CN101220763A - 应急模式期间的柴油机废气控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及应急模式期间的柴油机废气控制，具体涉及一种延长车辆废气后处理系统的排放物性能的方法，所述废气后处理系统包括定量料剂，该方法包括确定定量料剂源的水平、基于该水平选择性地进入应急模式以及在所述应急模式下监测催化剂温度。在应急模式下，当催化剂温度低于阀值催化剂温度时，调节发动机的操作，以提高催化剂温度。

Description

应急模式期间的柴油机废气控制
相关申请的交叉参考
本发明与以下发明相关联：“监测用于废气处理废气的定量料剂供给器的方法”，美国发明序列号(待定)，提交日期为2006年12月14日(GP-307049)；“用于具有定量料剂供给器的废气后处理系统的排放物适应性”，美国发明序列号(待定)，提交日期为2006年12月14日(GP-308075-PTE-CD)。以上申请的公开通过参考包含于此。
技术领域
本发明涉及车辆废气系统，尤其涉及应急模式期间的柴油机废气控制。
背景技术
内燃机燃烧空气和燃料的混合物而产生驱动转矩。燃烧过程产生的废气从发动机排放至大气。废气包含氮氧化物(NOX)、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)颗粒物。废气后处理系统在废气排放至大气之前对废气进行处理，以减少排放物。
在一个示例性的废气后处理系统中，定量供给(dosing)系统将定量料剂(如尿素)喷入催化剂上游的废气。废气和定量料剂混合物在催化剂中发生反应，以降低废气排放物水平。定量供给系统包括定量料剂供给器和喷射器。定量料剂的喷射量取决于废气中排放物的水平。如果定量料剂供给器是空的或在低水平，喷入废气流中的定量料剂不足，并且排放物不能按希望减少。
应考虑到的一个问题是，车辆驾驶者可能没有补充所需的定量料剂。如提交于2006年12月14日的美国专利申请(序列号待定)“用于具有定量料剂供给器的废气后处理系统的排放物适应性”所述，车辆操作可进入应急模式，该模式限制车辆的驾驶性以驱使驾驶者补充定量料剂。上述发明专利的公开通过参考包含于此。
发明内容
因此，本发明提供一种用于延长包括定量料剂的车辆废气后处理系统的排放性能的方法。该方法包括确定定量料剂源的水平、根据该水平选择性地进入应急模式，以及在所述应急模式下监测催化剂温度。在应急模式期间，当催化剂温度低于一阀值时，调节发动机操作以提高催化剂温度。
在一个特征中，所述调节包括调节发动机节气门。
在另一特征中，所述调节包括调节发动机的空气流量。
在另一特征中，所述调节包括调节发动机燃料供给速率。
在其它特征中，该方法还包括将燃料后喷射到催化剂上游的废气中。后喷射在催化剂温度高于阀值催化剂温度时进行。
在另一特征中，基于催化剂温度传感器信号监测催化剂温度。
在另一特征中，基于催化剂的温度模型监测催化剂温度。
通过本说明书的描述，本发明的其它适用领域也将显现。应理解，本说明书和特定示例仅用于说明的目的，并不意在限制本发明的适用范围。
附图说明
以下详细说明和附图有助于更全面理解本发明，其中：
附图1为示例性车辆的功能框图，该车辆包含根据本发明的废气后处理系统；
附图2为示出通过本发明的柴油机废气控制执行的示例性步骤的流程图；
附图3为示出示例性步骤的流程图，所述步骤通过柴油机废气控制执行以判定车辆是否停在便利位置；
附图4为示出应急模式下通过柴油机废气控制执行的示例性步骤的流程图；
附图5为功能框图，示出执行延长排放适应性控制的示例性模块。
具体实施方式
下面对优选实施例的说明本质上仅是示例性的，并不用于限制本发明及其应用或使用。为清晰起见，相同的附图标记用于在图中指示相同的部件。如在此所使用的，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用、专用或组)和存储器，以及组合逻辑电路或可提供所述功能的其它适当元件。
现在参照图1，该图中示出一示例性的车辆系统10。车辆系统10包括发动机系统12和废气后处理系统14。发动机系统12包括发动机16，该发动机16具有气缸18、进气歧管20和排气歧管22。空气通过节气门24流入进气歧管20。空气和燃料混合，并且空气和燃料的混合物在气缸18内燃烧以驱动活塞(未示出)。虽然仅示出了单个气缸18，但应理解，发动机12可包括额外的气缸18。例如，发动机可包括2、3、4、5、6、8、10、12或16个气缸。燃料从燃料源26被提供，并且被用喷射器28喷射至空气流中。燃料水平传感器30响应于燃料源26中燃料的量。
