СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ МОТОРНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ВО ВРЕМЯ СОБЫТИЯ РАЗГОНА И МОТОРНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
METHOD OF CONTROLLING POWER PLANT OF MOTOR VEHICLE DURING ACCELERATION EVENT AND MOTOR VEHICLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к способу для снижения выбросов NOx (оксидов азота) из двигателя моторного транспортного средства во время разгона транспортного средства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Известно, что двигатель внутреннего сгорания моторного транспортного средства вырабатывает большие количества выбросов NOx во время маневров с ускорением транспортного средства. В случае транспортного средства с силовым приводом от дизельного двигателя, высокое мгновенное пиковое отклонение NOx может возникать во время разгона, которое является слишком высоким, чтобы очищаться расположенной ниже по потоку системой последующей очистки отработавших газов, такой как уловитель обедненных NOx (LNT) или устройство избирательного каталитического восстановления (SCR). Такой прорыв NOx будет оказывать пагубное воздействие на выбросы отработавших газов и может заставлять транспортное средство быть неспособным удовлетворять нормированным выбросам на выхлопной трубе.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель этого изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ снижения выбросов NOx из дизельного двигателя во время разгона транспортного средства.
Согласно первому аспекту изобретения, предусмотрен способ для снижения NOx, вырабатываемых двигателем моторного транспортного средства во время события разгона, содержащий идентификацию, что требование крутящего момента от пользователя моторного транспортного средства будет давать неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя, и, в ответ на упомянутую идентификацию, использование электрической машины для прикладывания крутящего момента к приводу на ведущие колеса моторного транспортного средства, так чтобы требование крутящего момента от пользователя удовлетворялось комбинацией крутящего момента, подаваемого электрической машиной, и крутящего момента, подаваемого двигателем, и снижение заданного значения крутящего момента двигателя, чтобы компенсировать дополнительный крутящий момент, подаваемый электрической машиной, при этом, снижение заданного значения крутящего момента двигателя для двигателя приводит к снижению расхода подачи топлива в двигатель и повышению отношения количества воздуха к количеству топлива смеси, сжигаемой двигателем.
Количество топлива, подаваемого во время события разгона, может быть меньшим, чем требуемое для удовлетворения требования крутящего момента, если крутящий момент не подается электрической машиной.
Заданное значение крутящего момента двигателя может постепенно повышаться вслед за требованием крутящего момента от водителя до тех пор, пока заданное значение крутящего момента двигателя не достигнет уровня, равного требованию крутящего момента от водителя.
Электрическая машина может быть совмещенным стартер-генератором, присоединенным с возможностью передачи приводного усилия к двигателю, а крутящий момент, подаваемый электрической машиной, может быть вспомогательным крутящим моментом, подаваемым совмещенным стартер-генератором на двигатель.
Неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя может быть уровнем, который превышает мгновенную производительность очистки от NOx устройства последующей очистки от NOx, выполненного с возможностью принимать отработавшие газы из двигателя.
Идентификация того, что требование крутящего момента от пользователя моторного транспортного средства будет давать неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя, может содержать измерение выбросов NOx из двигателя и использование измерения NOx для идентификации того, когда выбросы NOx неприемлемо высоки.
В качестве альтернативы, идентификация, что требование крутящего момента от пользователя моторного транспортного средства будет давать неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя, может содержать использование модели NOx на выходе двигателя для идентификации того, когда выбросы NOx будут неприемлемо высокими.
Согласно второму аспекту изобретения, предусмотрено моторное транспортное средство, содержащее двигатель, электрическую машину, присоединенную с возможностью передачи приводного усилия к приводу на ведущие колеса транспортного средства, устройство накопления электрической энергии, присоединенное к электрической машине, устройство последующей очистки от NOx, выполненное с возможностью принимать отработавшие газы из двигателя, и электронный контроллер, выполненный с возможностью управлять двигателем и электрической машиной, и, когда электронный контроллер идентифицирует, что требование крутящего момента от пользователя моторного транспортного средства будет давать неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя, электронный контроллер выполнен с возможностью, в ответ на упомянутую идентификацию, использовать электрическую машину для прикладывания крутящего момента к приводу на ведущие колеса моторного транспортного средства, так чтобы требование крутящего момента от пользователя удовлетворялось комбинацией крутящего момента, подаваемого электрической машиной, и крутящего момента, подаваемого двигателем, и дополнительно выполнен с возможностью снижать заданное значение крутящего момента двигателя, чтобы компенсировать дополнительный крутящий момент, подаваемый электрической машиной, при этом, снижение заданного значения крутящего момента двигателя приводит к снижению расхода подачи топлива в двигатель и повышению отношения количества воздуха к количеству топлива смеси, сжигаемой двигателем.
