发动机排气系统中的微粒过滤器再生的系统和方法

专利名称：发动机排气系统中的微粒过滤器再生的系统和方法
发动机排气系统中的微粒过滤器再生的系统和方法技术领域
本申请一般涉及发动机排气系统中的微粒过滤器在发动机减速关闭过程中再生 的系统和方法。
背景技术：
由于例如扩散火焰传播(diffuse flame propagation)，直喷(DI)发动机比气门 式燃料喷射发动机产生更多的碳烟。由于存在扩散火焰传播在燃烧前燃料可能不会与空气 充分地混合，这导致产生碳烟的富氧燃烧区域。此外，在缺乏充分的空气和燃料混合的高载 荷和/或高转速工况下，直喷发动机可能易于产生碳烟。
此处，发明人已经认识到将微粒过滤器应用于直喷式火花点火发动机中的各种问 题，例如，在过滤器再生过程中保持精确的排放控制。发明内容
因此，在一个示例中，公开一种控制具有排气系统的发动机的方法，该排气系统包 括微粒过滤器。该方法包括，在减速关闭发动机并使发动机减速旋转至静止时，操作真空泵 以抽取新鲜空气经由排气系统至进气系统，以及在发动机静止期间使微粒过滤器的至少一 部分再生。
以这种方式，当发动机被减速关闭后，执行火花点火发动机中的至少部分过滤器 再生，由此降低对发动机运转排放的影响。因此，在过滤器再生也发生在发动机运行期间的 示例中，可以使用较少的发动机运转过滤器再生。
在一个具体示例中，可采用排气再循环(EGR)系统来促进微粒过滤器的再生。在 减速关闭发动机后，可以打开EGR阀并且接通真空泵，从而抽取新鲜空气使其通过微粒过 滤器并使其经过EGR系统进入进气歧管。以此方式，含有氧(例如，O2)的新鲜空气可经微 粒过滤器而被抽取，从而帮助微粒过滤器的再生。在另一实施例中，出现在停止位置的至少 一个汽缸的正向气门重叠(positive valve overlap)可被用于替代EGR系统，或者作为对 EGR系统的补充，以使得当发动机处于静止时新鲜空气流能够从排气系统进入进气系统。
根据另一方面，提供一种控制车辆中的发动机的方法，该发动机具有包括微粒过 滤器的排气系统。该方法包括，在第一工况下，执行化学计量燃烧，并使排气沿第一方向从 发动机流经三元催化剂且然后流至微粒过滤器；以及在发动机被减速关闭的第二工况下， 使来自大气的新鲜空气沿与第一方向相反的第二方向流经微粒过滤器，并使微粒过滤器的 至少一部分再生。
在一个实施例中，在第一工况下，响应于在微粒过滤器下游连接到排气系统的排 气传感器来调整新鲜空气流，且其中在第二工况下，响应于在微粒过滤器上游和三元催化 剂下游连接到排气系统的排气传感器来调整新鲜空气流。
在另一实施例中，响应于三元催化剂的状态来调整新鲜空气流。
在另一实施例中，响应于微粒过滤器的状态来调整新鲜空气流。
在另一实施例中，发动机重起动是基于微粒过滤器的再生状态。
根据另一方面，提供一种用于车辆的发动机的系统。该系统包括与发动机的排气 系统连接的微粒过滤器以及包括计算机可读存储介质的控制系统，该介质包括在其上的指 令，该介质包括在第一工况下，执行化学计量燃烧，并使排气沿第一方向从发动机流经三 元催化剂且然后流至微粒过滤器的指令；以及在发动机被减速关闭的第二工况下，使来自 大气的新鲜空气沿与第一方向相反的第二方向流经微粒过滤器，并使微粒过滤器的至少一 部分再生的指令。
在一个实施例中，该系统进一步包括，在第二工况下，控制连接到发动机的进气系 统的真空泵以抽取新鲜空气通过排气系统至进气系统的指令。
在另一实施例中，该系统进一步包括，在第二工况下，通过排气再循环阀控制新鲜 空气流的指令。
在另一实施例中，所述车辆具有混合动力推进系统，并且在第二工况下，通过车辆 运动产生新鲜空气流。
根据另一方面，提供一种控制车辆中的发动机的方法，该发动机具有包括微粒过 滤器的排气系统。该方法包括，当车辆运动时，减速关闭发动机并减速旋转发动机至静止； 以及在发动机静止期间，抽取冲压空气流(ram air flow)进入排气系统并流经微粒过滤 器，以帮助微粒过滤器的再生。
在一个实施例中，所述车辆具有混合动力推进系统。
应该理解提供以上概要仅以简化形式介绍了在详细说明书中被进一步描述的概 念的选择。其并不意味着确定要求保护的主题的关键特征或重要特征，保护范围由随附于 详细说明书的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的 任何部分提到的任何缺点的实施方式。


图1示出具有涡轮增压器和排气再循环系统的发动机的示意图。
图2示出图示说明用于车辆中的发动机的方法的流程图。
图3示出混合动力推进系统的示意图。
图4示出图示说明用于使发动机(如图1绘示的发动机)中的微粒过滤器再生的 程序的流程图。
图5示出图示说明用于使混合动力推进系统(如图3绘示的系统)中的微粒过滤 器再生的程序的流程图。
图6示出图示说明用于使混合动力推进系统(如图3绘示的系统)中的微粒过滤 器再生的程序的流程图。
图7示出图示说明基于之前在发动机减速关闭期间的微粒过滤器再生来起动发 动机的程序的流程图。
具体实施方式
