CN102654071A - 一种用于确定微粒过滤器储藏的烟粒质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于确定在微粒过滤器氧化过程期间氧化的烟粒质量的方法。在一个实施例中，烟粒质量通过阿仑尼乌斯方程确定。和其它确定烟粒质量的方式相比，该方法可节省成本和提高可靠性。

Description

一种用于确定微粒过滤器储藏的烟粒质量的方法

【技术领域】

本发明涉及一种用于确定微粒过滤器储藏的烟粒质量的方法。

【背景技术】

含碳烟粒可能是一些燃烧过程的二次产物。例如，一些柴油发动机在发动机高负载期间可能会产生含碳烟粒。最近，汽油发动机已包含直接将燃料喷射入发动机汽缸以提升发动机的性能和燃料经济性。但是，直接将燃料喷射入发动机汽缸也增加了汽油发动机产生含碳烟粒的可能性。所以，一些制造商考虑在汽油发动机的排气系统内安装微粒过滤器。

微粒过滤器能保持含碳烟粒，但是时间长了，在微粒过滤器内积累的烟粒能降低穿过排气系统的废气流。所以，可能增加发动机背压，从而降低发动机的效率和燃料经济性。可通过定期氧化烟粒的方式控制烟粒在微粒过滤器内的积聚。微粒过滤器内捕集的烟粒可以通过提高流入微粒过滤器内的发动机废气的温度并提供用于氧化的额外的氧来氧化。但是，提升发动机废气的温度可能会降低发动机的燃料经济性，因为可能低效操作发动机以增加废气的温度。所以，希望将微粒过滤器的烟粒清除或者再生限制在微粒过滤器内保持大量需要氧化的烟粒的状况。

确定氧化微粒过滤器内保持的烟粒的正时是否是希望的一种方式需要测量微粒过滤器上游和下游的排气压力。如果在上游和下游压力测量获得压力差比阈值量大，则确定有足够多的烟粒用于氧化处理。虽然确定排气系统内的压力差是可行的，但是在排气系统中增加压力感应器增加了系统的成本。另外，压力感应器在排气系统中没有其它类型的感应器耐久。

【发明内容】

发明人意识到上述缺陷，并且开发了一种用于确定操作微粒过滤器的方法，包括：通过第一和第二氧传感器估算从微粒过滤器氧化的烟粒质量(sootmass)；并且当估算的从微粒过滤器氧化的烟粒质量和微粒过滤器中保持的期望烟粒质量之间的差比烟粒质量阈值大时，指示微粒过滤器劣化。

烟粒可响应于氧传感器的输出来确定微粒过滤器内氧化的烟粒质量。在一个实施例中，在微粒过滤器内氧化的烟粒质量由在烟粒氧化期间消耗的氧的量来确定。氧传感器通常设置在汽油发动机的排气系统内以改善空气-燃料控制(air-fuel control)和三元催化剂的效率。所以，烟粒可通过处于发动机排气内用于确定发动机空气-燃料控制的氧传感器来确定微粒过滤器内保持的烟粒质量。所以可降低用于控制微粒过滤器烟粒的系统的成本，因为氧传感器的可用于多个目的。

本描述可提供多个优点。具体地，所述方法可降低微粒过滤器系统的成本，因为是氧传感器而不是压力感应器确定微粒过滤器内烟粒的质量。另外，通过本方法可确定微粒过滤器的泄露。此外，所述方法能弥补氧传感器输出中的差异来改进储存的烟粒的估算，鉴于微粒过滤器的存在可能会影响压力感应器和微粒感应器的输出。

单独或结合附图阅读下面的具体实施方式，本发明的上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。

应理解，上述概要提供用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。

这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围仅由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的确定的实施方式。

根据本发明的一个实施例，当从第二氧传感器输出的氧浓度比希望的少时，进一步稀化发动机空燃比循环的稀化部分。

根据本发明的一个实施例，当从第二氧传感器输出的氧浓度比希望的高时，富化发动机空燃比循环的稀化部分。

根据本发明的一个实施例，进一步包括响应于第二氧传感器的输出调整发动机空燃比循环的工作循环，第二氧传感器安放在排气系统中微粒过滤器的下游。

根据本发明的一个实施例，进一步包括响应于第二氧传感器的输出停止估算从微粒过滤器氧化的烟粒质量。

根据本发明，提供一种用于操作微粒过滤器的方法，包括：响应于微粒过滤器内保持的烟粒质量调整发动机空燃比循环的稀化部分；通过火花在发动机汽缸里开始空气燃料混合物的燃烧，空气燃料混合物从空燃比循环中得到；通过第一和第二氧传感器估算从微粒过滤器氧化的烟粒质量；并且当估算的烟粒质量和希望的烟粒质量之间的差比阈值烟粒质量大时，指示微粒过滤器的劣化。

根据本发明的一个实施例，在微粒过滤器的烟粒氧化过程期间响应于不希望微粒过滤器内的烟粒被氧化的时间段期间第一氧传感器的输出和第二氧传感器的输出之间的差异而补偿第一和第二氧传感器中的至少一个的输出。

