控制颗粒过滤器的方法与流程

本发明涉及控制内燃发动机的颗粒过滤器的方法，所述内燃发动机通常为机动车辆的内燃发动机。

背景技术：

传统的内燃发动机可配备有颗粒过滤器，颗粒过滤器位于发动机的排气管中，以保持和移除来自排气的烟灰。在发动机的正常操作期间，电子控制单元(ECU)通常提供用于估计贮存在颗粒过滤器中的烟灰总量，并且用于在烟灰总量超过其最大许可量时，致动颗粒过滤器的再生。再生通常通过以这样的方式操作内燃发动机实现，即提高颗粒过滤器的温度达触发积聚的烟灰燃烧的值。

为了估计贮存在颗粒过滤器中的烟灰总量，ECU需要获知在最近的再生结束时仍然存在于颗粒过滤器中的残余烟灰量。该残余烟灰量可通过ECU以多种不同方式确定，其中一种方式提供用于在再生期间确定颗粒过滤器的入口处的排气温度和排气质量流量。这些参数然后用作校准模型的输入，该校准模型作为输出提供颗粒过滤器的内部温度估计。所估计的温度最终被用于估计残余烟灰量。但是，由校准模型提供的温度估计可能受并非总是可忽略的误差范围的影响，其结果是，有时残余烟灰量值的估计和相关的烟灰总量的估计不完全可靠。

为了补偿这一不可靠性，触发颗粒过滤器的再生的最大烟灰许可水平必须保持相对小，由此避免烟灰的不可控燃烧，但是，同时增加了再生的次数并且因而增加燃料消耗和机油稀释。

技术实现要素：

本发明提供一种用于改善残余烟灰量估计可靠性的技术方案，并且因而获得以简单、合理并且更廉价的技术方案对颗粒过滤器再生的更好的管理。该技术方案的一个实施例提供一种在颗粒过滤器再生期间控制内燃发动机的颗粒过滤器的方法。在再生期间，确定颗粒过滤器的出口处的排气温度值，并且基于测得的颗粒过滤器的出口处的排气温度值估计贮存在颗粒过滤器中的残余烟灰量值。通过计入颗粒过滤器的出口处的排气温度，所提出的技术方案提供贮存在该部件中的残余烟灰量的更可靠估计，这表明再生的更精确的管理。特别地，残余烟灰量估计的提高的可靠性提高了触发再生的最大许可水平，由此减少了再生总数量，并因此降低了燃料消耗和机油稀释。

根据该方法的一个方面，残余烟灰量值的估计可在再生期间确定颗粒过滤器的入口处的排气质量流量值和颗粒过滤器的入口处的排气温度值。基于确定的颗粒过滤器的入口处的排气质量流量值、确定的颗粒过滤器的入口处的排气温度值以及确定的颗粒过滤器的出口处的排气温度值估计颗粒过滤器的内部温度值。残余烟灰量值基于估计的颗粒过滤器的内部温度值确定。颗粒过滤器的内部温度的初步估计提高整个策略的可靠性。

特别地，残余烟灰量值的确定可使用估计的颗粒过滤器的内部温度值作为校准模型或校准图的输入，该校准模型或校准图得出相应的残余烟灰量值作为输出。本发明的该方面允许通过最小的计算工作量确定残余烟灰量。

根据该方法的一个方面，颗粒过滤器的内部温度值的估计可基于确定的颗粒过滤器的入口处的排气质量流量值和确定的颗粒过滤器的入口处的排气温度值确定颗粒过滤器的内部温度基值。确定的颗粒过滤器的出口处的排气温度值和确定的颗粒过滤器的内部温度基值之间的差值被确定。颗粒过滤器的内部温度基值基于该计算的差值来校正。本发明的该方面允许实施本策略作为传统过程的调整。

