用于微粒过滤器再生的系统和方法
阅读：348发布：2020-05-12
专利汇可以提供用于微粒过滤器再生的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开提供“用于微粒 过滤器 再生的系统和方法”。提供了用于基于预计的车辆驾驶循环和催化剂 氨 存储 水 平来再生排气微粒过滤器的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括在再生窗口期间排定PF再生以在所述驾驶循环结束时维持排气催化剂中的 阈值 氨水 平。，下面是用于微粒过滤器再生的系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种发动机方法，其包括：
基于烟粒负荷、到达目的地的预测时间以及在到达所述目的地的所述预测时间选择性催化还原(SCR)催化剂处的预测氨水平，选择性地再生联接到排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)。
2.如权利要求1所述的方法，其中选择性地再生所述DPF包括：响应于所述烟粒负荷高于第一阈值烟粒负荷，在再生窗口内排定所述微粒过滤器的再生。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述再生窗口在到达所述目的地的所述预测时间内，所述再生窗口包括其中估计的再生因子低于估计的DPF填充因子的持续时间。
4.如权利要求3所述的方法，其中基于对应于排气背压随烟粒负荷的增加的变化的估计的燃料消耗、强制再生的概率和部分再生的概率中的每一者来估计所述估计的DPF填充因子，并且其中基于用于启动DPF再生的燃料消耗来估计所述估计的再生因子。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括：估计在可能的再生开始时间开始的DPF再生期间的NOx排放水平以及在所述可能的再生开始时间开始的DPF再生期间的NH3排放水平，其中所述可能的再生开始时间是所述再生窗口内的多个可能的再生开始时间中的一者。
6.如权利要求5所述的方法，其还包括：估计对应于所述可能的再生开始时间的加权DPF再生因子，以及在对应于最低估计加权DPF再生因子的开始时间启动DPF再生，所述加权DPF再生因子是基于由于在到达所述目的地时在所述DPF上剩余的烟粒负荷导致的估计的燃料使用、所述估计的再生因子、所述估计的NOx排放水平和所述估计的NH3排放水平中的每一者。
7.如权利要求1所述的方法，其中使用氨存储模型预测所述预测的氨水平，所述氨存储模型是基于DPF过滤器再生状况，所述DPF过滤器再生状况包括所述烟粒负荷和由碳氢化合物和氧气在所述DPF处的燃烧引起的放热。
8.如权利要求1所述的方法，其中基于所述预测的氨水平选择性地再生包括响应于所述预测的氨水平低于阈值氨水平而终止DPF再生，所述阈值氨水平是基于在紧接着的后续发动机起动期间达到SCR催化剂起燃温度的时间。
9.如权利要求1所述的方法，其中选择性地再生包括响应于所述SCR催化剂上游的尿素喷射器的温度高于阈值温度而终止DPF再生，所述SCR催化剂在所述DPF的上游或下游联接到所述排气通道。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括：在第一时间增加经由所述尿素喷射器进行的尿素喷射的极限，以及然后在第二时间减小所述尿素喷射的极限，其中所述第一时间包括启动DPF再生剩余的第一持续时间，并且其中所述第二时间包括启动所述DPF再生剩余的第二持续时间，所述第一持续时间长于所述第二持续时间，所述极限应用于将大于所述极限的产生的尿素喷射量削减至所述极限。
11.如权利要求10所述的方法，其还包括：在所述第二时间减小所述SCR催化剂的氨存储设定点。
12.如权利要求1所述的方法，其中基于车辆工况来估计到达所述目的地的所述预测时间，所述车辆工况包括车辆速度、驾驶员的行驶历史以及经由导航系统从外部网络云接收的路线信息。
13.一种发动机系统，其包括：
控制器，其具有存储在非暂时性存储器上以进行以下操作的计算机可读指令：
在联接到排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)的排定再生之前，调整联接到所述排气通道的尿素喷射器的尿素喷射极限和在所述DPF的上游或下游联接到所述排气通道的催化剂的氨存储设定点中的每一者；
在对应于最小加权DPF再生因子的第一时间启动所述DPF的所述排定再生；并且响应于在当前驾驶循环结束时所述催化剂的预测氨存储容量低于阈值和/或所述DPF上的低于阈值的烟粒负荷，在第二时间终止所述DPF的所述再生。
14.如权利要求13所述的系统，其中调整所述尿素喷射极限和所述氨存储设定点中的每一者包括在启动所述排定再生之前的第一时间增加所述尿素喷射极限，同时维持当前氨存储设定点，以及然后在启动所述排定再生之前的第二时间减小所述尿素喷射极限和所述氨存储设定点中的每一者，启动所述排定再生之前的所述第一时间长于启动所述排定再生之前的所述第二时间。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述加权DPF再生因子依据用于启动和维持所述再生的估计的燃料消耗、由于在到达所述目的地时在所述DPF上剩余的烟粒负荷导致的估计的燃料消耗、在所述再生期间的估计的NOx排放水平以及在所述再生期间的估计的NH3排放水平中的每一者来估计。
用于微粒过滤器再生的系统和方法
技术领域
背景技术
[0002] 排放控制装置，诸如微粒过滤器(PF)和选择性催化还原(SCR)催化剂，可以分别通过捕获烟粒微粒和将NOx还原成氮和水来减少发动机的烟粒和NOx排放量。为了还原NOx，需要存在还原剂，诸如氨。微粒过滤器可以在发动机操作期间再生，以减少捕获的微粒物质的量。可以通过将PF的温度升高到预定水平，将温度维持在预定水平，并确保进入PF的排气具有某种组成以便燃烧或氧化微粒物质来实现再生。
[0003] 提供了各种方法用于微粒过滤器的机会性再生。在一种示例性方法中，如美国专利号9,732,646所示，一种方法可以包括基于来自引导车辆网络的信息和导航信息确定再生的启动、再生的终止和再生程度，以便减少再生燃料损失。通过凭借考虑来自外部网络的信息来机会性地执行再生，可以减少过早再生终止的频率，并且可以识别和改进部分再生机会的效率。
[0004] 然而，本文的发明者已经认识到上述方法的潜在缺点。作为一个示例，在PF再生期间，由于PF温度升高，SCR催化剂(位于PF的上游或下游)处的氨存储容量可能减小，这可能在当前的驾驶循环期间影响催化剂的NOx还原能力。由于氨存储容量减小，在PF再生启动时偏移氨的可能性可能增加。如果排定在当前驾驶循环结束时终止PF再生，则在紧接着的后续发动机起动期间，保留在SCR催化剂中的氨可能低于期望量，从而不利地影响排放质量。PF再生期间较高的排气温度可能导致尿素喷射器温度升高，这可能导致喷射器降级。
发明内容
[0005] 本发明人在此已经认识到，上述问题可以通过一种发动机方法来解决，所述方法包括：基于烟粒负荷、到达目的地的预测时间以及在到达目的地的预测时间选择性催化还原(SCR)催化剂处的预测氨水平，选择性地再生联接到排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)。以这种方式，通过基于预测的车辆工况和氨存储水平机会性地排定PF再生的启动和终止，可以改进催化剂功能和排放质量。
[0006] 作为一个示例，车辆的控制系统可以耦合到外部网络(云)，所述外部网络包括车辆导航系统和车辆对车辆网络中的每一者，所述车辆导航系统链接到提供行驶路线信息和位置信息的全球定位系统，所述车辆对车辆网络包括在目标车辆前方行驶并且在阈值距离内的一组车辆。可以基于从外部网络接收的信息来预测当前驾驶循环期间的即将到来的路线和到达目的地的时间。响应于烟粒负荷大于阈值量，可以确定在当前车辆工况下的包括再生因子和PF填充因子的机会性再生参数。再生因子可以基于DPF再生期间的燃料消耗成本，而PF填充因子可以基于与随PF烟粒负荷增加而增加的排气背压相关联的燃料消耗成本。响应于再生成本降低到低于填充成本，可以估计多个可能的PF再生启动时间。可以基于PF烟粒负荷对发动机操作、燃料消耗和再生期间的排放质量的影响来估计与在可能的PF再生启动时间开始的PF的再生相关联的加权PF再生因子。可以在对应于最低估计加权PF再生因子的时间启动PF再生。可以在驾驶循环结束时预测氨存储水平，并且如果预测的氨存储水平低于校准阈值，则可以在驾驶循环结束之前终止再生。而且，如果在PF再生期间或紧接在PF再生之后联接在排气催化剂上游的尿素喷射器的温度升高到高于阈值温度，则可以终止再生。此外，在PF再生启动之前，可以调整尿素喷射器的喷射极限和排气催化剂的氨存储设定点中的一者或多者。
