專利名稱：用于微粒過濾器再生的溫度控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機控制系統(tǒng)和方法，更具體地涉及一種控制系 統(tǒng)，其控制燃料的供給以調(diào)節(jié)微粒過濾器的溫度。
背景技術(shù)：
這里提供的背景描述用于總體上介紹本發(fā)明的背景的目的。當(dāng)前所 署名發(fā)明人的工作(在本背景技術(shù)部分中所描述的程度上)和本描述中 不足以作為申請時的現(xiàn)有技術(shù)的各方面，既非明示地也非默示地被承認(rèn) 為與本發(fā)明相抵觸的現(xiàn)有技術(shù)。
柴油機燃燒柴油燃料和空氣產(chǎn)生動力。柴油燃料的燃燒產(chǎn)生包含微 粒物質(zhì)的廢氣?？梢允褂梦⒘＿^濾器(PF )將微粒物質(zhì)從廢氣中過濾掉。 隨著時間的過去，微粒物質(zhì)可能積聚在PF內(nèi)并且可能限制廢氣流過PF。 可以通過被稱為再生的過程除去聚集在PF內(nèi)的微粒物質(zhì)。在再生期間， PF內(nèi)的微粒物質(zhì)可以燃燒掉。
可以通過例如將燃料噴射到PF上游的廢氣流中來實現(xiàn)再生。 一個 或多個催化劑可以布置在PF上游，由于催化劑引起的噴射燃料的燃燒 產(chǎn)生熱量，從而增高廢氣的溫度。增高的廢氣溫度可以使積聚在PF內(nèi) 的微粒物質(zhì)燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
一種控制系統(tǒng)包括第一模塊、燃料確定模塊、溫度誤差修正模塊和 碳?xì)浠衔飮娚淇刂颇K。第一模塊確定所需的微粒過濾器(PF)入口 溫度和第一催化劑的出口溫度之間的溫差。燃料確定;f莫塊基于所述溫 差、環(huán)境溫度和廢氣的質(zhì)量流量確定未修正的所需燃料值。溫度誤差修 正模塊基于未修正的所需燃料值產(chǎn)生所需的燃料值。碳?xì)浠衔飮娚淇?br> 5制模塊基于所需的燃料值控制碳?xì)浠衔飮娚淦鳌?br> 一種方法包括確定所需的微粒過濾器(PF)入口溫度和第一催化劑 的出口溫度之間的溫差；基于所述溫差、環(huán)境溫度和廢氣的質(zhì)量流量確
定未修正的所需燃料值；基于未修正的所需燃料值產(chǎn)生所需的燃料值； 和基于所需的燃料值控制碳?xì)浠衔飮娚淦鳌?br> 根據(jù)在下文中提供的詳細(xì)描述，本發(fā)明的應(yīng)用的其他領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@ 而易見。應(yīng)當(dāng)理解，詳細(xì)描述和具體實施例僅僅為了說明的目的而非用 來限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明將被更充分地理解，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的功能框圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機控制模塊的示范性實施方式的功能框 圖；和
圖3是描述用于根據(jù)本發(fā)明控制PF溫度的方法的流程圖。
具體實施例方式
下面的描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，并且決不是用來以任何方式限 制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。為了清楚，在附圖中相同的附圖標(biāo)記將用來 表示相似的元件。當(dāng)用在這里時，短語A、 B和C中的至少一個應(yīng)該一皮 解釋成意指使用非排他邏輯或的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)理解，在不 改變本發(fā)明的原理的情況下，可以以不同順序執(zhí)行方法內(nèi)的步驟。
當(dāng)用在這里時，術(shù)語模塊是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、 執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共用的、專用的或群組的) 和存儲器、組合邏輯電路和/或提供所描述的功能的其他合適部件。
盡管將結(jié)合柴油機描述本發(fā)明，但本發(fā)明也適用于其他類型的發(fā)動 機，包括自然進(jìn)氣式和增壓式內(nèi)燃機?，F(xiàn)在參考圖1,示出了示例性的 發(fā)動機系統(tǒng)。發(fā)動機系統(tǒng)包括柴油機12和廢氣處理系統(tǒng)14。柴油才幾12 包括多個氣缸16、進(jìn)氣歧管18和排氣歧管20。
