CN100439666C

CN100439666C - 柴油粒子过滤器再生期间碳氢化合物喷射的优化

Info

Publication number: CN100439666C
Application number: CNB2006100515874A
Authority: CN
Inventors: C·E·马利特; R·米塔尔
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: CN1834419A

Abstract

一种包括具有催化剂和柴油粒子过滤器的排气系统的柴油发动机系统包括根据通过排气系统的排气流速确定催化剂的点火温度的第一模块和根据点火温度和催化剂温度选择性地产生允许信号的第二模块。根据所述允许信号来允许进行柴油粒子过滤器再生程序。

Description

柴油粒子过滤器再生期间碳氢化合物喷射的优化

技术领域

本发明涉及柴油发动机，尤其涉及柴油粒子过滤器(DPF)再生。

背景技术

柴油发动机的效率高于汽油发动机，因为柴油燃烧过程的压缩比增加并且柴油燃料的能量密度较高。因此，柴油发动机比等效尺寸的汽油发动机提供了改进的里程油耗。

柴油机燃烧循环产生通常从废气过滤出的颗粒。柴油粒子过滤器(DPF)通常沿着排气流放置，以便过滤来自排气的柴油粒子。然而，随着时间的过去，DPF变满并且必须被再生以便除去所收集的柴油粒子。在再生期间，柴油粒子在DPF内燃烧以便使得DPF能够继续其过滤功能。

一种传统的再生方法是在主燃烧事件之后将柴油机燃料注入气缸中。后燃烧的喷射燃料与废气一起被从发动机排出并且在放置于排气流中的催化剂上方燃烧。燃料在催化剂上燃烧期间所释放的热使排气温度增加，这就使DPF中所收集的灰粒燃烧。这种方法使用共轨燃料喷射系统并且不需要另加的燃料喷射硬件。

通常，在实现再生之前必须满足一系列标准。一种此类标准包括达到阈值温度以便实现后喷射燃料的点火的排气温度。然而，达到阈值温度的排气温度不会在所有操作条件下都准确显示碳氢化合物燃料是否可以在排气中燃烧。

发明内容

相应地，本发明提供了包括具有催化剂和柴油粒子过滤器的排气系统的柴油发动机系统。这种柴油发动机系统包括根据通过排气系统的排气流速(EFR)确定催化剂点火温度的第一模块和根据点火温度和催化剂温度选择性地产生允许信号的第二模块。根据所述允许信号来允许进行DPF再生程序。

根据另一个特征，当催化剂温度大于点火温度时，第二模块产生允许信号。

根据另一个特征，EFR根据进入发动机的质量空气流(MAF)和发动机的加燃料速度来确定。

根据另一个特征，点火温度根据催化剂的空间速度来确定，而空间速度根据EFR来确定。

根据其它特征，第二模块根据点火温度和催化剂下限温度来产生允许信号。当催化剂温度小于点火温度并且大于催化剂下限温度时，第二模块保持允许信号。

通过阅读下文提供的详细描述，将会清楚了解本发明可适用的其它领域。应当理解，尽管这些详细描述和特定实例显示了本发明的优选实施例，但是它们仅用于示例说明，而并不用于限制本发明的范围。

附图说明

根据详细描述和附图，将会更充分地理解本发明，图中：

图1为包括具有柴油粒子过滤器(DPF)的排气处理系统的本发明的柴油发动机系统的示意图；

图2为示出了本发明的DPF再生控制的流程图；以及

图3为示出了执行本发明的DPF再生控制的示例性模块的信号流图。

具体实施方式

以下对优选实施例的描述事实上仅为示例性，并且决非用于限制本发明、其应用或用途。为清楚起见，在附图中将使用相同的参考数字来标识相似的元件。在本文中使用时，术语“模块”是指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路或其它提供所述功能的适用部件。

现在参看图1，示意性地示出了示例性柴油发动机系统10。应当理解，发动机系统10事实上仅为示例，并且本发明的DPF再生控制可以在各种发动机系统中执行。柴油发动机系统10包括柴油发动机12、进气歧管14、共轨燃料喷射系统16和排气系统18。示例性发动机12包括以V型布局配置于相邻气缸组22、24中的六个气缸20。尽管图1示出了六个气缸(N＝6)，但是可以理解发动机12可以包括另加的气缸或者更少的气缸20。例如，设想发动机具有2、4、5、8、10、12、16个气缸。还可以预期本发明的DPF再生控制可以在直列型气缸配置中执行，如以下更详细所述。

