怠速状态下在柴油机微粒过滤器再生期间控制发动机的方法和系统

摘要

本发明涉及怠速状态下在柴油机微粒过滤器再生期间控制发动机的方法和系统。在柴油机微粒过滤器再生期间控制发动机的方法和控制系统，其包括：柴油机微粒过滤器(DPF)再生请求模块，其产生DPF再生请求信号；以及怠速状态模块，其在发动机处于怠速状态时产生怠速状态信号。DPF再生控制模块响应于DPF再生请求信号和怠速状态信号启动计时器。DPF再生控制模块将发动机氧含量控制到比与非怠速水平对应的第一水平低的第二水平，并在一时间周期之后，控制发动机，以比第二水平高的第三水平产生氧。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆排气系统，尤其地涉及在柴油机微粒过滤器(DPF)再生期间以怠速控制发动机。

背景技术

在此提供的背景描述是为了大体地展示本发明的背景。目前署名的发明人的工作－就其在该背景部分中描述的程度而言－以及在提交的时候不可另外地作为现有技术的说明的多个方面，既不明示地也不暗示地被认为是抵触本发明的现有技术。

柴油发动机操作涉及产生排气的燃烧。在燃烧期间，空气/燃料混合物通过进气阀输送至气缸并在气缸中燃烧。在燃烧之后，活塞迫使气缸中的排气进入排气系统。排气可包含诸如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的排放。

正在添加越来越多的排气硬件技术以满足柴油机应用的排放。排气的后处理包括用于排气流的多重滤砖、混合器和喷射器的安装。周期地再生柴油机微粒过滤器以减少柴油机微粒过滤器中的炭烟量。在柴油机微粒过滤器再生期间，如果停止车辆并使车辆停放或处于空挡，则柴油机微粒过滤器再生进入加浓怠速状态。在该状态下，限制排气中的氧的量，以保护柴油机微粒过滤器。最初，必须保持低氧，以保护柴油机微粒过滤器。限制排气中氧的含量可加重发动机负担，这可被驾驶员察觉。在加浓怠速状态期间提高燃料消耗。此外，发动机在加浓怠速状态期间接近失火地操作。失火同样可被驾驶员察觉。

发明内容

因此，本发明提供在发动机怠速状态期间在一时间周期之后允许排气中有更多氧的系统和方法。这允许以受控的方式在怠速时继续再生，而不是完全中止再生过程。

在本发明的一个方面中，控制系统包括：柴油机微粒过滤器(DPF)再生请求模块，其产生DPF再生请求信号；以及怠速状态模块，其在发动机处于怠速状态时产生怠速状态信号。DPF再生控制模块响应于DPF再生请求信号和怠速状态信号启动计时器。DPF再生控制模块将发动机氧含量控制到比与非怠速水平对应的第一水平低的第二水平，并在一时间周期之后，控制发动机，以比第二水平高的第三水平产生氧。

在本发明的另一方面中，方法包括：进入柴油机微粒过滤器(DPF)再生循环；在排气中以第一水平产生氧；当发动机处于怠速状态并且柴油机微粒过滤器在再生循环内时，启动计时器并在排气中以第二水平产生氧；以及在一时间周期之后，控制发动机，以比第二水平高的第三水平产生氧。

