CN102235217A - 用于颗粒物过滤器再生期间防止烃漏过的控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于颗粒物过滤器再生期间防止烃漏过的控制系统和方法。具体地，提供了一种发动机控制系统，其包括喷射确定模块和喷射调整模块。喷射确定模块确定将烃HC喷射到由发动机产生的排气中以进行颗粒物PM过滤器再生的期望速率。喷射调整模块在所述PM过滤器再生之前的预定时段中使HC喷射速率从第一速率增加到所述期望速率，其中所述预定时段基于预定温度与氧化催化剂OC的出口处的温度之差而定。

Description

用于颗粒物过滤器再生期间防止烃漏过的控制系统和方法
技术领域
本公开内容涉及内燃发动机，更具体地涉及用于在颗粒物（PM）过滤器再生期间防止烃（HC）漏过的排气温度（EGT）的控制系统和方法。
背景技术
在此提供的背景描述的目的在于总体上呈现本公开内容的背景。当前发明人的工作的一部分在背景技术部分中被描述，这部分内容以及该描述在提交时可能不另作为现有技术的方面，都既不明确也不暗含地被认为是破坏本发明的现有技术。
内燃发动机将空气与燃料混合以形成空气/燃料（A/F）混合物，A/F混合物在多个气缸内燃烧。A/F混合物的燃烧驱动活塞以使曲轴可旋转地转动，从而产生驱动扭矩。具体地，空气可被抽吸到气缸中并使用活塞压缩。然后，燃料可与压缩空气混合（即，喷射到压缩空气中），使得被加压的A/F混合物燃烧（例如，压缩点火或CI发动机）。例如，CI发动机包括柴油发动机。
可替代地，空气可在压缩之前与燃料混合以形成A/F混合物。A/F混合物然后可被压缩，直到A/F混合物达到临界压力和/或温度，并自动点燃（例如，均质充量压缩点火或HCCI发动机）。然而，HCCI发动机也可使用来自火花塞的火花“辅助”A/F混合物的点燃。换言之，HCCI发动机可以根据发动机工作状况，使用火花辅助点燃A/F混合物。例如，HCCI发动机可在低发动机负载下使用火花辅助。
在燃烧过程中产生的排气可从气缸中排出至排气歧管中。排气可包括一氧化碳（CO）和烃（HC）。由于CI发动机和HCCI发动机与火花点火（SI）发动机相比具有较高的燃烧温度，因而排气还可包括氮氧化物（NOx）。排气处理系统可处理排气以去除CO、HC和/或NOx。例如，排气处理系统可包括但不限于以下中的至少一种：氧化催化剂（OC），颗粒物（PM）过滤器，选择性催化还原（SCR）系统，NOx吸收剂/吸附剂，和催化转化器。
发明内容
一种发动机控制系统，其包括：喷射确定模块和喷射调整模块。喷射确定模块确定将烃（HC）喷射到由发动机产生的排气中以进行颗粒物（PM）过滤器再生的期望速率。喷射调整模块在所述PM过滤器再生之前预定时段中使HC喷射速率从第一速率增加到所述期望速率，其中所述预定时段基于预定温度与氧化催化剂（OC）的出口处的温度之差而定。
一种方法，其包括：确定将烃（HC）喷射到由发动机产生的排气中以进行颗粒物（PM）过滤器再生的期望速率；和在所述PM过滤器再生之前预定时段中使HC喷射速率从第一速率增加到所述期望速率，其中所述预定时段基于预定温度与氧化催化剂（OC）的出口处的温度之差而定。
在其它特征中，前述系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序实现。计算机程序可驻留在实体（或有形的）计算机可读介质上，例如但不限于：存储器，非易失性数据存储器，和/或其它适合的实体存储介质。
本文还包括以下方案：
方案1. 一种发动机控制系统，包括：
喷射确定模块，其确定将烃HC喷射到由发动机产生的排气中以进行颗粒物PM过滤器再生的HC喷射期望速率；和
喷射调整模块，其在所述PM过滤器再生之前的预定时段中使HC喷射速率从第一速率增加到所述期望速率，其中所述预定时段基于预定温度与氧化催化剂OC的出口处的温度之差而定。
方案2. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述喷射调整模块根据基于时间的斜坡函数来增加所述HC喷射速率。
方案3. 如方案2所述的发动机控制系统，其中，所述基于时间的斜坡函数的斜率是基于所述OC的出口处的温度而定。
