本發(fā)明涉及一種用于減少來自發(fā)動機的NO_x排放物的方法，并且更具體地涉及一種減少冷啟動后來自發(fā)動機的NO_x排放物的方法。

背景技術：

從例如美國專利6,829,888中已知，電機可以被用來輔助加熱來自發(fā)動機的排氣流以便輔助催化劑點火。

在車輛行駛周期期間在最早可能的時刻利用高壓排氣再循環(huán)(HPEGR)或低壓排氣再循環(huán)(LPEGR)有助于減少NO_x排放物。對早期排氣再循環(huán)(EGR)的要求根據(jù)需要一直增加以滿足歐洲6.2排放要求和實際行駛周期。就發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷而言發(fā)動機操作范圍和EGR流動需要的溫度范圍都隨著需要增加以滿足這些新要求。

與EGR的早期利用相關聯(lián)的一個問題是，如果引入到發(fā)動機中的氣體的溫度很低，例如在冷啟動之后，則它可能導致燃燒不穩(wěn)定性。

與在使用壓縮機強制進氣的發(fā)動機的情況下LPEGR的早期利用相關聯(lián)的第二個問題是，它可能導致壓縮機上游冷凝物的形成。這樣的冷凝物的形成會嚴重損害壓縮機的快速旋轉(zhuǎn)葉片。

發(fā)明人已經(jīng)認識到，例如在美國專利6,829,888中提出的排氣加熱的利用可以被有利地用于能夠更早利用排氣再循環(huán)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種通過促進排氣再循環(huán)的早期利用來減少冷啟動后發(fā)動機NO_x排放物而不會造成顯著燃燒不穩(wěn)定性或破壞冷凝物的方法。

根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種能夠較早利用排氣再循環(huán)以減少發(fā)動機冷啟動之后來自機動車輛的發(fā)動機的NO_x排放物的方法，該方法包含使用機動車輛的電池來施加電負荷到由發(fā)動機驅(qū)動的電機、使用電機作為發(fā)電機來給電池充電并且施加負荷到發(fā)動機以增加發(fā)動機溫度和排氣溫度升高的速率、識別發(fā)動機溫度和排氣溫度中的至少一個對于排氣再循環(huán)的有效利用是否太低，并且如果發(fā)動機溫度和排氣溫度之一對于排氣再循環(huán)的有效利用太低，則阻止排氣再循環(huán)，并且當發(fā)動機溫度和排氣溫度足夠高以允許排氣再循環(huán)的有效利用時，激活排氣再循環(huán)并且終止電機作為發(fā)電機使用。

不考慮發(fā)動機溫度和排氣溫度，如果施加到發(fā)動機的負荷已增加到發(fā)動機足夠迅速預熱而不需要額外加熱的水平，則可以終止電機作為發(fā)電機使用。

可替代地，不考慮發(fā)動機溫度和排氣溫度，如果連接到電機的電池的荷電狀態(tài)達到最大安全極限，則可以終止電機作為發(fā)電機使用。

電機可以是驅(qū)動地連接到發(fā)動機的集成起動機-發(fā)電機。

發(fā)動機溫度和排氣溫度可以足夠高以當排氣再循環(huán)的利用將不會造成發(fā)動機的燃燒不穩(wěn)定性時，允許排氣再循環(huán)的有效利用。

發(fā)動機可以是具有壓縮機的強制進氣發(fā)動機(forced induction engine)，排氣再循環(huán)可以是將排氣返回到壓縮機上游的一位置的低壓排氣再循環(huán)并且發(fā)動機溫度和排氣溫度可以足夠高以在低壓排氣再循環(huán)的利用將不會造成冷凝物被引入到壓縮機中的情況下，允許排氣再循環(huán)的有效利用。

根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種機動車輛，該機動車輛具有電池、驅(qū)動地連接到電機的發(fā)動機、電子控制器和將來自發(fā)動機的排氣側(cè)的排氣再循環(huán)到發(fā)動機的進氣側(cè)的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，該排氣再循環(huán)系統(tǒng)包括排氣再循環(huán)閥以控制經(jīng)再循環(huán)的排氣的流量，其中電子控制器被設置成使用機動車輛的電池來施加電負荷到電機、使用電機作為發(fā)電機來給電池充電并且施加負荷到發(fā)動機以增加發(fā)動機溫度和排氣溫度升高的速率、識別發(fā)動機溫度和排氣溫度中的至少一個對于排氣再循環(huán)的有效利用是否太低，并且電子控制器被設置成如果發(fā)動機溫度和排氣溫度之一對于排氣再循環(huán)的有效利用太低，則通過關閉排氣再循環(huán)閥來阻止排氣再循環(huán)，并且電子控制器被設置成當發(fā)動機溫度和排氣溫度足夠高以允許排氣再循環(huán)的有效利用時，通過打開排氣再循環(huán)閥來激活排氣再循環(huán)并且終止電機作為發(fā)電機使用。

