專利名稱：使用電加熱的顆粒過(guò)濾器預(yù)測(cè)灰負(fù)載的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制電加熱的顆粒過(guò)濾器。
背景技術(shù)：
這里提供的背景說(shuō)明是為了總體上介紹本發(fā)明背景的目的。當(dāng)前所署名發(fā)明人的 工作(在背景技術(shù)部分描述的程度上)和本描述中否則不足以作為申請(qǐng)時(shí)的現(xiàn)有技術(shù)的各 方面，既不明顯地也非隱含地被承認(rèn)為與本發(fā)明相抵觸的現(xiàn)有技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒空氣和燃料的混合物，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮點(diǎn) 火發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生顆粒物質(zhì)(PM)，顆粒物質(zhì)由顆粒過(guò)濾器從排氣氣體中過(guò)濾。過(guò) 濾器通過(guò)收集和存儲(chǔ)PM來(lái)減少PM。存儲(chǔ)在過(guò)濾器中的PM的量可隨著時(shí)間增加。充滿的過(guò) 濾器相對(duì)于凈化的過(guò)濾器來(lái)說(shuō)可能會(huì)減少排氣流。在再生期間，通過(guò)燃燒過(guò)濾器內(nèi)的PM可以凈化過(guò)濾器。再生可包括將過(guò)濾器加熱 至燃燒溫度以點(diǎn)燃PM。PM的燃燒進(jìn)一步增加過(guò)濾器溫度。過(guò)濾器的再生速率和過(guò)濾器溫度 可能受到排氣中的氧水平的影響。排氣中增加的氧水平可增加再生的速率和過(guò)濾器溫度。具有各種方法來(lái)執(zhí)行再生，包括修改發(fā)動(dòng)機(jī)控制、使用燃料燃燒器、使用催化氧化 劑、使用微波能量、和/或使用電阻加熱線圈。電阻加熱線圈可布置成與過(guò)濾器接觸以允許 通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流來(lái)加熱。發(fā)動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生積聚在過(guò)濾器的出口附近的灰。灰的燃燒需要比PM的燃燒需要更 高的溫度。燃燒灰所需的較高溫度(例如接近1400°C)可能損害過(guò)濾器。因此，可能以燃 燒PM但是不燃燒灰的較低溫度來(lái)進(jìn)行再生。結(jié)果，存儲(chǔ)在過(guò)濾器中的灰的量可隨著時(shí)間而 增加。隨著存儲(chǔ)在過(guò)濾器中的灰的量增加，過(guò)濾器中用于再生PM的可用體積減小。

發(fā)明內(nèi)容
控制系統(tǒng)包括加熱器控制模塊、測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊、以及再生體積模塊。加熱器控 制模塊選擇性地啟動(dòng)排氣系統(tǒng)中的顆粒過(guò)濾器區(qū)域中的再生。測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊測(cè)量再生 的持續(xù)時(shí)間。再生體積模塊基于再生的測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生顆粒的 可用體積。方法包括選擇性地選啟動(dòng)排氣系統(tǒng)中的顆粒過(guò)濾器區(qū)域中的再生；測(cè)量再生持 續(xù)時(shí)間；以及，基于再生的測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生顆粒的可用體積。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案。方案1 一種控制系統(tǒng)，包括加熱器控制模塊，所述加熱器控制模塊選擇性地啟 動(dòng)排氣系統(tǒng)中的顆粒過(guò)濾器的區(qū)域中的再生；測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊，所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊 測(cè)量所述再生的持續(xù)時(shí)間；以及，再生體積模塊，所述再生體積模塊基于所述再生的所述測(cè) 量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定所述顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生顆粒的可用體積。方案2 根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，還包括確定所述再生的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間的預(yù)測(cè) 持續(xù)時(shí)間模塊。
