专利名称：保护内燃发动机dpf的方法
技术领域：
本公开涉及一种保护位于机动车辆内燃发动机的排气部分中的柴油微粒过滤器(DPF)的方法，该方法使其免于DPF中碳烟的非故意(unintentional)燃烧和DPF的高温，且涉及实施所述方法的机动车辆。
背景技术：
车辆内燃发动机的排气部分中的壁流式DPF主要在DPF的壁上储存着在排气中的固体，特别是碳烟。所述积聚在DPF内壁上的固体增加了流动阻力，因而增加了排气背压，降低了发动机动力且增加了燃料消耗。为了使排气背压回到其期望值，根据在DPF中所累积碳烟达到预定积累量，DPF可能会发生再生。再生可通过发动机排气热能被动地完成或者有意地通过控制系统启动。在DPF装载有大量碳烟的情况中，在再生中产生的放热可提高DPF的温度到能够危害其化学组分结构的温度，导致DPF系统劣化。这种DPF的劣化可通过监测从过滤器流出的排气温度而减少，例如，如果DPF中碳烟的燃烧非故意地发生或监测到处于预设劣化阈值以上的温度，降低进入DPF的排气中的氧含量到非常低的水平，因而减少来自碳烟燃烧的放热反应。能够通过在稳定的化学计量燃烧状况操作来降低排气中的氧含量，在化学计量燃烧状况中基本所有的(例如多于98%的)燃料被燃烧，这导致在发动机排气中持续低的氧含量由此降低在DPF中的碳烟燃烧率。作为替换，可通过完全关闭内燃发动机而将流过DPF的排气质量流量设置为零。但是，在例如柴油发动机的稀燃发动机的情况中，在大范围发动机工况下以化学计量状况运行内燃发动机是不可能的。
发明内容
发明人认识到上述互相关联的问题，这些运行约束可以在混合动力车辆中通过以下方式被有利地解决，即当来自DPF的排气温度超过阈值时，通过在再生中使燃烧发动机与车轮传动系统断开联接，由此使车辆仅单独由电机驱动，并且发动机速度和/或负载可以设置为使化学计量稳定燃烧的范围，由此启动DPF保护模式。进一步地，通过将发动机联接到给电机电池提供能量的交流发电机上，燃料损失可以减轻同时保存电池电量。可以理解的是，上述内容是为了以简化形式介绍进一步在具体实施方式
中展示的概念的选择。并非意图指出所要求保护的主题的重要或基本特征，其范围已经通过所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限定于解决任何上述或所公开的任何部分的缺点的实施方式。
图1是具有内燃发动机和混合电机的车辆的实施例的不意代表图。图2代表示例流程。图3代表图2的流程中的示例流程。图4阐明出图3的流程的示例时间线。
具体实施例方式在此，化学计量空燃比(AFR)限定为用来在燃烧过程中燃烧掉所有燃料所需的最小AFR，也就是化学计量燃烧。为了达到本公开的目的，拉姆达(λ)率将表示目前AFR与化学计量AFR的比值，其中λ > I的混合物被认为是富燃混合物，λ < I的混合物被认为是稀燃混合物。稳定化学计量燃烧导致在发动机排气中保持低氧含量，在碳烟的燃烧中存在的成分，由此降低了在DPF(例如壁流式DPF)中的碳烟燃烧率，因而保护了它。这种应用可能独立于或结合于提前燃烧正时的起始，例如提前喷射正时或提前点火正时。但是，在例如柴油发动机的稀燃发动机的例子中，在大发动机工况范围下以λ值为I运行内燃发动机是不可能的。本方法通过在具有一个或更多个电动机的柴油发动机的大范围工况下开始或过渡到化学计量燃烧而并不阻止其运行来保护所述DPF，但是在所述DPF保护/化学计量运行期间仍然可选择地以选择的速度和/或空气流/扭矩范围来运行。燃烧发动机的长期运行可引起来自排气中的一些固体物累积在DPF的壁上，导致在排气系统上的背压。这一背压可最终导致降低的发动机燃料效率和能量产出。可以通过再生从DPF中移除碳烟，在再生中DPF的高温使得碳氧化同时从所述DPF中“燃烧”掉，通过排气系统排出。这一过程可以被动地发生，其中这一过程所需的热量可提供自从正常运行时排出排气的热量。它也可以通过一控制系统有意地将排气加热到碳烟燃烧所需的温度来启动。一种提高排气热的方法可包括通过在压缩过程将进入燃烧室的燃料喷射延迟为较晚来延迟发动机腔室内的点火。