CN111779580B - 用于控制机动车辆的排气排放的控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于控制机动车辆的排气排放的方法，该方法可以包括：确定机动车辆何时驶入低排放区，其中低排放区规定机动车辆最大排放水平；在低排放区内，将机动车辆的实际加速器致动信号减小到有效加速器致动信号；以及在低排放区内，当利用机动车辆的进气温度传感器测量的机动车辆的实际进气温度超出预定温度范围时，将实际进气温度调整为有效进气温度，其中有效加速器致动信号和有效进气温度中的至少一个被用作控制机动车辆的排气再循环(EGR)子系统的输入。

Description

用于控制机动车辆的排气排放的控制系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月4日提交的申请号为102019204810.2的德国专利申请的优先权，该德国专利申请的全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。
技术领域
本发明涉及一种用于在内燃发动机特别是柴油发动机运行期间控制机动车辆的排气排放的控制系统和方法。
背景技术
世界上许多城镇都施行或准备所谓的低排放区，低排放区是限制或禁止某些机动车辆进入的限定区域，目的是改善空气质量。特别是根据当地条件，逐渐地调整具有利用柴油燃料运行的内燃发动机的车辆。这些车辆需要保证实际行驶条件的排放水平低于某一设定水平，例如称为NOx的氮氧化物的排放低于例如250mg/km。
车辆内的排气排放控制通常由催化转化器管理，催化转化器将来自内燃发动机的排气中的有害气体和污染物转化为有害性较小或无害的物质和/或从排气流中滤除这些物质。通常与催化转化器结合使用的一种方法是所谓的排气再循环(EGR)，其中通过将一部分排气再循环回发动机来进一步减少NOx排放。在此期间，再循环的排气稀释来自进入的空气流的氧气，这导致缸内峰值温度和NOx排放的减少。
然而，排气再循环(EGR)通常在高发动机负荷和/或特定操作范围，例如约10℃和30℃之间以外的进气温度下逐步减少或完全关闭以保护发动机。因此，对于这些行驶条件，NOx排放增加。
本发明的该背景技术部分中包括的信息仅用于加强理解本发明的一般背景，并且应不被视为对该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
发明内容
本发明的各个方面涉及提高排气排放控制的性能。
根据本发明的一方面，一种用于控制机动车辆的排气排放的方法可以包括：确定机动车辆何时驶入低排放区，其中低排放区规定机动车辆最大排放水平；在低排放区内，将机动车辆的实际加速器致动信号减小到有效加速器致动信号；以及在低排放区内，当利用机动车辆的进气温度传感器测量的机动车辆的实际进气温度超出预定温度范围时，将实际进气温度调整为有效进气温度，其中有效加速器致动信号和有效进气温度中的至少一个被用作控制机动车辆的排气再循环(EGR)子系统的输入。
根据本发明的另一方面，一种用于控制机动车辆的排气排放的控制系统可以包括：排气再循环(EGR)子系统；进气温度传感器，被配置成测量机动车辆的进气温度；以及控制装置，被配置成：确定机动车辆何时驶入低排放区，其中低排放区规定机动车辆最大排放水平；在低排放区内，将机动车辆的实际加速器致动信号减小到有效加速器致动信号；在低排放区内，当利用进气温度传感器测量的机动车辆的实际进气温度超出预定温度范围时，将实际进气温度调整为有效进气温度；以及并且基于有效加速器致动信号和有效进气温度中的至少一个来控制EGR子系统，有效加速器致动信号和有效进气温度作为控制EGR子系统的输入。
此外，提供了一种具有根据本发明的控制系统的机动车辆。
