CN103670633B - 基于压差的颗粒过滤器诊断 - Google Patents

Abstract

车辆包括发动机、具有颗粒过滤器的排气系统、传感器和控制器，颗粒过滤器从排气系统去除烟灰。传感器测量跨过滤器的瞬时压差。控制器根据获知的压差补偿值，执行选择地使过滤器效率诊断能够或不能执行的方法。控制器还可将压差与校准阈值比较，并且在压差落在阈值的允许范围内时执行控制动作。这可包括施加压差补偿值，并且使得诊断能够使用来自调零的传感器的测量值执行。另一个控制动作可在测量的压差不在阈值的允许范围内时执行，包括使诊断不能执行和设置指示传感器可能故障的诊断编码。

Description

基于压差的颗粒过滤器诊断

技术领域

本发明涉及使颗粒过滤器诊断能够使用压差测量值进行的系统和方法。

背景技术

柴油发动机的排气流通常使用柴油颗粒过滤器（DPF）过滤。DPF，其在排气流中设置在催化剂的下游，在发动机烟灰和其他颗粒物质可通过尾管排放到周围大气中之前，捕集发动机烟灰和其他悬浮颗粒物质。烟灰产物严重受发动机操作的影响，所述发动机操作例如为EGR阀位置、涡轮位置、燃料喷射正时等。烟灰加载随时间积聚在DPF的多孔介质中。DPF的就地热再生因此周期性进行，以烧掉积聚的颗粒物质。

DPF再生通常通过周期性地升高通过DPF的排气流的温度来进行。计量的燃料流被喷射到排气流中。与柴油氧化催化剂（DOC）的放热反应快速将排气温度升高到600℃或更高，由此将积聚的烟灰烧为灰烬。由于反复暴露于热应力和其他因素，DPF内的基底随时间可变得有裂纹、熔化或有凹痕。因此，通常进行DPF诊断，以证明DPF的令人满意的性能。

发明内容

本文公开了一种车辆，其包括发动机、排气系统和控制器。排气系统包括颗粒过滤器，例如柴油颗粒过滤器（DPF），其接收由发动机排放的排气流。压差（ΔP）传感器与控制器通讯。ΔP传感器测量跨过滤器的瞬时压差，并且将测量的瞬时ΔP值传送到控制器。控制器然后根据接收的瞬时ΔP值选择地使随后的过滤器的效率诊断能够进行。

为了确定何时使诊断能够/不能进行，无论何时检测到发动机的点火开关关事件时，控制器可执行一组记录的指令。发动机响应于这样的点火开关关事件而关闭。在校准的停顿时间之后，控制器将接收的瞬时ΔP值与校准的ΔP阈值相比较。如果该瞬时ΔP值小于或等于ΔP阈值，则控制器将ΔP传感器调零，例如通过施加大小等于测量的ΔP值并且与测量的ΔP值相反的补偿值。控制器然后使效率诊断能够使用调零的值执行。但是，如果瞬时ΔP值超过阈值，则控制器自动使诊断不能进行并且推迟诊断的进行。控制器还可在存储器中设置诊断编码，以发出ΔP传感器需要修理或更换的信号。

本文还公开了一种方法，其包括使用传感器测量发动机的排气流中跨颗粒过滤器的瞬时压差，通过控制器从传感器接收测量的瞬时压差，和根据瞬时压差选择地使颗粒过滤器的诊断能够或不能执行。

在另一个实施例中，该方法包括使用传感器在柴油发动机的排气流中测量跨柴油颗粒过滤器（DPF）的瞬时压差，和通过控制器从传感器接收测量的瞬时压差。该方法还包括检测发动机的点火开关关事件，并且仅在检测到点火开关关事件时，根据测量的瞬时压差，选择地使DPF的诊断能够或不能执行。

能够/不能执行包括在检测到点火开关关事件之后，等待校准的停顿时间，将测量的瞬时压差与校准的阈值相比较，和当测量的瞬时压差在校准的阈值允许范围内时，执行第一控制动作。该第一控制动作可包括将压差补偿值施加到测量的压差，以由此使传感器调零，并且使颗粒过滤器效率诊断能够使用来自调零的传感器的测量值执行。

