CN102305118B - 控制在颗粒物质过滤器再生期间的排气温度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制在颗粒物质过滤器再生期间的排气温度的系统和方法。发动机控制系统包括喷射确定模块、校正因子确定模块、和再生控制模块。喷射确定模块基于排气流率确定要喷射到发动机所产生的排气中的碳氢化合物（HC）的期望量。校正因子确定模块基于发动机速度和发动机负载确定用于HC的期望量的校正因子。再生控制模块控制在颗粒物质过滤器的再生期间进入到排气中的HC的调节量的喷射，其中HC的调节量基于HC的期望量和校正因子。

Description

控制在颗粒物质过滤器再生期间的排气温度的系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃机，且更具体地涉及用于控制在颗粒物质过滤器再生期间的排气温度的系统和方法。
背景技术
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作（在背景技术部分描述的程度上）和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
内燃机结合空气和燃料以形成在多个气缸中燃烧的空气/燃料（A/F）混合物。A/F混合物在气缸内的燃烧驱动活塞，该活塞旋转地转动曲轴，从而产生驱动扭矩。空气可被抽吸到气缸中并且使用活塞压缩。然后，燃料可结合压缩空气（即，喷射到压缩空气中），从而使得加压A/F混合物燃烧（例如，压缩点火或CI）。例如，CI发动机包括柴油发动机。
替代性地，空气可在压缩之前与燃料混合以产生A/F混合物。然后，A/F混合物可被压缩直到A/F混合物达到临界压力和/或温度并且自动点火（例如，均质充气压缩点火或HCCI）。然而，HCCI发动机也可使用来自于火花塞的火花“辅助”点火A/F混合物。换句话说，HCCI发动机可基于发动机操作状况使用火花辅助来点火A/F混合物。例如，HCCI发动机可在低发动机负载时使用火花辅助而在所有其它操作状况时使用HCCI。
燃烧期间产生的排气可从气缸经由排气歧管和排气处理系统驱出。排气可包括一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）。由于与火花点火（SI）发动机相比CI发动机和HCCI发动机的较高燃烧温度，排气还可包括氮氧化物（NOX）。因而，排气处理系统可处理排气以移除CO、HC和/或NOX。例如，排气处理系统可包括但不局限于氧化催化剂（OC）、颗粒物质（PM）过滤器、选择性催化还原（SCR）系统、NOX吸收器/吸附器、和催化转化器中的至少一种。
发明内容
发动机控制系统包括喷射确定模块、校正因子确定模块、和再生控制模块。喷射确定模块基于排气流率确定要喷射到发动机所产生的排气中的碳氢化合物（HC）的期望量。校正因子确定模块基于发动机速度和发动机负载确定用于HC的期望量的校正因子。再生控制模块控制在颗粒物质过滤器的再生期间进入到排气中的HC的调节量的喷射，其中HC的调节量基于HC的期望量和校正因子。
一种方法包括基于排气流率确定要喷射到发动机所产生的排气中的碳氢化合物（HC）的期望量；基于发动机速度和发动机负载确定用于HC的期望量的校正因子；以及控制在颗粒物质过滤器的再生期间进入到排气中的HC的调节量的喷射，其中HC的调节量基于HC的期望量和校正因子。
在其它特征中，上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有形计算机可读介质（例如但不局限于，存储器、非易失性数据存储装置、和/或其它合适有形存储介质）上。
本发明涉及下述技术方案。
1.一种发动机控制系统，包括：
喷射确定模块，所述喷射确定模块基于排气的流率确定喷射到由发动机产生的排气中的碳氢化合物（HC）的期望量；
校正因子确定模块，所述校正因子确定模块基于发动机速度和发动机负载确定用于HC的期望量的校正因子；和
再生控制模块，所述再生控制模块控制在颗粒物质过滤器再生期间进入到排气中的HC的调节量的喷射，其中HC的调节量基于HC的期望量和校正因子。
2.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，校正因子确定模块使用查询表确定校正因子，其中所述查询表包括与发动机速度和发动机负载相关的多个校正因子。
3.根据方案2所述的发动机控制系统，其中，校正因子随着发动机速度增加而降低，且其中，校正因子随着发动机速度降低而增加。
4.根据方案2所述的发动机控制系统，其中，校正因子随着发动机负载增加而降低，且其中，校正因子随着发动机负载降低而增加。
