专利名称：操作内燃发动机的方法
技术领域：
本发明一般涉及操作内燃发动机，通常为机动车辆的内燃发动机的一种方法。
背景技术：
众所周知，内燃发动机内燃料燃烧产生的废气是通过排气系统排放至环境的，该排气系统通常包括与发动机汽缸连通的排气歧管、从排气歧管引出的排气管和位于排气管内的一个或多个后处理装置，用于收集和/或改变包含在废气中的污染物的组分。在这些后处理装置中，柴油发动机通常包括柴油氧化催化剂(DOC)和柴油微粒过滤器(DPF)，其中柴油氧化催化剂(DOC)用来将包含在废气内的残留的碳氢化合物和一氧化碳降解为二氧化碳和水，柴油微粒过滤器(DPF)位于DOC下游的排气管内，用于从废气中 收集并从而移除柴油微粒物质(烟灰)。该后处理装置的副作用在于，DPF由流经此处的废气加热，因而若废气过多，该DPF可能过热。举例来说，DPF可能过热达到其温度不可控的某个点，其在该点达到过高的值致使DPF自燃。该反常事件通常称为“热事件”(thermal event)，极端严重，不仅因为会不可挽回地破坏DPF，还因为火势可能从DPF蔓延贯穿整个机动车辆。“热事件”的起因合理地确定为一个或多个燃料喷射器的失效导致过量的燃料在发动机汽缸外燃烧，例如由于燃料喷射器额外的关闭延迟。然而，“热事件”通常开始得突然且发展得迅速，以至于不可能用燃料喷射器的常规控制方案足够快速地判断来有效地阻止该破坏。基于上述考虑，本发明的实施例的一个目标是可靠地判断DPF是否过热，以阻止DPF的任何破坏和故障，例如“热事件”。另一个目标是用简单、合理且十分便宜的解决方案来达到这个目的。
发明内容
这些和/或其他目标可通过独立权利要求中所记录的本发明的实施例的特征来实现。从属权利要求叙述了本发明的实施例的优选的和/或有益的特征。特别地，本发明的实施例提供了一种操作内燃发动机的方法，包括一监测内燃发动机的柴油微粒过滤器(DPF)的温度参数的值，通常是DPF入口处的废气温度的值，一监测指示发动机载荷的一个或多个运行参数的值，通常是发动机扭矩的值和/或发动机速度的值，一利用监测到的发动机载荷参数确定DPF温度参数的临界值，一测试监测到的DPF温度参数的值是否超出了其所确定的临界值，和一如果测试返回正值，判定柴油微粒过滤器过热。换句话说，本解决方案提供了通过对比DPF温度参数的当前值和其动态临界值来判断DPF是否过热，其中DPF温度參数的当前值可通过专用传感器监测，动态临界值取决于发动机载荷參数的当前值。以此方式，本发明的优势在于，在发动机载荷參数的宽范围内，对DPF过热的判断
是可靠的。本解决方案的另ー个优势在于，由于运算法则和涉及的少量參数的简单性，判断DPF过热需要低的计算工作量，可以由传统的发动机控制器(ECU)提供。还有另外一个优势在干，DPF过热的判断不意味任何附加的传感器，因为在内燃发动机的其他很多控制方案中已经监测并使用发动机载荷參数和DPF温度參数。根据本发明的一个实施例，发动机载荷參数的监测值在用于确定DPF温度參数的临界值之前是经过过滤的。该实施例是有优势的，因为发动机载荷參数通常变化很快，而DPF的热力学行为需要更多的时间来响应发动机载荷參数的变化做出改变。因而，DPF温度參数的临界值，该值是以发动机载荷參数为基础确定的，会变化过快并变得不稳定，从而导致判断失败，即返回错误的DPF过热信息或返回正确的DPF过热信息但太迟了。过滤发动机运行參数的监测值，可通过例如低通滤波器的方式实现，其具有克服、或至少明显降低的上述缺点的优势。根据本发明的另ー个实施例，DPF温度參数的临界值以校准模型或麦普图(map 控制发动机參数图)的方式确定，其中校准模型或麦普图接收发动机载荷參数的监测值作为输入并以输出临界值返回。本解决方案的优势在于，模型或麦普图可通过实验活动来校准，并存储在与ECU关联的存储系统内，从而后者可很快地并以最小的计算工作量完成DPF过热的判断。根据本发明的另ー个实施例，发动机操作方法包括以下附加步骤一利用DPF温度參数的监测值来计算DPF温度參数的斜率的计算值，ー仅当DPF温度參数的斜率的计算值为正时执行测试。本解决方案是有优势的，因为一般而言，DPF温度參数下降很慢。特别地，DPF温度參数比用于确定动态临界值的发动机载荷參数下降得更慢很多。因而，当DPF温度參数下降吋，可能发生动态临界值与DPF温度參数的实际值相比下降得太快，导致判断方案探測到虚假的DPF过热的情況。