包括发动机的系统以及操作发动机的方法与流程

1.本发明涉及包括发动机的系统以及操作发动机的方法。


背景技术：

2.诸如轮式装载机、推土机、挖掘机等机器用于在现场执行各种任务。为了有效地执行这些任务，此类机器包括提供扭矩输出的发动机，例如内燃机。此外，此类机器包括后处理模块，以便从离开发动机的排气流中去除/减少颗粒物质。后处理模块包括用于控制柴油颗粒排放的柴油氧化催化器(doc)、颗粒过滤器，和/或其他催化器/过滤器。在一些情况下，doc可促进颗粒过滤器的再生以从颗粒过滤器去除颗粒物质。例如，doc可通过使用来自排气流的热量氧化颗粒过滤器的碳烟来促进颗粒过滤器再生。然而，在某些运行条件下，例如在低扭矩输出，低环境温度和/或类似条件下，排气流的排气温度可能降到提供颗粒过滤器再生所需的阈值以下。
3.此外，在朝向后处理模块引导的排气流中需要存在最小量的燃料。更具体地，需要最小量的燃料以使得能够充分燃烧以防止碳氢化合物在后处理模块中累积。因此，为了后处理模块的有效操作，排气流可能必须达到高温并且其中还包含一定量的燃料。
4.wo专利申请第2011/117188号描述了一种用于在碳烟颗粒过滤器中进行再生过程的装置。一种氧化催化剂，其布置在碳烟颗粒过滤器的上游以便增加由柴油发动机供应的排气流的温度。根据本发明，如果指示碳烟颗粒过滤器的再生的触发标准被满足，则寄生负载连接到由柴油发动机驱动的液压回路。


技术实现要素：

5.在本发明的一个方面，提供了一种系统。该系统包括适用于输出扭矩的发动机。该系统还包括适用于接收来自发动机的扭矩的一部分的寄生负载。该系统还包括通信地耦合到寄生负载的控制器。控制器配置成确定离开发动机的排气流的实际排气温度值以及待喷射到发动机中的最小燃料量。控制器还配置成将实际排气温度值与排气流的排气温度阈值进行比较，以便确定实际排气温度值与排气温度阈值之间的第一差值。控制器进一步配置成基于第一差值以及待喷射到发动机中的最小燃料量来确定发动机的目标扭矩输出。控制器配置成使用寄生负载使发动机的扭矩增加以达到目标扭矩输出。
6.在本发明的另一方面，提供一种操作发动机的方法。该方法包括通过控制器确定离开发动机的排气流的实际排气温度值以及待喷射到发动机中的最小燃料量。该方法还包括通过控制器将实际排气温度值与排气流的排气温度阈值进行比较，以便确定实际排气温度值与排气温度阈值之间的第一差值。该方法进一步包括通过控制器基于第一差值以及待喷射到发动机中的最小燃料量来确定发动机的目标扭矩输出。该方法包括通过控制器使用寄生负载使发动机的扭矩增加以获得目标扭矩输出，其中寄生负载适用于从发动机接收扭矩的一部分并且通信地耦合到控制器。
7.根据以下描述和附图，本发明的其它特征和方面将变得容易理解。
附图说明
8.图1是具有发动机的示例性机器的侧视图；
9.图2是根据本发明的一个实施例的与图1的机器相关联的系统的示意图；
10.图3是根据本发明的一个实施例的图2的系统的操作的逻辑图；
11.图4是根据本发明的另一实施例的图2的系统的操作的逻辑图；和
12.图5是根据本发明的一个实施例的操作发动机的方法的流程图。
具体实施方式
13.现在将详细参考具体方面或特征，其示例在附图中示出。在可能的情况下，将在整个附图中使用对应或类似的参考数字来指代相同或对应的部分。
14.参见图1，示出了示例性机器100。在所示示例中，机器100是轮式装载机。可替代地，机器100可以包括任何其他类型的机器，例如推土机、拖运卡车、挖掘机等。机器100包括框架102以在其上支撑机器100的各种部件。机器100还包括用于接收机器100的发动机106(图2所示)的发动机外罩104。
15.此外，机器100包括操作员站108、成对地面接合构件110以及驱动地面接合构件110的动力系(未示出)。此外，机器100包括可用于执行一个或多个作业操作的执行器112。执行器112可基于与执行器112相关联的一个或多个致动器114的操作而操作。此外，致动器114基于用户输入由机器100的液压系统操作。
