CN112709646B - 超低怠速管理 - Google Patents

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Abstract

作业车辆可以包括内燃发动机、后处理系统和至少一个控制器。控制器被配置成使用后处理系统的温度来确定后处理系统的碳氢化合物含量；以及如果碳氢化合物含量高于碳氢化合物上限，则将发动机的空转速度设定为高怠速；如果碳氢化合物含量低于碳氢化合物下限，则将发动机的空转速度设定为超低怠速；以及如果碳氢化合物含量位于碳氢化合物下限和碳氢化合物上限之间，则将发动机的空转速度设定为低怠速。

Description

超低怠速管理
技术领域
本公开总体上涉及一种用于控制发动机的系统和方法。本公开的实施例涉及对发动机的超低怠速的有效管理。
背景技术
用于作业车辆的发动机可以安装有后处理系统，该后处理系统用于处理发动机的废气，从而减少或去除废气中的某些不想要的成分。该后处理系统的性能可以随发动机负载、废气温度和废气流量变化，使得碳氢化合物可以依赖于条件而在后处理系统中积聚或氧化。这样的后处理系统可以安装有传感器，该传感器可以由控制器监测以用于估计碳氢化合物的积聚或碳氢化合物含量，并采取措施来管理碳氢化合物含量。
当作业车辆没有执行任务时，如果发动机或发动机上的负载不需要更高的发动机速度的需求，则发动机速度可以降低至低怠速以节省燃料。管理在后处理系统中的碳氢化合物含量的控制器可以被配置成防止发动机速度降至该低怠速，并且可以替代地防止发动机速度降至高怠速发动机速度以下，因为该升高的空转速度可以帮助保持在后处理系统中的较高的温度以减慢、防止或消除碳氢化合物的积聚。
某些车辆可以包括能够在满足某些条件的情况下(例如延长的空转时间段)使发动机速度进一步降低至超低怠速的特征。超低怠速可以为节省燃料提供机会，但可以具有与后处理系统的碳氢化合物含量的控制的相互作用。
发明内容
在权利要求中阐明了本公开的示例的各个方面。
根据本公开的第一方面，一种作业车辆可以包括内燃发动机、后处理系统和至少一个控制器。后处理系统可以被配置成处理来自发动机的废气。至少一个控制器可以与发动机和后处理系统通信，并且被配置成：确定后处理系统的碳氢化合物含量；如果碳氢化合物含量高于碳氢化合物上限，则将发动机的空转速度设定为高怠速；如果碳氢化合物含量低于碳氢化合物下限，则将发动机的空转速度设定为超低怠速，碳氢化合物下限的碳氢化合物含量低于碳氢化合物上限的碳氢化合物含量；以及如果碳氢化合物含量位于碳氢化合物上限和碳氢化合物下限之间，则将发动机的空转速度设定为低怠速，处于低怠速的发动机速度大于处于超低怠速的发动机速度，处于低怠速的发动机速度小于处于高怠速的发动机速度。
根据本公开的第二方面，一种用于控制具有后处理系统的内燃发动机的方法，该后处理系统被配置成处理来自内燃发动机的废气，该方法可以包括：(a)确定后处理系统的当前温度；(b)使用后处理系统的当前温度来估计后处理系统的未来温度是否将低于最低后处理温度；(c)如果后处理系统的当前温度低于最低后处理温度，则将发动机的空转速度设定为高怠速；(d)如果(i)发动机的空转速度没有被设定为高怠速，并且(ii)后处理系统的未来温度被估计为不低于最低后处理温度，则将发动机的空转速度设定为超低怠速；以及(e)如果发动机的空转速度没有被设定为超低怠速或高怠速，则将发动机的空转速度设定为低怠速，处于超低怠速的发动机速度小于处于低怠速的发动机速度，处于高怠速的发动机速度大于处于低怠速的发动机速度。
根据以下描述和附图，上述和其它特征将变得显而易见。
附图说明
参考附图进行附图的详细描述，在附图中：
图1是作业车辆的实施例的侧视图，其中作业车辆的主体被切开以显示出发动机和后处理系统；
图2是发动机和后处理系统的侧视图；
图3是说明性发动机和后处理系统的示意图，该后处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统和柴油机氧化催化剂(DOC)系统；
图4是用于管理发动机的超低怠速的方法的第一实施例的流程图；
图5是用于管理发动机的超低怠速的方法的第二实施例的流程图；以及
图6是用于管理发动机的超低怠速的方法的第三实施例的流程图。
在所有几个附图中，相似的附图标记用于表示相似的元件。
具体实施方式
通过参考附图的图1至图5来理解本公开的主题的至少一个示例性实施例。
图1示出了作业车辆100，该作业车辆在这里被示出为反向铲式装载机。在可替代的实施例中，作业车辆100可以是具有发动机和后处理系统的任何作业车辆，诸如铰接式自卸卡车、紧凑型履带式装载机、履带式车辆(例如，履带式推土机、履带式装载机)、挖掘机、伐木归堆机、集运机、收割机、转向吊杆式装载机(knuckleboom loader)、机动平地机、铲土机、集材机、喷涂机、滑移转向装载机、拖拉机、拖拉机式装载机和轮式装载机，仅举几种作业车辆为例。作业车辆100包括底盘102(诸如车架或一体式车身结构)，该底盘102提供了作业车辆100的结构、强度、刚度和附接点。
