CN109306887A - 用于颗粒过滤器再生的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于颗粒过滤器再生的方法和系统。提供用于加快排气颗粒过滤器再生的方法和系统。在一个示例中，发动机控制器可通过在空气‑燃料不平衡的情况下操作发动机气缸在过滤器处产生放热，同时使用对涡轮增压器的电动辅助满足扭矩需求并且提高进气气流以增强放热的效应。一旦被加热，过滤器可通过经由空气泵使额外的空气流到排气并且经由排气喷射器将额外的燃料喷射到排气通道被再生。

Description

用于颗粒过滤器再生的方法和系统
技术领域
本发明大体涉及用于实现颗粒过滤器再生的方法和系统。
背景技术
直喷式发动机可提供提高的性能，以便可改进发动机效率。将燃料直接喷射到气缸中可降低气缸内的温度，以便可将更多的空气和燃料吸入气缸中。然而，由于混合空气与燃料的时间较少，所以在较高的发动机转速和负荷下点火时，在气缸内的空气-燃料混合物可不完全汽化。因此，喷射的燃料的一部分可不彻底氧化，从而在气缸内形成含碳的碳烟。在碳烟从发动机排出后，可将碳烟存储在颗粒过滤器中用于随后的氧化。
一些内燃发动机在排气系统中采用颗粒过滤器或PF(例如，基于发动机燃料供应(fueling)配置的汽油颗粒过滤器(GPF)或柴油颗粒过滤器(DPF))以捕集流过排气系统的颗粒物质并且由此满足排放标准。然而，如果PF未被定期清洁或再生，那么在PF上的累积的颗粒物质可导致排气系统背压增加，这可进一步导致发动机性能下降。
为了周期性地再生或净化PF的颗粒物质，可采取措施以将排气温度提高到高于预定温度(例如，高于600℃)以焚烧在过滤器中累积的碳颗粒。在一些情况下，在正常车辆操作期间，PF可达到足够高的排气温度以被动执行颗粒过滤器再生。然而，由于PF在排气系统中的位置(设置在氧化催化剂(例如三元催化剂)的下游)，可花费比在排气系统中的温度达到PF所需的更长的时间，使得可启动再生。
加快GPF再生的一个示例性方法由Ulrey等人在U.S.9,394,837中示出。在其中，响应于松加速器踏板(tip-out)状况，颗粒过滤器再生可经由停止递送火花被启动，同时继续向一个或多个气缸供应燃料。通过停止火花递送，喷射的燃料可从气缸喷射到排气系统中，在排气系统中燃料可更接近颗粒过滤器氧化，提高颗粒过滤器的温度。另外，可调节发动机空燃比以改变进入颗粒过滤器的排气混合物的状态。具体地，空燃比可在用于在GPF处产生过量氧的稀于化学计量的空燃比和用于在GPF处产生过量燃料以与过量氧反应的富于化学计量的空燃比之间振荡。
然而，本文发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，空气燃料扰动的放热效应可基于流过发动机的空气的量变化。例如，与较低的气流状况相比，在较高的气流状况下，空气燃料扰动可产生更多的热量。另一方面，到发动机的空气流量可通过根据操作员扭矩需求确定的节气门位置来限制。例如，在U.S.9,394,837中，当操作员扭矩需求和空气流量低时，在减速燃料切断状况(DFSO)期间执行空气燃料扰动。如果提高空气流量以增强放热，过量的扭矩可使驾驶性能劣化。如果在操作员扭矩需求提高时执行空气燃料扰动，那么可使用较大部分排气热量驱动涡轮以满足扭矩需求，导致较少的排气热量可用于过滤器加热。因此，使用排气热量用于涡轮操作与使用排气热量用于颗粒过滤器加热之间的平衡会是困难的。作为另一个示例，依靠发生DFSO以再生GPF可限制再生机会。因此，GPF可能不被充分或及时地再生。作为又一个示例，GPF倾向于被包装在加热缓慢并且不利于快速加热的位置中。单独的火花延迟可不足以加热GPF。此外，基于火花延迟的方法可难于与发动机的一组隔离，特别是在其中一组具有包装在热位置中的GPF而另一组由于包装限制而具有包装在冷位置中的GPF的发动机中。
发明内容
在一个示例中，上述问题可通过用于发动机的方法来解决，所述方法包括：在排气颗粒过滤器处产生放热(exotherm)，同时通过经由电动马达使涡轮增压器压缩机旋转继续提供驾驶员需求的扭矩，并且同时在气缸与气缸的/气缸间(cylinder-to-cylinder)空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸，不平衡被调节以保持总化学计量的排气空燃比。以此方式，颗粒过滤器(例如，气体颗粒过滤器(GPF))再生启动可在满足操作员扭矩需求时通过快速加热而被加快。
作为一个示例，响应于满足过滤器再生状况(例如，当颗粒过滤器碳烟负荷超过阈值时)，但是在过滤器处的温度不足以再生，可通过在空气燃料不平衡的情况下操作发动机气缸产生放热同时通过使用电动辅助旋转涡轮增压器压缩机来增加到发动机的空气流量。通过在气缸与气缸的空燃比不平衡的情况下操作发动机，诸如其中一些气缸稀操作而其它气缸富操作，通过将来自富燃烧气缸的未燃烧燃料与来自稀燃烧气缸的过量氧气混合，可在颗粒过滤器附近产生放热。同时，总排气空燃比可保持在化学计量比或其附近。为了进一步增强不平衡的放热效应，废气门阀可打开，使得所有的废气能够在绕过涡轮增压器涡轮时被引导到过滤器。同时，涡轮增压器压缩机可使用来自电动马达的辅助来操作，使得能够满足操作员扭矩需求并且能够增加流动到过滤器的空气。此外，任何变速器降档可被延迟，直到颗粒过滤器已充分加热。如果不平衡不足以提高过滤器温度，那么可通过使用排气泵将额外的空气递送到排气通道，并且可通过使用排气燃料喷射器将额外的燃料递送到排气通道。一旦过滤器温度足够高，过滤器再生可通过稀操作发动机被启动。这可包括在较低车辆速度下禁用燃料以在DFSO期间适时地再生过滤器。替代地，在较高的车辆速度下，发动机可比化学计量更稀地操作以将额外的氧气提供到排气通道，而排气喷射器用于以与额外的氧气成比例地喷射燃料以加快在过滤器处的碳烟烧尽。
以此方式，通过维持较高的过滤器温度可加快颗粒过滤器再生。通过使用经由涡轮增压器压缩机提供的较高的空气流量来增强空燃比不平衡的放热效应，减少使负载的颗粒过滤器到操作温度所需的时间，而不使驾驶性能或发动机性能劣化。通过依靠电动辅助驱动涡轮增压器压缩机以满足扭矩需求，涡轮增压器可在废气门阀完全打开的情况下操作，使得较大部分的加热的排气被引导到过滤器，同时绕过涡轮。通过使用排气泵和燃料喷射器在颗粒过滤器处产生排气热量，减少对扩大的稀发动机操作的需求，改进排气NOx排放。通过加快过滤器加热，能够更频繁地执行过滤器再生，改进发动机排放性能。
应当理解，提供上面的发明内容以简化的形式介绍在具体实施方式中被进一步描述的概念的选择。这不意指识别要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上述或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出涡轮增压器和排放控制装置系统的示意图。
图2示出局部发动机视图。
图3-4示出图示说明用于颗粒过滤器(PF)的快速加热以启动PF再生的高级例程的示例流程图。
图5-6示出示例GPF再生启动过程。
具体实施方式
以下描述涉及用于快速加热和频繁再生汽油颗粒过滤器(GPF)的系统和方法，所述汽油颗粒过滤器(GPF)联接在配置有电动辅助的涡轮增压发动机系统中，所述涡轮增压发动机系统诸如图1-2的发动机系统。发动机系统可进一步包括排气泵和排气燃料喷射器，以使在颗粒过滤器处的排气空燃比能够与在气缸处的燃烧空燃比不同地被调节。发动机控制器可被配置成执行控制例程，诸如图3-4的示例例程，以加快颗粒过滤器加热到能够启动再生的操作温度。特别地，控制器可依赖于经由气缸空气-燃料不平衡产生的放热，放热使用经由涡轮增压器提供的空气流量调节被增强。在图5处示出协调电动涡轮增压器操作与气缸不平衡用于过滤器再生的预示示例。
现在参考图1，示出包括多气缸发动机10的发动机系统110的示意图。发动机系统110可被包括在道路车辆101的推进系统100中。发动机10可为包括涡轮增压器113的增压发动机。涡轮增压器113包括由涡轮116驱动的压缩机114。具体地，新鲜空气沿进气通道142被引入发动机10并且流到压缩机114。压缩机114被示出为经由轴119机械地联接到涡轮116，涡轮116通过使发动机排气膨胀而被驱动。在所描绘的示例中，涡轮增压器113为进一步包括用于向涡轮增压器输出提供电动辅助的电动马达111的电动涡轮增压器。在一个示例中，电动马达可联接到轴119。然而在其它示例中，电动马达可联接到压缩机或涡轮。如下所述，通过调节电动马达111的输出，可增加通过压缩机递送的压缩空气的量。在一个示例中，压缩机和涡轮可联接在双涡管涡轮增压器内。在另一个示例中，涡轮增压器可为可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机转速和其它工况而主动地变化。
压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)118联接到节气门120。CAC可为例如空气-空气热交换器或空气-水热交换器。节气门120联接到发动机进气歧管122。从压缩机，热压缩空气充气进入CAC 118的入口，当其行进通过CAC时冷却，且然后离开以穿过节气门到进气歧管。
在图1所示的实施例中，在进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器125感测，并且增压压力由增压压力传感器124(也被称作节气门入口压力传感器或TIP传感器)感测。压缩机再循环阀172沿压缩机旁路170在压缩机114的入口和出口之间串联联接。压缩机再循环阀172可为被配置成在选择的工况下打开以释放过量增压压力的常闭阀。例如，压缩机再循环阀172可在降低发动机转速的状况期间打开以避免压缩机喘振。具体地，为了减小压缩机喘振，诸如在驾驶员松加速器踏板时，可通过打开压缩机再循环阀172将增压压力从CAC 118下游和进气节气门120上游的进气歧管122放泄到进气通道142。通过使增压空气从进气节气门入口的上游流动到压缩机入口的上游，增压压力可快速降低，从而加快增压控制。压缩机再循环阀172可为开关阀或连续可变阀，其位置能够被调节到完全打开位置、完全关闭位置，或完全打开位置与完全关闭位置之间的任何位置。
进气歧管122可通过一系列进气门(未示出)联接到一系列燃烧室131。燃烧室131可供应一种或多种燃料，诸如汽油、酒精燃料共混物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可经由燃料喷射器66供应到燃烧室。在所描绘的示例中，燃料喷射器66被配置成直接喷射，但是在其它实施例中，燃料喷射器66可被配置成进气道喷射或节流阀体喷射。此外，每个燃烧室可包括一个或多个不同构造的燃料喷射器，以使每个气缸能够经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或其组合接收燃料。在燃烧室中，可经由火花点火和/或压缩点火启动燃烧。
