柴油机废气积碳传感器系统和方法

专利名称：柴油机废气积碳传感器系统和方法
技术领域：
本发明一般地涉及柴油颗粒过滤器(DPF)系统，并且更特别地涉及一种系统和方 法，其用于确定DPF中的积碳(碳烟)积聚以更有效地启动再生过程从而燃烧掉积聚在DPF 中的积碳。
背景技术：
环境制约和规定的提高正使得柴油发动机厂商和组装厂商开发改善和减小所述 发动机运行对环境的影响的技术。结果，大量的设计工作已经研究了对运行发动机自身内 的燃烧过程的控制，以期望增大燃料经济性和减小例如为NOx和颗粒的排放。然而，在给定 柴油发动机运行于其上的运行变量和参数的情况下以及在给定NOx和颗粒产生之间的折衷 的情况下，许多发动机制造厂商和组装厂商已经发现，有用或必要的是，将排气后处理装置 应用于它们的系统。所述装置被用于过滤来自柴油发动机的废气流以将某些排放物除去或 减小到可接受的水平。在这样的碳烟被释放到环境中之前，在除去来自废气流的废气颗粒 或碳烟方面所述装置特别有用。这种排气后处理装置被称作柴油颗粒过滤器(DPF)。DPF定位在排气系统中以使 得来自柴油发动机的所有废气流过它。DPF被配置为以使得废气中的碳烟颗粒沉积在DPF 的过滤器基底中。这样，碳烟颗粒从废气中被过滤出以使得发动机或发动机系统能够达到 或优于对其适用的环境法规。虽然这种装置如同任何过滤器一样提供了有意义的环保效益，但当DPF持续积聚 这些颗粒时，可能出现问题。经过一段时间以后，DPF变得足够多地充填有积碳，以使得废 气在经过越来越受限的过滤器时经历显著的压力降。由于以过度地受限的过滤器运行，发 动机热效率下降，因为仅仅是为了泵送废气通过充填的DPF，发动机就必须越来越困难地工 作。除了减小热效率之外，可能出现第二个问题也可能是更危险的问题。因为积聚在DPF 中的积碳是易燃的，因此如果以及当积聚的积碳最终被点燃和不受控制地燃烧时，以已充 填的DPF引起不受控制的废气着火的严重的可能性。为了避免任一种情况的发生，发动机组装厂商典型地将多种可能的过滤器加热装 置中的一个结合在DPF的上游以定期清洁过滤器。这些过滤器加热装置被定期使用以使得 废气流的温度人为地升高到使得积聚的积碳将自燃的点。当在DPF的充填变得过度之前的 时候被启动时，点火和燃烧将以安全和受控制的方式出现。以这种受控制的方式燃烧积碳 的所述过程称为再生。产生对提高DPF中的温度来说必需的补充热量的方法的控制对于安 全和可靠的再生来说是关键的。典型地，可接受的再生范围是从600到900°C。低于所述范 围的温度不足以点燃积聚的积碳，而高于所述范围的温度可能导致过滤介质的热损害。已经设计了许多方法以提供对启动再生来说是必需的辅助热量。例如，柴油发动 机的运行参数可以以这样的方式改变以使得废气温度上升到足以适当运行下游的颗粒过 滤器的水平。还可以在紧靠废气经过定位在颗粒过滤器上游的柴油机氧化催化器(DOC)之 前将烃类燃料喷射到柴油发动机的废气中。DOC借助于催化器的催化反应将过剩的烃类燃料转变成热量，由此在其经过颗粒过滤器之前提高废气温度。补充的热量还可以通过利用 设置在排气路径内的辅助电加热器而在废气流中产生。所述补充的热量在其经过颗粒过滤 器之前被添加到废气中。作为利用电加热器的备选方案，过滤器再生的另一个方法使用燃 料燃烧器以在DPF之前加热废气。这种燃烧器需要柴油燃料供给、辅助空气供给以及点火 系统。积碳积聚在过滤器中的速率完全取决于发动机的运行方式。对此，除了选择用于 加热废气以使得能够再生的特定方法或装置之外，发动机制造厂商或组装厂商还必须确定 什么时候启动再生过程。如果再生在DPF仅仅被稍微充填时就太快被启动，则过程将是低 效的。如果直到DPF被严重地充填之前再生都不启动，则如以上所讨论的那样，总体发动机 效率将会被过度地减小，并且存在积碳可能自燃和/或燃烧可能不安全以及不受控制的风 险。为了试图适当地确定什么时候启动再生过程，已经开发了多种传感器以及控制算 法。所述传感器以及控制算法被用于估算DPF的积碳充填，以使得再生可以仅仅在积碳充 填可能导致发动机效率减小之后但是在实际上引起这样的效率减小并且引发自燃的可能 性的过度充填出现之前被启动。

发明内容
