CN102770635B - 再生辅助过渡时段 - Google Patents
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Abstract
一种动力系统（1），该动力系统包括产生排气的发动机（10）、捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器（54）、以及控制器（71），该控制器使动力系统从第一操作模式切换到第二操作模式以使颗粒过滤器再生，其中，第一操作模式与第二操作模式之间的过渡在颗粒过滤器中的烟粒的量相对于阈值改变时以比在发动机的负荷改变时慢的速度发生。
Description
技术领域
本发明涉及发动机排气后处理系统，且更具体地涉及柴油机颗粒过滤器的再生。
背景技术
后处理系统可以包括必须再生并且可能由于硫而失效的柴油机颗粒过滤器。欧洲专利申请08160276.5公开了一种改变发动机负荷和速度以使排气的温度高于极限温度的发动机控制系统。
发明内容
在一方面，公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器、以及控制器，该控制器使动力系统从第一操作模式切换到第二操作模式以使颗粒过滤器再生，其中，第一操作模式与第二操作模式之间的过渡在颗粒过滤器中的烟粒量相对于阈值改变时以比在发动机的负荷改变时慢的速度发生。
在另一方面，公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、传送排气的排气管、配置在排气管中的背压阀（反压阀）、以及控制器，该控制器在第一条件下以第一速度致动背压阀并且在第二条件下以比第一速度快的第二速度致动背压阀。
在又一方面，公开了一种控制动力系统的方法，该方法包括：在第一操作模式下操作动力系统；在第二操作模式下操作动力系统以辅助颗粒过滤器的再生；响应于颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下而使动力系统在第一时间段从第二操作模式过渡到第一操作模式；以及响应于动力系统的负荷上升超过临界量而使动力系统在比第一时间段短的第二时间段从第二操作模式过渡到第一操作模式。
本发明的其它特征和方面将从下文的描述和附图而显而易见。
附图说明
图1是动力系统的图解视图。
图2是在第一操作模式和第二操作模式期间柴油机颗粒过滤器中的烟粒载荷的曲线表示。
图3是启用第二操作模式的发动机速度-转矩脉谱图和边界速度-转矩曲线的曲线表示。
图4是用于第二操作模式下的策略的框图。
图5是柴油机颗粒过滤器中的烟粒载荷的曲线表示，示出了延迟时段和过渡时段。
图6是柴油机颗粒过滤器中的烟粒载荷的曲线表示，示出了延迟时段和过渡时段。
图7是柴油机颗粒过滤器中超过阈值的烟粒载荷并且示出了发动机响应的曲线表示。
图8是在碳氢化合物去除校准（calibration）期间柴油机颗粒过滤器中的碳氢化合物水平的曲线表示。
图9是在硫探测程序期间温度分布和烟粒载荷分布的曲线表示。
具体实施方式
如图1所示，动力系统1包括发动机10和多个其它系统。这些系统包括燃料系统20、进气系统30、排气系统40、后处理系统50、排气再循环（EGR）系统60和电气系统70。动力系统1可以包括其它未示出的特征结构，诸如冷却系统、周边设备、传动系部件等。
发动机10形成用于动力系统1的动力。发动机10包括气缸体11、气缸12和活塞13。活塞13在气缸12内往复移动以驱动曲轴。发动机10可以是任何类型的发动机（内燃、气体、柴油、气态燃料、天然气、丙烷等），可以具有任何尺寸，带有任何数量的气缸，并且采用任何构造（“V”型、直列、径向等）。发动机10可以用于驱动任何机器或其它装置，包括公路卡车或车辆、越野卡车或机器、土方设备、发电机、航天应用、机车应用、海洋应用、泵、静止设备、或其它发动机驱动的应用。
燃料系统20将燃料21输送到发动机10。燃料系统20包括燃料箱22、燃料管23、燃料泵24、燃料过滤器25、燃料轨道26和燃料喷射器27。燃料箱22容纳燃料21，并且燃料管23将燃料21从燃料箱22输送到燃料轨道26。燃料泵24从燃料箱22吸取燃料21并将燃料21传送到燃料轨道26。在一些实施例中，可以使用多于一个燃料泵24，其中下游燃料泵24具有比上游燃料泵24高的压力容量。燃料21还可以经过一个或多个燃料过滤器25以清洁燃料21。
燃料21经由燃料轨道26来到燃料喷射器27，并且燃料21经由对应的燃料喷射器27被输送到各气缸12中。燃料喷射器27可以包括螺线管或压电阀以输送喷射物。通过燃料泵24的操作来对燃料轨道26进行加压。燃料泵24可以包括控制燃料泵24的压缩比的旋转斜盘28。旋转斜盘28的变化或燃料泵24的操作的其它变化可以用于改变燃料轨道26中的燃料21的压力并因此改变发动机燃料喷射压力。上文将燃料系统20描述为共轨燃料系统，但其它实施例可以适合于其它燃料系统，诸如整体式喷射器系统。
进气系统30将新鲜进气31输送到发动机10。进气系统30包括空气管32、空气滤清器33、压缩机34、进气冷却器35、进气门36、进气加热器37和进气歧管38。新鲜进气31经空气管32被吸入并进入气缸12。新鲜空气31首先经空气滤清器33被吸取，然后由压缩机34压缩，且接下来由进气冷却器35冷却。新鲜空气31然后可以经过进气门36和进气加热器37。新鲜空气31然后经由进气歧管38被输送到发动机10。与各气缸12相关的发动机进气门可以用于将空气输送到气缸12以用于燃烧。
排气系统40将未处理排气41从发动机10传送到后处理系统50。排气系统40包括排气歧管42、涡轮增压器43和背压阀44。背压阀44可以包括对排气施加的任何可控约束，包括智能发动机制动。
涡轮增压器43包括压缩机34、涡轮45、涡轮增压器轴46和废气门47。涡轮45经由涡轮增压器轴46旋转地连接到压缩机34。废气门47包括废气门通路48和废气门阀49。废气门通路48使涡轮45的上游与下游相连，并且废气门阀49配置在废气门通路48内。在一些实施例中，可以不需要或者不包括废气门47。在一些实施例中，涡轮增压器43可以包括不对称涡轮45和可以用于驱动EGR的单独的排气歧管42。在其它实施例中，涡轮增压器43可以包括可变几何形状涡轮45和可以用于驱动EGR的单独的排气歧管42。一些实施例还可以包括串联或并联的一个或多个附加涡轮增压器43。
背压阀44位于涡轮45下游和后处理系统50上游。在其它实施例中，背压阀44可以位于后处理系统50中，排气歧管42中，或发动机10下游的其它部位。
未处理排气41经由发动机排气门从发动机10排出并经排气歧管42被传送到涡轮45。热的未处理排气41驱动涡轮45，涡轮45驱动压缩机34，并压缩新鲜进气31。当废气门阀49打开时，废气门通路48允许未处理排气41绕开涡轮45。废气门通路48被控制成调节涡轮增压器43增压压力，并且废气门阀49可以构造成一旦达到临界增压压力便打开。
后处理系统50接收未处理排气41并将其提纯以产生被传送到大气的清洁排气51。后处理系统50包括排气管52、柴油氧化催化剂（DOC）53和柴油机颗粒过滤器（DPF）54，该柴油机颗粒过滤器54可以是催化DPF54。DOC 53和DPF 54可以被收容在如图所示的单个罐55或单独的罐中。后处理温度代表罐55内部的DOC 53和DPF 54的温度。后处理系统50中还可以包括消音器。
DOC 53将一氧化氮（NO）氧化成二氧化氮（NO2）。DOC 53在基底上包括催化剂或贵金属涂层。基底可以具有蜂窝结构或其它长形通道结构或其它高表面积结构。基底可以由堇青石或另一种合适的陶瓷或金属制成。贵金属涂层可以主要由铂组成，不过可以使用其它催化涂层。在一个实施例中，DOC 53可以在每平方英寸DOC 200至600个孔格上具有介于10与50克/立方英尺的贵金属载荷。虽然可以使用钯涂层，但可以不需要钯涂层，因为它通常用于在500摄氏度之上的温度稳定性。DOC还可以包括修补基面（washcoat，中间层）涂层以帮助保持贵金属涂层并提供另外的反应位置。修补基面可以基于氧化铝（AL2O3），或者基于另一种合适的材料。
不同类型的DOC构造成用于带有不同的DPF 54再生策略的不同类型的后处理系统。这些不同的DPF 54再生策略可以包括低温、计量（定量，给料dosing）和上游加热。当前的后处理系统50的DOC 53的特征可以体现为低温后处理系统DOC 53，因为DPF 54在比较低的温度下被动地再生。这些低温DOC需要高贵金属载荷来实现所需的NO2生产水平，但可以不需要用于热稳定性的钯。
计量DOC需要高贵金属载荷来形成所需的放热反应量。这些计量DOC还可能由于可能涉及的温度而需要用于热稳定性的钯。这些计量DOC的总贵金属载荷可以类似于上述低温DOC的贵金属载荷。