16.此外，液压系统包括泵117(在图2中示意性示出)。在所示示例中，泵117实施为执行器泵，其对液压流体加压并将液压流体导向致动器114以操作执行器112。可替代地，泵117可以用于机器100的任何其他部件的操作，而没有任何限制。在一些示例中，泵117可以体现为液压泵或电液压泵。在一个示例中，泵117可以体现为排量控制泵。此外，泵117可以包括可变排量泵或固定排量泵。
17.参见图2，机器100包括系统118。系统118包括输出扭矩的发动机106。总体上，扭矩可用于机器100的操作和移动性要求。例如，扭矩可用于执行诸如移动执行器112，驱动地面接合构件110和/或操作机器100的操作员站108中的各种装置的操作。此外，该扭矩的一部分指向寄生负载116，这在本节中稍后解释。指向寄生负载116的扭矩部分可以称为寄生扭矩。
18.在所示实施例中，发动机106是产生机械动力输出和/或电力输出的内燃机。此外，发动机106是四冲程柴油发动机。在其他实施例中，发动机106可以是任何其他类型的内燃发动机，例如汽油发动机、气体燃料动力发动机，双燃料发动机等。在其它实施例中，也可以使用两冲程内燃机。
19.发动机106可以包括各种部件(未示出)，例如燃料系统、进气歧管、与进气歧管选择性地流体连通的发动机汽缸、进气系统、润滑系统、冷却系统、排气再循环(egr)系统等。egr系统可以通过使排气流“f1”的一部分再循环回到发动机汽缸来减少来自发动机106的排气流“f1”的有害排放物。
20.发动机106的燃料系统包括用于将燃料喷射到发动机汽缸中的燃料喷射器。此外，燃料系统可包括与其相关联的燃料传感器120。燃料传感器120可以测量喷射到发动机106中的实际燃料量。实际燃料量可以基于发动机106的正常负载条件。燃料传感器120可包括
例如针阀升程传感器、光学传感器、压阻压力变送器等。
21.应当注意，最小燃料量需要喷射到发动机汽缸中。在此提及的术语“最小燃料量”可以被定义为足以在发动机106中达到高燃烧温度并且还足以在后处理模块122中有效地执行再生过程的燃料量。
22.此外，进气歧管将也可包括再循环排气的一部分的进气导向发动机汽缸。进气歧管可以包括压力传感器(未示出)、进气歧管空气温度(imat)传感器124等，以便检测进气的特性。更具体地，由imat传感器124测量imat值。
23.此外，机器100包括后处理模块122。后处理模块122可以包括柴油氧化催化器(doc)126以及定位在doc 126下游的颗粒过滤器128(例如，柴油颗粒过滤器)。在一些示例中，后处理模块122还可以包括选择性催化还原(scr)模块(未示出)。
24.doc 126从发动机106接收排气流“f1”。在后处理模块122中的再生过程中，在氧和燃料之间的无焰放热反应期间于doc 126中产生热量。在再生过程的初始阶段期间产生的热量可以被doc 126吸收。一旦doc 126达到一定的温度水平，颗粒过滤器128开始变热并且碳烟可以开始氧化。应当注意，颗粒过滤器128可以被来自发动机106的排气流“f1”加热，由此当排气流“f1”的实际排气温度对应于排气流“f1”的排气温度阈值时，热老化或氧化沉积在颗粒过滤器128中的颗粒物质(例如，碳烟)。在此提及的术语“排气温度阈值”可以定义为足以发生再生过程的排气流“f1”的温度值。在一个示例中，排气温度阈值可以是大约290摄氏度(℃)或在大约280摄氏度至320摄氏度的范围内。因此，期望排气流“f1”的实际排气温度对于发生再生过程而言足够高。此外，还期望在进入后处理模块122的排气流“f1”中存在一定量的燃料。更具体地，喷射到发动机汽缸中的燃料的一部分可以部分地在发动机汽缸中燃烧，而燃料的剩余部分可以在后处理模块122中燃烧。
