專利名稱：用于高效稀燃操作發(fā)動機(jī)的熱管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛排氣系統(tǒng)，尤其涉及維持排氣部件的活性溫度的熱管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在此提供的背景說明是為了大體上介紹本發(fā)明的背景。當(dāng)前署名的發(fā)明人的一部分工作在背景技術(shù)部分中被描述，這部分內(nèi)容以及在提交申請時該描述中不另構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的方面，既不明確也不暗示地被承認(rèn)是破壞本發(fā)明的現(xiàn)有技木。在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(ICE)的燃燒循環(huán)期間，在ICE的氣缸中提供空氣/燃料混合物?？諝?燃料混合物被壓縮并燃燒，以提供輸出扭矩。在燃燒之后，ICE的活塞迫使氣缸中的廢 氣通過排氣閥開ロ離開并進(jìn)入排氣系統(tǒng)。廢氣可包含氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)以及碳?xì)浠衔?HC)。ICE的廢氣處理系統(tǒng)可包括催化轉(zhuǎn)化器和選擇性催化還原(SCR)催化劑，以減輕廢氣排放。作為示例，可使用三元催化轉(zhuǎn)化器(TWC)，以減少排氣系統(tǒng)內(nèi)的N0X、CO和HC。TffC將NOx轉(zhuǎn)化成氮和氧，將CO轉(zhuǎn)化成ニ氧化碳，并且將未燃燒的HC氧化以產(chǎn)生ニ氧化碳和水。SCR催化劑可位于TWC的下游，并且可進(jìn)ー步減少排氣系統(tǒng)中的N0X。SCR催化劑將NOx轉(zhuǎn)化成氮(N2)和水(H2O )。典型地，催化轉(zhuǎn)化器開始起作用的平均起燃溫度近似為200-350°C。高于其則SCR催化劑為活性的平均溫度同樣近似為200-350°C。結(jié)果，當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器和SCR催化劑的溫度沒有維持在或者沒有維持高于相應(yīng)的起燃和/或最低活性操作溫度時，它們不起作用或提供最低限度的減排。為了提高催化轉(zhuǎn)化器和SCR催化劑的溫度并且將其溫度維持在或維持高于起燃和/或最低活性操作溫度，ICE的稀燃操作受到限制。ICE可以以稀燃的空氣/燃料比操作，以使燃料消耗最低并改善ICE的操作效率。ICE越稀燃地操作，則消耗的燃料越少，并且ICE操作越高效。然而，ICE越稀燃地操作，則ICE的操作溫度越低，這減少了被傳遞至排氣系統(tǒng)部件的熱能。隨著到排氣系統(tǒng)的熱能減少，催化轉(zhuǎn)化器和SCR催化劑的溫度可能降低至低于活性操作溫度。為此，稀燃操作受到限制，以便將催化轉(zhuǎn)化器和SCR催化劑的操作溫度維持成高于活性操作溫度。限制稀燃操作限制了燃料消耗減少的量。

發(fā)明內(nèi)容
熱管理系統(tǒng)包括確定催化轉(zhuǎn)化器是否為活性的催化轉(zhuǎn)化器模塊。選擇性催化還原(SCR)催化劑模塊確定SCR催化劑是否為活性。當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器不為活性吋，發(fā)動機(jī)控制模塊調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的空燃比以便以化學(xué)計量比操作，并且延遲發(fā)動機(jī)的火花。當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器為活性而SCR催化劑不為活性吋，發(fā)動機(jī)控制模塊執(zhí)行后燃料噴射和將燃料直接噴射到發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中的至少ー個。在其他特征中，提供了一種熱控制方法，并且該熱控制方法包括確定催化轉(zhuǎn)化器和SCR催化劑是否為活性。當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器不為活性時，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的空燃比以便以化學(xué)計量比操作，并且延遲發(fā)動機(jī)的火花。當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器為活性而SCR催化劑不為活性時，執(zhí)行后燃料噴射和將燃料直接噴射到發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中的至少ー個。本發(fā)明還包括以下方案
I.ー種熱管理系統(tǒng)，包括
催化轉(zhuǎn)化器模塊，所述催化轉(zhuǎn)化器模塊確定催化轉(zhuǎn)化器是否為活性；
選擇性催化還原SCR催化劑模塊，所述SCR催化劑模塊確定SCR催化劑是否為活性；以
及
發(fā)動機(jī)控制模塊，當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器不為活性吋，所述發(fā)動機(jī)控制模塊調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的空燃比以便以化學(xué)計量比操作，并且延遲所述發(fā)動機(jī)的火花，