不考慮發(fā)動機溫度和排氣溫度，電子控制器可以被進一步設置成如果施加到發(fā)動機的負荷已增加到發(fā)動機足夠迅速預熱而不需要額外加熱的水平，則終止電機作為發(fā)電機使用。

不考慮發(fā)動機溫度和排氣溫度，電子控制器可以被進一步設置成監(jiān)測連接到電機的電池的荷電狀態(tài)，并且可以被進一步設置成如果電池的荷電狀態(tài)達到最大安全極限，則終止電機作為發(fā)電機使用。

電機可以是集成起動機-發(fā)電機。

發(fā)動機溫度和排氣溫度可以足夠高以當排氣再循環(huán)的利用將不會造成發(fā)動機的燃燒不穩(wěn)定性時，允許排氣再循環(huán)的有效利用。

發(fā)動機可以是具有壓縮機以壓縮進入發(fā)動機的空氣流的強制進氣發(fā)動機，排氣再循環(huán)系統(tǒng)可以是低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)，該低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)將排氣返回到在壓縮機上游的一位置的發(fā)動機的進氣系統(tǒng)，并且發(fā)動機溫度和排氣溫度可以足夠高以在低壓排氣再循環(huán)的利用將不會造成冷凝物引入到壓縮機中的情況下，允許排氣再循環(huán)的有效利用。

壓縮機可以是具有渦輪以驅(qū)動壓縮機的渦輪增壓器的一部分，并且排氣可以從在渦輪增壓器的渦輪下游的位置的發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中被提取。

排氣系統(tǒng)可以是高壓排氣系統(tǒng)，發(fā)動機可以具有渦輪增壓器，該渦輪增壓器具有由渦輪驅(qū)動用于增加通過發(fā)動機的進氣系統(tǒng)的空氣的流量的壓縮機，經(jīng)再循環(huán)的排氣可以從在渦輪增壓器的渦輪上游的一位置的發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中被提取并且被返回到在壓縮機的下游的發(fā)動機的進氣系統(tǒng)。

附圖說明

現(xiàn)在將通過示例的方式參照附圖描述本發(fā)明，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的機動車輛的示意圖；以及

圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一個方面能夠較早利用排氣再循環(huán)以減少發(fā)動機冷啟動之后來自發(fā)動機的NO_x排放物的方法的高水平流程圖。

具體實施方式

參照圖1，示出了具有以渦輪增壓發(fā)動機10的形式的強制進氣發(fā)動機的機動車輛5。發(fā)動機10具有進氣系統(tǒng)，大氣通過該進氣系統(tǒng)流入發(fā)動機10。該進氣系統(tǒng)包含許多進氣管道、空氣過濾器12、渦輪增壓器20的壓縮機20c、節(jié)氣門13、中間冷卻器14和進氣歧管15。進氣管道被用于將用于使空氣流入發(fā)動機10的進氣系統(tǒng)的各種部件連接在一起。

空氣經(jīng)由空氣過濾器12進入進氣系統(tǒng)，被壓縮機20c壓縮并且經(jīng)由節(jié)氣門13流到中間冷卻器14，并且然后流到發(fā)動機10的進氣歧管15。

燃料通過多個燃料噴射器(未示出)被噴射到發(fā)動機10中，并且以排氣的形式的燃燒產(chǎn)物經(jīng)由排氣歧管11流到渦輪增壓器20的渦輪20t。

在經(jīng)過渦輪20t之后，排氣通過一個或多個后處理裝置16流到尾管17并且從尾管17流到大氣。

HPEGR回路30被設置成從排氣歧管11和渦輪20t之間的一位置提取排氣并且使被提取的排氣經(jīng)由排氣冷卻器31流到高壓排氣再循環(huán)閥32。當高壓排氣再循環(huán)閥32打開時，高壓排氣可以流入進氣歧管15上游和中間冷卻器14和壓縮機20c下游的進氣路徑。