连接到作业车辆100的前部的是作业工具104。作业工具104被示出为铲斗，但可以是任何数量的其它作业工具，诸如叉、铲(blade)、螺旋钻或锤子，仅举几种作业工具为例。作业工具104经由连杆机构106可移动地连接到底盘102，该连杆机构106包括多个刚性构件，所述多个刚性构件枢转地连接到彼此、连接到底盘102和作业工具104。连杆机构106允许使作业工具104相对于底盘102升高和降低以及向前或向后倾斜。例如，连杆机构106可以被致动，以使作业工具104向后倾斜以收集物料或向前倾斜以倾倒所述物料。连杆机构106和作业工具104可以通过升降缸相对于底盘102升高或降低，并且作业工具104可以通过倾斜缸相对于底盘102倾斜。作业工具104、连杆机构106、升降缸和倾斜缸可以统称为装载器组件108。
连接到作业车辆100的后部的是反向铲组件110，该反向铲组件110包括摆架112、吊杆114、铲斗杆116和作业工具118。摆架112将反向铲组件110枢转地附接到底盘102，以允许反向铲组件110相对于坐在作业车辆100的操作员站120中的操作员左右枢转。吊杆114在第一端处枢转地连接到摆架112，并且从摆架112竖直地向后延伸以在第二端处枢转地连接到铲斗杆116。这允许吊杆114围绕基本上水平的轴线相对于作业车辆100枢转，从而使吊杆114朝竖直位置升高或者朝水平位置降低。铲斗杆116类似地在第一端处围绕基本上水平的轴线相对于作业车辆100枢转地连接到吊杆114，并且朝向第二端处的与作业工具118的枢转连接部延伸。铲斗杆116的运动范围允许铲斗杆116枢转以与吊杆114形成较窄的V形，这将铲斗杆116的第二端(和作业工具118)定位成靠近摆架112，或者允许铲斗杆116枢转以与吊杆114形成几乎一条直线，这将铲斗杆116的第二端(和作业工具118)定位成远离摆架112和吊杆114两者。作业工具118被示出为铲斗，但可以是任何数量的不同种类的作业工具。在图1中，作业工具118直接枢转地连接到铲斗杆116，但在可替代的实施例中，作业工具118可以经由联接器或其它中间部件枢转地连接到铲斗杆116。液压缸可以用于致动吊杆114、铲斗杆116和作业工具118。
作业车辆100由内燃机122提供动力，该内燃机122在该实施例中是涡轮增压式柴油发动机。发动机122通过可旋转地连接到发动机122的部件(诸如，传动装置、液压泵、水泵、交流发电机或逆变器)为作业车辆100提供动力。这些部件可以经由允许传递转矩并由此驱动这些部件的花键或其它齿轮装置可旋转地连接到发动机122。
来自发动机122的废气流过后处理系统124，该后处理系统124被配置成处理该废气以减少或去除某些成分，诸如微粒和氮氧化物。后处理系统124包括选择性催化还原系统(SCR)126，该选择性催化还原系统126从柴油机废气处理液(DEF)箱128接收柴油机废气处理液，并通过喷嘴或其它孔将接收到的DEF喷射到发动机122的废气流中，在废气流中，DEF可以与废气混合并且与某些成分发生反应。DEF与废气混合的温度影响DEF与废气(特别是氮氧化物)之间发生的化学反应，因此通常存在一目标温度范围并且期望在该目标温度范围内发生该反应。
图2图示了发动机122和后处理系统124的简化形式。DEF被存储在DEF箱128中，然后被泵送到SCR 126，然后在SCR 126中，DEF被喷射到发动机122的废气中。在该实施例中，发动机122的废气在通过排气管132排到外部之前先穿过柴油机微粒过滤器(DPF)130，然后穿过SCR 126。在US 9,518,499中进一步描述了负责处理DEF的某些部件，在此US 9,518,499通过引用并入本文中。
与发动机122通信的是发动机控制单元(ECU)134，其也可以称为控制器。ECU 134通过其与多个部件的通信(例如，通过车辆数据总线)来控制和监测发动机122，所述多个部件与发动机122或与发动机122的运行状态相关联，诸如传感器和螺线管。ECU 134设置有来自传感器的输入信号以及使用车辆输入(例如，节气门位置、要求的发动机速度、要求的发动机功率)，该传感器被配置成感测发动机122的各种运行状态或特性(例如，转速、温度、压力)或感测后处理系统124的各种运行状态或特性(例如，温度、压力)。ECU 134使用这些输入来控制发动机122和后处理系统124，包括直接地控制一些方面(例如，发动机速度、发动机功率、提供燃料、DEF配量)和间接地控制其它方面(例如，发动机122的温度、后处理系统124的温度)。
ECU 134可以诸如通过车辆数据总线(诸如，控制器局域网(CAN)或无线网络)与车辆控制单元(VCU)136通信，包括交换数据消息(例如，输入和命令)。VCU 136经由ECU 134交流与发动机122相关联的传感器数据和数据消息，使得VCU 136可以接收指示发动机122的状态或性能的信号。VCU 136从而可以从ECU 134接收指示发动机122的运行特性的信号，诸如CAN消息，该CAN消息传达发动机122的速度(即，发动机122的曲轴的转速)、发动机122的功率输出以及发动机122和后处理系统124的某些部位处的温度或某些部件的温度。例如，ECU 134可以发送指示发动机122的温度的CAN消息，其可以基于来自温度传感器的信号，该温度传感器被配置成测量发动机122的燃油、冷却剂或块体的温度，测量后处理系统124的SCR 126的温度或流经排气管132的废气的温度。
