專利名稱：將催化轉化器用作燃燒器的pm過濾器再生的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及車輛排氣處理系統(tǒng)，更具體地涉及用于使顆粒物過濾器再生的控制系統(tǒng)和方法。
背景技術：
在此提供的背景描述是為了大體地介紹本發(fā)明的背景。目前署名的發(fā)明人的工作就其在該背景部分中描述的程度、以及描述的在提交的時候可能不以另外的方式構成現(xiàn)有技術的方面，既不明確也不隱含地被承認為破壞本發(fā)明的現(xiàn)有技術。用于給車輛提供動力的內(nèi)燃發(fā)動機在存在空氣的情況下燃燒燃料，以產(chǎn)生動力。 燃料的燃燒產(chǎn)生了包含各種氣體和顆粒物(PM)的排氣。該排氣可在排氣系統(tǒng)中被處理，以降低某些成分氣體和PM的濃度。例如，催化轉化器可降低諸如一氧化碳(CO)和氮氧化物 (NOx)之類的氣體的濃度。催化轉化器還可降低由未燃燒的或部分燃燒的燃料構成的碳氫化合物(HC)的濃度。另外，可通過PM過濾器從排氣中過濾PM。隨著時間的過去，從排氣中過濾的PM積聚在PM過濾器內(nèi)并開始限制排氣通過PM 過濾器的流動。已積聚在PM過濾器內(nèi)的PM可以通過被稱為再生的過程去除。在再生期間， 燃燒PM過濾器內(nèi)的PM。通常，通過將PM過濾器的溫度提高至高于再生溫度來實現(xiàn)再生。 在高于再生溫度的溫度時，積聚在PM過濾器內(nèi)的PM將開始燃燒。將PM過濾器的溫度保持高于再生溫度并持續(xù)達一段時間，直到所期望量的PM被燃燒為止。

發(fā)明內(nèi)容
在一種形式中，本發(fā)明提供了一種用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其包括排氣模塊和燃燒模塊。排氣模塊在位于催化轉化器下游的PM過濾器的再生期間向由該催化轉化器上游的發(fā)動機產(chǎn)生的排氣供應第一質量空氣流(MAF)。在再生期間，燃燒模塊基于第一 MAF和在進氣沖程期間供應到氣缸的第二 MAF，在進氣沖程期間向氣缸供應第一燃料量。在再生期間，燃燒模塊還基于氣缸的第一空氣-燃料(A/F)比和催化轉化器下游的排氣的氧含量，在隨后的進氣沖程期間向氣缸供應第二燃料量。在一個特征中，燃燒模塊還基于催化轉化器上游的排氣的所期望的排氣成分量來供應第一燃料量。排氣成分包括碳氫化合物和一氧化碳中的至少一種。在另一特征中，燃燒模塊還基于催化轉化器上游的排氣的所期望的A/F比來供應第一燃料量。在其它的特征中，排氣模塊在進氣沖程之后并且在隨后的進氣沖程之前開始供應第一 MAF。在又一特征中，第一 MAF基于PM過濾器的溫度。在相關的特征中，排氣模塊通過操作與排氣流體連通的空氣泵來供應第一MAF。在其它相關的特征中，第一 MAF被供應至氣缸的排氣端口。在另外的其它特征中，排氣模塊選擇性地在催化轉化器與PM過濾器之間向排氣供應第三MAF。在相關的特征中，第三MAF基于PM過濾器的溫度。在又一其它特征中，燃料為汽油。
在另一形式中，本發(fā)明提供了一種用于控制發(fā)動機的方法，其包括在位于催化轉化器下游的PM過濾器的再生期間向由催化轉化器上游的發(fā)動機產(chǎn)生的排氣供應第一 MAF。 該方法還包括在再生期間，在進氣沖程期間向氣缸供應第一燃料量；和在再生期間，在隨后的進氣沖程期間向氣缸供應第二燃料量。第一燃料量基于第一 MAF和在進氣沖程期間供應到氣缸的第二MAF。第二燃料量基于氣缸的第一 A/F比和催化轉化器下游的排氣的氧含量。在一個特征中，第一燃料量基于催化轉化器上游的排氣的所期望的排氣成分量。 排氣成分包括碳氫化合物和一氧化碳中的至少一種。在另一特征中，第一燃料量還基于催化轉化器上游的排氣的所期望的A/F比。在其它的特征中，供應第一 MAF是在供應第一燃料量之后并在供應第二燃料量之前開始。在又一特征中，第一 MAF基于PM過濾器的溫度。在相關的特征中，通過操作與排氣流體連通的空氣泵來供應第一 MAF。在其它相關的特征中，第一 MAF被供應至氣缸的排氣端□。在另外的其它特征中，該方法還包括選擇性地在催化轉化器與PM過濾器之間向排氣供應第三MAF。在相關的特征中，第三MAF基于PM過濾器的溫度。在又一其它特征中， 燃料為汽油。在還有的其它特征中，上述系統(tǒng)和方法通過由一個或多個處理器執(zhí)行的計算機程序實現(xiàn)。計算機程序能駐留在有形的計算機可讀介質上，諸如但不限于存儲器、非易失性數(shù)據(jù)存儲器和/或其它合適的有形存儲介質。本發(fā)明還包括以下方案
方案1. 一種用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括
排氣模塊，在位于催化轉化器下游的顆粒物PM過濾器的再生期間，所述排氣模塊向由所述催化轉化器上游的所述發(fā)動機產(chǎn)生的排氣供應第一質量空氣流MAF ；以及燃燒模塊，所述燃燒模塊在所述再生期間
基于所述第一 MAF和進氣沖程期間供應到氣缸的第二 MAF，在所述進氣沖程期間向所述氣缸供應第一燃料量；以及