特别地，确定颗粒过滤器的内部温度基值可使用确定的颗粒过滤器的入口处的排气质量流量值和确定的颗粒过滤器的入口处的排气温度值作为校准模型或校准图的输入，该校准模型或校准图得出作为输出的相应的颗粒过滤器的内部温度基值。本发明的该方面允许通过最小的计算工作量确定颗粒过滤器的内部温度基值。

根据本发明的另一方面，颗粒过滤器的内部温度基值的校正可基于计算的差值确定颗粒过滤器的内部温度的校正值。确定的校正值被增加到颗粒过滤器的内部温度基值。本发明的该方面提供用于估计可靠的颗粒过滤器的内部温度值的有效技术方案。

特别地，颗粒过滤器的内部温度的校正值的确定可使用计算的差值作为校准模型或校准图的输入，该校准模型或校准图作为输出得出相应的颗粒过滤器的内部温度校正值。本发明的该方面允许通过最小的计算工作量确定颗粒过滤器的内部温度校正值。

本方法的一个实施例可在估计的残余烟灰量值等于或小于其预定阈值的情况下结束颗粒过滤器的再生。该实施例提供用于在颗粒过滤器的烟灰清空或基本清空时结束再生的可靠标准。

本方法的另一实施例可估计再生后积聚在颗粒过滤器中的烟灰量值。以估计的积聚的烟灰量值和估计的残余烟灰量值的和计算贮存在颗粒过滤器中的总烟灰量值。如果计算的总烟灰量值等于或大于其预定阈值，则开始颗粒过滤器的另一个再生。该实施例提供用于在颗粒过滤器充满或几乎充满烟灰时重复再生的可靠标准。

本技术方案还可体现为计算机程序的形式，该计算机程序包括计算机编码，该计算机编码在计算机上运行时用于执行上述方法，或体现为计算机程序产品的形式，该计算机程序产品包括计算机程序存储其上的载体。另一个实施例可提供电磁信号，该电磁信号被调制用于输送代表计算机程序的一系列数据字节。再一个实施例可提供装备有颗粒过滤器和电子控制单元的内燃发动机，该电子控制单元配置为实行上面所述方法的步骤。

本发明的另一实施例提供用于控制内燃发动机的颗粒过滤器的设备，包括电子控制单元或其它器件，该电子控制单元或其它器件配置为执行颗粒过滤器再生，在再生期间确定颗粒过滤器的出口处的排气温度值，并且基于测得的颗粒过滤器的出口处的排气温度值估计贮存在颗粒过滤器中的残余烟灰量值。

该技术方案的该实施例基本上获得了上述方法的相同效果，特别地，获得了提高残余烟灰量估计可靠性并且因而改善颗粒过滤器的再生的管理的效果。

根据该设备的一方面，估计残余烟灰量值，并且可包括电子控制单元或其它器件，该电子控制单元或其它器件进一步配置为在再生期间确定颗粒过滤器的入口处的排气质量流量值和颗粒过滤器的入口处的排气温度值，并且基于确定的颗粒过滤器的入口处的排气质量流量值、确定的颗粒过滤器的入口处的排气温度值和确定的颗粒过滤器的出口处的排气温度值，估计颗粒过滤器的内部温度值。基于估计的颗粒过滤器的内部温度值，确定残余烟灰量值。

颗粒过滤器的内部温度的预先估计提高整个策略的可靠性。特别地，电子控制单元或其它器件可配置为使用估计的颗粒过滤器的内部温度值作为校准模型或校准图的输入，该校准模型或校准图作为输出得出相应的残余烟灰量值。本发明的该方面允许通过最小的计算工作量确定残余烟灰量。

根据本设备的另一方面，颗粒过滤器的内部温度值的估计可通过电子控制单元或其它器件实行，该电子控制单元或其它器件配置为基于确定的颗粒过滤器的入口处的排气质量流量值和确定的颗粒过滤器的入口处的排气温度值确定颗粒过滤器的内部温度基值，计算确定的颗粒过滤器的出口处的排气温度值和确定的颗粒过滤器的内部温度基值之间的差值，并且基于该计算的差值校正颗粒过滤器的内部温度基值。本发明的该方面允许实施本策略作为传统过程的调整。

