專利名稱：柴油機廢氣積碳傳感器系統和方法
技術領域：
本發明一般地涉及柴油顆粒過濾器(DPF)系統，并且更特別地涉及一種系統和方 法，其用于確定DPF中的積碳(碳煙)積聚以更有效地啟動再生過程從而燃燒掉積聚在DPF 中的積碳。
背景技術：
環境制約和規定的提高正使得柴油發動機廠商和組裝廠商開發改善和減小所述 發動機運行對環境的影響的技術。結果，大量的設計工作已經研究了對運行發動機自身內 的燃燒過程的控制，以期望增大燃料經濟性和減小例如為NOx和顆粒的排放。然而，在給定 柴油發動機運行于其上的運行變量和參數的情況下以及在給定NOx和顆粒產生之間的折衷 的情況下，許多發動機制造廠商和組裝廠商已經發現，有用或必要的是，將排氣后處理裝置 應用于它們的系統。所述裝置被用于過濾來自柴油發動機的廢氣流以將某些排放物除去或 減小到可接受的水平。在這樣的碳煙被釋放到環境中之前，在除去來自廢氣流的廢氣顆粒 或碳煙方面所述裝置特別有用。這種排氣后處理裝置被稱作柴油顆粒過濾器(DPF)。DPF定位在排氣系統中以使 得來自柴油發動機的所有廢氣流過它。DPF被配置為以使得廢氣中的碳煙顆粒沉積在DPF 的過濾器基底中。這樣，碳煙顆粒從廢氣中被過濾出以使得發動機或發動機系統能夠達到 或優于對其適用的環境法規。雖然這種裝置如同任何過濾器一樣提供了有意義的環保效益，但當DPF持續積聚 這些顆粒時，可能出現問題。經過一段時間以后，DPF變得足夠多地充填有積碳，以使得廢 氣在經過越來越受限的過濾器時經歷顯著的壓力降。由于以過度地受限的過濾器運行，發 動機熱效率下降，因為僅僅是為了泵送廢氣通過充填的DPF，發動機就必須越來越困難地工 作。除了減小熱效率之外，可能出現第二個問題也可能是更危險的問題。因為積聚在DPF 中的積碳是易燃的，因此如果以及當積聚的積碳最終被點燃和不受控制地燃燒時，以已充 填的DPF引起不受控制的廢氣著火的嚴重的可能性。為了避免任一種情況的發生，發動機組裝廠商典型地將多種可能的過濾器加熱裝 置中的一個結合在DPF的上游以定期清潔過濾器。這些過濾器加熱裝置被定期使用以使得 廢氣流的溫度人為地升高到使得積聚的積碳將自燃的點。當在DPF的充填變得過度之前的 時候被啟動時，點火和燃燒將以安全和受控制的方式出現。以這種受控制的方式燃燒積碳 的所述過程稱為再生。產生對提高DPF中的溫度來說必需的補充熱量的方法的控制對于安 全和可靠的再生來說是關鍵的。典型地，可接受的再生范圍是從600到900°C。低于所述范 圍的溫度不足以點燃積聚的積碳，而高于所述范圍的溫度可能導致過濾介質的熱損害。已經設計了許多方法以提供對啟動再生來說是必需的輔助熱量。例如，柴油發動 機的運行參數可以以這樣的方式改變以使得廢氣溫度上升到足以適當運行下游的顆粒過 濾器的水平。還可以在緊靠廢氣經過定位在顆粒過濾器上游的柴油機氧化催化器(DOC)之 前將烴類燃料噴射到柴油發動機的廢氣中。DOC借助于催化器的催化反應將過剩的烴類燃料轉變成熱量，由此在其經過顆粒過濾器之前提高廢氣溫度。補充的熱量還可以通過利用 設置在排氣路徑內的輔助電加熱器而在廢氣流中產生。所述補充的熱量在其經過顆粒過濾 器之前被添加到廢氣中。作為利用電加熱器的備選方案，過濾器再生的另一個方法使用燃 料燃燒器以在DPF之前加熱廢氣。這種燃燒器需要柴油燃料供給、輔助空氣供給以及點火 系統。積碳積聚在過濾器中的速率完全取決于發動機的運行方式。對此，除了選擇用于 加熱廢氣以使得能夠再生的特定方法或裝置之外，發動機制造廠商或組裝廠商還必須確定 什么時候啟動再生過程。如果再生在DPF僅僅被稍微充填時就太快被啟動，則過程將是低 效的。如果直到DPF被嚴重地充填之前再生都不啟動，則如以上所討論的那樣，總體發動機 效率將會被過度地減小，并且存在積碳可能自燃和/或燃燒可能不安全以及不受控制的風 險。為了試圖適當地確定什么時候啟動再生過程，已經開發了多種傳感器以及控制算 法。所述傳感器以及控制算法被用于估算DPF的積碳充填，以使得再生可以僅僅在積碳充 填可能導致發動機效率減小之后但是在實際上引起這樣的效率減小并且引發自燃的可能 性的過度充填出現之前被啟動。
發明內容
