CN104169534A - 排气处理二次空气供给系统 - Google Patents

Abstract

一种用于处理通过内燃发动机输出的排气的系统，包括位于柴油微粒过滤器上游的再生单元。再生单元燃烧燃料以加热进入柴油微粒过滤器的排气。空气泵将压缩空气的二次源供给至再生单元并且适于通过内燃发动机被驱动。速度传感器与空气泵结合并且是可操作的以输出指示空气泵组件的旋转速度的信号。控制器接收速度传感器信号并且基于速度传感器信号来确定内燃发动机的运行速度。控制器基于发动机运行速度来控制再生单元。

Description

排气处理二次空气供给系统

技术领域

本公开总体上涉及排气处理系统。更具体地，二次空气系统包括空气泵以及用于管理位于柴油微粒过滤器上游的再生单元操作的关联的速度传感器。

背景技术

此部分提供了涉及本公开的背景信息，其并不一定是现有技术。

很多私人车辆和商用车辆被构造成具有用于将功率传输到车辆的从动轮的内燃发动机。旧有的车辆可能装备有排气系统，该排气系统可能未达到当前政府监管标准或要强制执行的标准。当新的这些车辆可能符合排放控制法规但是在未来这些车辆可能需要改变用以被合法操作。

在一个例子中，如公共汽车的商用车辆可能装备有具有排气系统的柴油燃料内燃发动机，该排气系统不包括柴油微粒过滤器或者与柴油微粒过滤器关联的再生单元。此外，许多这些相同的车辆具有相对简单的发动机和动力传动系统布置，其中没有提供电子发动机控制器。

可以期望的是，改进具有包括柴油微粒过滤器和再生单元的排气系统的特定车辆。一些排放控制系统需要发动机运行速度的实时显示来适当地管理再生单元。另外，再生单元的运行可能需要氧气的二次供给，该氧气可以由外部空气泵提供。相应地，可以期望的是，提供一种包括柴油微粒过滤器、再生单元、二次空气供给的排气系统，该二次空气供给包括空气泵，其中该空气泵装备有可操作用以输出指示内燃发动机速度的信号的传感器。

发明内容

此部分提供了本公开的总体概要，并且并非是其所有特征或全部范围的全面公开。

一种用于处理由内燃发动机输出的排气的系统，包括位于柴油微粒过滤器上游的再生单元。再生单元燃烧燃料以加热进入柴油微粒过滤器的排气。空气泵将压缩空气的二次源供给至再生单元并且适于通过内燃发动机被驱动。速度传感器与空气泵结合以输出指示空气泵组件的旋转速度的信号。控制器接收速度传感器信号并且基于速度传感器信号来确定内燃发动机的运行速度。控制器基于发动机运行速度来控制再生单元。

一种处理通过内燃发动机输出的排气的方法，包括获取指示空气泵的构件的旋转速度的信号，所述空气泵通过内燃发动机驱动。基于信号确定发动机速度。基于发动机速度估计排气空气量的流率。基于所估计的排气空气量的流率确定二次空气流率和燃料比率。将二次空气流和燃料以所确定比率提供到再生单元。在再生单元中点燃燃料以增加在其中流过的排气的温度来再生柴油微粒过滤器。

从此处提供的描述，进一步的应用领域将变得显而易见。在发明内容中的描述和特定例子仅为了说明性的目的并且不期望限制本公开的范围。

附图说明

此处所描述的附图仅用于所选实施例的说明性的目的，并不是所有可能的实施，并且不期望限制本公开的范围。

图1是描述根据本公开的教示所构成的装备有排放处理系统的示例性的车辆的示意图；以及

图2是描述用于图1中所示的排放处理系统的控制方案的流程图。

对应的附图标记指示遍及附图的若干视图的对应的部分。

具体实施方式

现在将参照附图更完全地描述例示例实施例。

参照图1，示例性的车辆10装备有发动机12和排气系统16。排气系统16包括排气歧管(manifold)18、柴油微粒过滤器(diesel particulate filter)20以及再生单元22。排气管道24内接排气歧管18和再生单元22。尾管26包括接收通过柴油微粒过滤器20经过的气体的一端以及允许所处理的排气离开排气口的相反开头端。

