控制后处理系统预热的方法
【专利摘要】本发明的实施方式提供了控制内燃发动机(110)的方法，所述发动机包括低压EGR冷却器旁路回路(327)和控制阀(328)，如果满足启动条件(20、21、22)，所述方法通过所述控制阀(328)控制(23)所述EGR冷却器旁路回路(327)的打开。
【专利说明】控制后处理系统预热的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制用于内燃发动机的后处理系统的预热的方法，特别是具有低压废气再循环系统的发动机(LP-EGR)。
【背景技术】
[0002]内燃发动机，特别是高效柴油机通常具有废气后处理系统，用于在将废气排放到环境中之前，从柴油机排出的废气中减少和/或去除污染物。
[0003]后处理系统通常包括将废气从柴油机引导到环境中去的排气管路，位于排气管路中的柴油氧化催化剂(DOC)用于将碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)氧化为二氧化碳(CO2)和水(H2O),而排气管路中位于DOC下游的柴油颗粒过滤器(DPF)用于从废气中去除柴油颗粒物质或煤烟。
[0004]其他众所周知的柴油机废气后处理系统是稀油NOx捕集器(LNT)，其用于捕集包含在废气中且处于排气管路中的氮氧化物N0X。LNT是包含催化剂和吸附剂的催化装置，催化剂例如铑、钼和钮，吸附剂例如钡基元素，其提供了适于结合包含在废气中的氮氧化物(NOx)的活性部位，目的在于将其捕集在装置本身中。稀油NOx捕集器(LNT)受制于周期性的再生过程，借此，通常提供该再生过程以释放并减少来自LNT的被捕集氮氧化物(NOx)。
[0005]虽然这些装置目前属于控制废气排放中最具有发展前景的，但是直到它们被加热到预定的工作或者活化温度之前都是无效的。
[0006]目前，提高车辆燃料经济性的需求将会导致车辆质量和阻力的广泛减小，并导致高效发动机的使用，特别是高速柴油机。上述趋势的组合将会导致排放温度水平的极大降低，这进而使得后处理系统的预热和启动放缓。这进而意味着由于延迟的DOC启动将使得未燃HC和CO的排放恶化，而DPF再生将需要更多的时间才能起效。
[0007]实际上，已知的加快发动机预热的方法是基于高压EGR冷却器旁路和/或中冷器旁路的使用的。例如，在美国专利US7，007，680号中，它采用了能将进气歧管的温度控制在增压空气的露点温度之上的增压空气冷却器和/或EGR冷却器旁路系统。从德国专利DE112006003134号中可获知另一实例，其揭示了一种废气再循环旁路通道，可操作用于接收来自排气管路的废气，绕过EGR冷却器，并将废气输送至入口(14)，还揭示了可操作地与废气再循环冷却器和废气再循环旁路通道相关联的单阀。单阀可选择操作用于打开或关闭从废气到废气再循环冷却器、废气再循环旁路通道的流动。
[0008]已知系统的主要缺陷在于其在高压EGR系统中工作，正如所知的，这减少了经过再处理的气流，结果对于确保后处理的预热是不利的。
[0009]因此存在对于控制内燃发动机的方法的需求，其有效地提供更快的后处理系统预热，由此改善排放水平以及燃料消耗和机油稀释。
【发明内容】
[0010]本发明的一个目的是提供一种方法，其通过新方案控制LP-EGR冷却器旁路模式中的LP-EGR再循环，以改善发动机预热，最终连接到中冷器旁路，从而显著提高这些阶段中的发动机输出温度水平以及后处理中的废气流量。
[0011]另一目的是提供一种允许执行上述方法的装置。
[0012]这些目的通过具有独立权利要求中所描述的特征的方法、装置、发动机、计算机程序和计算机程序产品、以及电磁信号实现。
[0013]从属权利要求描述优选的和/或特别有利的方面。
[0014]本发明的一个实施方式提供了控制内燃发动机的方法，该内燃机包括低压EGR冷却器旁路回路和控制阀，如果满足启动条件，该方法通过所述控制阀控制所述EGR冷却器旁路回路的打开。
[0015]因此，揭示了用于控制内燃发动机的装置，该装置包括当满足启动条件时，通过所述控制阀控制所述EGR冷却器旁路回路的打开的装置。
[0016]该实施方式的优点在于，它提供了一种方法，该方法允许更快速的后处理预热，并且因此，未燃HC和CO的排放可以从更早的DOC启动中受益，并且还能够使得DPF再生更加稳固和快速。
