CN101922338B - 一种运转内燃发动机及测量其排气温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计算来自具有催化剂的内燃发动机的排气温度的方法。该方法包括确定排气的温度；基于漏气量和燃烧空燃比确定催化剂放热及基于确定的催化剂放热调节确定的排气的温度。

Description

一种运转内燃发动机及测量其排气温度的方法

技术领域

本发明涉及一种运转内燃发动机及测量其排气温度的方法。 

背景技术

可通过排气流穿过催化剂时所产生的化学反应处理发动机排气以净化排放。如一个示例，包含催化剂的催化转化器可位于排气管处，这样催化剂帮助将排气内的一氧化碳转化为二氧化碳。也可能发生其它反应，例如将碳氢化合物转化为二氧化碳和水，以及将氮氧化物转化为氮和氧气。 

通常地这些排气处理***需要知道排气的温度。此外，由于催化剂内的化学反应可为放热反应，这样热量被释放进排气内，先前的排气温度估算模型的解决方案包括建立因为催化放热额外的热量的模型。 

本发明人已经认识到这种先前的解决方案带来的问题在于这些模型假设汽缸内的空气和燃料完全混合和燃烧。然而，在空气从进气逃逸出至排气中而没有被捕集在汽缸内的情况(即漏气)下，在有催化剂的情况下漏气可氧化排气内的任何未燃烧成分。这种反应为放热反应，这样反应将热量释放进排气中，从而增加催化剂温度。在一些情况下，这种漏气可作为漏气模式的一部分发生(例如在涡轮增压应用中)。不考虑该额外的热量，通常的计算低估了排气温度，其会由于过热导致损害催化剂材料。出于这些原因，本发明的发明人已经加上了漏气对排气温度的作用，并且随后有利地使用改善的催化剂温度估算提供多种方法。 

发明内容

根据本发明一个方面，提供一种计算来自发动机的排气温度的方法来解决上述问题。该方法包括确定排气的温度、基于漏气量和燃烧空燃比确定催化剂放热及基于确定的催化剂放热调节确定的排气温度。该确定 的温度可包括催化剂温度，例如催化剂中间温度。另外，可考虑在排气道和/或歧管内发生的放热量相对于催化剂内发生的放热量确定温度。此外，可基于排气(催化剂)温度调节多种参数(例如发动机空燃比、发动机进气流和/或其它)补偿该增加的温度和/或减缓增加的温度。 

这样，即使在产生漏气的状况(例如发动机汽缸内富况燃烧而增压进气门-排气门重叠的状况)期间，也能够获得精确的排气和/或催化剂温度。例如，在总体上化学计量的排气空气-燃料混合的情况下，可为发动机加注燃料以便在增压运转期间获得富况燃烧。因此，吹过汽缸的过量新鲜空气混合富况燃烧气体以形成总体上化学计量的空燃比。在这样的情况下，汽缸内的富化空气-燃料混合物会产生较高水平的一氧化碳，其随后在放热反应中与来自漏气的氧气结合将热量释放进排气中从而增加了排气的温度。然而，取决于排气道温度，排气道中可发生或多或少的放热(并且在催化剂中会发生相应的或少或多的放热)。因此，对由漏气引起的催化剂温升建立模型，并且考虑是否在催化剂中或其它地方发生或多或少的氧化，能够允许更为精确的排气温度估算。 

根据本发明另一方面，提供一种基于催化剂放热和漏气的确定运转具有涡轮增压器和催化剂的内燃发动机的方法，该方法包括：响应驾驶员踩加速踏板通过在进气门和排气门之间产生气门重叠执行增压运转，增压运转产生漏气；在增压运转期间为内燃发动机加注燃料以便获得富况燃烧，这样排气中的空气-燃料混合物为化学计量比；确定排气的温度；基于捕集在汽缸内的空气和燃料确定基准放热；基于从排气中的燃料的氧化释放的总热量和总的排气流量确定由漏气引起的潜在的放热；调节潜在的放热以考虑到由排气道氧化引起的能量损失，其中化学能被转化为排气道中的热能，潜在的放热随着排气道凸缘的温度增加而减小；基于基准放热和调节的潜在的放热确定催化剂放热；基于确定的催化剂放热调节确定的排气温度；及如果确定的排气温度大于阈值，随后执行控制动作。 

