CN103225531A - 微粒物质保留系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于被动再生耦接至汽油发动机的微粒物质过滤器的方法和系统。在车辆减速状态期间，在两个连续的稀阶段中比化学计量更稀地运转发动机，所述稀阶段包括初始的更短和更稀的阶段，随后是更长和略稀的阶段。通过使用间歇性稀发动机运转而被动再生过滤器，能够改善发动机性能。

Description

微粒物质保留系统

技术领域

本发明一般涉及内燃发动机的排气处理系统，并且尤其是涉及汽油发动机的微粒物质过滤器。

背景技术

发动机可经配置具有将燃料直接喷射至燃烧汽缸（直接喷射）的直接燃料喷射器，和/或具有将燃料喷射至汽缸进气道（进气道燃料喷射）的进气道燃料喷射器。除了能够更好地使能被喷射的燃料的增压中冷效率之外，直接喷射允许实现更高的燃料效率和更高的功率输出。然而，由于火焰传播的扩散，其中燃料在燃烧之前可能未与空气充分混合，因此直接喷射的发动机还生成更多的微粒物质排放（或者碳烟）。因为自然情况下的直接喷射是相对晚期的燃料喷射，所以在汽缸内没有充足的时间混合被喷射的燃料和空气。类似地，被喷射的燃料在流经阀时将遇到较少的湍流。结果，存在一些可在局部产生碳烟的富燃袋（pockets of rich combustion），从而恶化了排气排放。另外，在汽油直接喷射的发动机中产生的微粒物质可比相对应的柴油发动机的微粒物质更微小。

在一些发动机系统中，壁流式过滤器（或者封闭式过滤器）可被用于过滤来自排气的微粒物质。然而，这样的壁流式过滤器将需要周期性活性再生，这将不利地影响发动机运转。另外，这样的壁流式过滤器将受到非常高的背压，尤其是涂覆有催化剂时。通过降低涡轮增压器两端的压降，高过滤器背压可够衰减涡轮增压器的性能。这样，这将不利地影响减小尺寸的直接喷射发动机，其被涡轮增压从而提供可与较大排量的传统发动机相比较的功率。

在Wei等人的US 2009/0193796中示出了微粒物质（PM）过滤器的另一个示例，该微粒物质（PM）过滤器被用于捕集由汽油发动机产生的碳烟。其中，开放式PM过滤器被包括在涂覆或未涂覆适当的催化剂（例如，TWC催化剂）的排放处理系统中，所述催化剂促进了过滤器的被动再生（passive regeneration）。

然而，本文的发明人已认识到有关这些系统的潜在问题。举个示例，由于背压限制，过滤器上的催化剂负荷量可能被限制。有限的催化剂负荷可能不能使过滤器充分再生。这样，不完全的过滤器再生会降低过滤器性能，以及恶化排气排放。另外，有限的催化剂负荷将导致来自过滤器的增加的二次排放，例如来自不完全的碳烟燃烧的CO和碳氢化合物泄漏。如果催化剂位于过滤器上以促进例如NOx还原等其他反应，则在碳烟阻碍催化剂的情况下，活性能够被降低，或者由于相关背压，活性可能被较小量的可允许的催化剂负荷限制。

发明内容

因此，在一个示例中，上述问题中的一些可通过这样的方法解决，该方法包括：在化学计量的发动机运转期间，使排气流过具有催化剂涂层的过滤器。然后，在选择的状态期间，将发动机运转转变为比化学计量更稀，包括：第一更短和更稀阶段，然后是第二更长和略稀阶段，基于催化剂氧含量和过滤器微粒物质负荷调整稀运转（leanoperation）。以这种方式，能够降低来自直接喷射发动机的微粒物质排放。

在一个示例中，虽然按化学计量运转车辆发动机，但是发动机排气可流经开放式微粒物质过滤器，从而收集排气PM或碳烟。所述过滤器可以是分层过滤器，其至少包括在过滤器基片上分层堆积的储氧催化剂的第一催化剂涂层，以及可选地第二催化剂涂层（例如，三元催化剂），该第二催化剂涂层在第一催化剂涂层的顶部分层堆积。可选地，催化剂涂层可包括具有非常高的储氧催化剂含量的单层三元催化剂。在选择的状态期间，例如在车辆减速时，可以借机执行稀发动机运转，从而被动再生过滤器。尤其是，发动机可以在第一稀阶段中比化学计量更稀地运转，紧随第一稀阶段之后的是第二稀阶段，其中第一稀阶段更短但却更稀，而第二稀阶段更长但是略稀。可基于催化剂的氧含量调整第一稀阶段，以便使用排气氧来氧化（或再次氧化）第一催化剂涂层的储氧催化剂。另外，可直接氧化存储在过滤器上的一些PM。然后，基于过滤器负荷以及第一稀阶段可调整第二稀阶段，从而使被氧化的储氧催化剂能完全强化燃烧存储在过滤器中的剩余PM。实现整个排放控制。

