[发明专利]检测异常频繁的柴油机微粒过滤器再生的方法、发动机和排气后处理系统以及警告系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机和排气后处理系统，并且更具体地，涉及用于确定柴油机微粒过滤器(DPF)再生是否太频繁的方法和装置。

背景技术

现代柴油发动机通常设置有DPF以过滤诸如发动机排气中的未燃尽碳氢化合物的微粒物质。随着烟灰(soot)在DPF中收集，通常通过被称为再生的过程来去除烟灰变得有必要。存在用于再生的两个主要机制：称作O2基再生的烟灰被O2氧化((C+O2→CO2)和/或(2C+O2→2CO))和称作NO2基再生的烟灰被NO2氧化((C+2NO2→CO2+2NO)和/或(C+NO2→CO+NO))。两者都通过引用并入的标题为“METHOD AND APPARATUS FOR REGENERATING A CATALYZED DIESEL PARTICULATE FILTER(DPF)VIA ACTIVE NO2-BASED REGENERATION WITH ENHANCED EFFECTIVE NO2 SUPPLY”的美国专利申请No.12/864,328和标题为“METHOD AND APPARATUS FOR NO2-BASED REGENERATION OF DIESEL PARTICULATE FILTERS USING RECIRCULATED NOX”的美国专利申请No.12/864,330描述了使用建模来计算DPF中的烟灰负荷。通过O2的再生通常被称为“主动”再生，因为它通常涉及热的添加以烧掉已在DPF中收集到的烟灰，但是在发动机和排气后处理系统(EATS)的正常操作期间常常发生某种O2再生。通过NO2的再生通常被称为“被动”再生并且是通过其在发动机和EATS的正常操作期间连续地再生DPF的主要机制。

DPF中的烟灰累积受发动机排出烟灰以及受诸如柴油机氧化催化剂(DOC)和DPF催化剂的EATS组分的催化活性影响，以及受诸如发动机排气温度和NOx水平的因素影响。在许多操作条件下，诸如在具有柴油发动机的卡车的正常公路运营期间，被动再生能够防止大量烟灰堆积在DPF中，并且完全可以避免对于主动再生的需要。在不太有利的条件，诸如在不利的排气温度下的局部操作下，烟灰堆积在DPF中并且必须执行主动再生。

确定主动再生是否是必需的一个方式是通过测量跨DPF的压力降并且根据在特定排气温度下的压力降和发动机正以其操作的排气质量流率来估计烟灰负荷。如果这个压力降烟灰负荷估值超过预定烟灰负荷限制，则将启动主动再生。

发明人已认识到太频繁的再生可以指示问题，通常为与通过发动机的过度烟灰生成或通过DOC的不适当的催化剂活性相关联的问题，但是诸如通过DPF的不适当的催化剂活性或减少的DPF有效容积(诸如当DPF填满灰时)的其它因素还可以或替换地在频繁再生后面。未能识别这样的问题可能导致灾难性的发动机或催化剂失效。

当前，通过将再生的频率与预定再生频率(即，特定时间间隔)相比较来确定再生是否在太频繁地发生。然而，如所指出的，在特定条件下，卡车可能不需要任何再生，然而，在其它条件下，同一卡车可能每隔数天需要再生。这个变化使得难以使用单个或特定时间间隔准则来定义什么是正常DPF再生频率，因为特定间隔对于主要在公路上运营的卡车来说可能是太频繁的，而对于在走走停停交通中运营的卡车来说是正常的或不太频繁的。

期望提供能够可靠地促进DPF再生是否在太频繁地发生的检测的方法和装置。进一步期望提供诸如涉及最少附加设备的使用的方法和装置。除涉及避免发动机或催化剂失效的原因之外，期望检测过度DPF再生以遵照诸如加州法规：CCR 1971.1(e)(S.2.2)频繁再生、联邦法规：CFR Pan 86.010-18段(g)(8)(ii)(B)DPF再生频率的法规。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了用于检测异常频繁的柴油机微粒过滤器(DPF)再生的方法。所述方法包括：测量跨DPF的压力降并且使用所测量到的压力降来计算基于压力降的烟灰负荷估值；根据发动机模型来计算烟灰输出并且使用所计算的烟灰输出来计算基于排放的烟灰负荷估值；将基于压力降的烟灰负荷估值与基于排放的烟灰负荷估值相比较；以及如果基于压力降的烟灰负荷估值与基于排放的烟灰负荷估值之间的差超过预定值，则提供警告。