考慮到以上所述問題，本發明的實施方式提供新的以及改進的系統和方法，其用 于確定DPF中的積碳積聚以更有效地啟動再生過程從而以安全的和受控制的方式燃燒掉 DPF中的積聚的積碳，并且所述系統和方法實現上述功能。根據本發明的一個實施方式的系統和方法利用燃料燃燒加熱器(fuel-fired heater)并且通過檢測燃燒器火花塞上的積碳積聚而間接地測量DPF中的積碳積聚。其基 礎在于對火花塞積垢和DPF充填之間存在的強相關性的發現和研究。更特別地，在沒有火 焰來確定火花塞上的積碳充填的時期的過程中，被用于檢測燃燒器中火焰的存在的離子電 流傳感電路在再生期間被使用。當火花塞上的積碳充填接近可能導致火花塞積垢的量時， 點火控制器啟動強火花(hot spark)以將火花塞上的積碳燃燒掉。這種清潔事件的數量被 跟蹤并且被用于確定什么時候DPF積碳充填處于應該啟動再生的水平。在一個實施方式中，適應算法被用于調節必須在DPF的再生啟動之前完成的火花 塞清潔事件的數量。在再生期間穿過DPF的溫升被檢測。如果溫升高于預定閾值，則表明在 再生過程啟動之前積碳積聚大于預期，于是更少的火花塞清潔事件將被用于啟動再生。如 果溫升低于預定閾值，則表明在再生過程啟動之前積碳積聚小于預期，于是在啟動再生之 前將允許進行更多的火花塞清潔事件。在一個實施方式中，例如為發動機速度的發動機運 行狀態可以用于在預期有溫度偏差的某些條件下預防變化。當結合附圖考慮時，通過以下詳細說明，本發明的其它方面、目的和優點將變得更清楚。
結合在申請文件中并且成為其一部分的附圖示出了本發明的多個方面，并且與說 明書一起用于說明本發明的原理。在附圖中
圖1是根據本發明的一個實施方式構成的DPF積碳充填確定和再生系統的簡化系 統級示意圖；圖2是示出了根據本發明的教導構成的雙能點火和離子電流傳感電路的一個實 施方式的簡化示意性方框圖；圖3是示出了根據本發明的一個實施方式進行的方法的一個方面的流程圖；圖4是示出了根據本發明的一個實施方式進行的方法的另一個方面的流程圖；圖5是示出了利用表面間隙火花塞的根據本發明的教導構成的雙能點火和離子 電流傳感電路的一個實施方式的簡化示意性方框圖；圖6是根據本發明的一個備選實施方式構成的DPF積碳充填確定和再生系統的簡 化系統級示意圖；圖7是根據本發明的另一個實施方式構成的DPF積碳充填確定和再生系統的簡化 系統級示意圖；圖8是處于中等積碳充填速率下的火花塞清潔事件對時間的圖解說明；圖9是處于低積碳充填速率下的火花塞清潔事件對時間的圖解說明；以及圖10是處于最小積碳充填速率下的火花塞清潔事件對時間的圖解說明。雖然將結合某些優選實施方式描述本發明，但并非意在將本發明局限于所述實施 方式。相反地，意圖是要覆蓋包括在如所附權利要求書限定的本發明的精神和范圍內的備 選形式、變化形式和等同形式。
具體實施例方式現在轉到附圖，圖1中示出了根據本發明的教導構成的系統100的一個實施方式， 其能夠確定啟動柴油顆粒過濾器(DPF) 102的再生的適當時間。如以上所討論的那樣，DPF 102被安裝在廢氣出口 104之前或上游以過濾出來自柴油發動機廢氣的顆粒。為了將收集 的顆粒、例如積碳從DPF102中凈化掉，可以在DPF 102的上游但是在從發動機的廢氣入口 106的下游使用燃燒器108。這種燃燒器108可以是任何輔助的熱量來源，例如燃料燃燒器， 以及電燃燒器、RF燃燒器、D0C，或者經由改變的發動機運行。發動機廢氣在經由廢氣出口 104排出到環境中之前流動通過燃燒器102的開口 114以及通過DPF 102。在燃料燃燒器108中，燃料和空氣經由例如為電控電磁閥的燃料閥110和空氣閥 112被供給。燃料和空氣混合物于是通過定位在其中的一個或多個火花塞116、118被點燃。 在所示出的實施方式中，火花線圈120、122由點火控制器124驅動以使火花塞116、118通 電，所述點火控制器124例如為由本申請的受讓人出售的SmartFire 點火系統。然而，應該 認識到的是，高能火花和漏泄電流檢測可以被結合進獨立的控制器中，所述控制器可以包 括或可以不包括SmartFire 點火系統的離子感測能力。如所示出的那樣，點火控制器124 可以與發動機管理系統(EMS) 1 通信，并且可以例如從發動機速度傳感器128、節流閥位 置傳感器130背壓傳感器132等接收各種發動機和系統運行參數。在一個實施方式中，點 火控制器1 還從傳感器134、136、138接收廢氣溫度輸入，所述傳感器134、136、138被定 位為感測遍及系統100的不同位置的溫度。