下述描述涉及用于使发动机例如直喷汽油发动机中的微粒过滤器再生的方法。在 发动机的第一工况下，可以在发动机中进行化学计量燃烧，并且排气可以沿第一方向从发动机经三元催化剂且然后流至微粒过滤器，在该微粒过滤器处收集由发动机生成的碳烟。 在发动机被减速关闭的第二工况下，新鲜空气可以沿与第一方向相反的第二方向流经排气 系统，以帮助微粒过滤器再生。沿第二方向流动的新鲜空气可以通过尾管由与进气歧管连 接的真空泵抽取，以使其流过微粒过滤器并随后流至进气歧管。在一些实施例中，排气再循 环(EGR)系统可被用于在减速关闭发动机时使空气在排气歧管和进气歧管之间流动。在其 他实施例中，正向气门重叠(positive valve overlap)可被用于在减速关闭发动机时使空 气在排气歧管和进气歧管之间流动。
图1是显示多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，该多汽缸发动机可包括在汽车 的推进系统中。发动机10可至少部分由包括控制器12的控制系统和经由输入设备130来 自车辆驾驶员132的输入来控制。在该示例中，输入设备130包括加速器踏板以及用于产 生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸)30可 以包括燃烧室壁32，该燃烧室壁中放置活塞36。在某些实施例中，汽缸30中的活塞36的 表面可具有凹腔(bowl)。活塞36可以连接到曲轴40上，从而使该活塞的往复运动被转化 为该曲轴的旋转运动。曲轴40可经中间传动系统连接到车辆的至少一个驱动轮。此外，一 个起动电机可以经由飞轮连接到曲轴40上，以能够起动发动机10的运转。
燃烧室30可通过进气通道42接收来自进气歧管44的进气并且可通过排气通道 48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以选择性地分别通过进气门52和排气门 54与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个 或更多个排气门。
进气门52可由控制器12通过电动气门致动器(EVA)51控制。类似地，排气门M 可由控制器12通过EVA 53控制。可替代地，可变气门致动器可以是能使气门致动的电动 液压或任何其他可想到的机构。在某些情况下，控制器12可改变提供给致动器51和53的 信号，从而控制各进气门和排气门的打开和闭合。进气门52和排气门M的位置可分别由 气门位置传感器阳和57确定。在可替代实施例中，一个或多于一个进气门和排气门可由 一个或多于一个凸轮致动，并可利用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门 正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多于一个来改变气门操作。例如， 汽缸30可以替代性地包括经由电动气门驱动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的 凸轮驱动控制的排气门。
所示的燃料喷射器66直接连接到燃烧室30以便与经由电子驱动器68从控制器 12接收的信号脉冲宽度FPW成比例地直接喷射燃料到燃烧室中。以该方式，燃料喷射器66 提供所谓的燃料直喷到燃烧室30中。燃料喷射器可安装在例如燃烧室的侧面或在燃烧室 顶部。燃料可通过燃料系统(未示出)被输送给燃料喷射器66，该燃料系统包括燃料箱、燃 料泵和燃料导轨。
在选择的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统88可通 过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。尽管示出了火花点火组件，但在一些实施例中，发 动机10的燃烧室30或一个或多于一个其他燃烧室可以在具有或不具有点火火花的情况下 以压缩点火模式进行操作。
进气通道42可包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在该特定的示 例中，可通过提供给节气门62和63中所包括的电动机或致动器的信号由控制器12改变节流板64和65的位置，这种配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以这种方式，节气门62 和63可以被操作以改变提供给燃烧室30以及其它发动机汽缸的进气。节流板64和65的 位置可通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可包括质量空气流量传感器 120和歧管空气压力传感器122以便分别提供信号MAF和MAP给控制器12。
此外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可经高压EGR(HP-EGR)通道 140或低压EGR(LP-EGR)通道150使期望部分的排气从排气通道48流到进气通道44。提 供给进气通道44的EGR的量可由控制器12通过HP-EGR阀142或LP-EGR阀152改变。在 一些实施例中，节气门可包括在排气中以帮助驱动EGR。此外，EGR传感器144可布置在EGR 通道内并可提供压力、温度和排气浓度中的一个或多于一个的指示。可替代地，可通过基于 来自MAF传感器(上游)、MAP (进气歧管)、MAT (歧管气体温度)以及曲柄速度传感器的 信号计算的数值来控制EGR。此外，可基于排气氧气传感器和/或进气氧气传感器(进气 歧管)来控制EGR。在某些工况下，EGR系统可用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温 度。图1示出了高压EGR系统和低压EGR系统，在高压EGR系统中EGR是从涡轮增压器的 涡轮上游流到涡轮增压器的压缩机下游，而在低压EGR系统中EGR是从涡轮增压器的涡轮 下游流到涡轮增压器的压缩机上游。在一些实施例中，发动机10可仅包括HP-EGR系统或 仅包括LP-EGR系统。
