用于控制从适于内燃发动机的微粒过滤器流出的微粒量的方法与流程

本专利申请要求于2018年1月15日提交的号为102018000000951的意大利专利申请的优先权，其公开内容通过引用并入。

技术领域

本发明涉及一种用于控制从适于优选汽油供以动力的内燃发动机的微粒过滤器流出的微粒量的方法。

背景技术：

如已知的那样，内燃发动机(优选地但非排他性地汽油供以动力的内燃发动机)设置有排气系统，该排气系统又包括排气后处理系统，排气后处理系统具有沿着排气管布置的微粒过滤器(也已知为汽油微粒过滤器)；以及也沿着排气管布置的在微粒过滤器上游的催化转换器。根据优选实施例，催化转化器和微粒过滤器一个接一个地布置在共同的管状容器内。

排气系统还设置有电子控制系统，该电子控制系统包括：差压传感器，该差压传感器具有分别连接到微粒过滤器的入口和出口的第一和第二入口和提供指示所述组合件端部处的压降的电信号的出口；温度传感器，该温度传感器布置在微粒过滤器的出口处，并且提供指示微粒过滤器出口处的排气温度的电信号；温度传感器，该温度传感器布置在微粒过滤器的入口处，并且提供指示微粒过滤器入口处的排气温度的电信号；电子控制单元，该电子控制单元连接到所述传感器，并且配置成确定微粒过滤器中积聚的微粒量以及当某些条件发生时(例如当积聚的微粒量超过预定阈值时)激活其再生。

微粒过滤器实际上充当用于微粒通过的机械屏障，并且通常由具有多孔壁的平行通道构成并被交替地阻塞。阻塞迫使排气通过通道的侧壁，使得构成微粒的未燃烧颗粒首先被阻止在侧壁的孔隙中，然后当这些后者即这些孔隙被完全充满时，构成微粒的未燃烧颗粒积聚在通道壁的内表面上，从而形成多孔层。在通道壁的内表面上增加的微粒积聚导致微粒过滤器上的压降增加，并因此导致由微粒过滤器产生的反压力增加。

微粒物质不能无限地积聚，因为大量积聚：

-会导致发动机的性能、驾驶性和消耗的恶化，直到最终到达发动机的失速；以及

-在自动起动和微粒的不受控制的燃烧的情况下，会导致微粒过滤器的破坏。实际上，在存在大量微粒积聚并且在特定的驱动条件下，可能发生“关键的”再生现象(“critical”regeneration phenomena)，包括突然和不受控制的微粒燃烧，进而导致在微粒过滤器内部产生高温以及由此造成对微粒过滤器的损坏。

因此，必须通过所谓的微粒过滤器的“再生”，即通过移除积聚的微粒，定期移除所捕获的微粒。

通常情况下，再生可以被广义地区分为：主动再生，即由电子控制单元控制的再生；以及自发再生，即在积聚阶段期间以不受控制和不可预测的方式触发的再生。

因此，在内燃发动机运行期间，可以区分积聚阶段和再生阶段，所述积聚阶段即其中在微粒过滤器中存在渐进的微粒积聚并且没有主动再生而是最多只有自发再生的时延，所述再生阶段即其中存在主动再生并且微粒过滤器中积聚的微粒量减少的时延。

文献WO2004015248描述了一种方法用于使用测得的和/或给定的物理量基于估算模型来估算微粒过滤器的捕获效率；确定微粒过滤器中捕获的微粒量，其允许达到所述捕获效率值并调节由内燃发动机产生并流入到微粒过滤器内的微粒量和/或在微粒过滤器中燃烧的微粒量以获得所述捕获微粒的量。

然而，已经通过实验证实的是，当捕获微粒时，一些微粒过滤器不表现出均匀的(因此可预测的)行为，特别是对于在微粒过滤器中捕获的微粒量的减小值而言。图3示出基于在微粒过滤器中捕获的微粒量的微粒过滤器的捕获效率ηGPF(其也通过由内燃发动机产生并且流入到微粒过滤器内的微粒量与流出微粒过滤器的微粒量之间的比率计算得出)。