燃烧室131可经由一系列排气门(未示出)联接到排气歧管136。在所描绘的实施例中，示出单个排气歧管136。然而，在其它实施例中，排气歧管可包括多个排气歧管区段。具有多个排气歧管区段的构造可使得来自不同燃烧室的流出物能够被引导到在发动机系统中的不同位置。通用排气氧(UEGO)传感器126被示出联接到在涡轮116上游的排气歧管136用于估计排气空燃比。替代地，两态排气氧传感器可取代UEGO传感器126。应当理解，传感器126也可为用于提供在排气系统中的排气空燃比指示的任何其它合适的传感器。
发动机10可包括排气再循环(EGR)系统以帮助较低的NOx和其它排放。例如，发动机10可包括低压EGR(LP-EGR)系统，所述低压EGR(LP-EGR)系统包括在排气涡轮116下游的位置处与排气歧管流体连通并且在进气压缩机114上游的位置处与进气歧管122流体连通的低压EGR通道151。通过调节位于LP-EGR通道151中的EGR阀152的开度，一部分排气可从排气歧管被转向到进气歧管。加热的排气可在再循环到进气通道之前在通过EGR冷却器150时被冷却。
来自一个或多个排气歧管区段的排气被引导至涡轮116以驱动涡轮。当期望减小的涡轮扭矩时，诸如响应于松加速器踏板，至少一些排气转而可被引导通过包括废气门阀130的废气门通道131，绕过涡轮。另外，在当期望加快加热下游颗粒过滤器时的状况期间，废气门阀130可打开，使得热排气可被引导到过滤器，同时绕过涡轮。
如前所述，涡轮增压器113可被配置成接收来自电动马达111的电动辅助。电动马达111可被配置为马达/发电机(M/G)。电动马达111可联接到能量储存装置，诸如电池158。基于工况，电动马达111可使用从电池158获取的电力作为马达(马达模式)操作，以向涡轮增压器轴119提供正的马达扭矩。替代地，电动马达可作为发电机(发电机模式)操作，以向涡轮增压器轴119和充电电池158提供负的马达扭矩。电动马达可以马达模式(本文也称为电动辅助)操作，用于提供附加的扭矩以满足在涡轮旋转加速时扭矩需求的增加，诸如在踩加速器踏板(tip-in)期间。电动马达可以发电机模式操作，用于快速旋转减速涡轮增压器并且减小涡轮增压器输出，同时响应于扭矩需求的减少存储电能，诸如在松加速器踏板期间。
来自涡轮和废气门的组合排气流然后流过包括上游气体颗粒过滤器(GPF)170和下游排气后处理装置180的排放控制装置。GPF 170暂时过滤并且存储来自排气的颗粒物质或碳烟(PM)，以降低排放。GPF可由多种材料制造，所述材料包括堇青石、碳化硅和其它高温氧化物陶瓷。在一个示例中，GPF可为催化的颗粒过滤器，其含有贵金属(诸如铂)的涂层，以降低碳烟燃烧温度，并且还将碳氢化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳和水。诸如当在GPF上的碳烟负荷高于阈值负荷时，可周期性地再生GPF以烧尽累积的碳烟。其中可将额外空气引导到加热的GPF以氧化保留的颗粒。排气后处理装置180可被配置成催化处理排气流以减少在排气流中的一种或多种物质的量。在一个示例中，排气后处理催化剂180可以是三元催化剂(TWC)。来自GPF 170和排气后处理装置180的全部或部分经过滤和处理的排气可以分别经由排气导管135被释放到大气中。
可执行GPF再生过程以减少保留在GPF中的碳烟负荷。一旦碳烟累积达到预定水平(该预定水平例如经由压降识别)，可启动过滤器的再生。在一个示例中，可基于颗粒过滤器两端的上游压力传感器141相对于下游压力传感器142的输出的比较确定压降。在替代的示例中，碳烟累积可基于包括发动机转速和负荷的发动机工况，诸如通过参考存储在控制器的存储器中的查找表或算法被建模。此外，根据发动机工况，诸如燃料加富、冷起动、DFSO事件等的发动机操作期间，可估计并跟踪累积的碳烟负荷。一旦累积的碳烟(或碳烟负荷)超过阈值，可启动再生例程(在图3中进一步描述)。
发动机系统100可包括一个或多个温度和压力传感器，诸如沿排气导管135直接放置在排气涡轮116下游的温度传感器140。温度传感器140可用于估计GPF 170的温度。在一个示例中，GPF温度可与当GPF被满载时的阈值比较以确定是否能够启动再生。压力传感器141和142可放置在GPF的上游和下游，以测量GPF 170两端的压差。在一个示例中，GPF两端的压差可用于推断GPF的碳烟负荷。
发动机系统100可进一步包括一个或多个排气燃料喷射器。例如，第一排气燃料喷射器67可联接在涡轮114的上游，并且第二排气燃料喷射器68可放置在GPF 170的下游和排气后处理装置180的上游。在一个示例中，可操作第一排气燃料喷射器67以在稀操作发动机时在排气处执行富燃料喷射以便保持总化学计量的排气空燃比。特别地，由排气燃料喷射器67引入到排气通道中的额外燃料可与在排气歧管136处经由稀发动机操作引入的额外空气一起燃烧，从而引起在颗粒过滤器(PF)处或其附近产生额外的热量。另外或任选地，可通过排气泵166将额外的空气引入到排气通道中。通过提高PF温度，可加快再生状况。通过在涡轮的上游具有排气燃料喷射器67，可独立于在发动机气缸处的燃烧空燃比调节在颗粒过滤器处的排气空燃比。以此方式，可以精确的方式调节涡轮上游的空燃比(AFR)，以有助于颗粒过滤器再生，而不干扰在气缸中的燃烧过程。
GPF后排气燃料喷射器68可用于调节在排气后处理装置180处的排气空燃比。例如，装置的催化转化效率可通过将在排气催化剂处的排气空燃比维持在化学计量或在化学计量附近来维持。此外，响应于在排气催化剂处的氧气突破(break-through)，诸如在颗粒过滤器的加热期间，燃料可由GPF后燃料喷射器68供应到排气后处理装置180以激活催化剂。
如参考图3详细说明的，颗粒过滤器再生可响应于在过滤器处的碳烟负荷高于阈值负荷通过加热过滤器来启动。可将过滤器加热到或高于使得碳烟颗粒能够以比新碳烟颗粒的沉积更快的速率燃烧的温度，例如，加热到400℃-600℃。在一个示例中，过滤器加热通过在气缸与气缸的空燃比不平衡的情况下操作发动机而被加快。此外，火花正时可被延迟。再者，可操作排气燃料喷射器和排气泵以产生附加排气热。
一旦过滤器被充分预热，碳烟燃耗可通过使额外的空气流动通过过滤器而被加快。例如，可通过在比化学计量的空燃比更稀的情况下操作发动机，使进入GPF 170的排气稀化。在另一个示例中，在以化学计量操作发动机时，可操作排气泵166以增加进入排气通道的空气流量，从而导致在GPF 170的入口处被引入富氧空气。
发动机系统110可进一步包括控制系统14。控制系统14被示出从多个传感器16(其各种示例将在图2中描述)接收信息并且将控制信号发送到多个致动器81(其各种示例将在图2中描述)。作为一个示例，传感器16可包括被配置成估计在排气通道中的排气空燃比的UEGO传感器126，用于估计GPF的温度的温度传感器140，用于估计压缩机的增压输出的增压或节气门入口压力传感器124，用于估计在GPF处的碳烟负荷的压力传感器141和142等。其它传感器，诸如附加压力、温度、空气/燃料比、排气流率和成分传感器可联接到在车辆系统100中的多个位置。作为另一个示例，致动器81可包括燃料喷射器66、67和68、节气门120、排气泵166等。
图2描绘内燃发动机10的燃烧室或气缸的示例实施例，诸如图1的发动机10。发动机10可至少部分地由包括控制器212(类似于图1的控制器12)的控制系统并经由输入装置230通过来自车辆操作员232的输入控制。在此示例中，输入装置230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234。发动机10的燃烧室(即，气缸)30(类似于图1的燃烧室131)可包括其中放置活塞236的燃烧室壁232。在一些实施例中，在气缸30内的活塞236的面可具有碗状部。活塞236可被联接到曲轴240使得活塞的往复运动被转化成曲轴的转动运动。曲轴240可经由中间变速器系统联接到车辆的至少一个驱动轮。另外，启动器马达可经由飞轮联接到曲轴240以使得能够实现发动机10的起动操作。
在一些示例中，发动机系统200可包括具有可用于一个或多个车轮255的多个扭矩源的混合动力车辆发动机系统。在其它示例中，发动机系统200可为仅具有发动机的常规车辆发动机或仅具有(一个或多个)电动机器的电动车辆发动机系统。在示出的示例中，发动机系统200可包括发动机10和电动机器252。电动机器252可为马达或马达/发电机。当一个或多个离合器被接合时，发动机10的曲轴240和电动机器252可经由变速器连接到车轮255。在描绘的示例中，第一离合器256提供在曲轴240和电动机器252之间，并且第二离合器256提供在电动机器252和变速器254之间。控制器212可将信号发送到每个离合器256的致动器以使离合器接合或分离，以便将曲轴240与电动机器252和连接到其上的部件连接或断开，和/或将电动机器252与变速器254和连接到其上的部件连接或断开。变速器254可为齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力传动系统可以各种方式配置，包括并联、串联或串并联混合动力车辆。电动机器252从牵引电池58接收电力以为车轮255提供扭矩。例如在制动操作期间，电动机器252也可作为发电机操作，以为充电电池258提供电力。
燃烧室30可经由进气通道242(类似于图1的142)从进气歧管244(类似于图1的122)接收进气空气，并且可经由排气通道248(类似于图1的136)将燃烧气体排出。进气歧管244和排气通道248能够选择地经由相应的进气门252和排气门254与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
进气门252可经由电动气门致动器(EVA)251由控制器212控制。类似地，排气门254可以经由EVA 253由控制器212控制。替代地，可变气门致动器可为电液压或任何其它可能的机构以能够实现气门致动。在一些状况期间，控制器212可改变为致动器251和253提供的信号以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。进气门252和排气门254的位置可分别由气门位置传感器255和257确定。在替代的实施例中，进气门和排气门中的一个或多个可由一个或多个凸轮致动，并且可利用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个多个以改变气门操作。例如，气缸30可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT 255的凸轮致动控制的排气门。