[0007] 以这种方式，通过基于排气SCR催化剂中的氨含量调整PF再生正时，可以在PF再生期间和之前以及还有在紧接着的后续发动机起动期间改善排放质量。通过在PF再生启动之前调整尿素喷射极限和氨存储设定点中的一者或多者，可以增加再生之前SCR催化剂处的NOx还原，并且还可以减少PF再生期间氨偏移的可能性。在对应于最低加权PF再生因子的时间启动PF再生的技术效果是，在PF再生期间可以改善燃料效率和排放质量。通过响应于建模的尿素喷射器温度升高到阈值温度而终止PF再生，可以保护尿素喷射器的硬件免于降级。总之，通过基于预测的驾驶循环持续时间、氨存储水平和PF温度机会性地对PF再生进行定时，可以改善发动机效率、系统稳健性和排放质量。
[0008] 应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍将在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由伴随详细描述的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。附图说明
[0009] 图1示出了内燃发动机的示意图，所述内燃发动机燃烧柴油燃料并且包括柴油微粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)催化剂。
[0010] 图2示出了说明在包括图1所示的发动机的车辆的驾驶循环期间与DPF再生和DPF填充相关联的估计成本的示例性曲线图。
[0011] 图3示出了说明在驾驶循环期间的多个不同时间处与DPF再生相关联的估计成本的示例性曲线图。
[0012] 图4示出了说明用于机会性地再生DPF的示例性方法的流程图。
[0013] 图5示出了说明用于在DPF再生之前调整尿素喷射极限和氨存储设定点中的每一者的示例性方法的流程图。
[0014] 图6示出了在驾驶循环期间DPF的示例性再生。
具体实施方式
[0015] 以下描述涉及基于预测的车辆驾驶状况和催化剂氨存储容量来再生微粒过滤器(PF)的系统和方法。PF和选择性催化还原(SCR)催化剂可以联接到图1所示的柴油发动机的排气通道。发动机控制器可以被配置成执行控制例程，诸如图2和图3的示例性例程，以在再生之前机会性地再生PF并调整氨存储设定点和尿素喷射极限。图2和图3中所示的曲线图示出了与执行再生相关联的燃料成本和基于再生启动时间的再生变化。图6中示出了驾驶循环期间PF的示例性再生。
[0016] 现在参考图1，示出了示意图，其示出了多缸内燃发动机10的一个气缸，多缸内燃发动机10可以包括在车辆101的推进系统中。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统和通过由车辆驾驶员132经由输入装置130进行的输入来控制。在此示例中，输入装置130包括加速踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，气缸)30可以包括燃烧室壁32，其中活塞36位于其中。活塞36可联接到曲轴40，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系统联接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮联接到曲轴40，以实现发动机10的起动操作。
[0017] 燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
[0018] 在该示例中，进气门52和排气门54可以通过经由相应的凸轮致动系统51和53进行的凸轮致动来控制。凸轮致动系统51和53可以各自包括固定的凸轮正时，或者可以包括一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线切换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者。进气门52和排气门54的位置可以分别通过位置传感器55和57来确定。在替代实施例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门致动来控制。例如，气缸30可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门以及经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
[0019] 燃料喷射器66示出为直接联接到燃烧室30以喷射燃料。以此方式，燃料喷射器66提供所谓的燃料到燃烧室30中的直接喷射。例如，燃料喷射器可以安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨(其可以是常见的燃料轨)的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器66。
[0020] 进气歧管44可以包括具有节流板64的节气门62。然而，在其他示例中，节气门可以位于进气通道42中。在该特定示例中，节流板64的位置可以通过控制器12经由提供给与节气门62包括在一起的电动马达或致动器的信号而改变，该配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。通过这种方式，可以操作节气门62以改变提供给燃烧室30以及其他发动机气缸的进气和/或EGR。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，以向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。
[0021] 在该实施例中，发动机是柴油发动机，其被配置成经由压缩点火来燃烧柴油燃料(例如石油柴油或生物柴油)。排气传感器126被示出为在排放控制装置70的上游联接到排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器(诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器、或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器)。
[0022] 排放控制装置70被示出为沿排气通道48布置在排气传感器126的下游。装置70可以包括能够在富氧环境中还原NOx的柴油选择性催化还原(SCR)催化剂。还原剂(诸如含水尿素)存储在存储容器(未示出)中，并通过在SCR催化剂70上游联接到排气系统的还原剂输送系统(诸如喷射器)69输送。还原剂可以通过泵通过联接到输送系统69的控制阀计量。可以调整在SCR催化剂上游喷射的尿素的剂量，使得催化剂完全使用还原剂来氧化NOx，并且在输送系统69周围不形成尿素沉积物。氨(来自喷射的尿素)可以存储在SCR催化剂中并在NOx还原期间使用。基于诸如排气温度、NOx产生速率、SCR催化剂转化效率等的发动机工况，SCR催化剂70可以具有氨存储设定点，并且超过所述设定点的氨的存储可能导致氨偏移。可以基于模型调整氨存储设定点。在一个示例中，SCR催化剂70的氨存储容量可以与催化剂的温度成反比。柴油氧化催化剂(DOC)也可以联接到排气通道48。
[0023] 至少一个柴油微粒过滤器(DPF)72可以联接在排放控制装置70的下游，以便捕获烟粒。DPF可以由多种材料(包括堇青石、碳化硅和其他高温氧化物陶瓷)制成。因此，DPF具有容纳烟粒的有限容量。因此，可以周期性地再生DPF以便减少过滤器中的烟粒沉积物，使得由于烟粒积聚而导致的流动阻力不会降低发动机性能。过滤器再生可以通过将过滤器加热到将以比新烟粒微粒的沉积速率更快的速率燃烧烟粒微粒的温度(例如，400℃至600℃)来完成。在一个示例中，DPF可以是催化的微粒过滤器，其含有贵金属(诸如铂)的涂层，以降低烟粒燃烧温度，并且还将碳氢化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳和水。
