CN115956039A - 混合动力系统排放管理 - Google Patents

Abstract

用于混合动力系统中发动机的排放管理系统包括传感器组件和控制器。所述传感器组件被配置成响应于发动机启动事件而提供激活信号并且检测排放信息，包括指示发动机功率、驾驶员需求功率、催化剂温度、电池荷电状态和电池温度的信息。控制器与传感器组件通信并且被配置成：接收激活信号，并且作为响应而从传感器组件接收排放信息；确定减排模式，所述减排模式具有针对催化剂温度的阈值并且具有与所述减排模式相对应的发动机功率；监测排放信息；将催化剂温度与阈值进行比较；当催化剂温度低于阈值时，使所述发动机以减排模式操作；以及当催化剂温度大于或等于所述阈值时，允许所述发动机以正常操作模式操作。

Description

混合动力系统排放管理

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年7月9日提交的美国专利申请No.63/049,836的优先权，其全部公开内容通过引用明确并入本文。

政府支持条款

本发明是在美国能源部颁发的DE-AC02-06CH11357下利用政府支持完成的。政府对本发明拥有某些权利。

技术领域

本公开总体上涉及替代燃料车辆(“AFV”)并且更具体地涉及用于管理与此类AFV相关联的排放的系统。

背景技术

对于各种应用(包括发电机和车辆)中常见的发动机，控制排放已变得越来越普遍。内燃发动机的正常操作会产生需要管理的排放物。在车辆中，动力装置或动力装置系统是指提供动力以推进车辆的部件。这些部件包括发动机、变速器、驱动/传动轴、差速器和最终驱动装置。在操作中并且对于内燃发动机而言，发动机燃烧燃料以产生使曲轴旋转的形式的机械功率。变速器接收旋转的曲轴并操纵发动机速度(即，曲轴的旋转)以控制也联接到变速器的驱动/传动轴的转速。旋转的驱动轴由差速器接收，该差速器将旋转动力传递至最终驱动装置(例如，车轮)以影响车辆的移动。在汽车中，差速器使共享车桥上的车轮能够以不同的速度旋转(例如，在转弯期间，外侧车轮相对于内侧车轮旋转得更快，以允许车辆保持其速度和行进路线)。来自燃烧的废气经过后处理系统，该后处理系统通常包括将废气中的有毒排放物减少为低毒污染物的催化转化器和/或在将来的燃烧事件中再利用废气的废气再循环。

常规的混合动力发动机系统通常包括电动马达和内燃发动机，它们能够共同或独立地操作从而为传动系统提供动力以推进车辆。关于混合动力车辆，可以有多种配置。例如，在并联配置中，电动马达和内燃发动机都可操作地连接到传动系统/变速器以推进车辆。在串联配置中，电动马达可操作地连接到传动系统/变速器，并且内燃发动机通过为电动马达提供动力而间接地为传动系统/变速器提供动力。在混合动力车辆的典型操作中，电动马达按需或根据一种或更多种预定义的控制策略来启用。例如，电动马达可以在诸如冷启动事件的发动机启动事件期间使用。并且一些混合动力车辆可能会在长时间停止时关闭内燃发动机，并在驾驶员要求加速时仅使用电动马达提供初始加速度。

不管它们的配置如何，在使用发动机或者发动机和马达两者的操作期间，混合动力发动机系统产生废气形式的排放物，该废气然后经过废气后处理系统中的催化转化器和/或再循环。因此，减少排放通常取决于催化转化器和/或废气再循环的效率。催化转化器的排放转化效率通常是温度的函数，其中温度升高会导致效率提高。因此，减排策略通常采用催化剂预热方法，通过延迟火花正时、向发动机添加寄生负载、使用外部加热器或者加热的催化转化器，例如直到催化转化器中的催化剂在阈值温度下变得完全活跃为止。其他减排策略包括增加废气再循环。但这些方法通常成本高昂且复杂，或者在某些应用中根本不可行。

发明内容

总的来说，本文公开了与发动机排放管理系统有关的若干实施方式。这样的发动机排放管理系统包括可以减少来自混合动力装置的排放物的排放管理系统。用于混合动力系统中发动机的排放管理系统可包括传感器组件和控制器。所述传感器组件可以被配置成响应于发动机启动事件而提供激活信号并且检测排放信息，包括指示发动机功率、驾驶员需求功率、催化剂温度、电池荷电状态和电池温度的信息。所述控制器可以与所述传感器组件通信。所述控制器可以被配置成：接收所述激活信号，并且响应于所述激活信号而从所述传感器组件接收所述排放信息。所述控制器可以被配置成确定减排模式，所述减排模式具有针对所述催化剂温度的阈值并且具有与所述减排模式相对应的发动机功率。所述控制器可以被配置成监测所述排放信息。所述控制器可以被配置成将所述催化剂温度与所述阈值进行比较。所述控制器可以被配置成当所述催化剂温度低于所述阈值时，使所述发动机以所述减排模式操作。所述控制器可以被配置成当所述催化剂温度大于或等于所述阈值时，允许所述发动机以正常操作模式操作。

