CN102913307B - 处理混合动力车辆排放物的方法 - Google Patents

Abstract

处理从混合动力车辆的内燃发动机而来的排放物的方法包括，在内燃发动机旋转且未被供应燃料时引导通过内燃发动机形成的空气流通过碳氢化合物吸收装置，以收集空气流中的碳氢化合物。在碳氢化合物吸收装置处于全部容量且不能收集额外的碳氢化合物时，空气流被引导通过电加热催化器以处理空气流和除去碳氢化合物。在碳氢化合物吸收装置未处在全部容量且能收集额外的碳氢化合物时，空气流被引导通过旁通路径（其使得被电加热催化器被绕开），以保存存储在电加热催化器中的热能。

Description

处理混合动力车辆排放物的方法

技术领域

本发明通常涉及控制混合动力车辆的方法，且更具体地涉及在内燃发动机不被供应燃料而旋转时处理从混合动力车辆的内燃发动机形成的空气流的方法。

背景技术

具有内燃发动机（ICE）的混合动力车辆包括排气处理系统，用于减少从发动机排出的排气的毒性。处理系统通常包括催化转化器单元，其包括催化器，所述催化器将排气中的氮氧化物还原成氮和二氧化碳或水，以及使得一氧化碳（CO）和未燃烧的碳氢化合物（HCs）氧化成水。催化器可以包括但不限于铂族金属（PGM）。催化器必须在催化器变得可操作之前被加热到催化器的起燃（light-off）温度。因而，排气必须在催化器和排气之间的反应开始之前将催化器加热到起燃温度。

混合动力车辆可以进一步包括电马达。内燃发动机和电马达每一个可以被选择性地接合，以为车辆提供动力，即内燃发动机和电马达每一个可以被选择性地接合以产生用于变速器的驱动扭矩。在电马达被接合以提供驱动扭矩到变速器时，内燃发动机通常不被供应燃料且不运转。然而，因为电马达和内燃发动机被联接到变速器以提供驱动扭矩到变速器，所以电马达会使得内燃发动机在电马达接合以提供驱动扭矩时旋转。替换地，如果司机要求从电马达提供更多扭矩到车轮，则内燃发动机会不得不在未供应燃料的条件下旋转以提供额外的驱动扭矩。在内燃发动机旋转而电马达提供驱动扭矩时，内燃发动机产生空气流，所述空气流被导向排气处理系统。空气流从发动机收集碳氢化合物且通过排气处理系统传送碳氢化合物。进而，空气流不被加热，并冷却排气处理系统的冷却，包括催化器。如果催化器被冷却到低于起燃温度的温度，则含有悬浮其中的碳氢化合物的空气流会被不适当地处理。另外，如果催化器被冷却到低于起燃温度的温度，则从当被供应燃料且运转的内燃发动机而来的排气也会被不适当地处理。

发明内容

提供一种操作混合动力车辆的方法。该方法包括确定内燃发动机是否在旋转，以及在内燃发动机旋转时确定内燃发动机是否被供应燃料以产生驱动扭矩，或在内燃发动机旋转时确定内燃发动机是否没有被供应燃料。在内燃发动机旋转且未被供应燃料时由内燃发动机形成的空气流被引导通过碳氢化合物吸收装置，以收集空气流中的碳氢化合物。

还提供一种处理从混合动力车辆的内燃发动机而来的空气流的方法。该方法包括确定内燃发动机是否在旋转，以及当内燃发动机在旋转时确定内燃发动机是否被供应燃料以产生驱动扭矩，或在内燃发动机旋转时确定内燃发动机是否没有被供应燃料。在内燃发动机旋转且未被供应燃料时通过内燃发动机形成的空气流被引导通过碳氢化合物吸收装置，以收集空气流中的碳氢化合物。电加热催化器被加热到起燃温度。电加热催化器设置在碳氢化合物吸收装置的下游。该方法进一步包括确定碳氢化合物吸收装置是否被设置在全部容量且不能吸收额外的碳氢化合物，以及碳氢化合物吸收装置是否未被设置在全部容量且能吸收额外的碳氢化合物。在内燃发动机旋转、内燃发动机未被供应燃料且碳氢化合物吸收装置设置在全部容量时，将空气流引导穿过处于起燃温度下的电加热催化器以速度空气流中的碳氢化合物氧化。在内燃发动机旋转、内燃发动机未被供应燃料且碳氢化合物吸收装置未设置在全部容量时，空气流被引导通过旁通路径并达到设置在碳氢化合物吸收装置下游的主催化器。空气流被引导通过旁通路径，以绕过电加热催化器且保存电加热催化器中的热能。

