[发明专利]控制压燃式发动机的后处理部件的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及压燃式发动机的后处理系统，更特别地，涉及用于控制压燃式发动机的后处理部件的系统和方法。

背景技术

由于环境原因，压燃式发动机的废气中微粒物质的排放受到管制。因此，配备有压燃式发动机的车辆通常包括用于从其废气流中转化、减少和/或去除微粒物质及其它受管制的成分（例如，氮氧化物或NOx）的后处理部件，例如，微粒过滤器、催化碳烟过滤器和吸收催化剂。微粒过滤器及其它后处理部件是有效的，但是由于它们收集微粒物质，所以也会增加背压力。

微粒物质可包括通常称为碳烟的灰和未燃烧的碳微粒。由于该碳基微粒物质积聚在后处理部件中，它会增加排气系统中的背压力。具有大速率微粒量排放的发动机会在相对较短时期周期内发展过高的背压力水平，降低发动机效率和功率产生能力。因此，期望具有最小化背压力、同时有效捕集废气中的微粒物质的微粒过滤系统。

为实现这两个有挑战性的目标，必须定期地监测后处理部件，并通过替换部件或去除积聚的碳烟来维护后处理部件。从后处理部件清理积聚的碳烟可通过氧化成CO₂（即，燃烧掉）来实现，在本领域中称为再生。为避免服务中断，再生通常优选于后处理部件的更换。连续再生捕集器（CRT）是一种捕集废气流中的颗粒并且还包括帮助再生的催化剂的后处理部件。

可实现再生的一种方法是通过将过滤器材料和/或收集的微粒物质的温度升高至超过微粒物质的燃烧温度的水平。提高温度通过允许废气中的过量氧气氧化微粒物质来促进碳烟的消耗。通过将微粒物质暴露于充足浓度的二氧化氮（NO₂），在较低温度下，微粒物质也可被氧化，从而被去除。压缩发动机（例如，柴油机）的废气通常含有NOx，其主要包括一氧化氮（NO）和大致百分之5至20的NO₂，废气流中存在氧化催化剂时，NO₂的水平一般更高。因此，甚至在相对较低的温度发生一些水平的再生。

再生过程可以是被动或主动的。在被动系统中，每当热量（例如，废气携带的）和碳烟（例如，后处理部件中捕集的）足以促进氧化时，和/或每当废气中存在使得在较低温度能够氧化的足够浓度的NO₂时，都会发生再生。在主动系统中，通过从外部源（例如，电加热器、燃料燃烧器、微波加热器和/或来自发动机本身，例如用后期缸内喷射或燃料直接喷入废气流的喷射）引入热量来在期望时间引起再生。在多种车辆操作和排气情形期间起动主动再生。这些情形中，有利的操作情形是静止车辆操作，例如当车辆停止时，如加燃料停车期间。发动机控制系统可用来预测何时主动促进再生事件和对再生过程实施控制是有利的。

发动机控制系统可使用碳烟模型，通过在废气流流过后处理部件时监测废气流的特性来推断（即，预测）后处理部件中积聚的碳烟量。控制系统可使用推断的碳烟量数据来监测随时间变化的碳烟负荷，以确定或预期何时再生是必须或期望的，以促进再生事件，和/或实施对再生过程或其它补救措施的控制。在一种示例性碳烟模型中，可利用加载的后处理部件两侧的压降（即，压力的降低），连同碳烟积聚与压降之间关系的知识，估计后处理部件中的碳烟负荷程度。这是可能的，因为随着碳烟在后处理部件中积聚，压降通常从后处理部件干净时经历的压降增加（在具体的温度和体积流率）。

已经发现，发动机操作温度的变化会导致发动机废气流中携带的碳烟量的明显变化。这可能是由于通常归因于局部燃烧温度和为补偿温度而对发动机的控制的多个因素。因此，遇到了试图产生可精确预测在一定环境温度范围上发动机排出的碳烟的碳烟模型的问题。

从而，期望提供一种用于控制压燃式发动机的后处理部件的改进的系统和方法、用于确定何时促进主动再生、及用于控制微粒过滤系统的主动再生、特别在一定环境温度范围上具有改进的模型精度。

发明内容

在本发明的示例性实施例中，用于控制发动机的后处理部件的再生的方法包括接收响应于后处理部件两侧的压力变化的信号、和使用碳烟积聚模型计算所述后处理部件中积聚微粒物质的估计值，所述碳烟积聚模型被标定为模拟在基准条件下发动机的操作。碳烟模型校正因子至少部分地基于环境温度校正，并被应用于后处理部件中积聚微粒物质的所述估计值，以产生后处理部件中积聚微粒物质的温度补偿的估计值。将后处理部件中积聚微粒物质的温度补偿估计值跟与后处理部件相关联的预定阈值作比较，并且当所述后处理部件中积聚微粒物质的温度补偿估计值超过所述预定阈值时启动补救措施。