专利名称：用于控制排气温度的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制排气温度的方法，尤其是用于控制具有柴油发动机的商用车辆中的排气温度的方法。
背景技术：
针对重载柴油机的未来法规要求必须配备有用于减少排放的排气后处理系统。微粒过滤器和NOx还原系统都需要大约250°C至350°C的、升高的排气温度，以分别提供NOx 转化和碳烟去除方面的合理效率。在发动机倒拖(motoring)和轻度的发动机制动期间，排气温度过低从而导致NOx还原系统将不工作，直至排气温度重新升高。微粒过滤器的再生发生中断且微粒过滤器的基于NO2的再生将不起作用，直至排气温度重新升高。在现有技术中，已知有若干种方法用于在特定的行驶条件下升高排气温度，例如通过燃烧另外的燃料来升高排气温度。在WO 2008/01M06A1中公开了使用排气节气门来升高排气温度。WO 2007/032714A1公开了在排气后处理系统中维持高温的方法。通过使排气流经由排气再循环流动管道进行再循环，该方法防止了发动机在车辆滑行时将冷空气泵送到排气后处理系统内。它建议在燃料供应被中断、例如在车辆滑行期间，采用排气制动或可变几何涡轮机来制动发动机。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的方法，该方法允许使排气温度维持在确保排气后处理系统能够在适当的温度范围内工作的水平。另一个目的是提供一种具有改善的、 降低排放的车辆。上述目的通过独立权利要求的特征来实现。其他权利要求和描述公开了本发明的有利实施例。提出了一种用于在车辆发动机的燃料供应中断期间控制该发动机的排气温度的方法，其中该发动机驱动所述车辆的传动系。该发动机的运行在两个或更多个运行模式之间进行交替，其中，所述运行模式中的至少一个运行模式维持高于一个或多个其他运行模式的排气温度。特别地，避免了当发动机未生成足够的热时、使排气后处理系统内的诸如催化转化器和/或微粒过滤器等的部件冷却下来。方便地，可以在低扭矩区域中、即在摩擦制动期间使用两种不同的策略。在第一种情况中，发动机转向怠速状态且发动机转速变成较低转速。在此，使用手自一体变速器 (AMT)是方便的。在第二种情况中，可以在不改变发动机转速的情况下使用排气再循环。在后一种情况中不需要手自一体变速器。优选地，尽管发动机并未通过燃烧而主动提供热量，但也能使排气温度建立在期望的温度范围内。催化转化器和微粒过滤器能够稳定在工作温度范围内。当重新开始燃料供应时，上述部件能够立即转化NOx并燃烧掉碳烟，由此减少了车辆的总排放。能够避免排气清洁效率降低的、用于使上述部件升温的加热时段。应当注意，排气后处理系统的温度与排气温度之间、尤其是催化转化器及微粒过滤器的温度与排气温度之间，存在一定的差异。 根据本发明，这些部件的温度能够维持在使得这些部件能够运行的温度范围内，即在此温度范围内，选择性还原催化转化器能够以足够高的效率转化氮氧化物并且微粒过滤器能够再生。该催化转化器的相当大的热质使得在低的发动机平均负荷下将它们加热既昂贵又困难。按照根据本发明的方法的一个有利步骤，可以根据期望的制动扭矩来调节所述运行模式的至少一个运行模式中的频率和/或停留时间。有利地，当与具有较高制动扭矩的运行模式交替时，即使在具有比期望的制动扭矩低的制动扭矩的运行模式中，也能够建立所期望的制动扭矩。优选地，能够通过在带有EGR再循环的发动机倒拖与较高的发动机制动水平之间交替来形成所期望的制动扭矩。由于极低的质量流量，发动机倒拖工作点将不会使排气后处理系统冷却。较高的发动机制动水平将具有足够高的温度，从而不会使冷却后处理系统冷却。其结果是，平均温度明显高于低发动机制动时的温度。当发动机的燃料供应中断时，通过发动机制动来使车辆减速，该发动机制动通过利用发动机的需要能量的压缩阶段来耗费能量并使车辆减速。此制动模式也称为压缩制动。大型卡车也使用称为排气制动的装置来借助于排气压力调控器(EPG)提高发动机制动的有效性。在非混合动力车辆中，发动机制动是主动的，而与传动系中的变速器类型无关， 并且，当脚从加速踏板上抬离且变速器不处于空档、离合器接合但飞轮不接合时，发动机制动被激活。这也称为发动机拖动。当在沿着非常陡且长的下坡行驶的同时、驾驶员希望控制车速时，主动使用发动机制动是有利的，即切换到较低档位。该发动机制动可以在通常的盘式或鼓式制动器被应用之前采用，从而使这些制动器可用于进行紧急停车。在下坡行驶时，通过使用发动机制动来维持期望的车速，以抵消由于重力引起的加速。按照根据本发明的方法的一个有利步骤，尤其当需要发动机制动扭矩时，发动机制动运行模式能够与带有排气再循环的运行模式进行交替，该发动机制动运行模式产生第一制动扭矩，而所述带有排气再循环的运行模式产生比第一制动扭矩低的制动扭矩。