用于具有微粒过滤器系统的火花点火发动机的燃料控制的制作方法

专利名称：用于具有微粒过滤器系统的火花点火发动机的燃料控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动车辆排放控制系统和方法的领域。
技术背景
因为直接喷射到汽缸中的燃料能够减少汽缸充气温度，直喷汽油发动机提供改善 的效率。结果，与具有进气道喷射燃料的相同汽缸相比，额外的空气可以进入汽缸。因此，可 以增进发动机功率和效率。此外，因为燃料在直喷汽油发动机的汽缸进气口比进气道燃料 喷射发动机存在更小的聚集趋势，直喷汽油发动机可以表现出改善的瞬态燃料控制。但是， 直喷发动机在较高的发动机转速和负载状况下会产生碳烟，这是因为具有较少的时间可被 利用以将汽缸中的燃料雾化。因此，将微粒过滤器合并到直喷发动机的排气系统中是有用 的。汽油发动机包括用纯汽油或汽油与诸如酒精的其他燃料的混合物作为燃料的那些发动 机。此外，还包括用在火花点火的发动机中的其他的燃料，例如液化丙烷气(LPG)和压缩天 然气(CNG)。
在美国专利6，738，702中，公开一种用于再生微粒过滤器的方法。具体说，该参考 文献公开了一种具有微粒过滤器的柴油发动机，该微粒过滤器后面设有稀NOx或SCR催化 器。该方法描述调节发动机燃料以提供用于抽取催化器的空气-燃料比。但是，该方法关 于如何调节发动机燃料没有提供细节，并且任何这种调节对于汽油发动机是不太可能有效 的，因为汽油发动机通常以化学计量状态运行，而柴油发动机通常以稀空气-燃料混合物 运行。发明内容
本发明人已经研发出一种用于调节供给火花点火的发动机的燃料的方法，包括 响应在微粒过滤器中氧化的碳烟调节提供给发动机的至少一个汽缸的燃料量；以及火花点 火在所述至少一个汽缸中的至少一些燃料量。
通过响应在微粒过滤器中氧化的碳烟调节提供给发动机的燃料以及火花点火供 给该发动机的燃料的至少一部分，能够控制发动机排气，以便改进催化剂的效率。在一个实 施例中，在排气系统中氧传感器可以设置在微粒过滤器下游的位置，以便当被微粒过滤器 保持的碳烟的氧化速率变化时能够调节发动机燃料。以这种方式，能够调节提供给发动机 的燃料，因此进入催化器中的排气接近化学计量混合物。结果，在微粒过滤器再生期间在用 稀空气-燃料混合物简单运行的发动机上能够改进催化器转换效率。
本发明具有若干优点。具体说，由于在发动机燃料提供中能够计算在微粒过滤器 再生期间所消耗的过量排气氧的量，本发明提供一种改进发动机空气燃料控制的方法。而 且，在微粒过滤器再生期间能够提高催化器效率，因为能够控制发动机排气，使得催化剂被 暴露在基本上化学计量的排气中。还有，在一些实施例中，能够计算通过微粒过滤器中的碳 烟的氧化而消耗的排气过量氧而不需要发动机控制器的额外计算。
根据一方面，提供一种用于处理汽油发动机的微粒物质的方法。该方法包括从所述汽油发动机向排气系统引导排气，所述排气系统至少包括三元催化器和微粒过滤器；以 及在该微粒过滤器再生期间调节供给所述汽油发动机的燃料，以基本上以化学计量保持离 开该三元催化器排气氧浓度。
在一个实施例中，后处理装置包括在排气系统中的所述微粒过滤器的上游。
在另一个实施例中，所述微粒过滤器包括三元催化器。
在另一个实施例中，所述三元催化器设置在排气系统中的所述微粒过滤器的下游。
在另一个实施例中，所述三元催化器设置在排气系统中的所述微粒过滤器的下 游，并且提供给所述三元催化器的排气是基本上化学计量的混。
根据另一方面，提供一种用于处理汽油发动机的微粒物质的方法。该方法包括从 所述汽油发动机向排气系统引导排气，所述排气系统至少包括三元催化器和微粒过滤器; 在该微粒过滤器再生期间调节供给所述汽油发动机的燃料，以基本上以化学计量保持离开 该三元催化器排气氧浓度；以及调节所述汽油发动机的点火正时，以保持所述微粒过滤器 的温度高于阈值温度。