[0024] 碳氢化合物(HC)还原剂输送系统74可以用于将HC从燃料箱或从存储容器输送到排气系统以产生热量以加热微粒过滤器72以用于再生目的。替代地或另外，可以使用晚期燃料喷射(例如，在排气冲程期间)来升高排气温度。
[0025] 温度传感器76和78可以分别位于DPF 72的上游和下游。温度传感器76和78或附加温度传感器也可以位于DPF内，或者可以使用排气温度模型基于工况估计DPF温度(或排气温度)。可以从分别在DPF 72的上游和下游的压力传感器80和82确定差压信号。单个差压也可以用于测量DPF 72两端的差压。也可以使用单端口表压传感器(SPGS)。
[0026] 应当理解，在替代实施例中可以使用替代排放控制系统配置。例如，排放控制装置70可以联接在DPF的下游。此外，在其他示例中，多个柴油微粒过滤器可以包括在排放控制系统中。每个催化剂、过滤器等可以封闭在单个壳体内，或者替代地可以经由单独的壳体封闭。应当理解，许多配置是可能的，并且图1中描绘的配置本质上是示例性的。
[0027] 为了再生DPF，可以实施再生喷射策略。再生喷射策略可以实施包括多个喷射事件的喷射配置文件，诸如引燃燃料喷射、主燃料喷射、近后燃料喷射和/或远后燃料喷射。应当理解，在其他实施例中，前述燃料喷射可以包括多个喷射事件。DPF再生还可以包括经由喷射器74在DPF上游喷射碳氢化合物。在存在氧气和过量燃料的情况下，可以将DPF上游的温度控制到期望值，以促进DPF内的微粒物质的燃烧。
[0028] 在DPF再生期间，由于与DPF接近，SCR催化剂70的温度也可能升高，从而减小SCR的氨存储容量。如果排定在驾驶循环结束时终止再生，则在紧接着的后续发动机起动期间氨可能不能用于NOx还原，从而不利地影响排放质量。为了在驾驶循环结束时在SCR催化剂中维持期望的氨水平，可以响应于在驾驶循环结束时预测的氨水平低于阈值氨水平而终止DPF再生，所述阈值氨水平是基于在紧接着的后续发动机起动期间达到SCR催化剂起燃温度的时间。可以使用氨存储模型来预测所述预测的氨水平，所述氨存储模型是基于SCR催化剂处的NOx水平和DPF过滤器再生状况中的一者或多者，所述DPF过滤器再生状况包括烟粒负荷以及由碳氢化合物和氧气在DPF处的燃烧引起的放热。而且，在再生期间，由于温度升高和氨的可用性降低，SCR催化剂转化效率可能降低。因此，可能希望在DPF再生之前立即转化流过SCR催化剂70的NOx。可以在第一时间增加经由尿素喷射器69进行的尿素喷射的极限以增加NOx还原，并且然后可以在第二时间减小尿素喷射的极限，以避免在完成即将到来的DPF再生之后过量的尿素沉积。所述第一时间可以包括启动DPF再生剩余的第一持续时间，并且其中所述第二时间可以包括启动DPF再生剩余的第二持续时间，第一持续时间长于第二持续时间。而且，可以在第二时间减小SCR的氨存储设定点。
[0029] 在一个示例中，尿素喷射的极限是阈值喷射量，超过所述阈值喷射量，系统将不提供喷射。相反，控制系统将高于所述极限的所请求的喷射量削减到所述极限；但不会将所请求的喷射量调整到所述极限以下。如本文所解释的，利用各种工况调整极限以提供改善的反馈控制。
[0030] 发动机10还可以包括压缩装置，诸如涡轮增压器或机械增压器，所述压缩装置至少包括沿进气歧管44布置的压缩机162。对于涡轮增压器，压缩机162可以至少部分地由沿排气通道48布置的涡轮164(例如，经由轴)驱动。对于机械增压器，压缩机162可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或多个气缸的压缩(例如，增压)量可以通过控制器12改变。此外，传感器123可以设置在进气歧管44中，用于向控制器12提供增压(BOOST)信号。
[0031] 发动机10还可以包括高压EGR系统150。高压EGR系统150包括EGR管道152，EGR管道152在涡轮164上游联接到排气口48并且在压缩机162下游联接到进气口44。高压EGR系统
150可以包括沿EGR管道152设置的EGR阀154，以控制通过EGR系统150的排气流。发动机10还可以包括低压EGR系统。低压EGR系统包括EGR管道，所述EGR管道在涡轮下游联接到排气口并且在压缩机上游联接到进气口。低压EGR系统可以包括沿EGR管道设置的EGR阀，以控制通过EGR系统的排气流。
150可以包括沿EGR管道152设置的EGR阀154，以控制通过EGR系统150的排气流。发动机10还可以包括低压EGR系统。低压EGR系统包括EGR管道，所述EGR管道在涡轮下游联接到排气口并且在压缩机上游联接到进气口。低压EGR系统可以包括沿EGR管道设置的EGR阀，以控制通过EGR系统的排气流。
[0032] 控制器12在图1中示出为微计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特定实例中示出为只读存储器芯片106)、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器12可以从耦合到发动机10的传感器接收各种信号，并且将控制信号发送至耦合到发动机10的各种致动器18。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12还可以从质量空气流量传感器120接收进气质量空气流量(MAF)的测量值；从联接到冷却套筒114的温度传感器112接收发动机冷却剂温度(ECT)；从联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)接收表面点火感测信号(PIP)；从节气门位置传感器接收节气门位置(TP)；以及从传感器122接收绝对歧管压力信号MAP，从压力传感器80和82、SCR 70接收DPF 72烟粒负荷并且从温度传感器76和78接收DPF温度。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。致动器可以包括尿素喷射器69和碳氢化合物喷射器74。
[0033] 存储介质只读存储器106可以用表示指令的计算机可读数据来编程，所述指令可由处理器102执行以用于执行下文描述的方法和控制策略以及预期但未具体列出的其他变型。在一个示例中，控制器可以基于来自温度传感器76的输入，对DPF 72的再生期间的SCR催化剂70的氨存储水平建模，并且响应于驾驶循环结束时SCR催化剂70的预计氨存储水平降低到低于阈值水平，控制器可以向喷射器74发送信号以暂停碳氢化合物的喷射以终止DPF再生。
[0034] 另外，控制器12可以从GPS 34和/或车辆对车辆网络(诸如车外云网络13)接收数据。在驾驶循环完成时，控制器12内的数据库可以利用包括驾驶员行为数据、发动机工况、日期和时间信息以及交通信息的路线信息来更新。如上文所描述，图1仅示出了多缸发动机的一个气缸；但是应当理解每个气缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
[0035] 在一些示例中，车辆101可以是混合动力车辆，其具有可用于一个或多个车轮157的多个扭矩源。在其他示例中，车辆102是仅具有发动机的常规车辆或仅具有一个或多个电机的电动车辆。在所示的示例中，车辆101包括发动机10和电机153。电机153可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器156接合时，发动机10的曲轴和电机153经由变速器46连接到车轮157。在所描绘的示例中，第一离合器156设置在曲轴与电机153之间，而第二离合器156设置在电机153与变速器46之间。控制器12可以向每个离合器156的致动器发送信号以接合或分离离合器，以便将曲轴与电机153和与其连接的部件连接或断开，和/或将电机153与变速器46和与其连接的部件连接或断开。变速器46可以是齿轮箱、行星齿轮系统或其他类型的变速器。动力传动系统可以通过各种方式配置，所述方式包括并联、串联或串并联混合动力车辆。