方案3 根據(jù)方案2所述的控制系統(tǒng)，其中所述再生體積模塊基于所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí) 間和所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定所述可用體積。方案4:根據(jù)方案3所述的控制系統(tǒng)，其中所述區(qū)域包括多個(gè)區(qū)域并且所述可用體 積基于所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域的所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定。方案5 根據(jù)方案4所述的控制系統(tǒng)，其中所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊基于排氣溫度、 質(zhì)量流率、氧水平和顆粒物質(zhì)水平中的至少一個(gè)來(lái)確定所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間。方案6 根據(jù)方案5所述的控制系統(tǒng)，還包括顆粒物質(zhì)水平模塊，所述顆粒物質(zhì)水 平模塊基于車輛運(yùn)行時(shí)間、車輛運(yùn)行距離和所述顆粒過(guò)濾器的入口與出口之間的壓力差中 的至少一個(gè)來(lái)確定所述顆粒物質(zhì)水平。方案7 根據(jù)方案4所述的控制系統(tǒng)，其中所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊基于所述顆粒過(guò) 濾器中的溫度來(lái)確定所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間。方案8 根據(jù)方案7所述的控制系統(tǒng)，其中所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間在所述顆粒過(guò)濾器中 的所述溫度大于PM燃燒溫度時(shí)開(kāi)始并且在所述顆粒過(guò)濾器中的所述溫度小于再生完成溫 度時(shí)結(jié)束。方案9 根據(jù)方案4所述的控制系統(tǒng)，其中所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域包括所述顆 粒過(guò)濾器的入口面的部分。方案10 根據(jù)方案9所述的控制系統(tǒng)，其中通過(guò)基于所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域 所包括的所述入口面的所述部分對(duì)所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間進(jìn)行加權(quán)來(lái)確 定所述可用體積。方案11 一種方法，包括選擇性地啟動(dòng)排氣系統(tǒng)中的顆粒過(guò)濾器的區(qū)域中的再 生；測(cè)量所述再生的持續(xù)時(shí)間；以及，基于所述再生的所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定所述顆粒 過(guò)濾器內(nèi)用于再生顆粒的可用體積。方案12 根據(jù)方案11所述的方法，還包括確定所述再生的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間。方案13 根據(jù)方案12所述的方法，還包括基于所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和所述測(cè)量持續(xù) 時(shí)間來(lái)確定所述可用體積。方案14 根據(jù)方案13所述的方法，其中所述區(qū)域包括多個(gè)區(qū)域，并且所述方法還 包括基于所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域的所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定所 述可用體積。方案15 根據(jù)方案14所述的方法，還包括基于排氣溫度、質(zhì)量流率、氧水平和顆粒 物質(zhì)水平中的至少一個(gè)來(lái)確定所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間。方案16 根據(jù)方案15所述的方法，還包括基于車輛運(yùn)行時(shí)間、車輛運(yùn)行距離和所 述顆粒過(guò)濾器的入口與出口之間的壓力差中的至少一個(gè)來(lái)確定所述顆粒物質(zhì)水平。方案17 根據(jù)方案14所述的方法，還包括基于所述顆粒過(guò)濾器中的溫度來(lái)確定所 述測(cè)量持續(xù)時(shí)間。方案18 根據(jù)方案17所述的方法，還包括在所述顆粒過(guò)濾器中的所述溫度大于PM 燃燒溫度時(shí)開(kāi)始所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間，并且在所述顆粒過(guò)濾器中的所述溫度小于再生完成溫 度時(shí)結(jié)束所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間。方案19 根據(jù)方案14所述的方法，其中所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域包括所述顆粒 過(guò)濾器的入口面的部分。
方案20 根據(jù)方案19所述的方法，還包括通過(guò)基于所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域所 包括的所述入口面的所述部分對(duì)所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間進(jìn)行加權(quán)來(lái)確定 所述可用體積。本發(fā)明進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)南挛奶峁┑脑敿?xì)說(shuō)明而變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)理解的 是，詳細(xì)說(shuō)明和具體示例僅為說(shuō)明的目的且并沒(méi)有意圖限制本發(fā)明的范圍。


