CN101254405B - 具有计量添加剂供给的废气后处理系统的排放适应性 - Google Patents

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Abstract

一种机动车废气后处理系统，具有选择性地从计量添加剂供给源喷入废气中的计量添加剂，该系统包括确定计量添加剂供给源水平的第一模块。第二模块在所述计量添加剂供给源的水平低于阈值水平时通过调整发动机运行模式来选择性地阻碍机动车运行。

Description

具有计量添加剂供给的废气后处理系统的排放适应性
相关申请的交叉引用
本申请与2006年12月14日提交的名为“用于处理废气的计量添加剂供给的监控方法”的美国序列号(待给定)(GP-307049)，以及2006年12月14提交的名为“柴油机应急模式过程中的废气控制”的美国序列号(待给定)(GP-308227-PTE-CD)相关。上述申请所公开的内容并入本文作为参考。
技术领域
本发明涉及机动车排气系统，尤其涉及一种在废气处理系统计量添加剂供给减少或耗尽的情况下延长排放性能的方法。
背景技术
内燃机燃烧空气/燃油混合物从而产生驱动转矩。燃烧过程产生的废气从发动机排入大气。废气包含氮氧化物(NOx)、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)以及微粒。在废气排入大气之前，废气后处理系统对其进行处理从而减少规定的排放物。
在典型的废气后处理系统中，计量系统在催化剂的上游将计量添加剂(如尿素)喷入废气中。废气和计量添加剂混合物在催化剂上发生反应从而减小排放水平。计量系统包括计量添加剂供给源和喷射器。计量添加剂的喷射量是以废气排放水平为根据。如果计量添加剂供给为空或处于低水平，那么喷入废气流的计量添加剂就不足且不能如所期望地减少排放物。
发明内容
因此，本发明提供一种机动车废气后处理系统，具有选择性地从计量添加剂供给源喷入废气中的计量添加剂。该系统包括确定计量添加剂供给源水平的第一模块，和在所述计量添加剂供给源的水平低于阈值水平时通过调整发动机运行模式来选择性地阻碍机动车运行的第二模块。
在其它特征中，通过降低机动车发动机供油率、限制发动机转速、限制机动车运行速度、限制机动车加速性能以及改变发动机燃烧模式中的至少一个来阻碍机动车运行。供油率基于计量添加剂供给源的水平确定。在一个实施例中，阈值水平与计量添加剂供给源的低状态相对应，并且调整供油率和计量添加剂率从而获得所需的排放性能。在另一个实施例中，调整车速从而获得所需的排放性能。在另一个实施例中，将燃烧模式改变成预混合充气压燃点火(PCCI)燃烧模式。在又一个实施例中，将这些动作组合起来从而获得所需的排放性能。
在又一个特征中，阈值水平与空的计量添加剂供给源相对应，并且执行降低机动车发动机供油率、限制发动机转速、限制机动车运行速度、限制机动车加速性能以及改变发动机燃烧模式中的至少一个来获得所需的排放性能。
在又一个特征中，通过使机动车不能开动来阻碍机动车运行。
在又一个特征中，当补充计量添加剂供给源从而将水平升至高于阈值水平时，第二模块停止对机动车运行的阻碍。
从本文提供的描述可以明显看出适用的更多领域。应当明白，描述和特定例子只起说明的作用而不是限制本发明的范围。
附图说明
从详细描述和附图中可以更完整地理解本发明，其中：
图1是包含本发明废气后处理系统的典型机动车系统的原理框图；
图2是流程图，示出本发明的延长排放适应性控制所执行的典型步骤；
图3是流程图，示出延长排放适应性控制所执行的典型步骤，以确定机动车系统是否停在便利位置；和
图4是原理框图，示出执行延长排放适应性控制的典型模块。
具体实施方式
优选实施例的下列描述实际上只是示例性的并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中用相同的附图标志表示类似元件。本文所用的术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、或其它的提供所述功能的适当部件。
现在参照图1，示意性地示出典型的机动车系统10。机动车系统10包括发动机系统12、废气后处理系统14。发动机系统12包括具有气缸18的发动机16、进气歧管20和排气歧管22。空气经过节气门24流入进气歧管20。空气与燃油混合并且空气/燃油混合物在气缸18中燃烧从而驱动活塞(未示出)。尽管只示出一个气缸18，但应当明白发动机12可以包括更多的气缸18。例如，可以预见发动机具有2、3、4、5、6、8、10、12和16个气缸。而且，尽管示出了一个节气门，但本发明在没有节气门的发动机系统中也能实施。从燃油源26供给燃油并且与空气混合形成燃烧混合物。油位传感器30响应燃油源26中的燃油量。
