CN111980813A - 降低混合动力车辆中发动机排放的方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种降低混合动力车辆中发动机排放的***和方法，发动机断油时，控制器控制节气门打开，且当转速降低到第一预定转速时，控制器判断催化器载体的温度是否大于预定温度；若大于，控制电机拖动发动机以维持在第二预定转速，直至催化器载体温度不大于预定温度，停止拖动发动机并关闭节气门；若不大于，关闭节气门。该降低发动机排放的***和方法，发动机断油后，节气门并不关闭，而是保持开启的状态，这样空气能够继续进入发动机的气缸内，将残留在气缸内的污染物带出至尚有一定温度的催化器处，则残留的污染物依然可以得到催化转化，从而减少污染物的残留，避免冷启动状态下发动机和尚未起燃的催化器所造成的大量的冷启动气体排放污染物。
Description
技术领域
本发明涉及车辆排放控制技术领域，具体涉及一种降低混合动力车辆中发动机排放的方法和***。
背景技术
混合动力发动机的车辆在行驶过程中，当电池包状态低于一定值时，发动机要启动给电机充电或者给车辆提供动力，当电池包状态达到一定值时，发动机停止运转，由电池包驱动电机来提供车辆的运转动力。因而，混合动力车辆中的发动机会频繁出现发动机停止和再启动的情况。
发动机冷启动时，冷机状态下油气混合不良，且排气管处的催化器温度低，不能正常工作，无催化转化能力或能力很弱，则会产生较多的冷起动排放污染物。
发明内容
本发明提供的降低混合动力车辆中发动机排放的***，混合动力车辆包括发动机和电机，包括控制器、检测催化器载体温度的温度检测元件、检测所述发动机转速的转速检测元件；所述控制器预存第一预定转速、第二预定转速以及预定温度；
所述发动机断油时，所述控制器控制节气门打开，且所述控制器获取检测的所述发动机的转速，并当所述转速降低到所述第一预定转速时，所述控制器判断获取的所述催化器载体的温度是否大于所述预定温度；
若大于，所述控制器控制所述电机拖动所述发动机以维持在所述第二预定转速，直至所述催化器载体温度不大于所述预定温度，停止拖动所述发动机并输出关闭所述节气门的信号；若不大于，所述控制器输出关闭所述节气门的信号。
可选地，至少设有下述至少一者：
连接于所述发动机输入端的第一电机；
连接于所述发动机输出端的第二电机；
连接于所述变速器输入端的第三电机，所述变速器和所述发动机之间设有变速器；
连接于所述变速器输出端的第四电机；
拖动所述发动机的电机为上述四种电机中的一者。
可选地，还包括检测混合动力车辆的电池包电量的电量检测元件，所述控制器还设有第一预定电量；当所述电池包的电量达到第一预定电量时，所述控制器控制所述发动机断油。
可选地，所述控制器预存第三预定电量，所述发动机停止运转后，所述控制器监测所述电池包的状态，所述控制器控制催化器提前加热所述催化器载体，以使所述电池包的电量下降到所述第三预定电量时，所述催化器加热所述催化器载体达到所述预定温度。
可选地，所述控制器预存第二预定电量，所述发动机停止运转后，所述控制器监测所述电池包的电量达到所述第二预定电量时，根据所述电池包电量的下降速率，获得所述电池包的电量下降到所述第三预定电量时的下降时间；
所述控制器判断所述下降时间是否大于所述加热时间，若大于，则继续根据所述下降速率获取从当前电量下降到所述第三预定电量所需的下降时间，并继续与所述加热时间比较；若不大于，则控制催化器开始加热所述催化器载体。
可选地，所述催化器为电加热催化器。
可选地，所述催化器载体加热到所述预定温度时，所述控制器启动所述发动机，所述催化器停止加热。
本发明还提供一种降低混合动力车辆中发动机排放的方法，混合动力车辆包括发动机和电机，所述发动机断油时，控制节气门打开，当所述发动机的转速降低到第一预定转速时，进行下述步骤：
判断催化器载体的温度是否大于预定温度；
若大于，则控制所述电机拖动所述发动机以维持在第二预定转速，直至所述催化器载体的温度不大于所述预定温度，停止拖动所述发动机并关闭所述节气门；
若不大于，则关闭所述节气门。
可选地，监测混合动力车辆的电池包的状态，当所述电池包的电量达到第一预定电量时，控制所述发动机断油。
可选地，所述第一预定电量为所述电池包总容量的90％或以上。
