專利名稱：用于監測車輛顆粒過濾器的再生頻率的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及用于監測顆粒過濾器的再生頻率的裝置和方法，所述顆粒過濾器適于從車輛排氣流中去除碳煙。
背景技術：
顆粒過濾器設計成從車輛的排氣流中去除碳煙、灰塵、金屬和其它懸浮物質的微小顆粒。隨著時間的經過，顆粒物質積聚在過濾器內的基質上。為了延長顆粒過濾器的壽命以及進一步優化發動機功能，一些過濾器被設計成使用熱來選擇性地再生。通過在發動機的氣缸室內或者在過濾器上游的排氣流中直接噴射并點燃燃料，顆粒過濾器內的溫度可暫時地增加到大約450°C至600°C之間。排氣溫度的峰值可結合合適催化劑(例如，鈀或鉬)使用，其中催化劑和熱一起發揮作用，以便借由簡單的放熱氧化過程將積聚的顆粒物質減少為相對惰性的碳煙。
發明內容
本文所公開的車輛包括發動機、可使用熱來再生的顆粒過濾器、以及主機。主機訪問第一碳煙模型以確定顆粒過濾器中的實際碳煙質量(例如，由計算或測量的過濾器上的壓差標引的查詢表)，并且訪問第二碳煙模型以確定過濾器中的模型化碳煙質量。第二碳煙模型關于一組當前車輛操作點或狀況提供了模型化碳煙質量。然后，主機計算實際碳煙質量中的變化與模型化碳煙質量中的變化的比值。主機將計算得到的比值與校準閾值比較， 并且在計算的比值超過校準閾值時自動執行控制動作。所述方法可具體實施為能夠由主機執行的算法。通過執行本文所公開的算法，主機可負責改變過濾器再生觸發點，即啟動顆粒過濾器基于熱的再生的相關信號組或所生成的信號組。主機還可對正好在前的過濾器再生事件之后剩余在顆粒過濾器中的變化的碳煙質量加以考慮。合適控制動作可包括在計算的比值超過預定閾值時設置第一診斷代碼、啟用指示器裝置、以及傳送消息等。由于實際碳煙值和模型化碳煙值可隨著車輛操作狀況而變化，所以設置隨意閾值以覆蓋最差情形的常規監測方法可能不是最優的。本發明因此可改進任何再生頻率監測算法的穩健性。還提供了一種用于上述車輛上的系統。該系統包括主機和能夠使用熱來再生的顆粒過濾器。主機訪問第一碳煙模型和第二碳煙模型，所述第一碳煙模型提供了剩余在顆粒過濾器中的實際碳煙質量，所述第二碳煙模型使用了一組當前車輛操作狀況來提供剩余在過濾器中的模型化碳煙質量。主機還計算測量的碳煙質量中的變化與模型化碳煙質量中的變化的比值。然后，主機將計算的比值與校準閾值進行比較，并且在所述比值超過閾值時執行合適的控制動作。還提供了一種方法，其可具體實施為算法并且用于上述車輛上。該方法包括使用第一碳煙模型來確定剩余在顆粒過濾器中的實際碳煙質量，以及使用第二碳煙模型來確定剩余在過濾器中的模型化碳煙質量，其中所述第二碳煙模型使用一組當前車輛操作狀況。 該方法還包括計算實際碳煙質量中的變化與模型化碳煙質量中的變化的比值，將所述比值與校準閾值比較，并且當所述比值超過校準閾值時執行控制動作。本發明還包括以下方案 方案1. 一種車輛，包括 發動機；
顆粒過濾器，所述顆粒過濾器收集來自所述發動機的排氣流的顆粒物質，并且能夠使用熱來選擇性地再生；和
主機，所述主機具有第一碳煙模型和第二碳煙模型，其中所述第一碳煙模型和所述第二碳煙模型分別提供了包含在所述顆粒過濾器中的實際碳煙質量和模型化碳煙質量；
其中，所述主機可操作，用于計算自所述顆粒過濾器的正好在前的再生事件以來的所述實際碳煙質量中的變化與所述模型化碳煙質量中的變化的比值，以及用于在所述比值超過校準閾值時執行控制動作。方案2.根據方案1所述的車輛，其中，所述第一碳煙模型在所述顆粒過濾器上的壓差與所述實際碳煙質量之間進行索引，且其中所述第二碳煙模型關于未包括所述顆粒過濾器上的壓差的一組當前車輛操作狀況來確定所述模型化碳煙質量。方案3.根據方案1所述的車輛，其中，作為所述控制動作的至少一部分，所述主機產生診斷代碼。方案4.根據方案3所述的車輛，其中，作為所述控制動作的附加部分，所述主機啟用指示器裝置。方案5.根據方案1所述的車輛，其中，所述發動機是柴油發動機且所述顆粒過濾器是柴油顆粒過濾器。方案6. —種用于在具有內燃發動機的車輛上使用的系統，所述系統包括