LPEGR回路40被設置成從渦輪20t和后處理裝置16之間的一位置提取排氣并且使被提取的排氣經(jīng)由排氣冷卻器41流到低壓排氣再循環(huán)閥42。當?shù)蛪号艢庠傺h(huán)閥42打開時，低壓排氣可以流入進氣路徑。

應當領會的是，如果后處理裝置16包括微粒捕集器，那么用于LPEGR的排氣將優(yōu)選在微粒捕集器的下游被提取，因為這將減少到達壓縮機20c的煙塵的量并且因此減少壓縮機20c的葉片的污染。如果微粒捕集器不存在，那么作為替代，微粒過濾器可以被包括在排氣冷卻器41和排氣的提取點之間。

電機被驅(qū)動地連接到發(fā)動機10并且在該示例的情況下是以集成起動機-發(fā)電機18的形式。在該示例的情況下，集成起動機-發(fā)電機18是來自發(fā)動機10的曲軸的皮帶驅(qū)動的，但可以領會的是，它可以可替代地是鏈條驅(qū)動或齒輪驅(qū)動的。

集成起動機-發(fā)電機18可以被用于根據(jù)它正在操作的模式來產(chǎn)生電力或產(chǎn)生扭矩。電池19被連接到集成起動機-發(fā)電機18，連同相關聯(lián)的控制電子設備形成中央電子控制器50的一部分。當集成起動機-發(fā)電機18正在作為發(fā)電機操作時，它給電池19充電，并且當集成起動機-發(fā)電機18正在作為馬達操作時，電池19提供電能至集成起動機-發(fā)電機18。電子控制器50監(jiān)測電池19的荷電狀態(tài)(SOC)并且控制集成起動機-發(fā)電機18以確保電池的荷電狀態(tài)保持在安全上限和下限范圍之內(nèi)。

電子控制器50被設置成控制集成起動機-發(fā)電機18的操作、高壓排氣再循環(huán)閥32的操作狀態(tài)、低壓排氣再循環(huán)閥42的操作狀態(tài)和節(jié)氣門13的旋轉(zhuǎn)位置。應當領會的是，高壓排氣再循環(huán)閥32和低壓排氣再循環(huán)閥42將具有至少完全打開和完全關閉操作狀態(tài)和在大多數(shù)情況下的部分打開/關閉操作狀態(tài)。

電子控制器50也被用來控制發(fā)動機的正常操作。

電子控制器50接收來自多個傳感器的輸入，諸如，例如，空氣流量傳感器(未示出)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器(未示出)、加速器踏板位置傳感器(未示出)、λ傳感器(Lambda sensor)(未示出)、三個排氣溫度傳感器6a、6b和6c、進氣溫度傳感器7和發(fā)動機汽缸頭溫度傳感器8。

電子控制器50和它控制的各種傳感器和部件之間的連接在圖1中未示出以簡化和提高附圖的理解。

應該領會的是，電子控制器50可以包含若干相互連接的電子控制器并且不必是如圖1所示的單個單元。

在本發(fā)明涉及的范圍內(nèi)，電子控制器50的操作如下。

當感測到發(fā)動機10的溫度低于發(fā)動機啟動之后的正常操作溫度時，需要加熱以便減少發(fā)動機啟動和EGR可以被用來幫助減少NO_x排放物的時間之間的時間延遲。

當決定排氣再循環(huán)是否可以被有效地利用時，要考慮兩個要點。首先，確定燃燒何時可能是不穩(wěn)定的，其次確定經(jīng)再循環(huán)的排氣是否將足夠熱以幫助燃燒穩(wěn)定性。

如果缸內(nèi)氣體溫度低——這將是發(fā)動機溫度低的情況，則燃燒將是不穩(wěn)定的。發(fā)動機溫度可以通過使用來自汽缸頭溫度傳感器8(或發(fā)動機冷卻劑傳感器)的輸出并且通過使用進氣溫度傳感器7來得出，汽缸頭溫度傳感器8提供汽缸壁是否冷的指示，進氣溫度傳感器7提供導入的氣體的溫度是否低的指示。