本发明的一个构思是通过增加EGR子系统的操作范围和有效性来减少机动车辆在低排放区内，例如在市中心内的排放。这通过两个基本控制动作来实现。首先，在低排放区内，通常通过减少加速器致动以避免高发动机负荷来限制发动机功率，否则可能导致EGR内的再循环排气量的减少，从而导致NOx排放的大量增加。其次，机动车辆的进气温度通常用作EGR子系统的控制温度，对于EGR子系统通常逐步关闭的温度值，例如在低温和/或高温下，将对机动车辆的进气温度进行调整。代替实际进气温度，有效进气温度用作EGR控制的输入，这意味着EGR可以在较大温度区域上全面运行。例如，在车辆的真实环境温度下降到EGR子系统默认地将以减小的性能运行或将完全关闭的下限温度阈值以下的情况下，可以将有效进气温度设置为更高的值。通过调整而重置EGR子系统的输入温度，EGR可以保持以更高的性能运行。
因此，本发明有意地在车辆在低排放区内的持续时间内放弃可用的发动机性能。根本的构思是，在低排放区是市中心或类似区域的情况下，车辆在低排放区内通常不需要高发动机性能。本发明的解决方案不仅非常有效，而且最值得注意的是，本发明可以作为成本有效的改进解决方案实施，以保证城市内柴油车辆的低NOx排放。实现本发明的系统和方法的一种方式可以包括在车辆中安装无线接收装置并且对加速器踏板和进气温度传感器进行适当调整(例如在车辆的现有传统的控制系统的相应接口处)。因此，本发明的系统可以以时间和成本有效的方式设置，而无需对发动机和/或催化转化器系统进行任何调整。
理解的是，如本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆等的乘用车，并且不仅可以包括柴油车辆，而且还可以包括利用汽油或其它燃料运行的车辆，例如氢动力车辆和其它替代燃料(例如源自除石油以外的资源的燃料)车辆，以及混合动力车辆。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油和电双动力车辆。
根据本发明的示例性实施例，在低排放区，可以将实际加速器致动信号减小到有效加速器致动信号，使得有效加速器致动信号保持在发动机负荷限制以下。因此，可以通过以适当的方式减少加速器致动，例如踏板致动，以避免在高发动机负荷下由于EGR的排气再循环的减少而导致的NOx排放的增加。在一个示例中，可以设置与实际加速器需求无关的不可超过的最大扭矩值，例如120Nm。在另一示例中，可以例如根据实际转速，将加速器输入减小某个固定分数(fraction)到有效加速器输出，例如对于1000rpm和5000rpm之间的转速，加速器输出减少50％。
根据本发明的示例性实施例，实际加速器致动信号可以由机动车辆的加速器踏板生成。在该特定示例中，可以通过在车辆的踏板和线束之间的踏板编码器处设置相应校正元件来简单地调整来自加速器踏板的信号，由此通过致动加速器踏板和/或将任何踏板致动信号减少所设置的量来限制可能的最大扭矩/功率。
根据本发明的示例性实施例，预定温度范围可以限定下限温度阈值。当实际进气温度在下限温度阈值以下时，可以将实际进气温度增加到有效进气温度。预定温度范围可以进一步限定上限温度阈值。当实际进气温度在上限温度阈值以上时，可以将实际进气温度减小到有效进气温度。例如，可以针对低于约10℃-15℃和/或高于约30℃的环境温度来调整进气温度。具体的调整量可以取决于具体使用情况的各种参数。
根据本发明的示例性实施例，确定机动车辆驶入低排放区可以包括利用机动车辆的接收装置接收进入信号。进入信号可以指示机动车辆已经进入低排放区。因此，控制系统可以包括接收装置，该接收装置与控制装置通信地联接并且被配置成接收进入信号，该进入信号被配置成指示机动车辆已经进入低排放区。此处，当接收装置接收到进入信号时，控制装置可以被配置成确定机动车辆驶入低排放区。在本发明的示例性实施例中，接收装置可以是无线通信单元，该无线通信单元被配置成接收并评估通过某种形式的无线通信，例如通过专用的短程通信等发送的信号。在示例中，本发明的系统可以使用与典型的通行收费系统相同的技术。
根据本发明的示例性实施例，当机动车辆进入低排放区时，可以由固定发送装置发送进入信号。例如，固定发送装置可以设置在低排放区的边界处。固定发送装置可以被配置成向从低排放区外部经过边界的车辆发送无线信号。因此，可以设想一种类似于电子通行收费系统的“电子收费(Telepass)”式系统，由此将城市边界处的固定发送装置和车辆上的移动接收装置组合以确保柴油车辆在进入内部城市区域时保持所要求的排放水平以下。接收装置对来自发送装置的相应信号的接收触发对来自加速器踏板致动和来自进气温度传感器的信号的适当调整。
