CN103670734A - 限制车辆中催化剂温升并检测受限排气路径的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种限制车辆中催化剂温升并检测受限排气路径的方法。提供了一种车辆，所述车辆具有发动机、排气后处理***、电机以及控制器，所述控制器被配置为，响应于实际发动机扭矩输出小于推定发动机扭矩关闭发动机。还提供了一种车辆，所述车辆具有发动机、排气后处理***、电机以及控制器，所述控制器被构造为，响应于实际发动机扭矩输出小于第一阈值并且向发动机请求的扭矩大于第二阈值设置诊断代码。一种方法包括如下步骤：接收实际发动机扭矩输出，接收发动机扭矩请求，当实际发动机扭矩输出小于第一阈值并且发动机扭矩请求大于第二阈值持续特定时间段时，关闭发动机，以限制催化剂的温度升高。

Description

限制车辆中催化剂温升并检测受限排气路径的方法
技术领域
各个实施例涉及在车辆（包括混合动力车辆（HEV））中监测发动机状况以限制催化剂中温度升高，以检测排气后处理***中的受限制的气流。
背景技术
具有发动机的车辆要求发动机排气后处理***从排放气流中去除有害化学物质并满足排放要求。发动机排气后处理***可以是催化剂转换器。在三效催化剂转换器的情况下，在发动机排放气流从车辆排放到环境之前，各种量的一氧化碳、未燃尽的碳氢化合物和氮氧化物被从发动机排放气流中去除。未燃尽的碳氢化合物可包括未燃尽的燃料以及部分燃烧的燃料。如果允许高水平的未燃尽碳氢化合物到达催化剂转换器，则由于催化剂材料会导致未燃尽碳氢化合物和氧之间进行化学反应，催化剂转换器温度会升高。这些化学反应释放热。催化剂转换器中的温升会导致催化剂变差或受损，有可能使催化剂熔化，使排放气流受到限制，以及使催化剂失活。
混合动力车辆可具有被配置为无需发生燃烧而使发动机转动的电机。这种混合架构会存在如下情况：如果在发动机不点火、熄火时电机使发动机运转，或者不然的话在气缸中没有发生完全燃烧，则使得高水平未燃尽碳氢化合物到达催化剂转换器。
需要提供这样的***和方法：监控发动机和排气，以检测和/或防止大量未燃尽碳氢化合物到达催化剂转换器，或者出现大量未燃尽碳氢化合物到达催化剂转换器时提供诊断代码。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种车辆，所述车辆具有发动机、具有催化剂的排气后处理器***、电机以及至少一个控制器。所述至少一个控制器被配置为响应于实际发动机扭矩输出小于推定发动机扭矩输出持续预定时间段关闭发动机以限制催化剂的温升。
在另一实施例中，提供了一种车辆，所述车辆具有发动机、排气后处理***、电机和至少一个控制器。所述至少一个控制器被配置为响应于实际发动机扭矩输出小于预第一阈值并且向发动机请求的扭矩大于第二阈值持续预定时间段的情况设置诊断代码，以指示后处理***中的空气流受到限制。
所述至少一个控制器还被配置为，响应于实际发动机扭矩输出小于推定发动机扭矩输出持续第二预定时间段设置诊断代码。
其中，第一阈值小于第二阈值。
所述向发动机请求的扭矩是瞬时扭矩请求和长期扭矩请求中的较小值。
所述至少一个控制器还被构造为，响应于满足基于发动机状态的进入条件设置诊断代码。
如果出现不同步的发动机运转、预定水平以上的点火延迟、燃料喷射器失效以及辅助怠速运转中的一种，则不满足进入条件。在又一实施例中，提供了一种控制发动机的方法。从被配置为控制发动机转速的电动机接收指示实际发动机扭矩输出的数据。接收指示发动机扭矩请求的数据。当实际发动机扭矩输出小于第一阈值并且发动机扭矩请求大于第二阈值持续第一预定时间段时，关闭发动机，以限制发动机后处理***中催化剂的温度升高。
所述方法还可包括：接收指示推定发动机扭矩的数据；响应于实际发动机扭矩输出小于推定发动机扭矩的情况持续第二预定时间段关闭发动机，第二预定时间段小于第一预定时间段。
所述方法还可包括：接收指示推定发动机扭矩的数据；响应于实际发动机扭矩输出小于推定发动机扭矩持续第二预定时间段时，设置诊断代码以指示后处理***中的气流受到限制。
