包括微粒过滤器的发动机的排气操作控制的制作方法

专利名称：包括微粒过滤器的发动机的排气操作控制的制作方法
包括微粒过滤器的发动机的排气操作控制技术领域
本发明一般涉及具有包括微粒过滤器的排气系统的发动机。
技术背景
部分地由于散开的火焰传播，直接喷射(DI)发动机可以产生比进气道燃料喷射 发动机更多的烟。散开的火焰传播的结果是，燃料无法在燃烧之前与空气充分混合，导致产 生烟的富燃包。此外，当缺乏空气和燃料的充足混合时，DI发动机容易在高负载和/或高 速状态期间产生碳烟。
本发明的发明人认识到将微粒过滤器应用于DI、火花点火发动机的各种问题。例 如，可能难以维持DI、火花点火发动机中的微粒过滤器再生期间的准确的排放控制。发明内容
由此，描述了用于控制包括微粒过滤器的发动机的排气操作的方法和系统。一种 示例方法包括在发动机运转期间产生压缩空气以及存储压缩空气。因此，该方法包括在发 动机停机期间或之后利用压缩空气的压力推进压缩空气通过微粒过滤器。
通过在发动机停机期间和/或之后执行微粒滤波器再生，可以利用增加到微粒过 滤器的氧气流量再生微粒过滤器，同时避免排气尾管中可能增加的来自三元催化剂的排 放。
在一个示例中，该方法可包括在与发动机燃烧期间的排气流方向相同的方向推进 压缩空气通过微粒过滤器。通过这种方式，维持发动机运行和发动机停机再生之间控制上 的更多共同性是可能的。
另外，如果当请求发动机停机时实施发动机运行再生(例如，在发动机燃烧期 间)，则微粒过滤器再生可以持续至发动机停机状态而不改变微粒过滤器处气流的方向。使 用存储的压缩空气在发动机停机期间和/或之后再生过滤器的另一个潜在优点是可以将 再生反应延迟或提前到微粒过滤器状态适于执行再生反应的时间。例如，压缩空气可以被 存储直至微粒过滤器温度变得足够热以实施再生反应。此外，可以在特定的发动机停机状 态下(例如，在发动机运行状态期间已经开始过滤器再生的停机，或过滤器温度足够高的 停机)选择性地实施微粒过滤器再生，而在其它状态下不实施微粒过滤器再生。
根据另一方面，提供一种用于控制发动机的排气的操作的系统。系统包括位于发 动机气缸的上游的进气歧管；气缸下游的微粒过滤器；以及电子控制器，其配置为在发动 机工作期间在进气歧管中压缩空气，在进气歧管中存储压缩空气，以及在发动机停机期间 或之后利用压缩空气的压力推进压缩空气通过微粒过滤器。
在一个实施例中，系统还包括一个或一个以上阀，并且其中电子控制器被进一步 配置为通过调节一个或一个以上阀调节通过微粒过滤器推进的空气的量。
在另一实施例中，系统还包括一个或一个以上阀，并且其中电子控制器被进一步 配置为通过调节一个或一个以上阀、涡轮增压器和高压排气再循环(HP-EGR)系统调节通过微粒过滤器推进的空气的量，其中电子控制器被配置为调节一个或一个以上阀以推进压 缩空气通过HP-EGR系统到达微粒过滤器以再生微粒过滤器。
在另一实施例中，系统还包括一个或一个以上阀，并且其中电子控制器被进一步 配置为通过调节一个或一个以上阀、涡轮增压器和低压排气再循环(LP-EGR)系统来调节 通过微粒过滤器推进的空气的量，其中电子控制器配置为调节一个或一个以上阀以推进来 自进气歧管的压缩空气通过LP-EGR通道、并通过微粒过滤器到达排气通道以再生微粒过1 ' O
在另一实施例中，系统还包括一个或一个以上阀，并且其中电子控制器被进一步 配置为通过调节一个或一个以上阀调节通过微粒过滤器推进的空气的量，其中一个或一个 以上阀包括节气门、排气尾管阀、压缩器旁通阀、涡轮废气阀、HP-EGR阀和LP-EGR阀中的一 个或一个以上。
在另一实施例中，系统还包括一个或一个以上阀，并且其中电子控制器被进一步 配置为通过调节一个或一个以上阀来调节通过微粒过滤器推进的空气的量，其中电子控制 器配置为在发动机运行状态期间通过使空气流过微粒过滤器来启动微粒过滤器的再生，以 及在发动机停机期间或之后利用压力通过推进压缩空气通过微粒过滤器来继续再生。
根据另一方面，提供一种控制包括微粒过滤器的发动机的排气的操作的方法。该 方法包括在第一工况期间在发动机运转期间在进气歧管中压缩空气；在进气歧管的一部 分中存储压缩的空气；在发动机停机期间或之后从第一工况，利用进气歧管中压缩的空气 和大气压力之间的压力差推进压缩空气通过微粒过滤器以至少部分地再生微粒过滤器；以 及在第二工况期间以相比第一工况下产生的压缩空气少的进气歧管中的压缩空气使发动 机停机，其中停机是在不推进较少的压缩空气通过微粒过滤器的情况下实施的。
在一个实施例中，该方法还包括在发动机停机后的发动机起动期间基于在发动机 停机期间微粒过滤器是否被至少部分地再生，来调节一个或一个以上发动机参数。
在另一个实施例中，该方法还包括在发动机停机后发动机起动期间基于在发动机 停机期间微粒过滤器是否被至少部分地再生，来调节一个或一个以上发动机参数，其中发 动机参数包括空燃比廓线、怠速设定点以及火花正时廓线中的一个或一个以上。
在另一实施例中，在第一工况期间微粒过滤器处的碳烟的量比第二工况期间微粒 过滤器处的碳烟的量大。
在另一实施例中，第一工况包括微粒过滤器的发动机运行再生。