根据本发明的示例性实施例，该方法可以进一步包括由机动车辆发出机动车辆进入低排放区的确认信号。因此，车辆可以发出警报通知，如果车辆已经切换到减少排放的模式，则可以在该警报通知的基础上执行视觉检查。在一个示例中，车辆可以包括通信装置，用于接收/发送确认信号的该通信装置既被配置成接收装置，也被配置成发送装置。
根据本发明的示例性实施例，确认信号可以是由机动车辆的发光装置发出的可见信号。发光装置可以是设置在车辆外部，例如在车辆的前部、车辆的外后视镜等处的灯，例如照明灯的形式和/或照明灯的一部分。在此情况下，如果车辆已经开启根据本发明的示例性实施例的低排放模式，则可从车辆外部可见。可选地或另外地，发光装置可以以信号灯的形式设置在车辆内部，例如设置在控制面板，如仪表板或类似位置。在此情况下，车辆乘员能够获知是否已经开启低排放模式。
然而，在其它示例性实施例中，车辆可以可选地或另外地发出除可见信号之外的其它信号，例如诸如哔哔声和/或自动语音消息的声音信号。固定发送装置可以位于市中心内的低排放区的边界处或附近。类似于通行收费系统，固定发送装置可以伴随有相应车道标志和/或道路标记，使得车辆操作者可以识别低排放区的边界。
根据本发明的示例性实施例，低排放区可以对应于内部城市区域。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将在并入本文的附图中以及以下具体实施方式中显而易见或更加详细地阐述，附图和以下具体实施方式一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1示意性地描述根据本发明的示例性实施例的具有用于控制排气排放的控制系统的机动车辆。
图2示出了说明图1的控制系统的使用的示意图。
图3示出了说明图1的控制系统的使用的另一示意图。
图4示出了说明图1的控制系统的使用的又一示意图。
图5示出了说明图1的控制系统的使用的又一示意图。
图6示出了说明图1的控制系统的使用的又一示意图。
图7示出城市内的低排放区，在该低排放区中使用图1的控制系统以减少排气排放。
图8示出利用图1的控制系统控制排气排放的方法的流程图。
可以理解的是，附图不一定按比例绘制，呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文包括的包括例如具体的尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征将部分地由特别预期的应用和使用环境决定。
在附图中，附图标记在附图的若干附图中指代本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的各种实施例，实施例的示例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合本发明的示例性实施例描述本发明，但是应理解的是，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。另一方面，本发明不仅旨在涵盖本发明的示例性实施例，而且还涵盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同方案和其它实施例。
图1示意性地描述根据本发明的示例性实施例的具有用于控制排气排放的控制系统10的机动车辆100。图8中示出利用图1的控制系统10控制排气排放的方法M的相应流程图。在本示例中使用系统10和方法M来调整城市区域内的柴油车辆的排放以减少排放并且避免在城市区域禁止这些或类似的车辆。本发明的示例性实施例的机动车辆100配置有利用柴油燃料运行的内燃发动机。
图7示出示例性城市3，城市3具有标记为低排放区1的内部城市区域，该低排放区1中应用关于排放水平的某些规则。例如，可以针对当前低排放区1限定NOx排放的上限，使得只有能够在穿过城市3时将排放调整到低于当前水平的那些车辆可以进入内部城市。
