柴油发动机中从排气制动到排气微粒过滤器再生的转变

摘要

本发明涉及柴油发动机中从排气制动到排气微粒过滤器再生的转变。进气节气门(ITV)位置确定模块基于再生模式中希望的空气流动和排气制动模式中排气制动要求的至少一个生成希望的ITV位置。ITV位置限制模块基于希望的ITV位置生成受限的ITV位置。转变模块检测从排气制动模式到再生模式的转变，其中在检测到转变后ITV被控制到受限的ITV位置。

说明书

相关申请的交叉参考

此申请要求2008年6月20日提交的美国临时专利申请No 61/074,388的权益。以上申请的公开在此通过引用完整合并。

技术领域

本发明涉及内燃机，且更特定地涉及用于发动机运行模式之间转换的发动机控制系统。

背景技术

现在参考图1，图中给出发动机系统的功能框图。空气通过空气滤清器102进入，该空气滤清器可用包括质量空气流量计或其他传感器(未示出)。空气继续通过涡轮增压器104的进气入口侧，在该增压器处空气可以被压缩。当离开时，空气可以通过空气冷却器106或其他调节器，然后进入进气歧管108。当空气进入进气歧管108时，排气可以通过废气再循环(EGR)阀110再循环以造成空气混合物。EGR阀110可以通过EGR定位模块112定位。

一旦空气混合物达到进气歧管108，则空气混合物可以与来自燃料喷射器114的燃料在气缸116内组合，以产生正转矩。发动机系统可以包括多个燃料喷射器114和气缸116。排气通过排气歧管118离开气缸116，且进入涡轮增压器104的排气入口侧。涡轮增压器104可用于增加质量空气流量和/或进气歧管压力。增加的质量空气流量和进气歧管压力可以允许驱动转矩增加。排气可以流过催化剂120或其他排气处理部件。在排气释放到大气前，微粒过滤器122从排气收集微粒物质。

发动机控制模块124控制发动机系统在多种运行模式中的运行。运行模式可以通过多种因素确定，包括驾驶员输入和其他车辆需求。

例如，可能需要通过将微粒氧化而将其从微粒过滤器122去除。发动机系统可以在高排气温度下实现微粒的氧化。排气温度可以通过控制发动机系统内的空气/燃料混合物而升高，该空气/燃料混合物的控制通过改变燃料喷射器114的输出进行。

发动机系统也可以提供发动机制动，这使用泵气损失和/或摩擦损失来使车辆减速。燃料喷射器114可以被切断，使得仅空气进入发动机系统。气缸116内侧的空气压力可以使得发动机减速且因此使车辆减速。

发明内容

发动机控制系统包括进气节气门(ITV)位置确定模块、ITV位置限制模块和转变模块。ITV位置确定模块基于希望的空气流量和排气制动要求的至少一个生成希望的ITV位置，其中希望的空气流量在再生模式中设定为再生模式空气流量。ITV位置确定模块在排气制动模式中将希望的ITV位置设定为ITV制动位置。ITV位置限制模块基于希望的ITV位置生成受限的ITV位置。转变模块检测从排气制动模式到再生模式的转变。在检测到转变后，ITV被控制到受限的ITV位置。

在其他特征中，在受限的ITV位置等于希望的ITV位置后，ITV被控制到希望的ITV位置。受限的ITV位置基于来自发动机速度(RPM)传感器和歧管空气压力(MAP)传感器的至少一个的信号。受限的ITV位置在再生模式中的希望的ITV位置和ITV制动位置之间。发动机控制系统进一步包括生成受限的ITV速率的ITV速率限制模块。在检测到转变后，ITV被控制在受限的ITV速率。

发动机控制系统进一步包括在检测到转变后选择受限的ITV位置的选择模块。发动机控制系统进一步包括在再生模式中将希望的空气流量设定到再生模式空气流量的希望空气流量确定模块。发动机控制系统进一步包括生成排气制动要求的排气制动模块。发动机控制系统进一步包括可变喷嘴涡轮增压器(VNT)位置确定模块。VNT位置确定模块在排气制动模式中将VNT控制到VNT制动位置。发动机控制系统进一步包括废气再循环(EGR)模块。在排气制动模式中，EGR模块将EGR阀控制到关闭位置。

本发明的可应用性的另外的范围将从在下文中提供的详细描述中变得显见。应理解的是详细描述和具体例子仅用于图示目的，且不意图于限制本发明的范围。

附图说明

本发明将从详细描述和附图中更完全地被理解，其中：

图1是根据现有技术的车辆的功能框图；

图2是根据本发明的原理的示例车辆的功能框图；

图3是根据本发明的原理的发动机控制模块的示例实施的功能框图；和

图4是描绘根据本发明的原理由控制系统进行的示例步骤的流程图。

具体实施方式

如下描述仅在本质上是示例的，且不意图于限制本发明、其应用或使用。为清晰目定，相同的附图标号将在附图中用于识别类似的元件。如在此所使用，措辞“A、B和C的至少一个”应解释为意味着使用非排他性的逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应理解的是方法中的步骤可以以不同的次序执行而不改变本发明的原理。

