專利名稱：用于柴油顆粒過濾器再生的排氣閥的操作方法
用于柴油顆粒過濾器再生的排氣閥的操作方法背景技術(shù)
此處所描述的實(shí)施例涉及用于再生排氣后處理系統(tǒng)的柴油顆粒過濾器的一種系 統(tǒng)和方法。更具體地，此處所描述的實(shí)施例涉及使用排氣閥再生排氣后處理系統(tǒng)的柴油顆 粒過濾器的一種系統(tǒng)和方法。
柴油機(jī)車內(nèi)的廢氣后處理系統(tǒng)位于發(fā)動(dòng)機(jī)的下游側(cè)，用于處理從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢 氣。該后處理系統(tǒng)，除其他組件之外，通常包括柴油氧化催化劑，以及柴油顆粒過濾器。排 氣閥是打開和關(guān)閉排氣管道的閥，以選擇性地允許廢氣流通過排氣系統(tǒng)到大氣中。通常情 況下，排氣閥僅在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)期間被開動(dòng)或關(guān)閉，以在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生背壓，并用于冷環(huán)境的 加溫。
廢氣中的顆粒物質(zhì)積聚在柴油顆粒過濾器上，且如果任其發(fā)展，可能在后處理系 統(tǒng)中產(chǎn)生背壓。再生事件是在常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中后處理系統(tǒng)中所收集的顆粒物質(zhì) 的定期氧化。當(dāng)排氣系統(tǒng)中的柴油顆粒過濾器遇到逐漸積累的顆粒物質(zhì)時(shí)，顆粒物質(zhì)被氧 化以“再生”過濾器。再生通常是通過增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷并激活柴油燃料后噴射到廢氣流 中而產(chǎn)生的。該后噴射提供了足夠的熱量以氧化在后處理系統(tǒng)內(nèi)被捕集的顆粒物質(zhì)。
為了給排氣系統(tǒng)提供足夠的熱能以將充足的熱量傳遞到柴油顆粒過濾器以啟動(dòng) 再生，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷通常被增加了。然而，許多車輛是“走走停停”地行駛，其中發(fā)動(dòng)機(jī)通常 是在低速和低負(fù)荷下運(yùn)行。在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速和低負(fù)荷運(yùn)行期間，所產(chǎn)生的廢氣可能不具有 足夠高的溫度以啟動(dòng)再生。發(fā)明內(nèi)容
—種操作排氣閥加熱柴油氧化催化劑以啟動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的廢氣后處理系統(tǒng) 的柴油顆粒過濾器再生的方法，包括以下步驟確定柴油顆粒過濾器是否正在被清潔，以及 確定轉(zhuǎn)速和噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量。該方法還包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)是否供油而確定發(fā)動(dòng)機(jī)背壓 設(shè)定點(diǎn)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)供油，發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)基于燃料量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。如果發(fā)動(dòng)機(jī)不供 油，發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)基于是否有其他的排氣閥致動(dòng)的請(qǐng)求。該方法還包括以下的步驟 確定當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的背壓，以及基于發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)背壓來確定排氣閥設(shè)定 點(diǎn)。排氣閥響應(yīng)于排氣閥設(shè)定點(diǎn)而被致動(dòng)，以至少部分地阻隔廢氣流通過廢氣后處理系統(tǒng) 的流體通道，其中廢氣在流體通道中被加熱并啟動(dòng)柴油機(jī)顆粒過濾器的再生。
附圖簡(jiǎn)要說明


圖1是具有位于發(fā)動(dòng)機(jī)下游側(cè)的柴油顆粒過濾器的廢氣后處理系統(tǒng)的示意圖。
圖2是一個(gè)流程圖，示出了操作圖1所示的排氣閥的方法；以及
圖3是一個(gè)流程圖，示出了從圖2繼續(xù)的操作排氣閥的方法。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，廢氣后處理系統(tǒng)大致在10所表示，并具有從發(fā)動(dòng)機(jī)14向出口 16(如到 大氣18的出口)延伸的排氣管總成12。排氣管總成12形成流體通道20，用于從發(fā)動(dòng)機(jī)14到大氣18的排氣流F。
排氣管總成12的第一部分22從發(fā)動(dòng)機(jī)14向柴油氧化催化劑(DOC) 23延伸。在 D0C23的下游是柴油顆粒過濾器(DPF) 24。DPF24是非常耐高溫材料構(gòu)成的過濾器。DPF24 捕獲且保留排放進(jìn)廢氣后處理系統(tǒng)10內(nèi)的廢氣中夾帶的顆粒物質(zhì)。DPF24定期再生以限制 廢氣后處理系統(tǒng)10背壓的增長(zhǎng)并保持發(fā)動(dòng)機(jī)14的效率。排氣管12組件的第二部分26從 DPF24延伸到出口 16。其他部件可被布置在后處理系統(tǒng)10上。雖然排氣管總成12在三個(gè) 分離部分中被示出，但是排氣管總成的的其他數(shù)量和配置是可能的。