方案4. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述预定温度包括使所述OC完全催化以所述HC喷射期望速率喷射到所述排气中的HC的温度。
方案5. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述HC喷射第一速率是零。
方案6. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述喷射调整模块基于在所述OC的出口处的测得温度增加所述HC喷射速率。
方案7. 如方案1所述的发动机控制系统，其中，所述喷射确定模块基于排气流量和车辆速度来确定所述HC喷射期望速率。
方案8. 如方案1所述的发动机控制系统，进一步包括：
再生控制模块，其基于所述HC喷射速率来控制HC到所述排气中的喷射。
方案9. 如方案8所述的发动机控制系统，其中，所述再生控制模块通过致动HC喷射器来控制HC到所述排气中的喷射，其中所述HC喷射器位于所述OC的上游。
方案10. 如方案8所述的发动机控制系统，其中，所述再生控制模块在燃烧后时段中通过致动燃料喷射器来控制HC到所述排气中的喷射，其中所述燃料喷射器对应于所述发动机中的气缸。
方案11. 一种方法，包括：
确定将烃HC喷射到由发动机产生的排气中以进行颗粒物PM过滤器再生的HC喷射期望速率；和
在所述PM过滤器再生之前的预定时段中使HC喷射速率从第一速率增加到所述期望速率，其中所述预定时段基于预定温度与氧化催化剂OC的出口处的温度之差而定。
方案12. 如方案11所述的方法，进一步包括：
根据基于时间的斜坡函数来增加所述HC喷射速率。
方案13. 如方案12所述的方法，其中，所述基于时间的斜坡函数的斜率是基于所述OC的出口处的温度而定。
方案14. 如方案11所述的方法，其中，所述预定温度包括用于使所述OC完全催化以所述HC喷射期望速率喷射到所述排气中的HC的温度。
方案15. 如方案11所述的方法，其中，所述HC喷射第一速率是零。
方案16. 如方案11所述的方法，进一步包括：
基于在所述OC的出口处的测得温度使所述HC喷射速率增加。
方案17. 如方案11所述的方法，进一步包括：
基于排气流量和车辆速度来确定所述HC喷射期望速率。
方案18. 如方案11所述的方法，进一步包括：
基于所述HC喷射速率控制HC到所述排气中的喷射。
方案19. 如方案18所述的方法，其中，控制HC到所述排气中的喷射包括致动HC喷射器，其中所述HC喷射器位于所述OC的上游。
方案20. 如方案18所述的方法，其中，控制HC到所述排气中的喷射包括在燃烧后时段期间致动燃料喷射器，其中所述燃料喷射器对应于所述发动机中的气缸。
通过在下文中提供的详细描述，本公开内容的进一步应用领域将变得明显。应理解，详细描述和具体示例仅用于例示目的，而不用于限制本公开内容的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，本公开内容将变得更易全面理解，附图中：
图1是根据本公开内容的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本公开内容的示例性控制模块的功能框图；
图3是例示出根据本公开内容的、基于氧化催化剂（OC）的出口温度的烃（HC）喷射的基于时间的斜坡渐变的图线；和
图4是根据本公开内容的用于在颗粒物（PM）过滤器再生期间控制排气温度（EGT）以防止HC漏过的示例性方法的流程图。
具体实施方式
以下描述实质上仅为示例性的，而绝不是用于限制本公开内容、其应用和使用。为了清楚起见，相同的附图标记将在图中用于标识相似的元件。在此所使用的措辞“A、B和C中的至少一种”应被认为是指逻辑（A或B或C），其中使用了非排他性逻辑“或”。应理解，在不改变本公开内容的原理的情况下，在方法内的步骤可按不同顺序执行。
在此所使用的术语“模块”是指专用集成电路（ASIC），电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共用、专用、或组处理器）和存储器，组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其它适合部件。