可选地，预存第三预定电量，所述发动机停止运转后，监测所述电池包的状态，并控制催化器提前加热所述催化器载体，以使所述电池包的电量下降到所述第三预定电量时，所述催化器加热所述催化器载体达到所述预定温度。
可选地，预存第二预定电量；
根据所述电池包电量的下降速率，获得所述电池包的电量从所述第二预定电量下降到所述第三预定电量所需的下降时间；
判断所述下降时间是否大于所述加热时间，若大于，则继续根据所述下降速率获取从当前电量下降到所述第三预定电量所需的下降时间，并继续与所述加热时间比较；若不大于，则控制所述催化器开始加热所述催化器载体。
可选地，所述第二预定电量为所述电池包总容量的20％-30％，所述第三预定电量为所述电池包总容量的10％-20％。
可选地，所述催化器载体加热到所述预定温度时，启动所述发动机，所述催化器停止加热。
可选地，所述第一预定转速和所述第二预定转速，范围为0-1500r/min。
该降低发动机排放的***和方法，发动机断油后，节气门并不关闭，而是保持开启的状态，这样空气能够继续进入发动机的气缸内，空气可以将残留在气缸内的污染物带出至排气管的催化器处。虽然发动机断油后不再燃烧提供动力，但排气管的催化器载体依然维持一定的温度(不会立即降低)，则残留的污染物在经过催化器时，依然可以得到催化转化，从而减少污染物的残留。当发动机重新启动时，可避免冷启动状态下发动机和尚未起燃的催化器所造成的大量的冷启动气体排放污染物。
附图说明
图1为本发明所提供降低混合动力车辆中发动机排放的***的具体实施例示意图；
图2为本发明所提供降低混合动力车辆中发动机排放的方法的具体实施例流程图；
图3为本发明所提供降低混合动力车辆中发动机排放的方法具体实施例中催化器加热控制的流程图。
图1中附图标记说明如下：
1空气滤清器、2进气管、3节气门、4发动机、5第一电机、6排气管、7催化器、8温度传感器、9第二电机、10第三电机、11变速器、12第四电机、13VCU控制器、14电池包、15离合器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1-2，图1为本发明所提供降低混合动力车辆中发动机排放的***的具体实施例示意图。
如图1所示，混合动力车辆包括发动机4、电机，电机的电量可由电池包14来提供，发动机4的进气管2设有节气门3，节气门3用于控制进入发动机4的进气量，进气管2的上游设置空气滤清器1，以对进入的空气进行过滤。发动机4的排气管6设置有催化器7，比如三元催化器7，催化器7内设有催化器载体，催化器载体达到一定温度，可以保证催化效率，保证排气的污染物能够被催化转化，而减少污染物的排放。
具体在图1中，共设置四种电机，分别为第一电机5、第二电机9、第三电机10、第四电机12。第一电机5位于发动机4的输入端，可以通过皮带与发动机4的曲轴相连，可以启动发动机4；第二电机9位于发动机4的输出端，可与发动机4的飞轮相连；第三电机10位于变速器11的输入端，处于发动机4和变速器11之间，第三电机10和发动机4输出端之间还设有离合器15，如图1所示，离合器15的两侧分别连接第二电机9和第三电机10；第四电机12位于变速器11的输出端。在混合动力车辆中，设置的电机可以包括以上四种电机中的至少一者。
本实施例中还包括控制器，比如图1中所示的VCU控制器13(Vehicle ControlUnit)，即含有电动力车辆的整车控制器。该***还设置检测催化器载体温度的温度检测元件8、检测发动机4转速的转速检测元件；控制器内还预存有第一预定转速、第二预定转速以及催化器载体的预定温度。
当发动机4断油时，控制器控制节气门3打开，且控制器获取转速检测元件检测的发动机4的转速，并当转速降低到第一预定转速时，控制器判断获取的催化器载体的温度是否大于预定温度；
若大于，控制器启动电机以拖动发动机4维持在第二预定转速，直至催化器载体温度不大于预定温度，停止拖动发动机4并输出关闭节气门3的信号；若不大于，控制器输出关闭节气门3的信号。
该实施例中，发动机4断油后，节气门3并不关闭，而是保持开启的状态，这样空气能够继续进入发动机4的气缸内，节气门3的开度最好在10％以上，以保证足够的进气量。进入的空气可以将残留在气缸内的污染物带出至排气管6的催化器7处，即对断油后的气缸进行吹扫。虽然发动机4断油后不再燃烧提供动力，但排气管6的催化器载体依然维持一定的温度(不会立即降低)，则残留的污染物在经过催化器7时，依然可以得到催化转化，从而减少污染物的残留。当发动机4重新启动时，可避免冷启动状态下发动机4和尚未起燃的催化器7所造成的大量的冷启动气体排放污染物。
