CN105339622A - 再生过程的时机选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆(1)发动机(4)的排气系统(7)的再生过程的时机选择的方法。本发明的特征在于包括以下步骤：在车辆(1)运行期间，采集随时间变化的排气再生能力(EGRC)的数据，根据采集的数据建立随时间变化的排气再生能力(EGRC)的统计概率函数，根据所述概率函数识别统计上适合和/或不适合执行再生过程的一个或几个时段。本发明还涉及用于车辆(1)发动机(4)的排气系统(7)的再生的方法。

Description

再生过程的时机选择方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机的排气系统的再生过程的时机选择方法。本发明还涉及汽车发动机的排气系统的再生的方法。
背景技术
被布置在卡车上和其他车辆上的排气后处理系统(EATS)通常要求在车辆正常运行期间的间歇性再生(regeneration)以清除系统内积聚的且影响发动机性能或后处理系统功能的各种物质。需要再生的排气后处理设备的例子包括：柴油颗粒过滤器(DPF)、柴油氧化催化剂(DOC)、选择催化还原设备(SCR)和尿素喷射系统。
再生排气后处理装置的排气能力主要取决于排气的温度和质量流。再生典型地通过提高排气温度完成。通过该方式，DPF中的可燃烧积聚物质被烧掉。通常，在再生期间发动机排出气体的温度必须保持在某个阈值温度以上。如果温度低于该阈值，再生将被中止，必须实施新的再生过程。这种被中断的再生增大了后处理系统的热耗，也导致燃料消耗的增加，因为系统中的温度提高使通过发动机中低效率燃烧燃料和/或通过在发动机后加入燃料来实现。另外，在某些情况下，再生使发动机出现一些驾驶员不希望的变化。
为了保持排气温度足够高，常常需要在增大的负荷下运行发动机一段时间，即增大功率。为了提高成功连续再生的概率，尝试预测发动机将要发生高负荷的周期是有用的。传统地，所述周期的触发器是例如最小车辆速度和/或后处理系统中的最小温度。但是发动机控制系统不能非常大概率地预测出未来的发动机负荷。
最近提出利用GPS数据(US2012/0216509，US2012/0167555)、路线数据(US7925431)或不同的行驶工况(US2012/0006008)来预测适合再生的高负荷周期。但是，如果路线没有被设定或者没有被准确预测，或者正确的当前/未来行驶工况难以识别或选择，这些方法不能完全令人满意。
所以需要在这个领域中的改进。
发明内容
本发明涉及用于车辆发动机的排气系统的再生过程的时机选择的方法。
本发明的特征在于包括以下步骤：
-在车辆运行期间，采集随时间变化的排气再生能力的数据，
-根据采集的数据建立随时间变化的排气再生能力的统计概率函数，
-根据所述概率函数识别统计上适合和/或不适合执行再生过程的一个或几个时段。
大部分车辆，尤其是商用车，以一种能提供关于排气再生能力(排气温度和质量流、发动机功率、发动机负荷等等)的数据的方式来运行，这些数据输入如果被采集，是统计上有用的。例如，某车辆通常在每个工作日的某个时间点被起动，它可能通常在特定时段以特定速度朝工作区行进，它可能通常在特定时段运行在高负荷下，驾驶员可能通常在一天的特定时刻吃午饭并关闭发动机等等。通过收集这些数据并建立随时间变化的排气再生的概率函数，有可能识别统计上适合和/或不适合执行再生过程的时段。适合与否取决于具体应用，但是通常适合再生的时段是能预见到在足够长的时间内维持足够高的排气再生能力从而使再生过程(极可能)完成。
通过识别适合(不适合)的时段，能改善再生过程的时机选择(timing)，即可能以更好的方式确定何时起动再生。这提高了再生的成功率，因为可以避免正好在统计上不适合再生的时段之前开启/起动再生过程，例如正好在午餐时间之前，改为在适合再生的时段的起点抓住机会起动再生，哪怕再生需求并不处于最迫切的水平。
因此本发明的方法提供适合和/或不适合再生的时段的统计预测，并且如上所述通过适应再生过程的时机选择(起动)提高再生的成功率。这意味着大量不连续的再生将减少，这减少了后处理系统的热耗并防止不必要的油耗增加。这对于沿排气流被定位在其他设备下游的设备，例如SCR的再生而言是非常重要的，因为这种下游设备的再生要花费更长的时间，可能一个小时左右。