如從圖1的簡化的圖示可見的那樣，本實施方式的一個優點是系統100不需要增 加獨立的一個或多個傳感器，而是使用燃燒器108中已有的一個或多個火花塞116、118來7檢測DPF 102中的積碳充填。火花塞的基本功能是在點火控制器IM啟動再生過程時在燃 燒器108中點燃火焰。然而，在所示出的實施方式中并且如將在下面參考圖2更全面地討 論的那樣，火花塞116和/或118還用于通過檢測流過火花塞的火花間隙的離子電流在再 生期間檢測燃燒器火焰。如圖2中可見的那樣，通過點火控制器124，偏置電壓(典型地處于100到500伏 特范圍內)通過電路150從第二電源144被施加到火花塞118的正極。如果穿過火花間隙 沒有導電通路存在，就將沒有電流在電路150中流動。當再生期間存在燃燒器火焰時，火焰 離子和自由電子將提供火花間隙中的導電通路，并且小的電流(稱為離子電流)將由于施 加的偏置電壓從正極流動到地線。火焰通過檢測離子電流的大小和頻率的電離(或離子 化)分析電路系148被容易地檢測。由于火焰的一般振動特性，因此所有的火焰顯示出一 些振動的離子電流。除了通過火焰產生的離子電流以外，已經確定電流的第二來源可在于燃燒器火花 塞118。為了理解這一點，討論火花塞116、118所存在的運行環境是有啟發的。當燃燒器 108不產生火焰時，在常規運行期間，火花塞118持續地暴露于經過的廢氣中。這些未過濾 的氣體包含碳顆粒，所述碳顆粒在經過下游的DPF 102之后大部分被除去。已經注意到， 安裝在燃燒器108中的火花塞118逐漸變得被來自經過的廢氣中的積碳覆蓋。火花塞在 完全地凈化時將典型地呈現50，000歐姆或更大(基本上無窮大)的電阻。然而，由于沉積 在火花塞上的所述積碳在常規運行期間是導電的，因此火花塞可能呈現從被輕微覆蓋時的 20，000歐姆左右到低至對于重度覆蓋、即在火花塞118過度積垢時的1，000歐姆的電阻。如圖5所示，在本發明的一個實施方式中，所使用的火花塞118具有表面間隙設 計，例如為類似于名為“Spark Plug with Creepage Spark Gap (帶有表面放電火花間隙的 火花塞)”的美國專利No. 4，870，319中公開的設計。如所示出的那樣，火花塞118包括終止 于第一端部202處的接地殼層200。中心電極204定位在接地殼層200內并且沿軸向延伸 超出第一端部202第一距離。陶瓷絕緣體206沿徑向定位在接地殼層200和中心電極204 之間。陶瓷絕緣體206沿軸向延伸超出接地殼層200的第一端部202第二距離以便暴露出 電極204的端部，所述第二距離小于第一距離。如從圖5中可見的那樣，接地殼層不包括延 伸超出其第一端部202的凸出部。這樣，火花路徑被限定為從電極204沿著陶瓷絕緣體206 的外表面到接地殼層200的第一端部202。在該實施方式中，實際上是陶瓷絕緣體206變得 被覆蓋有積碳，由此提供比潔凈的陶瓷更低的至地線的電阻路徑。火花實際上從陶瓷表面 上燃燒掉積碳，以暴露出潔凈的陶瓷并且消除至地線的較低的電阻路徑。在許多傳統的點火系統中，如果允許所述積碳覆蓋產生積聚，那么在系統控制器 要求再生時火花塞將無法建立點燃火焰的足夠的火花。然而，VanDyne等人的美國專利 No. 5，777，216公開的點火系統具有獨特的雙能電路，其建立具有充分熱量以將火花塞上積 聚的積碳完全地燃燒掉的火花，所述專利的教導和公開內容通過對其引用而將其整體結合 在本文中。此外，所述雙能點火系統具有電路系以檢測在燃燒過程期間存在的離子電流， 還可以用于檢測穿過火花塞的電極的漏泄電流的電路系，所述火花塞受其上積聚的積碳影 響。為了便于表述，所述雙能離子-感測點火系統可以稱為DEIS點火系統。這種DEIS點火系統的一個實施方式可以被用作在圖1和2中示出的點火控制器 124。如在圖2中更詳細地示出的那樣，點火控制器IM包括第一(或初級)電源142，所述第一電源142被用于在觸發電路系146起動時從電池140產生能量以在火花間隙中建立火 花。第二(或次級)電源144被用于在火花間隙中建立電離電流，電離分析電路系148被 用于檢測所述電離電流。在具有了對運行環境、積碳積聚現象以及DEIS點火系統的運行的確切理解的情 況下，可以更好地理解系統100的運行。特別地，現在將在下面描述本發明的實施方式如何 利用火花塞上的積碳積聚以及DEIS點火系統的自凈化能力以估計DPF 102的積碳充填并 且適當地啟動和控制再生過程。