如在此所使用，术语“模块”指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享处理器、专用处理器或处理器组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其他合适的部件。

一般地，柴油发动机系统将柴油燃料与通过进气歧管流入的空气燃烧从而产生正转矩，该转矩驱动车辆。排气通过排气歧管流出发动机。多种排气处理部件在排气排放到大气前处理排气。

在排气制动模式中，发动机系统通过增加排气背压产生负转矩。增加的排气背压抵抗排气行程期间活塞的移动，这通过传动系施加制动力以使整个车辆减速。发动机控制模块可以停止向气缸供给燃料，以防止通过燃烧产生任何正转矩。

在微粒过滤器再生模式中，发动机系统通过再生过程将来自微粒过滤器的柴油微粒排放物燃烧。在再生期间，微粒在高温度下被氧化。控制空气/燃料混合物以实现氧化所需的高温度。

当从排气制动模式转变到再生模式时，发动机系统释放排气背压。这导致空气急流通过发动机系统，且导致由多种传感器和促动器的可能的过度反应。这也可能导致可听到的空气系统噪声，可能损坏涡轮增压器、发动机速度下降或甚至由于增加的排气流量和降低的进气空气流量导致的发动机停机。可能由于发动机控制燃料补偿或驾驶员企图补偿较低的发动机速度的输入而引起高燃料供给峰值。此外，驾驶员可能感觉到由于转变导致的“颠簸”或车辆振荡。

本发明通过在转变期间控制通过发动机的空气流量而防止发动机系统的过度反应。一旦发动机系统检测到转变，则在预定的时期内限制空气流量的改变。

现在参考图2，图中给出示例发动机系统的功能框图。空气通过空气滤清器102进入，该空气滤清器102可以包括质量空气流量计或其他传感器(未示出)。空气持续通过可变喷嘴涡轮增压器(VNT)202的进气口侧。VNT 202将空气压缩且被VNT定位模块204控制。压缩的空气在离开后可以通过空气冷却器106或其他调节器，然后通过进气节气门(ITV)206。ITV 206可以通过ITV定位模块208定位为相对于空气流的不同角度。当空气进入进气歧管108时，排气可以通过EGR阀110再循环，以造成空气混合物。EGR阀110可以通过EGR定位模块112定位。

一般地，来自进气歧管108的空气混合物与来自燃料喷射器114的燃料在气缸116内结合，以产生正转矩。发动机系统可以包括多个燃料喷射器114和气缸116。排气通过排气歧管118离开气缸116且进入VNT 202的排气入口侧。VNT 202可以基于通过VNT定位模块204的控制限制排气流量和/或增加排气速度。排气可以流过催化剂120或其他排气处理部件。在排气释放到大气前，微粒过滤器122从排气收集微粒物质。

发动机控制模块210以多种运行模式控制发动机系统。运行模式可以通过包括驾驶员输入和其他车辆需求的多种因素确定。从多种传感器和模块的反馈可以被发动机控制模块210使用。因此，虽然示出单向箭头，例如从发动机控制模块210到进气节气门(ITV)定位模块208和EGR定位模块112的箭头，但信号也可以由发动机控制模块210接收。例如，发动机控制模块210可以接收状态和故障信息。

在排气制动模式中，发动机系统通过增加排气产生负转矩。基于排气制动要求，燃料喷射器114可以停止向气缸116供给燃料。VNT定位模块204将VNT 202关闭到VNT制动位置，以增加排气背压。增加的背压抵抗排气行程期间活塞的移动，这通过传动系施加制动力以使整个车辆减速。ITV定位模块208将ITV 206打开到ITV制动位置以允许更大的进气空气流量。流过VNT 202的增加的排气速度使进气歧管压力增加且促使更多的空气进入到气缸内从而进一步增加背压。

在再生模式中，发动机控制模块210控制进入发动机系统内的空气流量和燃料，以在微粒过滤器122中将微粒氧化。基于再生要求，ITV定位模块208将ITV 206移动到对应于再生模式空气流量的位置，用于正确地将微粒过滤器122内的微粒氧化。VNT定位模块204将VNT 202定位以允许排气自由流动到催化剂120和其他排气部件，该其他排气部件包括微粒过滤器122。再生可以通过增加燃料输送被启动，从而导致未燃烧的燃料到达微粒过滤器122。