5.根据方案1所述的发动机控制系统，还包括：
进气空气质量流量传感器，所述进气空气质量流量传感器测量进入到发动机的进气歧管中的空气流率，其中发动机负载基于进入到发动机的进气歧管中的空气流率。
6.根据方案1所述的发动机控制系统，还包括：
排气空气质量流量传感器，所述排气空气质量流量传感器测量在排气歧管下游且在氧化催化剂上游的位置处的排气的流率。
7.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，再生控制模块通过致动HC喷射器或者在燃烧后时段期间致动燃料喷射器来控制HC的调节量的喷射，其中HC喷射器位于排气歧管下游且位于氧化催化剂上游，且其中燃料喷射器对应于发动机中的气缸。
8.根据方案7所述的发动机控制系统，其中，HC的调节量基于HC的期望量与校正因子的求和。
9.根据方案7所述的发动机控制系统，其中，HC的调节量基于HC的期望量与校正因子之间的差。
10.根据方案7所述的发动机控制系统，其中，HC的调节量基于HC的期望量与校正因子的乘积。
11.一种方法，包括：
基于排气的流率确定喷射到发动机所产生的排气中的碳氢化合物（HC）的期望量；
基于发动机速度和发动机负载确定用于HC的期望量的校正因子；以及
控制在颗粒物质过滤器再生期间进入到排气中的HC的调节量的喷射，其中HC的调节量基于HC的期望量和校正因子。
12.根据方案11所述的方法，还包括：
使用查询表确定校正因子，其中所述查询表包括与发动机速度和发动机负载相关的多个校正因子。
13.根据方案12所述的方法，其中，校正因子随着发动机速度增加而降低，且其中，校正因子随着发动机速度降低而增加。
14.根据方案12所述的方法，其中，校正因子随着发动机负载增加而降低，且其中，校正因子随着发动机负载降低而增加。
15.根据方案11所述的方法，还包括：
测量进入到发动机的进气歧管中的空气流率，其中发动机负载基于进入到发动机的进气歧管中的空气流率。
16.根据方案11所述的方法，还包括：
测量在排气歧管下游且在氧化催化剂上游的位置处的排气的流率。
17.根据方案11所述的方法，还包括：
通过致动HC喷射器或者在燃烧后时段期间致动燃料喷射器来控制HC的调节量的喷射，其中HC喷射器位于排气歧管下游且位于氧化催化剂上游，且其中燃料喷射器对应于发动机中的气缸。
18.根据方案17所述的方法，其中，HC的调节量基于HC的期望量与校正因子的求和。
19.根据方案17所述的方法，其中，HC的调节量基于HC的期望量与校正因子之间的差。
20.根据方案17所述的方法，其中，HC的调节量基于HC的期望量与校正因子的乘积。
本发明的进一步应用领域将从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在描述性目的且决不旨在限制本发明的范围。
附图说明
通过详细说明和附图将能更充分地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的示例性控制模块的功能框图；以及
图3是根据本发明的用于在颗粒物质（PM）过滤器再生期间控制排气温度（EGT）的方法的流程图。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示例性的且绝不旨在限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑（A或B或C）。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。
如在此所使用的，术语“模块”指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器（共享的、专用的、或组）和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。
压缩点火（CI）（例如，柴油）和均质充气压缩点火（HCCI）发动机可包括类似的排气处理系统。更具体地，CI或HCCI发动机的排气处理系统可包括位于颗粒物质（PM）过滤器之前（即，在其上游）的氧化催化剂（OC）。OC氧化一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC），以形成二氧化碳（CO2）和水（H2O）。在另一方面，PM过滤器从排气移除PM。
PM过滤器可从排气移除PM，直到PM过滤器饱和为止。换句话说，饱和状况可对应于在PM过滤器充满PM（例如，碳烟）时，之后可开始再生循环。再生循环可将HC引入到排气中。排气中的HC可在放热反应中由OC催化，该放热反应产生热量并且升高排气温度（EGT）。在OC的出口处（即，在PM的入口处）升高的EGT可燃烧和/或裂解被捕获在PM过滤器中的PM，因而“再生”PM过滤器。