由燃烧过程产生废气并且从气缸18排入排气岐管22中。在废气排入大气之前，废气后处理系统14对流过其中的废气进行处理从而减少排放物。废气后处理系统14包括计量系统32、柴油机氧化催化剂(DOC)34、排放传感器36和优选为选择性催化还原(SCR)催化剂的催化剂38。DOC34与废气发生反应从而减少废气的排放水平。排放传感器36响应废气的排放(如NOx)水平。还可以设想到在催化剂38的下游设置柴油机微粒过滤器(DPF)40，其过滤柴油机微粒以进一步减少排放物。
计量系统32包括计量添加剂喷射器42、计量添加剂储罐44和计量添加剂供给传感器46。计量系统32选择性地将计量添加剂(如尿素)喷入废气流中以进一步减少排放物。更具体地，基于由废气传感器产生的信号来确定计量添加剂量，该传感器也可以是虚拟传感器(例如，可以是省去实体传感器的模型化函数)。计量添加剂在废气中分解并且所得到的组分在催化剂38中发生反应以进一步减少排放物。
控制模块50根据本发明的延长排放适应性控制来调整机动车系统10的运行。更具体地，控制模块50根据计量添加剂供给传感器46产生的信号来确定计量添加剂水平(DALEVEL)。控制模块根据剩余计量添加剂量来计算机动车里程(RANGDA)。更具体地，RANGEDA表示在耗尽所有计量添加剂之前剩余的可驾驶距离。RANGEDA可以显示在显示屏(未示出)上以提醒机动车驾驶员。
如果DALEVEL低于第一预定或低计量添加剂阈值(DALOW)，那么控制模块50就设置低计量添加剂标志(FLAGDALOW)(如，等于1或为真)，表示计量添加剂水平低且应当补充。此外，控制模块50激活指示器52以提醒机动车驾驶员计量添加剂供给低且应当补充。指示器52可以是可见和/或可听指示以提醒机动车驾驶员该低状态。如果DALEVEL低于第二预定或空计量添加剂阈值(DAEMPTY)，那么控制模块50就设置空计量添加剂标志(FLAGDAEMPTY)(如，等于1或为真)。并且，控制模块50激活指示器52以指示计量添加剂供给源44为空。当补充了计量添加剂供给源44并且DALEVEL高于DAEMPTY和/或DALOW时，对FLAGDAEMPTY和/或FLAGDALOW进行清零并且指示器52也进行清零。
延长排放适应性控制根据计量添加剂水平来选择性地阻碍机动车运行。更具体地，如果计量添加剂监测控制确定了机动车处于便利位置，就设置便利位置标志(FLAGCL)(例如，等于1或为真)。便利位置可包括，但不局限于，加油站、维修站和/或换油站。如果设置了FLAGDALOW并且机动车停在便利位置(如，有附加计量添加剂可用的位置)，延长排放适应性控制通过设置停止标志(FLAGDIS)来停止机动车运行直到再装满了计量添加剂。然而还可以预见，即使机动车处于便利位置，也不需要停止机动车运行，而只是受到阻碍，如下文详细描述的。
延长排放适应性控制选择性地阻碍机动车运行。一种情况包括当设置FLAGDAEMPTY且不设置FLAGCL时(如，当机动车不视为处于便利位置时)。通过降低驾驶性能和燃油经济性限制以及采用会减少排放物的更强烈的燃烧模式的方式来阻碍机动车运行。在一个实施例中，可以采用如预混合充气压燃点火(PCCI)燃烧的燃烧策略。众所周知，PCCI燃烧可以大大减少NOX和微粒排放，然而会降低燃油经济性并且增加发动机噪声。在一个替代实施例中，减少供油水平。通过降低供油水平，相应地减少发动机功率水平、NOX和微粒排放。在又一个实施例中，限制了机动车的车速和/或加速性能(如，限制可实现的加速率)。通过采用这些策略的一种或组合，延长排放适应性控制就能在即使耗尽了计量添加剂的情况下获得所需排放性能。因此，在不需要停止机动车的情况下提供适应排放的应急模式。
在一个替代实施例中，延长排放适应性控制在设置FLAGDALOW时阻碍机动车运行。在这种方式中，尽管可以在上述发动机运行模式中利用现有的剩余计量添加剂，以最大化排放性能，但延长了计量添加剂里程。例如，可以根据DALEVEL来降低供油水平以减少排放物，同时，可以利用剩余计量添加剂来进一步减少排放物至低于所需水平。通过联合燃油水平的降低和计量添加剂排放物的降低，就不会像只通过降低燃油水平以获得所需排放性能那样不利地影响驾驶性能和燃油经济性。