如此，发动机10可进一步包括压缩设备，例如包括沿进气歧管44布置的至少一个 压缩机162的涡轮增压器或机械增压器(supercharger)。对于涡轮增压器，压缩机162可 至少部分由沿排气通道48布置的涡轮机164(如经由轴)驱动。对于机械增压器，压缩机 162可至少部分由发动机和/或电动机驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经涡轮增压器或 机械增压器提供给发动机的一个或多于一个汽缸的压缩量可由控制器12改变。此外，涡轮 164可包括废气门166以调节涡轮增压器的增压压力。类似地，进气歧管44可包括阀门旁 路167以绕过压缩机162传送空气。
所示的排气传感器1 在排放控制系统70上游连接到排气通道48。此外，所示的 传感器127在微粒过滤器72上游连接到排气通道48，而所示的传感器1 在微粒过滤器 72下游连接到排气通道48。传感器126、127和1 可以是提供排气空燃比的指示的任何 适当传感器，例如线性氧传感器或UEGO (通用或宽范围的排气氧传感器)、双态氧传感器或 EGO、HEGO (加热的 EGO)、NOx, HC 或 CO 传感器。
所示的排放控制设备71和72沿排放通道48布置在排气传感器1 的下游。设 备71和72可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催化器(TWC)、Ν0χ捕集器、各种其他排 放控制设备或其组合。例如，设备71可以是TWC，而设备72可以是微粒过滤器(PF)。在某 些实施例中，PF 72可以位于TWC 71的下游(如图1所示)，而在其它实施例中，PF 72可 以位于TWC 72的上游(图1中未示出)。此外，在某些实施例中，在发动机10的运行过程 中，排放控制设备71和72可通过在特定空燃比内运行发动机的至少一个汽缸而周期性地 重置。在更进一步的实施例中，如下面详细描述的，当发动机被减速关闭时，PF 72可被再 生。
控制器12在图1中被显示为微处理器，其包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输 出端口 104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特别示例中被显示为只读存 储芯片(ROM) 106)、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和数据总线。控制器12可以从连接到发动机10的传感器接收各种信号，除了以前讨论的那些信号外，这些信号 还包括来自质量空气流量传感器120的感应质量空气流量(MAF)；来自连接到冷却套管 114上的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接到曲轴40上的霍尔效应传 感器118(或其他类型传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气 门位置(TP)；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号(MAP)的测量值。发动机速度信号 RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被 用来提供进气歧管中真空或者压力的指示。注意到可以使用以上传感器的不同组合，例如 使用MAF传感器而不使用MAP传感器，反之亦可。在化学计量运行期间，MAP传感器可给出 发动机转矩的指示。此外，该传感器与所检测的发动机速度一起提供进入汽缸的充气(包 括空气)的估计。在一个示例中，也可用作发动机速度传感器的传感器118可在曲轴的每 次回转中产生预定次数的相等间隔脉冲。
存储媒介只读存储器106可以用计算机可读数据进行编程，该计算机可读数据代 表可由处理器102执行以便实施下述方法和预测到但未具体列出的其他变体的指令。
发动机10可以进一步包括与进气歧管连接的泵78。泵78可以是用于制动系统和 /或者其它配件和系统的真空泵。在一些实施例中，泵78可用于在发动机减速关闭时通过 尾管抽取新鲜空气，并使其进入排气系统，如下面将更详细描述的那样。
如上所述，图1仅示出了多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可相似地包括 它自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
现在参考图2，其示出图示说明用于车辆的发动机如图1中的发动机10的方法 200的操作流程图。具体地，方法200展示了空气和/或排气根据发动机工况经过直喷汽油 发动机的流动。
在方法200的步骤210处，发动机在第一工况下运行。在第一工况下，在发动机 内执行化学计量燃烧，并且排气沿第一方向从发动机流经三元催化剂且然后流经微粒过滤 器。在一些实施例中，可以使用高压排气再循环(EGR)系统，并且排出发动机的排气可以进 入EGR系统，并流入进气歧管。