VCU 136通过其与作业车辆100上的多个部件(诸如传感器和螺线管)的通信来控制和监测作业车辆100的多个方面。这些输入装置包括作业车辆100上的传感器(例如，位置传感器、相机、GNSS接收器)，这些传感器可以提供可以用于执行算法以控制作业车辆100的信号，诸如控制作业车辆100的速度或执行作业任务的方式。VCU 136与环境温度传感器138通信，该环境温度传感器138被定位和配置成测量作业车辆100的周围环境的环境温度，也可以称为外界温度、大气温度或外部温度。温度传感器138可以被定位成远离作业车辆100的较热或较冷的部件，以使温度传感器138能够更好地测量作业车辆100周围的空气的温度而不受本地热源的干扰。温度传感器138经由在使温度传感器138和VCU 136电互连的线束上携带的电压信号向VCU 136传达环境温度。VCU 136接收该环境温度信号并通过使用数据结构(例如，查找表)来确定该环境温度信号指示的相应环境温度，该查找表将从温度传感器138接收的电压映射到相关联的温度。在可替代的实施例中，环境温度信号可以是另一电信号，例如，指示与感测到的环境温度相对应的值的CAN消息。在其它可替代的实施例中，可以根据从车外的源接收的无线信号来确定环境温度，该无线信号指示作业车辆100的区域中的空气温度。
图3是动力系统140的示意图，该动力系统140包括发动机122、后处理系统124和其它部件，在US 9,145,818中提供了其进一步的细节，在此US 9,145,818通过引用并入本文中。发动机122产生废气，如方向箭头141所示。在该实施例中，发动机122包括柴油发动机，但在其它实施例中，发动机122可以是汽油发动机、气体燃料燃烧式发动机(例如，天然气)或任何其它产生废气的发动机。发动机122可以具有排量从2升至25升的规格范围，具有任何数量的汽缸(未示出)，并且具有任何构造(例如，“V”型发动机、直排发动机、星形发动机)。发动机122可以包括各种传感器，诸如温度传感器、压力传感器和质量流量传感器，在图3中仅示出其中一些传感器。
动力系统140包括进气系统142，该进气系统142包括第一涡轮增压器144和第二涡轮增压器146，每个涡轮增压器都可以包括能够将新鲜的进入气体压缩成具有升高的压力水平的固定几何形状的压缩机、可变几何形状的压缩机或任何其它类型的压缩机。动力系统140还包括排气系统148，该排气系统148具有用于将废气从发动机122的排气管引导至大气的部件。动力系统140还具有EGR系统150，该EGR系统150用于接收来自发动机122的废气的再循环部分。
排气系统148包括后处理系统124，并且至少一些废气穿过该后处理系统124。后处理系统124去除存在于从发动机122接收的废气中的各种化学化合物和微粒排放物。在经后处理系统124处理之后，废气经由排气管132被排放到大气中。后处理系统124可以包括NOx传感器152，该NOx传感器152产生NOx信号并将NOx信号传输至ECU 134，该NOx信号指示流过的废气中的NOx含量。示例性地，NOx传感器152可以依赖于产生电流的电化学反应或催化反应，该电流的幅值指示废气的NOx浓度。
其中，ECU 134具有下列功能中的一项或更多项：(1)将模拟传感器输入转换为数字输出；(2)对所有燃料和其它系统执行数学计算；(3)执行自我诊断；以及(4)存储信息。ECU 134可以响应于NOx信号来控制发动机122的燃烧温度和/或喷射到废气中的还原剂的量。
所示出的后处理系统124具有柴油机氧化催化剂(DOC)154、柴油机微粒过滤器(DPF)156和SCR 126，然而对此类部件的需求依赖于动力系统140的具体尺寸和应用。SCR126具有还原剂喷射器158、SCR催化剂160和氨氧化催化剂(AOC)162。废气可以流过DOC154、DPF 156、SCR催化剂160和AOC 162，然后经由排气管132排放到大气中。在后处理系统124中处理并释放到大气中的废气包含比未经处理的废气明显更少的污染物(例如，PM、NOx和碳氢化合物)。还原剂喷射器158定位在SCR催化剂160的上游。还原剂喷射器158可以是例如可以选择性控制以将还原剂直接喷射到废气中的喷射器。SCR温度传感器164被配置成感测后处理系统124的温度，特别是SCR 126的温度，并且向ECU 134提供指示该温度的信号(例如，经由线束或数据总线)。DOC温度传感器166被配置成感测后处理系统124的另一温度，特别是DOC 154的温度，并且向ECU 134提供指示该温度的信号。
图4至图6是控制系统的不同实施例的流程图，该控制系统可以由至少一个控制器执行，诸如通过ECU 134和VCU 136的协作，或者由单个控制器执行。当发动机122以待机或低功率状态运行(通常称为空转或以空转速度运行)时，控制系统设定发动机122的目标速度。因此，控制系统在发动机空转时控制发动机122的空转速度的设定或发动机的转速。在这些实施例中，发动机122可以低怠速、高怠速或超低怠速运行。低怠速是标准或默认的空转速度，当不存在用于实现高怠速或超低怠速的特定条件时，将使用该低怠速。高怠速使用高于低怠速的空转速度，并且在这些控制系统中，高怠速用于避免或消除在后处理系统124中碳氢化合物的过量积聚。超低怠速使用低于低怠速的空转速度，并且在这些控制系统中，当由于发动机122在降低的速度下的较低的燃料消耗而可以允许增加的燃料节约时，可以使用超低怠速。
低怠速、高怠速和超低怠速中的每一个的目标空转速度可能由于发动机和应用而变化，并且可能受到诸如发动机类型、尺寸和汽缸数等因素的影响。在图4至图6所示的实施例中，所述实施例涉及排量范围为2升至25升、低怠速为785至1049转每分钟(RPM)、高怠速为1050RPM至1300RPM、以及超低怠速低于785RPM的柴油发动机，尽管其它实施例可以涉及各种怠速的不同速度范围。当在这些怠速中的每个怠速下，发动机122的速度将在一段时间(例如10秒)内平均达到该范围内，但可能发生低于或高于该范围的暂时波动。例如，在发动机122上快速增加负载可以暂时降低发动机速度，直到ECU 134可以调节以适应该负载。相反，快速去除发动机122上的负载可以暂时增加发动机速度。
