CN103237963A - 控制过滤器再生的烃喷射 - Google Patents

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Abstract

提供了一种向发动机排气提供烃以使柴油发动机的排气系统内柴油颗粒过滤器再生的方法。该柴油发动机包括电子控制模块、至少一个气缸以及与至少一个气缸流体连通的至少一个燃料喷射器、以及排气系统内的柴油氧化催化器。用电子控制模块监测柴油氧化催化器输出的温度。基于对柴油氧化催化器输出的温度的监测来计算柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量。将该烃总量喷射到柴油氧化催化器上游的排气系统以及由燃料喷射器作为后喷射而喷射到至少一个气缸中。

Description

控制过滤器再生的烃喷射
技术领域
本发明涉及柴油颗粒过滤器的再生，且更具体涉及用于再生柴油过滤器的系统和方法，该系统和方法在柴油颗粒过滤器的再生过程中使用将使用过的烃输送至发动机气缸作为缸内后喷射、或作为柴油氧化催化剂和柴油颗粒过滤器的排气系统上游内的喷射的系统。
背景技术
包括环境责任的努力和发动机废气排放的现代环境规章在内的多种因素降低了在化石燃料燃烧后进入大气的某些污染物所允许的可接受水平。越来越多的严格排放标准可能要求进一步控制燃料燃烧和废气燃烧后处理中的任一种或两种。例如，在过去几年，所允许的氧化氮（NOx）和颗粒物质的含量已经大大降低。其中，为了解决环境问题，许多柴油发动机现在在柴油发动机的排气系统内具有柴油氧化催化器（DOC）和柴油颗粒过滤器（DPF），以减少释放到大气的NOx和颗粒物质的量。
在某些柴油机运行条件下，可能有利的是在DOC上游位置向发动机的排气系统直接提供通常呈柴油燃料形式的烃，使得烃与DOC反应以产生热量并将DPF内的温度升高到足以允许DPF再生的值。将烃直接喷射入排气系统能更好地利用烃，因此DPF再生需要更少的烃。在其它柴油发动机运行条件下，可能有利的是提供缸内后喷射形式的烃，使得烃可与DOC反应，从而产生热量以允许进行DPF的再生。可利用缸内后喷射的发动机运行条件的实例包括具有低排气温度的低排气流量，因为在这些条件下，直接喷射入排气系统的烃可能未充分混合以允许烃与DOC反应以产生热，且烃可能迅速通过DOC并进入DPF。利用缸内后喷射的一个缺点是某些燃料不曾进入排气系统，而是会流过活塞环并进入发动机的润滑油系统，将油稀释并可能损坏发动机部件。但是，在又一些柴油发动机运行条件下，可能有利的是既提供直接进入排气系统的烃又提供经由缸内后喷射的烃。某些发动机配备成既提供直接进入排气系统的烃又提供经由缸内后喷射的烃，但这些现有系统利用用于缸内后喷射和直接到排气系统的喷射中每个的分开的控制系统，但这些现有系统不允许同时进行到排气系统的烃喷射和缸内后喷射。
因此需要提供用于提供烃以用于升高排气温度，允许进行DPF再生的系统和方法，该系统和方法允许经由缸内后喷射、直接到DOC上游排气系统内的直接喷射、或者缸内后喷射和到DOC上游的排气系统的直接喷射的组合来输送烃。
发明内容
根据一个过程，提供了一种向发动机排气提供烃以使柴油发动机的排气系统内柴油颗粒过滤器再生的方法。该柴油发动机包括电子控制模块、至少一个气缸以及与至少一个气缸流体连通的至少一个燃料喷射器、以及排气系统内的柴油氧化催化器。从电子控制模块接收柴油颗粒过滤器再生请求。用电子控制模块监测柴油氧化催化器输出的温度。电子控制模块确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量。通过电子控制模块确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为到柴油氧化催化器上游排气系统内的直接喷射而被输送的第一百分比。用电子控制模块确定用于柴油颗粒过滤器再生所需烃总量中作为缸内后喷射而被输送的第二百分比。基于电子控制模块的输出，将柴油颗粒过滤器再生所需烃总量的第一百分比喷射入柴油氧化催化器上游排气系统。基于电子控制模块的输出，喷射作为缸内后喷射输送的柴油颗粒过滤器再生所需烃总量的第二百分比。
根据另一个过程，提供了一种向发动机排气提供烃以使柴油发动机的排气系统内柴油颗粒过滤器再生的方法。该柴油发动机包括电子控制模块、至少一个气缸以及与至少一个气缸流体连通的至少一个燃料喷射器、以及排气系统内的柴油氧化催化器。用电子控制模块监测柴油氧化催化器输出的温度。基于对柴油氧化催化器输出的监测来计算柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量。将该烃总量喷射到柴油氧化催化器上游的排气系统以及由燃料喷射器作为后喷射而喷射到至少一个气缸中。
