩的发动机 102。空气通过节气门 106 被抽吸到进气 歧管 104 中。节气门致动器模块 108 控制节气门 106 的开度， 并因此控制进入发动机 102 的空气流。
来自进气歧管 104 的空气被抽吸到发动机 102 的气缸中。虽然发动机 102 可包括 多个气缸， 但是仅为了示例目的， 仅示出单个代表性气缸 110。仅举例， 发动机 102 可包括 1 个、 2 个、 3 个、 4 个、 5 个、 6 个、 8 个、 10 个和 / 或 12 个气缸。来自进气歧管 104 的空气通过 相关联的进气门 112 被抽吸到气缸 110 中。气缸 110 内的活塞 ( 未示出 ) 的降低将空气抽 吸到气缸 110 中。
发动机控制模块 (ECM)130 控制由燃料喷射器 114 所喷射的燃料的量 ( 例如， 质 量 ) 和燃料的喷射正时。更具体地， 燃料致动器模块 116 基于来自 ECM130 的信号控制燃料 喷射器 114 的打开。仅举例， 燃料致动器模块 116 可控制燃料喷射器 114 保持打开的时间 段， 其被称作为喷射脉宽。燃料喷射器 114 可将燃料直接喷射到气缸 110 中， 如图 1A 所示。 在其他实施方式中， 燃料喷射器 114 可在中心位置处将燃料喷射到进气歧管 104 中， 或者可 在多个位置处例如在每一气缸的进气门附近将燃料喷射到进气歧管 104 中。
所喷射的燃料与空气混合并且产生空气 / 燃料混合物。活塞在气缸 110 内升起并 且压缩气缸 110 内的空气 / 燃料混合物。基于来自 ECM130 的信号， 火花致动器模块 118 激 励火花塞 120， 这启动空气 / 燃料混合物的燃烧。在其他发动机系统中， 火花塞 120 对于启 动燃烧可能不是必须的。可相对于活塞处于其最上位置处时的时刻来规定火花正时， 所述 最上位置被称为上止点 (TDC)， 即空气 / 燃料混合物受到最大程度地压缩的点。
空气 / 燃料混合物的燃烧向下驱动活塞， 并且活塞转动地驱动曲轴 ( 未示出 )。 活 塞向下驱动曲轴直到活塞到达最低位置， 该最低位置被称为下止点 (BDC)。 然后活塞开始再 次向上移动并且排出燃烧的副产物通过与气缸 110 相关联的排气门 122。燃烧的副产物经 由排放系统 124 从车辆排出。
从每一气缸的观点来看， 一个发动机循环包括曲轴的两转 ( 即， 720° 的曲轴旋 转 )。 对于一个气缸的发动机循环可根据四个阶段来描述 ： 进气阶段 ； 压缩阶段 ； 燃烧阶段 ； 以及排气阶段。例如， 在进气阶段期间活塞朝 BDC 位置下降并且空气被抽吸到气缸 110 中。 在压缩阶段期间活塞朝 TDC 位置上升并且压缩气缸 110 内的空气 / 燃料混合物。在燃烧阶 段期间在气缸 110 内燃烧空气 / 燃料混合物， 并且所述燃烧驱使活塞朝向 BDC 位置。在排 放阶段期间活塞朝 TDC 上升以从气缸 110 排出燃烧所产生的废气。
进气门 112 受到进气凸轮轴 126 的控制， 而排气门 122 受到排气凸轮轴 128 的控 制。在其他实施方式中， 多个进气凸轮轴可控制每个气缸的多个进气门和 / 或控制多个气 缸组的进气门。类似地， 多个排气凸轮轴可控制每个气缸的多个排气门和 / 或控制多个气 缸组的排气门。
进气凸轮相位器 132 控制进气凸轮轴 126， 并且因此控制进气门 112 的打开 ( 例 如， 升程、 正时、 和持续时间 )。类似地， 排气凸轮相位器 134 控制排气凸轮轴 128， 并且因此 控制排气门 122 的打开 ( 例如， 升程、 正时、 和持续时间 )。进气门 112 和排气门 122 的打开 的正时例如可相对于 TDC 位置或 BDC 位置来规定。相位器致动器模块 136 基于来自 ECM130 的信号控制进气凸轮相位器 132 和排气凸轮相位器 134。 参考图 1B， 由发动机 102 输出的废气提供到排放系统 124。通常， 废气通过排放系 统 124 流到第一催化剂 137。催化剂 137 与废气的多种成分反应从而降低这些成分在废气 中的量。作为催化剂 137 输出的废气然后可流到第二催化剂 138。催化剂 138 也与废气中 的成分反应。电加热的催化剂 (EHC)( 未示出 ) 还可与催化剂 137 一起来实施。在其他实 施方式中， 可设置一种催化剂。