25.此外，在与发动机106联接的后处理模块122处测量实际排气温度值。为此，后处理模块122包括排气温度传感器130，排气温度传感器130测量排气流“f1”的实际排气温度值。排气温度传感器130可以位于doc 126的上游，并且更具体地，靠近doc 126的入口。可替代地，排气温度传感器130可以设置在doc 126的下游，并且更具体地，靠近doc 126的出口，或在doc 126内。在其他示例中，排气温度传感器130可以位于scr模块的上游。
26.此外，系统118还包括接收来自发动机106的扭矩部分的寄生负载116。相对于机器100的寄生负载116可以被限定为发动机106上的可能对牵引效力没有贡献的负载。在一个示例中，寄生负载116与机器100的液压系统或机器100的电气系统相关联。在所示示例中，寄生负载116包括液压系统的泵117。可替代地，寄生负载116可以体现为机器100的接收来自发动机106的扭矩以用于其操作的任何其他部件。在一个示例中，泵117可以实现为执行泵。在其他示例中，泵117可以包括操作机器100的一个或多个部件的任何其他泵，而没有任何限制。因此，泵117可以实现为可变排量型电动液压/液压泵，其可以无限地变化以改变发动机负载。在其他示例中，泵117可以包括固定排量型泵，而没有任何限制。
27.此外，寄生负载116可以实现为空气压缩机、电动机、鼓风机、散热器风扇、交流发电机、机器100的照明系统、外部负载、空调设备等。在一些示例中，寄生负载116可以与机器100的气动系统相关联。此外，寄生负载116可以实现为机器100的可以进入打开状态或关闭状态的其他部件。可以设想，寄生负载116可以实现为与机器100相关联的多个部件，除了可以利用来自发动机106的扭矩的上述那些部件之外。
28.系统118还包括通信地耦合到寄生负载116的控制器132。控制器132还通信地耦合到机器100的各个部件，诸如发动机106、燃料传感器120、imat传感器124、排气温度传感器130等。控制器132可以包括中央处理单元(cpu)、微处理器、微控制器、控制单元、发动机控制单元(ecu)、处理器或其他类型的处理部件。在一些实施例中，控制器132可以包括能够被编程为执行某些功能/操作的一个或多个处理器。
29.控制器132与存储器134通信。存储器134可以是外部存储器，或者控制器132本身可以包括存储器134。存储器134可以包括例如随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)和/或其他类型的动态或静态存储设备，诸如闪存、磁存储器、光存储器等。该存储器134存储由控制器132使用的信息和/或指令。在一些示例中，存储器134可以存储将在本节中稍后解释的各种查找表136、138、140(在图3和4中示出)。此外，存储器134还可以存储与排气温度阈值以及待喷射到发动机106中的最小燃料量相对应的信息。
30.图3示出了本发明的第一实施例。更具体地，图3是描述可以由控制器132(参见图2)执行的操作组的逻辑图300。控制器132确定离开发动机106的排气流“f1”(参见图2)的实际排气温度值以及待喷射到发动机106中的最小燃料量。这里第一框302表示排气流“f1”的实际排气温度值。控制器132基于从排气温度传感器130(见图2)接收的信息确定实际排气温度值。此外，控制器132从存储器134取回待喷射到发动机106中的最小燃料量(参见图2)。第二框304表示在此将待喷射到发动机106中的最小燃料量。
31.此外，控制器132将实际排气温度值与排气流“f1”的排气温度阈值进行比较，以便确定实际排气温度值与排气温度阈值之间的第一差值306。这里第三框308表示排气流“f1”的排气温度阈值。控制器132可以从存储器134检索排气温度阈值。控制器132可分析来自排气温度传感器130的实际排气温度值以及排气温度阈值来确定第一差值306。应注意，第一差值306在此实现为温度误差。此外，控制器132基于第一差值306来确定第一扭矩输出值310。更具体地，控制器132可以使用第一查找表136来确定第一扭矩输出值310。例如，第一查找表136可识别第一差值306以及对应于第一差值306的第一扭矩输出值310。第一查找表136可存储第一差值306的各种值以及第一扭矩输出的对应值310。