废气通过燃烧过程产生，并从气缸18排至排气歧管22中。废气后处理系统14在废气排入大气之前对流过的废气进行处理，以减少排放物。废气后处理系统14包括定量系统32、柴油氧化催化剂(DOC)34，排放物传感器36和催化剂38，该催化剂38优选为选择性催化(SCR)催化剂。DOC 34与废气反应，以减少废气的排放物水平。排放物传感器36可测量废气中的排放物(如NOX)水平。此外，可在催化剂38的下游设置柴油机微粒过滤器(DPF)40，用于过滤柴油机微粒以进一步减少排放物。
废气后处理系统14可以选择性地包括催化剂温度传感器39，该催化剂温度传感器响应于催化剂38的温度(TCAT)并由此产生温度信号。本发明中的柴油机废气控制基于该温度传感器信号而实现，下文将较详细地说明。
定量系统32包括定量料剂喷射器42、定量料剂存储罐44和定量料剂供给器传感器46。定量系统32选择性地向废气流中喷入定量料剂(如尿素)以进一步减少排放物。更具体地，定量料剂的量基于由废气传感器产生的信号确定。废气和定量料剂混合物在催化剂38内反应，以进一步降低废气排放物。
控制模块50基于本发明的延长排放适应性控制来调节车辆系统10的操作。更具体地，控制模块50基于由定量料剂供给器传感器46产生的信号确定定量料剂水平(DALEVEL)。控制模块可基于剩余定量料剂的量计算出车辆里程(RANGEDA)。更具体地，RANGEDA指示在全部定量料剂用完之前剩余的可行驶距离。RANGEDA可显示在显示器(未示出)上，以提醒车辆操作者。
如果DALEVEL小于第一预定的或者低定量料剂阀值(DALOW)，则控制模块50设置低定量料剂标志(FLAGDALOW)(例如，等于1或者TRUE)，该标志指示定量料剂水平低，并且应被补充。此外，控制模块50还激活指示器52，该指示器警告车辆驾驶者定量料剂供给器为低，并且应被补充。指示器52可以是可视的和/或可听见的指示，警告车辆操作者低情况。如果DALEVEL小于第二预定的或者空定量料剂的阀值(DAEMPTY)，控制模块50设置空定量料剂标志(FLAGDAEMPTY)(例如，等于1或者TRUE)。而且，控制模块50激活指示器52，以指示定量料剂源44为空。当定量料剂源44被补充并且DALEVEL超过DAEMPTY和/或DALOW时，FLAGDAEMPTY和/或FLAGDALOW被清除，并且指示器52也被清除。
延长排放适应性控制基于定量料剂水平选择性地限制车辆操作。更具体地，如果定量料剂监测控制判别出车辆位于便利位置时，设置便利位置的标志(FLAGCL)(例如，等于1或者TRUE)。便利位置可包括但不限于加油站、维修站和/或机油更换服务点。如果FLAGDALOW被设置并且车辆停在便利位置(即有额外的定量料剂可用的地方)，延长排放适应性控制通过设置禁止标志(FLAGDIS)禁止车辆的操作，直到定量料剂被补充。然而，也可预见，即使车辆在便利位置，也不需要完全禁止车辆的操作，而是可限制车辆操作。更具体地，车辆操作可进入如下文所述的应急模式。
在应急模式期间，柴油机废气控制选择性地限制车辆操作，同时在即使没有定量料剂的情况下也满足排放物要求。更具体地，在应急操作模式期间，TCAT被监测。如果TCAT低于阀值温度(TTHR)，则发动机操作被调节，以提高废气温度，由此提高TCAT。TTHR对应于认为催化剂38被激活的温度。废气温度可通过发动机节气门调节和空气流量控制来提高。更具体地，进气节气门可被置于关闭位置，以便降低发动机空气流量和空燃比。涡轮增压器设置也可被修改以减少通过发动机的空气流量，并提高废气温度。另外或可替代地，燃料喷射定时可被延迟以进一步提高废气温度。
在一个特征中，可使用温度传感器39直接测量TCAT。在替代特征中，可基于催化剂温度模型确定TCAT，该模型由控制模块50处理。更具体地，发动机速度、空气流量和燃料量可作为催化剂温度模型的输入。
