CN115434793B

CN115434793B - 用于控制排气后处理部件的烟尘负载的方法、发动机和控制系统

Info

Publication number: CN115434793B
Application number: CN202211039427.3A
Authority: CN
Inventors: J.D.S.迪瓦克阿布拉罕; A.维默里; M.哈斯; A.W.基德
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2023-12-08
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: US20210270177A1; US11352931B2; CN111566325B; WO2019094180A2; US11035279B2; US20200300190A1; CN115434793A; CN111566325A; WO2019094180A3

Abstract

一种涉及操作内燃机的方法、系统和装置，包括用于进行以下操作的步骤或特征：确定设置在所述发动机的排气流中的颗粒过滤器的性能阈值，所述发动机在所述颗粒过滤器的再生事件之间具有设定时间间隔；确定所述颗粒过滤器达到所述性能阈值的速率；以及控制排气特性以控制速率，使得在所述时间间隔结束时或恰好在所述时间间隔结束之前达到所述性能阈值。在一个实施例中，存在用于进行以下操纵的步骤或特征：解释所述颗粒过滤器的过滤状况；根据所述状况确定所述过滤器的颗粒物负载率；基于所述负载率确定排气特性的极限；以及控制发动机操作以控制所述排气特性来满足所述极限。

Description

用于控制排气后处理部件的烟尘负载的方法、发动机和控制系统

本案为分案申请，其母案申请号为201880086313.X，国际申请日为2018年10月22日，发明名称为：用于控制排气后处理部件的烟尘负载的方法、发动机和控制系统。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年11月13日提交的序列号为62/585,070的美国临时申请的权益，所述申请通过引用方式全部并入本文。

背景技术

本技术领域涉及内燃机。更具体地，本技术领域涉及用于内燃机的排气后处理系统的控制。当发动机燃烧燃料，特别是柴油燃料时，发动机排气包括一些颗粒物（PM）（例如，非甲烷碳氢化合物）、一些O₂和一些氮氧化物气体（NO_x）。颗粒物是燃料不完全燃烧的结果。NO_x是与大气燃烧的结果，大气中氮气（N₂）与氧气（O₂）的比例很高。颗粒排放和NO_x排放在许多管辖范围内受到监管，并且在尾管排气中必须受限。为了满足NO_x排放法规或标准，NO_x还原装置将NO_x转化为N₂。满足较低NO_x排放要求的发动机操作会产生较高的发动机排出颗粒物水平。为了满足颗粒排放法规或标准，通常使用颗粒过滤器捕获发动机排气中的颗粒物，从而将其从尾管排气中去除。

在捕获颗粒物的同时，当大量颗粒物沉积在颗粒过滤器中时，颗粒过滤器会被堵塞，这会降低发动机的性能。通过从颗粒过滤器中去除颗粒物来解决这种堵塞称为再生。再生涉及颗粒物（例如，烟尘）的氧化，以将其从颗粒过滤器中去除。颗粒过滤器中的状况影响其再生速率，即烟尘在过滤器中被氧化并因此被去除的速率。影响再生速率的一些关键条件是：过滤器的当前烟尘负载状况，以及输入到颗粒过滤器中的发动机排气的特性，包括排气温度、O₂含量、NO₂含量和颗粒物含量。

在当前系统中，基于烟灰负载或发动机操作时间来控制发动机操作以用于再生目的。通常，当传感器检测或估计颗粒过滤器中的烟尘负载水平已达到上限（例如，过滤器的每单位体积的颗粒物的质量（g/L）），或当发动机控制确定预设的发动机操作时间已过时，发动机操作被控制以触发再生事件。由于触发的再生事件太频繁，因此基于这些触发的触发颗粒过滤器再生事件的当前控制会导致效率低下，从而造成由于需要额外燃料执行再生事件而降低系统的燃料效率，以及由不必要的再生事件引起的后处理系统的额外磨损。

仍然需要改进的方法来控制发动机系统以满足排放法规，同时还要使燃料效率和后处理设备的使用寿命最大化。

发明内容

本公开的各种实施例涉及一种方法和相关设备，例如，用于基于颗粒过滤器中的状况的连续监测来连续控制后处理系统中的烟尘负载和烟尘负载率的控件和系统。公开了一种方法和相关设备，方法和相关设备基于后处理装置中的实际或估计状况所述提供连续反馈以动态地通知发动机操作以控制DPF上的烟尘负载，而不是像现有技术方法和装置中那样基于当前发动机工况。基于颗粒过滤器状况（例如，烟尘积累速率和烟尘氧化速率），发动机在NO_x和温度范围内的操作由优化系统自动控制以减少不必要的再生事件。过滤器状况可以基于后处理装置传感器对例如通过颗粒过滤器的排气流率、过滤器两端的压差和/或过滤器上的颗粒物负载的读数或估计来确定。然后，可以由优化系统解释过滤器状况，以得出颗粒物负载率。优化器可以使用负载率来确定将使过滤器再生事件之间的时间最大化的发动机排气特性（例如，温度、O₂水平，NO_x水平和颗粒物水平）的极限。