基于所述氣缸的第一空氣-燃料A/F比和所述催化轉化器下游的所述排氣的氧含量，在隨后的進氣沖程期間向所述氣缸供應第二燃料量。方案2.根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃燒模塊還基于所述催化轉化器上游的所述排氣的排氣成分的期望量來供應所述第一燃料量，所述排氣成分包括碳氫化合物和一氧化碳中的至少一種。方案3.根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃燒模塊還基于所述催化轉化器上游的所述排氣的期望A/F比來供應所述第一燃料量。方案4.根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述排氣模塊在所述進氣沖程之后并且在所述隨后的進氣沖程之前開始供應所述第一 MAF。方案5.根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第一MAF基于所述PM過濾器的溫度。方案6.根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述排氣模塊通過操作與所述排氣流體連通的空氣泵來供應所述第一 MAF。方案7.根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第一 MAF被供應至所述氣缸的排氣端口。方案8.根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述排氣模塊選擇性地在所述催化轉化器與所述PM過濾器之間向所述排氣供應第三MAF。方案9.根據(jù)方案8所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第三MAF基于所述PM過濾器的溫度。方案10.根據(jù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃料為汽油。方案11. 一種用于控制發(fā)動機的方法，包括
在位于催化轉化器下游的顆粒物PM過濾器的再生期間，向由所述催化轉化器上游的所述發(fā)動機產(chǎn)生的排氣供應第一質量空氣流MAF ；
在所述再生期間，基于所述第一 MAF和進氣沖程期間供應到氣缸的第二 MAF，在所述進氣沖程期間向所述氣缸供應第一燃料量；以及
在所述再生期間，基于所述氣缸的第一空氣-燃料A/F比和所述催化轉化器下游的所述排氣的氧含量，在隨后的進氣沖程期間向所述氣缸供應第二燃料量。方案12.根據(jù)方案11所述的方法，其中，所述第一燃料量基于所述催化轉化器上游的所述排氣的排氣成分的期望量，并且所述排氣成分包括碳氫化合物和一氧化碳中的至少一種。方案13.根據(jù)方案11所述的方法，其中，所述第一燃料量還基于所述催化轉化器上游的所述排氣的期望A/F比。方案14.根據(jù)方案11所述的方法，其中，所述供應所述第一 MAF在所述供應所述第一燃料量之后并且在所述供應所述第二燃料量之前開始。方案15.根據(jù)方案11所述的方法，其中，所述第一 MAF基于所述PM過濾器的溫度。方案16.根據(jù)方案11所述的方法，其中，通過操作與所述排氣流體連通的空氣泵來供應所述第一 MAF。方案17.根據(jù)方案11所述的方法，其中，所述第一 MAF被供應至所述氣缸的排氣端□。方案18.根據(jù)方案11所述的方法，還包括選擇性地在所述催化轉化器與所述PM 過濾器之間向所述排氣供應第三MAF。方案19.根據(jù)方案18所述的方法，其中，所述第三MAF基于所述PM過濾器的溫度。方案20.根據(jù)方案11所述的方法，其中，所述燃料為汽油。本發(fā)明適用性的其它領域將通過以下提供的詳細說明而變得明顯。應理解的是， 詳細說明和具體的示例僅用于例證的目的，而不意圖用于限制本發(fā)明的范圍。


通過詳細說明和附圖將更充分地理解本發(fā)明，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性車輛系統(tǒng)的功能框圖2是圖1所示的控制模塊在根據(jù)本發(fā)明的示例性控制系統(tǒng)中的示例性實現(xiàn)的功能框
圖；圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的、在PM過濾器的再生期間的各種控制時間段和控制參數(shù)的圖表；以及
圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明的、用于控制發(fā)動機以使PM過濾器再生的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式以下的說明本質上僅是示例性的，并且決不意圖用于限制本發(fā)明、其應用或用途。 為清楚起見，附圖中相同的附圖標記用于標識相似的元件。如在此所使用地，短語“A、B、和 C中的至少一個”應解釋為表示利用了非排它性的邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應理解的是，在不改變本發(fā)明原理的情況下，可以不同的順序執(zhí)行方法內(nèi)的步驟。如在此所使用地，術語“模塊”指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或固件程序的(共用、專用、或分組的)處理器和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所描述功能的其它合適部件。