使用电机驱动内燃发动机来调节后处理系统的系统和方法

摘要

一种调节包括电动机和内燃发动机的混合动力系统的后处理系统的计算机实现方法，该计算机实现方法包括：确定所述后处理系统是否处于低于第一温度阈值的第一温度区中；确定与所述混合动力系统的运行相对应的动力需求是否处于低于动力阈值的第一动力需求区中；以及如果确定所述后处理系统处于所述第一温度区中并且确定所述混合动力系统的动力需求处于所述第一动力需求区中，则将所述混合动力系统设定为压缩机模式以加热所述后处理系统。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月30日提交的美国临时专利申请No.62/967，919的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

本公开的领域

本发明的某些实施方式涉及混合动力车辆。更具体地，本公开的一些实施方式提供了用电机来调节具有的后处理系统的方法和装置。

本公开的背景

随着越来越多的努力来限制来自运输的温室气体排放，关于内燃发动机的规定越来越严格，特别是在氮氧化物(NOx)排放的度量方面。车辆电气化已经被认为是满足法规的一种有前途的方式。然而，对于现代的混合动力系统，在发动机冷启动期间产生大量的NOx，在发动机冷启动期间，后处理系统是无效的。后处理系统通常包括选择性催化还原(SCR)系统。为了满足法规所要求的未来低NOx排放标准，希望具有用于调节后处理系统以减少来自混合动力系统的NOx排放的系统和方法，尤其是在内燃发动机的冷启动期间。

本公开的简要概述

在多个不同的实施方式中，一种调节包括电动机和内燃发动机的混合动力系统的后处理系统的计算机实现方法包括确定该后处理系统是否处于低于第一温度阈值的第一温度区中；确定与所述混合动力系统的运行相对应的动力需求是否处于低于动力阈值的第一动力需求区中；以及如果确定所述后处理系统处于所述第一温度区中并且确定所述混合动力系统的动力需求处于所述第一动力需求区中，则将所述混合动力系统设定为压缩机模式以加热所述后处理系统。

在各种实施方式中，一种调节包括电动机和内燃发动机的混合动力系统的后处理系统的调节系统包括温度区确定模块，其被配置为确定后处理系统是否处于低于第一温度阈值的第一温度区中；动力需求确定模块，其被配置为确定与所述混合动力系统的运行相对应的动力需求是否处于低于动力阈值的第一动力需求区中；以及模式设定模块，其被配置为如果所述后处理系统被确定为处于所述第一温度区中并且所述混合动力系统的动力需求被确定为处于所述第一动力需求区中，则将所述混合动力系统设定成压缩机模式以加热所述后处理系统。

在各种实施方式中，一种存储有指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行以下操作：确定后处理系统是否处于低于第一温度阈值的第一温度区中，所述后处理系统是包括电动机和内燃发动机的混合动力系统；确定与所述混合动力系统的运行相对应的动力需求是否处于低于动力阈值的第一动力需求区中；以及如果确定所述后处理系统处于所述第一温度区中并且确定所述混合动力系统的动力需求处于所述第一动力需求区中，则将所述混合动力系统设定为压缩机模式以加热所述后处理系统。

附图说明

图1是示出根据本公开的一些实施方式的混合动力系统10的简化系统图。

图2是示出根据本公开的一些实施方式的用于调节后处理系统的方法30的简化流程图。

图3是描述后处理系统的选择性催化还原系统(SCR)的效率与温度关系的图。

图4是描绘用于通过执行图2中所描绘的方法30来调节后处理系统的调节系统40的框图。

本公开的详细描述

本发明的某些实施方式涉及混合动力车辆。更具体地，本公开的一些实施方式提供了用于使用电动机来调节后处理系统的方法和装置。在一些实施方案中，通过使后处理系统预热来实现调节。