通过仅当DPF温度參数的斜率值为正时(也就是仅当DPF温度參数值实际上在增长时)才执行测试，有利地克服了上述提到的缺点。本解决方案的一个辅助实施例提供了，在DPF温度參数的值用于计算其斜率值之前，过滤DPF温度參数的值。DPF温度參数的监测值的过滤阶段，其可以通过例如低通滤波器来执行，具有提高斜率计算的稳定性的优势，以便更好地识别DPF温度參数实际在增长与否。根据本发明的一个实施例，发动机操作方法包括附加的步骤一如果判断DPF为过热，激活合适的恢复策略停止DPF温度的增长。举例来说，恢复策略可提供，減少供应给内燃发动机的燃油和/或空气量。以此方式，可以方便地停止并控制DPF的温度增长，从而阻止DPF自身以及其他发动机部件的破坏和车辆起火。依照本发明，该方法可以通过包括计算机程序的计算机程序产品的形式，在计算机程序的帮助下实施，其中计算机程序包括实施上述方法的所有步骤的程序代码。
计算机程序产品可具体化为内燃发动机，其包括柴油微粒过滤器、发动机控制器(ECU)、关联发动机控制器的存储系统和存储在存储系统内的计算机程序，所以当ECU执行计算机程序吋，实施了上述方法的所有步骤。该方法还可以具体化为电磁信号，所述信号调整为携帯一系列数据位，该数据位代表计算机程序执行该方法的所有步骤。本发明的另外ー个实施例提供了用来操作装有柴油微粒过滤器的内燃发动机的一种设备，包括ー监测DPF温度參数的值的装置，一监测内燃发动机的指示发动机载荷的ー个或多个运行參数的值的装置，一利用发动机载荷參数的监测值来确定DPF温度參数的临界值的装置，ー测试DPF温度參数的监测值是否超出了所确定的临界值的装置，和—如果测试返回正值,判断DPF过热的装置。该发明的这个实施例具有与上述揭露的方法相同的优势，即提供判断DPF过热的可靠方案，其包括低计算工作量以及可通过常规的发动机控制系统执行，同时不需要硬件改进或増加特殊传感器。本发明的另ー个实施例提供了自动控制系统，包括内燃发动机，其装有柴油微粒过滤器、监测柴油微粒过滤器温度參数的第一传感器、监测内燃发动机的指示发动机载荷的ー个或多个运行參数的ー个或多个第二传感器，和与第一和第二传感器相连通的电子控制器，其中该电子控制器被配置为一利用第一传感器监测DPF温度參数的值，一利用第二传感器(ー个或多个)监测发动机运行參数(ー个或多个)的值，一利用发动机运行參数(ー个或多个)的监测值确定DPF温度參数的临界值，ー测试DPF温度參数的监测值是否超出其所确定的临界值，—如果测试返回正值，判断DPF过热。本发明的这个实施例具有与上述揭露方法相同的优势，也就是提供判断DPF过热的可靠手段，其包括低计算工作量并可通过常规的发动机控制系统执行，同时不需要硬件改进或増加特殊传感器。
现在将以举例的方式，參考附图描述本发明。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一部分。图3是操作属于图1的汽车系统的内燃发动机的方法的流程图。附图标记10 框11 框12计算模块13 框14 框
15框16框17框18框19框100汽车系统110内燃发动机120发动机缸体 125汽缸130汽缸盖135曲轴140活塞145曲轴150燃烧室155凸轮相位器160燃料喷射器170燃料轨道180燃料泵190燃料源200进气歧管205空气进气管210进气ロ215阀门220排气 ロ225排气歧管230涡轮增压器240压气机250涡轮260中间冷却器270排气系统275排气管280柴油氧化催化剂285柴油微粒过滤器290VGT 促动器300废气再循环系统310EGR 冷却器320EGR 阀门330节流阀体340空气流量和温度传感器
350歧管压力和温度传感器360汽缸内压カ传感器380冷却剂和润滑油温度和水平传感器400燃料轨道压力传感器410凸轮轴位置传感器420曲轴位置传感器430入传感器435排气压力和温度温度传感器·440 EGR温度传感器445加速器踏板位置传感器450 ECU460存储系统