还提供一种车辆。车辆包括变速器，其配置为用于接收驱动扭矩和传递驱动扭矩到驱动车轮。内燃发动机被联接到变速器且配置为用于选择性地供应驱动扭矩到变速器。排气处理系统联接到内燃发动机。在内燃发动机被供应燃料时排气处理系统处理通过内燃发动机形成的排气流。电马达被联接到变速器且配置为用于选择性地供应驱动扭矩到变速器。在电马达供应驱动扭矩到变速器时，电马达使得内燃发动机在未供应燃料状态下旋转，由此形成通过排气处理系统的为未加热的空气流。排气处理系统包括碳氢化合物吸收装置。电加热催化器设置在碳氢化合物吸收装置的下游。主催化器设置在碳氢化合物吸收装置的下游。旁通路径设置为与主催化器流体连通。旁通路径限定出绕过电加热催化器的流体流动。旁通阀门控制流过旁通路径的流体流动。而内燃发动机未被供应燃料且碳氢化合物吸收装置处在全部容量且不能吸收额外的碳氢化合物时，旁通阀门设置在关闭位置以在电马达供应驱动扭矩到变速器且旋转内燃发动机时引导空气流穿过电加热催化器。在内燃发动机未被供应燃料且碳氢化合物吸收装置未处在全部容量且能吸收额外的碳氢化合物时，旁通阀门设置在打开位置以在电马达供应驱动扭矩到变速器且旋转内燃发动机时允许流体流动通过旁通路径并引导从内燃发动机而来的空气流通过主催化器。

因而，在电内燃发动机未被供应燃料且电动机让内燃发动机旋转、从而由此形成通过排气处理系统的从发动机而来的空气流时，空气流被引导通过碳氢化合物吸收装置以收集空气流中的任何碳氢化合物。如果碳氢化合物吸收装置未处在全部容量且能吸收额外的碳氢化合物，则空气流被引导绕过（即旁通经过）电加热催化器，以维持电加热催化器中的热能。在内燃发动机被供应燃料且随后形成排气流的情况下，排气流最初可以被引导提供被预加热的电加热催化器直到主催化器被排气加热。如果碳氢化合物吸收装置处在全部容量且不能吸收额外的碳氢化合物，则空气流被引导通过电加热催化器，从而电加热催化器可以处理空气流以由此除去碳氢化合物。在内燃发动机最终被供应燃料以产生驱动扭矩、从而由此形成被加热的排气流时，被加热的排气加热碳氢化合物吸收装置，以燃烧收集在其中的碳氢化合物。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是混合动力车辆的示意图，显示了用于内燃发动机的排气处理系统

图2是显示了操作混合动力车辆以维持排气处理系统的电加热催化器的热效率的方法的流程图。

具体实施方式

本领域技术人员应理解例如“上方”、“下方”、“向上、“向下”、“顶”、“底”等是用于描述附图，二不代表对本发明范围的限制，本发明的范围通过所附权利要求限定。

参见附图，其中相同的附标记通常在几幅图中指示相同的部件，在图1大致在20处示出混合动力车辆。参见图1，混合动力车辆20包括变速器22。变速器22配置为用于接收驱动扭矩和传递驱动扭矩到驱动车轮（未示出）。变速器22可以包括但不限于自动变速器22。变速器22从内燃发动机24和/或电马达26接收驱动扭矩。内燃发动机24和电马达26两者被联接到变速器22且配置为用于选择性地供应驱动扭矩到变速器22。内燃发动机24可以包括但不限于汽油发动机或柴油发动机，且可以包括适于满足混合动力车辆20的输出和性能需求的任何合适的大小和/或构造。电马达26可以包括适于满足混合动力车辆20的输出和性能需求的任何合适大小、样式和/或构造的电马达26。