上游加热DOC用于诸如加热器或燃烧器的热源位于DPF 54上游以提供用于DPF 54再生的热的后处理系统。这些上游加热DOC不需要高贵金属载荷，因为热来自另一个来源。然而，这些上游加热DOC可能由于可能涉及的较高温度而需要用于热稳定性的钯。这些系统中通常需要大于500摄氏度的后处理温度。这些上游加热DOC可以在每平方英寸DOC 200至400个孔格上具有介于5与25克/立方英尺的贵金属载荷。由于较低的贵金属载荷，上游加热DOC可以比低温或计量DOC更廉价。
DPF 54收集颗粒物质（PM）或烟粒。DPF 54还可以包括催化剂或贵金属以及修补基面，以帮助DOC 53将NO氧化成二氧化氮（NO2）。DPF54的催化剂涂覆在带有蜂窝结构或其它长形通道或薄壁结构的基底上。DPF 54基底可以比DOC 53基底更加多孔并且每隔一个通道可以被堵塞，其中一半通道在入口端被堵塞，且一半通道在出口端被堵塞。这种增大的孔隙率和堵塞的通道促进了排气的壁流。壁流使得烟粒被过滤并收集在DPF 54中。
类似于DOC，不同类型的DPF构造成用于带有不同的DPF 54再生策略的不同类型的后处理系统。例如，上游加热后处理系统可以不需要带有任何催化剂或仅比较少的催化剂的DPF，因为需要较少的被动再生。
后处理系统50的变型是可能的。例如，DOC 53可以扩大、减小或消除DPF 54上的任何催化剂需求。DPF 54也可以扩大并且增加涂覆的催化剂的量以消除对DOC 53的需求。催化剂的类型也可以改变。也可以向燃料供给源添加催化剂。
后处理系统50还可以包括选择性催化还原（SCR）系统以将NO和NO2还原成N2。SCR系统可以包括SCR催化剂和还原剂系统，以向SCR催化剂中增加还原剂供给。
EGR系统60将未处理排气41传送到进气系统30，在该进气系统中未处理排气41与新鲜空气31混合而形成混合空气61。混合空气61然后被输送到发动机10。由于未处理排气41已经被发动机10燃烧，所以它包含较少的氧并且比新鲜空气31更加有惰性。因此，混合空气61由发动机10燃烧生成了较少热量，这抑制了NOx的形成。
EGR系统60包括EGR分支62、EGR管63、EGR冷却器64、EGR阀65、簧片阀66、EGR导入口67和一个或多个EGR混合器68。EGR分支62流体连接到排气歧管42和EGR管63。在其它实施例中，EGR分支62可以与单个或单组气缸隔离。在再其它实施例中，EGR分支62可以进一步位于下游，可以在后处理系统50之后或其中。EGR系统60还可以适合于位于气缸内。EGR冷却器64在EGR分支62下游配置在EGR管63中。在一些实施例中，EGR冷却器64和进气冷却器35可以合并。一些实施例也可以不包括簧片阀66。
EGR阀65在EGR冷却器64下游配置在EGR管63中。簧片阀66在EGR阀65下游配置在EGR管63中。在其它实施例中，EGR阀65和/或簧片阀66可以配置在EGR冷却器64上游。EGR导入口67在簧片阀66下游与EGR管63流体连接。EGR混合器68延伸到进气管32中，以将未处理排气41导入新鲜空气31中并与新鲜空气混合，从而形成混合空气61。在一些实施例中，可以不需要或者不包括簧片阀66和EGR混合器68。
电气系统70从动力系统1传感器接收数据，处理该数据，并控制动力系统1中的多个部件的操作。电器系统70包括控制器71、线束72和多个传感器。控制器71可以体现为电子控制模块（ECM）或能够接收、处理和传送所需数据的另一个处理器。控制器71还可以体现为协同工作的多个单元。控制器71可以与比当前实施例中所示多或少的部件通信和/或控制所述部件。控制器71构造或编程为接收数据并控制如文中所述的动力系统1的部件。
传感器全部经由线束72连接到控制器71。在其它实施例中，可以使用无线通信代替线束72。传感器可以包括烟粒载荷传感器73、后处理入口温度传感器74、进气温度传感器75、大气压传感器76、轨道燃料温度传感器77、轨道燃料压力传感器78、EGR气体温度传感器79、EGR阀入口压力传感器80、EGR阀出口压力传感器81、进气歧管温度传感器82、进气歧管压力传感器83和发动机速度传感器84。还可以包括EGR阀位置传感器，或者可以基于已知的指令信号来确定EGR阀位置。
烟粒载荷传感器73提供了DPF 54中的烟粒载荷的指示。烟粒载荷传感器73提供与DPF 54的每单位体积的烟粒的质量或数量相对应的读数。可以将烟粒载荷量表达为DPF 54的最大可接受的烟粒载荷的百分比。可以将DPF 54的最大可接受烟粒载荷确定为DPF 54中热事件的可能性变得高于任意极限或临界量的载荷。因此，烟粒载荷百分比可能大于100%，但这是不希望的。
可能需要针对可以通过大气压传感器76确定的不同海拔或大气压来修正烟粒载荷值。还可能需要针对DPF 54中随时间积聚粉尘来修正烟粒载荷值。这种修正可以使用估计粉尘量的模型或传感器来完成。烟粒载荷传感器73的精度和响应度越高，可以分配的100%烟粒载荷值就越精确。
在一个实施例中，烟粒载荷传感器73可以体现为射频（RF）传感器。这种RF传感器可以使射频通过DPF 54并测量衰减频率作为DPF 54中颗粒载荷的指示。烟粒载荷传感器73还可以测量DPF 54内部或前后的其它方面作为烟粒载荷的指示。例如，烟粒载荷传感器73可以测量DPF 54前后的压差或温差。烟粒载荷传感器73还可以体现为随时间预测颗粒载荷的计算机脉谱图、模型或算法。
后处理入口温度传感器74测量进入后处理系统50的未处理排气41的温度。可以经由后处理入口温度传感器74来确定后处理温度。还可以采用其它方式来确定后处理温度。例如，可以从发动机脉谱图、红外线温度传感器、位于上游或下游的温度传感器、或压力传感器来确定或推测后处理温度。
进气温度传感器75测量进入进气系统30的新鲜空气31的环境温度。大气压传感器76测量动力系统1环境的大气压作为海拔指示。轨道燃料温度传感器77和轨道燃料压力传感器78测量燃料轨道26内部的温度和压力，该压力是发动机燃料喷射压力。EGR气体温度传感器79测量与新鲜空气31混合的未处理排气41的温度。EGR阀入口压力传感器80和EGR阀出口压力传感器81测量EGR阀65的任一侧的压力。进气歧管温度传感器82和进气歧管压力传感器83测量进气歧管38内部的温度和压力。发动机速度传感器84可以通过测量凸轮轴、曲轴或其它发动机10部件的速度来测量发动机10的速度。
线束72还连接到背压阀44、废气门阀49、燃料泵24、发动机10、燃料喷射器27、EGR阀65、进气门36和进气加热器37。控制器71控制背压阀44、废气门阀49、燃料泵24、发动机10、燃料喷射器27、EGR阀65、进气门36和进气加热器37。
发动机10产生的烟粒被DPF 54收集。烟粒的主要成分是碳（C）。未处理排气41中包含的NO在其经过DOC时转化为NO2。NO2接下来与被捕集在DPF 54中的碳相接触。来自DOC 53的NO2和被捕集在DPF54中的碳然后反应而产生CO2和NO，从而燃烧烟粒。如果DPF被催化，则NO可以再次转化为NO2，以实现进一步的烟粒氧化。
在后处理点燃温度之上，上述反应可以在足以至少燃烧被捕集的烟粒或使DPF 54连续再生的速度发生。后处理点燃温度可以是大约230摄氏度。在其它实施例中，后处理点燃温度可以介于大约200摄氏度与260摄氏度之间。随着后处理温度上升到点燃温度之上，上述反应的速度提高并且DPF 54更快地再生。在这些条件下的再生可以称为低温再生。
图2、图3和图5-8是动力系统操作条件的曲线表示。应理解，所提出的值旨在说明本发明的方面且不一定代表预期或经历的数据集。
如图2所示，在一些发动机10工作或负载循环或环境下，后处理温度在充足的时间足够高以使DPF 54连续再生。然而，图2还示出了在一些负荷循环或环境下，后处理温度可能不足，并且DPF中的烟粒载荷可能达到再生活化烟粒阈值103。
为了应对达到再生活化烟粒阈值103的状况，发动机10包括在第一操作模式101或第二操作模式102下操作的控制系统100。也可以称为再生辅助校准的第二操作模式102形成有助于产生DPF 54再生的动力系统1条件。在大多数发动机10工作或负荷循环或环境下并且当DPF 54在再生活化烟粒阈值103以下时，控制系统100在也可以称为标准校准的第一操作模式101下操作发动机10。第二操作模式102被描述为供低温后处理系统使用，但也可以与计量或上游加热后处理系统联用以辅助再生。
图3示出了发动机速度与发动机转矩的关系曲线图。该曲线图包括峰值额定速度-转矩曲线104和临界或边界速度-转矩曲线105。边界速度-转矩曲线105可以与在正常操作条件下引起高于DOC的点燃温度的后处理温度以实现DPF 54的连续再生的发动机10状态相关。在一个实施例中，该点燃温度可以是大约230摄氏度。在其它实施例中，速度-转矩曲线105可以与其它后处理温度阈值相关。
