專利名稱：在柴油顆粒過濾器再生預熱期間控制發動機的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及車輛排氣系統，并且更具體地涉及在再生期間控制柴油顆粒過濾器 (DPF)的預熱。
背景技術：
本文所提供的背景技術描述是為了總體上展現本發明的背景。當前署名的發明人 的一部分工作在背景技術部分中被描述，這部分內容以及在提交申請時該描述中不另構成 現有技術的方面，既不明確也不暗示地被承認是破壞本發明的現有技術。柴油發動機操作中包含產生排氣的燃燒。在燃燒過程中，空氣/燃料混合物經由 進氣閥被輸送到汽缸，并且在其中進行燃燒。燃燒之后，活塞迫使汽缸中的排氣進入到排氣 系統中。該排氣可能含有諸如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)之類的排放物。越來越多的排氣硬件技術被加入，以滿足柴油機應用中的排放要求。排氣的后處 理包括為排氣流安裝多個磚形物、混合器和噴射器。柴油顆粒過濾器周期性地再生，以降低 排氣中的煙炱量。柴油顆粒過濾器入口的排氣溫度增加的速度可能會在入口排氣溫度升高 過快的情況下產生DPF停止(ring-off)故障。如果入口排氣溫度升高過慢，則柴油顆粒過 濾器的再生持續時間增加，這會降低燃料經濟性。
發明內容
因此，本發明提供了用于通過控制排氣的氧氣量來控制柴油顆粒過濾器再生預熱 速率以改善再生效率的系統和方法。在本發明的一個方面中，一種控制模塊包括產生DPF再生請求信號的柴油顆粒過 濾器(DPF)再生請求模塊。該控制系統還包括DPF再生控制模塊，所述DPF再生控制模塊 根據對應于排氣中氧氣水平的氧氣水平信號和對應于DPF入口溫度的DPF入口溫度信號來 控制排氣中的氧氣水平。在本發明的另一個方面中，一種方法包括開始柴油顆粒過濾器(DPF)再生循環； 開始柴油顆粒過濾器(DPF)再生循環；產生對應于排氣中氧氣水平的氧氣水平信號；產生 對應于DPF入口溫度的DPF入口溫度信號；以及，基于氧氣水平信號和入口溫度來控制排氣 中的氧氣水平。本發明還包括以下方案 方案1. 一種方法，包括
開始柴油顆粒過濾器DPF的再生循環；
產生對應于排氣中氧氣水平的氧氣水平信號；
產生對應于DPF入口溫度的DPF入口溫度信號；以及
基于所述氧氣水平信號和所述入口溫度來控制所述排氣中的氧氣水平。方案2.如方案1所述的方法，進一步包括執行以下步驟當發動機速度高于怠速 速度時，產生氧氣水平信號，產生DPF入口溫度信號，以及控制所述氧氣水平。
方案3.如方案1所述的方法，進一步包括執行以下步驟產生氧氣水平信號，產 生DPF入口溫度信號，以及當所述入口溫度高于預熱DPF溫度時控制所述氧氣水平。方案4.如方案1所述的方法，其特征在于，當所述發動機處于怠速狀態時，基于 發動機負載和速度來控制氧氣水平。方案5.如方案1所述的方法，其特征在于，產生氧氣水平信號包括基于發動機負 載來產生所述氧氣水平信號。方案6.如方案1所述的方法，其特征在于，產生氧氣水平信號包括基于發動機速 度來產生所述氧氣水平信號。方案7.如方案1所述的方法，其特征在于，產生氧氣水平信號包括基于發動機負 載和發動機速度來產生所述氧氣水平信號。方案8.如方案1所述的方法，其特征在于，控制所述氧氣水平包括控制排氣再循 環。方案9.如方案1所述的方法，其特征在于，控制所述氧氣水平包括控制進氣節氣 門。方案10.如方案1所述的方法，其特征在于，控制所述氧氣水平包括控制進氣節 氣門和排氣再循環。方案11. 一種用于發動機的控制模塊，包括
柴油顆粒過濾器DPF再生請求模塊，其產生DPF再生請求信號；以及 DPF再生控制模塊，其基于對應于排氣中氧氣水平的氧氣水平信號和對應于DPF入口 溫度的DPF入口溫度信號來控制排氣中的氧氣水平。方案12.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，當所述發動機速度高于怠速速 度時，所述DPF再生控制模塊控制所述排氣中的氧氣水平。方案13.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，當所述入口溫度低于預熱DPF 溫度時，所述DPF再生控制模塊控制所述排氣中的氧氣水平。方案14.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，當所述發動機處于怠速狀態 時，所述DPF再生控制模塊基于發動機負載和速度來控制氧氣水平。