其中當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器為活性而所述SCR催化劑不為活性吋，所述發(fā)動機(jī)控制模塊執(zhí)行后燃料噴射和將燃料直接噴射到所述發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中的至少ー個。2.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，還包括
第一監(jiān)測模塊，所述第一監(jiān)測模塊確定所述催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度和所述催化轉(zhuǎn)化器的第一活性體積中的至少ー個；
第二監(jiān)測模塊，所述第二監(jiān)測模塊確定所述SCR催化劑的第二溫度和所述SCR催化劑的第二活性體積中的至少一個；以及
熱控制模塊，所述熱控制模塊基于i)所述第一溫度和所述第一活性體積中的至少ー個；和ii)所述第二溫度和所述第二活性體積中的至少ー個，調(diào)節(jié)所述發(fā)動機(jī)的空燃比以便以所述化學(xué)計量比操作，并且延遲所述發(fā)動機(jī)的火花。3.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，還包括
第一監(jiān)測模塊，所述第一監(jiān)測模塊確定所述催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度和所述催化轉(zhuǎn)化器的第一活性體積中的至少ー個，
其中所述催化轉(zhuǎn)化器模塊基于所述第一溫度與起燃溫度之間的比較和所述第一活性體積與第一閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生第一比較信號；以及
第一控制模塊，所述第一控制模塊基于所述第一比較信號來請求所述發(fā)動機(jī)以化學(xué)計量比操作和延遲所述發(fā)動機(jī)的火花。4.根據(jù)方案3所述的熱管理系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第一溫度低于所述起燃溫度和所述第一活性體積小于所述第一閾值中的至少ー個存在時，所述發(fā)動機(jī)控制模塊以化學(xué)計量的空燃比操作所述發(fā)動機(jī)，并延遲所述發(fā)動機(jī)的火花。5.根據(jù)方案3所述的熱管理系統(tǒng)，還包括
第二監(jiān)測模塊，所述第二監(jiān)測模塊確定所述SCR催化劑的第二溫度和所述SCR催化劑 的第二活性體積中的至少ー個，
其中所述SCR催化劑模塊基于所述第二溫度與活性溫度之間的比較和所述第二活性體積與第二閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生第二比較信號；以及
第二控制模塊，所述第二控制模塊基于所述第二比較信號產(chǎn)生后噴射信號，以向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。6.根據(jù)方案5所述的熱管理系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二溫度低于所述活性溫度和所述第二活性體積小于所述第二閾值中的至少ー個存在時，所述發(fā)動機(jī)控制模塊向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。7.根據(jù)方案5所述的熱管理系統(tǒng)，所述第二控制模塊基于所述第一溫度和所述第一活性體積中的至少ー個以及所述第二溫度和所述第二活性體積中的至少ー個對提供到所述排氣系統(tǒng)的燃料量進(jìn)行限制。8.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，還包括
監(jiān)測模塊，所述監(jiān)測模塊確定所述SCR催化劑的溫度和所述SCR催化劑的活性體積中的至少ー個，
其中所述SCR催化劑模塊基于所述溫度與活性溫度之間的比較和所述活性體積與閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生比較信號；以及
后噴射控制模塊，所述后噴射控制模塊基于所述比較信號產(chǎn)生后噴射信號，以向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。 9.根據(jù)方案8所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述后噴射控制模塊基于所述SCR催化劑的溫度和所述活性體積中的至少ー個對提供至所述排氣系統(tǒng)的燃料量進(jìn)行限制。10.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，其中當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器和所述SCR催化劑為活性時，所述發(fā)動機(jī)控制模塊以稀燃的空燃比操作所述發(fā)動機(jī)。11. 一種熱控制方法，包括
確定催化轉(zhuǎn)化器是否為活性；
確定選擇性催化還原SCR催化劑是否為活性；