本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法利用了位于PM過濾器上游的催化轉化器，以燃燒由發(fā)動機中的燃燒而產(chǎn)生的排氣中的增加量的HC和CO。通過催化轉化器來燃燒增加量的HC和 CO產(chǎn)生了將PM過濾器的溫度提高至高于其再生溫度從而啟動再生的熱。增加量的HC和 CO的繼續(xù)燃燒產(chǎn)生了維持所述再生的熱?？刂葡到y(tǒng)包括排氣模塊和燃燒模塊。排氣模塊利用二次空氣泵向催化轉化器上游的排氣供應二次空氣。燃燒模塊基于進入燃燒室的進氣的第一 MAF速率和供應給排氣的二次空氣的第二 MAF速率向發(fā)動機的燃燒室(例如氣缸)供應燃料。通過考慮進氣和二次空氣的MAF速率，燃燒模塊產(chǎn)生在燃燒室中燃燒的濃A/F混合物，從而提高在排氣中產(chǎn)生的HC 和CO的量。燃燒模塊和排氣模塊共同控制供應濃A/F混合物和供應二次空氣的正時，以便大約同時將增加量的HC和CO與二次空氣引入到排氣中。HC和CO與二次空氣混合，以形成在催化轉化器內(nèi)燃燒的排氣混合物。最初，在開環(huán)燃料控制時間段期間，燃燒模塊向發(fā)動機供應燃料，以提供比燃料的第一化學計量A/F比低的預定室內(nèi)A/F比的A/F混合物。隨后，在閉環(huán)控制時間段期間，燃燒模塊調節(jié)室內(nèi)A/F比，以將進入催化轉化器的排氣混合物的催化劑內(nèi)A/F比維持成處于或接近排氣混合物的第二化學計量A/F比。燃燒模塊基于催化轉化器下游的排氣的催化劑后氧含量來調節(jié)室內(nèi)A/F比。催化劑后氧含量由位于催化轉化器下游的氧傳感器測量。通常，發(fā)動機的排氣處理系統(tǒng)包括催化轉化器和位于催化轉化器下游的氧傳感器。因此，本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法通過利用現(xiàn)有的硬件來提供用于PM過濾器再生的低成本系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)和方法對濃A/F混合物和供應到排氣二次空氣的正時加以控制。所述控制系統(tǒng)和方法還實現(xiàn)了缸內(nèi)A/F比的閉環(huán)控制，以將進入催化轉化器的排氣混合物的催化劑內(nèi)A/F比維持在化學計量A/F比。這樣，所述控制系統(tǒng)和方法在對排氣排放具有最小影響的情況下提供了 PM過濾器的再生。具體參考圖1，其示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性車輛10。車輛10包括動力系12、控制模塊14和駕駛員接口裝置16。通常，動力系12產(chǎn)生驅動轉矩并推進車輛10。控制模塊 14控制動力系12的操作，包括產(chǎn)生的驅動轉矩?？刂颇K14可包括一個或多個控制模塊，所述一個或多個控制模塊如以下所詳細討論的那樣來控制動力系12的各種部件的操作?？刂颇K14根據(jù)本發(fā)明基于各種輸入來控制操作，所述各種輸入包括由駕駛員接口裝置16輸出的駕駛員信號和各種其它車輛系統(tǒng)信號及控制值。駕駛員接口裝置16響應于由駕駛員做出的駕駛員輸入18來輸出駕駛員信號。駕駛員輸入18可包括但不局限于 操縱加速器踏板、制動踏板和方向盤。車輛系統(tǒng)信號包括但不局限于由感測各種車輛運行狀況的傳感器輸出的信號、和由車輛10的各種模塊產(chǎn)生的控制信號。動力系12包括發(fā)動機系統(tǒng)20、變速器22和傳動系對。發(fā)動機系統(tǒng)20產(chǎn)生驅動轉矩，該驅動轉矩被傳遞至變速器22。輸入到變速器22的驅動轉矩以一個或多個傳動比傳遞至傳動系對，傳動系對驅動車輛10的一個或多個車輪沈。本發(fā)明不局限于特定類型的變速器或傳動系。例如，變速器22可以是自動變速器或手動變速器。傳動系對可構造成驅動車輛10的一個或多個前輪和/或后輪26。發(fā)動機系統(tǒng)20包括內(nèi)燃發(fā)動機(ICE) 30、排氣系統(tǒng)32和發(fā)動機控制模塊(ECM) 34。發(fā)動機系統(tǒng)20可以是包括電動機(未示出)的混合動力發(fā)動機系統(tǒng)，所述電動機產(chǎn)生單獨使用的、或者與由ICE 30產(chǎn)生的驅動轉矩結合使用的驅動轉矩，用于推進車輛10。本發(fā)明不局限于特定類型或構造的內(nèi)燃發(fā)動機。例如，ICE 30可以是火花點火式(Si)發(fā)動機或壓縮點火式(Cl)發(fā)動機。ICE 30可以是四沖程發(fā)動機或二沖程發(fā)動機。為了示例性目的， ICE 30被示出為具有單個氣缸的四沖程往復式SI汽油發(fā)動機。盡管為簡潔起見而示出單個氣缸，但應意識到的是，ICE 30可具有多個氣缸。ICE 30包括氣缸40、進氣系統(tǒng)42、包括燃料噴射器44的燃料系統(tǒng)、包括進氣閥46 和排氣閥48的閥機構和排氣端口 50。