图1是示出根据本公开的一些实施方式的混合动力系统10的简化系统图。混合动力系统10可以是混合动力车辆的混合动力发动机系统，并且包括温度传感器11、加速度计12、系统控制单元(SCU)13、后处理系统14、内燃发动机15、电动机16、电加热器17和能量储存系统18。温度传感器11(例如，物理或虚拟传感器)可以被配置为确定后处理系统14的系统温度。加速度计12(例如，车辆油门)可以被配置为确定车辆的加速度。SCU 13可以被配置为容纳调节系统(参见图4)并且通过控制内燃发动机15、电加热器17和电动机16来实施调节后处理系统14(例如，经由开关和/或致动器)的方法(参见图2)。SCU 13可以包括模式设定模块，该模式设定模块被配置为改变内燃发动机15的模式、电动机16的模式和/或电加热器17的模式。后处理系统14被配置为将温室分子(例如，NOx)转化为非温室分子(例如，H

图2是根据本公开的一些实施方式的调节后处理系统(例如，后处理系统14)的方法30的流程图。方法30包括：在31处，确定后处理系统是否处于第一温度区中；在32处，确定与混合动力系统(例如，混合动力系统10)的运行相对应的动力需求是否处于第一动力需求区中；以及在33处，将混合动力系统设定为压缩机模式以加热后处理系统。

在31处，确定后处理系统是否处于第一温度区中包括使用温度传感器(例如，温度传感器11)来测量系统温度或接收后处理系统(例如，后处理系统14)的测得温度。系统温度可以是后处理系统的SCR系统(例如，SCR系统19)的温度。确定系统温度区包括将系统温度与确定区边界的阈值进行比较。在一个示例中，存在由两个阈值定义的三个区。如图3所示，如果系统温度低于第一温度阈值51，则系统温度区是第一温度区，如果系统温度介于第一温度阈值51与第二较高温度阈值52之间，则系统温度区是第二温度区，如果系统温度高于第二温度阈值52，则系统温度区是第三温度区。第二温度区可包括SCR系统以最佳转化效率运行的温度。可以结合附加的阈值来定义附加的温度区。在某些实施方式中，方法30还包括确定后处理系统或后处理系统的SCR系统的转换效率。例如，确定转换效率包括查找效率与温度查找表，这可以对应于如图3所示的效率与温度曲线。

在32处，确定与混合动力系统(例如，混合动力系统10)的运行相对应的动力需求是否在第一动力需求区中包括确定混合动力系统所安装在的车辆的加速度输入。例如，低于动力阈值并且大于零的第一动力需求区中，或在大于或等于动力阈值的第二动力需求区中，确定动力需求为零。加速度输入可以对应于加速器踏板的运动，或者可以例如利用加速度计(例如，加速度计12)基于所感测的运动来得出，加速度计可以被连接以感测加速器踏板或车辆的运动。例如，当动力需求被确定为零时，车辆不加速，当动力需求被确定为在第一动力需求区中时，车辆以低加速度加速，而当动力需求被确定为在第二动力需求区中时，车辆以高加速度进行加速。

为了帮助避免冷启动(在该冷启动期间，混合动力系统10的后处理系统14不起作用)，SCU 13至少部分地基于系统温度和动力需求向混合动力系统10的内燃发动机15、电动机16和/或电加热器17提供根据方法30的指令以将后处理系统14预热。例如，当系统温度低(例如，低于图3的第一温度阈值)时，SCU 13指示电加热器接通以加热后处理系统。如果动力需求为零或较小(例如，在低于动力阈值的第一动力区中)，则SCU 13将电动机16设定为将内燃发动机15驱动为压缩机，并操作阀打开系统20以使来自内燃发动机15的加热空气流能够将后处理系统14加热。

在33处，如果后处理系统(例如，后处理系统14)被确定为处于第一温度区中并且混合动力系统的动力需求被确定为处于第一动力需求区中，则执行将混合动力系统(例如，混合动力系统10)设定为压缩机模式的步骤。在一些示例中，在33处，将混合动力系统设定为压缩机模式包括使用混合动力系统的系统控制单元(例如，SCU 13)来控制车辆的一个或更多个离合器、内燃发动机、电动机、加热器和/或阀。在一些示例中，将混合动力系统设定为压缩机模式包括将混合动力系统的内燃发动机(例如，内燃发动机15)设定为作为压缩机工作以加热后处理系统。在一些示例中，将混合动力系统设定为压缩机模式包括将阀打开系统(例如，阀打开系统20)设定为打开，以使得加热空气能够从内燃发动机行进到后处理系统。在一些实施方式中，当后处理系统处于第一温度区中并且所确定的动力需求处于第一动力需求区中时，在33处，将混合动力系统设定为压缩机模式以加热后处理系统包括将电加热器设定为开启以加热后处理系统。

