操作在汽车系统的过滤器上的选择性催化还原的方法与流程

SCR是一种催化装置，在其中，在吸收在催化剂内的气态还原剂(通常是氨(NH₃))的帮助下，包含在废气中的氮氧化物(NO_x)被还原成双原子的氮气(N₂)和水(H₂O)。氨是通过柴油机排气处理液(DEF)(通常是脲(CH₄N₂O))的热水解得到的，所述处理液通过位于DPF与SCR之间的专用喷射器喷到废气管中。

对于未来的柴油轿车，欧洲和美国的排放法规将要求进一步降低就NO_x而言的尾气排放，兼顾提高燃油经济性(CO₂减排)。这一目标需要重新设计目前的后处理架构。特别地，将SCR功能整合到过滤器基底(SDPF)内是一种允许车辆更清洁、更有效、且更能够获得燃料节省的方法。这就是为什么最近选择性催化还原涂覆的颗粒过滤器(也称为SDPF)已被引入在后处理系统架构中的原因。

SDPF是一种SCR涂覆在多孔DPF(柴油颗粒过滤器)上的(选择性催化还原)催化剂。然而，这些技术的发展导致更为复杂的后处理系统，该系统与当前严格的监管要求相组合，需要专门的管理，特别是在过滤器再生过程中，当废气温度被增加高于600℃以有效地燃烧储存在颗粒过滤器内的加载的烟粒/颗粒物时。更具体地，过滤器基底中的SCR涂层的存在需要非常精确地控制过滤器内的温度，以便避免任何潜在的损害或SCR涂层的过老化，如果温度达到850℃-900℃以上的值，通常可能会发生损害。

实际上，在本领域中已知的是，为了保证和/或恢复颗粒过滤器的效率，可能需要除去逐步聚集在过滤器内的颗粒物或烟粒，以防止横穿过滤器的压降变得过大。这一过程(通常被称为DPF再生)通过增加进入DPF的废气的温度(通常高达630℃)而实现，这反过来又将过滤器加热到烧掉积累的颗粒的温度。

一种已知的增加废气温度的策略提供使得废气与在氧化催化剂中氧化的一定量的未燃燃料(HC)混合，从而加热随后穿过DPF的废气。未燃燃料可能来自发动机气缸，借助于所谓的后喷，或者可能通过专用的燃料喷射器供给，该喷射器可以直接位于排气管中，例如在DOC的上游。在再生过程中，可能出现特定条件，其会导致作为烟粒燃烧的结果的非常高温度的事件。这些条件表现为所加载烟粒的量非常高(例如烟粒值大于8g/l)，以及仍具有燃烧烟粒的足够氧气的废气流量的瞬时还原。

目前，已知的是，尚没有限定的策略来预测在SDPF组件内的过滤器再生过程中的意想不到的过温事件(也被称为降至怠速(DTI)事件)。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种能够预测SDPF内部出现过高温度事件的策略。另一个目的是限定一种能够预测降至怠速(DTI)事件的策略，以便确定是否需要在DTI期间减轻热冲击的对策。这些及其它目的是通过具有在独立权利要求中所记载的特征的方法、装置、计算机程序以及计算机程序产品来实现的。从属权利要求限定了优选和/或特别有利的方面。

本发明的实施例提供了一种操作汽车系统的柴油机颗粒过滤器上的选择性催化还原(SDPF)的方法，所述汽车系统包括配置有用于处理废气的后处理系统的内燃机，所述方法包括以下步骤：

-执行SDPF再生；

-在SDPF再生期间获得SDPF入口和SDPF出口的温度值；

-使用所获得的SDPF入口和SDPF出口的温度值来计算SDPF出口温度的增加率和SDPF入口温度的增加率；

-计算SDPF出口温度值的增加率与SDPF入口温度值的增加率之间的比率；以及

-如果所计算的比率大于其阈值，则改变废气成分。

本实施例的效果是，所提出的策略有助于避免SDPF内部的温度(例如在DTI事件的情况下)过度增加，从而防止该组件硬件损坏并且避免该组件过早老化。此外，所提出的策略有助于预测可以导致高数值的每千辆车辆事故(IPTV)参数的热事件。因此，可以基于改变废气成分来积极地采取适当的对策。