边界速度-转矩曲线105的形状可以根据动力系统1和其安装而变化。发动机10速度由发动机速度传感器84确定。根据发动机10速度和燃料21的喷射量来计算发动机10转矩。可以通过由发动机速度和转矩值构成的脉谱图来确定边界速度-转矩曲线105下方的区域。
如果发动机10速度-转矩在边界速度-转矩曲线105之上，则禁用第二操作模式102并且仅采用第一操作模式101。如果DPF 54达到再生活化烟粒阈值103并且发动机10速度和转矩在边界速度-转矩曲线105之下，则控制系统100在第二操作模式102下操作发动机10。
一旦达到再生失活烟粒阈值106，控制系统100便再次启用第一操作模式101。在下降到再生失活烟粒阈值106之下后，第二操作模式102不会被再启用直到再次达到再生活化烟粒阈值103。
判断再生活化烟粒阈值103和再生失活烟粒阈值106的确立，以尽可能避免使用第二操作模式102。在一些实施例中，再生活化烟粒阈值103可以是大约90%。在其它实施例中，再生活化烟粒阈值103可以介于70%与100%之间、85%与95%之间、大于80%或大于90%。在一些实施例中，再生失活烟粒阈值106可以是大约80%，在其它实施例中，再生失活烟粒阈值106可以介于65%与85%之间、大于70%、或大于80%。
如果在发动机10处于第二操作模式102下时发动机10速度和转矩上升到边界速度-转矩曲线105之上，则可以中断第二操作模式102，并将启用第一操作模式101。如果在这种中断后发动机10速度和转矩再次下降到边界速度-转矩曲线105之下并且烟粒载荷在再生失活烟粒阈值106之上，则将再启用第二操作模式102。一旦发动机10停止工作，任何与第二操作模式102是否启用或是否已发生中断有关的历史记录就可能消失或者可能被保持以继续第二操作模式102的操作，就像未发生过中断一样。历史记录也可以配置成在发动机10停止工作之后的预定或临界时间量之后消失。
图4中示出了第二操作模式102。第二操作模式102采用一组再生策略200来形成发动机结果（outcome）205。发动机结果205包括较高的排气温度和较高的NOx/烟粒比。这样，控制系统100实现了用于完成DPF 54的再生的目标NOx/烟粒比107和目标再生温度108，如图2所示。目标NOx/烟粒比107引起可以缩短第二操作模式102所需的时间量的加速低温连续再生。
在第一操作模式101期间，发动机10所产生的NOx/烟粒比可以大于每克烟粒20克NOx。在第二操作模式102期间，发动机10所产生的目标NOx/烟粒比107可以上升为大于每克烟粒35克NOx。在其它实施例中，在第二操作模式102期间，目标NOx/烟粒比107可以大于每克烟粒45克NOx。在再其它实施例中，在第二操作模式102期间，目标NOx/烟粒比107可以大于每克烟粒50克NOx。在第二操作模式102期间，目标NOx/烟粒比107也可以介于每克烟粒45到55克NOx之间。在一些实施例中，发动机10所产生的目标NOx/烟粒比107可以是每克烟粒大约50克NOx。
在第二操作模式102期间，目标再生温度108高于点燃温度并且可以在200与400摄氏度之间的范围内。在其它实施例中，在第二操作模式102期间，目标再生温度108大于230摄氏度。
如上所述，DOC将NO转化成NO2并且NO2与DPF 54中的碳发生反应而形成CO2和NO。第二操作模式102增大了未处理排气41中的NOx/烟粒比，从而可获得更多的NO2来与烟粒发生反应，从而以更快的速度形成CO2和NO。如上所述，第二操作模式102也必须提高未处理排气41的温度以使后处理温度上升到点燃温度之上，从而实现这些反应。第二操作模式102还减小了未处理排气41中的烟粒量，使得较少的碳将被捕集并且DPF中的总烟粒载荷将更快地减小。
为了实现结果205，第二操作模式102采用改变发动机的操作参数的多个再生策略200。这些再生策略200可以包括背压阀策略210、EGR阀策略220、燃料喷射正时策略230、燃料射流模式策略240、燃料压力策略250和进气加热器策略260。虽然每个个别的策略可能以不同方式影响NOx、温度和烟粒，但它们全部协同工作以提高后处理温度和未处理排气41的NOx/烟粒比。
文中所述的再生策略的类型在一定程度上伴随有降低的燃料效率、增加的发动机10噪音、减慢的瞬时响应和增加的成本和复杂性。然而，本发明的动力系统1和控制系统100使这些担忧最小化。
在大部分操作条件下，很少需要或使用第二操作模式102。第二操作模式102以及再生策略200的使用实际上还减少了其它DPF再生系统所需的另外的硬件（加热器、燃烧器、计量器等）。一起使用多个再生策略200还可以帮助使NOx/烟粒比和温度最大化，以辅助再生或者实现DPF 54的加速再生并缩短利用或需要第二操作模式102的时长。虽然第二操作模式102可以引起烟粒量的增加，但它也更多地增加了NOx的量，从而引起较高的NOx/烟粒比。可选择地，第二操作模式102可以减少NOx并减少烟粒，从而同样引起较高的NOx/烟粒比。
高NOx/烟粒比还降低了温度并且减少了在DPF 54的再生所需的温度的时间，这减小了DPF 54上的热应力并且减少了DPF 54的任何老化或失活。DPF 54的老化可以包括催化剂的烧结，这可能根据时间和温度而堵塞通道并降低性能。
第二操作模式102将DPF 54的烟粒载荷降低到再生失活烟粒阈值106之下所需的时间可以在大约20分钟与60分钟之间的范围内。所需的时间主要根据还影响后处理温度的各种条件而变化，并且可以比所述的时间长或短。影响第二操作模式102将DPF 54的烟粒载荷降低到再生失活烟粒阈值106之下所需的时间的条件可以包括环境空气温度、寄生载荷水平、低发动机怠速、排气管52长度、进气系统30的设计和尺寸确定、涡轮增压器43配置、隔热、发动机机舱尺寸、以及许多其它因素。
背压阀策略210包括关闭背压阀44。关闭背压阀44增大了排气系统40中的压力，从而使调速器增加喷射到发动机10中的燃料21的量以维持发动机10速度。所喷射的燃料21的增加可以引起燃料效率降低，但它还引起未处理排气41的温度和后处理温度升高。
背压阀44的关闭量取决于发动机10速度。背压阀44以实现所需的后处理温度同时避免发动机10失速的量关闭。在低速下，背压阀可以最大关闭98%，而在较高的速度下，背压阀44可以最大仅关闭60%。背压阀44关闭的百分比是阻塞的排气管的截面积与在背压阀44完全打开时排气管的截面积的百分比。背压阀关闭的百分比可以基于所使用的具体阀设计而变化。
在低速下，与在未关闭时介于3与7kPa之间的压差相比，背压阀44的关闭可以导致介于150与300kPa之间的进气歧管38与排气歧管42之间的压差。在高速下，与在未关闭时介于40与50kPa之间的压差相比，背压阀44的关闭可以导致进气歧管38与排气歧管42之间介于50与100kPa之间的压差。以上列举的压差范围可以基于涡轮增压器43尺寸而变化并匹配其它动力系统1的改变。
背压阀44的关闭可以慢速完成以在缓慢的受控速度下建立排气歧管42中的压力。背压阀44关闭的量和上述对应的压差可以主要取决于多种因素，包括涡轮增压器43类型/尺寸确定/匹配、进气歧管38尺寸、排气歧管42尺寸、EGR管63尺寸、后处理系统50的背压、以及许多其它因素。
背压阀44的操作由进气歧管38与排气歧管42之间测定或确定的压差控制。进气歧管38中的压力由进气歧管压力传感器83确定。排气歧管42中的压力由EGR阀入口压力传感器80确定。如下文所述，EGR阀65在第二操作模式102期间关闭，因此在EGR阀进口压力传感器80处的压力将与排气歧管42中的压力相同。在一个可选择实施例中，排气歧管42中的压力可以由排气歧管42中增设的压力传感器确定。如果在一个可选择的实施例中EGR阀未完全关闭或者不包括或改变EGR系统60，则可能需要在排气歧管42中增设压力传感器。
背压阀44的操作也可以受后处理温度控制。然而，进气歧管38与排气歧管42之间的压差可能更敏感。使用后处理温度来控制背压阀44的操作可能需要等待温度由于压差而上升。
如果基于进气歧管38与排气歧管42之间的压差的控制未引起超过DOC 53的点燃温度的后处理温度，则可以使用基于后处理温度的控制。尽管实现了进气歧管38与排气歧管42之间的目标压差但无法达到期望的后处理温度可能是低温环境条件或后处理系统50远远安装在下游的结果。在这些状况下，可以基于后处理温度来控制背压阀44并使其以大于进气歧管38与排气歧管42之间的压差所要求的百分比关闭。然而，在一个实施例中，不允许进气歧管38与排气歧管42之间的压差超过最大值（例如300kPa）。