然后，基于后处理系统的对传送目标发动机排气特性的请求来控制发动机操作，以使过滤器再生事件之间的时间最大化。结果是对发动机操作的更严格控制，导致减少过早或不必要的再生事件的数量，益处是提高燃料经济性并减少后处理系统的过早磨损。本发明提供了对再生控制的改进，这可以允许减小后处理系统的颗粒过滤器的尺寸，因为改进了对随着时间的推移而退化的响应。

虽然公开了多个实施例，但是根据以下详细描述，本发明的其他实施例对于本领域技术人员将变得明显，所述详细说明示出并描述了本发明的说明性实施例。

附图说明

图1是表示根据一些实施例的发动机系统的示意图。

图2是表示根据一些实施例的发动机控制系统的示意图。

图3是表示根据一些实施例的操作发动机系统以再生颗粒过滤器的方法的示意图。

虽然本发明适用于各种修改和替代形式，但是已在附图中通过举例的方式示出了具体的实施例，并且在下面对其进行了详细描述。然而，并非意在将本发明限制于所描述的特定实施例。相反，本发明旨在涵盖落入由所附权利要求限定的本发明范围内的所有修改、等同物和替代方案。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过说明的方式示出了可以实践本发明的特定实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践本发明，并且应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构上的改变。因此，下面的详细描述不应被认为是限制性的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

图1是表示根据一些实施例的发动机系统10的示意图。发动机系统可以包括车辆的原动机。发动机系统可包括内燃机，诸如压缩点火（柴油）发动机，或其他常规内燃机，诸如汽油发动机、双燃料或多燃料发动机或它们的混合燃料-电动形式。

发动机系统10包括：发动机12（例如，内燃机）；排气系统14，排气系统14连接到发动机12以接收发动机排气52；发动机控制器16，其可操作地耦合到发动机系统10内的各个部件以发送和接收用于控制发动机系统10的信号。发动机系统10还包括：燃料部分20，燃料部分20用于接收存储的燃料40并向发动机12提供燃料以供燃烧；以及空气充气部分22，空气充气部分22用于接收进气42并向发动机12提供空气充气54以供燃烧。例如，燃料部分20可以向发动机12提供柴油燃料40。空气充气部分22可选地接收再循环排气50并将其与新鲜的进气42混合，以向发动机12提供混合的空气充气54以供燃烧。燃料部分20和空气充气部分22可以以本领域中已知的各种方式连接到发动机12。

在燃料和空气的充气燃烧后，发动机12产生发动机排气52，所述发动机排气排入到排气系统14中。排气系统14从发动机排气52中产生尾管排气46。排气系统14包括排气后处理系统以通过对发动机排气52进行修改来减少离开排气系统14的尾管排气46中的排放。在一些实施例中，例如，排气后处理系统包括多种部件，诸如，排气再循环（EGR）装置24、在EGR装置下游包括氧化催化剂的氧化装置26、在氧化装置下游的颗粒过滤器28以及在颗粒过滤器下游的NO_x还原装置30。

提供了至少一个压力传感器32。压力传感器32可提供表示沉积在颗粒过滤器28上的颗粒物负载的信号。在一些实施例中，传感器32位于颗粒过滤器28的上游，并测量在过滤器28上游检测到的背压值。背压值可以被解释来确定或估计沉积在颗粒过滤器28上的颗粒物负载。在一些实施例中，如图1中所示，压力传感器32可以由多个压力传感器单元构成，所述压力传感器单元位于颗粒过滤器28的上游和下游的两个点处以检测这两个点处的压力值。该测量将提供两个检测压力值以在过滤器28两端进行比较，这可以解释为提供压力差值，以用于确定或估计沉积在颗粒过滤器28上的颗粒物负载。

在图1中还示出了温度传感器34，其可以提供表示沿排气系统14中的排气流在一个或多个点处检测到的排气52的温度的信号。传感器单元可以在柴油氧化催化剂26的输出点处、在排气进入到过滤器28内的点处或在过滤器28的主体内测量排气52的温度。