图4是描绘用于通过执行图2中所描绘的方法30来调节后处理系统(例如，后处理系统14)的调节系统40的框图。调节系统40包括：温度区确定模块41，其被配置为确定后处理系统是否处于第一温度区中；动力需求确定模块42，其被配置为确定与混合动力系统的运行相对应的动力需求是否处于第一动力需求区中；以及模式设定模块43，其被配置为将混合动力系统设定成压缩机模式以加热后处理系统。调节系统40可被存储在系统控制单元(例如，系统控制单元13)中。在一些示例中，调节系统40被配置为对包括电动机和内燃发动机的混合动力系统的后处理系统进行调节，并且可以是混合动力系统的一部分或者是独立的单元。调节系统40可与各种混合动力系统(hybrid powertrain system)一起使用，包括轻混合动力系统、强混合动力系统、并行架构混合动力系统、串行构造混合动力系统、串-并架构混合动力系统和/或增程(range-extended)混合动力系统。在一些示例中，调节系统40在降低强混合动力发动机系统的NOx排放方面比在轻混合动力发动机系统的NOx排放方面特别有效。例如，与轻混合动力发动机系统相比，在车辆运行的整个时间使用电动机的强混合动力发动机系统可以通过调整调节系统40在更大程度上减少NOx排放。

在各种示例中，调节系统40被配置为调节后处理系统的SCR系统或其它部件，例如以便在燃料喷射到混合动力系统中之前升高SCR系统或其它部件的温度。在某些示例中，调节系统40被配置为帮助调节后处理系统在期望的温度下工作以获得最佳转换效率(见图3)。在某些示例中，调节系统40被配置为加热后处理系统以避免冷启动，从而减少NOx排放。车辆的NOx排放可由系统输出NOx(SONOx)表示。在各种示例中，调节系统40被配置为通过调节后处理系统来提高SCR转化效率从而减少SONOx，使得车辆发动机的更大量的NOx排放物被转化为更少的有害分子。在某些示例中，调节系统40被配置为控制阀打开系统(例如，阀打开系统20)，该阀打开系统被配置为在内燃发动机与后处理系统之间打开，以允许处于压缩机模式的内燃发动机的加热空气流入后处理系统，并由此加热后处理系统。

在一些实施方式中，当SCR系统19或后处理系统14的温度低于第一温度阈值51并且混合动力系统10的动力需求处于第一动力需求区中时，SCU 13或调节系统40被配置为将混合动力系统设定为压缩机模式和/或将电加热器17设定为开启以加热后处理系统。在压缩机模式中，混合动力系统的电动机可将内燃发动机驱动为压缩机以加热空气以加热后处理系统。使内燃发动机作为压缩机工作需要关闭燃烧室(combustion cavity)的进气阀和排气阀，然后转动曲轴以在燃烧室中将气缸从下止点移动到上止点，从而压缩被封闭在燃烧室中的空气以提高空气温度，然后打开排气阀以允许压缩的(和加热的)空气逸出燃烧室。

在多个不同的实施方式中，一种调节包括电动机和内燃发动机的混合动力系统的后处理系统的计算机实现方法包括：确定该后处理系统是否处于低于第一温度阈值的第一温度区中；确定与所述混合动力系统的运行相对应的动力需求是否处于低于动力阈值的第一动力需求区中；以及如果确定所述后处理系统处于所述第一温度区中并且确定所述混合动力系统的动力需求处于所述第一动力需求区中，则将所述混合动力系统设定为压缩机模式以加热所述后处理系统。在一些示例中，所述方法是根据图2的方法30实施的和/或是由图4的调节系统40实施的。

在一些实施方式中，将混合动力系统设定为压缩机模式包括将内燃发动机设定为作为压缩机工作以加热后处理系统。

在一些实施方式中，将内燃发动机设定成作为压缩机工作包括：将所述电动机设定为使所述内燃发动机作为压缩机工作；控制进气阀提供第一温度的空气进入内燃发动机；设定所述内燃发动机对空气进行压缩，以将所述空气加热至等于或高于所述第一温度的第二温度；以及控制排气阀以打开，并使处于第二温度的加热空气能够从发动机行进到后处理系统。