压缩点火（CI）发动机（例如柴油机）和均质充量压缩点火（HCCI）发动机可包括相似的排气处理系统。更具体地，用于CI和HCCI发动机的排气处理系统可包括：氧化催化剂（OC），其位于选择性催化还原（SCR）催化剂和颗粒物（PM）过滤器之前（即，在其上游）。OC氧化一氧化碳（CO）和烃（HC）以形成二氧化碳（CO2）和水（H2O）。SCR催化剂（与配给的作用剂（agent）一起，例如尿素）从排气中去除氮氧化物（NOx）。
另一方面，PM过滤器从排气中去除PM。PM过滤器可从排气中去除PM，直到PM过滤器饱和。换言之，饱和状况可对应于PM过滤器充满PM（例如烟灰）之时，此后可开始再生循环。再生循环可将HC引入排气中。排气中的HC可在放热反应中由OC催化，这产生热量并使排气温度（EGT）升高。在OC出口处（即，在PM入口处）的升高的EGT可使被捕集在PM过滤器中的PM燃烧和/或分解，由此使PM过滤器再生。
因此，排气处理系统可进一步包括一个或多个HC喷射器，其在OC的上游将HC（例如燃料）喷射到排气流中。可替代地，排气处理系统可执行燃烧后燃料喷射，以将HC引入到排气中。传统的控制系统在PM过滤器再生过程中基于排气流量来控制HC到排气流中的喷射。不过，排气可能由于OC的不完全催化而包括HC。
换言之，OC可能由于OC温度不足而未完全催化所喷射的HC。通过OC而未被催化的喷射的HC可被称为“HC漏过（slip）”。HC漏过可毒化（即，损害）SCR催化剂，并可进一步使SCR催化剂不起作用。而且，HC漏过可触发意外的和/或失控的PM过滤器再生循环。换言之，HC漏过可导致排放物增加和/或对排气处理系统各种部件（例如，SCR催化剂、PM过滤器，等等）的损害。
因此，提出了调整HC喷射以防止HC漏过的系统和方法。所述系统和方法可基于OC出口温度增加HC喷射速率，直到达到HC喷射期望速率。所述系统和方法可基于排气流量和车辆速度来确定HC喷射的期望速率。例如，所述系统和方法可按照根据OC出口温度的基于时间的斜坡函数来增加HC喷射速率。可替代地，所述系统和方法可确定HC喷射期望量，并基于HC喷射期望量来控制HC喷射。换言之，所述系统和方法可基于OC出口温度逐渐增加HC喷射以防止HC漏过，由此减少排放和/或保护SCR催化剂和PM过滤器。
现在参见图1，发动机系统10包括CI发动机12。仅作为示例地，发动机12可为柴油发动机或HCCI发动机。发动机12燃烧空气/燃料（A/F）混合物以产生驱动扭矩。空气通过入口16被抽吸到进气歧管14中。可包括节气门（未示出），以调整进入到进气歧管14中的空气流量。来自进气歧管14的空气被分配到多个气缸18。虽然只显示出六个气缸18，不过要认识到的是，发动机12可包括其它数量的气缸。
燃料喷射器20对应于气缸18。燃料喷射器20可将燃料直接喷射到气缸18中（即，直接燃料喷射）。不过，可替代地，燃料喷射器20可经由气缸18的进气端口喷射燃料（即，端口燃料喷射）。活塞（未示出）在气缸18内压缩A/F混合物，并且使A/F混合物在气缸18内燃烧。活塞在动力冲程期间驱动发动机曲轴（未示出）以产生驱动扭矩。在一个实施例中，气缸18可包括火花塞（未示出）（例如，用于HCCI发动机中的火花辅助）。燃料喷射器20还可以在A/F混合物燃烧之后将燃料喷射到气缸18中（即，燃烧后喷射），以将烃（HC）引入到排气中。
曲轴（未示出）以发动机速度或者成比例于发动机速度的速率旋转。曲轴速度（CS）传感器22测量曲轴的旋转速度。仅作为示例地，CS传感器22可为可变磁阻传感器。来自发动机曲轴的驱动扭矩可经由变速器（未示出）传送到车辆的传动系（例如，车轮）。变速器输出轴速度（TOSS）传感器24测量变速器24的输出轴的旋转速度。换言之，来自TOSS传感器24的测量值可指示车辆速度。然而，发动机速度和车辆速度均可使用其它适合的传感器和/或方法测量或计算。
在气缸18内燃烧所致的排气被排出至排气歧管26中。排气的空气质量流量（EMAF）传感器28产生EMAF信号，其指示了流动通过EMAF传感器28的空气的速率。例如，EMAF信号可指示或用于确定通过排气处理系统30的排气流量。因而，EMAF传感器28可位于排气歧管26与排气处理系统30之间。