Количество топлива, подаваемого во время события разгона, может быть меньшим, чем требуемое для удовлетворения требования крутящего момента, если крутящий момент не подается электрической машиной.
Заданное значение крутящего момента двигателя может постепенно повышаться электронным контроллером вслед за требованием крутящего момента от водителя до тех пор, пока заданное значение крутящего момента двигателя не достигнет уровня, равного требованию крутящего момента от водителя.
Электрическая машина может быть совмещенным стартер-генератором, присоединенным с возможностью передачи приводного усилия к двигателю, а крутящий момент, подаваемый электрической машиной в привод на ведущие колеса, может быть вспомогательным крутящим моментом, подаваемым совмещенным стартер-генератором на двигатель.
Неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя может быть уровнем выбросов NOx, который превышает мгновенную производительность очистки от NOx устройства последующей очистки от NOx.
Транспортное средство может включать в себя датчик NOx, расположенный между двигателем и устройством последующей очистки от NOx, чтобы подавать сигнал, указывающий выбросы NOx, в электронный контроллер, а идентификация того, что текущее требование крутящего момента от пользователя моторного транспортного средства будет давать неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя, может содержать использование сигнала из датчика NOx для идентификации того, когда выбросы NOx неприемлемо высоки.
В качестве альтернативы, электронный контроллер может включать в себя модель NOx на выходе двигателя, а идентификация того, что требование крутящего момента от пользователя моторного транспортного средства будет давать неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя, может содержать использование модели NOx на выходе двигателя для идентификации того, когда выбросы NOx будут неприемлемо высокими.
Устройство последующей очистки от NOx может быть одним из уловителя обедненных NOx и каталитического нейтрализатора с избирательным восстановлением.
Двигатель может быть дизельным двигателем.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее, изобретение, в качестве примера будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - принципиальная схема моторного транспортного средства, сконструированного в соответствии со вторым аспектом изобретения;
фиг. 2 - высокоуровневая блок-схема последовательности операций способа в соответствии с первым аспектом изобретения;
фиг. 3 - идеализированный составной график, показывающий зависимость между выбросами NOx и временем в течение события разгона транспортного средства предшествующего уровня техники, и зависимость между выбросами NOx и временем в течение такого же события разгона транспортного средства, когда моторное транспортное средство эксплуатируется в соответствии с данным изобретением; и
фиг. 4 - идеализированный составной график, показывающий зависимости между требованием водителя и временем, крутящим моментом двигателя и временем, крутящим моментом электрической машины и временем, и состоянием заряда аккумуляторной батареи и временем в течение периода времени, когда электрическая машина выдает вспомогательный крутящий момент для снижения выбросов NOx.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Со ссылкой на фиг. 1, показано моторное транспортное средство 5 с умеренным гибридным приводом, имеющее четыре ходовых колеса 6, двигатель 10 и электронный контроллер 20.
Двигатель 10 выполнен с возможностью принимать воздух через воздухозаборник 11. Следует принять во внимание, что поток воздуха может сжиматься нагнетателем (не показан) или турбонагнетателем (не показан) в некоторых случаях до того, как он втекает в двигатель 10, для того чтобы улучшать отдачу двигателя 10.
Отработавшие газы из двигателя 10 текут через первую или расположенную выше по потоку часть 12 системы выпуска в выпускное устройство 15 последующей очистки от NOx, которое, в данном случае, является уловителем обедненных NOx (LNT), но, в качестве альтернативы, могло бы быть устройством избирательного каталитического восстановления (SCR). После прохождения через LNT 15, отработавшие газы текут в атмосферу через вторую или расположенную ниже по потоку часть 13 системы выпуска.
Следует принять во внимание, что другие устройства нейтрализации выбросов или устройства подавления шума могут присутствовать в тракте газового потока из двигателя 10 до места, где он попадает в атмосферу.
Электрическая машина присоединена с возможностью передачи приводного усилия к двигателю 10. В случае этого примера, электрическая машина является совмещенным стартер-генератором 16, который может использоваться для выработки электричества или выработки крутящего момента в зависимости от режима, в котором он работает. Аккумуляторная батарея 17 присоединена к совмещенному стартер-генератору 16 наряду со связанной управляющей электроникой (не показана). Когда совмещенный стартер-генератор 16 работает в качестве генератора, он заряжает аккумуляторную батарею 17. Аккумуляторная батарея 17 подает электроэнергию в совмещенный стартер-генератор 16, когда совмещенный стартер-генератор 16 работает в качестве электродвигателя.