32.此外，在所示实施例中，控制器132接收喷射到发动机106中的实际燃料量。第四框312表示在此喷射到发动机106中的实际燃料量。喷射到发动机106中的实际燃料量由控制器132基于来自燃料传感器120的输入来确定(参见图2)。控制器132还将喷射到发动机106中的实际燃料量与待喷射到发动机106中的最小燃料量进行比较，以便确定实际燃料量与最小燃料量之间的第二差值314。控制器132可分析实际燃料量和最小燃料量来确定第二差值314。应当注意，第二差值314在此实现为燃料误差。
33.控制器132还基于待喷射到发动机106中的最小燃料量来确定第二扭矩输出值316。在所示实施例中，控制器132基于第二差值314来确定第二扭矩输出值316。更具体地，控制器132可使用第二查找表138来确定第二扭矩输出值316。例如，第二查找表138可以识别第二差值314以及对应于第二差值314的第二扭矩输出值316。第二查找表138可以存储第二差值314的各种值以及第二扭矩输出的对应值316。
34.此外，控制器132基于第一差值306以及待喷射到发动机106中的最小燃料量来确定发动机106的目标扭矩输出318。如在本发明中提及的术语“目标扭矩输出”可以被定义为对应于排气温度阈值和/或最小燃料量的扭矩输出值。在一个示例中，基于达到排气温度阈
值所需的发动机106上的最小负载来确定目标扭矩输出318。此外，目标扭矩输出318对应于第一扭矩输出值310或第二扭矩输出值316。更具体地，控制器132将第二扭矩输出值316与第一扭矩输出值310进行比较，以便确定发动机106的目标扭矩输出318。应当注意，第一扭矩输出值310和第二扭矩输出值316中的较高值对应于目标扭矩输出318。在一些情况下，控制器132可基于第一选择器320来确定目标扭矩输出318。例如，第一选择器320可分析第一扭矩输出值310和第二扭矩输出值316以确定对应于目标扭矩输出318的较高值。
35.此外，控制器132使用寄生负载116使发动机106的扭矩增加以达到目标扭矩输出318(见图2)。更具体地，控制器132可将指令322发送到发动机106以基于目标扭矩输出318使寄生负载116的扭矩增加。在一个示例中，控制器132可将指令322传递到发动机106以使执行器112(见图1)的扭矩增加。例如，控制器132传递指令322以增加泵117的冲程，从而增加发动机106的扭矩。在其他示例中，当寄生负载116实现为机器100的任何其他部件时，控制器132可将指令322传递到发动机106以使所述部件的扭矩增加。
36.在一些情况下，控制器132可确定扭矩输出是否需要增加，并因此基于第二选择器324传递指令322。第二选择器324可以基于条件组328来确定扭矩输出是否需要增加，或是否不采取行动(由块326指示)。条件组328可以包括发动机106已经使用寄生负载116请求再生过程的第一条件330、发动机106正在操作的第二条件332、再生辅助被启用的第三条件334，以及doc 126(见图2)正在操作(例如，不与错误状态相关联)的第四条件336等。当满足条件组328时，控制器132可使用扭矩使扭矩输出增加。
37.图4示出了本发明的第二实施例。更具体地，图4是描述可以由控制器132执行的操作组的逻辑图400(参见图2)。控制器132确定离开发动机106的排气流“f1”(参见图2)的实际排气温度值以及待喷射到发动机106中的最小燃料量。第一框402表示这里的排气流“f1”的实际排气温度值。控制器132基于从排气温度传感器130接收的信息来确定实际排气温度值(参见图2)。此外，控制器132从存储器134取回待喷射到发动机106中的最小燃料量(参见图2)。