從詳細(xì)說(shuō)明和附圖將更充分地理解本發(fā)明，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明原理的示例性電加熱的顆粒過(guò)濾器；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明原理的示例性電加熱的顆粒過(guò)濾器的再生；圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性控制模塊的功能框圖；以及圖5是描述根據(jù)本發(fā)明原理的控制方法的示例性步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下說(shuō)明本質(zhì)上僅為示范性的且絕不意圖限制本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。為了清楚 起見(jiàn)，在附圖中使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)類似的元件。如本文使用的，短語(yǔ)“A、B和C中的 至少一個(gè)”應(yīng)解釋為使用非排他邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)理解，在不改變本發(fā) 明原理的情況下可以按不同順序來(lái)執(zhí)行方法中的步驟。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“模塊”指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或 更多軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的、或組)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路、和/或提 供期望功能的其他合適的部件。本發(fā)明的電加熱的顆粒過(guò)濾器控制系統(tǒng)和方法選擇性地啟動(dòng)顆粒過(guò)濾器的入口 面的一個(gè)或更多區(qū)域中的顆粒物質(zhì)(PM)的再生?？梢曰谂艢獾臏囟取⑴艢獾馁|(zhì)量流率、 排氣中的氧水平和/或排氣中的顆粒物質(zhì)(PM)水平來(lái)確定再生的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間?？梢曰?于顆粒過(guò)濾器中的溫度來(lái)確定再生的測(cè)量持續(xù)時(shí)間?？梢曰趯?duì)每個(gè)區(qū)域確定的預(yù)測(cè)持續(xù) 時(shí)間和測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生PM的可用體積。PM再生產(chǎn)生積聚在顆粒過(guò)濾器中的灰，所述灰減少顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生PM的 可用體積。如果不考慮顆粒過(guò)濾器內(nèi)的可用體積的減少，那么顆粒過(guò)濾器中的PM的密度可 能增加。增加的PM密度可在PM再生期間增加燃燒溫度，這會(huì)損害顆粒過(guò)濾器。因此，確定 顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生PM的可用體積可以防止對(duì)顆粒過(guò)濾器的損害。另外，如果不考慮顆粒過(guò)濾器內(nèi)的可用體積的減少，那么再生模型精度可能降低。 因此，確定顆粒過(guò)濾器內(nèi)的可用體積可以改進(jìn)使用再生模型的車載診斷系統(tǒng)(OBD)，例如不 完全再生診斷系統(tǒng)和頻繁再生診斷系統(tǒng)。不完全再生診斷系統(tǒng)確定何時(shí)顆粒過(guò)濾器的再生是不完全的。頻繁再生診斷系統(tǒng) 確定何時(shí)顆粒過(guò)濾器的再生過(guò)于頻繁地發(fā)生。不完全再生通過(guò)增加背壓而減少動(dòng)力，過(guò)度 的頻繁再生增加了排放。因此，通過(guò)確定顆粒過(guò)濾器內(nèi)的可用體積來(lái)改進(jìn)再生模型精度可 以增加動(dòng)力并且減少排放?，F(xiàn)在參考圖1，示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20本質(zhì)上僅僅是示例性的。本文描述的電加熱的顆粒過(guò)濾器控制技術(shù)可以在包 括顆粒過(guò)濾器的各種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括汽油直接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和均 質(zhì)充氣壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。為了便于討論，將結(jié)合柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)來(lái)討論本發(fā)明。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20包括燃燒空氣/燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)22。