CN102979608B - 防止损害适用于气缸停用的车辆中汽油颗粒过滤器的方法 - Google Patents

防止损害适用于气缸停用的车辆中汽油颗粒过滤器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及防止损害适用于气缸停用的车辆中汽油颗粒过滤器的方法。一种防止损害适用于气缸停用(CDA)的车辆的汽油颗粒过滤器(GPF)的方法，可以包括：监测GPF压力差的步骤，该步骤测量所述GPF的压力差并且根据测量的GPF的压力差确定所述GPF中烟尘的积累量；比较压力差的步骤，该步骤将测量的GPF的压力差与预定再生压力差进行比较；计算GPF温度的步骤，对于每个CDA模式该步骤基于烟尘的积累量和排放气体的平均氧气浓度根据所述每个CDA模式计算所述GPF中的温度；以及设置CDA模式的步骤，该步骤基于计算的温度和为了防止损害所述GPF而建立的预定温度而确定CDA操作可用的气缸的数量。

Description

防止损害适用于气缸停用的车辆中汽油颗粒过滤器的方法
与相关申请的交叉引用
本申请要求2011年9月2日提交的韩国专利申请第10-2011-0088982号的优先权，上述申请的全部内容结合于此用于这种引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种用于防止损害汽油发动机的汽油颗粒过滤器(GPF)的方法，尤其涉及一种防止损害适用于气缸停用(CDA)的车辆中的GPF的方法，该方法确定适用于CDA的汽油发动机的气缸数量，从而通过使用GPF的内部温度条件而防止损害GPF。
背景技术
近来，随着对发动机输出和效率的要求增加，甚至对于汽油发动机也使用直接将燃料喷射进入气缸的汽油直接喷射(GDI)式发动机。
除了GDI发动机之外，在涡轮增压汽油直接喷射(T-GDI)发动机中，由于燃烧室中不完全燃烧段的增加，颗粒材料(PM)的产生成为一个问题，这是由于在GDI发动机上安装涡轮增压器而造成的。
已经针对安装汽油颗粒过滤器(GPF)进行了研究，所述汽油颗粒过滤器起到的作用与在柴油发动机中使用以消除产生PM问题的烟尘过滤器相同。然而，因为汽油车辆以一定化学计量比运行，当在过滤器中积累的PM再生时由于排放气体中的氧气不足而难以重新使用该烟尘过滤器，从而导致需要大量时间来使得烟尘过滤器再生。
同时，在适用于一种技术的气缸停用(CDA)发动机中，该技术通过停止对多个气缸的一些气缸的燃料供给而提供非运行时期从而改进减速或低速行驶中的燃料效率，通过不供给燃料的气缸排放的空气通过排气歧管排放至外部。通过不供给燃料的气缸排放的空气包含与大气比率相同的氧气，因为其并未经过燃烧。
问题在于，包含大量氧气的空气通过排气管线排放至外部时，空气中的氧气由于加速PM的氧化而损害GPF。
同时，作为相关技术，KR 10-2009-0063944A和KR10-2009-0126619A中已经公开了用于去除GDI发动机中的PM的技术以及关于CDA发动机的技术。
公开于本背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面涉及提供一种防止损害车辆中的汽油颗粒过滤器(GPF)的方法，所述车辆具有适用于气缸停用(CDA)的汽油发动机。
根据本发明的各个方面的示例性方法可以包括：监测GPF压力差的步骤，该步骤测量所述GPF的压力差并且根据测量的GPF的压力差确定所述GPF中烟尘的积累量；比较压力差的步骤，该步骤将测量的GPF的压力差与预定再生压力差进行比较；计算GPF温度的步骤，对于每个CDA模式该步骤基于烟尘的积累量和排放气体的平均氧气浓度根据所述每个CDA模式计算所述GPF中的温度；以及设置CDA模式的步骤，该步骤基于计算的温度和为了防止损害所述GPF而建立的预定温度而确定CDA操作可用的气缸的数量。