统计数据可能显示没有适合再生的时段。例如，这可能是多次停靠的垃圾车的情形。在这种情况下，用于执行静止/停车再生的辅助措施被提供。即，在车辆的(正常)运行期间，统计数据表明没有尝试再生的具体点。
当再生过程起动后，它以常规的方式被控制，即，如果排气温度低于某个阈值，再生被中断。因此，即使在“合适的”时段的起点被起动，再生过程可能被中断。但是，一般地，如果再生的时机选择适应被预期的合适与不合适执行再生的时段，将减少大量的被中断的再生。
应当明白，统计数据只是决定起动再生与否的多种参数之一。其他参数是，例如，在特定情况下排气温度是否足够，所有的部件和设备是否按预期工作，以及执行再生的需求。
排气再生能力可以用不同的方式来表达和测量。与排气再生能力相关的量或参数，比如发动机功率、发动机负荷、发动机转矩、排气温度和排气功率，可以作为排气再生能力的代表以统计概率函数的形式被单独地或组合地测量和/或使用。这些其他的量或参数被视为排气再生能力的等同物。
在车辆运行期间采集随时间变化的排气再生能力的数据的步骤意味着排气再生能力(或其他表示排气再生能力的量)在特定时间点或短时段内被确定，其中采集两个值(排气再生能力和时间)。这样的值可以通过现有汽车上已有的设备获取，比如发动机控制单元。数据在车辆运行期间可被车载存储或者无线发送给其他设备/计算机。
实践中，可以以一维映射的方式存储排气再生能力的表示，其中一个轴代表从起点开始的时间。实际上被存储的是，例如，最后时间基准例如15分钟内的平均发动机功率。作为一种替代，可以存储例如输入EATS的平均排气温度。平均值可使用移动时间窗口来计算，该移动时间窗口的长度对应于所述时间基准。多种替代是可能的。
统计概率函数能以多种方式被建立。主要目的是以一种能提取任何统计趋势的方式排序和处理所采集到的数据。为了使统计概率函数的一个例子形象化，可以将所有数据在特定宽度的时间箱体(timebin)内分组，例如在20分钟箱体内，然后计算每个箱体内的平均的或最可能的排气再生能力。这些数据的图展示了排气再生能力如何随时间变化，例如在车辆的工作日内。通过将其他工作日的数据加入到相同的图中，统计趋势可能显露。但是，将统计概率函数可视化不是必须的；在没有显式可视化数据的情况下，被正确编程的计算机能执行该步骤。如何通过使用计算机统计地处理数据是已知的。
根据已存储的含有发动机功率、排气温度或其他排气再生能力的表示的映射，可以计算出成功再生的概率。对此不再需要其他的映射。所述概率和具体的车辆条件，决定了再生过程是否应当被起动。车辆条件是例如视下述因素而定：车辆速度、EATS入口的排气温度、环境温度以及再生需求。
在统计概率函数的例子中，成功再生的概率被指定为时间的函数(基于随时间变化的排气再生能力)。
控制再生的系统优选地被设计从而使得当再生需求很大时，即使预测成功率很低，再生过程也被起动。这是为了避免对在某些应用中被禁止的停车/泊车再生的需要，例如城市公交。另一方面，对于重型车辆(工程设备)而言，优选的是利用预定的停车/泊车再生。
对于识别统计上适合和/或不适合执行再生过程的时段的步骤而言，它能根据可视化统计概率函数来手动完成。但是，该步骤也优选地通过计算机执行，其中输入被设置为例如发动机功率的某个范围或最低水平的概率以及具有某种排气再生能力的最小总时间。
再生过程典型地是指DPF(烟黑的再生)、SCR设备(硫和其他杂质)、DOC(烃和硫)、和/或尿素喷射系统(尿素结晶或聚合物)的再生。
在本发明的实施例中，所述方法包括识别一个或多个统计上适合和/或不适合开启再生过程的时段的步骤。
适合开启即起动再生过程的时段，最可能结合适合执行再生的时段被发现，尤其是在其起点。例如，如果已经识别出9am到10am发动机经常带高负荷运行，从而产生高温排气，即已经识别出这个时段适合执行再生，那么对于通常花费25分钟左右来完成的再生过程而言，适合开启再生的时段就是9到9：30am。
因为上游设备的热质量，在另外EATS设备的下游的EATS设备例如设在DPF下游的SCR设备的再生所需的时间比较长。对于SCR设备，再生过程花费的时间比DPF多，因为SCR设备的热质量通常大于DPF的热质量。
