專利名稱：用于加熱催化劑的燃料控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對排氣系統(tǒng)中的催化劑進(jìn)行加熱的燃料控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
本文所提供的背景技術(shù)描述，目的在于從總體上呈現(xiàn)本發(fā)明的背景。發(fā)明人的一 部分工作在背景技術(shù)部分中被加以描述，這部分內(nèi)容以及提交申請時該描述中不另作為現(xiàn) 有技術(shù)的方面，既不明確也不暗示地被認(rèn)為是破壞本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。發(fā)動機(jī)燃燒空氣/燃料混合物以產(chǎn)生用于車輛的驅(qū)動扭矩?？諝馔ㄟ^節(jié)氣門和進(jìn) 氣歧管被吸入發(fā)動機(jī)。燃料則通過一個或多個燃料噴射器提供?？諝?燃料混合物在發(fā)動 機(jī)的一個或多個汽缸內(nèi)燃燒?？赏ㄟ^例如活塞提供的壓縮和/或火花塞提供的火花來引發(fā) 空氣/燃料混合物的燃燒。空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)生排氣。排氣從汽缸排到排氣系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)包括與排氣反應(yīng)以減少排放物的催化劑，例如三效催化劑。“三效”指的 是催化劑轉(zhuǎn)換器所減少的三種排放物，包括一氧化碳(Co)、未燃的碳?xì)浠衔?HCs)、和 氮氧化物(NOx)。然而，當(dāng)催化劑的溫度低于起燃溫度時，催化劑不能反應(yīng)。因此，在發(fā)動機(jī) 起動時(例如，鑰匙起動)如果催化劑溫度低于起燃溫度，則催化劑的反應(yīng)能力可能受限。發(fā)動機(jī)控制模塊(ECM)控制發(fā)動機(jī)的扭矩輸出。僅作為示例，ECM基于駕駛員輸 入和/或其它輸入來控制發(fā)動機(jī)的扭矩輸出。當(dāng)催化劑溫度低于起燃溫度時，ECM還控制 各種發(fā)動機(jī)參數(shù)來使催化劑變暖。僅作為示例，ECM可延遲火花正時以便在排氣中提供碳 氫化合物。碳?xì)浠衔镌谂艢庀到y(tǒng)中的氧化產(chǎn)生熱，該熱使催化劑變暖。通過碳?xì)浠衔锏难趸a(chǎn)生的熱量受到排氣系統(tǒng)中的氧氣量的限制。因此，副 空氣泵可機(jī)械耦接到汽缸蓋，以直接向汽缸蓋提供空氣。由副空氣泵輸送的空氣增加了排 氣系統(tǒng)中的氧氣量，因此副空氣泵增加了進(jìn)行碳?xì)浠衔镅趸哪芰?。ECM可控制副空氣泵 的操作，以便控制碳?xì)浠衔镌谂艢庀到y(tǒng)中的氧化并使催化劑變暖。

發(fā)明內(nèi)容
—種用于發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)包括催化劑加熱模塊和燃料控制模塊，其中發(fā)動機(jī)具 有位于第一排和第二排中的N個汽缸。N是大于2的整數(shù)。催化劑加熱模塊選擇性地以催 化劑加熱模式來操作發(fā)動機(jī)以便加熱催化劑。燃料控制模塊在用于N個汽缸中每一個的整 個燃料噴射序列中將用于第一排的第一空氣/燃料(A/F)比調(diào)節(jié)到富燃值，并將用于第二 排的第二 A/F比調(diào)節(jié)到貧燃值。一種用于發(fā)動機(jī)的方法，其中發(fā)動機(jī)具有位于第一排和第二排中的N個汽缸，該 方法包括選擇性地以催化劑加熱模式來操作所述發(fā)動機(jī)以便加熱催化劑，以及在用于所述 N個汽缸中每一個的整個燃料噴射序列中，將用于所述第一排的第一空氣/燃料(A/F)比調(diào) 節(jié)到富燃值，并將用于所述第二排的第二 A/F比調(diào)節(jié)到貧燃值。本發(fā)明還提供了以下方案方案1. 一種用于發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)，所述發(fā)動機(jī)具有位于第一排和第二排中的N個汽缸，其中N是大于2的整數(shù)，所述控制系統(tǒng)包括催化劑加熱模塊，其選擇性地以催化劑加熱模式來操作所述發(fā)動機(jī)以便加熱催化 劑；以及燃料控制模塊，其在用于所述N個汽缸中每一個的整個燃料噴射序列中將用于所 述第一排的第一空氣/燃料比調(diào)節(jié)到富燃值，并且將用于所述第二排的第二空氣/燃料比 調(diào)節(jié)到貧燃值。方案2.