CN103216297A - 排气系统和用于控制排气系统的方法 - Google Patents

排气系统和用于控制排气系统的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103216297A
CN103216297A CN2013100187460A CN201310018746A CN103216297A CN 103216297 A CN103216297 A CN 103216297A CN 2013100187460 A CN2013100187460 A CN 2013100187460A CN 201310018746 A CN201310018746 A CN 201310018746A CN 103216297 A CN103216297 A CN 103216297A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
section
specific heat
vent systems
blast air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013100187460A
Other languages
English (en)
Inventor
S.A.杜格拉斯
P.巴拉萨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN103216297A publication Critical patent/CN103216297A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1446—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being exhaust temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1404—Exhaust gas temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0802—Temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • F02D2200/0804—Estimation of the temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/405—Multiple injections with post injections
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

本发明涉及排气系统和用于控制排气系统的方法。在本发明的一种示例性实施例中，用于控制排气系统的方法包括确定内燃发动机的燃烧室内的空气燃料比、测量从内燃发动机流入排气系统的排气流的温度以及基于来自内燃发动机的排气流的温度和所述空气燃料比来确定排气系统的第一段内的排气流的比热，其中所述第一段在颗粒过滤器上游。方法还包括基于所述排气流的比热确定第一段内的排气的第一温度并且使用选定位置处排气的确定温度来选择性地控制颗粒过滤器的再生过程。

Description

排气系统和用于控制排气系统的方法
技术领域
本发明涉及排气系统并且更具体地涉及用于控制排气系统中的一个或更多个选定位置处的温度的方法和系统。
背景技术
内燃发动机的发动机控制模块控制被供应到发动机气缸内的燃烧室的燃料和空气的混合物。在空气/燃料混合物被点火后，产生燃烧并且随后燃烧气体通过排气门离开燃烧室。燃烧气体被排气歧管引导到催化转化器或排气后处理系统的其他部件。一些发动机任选地可以包括强制空气进气装置，例如涡轮增压器，其被置于排气歧管和排气后处理部件之间。
内燃发动机特别是柴油发动机的制造商面临挑战性任务，即满足释放氮的氧化物（具体指一氧化氮）以及未燃烧和部分氧化的碳氢化合物、一氧化碳、颗粒物质和其他颗粒的当前和未来的排放标准。为了减少内燃发动机的排放，排气后处理系统被用于还原排气中的成分。
排气后处理系统通常包括一个或更多个后处理装置，例如颗粒过滤器、催化转化器、混合元件和尿素/燃料喷射器。控制排气温度能够影响排气系统内的部件的性能。例如，颗粒过滤器被构造成从排气中去除由于碳氢化合物燃料的不完全燃烧所导致的碳微粒或颗粒，也被称为碳烟。颗粒过滤器通常被设计成在装置内聚积选定量的碳烟。颗粒过滤器可以被构造成通过再生过程周期性地烧掉聚积的碳烟。可以通过增加进入颗粒过滤器的排气的温度来开始再生过程，其中升高的温度导致碳烟燃烧。因此，准确控制排气系统内的选定位置处的排气温度能够导致性能提高和排放物减少。
发明内容
