本发明涉及电加热柴油机微粒过滤器启动策略。一种处理由发动机产生的排气的排气系统，其具有柴油机微粒过滤器(DPF)，所述柴油机微粒过滤器(DPF)布置在所述发动机下游且过滤所述排气中的微粒。电加热器布置在所述DPF的上游且选择性地加热所述排气，以启动微粒的燃烧。加热器中由微粒燃烧产生的热引起DPF内微粒的燃烧。控制模块选择性地在DPF再生循环初始时间段使得电流能够流动到电加热器，且在电加热器加热至预定碳烟燃烧温度时限制排气流量。
柴油机微粒过滤器，所述柴油机微粒过滤器布置在所述发动机下游且过滤所述排气中的微粒；
电加热器，所述电加热器布置在所述柴油机微粒过滤器的上游，且选择性地加热所述排气，以启动所述微粒的燃烧，其中，在所述加热器中由所述微粒燃烧产生的热引起所述柴油机微粒过滤器内的微粒的燃烧；和控制模块，所述控制模块选择性地在柴油机微粒过滤器再生循环的初始时间段允许电流流动到所述电加热器，其中在所述电加热器正加热至预定碳烟燃烧温度的同时，所述控制模块限制排气流量，其中，在启动柴油机微粒过滤器再生循环时，所述控制模块执行增大排气气体再循环(EGR)、减小节气门角、和降低燃料供给速率和发动机速度中的至少一个过程。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在启动柴油机微粒过滤器再生循环时，所述控制模块将EGR设定值增大至高于所述发动机正常操作期间使用的EGR设定值。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块将节气门角设定值减小至低于所述发动机正常操作期间使用的节气门角设定值。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块将燃料供给速率和发动机速度设定值降低至低于所述发动机正常操作期间使用的燃料供给速率和发动机速度设定值。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块根据所述柴油机微粒过滤器内的微粒数量选择性地允许电流流动到所述电加热器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制模块根据排气流率选择性地允许电流流动到所述电加热器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块根据所述柴油机微粒过滤器的温度选择性地中断电流流动到所述电加热器。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块确定在电加热器没有供应电流的情况下柴油机微粒过滤器再生是否将继续，并限制排气流量直到满足再生条件。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制模块通过计算柴油机微粒过滤器的温度且将柴油机微粒过滤器的温度与预定碳烟燃烧温度比较而确定柴油机微粒过滤器再生是否将继续。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制模块根据以下方程计算柴油机微粒过滤器的温度：柴油机微粒过滤器温度＝初始温度+{增加的能量/质量-热损失}。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，热损失根据以下计算：热损失＝K*排气流量*初始温度，
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在确定无需电加热器供能的情况下柴油机微粒过滤器再生将继续时，所述控制模块停止限制排气流量。
13.一种再生排气系统的柴油机微粒过滤器的方法，包括：产生在其中包含微粒的排气；
在柴油机微粒过滤器再生循环的初始时间段选择性地允许电流流动到电加热器；
使用所述电加热器加热所述柴油机微粒过滤器上游的所述排气，以引起所述微粒的燃烧；
将由所述微粒燃烧产生的热引向所述柴油机微粒过滤器内，以引起所述柴油机微粒过滤器内的微粒燃烧；
在所述电加热器正加热至预定碳烟燃烧温度的同时选择性地限制排气流量；和在启动柴油机微粒过滤器再生循环时，通过执行增大排气再循环(EGR)、减少节气门角、和降低燃料供给速率和发动机速度中的至少一个过程限制所述排气流量。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据确定所述柴油机微粒过滤器内的微粒数量选择性地允许电流流动通过所述电加热器。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述选择性地允许电流流动基于排气流率。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述加热所述排气发生在所述柴油机微粒过滤器的进口处。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括根据所述柴油机微粒过滤器的温度选择性地中断电流流动到所述电加热器。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括根据以下方程计算所述柴油机微粒过滤器的温度：柴油机微粒过滤器温度＝初始温度+{增加的能量/质量-热损失}。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括根据以下方程计算热损失：热损失＝K*排气流量*初始温度，