VCT 255可为双独立可变凸轮轴正时系统，用于彼此独立地改变进气门正时和排气门正时。另外，VCT 255可被配置成通过提前或延迟凸轮正时来提前或延迟气门正时，并且可由控制器212控制。另外，VCT 255可以被配置成通过改变在曲轴位置和凸轮轴位置之间关系来改变气门打开和关闭事件的正时。例如，VCT 255可被配置成独立于曲轴转动进气凸轮轴，以引起气门正时提前或延迟。在一些实施例中，VCT 255可为被配置成快速改变凸轮正时的凸轮扭矩致动装置。在一些实施例中，诸如进气门关闭(IVC)和排气门关闭(EVC)的气门正时可通过连续可变气门升程(CVVL)装置来改变。
上述气门/凸轮控制装置和系统可为液压驱动的，或电动致动的，或其组合。在一个示例中，凸轮轴的位置可经由电动致动器(例如，电动致动的凸轮相位器)的凸轮相位调节被改变。在另一个示例中，凸轮轴位置可经由液压操作的凸轮相位器被改变。信号线能够将控制信号发送到VCT并从VCT接收凸轮正时和/或凸轮选择测量。通过调节可变凸轮正时，可改变发动机的容积效率。如本文详细说明，还可在扭矩瞬变期间调节VCT以改进增压的发动机响应。
燃料喷射器66(类似于图1的66)被示出为直接联接到燃烧室30，用于经由电子驱动器268与从控制器212接收的信号脉冲宽度FPW成比例地直接将燃料喷射入燃烧室内。以此方式，燃料喷射器66提供所谓的到燃烧室30中的燃料的直接喷射。例如，燃料喷射器可安装在燃烧室的侧面中或在燃烧室的顶部中。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)递送到燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧室30可替代地或附加地包括以一种配置布置在进气歧管244中的燃料喷射器，该配置提供所谓的到燃烧室30上游的进气道中的燃料的进气道喷射。一个或多个排气燃料喷射器(未示出)也可放置在排气歧管内和/或在颗粒过滤器的下游，以便为再生颗粒过滤器提供最佳状况。
在选择的操作模式下，点火系统288能够响应于来自控制器212的火花延迟信号经由火花塞292为燃烧室30提供点火火花。尽管示出火花点火部件，但是在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其它燃烧室可在具有或不具有点火火花的情况下以压缩点火模式操作。
进气通道242可包括分别具有节流板264和265的节气门262和263。在此特定的示例中，节流板264和265的位置可经由提供到包括有节气门262和263的电动马达或致动器的信号由控制器12改变，所述配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，可操作节气门262和263以改变提供到除了其它发动机气缸以外还到燃烧室30的进气空气。节流板264和265的位置可通过节气门位置信号TP提供到控制器12。可沿进气通道242和进气歧管244在多个点处测量压力、温度和质量空气流量。例如，进气通道242可包括质量空气流量传感器220，用于测量通过节气门263进入的干净的空气质量流量。
发动机10可进一步包括压缩装置，诸如涡轮增压器(类似于在图1描述的涡轮增压器)，其至少包括在进气歧管244的上游布置的压缩机262(类似于图1的114)。对于涡轮增压器，压缩机262可至少部分由沿排气通道248布置的涡轮264(类似于图1中的116)驱动。因此，经由涡轮增压器提供到发动机的一个或多个气缸的压缩量可通过控制器212改变。可在压缩机262的下游和进气门252的上游包括增压空气冷却器254(类似于图1的118)。例如，增压空气冷却器254可被配置成冷却已经经由压缩机262通过压缩加热的气体。在一个实施例中，增压空气冷却器254可在节气门282的上游。可在压缩机262的下游诸如用传感器245或247测量压力、温度和质量空气流量。测量结果可分别从传感器245和247经由信号248和249传达到控制器212。压力和温度可在压缩机262的上游诸如用传感器253测量，并且经由信号255传达到控制器212。干净的空气质量流量可经由MAF信号传达到控制器212。另外，在进气歧管244内的空气充气的压力可以经由歧管空气压力(MAP)传感器被感测并且传达到控制器212。另外，在进气歧管244内的空气增压器的温度可通过歧管空气温度(MAT)传感器测量并且被传达到控制器212。另外，进气节气门263上游和压缩机262下游的压缩空气压力可通过节气门入口压力(TIP)传感器，诸如传感器245感测。具体地，在发动机系统中的增压水平可通过TIP传感器经由测量TIP(也称为增压压力)测量。
另外，在公开的实施例中，EGR系统可将排气的期望部分从排气通道248传送到进气歧管244。图2示出类似于图1的低压EGR系统的LP-EGR系统。LP-EGR从涡轮264的下游通过LP-EGR通道250被传送到压缩机262的上游。提供到进气歧管244的LP-EGR的量可经由LP-EGR阀252由控制器212改变。另外，例如，LP-EGR系统可包括LP-EGR冷却器258，以将来自EGR气体的热量排到发动机冷却剂。
在一些状况下，EGR系统可用于管理在燃烧室30内的空气和燃料混合物的温度。因此，可期望测量或估计EGR质量流量。EGR传感器可布置在EGR通道内，并且可提供质量流量、压力、温度、O2的富度和排气的组分中的一个或多个的指示。
离开燃烧室30和排气通道248的排气使沿轴263联接到压缩机262的排气涡轮264旋转。经由涡轮增压器提供到发动机的一个或多个气缸的压缩量可通过控制器212改变。当期望减小的涡轮扭矩时，可将一些排气流引导通过废气门282绕过涡轮。废气门282(也称为排气废气门，类似于图1的103)可联接在涡轮增压器中的排气涡轮264两端。通过经由控制器212调节废气门282的位置，可控制由涡轮增压器提供的增压量。因此，废气门282可为增压致动器。本文，控制器212可提供基于期望的增压的信号以调节联接到废气门282的机电致动器。来自涡轮264和废气门282的组合流然后可流过排放控制装置271和272。
根据工况，一部分排气可经由排气再循环(EGR)通道250从涡轮264下游的排气通道249再循环到压缩机262上游的进气通道242。排气的一部分可经由EGR冷却器258和LP-EGR阀252流过EGR通道250。以此方式，可启用低压EGR(LP-EGR)。可打开LP-EGR阀252(例如，可增加EGR阀的开度)以为了期望的燃烧和排放控制性能允许受控制量的冷却排气进入进气通道。如此，基于从控制器212接收的命令，LP-EGR阀152可通过致动器(例如，电动、机械、液压等)致动。
每个气缸30可由一个或多个阀服务。在本示例中，每个气缸30包括对应的进气门252和排气门254。每个进气门252和排气门254可经由对应的弹簧被保持在期望的位置处。发动机系统200进一步包括一个或多个凸轮轴(未示出)，用于操作进气门252和/或用于操作排气门254。在一个示例中，进气凸轮轴可联接到进气门252并且可被致动以操作进气门252。在另一个示例中，排气凸轮轴可联接到排气门254并且能够被致动以操作排气门254。在一些实施例中，在多个气缸30的进气门联接到共用凸轮轴的情况下，进气凸轮轴可被致动以操作所有联接的气缸的进气门。
进气门252在允许进气空气到对应气缸的打开位置和基本阻挡来自气缸的进气空气的关闭位置之间可致动。进气凸轮轴(未示出)可以被包括在与控制器212连通的进气门致动系统中。进气凸轮轴可包括进气凸轮，所述进气凸轮具有凸轮凸角轮廓，用于在限定的进气持续时间内打开进气门252。在一些实施例中(未示出)，凸轮轴可包括具有替代的凸轮凸角轮廓的附加进气凸轮，所述凸轮凸角轮廓允许进气门252打开替代的持续时间(在此也称为凸轮廓线变换系统)。基于附加凸轮的凸角轮廓，替代的持续时间可长于或短于进气凸轮的限定的进气持续时间。凸角轮廓可影响凸轮升程高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。在一个示例中，进气凸轮轴被变换到更提前的正时。通过更早打开进气门，允许燃烧的气体回流到进气道，从而使在随后的进气冲程期间将被摄入的空气移位。在另一个示例中，当进气凸轮轴被变换到更延迟的正时时，进气门可较晚打开。结果，进气门很好地关闭进入压缩冲程，导致气缸空气被推回到进气道中，其中较少的空气被保留在气缸中。控制器能够通过纵向移动进气凸轮轴68并且在凸轮轮廓之间切换来切换进气门持续时间。
以相同的方式，每个排气门254在允许排气离开相应气缸的打开位置和基本上保持气体在气缸内并阻止排气离开气缸的关闭位置之间可致动。因此，早打开排气门对空气充气的影响可为有限的。排气凸轮轴(未示出)可包括在与控制器212连通的排气门致动系统中。排气凸轮轴可包括排气凸轮，所述排气凸轮具有凸轮凸角轮廓，用于在限定的排气持续时间内打开排气门254。在一些实施例中，在多个气缸30的排气门联接到共用凸轮轴的情况下，排气凸轮轴能够被致动以操作所有联接的气缸的排气门。在一些实施例中，排气凸轮轴可进一步包括具有替代的凸轮凸角轮廓的附加排气凸轮，其允许排气门254打开替代的持续时间。凸角轮廓可影响凸轮升程高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。在一个示例中，当排气凸轮轴被变换到更延迟的正时时，排气门可较晚打开，允许燃烧的气体由于与进气门开口的重叠增加而流回到进气道中，并且从而使将在随后的进气冲程期间中被摄入空气移位。在另一个示例中，当排气凸轮轴被变换到更提前的正时时，可在对空气充气的影响最小的情况下更早打开排气门。控制器能够通过纵向移动排气凸轮轴并且在凸轮轮廓之间切换来切换排气门持续时间。
进气门致动系统和排气门致动系统可进一步包括推杆、摇臂、挺杆等。这类装置和特征可通过将凸轮的旋转运动转变为进气门252和排气门254的平移运动控制进气门252和排气门254的致动。如先前所讨论，气门也能够经由在凸轮轴上的附加凸轮凸角轮廓被致动，其中在不同的气门之间的凸轮凸角轮廓可提供变化的凸轮升程高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。然而，如果需要，可使用替代的凸轮轴(顶置式和/或推杆)布置。另外，在一些示例中，气缸30可各自具有多于一个排气门和/或进气门。在另一些示例中，一个或多个气缸的排气门254和进气门252中的每个可由共用的凸轮轴致动。再者，在一些示例中，一些进气门252和/或排气门264可由其自己的独立凸轮轴或其它装置致动。
