调节颗粒过滤器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种调节为从内燃发动机接收排出气体提供的颗粒过滤器的方法。
[0002]本发明还涉及内燃发动机系统，包括:至少一个燃烧室，在所述燃烧室中发生内燃；排出气体系统，该排出气体系统连接到燃烧室；颗粒过滤器，该颗粒过滤器布置在所述排出气体系统内；以及控制单元，该控制单元提供有软件，用于控制至少一个燃烧控制参数，所述燃烧控制参数影响由废气携带且与废气一起从燃烧室排出到排出气体系统的颗粒的特性。
【背景技术】
[0003]今天的柴油发动机通常配有布置在连接到发动机的排出气体系统中的柴油颗粒过滤器。柴油颗粒过滤器(或DPF)是被设计为从柴油发动机的排出气体中除去的柴油颗粒物质或烟尘的设备。壁流式柴油颗粒过滤器通常除去85%或以上的烟尘，并且在特定条件下它们能够达到接近100%的烟尘除去效率。一些过滤器是单次使用的，意在一旦充满积聚的烟尘、灰或其它颗粒物质，就处置和更换。其他被设计为被动地通过使用催化剂或通过将过滤器加热至烟尘燃烧温度的主动装置(诸如燃料燃烧器)烧掉积聚的颗粒；当以提升排出气体温度或产生大量NOx来氧化积聚的烟尘的方式过滤器充满时，发动机编程运行，或通过其他方式的方式运行。这被称为“过滤器再生”。清洁也需要作为定期维护的一部分，并且必须小心完成，以避免损坏过滤器。喷油器或涡轮增压器的故障导致过滤器污染有原料柴油或机油也有必要清洗。
[0004]燃烧或燃料/空气混合期间的柴油发动机产生通常被分类为因不完全燃烧产生的柴油颗粒物质的各种颗粒。根据发动机类型、年龄和发动机被设计满足的排放规范，颗粒的组合物差别很大。二冲程柴油发动机比四冲程柴油发动机每单位功率产生的颗粒多，原因是燃料-空气混合的燃烧更不完全。虽然没有明确强制性使用过滤器，但是发动起制造商必须满足日益严格的排放法规意味着最终所有道路上的柴油发动机将配备过滤器。在欧盟，目前正在讨论，为了满足欧VI重型卡车发动机排放法规和未来对排放颗粒数量的要求，预计过滤器是必要的。
[0005]市场上存在各种各样的柴油颗粒过滤器技术。最常见的过滤器是由堇青石制成，一种陶瓷材料，也用作催化转换器载体(芯))。堇青石过滤器提供优异的过滤效率，(相对)便宜，并且具有可以使其简单打包安装在车辆中的热性能。主要缺点是:堇青石具有相对较低的熔点(约1200°C)，并且已经知道堇青石基底在过滤器再生期间会熔化。第二种最流行的过滤材料是碳化硅，SiC。与堇青石相比，它具有较高(2700°C)的熔点。然而，它并不像堇青石一样热稳定。纤维状的陶瓷过滤器是由多种不同类型陶瓷纤维制成，所述多种不同类型陶瓷纤维混合在一起以形成多孔介质。此介质几乎可以形成几乎任何形状，并且可以被定制以适应各种应用。一些芯由金属纤维制成-通常将纤维“织”成单块。这种芯具有这样的优点:电流可以通过该单块以加热芯用于再生。还有一些被用于某些特殊用途，但是没有再生策略的一次性纸芯。不同类型的过滤器可以被划分为涂层过滤器(其上涂有反应剂)和非涂层过滤器。
[0006]再生是从过滤器除去积累的烟尘的过程。可以通过被动地(在正常操作中从发动机的排热或通过向过滤器添加催化剂)或主动将非常高的热引入排出气体系统来实现。车载有源过滤器管理可以使用各种策略:
[0007]1.发动机管理以通过后期的燃油注入或在排出气体冲程期间的注入提高排出气体温度
[0008]2.使用燃料添加催化剂，以降低烟尘燃尽温度
[0009]3.涡轮增压后，燃料燃烧器来提高排出气体温度
[0010]4.注入后(HC-Doser)催化氧化剂来提高排出气体温度
[0011]5.电阻加热线圈来提高排出气体温度
[0012]6.微波能量来提高颗粒温度
[0013]无论是通过燃烧以加热DPF，还是向DPF的电气系统提供额外的功率，所有车载有源过滤器都要使用额外的燃料，尽管使用燃料添加催化剂非常显著地减少所需的能量。通常，基于预先编程的设定点，计算机决定何时激活再生循环。设定点可以是燃料注入历史，例如，当自之前的再生之后已经消耗预定量的燃料时，或者当自之前的再生之后已经逝去预定时间时。可以通过计量泵提供额外的燃料。在保持排出气体系统中背压低的同时太频繁地运行该周期将导致高的燃料消耗。不足够快地运行再生循环将增加发动机损坏和/或不受控制的再生(热失控)的风险以及可能的DPF失败。