在实施方式中，确定阈值的本质可以不同。可以例如通过校准排放管理系统来预先确定阈值。在实施方式中，所述阈值是在所述控制器的存储器装置中预先定义的。所述存储器装置可以具有多个存储阈值，所述多个存储阈值中的各个存储阈值是根据至少一个发动机参数来表征的。所述控制器可以通过从所述存储器装置检索所述阈值来确定所述阈值。

在实施方式中，混合动力发动机管理系统可以由不同的发动机启动事件激活。发动机启动事件可以是发动机的冷启动。发动机启动事件可以是热启动事件，例如发动机停止后不久的启动事件(例如，通勤后停车、通勤期间发动机停止、交通等)。

在实施方式中，所述控制器还被配置成：基于所述电池荷电状态和所述电池温度中的至少一项来确定所述驾驶员需求功率的可由电池实现的百分比。因此，在串联混合动力车辆中，控制器可以基于电池荷电状态和电池温度，在电池与发动机和连接的电动马达的组合(例如，“发电机组”)之间分配驾驶员需求功率。

本公开包括管理混合动力系统的发动机排放的方法。所述方法可以包括：响应于发动机启动事件而提供激活信号。所述方法可以包括：检测排放信息，包括指示发动机功率、驾驶员需求功率、催化剂温度、电池荷电状态和电池温度的信息。所述方法可以包括：接收所述激活信号，并且响应于所述激活信号而接收所述排放信息。所述方法可以包括：确定减排模式，所述减排模式具有针对所述催化剂温度的阈值并且具有与所述减排模式相对应的发动机功率。所述方法可以包括：监测所述排放信息。所述方法可以包括：将所述催化剂温度与所述阈值进行比较。所述方法可以包括：当所述催化剂温度低于所述阈值时，使发动机以所述减排模式操作。所述方法可以包括：当所述催化剂温度大于或等于所述阈值时，允许所述发动机以正常操作模式操作。

在整个方法中，在冷启动事件期间，电池功率可优先于发动机功率并发挥杠杆作用。在实施方式中，当所述催化剂温度低于所述阈值时，所述方法可以包括：确定在给定功率输出的情况下允许催化剂达到所述阈值的加热时间段期间所述发动机的所述功率输出；以及基于所述电池荷电状态和所述电池温度中的至少一项来确定所述驾驶员需求功率的可由电池实现的百分比。当在所述减排模式下所述发动机功率能够满足所述驾驶员需求功率时，所述方法可以包括：使所述发动机满足所述驾驶员需求功率。当所述驾驶员需求功率超过以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出，并且所述驾驶员需求功率的可由电池实现的所述百分比能够补充以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出以满足所述驾驶员需求功率时，所述方法可以包括：使所述发动机和所述电池一起满足所述驾驶员需求功率。当所述驾驶员需求功率超过以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出和所述驾驶员需求功率的可由电池实现的所述百分比时，所述方法可以包括：使所述发动机将功率输出增加到超过与所述减排模式相对应的功率输出。所述方法可以包括：在不存在所述驾驶员需求功率时并且当所述催化剂温度低于所述阈值时使所述发动机返回到所述减排模式。连同使所述发动机将功率输出增加到超过与所述减排模式相对应的功率输出，所述控制器还可以被配置成使所述电池以所述驾驶员需求功率的可由电池实现的最大百分比放电。

本公开包括一种混合动力系统，所述混合动力系统包括混合动力装置以及在操作上与所述混合动力装置通信的排放管理系统。所述混合动力装置可以具有发动机、电池、在操作上连接到所述发动机和所述电池的电动马达、以及在操作上连接到所述发动机的后处理系统。所述排放管理系统可以包括传感器组件以及控制器。所述传感器组件可以被配置成响应于发动机启动事件而提供激活信号并且检测排放信息，包括指示发动机功率、驾驶员需求功率、催化剂温度、电池荷电状态和电池温度的信息。所述控制器可以与所述传感器组件通信。所述控制器可以被配置成：接收所述激活信号，并且响应于所述激活信号而从所述传感器组件接收所述排放信息。所述控制器可以被配置成：确定减排模式，所述减排模式具有针对所述催化剂温度的阈值并且具有与所述减排模式相对应的发动机功率。所述控制器可以被配置成：监测所述排放信息。所述控制器可以被配置成：将所述催化剂温度与所述阈值进行比较。所述控制器可以被配置成：当所述催化剂温度低于所述阈值时，使所述发动机以所述减排模式操作。所述控制器可以被配置成：当所述催化剂温度大于或等于所述阈值时，允许所述发动机以正常操作模式操作。