排气处理系统30可处理排气。排气处理系统30可包括：HC喷射器32，OC 34，SCR催化剂38，和PM过滤器42。排气处理系统30还可包括温度传感器36、40，其分别位于OC 34出口处和PM过滤器42入口处。温度传感器36可测量OC 34出口处的温度，在下文中被称为T1。温度传感器40可测量PM过滤器42入口处的温度，在下文中被称为T2。虽然仅显示出两个温度传感器36、40，不过也可采用其它数量的温度传感器。另外地或可替代地，在排气处理系统中各个位置处的温度（包括T1和T2）可基于发动机工作参数进行建模。
HC喷射器32选择性地将烃喷射到排气流中。不过，如前所述，燃料喷射器20可执行燃烧后喷射以将HC引入排气中。OC 34氧化排气中的CO和HC。SCR催化剂38将NOx从排气中去除。PM过滤器42将PM从排气中去除。排气处理系统30可进一步包括一个或多个NOx传感器（未示出），以测量排气的NOx浓度。
控制模块50与发动机系统10的各种部件通讯和/或对其进行控制。控制模块50可从CS传感器22、TOSS传感器24、EMAF传感器28、温度传感器36和温度传感器40接收信号。控制模块50可与PM过滤器42通讯以确定何时需要再生循环。可替代地，控制模块50可基于其它参数和/或模型来确定PM过滤器42需要再生。例如，当排气流量小于预定排气流量阈值（即，PM过滤器42受限于PM）时，控制模块50可确定PM过滤器42需要再生。
控制模块50还可控制节气门（未示出）、燃料喷射器20、HC喷射器32、和排气再循环（EGR）阀48（在下文更详细描述）。更具体地，控制模块50可致动燃料喷射器20（即，燃烧后喷射）或HC喷射器32以控制EGT，并由此可控制PM过滤器42的再生。控制模块50还可实施本公开内容的系统和方法以调整HC喷射和防止HC漏过。
发动机系统10可进一步包括EGR系统44。EGR系统44包括EGR阀48和EGR管线46。EGR系统44可将一部分排气从排气歧管26引入到进气歧管14中。EGR阀48可安装在进气歧管14上。EGR管线46可从排气歧管26延伸到EGR阀48，从而在排气歧管26与EGR阀48之间提供连通。如前所述，控制模块50可致动EGR阀48，用以增多和减少被引入进气歧管14中的排气的量。
发动机12还可包括涡轮增压器60。涡轮增压器60可由通过涡轮入口接收的排气来驱动。仅作为示例，涡轮增压器60可包括可变喷嘴涡轮。涡轮增压器60增大了进入到进气歧管14中的空气流，使得进气MAP（即，歧管绝对压力，或增压压力）增大。控制模块50可致动涡轮增压器60以选择性地限制排气的流量，由此控制增压压力。
现在参见图2，其更详细地显示了控制模块50。控制模块50可包括：喷射确定模块70，喷射调整模块80，和再生控制模块90。喷射确定模块70接收来自EMAF传感器28和TOSS传感器24的分别指示了排气流量和车辆速度的信号。喷射确定模块70可基于排气流动和车辆速度来确定用于PM过滤器42再生所需的HC喷射期望速率。可替代地，喷射确定模块70可基于排气流量和车辆速度来确定用于PM过滤器42再生的HC喷射期望量。
喷射调整模块80接收来自喷射确定模块70的HC喷射期望速率。喷射调整模块80还可接收来自温度传感器36的指示了OC 34的出口处的温度T1的信号。喷射调整模块80基于HC喷射期望速率和出口温度T1生成HC喷射的调整速率。更确切地，喷射调整模块80可基于测得的温度T1在速率上限制HC喷射期望速率。换言之，OC 34在给定出口温度下可仅催化被喷射HC的一部分，因而HC喷射速率可被调整（即，在速率上被限制）以防止HC漏过。
例如，喷射调整模块80可包括查询表，查询表包括与OC 34的各种出口温度相关的多个值。所述多个值可用于在速率上限制HC喷射。仅作为示例地，所述多个值可包括能够从HC喷射期望速率中减去的HC喷射速率。不过，可替代地，所述多个值可根据其它适合方法来调整（即，在速率上限制）HC期望速率。喷射调整模块80然后可输出HC喷射的调整速率。
再生控制模块90用于控制HC喷射。更确切地，再生控制模块90接收来自喷射调整模块80的HC喷射调整速率，然后再生控制模块90控制HC到排气中的喷射。更特别地，再生控制模块90可基于HC喷射调整速率来致动燃料喷射器20（例如，在燃烧后时段中）和/或HC喷射器32。例如，再生控制模块90可生成用于燃料喷射器20和/或HC喷射器32的控制信号。换言之，控制信号可用于在PM过滤器42再生过程中控制HC被喷射到排气中的速率，同时防止HC漏过。
