专利名称：目标颗粒物质过滤器再生系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及排气系统的颗粒物质过滤器的再生。
背景技术：
这里提供的背景描述用于大致提供本公开的背景的目的。目前指定的发明人的作品，在该背景部分描述的程度，以及描述的方面，在提交时绝非将其描述为现有技术，也未明示地或暗示地承认为对抗本公开的现有技术。发动机产生颗粒物质(PM)，该颗粒物质(PM)通过PM过滤器从排气过滤。PM过滤器布置在发动机的排气系统内。PM过滤器降低在燃烧期间产生的PM的排放。随着时间的推移，PM过滤器逐渐被充满。在再生期间，可在PM过滤器内燃烧PM。再生可包括将PM过滤器加热至PM的燃烧温度。存在执行再生的各种方式，包括更改发动机管理，利用燃料燃烧器，利用催化氧化剂在燃料的喷射之后提高排气温度，利用电阻加热线圈，和/或利用微波能量。作为一个示例，排气系统可包括位于发动机下游的三元催化剂转换器(TWC)，氧化催化剂(OC)和颗粒物质(PM)过滤器。来自发动机的排气经过TWC和随后的0C，然后被PM 过滤器过滤。TWC还原氮氧化物NOx，氧化一氧化碳(CO)，氧化未燃烧的碳氢化合物(HC)和挥发性有机化合物。OC氧化保留在从TWC接收的排气中的CO。继续以上示例，可推迟发动机的火花，使发动机变热，由此加热排气系统以启动PM 过滤器的再生。结果，大质量(large mass)被加热，包括发动机，TWC，OC和PM过滤器。质量可被加热至例如600-750°C的PM燃烧温度。排气系统构件的上升的温度可降低TWC和/ 或OC的操作寿命。而且，需要更多的燃料量来提供该加热。
发明内容
提供了一种再生系统，其包括颗粒物质(PM)过滤器。PM过滤器具有接收来自发动机的排气的上游端。空气泵回路将周围空气引导至PM过滤器上游的第一排气管道。控制模块确定PM过滤器的当前油烟负载水平。在当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，控制模块还实施使发动机在富燃模式(rich mode)下操作和激活空气泵回路的空气泵中的至少一个。在其它特征中，提供了一种再生方法，其包括经由PM过滤器的上游端接收排气。 确定PM过滤器的当前油烟负载水平。所述方法进一步包括在当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，实施使发动机在富燃模式下操作和激活空气泵回路中的空气泵的至少一个。本发明还涉及以下技术方案。1. 一种再生系统，包括
颗粒物质(PM)过滤器，包括从发动机接收排气的上游端； 空气泵回路，将周围空气引导至所述PM过滤器上游的第一排气管道；和控制模块
确定所述PM过滤器的当前油烟负载水平；和
在所述当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，实施使所述发动机在富燃模式下操作和激活所述空气泵回路的空气泵中的至少一个。2.根据技术方案1所述的再生系统，其特征在于，所述控制模块通过使所述发动机在富燃模式下操作和通过激活所述空气泵以将周围空气引导至氧化催化剂而使所述PM 过滤器上游的所述氧化催化剂的温度上升至再生温度。3.根据技术方案1所述的再生系统，其特征在于，在所述当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，所述控制模块使所述发动机在富燃模式下操作并激活所述空气泵。4.根据技术方案1所述的再生系统，其特征在于，所述空气泵回路包括 空气阀；
第一空气管道，连接在排气歧管和所述空气阀之间； 第二空气管道，连接在所述空气泵和所述空气阀之间；和第三空气管道，连接在所述空气阀和所述第一排气管道之间。5.根据技术方案1所述的再生系统，其特征在于，所述控制模块 确定所述PM过滤器上游的氧化催化剂的第一当前温度；和
在所述第一当前温度大于第一预先确定的温度时，实施使所述发动机在富燃模式下操作和激活所述空气泵中的至少一个。6.根据技术方案5所述的再生系统，其特征在于，所述第一预先确定的温度为一氧化碳放热温度。7.根据技术方案5所述的再生系统，其特征在于，所述控制模块 确定所述氧化催化剂的第二当前温度；和
实施使所述发动机维持在富燃模式和维持所述空气泵的激活中的至少一个，直到所述第二当前温度大于或等于第二预先确定的温度。8.根据技术方案7所述的再生系统，其特征在于，所述第二预先确定的温度为PM 放热温度。9.根据技术方案1所述的再生系统，其特征在于，所述控制模块 确定所述氧化催化剂的当前温度；和
