CN101349180A - 车辆硬件的热检测和保护 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆硬件的热检测和保护。热检测模块接收颗粒物质过滤器的温度数据并且根据温度数据确定温度。保护模块在所述温度大于温度阈值时有选择地减小发动机的输出。一种方法包括接收颗粒物质过滤器的温度数据；以及在取决于所述温度数据的温度大于温度阈值时，有选择减小发动机的输出。

Description

车辆硬件的热检测和保护
技术领域
本发明涉及颗粒物质过滤器，并且更特别是，涉及用于检测和保护不受到热状态影响的方法和系统。
背景技术
这里提供的背景技术的描述用于总体描述本发明的目的。虽然在背景技术部分内在一定程度上进行描述，并且这些描述的多个方面不会在提交时作为现有技术，本申请人的目的并不在于明确或暗示地承认这是破坏本发明的专利性的现有技术。
车辆可包括例如颗粒物质(PM)过滤器和催化剂的排放物后处理装置，以便减小排放。在柴油发动机中，PM过滤器可指的是柴油颗粒过滤器(DPF)。发动机控制系统在排放物中具有过多热能时会不能准确诊断。在某些情况下，过多热能会损坏车辆的部件。
发明内容
控制模块包括热检测模块以及保护模块。热检测模块接收颗粒物质过滤器的温度数据，并且根据温度数据来确定温度。在温度大于温度阈值时，保护模块有选择地减小发动机的输出。
在另一特征中，减小输出包括将发动机的扭矩限制在预定阈值。减小输出包括将发动机的功率限制在预定阈值。减小输出包括关闭发动机。温度数据包括来自于颗粒物质过滤器的入口和出口的温度数据。控制模块还包括根据燃料输送速度、发动机速度、环境温度以及车辆速度中的至少一个产生启动信号的保护启动模块。在接收到启动信号，并且温度大于温度阈值时，保护模块减小输出。
在另一特征中，在燃料输送速度、发动机速度、环境温度和车辆速度在有由各自下限和上限形成的范围之外时，保护启动模块产生启动信号。保护模块有选择地减小发动机的输出，在温度大于温度阈值，并且提供确认状态。确认状态取决于发动机不点火信号、燃料泄漏喷射器信号以及压力信号中的至少一个。
在另一特征中，压力信号取决于颗粒物质过滤器的出口和入口之间的压力差。热检测模块评价温度数据，并且在确定温度数据不可靠时，使得保护模块不减小发动机的输出。通过将温度数据的组成变化与预定阈值比较，热检测模块评价温度数据。
一种方法包括接收颗粒物质过滤器的温度数据，并且在取决于温度数据的温度大于温度阈值时，有选择地降低发动机的输出。在其它特征中，减小输出包括将发动机的扭矩限制在预定阈值。减小输出包括将发动机的功率限制在预定阈值。减小输出包括关闭发动机。
在其它特征中，温度数据包括来自于颗粒物质过滤器的入口和出口的温度数据。该方法还包括根据燃料输送速度、发动机速度、环境温度和车辆速度来产生启动信号。在接收到启动信号并且该温度大于温度阈值时，进行减小。
在另一特征中，该方法还包括在燃料输送速度、发动机速度、环境温度和车辆速度中的至少一个在由各自下极限和上极限形成的范围之外时产生启动信号。在温度大于温度阈值并且存在确认状态时，进行减小。确认状态取决于发动机不点火信号、泄漏燃料喷射器信号以及压力信号中的至少一个。
在其它的特征中，压力信号取决于颗粒物质过滤器的出口和入口之间的压力差。该方法还包括通过将温度数据的组成变化与预定阈值相比来评价温度数据；并且在确定温度数据不可靠时，停止减小。
本发明的应用的其它领域将从随后提供的详细描述中得以明白。应该理解到表示本发明的优选实施例的详细描述和特殊实例只用于说明目的，并且不打算限制本发明的范围。
附图说明
从详细描述和附图中更加完整地理解本发明，附图中：
图1是按照本发明原理的示例性车辆的功能性方框图；
图2是按照本发明原理的示例性控制模块的功能性方框图；
图3是按照本发明原理用于硬件的热检测和保护的控制逻辑的操作的流程图。
具体实施方式
下面的描述实际上只是示例性的，并且不用来限制本发明、其应用或使用。为了清楚目的，相同的参考标号将在附图中用来表示类似的元件。如这里使用那样，短语“至少一个A、B和C”应该认为指的是逻辑(A或B或C)，或者使用非排他的逻辑。应该理解到方法中的步骤可以不同的顺序实施而不改变本发明的原理。
如这里使用那样，术语模块指的是特定应用的集成电路(ASIC)、电子回路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共用、专用或成组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其它适当部件。