使用這些測量值的組合，可以做出關于不穩(wěn)定燃燒是否將可能來自EGR的利用的預測。

如果EGR被利用，則要考慮的另一個因素是排氣的溫度是否足夠高以增加導入的氣體溫度。排氣的溫度可以從來自排氣傳感器6a、6b和6c的輸出來得出，排氣傳感器6a、6b和6c提供有效排氣溫度的估算值。雖然在該示例的情況下使用了三個傳感器，但是可以領會的是僅需要使用單個排氣溫度傳感器。

應當領會的是，燃燒穩(wěn)定性和混合物稀釋之間存在權衡，當決定是否利用EGR和利用EGR的量時這也必須被考慮。也就是說，加入經(jīng)熱再循環(huán)的排氣將提高燃料和空氣分子的流動性，并且因此有助于提高燃燒穩(wěn)定性，但加入惰性氣體到進氣燃料/空氣混合物將稀釋它并且因此加入經(jīng)熱再循環(huán)的排氣的好處與惰性氣體的稀釋效應必須被權衡。

然而，在所有情況下，有利的是，加速發(fā)動機10的加熱過程并且電子控制器50被設置成為了做到這一點操作集成起動機-發(fā)電機18作為發(fā)電機。

集成起動機-發(fā)電機18作為發(fā)電機使用將增加發(fā)動機10上的負荷，并且這將導致發(fā)動機10的增大的扭矩需求，該增大的扭矩需求通過向發(fā)動機10供應更多的燃料來滿足。額外的燃料比通常情況下如果空氣/燃料比待被優(yōu)化用于良好的燃料經(jīng)濟性更快地增加發(fā)動機的溫度和排氣的溫度。

以上提及的電子控制器50被設置成使用溫度傳感器6a、6b和6c來感測排氣的溫度，并且電子控制器50被設置成當感測到的排氣溫度高于溫度極限(T_HP)時，打開高壓排氣再循環(huán)閥32，如果利用HPEGR，則低于該溫度極限將可能會造成燃燒不穩(wěn)定性。

在該示例的情況下，電子控制器50被進一步設置成當感測到的排氣溫度高于溫度極限(T_LP)時，打開低壓排氣再循環(huán)閥42，如果利用LPEGR，則低于該溫度極限可能會造成冷凝。

應該領會的是，由于從發(fā)動機10的排氣側(cè)到發(fā)動機10的進氣側(cè)的HPEGR氣體流路和從發(fā)動機10的排氣側(cè)到發(fā)動機10的進氣側(cè)的LPEGR氣體流路之間的差異，對于相同的排氣溫度，LPEGR氣體的溫度將低于HPEGR氣體的溫度。

總體上理想的是，只要可能就優(yōu)先于HPEGR利用LPEGR，因為LPEGR提供潛在的燃料經(jīng)濟性效益，并且與大氣更好地混合，因此一旦LPEGR可以被利用，有時就終止HPEGR。

電子控制器50被進一步設置成當以下若干條件中的至少一個存在時，停止集成起動機-發(fā)電機18作為發(fā)電機使用：

a/離開發(fā)動機10的排氣的溫度分別高于低壓和高壓溫度極限(T_LP)和(T_HP)并且如由汽缸頭傳感器8和進氣溫度傳感器7感測到的發(fā)動機10的溫度超過預定溫度極限；

b/施加到發(fā)動機10的負荷已增加到發(fā)動機10足夠迅速地預熱而不需要額外加熱的水平；以及

c/如果電池19的荷電狀態(tài)達到上安全電荷極限，則表明電池19大體上沒有儲存另外的電能的容量。

應該領會的是，本發(fā)明不限于使用具有低壓和高壓排氣再循環(huán)的發(fā)動機。例如而非限制，本發(fā)明可以被有利地應用于僅具有高壓排氣再循環(huán)、能或不能強制進氣的發(fā)動機或具有強制進氣并且僅具有低壓排氣再循環(huán)的發(fā)動機。

參照圖2，以概要的形式示出了一種用于減少來自發(fā)動機——例如根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機10——的NO_x排放物的方法。

該方法開始于框110，發(fā)動機10不運行，也就是說，發(fā)動機10“關閉”。

該方法前進到框115以檢查是否已發(fā)生點火開關接通事件。“點火開關接通”事件是將發(fā)動機10的狀態(tài)從“關閉”改變成“打開”的事件。也就是說，在“點火開關接通”事件之后發(fā)動機10將運行。雖然在某些情況下，“點火開關接通”事件是車輛——例如車輛5——的駕駛員激活點火開關的結(jié)果，但是可以領會的是，用于啟動發(fā)動機10的特定機制并不重要。