ICE 30還包括點火系統(tǒng)，該點火系統(tǒng)包括火花塞52。 進氣系統(tǒng)42包括節(jié)氣門M和進氣端口 56。本發(fā)明不局限于特定類型的進氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、或者閥機構。為了示例性目的，所示出的燃料系統(tǒng)為直噴式燃料系統(tǒng)，并且燃料噴射器 44將燃料直接分配到氣缸40中。閥機構可以是頂置凸輪閥機構，并可包括多個進氣閥和/ 或排氣閥。為簡潔起見，所示出的閥機構包括單個的進氣閥46和排氣閥48。在ICE 30的操作期間，空氣通過節(jié)氣門M和進氣端口 56被吸入氣缸40，并與燃料噴射器44供應的燃料混合。當活塞從上止點(TDC)位置向下止點(BDC)位置運動時，在設置于氣缸40中的活塞(未示出)的進氣沖程期間，空氣被吸入氣缸40。在TDC位置，氣缸 40的第一容積為最小。在BDC位置，氣缸40的第二容積為最大?？諝馀c燃料的混合物(S卩A/F混合物)在氣缸40內(nèi)被壓縮并隨后燃燒。在活塞從 BDC位置向TDC位置運動時的壓縮沖程期間，A/F混合物被活塞壓縮。A/F混合物的燃燒由火花塞52供應的火花啟動。在活塞從TDC位置向BDC位置運動時的動力沖程期間，A/F混合物燃燒并驅動活塞。由燃燒產(chǎn)生的排氣從氣缸40排入到排氣端口 50中。在活塞從BDC 位置向TDC位置運動時的排氣沖程期間，排氣被排出。進入ICE 30的空氣的MAF速率和量都經(jīng)由節(jié)氣門M控制。進入氣缸40的燃料的正時和量經(jīng)由燃料噴射器44控制。燃燒開始的正時經(jīng)由火花塞52控制。進入氣缸40 的空氣和從氣缸40排出的排氣的正時分別經(jīng)由進氣閥46和排氣閥48控制。排氣系統(tǒng)32接收由ICE 30產(chǎn)生的排氣并處理該排氣，以降低排氣中各種氣體的濃度。根據(jù)本發(fā)明，排氣系統(tǒng)32還處理排氣，以減少排氣中的PM。排氣系統(tǒng)32包括由排氣管道互連的排氣歧管60、催化轉化器62、PM過濾器64和二次空氣泵(SAP) 66。排氣歧管60從排氣端口 50接收排氣，并可安裝至ICE 30。催化轉化器62設置在PM過濾器64上游，并降低排氣中的各種氣體的濃度。本發(fā)明不局限于特定類型的催化轉化器。例如，催化轉化器62可以是二元催化轉化器，其將HC 氧化成二氧化碳(CO2)和水(吐0)，并將CO氧化成C02。替代性地，催化轉化器62可以是三元催化轉化器，其氧化HC和⑶，并將NOx還原成氮(N2)和氧(02)。PM過濾器64從離開催化轉化器62的排氣中過濾PM，并且通常為壁流類型。本發(fā)明不局限于特定結構的壁流PM過濾器或由特定材料構成的壁流PM過濾器。例如，PM過濾器64可包括由堇青石或者碳化硅形成的壁分開的入口通道和出口通道構成的交替布置。 在該結構中，排氣通過入口通道進入PM過濾器64，穿過壁進入出口通道，并經(jīng)由出口通道離開。排氣中的PM被所述壁捕獲并積聚在所述壁上。積聚的PM減小了通過PM過濾器64 的流動，因而根據(jù)本發(fā)明周期性地在再生過程期間去除。SAP 66選擇性地將來自周圍的二次空氣供應至排氣，該二次空氣用于燃燒排氣中增加量的HC并氧化增加量的CO。更具體地，當操作時，SAP 66從周圍吸入空氣，并在壓力下將空氣供應至排氣。根據(jù)本發(fā)明，SAP 66電動地操作，并基于從ECM 34接收的控制信號選擇性地向催化轉化器62上游的排氣供應二次空氣。SAP 66操作為支持對由供應至氣缸 40的濃A/F混合物所產(chǎn)生的增加量的HC和CO進行的燃燒。由SAP 66輸出的二次空氣的 MAF速率和量可通過調整供應至SAP 66的功率而改變。在各種實現(xiàn)中，SAP 66可直接向排氣端口 50和/或直接向排氣歧管60供應二次空氣。在本示例中，SAP 66經(jīng)由將SAP 66與排氣端口 50流體聯(lián)接的管道70來直接向排氣端口 50供應二次空氣。在替代的實現(xiàn)中，SAP 66可經(jīng)由管道72直接向排氣歧管供應二次空氣。直接向排氣端口 50供應二次空氣的一個優(yōu)點是當HC在存在熱的排氣閥48的情況下與新鮮空氣混合時，HC的一部分可燃燒，從而產(chǎn)生熱。根據(jù)本發(fā)明，SAP 66還在再生期間選擇性地將二次空氣供應給從催化轉化器62 進入PM過濾器64的排氣，以支持PM的燃燒。SAP 66經(jīng)由將SAP 66與位于PM過濾器64 的入口處的排氣管道流體聯(lián)接的管道74將空氣供應至PM過濾器64。在各種實現(xiàn)中，管道 72和管道74可設定尺寸，以便提供通過管道72、74的預定的MAF速率。MAF速率可基于在再生期間到催化轉化器62和PM過濾器64的期望的MAF速率來預定。在各種實現(xiàn)中，流量控制閥86可用于控制通過管道74的MAF速率。通常，流到催化轉化器62以支持HC和CO的燃燒的二次空氣的期望的MAF速率大于流到PM過濾器64以支持PM的燃燒的二次空氣的期望的MAF速率。因此，管道74的內(nèi)徑可小于管道72的內(nèi)徑。在各種實現(xiàn)中，管道74的第一 MAF速率可小于通過管道72的第二 MAF速率的百分之二十，并且更具體地小于大約百分之十。