颗粒物质(PM)过滤器从发动机排放物中去除颗粒物质。长时间后，颗粒物质积累。这种积累可通过在称为再生(regeneration)的过程中使其燃烧来去除。再生可以通过多种方式来开始，例如通过用电加热器或在发动机中燃烧较容易燃烧的空气/燃料混合物来加热PM过滤器。
再生中产生的热量是强烈的，并且如果产生过多热量，PM过滤器会被损坏。在极端情况下，PM过滤器可熔化和/或损坏，这造成废气系统和车辆的其它部件损坏。为了防止过热，按照本发明原理的控制模块监测PM过滤器。例如，被监测的参数可包括PM过滤器的入口和排放温度、入口和排放之间的压力差、流过PM过滤器的气流速度等。
在再生过程中，如果PM过滤器似乎变得过热，再生模式可被停止。例如，这可包括泻放空气/燃料混合物和/或从加热器去除功率。如果PM过滤器保持过热，或者增加温度，控制模块可需要补救措施。补救措施可包括对驾驶员报警，并自动执行例如限制扭矩、限制功率或者限制发动机燃料的步骤。在极端情况下，控制模块可完全关闭发动机。
在PM过滤器不是再生模式时，PM过滤器不应该在再生中遇到的高温下操作，并且启动补救措施的温度会降低。高PM过滤器温度可通过多种情况来解释，包括泄漏燃料的喷射器和发动机不点火。这些情况可用来在开始补救措施之前确认高测量PM温度的精度。
除了通过例如泄漏燃料喷射器和/或发动机不点火的状态来确认之外，可检查温度数据的合理性。这有助于防止根据错误的温度数据进行的补救措施。PM过滤器中的温度问题可根据例如入口温度、出口温度、两者组合以及温度的历史数据来确定。例如，温度变化的高速度可以指出有问题。另外，入口和出口之间的大压力或温度差可指出有问题。
现在参考图1，按照本发明示意表示示例性柴油发动机系统10。柴油发动机系统10本质上只是示例性的。这里描述的PM过滤器系统可用于采用PM过滤器的不同发动机系统。这种发动机系统可包括(但不局限于)汽油直接喷射发动机系统和均质充量压缩燃烧发动机系统。为了便于说明，本发明将讨论柴油发动机系统。
柴油发动机系统10包括燃烧空气/燃料混合物以便产生驱动扭矩的发动机12。空气通过经过空气过滤器14而进入系统，并且可抽吸到涡轮增压器18。虽然表示涡轮增压的柴油发动机12，也可以使用高增压或自然吸气发动机。涡轮增压器18压缩进入柴油发动机系统10的新鲜空气。通常，空气压缩越大，发动机12的输出越大。压缩增压空气接着在进入吸入歧管22之前经过空气冷却器20。
吸入歧管22内的空气被分配到缸26。虽然表示了四个缸26，本发明的系统和方法可用于具有多个缸的发动机，但是不局限于2、3、4、5、6、8、10和12个缸。还应该理解到本发明的系统和方法可用于“V”型缸构造。燃料可通过燃料喷射器28喷射到缸26内。来自于压缩增压空气的热量通过活塞(未示出)进一步压缩，并点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧形成推回活塞的功率，功率转换成曲轴的转动能量。来自于燃烧的废气离开缸26进入废气系统。
废气系统可包括废气歧管30、柴油氧化催化剂(DOC)32以及PM过滤器34，可以包括加热器35。任选的是，EGR阀(未示出)可将废气的一部分循环回到吸入歧管22。废气的其它部分可引导到涡轮增压器18以便驱动涡轮。涡轮提供压缩从空气过滤器14接收的新鲜空气的功率。废气从涡轮增压器18流过DOC 32并进入PM过滤器34。DOC 32可根据后燃烧空气/燃料比例来氧化废气。氧化的数量可影响废气的温度。PM过滤器34可从DOC 32接收废气，并且从废气中过滤颗粒物质。
加热器35可提供热量到PM过滤器34，以便在公知为再生的过程中燃烧长时间积累的颗粒物质。虽然表示加热器，可以使用其它方法来增强颗粒物质在PM过滤器34内燃烧。例如，只通过发动机控制模块42进行空气/燃料比例和/或点火时刻的变化，从而控制发动机12。
废气系统控制模块44可根据多种检测信息来控制PM过滤器34。更特别是，废气系统控制模块44可估计PM过滤器34的载荷。在估计的载荷达到预定程度并且废气流速在预定范围以内时，电流经由电源46提供给加热器35以便开始再生过程。再生过程的持续时间可根据PM过滤器34内的颗粒物质的估计数量来变化。
在再生过程中电流可施加在加热器35上。更特别是，电能可在PM过滤器34的入口的所选部分处加热加热器35长达预定时间。经过PM过滤器34的前表面的废气可被加热。再生过程可使用PM过滤器34的加热面附近的颗粒物质的燃烧或者通过经过PM过滤器34的被加热废气产生的热量来实现。