空气通过节气门(未示出)被引入进气歧管14。空气从进气歧管14被引入气缸20并在其中受到压缩。通过共轨燃料喷射系统16将燃料喷入气缸20并且受压缩空气所产生的热点燃空气/燃料混合物。废气从气缸20排出后进入排气系统18。在某些情况下，柴油发动机系统10可以包括涡轮机26，涡轮机26将附加空气抽入气缸20中以便与从进气歧管14引入的燃料和空气一起燃烧。

排气系统18包括排气歧管28、30、排气管道29、31、预催化剂34、氧化催化剂38和柴油粒子过滤器(DPF)40。第一、第二排气段由第一、第二气缸组22、24限定。排气歧管28、30将排气段从相应气缸组22、24导向排气管道29、31。在包括涡轮机26的情况下，排气被导入涡轮机26以便驱动涡轮机26。混合排气流从涡轮机26流过预催化剂34、氧化催化剂38和DPF40。DPF40在混合排气流流向大气中时过滤来自混合排气流的粒子。

控制模块42根据本发明的DPF再生控制调节柴油发动机系统10的操作。更特别而言，控制模块42与进气歧管绝对压力(MAP)传感器44和发动机速度传感器46通讯。MAP传感器44产生显示进气歧管14内的空气压力的信号，而发动机速度传感器产生显示发动机速度(RPM)的信号。质量空气流(MAF)传感器47根据MAF产生信号进入发动机12。控制模块42还与响应于离开预催化剂34的排气温度(T_PC)的预催化剂温度传感器50和响应于离开氧化催化剂的排气温度(T_OC)的氧化催化剂温度传感器52通讯。

控制模块42选择性地允许DPF再生。DPF再生在DPF40被视为充满粒子时起动。控制模块42持续估计所发出的粒子量，因为最后的DPF再生取决于发动机操作参数。优选地，DPF再生在排气温度超过所需点火阈值期间起动，而无须特殊措施。例如，DPF再生优选地在高速行驶期间起动。然而，如果需要的话，DPF再生可以在低于最佳条件的情况下起动。DPF再生的持续时间根据所估计的DPF内粒子的量而变化。

本发明的DPF再生控制允许根据排气流速(EFR)进行DPF再生。更特别而言，点火温度T_PCLO和T_OCLO分别根据预催化剂34和氧化催化剂的EFR来确定。T_PCLO和T_OCLO根据EFR和相应催化剂的几何尺寸来确定，如以下更详细的说明。控制模块42根据发动机操作条件来计算EFR，所述发动机操作条件包括但不限于质量空气流(MAF)和加燃料速度。控制模块42分别根据T_PCLO和T_OCLO与T_PC和T_OC的比较情况选择性地容许DPF再生。T_PC和T_OC分别根据由传感器50、52产生的信号来确定。

现在参看图2，将对DPF再生控制进行更详细地描述。在步骤100中，控制根据质量空气流传感器和喷射燃料的当前计算质量来确定EFR。在步骤102中，控制根据EFR和基于排气密度的转换因数(k_CFR)来确定体积流速(VFR)。在步骤104中，控制根据VFR和相应基于几何尺寸的转换因数(k_PCSV，k_OCSV)来确定排气的预催化剂空间速度(SV_PC)和氧化催化剂空间速度(SV_OC)。

在步骤106中，控制根据SV_PC确定预催化剂点火温度(T_PCLO)。可以预期，T_PCLO可以根据基于SV_PC的查表来确定，或者可以根据基于SV_PC的公式计算来确定。在步骤108中，控制根据SV_OC确定氧化催化剂点火温度(T_OCLO)。可以预期，T_OCLO可以根据基于SV_OC的查表来确定，或者可以根据基于SV_OC的公式基础计算来确定。

在步骤110中，控制确定T_PC是否大于T_PCLO。如果T_PC不大于T_PCLO，那么预催化剂温度就不足以允许碳氢化合物点火并且控制继续前进至步骤112。如果T_PC大于T_PCLO，那么预催化剂温度就足以允许碳氢化合物点火并且在步骤114控制确定T_OC是否大于T_OCLO。如果T_OC不大于T_OCLO，那么氧化催化剂温度就不足以允许碳氢化合物点火并且控制继续前进至步骤114。如果T_OC大于T_OCLO，那么氧化催化剂温度就足以允许碳氢化合物点火并且控制继续前进至步骤116。

