发动组件及方法与流程

1.本公开涉及一种发动机组件，并且特别地但非排他地涉及一种发动机组件，该发动机组件在发动机冷启动之后的行驶周期的初始部分期间减少污染排放。
技术背景
2.现代车辆(例如机动车辆)通常包括一个或多个排气后处理装置，以减少从车辆排放的排气中的一种或多种污染物质的量和/或浓度。
3.排气后处理装置可以包括用于催化涉及污染物质反应的催化剂。排气后处理装置在降低污染物质浓度方面的效率可能取决于催化剂的温度。特别地，排气后处理装置有效运行的能力可以取决于催化剂的温度是否大于或等于催化剂的起燃温度，在该温度下催化剂开始催化反应。
4.在发动机冷启动期间和发动机冷启动之后的行驶周期的初始部分期间，一个或多个排气后处理装置的温度可能低于其各自催化剂的起燃温度。因此，排气后处理装置可能无法有效地运行以减少排气中的污染物质的量和/或浓度。
5.在某些情况下，在排气后处理装置达到其期望的工作温度之前，在行驶周期的初始部分期间产生的排放物占整个行驶周期的排放物的很大一部分。
6.在车辆行驶周期的初始部分期间减少污染排放是可取的。
7.发明说明
8.根据本公开的一方面，提供了一种发动机组件，该发动机组件例如用于车辆，例如机动车辆，例如，混合动力车辆，例如轻度混合动力电动车辆，该发动机组件包括：排气后处理装置，排气后处理装置具有用于接收从发动机排出的排气的进气口；加热器，例如在排气处理装置的进气口处或其上游，用于选择性地加热排气后处理装置处或其上游的气体；空气移动装置，例如电动空气移动装置，当发动机处于非运转状态时，用于驱动气体进入排气后处理装置的进气口；控制器，其被配置为在发动机启动之前：操作加热器以加热进气口处或其上游的气体；以及操作空气移动装置以驱动气流进入进气口，从而加热排气处理装置，其中控制器被配置为：
9.根据预测的车辆行程时间确定何时可以启动发动机组件的发动机；和
10.根据确定控制加热器的操作和空气移动装置的操作。
11.发动组件可进一步包括用于将来自发动机的排气运送到排气处理装置的进气口的排气管道。加热器可以设置在排气管道中。
12.发动机组件可以包括设置在排气处理装置的下游的另外的排气后处理装置。发动机组件可以被配置为使得空气移动装置驱动通过排气后处理装置的气体流到另外的排气处理装置。
13.加热器可以是电动加热器。加热器可以与排气后处理装置形成整体。空气移动装置可包括电动进气压缩机，例如电动增压器(e
‑
booster)，例如用于向发动机的进气歧管提供压缩空气。空气移动装置可以设置在发动机的进气口和发动机(例如发动机的进气歧管)
之间。
14.发动机组件可以被配置为使得空气移动装置驱动从发动机的空气进气口流向排气处理装置的进气口。发动机组件可以进一步包括发动机旁路管道，发动机旁路管道用于将进气从空气移动装置绕过发动机运送至排气处理装置的进气口。发动机组件可以进一步包括用于控制通过发动机旁路管道的进气流量的阀。控制器可以被配置为控制一个或多个阀，以便在发动机不运转时允许空气从发动机的空气进气口流向排气处理装置的进气口。例如，控制器可以被配置为控制发动机的汽缸的进气阀和/或排气阀，以便在空气移动装置和排气处理装置的进气口之间提供通过发动机的气流路径。
15.控制器可以被配置为在确定发动机可以启动之前的预定时间段内控制加热器和空气移动装置的操作。或者，控制器可以被配置为在确定发动机组件可以启动时(例如在确定或从确定开始)控制加热器和空气移动装置的操作。
16.控制器可以被配置为根据发动机组件所在车辆的车门被解锁和/或被打开来确定发动机何时可以启动。
17.控制器可以被配置为根据车辆的钥匙或提供对车辆的访问的另一设备对车辆的接近程度来确定发动机何时可以启动。
18.控制器可以被配置为根据车辆先前已经执行过的一天、一周、一个月和/或一年时间的行程来确定发动机何时可以启动。
19.控制器可以被配置为控制加热器和空气移动装置的操作，以将排气后处理装置的温度维持在预定的温度上限和预定的温度下限之间。