空氣流進(jìn)入進(jìn)氣歧管18。節(jié)氣門22可以位于進(jìn)氣歧管18前面?？?氣與燃料混合并且空氣/燃料(A/F)混合物在氣缸16內(nèi)燃燒以驅(qū)動活塞 (未示出)，活塞使與變速器(未示出)聯(lián)結(jié)的曲軸(未示出)旋轉(zhuǎn)。雖然示出了六個氣缸16,但柴油機12可以包括更多或更少的氣缸?？?以通過燃料軌24提供燃料，并且可以用燃料噴射器26將燃料噴射到空 氣流中和/或直接噴射到氣缸16中。
燃燒過程(例如，柴油機的壓縮點火)產(chǎn)生廢氣，并且廢氣從氣缸 16排出到排氣歧管20中。發(fā)動機系統(tǒng)IO可以包括廢氣再循環(huán)(EGR) 系統(tǒng)28,其使廢氣循環(huán)回到進(jìn)氣歧管18。 EGR系統(tǒng)28可以由EGR閥 29控制。可以用渦輪增壓器和/或增壓器(未示出)迫使更多空氣進(jìn)入 氣缸16。廢氣處理系統(tǒng)14處理廢氣。
廢氣處理系統(tǒng)14可以包括還原劑劑量系統(tǒng)30、第一柴油氧化催化 劑(DOC )32、選擇性催化還原(SCR )催化劑36、碳?xì)浠衔飮娚?HCI) 系統(tǒng)38、第二DOC39和微粒過濾器(PF) 40。在不同的實施方式中， SCR催化劑36可以由稀NOx捕集器(未示出)補充或代替。
當(dāng)廢氣通過第一 DOC 32時，第一 DOC 32使一氧化碳和石灰氫化合 物氧化并還原廢氣中的氮氧化物(NOx)。劑量系統(tǒng)30選擇地在SCR 催化劑36的上游將還原劑供應(yīng)到廢氣。僅僅舉例，還原劑可以包括氨 或尿素。還原劑與廢氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在還原NOx時產(chǎn)生二 氧化碳。
隨著時間的過去，到達(dá)PF 40的微粒物質(zhì)可能積聚在PF 40內(nèi)并且 可能限制廢氣流過PF 40。在再生期間可以移除聚集在PF 40內(nèi)的微粒物 質(zhì)。HCI系統(tǒng)38在第二 DOC 39的上游選擇地噴射燃料以增高廢氣溫度。 廢氣溫度響應(yīng)于所噴射燃料的數(shù)量而改變。
另外， 廢氣處理系統(tǒng)14可以包括溫度傳感器42、 44、 46和48(共 同稱為溫度傳感器42-48 ),其沿著排放路徑位于不同地點。例如，溫 度傳感器42可以位于SCR催化劑36的出口并且產(chǎn)生Tcat_0utlet。當(dāng)存 在稀NOx捕集器時，溫度傳感器42可以位于稀NOx捕集器的出口。
溫度傳感器44可以位于第二 DOC 39的入口附近并且產(chǎn)生 Tdoc2_inlet。溫度傳感器46可以位于第二 DOC 39的出口和PF 40的入 口之間并且產(chǎn)生TPF—INLET。溫度傳感器48可以位于PF40的下游并且產(chǎn) 生Tpf outlet 。 例如，溫度傳感器42-48可以用于廢氣處理系統(tǒng)14的基 于反饋的控制?？梢允褂妙~外的溫度傳感器和其他傳感器。僅僅舉例， 溫度傳感器(未示出)可以位于第一DOC32的上游。
劑量系統(tǒng)30可以包括噴射器50和儲罐52。劑量系統(tǒng)30選擇地噴射還原劑?？梢曰趤碜砸粋€或多個傳感器的反饋控制還原劑的噴射速
率。僅僅舉例，可以用NOx傳感器(未示出)確定NOx轉(zhuǎn)換效率?？?以響應(yīng)于NOx轉(zhuǎn)換效率或其他因素確定還原劑的量。NOx傳感器可以布 置在SCR催化劑36的上游和/或下游?？商鎿Q地，可以基于模型、表格 或其他參數(shù)估計NOx水平。還原劑與廢氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn) 生二氧化碳，從而降低NOx水平。
HCI系統(tǒng)38包括HCI噴射器60和HCI供應(yīng)源62。 HCI供應(yīng)源62 可以是車輛燃料箱或單獨的容器。如果需要，則可以用泵(未示出)增 高燃料供應(yīng)壓力。在再生期間，HCI系統(tǒng)38噴射燃料，燃津+在第二DOC 39中燃燒，這增高了廢氣的溫度。溫度增高與所噴射燃料的數(shù)量相關(guān)。 當(dāng)熱的廢氣流入PF40中時，PF40的溫度增高。當(dāng)PF40的溫度超過再 生溫度時，PF 40中的微粒物質(zhì)開始燃燒。燃燒的微粒物質(zhì)可以產(chǎn)生火 焰峰，火焰峰沿著PF40的長度下落。