[0017]根据本发明的另一实施方式，内燃发动机进一步包含中冷器旁通回路和控制阀，如果满足启动条件，该方法通过所述控制阀进一步控制所述中冷器旁通回路的打开。
[0018]该实施方式的优点在于其提供了允许更快的后处理预热的方法。
[0019]根据本发明的另一实施方式，所述启动条件为:
[0020]启动颗粒过滤器的再生或发动机预热，
[0021 ] A 口氧化催化剂温度低于入口氧化催化剂温度目标，
[0022]出口压缩机温度低于阈值THl。
[0023]这些启动标准是执行该方法的优选条件，因为其保证了该方案的最大效率，而不会使得发动机安全条件恶化。
[0024]根据又一实施方式，启动条件要求进气歧管温度低于阈值TH2。
[0025]也依照该实施方式，所选择的标准保证了方案的最大效率，而不会使得发动机增压条件恶化。
[0026]根据另一实施方式，本发明提供了一种汽车系统的内燃发动机，该发动机包括低压EGR阀、低压EGR冷却器、EGR冷却器旁路回路以及控制阀，该汽车系统配置为执行上述方法。
[0027]根据又一实施方式，本发明提供了一种汽车系统的内燃发动机，该发动机进一步包括中冷器、中冷器旁通回路和控制阀，该汽车系统配置为执行上述方法。
[0028]根据其中一方面的方法，可以在通过计算机程序来执行，该计算机程序包括用于执行上述方法的所有步骤的并且以包含有计算机程序的计算机程序产品的形式存在的程序代码。
[0029]计算机程序产品可被具体化为用于内燃发动机的控制装置，包含电子控制单元(ECT)、连接到E⑶的数据载体、以及存储在数据载体中的计算机程序，因此控制装置按照与方法相同的方式定义了所描述的实施方式。这样，当控制装置执行计算机程序时，执行上述方法的所有步骤。
[0030]根据另一方面的方法还可以被具体化为电磁信号，所述信号被调制为输送代表计算机程序的数据位序列，以执行该方法的所有步骤。
[0031]本发明的另一方面提供了特别布置的发动机以执行所要求保护的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]现在通过示例参考附图描述各种不同的实施方式，其中:
[0033]图1示出汽车系统。
[0034]图2是属于图1的汽车系统的内燃发动机的一部分。
[0035]图3是根据本发明实施例的包括EGR冷却器旁路和中冷器旁路的内燃发动机的图
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[0036]图4是根据本发明实施例的控制内燃发动机的方法的流程图。
[0037]图5是获得目标氧化催化剂入口处温度Tiwatawt的映射图的示例。
[0038]附图标记
[0039]20 块
[0040]21 块
[0041]22 块
[0042]23 块
[0043]24 块
[0044]25 块
[0045]26 块
[0046]40数据载体
[0047]100汽车系统
[0048]110内燃发动机
[0049]120发动机缸体
[0050]125 气缸
[0051]130气缸盖
[0052]135凸轮轴
[0053]140 活塞
[0054]145 曲轴
[0055]150燃烧室
[0056]155凸轮相位器
[0057]160燃料喷射器
[0058]170燃料轨
[0059]180燃料泵
[0060]190燃料源
[0061]200进气歧管
[0062]205空气进入管
[0063]210 进气口
[0064]215 阀
[0065]220 口[0066]225排气歧管
[0067]230涡轮增压器
[0068]240压缩机
[0069]245涡轮增压器轴
[0070]250可变几何涡轮(VGT)
[0071]260中冷器
[0072]261中冷器旁通回路
[0073]262中冷器旁通回路的控制阀
[0074]270排气系统
[0075]275排气管
[0076]280再处理装置
[0077]281氧化催化剂(DOC)
[0078]282颗粒过滤器(DPF)
[0079]290VGT 致动器
[0080]300废气再循环系统
[0081]310EGR 冷却器
[0082]320EGR 阀
[0083]325低压 EGR 阀
[0084]326低压EGR冷却器
[0085]327LP-EGR冷却器旁通回路
[0086]328LP-EGR冷却器旁通回路的控制阀
[0087]330节流阀体
[0088]340空气质量流量和温度传感器
