CN102312701A - 将催化转化器用作燃烧器的pm过滤器再生的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将催化转化器用作燃烧器的PM过滤器再生的系统和方法。具体地，提供了用于发动机的控制系统，其包括排气模块和燃烧模块。排气模块在位于催化转化器下游的PM过滤器的再生期间，向由催化转化器上游的发动机产生的排气供应第一MAF。在再生期间，燃烧模块基于第一MAF和进气冲程期间供应到气缸的第二MAF，在该进气冲程期间向气缸供应第一燃料量。在再生期间，燃烧模块还基于气缸的第一A/F比和催化转化器下游的排气的氧含量，在随后的进气冲程期间向气缸供应第二燃料量。还提供了用于在PM过滤器的再生期间控制发动机的方法。

Description

将催化转化器用作燃烧器的PM过滤器再生的系统和方法
技术领域
本发明涉及车辆排气处理系统，更具体地涉及用于使颗粒物过滤器再生的控制系统和方法。
背景技术
在此提供的背景描述是为了大体地介绍本发明的背景。目前署名的发明人的工作就其在该背景部分中描述的程度、以及描述的在提交的时候可能不以另外的方式构成现有技术的方面，既不明确也不隐含地被承认为破坏本发明的现有技术。
用于给车辆提供动力的内燃发动机在存在空气的情况下燃烧燃料，以产生动力。燃料的燃烧产生了包含各种气体和颗粒物（PM）的排气。该排气可在排气系统中被处理，以降低某些成分气体和PM的浓度。例如，催化转化器可降低诸如一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）之类的气体的浓度。催化转化器还可降低由未燃烧的或部分燃烧的燃料构成的碳氢化合物（HC）的浓度。另外，可通过PM过滤器从排气中过滤PM。
随着时间的过去，从排气中过滤的PM积聚在PM过滤器内并开始限制排气通过PM过滤器的流动。已积聚在PM过滤器内的PM可以通过被称为再生的过程去除。在再生期间，燃烧PM过滤器内的PM。通常，通过将PM过滤器的温度提高至高于再生温度来实现再生。在高于再生温度的温度时，积聚在PM过滤器内的PM将开始燃烧。将PM过滤器的温度保持高于再生温度并持续达一段时间，直到所期望量的PM被燃烧为止。
发明内容
在一种形式中，本发明提供了一种用于发动机的控制系统，其包括排气模块和燃烧模块。排气模块在位于催化转化器下游的PM过滤器的再生期间向由该催化转化器上游的发动机产生的排气供应第一质量空气流（MAF）。在再生期间，燃烧模块基于第一MAF和在进气冲程期间供应到气缸的第二MAF，在进气冲程期间向气缸供应第一燃料量。在再生期间，燃烧模块还基于气缸的第一空气-燃料（A/F）比和催化转化器下游的排气的氧含量，在随后的进气冲程期间向气缸供应第二燃料量。
在一个特征中，燃烧模块还基于催化转化器上游的排气的所期望的排气成分量来供应第一燃料量。排气成分包括碳氢化合物和一氧化碳中的至少一种。在另一特征中，燃烧模块还基于催化转化器上游的排气的所期望的A/F比来供应第一燃料量。
在其它的特征中，排气模块在进气冲程之后并且在随后的进气冲程之前开始供应第一MAF。在又一特征中，第一MAF基于PM过滤器的温度。在相关的特征中，排气模块通过操作与排气流体连通的空气泵来供应第一MAF。在其它相关的特征中，第一MAF被供应至气缸的排气端口。
在另外的其它特征中，排气模块选择性地在催化转化器与PM过滤器之间向排气供应第三MAF。在相关的特征中，第三MAF基于PM过滤器的温度。在又一其它特征中，燃料为汽油。
在另一形式中，本发明提供了一种用于控制发动机的方法，其包括在位于催化转化器下游的PM过滤器的再生期间向由催化转化器上游的发动机产生的排气供应第一MAF。该方法还包括在再生期间，在进气冲程期间向气缸供应第一燃料量；和在再生期间，在随后的进气冲程期间向气缸供应第二燃料量。第一燃料量基于第一MAF和在进气冲程期间供应到气缸的第二MAF。第二燃料量基于气缸的第一A/F比和催化转化器下游的排气的氧含量。
在一个特征中，第一燃料量基于催化转化器上游的排气的所期望的排气成分量。排气成分包括碳氢化合物和一氧化碳中的至少一种。在另一特征中，第一燃料量还基于催化转化器上游的排气的所期望的A/F比。
在其它的特征中，供应第一MAF是在供应第一燃料量之后并在供应第二燃料量之前开始。在又一特征中，第一MAF基于PM过滤器的温度。在相关的特征中，通过操作与排气流体连通的空气泵来供应第一MAF。在其它相关的特征中，第一MAF被供应至气缸的排气端口。
