CN103026019A - 用于柴油颗粒过滤器再生的排气阀的操作方法 - Google Patents

用于柴油颗粒过滤器再生的排气阀的操作方法 Download PDF

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Abstract

一种操作排气阀(28)以加热柴油氧化催化剂(23)并启动DPF(24)再生的方法，包括以下步骤：确定DPF是否正在被清洁，以及确定速度和喷入发动机的燃料量。该方法还包括基于发动机(14)是否供油而确定发动机背压设定点。如果在供油，该设定点基于燃料量和发动机转速。如果不在供油，该设定点基于是否有其他的排气阀(28)致动的请求。排气阀设定点是基于发动机背压设定点和当前发动机背压而确定的。排气阀(28)响应于排气阀设定点而被致动以阻碍废气流。

Description

用于柴油颗粒过滤器再生的排气阀的操作方法
背景技术
此处所描述的实施例涉及用于再生排气后处理系统的柴油颗粒过滤器的一种系统和方法。更具体地，此处所描述的实施例涉及使用排气阀再生排气后处理系统的柴油颗粒过滤器的一种系统和方法。
柴油机车内的废气后处理系统位于发动机的下游侧，用于处理从发动机排出的废气。该后处理系统，除其他组件之外，通常包括柴油氧化催化剂，以及柴油颗粒过滤器。排气阀是打开和关闭排气管道的阀，以选择性地允许废气流通过排气系统到大气中。通常情况下，排气阀仅在发动机制动期间被开动或关闭，以在发动机内产生背压，并用于冷环境的加温。
废气中的颗粒物质积聚在柴油颗粒过滤器上，且如果任其发展，可能在后处理系统中产生背压。再生事件是在常规柴油发动机运转过程中后处理系统中所收集的颗粒物质的定期氧化。当排气系统中的柴油颗粒过滤器遇到逐渐积累的颗粒物质时，颗粒物质被氧化以“再生”过滤器。再生通常是通过增加发动机的负荷并激活柴油燃料后喷射到废气流中而产生的。该后喷射提供了足够的热量以氧化在后处理系统内被捕集的颗粒物质。
为了给排气系统提供足够的热能以将充足的热量传递到柴油颗粒过滤器以启动再生，发动机的负荷通常被增加了。然而，许多车辆是“走走停停”地行驶，其中发动机通常是在低速和低负荷下运行。在发动机低转速和低负荷运行期间，所产生的废气可能不具有足够高的温度以启动再生。
发明内容
一种操作排气阀加热柴油氧化催化剂以启动与发动机相关联的废气后处理系统的柴油颗粒过滤器再生的方法，包括以下步骤：确定柴油颗粒过滤器是否正在被清洁，以及确定转速和喷入发动机的燃料量。该方法还包括：基于发动机是否供油而确定发动机背压设定点。如果发动机供油，发动机背压设定点基于燃料量和发动机转速。如果发动机不供油，发动机背压设定点基于是否有其他的排气阀致动的请求。该方法还包括以下的步骤：确定当前发动机的背压，以及基于发动机背压设定点和当前发动机背压来确定排气阀设定点。排气阀响应于排气阀设定点而被致动，以至少部分地阻隔废气流通过废气后处理系统的流体通道，其中废气在流体通道中被加热并启动柴油机颗粒过滤器的再生。
附图简要说明
图1是具有位于发动机下游侧的柴油颗粒过滤器的废气后处理系统的示意图。
图2是一个流程图，示出了操作图1所示的排气阀的方法；以及
图3是一个流程图，示出了从图2继续的操作排气阀的方法。
具体实施方式
参照图1，废气后处理系统大致在10所表示，并具有从发动机14向出口16(如到大气18的出口)延伸的排气管总成12。排气管总成12形成流体通道20，用于从发动机14到大气18的排气流F。
排气管总成12的第一部分22从发动机14向柴油氧化催化剂(DOC)23延伸。在DOC23的下游是柴油颗粒过滤器(DPF)24。DPF24是非常耐高温材料构成的过滤器。DPF24捕获且保留排放进废气后处理系统10内的废气中夹带的颗粒物质。DPF24定期再生以限制废气后处理系统10背压的增长并保持发动机14的效率。排气管12组件的第二部分26从DPF24延伸到出口16。其他部件可被布置在后处理系统10上。虽然排气管总成12在三个分离部分中被示出，但是排气管总成的的其他数量和配置是可能的。
排气阀28在流体通道20上位于DOC23的上游。用排气阀控制器30致动排气阀28，以增加在DOC23的温度，此举在DPF24处启动再生。当被致动时，排气阀28阻隔废气F流经流体通道20。当排气阀28部分地或完全地关闭了，排气阀28上游侧的后处理系统10中的废气F被压缩，导致增加废气F的温度。此外，对发动机活塞的阻力需要气缸中更大量的燃料喷射量以满足发动机设定点。柴油喷射，与排气阀28的操作相结合，在废气F中产生了额外的热能以加热DOC23。随着废气向下游流到DPF，排气节流阀28上游侧的废气F的增加的温度被传递到DOC23以及到DPF24上。被加热的废气F提供了足够的热量以在DPF24处启动再生(碳烟氧化)。
