CN115559805A - 控制车辆起动期间的NOx排放控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制车辆起动期间的NOx排放控制，尤其是一种用于车辆(1)的起动期间的NOx排放控制的方法，该车辆包括排气后处理系统(300)、发动机(2)以及NOx传感器(308)，该方法包括以下步骤：确定NOx传感器的温度(S102)；如果所确定的NOx传感器的温度低于预定阈值，则发起对该NOx传感器的加热(S104)，以及执行预防动作来延迟发动机起动(S106)，直到所确定的NOx传感器的温度超过或等于该预定阈值。本发明还涉及排气后处理系统、包括这种系统的车辆、被配置成执行上述方法的计算机程序、计算机可读介质以及控制单元。

Description

控制车辆起动期间的NOx排放控制
技术领域
本发明涉及一种用于车辆起动期间的NOx排放控制的方法，该车辆包括排气后处理系统、发动机以及NOx传感器。本发明还涉及一种对应的排气后处理系统。尽管将针对卡车形式的车辆来描述该方法和系统，但是该方法和系统也可以有效地结合在诸如公共汽车和建筑设备的其它车辆类型中。
背景技术
在车辆冷起动期间，难以控制在冷起动时往往较高的NOx排放。通过冷起动车载诊断(OBD)和车载监测(OBM)过程执行的NOx排放控制依赖于由车辆的排气后处理系统中的NOx传感器执行的测量。
在冷起动期间对NOx排放执行车载诊断具有挑战性，这是因为NOx传感器需要时间来预热和起动，然后这些NOx传感器才能提供准确的读数。当前的NOx传感器对湿度敏感，因此起动传感器通常会延迟，直到传感器上的水蒸发为止。然而，当NOx传感器预热好时，车辆的冷起动程序几乎结束，从而失去了在冷起动期间执行排放控制和诊断的机会或至少无法最佳地执行。
由于排放对环境的影响，排放控制、诊断和监测吸引了广泛关注。因此，至少出于这个原因，改进这种排放控制是有意义的，尤其是改进冷起动期间的排放控制。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于车辆起动期间的NOx排放控制的方法和系统，该方法和系统至少部分地缓解了现有技术的缺陷。
根据本发明的第一方面，该目的通过下文所述的方法来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆起动期间的NOx排放控制的方法，该车辆包括排气后处理系统、发动机以及NOx传感器，该方法包括以下步骤：确定NOx传感器的温度；如果所确定的NOx传感器的温度低于预定阈值，则发起对NOx传感器的加热，以及执行预防动作来延迟发动机起动，直到所确定的NOx传感器的温度超过或等于预定阈值。
本发明基于这样的认识：即，通过允许NOx传感器在发动机起动之前加热，提供了在冷起动期间更有效地使用NOx传感器。通过该方法，NOx传感器准备好在发动机起动时提供准确的测量，从而在冷起动期间也可以执行有效的排放控制。
因此，通过提供本文提出的方法，在冷起动期间实现了改进的排放控制，因此也降低了NOx排放水平。
NOx传感器的温度可以由直接在NOx传感器上的温度传感器来确定。此外，NOx传感器可以包括其自身的温度感测装置，用于确定NOx传感器的温度，以确定该NOx传感器是否准备好被激活并使用。因此，一旦NOx传感器的温度高于或处于预定温度，该NOx传感器就可以提供其自身的信号，该信号表明NOx传感器被激活或至少准备好被激活。
然而，在其它可能的实现方式中，该NOx传感器的温度可以由布置在NOx传感器附近的排气流中的温度传感器来确定。然后，可以假设NOx传感器的温度接近于在NOx传感器附近测得的排气流的温度，或者使用模型或其它类型的估计来基于NOx传感器附近的排气温度计算或估计NOx传感器的温度。在NOx传感器附近可以被认为紧靠于传感器，或者在不接触NOx传感器和损害其性能的情况下，尽可能合理地靠近。
执行预防动作，以直接或间接导致发动机起动延迟，从而允许NOx传感器有充足的时间加热到确保NOx传感器适当操作的温度。一旦足够温热，NOx传感器就可以在发动机冷起动期间提供准确的排放水平测量。
一旦确定或估计出NOx传感器的温度等于或超过预定阈值，就可以终止所述预防动作。
NOx传感器通常用在车辆的排气后处理系统中，并且被构造成检测和测量排气中的氮氧化物水平。NOx传感器本身被认为是已知的，因此在本文中将不详细描述关于这些NOx传感器的操作和功能的细节。
所述发动机优选是内燃发动机。内燃发动机可以是柴油发动机或汽油发动机或任何其它类型的内燃发动机。内燃发动机可以是部分地由电池供电的混合动力传动系的一部分。