根据一个实施例，一种内燃机的烃喷射系统，该内燃机具有排气系统，该排气系统具有柴油颗粒过滤器和柴油氧化催化器，该烃喷射系统包括电子控制模块、发动机速度传感器、排气系统，以及至少一个缸内燃料喷射器。电子控制模块具有存储器和处理器。发动机速度传感器设置成与电子控制模块通信。发动机扭矩输出估算器（estimator）设置成与电子控制模块通信。排气系统具有柴油氧化催化器，柴油氧化催化器温度传感器相邻于所述柴油氧化催化器设置并设置成与电子控制模块通信，柴油颗粒过滤器设置在柴油氧化催化器下游，而排气系统烃喷射器则设置在柴油氧化催化器的上游并设置成与电子控制模块通信。至少一个缸内发动机燃料喷射器设置在发动机的气缸内，燃料喷射器设置成与电子控制模块通信。电子控制模块基于柴油氧化催化器输出温度传感器确定柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量。电子控制模块产生单个烃喷射输出，当需要柴油颗粒过滤器再生时，该单个烃喷射输出致使缸内燃料喷射器和排气系统烃喷射器中的至少一个喷射烃。
附图说明
图1是示出具有排气系统的发动机的示意图，柴油颗粒过滤器、柴油氧化催化器和烃喷射器设置在排气系统内。
图2是示出用于确定柴油颗粒过滤器再生所需烃的量以及应当将烃输送到哪里的电子控制模块和传感器的示意图。
图3是向柴油排气提供烃以使柴油颗粒过滤器再生的一种方法的示意图。
图4是向柴油排气提供烃以使柴油颗粒过滤器再生的另一种方法的示意图。
具体实施方式
图1示出具有排气系统12的发动机10。排气系统12包括柴油氧化催化器（DOC）14、DOC温度传感器16、柴油颗粒过滤器（DPF）18、以及排气系统烃喷射器20。发动机10还具有电子控制模块（ECM）22，有时称为发动机控制模块或发动机控制单元。ECM22控制发动机10的多个方面的操作，诸如燃料喷射、基于发动机设定的喷射、基于发动机设定的燃烧以及DPF再生，这仅是举几个例子。DOC温度传感器16与ECM22通信。
发动机10还具有多个气缸24，每个气缸具有燃料喷射器26。燃料喷射器26能够在每次燃烧循环对每个缸进行多次燃料喷射，诸如预喷射、主喷射以及后喷射，其中主喷射是提供发动机10的所需功率输出的燃料喷射，而预喷射发生在主喷射之前，且后喷射发生在主喷射之后。
发动机10还具有发动机转速传感器28，该发动机转速传感器28也与ECM22通信并用于确定发动机运行的速度。
如图1所示，DOC14位于DOC温度传感器16和DPF18的上游。排气系统烃喷射器20设置在DOC14上游。排气系统烃喷射器20将诸如柴油燃料之类的烃喷入排气系统12，从而升高DOC14以及排气系统12内排气的温度。当排气系统12内的温度高于一定值时，DPF可进行再生。
现转向图2，示意性地示出发动机10的电子控制系统的一部分。ECM22具有处理器30和存储器32。ECM22从各种传感器接收输入或控制参数，比如发动机转速传感器32、DOC温度传感器36的输入、发动机扭矩估值38以及进气流量40。处理器30可利用输入来从储存在存储器32内的查询表检索输出，或可利用各输入来计算中间结果，将中间结果与储存在存储器32内的数据比较，以生成与DPF再生相关的输出信号。
例如，ECM22的处理器30产生DPF18再生所需的烃总量。DPF18再生所需的烃总量由DOC温度传感器36的输入得到。考虑到，DPF18再生所需的烃总量可储存在存储器32内的查询表中，或可利用储存在ECM22的存储器32内的算法来计算。
此外，可将DPF再生所需的总烃中通过排气系统烃喷射器18而喷射到排气系统12内的百分比44储存在存储器32中的查询表中，或可利用储存在ECM22的存储器32内的算法来计算。DPF再生所需总烃中将通过排气系统烃喷射器18而喷射到排气系统12内的总烃百分比的百分比44将基于诸如发动机转速输入34、发动机扭矩估值38以及进气流量输入40之类的发动机运行因素而变化。
类似的，可将DPF再生所需总烃中通过燃料喷射器26作为缸内后喷射而喷射到排气系统12内的百分比46储存在存储器32中的查询表中，或可利用储存在ECM22的存储器32内的算法来计算。DPF再生所需总烃中将通过燃料喷射器26作为缸内后喷射而喷射到排气系统12内的总烃百分比的百分比46将基于诸如发动机转速输入34、发动机扭矩估值38以及进气流量输入40之类的发动机运行因素而变化。
尽管图2中示出通过ECM22来计算，但根据其它替代实施例考虑到可将DPF再生所需的烃总量42通信到子处理器，该子处理器计算DPF再生所需总烃中将通过排气系统烃喷射器18而喷射到排气系统12内的总烃百分比的百分比44，以及DPF再生所需总烃中将通过燃料喷射器26作为缸内后喷射而喷射到排气系统12内的总烃百分比的百分比46。