根据本发明的另一实施例，通过相应的SDPF入口和出口温度传感器来执行获得SDPF入口和SDPF出口温度值的步骤。本实施例的效果是，实时地获得温度的当前且可靠的值。

根据本发明的另一实施例，改变废气成分的步骤包括降低废气中的氧气量。本实施例的效果是，其有助于防止SDPF的过热。

根据本发明的另一实施例，通过操作将长路线EGR管道连接到所述内燃机的进气导管的阀来执行降低废气中的氧气量的步骤。本实施例的效果是，可以根据需要来改变废气中的氧气含量。

根据本发明的另一实施例，通过操作调节进入所述内燃机的进气歧管中的空气流量的节流阀来执行降低废气中的氧气量的步骤。同样，本实施例具有的效果是，可以根据需要来改变废气中的氧气含量。

根据本发明的另一实施例，通过改变燃料喷射量来执行改变废气成分的步骤。本实施例的效果是调节并降低SDPF的温度。

根据本发明的另一实施例，通过改变燃料喷射正时来执行改变废气成分的步骤。本实施例的效果是调节并降低SDPF的温度。

根据本发明的另一实施例，通过中断SDPF再生来执行改变废气成分的步骤。本实施例的效果是降低SDPF的温度。

根据本发明的另一实施例，所述阈值是所述SDPF再生的持续时间的百分比的函数。本实施例的效果是，可以根据再生过程的详情来有效地校准该阈值。

根据本发明的另一实施例，所述阈值是在所述SDPF中的估计的烟粒残留量的函数。本实施例的效果是，可以根据SDPF的当前条件来有效地校准该阈值。

根据本发明的另一实施例，如果所述SDPF再生已被执行小于其预定的持续时间的百分比，则执行计算SDPF出口温度值的增加率与SDPF入口温度值的增加率之间的比率的步骤。本实施例的效果是在再生过程的开始具有足够的时间来预测可能的降至怠速(DTI)事件的发生。

本发明的另一方面提供了一种用于操作汽车系统的柴油机颗粒过滤器上的选择性催化还原(SDPF)的装置，该汽车系统包括配置有用于处理废气的后处理系统的内燃机，所述装置包括：

-用于执行SDPF再生的器件；

-用于在所述SDPF再生期间获得SDPF入口和SDPF出口温度值的器件；

-用于使用所获得的SDPF入口和SDPF出口温度值来计算SDPF出口温度的增加率和SDPF入口温度的增加率的器件；

-用于计算SDPF出口温度值的增加率与SDPF入口温度值的增加率之间的比率的器件；以及

-用于如果计算出的比率大于其阈值则改变废气成分的器件。

该方面具有相对于前一实施例相类似的效果，即它有助于避免SDPF内部的温度例如在DTI事件的情况下过度增加，从而防止该组件硬件损坏并且避免其过早老化，并且有助于预测从而避免会导致高数值的每千车辆事故(IPTV)参数的热事件。

根据另一方面，用于获得SDPF入口和SDPF出口温度值的器件包括相应的SDPF入口和出口温度传感器。该方面的效果是，实时地获得温度的当前且可靠的值。

根据另一方面，用于改变废气成分的器件包括用于降低废气中的氧气量的器件。该方面的效果是，其有助于防止SDPF的过热。

根据另一方面，用于降低废气中的氧气量的器件包括用于将长路线EGR管道连接到所述内燃机的进气导管的阀。根据本发明的另一方面，用于降低废气中的氧气量的器件操作调节进入所述内燃机的进气歧管中的空气流量的节流阀。同样，该方面具有的效果是，可以根据需要来改变废气中的氧气含量。