ECM 34控制發(fā)動機系統(tǒng)20的各種部件的操作，包括ICE 30和排氣系統(tǒng)32。ECM 34通過產(chǎn)生用于控制各種部件的操作的時控的控制信號來控制操作。ECM 34基于各種輸入來產(chǎn)生時控的控制信號，所述各種輸入包括駕駛員信號和車輛系統(tǒng)信號。對本發(fā)明的目的來說，控制發(fā)動機系統(tǒng)20的操作的控制信號統(tǒng)稱為“發(fā)動機系統(tǒng)控制信號”。根據(jù)本示例，發(fā)動機系統(tǒng)控制信號可包括向節(jié)氣門M輸出的節(jié)氣門控制信號、向燃料噴射器44輸出的燃料控制信號、向火花塞52的火花控制信號、和/或向SAP 66 輸出的SAP控制信號。節(jié)氣門控制信號控制節(jié)氣門54，從而控制通過節(jié)氣門M的空氣的MAF速率。燃料控制信號控制燃料噴射器44，從而控制由燃料系統(tǒng)供應的燃料的正時和量 (例如質量)?；鸹刂菩盘柨刂苹鸹ㄈ?2的操作，從而控制由點火系統(tǒng)供應的火花的正時。 SAP控制信號控制SAP 66的操作，從而控制向排氣系統(tǒng)32供應的二次空氣的正時、MAF速
率禾口量。ECM 34通過控制向氣缸40供應的空氣和燃料的量來控制由ICE 30產(chǎn)生的驅動轉矩。通常，ECM 34將氣缸40中的A/F混合物的A/F比維持處于或接近化學計量A/F比，其對于汽油來說大約為14.7:1。在各種實現(xiàn)中，ECM 34可基于進入ICE 30的空氣的質量流率來確定燃料的量。位于節(jié)氣門M下游的進氣系統(tǒng)42中的MAF傳感器80可感測該質量流率，并基于所感測的質量流率來輸出信號。ECM 34還可基于離開氣缸40的排氣的氧含量來實現(xiàn)對缸內(nèi)A/F比的閉環(huán)控制，以及調節(jié)所供應的燃料的量。在本示例中，催化劑前氧傳感器82位于催化轉化器62上游，并感測離開氣缸40的排氣的氧含量。催化劑前氧傳感器82產(chǎn)生指示了所感測的催化劑前氧含量的信號。在不產(chǎn)生PM過濾器64的時間段期間，ECM 34基于催化劑前氧含量來調節(jié)所供應的燃料的量。根據(jù)本發(fā)明，ECM 34還確定是否使PM過濾器64再生。當期望再生時，ECM 34開始將缸內(nèi)A/F比降低至比化學計量A/F比低的預定缸內(nèi)A/F比。ECM 34降低缸內(nèi)A/F比， 以開始供應濃A/F混合物，從而增加進入催化轉化器62的排氣中的HC和CO的量。預定的缸內(nèi)A/F比可大約為14. 5:1。另外，ECM 34通過操作SAP 66向排氣供應二次空氣。ECM 34調節(jié)缸內(nèi)A/F比，以將進入催化轉化器62的排氣混合物的A/F比維持在預定的催化劑內(nèi) A/F比，該預定的催化劑內(nèi)A/F比處于或接近排氣混合物的化學計量A/F比。ECM 34基于離開催化轉化器62的排氣的氧含量來實現(xiàn)對缸內(nèi)A/F比的閉環(huán)控制。 ECM 34通過調節(jié)供應的燃料的量來調節(jié)缸內(nèi)A/F比，從而將催化劑內(nèi)A/F比維持成處于或接近排氣混合物的化學計量A/F比。更具體地，ECM 34基于之前的進氣沖程期間供應的所述燃料的第二質量和離開催化轉化器62的排氣的氧含量，在當前進氣沖程期間供應第一質量的燃料。在本示例中，催化劑后氧傳感器84位于催化轉化器62下游，并感測離開催化轉化器62的排氣的氧含量。催化劑后氧傳感器84產(chǎn)生指示了所感測的催化劑后氧含量的信號。具體地參考圖2，其示出了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)100中的ECM 34的示例性實現(xiàn)。 ECM 34包括燃燒模塊110和排氣模塊112。燃燒模塊110和排氣模塊112根據(jù)本發(fā)明基于所接收的各種輸入和控制參數(shù)來產(chǎn)生各種發(fā)動機系統(tǒng)控制信號。在圖2中，由MAF傳感器80、催化劑前氧傳感器82和催化劑后氧傳感器84輸出的信號分別由附圖標記120、附圖標記122和附圖標記IM指示。SAP控制信號、節(jié)氣門控制信號、燃料控制信號和火花控制信號分別由附圖標記130、附圖標記132、附圖標記134和附圖標記136指示。駕駛員信號由附圖標記138指示。包括其它發(fā)動機系統(tǒng)控制信號的其它車輛系統(tǒng)信號由附圖標記139指示。燃燒模塊110在發(fā)動機系統(tǒng)20的操作期間產(chǎn)生燃料控制信號132、節(jié)氣門控制信號134和火花控制信號136。燃燒模塊110可包括用于產(chǎn)生各種控制信號的一個或多個控制模塊。在本示例中，燃燒模塊110包括空氣模塊(AM) 140、燃料模塊(FM) 142和火花模塊 (SM)144。