當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器不為活性時，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的空燃比以便以化學(xué)計量比操作，并延遲所述發(fā)動機(jī)的火花；以及
當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器為活性而所述SCR催化劑不為活性吋，執(zhí)行后燃料噴射和將燃料直接噴射到所述發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中的至少ー個。12.根據(jù)方案11所述的熱控制方法，還包括
確定所述催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度和所述催化轉(zhuǎn)化器的第一活性體積中的至少一個；
確定所述SCR催化劑的第二溫度和所述SCR催化劑的第二活性體積中的至少ー個；以
及
基于i)所述第一溫度和所述第一活性體積中的至少ー個；和ii)所述第二溫度和所述第二活性體積中的至少ー個，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的空燃比以便以所述化學(xué)計量比操作，并延遲所述發(fā)動機(jī)的火花。13.根據(jù)方案11所述的熱控制方法，還包括
確定所述催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度和所述催化轉(zhuǎn)化器的第一活性體積中的至少一個；
基于所述第一溫度與起燃溫度之間的比較和所述第一活性體積與第一閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生第一比較信號；
請求所述發(fā)動機(jī)以化學(xué)計量比操作；以及 基于所述第一比較信號請求延遲所述發(fā)動機(jī)的火花。14.根據(jù)方案13所述的熱控制方法，還包括
確定所述SCR催化劑的第二溫度和所述SCR催化劑的第二活性體積中的至少ー個；
基于所述第二溫度與活性溫度之間的比較和所述第二活性體積與第二閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生第二比較信號；以及基于所述第二比較信號產(chǎn)生后噴射信號，以向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。15.根據(jù)方案14所述的熱控制方法，其中
當(dāng)所述第一溫度低于所述起燃溫度和所述第一活性體積小于所述第一閾值中的至少ー個存在吋，以化學(xué)計量的空燃比操作所述發(fā)動機(jī)，并延遲所述發(fā)動機(jī)的火花；以及
當(dāng)所述第二溫度低于所述活性溫度和所述第二活性體積小于所述第二閾值中的至少ー個存在吋，向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。16.根據(jù)方案14所述的熱控制方法，還包括基于所述第一溫度和所述第一活性體積中的至少ー個以及所述第二溫度和所述第二活性體積中的至少ー個來對提供到所述排氣系統(tǒng)的燃料量進(jìn)行限制。17.根據(jù)方案11所述的熱控制方法，還包括
確定所述SCR催化劑的溫度和所述SCR催化劑的活性體積中的至少ー個；
基于所述溫度與活性溫度之間的比較和所述活性體積與閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生比較信號；以及
基于所述比較信號產(chǎn)生后噴射信號，以向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。18.根據(jù)方案17所述的熱控制方法，還包括基于所述SCR催化劑的溫度和所述活性體積中的至少ー個來對提供到所述排氣系統(tǒng)的燃料量進(jìn)行限制。19.根據(jù)方案11所述的熱控制方法，還包括當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器和所述SCR催化劑為活性吋，以稀燃的空燃比操作所述發(fā)動機(jī)。本發(fā)明的適用性的其它領(lǐng)域?qū)⑼ㄟ^以下提供的詳細(xì)說明而變得明顯。應(yīng)理解的是，詳細(xì)說明和具體示例僅g在用于例示目的，而不g在用于限制本發(fā)明的范圍。


從詳細(xì)說明和附圖將獲得對本發(fā)明更充分的理解，其中
圖I是結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的熱管理系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的功能框 圖2是圖I的熱管理系統(tǒng)的功能框 圖3是結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的熱控制模塊的發(fā)動機(jī)控制模塊的功能框圖；以及 圖4是根據(jù)本發(fā)明的熱控制方法的邏輯流程圖。