在本发明的一种示例性实施例中，用于控制排气系统的方法包括确定内燃发动机的燃烧室内的空气燃料比、测量从内燃发动机流入排气系统的排气流的温度以及基于来自内燃发动机的排气流的温度和所述空气燃料比来确定排气系统的第一段内的排气流的比热，其中所述第一段在颗粒过滤器上游。方法还包括基于所述排气流的比热确定第一段内的排气的第一温度并且使用选定位置处排气的确定温度来选择性地控制颗粒过滤器的再生过程。
在本发明的另一示例性实施例中，用于控制排气系统的方法包括确定内燃发动机的燃烧室内的空气燃料比、测量从内燃发动机流入排气系统的排气流的温度以及基于来自内燃发动机的排气流的温度和所述空气燃料比来确定排气系统的第一段内的排气流的比热，其中所述第一段在颗粒过滤器上游。方法还包括基于所述排气流的比热确定第一段内的排气的第一温度并且使用选定位置处排气的确定温度来选择性地控制颗粒过滤器的再生过程。
本发明还提供了以下技术方案。
方案1. 一种排气系统，包括：
温度传感器；
所述温度传感器下游的颗粒过滤器；以及
联接到所述温度传感器的控制器，所述控制器被构造成执行方法，该方法包括：
确定内燃发动机的燃烧室内的空气燃料比；
使用所述温度传感器测量来自所述内燃发动机的排气流的温度；
基于来自所述内燃发动机的所述排气流的温度和所述空气燃料比来确定所述排气系统的第一段内的排气流的比热，其中所述第一段在所述颗粒过滤器上游；
基于所述排气流的所述比热确定所述第一段内的排气的第一温度；以及
使用选定部位处排气的确定温度来选择性地控制所述颗粒过滤器的再生过程。
方案2. 根据方案1所述的排气系统，包括在所述颗粒过滤器上游的氧化催化剂，其中所述第一段包括接近所述氧化催化剂的入口的所述排气系统的一部分。
方案3. 根据方案2所述的排气系统，包括在所述第一段下游的第二段，其中所述方法包括基于所述比热确定所述第二段内的排气流的第二温度。
方案4. 根据方案3所述的排气系统，其中所述第二段包括所述颗粒过滤器的入口。
方案5. 根据方案3所述的排气系统，其中所述温度传感器被置于所述第一段内。
方案6. 根据方案1所述的排气系统，其中基于来自所述内燃发动机的所述排气流的温度和所述空气燃料比来确定所述排气流的比热包括基于来自所述内燃发动机的排气流的温度、所述空气燃料比以及在所述排气流的所述温度处氧、CO2、N2和H2O的比热值来确定所述比热。
方案7. 根据方案1所述的排气系统，其中选择性地控制所述颗粒过滤器的再生过程包括执行如下至少一者：向汽缸内的燃料后喷射、向所述排气系统内的碳氢化合物喷射以及经由加热装置加热所述颗粒过滤器。
方案8. 一种用于控制排气系统的方法，包括：
确定内燃发动机的燃烧室内的空气燃料比；
测量从所述内燃发动机流入所述排气系统的排气流的温度；
基于来自所述内燃发动机的所述排气流的温度和所述空气燃料比来确定所述排气系统的第一段内的排气流的比热，其中所述第一段在颗粒过滤器上游；
基于所述排气流的所述比热确定所述第一段内的排气的第一温度；以及
使用选定部位处排气的确定温度来选择性地控制所述颗粒过滤器的再生过程。
方案9. 根据方案8所述的方法，其中确定所述比热包括确定所述第一段内的排气流的比热，该第一段包括接近氧化催化剂的入口的所述排气系统的一部分，其中所述氧化催化剂在所述颗粒过滤器上游。
方案10. 根据方案9所述的方法，包括在所述第一段下游的第二段，其中控制器方法包括基于所述比热确定所述第二段的第二温度。
方案11. 根据方案10所述的方法，其中确定所述第二段内的排气的温度包括确定所述颗粒过滤器的入口处的所述排气的温度。
方案12. 根据方案8所述的方法，其中测量来自所述内燃发动机的排气流的温度包括使用位于所述第一段内的温度传感器测量来自所述内燃发动机的排气流的温度。
方案13. 根据方案8所述的方法，其中基于来自所述内燃发动机的所述排气流的温度和所述空气燃料比来确定所述排气流的比热包括基于来自所述内燃发动机的排气流的温度、所述空气燃料比以及在所述排气流的所述温度处氧、CO2、N2和H2O的比热值来确定所述比热。
方案14. 根据方案8所述的方法，其中选择性地控制所述颗粒过滤器的再生过程包括执行如下至少一者：向汽缸内的燃料后喷射、向所述排气系统内的碳氢化合物喷射以及经由加热装置加热所述颗粒过滤器。
当结合附图时从本发明的下述具体描述中将显而易见到本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
从下述实施例的具体描述中仅以示例方式呈现了其他特征、优点和细节，所述具体描述参考附图，在附图中：
图1是示例性内燃发动机和相关排气系统的示意图；以及
图2是用于确定图1中所示的示例性内燃发动机和相关排气系统中的排气的比热和温度的示例性方法和系统的示图。
具体实施方式
下面的描述实际上仅是示例性的，并且决不意图限制本公开、其应用或用途。应该理解，在所有附图中，对应附图标记指代同样或对应的零件和特征。如本文使用的，术语控制器或控制模块指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序的处理器（共享、专用或成组）和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适当部件。