考虑到以上所述问题，本发明的实施方式提供新的以及改进的系统和方法，其用 于确定DPF中的积碳积聚以更有效地启动再生过程从而以安全的和受控制的方式燃烧掉 DPF中的积聚的积碳，并且所述系统和方法实现上述功能。根据本发明的一个实施方式的系统和方法利用燃料燃烧加热器(fuel-fired heater)并且通过检测燃烧器火花塞上的积碳积聚而间接地测量DPF中的积碳积聚。其基 础在于对火花塞积垢和DPF充填之间存在的强相关性的发现和研究。更特别地，在没有火 焰来确定火花塞上的积碳充填的时期的过程中，被用于检测燃烧器中火焰的存在的离子电 流传感电路在再生期间被使用。当火花塞上的积碳充填接近可能导致火花塞积垢的量时， 点火控制器启动强火花(hot spark)以将火花塞上的积碳燃烧掉。这种清洁事件的数量被 跟踪并且被用于确定什么时候DPF积碳充填处于应该启动再生的水平。在一个实施方式中，适应算法被用于调节必须在DPF的再生启动之前完成的火花 塞清洁事件的数量。在再生期间穿过DPF的温升被检测。如果温升高于预定阈值，则表明在 再生过程启动之前积碳积聚大于预期，于是更少的火花塞清洁事件将被用于启动再生。如 果温升低于预定阈值，则表明在再生过程启动之前积碳积聚小于预期，于是在启动再生之 前将允许进行更多的火花塞清洁事件。在一个实施方式中，例如为发动机速度的发动机运 行状态可以用于在预期有温度偏差的某些条件下预防变化。当结合附图考虑时，通过以下详细说明，本发明的其它方面、目的和优点将变得更清楚。


结合在申请文件中并且成为其一部分的附图示出了本发明的多个方面，并且与说 明书一起用于说明本发明的原理。在附图中
图1是根据本发明的一个实施方式构成的DPF积碳充填确定和再生系统的简化系 统级示意图；图2是示出了根据本发明的教导构成的双能点火和离子电流传感电路的一个实 施方式的简化示意性方框图；图3是示出了根据本发明的一个实施方式进行的方法的一个方面的流程图；图4是示出了根据本发明的一个实施方式进行的方法的另一个方面的流程图；图5是示出了利用表面间隙火花塞的根据本发明的教导构成的双能点火和离子 电流传感电路的一个实施方式的简化示意性方框图；图6是根据本发明的一个备选实施方式构成的DPF积碳充填确定和再生系统的简 化系统级示意图；图7是根据本发明的另一个实施方式构成的DPF积碳充填确定和再生系统的简化 系统级示意图；图8是处于中等积碳充填速率下的火花塞清洁事件对时间的图解说明；图9是处于低积碳充填速率下的火花塞清洁事件对时间的图解说明；以及图10是处于最小积碳充填速率下的火花塞清洁事件对时间的图解说明。虽然将结合某些优选实施方式描述本发明，但并非意在将本发明局限于所述实施 方式。相反地，意图是要覆盖包括在如所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的备 选形式、变化形式和等同形式。
具体实施例方式现在转到附图，图1中示出了根据本发明的教导构成的系统100的一个实施方式， 其能够确定启动柴油颗粒过滤器(DPF) 102的再生的适当时间。如以上所讨论的那样，DPF 102被安装在废气出口 104之前或上游以过滤出来自柴油发动机废气的颗粒。为了将收集 的颗粒、例如积碳从DPF102中净化掉，可以在DPF 102的上游但是在从发动机的废气入口 106的下游使用燃烧器108。这种燃烧器108可以是任何辅助的热量来源，例如燃料燃烧器， 以及电燃烧器、RF燃烧器、D0C，或者经由改变的发动机运行。发动机废气在经由废气出口 104排出到环境中之前流动通过燃烧器102的开口 114以及通过DPF 102。在燃料燃烧器108中，燃料和空气经由例如为电控电磁阀的燃料阀110和空气阀 112被供给。燃料和空气混合物于是通过定位在其中的一个或多个火花塞116、118被点燃。 在所示出的实施方式中，火花线圈120、122由点火控制器124驱动以使火花塞116、118通 电，所述点火控制器124例如为由本申请的受让人出售的SmartFire 点火系统。然而，应该 认识到的是，高能火花和漏泄电流检测可以被结合进独立的控制器中，所述控制器可以包 括或可以不包括SmartFire 点火系统的离子感测能力。如所示出的那样，点火控制器124 可以与发动机管理系统(EMS) 1 通信，并且可以例如从发动机速度传感器128、节流阀位 置传感器130背压传感器132等接收各种发动机和系统运行参数。在一个实施方式中，点 火控制器1 还从传感器134、136、138接收废气温度输入，所述传感器134、136、138被定 位为感测遍及系统100的不同位置的温度。