顆粒過濾器，所述顆粒過濾器收集來自所述發動機的排氣流的顆粒物質，并且能夠使用熱來選擇性地再生；和
主機，所述主機具有第一碳煙模型和第二碳煙模型，其中所述第一碳煙模型和所述第二碳煙模型分別提供了包含在所述顆粒過濾器中的實際碳煙質量和模型化碳煙質量；
其中，所述主機可操作，用于計算自所述顆粒過濾器的正好在前的再生事件以來的所述實際碳煙質量中的變化與所述模型化碳煙質量中的變化的比值，以及用于在所述比值超過校準閾值時執行控制動作。方案7.根據方案6所述的系統，其中，所述第一碳煙模型在所述顆粒過濾器上的壓差與所述實際碳煙質量之間進行索引，并且其中，所述第二碳煙模型關于不包括所述顆粒過濾器上的壓差的一組車輛操作狀況來確定所述模型化碳煙質量。方案8.根據方案6所述的車輛，其中，作為所述控制動作的至少一部分，所述主機產生診斷代碼。方案9.根據方案8所述的車輛，其中，作為所述控制動作的附加部分，所述主機啟用指示器裝置。方案10.根據方案6所述的車輛，其中，所述發動機是柴油發動機且所述顆粒過濾器是柴油顆粒過濾器。
方案11. 一種用于在車輛上使用的方法，所述車輛包括內燃發動機、能夠使用熱來再生的顆粒過濾器、以及主機，所述方法包括
使用第一碳煙模型確定所述顆粒過濾器中的實際碳煙質量值； 使用第二碳煙模型確定所述顆粒過濾器中的模型化碳煙質量值，其中所述第二碳煙模型提供了包含在所述顆粒過濾器中的估計的碳煙質量值；
計算所述實際碳煙質量中的變化與所述模型化碳煙質量中的變化的比值；
將所述比值與校準閾值比較；和
當所述比值超過所述校準閾值時執行控制動作。方案12.根據方案11所述的方法，其中，所述第一碳煙模型在所述顆粒過濾器上的壓差與所述實際碳煙質量值之間進行索引。方案13.根據方案12所述的方法，還包括確定不包括所述顆粒過濾器上的壓差的一組當前車輛操作狀況，其中所述第二碳煙模型關于所述組的當前車輛操作狀況來確定所述模型化碳煙質量。方案14.根據方案11所述的方法，還包括作為所述控制動作的至少一部分來產生診斷代碼。方案15.根據方案14所述的方法，還包括作為所述控制動作的附加部分來啟用指示器裝置。通過對用于實施本發明的最佳模式的下述詳細說明并結合附圖，本發明的上述特征和優勢以及其它特征和優勢將顯而易見。
圖1是具有內燃發動機和可再生顆粒過濾器的車輛的示意圖；以及
圖2是描述用于在圖1所示的車輛上監測過濾器再生頻率的方法的流程圖。
具體實施例方式參考附圖，其中在全部的若干附圖中相同的附圖標記對應于相同或類似的部件， 在圖1中示意性地示出了車輛10。車輛10包括具有算法100的主機40，所述算法100適于如下文所述那樣監測可熱再生的顆粒過濾器34的再生頻率，以及取決于再生頻率根據需要執行控制動作。算法100在下文參考圖2詳細描述。車輛10包括內燃發動機12 (例如，柴油發動機或直噴式汽油發動機)、具有顆粒過濾器34的氧化催化劑(OC)系統13、以及變速器14。發動機12燃燒自燃料箱18抽吸的燃料16。在一個可能實施例中，燃料16是柴油燃料，氧化催化劑系統13是柴油氧化催化劑 (DOC)系統，且顆粒過濾器34是柴油顆粒過濾器(DPF)，但是取決于發動機12的設計可以使用汽油或其它燃料類型。如上所述，算法100由主機40執行，以便檢測顆粒過濾器34的再生頻率高于設計標準所需的閾值水平的狀況，對此相應地使用了本文所述的第一碳煙模型50和第二碳煙模型60。