用於顆粒物過濾器再生期間防止烴漏過的控制系統和方法
2023-06-30 01:17:51
專利名稱：用於顆粒物過濾器再生期間防止烴漏過的控制系統和方法
技術領域：
本公開內容涉及內燃發動機，更具體地涉及用於在顆粒物(PM)過濾器再生期間防止烴(HC)漏過的排氣溫度(EGT)的控制系統和方法。
背景技術：
在此提供的背景描述的目的在於總體上呈現本公開內容的背景。當前發明人的工作的一部分在背景技術部分中被描述，這部分內容以及該描述在提交時可能不另作為現有技術的方面，都既不明確也不暗含地被認為是破壞本發明的現有技術。內燃發動機將空氣與燃料混合以形成空氣/燃料(A/F)混合物，A/F混合物在多個氣缸內燃燒。A/F混合物的燃燒驅動活塞以使曲軸可旋轉地轉動，從而產生驅動扭矩。具體地，空氣可被抽吸到氣缸中並使用活塞壓縮。然後，燃料可與壓縮空氣混合(即，噴射到壓縮空氣中)，使得被加壓的A/F混合物燃燒(例如，壓縮點火或CI發動機)。例如，CI發動機包括柴油發動機。可替代地，空氣可在壓縮之前與燃料混合以形成A/F混合物。A/F混合物然後可被壓縮，直到A/F混合物達到臨界壓力和/或溫度，並自動點燃(例如，均質充量壓縮點火或 HCCI發動機)。然而，HCCI發動機也可使用來自火花塞的火花「輔助」A/F混合物的點燃。 換言之，HCCI發動機可以根據發動機工作狀況，使用火花輔助點燃A/F混合物。例如，HCCI 發動機可在低發動機負載下使用火花輔助。在燃燒過程中產生的排氣可從氣缸中排出至排氣歧管中。排氣可包括一氧化碳 (CO)和烴(HC)。由於CI發動機和HCCI發動機與火花點火(Si)發動機相比具有較高的燃燒溫度，因而排氣還可包括氮氧化物(N0X)。排氣處理系統可處理排氣以去除C0、HC和/或 NOx。例如，排氣處理系統可包括但不限於以下中的至少一種氧化催化劑(0C)，顆粒物(PM) 過濾器，選擇性催化還原(SCR)系統，NOx吸收劑/吸附劑，和催化轉化器。
發明內容
一種發動機控制系統，其包括噴射確定模塊和噴射調整模塊。噴射確定模塊確定將烴(HC)噴射到由發動機產生的排氣中以進行顆粒物(PM)過濾器再生的期望速率。噴射調整模塊在所述PM過濾器再生之前預定時段中使HC噴射速率從第一速率增加到所述期望速率，其中所述預定時段基於預定溫度與氧化催化劑(OC)的出口處的溫度之差而定。—種方法，其包括確定將烴(HC)噴射到由發動機產生的排氣中以進行顆粒物 (PM)過濾器再生的期望速率；和在所述PM過濾器再生之前預定時段中使HC噴射速率從第一速率增加到所述期望速率，其中所述預定時段基於預定溫度與氧化催化劑(OC)的出口處的溫度之差而定。在其它特徵中，前述系統和方法通過由一個或多個處理器執行的電腦程式實現。電腦程式可駐留在實體(或有形的)計算機可讀介質上，例如但不限於存儲器，非易失性數據存儲器，和/或其它適合的實體存儲介質。
本文還包括以下方案
方案1. 一種發動機控制系統，包括
噴射確定模塊，其確定將烴HC噴射到由發動機產生的排氣中以進行顆粒物PM過濾器再生的HC噴射期望速率；和