如果基于进气歧管38与排气歧管42之间的压差的控制引起后处理温度超过预定或临界后处理最大温度（例如400摄氏度），则也可以使用基于后处理温度的控制。超过后处理最高温度可能导致DOC 53和/或DPF 54损坏，如上所述。在这些状况下，可以基于后处理温度来控制背压阀44并使其以大于进气歧管38与排气歧管42之间的压差所要求的百分比打开。超过后处理最高温度也可引起向操作员发出警告。
背压阀44的操作也可以受排气歧管42中的绝对压力控制。然而，利用进气歧管38与排气歧管42之间的压差可以降低应对海拔对绝对压力的影响的需求。
如果背压阀44无法关闭或者对指令作出响应，则可以修改第二操作模式102，以或多或少地使用其它再生策略200和/或使发动机10减速。
为了保持背压阀44正常工作并在可能苛刻的环境中测试其操作，可以执行背压阀44的运动。这些运动可以定期（例如每30分钟）进行。运动程度可以取决于排气质量流速，其中在较低的排气质量流速下进行较大的运动，而在较高的排气质量流速下进行较小的运动。可以根据发动机10速度、传感器、输出、或另一个动力系统1条件来确定排气质量流速。较大的运动为背压阀44操作和测试提供了更多益处，而在较高速度下可能需要较小的运动，以减少在测试期间对发动机10性能的影响。背压阀44的运动还可以被限制为仅在低发动机10速度下发生，其中对性能影响的担忧较小。
另外的策略或背压阀策略210的替代策略可以是进气门策略。进气门36或背压阀44中的一者或两者可以称为用于辅助DPF 54的再生的再生阀。在一个实施例中，进气门36的关闭减少了供给到发动机10的新鲜进气31的量并且增加了抽吸损失，这使温度升高。背压阀策略210可以比进气门策略更有效，因为背压阀策略210并未降低歧管压力，因此更加不易发生断火。在一些实施例中，动力系统1中可以不需要或者不包括进气门36。
EGR阀策略220包括在第二操作模式102期间或者在背压阀44至少部分关闭时关闭EGR阀65。然而，EGR阀65可以在背压阀44至少部分关闭时无需始终关闭，尤其是在使用背压阀44来对其它后处理装置如SCR系统或DOC 53进行热管理的情况下。关闭EGR系统60增加了所产生的NOx的量。关闭EGR系统60还防止了在背压阀44部分关闭时通过EGR系统60的高流量水平。这种流动可能导致混合空气61中未处理排气41与新鲜空气31的不平衡并且可能降低背压阀策略210的效力。
在一些实施例中，背压阀44将保持完全打开或者以大于在发生EGR阀65无法关闭的情况下的程度打开。EGR阀策略220在不带EGR系统的动力系统中可以消除，或者在具有缸内EGR系统的动力系统中可以进行修改。
燃料喷射正时策略230包括提前或延迟主喷射的正时。是否提前或延迟燃料喷射正时部分取决于在第二操作模式102启用前对于当前发动机10速度和转矩而言在第一操作模式101下当前燃料喷射正时如何。改变燃料喷射正时的影响可以主要取决于燃烧动态，燃烧动态可以受活塞和缸盖几何形状、燃料喷雾模式、空燃比、或其它因素影响。姑且不论这些不确定性，提前的燃料喷射正时可以伴随有减少的烟粒和增加的NOx，而延迟的燃料喷射正时可以伴随有升高的温度、增加的烟粒和减少的NOx。
由于这些相冲突的利益，是提前还是延迟燃料喷射正时取决于第二操作模式102中的其它再生策略200在一定的发动机10速度和转矩下可以对温度、NOx和烟粒产生的影响。例如，在边界速度-转矩曲线105下方的高发动机10速度和转矩下，可以通过其它策略容易地获得高于点燃温度的后处理温度，因此提前燃料喷射正时以减少烟粒。相比之下，在边界速度-转矩曲线105下方的低发动机10速度和转矩下，可能难以通过其它策略获得高于点燃温度的后处理温度，因此延迟燃料喷射正时以辅助升高后处理温度。
燃料射流模式策略240包括通过燃料喷射器27增加燃料喷射射流。在一个实施例中，燃料射流模式策略240可以增加早期先导喷射（在活塞13上止点位置前10至40度）、封闭联接的先导喷射（在活塞13上止点位置前5至20度）、封闭联接的后喷射（在活塞13上止点位置后5至30度）、或延迟的后喷射（在活塞13上止点位置后10至40度）。其它实施例可以包括各种各样可选择的燃料射流模式。
这些射流中的每一者都具有可以有益于实现DPF 54的再生的不同影响，尤其是当与其它再生策略200联合时。与燃料喷射正时策略230相似，使用早期先导喷射、延迟的后喷射还是这两者，将取决于发动机10速度和转矩以及其它再生策略200实现DPF 54的再生所需的温度、NOx和烟粒水平的能力。延迟的后喷射的增加可以伴随有降低烟粒和升高温度，因此可能常常是燃料射流模式策略240的一部分。
燃料压力策略250包括升高燃料轨道26中的燃料压力，以升高发动机燃料喷射压力。升高的燃料喷射压力可以升高噪音水平，而且还可以增加NOx并且降低烟粒。较高的燃料喷射压力改善了燃烧室中的燃料21的雾化，这可以导致NOx的增加。升高的燃料压力还可能降低温度，但可以使用其它再生策略200来补偿这种影响并升高温度。
第二操作模式102期间的燃料喷射压力可以比第一操作模式101期间的燃料喷射压力大1.5倍、2倍或2.5倍。此外，燃料喷射压力可以在第二操作模式102期间沿斜坡逐渐上升。在一个实施例中，与第一操作模式101期间介于30与40MPa之间相比，第二操作模式102期间的燃料喷射压力可以介于60与70MPa之间。
进气加热器策略260包括启用进气加热器37。启用进气加热器37增加了发动机10的寄生载荷并且加热了输送到燃烧气缸12的进气。这两种效果引起较高的排气温度并且辅助再生。在一些实施例中，可能不需要或者不包括进气加热器37。
然而，在低发动机10怠速下，向进气加热器37和发动机10或机器的其它电气元件提供电力的交流发电机可能无法提供足够的动力。因此，需要一种仅在一定程度并在需要时启用进气加热器37的策略。因此，进气加热器37可以由闭环控制系统基于进气温度和燃料消耗而启用。进气温度和燃料消耗用于预测在定量使用进气加热器37的情况下得到的未处理排气41的温度。然后仅在实现所需的未处理排气41温度所需的程度启用进气加热器37。进气温度可以由进气歧管温度传感器82确定。可以基于发动机10负荷或速度-转矩来修正燃料消耗值，因为空气质量流量和燃烧热将发生变化并对未处理排气41温度有影响。
在可选择的实施例中，可以不需要进气加热器策略260和进气加热器37。进气加热器策略260和进气加热器37可以仅在环境温度非常低（例如低于负25摄氏度）时或者在频繁地在低发动机10怠速或负荷下运行的场合下需要。
在其它可选择的实施例中，在第二操作模式102期间，发动机10怠速也可以升高。发动机10怠速在预定或临界环境温度以下（例如0摄氏度以下）的环境中也可以升高。环境的环境温度可以由新鲜空气进气温度传感器75确定。在其它实施例中，可以不包括新鲜进气温度传感器75并且环境温度可以在发动机10升温前由其它温度传感器在发动机10起动时确定。
其它可选择的实施例也可以包括在发动机10上使用一个或多个寄生负载作为第二操作模式102的一部分。可以通过启用水泵、空气调节器、液压泵、发电机、风扇、加热系统、压缩机、灯或任何其它从发动机10吸能的系统来增加发动机10的负荷。如果采用SCR系统，则可以在逐渐导致第二操作模式102的启用时和/或在第二操作模式102启用期间增加还原剂供给，以应对第二操作模式102产生的高NOx水平。
为了进一步说明控制系统100的方面，图5、图6和图7包括作为时间的函数的图3的边界速度-转矩曲线105。为了简单，图5、图6和图7将边界速度-转矩曲线105显示为平坦线并且还包括相对于边界速度-转矩曲线105表示发动机10的速度和转矩的线。这样，图5、图6和图7示出了发动机10的速度和转矩何时高于和低于边界速度-转矩曲线105的时间。
图5示出了控制系统100还可以包括延迟时段109。延迟时段109是尽管烟粒载荷高于再生活化烟粒阈值103并且发动机10的速度和转矩下降到边界速度-转矩曲线105之下第二操作模式102也被启用前的延迟。因此，在延迟时段109期间，第一操作模式101起作用。
第二操作模式102的启用可能对响应性和性能有负面影响。因此，当发动机10速度和转矩有可能升高时，可能需要避免启用第二操作模式102。发动机10速度和转矩的升高通常紧随发动机10速度和转矩下降之后。例如，操作员和机器常常在完成任务之后在启动另一个动作或换挡之前暂停。
如图5所示，延迟时段109可以用于由发动机10通过在这种停顿期间保持其处于第一操作模式101中而改善瞬时响应。因此，延迟时段109有助于减小发动机10速度和转矩将在第二操作模式102被启用后不久由于这些停顿而回到边界速度-转矩曲线105之上的可能性。一旦发动机10速度和转矩回到边界速度-转矩曲线105之上，延迟时段109便结束。