AM 140產(chǎn)生節(jié)氣門控制信號132，從而控制通過節(jié)氣門M并進入氣缸40的空氣的MAF速率。AM 140基于包括駕駛員信號和估計的MAF速率在內(nèi)的各種輸入來產(chǎn)生節(jié)氣門控制信號132，用于通過ICE 30產(chǎn)生期望的驅動轉矩。FM 142產(chǎn)生燃料控制信號134，從而控制在每個燃燒循環(huán)期間由燃料噴射器44向氣缸40供應的燃料的量和正時。FM 142基于各種輸入來產(chǎn)生燃料控制信號134，所述輸入包括當前的MAF速率、所期望的缸內(nèi)A/F比、所期望的催化劑內(nèi)A/F比、催化劑前氧含量和催化劑后氧含量。FM 142可調節(jié)由燃料噴射器44進行的燃料噴射時間段的正時，以獲得燃料噴射正時的期望結束。更具體地，F(xiàn)M 142可調節(jié)燃料噴射時間段的開始的正時，以在由火花塞52供應的火花之前的預定的一段時間結束燃料噴射時間段。SM 144產(chǎn)生火花控制信號136，從而在每個壓縮沖程期間控制由火花塞52供應的火花的正時。SM 144基于包括但不局限于所期望的驅動轉矩之類的輸入來產(chǎn)生火花控制信號。排氣模塊112產(chǎn)生SAP控制信號130，并確定是否應執(zhí)行PM過濾器64的再生。排氣模塊112還可估計PM過濾器64的溫度。排氣模塊112與燃燒模塊110通訊，并與燃燒模塊110—起工作，以通過控制催化轉化器62內(nèi)的燃燒來使PM過濾器64再生。排氣模塊 112可包括用于產(chǎn)生各種控制信號的一個或多個模塊。在本示例中，排氣模塊112包括再生模塊(RM) 150、二次空氣模塊(SAM) 152和溫度模塊(TM)巧4。RM 150確定是否應執(zhí)行PM過濾器64的再生，并且當要執(zhí)行再生時，RM 150指令 ECM 34的各種模塊何時開始和結束再生。本發(fā)明不局限于用于確定是否應執(zhí)行再生以及何時開始和結束再生的特定方法。例如，RM 150可基于控制參數(shù)來確定是否應執(zhí)行再生，所述控制參數(shù)包括但不局限于PM過濾器64上的壓降和/或自從上一次使PM過濾器64再生以來所經(jīng)過的時間。當PM過濾器64在高于其再生溫度進行操作所經(jīng)過的時間超過預定時間段時，RM 150可結束再生。SAM 152產(chǎn)生SAP控制信號，從而控制向排氣供應的二次空氣的正時、MAF速率和量。SAM 152可基于各種輸入產(chǎn)生SAP控制信號，所述各種輸入包括但不局限于由RM 150 產(chǎn)生的指令和所估計的PM過濾器64的溫度。SAM 152可通過調整供應至SAP 66的功率來改變向排氣供應的二次空氣的MAF速率和量。TM 154估計PM過濾器64的溫度。通常，本發(fā)明不局限于用來估計PM過濾器64 的溫度的特定方法。例如，TM IM可基于由聯(lián)接至PM過濾器64的溫度傳感器感測的溫度， 和/或基于發(fā)動機的旋轉速度和所估計的發(fā)動機轉矩輸出，來估計PM過濾器64的溫度。根據(jù)本發(fā)明，TM巧4還可在再生期間基于由SAP 66供應的二次空氣的MAF速率和催化劑后氧含量來估計所述溫度。具體參考圖3，現(xiàn)在將更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)100的操作，更具體地說是ECM 34的操作。圖3是沿豎軸200的A/F比相對于沿橫軸202的時間的圖表。圖3 包括由附圖標記204指示的缸內(nèi)A/F比的第一曲線和由附圖標記206指示的催化劑內(nèi)A/F 比的第二曲線。在時間210處，排氣模塊112確定應使PM過濾器64再生，并指令燃燒模塊110啟動再生。開始于時間210，響應于所述指令，燃燒模塊110開始濃A/F混合物時間段212，在該濃A/F混合物時間段212期間，燃燒模塊110向氣缸40供應濃A/F混合物。燃燒模塊110以開環(huán)燃料控制時間段214開始濃A/F混合物時間段212。在開環(huán)燃料控制時間段214期間，燃燒模塊110將缸內(nèi)A/F比降低至預定缸內(nèi)A/F比。燃燒模塊110降低缸內(nèi)A/F比，以將排氣中HC和CO的組合量增加至所期望的質量。通常，所期望的質量是HC和CO組合的質量，所述HC和CO的組合的質量在與排氣中的二次空氣的質量組合時，導致了處于或接近排氣混合物的化學計量A/F比的催化劑內(nèi)A/F 混合物。在本示例中，燃燒模塊110通過增大進氣沖程期間供應的燃料質量來降低缸內(nèi)A/ F比。燃燒模塊110可在排氣沖程期間供應附加燃料，以將排氣中的HC和CO的量增加至所期望的質量?？稍谂艢鉀_程期間供應附加燃料，以避免否則可導致對發(fā)動機性能的不期望影響的不期望地低的缸內(nèi)A/F比。化學計量A/F比由點216指示，而預定的缸內(nèi)A/F比由點218指示。通常，缸內(nèi)A/ F比在如圖所示的時間210之前可處于或接近化學計量A/F比。然而，應意識到的是，取決于運行條件，缸內(nèi)A/F比可高于或低于化學計量A/F比。例如，缸內(nèi)A/F比在車輛加速時間段期間可低于化學計量A/F比。缸內(nèi)A/F比在車輛減速和滑行時間段期間可高于化學計量 A/F 比。在時間220處，排氣模塊112開始時間段222，在該時間段中，向排氣供應二次空氣，用于在催化轉化器62中燃燒增加質量的HC和CO。