CN106438065A - 一种减少发动机NOx排放物的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种方法,在该方法中,电机18被用于在冷启动之后施加负荷到机动车辆5的发动机10以便增加发动机10预热的速率。通过增加发动机10的预热速率,排气再循环不能被使用的发动机启动之后的一段时间被减小从而能够较早利用排气再循环以减少来自发动机10的NOx排放物。

Description

一种减少发动机NOx排放物的方法
技术领域
本发明涉及一种用于减少来自发动机的NOx排放物的方法,并且更具体地涉及一种减少冷启动后来自发动机的NOx排放物的方法。
背景技术
从例如美国专利6,829,888中已知,电机可以被用来辅助加热来自发动机的排气流以便辅助催化剂点火。
在车辆行驶周期期间在最早可能的时刻利用高压排气再循环(HPEGR)或低压排气再循环(LPEGR)有助于减少NOx排放物。对早期排气再循环(EGR)的要求根据需要一直增加以满足欧洲6.2排放要求和实际行驶周期。就发动机转速和发动机负荷而言发动机操作范围和EGR流动需要的温度范围都随着需要增加以满足这些新要求。
与EGR的早期利用相关联的一个问题是,如果引入到发动机中的气体的温度很低,例如在冷启动之后,则它可能导致燃烧不稳定性。
与在使用压缩机强制进气的发动机的情况下LPEGR的早期利用相关联的第二个问题是,它可能导致压缩机上游冷凝物的形成。这样的冷凝物的形成会严重损害压缩机的快速旋转叶片。
发明人已经认识到,例如在美国专利6,829,888中提出的排气加热的利用可以被有利地用于能够更早利用排气再循环。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过促进排气再循环的早期利用来减少冷启动后发动机NOx排放物而不会造成显著燃烧不稳定性或破坏冷凝物的方法。
根据本发明的第一个方面,提供了一种能够较早利用排气再循环以减少发动机冷启动之后来自机动车辆的发动机的NOx排放物的方法,该方法包含使用机动车辆的电池来施加电负荷到由发动机驱动的电机、使用电机作为发电机来给电池充电并且施加负荷到发动机以增加发动机温度和排气温度升高的速率、识别发动机温度和排气温度中的至少一个对于排气再循环的有效利用是否太低,并且如果发动机温度和排气温度之一对于排气再循环的有效利用太低,则阻止排气再循环,并且当发动机温度和排气温度足够高以允许排气再循环的有效利用时,激活排气再循环并且终止电机作为发电机使用。
不考虑发动机温度和排气温度,如果施加到发动机的负荷已增加到发动机足够迅速预热而不需要额外加热的水平,则可以终止电机作为发电机使用。
可替代地,不考虑发动机温度和排气温度,如果连接到电机的电池的荷电状态达到最大安全极限,则可以终止电机作为发电机使用。
电机可以是驱动地连接到发动机的集成起动机-发电机。
发动机温度和排气温度可以足够高以当排气再循环的利用将不会造成发动机的燃烧不稳定性时,允许排气再循环的有效利用。
发动机可以是具有压缩机的强制进气发动机(forced induction engine),排气再循环可以是将排气返回到压缩机上游的一位置的低压排气再循环并且发动机温度和排气温度可以足够高以在低压排气再循环的利用将不会造成冷凝物被引入到压缩机中的情况下,允许排气再循环的有效利用。
根据本发明的第二个方面,提供了一种机动车辆,该机动车辆具有电池、驱动地连接到电机的发动机、电子控制器和将来自发动机的排气侧的排气再循环到发动机的进气侧的排气再循环系统,该排气再循环系统包括排气再循环阀以控制经再循环的排气的流量,其中电子控制器被设置成使用机动车辆的电池来施加电负荷到电机、使用电机作为发电机来给电池充电并且施加负荷到发动机以增加发动机温度和排气温度升高的速率、识别发动机温度和排气温度中的至少一个对于排气再循环的有效利用是否太低,并且电子控制器被设置成如果发动机温度和排气温度之一对于排气再循环的有效利用太低,则通过关闭排气再循环阀来阻止排气再循环,并且电子控制器被设置成当发动机温度和排气温度足够高以允许排气再循环的有效利用时,通过打开排气再循环阀来激活排气再循环并且终止电机作为发电机使用。
不考虑发动机温度和排气温度,电子控制器可以被进一步设置成如果施加到发动机的负荷已增加到发动机足够迅速预热而不需要额外加热的水平,则终止电机作为发电机使用。