Совмещенный стартер-генератор 16 используется для запуска двигателя, а также, в этом случае, выдает вспомогательный крутящий момент на двигатель 10 во время разгона транспортного средства 5.
Электронный контроллер 20 принимает входные сигналы из некоторого количества датчиков, таких как датчик 21 массового расхода воздуха, используемый для измерения массы воздуха, втекающего в двигатель 10, датчик 23 fman, датчик 25 лямбда/кислорода для измерения отношения количества воздуха к количеству топлива/содержания кислорода отработавших газов, выходящих из двигателя 10, и датчик 27 NOx для измерения уровня NOx в отработавших газах из двигателя 10.
Датчик 23 fman используется для измерения лямбда всасываемого воздуха, то есть, смеси свежего воздуха и рециркуляции отработавших газов (EGR), входящей в двигатель 10. Следует принять во внимание, что, вместо измерения ʹfmanʹ, оно может моделироваться с использованием лямбда на выпуске и расхода EGR.
Электронный контроллер 20 выполнен с возможностью управлять работой двигателя 10 и режимом работы совмещенного стартер-генератора 16. Следует принять во внимание, что электронный контроллер 20 мог бы быть сформирован из нескольких электронных блоков, электрически соединенных друг с другом, и не обязательно должен быть в форме единственного блока, как показано на фиг. 1.
Электронный контроллер 20 выполнен с возможностью уменьшать выбросы NOx из двигателя 10, когда транспортное средство 5 разгоняется.
a
a
Когда сигналы, принятые электронным контроллером 20 с датчиков, контролирующих двигатель 10 и выбросы в отработавших газах из двигателя 10, указывают, что количество NOx в отработавших газах, выходящих из LNT 15 быстро возрастает вследствие резкого требования крутящего момента (T), необходимого для удовлетворения запроса ускорения транспортного средства 5 от водителя транспортного средства, электронный контроллер 20 выполнен с возможностью использовать совмещенный стартер-генератор 16 для подачи вспомогательного крутящего момента (T) на двигатель посредством эксплуатации его в качестве электродвигателя. Этот дополнительный крутящий момент (T), подаваемый совмещенным стартер-генератором 16, нормально давал бы в результате повышение ускорения двигателя 10, однако, в случае данного изобретения, заданное значение крутящего момента двигателя для двигателя 10 одновременно снижается электронным контроллером 20.
e
a
Электронный контроллер 20 выполнен с возможностью удовлетворять требование (T) крутящего момента от водителя, комбинируя крутящий момент (T) на выходе из двигателя со вспомогательным крутящим моментом T, выдаваемым совмещенным стартер-генератором 16 по запросу водителя.
e
a
То есть: T=T+T
e
a
Поэтому, крутящий момент T, требуемый, чтобы вырабатывался двигателем 10, может быть уменьшен на величину вспомогательного крутящего момента T, выдаваемого совмещенным стартер-генератором 16. Для того чтобы добиваться этого снижения крутящего момента из двигателя 10, количество топлива, подаваемого в двигатель 10, уменьшается, так что будет повышаться отношение количества воздуха к количеству топлива (лямбда). Это будет приводить к снижению выбросов NOx из двигателя 10, тем самым, устраняя опасность того, что количество вырабатываемых NOx будет перегружать расположенные ниже по потоку LNT 15 или SCR, если SCR используется вместо LNT.
Величина вспомогательного крутящего момента постепенно уменьшается, и крутящий момент двигателя наращивается с более медленной скоростью для удовлетворения требования водителя до тех пор, пока больше нет никакой потребности во вспомогательном крутящем моменте, а заданное значение крутящего момента для двигателя 10 не приходит в соответствие с требованием водителя.
Фиг. 3 показывает в идеализированной форме зависимость между NOx и временем для события разгона. Линия ʹAʹ представляет собой зависимость, если вспомогательный крутящий момент электрической машины не подается. Линия ʹBʹ представляет собой зависимость, если вспомогательный крутящий момент подается в соответствии с этим изобретением.
Может быть видно, что использование вспомогательного крутящего момента значительно уменьшает пиковое отклонение NOx, вырабатываемых двигателем 10, тем самым, удовлетворяя одну из целей изобретения, а именно, предотвратить выработку избыточных NOx во время события разгона.