排气系统16还包括将二次空气的供给提供到再生单元22的进口32的空气泵30。空气泵30通过例如带或链的弹性驱动构件34来驱动地结合发动机12。可选地，可以使用如小齿轮系的任何其他功率传输设备来通过发动机12驱动空气泵30。速度传感器36与空气泵30结合并且被配置为输出指示发动机12旋转速度的信号38。

箱42存储如柴油燃料的碳氢化合物。提供燃料过滤器46和燃料泵48来将碳氢化合物从燃料箱42传送到燃料阻隔(Fuel block)50。燃料阻隔50可选地将燃料提供到在再生单元22的进口32处终结的燃料线路54。

第一点火器62和第二点火器64与再生单元22关联以点火燃料并借此升高排气行程(exhaust travelling)的温度。更具体地，第一点火器62可以被称作主要点火器，该主要点火器用于燃烧通过燃料线路54供给的，经由通过空气泵30提供的二次空气。第二点火器64可以被操作以燃烧存于从第一点火器63的排气下游的碳氢化合物。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，再生单元可以仅装备有单个点火器。

第一压力传感器66被置为与流经排气系统16的排气通信，所述排气位于柴油微粒过滤器20的上游位置。第二压力传感器68与处于柴油微粒过滤器20的下游位置的排气通信。第一压力传感器66和第二压力传感器68中的每一个输出指示它们位置的排气压力。

第一温度传感器70位于在再生单元22的上游位置的排气系统16之内。第二温度传感器72是可操作的，以输出指示在再生单元22的下游位置和柴油微粒过滤器20的上游位置的排气温度的信号。第三温度传感器74是可操作的，以输出指示在从柴油微粒过滤器20的下游位置的排气温度的信号。控制器80接收来自三个传感器70、72、74的信号以及指示发动机12的旋转速度的信号38。第一压力传感器66和第二压力传感器68将指示在它们位置的排放压力发送到控制器80。

控制器80与燃料阻隔50通信来选择性地将燃料提供给燃料线路54。空气阀84控制外界空气到再生单元22的供给。控制器80可以选择性地打开或关闭空气阀84来计量被提供到再生单元22的二次空气的流率(flow rate)。空气阀84可以位于空气泵30的上游或下游来执行此功能。

再生的期间可以基于发动机速度、一个或更多的压力差(pressuredifferentials)，或通过控制器80执行的一些其他计算。例如，一旦通过DPF 20流过的排气在预定时间量高于预定温度阈值，就将柴油微粒过滤器20的再生确定为完成。

速度传感器36与空气泵30结合或被集成于此。速度传感器36可以包括霍尔效应或可变磁阻式传感器。在一个布置中，传感器目标可以是与空气泵30之内的旋转构件固定的齿轮。传感器目标可以包括在空气泵30内已经存在的既有小齿轮的齿。在本公开的范围之内，可以预期包括图案轴(patternedshafts)的其他布置。

空气泵30包括通过弹性构件34驱动的输入轴90。对控制器80提供发动机12的曲柄轴92的旋转速度和空气泵30的输入轴90之间的几何关系。此关系可以简单到固定于曲柄轴92的输出滑轮94以及固定于输入轴90的输入滑轮96的直径的比率。不论机械布置，传感器36是可操作的，以输出指示曲柄轴92的旋转速度的信号38。

可以通过例如发电机滑轮、水泵滑轮、力转向泵轮等中间滑轮的任一其他构件驱动输入轴90。可以考虑中间滑轮速度与曲柄轴92的速度的关系来精确地将信号38提供到控制器80。空气泵30可以与离合器98关联或包括离合器98，该离合器98是可操作的，以从空气泵30内的泵构件(未示出)驱动地连接或断开输入轴90。当不需要二次空气时，可以从发动机12断开泵构件来节省能量并减少在空气泵30上的磨损。