在另外的其它特征中，该方法还包括选择性地在催化转化器与PM过滤器之间向排气供应第三MAF。在相关的特征中，第三MAF基于PM过滤器的温度。在又一其它特征中，燃料为汽油。
在还有的其它特征中，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。计算机程序能驻留在有形的计算机可读介质上，诸如但不限于存储器、非易失性数据存储器和/或其它合适的有形存储介质。
本发明还包括以下方案：
方案1. 一种用于发动机的控制系统，包括：
排气模块，在位于催化转化器下游的颗粒物PM过滤器的再生期间，所述排气模块向由所述催化转化器上游的所述发动机产生的排气供应第一质量空气流MAF；以及
燃烧模块，所述燃烧模块在所述再生期间：
    基于所述第一MAF和进气冲程期间供应到气缸的第二MAF，在所述进气冲程期间向所述气缸供应第一燃料量；以及
    基于所述气缸的第一空气-燃料A/F比和所述催化转化器下游的所述排气的氧含量，在随后的进气冲程期间向所述气缸供应第二燃料量。
方案2. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述燃烧模块还基于所述催化转化器上游的所述排气的排气成分的期望量来供应所述第一燃料量，所述排气成分包括碳氢化合物和一氧化碳中的至少一种。
方案3. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述燃烧模块还基于所述催化转化器上游的所述排气的期望A/F比来供应所述第一燃料量。
方案4. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述排气模块在所述进气冲程之后并且在所述随后的进气冲程之前开始供应所述第一MAF。
方案5. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述第一MAF基于所述PM过滤器的温度。
方案6. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述排气模块通过操作与所述排气流体连通的空气泵来供应所述第一MAF。
方案7. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述第一MAF被供应至所述气缸的排气端口。
方案8. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述排气模块选择性地在所述催化转化器与所述PM过滤器之间向所述排气供应第三MAF。
方案9. 根据方案8所述的控制系统，其中，所述第三MAF基于所述PM过滤器的温度。
方案10. 根据方案1所述的控制系统，其中，所述燃料为汽油。
方案11. 一种用于控制发动机的方法，包括：
在位于催化转化器下游的颗粒物PM过滤器的再生期间，向由所述催化转化器上游的所述发动机产生的排气供应第一质量空气流MAF；
在所述再生期间，基于所述第一MAF和进气冲程期间供应到气缸的第二MAF，在所述进气冲程期间向所述气缸供应第一燃料量；以及
在所述再生期间，基于所述气缸的第一空气-燃料A/F比和所述催化转化器下游的所述排气的氧含量，在随后的进气冲程期间向所述气缸供应第二燃料量。
方案12. 根据方案11所述的方法，其中，所述第一燃料量基于所述催化转化器上游的所述排气的排气成分的期望量，并且所述排气成分包括碳氢化合物和一氧化碳中的至少一种。
方案13. 根据方案11所述的方法，其中，所述第一燃料量还基于所述催化转化器上游的所述排气的期望A/F比。
方案14. 根据方案11所述的方法，其中，所述供应所述第一MAF在所述供应所述第一燃料量之后并且在所述供应所述第二燃料量之前开始。
方案15. 根据方案11所述的方法，其中，所述第一MAF基于所述PM过滤器的温度。
方案16. 根据方案11所述的方法，其中，通过操作与所述排气流体连通的空气泵来供应所述第一MAF。
方案17. 根据方案11所述的方法，其中，所述第一MAF被供应至所述气缸的排气端口。
方案18. 根据方案11所述的方法，还包括选择性地在所述催化转化器与所述PM过滤器之间向所述排气供应第三MAF。
方案19. 根据方案18所述的方法，其中，所述第三MAF基于所述PM过滤器的温度。
方案20. 根据方案11所述的方法，其中，所述燃料为汽油。
本发明适用性的其它领域将通过以下提供的详细说明而变得明显。应理解的是，详细说明和具体的示例仅用于例证的目的，而不意图用于限制本发明的范围。
附图说明