延迟时段109还在大于零的预定或临界时间量之后结束。在一个实施例中，延迟时段109可以是大约30秒。在其它实施例中，延迟时段109可以介于0与50秒之间、大于10秒、或小于50秒。延迟时段的长度可以基于所经历的工况来确立，因此可能大幅变化。
图6还示出了延迟时段109的长度也可以基于烟粒载荷的水平而改变。当发动机10下降到边界速度-转矩曲线105之下时，图6中的烟粒载荷比图5中高。由于较高的烟粒载荷，对DPF 54的再生给予比提供响应性更多的优先，以便可以使发动机10速度和转矩升高。因此，缩短了延迟时段109的长度。延迟时段109的长度可以根据烟粒载荷而按比例缩短。
在一个实施例中，延迟时段109可以缩短到烟粒载荷增大超过再生活化烟粒阈值103达10%之后的大约3秒。在其它实施例中，延迟时段109可以缩短到烟粒载荷增加超过再生活化烟粒阈值103达10%之后的1到30秒之间、1到7秒之间、大于3秒、小于3秒、或零秒。还可以基于机器工作状态、机器档位、发动机10惰转、或操作员有无来改变延迟时段109的长度。
延迟时段109可以适用于全部再生策略200或者可以仅适用于所采用的再生策略200的一部分。在一个实施例中，延迟时段109可以仅适用于背压阀策略210。控制系统100的一些实施例也可以不包括延迟时段109或者可以包括变化的延迟时段109。
图5还示出了控制系统100可以包括过渡时段110。可以在第二操作模式102结束时增加过渡时段110，以平稳过渡回到第一操作模式101。也可以在其它发动机10校准或操作模式变化的间隔增加过渡时段110。
在过渡时段110期间，再生策略200从第二操作模式102缓慢变回到第一操作模式101。这种缓慢变化可以提示操作员在变化期间注意到的噪音、振动和/或性能的变化。
在一个实施例中，过渡时段110可以适用于背压阀策略210。在第二操作模式102期间，背压阀44部分关闭。立即打开背压阀44可能由于压力快速释放而导致负载噪音和可能的振动。因此，在过渡时段110期间，背压阀44可以缓慢打开，以缓慢释放压力。这种缓慢的压力释放可以减少否则在发动机10回到第一操作模式101时会经历的噪音和振动。
虽然背压阀44运动的速度可能大幅变化，但在一个示例中，在过渡时段110期间，背压阀44可以以在4到5秒之间的时间内实现完全运动的速度移动。在其它实施例中，背压阀44可以内在1到10秒之间、3到6秒之间、大于5秒、大于2秒、或大于1秒以实现完全运动的速度移动。背压阀44移动的速度可以根据所涉及的背压、空气质量流量、以及可接受的压力释放速度而变化。
如图6所示，由于过渡时段110可能减慢发动机10的瞬时响应，可能不会始终允许这种过渡时段110和背压阀44的缓慢移动。如果对发动机10施加负荷，从而使发动机10速度和转矩超过边界速度-转矩曲线105并结束第二操作模式102，则在回到第一操作模式101前可以不包括或者仅包括有限的过渡时段110。这种状况下，背压阀44将尽可能快或者比在过渡时段110期间更快地打开。
在没有过渡时段110的情况下，背压阀44可以在不到1秒的时间内实现完全运动。在一个实施例中，当不包括过渡时段110时，背压阀44可以在150毫秒内实现其90%的完全运动。这种快速打开可以导致排气系统40中的快速减压或压力释放。这种快速压力释放可能导致一定的噪音和可能的振动，但可以大部分被升高的发动机10速度和转矩掩盖。在其它实施例中，在发动机10速度和转矩高速变化期间，可以抑制过渡时段110的使用。
如图7所示，如果DPF 54中的烟粒载荷上升到再生活化烟粒阈值103之上，则可以采取另外的纠正动作。各种原因可以导致发生这种情况，包括极低的环境温度、高海拔、DOC 53或DPF 54的硫失活（下文更详细地描述）、发动机10故障、或意料之外的应用安装构造。
如果烟粒载荷达到高于再生活化烟粒阈值103的缓和减速烟粒阈值111，则可以对操作员发出警告并且发动机10转入减少的烟粒校准112。不论发动机10是在边界速度-转矩曲线105之上还是之下，都可以使用减少的烟粒校准112。在一些实施例中，缓和减速烟粒阈值111可以是大约100%。在其它实施例中，缓和减速烟粒阈值111可以介于80%与110%之间、95%与105%之间、大于90%、或大于100%。
减少的烟粒校准112减小了发动机10产生的烟粒量，以尽量减小DPF54中的烟粒载荷。减少的烟粒校准112可以不使用全部在第二操作模式102中使用的再生策略200。在一个实施例中，减少的烟粒校准112比第一操作模式101所要求更多地关闭EGR阀65，以实现减小的EGR流量。减小的EGR流量可以提高燃烧效率并减少烟粒。然而，第一操作模式101的其它方面可以不通过减少的烟粒校准112改变。
减少的烟粒校准112还可以包括发动机10的缓和减速113。在缓和减速113期间提供给发动机的燃料量可以根据具体的发动机（10）和具体的安装或应用而变化。发动机10的缓和减速113可以包括大约85%提供给发动机10的通常燃料量。在其它实施例中，发动机10的缓和减速113可以包括大约50%与95%之间、70%与90%之间、或小于95%提供给发动机10的通常燃料量。所使用的缓和减速113的程度也可以随着烟粒载荷增大而按比例增大。
缓和减速113期间的这种减小的燃料量也可以降低发动机10速度并帮助发动机10速度和转矩移动到边界速度-转矩曲线105下方（视负荷而定）。如果发动机10速度-转矩确实在边界速度-转矩曲线105之下，则可以使用第二操作模式102。
如果烟粒载荷达到高于缓和减速烟粒阈值111的完全减速烟粒阈值114，则可以再次对操作员发出警告并且发动机10转入完全减速115。可以使用也可以不使用上述减少的烟粒校准112。不论发动机10是在边界速度-转矩曲线105之上还是之下，都可以使用完全减速115。在一些实施例中，完全减速烟粒阈值114可以是大约120%。在其它实施例中，完全减速烟粒阈值114可以介于90%与140%之间、115%与125%之间、大于100%、或大于120%。
完全减速115可以包括大约50%提供给发动机10的通常燃料量。在其它实施例中，发动机10的完全减速115可以包括大约20%与80%之间、40%与60%之间、或小于70%提供给发动机10的通常燃料量。
与缓和减速113相似，完全减速115可以降低发动机10速度并且帮助发动机10速度和转矩移动到边界速度-转矩曲线105下方（视负荷而定）。如果发动机10速度和转矩确实处于边界速度-转矩曲线105之下，则可以使用第二操作模式102。
如果烟粒载荷达到高于完全减速烟粒阈值114的停机烟粒阈值116，则可能发生发动机停机事件117。在一些实施例中，停机烟粒阈值116可以是大约140%。在其它实施例中，停机烟粒阈值116可以介于110%与160%之间、125%与155%之间、大于110%、或大于140%。
如果比预定或临界值或者比预期更频繁地使用第二操作模式102，则操作员也可以接收警告和/或发动机10可以减速。
在特定后处理温度之下，可以不校准烟粒载荷传感器73。如果发动机10在该后处理温度之下运转延长的时间段，则控制系统100可以临时修改第一操作模式101，以升高后处理温度，从而从烟粒载荷传感器73获得读数。如果烟粒载荷传感器73失效，则可以假设DPF 54的烟粒载荷始终高于再生活化烟粒阈值103并低于缓和减速烟粒阈值111。
在某些实施例中，在发动机10起动后的发动机10升温期间，可以禁用第二操作模式102。第二操作模式102可以在起动后被禁用预定或临界时间量或者直到在起动后达到预定或临界的冷却剂温度或油温。在发动机10起动后并且在发动机10升温前，燃烧品质通常不良。启用第二操作模式102可能使燃烧品质进一步恶化。
图8示出了控制系统100还可以包括碳氢化合物去除校准118。还已知发动机10排气包含也可以在催化剂的点燃温度之下的温度下被收集在后处理系统50中的碳氢化合物（HC）。大部分碳氢化合物经过DOC 53和DPF 54，但一些碳氢化合物可以被收集或存储在催化剂上。如果允许积累，则当发动机10速度和转矩升高并且出现高排气流量时碳氢化合物将形成白色烟雾。
在碳氢化合物去除温度119之上，可以从后处理系统50去除碳氢化合物。在该碳氢化合物去除温度119之上，碳氢化合物反应而形成二氧化碳（CO2）和水（H2O）。碳氢化合物去除温度119可以是大约180摄氏度。
由于当启用第二操作模式102时达到远高于碳氢化合物去除温度119的温度，所以当启用第二操作模式102时碳氢化合物将被去除。碳氢化合物还将在发动机10速度和转矩使后处理温度超过碳氢化合物去除温度119的任何时间被去除。
然而，有时，后处理温度长时间未超过碳氢化合物去除温度119并且发动机10未产生足够的烟粒以在DPF 54中形成足以触发第二操作模式102的烟粒载荷。如果发动机10长时间在低怠速或者在低负荷下运行，则可能出现这种情况。这时，可以使用碳氢化合物去除校准118。