根据本发明的一个实施例，所述补偿包括对第一和第二氧传感器之间的信号相位迟延的补偿。

根据本发明的一个实施例，所述补偿进一步包括对第一氧传感器的输出和第二氧传感器的输出之间的偏差的补偿。

根据本发明的一个实施例，三元催化剂位于发动机排气系统中微粒过滤器的下游。

根据本发明的一个实施例，进一步包括调整发动机空燃比循环以提供离开微粒过滤器的基本上平均化学计量混合的排气。

【附图说明】

图1是发动机的示意图；

图2是来自微粒过滤器的烟粒氧化期间的相关信号；

图3-5显示了用于确定微粒过滤器内氧化的烟粒质量和微粒过滤器泄露烟粒的方法的高级流程图。

【具体实施方式】

本描述针对微粒过滤器内氧化的烟粒质量的确定。图1显示了包括微粒过滤器的系统的一个实施例。所述系统包括可通过汽油、醇类或者汽油醇类混合物运转的火花点火式发动机。图2显示了通过氧传感器估算烟粒质量的系统的预想相关信号。可由图1中的系统执行图3-5中的方法来实现所述信号。

参考图1，包括多个汽缸(图1中显示了其中的一个汽缸)的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制。发动机10包括带有位于其中并连接至曲轴40的活塞36的燃烧室30和汽缸壁32。燃烧室30显示为通过各自的进气门52、排气门54和进气歧管44、排气歧管48连通。各个进气门和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。可替代地，进气门和排气门中的一个或多个可由机电控制的阀线圈和电枢总成操作。进气凸轮传感器55可确定进气凸轮51的位置。排气凸轮传感器57可确定排气凸轮53的位置。

燃料喷射器66显示为设置以直接将燃料喷射到汽缸30内，本领域内技术人员称之为直接喷射(direct injection)。可替代地，可将燃料喷射到进气道，本技术领域内技术人员称之为进气道喷射(port injection)。燃料喷射器66与来自控制器12的信号FPW的脉冲宽度成比例地传输液体燃料。燃料通过燃料系统(未示出)运送到燃料喷射器66，所述燃料喷射器包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨(未示出)。驱动器68响应于控制器12向燃料喷射器66供应操作电流。另外，进气歧管44显示为和可选的电子节气门62连通，所述电子节气门通过调整节流板64的位置来控制来自进气增压室46的空气流。

排气驱动通过轴161和压缩机162相连的涡轮164。压缩机162从空气进气道吸取空气提供给增压室46。这样，能使进气歧管44内的空气压力提升至高于大气压的压力。所以，发动机10可比自然进气式发动机输出更多动力。

无分电器点火系统88响应于控制器通过火花塞92给燃烧室30提供点火火花。点火系统88能在每个汽缸循环期间给每个汽缸提供一个或多个火花。进一步地，响应于发动机工况，通过点火系统88提供的火花正时可相对于曲轴正时提前或推迟。

通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126显示为和排气后处理装置上游的排气歧管48相连。可替代地，双态排气氧传感器可代替UEGO传感器126。发动机排气系统包括位于排气后处理装置70下游(例如排气流动的方向)的第二排气后处理装置72。排气系统也包括通用氧传感器127和128。一些实施例中，排气后处理装置70是微粒过滤器并且排气后处理装置72是三元催化剂。在其它实施例中，排气后处理装置70是三元催化剂，排气后处理装置72是微粒过滤器。在进一步的实施例中，包括三元催化剂的第三排气后处理装置可位于第二排气后处理装置的下游。

图1中控制器12显示为常见的微型计算机，包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和常见的数据总线。控制器12显示为接收来自和发动机10相连的传感器的各种信号，除了上文讨论的那些信号，还包括：来自和冷却套筒114相连的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；和加速踏板130相连的用于感应通过脚132调整的加速踏板位置的位置传感器134的信号；用于确定尾气(未示出)点火的爆震传感器的信号；来自和进气歧管44相连的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)测量值；来自和增压室46相连的压力传感器122的增压压力测量值；来自感应曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器信号；来自传感器120(例如热线式空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；来自传感器58的节气门位置的测量值。也可感应大气压力(传感器未示出)用于由控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每个旋转时产生预订数目的间隔相等的脉冲，根据其可确定发动机转速(RPM)。

在一些实施例中，在混合动力汽车上发动机可连接至电动马达/电池系统。混合动力汽车可包括并联结构、串联结构，或其变型或组合。此外，在一些实施例中，可采用其它发动机配置，例如柴油发动机。

在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四行程循环：循环包括进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。在进气行程中，通常排气门54关闭且进气门52打开。空气通过进气歧管44流入燃烧室30，并且活塞36移动到汽缸的底部以便增加燃烧室30内的容积。本领域技术人员通常将活塞36接近汽缸的底部并且在其行程的终点时(例如当燃烧室30处于最大容积时)所处的位置称为下止点(BDC)。在压缩行程中，进气门52和排气门54关闭。活塞36向汽缸的顶部运动以便压缩燃烧室30内的空气。本领域技术人员将活塞36处于其行程的终点并且接近汽缸的顶部时(例如当燃烧室30处于最小容积时)所处的位置称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，将燃料引入燃烧室。在下文称为点火的过程中，通过已知的点火装置(例如火花塞92)点燃喷射的燃料致使燃烧。在膨胀行程中，膨胀的气体将活塞36推回至下止点。曲轴40将活塞的运动转换为旋转轴的扭力矩。最后，在排气过程期间，排气门54打开以将燃烧过的空气燃料混合物释放至排气歧管48，并且活塞回到上止点。需要指出的是上文仅描述为实施例，并且进气门、排气门的打开和/或关闭正时可以改变，例如以提供气门正重叠或气门负重叠、推迟进气门关闭，或各种其它的实施例。