根据本发明的示例性实施例，图1示出了示例性内燃发动机100，在本例中是直列四缸发动机，其包括发动机缸体和汽缸盖组件104、排气系统106、涡轮增压器108和控制模块110（也被称为“控制器”）。内燃发动机100可以是柴油或火花点火式发动机。排气歧管118联接到发动机缸体和汽缸盖组件104。此外，发动机缸体和汽缸盖组件104包括汽缸114，其中汽缸114接收从燃料系统156供应的燃烧空气和燃料的组合。燃烧空气/燃料混合物燃烧从而导致位于汽缸114内的活塞（未示出）的往复运动。活塞的往复运动旋转曲轴（未示出）以便将原动力传递给车辆动力系（未示出）或发电机或在内燃发动机100的静止应用的情况下的这种动力的其他静止接收件（未示出）。空气/燃料混合物的燃烧导致排气流动通过排气歧管118和涡轮增压器108并且进入到排气系统106内。在实施例中，涡轮增压器108包括由轴125联接的压缩机叶轮123和涡轮机叶轮124，该轴125被可旋转地置于涡轮增压器108内。
由于汽缸114内的燃烧而产生的排气流122驱动涡轮增压器108的涡轮机叶轮124，从而提供能量来旋转压缩机叶轮123以便产生压缩的空气充气142。在示例性实施例中，压缩的空气充气142被充气冷却器144冷却并被引导通过进气管道146到达进气歧管148。压缩的空气充气142（当与非涡轮增压的自然吸气发动机相比时）提供额外的燃烧空气以用于在汽缸114内与燃料燃烧，从而提高内燃发动机100的功率输出和效率。
排气122流动通过排气系统106以便移除或还原排气成分并且之后被释放到大气中。排气系统106可以包括催化剂装置，例如氧化催化剂（“OC”）装置126和选择性催化还原（“SCR”）装置128，以及颗粒过滤器（“PF”）130。OC装置126可以包括例如穿流型（flow-through）金属或陶瓷整体式基底，该基底被包裹在当被加热时扩展从而固定并隔绝基底的膨胀型垫或其他适当支撑物内。基底可以被封装在不锈钢壳或罐内，该壳或罐具有与排气管道或通路流体连通的入口和出口。基底能够包括被置于其上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可以被施加成耐洗涂层并且可以包含铂族金属，例如铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）或其他适当氧化催化剂。SCR装置128也可以包括例如穿流型陶瓷或金属整体式基底，该基底被包裹在当被加热时扩展从而固定并隔绝基底的膨胀型垫或其他适当支撑物内。基底可以被封装在不锈钢壳或罐内，该壳或罐具有与排气管道流体连通的入口和出口。基底能够包括被施加于其上的SCR催化剂成分。SCR催化剂成分可以包含沸石和一种或更多种基础金属组分，例如铁（Fe）、钴（Co）、铜（Cu）或钒（V），其能够有效地操作成在存在还原剂（例如氨（NH3））时转化排气122中的NOx成分。NH3还原剂可以由流体源160（还原剂源）提供并且可以使用喷射器在SCR装置128上游的位置被喷射到排气122内。还原剂可以是气体、液体或尿素水溶液的形式，并且可以与喷射器内的空气混合以便有助于被喷射喷雾的散布。
颗粒过滤器PF 130可以被置于SCR装置128下游。PF 130操作成过滤含有碳和其他颗粒的排气122。在实施例中，可以使用陶瓷壁流动型整体式过滤器来构造PF 130，其被包裹在当被加热时扩展从而固定并隔绝过滤器的膨胀型垫或其他适当支撑物内。过滤器可以被封装在壳或罐内，该壳或罐例如是不锈钢并且具有与排气管道流体连通的入口和出口。陶瓷壁流动型整体式过滤器可以具有由纵向延伸壁限定的多个纵向延伸的通路。通路包括一组具有开放入口端和闭合出口端的入口通路以及一组具有闭合入口端和开放出口端的出口通路。通过入口通路的入口端进入过滤器的排气122被驱使成迁移通过相邻的纵向延伸壁到达出口通路。通过这个示例性壁流动型机制，排气122被滤去碳（碳烟）和其他颗粒。被过滤的颗粒被沉积在入口通路的纵向延伸壁上并且随时间将具有增加内燃发动机100所经受的排气背压的效果。应该理解，陶瓷壁流动型整体式过滤器实际上仅是示例并且PF 130可以包括其他过滤器装置，例如缠绕或封装的纤维过滤器、开孔泡沫、烧结的金属纤维等等。
