本公開涉及一種設(shè)計成控制柴油內(nèi)燃機，用于評估柴油微粒過濾器(DPF)效率的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

各種各樣的排氣后處理裝置已經(jīng)被開發(fā)出來，來有效地限制內(nèi)燃機的排氣排放。用于現(xiàn)代柴油發(fā)動機排氣的后處理系統(tǒng)通常包括柴油微粒過濾器(DPF)，DPF用于在排氣被排到大氣之前收集和處理柴油發(fā)動機排出的煙灰微粒物質(zhì)。

通常，DPF作為用于從排氣流去除微粒物質(zhì)的捕集器。典型的DPF包含諸如鉑和/或鈀的貴金屬，所述貴金屬用作催化劑，以進一步氧化存在于排氣流中的煙灰和碳氫化合物。DPF可利用過熱排氣來再生或清潔，以燒盡收集的微粒。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種用于控制柴油發(fā)動機的方法，該柴油發(fā)動機經(jīng)由排氣系統(tǒng)與具有柴油微粒過濾器(DPF)的排氣后處理(AT)系統(tǒng)流體連通。該方法包括：檢測柴油發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)操作，在穩(wěn)態(tài)操作期間，該發(fā)動機產(chǎn)生經(jīng)由排氣系統(tǒng)引導(dǎo)至DPF中的第一微粒物質(zhì)(PM)或煙灰流量。該方法還包括：在發(fā)動機穩(wěn)態(tài)操作期間，觸發(fā)閥，以調(diào)節(jié)至發(fā)動機的排氣再循環(huán)(EGR)，由此將第二微粒物質(zhì)流量經(jīng)由排氣系統(tǒng)引導(dǎo)至DPF。第二流量大于第一流量。該方法另外包括：響應(yīng)于引導(dǎo)至DPF中的第二微粒物質(zhì)流量，而經(jīng)由置于DPF下游的PM傳感器檢測離開DPF的微粒物質(zhì)流量。該方法還包括：經(jīng)由PM傳感器，將指示檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量的信號傳送給控制器。另外，該方法包括：經(jīng)由控制器，將檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量和微粒物質(zhì)流量閾值進行比較。此外，該方法包括：如果檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量大于微粒物質(zhì)流量閾值，則經(jīng)由控制器調(diào)節(jié)排氣系統(tǒng)中的燃料注入，以使DPF再生，即，燒盡其上收集的微粒物質(zhì)。

柴油發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)操作可被確認為發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷中的每一者都基本恒定時的發(fā)動機操作。

該方法還可包括：如果在所述的調(diào)節(jié)排放系統(tǒng)中的燃料注入以燒盡在DPF中收集的微粒物質(zhì)之后檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量大于微粒物質(zhì)流量閾值，則(諸如經(jīng)由故障指示燈(MIL))設(shè)定指示DPF已經(jīng)失效的信號。

控制器可編程有查找表，該查找表將在發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)操作期間經(jīng)由排氣系統(tǒng)引導(dǎo)至DPF中的第二微粒物質(zhì)流量與檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量關(guān)聯(lián)起來，以建立用于可接受的DPF的閾值。

第一微粒物質(zhì)流量可在PM傳感器的檢測精確度或靈敏度之外。另一方面，第二微粒物質(zhì)流量可在PM傳感器的檢測精確度之內(nèi)。

PM傳感器的檢測精確度可由于在其上收集了微粒物質(zhì)而降低。

第一微粒物質(zhì)流量可以約為每立方米排氣流1.1毫克，而第二微粒物質(zhì)流量可以比第一流量大至少10％或大于每立方米排氣流1.2毫克。

本發(fā)明還提供一種用于控制柴油發(fā)動機AT系統(tǒng)中的再生的系統(tǒng)以及一種使用這種系統(tǒng)的車輛。

通過以下對實施所述公開的實施例和最佳方式的詳細描述并結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書，本公開的上述特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點將顯而易見。

附圖說明

圖1是具有連接到排氣系統(tǒng)的柴油發(fā)動機的車輛的示意性平面圖，該排氣系統(tǒng)具有用來減少排氣排放的后處理(AT)系統(tǒng)。

圖2是評估在圖1中示出的排氣后處理(AT)系統(tǒng)中柴油微粒過濾器(DPF)效率的方法的流程圖。

具體實施方式

參照附圖，其中在附圖的若干個視圖中相似的參考標號表示相似的部件，圖1示意性地描述了機動車輛10。車輛10包括配置為經(jīng)由從動輪14推進車輛的壓縮點火式或柴油內(nèi)燃式發(fā)動機12。柴油發(fā)動機12的內(nèi)燃在特定量的環(huán)境空氣流16與來自燃料箱20的計量數(shù)量的燃料18混合時，以及由此產(chǎn)生的空氣-燃料混合物在發(fā)動機的汽缸(未示出)內(nèi)被壓縮時發(fā)生。