[0089]350歧管压力和温度传感器
[0090]360燃烧压力传感器
[0091]380冷却剂温度和水平传感器
[0092]385润滑油温度和水平传感器
[0093]390金属温度传感器
[0094]400燃料轨压力传感器
[0095]410凸轮位置传感器
[0096]420曲轴位置传感器
[0097]430排气压力和温度传感器
[0098]440EGR温度传感器
[0099]445加速器位置传感器
[0100]446加速器踏板
[0101]450ECU
[0102]Tdoc, inlet氧化催化剂入口处的温度
[0103]TD0C,target氧化催化剂入口处的目标温度(映射图)
[0104]TC0MPj outlet压缩机出口处的温度[0105]N发动机转速
[0106]bmep制动平均有效压力bmep
【具体实施方式】
[0107]一些实施例可包括汽车系统100，如图1和2所示，其包括内燃发动机(ICE) 110，内燃发动机(ICE) 110具有定义了至少一个气缸125的发动机模块120，气缸125具有连接于其上的活塞140以旋转曲轴145。气缸盖130与活塞140相配合以定义燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)在燃烧室150中被处理并点燃，导致引起活塞140往复运动的热膨胀废气。燃料由至少一个燃料喷射器160提供且空气通过至少一个进气口 210提供。燃料以高压从与高压燃料泵180流体联通的燃料轨170提供至燃料喷射器160，高压燃料泵180提高收容燃料的燃料源190的压力。每个气缸125具有至少两个阀215，阀215由与曲轴145正时旋转的凸轮轴135促动。气门215选择性地允许空气经由口 210进入燃烧室150，并交替允许废气通过口 220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
[0108]空气可经过进气歧管200被分配至空气进气口 210。空气入口管道205可提供来自周围环境的空气至进气歧管200。在其他实施例中，可提供节流阀体330以调节进入歧管220的空气流。在其他的实施例中，可提供强制进气系统，例如涡轮增压器230，其具有可转动地联接到涡轮250的压缩机240。压缩机240的旋转提高了管道205和歧管200中的空气压力和温度。布置在管道205中的中冷器260可降低空气的温度。中冷器260还可设置有中冷器旁通回路261和控制阀262 (见图3)。涡轮250通过接收来自排气歧管225的废气而旋转，排气歧管225引导废气在膨胀经过涡轮250之前从排气口 220经过一系列叶片。废气从涡轮250出来并被引导进入排气系统270。该示例示出了可变几何涡轮(VGT)250，其布置有VGT致动器290以移动叶片从而改变经过涡轮250的废气流动。在其他实施方式中，涡轮增压器230可以是固定几何形状和/或包括废气门。
[0109]排气系统270可包括具有一个或多个废气再处理装置280的排气管275。再处理装置可以是配置成改变废气成分的任何装置。再处理装置280的一些示例包括但不局限于，催化转化器(二元和三元)、氧化催化剂281、稀油NOx捕集器、碳氢化合物吸附剂、选择性催化还原(SCR)系统、颗粒过滤器(DPF) 282、或者最后两种装置的组合，S卩，包括颗粒过滤器的选择性催化还原系统(SCRF)。一些实施例包括联接排气歧管225和进气歧管200之间在废气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可包括EGR冷却器310以降低EGR系统300中废气的温度。EGR阀320调节EGR系统300中废气的流动。又一其他实例(图3)可包括低压EGR系统(LP-EGR)，其特征是废气的“长路径”。在此情况下，另外的低压EGR阀325会将再处理装置下游的废气再循环至压缩机240的入口。而且，低压EGR-冷却器326可以与冷却器旁路回路327以及控制阀328 —起提供。
