CN110578576A - 用于无效的颗粒过滤器烟灰的补救措施 - Google Patents

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Abstract

本文描述的技术方案包括用于处理来自机动车辆中的内燃机的排气的排气***。该排气***包括气体颗粒过滤器以及控制气体颗粒过滤器的烟灰负载估计的控制器。控制烟灰负载估计包括：检查烟灰负载估计的有效性；以及响应于烟灰负载估计的无效，启动补救措施以限制气体颗粒过滤器上的烟灰沉积。补救措施包括：确定气体颗粒过滤器的入口处的温度；以及如果温度在预定范围内，则禁止内燃机的减速燃料切断。

Description

用于无效的颗粒过滤器烟灰的补救措施
引言
本发明涉及用于内燃发动机的排气***，并且更具体地涉及用于无效的颗粒过滤器烟灰质量估计的补救措施。
气体颗粒过滤器(GPF)被设计成从内燃机的排气流中去除烟灰。当积聚的烟灰达到预定量时，通过烧掉积聚的烟灰使过滤器“再生”。通常，使用数学和经验烟灰模型来估计GPF中存在的烟灰量，以便可以执行GPF的及时处置或再生。对排气流和由此产生的GPF负载进行建模取决于复杂的化学反应和物理流动力学，所述模型利用多个查找表和参数，基于发动机和车辆测试及校准工作。
当存在的烟灰量低于预定量时，GPF最佳地发挥作用。精确的烟灰模型预测确保GPF在相对较低的烟灰浓度(每体积过滤器的烟灰克数)下不会不必要地再生，从而提高燃料经济性。此外，精确的烟灰模型预测确保当烟灰质量太高而无法安全地进行再生时GPF不会再生。
发明内容
本文描述的技术方案包括用于处理来自机动车辆中的内燃机的排气的排气***。该排气***包括气体颗粒过滤器以及控制气体颗粒过滤器的烟灰负载估计的控制器。控制烟灰负载估计包括：检查烟灰负载估计的有效性；以及响应于烟灰负载估计的无效，启动补救措施以限制气体颗粒过滤器上的烟灰沉积。补救措施包括：确定气体颗粒过滤器的入口处的温度；以及如果温度在预定范围内，则禁止内燃机的减速燃料切断。预定范围表示在气体颗粒过滤器处可能发生不受控的烟灰燃烧的温度范围。
在一个或多个示例中，补救措施还包括限制由内燃机产生的发动机扭矩。替代地或另外，补救措施还包括：如果温度低于预定目标值，则触发气体颗粒过滤器的预热。预定目标值表示在气体颗粒过滤器处发生烟灰氧化的温度水平。
替代地或另外，补救措施还包括：如果温度至少为预定阈值，则触发气体颗粒过滤器的再生。此外，补救措施包括：确定自气体颗粒过滤器的先前再生以来的英里数；以及如果英里数大于预定阈值，则触发气体颗粒过滤器的再生。
根据一个或多个方面，一种用于控制机动车辆中的气体颗粒过滤器的烟灰负载估计的方法包括检查由控制器执行的烟灰负载估计的有效性，该有效性基于传感器的故障检测来确定。该方法还包括：响应于烟灰负载估计的无效，启动补救措施以限制气体颗粒过滤器上的烟灰沉积。补救措施包括：确定气体颗粒过滤器的入口处的温度；以及如果温度在预定范围内，则禁止内燃机的减速燃料切断。
在一个或多个示例中，补救措施还包括限制由内燃机产生的发动机扭矩。替代地或另外，补救措施还包括：如果温度低于预定目标值，则触发气体颗粒过滤器的预热。预定目标值表示在气体颗粒过滤器处发生烟灰氧化的温度水平。
替代地或另外，补救措施还包括：如果温度至少为预定阈值，则触发气体颗粒过滤器的再生。此外，补救措施包括：确定自气体颗粒过滤器的先前再生以来的英里数；以及如果英里数大于预定阈值，则触发气体颗粒过滤器的再生。
根据一个或多个方面，计算机程序产品包括存储器存储设备，其中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理器执行时使得所述处理器执行对于车辆中的排气***中的无效颗粒过滤器烟灰的补救措施的计算机实现方法。该方法包括检查由控制器执行的烟灰负载估计的有效性，该有效性基于传感器的故障检测来确定。该方法还包括：响应于烟灰负载估计的无效，启动补救措施以限制气体颗粒过滤器上的烟灰沉积。补救措施包括：确定气体颗粒过滤器的入口处的温度；以及如果温度在预定范围内，则禁止内燃机的减速燃料切断。