特别地，电子控制单元或其它器件可配置为使用确定的颗粒过滤器的入口处的排气质量流量值和确定的颗粒过滤器的入口处的排气温度值作为校准模型或校准图的输入，该校准模型或校准图作为输出得出相应的颗粒过滤器的内部温度基值。本发明的该方面允许通过最小的计算工作量确定颗粒过滤器的内部温度基值。

根据本方法的另一方面，校正颗粒过滤器内部的温度基值可通过电子控制单元或其它器件实行，该电子控制单元或其它器件配置为基于计算的差值确定颗粒过滤器的内部温度校正值，并且将确定的温度校正值增加到颗粒过滤器的内部温度基值。本发明的该方面提供用于估计可靠的颗粒过滤器的内部温度值的有效技术方案。

特别地，确定颗粒过滤器的内部温度校正值可通过电子控制单元或其它器件实行，该电子控制单元或其它器件配置为使用计算的差值作为校准模型或校准图的输入，该校准模型或校准图作为输出得出相应的颗粒过滤器的内部温度校正值。本发明的该方面允许通过最小的计算工作量确定颗粒过滤器的内部温度校正值。

在本设备的一个实施例中，电子控制单元可进一步配置为在估计的残余烟灰量值等于或小于其预定阈值的情况下结束颗粒过滤器的再生。该实施例提供用于在颗粒过滤器的烟灰清空或基本清空时结束再生的可靠标准。

在本设备的另一实施例中，电子控制单元或其它器件可配置为估计再生后积聚在颗粒过滤器中的烟灰量值，以估计的积聚烟灰量值和估计的残余烟灰量值的和计算贮存在颗粒过滤器中的烟灰的总量值，并且如果计算的烟灰总量值等于或大于其预定阈值则开始颗粒过滤器的另一个再生。该实施例提供用于在颗粒过滤器充满或几乎充满烟灰时重复再生的可靠标准。

附图说明

本发明将在后文结合下面的附图进行描述，其中相同的附图标记表示相同的元件。

图1显示了汽车系统；

图2是属于图1的汽车系统的内燃发动机的剖视图；

图3是控制联接到内燃发动机的颗粒过滤器的方法的流程图；和

图4是估计颗粒过滤器内部的残余烟灰量的方法的流程图；

图5显示了汽车系统；

图6是属于图5的汽车系统的内燃发动机的剖视图；

图7是阀升随曲柄角度变化的曲线图；

图8是温度和变化BSFC随曲柄角度变化的曲线图；

图9是变化BSFC随变化温度变化的曲线图；

图10是BSFC随温度变化的曲线图；

图11是操作内燃发动机的方法的流程图。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅为示例性的，不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。而且，不旨在受存在于前面本发明的背景技术或下面的详细描述中的任何理论制约。

一些实施例可包括图1和2中所示的汽车系统100，汽车系统100包括内燃发动机(ICE)110，内燃发动机110具有发动机机体120，发动机机体120限定至少一个汽缸125，汽缸125具有活塞140，活塞140联接用于使曲轴145旋转。汽缸盖130与活塞140配合，以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)布置在燃烧室150中并且点燃，导致排气热膨胀，造成活塞140往复运动。燃料由至少一个燃料喷嘴160提供，并且空气经由至少一个进气端口210提供。燃料被在高压力下从燃料轨170提供给燃料喷嘴160，燃料轨170与高压燃料泵180流体连通，高压燃料泵180提高从燃料源190接收的燃料的压力。汽缸125中的每一个具有至少两个阀215，所述至少两个阀215由凸轮轴135致动，所述凸轮轴135在时间上与曲轴145一起旋转。阀215选择地允许空气从端口210进入燃烧室150中，并且交替地允许排气通过端口220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可选择地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。

