用於清潔微粒過濾器壓降的自適應學習方法

2023-05-05 17:17:46 2

專利名稱：用於清潔微粒過濾器壓降的自適應學習方法
技術領域：
本發明涉及用於微粒過濾器再生系統的方法以及系統。
背景技術：
本部分中的陳述僅提供涉及本發明的背景信息而不構成現有技術。
柴油發動機典型地具有比汽油發動機更高的功率，這是由於柴 油機燃料的增加的壓縮率以及更高的能量密度。柴油機燃燒循環產
生微粒，其典型地由布置在排氣流中的微粒過濾器(PF)從柴油機廢氣 過濾。隨著時間的過去，PF變得充滿並且截留的柴油機微粒必須移 除。在再生期間，柴油機微粒在PF內燃燒。當排放標準增加時，期 望微粒過濾器也可以在非柴油機應用中使用。
傳統的方法基於行駛的距離、自上次再生以來的時間、燃燒的 燃料、或預測的炭煙積累來啟動再生。新的方法估算微粒過濾器中 的壓降以啟動再生。這些方法使用一個或者更多的預定的表格以預 測壓降。典型地，記入預定表才各的壓力從名稱部分來確定。因此， 微粒過濾器的底層中的變化，傳感器特性的變化，以及由於灰燼積 累的各種各樣的影響沒有在表^f各中解決。這導致了在過濾器中炭煙 預測精度的降低。
例如，當存在下限部分時，低估過濾器上炭煙填充量的方法導 致在再生期間硬體的風險。當存在上限部分時，高估過濾器上炭煙 填充量的方法導致太頻繁的再生，這導致燃料的浪費。傳統的方法 也不考慮基於驅動循環特性的積累的可變性。因而，該方法已經被 證明是不可靠的。

發明內容
因此，提供一種控制系統以用於微粒過濾器。控制系統包括清 潔過濾器估計模塊，其基於在再生事件的預定的周期內的微粒過濾 器內的第一壓力來估計清潔壓力。炭煙預測模塊，其基於對第一壓 力與在預定的周期之後接收的微粒過濾器內的第二壓力的比較來估 計微粒過濾器內的炭煙的水平。
在其它特徵中，提供一種估計微粒過濾器內的炭煙水平的方法。
該方法包括在再生事件的預定周期內接收微粒過濾器內的第 一壓 力；基於微粒過濾器內的第一壓力估計清潔壓力；在再生事件的預 定的周期之後接收微粒過濾器內的第二壓力；以及基於第 一壓力以 及第二壓力的比較估計微粒過濾器內的炭煙的水平。
更多的應用範圍將從本文提供的說明中變得顯而易見。應當理 解，該說明以及詳細的例子僅僅是為了舉例說明，而不是意在限制 本發明的範圍。


此處所描述的附圖僅僅用於舉例說明的目的，而不是意在以任 何方式限制本發明的範圍。
圖1是包括微粒過濾器的車輛的原理框圖。 圖2是壁流整體微粒過濾器的截面圖。 圖3是顯示自適應壓降測量系統的數據流程圖。 圖4是顯示自適應壓降測量方法的工藝流程圖。
具體實施例方式
下列說明實際上僅作為示例，而不是意在限制本發明以及應用 或使用。應當理解，遍及附圖，對應的參考標號指示同樣的或者對 應的部分以及特徵。在這裡使用時，術語模塊指的是專用集成電路 (ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟體或固件程序的處理器(共享處理器、專用處理器、或者組處理器)和存儲器、組合邏輯電路，和/ 或其它能提供上述功能的合適的元件。
現在參考圖1，根據本發明示意性地顯示了作為示例的柴油發動 機系統10。應當意識到，柴油發動機系統10實際上^又作為示例，而 在這裡說明的自適應壓降測量系統可以在實現微粒過濾器的各種各 樣的發動機系統內實現。這樣的發動機系統可包括，但是不限於， 汽油直接噴射發動機系統以及均質充量壓縮點火發動機系統。為便 於討論，本發明的剩餘部分將在柴油發動機系統的內容內討論。
渦輪增壓柴油發動機系統10包括發動機12,其燃燒空氣和燃料
的混合物以產生驅動轉矩。空氣經過空氣過濾器14進入系統。空氣 經過空氣過濾器14且被吸入渦輪增壓器18。渦輪增壓器18壓縮進 入系統10的新鮮空氣。 一般空氣的壓縮越大，發動機12的輸出量 越大。被壓縮的空氣然後在進入進氣歧管22之前經過空氣冷卻器20。