噴射調整模塊，其在所述PM過濾器再生之前的預定時段中使HC噴射速率從第一速率增加到所述期望速率，其中所述預定時段基於預定溫度與氧化催化劑OC的出口處的溫度之差而定。方案2.如方案1所述的發動機控制系統，其中，所述噴射調整模塊根據基於時間的斜坡函數來增加所述HC噴射速率。方案3.如方案2所述的發動機控制系統，其中，所述基於時間的斜坡函數的斜率是基於所述OC的出口處的溫度而定。方案4.如方案1所述的發動機控制系統，其中，所述預定溫度包括使所述OC完全催化以所述HC噴射期望速率噴射到所述排氣中的HC的溫度。方案5.如方案1所述的發動機控制系統，其中，所述HC噴射第一速率是零。方案6.如方案1所述的發動機控制系統，其中，所述噴射調整模塊基於在所述OC 的出口處的測得溫度增加所述HC噴射速率。方案7.如方案1所述的發動機控制系統，其中，所述噴射確定模塊基於排氣流量和車輛速度來確定所述HC噴射期望速率。方案8.如方案1所述的發動機控制系統，進一步包括
再生控制模塊，其基於所述HC噴射速率來控制HC到所述排氣中的噴射。方案9.如方案8所述的發動機控制系統，其中，所述再生控制模塊通過致動HC噴射器來控制HC到所述排氣中的噴射，其中所述HC噴射器位於所述OC的上遊。方案10.如方案8所述的發動機控制系統，其中，所述再生控制模塊在燃燒後時段中通過致動燃料噴射器來控制HC到所述排氣中的噴射，其中所述燃料噴射器對應於所述發動機中的氣缸。方案11. 一種方法，包括
確定將烴HC噴射到由發動機產生的排氣中以進行顆粒物PM過濾器再生的HC噴射期望速率；和
在所述PM過濾器再生之前的預定時段中使HC噴射速率從第一速率增加到所述期望速率，其中所述預定時段基於預定溫度與氧化催化劑OC的出口處的溫度之差而定。方案12.如方案11所述的方法，進一步包括 根據基於時間的斜坡函數來增加所述HC噴射速率。方案13.如方案12所述的方法，其中，所述基於時間的斜坡函數的斜率是基於所述OC的出口處的溫度而定。方案14.如方案11所述的方法，其中，所述預定溫度包括用於使所述OC完全催化以所述HC噴射期望速率噴射到所述排氣中的HC的溫度。方案15.如方案11所述的方法，其中，所述HC噴射第一速率是零。方案16.如方案11所述的方法，進一步包括
基於在所述OC的出口處的測得溫度使所述HC噴射速率增加。CN 102235217 A
說明書
3/6頁方案17.如方案11所述的方法，進一步包括
基於排氣流量和車輛速度來確定所述HC噴射期望速率。方案18.如方案11所述的方法，進一步包括 基於所述HC噴射速率控制HC到所述排氣中的噴射。方案19.如方案18所述的方法，其中，控制HC到所述排氣中的噴射包括致動HC 噴射器，其中所述HC噴射器位於所述OC的上遊。方案20.如方案18所述的方法，其中，控制HC到所述排氣中的噴射包括在燃燒後時段期間致動燃料噴射器，其中所述燃料噴射器對應於所述發動機中的氣缸。通過在下文中提供的詳細描述，本公開內容的進一步應用領域將變得明顯。應理解，詳細描述和具體示例僅用於例示目的，而不用於限制本公開內容的範圍。
通過詳細描述和附圖，本公開內容將變得更易全面理解，附圖中 圖1是根據本公開內容的示例性發動機系統的功能框圖2是根據本公開內容的示例性控制模塊的功能框圖3是例示出根據本公開內容的、基於氧化催化劑(OC)的出口溫度的烴(HC)噴射的基於時間的斜坡漸變的圖線；和
