專利名稱：基于氧的顆粒過濾器再生策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顆粒過濾器，更具體的說涉及用于在再生期間控制顆粒過濾器溫度的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)顆粒過濾器(DPF)被用在柴油發(fā)動機(jī)上以減少在 不均勻的燃燒過程期間產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)(積炭)的排放。當(dāng)過濾器被 確定充滿積炭時，這些過濾器必須被清除或再生。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可 以估計所述DPF累積，并確定過濾器何時需要再生。 一旦所述過濾器 被確定為滿的，控制系統(tǒng)將通過改變?nèi)紵^程和/或噴射燃料進(jìn)入排氣 系統(tǒng)之內(nèi)以增加廢氣流進(jìn)入所述DPF的溫度啟動再生。被升高的排氣 溫度啟動所述DPF內(nèi)存儲的積炭的氧化。
通常，這些方法被較好地控制，并產(chǎn)生可接受的過濾器溫 度和耐用性。然而，在一些情況下，所述過濾器可能載有過多的顆?；?在某些導(dǎo)致偏離運(yùn)行溫度的情況下再生。這些過度的高溫可以導(dǎo)致由 于熱應(yīng)力引起的裂縫，乃至過濾器底基熔化的過濾器故障。
為了改善DPF的耐用性，所述DPF內(nèi)的最高溫度應(yīng)當(dāng)被 控制。 一種控制最高溫度的方法包括限制微粒負(fù)荷。由于常規(guī)的驅(qū)動 循環(huán)，環(huán)境條件，和/或發(fā)動機(jī)工況的變化，這不能持續(xù)得到保證。另 一方法包括通過燃料噴射方法限制進(jìn)入所述DPF的熱量。這些也并不 總是有效的，因?yàn)榇鎯Φ念w粒塊經(jīng)常足夠?qū)е聯(lián)p害所述DPF材料的放熱 反應(yīng)。發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，提供一種用于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的顆粒過濾器再生方 法。 所述方法包括接收相當(dāng)于顆粒過濾器出口溫度的出口溫度信 號；接收相當(dāng)于從所述顆粒過濾器排出的廢氣含氧量的氧氣信號；和 基于所述含氧量控制氣流和燃油的至少一個以便所述出口溫度在期望 范圍之內(nèi)。
另一方面，提供一用于控制顆粒過濾器再生的系統(tǒng)。所 述系統(tǒng)包括檢測顆粒過濾器出口溫度并基于所述出口溫度產(chǎn)生溫度 信號的出口溫度傳感器；檢測從顆粒過濾器排出的廢氣的含氧量并基于所述含氧量產(chǎn)生一氧氣信號的空氣燃油傳感器；和接收所述出口溫 度信號和所述氧氣信號并基于所述出口溫度信號和所述氧氣信號控制 顆粒過濾器再生的控制模塊。
本發(fā)明應(yīng)用的進(jìn)一步的方面從下述詳細(xì)說明中將變得明 顯。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的所述說明和具體實(shí)施例，以及優(yōu)選實(shí)施例， 只是為了說明的目的，決不是為了限制該發(fā)明。


從下述詳細(xì)的說明和附圖中本發(fā)明將變得完全明白，其中
圖1是一示例性柴油機(jī)系統(tǒng)的示意圖，該柴油機(jī)系統(tǒng)包括 根據(jù)本發(fā)明的具體過濾器再生系統(tǒng)。
圖2是一流程圖，該流程圖說明了根據(jù)本發(fā)明的基于氧的 顆粒過濾器再生方法；和
圖3是一圖表，該圖標(biāo)說明了本發(fā)明的控制區(qū)域。
具體實(shí)施方式
下面具體實(shí)施例的說明實(shí)際上只是示意性，決不是對本發(fā) 明及其應(yīng)用或運(yùn)用的限制。為清楚起見，在附圖中同樣的附圖標(biāo)記表 示類似的元件。這里用到的，術(shù)語模塊指的是專用集成電路(ASIC)， 電子電路，處理器(共用，專用，或集群)以及執(zhí)行一個或多個軟件或 固定軟件的存貯器，組合邏輯電路，和/或其他合適的提供上述功能的 元件。
現(xiàn)參見圖1 ,示意地說明了根據(jù)本發(fā)明的一示例性柴油機(jī) 系統(tǒng)IO。 應(yīng)當(dāng)理解柴油機(jī)系統(tǒng)10僅僅是示例性的，這里所述的顆粒 過濾器再生系統(tǒng)可以應(yīng)用在各種應(yīng)用顆粒過濾器的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中。這 樣的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)可以包括，但是不局限于，汽油直接噴射式發(fā)動機(jī)系統(tǒng) 和均質(zhì)充氣壓燃式發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。為便于說明，本發(fā)明結(jié)合柴油機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行論述。0014] 所述柴油才幾系統(tǒng)10包括柴油機(jī)12，進(jìn)氣歧管14，共軌的 燃料噴射系統(tǒng)16和排氣系統(tǒng)18。 所述示例性發(fā)動機(jī)12包括八個構(gòu)造 成在鄰近的氣缸架22, 24內(nèi)成V形布置的氣缸20。 雖然圖l中顯示 了八個氣缸(N-8)，應(yīng)當(dāng)理解發(fā)動機(jī)12可以包括更多或更少的氣缸 20。 例如，發(fā)動機(jī)具有2,4,5,6,8, 10, 12以及16個氣 缸都是可以的。還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的顆粒過濾器再生控制可以應(yīng)用 在直列式的氣缸結(jié)構(gòu)中。