具体实施例方式一些实施例可包括汽车系统100，如图1和2所示，其包括内燃发动机(ICE) 110，特别是机动车辆的ICE 110，其具有限定了至少ー个汽缸125的发动机缸体120，其中汽缸125接合有活塞140来转动曲轴145。汽缸盖130与活塞140—同限定了燃烧室150。燃料和空气的混合物(未示出)置于燃烧室150内并被点燃，使得热膨胀的废气引起活塞的往复运动。燃料由至少ー个燃料喷射器160和空气通过至少ー个进气ロ 210提供。燃料在高压下由燃料轨道170提供给燃料喷射器160，其中燃料轨道170与高压燃料泵180有液体连通，高压燃料泵180增加从燃料源190接受到的燃料的压力。汽缸125中的每ー个具有至少两个阀门215，由与曲轴145同步转动的凸轮轴135驱动。阀门215可选择地允许空气从开ロ 210进入燃烧室150并可替换地允许废气通过至少一个排气ロ 220排出。在一些实例中，凸轮相位器155可选择地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正吋。空气可通过进气歧管200分配至空气进气ロ 210。空气进气管205可将来自周围环境的空气提供至进气歧管200。另ー个实施例中，可提供节流阀体330来调整进入歧管220的空气流量。再另ー个实施例中，可提供强迫进气系统，例如涡轮增压器230，其具有与涡轮250旋转地接合的压缩机240。压缩机240的旋转提高进气管205和歧管200内的空气的压力和温度。置于进气管205内的中间冷却器260可降低空气的温度。润轮250由从排气歧管225接收的废气转动，其中排气歧管225在废气通过涡轮250膨胀之前从排气ロ220引导废气穿过一系列导叶片。本例示出了变几何涡轮(VGT)，其具有VGT促动器290，布置为移动导叶来改变穿过涡轮250的废气的流量。在另ー个实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何结构和/或包括排泄阀门。离开涡轮250的废气被引入排气系统270。排气系统270包括具有ー个或多个废气再处理装置的排气管275。再处理装置可以是被配置为改变废气组分的任何装置。再处理装置的一些实例包括但不限于触媒转换器(ニ元或三元)、氧化催化剂、稀氮氧化物(leanNOx)收集器、碳氢化合物吸附器、选择性催化还原(SCR)系统和微粒过滤器。在本例中，再处理装置特别包括柴油氧化催化剂(DOC) 280，将废气内包含的残存的碳氢化合物和ー氧化碳降解为ニ氧化碳和水，以及柴油微粒过滤器285，其位于DOC 280的下游，从废气中收集柴油颗粒物质(烟灰)。本例中的DOC 280和DPF 285闭合地接合并安装在ー个共同的外部壳体内，然而它们也可互相分开并具有专用壳体。其他实施例可包括接合在排气歧管225和进气歧管200之间的废气再循环系统(EGR) 300。EGR系统300可包括EGR冷却器310来降低EGR系统300内的废气温度。EGR阀门320调节EGR系统300内的废气流量。汽车系统100可进ー步包括电子控制器(E⑶)450，其与一个或多个关联ICE 110的装置/传感器相连通。ECU450可接收来自被配置为产生信号的各种传感器的输入信号，其中该信号与ICE 110的各种物理參数成比例。传感器包括但不限干空气流量和温度传感器360、冷却剂和润滑油温度和水平传感器380、燃料轨道压力传感器400、凸轮轴位置传感器410、曲轴位置传感器420、A传感器430、EGR温度传感器440和加速器踏板位置传感器445。在本例中，传感器进ー步包括压カ和温度传感器435，用于感测废气DPF 285在入ロ处，也就是在DPF 285的上游和DOC 280的下游之间的压カ和温度。此外，E⑶450可产生输出信号至各种控制装置，该控制装置被配置为控制ICE 110的运行，包括但不限于燃料喷射器160、节流阀体330、EGR阀门320、VGT促动器290和凸轮相位器155。注意，虚线用来指示ECU450和各种传感器和装置之间的联系，但为清晰起见省略了一部分。转向E⑶450，该装置可包括与存储系统460和接ロ总线连通的数字中央处理器(CPU)。存储系统460可包括各种存储类型，包括光存储器、磁存储器、固态存储器和其他非易失性存储器。接ロ总线可被配置为发送、接收和调整类似物和/或数字信号至/从各种传感器和控制装置。CPU被配置为执行作为程序存储在存储系统460中的指令，并发送和接收信号至/从接ロ总线。程序可使此处揭露的方法具体化，其允许CPU执行这种方法的步骤并控制ICE 110。特别地，E⑶450被配置为控制燃烧室150内的燃料注入，通过操作每个燃料喷射器160来根据可控的燃料喷射模式执行每个发动机循环。E⑶450也被配置为判断DPF 285是否过热，也就是DPF的温度是否高到引起DPF285自身和/或其他发动机部件的破坏或故障。借助图3的流程图显示的程序，可由E⑶450来运行该判断。