CN103216300A - 检测排气系统的热事件的方法以及用于此的排气系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种检测热事件的方法，其不仅依赖于被监测的排气温度，还依赖于沿排气流方向传播的温度梯度。具体地，检测车辆排气系统中的热事件的方法包括监测在车辆排气系统的排气流中间隔开的多个位置处的至少一个操作参数。该方法继而包括，如果监测指示至少一个相应的预定温度需求和相应的预定温度梯度需求在预定时间段内在多个温度传感器位置中的两个处被超过，则启动保护动作。

Description

检测排气系统的热事件的方法以及用于此的排气系统

技术领域

本教导大致包括用于检测排气系统中的热事件的方法以及具有配置为实施该方法的控制器的排气系统。

背景技术

车辆排气系统常常包括排气后处理装置，所述排气后处理装置在将排气释放到环境中之前过滤或以另外方式处理排气。如果排气温度变得很高，则可损害后处理装置。温度传感器有时布置在排气系统中，并且控制器监控从温度传感器接收的温度数据。

一些控制系统依赖来自温度传感器的数据来检测热事件。例如，一种系统当两个传感器指示已经达到预定温度持续预定时间量时确定存在热事件，并且启动保护动作。“热事件”是已经确定可能导致部件损坏的排气系统操作条件或操作条件组。因此，可期望控制系统预见、阻止或快速地限制热事件的持续时间。

发明内容

仅依赖于温度传感器的温度读数的热保护控制系统可能不完全精确。例如，如果热事件导致温度传感器的电路断开，则温度传感器读数将缺省指示非常低的温度或处于最可能的值的读数。这些缺省值中没有任一个可能准确地表示排气温度。

提供了一种检测热事件的方法，其不仅依赖于被监测的排气温度，还依赖于沿排气流方向传播的温度梯度。具体地，检测车辆排气系统中的热事件的方法包括监测在车辆排气系统的排气流中间隔开的多个位置处的至少一个操作参数，所述参数可以是如由温度传感器测得的排气温度。该方法于是包括，如果监测指示至少一个相应预定温度需求和相应预定温度梯度需求在预定时间段内在多个温度传感器位置中的两个处被超过，则启动保护动作。该方法因此预测何时存在能够损害排气系统的热事件。预定时间段可以是针对排气系统校准的热传输延迟时间。

被监测到的预定温度需求可以包括预定最小温度和预定最大温度两者。例如，在一个实施例中，基于温度数据，针对每一个温度传感器，该方法确定排气流温度是否超过相应预定最小温度，并随后如果排气流温度超过相应预定最小温度，确定相应预定温度梯度是否被超过。如果相应预定温度梯度被超过，则该方法确定相应最大预定温度是否被超过持续预定时间段。如果相应最大预定温度被超过持续预定时间段，则可以为该预定时间段设定检测标记。如果两个检测标记被设定，则随后启动保护动作。因为两个检测标记已经被设定，该方法更可靠地指示过高的温度传播通过排气系统。不保证保护动作的典型的较大温度和典型的较高温度将不会导致热事件的错误指示，这是因为这些通常不发生在传输延迟时段内的两个不同温度传感器处。

采用的保护动作可以是但不限于提供警告给车辆操作者，限制发动机功率，限制加速器位置，或这些的任意组合。

在此使用时，检测排气温度或监测排气中的温度梯度可以使用来自传感器的历史存储数据和温度传感器实现。替换地，排气温度和排气温度梯度可以基于其他温度参数而被监测，温度和温度梯度从所述其他温度参数确定，例如，所述参数来自被存储的查找表，在所述查找表中，被监测的操作参数的值与温度和温度梯度对应。

本教导的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本教导的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是具有用于车辆的排气系统的发动机和配置为检测排气系统中的热事件的控制器的示意图；