回到图1，控制系统10由控制装置8调整，控制装置8设置在车辆100中并且一侧连接到车辆100的排气再循环(EGR)子系统2和进气温度传感器7。控制装置8另一侧连接到设置有发光装置6的接收装置4。控制装置8进一步连接到图1中未示出的车辆100的加速器踏板。
进气温度传感器7被配置成测量机动车辆100的实际进气温度Ta，然后控制装置8将该实际进气温度Ta用作排气排放控制的输入以用于控制EGR子系统2的操作。控制装置8从加速器踏板进一步接收实际加速器致动信号Aa，该实际加速器致动信号Aa限定车辆100的操作者的当前加速度需求。控制装置8将加速器信号和温度信号均用作控制EGR子系统2的输入。然而，与传统系统相反，在发送实际加速器致动信号Aa以及实际进气温度Ta用于EGR控制之前，首先调整实际加速器致动信号Aa以及实际进气温度Ta以提高EGR子系统2的有效性。
通常，根据实际进气温度Ta以及实际加速器致动信号Aa来调整EGR子系统2再循环通过发动机的空气量。例如，在高发动机负荷和/或高扭矩下，EGR子系统2传递的空气量减小。类似地，EGR性能在最佳工作范围之外的温度下逐步降低，最佳工作范围通常在15℃至30℃之间。因此，对于高发动机负荷(对应于大加速器请求)和低/高进气温度，由于EGR子系统2的性能减小或者因为该系统完全关闭，NOx排放可能显著增加。因此，柴油车辆可能在低排放区1内不允许的水平下排放NOx。
为了避免当前问题，本发明的示例性实施例的控制装置8被配置成确定机动车辆100何时驶入低排放区1。为此，接收装置4与控制装置8通信地联接并且被配置成接收指示机动车辆100已经进入低排放区1的进入信号11。另一方面，当接收装置4接收到进入信号11时，控制装置8被配置成确定机动车辆100驶入低排放区1。例如与通行收费系统类似，进入信号11可以是红外信号、射频信号或其它无线信号，进入信号11由设置在低排放区1的边界处，例如邻近道路或在道路上方的固定发送装置5发出。车辆100进一步包括发光装置6，该发光装置6被配置成当机动车辆100进入低排放区1时发出可见或其它确认信号9，使得固定发送装置5和/或人可以检查车辆100已经认识到车辆100进入低排放区1并且将启动适当的步骤以保持在所需的排放水平以下，这将在下文说明。
控制装置8被配置成在低排放区1内，将机动车辆100的实际加速器致动信号Aa减小到有效加速器致动信号Ae；在低排放区1内，当机动车辆100的实际进气温度Ta超出预定温度范围时，将实际进气温度Ta调整为有效进气温度Te；并且基于有效加速器致动信号Ae和有效进气温度Te作为控制EGR子系统2的输入来控制EGR子系统2。因此，这些调整的有效值而不是传统系统中的实际值用于控制EGR子系统2。
在低排放区1内，将实际加速器致动信号Aa减小到有效加速器致动信号Ae，使得有效加速器致动信号Ae保持在发动机负荷限制以下，以避免EGR性能在发动机的高负荷和/或扭矩下降低。此外，预定温度范围限定下限温度阈值T1和/或上限温度阈值T2，当实际进气温度Ta在下限温度阈值T1以下时，将实际进气温度Ta增加到有效进气温度Te；当实际进气温度Ta在上限温度阈值T2以上时，将实际进气温度Ta减小到有效进气温度Te。因此，以类似的方式，同样重新调整进气温度，以避免在EGR子系统2的正常运行温度以上或以下的温度下行驶时损失EGR子系统2的性能。
图8中的方法M相应地包括：在M1，确定机动车辆100何时驶入低排放区1。方法M进一步包括：在M2，机动车辆100发出机动车辆100进入低排放区1的确认信号9。方法M进一步包括：在M3，在低排放区1内，将机动车辆100的实际加速器致动信号Aa减小到有效加速器致动信号Ae。方法M进一步包括：在M4，在低排放区1内，当实际进气温度Ta超出预定温度范围时，将机动车辆100的实际进气温度Ta调整为有效进气温度Te。然后，方法M利用有效加速器致动信号Ae和有效进气温度Te作为控制EGR子系统2的输入。
参照图2至图6解释上述方法的说明性示例。
