CN101509435A - 减少混合动力车辆冷启动排放物的控制系统 - Google Patents

减少混合动力车辆冷启动排放物的控制系统 Download PDF

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Abstract

减少混合动力车辆冷启动排放物的控制系统。涉及的方法包括：修改混合动力车辆的发动机的燃烧参数以提供不足以维持曲轴在所希望的速度下旋转的发动机功率水平，包含提高废气温度以及减少废气的排放物含量；及采用混合动力车辆的电机补充发动机功率水平以维持曲轴在所希望的速度下旋转。控制模块包括：冷启动燃烧控制模块，其修改混合动力车辆的发动机的燃烧参数以提供不足以维持曲轴在所希望的速度下旋转的发动机功率水平，其中修改包含提高废气温度以及减少废气的排放物含量；及电机控制模块，其采用混合动力车辆的电机来补充发动机功率水平以维持曲轴在所希望的速度下旋转。

Description

减少混合动力车辆冷启动排放物的控制系统
技术领域
【0001】本发明涉及混合动力车辆，更具体的是，涉及混合动力车辆的冷启动排放物。
背景技术
【0002】本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
【0003】混合动力车辆可利用电机和内燃发动机来选择性地产生传递到传动系以运转车辆的扭矩。能量也可以在内燃发动机和电机之间传递。混合动力车辆的内燃发动机在其正常运转时可产生气体排放物。催化转化器可减少采用内燃发动机的车辆的废气排放物。
【0004】催化转化器可为三元催化转化器并可包括具有催化剂材料涂层的基板，催化剂材料促进碳氢化合物和一氧化碳的氧化，以及废气中氮氧化物的还原。当催化剂的温度在最低水平之上时，催化剂可最优地工作。采用催化转化器的排放物控制在车辆冷启动时可能会很难，因为催化剂没有达到最低工作温度。冷启动排放物也会受到发动机排出的排放物的影响。
【0005】催化转化器预热时间可在发动机冷启动时通过产生高的发动机输出能量而被缩短。该能量依赖于排气温度和质量流率。延迟点火定时和提高发动机空转速度可通过增加这些参数来减少冷启动排放物。但是，这些策略的影响会受到限制，因为延迟点火定时降低了发动机效率并可能最终导致发动机停转。
发明内容
【0006】一种方法，包括：修改混合动力车辆的发动机的燃烧参数以提供不足以维持曲轴在所希望的速度下旋转的发动机功率水平，包含提高废气温度以及减少废气的排放物含量；以及采用混合动力车辆的电机补充发动机功率水平以维持曲轴在所希望的速度下旋转。
【0007】一种控制模块，包括：冷启动燃烧控制模块，其修改混合动力车辆的发动机的燃烧参数以提供不足以维持曲轴在所希望的速度下旋转的发动机功率水平，其中修改包含提高废气温度以及减少废气排放物含量；以及电机控制模块，其采用混合动力车辆的电机补充发动机功率水平以维持曲轴在所希望的速度下旋转。
【0008】进一步的适用范围将从下文的描述中变得更为明确。应该理解，说明书和具体实施例的目的仅在于说明而不在于限定本发明的范围。
附图说明
【0009】这里描述的附图的目的仅在于说明而不在于以任何方式限制本发明的范围。从具体实施例和附图将可以更充分地理解本教导，其中：
【0010】图1为示例性混合动力车辆的示意图。
【0011】图2为混合动力车辆的控制模块的方框图。
【0012】图3为描述混合动力车辆的冷启动排放物控制的步骤的流程图。
具体实施方式
【0013】下面的描述实质上仅为示例性的，而绝不旨在限制本教导、应用或使用。为了清楚起见，在附图中采用相同的标记号来标记相似部件。在此应用的术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多的软件或固件程序的存储器和处理器(共用的，专用的或分组的)、组合逻辑电路或其他提供所描述功能的合适部件。
【0014】现在参看图1，其示意地示出了示例性混合动力车辆10。混合动力车辆10可包括发动机12、电机14、变速器16、燃料系统18、能量存储设备(ESD)20、联接器(coupling)22、控制模块24、带式-交流发电机系统(belt-alternator system)(BAS)26、曲轴28、进气系统30、节流阀32、点火系统34、排气歧管36和催化转化器38。