在这些实施例中，由单独的控制系统来实现将发动机122保持处于选定的空转速度，该控制系统可以是本领域已知的用于将发动机的速度控制在目标速度附近的许多控制系统中的任何一个。作为一个示例，用于保持空转速度的控制系统可以是比例控制，该比例控制与发动机122低于目标空转速度的下降量成比例地增加发动机122的功率输出，并且相反地与发动机122高于目标空转速度的上升量成比例地降低发动机122的功率输出。作为其它示例，用于保持空转速度的控制系统可以是PI(比例积分)或PID(比例积分微分)控制，所述控制确定目标空转速度与实际空转速度之间的差异(可以将其称为误差)，然后基于下列中的一项或更多项来调节发动机的功率输出：(i)第一常数与误差的乘积；(ii)误差随时间的积分与第二常数的乘积；以及(iii)误差随时间的微分与第三常数的乘积。
图4是控制系统200的流程图，该控制系统200由ECU 134和VCU 136的组合彼此协作地执行。子系统202由ECU 134执行，并且子系统204由VCU 136执行，其中两个子系统作为控制系统200的一部分通过CAN彼此通信并交换信息。
在子系统202中，在步骤206中，ECU 134确定后处理系统124的至少一个温度。在该实施例中，ECU 134通过线束电连接到SCR温度传感器164和DOC温度传感器166。ECU 134分别从SCR温度传感器164和DOC温度传感器166接收指示SCR 126的温度和DOC 154的温度(感测到的温度)的温度信号，该温度信号为与相关联的温度范围相对应的0.5伏特和4.5伏特之间的电压的形式。尽管该实施例基于这两个温度来控制空转速度的设定，但其它实施例可以使用后处理系统124的任何数量的温度(例如，1、2、3、4)，并且那些温度可以指示后处理系统124内的任何数量的部件或部位的温度。
在可替代的实施例中，ECU 134可以估计当前温度，该当前温度可以与诸如SCR126之类的部件的实际温度相关，但也可以仅仅是后处理系统124的用于控制或计算目的的通用或非特定温度。在某些应用中，例如如果由于后处理系统124的包装而难以通过传感器直接感测温度，或者如果被感测区域中的环境对于温度传感器的存在而言具有挑战性，则可以期望使用计算模型来估计特定部件(诸如SCR 126)的当前温度。在其它应用中，例如如果期望温度不表示任何特定部件的温度，或者复杂的计算模型没有提高准确度或鲁棒性以保证额外的扩展或计算资源，则可以期望通过估计通用的或非特定的当前温度来确定后处理系统124的至少一个温度。
在步骤208中，ECU 134通过CAN向VCU 136提供该温度信息。具体地，ECU 134向VCU136发送包含温度信息的CAN消息M208。可以以规则的间隔(例如，每30秒)、仅当温度改变时或者仅在接收到来自VCU 136的温度信息请求消息时发送消息M208。
在步骤208中将温度信息发送到VCU 136之后，ECU 134继续执行步骤210，在步骤210中，ECU 134评估后处理系统124的碳氢化合物含量。“碳氢化合物含量”表示对后处理系统124中碳氢化合物的量的估计，并且在不同的实施例中可以以不同的方式来计算，如关于控制系统200、控制系统300和控制系统400所解释的。在控制系统200中，如果SCR 126的温度或DOC 154的温度低于相关联的最低后处理温度，则碳氢化合物含量是高的(高于碳氢化合物上限)。在该实施例中，SCR 126具有175摄氏度的最低后处理温度，以及DOC 154具有175摄氏度的最低后处理温度，该最低后处理温度可以称为低温阈值。可以基于包括后处理系统124的特定部件以及发动机122或作业车辆100的预期应用来预先设定和选择这些最低后处理温度。可以选择针对这些最低后处理温度所选择的值以实现不同的目的，例如，这些值可以表示最低温度以避免损坏部件、以实现至少部分地去除或减少处于废气中的部件、以实现期望水平的去除或减少，或者针对整个后处理系统124实现期望的性能水平。在该实施例中，对于从其获取温度的两个不同部件而言，最低温度是相同的，但在其它实施例中，最低温度可以是不同的，并且可以采用多个温度来确保后处理系统124的任何部分都不低于某最低温度。
如果ECU 134确定从步骤206确定的任何温度低于相关联的最低温度，在这种情况下，即如果SCR 126低于175摄氏度或DOC 154低于175摄氏度，则ECU 134确定碳氢化合物含量是高的，然后前进到步骤212。否则，ECU134前进到步骤214。
如果ECU 134前进到步骤212，则ECU 134将发动机空转速度设定为高怠速，然后使控制系统200循环回到步骤206。以这种方式，控制系统200将在步骤206、208、210和212之间循环，直到后处理系统124的碳氢化合物含量不再是高的，这在控制系统200中是当SCR 126处于175摄氏度或高于175摄氏度以及DOC 154处于175摄氏度或高于175摄氏度时。在该实施例中，高怠速时的空转速度为1200RPM，但在其它实施例中，确切的速度可以变化。