如果當在框115中檢查到?jīng)]有“點火開關接通”事件時，則它將返回到框110并且發(fā)動機10保持在“關閉”狀態(tài)。

然而，如果當在框115中檢查到存在“點火開關接通”事件時，那么發(fā)動機10將被啟動并且該方法前進到框120，在框120中，發(fā)動機10現(xiàn)在正在運行。

該方法從框120前進到框130以檢查如由進氣溫度傳感器7和汽缸頭傳感器8感測到的當前發(fā)動機溫度和如由一個或多個排氣傳感器6a、6b和6c測得的當前排氣溫度是否低于最小有效EGR利用溫度。

應當領會的是，在排氣溫度的情況下，有單個溫度極限或多個溫度極限。例如，如果如圖1所示發(fā)動機10具有低壓和高壓EGR回路，那么防止不穩(wěn)定燃燒所需的排氣溫度可以不同于防止壓縮機——例如壓縮機20c——上游的冷凝物所需的排氣溫度。

因此框130包含測試以查看當前測得的溫度是否高于或低于預定極限，并且基于這些測試的結(jié)果，該方法前進到框140或160。

如果一個或多個當前測得的溫度低于用于該參數(shù)的預定極限，則該方法前進到框140，在框140，通過例如關閉或保持EGR流量控制閥關閉——例如圖1所示的HPEGR和LPEGR閥32和42——確保阻止任何EGR流量。此時打開HPEGR和LPEGR閥32和42將可能造成燃燒不穩(wěn)定性和/或冷凝物被引入到壓縮機20c中。

該方法然后從框140前進到框150，在框150，電機——例如集成起動機-發(fā)電機18——被作為發(fā)電機操作以加載發(fā)動機10。由集成起動機-發(fā)電機18施加的附加負荷將導致發(fā)動機溫度和排氣溫度比通常的情況更迅速地增加。

該方法從框150返回到框130以重新檢查測得的發(fā)動機和排氣溫度并且將圍繞框130、140和150循環(huán)直到測得的發(fā)動機和排氣溫度超過用于該相應的參數(shù)的預定溫度極限。

如果在框130測得的發(fā)動機和排氣溫度都超過其各自的溫度極限，則該方法將前進到框160。

在框160，當通過使用集成起動機-發(fā)電機18實現(xiàn)排氣加熱已被激活時，此時它被停用，并且集成起動機-發(fā)電機18然后被正?？刂埔詽M足車輛5的需求。

然而，如果當進入框160時，排氣加熱沒有被激活，因為到框160的路線是從框120到框130，并且然后到框160，則集成起動機-發(fā)電機18被正?？刂埔詽M足車輛5的需求。

不考慮到達框160遵從的路線，該方法從框160前進到框170，在框170中，EGR被激活。也就是說，排氣再循環(huán)流量被允許。應當領會的是，如果發(fā)動機10配備有低壓和高壓EGR，那么在框170，根據(jù)已達到的溫度極限，它可以是LPEGR被啟用、HPEGR被啟用、或二者都被啟用。

該方法從框170前進到框180，在框180，檢查“點火開關關斷”事件是否已發(fā)生，并且如果已發(fā)生，則該方法返回到框110，發(fā)動機10“關閉”，并且如果沒有發(fā)生，則該方法返回到框120，發(fā)動機10運行。

應當領會的是，一旦發(fā)動機10已充分預熱，在框130中的測試就將總是導致該方法前進到框160，并且在發(fā)動機正常熱運行期間，該方法將因此通過框120、130、160、170和180連續(xù)循環(huán)。

應當領會的是，除了在框130描述的測試之外，可以有用于確定是否集成起動機-發(fā)電機18的使用應該被終止的額外測試，例如，電池19的荷電狀態(tài)是否已達到上安全極限或發(fā)動機10上的扭矩需求是否足夠高而不再需要額外加熱。

本領域技術人員將領會的是，雖然本發(fā)明已經(jīng)通過舉例的方式參照一個或多個實施例進行了描述，但是它并不限于所公開的實施例并且在不脫離由所附權利要求所限定的本發(fā)明的范圍的前提下替代實施例可以被構造。