该方法可包括在测量的瞬时压差不在阈值的允许范围内时，执行第二控制动作，包括使DPF效率诊断不能进行和设置指示传感器故障的诊断编码。

在结合附图理解时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面实现所附权利要求中限定的本发明的一些最佳模式和其他实施例的详细描述非常显而易见。

附图说明

图1是具有带柴油颗粒过滤器（DPF）的排气系统和压差（ΔP）传感器以及控制器的车辆的示意图，控制器执行使用来自传感器的瞬时ΔP值来选择地使DPF效率诊断能够/不能进行的方法。

图2是测量的瞬时ΔP值与流动通过图1中所示的DPF的排气流的体积流动速率的示例性曲线。

图3是由图1的控制器作为DPF效率诊断的一部分使用的示例性的一组线性回归逻辑的框图。

图4是由图3中所示的线性回归逻辑输出的经过滤的回归因子，其中，水平轴表示样本数，垂直轴对应于经过滤的因子值。

图5是描述用于使用瞬时ΔP信号使DPF效率/诊断能够/不能执行的示例性方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中，几幅图中的相似的附图标记对应于相似或类似的部件，示例性车辆10显示在图1中。车辆10包括内燃发动机12。发动机12在后面的示例中为柴油发动机，但是可使用直喷式汽油燃烧发动机或其他发动机类型而不偏离预期的发明范围。

来自发动机12的发动机扭矩被传递到变速器38的可旋转输入构件36，变速器38可包括一个或多个行星齿轮组、离合器和流体控制装置（未示出），如本领域中可完全理解的。变速器38最终将输出扭矩TO传递到变速器输出构件40，以推进车辆10。

发动机12产生排气流13，作为燃料燃烧过程的产物。排气流13从发动机12排放通过排气集管34，并且进入排气系统14中。排气流13被使用排气系统14的多个部件处理，以去除任何携带的颗粒物质、氮氧化物（NOx）气体、一氧化碳气体、悬浮的烃类等。

排气系统14的多个部件包括颗粒过滤器，其与示例性柴油发动机实施例保持一致，在下文中被称为柴油颗粒过滤器（DPF）24。DPF24可配置为烧结的陶瓷泡沫块、金属网、铝球和/或任何其他适当材料或材料组合。控制器50周期性地执行体现方法100的记录的指令，方法100的一个示例显示在图5中。如下面详细说明的，通过控制器50执行的方法100，根据跨DPF24的压差，选择地使随后进行的DPF诊断逻辑55能够/不能进行。

图1中所示的排气系统14也可包括选择性催化还原（SCR）装置16。SCR装置16使用活性催化剂将NOx气体转变为作为惰性副产物的氮气和水。SCR装置16可配置为陶瓷砖或陶瓷蜂窝结构、板结构或具有足够热质量的任何其他适当设计。排气流13中的NOx气体与存储在SCR装置16中或传送到SCR装置16的尿素或氨（NH3）反应，由此降低排气流体13中的NOx气体的水平。

除了上面所述的SCR装置16和DPF24，排气系统14还可包括氧化催化剂22。氧化催化剂22与燃料喷射装置23连通，燃料喷射装置23将校准量的燃料喷射到氧化催化剂22中。喷射的燃料的点燃快速地将排气13的温度升高，通常升高到600℃或更高，以能够使DPF24加热再生。排气系统14中的氧化催化剂22的使用旨在降低排气流13中的烃类和一氧化碳的水平，并且允许在适用于DPF24再生的水平下获得排气温度。

示意性地显示在图1中的控制器50可实施为与多个排气温度传感器20以及NOx传感器21通讯的多用途数字计算机。控制器50可包括处理器52，以及有形非暂时性存储器54，例如只读存储器（ROM）、闪存、光学存储器、其他磁存储器等。控制器50还可包括随机访问存储器（RAM）、电可编程只读存储器（EPROM）、高速时钟、模拟-数字（A/D）和/或数字-模拟（D/A）电路和任何输入/输出电路或装置以及任何适当信号调制和缓冲电路。