根据另一方面，用于改变废气成分的器件通过改变燃料喷射量操作。该方面的效果是调节并降低SDPF的温度。

根据另一方面，用于改变废气成分的器件通过改变燃料喷射正时来操作。该方面的效果是调节并降低SDPF的温度。

根据另一方面，用于改变废气成分的器件通过中断SDPF再生来操作。该方面的效果是降低SDPF的温度。

根据本发明的另一方面，所述装置包括将所述阈值设定为所述SDPF再生的持续时间的百分比的函数的器件。该方面的效果是，可以根据再生过程的详情来有效校准该阈值。

根据本发明的另一方面，所述装置包括将所述阈值设定为在所述SDPF中的估计的烟粒残留量的函数的器件。该方面的效果是，可以根据SDPF的当前条件来有效地校准该阈值。

根据本发明的另一方面，所述装置包括如果所述SDPF再生已被执行小于预定的持续时间的百分比则执行计算SDPF出口温度值的增加率与SDPF入口温度值的增加率之间的比率的器件。该方面的效果是在再生过程的开始具有足够的时间来预测可能的降至怠速(DTI)事件的发生。

可以借助于计算机程序来执行根据各方面之一所述的方法，所述计算机程序包括用于执行上述方法的所有步骤的程序代码，并且是以包括计算机程序的计算机程序产品的形式。该计算机程序产品可以实施为一种用于内燃机的控制装置，包括电子控制单元(ECU)、与该ECU相关联的数据载体、以及储存在数据载体中的计算机程序，从而使控制装置以与所述方法相同的方式限定所描述的实施例。在这种情况下，当控制装置执行计算机程序时，上述方法的所有步骤都被执行。

附图说明

下面结合附图，对本发明进行说明，其中相同的数字表示相同的元件。

图1示出了汽车系统；

图2是属于图1的汽车系统的内燃机的横截面；

图3示出了图1的汽车系统的一些细节；

图4是表示可以执行再生的不同条件的曲线图；

图5是表示作为时间函数的不同再生分布图的曲线图；

图6是表示本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面的详细描述在本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。此外，也不存在受到本发明的前述背景技术或下面的详细描述所呈现的任何理论束缚的意图。

一些实施例可以包括汽车系统100，如图1和2所示，所述汽车系统包括具有发动机缸体120的内燃机(ICE)110，该发动机缸体限定至少一个气缸125，该气缸具有联接以转动曲轴145的活塞140。气缸盖130与活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气的混合物(未示出)被设置在燃烧室150内、并被点燃，从而产生促使活塞140进行往复运动的热的膨胀的废气。燃料通过至少一个燃料喷射器160提供，空气通过至少一个进气端口210提供。燃料在高压下从燃料轨170被提供至燃料喷射器160，所述燃料轨与增加从燃料源190所接收的燃料的压力的高压燃料泵180流体连通。每个气缸125具有至少两个阀215，它们由随曲轴145一起旋转的凸轮轴135致动。阀215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150、并交替地允许废气通过端口220离开。在一些示例中，凸轮相位器155可以有选择地改变凸轮轴135与曲轴145之间的正时。

空气可以通过进气歧管200分配到进气端口210。空气进气导管205可以从周围环境提供空气到进气歧管200。在其他实施例中，可以提供节流阀330来调节进入歧管200的空气流量。在其它实施例中，还可以提供具有旋转地联接到涡轮机250的压缩机240的强制空气系统，比如涡轮增压器230。压缩机240的旋转增加了在导管205和歧管200中的空气的压力和温度。设置在导管205中的中间冷却器260可以降低空气的温度。涡轮机250通过接收来自排气歧管225的废气而旋转，排气歧管引导来自排气端口220的废气并且在通过涡轮机250膨胀之前穿过一系列叶片。废气离开涡轮机250并被导入后处理系统270。该例子示出了可变几何涡轮机(VGT)，VGT致动器290被布置以活动叶片而改变通过涡轮机250的废气流量。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定的几何形状和/或包括废气门。