本发明涉及以下技术方案：

方案1. 一种方法，包括：

进入柴油机微粒过滤器(DPF)再生循环；

在排气中以第一水平产生氧；

当发动机处于怠速状态并且柴油机微粒过滤器处于所述再生循环内时，启动计时器并在排气中以第二水平产生氧；以及

在一时间周期之后，控制所述发动机，以比所述第二水平高的第三水平产生氧。

方案2. 根据方案1所述的方法，还包括在所述发动机处于怠速状态并在所述再生循环内时，控制所述发动机，以减少在排气流中产生的氧。

方案3. 根据方案1所述的方法，还包括在所述发动机处于怠速状态并在所述再生循环内时，将所述发动机控制到加浓怠速状态。

方案4. 根据方案1所述的方法，还包括在所述发动机处于怠速状态并在所述再生循环内时，中断所述DPF再生循环。

方案5. 根据方案5所述的方法，其中，在所述时间周期之后，继续所述DPF再生循环。

方案6. 根据方案1所述的方法，其中，启动计时器并在排气中以第二水平产生氧包括：当DPF温度高于预定温度时，启动所述计时器并在排气中以第二水平产生氧。

方案7. 根据方案1所述的方法，其中，所述第一水平等于所述第三水平。

方案8. 根据方案1所述的方法，还包括响应于所述第三水平控制排气再循环。

方案9. 根据方案1所述的方法，还包括响应于所述第三水平控制进气节气。

方案10. 根据方案1所述的方法，还包括响应于所述第三水平控制进气节气和排气再循环。

方案11. 一种用于发动机的控制系统，包括：

柴油机微粒过滤器(DPF)再生请求模块，其产生DPF再生请求信号；

怠速状态模块，其在所述发动机处于怠速状态时产生怠速状态信号；以及

DPF再生控制模块，其响应于所述DPF再生请求信号和所述怠速状态信号启动计时器，所述DPF再生控制模块将发动机氧含量控制到比与非怠速水平对应的第一水平低的第二水平，并在一时间周期之后，控制所述发动机，以比所述第二水平高的第三水平产生氧。

方案12. 根据方案11所述的控制系统，其中，在所述发动机处于怠速状态并在所述再生循环内时，所述怠速控制模块控制所述发动机，以减少在排气流中产生的氧。

方案13. 根据方案11所述的控制系统，其中，在所述发动机处于怠速状态并在所述再生循环内时，所述怠速控制模块将所述发动机控制到加浓怠速状态。

方案14. 根据方案11所述的控制系统，其中，在所述发动机处于怠速状态并在所述再生循环内时，所述DPF再生控制模块中断所述DPF再生循环。

方案15. 根据方案14所述的控制系统，其中，在所述时间周期之后，所述DPF再生控制模块继续所述DPF再生循环。

方案16. 根据方案11所述的控制系统，还包括计时器和产生DPF温度的DPF温度模块，当DPF温度高于预定温度时，所述DPF再生控制模块启动所述计时器并且怠速控制模块以第二水平控制排气中氧的产生。

方案17. 根据方案11所述的控制系统，其中，所述第一水平等于所述第三水平。

方案18. 根据方案11所述的控制系统，其中，排气再循环控制模块响应于所述第三水平控制排气再循环。

方案19. 根据方案11所述的控制系统，其中，节气控制模块响应于所述第三水平控制进气节气。

方案20. 根据方案11所述的控制系统，其中，排气再循环控制模块响应于所述第三水平控制排气再循环，而节气控制模块响应于所述第三水平控制进气节气。

本发明适用性的其它领域将通过本文提供的描述而变得明显。应理解的是，描述和具体的示例仅用于例证的目的，而不用于限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更充分地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的包括具有结合在催化剂内的温度传感器的排气处理系统的发动机系统的功能框图；

图2是图1的控制器的功能框图；

图3是用于控制该系统的方法的流程图；以及

图4是氧含量、到柴油机微粒过滤器的温度输入、柴油机微粒过滤器的温度输出、DPF微粒滤砖温度和临界柴油机微粒过滤器再生时间的曲线图。

具体实施方式

以下的说明本质上仅是示例性的，并且决不用于限制本发明、其应用、或使用。为清楚起见，附图中相同的附图标记用于标识相似的元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中至少之一”应解释为使用非排它性的逻辑“或”表示逻辑(A或B或C)。应理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以不同的顺序执行方法内的步骤。

如本文所使用的，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的(共用、专用、或分组的)处理器和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。