根据一个示例实施例，执行预防动作可以包括防止发动机起动。这种预防动作使得：即使车辆的乘员试图起动发动机，发动机也不会起动，因此，发动机被强制维持关闭。因此，直到NOx传感器足够温热之前，都不允许发动机起动，例如点火。这确保了NOx传感器已达到适当的操作温度，并且可以提供准确的测量。
根据一个示例实施例，执行预防动作可以包括生成以下信号：该信号具有通知驾驶员延迟起动发动机的指令。因此，预防动作可以是鼓励驾驶员延迟发动机起动的消息。所述指令可以作为消息提供，该消息呈驾驶员界面中的“弹出”消息的形式。该消息也可以是使用音频的信息消息，或者是在驾驶员界面中点亮灯的信息消息。该消息也可能是不同类型消息的组合。在强制性较小的预防动作下，驾驶员可以例如在紧急情况下超控该预防动作。
根据一个示例实施例，在发起对NOx传感器的加热时，可以生成以下信号：该信号具有通知驾驶员延迟起动发动机的指令。因此，提供了发起对NOx传感器加热的确认，这允许用户更好地安排其它任务。这些指令可以例如包括关于预计发动机起动延迟多长时间的信息。
根据一个示例实施例，该方法可以包括：一旦发动机起动，就发起冷起动车载诊断和/或车载监测。通常，当发动机和后处理系统处于冷态并且发动机起动时，排气排放量高于系统和发动机已升温时的排放量。这是由于后处理系统中的NOx转化需要相对较高的排气温度才能有效工作。冷起动诊断和/或车载监测的早期发起有利地提供了对冷起动排放的有效监测。这样，可以通过分析NOx水平来快速地检测到任何潜在故障。此外，随着时间的推移监测冷起动NOx排放可能是有利的，因为这允许在车辆的整个寿命期间跟踪车辆的冷起动性能。例如，这能够检测并跟踪排气后处理系统的老化。
根据一个示例实施例，该方法还可以包括：当NOx传感器的测得温度超过或等于预定阈值时，激活NOx传感器。激活NOx传感器意味着该传感器可以开始向发动机控制单元发送有用的测量值。NOx传感器元件需要相对温热(例如约800℃)以有效工作。当NOx传感器激活并发送有用的测量值时，所述控制系统可以使用这些值以尽可能高的性能或至少以可接受的性能水平转换NOx。
NOx传感器的加热以受控方式在足够低的加热速率下执行，从而不会损坏传感器或在NOx传感器上造成不必要的磨损。
根据一个示例实施例，可以执行对NOx传感器的加热，使得积聚在NOx传感器上的水以受控方式蒸发，从而防止由于膨胀的水蒸气而损坏NOx传感器。因此，对NOx传感器的加热以缓慢的速率执行，使得加热不会对NOx传感器造成损坏。该加热速率使得传感器上的水能够以一定速率蒸发出去并离开传感器，使得水的膨胀不会对NOx传感器造成损坏。例如，取决于周围的温度，NOx传感器在大约10-60秒内被加热到约800℃。
根据本发明的第二方面，该目的通过下文所述的系统来实现。
根据本发明的第二方面，提供一种车辆的排气后处理系统，该排气后处理系统包括：排气管部分，该排气管部分用于朝向排气出口传输排气；NOx传感器，该NOx传感器布置在排气管中，用于测量排气中的氮氧化物水平；加热器，该加热器用于加热NOx传感器，以及传感器，该传感器用于确定NOx传感器的温度；并且该系统还包括控制单元，该控制单元被配置成引起预防动作来延迟发动机起动，直到所确定的NOx传感器的温度超过或等于预定阈值。
根据一个示例实施例，该控制单元可以被配置成：防止车辆起动，直到所确定的NOx传感器的温度超过阈值，和/或生成以下信号，该信号具有通知驾驶员延迟起动发动机的指令。
根据一个示例实施例，加热器是可控的，以在加热速率下加热NOx传感器，使得NOx传感器上积聚的水蒸发，从而防止由于膨胀的水蒸气而损坏NOx传感器。
根据一个示例实施例，该加热器包括电加热元件或由与驱动发动机相同类型的燃料驱动的加热元件。
本发明第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据第二方面的排气后处理系统。
根据本发明的第四方面，提供一种计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当该程序在计算机上运行时执行第一方面的步骤。
根据本发明的第五方面，提供一种计算机可读介质，该计算机可读介质承载计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当该程序产品在计算机上运行时执行第一方面的步骤。
根据本发明的第六方面，提供了一种控制单元，该控制单元用于控制车辆起动期间的NOx排放，该车辆包括排气后处理系统和NOx传感器，该控制单元被配置成执行根据第一方面的方法的步骤。
第三、第四、第五和第六方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的那些效果和特征。