应理解提供以上发明内容是为了以简化的形式引入概念的选择，这些概念在详细 描述中被进一步描述。这些内容并非为了确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求 保护的主题的范围由权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决以上提到 以及本公开任意部分中的任意缺点的实施。


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2示出图示说明用于管理车辆中的直接喷射汽油发动机中的微粒过滤器再生 的方法的流程图3示出图示说明发动机停机期间存储压缩空气的方法的流程图4示出图示说明使用存储的压缩空气在发动机停机期间再生微粒过滤器的方 法的流程图；以及
图5示出图示说明基于在之前的发动机停机期间和/或之后所实施的过滤器再生 起动发动机的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述涉及再生发动机中的微粒过滤器的方法，发动机诸如直喷式汽油发动 机。在发动机的第一工况期间，发动机中的燃烧可以关于化学计量实施，并且排气可以从第 一方向自发动机流向微粒过滤器，其中发动机产生的烟在微粒过滤器处被收集。在发动机 工作期间，涡轮增压器运动产生的压缩空气(或发动机旋转产生的真空)可以存储在进气 系统中，诸如进气歧管。接着在随后的发动机停机(shutdown)期间(例如在燃烧停止之后 的发动机减速旋转期间，或在发动机静止期间)，可以应用存储的真空或压力产生到过滤器 的再生流。例如，进气歧管中存储的压缩空气产生的压力可用于在与发动机燃烧期间排气 流方向一致的第一方向将进气歧管的空气推进到达微粒过滤器，以帮助过滤器再生。可替 代地，存储的真空可用于在第二、相反方向将新鲜空气从周围大气吸入到过滤器(例如，通 过排气尾管和/或发动机进气口)以帮助过滤器再生。
在一些实施方式中，可以利用一个或一个以上排气再循环(EGR)系统以允许利用 存储的压缩空气使空气从进气歧管流到过滤器中。例如，当压缩空气存储在进气歧管中时， 可以通过使空气在自微粒过滤器的排气侧至微粒过滤器的大气侧的第一方向，从进气歧管 流过高压EGR系统、然后通过微粒过滤器来再生微粒过滤器。在另一示例中，空气可以在相 反的第二方向，从进气歧管流过低压EGR系统并流过微粒过滤器。也可以使用其它变体。
现在转至图1，示意图示出多气缸发动机10的一个气缸，其可以包括在机动车的 驱动系统中。发动机10可以至少部分地被包括控制器12的控制系统和车辆操作人员132 经过输入装置130的输入所控制。在此示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生 比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即气缸)30可以包括 活塞36位于其中的燃烧室的壁32。在一些实施例中，气缸30内的活塞36的表面可以具有 一凹处。活塞36可以耦连到曲轴40，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴 40可以通过中间传动系统耦连到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动马达可以经过飞轮耦 连到曲轴40以使发动机10的起动操作可用。
燃烧室30可以通过进气通道42自进气歧管44接收进入空气并且可以通过排气 通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够选择性地分别通过进气门52和排 气门讨与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或两个以上进气门和 /或两个或两个以上排气门。
进气门52可以由控制器12通过电子气门或阀驱动器(EVA)51来控制。类似地， 排气门M可以由控制器12通过EVA 53控制。可替代地，可变的气门驱动器可以是电动液 压或任何其它可想到的机构以使气门驱动可用。在某些状态下，控制器12可以改变提供给 驱动器51和53的信号以控制各个进气门和排气门的打开和关闭。进气门52和排气门M 的位置可以由气门位置传感器55和57分别确定。在可替换实施例中，进气和排气门的一 个或一个以上可以由一个或一个以上凸轮驱动，并且可以利用凸轮廓线变换(CPQ、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或一个以上系 统来改变气门操作。例如，气缸30可替代地包括通过电子气门驱动控制的进气门和通过包 括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。
燃料喷射器66示为直接与燃烧室30耦连以通过电子驱动器68与从控制器12接 收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接向燃烧室30中喷射燃料。通过这种方式，燃料喷射 器66提供熟知的燃料的直接喷射至燃烧室30中。例如，燃料喷射器可以安装在燃烧室的 侧面或燃烧室的顶部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵以及燃料导轨的燃料系统(未示出) 供应至燃料喷射器66。