通过在燃烧之后减小膨胀过程的有效容积，排气可以较高的温度进入排气系统。类似地，提前点火正时可通过在压缩冲程中较早喷射燃料到所述腔室来实现，从而允许更大的膨胀空间和较低的排气热量。降低排气热量可降低或终止在DPF中的燃烧。在此，“延迟”和“提前”点火相对于用于车辆当前/主流(presiding)工况的汽缸压缩循环中的最大制动扭矩(MBT)的点火点而言。在混合动力车辆中，传递到车轮传动系统上用于推进的扭矩可通过内燃发动机或由电池供能的电动机来提供。在某种程度上，电动机电池实施例被装配为通过经由发电机或交流发电机将内燃发动机产生的旋转动能转换为电流来接收电量。混合动力车辆具有仅通过电动机驱动的能力，至少在某些时间内，其具有单独和组合联接发动机和电动机到所述车轮传动系统上的动力路径，使得发动机可以自动地从所述车轮传动系统断开联接。图1示意性示出混合动力车辆内发动机电动机系统的实施例，其通过图2中所示的程序运行。在排气温度超过劣化阈值或可能有助于或指示出在DPF中碳烟的非故意燃烧的阈值时，所述车辆控制系统可启动过滤器保护模式，在该模式中内燃发动机可被断开联接，且如图3所示车辆单独由电动机驱动。当车辆处于过滤器保护模式时，允许所述发动机继续以稳定工况运转，在此处即为稳定化学计量燃烧状况，其导致在发动机排气中维持低氧含量，由此带来了在DPF中碳烟燃烧率的降低。温度可由在排气歧管中、排气系统或DPF中的传感器确定。可能促成或指示非故意燃烧的状况也可通过温度传感器检测，但也可通过未在此处公开的其他方式确定。图4显示出当过滤器保护模式启动且达到稳定化学计量燃烧时(特别是在内燃发动机以接近I的λ值运行的事实下)的工况时间线。作为替换，流过DPF的排气质量流量通过完全关闭内燃发动机(未示出)设定为O。一旦排气温度返回到阈值，和/或在DPF中非故意燃烧的可能性的降低，所述内燃发动机可重新联接到车轮传动系统，并且和可以被几乎专门地用来驱动车辆前进。但是，纯电动机驱动状况同样可良好地保持较长时间，从而例如在实际过滤器保护阶段结束之后执行DPF的主动再生。图1的示意图是具有并行混合动力驱动的四轮机动车辆的实施例，但所描述的方法也可由其他类型的混合动力驱动来实现。车辆包括柴油内燃发动机2，其通过发动机输出轴4联接到离合器/变速器单元6的输入。该发动机2可进一步驱动交流发电机8。离合器/变速器单元6的输出可通过变速器输出轴10联接到差速器12的输入，而差速器12的输出通过车轴14联接到机动车辆的两个车轮上。变速器输出轴10、差速器12和车轴14形成车轮传动系统。变速器输出轴10还可联接到电动机16。电动机16和相关联的动力储存装置(例如车辆电池(未示出))，以这样的方式定尺寸，即当所述离合器/变速器单元6的离合器打开时，电动机16可以单独地驱动该机动车辆一定时间。内燃发动机2包括排气歧管18，其通向排气管20，并输送内燃发动机2的排气通过DPF22。此外，该实施例包括控制系统，其可接收来自可包括在排气歧管18中和/或DPF22中的温度传感器的传感器信号输入。所述控制系统包括以电子和电力电子形式的致动器，用来执行所述的方法。如果发动机2处于运行中，所述DPF22可连续地被监测以确定是否已达到温度阈值，该温度阈值促成碳烟非故意燃烧地发生或危及到DPF22的结构或化学完整性。这例如可通过在所述DPF22或排气歧管18中的温度传感器来实现。如果现有发动机工况不改变，它也可用来判断在DPF22中的非故意燃烧是否会发生在不久的将来。如果当前执行DPF22的主动再生，也可以执行监测过程。一旦系统检测到DPF22中的非故意燃烧或超过温度阈值，启动所述过滤器保护模式是为了抑制非故意燃烧和降低排气温度。在DPF保护模式中，发动机2可通过所述离合器/变速器单元6自动地与车轮传动系统断开联接，前进推动力可单独通过电动机16实现。同时，可减少进入到发动机2的进气以实现λ值为1，从而引入在发动机2中的稳定化学计量燃烧。因而，发动机可继续稳定运行，同时以持续方式降低发动机排气中氧含量，因此降低了在DPF22中的碳烟燃烧率。作为替换,可通过完全地关掉内燃发动机2而将流过DPF22的质量流量设置为O。过滤器保护模式可进一步包括延迟在发动机中的点火正时来降低输送到DPF的排气的温度。此外，或可替换的是，上述的过滤器保护模式方法，发动机2的能量输出可设置为一水平，该水平基本上匹配所述交流电机8可产生并输送给车辆电池或提供给电动机16的电量，因而降低燃料消耗且，假如需要的话，则允许所述过滤器保护模式持续保持比在单独使用车辆电池的情况下更长时间。在非故意再生的示例中，这可允许通过控制系统来启动主动再生，从某种程度上，这可通过凭借提前点火正时而可能地增加排气热量来实现。