如果ECU 134前进到步骤214，则ECU 134将确定ULI(超低怠速)状态，该ULI状态指示超低怠速是启用的还是停用的。在该实施例中，ECU134通过检查其从VCU 136接收到的最后的ULI状态通信是启用ULI还是停用ULI来确定该ULI状态。因此，ECU 134监测其通过CAN从VCU 136接收到的ULI消息，并且可以在VCU 136改变ULI的启用状态时更新存储的变量。例如，如果ECU 134从配置有停用ULI的有效负载的VCU 136接收CAN消息M226(其为ULI状态消息)，则ECU 134将其存储的ULI变量设定为停用。替代地，如果ECU 134从配置有启用ULI的有效负载的VCU 136接收CAN消息M228(其为ULI状态消息)，则ECU 134将其存储的ULI变量设定为启用。
在步骤216中，ECU 134评估ULI是否被启用。如果ULI被启用，则ECU134前进到步骤218，在该步骤218中，发动机122的空转速度被设定为超低怠速，在该实施例中为700RPM。如果ULI被停用，则ECU 134前进到步骤220，在该步骤220中，发动机122的空转速度被设定为低怠速，在该实施例中为900RPM。在执行步骤218或步骤220之后，ECU 134返回到步骤206并重新开始控制回路。
同时，VCU 136与子系统202同步或异步地执行子系统204。在步骤222中，VCU 136从ECU 134接收CAN消息M208，该CAN消息M208提供来自SCR温度传感器164和DOC温度传感器166的温度信息。然后，VCU 136前进到步骤224，在该步骤224中，VCU 136评估该温度信息以确定后处理系统124的碳氢化合物含量。在控制系统200中，VCU 136通过评估其从ECU134接收到的所确定的温度是否低于相关联的ULI温度来确定碳氢化合物含量。在该实施例中，VCU 136确定SCR 126是否低于200摄氏度以及DOC154是否低于200摄氏度(相关联的ULI温度)，这也可以称为高温阈值。如果SCR 126或DOC 154低于其相关联的ULI温度，则VCU 136确定碳氢化合物含量是中等的(在碳氢化合物上限和碳氢化合物下限之间)，然后VCU136前进到步骤226，在该步骤226中，VCU 136发送指示超低怠速被停用的CAN消息M226。如果SCR126或DOC 154都不低于其相关联的ULI温度，则VCU 136确定碳氢化合物含量是低的(低于碳氢化合物下限)，并且VCU136前进到步骤228，在该步骤228中，VCU 136发送指示超低怠速被启用的CAN消息M228。在前进到步骤226或步骤228之后，VCU 136然后前进到步骤222以重新开始子系统204。
与后处理系统124的部件相关联的每个ULI温度都大于与该相同部件相关联的最低后处理温度。这具有在后处理系统124接近高碳氢化合物含量(接近ECU 134将使发动机122的空转速度转换为高怠速的温度)但在达到高碳氢化合物含量之前时(当温度降至最低后处理温度以下时)停用超低怠速的效果。这可以减少将空转速度转换到高怠速的次数，该高怠速可以比低怠速下的空转速度使用更多燃料。这还可以减少在作业车辆100空转时发动机122的速度需要改变的次数。
图5是可替代的控制系统300的流程图，该控制系统300可以由单个控制器执行，该单个控制器可以是ECU 134或VCU 136，或者是不同实施例中的另一控制器。在该实施例中，将假定控制系统300正在由ECU 134执行。
在步骤302中，ECU 134确定后处理系统124的至少一个温度。在该实施例中，ECU134使用SCR温度传感器164确定SCR 126的温度。
在步骤304中，ECU 134通过评估在步骤302中确定的SCR 126的温度是否低于相关联的175摄氏度的最低后处理温度来确定碳氢化合物含量。如果是，则ECU 134确定碳氢化合物含量是高的并且前进到步骤306，在步骤306中，ECU 134将发动机空转速度设定为高怠速。在控制系统300中，步骤306包含不存在于控制系统200的步骤212中的附加可选特征，该附加可选特征是对从超低怠速到高怠速的转换进行计数。更具体地，如果将现有的空转速度设定为超低怠速，则步骤306使存储的变量增加。每当作业车辆100被关闭时，就重置该被存储的变量(其可以称为对ULI至HI进行计数)，这可以称为基循环(key cycle)。通过在控制系统300每次进入将空转速度设定为超低怠速的步骤306时增加计数，并在每次基循环发生时重置计数，该计数可以用于表示自上一次密钥循环开始从超低怠速到高怠速的空转速度转换的次数。在完成步骤306之后，ECU 134前进到步骤302。
如果碳氢化合物含量不高，并且因此SCR 126的温度不低于最低后处理温度，则ECU 134前进到步骤308。在步骤308中，ECU 134检查在步骤306中增加的存储变量的计数。如果转换计数(其可以称为最大ULI离开计数)为两次或更多次，则ECU 134前进到步骤310，在步骤310中，发动机122的空转速度被设定为低怠速，然后ECU 134前进到步骤302以重新开始控制系统300。如果循环计数小于2，则ECU 134前进到步骤312。由此，如果ECU 134在当前的基循环中两次将空转速度从超低怠速转换为高怠速，则步骤308具有停用超低怠速的效果。在超低怠速可能是导致需要将空转速度转换为高怠速以增加后处理系统124中的温度的因素的情况下，该可选特征可以允许停用超低怠速。