在一个实施例中，后处理装置包括在排气系统中的所述微粒过滤器的上游。
在另一个实施例中，所述微粒过滤器包括三元催化器。
在另一个实施例中，所述三元催化器设置在排气系统中的所述微粒过滤器的下游。
在另一个实施例中，所述三元催化器设置在排气系统中的所述微粒过滤器的下 游，提供给所述三元催化器的排气是基本上化学计量混合物。
从下面单独的或结合附图的详细描述很容易明白本发明的上述优点以及其他优 点和特征。
应当理解，提供上述发明内容以便以简化的形式引进选择的基本原理，这些基本 原理在下文的详细描述中进一步描述。这不意味着想要限制所主张的主题的关键或基本特 征，所主张的主题的范围由权利要求唯一地限定。而且，所主张的主题不限于解决上面指出 的任何优点的或本发明的任何部分中的装置。


图1示出汽油直喷发动机的示例性实施例的示意图加示出示例性排气系统结构的简图2b示出示例性排气系统结构的简图2c示出示例性排气系统结构的简图3示出示例性排气系统结构的简图4示出燃料控制方法的一部分的流程图，以再生用于汽油发动机的微粒过滤 器；
图5示出图4所示的燃料控制方法的剩余部分的流程图6示出用于增加用于汽油发动机的微粒过滤器的温度的方法的流程图7示出用于在以减速燃料切断模式或可变排量模式运行汽油发动机时再生微 粒过滤器的方法的流程图8示出用于在再生微粒过滤器的同时运行汽油发动机的方法的流程图9示出汽缸空气-燃料调节和微粒过滤器下游的排气氧浓度的示例性曲线图。
具体实施方式
图1示出用10总的标示的汽油直喷发动机系统的示例性实施例。具体地，内燃机 10包括多个汽缸，其中一个汽缸示于图1。发动机10用电子发动机控制器12进行控制。发 动机10包括燃烧室14和具有设置在其中并且连接于曲轴20活塞18的汽缸壁16。燃烧室 14经由相应的进气门沈和排气门观与进气歧管22和排气歧管M连通。
进气歧管22经由节气门片32与节气门体30连通。在一个实施例中，可以用电子 控制的节气门。在一个实施例中，电子控制节气门，以在进气歧管22中周期性的或连续地 保持规定的真空水平。应当指出，在一些应用中，节气门体30和节气门片32可以设置在压 缩装置90下游的位置。可选地，节气门体30和节气门片32可以被省去。
还示出燃烧室14具有与其连接的燃料喷嘴37，用于与来自控制器12的信号脉冲 宽度(fpw)成比例提供燃料。燃料通过包括燃料箱、燃料泵和燃料管路的常规的燃料系统 (未示出)提供给燃料喷嘴37。在如图1所示的直喷式发动机的情况下，利用诸如共用诸 如共轨装置的高压燃料系统。
火花塞34提供用于燃烧室14的内含物的点火源。用于产生火花的能量由点火系 统35提供。控制器12调节为火花塞34提供电压的点火线圈的充电。
在所示的实施例中，控制器12是常规的微型计算机，并且包括微处理器单元 (CPU)40、输入/输出端口 42、在这个具体的示例中可以是电子可编程的存储器的电子存储 器(例如随机只读存储器，即ROM)44、随机存取存储器(RAM)46以及常规的数据总线。
控制器12接收来自连接于发动机10的各传感器的各种信号，包括但不限于从连 接于空气过滤器(图1的A)质量空气流传感器50引入的质量空气流的测量结果；来自连 接于冷却液套M的温度传感器52的发动机冷却剂温度(ECP)；来自连接于进气歧管22的 歧管压力传感器56的歧管压力的测量结果(MAP)；来自连接于节气门片32的节气门位置 传感器58节气门位置测量结果(TP)；以及来自连接于表示发动机转速的曲轴20的霍尔效 应(或可变磁阻)传感器60的表面点火感测信号(PIP)。