一旦排气和/或DPF温度下降到低于所述阈值和/或在DPF22中非故意燃烧的可能性降低或结束，过滤器保护模式可被停用，发动机2重新联接到所述车轮传动系统。如果驾驶员的一般前进推力需求到使得发动机2已经改变至即使在化学计量燃烧的情况也可以满足这些需求的程度，所述重新联接也可能发生。可以提供一个或更多个电动机来驱动车辆，其可为电动机或电动机器，其选择性地作为电动机或发电机来运行，从而使得制动能量被回收。图2的流程进一步描述了混合动力车辆的操作方法，其中在210处控制系统的传感器测量出工况，并且在216所述控制系统基于这些测量结果确定出车辆的运行。假如在218中车辆接收运行在发动机模式的指令，则在220中，该发动机将通过内部燃烧来提供扭矩到车轮上。否则，该发动机可运行在电动机模式，其中在226中扭矩将通过电动机来提供。在发动机模式中，在222中排气温度或DPF内的状况可被监测。当这些状况超出阈值时，在212中控制系统可启动过滤器保护模式，直到所述状况下降到低于阈值，该过程在此点可以重复发生。在过滤器保护模式启动的情况下，如果图3中示意性图示的方法可以发生，其中在300电动机联接到车轮传动系统上。然后在302该发动机可与车轮传动系统断开联接，并在304联接到发电机。该发电机可连接到电池以提供能量给电动机。如果提供发电机，例如交流发电机或“起动机/发电机”，则其可以刚性联接到内燃发动机或独立于用来驱动车辆的电动机而联接到内燃发动机。在一些实施例中，当在过滤器保护模式中时，内燃发动机可驱动发电机，并用输出能量来运行，该能量大约与发电机的最大发电能力相一致。通常，即使内燃发动机在λ值接近于I的时候运行，其也可以是可能的。由内燃发动机产生的电流还可供应给能量储存装置，如车辆电池，提供给用来启动汽车的一个或更多个电机，并在能量储存装置用尽电力之前延长在过滤器保护模式中的车辆运行期间的时间。通过电动机所提供的扭矩，在车辆运行在过滤器保护模式下时，车辆驱动力可持续不受阻碍，其包括进气在306降低到310的化学计量空燃比，从而使得在DPF中来自排气的氧沉积减少，因而阻碍了在DPF中的非故意燃烧。这一过程可借助于通过先于燃烧过程喷射燃料进入燃烧室从而导致较少的热量排出进入排气过程，通过降低输送到DPF排气的温度进一步降低了非故意燃烧的可能性。一旦所述DPF的恢复和排气状况达到阈值，所述发动机在314通过控制流程主动地再生所述DPF。这一过程可在发动机在324重新联接到车辆传动系统和在316所述发电机断开联接之前发生，由此去激活了保护模式。电动机的延长应用可借助于在化学计量燃烧期间发动机产生的动力。图3中的程序的可能时间线显示在图4中，大约按照比例且描述出进气空气流400、发动机到车轮传动系统的联接402、电动机到车轮传动系统的联接404、DPF中的温度408，在通过控制系统启动的DPF燃烧操作中关于各自汽缸燃烧循环的燃料喷射正时412、在不通过控制系统启动的DPF燃烧操作中关于各自汽缸燃烧循环的燃料喷射正时414，燃烧混合物的λ值416的趋势。过滤器保护模式的启动发生在时间点420并结束在时间点422。此外，在化学计量燃烧期间，排气再循环可以降低或关闭来增加燃烧稳定性。在过滤器保护模式中，化学计量燃烧通过降低在进气期间输送到燃烧腔室的空气质量或空气流400和/或通过增加燃料喷射来实现。空气流在恒定工况下大约恒定，直到在时间点420处启动过滤器保护模式，在该处连续燃烧的空气流下降到预设的化学计量水平直到过滤器保护模式在422处停止。