空气可被通过进气歧管200分配到进气端口210。进气管205可将空气从周围环境提供给进气歧管200。在其他实施例中，可提供节气门本体330来调节进入歧管200中的空气流动。在又一些其它实施例中，可提供强制通风系统，例如涡轮增压器230，其具有旋转地连接到涡轮机250的压缩机240。压缩机240的旋转提高管道205和歧管200中的空气的压力和温度。布置在管道205中的中间冷却器260可降低空气的温度。涡轮机250通过从排气歧管225接收排气而旋转，排气歧管225将排气从排气端口220引导，并且在通过涡轮机250膨胀之前，经过一系列叶片。该示例显示了可变几何涡轮(VGT)，其具有VGT致动器290，布置用于使叶片运动，以改变排气通过涡轮机250的流动。在其它实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何形状的和/或包括废气门。

排气离开涡轮机250，并且被引导到排气系统270中。排气系统270可包括排气管275，排气管275具有一个或多个后处理装置。后处理装置可包括颗粒过滤器280，颗粒过滤器280位于排气管275中，用于捕集并且因而移除来自排气的烟灰。在一些实施例中，颗粒过滤器280可涂覆有选择性还原催化剂，由此获得单个后处理装置，传统地称为选择性催化还原过滤器(SCRF)，其能够捕集烟灰，同时将包含在排气中的NOx转化为自然氮气和水。

在颗粒过滤器280上游可能具有其它后处理装置285，其配置为改变排气的组分。一些示例包括但不限于催化转化器(两通或三通)、氧化催化器、贫燃NOx捕集器和碳氢化合物吸收器。其它实施例可包括排气再循环(EGR)系统300，其联接在排气歧管225和进气歧管200之间。EGR系统300可包括EGR冷却器310，用于降低EGR系统300中的排气的温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气的流动。

汽车系统100可进一步包括电子控制单元(ECU)450，其与和ICE 110相关联的一个或多个传感器和/或装置通信。ECU 450可接收来自各个传感器的输入信号，所述传感器配置为产生与ICE 110相关联的各个物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和油温度及液面高度传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440以及油门踏板位置传感器445。而且，ECU 450可产生输出信号到各个控制装置，所述控制装置设置为控制ICE 110的操作，ICE 110包括但不限于燃料喷嘴160、节气门本体330、EGR阀320、VGT致动器290和凸轮相位器155。应注意，虚线被用于表示ECU 450和各个传感器与装置之间的通信，但是一些为了清楚被省略。

现在转到ECU 450，该设备可包括数字中心处理单元(CPU)，其与存储系统和接口总线通信。CPU配置为执行作为程序存储在存储系统460中的指令，并且向接口总线发送信号和/或从接口总线接收信号。存储系统460可包括各种存储类型，包括光学存储器、磁存储器、固态存储器和其他非易失性内存。接口总线可配置为向各个传感器和控制装置发送、从各个传感器和控制装置接收以及调制模拟和/或数字信号。程序可体现本文公开的方法，允许CPU执行这样的方法的步骤，并且控制ICE 110。

存储在存储系统460中的程序被从外部经由线缆或以无线方式传输。在汽车系统100之外，其通常作为计算机程序产品可见，该计算机产品在本领域中也叫做计算机可读介质或机器可读介质，并且应可理解为存放在载体上的计算机程序，所述载体本质上为暂时性的或非暂时性的，因此计算机程序产品本质上可被认为是暂时性的或非暂时性的。

暂时性计算机程序产品的示例是信号，例如电磁信号(如光信号)，其是用于计算机程序编码的暂时载体。传送这样的计算机程序编码可通过传统的调制技术，例如用于数字数据的QPSK调制信号实现，以使代表所述计算机编码的二进制数据传递在暂时性电磁信号上。这样的信号例如经由到膝上电脑的WiFi连接以无线方式传输计算机程序编码时被利用。