[0037] 以这种方式，图1的部件实现具有存储在非暂时性存储器上以进行以下操作的计算机可读指令的控制器：在联接到排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)的排定再生之前，调整联接到排气通道的尿素喷射器的尿素喷射极限和在DPF的上游或下游联接到排气通道的催化剂的氨存储设定点中的每一者；在对应于最小加权DPF再生因子的第一时间启动DPF的排定再生，并且响应于在当前驾驶循环结束时催化剂的预测的氨存储水平低于阈值和/或DPF上的低于阈值的烟粒负荷而在第二时间终止DPF的再生。
[0038] 图4示出了示例性方法400，其可以被实施用于机会性地再生联接到发动机排气通道的柴油微粒过滤器(诸如图1中的DPF 72)。可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1描述的传感器)接收的信号来执行用于执行方法400和本文包括的其余方法的指令。根据下文描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。
[0039] 在402处，方法400包括估计和/或测量车辆工况。估计的状况可以包括例如发动机转速(Ne)、车辆速度(Vs)、发动机温度、燃烧空燃比(AFR)、排气催化还原(SCR)催化剂(诸如图1中的SCR催化剂70)温度、SCR催化剂氨存储水平、尿素喷射器剂量极限、环境状况、DPF过滤器两端的压降、踏板位置等。
[0040] 在404处，可以估计当前烟粒负荷，例如DPF中存储的微粒的量。可以通过各种方法估计当前的烟粒负荷。在一个示例中，可以基于来自位于DPF的上游和/或下游的一个或多个排气压力传感器(诸如图1中的压力传感器80和82)和烟粒传感器的输入来估计在DPF上积聚的烟粒水平。在另一个示例中，可以依据当前存储的微粒量和在燃烧过程中每个预定采样时间产生的微粒的增量来估计烟粒负荷。在该示例中，每个预定采样时间产生的微粒的增量可以基于发动机工况，诸如燃料喷射量和发动机转速。
[0041] 在又一个示例中，如果再生正在进行中，则可以通过包括由燃烧过程产生的微粒、当前存储的微粒量和在再生阶段期间释放的微粒量来确定烟粒负荷；其中燃烧过程期间产生的微粒量可以基于发动机工况诸如燃料喷射量和发动机转速确定；并且其中可以基于排气空间速度和微粒过滤器温度确定再生过程期间释放的微粒的量。
[0042] 在确定当前烟粒负荷之后，方法400可以前进到406。在406处，方法可以包括确定当前烟粒负荷是否大于第一阈值量。随着PF中的烟粒水平增加，排气背压可能增加泵送损失，从而影响发动机性能并增加燃料消耗。可以基于与泵送损失成比例的燃料消耗来校准第一阈值烟粒负荷。
[0043] 如果确定烟粒负荷低于第一阈值，则可以继续当前发动机操作而不排定DPF再生。当前的发动机操作可以包括以化学计量空燃比操作发动机。而且，碳氢化合物(诸如燃料)可能不会在DPF的上游输送。
[0044] 然而，如果确定烟粒负荷高于第一阈值，则控制器可以在驾驶循环期间排定DPF的再生。为了最佳地排定再生，在408处，可以基于以下各者获得当前驾驶循环的路线和车辆速度信息：车辆驾驶员的预测行为，所述行为基于当前车辆速度确定；引导车辆网络的平均速度，包括在所述车辆前方行驶并与云网络通信的一辆或多辆车辆；所述车辆的当前位置；所述车辆的最终目的地；以及包括所述车辆的驾驶历史和车辆驾驶员的驾驶历史的行驶历史。
[0045] 在一个示例中，如果驾驶员已经指定了目的地，诸如经由车载导航系统的输入，则可以从车载数据库检索或者经由无线连接从网络云获得始发地和目的地之间的一条或多条路线。可以从车载导航系统或从网络云确定始发地(诸如坐标、地理位置)。使用频繁行驶的车辆路线的信息来维护更新数据库。包括始发地和目的地、所采取的路线、行程中的停靠和每个停靠的持续时间、每条路线的交通信息、行程的日期和时间、发动机工况、燃料消耗、行驶持续时间、可能的PF再生程度、驾驶员驾驶特性等的信息可能在数据库中可用。
[0046] 在另一个示例中，如果驾驶员尚未指定目的地，则可以基于如存储在数据库中的驾驶员历史来预测可能的目的地。作为示例，可以在考虑当前车辆位置、在一天的特定时间和星期几期间经常行驶的路线以及驾驶员心态的同时执行预测。在预测目的地的同时，还可以考虑当前车辆位置附近的交通状况(诸如交通拥堵)和天气状况(例如雨或雪预报)。可以从网络云或经由车辆对车辆网络获得交通状况。例如，交通信息可以包括平均车辆网络速度、相对于车辆速度的平均车辆网络速度、平均负荷和车辆网络的平均排气温度。
[0047] 基于预测的路线和交通信息，可以估计在驾驶循环过程期间的车辆速度曲线。基于路线(到目的地的距离)和行驶速度，还可以估计到达目的地的时间(也是驾驶循环的结束t结束)。因此，DPF再生可以在当前时间(t)和驾驶循环结束(t结束)之间进行排定。
[0048] 在410处，可以估计包括与在驾驶循环的剩余过程期间填充DPF(没有再生)相关联的燃料消耗成本的DPF填充因子(J填充)，并且可以估计包括在驾驶循环中的某个点开始再生DPF的成本的再生因子(J再生)。
[0049] DPF填充因子可以是填充DPF的估计(预计)成本。填充DPF可以增加排气背压，从而由于较高的泵送损失而减少有效发动机操作，并且填充成本可以与泵送损失成正比，而泵送损失又可以与克服泵送损失的燃料消耗成正比。DPF填充因子可以基于由于增量烟粒负荷接近较高阈值(例如，高于第一阈值的阈值)而不得不经历强制的和临界必要的再生的增加的概率。强制再生可能具有低效操作的高概率；因此，当烟粒负荷增加到高于第一阈值时，预计的填充成本可能增加。此外，在当前烟粒负荷和估计的烟粒积聚率(所述积聚率基于当前车辆工况和/或包括目的地信息的导航信息)下，可以确定在强制再生可能变得必要之前的剩余界限(例如，剩余驾驶距离、剩余持续时间等)的估计。例如，小于阈值预测持续时间的预测持续时间可以增加预计的填充成本。也就是说，随着预测的持续时间减少，填充成本可能增加。更进一步地，填充DPF还可能增加下一再生事件的再生负担，从而由于更高的烟粒负荷需要更长的再生持续时间而增加部分再生的概率。换句话说，随着烟粒负荷增加，可能需要更长的再生持续时间。因此，部分再生的概率可能增加，并且因此，预计的填充成本可能增加。
[0050] 再生因子可以是估计的(预计的)再生成本，并且可以包括DPF再生期间的燃料消耗成本，诸如由于在DPF上游喷射的燃料所致。在氧气存在的情况下，在DPF上游喷射的燃料可能在DPF的表面燃烧，从而产生热能以燃烧沉积在DPF上的烟粒。再生时间越长，预计的再生成本可能就越高。此外，当存在不足的烟粒负荷时，在小于第一阈值的给定烟粒负荷下的预计的再生成本可能大于在大于第一阈值的给定烟粒负荷下的预计的再生成本，因为放热一旦产生，就不能完全用于较低的烟粒负荷。
[0051] 此外，预计的再生成本可以基于在再生温度可以产生高出SCR温度之前起燃柴油氧化催化剂(DOC)和/或SCR的燃料成本。因此，预计的再生成本可以基于DOC和/或SCR温度。例如，在冷起动操作期间，可能需要额外的燃料以在建立再生温度之前起燃DOC和/或SCR催化剂。因此，将排气温度升高到再生温度所需的燃料量在冷起动操作期间可以比在当DOC和SCR达到起燃温度时的车辆操作期间更高。因此，在冷催化剂状况期间(例如，在冷起动期间)的再生成本可能大于在实现DOC和SCR起燃之后的状况期间的再生成本，因为在DOC和SCR起燃之后可能需要更少的燃料来达到再生温度。
[0052] 图2示出了说明驾驶循环期间与DPF再生和DPF填充相关联的估计成本的示例性曲线图200。线202示出了在驾驶循环过程中填充DPF的估计成本(DPF填充因子)，而线204示出了在驾驶循环中的时间段期间再生DPF的估计成本(DPF再生因子)。x轴表示时间。
[0053] 在时间t0之前，填充成本低于再生成本，因此不希望在该时间段期间排定和执行DPF再生。在时间t0，填充成本增加高于再生成本。因此，在时间t0之后排定DPF再生是有益的。即使填充成本不断增加，在时间t1之后，再生成本也高于填充成本。再生成本的增加可能是由于道路状况和/或交通状况诸如频繁的怠速停止和轻负荷操作(城市驾驶状况)导致，在此期间可能无法维持再生。因此，可以在时间t0和t1(再生窗口)之间最佳地排定再生。再生窗口在到达目的地的预测时间内，并且再生窗口包括其中估计的再生因子低于估计的DPF填充因子的持续时间。