一旦TCAT超过TTHR，可后喷射(即，刚好在燃烧事件后喷入气缸)少量燃料，以便使燃料与废气一起排出气缸，并流入废气后处理系统14。催化剂38的热能引起燃料的燃烧，由此保持TCAT在TTHR之上或者提高TCAT。柴油机废气控制以该方式继续操作发动机，以保持可接受的催化剂温度(即，由此使催化剂处于激活状态)和排放物控制。一旦定量料剂被补充并退出应急模式，就可采用正常控制策略操作发动机系统12。
依照本发明的其它特征，当FLAGDAEMPTY被设置而FLAGCL没有被设置时(即，当认为车辆没有在便利位置时)，进入应急模式，因此车辆操作将受到限制。可通过降低驾驶性和燃料经济性约束以及采用减少排放物的较剧烈的燃烧模式限制车辆操作。在一个特征中，大量使用预混合充气压缩点火(PCCI)燃烧。已知PCCI燃烧可显著减少NOX和微粒排放物，但可能会降低燃料经济性并增大发动机噪音。在替代特征中，减少燃料供给水平。通过降低燃料供给水平，发动机动力水平、NOX和微粒排放物相应减少。同时，按照前述的柴油机废气控制监测和控制TCAT。
在替代特征中，当FLAGDALOW被设置时，限制车辆操作。这样，可用上述发动机操作模式利用目前可用的剩余定量料剂，以使排放物性能最大化，同时延长定量料剂里程。同时，按照前述的柴油机废气控制监测和控制TCAT。例如，可根据DALEVEL减小燃料供给水平以减少排放物，同时，剩余定量料剂可用来将排放物进一步降低到希望的水平以下。通过结合燃料供给水平减小和定量料剂排放物减少，车辆驾驶性和燃料经济性不会受到如单独通过减小燃料供给水平来获得预期的排放性能那样不利的影响。但是，如果TCAT没有超过TTHR，则发动机系统12如上所述地操作以提高TCAT。
现在参照附图2，下面详细描述示例性的步骤。在步骤202中，控制监测DALEVEL。控制在步骤204中根据DALEVEL计算并显示RANGEDA。在步骤206中，控制判定DALEVEL是否低于DALOW。如果DALEVEL不低于DALOW，则控制在步骤208中清除所有定量料剂相关标志，控制结束。如果DALEVEL低于DALOW，则控制在步骤210中判断DALEVEL是否低于DAEMPTY。如果DALEVEL不低于DAEMPTY，则控制在步骤212中设置FLAGDALOW并且控制在步骤213中继续。如果DALEVEL低于DAEMPTY，则控制在步骤216中设置FLAGEMPTY，并且控制在步骤218中继续。
在步骤218中，控制判定FLAGCL是否被设置。如果FLAGCL没有被设置，则控制在步骤213中继续。如果FLAGCL被设置，则控制在步骤220中设置FLAGDIS。控制在步骤222中禁止车辆操作，并且在步骤214中继续。在步骤213中，控制通过执行前述策略的一个或者组合来限制车辆操作。在步骤214中，控制根据定量料剂相关标志来显示定量料剂状态，然后控制结束。例如，可显示“定量料剂低”、“定量料剂空”或“车辆因定量料剂空而被禁止”信息。
现在参照图3，将详细说明用于判定车辆是否停在便利位置的示例性步骤。在步骤300中，控制判定是否刚刚进行发动机起动。如果进行过发动机起动，则控制在步骤302中继续。如果没有发生发动机起动，则控制在步骤304中继续。
在步骤302中，控制确定FUELLEVEL。在步骤306中，控制将ΔFUELLEVEL确定为FUELLEVEL和紧在上一次发动机停机事件之前存储在存储器中的燃料水平之间的差。在步骤308中，控制判断ΔFUELLEVEL是否大于阀值差(ΔTHR)。如果ΔFUELLEVEL大于ΔTHR，则控制判定车辆在最近的停机期间补充了燃料，并在步骤310中继续。如果ΔFUELLEVEL不大于ΔTHR，则控制判定车辆在最近的停机期间没有补充燃料，并在步骤312中继续。
在步骤304中，控制持续地监测FUELLEVEL。在步骤314中，控制判断FUELLEVEL是否正在以大于阀值速率(例如dFL/dtTHR)的速率(例如dFL/dt)增大。如果dFL/dt大于dFL/dtTHR，则控制判定车辆正在补充燃料，并在步骤310中继续。如果dFL/dt不大于dFL/dtTHR，则控制器判定车辆不是正在补充燃料，并在步骤312中继续。在步骤310中，控制设置FLAGCL。在步骤312中，控制把新的或者最近的FUELLEVEL存入存储器，并且控制结束。