[0110]汽车系统100可进一步包括电子控制单元(E⑶)450，电子控制单元(E⑶)450与一个或多个传感器和/或连接ICEllO的装置相连通，并且装载有数据载体40。ECU450可接收来自不同传感器的输入信号，不同传感器配置为产生关于ICEllO的与不同物理参数成比例的信号。传感器包括但是不局限于，空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却液和油温及液位传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲柄位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440、以及加速器踏板位置传感器445。此外，ECU450可产生针对不同控制装置的输出信号，布置不同的控制装置用于控制ICEllO的运行，包括但不局限于，燃料喷射器160、节流阀体330、EGR阀320、VGT致动器290、以及凸轮相位器155。注意，虚线用于指示E⑶450和不同传感器以及装置之间的连通，但是为了清楚省略了一些。
[0111]现在转向E⑶450，该装置可包括与存储系统以及接口总线相连接的数字中央处理单元(CPU)。CPU配置成执行作为程序被储存在存储系统中的指令，并且向接口总线发送信号以及从接口总线接收信号。存储系统可包括不同的存储器类型，包括光存贮器、固态存储器和其他非易失性存储器。接口总线可配置为向不同传感器和控制装置或者从不同传感器和控制装置发送、接收、以及调整模拟信号和/或数字信号。该程序可以包括此处揭示的方法，允许CPU执行该方法的步骤并控制ICEl 10。
[0112]依照本发明的方法涉及通过一个冷却器旁路或者可选择的通过两个冷却器旁路的发动机预热控制:低压EGR冷却器旁路以及中冷器旁路。低压EGR系统，也叫做“长路径"EGR系统，在图3中表示。如所知的，术语低压表示，废气还在再处理装置的下游再循环，通过低压EGR阀325至压缩机240上游的入口系统。LP-EGR系统通常具有EGR冷却器326，并且建议的技术包括采用特定的部件添加至目前已知的传统LP-EGR:其为具有控制阀328的LP-EGR冷却器旁路327。
[0113]根据一个优选实施例，本发明还需要采用第二旁路，即具有控制阀262的中冷器(或增压空气冷却器)旁路261。
[0114]协调其工作的适当控制方案也是本发明的一部分(见图4)。当满足启用条件时，控制方案被激活。所有发动机操作模式的第一步应该如下:发动机预热或DPF再生启动。然后，排气温度水平应该低于一个阈值。如果满足这些条件，将触发后处理加速预热方案。事实上，LP-EGR冷却器旁路327被激活(或者前者和中冷器旁路261被配合激活)，以提高进气歧管温度并进而提高氧化催化剂入口处的排气温度水平，在其他实施例中，提高稀油NOx捕集器入口处的排气温度水平。为了该目的，用于旁路通道的位于LP-EGR冷却器327上和位于增压空气冷却器261上的两个开/关控制阀328、262打开。与采用传统的高压EGR旁路模式相比，该方案增加了通过后处理的排气流量，因为EGR气体在后处理系统的下游获得。事实上，如所知的，对于高压力EGR系统300，其也称为“短路径”，术语高压表示废气从排气歧管270 (在涡轮250上游)再循环至进气歧管200，进气歧管200在压缩机240下游，并因此使得经过后处理系统的废气流量较低。
[0115]当然，为避免额外加热，一些温度阈值是可预见的:在压缩机240出口、在进气歧管入口 200以及在氧化催化剂281入口。一旦加热方案已经达到期望的氧化催化剂281(或稀油NOx捕集器)入口温度水平并持续适当的时间量，或者DPF282再生方案结束，则恢复正常操作且旁路关闭。
[0116]针对启用条件的更多细节，要检查的第一条件是关于发动机的运行状态:当然，根据ECU450中已经获得的发动机状态变量，仅仅当检测到DPF282再生状态或者发动机预热时才会应用该方案(例如，表示DPF再生启动或者发动机温度的标志)。第二条件涉及后处理状态:在特定的发动机运行点，氧化催化剂入口处的温度Tiwainlrt应当低于目标映射图温度TD(K,tawt。在图5中，这种映射图的实例被示出:TMe,tawt26是发动机转速N和发动机负荷、或者制动平均有效压力bmep的函数。如Tiraatogrt映射图的平均值大约为200°C。如果满足该条件，则检测涉及压缩机出口温度Totp, outlet的第三条件:如果压缩机出口处的温度低于可接受的阈值THl (为了保护安全的压缩机运行，该值不能超过200°C )，通过其控制阀328，可激活LP-EGR旁路327，由此也能提高压缩机240出口处的温度。