[0054] 再生可以在特定时间(可能的再生开始时间)启动并在再生窗口内完成。基于先前获得的路线和车辆速度信息，可以识别可以启动DPF再生的多个可能的再生开始时间。
[0055] 以这种方式，可以基于对应于排气背压随烟粒负荷的增加的变化的估计的燃料消耗、强制再生的概率和部分再生的概率中的每一者来估计DPF填充因子，并且可以基于用于启动DPF再生的燃料消耗来估计再生因子。
[0056] 返回图4，在412处，例程包括确定再生因子(J再生)是否低于填充因子(J填充)。如果确定预计的再生成本高于预计的填充成本，则例程可以前进到424并且可以继续当前的发动机操作并且可以继续填充DPF而无需排定DPF再生。
[0057] 如果确定预计的再生成本低于预计的填充成本，则在414处，可以估计在于每个可能的再生开始时间开始的DPF再生期间的排气尾管排放。由于在再生期间产生的放热，在DPF再生期间SCR的温度可能升高，导致SCR的氨存储水平降低。由于在较高温度下氨存储水平降低，SCR催化剂的催化剂转化效率降低，从而增加了排气尾管NOx排放的可能性。NOx产生可以基于发动机操作参数，发动机操作参数可以在再生窗口的过程中变化。因此，可以依据在特定开始时间启动的DPF再生期间的NOx产生速率和催化剂转化效率来预测对应于每个可能的再生开始时间的NOx排放水平。可以依据DPF再生期间的预测的NOx排放水平来估计与每个再生开始时间的NOx排放相关联的成本因子(JNOx)。
[0058] 由于在DPF再生期间氨存储水平降低，在DPF再生期间(特别是在再生开始时)可能存在氨偏移(从SCR催化剂处的存储释放氨)的可能性。可以依据在再生启动之前存储在SCR催化剂中的氨的量、再生期间的催化剂转化效率以及对应于每个可能的再生开始时间的再生期间氨存储水平的变化来预测氨偏移水平。可以依据DPF再生期间预测的氨偏移来估计与每个可能的再生开始时间的氨偏移水平相关联的成本函数(JNH3)。
[0059] 在416处，可以使用方程式1估计每个可能的再生开始时间的加权DPF再生因子：
[0060]
[0061] 其中Jtot(t+τ)是与在时间t+τ开始再生DPF相关联的加权DPF再生因子(在本文中也称为总成本)，τ在再生窗口的持续时间内从1变化到n。J再生是如步骤410中所述的与执行再生相关联的再生因子(预计成本)。Js是与驾驶循环结束时DPF上剩余的烟粒负荷相关联的成本函数。在一个示例中，Js可以与在驾驶循环结束时在DPF上剩余的烟粒负荷成正比。如果再生未完成，则在DPF上可能剩余较高量的烟粒负荷，从而在紧接着的后续发动机操作期间增加燃料消耗(由于增加的排气背压)。此外，方程式1中Js的权重可以基于驾驶员历史和驾驶状况来调整。在一个示例中，如果基于驾驶员历史，观察到在先前驾驶循环期间DPF再生的完成率低于阈值百分比(诸如40％)，则较高的成本可能与剩余的烟粒负荷相关联。JNOx是在再生期间与NOx排放水平相关联的成本函数(如步骤414中所述)并且 是在再生期间与氨偏移相关联的成本函数(如步骤414中所述)。
[0062] 图3示出了说明与在再生窗口内的可能再生开始时间开始的DPF再生相关联的估计加权DPF再生因子的示例性曲线图300。线302表示当在每个可能的开始时间开始再生时，与在驾驶循环结束时在DPF上剩余的烟粒负荷相关联的成本函数Js的变化。线304示出当在每个可能的开始时间开始再生时，与执行再生相关联的成本J再生的变化。线306示出当在每个可能的开始时间开始再生时，与NOx排放相关联的成本函数JNOx的变化。线308示出当在每个可能的开始时间开始再生时，与氨偏移相关联的成本函数 的变化。线310示出与在时间t+τ再生DPF相关联的总成本Jtot(t+τ)。如从线310所见，如果在时间t0启动再生，则再生的总成本最低。可以使用方程式2估计再生开始时间(t0)：
[0063] t0＝t+arg min(Jtot(t+τ)) (2)
[0064] 其中t0是DPF再生的启动时间，t是当前时间，并且arg min(Jtot(t+τ))是再生的总成本Jtot(t+τ)的最小值。
[0065] 以这种方式，依据用于启动和维持再生的估计的燃料消耗、由于在到达目的地时在DPF上剩余的烟粒负荷导致的估计的燃料消耗、在再生期间的估计的NOx排放水平以及在再生期间的估计的NH3排放水平中的每一者来估计加权DPF再生因子。
[0066] 返回到图2，在418处，DPF再生可以被排定在对应于最低Jtot的时间t0开始。在420处，可以在排定时间启动PF再生。为了启动再生，发动机可以在比化学计量空燃比更稀薄的比率下操作，使得在DPF处可以获得更高量的氧气用于燃烧烟粒。为了使DFP温度升高，可以在紧接再生之前将来自燃料箱的碳氢化合物输送到DPF上游的排气通道。在氧气存在的情况下，碳氢化合物可以在DPF的表面放热燃烧，从而使DPF温度升高。升高的温度导致沉积在DPF上的烟粒燃烧，从而降低DPF烟粒负荷。
[0067] 在422处，基于路线信息和车辆速度，控制器可以估计到达目的地的剩余时间。在426处，控制器可以预测目的地处SCR催化剂中存储的氨的水平(诸如存储氨的量M1)。如前所述，在正在进行的DPF再生期间，由于DPF温度升高，氨存储水平可能会降低。氨存储水平可以与DPF温度成反比。控制器可以基于烟粒燃烧模型预测再生过程中和再生后的DPF温度和SCR催化剂温度。烟粒燃烧模型可以基于再生启动时的DPF烟粒负荷和由碳氢化合物和氧气在DPF处的燃烧引起的放热。然后，控制器可以使用模型以依据直到驾驶循环结束SCR催化剂中的温度变化预测在驾驶循环结束时存储的氨的水平。在一个示例中，DPF再生可以继续直到驾驶循环结束，从而导致在驾驶循环结束时存储的氨的水平较低。
[0068] 在428处，可以估计在目的地(驾驶循环结束时)的期望的氨存储水平(M_t)。M_t可以基于在紧接着的后续发动机起动期间存储在SCR催化剂中的期望的氨水平。在发动机起动时可用于处理NOx的氨的量可以与M_t成正比。在紧接着的后续发动机起动期间，在SCR催化剂起燃之后，存储的氨可以用于还原流过SCR催化剂的NOx。如果起燃时间较短，则可能没有足够的时间来在起燃之前进行尿素喷射和将尿素转化为氨，并且如果所存储的氨不可用，则可能不利地影响SCR催化剂的转化效率。控制器可以依据在紧接着的后续发动机起动期间SCR催化剂起燃的时间估计M_t。可以基于预测的时间、紧接着的后续发动机起动的位置以及所述位置处的环境状况来估计起燃时间。紧接着的后续发动机起动的位置可以是当前驾驶循环的目的地。可以基于驾驶员历史来预测紧接着的后续发动机起动的时间。在一个示例中，当停放在给定位置时，驾驶员可以在每个工作日的特定时间起动车辆。可以从网络云获得车辆位置处的天气状况(诸如环境温度)。
[0069] 在430处，例程包括确定目的地处SCR的氨存储水平(M1)是否低于期望的氨存储水平(M_t)。如果M1低于M_t，则在紧接着的后续发动机起动期间，SCR催化剂中可能不存在足够的氨来处理NOx，因此对排放质量产生不利影响。如果确定M1低于M_t，则在436处，可以终止PF再生。通过在驾驶循环结束之前终止DPF再生，氨存储水平可以在终止之后增加，并且可以喷射尿素以在SCR催化剂中存储氨以在紧接着的后续发动机起动期间使用。在一个示例中，可以排定DPF再生的终止，使得通过在驾驶循环结束之前(以及在DPF终止之后)喷射尿素，M1可以增加到M_t以上。以这种方式，可以在排定DPF再生的同时考虑紧接着的后续发动机起动期间的排气质量。
[0070] 如果确定M1高于M_t，则在432处，控制器可以估计(诸如使用模型)在驾驶循环完成期间或紧接在驾驶循环完成之后达到的峰值尿素喷射器温度(Tu)。由于DPF处的等温线，尿素喷射器温度可能升高。如果DPF再生继续直到驾驶循环结束或接近驾驶循环结束，则在发动机关闭后喷射器温度可以继续增加(在没有环境空气流的情况下)，并且可能在驾驶循环结束之后出现峰值尿素喷射器温度。控制器可以基于当前尿素喷射器温度、再生期间DPF的温度曲线以及目的地(驾驶循环结束时的车辆位置)的环境温度来对峰值尿素喷射器温度建模。
[0071] 在434处，例程包括确定峰值尿素喷射器温度(Tu)是否高于阈值温度。可以基于喷射器材料的熔点来校准阈值温度。在高于阈值温度的温度下，尿素喷射器可能存在结构退化(诸如由熔化引起的变形)。因此，如果确定Tu高于阈值温度，则例程可以进行到436以终止再生。