周期性地清理或再生聚积在PF 130内的颗粒物质以便减小背压。再生包括在通常为高温（例如处于或高于600℃）环境中氧化或燃烧聚积的碳和其他颗粒（也被称为“碳烟”）。在实施例中，在PF 130中感测到高的碳烟水平并且可以执行再生过程。在实施例中，控制模块110确定PF 130中的碳烟加载。再生过程可以包括多个部件并且具有一个或更多个阶段。在一种实施例中，再生过程包括将过量热能引入到排气后处理系统106内，这是通过如下过程实现的，即随着排气流入催化剂（例如OC装置126和SCR装置128），经由喷射器（例如碳氢化合物喷射器（“HCI”））154将燃料（碳氢化合物或HC）直接引入到排气122内。选定量的燃料从HCI 154被引入到排气122内并且在OC装置126内在放热反应中被氧化，从而导致进入PF 130的排气流122的温度增加。在所示实施例中，控制模块110被联接到HCI 154并且被构造成控制被引入到排气流12排气流122中的燃料的量，其中最终的增加的排气温度使得PF 130下游的被捕集的碳烟颗粒燃烧。
在实施例中，再生过程可以包括被控制模块110控制的加热装置150，其中基于感测的升高的碳烟水平进行加热装置150的操作。当确定的碳烟水平达到阈值水平（例如 5g/L碳烟）并且排气流速处于所需范围内时，则控制模块控制经由电源152发送给加热装置150的电流以便启动再生过程。加热装置150可以由导电的任意适当材料构成，例如缠绕或堆叠的金属坯。电源152被连接到电气系统，例如车辆电气系统，并且向加热装置150供应电力。当被加热时，加热装置150增加经过加热装置150的排气122的温度并且/或者增加过滤器130处于或靠近加热装置150的部分的温度。再生过程的持续时间基于PF 130内的颗粒物质的量而改变。在一方面，仅在再生过程的初始部分期间施加电流。更具体地，针对选定时段（例如1-2分钟），电流被引导到加热PF 130的入口的加热装置150。通过使用PF 130内存在的颗粒物质的燃烧所产生的热来实现再生过程的剩余阶段。
再生方法还可以包括在汽缸114内的主要燃烧事件之后向排气流122内喷射燃料。这个过程可以被称为燃料的后喷射或后期后喷射，其中燃料系统156向汽缸114内提供选定量的燃料来增加排气流122以便在排气系统106内燃烧。后燃烧喷射的燃料在排气系统106内在OC装置126内被氧化。从氧化释放的热增加排气温度，其使得PF 130内的被捕集碳烟颗粒燃烧。控制模块110控制后喷射过程期间燃料系统156所提供的燃料的量。可以基于各种信息由控制模块110确定针对后喷射所喷射的燃料的选定量，所述信息例如确定的参数（例如排气温度）、部件规格和系统构造。
在示例性内燃发动机100中，控制模块110与涡轮增压器108、充气冷却器144、电源152、HCI 154、燃料系统156、传感器158和排气系统106信号通信，其中控制模块110被构造成使用各种信号输入来控制各种过程。在实施例中，控制模块110被联接且构造成从传感器158接收信号输入，其包括信息，例如温度（进气系统、排气系统、发动机冷却剂、环境等）、压力、排气流速、碳烟水平、NOx浓度、排气构成（化学成分）和其他参数。控制模块110被构造成基于感测的参数执行选定过程或操作，例如基于颗粒过滤器130中升高的碳烟水平来执行再生过程。示例性传感器158被置于涡轮增压器108的出口、OC装置126的入口和SCR装置128的入口。在一种实施例中，控制模块110基于确定的空/燃比和进入OC装置的排气122的测量温度来确定流入OC装置126入口的排气122的比热。OC装置126处的确定比热被用于更精确地确定和建模OC装置126下游的排气122的温度，其能够导致改进的排气部件控制。
在实施例中，控制模块110使用经由燃料系统156的后喷射过程、HCI 154和加热装置150中的至少一者来启动PF 130的再生。示例性系统准确地确定比热来改进对PF 130所接收的排气的温度确定，其被用于控制排气系统106中的过程。改进的温度确定改进对PF 130的再生的控制，其中准确的温度确定被用于控制再生的一种或更多种方法。比热的示例性确定包括利用一个或更多个输入，包括系统的选定段内的排气122的性质。确定的比热之后可以被用于确定或建模系统中的其他排气122参数。例如，比热、温度和其他排气性质的关系可以由如下等式来描述：
Figure 2013100187460100002DEST_PATH_IMAGE001
                  （1）
其中下述值关联于选定部位处的排气：Q=供应给排气以获得所需温度的热/能量的变化，m=排气的质量流速，Cp=排气的比热容，以及ΔT=排气到达所需温度的温度增加。
在一种示例中，针对排气流速（m）计算将温度升高到所需温度（ΔT）所需的能量（Q）。在示例中，排气流速（m）、温度差（ΔT）和比热（Cp）被用于确定获得所需排气122温度的所需能量（Q）。排气流速（m）是已知的，并且基于排气成分及其不同的比热（Cp）性质来确定比热（Cp），如下详述。对于比热（Cp）的改进的确定提供了用于建模或计算的准确输入。具体地，对于上面的等式1，改进的比热确定减少了针对过程（例如再生）确定所需能量（Q）或控制器请求的能量时的误差。比热（Cp）确定的准确性增加（通过使用测量和确定的值）导致了排气系统温度控制的快速且准确的开环操作。