【0015】发动机12可为内燃发动机并可与进气系统30、排气歧管36、燃料系统18、点火系统34、BAS26和联接器22通信。发动机12的曲轴28可通过BAS26与电机14接合。BAS26可包括皮带和滑轮，它们将驱动扭矩在曲轴28和电机14之间传递。可替代地，BAS26可被飞轮-交流发电机-起动器(flywheel-alternator-starter)(FAS)系统(未示出)替换，其中电机14可操作地布置在发动机12和变速器16之间。可以预料的是可采用其他的系统来接合发动机12和电机14，包括，但不限于，在电机14和发动机12的曲轴28之间采用的链条或齿轮系统。电机14可与ESD20具有电连接以提供电能来运转电机14。ESD20可包括可充电电池。
【0016】发动机12和电机14可通过BAS26、曲轴28和联接器22选择性地驱动变速器16。在车辆10的一个工作模式下，电机14和发动机12可提供驱动扭矩以通过BAS26、曲轴28和联接器22驱动变速器16。在另一个工作模式下，发动机12可通过曲轴28和BAS26驱动电机14以产生用于对ESD20再充电的能量。在另一工作模式下，电机14可使用来自ESD20的能量通过BAS26驱动发动机12的曲轴28以通过联接器22向变速器16提供全部的或基本上全部的驱动扭矩。
【0017】燃料系统18可控制进入发动机12的燃料流，节流阀32可控制来自进气系统30并进入发动机12的空气流，以及点火系统34可点燃发动机12中的空气/燃料混合物。排气歧管36可接收来自发动机12的废气，催化转化器38可接收来自排气歧管36的废气。催化转化器38可减少来自发动机12的废气排放物。
【0018】催化转化器38可为三元催化转化器，包括具有催化剂材料涂层的基板，催化剂材料促进碳氢化合物和一氧化碳的氧化，以及废气中氮氧化物的还原。当催化转化器38的温度在最低温度以上时，催化转化器38可开始最优地工作。催化转化器38的工作温度可基于在具体的催化转换器38中使用的催化剂、结构或其他材料而变化。
【0019】控制模块24可与电机14、进气系统30的节流阀32、燃料系统18、点火系统34和发动机12以及混合动力车辆10的其他部件通信。控制模块24可监视和控制混合动力车辆10的部件。
【0020】现在参看图2，控制模块24可包括冷启动燃烧控制模块40、电机控制模块42和定时控制模块50。冷启动燃烧控制模块40可包括燃料控制模块44、进气控制模块46和点火定时控制模块48.
【0021】定时控制模块50可与冷启动燃烧控制模块40、电机控制模块42以及车辆10的部件和系统通信。定时控制模块50可将条件，如点火状态、与发动机运转有关的定时测量和与催化转化器38的温度相应的温度，和预定阈值进行比较，以确定是否应按照冷启动策略来运转车辆10，如将在下文关于控制逻辑100更详细地描述。定时控制模块50可将冷启动状态传达到冷启动燃烧控制模块40和电机控制模块42。
【0022】冷启动燃烧控制模块40、燃料控制模块44、进气控制模块46和点火定时控制模块48可与发动机12、燃料系统18、进气系统30的节流阀32和点火系统34通信并控制它们。发动机12、进气系统30的节流阀32、燃料系统18和点火系统34可被控制在正常条件下工作，使得发动机12可接收来自进气系统30和燃料系统18的空气和燃料，以及点火系统34可提供火花使得燃料和空气在发动机12中点燃以提供燃烧能量来维持发动机12的曲轴28在所希望的速度下旋转。
【0023】指示平均有效压力(IMEP)为由燃烧产生的有用压力的度量并可用千帕(kPa)为单位来度量。在这种正常运转条件下，发动机12的IMEP可超过300kPa。如在下面关于控制逻辑100的工作将要描述的，当冷启动策略由定时控制模块50指示时，冷启动燃烧控制模块40、燃料控制模块44、进气控制模块46和点火定时控制模块48可不在正常条件下工作。
【0024】电机控制模块42可与冷启动燃烧控制模块40、定时控制模块50和电机14通信。电机控制模块42可控制电机14以通过BAS26、发动机12的曲轴28和联接器22选择性地提供能量到变速器16。