通过详细说明和附图将更充分地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的示例性车辆系统的功能框图；
图2是图1所示的控制模块在根据本发明的示例性控制系统中的示例性实现的功能框图；
图3是图示了根据本发明的、在PM过滤器的再生期间的各种控制时间段和控制参数的图表；以及
图4是图示了根据本发明的、用于控制发动机以使PM过滤器再生的示例性方法的流程图。
具体实施方式
以下的说明本质上仅是示例性的，并且决不意图用于限制本发明、其应用或用途。为清楚起见，附图中相同的附图标记用于标识相似的元件。如在此所使用地，短语“A、B、和C中的至少一个”应解释为表示利用了非排它性的逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应理解的是，在不改变本发明原理的情况下，可以不同的顺序执行方法内的步骤。
如在此所使用地，术语“模块”指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的（共用、专用、或分组的）处理器和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其它合适部件。
本发明的控制系统和方法利用了位于PM过滤器上游的催化转化器，以燃烧由发动机中的燃烧而产生的排气中的增加量的HC和CO。通过催化转化器来燃烧增加量的HC和CO产生了将PM过滤器的温度提高至高于其再生温度从而启动再生的热。增加量的HC和CO的继续燃烧产生了维持所述再生的热。
控制系统包括排气模块和燃烧模块。排气模块利用二次空气泵向催化转化器上游的排气供应二次空气。燃烧模块基于进入燃烧室的进气的第一MAF速率和供应给排气的二次空气的第二MAF速率向发动机的燃烧室（例如气缸）供应燃料。通过考虑进气和二次空气的MAF速率，燃烧模块产生在燃烧室中燃烧的浓A/F混合物，从而提高在排气中产生的HC和CO的量。
燃烧模块和排气模块共同控制供应浓A/F混合物和供应二次空气的正时，以便大约同时将增加量的HC和CO与二次空气引入到排气中。HC和CO与二次空气混合，以形成在催化转化器内燃烧的排气混合物。
最初，在开环燃料控制时间段期间，燃烧模块向发动机供应燃料，以提供比燃料的第一化学计量A/F比低的预定室内A/F比的A/F混合物。随后，在闭环控制时间段期间，燃烧模块调节室内A/F比，以将进入催化转化器的排气混合物的催化剂内A/F比维持成处于或接近排气混合物的第二化学计量A/F比。燃烧模块基于催化转化器下游的排气的催化剂后氧含量来调节室内A/F比。催化剂后氧含量由位于催化转化器下游的氧传感器测量。
通常，发动机的排气处理系统包括催化转化器和位于催化转化器下游的氧传感器。因此，本发明的控制系统和方法通过利用现有的硬件来提供用于PM过滤器再生的低成本系统。所述控制系统和方法对浓A/F混合物和供应到排气二次空气的正时加以控制。所述控制系统和方法还实现了缸内A/F比的闭环控制，以将进入催化转化器的排气混合物的催化剂内A/F比维持在化学计量A/F比。这样，所述控制系统和方法在对排气排放具有最小影响的情况下提供了PM过滤器的再生。
具体参考图1，其示出了根据本发明的示例性车辆10。车辆10包括动力系12、控制模块14和驾驶员接口装置16。通常，动力系12产生驱动转矩并推进车辆10。控制模块14控制动力系12的操作，包括产生的驱动转矩。控制模块14可包括一个或多个控制模块，所述一个或多个控制模块如以下所详细讨论的那样来控制动力系12的各种部件的操作。
控制模块14根据本发明基于各种输入来控制操作，所述各种输入包括：由驾驶员接口装置16输出的驾驶员信号和各种其它车辆系统信号及控制值。驾驶员接口装置16响应于由驾驶员做出的驾驶员输入18来输出驾驶员信号。驾驶员输入18可包括但不局限于：操纵加速器踏板、制动踏板和方向盘。车辆系统信号包括但不局限于：由感测各种车辆运行状况的传感器输出的信号、和由车辆10的各种模块产生的控制信号。
动力系12包括发动机系统20、变速器22和传动系24。发动机系统20产生驱动转矩，该驱动转矩被传递至变速器22。输入到变速器22的驱动转矩以一个或多个传动比传递至传动系24，传动系24驱动车辆10的一个或多个车轮26。本发明不局限于特定类型的变速器或传动系。例如，变速器22可以是自动变速器或手动变速器。传动系24可构造成驱动车辆10的一个或多个前轮和/或后轮26。