具體實施例方式以下的說明本質(zhì)上僅是說明性的，并且決不g在限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。為了清楚，相同的附圖標(biāo)記在附圖中用于標(biāo)識相似的元件。如在此所使用地，短語“A、B、和C中的至少ー個”應(yīng)解釋為表示利用了非排它性邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應(yīng)理解的是，在不改變本發(fā)明原理的情況下，可以以不同的順序執(zhí)行方法內(nèi)的步驟。如在此所使用地，術(shù)語“模塊”可指的是以下各項的一部分或包括以下各項專用集成電路(ASIC);電子電路；組合邏輯電路；現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA);執(zhí)行代碼的(共用、專用、或組)處理器；提供所述功能性的其他合適部件；或者上述各項中的ー些或全部的組合，例如在片上系統(tǒng)中。術(shù)語“模塊”可包括存儲由處理器執(zhí)行的代碼的(共用、專用、或組)存儲器。如以上所使用地，術(shù)語“代碼”可包括軟件、固件和/或微碼，并且可指的是程序、例程、函數(shù)、類和/或?qū)ο?。如以上所使用地，術(shù)語“共用”意思是可利用單個(共用)處理器執(zhí)行來自 多個模塊的ー些或所有代碼。另外，來自多個模塊的ー些或所有代碼可由單個(共用)存儲器存儲。如以上所使用地，術(shù)語“組”意思是可利用一組處理器執(zhí)行來自單個模塊的ー些或所有代碼。另外，可利用一組存儲器存儲來自單個模塊的ー些或所有代碼。在此描述的設(shè)備和方法可通過由ー個或多個處理器執(zhí)行的一個或多個計算機(jī)程序來實現(xiàn)。計算機(jī)程序包括存儲在非暫時性有形計算機(jī)可讀介質(zhì)上的處理器可執(zhí)行指令。計算機(jī)程序還可包括存儲的數(shù)據(jù)。非暫時性有形計算機(jī)可讀介質(zhì)的非限制性示例為非易失性存儲器、磁存儲器和光存儲器。在此使用的術(shù)語僅為了描述特定示例的實施例，且不g在是限制性的。如在此所使用地，除非上下文以另外的方式清楚地指示，否則措詞“一”、“一個”以及“該”可以被認(rèn)為也包含“多個”的情況。術(shù)語“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”都是包括性的，并因此詳細(xì)說明了所聲明的特征、任務(wù)、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特征、任務(wù)、操作、元件、部件和/或它們的組合的存在或附加。除非明確地確定為執(zhí)行的順序，否則在此描述的方法的步驟、過程和操作不應(yīng)理解為一定需要它們按所討論或例示的特定順序來執(zhí)行。還應(yīng)理解的是，可采用附加的或替代的步驟。盡管術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等等在此可用于描述各種元件、部件和/或裝置，但這些元件、部件和/或裝置不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可僅用于使ー個元件、部件或裝置區(qū)別于另一元件、部件或裝置。除非由上下文清楚地指示，否則諸如“第一”、“第二”及其他數(shù)值項之類的術(shù)語在用于本文中時并不暗含有序列或順序的含義。因此，以下討論的第一元件、部件或裝置在不偏離示例的實施例的教導(dǎo)的情況下可被稱為第二元件、部件或裝置。在圖I和圖2中，不出了發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10和熱管理系統(tǒng)12。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10為低排放的車輛系統(tǒng)，其包括熱管理系統(tǒng)12和具有排氣系統(tǒng)16的發(fā)動機(jī)14。排氣系統(tǒng)16包括催化轉(zhuǎn)化器(CC)18和選擇性催化還原(SCR)催化劑20。熱管理系統(tǒng)12將CC 18和SCR催化劑20的溫度維持成高于相應(yīng)的起燃和/或最低活性操作溫度。在允許發(fā)動機(jī)12以燃燒前的稀燃的空燃(空氣/燃料)比操作的同吋，維持CC 18和SCR催化劑20的溫度。稀燃的空氣/燃料比可指的是大于化學(xué)計量的空氣/燃料比(例如14. 7:1)的空氣/燃料比。當(dāng)發(fā)動機(jī)14以稀燃的空氣/燃料比操作時，排氣系統(tǒng)16的一部分(除CC 18和SCR催化劑20以外)和/或發(fā)動機(jī)14的溫度可降低至低于起燃和/或最低活性操作溫度的溫度。稀燃的發(fā)動機(jī)操作和降低的發(fā)動機(jī)操作溫度減少了熱損失并且改善了燃料經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動機(jī)14，其燃燒空氣/燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。盡管發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10顯示為火花點火直噴式發(fā)動機(jī)，但是發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10僅作為示例被提供。