在选定的操作模式下，点火系统88可响应于来自控制器12的火花提前信号SA通 过火花塞92提供点火火花到燃烧室30。尽管在一些实施例中示出了火花点火部件，但是燃 烧室30或发动机10的一个或一个以上其它燃烧室可以工作在压缩点火模式下，使用或不 使用点火火花。
进气通道42可以包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在此特定示 例中，可以由控制器12通过提供给节气门62和63包括的马达或驱动器的信号改变节流板 64和65的位置，这种配置通常称为电子节气门控制(ETC)。通过这种方式，节气门62和63 可以操作为改变提供给其它发动机气缸之间的燃烧室30的进气空气，并且也可以操作为 控制进气歧管中的压缩空气的压力或真空，如下文所述。节流板64和65的位置可以通过 节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧 管空气压力传感器122，用于提供相应的信号MAF和MAP给控制器12。
发动机10还可以包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，其至少包括沿 着进气歧管44布置的压缩机162。对于涡轮增压器，压缩机162可以至少部分地由沿着排 气通道48布置的涡轮164驱动(例如通过轴)。对于机械增压器，压缩机162可以至少部 分地由发动机和/或电子机械驱动，并且可以不包括涡轮。由此，控制器12可以改变通过 涡轮增压器或机械增压器向发动机的一个或一个以上气缸提供的压缩的量。此外，涡轮164 可以包括废气门166以调整涡轮增压器的增压压力。类似地，进气歧管44可以包括旁通阀 167以传送压缩机162周围的空气。
如图所示，节气门62设置在压缩机162的下游并且在旁通阀167的下游，节气门 63设置在压缩机162和旁通阀167两者的上游。这些节气门的选择性控制，如所设置的，允 许更多控制进气歧管一部分中的压缩空气或真空的产生与存储。如下文将要讨论的，进气 歧管所述部分中的压缩空气或真空的产生可用于微粒过滤器的再生。
在公开的实施例中，并且如图1所例示，排气再循环(EGR)系统可以通过高压 EGR(HP-EGR)通道140或低压EGR(LP-EGR)通道150将来自排气通道48的排气的期望部分 传送到进气歧管44。
HP-EGR通道140可以具有位于涡轮和微粒过滤器上游的第一开口，使得在发动机 燃烧期间排气能够从涡轮增压器的涡轮164的上游引导到涡轮增压器的压缩机162和节气 门62的下游的第二开口。LP-EGR通道150可以具有位于涡轮164的下游以及装置72 (例 如微粒过滤器)的下游的第一开口，使得在发动机燃烧期间排气能够从装置72的下游引导 到压缩机162的上游且在节气门63的下游的第二开口。在一些实施例中，发动机10可以 只包括HP-EGR系统或只包括LP-EGR系统。
在发动机燃烧操作期间，可以通过选择性控制HP-EGR阀142或LP-EGR阀152改 变EGR流量。此外，EGR传感器，诸如HP-EGR传感器144，可以布置在HP-EGR和LP-EGR通 道之一或两者内，并且可以提供其中的压力、温度和排气浓度中的一个或一个以上。可替代 地，可以通过基于来自MAF传感器(节气门63的上游),MAP (进气歧管),MAT (歧管气体温 度)以及启动速度传感器的信号所计算的值控制HP-EGR阀和/或LP-EGR阀。此外，可以 基于排气A传感器和/或进气氧传感器(例如在进气歧管中)控制通过HP-EGR和LP-EGR 通道之一或两者的流量。在某些状态下，EGR系统可以用于调整燃烧室内的空气和燃料混 合物的温度。
排气传感器1 示为耦连到排放控制系统70上游的排气通道48。而且，传感器 127被示为耦连到排放控制装置72 (例如，微粒过滤器)的上游的排气通道48，以及传感器 128被示为耦连到排放控制装置72的下游的排气通道48。传感器1沈、127和1 可以是任 何适于提供排气空气/燃料比指示的传感器的组合，传感器诸如线性氧传感器或UEGO(通 用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO (加热型EGO)、NOx, HC或CO传感器。
排放控制装置71和72被示出沿着排气传感器1 下游的排气通道48布置。装 置71和装置72可以包括选择性催化还原(SCR)系统、三元催化(TWC)、N0x捕集器、各种其 它排放控制装置或其组合。例如，装置71可以是TWC以及装置72可以是微粒过滤器(PF)。 在装置72是微粒过滤器的某些实施例中，装置72可以位于装置71的下游(如图1所示)。 在其它实施例中，装置72可以是设置在装置71上游的微粒过滤器，其中装置71可以是 TWC(此配置在图1中未示出)。此外，在某些实施例中，在发动机10操作期间，可以通过在 特定空气/燃料比内操作发动机的至少一个气缸周期性地将排放控制装置71和72复位。 在进一步实施例中，当发动机10停机(例如不燃烧)时，装置72(例如微粒过滤器)可以 被再生，如下文的详细描述。另外，排气尾管阀199被示为在排气尾管198中在装置72的 下游。排气尾管阀199可以被控制器12控制，以控制排气中的压力。这将在下文更详细地 讨论。