在实施例中，排气系统106被划分为段，其中每段具有比热和对应的温度确定。涡轮增压器段170是排气系统106在涡轮增压器108出口和OC装置126入口之间的部分。OC装置126被看作是下一段或下游段，其中针对OC装置126的比热和温度确定是基于来自涡轮增压器段170的先前确定的比热和/或温度值。OC-SCR段172被置于OC装置126出口和SCR装置128入口之间。针对OC-SCR段172的比热和温度确定是基于来自涡轮增压器段170和OC装置126段的先前确定的比热和/或温度值。SCR装置128段处于OC-SCR段172的下游。针对SCR装置128段的比热和温度确定是基于来自涡轮增压器段170、OC装置126段和OC-SCR段172的先前确定的比热和/或温度值。SCR-PF段174处于SCR装置128出口和PF 130入口之间。针对SCR-PF段174的比热和温度确定是基于来自涡轮增压器段170、OC装置126段、OC-SCR段172和SCR装置128段的先前确定的比热和/或温度值。
因此，在实施例中，提高涡轮增压器段170内排气122的比热和温度的确定的准确性将改进下游的比热和温度确定，包括改进SCR-PF段174处的排气流122的温度确定。此外，改进对进入PF 130的排气流122的温度确定将导致准确地确定使用上述方向执行PF 130的再生所需的能量。再生能量的确定被控制模块110用于发送控制命令到部件，例如使用HCI 154或加热装置150的命令再生。因此，针对进入PF 130的排气流122确定的比能和温度值导致提高了再生及相关系统部件的效率并改进其控制。
图2是用于确定比热和温度的方法和系统的示图200，其中确定的温度被用于控制示例性排气系统，例如排气系统106（图1）。为了方便解释，将关于涡轮增压器段170（也被称为“选定部位”）内的排气122的温度和比热来讨论示图200，其中这些值可以被用于确定下游的其他排气参数。空气-燃料参数202代表发动机燃烧室内的确定的空气燃料比除以化学计量空气燃料比的值。在实施例中，化学计量空气燃料比是完全燃烧所有单位质量的燃料所提供的准确空气量所处的比率。可以通过任意适当方法，例如通过使用传感器、模型和/或等式来确定燃烧室内的空气燃料比。在一种实施例中，基于接近涡轮增压器段170的氧气的测量来确定空气燃料比，其中该部位处的氧气测量被用于确定燃烧室内上游的空气燃料比。框204接收空气-燃料参数202并且确定选定部位处的排气的CO2比例206和O2比例208。在实施例中，比例是百分比，其中CO2比例206和O2比例208总计是约0.20或20%。在实施例中，选定部位处排气的其他成分可以包括N2和H2O。
局部排气温度参数210代表选定部位处排气122的温度值，例如接近涡轮增压器段170的出口的排气122的温度值。可以通过适当方法，包括但不限于传感器测量和/或建模，来确定局部排气温度参数210。比热框212接收局部排气温度参数210并且确定局部排气温度处的排气成分的比热值。可以通过使用查找表、等式和/或模型来确定比热值。最终值如下，O2比热值214、CO2比热值216、N2比热值220和H2O比热值222。O2比热值214和CO2比热值216随同CO2比例206和O2比例208一起被比例比热框218接收。比例比热框218使得CO2比例206乘以CO2比热值216而O2比例208乘以O2比热值214。操作的结果是O2比例比热226和CO2比例比热228。
增益框224接收N2比热值220和H2O比热值222并将每个值乘以对应于选定部位处各成分（N2和H2O）的比例的增益值。在实施例中，N2和H2O的增益值是百分比，其中百分比总计约0.80或80%。例如，在实施例中，N2的增益值是约0.75，并且H2O的增益值是约0.05。增益框218中所用的增益值的和（CO2比例206和O2比例208）是总计0.20或20%，其中用于确定比热的排气成分由比例或增益值代表。来自增益框224操作的所得值是N2比例比热230和H2O比例比热223，其中所述值被求和框234接收。求和框234接收O2比例比热226、CO2比例比热228、N2比例比热230和H2O比例比热223，以便针对排气系统106内的选定部分产生总比热值236。在实施例中，总比热值236被控制模块110用来确定排气系统106内一个或更多个部位的温度。确定的温度之后被用于在命令框238中提供命令来经由来自命令框238的信号控制排气系统的选定部件。例如，命令框238产生命令信号来控制如下中的至少一者：发送给加热装置150的电流的量、将被HCI 154供应到排气内的燃料的量以及/或者作为后喷射过程的一部分将被燃料系统156喷射的燃料的量。