现在参考图2，显示了来自微粒过滤器的烟粒氧化期间预想的相关信号。所述信号可由图1中的系统实施图3-5中的方法得到。相对于时间显示了五个图表，并且每个图表和其它图表同时发生。垂直标记T0-T3指示特定的相关时间。

从附图顶部向下数第一个图表显示了发动机空气燃料相对于时间的变化。水平标记202代表发动机燃烧的化学计量空气-燃料的氧浓度。发动机空燃比沿Y轴箭头的方向越来越稀化。发动机空燃比沿第一个图表底部的方向越来越富化。X轴代表时间，时间从左向右增加。

从附图的顶部向下数第二个图表显示了位于微粒过滤器(PF)进口上游的排气系统中位置的氧传感器测量的发动机排气氧浓度。在这个实施例中，微粒过滤器入口上游的氧浓度遵循空燃比，因为微粒过滤器的上游并未设置三元催化剂。在三元催化剂位于微粒过滤器的上游的实施例中，氧浓度可能会显示出更多的过滤响应，因为三元催化剂可能使用一些排气氧来氧化燃烧的二次产物。排气氧的浓度沿Y轴方向增加并且沿图表底部的方向减少。X轴代表时间，并且时间从左向右增加。

从附图的顶部向下数第三个图表显示了位于微粒过滤器(PF)进口下游的排气系统中位置的氧传感器测量的发动机排气氧浓度。排气氧浓度沿Y轴方向增加，并且沿图表底部方向减少。X轴代表时间，并且时间从左向右增加。

从附图的顶部往下数第四个图表代表保持在微粒过滤器内的微粒物质(例如烟粒质量)的估算量。在一个实施例中，可基于发动机转速、发动机扭矩、发动机燃料正时和发动机点火正时来估算微粒物质的数量。具体地，存储在函数或表格中的经验数据可通过发动机转速、发动机扭矩、发动机燃料正时和发动机点火正时进行索引以输出微粒物质的质量流速。可将烟粒的质量流速在时间上进行积分来估算微粒收集器内的烟粒质量。在一些实施例中，可将来自发动机的烟粒质量流速乘上微粒过滤器的过滤效率来确定微粒过滤器内保持的烟粒质量。可通过查询根据经验确定的过滤效率(其根据过滤器温度、过滤器质量流速、和烟粒流速进行索引)来估算过滤效率。微粒过滤器内保持的烟粒质量沿着Y轴方向增加。X轴代表时间，并且时间从左向右增加。水平标记204代表希望氧化微粒过滤器内保持的烟粒时的烟粒质量。

从附图的顶部向下数第五个图表表示发起和终止烟粒氧化顺序的控制信号。当氧化指令处于低级别(例如接近图表的底部)时，不指令烟粒氧化。当氧化指令处于高级别(例如接近图表的顶部)时，指令烟粒氧化。X轴代表时间，并且时间从左向右增加。

当处于时间点T0时，空气-燃料被控制在化学计量工4况附近，这样在三元催化剂下游的排气状况也接近于化学计量工况。当在化学计量附近运转时，三元催化剂的转化效率高。微粒过滤器上游或之前的氧浓度遵循发动机空气燃料比信号，因为排气氧浓度和发动机空燃比相关。此外，保持在微粒过滤器内的烟粒质量比可能希望氧化微粒过滤器内保持的烟粒时的烟粒小。所以，微粒过滤器氧化指令设置在低水平，以便不调整工况来进行微粒过滤器处烟粒的氧化。例如，不将微粒过滤器的温度调整到可在微粒过滤器处氧化烟粒的级别。

当处于时间点T1时，发动机空燃比仍然在化学计量工况附近移动，以便维持下游三元催化剂的高效率。进一步地，根据位于微粒过滤器上游的氧传感器确定的排气氧浓度继续沿着和发动机空燃比相似的轨迹。根据位于微粒过滤器下游的氧传感器确定的排气氧浓度也沿着和发动机空燃比相似的轨迹。但是，估算的烟粒质量到达开始微粒过滤器烟粒氧化处理的烟粒质量级别204。因此，微粒过滤器氧化指令信号在T1转变到高态。

当微粒过滤器氧化指令信号转变为高态时，可调整发动机工况。例如，可推迟点火正时并且增加发动机空气流，以便微粒过滤器处的工况可更有助于过滤器保持的烟粒的氧化。在其它例子中，燃料喷射正时也可作调整。