方案15.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，所述氧氣水平信號是基于發動 機負載的。方案16.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，所述氧氣水平信號是基于發動 機速度的。方案17.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，所述氧氣水平信號是基于發動 機負載和發動機速度的。方案18.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，排氣再循環控制模塊控制排氣 再循環，從而控制所述排氣中的氧氣水平。方案19.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，節氣門控制模塊控制進氣節氣 門，從而控制所述排氣中的氧氣水平。方案20.如方案11所述的控制模塊，其特征在于，排氣再循環控制模塊控制排氣 再循環并且節氣門控制模塊控制進氣節氣門，從而控制所述排氣中的氧氣水平。通過本文提供的描述，本發明進一步的適用范圍將會變得明顯。應理解的是，本文的描述和實例僅僅是用于說明之目的，而非限制本發明的范圍。
通過詳細描述和附圖，將能夠更充分地理解本發明，附圖中
圖1為依照本發明的發動機系統的功能框圖，其中該發動機系統包括具有集成在催化 劑內的溫度傳感器的排氣處理系統； 圖2為圖1的控制器的功能框圖； 圖3為用于控制該系統的方法的流程圖；以及
圖4為對于受控預熱相對于不受控預熱而言，輸入到柴油顆粒過濾器的溫度相對于時 間的曲線圖。
具體實施例方式以下描述的本質僅僅是作為示例而絕非對本發明、其應用或使用進行限制。為清 晰起見，圖中相同的附圖標記用于指示類似的元件。如本文中所用，措辭“A、B和C中的至 少一個”應被解釋為使用了非排他性的邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應理解的是，在不改 變本發明原理的情況下，方法內的步驟可以不同的順序來執行。本文中，術語“模塊”指專用集成電路(ASIC)、電子電路、用于執行一個或多個軟件 或固件程序的處理器(共享處理器、專用處理器或組處理器)和存儲器、組合邏輯電路，和/ 或提供了所述功能的其他合適部件。盡管下述公開內容是針對柴油發動機而闡述的，但其它類型的發動機(例如，汽油 發動機，包括直噴式發動機)都可受益于本文的教導。現參照圖1，其示意地示出了柴油發動機系統10。柴油發動機系統10包括柴油發 動機12和排氣處理系統13。排氣處理系統13進一步包括排氣系統14和配給系統16。柴 油發動機12包括汽缸18、進氣歧管20、空氣質量流量(MAF)傳感器22和發動機速度傳感器 對。空氣經過進氣歧管20流入發動機12并受到MAF傳感器22的監測。空氣被導入汽缸 18，并且與燃料燃燒以驅動活塞(未示出)。盡管僅示出了單個汽缸18，但是應意識到的是， 柴油發動機12可包括另外的汽缸18。例如，可預期具有2、3、4、5、6、8、10、12和16個汽缸 的柴油發動機。作為燃燒過程的結果，會在汽缸18內產生排氣。排氣在釋放至大氣之前由排氣系 統14進行處理。排氣系統14包括排氣歧管沈和柴油氧化催化劑(DOC)觀。排氣歧管沈 將從汽缸中排出的排氣引向DOC 28。排氣在DOC觀中進行處理以減少排放。排氣系統14 進一步包括催化劑30，例如選擇性催化還原(SCR)催化劑、溫度傳感器31、入口溫度傳感器 32、出口溫度傳感器34和催化型柴油顆粒過濾器(⑶PF) 36。DOC觀在對排氣進行處理之 前與排氣進行反應，以降低排氣的排放水平。催化劑30在處理排氣后進行反應，從而進一 步減少排放。溫度傳感器31可定位于發動機和DOC觀之間。入口溫度傳感器32位于催化劑 30之前，以監測催化劑30入口處的溫度變化，如下文將進一步討論的那樣。出口溫度傳感 器34位于催化劑之后，以監測催化劑30出口處的溫度變化，如下文將進一步討論的那樣。 盡管排氣處理系統13被示出為包括位于催化劑30外部的入口和出口溫度傳感器32、34，但