因此，示例性系统和方法提供对于排气系统106过程（例如PF 130的再生）的改进控制，其中比热确定提供控制用于再生的部件所用的信息。在实施例中，第一比热被确定用于涡轮增压器段170，其之后被用于确定该段的第一排气温度。通过使用适当等式和过程，例如等式1，第一排气温度可以之后被用于确定下游比热值和对应温度。在示例中，通过图2所示过程来确定进入OC装置126的排气122的比热，其中通过使用等式1和其他确定的和/或已知的参数，所述比热之后被用于确定在下游进入SCR装置128的排气122的热损失和温度。排气系统106中选定部位处的温度值之后可以被用于排气系统106控制和过程控制。在实施例中，基于OC装置126处的比热来确定进入PF 130的排气122的温度，其中温度被用于确定PF再生过程所需的能量的量。因此，通过提高系统内选定部位处的比热和对应温度的准确性，排气系统的过程更加有效。例如，提高确定温度和比热的准确性将导致再生过程的执行更靠近再生的适当操作温度。因此，由于提高了所需功率量的准确性，与将排气加热到具有考虑到温度确定的不准确性的安全系数（例如，再生开始温度的5%-10%）的温度的系统相比，使用减少的燃料/功率的量。因此，通过示例性方法和系统的改进温度确定，节省了燃料和/或能量。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，不过本领域的技术人员将理解，在不背离本发明范围的情况下可做出本发明的各种修改并且等价物可以代替其中的要素。此外，可以做出许多改进来使得具体情况或材料适于本发明的教导而不背离其实质性范围。因此，意图在于，本发明不限于公开的具体实施例，而是本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种排气系统，包括：
温度传感器；
所述温度传感器下游的颗粒过滤器；以及
联接到所述温度传感器的控制器，所述控制器被构造成执行方法，该方法包括：
确定内燃发动机的燃烧室内的空气燃料比；
使用所述温度传感器测量来自所述内燃发动机的排气流的温度；
基于来自所述内燃发动机的所述排气流的温度和所述空气燃料比来确定所述排气系统的第一段内的排气流的比热，其中所述第一段在所述颗粒过滤器上游；
基于所述排气流的所述比热确定所述第一段内的排气的第一温度；以及
使用选定部位处排气的确定温度来选择性地控制所述颗粒过滤器的再生过程。
2.根据权利要求1所述的排气系统，包括在所述颗粒过滤器上游的氧化催化剂，其中所述第一段包括接近所述氧化催化剂的入口的所述排气系统的一部分。
3.根据权利要求2所述的排气系统，包括在所述第一段下游的第二段，其中所述方法包括基于所述比热确定所述第二段内的排气流的第二温度。
4.根据权利要求3所述的排气系统，其中所述第二段包括所述颗粒过滤器的入口。
5.根据权利要求3所述的排气系统，其中所述温度传感器被置于所述第一段内。
6.根据权利要求1所述的排气系统，其中基于来自所述内燃发动机的所述排气流的温度和所述空气燃料比来确定所述排气流的比热包括基于来自所述内燃发动机的排气流的温度、所述空气燃料比以及在所述排气流的所述温度处氧、CO2、N2和H2O的比热值来确定所述比热。
7.根据权利要求1所述的排气系统，其中选择性地控制所述颗粒过滤器的再生过程包括执行如下至少一者：向汽缸内的燃料后喷射、向所述排气系统内的碳氢化合物喷射以及经由加热装置加热所述颗粒过滤器。
8.一种用于控制排气系统的方法，包括：
确定内燃发动机的燃烧室内的空气燃料比；
测量从所述内燃发动机流入所述排气系统的排气流的温度；
基于来自所述内燃发动机的所述排气流的温度和所述空气燃料比来确定所述排气系统的第一段内的排气流的比热，其中所述第一段在颗粒过滤器上游；
基于所述排气流的所述比热确定所述第一段内的排气的第一温度；以及
使用选定部位处排气的确定温度来选择性地控制所述颗粒过滤器的再生过程。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述比热包括确定所述第一段内的排气流的比热，该第一段包括接近氧化催化剂的入口的所述排气系统的一部分，其中所述氧化催化剂在所述颗粒过滤器上游。
10.根据权利要求9所述的方法，包括在所述第一段下游的第二段，其中控制器方法包括基于所述比热确定所述第二段的第二温度。
CN2013100187460A 2012-01-20 2013-01-18 排气系统和用于控制排气系统的方法 Pending CN103216297A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/355102 2012-01-20
US13/355,102 US9260996B2 (en) 2012-01-20 2012-01-20 Exhaust system and method for controlling an exhaust system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103216297A true CN103216297A (zh) 2013-07-24

Family

