[发明专利]在柴油机微粒过滤器再生事件期间的发动机性能管理

说明书

领域

本公开涉及在内燃发动机的柴油机微粒过滤器(DPF)上控制再生事件，尤其是涉及在DPF再生事件期间对发动机性能的管理。

背景

内燃发动机的排放法规在最近几年变得更严格。环境关注推动了遍及世界的很多地方的对内然发动机的更严格的排放要求的实现。政府机构例如美国的环境保护机构(EPA)谨慎地监控发动机的排放质量并设置所有发动机必须遵守的可接受的排放标准。通常，排放要求根据发动机类型变化。对压缩点火(柴油机)发动机的排放测试一般监控柴油机微粒物质(PM)、氧化氮(NO_x)和未燃烧的碳氢化合物(UHC)的释放。在排气后处理系统中实现的催化转化器用于消除排气中存在的很多污染物质。然而，为了除去柴油机微粒物质，通常，必须在催化转化器的下游或结合催化转化器来安装柴油机微粒过滤器(DPF)。

普通的DPF包括具有平行通道的多孔陶瓷基体，排气通过这些通道。微粒物质随后积聚在过滤器的表面上，产生累积物，这些累积物必须最终被移除以防止排气流受阻。一般形式的微粒物质是灰和煤烟。一般是烧过的发动机油的残余物的灰实质上是不可燃的，并在过滤器内缓慢地逐步增加。主要由碳组成的煤烟从燃料的不完全燃烧产生，并通常包括大百分比的微粒物质积聚物。各种条件——包括但不限于发动机操作条件、英里数、驾驶类型、地形等——影响微粒物质积聚在柴油机微粒过滤器内的速率。

微粒物质的积聚一般引起排气系统内的背压。发动机上的过多的背压可降低发动机性能。微粒物质通常在适度的温度有NO₂的情况下或在高温有氧气的情况下氧化。如果在氧化开始时太多的微粒物质积聚，则氧化速率可能变得高到足以引起未受控制的温度偏移。因而产生的热可能破坏过滤器并损坏周围结构。恢复可能是昂贵的过程。

为了防止可能危险的情况，积聚的微粒物质通常在过量的水平积聚之前在被控制的再生过程中被氧化并移除。为了氧化积聚的微粒物质，排气温度通常必须超过一般在过滤器入口处达到的温度。因此，可使用发起柴油机微粒过滤器的再生的另外的方法。在一种方法中，反应物例如柴油机燃料被引入排气后处理系统中以发起对微粒积聚物的氧化并增加过滤器的温度。在相当大数量的煤烟在微粒过滤器上被消耗时发生过滤器再生事件。

当预定数量的微粒积聚在过滤器上时，当发动机操作的预定时间被超过时，或当车被驾驶预定数量的英里时，被控制的再生可由发动机的控制系统发起。来自氧(O₂)的氧化在大约400℃之上的温度时出现在过滤器上，而有时在这里称为N-氧化的来自氧化氮(NO₂)的氧化通常在大约250℃和400℃之间的温度时出现。被控制的再生一般包括在预定的一段时间内将过滤器温度一直抬高到O₂氧化温度水平，使得积聚在过滤器上的煤烟的氧化发生。

如果氧化过程将过滤器的温度向上抬高到大于所预期或期望的，有时到超过了过滤器基底材料可能吸收热的点，则被控制的再生可能变成不受控制的，导致对过滤器的熔化或其它损害。过滤器的较少损坏的未受控制的或瞬时的再生也可发生在N-氧化温度处，即，当过滤器温度落在大约250℃和400℃之间时。这样的未受控制的再生通常并不导致失控温度，但可导致煤烟在过滤器上的仅仅部分的再生。部分再生也可出现在被控制的再生由于温度、排气流速等的下降而不能继续时。部分再生和其它因素可导致遍及过滤器的煤烟分布的不均匀性，导致煤烟负荷估计不精确性和其它问题。

微粒过滤器的温度取决于进入微粒过滤器的排气的温度。因此，排气的温度必须被谨慎地管理，以确保期望微粒入口排气温度在期望持续时间内被精确和有效地达到并维持，以实现产生期望结果的被控制的再生事件。

常规系统使用用于管理微粒过滤器入口排气温度的各种策略。例如，一些系统使用空气处理策略、内部燃料配量策略和外部燃料配量策略的组合。空气处理策略包括管理进气节流阀以调节空气燃料比。较低的空气燃料比例如富含空气/燃料的混合物一般产生较高的发动机出口排气温度。内部燃料配量策略包括将额外的燃料注入压缩汽缸中。这样的汽缸内注入包括在主燃料注入之前出现的预注入或燃料注入以及在主燃料注入之后出现的后注入或燃料注入。通常，后注入包括热后注入(heat post-injection)和非热后注入(non-heat post-injection)。热后注入是在燃烧事件中连同主燃料注入一起参与的注入，并在主燃料注入之后相对不久出现。与热后注入比较，非热后注入是在膨胀冲程中稍后出现的注入，并且不参与汽缸内的燃烧事件。