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第一排和所述催化劑之間的第一距 離大于所述第二排和所述催化劑之間的第二距離。方案3.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃料控制模塊基于來自所述第一排 的排氣中的第一氧含量來確定所述第一空氣/燃料比，并且基于來自所述第二排的排氣中 的第二氧含量來確定所述第二空氣/燃料比。方案4.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃料控制模塊通過對噴入所述第一 排的第一燃料量進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)所述第一空氣/燃料比，并且通過對噴入所述第二排的第 二燃料量進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)所述第二空氣/燃料比。方案5.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述催化劑加熱模塊在所述發(fā)動機(jī)的冷 起動期間開始所述催化劑加熱模式。方案6.如方案5所述的控制系統(tǒng)，其中，當(dāng)發(fā)動機(jī)被起動且發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度低 于操作溫度時，發(fā)生了所述冷起動。方案7.如方案5所述的控制系統(tǒng)，其中，當(dāng)催化劑溫度等于或高于起燃溫度時，所 述催化劑加熱模塊終止所述催化劑加熱模式。方案8.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述催化劑是電加熱催化劑和三效催化 劑中的至少一種。方案9.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述貧燃值等于大約11. 5，并且所述富燃 值等于大約16。方案10.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述貧燃值等于大約13，并且所述富燃 值等于大約16。方案11. 一種用于發(fā)動機(jī)的方法，所述發(fā)動機(jī)具有位于第一排和第二排中的N個 汽缸，其中N是大于2的整數(shù)，所述方法包括選擇性地以催化劑加熱模式來操作所述發(fā)動機(jī)以便加熱催化劑；以及在用于所述N個汽缸中每一個的整個燃料噴射序列中，將用于所述第一排的第一 空氣/燃料比調(diào)節(jié)到富燃值，并且將用于所述第二排的第二空氣/燃料比調(diào)節(jié)到貧燃值。方案12.如方案11所述的方法，其中，所述第一排和所述催化劑之間的第一距離 大于所述第二排和所述催化劑之間的第二距離。方案13.如方案11所述的方法，進(jìn)一步包括，基于來自所述第一排的排氣中的第 一氧含量來確定所述第一空氣/燃料比，并且基于來自所述第二排的排氣中的第二氧含量 來確定所述第二空氣/燃料比。方案14.如方案11所述的方法，進(jìn)一步包括，通過對噴入所述第一排的第一燃料 量進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)所述第一空氣/燃料比，并且通過對噴入所述第二排的第二燃料量進(jìn)行 控制來調(diào)節(jié)所述第二空氣/燃料比。
方案15.如方案11所述的方法，進(jìn)一步包括，在所述發(fā)動機(jī)的冷起動期間開始所 述催化劑加熱模式。方案16.如方案15所述的方法，其中，當(dāng)發(fā)動機(jī)被起動且發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度低于 操作溫度時，發(fā)生了所述冷起動。方案17.如方案15所述的方法，進(jìn)一步包括，當(dāng)催化劑溫度等于或高于起燃溫度 時，終止所述催化劑加熱模式。方案18.如方案11所述的方法，其中，所述催化劑是電加熱催化劑和三效催化劑 中的至少一種。方案19.如方案11所述的方法，其中，所述貧燃值等于大約11.5，并且所述富燃值 等于大約16。方案20.如方案11所述的方法，其中，所述貧燃值等于大約13，并且所述富燃值等 于大約16。