这样，当过滤器负荷低于阈值时，可执行周期性的稀运转，从而被动再生过滤器，并且降低过滤器负荷超过阈值的可能性。然而，如果过滤器负荷超过了所述阈值，则可活性再生过滤器，其中被存储的PM经燃烧以降低由保留在过滤器上的碳烟导致的背压。例如，当过量燃料传输经过包含贵金属的上游催化剂时，通过化学方式能够发生活性过滤器再生，导致活性加热下游过滤器的升温。燃料能够作为发动机汽缸内的晚期喷射被添加或经由直接进入排气管中的第二喷射器而添加。如又一个选择，可经由外部手段例如电加热来加热过滤器。在一个示例中，在没有任何催化剂的情况下，在空气中，过滤器再生会需要大约550°C的温度来燃烧被存储的碳烟。

以这种方式，周期性的稀发动机运转可被用于PM过滤器的充分的被动再生。通过使用第一稀阶段来氧化被涂覆在过滤器上的储氧成分，可触发催化剂涂层，同时燃烧至少一些PM。通过接在第一稀阶段后的使用触发的催化剂涂层来氧化保留的PM的第二稀阶段，可基本完全再生过滤器。通过降低对活性再生过滤器的需要，其中额外的燃料量被用于增加过滤器的温度和烧掉被存储的碳烟，可降低与过温有关的组件衰退，同时也提高了车辆的燃料经济性。

在另一个示例中，基于被喷射至发动机中的燃料的酒精含量而进一步调整稀运转。

在另一个示例中，催化剂涂层包括均匀的单层三元催化剂，其具有在13至32mg O/in³之间的储氧催化剂含量。

在另一个示例中，一种用于车辆的方法，包括：使排气流过过滤器，从而存储微粒物质；并且在减速状态期间，选择性地在第一和第二稀阶段中的每个阶段中比化学计量更稀地运转发动机，第一稀阶段更短并且比第二稀阶段更稀，第一稀阶段基于过滤器催化剂涂层的氧含量，第二稀阶段基于过滤器负荷。

在另一个示例中，第一稀阶段先于第二稀阶段，并且其中第一和第二阶段是连续的。

在另一个示例中，过滤器催化剂涂层包括在过滤器上分层堆积的第一储氧催化剂涂层以及在所述第一催化剂涂层上分层堆积的第二三元催化剂涂层。

在另一个示例中，调整第一稀阶段的第一持续时间，从而将第一催化剂涂层的氧含量增加到高于阈值氧含量。

在另一个示例中，调整第二稀阶段的第二持续时间，从而将过滤器负荷减少至低于阈值负荷，并且其中第二持续时间进一步基于第一稀阶段的第一持续时间。

在另一个示例中，本方法还包括，在稀运转之后，比化学计量更富地运转发动机，富运转的持续时间和富程度是基于稀运转和过滤器负荷的。

在另一个示例中，提供一种车辆系统。本系统包括：发动机；直接燃料喷射器，其经配置将燃料直接喷射至发动机汽缸；开放式微粒物质过滤器，其被耦接至发动机下游，所述过滤器包括第一和第二催化剂涂层；以及带有计算机可读指令的控制器，所述指令用于：在化学计量的发动机运转期间，使发动机排气流经过滤器；在减速状态期间，在过滤器负荷低于阈值时，在第一和第二稀阶段中的每个阶段比化学计量更稀地运转发动机，从而降低过滤器负荷，所述第一和第二阶段基于过滤器氧含量和过滤器负荷中的一个或更多个。

在另一个示例中，相比第二稀阶段的第二更长的持续时间，第一稀阶段具有第一更短的持续时间，并且其中相比第二稀阶段的第二、略稀的空气燃料比，第一稀阶段具有第一更稀的空气燃料比，当第一催化剂涂层的氧含量减少时，所述第一持续时间增加，当过滤器负荷增加时，第二持续时间增加。

在另一个示例中，本系统还包括，响应于高于阈值的过滤器负荷，活性地再生过滤器。

应理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍选择的概念，其将在具体实施方式中被进一步说明。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由具体实施方式后的权利要求唯一限定。另外，要求保护的主题不限于解决上述或在本发明的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了发动机系统和相关联的微粒物质过滤器的示意图。