混合动力车辆20可以接合内燃发动机24或电马达26以产生驱动扭矩。电马达26在接合时供应所有的驱动扭矩。在电马达26接合以排他地供应驱动扭矩到变速器22时，电马达26也可以让内燃发动机24旋转。然而，因为内燃发动机24未被接合而供应驱动扭矩，所以内燃发动机24未被供应燃料。因而，在电马达26接合以供应驱动扭矩时，电马达26可以让内燃发动机24在未供应燃料的状态下旋转。在内燃发动机24在未供应燃料的状态旋转时，内燃发动机24形成未被加热的空气流，所述空气流流过排气处理系统28。从内燃发动机24而来的碳氢化合物可以被收集和/或悬浮在空气流中。

排气处理系统28联接到内燃发动机24。在内燃发动机24被供应燃料时，即在内燃发动机24运转时，处理系统28处理从内燃发动机24而来的排气流，所述排气流通过箭头30示出。在内燃发动机24旋转且未被供应燃料时排气处理系统28进一步处理空气流，该空气流也通过箭头30示出。排气处理系统28处理来自内燃发动机24的排气流和空气流，以减少排气流和空气流的毒性，即减少排气流和空气流的有毒物质（包括但不限于，氮氧化物（NO）、一氧化碳（CO）、和/或碳氢化物（HC））排放。

排气处理系统28包括碳氢化合物吸收装置32。碳氢化合物吸收装置32设置在内燃发动机24下游，且可以并入到近距联接的催化器，所述催化器设置为十分接近内燃发动机24的排气出口。然而，应理解碳氢化合物吸收装置32并不限于是近距联接的催化器的一部分。碳氢化合物吸收装置32吸收和/或收集位于和/或悬浮在从内燃发动机24而来的空气流中的碳氢化合物。碳氢化合物吸收装置32可以包括任何结构和/或组件，只要其能在内燃发动机24旋转但是不被供应燃料时收集从内燃发动机形成的空气流中的碳氢化合物即可。

排气处理系统28进一步包括催化转化器单元34。催化转化器单元34设置在碳氢化合物吸收装置32的下游。催化转化器单元34包括电加热催化器36和主催化器38。如所示的，电加热催化器36设置在主催化器38的上游。电加热催化器36和主催化器38可以包括但不限于三向催化器。电加热催化器36和主催化器38可以包括铂族金属（PGM），且将排气中一部分氮氧化物转换成氮气和二氧化碳或水，以及将一部分一氧化碳氧化成二氧化碳，并将一部分未燃烧的碳氢化合物氧化成二氧化碳和水

催化转化器单元34也还限定出旁通路径40。旁通路径40限定出绕过电加热催化器36的流体流动路径。如所示的，电加热催化器36包括管状形状。管状形状设置为环状地围绕旁通路径40且限定出旁通路径40，旁通路径40沿管状电加热催化器36的中央开口42延伸。

旁通阀门44也设置在催化转化器单元34中。旁通阀门44配置为用于控制通过旁通路径40的流体流动，以由此引导电加热催化器36和主催化器38之间的流体流动。旁通阀门44设置在旁通路径40的上游，且配置为用于打开和关闭通过管状电加热催化器36的中央区域的流体流动，所述中央区域限定出旁通路径40。旁通阀门44在打开位置和关闭位置之间可动。在旁通阀门44设置在打开位置时，旁通阀门44引导流体流动（例如空气流和/或排气流）通过旁通路径40，由此使电加热催化器36旁路。在旁通阀门44设置在关闭位置时，旁通阀门44引导流体流动（例如空气流和/或排气流）通过电加热催化器36。应理解排气系统可以配置为与如图1所示的示意性系统中的不同，且各种元件（包括但不限于碳氢化合物吸收装置32、电加热催化器36、旁通路径40、主催化器38和/或旁通阀门44）可以与如图1所示的示意性系统中的不同。

还参见图2，提供了操作混合动力车辆20的方法，且更具体地处理从混合动力车辆20的内燃发动机24而来的排放物的方法。方法包括确定内燃发动机24是否旋转，大致通过框体50示出。如上所述，在电马达26供应到变速器22的所有驱动扭矩时，电马达26可在一定条件下经由变速器22让内燃发动机24旋转。车辆20可以以任何合适的方式确定内燃发动机24是否在旋转，包括但不限于询问一个或多个控制模块、监视一个或多个传感器和/或分析从其而来的数据。如果内燃发动机24没有旋转（大致在52示出），则内燃发动机24不产生任何排放物，且不需要进一步的行动，大致通过框体54示出。