如从图1的简化的图示可见的那样，本实施方式的一个优点是系统100不需要增 加独立的一个或多个传感器，而是使用燃烧器108中已有的一个或多个火花塞116、118来7检测DPF 102中的积碳充填。火花塞的基本功能是在点火控制器IM启动再生过程时在燃 烧器108中点燃火焰。然而，在所示出的实施方式中并且如将在下面参考图2更全面地讨 论的那样，火花塞116和/或118还用于通过检测流过火花塞的火花间隙的离子电流在再 生期间检测燃烧器火焰。如图2中可见的那样，通过点火控制器124，偏置电压(典型地处于100到500伏 特范围内)通过电路150从第二电源144被施加到火花塞118的正极。如果穿过火花间隙 没有导电通路存在，就将没有电流在电路150中流动。当再生期间存在燃烧器火焰时，火焰 离子和自由电子将提供火花间隙中的导电通路，并且小的电流(称为离子电流)将由于施 加的偏置电压从正极流动到地线。火焰通过检测离子电流的大小和频率的电离(或离子 化)分析电路系148被容易地检测。由于火焰的一般振动特性，因此所有的火焰显示出一 些振动的离子电流。除了通过火焰产生的离子电流以外，已经确定电流的第二来源可在于燃烧器火花 塞118。为了理解这一点，讨论火花塞116、118所存在的运行环境是有启发的。当燃烧器 108不产生火焰时，在常规运行期间，火花塞118持续地暴露于经过的废气中。这些未过滤 的气体包含碳颗粒，所述碳颗粒在经过下游的DPF 102之后大部分被除去。已经注意到， 安装在燃烧器108中的火花塞118逐渐变得被来自经过的废气中的积碳覆盖。火花塞在 完全地净化时将典型地呈现50，000欧姆或更大(基本上无穷大)的电阻。然而，由于沉积 在火花塞上的所述积碳在常规运行期间是导电的，因此火花塞可能呈现从被轻微覆盖时的 20，000欧姆左右到低至对于重度覆盖、即在火花塞118过度积垢时的1，000欧姆的电阻。如图5所示，在本发明的一个实施方式中，所使用的火花塞118具有表面间隙设 计，例如为类似于名为“Spark Plug with Creepage Spark Gap (带有表面放电火花间隙的 火花塞)”的美国专利No. 4，870，319中公开的设计。如所示出的那样，火花塞118包括终止 于第一端部202处的接地壳层200。中心电极204定位在接地壳层200内并且沿轴向延伸 超出第一端部202第一距离。陶瓷绝缘体206沿径向定位在接地壳层200和中心电极204 之间。陶瓷绝缘体206沿轴向延伸超出接地壳层200的第一端部202第二距离以便暴露出 电极204的端部，所述第二距离小于第一距离。如从图5中可见的那样，接地壳层不包括延 伸超出其第一端部202的凸出部。这样，火花路径被限定为从电极204沿着陶瓷绝缘体206 的外表面到接地壳层200的第一端部202。在该实施方式中，实际上是陶瓷绝缘体206变得 被覆盖有积碳，由此提供比洁净的陶瓷更低的至地线的电阻路径。火花实际上从陶瓷表面 上燃烧掉积碳，以暴露出洁净的陶瓷并且消除至地线的较低的电阻路径。在许多传统的点火系统中，如果允许所述积碳覆盖产生积聚，那么在系统控制器 要求再生时火花塞将无法建立点燃火焰的足够的火花。然而，VanDyne等人的美国专利 No. 5，777，216公开的点火系统具有独特的双能电路，其建立具有充分热量以将火花塞上积 聚的积碳完全地燃烧掉的火花，所述专利的教导和公开内容通过对其引用而将其整体结合 在本文中。此外，所述双能点火系统具有电路系以检测在燃烧过程期间存在的离子电流， 还可以用于检测穿过火花塞的电极的漏泄电流的电路系，所述火花塞受其上积聚的积碳影 响。为了便于表述，所述双能离子-感测点火系统可以称为DEIS点火系统。这种DEIS点火系统的一个实施方式可以被用作在图1和2中示出的点火控制器 124。如在图2中更详细地示出的那样，点火控制器IM包括第一(或初级)电源142，所述第一电源142被用于在触发电路系146起动时从电池140产生能量以在火花间隙中建立火 花。第二(或次级)电源144被用于在火花间隙中建立电离电流，电离分析电路系148被 用于检测所述电离电流。在具有了对运行环境、积碳积聚现象以及DEIS点火系统的运行的确切理解的情 况下，可以更好地理解系统100的运行。特别地，现在将在下面描述本发明的实施方式如何 利用火花塞上的积碳积聚以及DEIS点火系统的自净化能力以估计DPF 102的积碳充填并 且适当地启动和控制再生过程。