20.根据本公开的另一方面，提供了一种用于发动机组件的方法，该发动机组件包括：排气后处理装置，排气后处理装置具有用于接收从发动机排出的排气的进气口；加热器，用于选择性地加热排气处理装置处或其上游的气体；以及空气移动装置，用于驱动气体进入排气处理装置的进气口；其中方法包括，在发动机启动之前：操作加热器以加热进气口处或其上游的气体；操作空气移动装置以驱动气流进入进气口，从而加热排气处理装置；根据预测的车辆行程时间确定何时可以启动发动机组件的发动机；和根据确定控制加热器的操作和空气移动装置的操作。
21.该方法可以进一步包括控制发动机组件的一个或多个阀，例如发动机旁路阀或发动机的进气阀和/或排气阀，以允许空气从发动机组件的进气口流向排气处理装置的进气口，例如当发动机处于非运转状态时。
22.该方法可包括确定车辆的电池的荷电状态。加热器和/或空气移动装置的操作可以根据电池的荷电状态进行控制。例如，荷电状态可与阈值荷电状态相比较。如果荷电状态大于阈值荷电状态，则可以操作加热器和空气移动装置。如果荷电状态小于或等于阈值荷电状态，则加热器和/或空气移动装置可能无法运行。
23.该方法可以包括控制加热器和空气移动装置的操作，以将排气后处理装置的温度维持在预定的温度上限和预定的温度下限之间。
24.为了避免说明书中不必要的重复工作和重复文本，仅针对本发明的一个或多个方面或实施例描述了某些特征。然而，应当理解的是，在技术上可行的情况下，关于本发明的任何方面或实施方式描述的特征也可以与本发明的任何其他方面或实施方式一起使用。特别地，上面关于第一方面描述的特征可以与第二方面的特征结合，反之亦然。
附图说明
25.为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地表明本发明是如何实施的，现在将通过举例的方式参考附图，其中：
26.图1是根据本公开布置的发动机组件的示意图；
27.图2是根据本公开布置的用于发动机组件的方法的流程图；和
28.图3是根据本公开布置的用于发动机组件的另一种方法的流程图。
具体实施方式
29.本发明涉及一种用于车辆的发动机组件，例如机动车辆(例如小汽车、货车、卡车、摩托车等)，工业或农用车辆(例如拖拉机、叉车、推土机、挖掘机等)，船舶，飞机或任何其他类型的车辆。
30.参考图1，车辆(例如机动车辆)可以包括根据本公开的布置的发动机组件100。发动机组件100包括进气系统110、发动机120、排气系统140和控制系统180，该控制系统180包括被配置为控制发动机组件100操作的控制器182。
31.发动机组件100包括具有进气歧管122、汽缸124和排气歧管126的发动机120。活塞128设置在汽缸124内，并且被配置为在发动机120运转及其燃烧循环期间在汽缸124内往复运动。汽缸124的燃烧室124a由活塞128的一侧、汽缸124的壁面和汽缸盖130确定。
32.发动机120还包括一个或多个进气阀132和一个或多个排气阀134，以分别控制进气和排气流入和流出汽缸124。进气阀和排气阀在它们各自的打开位置和关闭位置之间的运动可以由控制器182控制。
33.在进气冲程期间，活塞128在汽缸124内移动以增加燃烧室124a的容积，通过进气阀132将进气从进气歧管122吸入汽缸。在进气冲程之后，进气阀132被关闭，当活塞128向着汽缸盖130移回时，汽缸124内的气体被压缩，从而减小了燃烧室124a的容积。
34.燃料通过一个或多个燃料喷射器136被喷射到汽缸124中，并且空气和燃料混合物由于燃烧室124a内的高压和高温而被点燃。空气和燃料混合物的燃烧产生膨胀的燃烧气体，其作用在活塞128上以驱动发动机120的曲轴138。
35.在图2所示的布置中，发动机120是压缩点火发动机。然而，同样可以设想，本公开可以应用于任何其他类型的发动机，例如火花点火发动机，其中汽缸124内的燃料
‑
空气混合物被火花塞点燃。此外，尽管在图2中显示出了单个汽缸，但是发动机120可包括任意数量的汽缸，例如2、3、4、6、8或8个以上的汽缸。在图2中，发动机120的部件(例如燃烧室124a)的形状是示意性的，并且仅出于说明性目的而示出。
36.在活塞128的排气冲程期间，通过汽缸内的燃烧产生的排气通过排气阀134从汽缸124排放到排气歧管126中。