当研读所附权利要求书和以下描述时，其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可以将不同的特征加以组合，以产生除了下文中描述的那些实施例之外的实施例。
附图说明
参照附图，下面是作为示例列举的本发明实施例的更详细描述。
在这些图中：
图1是根据本发明的一个示例实施例的呈卡车形式的车辆；
图2是根据本发明的一个示例实施例的方法步骤的流程图；并且
图3是根据本发明的一个实施例的系统的示意图。
具体实施方式
下面将参照示出本发明的示例性实施例的附图更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实施，且不应被解释成对本文所述实施例构成限制，而是，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内作出许多改变和修改。
在全文的描述中，相同的附图标记指代相同的元件。
图1示出了卡车1形式的车辆，该车辆包括发动机2，例如内燃发动机。内燃发动机可以例如是柴油发动机或汽油发动机或任何其它类型的内燃发动机。卡车1可以是混合动力电动车辆。卡车1还包括排气后处理系统300，该排气后处理系统300例如包括催化装置、尿素喷射器以及氮氧化物传感器，并将参照随后的附图作进一步讨论。卡车1还包括控制单元100，该控制单元100也将参照随后的附图来讨论。
图2是根据本发明的实施例的方法步骤的流程图，并且图3概念性地示出了根据本发明的实施例的排气后处理系统300。
排气后处理系统300包括排气管部分302，该排气管部分302用于朝向排气出口306传输排气304。排气管部分302是用于将排气从发动机2传输到排气出口306的更大传输系统的一部分。通常，后处理系统300可以包括催化单元(例如，选择性催化还原装置)、尿素喷射器、氨泄漏催化剂、柴油氧化催化剂、颗粒过滤器、排气温度传感器以及本领域技术人员本身已知而这里将不作详细描述的其它部件。
NOx传感器308布置在排气管部分302中，用于测量排气304中的氮氧化物(NOx)的水平。此外，加热器312被布置成加热NOx传感器308。NOx传感器308可以包括其自身的加热器，该加热器与NOx传感器成一体，或者该加热器是外部加热器，该外部加热器被布置成与NOx传感器308的外壳接触，或至少紧靠于NOx传感器308，足够靠近以便能够根据这里的实施例来加热NOx传感器308。
这里，描绘了单个NOx传感器308。然而，在实际应用中，后处理系统中通常存在不止一个NOx传感器。例如，第一NOx传感器可以布置在选择性催化还原单元的上游，而第二NOx传感器可以布置在选择性催化还原单元的下游且可能布置在氨泄漏催化剂的下游。
NOx传感器在后处理系统中的位置取决于手头的具体实现方式，并且存在各种可能性，且这些可能性均在本发明的范围内。
在步骤S102中，确定NOx传感器308的温度。该温度可以由布置在NOx传感器上并且专用于该NOx传感器的温度传感器确定。然而，优选地，NOx传感器308具有其自身的内部电路和传感器310a，用于确定NOx传感器308的温度，或者至少确定NOx传感器308是否准备好被激活。在一些可能的实现方式中，被布置成测量传输管302中的排气温度的传感器310b位于NOx传感器308附近。这样，NOx传感器308的温度可以根据由传感器310b测量到的温度来估计，或者，由传感器310b测量到的温度可以用作NOx传感器308的温度的指示。
接下来，评估所确定的NOx传感器308的温度是否低于预定阈值，如果“是”，则在步骤S104中发起对NOx传感器308的加热。因此，NOx传感器的温度传感器可以指示所测得的温度低于预定阈值，由此，加热器312响应地发起对NOx传感器308的加热。
此外，在步骤S106中，执行预防动作以延迟发动机起动，直到所确定的NOx传感器308的温度超过或等于预定阈值。为此，系统300还包括控制单元100，该控制单元100被配置成引起所述预防动作。例如，控制单元100可以防止发动机2起动，即，所述预防动作是强制发动机2持续关闭直到NOx传感器308处于其预定温度为止的硬动作。在其它实施例中，由控制单元100引起的预防动作具有更具指导性的性质，并且包括生成以下信号：该信号具有通知驾驶员延迟起动发动机2的指令。该信号可以在发起对NOx传感器308的加热时生成。
因此，所述预防动作可以是“硬”预防，其中，发动机控制单元可以禁止在NOx传感器308已经达到预定温度并激活之前起动发动机2。作为建议，该预防动作也可以是“软”预防动作，其中，要求驾驶员推迟或延迟起动发动机2，但如果需要的话(例如出于安全的原因，如果车辆已停放，但例如由于附近发生火灾或其它紧急情况等危险而必须迅速移动)，驾驶员也可以选择超控该预防功能。