在步骤116中，控制确定是否满足其它再生允许标准(例如：所计算的DFP负载超过再生所需的水平，发动机处于正常操作温度下以及发动机和排气传感器无诊断故障)。如果不满足其它再生允许标准，控制就不允许再生(即：碳氢化合物的后喷射)并且控制结束。如果满足其它再生允许标准，在步骤118中控制就允许再生并且控制结束。

现在参看图3，信号流图示出了执行本发明的DPF再生控制的示例性模块。第一功能模块300根据EFR和基于排气密度的转换因数(k_VFR)来确定排气的体积流速(VFR)。第二功能模块302根据VFR和基于几何尺寸的转换因数(k_PCSV)来确定排气的预催化剂空间速度(SV_PC)。更具体而言，k_PCSV为取决于预催化剂34的容积的常数。T_PCLO模块306根据SV_PC确定预催化剂点火温度(T_PCLO)。更具体而言，T_PCLO模块306包括使SV_PC与T_PCLO互相关联的预校准曲线或查表。

T_PCLO被输出至预催化剂(PC)允许模块308和功能模块310。功能模块310根据T_PCLO和常数k_PCLO来确定预催化剂温度下限(T_PCLL)。更具体而言，T_PCLL确定为T_PCLO和常数k_PCLO之间的差。例如，如果T_PCLO等于200℃并且常数k_PCLO等于20℃，那么T_PCLL将等于180℃。T_PCLL被输入PC允许模块308中。PC允许模块308根据T_PC、T_PCLL和T_PCLO来产生PC允许信号(例如：LO或0＝禁止而H1或1＝允许)。更具体而言，T_PCLO和T_PCLL确定允许与禁止再生的范围。例如，如果T_PC大于T_PCLO，那么PC允许信号为H1。如果T_PC随后下降至T_PCLO以下，但仍大于T_PCLL，那么PC允许信号保持为H1。当T_PC降至T_PCLL以下时，PC允许信号只能随后到达LO。按照这种方式，就能禁止PC允许信号在T_PC在T_PCLO上下浮动的情况下而在H1与LO之间快速转换。

第三功能模块312根据EFR和k_VFR来确定VFR。尽管示出了第三功能模块312，但应当理解可以使用上述第一功能模块300进行输出。第四功能模块314根据VFR确定和基于几何尺寸的转换因数(k_OCSV)来确定排气的氧化催化剂空间速度(SV_OC)。更具体而言，k_OCSV为取决于氧化催化剂38的容积的常数。T_OCLO模块316根据SV_OC确定氧化催化剂点火温度(T_OCLO)。更具体而言，T_OCLO模块316包括使SV_OC与T_OCLO互相关联的预校准曲线或查表。

T_OCLO被输出至氧化催化剂(OC)允许模块318和功能模块320。功能模块320根据T_OCLO和常数k_OCLO来确定氧化催化剂温度下限(T_OCLL)。更具体而言，T_OCLL确定为T_OCLO和常数k_OCLO之间的差。例如，如果T_OCLO等于200℃并且常数k_OCLO等于20℃，那么T_OCLL将等于180℃。T_OCLL被输入OC允许模块318中。OC允许模块318根据T_OC、T_OCLL和T_OCLO来产生OC允许信号(例如：LO或0＝禁止H1或1＝允许)。更具体而言，T_OCLO和T_OCLL确定允许与禁止再生的范围。例如，如果T_OC大于T_OCLO，那么OC允许信号为H1。如果T_OC随后降至T_OCLO以下，但仍大于T_OCLL，那么OC允许信号保持为H1。当T_OC降至T_OCLL以下时，OC允许信号只能随后到达LO。按照这种方式，就能禁止OC允许信号在T_OC在T_OCLO上下浮动的情况下而在H1与LO之间快速转换。

PC允许信号和OC允许信号被输出至与门322。与门322根据PC允许信号和OC允许信号输出基于EFR的允许信号(例如：LO或0＝禁止而H1或1＝允许)。更具体而言，如果PC允许信号和OC允许信号都为H1(即等于1)，则基于EFR的允许信号为H1。如果PC允许信号和OC允许信号中任一个或两者均为LO(即等于0)，则基于EFR的允许信号为LO。基于EFR的允许信号被输出至再生允许模块，该模块根据基于EFR的允许信号和其它再生允许标准选择性地允许DPF再生。