现在参考图2，废气系统控制模块44的示例性应用包括热检测模块80、保护启动模块82、温度速查表84以及保护模块86。热检测模块80可从PM过滤器的温度传感器56、57、58接收PM过滤器温度值。
热检测模块80可与温度速查表84连通，以便确定车辆的温度是否指示过热情况，还是测量值是合理的。温度速查表84可存储检测到过热情况的温度以及用于测量数据的合理情况。
例如，合理情况可包括出口和入口温度之间的差别，或者长时间后测量温度中的变化速度。例如，如果差别小于预定阈值，并且每个测量温度的变化速度低于另一预定阈值，可确定温度数据是合理的。
根据来自于热检测模块80的温度数据，保护模块86通过去往发动机控制模块42的要求确定是否开始补救措施。保护模块86可评价一个或多个温度，观察它们是否在阈值以上。例如，此阈值可根据废气系统当前是否是再生模式来变化。
保护模块86还可从热检测模块80来评价温度合理性数据。这有助于防止由于作为传感器误差的结果而不是实际的高温度的高检测温度造成的不需要的补救措施。保护模块86可从保护启动模块82接收启动信号。
保护启动模块82可只在补救措施对于车辆和驾驶员来说是安全时才开始补救措施。例如，如果环境空气温度在例如110°F的阈值以上或者在例如-20°F的第二阈值以下，保护启动模块82可停止补救措施。作为选择，在这些情况下，补救措施的范围会受到限制。例如，可以使用功率限制，但是功率下降，发动机会完全停止。由于极度的环境空气温度，更重要的是对于使用者舒适来说保持发动机运转，而不是保护检测的过热情况。
其它的保护启动状态可包括车辆速度、发动机速度和燃料输送速度。保护启动模块82评价这些和/或其它输入，例如通过采用最大和最小极限。例如，如果车辆速度在阈值以上，保护启动模块82可停止补救措施。补救措施可保持停止，直到驾驶员使得车辆停止为止。
保护模块86还可接收确认信号。例如，这可包括发动机不点火、泄漏燃料喷射器以及压力增量信号。保护模块86可使用这些信号来确认出现过热情况。这可防止根据不准确的温度数据造成的不需要的补救措施。
例如，PM过滤器34的入口和PM过滤器34的出口之间的高压力差可在出现过热温度时出现。压力差可通过单个压差传感器来测量。存在过热情况的压差阈值可根据容积流速和温度来确定。例如，容积流速可根据质量空气流来循环，而温度可以是PM过滤器34的入口和出口温度的平均值。
如果检测到发动机不点火或者燃料注射器泄漏，额外的未燃烧燃料会到达PM过滤器34，由此增加PM过滤器34的温度。在一种情况下，一旦所有颗粒物质燃烧，由于未燃烧燃料继续来自于发动机通过再生开始的燃烧可继续。这种延长的燃烧会升高PM过滤器34处的温度。
在某些模式下，保护模块86可因此只在具有一个或多个确认信号时开始补救措施。作为选择，在具有一个或多个确认信号时，保护模块86可降低限定过热情况的温度阈值。可以根据操作情况在车辆运转的同时确定由保护模块86使用的哪一个确认信号，和/或可以通过校正来形成。
现在参考图3，流程图表示废气系统控制模块44的示例性操作。控制在其中测量温度的步骤102开始。例如，测量PM过滤器34的一个或多个入口、出口和外部温度。单个温度值可以例如通过将入口和出口温度平均来形成。
控制在其中控制确定温度测量是否合理的步骤104中继续。如果是，控制转换到步骤106；否则控制返回到步骤102。温度测量的合理性可如上所述相对于热检测模块80来确定。在步骤106，控制确定温度阈值。例如，温度阈值可在废气系统不处于再生模式下时减小。
控制在其中控制确定测量温度是否大于温度阈值的步骤108中继续。如果是，控制在步骤110继续；否则，控制返回到步骤102。在步骤110，控制为驾驶员显示报警。例如，这可包括检查发动机灯、基于文字的指示器、或者废气系统报警灯。另外，可以产生报警声。
控制在其中控制确定是否满足启动情况的步骤112中继续。如果是，控制转换到步骤114；否则，控制返回到步骤102。如上所述，启动情况包括包括例如发动机速度、车辆速度、燃料输送速度和环境空气温度。在步骤114，控制可确定是否通过其它数据确定过热情况。如果是，控制转换到步骤116；否则，控制返回到步骤102。过热情况可通过例如发动机不点火、泄漏燃料喷射器以及PM过滤器34上的压力差来确认。
在步骤116，进行补救措施。例如，发动机控制模块42可用来限制发动机产生的扭矩。在多种应用中，如果废气温度不减小和/或如果废气温度的偏差不减小，可以采取更加严厉的补救措施。例如，发动机扭矩可更加严厉地受到限制，或者发动机可被关闭。控制接着停止。在多种应用中，一旦废气温度在预定阈值以下，控制可返回到步骤102。

Claims (20)

1.一种控制模块，包括：