圖4是根據本公開內容的用於在顆粒物(PM)過濾器再生期間控制排氣溫度(EGT)以防止HC漏過的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式以下描述實質上僅為示例性的，而絕不是用於限制本公開內容、其應用和使用。為了清楚起見，相同的附圖標記將在圖中用於標識相似的元件。在此所使用的措辭「A、B和C 中的至少一種」應被認為是指邏輯(A或B或C)，其中使用了非排他性邏輯「或」。應理解， 在不改變本公開內容的原理的情況下，在方法內的步驟可按不同順序執行。在此所使用的術語「模塊」是指專用集成電路(ASIC)，電子電路，執行一個或多個軟體或固件程序的處理器(共用、專用、或組處理器)和存儲器，組合邏輯電路，和/或提供所述功能的其它適合部件。壓縮點火(CI)發動機(例如柴油機)和均質充量壓縮點火(HCCI)發動機可包括相似的排氣處理系統。更具體地，用於CI和HCCI發動機的排氣處理系統可包括氧化催化劑 (0C)，其位於選擇性催化還原(SCR)催化劑和顆粒物(PM)過濾器之前(S卩，在其上遊)。OC 氧化一氧化碳(CO)和烴(HC)以形成二氧化碳(CO2)和水(吐0)。SCR催化劑(與配給的作用劑(agent) —起，例如尿素)從排氣中去除氮氧化物(NOx)。另一方面，PM過濾器從排氣中去除PM。PM過濾器可從排氣中去除PM，直到PM過濾器飽和。換言之，飽和狀況可對應於PM過濾器充滿PM (例如菸灰)之時，此後可開始再生循環。再生循環可將HC引入排氣中。排氣中的HC可在放熱反應中由OC催化，這產生熱量並使排氣溫度(EGT)升高。在OC出口處(S卩，在PM入口處)的升高的EGT可使被捕集在 PM過濾器中的PM燃燒和/或分解，由此使PM過濾器再生。因此，排氣處理系統可進一步包括一個或多個HC噴射器，其在OC的上遊將HC(例如燃料)噴射到排氣流中。可替代地，排氣處理系統可執行燃燒後燃料噴射，以將HC引入到排氣中。傳統的控制系統在PM過濾器再生過程中基於排氣流量來控制HC到排氣流中的噴射。不過，排氣可能由於OC的不完全催化而包括HC。換言之，OC可能由於OC溫度不足而未完全催化所噴射的HC。通過OC而未被催化的噴射的HC可被稱為「HC漏過(slip)」。HC漏過可毒化(即，損害)SCR催化劑，並可進一步使SCR催化劑不起作用。而且，HC漏過可觸發意外的和/或失控的PM過濾器再生循環。 換言之，HC漏過可導致排放物增加和/或對排氣處理系統各種部件(例如，SCR催化劑、PM 過濾器，等等)的損害。因此，提出了調整HC噴射以防止HC漏過的系統和方法。所述系統和方法可基於 OC出口溫度增加HC噴射速率，直到達到HC噴射期望速率。所述系統和方法可基於排氣流量和車輛速度來確定HC噴射的期望速率。例如，所述系統和方法可按照根據OC出口溫度的基於時間的斜坡函數來增加HC噴射速率。可替代地，所述系統和方法可確定HC噴射期望量，並基於HC噴射期望量來控制HC噴射。換言之，所述系統和方法可基於OC出口溫度逐漸增加HC噴射以防止HC漏過，由此減少排放和/或保護SCR催化劑和PM過濾器。現在參見圖1，發動機系統10包括CI發動機12。僅作為示例地，發動機12可為柴油發動機或HCCI發動機。發動機12燃燒空氣/燃料(A/F)混合物以產生驅動扭矩。空氣通過入口 16被抽吸到進氣歧管14中。可包括節氣門(未示出)，以調整進入到進氣歧管 14中的空氣流量。來自進氣歧管14的空氣被分配到多個氣缸18。雖然只顯示出六個氣缸 18，不過要認識到的是，發動機12可包括其它數量的氣缸。燃料噴射器20對應於氣缸18。燃料噴射器20可將燃料直接噴射到氣缸18中(即， 直接燃料噴射)。不過，可替代地，燃料噴射器20可經由氣缸18的進氣埠噴射燃料(即，埠燃料噴射)。活塞(未示出)在氣缸18內壓縮A/F混合物，並且使A/F混合物在氣缸18內燃燒。活塞在動力衝程期間驅動發動機曲軸(未示出)以產生驅動扭矩。