CN106194359A - 用于控制在发动机系统内的排气流的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于控制在发动机系统内的排气流的方法和系统。所述方法包括：检测发动机的运行状况，并且基于运行状况，操作布置在绕开催化单元的管路上的阀门，以使得排气绕开催化单元。所述运行状况包括：车辆速度、发动机转速、喷油量、加速踏板信号、冷却液温度或者排气的拉姆达值。本发明具有如下优点：通过阻止在未燃烧的排气经过催化单元时的催化单元的温度降低，来保持排气净化率和排气质量。

Description

用于控制在发动机系统内的排气流的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年10月20日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请号No.10-2014-0142072的优先权和权益，并通过引用将其全文纳入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于控制在发动机系统内的排气流的方法和系统，其能够安全地保持柴油机微粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)或柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)在发动机的强制怠速状况(over-run condition)下的温度，以使得排气的净化率保持均一。
背景技术
通常，在车辆的柴油发动机中要考虑安装柴油机氧化催化器(DOC)、柴油机微粒过滤器(DPF)、氮氧化物净化单元(LNT，稀氮氧化物捕集器)以及选择性催化还原单元(SCR)，从而符合排气标准。后处理系统(例如用于减少排气内有害物质的DOC、LNT和SCR)在用于化学反应的基本温度区域(如未过度加热)内工作。
具体地讲，在发动机的冷状态(例如冷却液温度小于90摄氏度)下，排气温度实质上较低，排气内会产生过多的有害物质，直到后处理装置被激活。因此，燃料进一步被用于增加排气温度，以减少在发动机的冷状态下排气内的有害物质。然而，通过燃料燃烧可以增加排气温度，但在强制怠速状况(例如滑行状态，燃料未燃烧状态)下，进气未经燃烧就会被传输到后处理系统中，从而，后处理系统会被未燃烧的进气冷却，且后处理系统的激活时间会推迟。
公开于本发明背景技术部分的上述信息仅仅旨在加强对发明背景的理解，因此其包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明致力于提供一种用于控制在发动机系统内的排气流的方法，所述方法具有如下优点：通过阻止在未燃烧的排气经过催化单元时的催化单元的温度降低，来保持排气净化率和排气质量。
根据本发明的示例性实施方案，一种用于控制在发动机系统内的排气流的方法和系统可以包括：检测发动机的运行状况；基于运行状况，操作布置在绕开催化单元的管路上的阀门，以使排气绕开催化单元。
所述运行状况可以包括：车辆速度、发动机转速、喷油量、加速踏板信号、冷却液温度或者排气的拉姆达值(lambda value)。当冷却液温度大于预定值时，不管运行状况如何，排气可以被控制为经过催化单元。当冷却液温度小于预定值时，基于运行状况，排气可以被控制为绕开催化单元。
进一步地讲，当发动机处于怠速状况时，排气可以被控制为经过催化单元；当发动机处于加速状态时，排气可以被控制为经过催化单元。当发动机处于强制怠速状态且拉姆达值大于预定值时，排气可以被控制为绕开催化单元。此外，当发动机处于强制怠速状态且拉姆达值小于预定值时，排气可以被控制为经过催化单元。催化单元可以包括氧化催化器(DOC)或微粒过滤器(DPF)。
根据用于实现上述目的的本发明，当发动机处于强制怠速状况，冷却液温度小于预定值，并且拉姆达值大于预定值时，未燃烧的排气可以被控制为绕开催化单元，以使得催化单元温度保持均一，并且能够提高排气的质量。
附图说明
附图用于为本发明提供进一步的理解，并图示本发明的示例性实施方案，但本发明的示例性实施方案不应该被诠释为仅限于附图。
图1是根据相关技术的发动机系统的示例性原理图；
图2是显示了根据相关技术的发动机系统在强制怠速状态下的示例性图。
图3是根据本发明示例性实施方案的发动机系统的示例性原理图。
图4显示了根据本发明示例性实施方案的用于控制在发动机系统内的排气流的方法的示例性流程图。
附图标记说明：
100：进气管路
110：涡轮增压器
120：中冷器
130：冷却液温度传感器
140：发动机
150：高压EGR管路
155：高压EGR冷却器