当处于时间点T2时，发动机空燃比和根据位于微粒过滤器上游的氧传感器确定的排气氧浓度继续在化学计量工况条件附近改变。但是，当微粒过滤器达到有助于微粒过滤器内保持的烟粒氧化的温度时，根据位于微粒过滤器下游的氧传感器确定的排气氧浓度开始降低。此外，当如图所示确定氧化的烟粒质量时，估算的从微粒过滤器氧化的烟粒质量可能会更新。所以，一些实施例中，当根据上游和下游氧传感器确定收集器内的烟粒氧化时，烟粒质量呈阶梯下降。在时间点T3处，微粒过滤器氧化指令仍然在高级别。

在时间点T2和T3之间，发动机空燃比调整到化学计量工况左右。例如，在时间段的第一部分，发动机空燃比较富。在时间段的第二部分，发动机空气-燃料较稀。但是，当和在时间点T2之前操作发动机相比，发动机空气燃料更稀化。发动机空燃比进一步稀化，以便当排气在氧化微粒过滤器内保持的部分烟粒之后排出微粒过滤器，平均指示化学计量燃烧的排气混合物进入位于微粒过滤器下游的三元催化剂。

在其它实施例中，额外的空气可通过空气泵或其它装置增加到排气系统以提高进入微粒过滤器的氧的水平，这样过多的氧可用于位于微粒过滤器下游的三元催化剂。在空气增加到排气系统的实施例中，空气可响应于进入和离开三元催化剂的氧循环性地脉动。

发动机空燃比的振荡频率显示为有所变化，这是发动机空燃比的工作循环和稀化部分。发动机空燃比的振荡频率和工作循环可根据催化剂内储存的氧的估算值和还原剂的消耗率来调整。例如，当估算的微粒过滤器内储藏的烟粒质量是第一量时，发动机空燃比循环的稀化部分可调整为第一振幅。当估算的微粒过滤器内储藏的烟粒质量是第二量时，发动机空气燃料循环的稀化部分可调整为第二振幅，当第一量比第二量大时，第二振幅比第一振幅小(例如第二振幅比第二振幅更富化)。

在一些实施例中，发动机空燃比的稀化部分的频率、工作循环和振幅储存在控制器存储器中，并且通过发动机转速和发动机负荷进行索引。但是，如果比所希望的更多或更少的氧离开微粒过滤器，发动机空气燃料的工作循环、频率和振幅可作调整，以便接近化学计量的排气传输到下游三元催化剂。

另外，如图2所示，循环可响应于由位于微粒过滤器下游的氧传感器探测的微粒过滤器内氧化的烟粒调整发动机空燃比的稀化振幅、工作循环和频率。例如，如果过多的氧超过位于微粒过滤器下游的三元催化剂所需的量，发动机空燃比的稀化振幅减少以富化发动机空燃比循环。在另外一个实施例中，在控制器确定的氧化的烟粒质量接近微粒过滤器内保持的烟粒质量时可自动调整发动机空燃比的稀化振幅、振动频率和工作循环。例如，每次微粒过滤器内保持的烟粒的烟粒质量由于氧化而降低时，降低稀化振幅，调整工作循环以减少发动机空气燃料循环的稀化部分，频率也可减少。从发动机外部进入微粒过滤器的空气可以类似方式调整。

在时间点T3，微粒过滤器氧化指令重设到低级别。当空燃比的稀化振幅减小后离开微粒过滤器的空气质量高于所期待时，微粒过滤器氧化指令可重设到低级别。在另外一个实施例中，当确定的氧化的烟粒质量比阈值量大(例如估算的储存烟粒质量的75％)时可重设微粒过滤器氧化指令。如图3-5的方法中所描述的，这种运转期间的氧化烟粒质量由位于微粒过滤器上游和下游的氧传感器确定。在指令微粒过滤器氧化指令关闭后，发动机工况回归到适于燃料经济性、排放和驾驶性能的操作条件。所以，可响应于指令微粒过滤器氧化指令关闭而提前点火并且减少发动机空气量。

现在参考图3，显示了用于确定微粒过滤器内氧化的烟粒质量和微粒过滤器泄露的方法。通过图1系统内控制器12的指示，图3中的方法是可实行的。

在302中，方法300确定发动机工况。在一个实施例中，发动机工况包括但不限于发动机转速、发动机负荷、从发动机排气系统中多个位置中测量的排气氧浓度、发动机冷却剂温度、发动机空气量和燃料喷射正时。在确定发动机工况后方法300前进至304。

在304中，方法300估算储存在排气系统的微粒过滤器内的烟粒质量。在一个实施例中，方法300根据发动机工况(包括发动机在该工况运转的时间量)估算包括发动机在工况下操作的时间量在内的发动机工况下微粒过滤器内的烟粒质量。例如，发动机空气量或发动机负荷连同发动机转速一起可用于索引保存了根据经验确定的烟粒质量流速的表格。烟粒质量流速可在时间上进行积分以估算微粒过滤器内烟粒质量的量。在一些实施例中，可类似地从保存有根据经验确定的微粒过滤器效率的表格中确定微粒过滤器效率。

在306中，方法300判断是否燃烧微粒过滤器内保持的烟粒。如果微粒过滤器内的烟粒质量超过预先确定的量，则方法300前进至306。否则，方法300退出。值得注意的是方法300可响应于微粒过滤器中保持的烟粒质量之外的工况退出或绕开微粒过滤器的燃烧过程。例如，当微粒过滤器的温度超过预定阈值时，方法300可退出。在另外一个实施例中，方法300可响应于操作者请求比预先确定值大的扭矩、或者如果在微粒过滤器烟粒的燃烧过程中排气压力比预先确定值大而退出。

