专利名称：用于监测车辆颗粒过滤器的再生频率的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于监测颗粒过滤器的再生频率的装置和方法，所述颗粒过滤器适于从车辆排气流中去除碳烟。
背景技术：
颗粒过滤器设计成从车辆的排气流中去除碳烟、灰尘、金属和其它悬浮物质的微小颗粒。随着时间的经过，颗粒物质积聚在过滤器内的基质上。为了延长颗粒过滤器的寿命以及进一步优化发动机功能，一些过滤器被设计成使用热来选择性地再生。通过在发动机的气缸室内或者在过滤器上游的排气流中直接喷射并点燃燃料，颗粒过滤器内的温度可暂时地增加到大约450°C至600°C之间。排气温度的峰值可结合合适催化剂(例如，钯或钼)使用，其中催化剂和热一起发挥作用，以便借由简单的放热氧化过程将积聚的颗粒物质减少为相对惰性的碳烟。
发明内容
本文所公开的车辆包括发动机、可使用热来再生的颗粒过滤器、以及主机。主机访问第一碳烟模型以确定颗粒过滤器中的实际碳烟质量(例如，由计算或测量的过滤器上的压差标引的查询表)，并且访问第二碳烟模型以确定过滤器中的模型化碳烟质量。第二碳烟模型关于一组当前车辆操作点或状况提供了模型化碳烟质量。然后，主机计算实际碳烟质量中的变化与模型化碳烟质量中的变化的比值。主机将计算得到的比值与校准阈值比较， 并且在计算的比值超过校准阈值时自动执行控制动作。所述方法可具体实施为能够由主机执行的算法。通过执行本文所公开的算法，主机可负责改变过滤器再生触发点，即启动颗粒过滤器基于热的再生的相关信号组或所生成的信号组。主机还可对正好在前的过滤器再生事件之后剩余在颗粒过滤器中的变化的碳烟质量加以考虑。合适控制动作可包括在计算的比值超过预定阈值时设置第一诊断代码、启用指示器装置、以及传送消息等。由于实际碳烟值和模型化碳烟值可随着车辆操作状况而变化，所以设置随意阈值以覆盖最差情形的常规监测方法可能不是最优的。本发明因此可改进任何再生频率监测算法的稳健性。还提供了一种用于上述车辆上的系统。该系统包括主机和能够使用热来再生的颗粒过滤器。主机访问第一碳烟模型和第二碳烟模型，所述第一碳烟模型提供了剩余在颗粒过滤器中的实际碳烟质量，所述第二碳烟模型使用了一组当前车辆操作状况来提供剩余在过滤器中的模型化碳烟质量。主机还计算测量的碳烟质量中的变化与模型化碳烟质量中的变化的比值。然后，主机将计算的比值与校准阈值进行比较，并且在所述比值超过阈值时执行合适的控制动作。还提供了一种方法，其可具体实施为算法并且用于上述车辆上。该方法包括使用第一碳烟模型来确定剩余在颗粒过滤器中的实际碳烟质量，以及使用第二碳烟模型来确定剩余在过滤器中的模型化碳烟质量，其中所述第二碳烟模型使用一组当前车辆操作状况。 该方法还包括计算实际碳烟质量中的变化与模型化碳烟质量中的变化的比值，将所述比值与校准阈值比较，并且当所述比值超过校准阈值时执行控制动作。本发明还包括以下方案 方案1. 一种车辆，包括 发动机；
颗粒过滤器，所述颗粒过滤器收集来自所述发动机的排气流的颗粒物质，并且能够使用热来选择性地再生；和
主机，所述主机具有第一碳烟模型和第二碳烟模型，其中所述第一碳烟模型和所述第二碳烟模型分别提供了包含在所述颗粒过滤器中的实际碳烟质量和模型化碳烟质量；
其中，所述主机可操作，用于计算自所述颗粒过滤器的正好在前的再生事件以来的所述实际碳烟质量中的变化与所述模型化碳烟质量中的变化的比值，以及用于在所述比值超过校准阈值时执行控制动作。方案2.根据方案1所述的车辆，其中，所述第一碳烟模型在所述颗粒过滤器上的压差与所述实际碳烟质量之间进行索引，且其中所述第二碳烟模型关于未包括所述颗粒过滤器上的压差的一组当前车辆操作状况来确定所述模型化碳烟质量。方案3.根据方案1所述的车辆，其中，作为所述控制动作的至少一部分，所述主机产生诊断代码。方案4.根据方案3所述的车辆，其中，作为所述控制动作的附加部分，所述主机启用指示器装置。方案5.根据方案1所述的车辆，其中，所述发动机是柴油发动机且所述颗粒过滤器是柴油颗粒过滤器。方案6. —种用于在具有内燃发动机的车辆上使用的系统，所述系统包括