本公开可以跨多种平台使用。例如，在实施方式中，混合动力装置是串联混合动力装置、并联混合动力装置、或者串并联混合动力装置。

在考虑以下例示性实施方式的详细描述后，本公开的附加特征和优点对于本领域技术人员来说将变得明显，这些例示性实施方式举例说明了如当前所理解的本公开。

本公开提供了许多优点。例如，排放管理系统可以通过管理发动机的多个参数来优化减排。在实施方式中，混合动力排放管理系统具有总体减少的系统输出排放，因为当催化剂温度达到高效阈值时排气流速降低。另外，本公开可用于广泛的应用，而不会显著增加它们的成本和复杂性。

附图说明

本公开的上述和其他特征和优点以及获得它们的方式将通过以下结合附图对示例性实施方式的描述而变得更加明显和更好地理解，其中：

图1是根据本公开的一个实施方式的排放管理系统的示意图；

图2是图1的系统的控制器的框图；

图3是混合动力装置的框图；

图4是示出在确定催化剂温度的阈值方面有用的信息的一系列图表，其将被排放管理系统使用以由此减少排放；

图5是示出发动机排放量、排气流速、发动机输出与催化剂温度之间的关系的示例的图表；以及

图6是管理发动机排放的方法的流程图。

对应的附图标记指示贯穿若干视图的对应部分。尽管附图表示根据本公开的各种特征和组件的实施方式，但是附图不一定按比例绘制并且某些特征可能被夸大以便更好地说明和解释本公开。在此阐述的示例说明了本发明的实施方式，并且这样的示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

为了促进对本公开的原理的理解，现在参考下面描述的附图中所示的实施方式。本文公开的示例性实施方式并非旨在穷举或将本公开限制为在以下详细描述中公开的精确形式。相反，选择并描述了这些示例性实施方式，以便其他本领域的技术人员可以利用它们的教导。将给定实施方式中的多个(例如，所有)特征在所有实施方式上使用并不超出本公开的范围。

图1示出了根据本公开的实施方式的具有用于减少排放物的排放管理系统10(也称为“系统10”)的车辆的示意图。本公开尤其提供了用于减少混合动力系统中发动机操作期间的排放物的排放管理系统10，其特征在下文中讨论。内燃发动机用于各种混合动力系统，包括用于发电机和车辆的混合动力系统。这些混合动力系统包括内燃发动机1和至少一个电动马达2。在操作期间产生有毒排放物的内燃发动机1和电动马达2可以根据与混合动力系统的驾驶员需求功率相对应的命令而独立地或串联地操作。在此处所示的串联混合动力车辆中，内燃发动机1可具有连接的电动马达3(统称为“发电机组”)以提供电力供车辆使用。来自混合动力系统的大部分或全部排放物可以是内燃发动机1(例如火花点火汽油发动机和压缩点火柴油发动机)产生的废气的形式。在典型的混合动力车辆中，可以通过控制废气来减少这些排放物(例如，通过废气再循环(EGR)将废气重新用于将来的燃烧事件)。另外，或另选地，可以通过这样的方式来减少这些排放物：将废气引导通过通常经由在催化转化器5中具有一种或更多种催化剂(例如，铂、钯和铑)的后处理系统4执行的氧化还原反应(氧化反应和还原反应)，使得有毒排放物在离开车辆的排气装置之前被转化为低毒排放物。催化转化器5(以及延伸的混合动力系统)的转化效率可以被表征为排气流速和排气温度的函数，其与催化剂的温度成比例地相关。

如本文所讨论的，本公开通过在可能时独立于发动机需求优化催化剂的操作来减少混合动力系统中发动机1操作期间的排放物。混合动力系统的一种这样的操作包括发动机启动事件，例如冷启动事件，其中发动机1(并且因此排气装置)处于相对于其操作温度的低温。催化剂操作未达到充分的效率，直到发动机废气将催化剂加热到在催化转化器5内开始催化反应的温度。因此，在冷启动期间排放量通常最高，因为催化剂没有以充分的效率操作并且需要消耗额外的燃料以增加废气温度并加热催化剂以充分的效率操作。存在这样的点：在该点处，排气温度、催化剂温度和发动机输出被优化成使得来自混合动力系统的排放物减少。本公开被配置成基于这些和其他参数来减少发动机排放。例如，如下文所述，在一个实施方式中，本公开可通过在冷启动发动机事件之后随时间管理发动机输出来优化排气流速和排气温度，从而使催化剂温度达到阈值而不增加整体系统排放。

尽管关于具体特征、操作和实施方式进行了讨论，但是应当理解，本公开不应限于此。例如，本领域技术人员将理解，与本文所讨论的实施方式类似的实施方式可应用于具有产生排放物的发动机或热源的多种混合动力系统，其中一些包括用于车辆、发电机、电器、机车和其他机械的混合动力系统，它们都不应被视为超出本公开的范围。作为另一示例，本公开可以针对多种类型的排放物进行优化，包括氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳，这些都不应被认为超出本公开的范围。作为又一示例，本公开的实施方式可包括指示催化剂温度的信息，例如以下项中的一项或更多项：排气温度、排气流速、发动机排放速率以及发动机输出或者要被优化以使得排放量减少的类似发动机参数，这些都不应被视为超出本公开的范围。