碳氢化合物去除校准118可以类似于第二操作模式102。然而，碳氢化合物去除校准118不需要达到与第二操作模式102一样高的温度或者获得DPF 54再生所需的NOx/烟粒水平。因此，碳氢化合物去除校准118可以采用较少的策略和/或可以以低于第二操作模式102的程度采用这些策略。例如，碳氢化合物去除校准118可以仅包括比第二操作模式102所需低0%到70%之间的进气歧管38与排气歧管42之间的压差。
控制系统100还可以包括用于探测硫失活的硫探测程序300。可以通过使用低硫或超低硫燃料21来防止或减少硫失活。硫探测程序300探测何时已发生硫失活并因此可以提供未使用低硫燃料的指示。
如图9中所示，硫探测程序300包括发动机10在再生前校准301下运转，接着在硫去除校准302下运转，接着在再生后校准303下运转。再生前校准301和再生后校准303基本上可以体现为与第二操作模式102相同的再生策略200。在一个实施例中，再生前校准301和/或再生后校准303与第二操作模式102相同。硫去除校准302或硫去除校准302的变型也可以独立于硫探测程序300单独用于硫去除。硫探测程序300也可以使用不同于再生策略200的策略。例如，可以通过影响其它发动机10运转参数、燃烧燃料的燃烧器、电加热器、碳氢化合物计量和其它技术来实现硫探测程序300中的期望后处理温度。
烟粒载荷传感器73在该硫探测程序300期间测量烟粒，且控制器71判断DOC 53和DPF 54是否已硫失活。硫失活影响DOC 53和DPF 54的性能。燃料21中的硫在燃烧期间形成SO2。DOC 53和DPF 54上的催化剂使SO2氧化而形成存储在贵金属催化剂上的SO3。硫还可以存储在修补基面上。
存储在DOC 53和DPF 54上的硫掩盖了反应位置，降低了催化反应的效率并由此减少了NO2的产生。减少的NO2的产生降低了烟粒燃烧的速度。由于烟粒燃烧的这种降低的速度，DPF 54可能开始无法在边界速度-转矩曲线105之上再生。因此，更频繁地需要第二操作模式102。硫失活还可能使第二操作模式102变得无效。可以使用大于300摄氏度的后处理温度来恢复反应位置并驱使硫离开DOC 53和DPF 54。
如果频繁使用第二操作模式102或者DPF 54无法再生，则可以使用硫探测程序300来判断诱因是否为燃料中的硫而不是动力系统1中的另一种故障。这些故障可以包括失活的DOC 53或DPF 54或将导致第二操作模式102无效的另一个动力系统1部件的故障。
图9示出了在硫探测程序300期间的温度分布。为了启动硫探测程序，DPF 54需要一定程度的烟粒载荷。该烟粒载荷的程度可以大于80%。在其它实施例中，可能需要大于90%的烟粒载荷。操作员或维修技术人员可以启动硫探测程序300，并且硫探测程序300可以作为维修程序的一部分来进行。在其它实施例中，硫探测程序300可以自动进行。
硫探测程序300开始于再生前校准301。在再生前校准301期间，如上文关于第二操作模式102所述来实现目标再生温度108和再生NOx/烟粒比107，以使DPF 54再生。
在硫去除校准302期间，后处理温度上升到脱硫温度305。脱硫温度305可以高于目标再生温度108并且可以介于300摄氏度与500摄氏度之间。在一个实施例中，脱硫温度305可以介于400摄氏度与500摄氏度之间。
硫去除校准302可以运行一段时间，以使DOC 53和DPF 54去除全部或一部分硫。可以通过进气歧管压力与排气歧管压力之差和/或后处理入口温度传感器74来控制温度。如果达到高于500摄氏度的后处理温度，则DOC 53可能损坏，除非添加钯或另一种高温稳定剂，如上所述。脱硫温度305可以高于上述最大后处理温度，因为硫探测程序300很少使用并且在比较短的时间达到脱硫温度305。
在一些实施例中，可以在硫去除校准302期间使用策略来使排气温度而不是NOx/烟粒比最大化，以实现减小的NOx/烟粒比307。这种减小的NOx/烟粒比307可以减慢再生速度并避免在硫去除校准302期间去除全部烟粒。在一个实施例中，减小的NOx/烟粒比307小于35/1。
接下来，后处理温度降低到目标再生温度108并且在如上所述的再生后校准303期间实现再生NOx/烟粒比107以使DPF 54再生，从而实现介于200摄氏度与400摄氏度之间的目标再生温度108。
再生后校准303可以运行预定或临界的时间量或者仅在实现再生失活烟粒阈值106之后结束。在一个实施例中，再生前校准301和再生后校准303均可以运行大约30分钟。硫去除校准302可以运行足以去除大量硫的预定或临界的时间量。在一个实施例中，硫去除校准302可以运行30分钟到60分钟之间。在其它实施例中，硫去除校准302可以运行小于30分钟。
图9还示出了在硫探测程序300期间未发生硫失活的烟粒载荷分布和发生硫失活的烟粒载荷分布。硫探测程序300将再生前校准301期间的烟粒去除前速度309与再生后校准303期间的烟粒去除后速度311进行比较。如果烟粒去除后速度311显著快于或大于烟粒去除前速度309，则判定已发生硫失活。
在其它实施例中，可以利用硫去除校准302期间的烟粒去除速度的变化来检测硫失活。如果已发生硫失活，则烟粒去除速度将随着越来越多的硫被去除而随时间升高。其它实施例也可以将第二操作模式102期间的速度与预期速度进行比较，然而，这些比较可能由于其它不受控的变化而不精确。
烟粒载荷传感器73可能需要高解析度、响应度和/或精度以利用第二操作模式102作为使DPF 54再生的实用方法。烟粒载荷传感器73可能需要在宽的烟粒载荷操作范围上操作的能力。例如，压差烟粒载荷传感器可能仅在较高的负荷工作，因此可能不足以在90%的再生活化烟粒阈值103触发第二操作模式102或者在80%的再生失活烟粒阈值106结束第二操作模式102。压差烟粒载荷传感器也可以仅在较高的发动机10速度和转矩或排气质量流量工作，因此可能不足以在发动机10速度和转矩低于边界速度-转矩曲线105时触发第二操作模式102。氧化模型可能不会提供再生之间可能较长的间隔所需的精度水平。硫探测程序300还需要响应和精确的烟粒载荷传感器73来确定和比较再生速度。
RF传感器可以提供烟粒载荷传感器73所需的解析度、响应度和精度的水平。然而，本发明确实设想可以采用各种各样的烟粒载荷传感器73，包括压差烟粒载荷传感器和氧化模型。
工业适用性
以上描述公开了多个不同的物品。公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、将燃料喷射到发动机中的燃料系统、处理排气的后处理系统、以及控制器。后处理系统包括使来自发动机的NO转化为NO2的氧化催化剂、捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器、以及提供颗粒过滤器中烟粒量的指示的传感器。当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，控制器通过燃料系统来增大发动机燃料喷射压力。控制器可以改变另外的动力系统操作参数，以升高排气的温度，从而实现大于200摄氏度的后处理温度。动力系统还可以包括将排气从发动机传送到后处理系统的排气系统和配置在配气系统中的背压阀，其中当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，背压阀至少部分关闭。动力系统还可以包括使排气从发动机再循环回到发动机进气管的排气再循环系统和配置在排气再循环系统中的排气再循环阀，其中当背压阀至少部分关闭时，排气再循环阀部分关闭。当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，燃料系统可以喷射燃料主射流，并且控制器可以改变燃料主射流的正时。当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，燃料系统也可以喷射燃料主射流，并且控制器可以在燃料主射流前或后增加另外的燃料射流。当发动机速度和转矩在临界速度和转矩曲线之下时，控制器可以增大发动机燃料喷射压力或燃料轨道压力。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、处理排气的后处理系统、以及控制器。后处理系统包括使来自发动机的NO转化为NO2的氧化催化剂、捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器、以及提供颗粒过滤器中烟粒量的指示的传感器。当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，控制器改变动力系统的操作参数，以使排气中的NOx/烟粒比上升到大于35/1。