排氣閥28在流體通道20上位于D0C23的上游。用排氣閥控制器30致動(dòng)排氣閥 28，以增加在D0C23的溫度，此舉在DPF24處啟動(dòng)再生。當(dāng)被致動(dòng)時(shí)，排氣閥28阻隔廢氣F 流經(jīng)流體通道20。當(dāng)排氣閥28部分地或完全地關(guān)閉了，排氣閥28上游側(cè)的后處理系統(tǒng)10 中的廢氣F被壓縮，導(dǎo)致增加廢氣F的溫度。此外，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的阻力需要?dú)飧字懈?量的燃料噴射量以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定點(diǎn)。柴油噴射，與排氣閥28的操作相結(jié)合，在廢氣F中 產(chǎn)生了額外的熱能以加熱D0C23。隨著廢氣向下游流到DPF，排氣節(jié)流閥28上游側(cè)的廢氣 F的增加的溫度被傳遞到D0C23以及到DPF24上。被加熱的廢氣F提供了足夠的熱量以在 DPF24處啟動(dòng)再生(碳煙氧化)。
傳感器32檢測(cè)并將多個(gè)變量中的至少一個(gè)傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的帶有傳感器控制器34 的發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊36。傳感器32可以檢測(cè)后處理系統(tǒng)10內(nèi)的背壓，和/或后處理系統(tǒng)中 的溫度，從而發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊36可確定DPF24是否已準(zhǔn)備好再生。此外，傳感器32可在發(fā) 動(dòng)機(jī)14處檢測(cè)加速度a，轉(zhuǎn)速S，燃料噴射量q，以及制動(dòng)轉(zhuǎn)矩t，正如下文將關(guān)于圖2和圖3 所討論的?？赡艿氖牵瑐鞲衅?2包括傳遞多個(gè)變量到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊36上的一個(gè)以上的 傳感器。還可能的是，傳感器控制器34可輸出一個(gè)或多個(gè)值到另一個(gè)控制器上，而不是到 發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊36上。此外,控制器30,34,36,38可以多種方式被實(shí)施到系統(tǒng)中，如用于 一個(gè)或多個(gè)部件的單一的控制器，或用于每個(gè)部件的多個(gè)控制器。
發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制器38向發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊36通信發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器40是否正被使用。 響應(yīng)于由傳感器32檢測(cè)并被傳感器控制器34通信的值，以及由發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制器38從發(fā) 動(dòng)機(jī)制動(dòng)器40所通信的值，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊18通過排氣閥控制器30致動(dòng)排氣閥28，其選 擇性地打開和關(guān)閉從發(fā)動(dòng)機(jī)14到大氣18的通道20。
參照?qǐng)D2和圖3，用于操作排氣閥28的方法大致在100所表示，并在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模 塊18中被實(shí)施。雖然下面的說明書將與圖2和圖3有關(guān)，但是可能的是，該方法可以多種 方式實(shí)施，并具有不同數(shù)目和順序的步驟。
該方法開始于開始步驟102，在步驟104中確定DPF24是否正在被清潔，如果不是， 該方法循環(huán)返回到開始步驟102。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊36包括軟件執(zhí)行圖2和圖3的方法，但 可能的是，可以使用一個(gè)單獨(dú)的控制器。
如果，DPF24正在被清潔，例如其被發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊36基于傳感器32所確定，并且 其由傳感器控制器34通信,加速踏板的加速度a在加速確定步驟106被確定,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速s 在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定步驟108被確定。使用加速度值a，然后在加速度值步驟110中，確定發(fā) 動(dòng)機(jī)是否在接收燃料，或者發(fā)動(dòng)機(jī)是否還沒有接收燃料。具體地，在步驟110中確定加速度 a是否大于零，其中大于零的結(jié)果意味著發(fā)動(dòng)機(jī)在供油，而一個(gè)不大于零的結(jié)果意味著發(fā)動(dòng) 機(jī)未在供油。