如图1所示，混合动力系统可包括排放管理系统10和具有发动机1(例如，内燃发动机)、电动马达2、电池22和后处理系统4的混合动力装置。在该图中，排放管理系统10被示出为与串联混合动力AFV 12一起使用。然而，在其他实施方式中，车辆可以被配置为另一种类型的混合动力车辆(例如，诸如强或弱并联混合动力电动车辆、串并联混合动力电动车辆等的并联混合动力电动车辆)。在串联混合动力AFV12中，代替直接驱动车轮，发动机1可以驱动发电机3，该发电机既为电池22充电又为使车辆移动的电动马达2提供动力。在操作中，电动马达2可以在操作上连接到发动机1和电池22，后处理系统4可以在操作上连接到发动机1，并且系统10在操作上与混合动力装置进行通信。系统10通常包括传感器组件14、控制器16和收发器18。传感器组件14可包括至少一个传感器。AFV 12通常包括用于发动机1的燃料系统(例如，燃料箱和关联的燃料管线，皆未示出)、后处理系统4、高电压系统20，该高电压系统包括电池22(或电池组)、DC-DC转换器24和驱动单元26。高电压系统20的部件经由高电压电缆32连接。在AFV 12中，来自发动机的有害排放物经过后处理系统4(例如，经由排气装置)并在离开后处理系统4(例如，经由排气尾管)之前通过催化剂(例如，在催化转化器5中)转化成低危害排放物。电池22可包括采用各种合适的储能技术中的任何一种的一个或更多个电芯，例如锂离子电池。电池22将储存的电力提供给驱动单元26，该驱动单元将DC电流转换为一个或更多个电动马达2用来为后车轮提供动力的三相AC电流。

系统10的传感器组件14可包括如本文所述的一个或更多个传感器装置。这样的传感器装置可以包括温度传感器、扭矩传感器、光学传感器和/或流量传感器。传感器组件14可包括一个或更多个加速度计或者检测提供启动和停止(start-and-stop)功能的AFV 12的加速或减速的其他运动检测装置。在任何情况下，传感器组件14可以在诸如发动机启动事件之类的激活事件发生时向控制器16提供激活信号。激活信号以下述方式引发系统10的响应。

控制器16可以是独立装置或者可以是具有内燃发动机的车辆中的发动机控制模块(“ECM”)或系统控制模块(SCM)的一部分。控制器16可以包括具有存储器、存储部、处理和通信硬件、固件和/或软件的一个或更多个计算装置。控制器16可以是单个装置或分布式设备，并且控制器16的功能可以由硬件来执行和/或作为非暂时性计算机可读存储介质上的计算机指令来执行。如图2所示，在某些实施方式中，控制器16可包括输入接口34、处理器36、存储器装置38和输出接口42。输入接口34可以将激活信号从传感器组件14传送到处理器36。处理器36可以被编程为通过执行如本文所述的多种功能中的一种或更多种来响应激活信号的接收。

在某些实施方式中，处理器36通过生成由输出接口42传送到收发器18的数据来响应激活信号的接收。处理器36可以通过访问存储器装置38来生成数据以获得存储在存储器装置38中的标识AFV 12的排放信息的信息。

图3是作为混合动力车辆的混合动力系统300的框图。如图所示，混合动力系统300可包括排放管理系统10、后处理系统4、以及具有发动机1和一个或更多个电动马达2的混合动力装置320。在实施方式中，混合动力装置320还包括混合动力车辆的连接部件、辅助部件和附件(如上所述)。其中一些包括燃料系统(例如，用于发动机1)、动力系统(例如，用于电动马达2的电池)和后处理系统4(例如，催化转化器以及延伸到催化转化器和从催化转化器延伸出来的排气管)。排放管理系统10可以与混合动力装置320通信，该混合动力装置可以向传动系统330(例如，变速器、差速器和连接轴)输出，以将动力传递到传动系统330的驱动轮。发动机1和传感器组件14可与后处理系统4连通，例如，以处理来自发动机1的废气并用传感器组件14检测废气的温度。

如图所示，排放管理系统10可包括传感器组件14和控制器16。传感器组件14可被配置成响应于发动机启动事件而提供激活信号并检测排放信息，包括指示发动机功率、驾驶员需求功率、催化剂温度、电池荷电状态和电池温度的信息。在实施方式中，指示催化剂温度的信息可以包括检测以下项中的至少一项：连接到发动机的催化转化器上的温降，以及连接到发动机的催化转化器的转化效率。控制器16可以与传感器组件14通信。控制器16可以被配置成接收激活信号，以及响应于激活信号而从传感器组件14接收排放信息。控制器16可被配置成确定减排模式，该减排模式具有催化剂温度的阈值并且具有与其对应的发动机功率。如在下文中进一步讨论的，控制器可以被配置成监测排放信息并将催化剂温度与阈值进行比较。当催化剂温度低于阈值时，控制器16可被配置成使发动机1以减排模式操作。当催化剂温度大于或等于阈值时，控制器16可被配置成允许发动机1以正常操作模式操作。