[0072] 如果确定Tu低于阈值温度，则在438处，例程包括确定DPF上的剩余烟粒负荷(在再生期间)是否低于第二阈值负荷。在低于第二阈值烟粒负荷下，沉积在DPF上的烟粒可能不会影响排气背压和泵送损失。第二阈值负荷可以低于第一阈值负荷。如果确定DPF上的烟粒负荷高于第二阈值烟粒负荷，则在440处，可以继续再生。继续再生可以包括在DPF上游喷射碳氢化合物并且以比化学计量空燃比更稀薄的比率操作发动机。如果确定DPF上的烟粒负荷低于第二阈值烟粒负荷，则在436处，可以终止DPF再生。控制器可以向联接到碳氢化合物喷射器的致动器发送信号以暂停向排气通道喷射碳氢化合物，并且可以基于当前发动机工况调整空燃比。
[0073] 以这种方式，响应于联接到发动机排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)上的高于第一阈值的烟粒负荷，可以基于从一个或多个外部来源接收的信息来估计路线、车辆速度曲线和当前驾驶循环中剩余的时间中的每一者；可以在当前驾驶循环期间，基于再生期间的燃料使用和排放水平的加权组合因子来排定DPF再生在第一未来时间的启动；并且可以基于DPF烟粒负荷、排气催化剂处的氨存储水平和排气尿素喷射器的温度中的一者或多者而终止DPF再生。
[0074] 图5示出了说明用于在柴油微粒过滤器再生之前调整尿素喷射极限和氨存储设定点中的每一者的示例性方法的流程图500。在502处，可以检索当前尿素喷射极限和氨存储设定点。尿素喷射极限可以对应于可以在选择性催化还原(SCR)催化剂的上游喷射的尿素的最大剂量。如果剂量增加超过极限，则还原剂可能不会被SCR催化剂完全用尽，并且尿素/氨沉积物可能在喷射器周围形成，从而导致硬件降级。尿素喷射极限可以基于SCR催化剂有效处理流过SCR催化剂的NOx所需的还原剂的量。燃烧期间产生的NOx可以基于发动机工况，所述发动机工况包括发动机负荷、发动机温度和发动机转速。控制器可以使用其中发动机负荷、发动机温度和发动机转速中的每一者作为输入并且尿素喷射极限(以克/秒为单位)作为输出的查找表来设定尿素喷射极限。
[0075] 氨存储设定点对应于可以存储在SCR催化剂中的氨的量或SCR催化剂中的氨水平。存储的氨可以用于还原SCR催化剂处的NOx。如果SCR催化剂处的氨量高于设定点，则氨可能通过排气尾管偏移。可以存储在SCR催化剂中的氨的量可以基于催化剂温度。控制器可以使用其中催化剂温度作为输入并且氨存储设定点作为输出的查找表来设定氨存储设定点。
[0076] 在504处，例程包括确定在驾驶循环期间是否已经排定DPF再生。如果确定尚未排定DPF再生，则在506处，可以维持当前尿素喷射极限和氨存储设定点。在508处，例程包括确定DPF再生启动的剩余时间是否低于(或等于)第一阈值时间(t1)。可以基于尿素喷射时的预期氨沉积物生长速率来校准第一阈值时间。在一个示例中，t1可以是在启动再生之前30分钟。如果确定启动DPF再生的时间高于第一阈值时间t1，则在509处，可以维持当前尿素喷射极限。
[0077] 如果确定启动DPF再生的时间低于第一阈值时间t1，则在510处，尿素喷射极限可以依据时间增加。由于尿素喷射极限增加，可以在再生启动之前使用更高量的还原剂来处理SCR催化剂中的NOx。在一个示例中，更新的尿素喷射器极限可以由方程式3给出：
[0078]
[0079] 其中 是间变更新的尿素喷射极限， 是当前尿素喷射极限，并且f(t1)是时间的函数。在一个示例中，f(t1)是非零正常数。沉积物极限增加可以改善DPF再生期间氨存储水平的建模(如图4中的步骤426中所估计的)，并因此改善紧接着的后续发动机起动时的NOx转化。
[0080] 在512处，例程包括确定DPF再生启动的剩余时间是否低于(或等于)第二阈值时间(t2)。可以基于SCR催化剂中的氨水平的量来校准第二阈值时间。在一个示例中，t2可以是在启动再生之前5分钟。如果确定DPF再生启动的剩余时间高于t2，则在514处，可以维持当前氨存储设定点和更新的尿素喷射极限。
[0081] 如果确定DPF再生启动的剩余时间低于(或等于)t2，则在516处，氨存储设定点可以减小到标称值，并且尿素喷射极限也可以减小至之前的尿素喷射极限。通过降低氨存储水平，SCR中剩余的氨可以在再生之前用完。在再生期间，由于SCR温度升高，催化剂的氨存储容量可能减小，并且通过预先减小氨存储设定点，可以避免通过排气尾管的过量氨偏移。在一个示例中，更新的氨存储设定点可以由方程式4给出：
[0082] mNH3＝mNH3_o*f(t2) (4)
[0083] 其中mNH3是更新的氨存储设定点，mNH3_o是当前氨存储设定点，以及f(t2)是时间的函数。在一个示例中，f(t2)是非零正常数。
[0084] 以这种方式，在启动排定再生之前的第一时间可以增加尿素喷射极限，同时维持当前氨存储设定点，以及然后在启动排定再生之前的第二时间可以减小尿素喷射极限和氨存储设定点中的每一者，启动排定再生之前的第一时间长于启动排定再生之前的第二时间。
[0085] 图6示出了示例性时间线600，其说明了在驾驶循环期间柴油微粒过滤器(诸如图1中的DPF 72)的再生。水平线(x轴)表示时间并且竖直标记t1–t7识别在用于发动机油和发动机加热的例程中的显著时间。
[0086] 第一曲线(线602)示出了如经由曲轴位置传感器估计的发动机转速的变化。第二曲线(线604)示出了如经由在DPF上游和下游联接到排气通道的压力传感器估计的积聚在DPF上的烟粒负荷。虚线603表示第一阈值DPF负荷，高于该负荷，可以期望DPF再生，而虚线505表示第二阈值DPF负荷，低于该负荷，可以终止DPF再生。可以基于由DPF负荷产生的排气背压引起的燃料损失来校准第一阈值和第二阈值中的每一者。第三曲线(线606)示出了排气选择性催化还原(SCR)催化剂的建模的氨存储水平(诸如氨存储设定点)。虚线607示出了在驾驶循环结束时的阈值氨存储水平。如果在驾驶循环结束时预测的氨水平低于阈值氨存储水平，则将在驾驶循环结束之前终止DPF再生以保存SCR催化剂中剩余的氨。可以基于紧接着的后续发动机起动的预测细节来校准阈值氨存储水平，所述预测细节包括时间、位置、所述位置处的天气等。第四曲线(线608)示出了在SCR催化剂上游联接到排气通道的尿素喷射器的喷射极限。第五曲线(线610)示出了如基于排气温度建模的尿素喷射器温度的变化。
虚线611示出了阈值温度，高于所述阈值温度，可能存在尿素喷射器硬件的降级。第六曲线(线612)示出发动机空燃比。虚线613表示化学计量空燃比。
虚线611示出了阈值温度，高于所述阈值温度，可能存在尿素喷射器硬件的降级。第六曲线(线612)示出发动机空燃比。虚线613表示化学计量空燃比。
[0087] 在时间t1之前，发动机处于静止状态并且燃料不被输送用于燃烧。DPF烟粒负荷、氨存储水平和尿素喷射器极限没有变化。尿素喷射器温度保持低于阈值温度611。在时间t1，发动机起动，并且在时间t1和t2之间，当来自排气的烟粒(燃烧产物)积聚在DPF上时，观察到DPF烟粒负荷的增加。
[0088] 在时间t2，响应于DPF上的烟粒负荷增加到第一阈值负荷603，排定DPF再生。基于当前的驾驶状况和即将到来的路线和交通状况，确定在当前驾驶循环期间在时间t5启动DPF再生将是具成本效益的。在时间t2和t5之间，烟粒继续积聚在DPF上。
[0089] 为了在DPF再生之前催化处理SCR催化剂中存在的任何NOx，在时间t3，增加尿素喷射器的剂量极限以增加SCR催化剂处可用的还原剂的量。在存在还原剂的情况下，在时间t3和t4之间，SCR催化剂中吸附的NOx被还原，并且所得的氮和水经由排气尾管输送到大气中。在时间t4，尿素喷射器的剂量极限减小，并且氨存储设定点也减小。由于存储设定点减小，任何未使用的还原剂都不再能够存储在SCR催化剂中。通过降低尿素喷射器剂量极限，在时间t4和t5之间，可用的还原剂的量减少，并且在NOx处理中利用全部量的可用还原剂。
[0090] 在时间t5，相对于化学计量来调节空燃比以启动DPF再生。在DPF的上游喷射碳氢化合物，以在DPF的期望用于放热燃烧DPF上的烟粒的表面上产生热量(在排气中与氧气一起燃烧时)。