在一个或多个示例中，补救措施还包括限制由内燃机产生的发动机扭矩。替代地或另外，补救措施还包括如果温度低于预定目标值，则触发气体颗粒过滤器的预热。预定目标值表示在气体颗粒过滤器处发生烟灰氧化的温度水平。
替代地或另外，补救措施还包括：如果温度至少为预定阈值，则触发气体颗粒过滤器的再生。此外，补救措施包括：确定自气体颗粒过滤器的先前再生以来的英里；以及如果英里数大于预定阈值，则触发气体颗粒过滤器的再生。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他的特征和优点将变得显而易见。
附图说明
其他的特征、优点和细节仅通过示例的方式呈现在以下详细描述中，参考附图进行该详细描述，其中：
图1是发动机和相关的排气***的概略示图，该排气***被构造成处理由发动机产生的排气流；以及
图2描绘了用于对无效颗粒过滤器烟灰质量沉积估计执行补救措施的示例方法的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、其应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。如本文所使用的，术语模块指的是处理电路，其可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或成组)和存储器模块、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。
来自诸如汽油发动机之类的内燃机的废气的处理涉及各种废气组分催化转化器(封闭耦接和地板下)，所述转化器具有设置在基板上的用于降低汽油废气中的调节成分的水平的一种或多种催化剂。例如，汽油废气处理***可以包括将HC和CO转化为CO2的封闭耦接和地板下转化器，以及用于去除颗粒的气体颗粒过滤器(GPF)。在一些情况下，催化剂转化器与GPF组合成单个单元，通常称为单体积涂覆过滤器(SVcF)。
图1示出了包括发动机11的车辆10，该发动机具有包括GPF14的代表性排气***12。用于GPF14的监测***16可操作以监测GPF14中的烟灰质量的量，以便确保过滤器性能、提高整体燃料经济性和减少排放，并提供GPF14的及时再生。应当注意，尽管本文的实施例描述了汽油发动机，但是本文描述的技术方案可以在一个或多个示例中用于柴油发动机。
排气***12包括催化转化器22，该催化转化器使排出发动机11的排气流20中的碳氢化合物氧化并燃烧。然后排气从GPF14的入口24流动到GPF14的出口26，并离开排气***12。排气***12是单体积涂覆过滤器，然而在其他示例中，排气***12可以替代地布置为单体积未涂覆过滤器(SVuF)或地板下GPF。
监测***16包括控制器28，该控制器具有处理器30，例如，该处理器执行从有形的非暂时性存储器存储的算法，以估计GPF14中的烟灰量，并且基于该估计，当保证GPF14再生时输出控制信号38，由此在启动GPF14再生的条件(例如增加的燃料量)下引起发动机操作。如果GPF14是通过改变操作参数以增加排气流温度从而燃烧烟灰而主动再生的类型，则信号38可能影响发动机参数以引起排气流20的温度升高。
反映排气***12中的实时操作参数的测量值被输入到控制器28中。例如，监测***16可以包括发动机速度传感器32，该发动机速度传感器定位成与发动机曲轴34操作性连通并且可操作以监测发动机速度36(例如每分钟的转数(rpm))并向处理器30提供表示发动机速度的信号。另外，监测***16包括传感器37，该传感器测量发动机11中的空燃比并经由信号向处理器30提供空燃比42。监测***16还包括传感器39，该传感器测量进入发动机11中的空气流量并经由信号向控制器28提供空气流量测量值43。燃料流量测量装置49测量喷射的燃料量速率47，诸如进入发动机11的燃料喷射***中的燃料流量(每发动机冲程的立方毫米(mm3/循环))。燃料量速率47作为信号被提供给处理器30。燃料量速率47与发动机负载(例如，曲轴34处的扭矩)成比例。还可以向控制器28提供其他的车辆操作条件，例如其他的发动机操作参数和排气***12操作参数。例如，可以监测排气温度和其他参数。