不适合开启再生的时段是正好在发动机关闭或低功率运行之前，比如正好在休息或工作日的结束之前。
在本发明的一个实施例中，统计概率函数与循环的24小时时段相关，从而使得被识别出的时段对应于特定周期性时间点之间的时段。
这样来自多个工作日的数据被相互添加，从而建立一天中特定时间的排气再生能力(排气温度、发动机功率或等同物)的概率函数。尽管其他的周期性时段可以被使用，但是24小时时段看起来是最合理的。
在本发明的实施例中，所述方法包括将车辆的运行工况(workingcondition)分类的步骤，其中采集排气再生能力数据、建立统计概率函数和识别时段的步骤不仅和具体的车辆相关，也和所选择的运行工况的类别相关。
如果每周特定一天车辆被用于特殊的运行，即一种引起排气再生能力时间分布明显不同于平时的运行，那么这天的数据被归类为不同运行工况，且被排出在正常工作日的适合再生的时段的识别之外。
在本发明的实施例中，运行工况的分类包括选择至少一个具体工作日。
如果车辆例如在星期二被用于特定任务，那么星期二的数据就被排出在其他工作日的适合再生时段的识别之外。类似地，只有星期二的数据被用于识别星期二的合适的再生时段。
总的来说，只有相当新的数据才应当被用于识别合适或不合适执行再生过程的时段。例如，如果车辆被用于其他目的，产生了排气再生能力的变化的不同数据，之前所使用的旧数据不被用于再生的时机选择。
在本发明的实施例中，所述方法包括识别车辆驾驶员的步骤，其中采集排气再生能力数据、建立统计概率函数和识别适合再生的(多个)时段的步骤不仅和具体的车辆相关，也和具体的车辆驾驶员相关。
这样，可以使再生时段适应例如可能在不同时间吃午饭或可能以不同的方式驾驶车辆的不同驾驶员。
本发明还涉及到车辆发动机的排气系统的再生方法，包括以下步骤：
-提供统计上适合启动再生过程的时段，所述时段通过以下方式获得：
-在车辆运行期间，采集随时间变化的排气再生能力的数据，
-根据采集的数据建立随时间变化的排气再生能力的统计概率函数，
-根据所述概率函数识别统计上适合开启再生过程的时段；且
-在所述时段内启动第二车辆的排气系统的再生过程。
这样，在一个完成再生的概率高于没有合适的起动再生的时段被识别和被使用的情形的时段期间起动再生。在用于识别合适的开启时段的同一车辆上执行再生不是必要的，即第一车辆与第二车辆不同。如果多个车辆以类似的方式运行，例如同时或一辆车取代其他车，针对一辆车被识别出的合适的(多个)时段能用于其他车辆的再生起动点的时机选择。当然，第一和第二车辆可以是相同的。
再生过程实际上是否应当被起动当然还取决于前面所述的车况(实际车速、排气温度等等)。
本发明还涉及一种车辆发动机的排气系统的再生过程的时机选择方法，其中所述方法包括以下步骤：
-确定在车辆驾驶员根据相关法律必须依法休息之前还有多少剩余时间，
-如果剩余时间被认为不足以完成再生过程，则阻止再生过程起动。
大部分国家都有法律规定商用车驾驶员在他/她必须休息之前的工作时长。通常，驾驶员可以工作几个小时不间断。一般地，在休息期间车辆被熄火或者只被允许在低负荷下运行，这意味着如果再生过程已经起动，那么在休息时将被中断。通过确定预定休息之前还剩多少时间，可以避免在过于接近预定休息之前起动再生过程。这将增加再生的成功率。
剩余时间通过从相关法律规定的休息之间的最大时段减去从前一次休息开始(或从工作日起点开始)的驾驶员工作时间被获得。为了确定驾驶员当前已经工作了多长时间，可以让驾驶员触发某种信号，但是优选使该过程自动化通过确定车辆处于当前运行已经多长时间来实现剩余时间的确定。关于发动机负荷、排气温度等等的数据，即类似于前述与排气再生能力有关的数据，能被用于确定车辆已经处于当前运行的时段。该数据能被存储在内置的车载控制单元上。
术语“当前运行(currentoperation)”是指一种在差不多没有任何较长时间中断的连续运行。被用于确定当前运行的总时间的控制系统能忽略车辆发动机的少量的短暂停。
完成再生过程的所需时间取决于，例如，待再生的EATS设备的类型。因此执行再生的剩余时间，即可用时间，被认为是否足以完成再生取决于例如待再生的设备的类型。在确定是否阻止再生过程起动时，所需的时间安全裕度优选被考虑。