传感器32检测并将多个变量中的至少一个传递到发动机的带有传感器控制器34的发动机控制模块36。传感器32可以检测后处理系统10内的背压，和/或后处理系统中的温度，从而发动机控制模块36可确定DPF24是否已准备好再生。此外，传感器32可在发动机14处检测加速度a，转速s，燃料喷射量q，以及制动转矩t，正如下文将关于图2和图3所讨论的。可能的是，传感器32包括传递多个变量到发动机控制模块36上的一个以上的传感器。还可能的是，传感器控制器34可输出一个或多个值到另一个控制器上，而不是到发动机控制模块36上。此外，控制器30，34，36，38可以多种方式被实施到系统中，如用于一个或多个部件的单一的控制器，或用于每个部件的多个控制器。
发动机制动控制器38向发动机控制模块36通信发动机制动器40是否正被使用。响应于由传感器32检测并被传感器控制器34通信的值，以及由发动机制动控制器38从发动机制动器40所通信的值，发动机控制模块18通过排气阀控制器30致动排气阀28，其选择性地打开和关闭从发动机14到大气18的通道20。
参照图2和图3，用于操作排气阀28的方法大致在100所表示，并在发动机控制模块18中被实施。虽然下面的说明书将与图2和图3有关，但是可能的是，该方法可以多种方式实施，并具有不同数目和顺序的步骤。
该方法开始于开始步骤102，在步骤104中确定DPF24是否正在被清洁，如果不是，该方法循环返回到开始步骤102。发动机控制模块36包括软件执行图2和图3的方法，但可能的是，可以使用一个单独的控制器。
如果，DPF24正在被清洁，例如其被发动机控制模块36基于传感器32所确定，并且其由传感器控制器34通信，加速踏板的加速度a在加速确定步骤106被确定，发动机转速s在发动机转速确定步骤108被确定。使用加速度值a，然后在加速度值步骤110中，确定发动机是否在接收燃料，或者发动机是否还没有接收燃料。具体地，在步骤110中确定加速度a是否大于零，其中大于零的结果意味着发动机在供油，而一个不大于零的结果意味着发动机未在供油。
如果发动机在供油，燃料量q在燃料量步骤112中被确定。使用燃料量q和发动机转速s，发动机背压设定点x1在设定点步骤114中被设定。有多种确定发动机背压设定点x1的方法。确定发动机背压设定点x1的一个示例是通过使用一个或多个预定义的查找表(未示出)使用燃料量q。确定发动机背压设定点x1的另一个示例是使用公知的数学公式来计算所确定发动机背压设定点x1。确定发动机背压设定点x1的再一个示例是找出多个燃料质量值的平均值或平均数。
继续参考图2，如果在步骤110中发动机14没有在供油，然后在其他请求确定步骤116中确定是否有另外一个对于排气阀28的请求。这些请求可能来自要控制排气阀28的多个部件。如果在步骤116中有使用排气阀28的请求，所确定的发动机背压设定点x1将在另一请求设定点步骤118中基于该另一请求而被设置。所确定的发动机背压x1可以以本领域中已知的多种方式被设置。
当发动机制动器20正被使用时，这些其他请求之一可能来自于发动机制动控制器38。发动机背压设定点x1然后基于发动机制动控制器22的值而产生，其被输出到发动机控制模块36。
在步骤116中如果没有其他请求，制动力矩t在制动力矩确定步骤120被确定，并在制动力矩设定点步骤122中与发动机转速s一起被用于设定所确定的发动机背压设定点x1。
一旦所确定的发动机背压设定点x1已在步骤114，118或122中被确定，修正值c也可在校正步骤124中被确定。当前的发动机背压x2，其指示当前发动机背压的状态，在当前背压确定步骤126中被确定。修正值c进行调整以修正发动机背压设定点x1，例如考虑进环境温度和压力的修正。然后，在差值计算步骤128中，在修正值c和发动机背压设定点x1之间求差d。
现在从图2改为参照图3，该方法100继续，在循环值步骤132中使用以前获得的发动机转速s确定开环控制值l。在因子步骤134中确定经计算因子f，在增益步骤136中其与差值d一起使用以确定比例增益p。一种获得比例增益p的方法是通过使差值d和经计算因子f相乘。
在积分步骤138，例如通过求差值d的积分，来确定积分增益i。在阀设定点步骤140中，使用比例增益p确定排气阀设定点v、积分增益i、和开环控制值l。可能的是，可以使用其他实施方式以获得任一上述变量。
当在步骤140中获得排气阀设定点v时，在阀致动步骤142中排气阀28被致动以完全或部分地关闭，加热流体通道20中的废气。排气阀28的致动导致废气温度增加，此举加热DOC23，并启动DPF24的再生。当DPF24再生时，排气阀28被打开，并且该方法在结束步骤144结束。从结束步骤144，该方法重新启动到图2所示的步骤102。