在图2的示例中，示出加速器输出信号Ao与加速器输入信号Ai的关系。在有效加速器致动信号Ae旁示出实际加速器致动信号Aa。在实际加速器致动信号Aa的情况下，加速器输入信号Ai和加速器输出信号Ao之间存在一对一的对应关系。然而，可以看出，在整个输入范围内，有效加速器致动信号Ae相对于实际加速器致动信号Aa减小了50％的分数。因此，车辆100的发动机在低排放区1内以降低的性能有效地运行，因此，排放水平保持较低。应理解的是，所示值仅是示例。本领域技术人员将容易想到如何将每种应用的实际加速器致动信号Aa减小到有效加速器致动信号Ae。
作为本发明的示例性实施例，图3示出针对实际加速器致动信号Aa和减小的有效加速器致动信号Ae的作为转速n的函数的扭矩D，其中将减小的有效加速器致动信号Ae限制为最大扭矩D的50％。
以类似的方式，图4示出针对实际进气温度Ta和有效进气温度Te的EGR操作水平与进气温度输入信号的关系。限定例如30℃的上限温度阈值T2和例如20℃的下限温度阈值T1。可以看出，在下限温度阈值T1以下，有效进气温度Te相对于实际进气温度Ta增加，使得EGR子系统2甚至在下限温度阈值T1以下，至少在某些温度范围内，例如低至10℃或更低温度下全性能运行。以类似的方式，在上限温度阈值T2以上，有效进气温度Te可以减小(然而，在本示例中，在上限温度阈值T2以上，实际进气温度和有效进气温度相等)。
图5示出针对实际进气温度Ta和有效进气温度Te的进气温度输出信号与进气温度输入信号的关系的另一示例。可以看出，在上限温度阈值T2以上，实际进气温度Ta被减小并且在下限温度阈值T1以下，实际进气温度Ta被增加，其中在本具体示例中两个阈值T1、T2相等。基于这样的调整，可以将EGR操作区域增加到更大的操作范围。
这也在图6中示出，图6示出针对加速器致动信号和进气温度的实际值Aa和Ta(控制系统关闭)以及有效值Ae和Te(控制系统开启)的、作为转速n的函数的扭矩D以及发动机功率P。可以看出，在本控制系统10开启的情况下，车辆100以始终较低的扭矩D以及发动机功率P运行。因此，车辆100可以在EGR子系统2被开启和/或以全/高性能运行的EGR操作区域E0(参见图6中阴影线EGR操作区域E0)以内在较大的参数空间区域操作。
由此，控制系统10可以用于限制发动机排放而无需对发动机本身进行任何修改。而是，仅调整加速器致动信号和进气温度以配置成在内部城市内更有效地使用EGR子系统2。为此，发动机性能被有意地降低。通过简单地在加速器踏板和进气温度传感器处适当的修改并提供接收装置4/发光装置6(例如具有信号灯的无线装置)，可以容易地将上述控制系统10改装到现有车辆。因此，所描述的解决方案提供了一种减少城市内柴油车辆的排放的有效且成本有效的方式。
为了方便解释和在所附权利要求中的准确限定，术语“上限”、“下限”、“内”、“外”、“向上”、“向下”、“上”、“下”、“向上地”、“向下地”、“前”、“后”、“向后”、“内部”、“外部”、“向内地”、“向外地”、“内部的”、“外部的”、“内”、“外”、“向前地”和“向后地”用于参照图中所示的示例性实施例的特征的位置来描述这些特征。将进一步理解的是，术语“连接”或其衍生词既指直接连接也指间接连接。
已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的特定示例性实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然根据上述教导可以进行许多修改和变化。选择并描述示例性实施例以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施例，以及其各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同方案限定。

Claims (15)

1.一种用于控制车辆的排气排放的方法，所述方法包括：
通过控制装置确定所述车辆何时驶入低排放区，其中所述低排放区是限制车辆最大排放水平的区域；
在所述低排放区内，通过所述控制装置将所述车辆的实际加速器致动信号减小到预定加速器致动信号；以及