所述方法还可包括：当实际发动机扭矩输出小于第三阈值并且发动机扭矩请求大于第四阈值持续第二预定时间段时，设置诊断代码，以指示后处理***中的气流受到限制，所述第三阈值小于第四阈值。根据本公开的各个实施例具有相关的优点。例如，扭矩可以被用于确定发动机是否运转、熄火/不点火同时未燃尽的碳氢化合物被排到催化剂转转器。以检测会使催化剂变差或损坏的情况并保护催化剂。或者，所述算法可检测表明催化剂变差或受损坏的情况，并且可为维修技术人员设置合适的诊断代码。检测可能是困难的，当流过剩余的变差或受损坏的催化剂表面区域的气流受到限制时，车辆可能会继续符合排放规定。除非催化剂已经是失活的，先前的监控器已不能运行，不能诊断由于流过催化剂转换器的受限制的气流导致的低发动机功率的症状，并且不能检测节气门被卡在关闭位置。
附图说明
图1是能够实施本公开的各个实施例的混合动力车辆的示意图。
图2是描述根据实施例的催化剂监控器的用于检测熄火条件的算法的流程图。
图3是描绘根据实施例的催化剂监控器的用于检测被部分阻挡的排气路径而防止触损坏催化剂的算法的流程图。
具体实施方式
根据要求，这里公开本公开的具体实施方式。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是示例性的，并且可以以各种替换形式实现。附图不必按比例绘制。为了示出特定组件的细节，会夸大或最小化一些特征。因此，这里公开的特定的结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是作为教导本领域普通技术人员以不同方式采用所要求保护的主题的代表性基础。
在图1中，混合动力车辆（HEV）的实施例被示出为可采用本公开的诊断技术。当然，图1仅仅表示一种类型的HEV结构，并且无意进行限制。本公开可以被应用于任何合适的HEV。此外，本公开可以应用于包括用于在发动机未运转时使曲轴旋转的起动马达或其他装置的任何传统车辆。
发动机20是图1的HEV配置的一级动力源。二级动力源是发电机40、电动机42以及电池和电池控制模块44的组合。该组合的组件通过高压电总线电连接。在一些实施例中，在插电式混合动力车辆（PHEV）配置中，利用连接到电池44的插座（可能通过电池充电器/转换器单元）而使电池44另外可再充电。电源插座45可以连接到电网或其他外部电源以对电池44进行充电。
动力系包括变速器46，变速器46包括行星齿轮单元48、发电机40和电动机42，以及扭矩传递副轴齿轮装置50。行星齿轮单元48包括齿圈、太阳轮、行星架以及可旋转地支撑在行星架上用于与齿圈以及太阳轮啮合的行星齿轮。齿轮装置50的动力输出齿轮元件被可驱动地连接到差速器和车轴总成52，所述差速器和车轴总成52将动力分配到车辆牵引轮54。在另一实施例中，可以使用现有技术中已知的其他变速器架构46。
可以通过接收各种输入（包括在58和60处的驾驶员输入）的车辆***控制器（VSC）56、电子控制单元（ECU）或控制器来实现用于动力系的运转模式的总体控制器。58处的输入是油门踏板位置传感器信号（APPS），60处的输入是驾驶员对“停车”、“倒车”、“空挡”或“前进档（drive range）”（PRND）的选择。
发动机20具有排气管22，排气管22通过含有催化剂的后处理***24（诸如催化剂转换器等）进入环境。催化剂转换器24含有支撑现有技术中已知的催化剂材料的基板。催化剂材料与排气进行化学反应，以减少未燃尽碳氢化合物、一氧化碳和一氧化氮的排放。
如果在发动机运转（例如通过发电机40带动运转时）时发动机20熄火、不点火，或者不然的话未完全燃烧，则未燃尽的燃料和空气混合物流过排气管22并进入催化剂转换器24。如果未燃尽的碳氢化合物的水平足够高并且催化剂转换器24以及车辆中的条件满足的话（即，高催化剂温度），则催化剂转换器24中的温度会升高到催化剂会熔化的点。此外，如果在催化剂转换器24中发生催化剂熔化，则由于排气流受到限制而作用在发动机20上的增高的反压会使发动机功率输出减小。由于剩余的催化剂材料上的受限制的气流常常符合车辆排放规定，因此无法利用排放传感器检测催化剂恶化、熔化或损坏。