在步骤312中，ECU 134使用后处理系统124的至少一个未来温度来估计未来碳氢化合物含量。在该实施例中，ECU 134通过使用计算模型估计SCR 126的温度来估计未来碳氢化合物含量，该计算模型是基于由SCR温度传感器164指示的温度的趋势的。ECU 134存储由SCR温度传感器164指示的温度的最新历史，并且对该历史执行线性回归以确定温度上升或下降的速率。可以推断该趋势以估计SCR 126的未来温度。作为一个示例，如果SCR温度传感器164在过去四十秒处指示330摄氏度的温度，在过去三十秒处指示329度的温度，在过去二十秒处指示328度的温度，在过去十秒处指示327度的温度，并且当前指示326度的温度，则ECU 134可以使用线性外推法来估计SCR 126在未来三十秒处的温度将为323度。在可替代的实施例中，可以使用诸如由环境温度传感器138指示的环境温度或发动机122上的负载之类的附加输入，或使用更复杂的外推法(诸如多元非线性回归)，或使用针对该系统调整的神经网络或本领域已知的其它技术来增加该计算模型的复杂度，这在某些情况下可以提供提高的估计准确度。
在步骤314中，ECU 134评估来自步骤312的所估计的未来温度是否低于相关联的最低后处理温度，如果是，则确定碳氢化合物含量为中等，并且前进到步骤316以将发动机122的空转速度设定为低怠速。如果确定来自步骤312的所估计的未来温度将不低于相关联的最低后处理温度，则确定碳氢化合物含量为低的，并且前进到步骤318以将发动机122的空转速度设定为超低怠速。继续先前段落的示例，ECU 134评估323摄氏度是否低于175摄氏度，并且在该示例中，将前进到步骤318。步骤316和步骤318都前进到接下来的步骤302，以重新开始控制系统300。
图6是可替代的控制系统400的流程图，该控制系统400可以由单个控制器执行，该单个控制器可以是ECU 134或VCU 136，或者是不同实施例中的另一控制器。在该实施例中，将假定控制系统400正在由ECU 134执行。在可替代的实施例中，控制系统400(如控制系统200或控制系统300)可以适于与一个、两个或更多个控制器一起工作。
在步骤402中，ECU 134确定后处理系统124的至少一个温度。在该实施例中，ECU134使用SCR温度传感器164确定SCR 126的温度。
在步骤404中，ECU 134使用在步骤402中确定的温度来确定碳氢化合物含量的变化，即碳氢化合物的变化。在该实施例中，后处理系统124的温度与相关联的碳氢化合物含量的变化之间的关系基于存储在可由ECU134访问的存储器中的预定模型，该预定模型为查找表的形式，该查找表具有多个温度和相关联的碳氢化合物含量的变化。例如，查找表中的温度可以为[150，200，250，300]，其中相关联的碳氢化合物含量的变化为[2，1，-50，-100]，在温度输入不是这四个确切值中的一个时，可以使用内推法或外推法来获取碳氢化合物含量的变化。步骤404可以以设定的间隔(例如，对于该实施例为每10秒)运行，或者如果使用动态时间间隔来执行控制系统400，则碳氢化合物含量的变化可以乘以自上一次运行步骤404以来的时间，以避免不期望的时间效应影响所计算的变化。
在步骤406中，ECU 134从步骤404获取所确定的碳氢化合物含量的变化，并将所述变化加上碳氢化合物含量的现有值，该值可以是由ECU 134存储在存储器中的变量，从而更新碳氢化合物含量。在该实施例中，ECU134不允许碳氢化合物含量降低至0以下或升高至10000以上，这表示了碳氢化合物含量的最小值和最大值。在步骤406之后，由ECU 134存储的针对后处理系统124的碳氢化合物含量的值指示碳氢化合物在后处理系统124中积聚的程度，类似于如何在控制系统200和控制系统300中确定碳氢化合物含量，但具有更大的粒度。可以基于车辆100或后处理系统124、理论模型、经验依据或其组合来调节在步骤404中使用的查找表，以提供针对碳氢化合物含量的确定所期望的准确度水平。
在步骤408中，ECU 134评估在步骤406中确定的碳氢化合物含量是否高于碳氢化合物上限，在该示例中，该碳氢化合物上限可以为9500。如果是，则ECU 134前进到步骤410，如果不是，则ECU 134前进到步骤412。
在步骤410中，ECU 134将发动机122的空转速度设定为高怠速，然后继续前进到步骤402以形成控制系统400的回路。
在步骤412中，ECU 134评估在步骤406中确定的碳氢化合物含量是否低于碳氢化合物下限，在该示例中，该碳氢化合物下限可以为2500。如果是，则ECU 134前进到步骤414，如果不是，则ECU 134前进到步骤416。
在步骤414中，ECU 134将发动机122的空转速度设定为超低怠速，然后继续前进到步骤402以形成控制系统400的回路。
在如果碳氢化合物含量在碳氢化合物下限和碳氢化合物上限之间则可以到达的步骤416中，ECU 134将发动机122的空转速度设定为低怠速，然后继续前进到步骤402以形成控制系统400的回路。
控制系统400使用时间-温度模型来计算碳氢化合物含量，在某些应用中，即如果这种时间-温度模型的准确度超过该应用中的温度阈值模型的准确度，并且如果附加准确度保证了这种模型所需的附加复杂度和计算能力，则这种时间-温度模型可以是期望的。在控制系统400中，碳氢化合物含量是从0到10000的抽象数字，但是在可替代的实施例中，可以不同地选择最小值、最大值、上限、下限和查找表值，例如以匹配实际单位或作为百分比。