如402所示，过滤器保护模式发生在当车轮传动系统联接到发动机上，一旦保护模式启动，该发动机与车轮传动系统断开联接，并在过滤器保护停止之后可以重新联接。在一个示例中，在化学计量燃烧期间发动机与每个驱动轮断开联接。如404所示，电动机从车轮传动系统中断开联接直到过滤器保护模式启动，并在过滤器保护模式停止时再次断开联接。在其他实施例中，如果被控制系统指令以便为了效率或为启动DPF的主动再生，电动机可仍保持与车轮传动系统的连接。进一步地,在允许发动机和电动机同时提供扭矩的混合动力系统，贯穿整个图4的流程时间线，发动机仍旧保持与车轮传动系统的连接。DPF中的温度408可通过在排气系统中的传感器或该DPF本身所确定。DPF温度可上升直到达到阈值406，在该点处过滤器保护模式被启动。在过滤器保护模式启动之后，所述温度在下降之前继续短暂地上升(未示出)以响应于通过过滤器保护模式的激活而启动的方法，该模式包括空气流的减少，化学计量运行以及点火提前正时。当PDF温度降至低于阈值406时，过滤器保护模式方法可以终止。过滤器保护模式的示例方法可在由控制系统启动的再生期间启动。该启动过程可以是标准的或作为DPF中碳烟累积程度的结果。在某种程度上，主动再生启动，是通过如412所示的发动机点火正时的延迟来实现的。点火延迟可引起在压缩循环中燃烧发生的延后，减小了膨胀过程的有效容积因而增加了排气温度。输送到DPF中排气温度的增加可起到碳烟燃烧催化剂的作用。因此，如果过滤器保护模式启动，延迟点火便会停止，且提前点火便会发生直到该过程终止，如412所示在该点处所述点火正时可返回到MBT。如果如414中所示通过控制系统没有致使DPF再生，点火正时可在MBT处，但是，一旦过滤器保护模式启动，点火正时可能会提前直到所述方法终止。在其他实施例中，点火正时可保持提前直到DPF或排气的温度下降低于第二阈值。贯穿所述时间线的所述λ值由416显示,在稀燃发动机例如在此提到的柴油发动机中，当前AFR高于所述化学计量AFR,结果为λ > I。一旦过滤器保护模式启动，所述AFR的降低是由于进气的减少直到所述λ值下降到接近统一值，从而实现化学计量燃烧。一旦所述过滤器保护模式结束，所述λ值可再次升高除非期望的运行可在化学计量燃烧状况下实现。但是，在稀燃发动机中，受限工况可通过化学计量燃烧来实现。有利的是，过滤器保护模式的断开联接组件处理该限制。值得注意的是，在此所描述的示例性处理流程可应用在各种发动机和/或车辆系统配置中。在此所描述的该处理流可代表一个或更多个任意数量的处理策略，例如事件驱动，中断驱动，多任务，多线程等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序进行，同时进行，或在一些情况下可以省略。同样，为了实现这里所述的示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易示出和描述而提供。一个或更多个所示的动作或功能根据所用的特定策略可以重复地进行。而且，所述的动作可以图示地表示被编程为发动机控制系统中的计算机可读的储存介质中的编码。应当明白，本文所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本发明的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。权利要求具体指出认为新颖且非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或更多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合可以通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求来主张。这些权利要求，比原权利要求在范围上无论是更宽、更窄、等同或不同都被认为包含在本发明的主题内。
权利要求