图2示出了内燃发动机的示意图。

图3示出了周期性运转比化学计量更稀的发动机从而被动再生图1的微粒物质过滤器的高水平流程图。

图4示出了根据本公开的示例性稀发动机运转。

具体实施方式

下列描述涉及用于运转车辆发动机的系统和方法，其中车辆发动机被耦接至分层的微粒物质（PM）过滤器，例如图1-2的发动机系统。来自发动机的排气可流经下游过滤器，从而在其中存储排气PM。在选择的状态期间，例如在车辆减速状态期间，发动机控制器可经配置执行稀发动机运转，以便被动再生过滤器。尤其是，控制器可执行程序，例如图3所示的示例性程序，从而在两个连续的稀阶段中比化学计量更稀地运转发动机，所述两个连续的稀阶段包括第一更短和更稀阶段，紧随其后的第二更长和略稀阶段。短暂的周期性稀可以使在过滤器上涂覆的催化剂氧化，以便被氧化的催化剂然后能够氧化被存储的PM。图4示出了示例性的稀发动机运转。周期性被动再生可降低过滤器背压，同时还降低对活性再生过滤器的需要。以这种方式，能够提高过滤器性能，同时还提高了燃料效率和发动机的排放水平。

图1示出了车辆系统6的示意图。车辆系统6包括被耦接至微粒物质（PM）过滤器22的发动机系统8。发动机系统8可包括具有多个汽缸30的发动机10。在一个实施例中，发动机10为火花点火发动机。发动机10包括发动机进气23和发动机排气25。发动机进气23包括节气门62，其经由进气通道42流体地耦接至发动机进气歧管44。发动机排气25包括排气歧管48，该排气歧管48最终通向将排气传送至大气的排气通道35。在一些实施例中，进气通道42可包括升压装置，例如涡轮增压器或机械增压器（未示出），其包括耦接至节气门62下游的压缩机，所述压缩机由耦接至PM过滤器22的上游（参看图2）的排气通道中的涡轮驱动。

发动机排气25可包括PM过滤器22和一个或更多排放控制装置70，其可被安装在排气中的紧密耦接的位置中。一个或更多排放控制装置70可包括三元催化剂、稀NOx过滤器、SCR催化剂等等。PM过滤器22可暂时地过滤来自流经其中的排气中的PM。尤其是，PM过滤器可被配置为存储来自流经其中的排气中的PM的无阻流量（open-flow）过滤器，而不是存储来自流经其中的排气中的PM的壁流式过滤器。这样，无阻流量的过滤器凭借表面突起保留PM和碳烟微粒，所述表面突起例如提高的梯级，并且尤其是被设计的具有网孔保留区的杯状轮廓。因为过滤器无需通流，所以过滤器中产生的背压大体上可以是较低的。具体地，因为排气传输通过并且围绕表面突起，所以无阻流量的过滤器本质上不具有在陶瓷或多孔金属壁流式过滤器（或封闭式过滤器）中发现的高背压。传输经过PM过滤器22后被过滤的排气可以通过下游催化剂和排放控制装置70被进一步处理，以排至大气。虽然所示实施例示出了PM过滤器22下游的排放控制装置70，但是在可选实施例中，排放控制装置70可被定位在PM过滤器22的上游。

在一个实施例中，PM过滤器22可以是分层的过滤器，其包括过滤器基片100，在该过滤器基片100上分层堆积有一个或更多催化剂涂层。在所示实施例中，第一催化剂涂层101被分层堆积在过滤器基片100上，同时第二催化剂涂层102被分层堆积在第一催化剂涂层的顶部。过滤器基片100可包括，例如，一个或更多金属箔、金属泡沫以及金属脊。在其他实施例中，过滤器基片可包括陶瓷或其他材料和结构（或微结构），其禁止了微粒物质的路径，但并未完全围住排气并且迫使该排气通过多孔路径。可使用本质上是有序或随机的各种微结构。进一步地，可按地层或多层布置所述结构。

在过滤器基片上分层堆积的第一催化剂涂层101可包括，例如，储氧催化剂（OSC）。储氧催化剂可基于鈰。可替换地，催化剂可基于锰、铁或经优化用于PM燃烧的任何其他合适的材料。在第一催化剂涂层上分层堆积的第二催化剂涂层102可包括，例如，三元催化剂（TWC）。在其他实施例中，第二催化剂涂层可包括三元催化剂和储氧催化剂的组合，从而进一步帮助碳烟燃烧。在再一个实施例中，过滤器基片可包括单个催化剂涂层，其包括具有非常高的储氧催化剂含量的单层三元催化剂。例如，催化剂涂层可包括均匀的单层三元催化剂，该三元催化剂具有每立方英寸催化剂800到2000微摩尔氧（O）之间的储氧催化剂含量，或13到32mg O/in³之间的储氧催化剂含量。