颗粒过滤器，所述颗粒过滤器收集来自所述发动机的排气流的颗粒物质，并且能够使用热来选择性地再生；和
主机，所述主机具有第一碳烟模型和第二碳烟模型，其中所述第一碳烟模型和所述第二碳烟模型分别提供了包含在所述颗粒过滤器中的实际碳烟质量和模型化碳烟质量；
其中，所述主机可操作，用于计算自所述颗粒过滤器的正好在前的再生事件以来的所述实际碳烟质量中的变化与所述模型化碳烟质量中的变化的比值，以及用于在所述比值超过校准阈值时执行控制动作。方案7.根据方案6所述的系统，其中，所述第一碳烟模型在所述颗粒过滤器上的压差与所述实际碳烟质量之间进行索引，并且其中，所述第二碳烟模型关于不包括所述颗粒过滤器上的压差的一组车辆操作状况来确定所述模型化碳烟质量。方案8.根据方案6所述的车辆，其中，作为所述控制动作的至少一部分，所述主机产生诊断代码。方案9.根据方案8所述的车辆，其中，作为所述控制动作的附加部分，所述主机启用指示器装置。方案10.根据方案6所述的车辆，其中，所述发动机是柴油发动机且所述颗粒过滤器是柴油颗粒过滤器。
方案11. 一种用于在车辆上使用的方法，所述车辆包括内燃发动机、能够使用热来再生的颗粒过滤器、以及主机，所述方法包括
使用第一碳烟模型确定所述颗粒过滤器中的实际碳烟质量值； 使用第二碳烟模型确定所述颗粒过滤器中的模型化碳烟质量值，其中所述第二碳烟模型提供了包含在所述颗粒过滤器中的估计的碳烟质量值；
计算所述实际碳烟质量中的变化与所述模型化碳烟质量中的变化的比值；
将所述比值与校准阈值比较；和
当所述比值超过所述校准阈值时执行控制动作。方案12.根据方案11所述的方法，其中，所述第一碳烟模型在所述颗粒过滤器上的压差与所述实际碳烟质量值之间进行索引。方案13.根据方案12所述的方法，还包括确定不包括所述颗粒过滤器上的压差的一组当前车辆操作状况，其中所述第二碳烟模型关于所述组的当前车辆操作状况来确定所述模型化碳烟质量。方案14.根据方案11所述的方法，还包括作为所述控制动作的至少一部分来产生诊断代码。方案15.根据方案14所述的方法，还包括作为所述控制动作的附加部分来启用指示器装置。通过对用于实施本发明的最佳模式的下述详细说明并结合附图，本发明的上述特征和优势以及其它特征和优势将显而易见。
图1是具有内燃发动机和可再生颗粒过滤器的车辆的示意图；以及
图2是描述用于在图1所示的车辆上监测过滤器再生频率的方法的流程图。
具体实施例方式参考附图，其中在全部的若干附图中相同的附图标记对应于相同或类似的部件， 在图1中示意性地示出了车辆10。车辆10包括具有算法100的主机40，所述算法100适于如下文所述那样监测可热再生的颗粒过滤器34的再生频率，以及取决于再生频率根据需要执行控制动作。算法100在下文参考图2详细描述。车辆10包括内燃发动机12 (例如，柴油发动机或直喷式汽油发动机)、具有颗粒过滤器34的氧化催化剂(OC)系统13、以及变速器14。发动机12燃烧自燃料箱18抽吸的燃料16。在一个可能实施例中，燃料16是柴油燃料，氧化催化剂系统13是柴油氧化催化剂 (DOC)系统，且颗粒过滤器34是柴油颗粒过滤器(DPF)，但是取决于发动机12的设计可以使用汽油或其它燃料类型。如上所述，算法100由主机40执行，以便检测颗粒过滤器34的再生频率高于设计标准所需的阈值水平的状况，对此相应地使用了本文所述的第一碳烟模型50和第二碳烟模型60。具体地，如将在下文参考图2所述的那样，主机40通过使用测量或实际碳烟水平相对于分别来自第一和第二碳烟模型50和60的模拟或模型化碳烟水平之间的差的计算比值，以及通过将所述计算的比值与校准阈值比较，来直接监测再生频率，其中所述两个模型以不同方式确定剩余在颗粒过滤器34中的碳烟水平。