发动机系统20包括内燃发动机（ICE）30、排气系统32和发动机控制模块（ECM）34。发动机系统20可以是包括电动机（未示出）的混合动力发动机系统，所述电动机产生单独使用的、或者与由ICE 30产生的驱动转矩结合使用的驱动转矩，用于推进车辆10。本发明不局限于特定类型或构造的内燃发动机。例如，ICE 30可以是火花点火式（SI）发动机或压缩点火式（CI）发动机。ICE 30可以是四冲程发动机或二冲程发动机。为了示例性目的，ICE 30被示出为具有单个气缸的四冲程往复式SI汽油发动机。尽管为简洁起见而示出单个气缸，但应意识到的是，ICE 30可具有多个气缸。
ICE 30包括气缸40、进气系统42、包括燃料喷射器44的燃料系统、包括进气阀46和排气阀48的阀机构和排气端口50。ICE 30还包括点火系统，该点火系统包括火花塞52。进气系统42包括节气门54和进气端口56。本发明不局限于特定类型的进气系统、燃料系统、或者阀机构。为了示例性目的，所示出的燃料系统为直喷式燃料系统，并且燃料喷射器44将燃料直接分配到气缸40中。阀机构可以是顶置凸轮阀机构，并可包括多个进气阀和/或排气阀。为简洁起见，所示出的阀机构包括单个的进气阀46和排气阀48。
在ICE 30的操作期间，空气通过节气门54和进气端口56被吸入气缸40，并与燃料喷射器44供应的燃料混合。当活塞从上止点（TDC）位置向下止点（BDC）位置运动时，在设置于气缸40中的活塞（未示出）的进气冲程期间，空气被吸入气缸40。在TDC位置，气缸40的第一容积为最小。在BDC位置，气缸40的第二容积为最大。
空气与燃料的混合物（即A/F混合物）在气缸40内被压缩并随后燃烧。在活塞从BDC位置向TDC位置运动时的压缩冲程期间，A/F混合物被活塞压缩。A/F混合物的燃烧由火花塞52供应的火花启动。在活塞从TDC位置向BDC位置运动时的动力冲程期间，A/F混合物燃烧并驱动活塞。由燃烧产生的排气从气缸40排入到排气端口50中。在活塞从BDC位置向TDC位置运动时的排气冲程期间，排气被排出。
进入ICE 30的空气的MAF速率和量都经由节气门54控制。进入气缸40的燃料的正时和量经由燃料喷射器44控制。燃烧开始的正时经由火花塞52控制。进入气缸40的空气和从气缸40排出的排气的正时分别经由进气阀46和排气阀48控制。
排气系统32接收由ICE 30产生的排气并处理该排气，以降低排气中各种气体的浓度。根据本发明，排气系统32还处理排气，以减少排气中的PM。排气系统32包括由排气管道互连的排气歧管60、催化转化器62、PM过滤器64和二次空气泵（SAP）66。排气歧管60从排气端口50接收排气，并可安装至ICE 30。
催化转化器62设置在PM过滤器64上游，并降低排气中的各种气体的浓度。本发明不局限于特定类型的催化转化器。例如，催化转化器62可以是二元催化转化器，其将HC氧化成二氧化碳（CO2）和水（H2O），并将CO氧化成CO2。替代性地，催化转化器62可以是三元催化转化器，其氧化HC和CO，并将NOx还原成氮（N2）和氧（O2）。
PM过滤器64从离开催化转化器62的排气中过滤PM，并且通常为壁流类型。本发明不局限于特定结构的壁流PM过滤器或由特定材料构成的壁流PM过滤器。例如，PM过滤器64可包括由堇青石或者碳化硅形成的壁分开的入口通道和出口通道构成的交替布置。在该结构中，排气通过入口通道进入PM过滤器64，穿过壁进入出口通道，并经由出口通道离开。排气中的PM被所述壁捕获并积聚在所述壁上。积聚的PM减小了通过PM过滤器64的流动，因而根据本发明周期性地在再生过程期间去除。
SAP 66选择性地将来自周围的二次空气供应至排气，该二次空气用于燃烧排气中增加量的HC并氧化增加量的CO。更具体地，当操作时，SAP 66从周围吸入空气，并在压力下将空气供应至排气。根据本发明，SAP 66电动地操作，并基于从ECM 34接收的控制信号选择性地向催化转化器62上游的排气供应二次空气。SAP 66操作为支持对由供应至气缸40的浓A/F混合物所产生的增加量的HC和CO进行的燃烧。由SAP 66输出的二次空气的MAF速率和量可通过调整供应至SAP 66的功率而改变。
在各种实现中，SAP 66可直接向排气端口50和/或直接向排气歧管60供应二次空气。在本示例中，SAP 66经由将SAP 66与排气端口50流体联接的管道70来直接向排气端口50供应二次空气。在替代的实现中，SAP 66可经由管道72直接向排气歧管供应二次空气。直接向排气端口50供应二次空气的一个优点是：当HC在存在热的排气阀48的情况下与新鲜空气混合时，HC的一部分可燃烧，从而产生热。