空氣通過節(jié)氣門(未顯示)吸入進(jìn)氣歧管14。 空氣從進(jìn) 氣歧管14吸入氣缸20并在氣缸20中被壓縮。燃油由共軌噴射系統(tǒng)16 噴入氣缸20且所述壓縮空氣的熱量點(diǎn)燃所述空氣/燃料混合物。排出氣 體從氣缸20排出進(jìn)入排氣系統(tǒng)18。 在有些情況下，柴油機(jī)系統(tǒng)10可 以包括一渦輪增壓器，其使用一廢氣驅(qū)動渦輪26來驅(qū)動壓縮機(jī)27,壓 縮機(jī)27壓縮進(jìn)入進(jìn)氣歧管14的空氣。壓縮空氣通常在進(jìn)入進(jìn)氣歧管 14之前經(jīng)過空氣冷卻器(未顯示)。
排氣系統(tǒng)18包括排氣歧管28, 30,廢氣管路29, 31和 36，柴油機(jī)氧化催化劑(DOC) 38和柴油機(jī)顆粒過濾器(DPF)40。 排氣 歧管28, 30引導(dǎo)從氣缸排22, 24排出的廢氣進(jìn)入排氣管路29, 31。所 述廢氣被引導(dǎo)至渦輪增壓器以驅(qū)動渦輪26。 從渦輪增壓器流出的混合 的排出氣流通過廢氣管路36,所述DOC 38和所述DPF 40。所述DPF 40 過濾器隨著所述混合的排出氣流流向大氣過濾來自混合的排出氣流的 微粒。
控制模塊42根據(jù)基于本發(fā)明的微粒過濾再生方法的氧化 調(diào)節(jié)柴油機(jī)系統(tǒng)10的操作。更準(zhǔn)確的說，控制模塊42與DPF出口溫 度傳感器，寬量程空氣燃油傳感器46,和DPF入口溫度傳感器48連接。 所述DPF出口溫度傳感器產(chǎn)生表示在所述DPF在40出口處溫度的信 號。在各種的實(shí)施例，所述DPF出口溫度傳感器檢測如溫度傳感器44 所示所述DPF底基的溫度并產(chǎn)生底基溫度信號。在各種的實(shí)施例，所 述DPF出口溫度傳感器檢測如溫度傳感器45所示所述DPF排出的氣體 的溫度并產(chǎn)生氣體溫度信號。所述寬量程空氣燃油傳感器46產(chǎn)生表示 廢氣中氧氣量的信號。所述DPF入口溫度傳感器48產(chǎn)生表示流入所述 DPF 40的廢氣的溫度信號。
控制模塊42確定何時需要再生并控制發(fā)動機(jī)運(yùn)行以允許再生發(fā)生?；诔隹跍囟刃盘柡脱鯕庑盘枺刂圃谠偕嚼^續(xù)控制 發(fā)動機(jī)操作直到再生完成。
現(xiàn)在參見圖2 ,說明了由基于顆粒過濾器再生方法的氧化 所執(zhí)行步驟的流程圖。在步驟100，控制估計在所述DPF中的積炭累 積并基于累積閾值確定是否需要再生。如果所述DPF是滿的，在步驟 110控制確定發(fā)動機(jī)工作條件是否足夠允許再生。如果所述DPF不是 滿的，控制轉(zhuǎn)到結(jié)束。如果再生被允許，在步驟120控制通過改變?nèi)?燒過程和/或噴射燃油至排出氣流中啟動再生以增加所述DPF入口溫度 超過積炭熄火閾值。被升高的排氣溫度啟動所述DPF內(nèi)存儲的積炭的 氧化。如果再生不被允許，控制轉(zhuǎn)到結(jié)束。
如果再生已經(jīng)開始且在步驟130中溫度信號表明襯底的 溫度大于可選擇的閣值，用于再生的適當(dāng)?shù)臏囟韧ㄟ^控制空氣和/或燃油 保持，這樣由空氣燃油傳感器表示的含氧量在一預(yù)定控制區(qū)域。在一 示例性實(shí)施例中，所述可選擇的閾值可以是五百攝氏度。圖3說明一 示例性控制區(qū)域。含氧量由Y軸以200表示并在百分之零到百分之十 之間變動。DPF出口溫度沿X軸以210表示并在三百攝氏度到九百攝 氏度之間變動。在220處顯示一示例性控制區(qū)域。所述控制區(qū)域表明 為了控制所述DPF的溫度并完全地燃燒累積的積炭所述含氧量應(yīng)當(dāng)保 持的范圍。
回到圖2,在步驟140，發(fā)生再生時，所述積炭塊在一時 期內(nèi)減少。完成存卩渚積炭塊的再生的時間可以/人/>知的DPF狀況估 計。對于具體的系統(tǒng)最大量再生時間是預(yù)定的。在步驟150如果所述 DPF出口溫度保持在最低溫度(例如，550攝氏度)之上且在步驟160 中所述再生時間大于所述再生時間最大值(例如，7分鐘)，所述過濾 器是干凈的且再生被完成?？刂平Y(jié)束。如果所述DPF出口溫度高于最 低溫度，但時間不夠，控制返回步驟IOO且再生將繼續(xù)至完成所述積炭 氧化過程。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從上述說明可以理解，本發(fā)明充分的教導(dǎo) 可以以各種形式執(zhí)行。所以，盡管發(fā)明已經(jīng)結(jié)合特別的例子進(jìn)行了描 述，本發(fā)明的真正的范圍將不會被因此限制因?yàn)樵谘芯克龈綀D，所述 說明書及其后的權(quán)利要求的基礎(chǔ)上其他的改進(jìn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說 將變得明顯。