不考虑发动机温度和排气温度,电子控制器可以被进一步设置成监测连接到电机的电池的荷电状态,并且可以被进一步设置成如果电池的荷电状态达到最大安全极限,则终止电机作为发电机使用。
电机可以是集成起动机-发电机。
发动机温度和排气温度可以足够高以当排气再循环的利用将不会造成发动机的燃烧不稳定性时,允许排气再循环的有效利用。
发动机可以是具有压缩机以压缩进入发动机的空气流的强制进气发动机,排气再循环系统可以是低压排气再循环系统,该低压排气再循环系统将排气返回到在压缩机上游的一位置的发动机的进气系统,并且发动机温度和排气温度可以足够高以在低压排气再循环的利用将不会造成冷凝物引入到压缩机中的情况下,允许排气再循环的有效利用。
压缩机可以是具有涡轮以驱动压缩机的涡轮增压器的一部分,并且排气可以从在涡轮增压器的涡轮下游的位置的发动机的排气系统中被提取。
排气系统可以是高压排气系统,发动机可以具有涡轮增压器,该涡轮增压器具有由涡轮驱动用于增加通过发动机的进气系统的空气的流量的压缩机,经再循环的排气可以从在涡轮增压器的涡轮上游的一位置的发动机的排气系统中被提取并且被返回到在压缩机的下游的发动机的进气系统。
附图说明
现在将通过示例的方式参照附图描述本发明,附图中:
图1是根据本发明的第二个方面的机动车辆的示意图;以及
图2是根据本发明的第一个方面能够较早利用排气再循环以减少发动机冷启动之后来自发动机的NOx排放物的方法的高水平流程图。
具体实施方式
参照图1,示出了具有以涡轮增压发动机10的形式的强制进气发动机的机动车辆5。发动机10具有进气系统,大气通过该进气系统流入发动机10。该进气系统包含许多进气管道、空气过滤器12、涡轮增压器20的压缩机20c、节气门13、中间冷却器14和进气歧管15。进气管道被用于将用于使空气流入发动机10的进气系统的各种部件连接在一起。
空气经由空气过滤器12进入进气系统,被压缩机20c压缩并且经由节气门13流到中间冷却器14,并且然后流到发动机10的进气歧管15。
燃料通过多个燃料喷射器(未示出)被喷射到发动机10中,并且以排气的形式的燃烧产物经由排气歧管11流到涡轮增压器20的涡轮20t。
在经过涡轮20t之后,排气通过一个或多个后处理装置16流到尾管17并且从尾管17流到大气。
HPEGR回路30被设置成从排气歧管11和涡轮20t之间的一位置提取排气并且使被提取的排气经由排气冷却器31流到高压排气再循环阀32。当高压排气再循环阀32打开时,高压排气可以流入进气歧管15上游和中间冷却器14和压缩机20c下游的进气路径。
LPEGR回路40被设置成从涡轮20t和后处理装置16之间的一位置提取排气并且使被提取的排气经由排气冷却器41流到低压排气再循环阀42。当低压排气再循环阀42打开时,低压排气可以流入进气路径。
应当领会的是,如果后处理装置16包括微粒捕集器,那么用于LPEGR的排气将优选在微粒捕集器的下游被提取,因为这将减少到达压缩机20c的烟尘的量并且因此减少压缩机20c的叶片的污染。如果微粒捕集器不存在,那么作为替代,微粒过滤器可以被包括在排气冷却器41和排气的提取点之间。
电机被驱动地连接到发动机10并且在该示例的情况下是以集成起动机-发电机18的形式。在该示例的情况下,集成起动机-发电机18是来自发动机10的曲轴的皮带驱动的,但可以领会的是,它可以可替代地是链条驱动或齿轮驱动的。
集成起动机-发电机18可以被用于根据它正在操作的模式来产生电力或产生扭矩。电池19被连接到集成起动机-发电机18,连同相关联的控制电子设备形成中央电子控制器50的一部分。当集成起动机-发电机18正在作为发电机操作时,它给电池19充电,并且当集成起动机-发电机18正在作为马达操作时,电池19提供电能至集成起动机-发电机18。电子控制器50监测电池19的荷电状态(SOC)并且控制集成起动机-发电机18以确保电池的荷电状态保持在安全上限和下限范围之内。
电子控制器50被设置成控制集成起动机-发电机18的操作、高压排气再循环阀32的操作状态、低压排气再循环阀42的操作状态和节气门13的旋转位置。应当领会的是,高压排气再循环阀32和低压排气再循环阀42将具有至少完全打开和完全关闭操作状态和在大多数情况下的部分打开/关闭操作状态。
电子控制器50也被用来控制发动机的正常操作。
电子控制器50接收来自多个传感器的输入,诸如,例如,空气流量传感器(未示出)、发动机转速传感器(未示出)、加速器踏板位置传感器(未示出)、λ传感器(Lambdasensor)(未示出)、三个排气温度传感器6a、6b和6c、进气温度传感器7和发动机汽缸头温度传感器8。