尤其针对混合动力车辆，发动机4工作时可以为电池包14充电，电池包14充电完成后，则由电机驱动车辆，发动机4停机，这样混合动力车辆中的发动机4在行驶过程中会频繁启停，上述方式可以减少多次冷启动时的污染物排放。
上述设定第一预定转速，即断油后，发动机4的转速降低是渐进的过程，发动机4在具备一定转速且节气门3打开时，可以自动将空气吸入，当低于第一预定转速时，发动机4动力不足，空气不能有效被吸入，此时若催化器载体的温度还处于具备一定催化效率的温度，则会启动电机，让电机拖动发动机4继续维持在第二预定转速，从而持续吸入空气，以继续利用尚未降温的催化器载体，直到催化器载体温度降低到预定温度以下，不再吸入空气。
因此，这里的第一预定转速和第二预定转速只要保证能够将空气从节气门3处吸入发动机4以带走残留污染物即可，故第一预定转速和第二预定转速的数值并不要求很高，一般设定在4000r/min以下，比如可以设定在1500r/min左右，第一预定转速和第二预定转速可以相等，也可以不等。
图1中示出四种电机，如前所述，可以采用其中一者，或是两者或两者以上的耦合形式，当设置一种电机时，则显然由该电机对发动机4进行拖动，若设置两种或以上，则采用物理结构上更容易拖动的电机进行拖动。从图1来看，则更容易拖动发动机4的电机为第一电机5、第二电机9，其次是第三电机10，再者是第四电机12。
另外，上述提到催化器7的温度需要处于预定温度，才有继续利用以减少残留污染物的必要，此处的预定温度，是指在该温度下，催化器载体具备一定的催化效率，能够实现预期的催化效果，比如，该预定温度可以设定为对应于催化器7效率能够达到50％或以上。
对于混合动力车辆，发动机4断油，可以根据电池包14的电量来确定，具体请参考图2，图2为本发明所提供降低混合动力车辆中发动机4排放的方法的具体实施例流程图。
S1、监测发动机4的转速以及电池包14的状态，当监测到电池包14的电量达到第一预定电量时，进入S2；
S2、发动机4断油；
S3、控制节气门3打开；
S4、当监测到发动机4转速下降到第一预定转速时，进入S5；
S5、根据检测的催化器载体的温度，判断催化器载体的温度，是否大于预定温度，若大于则进入S6，若不大于，则进入S8；
S6、控制电机启动以拖动发动机4，使其维持在第二预定转速，稳定运转，直至催化器载体温度不大于预定温度，进入S7；
S7、电机停止运转；
S8、关闭节气门3；
S9、发动机4停止运转。
上述步骤中，发动机4断油是根据电池包14的电量来决定，可以设置电量检测元件，以实时地将电池包14的电量反馈给控制器，第一预定电量直存储于控制器。这里的第一预定电量应当反应电池包14电量处于相当充足的状态，比如，第一预定电量可以是电池包14的电量达到总容量的90％以上。此时，电池包14可以为电机提供足够的电力，从而使得电机能够成为车辆的动力来源，则控制器可输出信号，控制发动机4断油，不再为电池包14充电，而是切换为电动模式，从而节省油耗。当然，在其他需要发动机4断油的工况下，也可以采用该实施例中降低排放方法，比如车辆需要停止，本实施例对发动机4断油的工况并不做限定，只要发动机4断油，即可根据催化器载体的温度来控制节气门3的开闭。
控制器还可以预存第二预定电量、第三预定电量。当发动机4停止运转后，控制器可以继续监测电池包14的电量，当电池包14的电量达到第二预定电量时，控制器可以根据电池包14电量的下降速率，获得电池包14的电量下降到第三预定电量时的下降时间，记为t1；
控制器还可获得催化器载体加热到上述预定温度的加热时间，记为t2；
控制器判断下降时间t1是否大于加热时间，若大于，则继续根据下降速率获取从当前电量下降到第三预定电量的下降时间；若不大于，则控制催化器7开始加热催化器载体。