如圖所示，發(fā)動機12包括排氣歧管22和渦輪增壓器24。渦輪增壓器24由排氣流26激發(fā)，排氣流26在每次燃燒事件之后，通過排氣歧管22由發(fā)動機12的單個汽缸釋放。渦輪增壓器24連接至排氣系統(tǒng)28，該排氣系統(tǒng)28接收排氣流26，并最終向環(huán)境中釋放氣流，一般在車輛10的一側(cè)或尾部之上。盡管發(fā)動機12被描述為具有附接到發(fā)動機結(jié)構(gòu)的排氣歧管22，但該發(fā)動機可包括(諸如大體上形成在排氣歧管中的)排氣通道(未示出)。在這種情況下，上述通道可包含在發(fā)動機結(jié)構(gòu)中，諸如發(fā)動機的汽缸蓋。此外，盡管渦輪增壓器24示出了，但并不阻礙發(fā)動機12在沒有這種功率增大裝置的情況下配置和操作。

車輛10還包括柴油發(fā)動機后處理(AT)系統(tǒng)30。AT系統(tǒng)30包括一些排氣后處理裝置，這些排氣后處理裝置配置為有序地從排氣流26中去除微粒物質(zhì)(PM)或煙灰，即，主要是發(fā)動機內(nèi)燃的含碳副產(chǎn)物和排放成分。如圖所示，AT系統(tǒng)30作為排氣系統(tǒng)28的一部分進行操作，并包括柴油機氧化催化劑(DOC)32。DOC32的主要功能是減少一氧化碳(CO)和無甲烷碳氫化合物(NMHC)。另外，DOC32配置為產(chǎn)生二氧化氮(NO₂)，這是置于DOC32的下游的選擇性催化還原(SCR)催化劑34所需要的。DOC32通常含有由諸如鉑和/或鈀的貴金屬構(gòu)成的催化劑物質(zhì)，該催化劑物質(zhì)在其中作用以實現(xiàn)上述目的。通常，相對于NO₂的產(chǎn)生，DOC32在高溫下被激活并達到操作效率。因此，如圖1所示，DOC32可被緊密聯(lián)接至渦輪增壓器24，以在氣體到達DOC前減少來自排氣流26的熱能損失。

另一方面，SCR催化劑34配置為在DOC32產(chǎn)生的NO₂的幫助下，將NO_x轉(zhuǎn)變?yōu)殡p原子氮氣(N₂)和水(H₂O)。當(dāng)還原劑被用在柴油發(fā)動機中時，SCR轉(zhuǎn)變過程另外需要通用名稱為“柴油機-排氣-流體”(DEF)36的控量的或計量的還原劑。DEF36可以是包括水和氨(NH₃)的尿素水溶液。在AT系統(tǒng)30中DOC32的下游和SCR催化劑34的上游的位置處，DEF36從儲存器37中被噴射入排氣流26。因此，當(dāng)排氣流26流經(jīng)SCR催化劑時，DEF36接近SCR催化劑34。SCR催化劑34的內(nèi)表面包括基面涂層，該基面涂層用作吸引DEF36，使得DEF在NO和NO₂存在時可以與排氣流26相互作用，并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)以減少來自發(fā)動機12的NO_x的排放。

在SCR催化劑34之后，排氣流26進入到與柴油微粒過濾器(DPF)40串聯(lián)且布置在其上游的第二柴油機氧化催化劑(DOC)38。DOC38和DPF40可以置于單個罐42內(nèi)部，如圖1所示。DOC38配置成將存在于排氣流26中的碳氫化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳(CO₂)和水。DPF40配置成在排氣流26排放到大氣中之前收集和處理由發(fā)動機12排出的微粒物質(zhì)。因此，DPF40作為用于從排氣流去除微粒物質(zhì)(具體地是，煙灰)的捕集器。類似于上述DOC32、DOC38和DPF40中的每一者通常均包含貴金屬，諸如鉑和/或鈀，所述貴金屬充當(dāng)受檢裝置中的催化劑以實現(xiàn)它們各自的目的。在流經(jīng)罐42內(nèi)部的DOC38和DPF40之后，排氣流26被認為是充分清潔過的有毒微粒物質(zhì)，然后可被允許離開排氣系統(tǒng)28進入到大氣中。