在发动机启动事件发生时，排放管理系统10可被激活。在实施方式中，发动机启动事件可以是发动机的冷启动。以这种方式，排放管理系统10可以在混合动力装置320在减排方面效率最低同时排气温度从低温(例如，环境温度)上升到正常操作温度的循环期间操作。排气温度测量可以与提供催化剂温度的合理指示相关。如前所述，除了冷启动之外，一些混合动力车辆在通勤的长时间停顿期间(例如，由于交通、停车灯、停车等)关闭它们的内燃发动机1。在这些启动/停止情况下(例如，热启动)以及在催化剂的温度(例如，如排气温度所指示的)可能已降至其阈值以下的一些长时间暂停期间，排放管理系统10仍可激活。因此，排放管理系统10在这些热启动和长时间暂停情况下期间的操作可能类似于冷启动情况下期间的操作。

在减少发动机排放时(例如，在激活后)，排放管理系统10可以管理混合动力系统300的功能以优化减排，同时允许混合动力装置320满足驾驶员需求功率。这种管理可以包括优先利用来自电动马达2的电池供电操作的可用功率而不是发动机1的可用功率。例如，当催化剂温度低于对应于高效操作的阈值温度时，控制器16可被配置成确定发动机1的操作点或功率输出以将催化剂加热至阈值温度，同时在加热时间段(即，发动机1在减排模式下操作)期间产生减少的排放物。响应于驾驶员在这些情况下对功率的需求，控制器可以被配置成基于电池荷电状态(“SOC”)和电池温度中的至少一项来确定驾驶员需求功率的可由马达2实现的百分比。当以减排模式操作的发动机1可以满足驾驶员需求功率时，不使用马达2。当驾驶员需求功率超过在减排模式下操作的发动机1的功率输出并且在给定电池22的当前SOC的情况下马达2可实现的功率足以补充发动机1的功率输出以满足驾驶员需求功率时，控制器16使能马达2以提供附加功率。然而，当驾驶员需求功率大于发动机1在减排模式下的输出功率和给定电池22的SOC的情况下马达2的可用功率时，控制器16使发动机1以更大的功率输出操作点操作，以满足驾驶员需求功率，即使在催化剂加热时段期间的更高功率操作可能导致比最佳操作条件下更大的排放，但不一定超过法定排放限制。可以通过这样的方式来避免更大的排放：设定最小电池SOC，使得它在发动机冷启动或重新启动期间作为缓冲来提供功率。

图4和图5示出了显示在确定催化剂温度的阈值方面有用的信息的图表，其将被排放管理系统10使用以由此减少排放。图4是示出在确定发动机功率的目标值(P1、P2或P3)方面有用的信息的一系列图表。图表401和402示出了分别针对HC和NOx的、在冷启动期间不同发动机功率(P1、P2和P3)的瞬态排放。图表403和404示出了分别针对HC和NOx的、作为催化剂预热时间的函数的瞬态排放。图5是示出发动机排放量(例如，发动机排出NOx速率(g/s))、排气流速(kg/s)、发动机功率(kW)与催化剂温度(摄氏度)之间的关系的示例的图表。

在确定催化剂温度阈值方面有用的信息的趋势根据排放物的类型而变化，因此，排放管理系统的性能可基于要减少的特定排放物而变化。这种变化是因为催化剂对不同排放物的活性不同。例如，图4示出了NOx与HC之间的比较。具体而言，HC和NOx的瞬态系统排放量被示为冷启动期间使用的不同发动机功率的函数。可以看出，对于HC，当发动机功率在冷启动期间从P1增加到P2时，总HC排放量减少。然而，当发动机功率进一步增加到P3时，总HC排放量增加，即使催化剂预热得更快。因此，如前所述，当目标是更高的发动机功率以实现更快的预热时，在更快的催化剂预热与发动机排出排放物增加之间存在权衡。如前所述，可以观察到NOx的不同趋势。单独或一起考虑，HC和NOx的趋势可用于找到系统可使用的发动机功率的阈值。在该示例中，例如，可以选择P2作为发动机功率的目标值，因为它带来相对低的NOx排放量和最小的HC排放量。这些趋势并不是可以通过这些数据观察到的唯一趋势。来自这些数据的其他有用的趋势(为了简洁这里没有详细讨论)可以很容易地被本领域的技术人员观察到，并且不应被认为超出本公开的范围。同样，如下所述，可以针对特定数据点和/或针对特定范围的数据点定义趋势。

混合动力系统的设置也可能导致在确定催化剂温度阈值方面有用的信息的趋势的变化。例如，发动机功率的目标值可能会根据诸如发动机操作(例如，包括点火延迟以增加排气温度，或者反之)、后处理系统布置(例如，紧耦合或车底)等因素而改变。

