专利名称：用于降低冷启动排放物的发动机负载控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆，尤其涉及用于降低冷启动发动机排放物的发动机负载控制。
背景技术：
在燃烧期间，内燃机使汽油氧化并且使氢(H2)和碳(C)与空气化合。燃烧产生化学化合物如二氧化碳(CO2)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、氮的氧化物(NOx)、未燃烧碳氢化合物(HC)、硫的氧化物(SOx)和其它化合物。在长期浸泡后的初始启动周期期间，发动机在启动之后仍然“很冷”因此汽油的燃烧不完全。催化转化器处理来自发动机的废气。在启动期间，催化转化器也“很冷”并且并未以最佳状态操作。
在冷启动期间除了蒸发和燃烧问题之外，电负载的水平和可变性也使得冷启动燃料和火花控制难以进行。因此，提供了非最佳冷启动燃料校准来适应极端的发动机负载条件。实际上，在冷启动期间，由于环境温度、燃料挥发性和发动机负载条件的最坏情况的组合百分比较小，就使得排放校准情况恶化。
发明内容
相应地，本发明提供了驱动着交流发电机的发动机所用的控制系统。这种控制系统包括在发动机起动时降低交流发电机负载的第一模块。第二模块确定发动机的预期排气能量率(EER)。第一模块根据空转周期期间的EER调节交流发电机负载以便降低冷启动周期期间的发动机排放物。
根据一个特征，第一模块根据歧管绝对压力(MAP)阈值来限制空转周期的交流发电机负载。
根据另一个特征，第一模块根据所述空转周期期间的预期EER调节发动机火花以便加热所述排气系统。
根据另一个特征，第一模块降低发动机加速期间的交流发电机负载来限制歧管绝对压力(MAP)。
根据其它特征，预期EER根据发动机温度来确定。发动机温度根据环境温度、发动机冷却剂温度和发动机油温中的至少一个来确定。
通过阅读下文提供的详细描述，将会清楚了解本发明可适用的其它领域。应当理解，尽管这些详细描述和特定实例显示了本发明的优选实施例，但是它们仅用于示例说明，而并不用于限制本发明的范围。
根据详细描述和附图，将会更充分地理解本发明，图中图1为基于根据本发明的发动机负载控制系统而操作的示例性车辆的示意图；图2为示出了启动周期期间的示例性交流发电机负载的曲线图；图3为示出了交流发电机负载和火花正时对排气能量率(EER)和歧管绝对压力(MAP)的影响的曲线图；图4为示出了示例性车辆驱动循环的一部分的MAP限制的曲线图；图5为示出了根据本发明的发动机负载控制系统所执行的步骤的流程图；以及图6为执行根据本发明的发动机负载控制的示例性控制模块的示意图。
具体实施例方式
以下对优选实施例的描述事实上仅为示例性，并且决非用于限制本发明、其应用或用途。为清楚起见，在附图中将使用相同的参考数字来标识相似的元件。在本文中使用时，术语“模块”是指特定用途集成电路(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、专用或组)和存储器、组合逻辑电路或其它提供所述功能的适用部件。
现在参看图1，示例性车辆10包括发动机12、交流发电机14和传动装置16。发动机12产生用于驱动交流发电机14和传动装置16的驱动转矩。更特别而言，发动机12将空气抽入进气歧管18中，进气歧管18将空气分配至气缸(未示出)，空气在气缸处与燃料组合以便形成空气/燃料混合物。空气/燃料混合物发生燃烧以便驱动气缸内的活塞(未示出)，从而驱动曲轴20以便产生驱动转矩。燃烧过程由火花塞(未示出)所产生的火花起动。相对于活塞内的气缸的位置而言，火花的正时可以调整(即延迟或提前)，以便调节排气温度、发动机转矩和歧管绝对压力(MAP)。
发动机12和交流发电机14可以通过带系统22联接。发动机12和交流发电机14各自包括滑轮24、26，它们通过带28联接起来以便转动。滑轮24与发动机12的曲轴20联接以便转动。发动机12驱动着交流发电机14以便产生车辆系统所用的动力并且/或者对储能装置(ESD)30再充电。交流发电机14包括加于发动机12上的可变负载，其由电压调节器(VR)32调节。当需要更多的来自交流发电机14的电能时，VR32增加交流发电机负载，从而增加发动机工作量。当需要更少的来自交流发电机14的电能时，VR32减少交流发电机负载，从而减少发动机工作量。在正常发动机操作期间，根据标准负载控制策略来调节交流发电机负载。示例性负载控制策略公开于共同转让的U.S.Pat.Pub.No.US2004/0150375中，其公开内容在此明确引入作为参考。