如以上所讨论的那样，在常规运行期间柴油发动机持续地产生积碳，所述积碳 (碳烟)越过火花塞118并且在下游被收集在DPF 102中。在一个发动机运行方案中，DPF 102可以在达到最大积碳充填(发动机排气系统上过大的背压)之前能够运行以收集积碳 达一小时。在同一时期，火花塞118也已经积聚了积碳。图3示出了在本发明的方法中使用的方法流程的一个实施方式。当方法已经从程 序块152开始以检测火花塞118上积聚的积碳的水平时，点火控制器124中的DEIS点火系 统、特别是第二电源144在燃烧器火焰关闭时将偏置电压施加到火花塞118。这可以在各个 实施方式中持续地、定期地或间歇地进行。在正好提到的DPF 102在一小时内积聚可允许 的最大积碳充填量的示例中，被确定的是，火花塞118在大约两分钟内可能已经积聚了足 够的积碳以将其电阻从大致开路减小到20，000欧姆。积碳充填的这个量仍然是非常适中 的，并且如果控制器1 试图启动火花以用于再生时它不会抑制足够的火花的建立。通过以类似于在再生期间检测电离电流的方式在程序块154处检测漏泄电流，点 火控制器1 的电离分析电路系148将检测穿过火花塞118的火花间隙的电阻的变化。当 确定积碳充填的阈值已经出现时，点火控制器1 将在程序块158处启动高能火花以用于 单独的将积聚的积碳从火花塞118上净化掉的目的，所述确定例如通过在程序块156处确 定漏泄电流是否大于由于污染而引起的预定阈值的漏泄电流(Imax)而进行，其在该实施 方式中等同于到20，000欧姆的电阻的减小量。在所述高能火花的大致两秒之后，点火控制 器IM停止产生火花的命令。于是其穿过火花塞118施加偏置电压，并且确定电阻。如果电 阻表示洁净的火花塞、例如大致50，000欧姆或更高的电阻，那么产生火花不再是必需的。虽然到目前为止描述的所述操作被执行以用于阻止火花塞118变得积垢以使其 能够在需要再生时点燃燃烧器108中的燃料，但已经发现所述操作也可以用于确定启动再 生过程本身的最佳时间。这种功能性消除了对其它传感器的需要，所述其它传感器需要在 在先的系统中使用以确定过滤器积碳充填在什么时候达到需要再生的点。对再生的启动时间的确定以火花塞积碳充填和DPF 102的积碳充填之间的所发 现的关系为基础。如以上所讨论的那样，在发动机全功率运行的典型的DPF运用中，在大致 两分钟的运行之后，火花塞118将收集足够的积碳从而需要净化。然而，适当地设定尺寸的 DPF 102可以在达到可允许的最大积碳充填之前在相同的环境中运行达60分钟。因此，在 这种情况下可以推导出，在火花塞净化30个循环之后DPF 102被完全充填并且需要再生。实际上，如图8-10所示，在积碳生成量的水平从中等到低、到最小变化时，每单位 时间清洁事件的数量减小并且清洁事件之间的时间增大。虽然所述附图示出了甚至在相 同的积碳生成量水平下，火花塞118达到饱和状态的时间随时间变化，但也可以看出的是， 在积碳生成量水平下达到饱和点的频率之间存在相关性。然而，很明显，当清洁事件被触发时，例如为图8中示出的较高的积碳生成量水平使得饱和点之间的时间间隔减小，而例如 为图9中示出的较低的积碳生成量水平以及图10中的更低积碳生成量水平使得饱和点之 间的时间间隔增大。如现在将可清楚理解的那样，在该实施方式中，系统将通过在每次程序块158启 动清洁事件时在程序块160处增加一个计数N来对清洁事件的数量(或次数)进行计数 (count)。如果判定程序块162确定净化循环的数量N现在等于预定阈值X、例如对于本实 例是30，那么程序块164将在结束于程序块166之前启动用于DPF 102的再生过程。如果 在程序块162处火花塞净化循环的数量小于预定阈值，那么该方法简单地返回以如以上所 讨论的那样检测漏泄电流。因为柴油发动机在变化的速度和负载范围上运行，因此DPF 102中的积碳充填不 一致并且不能仅仅基于运转小时数来估计。也就是说，发动机将依据实际工作条件而产生 每单位时间不同量的积碳。然而无论发动机运行状态如何，按照与DPF 102本身中的积碳 积聚成比例的比率，火花塞118都会积聚积碳并且因此需要净化。这样，本发明的实施方式 仅仅需要对火花塞118的净化循环的数量进行计数以确定应该启动再生的时间。这消除了 在先的系统中所需要的传感器、随着而来的相关费用、复杂性以及由其使用而产生的可靠 性的降低。