以NOx为例，可以通过让排放管理系统确定针对催化剂温度而优化的阈值来减少排放。非限制性示例中的化学计量比发动机(例如2.8L天然气发动机)的发动机排放量、排气温度、排气流速与发动机功率之间的关系可以在图5中看到。排气流速和发动机排放速率(例如，针对NOx)可以表示为排气温度和发动机输出的函数。从该图中可以看出，发动机排放(NOx)速率可能与排气流速成线性比例。同样，尽管催化剂温度增加得更快，但以更高的排气温度为目标(例如，通过增加发动机功率)会以指数方式增加排气流速并随之增加发动机排放(NOx)速率。结果，尾管NOx排放量也增加了。特别值得注意的是，随着排气温度超过600摄氏度(对应于约20kW的发动机功率)，发动机排出NOx速率呈指数增长，从而导致催化剂更快预热时的排放代价。通过这个示例，排放管理系统可以使用600度作为排气温度的阈值并相应地操作混合动力系统。

控制器16可以被配置成例如在排放管理系统的操作期间将排放信息与阈值进行比较。在实施方式中，阈值可以是预先确定的。例如，排放管理系统可以针对车辆的特定参数(例如，发动机的尺寸、容量等和/或车辆的构造和/或催化剂)进行校准。在实施方式中，阈值可以在控制器16的存储器装置中预定义。存储器装置可具有多个存储的阈值，各个阈值根据至少一个发动机参数来表征。控制器可以通过从存储器装置检索阈值来确定阈值。在实施方式中，可以动态地执行该处理。

在实施方式中，控制排放的常规方法也可以与排放管理系统一起使用。例如，可以使用本公开与延迟火花正时、电加热催化剂和EGR中的至少一种的任何组合。在实施方式中，这种组合可以带来比单独采用本公开、延迟火花正时、电加热催化剂或EGR更好的减排。

图6是示出管理混合动力系统排放的方法600的流程图。在实施方式中，方法600可由类似于本文别处所讨论的排放管理系统来执行。方法600可包括响应于发动机启动事件而提供激活信号，接收激活信号，并且响应于该激活信号而接收排放信息。方法600可包括确定具有针对排放信息的阈值并具有与其对应的发动机功率的阈值前操作。方法600可包括检测排放信息，包括指示发动机功率、驾驶员需求功率、催化剂温度、电池荷电状态和电池温度的信息。

方法600可以在检测到启动事件(在步骤601处开始)之后优化发动机的操作。例如，在步骤603，系统可以确定阈值。在步骤605，系统可以检测催化剂温度。

在确定阈值之后，方法600可以通过使用阈值来确定是否需要以排放为中心的发动机操作来继续。方法600可包括在步骤610处将催化剂温度与阈值进行比较。方法600可以包括监测排放信息。例如，在步骤609，可以监测催化剂温度。在步骤610，方法600可包括确定催化剂温度是否小于阈值。如果催化剂温度不低于阈值，则方法600可包括在步骤611允许发动机以正常操作模式操作，此后，方法600可结束。另一方面，如果催化剂温度低于阈值，则方法600可以通过在步骤621处确定减排模式的发动机功率而继续。在步骤623，方法600可包括使发动机在催化剂温度低于阈值时以减排模式操作。在步骤630，方法600可以包括确定驾驶员是否需要动力，如果否，则方法600可以继续到步骤626以确定发动机是否仍在运转。如果在步骤626处发动机不再运转，则方法600可以结束。但是如果在步骤626处发动机仍在运转，则方法600可以继续到步骤631以在返回到确定催化剂温度是否小于阈值的步骤610之前监测催化剂温度。然而，如果在步骤630处驾驶员需要动力，则方法600可以继续并且确定是否可以在不增加排放的情况下满足驾驶员需求功率(例如，不退出减排模式)。

驾驶员需求功率可能导致发动机退出减排模式。在步骤631，方法600可包括确定电池可实现的百分比功率(例如，以满足驾驶员需求)。如前所述，该步骤可以基于电池的荷电状态、电池的温度、或两者。知道电池可实现的百分比功率后，方法600可通过确定电池提供的功率和发动机提供的功率的何种布置适合满足驾驶员需求功率来继续。例如，方法600可以决定单独使用发动机来满足驾驶员需求功率。例如，方法600可以通过在步骤640处确定操作在减排模式下的发动机是否能够满足驾驶员需求功率而继续，如果是，则在步骤643处单独使用减排模式下的发动机功率来满足驾驶员需求功率。此后，方法600可包括返回到步骤609以监测催化剂温度，然后步骤610确定催化剂温度是否仍低于阈值。另一方面，如果在减排模式下操作的发动机不能满足驾驶员需求功率，则方法600可以决定使用电池和发动机的组合。例如，方法600可以通过在步骤650处确定处于减排模式的发动机加上电池可实现的某一百分比的功率是否能够满足驾驶员需求功率而继续。如果是，则在步骤653，方法600可以包括确定在这些情况下所需的电池功率(例如，直到其荷电状态下的最大给定值)。在步骤655，方法600然后可以包括在减排模式下使用发动机和所需的电池功率以满足驾驶员需求功率。但是如果处于减排模式的发动机和最大电池功率不能满足驾驶员需求功率，则方法600可以允许发动机在减排模式之外操作。