空氣通 過(guò)入口 26抽吸到進(jìn)氣歧管24中。可以包括節(jié)氣門(未示出)以調(diào)節(jié)進(jìn)入進(jìn)氣歧管24的 空氣流。進(jìn)氣歧管24內(nèi)的空氣被分配給氣缸28。雖然圖1繪制了六個(gè)氣缸28，但是發(fā)動(dòng) 機(jī)22可以包括附加的或更少的氣缸28。僅作為示例，可以設(shè)想具有4、5、8、10、12和16個(gè) 氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)?？刂颇K32與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20的部件通信。所述部件可包括如本文所討論的發(fā)動(dòng) 機(jī)22、傳感器和致動(dòng)器。控制模塊32可以實(shí)施本發(fā)明的電加熱的顆粒過(guò)濾器控制技術(shù)?？諝馔ㄟ^(guò)空氣質(zhì)量流量(MAF)傳感器34經(jīng)過(guò)入口 26。MAF傳感器34產(chǎn)生指示流 經(jīng)MAF傳感器34的空氣速率的MAF信號(hào)。歧管壓力(MAP)傳感器36定位在入口 26和發(fā) 動(dòng)機(jī)22之間的進(jìn)氣歧管24中。MAP傳感器36產(chǎn)生指示進(jìn)氣歧管24中的空氣壓力的MAP 信號(hào)。位于進(jìn)氣歧管24中的進(jìn)氣空氣溫度(IAT)傳感器38基于進(jìn)氣空氣溫度產(chǎn)生IAT信 號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(未示出)以與發(fā)動(dòng)機(jī)速度成比例的發(fā)動(dòng)機(jī)速度或速率旋轉(zhuǎn)。曲軸傳 感器40感測(cè)曲軸的位置并且產(chǎn)生曲軸位置(CSP)信號(hào)。CSP信號(hào)可以與曲軸的旋轉(zhuǎn)速度和 氣缸事件相關(guān)。僅作為示例，曲軸傳感器40可以是可變磁阻傳感器?？梢允褂闷渌线m的 方法來(lái)感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和氣缸事件。控制模塊32致動(dòng)燃料噴射器42以將燃料噴射到氣缸28中。進(jìn)氣門44選擇性地 開(kāi)啟和關(guān)閉以使得空氣能夠進(jìn)入氣缸28。進(jìn)氣凸輪軸(未示出)調(diào)節(jié)進(jìn)氣門位置。活塞 (未示出)壓縮和燃燒氣缸28內(nèi)的空氣/燃料混合物。活塞在動(dòng)力沖程期間驅(qū)動(dòng)曲軸以產(chǎn) 生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)排氣門48處于開(kāi)啟位置時(shí)，由氣缸28內(nèi)的燃燒產(chǎn)生的排氣氣體被驅(qū)使通 過(guò)排氣歧管46。排氣凸輪軸(未示出)調(diào)節(jié)排氣門位置。排氣歧管壓力(EMP)傳感器50 產(chǎn)生指示排氣歧管壓力的EMP信號(hào)。排氣處理系統(tǒng)52可以處理排氣。排氣處理系統(tǒng)52可以包括柴油氧化催化劑 (DOC) 54和顆粒過(guò)濾器組件56。DOC 54基于燃燒后空燃比來(lái)氧化排氣中的一氧化碳和碳?xì)?化合物。氧化的量增加了排氣的溫度。過(guò)濾器組件56接收來(lái)自DOC 54的排氣并且過(guò)濾排氣中存在的任何顆粒物質(zhì)。電 加熱器58選擇性地加熱排氣和/或過(guò)濾器以啟動(dòng)過(guò)濾器組件56的再生。車輪速度傳感器 60產(chǎn)生指示由發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20驅(qū)動(dòng)的車輪(未示出)的速度的信號(hào)。控制模塊32基于各種 感測(cè)的和/或估計(jì)的信息來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)22和過(guò)濾器再生。排氣處理系統(tǒng)52可包括排氣壓力傳感器62-1和62_2 (統(tǒng)稱為排氣壓力傳感 器62)、氧傳感器64-1和64-2 (統(tǒng)稱為氧傳感器64)、以及排氣溫度傳感器66_1、66_2、 66-3 (統(tǒng)稱為排氣溫度傳感器66)。排氣壓力傳感器62產(chǎn)生指示排氣壓力的信號(hào)。氧傳感 器64產(chǎn)生指示排氣中的氧水平的信號(hào)。替代地，氮氧化物傳感器(未示出)可以用于檢測(cè) 排氣中的氧水平。排氣溫度傳感器66測(cè)量DOC 54和過(guò)濾器組件56上游的排氣溫度。排氣溫度傳 感器66也可以測(cè)量過(guò)濾器組件56下游或者DOC 54和過(guò)濾器組件56之間的排氣溫度。排氣溫度傳感器66產(chǎn)生指示排氣溫度的信號(hào)。控制模塊32可以產(chǎn)生排氣溫度模型以估計(jì)整 個(gè)排氣處理系統(tǒng)52中的排氣溫度?？刂颇K32可以基于來(lái)自MAF傳感器34的進(jìn)氣空氣速率和燃料噴射器42噴射 的燃料質(zhì)量來(lái)確定排氣的質(zhì)量流率。控制模塊32控制加熱器58選擇性地啟動(dòng)過(guò)濾器組件 56的一個(gè)或更多區(qū)域中的再生。控制模塊32可以基于排氣的質(zhì)量流率、從氧傳感器64接 收的排氣中的氧水平、和/或從排氣溫度傳感器66接收的排氣的溫度來(lái)確定再生的預(yù)測(cè)持 續(xù)時(shí)間?？刂颇K32可基于過(guò)濾器組件56中的溫度來(lái)確定再生的測(cè)量持續(xù)時(shí)間?？