因此，排气处理系统还可包括一个或多个HC喷射器，其在排气流中于OC上游喷射HC（例如，燃料）。替代性地，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。常规控制系统基于排气流控制在PM过滤器再生期间到排气流中的HC喷射。然而，排气可包括由未完全燃烧引起的未燃烧HC。结合喷射HC的未燃烧HC可导致过量的HC。过量的HC可由OC催化，从而将EGT升高至高于温度阈值。该“温度过冲”可导致降低的燃料经济性（即，过量HC喷射）、增加的排放、和/或对排气处理系统部件（例如，PM过滤器）的损坏。
因此，提出一种系统和方法，其更精确地建模排气流中的HC的量（即，未燃烧HC和喷射HC）以防止温度过冲。因此，该系统和方法可基于排气流、发动机速度和发动机负载来确定HC喷射的量。更具体地，该系统和方法可基于排气流确定HC喷射的量、并接着通过校正因子调节HC喷射的量，所述校正因子基于发动机速度和发动机负载。例如，该系统和方法可包括查询表，所述查询表存储根据各个发动机速度和发动机负载的多个调节值。
现参考图1，发动机系统10包括CI发动机12。仅作为示例，发动机12可以是柴油发动机或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。空气通过进气口16抽吸到进气歧管14中。可包括节气门（未示出）以调节进入到进气歧管14中的空气流。进气歧管14内的空气被分配到多个气缸18中。虽然示出了六个气缸18，但是应当理解的是，发动机12可包括其它数量的气缸。
空气从进气口16传送通过进气空气质量流量（IMAF）传感器22。IMAF传感器22产生表示流经IMAF传感器22的空气流率的IMAF信号。例如，IMAF信号可表示发动机12上的负载或用于确定发动机12上的负载。进气歧管压力（MAP）传感器24布置在进气歧管14中位于进气口16和发动机12之间。MAP传感器24产生表示进气歧管14中的空气压力的MAP信号。
发动机曲轴（未示出）以发动机速度或与发动机速度成比例的速率旋转。曲轴速度（CS）传感器26测量曲轴的旋转速度。仅作为示例，CS传感器26可以是可变磁阻传感器。来自于发动机曲轴的驱动扭矩可经由变速器（未示出）传输到车辆的传动系（例如，车轮）。变速器输出轴速度（TOSS）传感器28测量变速器输出轴（未示出）的旋转速度。换句话说，来自于TOSS传感器28的测量值可表示车辆速度。然而，发动机速度和车辆速度均可使用其它合适传感器和/或方法进行测量或计算。
控制模块20可致动燃料喷射器30以将燃料直接喷射到气缸18中（即，直接燃料喷射）。然而替代性地，燃料喷射器30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）压缩并燃烧气缸18内的A/F混合物。活塞在做功冲程期间驱动曲轴以产生驱动扭矩。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30还可在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），以将碳氢化合物（HC）引入到排气中。
源自于在气缸18内燃烧的排气从气缸18排通到排气歧管32中。排气空气质量流量（EMAF）传感器34产生表示流经EMAF传感器34的空气流率的EMAF信号。例如，EMAF信号可表示通过排气处理系统36的排气流或用于确定通过排气处理系统36的排气流。因而，EMAF传感器34可位于排气歧管32与排气处理系统36之间。
排气处理系统36可处理排气。排处理系统36可包括HC喷射器38、OC40、和PM过滤器42。HC喷射器38将碳氢化合物选择性地喷射到排气流中。然而如前所述，燃料喷射器30可执行燃烧后喷射，以将HC引入到排气中。OC40氧化排气中的CO和HC。PM过滤器42从排气中移除PM。排气处理系统36还可包括一个或多个温度和/或NOX传感器（未示出），其分别测量EGT和/或排气NOX浓度。
控制模块20与发动机系统10的各个部件通信和/或控制所述各个部件。控制模块20可接收来自于IMAF传感器22、MAP传感器24、CS传感器26、TOSS传感器28、和EMAF传感器34的信号。控制模块20可与PM过滤器42通信，以确定何时需要再生循环。替代性地，控制模块20可基于其它参数和/或建模来确定需要PM过滤器42的再生。例如，在排气流小于预定排气流阈值（即，PM过滤器42受PM限制）时，控制模块20可确定需要PM过滤器42的再生。