发动机系统 100 包括将加压空气提供到进气歧管 104 的涡轮增压器 140。涡轮增 压器 140 由流经排放系统 124 的废气供能， 并且将经压缩的空气充气提供给进气歧管 104。 涡轮增压器 140 包括涡轮机 140-1 和泵 140-2。流经排放系统 124 的废气转动地驱动涡轮 机 140-1。涡轮机 140-1 的转动继而驱动泵 140-2， 并且泵将经压缩的空气提供给进气歧管 104。涡轮增压器 140 可包括可变结构涡轮 (VGT) 或其他合适类型的涡轮增压器。在其他 车辆中， 可以实施多于一个的涡轮增压器。
废气旁通阀 141 选择地允许废气旁路通过涡轮增压器 140， 从而降低涡轮增压器 的输出 ( 或增压 )。更具体地， 废气旁通阀 141 允许废气旁路通过涡轮机 140-1。ECM130 经 增压致动器模块 142 控制涡轮增压器 140 的增压。
增压致动器模块 142 可调节涡轮增压器 140 的增压， 例如通过控制废气旁通阀 141 的位置和 / 或涡轮增压器 140 本身 ( 例如叶片位置 ) 调节涡轮增压器 140 的增压。中冷器 ( 未示出 ) 可被实施以消散压缩空气充气的一些热。这种热可在空气被压缩时产生。其他 热源是排放系统 124。
发动机系统 100 还可包括废气再循环 (EGR) 阀 144， EGR 阀 144 将废气选择地再 引导回到进气歧管 104。EGR 致动器模块 145 基于来自 ECM130 的信号控制 EGR 阀 144 的打 开。虽然将 EGR 阀 144 示出为位于涡轮增压器 140 的上游， 但是 EGR 阀 144 可位于涡轮增 压器 140 的下游。EGR 冷却器 ( 未示出 ) 还可被实施成在废气被提供到进气歧管 104 之前 冷却再循环的废气。
发动机系统 100 还可包括将空气 ( 即， 辅助空气 ) 传输到排放系统 124 的辅助空
气泵 (SAP)146。SAP 146 机械地连接到涡轮增压器 140 的壳体。更具体地， SAP146 以在涡 轮机 140-1 的下游位置处传输空气的方式被连接到涡轮增压器 140 的壳体。例如可从节气 门 106 与空气过滤器 ( 未示出 ) 之间的位置抽吸通过 SAP146 所传输的空气。
排放系统 124 中经由碳氢化合物氧化所产生的热的量受到排放系统 124 中的氧气 量的限制。通过 SAP146 所传输的空气增加了排放系统 124 中的氧气量， 并从而增加经由碳 氢化合物氧化的热产生能力。涡轮机 140-1 上游所产生的热可被传递到涡轮机 140-1。这 样， 在 SAP 在涡轮增压器 140 的上游传输空气的情况下， 涡轮机 140-1 可能减少加热催化剂 137 可用的热的量并且延迟催化剂的温度达到发动机系统中的起燃温度时的时间 ( 例如， 见图 4)。
然而， 通过本发明的 SAP 146 所实现的在涡轮机 140-1 的下游传输空气降低了不 必要地传递到涡轮机 140-1 的碳氢化合物氧化热的量。这样， 碳氢化合物氧化热被提供到 催化剂 137 并且使催化剂 137 加热到起燃温度所需的时间得到减少。
SAP 致动器模块 148 基于来自 ECM130 的信号控制 SAP 146。这样， ECM130 控制 SAP146 的运行 ( 即， 开启或关断 ) 并控制通过 SAP 146 提供到排放系统 124 的空气量。