排气传感器226被示出联接到涡轮264下游的排气通道248。传感器226可为用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。
排放控制装置271和272被示出沿排气传感器126下游的排气通道48布置。在所描绘的示例中，装置271可为气体颗粒过滤器(GPF)，诸如图1的GPF 170，并且装置272可为TWC，诸如图1的TWC 180。
如参考图1所描述，发动机系统200可进一步包括一个或多个排气燃料喷射器，诸如在涡轮114上游的第一排气燃料喷射器67和在GPF 170下游的第二排气燃料喷射器68。另外，可通过排气泵166将额外的空气引入到排气通道中。通过调节在颗粒过滤器处或其周围的排气燃料和空气喷射，能够通过独立于总燃烧空燃比改变局部排气空气-燃料比提高PF温度。结果，能够加快过滤器再生。
控制器212在图2中示出(类似于图1的控制器12)为微计算机，其包括：微处理器单元(CPU)202、输入/输出端口(I/O)204、在此特定示例中被示出为只读存储器芯片(ROM)206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(RAM)208、保活存储器(KAM)210和数据总线。控制器212可接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除先前讨论的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器220的引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自联接到冷却套筒214的温度传感器212的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到曲轴240的霍尔效应传感器218(或其它类型)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)；来自节气门入口压力(TIP)传感器的增压压力；和来自传感器222的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号(RPM)可通过控制器12从信号PIP产生。可使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP以在进气歧管中提供真空或压力的指示。应注意，可使用以上传感器的各种组合，诸如有MAF传感器而没有MAP传感器，反之亦然。在化学计量的操作期间，MAP传感器能够给出发动机扭矩的指示。另外，此传感器与检测的发动机转速一起能够提供被引入到气缸的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也被用作发动机转速传感器的传感器218可在曲轴的每次旋转产生预先确定数目的等间隔的脉冲。
基于从图1和图2的各种传感器接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令，控制器212采用图1-2的各种致动器以调节发动机操作。作为非限制性示例，控制器212可发送信号以致动图1的电动马达111，以便增加涡轮扭矩，打开废气门(例如，图1的130或图2的282)以将排气引导到下游GPF(例如，图1的170和图2的271)，通过对每个气缸命令不同的空气和燃料等产生气缸与气缸的空气-燃料不平衡。作为另一个示例，控制器212可被配置成通过测量GPF两端的压差(来自图1的传感器141和142)估计在PF中累积的颗粒的量(在本文中也被称为GPF负荷)。如果压差高于阈值用于启动再生，但是排气温度是足够高以启动颗粒过滤器再生，那么控制器212可调节一个或多个发动机操作参数，包括火花正时、气缸燃料供应、增压压力和空燃比，以提高排气温度以便加快过滤器再生。
以此方式，图1-2的部件实现一种系统，所述系统包括：发动机；涡轮增压器，其包括经由轴联接到排气涡轮的进气压缩机，和电动马达；联接在排气涡轮周围的旁路中的废气门阀；包括颗粒过滤器和排气催化剂的排气通道，所述排气催化剂联接在颗粒过滤器的下游；用于使空气流入在所述颗粒过滤器的上游的排气通道中的排气泵；用于将燃料喷射到在颗粒过滤器的下游并且在排气催化剂的上游的排气通道中的排气燃料喷射器；和控制器。控制器可被配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：以第一模式操作以加热颗粒过滤器，所述以第一模式操作包括：在废气门阀打开的情况下经由电动马达操作涡轮增压器，在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机，调节所述不平衡以提供化学计量的排气空燃比；和响应于颗粒过滤器的温度超过阈值，转换到以第二模式操作以再生颗粒过滤器，以第二模式操作包括：在经由排气燃料喷射器将燃料喷射到排气通道中时比化学计量更稀操作发动机，排气燃料喷射基于发动机操作的稀度被调节。在一个示例中，以第二模式比化学计量更稀操作发动机包括：当车辆速度低于阈值时，在气缸燃料供应被停用的情况下操作发动机，并且当车辆速度高于阈值时，在气缸燃料供应被调节到比化学计量更稀的情况下操作发动机。控制器可包括进一步的指令，用于当以第一模式操作时，连续估计排气催化剂的氧气负荷，并且响应于估计的氧气负荷高于阈值负荷，减少空气-燃料不平衡。当以第二模式操作时，控制器可响应于在颗粒过滤器下游测量的排气空燃比进一步操作排气泵。在本文中，经由电动马达操作涡轮增压器包括在废气门阀维持完全打开时调节电动马达的输出，从而以基于驾驶员扭矩需求的速度旋转进气压缩机。控制器可响应于在颗粒过滤器处的高于阈值的颗粒负荷附加地以第一模式操作，和响应于在颗粒过滤器处的低于阈值的颗粒负荷转换离开第二模式。
图1-2示出具有各种部件的相对放置的示例配置。如果示出直接相互接触或直接联接，那么此类元件可被认为是在至少在一个示例中分别直接接触或直接联接。类似地，示出彼此邻近或相邻的元件可至少在一个示例中分别彼此邻近或相邻。作为一个示例，以面共享彼此接触放置的部件可被认为是面共享接触。作为另一个示例，仅用空间彼此分开而无其它部件放置的元件可在至少一个示例中被认为是如此。作为又一个示例，示出彼此上/下、彼此在相对的侧或彼此在左/右的元件可被认为是相对于彼此如此。另外，如附图所示，在至少一个示例中，顶端的元件或元件的点可被认为是部件的“顶部”，并且最底的元件或元件的点可被认为是部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、较高/较低、上/下可相对于附图的纵轴，并且用于描述附图的元件相对于彼此的放置。同样地，在一个示例中，示出在其它元件上方的元件是竖直地在其它元件上方放置。在又一示例中，在附图内描述的元件的形状可被认为是具有那些形状(例如，为圆形、直的、平面的、弯曲的、圆的、凹槽的、成角度的)。另外，在至少一个示例中，示出彼此相交的元件可被认为是相交的元件或彼此相交。再者，在一个示例中，示出在另一个元件内或示出在另一个元件外可被认为如此。
现在参考图3，示出用于再生颗粒过滤器的示例例程。在本示例中，讨论汽油颗粒过滤器(GPF)的再生，但是应当理解，其它颗粒过滤器配置也是可能的。用于执行例程300的指令和本文包括的其余方法可由控制器，诸如图1的控制器12和图2的控制器212基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如参考图1-2的上述的传感器)接收的信号实行。根据下述方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器调节发动机操作。
在302处，可估计和/或推断发动机状况。这些可包括例如发动机转速、发动机负荷、驾驶员扭矩需求、环境状况(例如环境温度和湿度以及大气压力)、MAP、MAF、MAT、发动机温度、增压水平、空燃比等。一旦估计发动机工况，方法进行到304。
在304处，可基于发动机工况估计颗粒过滤器(PF)负荷。具体地，可通过在可释放颗粒物质(PM)的情况下对发动机操作的频率和持续时间进行计数来估计和跟踪PF负荷。例如，控制器可对在每个驾驶循环内的发动机冷起动次数以及发动机冷起动状况所花费的时间、以深度富集的发动机操作的频率(包括相对于化学计量的富集程度和以富集操作的持续时间)、以压缩喷射的发动机操作的频率等进行计数。可获得这些值。然后，在PF(例如，图1的GPF 170和图2的GPF 271)为热的(例如，高于阈值温度，诸如高于600℃)时，控制器可从稀(例如，比化学计量更稀)操作的获得的值时段中减去流经过滤器的氧气的质量的权重。在另一个示例中，碳烟累积模型可用于估计在颗粒过滤器中的碳烟量。在一个示例中，碳烟累积可根据经验确定的测试结果建模为质量。在此模型中，通过发动机在不同发动机转速和负荷下排出的碳烟量能够被存储在表格或函数中。当操作发动机时，可基于当前的发动机转速和负荷询问表格，以确定引导到排气系统的颗粒过滤器的碳烟量。同样地，碳烟的氧化速率可以与发动机排气氧富度和颗粒过滤器温度类似的方式进行估计。例如，容纳碳烟氧化速率的表格可通过颗粒过滤器温度和到过滤器的氧气的质量速率被索引。在又一个示例中，可基于在给定流率通过颗粒过滤器的在颗粒过滤器两端的压降估计存储在颗粒过滤器中的颗粒量。可经由位于颗粒过滤器上游和下游位置处的排气中的压力传感器监测压降。压降越大，在颗粒过滤器内的推断的颗粒物质积累越大。
在306处，可确定PF负荷是否超过阈值负荷，高于所述阈值负荷，由负荷的过滤器产生的排气背压会不利地影响发动机性能。在一个示例中，阈值负荷可以被设定为每升两克。PF负荷可例如通过联接到颗粒过滤器的碳烟传感器检测。在另一个示例中，可通过利用碳烟累积模型估计PF负荷。在又一个示例中，可基于经由上游和下游压力传感器(诸如图1的传感器141和142)检测的PF两端的测量的压降推断PF负荷。如果PF负荷没有超过阈值负荷，那么方法返回到304，在304处PF负荷继续基于发动机工况进行估计并且参考阈值负荷进行监测。否则，如果PF负荷超过阈值负荷，那么方法前进到308。
在308处，可确定PF温度是否超过阈值温度。在一个示例中，阈值温度可为高于其发生碳烟燃烧的温度。例如，阈值温度可设定为600℃或更高。同样地，如果当GPF充满PM并且需要再生时GPF温度不足够高，那么可需要再生辅助来提高温度，诸如通过以增加高于基础的燃料消耗为代价的延迟火花。在一个示例中，PF再生温度可设定为高于600℃以防止湿碳烟的过度燃烧，所述湿碳烟为高度易燃的并且可引起导致PF劣化的不受控制的燃烧。如果PF温度超过阈值温度，那么该方法进行到在图4中的324(这是图3的方法300的延续部分)。否则，方法前进到310。