在图1中还示意性地表示了一个或多个发动机排气传感器56，其可以检测流出发动机的排气流中的发动机排气特性，包括发动机排气52的O₂含量、发动机排气52的NO_x含量、发动机排气52的λ值或发动机排气52的的颗粒物含量。传感器56可以可操作地连接以感测和传递来自沿着排气系统14的不同点的排气状况，包括在EGR装置24、氧化装置26、颗粒过滤器28和/或NO_x还原装置30之前、之后和在其中。一个或多个后处理特性传感器58可以检测排气系统14的部件中的状况。例如，后处理特性（或表征）传感器58可以是射频（RF）烟尘负载传感器，其检测颗粒过滤器中的烟尘负载水平或烟尘负载率。

如图1所示并且在下面关于图2更详细地描述，实施例包括控制系统，所述控制系统具有后处理优化系统的性质。控制系统可优选地包括具有表征器120的性质的模块，表示为后处理系统表征器120，其从一个或多个压力传感器32和一个或多个温度传感器34接收表示由传感器检测到的压力值和温度值的信号。表征器120还可以优选地从一个或多个发动机排气传感器56接收信号，所述信号表示发动机排气特性的值，所述值可以包括表示发动机排气52的O₂含量、发动机排气52的NO_x含量、发动机排气52的λ值和/或发动机排气52的颗粒物含量的值。所述系统还可优选地包括后处理系统优化器130，所述后处理系统优化器130从表征器120接收信号、解释所述信号并将优化信号发送至发动机控制器16。优化系统可以包括模块、例程或部件或其组合，或者由模块、例程或部件或其组合体现。

在图2的描绘发动机系统的示意图中看到的实施例中，提供了后处理系统表征器120和后处理系统优化器130以优化颗粒过滤器28的再生。颗粒过滤器28捕获颗粒物（PM）。在一些实施例中，颗粒过滤器28包括柴油颗粒过滤器（DPF）。当颗粒物积累在颗粒过滤器28中时，由于排气流量受限，在颗粒过滤器28上游的排气系统14中累积压力，有时称为背压。为了减轻这种背压，必须进行再生以去除积累在颗粒过滤器28中的过量颗粒物（例如，烟尘）。

颗粒过滤器28的再生可以通过烟尘氧化来执行，即，将颗粒物在高温（例如400至600摄氏度）下暴露于O₂或在相对较低的温度（200至300摄氏度）下暴露于二氧化氮（NO₂）。在这些温度范围之间（例如，在300至500摄氏度的范围内），可以发生基于O₂和NO₂两者的再生。影响颗粒过滤器28中烟灰氧化速率的参数包括输入到过滤器中的排气的温度；输入到过滤器中的排气中的O₂、NO₂、烟尘和碳氢化合物的浓度；通过过滤器的流率；以及过滤器中存在的烟尘负载的水平。最近燃料效率的提高已导致发动机排气温度降低，进而可能导致被动再生速率降低。

发动机排气52通常包含足够量的氧气以再生颗粒过滤器28。然而，由于在正常发动机操作期间使用氧气进行再生所需的温度高于排气52的正常温度，因此经常需要使用氧气来再生，且这被称为主动再生。在主动再生中，控制发动机操作以增加发动机排气温度，以便利用可用的氧气完成主动再生。主动再生事件可以由性能阈值触发，例如，当传感器指示过滤器28中的颗粒物负载水平已达到预定上限时，或者当发动机操作时间的设定间隔已过去时。主动再生所需的过滤器温度增加是通过额外使用发动机燃料来实现的，这降低了系统的总体燃料效率。由于反复暴露于高温下，主动再生事件的频率增加也往往会导致排气后处理部件过早磨损。

发动机排气52通常包含一定量的NO₂，这对于被动再生可能是有效的。使用发动机排气52中存在的NO₂的被动再生不需要颗粒过滤器28中的温度高于由正常发动机操作引起的颗粒过滤器28中的正常温度。在这方面，被动再生是期望的，因为它可以通过延迟达到触发主动再生的性能阈值（诸如，达到颗粒物负载水平的上限）来帮助提高整体燃料经济性，从而限制主动再生事件的频率。在影响被动氧化速率的因素中，有发动机排气52中的NO_x与颗粒物含量的比率，其中较高的比率增加了被动烟尘氧化速率。进入至氧化催化剂26和/或进入至颗粒过滤器28的排气52的温度升高，也可以增加颗粒物氧化的速率。在后处理系统中包括氧化催化剂的氧化装置26可通过将一氧化氮（NO）转化为二氧化氮（NO₂）来提供增加NO₂的量。然而，增加NO₂的量通常不足以防止颗粒过滤器28堵塞而又不求助于主动再生。此外，NO₂是在尾管排气46处必须限制的排放物。因此，仍然需要通过O₂进行主动再生的时间段，以防止颗粒过滤器28堵塞。