在方法200的步骤212处，发动机在第二工况下运行，此时发动机被减速关闭。在 第二工况下，新鲜空气沿与第一方向相反的第二方向从大气中流经微粒过滤器和三元催化 剂并流入进气歧管。如此，当发动机被减速关闭且减速旋转至静止时，可以发生微粒过滤器 的再生。
在一些实施例中，在第二工况下，EGR阀可至少部分打开，并且新鲜空气流可由与 进气歧管连接的真空泵产生。在其它实施例中，在第二工况下，EGR阀可关闭，并且发动机 中至少一个汽缸的进气门和排气门可以通过正向气门重叠而停止，这使得真空泵可沿第二 方向抽取新鲜空气至汽缸。
此外，在一些实施例中，在第二工况下，经过排气系统的气流方向不会改变(例 如，它与在第一工况下的第一方向相同)。例如，混合动力推进系统可包括在车辆移动时将 新鲜空气吸入排气的冲压进气，其将在下面参考图3进行描述。
现参看图3，该图示意性地绘出了具有混合动力推进系统20的车辆。混合动力推 进系统20包括与变速器14连接的内燃发动机10 (如特别参考上面图1所述的发动机)。 变速器14可以是手动变速器、自动变速器或其组合。此外，可以包括多种附加部件，例如液力变矩器和/或其它齿轮机构，例如主减速器单元等。所示的变速器系统14连接到驱动轮 16，该驱动轮进而与路面13接触。
在这一示例性实施例中，混合动力推进系统还包括能量转换装置M，该能量转换 装置可包括马达、发电机和其他设备及其组合。能源转换装置M如图所示进一步连接到能 量存储装置18，该能量存储装置可包括电池、电容器、飞轮、压力容器等。能量转换装置可被 操作以从车辆运动和/或发动机中吸收能量，并将所吸收的能量转化为适合于被能量存储 设备存储的能量形式(例如，提供发电机运转)。能量转换装置还可被操作以供给到驱动轮 16和/或发动机10的输出(功率、功、扭矩、转速等)(例如，提供马达运转)。应注意到在 一些实施例中，在用于提供能量存储装置和车辆驱动轮和/或发动机之间的适当能量转换 的多种其它部件中，能量转换装置可以仅包括马达、仅包括发电机或者同时包括马达和发 电机。
所绘出的发动机10、能量转换装置M、变速器14和驱动轮16之间的连接表明了 从一个部件到另一个部件的机械能传递，而能量转换装置和能量存储装置之间的连接表明 了不同能量形式如电能、机械能等的传递。例如，扭矩可从发动机10传递，以经由变速器系 统14驱动车辆驱动轮16。如上所述，能量存储装置18可被配置成在发电机模式下和/或 在马达模式下工作。在发电机模式下，能量存储装置18吸收部分或者全部来自于发动机10 和/或变速器14的输出，这减少了被输送到驱动轮16的驱动输出量，或者到驱动轮16的 制动扭矩。这一操作可被用于例如通过再生制动、改善的发动机效率等实现效率增益。此 外，被能量转换装置所接收的输出可被用于对能量存储装置18充电。在马达模式下，能量 转换装置可以例如通过采用存储在电池中的电能供给机械输出至发动机10和/或变速器 14。
混合动力推进系统实施例可包括全混合动力系统，其中车辆可仅用发动机运行、 仅用能量转换装置(例如，马达)运行，或者两者的组合。也可使用辅助或轻度混合动力配 置，其中发动机是主要扭矩来源，同时混合动力推进系统起到选择性地传送附加扭矩的作 用，例如在踩加速踏板或者其它工况下。此外，也可使用起动机/发电机和/或者智能交流 发电机系统。上面参考图3描述的各种部件可由上面参考图1所述的车辆控制器控制。
如上所述，可以理解示例性的混合动力推进系统能够具有各种工作模式。例如，在 全混合动力实施方式中，推进系统可以利用能量转换装置24(例如电动马达)作为推动车 辆的唯一扭矩源来运行。可以在制动、低速、遇红绿灯而停止等期间采用这一 “纯电”工作 模式。在另一模式中，发动机10被接通(turn on)，并作为唯一的扭矩源来为驱动轮16提 供能量。在可被称为“辅助”模式的另一模式中，混合动力推进系统可补充并配合由发动机 10提供的扭矩。如上所述，能量转换装置M还可工作在发电机模式下，其中来自于发动机 10和/或变速器14的扭矩被吸收。此外，能量转换装置M可在发动机10在不同燃烧模式 间过渡时(例如，在火花点火模式和压缩点火模式间过渡时)增加或者吸收扭矩。
此外，混合动力推进系统20可包括位于三元催化剂71下游和微粒过滤器72上游 的新鲜空气入口 81，该新鲜空气入口被配置成用作冲压进气口。在本示例中，新鲜空气入 口被布置成使得其向着车辆前端打开。因此，当车辆在移动时，新鲜空气(例如环境空气) 可被“收拢”到或“冲压”到环境空气入口 81中，并且新鲜空气被引导流入排气通路、通过 PF 72并流出尾管。如图3所示，新鲜空气入口 81可包括新鲜空气入口阀82(此处也被称为“冲压空气阀”)。冲压空气阀82可被用于控制新鲜空气进入排气通路的流量。
图4-7示出了用于发动机如上面参考图1所描述的发动机10以及可包括发动机 10的混合动力推进系统的示例性控制程序。图4图示说明在发动机减速关闭期间用于使直 喷汽油发动机中的微粒过滤器再生的程序。图5和6图示说明用于使混合动力推进系统中 的过滤器再生的程序，该混合动力推进系统包括在再生期间减速关闭的直喷汽油发动机。 图7示出在减速关闭之后重起动发动机的示例性程序，其中在该减速关闭期间执行再生。