还考虑到，如果在静止车辆的发动机内进行再生，则DPF再生所需总烃中通过排气系统烃喷射器18喷射到排气系统12内的总烃百分比的百分比44将设为零。
还考虑到，可利用过滤来控制DPF再生所需总烃中通过排气系统烃喷射器18而喷射到排气系统12内的总烃百分比的百分比44和DPF再生所需总烃中通过燃料喷射器26作为缸内后喷射而喷射到排气系统12内的总烃百分比的百分比46的变化的过渡。利用过滤，使得ECM22的输入34、36、38、40中一个的瞬态变化不会造成百分比44、46的突然变化，但这些输入之一的持续变化可改变百分比44、46。过滤可以是双滞后型过滤，从而只有在超过某个第一阈值之后才启动从不进行用烃喷射器18将烃喷射到排气系统12内的过渡，以及只有在超过第二阈值之后才启动使用烃喷射器18将100%的烃喷射到排气系统12内的过渡。类似地，仅在不超过第三阈值之后才进行从使用烃喷射器18将100%的烃喷射到排气系统12内的过渡，以及仅在不超过第四阈值之后才进行到使用烃喷射器18将0%的烃喷射到排气系统12内的过渡。因此，通过过滤，避免由瞬态发动机运行引起的通过烃喷射器18输送到排气系统12的烃的百分比的突然变化。类似地，也可利用时间延迟过滤，使得运行条件必须显示出，在对烃输送进行任何更改之前的预定时间段需要到排气系统的烃输送的变化。
还考虑到，可利用过滤器来提供从烃喷射器18和燃料喷射器26输送的烃量的平稳过渡。当需要由烃喷射器18所提供的烃量的过渡时，这种过滤避免突然过渡，并提供通过烃喷射器18和燃料喷射器26输送到排气系统12的烃量的更平缓变化。
图3示出向发动机排气提供烃以用于再生DPF的一种方法50。该方法50如框52所示接收诸如来自用户的DPF再生请求，或产生DPF再生请求。接着，方法50在框54处用ECM监测DOC的温度。
在框56处确定DPF再生所需的烃总量。在框58处确定DPF再生所需烃的总量中直接输送到排气系统的第一百分比。类似地，在框60处确定DPF再生所需烃的总量中作为缸内后喷射而输送的第二百分比。如上所述，再生所需的烃总量以及第一百分比和第二百分比可包含在ECM22的存储器32中的查询表内，或可使用ECM22的处理器30来计算。
在框62处将DPF再生所需烃的总量的第一百分比直接喷射到排气系统。在框64处将DPF再生所需烃的总量的第二百分比作为缸内后喷射而进行喷射。考虑到，一般可同时进行烃的喷射62、64，或者可在直接喷射到排气系统内62稍早之前进行缸内后喷射64。
图4示出向发动机排气提供烃以用于再生DPF的另一方法70。方法70在框72处用ECM监测DOC的温度。在框74处确定DPF再生所需的烃总量。在框76处将DPF再生所需烃的总量作为缸内后喷射直接喷射到排气系统。考虑到，在至少某些操作条件下，同时进行到排气系统的直接喷射和缸内后喷射。
应理解，可在硬件中实施控制系统来实践该方法。该控制系统可用以下技术中任何技术或组合来实施，这些技术都是本领域公知的：具有根据数据信号实施逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有适当组合逻辑门的专用集成电路（ASIC）、可编程门阵列（PGA）、现场可编程门阵列（FPGA）等。
当在软件中实施控制系统时，应注意控制系统可存储在由任何计算机相关系统或方法所使用或与其连接的任何计算机可读介质上。在此文件的上下文中，“计算机可读介质”可以是可存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置、或设备使用或连同它们使用的任何介质。计算机可读介质可以例如是但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外、或半导体的系统、设备、装置或传播介质。计算机可读介质的更具体实例（非排它列举）可包括以下：具有一条或多条引线的电连接（电子的）、便携式计算机磁盘（磁性的）、随机存取存储器（RAM）（电子的）、只读存储器（ROM）（电子的）、可擦除可编程只读存储器（EPROM、EEPROM或闪存）（电子的）、光纤（光学的）、以及便携式光盘只读存储器（CDROM）（光学的）。控制系统可实施为由指令执行系统、设备或装置使用或与其连接的任何计算机可读介质，诸如基于计算机的系统、包含处理器的系统或可从指令执行系统、设备或装置取得指令并执行指令的其它系统。

Claims (20)