37.排气系统140的排气管道142被设置为将排气从排气歧管126运送到排气出口144(例如车辆排气管)，以从车辆排出。
38.排气系统140还包括一个或多个排气后处理装置，其被配置为降低排气中的一种或多种污染物的浓度。例如，在所示的设置中，排气系统140包括被配置为氧化烟灰和/或一氧化碳的催化氧化装置146，被配置为从排气中吸收氮氧化物(no
x
)的氮氧化物吸附剂148，被配置为捕获来自排气中的特定物质用的微粒过滤器150，以及被配置为在催化剂的存在
下通过化学还原反应从排气中去除氮氧化物(no
x
)的催化还原装置152，其。
39.在一些设置中，排气系统140可能包括其他排气后处理装置，或作为图1中所示装置的替代装置。可替代地，可省略图1中所示的一个或多个后处理装置。在一些设置中，可以将两个或更多后处理装置组合成单个装置。例如，排气系统140可包括组合的微粒过滤器和催化还原装置。
40.一个或多个排气后处理装置的性能可取决于排气后处理装置的温度。特别地，当排气后处理装置或设置在排气处理装置内的催化剂的温度等于或大于催化剂的起燃温度(例如催化剂开始催化涉及排气后处理装置内的污染物质的反应的温度)时，可以改善一个或多个排气后处理装置的性能。
41.如果当发动机组件冷却时设置有发动机组件100的车辆的行驶周期开始，则由发动机组件100排放的很大一部分的排放物(例如污染排放物)可能在发动机组件并且特别是排气后处理装置正在预热的同时排放。
42.如图1所示，发动机组件100可以进一步包括涡轮增压器170，其包括设置在排气管道142中的排气驱动涡轮172和设置在进气管道114中的压缩机174。涡轮172和压缩机174可耦合至相同的轴，使得压缩机174可以由涡轮172驱动，以增加进入进气歧管122的进气的压力。
43.在图1所示的设置中，涡轮增压器170还包括电动马达176，其被配置为驱动压缩机174旋转，例如当从排气驱动涡轮172获得的动力不足时。在这种设置中，压缩机174可以被称为电动增压器。在一些设置中，当电动马达176运行使压缩机174旋转时，压缩机可以与涡轮172分离。在其他设置中，可以省略涡轮172。换句话说，压缩机174可以仅由电动马达176驱动。
44.发动机组件100可进一步包括排气再循环(egr)系统160。egr系统160包括egr管道162，其被配置为将一部分排气再循环到发动机组件100的进气系统110，例如到进气管道114或进气歧管122。egr系统160还包括egr阀164，其被配置为控制排气流过egr管道162。
45.在图1所示的设置中，egr系统160是低压egr系统，其被配置为使已经通过涡轮膨胀的到压缩机上游位置的排气再循环。在其他设置中，发动机组件可以包括高压egr系统，其被配置为使气体从排气歧管和涡轮172之间的位置再循环到进气歧管122和压缩机174之间的位置。
46.用燃烧过的排气代替发动机汽缸124内的一部分富氧进气，减少了可用于燃烧的燃烧室124a的容积。降低了燃烧的峰值温度，从而减少了no
x
的形成。
47.通过适当地控制进气节流阀116、涡轮增压器170和egr系统160的运转，可以在不降低发动机120提供的动力的情况下控制污染排放(例如no
x
的排放)。此外，控制涡轮增压器170和/或egr系统160的运行可用于控制发动机120运转的效率。
48.控制器182可以配置为控制进气节流阀116、egr阀164和/或涡轮增压器172的操作，以便控制由发动机提供的动力。控制器182可以是发动机控制单元或动力传动系控制单元。
49.控制器182还可以被配置为控制(例如直接控制)发动机120的操作，例如通过控制由喷射器136注入汽缸124的燃料的正时和量和/或进气阀132和排气阀134的打开和关闭正时。
50.此外或作为另一种选择，控制器182或车辆2的另一控制器可以被配置为控制排气后处理装置的操作，例如以影响从车辆2排放的污染物质的量。