控制器还可以改变动力系统操作参数，以升高排气的温度，从而实现大于200摄氏度的后处理温度。当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，控制器还可以增大发动机燃料喷射压力。动力系统还可以包括将排气从发动机传送到后处理系统的排气系统和配置在配气系统中的背压阀，其中当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，控制器至少部分关闭背压阀。动力系统还可以包括使排气从发动机再循环回到发动机进气管的排气再循环系统和配置在排气再循环系统中的排气再循环阀，其中当背压阀至少部分关闭时，控制器关闭排气再循环阀。当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，燃料系统可以喷射燃料主射流，并且控制器可以改变燃料主射流的正时。当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，燃料系统可以喷射燃料主射流，并且控制器可以在燃料主射流前或后增加另外的燃料射流。当发动机速度和转矩在临界速度和转矩曲线之下时，控制器可以改变发动机的操作参数。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括发动机、燃料系统、后处理系统、以及控制器。后处理系统包括构造成使来自发动机的NO转化为NO2的氧化催化剂、构造成捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器、以及构造成提供颗粒过滤器中烟粒量的指示的传感器。控制器构造成当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时增大发动机燃料喷射压力。控制器还可以构造成改变其它动力系统操作参数以实现大于200摄氏度的后处理温度。动力系统还可以包括构造成将排气从发动机传送到后处理系统的排气系统和配置在排气系统中的背压阀。背压阀可以构造成当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时至少部分关闭。动力系统还可以包括构造成使排气从发动机再循环回到发动机进气管的排气再循环系统和配置在排气再循环系统中的排气再循环阀。排气再循环阀可以构造成当背压阀至少部分关闭时关闭。燃料系统可以构造成喷射燃料主射流，并且控制器可以构造成当颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时改变燃料主射流的正时并且在燃料主射流前或后增加另外的燃料射流。控制器还可以构造成当发动机速度和转矩在临界速度和转矩曲线之下时增大发动机燃料喷射压力。
还公开了一种方法，该方法通过至少部分增大发动机燃料喷射压力来使发动机所产生的排气的NOx/烟粒比临时上升到大于35/1。该方法可以包括以下步骤中的一个或多个：关闭配置在排气管中的背压阀；关闭配置在使排气从发动机再循环回到发动机进气管的排气再循环系统中的排气再循环阀；相对于发动机中的活塞的位置改变燃料主喷射何时喷射到发动机中的燃料喷射正时；以及在主喷射前或后喷射燃料射流，其中燃料射流小于主喷射。当发动机速度和转矩在临界速度和转矩曲线之下并且接收排气的颗粒过滤器中的烟粒量高于阈值时，也可以使排气中的NOx/烟粒比上升。当排气中的NOx/烟粒比上升时，可以使排气的温度上升，以实现大于200摄氏度的后处理温度。也可以使NOx/烟粒比上升到大于50/1。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、处理排气并且包括捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器的后处理系统、以及控制器，该控制器构造成执行硫探测程序，该硫探测程序进行再生前校准以在后处理系统中实现介于200摄氏度与400摄氏度之间的温度，并且在再生前校准后进行硫去除校准以在后处理系统中实现介于300摄氏度与500摄氏度之间的温度。后处理系统可以包括在过滤器上游将来自发动机的NO转化为NO2的氧化催化剂。在硫去除校准后，硫探测程序可以进行再生后校准以在后处理系统中实现介于200摄氏度与400摄氏度之间的温度。动力系统还可以包括提供颗粒过滤器中烟粒量的指示的传感器。传感器的读数可以用于指示氧化催化剂和颗粒过滤器中的至少一者已经发生硫失活。再生前校准和再生后校准可以在排气中实现大于35/1的NOx/烟粒比。再生前校准、硫去除校准和再生后校准可以包括以下策略中的至少一者：增大发动机燃料喷射压力；部分关闭配置在排气管中的背压阀；关闭配置在使排气从发动机再循环回到发动机进气管的排气再循环系统中的排气再循环阀；相对于发动机中的活塞的位置改变燃料主喷射何时喷射到发动机中的燃料喷射正时；以及在主喷射前或后喷射燃料射流，其中燃料射流小于主喷射。可以将再生前校准期间的烟粒去除速度与再生后校准期间的烟粒去除速度进行比较，以指示氧化催化剂和颗粒过滤器中的至少一者已经发生硫失活。再生前校准可以紧接着硫去除校准前进行，而再生后校准可以紧接着硫去除校准后进行。再生前校准、硫去除校准和再生后校准可以进行预定量的时间。硫探测程序可以由操作员触发。当颗粒过滤器中的烟粒量足以避免在硫探测程序期间去除全部烟粒时，可以启用硫探测程序。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、将燃料喷射到发动机中的燃料系统、处理排气并且包括捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器的后处理系统、以及构造成执行硫探测程序的控制器。控制器进行硫去除校准以在后处理系统中实现介于300摄氏度与500摄氏度之间的温度，并且在硫去除校准后进行再生后校准以在后处理系统中实现介于200摄氏度与400摄氏度之间的温度。后处理系统还可以包括在过滤器上游将来自发动机的NO转化为NO2的氧化催化剂和提供颗粒过滤器中烟粒量的指示的传感器。传感器的读数可以用于指示氧化催化剂和过滤器中的至少一者已经发生硫失活。
还公开了一种探测处理来自发动机的排气的后处理系统中的硫的方法。该方法包括将颗粒过滤器在去除硫后的再生速度与颗粒过滤器在去除硫前的再生速度进行比较。该方法可以包括通过使排气的温度上升以在后处理系统中实现介于300摄氏度与500摄氏度之间的温度来去除硫。颗粒过滤器的再生可以包括使排气中的NOx/烟粒比上升到大于35/1并使排气的温度上升以在后处理系统中实现介于200摄氏度与400摄氏度之间的温度。颗粒过滤器的再生还可以包括以下策略中的至少一者：增大发动机燃料喷射压力；部分关闭配置在排气管中的背压阀；关闭配置在使排气从发动机再循环回到发动机进气管的排气再循环系统中的排气再循环阀；相对于发动机中的活塞的位置改变燃料主喷射何时喷射到发动机中的燃料喷射正时；以及在主喷射前或后喷射燃料射流，其中燃料射流小于主喷射。当颗粒过滤器中的烟粒量足以避免在硫去除期间去除所有烟粒时，可以启用该方法。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器、以及控制器，该控制器使动力系统从第一操作模式切换到第二操作模式以使颗粒过滤器再生，其中，第一操作模式与第二操作模式之间的过渡在颗粒过滤器中的烟粒量相对于阈值改变时以比在发动机的负荷改变时慢的速度发生。第二操作模式可以包括再生阀的致动，并且再生阀可以在颗粒过滤器中的烟粒量相对于阈值改变时以比当发动机的负荷上升时慢的速度致动。从第二操作模式回到第一操作模式的过渡可以在颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下时比在发动机的负荷上升时慢的速度发生。第二操作模式可以包括再生阀的关闭，并且再生阀可以在颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下时以比在发动机的负荷上升时慢的速度打开。再生阀可以是配置在传送排气的排气管中的背压阀。当颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下时，背压阀可以在大于一秒内打开，而当发动机的负荷上升时，背压阀可以在小于一秒内打开。当颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下时，背压阀可以在大于两秒内打开，而当发动机的负荷上升时，背压阀可以在小于一秒内打开。