该排气再循环导致仅有少量的气流流经排气后处理系统，由此使其温度保持较高，并避免了由于冷的气流而使催化转化器或微粒过滤器冷却。特别地，在发动机制动运行模式期间，能够将第一制动扭矩建立为比期望的制动扭矩高的值，从而该期望的制动扭矩被建立为所述两个或更多个运行模式下的平均扭矩。在执行带有排气再循环的运行模式之前，能够先执行具有比期望的扭矩水平高的扭矩水平的发动机制动运行模式，从而在排气再循环使温热排气在发动机内保持循环之前，在具有高制动扭矩的发动机制动阶段中，排气系统的温度最初仍处于高水平。在没有非期望的冷却气流的情况下，剩余的热量能够保留在催化转化器和微粒过滤器中。按照根据本发明的方法的一个有利步骤，尤其在发动机怠速期间，当实际上不需要制动扭矩时，能够在所述运行模式中的、与用于产生制动扭矩的发动机压缩制动运行模式进行交替的一个运行模式中使发动机与传动系分离。在此模式中，能够避免将冷空气泵送经过排气后处理系统。剩余的热量能够保留在排气后处理系统内。特别地，在发动机与传动系分离的同时，能够对通向发动机的进气歧管的空气流进行节流。有利地，在本发明的进一步的发展步骤中，能够降低发动机进气歧管中的压力。有利地，能够减少流经所述排气后处理系统的气流，从而该排气后处理系统仅暴露于少量的、可能使该系统的各个部件冷
5却的气体。根据本发明的另一个方面，提出了一种车辆，其中，发动机的排气温度能够通过根据上述任一方法特征的方法来控制。方便地，由于能够避免燃烧另外的燃料来加热排气后处理系统，所以该车辆具有低的燃料消耗并且在正常行驶运行期间具有低的排放。
从以下对实施例的详细描述中，可以最好地理解本发明以及上述及其它目的和优点，但本发明不限于这些实施例，其中图1示意性地示出了利用根据本发明的方法而运行的排气后处理系统的示例性实施例；图2示意性地示出了根据本发明的、优选的车辆；图3示意性地示出了曲线图，图示了根据本发明的具有高制动扭矩、低制动扭矩和平均制动扭矩的不同运行模式中的发动机制动扭矩；图4示意性地示出了用于负扭矩的发动机控制参数图(engine map)的曲线，图示了在发动机制动期间的排气温度管理；并且图5示意性地示出了通过排气再循环阀进行的扭矩控制的曲线图，图示了使用排气再循环时的排气温度和制动功率(brake power)的行为。
具体实施例方式在附图中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示。这些附图仅是示意性表示， 并非旨在展示本发明的具体参数。此外，这些附图仅旨在展示本发明的典型实施例，因此不应视为限制本发明的范围。图1示意性地描绘了包括内燃发动机10和排气后处理系统40的设备的示例性实施例，该排气后处理系统40通过根据本发明的方法而运行。图2显示了采用该方法的车辆 200。车辆200优选是轻型车辆、中型车辆或重型车辆，例如卡车。发动机10包括进气歧管12和排气歧管14，该进气歧管12用于由涡轮增压器50 的压缩机52压缩且经由空气管80供给的空气，该排气歧管14用于将排气经由排气管30 排出到涡轮增压器50的涡轮机M和排气后处理系统40。涡轮机M能够通过公共轴56来驱动压缩机52。该排气的一部分能够通过再循环管60从排气歧管14再循环到进气歧管12，该再循环管60包括排气冷却器62。利用再循环管60中的排气再循环阀64以及排气后处理系统40的排气管42中的排气压力调控阀46，能够调节被再循环的排气的量。在转化器区段44中，排气得到清洁，该转化器区段44例如包括诸如选择性催化还原(SCI )单元的NOx催化转化器、微粒过滤器、氧化催化转化器、以及现有技术中通常已知的类似部件。压缩机52能够被布置在旁通管72内的排气再循环阀74(DRV)旁通，从而，来自压缩机52上游的进气管70的空气能够至少部分地绕过压缩机52，由此降低了进气歧管12中的压力。发动机10驱动传动系22，并且发动机10经由输出轴16和变速箱20联接到传动系22。可选地，在发动机10和变速箱20之间可以设置有离合器18。发动机10能够通过变速箱20或离合器18而联接到传动系22或与传动系22分离。还可以设置有单元90，用于控制所述阀46、64和74、可选的离合器18、变速箱20、 以及发动机10的燃料供应。优选地，该单元90可以包括若干个单元，例如计算机处理器和存储器，根据本发明的方法在所述单元90上实现。根据本发明，在发动机10的燃料供应中断期间，对发动机10的排气温度进行控制。例如，当驾驶员释放油门踏板或释放用于请求发动机10的扭矩来推进车辆的另一单元时，引起了燃料供应的中断。当在两个或更多个运行模式之间进行交替的行驶中停止燃料供应时，这些运行模式中的至少一个运行模式维持高于一个或多个其他运行模式的排气温度。