应理解上面的概述提供用于以简化的形式引入将在详细描述中进一步描述的选择的概念。不意味着确认所保护的本发明主题的关键的或实质的特征，本发明的范围将由本申请的权利要求唯一地界定。此外， 所保护的主题不限于克服上文或本公开的任何部分中所述的任何缺点的实施方式。 

附图说明

图1显示了发动机实施例的框图。 

图2显示了发动机在气门重叠状况的实施例的放大图。 

图3显示了计算来自具有催化剂的内燃发动机的排气温度的方法实施例。 

图4显示了基于漏气量计算催化剂放热的示例方法。 

图5显示了基于具有涡轮增压器和催化剂的内燃发动机的漏气量计算催化剂放热的方法的实施例。 

图6显示了基于催化剂放热和漏气的确定运转具有涡轮增压器和催化剂的内燃发动机的方法的实施例。 

具体实施方式

如上所述，可基于由正进气门-排气门重叠所导致的漏气确定内燃发动机(包括催化剂)的排气温度。在一些情况下，可在自然吸气(非增压)发动机内发生漏气。可替代地，发动机可包括涡轮增压器，并且可由增压运转导致漏气。基于所确定的排气和/或催化剂温度可采取多种控制动作。如一个示例，图1显示了由电子发动机控制器12控制的包含多个汽缸的内燃发动机10，图1中显示了其中一个汽缸。发动机10包括汽缸盖46、燃烧室30和带有定位于其内并连接至曲轴40的活塞36的燃烧室壁32。燃烧室显示为经由各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。在这个示例中显示了单个进气门和排气门，然而，可存在多个进气门和/或多个排气门。每个进气门和排气门可由凸轮轴运转，或均可通过共同凸轮轴运转。可经由液力驱动器使用可变气门正时运转。在可替代实施例中，可通过电磁控制阀线圈和电枢总成运转气门。在图1的示例中，进气凸轮160显示为驱动气门52，其中进气凸轮可具有由信号162控制的可变正时。同样，排气凸轮164显示为驱动气门54，其中排气凸轮可具有由信号166控制的可变正时。 

汽缸30也显示为具有连接至其上用于经由燃料喷射***(未显示，其可为高压共轨汽油燃料***)与来自控制器12的信号脉冲宽度FPW成比例地将液体燃料输送。燃料***可包括燃料箱、高压和/低压燃料泵以及燃料导轨。图1的发动机10配置为将燃料直接地喷射进发动机汽缸内，其为本领域技术人员所知的直接喷射。此外，进气歧管44显示为与可选的电子节气门125通讯。 

在图1的示例中，汽缸盖46显示为具有在侧向喷射位置连接至其上的燃料喷射器66。然而，在可替代实施例中，喷射器也可位于顶部位置，例如邻近火花塞92。图1也显示了响应控制器12经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花的无分电点火***88。 

在一些实施例中，发动机10可连接至涡轮增压***130，其为可使用的一个示例压缩装置。涡轮增压***130包括经由轴136连接的在进气侧上的压缩器132和在排气侧上的涡轮134。在可替代实施例中，如果需要，可使用两级涡轮增压器。在另一个可替代实施例中，可使用具有类似于压缩器132经由发动机曲轴40驱动的压缩器的机械增压器。 