图2中示出了利用算法70进行诊断或监控的实施例的流程图。算法70可基于实际发动机扭矩、推定发动机扭矩以及请求发动机扭矩来检测发动机熄火，以检测和/或防止会损坏催化剂的情况。算法70可由VSC 56执行并利用VSC 56可用的传感器数据。在一个实施例中，算法70检测可导致催化剂损坏的条件，并对车辆进行操作以防止该损坏发生。
算法从步骤72开始。在步骤74，控制器56确定是否已命令发动机20运行或运转。这并不意味着发动机20正在实际运转和燃烧，例如，发动机20可能被命令运转，但是停转或不点火，并没有正确地运转。
然后算法70在步骤76确定是否满足各种进入条件。例如，进入条件可包括发动机20没有处于辅助怠速状态（secondary idle）（在辅助怠速状态，发动机以转速控制模式运转并且扭矩测量将不是有效的）。另一个进入条件是发动机20未以大于特定扭矩比（例如，大于50%）的点火延迟运转。另一个进入条件是，在不存在燃料喷射器被切断或停用（诸如，当喷射器需要更换时）的情况下运转的发动机20高于特定温度，或者当点火线圈需要更换时。另一个进入条件是，发动机同步。如果发动机20不同步，则发动机20的位置是未知的且需要再同步，将不满足进入条件。在步骤76中，对于算法70来说，需要满足所有这些进入条件或其中一部分，但是，所列出的这些条件不是全部，会需要现有技术中已知的其他进入条件。
如果在步骤76满足了进入条件，则算法70在步骤78确定由发动机20产生的推定扭矩τinferred。推定扭矩是基于发动机的运转条件期望发动机20产生的扭矩的量。可以如现有技术中已知的那样（例如，根据流入发动机20的燃料和空气的量，或利用发动机20的控制参数图）来确定推定扭矩。VSC 56可根据需要利用来自燃料传感器、空气传感器或其他发动机传感器的测量结果来确定推定扭矩。在一个实施例中，控制器56根据流入发动机的空气和燃料、命令发动机的点火延迟量以及发动机转速通过控制参考图确定发动机20的推定扭矩。可选地，可利用与VSC56通信的控制局域网（CAN）来得到推定扭矩。
然后，算法70在步骤80根据校准表确定阈值T1。校准表可根据推定扭矩τinferred和发动机冷却剂温度ECT来提供所述阈值T1。较低的发动机冷却剂温度会对T1无影响。
然后，算法70在步骤82测量由发动机20产生的实际扭矩τactual。在一个实施例中，在上述公开的HEV中，可通过利用发电机40的电流、发电机40的转速、发动机20的转速来得到实际的发动机扭矩输出。也可以使用其他测量方式来得到实际发动机扭矩输出，例如，行星齿轮单元48的外齿圈转速。还可利用扭矩传感器测量实际发动机扭矩输出。也可以使用其他车辆传感器和车辆组件基于***架构来确定发动机20的实际扭矩输出。可从CAN得到实际发动机扭矩输出。
在步骤84，算法70可将由发动机20产生的实际扭矩与第一阈值T1比较持续特定的时间。例如，所述时间可以是1秒这个级别的并且可以是持续时间。在一个实施例中，T1是推定扭矩值的大约25-30%这个级别的，意味着发动机20的实际扭矩远小于基于发动机控制参数图确定的推定扭矩而应该产生的扭矩。如果在步骤84实际扭矩大于T1，则算法70进行到步骤86，确定请求扭矩τrequested。请求扭矩是命令发动机20产生的扭矩，并且可从CAN得到。在步骤86，请求扭矩被设置为瞬时（快）扭矩τfast或长期（慢）扭矩τslow中的较小值。快扭矩是基于发动机20中的点火路径的，并且例如会利用点火延迟而减小。慢扭矩是基于发动机20中的空气路径的，并且例如将会通过限制空气流而减小。
在步骤88，将实际扭矩与第二阈值T2进行比较并将步骤86确定的请求扭矩与第三阈值T3进行比较持续特定时间段。在实施例中，阈值T2、T3是设置值或常数。在一个示例中，T2是-1Nm，T3是59Nm，所述时间段是持续45秒。当然，在本公开的其他实施例中可以使用其他值。