尽管以下发明的提出是针对柴油发动机，但诸如包括直喷式发动机的汽油发动机的其他类型的发动机可受益于本文的教导。

现在参考图1，示意性地图示出柴油发动机系统10。柴油发动机系统10包括柴油发动机12和排气处理系统13。排气处理系统13还包括排气系统14和配给系统16。柴油发动机12包括气缸18、进气歧管20、空气质量流量(MAF)传感器22和发动机转速传感器24。空气通过进气歧管20流入发动机12并由MAF传感器22监测。空气被引导到气缸18中，并与燃料一起燃烧，以驱动活塞(未示出)。尽管图示了单个气缸18，但应意识到的是，柴油发动机12可包括另外的气缸18。例如，设想具有2、3、4、5、6、8、10、12和16个气缸的柴油发动机。

由于燃烧过程在气缸18内产生排气。排气系统14在将排气释放到大气之前处理该排气。排气系统14包括排气歧管26和柴油机氧化催化剂(DOC)28。排气歧管26朝DOC28引导退出气缸的排气。在DOC28内处理排气，以降低排放。排气系统14还包括诸如选择性催化还原(SCR)催化剂的催化剂30、温度传感器31、入口温度传感器32、出口温度传感器34和催化型柴油机微粒过滤器(CDPF)36。DOC28在处理排气之前与排气反应，以降低排气的排放水平。催化剂30在处理排气之后起反应，以进一步降低排放。

温度传感器31可位于发动机与DOC28之间。如以下进一步讨论地，入口温度传感器32位于催化剂30之前，以监测催化剂30的入口处的温度变化。如以下进一步讨论地，出口温度传感器34位于催化剂之后，以监测催化剂30的出口处的温度变化。尽管排气处理系统13图示成包括在催化剂30外的入口和出口温度传感器32、34，但入口和出口温度传感器32、34可内置于催化剂，以监测催化剂的入口和出口处的排气的温度变化。CDPF36通过捕集排气内的柴油机微粒(即炭烟)来进一步降低排放。

配给系统16包括可用于从容器注入尿素的注入流体供应38和配给喷射器40。配给系统16将诸如尿素的注入流体注入排气。尿素与排气混合，并且当排气/尿素混合物暴露于催化剂30时进一步降低排放。混合器41用于在排气进入催化剂之前将诸如尿素的注入流体与排气混合。

控制模块42调整和控制发动机系统10的操作，并监测配给系统16的操作。

排气流量传感器44可产生与排气系统中的排气的流动对应的信号。尽管图示的传感器在催化剂30与CDPF36之间，但可使用排气系统内的不同位置（包括在排气歧管之后和在催化剂30之前）进行测量。

温度传感器46产生与测得的微粒过滤器温度对应的微粒过滤器温度传感器信号。温度传感器46可设置在柴油机微粒过滤器36上或柴油机微粒过滤器36内。温度传感器46还可相对于排气流正好位于柴油机微粒过滤器之前或正好位于柴油机微粒过滤器之后。温度传感器46向控制模块42传送测得的微粒过滤器温度信号。

排气系统中的其他传感器可包括产生与排气系统中的氮氧化物的量对应的信号的NOx传感器50。由于该传感器在催化剂上游，所以这传感器可被称为NOx-In。NOx-Out传感器52可位于诸如在SCR30之后的下游，以便产生与离开SCR的氮氧化物对应的信号。另外，氨(NH₃)传感器54产生与排气流内的氨的量对应的信号。

控制模块42可用于控制电子节气门60和将排气再循环到进气歧管20中的排气再循环(EGR)阀62。可控制电子节气门60和EGR阀62，以改变排气中的氧含量。

控制模块42可控制排气状态和柴油机微粒过滤器的再生。以下提供控制模块42和排气控制模块60的进一步细节。

现在参考图2，控制模块42可包括柴油机微粒过滤器(DPF)再生控制模块110。DPF再生控制模块110可从各种其他模块接收信号。DPF再生控制模块110可从DPF温度模块112接收温度信号。DPF温度模块112可产生与柴油机微粒过滤器中的温度对应的温度信号。柴油机微粒过滤器可包括在其内的温度传感器。排气系统还可包括在柴油机微粒过滤器之前或之后的温度传感器。还可基于发动机运行状态的估计产生温度信号。