熱管理系統(tǒng)12可實施在各種其他的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)上，諸如分層燃燒(stratified)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、端ロ燃料噴射系統(tǒng)、均質(zhì)充氣壓燃式(HCCI)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，等等。分層燃燒發(fā)動機(jī)系統(tǒng)可指的是燃料在進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸時被點燃的直噴式發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。在操作期間，空氣通過空氣濾清器21進(jìn)入發(fā)動機(jī)14，并可被吸入渦輪增壓器22。渦輪增壓器22在被包括時壓縮新鮮空氣。壓縮越大，則發(fā)動機(jī)14的輸出越大。當(dāng)包括有空氣冷卻器24時，壓縮空氣在進(jìn)入進(jìn)氣歧管26之前還通過空氣冷卻器24。進(jìn)氣歧管26內(nèi)的空氣被分配到氣缸28中。燃料可由燃料噴射器30直接噴射到氣缸28中?；鸹ㄈ?2點燃?xì)飧?8中的空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)生排氣。排氣離開氣缸28并進(jìn)入排氣系統(tǒng)16。熱管理系統(tǒng)12包括排氣系統(tǒng)16和發(fā)動機(jī)操縱模塊(ECM) 40。排氣系統(tǒng)16包括CC 18、SClUtK_20、ECM 40和排氣歧管42。在示出的示例中，排氣系統(tǒng)16按以下順序包括排氣歧管42、第一排氣導(dǎo)管124、第二排氣導(dǎo)管126、CC FffC 18、第三排氣導(dǎo)管128、底盤下FWC 20和第四排氣導(dǎo)管131?？諝獗眠B接至排氣歧管。氧傳感器在空氣泵上游連接至排氣歧管。作為示例，CC 18可包括三元催化劑(TWC)。CC 18可減少氮氧化物NOx，氧化ー氧化碳(CO)，以及氧化未燃燒的碳?xì)浠衔?HC)和揮發(fā)性有機(jī)化合物。CC 18基于排氣系統(tǒng)16中燃燒后的空氣/燃料比使排氣氧化。氧化量提高了排氣的溫度。SCR催化劑20可用于進(jìn)ー步減少NOx。SCR催化劑20將NOx轉(zhuǎn)化成氮(N2)和水(H2OX可任選地，EGR閥(未示出)將一部分排氣再循環(huán)回到進(jìn)氣歧管26中。排氣的其余部分被引導(dǎo)到渦輪增壓器22中，以驅(qū)動渦輪。渦輪有助于對從空氣濾清器21接收的新鮮空氣的壓縮。排氣從渦輪增壓器22流向CC 18。熱管理系統(tǒng)12可以以各種模式操作,包括CC加熱模式、SCR加熱模式、和稀燃操作模式(或溫度維持模式)?？山?jīng)由ECM 40和/或熱控制模塊60來啟動和控制這些模式，其中熱控制模塊60可作為ECM 40的一部分而結(jié)合。熱控制模塊60是熱管理系統(tǒng)12的一部分，并且在下面參考圖3和圖4進(jìn)ー步描述。在CC加熱模式期間，將CC 18加熱到至少CC起燃溫度(例如200_350°C)。在一個實現(xiàn)中，將CC 18加熱到至少250°C。ECM 40和/或熱控制模塊60可在延遲火花的同時將發(fā)動機(jī)14的燃燒前空氣/燃料比設(shè)定成化學(xué)計量比，以便加熱CC 18。這允許熱量從發(fā)動機(jī)14傳遞到排氣系統(tǒng)16中并且加熱CC 18。可使火花正時從例如與上止點(TDC)相關(guān)聯(lián)的火花時間和/或當(dāng)前設(shè)定的火花時間遲延，以便延遲火花。當(dāng)前設(shè)定的火花時間可在TDC之前或TDC之后。在SCR加熱模式期間，將SCR催化劑20加熱到至少活性溫度(例如200_350°C)。在一個實現(xiàn)中，將SCR催化劑20加熱到至少225°C。ECM 40和/或熱控制模塊60可執(zhí)行后燃料噴射和/或?qū)⑷剂蠂娚涞脚艢庀到y(tǒng)16中，以加熱SCR催化劑20。后燃料噴射可包括在氣缸28內(nèi)的空氣/燃料混合物的點火之后并且在氣缸28的進(jìn)氣沖程之前將燃料噴射到氣缸28中。這允許燃料被傳送至排氣系統(tǒng)16中。碳?xì)浠衔?HC)噴射器62 (在圖2中示出)可用于將燃料直接噴射到排氣系統(tǒng)16中。熱控制模塊60可向燃料泵64發(fā)信號，以將燃料供應(yīng)至HC噴射器62。如所示，HC噴射器62可以例如在發(fā)動機(jī)14與CC 18之間將燃料噴射到排氣系統(tǒng)16中。例如，可在CC 18中點燃經(jīng)由后燃料噴射和/或經(jīng)由HC噴射器62提供至排氣系統(tǒng)16的燃料。由燃料的點燃所產(chǎn)生的熱能加熱SCR催化劑20。后燃料噴射和/或經(jīng)由HC噴射器62的噴射可由熱控制模塊60的后噴射控制模塊68來控制。在執(zhí)行CC加熱模式時，可以不執(zhí)行SCR加熱模式。在稀燃操作模式期間，ECM 40和/或熱控制模塊60以燃燒前稀燃的空氣/燃料比來操作發(fā)動機(jī)14。在執(zhí)行稀燃操作模式時，可以不執(zhí)行CC加熱模式和SCR加熱模式。、