在空氣供應時間段222期間，排氣模塊112通過操作SAP 66來供應空氣。在本示例中，排氣模塊112在缸內(nèi)A/F比于時間210 處降低之后的預定時間段2M之后開始向排氣供應二次空氣。時間段2M對應于缸內(nèi)A/F 比降低的時間與所增加的HC和CO到達排氣系統(tǒng)32中SAP 66供應二次空氣的位置的時間之間的估計的延遲。時間段2M考慮到了與完成進氣、壓縮和排氣沖程相關聯(lián)的燃燒循環(huán)延遲以及與排氣端口 50和/或排氣系統(tǒng)32中的排氣流量相關聯(lián)的傳輸延遲。在空氣供應時間段222期間，排氣模塊112可基于PM過濾器64的估計溫度來改變所供應的二次空氣的MAF速率。例如，可提高二次空氣的MAF速率，以提高PM過濾器64 的溫度。也可降低二次空氣的MAF速率，以降低PM過濾器64的溫度，從而避免使PM過濾器過熱和/或不受控制的PM燃燒。當基于PM過濾器64的估計溫度來改變所供應的二次空氣的MAF速率時，排氣模塊112可選擇性地改變經(jīng)由管道70和/或管道74供應的二次空氣的MAF速率。例如，排氣模塊112可提高或降低經(jīng)由管道70供應的二次空氣的MAF速率，以相應提高或降低由催化轉化器62內(nèi)的燃燒產(chǎn)生熱的速率。排氣模塊112可提高或降低經(jīng)由管道74供應的二次空氣的MAF速率，以相應提高或降低PM過濾器64內(nèi)的PM燃燒的速率。開始于時間220，燃燒模塊110開始基于進入ICE 30的進氣的當前MAF速率和所估計的由SAP 66向排氣供應的二次空氣的MAF速率來供應燃料。更具體地，燃燒模塊110 供應的燃料量是將排氣中產(chǎn)生的HC和CO的組合質量維持在所期望的質量所需的燃料量。 基于所需的燃料量，燃燒模塊110可在進氣沖程期間供應所需燃料的第一部分，并在排氣沖程期間供應所需燃料的第二部分。在時間230處，燃燒模塊110結束開環(huán)燃料控制時間段214，并開始閉環(huán)燃料控制時間段232。燃燒模塊110在供應二次空氣于時間220處開始之后的預定時間段234之后開始閉環(huán)燃料控制時間段232。時間段234考慮到了感測催化劑后氧含量的變化的催化劑后氧傳感器84中的預期延遲，催化劑后氧含量的所述變化歸因于由催化轉化器62燃燒的增加量的HC和CO。在閉環(huán)燃料控制時間段232期間，燃燒模塊110基于催化劑后氧含量來調節(jié)缸內(nèi) A/F比。這樣，燃燒模塊110將催化劑內(nèi)A/F比維持成處于或接近排氣混合物的化學計量 A/F比。燃燒模塊110通過調節(jié)供應的燃料量來調節(jié)缸內(nèi)A/F比。更具體地，控制基于之前的進氣沖程期間供應的所述燃料的第二質量和催化劑后氧含量，在當前進氣沖程期間供應第一質量的燃料?；谡{節(jié)的缸內(nèi)A/F比，燃燒模塊可進一步調節(jié)在進氣沖程和/或排氣沖程期間供應的燃料量。PM過濾器64的再生開始于時間M0。當通過催化轉化器62燃燒增加量的HC和 CO而產(chǎn)生的熱將PM過濾器64的溫度提高至高于其再生溫度時，再生開始。通常，開環(huán)燃料控制時間段214相對較短，因而再生將在閉環(huán)燃料控制時間段232期間開始。然而，應意識到的是，在各種實現(xiàn)中，再生可在開環(huán)燃料控制時間段214期間開始。再生持續(xù)以時間段 M2，直到在時間250處，排氣模塊112確定再生應結束并指令燃燒模塊110結束再生。響應于在時間250處的指令，燃燒模塊110結束濃A/F時間段，并恢復缸內(nèi)A/F比的正常控制。具體參考圖4，其示出了根據(jù)本發(fā)明的用于控制發(fā)動機以使PM過濾器再生的示例性方法300。方法300可在諸如發(fā)動機控制系統(tǒng)100之類的發(fā)動機控制系統(tǒng)的一個或多個控制模塊中實現(xiàn)。方法300可在發(fā)動機的操作期間周期性地運行。在302處指示了方法 300的開始。根據(jù)方法300的控制開始于304，在304處，控制確定是否使PM過濾器再生。 如果是，則控制前進到306，否則控制如所示地返回。在306處，控制開始向發(fā)動機的燃燒室(例如氣缸)供應濃A/F混合物，以開始濃 A/F混合物時間段。在濃A/F混合物時間段期間，控制通過增加供應到燃燒室用于燃燒的燃料量來降低燃燒室的A/F比?？刂茖⑷紵业腁/F比降低至比由發(fā)動機燃燒的燃料的化學計量A/F比低的預定室內(nèi)A/F比。根據(jù)方法300，室內(nèi)A/F比是基于由燃料的燃燒產(chǎn)生的所期望的HC和CO的組合質量；和向排氣供應的二次空氣的估計質量?？刂圃?08處繼續(xù)進行，在308處，控制確定是否開始向催化轉化器上游的排氣供應二次空氣。如果是，則控制前進到310，否則控制如所示地返回。在各種實現(xiàn)中，控制可在 306處開始供應濃A/F混合物之后并且在前進至310之前等待預定的時間段。在其它實現(xiàn)中，控制可在306處開始濃A/F混合物時間段的同時前進到310。在310處，控制開始向催化轉化器上游的排氣供應二次空氣，以開始二次空氣供應時間段。在二次空氣供應時間段期間，控制可提高所供應的二次空氣的MAF速率，以提高由催化轉化器中HC和CO的燃燒產(chǎn)生熱的速率。控制還可降低所供應的二次空氣的MAF速率，以降低通過燃燒產(chǎn)生熱的速率，從而避免使PM過濾器過熱和/或PM過濾器內(nèi)不受控制的PM燃燒。在312處，控制確定是否結束開環(huán)控制時間段和是否開始用于控制室內(nèi)A/F比的閉環(huán)控制時間段。如果是，則控制前進至314，否則控制如所示地返回。在314處，控制開始通過基于排氣的催化劑后氧含量來調節(jié)向燃燒室供應的燃料量，從而調節(jié)缸內(nèi)A/F比。通過基于催化劑后氧含量調節(jié)所供應的燃料量，控制將空氣質量相對于排氣中HC和CO的組合質量的比率維持成處于或接近排氣混合物的化學計量A/F 比。