可使用多种类型的涡轮增压器和配置。例如，可使用可变几何涡轮增压器(VGT，variable geometry turbocharger)，其中涡轮和/或压缩器的几何可在发动机运转期间变化。可替代地，或除此之外，当可变面积喷嘴位于排气管内的涡轮的上游和/或下游用于改变通过涡轮的有效气体膨胀时，可使用可变喷嘴涡轮增压器(VNT，variable nozzle turbocharger)。仍然可使用其它方法用于改变排气的膨胀，例如废气阀。图1显示了作用为绕涡轮增压134的旁通管道138内的废气阀的示例阀门139。废气门139从控制器12接收控制信号140。如上所述，阀门可位于涡轮内或者可为可变喷嘴。同样，如需要可使用双涡轮增压器设置和/或串行涡轮增压器设置。 

通用或宽域排气氧(UEGO)传感器76显示为连接至涡轮134和排气控制装置72上游的排气歧管48。装置72可为NOx催化剂、SCR(选择性催催化还原)催化剂、微粒过滤器或它们的组合。第二排气氧传感器98显示为连接至催化转化器72的下游的排气***。通过温度传感器77测量，和/或基于工况(例如发动机转速、负荷、空气温度、发动机温度、和/ 或气流或它们的组合)估算排放控制装置温度。 

图1中控制器(或控制***)12显示为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器芯片106、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器12可从连接至发动机10的传感器接收多种信号，除了之前论述的那些信号，还包括：来自连接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、连接至加速器踏板的位置传感器119、来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP、来自温度传感器117的发动机空气充气温度(ACT)或歧管温度的测量值以及来自感应曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器118。发动机位置传感器118可在曲轴每转产生预定数目的脉冲(由此可确定发动机转速(RPM))。 

在一些实施例中，在混合动力车辆中发动机可连接至电动马达/电池***。混合动力车辆可具有并联配置、串联配置或它们的变形例或组合。 

继续参考图1，其显示了催化转化器72，在一个示例中其可包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可使用多个排放控制装置，每一个带有多个催化剂砖。在一个示例中，转化器72可为三元催化剂。 

如这里更详细描述的，发动机10可运转在多种模式下，包括增压状况，其中在上止点(TDC)处出现气门重叠。具体地，可变气门正时、增压和在排气门关闭(EVC)之后的直接喷射燃料(即缸内喷射)可用于降低充气温度并且减小自动点火(爆震)的倾向，从而能够在选择的状况下改善扭矩输出和燃料经济性。然而，在一些状况下，在气门重叠期间，其中进气门和排气门在上止点附近(排气冲程结束，进气冲程开始)至少同时部分打开并且(由于增压)进气歧管压力高于排气压力，不参加燃烧的新鲜充气可流动穿过排气歧管。图2(其显示了图1中发动机10的放大示图)中由流动路径210说明了这样的状况。 

这过程导致排气***的新鲜空气充气的“损失”，其可称为扫气效果。如下面更详细地描述，可在控制器12内的多个程序(例如燃料加注、火花正时、增压控制等)中补偿空气量。在一些状况下，在这样运转期间，其中在燃烧期间新鲜充气穿过排气而没有出现在汽缸内，在燃烧期间利用富况空燃比以使得总体的排气空燃比可保持在大约化学计量。可替代 地，在其它状况下，利用化学计量燃烧空燃比，并且从而可获得稀况燃烧空燃比，并且从而可获得总体上甚至更稀况的空燃比。在执行较获得化学计量排气混合物所需富化较低的燃烧的示例中，第二后喷射可用于提供燃烧的燃料以与过多的氧反应以将排气混合物空燃比维持在大约化学计量。 

在上面的示例中，其中扫气导致新鲜充气沿着富况燃烧穿过至排气，可控制燃烧空燃比以使得总体上排气空燃比为大约化学计量、稀况或富况。因此，在一些状况下，可在排气***内产生热量的排气中存在放热反应。 

然而，在其它状况下，例如放热反应可导致催化剂温度变得高于允许的催化剂阈值温度，高于催化剂阈值温度可发生催化剂劣化。在这些状况下，可采取多种控制动作，例如执行组合温度过高保护程序以调节运转参数减小催化剂的温度。 