Claims (12)

1.一种在与发动机相关联的废气后处理系统中操作排气阀以加热柴油氧化催化剂并启动柴油颗粒过滤器再生的方法，该方法包括以下步骤：
确定所述柴油颗粒过滤器是否正在被清洁；
确定所述发动机的转速；
确定喷入所述发动机的燃料量；
基于发动机是否在供油而确定发动机背压设定点，其中当所述发动机在供油时，基于所述燃料量和所述发动机的转速来确定所述发动机背压设定点，且当所述发动机不在供油时，基于是否有其他的对于排气阀致动的请求来确定所述发动机背压设定点；
确定当前发动机背压；
基于所述发动机背压设定点和所述当前发动机背压而确定排气阀设定点；以及
响应于所述排气阀设定点而致动所述排气阀，以至少部分地阻隔废气流通过所述废气后处理系统的流体通道，其中所述废气在所述流体通道中被加热并启动所述柴油机颗粒过滤器的再生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当不存在其他请求时，所述背压设定点由所述发动机的制动力矩和所述发动机的转速所确定，且当有其他请求时，所述背压设定点由所述其他请求所确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述柴油颗粒过滤器是否正在清洁的步骤是基于来自传感器的输出的，该传感器检测所述后处理系统中的背压和所述后处理系统内的温度的至少其中一个。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：确定所述发动机的加速度，其中，当加速度大于零时，确定所述燃料量。
5.根据权利要求1所述的方法进一步包括以下步骤：确定所述发动机的加速度，并当加速度不大于零时，随后确定是否有其他排气阀的请求。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：基于环境压力和温度，确定对所述发动机背压设定点的修正值。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括以下步骤：确定所述修正值和所述当前发动机背压之间的差值，并根据该差值设置所述排气阀设定点。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括以下步骤：确定所述发动机的经计算因子，并使用所述差值和所述计算因子确定比例增益。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤：基于所述比例增益设置所述排气阀设定点。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤：使用所述差值确定积分增益；以及基于该积分增益设置所述排气阀设定点。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括求所述差值的积分以确定积分增益。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：使用所述发动机转速确定开环控制值，并基于所述开环控制值确定所述排气阀设定点。
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