通過本文后面提供的詳細(xì)描述，本發(fā)明更多的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)當(dāng)理解的 是，這些詳細(xì)描述和特定示例僅僅用于說明之目的，而并不旨在限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明將得到更加全面的理解，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的功能框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性發(fā)動機(jī)控制模塊的功能框圖；和圖3是對根據(jù)本發(fā)明原理的控制方法的示例性步驟進(jìn)行描述的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面的描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并不試圖以任何方式限制本發(fā)明、其應(yīng)用或 用途。為了清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標(biāo)記來指示相似的部件。如本文所使用 的，短語“A、B和C中的至少一個”應(yīng)當(dāng)解釋為是指使用了非排他性邏輯“或”的邏輯“A或 者B或者C”。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不改變本發(fā)明原理的情況下，方法內(nèi)的步驟可按照不同順序 執(zhí)行。如本文所使用的，術(shù)語“模塊”指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個 軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的、或成組的)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提 供所述功能的其他適合部件。本發(fā)明的燃料控制系統(tǒng)和方法可以催化劑加熱模式來操作發(fā)動機(jī)以便加熱催化 劑。在催化劑加熱模式中，將一個汽缸排(或汽缸組)的空氣/燃料(A/F)比調(diào)節(jié)成貧燃 (lean)，同時將另一個汽缸排的空氣/燃料比調(diào)節(jié)成富燃(rich)。來自富燃的汽缸排的過 量一氧化碳(CO)與來自貧燃的汽缸排的過量氧氣(O2)在進(jìn)入催化劑之前反應(yīng)，以便產(chǎn)生 催化劑中的放熱反應(yīng)。本發(fā)明的燃料控制系統(tǒng)和方法可在發(fā)動機(jī)的冷起動期間開始催化劑加熱模式。并 且可以在催化劑溫度等于或高于起燃溫度時終止催化劑加熱模式。以這種方式，可在冷起 動期間在催化劑內(nèi)產(chǎn)生放熱反應(yīng)，以在不使用副空氣泵的情況下將催化劑溫度升高到起燃 溫度。
現(xiàn)在參考圖1，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動機(jī)12，其可以是進(jìn)氣口噴射式發(fā)動機(jī)或直 接噴射式發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)12可包括多個汽缸13，例如2、4、6、8、10和12個汽缸。排氣歧管 14連接到發(fā)動機(jī)12，并引導(dǎo)來自發(fā)動機(jī)12的排氣通過排氣管16到達(dá)可被電加熱的三效催 化劑(TWC) 18。發(fā)動機(jī)12中的汽缸13可分布在第一排20和第二排22中。TWC18可包括上游催 化劑24和下游催化劑26。上游催化劑24包括適用于還原NOxW催化劑材料。下游催化劑 26包括促進(jìn)HC和CO分子的氧化的催化劑材料。在排氣歧管14出口處的氧傳感器30測量排氣中的氧含量。發(fā)動機(jī)12處的發(fā)動 機(jī)冷卻劑溫度(ECT)傳感器32測量發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度。在TWC 18處的催化劑溫度傳感器 34測量催化劑溫度。點(diǎn)火輸入裝置36 (例如，點(diǎn)火鑰匙或按鈕)產(chǎn)生起動信號。發(fā)動機(jī)控制模塊(ECM)40基于起動信號來起動發(fā)動機(jī)12。ECM40接收氧含量、發(fā) 動機(jī)冷卻劑溫度、和催化劑溫度。ECM 40基于氧含量來確定用于第一排20和第二排22的 空氣/燃料(A/F)比。ECM40基于A/F比來致動燃料噴射器42，以便向汽缸13內(nèi)噴射燃料。 空氣通過進(jìn)氣門44進(jìn)入汽缸13。燃料和空氣混合以形成空氣/燃料混合物，該混合物在汽 缸13內(nèi)燃燒。排氣通過排氣門48離開汽缸13。ECM 40在發(fā)動機(jī)12的冷起動期間以催化劑加熱模式來操作發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10。