在图1中控制器12示为微型计算机，包括微处理器102、输入/输出端口 104、在此 特定示例中示为只读存储器(ROM) 106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机 存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM)IlO以及数据总线。控制器12可以从耦连到发动 机10的传感器接收各种信号，除之前讨论的那些信号，包括来自质量空气流量传感器120 的进气质量空气流量计(MAF)的测量值；来自耦连到冷却套管114的温度传感器112的发 动机冷却液温度(ECT)；来自耦连到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)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。发动机速度信号RPM可以由控制器12自信号PIP产生。来自歧 管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。请注意 可以使用上述传感器的各种组合，诸如使用MAF传感器而不使用MAP传感器，反之亦然。在 化学计量操作期间，MAP传感器能够给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器以及所检测的 发动机速度能够提供进入气缸的压力(包括空气)估计。在一个示例中，曲轴每旋转一次， 也用作发动机速度传感器的传感器118可以产生预定数量的等距脉冲。
存储介质只读存储器106可以使用代表可由微处理器102执行的指令的计算机可 读数据编程，以执行以下描述的方法以及预期但未具体列出的其它变体。
如上所述，图1仅仅示出多气缸发动机中的一个气缸，并且每个气缸类似地包括 其自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
参照图2-图5，其示出并描述了发动机的示例控制程序，诸如以上参照图1描述的 发动机10的示例控制程序。图2是图示说明用于在汽油直接喷射中管理微粒过滤器再生 的方法的流程图。图3图示说明示例发动机停机控制用于存储压缩空气。图4是图示说明 使用存储的压缩空气对发动机停机或发动机静止、再生的控制的流程图，以及图5是图示 说明用于起动发动机的示例程序的流程图，其将所述发动机起动之前是否实施发动机停机 过滤器再生以及实施到什么程度和/或持续的时间考虑在内。
现在转至图2，其示出用于管理发动机(诸如图1所示的发动机10)下游的微粒过 滤器再生的方法200的操作流程图。具体地，方法200表明基于发动机工况管理直接喷射 汽油发动机的微粒过滤器再生的示例操作。方法200可以包括确定是否请求发动机停机再 生，以及确定发动机停机再生的定时。
在方法200的210处，方法包括确定发动机是否在运行。这可以包括确定发动机 是否在旋转以及一个或一个以上气缸是否在燃烧。在一个示例中，燃烧可以包括发动机空 气-燃料比关于化学计量的振荡，其中排气自发动机流出，通过涡轮(例如涡轮164)，然后 在通过排气管(例如排气尾管198)排出之前通过三元催化装置(例如装置71)以及微粒 过滤器(例如装置72)。如果发动机未运行，则方法200可以结束。如果发动机在运行，则 方法200可以继续至212。
在212，估计微粒过滤器中的微粒(例如烟)的量。在某些实施例中，这可以包 括基于微粒过滤器中的压力降估计微粒过滤器中烟的量。在其它实施例中，可以利用蓄烟 (soot accumulation)模型估计微粒过滤器中的烟的量。一旦确定了烟的量，则方法继续至 214以确定烟的量是否大于阈值量(例如第一、较低阈值A)，其可用作发动机停机期间和/ 或之后是否再生微粒过滤器的指示。
如果估计的烟量小于阈值A，则方法200可以继续至228，其中请求非再生发动机 停机(例如，其中如果发动机停机，则在发动机停机和/或发动机静止期间微粒过滤器不被 再生)。例如，方法200可以包括设定指示已经建立非再生发动机停机请求的标记。另一 方面，如果估计的烟量超过阈值A，则方法200继续至216以请求发动机停机再生(参见图 3)。接着，方法200可以继续至218以确定微粒过滤器中存储的微粒的量是否大于阈值量 (例如第二、较高阈值B)，其可以用作在发动机运行、或发动机燃烧(例如在发动机停机之 前)期间是否再生微粒过滤器的指示。如果218的答案是“是”，则方法200可以继续至220 以在220请求发动机运行再生。否则，方法200可以结束。
在222，方法200包括确定是否满足再生条件。例如，可以确定排气温度是否大于 阈值(例如最小再生温度)，或其它条件。通过这种方式，再生反应可以延迟或提前到微粒 过滤器条件适合实施再生反应的时间。例如，所存储的压力可以被存储直至微粒过滤器温 度变得足够热可以实施再生反应。
