CN102777237B - 颗粒过滤器再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及颗粒过滤器再生方法，具体地，一种用于过滤发动机的废气的过滤器的再生系统包括确定所述过滤器中的烟灰累积的烟灰负载确定模块。再生控制模块从所述烟灰负载确定模块接收确定出的烟灰累积，将所述烟灰累积与第一烟灰累积阈值进行比较，并响应于所述烟灰累积和所述第一烟灰累积阈值之间的比较选择性地提高所述废气中的氧化水平，以在所述过滤器中开始再生。

Description

颗粒过滤器再生方法
技术领域
本发明涉及用于监测并减少颗粒过滤器中的烟灰水平的系统和方法。
背景技术
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。当前所署名发明人的在本背景技术部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申请时可能不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
由内燃发动机推动的车辆可以包括颗粒过滤器（PF），例如汽油颗粒过滤器（GPF）或柴油颗粒过滤器（DPF）。PF布置在发动机的排气路径中，并过滤流经排气路径的来自废气的颗粒物（例如，烟灰）。烟灰和其它颗粒物随时间累积在PF中，较大的烟灰水平会限制通过PF的流动。因此，车辆可以执行一种或多种再生技术，以减小PF内的烟灰水平。仅举例，再生可以包括点燃PF内的烟灰颗粒。
发明内容
一种用于过滤发动机的废气的过滤器的再生系统包括确定所述过滤器中的烟灰累积的烟灰负载确定模块。再生控制模块从所述烟灰负载确定模块接收确定出的烟灰累积，将所述烟灰累积与第一烟灰累积阈值进行比较，并响应于所述烟灰累积和所述第一烟灰累积阈值之间的比较选择性地提高所述废气中的氧化水平，以在所述过滤器中开始再生。
本发明还提供如下方案：
1. 一种用于过滤发动机的废气的过滤器的再生系统，所述再生系统包括：
烟灰负载确定模块，所述烟灰负载确定模块确定过滤器中的烟灰累积；以及
再生控制模块，所述再生控制模块从所述烟灰负载确定模块接收确定出的烟灰累积，将所述烟灰累积与第一烟灰累积阈值进行比较，并响应于所述烟灰累积和所述第一烟灰累积阈值之间的比较选择性地提高所述废气中的氧化水平，以在所述过滤器中开始再生。
2. 如方案1所述的再生系统，其中，当所述烟灰累积大于或等于所述第一烟灰累积阈值时，所述再生控制模块选择性地提高所述废气中的所述氧化水平。
3. 如方案1所述的再生系统，其还包括：排气温度确定模块，所述排气温度确定模块确定所述废气的温度，其中，所述再生控制模块接收所述温度，将所述温度与预定的温度阈值进行比较，并且当所述烟灰累积大于或等于所述第一烟灰累积阈值并且所述温度大于所述预定的温度阈值时选择性地提高所述废气中的所述氧化水平。
4. 如方案1所述的再生系统，其中，选择性地提高所述氧化水平包括：调节测量所述废气中的氧水平的氧传感器的设定点。
5. 如方案1所述的再生系统，其还包括过滤器，所述过滤器用三效催化剂材料涂覆。
6. 如方案1所述的再生系统，其中，在选择性地提高所述废气中的所述氧化水平之后，所述再生控制模块将所述烟灰累积与第二烟灰累积阈值进行比较，并响应于所述烟灰累积与所述第二烟灰累积阈值之间的比较来选择性地降低所述废气中的所述氧化水平，以在所述过滤器中停止所述再生。
7. 如方案6所述的再生系统，其中，当所述烟灰累积小于或等于所述第二烟灰累积阈值时，所述再生控制模块选择性地降低所述废气中的所述氧化水平。
8. 如方案6所述的再生系统，其中，所述第二烟灰累积阈值小于所述第一烟灰累积阈值。
9. 一种用于使过滤发动机的废气的过滤器再生的方法，所述方法包括：
确定所述过滤器中的烟灰累积；
将所述烟灰累积与第一烟灰累积阈值进行比较；以及
响应于所述烟灰累积和所述第一烟灰累积阈值之间的比较选择性地提高所述废气中的氧化水平，以在所述过滤器中开始再生。
10. 如方案9所述的方法，其还包括：当所述烟灰累积大于或等于所述第一烟灰累积阈值时，选择性地提高所述废气中的所述氧化水平。
11. 如方案9所述的方法，其还包括：
确定所述废气的温度；
将所述温度与预定的温度阈值进行比较；以及
当所述烟灰累积大于或等于所述第一烟灰累积阈值，并且所述温度大于所述预定的温度阈值时，选择性地提高所述废气中的所述氧化水平。
12. 如方案9所述的方法，其中，选择性地提高所述氧化水平包括：调节测量所述废气中的氧水平的氧传感器的设定点。
13. 如方案9所述的方法，其还包括：用三效催化剂材料涂覆所述过滤器。
