在微粒过滤器处泄漏检测的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及在内燃机一一比如汽油机一一中连接的微粒过滤器处泄漏检测的系统和方法。
【背景技术】
[0002]微粒(例如，烟粒)作为一些燃烧过程的副产物可在内燃机中形成。例如，微粒可以在高的发动机转速或高的发动机负荷下在排气中形成。微粒的形成也可以与将燃料直接喷射入发动机气缸中有关。可以在排气管道中使用微粒过滤器，以便保留微粒并减少烟粒排放物。随着时间的推移，微粒在过滤器内累积，这降低了通过排气系统的排气流速率并产生发动机背压，其可降低发动机效率和燃料经济性。为了降低背压，过滤器可以间歇地再生燃尽累积的烟粒。然而，即使利用间歇性再生，微粒过滤器可能退化并通过尾管将微粒泄露至大气中。
[0003]测定微粒过滤器是否正在泄露的一种方式是通过使用压力传感器，如Yamakawa等在EP 2690263中所示的。其中，微粒过滤器的上游侧的压力值和微粒过滤器的下游侧的压力值被傅里叶变换，并且被比较，从而检测在微粒过滤器上沉积的微粒的量。然后，基于该比较确定过滤器的健康情况。测定微粒过滤器是否正在泄露的另一种方式是Yadav等在US 2012/0125081中所示的。其中，微粒物质的累积基于与温度传感器连接的微粒传感器和过滤器下游的排气管道中放置的流速传感器测定。针对微粒传感器输入值和微粒传感器温度，控制器测定微粒过滤器诊断值。预定时间内微粒过滤器诊断值高于特定值表明微粒过滤器正在泄露烟粒至排气。
[0004]然而，本文发明人已经鉴定了使用这样方法的潜在问题。作为一个实例，在Yamakawa的方法中，可能存在与增加压力传感器至排气系统相关的额外成本。此外，压力传感器在排气系统的苛刻条件中可能不是耐用的，需要频繁更换。进一步，上游和下游压力传感器之间的压力差可能需要是明显不同的以指示微粒过滤器退化。作为另一个实例，在Yadav的方法中，微粒传感器可能需要频繁再生。因此，过滤器再生之后，可能需要进行监测微粒物质数量的改变，以便不会破坏诊断程序的结果。因此，可能没有足够的机会用于持续的微粒过滤器监测。还有其他问题包括需要额外的传感器，比如温度传感器，这增加了部件成本和控制复杂性。
【发明内容】
[0005]本文发明人已经认识到了上面提及的问题并且开发了用于测定排气系统中汽油微粒过滤器(GPF)泄露或退化的方法。该方法包括在选定条件期间将上游排气中氧传感器和下游排气中氧传感器的输出与排气微粒过滤器两侧的压降相关联。然后，该压降可以与自微粒过滤器的泄露有关。该选定条件可包括过滤器两侧的排气中氧浓度基本上保持恒定的条件。以这种方式，现有的排气中氧传感器在选定条件期间可用作压力传感器，允许过滤器两侧的排气氧的分压的改变与GPF健康情况相关联。
[0006]作为实例，排气系统可包括位于排气汽油微粒过滤器(GPF)上游的第一排气传感器(例如，第一氧传感器)和位于GPF下游的第二排气传感器(例如，第二氧传感器)。在发动机操作条件期间，比如在GPF中再生和摄氧，第一 GPF前氧传感器和第二 GPF后氧传感器的输出可用于推断过滤器烟粒水平。具体而言，过滤器两侧的氧浓度的改变可与微粒过滤器内被氧化的烟粒质量有关。因此，由于排气传感器在微粒过滤器两侧的氧浓度保持基本上恒定的选定发动机操作条件期间一一比如发动机冷起动期间和过滤器再生之后一一测量排气中氧的分压，传感器的输出可能不同。具体地，上游氧传感器可以具有比下游传感器更高的输出。在那些条件期间，可计算并应用至少基于排气流速率的修正因子以修正传感器输出。如果修正之后限定时间间隔内监测的传感器输出之间的差值低于阈值(例如，如果GPF前排气传感器的修正的输出低于GPF后排气传感器的输出)，则发动机控制器可推断过滤器两侧的分压的改变是由于过滤器退化。例如，可以推断GPF正在泄露并且可以设定诊断代码。