可以预期的是，在图1中描述的排气系统16表示通过改进既有车辆所布置的修改的排气系统。尤其是，可以使用包括再生单元22，柴油微粒过滤器20，空气泵30，速度传感器36，空气阀84，压力传感器66、68，温度传感器70、72、74，点火器62、64，燃料阻隔50和控制器80的售后改装套件来改动原先未装备有例如排气后处理系统的车辆。复杂和昂贵的发动机控制器无需被包括在原先的车辆或提出的排气售后改装套件中。从速度传感器36到控制器80提供充足的数据，来适当地管理再生单元22和柴油微粒过滤器20的运行。

图2提供了与排气系统16的运行相关的代表性的流程图。在方框120，控制确定发动机12是否正在运转。如果发动机正在运转，在方框122控制确定经过DPF 20的压力差。控制器80将从第一压力传感器66提供的压力信号与从第二传感器68提供的信号进行比较并且计算压力差。在方框124，控制确定从最后的DPF再生起已经流逝的发动机运转时间量。可以基于速度传感器36的输出确定发动机运行时间。

在方框126，控制确定是否需要柴油微粒过滤器20的再生。在此时，控制器80确定从最后再生事件起所确定的时间是否大于预定时间间隔。如果是，则需要再生。控制器80也将经过柴油微粒过滤器20的最近确定的压力差与阈值压力差进行比较。如果确定的压力差大于预定阈值，则需要再生事件。由于DPF 20变得充满烟灰和其他微粒物质，所以经过DPF 20的压力差增大从而指示了再生的需要。

在方框128，控制基于来自传感器36的信号38确定发动机12的曲柄轴92的旋转速度。在方框130，基于预先确定的发动机速度计算提供到再生单元22的排气空气流量。在方框132，控制基于预先确定的排气空气流量来确定二次空气流率以及提供到线路54的燃料的流率。

在方框134，如果离合器98存在，则通过结合离合器98并且控制阀84来提供确定的空气流率，以将想要的二次空气流率提供到再生单元22的进口32。控制器80控制泵48和燃料阻隔50来将所确定的燃料供给的比率提供到线路54以及再生单元22的进口32。在方框136控制激励点火器62和64。

在方框137，控制确定流过柴油微粒过滤器20的排气的平均温度。可以合并并且平均从第三温度传感器74和第二温度传感器72输出的信号，来确定流过DPF 20的排气的平均运行温度。

通过评估速度传感器信号38以及传感器70、02和74提供的温度信号，控制器80也可以或者代替地确定发动机负载条件。可以基于发动机负载改变再生期间。

在方框138，控制确定在足够温度是否已经完成预定的再生时间。一旦再生发生于平均温度大于预定最小时间的阈值温度，则控制继续到方框140，其中停止到再生单元22的燃料和二次空气的供给。在此时，完成DPF 20的再生。

如果在再生处理期间应当在发动机速度中发生变化，则控制还提供再生处理的修改。在方框142，控制通过评估来自速度传感器36的信号38来确定在再生期间发动机速度是否已经变化。如果发动机速度已经变化，则在方框144控制基于在发动机速度信号确定修正的空气流量。在步骤146，控制基于修正的排气空气量的流率确定修正的二次空气流率和修正的燃料供给率。在方框148，控制改变到空气阀84和燃料阻隔50的输入来将修正的二次空气流率和燃料流率供给到再生单元22。控制返回如前描述的方框138和140来完成再生处理。

应该理解的是，速度传感器36还可以用于支持诊断系统，其中可以评估信号38来确认例如空气泵30的输入轴90的构件正在旋转。使用此技术可以简单地验证泵运行。如果从另一个源知晓了曲柄轴92的旋转速度，则可以执行额外的诊断以确认适当的泵运行速度以及离合器98的运行。在诊断检查期间，控制可以将基于信号38的确定的曲柄轴运行速度与从第二源供给的发动机运行速度进行比较。

已经提供前述实施例的描述用于说明和描述的目的。并不意欲是详尽的或者限制本公开。特定实施例的个别元件或特征通常不限制该特定实施例，但是即便没有特别地示出或描述，在可应用的地方是可交换的，并且可以被用于所选择的实施例。也可以以许多方式改变相同的内容。如此的变型不应被视为脱离本公开，并且所有如此的修改被期望为包括在本公开的范围之内。

Claims (24)