在316處，控制確定是否結束PM過濾器的再生。如果是，則根據(jù)方法300的控制結束，否則控制如所示地返回。在318處指示了該方法的結束。本發(fā)明寬廣的教導能以各種形式實現(xiàn)。因此，由于通過對附圖、說明書、和所附權利要求書的研究，其它的改進將對熟練的從業(yè)者變得顯而易見，所以盡管本發(fā)明包括特定的示例，但本發(fā)明的真實范圍不應如此受限制。
權利要求
1.一種用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括排氣模塊，在位于催化轉化器下游的顆粒物PM過濾器的再生期間，所述排氣模塊向由所述催化轉化器上游的所述發(fā)動機產(chǎn)生的排氣供應第一質量空氣流MAF ；以及燃燒模塊，所述燃燒模塊在所述再生期間基于所述第一 MAF和進氣沖程期間供應到氣缸的第二 MAF，在所述進氣沖程期間向所述氣缸供應第一燃料量；以及基于所述氣缸的第一空氣-燃料A/F比和所述催化轉化器下游的所述排氣的氧含量，在隨后的進氣沖程期間向所述氣缸供應第二燃料量。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃燒模塊還基于所述催化轉化器上游的所述排氣的排氣成分的期望量來供應所述第一燃料量，所述排氣成分包括碳氫化合物和一氧化碳中的至少一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃燒模塊還基于所述催化轉化器上游的所述排氣的期望A/F比來供應所述第一燃料量。
4.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述排氣模塊在所述進氣沖程之后并且在所述隨后的進氣沖程之前開始供應所述第一 MAF。
5.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第一MAF基于所述PM過濾器的溫度。
6.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述排氣模塊通過操作與所述排氣流體連通的空氣泵來供應所述第一 MAF。
7.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第一MAF被供應至所述氣缸的排氣端□。
8.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述排氣模塊選擇性地在所述催化轉化器與所述PM過濾器之間向所述排氣供應第三MAF。
9.根據(jù)權利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第三MAF基于所述PM過濾器的溫度。
10.一種用于控制發(fā)動機的方法，包括在位于催化轉化器下游的顆粒物PM過濾器的再生期間，向由所述催化轉化器上游的所述發(fā)動機產(chǎn)生的排氣供應第一質量空氣流MAF ；在所述再生期間，基于所述第一 MAF和進氣沖程期間供應到氣缸的第二 MAF，在所述進氣沖程期間向所述氣缸供應第一燃料量；以及在所述再生期間，基于所述氣缸的第一空氣-燃料A/F比和所述催化轉化器下游的所述排氣的氧含量，在隨后的進氣沖程期間向所述氣缸供應第二燃料量。
全文摘要
本發(fā)明涉及將催化轉化器用作燃燒器的PM過濾器再生的系統(tǒng)和方法。具體地，提供了用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其包括排氣模塊和燃燒模塊。排氣模塊在位于催化轉化器下游的PM過濾器的再生期間，向由催化轉化器上游的發(fā)動機產(chǎn)生的排氣供應第一MAF。在再生期間，燃燒模塊基于第一MAF和進氣沖程期間供應到氣缸的第二MAF，在該進氣沖程期間向氣缸供應第一燃料量。在再生期間，燃燒模塊還基于氣缸的第一A/F比和催化轉化器下游的排氣的氧含量，在隨后的進氣沖程期間向氣缸供應第二燃料量。還提供了用于在PM過濾器的再生期間控制發(fā)動機的方法。
文檔編號F01N9/00GK102312701SQ20111018095
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2010年6月30日
發(fā)明者V. 岡策 E., G. 桑托索 H., J. 小帕拉托爾 M. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司