现在参照图2，详细示出了延长排放适应性控制所执行的典型步骤。步骤200处，控制确定FLAGCL。步骤202处，控制监测DALEVEL。控制在步骤204处根据DALEVEL来计算并显示RANGEDA。步骤206处，控制确定DALEVEL是否低于DALOW。如果DALEVEL不低于DALOW-，那么控制在步骤208处对所有计量添加剂相关标志进行清零并且结束控制。如果DALEVEL低于DALOW，那么控制在步骤210处确定DALEVEL是否低于DAEPMTY。如果DALEVEL不低于DAEPMTY，那么控制在步骤212处设置FLAGDALOW并且在步骤213处继续控制。如果DALEVEL低于DAEPMTY，那么控制在步骤216处设置FLAGDAEMPTY并且在步骤218处继续控制。
步骤218处，控制确定是否设置了FLAGCL。如果没有设置FLAGCL，在步骤213处继续控制。如果设置了FLAGCL，控制在步骤220处设置FLAGDIS。控制在步骤222处停止机动车运行并且在步骤213处继续控制。步骤213处，控制通过执行上述策略中的一种或组合来阻碍机动车运行。步骤214处，控制根据计量添加剂相关标志来显示计量添加剂状况并且结束控制。例如，显示的信息为“计量添加剂低”、“计量添加剂空”或“由于空计量添加剂停止机动车”。
现在参照图3，详细示出了延长排放适应性控制所执行以确定机动车系统是否停在便利位置的典型步骤。步骤300处，控制确定是否刚好发生发动机起动。如果发生了发动机起动，控制在步骤302处继续。如果没有发生发动机起动，控制在步骤304处继续。
步骤302处，控制确定FUELLEVEL。步骤306处，控制确定FUELLEVEL与直接在上次关闭发动机事件之前存储在存储器中的燃油水平之间的差值ΔFUELLEVEL。步骤308处，控制确定ΔFUELLEVEL是否大于阀差值(ΔTHR)。如果ΔFUELLEVEL大于ΔTHR，控制确定机动车在最近一次关闭过程中已加油并且在步骤310处继续。如果ΔFUELLEVEL不大于ΔTHR，控制确定机动车在最近一次关闭过程中未加油并且在步骤312处继续。
步骤304处，控制持续监测FUELLEVEL。步骤314处，控制确定FUELLEVEL是否以高于阀速率(如dFL/dtTHR)的速率(如dFL/dt)增加。如果dFL/dt高于dFL/dtTHR，那么控制确定机动车正在加油并且在步骤310处继续。如果dFL/dt不高于dFL/dtTHR，那么控制确定机动车没有正在加油并且在步骤312处继续。步骤310处，控制设置FLAGCL。步骤312处，控制存储新的或最近一次的FUELLEVEL到存储器中并且结束控制。
尽管上面用加油站情况为例详细描述了延长排放适应性控制，但应当明白延长排放适应性控制能监控其它情况，包括但不局限于，维修和/或换油，以确定机动车是否处于便利位置。例如，如果设置或重设一个或多个维修相关标志，延长排放适应性控制就能监控存储在存储器中的机动车维修标志并且确定机动车处于便利位置。可选地，延长排放适应性控制能监控油位或油特性。例如，如果油位(OILLEVEL)升高或油参数(OILPAR)(如，包括但不局限于，电阻)显示刚换了油，那么延长排放适应性控制就能确定机动车处于便利位置以装满计量添加剂。
现在参照图4，详细示出了本发明执行延长排放适应性控制的典型模块。典型模块包括FLAGDALOW模块400、FLAGDAEMPTY模块402、RANGEDA模块404、FLAGCL模块406、显示模块408、与模块410、指示器模块412、停止模块414和阻碍模块416。FLAGDALOW模块400、FLAGDAEMPTY模块402和RANGEDA模块404可以是独立模块或是更大模块418中的子模块。
FLAGDALOW模块400根据DALEVEL和DALOW选择性地设置FLAGDALOW。同样，FLAGDAEMPTY模块402根据DALEVEL和DAEMPTY选择性地设置FLAGDAEMPTY。RANGEDA模块404根据DALEVEL计算RANGEDA。FLAGCL模块406根据FUELLEVEL、OILLEVEL和/或OILPAR选择性地设置FLAGCL。还可以根据维修标志或其它表明机动车处于便利位置的因素选择性地设置FLAGCL。显示模块408用图显示RANGEDA以提醒机动车驾驶员机动车在计量添加剂供给为空或低于期望水平之前能够前进的剩余距离。