此外，在催化剂处可不完全地发生整个催化剂放热，但也可在排气路径内部的其它位置(例如在排气道处)发生。因此，可调节估算的催化剂放热以考虑到由于排气道氧化(在该处化学能量被转化为排气道内的热量)造成的能量损失。通过结合漏气对催化剂放热的影响和放热发生位置的影响，可实现更精确的催化剂放热的估算并且从而可减小潜在的催化剂过热劣化。 

图3显示了计算来自具有催化剂的内燃发动机的排气温度的示例方法300。如上所述，在选择的状况下，由于涡轮充气或机械增压(其增加进气歧管压力)进气压力可超过排气压力，或者由于调节排气进气压力可超过排气压力，在这里喷泄脉冲之后的排气压力显著地低于平均排气压力。在这些状况下，来自进气的新鲜空气直接地吹进排气中而没有被捕集在汽缸内。扫气以及改善的吸气(较高的进气压力)增加了可产生的扭矩。 

方法300包括了漏气对估算的排气和/或催化剂温度的影响。 

在302处，方法300包括确定排气温度。排气温度可由多种合适的方法确定，例如基于连接在排气歧管48内的排气温度传感器、和/或基于发动机转速和发动机负荷的估算的排气温度和进一步基于多种因素(火花正 时、发动机气流、发动机燃烧空燃比、发动机冷却剂温度和/或其它或它们的组合)。 

在304处，接下来方法300包括基于漏气量和燃烧空燃比确定催化剂放热。换句话说，可在304处建立由于从排气中未燃烧的燃料的氧化释放的能量导致的排气温度的上升的模型而说明排气中的能量。如上所述，排气中未燃烧的燃料可包括没有捕集在汽缸内的燃料，例如吹入的燃料(例如经由漏气运载的燃料)。排气中未燃烧的燃料可进一步包括相应于汽缸内化学计量空燃比的过量的燃料。排气中的未燃烧的燃料的化学能量可等于来自部分氧化的排气成分内的化学能量。因此，催化剂放热可基于排气中燃料氧化释放的总热量和总的排气流量。参考图4在下面详细描述了基于漏气量和燃烧空燃比等参数确定催化剂放热的示例方法。 

继续参考图3，在306处，方法300包括基于确定的催化剂放热调节确定排气的温度。这种行为包括，例如将确定的催化剂放热加至确定的排气温度。 

这样，能够解决发动机运转上的漏气影响。响应于确定排气温度，可执行一个或多个控制动作。例如，可将调节后的确定的排气温度与指示催化剂的耐热温度的阀值温度相比较，`如果确定排气温度太高，可执行控制动作以减小催化剂的温度。参考图6将详细地讨论执行这种控制动作。 

图4显示了确定催化剂放热的示例方法400。例如在方法300的步骤304期间可使用这样的方法。在402处，方法400包括将催化剂放热公式化为排气内的燃料氧化所释放的总热量和总排气流量的函数。在一些实施例中，由漏气所引起的催化剂放热ΔT_bt可如下计算： 

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{bt}}=\frac{{\stackrel{\‾}{Q}}_L{m}_{\mathrm{fuel},\mathrm{exh}}^{\mathrm{oxidize}}}{c_P{m}_{\mathrm{tot}}}.$

在这里，m_tot为总的气流， 

为在排气中可被氧化的部分过量燃料，c_p为具体的排气热量，并且 

为燃料的热值。在排气中可被氧化的排气中的过量燃料 

可表示为在排气中可用的最小过量燃料 

和可被排气中的可用空气氧化的燃料量 

这里指的是燃料等同于过 量空气。换句话说： 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{exh}}^{\mathrm{oxidize}}=\min \{m_{\mathrm{fuel},\mathrm{excess}}^{\mathrm{available}},m_{\mathrm{air},\mathrm{exh}}^{\mathrm{equiv}}\}$