根据本发明，SAP 66还在再生期间选择性地将二次空气供应给从催化转化器62进入PM过滤器64的排气，以支持PM的燃烧。SAP 66经由将SAP 66与位于PM过滤器64的入口处的排气管道流体联接的管道74将空气供应至PM过滤器64。在各种实现中，管道72和管道74可设定尺寸，以便提供通过管道72、74的预定的MAF速率。MAF速率可基于在再生期间到催化转化器62和PM过滤器64的期望的MAF速率来预定。在各种实现中，流量控制阀86可用于控制通过管道74的MAF速率。
通常，流到催化转化器62以支持HC和CO的燃烧的二次空气的期望的MAF速率大于流到PM过滤器64以支持PM的燃烧的二次空气的期望的MAF速率。因此，管道74的内径可小于管道72的内径。在各种实现中，管道74的第一MAF速率可小于通过管道72的第二MAF速率的百分之二十，并且更具体地小于大约百分之十。
ECM 34控制发动机系统20的各种部件的操作，包括ICE 30和排气系统32。ECM 34通过产生用于控制各种部件的操作的时控的控制信号来控制操作。ECM 34基于各种输入来产生时控的控制信号，所述各种输入包括驾驶员信号和车辆系统信号。
对本发明的目的来说，控制发动机系统20的操作的控制信号统称为“发动机系统控制信号”。根据本示例，发动机系统控制信号可包括：向节气门54输出的节气门控制信号、向燃料喷射器44输出的燃料控制信号、向火花塞52的火花控制信号、和/或向SAP 66输出的SAP控制信号。节气门控制信号控制节气门54，从而控制通过节气门54的空气的MAF速率。燃料控制信号控制燃料喷射器44，从而控制由燃料系统供应的燃料的正时和量（例如质量）。火花控制信号控制火花塞52的操作，从而控制由点火系统供应的火花的正时。SAP控制信号控制SAP 66的操作，从而控制向排气系统32供应的二次空气的正时、MAF速率和量。
ECM 34通过控制向气缸40供应的空气和燃料的量来控制由ICE 30产生的驱动转矩。通常，ECM 34将气缸40中的A/F混合物的A/F比维持处于或接近化学计量A/F比，其对于汽油来说大约为14.7:1。在各种实现中，ECM 34可基于进入ICE 30的空气的质量流率来确定燃料的量。位于节气门54下游的进气系统42中的MAF传感器80可感测该质量流率，并基于所感测的质量流率来输出信号。
ECM 34还可基于离开气缸40的排气的氧含量来实现对缸内A/F比的闭环控制，以及调节所供应的燃料的量。在本示例中，催化剂前氧传感器82位于催化转化器62上游，并感测离开气缸40的排气的氧含量。催化剂前氧传感器82产生指示了所感测的催化剂前氧含量的信号。在不产生PM过滤器64的时间段期间，ECM 34基于催化剂前氧含量来调节所供应的燃料的量。
根据本发明，ECM 34还确定是否使PM过滤器64再生。当期望再生时，ECM 34开始将缸内A/F比降低至比化学计量A/F比低的预定缸内A/F比。ECM 34降低缸内A/F比，以开始供应浓A/F混合物，从而增加进入催化转化器62的排气中的HC和CO的量。预定的缸内A/F比可大约为14.5:1。另外，ECM 34通过操作SAP 66向排气供应二次空气。ECM 34调节缸内A/F比，以将进入催化转化器62的排气混合物的A/F比维持在预定的催化剂内A/F比，该预定的催化剂内A/F比处于或接近排气混合物的化学计量A/F比。
ECM 34基于离开催化转化器62的排气的氧含量来实现对缸内A/F比的闭环控制。ECM 34通过调节供应的燃料的量来调节缸内A/F比，从而将催化剂内A/F比维持成处于或接近排气混合物的化学计量A/F比。更具体地，ECM 34基于之前的进气冲程期间供应的所述燃料的第二质量和离开催化转化器62的排气的氧含量，在当前进气冲程期间供应第一质量的燃料。在本示例中，催化剂后氧传感器84位于催化转化器62下游，并感测离开催化转化器62的排气的氧含量。催化剂后氧传感器84产生指示了所感测的催化剂后氧含量的信号。
具体地参考图2，其示出了根据本发明的控制系统100中的ECM 34的示例性实现。ECM 34包括燃烧模块110和排气模块112。燃烧模块110和排气模块112根据本发明基于所接收的各种输入和控制参数来产生各种发动机系统控制信号。
在图2中，由MAF传感器80、催化剂前氧传感器82和催化剂后氧传感器84输出的信号分别由附图标记120、附图标记122和附图标记124指示。SAP控制信号、节气门控制信号、燃料控制信号和火花控制信号分别由附图标记130、附图标记132、附图标记134和附图标记136指示。驾驶员信号由附图标记138指示。包括其它发动机系统控制信号的其它车辆系统信号由附图标记139指示。