進氣歧管22內的空氣分布到汽缸26內。雖然顯示了四個汽缸 26，應當意識到，本發明的系統以及方法可以在具有多個汽缸發動 機中實現，其中汽缸的數目包4舌，但不限於2、 3、 4、 5、 6、 8、 10 以及12。也應當意識到，本發明的系統以及方法可以在V型汽缸構 造中實現。燃料由燃料噴射器28注入到汽缸26內。來自被壓縮的 空氣的熱度點燃空氣燃料混合物。空氣燃料混合物的燃燒產生廢氣。 廢氣離開汽缸26進入排氣系統內。
排氣系統包括排氣歧管30、柴油機氧化催化劑(DOC)32，以及 微粒過濾器(PF)34。可選的，EGR閥(未顯示)把一部分排氣重新循環 回進氣歧管22內。排氣的剩佘部分被直接引到渦輪增壓器18內以 驅動渦輪。渦輪促進從空氣過濾器14接收的新鮮空氣的壓縮。廢氣 流從渦輪增壓器18經過DOC 32以及PF 34。 DOC 32基於燃燒後的 空氣燃料比率來使廢氣氧化。氡化的量增加了廢氣的溫度。PF 34從
控制模塊44基於各種各樣的檢測信息以控制發動機和PF再生。第一壓力傳感器檢測流過PF的廢氣的壓力差，並因此生成第一壓力 傳感器信號。可以意識到，其它傳感器以及方法也可用於檢測或確
定PF 34內的壓力差。控制模塊44接收壓力傳感器信號並基於將在 下文進一步地討論的下降測量方法以及系統來確定PF壓降。然後控 制模塊4後基於壓降來估計PF 34的填充量(loading)。當估計的填充 量達到閾值水平(舉例來說，5克/公升微粒物質)且廢氣流率在所希望 的範圍內時，啟動再生程序。再生程序的持續時間基於確定要在PF 34 內的微粒物質量而變化。
詳細地參考圖2,其中顯示了作為示例的PF34。作為示例的PF 34 是整體微粒收集器(trap)且包括交替的關閉的單元(cell)/通道50以及 打開的單元/通道52。單元/通道50、 52典型地截面為方形，軸向地 伸展穿過該部分。PF 34的壁58優選為由堇青石材料製成的多孔陶 瓷蜂窩壁。應當意識到，任何陶瓷的蜂窩材料被認為處在本發明的 範圍內。相鄰的通道在以56所顯示的各個末端為可選擇地塞緊。這 迫使柴油機懸浮微粒穿過相當於機械式過濾器的多孔底層壁。微粒 物質沉澱在關閉的通道50內而廢氣穿過打開的通道52離開。炭煙 微粒59流入到PF 34內且被截留在那裡。炭煙孩￡粒的積累對PF 34 內的壓降發生影響。
參考圖3，數據流程圖顯示了可以植入在控制模塊44內的自適 應壓降測量系統的各種各樣的實施例。根據本發明的自適應壓降測 量系統的各種各樣的實施例可包括植入在控制模塊44內的任意數量 的子模塊。顯示的子模塊可以組合和/或進一步分割開，以類似地測 量PF 34的壓降。系統的輸入可以從系統IO(圖l)來檢測，從系統IO(圖 l)內的其它控制模塊(未顯示)來接收，並/或由控制模塊44內的其它 子模塊(未顯示)來確定。在各種各樣的實施例中，圖3的控制模塊44 包括清潔過濾器估計模塊70、自適應學習模塊72以及炭煙預測模塊 74。
清潔過濾器估計^t塊70監測再生事件的條件以確定清潔PF 34的時間並及因此設置允許狀態標誌76。在各種各樣的實施例中，清 潔過濾器估計模塊70監測再生時間80、再生溫度82以及再生完成 狀態指示器78以確保再生已經完成且PF 34是清潔的。例如，如果 在再生期間，再生狀態指示器78指示了再生已完成，再生時間80 指示了再生發生在預定的時刻，並且再生溫度82指示了 PF溫度等 於或者超過預定的溫度閾值，則PF 34被認為是清潔的，並且使能狀 態標誌76設置為TRUE。否則，使能狀態標誌76保持設置為FALSE。 可以意識到，清潔過濾器估計模塊70也可監測發動機系統使能 條件以確定適當的時間以在PF 34清潔的時候來執行自適應學習。這 樣的發動機系統使能條件可包括，但不限於，速度84以及負載86。 例如，如果速度84以及負載86條件分別在預定的範圍之內，使能 狀態標誌76設置為TRUE。否則，使能狀態標誌76保持設置為 FALSE。一旦經由使能狀態標誌76而使能，自適應學習模塊72自適應 地學習壓降數值88，並且將該數值存儲在存儲器90內以稍後使用。 在各種各樣的實施例中， 一旦PF34是清潔的，測量用於給定流率92 以及給定PF溫度94的壓降數值91。