在某些装置中，基于火花塞净化的循环的数量估计DPF积碳充填的所述方法可能 由于多种因素因而还并不完全精确。一个因素是在某些运行条件和某些燃烧器108配置下 火花塞118上积碳的不一致的沉积。这可能由于在不同的发动机运行状态下越过火花塞 118的废气的流场中轻微的变化而引起。另一个因素可能是由于碰撞火花塞118以及削掉 一些已有积碳层的碎片而引起的从火花塞118积聚的积碳的偶然的腐蚀。不考虑火花塞积 碳充填和过滤器积碳充填之间的关系的变化的来源，在这种装置中，可以使用本发明的一 个实施方式，其包括适应性调整运行和确定启动再生的时间的方法。为了全面地理解该实施方式的适应性调整策略，对DPF再生的运行的进一步讨论 是有益的。点火控制器1 检测三个温度传感器，即，燃烧器108上游的T1134、燃烧器108 下游的但处于DPF 102上游的T2136、以及DPF 102下游的T3138。当点火控制器IM确定 需要再生时，点火控制器IM命令燃料空气电磁阀110、112开启并且命令触发电路系146 起动火花塞116、118开始产生火花以在燃烧器102中建立火焰。点火控制器IM运行燃烧器102、即控制燃料和空气的供给，以使得T2处于基于 装置和DPF 102需求的可接受的范围内以启动再生，所述可接受的范围例如为400°C到 600°C。一旦DPF 102中积聚的积碳开始燃烧，T3就将增至高于T2，因为积碳的焚烧产生附 加的热量。在再生期间T3被持续地检测以确保DPF过滤器温度处于用于有效和安全的再 生的适当的范围中。如果在启动再生之前已经允许太多的积碳积聚、即DPF 102中积碳收集的速率大 于火花塞118上积碳收集的速率，那么燃烧积碳将生成过度的热量，并且T3-T2将超出正常 运行范围。如果在充分的积碳已经积聚在DPF 102中之前启动再生、即DPF 102中积碳收 集的速率小于火花塞118上积碳收集的速率，那么T3-T2将低于正常运行范围，这将不会提 供可接受的有效的运行。当检测到这些条件中的任何一个时，本发明的一个实施方式适应 性调整控制策略以用于启动再生过程，如下面将参考图4更全面地讨论的那样。
如以上所讨论的那样，发动机制造厂商或组装厂商通过设定在启动再生之前必须 发生的火花塞净化循环的数量“X”来建立用于启动再生过程的初始时刻。在所讨论的示例 中，X将初始地被设定为三十。如图4所示，一旦有了 X个净化循环，再生过程就在程序块 168处被启动。如在程序块170处所表示的那样，点火控制器124测量穿过DPF 102的温 升、即T3-T2。如果判定程序块172确定T3-T2表示穿过DPF 102的温升大于最大温升阈值 “Y”、例如> 700°C，这意味着已经允许太多的积碳积聚，那么在过程在程序块176处结束之 前净化循环的数量X如在程序块174处所表示的那样减少“一”。换句话说，由于DPF 102 上积碳积聚的速率必须大于火花塞118上，因此再生应该被启动得比最初认为的更快(X-1 个净化循环)。将可认识到的是，在程序块174处对净化循环的数量的调节可以依据所需的 调整响应而设定在不同的值，并且可以基于温度相对于阈值变化的大小改变所述数量。然而，如果在判定程序块172处温升不大于最大阈值Y，则判定程序块178确定温 升是否过低、即低于预定最小阈值“Z”、例如< 300°C。这可能表示再生在其被需要之前就 开始了，因为火花塞118上的积碳沉积率高于DPF 102上的沉积率。如果温升过低，那么判 定程序块180被用于确定在怠速状态、例如RPM < 1000期间是否发生再生过程。如果发生 的话，那么方法循环返回到测量程序块170。然而，如果再生过程不在怠速状态期间发生，那 么如在程序块182处表示的那样，火花塞净化循环的所需数量X被加“一”，以在启动再生过 程之前允许更多的积碳积聚。将可认识到的是，在程序块182处对净化循环的数量的调节 可以依据所需的调整响应而设定在不同的值，并且可以类似于以上所讨论的那样，基于温 度相对于阈值变化的大小改变所述数量。如果温升处于预期的界限(来自判定程序块172 和178的否定的结果)内，那么在再生期间系统简单地继续检测温升。虽然如以上所讨论的那样通过利用火花塞检测积碳充填来实现某些优点，但本领 域技术人员根据前述的描述可以认识到，积碳充填传感器电极也可以使用其它的形式，例 如，如Kabasin的美国专利No. 