在310处，如果PF不足够热，那么可确定扭矩需求是否超过阈值需求。例如，可确定扭矩需求是否足够高以需要增压的发动机操作。本文发明人已经认识到，用于加热PF的在气缸之间的空气燃料不平衡的放热效应能够在较高的空气流量下被增强。因此，如下所述，通过协调增压发动机操作与空气燃料不平衡，能够加快PF加热，允许更早启动过滤器再生。
如果扭矩需求不超过阈值需求，意味着由发动机提供的扭矩足以满足扭矩请求，那么可不需要来自联接到系统涡轮增压器的电动马达的增压辅助。控制器可继续调节发动机操作参数以增加在PF处的排热，同时维持对应于较低扭矩需求的较低空气流量。因此，在312处，在气缸与气缸的空燃比(AFR)不平衡并且任选地火花正时被延迟的情况下操作发动机气缸。可基于PF的温度不足和当前质量流量调节火花延迟和AFR不平衡。在一个示例中，可通过计算在当前颗粒过滤器温度(例如，从图1的传感器141推断)和阈值温度(例如600℃)之间的温度差估计温度不足。另外，可根据MAF传感器(例如，图2的传感器220)估计当前质量流量。可基于温度不足和质量空气流量来索引查找表，并且查找表可提供要应用的AFR不平衡量的输出值。作为另一个示例，控制器可对每个气缸进行逻辑确定(例如，关于要对每个气缸燃料喷射器进行命令的占空比)，以基于作为质量流量和温度不足的函数的逻辑规则提供期望气缸与气缸AFR不平衡。控制器然后可产生发送到每个气缸的燃料喷射器的控制信号。
在AFR不平衡的情况下操作可包括在第一数目的气缸稀燃烧、第二数目的气缸富燃烧并且火花正时延迟的情况下操作发动机，同时保持排气空燃比处于化学计量，稀度和富度中的每一个基于排气温度被调节。此外，还可基于排气温度(例如，期望温度相对于测量温度)调节第一数目和第二数目。
在一个示例中，所应用的AFR不平衡可被限幅或限制为不引起显著的扭矩扰动的量。如果仅通过AFR不平衡不能满足温度不足，那么可通过延迟火花正时解决剩余的不足。因而，这减少对火花延迟的依赖，提高燃料经济性。在一个示例中，可通过火花延迟使用和不平衡的空气燃料操作施加20％的扭矩减少加快PF加热(包括在交替的气缸上的20％稀化和富集以通过使组合的空燃比维持在化学计量来维持清洁的排放)。
在另一个示例中，提供的不平衡量基于从对于给定空气质量流量的每个百分比不平衡所产生的放热的映射数据导出的查找表。在当前GPF温度和阈值温度(例如600℃)之间的不足(以摄氏度为单位)与当前空气质量流量一起被馈送到表格中。然后表格递送实现温度不足所需的百分比不平衡。以此方式，不递送过高温度。此外，积分控制器项可被添加到不平衡，该不平衡使用不平衡幅度作为控制变量被确定为控制到期望温度。
在一个示例中，控制器可通过将进入每个气缸的燃料质量乘以由点火顺序索引的阵列来换算燃料质量。索引可基于气缸点火顺序。作为一个示例，对于V6发动机配置(具有6个气缸，这6个气缸被布置为3个气缸的两组/排)，在第一排上具有气缸1-3并且在第二排上具有气缸4-6，点火顺序可为1-4-2-5-3-6，其中索引0为cyl 1，索引1为cyl 4等。索引可通过点火顺序继续进行，直到所有气缸已经点火，且然后重复索引。为了为V6发动机提供对称加热校准，应用于不平衡产生的燃料质量乘数可为：[1.2,1.2,0.9,0.9,0.9,0.9]，其中1.0是指处于化学计量的燃料质量，0.9是指10％稀化，1.2是指20％的富集。替代地，为了为V6发动机提供非对称加热校准，诸如仅对于一个排，应用于不平衡产生的燃料质量乘数可为：[1.2,1.0,0.9,1.0,0.9,1.0]，其中1.0是指处于化学计量的燃料质量，0.9是指10％的稀化，1.2是指20％的富集。作为另一个示例，对于具有气缸1-4的I4发动机配置(具有直列式布置的4个气缸)，点火顺序可为1-3-4-2，加热校准可包括燃料质量乘数：[0.8,1.2,0.8,1.2]，其中1.0是指处于化学计量的燃料质量，0.8是指20％的稀化，1.2是指20％的富集。与1的偏差的和可被布置成使得其等于0，或等效地，因子的和等于气缸的数目。结果，即使在应用气缸与气缸不平衡之后，总空燃比维持在化学计量比附近。
在一些示例中，AFR不平衡的映射可基于位于PF下游的排气催化剂(例如TWC)的温度被进一步调节，以便限制由于过热引起的催化剂劣化。例如，推断的催化剂温度模型可用于增强AFR映射。其中，模型用于基于百分比不平衡和气流质量的输入估计在排气催化剂处的放热。如果估计的放热超过催化剂的阈值温度，那么可降低不平衡的幅度。这确保了起燃催化剂不因过热而被损坏。
应当理解，如果扭矩需求超过用火花和AFR不平衡可实现的阈值，那么可根据需要混合火花和不平衡以满足扭矩需求，以不平衡开始。例如，可在维持火花延迟时降低或中断不平衡，且然后可降低或中断火花延迟使用。与将其留在首先停止火花延迟时相比，首先停止不平衡可提供优越的NVH(噪音、振动和不舒适性)感。足够大的扭矩要求可快速消除对任何特殊加热动作的需求。方法然后可以前进到318。
返回到310，如果扭矩需求高于阈值需求，那么可推断，当前发动机扭矩可不足以满足操作员扭矩需求并且可需要电动辅助。此外，满足升高的扭矩需求所需的较高的空气流量能够呢适时地用于增强PF加热气缸AFR不平衡操作的放热效应。另外，经由增压发动机操作产生的加热排气可在经由电动辅助维持压缩机速度时经由废气门被转向到PF。因此，在314处，以经由电动马达旋转的涡轮增压器使发动机增压操作，同时联接到涡轮增压器的排气涡轮两端的废气门的开度增加以将废气引导到PF，绕过涡轮。在一个示例中，废气门完全打开。通过打开废气门，引导热排气加热GPF，从而减少在涡轮处的热损失。此外，为了维持提高的发动机转速，延迟变速器降档。经由电动马达旋转压缩机包括估计提供对应于扭矩需求的增压压力所需的压缩机速度，并且然后基于相对于当前压缩机速度的所需的压缩机速度调节联接到涡轮增压器(例如到涡轮增压器轴)的电动马达的输出(例如，旋转速度)。可基于废气门的开度进一步调节电动马达输出，从而进一步调节涡轮速度。例如，随着废气门开度增加以将更多排气转向到PF，电动马达的输出可增加。以此方式，可满足扭矩需求的增加，而不用通过经由电动马达提供的电能旋转压缩机提高发动机转速以递送增压，同时引导排气能量以加热颗粒过滤器。结果，可以在不损失发动机性能的情况下加热下游PF。
在316处，在废气门打开的情况下经由电动马达旋转涡轮增压器压缩机时，气缸可在AFR不平衡的情况下操作。可以基于在废气门打开的情况下操作之后剩余的温度不足并且进一步基于当前质量流量调节不平衡(例如，富集/稀化程度)。在一个示例中，通过依赖于提高的发动机转速和到PF以提供PF加热的一部分的排气流量，所需的AFR不平衡可为较低的(比在较低扭矩水平下应用的对应AFR不平衡低，例如在312处)。在另一个示例中，通过依赖来自电动涡轮增压器的增加的流量，可在低速行驶时降低发动机转速以维持客户对来自较低rpm水平的噪声的满意度。
从316和312中的每个，方法前进到318，在318处评估PF下游例如在三元催化剂(TWC)处的排气空燃比。具体地，确定在三元催化剂(TWC)处是否检测到氧气突破。作为一个示例，如果在TWC处或其下游测量稀空燃比，那么可调节AFR不平衡。因而，在TWC处的氧气突破可导致需要附加的燃料富集来重新激活TWC。因此，响应于氧气突破，调节AFR不平衡以重新激活TWC。作为示例，如果催化剂后HEGO传感器输出指示高于阈值量的氧气正在突破，那么控制器可减小或限制AFR不平衡调制的幅度。例如，控制器可将AFR不平衡的幅度从20％稀化/富集减小到10％稀化/富集。在另一示例中，调节AFR不平衡包括响应于排气温度几乎实现其目标将不平衡从10％减小到5％。在另外的示例中，响应于在下游排气催化剂处的温度超过高于其能够发生催化剂劣化的温度，可减小或限制AFR不平衡。
在另一些示例中，可维持AFR不平衡，同时使用排气和燃料喷射解决在TWC处的氧气突破。例如，在维持AFR不平衡时，控制器可经由GPF后燃料喷射器(例如，图1-2的燃料喷射器68)在TWC处局部富集排气，例如通过应用5％富集。然后，控制器可经由排气泵(例如，图1-2的排气泵166)在TWC处局部将空气注入到排气中，例如通过基于5％的燃料富集应用5％的稀化。作为另一个示例，下游气泵可与来自气缸的5％富集混合物反应以维持化学计量燃烧同时加热特定过滤器。
以此方式，排气温度根据温度不足被提高，并且不递送过高的温度。另外，所需的总火花延迟量可被减小。另外，如果需要，方法使得能够仅加热一排气缸。
在320处(如在308处)，可确定PF温度是否高于阈值温度，高于所述阈值温度能够启动PF再生。例如，可确定PF温度是否高于600℃。如果已达到阈值温度，那么方法前进到图4的324。否则，该方法前进到322。
在322处，如果尚未达到阈值PF温度，那么调节火花延迟，同时使用排气燃料喷射器和排气泵操作中的一个或多个的操作来升高排气温度。在一个示例中，在空燃比不平衡且没有火花延迟的情况下操作发动机的情况下，可维持空燃比不平衡，而火花正时从最佳扭矩最小点火提前角(MBT)延迟。在另一个示例中，在空燃比不平衡和至少一些火花延迟的情况下操作发动机的情况下，可维持空燃比不平衡，而火花正时从MBT进一步延迟以快速升高排气温度，且从而升高PF温度。
此外，排气燃料喷射和排气泵操作中的一个或多个可用于升高排气温度，且从而升高PF温度。例如，在维持AFR不平衡并且在化学计量比附近操作发动机时，和在延迟火花正时时，控制器可经由GPF前燃料喷射器(例如，图1-2的燃料喷射器67)在GPF处局部富集排气，诸如通过应用5％的富集。然后，控制器可经由排气泵(例如，图1-2的排气泵166)在GPF处局部将空气注入到排气中，例如通过基于5％的燃料富集应用5％的稀化。
在又一个示例中，发动机可稀操作，同时燃料经由排气燃料喷射器被喷射。作为示例，发动机可比化学计量稀10％操作，并且在发动机稀操作时，可经由排气燃料喷射(例如，经由图1的排气燃料喷射器67)在排气中提供10％的燃料富集以在颗粒过滤器处产生附加放热。在又一个示例中，发动机富操作，同时空气经由排气泵被喷射。作为示例，发动机可比化学计量富10％操作，并且当发动机富操作时，可通过将空气泵送到排气中(例如，经由图1的排气泵166)提供10％稀化以加热PF而没有发动机扭矩损失。在另外的示例中，发动机可以化学计量操作，并且排气和燃料喷射中的每个可用于加热GPF。例如，当发动机以化学计量操作时，可经由排气燃料喷射在排气处提供10％富集，同时通过经由排气泵将空气泵送到排气中在排气处提供相应的10％的稀化，以引起附加颗粒过滤器加热。以此方式，颗粒过滤器可以被快速加热以启动再生而不损失发动机性能并且不引起涡轮的过热。