14. 如方案9所述的方法，其还包括：在选择性地提高所述废气中的所述氧化水平之后：
将所述烟灰累积与第二烟灰累积阈值进行比较；以及
响应于所述烟灰累积与所述第二烟灰累积阈值之间的比较来选择性地降低所述废气中的所述氧化水平，以在所述过滤器中停止所述再生。
15. 如方案14所述的方法，其还包括：当所述烟灰累积小于或等于所述第二烟灰累积阈值时，选择性地降低所述废气中的所述氧化水平。
16. 如方案14所述的方法，其中，所述第二烟灰累积阈值小于所述第一烟灰累积阈值。
本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，附图中：
图1是根据本发明的发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的控制颗粒过滤器再生的控制模块的功能框图；
图3是根据本发明的再生方法的流程图；
图4A是示出根据本发明的在通常操作期间的烟灰负载和流动限制的曲线图；以及
图4B是示出根据本发明的在再生期间的烟灰负载和流动限制的曲线图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为是指使用非排他逻辑或的逻辑（A或B或C）。应当理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。
如这里所使用的，术语模块可以指或包括：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享的、专用的、或成组的）；提供所描述功能的其它适合部件；或上述的一些或全部的组合，例如以芯片上系统的形式，或者可以是上述的一部分。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享的、专用的、或成组的）。
如上面所使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并可以指程序、例程、函数、类和/或对象。如上面所使用的，术语共享意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享的）处理器来执行。另外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共享的）存储器存储。如上面所使用的，术语成组意味着来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器来执行。另外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器存储。
这里描述的装置和方法可以由通过一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来执行。计算机程序包括存储在非瞬时的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储的数据。非瞬时的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。
诸如汽油内燃发动机的发动机通常在化学计量的或富的空气与燃料（A/F）比下操作，这对应于所产生的废气中的较低水平的氧。废气中的相对低水平的氧化剂抑制了烟灰氧化，从而导致颗粒过滤器（PF）中的高烟灰累积。用于提高烟灰氧化（例如，提高排气温度）的各种技术会损坏PF的基底和/或增加诸如氧化氮（NOx）的其它排放物的水平。根据本发明的PF再生系统和方法降低了PF中的烟灰水平，同时使用PF中的累积的烟灰来减少废气中的NOx排放物。
现在参照图1，根据本发明示意性地示出了示例性的发动机系统100。这里描述的PF再生系统和方法可以在包括PF的各种发动机系统中执行。仅举例，发动机系统可以包括汽油直喷发动机系统和均质充量压燃式发动机系统或柴油发动机系统。
发动机系统100包括发动机104，后者燃烧空气/燃料混合物，从而产生驱动扭矩。空气通过进口112被吸入到进气歧管108中。可以包括节气门（未示出），以调节进入进气歧管108的空气流量。进气歧管108内的空气分配到气缸116中。虽然图1绘出了6个气缸116，但是发动机104可以包括额外的或更少个气缸116。仅举例，预期到具有4个、5个、8个、10个、12个和16个气缸的发动机。
控制模块120与发动机系统100的部件通信。部件可以包括如这里讨论的发动机104、传感器和致动器。控制模块120可以执行本发明的颗粒过滤器控制技术。