ID=48742532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100187460A Pending CN103216297A (zh) 2012-01-20 2013-01-18 排气系统和用于控制排气系统的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9260996B2 (zh)
CN (1) CN103216297A (zh)
DE (1) DE102013200591A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106437978A (zh) * 2015-08-12 2017-02-22 罗伯特·博世有限公司 内燃机的模糊调节
CN106988841A (zh) * 2016-01-21 2017-07-28 通用汽车环球科技运作有限责任公司 排气组件中烃喷射速率的控制
CN111456837A (zh) * 2020-03-18 2020-07-28 江铃汽车股份有限公司 颗粒搜集系统、碳载量控制方法和车辆
CN111486012A (zh) * 2019-01-29 2020-08-04 丰田自动车株式会社 车辆的控制装置、车辆的控制方法及存储介质

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018217169B4 (de) * 2018-10-08 2021-12-23 Vitesco Technologies GmbH Energieoptimale erzwungene Regeneration eines Partikelfilters eines Hybridfahrzeugs
WO2021062418A1 (en) * 2019-09-29 2021-04-01 Emissol Llc Exhaust gas mixer, system, and method of using

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110270504A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Exhaust and component temperature estimation systems and methods

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5520161A (en) * 1995-07-17 1996-05-28 Alternative Fuel Sytems Inc. Exhaust gas recirculation system for a compression ignition engine and a method of controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine
US6601387B2 (en) * 2001-12-05 2003-08-05 Detroit Diesel Corporation System and method for determination of EGR flow rate
BRPI0411322A (pt) * 2003-06-12 2006-07-18 Donaldson Co Inc método de distribuir combustìvel em fluxo transiente de um sistema de descarga
US8820051B2 (en) * 2010-08-10 2014-09-02 GM Global Technology Operations LLC Vehicle oxidation catalyst efficiency model for adaptive control and diagnostics
US20130139504A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 GM Global Technology Operations LLC Exahust system and method for controlling temperature of exhaust gas

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110270504A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Exhaust and component temperature estimation systems and methods