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、传送排气的排气管、配置在排气管中的背压阀、以及控制器，该控制器在第一条件下以第一速度致动背压阀并在第二条件下以比第一速度快的第二速度致动背压阀。背压阀可以在其不再需要后以第一速度致动，并且当背压阀将抑制对发动机的动力需求时可以以第二速度致动。该动力系统还可以包括捕集排气中的烟粒的颗粒过滤器，并且背压阀可以用于使颗粒过滤器再生。一旦颗粒过滤器不再需要再生，就可以不再需要背压阀。背压阀可以关闭以使颗粒过滤器再生，并且可以以第一或第二速度打开。当颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下时，背压阀可以以第一速度打开，而当发动机的负荷上升时，背压阀可以以第二速度打开。第一速度可以在大于一秒内致动背压阀，而第二速度可以在小于一秒内致动背压阀。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括发动机、排气管、配置在排气管中的背压阀、以及控制器。控制器构造成在第一条件下以第一速度致动背压阀并在第二条件下以比第一速度快的第二速度致动背压阀。控制器还可以构造成在不再需要背压阀后以第一速度致动背压阀，并且当背压阀将抑制对发动机的动力需求时以第二速度致动背压阀。该动力系统还可以包括颗粒过滤器，并且背压阀可以构造成使颗粒过滤器再生且一旦颗粒过滤器不再需要再生便不再需要。控制器还可以构造成关闭背压阀以使颗粒过滤器再生，并且当颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下时以第一速度打开背压阀且当发动机的负荷上升时以第二速度打开背压阀。控制器还可以构造成以第一速度在大于一秒内致动背压阀且以第二速度在小于一秒内致动背压阀。
还公开了一种控制动力系统的方法，该方法包括：在第一操作模式下操作动力系统；在第二操作模式下操作动力系统以辅助颗粒过滤器的再生；响应于颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下而使动力系统在第一时间段从第二操作模式过渡到第一操作模式；以及响应于动力系统的负荷上升超过临界量而使动力系统在比第一时间段短的第二时间段从第二操作模式过渡到第一操作模式。第二操作模式可以包括致动再生阀，并且再生阀可以响应于颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下而在大于一秒的时间段致动，且响应于动力系统的负荷上升超过临界量而在小于一秒的时间段致动再生阀。第二操作模式可以包括关闭再生阀，并且再生阀可以响应于颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下而在大于一秒的时间段打开，且可以响应于动力系统的负荷上升超过临界量而在小于一秒的时间段打开。再生阀可以是配置在排气管中的背压阀。背压阀可以响应于颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值之下而在大于一秒的时间段打开，且可以响应于动力系统的负荷上升超过临界量而在小于一秒的时间段打开。在对于当前发动机速度而言颗粒过滤器中的烟粒量在阈值之上且动力系统的负荷在临界量之下后，动力系统可以在第二操作模式下操作。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、捕集来自发动机的烟粒的颗粒过滤器、以及控制器，该控制器响应于发动机的负荷改变以及在发动机的负荷改变后经过了大于零的临界时间量而使动力系统从第一操作模式切换到第二操作模式以使颗粒过滤器再生。当对于当前发动机速度而言发动机的负荷降低到阈值之下时，控制器可以使动力系统从第一操作模式切换到第二操作模式。当对于当前发动机速度而言发动机的负荷降低到阈值之下并且颗粒过滤器中的烟粒量在阈值之上时，控制器也可以使动力系统从第一操作模式切换到第二操作模式。第二操作模式还可以包括关闭再生阀。再生阀可以是配置在传送排气的排气管中的背压阀。第二操作模式可以包括以下中的一者或多者：关闭配置在发动机排气管中的背压阀；增大发动机燃料喷射压力；关闭配置在使排气从发动机再循环回到发动机进气管的排气再循环系统中的排气再循环阀；相对于发动机中的活塞的位置改变燃料主喷射何时喷射到发动机中的燃料喷射正时；以及在主喷射前或后喷射燃料射流，其中燃料射流小于主喷射。临界时间量可以大于10秒。临界时间量也可以随着颗粒过滤器中的烟粒量上升而减小。临界时间量可以大于10秒，并且在颗粒过滤器中的烟粒量超过阈值达10%的情况下减小到小于10秒。
还公开了一种动力系统，该动力系统包括产生排气的发动机、传送排气的排气管、配置在排气管中的背压阀、以及在发动机负荷改变之后延迟背压阀的操作的控制器。背压阀的操作可以延迟大于10秒的时间段。控制器可以操作背压阀以使配置在排气管中的颗粒过滤器再生。控制器还可以在颗粒过滤器中的烟粒量超过阈值后操作背压阀。背压阀的操作可以延迟随着颗粒过滤器中的烟粒量上升超过阈值而减小的时间段。如果颗粒过滤器中的烟粒量在阈值的5%以内，则背压阀的操作也可以延迟大于10秒的时间段，且如果颗粒过滤器中的烟粒量超过阈值达10%，则背压阀的操作可以延迟小于10秒的时间段。
还公开了一种控制动力系统的方法，该方法包括：在第一操作模式下操作动力系统；检测动力系统的负荷的变化；在检测到动力系统的负荷变化后等待大于零的临界时间量；以及在等待临界时间量后在第二操作模式下操作动力系统以辅助颗粒过滤器的再生。该方法还可以包括检测颗粒过滤器中的烟粒量，以及在等待临界时间量后和在检测到烟粒量在阈值之上后在第二操作模式下操作动力系统。如果颗粒过滤器的烟粒量在阈值的5%以内，则临界时间量可以大于10秒，且如果颗粒过滤器中的烟粒量超过阈值达10%，则临界时间量可减小到小于10秒。动力系统的负荷变化可以是对于当前发动机速度而言负荷降低到临界量之下。第二操作模式可以包括关闭配置在排气管中的背压阀。
尽管如文中所述的本发明的实施例可以合并而不脱离以下权利要求的范围，但对于本领域技术人员将显而易见的是，可以作出各种改型和变型。根据说明书和对本发明的实践，其它实施例对本领域技术人员来说将显而易见。应该认为说明书和示例仅为示范性的，真实范围由以下权利要求和它们的等同方案指明。
Claims (6)
1.一种动力系统(1)，包括：
发动机(10)；
排气管(52)；
配置在所述排气管(52)中的背压阀(44)；
颗粒过滤器(54)；以及
控制器(71)，所述控制器构造成关闭所述背压阀(44)以使所述颗粒过滤器(54)再生，并且当所述颗粒过滤器(54)中的烟粒量下降到阈值之下时以第一速度打开所述背压阀(44)且当所述动力系统(1)的负荷上升超过临界量(105)时以比所述第一速度快的第二速度打开所述背压阀(44)。
2.根据权利要求1所述的动力系统(1)，其中，所述控制器(71)还构造成以所述第一速度在大于一秒内打开所述背压阀(44)并且以所述第二速度在小于一秒内打开所述背压阀(44)。
3.一种控制动力系统(1)的方法，包括：
在第一操作模式(101)下操作所述动力系统(1)；
在第二操作模式(102)下操作所述动力系统(1)，以辅助颗粒过滤器(54)的再生；
响应于所述颗粒过滤器(54)中的烟粒量下降到阈值(106)之下而使所述动力系统(1)在第一时间段从所述第二操作模式(102)过渡到所述第一操作模式(101)；以及
响应于所述动力系统(1)的负荷上升超过临界量(105)而使所述动力系统(1)在比所述第一时间段短的第二时间段从所述第二操作模式(102)过渡到所述第一操作模式(101)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二操作模式(102)包括关闭再生阀(44，36)，并且所述再生阀(44，36)响应于所述颗粒过滤器中的烟粒量下降到阈值(106)之下而在大于一秒的时间段打开，且响应于所述动力系统(1)的负荷上升超过临界量(105)而在小于一秒的时间段打开。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述再生阀(44，36)是配置在排气管(52)中的背压阀(44)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，所述动力系统(1)在所述颗粒过滤器中的烟粒量在阈值(106)之上且所述动力系统的负荷在对于当前发动机速度而言的临界量(105)之下后在所述第二操作模式(102)下操作。
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