5入口和出口溫度傳感器32、34也可關于催化劑位于內部，以便監測催化劑入口和出口處的 排氣的溫度變化。CDPF 36通過捕集排氣中的柴油顆粒(S卩，煙炱)來進一步降低排放。配給系統16包括可用于噴射來自儲箱的尿素的噴射流體供給部38和配給噴射器 40。配給系統16將噴射流體(例如尿素)噴射到排氣中。尿素與排氣混合，并且在排氣/尿 素混合物暴露于催化劑30時進一步降低排放。混合器41用于在排氣進入催化劑之前，將 噴射流體(例如尿素)同排氣進行混合。控制模塊42調節和控制發動機系統10的操作，并且監測配給系統16的操作。排氣流率傳感器44可產生與排氣系統中的排氣流量對應的信號。盡管所示的傳 感器位于催化劑30和CDPF 36之間，但排氣系統中的各個位置均可用于測量，包括排氣歧 管之后和催化劑30之前。溫度傳感器46產生與測得的顆粒過濾器溫度相對應的顆粒過濾器溫度傳感器信 號。溫度傳感器46可置于柴油顆粒過濾器36上或其內部。溫度傳感器46亦可相對于排 氣流恰好位于柴油顆粒過濾器之后或之前。溫度傳感器46將測得的顆粒過濾器溫度信號 傳遞給控制模塊42。排氣系統中的其他傳感器可包括氧氣傳感器50，其產生對應于排氣系統內的排氣 中的氧氣水平的氧氣水平信號。氧氣傳感器可為λ傳感器或產生對應于排氣中氧氣水平 的信號的另外類型的傳感器。NOx排出傳感器52 (傳感器52應位于傳感器34和44之間) 可定位在下游(例如在SCR 30之后)以產生對應于離開SCR的氮氧化物的信號。另外，氨 (NH3)傳感器M產生對應于排氣流內的氨量的信號。控制模塊42可用于控制電子節氣門60和排氣再循環(EGR)閥62，該閥使排氣再 循環進入到進氣歧管20中。電子節氣門60和EGR閥62可被控制以改變排氣中的氧氣水平。控制模塊42可控制排氣狀況和柴油顆粒過濾器的再生。控制模塊42和排氣控制 模塊60的更多細節在下面提供。現在參照圖2，控制模塊42可包括柴油顆粒過濾器(DPF)再生控制模塊110。DPF 再生控制模塊Iio可從各種其他模塊接收信號。DPF再生控制模塊110可從DPF溫度模塊 112接收溫度信號。DPF溫度模塊112可產生對應于柴油顆粒過濾器的輸入溫度的溫度信 號。溫度信號還可基于對發動機操作狀況的估計而產生。怠速狀況模塊114還可與柴油顆粒過濾器再生控制模塊110通信。怠速狀況模塊 114可產生對應于發動機是否處于怠速狀況的信號。當車輛處于駐車或空檔時，發動機可處 于怠速狀況。當車輛停止時，發動機也可處于怠速狀況。當車輛不怠速和DPF輸入溫度低 于DPF預熱溫度時，執行本文所述的教導。柴油顆粒過濾器(DPF)再生請求模塊116可產生DPF再生請求信號。DPF再生請 求信號可通信至DPF再生控制模塊110。DPF再生信號可啟動柴油顆粒過濾器的再生。排氣氧氣模塊118產生對應于排氣系統內的排氣氧氣量的排氣氧氣信號。排氣氧 氣信號可由λ傳感器或另外類型的氧氣傳感器產生。來自排氣氧氣模塊118的排氣氧氣 信號通信至柴油顆粒過濾器再生控制模塊110。發動機速度模塊120產生對應于發動機旋轉速度的發動機速度信號。發動機速度 模塊120可接收對應于發動機內的曲軸速度或其他速度傳感器的信號。發動機速度信號還可由各種其他類型的傳感器產生，這些傳感器包括變速器輸入傳感器或來自車輛內的其他 傳感器。發動機負載模塊122將發動機負載信號通信至DPF再生控制模塊110。發動機負 載模塊122產生對應于發動機上的負載量的信號。發動機負載可通過發動機的扭矩量來測 量。可通過傳感器來測量發動機扭矩，或者基于發動機操作狀況來計算發動機扭矩。DPF再生控制模塊110可與各種其他發動機部件通信，這些部件例如EGR控制模塊 130和節氣門控制模塊132。怠速狀況模塊114可產生控制信號，以獲得發動機排氣氧氣的 預定量，從而允許DPF催化劑的可控預熱。EGR控制模塊130和節氣門控制模塊132都可被 控制，以控制發動機排氣氧氣量。當然，其他車輛部件也可用于控制排氣氧氣。現在參照圖3，其陳述了用于控制再生的方法。在步驟210，產生柴油顆粒過濾器 再生請求。各種狀況(例如煙炱累積)可使得有必要進行再生。在步驟212，確定發動機是否 處于怠速狀況。如果發動機處于怠速狀況，則步驟214以怠速再生策略來操作發動機。在 步驟216，方法結束。返回參照步驟212，當發動機不操作在怠速狀況中時，步驟218將柴油顆粒過濾器 輸入溫度與柴油顆粒過濾器預熱溫度相比較。當柴油顆粒過濾器輸入溫度不低于柴油顆粒 過濾器預熱溫度時，步驟220啟用正常再生過程，并基于發動機速度和發動機負載設定氧 氣設定點。在步驟220之后，EGR和進氣節氣門在步驟222中被控制，以獲得設定的氧氣水 平。在步驟222之后，系統在步驟224結束。返回參照步驟218，當柴油顆粒過濾器輸入溫度低于柴油顆粒過濾器預熱溫度時， 執行步驟230。在步驟230中，基于發動機的速度和負載來確定預熱氧氣設定點。