空气通过质量空气流量（MAF）传感器124穿过进口112。MAF传感器124产生指示流经MAF传感器124的空气的速率的MAF信号。歧管压力（MAP）传感器128设置在进口112和发动机104之间的进气歧管108中。MAP传感器128产生指示进气歧管108中的空气压力的MAP信号。位于进气歧管108中的进气空气温度（IAT）传感器132基于进气空气温度产生IAT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。曲轴传感器136感测曲轴的位置，并产生曲轴位置（CSP）信号。CSP信号可以与曲轴的旋转速度和气缸事件有关。仅举例，曲轴传感器136可以是可变磁阻传感器。可以使用其它合适的方法来感测发动机速度和气缸事件。
控制模块120致动燃料喷射器140，以将燃料喷射到气缸116中。进气门144选择性地打开和关闭，从而能够使空气进入气缸116。进气曲轴（未示出）调节进气门位置。活塞（未示出）压缩并点燃气缸116内的空气/燃料混合物。活塞在动力冲程期间驱动曲轴，以产生驱动扭矩。当排气门152处于打开位置时，由气缸116内的燃烧产生的废气通过排气歧管148被驱出。排气曲轴（未示出）调节排气门位置。排气歧管压力（EMP）传感器156产生指示排气歧管压力的EMP信号。控制模块120可以基于来自MAF传感器124的进气空气速率和由燃料喷射器140喷射的燃料的质量来确定排气的质量流率。
排气处理系统160处理排气。排气处理系统160包括三效催化剂（TWC）164和也可用三效催化剂涂覆的颗粒过滤器组件168。TWC 164基于后燃烧空气/燃料比来氧化排气中的一氧化碳和烃。氧化的量提高了排气的温度。过滤器组件168接收来自TWC 164的排气，并过滤在排气中存在的任何颗粒物。控制模块120基于各种感测的和/或估计的信息来控制发动机104和过滤器再生。
排气处理系统160可以包括排气压力传感器172-1和172-2（统称为排气压力传感器172）、氧传感器176-1和176-2（统称为氧传感器176）以及排气温度传感器180-1、180-2和180-3（统称为排气温度传感器180）。排气压力传感器172产生指示排气的压力的信号。氧传感器176产生指示排气中的氧的水平的信号。可选地，可以使用氧化氮传感器（未示出）来检测排气中的氧的水平。
排气温度传感器180测量TWC 164和过滤器组件168上游的排气的温度。排气温度传感器180还可以测量过滤器组件168下游或者TWC 164和过滤器组件168之间的排气的温度。排气温度传感器180产生指示排气的温度的信号。控制模块120基于从排气温度传感器180接收的排气的温度来估计过滤器组件168中的温度。仅举例，控制模块120可以产生排气温度模型来估计贯穿排气处理系统160的排气的温度。可选地，控制模块120可以从置于过滤器组件168中的温度传感器（未示出）接收过滤器组件168中的温度。
发动机系统100可以包括EGR系统184。EGR系统184包括EGR阀188和EGR管线192。EGR系统184可以将来自排气歧管148的一部分废气引入到进气歧管108中。EGR阀188可以安装在进气歧管108上。EGR管线192可以从排气歧管148延伸到EGR阀188，从而在排气歧管148和EGR阀188之间提供连通。控制模块120可以致动EGR阀188，以调节引入到进气歧管108中的废气的量。
发动机系统100可以包括涡轮增压器196。涡轮增压器196可以由通过涡轮进口接收的废气来驱动。仅举例，涡轮增压器196可以包括可变喷嘴涡轮。涡轮增压器196增加进入进气歧管中的空气流，以使进气歧管压力增加（即，增压）。控制模块120致动涡轮增压器196，以选择性地限制废气的流量，由此控制增压。
控制模块120基于发动机系统100的（例如，所测量的或估计的）一个或多个特征来选择性地开始过滤器组件168的一个或多个区的再生。仅举例，控制模块120基于从排气压力传感器172、氧传感器176和排气温度传感器180接收的信号来控制过滤器组件168的再生。
基于从氧传感器176-1接收的信号，控制模块120可以控制废气中的氧水平，从而在通常操作期间（例如，当过滤器组件具有低烟灰水平时）实现期望的A/F比。控制模块120监测从氧传感器176-2接收的信号，以确定是否实现期望的A/F比。仅举例，在通常操作模式期间，控制模块120可以降低氧水平，以实现富A/F比（仅举例，相对于化学计量的A/F比的λ 0.995）。例如，富A/F比（例如，降低的氧水平）对于控制（即，降低）NOx水平来讲是所期望的。然而，氧水平的降低对应于废气中的氧化剂的减少，因此导致无效的烟灰减少。
相反，本发明的控制模块120基于过滤器组件168的烟灰负载（例如，测量的或估计的烟灰负载）和排气温度开始再生模式，以控制过滤器组件168的再生，从而降低烟灰水平和NOx水平两者。