具體地，如將在下文參考圖2所述的那樣，主機40通過使用測量或實際碳煙水平相對于分別來自第一和第二碳煙模型50和60的模擬或模型化碳煙水平之間的差的計算比值，以及通過將所述計算的比值與校準閾值比較，來直接監測再生頻率，其中所述兩個模型以不同方式確定剩余在顆粒過濾器34中的碳煙水平。主機40可配置為數字計算機，其用作車輛控制器和/或用作比例-積分-微分 (PID)控制器裝置，具有微處理器或中央處理單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPR0M)、高速時鐘、數模(A/D)和/或模數(D/A)電路、任何需要的輸入/輸出電路和相關裝置、以及任何需要的信號調節和/或信號緩沖電路。算法100和任何需要的基準校準(reference calibrations)被存儲在主機40中，或容易被主機40訪問，以提供以下關于圖2所描述的功能。車輛10還包括節氣門20，節氣門根據需要選擇性地容許預定量的燃料16和空氣進入到發動機12中。由發動機12對燃料16的燃燒產生了排氣流22，所述排氣流在其最終排放到周圍大氣中之前經過車輛的排氣系統，如圖所示。通過燃燒燃料16釋放的能量最終產生了作用在變速器14的輸入構件M上的扭矩。變速器14繼而將來自發動機12的扭矩傳送到輸出構件26，以便借由一組車輪觀推進車輛10，為簡潔起見，在圖1中僅示出了一個車輪。當排氣流22從發動機12的排氣端口 17經過車輛排氣系統時，如圖1所示的OC 系統13清潔并調節排氣流22。為此，OC系統13可包括氧化催化劑30、選擇性催化還原 (SCR)裝置32、以及上述的顆粒過濾器34。SCR裝置32可定位在氧化催化劑30和顆粒過濾器34之間。如本領域中所理解的那樣，SCR裝置使用活性催化劑將氮氧化物(NOx)氣體轉化為作為惰性副產物的水和氮氣。SCR裝置32可配置為陶瓷磚塊或陶瓷蜂巢結構、板結構、或任何其它合適設計。顆粒過濾器34的再生可以是主動或被動的。如本領域中所理解的那樣，被動再生不需要用于再生的附加控制動作。相反，顆粒過濾器替代消聲器被安裝，并且在怠速或低功率操作時，顆粒物質被收集在過濾器上。當發動機排氣溫度增加時，于是收集的材料通過排氣流22燃燒或氧化。主動再生則添加了外部熱源，以便連同額外的控制方法一起來完成再生。不管如何配置，顆粒過濾器34可由合適基質構造成，所述合適基質例如為陶瓷、 金屬網眼、粒狀氧化鋁、或任何其它對于溫度和應用合適的材料。當排氣流22的溫度增加時，先前捕獲在顆粒過濾器34中的顆粒物質通過熱排氣燃燒或氧化，以在顆粒過濾器內形成碳煙。車輛10還包括燃料噴射裝置36，其借由控制信號15與主機40電子通信，并且與燃料箱18流體連通。在由主機40確定時，燃料噴射裝置36選擇性地噴射燃料16進入到氧化催化劑30或發動機氣缸(未示出)中。然后，所噴射的燃料16以受控的方式點火并燃燒，以產生用于再生顆粒過濾器34所必需的增加的熱量水平。仍參考圖1，相應的第一和第二碳煙模型50、60可采用查詢表和/或一系列計算的形式，其適合于用不同的相應方式來確定在顆粒過濾器34中的剩余碳煙質量。在一個實施例中，第一碳煙模型50使用在顆粒過濾器34上(或者跨顆粒過濾器34)的測量或計算壓差來提供測量或實際碳煙質量值，其中第一碳煙模型在顆粒過濾器上的壓差與實際碳煙質量之間進行索引。第二碳煙模型60以不同方式提供模型化碳煙質量，即為此使用了一組當前車輛操作狀況，并且沒有使用在顆粒過濾器34上的壓差。第二碳煙模型60使用描述了發動機12的操作點和其它合適的車輛操作數據點的反饋信號44。這樣的點可包括氧氣水平 ’節氣門位置；發動機速度；加速器踏板位置；燃料供應量；所請求的發動機扭矩；排氣溫度； 自上一次再生事件開始的消逝時間；特定駕駛模式，諸如高速公路駕駛、城市道路駕駛、和 /或通過監測參數(例如，發動機速度、發動機負載、制動等等)確定的其它識別模式或模式組合。