因此，在404处，方法400包括确定排气中的可用过量燃料。排气中的可用燃料可包括来自汽缸内过量燃料的燃料 

和漏气燃料。因此， 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{excess}}^{\mathrm{available}}=m_{\mathrm{fuel},\mathrm{cyl}}^{\mathrm{excess}}+m_{\mathrm{fuel},\mathrm{bt}}$

汽缸内过量燃料为不能够燃烧的剩余燃料，即 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{cyl}}^{\mathrm{excess}}=m_{\mathrm{fuel},\mathrm{cyl}}-m_{\mathrm{fuel},\mathrm{cyl}}^{\mathrm{burnt}}$

这里，m_fuel，cyl为汽缸内捕集的总燃料。 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{cyl}}=\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{cyl}}}$

其基于汽缸内的空燃比AFR_cyl。把汽缸内燃烧的燃料作为相对于汽缸空气流为化学计量空燃比，这得出： 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{cyl}}^{\mathrm{burnt}}=\min \{\frac{1}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stich}}},\frac{1}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{cyl}}}\}{m}_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}$

代入至排气中可用的过量燃料，漏气燃料随后可用空气流和空燃比表示如下： 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{bt}}=\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{bt}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{bt}}}$

使用带有空气流的漏气和漏气百分比r_bt之间的关系，即m_air，bt＝r_btm_air，tot，并且带有空气流的汽缸空气流和漏气百分比之间的关系，m_air，cyl＝(1-r_bt)m_air，tot，漏出燃料可表示为汽缸空气流的公式如下： 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{bt}}=\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{bt}}}\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right)$

因此，排气中的可用过量燃料可随后表示为： 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{excess}}^{\mathrm{available}}=\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{cyl}}}-\min \{1,\frac{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{cyl}}}\}\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}}+\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{bt}}}\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right)$

这可进一步简化以得出如下： 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{excess}}^{\mathrm{available}}=(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{bt}}}\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right))\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}}$

其中λ_cyl和λ_bt分别为空燃比， 

和 

继续参考图4，在406处，方法400包括确定等同于排气中的可用过量空气的燃料。等同于排气中可用过量空气的燃料可如下计算： 

$m_{\mathrm{air},\mathrm{exh}}^{\mathrm{equiv}}=\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{exh}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}}$

其中m_air，exh为从在汽缸内稀燃运转的端口处过量空气 

和/或漏气m_air，bt得出的排气中过量空气。因此，过量空气可表示为 

$m_{\mathrm{air},\mathrm{exh}}=m_{\mathrm{air},\mathrm{excess}}^{\mathrm{port}}+m_{\mathrm{air},\mathrm{bt}}.$

端口处的过量空气可表示为汽缸内捕集的总空气m_air，cyl和来自汽缸的燃烧空气 

之间的差值，这样 

$m_{\mathrm{air},\mathrm{excess}}^{\mathrm{port}}=m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}-m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}^{\mathrm{burnt}}$

在缸内富况状况的情况下可燃烧汽缸内捕集的总空气，而在缸内稀况情况下，燃烧的空气量可等于相应于化学计量空燃比的量，因此 

$m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}^{\mathrm{burnt}}=\min \{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}},m_{\mathrm{fuel},\mathrm{cyl}}{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}\}$

$m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}^{\mathrm{burnt}}=m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}\min \{1,\frac{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{cyl}}}\}$

因此，通过给出上面引入的方程式端口处的过量空气可简化如下： 

$m_{\mathrm{air},\mathrm{excess}}^{\mathrm{port}}=m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}-m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}\min \{1,\frac{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{cyl}}}\}$

$m_{\mathrm{air},\mathrm{excess}}^{\mathrm{port}}=(1-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}$

通过组合端口处的过量空气的等式与之前得出的漏气等式 

可简化排气中的过量空气，以得出 

$m_{\mathrm{air},\mathrm{exh}}=(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}+1-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}$

因此，等同于排气中的可用空气的燃料随后为 

$m_{\mathrm{air},\mathrm{exh}}^{\mathrm{equiv}}=(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}+1-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{\mathrm{AF}{R}_{\mathrm{stoich}}}$