所述设置CDA模式的步骤可以对CDA模式进行设置，从而使得所述GPF的温度等于或者低于预定温度。所述预定温度可以是大约1250℃。
所述方法可以进一步包括：启动GPF再生的步骤，该步骤在所述设置CDA模式的步骤之后启动所述GPF的再生；确定超限运行起点的步骤，该步骤在所述GPF再生时确定所述车辆是否已经进入超限运行状况；确定GPF再生的完成的步骤，如果所述车辆还未进入所述超限运行状况，那么该步骤将所述GPF中的压力差与再生完成压力差进行比较；以及完成GPF再生的步骤，当在所述确定GPF再生的完成的步骤中所述GPF中的压力差低于再生完成压力差时，所述完成GPF再生的步骤完成所述GPF的再生。
而且，所述方法可以进一步包括停止CDA操作的步骤，如果所述车辆已经进入所述超限运行状况，那么该步骤终止所述GPF的再生，终止CDA操作并且返回至所述比较压力差的步骤。
根据具有本发明的配置的防止损害适用于CDA的车辆中的GPF的方法，通过基于GPF的压力差和温度而确定待停止的气缸的数量，当GPF在适用于CDA的车辆中再生时可以阻止GPF暴露于高温并受到损害。
此外，可以使得燃料效率达到最高程度，因为通过防止损害GPF而总是可以进行再生，从而可以保持车辆的性能。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
附图说明
图1是一种系统的示意图，用于防止损害汽油颗粒过滤器(GPF)的本发明的示例性方法应用于该系统。
图2是示出了根据本发明的各个方面的防止损害适用于CDA的车辆中的GPF的示例性方法的流程图。
图3是显示了在本发明的示例性方法中使用的相对于GPF压力差的烟尘积累量的曲线图。
图4是显示了在本发明的示例性方法中使用的相对于烟尘积累量的GPF的内部温度以及每个CDA模式的平均氧气浓度的曲线图。
图5是显示了在本发明的示例性方法中使用的根据CDA操作的平均氧气浓度的图。
应理解的是，附图呈现了阐述本发明基本原理的各个特征的一定程度的简化表示，从而不一定是按比例绘制的。本文所公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、定向、位置以及形状，将部分地由具体意图的应用以及使用环境所确定。
在附图中，附图标记在全部的几个附图中表示本发明的相同或者等效的部分。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
在下文中参考附图对根据本发明的各个实施例的防止损害适用于气缸停用(CDA)的车辆中的汽油颗粒过滤器(GPF)的方法进行具体描述。
参考图1，根据本发明的各个实施例的防止损害适用于CDA的车辆中的GPF的方法应用于装备有三元催化转化器20和GPF 30的发动机系统，三元催化转化器20和GPF 30在汽油直接喷射(GDI)或涡轮增压汽油直接喷射(T-GDI)式CDA发动机10之后布置在排气管线中。
如图2中所示，监测GPF压力差的步骤S110周期性地测量GPF 30的前端和后端处的压力，并且通过对压力进行比较而连续计算GPF中的压力差。GPF 30中烟尘的积累量和GPF中的压力差是成比例的，如图3中所示。监测GPF中的压力差，作为间接测量GPF 30中烟尘的积累量的方法。
比较压力差的步骤S120将在监测GPF压力差的步骤S110中测量的GPF 30中的压力差与预定再生压力差进行比较。也就是说，当GPF压力差等于或者大于预定值并且在GPF 30中积累了过量烟尘的时候，GPF 30的效率和排气效率降低，从而需要对GPF 30进行再生，这需要以下过程。当GPF 30的压力差等于或小于预定值时，在GPF 30中积累的烟尘的量较小，不需要对GPF 30进行再生。重复地对GPF 30的压力差和预定再生压力差进行比较。