在步驟 232中，基于確定的氧氣水平和柴油顆粒過濾器輸入溫度來確定氧氣乘數(multiplier)。 在步驟232中的乘數允許溫度快速增加到接近預定溫度，而不會使溫度過調以及對柴油顆 粒過濾器施加應力。在步驟232之后，預熱氧氣設定點和氧氣乘數在塊234處結合。塊234可為乘法 塊或能夠使兩個信號結合的其他塊。結合的信號可調節預熱的速度或溫度信號的斜率。在步驟236中，基于氧氣乘數和預熱氧氣設定點來確定修改的預熱氧氣設定點。 在步驟236之后，根據在步驟236中確定的修改的預熱氧氣設定點來在步驟232中控制EGR 和進氣節氣門。現在參照圖4，其示出了使用兩個不同λ值的柴油顆粒過濾器溫度的曲線圖。λ 值在1. 1和1. 4之間時的柴油顆粒過濾器輸入溫度在預定時間量之后過調超出期望溫度。 該溫度的過調可能會對柴油顆粒過濾器施加應力并減少其壽命。還示出了 λ值為1.5時 的DPF輸入溫度。柴油氧化催化劑起燃溫度被示出為在300 V附近。通過控制氧氣量，溫 度信號的斜率可被控制以防止對柴油顆粒過濾器的損害。通過控制排氣氧氣水平，通過減少防止DPF加溫過快，以及防止DPF加溫過慢，從 而提高了用戶感受。這可增加車輛的燃料經濟性。本發明廣泛的教導可以多種形式來實現。因此，盡管本發明包括多個具體實例，但 本發明真正的范圍不應受其限制，因為通過學習附圖、說明書和所附權利要求，本領域技術 人員應能明白其它各種修改形式。
權利要求
1.一種方法，包括開始柴油顆粒過濾器DPF的再生循環；產生對應于排氣中氧氣水平的氧氣水平信號；產生對應于DPF入口溫度的DPF入口溫度信號；以及基于所述氧氣水平信號和所述入口溫度來控制所述排氣中的氧氣水平。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括執行以下步驟當發動機速度高于怠速速度 時，產生氧氣水平信號，產生DPF入口溫度信號，以及控制所述氧氣水平。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括執行以下步驟產生氧氣水平信號，產生DPF 入口溫度信號，以及當所述入口溫度高于預熱DPF溫度時控制所述氧氣水平。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，當所述發動機處于怠速狀態時，基于發動 機負載和速度來控制氧氣水平。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，產生氧氣水平信號包括基于發動機負載來 產生所述氧氣水平信號。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，產生氧氣水平信號包括基于發動機速度來 產生所述氧氣水平信號。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，產生氧氣水平信號包括基于發動機負載和 發動機速度來產生所述氧氣水平信號。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述氧氣水平包括控制排氣再循環。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述氧氣水平包括控制進氣節氣門。
10.一種用于發動機的控制模塊，包括柴油顆粒過濾器DPF再生請求模塊，其產生DPF再生請求信號；以及DPF再生控制模塊，其基于對應于排氣中氧氣水平的氧氣水平信號和對應于DPF入口 溫度的DPF入口溫度信號來控制排氣中的氧氣水平。
全文摘要
本發明涉及在柴油顆粒過濾器再生預熱期間控制發動機的方法和系統。具體地，提供了一種用于在柴油顆粒過濾器再生期間控制發動機的方法和控制系統，其包括柴油顆粒過濾器DPF再生請求模塊，其產生DPF再生請求信號。控制系統還包括DPF再生控制模塊，其基于對應于排氣中氧氣水平的氧氣水平信號和對應于DPF入口溫度的DPF入口溫度信號來控制排氣中的氧氣水平。
文檔編號F01N3/023GK102116189SQ20111000168
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月6日 優先權日2010年1月6日
發明者特勒 C., 特佩迪諾 G., C. 譚 J., 蔡爾斯特拉 J. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司