监测***16还包括差压测量装置44，该差压测量装置可操作以测量第三操作参数，该第三操作参数是GPF14的入口24处的排气流与出口26处的排气流之间的压差。差压测量装置44与入口24和出口26处的排气流20流体连通，并发出代表差压46(也称为压降)的信号。如本文进一步描述的，压差46被处理器30利用。
对于估计GPF14上的烟灰负载并执行再生的技术挑战是在烟灰负载决策不可行时，沉积在GPF14上的烟灰可能导致排气***12中的GPF堵塞或温度过高。GPF堵塞可能导致GPF14自身以及排气***12或车辆10中的其他部件损坏。此外，烟灰估计的失败可能导致排气***12中的过高温度和氧气，这也可能导致排气***12/车辆10中的部件损坏。当基于控制/参数测量不能实现烟灰负载决策时，通过使GPF14从不受控制的燃烧中堵塞或损坏最小化，本文描述的技术方案来解决这样的技术挑战，并且进一步有助于消除排气***12中的过高温度和氧气。
图2描绘了用于对排气***12中的无效颗粒过滤器烟灰执行补救措施的示例方法200的流程图。该方法包括在210处确定烟灰装载决策是否不可行。换句话说，该方法包括确定是否烟灰负载估计是否有效。在220处，通过检测一个或多个部件的可操作性来确定烟灰负载决策的有效性/可行性。例如，如果检测到排气温度(EGT)传感器故障，则烟灰负载估计是无效/不可行的。此外，如果检测到差压传感器(DPS)故障，例如在差压测量装置44处，则烟灰负载估计是无效/不可行的。此外，该方法包括检测排气流20中的故障，例如基于来自空气流量传感器39的空气流量测量值和/或空燃比42。在排气流20中检测到故障的情况下，烟灰负载估计是无效/不可行的。附加地或替代地，在检测到排气***结冰的情况下，例如，利用EGT传感器，烟灰负载估计是无效/不可行的。此外，在检测到正在使用的烟灰估计模型故障的情况下，烟灰负载估计是无效/不可行的。
可以利用一种或多种已知技术来执行本文描述的在一个或多个部件中的故障检测。例如，通过将传感器/设备输出与冗余/备用传感器/设备进行比较来执行错误检测。替代地或另外，将一个或多个测量值与利用数学模型计算的相应估计值进行比较。在另一些情况下，如果测量值或估计值超出车辆10的各部件被配置为工作的预定范围，则检测到故障。
应当注意，烟灰负载估计有效性/灵活性检测可以基于利用除了上述示例之外的其他部件检测到的故障/条件。
此外，如果确定烟灰负载估计是有效/可行的，例如，未检测到部件故障，则该方法包括在230处基于烟灰负载估计继续GPF再生。如本文所描述的，一旦估计的烟灰负载超过预定阈值，考虑其他因素，例如排气温度等，就可以执行GPF再生。
如果确定烟灰负载估计是无效/不可行的，例如，检测到部件故障，则该方法包括在240处执行一个或多个补救措施以降低堵塞或热损坏GPF14的风险。该(多个)补救措施是用来消除排气***12中的过高温度和氧气的控制措施。
补救措施包括在242处限制发动机扭矩以减少烟灰积聚。这种措施不会直接提供部件保护，但在较低负载下有助于降低烟灰排放。此外，限制发动机扭矩可以增加驾驶员对需要维修车辆10的感知，其中可以进一步诊断并且可能修复烟灰负载估计中的一个或多个错误。
补救措施可以包括在244处禁止减速燃料切断(DFCO)。在一个或多个示例中，如果GPF14的入口24处的温度高于预定范围，则禁止DFCO。例如，检查的预定温度范围是可能发生不受控燃烧的情况。
替代地或另外，补救措施包括在246执行烟灰燃烧。执行烟灰燃烧包括在250处首先检查GPF14的入口24处的温度是否大于预定目标值(其为预定阈值)。如果GPF14的入口24处的温度大于(或等于)目标，则在252处控制器28触发烟灰燃烧，作为GPF14的有限再生的一部分。在在一个或多个示例中，作为GPF14的有限再生的一部分，控制器28控制由发动机11燃烧的空气燃料混合物的当量比(EQR)。例如，控制器28可以基于正常发动机运行期间的化学计量EQR来控制EQR。对于GPF14的有限再生，控制器28将EQR调节为贫EQR(即，EQR<化学计量EQR)。控制器28通过减少喷射的燃料量同时减少或增加进入发动机11的空气量来将EQR调节为贫EQR。例如，控制器28增大至少一个发动机气流参数(例如，节气门开度)并在将EQR调节为贫EQR时延迟火花正时。在一个或多个示例中，目标温度值是可校准值并且代表来自GPF14的烟灰氧化的温度。贫EQR也是可校准值。