在一個實施例中， 氣缸18可包括火花塞(未示出)(例如，用於HCCI發動機中的火花輔助)。燃料噴射器20還可以在A/F混合物燃燒之後將燃料噴射到氣缸18中(即，燃燒後噴射)，以將烴(HC)引入到排氣中。曲軸(未示出)以發動機速度或者成比例於發動機速度的速率旋轉。曲軸速度(CS) 傳感器22測量曲軸的旋轉速度。僅作為示例地，CS傳感器22可為可變磁阻傳感器。來自發動機曲軸的驅動扭矩可經由變速器(未示出)傳送到車輛的傳動系(例如，車輪)。變速器輸出軸速度(TOSS)傳感器M測量變速器M的輸出軸的旋轉速度。換言之，來自TOSS傳感器M的測量值可指示車輛速度。然而，發動機速度和車輛速度均可使用其它適合的傳感器和/或方法測量或計算。在氣缸18內燃燒所致的排氣被排出至排氣歧管沈中。排氣的空氣品質流量 (EMAF)傳感器觀產生EMAF信號，其指示了流動通過EMAF傳感器觀的空氣的速率。例如， EMAF信號可指示或用於確定通過排氣處理系統30的排氣流量。因而，EMAF傳感器觀可位於排氣歧管26與排氣處理系統30之間。排氣處理系統30可處理排氣。排氣處理系統30可包括HC噴射器32，OC 34，SCR 催化劑38，和PM過濾器42。排氣處理系統30還可包括溫度傳感器36、40，其分別位於OC 34出口處和PM過濾器42入口處。溫度傳感器36可測量OC 34出口處的溫度，在下文中被稱為1\。溫度傳感器40可測量PM過濾器42入口處的溫度，在下文中被稱為T2。雖然僅顯示出兩個溫度傳感器36、40，不過也可採用其它數量的溫度傳感器。另外地或可替代地，在排氣處理系統中各個位置處的溫度(包括T1和T2)可基於發動機工作參數進行建模。HC噴射器32選擇性地將烴噴射到排氣流中。不過，如前所述，燃料噴射器20可執行燃燒後噴射以將HC引入排氣中。OC 34氧化排氣中的CO和HC。SCR催化劑38將NOx 從排氣中去除。PM過濾器42將PM從排氣中去除。排氣處理系統30可進一步包括一個或多個NOx傳感器(未示出)，以測量排氣的NOx濃度。控制模塊50與發動機系統10的各種部件通訊和/或對其進行控制。控制模塊50 可從CS傳感器22、TOSS傳感器24、EMAF傳感器觀、溫度傳感器36和溫度傳感器40接收信號。控制模塊50可與PM過濾器42通訊以確定何時需要再生循環。可替代地，控制模塊 50可基於其它參數和/或模型來確定PM過濾器42需要再生。例如，當排氣流量小於預定排氣流量閾值(即，PM過濾器42受限於PM)時，控制模塊50可確定PM過濾器42需要再生。控制模塊50還可控制節氣門(未示出)、燃料噴射器20、HC噴射器32、和排氣再循環(EGR)閥48 (在下文更詳細描述)。更具體地，控制模塊50可致動燃料噴射器20 (S卩，燃燒後噴射)或HC噴射器32以控制EGT，並由此可控制PM過濾器42的再生。控制模塊50 還可實施本公開內容的系統和方法以調整HC噴射和防止HC漏過。發動機系統10可進一步包括EGR系統44。EGR系統44包括EGR閥48和EGR管線46。EGR系統44可將一部分排氣從排氣歧管沈引入到進氣歧管14中。EGR閥48可安裝在進氣歧管14上。EGR管線46可從排氣歧管沈延伸到EGR閥48，從而在排氣歧管沈與EGR閥48之間提供連通。如前所述，控制模塊50可致動EGR閥48，用以增多和減少被弓I 入進氣歧管14中的排氣的量。發動機12還可包括渦輪增壓器60。渦輪增壓器60可由通過渦輪入口接收的排氣來驅動。