与模块410根据FLAGDAEMPTY和FLAGCL产生信号。例如，如果对FLAGDAEMPTY和FLAGCL都进行了设置(如，等于1)，那么与模块410就输出表明计量添加剂为空且机动车处于便利位置的信号。指示器模块412根据FLAGDAEMPTY或FLAGDALOW产生指示信号(如，可听和/或可见的信号)以提醒机动车驾驶员计量添加剂供给源的状况。停止模块414根据与模块410的输出选择性地停止机动车运行。更具体地，停止模块414产生停止机动车运行的信号直到补充计量添加剂供给源。阻碍模块416根据FLAGDAEMPTY、与模块410的输出、FLAGDALOW和/或DALEVEL选择性地阻碍机动车运行。更具体地，阻碍模块416执行上述策略中的一个或组合，并且产生相应的控制信号。
现在本领域技术人员能够从上文的描述知道，可以以多种形式实施本发明的宽泛教导。因此，尽管本文用特殊例子来描述本发明，但是，本发明的实际范围不会因此受到限制，因为对本领域技术人员来说通过研究附图、说明书和权利要求可以很明显地得到其它变型。

Claims (17)

1.一种机动车废气后处理系统，具有选择性地从计量添加剂供给源喷入废气中的计量添加剂，包括：
确定计量添加剂供给源的水平的第一模块；
如果所述计量添加剂供给源的水平低于阈值水平则通过调整发动机运行模式来选择性地阻碍机动车运行的第二模块，以及
确定机动车是否处于有附加计量添加剂可用的便利位置的第三模块，
其中，如果所述计量添加剂供给源的水平低于阈值水平并且所述机动车不处于便利位置，则所述第二模块通过调整发动机运行模式来选择性地阻碍机动车运行，
其中，所述计量添加剂与废气的混合物在催化剂上发生反应从而减小排放水平。
2.如权利要求1所述的废气后处理系统，其中，通过降低对所述机动车发动机的供油率、限制所述发动机转速、限制所述机动车运行速度、限制所述机动车加速率以及改变所述发动机燃烧模式中的一个来阻碍所述机动车运行。
3.如权利要求2所述的废气后处理系统，其中，所述供油率基于所述计量添加剂供给源的所述水平确定。
4.如权利要求2所述的废气后处理系统，其中，所述阈值水平与所述计量添加剂供给源的低状态相对应，并且调整所述供油率和计量添加剂率从而获得所需的排放性能。
5.如权利要求2所述的废气后处理系统，其中，将所述燃烧模式改变成预混合充气压燃点火(PCCI)燃烧模式。
6.如权利要求1所述的废气后处理系统，其中，所述阈值水平与空的计量添加剂供给源相对应，并且执行降低对所述机动车发动机的供油率、限制所述发动机转速、限制所述机动车运行速度、限制所述机动车加速率以及改变所述发动机燃烧模式中的一个来获得所需的排放性能。
7.如权利要求1所述的废气后处理系统，其中，通过使所述机动车不能开动来阻碍所述机动车运行。
8.如权利要求1所述的废气后处理系统，其中，当补充所述计量添加剂供给源从而将所述水平升至高于所述阈值水平时，所述第二模块停止阻碍机动车运行。
9.一种延长具有计量添加剂的机动车废气后处理系统的排放性能的方法，包括：
确定计量添加剂供给源的水平；
确定机动车是否处于有附加计量添加剂可用的便利位置；和
如果所述计量添加剂供给源的所述水平低于阈值水平并且所述机动车不处于所述便利位置则通过调整发动机运行模式来选择性地阻碍机动车运行，
其中，所述计量添加剂与废气的混合物在催化剂上发生反应从而减小排放水平。
10.如权利要求9所述的方法，其中，通过降低对所述机动车发动机的供油率、限制所述发动机转速、限制所述机动车运行速度、限制所述机动车加速率以及改变所述发动机燃烧模式中的一个来阻碍所述机动车运行。
11.如权利要求10所述的方法，还包括根据所述计量添加剂供给源的所述水平确定所述供油率。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述阈值水平与所述计量添加剂供给源的低状态相对应，并且还包括调整所述供油率和计量添加剂率从而获得所需的排放性能。
13.如权利要求10所述的方法，其中，将所述燃烧模式改变成预混合充气压燃点火(PCCI)燃烧模式。
14.如权利要求9所述的方法，其中，所述阈值水平与空的计量添加剂供给源相对应，并且还包括执行降低对所述机动车发动机的供油率、限制所述发动机转速、限制所述机动车运行速度、限制所述机动车加速率以及改变所述发动机燃烧模式中的一个来获得所需的排放性能。
15.如权利要求9所述的方法，其中，通过使所述机动车不能开动来阻碍所述机动车运行。
16.如权利要求9所述的方法，还包括当补充所述计量添加剂供给源从而将所述水平升至高于所述阈值水平时停止阻碍机动车运行。
17.如权利要求9所述的方法，还包括如果所述计量添加剂供给源的所述水平低于所述阈值水平并且所述机动车处于所述便利位置时停止所述机动车的运行。
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