在所述低排放区内，当利用所述车辆的进气温度传感器测量的所述车辆的实际进气温度超出预定温度范围时，通过所述控制装置将所述实际进气温度调整为预定进气温度，
其中所述预定加速器致动信号和所述预定进气温度中的至少一个被用作控制所述车辆的排气再循环子系统，即EGR子系统的输入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述低排放区内，所述实际加速器致动信号被减小到所述预定加速器致动信号，使得所述预定加速器致动信号保持在发动机负荷限制以下。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述实际加速器致动信号由所述车辆的加速器踏板生成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定温度范围限定第一温度阈值和/或第二温度阈值，当所述实际进气温度在所述第一温度阈值以下时，所述实际进气温度被增加到所述预定进气温度，当所述实际进气温度在所述第二温度阈值以上时，所述实际进气温度被减小到所述预定进气温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述车辆何时驶入所述低排放区包括利用所述车辆的接收装置接收进入信号，并且
所述进入信号指示所述车辆已经进入所述低排放区。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述车辆进入所述低排放区时，由固定发送装置发送所述进入信号。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当所述车辆驶入所述低排放区时，通过所述控制装置由所述车辆发出所述车辆进入所述低排放区的确认信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述确认信号是由所述车辆的发光装置发出的可见信号。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述低排放区对应于内部城市区域。
10.一种用于控制车辆的排气排放的控制系统，所述控制系统包括：
排气再循环子系统，即EGR子系统；
进气温度传感器，测量所述车辆的进气温度；以及
控制装置，
其中所述控制装置确定所述车辆何时驶入低排放区，所述低排放区是限制车辆最大排放水平的区域，
在所述低排放区内，所述控制装置将所述车辆的实际加速器致动信号减小到预定加速器致动信号，
在所述低排放区内，当利用所述进气温度传感器测量的所述车辆的实际进气温度超出预定温度范围时，所述控制装置将所述实际进气温度调整为预定进气温度，并且
所述控制装置基于所述预定加速器致动信号和所述预定进气温度中的至少一个控制所述EGR子系统，所述预定加速器致动信号和所述预定进气温度作为控制所述EGR子系统的输入。
11.根据权利要求10所述的控制系统，进一步包括：
接收装置，与所述控制装置通信地联接并且接收进入信号，所述进入信号指示所述车辆已经进入所述低排放区，
其中当所述接收装置接收到所述进入信号时，所述控制装置确定所述车辆驶入所述低排放区。
12.根据权利要求10所述的控制系统，进一步包括：
发光装置，当所述车辆进入所述低排放区时，所述发光装置发出确认信号。
13.根据权利要求10所述的控制系统，其中，在所述低排放区内，所述控制装置将所述实际加速器致动信号减小到所述预定加速器致动信号，使得所述预定加速器致动信号保持在发动机负荷限制以下。
14.根据权利要求10所述的控制系统，其中，所述预定温度范围限定第一温度阈值和第二温度阈值，当所述实际进气温度在所述第一温度阈值以下时，所述实际进气温度被增加到所述预定进气温度，当所述实际进气温度在所述第二温度阈值以上时，所述实际进气温度被减小到所述预定进气温度。
15.一种车辆，所述车辆具有根据权利要求10所述的控制系统。
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