1.一种向发动机排气提供烃以使柴油发动机的排气系统内的柴油颗粒过滤器再生的方法，所述柴油发动机包括电子控制模块、至少一个气缸以及与所述至少一个气缸流体连通的至少一个燃料喷射器、以及所述排气系统内的柴油氧化催化器，所述方法包括：
从电子控制模块接收柴油颗粒过滤器再生请求；
用所述电子控制模块监测柴油氧化催化器输出的温度；
用所述电子控制模块确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量；
确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为到柴油氧化催化器上游排气系统内的直接喷射而被输送的第一百分比；
用所述电子控制模块确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为缸内后喷射而被输送的第二百分比；
将用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的第一百分比喷射到所述柴油氧化催化器上游的所述排气系统内；以及
基于所述电子控制模块的输出而喷射用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为缸内后喷射而被输送的第二百分比。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定用于所述发动机的柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量是基于来自与所述柴油氧化催化器相邻的温度传感器的输入。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为到排气系统内的直接喷射而被输送的第一百分比是基于设置成与电子控制模块通信的发动机转速传感器的输入、所述电子控制模块的发动机扭矩输出估算器、来自与所述柴油氧化催化器相邻的温度传感器的输入、以及来自进气流量传感器的输入。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在单个处理器上进行确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为到柴油氧化催化器上游排气系统内的直接喷射而被输送的第一百分和用于柴油颗粒过滤器再生所需烃总量的第二百分比。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在发动机怠速时，确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为到柴油氧化催化器上游排气系统内的直接喷射而被输送的第一百分比为零。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基本上同时地进行将用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的第一百分喷射入柴油氧化催化器的上游排气系统内和喷射用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为缸内后喷射而被输送的第二百分比。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的第一百分喷射入柴油氧化催化器的上游排气系统内是在启动对用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为缸内后喷射而被输送的第二百分比的喷射之后启动的。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将基于来自设置成与电子控制模块通讯的发动机速度传感器的输入、电子控制模块的发动机扭矩输出估算器、来自相邻于柴油氧化催化器的温度传感器的输入、以及来自进气流量传感器的输入的用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量中作为到排气系统内的直接喷射而被输送的初始第一百分比过渡到基于来自发动机转速传感器、发动机扭矩输处估算器、与所述柴油氧化催化器相邻的温度传感器、以及进气流量传感器的输入的变化的用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的修正的第一百分比。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，从用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的初始第一百分比到用于柴油颗粒过滤器再生所需的修正的烃总量的过渡是一种经过滤的过渡，该经过滤的过渡需要来自发动机速度传感器、发动机扭矩输出估算器、相邻于柴油氧化催化器的温度传感器、以及进气流量传感器的输入中的变化超过预定量，以使所述过渡发生。