GPF14的有限再生还包括在256处当触发有限再生时检查车辆10的里程。在一个或多个示例中，仅在自先前再生以来车辆10行驶的英里数超过预定阈值时，在252处执行有限再生。如果不满足里程条件，则在258处控制器28执行除GPF14的有限再生之外的补救措施。
替代地，如果GPF14的入口24处的温度小于(或等于)目标，则在254处控制器28触发GPF预热措施。例如，调节发动机参数(如火花、凸轮相位器、怠速发动机转速、燃料喷射和燃料正时)的预热阶段，以实现GPF14的入口24处的目标烟灰燃烧温度，燃烧充量用于增加排气温度而不是用于执行工作(即，通过发动机产生动力/扭矩)。在一个或多个示例中，控制凸轮相位器以最小化MAP(歧管压力)，允许发动机上的高负载，导致高排气流量和更快的再生持续时间。火花与多个脉冲和喷射正时一起延迟，有助于更积极的火花延迟，同时保持燃烧稳定性，从而更快地头部释放到排气20中。
因此，一旦烟灰负载不确定并且自上次再生以来的里程超过预定阈值，本文所述的技术方案有助于执行补救措施。因此，当使用控制措施来消除排气***12中的过高温度和氧气的烟灰负载决策不可行时，本文所述的技术方案有助于因不受控燃烧使GPF14堵塞或损坏的风险最小化。本文所述的技术方案进而改善了排气***12和车辆10的性能。
虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开内容，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于处理来自机动车辆中的内燃机的排气的排气***，所述排气***包括：
气体颗粒过滤器；
以及控制器，其被配置为控制所述气体颗粒过滤器的烟灰负载估计，控制所述烟灰负载估计包括：
检查烟灰负载估计的有效性；
响应于所述烟灰负载估计的无效，启动补救措施以限制所述气体颗粒过滤器上的烟灰沉积，所述补救措施包括：
确定所述气体颗粒过滤器的入口处的温度；以及
如果所述温度在预定范围内，则禁止所述内燃机的减速燃料切断。
2.根据权利要求1所述的排气***，其中，所述预定范围表示在所述气体颗粒过滤器中可能发生不受控的烟灰燃烧的温度范围。
3.根据权利要求1所述的排气***，其中，所述补救措施还包括限制由所述内燃机产生的发动机扭矩。
4.根据权利要求1所述的排气***，其中，所述补救措施还包括：如果所述温度低于预定目标值，则触发所述气体颗粒过滤器的预热。
5.根据权利要求4所述的排气***，其中，所述预定目标值表示在所述气体颗粒过滤器处发生烟灰氧化的温度水平。
6.根据权利要求1所述的排气***，其中，所述补救措施还包括：如果所述温度至少为预定阈值，则触发所述气体颗粒过滤器的再生。
7.根据权利要求6所述的排气***，还包括：确定自所述气体颗粒过滤器的先前再生以来的英里数；以及如果所述英里数大于预定阈值，则触发所述气体颗粒过滤器的再生。
8.一种用于控制机动车辆中的气体颗粒过滤器的烟灰负载估计的方法，所述方法包括：
检查由控制器执行的烟灰负载估计的有效性，所述有效性基于传感器的故障检测来确定；
响应于所述烟灰负载估计的无效，启动补救措施以限制所述气体颗粒过滤器上的烟灰沉积，所述补救措施包括：
确定所述气体颗粒过滤器的入口处的温度；以及
如果所述温度在预定范围内，则禁止所述内燃机的减速燃料切断。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述补救措施还包括限制由所述内燃机产生的发动机扭矩。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述补救措施还包括：如果所述温度低于预定目标值，则触发所述气体颗粒过滤器的预热，其中，所述预定目标值表示在所述气体颗粒过滤器处发生烟灰氧化的温度水平。
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