Также следует принять во внимание, что дополнительная выгода этого вспомогательного крутящего момента состоит в том, что, так как уменьшается количество топлива, подаваемого в двигатель 10, будет повышаться общая экономия топлива транспортного средства 5.
Изобретение до сих пор описывалось со ссылкой на устройство, выполненное с возможностью использовать натуральное измерение NOx, выведенное датчиком 27 NOx, для определения, когда использовать вспомогательный крутящий момент, для того чтобы снижать выбросы NOx из двигателя 10.
Со ссылкой на фиг. 2, показан способ 100, который во многих отношениях является таким же, как описанный ранее, но в котором, вместо использования прямого измерения NOx, вырабатываемых двигателем, для управления прикладыванием вспомогательного крутящего момента электрической машины, модель предсказания NOx на выходе используется, чтобы предсказывать, когда будет создаваться пиковое отклонение мгновенных NOx.
Модель предсказания NOx на выходе используется в случае данного примера контроллером 20 для управления прикладыванием вспомогательного крутящего момента из совмещенного стартер-генератора 16 для предотвращения возникновения пикового отклонения. Использование модели предсказания NOx на выходе обладает преимуществом преодоления задержки, которая может возникать, если используются фактические измерения датчика NOx. Эта задержка происходит вследствие того обстоятельства, что NOx должно возрастать до того, как датчик 27 NOx может выдавать указание этого в электронный контроллер 20. Если используется модель предсказания NOx на выходе, условия, пригодные для порождения пикового отклонения NOx, могут использоваться для предсказания возникновения пикового отклонения NOx до того, как оно фактически произошло, предусматривая дополнительное время для переключения совмещенного стартер-генератора 16 в режим электродвигателя. Модель предсказания NOx на выходе типично соотносит уровень NOx, вырабатываемых двигателем, с функцией числа оборотов двигателя, крутящего момента двигателя и лямбда на впуске.
То есть: уровень NOx=f(n, TQ, fman)
Где:
n=число оборотов двигателя; TQ=крутящий момент двигателя; и
fman=лямбда на впуске.
Способ начинается на этапе 110 блок-схемы, где модель NOx предсказывает, что вероятно должно произойти пиковое отклонение NOx. Способ затем переходит на этап 120 блок-схемы, где определяется требуемое снижение крутящего момента двигателя от запрошенного для предотвращения превышения количеством NOx, вырабатываемых двигателем 10, максимальной скорости поглощения NOx у LNT 15.
Следует принять во внимание, что изобретение не ограничено использованием с устройством последующей очистки от NOx и могло бы использоваться для уменьшения пикового отклонения выбросов NOx из любого двигателя безотносительно того, имеет он или не имеет устройство последующей очистки от NOx. Поэтому, снижение крутящего момента двигателя от запрошенного является снижением, требуемым для предотвращения или уменьшения пикового отклонения NOx.
То есть, когда предсказан неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя, пиковое отклонение NOx, уровень, который, в случае двигателя, оснащенного устройством последующей очистки от NOx, будет превышать мгновенную производительность очистки от NOx устройства последующей очистки от NOx, выполненного с возможностью принимать отработавшие газы из двигателя, тем самым, приводя к прорыву NOx, дополнительный крутящий момент запрашивается, с тем чтобы предотвращать или значительно минимизировать этот прорыв NOx.
В случае, где устройство последующей очистки от NOx не присутствует, неприемлемо высокий уровень выбросов NOx из двигателя является уровнем выбросов NOx, который превышает предопределенный выходной уровень NOx.
e
e
a
Разность между фактическим требованием (T) крутящего момента от водителя транспортного средства 5 и крутящим моментом (T) двигателя, требуемым для предотвращения прорыва NOx, затем рассчитывается, чтобы снабжать водителя [(T - T)=(T)], для контроллера совмещенного стартер-генератора.
Затем, на этапе 130 блок-схемы, совмещенный стартер-генератор 16 переключается в режим электродвигателя, чтобы прикладывать требуемый вспомогательный крутящий момент, и на этапе 140 блок-схемы скорость нарастания крутящего момента двигателя снижается до скорости, требуемой для предотвращения прорыва NOx. Величина вспомогательного крутящего момента устанавливается контроллером совмещенного стартер-генератора, который, в данном случае, формирует часть электронного контроллера 20, но мог бы быть отдельным контроллером.