在步骤661，方法600已判定单独以减排模式操作的发动机或者电池加上以减排模式操作的发动机都不能满足驾驶员需求功率。因此，方法600现在可以允许发动机在减排模式之外操作但仍然利用来自电池的一些功率。例如，在步骤661，方法600可以包括使用最大电池功率，并且在步骤663，方法600可以包括增加发动机功率超过减排模式下的推荐发动机功率。在步骤665，方法600可以包括使用增加的发动机功率和最大电池功率来满足驾驶员需求功率。虽然现在这些情况会比减排模式增加排放量，但现在满足了驾驶员需求功率，并且发动机仍可以以减排模式下的推荐发动机功率或接近减排模式下的推荐发动机功率来操作(例如，位于低于正常操作模式下的某一点处)，以便在此期间尽可能减少排放。之后，方法600可以包括返回到步骤610以确定催化剂温度是否仍然小于阈值。当发动机仍在运转并且催化剂温度低于阈值时，方法600可以以这种方式继续。

可以观察到，方法600可以适应冷启动条件和热启动条件。例如，如果存在热启动并且催化剂温度高于阈值，则方法600将使发动机以正常操作模式来操作然后结束。另一方面，如果存在热启动并且催化剂温度低于阈值，那么一般而言，方法600将像冷启动一样，以减排模式操作发动机并保持该模式，只要没有驾驶员需求功率并且发动机正在运转。在这些情况下当驾驶员需求功率后，方法600将如上所述进行并且确定单独的发动机或者发动机和电池两者的某种组合中的什么组合适合于满足驾驶员需求功率同时努力保持发动机至少接近减排模式下的推荐功率，直到催化剂温度达到阈值为止。还应当注意，尽管在离散步骤中进行了讨论，但是方法600的步骤可以在短时间段(例如，几秒或几毫秒)内执行。

上面讨论的若干(例如，所有)概念适用于这里的方法600。例如，该系统可以类似于上面讨论的那些混合动力发动机排放管理系统。如前所述，阈值可以是预先确定的和/或可以经由存储在控制器的存储器装置中并且根据混合动力装置(例如，发动机、后处理系统等)的参数来表征的多个阈值来定义阈值。确定具有针对排放信息的阈值并且具有与其对应的发动机功率的减排模式可以包括从存储器装置获得阈值。如前所述，发动机启动事件可以是发动机的冷启动。

尽管本公开已被描述为具有示例性设计，但本发明可在本公开的精神和范围内进一步修改。因此，本申请旨在涵盖本发明利用其一般原理的任何变化、使用或改编。此外，本申请旨在涵盖在本发明所属领域的已知或习惯实践范围内的与本公开的这种偏离。

Claims (20)

1.一种用于混合动力系统中的发动机的排放管理系统，所述排放管理系统包括：

传感器组件，所述传感器组件被配置成响应于发动机启动事件而提供激活信号并且检测指示催化剂温度的信息；以及

控制器，所述控制器与所述传感器组件通信，所述控制器被配置成：

接收所述激活信号，并且响应于所述激活信号而从所述传感器组件接收所述信息，

确定减排模式，所述减排模式具有针对所述催化剂温度的阈值和与所述减排模式相对应的发动机功率，

监测指示所述催化剂温度的信息，

将所述催化剂温度与所述阈值进行比较，

当所述催化剂温度低于所述阈值时，使所述发动机以所述减排模式操作，以及

当所述催化剂温度大于或等于所述阈值时，允许所述发动机以正常操作模式操作。

2.根据权利要求1所述的排放管理系统，其中，所述阈值是预先确定的。

3.根据权利要求1所述的排放管理系统，其中，所述阈值是在所述控制器的存储器装置中预先定义的，所述存储器装置具有多个存储阈值，所述多个存储阈值中的各个存储阈值是根据至少一个发动机参数来表征的，并且其中，所述控制器通过从所述存储器装置检索所述阈值来确定所述阈值。

4.根据权利要求1所述的排放管理系统，其中，所述发动机启动事件是所述发动机的冷启动。

5.根据权利要求1所述的排放管理系统，其中，所述传感器组件还被配置成检测指示驾驶员需求功率、电池荷电状态和电池温度的信息，并且其中，当所述催化剂温度低于所述阈值时，所述控制器还被配置成：

确定在给定功率输出的情况下允许催化剂达到所述阈值的加热时间段期间所述发动机的所述功率输出；以及

基于所述电池荷电状态和所述电池温度中的至少一项来确定所述驾驶员需求功率的能够由电池实现的百分比。

6.根据权利要求5所述的排放管理系统，其中，当在所述减排模式下所述发动机功率能够满足所述驾驶员需求功率时，所述控制器还被配置成使所述发动机满足所述驾驶员需求功率。