51.如上所述，排气后处理装置的效率可以取决于排气后处理装置的工作温度。为了提高排气后处理装置在行驶周期初始部分期间的性能，发动机组件100还包括排气后处理加热系统190。系统190包括加热器192，例如电动加热器。如图所示，加热器192可以设置在排气后处理装置之一的进气口处或其上游，例如排气离开发动机时所到达的第一个排气后处理装置的进气口处。加热器192可以设置在涡轮增压器170(如果存在的话)的涡轮172的下游。例如，加热器182可以设置在离开涡轮172的排气所到达的第一个排气处理装置的进气口处或其上游。
52.加热器192可以集成到排气处理装置之一中。例如，加热器192可以设置在排气处理装置之一的壳体内。或者，加热器192可以与排气处理装置分开。例如，加热器可以设置在排气管道142中并且可以联接至排气管道142的壁面。加热器可以设置在排气处理装置之一正上游的排气管道142中。
53.参考图2，发动机组件100可以根据方法200操作，以控制加热器192的操作，以加热一个、一个以上或每个排气后处理装置。控制器182可以控制发动机组件的部件和/或系统的操作以执行以下描述的方法200的块。当发动机处于非运转状态时，例如在发动机启动之前，发动机组件100可以根据方法200进行操作。
54.方法200包括第一块202，在第一块202处，加热器192被操作以在将被加热的一个或多个排气后处理装置146、148、150、152的进气口处或其上游加热气体。
55.方法200还包括第二块204，在第二块204处操作空气移动装置以驱动气体从加热器192流到排气后处理装置的进气口，从而加热排气后处理装置。如图1所示，排气系统140可以包括一个或多个另外的排气后处理装置，其设置在排气后处理装置的下游。通过使空气移动装置与加热器一起操作，加热的气体可以流过排气后处理装置，以到达另外的排气后处理装置。以这种方式，除了排气后处理装置外，还可以加热其他排气后处理装置。
56.空气移动装置可以设置在发动机组件的空气进气口112和进气歧管122之间。空气移动装置可以是电动压缩机174。或者，空气移动装置可以是设置在发动机组件中的专用空气移动装置，用于在该方法200的执行期间驱动气体流通过加热器192和排气后处理装置。
57.发动机组件100可以被配置为在执行方法200期间，例如在发动机处于非运转状态时，操作空气移动装置可以引起气体从空气进气口112流到加热器192。特别地，发动机组件100可以被配置为在进气口和加热器192之间提供空气流动路径。
58.在一些设置中，控制器182可以被配置为控制进气阀132和/或排气阀134的位置，以允许气体从进气口通过发动机120的一个或多个汽缸124流到加热器192。
59.或者，如图1所示，发动机组件100可以包括发动机旁通管道194。如图所示，发动机旁通管道194可以从进气管道114压缩机174的下游位置(例如在压缩机174和进气歧管122之间的位置)延伸到排气歧管126和加热器192之间的位置。发动机组件100可以进一步包括设置在发动机旁通管道194中的发动机旁通阀196，用于控制通过发动机旁通管道的气体流量。
60.图3说明了根据本公开的操作发动机组件的另一种方法300。方法300类似于方法200，并且包括与上述方法200的第一和第二块202、204相似的第一和第二块302、304。
61.方法300可以进一步包括阀控制块306，在该阀控制块306处控制发动机组件100的一个或多个阀，以便提供气体的流动路径，在空气移动装置的作用下从空气进气口112流到加热器192，例如电动增压器。例如，发动机120和/或发动机旁通阀196的进气阀132和排气阀134可以在阀控制块306处进行控制，以提供流动路径。
62.如图1所示，egr管道162可在加热器192的下游位置和一个或多个排气后处理装置148、150、152的上游位置耦合到排气管道142。因此，在方法300执行期间最好关闭egr阀164，以防止已经由加热器加热的气体流经egr管道162而不是流经下游的排气后处理装置。此外，在发动机不运转时，可能不需要再循环排气。egr阀164的位置可能因此在阀控制块306处被控制，例如关闭egr阀，以限制或基本上防止已经被加热器192加热的气体的再循环。