燃烧模块110在发动机系统20的操作期间产生燃料控制信号132、节气门控制信号134和火花控制信号136。燃烧模块110可包括用于产生各种控制信号的一个或多个控制模块。在本示例中，燃烧模块110包括空气模块（AM）140、燃料模块（FM）142和火花模块（SM）144。
AM 140产生节气门控制信号132，从而控制通过节气门54并进入气缸40的空气的MAF速率。AM 140基于包括驾驶员信号和估计的MAF速率在内的各种输入来产生节气门控制信号132，用于通过ICE 30产生期望的驱动转矩。
FM 142产生燃料控制信号134，从而控制在每个燃烧循环期间由燃料喷射器44向气缸40供应的燃料的量和正时。FM 142基于各种输入来产生燃料控制信号134，所述输入包括：当前的MAF速率、所期望的缸内A/F比、所期望的催化剂内A/F比、催化剂前氧含量和催化剂后氧含量。FM 142可调节由燃料喷射器44进行的燃料喷射时间段的正时，以获得燃料喷射正时的期望结束。更具体地，FM 142可调节燃料喷射时间段的开始的正时，以在由火花塞52供应的火花之前的预定的一段时间结束燃料喷射时间段。
SM 144产生火花控制信号136，从而在每个压缩冲程期间控制由火花塞52供应的火花的正时。SM 144基于包括但不局限于所期望的驱动转矩之类的输入来产生火花控制信号。
排气模块112产生SAP控制信号130，并确定是否应执行PM过滤器64的再生。排气模块112还可估计PM过滤器64的温度。排气模块112与燃烧模块110通讯，并与燃烧模块110一起工作，以通过控制催化转化器62内的燃烧来使PM过滤器64再生。排气模块112可包括用于产生各种控制信号的一个或多个模块。在本示例中，排气模块112包括再生模块（RM）150、二次空气模块（SAM）152和温度模块（TM）154。
RM 150确定是否应执行PM过滤器64的再生，并且当要执行再生时，RM 150指令ECM 34的各种模块何时开始和结束再生。本发明不局限于用于确定是否应执行再生以及何时开始和结束再生的特定方法。例如，RM 150可基于控制参数来确定是否应执行再生，所述控制参数包括但不局限于：PM过滤器64上的压降和/或自从上一次使PM过滤器64再生以来所经过的时间。当PM过滤器64在高于其再生温度进行操作所经过的时间超过预定时间段时，RM 150可结束再生。
SAM 152产生SAP控制信号，从而控制向排气供应的二次空气的正时、MAF速率和量。SAM 152可基于各种输入产生SAP控制信号，所述各种输入包括但不局限于由RM 150产生的指令和所估计的PM过滤器64的温度。SAM 152可通过调整供应至SAP 66的功率来改变向排气供应的二次空气的MAF速率和量。
TM 154估计PM过滤器64的温度。通常，本发明不局限于用来估计PM过滤器64的温度的特定方法。例如，TM 154可基于由联接至PM过滤器64的温度传感器感测的温度，和/或基于发动机的旋转速度和所估计的发动机转矩输出，来估计PM过滤器64的温度。根据本发明，TM 154还可在再生期间基于由SAP 66供应的二次空气的MAF速率和催化剂后氧含量来估计所述温度。
具体参考图3，现在将更详细地描述根据本发明的控制系统100的操作，更具体地说是ECM 34的操作。图3是沿竖轴200的A/F比相对于沿横轴202的时间的图表。图3包括由附图标记204指示的缸内A/F比的第一曲线和由附图标记206指示的催化剂内A/F比的第二曲线。
在时间210处，排气模块112确定应使PM过滤器64再生，并指令燃烧模块110启动再生。开始于时间210，响应于所述指令，燃烧模块110开始浓A/F混合物时间段212，在该浓A/F混合物时间段212期间，燃烧模块110向气缸40供应浓A/F混合物。燃烧模块110以开环燃料控制时间段214开始浓A/F混合物时间段212。在开环燃料控制时间段214期间，燃烧模块110将缸内A/F比降低至预定缸内A/F比。
燃烧模块110降低缸内A/F比，以将排气中HC和CO的组合量增加至所期望的质量。通常，所期望的质量是HC和CO组合的质量，所述HC和CO的组合的质量在与排气中的二次空气的质量组合时，导致了处于或接近排气混合物的化学计量A/F比的催化剂内A/F混合物。
在本示例中，燃烧模块110通过增大进气冲程期间供应的燃料质量来降低缸内A/F比。燃烧模块110可在排气冲程期间供应附加燃料，以将排气中的HC和CO的量增加至所期望的质量。可在排气冲程期间供应附加燃料，以避免否则可导致对发动机性能的不期望影响的不期望地低的缸内A/F比。