继续参考方法400，在408处，方法400包括确定能够在排气中被氧化的过量燃料，如上面所引入的： 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{exh}}^{\mathrm{oxidize}}=\min \{m_{\mathrm{fuel},\mathrm{excess}}^{\mathrm{available}},m_{\mathrm{air},\mathrm{exh}}^{\mathrm{equiv}}\}$

使用在404处确定的排气中可用过量燃料的方程和在406处确定的等同于排气中可用空气的燃料的方程，可被氧化的过量燃料可由下面给出： 

$m_{\mathrm{fuel},\mathrm{excess}}^{\mathrm{oxidize}}=\min \{\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{bt}}}\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right),\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}+1-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right\}\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}}$

在410处，方法400包括确定总排气流量。总的排气流量可表示为： 

m_tot＝m_fuel，cyl+m_air，cyl+m_air，bt+m_fuel，bt

根据汽缸空气流、漏气百分比和空燃比表示上述方程，总的排气流量变为： 

$m_{\mathrm{tot}}=(\frac{1}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{cyl}}}+1+(1+\frac{1}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{bt}}})\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right))m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}$

$m_{\mathrm{tot}}=((\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}+{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}})+({\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{bt}}})\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right))\frac{m_{\mathrm{air},\mathrm{cyl}}}{{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}}$

在412处，方法400包括计算催化剂放热。代入至在402处建立的方程，可如下得出催化剂放热ΔT_bt： 

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{bt}}=\frac{{\stackrel{\‾}{Q}}_L{m}_{\mathrm{fuel},\mathrm{exh}}^{\mathrm{oxidize}}}{c_p{m}_{\mathrm{tot}}}$

替换在408处获得的方程 

和在410处获得的方程m_tot，可得出由漏气引起的催化剂放热： 

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{bt}}=\frac{{\stackrel{\‾}{Q}}_L}{c_p}\frac{\min \{(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{bt}}}\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right),\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}+(1-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)\}}{\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}+{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}+({\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{bt}}})\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right)}$

在上面方程中的分子中，求最小化的运转包括两个变量。第一变量内圆括号中的第一项表示归应于缸内富况运转的燃料。第一变量的第二顶和第二变量的第一项表示漏出的空气和燃料。第二变量内圆括号中的第二项表示稀况运转的空气。上述方程的分母表示总排气流量。通过应用质量守恒定律分别对于漏气、缸内空气和排气(即λ_bt，λ_cyl和λ_exh)约分可 进一步简化分母。该关系式可如下： 

$\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{exh}}}=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}(1-r_{\mathrm{bt}})+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{bt}}}{r}_{\mathrm{bt}}$

因此，由漏气引起的催化剂放热的最终方程可如下： 

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{bt}}=\frac{{\stackrel{\‾}{Q}}_L}{c_p}\frac{\min \{(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{bt}}}\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right),\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}+(1-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)\}}{\frac{1}{1-r_{\mathrm{bt}}}(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{exh}}}+{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}})}$

在一些实施例中，方法400可进一步包括在414处对于排气道氧化造成的能量损失调节由漏气引起的催化剂放热。如上所述，在排气道处高温期间，排气道氧化将一些化学能转化为排气道自身的热量，其随后减小催化剂处的漏气放热。换句话说，随着排气道的凸缘处的温度增加，更多的化学能被转化为排气道自身的热量，并且因此催化剂处的放热减小。因此，乘法因子f_fl，mult(T_fl)可应用至在412处确定的催化剂放热方程以考虑到能量损失，其中乘法因子相反地依赖于排气道凸缘处的温度T_fl。因此，随后T_fl增加，乘法因子减小，从而减小由漏气引起的催化剂放热，如下面的方程： 