虽然上文使用了加油站的场景作为示例来详细说明了柴油机废气控制，但应理解，柴油机废气控制还可以监测其它场景，包括但不限于，维修服务和/或机油更换，以判定车辆是否停在便利位置。例如，柴油机废气控制可监测存储于存储器中的车辆维修服务标志，并且如果一个或多个维修服务标志被设置或复位，则判定车辆在便利位置。或者，柴油机废气控制可监测机油水平或机油特性。例如，如果机油水平(OILLEVEL)增加或机油参数(OILPAR)(例如，包括但不限于电阻抗)指示刚刚进行了机油更换，则柴油机废气控制可确定车辆在便利位置以补充定量料剂。
还应理解，另外的输入可被实施以判断车辆是否在便利位置。例如，可使用全球定位系统(GPS)，如配备有OnStarTM系统的车辆。GPS可产生一个信号，指示车辆位于便利位置。
现在参照图4，将详细说明在应急模式下由柴油机废气控制所执行的示例性步骤。在步骤400中，控制判断车辆是否在应急模式下操作。如果车辆没有在应急模式下操作，则控制结束。如果车辆正在应急模式下操作，则控制在步骤402中确定TCAT。
在步骤404中，控制判断TCAT是否大于TTHR。如果TCAT不大于TTHR，则控制在步骤406中调节发动机操作以提高TCAT，然后循环返回步骤402。如果TCAT大于TTHR，则控制根据应急策略调节发动机以保持TCAT，并且控制结束。
现在参照图5，将详细说明用于执行本发明的延长排放适应性控制的示例性模块。示例性模块包括FLAGDALOW模块500、FLAGDAEMPTY模块502、RANGEDA模块504、FLAGCL模块506、显示模块508、与逻辑模块510、指示器模块512、禁止模块514、应急模块516和TCAT模块517。FLAGDALOW模块500、FLAGDAEMPTY模块502和RANGEDA模块504可以是单独的模块，或者也可以是较大模块518的子模块。
FLAGDALOW模块500根据DALEVEL和DALOW选择性地设置FLAGDALOW。类似地，FLAGDAEMPTY模块502根据DALEVEL和FLAGDAEMPTY选则性地设置FLAGDAEMPTY。RANGEDA模块504根据DALEVEL计算RANGEDA。FLAGCL模块506根据FUELLEVEL、OILLEVEL和/或OILPAR选择性地设置FLAGCL。还应理解，可根据维修服务标志或任何其它可以指示车辆在便利位置的因素来设置FLAGCL。而且，可根据另外的输入信号设置FLAGCL，例如上文所述的GPS信号。显示模块508以图形的方式显示RANGEDA，以提醒车辆操作者车辆在定量料剂源变空或者低于希望的水平之前可以行驶的剩余距离。
与模块510根据FLAGDAEMPTY和FLAGCL产生信号。例如，如果FLAGEMPTY和FLAGCL都被设置(例如，等于1)，则AND模块510输出信号，该信号指示定量料剂已用尽并且车辆位于便利位置。指示器模块512根据FLAGDAEMPTY或FLAGDALOW产生(例如，可听到的和/或可视的)指示信号，以警告车辆操作者定量料剂源的状态。禁止模块514根据与模块510的输出信号选择性地禁止车辆操作。更具体地，禁止模块514产生控制信号，所述控制信号禁止车辆的操作，直到定量料剂源被补充。
应急模块516根据TCAT、FLAGDAEMPTY、与模块510的输出、FLAGDALOW和/或DALEVEL选择性地调节车辆操作。更具体地，应急模块516实施前文所述的控制策略中的一个或它们的组合，并产生相应的控制信号。TCAT模块517确定TCAT并把该信号提供给应急模块516。
现在，本领域的技术人员从上述说明可理解，本发明的宽泛教导可以在各种不同的形式中实施。因此，虽然本发明结合了其特定的实例子来加以说明，但本发明的真实范围不应因此而受到限制，因为当学习本发明的附图、说明书和下面的权利要求书时，其它变型对于本领域的技术人员变得明显。

Claims (23)

1.一种用于车辆的废气后处理系统，所述废气后处理系统包括定量料剂，所述定量料剂从定量料剂供给器选择性地喷入废气中，所述废气后处理系统包括：
第一模块，其确定定量料剂源的水平；
第二模块，其监测在应急模式期间的催化剂温度；以及
第三模块，其基于所述水平选择性地激活应急模式，并在所述应急模式期间，当所述催化剂温度低于阀值催化剂温度时，调节发动机的操作以提高所述催化剂温度。
2.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其中所述第三模决通过调节所述发动机的节气门以调节所述发动机的操作。