根据图2中所示的实施例改进对DPF烟尘负载的控制采用后处理系统表征器模块120（AFT系统表征器），其从传感器接收输入信号。这些传感器可以优选地包括后处理压力传感器32、后处理温度传感器34以及其他各种发动机排气传感器56和后处理特性传感器58，例如射频（RF）烟尘负载传感器。输入信号表示检测的颗粒过滤器28中的状况，所述状况优选地包括颗粒过滤器28两端的压差和颗粒过滤器中的排气温度中的一者或多者。表征器120可以解释检测到的状况，以确定或估计当前存在于过滤器28上的颗粒物负载的水平。例如，特定的压差增加可以指示特定的颗粒物负载水平。检测到的颗粒过滤器中的状况可以包括通过颗粒过滤器的排气流率，或表示过滤器中实际的或估计的过滤器中颗粒物负载水平的其他传感器读数。

表征器120还可以优选地从一个或多个发动机排气传感器56接收输入信号。这些信号可以优选地表示由传感器56读取的发动机排气特性的值，例如发动机排气52的O₂含量、NO_x含量、λ值和/或颗粒物含量。

图2的实施例还优选地包括后处理系统优化器130（AFT系统优化器），其可以从表征器120接收表示所确定的或估计的颗粒物负载水平的信号。优化器130可结合过滤器温度和其他系统状况（例如，发动机排气特性）解释在过滤器中确定的或估计的颗粒物负载水平。相对于其他系统状况的颗粒物负载水平的这种解释可以由优化器130进行，以确定或估计颗粒物负载率，其表示随时间而变的过滤器中颗粒物负载的增加（额外负载）或减少（燃烧）的当前的（实际的）或预测的量。优化器130解释确定的负载率，并基于其对负载率的解释和其他系统状况，例如发动机排气温度、发动机排气颗粒物含量和浓度水平以及发动机排气的O₂和/或NO₂的浓度水平来设置目标颗粒物负载率。

优化器130可以例如基于颗粒过滤器的状况确定和设置目标负载率，使得在最佳时间达到预定的颗粒物负载极限。例如，基于发动机操作时间，最佳时间可以在主动再生事件的预定时间之前不久或当时。以这种方式，由优化器130基于实际的或估计的颗粒过滤器状况来确定目标负载率，以便直接响应于实际的或估计的颗粒过滤器状况而连续控制烟尘的负载率从而延迟再生事件。因此，表征器120和优化器130可以帮助延迟再生事件，并因此防止例如由过滤器达到其预定的颗粒物负载极限而触发的不必要的主动再生事件。

优化器130解释目标负载率，以便确定并设置用于颗粒过滤器输入状况的目标值（或值的范围），所述颗粒过滤器输入状况对于优化发动机操作以连续控制烟尘负载率从而防止过早或不必要的再生事件是优选的。例如，优化器130可以解释目标负载率以确定并设置用于颗粒过滤器输入状况的目标值或极限。所述值或极限可以包括输入状况参数，包括例如发动机排气特性中的一个或多个，所述发动机排气特性包括温度、发动机排气颗粒物含量和浓度水平以及发动机排气的O₂和/或NO₂的浓度水平中的一个或多个。

优化器130生成信号，所述信号表示这种输入状况的设定目标值，并且包括用于达到目标值所需的发动机操作控制的命令。目标值命令信号由优化器130传送至发动机控制器16。由于目标值（或值的范围）以及相应的发动机操作命令是由优化器130基于实际的或估计的颗粒过滤器状况确定的，因此优化器可以提供发动机操作命令，所述发动机操作命令控制发动机操作，以便连续地控制烟尘负载率，以便直接响应于实际的或估计的颗粒过滤器状况而延迟再生事件。因此，表征器120和优化器130有助于延迟再生事件，并因此有助于防止不必要的或过早的主动再生事件。

在接收到来自优化器130的信号输入（所述信号输入包含基于颗粒物过滤器状况的目标值命令）时，发动机控制器16控制发动机的操作以符合目标值命令。如图2所示，发动机控制器16经由输入102耦合到各种发动机部件，通过所述输入102可以接收包含值和/或命令的信号，包括来自优化器130的目标值命令。