在一些实施方式中，将内燃发动机使得设定成作为压缩机工作包括控制阀打开系统和燃料喷射系统，使得空气进入内燃发动机而燃料不喷射到内燃发动机中。

在一些实施方式中，确定后处理系统是否处于第一温度区中包括使用温度传感器(例如，虚拟温度传感器或物理温度传感器)来确定与后处理系统相对应的系统温度。

在一些实施方式中，该计算机实现方法还包括：如果确定该后处理系统处于第一温度区中，则设定联接到该后处理系统的电加热器对该后处理系统进行加热。

在一些实施方式中，确定与混合动力系统的运行相对应的动力需求是否在第一动力需求区中包括至少部分地基于加速度输入来确定与混合动力系统相对应的动力需求。

在各种实施方式中，一种调节包括电动机和内燃发动机的混合动力系统的后处理系统的调节系统包括：温度区确定模块，其被配置为确定后处理系统是否处于低于第一温度阈值的第一温度区中；动力需求确定模块，其被配置为确定与所述混合动力系统的运行相对应的动力需求是否处于低于动力阈值的第一动力需求区中；以及模式设定模块，其被配置为如果所述后处理系统被确定为处于所述第一温度区中并且所述混合动力系统的动力需求被确定为处于所述第一动力需求区中，则将所述混合动力系统设定成压缩机模式以加热所述后处理系统。在一些示例中，调节系统被配置为实施图2的方法30和/或类似于图4的调节系统40。

在一些实施方式中，模式设定模块还被配置为将内燃发动机设定成作为压缩机工作以加热后处理系统。

在一些实施方式中，所述模式设定模块还被配置为：将所述电动机设定为使所述内燃发动机作为压缩机工作；控制进气阀以提供第一温度的空气进入内燃发动机；设定所述内燃发动机对空气进行压缩，以将空气加热至等于或高于所述第一温度的第二温度；以及控制排气阀打开，并使处于第二温度的加热空气能够从发动机行进到后处理系统。

在一些实施方式中，模式设定模块还被配置为控制阀打开系统和燃料喷射系统，使得空气进入内燃发动机而燃料不喷射到内燃发动机中。

在一些实施方式中，温度区确定模块还被配置成使用温度传感器(例如，虚拟或物理温度传感器)来确定与后处理系统相对应的系统温度。

在一些实施方式中，该模式设定模块还被配置为如果该后处理系统被确定为处于该第一温度区中，则将联接到该后处理系统的电加热器设定为打开以加热该后处理系统。

在一些实施方式中，动力需求确定模块还被配置为至少部分地基于加速度输入来确定与混合动力系统相对应的动力需求。

在各种实施方式中，一种存储有指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行以下操作：确定后处理系统是否处于低于第一温度阈值的第一温度区中，所述后处理系统是包括电动机和内燃发动机的混合动力系统；确定与所述混合动力系统的运行相对应的动力需求是否处于低于动力阈值的第一动力需求区中；以及如果确定所述后处理系统处于所述第一温度区中并且确定所述混合动力系统的动力需求处于所述第一动力需求区中，则将所述混合动力系统设定为压缩机模式以加热所述后处理系统。在一些示例中，当由处理器执行时，非暂时性计算机可读介质使得处理器执行图2的方法30。在某些示例中，非暂时性计算机可读介质可由图4的调节系统40执行。

在一些实施方式中，当所述非暂时性计算机可读介质由所述处理器执行时执行的将所述混合动力系统设定为压缩机模式包括将所述内燃发动机设定为作为压缩机工作以加热所述后处理系统。

在一些实施方式中，当所述非暂时性计算机可读介质由所述处理器执行时执行的将所述内燃发动机设定为作为压缩机工作包括：将所述电动机设定为使所述内燃发动机作为压缩机工作；控制进气阀以提供第一温度的空气进入内燃发动机；设定所述内燃发动机对空气进行压缩，以将空气加热至等于或高于所述第一温度的第二温度；以及控制排气阀以打开，并使处于第二温度的加热空气能够从发动机行进到后处理系统。