ECM 40和/或熱控制模塊60可基于傳感器信息來控制發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10和熱管理系統(tǒng)12?？山?jīng)由傳感器直接獲得傳感器信息，和/或可經(jīng)由存儲在存儲器70中的算法、模型和/或表格來間接獲得傳感器信息。示出了用于確定排氣流量水平、排氣溫度水平、排氣壓力水平、催化劑溫度、氧含量、進(jìn)氣流率、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、EGR等的一些不例性傳感器80。不出了排氣流量傳感器82、排氣溫度傳感器83、排氣壓力傳感器85、催化劑溫度傳感器86、環(huán)境溫度傳感器87、氧傳感器88、EGR傳感器90、進(jìn)氣流量傳感器92、進(jìn)氣壓力傳感器94、進(jìn)氣溫度傳感器96、車速傳感器98和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器99。第一排氣流量、壓カ和/或溫度傳感器100可連接至第二排氣導(dǎo)管126并位于CC18上游。第二排氣流量、壓カ和/或溫度傳感器102可連接至位于CC 18下游的第三排氣導(dǎo)管128。第一催化劑溫度傳感器104可連接至CC 18。第三排氣流量、壓カ和/或溫度傳感器106可連接至SCR催化劑20下游的第四排氣導(dǎo)管131。第二催化劑溫度傳感器110可連接至SCR催化劑20。ECM 40和熱控制模塊60可基于來自傳感器80、100、102、104、106和110的信息來控制催化劑加熱系統(tǒng)12和發(fā)動機(jī)14的操作。熱控制模塊60可包括尿素噴射控制模塊120，其控制SCR催化劑20上游的還原劑 的噴射。僅舉例來說，還原劑可包括無水氨、氨水或尿素。排氣系統(tǒng)16可包括向尿素噴射器132提供還原劑的尿素供應(yīng)系統(tǒng)130。尿素噴射器132可例如在CC 18與混合器134之間和/或在CC 18與SCR催化劑20之間將尿素直接噴射到排氣系統(tǒng)16中?；旌掀?34可位于第二排氣導(dǎo)管103中。現(xiàn)在還參考圖3，其示出了包括熱控制模塊60的ECM 40。熱控制模塊60包括CC溫度監(jiān)測模塊150、CC比較模塊152和CC溫度控制模塊154。CC溫度監(jiān)測模塊150可確定CC 18的操作和/或平均溫度(CC溫度)(156)和/或活性體積CCav (158)。活性體積CCav指的是CC 18中處于活性(即具有高于起燃溫度的溫度)的體積。例如，可基于來自傳感器100、102、104的溫度信號T1-T3 (160-164)、發(fā)動機(jī)模型、算法等來確定CC溫度Tcc和/或活性體積CCav。作為示例，CC溫度監(jiān)測模塊150可利用第一熱模型并基于發(fā)動機(jī)參數(shù)和/或排氣溫度來估計CC溫度Trc和/或活性體積CCAV，以下關(guān)于方程I和和2描述了所述發(fā)動機(jī)參數(shù)和/或排氣溫度中的ー些。CC溫度監(jiān)測模塊可經(jīng)由傳感器100、102、104直接確定CC溫度T。。。第一熱模型可包括諸如方程I和方程2的方程。
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W 義曙■も-,T綱，CAM,SPKJ121Fraiat6是通過CC 18的排氣流率，其可以是供應(yīng)至氣缸28的質(zhì)量空氣流量和燃料量的函數(shù)。質(zhì)量空氣流量可由諸如進(jìn)氣流量傳感器92之類的質(zhì)量空氣流量傳感器確定。Seng為發(fā)動機(jī)14的轉(zhuǎn)速(即，發(fā)動機(jī)14的曲軸的旋轉(zhuǎn)速度)。DC為發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)(dutycycle)。CCMass為CC 18的質(zhì)量。CCimp為CC 18的電阻或阻抗。EKunTinre是發(fā)動機(jī)14啟動(運轉(zhuǎn))的時間。も。ad是發(fā)動機(jī)14當(dāng)前的負(fù)載。T■可指的是排氣系統(tǒng)16的溫度，并且基于傳感器100、102、104中的ー個或多個。Tamb為環(huán)境溫度。CAM是發(fā)動機(jī)14的凸輪定相。SPK為火花正吋。CC溫度和/或活性體積CCav可以基于在方程I和方程2中提供的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)參數(shù)中的ー個或多個和/或其他發(fā)動機(jī)系統(tǒng)參數(shù)。CC比較模塊152將CC溫 度Tcc與催化劑起燃溫度Tuj (166 )比較和/或?qū)⒒钚泽w積CCav與第一催化劑閾值CCthk (168)比較。催化劑起燃溫度Tuj和第一催化劑閾值CCthk可預(yù)定并存儲在存儲器70中。CC比較模塊152產(chǎn)生第一比較信號Cl (170)，其指示了 CC溫度Trc是否高于催化劑起燃溫度Tm和/或活性體積CCav是否大于第一催化劑閾值CCTHK。CC溫度控制模塊154基于第一比較信號Cl來確定是否以CC加熱模式操作。當(dāng)CC溫度Ire高于催化劑起燃溫度Tuj時和/或當(dāng)活性體積CCav大于第一催化劑閾值CCthk吋，CC溫度控制模塊154可以CC加熱模式操作。CC溫度控制模塊154可產(chǎn)生和/或調(diào)節(jié)化學(xué)計量信號STOICH (171)和/或延遲火花信號RET (172)，以請求發(fā)動機(jī)14以化學(xué)計量的空氣/燃料比操作以及延遲發(fā)動機(jī)14的火花正吋?