CN102116189A - 在柴油颗粒过滤器再生预热期间控制发动机的方法和*** - Google Patents

在柴油颗粒过滤器再生预热期间控制发动机的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及在柴油颗粒过滤器再生预热期间控制发动机的方法和***。具体地，提供了一种用于在柴油颗粒过滤器再生期间控制发动机的方法和控制***，其包括柴油颗粒过滤器DPF再生请求模块，其产生DPF再生请求信号。控制***还包括DPF再生控制模块，其基于对应于排气中氧气水平的氧气水平信号和对应于DPF入口温度的DPF入口温度信号来控制排气中的氧气水平。

Description

在柴油颗粒过滤器再生预热期间控制发动机的方法和***
技术领域
本发明涉及车辆排气***，并且更具体地涉及在再生期间控制柴油颗粒过滤器（DPF）的预热。
背景技术
本文所提供的背景技术描述是为了总体上展现本发明的背景。当前署名的发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述，这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面，既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
柴油发动机操作中包含产生排气的燃烧。在燃烧过程中，空气/燃料混合物经由进气阀被输送到汽缸，并且在其中进行燃烧。燃烧之后，活塞迫使汽缸中的排气进入到排气***中。该排气可能含有诸如氮氧化物（NOx）和一氧化碳（CO）之类的排放物。
越来越多的排气硬件技术被加入，以满足柴油机应用中的排放要求。排气的后处理包括为排气流安装多个砖形物、混合器和喷射器。柴油颗粒过滤器周期性地再生，以降低排气中的烟炱量。柴油颗粒过滤器入口的排气温度增加的速度可能会在入口排气温度升高过快的情况下产生DPF停止（ring-off）故障。如果入口排气温度升高过慢，则柴油颗粒过滤器的再生持续时间增加，这会降低燃料经济性。
发明内容
因此，本发明提供了用于通过控制排气的氧气量来控制柴油颗粒过滤器再生预热速率以改善再生效率的***和方法。
在本发明的一个方面中，一种控制模块包括产生DPF再生请求信号的柴油颗粒过滤器（DPF）再生请求模块。该控制***还包括DPF再生控制模块，所述DPF再生控制模块根据对应于排气中氧气水平的氧气水平信号和对应于DPF入口温度的DPF入口温度信号来控制排气中的氧气水平。
在本发明的另一个方面中，一种方法包括开始柴油颗粒过滤器（DPF）再生循环；开始柴油颗粒过滤器（DPF）再生循环；产生对应于排气中氧气水平的氧气水平信号；产生对应于DPF入口温度的DPF入口温度信号；以及，基于氧气水平信号和入口温度来控制排气中的氧气水平。
本发明还包括以下方案：
方案1. 一种方法，包括：
开始柴油颗粒过滤器DPF的再生循环；
产生对应于排气中氧气水平的氧气水平信号；
产生对应于DPF入口温度的DPF入口温度信号；以及
基于所述氧气水平信号和所述入口温度来控制所述排气中的氧气水平。
方案2. 如方案1所述的方法，进一步包括执行以下步骤：当发动机速度高于怠速速度时，产生氧气水平信号，产生DPF入口温度信号，以及控制所述氧气水平。
方案3. 如方案1所述的方法，进一步包括执行以下步骤：产生氧气水平信号，产生DPF入口温度信号，以及当所述入口温度高于预热DPF温度时控制所述氧气水平。
方案4. 如方案1所述的方法，其特征在于，当所述发动机处于怠速状态时，基于发动机负载和速度来控制氧气水平。
方案5. 如方案1所述的方法，其特征在于，产生氧气水平信号包括基于发动机负载来产生所述氧气水平信号。
方案6. 如方案1所述的方法，其特征在于，产生氧气水平信号包括基于发动机速度来产生所述氧气水平信号。
方案7. 如方案1所述的方法，其特征在于，产生氧气水平信号包括基于发动机负载和发动机速度来产生所述氧气水平信号。
方案8. 如方案1所述的方法，其特征在于，控制所述氧气水平包括控制排气再循环。
方案9. 如方案1所述的方法，其特征在于，控制所述氧气水平包括控制进气节气门。
方案10. 如方案1所述的方法，其特征在于，控制所述氧气水平包括控制进气节气门和排气再循环。
方案11. 一种用于发动机的控制模块，包括：
柴油颗粒过滤器DPF再生请求模块，其产生DPF再生请求信号；以及
DPF再生控制模块，其基于对应于排气中氧气水平的氧气水平信号和对应于DPF入口温度的DPF入口温度信号来控制排气中的氧气水平。