怠速状态模块114也可与柴油机微粒过滤器再生控制模块110通信。怠速状态模块114可产生与发动机是否处于怠速状态对应的信号。当车辆停放或处于空档时，发动机可处于怠速状态。当车辆停止时，发动机也可处于怠速状态。

柴油机微粒过滤器(DPF)再生请求模块116可产生DPF再生请求信号。可向DPF再生控制模块110传送DPF再生请求信号。DPF再生信号可启动柴油机微粒过滤器再生。

柴油机微粒过滤器再生控制模块110可响应于再生时间周期的启动激活再生计时器118。再生时间可以是从再生循环的启动开始的时间。在控制模块42内还可包括临界时间存储器模块120。临界时间控制模块可给比较模块122提供临界时间周期。还可给比较模块122提供再生计时器信号。比较模块122将再生时间与临界时间相比较，并响应于该比较控制发动机。比较模块122可通过怠速控制模块126控制发动机的怠速控制。应指出的是，怠速控制模块126还可响应于进入柴油机微粒过滤器再生控制循环来控制怠速和排气含氧量。怠速控制模块126可与诸如EGR控制模块130和节气控制模块132的各种其他发动机部件通信。怠速控制模块126可产生控制信号，以获得预定的发动机排气含氧量。可控制EGR控制模块130和节气控制模块132，以控制发动机排气含氧量。当然，可使用其他车辆部件来控制排气中的氧。

现在参考图3，提出一种用于在再生期间控制发动机的方法。在步骤210中，产生柴油机微粒过滤器再生请求。诸如炭烟累积的各种状态可使再生成为必需。在步骤212中，将柴油机微粒过滤器温度与柴油机微粒过滤器再生设定点相比较。当温度高于柴油机微粒过滤器再生设定点时，执行步骤214。在步骤212中，如果温度不高于柴油机微粒过滤器再生设定点，则跳过步骤214并进入步骤216。在步骤216中，确定怠速状态是否存在。如果怠速状态不存在，则本方法不适用，并执行启动非怠速DPF再生策略的步骤218。在步骤218之后，系统终止于步骤220。

返回参考步骤216，当发动机处于怠速状态时，步骤224确定由再生计时器提供的再生持续时间是否大于时间阈值。当再生时间周期大于时间阈值时，步骤226增大怠速氧设定点。这可通过从图(map )增加发动机氧来实现。在步骤226之后，步骤228控制EGR和进气节气，以获得氧设定点。在步骤228之后，执行步骤230。

返回参考步骤224，将从再生循环的启动开始的时间周期或持续时间与临界时间相比较。当再生时间周期不大于时间阈值时，在步骤232中将发动机排气氧控制到低的怠速设定点。在步骤323之后，如上所述可通过步骤228的EGR和进气节气控制来控制低的发动机怠速排气设定点。

现在参考图4，图示出临界DPF再生周期310的曲线图。图示了在临界DPF再生周期的启动处的“下降至怠速”的点。图示了柴油机微粒过滤器的输入温度(T_DPF.IN)和柴油机微粒过滤器的输出温度(T_DPF.OUT)。还图示了柴油机微粒滤砖温度。图示了增氧设定点，由此在预定的时间量之后增加氧，使得柴油机微粒过滤器滤砖温度维持高于预定水平以便再生过程继续。

通过控制排气氧含量，通过减少EGR冷却器污垢、提高燃料经济性和减少发动机失火数量来改善顾客感受。

能以各种形式实现本发明宽广的教导。因此，尽管本发明包括特定的示例，但由于通过对附图、说明书、和所附权利要求书的研究，其它的改进将对熟练的从业者来说变得显而易见，所以本发明的真实范围不应受限制。