10.一种将烃供应至发动机排气，用于再生柴油发动机的排气系统内的柴油颗粒过滤器，所述柴油发动机包括电子控制模块、至少一个气缸以及与所述至少一个气缸流体连通的至少一个燃料喷射器、以及在所述排气系统内的柴油氧化催化器，所述方法：
用电子控制模块监测柴油氧化催化器输出的温度；
基于对柴油氧化催化器输出的温度的监测来计算柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量；以及
将所述烃总量喷射到柴油氧化催化器上游的排气系统内以及由燃料喷射器作为后喷射而喷射到至少一个气缸中。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，基于电子控制模块所监测的进气流量，将烃总量的第一百分比喷射入柴油氧化催化器上游的排气系统。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，基于电子控制模块所监测的发动机速度，将烃总量的第一百分比喷射入柴油氧化催化器上游的排气系统。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，基于电子控制模块所监测的发动机扭矩输出，将烃总量的第一百分比喷射入柴油氧化催化器上游的排气系统。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，将烃总量的第一百分比喷射入柴油氧化催化器上游的排气系统，以及用燃料喷射器将烃总量中作为后喷射的第二百分比喷射入至少一个气缸，所述第一百比和所述第二百分比基于发动机速度的变化而随时间改变。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一百分比和所述第二百分比随时间的改变需要发动机速度的变化超过预定量。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，将烃总量的第一百分比喷射入柴油氧化催化器上游的排气系统，以及用燃料喷射器将烃总量中作为后喷射的第二百分比喷射入至少一个气缸，所述第一百比和所述第二百分比基于发动机扭矩输出的变化而随时间改变。
17.一种内燃机的烃喷射系统，所述内燃机具有排气系统，所述排气系统具有柴油颗粒过滤器和柴油氧化催化器，所述烃喷射系统包括：
具有存储器和处理器的电子控制模块；
设置成与电子控制模块通信的发动机速度传感器；
设置成与电子控制模块通信的发动机扭矩输出估算器；
排气系统，所述排气系统具有柴油氧化催化器、相邻于所述柴油氧化催化器设置并设置成与电子控制模块通信的柴油氧化催化器温度传感器、设置在柴油氧化催化器下游的柴油颗粒过滤器、以及设置在柴油氧化催化器的上游并设置成与电子控制模块通信的排气系统烃喷射器；以及
设置在发动机的气缸内的至少一个缸内发动机燃料喷射器，所述燃料喷射器设置成与电子控制模块通信；
其中，所述电子控制模块基于柴油氧化催化器输出温度传感器来确定用于柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量，且所述电子控制模块产生单个烃喷射输出，当需要柴油颗粒过滤器再生时，所述单个烃喷射输出致使缸内燃料喷射器和排气系统烃喷射器中至少一个喷射烃。
18.如权利要求17所述的烃喷射系统，其特征在于，电子控制模块产生单个烃喷射输出，当需要柴油颗粒过滤器再生时，所述单个烃喷射输出同时致使缸内燃料喷射器和排气系统烃喷射器喷射烃。
19.如权利要求18所述的烃喷射系统，其特征在于，基于由电子控制单元所接收的发动机速度传感器的输出，用排气系统烃喷射器来喷射柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的第一百分比，以及用缸内燃料喷射器来喷射柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的第二百分比。
20.如权利要求18所述的烃喷射系统，其特征在于，基于由电子控制单元接收的发动机扭矩估算器的输出，用排气系统烃喷射器来喷射柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的第一百分比，以及用缸内燃料喷射器来喷射柴油颗粒过滤器再生所需的烃总量的第二百分比。
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