[发明专利]用于控制排气后处理部件的烟尘负载的方法、发动机和控制系统

说明书

一种涉及操作内燃机的方法、系统和装置，包括用于进行以下操作的步骤或特征：确定设置在所述发动机的排气流中的颗粒过滤器的性能阈值，所述发动机在所述颗粒过滤器的再生事件之间具有设定时间间隔；确定所述颗粒过滤器达到所述性能阈值的速率；以及控制排气特性以控制速率，使得在所述时间间隔结束时或恰好在所述时间间隔结束之前达到所述性能阈值。在一个实施例中，存在用于进行以下操纵的步骤或特征：解释所述颗粒过滤器的过滤状况；根据所述状况确定所述过滤器的颗粒物负载率；基于所述负载率确定排气特性的极限；以及控制发动机操作以控制所述排气特性来满足所述极限。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年11月13日提交的序列号为62/585,070的美国临时申请的权益，所述申请通过引用方式全部并入本文。

背景技术

本技术领域涉及内燃机。更具体地，本技术领域涉及用于内燃机的排气后处理系统的控制。当发动机燃烧燃料，特别是柴油燃料时，发动机排气包括一些颗粒物（PM）（例如，非甲烷碳氢化合物）、一些O₂和一些氮氧化物气体（NO_x）。颗粒物是燃料不完全燃烧的结果。NO_x是与大气燃烧的结果，大气中氮气（N₂）与氧气（O₂）的比例很高。颗粒排放和NO_x排放在许多管辖范围内受到监管，并且在尾管排气中必须受限。为了满足NO_x排放法规或标准，NO_x还原装置将NO_x转化为N₂。满足较低NO_x排放要求的发动机操作会产生较高的发动机排出颗粒物水平。为了满足颗粒排放法规或标准，通常使用颗粒过滤器捕获发动机排气中的颗粒物，从而将其从尾管排气中去除。

在捕获颗粒物的同时，当大量颗粒物沉积在颗粒过滤器中时，颗粒过滤器会被堵塞，这会降低发动机的性能。通过从颗粒过滤器中去除颗粒物来解决这种堵塞称为再生。再生涉及颗粒物（例如，烟尘）的氧化，以将其从颗粒过滤器中去除。颗粒过滤器中的状况影响其再生速率，即烟尘在过滤器中被氧化并因此被去除的速率。影响再生速率的一些关键条件是：过滤器的当前烟尘负载状况，以及输入到颗粒过滤器中的发动机排气的特性，包括排气温度、O₂含量、NO₂含量和颗粒物含量。

在当前系统中，基于烟灰负载或发动机操作时间来控制发动机操作以用于再生目的。通常，当传感器检测或估计颗粒过滤器中的烟尘负载水平已达到上限（例如，过滤器的每单位体积的颗粒物的质量（g/L）），或当发动机控制确定预设的发动机操作时间已过时，发动机操作被控制以触发再生事件。由于触发的再生事件太频繁，因此基于这些触发的触发颗粒过滤器再生事件的当前控制会导致效率低下，从而造成由于需要额外燃料执行再生事件而降低系统的燃料效率，以及由不必要的再生事件引起的后处理系统的额外磨损。

仍然需要改进的方法来控制发动机系统以满足排放法规，同时还要使燃料效率和后处理设备的使用寿命最大化。

发明内容

本公开的各种实施例涉及一种方法和相关设备，例如，用于基于颗粒过滤器中的状况的连续监测来连续控制后处理系统中的烟尘负载和烟尘负载率的控件和系统。公开了一种方法和相关设备，方法和相关设备基于后处理装置中的实际或估计状况所述提供连续反馈以动态地通知发动机操作以控制DPF上的烟尘负载，而不是像现有技术方法和装置中那样基于当前发动机工况。基于颗粒过滤器状况（例如，烟尘积累速率和烟尘氧化速率），发动机在NO_x和温度范围内的操作由优化系统自动控制以减少不必要的再生事件。过滤器状况可以基于后处理装置传感器对例如通过颗粒过滤器的排气流率、过滤器两端的压差和/或过滤器上的颗粒物负载的读数或估计来确定。然后，可以由优化系统解释过滤器状况，以得出颗粒物负载率。优化器可以使用负载率来确定将使过滤器再生事件之间的时间最大化的发动机排气特性（例如，温度、O₂水平，NO_x水平和颗粒物水平）的极限。