[0117]然后，如果中冷器旁路也可用，则检测第四条件以保证进气歧管200中的温度Txntakemnifold低于可接受的阈值TH2(为了保护进气歧管本身，该温度不应超过大约70°C )。如果也满足该条件，通过其控制阀262，也能激活中冷器旁路261，从而进一步提高进气的温度，并最终提高废气的温度。
[0118]总之，建议的技术通过采用长路径EGR系统配置并为LP-EGR冷却器增加一个旁路管道327以及相关的控制阀328，改善了目前用于发动机预热的方案。此外，还能采用第二旁路，即中冷器旁路261以及相关的控制阀262。控制这些额外的元件，从而加速从发动机冷启动的后处理预热，并且也提高DPF再生阶段中的发动机输出温度。在两种情况中，这可减少由于延迟和后喷油(,after and post injections)导致的燃料消耗，以及由于后喷油导致的机油稀释。
[0119]取决于DPF再生请求，或者发动机冷却液温度，当后处理预热适当时，该控制方案从发动机条件的识别开始。如果DPF再生请求或者发动机冷却液温度满足，比较发动机输出温度与来自校正查阅表的目标温度，在需要时，如果压缩机240入口温度保持在安全值，则激活用于LP-EGR冷却器327的旁路。此外，还执行对进气歧管200的温度检测，并且在确定情况下中冷器旁路261激活。
[0120]关于采用高压EGR回路的主要益处在于，LP-EGR回路不减小经过后处理系统的气流，并且在相同的程度上不会减小空燃比，允许采用较高的EGR率。这两种效果对于确保后处理预热有益。
[0121]至少一个示例性的实施例在前述的
【发明内容】
和【具体实施方式】中已经介绍，但应当认识到存在多种变型。还应当认识到示例性的实施方式仅仅是举例，且并非旨在以任何方式限制范围、适应性、或者构型。然而，前述的
【发明内容】
和【具体实施方式】将为本领域技术人员提供便利的手段图示以至少实现一个示例实施方式，应理解为可以对示例实施方式中所描述的元件功能和布置做出多种不同的变化，而不脱离在后附的权利要求以及其法定等同物中所设定的范围。
【权利要求】
1.一种控制内燃发动机(110)的方法，所述发动机包括低压EGR冷却器旁路回路(327)和控制阀(328)，如果满足第一启动条件(20、21、22)，所述方法通过所述控制阀(328)控制(23)所述EGR冷却器旁路回路(327)的打开。
2.根据权利要求1的方法，其中所述内燃发动机(110)进一步包括中冷器旁通回路(261)和控制阀(262)，如果满足第二启动条件(24)，所述方法通过所述控制阀(262)进一步控制(25)所述中冷器旁通回路(261)的打开。
3.根据要求I或2的方法，其中所述第一启动条件(20、21、22)为: 启动颗粒过滤器(282)的再生或发动机(110)预热， 入口氧化催化剂(281)的温度低于入口氧化催化剂(281)的温度目标， 出口压缩机(240)的温度低于阈值(THl)。
4.根据权利要求2或3的方法，其中第二启动条件(24)要求进气歧管(200)的温度低于阈值(TH2)。
5.一种汽车系统(100)的内燃发动机(I 10)，所述发动机包括低压EGR阀(325)、低压EGR冷却器(326)、EGR冷却器旁路回路(327)以及控制阀(328)，所述汽车系统(100)配置为执行根据权利要求要求I或3所述的方法。
6.一种汽车系统(100)的内燃发动机(110),所述发动机进一步包括中冷器(260)、中冷器旁通回路(261)和控制阀(262)，所述汽车系统(100)配置为执行根据权利要求要求1-4任一项所述的方法。
7.一种计算机程序，包括适于执行根据权利要求1-4其中之一的方法的计算机编码。
8.一种计算机程序产品，其中存储根据权利要求7的计算机程序。
9.一种用于内燃发动机的控制装置，包括电子控制单元(450)、与电子控制单元(450)相联接的数据载体(40)以及存储在数据载体(40)中的根据权利要求7的计算机程序。
10.一种电磁信号,其被调制作为数据位序列的载体,所述数据位序列代表根据权利要求7的计算机程序。
【文档编号】F02M25/07GK103527331SQ201310399971
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】A·瓦萨洛, H·德兰格尔, F·L·古列尔莫尼 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司