专利名称：基于氧的颗粒过滤器再生策略的制作方法
技术领域：
本发明涉及颗粒过滤器，更具体的说涉及用于在再生期间控制颗粒过滤器温度的方法和系统。
背景技术：
柴油机颗粒过滤器(DPF)被用在柴油发动机上以减少在 不均匀的燃烧过程期间产生的颗粒物质(积炭)的排放。当过滤器被 确定充满积炭时，这些过滤器必须被清除或再生。发动机控制系统可 以估计所述DPF累积，并确定过滤器何时需要再生。 一旦所述过滤器 被确定为满的，控制系统将通过改变燃烧过程和/或喷射燃料进入排气 系统之内以增加废气流进入所述DPF的温度启动再生。被升高的排气 温度启动所述DPF内存储的积炭的氧化。
通常，这些方法被较好地控制，并产生可接受的过滤器温 度和耐用性。然而，在一些情况下，所述过滤器可能载有过多的颗粒或 在某些导致偏离运行温度的情况下再生。这些过度的高温可以导致由 于热应力引起的裂缝，乃至过滤器底基熔化的过滤器故障。
为了改善DPF的耐用性，所述DPF内的最高温度应当被 控制。 一种控制最高温度的方法包括限制微粒负荷。由于常规的驱动 循环，环境条件，和/或发动机工况的变化，这不能持续得到保证。另 一方法包括通过燃料喷射方法限制进入所述DPF的热量。这些也并不 总是有效的，因为存储的颗粒块经常足够导致损害所述DPF材料的放热 反应。发明内容
相应地，提供一种用于内燃机系统的颗粒过滤器再生方 法。 所述方法包括接收相当于颗粒过滤器出口温度的出口温度信 号；接收相当于从所述颗粒过滤器排出的废气含氧量的氧气信号；和 基于所述含氧量控制气流和燃油的至少一个以便所述出口温度在期望 范围之内。
另一方面，提供一用于控制颗粒过滤器再生的系统。所 述系统包括检测颗粒过滤器出口温度并基于所述出口温度产生温度 信号的出口温度传感器；检测从颗粒过滤器排出的废气的含氧量并基于所述含氧量产生一氧气信号的空气燃油传感器；和接收所述出口温 度信号和所述氧气信号并基于所述出口温度信号和所述氧气信号控制 颗粒过滤器再生的控制模块。
本发明应用的进一步的方面从下述详细说明中将变得明 显。应当理解，本发明的所述说明和具体实施例，以及优选实施例， 只是为了说明的目的，决不是为了限制该发明。
从下述详细的说明和附图中本发明将变得完全明白，其中
图1是一示例性柴油机系统的示意图，该柴油机系统包括 根据本发明的具体过滤器再生系统。
图2是一流程图，该流程图说明了根据本发明的基于氧的 颗粒过滤器再生方法；和
图3是一图表，该图标说明了本发明的控制区域。
具体实施方式
下面具体实施例的说明实际上只是示意性，决不是对本发 明及其应用或运用的限制。为清楚起见，在附图中同样的附图标记表 示类似的元件。这里用到的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)， 电子电路，处理器(共用，专用，或集群)以及执行一个或多个软件或 固定软件的存贮器，组合逻辑电路，和/或其他合适的提供上述功能的 元件。
现参见图1 ,示意地说明了根据本发明的一示例性柴油机 系统IO。 应当理解柴油机系统10仅仅是示例性的，这里所述的颗粒 过滤器再生系统可以应用在各种应用颗粒过滤器的发动机系统中。这 样的发动机系统可以包括，但是不局限于，汽油直接喷射式发动机系统 和均质充气压燃式发动机系统。为便于说明，本发明结合柴油机系统 进行论述。0014] 所述柴油才几系统10包括柴油机12，进气歧管14，共轨的 燃料喷射系统16和排气系统18。 所述示例性发动机12包括八个构造 成在邻近的气缸架22, 24内成V形布置的气缸20。 虽然图l中显示 了八个气缸(N-8)，应当理解发动机12可以包括更多或更少的气缸 20。 例如，发动机具有2,4,5,6,8, 10, 12以及16个气 缸都是可以的。还应当理解，本发明的颗粒过滤器再生控制可以应用 在直列式的气缸结构中。