在一些实施例中，压力传感器（未示出）可被耦接至PM过滤器22，从而提供对在其中产生的背压的估计以及过滤器负荷的估计。在其他实施例中，压力传感器可被耦接至过滤器的上游和下游，并且过滤器负荷可基于所估计的过滤器两端的压力差。

发动机10可沿燃料管路60接收来自燃料箱20的燃料。燃料箱可保持多种燃料或燃料混合物，例如，汽油、具有一定酒精浓度的燃料、各种汽油乙醇燃料混合物（例如，E10、E85）及其组合。其他燃料可包括气态燃料，例如压缩天然气（CNG）、液化石油气（LPG）、丁烷、丙烷以及含氧气体或液态燃料，例如二甲基乙醚（DME）、甲醇和乙醇。进一步地，所使用的液态燃料可包括氧化剂并且还可包括气态燃料，例如丁烷、丙烷（LPG）、CNG、DME及其混合物。

燃料箱20可包括燃料泵21，其用于对输送至发动机10的喷射器（例如示例性的喷射器66）的燃料加压。虽然仅示出单个喷射器66，但可为每个汽缸30提供额外的喷射器。在一个示例中，在发动机系统8配置为直接喷射的情况下，喷射器66可以是直接燃料喷射器。在可替换实施例中，在发动机系统8配置为进气道喷射的情况下，喷射器66可以是进气道燃料喷射器。在其他实施例中，每个汽缸可包括一个或更多喷射器，包括直接喷射器和进气道喷射器。一个或更多阀（未示出）可被耦接至发动机系统8，从而调节自燃料箱20到喷射器66的燃料供应。在一些实施例中，在直接燃料喷射和进气道燃料喷射均可用的情况下，可以有利地使用两种不同的燃料。例如，发动机可经由喷射器以第一燃料（例如，汽油或柴油）启动，并且然后第二燃料（例如，CNG或难于以其启动发动机的可替换的燃料）可以被进气道喷射或烟熏（fumigate）至发动机内。

这样，在高负荷状态期间，燃料的直接喷射提供了多种优势。例如，以直接喷射以及在高负荷下的高热量的汽化引入氧化的液态燃料提供了用于增加的空气充气的充气冷却、燃烧温度控制的稀释以及爆震阻力。进一步地，直接喷射提供了预点火（爆燃）的一些控制，并因此使能使用具有燃料经济性的热力学效益的较高的压缩比。然而，由于燃料在燃烧之前并未与空气充分混合，导致直接喷射系统的扩散火焰传播还可能产生更多的微粒物质排放（或碳烟）。另外，由于没有足够的时间混合被喷射的燃料和汽缸内的空气，燃料的相对晚期的直接喷射可以导致碳烟形成。类似地，被喷射的燃料在流经阀时将遇到较少的湍流。结果，可以存在可在局部产生碳烟的富燃袋。因此，在将排气释放至大气之前，通过使发动机排气流过下游的微粒物质过滤器，可在过滤器中捕集在直接喷射的发动机中产生的碳烟，并且可提高排气排放的质量。

如参考图3详述的，在选择的状态期间，可暂时地比化学计量更稀地运转发动机，从而被动再生PM过滤器22。具体地，可校准发动机运转，从而在强稀状态的第一更短周期中给出适当的周期性稀运转，随后是略稀状态的第二更长周期，从而（在第一阶段中）氧化第一催化剂涂层的储氧催化剂（OSC），并且然后（在第二阶段中）使用OSC燃烧存储的碳烟。该方法允许过滤器再生，同时降低对发动机扭矩和车辆操纵灵活性特性的有害作用。

车辆系统6还可包括控制系统14。控制系统14被示出为接收来自多个传感器16的信息（本文描述出各种示例），并且将控制信号发送至多个执行器81（本文描述出各种示例）。正如一个示例，传感器16可包括排气传感器126（其位于排气歧管48中）、温度传感器128、耦接至PM过滤器22的压力传感器（未示出）以及压力传感器129（其位于排放控制装置70的下游）。其他的传感器，例如压力传感器、温度传感器、空气/燃料比传感器以及成分传感器可被耦接至车辆系统6中的多个位置，如本文更加详细地描述。如另一个示例，执行器可包括燃料喷射器66、节气门62和燃料泵21。控制系统14可包括控制器12。基于在其中被编程的相应于一个或更多程序的指令或代码，控制器可从各种传感器接收输入数据、处理输入数据以及响应于被处理的输入数据而触发执行器。本文将参考图3说明示例性的控制程序。