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈维金等: "柴油机废气平均比热的经验公式", 《武汉造船》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106437978A (zh) * 2015-08-12 2017-02-22 罗伯特·博世有限公司 内燃机的模糊调节
CN106988841A (zh) * 2016-01-21 2017-07-28 通用汽车环球科技运作有限责任公司 排气组件中烃喷射速率的控制
CN106988841B (zh) * 2016-01-21 2019-07-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 排气组件中烃喷射速率的控制
CN111486012A (zh) * 2019-01-29 2020-08-04 丰田自动车株式会社 车辆的控制装置、车辆的控制方法及存储介质
CN111456837A (zh) * 2020-03-18 2020-07-28 江铃汽车股份有限公司 颗粒搜集系统、碳载量控制方法和车辆
CN111456837B (zh) * 2020-03-18 2021-09-17 江铃汽车股份有限公司 碳载量控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20130186063A1 (en) 2013-07-25
US9260996B2 (en) 2016-02-16
DE102013200591A1 (de) 2013-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103306790A (zh) 排气系统和用于控制排气系统中的排气温度的方法
CN102165157B (zh) 一种用于运行带有scr催化器及在上游起氧化催化作用的排气净化部件的排气净化系统的方法
CN107060967B (zh) 用于控制联接至排气后处理系统的内燃机的方法和设备
CN101943044B (zh) 使用电加热催化剂的选择性催化还原系统
KR101777986B1 (ko) 배기가스 촉매 컨버터의 진단 방법 및 자동차
CN102400749B (zh) 排气后处理系统及操作方法
CN102191981B (zh) 目标颗粒物质过滤器再生系统
CN103216297A (zh) 排气系统和用于控制排气系统的方法
CN109477414A (zh) 用于内燃机的废气再处理的方法和设备
CN101907013B (zh) 使用虚拟的砖温度传感器的用于颗粒过滤器的再生系统和方法
CN103089380A (zh) 电加热的NOx吸附剂催化剂
CN101598055B (zh) 排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法
CN102966412A (zh) 用于废气处理系统内的温度偏移的控制设备
CN102889108A (zh) 压燃点火发动机的废气后处理系统
CN103147829A (zh) 确定还原剂的最大配给速率的系统和方法
US9488089B2 (en) Method of controlling operation of an engine having both an exhaust fluid recirculation apparatus and an exhaust fluid treatment apparatus
CN103133107B (zh) 用于确定排气系统状况的系统和方法
US9046016B2 (en) System and method for particulate filter regeneration
US20100281851A1 (en) Exhaust gas emissions reactor and method of treating exhaust gas
CN105074155B (zh) 内燃机的排气净化装置
CN107100702B (zh) 用于内燃机废气再处理的方法和装置
US9523974B2 (en) Method of controlling operation of an exhaust fluid treatment apparatus
CN103133102A (zh) 用于控制排气温度的排气系统和方法
CN102305118A (zh) 控制在颗粒物质过滤器再生期间的排气温度的系统和方法
US20130111877A1 (en) System and method for particulate filter regeneration

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130724