[0007]以这种方式，现有的排气传感器可以在选定条件期间有利地用于推断微粒过滤器泄露，而不需要其它专用的传感器，比如专用的压力或温度传感器。通过在GPF两侧的排气中氧浓度不变的操作条件下监测对于氧的分压灵敏的排气中氧传感器的输出，氧传感器可以有利地用作压力传感器。然后，基于排气传感器的输出估计的过滤器两侧的压力改变可以与过滤器健康情况有关。例如，传感器的输出可以在过滤器再生之后、在发动机稳态条件期间和/或发动机冷起动之后进行比较，从而基于过滤器两侧的氧分压的差鉴定过滤器退化。通过使用发动机系统中已经可利用的部件，实现部件减少益处，而不降低诊断程序结果的可靠性。通过检测微粒过滤器健康情况，可以提高车辆排放合规(compliance)。
[0008]应当理解，提供以上
【发明内容】
以便以简化方式介绍【具体实施方式】中进一步描述的概念的选择。这不意味着鉴定要求保护的主题的关键的或必要的特征，其范围由权利要求书唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上或本公开的任意部分中记录的任何不利的实施。
【附图说明】
[0009]图1示意性地显示具有排气系统的发动机。
[0010]图2示意性地显示排气系统的实例实施方式。
[0011]图3是阐明实例GPF计示压力(gage pressure)的图。
[0012]图4A和4B显示汽油微粒过滤器两侧放置的排气系统氧传感器对排气流速率改变的实例响应。
[0013]图5显示基于发动机操作条件选择性地开始GPF诊断程序的实例方法。
[0014]图6显示阐明图5的诊断程序的可以选择的不同进入条件(entry condit1n)的实例流程图。
[0015]图7显示不同诊断程序进入条件的实例氧传感器输出读数。
[0016]图8显示基于过滤器前氧传感器读数和过滤器后氧传感器读数指示GPF退化的实例方法。
[0017]图9显示基于过滤器前氧传感器读数和过滤器后氧传感器读数指示GPF退化的另一个实例方法。
[0018]图10显示基于随着时间的推移过滤器前氧传感器响应和过滤器后氧传感器响应的改变在选定发动机操作条件期间的GPF泄露检测的实例。
[0019]图11显示基于过滤器前氧传感器读数和过滤器后氧传感器读数再生GPF的实例方法。
【具体实施方式】
[0020]本说明书涉及用于诊断来自与发动机排气系统一一比如图1-2的排气系统一一连接的汽油微粒过滤器(GPF)的微粒物质的退化的方法和系统。不同的排气流速率下GPF两侧放置的排气氧传感器的输出在图3和图4中显示。在选定条件期间，其中微粒过滤器两侧的排气中氧浓度基本上是恒定的，可以基于过滤器的上游和下游放置的氧传感器的响应监测GPF退化，如图10中所阐明的。在当过滤器两侧的氧浓度预期不改变时的选定条件期间，比如图6和图7中阐明的那些，发动机控制器可以被配置为执行诊断程序，比如图5、8和9中描绘的那些，从而基于GPF上游的排气氧传感器和GPF下游的排气氧传感器的输出估计微粒过滤器两侧的压降。然后，控制器可以使压降与GPF健康情况相关联。传感器的输出在其它条件期间可用于得知过滤器负荷并确定GPF是否可以再生，如图11中所显示的。实例氧传感器输出和确定GPF健康情况中它们的使用在图4和图10中显示。以这种方式，可以提高过滤器诊断，从而提高排放合规。
[0021]图1是显示可以在车辆一一比如配置用于道路行驶的车辆一一中实施的发动机10的发动机进气系统23和发动机排气系统25的示意图。发动机10包含多个气缸30。发动机10的每个气缸可包含一个或多个进气门和一个或多个排气门(没有显示)。例如，这些阀门可以是位于气缸上部区域处的提升阀。气缸30可接收来自燃料喷射器66的燃料。燃料喷射器66可以喷射，例如包含汽油、酒精或其组合的任何适合的燃料。燃料喷射器66可以被配置为通过直接喷射或进气道喷射输送燃料。又进一步，气缸30的每个可包含多个燃料喷射器，比如一个直接喷射器或进气道喷射器。多个燃料喷射器可喷射相同燃料或不同类型的燃料，比如不同酒精含量的燃料。