如果發(fā)動(dòng)機(jī)在供油，燃料量q在燃料量步驟112中被確定。使用燃料量q和發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速s，發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)Xl在設(shè)定點(diǎn)步驟114中被設(shè)定。有多種確定發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定 點(diǎn)Xl的方法。確定發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)Xl的一個(gè)示例是通過使用一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的查找 表(未示出)使用燃料量q。確定發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)Xl的另一個(gè)示例是使用公知的數(shù)學(xué)公 式來計(jì)算所確定發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)xl。確定發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)Xl的再一個(gè)示例是找出多 個(gè)燃料質(zhì)量值的平均值或平均數(shù)。
繼續(xù)參考圖2，如果在步驟110中發(fā)動(dòng)機(jī)14沒有在供油，然后在其他請(qǐng)求確定步驟 116中確定是否有另外一個(gè)對(duì)于排氣閥28的請(qǐng)求。這些請(qǐng)求可能來自要控制排氣閥28的 多個(gè)部件。如果在步驟116中有使用排氣閥28的請(qǐng)求，所確定的發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)xl將 在另一請(qǐng)求設(shè)定點(diǎn)步驟118中基于該另一請(qǐng)求而被設(shè)置。所確定的發(fā)動(dòng)機(jī)背壓xl可以以 本領(lǐng)域中已知的多種方式被設(shè)置。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器20正被使用時(shí)，這些其他請(qǐng)求之一可能來自于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制 器38。發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)xl然后基于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制器22的值而產(chǎn)生，其被輸出到發(fā)動(dòng) 機(jī)控制模塊36。
在步驟116中如果沒有其他請(qǐng)求，制動(dòng)力矩t在制動(dòng)力矩確定步驟120被確定，并 在制動(dòng)力矩設(shè)定點(diǎn)步驟122中與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速s —起被用于設(shè)定所確定的發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn) xl ο
一旦所確定的發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)xl已在步驟114，118或122中被確定，修正值c 也可在校正步驟124中被確定。當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)背壓x2，其指示當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)背壓的狀態(tài)，在當(dāng) 前背壓確定步驟126中被確定。修正值c進(jìn)行調(diào)整以修正發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)xl，例如考慮 進(jìn)環(huán)境溫度和壓力的修正。然后，在差值計(jì)算步驟128中，在修正值c和發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn) xl之間求差d。
現(xiàn)在從圖2改為參照?qǐng)D3，該方法100繼續(xù)，在循環(huán)值步驟132中使用以前獲得的 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速s確定開環(huán)控制值I。在因子步驟134中確定經(jīng)計(jì)算因子f，在增益步驟136中 其與差值d —起使用以確定比例增益P。一種獲得比例增益P的方法是通過使差值d和經(jīng) 計(jì)算因子f相乘。
在積分步驟138，例如通過求差值d的積分，來確定積分增益i。在閥設(shè)定點(diǎn)步驟 140中，使用比例增益P確定排氣閥設(shè)定點(diǎn)V、積分增益1、和開環(huán)控制值I?？赡艿氖牵梢?使用其他實(shí)施方式以獲得任一上述變量。
當(dāng)在步驟140中獲得排氣閥設(shè)定點(diǎn)V時(shí)，在閥致動(dòng)步驟142中排氣閥28被致動(dòng)以 完全或部分地關(guān)閉，加熱流體通道20中的廢氣。排氣閥28的致動(dòng)導(dǎo)致廢氣溫度增加，此舉 加熱D0C23，并啟動(dòng)DPF24的再生。當(dāng)DPF24再生時(shí)，排氣閥28被打開，并且該方法在結(jié)束 步驟144結(jié)束。從結(jié)束步驟144，該方法重新啟動(dòng)到圖2所示的步驟102。
權(quán)利要求