[0091] 在时间t5和t6之间，继续DPF再生并且烟粒水平降低。由于排气温度升高，SCR催化剂的温度升高，从而降低催化剂的氨存储容量。然而，由于在再生之前，氨存储水平已经预先降低并且剩余的氨已经全部用于NOx处理，因此避免了在DPF再生期间过量氨(来自SCR催化剂)的偏移。在再生期间，预测在驾驶循环结束时(在时间t7)的氨存储水平将保持在阈值607之上。而且，由于放热再生过程，尿素喷射器的温度在时间t5和t6之间升高(保持在阈值
611内)。
611内)。
[0092] 在时间t6，响应于DPF负荷降低到低于第二阈值605，终止再生并且恢复化学计量的发动机空燃比。此外，在时间t6之后，由于DPF再生的完成，SCR温度和尿素喷射器温度降低。由于SCR温度的降低，氨存储设定点增加。在时间t7，驾驶循环结束并且发动机转速减小到零。氨水平继续高于阈值607，确保在紧接着的后续驾驶循环开始时氨对催化还原的可用性。
[0093] 以这种方式，通过在DPF再生启动之前预先调整SCR催化剂中的尿素剂量和氨存储水平，可以增加DPF再生之前的NOx还原，并且可以降低再生期间氨偏移的可能性。通过在对应于最低成本的时间排定DPF再生，可以改善燃料效率和排放质量。在DPF再生期间预测在驾驶循环完成时的氨存储容量的技术效果是，可以机会性地终止再生以至少维持SCR催化剂中的期望量的氨以在紧接着的后续发动机起动期间使用。总之，通过基于预测的驾驶循环、氨存储水平和PF温度排定DPF再生，可以改善发动机效率、系统稳健性和排放质量。
[0094] 一种示例性方法包括：基于烟粒负荷、到达目的地的预测时间以及在到达目的地的预测时间选择性催化还原(SCR)催化剂处的预测氨水平，选择性地再生联接到排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)。在任何前述示例中，另外或可选地，选择性地再生DPF包括响应于烟粒负荷高于第一阈值烟粒负荷，在再生窗口内排定微粒过滤器的再生。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，再生窗口在到达目的地的预测时间内，所述再生窗口包括其中估计的再生因子低于估计的DPF填充因子的持续时间。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，基于对应于排气背压随烟粒负荷的增加的变化的估计的燃料消耗、强制再生的概率、以及部分再生的概率中的每一者来估计所估计的DPF填充因子。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，基于用于启动DPF再生的燃料消耗估计所估计的再生因子。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述方法还包括：估计在可能的再生开始时间开始的DPF再生期间的NOx排放水平以及在可能的再生开始时间开始的DPF再生期间的NH3排放水平，其中可能的再生开始时间是再生窗口内的多个可能的再生开始时间中的一者。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述方法还包括：估计对应于可能的再生开始时间的加权DPF再生因子，以及在对应于最低估计加权DPF再生因子的开始时间启动DPF再生，所述加权DPF再生因子是基于由于在到达目的地时在DPF上剩余的烟粒负荷导致的估计的燃料使用、估计的再生因子、估计的NOx排放水平和估计的NH3排放水平中的每一者。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，使用氨存储模型预测预测的氨水平，所述氨存储模型基于DPF过滤器再生状况，所述DPF过滤器再生状况包括烟粒负荷和由碳氢化合物和氧气在DPF处的燃烧引起的放热。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，基于预测的氨水平选择性地再生包括响应于预测的氨水平低于阈值氨水平而终止DPF再生，所述阈值氨水平是基于在紧接着的后续发动机起动期间达到SCR催化剂起燃温度的时间。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，选择性地再生包括响应于SCR催化剂上游的尿素喷射器的温度高于阈值温度而终止DPF再生，SCR催化剂在DPF的上游或下游联接到排气通道。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述方法还包括：在第一时间增加经由尿素喷射器进行的尿素喷射的极限，以及然后在第二时间减小尿素喷射的极限，其中所述第一时间包括启动DPF再生剩余的第一持续时间，并且其中所述第二时间包括启动DPF再生剩余的第二持续时间，所述第一持续时间长于所述第二持续时间。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，所述方法还包括在第二时间降低SCR的氨存储设定点。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，基于车辆工况来估计到达目的地的预测时间，所述车辆工况包括车辆速度、驾驶员的行驶历史以及经由导航系统从外部网络云接收的路线信息。
[0095] 车辆的另一种示例性方法包括：响应于联接到发动机排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)上的高于第一阈值的烟粒负荷，基于从一个或多个外部来源接收的信息来预测路线、车辆速度曲线和当前驾驶循环中剩余的时间中的每一者；在当前驾驶循环期间，基于再生期间的燃料使用和排放水平的加权组合因子，在第一未来时间排定DPF再生的启动；以及基于DPF烟粒负荷、排气催化剂处的氨存储水平和排气尿素喷射器的建模温度中的一者或多者而终止DPF再生。在任何前述示例中，另外或可选地，依据在当前驾驶循环中剩余的持续时间内的多个未来时间的DPF再生期间的燃料使用和排气尾管排放水平来估计加权组合因子，并且其中第一未来时间对应于加权组合因子的最小值。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，基于氨存储水平终止DPF再生包括响应于在驾驶循环结束时建模的氨存储容量低于阈值氨水平而终止再生，阈值氨水平是基于预测的后续发动机起动。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，基于DPF烟粒负荷终止DPF再生包括终止DPF再生是响应于DPF上的低于第二阈值的烟粒负荷，并且其中基于排气尿素喷射器的建模温度终止DPF再生是响应于排气尿素喷射器的高于阈值的温度，第二阈值烟粒负荷低于第一阈值烟粒负荷。
[0096] 在又一示例中，一种发动机系统包括具有存储在非暂时性存储器上以进行以下操作的计算机可读指令的控制器：在联接到排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)的排定再生之前，调整联接到排气通道的尿素喷射器的尿素喷射极限和在DPF的上游或下游联接到排气通道的催化剂的氨存储设定点中的每一者；在对应于最小加权DPF再生因子的第一时间启动DPF的排定再生，并且响应于在当前驾驶循环结束时催化剂的预测的氨存储容量低于阈值和/或DPF上的低于阈值的烟粒负荷而在第二时间终止DPF的再生。在任何前述示例中，另外或可选地，调整尿素喷射极限和氨存储设定点中的每一者包括在启动排定再生之前的第一时间增加尿素喷射极限，同时维持当前氨存储设定点，以及然后在启动排定再生之前的第二时间减小尿素喷射极限和氨存储设定点中的每一者，启动排定再生之前的第一时间长于启动排定再生之前的第二时间。在任何或所有前述示例中，另外或可选地，依据用于启动和维持再生的估计的燃料消耗、由于在到达目的地时在DPF上剩余的烟粒负荷导致的估计的燃料消耗、在再生期间的估计的NOx排放水平以及在再生期间的估计的NH3排放水平中的每一者来估计加权DPF再生因子。
[0097] 注意，本文所包括的示例性控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件的控制系统来执行。本文中描述的特定例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示顺序执行，并行地执行，或者在某些情况下可以省略。同样地，处理顺序不一定是实现本文中所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。可以根据所使用的特定策略重复执行所示动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中通过执行包括各种发动机硬件部件以及电子控制器的系统中的指令来实施所描述的动作。