化学计量A/F比由点216指示，而预定的缸内A/F比由点218指示。通常，缸内A/F比在如图所示的时间210之前可处于或接近化学计量A/F比。然而，应意识到的是，取决于运行条件，缸内A/F比可高于或低于化学计量A/F比。例如，缸内A/F比在车辆加速时间段期间可低于化学计量A/F比。缸内A/F比在车辆减速和滑行时间段期间可高于化学计量A/F比。
在时间220处，排气模块112开始时间段222，在该时间段中，向排气供应二次空气，用于在催化转化器62中燃烧增加质量的HC和CO。在空气供应时间段222期间，排气模块112通过操作SAP 66来供应空气。在本示例中，排气模块112在缸内A/F比于时间210处降低之后的预定时间段224之后开始向排气供应二次空气。时间段224对应于缸内A/F比降低的时间与所增加的HC和CO到达排气系统32中SAP 66供应二次空气的位置的时间之间的估计的延迟。时间段224考虑到了与完成进气、压缩和排气冲程相关联的燃烧循环延迟以及与排气端口50和/或排气系统32中的排气流量相关联的传输延迟。
在空气供应时间段222期间，排气模块112可基于PM过滤器64的估计温度来改变所供应的二次空气的MAF速率。例如，可提高二次空气的MAF速率，以提高PM过滤器64的温度。也可降低二次空气的MAF速率，以降低PM过滤器64的温度，从而避免使PM过滤器过热和/或不受控制的PM燃烧。
当基于PM过滤器64的估计温度来改变所供应的二次空气的MAF速率时，排气模块112可选择性地改变经由管道70和/或管道74供应的二次空气的MAF速率。例如，排气模块112可提高或降低经由管道70供应的二次空气的MAF速率，以相应提高或降低由催化转化器62内的燃烧产生热的速率。排气模块112可提高或降低经由管道74供应的二次空气的MAF速率，以相应提高或降低PM过滤器64内的PM燃烧的速率。
开始于时间220，燃烧模块110开始基于进入ICE 30的进气的当前MAF速率和所估计的由SAP 66向排气供应的二次空气的MAF速率来供应燃料。更具体地，燃烧模块110供应的燃料量是将排气中产生的HC和CO的组合质量维持在所期望的质量所需的燃料量。基于所需的燃料量，燃烧模块110可在进气冲程期间供应所需燃料的第一部分，并在排气冲程期间供应所需燃料的第二部分。
在时间230处，燃烧模块110结束开环燃料控制时间段214，并开始闭环燃料控制时间段232。燃烧模块110在供应二次空气于时间220处开始之后的预定时间段234之后开始闭环燃料控制时间段232。时间段234考虑到了感测催化剂后氧含量的变化的催化剂后氧传感器84中的预期延迟，催化剂后氧含量的所述变化归因于由催化转化器62燃烧的增加量的HC和CO。
在闭环燃料控制时间段232期间，燃烧模块110基于催化剂后氧含量来调节缸内A/F比。这样，燃烧模块110将催化剂内A/F比维持成处于或接近排气混合物的化学计量A/F比。燃烧模块110通过调节供应的燃料量来调节缸内A/F比。更具体地，控制基于之前的进气冲程期间供应的所述燃料的第二质量和催化剂后氧含量，在当前进气冲程期间供应第一质量的燃料。基于调节的缸内A/F比，燃烧模块可进一步调节在进气冲程和/或排气冲程期间供应的燃料量。
PM过滤器64的再生开始于时间240。当通过催化转化器62燃烧增加量的HC和CO而产生的热将PM过滤器64的温度提高至高于其再生温度时，再生开始。通常，开环燃料控制时间段214相对较短，因而再生将在闭环燃料控制时间段232期间开始。然而，应意识到的是，在各种实现中，再生可在开环燃料控制时间段214期间开始。再生持续以时间段242，直到在时间250处，排气模块112确定再生应结束并指令燃烧模块110结束再生。响应于在时间250处的指令，燃烧模块110结束浓A/F时间段，并恢复缸内A/F比的正常控制。
具体参考图4，其示出了根据本发明的用于控制发动机以使PM过滤器再生的示例性方法300。方法300可在诸如发动机控制系统100之类的发动机控制系统的一个或多个控制模块中实现。方法300可在发动机的操作期间周期性地运行。在302处指示了方法300的开始。根据方法300的控制开始于304，在304处，控制确定是否使PM过滤器再生。如果是，则控制前进到306，否则控制如所示地返回。
在306处，控制开始向发动机的燃烧室（例如气缸）供应浓A/F混合物，以开始浓A/F混合物时间段。在浓A/F混合物时间段期间，控制通过增加供应到燃烧室用于燃烧的燃料量来降低燃烧室的A/F比。控制将燃烧室的A/F比降低至比由发动机燃烧的燃料的化学计量A/F比低的预定室内A/F比。根据方法300，室内A/F比是基于：由燃料的燃烧产生的所期望的HC和CO的组合质量；和向排气供应的二次空气的估计质量。