160：排气管路
165：柴油机氧化催化器
170：柴油机微粒过滤器
175：氧含量传感器
300：旁通管路
310：旁通阀门
320：控制器。
具体实施方式
应当理解，本发明所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语，通常包括机动车辆，例如乘用车辆，所述乘用车辆包括运动型多功能汽车(sports utility vehicles,SUV)、公共车辆、卡车以及各种商用车；船只，所述船只包括各种舟艇和船舶；航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。
虽然示例性实施方案被描述成利用多个单元来执行示例性过程，应当理解，示例性过程也可以通过一个或多个模块来执行。此外，应当理解，术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置成存储模块，处理器具体地配置成执行所述模块，以执行一个或多个下文进一步描述到的过程。
本发明所用的术语仅为了描述具体的实施方案的目的，而不旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚说明。还将理解，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群体。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。
除非特别声明或者从上下文显而易见的，本文所使用的术语“大约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均2个标准偏差内。“大约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非上下文是明确的，否则本文提供的所有数值均由术语“大约”修饰。
下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。
图1是根据相关技术的发动机系统的示例性原理图。参考图1，发动机系统包括：进气管路100、涡轮增压器110、中冷器120、发动机140、冷却液温度传感器130、排气管路160、柴油机氧化催化器165、柴油机微粒过滤器170、高压EGR管路150、以及高压EGR冷却器155。外部气体通过进气管路100供给，涡轮增压器110利用流入排气管路160的排气来使涡轮旋转，涡轮压缩流入进气管路的空气，压缩的空气供给给发动机140的燃烧室。
中冷器120配置成冷却流入进气管路100的空气，高压EGR管路150使得排气再循环至进气管路100，排气从发动机140的燃烧室排出。高压EGR阀门和高压EGR冷却器155布置在高压EGR管路150上，以调整EGR气体的温度和流率。
此外，催化单元布置在排气管路160的涡轮增压器110的下游，所述催化单元包括柴油机氧化催化器(165，DOC)和柴油机微粒过滤器(170，DPF)。柴油机氧化催化器165减少包含在排气内的有害物质，柴油机微粒过滤器170过滤并消除包含在排气内的微粒物。氧含量传感器(lambda sensor)175布置在排气管路160的涡轮增压器110的上游，所述氧含量传感器175检测从燃烧室排出的排气的氧气浓度，并输出排气的稀态/浓态(lean/rich condition)信号，冷却液温度传感器130布置在发动机140的附近，所述冷却液温度传感器130配置成检测循环于发动机140的冷却液的温度信号。
在本发明的示例性实施方案中，在强制怠速状况下，发动机140并不喷射燃料，并且发动机140通过从驱动轴传递来的转矩旋转。例如，当加速踏板释放时，喷射器不喷射燃料，发动机以大于发动机怠速转速的速度旋转。因此，外部空气通过进气管路100吸入发动机140，未燃烧的低温空气通过排气管路160排出，因此，柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170的温度可能会迅速降低，它们的净化效率可能会随着温度的降低而变差。
图2是显示了根据相关技术的发动机系统在强制怠速状态下的示例性图。参考图2，横轴表示时间，纵轴表示排气温度和车辆速度。由于在强制怠速状况下不喷射燃料，车辆速度会降低，排气温度会降低，柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170的净化效率会变差。
图3是根据本发明示例性实施方案的发动机系统的示例性原理图。参考图3，发动机系统可以包括：进气管路100、涡轮增压器110、中冷器120、发动机140、冷却液温度传感器130、排气管路160、柴油机氧化催化器165、柴油机微粒过滤器170、高压EGR管路150、高压EGR冷却器155、氧含量传感器175、旁通管路300、旁通阀门310和控制器320。