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{bt}}=\frac{{\stackrel{\‾}{Q}}_L}{c_p}\frac{\min \{(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{bt}}}\left(\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}\right),\frac{r_{\mathrm{bt}}}{1-r_{\mathrm{bt}}}+(1-\min \{1,\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{cyl}}}\left\}\right)\}}{\frac{1}{1-r_{\mathrm{bt}}}(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{exh}}}+{\mathrm{AFR}}_{\mathrm{stoich}})}{f}_{\mathrm{fl},\mathrm{mult}}\left(T_{\mathrm{fl}}\right)$

在一些情况下，对于具有涡轮增压器和催化剂的内燃发动机执行上述方法和程序。在一些情况下，发动机可为进气道燃料喷射发动机，其中漏气包括喷射在进气道处进入排气歧管内的部分燃料。此外，在一些情况下，发动机可为直接喷射发动机，其中在增压运转增加排气温度期间为汽缸加注燃料以便富况燃烧。图5描绘了在这种情况下执行计算催化剂放热的方法的示例。在502处，方法500包括增压发动机进气。例如可通过涡轮增压器执行这种增压。在504处，方法500包括调节进气门正时和排气门正时中一个或多个以在进气门和排气门之间产生正气门重叠。在这样的情况下，增压随后产生从发动机的进气歧管至排气歧管的漏气。 在一个示例中，可响应驾驶员急踩加速踏板调节气门以产生这种重叠状况。 

在506处，方法500包括在正气门重叠的增压期间为内燃发动机加注燃料以便富况燃烧。如上面所述，在增压期间为内燃发动机加注燃料以便于富况燃烧允许富况燃烧的排气中的空气-燃料混合物和漏气为化学计量。 

在508处，方法500包括响应排气温度确定催化剂的基准温度。该基准温度可基于捕集在汽缸内的空气和燃料。多种合适的方法可用于确定催化剂的基准温度，例如基于发动机转速和负荷的映射图，包括一个或多个参数的调节，例如燃烧空燃比、进气温度、自峰值扭矩正时的火花延迟或提前和/或它们的多种组合。 

在510处，方法500包括基于漏气量并且基于排气温度确定在增压正气门重叠状况期间的额外的催化剂的温度上升。例如，在一些情况下，额外的温度上升可基于来自排气中的燃料氧化所释放的总热量和总排气流量。如一个示例，方法400可用于确定对温度上升有贡献的漏气引起的催化剂放热。在一些情况下，额外的温度上升与漏气量成比例。此外，如上所述，通过排气道氧化(其将一些化学能量转化为排气道自身的热量)可减小放热。在这样的情况下，额外的温度上升可随后基于排气道温度，并且随着排气道温度上升而减小，从而减小由漏气引起的放热。因此，额外的温度上升可确定为随着排气温度增加而更小。 

在512处，方法500包括基于基准温度和额外的温度上升确定催化剂温度的估算。例如，催化剂温度的估算可基于基准温度和额外的温度上升之和。 

此外，具有涡轮增压器和催化剂的内燃发动机可基于这种排气温度的估算运转。如一个示例，图6显示了这样的方法的实施例。在602处，方法600包括基于催化剂放热和漏气确定催化剂的温度。该确定可包括参考图3如上所述的确定排气温度，其中参考图4如上确定催化剂放热。该确定可进一步包括用以考虑到排气道处的排气道氧化的调节。 

在一个方法中，方法可包括响应驾驶员踏加速踏板通过在进气门和排气门之间产生气门重叠执行增压运转，其中增压运转产生漏气。这种方 法可进一步包括在增压运转期间对内燃发动机的汽缸加注燃料以便富况燃烧，这样排气中的空气-燃料混合物为化学计量的。如上所述，该方法可进一步包括确定排气温度，并且基于捕集在汽缸内的空气和燃料确定基准放热。这种方法可进一步包括基于从排气中的燃料的氧化所释放的总热量和总的排气流量确定由漏气所引起的潜在的放热。可调节该潜在的放热以考虑到由于排气道氧化造成的能量损失，其中在排气道中化学能被转化为热能以使得潜在的放热随着排气道凸缘的温度增加而减小。随后可基于基准放热和调节的潜在放热确定催化剂放热。 