发动机10可以包括排气再循环(EGR)系统以帮助降低NOx和其他排放物。例如 发动机10可以包括高压EGR系统，其中排气通过高压EGR管70提供给进气歧管22，该高压 EGR管70在压缩装置90的排气涡轮90a上游的位置与排气歧管M连通，并且在压缩装置 90的进气压缩器90b下游的位置与进气歧管22连通。所示的高压EGR系统包括设置在该 高压EGR管70中的高压EGR阀组件72。排气从排气歧管M移动首先通过高压EGR阀组 件72，并且然后到进气歧管22。EGR冷却器(图1中用Y表示)可以设置在高压EGR管70 中，以在进入进气歧管之前冷却再循环的排气。冷且通常用发动机水进行，但是也可以用空 气来冷却空气热交换器。
发动机10还可以包括低压EGR系统。所示的低压EGR系统包括低压EGR管170， 该低压EGR管170在排气涡轮90a下游的位置与排气歧管M连通，并且在进气压缩器90b 上游的位置与进气歧管22连通。低压阀组件172设置在低压EGR管170中。在低压EGR 回路中的排气从涡轮90a移动通过后处理装置82 (例如，由包括钼、钯和铑的涂层构成的三元催化器的微粒过滤器)和在进入低压EGR管170之前的后处理装置80。后处理装置82， 例如，处理发动机排气以保持碳烟和氧化的排气组分。附加的排气系统结构在下面的描述 和附图中进行描述。低压EGR冷却器私可以沿着低压EGR管170设置。
应当指出，在本发明的上下文中，后处理装置可以包括各种类型的催化器，包括氧 化催化器、SCR催化器、催化微粒过滤器(例如，均勻的涂层区域，或分层的催化过滤器)、三 元催化器，并且还包括微粒过滤器、碳氢化合物收集器以及NOx收集器，但不包括传感器和 致动器，例如氧传感器、NOx传感器或微粒传感器。后处理器的一些具体的例子可以通过例 子清楚地参考。
高压EGR阀组件72和低压EGR阀组件172每个具有用于控制高压EGR管70和低 压EGR管170中的节流阀(未示出)，因此该阀分别控制高压EGR流和低压EGR流。
真空调节器74和174分别连接于高压EGR阀组件72、低压EGR阀组件172。真空 调节器74和174接收来子控制器12的致动信号，分别用于控制高压EGR阀组件72和低压 EGR阀组件172的阀位置。在优选实施例中，高压EGR阀组件72和低压EGR阀组件172是 真空致动的阀。但是，可以用任何类型的流量控制阀，例如电螺线管驱动的阀或步进电机驱 动的阀。
压缩装置90可以是涡轮增压器或任何其他这种装置。所示的压缩装置90具有连 接于排气歧管M的涡轮90a和经由中间冷却器(图1用X表示)连接于进气歧管22的压缩 机90b，该中间冷却器通常用空气来冷却空气换热器，但是也可以是水冷却的。涡轮90a通 常经由驱动轴92连接于压缩机90b (这也可以是顺序起动的涡轮增压器设置、单个VGT (可 变几何涡轮增压器)、双VGT或能够应用的任何其他涡轮增压器的设置)。
出现在排气系统中的氧浓度可以由氧传感器175、178和176确定。而且，附加的 氧传感器(未示出)或更少的传感器可以设置在这里所述的排气系统中的各种位置。氧传 感器175检测发动机供给气体的氧浓度，而氧传感器178检测后处理器装置82下游的排气 氧浓度。氧传感器可以是具有线性化输出的宽范围氧传感器，或者它们可以是指示接近化 学计量状态的高增益信号的传感器。
而且，驱动踏板94与驾驶员的脚95 —起示出。踏板位置传感器(pps) 96测量驾 驶员驱动的踏板的角度位置。应当理解，所示的发动机10仅仅为了举例的目的而被示出， 并且这里描述的该系统和方法可以在具有任何合适的部件和/或部件的设置的任何其他 合适的发动机中实现或应用于具有任何合适的部件和/或部件的设置的任何其他合适的 发动机。