再次参考图 1A， ECM130 基于驾驶员输入和其他输入调节发动机 102 的扭矩输出。 驾驶员输入可包括例如加速器踏板位置、 制动器踏板位置、 巡航控制输入、 和 / 或其他合适 的驾驶员输入。其他输入可包括例如来自各种传感器的输入和 / 或来自其他控制器 ( 未示 出 ) 例如变速器控制模块、 混合动力控制模块和底盘控制模块的输入。
ECM130 接收来自曲轴传感器 160 的曲轴位置信号。曲轴传感器 160 测量曲轴的 位置 ( 例如， 角度 ) 并且因此生成曲轴位置信号。曲轴位置信号可用于确定以每分钟转数 (rpm) 形式表示的曲轴的旋转速度 ( 即， 发动机速度 )。
仅举例， 曲轴传感器 160 可包括可变磁阻 (VR) 传感器或其他合适类型的曲轴传感 器。曲轴位置信号可包括脉冲串。脉冲串的每一脉冲可在与曲轴一起旋转的带 N 个齿的轮 ( 未示出 ) 的齿通过 VR 传感器时来产生。因此， 每一脉冲对应于 360°被 N 个齿所除的量 的曲轴的角旋转。带 N 个齿的轮还可包括缺少一个或多个齿的缺口， 并且该缺口可用作曲 轴的一个完整旋转的标志。
ECM130 接收来自 ECT 传感器 162 的发动机冷却剂温度 (ECT) 信号。 ECT 传感器 162 测量发动机冷却剂的温度并因此产生 ECT 信号。虽然 ECT 传感器 162 被示出为位于发动机 102 内， 但是 ECT 传感器 162 可测量发动机冷却剂被循环的其他合适位置处的 ECT。ECM130 还可接收来自其他传感器例如歧管绝对压力 (MAP) 传感器、 质量空气流量 (MAF) 传感器、 节 气门位置传感器、 进气空气温度 (IAT) 传感器、 气缸压力传感器、 和 / 或其他适当传感器的 信号。
ECM130 包括根据本发明的原理的催化剂控制模块 190。催化剂控制模块 190 为催 化剂 137 选择地启动起燃模式。 当启动起燃模式时， 催化剂控制模块 190 延迟火花正时并且 在两个独立燃料喷射中将燃料提供到气缸 110。在两个独立喷射中将燃料提供到气缸 110 以及延迟火花正时提供了到排放系统 124 的用于氧化的碳氢化合物。
在气缸 110 的每一发动机循环的排气阶段 ( 即， 排气冲程 ) 期间， 本发明的催化剂 控制模块 190 还提供第三 ( 即， 第三级 ) 燃料喷射到气缸 110 中。排气阶段对应于活塞朝 气缸 110 内的 TDC 位置移动以将气缸 110 的容纳物排出到排放系统 124。第三燃料喷射提供了废气中额外量的碳氢化合物， 并且不影响空气 / 燃料混合物 的燃烧。额外的碳氢化合物允许更多的碳氢化合物氧化并因此使催化剂 137 更快地加热到 起燃温度。虽然将催化剂控制模块 190 示出并描述为位于 ECM130 内， 但是催化剂控制模块 190 可位于其他适当位置中， 例如位于 ECM130 之外。
现在参考图 2， 示出催化剂控制模块 190 的示范性实施方式的功能框图。 催化剂控 制模块 190 包括催化剂温度估计模块 202、 起燃启动模块 204、 和致动器控制模块 206。 催化 剂控制模块 190 还包括第三级喷射模块 208、 正时确定模块 210、 和喷射确定模块 212。
催化剂温度估计模块 202 估计催化剂 137 的温度并因此输出估计的催化剂温度。 催化剂温度估计模块 202 可基于例如在催化剂 137 的上游和下游所测量到的排放温度、 ECT、 燃烧特征、 和 / 或其他适当参数估计催化剂温度。
起燃启动模块 204 为催化剂 137 选择地启动起燃模式。起燃启动模块 204 在发动 机 102 的起动 ( 即， 点火开关开启 ) 之后选择地启动起燃模式。起燃启动模块 204 基于 ECT 和估计的催化剂温度选择地启动起燃模式。