电加热柴油机微粒过滤器启动策略
政府权利声明
[0001] 本发明依照美国政府与能源部(DoE)的合同号DE-FC-04-03AL67635产生。美国政府在本发明中享有一定的权利。
技术领域
[0002] 本发明涉及柴油发动机，且更特定地涉及柴油机微粒过滤器(DPF)的启动。
背景技术
[0003] 该部分的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，且可能不构成现有技术。
[0004] 由于柴油燃烧过程的增加的压缩比和柴油燃料的较高的能量密度，柴油发动机比汽油发动机具有较高的效率。因而，与同等尺寸的汽油发动机相比，柴油发动机提供改进的油耗定额。
[0005] 柴油燃烧循环产生微粒，所述微粒通常从排气气体过滤。柴油机微粒过滤器(DPF)可以布置在排气流中以从排气过滤柴油机微粒。然而，随着时间过去，DPF充满且必须再生以去除所捕获的柴油机微粒。在再生期间，柴油机微粒在DPF内燃烧以使得DPF能够继续其过滤功能。
发明内容
[0006] 一种处理由发动机产生的排气的排气系统，其具有柴油机微粒过滤器(DPF)，所述柴油机微粒过滤器(DPF)布置在所述发动机下游且过滤所述排气中的微粒。电加热器布置在所述DPF的上游，且选择性地加热所述排气，以启动微粒的燃烧。加热器中由微粒燃烧产生的热引起DPF内微粒的燃烧。控制模块选择性地在DPF再生循环初始时间段使得电流能够流动到电加热器，且在电加热器加热至预定碳烟燃烧温度的同时限制排气流量。
[0007] 进一步的应用范围从在此提供的说明显而易见。应当理解，说明和具体示例仅为图示说明的目的，且不限定本公开的范围。
附图说明
[0008] 本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不意在以任何方式限制本公开的范围。
[0009] 图1是包括柴油机微粒过滤器(DPF)再生系统的示范性柴油发动机系统的示意图。
[0010] 图2是包括加热器的DPF的示意性截面图。
[0011] 图3是图2的DPF的一部分的示意性截面图。
[0012] 图4是示出了DPF再生控制的流程图。
[0013] 图5是示出了在电加热DPF启动期间排气流量控制的流程图。
[0014] 图6是示出了排气流量控制的效果的图表表示。
具体实施方式
[0015] 下面的描述实质上仅仅是示意性的，而不是限制本公开、应用或使用。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
[0016] 如在此使用的，术语“模块”指的是特殊应用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享、专用、或群组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它适当部件。
[0017] 现在参见图1，示意性地图示了示范性柴油发动机系统10。应当理解，柴油发动机系统10实质上仅为示范性的，且在此所述的柴油机微粒过滤器(DPF)再生系统可以用于采用DPF的各种柴油发动机系统中。柴油发动机系统10可以包括柴油发动机12、进气歧管14、共轨燃料喷射系统16和排气系统18。示范性的发动机12包括以V型布局设置在相邻的汽缸组22，24中的6个汽缸20。虽然图1示出了6个汽缸(N＝6)，但可以理解，发动机
12可以包括额外的或更少的汽缸20。例如，可以预期具有2、4、5、8、10、12和16个汽缸的发动机。也可以预期，DPF再生控制可以用于成直线型汽缸结构，如以下更详细讨论的那样。
[0018] 空气可以通过节气门(未示出)吸入进气歧管14。空气可以从进气歧管14吸入汽缸20且在其中压缩。燃料可以通过共轨喷射系统16喷射到汽缸20中，且压缩空气的热可以点燃空气/燃料混合物。排气气体可以从汽缸20排出到排气系统18中。在一些情况下，柴油发动机系统10可以包括涡轮26，涡轮26将额外的空气泵入到汽缸20中，以与燃料和从进气歧管14吸入的空气燃烧。
[0019] 排气系统18可以包括排气歧管28，30、排气导管29，31、催化剂38、柴油机微粒过滤器(DPF)40和加热器41。第一和第二排气部分可以通过第一和第二汽缸组22，24限定。排气歧管28，30可以将排气部分从相应汽缸组22，24引导到排气导管29，31中。排气可以引导到涡轮26中以驱动涡轮26。组合的排气流可以从涡轮26流动通过催化剂38和加热器41到达DPF40。当排气流流向大气时，DPF40可以从组合的排气流过滤微粒。加热器41可以选择性地加热流动通过其的排气流，以再生DPF40，如下文更详细讨论的那样。
[0020] 控制模块42可以根据DPF再生控制调节柴油发动机系统10的操作。更具体而言，控制模块42可以与进气歧管绝对压力(MAP)传感器44和发动机速度传感器46连通。MAP传感器44可以产生表示进气歧管14内的空气压力的信号，发动机速度传感器46可以产生表示发动机速度(RPM)的信号。控制模块42可以基于RPM和燃料供给速率确定发动机载荷。燃料供给速率通常可以以每次燃烧事件的燃料体积测量。发动机输出可以经由燃料供给速率控制。