现在参考图2a，图加示出示例性排气系统结构的简图。排气系统201包括后处理 装置230，该后处理装置230由氧化催化器和没有氧储存介质(例如，二氧化铈)的微粒过 滤器构成。可选地，在一些应用中，后处理装置230可以包括微粒过滤器或均勻的涂层区， 或分层的催化微粒过滤器，该过滤器没有氧储存介质。后处理装置230被示出在发动机200 下游的最上游的位置230。氧传感器202设置在后处理装置230的下游并且在后处理装置 232的上游。后处理装置232可以包括三元催化器，例如，氧传感器204设置在后处理装置 232的下游。
在图加的实施例中，氧传感202有利地计算当碳烟在微粒过滤器230中燃烧时所 消耗的发动机排气氧。当微粒过滤器230在碳烟的氧化温度之下时，氧传感器202指示发6动机供出气体的氧浓度。另一方面，氧传感器202指示进入后处理装置232的氧浓度，无论 被微粒过滤器230保持碳烟是否燃烧。
通过检测发动机排气中的氧，能够确定发动机燃烧浓空气-燃料混合物或稀空 气-燃料混合物。而且，通过检测进入后处理装置中的氧浓度能够估计并控制后处理装置 的工作。在图加的具体结构中，氧传感器202提供进入后处理装置232中的氧的指示。而 且，当后处理装置232保持的碳烟不被氧化时，氧传感器202检测发动机供给气中的氧。另 一方面，当碳烟被后处理装置230氧化时，不需要估计氧化的碳烟来确定进入下游后处理 装置232中的氧的量。因此，能够调节提供给发动机200的燃料的量，以便后处理装置暴露 于接近化学计量排气而不必估计多少氧被碳烟氧化所消耗。例如，如果碳烟被氧化，并且氧 传感器202指示稀空气-燃料混合物，则可以增加发动机燃料，使得进入后处理装置中的氧 浓度处在化学计量水平。相反，如果碳烟被氧化并且氧传感器202指示浓空气-燃料混合 物，则可以减少发动机燃料。因此，当来自发动机排气中的氧参与被后处理装置230保持的 碳烟的氧化时，能够调节发动机燃料使得下游后处理装置232暴露于希望的氧的量。
还应当指出，氧传感器202可以用于确定其他排气组分是增加或者减少。例如，接 近化学计量状态，增加氧的量可以指示增加的N0X，而减少氧浓度可以指示增加的HC和CO 排放物。
下游氧传感器204可以用于指示或推知后处理装置232的状态。在一个例子中， 当氧传感器204指示稀状态时，可以使供给发动机的空气-燃料混合物变浓，以便后处理装 置232可以回到化学计量状态。在另一个例子中，当氧传感器204指示浓状态时，可以使供 给发动机的空气-燃料混合物变稀，以便后处理装置232可以回到化学计量状态。以这种 方式，能够调节供给发动机的空气-燃料混合物，以改善并补偿设置在排气系统上游的后 处理装置(例如，微粒过滤器)的性能，同时也保持下游后处理装置(例如，三元催化器) 的有效运行。
现在参考图2b，图2b示出示例性排气系统结构的简图。上游氧传感器206直接 检测来自发动机200的发动机供给气。最上游后处理装置240检测可以包括微粒过滤器和 三元催化器。氧传感器208检测已经被后处理装置240处理过的排气。通过在后处理装置 240的下游提供氧传感器，可以在206提供单一氧传感器的系统或在208提供单一传感器 的系统上获得优点。例如，发动机供给气排放物可以被传感器206直接检测，而在后处理装 置240的三元催化器部分中利用的或储存的氧可以被氧传感器208探测。此外，当碳烟在 后处理装置240的微粒过滤器部分燃烧时，氧传感器208检测排气氧的减少。因此，可以比 较传感器206和298的输出，以确定什么时候后处理装置的催化器部分点火(例如，起燃可 以用催化器转换氧的能力表示)和什么时候开始微粒过滤器中的碳烟氧化。例如，通过上 游后处理装置的氧浓度可以从进入上游后处理装置的氧的量中减去。当氧浓度偏离氧使用 的基本水平时，能够确定催化器已经被激活(例如，存在催化器起燃)或碳烟在微粒过滤器 中燃烧。由于催化器在低于碳烟被氧化的温度被激活，因此能够监控用作催化器和微粒过 滤器的装置的上游和下游的氧浓度，并且确定什么时候发生催化器起燃以及什么时候碳烟 氧化开始。例如，在微粒过滤器的第一温度范围内，通过检测的氧储存，后处理装置下游的 氧浓度能够从上游后处理装置上游的氧浓度中减去，并且该差能够表示催化器起燃。在高 于第一温度范围的第二温度范围内，后处理装置下游的氧浓度可以从该后处理装置上游的氧浓度中减去，并且该差能够指示什么时候碳烟开始在后处理装置内氧化。