發(fā)動機系統(tǒng)IO可以包括發(fā)動機控制才莫塊100。發(fā)動機控制才莫塊100 可以是獨立模塊、或另 一個車輛控制模塊如發(fā)動機或變速器控制模塊的 一部分。發(fā)動機控制模塊100基于駕駛員輸入和檢測到的參數(shù)控制發(fā)動 機的運行。
關(guān)于圖2,示出發(fā)動機控制模塊100的示例性實施方式的功能框圖。 發(fā)動機控制模塊100包括PF溫度控制一莫塊110, PF溫度控制才莫塊110 基于PF 40的所需溫度確定所需的燃料噴射值FDES。 HCI控制模塊112 基于所需的燃料值Fdes利用信號HCI—Control控制由HCI噴射器60供 給的燃料。HCI噴射器60噴射的燃料量影響離開第二 DOC 39的廢氣的 溫度。較高的廢氣溫度導(dǎo)致較高的PF40溫度。
PF溫度控制沖莫塊110可以基于來自溫度傳感器42-48的溫度值、廢 氣的空氣質(zhì)量流量(MAF)值MAFEXH、環(huán)境溫度值Tamb和/或其他參
數(shù)確定FoEs?？梢杂刹贾迷谌魏魏线m位置中的傳感器測量TAMB。例如，
環(huán)境溫度傳感器120可以測量進(jìn)氣的溫度。發(fā)動機控制沖莫塊100可以基 于由進(jìn)氣MAF傳感器124產(chǎn)生的進(jìn)氣MAF值計算MAFEXH。 MAFEXH 值還可以基于所需的燃料流量。
發(fā)動機控制才莫塊100可以選擇地啟動PF 40的再生。發(fā)動機控制沖莫 塊100可以在檢測到各種條件時啟動再生。僅僅舉例，發(fā)動機控制沖莫塊 100可以在車輛運4亍了預(yù)定時期和/或4亍馬史了預(yù)定3巨離時啟動再生。可替代地，發(fā)動機控制模塊100可以基于MAFexh、發(fā)動機負(fù)荷和/或其他條 件啟動再生。僅4又舉例，可以在MAFEXH值小于預(yù)定值時和/或在發(fā)動枳j 正在預(yù)定負(fù)荷下運4亍時啟動再生。
發(fā)動機控制才莫塊100也可以基于其他標(biāo)準(zhǔn)啟動再生。例如，發(fā)動機
控制模塊100可以基于預(yù)定溫度與來自溫度傳感器42的tCAT_OUTLEJ々 比較結(jié)果啟動再生。當(dāng)tcat—outlet小于預(yù)定溫度時，發(fā)動機控制才莫塊
100可以禁止再生。
發(fā)動機控制才莫塊100基于是否啟動再生來確定所需的pf入口溫度
值TpFjNLET_DES。當(dāng)PF 40超過再生溫度時，PF 40中的微粒物質(zhì)開始燃 燒，從而使PF 40再生。發(fā)動機控制才莫塊100可以將TpF—INLET—DES設(shè)定成
再生溫度或設(shè)定成保持正在進(jìn)行的再生過程的溫度。
pf溫度控制模塊110的求和模塊214基于tpfjnlet—DES和
tcat_outlet之間的差確定所需的溫度增高值(tincr)。燃料確定模塊
216基于溫度增高值tincr確定噴射到廢氣中的所需的燃料值。當(dāng)溫度誤 差修正;t莫塊218存在時，所需的燃料值;波標(biāo)記為未修正(fdes UNCORR 7 。 溫度誤差修正模塊218基于fdes uncorr 產(chǎn)生所需的燃料值(fdes)。 僅僅舉例，燃料確定模塊216可以基于下列等式產(chǎn)生fdes uncorr. f腦一匿證=t腦x N ppm廠C x ie-6 x (mafexh/mwexh) x mwhc 其中nppm廠C是將廢氣溫度升高rC所需的燃料百萬分率(ppm)的預(yù)定
數(shù)量，MWEXH對應(yīng)于廢氣的分子量，以及MWHC對應(yīng)于碳?xì)寤衔锏?br> 分子量。僅僅舉例，能由燃料確定模塊216計算n ppm廠c和/或能將n PPM廠C存儲在表中。僅僅舉例，可以基于MAFexh、壞境空氣溫度Tamb 和/或其他運行條件索引NPPM/。c。 MWexh和MWhc可以基于所存儲的 或所計算的值，并且在不同的實施方式中，可以是所存儲的常數(shù)。
溫度誤差修正模塊218基于所需的(tpf_INLET_DES )和實際的pf入 口溫度 (Tpf inlet )之間的差修正FDESUNCORR。求和模塊220基于
TpF inlet des和丁pF inlet 之間的差產(chǎn)生溫度誤差(TERR)信號。誤差控制
模塊222基于TERR產(chǎn)生燃料修正值(ferr—corr),誤差控制模塊222 可以使用比例的、比例-積分的和/或比例-積分-微分的方法。僅僅舉例， 誤差控制模塊222可以基于terr的積分與terr的標(biāo)量乘法之和產(chǎn)生
Ferr_corr。求和沖莫塊224將Ferrcorr力口到Fdes—uncorr以1^更產(chǎn)生Fdes。