后处理系统270可以包括具有一个或多个废气后处理装置280的排气管275。后处理装置可以是被构造为改变废气成分的任何装置。后处理装置280的一些示例包括但不限于催化转换器(二元和三元)、氧化催化剂、稀燃NO_x捕集器、碳氢化合物吸附器、选择性催化还原(SCR)系统、以及颗粒过滤器，比如柴油机颗粒过滤器(DPF)。

后处理系统270包括柴油机氧化催化剂(DOC)520和柴油机颗粒过滤器500上的选择性催化还原(SDPF)，所述SDPF与SDPF 550上游的温度传感器和SDPF 560下游的温度传感器相关联，这两个传感器组合使用以测量在SDPF 500的出口和入口的温度值。

其它实施例可以包括联接在排气歧管225与进气歧管200之间的第一废气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可以包括EGR冷却器310，以降低在EGR系统300中的废气的温度。EGR阀320调节EGR系统300中废气流量。

虽然第一EGR管道限定了用于废气再循环的短路线，但是还可以在汽车系统100中提供第二EGR系统690，该第二EGR系统690配置有第二EGR管道695，其将后处理系统下游的排气管线流体地连接到进气歧管上游的进气管线，并且通过插入的三通阀630而连接在其中。作为三通阀630的替代，还可以使用两个单独的节气门。第二EGR管道695限定了长路线，其还包括排气管线的相关部分和进气管线的相关部分，可以参照图3对此进行更好地解释。

汽车系统100还可以包括与同ICE 110相关联的一个或多个传感器和/或装置通信的电子控制单元(ECU)450。ECU 450可接收来自各种传感器的输入信号，所述传感器被配置为产生与同ICE 110相关联的各种物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和油温度和液位传感器380、燃料轨道压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、废气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440、以及加速器踏板位置传感器445。此外，ECU450可以产生输出信号到被布置为控制ICE 110操作的控制装置，包括但不限于燃料喷射器160、节流阀330、EGR阀320、VGT致动器290、以及凸轮相位器155。要指出的是，虚线用于表示ECU 450与各种传感器和装置之间的通信，但为了清楚起见省略了一些。

下面转到ECU450，该装置可以包括与存储器系统或数据载体460通信的数字中央处理单元(CPU)、以及接口总线。CPU配置成执行作为程序储存在存储器系统中的指令，并且将信号发送至接口总线/从接口总线接收信号。存储器系统可以包括各种存储类型，包括光存储、磁存储、固态存储、以及其他非易失性存储器。接口总线可以配置成发送、接收和调制至/自各种传感器和控制装置的模拟和/或数字信号。程序可以体现本文公开的方法，从而允许CPU执行这种方法的步骤、并控制ICE110。

储存在存储器系统中的程序从外部经由线缆或以无线方式发送。在汽车系统100外，作为计算机程序产品通常是可见的，该计算机程序产品在本领域中也被称为计算机可读介质或机器可读介质，并且其应被理解为驻留在载体上的计算机程序代码，所述载体在本质上是暂时的或者非暂时的，其结果是该计算机程序产品可被视为在本质上是暂时的或非暂时的。

暂时性计算机程序产品的例子是信号，例如电磁信号比如光信号，其是用于计算机程序代码的暂时载体。携带这种计算机程序代码可以通过由常规的调制技术比如用于数字数据的QPSK来调制信号而实现，使得代表所述计算机程序代码的二进制数据在暂时的电磁信号上传送。这样的信号例如用于在通过Wi-Fi连接到笔记本电脑以无线方式传输计算机程序代码时。

在非暂时性计算机程序产品的情况下，计算机程序代码体现在有形存储介质中。存储介质则是上面提及的非暂时性载体，使得计算机程序代码以可检索方式永久或非永久地存储在该存储介质中或其上。存储介质可以是计算机技术中已知的常规类型，比如闪存、Asic、CD等。