[0021] 具体地参见图2和3，DPF40可以为单块微粒捕获器且可以包括交替的封闭单元/通道50和开口单元/通道52。排气气体，如发动机12产生的排气气体，可以通过加热器41的通道53，进入沉积微粒碳烟物质54的封闭端通道50，且通过开口通道52排出。塞56可以用于密封通道50，52的端部。DPF40的壁58可以包括由堇青石材料制成的多孔陶瓷蜂窝壁。应当理解，可以采用任何陶瓷蜂窝状材料。
[0022] 进一步参见图2，加热器41示出为与DPF40接触并位于DPF40的上游。可替换地，加热器41可以从DPF40偏移一定距离。加热器41可以为包括多个电阻元件60和电端子62的电阻加热器。电端子62可以连接到电源66(参见图1)。当以再生模式操作时，电流可以选择性地流动穿过加热器41，从而引起电阻元件60的加热。更具体而言，当希望DPF再生时，电流可以施用于电阻元件60以发热。
[0023] 具体地参见图3，在DPF再生过程期间，热可以传递给流动通过通道53的碳烟微粒54。可以传递足够的热以引起碳烟微粒54的放热燃烧，从而释放额外的热。该热可以流动到DPF40中，从而加热其中的碳烟微粒54。因而，通过DPF40可以实现级联效应，从而通过上游碳烟微粒54燃烧产生的热引起下游碳烟微粒54燃烧。换句话说，加热器41可以用作点燃催化剂，其点燃或点火上游碳烟微粒54，上游碳烟微粒54的燃烧热继而点火下游碳烟微粒54。由此，DPF40内的所有碳烟微粒54可以燃烧以再生DPF40。
[0024] DPF再生过程可以周期性地启动以再生DPF40。更具体而言，控制模块42可以估计DPF的载荷。当所估计的载荷达到阈值水平(例如，5克/升微粒质)且排气流率在希望范围内时，电流可以施用于加热器41以启动再生过程。再生过程的持续时间可以根据DPF40内的微粒质数量变动。预期再生过程可以持续2-6分钟。然而，电加热器41仅在再生过程的起始部分期间使用。更具体而言，电加热器41在阈值时间段(例如，1-2分钟)内加热流动通过其的排气。再生过程的其余时间使用DPF40内燃烧产生的热实现。
[0025] 现在参见图4，示出了示意性DPF再生控制方法的流程图。在步骤100，控制方法可以确定是否需要进行DPF再生。如上所述，当DPF40内的微粒数量超过阈值数量且排气流率超过阈值流率时，可以启动DPF再生。如果控制方法确定不应当进行DPF再生，控制方法可以循环返回。如果控制方法确定应当进行DPF再生，在步骤102，控制方法可以提供电流给电加热器41。如上文更详细讨论的那样，电加热器41可以加热流动通过其的排气以启动排气的燃烧。由燃烧过程产生的热可以进一步引起DPF40内的碳烟微粒燃烧以再生DPF40。在步骤104，在阈值时间段已经届满(例如，1-2分钟)之后，控制方法可以切断到加热器的电流且控制方法结束。
[0026] 现在转向图5，设计电DPF再生启动控制策略，以与通过电阻表面加热的DPF再生结合操作。如上所述，DPF再生通过加热位于在过滤器进口处的格栅或其它加热元件实现，从而碳烟燃烧沿DPF通道长度传播下去。然而，用最小量的电力加热电格栅可以改进燃料经济性。用最小量的电力加热电格栅也可以减少将大的电力负载集成到车辆中产生的问题。
[0027] 减少电力的一种途径为减少由于发动机排气流量引起的热损失。排气流量是需要格栅使用更多的电力实现希望的操作温度的重要寄生因素。电DPF启动控制过程可以使用可利用的发动机系统来降低发动机排气流量而不严重地影响总体发动机性能。
[0028] 该过程可以通过在将电格栅加热至希望的碳烟燃烧温度的同时限制排气流量来操作。例如，在步骤150，DPF再生可以在怠速或减速期间启动，以通过加热电格栅起用电加热DPF。一旦启动DPF再生，在步骤152，可以调用增加排气再循环(EGR)、减小节气门角、以及降低燃料供给速率和发动机速度的例程。在一些实施例中，EGR可以增加至预定设定点的最大值。节气门角、燃料供给速率和发动机速度可以减小至预定设定点的最小值。在其它实施例中，EGR可以增加至自适应地确定的最大值，节气门角、燃料供给速率和发动机速度可以减少至在发动机控制系统当前操作参数内自适应地确定的最小值。在其它实施例中，这些值中的一些可以为预定设定点，而其它值是自适应地确定的值。
[0029] 接着，可以测量、估计或计算DPF的温度，以在判定步骤154确定何时发生再生。DPF的温度可以计算如下：DPF温度＝初始温度+{增加的能量/质量-热损失}其中，热损失可以计算如下：热损失＝K*排气流量*初始温度，其中K可以是离开DPF的排气的感测温度。当DPF温度超过选择来表示预定碳烟燃烧温度的预定阈值时，DPF可以确定为在再生或起用。
[0030] 只要DPF确定为未起用或未再生，EGR、节气门角、燃料供给速率和发动机速度可以分别保持在增大、减小和减小的水平。例如，在一些实施例中，EGR、节气门角、和燃料供给速率及发动机速度可以分别保持它们的预定设定点最大、最小和最小值。可替换地，在一些实施例中，EGR、节气门角、和燃料供给速率及发动机速度中的一个或更多可以连续地更新，从而分别保持在它们自适应地确定的最大、最小和最小值。一旦DPF的温度确定为表示DPF在再生，可以终止对排气流量的限制。过程在步骤156退出。
[0031] 现在转到图6，通过增大EGR，减小节气门角，和削减燃料供应速率和发动机速度，在电格栅加热时排气流量可以减小将近一半。该改进的加热性能200使得DPF在更短的时间内加热至更高的温度，同时与标准怠速过程202相比需要显著更少的能量。因而，排气流量降低控制的实现是重要的。