在另外的示例中，如果存在温度测量或估计的问题，诸如由于劣化的传感器，那么可禁用空气-燃料不平衡。但是，响应于禁用空气-燃料不平衡，不触发单独的诊断代码。关于温度估计以及压力和碳烟估计的诊断可为充分的。在另外的示例中，可针对具有未劣化的温度传感器的系统执行关于不平衡递送本身的诊断。其中，当不平衡开始时，可监测排气或PF温度以限定的持续时间(例如20秒)。如果观察到温度高于阈值升高，那么诊断合格，并且不平衡输递送被确定为不劣化。
从308和322中的每个，一旦GPF被充分加热，方法移动到324以通过适时或主动地烧掉碳烟而再生过滤器。因而，在能够启动再生之前，PF需要足够热，以改进再生效率。具体地，在324，可确定是否存在/检测或预期减速燃料切断(DFSO)状况。在一个示例中，可以响应于低于阈值的扭矩需求(诸如，当没有踩下加速器踏板或当踩下制动踏板时)以及车辆速度低于阈值(诸如当车辆正在减速时)确认DFSO状况。在此状况期间，可暂时切断气缸燃料供应(通过停用气缸燃料喷射器)，同时气缸气门继续打开和关闭，使得只有空气流过气缸。在一些示例中，联接到发动机控制器的GPS/导航系统可用于预测预期何时DFSO状况。经由用于预测正被满足的DFSO状况的GPS检索的信息可包括例如路线方向、交通信息和/或天气信息。作为一个示例，响应于交通量的增加，可预测车辆将行驶变慢或暂停。作为另一示例，在下坡车辆行驶期间，可能存在DFSO状况。通过预测何时将满足DFSO状况，控制器可能够计划何时适时地启动再生。在DFSO期间通过气缸的空气流量(在没有燃料喷射的情况下)可在GPF处产生稀状况，其可以适时地用于烧掉来自热的GPF的碳烟。如果确认DFSO状况，那么方法可前进到326。
在326处，响应于满足DFSO状况，可切断到气缸的燃料，同时气缸气门继续将空气泵送通过气缸。结果，在流动到PF的排气中的氧气富度增加，从而烧掉在PF处的碳烟。以此方式，PF可被适时地和被动地再生。方法然后移至334，在334处基于DFSO在控制器的存储器中更新PF负荷估计和PF再生历史。例如，基于DFSO的持续时间可估计烧掉的碳烟量，并且可更新PF负荷以考虑碳烟水平的下降。
如果未检测到或预期DFSO状况，那么方法前进到328以主动再生PF。其中，在排气处主动产生稀状况以烧掉碳烟。具体地，在328，发动机比化学计量更稀地运行以烧掉来自PF的颗粒物质。在一个示例中，发动机可比化学计量稀5％操作以提供过量的氧气以烧掉在GPF上的碳烟。例如，当发动机处于怠速并且当车辆速度低于阈值速度时(并且在PF足够热时)，发动机可比化学计量更稀地操作。任选地，如果发动机在部分负荷下并且车辆速度高于阈值速度，并且当PF足够热时，控制器可暂时切断燃料以主动产生临时的DFSO状况并提供过量的氧气以烧掉碳烟。
在330处，控制器可经由排气燃料喷射器执行富燃料喷射以维持总化学计量的排气空燃比。作为示例，可调节富燃料喷射以补偿稀发动机操作。因此，在发动机5％稀操作的情况下，喷射可为5％富燃料喷射。
在332处，在再生期间发生的扭矩需求的任何不足可通过用来自电动马达的电动辅助使涡轮增压器旋转得到满足。在一个示例中，在发动机稀操作时接收到的扭矩需求的增加可通过用经由电动马达提供的电能使涡轮增压器压缩机旋转得到满足而不提高发动机转速。方法然后移动到334，在334处基于主动再生在控制器的存储器中更新PF负荷估计和PF再生历史。例如，基于稀发动机操作的持续时间可估计烧掉的碳烟量，并且可更新PF负荷以考虑碳烟水平的下降。在一个示例中，继续主动再生，直到PF负荷下降到低于较低阈值，在所述较低阈值以下由于PF产生的排气背压不影响发动机性能。
从334，一旦PF负荷被充分减少，方法移动到336，在336处可恢复化学计量的发动机操作。这包括如果在DFSO操作期间减少PF负荷，那么恢复发动机操作并启用气缸燃料供应。作为另一个示例，这包括如果PF负荷使用稀发动机操作被减少，那么相对于在发动机气缸中的空气流量调节燃料喷射，以在化学计量下操作。
在338处，可估计放置在GPF下游的排气催化剂(例如，TWC)的氧气负荷，并且可响应于在PF再生期间发生的任何变化调节TWC氧气负荷。在一个示例中，由于在再生期间过量氧气流量通过GPF，TWC可变得氧气饱和。为了再生或反应TWC，控制器可通过在关于化学计量富和稀燃烧以调节在排气催化剂处的空燃比，以便再生催化剂。在一个示例中，控制器可经由GPF后喷射器应用富燃料喷射以重新激活排气催化剂。以此方式，能够通过产生放热以加快PF加热来改进PF再生。
作为示例，控制器可在排气颗粒过滤器处产生放热，同时通过经由电动马达使涡轮增压器压缩机旋转继续提供驾驶员需求的扭矩，并且同时在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸，调节所述不平衡以保持总化学计量的排气空燃比。产生可响应于在驾驶员需求的扭矩高于阈值扭矩时，颗粒过滤器具有高于阈值的颗粒物质负荷和低于阈值的温度。在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸可包括以比化学计量更富操作第一组气缸，同时以比化学计量更稀操作第二组气缸，在第一组和第二组中的每个中的气缸的数目基于在测量的颗粒过滤器温度和阈值温度之间的差异和测量的质量空气流量。在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸可进一步包括以第一富度操作第一组气缸和以第二稀度操作第二组气缸，所述第一富度和所述第二稀度基于所述差异并且进一步基于在所述第一组和所述第二组中的每个中的气缸数目被选择，其中调节第一富度、第二稀度和在所述第一组和所述第二组中的每个中的气缸的数目以维持总化学计量的排气空燃比。控制器可进一步基于来自排气氧传感器的输出估计联接在所述颗粒过滤器下游的排气催化剂处的氧气突破；和基于估计的氧气突破反馈调节不平衡。另外，控制器可基于所述反馈调节的不平衡延迟火花正时以维持产生的放热。在另一个示例中，控制器可响应于在驾驶员需求的扭矩低于阈值扭矩时，或在联接到电动马达的电池的荷电状态低于阈值电荷时，颗粒过滤器具有高于阈值的颗粒物质负荷和低于阈值的温度，通过延迟火花正时进一步加热颗粒过滤器，并且同时在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸。在继续提供驾驶员需求的扭矩时产生放热可包括打开排气废气门阀以将排气引导至所述颗粒过滤器，同时绕过联接到涡轮增压器压缩机的排气涡轮，并且基于当前压缩机速度相对于基于驾驶员需求的扭矩的目标压缩机速度调节电动马达的输出。控制器可进一步响应于驾驶员需求的扭矩高于阈值扭矩延迟变速器降档。此外，响应于在产生放热之后颗粒过滤器温度低于阈值温度，所述控制器可操作排气泵以将空气喷射到涡轮上游的所述排气中，同时操作排气燃料喷射器以将燃料喷射到颗粒过滤器下游的排气中，空气喷射基于在产生放热后在颗粒过滤器温度和阈值温度之间的温度不足被调节，燃料喷射基于空气喷射被调节以维持化学计量的空燃比。控制器还可响应于在产生放热之后颗粒过滤器温度高于阈值温度，在经由排气燃料喷射器喷射燃料时比化学计量更稀操作发动机，富度基于在气缸中维持化学计量的空燃比的稀化的量。
现在转向图5-6，示出示例GPF加热和再生事件。应当理解，映射图(map)500-600在相同的时间帧(t0-t12)内描绘不同的参数。映射图500在曲线502处描绘从加速器踏板位置(PP)推断的操作员扭矩需求。在曲线504处相对于上阈值Thr_U和下阈值Thr_L描绘排气GPF上的碳烟负荷(PF负荷)。在曲线506处描绘GPF温度。在曲线508处描绘在气缸与气缸的空燃比不平衡(AFR不平衡，打开或关闭)的情况下发动机的操作。在曲线510处示出从MBT的火花正时延迟。在曲线512处示出发动机的涡轮增压器的排气涡轮两端的排气废气门的开度。在曲线514处示出在电动辅助的情况下涡轮增压器的进气压缩机的操作。因而，压缩机能够仅经由涡轮、仅经由电动辅助或这两者驱动。在图6的映射图600处，在曲线516处示出在涡轮和GPF上游递送空气的排气泵的操作。在曲线518处示出GPF前排气燃料喷射器的操作，在曲线520处示出位于排气三元催化剂(TWC)的上游的GPF后排气燃料喷射器的操作。在曲线522处示出气缸燃料供应(打开或关闭)。在曲线524处示出相对于阈值525的TWC的氧气负载。在曲线526处描绘变速器换档。所有曲线在相同的时间帧(t0-t12)内描绘，其中经由时间标记t1-t12指示重要事件。
在t1之前，发动机正响应于低驾驶员需求操作。PF碳烟负荷低于触发再生的阈值Thr_U。PF温度也为低。火花正时在MBT处或其附近，并且发动机被供应燃料，但不以空燃比(AFR)不平衡操作。由于驾驶员需求低，废气门由于不需要增压压力而打开。出于相同的原因，不需要电动辅助。不需要排气加热，因此排气燃料喷射器和排气泵均被禁用。排气TWC没有负载氧气，并且变速器挂档(in gear)。
在t1处，响应于扭矩需求的增加(曲线502)，PF负荷开始增加(曲线504)。此外，由于较高的发动机负荷，排气温度(曲线506)开始上升。在t2处，PF负荷达到阈值Thr_U，指示过滤器需要被再生。然而，在t2处，PF的温度不足够高以使得能够启动再生。因此，过滤器加热通过在空燃比不平衡的情况下操作发动机而被加快(曲线508)。所应用的不平衡可根据在t2处的PF温度与温度阈值505之间的差被调节。火花正时被维持在MBT处，并且在t2和t3之间，使用气缸AFR不平衡加热排气PF。然而，在t3处，PF温度仍然不足够高。因此，为了在t3和t4之间进一步加快PF加热，同时继续在气缸AFR不平衡的情况下操作发动机，火花正时被延迟一定量(曲线510)。因此，应用的火花延迟量可小于加热排气所需的火花延迟量，导致较小的燃料亏损。当在气缸AFR不平衡的情况下操作发动机时，排气TWC的氧气负载增加，但仍然低于TWC需要被重新激活的阈值525(曲线524)。在t4处，PF温度超过阈值505并且认为PF足够热以启动再生。因此AFR不平衡被禁用，并且火花正时返回到MBT。
此外，在t4处，基于车辆工况以及交通和路线状况，可确定DFSO即将来临。因此，不启动主动的PF再生。相反，当DFSO适时出现时，控制器选择被动地再生PF。在t4之后不久，扭矩需求下降，诸如由于车辆在下坡段上操作其中操作员的脚离开加速器踏板。响应于扭矩需求的下降，启动DFSO，其中气缸燃料供应被禁用(曲线522)，同时气缸气门继续泵送空气通过气缸。由于额外的氧气流动通过气缸流入排气通道，碳烟从PF烧掉，并且碳烟负荷开始下降，并且PF温度由于PF冷却下降。此外，TWC的氧气负载开始进一步上升。