權(quán)利要求
1、一種控制顆粒過濾器再生的系統(tǒng)，包括 檢測顆粒過濾器出口溫度并基于所述出口溫度產(chǎn)生溫度信號的出口溫度傳感器；檢測從顆粒過濾器排出的廢氣的含氧量并基于所述含氧量產(chǎn)生一氧氣信號的空氣燃油傳感器；和接收所述出口溫度信號和所述氧氣信號并基于所述出口溫度信號和所述氧氣信號控制顆粒過濾器再生的控制模塊。
2、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器在所述顆粒 過濾器出口處檢測底基的溫度。
3、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器^r測流經(jīng)所 述顆粒過濾器出口的氣體溫度。
4、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制氣流和燃 油中的至少 一個以保持所述廢氣中的期望含氧量，其中所述期望含氧 量由一控制區(qū)域確定，和其中所述控制區(qū)域由多個用于多個可選擇的溫 度的可選擇的范圍確定。
5、 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述可選擇的溫度在五百和 九百攝氏度之間且所述可選擇的范圍在百分之零和百分之十的氧之 間。
6、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊估計在所述 顆粒過濾器中的積碳累積并基于所述估計控制再生。
7、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步地包括檢測流進(jìn)所述顆粒 過濾器的廢氣的溫度并基于所述流進(jìn)所述顆粒過濾器的廢氣的溫度產(chǎn) 生廢氣溫度信號的入口廢氣溫度傳感器，其中所述控制模塊通過控制發(fā) 動機(jī)操作啟動再生，這樣所述流入所述顆粒過濾器的廢氣的溫度高于積 碳熄火閾值。
8、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述溫度信號表明溫度超 過可選擇的閾值時，所述控制模塊基于所述氧氣信號和所述溫度信號控 制再生。
9、 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述閾值是五百攝氏度。
10、 一種用于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的顆粒過濾器再生方法，包括 接收相當(dāng)于顆粒過濾器出口溫度的出口溫度信號；接收相當(dāng)于從所述顆粒過濾器排出的廢氣的含氧量的氧氣信號；和基于所述含氧量控制氣流和燃油的至少 一個以便所述出口溫度在 期望范圍之內(nèi)。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括估計在所述顆粒過 濾器中積碳的累積，其中如果所述估計的累積超過一 累積閾值所述控制 的步驟就被執(zhí)行。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括接收相當(dāng)于顆粒過 濾器入口溫度的溫度信號，并當(dāng)所述估計的累積超過一累積閾值時控制 至所述發(fā)動機(jī)的氣流和燃油中的至少一個以便所述入口溫度高于積碳 熄火閾值。
13、 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述接收步驟包括接收相當(dāng) 于在顆粒過濾器的出口處顆粒過濾器底基的溫度的出口溫度信號。
14、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述接收步驟包括接收相當(dāng) 于從所述顆粒過濾器出口流出的氣流的溫度的出口溫度信號。
15、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中用于所述出口溫度的期望范 圍在五百和九百才聶氏度之間。
16、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述含氧量被控制在用于給 定出口溫度的期望范圍內(nèi)。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述含氧量的期望范圍在百 分之零和百分之十的氧之間。
18、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中基于所述含氧量控制氣流和 燃油中至少 一個的步驟持續(xù)到積碳可以被燃燒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的顆粒過濾器再生方法。所述方法包括接收相當(dāng)于顆粒過濾器出口溫度的出口溫度信號；接收相當(dāng)于從所述顆粒過濾器排出的廢氣的含氧量的氧氣信號；和基于所述含氧量控制氣流和燃油的至少一個以便所述出口溫度在期望范圍之內(nèi)。
文檔編號F01N3/023GK101220760SQ20071018018
公開日2008年7月16日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月10日
發(fā)明者D·B·布朗, F·阿門特 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司