AT系統(tǒng)30還可以包括配置成在發(fā)動機12下游的不同點處感測排氣流26的溫度的多個溫度探頭44、45、46、47和48。AT系統(tǒng)30還包括控制器50。根據(jù)本公開，控制器50配置為調(diào)節(jié)發(fā)動機12的操作、以及排氣后處理裝置(即DOC32、SCR催化劑34、DOC38和DPF40)的操作。每個溫度探頭44、45、46、47和48與控制器50電通信，以便有助于AT系統(tǒng)30的調(diào)節(jié)。

控制器50可配置為中央處理單元(CPU)，其配置成調(diào)節(jié)內(nèi)燃機12(圖1中所示)、混合動力傳動系統(tǒng)(未示出)或其他替代類型的動力裝置，以及其它車輛系統(tǒng)或?qū)Ｓ每刂破鞯牟僮?。為了適當(dāng)?shù)乜刂艫T系統(tǒng)30的操作，控制器50包括存儲器，其至少一些是有形的和非瞬時的。存儲器可以是參與提供計算機可讀數(shù)據(jù)或過程指令的任何可記錄介質(zhì)。這樣的介質(zhì)可采取多種形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)和易失性介質(zhì)。

用于控制器50的非易失性介質(zhì)可以包括例如光盤或磁盤以及其它永久存儲器。易失性介質(zhì)可以包括例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)，其可構(gòu)成主存儲器。這樣的指令可以由一種或多種傳輸介質(zhì)進行傳輸，包括同軸電纜、銅線和光纖，包括包含聯(lián)接到計算機處理器的系統(tǒng)總線的導(dǎo)線?？刂破?0的存儲器還可以包括軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶、任何其它磁介質(zhì)、CD-ROM、DVD、任何其它光學(xué)介質(zhì)等?？刂破?0可配置或配備有其它所需的計算機硬件，諸如高速時鐘、必需的模擬-數(shù)字(A/D)和/或數(shù)字-模擬(D/A)電路、任何必要的輸入/輸出電路和裝置(I/O)、以及適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)制和/或緩沖電路。控制器50所需的或由此可訪問的任何算法可以存儲在存儲器中并自動執(zhí)行以提供所需的功能。

在發(fā)動機12操作過程中，發(fā)動機12排出的碳氫化合物可以時常沉積在DPF40上，從而影響AT系統(tǒng)30的操作效率。因此，DPF40在其上的碳基煙灰積聚到某特定量之后必須再生或清潔，以燒盡所收集的微粒。排氣后處理裝置的再生可以，例如，在特定質(zhì)量流量的空氣已經(jīng)由發(fā)動機消耗用于燃燒一段時間之后開始。通常，這樣的再生可以利用高溫排氣流來完成以燒盡所積聚的微粒。DPF40可以經(jīng)由被直接噴射到DPF上游的排氣流中的燃料18再生，然后在適當(dāng)?shù)那闆r下點燃噴射的燃料。

車輛10還包括配置成評估DPF40的效率的系統(tǒng)52。系統(tǒng)52包括DPF40和控制器50，并且還可以包括DOC38。系統(tǒng)52包括微粒物質(zhì)(PM)傳感器54，該PM傳感器設(shè)置在DPF40下游并且配置為檢測離開DPF的微粒物質(zhì)的流量并將指示所檢測的流量的信號傳送給控制器50。另外，系統(tǒng)52包括排氣再循環(huán)(EGR)閥56，該EGR閥配置為調(diào)節(jié)排氣流26的一部分經(jīng)由通道58到發(fā)動機12的再循環(huán)。EGR閥56接收來自排氣歧管22的排氣流26的一部分，并將該部分引導(dǎo)回發(fā)動機的汽缸用于壓縮和動力沖程。結(jié)果，在動力沖程上發(fā)動機12使用較少的燃料，從而避免發(fā)動機爆震，這允許發(fā)動機以顯著稀薄的燃料-空氣比運行，以及產(chǎn)生改進的燃料經(jīng)濟性和降低的氣體排放。然而，隨著EGR閥56使排氣流26的受檢部分再循環(huán)，與沒有EGR的操作相比，發(fā)動機12通常在排氣中產(chǎn)生增加量的微粒物質(zhì)。