在t5之前不久，PF负荷下降到低于阈值Thr_L，并且认为再生完成。发动机继续处于DFSO模式，因此PF负荷继续下降。在t5处，扭矩需求增加并且通过恢复气缸燃料供应退出DFSO模式。由于发动机在较高负荷下操作，PF负荷开始再次上升。在t5处的扭矩需求足够高，以需要增压发动机操作。通过关闭废气门提供增压压力(曲线512)，以便使涡轮增压器涡轮旋转加速，涡轮增压器涡轮继而驱动涡轮增压器压缩机。在t5和t6之间，碳烟负荷增加。
在t6处，PF负荷达到阈值Thr_U，指示过滤器需要被再生。然而，在t6处，PF的温度不足够高以使得能够启动再生。因此，过滤器加热通过在空燃比不平衡的情况下操作发动机而被加快。所应用的不平衡可根据在t6处的PF温度与温度阈值505之间的差被调节。火花正时被维持在MBT处。另外，因为扭矩需求升高，通过发动机的较高空气流量有利地用于增强气缸AFR不平衡的放热效应。具体地，废气门在t6处完全打开以将所有热排气驱动到过滤器。同时，通过在来自联接到涡轮增压器轴的电动马达的电动辅助的情况下操作涡轮增压器维持增压压力。此外，变速器换档(例如，降档)被延迟(曲线526)，以便保持发动机转速升高。例如，响应于发动机在较高负荷下操作，可已经要求变速器降档(如虚线段527所示)，然而，变速器换档被延迟以进一步辅助加热PF。
在t7处，PF温度超过阈值505并且认为PF足够热以启动再生。因此AFR不平衡被禁用。因为扭矩需求保持升高并且PF温度高于阈值505，所以完成变速器换档。此外，在t7处，基于车辆工况以及交通和路线状况，可确定DFSO不即将来临，因为扭矩需求仍然升高。因此，启动主动PF再生。其中，涡轮增压器继续在电动辅助下操作，以便在废气门保持打开时使得更高的气流能够引导通过PF。发动机继续以化学计量操作。操作排气泵以将更多氧气添加到PF上游的排气，以帮助碳烟烧掉。此外，操作GPF前排气燃料喷射器以将更多燃料添加在PF上游的排气，以辅助碳烟烧掉。可调节排气燃料喷射和排气喷射以维持在下游TWC处的化学计量排气。在替代的示例中，可使用发动机空燃比、排气泵操作和排气燃料喷射器操作的其它组合。例如，可在发动机比化学计量更稀操作的情况下使用富燃料喷射以烧掉碳烟。作为另一个示例，可在发动机比化学计量更富操作的情况下使用稀排气泵操作以烧掉碳烟。还有其它组合是可能的。由于额外的氧气流动通过排气通道，碳烟从PF烧掉并且碳烟负荷开始下降，并且PF温度由于PF冷却下降。此外，TWC的氧气负载开始上升。
在t8处，PF负荷下降到低于阈值Thr_L，并且认为再生完成。因此(GPF前)排气燃油喷射和空气泵操作被中断。此外，在t8处，如由氧气负荷超过阈值525推断，氧气突破TWC。响应于氧气突破，执行GPF后排气燃料喷射以在TWC处局部富集排气，同时发动机继续以化学计量操作。结果，TWC的氧气负载开始下降。
此外，在t8处，操作员扭矩需求下降，并且能够在没有电动辅助的情况下满足增压压力，同时保持废气门打开。另外，因为此时不需要进行PF加热，所以变速器无延迟地升档。在t9处，操作员扭矩需求上升，并且能够在没有电动辅助的情况下满足增压压力，同时减小废气门的开度。变速器维持在较高档位。
在t8和t10之间，随着发动机操作继续，PF负荷开始上升。在t10处，PF负荷达到阈值Thr_U，指示过滤器需要被再生。在t10处，PF的温度足够高以使得能够启动再生。因此，不需要过滤器加热。此时通过比化学计量更稀为发动机气缸供应燃料同时操作GPF前排气燃料喷射以富操作执行再生。替代地，发动机可以化学计量操作，同时富操作GPF前排气燃料喷射并且同时经由排气泵提供对应量的稀度(如虚线段517所示)。
在t11处，PF负荷下降到低于阈值Thr_L，并且认为再生完成。因此，(GPF前)排气燃料喷射(和空气泵操作，如果应用的话)被中断并且发动机恢复化学计量操作。此外，在t11处，如由氧气负荷超过阈值525推断，氧气突破TWC。响应于氧气突破，执行GPF后排气燃料喷射以在TWC处局部富集排气，同时发动机继续以化学计量操作。结果，TWC的氧气负荷开始下降。
此外，在t11处，操作员扭矩需求上升，并且能够在没有电动辅助的情况下满足增压压力，同时关闭废气门。在t12处，操作员扭矩需求下降并且不需要增压发动机操作。于是，废气门完全打开。在t11之后，并且经过t12，碳烟再次开始在PF上累积。
作为一个示例，响应于在排气颗粒过滤器处高于阈值的负荷，发动机控制器可在废气门阀完全打开的情况下使用电动辅助操作涡轮增压器，电动辅助基于扭矩需求被调节，并且在第一数目的气缸稀燃烧、第二数目的气缸富燃烧且火花正时延迟的情况下操作发动机，同时将排气空燃比维持在化学计量，稀度和富度以及火花正时延迟基于排气温度被调节。控制器可进一步维持在第一数目的气缸稀燃烧、第二数目的气缸富燃烧且火花正时延迟的情况下操作发动机，直到在排气颗粒过滤器处测量的排气温度高于阈值温度，且然后，如果车辆速度高于阈值速度，那么在排气空燃比比化学计量稀的情况下操作发动机，并且如果车辆速度低于阈值速度，那么在燃料被停用的情况下操作发动机。当在排气空燃比比化学计量稀的情况下操作发动机时，可将燃料喷射到颗粒过滤器下游的排气通道中，排气燃料喷射量基于比化学计量空燃比更稀。另外，在将燃料喷射到排气通道中时，空气可经由排气泵流入颗粒过滤器的上游的排气通道，空气的量基于排气燃料喷射。
以此方式，在减少对火花延迟使用和DFSO发生的依赖的情况下，可加热和再生排气颗粒过滤器，从而改进与过滤器再生相关的燃料亏损。通过依靠气缸与气缸的空气燃料不平衡加热过滤器，降低对用于加热过滤器的附加硬件的需求，从而改善成本效益。另外，GPF可被封装在加热缓慢的位置处。另外，如果需要，一次只能加热一个发动机排。一旦过滤器被充分加热，通过停止应用空燃比不平衡，减少扭矩扰动和在下游排气催化剂处的氧气突破。依赖于气缸空气-燃料不平衡加热排气GPF，同时依赖于对涡轮增压器压缩机的电动辅助提高发动机转速并维持增压压力的技术效果在于：可在不损失发动机性能的情况下执行GPF加热。通过在排气废气门完全打开的情况下加热GPF，排气热被引导到GPF用于加快加热，同时热量被引导离开涡轮，从而改善涡轮寿命。
作为一个示例，方法包括：在排气颗粒过滤器处产生放热，同时通过经由电动马达使涡轮增压器压缩机旋转继续提供驾驶员需求的扭矩，并且同时在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸，调节所述不平衡以保持总化学计量的排气空燃比。在前述示例中，附加地或任选地，产生响应于在驾驶员需求的扭矩高于阈值扭矩时，颗粒过滤器具有高于阈值的颗粒物质负荷和低于阈值的温度。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸包括：以比化学计量更富操作第一组气缸，而以比化学计量更稀操作第二组气缸，在第一组和第二组中的每个中的气缸的数目基于在测量的颗粒过滤器温度和阈值温度之间的差异和测量的质量空气流量。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸进一步包括：以第一富度操作第一组气缸和以第二稀度操作第二组气缸，第一富度和第二稀度基于所述差异并且进一步基于在第一组和第二组中的每个中的气缸的数目被选择，其中调节第一富度、第二稀度和在第一组和第二组中的每个中的气缸的数目以维持总化学计量的排气空燃比。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，方法进一步包括基于来自排气氧传感器的输出估计联接在颗粒过滤器下游的排气催化剂处的氧气突破；基于估计的氧气突破反馈调节不平衡；和基于反馈调节的不平衡延迟火花正时，以维持产生的放热。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，方法进一步包括：响应于在驾驶员需求的扭矩低于阈值扭矩时，或在联接到电动马达的电池的荷电状态低于阈值电荷时，颗粒过滤器具有高于阈值的颗粒物质负荷和低于阈值的温度，通过延迟火花正时加热颗粒过滤器，并且同时在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，在继续提供驾驶员需求的扭矩时产生放热包括：打开排气废气门阀以将排气引导至颗粒过滤器，同时绕过联接到涡轮增压器压缩机的排气涡轮，并且基于当前压缩机速度相对于基于驾驶员需求的扭矩的目标压缩机速度调节电动马达的输出。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，方法进一步包括：响应于驾驶员需求的扭矩高于阈值扭矩延迟变速器降档。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，方法进一步包括，响应于在产生放热之后颗粒过滤器温度低于阈值温度，操作排气泵以将空气喷射到涡轮上游的所述排气中，同时操作排气燃料喷射器以将燃料喷射到颗粒过滤器下游的排气中，空气喷射基于在产生放热后在颗粒过滤器温度和阈值温度之间的温度不足被调节，燃料喷射基于空气喷射被调节以维持化学计量的空燃比。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，方法进一步包括：响应于在产生放热之后颗粒过滤器温度高于阈值温度，在经由排气燃料喷射器喷射燃料时比化学计量更稀操作发动机，稀度基于车辆速度。
用于车辆发动机的另一示例方法包括：响应于在排气颗粒过滤器处高于阈值的负荷，在废气门阀完全打开的情况下，使用电动辅助操作涡轮增压器，电动辅助基于扭矩需求被调节；在第一数目的气缸稀燃烧、第二数目的气缸富燃烧并且火花正时延迟的情况下操作发动机，同时将排气空燃比维持在化学计量，稀度和富度以及火花正时延迟中的每一个基于排气温度被调节。在前述示例中，附加地或任选地，方法进一步包括：维持在第一数目的气缸稀燃烧、第二数目的气缸富燃烧并且火花正时延迟的情况下操作发动机，直到在排气颗粒过滤器处测量的排气温度高于阈值温度，且然后，如果车辆速度高于阈值速度，那么在排气空燃比比化学计量稀的情况下操作发动机，并且如果车辆速度低于阈值速度，那么在燃料被停用的情况下操作发动机。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，方法进一步包括：当在排气空燃比比化学计量稀的情况下操作发动机时，将燃料喷射到颗粒过滤器下游的排气通道中，排气燃料喷射的量基于比化学计量空燃比更稀。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，方法进一步包括：在将燃料喷射到排气通道中时，经由排气泵使空气流入颗粒过滤器的上游的排气通道，空气的量基于排气燃料喷射。