现在参见图3，其中显示的图线例示出了HC喷射基于时间的斜坡渐变。关于HC喷射期望速率（即，恒定速率）和基于时间斜坡渐变到HC喷射期望速率两者，示出了温度T1。更具体地，HC喷射期望速率是3.0毫克/秒（mg/s），而基于时间的斜坡函数则将HC喷射从第一HC喷射速率（例如，0 mg/s）以0.1 mg/s的速率（例如，斜率）增加到HC喷射期望速率（3.0 mg/s）。例如，基于时间的斜坡函数的斜率可基于OC出口温度而定。如区域95中所示，基于OC出口温度的HC喷射速率限制使HC漏过减少。
现在参见图4，用于调整HC喷射以防止HC漏过的方法始于100。在100中，控制模块50确定发动机12是否起动。如是，则控制可进行到104。如否，则控制可返回100。在104中，控制模块50可确定PM过滤器42是否需要再生。如是，则控制可进行到108。如否，则控制可返回100。
在108中，控制模块50可确定HC喷射期望速率。在112中，控制模块50可基于测得的OC 34的出口温度T1确定用于HC喷射的速率限制。在116中，控制模块50可确定HC喷射的调整速率。换言之，控制模块50可根据确定的速率限制在速率上限制HC喷射的期望速率。
在120中，控制模块50可根据HC喷射调整速率控制HC喷射。在124中，控制模块50可确定HC喷射调整速率是否已经达到HC喷射期望速率。如是，则控制可进行到128。如否，则控制可返回112。在128中，控制模块50可确定PM过滤器42的再生是否完成。如是，则控制可返回100。如否，则控制模块可返回120。
本公开内容的广义教示可按照各种形式实施。因此，虽然本公开内容包括具体示例，不过本公开内容的真正范围应不限于此，这是因为，对于本领域技术人员而言，通过研究附图、说明书和所附权利要求书，其它修改将变得明显。

Claims (10)

1.一种发动机控制系统，包括：
喷射确定模块，其确定将烃HC喷射到由发动机产生的排气中以进行颗粒物PM过滤器再生的HC喷射期望速率；和
喷射调整模块，其在所述PM过滤器再生之前的预定时段中使HC喷射速率从第一速率增加到所述期望速率，其中所述预定时段基于预定温度与氧化催化剂OC的出口处的温度之差而定。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述喷射调整模块根据基于时间的斜坡函数来增加所述HC喷射速率。
3.如权利要求2所述的发动机控制系统，其中，所述基于时间的斜坡函数的斜率是基于所述OC的出口处的温度而定。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述预定温度包括使所述OC完全催化以所述HC喷射期望速率喷射到所述排气中的HC的温度。
5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述HC喷射第一速率是零。
6.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述喷射调整模块基于在所述OC的出口处的测得温度增加所述HC喷射速率。
7.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述喷射确定模块基于排气流量和车辆速度来确定所述HC喷射期望速率。
8.如权利要求1所述的发动机控制系统，进一步包括：
再生控制模块，其基于所述HC喷射速率来控制HC到所述排气中的喷射。
9.如权利要求8所述的发动机控制系统，其中，所述再生控制模块通过致动HC喷射器来控制HC到所述排气中的喷射，其中所述HC喷射器位于所述OC的上游。
10.一种方法，包括：
确定将烃HC喷射到由发动机产生的排气中以进行颗粒物PM过滤器再生的HC喷射期望速率；和
在所述PM过滤器再生之前的预定时段中使HC喷射速率从第一速率增加到所述期望速率，其中所述预定时段基于预定温度与氧化催化剂OC的出口处的温度之差而定。
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