；瘜W(xué)計量信號STOICH可被提供至空氣/燃料比控制模塊174?？諝?燃料比控制模塊174包括空氣控制模塊176和燃料控制模塊178?？諝饪刂颇K176基于化學(xué)計量信號STOICH產(chǎn)生空氣控制信號THR( 180)。空氣控制信號THR可例如被提供至節(jié)氣門致動器模塊182，以控制節(jié)氣門板的位置和調(diào)節(jié)供應(yīng)至氣缸28的空氣量。燃料控制模塊178基于化學(xué)計量信號STOICH產(chǎn)生燃料控制信號FUEL( 184)。燃料控制信號FUEL可被提供至燃料致動器模塊185，以調(diào)節(jié)供應(yīng)至氣缸28的燃料量。燃料致動器模塊185可控制燃料噴射器30的操作。改變發(fā)動機(jī)參數(shù)的每個系統(tǒng)可被稱為接收致動器值的致動器。例如，節(jié)氣門致動器模塊182可稱為致動器，而節(jié)氣門開ロ面積可稱為致動器值。節(jié)氣門致動器模塊182可通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的葉片的角度來實現(xiàn)節(jié)氣門開ロ面積。節(jié)氣門致動器模塊182可利用ー個或多個節(jié)氣門位置傳感器(未示出)來監(jiān)測節(jié)流閥的位置?？諝饪刂颇K176可基于化學(xué)計量信號STOICH向節(jié)氣門致動器模塊182輸出期望面積信號。節(jié)氣門致動器模塊182于是調(diào)節(jié)節(jié)流閥，以產(chǎn)生期望的節(jié)氣門面積。延遲火花信號RET可被提供至火花控制模塊186，其可基于延遲火花信號RET產(chǎn)生火花控制(或正吋)信號SPARK (187)?；鸹刂菩盘朣PARK可被提供至火花致動器模塊188?；鸹ㄖ聞悠髂K188可稱為致動器，而對應(yīng)的致動器值可以是相對于氣缸TDC和/或氣缸當(dāng)前火花時間的火花延遲量?；鸹ㄖ聞悠髂K控制火花塞32的操作。熱控制模塊60還包括SCR溫度監(jiān)測模塊190、SCR比較模塊191和SCR溫度控制模塊192。SCR溫度監(jiān)測模塊190可確定SCR催化劑20的操作和/或平均溫度(SCR溫度)Tsce (193)和/或活性體積SCRav (194)。活性體積SCRav指的是SCR催化劑20中處于活性(即，具有高于起燃溫度的溫度)的體積。例如，可基于來自傳感器102、106、110的溫度信號T3-T5 (164、195、196)、發(fā)動機(jī)模型、算法等來確定SCR溫度Tsai和/或活性體積SCRAV。作為示例，SCR溫度監(jiān)測模塊190可利用第二熱模型并基于發(fā)動機(jī)參數(shù)和/或排氣溫度來估計SCR溫度Tsai和/或活性體積SCRav,以下相對于方程3和方程4描述了所述發(fā)動機(jī)參數(shù)和/或排氣溫度中的ー些。SCR溫度監(jiān)測模塊190可經(jīng)由傳感器102、106、110直接確定SCR溫度Tsra。第二熱模型可包括諸如方程3和方程4的方程。
權(quán)利要求
1.ー種熱管理系統(tǒng)，包括 催化轉(zhuǎn)化器模塊，所述催化轉(zhuǎn)化器模塊確定催化轉(zhuǎn)化器是否為活性； 選擇性催化還原SCR催化劑模塊，所述SCR催化劑模塊確定SCR催化劑是否為活性；以及 發(fā)動機(jī)控制模塊，當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器不為活性吋，所述發(fā)動機(jī)控制模塊調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的空燃比以便以化學(xué)計量比操作，并且延遲所述發(fā)動機(jī)的火花， 其中當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器為活性而所述SCR催化劑不為活性吋，所述發(fā)動機(jī)控制模塊執(zhí)行后燃料噴射和將燃料直接噴射到所述發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中的至少ー個。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱管理系統(tǒng)，還包括 第一監(jiān)測模塊，所述第一監(jiān)測模塊確定所述催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度和所述催化轉(zhuǎn)化器的第一活性體積中的至少ー個； 第二監(jiān)測模塊，所述第二監(jiān)測模塊確定所述SCR催化劑的第二溫度和所述SCR催化劑的第二活性體積中的至少一個；以及 熱控制模塊，所述熱控制模塊基于i)所述第一溫度和所述第一活性體積中的至少ー個；和ii)所述第二溫度和所述第二活性體積中的至少ー個，調(diào)節(jié)所述發(fā)動機(jī)的空燃比以便以所述化學(xué)計量比操作，并且延遲所述發(fā)動機(jī)的火花。