在一些实施例中，发动机控制器16耦合到用于接收信号的其他传感器，所述信号可以作为输入102输入到控制器16中，存储在耦合到处理器106的存储器108中，并由处理器106解释。例如传感器可以包括发动机排气传感器56，其可以检测发动机排气特性，包括发动机排气52的温度、发动机排气52的O₂含量、发动机排气52的NO_x含量、发动机排气52的λ值或发动机排气52的颗粒物含量。然后，可以将这种发动机排气特性的检测值作为电信号，如输入102所指，传送至控制器16。

控制器16的存储器108存储各种值。在一些实施例中，存储器108在表110中存储值，以供处理器106查找，以用于解释和确定值以及生成命令信号。例如，单独的表110可以存储针对正常排放输出值的发动机参考值、针对更高排放输出值的发动机参考值、针对发动机部件的预定性能阈值的参考值以及针对触发颗粒过滤器再生事件的发动机参考值。

作为示例，针对预定性能阈值的这种参考值可以包括颗粒过滤器的再生事件之间的设定时间间隔。在实施例中，再生事件之间的设定操作时间间隔是基于再生事件之间的预定时间极限，所述预定时间极限是由发动机、发动机系统或控制系统的制造商预先设置的，其可以基于预定的发动机时间。在一些实施例中，设定时间间隔是基于诸如操作员设置的用户输入来设置的，用户输入可以由发动机、发动机系统或控制系统的操作员基于发动机操作因素（诸如工况、占空比、影响发动机操作的当地法规等）来选择和应用。在一些实施例中，根据运行时间状况来设置设定时间间隔，所述运行时间状况可以基于工况和操作周期，诸如基于来自传感器的输入（诸如，来自环境状况或位置的传感器诸如全球定位系统的读数）的设定时间间隔。

参考值还可以包括例如触发颗粒过滤器的再生事件的设定的或预定的性能阈值，例如，颗粒物负载极限。表110可以根据各种输入提供各种输出，例如发动机工况、驱动周期、环境状况或操作员设置。

在一个实施例中，控制器16解释经由输入102从优化器接收的目标值命令，并且经由输出104传达管控发动机操作的值和命令。发动机控制器16经由输出104耦合到各种发动机部件，通过输出104可以传送包含值和/或命令的信号。在所示的实施例中，一个或多个输出104向空气充气部分22、燃料充气部分20和EGR装置24提供命令信号。命令信号可以包含发动机输出命令，以通过命令调整发动机操作（诸如增加或减小某些发动机操作参数），或通过命令发动机操作参数在稳定状态下继续，来控制发动机操作。

例如，发动机控制器16可以提供信号，所述信号命令在燃料部分20中进行调整以增加或减少供应给发动机12的燃料40的量或改变所述燃料的类型。所述信号可以命令空气充气部分22中的调整，增加或减少充到发动机12中的新鲜增压空气42的量。作为其他示例，所述信号可以命令对EGR流量的调整或以其他方式调整EGR分数。

在一个实施例中，进行这样的调整以便增加或减少发动机排气中的发动机排出颗粒物NO_x和/或O₂的水平。这些调整是由于以下原因而命令的：优化器130确定优化发动机操作所需的发动机排气中的发动机排出颗粒物NO_x和/或O₂的水平的目标值（或值范围），以便根据实际的或估计的颗粒过滤器状况，连续控制烟尘加载速率，从而延迟再生事件。以这种方式，基于颗粒物负载率来确定排气特性的极限；然后以控制排气特性以满足极限的方式来控制发动机操作。

在一个实施例中，代替增加或减少调整的命令，所述信号可以包括将发动机操作控制在其当前状况下的命令，即，信号命令继续进行发动机操作以将状况保持在稳定状态，而不是进行调整以增加或减少发动机操作参数。

因此，由于表征器120和优化器130的操作而生成的命令有助于防止不必要的或过早的主动再生事件。如此生成的命令控制某些发动机操作增加或减少，和/或保持在稳定状态，以优化发动机操作，从而连续控制烟尘负载率。继而，这些操作可以优选地直接响应于实际的或估计的颗粒过滤器状况而延迟再生事件。

控制器可以优选地适于确定用于调整各种发动机部件的操作以满足命令的最佳方法。例如，控制器的模块或设置可以适于使新鲜空气充气量的变化优先于燃料供应量的变化，反之亦然。还可以命令其他发动机操作或部件来调整操作以符合命令，以便满足对发动机排出温度、颗粒物NO_x和/或O₂的水平增加或降低的需求。尿素分配系统、SCR系统、脱硫机构等是其他发动机部件的示例，其可以类似地被指示更改操作参数，以满足旨在优化状况以用于保持颗粒过滤器中的目标烟尘积累速率的命令。