该程序首先规定由E⑶450来监测(框10)废气温度在DPF 285的入口处的当前值，即在排气管275内，DPU 285的上游和DOC 280的下游。废气温度的当前值T可通过温度传感器435測量。同时，该程序规定由E⑶450监测(框11) ICE 110的一个或多个运行參数的当前值，该运行參数与发动机载荷相关联并影响DPF 285的热力学行为，例如发动机扭矩和/或发动机速度。在这个特殊的例子中，程序规定了既监测发动机速度的当前值ES又监测发动机扭矩的当前值ET。发动机速度的当前值ES可由E⑶450在曲轴位置传感器420的协助下測量，而发动机扭矩的当前值ET由ECU 450在传感器445測量到的加速器踏板位置和其他发动机运行參数的基础上确定。在本例中，ICE 110已装配有汽缸内压カ传感器360，发动机扭矩的当前值ET也可由E⑶450在这些汽缸内压力传感器360的协助下测量。于是发动机载荷參数的当前值应用为计算模块12的输入，该计算模块12提供与DPU入口处的废气温度相关的临界值T_th作为输出。计算模块12使用入口 DPF温度的热力学行为的単一化模型，例如方程或麦普图，其与发动机载荷參数的当前值相关，本例中即发动机速度和发动机扭矩的每ー对当前值ES、ET。因而，临界值T_th响应发动机载荷參数的当前值的每个可能的变化而动态地变化。每个临界值T_th代表废气温度值，在发动机载荷參数的相应值下工作的DPF 285的温度增长超出该值，可变成是超额的并破坏DPF 285自身和/或发动机部件。由于可能发生发动机载荷參数的变化快于DPF 285的热力学行为的情况，程序提供监测发动机载荷參数的当前值(框11)，在本例中既有发动机速度的当前值ES又有发动机扭矩的当前值ET，该值在应用到计算模块12之前经过充分过滤(框13)，例如通过各自的低通滤波器。以此方式，可以有优势地阻止临界值T_th的过快变化引起的错误判断。 计算模块12中包含的方程或麦普图可以以实验行为的方式经验性地校准，并存储在存储系统460中。然而，由于DPF入口处的废气温度通常比发动机载荷參数增长得慢，那样的话以这种可提供可靠临界值T_th的方式难以校准上面提到的方程或麦谱图。由于这个原因，本例规定只有当DPF入口处的废气温度实际上是增长时才完成判断。因此，程序规定E⑶450利用废气温度的当前值T来计算(框14)DPF入口处的废气温度随时间t变化的当前值G，例如根据以下公式G =——
CU在进行至框14之前，程序提供，例如通过低通滤波器充分过滤废气温度的当前值T (框15)，以提高斜率值G计算的稳定性。程序接下来规定E⑶450来测试(框16)当前斜率值G是大于零(废气温度是增长的)还是小于零(废气温度不变或降低)。如果测试返回负值，不完成程序，简单地从开头重新开始。如果测试相反地返回正值，程序规定E⑶450来对比(框17)废气温度的当前值T和计算模块12提供的临界值T_th。如果当前值T等于或小于临界值乙访，说明内燃发动机系统100的热行为正常，程序从开始重复。如果相反地，当前值T高于临界值乙访，程序规定E⑶450来判断DPF285过热)(框 18)。一旦判断为DPF过热，E⑶450可激活恢复策略(框19)。恢复策略通常可包括停止DPF温度增长的任何合适的行为，以阻止DPF 285自身和其他发动机部件的破坏，以及车辆起火。举例来说，恢复策略可规定以减少喷入汽缸125的燃料量的燃料喷射模式来操作ICE 110。恢复策略还可以规定通过例如合适地调节节流阀体330的位置，来減少引入发动机汽缸125的空气量。尽管上文的简要说明和详细描述中介绍了至少ー个示例性实施例，应该理解存在有大量的变化。还应该理解该示例性实施例或该多个示例性实施例仅仅是例子，并不意为以任何方式限制其范围、适用性或配置。更确切地说，前述的简要说明和详细描述为本领域技术人员实施至少ー个示例性实施例提供了方便的指导说明，同时理解在不超出前面所附的权利要求和其法律等价物的范围内，示例性实施例中所描述的元件的功能和排布可以具有多种变化。
权利要求
1.一种操作内燃发动机(110)的方法，包括以下步骤 一监测内燃发动机(110)的柴油微粒过滤器(285)的温度参数的值(T)， 一监测指示发动机载荷的内燃发动机(110)的运行参数的值(ES，ET), 一利用发动机载荷参数的监测值(ES，ET)来确定柴油微粒过滤器温度参数的临界值(T_th), 一测试柴油微粒过滤器温度参数的监测值是否超出其确定的临界值(T_th)， 一如果测试返回正值，判断柴油微粒过滤器(285)是否过热。