因此本发明的用于再生过程时机选择的方法涉及到什么时候起动和什么时候不起动车辆发动机的排气系统的再生。
本发明还涉及计算机程序，计算机程序产品以及执行上述方法的计算机系统。
附图说明
下面所给出的本发明的描述参考了以下附图，其中：
图1以示意图的形式示出应用本发明的具有发动机和排气系统的汽车，
图2以示意图的形式画出了根据本发明的可视化统计概率函数。
具体实施方式
图1以牵引车的形式示出了商用车1。商用车1包括底盘2和安装在底盘上的驾驶仓3。驾驶仓3的下面是内燃机4，它通过包含离合器与手动变速器或自动变速器的驱动系作用在商用车1的驱动轮6上。内燃机4包括带有第一消音器8的排气系统7，设有排气后处理系统(EATS)，所述排气后处理系统包含例如被连接到用于把尾气排放到大气的尾管(未示出)的柴油颗粒过滤器(DOC)。。
作为一个例子，为了执行DPF的再生，本发明的方法适用于图1所示类型的车辆。
图2以示意图的形式示出了根据本发明的可视化统计概率函数的一个例子。作为24小时时段的一部分的时间在X轴上给出，期望的排气再生能力EGRC(基于例如排气温度和/或发动机功率的测量值)，对应地在Y轴上给出。
图2中数据基于在车辆例如图1所示的车辆1的行驶期间随时间变化的排气再生能力的数据的采集(例如温度或功率)。很多车辆工作日的数据已经被采集，从而使得统计趋势能被识别。
在所有工作日期间的所有的短时段内排气再生能力被连续地确定，发动机功率和时段的平均值已经被存储。
所有的数据对，排气再生能力和时间点，被分组到覆盖同一天多个数据点的一定宽度的时间箱体内。对于每个时间箱体，最可能的排气再生能力已经被计算出来。最可能的排气再生能力与按X轴时间比例的相应时间箱体的位置的图得出了图2中所示的曲线。
排气再生能力阈值E用平行于X轴延伸的虚线表示。排气再生能力阈值E表示再生车辆发动机的排气系统例如图1中所述的DPF所需要的最小排气再生能力。
如图2所示，车辆通常在t1(大约5am)时被起动，并在t10(大约7pm)时停止全天的工作。在时段t2-t3、t4-t5和t8-t9期间，排气再生能力统计上高于阈值。因为这些时段相对较长，每个都多于一个小时，因此这些时段无疑适合执行再生过程。
在t6和t7之间，车辆驾驶员关停汽车吃午饭，这个时段明显不适合执行再生过程。部分时段t1-t2、t5-t6、t7-t8和t9-t10也明显不适合执行再生过程。时段t3-t4可适合再生，尽管排气再生能力很可能低于期望水平。但它可能仍然高于临界水平。
因此，通过图2能至少识别出三个统计上适合执行再生过程的时段(t2-t3、t4-t5和t8-t9)，以及三个至少部分地不适合执行再生过程的时段(t1-t2、t5-t8和t9-t10)。
适合启动(起动)再生过程的时段是周期t2-t3、t4-t5和t8-t9的起点且可能还有中间部。时段t1-t2、t3-t4、和t7-t8的结束部分可以被认为是属于适合开始再生过程的时段。
构成图2的基础的数据能替换地或作为一种补充被用于形成统计概率函数，其中所述成功再生的概率被定义为时间的函数。表示成功再生的概率的曲线的峰将在适合启动(起动)再生过程的时段期间达到峰值，如上所述，即，在周期t2-t3、t4-t5和t8-t9的起点以及可能还有中间部，也有可能是在周期t1-t2、t3-t4、和t7-t8的结束部分。成功再生的概率的一个或多个阈值可以被设置并被用作控制单元确定再生是否应当被起动的参数。
因为图2中所示的函数只示出了期望的排气再生能力，在该例子中最可能的值，例如在周期t2-t3的起点被起动的个别再生过程可能被迫中断，因为在那种特殊场合下发动机功率明显地偏离了预期值。但是，如果在统计上合适启动再生的时段内启动再生，那么特定再生过程的成功率被明显提高。
比在统计上最佳的时刻起动再生过程更重要的是避免在成功率低或极低的时刻起动再生。
因此，本发明提高了有效再生的成功率，这节约了燃料并减少了热老化。通过以一定时间分辨率随时间连续采集并存储排气和/或发动机数据(温度、功率等等)，可以更好地预测什么时候是起动再生(或避免起动再生)的最佳时间。通过分析发动机每天(工作日)随时间的运行模式，将极可能找到某些车辆一天中发动机在高负荷下长时间运行(高排气再生能力)的时段，至少对于卡车和其他以重复的循环的形式运行的车辆而言，还将发现低功率(低排气再生能力)的时段。