在224，程序执行发动机运行微粒过滤器再生。在某些示例中，发动机运行微粒过 滤器再生可以包括调节发动机运转以提高排气温度至足以使用过量氧气开始过滤器再生。 例如，可以提高发动机速度以提高排气温度。在发动机运行再生期间，用于微粒过滤器再生 的过量氧气可以通过一个或一个以上EGR系统(例如借助自进气向排气传递加压空气，由此旁通发动机)、通过在微粒过滤器上游和三元催化装置下游传递气流(例如，冲压空气的 传递)的气泵，借助发动机中的稀燃操作，或上述装置的组合来提供。在一个示例中，在224 的发动机运行再生期间，过量氧气沿自排气歧管侧或过滤器的发动机输出侧到排气尾管或 过滤器的大气侧的方向流至微粒过滤器并流过微粒过滤器。可以调节各种操作参数以控制 过滤器再生速率、排气和/或微粒过滤器的温度等。
下面参照图3，其描述图示说明发动机停机控制的额外细节的方法300。首先，在 310，方法300包括确定是否已经产生发动机停机请求。例如，发动机停机请求可以从指示 关闭车辆请求的操作人员产生(例如，通过车辆的钥匙位置关掉车辆)。还可以基于不需要 发动机输出扭矩的车辆工况产生发动机停机请求，例如在请求的发动机扭矩小于零的减速 工况下或响应于驾驶员松开加速器踏板(tip-out)。在另一示例中，如果发动机是混合动力 电动车辆，则可以从混合车辆控制器产生发动机停机请求，其中当被混合动力推进系统驱 动的车辆继续运行和/或行进时可以实施发动机停机。
当310的答案是“是”时，方法继续至312以确定是否请求了发动机停机再生(例 如，方法200的220)。如果是，则方法300继续至316。否则，方法300可以继续至314以 确定在发动机停机请求时发动机运行再生是否已经在进行。在此情况下，即使发动机停机 再生没有被具体地请求，在某些状态下，使发动机运行再生持续到发动机停机也可能是有 利的。也就是说，可以利用本文提供的方法选择性地执行发动机停机再生。具体地，再生可 以自发动机运行操作，持续至发动机减速旋转，并持续至发动机静止的至少一部分。因此， 如果314的答案是“是”，则方法300也可以继续至316，至少在选择的条件下(例如，当过 滤器中存储了大于最小量C的充足的微粒量时)以确保再生持续至发动机停机。在此示例 中，方法300的316-322指示的操作可以在微粒过滤器再生已经在进行的同时实施。否则， 方法300可以结束。
如果314的答案是“否”，则方法300可以实施非再生发动机停机(未示出)。对 于非再生发动机停机，方法300可以包括在发动机停机期间减少或避免存储增加的压力和 /或真空，并且由此不在发动机停机操作期间增加到达微粒过滤器的过量氧气，或延伸/持 续微粒过滤器的再生。因此，在某些情况下可以选择性地在特定发动机停机状态下(例如， 在发动机运行状态下已经开始过滤器再生的发动机停机状态)实施微粒过滤器再生，而在 其它状态下不实施微粒过滤器再生。
在316，方法300包括在进气歧管中压缩空气和存储压缩空气。为了在进气歧管中 产生压缩空气(例如相对大气压力压缩)，可以增大发动机增压(例如，通过压缩机的涡轮 废气门或旁通阀的调节)，并且还可以在发动机停机部分期间增大节气门开口。在一些示 例中，压缩空气的产生包括吸入超出发动机使用的空气的一定量的空气到进气歧管。发动 机增压和/或节气门开口的增大可以在发动机减速旋转期间启动。通过增大节气门开口， 可以增加吸入到进气歧管中的空气的量。在另一示例中，也可以在发动机减速旋转期间关 闭HP-EGR阀和/或LP-EGR阀，以在进气歧管中产生压缩空气和/或提高压力值。在一些 情形下，在发动机停机的部分期间可以关闭排气尾管阀以增大进气歧管压力。
可替代地，在316，该方法可以包括调节操作以产生和/或存储真空。可以通过在 发动机停止旋转之前减小发动机增压和节气门开口而在进气歧管中产生存储的真空。通过 这种方式，可以产生和存储进气歧管中的真空。
可以进行额外的调节以进一步增加存储的压缩空气或存储的真空(例如，在进气 歧管中)，诸如调节气门正时。这种调节可以与中断一个或一个以上(例如，全部)发动机 气缸中的燃烧同时进行。通过这种方式，即使发动机速度在降低，在发动机减速旋转期间， 通过转动发动机来增加进气歧管中的压力或产生真空也是可能的。可以在中断燃烧之前或 之后以及在发动机减速旋转之前或期间产生和存储压缩的空气和/或真空。此外，尽管此 示例图示说明在进气歧管中存储压力和/或真空，但是也可以将压力和/或真空存储在进 气口中的其它位置，诸如耦连到进气歧管的压力或真空存储箱。此外，如果存在适当的阀和 控制用于控制存储的压力或真空的产生、存储和运动，则可以在发动机的空气循环路径中 的任意位置存储压力和/或真空。
接着，在318，该方法包括在发动机停机的同时维持进气歧管中压缩空气的压力 (或真空)，例如通过将节气门维持在进气通道中密封闭合的位置。为了维持进气歧管中的 压缩空气，节气门可以在最大空气充气时或者当最大空气充气存在于存储产生的压缩空气 的进气歧管的该部分中时闭合。
