專利名稱：使用排氣沖程后噴射以升高廢氣溫度的柴油機(jī)微粒過濾器再生策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于推進(jìn)機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，具體地說，涉及在排氣
系統(tǒng)中具有作為后處理裝置的柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
用于處理通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的廢氣的已知系統(tǒng)包括與柴油機(jī)微 粒過濾器(DPF)相關(guān)的柴油機(jī)氧化催化器(DOC)。這兩種后處理裝置的組 合促進(jìn)廢氣中的化學(xué)反應(yīng)，并在氣流從發(fā)動(dòng)機(jī)通過排氣系統(tǒng)時(shí)捕集柴油機(jī)微粒 物質(zhì)(DPM)，由此防止相當(dāng)大量的污染物進(jìn)入大氣。
DPF時(shí)常需要再生以保持微粒捕集效率。再生涉及產(chǎn)生將燒掉已被捕集的 微粒的條件，否則微粒不受抑制的積聚會(huì)影響DPF的效率。
產(chǎn)生用于開始和繼續(xù)再生的條件通常涉及將進(jìn)入DPF的廢氣溫度升高至 合適的高溫。因?yàn)椴裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)通常在相對(duì)冷卻和貧油的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，柴油燃料 的后噴射已用作DPF再生策略的一部分，以升高進(jìn)入DPF的廢氣溫度同時(shí)還 留下過剩的氧氣以燃燒被捕集的微粒物質(zhì)。
當(dāng)車輛以有益于DPF再生的方式運(yùn)行時(shí)，諸如在高速公路上行駛時(shí)，可 在幾乎不影響或不顯著影響車輛駕駛性能的情況下進(jìn)行再生過程，并且即使在 DPF變成積載DPM到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)命令強(qiáng)制執(zhí)行再生的程度之前，也可由 駕駛者或由再生開始策略自動(dòng)地開始再生過程。
發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，燃料的"近"后噴射對(duì)于曲軸扭矩有作用，從而對(duì)車輛 駕駛性能有非常顯著的影響而會(huì)讓一些駕駛者認(rèn)為是令人不快的，燃料的"近" 后噴射是指在上止點(diǎn)后(ATDC)約60。范圍內(nèi)的膨脹沖程或稱動(dòng)力沖程中發(fā)生 的噴射。
補(bǔ)償"近"后噴射的這種效應(yīng)以使其對(duì)于車輛駕駛性能的影響最小化，要求大量的研發(fā)努力以實(shí)現(xiàn)最佳可能的標(biāo)定。 一個(gè)需要指出的考慮事項(xiàng)是燃料噴 射器在主噴射之后立即給予"近"后噴射的能力。 一些確實(shí)具有理想屬性的燃 料噴射器卻可能會(huì)很難給予在主噴射之后馬上需要的"近"后噴射。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī) 速度增加到高速范圍時(shí)，這一難處變得更為顯著。
盡管使用膨脹沖程中的"遠(yuǎn)"后噴射可針對(duì)燃料噴射器在膨脹沖程中所需 時(shí)刻給予后噴射的能力，"遠(yuǎn)"后噴射是指在"近"后噴射之后發(fā)生的噴射， 但是膨脹沖程中太"遠(yuǎn)"的后噴射會(huì)導(dǎo)致顯著的氣缸壁沖擊從而會(huì)引起機(jī)油稀 釋。
這些發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)促使發(fā)明人尋求一種用于后噴射的替代的和更好的解決 方案，以將廢氣溫度升高到用于開始和保持DPF再生的程度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種提供這樣的解決方案的新穎策略。
通過在膨脹沖程中上止點(diǎn)后的定時(shí)范圍內(nèi)使用不同的后噴射量和定時(shí)來 重復(fù)地開始再生、然后評(píng)價(jià)結(jié)果以確定最佳值，從而尋求用于后噴射的最佳標(biāo) 定，與之形成對(duì)比的是，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，稍后在排氣沖程中的后噴射在開始
和保持DPF再生時(shí)可以是有效的，這對(duì)于車輛駕駛性能有很小影響且無需密集 的研發(fā)努力，正如在使用膨脹沖程中的"近"后噴射時(shí)那樣。而且，本發(fā)明避 免涉及燃料噴射器在主噴射附近給予后噴射的能力(由此避免對(duì)于噴射器和/ 或噴射器驅(qū)動(dòng)器和控制器的修改)，避免涉及造成機(jī)油稀釋的額外氣缸壁沖擊。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將后噴射延遲到排氣沖程的稍后部分的時(shí)間范圍內(nèi)既不會(huì)產(chǎn)生 上述的令人不快的扭矩升高，也不會(huì)產(chǎn)生令人不快的氣缸壁沖擊，這樣做時(shí)， 可在主噴射之間給予燃料噴射器、尤其是液壓驅(qū)動(dòng)的燃料噴射器"再充氣"的 時(shí)間，并可提供與用于幵始和保持DPF再生的"近"(膨脹沖程)后噴射同樣 的效果。
本發(fā)明可通過適當(dāng)?shù)貙?duì)用來控制燃料噴射器定時(shí)的處理器算法進(jìn)行修改 來具體實(shí)施在現(xiàn)有系統(tǒng)中。因此，無需附加的硬件。與使用"近"(膨脹沖程)