3.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其中所述第三模块通过调节所述发动机的空气流量以调节所述发动机的操作。
4.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其中所述第三模块通过调节所述发动机的燃料供给速率以调节所述发动机的操作。
5.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其中所述第三控制模块调节所述发动机的操作以将燃料后喷射到所述催化剂上游的所述废气中。
6.根据权利要求5所述的废气后处理系统，其中所述后喷射在所述催化剂温度大于所述阀值催化剂温度时进行。
7.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其中所述催化剂温度是基于催化剂温度传感器信号被监测的。
8.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其中所述催化剂温度是基于催化剂温度模型被监测的。
9.一种延长车辆废气后处理系统的排放物性能的方法，所述废气后处理系统包括定量料剂，所述方法包括：
确定定量料剂源的水平；
基于所述水平选择性地进入应急模式；
在所述应急模式期间，监测催化剂温度；以及
在所述应急模式期间，当所述催化剂温度低于阀值催化剂温度时，调节发动机的操作，以提高所述催化剂温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述调节包括调节所述发动机的节气门。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述调节包括调节所述发动机的空气流量。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述调节包括调节所述发动机的燃料供给速率。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括将燃料后喷射到所述催化剂上游的废气中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述后喷射在所述催化剂温度高于所述阀值催化剂温度时进行。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述催化剂温度是基于催化剂温度传感器信号被监测的。
16.根据权利要求9所述的方法，其中所述催化剂温度是基于催化剂温度模型被监测的。
17.一种延长车辆废气后处理系统的排放物性能的方法，所述废气后处理系统包括定量料剂，所述方法包括：
确定定量料剂源的水平；
基于所述水平选择性地进入应急模式；
在所述应急模式期间监测催化剂温度；
在所述应急模式期间，当所述催化剂温度低于阀值催化剂温度时，调节发动机的操作，以提高所述催化剂温度；
将燃料选择性地后喷射到所述催化剂上游的废气中；以及
当所述催化剂温度高于所述阀值催化剂温度时，根据应急模式策略调节发动机的操作。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述调节包括调节所述发动机的节气门。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述调节包括调节所述发动机的空气流量。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述调节包括调节所述发动机的燃料供给速率。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述后喷射在所述催化剂温度高于所述阀值催化剂温度时进行。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述催化剂温度是基于催化剂温度传感器信号被监测的。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述催化剂温度是基于催化剂温度模型被监测的。
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