图2示出了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例性实施例。发动机10可至少部分地被包括控制器12的控制系统和经由输入装置132的来自车辆操作员130的输入控制。在该示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸（本文也称为“燃烧室”）30可包括具有被放置其中的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可被耦接至曲轴140，以便活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可通过变速系统被耦接至客车的至少一个驱动轮。进一步地，启动机马达可经由飞轮耦接至曲轴140，从而使能发动机10的启动操作。应明白，虽然示出发动机10为具有活塞的往复式发动机，但在可替换实施例中，发动机10可经配置具有旋转式设计。

汽缸30能够经由一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146能够与除了汽缸30之外的发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多进气通道可包括升压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2示出了发动机10经配置具有涡轮增压器，其包括被布置在进气通道142和144之间的压缩机174，以及沿排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以至少部分地经由轴180通过排气涡轮176供电，其中升压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他示例中，例如在发动机10被提供了机械增压器的情况下，可以可选择性地省略排气涡轮176，其中压缩机174可通过来自马达或发动机的机械输入而被供电。可沿发动机的进气通道提供包括节流板164的节气门162，以用于改变流动速率和/或提供至发动机汽缸的进气空气压力。例如，节气门162可被设置在压缩机174的下游，如图2所示，或可替换地可被提供在压缩机174的上游。

排气通道148能够接收来自除了汽缸30之外的发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器126被显示为耦接至排放控制装置70上游的排气通道148。传感器126可以选自用于提供排气空气/燃料比的指示的各种适合的传感器，例如线性氧传感器或者UEGO（通用或宽域排气氧）传感器、双态氧传感器或者EGO（如所述）、HEGO（加热型EGO）、NOx、HC或者CO传感器。排放控制装置70可以是三元催化剂（TWC）、NOx过滤器、各种其他排放控制装置、或其组合。排放控制装置70可被放置在微粒物质过滤器22的下游，如上述图1所示。然而，在可替换实施例中，排放控制装置70可被放置在微粒物质过滤器22的上游。这样，因为过滤器上的高储氧催化剂含量，空气燃料比被维持在较接近化学计量，所以将三元催化剂放置在PM过滤器的下游可提高对气态污染排放物的控制。

可通过位于排气通道148中的一个或更多温度传感器（未示出）估计排气温度。可替换地，基于发动机工况，例如转速、负荷、空气燃料比（AFR）、火花延迟等等，可推断排气温度。进一步地，可通过一个或更多排气传感器126计算排气温度。应明白的是，可通过本文所列举的温度估计方法的任何组合可替换地估计排气温度。

发动机10的每个汽缸可包括一个或更多进气门以及一个或更多排气门。例如，汽缸30被显示为包括位于汽缸30上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸，包括汽缸30，可包括位于汽缸上部区域的至少两个进气提升阀以及至少两个排气提升阀。

进气门150可经由执行器152被控制器12控制。类似地，可经由执行器154通过控制器12控制排气门156。在一些状态期间，控制器12可改变提供至执行器152和154的信号，从而控制各个进气门和排气门的打开和关闭。可通过各个阀位置传感器（未示出）判定进气门150和排气门156的位置。阀执行器可以是电气阀执行类型或凸轮执行类型，或其组合。可同时控制进气门和排气门正时，或可使用任何可行的可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定的凸轮正时。每个凸轮执行系统可包括一个或更多凸轮，并且可使用凸轮廓线变换系统（CPS）、可变凸轮正时（VCT）、可通过控制器12操作以改变阀操作的可变阀正时（VVT）和/或可变阀升程（VVL）系统中的一个或更多。例如，汽缸30可替换地包括经由电气阀执行而控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮执行而控制的排气门。在其他实施例中，可通过公共的阀执行器或执行系统、或可变阀正时执行器或执行系统而控制进气门和排气门。

汽缸30能够具有压缩比，其为当活塞138位于下止点至上止点时的容积比。通常，压缩比处于9:1至10:1的范围内。然而，在一些使用不同燃料的示例中，可增加压缩比。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择操作模式下，点火系统190能够经由火花塞192将点火火花提供至燃烧室30，以响应于来自控制器12的点火提前信号SA。然而，在一些实施例中，可省略火花塞192，例如在发动机10可通过自动点火或通过燃料喷射（如在一些柴油发动机中的情况）发起燃烧的情况下。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可经配置具有一个或更多燃料喷射器以用于向其中提供燃料。如非限制性示例，示出了汽缸30包括一个燃料喷射器166。示出了燃料喷射器166被直接耦接至汽缸30以与信号FPW-1的脉冲宽度成比列地向汽缸30中直接喷射燃料，所述信号FPW-1经由电子驱动器168自控制器12接收。以这种方式，燃料喷射器166将所谓的直接喷射（此后还称为“DI”）的燃料提供至燃烧室30。尽管图2示出了作为侧喷射器的喷射器166，但其同样可位于活塞的顶部，例如接近火花塞192的位置。可替换地，喷射器可位于顶部并且接近进气门，从而提高混合。燃料可从高压燃料系统172输送至燃料喷射器166，其中高压燃料系统172包括燃料箱、燃料泵以及燃料导轨。可替换地，在低压时，可通过单级燃料泵输送燃料，在这种情况下，在压缩冲程中，直接燃料喷射的正时可以比在使用高压燃料系统时更受限。进一步地，尽管未示出，但燃料箱可具有将信号提供至控制器12的压力传感器。