主机40可配置为数字计算机，其用作车辆控制器和/或用作比例-积分-微分 (PID)控制器装置，具有微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)、高速时钟、数模(A/D)和/或模数(D/A)电路、任何需要的输入/输出电路和相关装置、以及任何需要的信号调节和/或信号缓冲电路。算法100和任何需要的基准校准(reference calibrations)被存储在主机40中，或容易被主机40访问，以提供以下关于图2所描述的功能。车辆10还包括节气门20，节气门根据需要选择性地容许预定量的燃料16和空气进入到发动机12中。由发动机12对燃料16的燃烧产生了排气流22，所述排气流在其最终排放到周围大气中之前经过车辆的排气系统，如图所示。通过燃烧燃料16释放的能量最终产生了作用在变速器14的输入构件M上的扭矩。变速器14继而将来自发动机12的扭矩传送到输出构件26，以便借由一组车轮观推进车辆10，为简洁起见，在图1中仅示出了一个车轮。当排气流22从发动机12的排气端口 17经过车辆排气系统时，如图1所示的OC 系统13清洁并调节排气流22。为此，OC系统13可包括氧化催化剂30、选择性催化还原 (SCR)装置32、以及上述的颗粒过滤器34。SCR装置32可定位在氧化催化剂30和颗粒过滤器34之间。如本领域中所理解的那样，SCR装置使用活性催化剂将氮氧化物(NOx)气体转化为作为惰性副产物的水和氮气。SCR装置32可配置为陶瓷砖块或陶瓷蜂巢结构、板结构、或任何其它合适设计。颗粒过滤器34的再生可以是主动或被动的。如本领域中所理解的那样，被动再生不需要用于再生的附加控制动作。相反，颗粒过滤器替代消声器被安装，并且在怠速或低功率操作时，颗粒物质被收集在过滤器上。当发动机排气温度增加时，于是收集的材料通过排气流22燃烧或氧化。主动再生则添加了外部热源，以便连同额外的控制方法一起来完成再生。不管如何配置，颗粒过滤器34可由合适基质构造成，所述合适基质例如为陶瓷、 金属网眼、粒状氧化铝、或任何其它对于温度和应用合适的材料。当排气流22的温度增加时，先前捕获在颗粒过滤器34中的颗粒物质通过热排气燃烧或氧化，以在颗粒过滤器内形成碳烟。车辆10还包括燃料喷射装置36，其借由控制信号15与主机40电子通信，并且与燃料箱18流体连通。在由主机40确定时，燃料喷射装置36选择性地喷射燃料16进入到氧化催化剂30或发动机气缸(未示出)中。然后，所喷射的燃料16以受控的方式点火并燃烧，以产生用于再生颗粒过滤器34所必需的增加的热量水平。仍参考图1，相应的第一和第二碳烟模型50、60可采用查询表和/或一系列计算的形式，其适合于用不同的相应方式来确定在颗粒过滤器34中的剩余碳烟质量。在一个实施例中，第一碳烟模型50使用在颗粒过滤器34上(或者跨颗粒过滤器34)的测量或计算压差来提供测量或实际碳烟质量值，其中第一碳烟模型在颗粒过滤器上的压差与实际碳烟质量之间进行索引。第二碳烟模型60以不同方式提供模型化碳烟质量，即为此使用了一组当前车辆操作状况，并且没有使用在颗粒过滤器34上的压差。第二碳烟模型60使用描述了发动机12的操作点和其它合适的车辆操作数据点的反馈信号44。这样的点可包括氧气水平 ’节气门位置；发动机速度；加速器踏板位置；燃料供应量；所请求的发动机扭矩；排气温度； 自上一次再生事件开始的消逝时间；特定驾驶模式，诸如高速公路驾驶、城市道路驾驶、和 /或通过监测参数(例如，发动机速度、发动机负载、制动等等)确定的其它识别模式或模式组合。主机40还接收来自定位在整个车辆10中的各个传感器42的信号11，其描述了在 OC系统13内的不同位置处(包括在氧化催化剂30的正好上游和下游处、在颗粒过滤器34 的正好上游和下游处)的各个测量值，例如排气温度、压力、氧气水平等等。