实施使所述发动机维持在富燃模式和维持所述空气泵的激活中的至少一个，直到所述当前温度大于或等于预先确定的温度以预先确定的一段时间。10.根据技术方案9所述的再生系统，其特征在于，当所述当前温度大于或等于所述预先确定的温度以所述预先确定的一段时间时，所述控制模块使所述空气泵停止和使所述发动机在化学计量比模式下操作。11. 一种排气系统，包括技术方案1的再生系统，且进一步包括 第一三元转换器，连接在排气歧管和所述PM过滤器之间；和氧化催化剂，连接在所述第一三元转换器和所述PM过滤器之间。12.根据技术方案11所述的排气系统，其特征在于，所述排气系统包括四元转换器，所述四元转换器包括所述氧化催化剂和所述PM过滤器。
13. 一种再生方法，包括
经由颗粒物质(PM)过滤器的上游端接收排气； 确定所述PM过滤器的当前油烟负载水平；和
当所述当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，实施使发动机在富燃模式下操作和激活空气泵回路的空气泵中的至少一个。14.根据技术方案13所述的再生方法，其特征在于，包括通过使所述发动机在富燃模式下操作和通过激活所述空气泵以将周围空气引导至所述氧化催化剂而使所述PM过滤器上游的氧化催化剂的温度上升至再生温度。15.根据技术方案13所述的再生方法，其特征在于，进一步包括 确定所述PM过滤器上游的氧化催化剂的第一当前温度；和
在所述第一当前温度大于第一预先确定的温度时，实施使所述发动机在富燃模式下操作和激活所述空气泵中的至少一个。16.根据技术方案15所述的再生方法，其特征在于，所述第一预先确定的温度为
一氧化碳放热温度。17.根据技术方案15所述的再生方法，其特征在于，进一步包括 确定所述氧化催化剂的第二当前温度；和
实施使所述发动机维持在富燃模式和维持所述空气泵的激活中的至少一个，直到所述第二当前温度大于或等于第二预先确定的温度。18.根据技术方案17所述的再生方法，其特征在于，所述第二预先确定的温度为 PM放热温度。19.根据技术方案13所述的再生方法，其特征在于，进一步包括 确定所述氧化催化剂的当前温度；和
实施使所述发动机维持在富燃模式和维持所述空气泵的激活中的至少一个，直到所述当前温度大于或等于预先确定的温度以预先确定的一段时间。20.根据技术方案19所述的再生方法，其特征在于，进一步包括当所述当前温度大于或等于所述预先确定的温度以所述预先确定的一段时间时，使所述空气泵停止和使所述发动机在化学计量比模式下操作。根据以下提供的说明书，本公开的其它应用领域将变得明显。应理解，说明书和具体举例仅意图用于说明的目的，并非意图限制本公开的范围。
本文描述的图形仅仅用于图示目的，并不意图以任何方式限定本公开的范围。图1是根据本公开的实施例的包含再生系统的示范性发动机系统的功能框图； 图2是根据本公开的实施例的另一发动机系统和相应的再生系统的功能框图3是发动机和相应的排气系统的热视图4是根据本公开的实施例操作的图3的发动机和相应的排气系统的热视图； 图5是根据本公开的实施例的放热的排气图；和
图6A和6B是图示根据本公开的实施例的冷启动和再生方法的逻辑流程图。
具体实施例方式以下描述在本质上仅仅是示例性的，并且绝不意图限制本公开，其应用或用途。为了清楚，在附图中使用相同的标号来表示相似的元件。如本文所用，短语A，B和C中的至少一个应被理解为表示逻辑(A或B或C)，使用的是非排他的逻辑或。应该懂得，方法中的步骤可以以不同的顺序执行，而不改变本公开的原理。如本文所用，术语模块指专用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的，专用的，或成组的)和存储器(共用的，专用的，或成组的)，组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其它合适的构件。在图1中，示意性地图示了包括再生系统12的示范性发动机系统10。在再生期间， 再生系统12通过将PM过滤器14直接地加热到再生温度，将排气系统16的颗粒物质(PM) 过滤器14作为目标。执行PM过滤器14的加热，而不使发动机18和/或PM过滤器14上游的排气系统16的构件的温度上升超过正常的操作温度(例如对于发动机93-121 和对于PM过滤器上游的排气系统的构件200-300°C )。尽管发动机系统10显示为火花点火发动机，但发动机系统10是作为示例而被提供的。再生系统12可在各种其它发动机系统上执行，诸如柴油发动机系统。