应明白的是，在可替换实施例中，喷射器166可以是将燃料提供至汽缸30上游的进气道的进气道喷射器。还应明白的是，汽缸30可接收来自多个喷射器的燃料，例如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合。

控制器12在图2中被示出为微计算机，其包括：微处理器单元106、输入/输出进气道108、在本特定示例中被示为只读存储器芯片110的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器112、保活存储器114、以及数据总线。存储介质只读存储器110能够以表示可由处理器12执行的指令的计算机可读数据编程，以执行下述方法以及可被预期但未被具体列出的其他变体。控制器12可接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了那些先前已述的信号之外，还包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量计（MAF）的测量；来自耦接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度（ECT）；来自耦接至曲轴140的霍尔效应传感器120（或其他类型）的表面点火感测信号（PIP）；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP）；以及来自传感器124的绝对歧管压力信号（MAP）。发动机转速信号RPM可以通过控制器12自信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可被用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。

如上所述，图2仅示出多汽缸发动机10中的一个汽缸，然而，每个汽缸可相似地包括其自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。

以这种方式，图1-2所示系统能够使用一种方法，该方法包括：在化学计量的发动机运转期间，使排气流过具有催化剂涂层的过滤器，从而在将排气排至大气之前捕集排气PM。然后，在选择状态期间，所述方法还包括，将发动机运转转变为比化学计量更稀，所述发动机运转包括第一更短和更稀阶段，随后是第二更长和略稀阶段，所述稀运转是基于催化剂氧含量和过滤器微粒物质负荷的。也就是，稀排气可周期性地流过PM过滤器，从而被动再生过滤器。

现在转向图3，示例性的程序300被显示为调整发动机运转，从而使排气PM能存储在PM过滤器中，以及周期性地被动再生过滤器。

在302处，本方法包括，估计和/或测量车辆发动机工况。这些工况可包括，例如，发动机转速、扭矩要求、升压水平、发动机温度、排气温度、大气压力、燃料辛烷含量、燃料成分（例如，燃料酒精含量）、特定过滤器负荷、等等。在304处，本方法包括在发动机运转期间（例如，在发动机按化学计量运转期间），使排气流经微粒物质过滤器，从而在过滤器中存储微粒物质。

在306处，可以确认车辆减速条件，否则程序可以结束。例如，可以确认已经应用了制动踏板、已经释放了加速器踏板、已经降低了扭矩要求和/或发动机转速正在下降。如果确认车辆减速条件，则在308至314处，本方法包括：将发动机运转转变为比化学计量更稀。尤其是，在减速条件期间，可以可选择地在第一稀阶段（在308-310）和第二稀阶段（在312-314）中比化学计量更稀地运转发动机，其中第一稀阶段恰好在第二稀阶段之前，并且两个阶段是连续的。类似地，为发生稀再生运转，排气和PM过滤器（在减速条件期间）的温度可能需要高于阈值温度。这样，在没有任何催化剂的情况下，在空气中，过滤器的再生可能需要大约550°C的温度，以燃烧被存储的碳烟。本文中，通过使用催化剂，能够降低与催化剂接触的PM的燃烧温度。

稀发动机运转可包括，在308处，在第一更短和更稀阶段中比化学计量更稀地运转发动机，具体地，以第一（比化学计量）更稀空气燃料比运转第一持续时间。当开始第一稀阶段时，可以启动定时器。在310处，可确认更稀运转的第一持续时间已过去。如果是，程序可以前进至312，其中稀运转包括，在第二更长和略稀阶段中比化学计量更稀地运转发动机，具体地，以第二（比化学计量）略稀的空气燃料比运转第二持续时间，该第二持续时间比第一持续时间更短。当开始第二稀阶段时，可以启动定时器，并且在314处，在程序前进至316之前，可确认略稀运转的第二持续时间已过去。