刂颇?塊32可基于從排氣溫度傳感器66接收的排氣的溫度來(lái)估計(jì)過(guò)濾器組件56中的溫度。替 代地，控制模塊32可從位于過(guò)濾器組件56中的溫度傳感器(未示出)接收過(guò)濾器組件56 中的溫度。控制模塊32可基于預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定過(guò)濾器組件56內(nèi)的可 用再生體積。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20可包括EGR系統(tǒng)68。EGR系統(tǒng)68包括EGR閥70和EGR管路72。 EGR系統(tǒng)68可將排氣氣體的一部分從排氣歧管46引入進(jìn)氣歧管24中。EGR閥70可安裝 在進(jìn)氣歧管24上。EGR管路72可從排氣歧管46延伸到EGR閥70，提供排氣歧管46和EGR 閥70之間的連通?？刂颇K32可致動(dòng)EGR閥70以調(diào)整引入進(jìn)氣歧管24中的排氣氣體的量。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)20可包括渦輪增壓器74。渦輪增壓器74可以由通過(guò)渦輪機(jī)入口接收 的排氣氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)。僅作為示例，渦輪增壓器74可包括可變噴嘴渦輪機(jī)。渦輪增壓器74 增加進(jìn)入進(jìn)氣歧管的空氣流以導(dǎo)致進(jìn)氣歧管壓力(即，增壓壓力)的增加?？刂颇K32致 動(dòng)渦輪增壓器74以選擇性地限制排氣氣體的流量，從而控制增壓壓力。現(xiàn)在參考圖2和3，示出了過(guò)濾器組件56的示例性實(shí)施例。過(guò)濾器組件56可包 括殼體57、顆粒過(guò)濾器76和加熱器58。加熱器58可設(shè)置在過(guò)濾器76的層流元件(未示 出)和基底之間?；卓梢杂山饘俸?或陶瓷材料構(gòu)成或形成。加熱器58可包括一個(gè)或更多線圈、加熱器節(jié)段、或者提供加熱以啟動(dòng)再生的傳導(dǎo) 元件。僅作為示例，加熱器58可加熱與加熱器58接觸或隔開(kāi)的過(guò)濾器76的入口面78的 第一區(qū)域78-1。加熱器58可通過(guò)使過(guò)濾器組件56的溫度增加到大于或等于PM燃燒溫度 來(lái)啟動(dòng)區(qū)域78-1中的再生。僅作為示例，PM燃燒溫度可在700°C和1000°C之間?？刂颇K32可向加熱器58提供啟用加熱器58的信號(hào)。控制模塊32可基于來(lái)自 排氣溫度傳感器66的排氣溫度來(lái)確定過(guò)濾器組件56中的溫度。加熱器58可與過(guò)濾器76 接觸或者隔開(kāi)以使得提供給區(qū)域78-1的熱是對(duì)流加熱和/或傳導(dǎo)加熱。排氣從DOC 54進(jìn) 入過(guò)濾器組件56并且被加熱器58加熱。加熱器58加熱經(jīng)過(guò)加熱器58的排氣。被加熱的排氣行進(jìn)到過(guò)濾器76并且通過(guò) 對(duì)流和/或傳導(dǎo)來(lái)加熱加熱器58附近的區(qū)域78-1。當(dāng)區(qū)域78-1附近的PM達(dá)到PM燃燒溫 度時(shí)，加熱器58可被停用?？刂颇K32可基于來(lái)自傳感器66-2的入口溫度來(lái)確定已經(jīng)達(dá) 到PM燃燒溫度。區(qū)域78-1附近的PM由于增加的溫度而點(diǎn)燃，并且啟動(dòng)再生。再生持續(xù)通過(guò)過(guò)濾器76的第一部分76-1。第一部分76_1可以從入口面78上的 區(qū)域78-1延伸到過(guò)濾器76的出口面80。可以使用存在于排氣中的熱和氧以及由第一部分 76-1內(nèi)部的PM燃燒所釋放的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)第一部分76-1的再生。PM的燃燒沿著第一部分76-1分級(jí)進(jìn)行而不需要為電加熱器58保持功率。在第一部分76-1再生時(shí)，過(guò)濾器76內(nèi)部的排氣溫度可增加。最初，溫度傳感器 66-3可能檢測(cè)不到排氣氣體溫度的增加，原因在于過(guò)濾器76的熱質(zhì)量可吸收由再生產(chǎn)生 的熱。更具體地，當(dāng)級(jí)聯(lián)的PM運(yùn)動(dòng)得更接近過(guò)濾器76的出口面80時(shí)，傳感器66-3可檢測(cè) 到出口排氣氣體溫度的增加。當(dāng)?shù)谝徊糠?6-1的再生完成時(shí)，傳感器66-3處的出口排氣 氣體溫度降低到低于再生完成溫度?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置在入口面78的各個(gè)區(qū)域上的另外的加熱器在其它部分中發(fā)生再生。 當(dāng)?shù)谝徊糠?6-1的再生完成時(shí)，控制模塊32可啟動(dòng)入口面78的剩余區(qū)域中的再生?？刂?模塊32可基于每個(gè)區(qū)域中起動(dòng)的再生的持續(xù)時(shí)間來(lái)確定過(guò)濾器76內(nèi)用于再生PM的可用 體積。入口面78的剩余區(qū)域可包括第二區(qū)域78-2、第三區(qū)域78-3、第四區(qū)域78-4和第 五區(qū)域78-5。PM可以在對(duì)應(yīng)于剩余區(qū)域的每個(gè)區(qū)域的過(guò)濾器76的部分中被再生。