[0014]当达到550摄氏度以上的温度时，柴油颗粒物质以合适的速率氧化。通过使用燃料添加催化剂，此温度可以降低到350至450摄氏度的范围内。烟尘烧尽的实际温度将取决于所采用的化学反应。开始燃烧使温度进一步增加。在一些情况下，在不存在燃料添加催化剂时，颗粒物的燃烧可以将温度提高到过滤材料的结构完整性阈值之上，这可能会导致基底的灾难性故障。已经开发了各种策略来限制这种可能性。需要注意的是:火花点火式发动机在排放控制装置之前排出气体流中通常具有低于0.5%的氧，与火花点火式发动机不同，柴油发动机具有非常高的可用氧比率。虽然可用氧的量可以使过滤器的再生加快，但是也会导致失控再生问题。
[0015]一些应用使用非车载再生。非车载再生需要操作者干预(即，机器插入到墙壁/地板安装的再生站，或者将过滤器从机器上移除并放置在再生站中)。非车载再生不适合道路上的车辆，除了车辆在不使用时停放在中心站的情况。非车载再生主要用于工业和采矿应用。在再生站提供在允许禁用机械的区域的情况下，如果安装了非一次性过滤器，则煤矿(有煤炭受潮随之而来的爆炸危险)使用非车载再生。许多叉车也可以使用非车载再生-矿山机械或其他机械一般在一个地方进行其操作，这使得可以使用固定再生站。在过滤器从机器中被物理地除去用于再生的情况下，也具有这样的优点:能够每天检查滤芯(非道路应用的DPF芯通常被调整为可以替换一次使用-所以再生每天发生)。
[0016]目前市场上的柴油颗粒过滤器的固有特性和缺点是:在柴油颗粒过滤器处于空状态时，即当柴油颗粒过滤器是新的，或当柴油颗粒过滤器刚刚再生到某种程度时，与柴油颗粒过滤器处于填充较多的状态相比，柴油颗粒过滤器捕获纳米范围内的小颗粒的能力降低。由于最近在此方向上的研宄指出即使这样的小颗粒在从发动机排出的颗粒的总重量中可能仅占一小部分，也可能比先前预期的对环境和对生物更危险，在设计何时以及以怎样的方式来再生柴油颗粒过滤器的模型的过程中，应该考虑当代过滤器的这个缺点。
[0017]柴油过滤器的再生可以是部分或全部，其中，全部再生在此是指当再生的过滤器中残留颗粒的重量小于或等于该滤波器能够捕获颗粒的最大重量的10%。全部再生的优点是相对容易实现，并且创建如何实现它的条件相对不复杂。然而，在过滤器已经经过此全部再生后已被部分重新填充之前，过滤器能够捕获在纳米范围内和纳米范围以下的更小颗粒将降低，从而由于过滤器的再生导致这种颗粒排放增加。
[0018]另一方面，部分再生是弥补上述缺点的一种方式，原因是可以避免不期望的过滤器的空状态。部分再生是基于这样的原理:与发动机相关联的计算机基于发动机的以往操作数据对过滤器的填充程度进行预测。当预测填充程度处于特定水平(优选全部)，再生被启动。然而，没有完成再生使得过滤器被清空。反而，计算机被编程以基于再生数据对过滤器的填充程度进行进一步预测，并且当填充程度被预测为在特定水平时停止再生。此类过滤器的填充程度的控制已被证明相当适合于非涂层过滤器。然而，对于涂层过滤器部分再生，它不是同样适合，一方面因为后者需要被全部再生，以便维持它们的最佳可能功能，并且另一方面，基于发动机的先前操作数据来确立这种过滤器的填充程序更困难，因此有时计算机不能准确预测正确的填充程度以及何时启动再生。
【发明内容】
[0019]提供一种用于调节为从内燃发动机接收排出气体提供的颗粒过滤器的方法，其中，所述方法包括步骤:提供第一发动机控制模式和第二发动机控制模式，其中，在第二发动机控制模式，相对于第一控制模式，至少一个燃烧控制参数不同，所述至少一个燃烧控制参数影响与排出气体一起从发动机排出且由该排出气体携带的颗粒的特性，使得与用第一控制模式实现的填充率相比，具有颗粒的颗粒过滤器的填充率增加，该颗粒将提高颗粒过滤器捕获更小颗粒的能力，作为对颗粒过滤器再生的响应或者基于当前烟尘负荷状态，对发动机临时应用所述第二发动机控制模式。
[0020]可选地，所述方法还包括步骤:确定所述当前烟尘负荷状态。
[0021]可选地，作为执行再生或者所述当前烟尘负荷状态与预定烟尘负荷状态比较(例如，过滤器中已经达到预定水平的烟尘负荷时)的响应，选择第二发动机控制模式。
[0022]关于术语“再生”:在已经执行(主动)或已经发生(被动)再生之后，应用第二控制模式。
[0023]烟尘负荷状态可以被视为颗粒过滤器中捕获的颗粒物质量。替代地，烟尘负荷状态可以被视为过滤器截留颗粒的效率，具体地，如后面定义的可以被视为颗粒过滤器截留小颗粒的能力，而这进而取决于过滤器中截留的颗粒物的质量和这种颗粒物质的构成。
[0024]增加填充率的颗粒具有将由过滤