特别地，外部气体可以通过进气管路100供给，涡轮增压器110的涡轮可以通过流入排气管路160的排气来旋转，压缩机可以配置成压缩流入进气管路的外部空气，以向发动机140的燃烧室供给空气。中冷器120可以配置成冷却流入进气管路100的空气，高压EGR管路150可以配置成使得从发动机140的燃烧室排出的排气循环到进气管路100。高压EGR阀门和高压EGR冷却器155可以布置在高压EGR管路150上，以调整再循环排气的流率和温度。
催化单元可以布置在排气管路160上的涡轮增压器110的下游，所述催化单元可以包括柴油机氧化催化器(165，DOC)和柴油机微粒过滤器(170，DPF)。柴油机氧化催化器165可以配置成减少包含在排气内的有害物质，例如HC、CO和NOx，柴油机微粒过滤器170可以配置成过滤包含在排气内的微粒物并将它们消除。氧含量传感器175可以布置在排气管路160的涡轮增压器110的上游，所述氧含量传感器175可以配置成检测发动机140的燃烧室的排气的氧气浓度，输出排气的稀态/浓态信号，而冷却液温度传感器130可以布置在发动机140的附近(例如毗邻)，以检测循环于发动机140的冷却液的温度信号。
在本发明的示例性实施方案中，旁通管路300可以形成于排气管路160上，以便绕开柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170，旁通阀门310可以布置在旁通管路300上，以打开或关闭旁通管路300。此外，氧含量传感器175可以布置在排气管路160上的涡轮增压器110的涡轮的上游。氧含量传感器175可以配置成检测流入排气管路160的排气的氧气，用于检测排气的稀态和浓态，并且将拉姆达值(lambdavalue)作为信号输出。排气的氧气浓度通过从氧含量传感器175输出的拉姆达值检测。
控制器320可以配置成接收来自氧含量传感器175和冷却液温度传感器130的拉姆达值和冷却液温度信号，并且检测排气的氧气浓度以及发动机的升温情况。此外，控制器320可以配置成检测车辆速度、发动机转速、负荷(例如喷油量)、加速踏板信号、冷却液温度以及拉姆达值，并且确定发动机的总体行驶状况。
在本发明的示例性实施方案中，在强制怠速状况下，发动机140不喷射燃料，并且发动机140可以通过从驱动轴传递来的转矩旋转。例如，当加速踏板释放时，喷射器(未显示)不喷射燃料，发动机可以以大于发动机怠速转速的速度旋转。
因此，外部空气可以通过进气管路100流入发动机140，未燃烧的低温空气可以流过排气管路160，在发动机未充分升温的情况下，柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170的温度可能会迅速降低，柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170的净化效率可能会变差。
在本发明的示例性实施方案中，当发动机处于强制怠速状况时，冷却液温度会小于预定值，并且拉姆达值会大于预定值(例如，燃料浓度低的稀态)，旁通阀门310可以打开，流入排气管路160的排气可以被控制为绕开柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170，并且可以流过旁通管路300。
因此，当发动机140以强制怠速状况运行时，冷却液温度小于预定值，并且拉姆达值大于预定值(例如，氧气浓度高)，柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170的温度降低能够被阻止，从而保持其净化。
图4是显示了根据本发明示例性实施方案的用于控制在发动机系统内的排气流的方法的示例性流程图。参考图4，控制可以开始于S400，行驶状况可以在S410检测。行驶状况可以包括：车辆速度、发动机的转速、负荷(例如喷油量)、加速踏板位置(信号)或者冷却液温度。
此外，发动机的冷却液温度是否小于预定值(例如，小于约80摄氏度)可以在S420利用冷却液温度传感器130来确定。在S420当确定冷却液温度小于预定值，可以执行S430；在S420当确定冷却液温度大于预定值，可以执行S440。在S430，基于输入数据，控制器320可以配置成确定车辆的行驶状况。行驶状况可以包括：怠速状况、加速状况和强制怠速状况。