代替ECU 450，汽车系统100可以具有不同类型的处理器来提供电子逻辑，例如嵌入式控制器、机载计算机、或可能部署在车辆中的任何处理模块。

图3示出了图1的车辆系统100的一些细节，其中，在排气管275中，设置有柴油机颗粒过滤器上的选择性催化还原(SDPF)500，该SDPF 500放置在柴油机氧化催化剂(DOC)520的下游。SDPF 500与尿素喷射器510相关联，该尿素喷射器位于排气管275中，在SDPF 500的上游，用于在废气流中喷射柴油机排气处理液(DEF)(在这种情况下是尿素(CH₄N₂O))。由于发生在排气管275内的热水解反应，尿素被转换成气态还原剂(通常是氨(NH₃))，其在SDPF500的SCR部分内被吸收，从而促进NO_x的还原反应。尿素包含在尿素罐515中，并且通过尿素管505到达尿素喷射器510。根据发动机工作条件或其他参数，通过ECU 450命令尿素的喷射。

根据本发明的实施例，该方法包括执行SDPF再生的步骤。如果SDPF再生仍在运行、并且其持续时间低于校准百分比(例如低于15％)，则获得SDPF入口和SDPF出口的温度值EGT2、EGT3，例如借助于相应的传感器测量，即使用SDPF 550上游的温度传感器和SDPF 560下游的温度传感器。这些温度值是在不同的时间间隔测量的，即SDPF入口温度EGT2(t-1)是在时刻t-1测量的，SDPF入口温度EGT2(t)是在时刻t测量的，以便计算SDPF入口温度的增加率RateEGT2。以类似的方式，SDPF出口温度EGT3(t-1)是在时刻t-1测量的，而SDPF出口温度EGT3(t)是在时刻t测量的，以便计算SDPF出口温度的增加率RateEGT3。

然后计算SDPF出口温度的增加率RateEGT3与SDPF入口温度的增加率RateEGT2之间的比率RatioEGT32。然后，将这一比率RatioEGT32与其最大阈值MaxRatio进行比较，并且，如果计算出的比率RatioEGT32大于阈值MaxRatio，则预测可以导致降至怠速(DTI)事件的过量SDPF温度条件。可以基于通过实验活动获得的校准图来预先确定阈值MaxRatio，在所述实验活动中，在不同烟粒水平下进行多次再生，还考虑了在后处理系统270中的SDPF入口温度传感器550和SDPF出口温度传感器560位置。

还可以考虑到其它因素来确定阈值MaxRatio，即SDPF 500的尺寸，例如表述为SDPF 500的长度和体积。另外，阈值MaxRatio还可以是SDPF再生的持续时间的百分比的函数。阈值MaxRatio也可以是在SDPF500中的估计的烟粒残留量的函数。本领域中已知的是，可以利用存储在与ECU 450相关联的数据载体460中的物理模型来估计SDPF 500中的烟粒残留量。

可以单独或组合地考虑所有提到的因素，以便确定阈值MaxRatio，即不会导致降至怠速(DTI)事件的RatioEGT23的最大值。

图4是表示所述再生可在其间执行的不同条件的曲线图，作为SDPF入口温度EGT2和SDPF出口温度的增加率RateEGT3与SDPF入口温度增加率RateEGT2之间的比率RatioEGT32的函数。在图4的曲线图中，线N表示再生期间SDPF系统的标称性能，而线N'和N”表示为了避免DTI事件对可接受的与标称性能的最大偏差。鉴于上述情况，点P1表示其中没有发生DTI事件的条件，而处于相对于由线N'和N”所限定的区域外部的点P2表示其中发生了DTI事件的条件。

图5是表示作为时间函数的不同再生分布图的曲线图。曲线A表示作为时间函数的SDPF入口温度EGT2的值，在第一时间段，再生是未激活，在第二时间段，再生激活，因此SDPF入口温度EGT2增大。SDPF出口温度的增加率RateEGT3和SDPF入口温度的增加率RateEGT2之间的比率RatioEGT32也以曲线B表示在图5中。