上述优化操作的另一个好处是，优化系统收集和解释有关排气特性的数据，并且还可以收集和解释有关命令所需的调整的数据。该收集的数据在进行发动机诊断中可以是有用的，用作发动机操作缺陷的数据签名。例如，被命令用于颗粒物再生目的和/或用于延迟过滤器中的主动再生的发动机排出颗粒物的长期减少，可指示过滤器中灰分的过多积聚，这指示需要维修过滤器。

根据将由系统的元件（诸如模块、控制器、处理器、存储器和/或计算机系统或能够执行编程指令的其他硬件）执行的动作序列来描述本公开的许多方面。本领域技术人员将认识到，这些元件可以体现在发动机系统10的发动机控制器16中，例如发动机控制单元（ECU），也称为发动机控制模块（ECM），或者也可以体现在与ECU分开并与ECU通信的控制器中。在一些实施例中，发动机控制器16可以是控制器局域网（CAN）的一部分，在所述控制器局域网中，控制器、传感器、致动器通过数字CAN消息进行通信。将认识到，在所述实施例中的每一者中，用于实施本文公开的再生优化策略的各种动作可以通过专用电路（例如，互连以执行专用功能的离散逻辑门）、通过专用集成电路（ASIC）、通过由一个或多个处理器（例如，中央处理单元（CPU）或微处理器或多个这样的处理器）执行的程序指令（例如，程序模块）或通过电路、指令和处理器的组合来执行。所有这些可以在ECU和/或其他控制器或多个控制器的硬件和/或软件中实现。

与本公开一致的实施例的逻辑能够利用任何类型的适当的硬件和/或软件来实现，利用以计算机可读存储介质的形式驻留的各部分来实现，所述计算机可读存储介质上记录有控制算法，诸如本文公开的可执行逻辑和指令。硬件或软件可以是机载的，或可以分布在可操作地连接以进行通信的机载部件和外接部件之间。硬件或软件可以被编程为包括一个或多个单维或多维查找表和/或校准参数。所述计算机可读介质可以包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式光盘只读存储器（CD-ROM）或任何其他能够存储信息的固态、磁性和/或光盘介质。因此，各个方面可以以许多不同形式来体现，并且所有这些形式都被认为与本公开一致。

本文公开的方法可被描述为一种操作内燃机的方法，所述方法包括以下步骤：确定设置在排气流中的颗粒过滤器的性能阈值，其中发动机在颗粒过滤器的再生事件之间具有设定时间间隔。所述方法还可以包括以下步骤：确定颗粒过滤器达到性能阈值的速率；以及控制排气特性以控制所述速率，使得在时间间隔结束时或恰好在所述时间间隔之前达到性能阈值。下面结合图3提供了对所述方法的更详细的解释。

图3是根据一些实施例的操作发动机系统10的方法300的示例的示意性流程图。在一些实施例中，方法300是存储在发动机控制器16的存储器108中并由处理器106执行的例程。在开始步骤302处，发动机系统10在正常工况下的操作。在步骤304处，优化系统的模块从后处理系统收集传感器数据。特别地，在所述步骤304处，模块可以从压力传感器32和温度传感器34接收信号，所述信号表示由后处理系统中，且特别是颗粒过滤器28中的传感器检测到的压力值和温度值。所述信号可以表示检测到的颗粒过滤器28中的状况，所述状况优选地包括在颗粒过滤器中检测到的现有烟尘负载、颗粒过滤器28两端的压差以及颗粒过滤器中的排气温度。

在步骤306处，表征器模块120解释检测到的状况以确定后处理系统的特性，在该示例中，确定当前存在于颗粒过滤器28上的颗粒物负载的水平的特性。然后，表征器将该特性传送给优化器模块130。

在步骤308处，优化器130可以使用颗粒物负载水平的该特性来进行其下一个确定。步骤308可以包括：考虑到其他系统状况，例如发动机排气温度、发动机排气颗粒物含量和浓度水平以及发动机排气的O₂和/或NO₂的浓度水平，来确定实际的或估计的颗粒物负载率。然后，优化器130可以确定目标颗粒物负载率，所述目标颗粒物负载率可以是被优化以延迟主动再生事件的开始的颗粒物负载率。在步骤310和314处，与目标负载率相比，优化器可以解释确定的（即，实际的或估计的）负载率，以确定实际/估计的负载率是小于、等于还是大于目标负载率。关于所述方法步骤并且在本文所述的发动机和系统的特征下，一般会注意到，在确定任何“实际”值时，可以基于估计而不是实际测量来进行这种确定。