63.当发动机120启动时，可以不再根据方法300来控制阀。特别地，可以关闭发动机旁通阀196，并且可以使用另一种方法(例如，用于启动和/或运行发动机120的方法)控制进气阀和排气阀132、134以及egr阀164。
64.在发动机启动前，加热器192和空气移动装置(例如电动增压器)，应根据方法200、300运行一段时间。特别地，在发动机启动之前，最好让加热器192和空气移动装置运行一段时间，该时间段足以使排气后处理装置达到期望的工作温度，比如排气后处理装置中催化剂的起燃温度。
65.方法300可以包括发动机启动判断块308，在这个发动机启动判断块308，确定(例如预测)何时可以启动发动机。当确定发动机可以起动时，可以执行方法300(例如上述方法300的其他块)。例如，一旦确定可以启动发动机，就可以执行方法300的块。
66.在一些设置中，方法300可以包括：在发动机启动判断块308处确定何时可以启动发动机，并且可以在可以启动发动机之前的第一预定时间执行方法300的其他块。
67.在一种设置中，可以根据车辆的钥匙或允许进入车辆的另一种设备与车辆的接近度来确定发动机可以被启动。附加地或替代地，可以根据车辆的车门被解锁和/或车辆的钥匙插入点火装置来确定发动机可以被启动。附加地或替代地，可以确定，当停放车辆的车库门打开时，发动机可以被启动。
68.在一些设置中，可以根据一天、一周、一个月或一年中的时间以及可选地根据安装有发动机组件100的车辆之前已经启动发动机或之前已经执行行程的时间来预测可以启动发动机。在其他设置中，可以根据由车辆的用户输入的发动机起动时间或车辆行程时间来确定可以起动发动机的时间。
69.当根据预测的发动机启动时间执行方法300的一个或多个块时，可以执行第二预定时间的方法300的块。第二预定时间可以与第一预定时间相同也可以不同，例如更长或更短。如果发动机在第二预定时间内没有启动，则方法300可以终止。例如加热器192和空气移动装置可能不再运行。
70.在一些设置中，排气系统140可进一步包括一个或多个温度传感器，其被配置为测量一个或多个排气后处理装置的温度。在这样的设置中，方法300可以执行直到排气后处理装置已经达到一个或多个(例如各自的)预定温度，或者直到发动机启动。
71.在一些设置中，加热器和空气移动装置可以被操作，例如在方法300的第一和第二块302、304中，以便将一个或多个排气后处理装置的温度维持在预定的温度上限和预定的
温度下限之间，直到发动机启动。预定的温度下限可以是催化剂的起燃温度。
72.在一些设置中，在发动机已经启动之后，可以根据方法200、300继续控制加热器192。例如，加热器192可以继续运行，直到第二预定时间已经过去或者直到排气后处理装置已经达到一个或多个(例如，各自的)预定温度。
73.加热器192和空气移动装置(例如电动增压器)可以由发动机组件100或安装有发动机组件的车辆的电池供电。将电池的荷电状态降低到阈值荷电状态以下可能是不可取的。方法300可以包括电池荷电状态测定块310，在电池荷电状态测定块310，测定电池的荷电状态，例如根据电池两端的电压。可以根据电池的荷电状态来操作加热器192和空气移动装置。例如，如果电池的荷电状态处于或低于阈值荷电状态，加热器192和空气移动装置可能无法运行。
74.在一些设置中，可以确定电池的荷电状态，例如在加热器192和空气移动装置正在运行时的同时进行监视。当加热器和/或空气移动装置在根据方法300运行时，如果电池的荷电状态下降到阈值电荷或低于阈值电荷，则加热器192和空气移动装置可能会失效。
75.下列附加编号的发明声明也包含在说明书中，并构成本公开的一部分：
76.声明1.一种发动机组件，该发动机组件包括：
77.排气后处理装置，其具有用于接收从发动机排出的排气的进气口；
78.加热器，用于选择性地加热排气后处理装置处或排气后处理装置上游的气体；
79.空气移动装置，当发动机处于非运转状态时，驱动气体流入排气后处理装置的进气口；和
80.控制器，被配置为在发动机启动之前：
81.操作加热器以加热进气口处进气口上游的气体；和
82.操作空气移动装置以驱动气流入进气口，从而加热排气处理装置。