这样，可以基于微粒物质过滤器的催化剂氧含量和过滤器微粒物质负荷而调整稀发动机运转。尤其是，可以基于包括在PM过滤器的第一催化剂涂层中的储氧催化剂的氧含量而调整第一稀阶段的第一持续时间。可替换地，第一持续时间可基于PM过滤器中的储氧催化剂的总氧含量（例如，当储氧催化剂存在于催化剂的每个涂层中时）。作为示例，第一持续时间可随着第一储氧催化剂的氧含量的减低而增加。这样，第一持续时间可被调整为将第一催化剂的氧含量增加或维持在阈值氧含量以上。然后可以基于过滤器的PM负荷以及进一步基于第一持续时间而调整第二稀阶段的第二持续时间。例如，第二持续时间可随着过滤器的微粒物质负荷的增加而增加。这样，第二持续时间可以是需要将过滤器的微粒物质负荷降至阈值负荷之下的持续时间。

在一些实施例中，可以基于被喷射至发动机中的燃料的酒精含量而进一步调整稀发动机运转。例如，随着被喷射的燃料的酒精含量的增加，稀阶段的稀程度可以增加（例如，第一或第二稀阶段的稀程度）。

应明白，尽管图3中的程序示出了响应于车辆减速条件的稀发动机运转，但在可替换的实施例中，稀发动机运转可响应于其他选择的状态。例如，在驾驶员可能不会注意到功率损失的选择的稳态公路驾驶状态期间，可执行被迫的稀发动机运转。这些状态可包括，例如，稳态公路驾驶状态，而不是冷启动或加速。如又一个示例，当排气和PM过滤器的温度高于阈值温度时，可以周期性地出现稀再生运转。

在316处，在稀发动机运转之后，程序包括比化学计量更富地运转发动机。这样，富运转使能重建PM过滤器的催化剂涂层的储氧水平。可以基于先前的稀运转和过滤器负荷调整富运转的持续时间和富程度。紧随富发动机运转，在318处，可恢复化学计量的发动机运转。

应明白，可在过滤器负荷低于阈值时执行上述稀发动机运转，从而被动再生微粒物质过滤器。这样，这可以降低对活性再生的需要。然而，响应于高于阈值的过滤器负荷，可活性再生过滤器。例如，过滤器可经由化学手段使用喷射在贵金属预加催化剂上的燃料或经由外部手段例如电加热而被活性再生。如另一个示例，在稀（或非富）条件下，也可以使用火花延迟、至发动机以及至排气中的晚期燃料喷射，从而增加排气温度以实现过滤器再生。

应明白，在被动过滤器再生期间，必须校准排放控制系统，从而维持法定的气体排放控制。例如，能够通过被催化的PM过滤器移除碳氢化合物和一氧化碳。另外，NOx控制可能需要发挥作用的三元催化剂（TWC）。在一个实施例中，具有在PM过滤器下游的TWC（例如，在排放控制装置70中）将是有利的，因为能够将空气/燃料变化最小化，从而使TWC能提供NOx控制。在一个示例中，这可通过不完全氧化PM过滤器中的OSC来实现。例如，OSC将不会沿其整个长度被氧化。这可通过缩减自过滤器中的催化剂/OSC穿透的氧来实现，例如，通过将氧气传感器放置在过滤器后、或通过基于若干发动机运转参数而计算（或预测）稀暴露的时间。

以这种方式，周期性稀发动机运转可被用于充分地被动再生PM过滤器。通过在选择发动机状态期间借机使用稀发动机运转以被动再生过滤器，过滤器负荷可以降低，而不对发动机操纵灵活性造成不利影响。

现在转向图4，图400示出了示例性的稀发动机运转，其可被用于被动再生图1所示的PM过滤器。图400在402处示出了微粒物质过滤器负荷，在404处示出了发动机运转空气燃料比（AFR）的变化、以及在406处示出了分层堆积在过滤器上的催化剂氧含量的变化。

在t1之前，发动机可以大体上按化学计量405的AFR运转。在按化学计量的发动机运转期间，发动机排气可以流过PM过滤器，以便排气PM可被捕集并且存储在PM过滤器中，而不被释放至大气中。因此，过滤器负荷（在402处）可以在t0到t1之间逐渐地增加。在t1，可呈现选择的发动机状态，其保证了相对稀的发动机运转。例如，其中包括发动机的车辆可以减速。因此，在t1，可调整发动机稀运转，以便在处于t1和t2之间的第一稀阶段和处于t2和t3之间的第二稀阶段中的每个阶段中比化学计量（在404）更稀地选择性运转发动机。