在催 化劑加熱模式中，ECM 40將第一排20的A/F比調(diào)節(jié)到富燃，并且同時將第二排22的A/F比 調(diào)節(jié)到貧燃。富燃的A/F比大于化學(xué)當(dāng)量比，而貧燃的A/F比小于化學(xué)當(dāng)量比。現(xiàn)在參考圖2，ECM 40可包括催化劑加熱模塊200和燃料控制模塊202。催化劑 加熱模塊200接收來自ECT傳感器32的發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度、來自催化劑溫度傳感器34的 催化劑溫度、和來自點(diǎn)火輸入裝置的起動信號。催化劑加熱模塊200可生成催化劑加熱信 號，從而以催化劑加熱模式來操作發(fā)動機(jī)，由此加熱催化劑。催化劑加熱模塊200可在發(fā)動機(jī)冷起動期間開始催化劑加熱模式。當(dāng)發(fā)動機(jī)起動 且發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度低于操作溫度時，催化劑加熱模塊200可確定發(fā)生了冷起動。當(dāng)起動 信號提供了起動發(fā)動機(jī)的指示時，催化劑加熱模塊200可確定發(fā)動機(jī)被起動。當(dāng)催化劑溫度等于或高于起燃溫度時，催化劑加熱模塊200可終止催化劑加熱模 式。當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度等于或高于操作溫度時，催化劑加熱模塊200可終止催化劑加熱 模式。僅作為示例，操作溫度可為大約95°C。燃料控制模塊202基于從催化劑加熱模塊200接收的催化劑加熱信號來控制燃料 噴射器42，以便調(diào)節(jié)汽缸的A/F比。當(dāng)催化劑加熱信號提供了以催化劑加熱模式來操作發(fā) 動機(jī)的指示時，燃料控制模塊202將第一空氣/燃料(A/F)比調(diào)節(jié)到富燃，并且將第二 A/F 比調(diào)節(jié)到貧燃。第一 A/F比和第二 A/F比可分別與第一汽缸和第二汽缸關(guān)聯(lián)。替代性地，第一 A/ F比和第二 A/F比可分別與第一汽缸排和第二汽缸排關(guān)聯(lián)。第二汽缸排可以比第一汽缸排 更接近催化劑。富燃A/F比和貧燃A/F比可基于燃料噴射系統(tǒng)的類型而變化。對于進(jìn)氣口噴射式 系統(tǒng)，貧燃A/F比可為11. 5，而富燃A/F比可為大約16。對于直接噴射式系統(tǒng)，貧燃A/F比 可以為大約13，而富燃A/F比可為大約16?，F(xiàn)在參考圖3，在步驟300中，控制方法監(jiān)測發(fā)動機(jī)控制溫度。在步驟302中，控制方法確定是否已經(jīng)發(fā)生發(fā)動機(jī)的冷起動。當(dāng)發(fā)動機(jī)被起動且發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度低于操作溫 度時，控制方法可確定發(fā)生了冷起動。當(dāng)未發(fā)生冷起動時，控制方法返回到步驟300。當(dāng)已經(jīng)發(fā)生了冷起動時，在步驟 304中，控制方法對離開汽缸的排氣中的氧含量進(jìn)行監(jiān)測。在步驟306中，控制方法基于氧 含量來確定汽缸的第一空氣/燃料(A/F)比和第二空氣/燃料(A/F)比。在步驟308中，控制方法將第一 A/F比調(diào)節(jié)到富燃，并同時將第二 A/F比調(diào)節(jié)到貧 燃。這就產(chǎn)生了對催化劑進(jìn)行加熱的放熱反應(yīng)?？刂品椒煞謩e對噴入第一汽缸和第二汽 缸中的燃料量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)第一 A/F比和第二 A/F比。替代性地，控制方法可分別對 噴入第一排汽缸和第二排汽缸中的燃料量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)第一 A/F比和第二 A/F比。在步驟310中，控制方法監(jiān)測催化劑溫度。在步驟312中，控制方法確定催化劑 溫度是否等于或高于起燃溫度。當(dāng)催化劑溫度低于起燃溫度時，控制方法返回到步驟304。 當(dāng)催化劑溫度等于或高于起燃溫度時，在步驟314中，控制方法停止將第一 A/F比調(diào)節(jié)到富 燃，以及將第二 A/F比調(diào)節(jié)到貧燃。本發(fā)明的廣泛教導(dǎo)可按照多種形式實(shí)施。因此，雖然本發(fā)明包括特定示例，但本發(fā) 明的真實(shí)范圍并不限于此，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員在研究了附圖、說明書和所附權(quán)利要求后 將會明白其他的修改。