然後將測量的壓降91作為清潔 過濾器壓降(clean filter pressure drop)85存儲在由PF溫度94以及體 積流率92存取(access)的二維清潔壓降表格內。炭煙預測模塊74基 於PF的總的測量的壓力98、來自清潔過濾器壓力表格的數值88、 PF 溫度94以及體積流率92來估計PF 34內的炭煙的水平96。更詳細 地，炭煙預測模塊74測量橫穿PF34的總的壓降98;以及從基於PF 溫度94和體積流率92的清潔過濾器表格重新得到清潔壓降88。基 於總的壓降(TP)98、清潔壓降(CP)88、以及流率(FR)92，炭煙預測模 塊74計算如下列方程式所示的阻抗流率(RF):RF = (TP-CP)/ FR (1) 然後炭煙預測模塊74使用計算的阻抗流率以確定炭煙積累水平96。 在各種各樣的實施例中，炭煙積累水平96是基於由體積流率92以及阻抗流定義的二維查找表格來估計的。參考圖4,工藝流程圖顯示了可以由圖3的控制模塊44執行的自適應壓降測量方法的各種各樣的實施例。可以意識到，在發動機運轉期間該方法可以周期性地運行。該方法在100開始。在110，判 斷(evaluate)再生完成使能條件。如果再生完成使能條件在110為 TRUE,在120判斷發動機系統運行條件。否則，控制回i 各後退且繼 續在110監測再生完成使能條件。如果發動機系統運行條件在120 為TRUE，在130測量清潔過濾器壓降且將其存儲在存儲器內。否則， 控制迴路後退且繼續在120監測發動機系統使能條件。可以意識到， 如果控制器在130繼續監測發動機系統使能條件在完成再生之後太 久，以至於在PF內積累太多炭煙，控制器進入結束。否則， 一旦清 潔過濾器壓降分別在130以及140被測量且存儲在存儲器內，如上 文所述，控制器在150基於阻抗流率以及體積流率來估計PF內的炭 煙積累。可以意識到，在發動才幾運轉期間，炭煙估計(soot estimation) 在150可以在各種各樣的時間執行而不限於如圖4所示的順序執行。現在本領域的技術人員可以從前述的說明中意識到本發明的廣 泛的教義可以以多種形式實現。因此，雖然本發明已經聯繫其詳細 的示例來說明，本發明的真實範圍不應該因此受到限制，因為對於 熟練的專業人員來說，憑著對附圖、說明書，以及下列權利要求的 研究，其它修改將變得顯而易見。
權利要求
1.一種用於微粒過濾器的控制系統，包括清潔過濾器估計模塊，其基於在再生事件的預定周期內的所述微粒過濾器內的第一壓力來估計清潔壓力；炭煙預測模塊，其基於對所述第一壓力與在所述預定周期之後接收的所述微粒過濾器內的第二壓力的比較來估計所述微粒過濾器內的炭煙水平。
2. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述炭煙預測模塊基 於所述第二壓力與所述第 一 壓力之間的差來估計所述微粒過濾器內的炭煙水平。
3. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述再生事件基於再 生周期、再生狀態指示器以及再生溫度來確定。
4. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括自適 應學習^f莫塊，其選擇性地存儲所述第一壓力。
5. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，當滿足發動機使能條 件時，所述清潔過濾器估計模塊基於所述微粒過濾器內的第 一壓力來 估計所述清潔壓力，其中所述發動機使能條件基於速度和負載中的至少"^""個。
6. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，當滿足發動機使能條 件時，所述清潔過濾器估計模塊基於所述微粒過濾器內的第 一壓力來 估計所述清潔壓力，其中所述發動機使能條件基於自再生以來的時間。
7. 如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述自適應學習模塊 選擇性地存儲用於給定流率以及給定微粒過濾器溫度的所述第一壓 力。