如果在步骤310处确定实际的或估计的颗粒物负载率大于目标负载率，则优化器将进行到步骤312，在该步骤处，优化器将确定发动机系统是否接近主动颗粒过滤器再生事件之间的预定发动机操作时间间隔的结尾。预定发动机操作时间间隔可以是存储在存储器108中的参考值，系统可以访问所述参考值以在步骤312处进行确定。

如果在步骤312处，优化器确定系统接近主动再生事件之间的预定发动机操作时间间隔的结尾，则优化器将进行到步骤320。在步骤320处，优化器可以命令发动机操作以产生用于主动再生的发动机排气状况。特别地，所述命令可以包括对发动机部件的操作命令，以增加发动机排气温度、增加排气中发动机排出的NO_x的水平，和/或减少排气中的发动机排出颗粒物的水平。因此，在320处的该步骤可以表示进行颗粒过滤器的主动再生事件的命令。可以经由控制器传达步骤320处的命令。所述命令可以包括基于颗粒物过滤器状况的目标值命令，以命令控制发动机的操作，以便在特定参数（例如，发动机排出的NO_x的水平或颗粒物水平或温度）上提供符合特定目标值（或值的范围）的发动机排气特性。

如果在步骤312处，优化器确定系统未接近主动再生事件之间的预定发动机操作时间间隔的结尾，则优化器可进行到步骤318，其中优化器将命令发动机操作产生发动机排气状况，其中所述状况被允许保持静态（即，使操作保持在稳定状态）。因此，在310处的该步骤表示颗粒过滤器的被动再生的连续状态的命令。

如果在步骤310处，所确定的（即，实际的或估计的）颗粒物负载率被确定为小于或等于目标负载率，则优化器可以在步骤314处确定实际的/估计的负载率是否大约等于目标负载率。如果是这样，则在步骤318中，优化器可以优选地命令发动机操作应被控制以产生发动机排气状况，其中所述状况被允许保持静态（即，使发动机操作保持在稳定状态）。因此，在318处的该步骤表示颗粒过滤器的被动再生的连续状态的命令，因为实际的/估计的加载率对于延迟触发主动再生事件是可接受的。

如果在步骤314处，优化器确定实际的或估计的负载率不等于（即，低于）目标负载率，则在步骤316处，优化器可以优选地命令发动机操作应被控制为产生发动机排气状况，其中所述状况可以包括较低的发动机排气温度、排气中较低的发动机排出的NO_x的水平和/或排气中较高的发动机排出颗粒物的水平。因此，在316处的该步骤还表示颗粒过滤器的被动再生的连续状态的命令，尽管鉴于可接受的较低的实际的/估计的负载率，可以通过控制所述状况来最佳地满足其他发动机操作参数，例如操作员设置，使得它们可以包括较低的发动机排气温度、排气中较低的发动机排出的NO_x的水平和/或排气中较高的发动机排出颗粒物的水平。

在步骤322处，发动机控制系统响应于满足在步骤316、318或320处提供的命令。发动机控制系统通过控制发动机部件做出响应，这些部件可以包括空气充气部分22、燃料充气部分20和EGR装置24，以通过维持稳态操作或通过调整操作以符合命令并且满足发动机排出温度、颗粒物NO_x和/或O₂的水平的目标值来响应于所述命令。步骤322处的控制可以包括命令稳态操作。步骤322处的控制可以包括对燃料部分20的命令，以增加或减少燃料40的量或改变燃料40的类型。所述命令可以包括空气充气部分22增加或减少充到发动机12中的新鲜增压空气42的量。所述命令可以包括EGR流量值的改变。这些控制继而将增加或减少发动机排气中发动机排出温度、颗粒物NO_x和/或O₂的水平，以符合在步骤322中接收到的命令。根据图3的流程图，所述方法因此被设计为确保颗粒过滤器中的颗粒物负载水平不会超过足够高以触发主动再生事件的负载水平的性能阈值。替代地，按照流程图的是/否序列，在系统设置将会触发基于计时器的再生事件之前或之时，颗粒物负载水平将被维持在负载水平极限处或以下。

通过传感器检测由步骤322的发动机控制命令引起的排气特性的所得变化，并且通过表征模块在到步骤304的反馈回路中再次收集检测到的值。所收集的数据在进行发动机操作的诊断中可以是有用的，用作操作缺陷或故障的签名。