1.一種在與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的廢氣后處理系統(tǒng)中操作排氣閥以加熱柴油氧化催化劑并啟動(dòng)柴油顆粒過濾器再生的方法，該方法包括以下步驟 確定所述柴油顆粒過濾器是否正在被清潔； 確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； 確定噴入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量； 基于發(fā)動(dòng)機(jī)是否在供油而確定發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)，其中當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)在供油時(shí)，基于所述燃料量和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)，且當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)不在供油時(shí)，基于是否有其他的對(duì)于排氣閥致動(dòng)的請(qǐng)求來確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)； 確定當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)背壓； 基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)和所述當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)背壓而確定排氣閥設(shè)定點(diǎn)；以及 響應(yīng)于所述排氣閥設(shè)定點(diǎn)而致動(dòng)所述排氣閥，以至少部分地阻隔廢氣流通過所述廢氣后處理系統(tǒng)的流體通道，其中所述廢氣在所述流體通道中被加熱并啟動(dòng)所述柴油機(jī)顆粒過濾器的再生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)不存在其他請(qǐng)求時(shí)，所述背壓設(shè)定點(diǎn)由所述發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速所確定，且當(dāng)有其他請(qǐng)求時(shí)，所述背壓設(shè)定點(diǎn)由所述其他請(qǐng)求所確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述柴油顆粒過濾器是否正在清潔的步驟是基于來自傳感器的輸出的，該傳感器檢測(cè)所述后處理系統(tǒng)中的背壓和所述后處理系統(tǒng)內(nèi)的溫度的至少其中一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)的加速度，其中，當(dāng)加速度大于零時(shí)，確定所述燃料量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括以下步驟確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)的加速度，并當(dāng)加速度不大于零時(shí)，隨后確定是否有其他排氣閥的請(qǐng)求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟基于環(huán)境壓力和溫度，確定對(duì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)的修正值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟確定所述修正值和所述當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)背壓之間的差值，并根據(jù)該差值設(shè)置所述排氣閥設(shè)定點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)計(jì)算因子，并使用所述差值和所述計(jì)算因子確定比例增益。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟基于所述比例增益設(shè)置所述排氣閥設(shè)定點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟使用所述差值確定積分增益；以及基于該積分增益設(shè)置所述排氣閥設(shè)定點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括求所述差值的積分以確定積分增益。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟使用所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定開環(huán)控制值，并基于所述開環(huán)控制值確定所述排氣閥設(shè)定點(diǎn)。
全文摘要
一種操作排氣閥(28)以加熱柴油氧化催化劑(23)并啟動(dòng)DPF(24)再生的方法，包括以下步驟確定DPF是否正在被清潔，以及確定速度和噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量。該方法還包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)(14)是否供油而確定發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)。如果在供油，該設(shè)定點(diǎn)基于燃料量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。如果不在供油，該設(shè)定點(diǎn)基于是否有其他的排氣閥(28)致動(dòng)的請(qǐng)求。排氣閥設(shè)定點(diǎn)是基于發(fā)動(dòng)機(jī)背壓設(shè)定點(diǎn)和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)背壓而確定的。排氣閥(28)響應(yīng)于排氣閥設(shè)定點(diǎn)而被致動(dòng)以阻礙廢氣流。
文檔編號(hào)F01N3/023GK103026019SQ201180026399
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者C·A·里夫斯, 徐立權(quán) 申請(qǐng)人:萬國(guó)引擎知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司