在604处，方法600包括确定催化剂温度是否大于阈值。这样的阈值可基于催化剂的耐热温度，其中超过催化剂的耐热温度会损害催化剂成分。 

如果确定催化剂的温度大于阈值，随后在606处，方法600包括执行控制动作。这种控制动作可包括，例如部件温度过高保护程序调节运转参数以减小催化剂的温度。部件温度过高保护程序可包括多种合适的动作，例如减小增压期间的燃烧空燃比的富化度和/或减小进气门和排气门之间的气门重叠量(例如，通过提前排气门关闭和/或延迟进气门打开)。在一个具体示例中，控制动作可进一步包括通过打开涡轮增压器废气门将增压程度限制至低于阈值(即减小增压程度)。这样，能够减小漏气量和/或减小能够在排气中产生放热热的过多还原剂。 

注意的是本发明包括的示例控制和估值程序可与多种发动机和/或车辆***配置一同使用。本发明描述的具体例程可代表任意数量处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。同样，可以以所说明的顺序执行、并行执行所说明的各种行为或功能，或在一些情况下有所省略。同样地，处理的顺序也并非实现此处所描述的实施例的特征和优点所必需的，而只是为了说明和描述的方便。可根据使用的具体策略，可重复执行一个或多个说明的步骤或功能。此外，所述的步骤用图形表示了编程入发动机控制***中的计算机可读存储介质的代码。 

应了解，此处公开的配置与例程实际上为示例性，且这些具体实施例不应认定为是限制性，因为可能存在多种变形。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸、和其他发动机类型。本发明的主题包 括多种***与配置以及其它特征、功能和/或此处公开的性质的所有新颖和非显而易见的组合与子组合。 

本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和次组合。这些权利要求可引用“一个”元素或“第一”元素或其等同物。这些权利要求应该理解为包括一个或多个这种元素的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元素。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和次组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求得到主张。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，也被认为包括在本发明主题内。 

Claims (8)

1.一种计算来自具有催化剂的内燃发动机的排气温度的方法，所述方法包含：

确定所述排气的温度；

基于漏气量和燃烧空燃比确定催化剂放热；及

基于所述确定的催化剂放热调节所述确定的排气的温度；

其中，确定所述催化剂放热包括确定从燃料的氧化释放的总热量和总排气流量；

所述方法进一步包含调节所述催化剂放热以考虑到由排气道氧化引起的能量损失，其中化学能被转化为排气道内的热量，所述催化剂放热随着排气道凸缘的温度增加而减小。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气包括未被所述内燃发动机的汽缸所捕集并且由所述漏气运载的未燃烧的燃料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气包括超过相应于所述内燃发动机的汽缸内的化学计量空燃比的量的未燃烧燃料。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述排气内的未燃烧燃料的化学能等于排气成分中部分氧化的化学能。

5.一种运转具有涡轮增压器和催化剂的内燃发动机的方法，所述方法包含：

增压发动机进气；

响应驾驶员踩加速踏板调节进气门正时和排气门正时中一个或多个以在所述进气门和所述排气门之间产生正气门重叠，所述增压产生从所述发动机的进气歧管至排气歧管的漏气；

在正气门重叠的所述增压期间为所述内燃发动机加注燃料以便获得富况燃烧这样所述富况燃烧的所述排气和漏气中的空气-燃料混合物为化学计量比；

响应于排气温度确定所述催化剂的基准温度；

基于漏气量并且基于排气温度确定在增压的正气门重叠状况期间的所述催化剂的额外的温度上升，所述额外的温度上升被确定为随着排气温度增加而减小；及

基于所述基准温度和所述额外的温度上升确定催化剂温度的估算。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述额外的温度上升是基于排气道温度，并且随着排气道温度上升而减小。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述额外的温度上升是基于排气道氧化引起的能量损失，其中化学能被转化为排气道内的热能。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述额外的温度上升与所述漏气量成比例。

Images