下游后处理装置242可以包括在所示的结构中的三元催化器。并且，下游氧传感 器212可以用于指示下游后处理装置对2的状态。而且，氧传感器208和212的组合可以 提供关于后处理装置M2的状态的更多的信息。例如，氧传感器212的输出可以从氧传感 器208的输出中减去，以确定后处理装置242的氧储存容量。具体说，当后处理装置242的 状态从浓转变成稀时，氧的差由氧传感器208和氧传感器212检测，由氧传感器212和208 检测氧浓度的差提供后处理装置M2的氧储存容量的指示。
在一个实施例中，由后处理装置240保持的碳烟部分可以被在浓排气状态和稀排 气状态之间反覆周期性工作的后处理装置240氧化，同时在后处理装置242中的氧被消耗 和再储存而没有被完全消耗的或再储存的后处理装置M2的总储存容量。例如，供给发动 机的燃料能够围绕化学计量调整，使得发动机的至少一个汽缸燃烧浓的或稀的化学计量的 空气-燃料混合物。频度、工作循环以及浓或稀的程度可以变化以调整燃烧的空气-燃料混 合物，因而调整排气氧浓度。图2b的结构使后处理装置240的状态能够在超过化学计量状 态的氧浓度和少于化学计量状态的氧浓度之间变化。同时，能够监控后处理装置M2的状 态，因此调节供给发动机的燃料，使得后处理装置M2的氧储存容量不完全被消尽或充满。 例如，氧储存量可以保持在后处理装置242的氧储存容量的大约50%，或者氧储存量可以 保持在氧储存量的20% -80%的范围内，优选在氧储存量的40% -60%的范围内。
在另一个实施例中，氧传感器208可以从图2b的系统中去掉。如果氧传感器208 被去掉，发动机燃料调节可以基于氧传感器206和212。在一个实施例中，进入后处理装置 242的氧的量可以用估计碳烟聚集和碳烟氧化的模型进行估计。碳烟聚集可以模拟为从经 验确定的测试结果的质量。例如，在不同的发动机速度和负载下由发动机排放的碳烟的量 可以储存在表或函数中。当发动机运行时，该表可以根据当前发动机速度和负载询问，以确 定引向排气系统的微粒过滤器的碳烟的量。同样，碳烟的氧化速率可以用与发动机排气氧 浓度和微粒过滤器温度类似的方式估计。通过已知进入后处理装置MO的排气的氧浓度、 后处理装置的MO的氧储存容量、后处理装置的MO的碳烟氧化速率以及后处理装置240 储存的碳烟的量，能够估计进入后处理装置M2的氧的量。当储存在后处理装置M2中估 计的氧的量低于阈值或超过阈值时，可以将发动机燃料调节成浓或稀，以使后处理装置242 返回到储存氧的希望的量。
氧传感器212提供来自后处理装置242的下游的氧浓度信息，因此能够响应探测 的氧浓度调节发动机燃料。例如，如果氧传感器212指示稀状态，则可以增加发动机的燃 料，以减少排气中的氧。如果氧传感器212指示浓状态，则可以减少发动机的燃料，以增加 排气中的氧。
现在参考图2c，图2c示出示例性排气系统结构的简图。氧传感器220直接检测来 自发动机200的排气。在排气流到微粒过滤器252之前三元催化器250氧化并减少排气组 分。氧传感器222检测已经通过三元催化器250的排气。三元催化器2M进一步处理已经 通过三元催化器250和微粒过滤器252不希望的排气。下游氧传感器2 检测已经通过上 游催化器和微粒过滤器的排气。