后噴射時(shí)需要的努力相比，用較少的努力就可在駕駛性能測(cè)試過程中通過標(biāo)定 調(diào)節(jié)來開發(fā)出排氣沖程中的最佳定時(shí)。因此，本發(fā)明的一個(gè)普通方面涉及一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)包括 加燃料系統(tǒng)，用于將柴油燃料噴射入燃燒室，燃料在燃燒室中燃燒以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)；排氣系統(tǒng)，燃燒產(chǎn)生的氣體通過排氣系統(tǒng)通向大氣，排氣系統(tǒng)包括后處理 裝置，后處理裝置在氣體離開排氣系統(tǒng)之前處理氣體，但時(shí)常需要通過將氣體 的溫度升高到再生溫度范圍來進(jìn)行再生；以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，用于處理各種 數(shù)據(jù)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各個(gè)方面，這些方面包括由加燃料系統(tǒng)實(shí)施的加燃料 和后處理裝置的再生。
由于再生請(qǐng)求，控制系統(tǒng)引起加燃料系統(tǒng)在用于燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中給 燃燒室加燃料，通過在基本上不晚于循環(huán)的壓縮沖程和膨脹沖程之間的上止點(diǎn) 處結(jié)束的主噴射和然后在循環(huán)的排氣沖程中通過后噴射來加燃料，而在膨脹沖 程中沒有任何另外的燃料噴射，后噴射用于將氣體的溫度升高到再生溫度范 圍。
另一普通方面涉及由如上所述的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車輛。
再一普通方面涉及一種用于對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的廢氣后處理裝 置開始再生的方法，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有加燃料系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，加燃料系 統(tǒng)用于將柴油燃料噴射入燃燒室，燃料在燃燒室中燃燒以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī) 控制系統(tǒng)用于處理各種數(shù)據(jù)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各個(gè)方面，方面包括由加燃料 系統(tǒng)實(shí)施的加燃料和后處理裝置的再生。
該方法包括通過引起加燃料系統(tǒng)在用于燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中給燃燒室 加燃料來開始再生，通過在基本上不晚于循環(huán)的壓縮沖程和膨脹沖程之間的上 止點(diǎn)處結(jié)束的主噴射和然后在循環(huán)的排氣沖程中通過后噴射來加燃料，而在膨 脹沖程中沒有任何另外的燃料噴射。
在示出此時(shí)所設(shè)想的、用于實(shí)施本發(fā)明最佳模式的本發(fā)明目前較佳實(shí)施例 的以下內(nèi)容中，可以看出本發(fā)明的上述和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)。該說明書包括附 圖，現(xiàn)簡(jiǎn)要描述如下。
圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的、具體實(shí)施用于開始和保持DPF再生的策略的示
例性內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的總體示意圖。圖2是示出該策略的燃料噴射定時(shí)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了渦輪增壓的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的一例子，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10具有增 壓空氣進(jìn)入其中的進(jìn)氣系統(tǒng)12和燃燒產(chǎn)生的廢氣從其中排出的排氣系統(tǒng)14， 圖中并未包括這兩種系統(tǒng)通常具有的所有細(xì)節(jié)。當(dāng)用在諸如卡車的機(jī)動(dòng)車輛中 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)IO通過傳動(dòng)系統(tǒng)16聯(lián)接至推進(jìn)車輛的從動(dòng)車輪18。
發(fā)動(dòng)機(jī)10包括形成燃燒室的氣缸20，燃料由燃料噴射器22噴射入燃燒室 中以用通過進(jìn)氣系統(tǒng)12進(jìn)入的增壓空氣進(jìn)行燃燒。燃燒釋放的能量驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)，通過連接至曲軸26的活塞24傳遞至傳動(dòng)系統(tǒng)16以推進(jìn)車輛。
燃料噴射器22在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)28的控制之下，該發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)28 包括一個(gè)或多個(gè)處理器，這些處理器處理各種數(shù)據(jù)以開發(fā)出用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)，這些方面包括供應(yīng)至燃料噴射器22的液壓流體(附圖 標(biāo)記30)的控制壓力和燃料噴射器中各閥機(jī)構(gòu)的操作定時(shí)，燃料噴射器使用液 壓流體以將燃料排出噴射器末端而進(jìn)入燃燒室。