在308中，方法100提高微粒过滤器的温度。在一个实施例中，微粒过滤器可通过增加点火推迟和发动机空气流速的方式提高温度。例如，火花可从基本点火正时延迟预定量。此外，发动机空气流可增加，以便即使延迟火花并且同时增加排气温度发动机也可产生等量的扭矩。在一些实施例中，排气温度可从发动机转速、发动机空气量和点火提前来估算。微粒过滤器温度增加后方法300进入310。

在310中，方法300判断微粒过滤器是否处于促进微粒过滤器内烟粒的燃烧的所需温度。如果是，方法300进入312。否则，方法300回到308，在该处可采取其它行为以增加微粒过滤器温度。例如，可提供额外的火花延迟。

在312，方法300将稀化的排气混合物运送到微粒过滤器。在一个实施例中，图4中的方法提供了稀化的排气混合物。但是，在替代实施例中也可采用其它方法。在稀化的排气混合物提供至微粒过滤器的入口后，方法300进入314。

在314，方法300确定微粒过滤器内储藏的烟粒质量。在一个实施例中，图5中的方法从位于微粒过滤器的上游和下游的氧传感器确定微粒过滤器内保持的烟粒质量。特别是，至少部分响应于两个氧传感器之间氧浓度的差异确定在微粒过滤器内氧化的烟粒质量。在确定从微粒过滤器氧化的烟粒质量后，方法300进入316。

在316，方法确定在微粒过滤器内是否存储了所需量的烟粒。在一个实施例中，从304估算的烟粒质量中减去在314中确定的烟粒质量。如果确定在烟粒氧化过程中已基本上从微粒过滤器中去除了烟粒，并且在确定的烟粒质量和估算的烟粒质量之间差异的结果比预先确定的量高，则方法300进入318。否则，方法300退出。所以，如果估算的烟粒质量比确定的烟粒质量少，方法300进入318。

在318，方法300提供了微粒过滤器泄露的指示。在一个实施例中，通过灯指示微粒过滤器泄露。在其它实施例中，通过可用于诊断工具的诊断代码指示微粒过滤器泄露。在提供微粒过滤器泄露的指示后，方法300退出。

在320中，方法300校正位于微粒过滤器的上游和下游的氧传感器的输出产生的差。在一个实施例中，在上游氧传感器和下游氧传感器之间有偏差的情况下，选择上游和下游传感器中的一个或另一个作为基准，并且通过从另外一个传感器的输出里减去基准传感器的输出来确定偏差。随后将减除的结果加到另外一个传感器的输出以校正传感器输出之间的差。在另外一个实施例中，在一个传感器比另外一个传感器响应得更快的情况下，可通过对氧浓度数据进行后处理来解决相位差。可确定相位差并将相位差储存在存储器中，以便可根据较快的和较慢的传感器之间的相位差来调节较慢的传感器的相位。通过对存储的氧浓度数据进行后处理并经过修正传感器之间相位差的过滤器传递数据，可调节较慢传感器的相位。

值得注意的是，当微粒过滤器的温度比预先确定的温度低时校正在氧传感器输出中的差，以便微粒过滤器内烟粒的氧化不影响氧传感器输出的校正。此外，在一些实施例中，对于选定工况可储存氧传感器的校正。例如，当发动机转速比阈值速度高时并且发动机空气质量流量比阈值的数值大时。

现在参考图4，显示了用于传输稀化的排气混合物以氧化微粒过滤器内保持的烟粒质量的方法。图4中的方法可通过图1系统内控制器12的指示来执行。

在402，方法400判断微粒过滤器是否位于排气系统中三元催化剂上游的位置。在一个实施例中，车辆排气系统配置可储存在存储器中，这样简单的询问提供了微粒过滤器位置的答案。如果微粒过滤器没有位于三元催化剂的上游，方法400前进至414。否则，方法400前进至404。

在414，方法400稀化进入微粒过滤器的气体以实现微粒过滤器内烟粒氧化的所需速度。如果空气在微粒过滤器的上游位置注入排气系统，则可响应于微粒过滤器的温度来调节注入到排气系统的空气量。

在一些实施例中，可将空气以一系列脉冲注入发动机排气系统，以便可控制微粒过滤器的温度。在调节进入微粒过滤器的空气后，方法400前进至412。

在404，方法400选择和输出发动机空燃比的振幅、工作循环和频率用于氧化微粒过滤器内保持的烟粒。空燃比振幅、工作循环和频率可通过改变注入每个发动机汽缸的燃料的量来调整。例如，如果希望发动机燃烧稀化的空气燃料混合物，则可给汽缸喷射更少的燃料。当汽缸燃烧稀化或富化的空气燃料混合物时，富化或稀化的汽缸空气燃料混合物的工作循环可通过改变汽缸燃烧事件的数量来调整。在一个实施例中，汽缸空气燃料混合物稀化的量可根据微粒过滤器内保持的烟粒的估算量来改变。例如，如果估算在微粒过滤器内存储了0.2克烟粒，可在基本指令的发动机空燃比周期的稀化部分期间以比基本指令的发动机空燃比更稀化0.2空燃比来操作发动机汽缸。另一方面，如果估算的在微粒过滤器内存储了0.4克烟粒，可在基本指令的发动机空燃比周期的稀化部分期间以比基本指令的发动机空燃比更稀化0.4空燃比来操作发动机汽缸。