38.控制器132还将实际排气温度值与排气流“f1”的排气温度阈值进行比较，以便确定实际排气温度值与排气温度阈值之间的第一差值404。第二框406表示排气流“f1”的排气温度阈值。控制器132可以从存储器134检索排气温度阈值。控制器132可分析来自排气温度传感器130的实际排气温度值以及排气温度阈值来确定第一差值404。应当注意，第一差值404在此实现为温度误差。此外，控制器132基于第一差值404来确定第一扭矩输出值408。更具体地，控制器132可以使用第一查找表136来确定第一扭矩输出值408。例如，第一查找表136可以识别第一差值404的值以及第一扭矩输出的对应值408。
39.此外，在所示实施例中，控制器132接收imat值。这里第三框410表示的imat值。imat值由控制器132从imat传感器124接收(参见图2)。控制器132还基于imat值来确定待喷射到发动机106中的最小燃料量。更具体地，控制器132可以使用第三查找表140来确定最小燃料量。例如，第三查找表140可以识别imat值以及对应于imat值的最小燃料量。
40.控制器132进一步基于待喷射到发动机106中的最小燃料量来确定第二扭矩输出值412。更具体地，控制器132可使用第三查找表140来确定第二扭矩输出值412。例如，第三查找表140可识别最小燃料量以及对应于最小燃料量的第二扭矩输出值412。第三查找表140可以存储各种imat值、最小燃料量的对应值以及第二扭矩输出值412。
41.控制器132基于第一差值404以及待喷射到发动机106中的最小燃料量来确定发动机106的目标扭矩输出414。应当注意，基于达到排气温度阈值所需的发动机106上的最小负载来确定目标扭矩输出414。此外，目标扭矩输出414对应于第一扭矩输出值408或第二扭矩输出值412。更具体地，控制器132将第二扭矩输出值412与第一扭矩输出值408进行比较，以便确定发动机106的目标扭矩输出414。应当注意，第一扭矩输出值408和第二扭矩输出值412中的较高值对应于目标扭矩输出414。在一些情况下，控制器132可基于第一选择器416来确定目标扭矩输出414。例如，第一选择器416可分析第一扭矩输出值408和第二扭矩输出值412以确定对应于目标扭矩输出414的较高值。
42.此外，控制器132使用寄生负载116使发动机106的扭矩增加以达到目标扭矩输出414(见图2)。更具体地，控制器132可将指令418发送到发动机106以基于目标扭矩输出414使寄生负载116的扭矩增加。在一个示例中，控制器132可将指令418传递到发动机106以使执行器112(见图1)的扭矩增加。例如，控制器132传递指令418以增加泵117的冲程，从而增加发动机106的扭矩。在其他示例中，当寄生负载116实现为机器100的任何其他部件时，控制器132可将指令418传递到发动机106以使所述部件的扭矩增加。
43.在一些情况下，控制器132可确定扭矩输出是否需要增加，并因此基于第二选择器420传递指令418。第二选择器420可基于条件组424确定扭矩输出是否需要增加，或是否不采取行动(由框422指示)。条件组424可以包括分别类似于关于图3的第一实施例解释的第一条件330、第二条件332、第三条件334和第四条件336的第一条件426、第二条件428、第三条件430和第四条件432。当满足条件组424时，控制器132可使用扭矩使扭矩输出增加。
44.工业实用性
45.图5示出了操作发动机106的方法500。在步骤502，控制器132确定离开发动机106的排气流“f1”的实际排气温度值以及待喷射到发动机106中的最小燃料量。此外，在与发动机106联接的后处理模块122处测量实际排气温度值。在步骤504，控制器132将实际排气温度值与排气流“f1”的排气温度阈值进行比较，以便确定实际排气温度值与排气温度阈值之间的第一差值306、404。此外，控制器132基于第一差值306、404来确定第一扭矩输出值310、408。