控制模块20还控制节气门（未示出）、燃料喷射器30、HC喷射器38、和排气再循环（EGR）阀48（将在下文更详细地描述）。更具体地，控制模块20可致动燃料喷射器30（即，燃烧后喷射）或HC喷射器38以控制EGT，且因而可控制PM过滤器42的再生。控制模块20还可实施本发明的系统和方法，以在再生PM过滤器42期间防止温度过冲。
发动机系统10还可包括排气再循环（EGR）系统44。EGR系统44包括EGR阀48和EGR线路46。EGR系统44可将排气的一部分从排气歧管32引入到进气歧管14中。EGR阀48可安装到进气歧管14上。EGR线路46可从排气歧管32延伸到EGR阀48，从而提供排气歧管32与EGR阀48之间的连通。如前所述，控制模块20可致动EGR阀48以增加或降低引入到进气歧管14中的排气的量。
发动机12还可包括涡轮增压器50。涡轮增压器50可由排气驱动，该排气通过涡轮入口接收。仅作为示例，涡轮增压器50可包括可变喷嘴涡轮。涡轮增压器50增加进入到进气歧管中的空气流，以使得进气歧管压力增加（即，增压压力）。控制模块20可致动涡轮增压器50，以选择性地限制排气的流量，从而控制增压压力。
现参考图2，更详细地描述了控制模块20。控制模块20可包括喷射确定模块70、校正因子确定模块80、和再生控制模块90。喷射确定模块70接收分别来自于EMAF传感器34和TOSS传感器28的表示排气流和车辆速度的信号。喷射确定模块70确定用于PM过滤器42再生所需的HC喷射量。
校正因子确定模块80接收分别来自于IMAF传感器22和CS传感器26的表示发动机负载和发动机速度的信号。校正因子确定模块80确定用于由喷射确定模块70确定的HC喷射量的校正因子。换句话说，校正因子可对应于对HC喷射量的调节值，以在PM过滤器再生期间防止温度过冲。例如，校正因子确定模块80可包括查询表，所述查询表包括与各个发动机负载和/或各个发动机速度相关的多个校正因子。
再生控制模块90接收来自于喷射确定模块70的所确定的HC喷射量以及来自于校正因子确定模块80的校正因子。再生控制模块90产生用于燃料喷射器30或HC喷射器38的控制信号，以控制在再生PM过滤器42期间喷射到排气中的HC量。例如，再生控制模块90可基于所确定的HC喷射量和校正因子的求和来产生控制信号。
换句话说，校正因子可以是负数，以降低HC喷射并因而防止温度过冲。然而，校正因子也可以是正数。换句话说，校正因子可增加HC喷射（即，在特定操作状况期间），或者校正因子可从所确定的HC喷射量被减去。附加地或可替代性地，仅作为示例，控制信号可基于所确定的HC喷射量和校正因子的加权求和来确定。
现参考图3，在PM过滤器42的再生期间用于补偿OC40的放热效应的方法在步骤100开始。在步骤100，控制模块20确定发动机12是否在运行。如果是，控制过程可推进到步骤104。如果否，控制过程可返回至步骤100。
在步骤104，控制模块20可确定是否需要PM过滤器42的再生循环。例如，当排气流小于预定排气流阈值时，可能需要PM过滤器42的再生循环。如果是，控制过程可推进到步骤108。如果否，控制过程可返回至步骤104。
在步骤108，控制模块20可确定用于PM过滤器42再生的HC喷射量。例如，HC喷射量可基于排气流和/或车辆速度。在步骤112，控制模块20确定用于HC喷射量的校正因子。例如，校正因子可基于发动机负载和/或发动机速度。
在步骤116，控制模块20可使用校正因子调节所确定的HC喷射量。例如，该调节可包括求和、加权求和、以及求差中的一种。在步骤120，控制模块20可基于所调节的HC喷射量控制HC喷射。例如，控制模块20可产生用于燃料喷射器30或HC喷射器38的控制信号，以控制喷射到排气中的HC的量。然后，控制过程可返回至步骤104。
本发明的广泛教导可以各种方式来实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是本发明的真实范围不应如此限制，因为在研究附图、说明书和下述权利要求书之后，其它修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种发动机控制系统，包括：
喷射确定模块，所述喷射确定模块基于排气的流率确定喷射到由发动机产生的排气中的碳氢化合物的期望量；
校正因子确定模块，所述校正因子确定模块基于发动机速度和发动机负载确定用于碳氢化合物的期望量的校正因子，以考虑排气中的未燃碳氢化合物；和