本领域技术人员从前述内容可以理解，将所述方法、系统和设备应用到在操作发动机系统时优化再生事件而无需额外的部件或零件或改变传统车辆或其特征的配置的问题上会获得意想不到的益处。改变传统发动机系统的配置可能增加发动机系统的制造、操作和维护的成本、重量和复杂性。发明人预期的关键益处是通过使用所公开的优化系统、方法或设备来改进对传统发动机系统中的再生事件的控制，同时排除任何额外部件、步骤或结构特征的变化。在此排除中，可以实现最大的成本控制。因此，在由本文公开的方法、系统或设备组成或基本组成的本发明的实施例中，可以获得简化对可以应用所述方法和系统的标准或常规生产的车辆的制造、操作和维护的实质性益处。因此，本发明的实施例预期排除本文所阐述的那些之外的步骤、特征、零件和部件。在一些实施例中，发明人预期排除本公开中阐述的某些步骤、特征、零件和部件，即使这些步骤、特征、零件和部件被认为是优选的或更优的。

应理解，以上描述意在说明而不是限制。在阅读和理解了以上描述之后，许多其他实施例对于本领域技术人员将是明显的。例如，可以预期，与一个实施例相关联描述的特征可选地作为与另一实施例相关联描述的特征的附加或替代来采用。因此，本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims

1.一种操作内燃机的方法，其包括：

确定或估计设置在所述内燃机的排气流中的颗粒过滤器上的颗粒物质的负载水平；

基于随时间的所述负载水平确定或估计所述颗粒过滤器上的颗粒物质的负载率；

响应于所述负载率，所述颗粒过滤器的负载极限和所述颗粒过滤器的再生事件之间的时间间隔来设置目标负载率；以及

响应于所述目标负载率连续控制所述负载率，使得在所述时间间隔结束时或恰好在所述时间间隔结束之前达到所述负载极限。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述负载极限是颗粒物负载极限。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间间隔是发动机操作时间间隔。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述负载水平响应于从至少一个传感器接收的输入信号确定。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述至少一个传感器包括射频烟尘负载传感器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一个传感器包括压力传感器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中连续控制所述负载率包括控制排气流的排气特性。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述排气特性是排气温度、排气O₂含量、排气颗粒物含量和排气NO₂含量中的至少一者。

9.根据权利要求1所述的方法，其中确定或估计负载水平包括检测所述颗粒过滤器两端的压差、通过所述颗粒过滤器的排气流率、所述颗粒过滤器上的颗粒物负载以及所述颗粒过滤器中的排气的温度中的至少一者。

10.根据权利要求1所述的方法，其中连续控制所述负载率包括维持发动机操作参数的稳定状态。

11.根据权利要求1所述的方法，其中连续控制所述负载率包括增加或减少发动机操作参数。

12.一种用于产生排气流的内燃机的控制系统，其包括：

输入，其适于接收设置在所述排气流中的颗粒过滤器的负载水平的实际或估计值；

输出，其适于向发动机提供发动机操作命令；以及

处理器，其耦合到所述输入和所述输出，所述处理器配置为：

确定作为随时间的负载水平的函数的所述颗粒过滤器的颗粒物负载率；

响应于所述颗粒物负载率，所述颗粒过滤器的负载极限和所述颗粒过滤器的再生事件之间的时间间隔来设置目标负载率；以及

13.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述负载水平基于所述颗粒过滤器两端的压差、通过所述颗粒过滤器的排气流率以及所述颗粒过滤器上的颗粒物负载中的至少一者。

14.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述实际或估计负载水平的输入由射频烟尘负载传感器提供。

15.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述实际或估计负载水平的输入由压力传感器提供。

16.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述处理器配置为通过控制排气流的排气特性来连续控制所述负载率。

17.根据权利要求16所述的控制系统，其中所述排气特性是排气温度、排气O₂含量、排气颗粒物含量和排气NO₂含量中的至少一者。

18.一种发动机系统，其包括：

适于产生排气流的内燃机；

设置在所述排气流中的颗粒过滤器；

至少一个传感器，其检测所述颗粒过滤器的负载水平；以及

耦合到所述发动机的控制系统，所述控制系统包括从所述传感器接收所述负载水平的输入，所述控制系统被配置为：

19.根据权利要求18所述的发动机系统，其中所述至少一个传感器是射频烟尘负载传感器。

20.根据权利要求18所述的发动机系统，其中所述至少一个传感器是压力传感器。