在已经产生真空的情况下，可以通过随着发动机减速旋转到静止而将节气门从几 乎闭合移动到完全闭合来维持进气歧管中的真空，使得当发动机速度降到诸如50RPM的最 低发动机速度以下时，节气门完全闭合。通过密封闭合的节气门并通过将发动机停止在某 位置使得进气歧管和排气歧管之间通过发动机的一个或一个以上气缸存在很少或不存在 连通(例如，在静止位置无任何一个气缸的正向阀交叠)，即便在发动机静止之后仍旧可能 暂时地存储所产生的真空(或压缩的进气)。LP-EGR和/或HP-EGR阀也可以被密封闭合 以帮助存储所产生的真空或压缩空气。
在发动机停机期间，该方法300可以包括在320调节运转参数以提高排气温度。例 如，如果微粒过滤器温度小于阈值温度，则提高排气温度可以包括以延迟的火花正时操作 发动机以提高排气温度准备停机再生。这可以针对选定数量的燃烧实施，包括中断燃烧之 前的一个或一个以上最后的燃烧事件。
在322，方法300包括实施发动机停机再生。例如，方法300可以包括在进气歧管 中暂时存储压缩的空气或产生的真空直至达到峰值微粒过滤器温度或温度范围，并且之后 在322驱散压缩的空气或存储的真空。由于在停机操作之后温度可能暂时上升，因此方法 300可以包括在调节一个或一个以上阀以利用真空或压缩空气增加至微粒过滤器的氧气流 量之前，维持压缩空气或真空直至达到峰值过滤器温度或温度范围，并由此再生微粒过滤 器。通过这种方式，当微粒过滤器遭受有利于实施再生反应的温度时，新鲜空气将被吸入到 微粒过滤器。在另一示例中，方法300可以包括在发动机停机期间随着排气温度的暂时升 高增加微粒过滤器处空气的流量。
发动机停机再生的更多细节参照例如图4描述。具体地，方法400包括在410确 定温度是否大于阈值温度值。例如，方法400可以包括确定温度是否在发动机停机和/或 发动机静止状态期间已经上升到阈值温度以上，或者确定温度是否在发动机停机之前已经 在阈值温度以上。通过这种方式，可以进一步确定是否执行发动机停机再生。可以基于例 如排气的不同温度状态，在发动机停止之后的不同时间通过压缩空气的压力推进通过(或 通过存储的真空吸入)到达微压力是否足够大以能够向微粒过滤器推进期望的氧气量)。
当410的答案是“是”时，方法400继续至412以调节一个或一个以上EGR系统参 数和/或进气或排气系统参数以利用进气通道中的压缩空气推进空气穿过微粒过滤器。在 其它示例中，可以利用进气通道中存储的真空朝微粒过滤器吸入空气。如此处描述的，可以 基于各种传感器的反馈调节通过过滤器的流量。
在已经将压缩空气存储在进气歧管的示例中，LP-EGR系统可以被省略或在过滤器 再生期间被关闭，并且排气尾管阀可以被省略或在过滤器再生期间保持打开。由此，一旦涡 轮废气门和/或HP-EGR阀打开，新鲜空气即从进气歧管流出，通过HP-EGR通道到达排气， 越过涡轮(例如，通过至少部分打开的废气门，或者通过涡轮)，并且之后通过微粒过滤器 到达大气。在此，可以调节HP-EGR阀、废气阀或排气尾管阀中的一个或一个以上，以控制流 过微粒过滤器的新鲜空气的正时和量。请注意，在此示例中，在发动机停机过滤器再生期 间，气流在与发动机燃烧期间排气流方向相同的方向上行进。
例如，可以通过打开排气尾管阀和LP-EGR阀以及闭合HP-EGR阀来释放压缩空气， 由此推进压缩空气从进气歧管通过LP-EGR通道，并通过微粒过滤器自微粒过滤器的大气 侧到达微粒过滤器的发动机输出侧，由此旁通三元催化剂。
在已经将压缩空气存储在进气歧管的另一示例中，可以闭合或省略HP-EGR系统。 在微粒过滤器再生期间，可以打开LP-EGR阀和压缩机旁通阀，可以闭合压缩机上游的节气 门，并且可以闭合排气尾管阀。由此，一旦打开压缩机旁通阀，压缩空气即可从进气歧管流 出、通过LP-EGR系统、通过微粒过滤器自微粒过滤器的大气侧到达微粒过滤器的发动机输 出侧(例如，在与发动机燃烧期间排气流方向相比相反方向上)。在微粒过滤器再生期间也 可以打开涡轮废气阀，以允许压缩空气旁通涡轮。
在一些情形下，可以在与发动机燃烧期间排气流方向相反的反方向推进压缩空气 通过微粒过滤器，直至进气歧管和排气通道中的压力相等。之后，可以打开HP-EGR阀以及 关闭LP-EGR阀，并且可以推进空气通过微粒过滤器从微粒过滤器的发动机输出侧到达微 粒过滤器的大气侧。在进气歧管中已经产生真空的一个示例中，可以在微粒过滤器再生期 间使用HP-EGR和LP-EGR通道，其中压缩机旁路闭合(例如图1的旁通阀167闭合)，涡轮 废气门至少部分打开，以及排气尾管阀闭合。在此情况下，HP-EGR阀和LP-EGR阀(例如图 1的HP-EGR阀142和LP-EGR阀152)均至少部分打开以启动新鲜空气向微粒过滤器的流 动。因此，如果进气歧管中已经产生真空，则新鲜空气可以从进气通道被吸入(例如，通过 打开节气门)，通过LP-EGR通道，并在相反方向流过微粒过滤器。也就是说，气流可以沿与 发动机运行时排气流动方向相反的方向通过微粒过滤器。新鲜气流自微粒过滤器在涡轮周 围行进通过涡轮废气门并且之后通过HP-EGR通道到达进气歧管。