再生控制模块，所述再生控制模块控制在颗粒物质过滤器再生期间进入到排气中的碳氢化合物的调节量的喷射，其中碳氢化合物的调节量基于碳氢化合物的期望量和校正因子的求和，所述校正因子选择性地为正数。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，校正因子确定模块使用查询表确定校正因子，其中所述查询表包括与发动机速度和发动机负载相关的多个校正因子。
3.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，校正因子随着发动机速度增加而降低，且其中，校正因子随着发动机速度降低而增加。
4.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，校正因子随着发动机负载增加而降低，且其中，校正因子随着发动机负载降低而增加。
5.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括：
进气空气质量流量传感器，所述进气空气质量流量传感器测量进入到发动机的进气歧管中的空气流率，其中发动机负载基于进入到发动机的进气歧管中的空气流率。
6.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括：
排气空气质量流量传感器，所述排气空气质量流量传感器测量在排气歧管下游且在氧化催化剂上游的位置处的排气的流率。
7.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，再生控制模块通过致动碳氢化合物喷射器或者在燃烧后时段期间致动燃料喷射器来控制碳氢化合物的调节量的喷射，其中碳氢化合物喷射器位于排气歧管下游且位于氧化催化剂上游，且其中燃料喷射器对应于发动机中的气缸。
8.根据权利要求7所述的发动机控制系统，其中，碳氢化合物的调节量基于碳氢化合物的期望量与校正因子的求和。
9.根据权利要求7所述的发动机控制系统，其中，碳氢化合物的调节量基于碳氢化合物的期望量与校正因子之间的差。
10.根据权利要求7所述的发动机控制系统，其中，碳氢化合物的调节量基于碳氢化合物的期望量与校正因子的乘积。
11.一种用于控制在颗粒物质过滤器再生期间的排气温度的方法，包括：
基于排气的流率确定喷射到发动机所产生的排气中的碳氢化合物的期望量；
基于发动机速度和发动机负载确定用于碳氢化合物的期望量的校正因子，以考虑排气中的未燃碳氢化合物；以及
控制在颗粒物质过滤器再生期间进入到排气中的碳氢化合物的调节量的喷射，其中碳氢化合物的调节量基于碳氢化合物的期望量和校正因子的求和，所述校正因子选择性地为正数。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
使用查询表确定校正因子，其中所述查询表包括与发动机速度和发动机负载相关的多个校正因子。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，校正因子随着发动机速度增加而降低，且其中，校正因子随着发动机速度降低而增加。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，校正因子随着发动机负载增加而降低，且其中，校正因子随着发动机负载降低而增加。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
测量进入到发动机的进气歧管中的空气流率，其中发动机负载基于进入到发动机的进气歧管中的空气流率。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
测量在排气歧管下游且在氧化催化剂上游的位置处的排气的流率。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：
通过致动碳氢化合物喷射器或者在燃烧后时段期间致动燃料喷射器来控制碳氢化合物的调节量的喷射，其中碳氢化合物喷射器位于排气歧管下游且位于氧化催化剂上游，且其中燃料喷射器对应于发动机中的气缸。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，碳氢化合物的调节量基于碳氢化合物的期望量与校正因子的求和。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，碳氢化合物的调节量基于碳氢化合物的期望量与校正因子之间的差。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，碳氢化合物的调节量基于碳氢化合物的期望量与校正因子的乘积。
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