46.在步骤506，控制器132基于第一差值306、404以及待喷射到发动机106中的最小燃料量来确定发动机106的目标扭矩输出318、414。此外，控制器132还基于待喷射到发动机106中的最小燃料量来确定第二扭矩输出值316、412。目标扭矩输出318、414对应于第一扭矩输出值310、408或第二扭矩输出值316、412。在一个示例中，控制器132接收喷射到发动机106中的实际燃料量。此外，控制器132将喷射到发动机106中的实际燃料量与待喷射到发动机106中的最小燃料量进行比较，以便确定实际燃料量与最小燃料量之间的第二差值314。控制器132还基于第二差值314来确定第二扭矩输出值316。此外，控制器132将第二扭矩输出值316与第一扭矩输出值310进行比较，以便确定发动机106的目标扭矩输出318。
47.在另一示例中，控制器132接收imat值。控制器132还基于imat值来确定待喷射到发动机106中的最小燃料量。此外，控制器132基于最小燃料量来确定第二扭矩输出值412。此外，控制器132将第二扭矩输出值412与第一扭矩输出值408进行比较，以便确定发动机106的目标扭矩输出414。此外，控制器132基于第一扭矩输出值310、408和第二扭矩输出值316、412中的较高值来增加发动机106的扭矩。应当注意，控制器132基于达到排气温度阈值
所需的发动机106上的最小负载来确定目标扭矩输出318、414。
48.在步骤508，控制器132使用寄生负载116使发动机106的扭矩增加以达到目标扭矩输出318、414。寄生负载116接收来自发动机106的扭矩的一部分并且通信地耦合到控制器132。在一个示例中，寄生负载116与机器100的液压系统或机器100的电气系统相关联。在一些示例中，控制器132传递指令322、418以增加液压系统的泵117的冲程，从而增加发动机106的扭矩。
49.在一些情况下，系统118和方法500可以闭环方式操作。例如，控制器132可反复地确定实际排气温度值，并将实际排气温度值与排气温度阈值进行比较，以便确定目标扭矩输出318、414。
50.这里描述的方法500和系统118可以在具有不同类型的传动系统的多个机器中实现。此外，方法500和系统118可以在现有机器上实现。在此描述的方法500和系统118可以提供用于提高排气流“f1”的排气温度以及保持排气流“f1”中的一定量的燃料的有效解决方案。该技术又可允许后处理模块122在低扭矩输出条件下、低环境温度中等等的有效操作。另外，系统118和方法500利用输入，例如喷射到发动机106中的最小燃料量或imat值，其可以帮助维持发动机106的最小燃料消耗。此外，当燃料在再生过程期间燃烧时，排气流“f1”中存在一定量的燃料允许排气流“f1”在后处理模块112中实现更高的温度。该方法可以导致颗粒过滤器128的有效再生，并且还可以通过在发生放热事件之前使用高温排气流“f1”氧化颗粒物质来延长颗粒过滤器的寿命。
51.此外，控制器132可以使得扭矩输出增加，因此增加发动机106的负载。在此描述的方法500和系统118可以允许使用扭矩维持发动机106上的最小负载。此外，可以仅在发动机106上的实际负载小于维持排气温度阈值的最小负载时添加扭矩。在所示实施例中，寄生负载116可以实现为各种机器部件。此外，当寄生负载116实现为泵117时，泵117可以包括固定排量泵或可变排量泵。此外，基于应用要求，寄生负载116可以接通/关断，或者寄生负载116的操作可以被可变地控制以使扭矩增加。
52.虽然已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以通过对所发明的机器、系统和方法的修改来设想各种附加实施例。这些实施例应当被理解为落入基于权利要求及其任何等同物所确定的本发明的范围内。