在一些实施方式中，当所述非暂时性计算机可读介质由所述处理器执行时执行的将所述内燃发动机设定为作为压缩机工作包括控制阀打开系统和燃料喷射系统，使得空气进入所述内燃发动机而燃料不被喷射到所述内燃发动机中。

在一些实施方式中，当由处理器执行非暂时性计算机可读介质时执行的确定后处理系统是否处于第一温度区中包括使用温度传感器来确定与后处理系统相对应的系统温度。

在一些实施方式中，该非暂时性计算机可读介质在由处理器执行时致使该处理器在该后处理系统被确定为处于该第一温度区中的情况下还执行将联接到该后处理系统上的电加热器设定为打开以加热该后处理系统。

在一些实施方式中，当该非暂时性计算机可读介质由该处理器执行时执行的确定该后处理系统是否处于第一动力需求区中包括至少部分地基于加速度输入来确定与该混合动力系统相对应的动力需求。

应当理解，例如，本公开的各个实施方式的一些或全部组件各自单独地和/或与至少另一个组件组合地使用一个或更多个软件组件、一个或更多个硬件组件和/或软件和硬件组件的一个或更多个组合来实现。在另一示例中，本公开的各个实施方式的一些或全部组件各自单独地和/或与至少另一组件组合地实现在一个或更多个电路中，诸如一个或更多个模拟电路和/或一个或更多个数字电路。在又一示例中，虽然上述实施方式涉及特定特征，但是本公开的范围还包括具有不同特征组合的实施方式和不包括所有所述特征的实施方式。在又一示例中，可以组合本公开的各种实施方式和/或示例。

另外，这里描述的方法和系统可以通过包括可由设备处理子系统执行的程序指令的程序代码在许多不同类型的处理设备上实现。软件程序指令可包括源代码、目标代码、机器代码或可操作以致使处理系统执行本文所描述的方法和操作的任何其它所存储的数据。然而，也可以使用其他实现方式，例如固件或者甚至是被配置成执行在此描述的方法和系统的适当设计的硬件。

系统和方法的数据(例如，关联、映射、数据输入、、数据输出、中间数据结果、最终数据结果等)可以在一个或更多个不同类型的计算机实现的数据存储中存储和实现，诸如不同类型的存储设备和编程构造(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪存、平面文件、数据库、编程数据结构、编程变量、IF-THEN(或类似类型)语句构造、应用编程接口等)。注意，数据结构描述了用于在数据库、程序、存储器或由计算机程序使用的其它计算机可读介质中组织和存储数据的格式。

可在许多不同类型的计算机可读媒体上提供所述系统和方法，所述计算机可读媒体包含计算机存储机构(例如，CD-ROM、磁盘、RAM、快闪存储器、计算机的硬盘驱动器、DVD等)，所述计算机存储机构含有用于由处理器执行以执行所述方法的操作并实施本文所描述的系统的指令(例如，软件)。这里描述的计算机组件、软件模块、功能、数据存储和数据结构可以直接或间接地彼此连接，以便允许它们的操作所需的数据流。还应当注意，模块或处理器包括执行软件操作的代码单元，并且可以被实现为例如代码的子例程单元、或代码的软件功能单元、或对象(如在面向对象的范例中)、或小应用程序、或计算机脚本语言、或另一类型的计算机代码。根据手头的情况，软件组件和/或功能可以位于单个计算机上或分布在多个计算机上。

计算系统可以包括客户端设备和服务器。客户端设备和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端设备和服务器的关系是由于在各个计算机上运行的并且彼此具有客户端设备－服务器关系的计算机程序而产生的。

本说明书包含特定实施方式的许多细节。在单独实施方式的上下文中在本说明书中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管特征可以在上文中被描述为在某些组合中起作用，但是在一些情况下，来自组合的一个或多个特征可以从组合中去除，并且组合可以例如针对子组合或子组合的变体。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这些操作，或者执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。

虽然已经描述了本公开的特定实施方式，但是本领域技术人员将理解，存在与所描述的实施方式等效的其他实施方式。因此，应当理解，本公开不受具体示出的实施方式的限制。