8. 如權利要求7所述的系統，其特徵在於，所迷系統還包括存儲 器，並且其中所述自適應學習模塊將所述第一壓力存儲在所述存儲器內的查找表格內，其中所述查找表格由相應的所述流率以及所述微粒 過濾器溫度來存取。
9. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述炭煙預測模塊基 於阻抗流來估計所述微粒過濾器內的所述炭煙水平，其中所述阻抗流 是從所述第二壓力、所述第一壓力以及流率估計的。
10. 如權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述炭煙預測模塊 基於由所述阻抗流以及所述流率來存取的查找表格而估計所述微粒過 濾器內的所述炭煙水平。
11. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括布 置在所述微粒過濾器內的壓力傳感器，其生成第一壓力信號以及第二 壓力信號。
12. —種估計微粒過濾器內的炭煙水平的方法，包括 在再生事件的預定周期內，接收所述微粒過濾器內的笫 一壓力； 基於所述微粒過濾器內的所述第一壓力，估計清潔壓力； 在所述再生事件的所述預定周期之後，接收所述微粒過濾器內的第二壓力；基於所述第 一 壓力以及所述第二壓力的比較，估計所述微粒過濾 器內的炭煙水平。
13. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述微粒過濾器 內的所述炭煙水平的所述估計基於所述第二壓力與所述第 一壓力之間 的差。
14. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括 基於再生周期、再生狀態指示器以及再生溫度中的至少一個，來選擇 性地確定再生事件。
15. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括 將所述第 一壓力選擇性地存儲在存^f諸器內。
16. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括估計發動機使能條件，其中當滿足所述發動機使能條件時，執行所述 第一壓力的所述接收，並且其中所述發動機使能條件基於速度以及負 載中的至少一個。
17. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括 估計發動機使能條件，其中當滿足所述發動機使能條件時，執行所述 第一壓力的所述接收，並且其中所述發動機使能條件基於自再生以來 的時間。
18. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於所述第一壓力的所 述存儲還包括將所述第 一壓力存儲在由流率以及微粒過濾器溫度存取 的查找表格內。
19. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述微粒過濾器 內的所述炭煙水平的所述估計基於阻抗流，其中所述阻抗流從所述第 二壓力、所述第一壓力以及流率來估計。
20. 如權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述炭煙水平的 所述估計還包括基於由所述阻抗流以及所述流率存取的查找表格內的 數值來估計所述微粒過濾器內的所述炭煙水平。
全文摘要
提供一種用於微粒過濾器的控制系統。該用於微粒過濾器的控制系統包括清潔過濾器估計模塊，其基於在再生事件的預定周期內的微粒過濾器內的第一壓力來估計清潔壓力。炭煙預測模塊，其基於對第一壓力以及在預定周期之後接收的微粒過濾器內的第二壓力的比較來估計微粒過濾器內的炭煙水平。
文檔編號B01D46/44GK101219314SQ20071018064
公開日2008年7月16日 申請日期2007年9月25日 優先權日2006年10月3日
發明者C·E·馬萊特, J·R·小艾爾頓, R·米塔爾, T·E·懷斯曼 申請人:通用汽車環球科技運作公司