如果内燃发动机24旋转（大致示出在56），则车辆20确定内燃发动机24被供应燃料或是没有被供应燃料，大致示出在框体58。在内燃发动机24旋转时，内燃发动机可以被供应燃料以产生用于车辆20的驱动扭矩，或可以不被供应燃料而仅旋转，作为电马达26接合的副产物。如果内燃发动机24旋转且被供应燃料（大致示出在60），则内燃发动机24可以产生被加热的排气流，所述排气流通过排气处理系统28处理以从其中除去未燃烧的碳氢化合物。如果内燃发动机24旋转，但是不被供应燃料（大致示出在62），则内燃发动机24可以产生未被加热的空气流，所述空气流也必须被排气处理系统28处理，以从其中除去碳氢化合物。车辆20可以以任何合适的方式确定内燃发动机24是否被供应燃料，这包括但不限于询问一个或多个控制模块、监视一个或多个传感器和/或分析从其而来的数据。

在内燃发动机24旋转且不被供应燃料时，通过内燃发动机24形成的空气流被引导通过碳氢化合物吸收装置32（大致示出在框体64），从而碳氢化合物吸收装置32可以收集位于空气流中的碳氢化合物。优选地，碳氢化合物吸收装置32整合进入排气处理系统28，从而所有流过排气处理系统28的气体流过碳氢化合物吸收装置32。如上所述，碳氢化合物吸收装置32可以整合进入近距联接的催化转换器。

方法进一步包括感知电加热催化器36的温度，大致示出在框体66。感知的电加热催化器36的温度与催化器的起燃温度相比（大致示出在框体68），以确定电加热催化器36的温度大于温度或小于起燃温度。如果电加热催化器36的温度大于催化器的起燃温度（大致示出在70），则电加热催化器36不需要进一步加热，大致示出在框体72。然而，如果电加热催化器36的温度小于起燃温度（大致示出在74），则方法进一步包括将电加热催化器36加热到起燃温度，通常示出在框体76。

在内燃发动机24旋转且被供应燃料时，且电加热催化器36的温度小于起燃温度，则可以通过将内燃发动机24形成的被加热的排气流引导穿过电加热催化器36而对电加热催化器36加热。将加热的排气流引导穿过电加热催化器36可将热量从排气流传递到电加热催化器36。在内燃发动机24旋转且不被供应燃料、且电加热排气的温度小于起燃温度时，则可以通过将电流施加到电加热催化器36以通过电阻加热加热电加热催化器36而对电加热催化器36加热。应理解电加热催化器36可以替换地通过同时地将被加热的排气流引导穿过电加热催化器36且施加电流到电加热催化器36而被加热到起燃温度。

该方法进一步包括确定碳氢化合物吸收装置32是否被设置在全部容量或设置在非全部容量，大致示出在框体78。如果碳氢化合物吸收装置32设置在全部容量（大致示出在80），则碳氢化合物吸收装置32不能吸收额外的碳氢化合物，且不可有效地用于在内燃发动机24旋转但是不被供应燃料时处理从内燃发动机24而来的空气流。如果碳氢化合物吸收装置32设置在非全部容量（大致示出在82），则碳氢化合物吸收装置32能吸收额外的碳氢化合物，且可有效地用于在内燃发动机24旋转但是不被供应燃料时收集从内燃发动机24而来的空气流中的碳氢化合物。碳氢化合物吸收装置32的操作容量可以以任何合适的方式确定，包括但不限于监视一个或多个传感器，或通过将车辆20的运行与预测碳氢化合物吸收装置32操作容量的模型比较。

在碳氢化合物吸收装置32设置在全部容量时，碳氢化合物吸收装置32此时不能从空气流吸收碳氢化合物。因而，空气流必须以一些其他方式被处理以从空气流除去碳氢化合物。因而，在内燃发动机24旋转且不被供应燃料且碳氢化合物吸收装置32处在全部容量时，空气流被引导穿过电加热催化器36以氧化位于空气流中的碳氢化合物，大致示出在框体84。如上所述，电加热催化器36被加热到催化器的起燃温度以便与空气流中的碳氢化合物反应，由此甚至在碳氢化合物吸收装置32处在全部容量且不能收集额外的碳氢化合物时也能处理空气流。通过将旁通阀门44关闭，空气流被引导通过电加热催化器36，所述旁通阀门阻挡流体流动通过旁通路径40并引导通过内燃发动机24形成的空气流穿过电加热催化器36。