图2是根据本发明的替换方面的具有另一排气系统的另一发动机、以及配置为检测排气系统中的热事件的控制器的示意图；

图3是以摄氏度计的温度对以秒计的时间的曲线图，其用于图1的排气系统中的各温度传感器；

图4是图1和图2的控制器的示意图；和

图5是检测图1和2的排气系统中的热事件的方法在由图4的控制器实施时的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中在几幅图中相同的附图标记指向相同的构件，图1示出车辆发动机10和排气系统12。发动机10具有空气和燃料进入系统14，进入空气16通过所述空气和燃料进入系统14流动至发动机10。来自发动机10的排气流18进入排气系统12。在该实施例中，发动机10是柴油发动机，且排气系统12具有柴油氧化催化器（DOC）20、选择性催化还原器（SCR）22和柴油颗粒过滤器（DPF）24。

液体喷射器26，诸如用于喷射碳氢化合物燃料，定位在混合器28、30的上游。温度传感器32定位为在DOC20的入口34的紧上游与排气流连通。DOC20氧化并燃烧离开发动机10的排气流18中的碳氢化合物。另一温度传感器36定位为在DOC20的出口38的紧下游与排气流连通。

柴油排气流体（DEF）喷射器40将柴油排气流体或尿素喷射到排气气流中，其随后在进入SCR22之前通过DEF混合器42和44混合，在SCR22处，被喷射液体帮助SCR22将排气流中的至少一些氮氧化物转化为氮和水。氮氧化合物传感器46定位在SCR22的出口下游的排气气流中。

排气随后流动至DPF24的入口50。温度传感器48定位为邻近与排气流连通的入口50。温度传感器52定位为邻近DPF24的与排气流连通的出口54。排气在DPF24的下游离开排气系统12，如由箭头56所指示的。

DOC20、SCR22和DPF24称为排气后处理装置。如果排气温度上升得太高持续较长的时间段，则排气后处理装置或温度传感器32、36、48、52或排气系统12的其他构件中的一个或多个可能被损坏。当操作条件（这样的损坏可能在所述操作条件下发生）存在时，其称为热事件。可采用一些保护措施来降低排气温度，诸如限制发动机功率、限制车辆加速器位置、和/或通知车辆驾驶员超出的温度，诸如通过信息显示器中的通知。

为了保护排气系统12免于热事件损害，控制器60操作地连接至温度传感器32、36、48、52。如在图4中更详细示出的，控制器60接收表示车辆操作条件的信号62，包括来自温度传感器32、36、48、52的温度数据。控制器60具有处理器64，所述处理器64执行算法100（参考图5更详细地描述）以确定热事件的存在，并随后发送控制信号68以通过保护模块70启动保护动作72，所述保护模块70考虑其他车辆运行条件以确定应该命令哪一保护动作。处理器64引用存储的查找表74，所述查找表将从温度传感器32、36、48、52接收的数据与参考排气温度相关联，以帮助算法100确定热事件。

图3示出的是针对图1的一些温度传感器，排气流的以摄氏度计的温度与以秒计的时间的关系曲线。具体地，曲线80示出了基于从温度传感器36接收的数据、基本上在DOC20的出口38处的排气流的温度。曲线82是基于从温度传感器48接收的数据基本上在DPF24的入口50处的排气流的温度。曲线84是基于从温度传感器52接收的数据基本上在DPF24的出口54处的排气流的温度。控制器60利用从传感器32、36、48、52接收的数据实施算法100。

具体地，参考图5，算法100（其也称为检测车辆排气系统中的热事件的方法，所述排气系统诸如图1的排气系统12）以步骤102开始，在步骤102中，控制器106接收表示来自温度传感器32、36、48、52的排气温度数据的信号。基于接收的数据，算法100并行地实施针对每一个温度传感器的多个后续步骤，以确定热事件是否存在。图5的流程图示出实施针对温度传感器36、48和52的步骤的算法100。尽管未示出，但针对温度传感器32可实施相同步骤，或针对可选地被包括在排气流中的各位置中的任何其他温度传感器。

在步骤102中温度数据62被控制器60接收后，算法100运行至步骤104并确定传感器36处的排气温度是否超过预定最小温度，其诸如但不限于300摄氏度。如果温度没有超过预定最小温度，则算法100在步骤105处退出并返回至步骤102。在图3中，例如，传感器36处的排气温度（曲线80）超过300摄氏度的预定最小温度直到约时间4060秒，时间4037秒和4040秒之间除外。