计算GPF温度的步骤S130计算每个CDA模式中GPF 30的内部温度。其是通过以下方式完成的：首先将通过监测GPF压力差的步骤S110获取的GPF 30的压力差置于图3中以获得烟尘的相应积累量，然后基于烟尘的积累量和氧气浓度根据每个CDA模式使用图4的曲线图以推断GPF 30的内部温度。
基于推断的GPF 30的内部温度，设置CDA模式的步骤S140确定待停止的气缸的数量，同时保持GPF 30在一定温度下或者低于该温度运行，若高于该温度则GPF 30会受到损害。这样的温度典型地为大约1250℃。在各个实施例中，该温度被设置为1250℃。将会认识到，该温度的值可以根据GPF的材料和结构而变化。
通过使用在图3至图5中示出的例子而对计算GPF温度的步骤S130和设置CDA模式的步骤S140进行具体描述。
图3和图4显示了从积累的实验值获取的经验数据，图5显示了在四缸发动机中根据CDA模式的平均氧气浓度。也就是说，在图5中，因为大多数氧气被用于在运行中的气缸中燃烧，浓度为大约1％，并且在停止的气缸中的氧气浓度为大约21％，这与氧气在大气中的浓度相同，它们的算术平均是根据每个CDA模式的平均氧气浓度。
在图3中，示例性地说明了GPF 30的压力差是20kPa(a)、25kPa(b)和30kPa(c)。当GPF 30的压力差是20kPa时，能够实现CDA操作，从而使得燃料不供给至四缸发动机中的三个气缸，但是当GPF 30的压力差是30kPa时，气缸都不能停止，当GPF 30的压力差是25kPa时，仅有一个气缸能够停止。
首先，当由图3中的(a)指示的GPF 30的压力差为20kPa时，烟尘的积累量是大约5.5g/L。在图4中，当烟尘的积累量是5.5g/L时，描述了根据氧气浓度的GPF 30的温度。即使在CDA以最高水平运行的情况下平均氧气浓度为16％，因为GPF 30的温度为大约1100℃，所以甚至能够实现根据车辆中所需输出而停止三个气缸的CDA-3模式。也就是说，在装备有四缸发动机的车辆中，在不需要大量输出时，例如减速、低速行驶或下坡行驶，可以最多停止三个气缸。
当在图3中由(b)指示的GPF 30的压力差为25kPa时，烟尘的积累量为大约7.5g/L，可以根据图4和图5停止一个气缸，但是也可以停止两个或更多气缸。也就是说，如图4中的(b-1)所示，当氧气浓度为6％时，GPF 30的内部温度为大约1000℃，从而可以停止一个气缸，但是如(b-2)所示，当氧气浓度为11％时，GPF 30的温度超过大约1250℃，从而不可能停止两个或更多气缸。
同时，当在图3中由(c)指示的GPF 30的压力差为30kPa时，烟尘的积累量为大约9g/L，其中如图4中的(c)所示，即使只有一个气缸停止，温度也会超过1250℃——GPF 30的临界温度，从而不能应用CDA模式。
回来参考图2，在设置CDA模式之后，执行启动GPF再生的步骤S150，该步骤对GPF进行再生。当烟尘继续在GPF 30中积累时，GPF30的性能降低，从而通过加热烟尘使其氧化而执行再生，当积累的烟尘等于或多于预定量时通过使用后喷射以将GPF 30的温度升高至预定温度或以上。
当发动机运行而GPF 30再生时，确定超限运行起点的步骤S160确定是否已经进入超限运行状况。也就是说，由于在CDA模式中发动机10的输出受到一些气缸停止的限制，在加速、中速或更快行驶、或者上坡时，而不是在车辆减速、以低速行驶或下坡行驶的时候，必须通过将燃料供给进入所有气缸而从发动机10引导充分的输出。因此，必须通过周期性地确定车辆是否进入超限运行而确定CDA是否停止。