传动装置16可包括但不限于手动传动装置、自动传动装置、连续可变传动装置(CVT)和自动化手动传动装置(AMT)。驱动转矩通过联接装置34从发动机曲轴20传送至传动装置16。联接装置34可包括但不限于摩擦离合器或转矩变换器，视实施的传动装置的类型而定。传动装置16将驱动转矩乘以多个齿轮传动比之一以便驱动着传动轴36。
控制模块38根据本发明的发动机负载控制系统来调节车辆10的操作。控制模块38控制着燃料喷射、火花和交流发电机负载以便调节发动机12启动期间的发动机排放物。歧管绝对压力(MAP)传感器40对进气歧管18内的MAP做出响应并且根据此产生MAP信号。发动机温度传感器42对发动机温度做出响应并且根据此产生发动机温度信号。可以考虑，发动机温度可以根据发动机12的冷却剂温度和/或油温来确定。环境温度传感器44对环境温度做出响应并且根据此产生环境温度信号。可以考虑，发动机温度可以根据环境温度进一步确定。速度传感器46对发动机12的转速(RPM)做出响应并且根据此产生速度信号。
提供了加速器踏板48。踏板位置传感器50对加速器踏板48的位置敏感并且据此产生踏板位置信号。提供了制动踏板52。制动踏板位置传感器54对制动踏板52的位置敏感并且据此产生踏板位置信号。控制模块38根据制动踏板位置信号来操作制动系统56以便调节制动系统内的压力，而这又调节制动器(未示出)的制动力。
发动机负载控制系统调节着冷启动期间的发动机负载以便改善排放物，加热催化转化器(未示出)并且保持驱动性能(即，平稳的发动机运行)。术语“冷启动”描述了车辆10，特别是发动机12在处于环境温度下时起动的情况。这通常发生于发动机12关闭以及车辆长期处于静止时。冷启动温度为低于大约90°F的温度。相反，热起动是指发动机12被关闭并且在发动机12能够冷却至冷启动温度范围内的温度之前重新起动的情况。
在冷启动期间，发动机负载控制系统降低了初始发动机起动期间的交流发电机负载，由此起动发动机12并且气缸开始处理空气/燃料混合物，同时发动机速度升高至预定快速空转速度。在初始发动机起动和速度迅速升高之后，发动机负载控制系统调节加热周期期间的交流发电机负载以便使排气热量最大从而更迅速地加热催化转化器。驾驶员刚一起动驱动循环(即加速)，发动机负载控制系统就调节发动机火花和交流发电机负载来限制MAP以保持良好的燃料蒸发，从而改善排放物和驱动性能。
现在参看图2，提供了示出了在没有发动机负载控制情况下的交流发电机负载(即传统交流发电机负载)的曲线图和带有发动机负载控制情况下的交流发电机负载的曲线图。在初始发动机起动(周期A)期间，发动机负载控制系统将交流发电机负载降低至0％。按照这种方式，在发动机加速至快速空转条件期间，交流发电机14就不对发动机12施加负载，从而降低了发动机12运行所需的起动工作量并且使加燃料最少。在随后的快速空转(周期B和C)期间，这期间传动装置16处于空转状态(周期B)并且/或者变动至齿轮(周期C)，对交流发电机负载进行调节以便产生电能来为车辆附件提供动力以及为ESD30充电。如传统的交流发电机负载曲线下方的区域所示，在发动机起动之后立即产生了大部分电能。如带有发动机负载控制的交流发电机负载曲线下方的区域所示，在空转周期产生电能来满足车辆的电力需求。
也是在随后的快速空转(周期B和C)期间，对交流发电机负载进行调节以便加热催化转化器。更具体而言，在这期间调节交流发电机负载和火花正时以便提供所需的排气能量率(EER)，在下文中将对此进行更详细地讨论。按照这种方式，就优化了催化转化器的加热。在车辆驱动循环(周期D)期间，对交流发电机负载进行调节以便限制峰值MAP。更具体而言，随着车辆加速，降低交流发电机负载以便降低所获得的MAP。按照这种方式，就在进气歧管和口表面仍然很冷的同时保持了良好的燃料蒸发情况。