在进气歧管中已经产生真空的另一个示例中，可以通过打开微粒过滤器下游的排 气尾管阀(如果配备的话)、涡轮废气阀和/或HP-EGR阀吸入新鲜空气通过微粒过滤器。 在此情形下，可以将LP-EGR阀闭合或可以省略LP-EGR通道。新鲜气流可以被吸入通过排气 尾管，沿与发动机燃烧操作期间的排气方向(例如，从微粒过滤器的大气侧到微粒过滤器 的发动机输出侧)相反的方向通过微粒过滤器，通过涡轮(例如，通过至少部分打开的废气 阀或通过涡轮)，并且之后通过HP-EGR通道进入进气歧管。这可以有效地驱散存储的真空。 在此情形下，该方法可包括通过调节HP-EGR阀、LP-EGR阀以及排气管阀中的一个或一个以上的开口来调节发动机停机状态和/或新鲜空气流正时期间通过过滤器的新鲜气流的量。
可以采用此处提供的用于使过量氧气通过微粒过滤器的方法的组合。例如，可以 实施第一种方法用于使压缩空气在相反方向流过微粒过滤器直至进气歧管中的压力与排 气通道中的压力相等。之后，可以实施第二方法用于使压缩空气在第一方向(例如，与发动 机燃烧期间的排气流动方向相同)流过微粒过滤器。
可以通过调节节气门开口、涡轮废气门、压缩机旁通阀、排气尾管阀、HP-EGR阀以 及LP-EGR阀中的一个或一个以上来调整流过微粒过滤器的新鲜气流的正时和/或量。例 如，在高温停机状态下，可以在发动机燃烧中断后的第一、较早的正时使用存储的压缩空气 或真空，以利用高微粒过滤器温度的优点。然而，在低温状态下，可以在发动机燃烧中断后 的第二、较迟的正时使用存储的压缩空气或真空，以确保气流随着微粒过滤器处的自然温 度升高而通过过滤器。
还可以基于由氧气传感器在微粒过滤器处检测到的过量氧气的量来调整新鲜气 流的正时和/或量。在压缩空气或过量氧气沿与发动机燃烧期间的排气流动方向(例如从 排气尾管到大气)相同的方向上被推进通过微粒过滤器的情况下，微粒过滤器上游的第一 氧气传感器可以提供过量氧气测量值，基于此测量值可以进行气流调节。此外，这种方法也 可以在发动机运行过滤器再生期间用于控制传递到过滤器的过量氧气的量。可替代地，在 沿反方向推进空气通过微粒过滤器的情况下，或者真空沿反方向吸入通过微粒过滤器的空 气的情况下，微粒过滤器下游的第二氧气传感器可以提供过量氧气测量值，基于此测量值 可以进行气流调节。
在某些情形下，当发动机仍旧燃烧时调节发动机运转是可能的，使得能够在随后 的发动机停机期间，产生通过过滤器的过量氧气流以执行微粒过滤器再生。例如，在中断燃 烧之前的一个或一个以上最后燃烧期间可以调节阀定位和/或发动机燃烧参数。而且，发 动机停机再生可以包括发动机运行再生的继续或延伸，或者至少在某些状态下它可以完全 是发动机停机再生(例如在发动机停机期间启动)。这种发动机停机可以与不具有微粒过 滤器再生的发动机停机形成对比。
最后，图5的流程示说明用于在微粒过滤器的发动机停机再生之后起动发动 机而在停机再生和当前起动之间无任何起动的控制程序500。具体地，程序500在发动机起 动期间基于发动机停机期间和/或之后的再生的状态和范围调节发动机运转参数。
在此示例中，在程序500的510，通过检查钥匙是否开启确定车辆是否开启。在某 些实施例中，诸如当车辆具有混合动力电动推进车辆时，可以在发动机停机期间保持钥匙 开启，并且由此可以在510检查其它参数(例如电池充电状态、期望的发动机速度、发动机 负荷等)以确定是否期望重新起动发动机。如果确定钥匙未开启，则程序500可以结束。
另一方面，如果在510确定钥匙开启，则程序500继续至512，在512确定在之前的 发动机停机期间是否尝试了再生或者至少部分地实施了再生。在一些实施例中，可以执行 发动机停机而无微粒过滤器的再生(例如，并不分别通过存储的真空或存储的压缩空气吸 入或推进空气)。如果确定在之前的发动机停机期间没有尝试再生或未成功完成再生，则程 序500可以继续至522，在522发动机起动而不进行对于之前过滤器再生的调节。这可以包 括以第一空-燃比廓线、怠速设定点、火花正时廓线等起动发动机。在一个示例中，可以将 起动的初始燃烧事件的空-燃比调节为更稀或更富，响应少量的(或缺乏的)发动机停机过滤器再生。
然而，如果确定在之前的发动机停机期间尝试了发动机停机再生和/或成功完成 了发动机停机再生，则程序500可以继续至514，在514确定再生的状态。例如，再生可能已 经开始，但由于发动机起动请求而中断。作为另一示例，再生可能已经开始并且在微粒过滤 器的再生完成之前已经停止(例如，再生部分地完成)。在进一步示例中，再生可能已经开 始但只有存储的烟的一部分可能已经被再生去除。另外，取决于之前的发动机停机再生期 间的三元催化装置的温度，或多或少的过量氧气可能已经存储在三元催化剂或装置中。由 此，也可以在514确定三元催化剂或装置的状态。
一旦确定了再生的状态，则图5的程序500继续至518，在518发动机被起动(。之 后，程序500继续至520，在520基于再生的状态调节发动机运转参数。发动机运转参数可 以包括但不限于空燃比、火花正时、怠速设定点等。例如，如果之前尝试了再生并且仅仅部 分被完成，则与更完全地实施再生相比，三元催化剂中存在的O2可能更少。因此，可以在发 动机起动期间将空燃比调节为化学计量更富(或更稀)以减少发动机起动期间三元催化剂 中的过量02。在某些情况下，可以基于三元催化剂的状态调节发动机运转参数。