83.声明2.根据声明1的发动机组件，其中，发动机组件还包括用于将来自发动机的排气运送到排气处理装置的进气口的排气管道，其中，加热器设置在排气管道中。
84.声明3.根据声明1或2的发动机组件，其中，发动机组件包括设置在排气处理装置的下游的另外的排气后处理装置，其中，发动机组件被配置为使得空气移动装置驱动流过排气后处理装置的气体到达另外的排气处理装置。
85.声明4.根据前述陈述中任一项的发动机组件，其中，加热器与排气处理装置形成整体。
86.声明5.根据前述陈述中任一项的发动机组件，其中，空气移动装置包括电动进气压缩机。
87.声明6.根据前述陈述中任一项的发动机组件，其中，空气移动装置设置在发动机的进气口与发动机之间。
88.声明7.根据前述陈述中任一项的发动机组件，其中，发动机组件被配置为使得空气移动装置驱动气体从发动机的空气进气口流到排气处理装置的进气口。
89.声明8.根据前述陈述中任一项的发动机组件，其中，发动机组件还包括发动机旁通管道，发动机旁通管用于将进气从空气移动装置运送到排气处理装置的进气口，绕过发动机。
90.声明9.声明8的发动机组件，其中，发动机组件还包括用于控制通过发动机旁通管
道的进口气体流量的阀。
91.声明10.根据前述陈述中任一项的发动机组件，其中，控制器被配置为控制一个或多个阀，以便在发动机不运转时允许空气从发动机的进气口流向排气处理装置的进气口。
92.声明11.根据声明10的发动机组件，其中，控制器被配置为控制发动机的汽缸的进气阀和/或排气阀，以便在空气移动装置和排气处理装置的进气口之间提供通过发动机的空气流动路径。
93.声明12.根据前述陈述中任一项的发动机组件，其中，控制器被配置为：
94.确定何时可以启动发动机组件的发动机；和
95.在确定的基础上控制加热器的操作和空气移动装置的操作。
96.声明13.根据声明12的发动机组件，其中，控制器被配置为根据发动机组件提供的车辆的门被解锁和/或被打开来确定何时可以启动发动机。
97.声明14.根据声明12或13的发动机组件，其中，控制器被配置为根据车辆的钥匙与车辆的接近度来确定何时可以启动发动机。
98.声明15.根据声明12至14中的任一项的发动机组件，其中，控制器被配置为根据车辆的预计行程时间来确定何时可以启动发动机。
99.声明16.根据前述陈述中任一项的发动机组件，其中，控制器被配置为控制加热器和空气移动装置的操作，以便将排气后处理装置的温度维持在预定的温度上限和预定的温度下限之间。
100.声明17.一种用于发动机组件的方法，该发动机组件包括：
101.排气后处理装置，其具有用于接收从发动机排出的排气的进气口。
102.加热器，用于选择性地加热排气处理装置处或排气处理装置上游的气体；和
103.空气移动装置，用于驱动气体流入排气处理装置的进气口，其中，该方法包括在发动机启动之前：
104.操作加热器以加热进气口处的气体；和
105.操作空气移动装置以驱动气体流入进气口，从而加热排气处理装置。
106.声明18，根据声明17的方法，其中，方法还包括控制发动机组件的一个或多个阀，以允许空气从发动机组件的进气口流到排气处理装置的进气口。
107.声明19.根据声明17或18的方法，还包括：
108.确定何时可以启动发动机组件的发动机；和
109.在确定的基础上控制加热器的操作和空气移动装置的操作。
110.声明20.根据声明17至19中的任一项的方法，其中，该方法包括：
111.确定车辆电池的荷电状态，其中根据所确定的荷电状态来控制加热器的操作和空气移动装置的操作。
112.声明21.根据声明17至20中的任一项的方法，其中，该方法包括：
113.控制加热器和空气移动装置的操作，以便使排气后处理装置的温度维持在预定的温度上限和预定的温度下限之间。
114.本领域技术人员将理解，尽管已经参照一个或多个示例性示例，以示例的方式描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且可以在不脱离本发明的前提下构造替代示例。如所附权利要求书所限定的本发明的保护范围。