当在确定超限运行起点的步骤S160中确定车辆已经进入超限运行时，必须停止CDA操作(S170)并且将燃料供给进入所有气缸，从而使得发动机10产生充足的输出。
当在确定超限运行起点的步骤S160中确定车辆还没有进入超限运行时，执行确定GPF再生的完成的步骤S180，该步骤确定是否完成GPF 30的再生。
确定GPF再生的完成的步骤S180将GPF中的压力差与期望再生完成压力差进行比较，并且在确定GPF中的压力差低于期望再生完成压力差时完成GPF 30的再生，这意味着GPF 30已经充足地再生。
当确定GPF再生的完成的步骤S180中GPF中的压力差高于期望再生完成压力差时，GPF 30的再生继续，直到GPF中的结果压力差低于期望再生完成压力差。在GPF 30的再生过程中，确定超限运行起点的步骤S160和随后步骤是周期性重复执行的。
为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语前或后等等用于参考在图中所示的示例性实施方案的特征的位置来对这些特征进行描述。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (5)

1.一种防止损害适用于气缸停用的车辆的汽油颗粒过滤器的方法，所述方法包括：
监测汽油颗粒过滤器压力差的步骤，所述监测汽油颗粒过滤器压力差的步骤测量所述汽油颗粒过滤器的压力差并且根据测量的汽油颗粒过滤器的压力差确定所述汽油颗粒过滤器中烟尘的积累量；
比较压力差的步骤，所述比较压力差的步骤将测量的汽油颗粒过滤器的压力差与预定再生压力差进行比较；
计算汽油颗粒过滤器温度的步骤，对于每个气缸停用模式，所述计算汽油颗粒过滤器温度的步骤基于烟尘的积累量和排放气体的平均氧气浓度根据所述每个气缸停用模式计算所述汽油颗粒过滤器中的温度；以及
设置气缸停用模式的步骤，所述设置气缸停用模式的步骤基于计算的温度和为了防止损害所述汽油颗粒过滤器而建立的预定温度而确定气缸停用操作可用的气缸的数量。
2.根据权利要求1所述的防止损害适用于气缸停用的车辆的汽油颗粒过滤器的方法，其中，所述设置气缸停用模式的步骤对气缸停用模式进行设置，从而使得所述汽油颗粒过滤器的温度等于或者低于预定温度。
3.根据权利要求1所述的防止损害适用于气缸停用的车辆的汽油颗粒过滤器的方法，进一步包括：
启动汽油颗粒过滤器再生的步骤，所述启动汽油颗粒过滤器再生的步骤在所述设置气缸停用模式的步骤之后启动所述汽油颗粒过滤器的再生；
确定超限运行起点的步骤，所述确定超限运行起点的步骤在所述汽油颗粒过滤器再生时确定所述车辆是否已经进入超限运行状况；
确定汽油颗粒过滤器再生的完成的步骤，如果所述车辆还未进入所述超限运行状况，那么所述确定汽油颗粒过滤器再生的完成的步骤将所述汽油颗粒过滤器中的压力差与再生完成压力差进行比较；以及
完成汽油颗粒过滤器再生的步骤，当在所述确定汽油颗粒过滤器再生的完成的步骤中所述汽油颗粒过滤器中的压力差低于再生完成压力差时，所述完成汽油颗粒过滤器再生的步骤完成所述汽油颗粒过滤器的再生。
4.根据权利要求3所述的防止损害适用于气缸停用的车辆的汽油颗粒过滤器的方法，进一步包括：
停止气缸停用操作的步骤，如果所述车辆已经进入所述超限运行状况，那么所述停止气缸停用操作的步骤终止所述汽油颗粒过滤器的再生，终止气缸停用操作并且返回至所述比较压力差的步骤。
5.根据权利要求2所述的防止损害适用于气缸停用的车辆的汽油颗粒过滤器的方法，其中，所述预定温度是大约1250℃。
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