如果温度超过预定最小温度，则算法100行进至步骤106，在步骤106中，确定预定温度梯度是否被超过。温度梯度是传感器36处的排气流的温度随时间的预定较大增加，其可能与热事件相关。例如，预定温度梯度可以是每秒50摄氏度的增加。如果温度梯度没有超过预定温度梯度，则算法100在步骤107处退出并返回至步骤102。

如果预定温度梯度被超过，则算法100行进至步骤108，在步骤108中，确定最大预定温度是否被超过持续预定时间段。例如，最大预定温度可以是800摄氏度，且预定时间段可以是六秒。如果如由传感器36指示的排气温度在预定时间段内没有超过最大预定温度，则算法100在步骤109处退出并返回至步骤102。从曲线80可见，基于在传感器36处接受的数据的排气温度在8秒内没有超过800摄氏度，且因此算法100会在步骤109处退出并返回至步骤102。

假设如由传感器36指示的排气温度没有超过最大预定温度以预定时间段，则算法100行进至步骤110，在步骤110中，算法100设定保持设定用于预定时间段的标记，所述预定时间段可以是可校准热传输延迟时间。如在这里使用的，如将被本领域技术人员容易理解的，“标记”是标识，其可以被设定或未设定，且用于指示计算机算法执行中的条件。在该情况下，步骤110中设定的标记是确定步骤104、106和108为肯定的的标识。可校准热传输延迟时间是热量沿排气系统12的排气流的方向传播占用的时间量，如通过在排气系统12上执行的试验所指出的。例如，可校准热传输延迟时间可以是在步骤106中使用的预定温度梯度从传感器36运动至温度传感器48占用的时间量。在图1的实施例中，可校准热传输延迟时间可以是六秒。

步骤102、104、106、108、110和112一起称为在排气系统12的各温度传感器位置处检测排气温度。

在实施步骤104、106、108和110的同时，基于在步骤102中接收的数据，算法100同时实施用于温度传感器48的类似的步骤204、206、208和210，和用于温度传感器52的步骤304、306、308和310。在步骤204中，确定传感器48处的排气温度是否超过预定最小温度。预定最小温度可以与步骤104中使用的温度相同，诸如300摄氏度，或是用于传感器48的不同的预定最小温度。如果温度没有超过预定最小温度，则算法在步骤205处退出并返回至步骤102。在图3中，例如，传感器48处的排气流（曲线82）在约时间4044秒处开始会超过300摄氏度的预定最小温度，并在整个曲线图的其余部分如此。

如果温度超过预定最小温度，则算法100行进至步骤206，在步骤206中，确定预定温度梯度是否被超过。温度梯度是传感器48处的排气流的温度随时间的预定较大增加，其可能与热事件相关。在步骤206中使用的预定温度梯度可以与在步骤106中使用的预定温度梯度相同或不同。例如，预定温度梯度可以是每秒50摄氏度的增加。如果在步骤206中确定的温度梯度没有超过预定温度梯度，则算法100在步骤207处退出并返回至步骤102。在图3中，可看到当300摄氏度的最小温度在时间4047秒和4053秒之间以及在约350摄氏度和900摄氏度之间被超过时，可超过50摄氏度每秒的预定温度梯度。

如果预定温度梯度被超过，则算法100行进至步骤208，在步骤208中，确定最大预定温度是否被超过以预定时间段。例如，最大预定温度可以是800摄氏度，且预定时间段可以是六秒。如果如由传感器48指示的排气温度在预定时间段内没有超过最大预定温度，则算法100在步骤209处退出并返回至步骤102。从曲线82可看到，基于在传感器48处接收的数据的排气温度在约时间4051秒和4072秒之间（其大于预定时间段）超过800摄氏度。