现在参看图3，曲线图示出了交流发电机负载和火花正时对排气能量率(EER)和MAP的影响。随着交流发电机负载增加，EER增加。随着火花正时延迟，EER和MAP两者都增加。图中示出了示例性的EER目标区域并且其显示了在快速空转周期期间(周期B和C)加热催化转化器的预期EER率范围。更具体而言，控制模块既调节交流发电机负载又调节火花正时以便在EER目标区域内获得预期EER(EERDES)同时将MAP保持于MAP限制(MAPLIMIT)之下。按照这种方式，就能够在限制MAP以保持良好燃料蒸发情况的同时对催化转化器进行加热。
EERDES根据发动机温度(TENG)确定，而发动机温度(TENG)可根据发动机冷却剂温度(TCOOL)、发动机油温(TOIL)和/或环境温度(TAMB)确定。可以预期，EERDES和MAPLIMIT可根据TENG通过相应的查表确定。控制模块调节交流发电机负载和火花正时以便在保持MAP低于MAPLIMIT的同时获得EERDES。
现在参看图4，曲线图示出了示例性驱动循环的MAP可变性。这种可变性部分归因于ESD充电水平与为ESD30充电所需的交流发电机负载的变化之间的差异。随着MAP增加，燃料蒸发质量下降，因此，必须喷射更多的液体燃料来保持适当的A/F混合物。需要良好的燃料蒸发情况来保持驱动性能(即发动机稳定运行)以及改善排放物。本发明的发动机负载控制系统在车辆加速期间调节交流发电机负载以便降低MAP可变性并且保持MAP低于MAPLIMIT从而提供良好的燃料蒸发情况。
现在参看图5，将对根据本发明的发动机负载控制系统所示例说明的步骤进行详细描述。在步骤100中，控制确定点火是否处于“接通”。如果点火未“接通”，则控制返回。如果点火处于“接通”，则控制在步骤102中确定TENG。在步骤104中，控制确定发动机12是否要被起动。这通常通过驾驶员将点火转向曲柄来显示。如果发动机12并未要被起动，控制返回至步骤100。如果发动机12要被起动，则控制继续前进至步骤106。
在步骤106中，控制降低交流发电机负载以便降低起动发动机12所需的曲柄工作量。在步骤108中，控制起动发动机12。在步骤110中，控制确定TENG是否大于冷启动温度阈值(TCOLD)。如果TENG大于TCOLD，则认为发动机启动是热启动并且控制继续前进至步骤112。如果TENG不大于TCOLD，则认为发动机启动是冷启动并且控制在步骤114中确定EERDES。在步骤116中，控制根据EERDES调节火花正时和交流发电机负载。
在步骤118中，控制确定车辆是否加速。车辆加速情况可根据驾驶员通过加速器踏板48的输入来确定。如果车辆加速，则控制继续前进至步骤120。如果车辆不加速，则控制继续前进至步骤122。在步骤120中，控制根据MAPLIMIT调节交流发电机负载和火花正时。在加速期间，随着接近于MAPLIMIT，交流发电机负载降低至零并且提前火花正时以便提供另外的动力。如果在这点上，并未达到所需的动力，则容许MAP超过MAPLIMIT。在典型的冷启动条件下，对交流发电机负载和火花正时的控制提供了足够的转矩储备来保持MAP低于MAPLIMIT。在步骤122中，控制确定TENG是否大于TCOLD。如果TENG大于TCOLD，则认为发动机12很热并且控制继续前进至步骤112。如果TENG不大于TCOLD，则认为发动机12仍很冷并且控制返回至步骤114。在步骤112中，控制根据标准控制策略来调节交流发电机负载和火花正时。
现在参看图6，示意性地示出了执行本发明的发动机负载控制的示例性模块。该模块包括交流发电机负载控制模块600、EER模块602和TENG模块604。TENG模块604根据TAMB、TCOOL和TOIL中的至少一个来确定TENG。EER模块602根据TENG来确定EERDES。交流发电机控制模块600根据TENG、EERDES和MAP来产生交流发电机负载控制信号。
根据以上描述，本发明所属领域的普通技术人员现在能够理解，本发明的广义思想能够按照各种形式实现。因此，尽管以上结合其特定实例描述了本发明，但本发明的真正范围不应当被限制于此，因为在研究了附图、说明书和以下权利要求之后，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚其它改型。
权利要求