EATS系统需要主动的再生，那么在期望的排气再生能力不够高时，本发明能被用于避免起动任何有效再生。而是，可以等到期望排气再生能力足够高。如果再生需求很迫切，当然能以任何方式起动再生过程，即便成功率很低。但是本发明能避免例如在存在低发动机功率时段的中等风险的情况下起动再生。
本发明不限于以上所描述的实施例，而是能在权利要求的范围内以各种方式进行修改。

Claims (13)

1.用于车辆(1)发动机(4)的排气系统(7)的再生过程的时机选择的方法，其特征在于包括以下步骤：
-在车辆(1)运行期间，采集随时间变化的排气再生能力(EGRC)的数据，
-根据采集的数据建立随时间变化的排气再生能力(EGRC)的统计概率函数，
-根据所述概率函数识别统计上适合和/或不适合执行再生过程的一个或几个时段(t1-t2、t2-t3等)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于包括步骤：
-识别统计上适合和/或不适合启动再生过程的一个或多个时段。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述统计概率函数与循环的24小时时段相关，从而使所识别的时段对应于特定周期性时间点之间的时段。
4.根据以上权利要求任一的方法，其特征在于所述方法包括分类所述车辆(1)的运行工况的步骤，其中采集排气再生能力(EGRC)的数据、建立统计概率函数以及识别时段的步骤不仅和具体的车辆(1)相关，也和选择的运行工况的类别相关。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于运行工况的类别包括至少一个具体工作日的选择。
6.根据以上权利要求任一的方法，其特征在于所述方法包括识别车辆(1)的驾驶员的步骤，其中采集排气再生能力(EGRC)的数据、建立统计概率函数和识别适合再生的时段的步骤不仅和具体的车辆(1)相关，也和车辆(1)的具体驾驶员相关。
7.根据以上权利要求任一的方法，其特征在于排气再生能力(EGRC)根据下述的一个或几个确定：排气温度、排气质量流、发动机功率、发动机负荷以及发动机转矩。
8.用于车辆(1)发动机(4)的排气系统(7)的再生的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-提供统计上适合启动再生过程的时段，所述时段通过以下方式获得：
-在车辆运行期间，采集随时间变化的排气再生能力(EGRC)的数据，
-根据采集的数据建立随时间变化的排气再生能力(EGRC)的统计概率函数，
-根据所述概率函数识别统计上适合启动所述再生过程的时段；
-在所述时段内启动第二车辆的排气系统(7)的再生过程。
9.用于车辆(1)发动机(4)的排气系统(7)的再生过程的时机选择的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-确定在车辆(1)驾驶员根据相关法律必须依法休息之前还有多少剩余时间，
-如果所述剩余时间被认为不足以完成所述再生过程，则阻止所述再生过程起动。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于它包括确定车辆(1)处于当前运行状态已经多长时间的步骤。
11.一种计算机程序，包括当所述程序在计算机上运行时用于执行权利要求1-10的任何一个的所有步骤的程序代码。
12.一种计算机程序产品，包括当所述程序产品在计算机上运行时用于执行权利要求1-10的任何一个的所有步骤的存储在计算机可读介质上的程序代码。
13.一种计算机系统，用于实现车辆发动机的排气系统的再生过程的时机选择或再生的方法，包括存储了计算机代码装置的存储器和可运行所述程序代码从而执行权利要求1-10的任何一个的所有步骤的处理器。
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