在检测到从排气制动模式到再生模式的转换时，发动机控制模块210控制ITV定位模块208，以限制ITV 206的移动。发动机系统包括歧管空气压力(MAP)传感器212和发动机速度(RPM)传感器214。发动机控制模块210从MAP传感器212和RPM传感器214接收信号。发动机控制模块210可以从其他部件(未示出)接收信号，例如质量空气流量传感器和多种温度传感器。发动机控制模块210使用接收到的信号来确定对ITV 206的移动限制。

现在参考图3，图中给出发动机控制模块210的示例实施的功能框图。排气制动模块302要求排气制动模式。在排气制动模式中，燃料模块304可以指令燃料喷射器114停止提供燃料。EGR模块306将EGR阀110关闭，以防止进入进气歧管108内的排气再循环，这再循环将降低背压。

另外，在排气制动模式期间，VNT位置确定模块308生成增加排气背压的VNT制动位置。VNT定位模块204控制VNT 202到此VNT制动位置。VNT制动位置导致VNT 202的翼片大体上关闭以最大化排气背压。翼片的关闭利用排气的更多的动力，因此导致VNT 202产生更大的进气压力增压。ITV位置确定模块310将希望的ITV位置设定到ITV制动位置以增加进气压力和空气流量。IVT制动位置大体上打开以最大化进气歧管空气压力和空气流量，一旦从发动机排放则产生背压。

微粒过滤器再生模块312可以随后要求再生模式。在再生模式中，希望的空气流量确定模块314将希望的进气空气流量设定为再生模式空气流量。ITV位置确定模块310基于希望的空气流量生成希望的ITV位置，因此将希望的ITV位置设定到由再生模式空气流量确定的位置。这可以称为再生ITV位置。

转变模块316检测何时存在从排气制动模式到再生模式的转变。可以基于排气制动要求和再生要求检测出该转变。

ITV位置限制模块318基于希望的ITV位置计算受限的ITV位置。来自MAP传感器212和RPM传感器214的信号可以用于计算受限的ITV位置。包括质量空气流量、发动机负荷、温度等的其他信号也可以用于计算受限的ITV位置。

ITV速率限制模块320基于来自MAP传感器212和RPM传感器214的信号计算受限的ITV速率。包括质量空气流量、发动机负荷、温度等其他信号也可以用于计算受限的ITV速率。在检测到转变后，受限的ITV速率可以限制ITV位置的改变速率。

计时器322确定检测到转变后的保持时间，在此转变期间ITV 206的位置将不超过受限的ITV位置。保持时间可以是可标定的时期或基于类似的信号，如被ITV位置限制模块318所使用的那些信号。在转变期间，选择模块324限制ITV 206的控制到受限ITV位置。一旦受限的ITV位置达到希望的ITV位置，则ITV 206的控制可以基于希望的ITV位置恢复。

现在参考图4，流程图描绘发动机控制系统的示例步骤。在步骤402中，控制确定是否要求排气制动模式。控制保持在步骤402直至要求排气制动，此时控制转移到步骤404。在步骤404中，控制停止向发动机供给燃料。控制在步骤406中持续，其中EGR阀110关闭以防止排气背压的降低。控制在步骤408中继续，其中VNT 202关闭到VNT制动位置，以增加排气背压。控制在步骤410中继续，其中ITV 206打开到ITV制动位置，以增加进气歧管压力和空气流量。

控制在步骤412中继续，其中控制确定是否不再要求排气制动模式。一旦对于排气制动模式的要求结束，则控制转移到步骤414。在步骤414中，控制将VNT 202打开以控制增压。当进气歧管108内的压力被释放时，排气背压降低且进气空气流量增加。

在步骤416中，控制确定是否要求再生模式。如果要求再生模式，则控制转移到步骤418；否则，控制转移到步骤432。在步骤418中，控制将希望的空气流量设定到再生模式空气流量。控制在步骤420中继续，其中控制基于希望的空气流量确定希望的ITV位置。在此，希望的空气流量是再生模式空气流量，且希望的ITV位置因此称为再生ITV位置。

控制在步骤422中继续，其中控制确定在从排气制动模式到再生模式的转变期间的受限的ITV位置。仅作为例子，受限的ITV位置可以是从当前ITV位置向再生ITV位置的预定的百分比。替代地且仅作为例子，受限的ITV位置可以从再生ITV位置被关闭预定量。

控制在步骤424中继续，其中ITV 206被控制到受限的ITV位置。控制在步骤426中继续，其中ITV206保持到受限ITV位置预定的时长。控制在步骤428中继续，其中控制确定受限的ITV速率。控制在步骤430中继续，其中ITV 206以受限的ITV速率被控制到再生ITV位置。控制在步骤432中继续，其中ITV位置的控制基于希望的空气流量恢复。控制然后返回到步骤402。

本领域一般技术人员现在能够从前述描述中认识到公开的宽范围教示能够以多种形式实施。因此，虽然此公开包括特定的例子，但本发明的实际范围不应因此而受到限制，因为当研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得对于一般技术人员是显见的。