首先，图4中的流程图显示了用于使直喷火花点火发动机(如图1中绘示的发动 机)中的微粒过滤器再生的控制程序400。具体地，程序400确定当发动机减速关闭时是否 发生微粒过滤器的再生。当确定在减速关闭期间可以尝试进行再生时，至少一个汽缸的进 气门和排气门或者高压或低压排气再循环阀被控制以允许新鲜空气流入排气系统并经过 微粒过滤器，以促进微粒过滤器的再生。
在程序400的步骤410处，估计微粒过滤器中的微粒(例如，碳烟)量。在一些实 施例中，可以基于微粒过滤器两端的压降来确定微粒过滤器中的碳烟量。在其他实施例中， 可利用碳烟积累模型来估计微粒过滤器中的碳烟量。一旦确定了碳烟量，则程序400继续 进行到步骤412，在此处确定碳烟量是否大于阈值量，该阈值量可用于指示是否进行微粒过 滤器的再生。
如果所估计的碳烟量小于阈值量，则程序400进行到步骤438，在此处执行非再生 减速关闭(即在发动机减速关闭期间不进行微粒过滤器的再生)。另一方面，如果所估计的 碳烟量超过了阈值量，则程序400进行到步骤414，在此处确定电池储备是否大于阈值量， 以及微粒过滤器温度是否大于阈值量。如果电池储备或者微粒过滤器温度小于其各自的阈 值量或者温度，则程序400进行到步骤438，在此处执行非再生减速关闭。例如，如果电池 储备小于阈值量，则在发动机减速关闭期间真空泵将不能运行，因而阻止了再生的条件。此 外，如果微粒过滤器温度过低(例如，小于600°C )，则微粒过滤器中的碳烟不会燃烧。
如果确定电池储备大于其阈值量并且微粒过滤器温度大于阈值温度，则图4中的 程序400继续进行到步骤416，在此处确定是否可以使用排气再循环(EGR)系统或者正向气 门重叠来协助微粒过滤器的再生。如本文所述，例如，通过尾管抽取新鲜空气进入排气系统 使得氧气能够被输送到微粒过滤器以进行发动机静止状态下的再生。为将这一空气抽取到 排气中，进气歧管内的真空泵使用从进气到排气的流动路径。在一些工况下，这一流动路径 可通过高压和/或低压EGR系统来生成。例如，当使用低压EGR系统时，假设绕过压缩机的 旁路是打开的，则新鲜空气被从大气中抽取，进入尾管，经过微粒过滤器，然后到达低压EGR 系统，并且在此之后到达进气歧管(之后到达真空泵，在这里被排入真空泵的排气中)。可 替代地，假设绕过压缩机的旁路是打开的，则可以使用高压EGR系统。在另一可替代实施例 中，如果发动机停止在进气歧管和排气歧管之间存在连通的位置上(通过正向进气-排气 门重叠，其中进气门和排气门均至少部分打开)，则新鲜空气将运行经过整个排气系统、经 过汽缸并且之后到达进气歧管。因此，依据减速关闭的条件(例如，发动机静止位置、压缩 机和/或涡轮旁通阀位置(打开或关闭)、阀重叠等)，程序可以选择一个或多于一个路径 来抽取新鲜空气，使其沿与发动机运行时的排气流相反的方向流经微粒过滤器。
如果确定在发动机减速关闭期间将使用EGR来促进再生，则程序400进行到步骤 418，在此处发动机被减速关闭并被减速旋转至静止，同时低压或高压EGR阀被打开。此外，在这一配置下，发动机被减速关闭以使得不存在正向进气-排气门重叠。此外，空气可经由 排气再循环系统从进气流向排气而不经过汽缸。
一旦EGR阀被打开，则程序400继续进行到步骤420，在此处确定是否满足再生条 件。再生条件可包括例如排气温度在阈值温度之上、微粒过滤器温度在阈值温度之上等。例 如，如果排气温度和/或微粒过滤器温度低于特定温度，则可以不进行再生。如果不满足再 生条件，则程序400结束并且在发动机减速关闭后不进行微粒过滤器的再生。如果满足再 生条件，则程序400继续进行到步骤422，在此处真空泵被接通。
当真空泵被接通且低压或高压EGR阀打开时，新鲜空气被抽取经过尾管进入排气 中。因此，新鲜空气沿着与发动机工作时的排气流动方向相反的方向移动经过排气系统。新 鲜空气被抽取经过微粒过滤器和三元催化剂，并经过排气再循环系统进入进气歧管。在一 些实施例中，空气可被排入连接到燃料系统的活性碳滤罐(carbon canister)，以降低由微 粒过滤器的再生所产生的排放物。在其他实施例中，空气可被排放到大气中。
在程序400的步骤422处，基于排气传感器来调整EGR阀，该排气传感器(例如图 1中的传感器127)位于在三元催化剂和微粒过滤器之间。例如，该排气传感器可指示大于 期望值的氧气量。因此，可以调整EGR阀以使得以较小的力将新鲜空气抽取到排气中，从而 较少的氧气被排出微粒过滤器。
在步骤434处，程序确定是否已经产生结束再生的请求。可以基于达到最小碳 烟负荷量、达到最小再生率、接收到发动机起动请求、检测到车门打开、接收到来自钥匙卡 (key-fob)的车门打开请求等和/或其它条件而做出这一请求。如果是这样，则程序继续进 行到步骤436以关掉真空泵，并减弱过滤器的再生。
另一方面，如果确定在发动机减速关闭期间将使用正向气门重叠来促进再生，则 图4中的程序400进行到步骤426，在此处发动机被减速关闭并且被减速旋转至静止，同时 至少一个汽缸的进气门和排气门处于打开位置。在一些实施例中，在发动机减速关闭期间， 可通过可变气门正时(VVT)或电子气门致动(EVA)来调整气门位置。在其他实施例中，在 发动机被减速关闭后，可通过EVA来调整气门。