图1的控制器50从发动机12或从单独的发动机控制模块（未示出）接收测量的发动机速度（箭头N_E）。控制器50还从多个温度传感器20接收温度信号（箭头T），并且从NOx传感器21接收NOx读数（箭头NOx）。瞬时压差ΔP值（箭头ΔP）作为由ΔP传感器25测量的信号被接收。ΔP传感器25，如本领域技术人员可完全理解的，测量和/或计算过滤器壳体入口和出口侧之间的压差，在该例子中，DPF24，即ΔP=P_IN-P_OUT。ΔP传感器25可以是连接到DPF24的整体的传感器或仪表，或其实施为单独读取入口和出口压力并且计算跨DPF24的压差的一对测压接口。

显示在图1中的控制器50，在执行DPF效率诊断逻辑55时，可使用多个加权的回归因子，例如排气流体13的体积流量、测量的跨DPF24的瞬时ΔP、DPF24上游和下游的排气流13的温度以及跨DPF24的温度梯度。控制器50还可计算或以其他方式确定从发动机12排放的烟灰量，其为可从存储在存储器54中的查询表中的校准的烟灰模型56获得的值。其他回归因子可包括发动机速度（箭头27）、通过燃料喷射装置23喷射到排气流13中的燃料的量和行进的距离、经过的时间以及由发动机12由于执行之前的DPF24再生消耗的燃料的总体积。

基于特定因子对最终关于DPF24是否适当运行的决定的相对重要性，回归因子中的每一个可被赋予相应的权重。在本方法中，来自ΔP传感器25的瞬时ΔP值（箭头ΔP）可被比其余因子更重地加权，特别是在标称或“良好”的DPF24和发生故障的DPF24之间较大离开的区域处，例如在热再生循环的结束处。如本文所用的术语“离开”被在紧接着的下文中参照图2描述。另外，瞬时ΔP值（箭头ΔP）被由控制器50在执行方法100中使用，以确定是否在随后的发动机运转（engine-on）循环期间，使用DPF效率诊断逻辑55进行随后的DPF效率诊断。

参照图2，示例性曲线60在水平轴上表示排气流13在其经过DPF24时的体积流动速率F。相应的瞬时压差值ΔP表示在垂直轴上。原始数据62对应于标称DPF24的性能，即适当运行/有效的DPF24或对于内部过滤器介质不具有可辨别缺陷或任何可察觉损坏的新的DPF24。原始数据64表示具有已知的一组缺陷、例如一组具有不同尺寸的孔的损坏的DPF24。这样的缺陷可能表示DPF24的内部介质随时间在长期操作期间和热再生期间，大多数情况下由于热振动，即DPF24的极度局部加热、内部介质的熔化或烟灰的过积聚以及随后的DPF24再生而发生的损坏。

如图2中所示，当使用瞬时ΔP值来以常规的阈值比较方式估计DPF24的性能时，非常小的离开存在于原始数据62和64之间。结果，图1的ΔP传感器25的传感器误差或补偿值如果过大，可能非常大地影响任何随后的DPF性能分析的总精度。例如，如果ΔP补偿值过大，则可能导致DPF24的伪故障。即，当实际上相对廉价的ΔP传感器25的ΔP补偿值为故障诊断的根本原因时，相对昂贵的DPF24可能被诊断为故障。ΔP传感器25的成功诊断因此作为继续执行/使用DPF回归逻辑55的前提，在本文中通过图5中的方法100进行。