现在参照图2，控制模块120包括烟灰负载确定模块200、排气温度确定模块204和再生控制模块208。烟灰负载确定模块200监测发动机系统100的一个或多个测量的和/或估计的特征，以确定过滤器组件168中的烟灰负载（即，烟灰累积）。烟灰负载确定模块200将确定出的烟灰累积提供给再生控制模块208。仅举例，烟灰负载确定模块200基于从排气压力传感器172接收的信号来确定跨过滤器组件168的压降。由排气压力传感器172指示的排气压力之间的差异（例如，从排气压力传感器172-1到排气压力传感器172-2的排气压力的增大）对应于增加的烟灰累积。烟灰负载确定模块200基于排气压力的增大来确定烟灰累积。
可选地，烟灰负载确定模块200可以存储并执行基于发动机系统100的其它特征212来估计烟灰累积的模型。例如，其它特征212可以包括自先前再生以来的时间、排气温度、压力和氧水平和/或排气歧管压力，但不限于此。
排气温度确定模块204基于从排气温度传感器180接收的信号监测排气温度。仅举例，处于或高于预定的温度阈值的排气温度可以是期望的，从而在再生期间有助于有效的烟灰减少。仅举例，预定的温度阈值为550℃。排气温度确定模块204确定排气温度，并将确定出的排气温度提供给再生控制模块208。
再生控制模块208基于从烟灰负载确定模块200接收的所确定的烟灰累积和从排气温度确定模块204接收的所确定的排气温度来开始过滤器组件168的再生。例如，再生控制模块208将确定出的烟灰累积与第一预定烟灰累积阈值（例如，上烟灰累积阈值）进行比较，并将确定出的排气温度与预定的温度阈值进行比较。再生控制模块208基于（例如，响应于）确定出的烟灰累积与上烟灰累积阈值之间的比较以及确定出的排气温度与预定的温度阈值之间的比较来开始过滤器组件168的再生。例如，当确定出的烟灰累积大于或等于上烟灰累积阈值，并且确定出的排气温度大于或等于预定的温度阈值时，再生控制模块208开始过滤器组件168的再生。
为了开始再生，再生控制模块208增大废气中的氧水平，以实现相对于化学计量的A/F比贫乏的A/F比。仅举例，再生控制模块208减小氧传感器176-2的设定点（例如，设定点电压）。响应于氧传感器176-2的减小的设定点，在废气中引起贫A/F比。贫A/F比使得从TWC 164流出的废气中的氧化剂水平增大。因此，另外的氧化剂（例如，NO和O2）可用于过滤器组件168进行再生。例如，涂覆过滤器组件168的三效催化剂材料储存另外的氧化剂，并且低水平的氧化剂从三效催化剂材料释放出，从而与过滤器组件168中的烟灰起反应，从而有助于再生。仅举例，反应将NO还原为N2。以这种方式，减少了过滤器组件168中的烟灰累积，同时还降低了NO水平。
烟灰负载确定模块200继续确定过滤器组件168中的烟灰累积，并且在再生期间将确定出的烟灰累积提供给再生控制模块208。再生控制模块208基于从烟灰负载确定模块200接收的确定出的烟灰累积停止再生模式（例如，恢复到通常操作模式）。例如，再生控制模块208将确定出的烟灰累积与第二预定烟灰累积阈值（例如，下烟灰累积阈值）进行比较。下烟灰累积阈值可以小于上烟灰累积阈值。再生控制模块208基于（例如，响应于）确定出的烟灰累积和下烟灰累积阈值之间的比较停止过滤器组件168的再生。例如，当确定出的烟灰累积小于或等于下烟灰累积阈值时，再生控制模块208停止过滤器组件168的再生。为了停止再生，再生控制模块208降低废气中的氧水平。仅举例，再生控制模块208提高氧传感器176-2的设定点。
现在参照图3，根据本发明的再生方法300开始于302。在304，方法300确定过滤器组件168中的烟灰累积。在306，方法300判断烟灰累积是否大于或等于上烟灰累积阈值。如果是，则方法300继续至308。如果否，则方法300继续至304。在308，方法300判断排气温度是否大于或等于预定的温度阈值。如果是，则方法300继续至310。如果否，则方法300继续至304。因此，从304到308，方法300监测烟灰累积直至烟灰累积大于或等于上烟灰累积阈值，并监测排气温度直至排气温度大于或等于预定的温度阈值。
在310，方法300开始再生。例如，方法300降低氧传感器176-2的设定点，以提高废气中的氧化水平。在312，方法300确定过滤器组件168中的烟灰累积。在314，方法300判断烟灰累积是否小于或等于下烟灰累积阈值。如果是，则方法300继续至316，以恢复（即，提高）氧传感器176-2的设定点，以降低废气中的氧化水平，并前进至304，从而继续监测烟灰累积。可选地，方法300可以停止，从而在随后时间开始。仅举例，方法300可以定期地和/或有条件地开始。如果否，方法300继续至312。因此，从312到314，方法300监测烟灰累积直至烟灰累积小于或等于下烟灰累积阈值。