方案12. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，当所述发动机速度高于怠速速度时，所述DPF再生控制模块控制所述排气中的氧气水平。
方案13. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，当所述入口温度低于预热DPF温度时，所述DPF再生控制模块控制所述排气中的氧气水平。
方案14. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，当所述发动机处于怠速状态时，所述DPF再生控制模块基于发动机负载和速度来控制氧气水平。
方案15. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，所述氧气水平信号是基于发动机负载的。
方案16. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，所述氧气水平信号是基于发动机速度的。
方案17. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，所述氧气水平信号是基于发动机负载和发动机速度的。
方案18. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，排气再循环控制模块控制排气再循环，从而控制所述排气中的氧气水平。
方案19. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，节气门控制模块控制进气节气门，从而控制所述排气中的氧气水平。
方案20. 如方案11所述的控制模块，其特征在于，排气再循环控制模块控制排气再循环并且节气门控制模块控制进气节气门，从而控制所述排气中的氧气水平。
通过本文提供的描述，本发明进一步的适用范围将会变得明显。应理解的是，本文的描述和实例仅仅是用于说明之目的，而非限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，将能够更充分地理解本发明，附图中：
图1为依照本发明的发动机***的功能框图，其中该发动机***包括具有集成在催化剂内的温度传感器的排气处理***；
图2为图1的控制器的功能框图；
图3为用于控制该***的方法的流程图；以及
图4为对于受控预热相对于不受控预热而言，输入到柴油颗粒过滤器的温度相对于时间的曲线图。
具体实施方式
以下描述的本质仅仅是作为示例而绝非对本发明、其应用或使用进行限制。为清晰起见，图中相同的附图标记用于指示类似的元件。如本文中所用，措辞“A、B和C中的至少一个”应被解释为使用了非排他性的逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应理解的是，在不改变本发明原理的情况下，方法内的步骤可以不同的顺序来执行。
本文中，术语“模块”指专用集成电路（ASIC）、电子电路、用于执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共享处理器、专用处理器或组处理器）和存储器、组合逻辑电路，和/或提供了所述功能的其他合适部件。
尽管下述公开内容是针对柴油发动机而阐述的，但其它类型的发动机（例如，汽油发动机，包括直喷式发动机）都可受益于本文的教导。
现参照图1，其示意地示出了柴油发动机***10。柴油发动机***10包括柴油发动机12和排气处理***13。排气处理***13进一步包括排气***14和配给***16。柴油发动机12包括汽缸18、进气歧管20、空气质量流量（MAF）传感器22和发动机速度传感器24。空气经过进气歧管20流入发动机12并受到MAF传感器22的监测。空气被导入汽缸18，并且与燃料燃烧以驱动活塞（未示出）。尽管仅示出了单个汽缸18，但是应意识到的是，柴油发动机12可包括另外的汽缸18。例如，可预期具有2、3、4、5、6、8、10、12和16个汽缸的柴油发动机。
作为燃烧过程的结果，会在汽缸18内产生排气。排气在释放至大气之前由排气***14进行处理。排气***14包括排气歧管26和柴油氧化催化剂（DOC）28。排气歧管26将从汽缸中排出的排气引向DOC 28。排气在DOC 28中进行处理以减少排放。排气***14进一步包括催化剂30，例如选择性催化还原（SCR）催化剂、温度传感器31、入口温度传感器32、出口温度传感器34和催化型柴油颗粒过滤器（CDPF）36。DOC 28在对排气进行处理之前与排气进行反应，以降低排气的排放水平。催化剂30在处理排气后进行反应，从而进一步减少排放。