参照图3，由图1的控制器50使用的记录的DPF效率诊断逻辑55可包括线性化框70和过滤器框74，例如，本领域中已知类型的卡尔曼（Kalman）过滤器。诊断逻辑55首先从由图1的ΔP传感器25测得的瞬时ΔP值产生线性化数据。该线性化ΔP数据以ΔP'表示。因此，线性化框70接收测量的瞬时ΔP值作为输入，并且计算/测量排气流13的体积流动速率F和测量的温度T。线性化框70然后使用图1中所示的处理器52处理输入，以通过任何适当的线性转换技术来线性化原始数据（参见图2），例如使用公式ΔP′=R·F+B，其中R为通过DPF24的流动阻力，B是常数。

线性化数据（箭头72）然后输出到过滤器框74。过滤器框74被用于产生诊断检测参数，其在后文中被称为回归因子，即箭头76。回归因子（箭头76）可由控制装置50以计算。

参照图4，上面所述的回归因子76可被表示为数据集78和79。应注意的是，具有较大值的回归因子76对应于较大/更严重的故障，在该示例中为ΔP传感器25的故障。控制器50可使用校准的阈值80来估计回归因子中的每一个，其中低于阈值80的记录值为通过/期望的结果，落在阈值80之上的那些对应于故障/不期望的结果。数据集79对应于图2中所示的原始数据62。同样，数据集78对应于图2中所示的原始数据64。原始数据63和64显示了图2中的最小离开，由于使用图3中所示的DPF效率诊断逻辑55，导致改善的离开提供在图4中的结果之间。

参照图5，方法100使用由ΔP传感器25测量的瞬时ΔP值，以使得能够随后例如使用上面所述的DPF效率诊断逻辑55执行DPF效率诊断。该方法100开始于步骤102处，其中，图1的控制器50通过测量经过启动器开关的电流、检测钥匙/开关位置或通过任何其他适当步骤测量检测车辆10的点火状态。当点火状态已经被检测时，方法100行进到步骤104。

在步骤104处，控制器50接下来确定是否在步骤102处检测的点火状态对应于点火开关关或发动机停止运转状态。如果这样，则方法100行进到步骤106。否则，控制器50重复步骤102。

在步骤106处，图1的控制装置50可触发计时器，以允许在发动机12关闭之后经过足够量的停顿时间。由步骤106提供的停顿时间应对于任何图1的排气系统14中的残余排气流足以停止流动。当校准的停顿时间已经经过时，方法100行进到步骤108。

在步骤108处，图1的控制器50接下来接收来自图1中所示的ΔP传感器25的瞬时ΔP测量值，即图1的箭头ΔP。控制器50然后在行进到步骤110之前暂时将该接收的值记录在存储器54中。

在步骤110处，图1的控制器50将在步骤108中接收的值与校准的ΔP补偿值进行比较。在典型实施例中，校准的ΔP补偿值为有效的/新的ΔP传感器25的公差，例如小于约±1-2百（hecto）帕斯卡（hPa）。如果接收的值在校准的补偿值的允许范围内，例如在该值的10hPa内，则方法100行进到步骤112。在另一个实施例中，只有瞬时ΔP值在ΔP传感器25的公差内，方法100才行进到步骤112。在步骤110处的最大ΔP补偿值的使用旨在降低使用来自图1的ΔP传感器25的不准确测量值作为任何随后DPF回归分析中的输入的风险。方法100仅在接收的ΔP信号值不在经校准的ΔP补偿值的允许范围内，才行进到步骤114。

在步骤112处，控制器50获知并且施加ΔP补偿值，由此有效地使ΔP传感器25调零，然后进行如上面所述的使用图3的DPF效率诊断逻辑55。步骤112的结果可包括确定图1的DPF24适当运行与否，以及源自于这种确定的任何适当的控制动作，例如记录通过或故障诊断编码等。

在步骤114处，控制器50在存储器54中记录表示图1的ΔP传感器25可能出现故障或运行超出公差的适当诊断编码，并且可能可任选地包括使图1的车辆10的仪表盘上的警示灯发亮。另外，步骤114可能需要使DPF效率诊断逻辑55进一步不能执行，直到能在排气系统14上进行维修。