在步骤S108中，一旦确定或估计出NOx传感器308的温度等于或超过预定阈值，就可以终止预防动作并允许发动机起动。
在一种实现方式中，控制单元100被配置成从NOx传感器的内部温度传感器310a接收指示NOx传感器的温度的信号。在其它可能的实现方式中，控制单元100被配置成从传感器310b接收以下信号：该信号指示了排气传输管302中(这里，在NOx传感器308的上游)的温度，控制单元100可以根据这些信号对NOx传感器308的温度进行计算或建模。如果使用NOx传感器的内部温度传感器310a，则可以省略用于确定NOx传感器308的温度的传感器310b。
一旦发动机2起动，就可以发起对排放的冷起动诊断和/或车载监测。采用本文提出的方法，由于NOx传感器308已经被加热和激活，因此可以从发动机2起动的那一瞬间开始就发起并以高精度使用冷起动诊断和/或车载监测。因此，可以改进冷起动期间的排放控制。当NOx传感器308的测得温度超过或等于预定阈值时，可以激活NOx传感器308。NOx传感器308本身可以向控制单元100提供信号，该信号表明该NOx传感器被激活并且准备好提供NOx排放测量数据。
加热器312能够由控制单元100控制，以在加热速率下加热NOx传感器308，以蒸发在NOx传感器308上积聚的水，从而防止由于膨胀的水蒸气而损坏NOx传感器308。
加热器312可以包括电加热元件或由与驱动发动机2相同的燃料驱动的加热元件。使用电加热元件提供了通用加热元件，该通用加热元件可以与几乎任何类型的排气后处理系统一起使用，因为在大多数车辆中均包括电源。然而，使用由与驱动发动机相同的燃料驱动的加热元件消除了对电源的需要，从而节省了车辆的电能源中的能量，这些能量可以用于需要电能的其它系统。例如，可以使用柴油驱动的燃烧器或氢气驱动的加热器，或使用一些其它类型的可用化学燃料的加热器。此外，排气后处理系统中的空气泵(可能结合一种或多种其它提及类型的加热器)可以用于增加通过系统的空气流量，以加热NOx传感器。
控制单元100被配置成用于控制车辆1的起动期间的NOx排放，该车辆1包括排气后处理系统300和NOx传感器308。控制单元100被配置成：通过从NOx传感器308的温度传感器310a或从排气后处理系统中的传感器310b获取感测数据、或者通过从NOx传感器308自身接收的指示NOx传感器的当前状态的信号来确定NOx传感器308的温度。如果所确定的NOx传感器308的温度低于预定阈值并因此需要加热，则控制单元100被配置成发起对NOx传感器308的加热。如果发起加热，则控制单元100被配置成：控制预防动作以延迟发动机起动，直到确定NOx传感器的温度超过或等于预定阈值。
控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。因此，该控制单元包括电子电路和连接件(未示出)以及处理电路(未示出)，使得该控制单元可以与卡车的不同部件通信，例如制动器、悬架、传动系(特别是电动发动机、电机、离合器和变速箱)，以便至少部分地操作卡车。该控制单元可以包括硬件或软件模块，或者部分硬件或软件的模块，并且使用诸如CAN总线和/或无线通信能力的已知传输总线进行通信。该处理电路可以是通用处理器或专用处理器。该控制单元包括非瞬态存储器，用于在其上存储计算机程序代码和数据。因此，本领域技术人员意识到该控制单元可以由许多不同的构造实施。
本发明的控制功能可以使用现有的计算机处理器来实施、或者通过用于适当系统的专用计算机处理器(为此目的或其它目的而包含)来实施、或者通过硬线系统来实施。本发明范围内的实施例包括程序产品，这些程序产品包括机器可读介质，该机器可读介质用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是能够由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。举例而言，此类计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储装置、或者任何其它介质，其能被用来承载或存储呈机器可执行指令或数据结构形式的期望程序代码并且能够由通用或专用计算机、或者具有处理器的其它机器访问。当信息经由网络或其它通信连接(硬连线、无线、或者硬连线或无线的组合)传输或提供给机器时，该机器将该连接适当地视为机器可读介质。因此，任何这样的连接均适当地称为机器可读介质。上述的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括使得通用计算机、专用计算机、或专用处理机器执行某个功能或一组功能的指令和数据。