图2c的系统的运行类似于图沘的系统。但是，三元催化器250和微粒过滤器252 是分开的部件，因此每个部件的体积可以变化而无需改变另一个部件的体积。在一个例子中，三元催化器体积小于微粒过滤器252或三元催化器254的体积的一半。通过减少三元 催化器的体积，该催化器可以更快地起燃，因为在三元催化器达到工作温度之前较少的质 量被加热。氧传感器220提供与氧传感器206相同的作用，并且以类似于氧传感器206的 方式利用。氧传感器222提供已经被三元催化器250处理过的排气的氧浓度信息。氧传感 器2M提供已经在碳烟氧化中被利用的排气的氧浓度信息。通过提供在微粒过滤器上游和 下游的氧传感器，提供最上游催化器的氧储存容量和在碳烟氧化期间所用的氧之间的测量 的差别。最后，氧传感器2 提供与上面描述的传感器212相同的功能和类似的使用方式。
现在参考图3，图3示出示例性排气系统结构的简图。上游传感器302和304直接 检测来自发动机300的不同汽缸组的发动机供给气。最上游的三元催化器320和322设置 在微粒过滤器3 的上游。氧传感器306检测已经被三元催化器320和322处理过的排气。 具体说，来自两个汽缸组的排气在到达氧传感器306之前混合并提供给微粒过滤器324。氧 传感器306设置在微粒过滤器324的下游和三元催化器326的上游。氧传感器306提供关 于发动机300的两个汽缸组的氧浓度的指示。在一个例子中，如果氧传感器306探测到出 现在排气系统中的较高的氧浓度，则指示比较稀的空气-燃料混合物被燃烧的汽缸组将被 变浓，使该排气浓度接近于化学计量混合物。类似于图2c的传感器224，下游氧传感器308 可以用于调节提供给发动机300的汽缸的燃料量。具体说，氧传感器308提供来自后处理 装置326的下游的氧浓度信息，以便能够响应由下游传感器308可探测的氧浓度来调节每 个汽缸组的发动机燃料。例如，如果氧传感器308指示稀状态，则增加具有氧传感器302或 304检测的最稀混合物的发动机汽缸组的燃料。如果氧传感器308指示浓状态，则减少具有 氧传感器302或304检测的最浓混合物的发动机汽缸组的燃料。
现在参考图4，图4示出燃料控制方法的一部分的流程图，以再生用于汽油发动机 的微粒过滤器。在步骤402，从传感器和致动器确定发动机运行状况。在一个示例中，程序 400确定发动机温度、环境温度、通过微粒过滤器或后处理装置的压力降、从发动机起动的 时间、发动机负载、发动机扭矩要求、微粒过滤器下游的催化器的温度、发动机速度以及引 入发动机中的空气的量。在另一些示例性的实施例中，可以根据规定的目的确定附加的或 更少的运行状况。在确定发动机运行状况之后，程序400进行到404。
在步骤404，确定由微粒过滤器保持的碳烟的量以及碳烟的氧化速率。正如上面所 讨论的，在一个实施例中，碳烟聚集可以模拟成由经验确定的测试结果的质量。在这个实施 例中，在不同的发动机速度和负载下由发动机排放的碳烟的量可以储存在表或函数中。当 发动机运行时，可以根据当前发动机速度和负载询问该表，以确定引到排气系统的微粒过 滤器的碳烟的量。同样，碳烟的氧化速率可以从发动机排气氧浓度和微粒过滤器温度用类 似的方式确定。例如，保持碳烟氧化速率的表可以通过微粒过滤器温度和到该过滤器的氧 的质量流率检索。如果碳烟的氧化速率超过碳烟的储存速率，则认为微粒过滤器被再生，因 为碳烟储存容量的一部分被碳烟的氧化释放。然后程序400进行到406。
在步骤406，程序400判断是否开始再生微粒过滤器。在一个实施例中，程序400 根据通过微粒过滤器的压力降进行判断。在另一个实施例中，程序400可以根据模型判断 再生微粒过滤器。例如，估计由发动机产生的碳烟的量的碳烟聚集模型可以是用于再生微 粒过滤器的根据。如果估计的碳烟的量超过阈值，则微粒过滤器再生已经开始。另一方面， 如果通过微粒过滤器的压力从传感器或估计模型确定，则微粒过滤器再生可以在探测的或估计的压力超过阈值之后开始。