第一稀阶段可基于分层堆积在过滤器基片上的第一过滤器催化剂涂层的氧含量（在406）。尤其是，可调整第一稀阶段的第一持续时间d1，以便第一催化剂涂层的储氧催化剂的氧含量增加至或高于阈值氧含量407。另外，在第一稀阶段期间，存储在过滤器上的一些PM可以被燃烧，以便减少一些过滤器负荷。第二稀阶段的第二持续时间d2之后可以基于第一持续时间d1和过滤器负荷402。例如，可调整第二稀阶段，从而将过滤器负荷降低（或维持）至阈值负荷403以下。尤其是，在第二稀阶段中，被氧化的过滤器催化剂可以更广泛地燃烧过滤器上残留的存储的碳烟，以便充分降低过滤器负荷。这样，第一稀阶段的第一持续时间d1比第二稀阶段的持续时间d2更短。然而，第一稀阶段比第二阶段更稀，如通过与第二阶段的AFR比较，比化学计量的AFR更稀的第一稀阶段所示。另外，应明白，在整个稀运转期间（在t1和t3之间），过滤器负荷可以低于触发活性再生程序所需的阈值水平403。也就是，图4中的稀发动机运转使过滤器能被动再生。然而，在可替换实施例中，响应于超过阈值水平403的过滤器负荷，可以通过燃料和空气的添加而执行过滤器的活性再生，从而将排气温度提高至使被存储的碳烟能燃烧的水平。

在t3，在完成稀运转之后，在持续时间d3，发动机运转可被暂时转变为比化学计量更富（在404）。本文中，富的程度和富运转的持续时间d3基于先前的稀运转的持续时间（d1和d2）以及稀程度（t1和t2之间以及t2和t3之间的稀AFR）。这样，暂时的富发动机运转使过滤器催化剂的氧含量能够恢复至在暂时的稀发动机运转之前所呈现的水平。

以这种方式，稀发动机工况可被有利地用于被动再生微粒物质过滤器。通过在发动机稀周期中被动再生过滤器，可降低对活性再生过滤器的需求，从而提高燃料经济性和发动机性能。另外，可降低与过温有关的组件衰退，同时不使过滤器再生效率衰退。

应当注意的是，本文所包括的示例性控制和估计程序能够用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文所述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一个或更多，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。这样，所示的各种动作、运转或功能可按所示顺序执行、并行执行或者在一些情况下可被省略。同样地，不必要求处理的顺序以实现本文所述的示例性实施例的特征和优势，该顺序被提供是为了便于解释和说明。可以基于所使用的特定策略而重复地执行一个或更多所示动作或功能。进一步地，所述动作可图解地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。

应明白，因为许多变化均是可行的，所以本文公开的配置和程序实质上是示例性的，并且这些具体实施例不被视作具有限制意义。例如，上述技术能够被应用于V-6、I-4、I-6、V-12，对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能、和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

下列权利要求特别指出被视为是新颖和非显而易见的特定的组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这样的权利要求应被理解成包括一个或更多此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提供新权利要求而要求保护。这样的权利要求，无论比原始权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被视作包括于本发明的主题内。

Claims (10)

1.一种方法，其包括：

在化学计量的发动机运转期间，使排气流过具有催化剂涂层的过滤器；以及

在选择的状态期间，将发动机运转转变为比化学计量更稀的发动机运转，所述比化学计量更稀的发动机运转包括：第一更短和更稀阶段，随后的是第二更长和略稀阶段，基于催化剂的氧含量和过滤器微粒物质负荷调整稀运转。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂涂层为分层堆积在所述过滤器的基片上的第一催化剂涂层，所述第一催化剂涂层包括储氧催化剂。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述过滤器还包括在所述第一催化剂涂层的顶部分层堆积的第二催化剂涂层，所述第二涂层包括三元催化剂。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述稀运转调整包括：基于所述储氧催化剂的所述氧含量调整所述第一稀阶段的第一持续时间，以及基于所述过滤器的所述微粒物质负荷调整所述第二稀阶段的第二持续时间。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述调整包括：当所述第一储氧催化剂的氧含量减少时，增大所述第一持续时间，以及当所述过滤器的所述微粒物质负荷增加时，增大所述第二持续时间。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二持续时间为将所述过滤器的所述微粒物质负荷降至低于阈值负荷所需的持续时间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机被包括在车辆内，并且其中所述选择的状态包括车辆减速状态。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述过滤器不是壁流式过滤器。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述过滤器为无阻流量过滤器，其包括一个或更多个金属箔和金属泡沫。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述稀发动机运转之后，比化学计量更富地运转所述发动机，富运转的持续时间和富程度基于所述稀运转和所述过滤器负荷，从而将所述催化剂氧含量增加至高于阈值含量。

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