电子控制器50和它控制的各种传感器和部件之间的连接在图1中未示出以简化和提高附图的理解。
应该领会的是,电子控制器50可以包含若干相互连接的电子控制器并且不必是如图1所示的单个单元。
在本发明涉及的范围内,电子控制器50的操作如下。
当感测到发动机10的温度低于发动机启动之后的正常操作温度时,需要加热以便减少发动机启动和EGR可以被用来帮助减少NOx排放物的时间之间的时间延迟。
当决定排气再循环是否可以被有效地利用时,要考虑两个要点。首先,确定燃烧何时可能是不稳定的,其次确定经再循环的排气是否将足够热以帮助燃烧稳定性。
如果缸内气体温度低——这将是发动机温度低的情况,则燃烧将是不稳定的。发动机温度可以通过使用来自汽缸头温度传感器8(或发动机冷却剂传感器)的输出并且通过使用进气温度传感器7来得出,汽缸头温度传感器8提供汽缸壁是否冷的指示,进气温度传感器7提供导入的气体的温度是否低的指示。
使用这些测量值的组合,可以做出关于不稳定燃烧是否将可能来自EGR的利用的预测。
如果EGR被利用,则要考虑的另一个因素是排气的温度是否足够高以增加导入的气体温度。排气的温度可以从来自排气传感器6a、6b和6c的输出来得出,排气传感器6a、6b和6c提供有效排气温度的估算值。虽然在该示例的情况下使用了三个传感器,但是可以领会的是仅需要使用单个排气温度传感器。
应当领会的是,燃烧稳定性和混合物稀释之间存在权衡,当决定是否利用EGR和利用EGR的量时这也必须被考虑。也就是说,加入经热再循环的排气将提高燃料和空气分子的流动性,并且因此有助于提高燃烧稳定性,但加入惰性气体到进气燃料/空气混合物将稀释它并且因此加入经热再循环的排气的好处与惰性气体的稀释效应必须被权衡。
然而,在所有情况下,有利的是,加速发动机10的加热过程并且电子控制器50被设置成为了做到这一点操作集成起动机-发电机18作为发电机。
集成起动机-发电机18作为发电机使用将增加发动机10上的负荷,并且这将导致发动机10的增大的扭矩需求,该增大的扭矩需求通过向发动机10供应更多的燃料来满足。额外的燃料比通常情况下如果空气/燃料比待被优化用于良好的燃料经济性更快地增加发动机的温度和排气的温度。
以上提及的电子控制器50被设置成使用温度传感器6a、6b和6c来感测排气的温度,并且电子控制器50被设置成当感测到的排气温度高于温度极限(THP)时,打开高压排气再循环阀32,如果利用HPEGR,则低于该温度极限将可能会造成燃烧不稳定性。
在该示例的情况下,电子控制器50被进一步设置成当感测到的排气温度高于温度极限(TLP)时,打开低压排气再循环阀42,如果利用LPEGR,则低于该温度极限可能会造成冷凝。
应该领会的是,由于从发动机10的排气侧到发动机10的进气侧的HPEGR气体流路和从发动机10的排气侧到发动机10的进气侧的LPEGR气体流路之间的差异,对于相同的排气温度,LPEGR气体的温度将低于HPEGR气体的温度。
总体上理想的是,只要可能就优先于HPEGR利用LPEGR,因为LPEGR提供潜在的燃料经济性效益,并且与大气更好地混合,因此一旦LPEGR可以被利用,有时就终止HPEGR。
电子控制器50被进一步设置成当以下若干条件中的至少一个存在时,停止集成起动机-发电机18作为发电机使用:
a/离开发动机10的排气的温度分别高于低压和高压温度极限(TLP)和(THP)并且如由汽缸头传感器8和进气温度传感器7感测到的发动机10的温度超过预定温度极限;
b/施加到发动机10的负荷已增加到发动机10足够迅速地预热而不需要额外加热的水平;以及
c/如果电池19的荷电状态达到上安全电荷极限,则表明电池19大体上没有储存另外的电能的容量。
应该领会的是,本发明不限于使用具有低压和高压排气再循环的发动机。例如而非限制,本发明可以被有利地应用于仅具有高压排气再循环、能或不能强制进气的发动机或具有强制进气并且仅具有低压排气再循环的发动机。
参照图2,以概要的形式示出了一种用于减少来自发动机——例如根据本发明的发动机10——的NOx排放物的方法。
该方法开始于框110,发动机10不运行,也就是说,发动机10“关闭”。
该方法前进到框115以检查是否已发生点火开关接通事件。“点火开关接通”事件是将发动机10的状态从“关闭”改变成“打开”的事件。也就是说,在“点火开关接通”事件之后发动机10将运行。虽然在某些情况下,“点火开关接通”事件是车辆——例如车辆5——的驾驶员激活点火开关的结果,但是可以领会的是,用于启动发动机10的特定机制并不重要。