如以上所討論的那樣，在常規運行期間柴油發動機持續地產生積碳，所述積碳 (碳煙)越過火花塞118并且在下游被收集在DPF 102中。在一個發動機運行方案中，DPF 102可以在達到最大積碳充填(發動機排氣系統上過大的背壓)之前能夠運行以收集積碳 達一小時。在同一時期，火花塞118也已經積聚了積碳。圖3示出了在本發明的方法中使用的方法流程的一個實施方式。當方法已經從程 序塊152開始以檢測火花塞118上積聚的積碳的水平時，點火控制器124中的DEIS點火系 統、特別是第二電源144在燃燒器火焰關閉時將偏置電壓施加到火花塞118。這可以在各個 實施方式中持續地、定期地或間歇地進行。在正好提到的DPF 102在一小時內積聚可允許 的最大積碳充填量的示例中，被確定的是，火花塞118在大約兩分鐘內可能已經積聚了足 夠的積碳以將其電阻從大致開路減小到20，000歐姆。積碳充填的這個量仍然是非常適中 的，并且如果控制器1 試圖啟動火花以用于再生時它不會抑制足夠的火花的建立。通過以類似于在再生期間檢測電離電流的方式在程序塊154處檢測漏泄電流，點 火控制器1 的電離分析電路系148將檢測穿過火花塞118的火花間隙的電阻的變化。當 確定積碳充填的閾值已經出現時，點火控制器1 將在程序塊158處啟動高能火花以用于 單獨的將積聚的積碳從火花塞118上凈化掉的目的，所述確定例如通過在程序塊156處確 定漏泄電流是否大于由于污染而引起的預定閾值的漏泄電流(Imax)而進行，其在該實施 方式中等同于到20，000歐姆的電阻的減小量。在所述高能火花的大致兩秒之后，點火控制 器IM停止產生火花的命令。于是其穿過火花塞118施加偏置電壓，并且確定電阻。如果電 阻表示潔凈的火花塞、例如大致50，000歐姆或更高的電阻，那么產生火花不再是必需的。雖然到目前為止描述的所述操作被執行以用于阻止火花塞118變得積垢以使其 能夠在需要再生時點燃燃燒器108中的燃料，但已經發現所述操作也可以用于確定啟動再 生過程本身的最佳時間。這種功能性消除了對其它傳感器的需要，所述其它傳感器需要在 在先的系統中使用以確定過濾器積碳充填在什么時候達到需要再生的點。對再生的啟動時間的確定以火花塞積碳充填和DPF 102的積碳充填之間的所發 現的關系為基礎。如以上所討論的那樣，在發動機全功率運行的典型的DPF運用中，在大致 兩分鐘的運行之后，火花塞118將收集足夠的積碳從而需要凈化。然而，適當地設定尺寸的 DPF 102可以在達到可允許的最大積碳充填之前在相同的環境中運行達60分鐘。因此，在 這種情況下可以推導出，在火花塞凈化30個循環之后DPF 102被完全充填并且需要再生。實際上，如圖8-10所示，在積碳生成量的水平從中等到低、到最小變化時，每單位 時間清潔事件的數量減小并且清潔事件之間的時間增大。雖然所述附圖示出了甚至在相 同的積碳生成量水平下，火花塞118達到飽和狀態的時間隨時間變化，但也可以看出的是， 在積碳生成量水平下達到飽和點的頻率之間存在相關性。然而，很明顯，當清潔事件被觸發時，例如為圖8中示出的較高的積碳生成量水平使得飽和點之間的時間間隔減小，而例如 為圖9中示出的較低的積碳生成量水平以及圖10中的更低積碳生成量水平使得飽和點之 間的時間間隔增大。如現在將可清楚理解的那樣，在該實施方式中，系統將通過在每次程序塊158啟 動清潔事件時在程序塊160處增加一個計數N來對清潔事件的數量(或次數)進行計數 (count)。如果判定程序塊162確定凈化循環的數量N現在等于預定閾值X、例如對于本實 例是30，那么程序塊164將在結束于程序塊166之前啟動用于DPF 102的再生過程。如果 在程序塊162處火花塞凈化循環的數量小于預定閾值，那么該方法簡單地返回以如以上所 討論的那樣檢測漏泄電流。因為柴油發動機在變化的速度和負載范圍上運行，因此DPF 102中的積碳充填不 一致并且不能僅僅基于運轉小時數來估計。也就是說，發動機將依據實際工作條件而產生 每單位時間不同量的積碳。然而無論發動機運行狀態如何，按照與DPF 102本身中的積碳 積聚成比例的比率，火花塞118都會積聚積碳并且因此需要凈化。這樣，本發明的實施方式 僅僅需要對火花塞118的凈化循環的數量進行計數以確定應該啟動再生的時間。這消除了 在先的系統中所需要的傳感器、隨著而來的相關費用、復雜性以及由其使用而產生的可靠 性的降低。