虽然已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是熟悉本发明涉及的领域的人员将意识到实现本发明的在所附权利要求范围内的多种可替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种车辆，包括：

发动机，其产生排气流；

排气系统，其与发动机流体连通，其中，排气系统包括颗粒过滤器，所述颗粒过滤器从排气流去除悬浮的颗粒物质；

传感器，其测量跨颗粒过滤器的压差；和

控制器，其与传感器通讯，该控制器包括处理器和有形非暂时性存储装置，该存储装置上记录用于选择性地使颗粒过滤器的效率诊断能够或不能执行的指令；

其中，控制器配置为从传感器接收测量的压差，并且根据接收的测量压差使颗粒过滤器的效率诊断能够或不能执行。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中发动机为柴油发动机。

3.根据权利要求1所述的车辆，其中控制器进一步被配置为：

将测量的压差与校准的阈值比较；和

当测量的压差在校准的阈值的允许范围内时，执行控制动作，包括：

将压差补偿值施加到测量的压差，由此将传感器调零；和

使颗粒过滤器效率诊断能够使用来自调零的传感器的测量值执行。

4.根据权利要求3所述的车辆，其中，控制器进一步配置为在测量的压差不在阈值的允许范围内时，执行另一种控制动作，包括：

使颗粒过滤器的效率诊断不能执行；和

设置指示传感器故障的诊断编码。

5.根据权利要求1所述的车辆，其中，存储装置包括用于执行颗粒过滤器的效率诊断的记录的逻辑，该记录的逻辑包括线性变换框和卡尔曼过滤器框。

6.根据权利要求1所述的车辆，进一步包括定位在排气流中的温度传感器，其测量排气流的温度，并且将测量的温度传送到控制器，其中，控制器进一步配置为：

接收排气流的测量的温度；

确定排气流的体积流动速率；

使用记录的逻辑，根据测量的压差、测量的排气流的温度和体积流动速率，产生一组离散的数据点；和

将离散的数据点与校准的阈值相比较，以诊断颗粒过滤器的效率。

7.根据权利要求6所述的车辆，其中，控制器配置为部分通过使用处理器处理经由卡尔曼过滤器的线性变换框的输出，产生所述一组离散的数据点，以由此对于每一个数据点，产生等于的因子，其中，R为对流动通过颗粒过滤器的阻力。

8.根据权利要求1所述的车辆，其中，控制器进一步配置为使用多个加权回归因子执行颗粒过滤器的效率诊断，加权回归因子包括对应于测量的压差的因子，并且配置为将较高的加权赋予接近颗粒过滤器的加热的再生循环结束处的测量的压差因子。

9.一种用于诊断颗粒过滤器的方法，包括：

使用传感器测量跨柴油发动机的排气流中的柴油颗粒过滤器的瞬时压差；

通过控制器从传感器接收测量的瞬时压差；

检测发动机的点火开关关事件；

仅当检测到点火开关关事件时，根据测量的瞬时压差选择性地使柴油颗粒过滤器的效率诊断能够或不能执行，包括：

在检测到点火开关关事件之后，等待校准的停顿时间；

将测量的瞬时压差与校准的阈值比较；

当测量的瞬时压差在校准的阈值的允许范围内时，执行第一控制动作，包括：

将压差补偿值施加到测量的压差，由此将传感器调零；和

使颗粒过滤器效率诊断能够使用来自调零的传感器的测量值执行；和

当测量的瞬时压差不在校准的阈值的允许范围内时，执行第二控制动作，包括：

使柴油颗粒过滤器的效率诊断不能执行；和

设置指示传感器故障的诊断编码。

10.根据权利要求9所述的用于诊断颗粒过滤器的方法，还包括：

测量排气流的温度；

将测量的温度传送到控制器；

确定通过柴油颗粒过滤器的排气流的体积流动速率；

使用记录的逻辑，根据测量的压差、测量的排气流的温度和体积流动速率，产生一组离散的数据点；和

将离散的数据点与校准的阈值相比较，以诊断所述柴油颗粒过滤器的效率。