虽然控制系统200和300使用与控制系统400不同的碳氢化合物含量计算方法，但是可以将全部三个实施例修改为在一个、两个或更多个控制器上执行。还可以将全部三个实施例修改为使用当前或未来温度来确定当前或未来的碳氢化合物含量。还可以将全部三个实施例修改为使用碳氢化合物含量的温度阈值确定(如在控制系统200和控制系统300中那样)，或使用时间-温度模型(如在控制系统400中那样)，或使用对后处理系统124中的碳氢化合物含量进行建模的可替代的方法。
如本文中所使用的，“控制单元”和“控制器”旨在与本领域技术人员如何使用该术语一致地使用，并且是指具有处理、存储和通信能力的、用于控制一个或更多个其它部件或与一个或更多个其它部件通信的计算部件。在某些实施例中，各种控制器可以称为车辆控制单元(VCU)、发动机控制单元(ECU)或传动装置控制单元(TCU)。在某些实施例中，控制器可以被配置成接收各种格式的输入信号(例如，液压信号、电压信号、电流信号、CAN消息、光信号、无线电信号)，并且输出各种格式的命令信号(例如，液压信号、电压信号、电流信号、CAN消息、光信号、无线电信号)。
可以称为车辆控制单元(VCU)的VCU 136与作业车辆100上的其它部件(诸如液压部件、电部件和操作员输入装置)通信。VCU 136通过线束电连接到这些其它部件，使得消息、命令和电力可以在这些控制器和其它部件之间传输。例如，VCU 136通过控制器局域网(CAN)连接到ECU134。ECU 134和VCU 136中的每一个也可以更一般地称为控制器或控制单元。VCU 136然后可以通过CAN向ECU 134发送命令，并且ECU继而可以接收这些命令并且基于所述命令致动螺线管或其它部件以控制发动机122。除了交换命令之外，VCU 136和ECU134还可以交换信息，诸如螺线管的状态或来自传感器的读数。
为了简洁起见，可以不对与信号处理、数据传输、信号发送、控制以及本文公开的系统的其它方面有关的常规技术和布置进行详细的描述。此外，在本文包含的各附图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性关系和/或连接(例如，电力连接、通信、物理连接)。应当注意，本公开的实施例中可以存在许多可替代的或附加的关系或连接。
在不以任何方式限制下面出现的权利要求的范围、解释或应用的情况下，本文公开的一个或更多个示例性实施例的技术效果是通过管理发动机何时进入超低怠速状态来节省燃料，从而避免产生与排放控制技术有关的问题。
如本文所使用的，“例如”用于非详尽地列出示例，并且具有与可替代的说明性短语相同的含义，所述说明性短语诸如“包括”、“包括但不限于”和“非限制性地包括”。如本文所使用的，由连词(例如，“和”)分隔开的并且用短语“...中的一个或更多个”、“...中的至少一个”或“至少...”或类似的短语修饰的元素的排列表示可能包括所列出的单独的元素或这些元素的任意组合的配置或布置，除非另外加以限制或修改。例如，“A、B和C中的至少一个”和“A、B和C中的一个或更多个”分别表示可能是仅A，仅B，仅C，或可能是A、B和C中的两个或更多个的任意组合(A和B；A和C；B和C；或A、B和C)。如本文所使用的，单数形式的表达“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式的表达，除非上下文另外明确指出。此外，“包括”、“包含”和类似的短语旨在指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。
尽管已在附图和前述描述中详细图示和描述了本公开，但这种图示和描述不是限制性的，应当理解，已被示出和描述的一个或更多个说明性实施例以及落入本公开精神内的所有变化和修改都期望受到保护。本公开的可替代的实施例可以不包括所描述的所有特征，但仍可以受益于这些特征的至少一些优点。本领域普通技术人员可以设计出结合了本公开的一个或更多个特征的实施方式，并且该实施方式落入所附权利要求的精神和范围内。

Claims (19)

1.一种作业车辆，包括：
内燃发动机；
后处理系统，所述后处理系统被配置成处理来自所述内燃发动机的废气；
至少一个控制器，所述至少一个控制器与所述内燃发动机和所述后处理系统通信，所述至少一个控制器被配置成：
确定所述后处理系统的碳氢化合物含量；
如果所述碳氢化合物含量高于碳氢化合物上限，则将所述内燃发动机的空转速度设定为高怠速；
如果所述碳氢化合物含量低于碳氢化合物下限，则将所述内燃发动机的空转速度设定为超低怠速，所述碳氢化合物下限的碳氢化合物含量低于所述碳氢化合物上限的碳氢化合物含量；
如果所述碳氢化合物含量位于所述碳氢化合物上限和所述碳氢化合物下限之间，则将所述内燃发动机的空转速度设定为低怠速，处于低怠速的发动机速度大于处于超低怠速的发动机速度，处于低怠速的发动机速度小于处于高怠速的发动机速度；
对自上一次基循环以来所述内燃发动机的空转速度从超低怠速转换到高怠速的次数进行计数，其中，所述基循环是指每当作业车辆被关闭时，重置从超低怠速转换到高怠速的计数；以及
如果所述计数大于最大超低怠速离开计数，则停用将所述内燃发动机的空转速度设定为超低怠速的设定。
2.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，所述至少一个控制器被配置成使用所述后处理系统的温度来确定所述碳氢化合物含量。