如果当在框115中检查到没有“点火开关接通”事件时,则它将返回到框110并且发动机10保持在“关闭”状态。
然而,如果当在框115中检查到存在“点火开关接通”事件时,那么发动机10将被启动并且该方法前进到框120,在框120中,发动机10现在正在运行。
该方法从框120前进到框130以检查如由进气温度传感器7和汽缸头传感器8感测到的当前发动机温度和如由一个或多个排气传感器6a、6b和6c测得的当前排气温度是否低于最小有效EGR利用温度。
应当领会的是,在排气温度的情况下,有单个温度极限或多个温度极限。例如,如果如图1所示发动机10具有低压和高压EGR回路,那么防止不稳定燃烧所需的排气温度可以不同于防止压缩机——例如压缩机20c——上游的冷凝物所需的排气温度。
因此框130包含测试以查看当前测得的温度是否高于或低于预定极限,并且基于这些测试的结果,该方法前进到框140或160。
如果一个或多个当前测得的温度低于用于该参数的预定极限,则该方法前进到框140,在框140,通过例如关闭或保持EGR流量控制阀关闭——例如图1所示的HPEGR和LPEGR阀32和42——确保阻止任何EGR流量。此时打开HPEGR和LPEGR阀32和42将可能造成燃烧不稳定性和/或冷凝物被引入到压缩机20c中。
该方法然后从框140前进到框150,在框150,电机——例如集成起动机-发电机18——被作为发电机操作以加载发动机10。由集成起动机-发电机18施加的附加负荷将导致发动机温度和排气温度比通常的情况更迅速地增加。
该方法从框150返回到框130以重新检查测得的发动机和排气温度并且将围绕框130、140和150循环直到测得的发动机和排气温度超过用于该相应的参数的预定温度极限。
如果在框130测得的发动机和排气温度都超过其各自的温度极限,则该方法将前进到框160。
在框160,当通过使用集成起动机-发电机18实现排气加热已被激活时,此时它被停用,并且集成起动机-发电机18然后被正常控制以满足车辆5的需求。
然而,如果当进入框160时,排气加热没有被激活,因为到框160的路线是从框120到框130,并且然后到框160,则集成起动机-发电机18被正常控制以满足车辆5的需求。
不考虑到达框160遵从的路线,该方法从框160前进到框170,在框170中,EGR被激活。也就是说,排气再循环流量被允许。应当领会的是,如果发动机10配备有低压和高压EGR,那么在框170,根据已达到的温度极限,它可以是LPEGR被启用、HPEGR被启用、或二者都被启用。
该方法从框170前进到框180,在框180,检查“点火开关关断”事件是否已发生,并且如果已发生,则该方法返回到框110,发动机10“关闭”,并且如果没有发生,则该方法返回到框120,发动机10运行。
应当领会的是,一旦发动机10已充分预热,在框130中的测试就将总是导致该方法前进到框160,并且在发动机正常热运行期间,该方法将因此通过框120、130、160、170和180连续循环。
应当领会的是,除了在框130描述的测试之外,可以有用于确定是否集成起动机-发电机18的使用应该被终止的额外测试,例如,电池19的荷电状态是否已达到上安全极限或发动机10上的扭矩需求是否足够高而不再需要额外加热。
本领域技术人员将领会的是,虽然本发明已经通过举例的方式参照一个或多个实施例进行了描述,但是它并不限于所公开的实施例并且在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围的前提下替代实施例可以被构造。

Claims (16)

1.一种能够较早利用排气再循环来减少发动机冷启动之后来自机动车辆的所述发动机的NOx排放物的方法,所述方法包含使用所述机动车辆的电池来施加电负荷到由所述发动机驱动的电机、使用所述电机作为发电机来给所述电池充电并且施加负荷到所述发动机以增加发动机温度和排气温度升高的速率、识别所述发动机温度和所述排气温度中的至少一个对于所述排气再循环的有效利用是否太低,并且如果所述发动机温度和所述排气温度之一对于所述排气再循环的有效利用太低,则阻止所述排气再循环,并且当所述发动机温度和所述排气温度足够高以允许所述排气再循环的有效利用时,激活所述排气再循环并且终止所述电机作为发电机使用。