这里的第二预定电量和第三预定电量可以设定较小，表征电池包14的电量已经不够充足，在一定时间后，需要启动发动机4来提供动力。当发动机4启动时，催化器7加热催化器载体到预定温度需要一定的时间，在该时间段内，催化器载体实际上并不能有效地对排气污染物进行催化转化，这样在发动机4启动后一定时间内，还是会排放污染物。这里设定第二预定电量和第三预定电量，是为了对催化器7提前加热提供参考，即采用该控制***后，在电池包14电量即将不足而切换为发动机4工作之前，催化器载体得以提前加热，并在实际切换到发动机4工作时，恰好加热到对应于所需的催化效率的温度，及时进入排放催化状态，又不会过于提前加热而浪费加热能量。
第三预定电量是电量不足，即将切换为发动机4模式的临界值，而第二预定电量则是稍微大于第三预定电量，二者之间存在差值，下降时间t1最好是略微大于催化剂载体加热到预定温度的t2，这样可以预留出足够的加热时间。第三预定电量例如可以是电池包14总容量的10％-20％，第二预定电量例如可以是电池包14总容量的20％-30％。在电池包14的电量下降的过程中，根据电量的实际变化情况，可以计算获得电量的下降速率，从而计算获得从第二预定电量下降到第三预定电量的时间t1。
当然，电池包14的性能在投入使用之前也会进行测算，则电量下降速率也可以作为预先已知的数据存储，从而直接获得电量从第二预定电量下降到第三预定电量时所需的时间t1，即t1实际上可以作为已知数据存储。
实际上，除了电量的下降速率之外，催化器载体加热到预定温度所需的时间t2也可以预先获得。这样，根据第三预定电量、下降速率和时间t2，则可以计算获得电池包14对应于催化器7开始加热的加热电量，检测到电池包14的当前电量达到加热电量时，即开始启动催化器7进行加热，则电量下降到第三预定电量时，催化器载体理论上恰好加热到所需的预定温度。
当然，随着电池包14的使用，电量的下降速率可能发生变化，按照上述方式设定一第二预定电量，并实时获取电量的下降速率，可以更为精准地获得下降到第三预定电量的时间，从而为催化器7加热的适时开启提供更为可靠的参考。该方法尤其适用于电加热催化器7的***。
以上情况是假定车上有两个或以上的电池包的情况下，电池包14不作为驱动电机电源驱动车辆行驶的情况下，才是上述状态。若电池包14同时也作为车辆电机的动力源，驱动车辆行驶，则电池包的电量下降速率会与车速、车辆载荷等情况有关。
如图3所示，图3为本发明所提供降低混合动力车辆中发动机4排放的方法具体实施例中催化器7加热控制的流程图。
催化器7加热的具体步骤如下：
S11、监测车辆速度、电池包14的状态，当电池包14的电量达到第二预定电量；
S12、计算电池包14的电量的下降速率；
S13、根据下降速率计算电池电量下降到第三预定电量所用的时间t1；
S14、获取催化器载体加热到预定温度所需的时间t2，判断t1是否大于t2，大于则返回S12；不大于，则进入步骤S15；
S15、催化器7开始加热催化器载体；
S16、当催化器载体达到所述预定温度时，发动机4启动工作；
S17、催化器7停止加热。
由此可见，本实施例对发动机4停机后，催化器7加热进行了进一步的优化设计。发动机4断油时(比如停车或者进入电动模式)，通过节气门3的控制，利用催化器载体的温度继续进行催化，以减少污染物的残留；另外，在发动机4不工作时，则还根据电池包14的电量变化，及时地提前预加热催化器7，以使催化器载体能够在发动机4启动后即具备所需的催化功能。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.降低混合动力车辆中发动机排放的***，混合动力车辆包括发动机(4)和电机，其特征在于，包括控制器、检测催化器载体温度的温度检测元件(8)、检测所述发动机(4)转速的转速检测元件；所述控制器预存第一预定转速、第二预定转速以及预定温度；
所述发动机(4)断油时，所述控制器控制节气门(3)打开，且所述控制器获取检测的所述发动机(4)的转速，并当所述转速降低到所述第一预定转速时，所述控制器判断获取的所述催化器载体的温度是否大于所述预定温度；
若大于，所述控制器控制所述电机拖动所述发动机(4)以维持在所述第二预定转速，直至所述催化器载体温度不大于所述预定温度，停止拖动所述发动机(4)并输出关闭所述节气门(3)的信号；若不大于，所述控制器输出关闭所述节气门(3)的信号。
2.如权利要求1所述的降低混合动力车辆中发动机排放的***，其特征在于，至少设有下述至少一者：
连接于所述发动机(4)输入端的第一电机(5)；
连接于所述发动机(4)输出端的第二电机(9)；