温度传感器31可定位于发动机和DOC 28之间。入口温度传感器32位于催化剂30之前，以监测催化剂30入口处的温度变化，如下文将进一步讨论的那样。出口温度传感器34位于催化剂之后，以监测催化剂30出口处的温度变化，如下文将进一步讨论的那样。尽管排气处理***13被示出为包括位于催化剂30外部的入口和出口温度传感器32、34，但入口和出口温度传感器32、34也可关于催化剂位于内部，以便监测催化剂入口和出口处的排气的温度变化。CDPF 36通过捕集排气中的柴油颗粒（即，烟炱）来进一步降低排放。
配给***16包括可用于喷射来自储箱的尿素的喷射流体供给部38和配给喷射器40。配给***16将喷射流体（例如尿素）喷射到排气中。尿素与排气混合，并且在排气/尿素混合物暴露于催化剂30时进一步降低排放。混合器41用于在排气进入催化剂之前，将喷射流体（例如尿素）同排气进行混合。
控制模块42调节和控制发动机***10的操作，并且监测配给***16的操作。
排气流率传感器44可产生与排气***中的排气流量对应的信号。尽管所示的传感器位于催化剂30和CDPF 36之间，但排气***中的各个位置均可用于测量，包括排气歧管之后和催化剂30之前。
温度传感器46产生与测得的颗粒过滤器温度相对应的颗粒过滤器温度传感器信号。温度传感器46可置于柴油颗粒过滤器36上或其内部。温度传感器46亦可相对于排气流恰好位于柴油颗粒过滤器之后或之前。温度传感器46将测得的颗粒过滤器温度信号传递给控制模块42。
排气***中的其他传感器可包括氧气传感器50，其产生对应于排气***内的排气中的氧气水平的氧气水平信号。氧气传感器可为λ传感器或产生对应于排气中氧气水平的信号的另外类型的传感器。NOx排出传感器52（传感器52应位于传感器34和44之间）可定位在下游（例如在SCR 30之后）以产生对应于离开SCR的氮氧化物的信号。另外，氨（NH3）传感器54产生对应于排气流内的氨量的信号。
控制模块42可用于控制电子节气门60和排气再循环（EGR）阀62，该阀使排气再循环进入到进气歧管20中。电子节气门60和EGR阀62可被控制以改变排气中的氧气水平。
控制模块42可控制排气状况和柴油颗粒过滤器的再生。控制模块42和排气控制模块60的更多细节在下面提供。
现在参照图2，控制模块42可包括柴油颗粒过滤器（DPF）再生控制模块110。DPF再生控制模块110可从各种其他模块接收信号。DPF再生控制模块110可从DPF温度模块112接收温度信号。DPF温度模块112可产生对应于柴油颗粒过滤器的输入温度的温度信号。温度信号还可基于对发动机操作状况的估计而产生。
怠速状况模块114还可与柴油颗粒过滤器再生控制模块110通信。怠速状况模块114可产生对应于发动机是否处于怠速状况的信号。当车辆处于驻车或空档时，发动机可处于怠速状况。当车辆停止时，发动机也可处于怠速状况。当车辆不怠速和DPF输入温度低于DPF预热温度时，执行本文所述的教导。
柴油颗粒过滤器（DPF）再生请求模块116可产生DPF再生请求信号。DPF再生请求信号可通信至DPF再生控制模块110。DPF再生信号可启动柴油颗粒过滤器的再生。
排气氧气模块118产生对应于排气***内的排气氧气量的排气氧气信号。排气氧气信号可由λ传感器或另外类型的氧气传感器产生。来自排气氧气模块118的排气氧气信号通信至柴油颗粒过滤器再生控制模块110。
发动机速度模块120产生对应于发动机旋转速度的发动机速度信号。发动机速度模块120可接收对应于发动机内的曲轴速度或其他速度传感器的信号。发动机速度信号还可由各种其他类型的传感器产生，这些传感器包括变速器输入传感器或来自车辆内的其他传感器。
发动机负载模块122将发动机负载信号通信至DPF再生控制模块110。发动机负载模块122产生对应于发动机上的负载量的信号。发动机负载可通过发动机的扭矩量来测量。可通过传感器来测量发动机扭矩，或者基于发动机操作状况来计算发动机扭矩。
DPF再生控制模块110可与各种其他发动机部件通信，这些部件例如EGR控制模块130和节气门控制模块132。怠速状况模块114可产生控制信号，以获得发动机排气氧气的预定量，从而允许DPF催化剂的可控预热。EGR控制模块130和节气门控制模块132都可被控制，以控制发动机排气氧气量。当然，其他车辆部件也可用于控制排气氧气。