[0022]控制系统14可包含发送信号至控制器12的传感器16。进一步，控制器12可以是具有在非临时性存储器中储存的可读指令的计算机。控制器12可基于来自传感器16的输出发送信号至驱动器18以控制发动机10以及包含以上描述的阀门的进气和排气系统的部件的操作。实例控制程序关于图6-9和11在本文中描述，其可作为指令储存在控制器中的存储器中。
[0023]发动机进气系统23可包含进气道42，通过该进气道42新鲜空气输送至发送机10。进气道42可包含具有节流板的节气门62。在一个实例中，节气门62的节流板的位置可以通过提供给节气门62包含的电动机或驱动器一一通常称为电子节气门控制(ETC)的配置一一的信号由控制器12改变。以这种方式，可以操作节气门62以改变发动机气缸30之间的提供给燃烧室的进气。进一步，包含至少一个压缩机162的压缩装置一一比如涡轮增压器或机械增压器一一可以沿着进气歧管44设置。对于涡轮增压器，压缩机162可以至少部分地由沿着排气歧管48设置的涡轮164，例如通过轴163驱动。对于机械增压器，压缩机162可以至少部分地由发动机和/或电机驱动并且可能不包含涡轮。
[0024]排气系统25可包含含有汽油微粒过滤器(GPF) 72上游的一个或多个排放控制装置71—一其在本文中也称为排气催化剂一一的排气道35。例如，排放控制装置71可以处理发动机排气以使排气成分氧化。排放控制装置71可包含氧化催化剂、三元催化剂、还原催化剂(例如，SCR催化剂)或其组合。例如，排放控制装置71可以以紧密连接位置放置在排气管道中。进一步，发动机10可包含排气再循环(EGR)系统(没有显示)以帮助降低NOx和其它排放物。EGR系统可以被配置为将来自发动机排气的一部分排气再循环至发动机进气。在一个实例中，EGR系统可以是低压EGR系统，其中排气从涡轮下游(和排放控制装置和汽油微粒过滤器的上游或下游)再循环至压缩机上游的发动机进气。在另一个实例中，发动机10可包含高压EGR系统，在该高压EGR系统中排气从涡轮的上游被输送至压缩机下游的进气歧管。
[0025]位于排放控制装置71下游的发动机排气道35中的汽油微粒过滤器(GPF) 72——在本文中也称为微粒过滤器或过滤器一一被配置为保留残留烟粒和从发动机10排放的其它碳氢化合物，以便降低微粒排放物。保留的微粒可以在发动机操作期间执行的再生过程中被氧化以产生二氧化碳，从而降低GPF的烟粒负荷。在再生期间，可以提高GPF的温度和进入GPF的排气，以燃尽储存的烟粒。因此，GPF再生可以在高排气温度(例如，600°C和以上的温度)下进行以便保留的微粒以快速的方式燃烧并且不释放至大气中。为了以有效的方式加速再生过程并氧化烟粒，进入微粒过滤器的排气可以被临时稀化(enleaned) XPF72可以与排气歧管48在排放控制设备71的下游的位置处相通。在一些实施方式中，GPF72可包含涂层以进一步降低排放物。例如，该涂层可包括稀燃NOx捕集器(LNT)、选择性催化还原剂(SCR)或催化氧化剂(CO)的一个或多个。进一步，当应用至过滤器时涂层加载可能改变。
[0026]排气系统可包含至少两个排气传感器。在描绘的实施方式中，三个排气传感器126,216和218在排气系统25中显示连接。在一个实例中，排气传感器126、216和218可以是氧传感器，其可以从用于提供排气空/燃比的指示的各种适合的传感器中选择。氧传感器可以是线性氧传感器或变换(switching)氧传感器。作为实例，氧传感器