在某些裝置中，基于火花塞凈化的循環的數量估計DPF積碳充填的所述方法可能 由于多種因素因而還并不完全精確。一個因素是在某些運行條件和某些燃燒器108配置下 火花塞118上積碳的不一致的沉積。這可能由于在不同的發動機運行狀態下越過火花塞 118的廢氣的流場中輕微的變化而引起。另一個因素可能是由于碰撞火花塞118以及削掉 一些已有積碳層的碎片而引起的從火花塞118積聚的積碳的偶然的腐蝕。不考慮火花塞積 碳充填和過濾器積碳充填之間的關系的變化的來源，在這種裝置中，可以使用本發明的一 個實施方式，其包括適應性調整運行和確定啟動再生的時間的方法。為了全面地理解該實施方式的適應性調整策略，對DPF再生的運行的進一步討論 是有益的。點火控制器1 檢測三個溫度傳感器，即，燃燒器108上游的T1134、燃燒器108 下游的但處于DPF 102上游的T2136、以及DPF 102下游的T3138。當點火控制器IM確定 需要再生時，點火控制器IM命令燃料空氣電磁閥110、112開啟并且命令觸發電路系146 起動火花塞116、118開始產生火花以在燃燒器102中建立火焰。點火控制器IM運行燃燒器102、即控制燃料和空氣的供給，以使得T2處于基于 裝置和DPF 102需求的可接受的范圍內以啟動再生，所述可接受的范圍例如為400°C到 600°C。一旦DPF 102中積聚的積碳開始燃燒，T3就將增至高于T2，因為積碳的焚燒產生附 加的熱量。在再生期間T3被持續地檢測以確保DPF過濾器溫度處于用于有效和安全的再 生的適當的范圍中。如果在啟動再生之前已經允許太多的積碳積聚、即DPF 102中積碳收集的速率大 于火花塞118上積碳收集的速率，那么燃燒積碳將生成過度的熱量，并且T3-T2將超出正常 運行范圍。如果在充分的積碳已經積聚在DPF 102中之前啟動再生、即DPF 102中積碳收 集的速率小于火花塞118上積碳收集的速率，那么T3-T2將低于正常運行范圍，這將不會提 供可接受的有效的運行。當檢測到這些條件中的任何一個時，本發明的一個實施方式適應 性調整控制策略以用于啟動再生過程，如下面將參考圖4更全面地討論的那樣。
如以上所討論的那樣，發動機制造廠商或組裝廠商通過設定在啟動再生之前必須 發生的火花塞凈化循環的數量“X”來建立用于啟動再生過程的初始時刻。在所討論的示例 中，X將初始地被設定為三十。如圖4所示，一旦有了 X個凈化循環，再生過程就在程序塊 168處被啟動。如在程序塊170處所表示的那樣，點火控制器124測量穿過DPF 102的溫 升、即T3-T2。如果判定程序塊172確定T3-T2表示穿過DPF 102的溫升大于最大溫升閾值 “Y”、例如> 700°C，這意味著已經允許太多的積碳積聚，那么在過程在程序塊176處結束之 前凈化循環的數量X如在程序塊174處所表示的那樣減少“一”。換句話說，由于DPF 102 上積碳積聚的速率必須大于火花塞118上，因此再生應該被啟動得比最初認為的更快(X-1 個凈化循環)。將可認識到的是，在程序塊174處對凈化循環的數量的調節可以依據所需的 調整響應而設定在不同的值，并且可以基于溫度相對于閾值變化的大小改變所述數量。然而，如果在判定程序塊172處溫升不大于最大閾值Y，則判定程序塊178確定溫 升是否過低、即低于預定最小閾值“Z”、例如< 300°C。這可能表示再生在其被需要之前就 開始了，因為火花塞118上的積碳沉積率高于DPF 102上的沉積率。如果溫升過低，那么判 定程序塊180被用于確定在怠速狀態、例如RPM < 1000期間是否發生再生過程。如果發生 的話，那么方法循環返回到測量程序塊170。然而，如果再生過程不在怠速狀態期間發生，那 么如在程序塊182處表示的那樣，火花塞凈化循環的所需數量X被加“一”，以在啟動再生過 程之前允許更多的積碳積聚。將可認識到的是，在程序塊182處對凈化循環的數量的調節 可以依據所需的調整響應而設定在不同的值，并且可以類似于以上所討論的那樣，基于溫 度相對于閾值變化的大小改變所述數量。如果溫升處于預期的界限(來自判定程序塊172 和178的否定的結果)內，那么在再生期間系統簡單地繼續檢測溫升。雖然如以上所討論的那樣通過利用火花塞檢測積碳充填來實現某些優點，但本領 域技術人員根據前述的描述可以認識到，積碳充填傳感器電極也可以使用其它的形式，例 如，如Kabasin的美國專利No. 