AT系統(tǒng)30還包括特定裝置，諸如配置為選擇性地將預(yù)定量的柴油燃料18噴射到SCR催化劑34之后且在DOC38上游的排氣流26中的HC噴射器60。柴油燃料18的這種噴射被用來使排氣流過熱，并執(zhí)行AT系統(tǒng)30的再生，具體地是DPF40的再生。控制器50可調(diào)節(jié)HC噴射器60的操作，以在AT系統(tǒng)30的再生被認為適當(dāng)時開始或觸發(fā)這種再生?？刂破?0還配置成檢測發(fā)動機12的穩(wěn)態(tài)操作，期間發(fā)動機產(chǎn)生第一微粒物質(zhì)流量62，排氣系統(tǒng)28隨后將該第一流量62引導(dǎo)至DPF40。根據(jù)本公開，發(fā)動機12的穩(wěn)態(tài)操作被確定為發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷都基本上恒定時的發(fā)動機操作。當(dāng)例如車輛10在水平面上以穩(wěn)定車速行駛時，發(fā)動機12的負荷可以是相對恒定的。第一微粒物質(zhì)流量62或濃度可以是每立方米排氣流26約1.1毫克。

控制器50另外配置為在發(fā)動機12的穩(wěn)態(tài)操作期間觸發(fā)EGR閥56，以調(diào)節(jié)到發(fā)動機汽缸的排氣再循環(huán)，由此經(jīng)由排氣通道58將第二微粒物質(zhì)流量64引導(dǎo)至DPF40。第二微粒物質(zhì)流量64可以比第一流量62大至少10％，或至少每立方米排氣流26為1.2毫克。換句話說，排氣流26在第二流量64比在第一流量62將更大量的微粒物質(zhì)引導(dǎo)至DPF40。通常，在瞬態(tài)發(fā)動機操作過程中，從代表性發(fā)動機12發(fā)生微粒物質(zhì)的最大流量或濃度，并可能達到每立方米排氣流26約52.8毫克。

控制器50另外配置為響應(yīng)于被引導(dǎo)至DPF的第二微粒物質(zhì)流量64從PM傳感器54接收指示檢測到的離開DPF40的微粒物質(zhì)流量66的信號?？刂破?0還配置成將檢測到的離開DPF40的微粒物質(zhì)流量66與微粒物質(zhì)流量閾值68進行比較。控制器50還配置成，如果檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量66大于微粒物質(zhì)流量閾值68，則調(diào)節(jié)經(jīng)由HC噴射器60進入排氣系統(tǒng)28的燃料18的噴射以使DPF40再生，例如，通過發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘枴Ｎ⒘Ｎ镔|(zhì)流量閾值68可以設(shè)定為車輛10每行駛一英里約15毫克。

有時，如在發(fā)動機12的穩(wěn)態(tài)操作期間，第一微粒物質(zhì)流量62可以具有使得第一流量在PM傳感器54的檢測精確度和/或靈敏度之外的低值。另一方面，當(dāng)EGR閥56使排氣流26的一部分再循環(huán)到發(fā)動機12時，第二微粒物質(zhì)流量64相對于第一流量62將增加到第二流量將在PM傳感器54的檢測精確度和/或靈敏度之內(nèi)的程度。注意到PM傳感器54的檢測精確度和靈敏度可能在“老化的”PM傳感器中降低，這是由于累計操作循環(huán)期間微粒物質(zhì)在其上的收集。因此，第二微粒物質(zhì)流量64可以選擇成使得也可以可靠地采用老化的PM傳感器54來評估DPF40的有效性。

上述經(jīng)由EGR閥56到發(fā)動機12的排氣流26的一部分的再循環(huán)允許對AT系統(tǒng)30中的DPF40的效率進行干預(yù)評估。如本文所采用的，術(shù)語“干預(yù)”意味著為了DPF40的效率評估的受檢有限目的對主發(fā)動機12的操作進行修改。DPF40效率的這種干預(yù)評估旨在對發(fā)動機12的排放具有最小的影響，因為在發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)操作期間產(chǎn)生的微粒物質(zhì)的實際增加顯著低于任何特定的排放要求。

控制器50可以另外配置成如果檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量66大于微粒物質(zhì)流量閾值68，則設(shè)定識別DPF40發(fā)生故障或已經(jīng)失效的信號70。這種評估通常表示DPF40已經(jīng)老化且目前不能除去必要量的微粒物質(zhì)?？刂破?0可以配置為在經(jīng)由HC噴射器60的燃料18的調(diào)節(jié)噴射以燒盡DPF40中收集的微粒物質(zhì)之后執(zhí)行這種評估以及設(shè)定信號70。信號70可經(jīng)由故障指示燈(MIL)和/或嵌入在控制器50的存儲器中的供授權(quán)實體進行后續(xù)檢索的故障代碼生成。通常，微粒物質(zhì)可以在車輛10每行駛一英里1至10毫克的范圍內(nèi)逃離有效的DPF40。針對比較，如果微粒物質(zhì)在車輛10每行駛一英里15至50毫克或更大的范圍內(nèi)逃離DPF40，則可以認為受檢DPF故障。