如果在步骤88，实际扭矩小于T2并且请求扭矩大于T3持续特定时间，则算法70进行到步骤90。另外，如果在步骤84实际扭矩小于T1，则算法70从步骤84进行到步骤90。在步骤90，算法70基于四种熄火标准之一增加熄火计数。熄火标准包括：在催化剂较冷时发动机启动、在催化剂较热时发动机启动、在催化剂冷时发动机熄火以及在催化剂热时发动机熄火。催化剂是冷还是热是基于催化剂的温度测量和催化剂的设置温度范围。每个熄火标准具有与熄火计数相关的不同的最大计数值。例如，冷启动标准将比热启动标准具有更高的最大熄火计数值，因为发动机可以在未燃尽的碳氢化合物使催化剂转换器加热到催化剂熔化的点之间重启很多次数。在一个实施例中，熄火标准是基于催化剂温度和发动机启动条件的，即，发动机是否曾经处于启动序列中或已经运行一段时间。
在步骤92，将熄火计数与熄火标准的最大计数值进行比较。如果在步骤92熄火计数大于最大计数值，则算法70在步骤94中设置诊断代码。算法70还可使控制器56发送命令以在此时关闭（shut down）发动机20，以保护催化剂免受可能的损坏。在一些实施例中，步骤94的诊断代码可导致车辆进入操作受限模式，诸如，服务模式，并且可将服务指示提供给用户。
如果在步骤92中熄火计数小于最大计数值，则在步骤96中在车辆正在运转的同时命令发动机20重启燃烧过程，然后算法返回步骤72。
参考步骤88，如果实际扭矩大于T2和/或请求扭矩小于T3持续特定时间，则算法70进行到步骤98。在步骤98，算法70确定是否已经过去特定时间而且没有发生熄火。在一个实施例中，所述时间是30秒。如果在步骤98中所述特定时间已经过去而没有发生熄火，则在步骤100中将熄火计数清零并且算法返回步骤72。如果在步骤98所述时间还没过去而且没有发生熄火，则算法70返回步骤72。
图3示出了利用算法110的进行诊断或监控的实施例的流程图。算法110可被用于检测发动机20在正常运转/燃烧与完全熄火之间运行的区域，以检测和/或防止由于未燃尽碳氢化合物而使催化剂变差或受到损坏的情况。所述算法110可以由VSC56结合图2中示出的算法70或独立于算法70来执行。在一个实施例中，算法110检测可以确认由于受限排放气流而使发动机功率输出受到限制导致现有的催化剂恶化或损坏的条件。对于与图2中示出的步骤相似的步骤，请参考上面对图2进行的讨论。
算法110在步骤112开始。在步骤114，控制器56确定0是否命令发动机20进行运行或运转。然后在步骤116，算法110确定是否满足各种进入条件。例如，进入条件可包括发动机20未处于辅助怠速状态（辅助怠速状态使得发动机以转速控制模式运行并且扭矩测量不是有效的），发动机未以大于特定扭矩比（即，大于50%）的点火延迟运转，发动机20在不存在燃料喷射器被切断或停用的情况下运转，以及发动机被同步。在步骤116，对于算法110来说，这些进入条件中的全部或一部分需要被满足，然而所列的这些条件不是全部，而是可以需要先有技术中已知的其他进入条件。
如果在步骤116中满足进入条件，则算法110在步骤118中确定由发动机20确定的推定扭矩τinferred。
然后，算法110在步骤120根据校准表确定第四阈值T4。所述阈值T4可以是推定扭矩和发动机冷却剂温度ECT的函数。然后，算法110在步骤122测量由发动机20产生的实际扭矩τactual。
算法110将发动机20产生的实际扭矩与T4进行比较。如果在步骤124中，实际扭矩大于T4，则算法110进行步骤126，确定请求扭矩。请求扭矩是命令发动机20产生的扭矩。在步骤126，请求扭矩被设置为瞬时（快）扭矩和长期（慢）扭矩中的较小值。
在步骤128，将实际扭矩与第五阈值T5进行比较，将来自步骤126的请求扭矩与第六阈值T6进行比较。在实施例中，阈值T5和T6可以是设置值或常数。在一个示例中，T5是5Nm，-1Nm，或-100Nm，T6是59Nm。当然，在其他实施例中可以使用其他值。
如果在步骤128中，实际扭矩小于T5，并且请求扭矩大于T6，则算法110进行到步骤130。另外，如果在步骤124中，实际扭矩小于T4，则算法110从步骤124进行到步骤130。在一个实施例中，T4为推定扭矩的大约50%这个级别。在步骤130，算法110使计时增加。在步骤132，将计时与预定时间值进行比较。在一个实施例中，所述时间值是45秒。如果在步骤132计时大于所述时间值，则算法110在步骤134设置诊断代码。如果在步骤132计时小于所述时间值，则算法返回步骤112。