主機40還接收來自定位在整個車輛10中的各個傳感器42的信號11，其描述了在 OC系統13內的不同位置處(包括在氧化催化劑30的正好上游和下游處、在顆粒過濾器34 的正好上游和下游處)的各個測量值，例如排氣溫度、壓力、氧氣水平等等。這些信號11都被主機40傳送，或中繼到主機40。主機40還與發動機12通信，以接收標示了發動機操作點的反饋信號44，其值專門由第二碳煙模型60使用，如下文所述。參考圖2，主機40在圖1中的車輛10上執行算法100，以監測顆粒過濾器34的再生頻率。通常，主機40使用第一碳煙模型50來確定測量或實際碳煙質量，其中實際碳煙質量根據一個可能實施例是基于在顆粒過濾器；34上的壓差。然后，主機40例如通過使用車輛操作數據參考第二碳煙模型60來確定顆粒過濾器34中的模型化碳煙質量。接著，計算實際碳煙質量中的變化的比值，并且所述比值是相對于所述模型化碳煙質量中的變化，其中將所述比值與校準閾值比較。主機40在所述比值超過閾值時可執行控制動作。具體地，在步驟102開始，主機40首先確定是否存在一組初始狀況，即當前是否命令了再生事件。步驟102可以通過如下來滿足如果主機被配置成控制再生過程，則通過檢測由主機內部產生的分立的(discrete)啟用/關閉再生觸發信號；或者，如果以另外的方式配置，則通過另外的車輛控制器。在對再生觸發信號或其它初始狀況的檢測之后，算法 100推進到步驟104。在步驟104，主機40確定在顆粒過濾器34中的實際碳煙質量。在一個可能實施例中，主機40使用來自定位在顆粒過濾器的入口側和出口側處的傳感器42 (在該情形中，配置為溫度變換器或其它合適溫度傳感器)的信號11來直接讀取或計算在顆粒過濾器34上的壓差，并接著使用壓降來參考第一碳煙模型50，從而確定實際碳煙質量值。該值被暫時地記錄在存儲器中，且算法100推進到步驟106。在步驟106，主機40處理反饋信號44和任何其它需要信號11以計算模型化碳煙質量中的變化，其中所述模型化碳煙質量參考上述第二碳煙模型60被確定。該變化是在當前再生觸發信號與正好在前的過濾器再生事件開始時刻之間的時間間隔上發生的。主機40 還計算在相同時間間隔上在顆粒過濾器34內的實際碳煙質量中的變化，這次是參考第一碳煙模型50 ；接著，在將所述兩個變化值暫時記錄到存儲器中之后，推進到步驟108。在步驟108，主機40計算在步驟106所計算得到的變化值的比值，即在自上一次再生事件的消逝時間間隔中，模型化碳煙質量中的變化和實際碳煙質量中的變化，并且將該比值暫時記錄到存儲器中，然后推進到步驟110。在步驟110，主機40將來自步驟108的比值與校準閾值比較。如果記錄的比值超過校準閾值，那么主機40推進到步驟112，否則推進到步驟114。在步驟112，主機40設置第一診斷代碼，所述第一診斷代碼表示所述比值超過了校準閾值。這種結果可意味著在顆粒過濾器34內可能存在的碳煙比通過第二碳煙模型60 所預計的更多，該結果可能由空氣泄漏或發動機故障導致，并因此有理由進一步進行調查。在步驟112的附加控制動作可包括啟用指示器裝置38以警告操作者；在車輛10內傳輸消息；使用車輛遠程信息處理單元將消息傳送到車輛之外；和/或采取適合于發送需要檢查、 維護或更換顆粒過濾器34的信號的任何其它動作。在步驟114，主機40設置第二診斷代碼，所述第二診斷代碼指示了所計算的比值未超過校準閾值。算法100能夠以使變化性最小化的合適的控制循環來繼續執行，即所有再生事件必須至少保持在最小的效率水平，因而對任何給定的控制系統校準以及更寬范圍的各種控制系統校準而言，實現了算法的穩健性。雖然已經詳細描述了用于實施本發明的最佳模式，但是本發明所屬領域的技術人員將認識到落入所附權利要求書范圍內的用于實施本發明的各種替代設計和實施例。
權利要求