僅作為示例，渦輪增壓器60可包括可變噴嘴渦輪。渦輪增壓器60增大了進入到進氣歧管14中的空氣流，使得進氣MAP (即，歧管絕對壓力，或增壓壓力)增大。控制模塊 50可致動渦輪增壓器60以選擇性地限制排氣的流量，由此控制增壓壓力。現在參見圖2，其更詳細地顯示了控制模塊50。控制模塊50可包括噴射確定模塊70，噴射調整模塊80，和再生控制模塊90。噴射確定模塊70接收來自EMAF傳感器28和 TOSS傳感器M的分別指示了排氣流量和車輛速度的信號。噴射確定模塊70可基於排氣流動和車輛速度來確定用於PM過濾器42再生所需的HC噴射期望速率。可替代地，噴射確定模塊70可基於排氣流量和車輛速度來確定用於PM過濾器42再生的HC噴射期望量。噴射調整模塊80接收來自噴射確定模塊70的HC噴射期望速率。噴射調整模塊 80還可接收來自溫度傳感器36的指示了 OC 34的出口處的溫度T1的信號。噴射調整模塊 80基於HC噴射期望速率和出口溫度T1生成HC噴射的調整速率。更確切地，噴射調整模塊 80可基於測得的溫度T1在速率上限制HC噴射期望速率。換言之，OC 34在給定出口溫度下可僅催化被噴射HC的一部分，因而HC噴射速率可被調整(即，在速率上被限制)以防止HC 漏過。例如，噴射調整模塊80可包括查詢表，查詢表包括與OC 34的各種出口溫度相關的多個值。所述多個值可用於在速率上限制HC噴射。僅作為示例地，所述多個值可包括能夠從HC噴射期望速率中減去的HC噴射速率。不過，可替代地，所述多個值可根據其它適合
7方法來調整(即，在速率上限制)HC期望速率。噴射調整模塊80然後可輸出HC噴射的調整速率。再生控制模塊90用於控制HC噴射。更確切地，再生控制模塊90接收來自噴射調整模塊80的HC噴射調整速率，然後再生控制模塊90控制HC到排氣中的噴射。更特別地， 再生控制模塊90可基於HC噴射調整速率來致動燃料噴射器20 (例如，在燃燒後時段中)和 /或HC噴射器32。例如，再生控制模塊90可生成用於燃料噴射器20和/或HC噴射器32 的控制信號。換言之，控制信號可用於在PM過濾器42再生過程中控制HC被噴射到排氣中的速率，同時防止HC漏過。現在參見圖3，其中顯示的圖線例示出了 HC噴射基於時間的斜坡漸變。關於HC噴射期望速率(即，恆定速率)和基於時間斜坡漸變到HC噴射期望速率兩者，示出了溫度1\。 更具體地，HC噴射期望速率是3. 0毫克/秒(mg/s)，而基於時間的斜坡函數則將HC噴射從第一 HC噴射速率(例如，0 mg/s)以0. 1 mg/s的速率(例如，斜率)增加到HC噴射期望速率 (3.0 mg/s)。例如，基於時間的斜坡函數的斜率可基於OC出口溫度而定。如區域95中所示，基於OC出口溫度的HC噴射速率限制使HC漏過減少。現在參見圖4，用於調整HC噴射以防止HC漏過的方法始於100。在100中，控制模塊50確定發動機12是否起動。如是，則控制可進行到104。如否，則控制可返回100。 在104中，控制模塊50可確定PM過濾器42是否需要再生。如是，則控制可進行到108。如否，則控制可返回100。在108中，控制模塊50可確定HC噴射期望速率。在112中，控制模塊50可基於測得的OC 34的出口溫度T1確定用於HC噴射的速率限制。在116中，控制模塊50可確定 HC噴射的調整速率。換言之，控制模塊50可根據確定的速率限制在速率上限制HC噴射的