【0025】现在参看图3，该图为流程图，示出了控制逻辑100提供在混合动力车辆10中冷启动排放物减少的方法。方框102可确定冷启动策略是否将被执行。定时控制模块
Figure A200910007522D0007160558QIETU
可考虑车辆是否正被启动或可调用更复杂的涉及定时或测量参数的控制策略。定时参数可包括参数如从发动机12最后一次被运转起所逝去的时间，而测量参数可包括对应于催化转化器38的温度的测量温度。如果定时控制模块50确定冷启动策略将被执行，控制逻辑100可继续进行到方框104。如果冷启动策略将不被执行，完成控制逻辑100。
【0026】在方框104，发动机12、燃料系统18、进气系统30和点火系统34可由冷启动燃烧控制模块40、燃料控制模块44、进气控制模块46和点火定时控制模块48操作，以通过运转发动机向催化转化器38提供提高了温度和减少了排放物含量的废气来执行冷启动排放物策略。发动机12可从进气系统30和燃料系统18接收空气和燃料，以及点火系统34可提供火花，使得在发动机12的排气冲程期间，在排气歧管36中或发动机12中点燃燃料和空气。
【0027】这些事件可被如此定时使得大部分的燃烧能量被转化成废气的热而不是提供能量来维持曲轴28的旋转的功。当发动机12以这种方式运转时，由发动机12提供的功可能不足以维持曲轴28的旋转，并且发动机12可能不能继续在所希望的速度下运转且在没有电机14的帮助时停转，如将在下文描述的。在正常运转的通常发动机12中，140kPa或小于140kPa的IMEP可导致发动机12震动并最终不点火和停转(misfire and stall)。在通常的冷启动中，发动机不点火并停转的最小的IMEP为200kPa。即使发动机12被特别地设计为在较低的IMEP下运转，发动机12可在80kPa或低于80kPa时停转。
【0028】如下文描述的，当运转电机14时，发动机12的IMEP可为30kPa或更少。与正常运转相比，引起的可被催化转化器38接收的废气可具有减少的排放物含量和升高的温度。在示例混合动力车辆10中，来自发动机12的废气温度可超过正常废气温度大约50％。例如，与在正常运转条件下的大约250度(C)相比，在冷启动后的五秒的废气温度大约为400度(C)。来自发动机12的废气中碳氢化合物含量可为正常废气碳氢化合物排放物的大约25％。例如，来自发动机12的废气中碳氢化合物的浓度，与在正常运转条件下的大约百万分之800相比，可小于百万分之200。然后控制逻辑100可进行到方框106。
【0029】方框106可运转电机14以向发动机12提供补充的驱动力。当冷启动策略在方框104处被执行时，发动机12可能不能产生足够的有用的能量以使曲轴28在所希望的速度下继续旋转，如上文描述的。没有补充的能量，发动机12会停转并可能不能帮助曲轴28的旋转或混合动力车辆10的推进。电机控制模块42可控制电机14与发动机12联合运转通信以防止停转。由于发动机12的输出能量被减少以提供具有低排放物含量的被加热的废气，为防止发动机12停转，可由电机14通过BAS26提供能量以维持发动机12的曲轴28的旋转。然后，控制逻辑100可进行到方框108。
【0030】方框108可确定是否完成了冷启动策略。该确定可包括，定时控制模块50与电机控制模块42和冷启动燃烧控制模块40通信以停止冷启动运转并基于如定时参数和测量参数的参数回到电机14和发动机12的正常运转。
【0031】定时参数可包括预定的冷启动运行时间。预定的冷启动运行时间可为加热具体的混合动力车辆10的催化转化器38所必需的时间。测量参数可包括与废气的排放物含量或催化转化器38的温度相应的测量。如果冷启动运行时间已经过去，排放物含量小于预定的最大值，或者如果催化转化器38的温度超过预定的最小值，定时控制模块50可与冷启动燃烧控制模块40和电机控制模块42通信，告知冷启动策略完成并且控制逻辑100可结束。如果冷启动策略没有完成，控制逻辑100可返回方框104。
【0032】本领域技术人员现在可以从上述说明中理解出本发明的广泛教导可以多种形式来实施。因此，尽管本发明以相关特例进行了描述，本发明的真实保护范围不应仅限于此，因为其他的变化对于本领域专业人员在研究了附图、说明书和权利要求后将变得显而易见。