僅作為 示例，區(qū)域78-2和78-3中啟動(dòng)的再生可以再生分別從區(qū)域78-2和78_3延伸到出口面80 的過(guò)濾器76的第二和第三部分76-2和76-3中的PM?，F(xiàn)在參考圖4，控制模塊32可包括燃料控制模塊400、加熱器控制模塊402、預(yù)測(cè)持 續(xù)時(shí)間模塊404、過(guò)濾器溫度模塊406、測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊408和再生體積模塊410。燃料 控制模塊400控制燃料噴射器42噴射燃料。燃料控制模塊400監(jiān)測(cè)由燃料噴射器42噴射 的燃料的質(zhì)量。燃料控制模塊400還可基于對(duì)燃料噴射器42的控制來(lái)確定車輛運(yùn)行時(shí)間。 加熱器控制模塊402可控制電加熱器58來(lái)啟動(dòng)過(guò)濾器組件56的入口面的一個(gè)或更多區(qū)域 中的再生。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊404可從燃料控制模塊400接收車輛運(yùn)行時(shí)間。替代地，預(yù)測(cè) 持續(xù)時(shí)間模塊可從控制或檢測(cè)車輛運(yùn)行的其它模塊接收車輛運(yùn)行時(shí)間。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊 404可基于從車輪速度傳感器60接收的車輛速度來(lái)確定車輛運(yùn)行距離。僅作為示例，車輛 運(yùn)行距離可以是車輛運(yùn)行時(shí)間和車輪速度的乘積。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊404可接收來(lái)自MAF傳感器34的進(jìn)氣空氣流率、來(lái)自排氣壓力 傳感器62的排氣壓力、來(lái)自氧傳感器64的排氣中的氧水平、來(lái)自排氣溫度傳感器66的排 氣溫度、以及來(lái)自燃料控制模塊400的噴射的燃料質(zhì)量。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊404可基于進(jìn) 氣空氣流率和噴射的燃料質(zhì)量來(lái)確定排氣的質(zhì)量流率。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊404可基于排氣溫度、排氣的質(zhì)量流率、和/或排氣中的氧水平 來(lái)確定每個(gè)區(qū)域中啟動(dòng)的再生的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間可與排氣溫度、排氣的質(zhì)量 流率和排氣中的氧水平相關(guān)。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和排氣系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系可以經(jīng)由校準(zhǔn)來(lái)預(yù) 先確定。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊404可基于排氣中的顆粒物質(zhì)(PM)水平來(lái)確定每個(gè)區(qū)域中啟 動(dòng)的再生的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間。預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊404可基于車輛運(yùn)行時(shí)間、車輛運(yùn)行距離和 /或在過(guò)濾器組件56上游和下游測(cè)量的排氣壓力之間的差來(lái)確定排氣中的PM水平。排氣 中的PM水平可與車輛運(yùn)行時(shí)間、車輛運(yùn)行距離和排氣壓力之間的差直接相關(guān)。過(guò)濾器溫度模塊406可從排氣溫度傳感器66接收排氣溫度。過(guò)濾器溫度模塊406 可基于排氣溫度來(lái)估計(jì)過(guò)濾器組件56中的一個(gè)或更多溫度。替代地，過(guò)濾器溫度模塊406 可從過(guò)濾器組件56中的一個(gè)或更多溫度傳感器(未示出)接收過(guò)濾器組件56的溫度。
過(guò)濾器溫度模塊406可基于從傳感器66-2接收的排氣溫度來(lái)估計(jì)過(guò)濾器組件56 的入口溫度。過(guò)濾器溫度模塊406可基于從傳感器66-3接收的排氣溫度來(lái)估計(jì)過(guò)濾器組 件56的出口溫度。過(guò)濾器溫度模塊406可將入口溫度和出口溫度提供給測(cè)量持續(xù)時(shí)間模 塊 408。測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊408可基于過(guò)濾器組件56中的溫度來(lái)測(cè)量每個(gè)區(qū)域中啟動(dòng)的 再生的持續(xù)時(shí)間。測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊408可確定再生的測(cè)量持續(xù)時(shí)間在入口溫度大于PM 燃燒溫度時(shí)開(kāi)始。測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊408可確定再生的測(cè)量持續(xù)時(shí)間在出口溫度小于再生 完成溫度時(shí)結(jié)束。再生體積模塊410可接收來(lái)自預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊404的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和來(lái)自測(cè)量 持續(xù)時(shí)間模塊408的測(cè)量持續(xù)時(shí)間。