在图3所示的第一变型例中，所述方法在发动机制动运行模式与带有排气再循环的运行模式之间交替，该发动机制动运行模式产生第一制动扭矩，而带有排气再循环的运行模式产生比第一制动扭矩低的制动扭矩。图3描绘了作为转速的函数的扭矩曲线图，图示了根据本发明的具有高制动扭矩、低制动扭矩和平均制动扭矩的不同运行模式的发动机制动扭矩。曲线A图示了作为发动机转速的函数的发动机摩擦扭矩，其代表了在无燃料供应而车辆移动时、即带有发动机摩擦制动的情况下的发动机制动功率。曲线B图示了中等制动扭矩的一个示例。高制动扭矩意味着高的负扭矩，例如在-1500Nm范围内的扭矩。低制动扭矩意味着低的负扭矩，例如在-200Nm范围内的扭矩。一般地，当谈到发动机制动时，高制动扭矩是指高的负扭矩值。当在发动机制动运行模式期间建立了第一制动扭矩T_hi且在第二运行模式中建立了比其低的较低制动扭矩T_lo时，其结果是产生平均扭矩T_av。如果期望产生特定的扭矩值，则可以选择制动扭矩T_hi和T_lo来产生等于期望扭矩的平均扭矩T_av。该较低制动扭矩T_lo能够通过带有排气再循环的运行模式来提供，因为这能够利用通过排气后处理系统的非常低的气流来调节，并因此维持了排气后处理系统内的高温，因为实际上未出现冷却气流。这是在发动机不产生较高的负扭矩或正扭矩的同时维持排气后处理系统内的高温的一种有利策略，从而使流经发动机和排气后处理系统的冷空气气流最少。当发动机扭矩低时，排气温度不可能非常高。通常，在摩擦扭矩下，排气温度大约为100°C。在例如高于lOOONm、尤其大约1500Nm的较高发动机制动扭矩下，排气温度更高，例如在200°C至400°C之间，并且在温度方面对排气后处理系统有很小的负面影响或者无负面影响。在释放节气门期间、即燃料供应停止而实际上仅具有发动机摩擦制动期间，排气温度非常低且经过排气后处理系统的质量流量相当高，此时制动扭矩T_hi很高。通过在具有不同扭矩T_hi、T_lo的两个运行模式之间交替，能够在温度足够高的情况下建立所期望的制动扭矩T_av，例如用于使排气后处理系统中的微粒过滤器和选择性还原催化转化器保持运行。作为该方法的上述实施例的替代或补充，在另一变型例中，在与用于产生制动扭矩的发动机压缩制动运行模式进行交替的第一运行模式中，发动机可以与传动系分离。图 4和图5显示了与此变型例相关的曲线图，其中，图4示出了用于负扭矩的发动机控制参数
7图的曲线，图示了在发动机制动期间的排气温度管理，并且图5示出了通过排气再循环阀进行的扭矩控制的曲线图，图示了使用排气再循环时的排气温度和制动功率的行为。通过图4中的曲线C、D、E示出了发动机扭矩与发动机转速的依赖关系。Si、S2、 S3示出了大约1000rpm、1300rpm和1600rpm的恒定发动机转速。曲线C描绘了通过发动机摩擦制动而产生的制动扭矩。该扭矩随着转速的升高而升高。曲线E显示了通过最大排气压缩制动而产生的制动扭矩，该最大排气压缩制动通常产生足以使排气后处理系统内的部件维持运行的高排气温度。曲线D示出了带有节流的排气压缩制动。600rpm处的点T_id 代表了怠速中的发动机，其在例如600rpm下具有零扭矩。在怠速期间，难以在排气后处理系统内维持高的温度，因为较高的气流冷却了该排气后处理系统。方便地，例如通过使用进气节流，能够使温度升高到一定水平或维持在高水平上，这也降低了质量流量。这可针对短时或中等怠速运行模式来进行。用于借助于进气节流来维持排气后处理系统的温度的合理时间大约为数分钟，例如在O分钟至10分钟之间。特别地，这种节流能够略微升高排气温度，但主要减少了经过排气后处理系统的质量流量。为了避免怠速期间的带有冷且高的排气流动的纯摩擦模式，怠速(或发动机可能关闭的)运行模式能够与带有降低的排气压缩制动的运行模式进行交替，尤其在最高档位时。这通过例如对应于90km/h的IOOOrpm下的扭矩T_C来例示。能够在怠速期间不提供过高的制动扭矩的情况下、将排气后处理系统的温度维持在足以使微粒过滤器和NOx催化转化器运行的高水平上。在怠速时，发动机可以与传动系分离，变速箱处于空档位置或至少惯性滑行。也可以应用另一措施来代替排气压缩制动，即在发动机与传动系分离的同时，对通向发动机进气歧管的空气流进行节流，并且/或，发动机进气歧管内的压力能够通过使用排气再循环阀(DRV)来降低。图5示出了使用排气再循环阀时的制动功率和排气温度。该制动功率现在示出为正数。曲线F代表了未激活排气再循环阀时的基准线，Temp_F是所生成的温度曲线。当排气温度在大约250°C至大约350°C之间变化时，该制动功率作为发动机转速的函数明显增加。当排气再循环阀被激活时，如曲线G可见，制动功率从例如1900rpm下的 250kff(曲线F)降到200kW以下，而温度Temp_G与排气再循环阀未激活时相比几乎不变。
权利要求