调整频率、化学计量空燃比附近的富化和稀化的空燃比振幅、空燃比工作循环以提供进入三元催化剂下游的基本上化学计量的排气混合物。进一步地，发动机空燃比频率、富化和稀化的空燃比振幅和空燃比工作循环在416、418中调整以考虑到氧化的烟粒质量。在调整和输出发动机空燃比后，方法400前进至406。

在406，方法400读取上游(US)和下游(DS)氧传感器的输出。在前进至408之前，可一次或多次读取氧传感器的输出。在读取氧传感器的输出后，方法400前进至408。

在408，方法400判断离开微粒过滤器的排气中是否存在低于所期待水平的氧。低于所期待的氧水平可只是多于估算的烟粒质量存储在微粒过滤器内。但是，氧的低水平可能影响三元催化剂内的化学过程，以至于碳氢化合物和一氧化碳的氧化较为有效。所以，发动机空燃比循环的稀化部分的振幅可能会增加，以便额外的氧能穿过微粒过滤器并参加三元催化剂内的氧化。在一个实施例中，在发动机空燃比循环内平均的氧的水平比希望的低，离开微粒过滤器的排气比化学计量混合物更富化。如果方法400判断离开微粒过滤器的排气的氧的水平比希望的低，方法400前进至416。否则，方法400前进至410。

在416，方法400增加发动机空气燃料循环模式的稀化部分。在一个实施例中，空气-燃料的稀化部分通过对一些燃烧事件喷射更少的燃料来稀化。在另外的实施例中，当发动机燃料量保持基本上恒定时，可增加发动机空气量。在增加发动机空气燃料循环的稀化部分的振幅后，方法400进入410。

在410，方法400判断离开微粒过滤器的排气中是否存在高于所期待的氧的水平。高于期待的氧的水平可能指示少于所估算的烟粒质量存储在微粒过滤器内。但是，氧的更高水平可能影响三元催化剂内的化学过程，以使NOx的减少更低效。所以，发动机空燃比循环的稀化部分的振幅可减小，以便更少的氧可穿过微粒过滤器并参加三元催化剂内的氧化。在一个实施例中，在时间段内的平均氧的水平比希望的更高，，离开微粒过滤器的排气比化学计量混合物更稀化。如果方法400判断离开微粒过滤器的气体中的氧的水平比希望的高时，方法400前进至418。否则，方法400前进至412。

在418，方法400减少发动机空燃比循环模式的稀化部分。在一个实施例中，通过对一系列燃烧事件喷射更多燃料使空气燃料循环的稀化部分更富化。在其它实施例中，当发动机燃料量保持基本恒定时可减少发动机空气量。在增加发动机空气燃料循环的稀化部分的振幅后，方法400前进至412。

在替代实施例中，当控制器确定氧化的烟粒质量接近微粒过滤器内保持的烟粒质量时，自动调整发动机空燃比的稀化振幅、振荡频率和工作循环。这样，408、410、416和418可被在估算的微粒过滤器中保持的烟粒质量降低时减少发动机空燃比循环的稀化部分的运转所代替。

在412，方法400判断下游氧传感器的输出是否在上游氧传感器输出的范围内。如果是，则停止微粒过滤器内烟粒氧化的过程，并且发动机回到基本工况。否则方法400返回404。在这个实施例中，当发动机稀化操作时并且微粒过滤器处于升高的温度时下游氧传感器指示氧浓度和上游氧传感器所指示的相似时，可确定微粒过滤器内保持的烟粒质量的大部分已经氧化。

在替代实施例中，当从估算的微粒过滤器内保持的烟粒质量中减去由上游和下游氧传感器信号确定的烟粒质量并且结果比阈值烟粒质量少时，方法400可退出。如果从估算的微粒过滤器内保持的烟粒质量减去由氧传感器确定的烟粒质量的结果比阈值烟粒质量高，方法400回到404。

用这种方法，可控制供给微粒过滤器和下游催化剂的排气以氧化微粒过滤器里的烟粒并平衡下游催化剂内的化学过程用于有效氧化和还原。进一步地，如图5的方法所述，通过处理并求和校正的氧传感器输出中的差异可轻易地确定出烟粒质量。在其它实施例中，可调整进入微粒过滤器的空气量而不调整发动机空气-燃料量。例如，在微粒过滤器内保持的烟粒质量的氧化过程中，空气可通过空气泵周期性地添加至微粒过滤器。在这种情况下，可循环进入微粒过滤器的空气的量，以便平均的气体的化学计量混合物从微粒过滤器排出。