進(jìn)氣閥32控制允許增壓空氣進(jìn)入氣缸20，排氣閥34控制燃料氣體通過排 氣系統(tǒng)14流出最終流動(dòng)到大氣中。然而在進(jìn)入大氣之前，由一個(gè)或多個(gè)后處 理裝置來處理燃燒氣體。這里所示的、本發(fā)明所涉及的一個(gè)裝置是柴油機(jī)微粒 過濾器或稱DPF36。
各種傳感器與后處理裝置相關(guān)聯(lián)以向控制系統(tǒng)28提供信息。 一種信息是 DPF36積載微粒的程度?？刂葡到y(tǒng)28包含可重復(fù)執(zhí)行以處理某些數(shù)據(jù)的算法， 以用于各種控制目的。 一種這樣的算法使用關(guān)于DPF微粒積載的信息，從而當(dāng) 即使DPF積載在需要強(qiáng)制再生的程度之下但條件合適時(shí)開始再生，以及當(dāng)DPF
變成積載到需要強(qiáng)制再生的程度時(shí)強(qiáng)制再生。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)IO運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，基本上在壓縮沖程C和膨脹沖程或動(dòng)力沖程P之間 的上止點(diǎn)處發(fā)生主燃料噴射，該主燃料噴射在示出傳統(tǒng)柴油機(jī)(CD)燃燒的 圖2中由噴射38來標(biāo)示。
當(dāng)控制系統(tǒng)28請(qǐng)求對(duì)DPF36進(jìn)行再生時(shí)，諸如噴射38之類的主噴射繼續(xù)， 但現(xiàn)在采用特殊的后噴射策略。該策略不在膨脹沖程中采用后噴射，而在排氣沖程E中釆用后噴射，較佳 地在朝向排氣沖程的終點(diǎn)的時(shí)間過程中而在排氣沖程的終點(diǎn)和下一進(jìn)氣沖程I 的起點(diǎn)之間發(fā)生的上止點(diǎn)之前采用后噴射，該后噴射在圖2中用后噴射40來標(biāo)示。
該策略繼續(xù)到開始再生，且此后保持再生。當(dāng)該策略終止再生時(shí)，排氣沖 程中的后噴射結(jié)束。
一些柴油發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)常能通過與CD燃燒不同的另外柴油機(jī)燃燒來運(yùn)轉(zhuǎn)，而 這里所述的發(fā)動(dòng)機(jī)通過CD燃燒來運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)該相信，本發(fā)明的原理可應(yīng)用到通 過另外柴油機(jī)燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，只要控制系統(tǒng)允許在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行 DPF再生即可。另外的柴油機(jī)燃燒是對(duì)一些過程和系統(tǒng)的通稱，諸如均質(zhì)充氣 壓縮點(diǎn)火(HCCI)、受控自動(dòng)點(diǎn)火(CAI)、稀釋控制燃燒系統(tǒng)(DCCS)和高 度預(yù)混合燃料系統(tǒng)(HPCS)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)通過另外的柴油機(jī)燃料過程運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，直 到主噴射發(fā)生為止無論什么噴射發(fā)生的作用都可被認(rèn)為等同于CD燃燒的主噴 射。
還應(yīng)理解，在排氣沖程中而非膨脹沖程中使用后噴射可以只是更多再生策 略的一個(gè)要素，這些再生策略使用不僅僅是開始和保持DPF再生的燃料噴射。
盡管已示出和描述了本發(fā)明的現(xiàn)有較佳實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的原理 適用于落入以下權(quán)利要求書范圍的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，包括加燃料系統(tǒng)，用于將柴油燃料噴射入燃燒室，所述燃料在所述燃燒室中燃燒以驅(qū)動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)；排氣系統(tǒng)，燃燒產(chǎn)生的氣體通過所述排氣系統(tǒng)通向大氣，所述排氣系統(tǒng)包括后處理裝置，所述后處理裝置在所述氣體離開所述排氣系統(tǒng)之前處理所述氣體，但時(shí)常需要通過將所述氣體的溫度升高到再生溫度范圍來進(jìn)行再生；發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，用于處理各種數(shù)據(jù)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各個(gè)方面，所述方面包括由所述加燃料系統(tǒng)實(shí)施的加燃料和所述后處理裝置的再生；其中，由于再生請(qǐng)求，所述控制系統(tǒng)引起所述加燃料系統(tǒng)在用于燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中給所述燃燒室加燃料，通過在基本上不晚于所述循環(huán)的壓縮沖程和膨脹沖程之間的上止點(diǎn)處結(jié)束的主噴射和然后在所述循環(huán)的排氣沖程中通過后噴射來加燃料，而在所述膨脹沖程中沒有任何另外的燃料噴射，所述后噴射用于將所述氣體的溫度升高到所述再生溫度范圍。
2. 如權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，引起所述后噴射在相對(duì) 于下止點(diǎn)更靠近上止點(diǎn)處發(fā)生。
3. 如權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述主噴射引起所述發(fā) 動(dòng)機(jī)通過傳統(tǒng)柴油機(jī)燃燒來運(yùn)轉(zhuǎn)。