期望速率。在120中，控制模塊50可根據HC噴射調整速率控制HC噴射。在124中，控制模塊50可確定HC噴射調整速率是否已經達到HC噴射期望速率。如是，則控制可進行到128。 如否，則控制可返回112。在128中，控制模塊50可確定PM過濾器42的再生是否完成。如是，則控制可返回100。如否，則控制模塊可返回120。本公開內容的廣義教示可按照各種形式實施。因此，雖然本公開內容包括具體示例，不過本公開內容的真正範圍應不限於此，這是因為，對於本領域技術人員而言，通過研究附圖、說明書和所附權利要求書，其它修改將變得明顯。
權利要求
1.一種發動機控制系統，包括噴射確定模塊，其確定將烴HC噴射到由發動機產生的排氣中以進行顆粒物PM過濾器再生的HC噴射期望速率；和噴射調整模塊，其在所述PM過濾器再生之前的預定時段中使HC噴射速率從第一速率增加到所述期望速率，其中所述預定時段基於預定溫度與氧化催化劑OC的出口處的溫度之差而定。
2.如權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述噴射調整模塊根據基於時間的斜坡函數來增加所述HC噴射速率。
3.如權利要求2所述的發動機控制系統，其中，所述基於時間的斜坡函數的斜率是基於所述OC的出口處的溫度而定。
4.如權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述預定溫度包括使所述OC完全催化以所述HC噴射期望速率噴射到所述排氣中的HC的溫度。
5.如權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述HC噴射第一速率是零。
6.如權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述噴射調整模塊基於在所述OC的出口處的測得溫度增加所述HC噴射速率。
7.如權利要求1所述的發動機控制系統，其中，所述噴射確定模塊基於排氣流量和車輛速度來確定所述HC噴射期望速率。
8.如權利要求1所述的發動機控制系統，進一步包括再生控制模塊，其基於所述HC噴射速率來控制HC到所述排氣中的噴射。
9.如權利要求8所述的發動機控制系統，其中，所述再生控制模塊通過致動HC噴射器來控制HC到所述排氣中的噴射，其中所述HC噴射器位於所述OC的上遊。
10.一種方法，包括確定將烴HC噴射到由發動機產生的排氣中以進行顆粒物PM過濾器再生的HC噴射期望速率；和在所述PM過濾器再生之前的預定時段中使HC噴射速率從第一速率增加到所述期望速率，其中所述預定時段基於預定溫度與氧化催化劑OC的出口處的溫度之差而定。
全文摘要
本發明涉及用於顆粒物過濾器再生期間防止烴漏過的控制系統和方法。具體地，提供了一種發動機控制系統，其包括噴射確定模塊和噴射調整模塊。噴射確定模塊確定將烴HC噴射到由發動機產生的排氣中以進行顆粒物PM過濾器再生的期望速率。噴射調整模塊在所述PM過濾器再生之前的預定時段中使HC噴射速率從第一速率增加到所述期望速率，其中所述預定時段基於預定溫度與氧化催化劑OC的出口處的溫度之差而定。
文檔編號F01N9/00GK102235217SQ20111011386
公開日2011年11月9日 申請日期2011年5月4日 優先權日2010年5月4日
發明者C.特勒, G.特佩迪諾, J.C.譚, J.蔡爾斯特拉 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司