在微粒过滤器中捕获的微粒量的减小值对应于捕获效率ηGPF的相当低的值，这可能导致从微粒过滤器流出的微粒量增加到不满足法定要求的值。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于控制从适于内燃发动机的微粒过滤器流出的微粒量的方法，该方法没有现有技术的缺点，并且同时可容易和廉价地实施。

根据本发明，提供如所附权利要求中要求保护的一种用于控制从适于内燃发动机的微粒过滤器流出的微粒量的方法。

附图说明

现在将参考示出本发明非限制性实施例的示例的附图来描述本发明，其中：

-图1示意性地示出适于配备有排气后处理系统的内燃发动机的排气系统；

-图2更详细地示出图1的微粒过滤器；以及

-图3示出微粒过滤器的基于所捕获微粒量的捕获效率。

具体实施方式

在图1中，附图标记1表示作为整体的配备有适于在机动车辆(未示出)中排气的排气系统2的内燃发动机。具体地，以下论述可以在具有直接喷射的内燃发动机1的情况下和在具有间接喷射的内燃发动机1的情况下发现有利的应用。

此外，根据优选实施例，以下论述在其中供应的燃料是汽油的内燃发动机1的情况下发现有利但非排他性的应用。

在这种情况下，通过非限制性示例的方式，内燃发动机1是增压型的并且包括涡轮增压器3，涡轮增压器3由沿着进气管5布置的压缩机4和联接到压缩机4并且沿着排气管7布置的涡轮6形成，排气管7源自排气歧管。

内燃发动机1包括多个喷射器(未示出)，喷射器将燃料喷射到布置成一排的相应的气缸(未示出)中，每个气缸容纳相应的活塞(未示出)，该活塞机械地连接到驱动轴以便将由气缸内的燃烧产生的力传递到驱动轴。排气系统2设置有排气后处理系统8，排气后处理系统8包括沿着排气管7布置的在涡轮增压器3下游的微粒过滤器10(也已知为汽油微粒过滤器)。根据优选的变型，排气后处理系统8设置有沿着排气管7布置的在微粒过滤器10上游的催化转化器11。根据优选实施例，催化转化器11和微粒过滤器10一个接一个地布置在共同的管状容器内。

排气系统2还设置有电子控制系统12，该电子控制系统12包括空气流量计(debimeter)13，其沿着进气管5布置以产生指示流入进气管5的空气流量的电信号；差压传感器14，其具有分别连接到微粒过滤器10的入口和出口的第一和第二入口；和提供指示微粒过滤器10端部处的压降ΔP的电信号的出口；布置在微粒过滤器10的出口处并提供指示从微粒过滤器10流出的排气温度TOUT的电信号的温度传感器15；布置在微粒过滤器10的入口处并提供指示在微粒过滤器10入口处的排气温度TIN的电信号的温度传感器16；大气压力传感器17；以及电子控制单元18，其连接到所述传感器13,14,15,16,17，并配置成确定在微粒过滤器10中积聚的微粒量，并配置成在某些条件发生时(例如当积聚微粒量超过预定阈值时)激活再生。

微粒过滤器10实际上起到阻止微粒通过的机械屏障的作用，并且优选地由具有多孔壁并被交替阻塞的平行通道构成，如图2中示意性示出的那样。阻塞迫使排气穿过通道的侧壁，因此构成微粒的未燃烧颗粒首先被侧壁的孔隙阻止，然后当这些后者即这些孔隙被完全充满时，构成微粒的未燃烧颗粒积聚在通道壁的内表面上，从而形成多孔层。在通道壁的内表面上增加的微粒积聚导致微粒过滤器10上的压降增加，并因此导致由微粒过滤器产生的反压力增加。

必须通过所谓的微粒过滤器10的“再生”，即通过移除积聚的微粒，定期移除所捕获的微粒。通常情况下，再生可以被广义地区分为：主动再生，即由电子控制单元控制的再生；以及自发再生，即在积聚阶段期间以不受控制和不可预测的方式触发的再生。