再生體積模塊410可基于每個(gè)區(qū)域的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和 測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定過(guò)濾器組件56內(nèi)用于再生PM的可用體積。更具體地，再生體積模塊410可基于預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定每個(gè)區(qū) 域的可用體積百分比。再生體積模塊410可基于每個(gè)區(qū)域所包括的入口面的部分來(lái)對(duì)每個(gè) 區(qū)域的可用體積百分比進(jìn)行加權(quán)。再生體積模塊410可對(duì)各區(qū)域的可用體積百分比或加權(quán) 可用體積百分比求平均值，從而確定過(guò)濾器組件56的可用體積百分比。再生體積模塊410 可基于過(guò)濾器組件56的可用體積百分比和過(guò)濾器組件56的預(yù)定體積來(lái)確定過(guò)濾器組件56 內(nèi)的可用體積?，F(xiàn)在參考圖5，流程圖描述了根據(jù)本發(fā)明原理的控制系統(tǒng)的示例性步驟。在步驟 500，控制過(guò)程監(jiān)測(cè)排氣溫度。在步驟502，控制過(guò)程基于排氣溫度來(lái)估計(jì)顆粒過(guò)濾器(PF) 溫度。在步驟504，控制過(guò)程啟用加熱器以啟動(dòng)顆粒過(guò)濾器的入口面的區(qū)域中的再生。在步驟506，控制過(guò)程確定PF溫度是否大于PM燃燒溫度。當(dāng)PF溫度小于或等于 PM燃燒溫度時(shí)，控制過(guò)程返回步驟500。當(dāng)PF溫度大于PM燃燒溫度時(shí)，指示再生被啟動(dòng)， 控制過(guò)程前進(jìn)到步驟508。在步驟508，控制過(guò)程確定排氣的質(zhì)量流率。控制過(guò)程可基于進(jìn)氣空氣的流率和噴 射的燃料質(zhì)量來(lái)確定排氣的質(zhì)量流率。在步驟510，控制過(guò)程監(jiān)測(cè)排氣中的一個(gè)或更多氧水 平。在步驟512，控制過(guò)程確定排氣中的顆粒物質(zhì)(PM)水平?？刂七^(guò)程可以基于車輛 運(yùn)行時(shí)間、車輛運(yùn)行距離和/或在顆粒過(guò)濾器的上游和下游測(cè)量的排氣壓力的差來(lái)確定排 氣中的PM水平。排氣中的PM水平可以與車輛運(yùn)行時(shí)間、車輛運(yùn)行距離以及排氣壓力之間 的差直接相關(guān)。在步驟514，控制過(guò)程基于排氣溫度、質(zhì)量流率、氧水平和/或PM水平來(lái)確定再生 的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間。在步驟516，控制過(guò)程基于PF溫度測(cè)量再生的持續(xù)時(shí)間?？刂七^(guò)程可以 確定測(cè)量持續(xù)時(shí)間在PF溫度升高到高于PM燃燒溫度時(shí)開(kāi)始，在PF溫度降低到低于再生完 成溫度時(shí)結(jié)束。在步驟518，控制過(guò)程基于與每個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和測(cè)量持續(xù)時(shí) 間來(lái)確定顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生PM的可用體積。更具體地，控制過(guò)程可以通過(guò)使測(cè)量持續(xù)時(shí)間除以預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間來(lái)確定每個(gè)區(qū)域 的可用體積百分比?？刂七^(guò)程可以通過(guò)對(duì)與每個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的可用體積百分比求平均值來(lái) 確定顆粒過(guò)濾器的可用體積百分比。控制過(guò)程可以基于顆粒過(guò)濾器的可用體積百分比和顆 粒過(guò)濾器的預(yù)定體積來(lái)確定顆粒過(guò)濾器內(nèi)的可用再生體積。
控制過(guò)程可以基于每個(gè)區(qū)域所包括的入口面的部分來(lái)對(duì)與每個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的可 用體積百分比進(jìn)行加權(quán)?？刂七^(guò)程可通過(guò)對(duì)與每個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的加權(quán)可用體積百分比求平 均值來(lái)確定顆粒過(guò)濾器的可用體積百分比?？刂七^(guò)程可對(duì)啟動(dòng)再生的顆粒過(guò)濾器的每個(gè)區(qū) 域重復(fù)步驟500至518。這樣，控制過(guò)程可使用與每個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的可用體積百分比來(lái)形成顆粒過(guò)濾器的 灰負(fù)載曲線。與區(qū)域相關(guān)聯(lián)的可用體積可以基于與該區(qū)域相關(guān)聯(lián)的可用體積百分比和與該 區(qū)域相對(duì)應(yīng)的顆粒過(guò)濾器部分的預(yù)定體積來(lái)確定。在顆粒過(guò)濾器的部分中積聚的灰的量可 以與關(guān)聯(lián)于該區(qū)域的可用體積逆相關(guān)。增加區(qū)域的數(shù)量可以改善灰負(fù)載曲線的精度。本發(fā)明的廣泛教導(dǎo)可以以多種形式來(lái)實(shí)施。因此，雖然本發(fā)明包括具體示例，但是 由于技術(shù)人員在研究附圖、說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求后將會(huì)顯而易見(jiàn)到其它改進(jìn)，因此本發(fā) 明的真實(shí)范圍不應(yīng)如此限制。