空气通过节气门(未显示)吸入进气歧管14。 空气从进 气歧管14吸入气缸20并在气缸20中被压缩。燃油由共轨喷射系统16 喷入气缸20且所述压缩空气的热量点燃所述空气/燃料混合物。排出气 体从气缸20排出进入排气系统18。 在有些情况下，柴油机系统10可 以包括一涡轮增压器，其使用一废气驱动涡轮26来驱动压缩机27,压 缩机27压缩进入进气歧管14的空气。压缩空气通常在进入进气歧管 14之前经过空气冷却器(未显示)。
排气系统18包括排气歧管28, 30,废气管路29, 31和 36，柴油机氧化催化剂(DOC) 38和柴油机颗粒过滤器(DPF)40。 排气 歧管28, 30引导从气缸排22, 24排出的废气进入排气管路29, 31。所 述废气被引导至涡轮增压器以驱动涡轮26。 从涡轮增压器流出的混合 的排出气流通过废气管路36,所述DOC 38和所述DPF 40。所述DPF 40 过滤器随着所述混合的排出气流流向大气过滤来自混合的排出气流的 微粒。
控制模块42根据基于本发明的微粒过滤再生方法的氧化 调节柴油机系统10的操作。更准确的说，控制模块42与DPF出口温 度传感器，宽量程空气燃油传感器46,和DPF入口温度传感器48连接。 所述DPF出口温度传感器产生表示在所述DPF在40出口处温度的信 号。在各种的实施例，所述DPF出口温度传感器检测如温度传感器44 所示所述DPF底基的温度并产生底基温度信号。在各种的实施例，所 述DPF出口温度传感器检测如温度传感器45所示所述DPF排出的气体 的温度并产生气体温度信号。所述宽量程空气燃油传感器46产生表示 废气中氧气量的信号。所述DPF入口温度传感器48产生表示流入所述 DPF 40的废气的温度信号。
控制模块42确定何时需要再生并控制发动机运行以允许再生发生。基于出口温度信号和氧气信号，控制在再生水平继续控制 发动机操作直到再生完成。
现在参见图2 ,说明了由基于颗粒过滤器再生方法的氧化 所执行步骤的流程图。在步骤100，控制估计在所述DPF中的积炭累 积并基于累积阈值确定是否需要再生。如果所述DPF是满的，在步骤 110控制确定发动机工作条件是否足够允许再生。如果所述DPF不是 满的，控制转到结束。如果再生被允许，在步骤120控制通过改变燃 烧过程和/或喷射燃油至排出气流中启动再生以增加所述DPF入口温度 超过积炭熄火阈值。被升高的排气温度启动所述DPF内存储的积炭的 氧化。如果再生不被允许，控制转到结束。
如果再生已经开始且在步骤130中温度信号表明衬底的 温度大于可选择的阁值，用于再生的适当的温度通过控制空气和/或燃油 保持，这样由空气燃油传感器表示的含氧量在一预定控制区域。在一 示例性实施例中，所述可选择的阈值可以是五百摄氏度。图3说明一 示例性控制区域。含氧量由Y轴以200表示并在百分之零到百分之十 之间变动。DPF出口温度沿X轴以210表示并在三百摄氏度到九百摄 氏度之间变动。在220处显示一示例性控制区域。所述控制区域表明 为了控制所述DPF的温度并完全地燃烧累积的积炭所述含氧量应当保 持的范围。
回到图2,在步骤140，发生再生时，所述积炭块在一时 期内减少。完成存卩渚积炭块的再生的时间可以/人/>知的DPF状况估 计。对于具体的系统最大量再生时间是预定的。在步骤150如果所述 DPF出口温度保持在最低温度(例如，550摄氏度)之上且在步骤160 中所述再生时间大于所述再生时间最大值(例如，7分钟)，所述过滤 器是干净的且再生被完成。控制结束。如果所述DPF出口温度高于最 低温度，但时间不够，控制返回步骤IOO且再生将继续至完成所述积炭 氧化过程。