热检测模块，接收颗粒物质过滤器的温度数据，并且根据所述温度数据确定温度；以及
保护模块，在所述温度大于温度阈值时，有选择地减小发动机的输出。
2.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，所述减小输出包括将所述发动机的扭矩限制在预定阈值。
3.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，所述减小输出包括将所述发动机的功率限制在预定阈值。
4.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，所述减小输出包括关闭所述发动机。
5.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，所述温度数据包括来自于所述颗粒物质过滤器的入口和出口的温度数据。
6.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，还包括保护启动模块，保护启动模块根据燃料输送速度、发动机速度、环境温度以及车辆速度中的至少一个来产生启动信号，其中所述保护模块在接收所述启动信号并且所述温度大于温度阈值时减小所述输出。
7.如权利要求6所述的控制模块，其特征在于，在所述燃料输送速度、发动机速度、环境温度和车辆速度中的至少一个在由各自下极限和上极限形成的范围之外时，所述保护启动模块产生所述启动信号。
8.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，在所述温度大于所述温度阈值，并且存在确认情况时，所述保护模块有选择地减小所述发动机的所述输出，其中所述确认情况取决于发动机不点火信号、泄漏燃料喷射器信号和压力信号中的至少一个。
9.如权利要求8所述的控制模块，其特征在于，所述压力信号取决于所述颗粒物质过滤器的出口和入口之间的压力差。
10.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，所述热检测模块评价所述温度数据，并且在确定所述温度数据不可靠时停止所述保护模块减小所述发动机的所述输出，其中通过所述温度数据的组成变化速度与预定阈值比较，热检测模块评价所述温度数据。
11.一种方法，包括：
接收颗粒物质过滤器的温度数据；以及
在取决于所述温度数据的温度大于温度阈值时，有选择减小发动机的输出。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述减小输出包括将所述发动机的扭矩限制在预定阈值。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述减小输出包括将所述发动机的功率限制在预定阈值。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述减小输出包括关闭所述发动机。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述温度数据包括来自于所述颗粒物质过滤器的入口和出口的温度数据。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括根据燃料输送速度、发动机速度、环境温度以及车辆速度中的至少一个来产生启动信号，其中在接收所述启动信号并且所述温度大于温度阈值时进行所述减小。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述燃料输送速度、发动机速度、环境温度和车辆速度中的至少一个在由各自下极限和上极限形成的范围之外时，产生所述启动信号。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述温度大于所述温度阈值，并且存在确认情况时，进行所述减小，其中所述确认情况取决于发动机不点火信号、泄漏燃料喷射器信号和压力信号中的至少一个。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述压力信号取决于所述颗粒物质过滤器的出口和入口之间的压力差。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
通过将所述温度数据的组成的变化速度与预定阈值比较，评价所述温度数据；以及
在确定所述温度数据不可靠时停止所述减小。
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