尽管相对于排气系统18中的多种催化剂而对本发明的DFP再生控制进行了上述描述，但是可以预期DPF再生控制可以根据本发明的原理得以改型以便与其它排气系统构型一起使用。例如，在单一催化剂的情况下，根据EFR和催化剂温度产生单一催化剂允许信号。

根据以上描述，本发明所属领域的普通技术人员现在能够理解，本发明的广义思想能够按照各种形式实现。因此，尽管以上结合其特定实例描述了本发明，但本发明的真正范围不应当被限制于此，因为在研究了附图、说明书和所附技术方案之后，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚其它改型。

Claims

1.一种包括具有催化剂和柴油粒子过滤器的排气系统的柴油发动机系统，包括：

根据通过所述排气系统的排气流速确定所述催化剂的点火温度的第一模块；和

根据点火温度和催化剂温度产生允许信号的第二模块；

根据所述允许信号来允许进行柴油粒子过滤器再生程序。

2.根据权利要求1所述的柴油发动机系统，其中当所述催化剂温度大于所述点火温度时，所述第二模块产生所述允许信号。

3.根据权利要求1所述的柴油发动机系统，其中所述排气流速根据进入所述发动机的质量空气流和该发动机的加燃料速度来确定。

4.根据权利要求1所述的柴油发动机系统，其中所述点火温度根据所述催化剂的空间速度来确定，而该空间速度根据所述排气流速来确定。

5.根据权利要求1所述的柴油发动机系统，其中所述第二模块根据所述点火温度和催化剂下限温度来产生所述允许信号。

6.根据权利要求5所述的柴油发动机系统，其中当所述催化剂温度小于所述点火温度并且大于所述催化剂下限温度时，所述第二模块保持所述允许信号。

7.一种在包括具有催化剂和柴油粒子过滤器的排气系统的柴油发动机系统中允许进行柴油粒子过滤器再生程序的方法，包括：

根据通过所述排气系统的排气流速确定所述催化剂的点火温度；以及

根据所述点火温度和催化剂温度产生允许信号；

根据所述允许信号来允许进行所述柴油粒子过滤器再生程序。

8.根据权利要求7所述的方法，其中当所述催化剂温度大于所述点火温度时，产生所述允许信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述排气流速根据进入所述发动机的质量空气流和该发动机的加燃料速度来确定。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述点火温度根据所述催化剂的空间速度来确定，而该空间速度根据所述排气流速来确定。

11.根据权利要求7所述的方法，其中根据所述点火温度和催化剂下限温度来产生所述允许信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中当所述催化剂温度小于所述点火温度并且大于所述催化剂下限温度时，就保持所述允许信号。

13.一种在包括具有预催化剂、氧化催化剂和柴油粒子过滤器的排气系统的柴油发动机系统中允许进行柴油粒子过滤器再生程序的方法，包括：

根据通过所述排气系统的排气流速确定所述预催化剂的预催化剂点火温度；

根据通过所述排气系统的所述排气流速确定所述氧化催化剂的氧化催化剂点火温度；以及

根据所述预催化剂点火温度、所述氧化催化剂点火温度、预催化剂温度和氧化催化剂温度产生允许信号；以及

14.根据权利要求13所述的方法，其中当所述预催化剂温度大于所述预催化剂点火温度并且所述氧化催化剂点火温度大于所述氧化催化剂温度时，产生所述允许信号。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述排气流速根据进入所述发动机的质量空气流和该发动机的加燃料速度来确定。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述预催化剂点火温度根据所述预催化剂的空间速度来确定，而该空间速度根据所述排气流速来确定。

17.根据权利要求13所述的方法，所述氧化催化剂点火温度根据所述氧化催化剂的空间速度来确定，而该空间速度根据所述排气流速来确定。

18.根据权利要求13所述的方法，其中根据所述预催化剂点火温度、预催化剂下限温度、所述氧化催化剂点火温度以及氧化催化剂下限温度来产生所述允许信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其中当所述预催化剂温度小于预催化剂点火温度并大于所述预催化剂下限温度，并且所述氧化催化剂温度小于氧化催化剂点火温度并大于氧化催化剂下限温度时，就保持所述允许信号。