发动机系统10包括燃烧空气和燃料混合物以产生驱动扭矩的发动机18。空气通过经由空气过滤器20进入发动机18。空气经过空气过滤器20，并可被抽吸进入涡轮增压器22。在包括涡轮增压器22时，涡轮增压器22压缩新鲜空气。压缩越大，发动机18的输出越大。在包括空气冷却器M时，在进入进气歧管沈之前，压缩空气经过空气冷却器24。进气歧管沈内的空气被分配进入气缸28。通过燃料喷射器30将燃料喷射进入气缸观。火花塞32点燃气缸观内的空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧产生排气。排气离开气缸观进入排气系统16。再生系统12包括排气系统16和控制模块40。排气系统16包括控制模块40，排气歧管42，第一三元转换器(TWC)44，四元转换器(FWC)46和空气泵回路48。可选地，EGR 阀(未显示)再循环排气的一部分，使其回到进气歧管沈中。剩余的排气被引导进入涡轮增压器22以驱动涡轮机。涡轮机有利于从空气过滤器20接收的新鲜空气的压缩。排气从涡轮增压器22流经第一 TWC44并进入FWC46。第一 TWC44还原氮氧化物NOx，氧化一氧化碳(CO)并氧化未燃烧的碳氢化合物 (HC)和挥发性有机化合物。第一 TWC44基于后燃烧空气/燃料比氧化排气。氧化的量提高排气的温度。FWC46包括PM过滤器14，壳体48，氧化催化剂(OC)(紧密耦合催化剂)和/或第二 TWC50。PM过滤器14和第二 TWC50被布置在壳体48内并具有相应的上游和下游端。第二 TWC50可以通过接触PM过滤器14或可以与PM过滤器14分离开一个间隙G，以改变在 PM过滤器14和第二 TWC50之间的排气的流量。第二 TWC50还氧化余留在从第一 TWC44接收的排气中的CO以产生C02。第二 TWC50也可以还原氮氧化物NOx并氧化未燃烧的碳氢化合物(HC)和挥发性有机化合物。PM过滤器14接收来自第二 TWC50的排气并过滤存在于排气中的任何油烟颗粒。空气泵回路48包括第一空气管道60，空气阀62，第二空气管道64，空气泵65，和第三空气管道66。第一空气管道60连接在排气歧管42和空气阀62之间。第一空气管道60可以直接连接到排气歧管42或连接到第一 TWC44上游的排气管道，诸如连接到在排气歧管42和涡轮22之间的排气管道68或涡轮22和第一 TWC44之间的排气管道70。第二空气管道64连接在空气阀62和空气泵65之间。第三空气管道66连接在空气阀62和FWC46 之间。第三空气管道66可以连接到第一 TWC44和FWC46之间的排气管道72。空气阀62具有两个操作位置和相应模式。在第一模式期间，空气阀62在第一位置。第一模式可以称为冷启动模式。在第一模式时，利用空气泵65将周围的空气引导到第一空气管道60。周围的空气可以被引导到排气歧管42和/或发动机18的排气阀。在第二模式期间，空气阀62在第二位置。第二模式可以称为再生模式或富燃操作模式。在再生模式和富燃操作模式期间，周围的空气利用空气泵65被引导到第三空气管道和/或排气管道66、72。控制模块40基于各种传感的信息和油烟负载控制发动机18，空气阀62的位置，空气泵65，和PM过滤器再生。更具体地，控制模块40估计PM过滤器14的负载。在估计的负载在预先确定的水平和/或排气流率在理想的范围内时，控制发动机18的操作，空气阀62 的位置，和空气泵65的状态以启动再生过程。可以基于在PM过滤器14内的PM的估计量来改变再生过程的持续时间。在再生期间，使发动机18在富燃模式下操作并且周围空气被引导到第三空气管道和排气管道66、72以将第二 TWC50加热达到再生温度。可以基于计时器73，使发动机18 在富燃模式下操作并且可以将周围的空气引导到第三空气管道和排气管道66、72。计时器 73可以是控制模块40的一部分或可以是独立的计时器，如图所示。通过利用经过PM过滤器14的加热的排气产生的热，实现剩余的再生过程。以上系统可以包括传感器80，其用于确定排气流量水平，排气温度水平，排气压力水平，氧水平，进气流率，进气压力，进气温度，发动机速度，EGR等。显示了排气流量传感器 82，排气温度传感器83，排气压力传感器85，氧传感器88，EGR传感器90，进气流量传感器 92，进气压力传感器94，进气温度传感器96，和发动机速度传感器98。第一排气流量、压力和/或温度传感器100可以连接到第一空气管道60并且在第一 TWC44的上游。第二排气流量、压力和/或温度传感器102可以连接到排气管道72并且在第一 TWC44与FWC46之间。