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱管理系統(tǒng)，還包括 第一監(jiān)測模塊，所述第一監(jiān)測模塊確定所述催化轉(zhuǎn)化器的第一溫度和所述催化轉(zhuǎn)化器的第一活性體積中的至少ー個， 其中所述催化轉(zhuǎn)化器模塊基于所述第一溫度與起燃溫度之間的比較和所述第一活性體積與第一閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生第一比較信號；以及 第一控制模塊，所述第一控制模塊基于所述第一比較信號來請求所述發(fā)動機(jī)以化學(xué)計量比操作和延遲所述發(fā)動機(jī)的火花。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱管理系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第一溫度低于所述起燃溫度和所述第一活性體積小于所述第一閾值中的至少ー個存在時，所述發(fā)動機(jī)控制模塊以化學(xué)計量的空燃比操作所述發(fā)動機(jī)，并延遲所述發(fā)動機(jī)的火花。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱管理系統(tǒng)，還包括 第二監(jiān)測模塊，所述第二監(jiān)測模塊確定所述SCR催化劑的第二溫度和所述SCR催化劑的第二活性體積中的至少ー個， 其中所述SCR催化劑模塊基于所述第二溫度與活性溫度之間的比較和所述第二活性體積與第二閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生第二比較信號；以及 第二控制模塊，所述第二控制模塊基于所述第二比較信號產(chǎn)生后噴射信號，以向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱管理系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二溫度低于所述活性溫度和所述第二活性體積小于所述第二閾值中的至少ー個存在時，所述發(fā)動機(jī)控制模塊向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱管理系統(tǒng)，所述第二控制模塊基于所述第一溫度和所述第一活性體積中的至少ー個以及所述第二溫度和所述第二活性體積中的至少ー個對提供到所述排氣系統(tǒng)的燃料量進(jìn)行限制。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱管理系統(tǒng)，還包括 監(jiān)測模塊，所述監(jiān)測模塊確定所述SCR催化劑的溫度和所述SCR催化劑的活性體積中的至少ー個， 其中所述SCR催化劑模塊基于所述溫度與活性溫度之間的比較和所述活性體積與閾值之間的比較中的至少ー個來產(chǎn)生比較信號；以及 后噴射控制模塊，所述后噴射控制模塊基于所述比較信號產(chǎn)生后噴射信號，以向所述排氣系統(tǒng)提供燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述后噴射控制模塊基于所述SCR催化劑的溫度和所述活性體積中的至少ー個對提供至所述排氣系統(tǒng)的燃料量進(jìn)行限制。
10.一種熱控制方法，包括 確定催化轉(zhuǎn)化器是否為活性； 確定選擇性催化還原SCR催化劑是否為活性； 當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器不為活性時，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的空燃比以便以化學(xué)計量比操作，并延遲所述發(fā)動機(jī)的火花；以及 當(dāng)所述催化轉(zhuǎn)化器為活性而所述SCR催化劑不為活性吋，執(zhí)行后燃料噴射和將燃料直接噴射到所述發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中的至少ー個。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于高效稀燃操作發(fā)動機(jī)的熱管理系統(tǒng)。具體地，提供了一種熱管理系統(tǒng)，其包括確定催化轉(zhuǎn)化器是否為活性的催化轉(zhuǎn)化器模塊。選擇性催化還原SCR催化劑模塊確定SCR催化劑是否為活性。當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器不為活性時，發(fā)動機(jī)控制模塊調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的空燃比以便以化學(xué)計量比操作，并且延遲發(fā)動機(jī)的火花。當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器為活性而SCR催化劑不為活性時，發(fā)動機(jī)控制模塊執(zhí)行后燃料噴射和將燃料直接噴射到發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中的至少一個。
文檔編號F02D43/00GK102654085SQ20121005295
公開日2012年9月5日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者F. 亨特 B., V. 岡策 E., G. 桑托索 H. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司