如果在步骤128实际扭矩大于T5和/或请求扭矩小于T6持续特定时间，则算法110进行步骤136。在步骤136，算法110减小计时或使计时清零，并且算法110返回步骤112。
根据本公开的多个实施例具有相关优点。例如，扭矩可以被用于确定发动机是否运行、熄火/不点火同时未燃尽的碳氢化合物被排到催化剂转转器。这使得能够对可导致催化剂变差或损坏的条件进行检测以保护催化剂。，所述算法可检测表明催化剂变差或受损坏的条件，并且可为维修技术人员设置合适的诊断代码。检测可能是困难的，因为当流过剩余的变差或受损坏的催化剂表面区域的气流受到限制时，车辆可能会继续符合排放规定。除非催化剂已经是失活的，先前的监控器已不能运行，不能诊断由于流过催化剂转换器的受限制的气流导致的低发动机功率的症状，并且不能检测节气门被卡在关闭位置。
尽管上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性的而非限制性的，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。可选地，多个实施例的特征可以进行组合以形成没有明确示出或描述的进一步实施例。在一个或多个实施例已经被描述为针对一个或多个期望的特征提供优点或相对于其他实施例和/或相对于现有技术是优选的，本领域普通技术人员将认识到，可以在多个特点之间进行折中，以实现期望的***属性，这依赖于特定应用或执行方式。这些属性可包括（但不限于）：成本、强度、持久性、生命周期成本、适销性、易装配等。这样，被描述为针对在一个或多个特征而相对于其他实施例较差一些的任何实施例并不排除在所要求保护的主体的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种车辆，包括：
发动机；
具有催化剂的排气后处理***；
电机；
至少一个控制器，被配置为，响应于实际发动机扭矩输出小于推定扭矩输出持续预定时间段，关闭发动机以限制催化剂的温度升高。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造为，响应于实际发动机扭矩输出小于第一阈值并且请求扭矩输出大于第二阈值的情况持续第二预定时间段，关闭发动机以限制催化剂的温度升高。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，实际发动机扭矩输出小于取决于推定扭矩输出的阈值。
4.如权利要求3所述的车辆，其中，所述阈值取决于发动机冷却剂温度。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述推定扭矩基于进入发动机的燃料流和空气流、发动机中的点火延迟以及发动机转速。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为，在关闭发动机之前，增加熄火计数并将所述熄火计数与取决于催化剂温度的最大值进行比较。
7.如权利要求7所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造为，当熄火计数小于最大值时，重启发动机。
8.如权利要求6所述的车辆，其中，所述最大值还取决于发动机是否处于启动序列中。
9.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造为，响应于满足基于发动机状态的进入条件，关闭发动机。
10.如权利要求9所述的车辆，其中，如果存在不同步的发动机运转、预定水平以上的点火延迟、燃料喷射器失效以及辅助怠速运转中的一种，则不满足进入条件。
CN201310385128.XA 2012-08-29 2013-08-29 限制车辆中催化剂温升并检测受限排气路径的方法 Active CN103670734B (zh)

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