仅举例， 当 ECT 大于预定的冷却剂温度并且估计的催化剂温度低于预定的催化剂 温度时， 起燃启动模块 204 选择地启动起燃模式。预定的冷却剂温度和预定的催化剂温度 可以是可标定的并且可分别被设定到仅例如 0℃和 300℃与 500℃之间。 起燃启动模块 204 还可基于驾驶员扭矩请求启动起燃模式。驾驶员扭矩请求对应 于由车辆驾驶员所请求的发动机扭矩输出。可基于例如加速器踏板位置和 / 或其他驾驶员 输入 ( 例如， 巡航控制 ) 确定驾驶员扭矩请求。仅举例， 起燃启动模块 204 可在驾驶员扭矩 请求小于预定扭矩时启动起燃模式。
致动器控制模块 206 控制多种发动机参数， 例如燃料喷射的量和正时、 火花正时、 和由 SAP 146 所提供的空气。致动器控制模块 206 还可控制其他发动机参数， 例如进气凸 轮位置和排气凸轮位置、 节气门 106 的开度、 和 / 或其他合适参数。
当启动起燃模式时， 致动器控制模块 206 调节多种发动机参数。例如， 当启动起燃 模式时， 致动器控制模块 206 延迟火花正时。当启动起燃模式时， 对于每一燃烧事件， 致动 器控制模块 206 在两个独立喷射中将燃料提供给气缸 110。 当启动起燃模式时， 致动器控制 模块 206 还启动 SAP146 并且控制 SAP146 以将空气提供给排放系统 124。当启动起燃模式 时， 致动器控制模块 206 还可激励 EHC 以提供额外的热。
当启动起燃模式时， 启动第三级喷射模块 208。这样， 起燃启动模块 204 选择地启 动第三级喷射模块 208。否则， 第三级喷射模块 208 可被禁止或不起作用。当启动起燃模式 时， 第三级喷射模块 208 指令致动器控制模块 206 以在每一气缸循环期间提供第三燃料喷 射到气缸 110。这样， 当启动起燃模式时， 第三级喷射模块 208 在每一气缸循环期间提供第 三燃料喷射到气缸 110。
在发动机循环的排气阶段， 将第三燃料喷射提供到气缸 110。 正时确定模块 210 确 定第三燃料喷射的希望正时。仅举例， 正时确定模块 210 基于排气凸轮位置和火花正时确 定该希望正时。该希望正时可根据例如曲轴角度来确定。正时确定模块将该希望正时提供 给第三级喷射模块 208， 并且第三级喷射模块 208 在发动机循环的排气阶段期间在希望正 时下将第三燃料喷射提供给气缸 110。
喷射确定模块 212 为第三燃料喷射确定希望的燃料量 ( 例如， 质量 )。仅举例， 喷
射确定模块 212 基于估计的催化剂温度和由 SAP146 所提供的空气确定希望的量。 喷射确定 模块 212 将希望的量提供给第三级喷射模块 208。第三级喷射模块 208 在发动机循环的排 气阶段期间在希望正时下基于希望的量提供第三燃料喷射。第三级喷射模块 208 还可以将 希望的量转换成例如燃料喷射器 114 的脉冲宽度 ( 即开启时间 ) 以喷射希望的量的燃料。
现在参考图 3， 示出燃料喷射和气缸压力与曲轴角度的关系的示范性图示。示范 性迹线 302 追踪燃料到气缸 110 的提供。示范性迹线 304 追踪在气缸 110 内所测量到的压 力。当启动起燃模式时， 燃料喷射被分为两个独立燃料喷射并且火花正时被延迟。两个燃 料喷射可看出为第一喷射 306 和第二喷射 308。
两个喷射 306 和 308 的正时可相对于例如 TDC 位置或 BDC 位置来规定。仅举例， 对于气缸 110 在每一发动机循环的进气阶段和燃烧阶段期间可完成第一喷射 306 和第二喷 射 308。