在至少一个汽缸的进气门和排气门打开后，程序400进行到步骤428，在此处确定 是否满足(如上所述的)再生条件。如果确定满足再生条件，则程序400继续进行到步骤 430，在此处真空泵被接通。一旦真空泵被接通，则在步骤432，可以基于期望的参数对其电 压进行调制。例如，位于三元催化剂和微粒过滤器之间的排气传感器可指示存在比期望更 少的氧气。因此，可以增加施加于真空泵上的电压，以增加通过尾管抽吸进入排气系统的新 鲜空气量。
从步骤432或者步骤4M起，程序继续进行到步骤434，如上所述，在此处程序确定 是否产生结束再生的请求。
因而，通过在发动机减速关闭期间操作真空泵，可以沿着与发动机工作时空气流 动方向相反的方向抽取新鲜空气经过排气系统。以这种方式，可为微粒过滤器供给用于再 生的氧气而不用调节发动机运行参数(例如空燃比)，并且不再冒着发动机效率降低的风险。
接下来，图5中的流程示说明用于使混合动力推进系统(如图3所示的系统) 中的微粒过滤器再生的控制程序500。具体地，程序500确定车辆是否运动，并根据车辆运动速度，控制冲压气门或者EGR阀和真空泵以允许新鲜空气流入排气系统并经过微粒过滤 器，以协助微粒过滤器的再生。
在程序500的步骤510处，估计微粒过滤器中的微粒(例如，碳烟)量。如上所述， 例如可以根据所测量的微粒过滤器两端的压降或者碳烟积累模型来估计碳烟量。在确定对 碳烟量的估计后，程序500进行到步骤512，在此处确定微粒量是否大于阈值量。如果碳烟 量小于阈值量，则程序500进行到步骤532，在此处执行非再生减速关闭。
另一方面，如果确定微粒过滤器中微粒量超过了阈值量，则图5中的程序500进行 到步骤514，在此处确定电池储备是否大于阈值量，以及微粒过滤器温度是否大阈值量。在 混合动力车辆的情况下，如果能量存储装置(例如，电池)没有储存足够的能量，则当发动 机关闭时，车辆不能继续运行并且不能操作气门致动器之类的组件。此外，如果微粒过滤器 温度小于阈值温度，则不能实现再生。因此，如果电池储备或者微粒过滤器温度小于其各自 的阈值量或者温度，则程序500进行到步骤532，在此处执行非再生减速关闭。在一些示例 中，发动机是混合动力推进系统的一部分，为使微粒过滤器再生，可能期望减速关闭。在这 样的一个示例中，在步骤532处，发动机可能不被减速关闭，相反发动机可以继续运行直到 满足减速关闭条件。
在程序500的步骤516处，确定车辆是否运动。如果车辆不运动，则程序500进行 到步骤518并且执行如下所述的图6中的程序600。继续参考图5，如果确定车辆在运动， 则程序500进行到步骤520，在此处确定车辆速度是否大于阈值速度。
如果确定车辆速度大于阈值速度，则程序500进行到步骤522，在此处发动机被减 速关闭且EGR阀被闭合。然后，在步骤5M处，冲压气门被打开。在这一配置中，车辆的前 向运动使得新鲜空气能够被收拢到排气系统中。随着EGR阀关闭，新鲜空气可流入排气系 统中、经过微粒过滤器并流出尾管。以这种方式，含有氧气的新鲜空气可以被供应给微粒过 滤器以促进微粒过滤器的再生。
一旦发动机被减速关闭且EGR阀门被闭合，则程序500进行到步骤524，在此处确 定是否满足再生条件。如上所述，再生条件可包括例如排气温度和/或微粒过滤器温度在 各自的阈值温度之上。如果不满足再生条件，则在发动机减速关闭期间不会实现再生且程 序500可以结束。
另一方面，如果满足再生条件，则图5中的程序500继续进行到步骤526，在此处冲 压气门被打开。当冲压气门被打开且EGR阀被闭合，而车辆以超过阈值速度的速度运行时， 新鲜空气可进入排气系统并流经微粒过滤器，并且流出尾管进入大气(即排气系统中的流 动方向与发动机运行时的流动方向相同)。在再生过程中，可以调整冲压气门的位置以使得 更多或者更少的空气进入排气系统。例如，如果在微粒过滤器下游的排气传感器表明排出 微粒过滤器的氧气量上升，则可以调整冲压气门以降低进入排气系统的新鲜空气流量。
在程序500的步骤5 处，确定是否产生结束再生的请求(例如，是否存在结束再 生的时间)。如上所述，可以根据再生率、过滤器中的碳烟量、接收到发动机起动请求等做出 这一请求。例如，在混合动力车辆中，由于低电池充电水平、马达过热等，起动发动机的请求 可以来自于控制器。如果确定产生了再生请求，则程序500继续进行到步骤530，在此处冲 压气门被闭合并且微粒过滤器的再生被减弱。
相反，如果在图5中的步骤520处确定车辆速度小于阈值速度，则程序500进行到步骤534，在此处发动机被减速关闭并减速旋转至静止且EGR阀被打开。如果车辆速度小 于阈值速度，则车辆移动可能并不足够快以通过冲压空气入口收拢空气。因此，如果EGR阀 被打开，则可以如上所述使用真空泵来回吸空气经过排气系统，并经过排气再循环系统。此 外，发动机可以被减速关闭以使得汽缸中没有正向气门重叠(即发动机的各汽缸中进气门 和排气门被关闭)。此外，冲压气门可以在发动机减速关闭且过滤器再生期间被闭合。以这 种方式，再生的产物可被三元催化剂所过滤和/或被送入连接到燃料系统的活性炭滤罐， 而不是被释放到空气中。
在程序500的步骤536处，确定是否满足再生条件。如上所述，如果不满足再生条 件，则可以不执行再生且程序500结束。另一方面，如果满足再生条件，则程序500继续进 行到步骤538，在此处真空泵被接通。一旦真空泵被接通，则空气沿着与发动机工作时的排 气流动方向相反的方向被抽取经过尾管，并经过排气系统内的微粒过滤器和三元催化剂。