在另一示例中，发动机可以以下方式起动如果在发动机停机期间再生未完成和 /或如果发动机停机再生正在进行，则继续再生。例如，在具有混合动力电动推进系统的车 辆中，其在发动机仍在旋转(例如，由马达驱动)时实施发动机停机再生，在车辆加速时可 能需要重新起动发动机，因此，微粒过滤器的发动机停机再生可能尚未完成。因此，可以将 空燃比调节为化学计量的稀，并且可以延迟火花正时以继续向微粒过滤器供应过量O2用于 再生。因此，基于发动机停机期间的再生状态，可以以某种方式起动发动机以继续再生或减 少再生对诸如三元催化剂的部件的影响。
如以上参照附图的描述，直接喷射式汽油发动机可以将微粒过滤器耦连到其排气 系统以收集工况期间产生的烟，诸如当发动机遭受高速和/或高负载时。而且，为了维持发 动机效率，可以再生微粒过滤器，至少部分地并且至少在一些状态下，同时将发动机停机。 基于工况和车辆系统，进气通道中存储的真空和/或压力可用于在发动机停机期间促进微 粒过滤器的再生。
请注意此处包括的示例控制和估计程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配 置。此处描述的具体程序代表任意数量的处理策略中的一个或一个以上策略，诸如事件驱 动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所例示的各个动作、操作或功能可以按照例示的顺 序执行、并行执行，或在一些情况下省略。类似地，处理的顺序未必是实现此处描述的示例 实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于例示和描述而提供。例示的动作或功能中的 一个或一个以上可以根据使用的特定策略重复执行。此外，所描述的动作可以图形化地表 示编程到发动机控制系统的计算机可读存储介质中的代码。应当理解此处公开的配置和程 序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不从限制的意义被考虑，因为多种变化是可能 的。例如，上述技术可以应用于v-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公 开的主题包括此处公开的各个系统和配置的全部新颖和非显而易见组合和子组合，以及其 它特征、功能和/或属性。
权利要求
1.一种控制包括微粒过滤器的发动机的排气操作的方法，包括在发动机运转期间产生压缩空气；存储所述压缩空气；在发动机停机期间或之后，利用所述压缩空气的压力推进所述压缩空气通过所述微粒 过滤器O
2.根据权利要求1所述的方法，其中存储所述压缩空气包括在所述发动机的进气歧管 中存储所述压缩空气。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在发动机停机期间或之后，打开高压排气 再循环阀，并且其中推进所述压缩空气包括推进所述压缩空气从所述进气歧管、通过高压 排气再循环系统到达所述微粒过滤器以再生所述微粒过滤器。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括在发动机停机期间或之后，基于位于所述发动机和所述微粒过滤器之间的排气传感器 调节通过所述微粒过滤器推进的压缩空气的量。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括在发动机运行状态期间通过使空气流过所述微 粒过滤器从所述微粒过滤器的发动机输出侧到达所述微粒过滤器的大气侧来再生所述微 粒过滤器。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括在发动机停机期间或之后使用所述压力继续所 述微粒过滤器的再生。
7.根据权利要求2所述的方法，还包括在发动机停机期间或之后在涡轮增压发动机 中，打开低压排气再循环阀和闭合高压排气再循环阀，并且其中推进所述压缩空气包括推 进所述压缩空气从所述进气歧管、通过低压排气再循环系统、并通过所述微粒过滤器从所 述微粒过滤器的大气侧到达所述微粒过滤器的发动机输出侧。
8.根据权利要求1所述的方法，其中还包括在发动机停机后发动机起动期间基于发动 机停机期间或之后的微粒过滤器再生调节发动机运转参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述发动机运转参数是发动机起动的初始燃烧的 空-燃比。
10.一种用于控制发动机排气操作的系统，所述系统包括位于发动机的气缸上游的进气歧管；位于所述气缸下游的微粒过滤器；以及电子控制器，其配置为在发动机运转期间压缩所述进气歧管中的空气；在所述进气歧管中存储压缩空气，以及在发动机停机期间或之后，利用所述压缩空气的压力推进所述压缩空气通过所述微粒 过滤器ο
全文摘要
本发明提供用于控制包括微粒过滤器的发动机的排气操作的方法和系统。一个示例方法包括在发动机运转期间产生压缩空气以及存储压缩空气。该方法还包括在发动机停机期间或之后利用压缩空气的压力推进压缩空气通过微粒过滤器。
文档编号F01N9/00GK102032031SQ201010509220
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M·J·范尼马斯塔特 申请人:福特环球技术公司