因此，在内燃发动机1的运行期间，可以区分积聚阶段和再生阶段，所述积聚阶段即其中在微粒过滤器10中存在渐进的微粒积聚并且没有主动再生而是最多只有自发再生的时延，以及所述再生阶段即其中存在由电子控制单元18控制的主动再生并且微粒过滤器中积聚的微粒量减少的时延。

在下文中，描述了由电子控制单元18实施的策略，以控制从微粒过滤器10流出的微粒量使得该量满足法定要求。

如下文中更好地描述的那样，该策略包括估算从微粒过滤器10流出的能够满足法定要求的微粒量的目标值；使用测得的和/或给定的物理量基于估算模型来估算微粒过滤器10的捕获效率ηGPF，以获得从微粒过滤器10流出的微粒量的目标值；确定在特定过滤器10中捕获的微粒量这允许达到所述捕获效率ηGPF；以及基于所述捕获的微粒量调节由内燃发动机1产生并流入到微粒过滤器10内的微粒量和/或在微粒过滤器10中燃烧的微粒量

根据图2中更好示出的那样，微粒过滤器10的质量平衡可表示如下：

其中：

表示由内燃发动机1产生并流入到微粒过滤器10内的微粒量；

表示从微粒过滤器10流出的微粒量；

表示在微粒过滤器10中捕获的微粒量；以及

表示在微粒过滤器10中燃烧(或再生)的微粒量。

进一步定义了微粒过滤器10的效率ηGPF(或捕获效率ηGPF)，其可以表示如下：

其中

表示由内燃发动机1产生并流入到微粒过滤器10内的微粒量；

表示从微粒过滤器10流出的微粒量；以及

ηGPF表示微粒过滤器10的效率。

从[2]得出，控制变量是微粒过滤器10的效率ηGPF(或捕获效率ηGPF)，该控制变量由电子控制单元18使用使得从微粒过滤器10流出的微粒量满足法定要求(即，获得从微粒过滤器10流出的能够满足法定要求的微粒量的目标值)。换言之，通过控制微粒过滤器10的效率ηGPF(或捕获效率ηGPF)，可以调节从微粒过滤器10流出的微粒量使得该量满足法定要求(在由内燃发动机1产生并流入到微粒过滤器10内的相同的微粒量的情况下)。

已经通过实验证实的是，微粒过滤器10的效率ηGPF(或捕获效率ηGPF)根据多个控制参数而变化。具体地，微粒过滤器10的效率ηGPF基于在微粒过滤器10中捕获的微粒量在微粒过滤器10中积聚的金属粉末量和通过微粒过滤器10的排气的体积量FEXH而变化。在微粒过滤器10中积聚的金属粉末有助于提高微粒过滤器10的捕获效率ηGPF，因为它们阻塞了具有形成微粒过滤器10的多孔壁的通道，但是它们与微粒不同，它们不能再生。

根据优选的变型，在上述不同的控制参数中使用在微粒过滤器10中捕获的微粒量以允许电子控制单元18达到微粒过滤器10的效率ηGPF的目标值(并且，因此达到从微粒过滤器10流出的微粒量使其满足法定要求)。

对于为了达到微粒过滤器10的效率ηGPF的目标值而确定的在微粒过滤器10中捕获的微粒量的给定值，从[3]得出电子控制单元18可用的参数是两个，即由内燃发动机1产生并流入到微粒过滤器10内的微粒量和在微粒过滤器10中燃烧的微粒量

因此，提供电子控制单元18以实施策略，其允许具体通过对由内燃发动机1产生并流入到微粒过滤器10内的微粒量和在微粒过滤器10中燃烧的微粒量操作来控制微粒过滤器10的效率ηGPF。

首先，电子控制单元18配置成估算微粒过滤器10的效率ηGPF，并估算微粒过滤器10的效率ηGPF以获得从微粒过滤器10流出的微粒量的目标值(即符合法定要求)。有利地，提供控制单元18以基于存储在控制单元18内的估算模型并使用测得的和/或给定的物理量来估算微粒过滤器10的效率ηGPF。