假设如由传感器48指示的排气温度超过最大预定温度以预定时间段，则算法100行进至步骤210，在步骤210中，算法100设定保持设定用于预定时间段的标记，所述预定时间段可以是可校准热传输延迟时间。即，在数据指示温度大于800摄氏度以六秒之后，标记被设定用于预定时间段，所述预定时间段在该示例中也是六秒。因而，在大约4057秒处，标记被设置为保持设定，直到时间4063秒。

关于传感器52实施相同步骤。在步骤304中，确定传感器52处的排气温度是否超过预定最小温度。预定最小温度可以与步骤104中使用的温度相同，诸如300摄氏度，或是用于传感器52的不同的预定最小温度。如果温度没有超过预定最小温度，则算法100在步骤305处退出并返回至步骤102。在图3中，例如，传感器52处的排气流（曲线84）在约时间4057秒处开始会超过300摄氏度的预定最小温度，直到约4067秒。

如果温度超过预定最小温度，则算法100行进至步骤306，在步骤306中，确定预定温度梯度是否被超过。温度梯度是传感器52处的排气流的温度随时间的预定较大增加，其可以与热事件相关。在步骤306中使用的预定温度梯度可以与在步骤106中使用的预定温度梯度相同或不同。例如，预定温度梯度可以是每秒50摄氏度的增加。如果温度梯度没有超过预定温度梯度，则算法100在步骤307处退出并返回至步骤102。在图3中，可看到当300摄氏度的最小温度在时间4057秒（大约400摄氏度）和4063秒（大约1000摄氏度）之间被超过时，可超过50摄氏度每秒的预定温度梯度。

如果预定温度梯度被超过，则算法100行进至步骤308，在步骤308中，确定最大预定温度是否被超过以预定时间段。例如，最大预定温度可以是800摄氏度，且预定时间段可以是六秒。如果如由传感器52指示的排气温度在预定时间段内没有超过最大预定温度，则算法100在步骤309处退出并返回至步骤102。从曲线84可看到，基于在传感器52处接收的数据的排气温度在约时间4062秒和4068秒之间（其满足六秒预定时间段）超过800摄氏度。

假设如由传感器52指示的排气温度超过最大预定温度以预定时间段，则算法100行进至步骤310，在步骤310中，算法100针对传感器52设定保持设定用于预定时间段的标记，所述预定时间段可以是可校准热传输延迟时间。在图3中，在大约4062秒处的竖直线86指示预定时间段的开始。线88指示预定时间段的结束。由于温度保持在800摄氏度以上以六秒预定时间段，如曲线84所指示的，标记在时间4068秒处被设定且保持设定直到4074秒（预定时间段的结束，其在该实施例中也是六秒）。

在步骤110、210、310中的任一个之后，如果针对传感器36、48、52中的任一个设定了标记，在步骤112中，算法100确定是否至少两个标记被同时设定。在步骤110、210或310中设定的任何标记保持为设定以预定热传输延迟时间。在步骤112中，如果确定了两个标记没有同时被设定，算法100运行至步骤114，其中确定了自标记被设定后是否已经经过预定时间段。如果已经经过了预定时间段，算法在步骤115处退出并返回至步骤102，以针对热事件继续监测排气系统12。如果还未经过预定时间段，算法100返回至步骤112并再次查询两个标记是否被同时设定。算法100继续循环通过步骤112和114，直到预定时间段在附加标记未被设定的情况下经过，或算法100识别出附加标记已经在预定时间段自标记中的第一个被设定起届满之前经由步骤110、210或310中的一个设定。在后者的情况下，算法100将这识别为热事件，并运行至步骤116以启动保护动作，所述保护动作可以还称为设定热保护故障。保护动作可以是用来保护排气系统免于损害的许多保护步骤中的一个或多个。

例如，参考图3，处理器74将发送信号69至保护控制模块70，指示热事件（即，步骤112中的正确定）。保护控制模块70配置为确定应该采取许多可能保护动作中的哪个。控制信号68随后被发送以启动保护动作72。保护动作72可以警告车辆操作者热事件，诸如通过信息显示器上的消息、音频信号等。警告可以指令操作者对进行排气系统维护。保护动作72可以是在发动机10上设置最大功率输出，以限制至排气系统12的附加热量。保护动作72可以是控制促动器，所述促动器限制加速器的最大位置。这继而对限制最大发动机功率有影响。这些保护动作可以被单独或结合地使用。