5，253，475中公開的位于廢氣流動路徑內的一個或多個火花 塞、如Johnson等人的美國專利No. 6，918，755或W^ebb等人的美國專利No. 7，032，376中所 公開的呈特定的幾何布置的一個或多個特制電極、如Mkurai的美國專利No. 4，571，938或 Venghaus等人的美國專利申請No. 2006/0287802中公開的一個或多個埋入電極，等等，這 些文獻中的每一篇的教導和公開內容通過對其引用而整體結合進本文中。這樣，在此以及 在權利要求書中術語“火花塞”的使用應該視為廣泛的術語，其包括含有帶有絕緣體在中間 的二電極的任何結構，其中積碳可能積聚在其上。雖然圖1中示出的本發明的實施方式利用火花塞118感測積碳的建立，但該位置 不受限制。實際上，如圖6所示，在進入燃燒器108之前位于排氣管中的火花塞600被用于 進行如上所述的積碳檢測。在另一個實施方式中，如圖7所示，火花塞700被定位在DPF 102之后或DPF 102 的下游以檢測從DPF 102逸出的碳煙。在可以用于任一個前述實施方式的這些位置中，火 花塞700提供額外的診斷功能以檢測DPF 102的有效性。如果在所述位置處顯著的積碳積 聚在火花塞700上，則可能表示允許碳煙逸出的裂縫在DPF 102中形成。所述火花塞700 將以如上所述的同樣方式檢測積聚的積碳并且將類似地被凈化。這些清潔事件中的每一個 也將如上所述被計數。如果清潔事件的數量超出預定閾值，或者如果在預定時間段內需要 清潔事件，則可以作出DPF 102有問題或者缺乏效率的確定。11
包括在此提到的公開文獻、專利申請和專利的所有引用文件在此通過對該文件的 引用而被結合，正如每一個文件都通過引用而被分別地和特別地表示被引用并且其整體都 已在本文中闡述那樣。在描述本發明的上下文中(特別是在以下權利要求書的上下文中)，術語“一個” 和“所述”以及類似的表示的使用應該被理解為涵蓋單個和多個，除非在此另有說明或者與 上下文明顯矛盾。術語“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”將被理解為開放性表示的術語 (即意思是“包括但不限于”)，除非另有說明。除非在此另有說明，否則數值范圍在此的列 舉僅僅用作單個地引述落入該范圍中的每個單獨的值的簡述方法，并且每個單獨的值都結 合在申請文件中，正如其在此被單獨地列舉那樣。在此描述的所有方法都可以以任何適當 的順序進行，除非在此另有說明或者相反地與上下文明顯矛盾。在此任何一個或所有示例、 或者示例性的語言(比如像“例如”)的使用僅僅用于更好地說明本發明而不形成對本發明 的范圍的限制，除非在權利要求書中另行說明。在本申請文件中不應將任何語言理解為表 示對實踐本發明來說必要的任何不在權利要求中要求保護的原件。在此描述了本發明的優選實施方式，包括對本發明人來說用于執行本發明的最佳 的方式。在閱讀了前述描述的基礎上，對于本領域普通技術人員來說，這些優選實施方式的 變化形式可以是顯而易見的。本發明人預期有經驗的技術人員視情況而運用這樣的變化形 式，并且本發明人預期本發明以不同于在此所特別地描述的方式被實踐。因此，如適用的法 律所允許的那樣，本發明包括在本申請文件所附權利要求書中描述的主題的所有變化形式 和等同形式。此外，以上所述元件以其所有可能的變化形式的任何結合都被本發明所包括， 除非在此另有說明或者相反于上下文明顯矛盾。
權利要求
1.一種利用燃料燃燒加熱器使柴油顆粒過濾器(DPF)再生的方法，所述燃料燃燒加熱 器帶有火花塞以在其燃燒器中起燃火焰，所述方法包括以下步驟對所述火花塞的清潔事件的數量進行計數；以及當所述火花塞的清潔事件的數量大于或等于預定閾值時啟動再生。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 將偏置電壓提供到所述火花塞；檢測穿過所述火花塞的火花間隙的漏泄電流；以及當所述檢測的步驟確定漏泄電流超出預定電流閾值時啟動所述清潔事件。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 確定穿過所述火花塞的火花間隙的電阻的值；以及當所述確定的步驟表明所述電阻小于預定電阻時啟動所述清潔事件。