在碳氢化合物吸收装置32未设置在全部容量时，碳氢化合物吸收装置32此时能从空气流吸收碳氢化合物。因而，空气流不需要进一步被电加热催化器36处理。因此，在内燃发动机24旋转、不被供应燃料且碳氢化合物吸收装置32未设置在全部容量时，空气流被引导通过旁通路径40并达到且通过主催化器38，大致示出在框体86。因为空气流未被加热，引导空气流通过旁通路径40和主催化器38将绕过电加热催化器36，且将电加热催化器36中存储的热能保存，这是因为空气流不能吸收从电加热催化器36而来的热量。通过打开旁通阀门44空气流被引导通过旁通路径40和主催化器38，由此允许流体流动通过旁通路径40。

在内燃发动机24旋转且被供应燃料时（大致示出在60），由此形成的排气流被引导通过碳氢化合物吸收装置32（大致示出在框体88），和随后通过电加热催化器36（大致示出在框体90）或主催化器38（大致示出在框体92）。被加热的排气流被引导通过碳氢化合物吸收装置32，以将碳氢化合物吸收装置32加热到足以烧掉收集在其中的任何碳氢化合物的温度，即让碳氢化合物吸收装置32再生，且准备好碳氢化合物吸收装置32用于未来在内燃发动机24未被供应燃料时使用。排气流被引导通过主催化器38从而主催化器38可以处理排气流且从中除去碳氢化合物。通过打开旁通阀门44以允许流体流动流过，排气流被引导到主催化器38。应理解在内燃发动机24一开始运转时，即在内燃发动机24一开始被供应燃料时，主催化器38可能没有处在催化器的起燃温度。因此，排气流最初会被引导通过电加热催化器36以处理排气流，直到被加热的排气加热主催化器38达到起燃温度。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

相关政府合约

本发明是在能源部授权的协议No.DE-FC26-08NT04386，A000之下受美国政府支持而做出的，项目编号:vss018。美国政府对本发明有某些权利。

Claims (8)

1.一种操作混合动力车辆的方法，该方法包括:

确定内燃发动机在旋转或未旋转；

确定在内燃发动机旋转时内燃发动机是否被供应燃料以产生驱动扭矩，或在内燃发动机旋转时内燃发动机是否没有被供应燃料；

在内燃发动机旋转且未被供应燃料时，将内燃发动机形成的空气流引导通过碳氢化合物吸收装置以收集空气流中的碳氢化合物，

加热电加热催化器至起燃温度，其中电加热催化器被设置在碳氢化合物吸收装置的下游，和

确定碳氢化合物吸收装置是否被设置在全部容量且不能吸收额外的碳氢化合物，或碳氢化合物吸收装置是否未被设置在全部容量且能吸收额外的碳氢化合物。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括感知电加热催化器的温度。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在内燃发动机旋转、内燃发动机未被供应燃料且碳氢化合物吸收装置设置在全部容量下时，将空气流引导穿过处于起燃温度下的电加热催化器以使得空气流中的碳氢化合物氧化。

4.如权利要求3所述的方法，其中将空气流引导穿过电加热催化器包括关闭旁通阀门以阻挡流体流动通过旁通路径并引导通过内燃发动机形成的空气流穿过电加热催化器。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括在内燃发动机旋转、内燃发动机未被供应燃料且碳氢化合物吸收装置未设置在全部容量时，引导空气流通过设置在碳氢化合物吸收装置下游的主催化器，以绕过电加热催化器且保存电加热催化器中的热能。

6.如权利要求5所述的方法，其中引导通过内燃发动机形成的空气流通过主催化器包括打开旁通阀门，以允许流体流动通过旁通路径，以引导通过内燃发动机形成的空气流通过主催化器。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括在内燃发动机旋转且被供应燃料时引导通过内燃发动机形成的排气流流过碳氢化合物吸收装置，以燃烧收集在碳氢化合物吸收装置中的任何碳氢化合物，且通过设置在碳氢化合物吸收装置下游的催化器以处理排气流。

8.如权利要求7所述的方法，其中引导通过内燃发动机形成的排气流通过主催化器包括打开旁通阀门以允许流体流动通过旁通路径，以引导通过内燃发动机形成的排气流通过主催化器。