在非暂时性计算机程序产品的情况下，计算机程序编码体现在有形存储介质中。该存储介质于是为上面提到的非暂时性载体，以使计算机程序编码永久地或非永久地以可获取方式存储在该存储介质中或上。存储介质可以是计算机技术中已知的传统类型，例如闪存、Asic、CD等。

代替ECU 450，汽车系统100可具有用于提供电子逻辑的不同类型的处理器，例如嵌入控制器、车载计算机或可在车辆中配备的任何处理模块。

为了操作ICE 110，ECU450通常配置为确定待喷射到燃烧室150中的燃料量，然后因此命令燃料喷射器160。在正常情况下，ECU 450可特别地配置为根据贫燃(lean combusion)模式喷射燃料到燃烧室150中，这意味着燃料喷射量确定为使得进入燃烧室150的空气/燃料比值大于1。在ICE 110以这一正常状态操作时，包含在排气中的烟灰逐渐地被捕集并且积聚在颗粒过滤器280内部。当积聚在颗粒过滤器280中的烟灰超过其最大许可量时，ECU 450通常配置为执行颗粒过滤器280的再生，以移除至少部分积聚的烟灰。

再生通常提供用于ECU 450来将颗粒过滤器280的温度提高至能够触发积聚的烟灰燃烧的值，积聚的烟灰因此被逐渐排出。特别地，颗粒过滤器280的温度可通过升高流动通过其中的排气的温度来提高，例如通过根据富燃(rich combusion)模式操作ICE 110，富燃模式意味着燃料喷射量被确定为使得进入燃烧室150的空气/燃料比值小于1。当再生终结时，在正常状态下ECU 450返回以操作ICE 110。

鉴于上述内容，在ICE 110操作期间，颗粒过滤器280经过贮存阶段和再生的交替，在贮存阶段期间，颗粒过滤器280积聚烟灰，在再生期间，颗粒过滤器280释放贮存的烟灰。为了控制贮存阶段和再生的该交替的正时，ECU 450可配置为施行图3的流程图中图示的控制策略。

在任何再生期间，ECU 450可特别地配置为估计(框S100)仍包含在颗粒过滤器280中的残余烟灰量值RSQ。该估计可通过ECU 450以图4中图示的过程步骤执行。作为第一步，ECU 450可确定(框S105)颗粒过滤器280的出口处的排气温度值T_out。举个例子，如图1中所示，温度值T_out可借助位于颗粒过滤器280的出口处的排气管275中的温度传感器500测量。进而，ECU 450可配置为确定(框S110)颗粒过滤器280的入口处的排气温度值T_in，和颗粒过滤器280的入口处的排气质量流量值F_in(框S115)。举个示例，温度值T_in可借助位于颗粒过滤器280的入口处的排气管275中的第二温度传感器505测量。另一方面，质量流量值F_in可根据一些发动机操作参数来计算，所述操作参数包括例如发动机速度(即曲轴145的旋转速度)和/或发动机负荷(即燃料喷射量)。

颗粒过滤器280的入口处的排气温度值T_in和质量流量值F_in可由ECU450使用，来确定(框S120)颗粒过滤器280的内部温度基值T_bv。特别地，基值T_bv可借助于校准模型或校准图确定，该校准模型或校准图接收确定的排气质量流量值F_in和确定的排气温度值T_in作为输入，并且得出相应的颗粒过滤器280的内部温度基值T_bv作为输出。校准模型或校准图可通过在测试台上执行的并且基于颗粒过滤器280的入口处的化学物质的研究的实验活动来确定。该校准模型或校准图可然后存储在存储系统460中。