2.如权利要求1所述的方法，其中柴油微粒过滤器(285)的温度参数的监测值(T)通过传感器(435)测量。
3.如前述任一权利要求所述的方法，其中发动机载荷参数在发动机扭矩和发动机速度中选择。
4.如前述任一权利要求所述的方法，其中发动机载荷参数的监测值(ES，ET)在被用于确定柴油微粒过滤器温度参数的临界值(T_th)之前经过过滤。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其中柴油微粒过滤器温度参数的临界值(T_th)以经验地校准的模型或麦普图的方式确定，校准模型或麦普图接收发动机载荷参数的监测值(ES，ET)作为输入并返回临界值(T_th)作为输出。
6.如前述任一权利要求所述的方法，包括如下附加步骤 一利用柴油微粒过滤器温度参数的监测值(T)来计算柴油微粒过滤器温度参数的斜率值(G)， 一仅当柴油微粒过滤器温度参数的计算值(G)为正时执行测试。
7.如权利要求6所述的方法，其中柴油微粒过滤器温度参数的监测值(T)在用于计算柴油微粒过滤器温度参数的斜率值(G)之前被过滤。
8.如前述任一权利要求所述的方法，包括附加步骤 一如果判断柴油微粒过滤器(285)过热，激活合适的恢复策略来停止柴油微粒过滤器温度的增长。
9.如权利要求8所述的方法，其中恢复策略包括下述步骤中的一个或多个 一减少供应给内燃发动机(110)的燃料量，和 一减少供应给内燃发动机(110)的空气量。
10.一种计算机程序，其包括合适的计算机代码来执行如前述任一权利要求所述的方法。
11.计算机程序产品，其中权利要求10所述的计算机程序存储于其内。
12.一种内燃发动机(110)，其包括柴油微粒过滤器(285)、发动机控制器(450)、与发动机控制器(450)相连的存储系统(460)以及存储于存储系统(460)内的权利要求10所述的计算机程序。
13.—种电磁信号，其调整为携带一系列数据位，该数据位代表权利要求10所述的计算机程序。
14.一种操作装有柴油微粒过滤器(285)的内燃发动机(110)的设备，包括 一监测柴油微粒过滤器(285)的温度参数的值(T)的装置(435) 一监测指示发动机载荷的内燃发动机(110)的运行参数的值(ES，ET)的装置(420，360)， 一利用发动机载荷参数的监测值(ES，ET)来确定柴油微粒过滤器温度参数的临界值(T_th)的装置(450)， 一测试柴油微粒过滤器的温度参数的监测值(T)是否超出其所确定的临界值(T_th)的装置(450)，和 一如果测试返回正值，判断柴油微粒过滤器(285)过热的装置。
15.一种汽车系统(100)，其包括 装有柴油微粒过滤器(285)的内燃发动机(110)、监测柴油微粒过滤器(285)的温度参数的第一传感器(435)、监测指示发动机载荷的内燃发动机(110)的运行参数的第二传感器(420，360)、与第一和第二传感器连通的电子控制器(450)，其中电子控制器(450)被配置为 一用第一传感器(435)监测柴油微粒过滤器温度参数的值(T)， -用第二传感器(420，360)监测值发动机载荷参数的值(ES，ET)， -利用发动机载荷参数的监测值(ES，ET)确定柴油微粒过滤器的温度参数的临界值(T_th)， 一测试柴油微粒过滤器的温度参数的监测值(T)是否超出其所确定的临界值(T_th)， 一如果测试返回正值，判断柴油微粒过滤器(285)过热。
全文摘要
本发明的实施例提供了一种操作内燃发动机的方法，包括监测内燃发动机(110)的柴油微粒过滤器(285)的温度参数的值(T)；监测指示发动机载荷的内燃发动机(110)的操作参数的值(ES、ET)；利用发动机载荷参数的监测值(ES、ET)确定柴油微粒过滤器温度参数的临界值(T_th)；测试柴油微粒过滤器温度参数的监测值(T)是否超出了其临界值(T_th)；如果测试返回正值，判断柴油微粒过滤器(285)过热。
文档编号F01N9/00GK103016120SQ20121036423
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者M.布鲁诺, A.托尼内蒂 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司