如同步骤526，从步骤538起，程序500继续进行到步骤M0，在此处确定是否产生 结束再生的请求。如果确定产生了结束再生的请求，则程序500继续进行到步骤M2，在此 处真空泵被关闭并且微粒过滤器的再生被减弱。
参考图6，图6中的流程示说明用于使混合动力推进系统(如图3所示的系 统)中的微粒过滤器再生的控制程序600。具体地，程序600确定车辆是否运动，以及当确 定车辆停止时，控制EGR阀和真空泵以允许新鲜空气流入排气系统并经过微粒过滤器，以 协助微粒过滤器的再生。
在程序600的步骤610处，估计微粒过滤器中的微粒(例如，碳烟)量。如上所述， 可以根据例如所测量的微粒过滤器两端的压力降或者碳烟积累模型对微粒量进行估计。一 旦确定了微粒过滤器中的碳烟量，程序600进行到步骤612，在此处确定微粒量是否大于阈 值量。如果碳烟量小于阈值量，则程序600进行到步骤630，在此处执行非再生关闭。
如同图5中的程序500，如果确定微粒过滤器中碳烟量超过了阈值量，则程序600 进行到步骤614，在此处确定电池储备是否大于阈值储备量，以及微粒过滤器温度是否大于 阈值温度。在一些示例中，当车辆不运动时，发动机可被减速关闭。在这样的示例中，电池 储备阈值量不像当能量存储装置被用来促进车辆运动时那样大。因此，在程序600中的电 池储备阈值量可能小于在程序500中的阈值量。如果，确定电池储备小于阈值量或者微粒 过滤器温度小于阈值温度，则程序600进行到步骤628，在此处执行非再生关闭。
如果确定电池储备大于阈值并且微粒过滤器温度超过阈值温度，则图6中的程序 600进行到步骤616，在此处确定车辆是否在运动。如果确定车辆在运动，则程序600进行 到步骤618，在此处执行图5中的程序500。
另一方面，如果确定车辆不运动，则图6中的程序600继续进行到步骤620，在此处 发动机被减速关闭且EGR阀被打开。由于车辆不运动，空气不能被强迫通过冲压气门并进 入排气系统。因此，可以使用连接到进气歧管的真空泵来抽取空气经过排气，以促进微粒过 滤器的再生。在这种配置中，如上所述，EGR阀打开，以使得真空泵可抽取空气通过尾管进 入排气系统，并通过EGR系统进入进气歧管。
一旦EGR阀被打开，则在程序600的步骤622处，确定是否满足再生条件。再生条 件可包括排气温度和/或微粒过滤器温度在阈值之上。如果在步骤622处不满足再生条件， 则可以不执行再生且程序600结束。另一方面，如果满足再生条件，则程序600继续进行到步骤624，在此处真空泵被接通。
在程序600的步骤似6处，确定是否产生了结束微粒过滤器再生的请求。如上所 述，该请求可包括例如接收到发动机起动请求、达到最小再生率等条件。如果确定产生了结 束再生的请求，程序600进行到步骤628，在此处真空泵被关闭并且微粒过滤器的再生被减 弱。
因此，可以在车辆运动中发动机减速关闭期间或者在车辆停止时执行微粒过滤器 的再生。根据车辆是否移动和车辆移动时的速度，可通过经由真空泵或冲压空气入口抽取 新鲜空气进入排气系统而促进发动机减速关闭期间的再生。
最后，图7中的流程示说明用于在发生了减速关闭后且进行微粒过滤器再生 后起动发动机的控制程序700，其中在减速关闭再生和当前起动之间没有任何其它的起动。 具体地，根据在发动机减速关闭期间尝试的再生的状态，程序700调整在发动机起动期间 的发动机运行参数。
在这一示例中，在程序700的步骤710处，通过检查车钥匙是否在接通位置(on) 上来确定车辆是否被开动。在一些实施例中，例如当车辆具有混合动力推进系统时，车钥匙 在发动机减速关闭期间可以仍然保持在接通位置。如果确定车钥匙不在接通位置，则程序 700结束。
另一方面，如果确定车钥匙在接通位置，则程序700进行到步骤712，在此处确定 在发动机减速关闭期间是否尝试再生。在一些实施例中，发动机可被减速关闭而不尝试使 微粒过滤器再生(例如，不经由真空泵或冲压空气入口抽取新鲜空气)。如果确定在减速关 闭期间不尝试再生，则程序700进行到步骤722，在此处起动发动机且同时不为再生而调整 发动机。这可以包括按第一空燃比廓线、怠速设置点、火花正时廓线等起动发动机。
但是，如果确定在先前发动机减速关闭期间尝试了和/或成功地完成了再生，则 程序700继续进行到步骤714，在此处确定再生的状态。例如，可能已经尝试了再生，但由于 不满足再生条件或者请求了发动机起动，该尝试可能已经被取消。在另一示例中，可能已经 开始再生，并且在微粒过滤器的再生完成前被终止(例如，部分完成再生)。在进一步的示 例中，可能已经开始再生，但是仅仅一部分储存的碳烟被再生所移除。此外，根据在发动机 减速关闭再生期间的三元催化剂温度，或多或少的过量氧气可被储存于三元催化剂中。
一旦确定了再生状态，图7中的程序700进行到步骤718，在此处发动机被起动。 然后程序700继续进行到步骤720，在此处根据再生的状态来调整发动机运行参数。发动机 运行参数可包括但不限于空燃比、火花正时等。例如，如果尝试并且仅仅部分完成再生，则 三元催化剂中的化将少于更充分地执行再生的情况。因此，空燃比可被调整到比化学计量 更富(或更稀)的状态以在发动机起动期间减少三元催化剂中的过量02。
在另一示例中，发动机可以这种方式起动，S卩如果再生在发动机减速关闭期间没 有完成，则继续进行再生。例如，在具有混合动力推进系统的车辆中，发动机可能需要在车 辆加速时被起动，并且发动机减速关闭期间的微粒过滤器的再生可能还没有完成。因此，空 燃比可被调整到比化学计量更稀并可以延迟火花正时，以继续向微粒过滤器供给化进行再 生。