2.根据权利要求1所述的方法,其中不考虑所述发动机温度和所述排气温度,如果施加到所述发动机的所述负荷已增加到所述发动机被足够迅速预热而不需要额外加热的水平,则终止所述电机作为发电机使用。
3.根据权利要求1所述的方法,其中不考虑所述发动机温度和所述排气温度,如果连接到所述电机的电池的荷电状态达到最大安全极限,则终止所述电机作为发电机使用。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法,其中所述电机是驱动地连接到所述发动机的集成起动机-发电机。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法,其中所述发动机温度和所述排气温度足够高以当所述排气再循环的利用将不会造成所述发动机的燃烧不稳定性时,允许所述排气再循环的有效利用。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法,其中所述发动机具有压缩机,所述排气再循环是将排气返回到所述压缩机上游的一位置的低压排气再循环,并且所述发动机温度和所述排气温度足够高以在所述低压排气再循环的利用将不会造成冷凝物被引入到所述压缩机中的情况下,允许所述排气再循环的有效利用。
7.一种机动车辆,所述机动车辆具有电池、驱动地连接到电机的发动机、电子控制器和排气再循环系统,所述排气再循环系统将排气从所述发动机的排气侧再循环到所述发动机的进气侧,所述排气再循环系统包括排气再循环阀以控制经再循环的排气的流量,其中所述电子控制器被设置成使用所述机动车辆的所述电池来施加电负荷到所述电机、使用所述电机作为发电机来给所述电池充电并且施加负荷到所述发动机以增加发动机温度和排气温度升高的速率、识别所述发动机温度和所述排气温度中的至少一个对于排气再循环的有效利用是否太低,并且所述电子控制器被设置成如果所述发动机温度和所述排气温度之一对于所述排气再循环的有效利用太低,则通过关闭所述排气再循环阀来阻止所述排气再循环,并且所述电子控制器被设置成当所述发动机温度和所述排气温度足够高以允许所述排气再循环的有效利用时,通过打开所述排气再循环阀来激活所述排气再循环并且终止所述电机作为发电机使用。
8.根据权利要求7所述的车辆,其中不考虑所述发动机温度和所述排气温度,所述电子控制器被进一步设置成如果施加到所述发动机的所述负荷已增加到所述发动机足够迅速预热而不需要额外加热的水平,则终止所述电机作为发电机使用。
9.根据权利要求7所述的车辆,其中不考虑所述发动机温度和所述排气温度,所述电子控制器被进一步设置成监测连接到所述电机的电池的荷电状态,并且如果所述电池的所述荷电状态达到最大安全极限,则终止所述电机作为发电机使用。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的车辆,其中所述电机是集成起动机-发电机。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的车辆,其中所述发动机温度和所述排气温度足够高以当所述排气再循环的利用将不会造成所述发动机的燃烧不稳定性时,允许所述排气再循环的有效利用。
12.根据权利要求7至10中的任一项所述的车辆,其中所述发动机具有压缩机以压缩进入所述发动机的空气流,所述排气再循环系统是低压排气再循环系统,所述低压排气再循环系统将排气返回到在所述压缩机上游的一位置的所述发动机的进气系统,并且所述发动机温度和所述排气温度足够高以在所述低压排气再循环的利用将不会造成冷凝物引入到所述压缩机中的情况下,允许所述排气再循环的有效利用。
13.根据权利要求12所述的车辆,其中所述压缩机是具有涡轮以驱动所述压缩机的涡轮增压器的一部分并且所述排气被从在所述涡轮增压器的所述涡轮下游的位置的所述发动机的排气系统中提取。
14.根据权利要求11所述的车辆,其中所述排气系统是高压排气系统,所述发动机具有涡轮增压器,所述涡轮增压器具有由涡轮驱动用于增加通过所述发动机的进气系统的空气的流量的压缩机,经再循环的排气被从在所述涡轮增压器的所述涡轮上游的一位置的所述发动机的排气系统中提取并且被返回到所述压缩机的下游的所述发动机的所述进气系统。
15.一种大体上如本文中参照附图所描述的方法。
16.一种大体上如本文中参照附图所描述的机动车辆。
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