權(quán)利要求
一種用于發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)，所述發(fā)動機(jī)具有位于第一排和第二排中的N個汽缸，其中N是大于2的整數(shù)，所述控制系統(tǒng)包括催化劑加熱模塊，其選擇性地以催化劑加熱模式來操作所述發(fā)動機(jī)以便加熱催化劑；以及燃料控制模塊，其在用于所述N個汽缸中每一個的整個燃料噴射序列中將用于所述第一排的第一空氣/燃料比調(diào)節(jié)到富燃值，并且將用于所述第二排的第二空氣/燃料比調(diào)節(jié)到貧燃值。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第一排和所述催化劑之間的第一距離大 于所述第二排和所述催化劑之間的第二距離。
3.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃料控制模塊基于來自所述第一排的排 氣中的第一氧含量來確定所述第一空氣/燃料比，并且基于來自所述第二排的排氣中的第 二氧含量來確定所述第二空氣/燃料比。
4.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃料控制模塊通過對噴入所述第一排的 第一燃料量進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)所述第一空氣/燃料比，并且通過對噴入所述第二排的第二燃 料量進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)所述第二空氣/燃料比。
5.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述催化劑加熱模塊在所述發(fā)動機(jī)的冷起動 期間開始所述催化劑加熱模式。
6.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，當(dāng)發(fā)動機(jī)被起動且發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度低于操 作溫度時，發(fā)生了所述冷起動。
7.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，當(dāng)催化劑溫度等于或高于起燃溫度時，所述催 化劑加熱模塊終止所述催化劑加熱模式。
8.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述催化劑是電加熱催化劑和三效催化劑中 的至少一種。
9.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述貧燃值等于大約11.5，并且所述富燃值等 于大約16。
10.一種用于發(fā)動機(jī)的方法，所述發(fā)動機(jī)具有位于第一排和第二排中的N個汽缸，其中 N是大于2的整數(shù)，所述方法包括選擇性地以催化劑加熱模式來操作所述發(fā)動機(jī)以便加熱催化劑；以及在用于所述N個汽缸中每一個的整個燃料噴射序列中，將用于所述第一排的第一空氣 /燃料比調(diào)節(jié)到富燃值，并且將用于所述第二排的第二空氣/燃料比調(diào)節(jié)到貧燃值。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于加熱催化劑的燃料控制策略。具體地，提供了一種用于發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括催化劑加熱模塊和燃料控制模塊，其中發(fā)動機(jī)具有位于第一排和第二排中的N個汽缸。N是大于2的整數(shù)。催化劑加熱模塊選擇性地以催化劑加熱模式來操作發(fā)動機(jī)以便加熱催化劑。燃料控制模塊在用于N個汽缸中每一個的整個燃料噴射序列中將用于第一排的第一空氣/燃料比調(diào)節(jié)到富燃值，并將用于第二排的第二空氣/燃料比調(diào)節(jié)到貧燃值。
文檔編號B01D53/88GK101922340SQ20101020297
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者B·N·魯斯, B·斯波恩, E·V·岡策, H·G·桑托索 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司