5，253，475中公开的位于废气流动路径内的一个或多个火花 塞、如Johnson等人的美国专利No. 6，918，755或W^ebb等人的美国专利No. 7，032，376中所 公开的呈特定的几何布置的一个或多个特制电极、如Mkurai的美国专利No. 4，571，938或 Venghaus等人的美国专利申请No. 2006/0287802中公开的一个或多个埋入电极，等等，这 些文献中的每一篇的教导和公开内容通过对其引用而整体结合进本文中。这样，在此以及 在权利要求书中术语“火花塞”的使用应该视为广泛的术语，其包括含有带有绝缘体在中间 的二电极的任何结构，其中积碳可能积聚在其上。虽然图1中示出的本发明的实施方式利用火花塞118感测积碳的建立，但该位置 不受限制。实际上，如图6所示，在进入燃烧器108之前位于排气管中的火花塞600被用于 进行如上所述的积碳检测。在另一个实施方式中，如图7所示，火花塞700被定位在DPF 102之后或DPF 102 的下游以检测从DPF 102逸出的碳烟。在可以用于任一个前述实施方式的这些位置中，火 花塞700提供额外的诊断功能以检测DPF 102的有效性。如果在所述位置处显著的积碳积 聚在火花塞700上，则可能表示允许碳烟逸出的裂缝在DPF 102中形成。所述火花塞700 将以如上所述的同样方式检测积聚的积碳并且将类似地被净化。这些清洁事件中的每一个 也将如上所述被计数。如果清洁事件的数量超出预定阈值，或者如果在预定时间段内需要 清洁事件，则可以作出DPF 102有问题或者缺乏效率的确定。11
包括在此提到的公开文献、专利申请和专利的所有引用文件在此通过对该文件的 引用而被结合，正如每一个文件都通过引用而被分别地和特别地表示被引用并且其整体都 已在本文中阐述那样。在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求书的上下文中)，术语“一个” 和“所述”以及类似的表示的使用应该被理解为涵盖单个和多个，除非在此另有说明或者与 上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”将被理解为开放性表示的术语 (即意思是“包括但不限于”)，除非另有说明。除非在此另有说明，否则数值范围在此的列 举仅仅用作单个地引述落入该范围中的每个单独的值的简述方法，并且每个单独的值都结 合在申请文件中，正如其在此被单独地列举那样。在此描述的所有方法都可以以任何适当 的顺序进行，除非在此另有说明或者相反地与上下文明显矛盾。在此任何一个或所有示例、 或者示例性的语言(比如像“例如”)的使用仅仅用于更好地说明本发明而不形成对本发明 的范围的限制，除非在权利要求书中另行说明。在本申请文件中不应将任何语言理解为表 示对实践本发明来说必要的任何不在权利要求中要求保护的原件。在此描述了本发明的优选实施方式，包括对本发明人来说用于执行本发明的最佳 的方式。在阅读了前述描述的基础上，对于本领域普通技术人员来说，这些优选实施方式的 变化形式可以是显而易见的。本发明人预期有经验的技术人员视情况而运用这样的变化形 式，并且本发明人预期本发明以不同于在此所特别地描述的方式被实践。因此，如适用的法 律所允许的那样，本发明包括在本申请文件所附权利要求书中描述的主题的所有变化形式 和等同形式。此外，以上所述元件以其所有可能的变化形式的任何结合都被本发明所包括， 除非在此另有说明或者相反于上下文明显矛盾。
权利要求
1.一种利用燃料燃烧加热器使柴油颗粒过滤器(DPF)再生的方法，所述燃料燃烧加热 器带有火花塞以在其燃烧器中起燃火焰，所述方法包括以下步骤对所述火花塞的清洁事件的数量进行计数；以及当所述火花塞的清洁事件的数量大于或等于预定阈值时启动再生。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 将偏置电压提供到所述火花塞；检测穿过所述火花塞的火花间隙的漏泄电流；以及当所述检测的步骤确定漏泄电流超出预定电流阈值时启动所述清洁事件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 确定穿过所述火花塞的火花间隙的电阻的值；以及当所述确定的步骤表明所述电阻小于预定电阻时启动所述清洁事件。