控制器50可編程有查找表72，該查找表72將在發(fā)動機12的穩(wěn)態(tài)操作期間被引導(dǎo)至DPF40的第二微粒物質(zhì)流量64與檢測到的離開DPF40的微粒物質(zhì)流量66相關(guān)聯(lián)。用于查找表72的基準數(shù)據(jù)可在AT系統(tǒng)30的測試和驗證期間憑經(jīng)驗進行編輯。第二流量64和檢測流量66之間的這種表格關(guān)聯(lián)性可以建立用于有效的或可接受的DPF40(即，產(chǎn)生低于流量閾值68的微粒物質(zhì)的DPF)的閾值，其由控制器50用來設(shè)定信號70。

圖2示出了控制柴油發(fā)動機12的方法80，用于AT系統(tǒng)30中的DPF40的效率的干預(yù)評估，如上面關(guān)于圖1所描述的。該方法開始于框82，其中其包括經(jīng)由控制器50檢測發(fā)動機12的穩(wěn)態(tài)操作，期間發(fā)動機產(chǎn)生經(jīng)由排氣系統(tǒng)被引導(dǎo)至DPF40中的第一微粒物質(zhì)流量62。在框82之后，該方法前進到框84，其中，該方法包括在發(fā)動機12的穩(wěn)態(tài)操作期間觸發(fā)EGR閥56，以(諸如通過增加EGR的量)調(diào)節(jié)到發(fā)動機的排氣再循環(huán)，從而將第二微粒物質(zhì)流量64經(jīng)由排氣系統(tǒng)28引導(dǎo)至DPF40中。如上關(guān)于圖1所討論的，第二流量64大于第一流量62。

接著框84，該方法前進到框86，其中，該方法包括響應(yīng)于被引導(dǎo)至DPF中的第二微粒物質(zhì)流量64經(jīng)由PM傳感器54檢測離開DPF40的微粒物質(zhì)的流量。在框86之后，該方法前進到框88，并且包括經(jīng)由PM傳感器54將指示檢測到的離開DPF40的微粒物質(zhì)流量66的信號70傳送給控制器50。接著框88，該方法前進到框90，并且包括比較經(jīng)由控制器50將檢測到的離開DPF40的微粒物質(zhì)流量66與微粒物質(zhì)流量閾值68進行比較。在框90之后，該方法前進到框92，其中，該方法包括如果檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量66大于微粒物質(zhì)流量閾值68，則經(jīng)由控制器50調(diào)節(jié)HC噴射器60，以噴射燃料18到排氣系統(tǒng)28用于使DPF40再生。

在框92中的DPF40的再生之后，該方法可以循環(huán)返回框82。因此，控制器50可被編程為連續(xù)地監(jiān)測發(fā)動機12和AT系統(tǒng)30的操作，以觸發(fā)DPF40的效率的這種干預(yù)評估。另一方面，接著框92，該方法可以前進到框94，其中，如果在經(jīng)由HC噴射器60噴射燃料18之后檢測到的離開DPF的微粒物質(zhì)流量66大于微粒物質(zhì)流量閾值68，則控制器50設(shè)定指示DPF40已經(jīng)失效的信號。如以上關(guān)于圖1所討論的，控制器50可編程有查找表72，該查找表72將在發(fā)動機12的穩(wěn)態(tài)操作期間被引導(dǎo)至DPF40的第二微粒物質(zhì)流量64與檢測到的離開DPF40的微粒物質(zhì)流量66相關(guān)聯(lián)，以建立用于可接受的DPF的閾值。

具體實施方式和附圖或圖是對本公開的支持和描述，但本公開的范圍僅由權(quán)利要求限定。雖然已詳細描述了用于實施所要求保護的公開的一些最佳模式和其它實施例，但存在各種替代設(shè)計和實施例用于實施所附權(quán)利要求中限定的本公開。另外，在附圖中示出的實施例或本說明書中提到的各種實施例的特征不必理解為彼此獨立的實施例。相反，有可能的是，在一個實施例的一個示例中所描述的每個特征可以與來自其他實施例的一個或多個其他期望特征相結(jié)合，得到未用文字或參考附圖描述的其它實施例。因此，這樣的其他實施例落在所附權(quán)利要求的范圍的框架之內(nèi)。