因而，根据发动机减速关闭期间的再生状态，可以以这样的方式重起动发动机，即 使得继续再生过程或者减小再生对组件例如三元催化剂的影响。
如上所述并参考附图，直喷汽油发动机可具有连接到其排气系统的微粒过滤器， 以收集在各种工况下例如在高速或者高负载的工况下产生的碳烟。此外，为保持发动机效 率，微粒过滤器可以在发动机减速关闭时被再生。根据工况和车辆系统(例如，混合动力车 辆)，可以使用真空泵或冲压空气入口来在发动机减速关闭期间促进微粒滤波器的再生。
应注意在此包括的示例性控制和估计程序可以用于不同的发动机和/或车辆系 统配置。在此描述的具体程序可以代表一个或多于一个任意数量的处理策略，例如事件驱 动、中断驱动、多任务、多线程等等。就此而言，各种步骤、操作或功能可以以所示的顺序实 施、并行实施或者在一些工况下被省略。类似地，该处理的顺序并不是实现在此所述的示例 性实施例的特征和优点所必需的，只不过被提供以便于展示和说明。根据所使用的特别策 略可以重复实施一个或多于一个所示的步骤或者功能。此外，所述步骤可以图表性地代表 有待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒介内的代码。
应该理解的是，在此公开的这些配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体的 实施例不应从限定的角度进行解释，因为可能存在多种变体。例如，上述技术可以应用于 ￥-6、1-4、1-6、￥-12、对置4(叩 0如(14)以及其他发动机类型。本公开的主题包括多种系统 和配置以及在此公开的其他特征、功能和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合。
随附的权利要求特别指出了被认为是新颖的和非显而易见的某些组合以及子组 合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这种权利要求应该 被理解为包括一个或多于一个这种元件的结合，既不必需也不排除两个或多于两个这种元 件。所公开的这些特征、功能、元件和/或特性的其他组合以及子组合可能通过当前权利要 求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。
不管是否比原始权利要求的范围更宽、更窄、相等或者不同，这种权利要求均被视 为包括在本公开的主题内。
权利要求
1.一种控制发动机的方法，该发动机具有排气系统，该排气系统包括微粒过滤器，该方 法包括在减速关闭所述发动机并且减速旋转所述发动机至静止时，操作真空泵以抽取新鲜空 气经由所述排气系统至进气系统；以及在所述发动机静止期间使所述微粒过滤器的至少一部分再生。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括，在发动机减速关闭期间，根据所述微粒过 滤器中的微粒数量调整发动机运行参数。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述发动机运行参数包括所述发动机的至少一个汽 缸的进气门和排气门位置，并且其中所述进气门和排气门在所述发动机静止时处于打开位 置。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述发动机运行参数包括排气再循环阀，并且其中 所述排气再循环阀在所述发动机静止时被移动至打开位置。
5.如权利要求4所述的方法，其进一步包括，根据流经所述排气系统的期望新鲜空气 流量调整所述排气再循环阀的位置。
6.如权利要求1所述的方法，其中新鲜空气沿与在发动机运行时相反的方向流动。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机是涡轮增压汽油直喷发动机。
8.—种控制车辆中的发动机的方法，该发动机具有排气系统，该排气系统包括微粒过 滤器，该方法包括在第一工况下，执行化学计量燃烧，并且使排气沿第一方向从所述发动机流经三元催 化剂且然后流至所述微粒过滤器；以及在所述发动机被减速关闭的第二工况下，使来自大气的新鲜空气沿与所述第一方向相 反的第二方向流经微粒过滤器，并使所述微粒过滤器的至少一部分再生。
9.如权利要求8所述的方法，其中在所述第二工况下，通过连接到所述发动机的进气 系统的真空泵产生所述新鲜空气流。
10.如权利要求8所述的方法，其中在所述第二工况下，排气再循环阀门是至少部分打 开的。
全文摘要
本发明描述了控制发动机减速关闭过程中排气系统中的微粒过滤器再生的系统和方法，该发动机具有排气系统，该排气系统包括微粒过滤器。一种示例方法包括，在减速关闭发动机并减速旋转发动机至静止时，操作真空泵以抽取空气经由排气系统至进气系统，以及在发动机静止期间使微粒过滤器的至少一部分再生。以这种方式，当发动机被减速关闭后，执行火花点火发动机中的至少部分过滤器再生，由此降低对发动机运转排放的影响。
文档编号F01N9/00GK102032027SQ20101050906
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者D·K·比德纳, J·S·赫伯恩, R·W·坎宁安 申请人:福特环球技术公司