[0098] 应理解，本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括各种系统和配置以及本文公开的其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非明显的组合和子组合。
[0099] 如本文所使用的，除非另有指定，否则术语“大约”被解释为表示所述范围的±5％。
[0100] 随附权利要求特别指出被视为新颖和非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”要素或“第一”要素或其等效物。这些权利要求应理解成包括一个或多个这样的要素的并入，既不要求也不排除两个或更多个这样的要素。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在该申请或相关申请中呈现新的权利要求来保护。此类权利要求与原权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被认为包括在本公开的主题内。
[0101] 根据本发明，一种发动机方法包括：基于烟粒负荷、到达目的地的预测时间以及在到达目的地的预测时间选择性催化还原(SCR)催化剂处的预测氨水平，选择性地再生联接到排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)。
[0102] 根据实施例，选择性地再生DPF包括：响应于烟粒负荷高于第一阈值烟粒负荷，在再生窗口内排定微粒过滤器的再生。
[0103] 根据实施例，再生窗口在到达目的地的预测时间内，再生窗口包括其中估计的再生因子低于估计的DPF填充因子的持续时间。
[0104] 根据实施例，基于对应于排气背压随烟粒负荷的增加的变化的估计的燃料消耗、强制再生的概率、以及部分再生的概率中的每一者来估计所估计的DPF填充因子。
[0105] 根据实施例，基于用于启动DPF再生的燃料消耗来估计所估计的再生因子。
[0106] 根据实施例，本发明的特征还在于，估计在可能的再生开始时间开始的DPF再生期间的NOx排放水平以及在所述可能的再生开始时间开始的DPF再生期间的NH3排放水平，其中所述可能的再生开始时间是再生窗口内的多个可能的再生开始时间中的一者。
[0107] 根据实施例，本发明的特征还在于：估计对应于可能的再生开始时间的加权DPF再生因子，以及在对应于最低估计加权DPF再生因子的开始时间启动DPF再生，所述加权DPF再生因子是基于由于在到达目的地时在DPF上剩余的烟粒负荷导致的估计的燃料使用、估计的再生因子、估计的NOx排放水平和估计的NH3排放水平中的每一者。
[0108] 根据实施例，使用氨存储模型预测所述预测的氨水平，所述氨存储模型是基于DPF过滤器再生状况，所述DPF过滤器再生状况包括烟粒负荷和由碳氢化合物和氧气在DPF处的燃烧引起的放热。
[0109] 根据实施例，基于所述预测的氨水平选择性地再生包括响应于所述预测的氨水平低于阈值氨水平而终止DPF再生，所述阈值氨水平是基于在紧接着的后续发动机起动期间达到SCR催化剂起燃温度的时间。
[0110] 根据实施例，选择性地再生包括响应于SCR催化剂上游的尿素喷射器的温度高于阈值温度而终止DPF再生，所述SCR催化剂在DPF的上游或下游联接到排气通道。
[0111] 根据实施例，本发明的特征还在于，在第一时间增加经由尿素喷射器进行的尿素喷射的极限，以及然后在第二时间减小尿素喷射的极限，其中所述第一时间包括启动DPF再生剩余的第一持续时间，并且其中所述第二时间包括启动DPF再生剩余的第二持续时间，所述第一持续时间长于所述第二持续时间，所述极限应用于将大于所述极限的产生的尿素喷射量削减至所述极限。
[0112] 根据实施例，本发明的特征还在于，在第二时间减小SCR催化剂的氨存储设定点。
[0113] 根据实施例，基于车辆工况来估计到达目的地的预测时间，所述车辆工况包括车辆速度、驾驶员的行驶历史以及经由导航系统从外部网络云接收的路线信息。
[0114] 根据本发明，一种车辆方法包括：响应于联接到发动机排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)上的高于第一阈值的烟粒负荷，基于从一个或多个外部来源接收的信息来预测路线、车辆速度曲线和当前驾驶循环中剩余的时间中的每一者；在当前驾驶循环期间，基于再生期间的燃料使用和排放水平的加权组合因子，在第一未来时间排定DPF再生的启动；以及基于DPF烟粒负荷、排气催化剂处的氨存储水平和排气尿素喷射器的建模温度中的一者或多者而终止DPF再生。
[0115] 根据实施例，依据在当前驾驶循环中剩余的持续时间内的多个未来时间的DPF再生期间的燃料使用和排气尾管排放水平来估计加权组合因子，并且其中第一未来时间对应于加权组合因子的最小值。
[0116] 根据实施例，基于氨存储水平终止DPF再生包括响应于在驾驶循环结束时建模的氨存储容量低于阈值氨水平而终止再生，阈值氨水平是基于预测的后续发动机起动。
[0117] 根据实施例，基于DPF烟粒负荷终止DPF再生包括终止DPF再生是响应于DPF上的低于第二阈值的烟粒负荷，并且其中基于排气尿素喷射器的建模温度终止DPF再生是响应于排气尿素喷射器的高于阈值的温度，第二阈值烟粒负荷低于第一阈值烟粒负荷。
[0118] 根据本发明，提供了一种发动机系统，其具有：存储在非暂时性存储器上以进行以下操作的计算机可读指令的控制器：在联接到排气通道的柴油微粒过滤器(DPF)的排定再生之前，调整联接到排气通道的尿素喷射器的尿素喷射极限和在DPF的上游或下游联接到排气通道的催化剂的氨存储设定点中的每一者；在对应于最小加权DPF再生因子的第一时间启动DPF的排定再生；并且响应于在当前驾驶循环结束时催化剂的预测的氨存储容量低于阈值和/或DPF上的低于阈值的烟粒负荷而在第二时间终止DPF的再生。
[0119] 根据实施例，调整尿素喷射极限和氨存储设定点中的每一者包括在启动排定再生之前的第一时间增加尿素喷射极限，同时维持当前氨存储设定点，以及然后在启动排定再生之前的第二时间减小尿素喷射极限和氨存储设定点中的每一者，启动排定再生之前的第一时间长于启动排定再生之前的第二时间。
[0120] 根据实施例，依据用于启动和维持再生的估计的燃料消耗、由于在到达目的地时在DPF上剩余的烟粒负荷导致的估计的燃料消耗、在再生期间的估计的NOx排放水平以及在再生期间的估计的NH3排放水平中的每一者来估计加权DPF再生因子。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 用于乙炔选择性加氢反应的负载型PdCu双金属催化剂及其制备方法 | 2020-05-08 | 466 |
| 一种Fe-Cu选择加氢催化剂、制备方法及其应用 | 2020-05-12 | 74 |
| 具有多个后处理系统的动态充量压缩点火发动机 | 2020-05-13 | 708 |
| 真菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇的检测方法及检测试剂盒 | 2020-05-13 | 361 |
| 制备(S)-4,5-二氨基-5-氧代戊酸叔丁酯的工艺 | 2020-05-08 | 262 |
| 一种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统及其工艺 | 2020-05-11 | 55 |
| 基于SCR化学反应数学模型改善发动机NOx排放量的方法 | 2020-05-13 | 493 |
| 一种无定形SiO2-Al2O3负载金属型催化剂及其制备方法和应用 | 2020-05-14 | 515 |
| 用于内燃发动机的后处理系统的配给模块 | 2020-05-16 | 347 |
| 一种应用于链条炉脱硝多点喷射装置 | 2020-05-12 | 161 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