这些信号11都被主机40传送，或中继到主机40。主机40还与发动机12通信，以接收标示了发动机操作点的反馈信号44，其值专门由第二碳烟模型60使用，如下文所述。参考图2，主机40在图1中的车辆10上执行算法100，以监测颗粒过滤器34的再生频率。通常，主机40使用第一碳烟模型50来确定测量或实际碳烟质量，其中实际碳烟质量根据一个可能实施例是基于在颗粒过滤器；34上的压差。然后，主机40例如通过使用车辆操作数据参考第二碳烟模型60来确定颗粒过滤器34中的模型化碳烟质量。接着，计算实际碳烟质量中的变化的比值，并且所述比值是相对于所述模型化碳烟质量中的变化，其中将所述比值与校准阈值比较。主机40在所述比值超过阈值时可执行控制动作。具体地，在步骤102开始，主机40首先确定是否存在一组初始状况，即当前是否命令了再生事件。步骤102可以通过如下来满足如果主机被配置成控制再生过程，则通过检测由主机内部产生的分立的(discrete)启用/关闭再生触发信号；或者，如果以另外的方式配置，则通过另外的车辆控制器。在对再生触发信号或其它初始状况的检测之后，算法 100推进到步骤104。在步骤104，主机40确定在颗粒过滤器34中的实际碳烟质量。在一个可能实施例中，主机40使用来自定位在颗粒过滤器的入口侧和出口侧处的传感器42 (在该情形中，配置为温度变换器或其它合适温度传感器)的信号11来直接读取或计算在颗粒过滤器34上的压差，并接着使用压降来参考第一碳烟模型50，从而确定实际碳烟质量值。该值被暂时地记录在存储器中，且算法100推进到步骤106。在步骤106，主机40处理反馈信号44和任何其它需要信号11以计算模型化碳烟质量中的变化，其中所述模型化碳烟质量参考上述第二碳烟模型60被确定。该变化是在当前再生触发信号与正好在前的过滤器再生事件开始时刻之间的时间间隔上发生的。主机40 还计算在相同时间间隔上在颗粒过滤器34内的实际碳烟质量中的变化，这次是参考第一碳烟模型50 ；接着，在将所述两个变化值暂时记录到存储器中之后，推进到步骤108。在步骤108，主机40计算在步骤106所计算得到的变化值的比值，即在自上一次再生事件的消逝时间间隔中，模型化碳烟质量中的变化和实际碳烟质量中的变化，并且将该比值暂时记录到存储器中，然后推进到步骤110。在步骤110，主机40将来自步骤108的比值与校准阈值比较。如果记录的比值超过校准阈值，那么主机40推进到步骤112，否则推进到步骤114。在步骤112，主机40设置第一诊断代码，所述第一诊断代码表示所述比值超过了校准阈值。这种结果可意味着在颗粒过滤器34内可能存在的碳烟比通过第二碳烟模型60 所预计的更多，该结果可能由空气泄漏或发动机故障导致，并因此有理由进一步进行调查。在步骤112的附加控制动作可包括启用指示器装置38以警告操作者；在车辆10内传输消息；使用车辆远程信息处理单元将消息传送到车辆之外；和/或采取适合于发送需要检查、 维护或更换颗粒过滤器34的信号的任何其它动作。在步骤114，主机40设置第二诊断代码，所述第二诊断代码指示了所计算的比值未超过校准阈值。算法100能够以使变化性最小化的合适的控制循环来继续执行，即所有再生事件必须至少保持在最小的效率水平，因而对任何给定的控制系统校准以及更宽范围的各种控制系统校准而言，实现了算法的稳健性。虽然已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员将认识到落入所附权利要求书范围内的用于实施本发明的各种替代设计和实施例。
权利要求