第三排气流量、压力和/或温度传感器104可以连接到FWC46。 第三排气传感器104可以检测例如间隙G中的排气的温度。基于来自传感器80和第一、第二和第三传感器100、102、104的信息，控制模块40可以在冷启动模式、富燃模式和再生模式下操作发动机18和排气系统16。在图2中，显示了另一发动机系统10’和相应的再生系统12’的功能框图。发动机系统10’可以是发动机系统10的一部分。再生系统12’包括发动机18，排气系统16’和空气泵回路48’。发动机18可以是例如火花点火式或柴油发动机。排气系统16’包括排气歧管42，，第一 TWC44，，排气管道72，和FWC46。空气泵回路48，包括空气阀62，，空气泵 65，，以及第一，第二和第三空气管道60，，64，，66，。再生系统12’还包括基于来自第一、第二、第三和第四流量、压力和/或温度排气传感器100、102、104、106的信息，控制发动机18、空气阀62，和空气泵65，的操作的控制模块40’。第一排气传感器100连接在第一 TWC44’的上游，在排气歧管42’上或在排气歧管42’与第一 TWC44’之间的排气管道110上。第二排气传感器102连接到排气管道72’。第三排气传感器104连接到FWC46。第四排气传感器106连接到FWC46的下游的排气管道 112。在图3中，显示了发动机150和相应的排气系统152的热视图。该热视示了在利用例如火花推迟以加热FWClM的PM过滤器而执行再生时，发动机150和排气系统152 的加热。排气系统152包括左侧156和右侧158，左侧156和右侧158包括各自的左和右排气管道160，162和TffC 164,166。Y形部件170连接在TffC 164,166和FffC 154之间。为了使FWC154的OC的温度上升到再生温度，推迟火花并增加供应到发动机150 的燃料。增加供应的燃料量以维持化学计量比并加热大质量。大质量指发动机150，左和右侧156，158，Y形部件170和FffCl540散热器172的温度也上升。用于增加FffC 154的OC 的温度的图3的方法，增加FWC154的上游的构件的温度和降低燃料经济性，效率低。本文描述的目标PM过滤器加热技术在没有增加发动机和PM过滤器壳体和/或 FffC的上游的排气构件的温度的情况下，提供燃料有效率的PM过滤器的再生。在图4中显示了该减少的加热的示例。在图4中，显示基于本文描述的目标PM过滤器方法操作的发动机150和相应的排气系统152的热视图。在再生之前和在再生期间，将FWClM加热到再生温度。FWClM可以是唯一的温度上升到再生温度的排气构件。发动机150，左和右侧156，158，排气管道160， 162，TWC164，166，Y形部件170和散热器172保持在正常的操作温度。结果，FWC154和/或 FWC154的OC和PM过滤器作为目标上升到再生温度。FWClM可以利用以下描述的图6A和 6B的方法被设为目标。在图5中，显示了放热排气图。为在PM过滤器200中启动颗粒的再生，可使发动机在富燃模式下操作。富燃模式指使发动机以浓于化学计量比的空气/燃料比操作。在发动机以富燃模式操作时，排气系统内的氧减少。由于排气系统内氧水平减少，所以周围空气被泵入排气系统，以允许例如FWC中的0C202将CO转换为二氧化碳(CO2)。该转换导致 0C202的温度上升。0C202接收热能量和排气，包括来自发动机的燃烧产物，诸如氢气(H2)，碳氢化合物(HC)，和一氧化碳忙0)。0C202还接收来自空气泵的氧(O2)。0C202氧化CO和HC，且温度上升，其启动大量的放热反应，该反应传至PM过滤器200并一边燃烧PM过滤器200中的 PM—边沿PM过滤器200移动。0C202的温度上升至再生温度。快速的转换器起燃提供减少的冷启动排放。这通过本文描述的目标PM过滤器实施例提供。在图6A和6B中，显示了图示冷启动和再生方法的逻辑流程图。尽管主要参照图 1、2、4和5的实施例描述该方法，但该方法可用于本公开的其它实施例。该方法可在300开始。以下描述的控制可通过图1和2的控制模块40、40’中的一个执行。在301，产生传感器信号。传感器信号可包括排气流量信号、排气温度信号、排气压力信号、氧信号、进气流量信号、进气压力信号、进气温度信号、发动机速度信号、EGR信号等，可通过图1和2的以上描述的传感器80和100-106产生这些信号。在302，控制确定是否OC和/或FWC (例如第二 TWC50的OC和FWC46)的当前温度 Tre低于CO放热温度TroEx(第一预先确定的温度)。在一个实施例中，⑶放热温度Ttoex为 2500C。在另一实施例中，CO放热温度ΤωΕχ为300°C。例如可基于来自排气传感器104的信息和/或利用等式1和2确定温度T『Tstart为OC和/或FWC的开始温度。EAddedMass为例如提供给OC的C0、H2*HC的质量。HL为OC的加热损耗。K为恒定值。I7e为排气流量， 其可为质量空气流量和供应给发动机的气缸(例如气缸观)的燃料量的函数。质量空气流量可通过质量空气流量传感器(诸如进气流量传感器92)确定。