1.一种用于保护机动车辆发动机排气中的DPF以避免所述DPF中的碳烟非故意燃烧的方法，该方法包括: 运行作为混合动力车辆的机动车辆，该混合动力车辆具有至少一个电机，以在至少一些时间内由所述至少一个电机单独驱动，其中如果在所述DPF中发生或将要发生碳烟的非故意燃烧，则所述机动车辆以DPF保护模式运行，在该模式中， 所述发动机自动与车轮传动系统断开联接， 驾驶者的前进推力需求由所述至少一个电机单独地满足； 所述发动机被完全关闭或以稳定化学计量燃烧运行。
2.如权利要求1所述的方法，其中当所述DPF中的碳烟非故意燃烧的威胁不再存在时，所述DPF保护模式结束。
3.如权利要求2所述的方法，其中在所述DPF保护模式中所述发动机以拉姆达值为I的2%范围内运行。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述发动机在所述DPF保护模式中驱动所述机动车辆中的发电机，并且所述发动机近似以对应于所述发电机的最大发电能力的输出功率运行。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机是柴油发动机，所述DPF是柴油壁流式DPF。
6.一种方法，包 括: 响应于DPF超温，使发动机与车辆车轮断开联接，且仅通过电动机推动所述车轮，所述发动机继续执行燃烧并过渡到化学计量燃烧。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述化学计量燃烧发生在选择的发动机速度和负载范围内，在该范围内发生稳定的化学计量燃烧，当发生化学计量燃烧时，所述发动机速度和负载限制在所述范围内。
8.如权利要求7所述的方法，其中在所述化学计量燃烧期间，所述发动机联接于电动机以产生用来驱动所述电动机或给电池充电的电流。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括在所述化学计量燃烧期间调整发动机运行以降低排气温度。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述发动机运行包括喷射正时。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述调整包括提前喷射正时。
12.如权利要求9所述的方法，其中进一步包括在化学计量燃烧运行期间调整发动机运行以减少排气再循环。
13.如权利要求6所述的方法，其中所述发动机是柴油发动机。
14.如权利要求6所述的方法，其中所述DPF是柴油壁流式DPF
15.如权利要求6所述的方法，其中所述化学计量燃烧是压缩点火燃烧。
16.如权利要求6所述的方法，其中所述电动机独立于所述发动机旋转。
17.如权利要求6所述的方法，进一步包括响应于DPF温度下降到低于阈值温度而终止所述化学计量燃烧。
18.如权利要求6所述的方法，其中所述车辆是插电式混合电动车辆。
19.如权利要求6所述的方法，其中所述发动机与所述车轮完全断开联接。
20.—种方法,包括: 响应于DPF超温，将发动机与车辆传动系断开联接，以使得所述发动机转动仅被交流发电机反作用，并且过渡至仅通过电动机驱动所述车辆传动系来推进所述车轮，在过渡过程中所述发动机保持 燃烧但将燃烧空燃比改变为化学计量燃烧。
全文摘要
本发明涉及一种用来保护机动车辆内燃发动机(2)排气部分中的DPF(22)以避免在所述DPF(22)中碳烟非故意燃烧的方法。根据本发明，所述机动车辆是混合动力车辆，其具有至少一个电机(16)，并且被设置为在至少一些时间内由至少一个电机(16)来单独驱动。如果系统检测到正在发生或将要发生DPF(22)中碳烟的非故意燃烧，则所述机动车辆以DPF保护模式运行，在该模式中，内燃发动机(2)自动与车轮传动系统(10，12，14)断开联接，驾驶者的前进推力需求由至少一个电机(16)单独地满足，内燃发动机(2)完全关闭或以稳定化学计量燃烧运行。
文档编号B60W20/00GK103195548SQ201310041029
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者Y·M·S·雅各布 申请人:福特环球技术公司