现在参照图3，其陈述了用于控制再生的方法。在步骤210，产生柴油颗粒过滤器再生请求。各种状况（例如烟炱累积）可使得有必要进行再生。在步骤212，确定发动机是否处于怠速状况。如果发动机处于怠速状况，则步骤214以怠速再生策略来操作发动机。在步骤216，方法结束。
返回参照步骤212，当发动机不操作在怠速状况中时，步骤218将柴油颗粒过滤器输入温度与柴油颗粒过滤器预热温度相比较。当柴油颗粒过滤器输入温度不低于柴油颗粒过滤器预热温度时，步骤220启用正常再生过程，并基于发动机速度和发动机负载设定氧气设定点。在步骤220之后，EGR和进气节气门在步骤222中被控制，以获得设定的氧气水平。在步骤222之后，***在步骤224结束。
返回参照步骤218，当柴油颗粒过滤器输入温度低于柴油颗粒过滤器预热温度时，执行步骤230。在步骤230中，基于发动机的速度和负载来确定预热氧气设定点。在步骤232中，基于确定的氧气水平和柴油颗粒过滤器输入温度来确定氧气乘数（multiplier）。在步骤232中的乘数允许温度快速增加到接近预定温度，而不会使温度过调以及对柴油颗粒过滤器施加应力。
在步骤232之后，预热氧气设定点和氧气乘数在块234处结合。块234可为乘法块或能够使两个信号结合的其他块。结合的信号可调节预热的速度或温度信号的斜率。
在步骤236中，基于氧气乘数和预热氧气设定点来确定修改的预热氧气设定点。在步骤236之后，根据在步骤236中确定的修改的预热氧气设定点来在步骤232中控制EGR和进气节气门。
现在参照图4，其示出了使用两个不同λ值的柴油颗粒过滤器温度的曲线图。λ值在1.1和1.4之间时的柴油颗粒过滤器输入温度在预定时间量之后过调超出期望温度。该温度的过调可能会对柴油颗粒过滤器施加应力并减少其寿命。还示出了λ值为1.5时的DPF输入温度。柴油氧化催化剂起燃温度被示出为在300 ℃ 附近。通过控制氧气量，温度信号的斜率可被控制以防止对柴油颗粒过滤器的损害。
通过控制排气氧气水平，通过减少防止DPF加温过快，以及防止DPF加温过慢，从而提高了用户感受。这可增加车辆的燃料经济性。
本发明广泛的教导可以多种形式来实现。因此，尽管本发明包括多个具体实例，但本发明真正的范围不应受其限制，因为通过学习附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员应能明白其它各种修改形式。

Claims (10)

1. 一种方法，包括：
开始柴油颗粒过滤器DPF的再生循环；
产生对应于排气中氧气水平的氧气水平信号；
产生对应于DPF入口温度的DPF入口温度信号；以及
基于所述氧气水平信号和所述入口温度来控制所述排气中的氧气水平。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括执行以下步骤：当发动机速度高于怠速速度时，产生氧气水平信号，产生DPF入口温度信号，以及控制所述氧气水平。
3. 如权利要求1所述的方法，进一步包括执行以下步骤：产生氧气水平信号，产生DPF入口温度信号，以及当所述入口温度高于预热DPF温度时控制所述氧气水平。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述发动机处于怠速状态时，基于发动机负载和速度来控制氧气水平。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生氧气水平信号包括基于发动机负载来产生所述氧气水平信号。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生氧气水平信号包括基于发动机速度来产生所述氧气水平信号。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生氧气水平信号包括基于发动机负载和发动机速度来产生所述氧气水平信号。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述氧气水平包括控制排气再循环。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述氧气水平包括控制进气节气门。
10. 一种用于发动机的控制模块，包括：
柴油颗粒过滤器DPF再生请求模块，其产生DPF再生请求信号；以及
DPF再生控制模块，其基于对应于排气中氧气水平的氧气水平信号和对应于DPF入口温度的DPF入口温度信号来控制排气中的氧气水平。
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