尽管附图可能示出了顺序，但这些步骤的顺序可以与所示出的顺序不同。此外，可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这种变型都在本发明的范围内。类似地，可以使用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成软件实现方式，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤以及判定步骤。另外，尽管已经参照本发明的特定示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、修改等将变得显而易见。
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多改变和修改。

Claims (13)

1.一种用于车辆(1)的起动期间的NOx排放控制的方法，所述车辆包括排气后处理系统(300)、发动机(2)以及NOx传感器(308)，所述方法的特征在于以下步骤：
确定所述NOx传感器的温度；
如果所确定的所述NOx传感器的温度低于预定阈值，则发起对所述NOx传感器的加热，以及
执行预防动作以防止发动机起动，直到所确定的所述NOx传感器的温度超过或等于所述预定阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行预防动作包括生成以下信号：所述信号具有通知驾驶员延迟起动所述发动机(2)的指令。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述信号是在发起对所述NOx传感器(308)的加热时生成的。
4.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，包括：一旦所述发动机(2)起动，就发起冷起动车载诊断和/或车载监测。
5.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，进一步包括：当所确定的所述NOx传感器的温度超过或等于所述预定阈值时，激活所述NOx传感器。
6.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中，执行对所述NOx传感器(308)的加热，使得积聚在所述NOx传感器上的水以受控方式蒸发，从而防止由于膨胀的水蒸气而损坏所述NOx传感器(308)。
7.一种车辆(1)的排气后处理系统(300)，其特征在于，
排气管部分(302)，所述排气管部分(302)用于朝向排气出口(306)传输排气(304)；
NOx传感器(308)，所述NOx传感器(308)布置在所述排气管中，用于测量所述排气中的氮氧化物(NOx)的水平；
加热器(312)，所述加热器(312)被布置成加热所述NOx传感器，以及
传感器(310a；310b)，所述传感器(310a；310b)用于确定所述NOx传感器的温度；并且
所述系统还包括控制单元(100)，所述控制单元(100)被配置成引起预防动作来防止发动机起动，直到所确定的所述NOx传感器的温度超过或等于所述预定阈值。
8.根据权利要求7所述的排气后处理系统，其中，所述控制单元被配置成生成以下信号：所述信号具有通知驾驶员延迟起动所述发动机(2)的指令。
9.根据权利要求7和8中的任一项所述的排气后处理系统，其中，所述加热器是可控的，以在加热速率下加热所述NOx传感器，以便使所述NOx传感器上积聚的水蒸发，从而防止由于膨胀的水蒸气而损坏所述NOx传感器。
10.根据权利要求7和8中的任一项所述的排气后处理系统，其中，所述加热器(312)包括电加热元件或由与驱动所述发动机(2)相同类型的燃料驱动的加热元件。
11.一种车辆(1)，所述车辆包括根据权利要求7和8中的任一项所述的排气后处理系统(300)。
12.一种承载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述计算机程序在计算机上运行时执行根据权利要求1和2中的任一项所述的方法的步骤。
13.一种控制单元(100)，所述控制单元(100)用于控制车辆起动期间的NOx排放，所述车辆包括排气后处理系统和NOx传感器，所述控制单元被配置成执行根据权利要求1和2中的任一项所述的方法的步骤。
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