本领域技术人员从上述说明可以理解，本发明充分的教导 可以以各种形式执行。所以，尽管发明已经结合特别的例子进行了描 述，本发明的真正的范围将不会被因此限制因为在研究所述附图，所述 说明书及其后的权利要求的基础上其他的改进对本领域技术人员来说 将变得明显。
权利要求
1、一种控制颗粒过滤器再生的系统，包括 检测颗粒过滤器出口温度并基于所述出口温度产生温度信号的出口温度传感器；检测从颗粒过滤器排出的废气的含氧量并基于所述含氧量产生一氧气信号的空气燃油传感器；和接收所述出口温度信号和所述氧气信号并基于所述出口温度信号和所述氧气信号控制颗粒过滤器再生的控制模块。
2、 如权利要求1所述的系统，其中所述温度传感器在所述颗粒 过滤器出口处检测底基的温度。
3、 如权利要求1所述的系统，其中所述温度传感器^r测流经所 述颗粒过滤器出口的气体温度。
4、 如权利要求1所述的系统，其中所述控制模块控制气流和燃 油中的至少 一个以保持所述废气中的期望含氧量，其中所述期望含氧 量由一控制区域确定，和其中所述控制区域由多个用于多个可选择的温 度的可选择的范围确定。
5、 如权利要求4所述的系统，其中所述可选择的温度在五百和 九百摄氏度之间且所述可选择的范围在百分之零和百分之十的氧之 间。
6、 如权利要求1所述的系统，其中所述控制模块估计在所述 颗粒过滤器中的积碳累积并基于所述估计控制再生。
7、 如权利要求6所述的系统，进一步地包括检测流进所述颗粒 过滤器的废气的温度并基于所述流进所述颗粒过滤器的废气的温度产 生废气温度信号的入口废气温度传感器，其中所述控制模块通过控制发 动机操作启动再生，这样所述流入所述颗粒过滤器的废气的温度高于积 碳熄火阈值。
8、 如权利要求1所述的系统，其中当所述温度信号表明温度超 过可选择的阈值时，所述控制模块基于所述氧气信号和所述温度信号控 制再生。
9、 如权利要求8所述的系统，其中所述阈值是五百摄氏度。
10、 一种用于内燃机系统的颗粒过滤器再生方法，包括 接收相当于颗粒过滤器出口温度的出口温度信号；接收相当于从所述颗粒过滤器排出的废气的含氧量的氧气信号；和基于所述含氧量控制气流和燃油的至少 一个以便所述出口温度在 期望范围之内。
11、 如权利要求10所述的方法，进一步包括估计在所述颗粒过 滤器中积碳的累积，其中如果所述估计的累积超过一 累积阈值所述控制 的步骤就被执行。
12、 如权利要求11所述的方法，进一步包括接收相当于颗粒过 滤器入口温度的温度信号，并当所述估计的累积超过一累积阈值时控制 至所述发动机的气流和燃油中的至少一个以便所述入口温度高于积碳 熄火阈值。
13、 如权利要求10所述的方法，其中所述接收步骤包括接收相当 于在颗粒过滤器的出口处颗粒过滤器底基的温度的出口温度信号。
14、 如权利要求IO所述的方法，其中所述接收步骤包括接收相当 于从所述颗粒过滤器出口流出的气流的温度的出口温度信号。
15、 如权利要求IO所述的方法，其中用于所述出口温度的期望范 围在五百和九百才聂氏度之间。
16、 如权利要求IO所述的方法，其中所述含氧量被控制在用于给 定出口温度的期望范围内。
17、 如权利要求16所述的方法，其中所述含氧量的期望范围在百 分之零和百分之十的氧之间。
18、 如权利要求IO所述的方法，其中基于所述含氧量控制气流和 燃油中至少 一个的步骤持续到积碳可以被燃烧。
全文摘要
本发明提供一种用于内燃机系统的颗粒过滤器再生方法。所述方法包括接收相当于颗粒过滤器出口温度的出口温度信号；接收相当于从所述颗粒过滤器排出的废气的含氧量的氧气信号；和基于所述含氧量控制气流和燃油的至少一个以便所述出口温度在期望范围之内。
文档编号F01N3/023GK101220760SQ20071018018
公开日2008年7月16日 申请日期2007年10月10日 优先权日2006年10月10日
发明者D·B·布朗, F·阿门特 申请人:通用汽车环球科技运作公司