连接于变速器(11)输入端的第三电机(10)，所述变速器和所述发动机(4)之间设有离合器(15)；
连接于所述变速器(11)输出端的第四电机(12)；
拖动所述发动机(4)的电机为上述四种电机中的一者。
3.如权利要求1所述的降低混合动力车辆中发动机排放的***，其特征在于，还包括检测混合动力车辆的电池包(14)电量的电量检测元件，所述控制器还设有第一预定电量；当所述电池包(14)的电量达到第一预定电量时，所述控制器控制所述发动机(4)断油。
4.如权利要求1所述的降低混合动力车辆中发动机排放的***，其特征在于，所述控制器预存第三预定电量，所述发动机(4)停止运转后，所述控制器监测所述电池包的状态，所述控制器控制催化器(7)提前加热所述催化器载体，以使所述电池包(14)电量下降到所述第三预定电量时，所述催化器(7)加热所述催化器载体达到所述预定温度。
5.如权利要求4所述的降低混合动力车辆中发动机排放的***，其特征在于，所述控制器预存第二预定电量，所述发动机(4)停止运转后，所述控制器监测所述电池包(14)的电量达到所述第二预定电量时，根据所述电池包(14)电量的下降速率，获得所述电池包(14)的电量下降到所述第三预定电量时的下降时间；
所述控制器判断所述下降时间是否大于所述加热时间，若大于，则继续根据所述下降速率获取从当前电量下降到所述第三预定电量所需的下降时间，并继续与所述加热时间比较；若不大于，则控制催化器(7)开始加热所述催化器载体。
6.如权利要求4或5所述的降低混合动力车辆中发动机排放的***，其特征在于，所述催化器(7)为电加热催化器。
7.如权利要求4或5所述的降低混合动力车辆中发动机排放的***，其特征在于，所述催化器载体加热到所述预定温度时，所述控制器启动所述发动机(4)，所述催化器(7)停止加热。
8.降低混合动力车辆中发动机排放的方法，混合动力车辆包括发动机(4)和电机，其特征在于，所述发动机(4)断油时，控制节气门(3)打开，当所述发动机(4)的转速降低到第一预定转速时，进行下述步骤：
判断催化器载体的温度是否大于预定温度；
若大于，则控制所述电机拖动所述发动机(4)以维持在第二预定转速，直至所述催化器载体的温度不大于所述预定温度，停止拖动所述发动机(4)并关闭所述节气门(3)；
若不大于，则关闭所述节气门(3)。
9.如权利要求8所述的降低混合动力车辆中发动机排放的方法，其特征在于，监测混合动力车辆的电池包(14)的状态，当所述电池包(14)的电量达到第一预定电量时，控制所述发动机(4)断油。
10.如权利要求9所述的降低混合动力车辆中发动机排放的方法，其特征在于，所述第一预定电量为所述电池包(14)总容量的90％或以上。
11.如权利要求8所述的降低混合动力车辆中发动机排放的方法，其特征在于，预存第三预定电量，所述发动机(4)停止运转后，监测所述电池包(14)的状态，并控制催化器(7)提前加热所述催化器载体，以使所述电池包(14)的电量下降到所述第三预定电量时，所述催化器(7)加热所述催化器载体达到所述预定温度。
12.如权利要求11所述的降低混合动力车辆中发动机排放的方法，其特征在于，预存第二预定电量；
根据所述电池包(14)电量的下降速率，获得所述电池包(14)的电量从所述第二预定电量下降到所述第三预定电量所需的下降时间；
判断所述下降时间是否大于所述加热时间，若大于，则继续根据所述下降速率获取从当前电量下降到所述第三预定电量所需的下降时间，并继续与所述加热时间比较；若不大于，则控制所述催化器(7)开始加热所述催化器载体。
13.如权利要求12所述的降低混合动力车辆中发动机排放的方法，其特征在于，所述第二预定电量为所述电池包(14)总容量的20％-30％，所述第三预定电量为所述电池包(14)总容量的10％-20％。
14.如权利要求11所述的降低混合动力车辆中发动机排放的方法，其特征在于，所述催化器载体加热到所述预定温度时，启动所述发动机(4)，所述催化器(7)停止加热。
15.如权利要求8-14任一项所述的降低混合动力车辆中发动机排放的方法，其特征在于，所述第一预定转速和所述第二预定转速，范围为0-1500r/min。
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