怠速状况可以指当加速踏板信号为0，喷油量大于0(例如怠速喷射量)时。加速状况可以指当加速踏板信号大于0，喷油量大于0，且车辆速度大于0时。此外，强制怠速状况可以指当加速踏板信号为0，喷油量为0，且车辆速度大于0时，其中，发动机以大于怠速速度的速度运行。在S432当确定车辆在怠速状况下行驶，控制器320可以配置成在S440关闭旁通阀门310，以使得流入排气管路160的排气流过柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170。
在S434当确定车辆处于加速状况，控制器320可以配置成在S440关闭旁通阀门310，以使得流入排气管路160的排气流过柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170。此外，在S436当确定车辆处于强制怠速状况，可以确定通过氧含量传感器175检测的拉姆达值是否大于预定值(例如，大约20)，并且当拉姆达值大于预定值时，控制器320可以配置成在S460打开旁通阀门310，以使得流入排气管路160的排气绕开柴油机氧化催化器165和柴油机微粒过滤器170。
此外，在S450当确定拉姆达值小于预定值，在本发明的示例性实施方案中可以执行S410。排气的氧气浓度可以利用在S450的氧浓度值来计算，排气情况可以利用在强制怠速状况时的氧气浓度来确定。
虽然参考目前被认为是示例性实施方案的内容来描述本发明，但是应当理解本发明并不限于所公开的实施方案，相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种形式的修改和等同的布置。

Claims (18)

1.一种用于控制在发动机系统内的排气流的方法，包括：
通过控制器检测发动机的运行状况；
基于所述运行状况，通过控制器操作布置在绕开催化单元的管路上的阀门，以使得排气绕开催化单元。
2.权利要求1所述的用于控制在发动机系统内的排气流的方法，其中，所述运行状况包括：车辆速度，发动机转速，喷油量，加速踏板信号，冷却液温度以及排气的拉姆达值。
3.权利要求2所述的用于控制在发动机系统内的排气流的方法，其中，当冷却液温度大于预定值时，不管运行状况如何，排气被控制为经过催化单元。
4.权利要求2所述的用于控制在发动机系统内的排气流的方法，其中，当冷却液温度小于预定值时，基于运行状况，排气被控制为绕开催化单元。
5.权利要求4所述的用于控制在发动机系统内的排气流的方法，其中，当发动机处于怠速状况时，排气被控制为经过催化单元。
6.权利要求4所述的用于控制在发动机系统内的排气流的方法，其中，当发动机处于加速状态时，排气被控制为经过催化单元。
7.权利要求4所述的用于控制在发动机系统内的排气流的方法，其中，当发动机处于强制怠速状态且拉姆达值大于预定值时，排气被控制为绕开催化单元。
8.权利要求4所述的用于控制在发动机系统内的排气流的方法，其中，当发动机处于强制怠速状态且拉姆达值小于预定值时，排气被控制为经过催化单元。
9.权利要求1所述的用于控制在发动机系统内的排气流的方法，其中，所述催化单元包括氧化催化器(DOC)或微粒过滤器(DPF)。
10.一种用于控制在发动机系统内的排气流的系统，包括：
存储器，其配置成存储程序指令；以及
处理器，其配置成执行程序指令，所述程序指令在执行时配置成：
检测发动机的运行状况；并且
基于所述运行状况，操作布置在绕开催化单元的管路上的阀门，以使得排气绕开催化单元。
11.权利要求10所述的用于控制在发动机系统内的排气流的系统，所述运行状况包括：车辆速度，发动机转速，喷油量，加速踏板信号，冷却液温度以及排气的拉姆达值。
12.权利要求11所述的用于控制在发动机系统内的排气流的系统，其中，当冷却液温度大于预定值时，不管运行状况如何，排气被控制为经过催化单元。
13.权利要求11所述的用于控制在发动机系统内的排气流的系统，其中，当冷却液温度小于预定值时，基于运行状况，排气被控制为绕开催化单元。
14.权利要求13所述的用于控制在发动机系统内的排气流的系统，其中，当发动机处于怠速状况时，排气被控制为经过催化单元。
15.权利要求13所述的用于控制在发动机系统内的排气流的系统，其中，当发动机处于加速状态时，排气被控制为经过催化单元。
16.权利要求13所述的用于控制在发动机系统内的排气流的系统，其中，当发动机处于强制怠速状态且拉姆达值大于预定值时，排气被控制为绕开催化单元。
17.权利要求13所述的用于控制在发动机系统内的排气流的系统，其中，当发动机处于强制怠速状态且拉姆达值小于预定值时，排气被控制为经过催化单元。
18.权利要求11所述的用于控制在发动机系统内的排气流的系统，其中，所述催化单元包括氧化催化器(DOC)或微粒过滤器(DPF)。
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