在穩(wěn)態(tài)運行期間，燃料確定模塊216可以基于FERR一coRR調(diào)節(jié)n ppm/。C值。這可能在將來產(chǎn)生更精確的FDES uncorr 值。所需的燃料值FDES 輸出到HCI控制模塊112, HCI控制模塊112基于所需的燃料值FoEs產(chǎn) 生HCI噴射器60的HCI—Control 。
關(guān)于圖3,示出了描述用于在再生期間控制PF溫度的方法的流程 圖。在步驟310中，控制確定是否期望PF再生。如果是這樣的話，那 么控制在步驟312中繼續(xù)。如果不是，則控制留在步驟310中。在步驟 312中，控制確定催化劑出口溫度(TcAT一ouT)和PF再生所需的溫度 (TPF INLET腦)。在步驟316中，控制基于TSCR_OUT 牙口 丁pf inle丁 des石角定
溫度增 南丁incr。
在步驟318中，控制確定NPPMTC。在步驟320中，控制確定廢 氣的空氣質(zhì)量流量(MAFexh)。在步驟322中，控制確定廢氣的分子 量MWsxH和碳?xì)浠衔锏姆肿恿縈Whc。在步驟326中，控制計算未 修正的所需燃料值(FDES uncorr 乂 。
在步驟332中，控制確定PF入口溫度(TPF_INLET)。在步驟334中，
控制基于TPF inlet des和Tpf inlet 確定溫度誤差(TERR)。在步驟336
中，控制產(chǎn)生燃料修正值FERR coRR。在步驟344中，控制基于FDES UNCORR 和Ferr corr 產(chǎn)生所需的燃料值FoEs。在步驟346中，控制基于Fdes嘖 射燃料。在步驟348中，控制確定是否禁止PF再生(例如，如果再生 完成)。如果是這樣的話，則控制返回到步驟332。否則，控制返回到 步驟310。
根據(jù)上述說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在可知道本發(fā)明的廣泛教導(dǎo)能以 各種各樣的形式實施。因而，雖然本發(fā)明包括特定例子，但本發(fā)明的真 實范圍不應(yīng)受此限制，因為基于對附圖、說明書和所附權(quán)利要求的研究， 其他變型對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。
10
權(quán)利要求
1.一種控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括第一模塊，其確定所需的微粒過濾器(PF)入口溫度和第一催化劑的出口溫度之間的溫差；燃料確定模塊，其基于所述溫差、環(huán)境溫度和廢氣的質(zhì)量流量確定未修正的所需燃料值；溫度誤差修正模塊，其基于所述未修正的所需燃料值產(chǎn)生所需的燃料值；和碳?xì)浠衔飮娚淇刂颇K，其基于所述所需的燃料值控制碳?xì)浠衔飮娚淦鳌?br> 2. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述溫度誤差修正模塊基于測量到的PF入口溫度和所述所需的入口溫度之間的差產(chǎn)生誤差值。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中所述溫度誤差修正模塊基于所述誤差值產(chǎn)生修正值，并且基于所述未修正的所需燃料值與所述修正值之和產(chǎn)生所述所需的燃料值。
4. 如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中所述溫度誤差修正模塊使用比例的、比例-積分的和比例-積分-微分的方法中的其中 一種產(chǎn)生所述修正值。
5. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述廢氣的空氣質(zhì)量流量是基于所述所需的燃料值和進(jìn)氣的空氣質(zhì)量流量值。
6. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述燃料確定模塊基于下列公式產(chǎn)生所述未修正的所需燃料值T戲x N PPM/。C x 1E-6 x (MAF隨/MW腿)x MWHC其中^ncr是所述溫差，n ppM/。c是將廢氣溫度升高rc所需的燃料百萬分率(PPM)的預(yù)定數(shù)量，MAFEXH是所述廢氣的空氣質(zhì)量流量，MWEXH是所述廢氣的分子量，以及MWHC是碳?xì)浠衔锏姆肿恿俊?br> 7. 如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中所述燃料確定;^莫塊包括輸出N PPM/。C的表，以及其中所述表通過MAFEXH和所述環(huán)境溫度中的至少一個索引。
8. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一催化劑在所述PF的上游，其中第一氧化催化劑位于所述第一催化劑和所述PF之間，和其中所述碳?xì)寤衔飮娚淦髟谒鲅趸呋瘎┑纳嫌螄娚涮細(xì)寤衔铩?br> 9. 一種包括如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)和所述第一催化劑的系統(tǒng)，其中所述第 一催化劑是選擇性催化還原(SCR )催化劑和稀NOx捕集器中的其中一個。
10. 如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，還包括布置在所述第一催化劑上游的第二氧化催化劑。
11. 一種方法，所述方法包括確定所需的微粒過濾器(PF)入口溫度和第一催化劑的出口溫度之間的溫差；基于所述溫差、環(huán)境溫度和廢氣的質(zhì)量流量確定未修正的所需燃料值；基于所述未修正的所需燃料值產(chǎn)生所需的燃料值；和基于所述所需的燃料值控制碳?xì)浠衔飮娚淦鳌?br> 12. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括基于測量到的PF入口溫度和所述所需的入口溫度之間的差產(chǎn)生誤差值。
13. 如纟又利要求12所述的方法，還包括基于所述誤差值產(chǎn)生修正值；和基于所述未修正的所需燃料值與所述修正值之和產(chǎn)生所述所需的燃料值。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括使用比例的、比例-積分的和比例-積分-微分的方法中的其中 一種產(chǎn)生所述修正值。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括基于所述所需的燃料值和進(jìn)氣的空氣質(zhì)量流量值確定所述廢氣的空氣質(zhì)量流量。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括基于下列公式產(chǎn)生所述未修正的所需燃料值.-T證x N PPM廠c x ie-6 x (MAF腿/MW腿)x MWHc其中Twcr是所述溫差，N PPM廠C是將廢氣溫度升高rC所需的燃料百萬分率(PPM)的預(yù)定數(shù)量，MAFEXH是所述廢氣的空氣質(zhì)量流量，MWEXH是所述廢氣的分子量，以及MWHC是碳?xì)杌衔锏姆肿恿俊?br> 17. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括存儲車lr出N PPM/。C的表，其中所述表由MAFexh和所述壞境溫度中的至少一個索引。
18. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一催化劑在所述PF的上游，其中第一氧化催化劑位于所述第一催化劑和所述PF之間，和其中所述碳?xì)浠衔飮娚淦髟谒鲅趸呋瘎┑纳嫌螄娚涮細(xì)浠衔铩?br> 19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一催化劑是選擇性催化還原(SCR)催化劑和稀NOx捕集器中的其中一個。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中第二氧化催化劑布置在所述第一催化劑上游。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于微粒過濾器再生的溫度控制系統(tǒng)和方法。一種控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括第一模塊、燃料確定模塊、溫度誤差修正模塊和碳?xì)浠衔飮娚淇刂颇K。第一模塊確定所需的微粒過濾器(PF)入口溫度和第一催化劑的出口溫度之間的溫差。燃料確定模塊基于所述溫差、環(huán)境溫度和廢氣的質(zhì)量流量確定未修正的所需燃料值。溫度誤差修正模塊基于所述未修正的所需燃料值產(chǎn)生所需的燃料值。碳?xì)浠衔飮娚淇刂颇K基于所需的燃料值控制碳?xì)浠衔飮娚淦鳌?br> 文檔編號F01N3/025GK101676531SQ20091017348
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者C·E·索爾布里格, O·N·亞納基夫 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司