一旦估算出微粒过滤器10的效率ηGPF，则电子控制单元18就配置成对由内燃发动机1产生并流入到微粒过滤器10内的微粒量或在微粒过滤器10中燃烧的微粒量或对在微粒过滤器10中燃烧的微粒量和流入到微粒过滤器10内的微粒量这两个所述微粒流量的组合进行交替地操作。

已经通过实验证实的是，微粒过滤器10的自发再生是通过燃烧(氧化)积聚的微粒获得的，所述微粒主要由碳组成，与排气中存在的氧反应，转化成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。为了自发地激活积聚微粒的燃烧(氧化)反应，必须证实某些激活条件，特别是与排气中存在的氧气流率和排气温度(例如，排气温度包括在500℃和600℃之间)有关。

已经观察到这些激活条件在内燃发动机1的正常运行条件下不经常发生，但是在发动机切断条件(即加速器踏板完全升高并且内燃发动机1由车轮驱动)下几乎总是发生，即当中断向喷射器的燃料输送时发生，喷射器的燃料输送发生在释放阶段期间。

实际上，在排气的空气/燃料比(λ＝1)的化学计量条件下，排气中存在的助燃剂(氧气)流率不允许自发激活积聚微粒的燃烧(氧化)反应。

在低空气/燃料当量比的情况下，即当排气空气/燃料当量比λ(即在排气的空气/燃料比与在化学计量条件下排气的空气/燃料比之间的比率)小于1时，则存在过量的燃料，并且排气中的助燃剂(氧气)不允许积聚微粒的燃烧(氧化)反应的自发激活。

另一方面，在高空气/燃料当量比的情况下，即当排气空气/燃料当量比λ(即在排气的空气/燃料比与在化学计量条件下排气的空气/燃料比之间的比率)高于1时，排气中存在过量的助燃剂(氧气)，这允许自发激活积聚微粒的燃烧(氧化)反应。

因此，明显的是，在发动机切断条件下，即通过中断向喷射器的燃料输送，可以获得存在于排气中的最大氧气流率，该最大氧气流率可用于在微粒过滤器10中积聚微粒的自发燃烧反应(氧化)。

然后，通过电子控制单元18通过调节发动机切断条件(禁止或允许给定的时延Δt)来调节在微粒过滤器10中燃烧的微粒量

另一方面，关于流入到微粒过滤器10内的微粒量提供电子控制单元18以执行参数的控制，这些参数调节由内燃发动机1产生的微粒的产生。

如已知的那样，微粒是不完全燃烧的副产物，其形成是由于已知为燃料/壁撞击的现象(即燃料液滴在气缸和相关活塞的壁上的反弹以及形成液体薄膜)或受热力学参数(诸如燃料类型、温度和燃料压力)的影响。

然后，通过控制影响在内燃发动机1内部的微粒形成过程的操作参数，由电子控制单元18调节流入到微粒过滤器10内的微粒量

具体地，电子控制单元18配置成通过控制在以下(非穷举)列举中选择的操作参数的任何或任何组合来调节流入到微粒过滤器10内的微粒量

-喷射次数(单次主喷射或多次喷射)；

-为每个气缸实施的参考喷射的顺序(或模式)；

-与每次喷射相关的喷射角SOI的开始；

-与每次喷射相关的喷射角EOI的结束；

-每次喷射所喷射的燃料量；

-每次喷射所喷射的燃料压力；和

-排气的空气/燃料当量比λ(即，排气的空气/燃料比与在化学计量条件下的排气的空气/燃料比之间的比率)。

到目前为止描述的策略的优点在前面的论述中是显而易见的。

具体地，所描述的策略允许控制从微粒过滤器10流出的微粒量使得该量满足法定要求，并且同时允许以有效(即以足够的精度)，高效(即快速并且不交托给电子控制单元18过多的计算能力)和成本有效的(即不需要安装相对于那些通常存在的昂贵的附加部件和/或传感器)方式优化微粒过滤器10的操作。