1.一种车辆，包括 发动机；颗粒过滤器，所述颗粒过滤器收集来自所述发动机的排气流的颗粒物质，并且能够使用热来选择性地再生；和主机，所述主机具有第一碳烟模型和第二碳烟模型，其中所述第一碳烟模型和所述第二碳烟模型分别提供了包含在所述颗粒过滤器中的实际碳烟质量和模型化碳烟质量；其中，所述主机可操作，用于计算自所述颗粒过滤器的正好在前的再生事件以来的所述实际碳烟质量中的变化与所述模型化碳烟质量中的变化的比值，以及用于在所述比值超过校准阈值时执行控制动作。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述第一碳烟模型在所述颗粒过滤器上的压差与所述实际碳烟质量之间进行索引，且其中所述第二碳烟模型关于未包括所述颗粒过滤器上的压差的一组当前车辆操作状况来确定所述模型化碳烟质量。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，作为所述控制动作的至少一部分，所述主机产生诊断代码。
4.根据权利要求3所述的车辆，其中，作为所述控制动作的附加部分，所述主机启用指 示器装置。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述发动机是柴油发动机且所述颗粒过滤器是柴油颗粒过滤器。
6.一种用于在具有内燃发动机的车辆上使用的系统，所述系统包括颗粒过滤器，所述颗粒过滤器收集来自所述发动机的排气流的颗粒物质，并且能够使用热来选择性地再生；和主机，所述主机具有第一碳烟模型和第二碳烟模型，其中所述第一碳烟模型和所述第二碳烟模型分别提供了包含在所述颗粒过滤器中的实际碳烟质量和模型化碳烟质量；其中，所述主机可操作，用于计算自所述颗粒过滤器的正好在前的再生事件以来的所述实际碳烟质量中的变化与所述模型化碳烟质量中的变化的比值，以及用于在所述比值超过校准阈值时执行控制动作。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一碳烟模型在所述颗粒过滤器上的压差与所述实际碳烟质量之间进行索引，并且其中，所述第二碳烟模型关于不包括所述颗粒过滤器上的压差的一组车辆操作状况来确定所述模型化碳烟质量。
8.根据权利要求6所述的车辆，其中，作为所述控制动作的至少一部分，所述主机产生诊断代码。
9.根据权利要求8所述的车辆，其中，作为所述控制动作的附加部分，所述主机启用指示器装置。
10.一种用于在车辆上使用的方法，所述车辆包括内燃发动机、能够使用热来再生的颗粒过滤器、以及主机，所述方法包括使用第一碳烟模型确定所述颗粒过滤器中的实际碳烟质量值； 使用第二碳烟模型确定所述颗粒过滤器中的模型化碳烟质量值，其中所述第二碳烟模型提供了包含在所述颗粒过滤器中的估计的碳烟质量值；计算所述实际碳烟质量中的变化与所述模型化碳烟质量中的变化的比值；将所述比值与校准阈值比较；和当所述比值超过所述校准阈值时执行控制动作。
全文摘要
本发明涉及用于监测车辆颗粒过滤器的再生频率的装置和方法。具体地，提供了一种车辆，所述车辆包括发动机、可再生的排气流颗粒过滤器、以及主机。主机具有一对碳烟模型，其提供了关于包含在颗粒过滤器中的碳烟的相应实际和模型化碳烟质量值，计算实际碳烟质量和模型化碳烟质量中的变化的比值，以及在该比值超过校准阈值时执行控制动作。诊断代码和/或启用指示器装置可以是控制动作的一部分。该系统包括上述的颗粒过滤器和主机。一种用于在车辆上使用的方法，包括分别使用第一和第二碳烟模型来确定实际和模型化碳烟质量值、计算实际碳烟质量和模型化碳烟质量中的变化的比值、将该比值与校准阈值比较、以及在该比值超过该阈值时执行控制动作。
文档编号F01N9/00GK102345492SQ20111021321
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者C.J.斯塔克, R.A.厄姆克, S.L.梅尔比 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司