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 在再生期間檢測穿過所述DPF的溫升；以及當所述檢測的步驟確定穿過所述DPF的溫升超出預定的最高溫度閾值時減小所述預 定閾值。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 在再生期間檢測穿過所述DPF的溫升；以及當所述檢測的步驟確定穿過所述DPF的溫升小于預定的最低溫度閾值時增大所述預 定閾值。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 在再生期間檢測穿過所述DPF的溫升；確定柴油發動機的工作狀態，其中廢氣從所述柴油發動機流動到所述DPF;以及 當所述檢測的步驟確定穿過所述DPF的溫升小于預定的最低溫度閾值時以及當所述 確定的步驟確定所述柴油發動機不處于怠速中時，增大所述預定閾值。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 在再生期間檢測穿過所述DPF的溫升；當所述檢測的步驟確定穿過所述DPF的溫升超出預定的最高溫度閾值時減小所述預 定閾值；以及當所述檢測的步驟確定穿過所述DPF的溫升小于預定的最低溫度閾值時增大所述預 定閾值。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括確定柴油發動機的工作 狀態的步驟，其中廢氣從所述柴油發動機流動到所述DPF，并且其中，所述增大的步驟只有 在所述確定的步驟確定所述柴油發動機不處于怠速中時才進行。
9.一種用于柴油顆粒過濾器(DPF)的再生系統，所述柴油顆粒過濾器(DPF)被定位為 捕獲來自柴油發動機的廢氣流中的顆粒，所述再生系統包括被配置為在廢氣流中被定位在所述DPF的上游的燃燒器，所述燃燒器包括至少一個火 花塞，所述火花塞被定位在通過所述燃燒器的廢氣流中以在再生期間在其中點燃火焰；可操作地與所述至少一個火花塞接合以在再生期間控制其火花產生的點火控制器，所 述點火控制器包括用于確定所述火花塞上的積碳積聚的水平的裝置，所述點火控制器被配置為在所述積碳積聚的水平超出預定閾值時啟動所述火花塞的清潔事件；并且其中，所述點火控制器對所述火花塞的每個清潔事件進行計數并且在清潔事件的數量 超出預定數量時啟動再生。
10.如權利要求9所述的再生系統，其特征在于，所述用于確定火花塞上的積碳積聚的 水平的裝置包括電源和電流感測電路，所述電源被配置為至少在沒有命令再生時提供偏置 電壓到所述火花塞的正極端子，所述電流感測電路用于檢測穿過所述火花塞的火花間隙流 動的漏泄電流，并且其中，當所述漏泄電流超出預定的最大電流閾值時，所述點火控制器啟 動清潔事件。
11.如權利要求9所述的再生系統，其特征在于，所述再生系統還包括被定位為在再生 期間檢測穿過所述DPF的溫升的多個溫度傳感器，并且其中，所述點火控制器在再生期間 檢測穿過所述DPF的溫升并且在所述溫升處于期望值之外時改變在隨后的再生將被啟動 之前所需的清潔事件的預定數量。
12.如權利要求11所述的再生系統，其特征在于，當穿過所述DPF的溫升大于預定的最 高溫度閾值時，所述點火控制器減小在隨后的再生將被啟動之前所需的清潔事件的預定數 量。
13.如權利要求11所述的再生系統，其特征在于，當穿過所述DPF的溫升小于預定的最 低溫度閾值時，所述點火控制器增大在隨后的再生將被啟動之前所需的清潔事件的預定數量。
14.如權利要求11所述的再生系統，其特征在于，所述再生系統還包括與所述點火控 制器運行地接合的發動機速度傳感器，并且其中，當穿過所述DPF的溫升小于預定的最低 溫度閾值并且所述發動機速度傳感器表明所述發動機在再生期間不處于怠速中時，所述點 火控制器增大在隨后的再生將被啟動之前所需的清潔事件的預定數量。
15.一種用于除去來自柴油發動機廢氣的顆粒的柴油顆粒過濾器(DPF)系統，其包括具有入口和出口的柴油顆粒過濾器(DPF)；具有用于接收柴油發動機廢氣的廢氣入口和與所述DPF的入口接合的燃燒器出口的 燃燒器，所述燃燒器包括火花塞，所述火花塞暴露于通過所述燃燒器的廢氣流中；具有通過觸發電路系可操作地與所述火花塞接合的第一電源以控制其火花產生的點 火控制器，所述點火控制器還包括被配置為提供偏置電壓到所述火花塞的正極的第二電源 以及操作地接合在所述第二電源和所述火花塞之間的離子電流傳感電路；其中，所述點火控制器被配置為，當所述離子電流傳感電路在沒有命令再生所述DPF 時感測到電流大于預定的最大漏泄電流閾值時，啟動清潔事件；并且其中，所述點火控制器對所述火花塞的每個清潔事件進行計數并且在清潔事件的數量 超出預定數量時通過打開所述燃燒器而啟動所述DPF的再生。