權(quán)利要求
一種控制系統(tǒng)，包括加熱器控制模塊，所述加熱器控制模塊選擇性地啟動(dòng)排氣系統(tǒng)中的顆粒過(guò)濾器的區(qū)域中的再生；測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊，所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊測(cè)量所述再生的持續(xù)時(shí)間；以及再生體積模塊，所述再生體積模塊基于所述再生的所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定所述顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生顆粒的可用體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，還包括確定所述再生的預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間的預(yù)測(cè)持續(xù) 時(shí)間模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中所述再生體積模塊基于所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和 所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定所述可用體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中所述區(qū)域包括多個(gè)區(qū)域并且所述可用體積基 于所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域的所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間和所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間模塊基于排氣溫度、質(zhì)量 流率、氧水平和顆粒物質(zhì)水平中的至少一個(gè)來(lái)確定所述預(yù)測(cè)持續(xù)時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，還包括顆粒物質(zhì)水平模塊，所述顆粒物質(zhì)水平模 塊基于車輛運(yùn)行時(shí)間、車輛運(yùn)行距離和所述顆粒過(guò)濾器的入口與出口之間的壓力差中的至 少一個(gè)來(lái)確定所述顆粒物質(zhì)水平。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊基于所述顆粒過(guò)濾器 中的溫度來(lái)確定所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間在所述顆粒過(guò)濾器中的所 述溫度大于PM燃燒溫度時(shí)開(kāi)始并且在所述顆粒過(guò)濾器中的所述溫度小于再生完成溫度時(shí) 結(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域包括所述顆粒過(guò) 濾器的入口面的部分。
10.一種方法，包括選擇性地啟動(dòng)排氣系統(tǒng)中的顆粒過(guò)濾器的區(qū)域中的再生；測(cè)量所述再生的持續(xù)時(shí)間；以及基于所述再生的所述測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定所述顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生顆粒的可用體積。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用電加熱的顆粒過(guò)濾器預(yù)測(cè)灰負(fù)載。控制系統(tǒng)包括加熱器控制模塊、測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊、以及再生體積模塊。加熱器控制模塊選擇性地啟動(dòng)排氣系統(tǒng)中的顆粒過(guò)濾器區(qū)域中的再生。測(cè)量持續(xù)時(shí)間模塊測(cè)量再生的持續(xù)時(shí)間。再生體積模塊基于再生的測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)確定顆粒過(guò)濾器內(nèi)用于再生顆粒的可用體積。
文檔編號(hào)F01N3/023GK101886567SQ20101017675
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者E·V·岡策, M·J·小帕拉托爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司