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 在再生期间检测穿过所述DPF的温升；以及当所述检测的步骤确定穿过所述DPF的温升超出预定的最高温度阈值时减小所述预 定阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 在再生期间检测穿过所述DPF的温升；以及当所述检测的步骤确定穿过所述DPF的温升小于预定的最低温度阈值时增大所述预 定阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 在再生期间检测穿过所述DPF的温升；确定柴油发动机的工作状态，其中废气从所述柴油发动机流动到所述DPF;以及 当所述检测的步骤确定穿过所述DPF的温升小于预定的最低温度阈值时以及当所述 确定的步骤确定所述柴油发动机不处于怠速中时，增大所述预定阈值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 在再生期间检测穿过所述DPF的温升；当所述检测的步骤确定穿过所述DPF的温升超出预定的最高温度阈值时减小所述预 定阈值；以及当所述检测的步骤确定穿过所述DPF的温升小于预定的最低温度阈值时增大所述预 定阈值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定柴油发动机的工作 状态的步骤，其中废气从所述柴油发动机流动到所述DPF，并且其中，所述增大的步骤只有 在所述确定的步骤确定所述柴油发动机不处于怠速中时才进行。
9.一种用于柴油颗粒过滤器(DPF)的再生系统，所述柴油颗粒过滤器(DPF)被定位为 捕获来自柴油发动机的废气流中的颗粒，所述再生系统包括被配置为在废气流中被定位在所述DPF的上游的燃烧器，所述燃烧器包括至少一个火 花塞，所述火花塞被定位在通过所述燃烧器的废气流中以在再生期间在其中点燃火焰；可操作地与所述至少一个火花塞接合以在再生期间控制其火花产生的点火控制器，所 述点火控制器包括用于确定所述火花塞上的积碳积聚的水平的装置，所述点火控制器被配置为在所述积碳积聚的水平超出预定阈值时启动所述火花塞的清洁事件；并且其中，所述点火控制器对所述火花塞的每个清洁事件进行计数并且在清洁事件的数量 超出预定数量时启动再生。
10.如权利要求9所述的再生系统，其特征在于，所述用于确定火花塞上的积碳积聚的 水平的装置包括电源和电流感测电路，所述电源被配置为至少在没有命令再生时提供偏置 电压到所述火花塞的正极端子，所述电流感测电路用于检测穿过所述火花塞的火花间隙流 动的漏泄电流，并且其中，当所述漏泄电流超出预定的最大电流阈值时，所述点火控制器启 动清洁事件。
11.如权利要求9所述的再生系统，其特征在于，所述再生系统还包括被定位为在再生 期间检测穿过所述DPF的温升的多个温度传感器，并且其中，所述点火控制器在再生期间 检测穿过所述DPF的温升并且在所述温升处于期望值之外时改变在随后的再生将被启动 之前所需的清洁事件的预定数量。
12.如权利要求11所述的再生系统，其特征在于，当穿过所述DPF的温升大于预定的最 高温度阈值时，所述点火控制器减小在随后的再生将被启动之前所需的清洁事件的预定数 量。
13.如权利要求11所述的再生系统，其特征在于，当穿过所述DPF的温升小于预定的最 低温度阈值时，所述点火控制器增大在随后的再生将被启动之前所需的清洁事件的预定数量。
14.如权利要求11所述的再生系统，其特征在于，所述再生系统还包括与所述点火控 制器运行地接合的发动机速度传感器，并且其中，当穿过所述DPF的温升小于预定的最低 温度阈值并且所述发动机速度传感器表明所述发动机在再生期间不处于怠速中时，所述点 火控制器增大在随后的再生将被启动之前所需的清洁事件的预定数量。
15.一种用于除去来自柴油发动机废气的颗粒的柴油颗粒过滤器(DPF)系统，其包括具有入口和出口的柴油颗粒过滤器(DPF)；具有用于接收柴油发动机废气的废气入口和与所述DPF的入口接合的燃烧器出口的 燃烧器，所述燃烧器包括火花塞，所述火花塞暴露于通过所述燃烧器的废气流中；具有通过触发电路系可操作地与所述火花塞接合的第一电源以控制其火花产生的点 火控制器，所述点火控制器还包括被配置为提供偏置电压到所述火花塞的正极的第二电源 以及操作地接合在所述第二电源和所述火花塞之间的离子电流传感电路；其中，所述点火控制器被配置为，当所述离子电流传感电路在没有命令再生所述DPF 时感测到电流大于预定的最大漏泄电流阈值时，启动清洁事件；并且其中，所述点火控制器对所述火花塞的每个清洁事件进行计数并且在清洁事件的数量 超出预定数量时通过打开所述燃烧器而启动所述DPF的再生。