在每一发动机循环的排气阶段期间， 本发明的催化剂控制模块 190 还提供第三燃 料喷射到气缸 110。示范性的第三燃料喷射被示出为 310。第三喷射 310 开始于示范性时 刻 T1。换句话说， 催化剂控制模块 190 在时刻 T1 处打开燃料喷射器 114 以将燃料提供给气 缸 110。时刻 T1 发生在发动机循环的排气阶段期间。催化剂控制模块 190 基于例如排气凸 轮位置和火花正时确定时刻 T1 的希望正时。 第三喷射 310 结束于示范性时刻 T2。换句话说， 催化剂控制模块 190 在时刻 T2 处 关闭燃料喷射器 114。 时刻 T1 和 T2 之间的时间段可被称作为脉宽。 假定在燃料喷射器 114 打开时燃料喷射器 114 以预定流率喷射燃料， 催化剂控制模块 190 可控制所述脉宽来喷射 希望的燃料量。 这样， 对于第三喷射， 催化剂控制模块 190 将希望的燃料量提供给气缸 110。
现在参考图 4， 示出多个排放温度与时间的关系的示范性图示。 示范性迹线 402 追 踪靠近涡轮增压器 ( 即， 涡轮机 ) 的入口所测量到的排放温度。示范性迹线 404 追踪靠近 涡轮增压器的出口所测量到的排放温度。示范性迹线 406 追踪涡轮增压器的下游所测量到 的催化剂温度。
对于包括在涡轮增压器的上游将空气提供到排放系统的 SAP 的发动机系统来说 示出温度 402、 404、 和 406。仅举例， SAP 可在发动机的气缸盖处将空气提供给排放系统。废 气中碳氢化合物的氧化产生热。 然而， 因为一些热在涡轮增压器的上游产生， 所以热被传递 到涡轮增压器的涡轮机。因此， 入口排放温度 402 和出口排放温度 404 之间可测量到温度 降 408。
然而， 本发明的 SAP146 在涡轮增压器 140 的涡轮机 140-1 的下游供应空气。 因此， 经碳氢化合物氧化所产生的热在涡轮机 140-1 的下游。传递到涡轮机 140-1 的氧化热的量 比图 4 中所描述的到涡轮机的热损失的量更小。因此， 催化剂 137 的温度应以比催化剂温 度 406 更快的速率增加， 并且应比催化剂温度 406 更快地达到起燃温度。
现在参考图 5， 示出示范性方法 500 的流程图。方法 500 开始于步骤 502， 其中方 法 500 确定是否启动催化剂起燃模式。在其他实施方式中， 方法 500 确定是否在步骤 502 中启动催化剂起燃模式。如果是， 那么方法 500 行进到步骤 504 ； 如果否， 那么方法 500 结 束。可例如在 ECT 大于预定的冷却剂温度、 估计的催化剂温度低于预定的催化剂温度、 以及 驾驶员扭矩请求小于预定的扭矩时启动起燃模式。
在步骤 504 中， 方法启动 SAP146。这样， 方法 500 将空气 ( 并因此氧气 ) 供给排放
系统 124 用于碳氢化合物氧化。SAP146 在涡轮增压器 140 的涡轮机 140-1 的下游供应空 气。在一种实施方式中， 方法 500 可在步骤 506 中激励与催化剂 137 关联的电加热的催化 剂 (EHC)。换句话说， 方法 500 可供应电到 EHC 从而提供热给催化剂 137。
方法 500 在步骤 508 确定第三燃料喷射的希望正时。方法 500 基于排气凸轮位置 和火花正时确定希望正时。第三燃料喷射的希望正时处于对于气缸 110 的发动机循环的排 气阶段内。
方法 500 在步骤 510 中确定第三燃料喷射的希望的量。 方法 500 基于由 SAP146 所 提供的空气和估计的催化剂温度确定该希望的量。在步骤 512 中， 方法 500 确定第三喷射 的希望正时是否已达到。如果否， 那么方法 500 保持在步骤 512 中。如果是， 那么方法 500 根据在步骤 514 中的希望的量喷射第三燃料喷射， 并且方法 500 结束。
现在本领域技术人员从前述说明可明白可以多种形式实施本发明的广阔教导。 因 此， 虽然本发明包括特定例子， 但本发明的真正范围不应受到如此限制， 因为在研究附图、 说明书和随附权利要求的基础上其他变型对于有经验的实施者来说将变得明显。