另一示例车辆系统包括：发动机；涡轮增压器，其包括经由轴联接到排气涡轮的进气压缩机，以及电动马达；联接在排气涡轮周围的旁路中的废气门阀；排气通道，其包括颗粒过滤器和排气催化剂，排气催化剂联接在颗粒过滤器的下游；排气泵，其用于使空气流入在颗粒过滤器上游的排气通道；排气燃料喷射器，其用于将燃料喷射到颗粒过滤器下游和排气催化剂上游的排气通道中；以及控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：以第一模式操作以加热颗粒过滤器，所述以第一模式操作包括在废气门阀打开的情况下经由电动马达操作涡轮增压器，在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机，调节所述不平衡以提供化学计量的排气空燃比；和响应于颗粒过滤器的温度超过阈值，转换到以第二模式操作以再生颗粒过滤器，以第二模式操作包括在经由排气燃料喷射器将燃料喷射到排气通道中时比化学计量更稀操作发动机，排气燃料喷射基于发动机操作的稀度被调节。在前述示例中，附加地或任选地，以第二模式比化学计量更稀操作发动机包括：当车辆速度低于阈值时，在气缸燃料供应被停用的情况下操作发动机，并且当车辆速度高于阈值时，在气缸燃料供应被调节到比化学计量更稀的情况下操作发动机。在任何和所有前述示例中，附加地或任选地，控制器包括进一步的指令，用于：当以第一模式操作时，连续估计排气催化剂的氧气负荷，并且响应于估计的氧气负荷高于阈值负荷，减少空气-燃料不平衡。在任何和所有前述示例中，附加地或任选地，控制器包括进一步的指令，用于：当以第二模式操作时，响应于在颗粒过滤器下游测量的排气空燃比操作排气泵。在任何和所有前述示例中，附加地或任选地，经由电动马达操作涡轮增压器包括在废气门阀维持完全打开时调节电动马达的输出从而以基于驾驶员扭矩需求的速度旋转进气压缩机。在任何和所有前述示例中，附加地或任选地，控制器包括进一步的指令，用于：响应于在颗粒过滤器处的高于阈值的颗粒负荷以第一模式操作，并且用于：响应于在颗粒过滤器处的低于阈值的颗粒负荷转换离开第二模式。
在另一种表示中，发动机系统被联接在混合动力电动车辆中。
注意，在本文包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。本文公开的控制方法和程序可被存储为在非暂时性存储器内的可执行指令，并且可由包括与各种传感器、致动器和其它发动机硬件组合的控制器的控制系统实施。本文描述的具体程序可表示任何数目的处理策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等中的一个或多个。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可能以所示的顺序执行、并行地执行，或在一些情况下被省略。同样地，为了实现本文所述的示例性实施方案的特征和优点，未必需要处理顺序，而是为了便于说明和描述而提供所述处理顺序。可以取决于所使用的特定策略，重复地执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中通过在包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件的系统中执行指令来执行所描述的动作。
应当理解，本文所公开的配置和例行程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施方案不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以应用于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/或属性的全部新颖且非显而易见的组合和子组合。
以下权利要求特别指出被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。此类权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的合并，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。此类权利要求，无论范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相等还是不同，也被认为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
在排气颗粒过滤器处产生放热，同时通过经由电动马达使涡轮增压器压缩机旋转继续提供驾驶员需求的扭矩，并且同时在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸，所述不平衡被调节以保持总化学计量的排气空燃比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述产生响应于在驾驶员需求的扭矩高于阈值扭矩时，所述颗粒过滤器具有高于阈值的颗粒物质负荷和低于阈值的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸包括：以比化学计量富操作第一组气缸，同时以比化学计量稀操作第二组气缸，在所述第一组和所述第二组中的每个中的气缸的数目基于在测量的颗粒过滤器温度和阈值温度之间的差异和测量的质量空气流量中的每一个。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作发动机气缸进一步包括：以第一富度操作所述第一组气缸和以第二稀度操作所述第二组气缸，所述第一富度和所述第二稀度基于所述差异并且进一步基于在所述第一组和所述第二组中的每个中的气缸的所述数目被选择，其中所述第一富度、所述第二稀度和在所述第一组和所述第二组中的每个中的气缸的所述数目被调节以维持所述总化学计量的排气空燃比。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
基于来自排气氧传感器的输出估计联接在所述颗粒过滤器下游的排气催化剂处的氧气突破；
基于所述估计的氧气突破反馈调节所述不平衡；和
基于所述反馈调节的不平衡延迟火花正时以维持所述产生的放热。
6.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：响应于在驾驶员需求的扭矩低于所述阈值扭矩时或在联接到所述电动马达的电池的荷电状态低于阈值电荷时，所述颗粒过滤器具有高于阈值的颗粒物质负荷和低于阈值的温度，通过延迟火花正时加热所述颗粒过滤器，并且同时在所述气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作所述发动机气缸。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在继续提供驾驶员需求的扭矩时产生所述放热包括：打开排气废气门阀以将排气引导至所述颗粒过滤器，同时绕过联接到所述涡轮增压器压缩机的排气涡轮，并且基于当前压缩机速度相对于基于所述驾驶员需求的扭矩的目标压缩机速度调节所述电动马达的输出。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：响应于所述驾驶员需求的扭矩高于阈值扭矩，延迟变速器降档。
9.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：响应于在产生所述放热之后所述颗粒过滤器温度低于阈值温度，操作排气泵以将空气喷射到在所述涡轮上游的所述排气中，同时操作排气燃料喷射器以将燃料喷射到在所述颗粒过滤器下游并且在排气催化剂上游的所述排气中，所述空气喷射基于在产生所述放热后在所述颗粒过滤器温度和所述阈值温度之间的温度不足被调节，所述燃料喷射基于所述空气喷射被调节以维持化学计量的空燃比。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：响应于在产生所述放热之后所述颗粒过滤器温度高于阈值温度，在经由所述排气燃料喷射器喷射燃料时比化学计量稀操作所述发动机，稀度基于车辆速度。
11.一种车辆系统，其包括：
发动机；
涡轮增压器，其包括经由轴联接到排气涡轮的进气压缩机，和电动马达；
联接在所述排气涡轮周围的旁路中的废气门阀；
包括颗粒过滤器和排气催化剂的排气通道，所述排气催化剂联接在所述颗粒过滤器的下游；
用于使空气流入在所述颗粒过滤器的上游的所述排气通道中的排气泵；
用于将燃料喷射到在所述颗粒过滤器的下游并且在所述排气催化剂的上游的所述排气通道中的排气燃料喷射器；和
控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：
以第一模式操作以加热所述颗粒过滤器，所述以所述第一模式操作包括在所述废气门阀打开的情况下经由所述电动马达操作所述涡轮增压器，在气缸与气缸的空气-燃料不平衡的情况下操作所述发动机，所述不平衡被调节以提供化学计量的排气空燃比；和
响应于所述颗粒过滤器的温度超过阈值，转换到以第二模式操作以再生所述颗粒过滤器，以所述第二模式操作包括在经由所述排气燃料喷射器将燃料喷射到所述排气通道中时比化学计量稀操作所述发动机，所述排气燃料喷射基于发动机操作的稀度被调节。
12.根据权利要求11所述的系统，其中以所述第二模式比化学计量稀操作所述发动机包括：当车辆速度低于阈值时，在气缸燃料供应被停用的情况下操作所述发动机，并且当所述车辆速度高于所述阈值时，在气缸燃料供应被调节成比化学计量稀的情况下操作所述发动机。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令，用于：
当以所述第一模式操作时，连续估计所述排气催化剂的氧气负荷，并且响应于所述估计的氧气负荷高于阈值负荷，降低所述空气-燃料不平衡；和
当以所述第二模式操作时，响应于在所述颗粒过滤器下游测量的所述排气空燃比操作所述排气泵。
14.根据权利要求13所述的系统，其中经由所述电动马达操作所述涡轮增压器包括：在所述废气门阀维持完全打开时，调节所述电动马达的输出，从而以基于驾驶员扭矩需求的速度旋转所述进气压缩机。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令，用于响应于在所述颗粒过滤器处的高于阈值的颗粒负荷以所述第一模式操作，并且用于响应于在所述颗粒过滤器处的低于阈值的颗粒负荷转换离开所述第二模式。
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