16.如权利要求15所述的DPF系统，其特征在于，所述DPF系统还包括被定位为在再生 期间检测穿过所述DPF的温升的多个温度传感器，并且其中，所述点火控制器在再生期间 检测穿过所述DPF的温升并且在所述温升处于期望值之外时改变在随后的再生将被启动 之前所需的清洁事件的预定数量。
17.如权利要求16所述的DPF系统，其特征在于，当穿过所述DPF的温升大于预定的最 高温度阈值时，所述点火控制器减小在随后的再生将被启动之前所需的清洁事件的预定数量。
18.如权利要求16所述的DPF系统，其特征在于，当穿过所述DPF的温升小于预定的最 低温度阈值时，所述点火控制器增大在随后的再生将被启动之前所需的清洁事件的预定数量。
19.如权利要求16所述的DPF系统，其特征在于，所述DPF系统还包括与所述点火控制 器运行地接合的发动机速度传感器，并且其中，当穿过所述DPF的温升小于预定的最低温 度阈值并且所述发动机速度传感器表明所述发动机在再生期间不处于怠速中时，所述点火 控制器增大在随后的再生将被启动之前所需的清洁事件的预定数量。
20.如权利要求15所述的DPF系统，其特征在于，所述点火控制器通过开启所述触发电 路系在所述火花塞处产生强火花来启动清洁事件以燃烧掉积聚的积碳。
21.一种测量在具有火花塞的排气管中流动的积碳的方法，所述火花塞定位在所述排 气管中从而其上积聚积碳，所积聚的积碳建立从中心电极到所述火花塞的壳层上的接地平 面的用于漏电电流的路径，所述方法包括以下步骤将偏置电压提供到火花塞；检测所述漏泄电流；当所述检测的步骤确定所述漏泄电流超出预定的电流阈值时，启动火花产生事件以将 积碳从所述火花塞上净化掉；以及对将积碳从所述火花塞上净化掉的火花产生事件的数量进行计数，所述火花产生事件 的数量表示在所述排气管中流动的积碳的量。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在清洁事件的数量达 到预定阈值时启动柴油颗粒过滤器(DPF)的再生的步骤，所述柴油颗粒过滤器被定位为对 在所述排气管中流动的积碳进行过滤。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述启动再生的步骤包括打开燃料燃 烧加热器以在其燃烧器中起燃火焰从而使所述DPF再生的步骤。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述启动再生的步骤包括将烃类燃料 喷射到所述排气管中从而在被定位于所述DPF的上游的柴油机氧化催化器中引起催化反 应以使所述DPF再生的步骤。
25.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述启动再生的步骤包括以这样的方 式改变柴油发动机的运行参数以使得废气温度上升到足够使所述DPF再生的水平的步骤。
26.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤将所述火花塞定位在柴油颗粒过滤器(DPF)的下游，所述柴油颗粒过滤器(DPF)被定 位为过滤在所述排气管中流动的积碳；以及当火花产生事件的数量超出预定阈值时，提供所述DPF缺乏有效性以及在过滤器基底 中可能存在裂缝的指示。
全文摘要
提出了确定什么时候使柴油颗粒过滤器(DPF)再生的系统和方法。基于火花塞积垢和DPF积碳充填之间的相关性，通过借助于检测再生燃烧器火花塞上的积碳积聚来间接地确定DPF中的积碳积聚，从而作出这种确定。在没有火焰的过程中，离子电流传感电路被使用以确定火花塞上的积碳充填。当火花塞上的积碳充填接近可能导致火花塞积垢的量时，点火控制器启动强火花以将火花塞上的积碳燃烧掉。这种清洁事件的数量被跟踪并且被用于确定什么时候DPF积碳充填处于应该启动再生的水平。穿过所述DPF的温升被检测并且被用于调节在启动再生之前所需的火花塞清洁事件的数量。
文档编号F01N3/023GK102046938SQ200980120012
公开日2011年5月4日 申请日期2009年3月20日 优先权日2008年3月31日
发明者E·范戴尼, T·A·让德龙 申请人:伍德沃德调速器公司