Claims (18)

1.一种方法，包括：
修改混合动力车辆的发动机的燃烧参数以提供不足以维持曲轴在所希望的速度下旋转的发动机功率水平，包含：
提高废气的温度；以及
减少废气的排放物含量；以及
用混合动力车辆的电机补充发动机功率水平以维持曲轴在所希望的速度下旋转。
2.权利要求1的方法，其中修改燃烧参数包含调节到发动机的空气、燃料和点火定时中的至少一个，使得燃烧出现在发动机的排气冲程期间。
3.权利要求1的方法，其中修改燃烧参数包含调节到发动机的空气、燃料和点火定时中的至少一个，使得燃烧出现在排气歧管中。
4.权利要求1的方法，还包括在预定的时间内继续修改燃烧参数和补充功率水平以加热催化转化器到至少是所希望的温度。
5.权利要求1的方法，还包括继续修改燃烧参数和补充功率水平，直到催化转化器的温度超过预定温度。
6.权利要求1的方法，其中发动机功率水平不足以防止发动机停转。
7.权利要求1的方法，其中发动机在小于200kPa的指示平均有效压力(IMEP)下运转。
8.权利要求7的方法，其中发动机在小于80kPa的IMEP下运转。
9.权利要求8的方法，其中发动机在小于30kPa的IMEP下运转。
10.一种控制模块，包括：
冷启动燃烧控制模块，其修改混合动力车辆的发动机的燃烧参数以提供不足以维持曲轴在所希望的速度下旋转的发动机功率水平，其中修改包含：
提高废气的温度；以及
减少废气的排放物含量；以及
电机控制模块，其采用混合动力车辆的电机补充发动机功率水平以维持曲轴在所希望的速度下旋转。
11.权利要求10的控制模块，其中发动机在发动机的排气冲程期间燃烧燃料。
12.权利要求10的控制模块，其中发动机在发动机排气歧管中燃烧燃料。
13.权利要求10的控制模块，还包括使冷启动燃烧控制模块和电机控制模块在预定时间内继续工作以加热催化转化器到至少所希望的温度的定时控制模块。
14.权利要求10的控制模块，还包括使冷启动燃烧控制模块和电机控制模块继续工作直到测量的催化转化器温度超出预定温度的定时控制模块。
15.权利要求10的控制模块，其中冷启动燃烧控制模块运转发动机使其停转。
16.权利要求10的控制模块，其中冷启动燃烧控制模块使发动机在小于200kPa的指示平均有效压力(IMEP)下运转。
17.权利要求16的控制模块，其中冷启动燃烧控制模块使发动机在小于80kPa的IMEP下运转。
18.权利要求17的控制模块，其中冷启动燃烧控制模块使发动机在小于30kPa的IMEP下运转。
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