1.一种用于在车辆(100)的发动机(10)的燃料供应中断期间控制所述发动机(10)的排气温度的方法，其中所述发动机(10)驱动所述车辆(10)的传动系(22)，其特征在于，所述方法在两个或更多个运行模式之间进行交替，其中所述运行模式中的至少一个运行模式维持高于一个或多个其他运行模式的排气温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据期望的制动扭矩来调节所述运行模式的至少一个运行模式中的频率和/或停留时间。
3.根据权利要求1或2所述的方法设备，其特征在于，在发动机制动运行模式与带有排气再循环的运行模式之间进行交替，所述发动机制动运行模式产生第一制动扭矩，而所述带有排气再循环的运行模式产生比所述第一制动扭矩低的制动扭矩。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述发动机制动运行模式期间，将所述第一制动扭矩建立为比期望的制动扭矩高的值，从而所述期望的制动扭矩被建立为所述两个或更多个运行模式下的平均扭矩。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在执行所述带有排气再循环的运行模式之前，先执行所述发动机制动运行模式。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述运行模式中的、与用于产生制动扭矩的发动机压缩制动运行模式进行交替的一个运行模式中，使所述发动机 (10)与所述传动系(22)分离。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述发动机(10)与所述传动系02)分离的同时，对通向所述发动机(10)的进气歧管(12)的空气流进行节流。
8.根据前述权利要求6或7中的任一项所述的方法，其特征在于，降低所述发动机 (10)的进气歧管(12)中的压力。
9.一种车辆(100)，其中，发动机(10)的排气温度能够通过根据前述权利要求中的任一项所述的方法来控制。
10.一种用于在车辆发动机的燃料供应中断期间控制所述发动机的排气温度的方法， 其中所述发动机驱动所述车辆的传动系，其特征在于，所述方法在两个或更多个运行模式之间进行交替，其中所述运行模式中的至少一个运行模式维持高于一个或多个其他运行模式的排气温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据期望的制动扭矩来调节所述运行模式的至少一个运行模式中的频率和/或停留时间。
12.根据权利要求10或11所述的方法设备，其特征在于，在发动机制动运行模式与带有排气再循环的运行模式之间交替，所述发动机制动运行模式产生第一制动扭矩，而所述带有排气再循环的运行模式产生比所述第一制动扭矩低的制动扭矩。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述发动机制动运行模式期间，将所述第一制动扭矩建立为比期望的制动扭矩高的值，从而所述期望的制动扭矩被建立为所述两个或更多个运行模式下的平均扭矩。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在执行所述带有排气再循环的运行模式之前，先执行所述发动机制动运行模式。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述运行模式中的、与用于产生制动扭矩的发动机压缩制动运行模式进行交替的一个运行模式中，使所述发动机与所述传动系分离。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述发动机与所述传动系分离的同时，对通向所述发动机的进气歧管的空气流进行节流。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，降低所述发动机的进气歧管中的压力。
18.—种车辆，其中，发动机的排气温度能够通过根据前述权利要求中的任一项所述的方法来控制。
全文摘要
本发明涉及一种用于在车辆(100)的发动机(10)的燃料供应中断期间控制该发动机(10)的排气温度的方法，其中该发动机(10)驱动所述车辆(100)的传动系(22)。所述方法在两个或更多个运行模式之间进行交替，其中，这些运行模式中的至少一个运行模式维持高于一个或多个其他运行模式的排气温度。
文档编号F02D13/04GK102365442SQ200980158323
公开日2012年2月29日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者佩·拉尔森, 克里斯特·阿尔姆, 汉斯·贝尔恩莱尔 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司