1.一种用于通过内燃发动机输出的排气的处理系统，，所述处理系统包括：

柴油微粒过滤器，接收排气；

再生单元，位于柴油微粒过滤器的上游，并且是可操作的以燃烧供给到其的燃料并且加热进入柴油微粒过滤器的排气；

空气泵，将压缩空气的二次源供给至再生单元，所述空气泵适于通过内燃发动机被驱动；

速度传感器，与空气泵结合并且是可操作的以输出指示空气泵组件的旋转速度的信号；以及

控制器，接收速度传感器信号，所述控制器是可操作的以基于速度传感器信号来确定内燃发动机的运行速度，所述控制器基于确定的发动机运行速度来控制再生单元。

2.根据权利要求1所述的排气处理系统，其中控制器是可操作的，以确定空气泵的运行速度。

3.根据权利要求1所述的排气处理系统，其中再生单元包括轴向分隔开的第一点火器和第二点火器。

4.根据权利要求1所述的排气处理系统，还包括空气阀，所述空气阀与空气泵通信并且由控制器所控制，以将目标二次空气流率提供到再生单元。

5.根据权利要求4所述的排气处理系统，还包括驱动系统，适于将扭矩从内燃发动机传送到空气泵。

6.根据权利要求5所述的排气处理系统，其中所述驱动系统包括驱动固定于空气泵的输入轴的滑轮的弹性驱动构件。

7.根据权利要求6所述的排气处理系统，其中速度传感器是可操作的，用以输出指示输入轴的旋转速度的信号。

8.根据权利要求1所述的排气处理系统，还包括离合器，适于驱动地将空气泵结合至内燃发动机或将空气泵从内燃发动机去结合，所述离合器由控制器所控制。

9.根据权利要求1所述的排气处理系统，还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器位于柴油微粒过滤器的上游并且所述第二压力传感器位于所述柴油微粒过滤器的下游，控制器接收由第一压力传感器和第二压力传感器所输出的信号以确定是否已经超过了压降阈值，所述控制器基于柴油微粒过滤器的压降在再生单元内启动燃烧。

10.一种处理通过内燃发动机输出的排气的方法，包括：

获取指示空气泵的构件的旋转速度的信号，所述空气泵通过内燃发动机驱动；

基于信号确定发动机速度；

基于发动机速度估计排气空气量的流率；

基于所估计的排气空气量的流率确定提供到再生单元的燃料比率和二次空气流率，所述再生单元位于柴油微粒过滤器的上游；

将二次空气流和燃料以所确定的比率提供到再生单元；并且

在再生单元中点燃燃料以增加在其中流过的排气的温度来再生柴油微粒过滤器。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括确定柴油微粒过滤器的压降并且基于超过预定阈值的压降来启动柴油微粒过滤器的再生。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括评估信号以确定在正点燃燃料时发动机速度是否已经变化。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括基于变化的发动机速度来确定修正的排气空气量流率。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括基于修正的排气空气量流率来确定要被提供到再生单元的修正的二次空气流率以及修正的燃料比率。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括将修正的二次空气流率和修正的燃料比率供给到再生单元并且点燃燃料。

16.根据权利要求10所述的方法，还包括确定自柴油微粒过滤器的最后一次再生起所流逝的发动机运转时间并且一旦已经流逝了预定量的运转时间，就运行再生单元。

17.根据权利要求10所述的方法，还包括将速度传感器结合到空气泵，所述速度传感器输出信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其中空气泵的旋转构件包括输入轴。

19.根据权利要求17所述的方法，其中空气泵的旋转构件包括内部齿轮。

20.根据权利要求17所述的方法，其中速度传感器包括霍尔效应传感器。

21.根据权利要求17所述的方法，其中速度传感器包括可变磁阻式传感器。

22.根据权利要求17所述的方法，还包括执行诊断检查，以通过评估空气泵速度传感器信号来确定空气泵是否正在旋转。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括执行诊断检查，以通过评估空气泵速度传感器信号来确定驱动地互连内燃发动机和空气泵的离合器是否正在运行。

24.根据权利要求10所述的方法，还包括将确定的发动机速度与另一个发动机速度源进行比较以执行空气泵的诊断检查。