Результат, как указано на этапе 150 блок-схемы, состоит в том, что пиковое отклонение NOx уменьшается либо до уровня, где оно не будет вызывать прорыв NOx, если установлено устройство последующей очистки от NOx, либо до уровня, более низкого, чем он был бы иначе в случае двигателя, не имеющего устройства последующей очистки от NOx.
С этапа 150 блок-схемы, способ переходит на этап 160 блок-схемы, где вспомогательный крутящий момент уменьшается, и заданное значение двигателя приходит в соответствие с требованием водителя.
Затем, на этапе 170 блок-схемы, способ заканчивается устранением или значительным уменьшением пикового отклонения NOx.
e
m
Со ссылкой на фиг. 4, показана идеализированная форма зависимостей между временем и требованием (DD) водителя, крутящим моментом (T) двигателя, крутящим моментом (T) электрической машины и состоянием (SOC) заряда аккумуляторной батареи 17 в течение периода времени, в котором способ в соответствии с данным изобретением используется для уменьшения пикового отклонения NOx.
e
e
Z
a
Может быть видно, что скорость, с которой крутящий момент T двигателя возрастает от базового уровня, представляющего неизменно работающий двигатель, уменьшается по сравнению со скоростью возрастания, указанной пунктирной линией Tʹ, которая является скоростью, с которой крутящий момент двигателя возрастал бы, если бы не использовался вспомогательный крутящий момент электрической машины. В течение периода вспомогательного крутящего момента, крутящий момент, выдаваемый электрической машиной 16, возрастает с нулевого крутящего момента T до T, а затем, вновь постепенно снижается до нуля.
g
В случае показанного примера, подзарядка аккумуляторной батареи 17 сопровождает использование вспомогательного крутящего момента, давая в результате прикладывание к двигателю 10 нагрузки крутящего момента генератора, T. Использование совмещенного стартер-генератора 16, в то время как генератор используется для того, чтобы возвращать состояние заряда, SOC, аккумуляторной батареи 17 на по существу прежний уровень, на котором оно было до выдачи вспомогательного крутящего момента. Однако, следует принять во внимание, что это не обязательно должно иметь место, и что подзарядка могла бы задерживаться до момента времени, когда захват рекуперативной энергии мог бы использоваться для подзарядки аккумуляторной батареи 14 или минимизации повышенного расхода топлива, связанного с подзарядкой аккумуляторной батареи 17.
Подводя итог вышесказанному, большая скорость повышения крутящего момента на выходном валу двигателя, которая нормально была бы результатом резкого повышения требования крутящего момента, будет приводить к неэффективной смеси заряда свежей рабочей смеси и рециркуляции отработавших газов, и логически вытекающему пиковому отклонению выработки NOx. Использование вспомогательного крутящего момента из электрической машины в соответствии с этим изобретением снижает скорость, с которой должен быть повышен крутящий момент двигателя, и значит, пиковое отклонение NOx устраняется или значительно снижается.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на транспортное средство с умеренно гибридным приводом, следует принять во внимание, что оно могло бы быть с выгодой применено к другим транспортным средствам, имеющим электрическую машину с достаточной несущей способностью по крутящему моменту, чтобы вырабатывать требуемый вспомогательный крутящий момент для уменьшения крутящего момента на выходном валу двигателя, для того чтобы предотвращать возникновение пикового отклонения NOx, тем самым, предотвращать прорыв NOx, или чтобы снижать выработку NOx ниже требуемого уровня вслед за запросом для запроса значительно большего крутящего момента от двигателя.
Следует принять во внимание, что электрическая машина не обязательно должна подавать крутящий момент непосредственно на двигатель, всего лишь требуется, чтобы вспомогательный крутящий момент подавался на часть привода на ведущие колеса транспортного средства, что имеет эффект предоставления возможности уменьшаться крутящему моменту из двигателя. Например, и без ограничения, электрическая машина могла бы быть электрическим приводом заднего моста (ERAD) или приводным электродвигателем серийного транспортного средства с гибридным приводом.
Следует принять во внимание, что изобретение применимо к дизельным и другим двигателям внутреннего сгорания, вырабатывающим NOx.
Специалистами в данной области техники следует принять во внимание, что, хотя изобретение было описано в качестве примера со ссылкой на один или более вариантов осуществления, оно не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, и что альтернативные варианты осуществления могли бы быть созданы, не выходя из объема изобретения, как определенный в прилагаемой формуле изобретения.