16.如權利要求15所述的DPF系統，其特征在于，所述DPF系統還包括被定位為在再生 期間檢測穿過所述DPF的溫升的多個溫度傳感器，并且其中，所述點火控制器在再生期間 檢測穿過所述DPF的溫升并且在所述溫升處于期望值之外時改變在隨后的再生將被啟動 之前所需的清潔事件的預定數量。
17.如權利要求16所述的DPF系統，其特征在于，當穿過所述DPF的溫升大于預定的最 高溫度閾值時，所述點火控制器減小在隨后的再生將被啟動之前所需的清潔事件的預定數量。
18.如權利要求16所述的DPF系統，其特征在于，當穿過所述DPF的溫升小于預定的最 低溫度閾值時，所述點火控制器增大在隨后的再生將被啟動之前所需的清潔事件的預定數量。
19.如權利要求16所述的DPF系統，其特征在于，所述DPF系統還包括與所述點火控制 器運行地接合的發動機速度傳感器，并且其中，當穿過所述DPF的溫升小于預定的最低溫 度閾值并且所述發動機速度傳感器表明所述發動機在再生期間不處于怠速中時，所述點火 控制器增大在隨后的再生將被啟動之前所需的清潔事件的預定數量。
20.如權利要求15所述的DPF系統，其特征在于，所述點火控制器通過開啟所述觸發電 路系在所述火花塞處產生強火花來啟動清潔事件以燃燒掉積聚的積碳。
21.一種測量在具有火花塞的排氣管中流動的積碳的方法，所述火花塞定位在所述排 氣管中從而其上積聚積碳，所積聚的積碳建立從中心電極到所述火花塞的殼層上的接地平 面的用于漏電電流的路徑，所述方法包括以下步驟將偏置電壓提供到火花塞；檢測所述漏泄電流；當所述檢測的步驟確定所述漏泄電流超出預定的電流閾值時，啟動火花產生事件以將 積碳從所述火花塞上凈化掉；以及對將積碳從所述火花塞上凈化掉的火花產生事件的數量進行計數，所述火花產生事件 的數量表示在所述排氣管中流動的積碳的量。
22.根據權利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在清潔事件的數量達 到預定閾值時啟動柴油顆粒過濾器(DPF)的再生的步驟，所述柴油顆粒過濾器被定位為對 在所述排氣管中流動的積碳進行過濾。
23.根據權利要求22所述的方法，其特征在于，所述啟動再生的步驟包括打開燃料燃 燒加熱器以在其燃燒器中起燃火焰從而使所述DPF再生的步驟。
24.根據權利要求22所述的方法，其特征在于，所述啟動再生的步驟包括將烴類燃料 噴射到所述排氣管中從而在被定位于所述DPF的上游的柴油機氧化催化器中引起催化反 應以使所述DPF再生的步驟。
25.根據權利要求22所述的方法，其特征在于，所述啟動再生的步驟包括以這樣的方 式改變柴油發動機的運行參數以使得廢氣溫度上升到足夠使所述DPF再生的水平的步驟。
26.根據權利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟將所述火花塞定位在柴油顆粒過濾器(DPF)的下游，所述柴油顆粒過濾器(DPF)被定 位為過濾在所述排氣管中流動的積碳；以及當火花產生事件的數量超出預定閾值時，提供所述DPF缺乏有效性以及在過濾器基底 中可能存在裂縫的指示。
全文摘要
提出了確定什么時候使柴油顆粒過濾器(DPF)再生的系統和方法。基于火花塞積垢和DPF積碳充填之間的相關性，通過借助于檢測再生燃燒器火花塞上的積碳積聚來間接地確定DPF中的積碳積聚，從而作出這種確定。在沒有火焰的過程中，離子電流傳感電路被使用以確定火花塞上的積碳充填。當火花塞上的積碳充填接近可能導致火花塞積垢的量時，點火控制器啟動強火花以將火花塞上的積碳燃燒掉。這種清潔事件的數量被跟蹤并且被用于確定什么時候DPF積碳充填處于應該啟動再生的水平。穿過所述DPF的溫升被檢測并且被用于調節在啟動再生之前所需的火花塞清潔事件的數量。
文檔編號F01N3/023GK102046938SQ200980120012
公開日2011年5月4日 申請日期2009年3月20日 優先權日2008年3月31日
發明者E·范戴尼, T·A·讓德龍 申請人:伍德沃德調速器公司