现在参考图5，显示了用于确定氧化的烟粒质量的方法的流程图。图5的方法可通过图1系统内控制器12的指示来执行。

在502，方法500确定发动机排气流速。在一个实施例中，可从发动机空气质量流速确定发动机排气流速。并且，可从空气质量传感器或发动机转速、歧管压力和理想气体定律确定发动机空气质量流速。在其它的实施例中，排气质量流速可从发动机空气质量流速和被泵送到排气系统内的发动机外部空气量的估算的结合来确定排气质量流速。例如，可从质量空气流量传感器确定发动机空气质量，并且可从给空气泵提供的电压估算外部的空气质量。在确定排气质量流速后，方法500前进至504。

在504，方法500确定微粒过滤器处的温度。在一个实施例中，可通过温度传感器确定微粒过滤器的温度。在另一个实施例中，可通过模型从发动机空气质量、火花正时和发动机转速确定微粒过滤器的温度。在确定微粒过滤器的温度后，方法500前进至506。

在506，方法500确定和分子碰撞相关的烟粒氧化系数。烟粒氧化系数可通过实验来经验地确定。进一步地，烟粒系数可对于不同工况而改变。在一个实施例中，烟粒氧化系数可经验地确定并且储存在控制器的存储器里。在使用多个烟粒系数的情况下，可通过变量(例如微粒过滤器温度)来对表格或函数进行索引以确定烟粒系数。在确定烟粒系数后，方法500前进至508。

在508，方法500确定在烟粒质量氧化过程中氧化的烟粒质量。在一个实施例中，根据阿仑尼乌斯方程(Arrhenius equation)确定氧化的烟粒质量。具体地，从微粒过滤器氧化的烟粒质量根据下面的方程式确定：

$\frac{\mathrm{dm}\_\mathrm{soot}}{\mathrm{dt}}=-m\_\mathrm{soot}\·O_2\·k_0\·e^{\left(\frac{-k}{\mathrm{RT}}\right)}---\left(1\right)$

$O_2\_\mathrm{downstreamPF}=O_2\_\mathrm{upstreamPF}-k_1\·\frac{\left(\frac{\mathrm{dm}\_\mathrm{soot}}{\mathrm{dt}}\right)}{\mathrm{exh}\_\mathrm{flow}}---\left(2\right)$

公式中，m_soot是烟粒质量，O2为可以用来氧化烟粒的氧的量，k0是和分子碰撞率(molecular collision rate)相关的烟粒氧化系数，k是活化能(activation energy)，R是气体常数，并且T是方程式1中的绝对温度。然后，O2_downstreamPF是微粒过滤器下游的校正氧浓度，O2_upstream是微粒过滤器上游的校正氧浓度，k1是经验确定的系数，m_soot是烟粒质量，并且exh_flow是排气流速。每次读取位于微粒过滤器上游和下游的氧传感器时更新氧化的烟粒质量。

在三元催化剂位于微粒过滤器和下游氧传感器之间的实施例中，当确定微粒过滤器氧化的烟粒质量时考虑到保持在三元催化剂里的氧的质量。具体地，修改上文的方程式2以包括存储在催化剂内的氧的量。

$O_2\_\mathrm{downstreamPF}=O_2\_\mathrm{upstreamPF}-k_1\·\frac{\left(\frac{\mathrm{dm}\_\mathrm{soot}}{\mathrm{dt}}\right)}{\mathrm{exh}\_\mathrm{flow}}-O_2\_\mathrm{catalyst}---\left(3\right)$

公式中，O2_catalyst是存储在位于微粒过滤器下游的三元催化剂内的氧的量。在一个实施例中，存储在催化剂内的氧的量可根据美国专利6453662描述的方法来确定，其全不意图及目的以引用方式并入本文。此外，每次读取氧传感器时更新氧化的烟粒质量。在更新烟粒质量氧化过程期间氧化的烟粒质量后，方法500退出。

这样，可确定微粒过滤器烟粒质量氧化过程期间氧化的烟粒质量。通过利用微粒过滤器上游和下游的氧传感器提供的信息，可确定微粒过滤器内氧化的烟粒质量。

所以，图3-5的方法提供了用于操作微粒过滤器的方法，包括：通过第一和第二氧传感器估算从微粒过滤器氧化的烟粒质量；并且当在估算的从微粒过滤器氧化的烟粒质量和期望的在微粒过滤器内保持的烟粒质量之间的差比烟粒质量阈值大时，指示微粒过滤器劣化。方法包括第一氧传感器位于排气系统中微粒过滤器的上游，并且第二氧传感器位于排气系统中微粒过滤器的下游。这样，可确定氧化烟粒消耗的氧。方法也包括通过阿仑尼乌斯方程估算烟粒。方法包括第一氧传感器位于微粒过滤器的上游并且第二氧传感器位于微粒过滤器的下游。

方法包括第一和第二氧传感器为线性氧传感器。方法也包括在微粒过滤器烟粒氧化过程期间响应于不希望微粒过滤器内的烟粒被氧化的时间段期间第一氧传感器的输出和第二氧传感器的输出之间的差异而补偿第一和第二氧传感器中至少一个的输出。方法包括通过对第一或第二氧传感器的输出增加偏移来补偿第一和第二传感器中的至少一个。这样，可从估算的微粒过滤器烟粒质量减去氧传感器误差。