控制在308处继续进行，在308处，控制确定是否开始向催化转化器上游的排气供应二次空气。如果是，则控制前进到310，否则控制如所示地返回。在各种实现中，控制可在306处开始供应浓A/F混合物之后并且在前进至310之前等待预定的时间段。在其它实现中，控制可在306处开始浓A/F混合物时间段的同时前进到310。
在310处，控制开始向催化转化器上游的排气供应二次空气，以开始二次空气供应时间段。在二次空气供应时间段期间，控制可提高所供应的二次空气的MAF速率，以提高由催化转化器中HC和CO的燃烧产生热的速率。控制还可降低所供应的二次空气的MAF速率，以降低通过燃烧产生热的速率，从而避免使PM过滤器过热和/或PM过滤器内不受控制的PM燃烧。
在312处，控制确定是否结束开环控制时间段和是否开始用于控制室内A/F比的闭环控制时间段。如果是，则控制前进至314，否则控制如所示地返回。
在314处，控制开始通过基于排气的催化剂后氧含量来调节向燃烧室供应的燃料量，从而调节缸内A/F比。通过基于催化剂后氧含量调节所供应的燃料量，控制将空气质量相对于排气中HC和CO的组合质量的比率维持成处于或接近排气混合物的化学计量A/F比。
在316处，控制确定是否结束PM过滤器的再生。如果是，则根据方法300的控制结束，否则控制如所示地返回。在318处指示了该方法的结束。
本发明宽广的教导能以各种形式实现。因此，由于通过对附图、说明书、和所附权利要求书的研究，其它的改进将对熟练的从业者变得显而易见，所以尽管本发明包括特定的示例，但本发明的真实范围不应如此受限制。

Claims (10)

1.一种用于发动机的控制系统，包括：
排气模块，在位于催化转化器下游的颗粒物PM过滤器的再生期间，所述排气模块向由所述催化转化器上游的所述发动机产生的排气供应第一质量空气流MAF；以及
燃烧模块，所述燃烧模块在所述再生期间：
    基于所述第一MAF和进气冲程期间供应到气缸的第二MAF，在所述进气冲程期间向所述气缸供应第一燃料量；以及
    基于所述气缸的第一空气-燃料A/F比和所述催化转化器下游的所述排气的氧含量，在随后的进气冲程期间向所述气缸供应第二燃料量。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述燃烧模块还基于所述催化转化器上游的所述排气的排气成分的期望量来供应所述第一燃料量，所述排气成分包括碳氢化合物和一氧化碳中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述燃烧模块还基于所述催化转化器上游的所述排气的期望A/F比来供应所述第一燃料量。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述排气模块在所述进气冲程之后并且在所述随后的进气冲程之前开始供应所述第一MAF。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第一MAF基于所述PM过滤器的温度。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述排气模块通过操作与所述排气流体连通的空气泵来供应所述第一MAF。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第一MAF被供应至所述气缸的排气端口。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述排气模块选择性地在所述催化转化器与所述PM过滤器之间向所述排气供应第三MAF。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述第三MAF基于所述PM过滤器的温度。
10.一种用于控制发动机的方法，包括：
在位于催化转化器下游的颗粒物PM过滤器的再生期间，向由所述催化转化器上游的所述发动机产生的排气供应第一质量空气流MAF；
在所述再生期间，基于所述第一MAF和进气冲程期间供应到气缸的第二MAF，在所述进气冲程期间向所述气缸供应第一燃料量；以及
在所述再生期间，基于所述气缸的第一空气-燃料A/F比和所述催化转化器下游的所述排气的氧含量，在随后的进气冲程期间向所述气缸供应第二燃料量。
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