权利要求
1.一种再生系统，包括颗粒物质(PM)过滤器，包括从发动机接收排气的上游端； 空气泵回路，将周围空气引导至所述PM过滤器上游的第一排气管道；和控制模块确定所述PM过滤器的当前油烟负载水平；和在所述当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，实施使所述发动机在富燃模式下操作和激活所述空气泵回路的空气泵中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述控制模块通过使所述发动机在富燃模式下操作和通过激活所述空气泵以将周围空气引导至氧化催化剂而使所述PM过滤器上游的所述氧化催化剂的温度上升至再生温度。
3.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，在所述当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，所述控制模块使所述发动机在富燃模式下操作并激活所述空气泵。
4.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述空气泵回路包括 空气阀；第一空气管道，连接在排气歧管和所述空气阀之间； 第二空气管道，连接在所述空气泵和所述空气阀之间；和第三空气管道，连接在所述空气阀和所述第一排气管道之间。
5.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述控制模块 确定所述PM过滤器上游的氧化催化剂的第一当前温度；和在所述第一当前温度大于第一预先确定的温度时，实施使所述发动机在富燃模式下操作和激活所述空气泵中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的再生系统，其特征在于，所述第一预先确定的温度为一氧化碳放热温度。
7.根据权利要求5所述的再生系统，其特征在于，所述控制模块 确定所述氧化催化剂的第二当前温度；和实施使所述发动机维持在富燃模式和维持所述空气泵的激活中的至少一个，直到所述第二当前温度大于或等于第二预先确定的温度。
8.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述控制模块 确定所述氧化催化剂的当前温度；和实施使所述发动机维持在富燃模式和维持所述空气泵的激活中的至少一个，直到所述当前温度大于或等于预先确定的温度以预先确定的一段时间。
9.一种排气系统，包括权利要求1的再生系统，且进一步包括 第一三元转换器，连接在排气歧管和所述PM过滤器之间；和氧化催化剂，连接在所述第一三元转换器和所述PM过滤器之间。
10.一种再生方法，包括经由颗粒物质(PM)过滤器的上游端接收排气； 确定所述PM过滤器的当前油烟负载水平；和当所述当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，实施使发动机在富燃模式下操作和激活空气泵回路的空气泵中的至少一个。
全文摘要
本发明涉及一种目标颗粒物质过滤器再生系统。具体而言，再生系统包括颗粒物质(PM)过滤器。PM过滤器具有从发动机接收排气的上游端。空气泵回路将周围空气引导至PM过滤器上游的第一排气管道。控制模块确定PM过滤器的当前油烟负载水平。在当前油烟负载水平大于预先确定的油烟负载水平时，控制模块实施使发动机在富燃模式下操作和激活空气泵回路的空气泵中的至少一个。
文档编号F01N3/035GK102191981SQ20111005862
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月11日 优先权日2010年3月12日
发明者V. 冈策 E., G. 桑托索 H., J. 小帕拉托尔 M. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司