图3-5中的方法进一步提供了用于操作微粒过滤器的方法，包括：响应与微粒过滤器内保持的烟粒质量调整发动机空燃比循环的稀化部分；并且当通过第一和第二氧传感器估算的从微粒过滤器氧化的烟粒质量和希望的微粒过滤器保持的烟粒质量差异大于阈值烟粒质量时，指示微粒过滤器劣化。方法包括进一步响应于第二氧传感器的输出调整发动机空燃比循环的稀化部分，并且第二氧传感器位于微粒过滤器的下游。这样，可提供位于微粒过滤器下游的三元催化剂的高转化效率。方法包括三元催化剂位于发动机排气系统中微粒过滤器和发动机的下游，并且发动机是火花点火式发动机。方法也包括当从第二氧传感器输出的氧浓度比希望的少时，进一步稀化发动机空燃比的稀化部分。在另外一个实施例中，方法包括当从第二氧传感器输出的氧浓度比希望的高时，富化发动机空燃比循环的稀化部分。方法进一步包括响应于第二氧传感器的输出调整发动机空燃比循环的工作循环，第二氧传感器位于排气系统中微粒过滤器的下游。方法也进一步包括响应于第二氧传感器的输出停止估算从微粒过滤器氧化的烟粒质量。

图3-5中的方法进一步提供用于操作微粒过滤器的方法，包括：响应于微粒过滤器中保持的烟粒质量调整发动机空燃比循环的稀化部分；通过火花开始空气燃料混合物在发动机汽缸内的燃烧，空气-燃料混合物从空燃比循环中得到；通过第一和第二氧传感器估算从微粒过滤器氧化的烟粒量烟粒质量；当估算的烟粒质量和期望的烟粒质量的差异比阈值烟粒质量大时，指示微粒过滤器的劣化。方法也包括微粒过滤器烟粒氧化过程期间响应于不希望微粒过滤器内的烟粒被氧化的时间段期间第一氧传感器的输出和第二氧传感器的输出之间的差异而补偿第一和第二氧传感器中至少一个的输出，方法中的补偿也包括用于第一和第二氧传感器之间的信号相位迟延。在一个实施例中，方法中的补偿进一步包括补偿在第一氧传感器的输出和第二氧传感器的输出之间的偏差。方法也包括三元催化剂位于发动机排气系统中微粒过滤器的下游。方法进一步包括调整发动机空燃比循环以提供离开微粒过滤器的基本上平均化学计量混合的排气。

本领域内的一个普通技术人员所理解的，图3-5中描述的方法代表任意数量处理策略中的一个或多个，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的各个步骤和功能可以描述的顺序、并性执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本文描述的目标、功能和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。即使没有明确地描述，本领域内的普通技术人员可理解根据使用的特定策略可反复执行一个或多个描述的步骤或功能。另外，术语“抽气机(aspirator)”或“文氏管(venturi)”可替代喷射器，因为这些装置的实施方式相似。

总而言之，本领域技术人员阅读本说明书之后，可想到多种替代和变型而不背离描述的实质和范围。例如，可用天然气、汽油、柴油或替代燃料配置运转的单缸、I2，I3，I4，I5，V6，V8，V10，V12和V16发动机可使用本发明来优化。

Claims (10)

1.一种用于操作微粒过滤器的方法，包括：

通过第一和第二氧传感器估算从微粒过滤器氧化的烟粒质量；并且

当估算的从微粒过滤器氧化的烟粒质量和希望的微粒过滤器里保持的烟粒质量之间的差异比阈值烟粒质量大时，指示微粒过滤器的劣化。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氧传感器位于排气系统中微粒过滤器的上游，并且第二氧传感器位于排气系统中微粒过滤器的下游。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烟粒质量通过阿仑尼乌斯方程(Arrhenius equation)估算。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氧传感器位于微粒过滤器的上游，并且所述第二氧传感器位于所述微粒过滤器和所述三元催化剂的下游。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一和第二氧传感器是线性氧传感器，并且所述估算的从微粒过滤器氧化的烟粒质量是基于所述第一氧传感器、所述第二氧传感器和三元催化剂储存的氧的估算量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在微粒过滤器的烟粒氧化过程期间响应于不希望所述微粒过滤器内的烟粒被氧化的时间段期间所述第一氧传感器的输出和所述第二氧传感器的输出之间的差异而补偿所述第一和第二氧传感器中的至少一个的输出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过向所述第一或第二氧传感器的输出增加偏移来给所述第一和第二氧传感器中的至少一个提供补偿。

8.一种用于操作微粒过滤器的方法，包括：

响应于微粒过滤器内保持的烟粒质量调整发动机空燃比循环的稀化部分；并且

当通过所述第一和第二氧传感器估算的从所述微粒过滤器氧化的烟粒质量和希望的所述微粒过滤器内保持的烟粒质量差比阈值烟粒质量大时，指示所述微粒过滤器的劣化。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步响应于所述第二氧传感器的输出调整发动机空燃比循环的所述稀化部分，并且所述第二氧传感器位于所述微粒过滤器的下游。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，三元催化剂安放在发动机排气系统中所述微粒过滤器和发动机的下游，并且所述发动机是火花点火式发动机。

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