1.一種車輛，包括 發動機；顆粒過濾器，所述顆粒過濾器收集來自所述發動機的排氣流的顆粒物質，并且能夠使用熱來選擇性地再生；和主機，所述主機具有第一碳煙模型和第二碳煙模型，其中所述第一碳煙模型和所述第二碳煙模型分別提供了包含在所述顆粒過濾器中的實際碳煙質量和模型化碳煙質量；其中，所述主機可操作，用于計算自所述顆粒過濾器的正好在前的再生事件以來的所述實際碳煙質量中的變化與所述模型化碳煙質量中的變化的比值，以及用于在所述比值超過校準閾值時執行控制動作。
2.根據權利要求1所述的車輛，其中，所述第一碳煙模型在所述顆粒過濾器上的壓差與所述實際碳煙質量之間進行索引，且其中所述第二碳煙模型關于未包括所述顆粒過濾器上的壓差的一組當前車輛操作狀況來確定所述模型化碳煙質量。
3.根據權利要求1所述的車輛，其中，作為所述控制動作的至少一部分，所述主機產生診斷代碼。
4.根據權利要求3所述的車輛，其中，作為所述控制動作的附加部分，所述主機啟用指 示器裝置。
5.根據權利要求1所述的車輛，其中，所述發動機是柴油發動機且所述顆粒過濾器是柴油顆粒過濾器。
6.一種用于在具有內燃發動機的車輛上使用的系統，所述系統包括顆粒過濾器，所述顆粒過濾器收集來自所述發動機的排氣流的顆粒物質，并且能夠使用熱來選擇性地再生；和主機，所述主機具有第一碳煙模型和第二碳煙模型，其中所述第一碳煙模型和所述第二碳煙模型分別提供了包含在所述顆粒過濾器中的實際碳煙質量和模型化碳煙質量；其中，所述主機可操作，用于計算自所述顆粒過濾器的正好在前的再生事件以來的所述實際碳煙質量中的變化與所述模型化碳煙質量中的變化的比值，以及用于在所述比值超過校準閾值時執行控制動作。
7.根據權利要求6所述的系統，其中，所述第一碳煙模型在所述顆粒過濾器上的壓差與所述實際碳煙質量之間進行索引，并且其中，所述第二碳煙模型關于不包括所述顆粒過濾器上的壓差的一組車輛操作狀況來確定所述模型化碳煙質量。
8.根據權利要求6所述的車輛，其中，作為所述控制動作的至少一部分，所述主機產生診斷代碼。
9.根據權利要求8所述的車輛，其中，作為所述控制動作的附加部分，所述主機啟用指示器裝置。
10.一種用于在車輛上使用的方法，所述車輛包括內燃發動機、能夠使用熱來再生的顆粒過濾器、以及主機，所述方法包括使用第一碳煙模型確定所述顆粒過濾器中的實際碳煙質量值； 使用第二碳煙模型確定所述顆粒過濾器中的模型化碳煙質量值，其中所述第二碳煙模型提供了包含在所述顆粒過濾器中的估計的碳煙質量值；計算所述實際碳煙質量中的變化與所述模型化碳煙質量中的變化的比值；將所述比值與校準閾值比較；和當所述比值超過所述校準閾值時執行控制動作。
全文摘要
本發明涉及用于監測車輛顆粒過濾器的再生頻率的裝置和方法。具體地，提供了一種車輛，所述車輛包括發動機、可再生的排氣流顆粒過濾器、以及主機。主機具有一對碳煙模型，其提供了關于包含在顆粒過濾器中的碳煙的相應實際和模型化碳煙質量值，計算實際碳煙質量和模型化碳煙質量中的變化的比值，以及在該比值超過校準閾值時執行控制動作。診斷代碼和/或啟用指示器裝置可以是控制動作的一部分。該系統包括上述的顆粒過濾器和主機。一種用于在車輛上使用的方法，包括分別使用第一和第二碳煙模型來確定實際和模型化碳煙質量值、計算實際碳煙質量和模型化碳煙質量中的變化的比值、將該比值與校準閾值比較、以及在該比值超過該閾值時執行控制動作。
文檔編號F01N9/00GK102345492SQ20111021321
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月28日 優先權日2010年7月28日
發明者C.J.斯塔克, R.A.厄姆克, S.L.梅爾比 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司