7.根据权利要求6所述的排放管理系统，其中，当所述驾驶员需求功率超过以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出，并且所述驾驶员需求功率的能够由所述电池实现的所述百分比能够补充以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出以满足所述驾驶员需求功率时，所述控制器还被配置成使所述发动机和所述电池一起满足所述驾驶员需求功率。

8.根据权利要求7所述的排放管理系统，其中，当所述驾驶员需求功率超过以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出和所述驾驶员需求功率的能够由所述电池实现的所述百分比时，所述控制器还被配置成使所述发动机将功率输出增加到超过与所述减排模式相对应的功率输出。

9.根据权利要求8所述的排放管理系统，其中，所述控制器还被配置成，在不存在所述驾驶员需求功率时并且当所述催化剂温度低于所述阈值时使所述发动机返回到所述减排模式。

10.根据权利要求8所述的排放管理系统，其中，连同使所述发动机将功率输出增加到超过与所述减排模式相对应的功率输出，所述控制器还被配置成使所述电池以所述驾驶员需求功率的能够由所述电池实现的最大百分比放电。

11.根据权利要求1所述的排放管理系统，其中，指示所述催化剂温度的信息包括检测以下项中的至少一项：连接到所述发动机的催化转化器上的温降，以及连接到所述发动机的所述催化转化器的转化效率。

12.一种管理混合动力系统的发动机排放的方法，所述方法包括以下步骤：

响应于发动机启动事件而提供激活信号；

检测指示催化剂温度的信息；

接收所述激活信号，并且响应于所述激活信号而接收所述信息；

确定减排模式，所述减排模式具有针对所述催化剂温度的阈值和与所述减排模式相对应的发动机功率；

监测指示所述催化剂温度的信息；

将所述催化剂温度与所述阈值进行比较；

当所述催化剂温度低于所述阈值时，使发动机以所述减排模式操作；以及

当所述催化剂温度大于或等于所述阈值时，允许所述发动机功率以正常操作模式操作。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述阈值是预先确定的。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，确定具有针对所述催化剂温度的阈值和相对应的发动机功率的减排模式的步骤包括：从根据所述发动机的参数表征的多个阈值中检索预定义阈值。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述发动机启动事件是所述发动机的冷启动。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：

检测指示驾驶员需求功率、电池荷电状态和电池温度的信息；

确定在给定功率输出的情况下允许催化剂达到所述阈值的加热时间段期间所述发动机的所述功率输出；

基于所述电池荷电状态和所述电池温度中的至少一项来确定所述驾驶员需求功率的能够由电池实现的百分比；以及

当所述驾驶员需求功率超过以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出，并且所述驾驶员需求功率的能够由所述电池实现的所述百分比能够补充以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出以满足所述驾驶员需求功率时，使所述发动机和所述电池一起满足所述驾驶员需求功率。

17.一种混合动力系统，所述混合动力系统包括：

混合动力装置，所述混合动力装置具有发动机、电池、在操作上连接到所述发动机和所述电池的电动马达、以及在操作上连接到所述发动机的后处理系统；以及

排放管理系统，所述排放管理系统在操作上与所述混合动力装置通信，所述排放管理系统包括：

至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成在操作上连接到所述混合动力装置的所述发动机、所述电池、所述电动马达和所述后处理系统，以响应于混合动力装置启动事件而提供激活信号并且检测指示催化剂温度的信息；以及

控制器，所述控制器与所述传感器组件通信，所述控制器被配置成：

接收所述激活信号，并且响应于所述激活信号而接收来自所述传感器组件的信息；

确定减排模式，所述减排模式具有针对所述催化剂温度的阈值并且具有与所述减排模式相对应的发动机功率；

监测指示所述催化剂温度的信息；

将所述催化剂温度与所述阈值进行比较；

当所述催化剂温度低于所述阈值时，使所述混合动力装置以所述减排模式操作；以及

当所述催化剂温度大于或等于所述阈值时，允许所述混合动力装置以正常操作模式操作。

18.根据权利要求17所述的混合动力装置，其中，所述混合动力装置为串联混合动力装置、并联混合动力装置、或者串并联混合动力装置。

19.根据权利要求17所述的混合动力装置，其中，当所述催化剂温度低于所述阈值时，所述控制器通过这样的方式来使所述混合动力装置以所述减排模式操作：使所述电动马达接收来自所述电池的放电，同时使所述发动机将所述催化剂温度朝着所述阈值推进。

20.根据权利要求17所述的混合动力装置，其中，所述控制器还被配置成：

检测指示驾驶员需求功率、电池荷电状态和电池温度的信息；

确定在给定功率输出的情况下允许催化剂达到所述阈值的加热时间段期间所述发动机的所述功率输出；

基于所述电池荷电状态和所述电池温度中的至少一项来确定所述驾驶员需求功率的能够由所述电池实现的百分比；以及

当所述驾驶员需求功率超过以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出，并且所述驾驶员需求功率的能够由所述电池实现的所述百分比能够补充以所述减排模式操作的所述发动机的功率输出以满足所述驾驶员需求功率时，使所述发动机和所述电池一起满足所述驾驶员需求功率。

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