在再生期间，比率RatioEGT32最初降低，随后可能出现三种不同的条件。第一种条件由线B”'表示，其指示的条件为：在该条件中，没有烟粒被捕获在SDPF中。在这种情况下，比率RatioEGT32甚至进一步减小。第二种条件由线B”表示，其指示的条件为：在该条件中，一些量的烟粒被捕获在SDPF中(例如8g/l)，但在再生过程中并没有出现DTI事件。在这种情况下，比率RatioEGT32保持基本恒定。

最后，第三种条件由线B'表示，其指示的条件为：在该条件中，一些量的烟粒被捕获在SDPF中(例如8g/l)，并且在再生过程中将发生DTI事件。在这种情况下，比率RatioEGT32迅速增大。比率RatioEGT32的迅速增大由椭圆E标出，并且，如在本说明书中所解释地对这一增大的监控允许预测DTI事件的发生。具体地，如果所计算的比率RatioEGT32大于阈值MaxRatio，则可能预测DTI事件。

图6是表示本发明实施例的流程图。作为第一步骤，执行检查以确定再生是否激活(方框700)。在肯定时，通过在时刻t-1测量SDPF出口温度值EGT3(t-1)和SDPF入口温度值EGT2(t-1)(方框705、710)，并随后在时刻t测量SDPF出口温度值EGT3(t)和SDPF入口温度值EGT2(t)(方框715、720)，而首先地并行地获得SDPF入口和SDPF出口的温度值EGT2、EGT3。

使用SDPF出口温度值EGT3(t-1)和SDPF出口温度值EGT3(t)，可以计算SDPF出口温度的增加率RateEGT3(方框725)。以类似的方式，使用SDPF入口温度值EGT2(t-1)和SDPF入口温度值EGT2(t)，可以计算SDPF入口温度的增加率RateEGT2(方框730)。

使用这些信息，可以计算SDPF出口温度的增加率RateEGT3和SDPF入口温度的增加率RateEGT2之间的比率RatioEGT32(方框735)。然后将比率RatioEGT32与其最大阈值MaxRatio进行比较(方框740)。如果比率RatioEGT32的上述计算值不大于最大阈值MaxRatio，则重新计算该方法的新循环的新的SDPF入口和SDPF出口温度值EGT2、EGT3。相反，如果比率RatioEGT32的值大于最大阈值MaxRatio，则预测可以导致DTI事件的过量温度条件。在这种情况下，可以改变废气成分(方框745)。

所提出的策略避免了组件内部的温度在DTI事件的情况下过度增加，从而防止硬件损坏并且避免硬件的过早老化。所提出的策略还允许实现对策的时间，以避免DTI事件。这种对策针对于改变废气成分，以便降低SDPF的温度和/或防止过强的放热反应在SDPF内发生。例如，可以通过降低废气中的氧气量来改变废气成分。

降低废气中的氧气量的一种可能性是操作将长路线EGR管道695连接到内燃机110的进气导管205的三通阀630(或类似的阀)。作为替代，还可以通过操作调节进入内燃机110的进气歧管200中的空气流量的节流阀330来执行降低废气中的氧气量的步骤。改变废气成分的另一种可能是改变燃料喷射量或改变燃料喷射正时从而获得SDPF的温度的降低。另一种可能是通过中断SDPF 500再生来改变废气成分。

在本发明的各种实施例中，所需要的计算步骤由ECU 450根据储存在数据载体460中的计算机程序来执行。

尽管已经在前面的详细描述中提出了至少一个示例性实施例，但应该理解的是存在大量的变型。还应该理解的是，示范性实施例仅是示例，且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或结构。相反，前面的详细描述将向本领域技术人员提供方便的路线图以实施上述示范性实施例，要理解的是，在不脱离如在所附权利要求及其合法等效物所规定的本发明的范围内，可以对在示范性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种变化。