之后，ECU 450可配置为计算(框S125)确定的颗粒过滤器280的出口处的排气温度值T_out和确定的颗粒过滤器280的内部温度基值T_bv之间的差值E。该差值E可然后被用于确定(框S130)颗粒过滤器280的内部温度校正值T_corr。特别地，校正值T_corr可借助于校准模型或校准图确定，校准模型或校准图接收计算的差值E作为输入，并且得出相应的颗粒过滤器280的内部温度校正值T_corr作为输出。该校准模型或校准图可通过在测试台上执行的实验活动来确定，以确定排气的温度在颗粒过滤器280内部怎样改变。该校准模型或校准图可然后存储在存储系统460中。

校正值T_corr可随后被用于校正(框S135)基值T_bv，以获得估计的颗粒过滤器280的内部温度值T_es。举个示例，校正可提供用于将校正值T_corr增加到基值T_bv，由此通过以下方程计算估计的颗粒过滤器280的内部温度值T_es：

T_es＝T_bv+T_corr

之后，ECU 450可配置为基于估计的颗粒过滤器温度值T_es确定(框S140)估计的颗粒过滤器280的内部残余烟灰量值RSQ。特别地，值RSQ可借助校准模型或校准图确定，校准模型或校准图接收估计的颗粒过滤器温度值T_es作为输入，并且得出相应的颗粒过滤器280的内部残余烟灰量值RSQ作为输出。校准模型或校准图可通过在测试台上执行的实验活动确定，然后存储在存储系统460中。

残余烟灰量值RSQ的估计可随时间周期性地重复，只要颗粒过滤器280的再生在进行。当再生结束时，获得(记录)最近的估计的残余烟灰量值RSQ，并且在颗粒过滤器280的随后的贮存阶段期间被使用，如将在后文说明的。

关于这点，一些实施例可规定，一旦估计的残余烟灰量值等于或小于其预定阈值，则ECU 450结束颗粒过滤器280的再生，其中，该阈值可以是校准参数，该校准参数代表颗粒过滤器280清空或基本清空的状态。一些其它实施例可提供其它标准给ECU 450以结束再生。例如，ECU 450可在自开始后预定时间之后、或当指示颗粒过滤器280清空或基本清空的其它状态出现时，结束再生。一些其它实施例还规定，当颗粒过滤器280没有完全清空时，ECU 450可以提早结束(中断/中止)再生。这可例如在ICE 110的操作状态没有确保再生能够有效和安全地完成时发生。

在任何情况下，在颗粒过滤器280再生后的贮存阶段期间，ECU 450可配置为计算(图3的框S200)贮存在颗粒过滤器280中的烟灰总量值OSQ。该计算可提供给ECU 450来估计(框S300)自贮存阶段开始(或自最近的再生结束)已经积聚在颗粒过滤器280中的相对烟灰量值ASQ，并且将该值ASQ与最近的残余烟灰量值RSQ(其在最近的正在进行的再生结束之前被估计)相加：

OSQ＝RSQ+ASQ.

计算的值OSQ可与其阈值OSQ_th相比较(框S400)，其中该阈值OSQ_th可以是代表可贮存在颗粒过滤器280内部的最大烟灰许可量的校准参数。该校准参数可存储在存储系统460中。如果计算的值OSQ小于阈值OSQ_th，则ECU 450可操作ICE 110以继续颗粒过滤器280的贮存阶段，并且重复值OSQ的计算。如果相反地，计算的值OSQ等于或大于阈值OSQ_th，则ECU 450可操作ICE 110以开始新的颗粒过滤器280的再生，并且重复之前所述的控制方法。

虽然已经在前面详细描述中提出了至少一个示例性实施例，但是应意识到存在大量的变形形式。还应意识到，一个或多个示例性实施例仅为示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、应用或结构。而且，前面的详细描述将提供给本领域技术人员实施示例性实施例的方便的路径图，应可理解，可在示例性实施例中描述的元件的功能和布置方面做出多种改变，而不偏离所附权利要求及其法律等同物中提出的本发明的范围。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年8月13日提交的英国专利申请No.GB1514398.5的优先权，该申请在此以引用的方式以其全文并入本文中。