参见图2，排气系统412的替换实施例还可以使用图4和5的算法100和控制器60被保护。排气系统412具有如在图1或排气系统12中所示和所述的许多相同部件。这些部件被标有相同附图标记并如参考图1所描述地起作用。排气系统412具有位于DOC20的上游的氮氧化物传感器46以及相邻于DOC20的入口34的温度传感器32。排气系统412还具有相邻于DOC20的出口38的温度传感器36。DEF喷射器40和混合器42、44位于SCR22的上游。另一氮氧化物传感器46位于SCR22的下游，其后布置有两个混合器28、30。另一温度传感器33定位为邻近第二柴油氧化催化器（DOC）21的入口35。温度传感器48布置在DOC21的出口处和DPF24的入口处。另一温度传感器52位于DPF24的出口54处。颗粒物质传感器59还布置为正好在排气系统412的排出（由箭头56所示）之前。

算法100可以被应用到排气系统412，其中温度传感器32、36、33、48和52中的每一个将温度数据提供至控制器60。步骤104、106、108、110被并行地应用到传感器32、36、33、48和52中的每一个，且在步骤112中确定两个标记是否被同时设定、引起步骤116中的保护动作被应用到排气系统412。

步骤102、104至112，204至112，304至112一起称为在排气系统12的各温度传感器位置处监测排气温度。该监测与步骤116的保护动作一起允许基于传播通过排气系统的热梯度而识别需要热动作的热事件，并依赖识别在排气系统中间隔开的两个不同传感器处的热标识，所述两个传感器均导致标记在预定时间段内被设定。在方法100下，最可能导致对排气系统12或412的损害的操作条件可被减轻，而不能保证保护动作的温度中的正常尖峰可以被防止识别为热事件。

尽管已经对执行本教导的许多方面的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实践本教导的许多替换方面。

Claims (10)

1.一种检测排气系统中的热事件的方法，包括：

监测在车辆排气系统的排气流中间隔开的多个位置处的至少一个操作参数；和

如果所述监测指示至少一个相应的预定温度需求和相应的预定温度梯度需求在预定时间段内在所述多个位置中的两个处被超过，则启动保护动作。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个相应的预定温度需求包括预定最小温度。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个预定温度需求包括在至少预定时间段内超过预定最大温度。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个操作参数是如由温度传感器测得的所述排气流的温度。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定时间段是基于针对排气系统标定的热传输延迟时间。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个位置包括柴油氧化催化器的出口处的位置、柴油颗粒过滤器的入口处的位置、和柴油颗粒过滤器的出口处的位置中的至少一个。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述保护动作包括向操作者提供警告、限制发动机功率、和限制加速器位置中的至少一个。

8.一种用于车辆的排气流系统，包括：

定位在排气流中的至少一个排气后处理装置；

多个温度传感器，相对于所述至少一个排气后处理装置定位在多个位置处并可操作为测量排气温度；

控制器，操作地连接至所述多个温度传感器并配置有处理器，所述处理器针对每一个所述温度传感器执行算法；

确定相应的最小预定温度是否被超过；

如果相应的最小预定温度被超过，确定相应的预定温度梯度是否被超过；

如果相应的预定温度梯度被超过，确定相应的最大预定温度是否被超过以预定时间段；

如果在预定时间段内相应的第二预定温度被超过，则设定检测标记用于该预定时间段；和

如果检测标记针对所述温度传感器中的两个被同时设定，则启动保护动作以保护所述后处理装置。

9.如权利要求8所述的排气流系统，其中，所述预定时间段是针对排气流系统校准的热传输延迟时间。

10.如权利要求8所述的排气流系统，其中，所述保护动作包括向操作者提供警告、限制发动机功率、和限制加速器位置中的至少一个。

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