4. 如權(quán)利要求l所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述后處理裝置包括柴 油機(jī)微粒過濾器。
5. 如權(quán)利要求4所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，引起所述后噴射在相對(duì) 于下止點(diǎn)更靠近上止點(diǎn)處發(fā)生。
6. —種機(jī)動(dòng)車輛，包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，用于通過傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)車輪以推進(jìn)所述車輛 加燃料系統(tǒng)，用于將柴油燃料噴射入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，所述燃料在所述燃燒室中燃燒以推進(jìn)所述車輛；排氣系統(tǒng)，燃燒產(chǎn)生的氣體通過所述排氣系統(tǒng)通向大氣，所述排氣系統(tǒng)包括后處理裝置，所述后處理裝置在所述氣體離開所述排氣系統(tǒng)之前處理所述氣體，但時(shí)常需要通過將所述氣體的溫度升高到再生溫度范圍來進(jìn)行再生；發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，用于處理各種數(shù)據(jù)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各個(gè)方面，所述 方面包括由所述加燃料系統(tǒng)實(shí)施的加燃料和所述后處理裝置的再生；其中，由于再生請(qǐng)求，所述控制系統(tǒng)引起所述加燃料系統(tǒng)在用于燃燒室的 發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中給所述燃燒室加燃料，通過在基本上不晚于所述循環(huán)的壓縮沖程 和膨脹沖程之間的上止點(diǎn)處結(jié)束的主噴射和然后在所述循環(huán)的排氣沖程中通 過后噴射來加燃料，而在所述膨脹沖程中沒有任何另外的燃料噴射，所述后噴 射用于將所述氣體的溫度升高到所述再生溫度范圍。
7. 如權(quán)利要求6所述的機(jī)動(dòng)車輛，其特征在于，引起所述后噴射在相對(duì)于 下止點(diǎn)更靠近上止點(diǎn)處發(fā)生。
8. 如權(quán)利要求6所述的機(jī)動(dòng)車輛，其特征在于，所述主噴射引起所述發(fā)動(dòng) 機(jī)通過傳統(tǒng)柴油機(jī)燃燒來運(yùn)轉(zhuǎn)。
9. 如權(quán)利要求6所述的機(jī)動(dòng)車輛，其特征在于，所述后處理裝置包括柴油 機(jī)微粒過濾器。
10. 如權(quán)利要求9所述的機(jī)動(dòng)車輛，其特征在于，引起所述后噴射在相對(duì) 于下止點(diǎn)更靠近上止點(diǎn)處發(fā)生。
11. 一種用于對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的廢氣后處理裝置開始再生的方 法，所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有加燃料系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，所述加燃料系統(tǒng)用于 將柴油燃料噴射入燃燒室，所述燃料在所述燃燒室中燃燒以驅(qū)動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)， 所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用于處理各種數(shù)據(jù)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各個(gè)方面，所述方 面包括由所述加燃料系統(tǒng)實(shí)施的加燃料和所述后處理裝置的再生，所述方法包 括通過引起所述加燃料系統(tǒng)在用于燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中給所述燃燒室加 燃料來開始再生，通過在基本上不晚于所述循環(huán)的壓縮沖程和膨脹沖程之間的 上止點(diǎn)處結(jié)束的主噴射和然后在所述循環(huán)的排氣沖程中通過后噴射來加燃料， 而在所述膨脹沖程中沒有任何另外的燃料噴射。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，包括引起所述后噴射在相對(duì) 于下止點(diǎn)更靠近上止點(diǎn)處發(fā)生。
13. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，包括進(jìn)行所述主噴射以引起所述發(fā)動(dòng)機(jī)通過傳統(tǒng)柴油機(jī)燃燒來運(yùn)轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)(28)引起在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中給燃燒室(20)加燃料，通過在基本上不晚于循環(huán)的壓縮沖程和膨脹沖程之間的上止點(diǎn)處結(jié)束的主噴射(38)和然后在循環(huán)的排氣沖程中通過后噴射(40)來加燃料，而在膨脹沖程中沒有任何另外的燃料噴射，后噴射用于將氣體的溫度升高到用于對(duì)柴油機(jī)微粒過濾器(36)進(jìn)行再生的再生溫度范圍。
文檔編號(hào)F01N3/025GK101529059SQ200780030430
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
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