1.一种驱动着交流发电机的发动机所用的控制系统，包括在所述发动机起动时降低交流发电机负载的第一模块；以及确定所述发动机的预期排气能量率(EER)的第二模块，其中所述第一模块根据空转周期期间的所述EER来调节所述交流发电机负载以便降低冷启动期间的发动机排放物并改进驱动性能。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述第一模块根据歧管绝对压力(MAP)阈值来限制所述空转周期期间的所述交流发电机负载。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述第一模块根据所述空转周期期间的所述预期EER调节发动机火花以便加热排气系统。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述第一模块降低发动机加速期间的所述交流发电机负载来限制歧管绝对压力(MAP)。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述预期EER根据发动机温度来确定。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中所述发动机温度根据环境温度、发动机冷却剂温度和发动机油温中的至少一个来确定。
7.一种调节冷启动期间的发动机负载的方法，包括降低作用于发动机上的交流发电机负载；起动所述发动机以便开始燃烧过程；确定所述发动机的预期排气能量率(EER)；以及根据所述预期EER调节空转周期期间的所述交流发电机负载。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述空转周期期间根据所述预期EER来调节所述发动机的火花正时。
9.根据权利要求8所述的方法，其中对所述火花正时和所述交流发电机负载进行调节以便保持所述发动机的歧管绝对压力(MAP)低于阈值MAP。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述预期EER根据发动机温度来确定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述发动机温度根据环境温度、发动机冷却剂温度和发动机油温中的至少一个来确定。
12.根据权利要求7所述的方法，还包括降低发动机加速期间的所述交流发电机负载来限制歧管绝对压力(MAP)。
13.一种调节发动机负载的方法，包括确定发动机温度是否低于冷启动温度；降低作用于发动机上的交流发电机负载；起动所述发动机以便开始燃烧过程；确定所述发动机的预期排气能量率(EER)；以及当所述发动机温度低于所述冷启动温度时，根据所述预期EER调节空转周期的所述交流发电机负载。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述空转周期期间根据所述预期EER调节所述发动机的火花正时。
15.根据权利要求14所述的方法，其中对所述火花正时和所述交流发电机负载进行调节以便保持所述发动机的歧管绝对压力(MAP)低于阈值MAP。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述预期EER根据所述发动机温度来确定。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述发动机温度根据环境温度、发动机冷却剂温度和发动机油温中的至少一个来确定。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括降低发动机加速期间的所述交流发电机负载来限制歧管绝对压力(MAP)。
全文摘要
驱动着交流发电机的发动机所用的控制系统包括在发动机起动时降低交流发电机负载的第一模块。第二模块确定发动机的预期排气能量率(EER)。第一模块根据空转周期期间的EER来调节交流发电机负载以便降低冷启动期间的发动机排放物。
文档编号F02D45/00GK1831314SQ20061005952
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月10日 优先权日2005年3月10日
发明者F·阿门特 申请人:通用汽车环球科技动作公司