3.根据权利要求2所述的作业车辆，其中，所述后处理系统的温度是由包括在所述后处理系统中的温度传感器提供的感测到的温度。
4.根据权利要求2所述的作业车辆，其中，所述后处理系统的温度是由所述后处理系统的计算模型提供的估计的当前温度。
5.根据权利要求2所述的作业车辆，其中，所述后处理系统的温度是所述后处理系统的估计的未来温度。
6.根据权利要求2所述的作业车辆，其中，所述后处理系统的温度是包括在所述后处理系统中的选择性催化还原系统的温度。
7.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，所述碳氢化合物含量是估计的未来碳氢化合物含量。
8.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，处于超低怠速的发动机速度低于785RPM，处于低怠速的发动机速度为785RPM至1049RPM，以及处于高怠速的发动机速度为1050RPM至1300RPM。
9.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，使用环境温度、所述内燃发动机上的负载和发动机温度中的至少两项来确定所述碳氢化合物含量。
10.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，如果所述后处理系统的温度高于高温阈值，则所述碳氢化合物含量低于碳氢化合物下限；如果所述后处理系统的温度位于所述高温阈值和低温阈值之间，则所述碳氢化合物含量位于碳氢化合物上限和所述碳氢化合物下限之间；以及如果所述后处理系统的温度低于所述低温阈值，则所述碳氢化合物含量高于所述碳氢化合物上限；所述碳氢化合物上限的碳氢化合物含量高于所述碳氢化合物下限的碳氢化合物含量。
11.根据权利要求2所述的作业车辆，其中，通过将碳氢化合物变化加上先前确定的碳氢化合物含量来确定所述碳氢化合物含量，所述碳氢化合物变化是使用所述后处理系统的温度来加以确定的。
12.根据权利要求11所述的作业车辆，其中，所述碳氢化合物变化是使用所述后处理系统的温度与所述碳氢化合物变化之间的关系来加以确定的，所述关系存储在所述至少一个控制器上的存储器中。
13.一种采用后处理系统控制内燃发动机的方法，所述后处理系统被配置成处理来自所述内燃发动机的废气，所述方法包括：
确定所述后处理系统的当前温度；
使用所述后处理系统的所述当前温度来估计所述后处理系统的未来温度是否将低于最低后处理温度；
如果所述后处理系统的所述当前温度低于所述最低后处理温度，则将所述内燃发动机的空转速度设定为高怠速；
如果(i)所述内燃发动机的空转速度没有被设定为高怠速，并且(ii)所述后处理系统的所述未来温度被估计为不低于所述最低后处理温度，则将所述内燃发动机的空转速度设定为超低怠速；以及
如果所述内燃发动机的空转速度没有被设定为超低怠速或高怠速，则将所述内燃发动机的空转速度设定为低怠速，处于超低怠速的发动机速度小于处于低怠速的发动机速度，处于高怠速的发动机速度大于处于低怠速的发动机速度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述后处理系统的所述当前温度是由包括在所述后处理系统中的温度传感器提供的感测到的温度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述温度传感器被配置成测量包括在所述后处理系统中的选择性催化还原系统的温度。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，使用所述后处理系统的所述当前温度来估计所述后处理系统的所述未来温度。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，使用所述后处理系统的所述当前温度、环境温度和发动机负载中的至少两项来估计所述后处理系统的所述未来温度。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括：
对自上一次基循环以来将所述空转速度从超低怠速转换到高怠速的次数进行计数；以及
如果所述计数大于最大ULI离开计数，则停用超低怠速。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述后处理系统的所述当前温度是所述后处理系统的第一当前温度，所述后处理系统的所述未来温度是所述后处理系统的第一未来温度，以及所述最低后处理温度是第一最低后处理温度，所述方法还包括：
确定所述后处理系统的第二当前温度，相比所述后处理系统的所述第一当前温度，所述后处理系统的所述第二当前温度指示所述后处理系统的不同部分的温度；
如果所述后处理系统的所述第二当前温度低于第二最低后处理温度，则将所述内燃发动机的空转速度设定为高怠速；
估计所述后处理系统的第二未来温度是否将不低于第二最低后处理温度，相比所述后处理系统的所述第二未来温度，所述后处理系统的所述第一未来温度指示所述后处理系统的不同部分的温度；以及
如果(i)所述内燃发动机的空转速度没有被设定为高怠速，(ii)所述后处理系统的所述第一未来温度被估计为不低于所述第一最低后处理温度，并且(iii)所述后处理系统的所述第二未来温度被估计为不低于所述第二最低后处理温度，则将所述内燃发动机的空转速度设定为超低怠速。
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