现在参照图4A，示出了在通常操作期间氧传感器176-2的设定点400（例如，电压设定点，单位为毫伏）以及相应的烟灰负载404（单位为克/公升）和流动限制408（单位为千帕斯卡）。现在参照图4B，在412减小设定点400，从而在再生期间提高氧化水平。因此，减小了烟灰负载404和流动限制408，如在416示出的。
本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是，本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和以下权利要求书的基础上其他修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (16)

1.一种用于过滤发动机的废气的过滤器的再生系统，所述再生系统包括：
烟灰负载确定模块，所述烟灰负载确定模块确定过滤器中的烟灰累积；以及
再生控制模块，所述再生控制模块从所述烟灰负载确定模块接收确定出的烟灰累积，响应于所述烟灰累积和第一烟灰累积阈值之间的比较选择性地提高所述废气中的氧化水平以在所述过滤器中开始再生；以及响应于所述烟灰累积与第二烟灰累积阈值之间的比较来选择性地降低所述废气中的所述氧化水平以在所述过滤器中停止所述再生。
2.如权利要求1所述的再生系统，其中，当所述烟灰累积大于或等于所述第一烟灰累积阈值时，所述再生控制模块选择性地提高所述废气中的所述氧化水平。
3.如权利要求1所述的再生系统，其还包括：排气温度确定模块，所述排气温度确定模块确定所述废气的温度，其中，所述再生控制模块接收所述温度，将所述温度与预定的温度阈值进行比较，并且当所述烟灰累积大于或等于所述第一烟灰累积阈值并且所述温度大于所述预定的温度阈值时选择性地提高所述废气中的所述氧化水平。
4.如权利要求1所述的再生系统，其中，选择性地提高所述氧化水平包括：调节测量所述废气中的氧水平的氧传感器的设定点。
5.如权利要求1所述的再生系统，其还包括过滤器，所述过滤器用三效催化剂材料涂覆。
6.如权利要求1所述的再生系统，其中，在选择性地提高所述废气中的所述氧化水平之后，所述再生控制模块将所述烟灰累积与第二烟灰累积阈值进行比较，并响应于所述烟灰累积与所述第二烟灰累积阈值之间的比较来选择性地降低所述废气中的所述氧化水平，以在所述过滤器中停止所述再生。
7.如权利要求6所述的再生系统，其中，当所述烟灰累积小于或等于所述第二烟灰累积阈值时，所述再生控制模块选择性地降低所述废气中的所述氧化水平。
8.如权利要求6所述的再生系统，其中，所述第二烟灰累积阈值小于所述第一烟灰累积阈值。
9.一种用于使过滤发动机的废气的过滤器再生的方法，所述方法包括：
确定所述过滤器中的烟灰累积；
将所述烟灰累积与第一烟灰累积阈值进行比较；
将所述烟灰累积与第二烟灰累积阈值进行比较；
响应于所述烟灰累积和所述第一烟灰累积阈值之间的比较选择性地提高所述废气中的氧化水平，以在所述过滤器中开始再生；和
响应于所述烟灰累积与所述第二烟灰累积阈值之间的比较来选择性地降低所述废气中的所述氧化水平，以在所述过滤器中停止所述再生。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括：当所述烟灰累积大于或等于所述第一烟灰累积阈值时，选择性地提高所述废气中的所述氧化水平。
11.如权利要求9所述的方法，其还包括：
确定所述废气的温度；
将所述温度与预定的温度阈值进行比较；以及
当所述烟灰累积大于或等于所述第一烟灰累积阈值，并且所述温度大于所述预定的温度阈值时，选择性地提高所述废气中的所述氧化水平。
12.如权利要求9所述的方法，其中，选择性地提高所述氧化水平包括：调节测量所述废气中的氧水平的氧传感器的设定点。
13.如权利要求9所述的方法，其还包括：用三效催化剂材料涂覆所述过滤器。
14.如权利要求9所述的方法，其还包括：在选择性地提高所述废气中的所述氧化水平之后：
将所述烟灰累积与第二烟灰累积阈值进行比较；以及
响应于所述烟灰累积与所述第二烟灰累积阈值之间的比较来选择性地降低所述废气中的所述氧化水平，以在所述过滤器中停止所述再生。
15.如权利要求14所述的方法，其还包括：当所述烟灰累积小于或等于所述第二烟灰累积阈值时，选择性地降低所述废气中的所述氧化水平。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述第二烟灰累积阈值小于所述第一烟灰累积阈值。
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