此外，其他状况可以包括确定什么时候再生微粒过滤器，例如，如果发动机温度高 于阈值温度，或如果发动机温度低于阈值温度，过滤器再生可以不进行。而且，在一个例子 中，如果过滤器温度低于阈值温度，过滤器再生可以不进行。但是，如果碳烟聚集在该过滤 器上，控制器12可以通过延迟点火并且如图6的描述所述增加发动机空气流来升高该过滤 器温度，直到达到阈值过滤器温度。在这个例子中，在达到阈值温度之后可以进行微粒过滤 器再生。在又一个例子中，对于从发动机起动的一段时间，可以不进行微粒过滤器再生。例 如，可以不开始微粒过滤器再生，直到在发动机起动之后为了使发动机速度稳定已经过去 足够的时间。在另一个实施例中，在减速燃料切断期间，可以开始微粒过滤器再生。在又一 个实施例中，可以不开始微粒过滤器再生，除非发动机负载大于阈值值(例如，发动机负载 可以是希望的发动机扭矩与发动机得到的总扭矩之比，在其它应用中，负载可以是汽缸空 气充入与总的理论汽缸空气充入之比)，例如0. 3负载。在另一个例子中，可以不进行微粒 过滤器再生，直到设置在微粒过滤器下游的催化器处于阈值温度。
应当指出，微粒过滤器可以主动或被动地再生。在主动再生期间，发动机运行状况 能够被调节，潜在地方便或改善微粒过滤器再生。例如，可以调节发动机点火正时以增加微 粒过滤器的温度来增加碳烟氧化。相反，例如，当发动机运行状况使被微粒过滤器保持的碳 烟氧化而没有微粒过滤器再生要求时，被动的微粒过滤器再生是可能的。在一个实施例中， 当发动机以较高发动机转速和负载运行时，微粒过滤器可以被动地再生。该再生可以是被 动的，尽管响应排气系统中的氧浓度调节发动机空气燃料，该氧浓度受被微粒过滤器保持 的微粒物质的氧化的影响。
如果希望微粒过滤器再生并且满足条件，则程序400进行到408。否则程序400进 行到418。
在步骤418，程序400返回到用基本的化学计量的燃料控制来运行发动机。应当指 出，在一些状况下，基本的燃料控制使发动机能够以稀或浓化学计量运行。例如，在冷起动 期间发动机能够以具有基本的燃料控制的稀化学计量运行，以减少碳氢化合物排放物。相 反，在高负载状况下发动机能够以具有基本燃料控制的浓化学计量运行，以减少发动机性 能下降的可能性。此外，发动机可以以保持平均时间的净化学计量状态的各种周期性的稀 浓状态运行。
在步骤408，程序400判断微粒过滤器是否处在支持被微粒过滤器保持的碳烟或 其他物质氧化的温度。如果程序400判断微粒过滤器是处在支持再生和氧化的温度，则程 序400进行到410。否则程序400进行到414。
在步骤414，程序400开始升高微粒过滤器的温度以促进微粒过滤器再生。具体 说，由图6描述的方法用于升高微粒过滤器的温度。然后程序400返回到408，以判断微粒 过滤器的温度是否足以使程序400进行到410。
在步骤410，程序判断是用稀燃烧产物还是用浓燃烧产物开始微粒过滤器再生。在 一个实施例中，在第一运行状况期间，通过从基本上化学计量(例如，士0.04λ，其中λ是 空燃比比/化学计量的空燃比)的燃烧调节(ramp)成浓燃烧再生开始。具体说，发动机空 气-燃料调节到浓空气-燃料，直到基本上所有的氧储存(例如，多于75%可得到的储存 容量)在包括微粒过滤器的上游的任何后处理装置中被消耗。然后通过调节燃料变稀或通10过汽缸中空气-燃料混合物的调节变化(例如，响应氧消耗从0. 95 λ到1. 05 λ )使发动机 空气-燃料混合物变稀。通过消耗上游后处理装置中的氧，能够增加到微粒过滤器中的氧 流率，同时减少氧通过微粒过滤器以及氧和/或NOx通过设置在该微粒过滤器下游的后处 理装置的可能性。以这种方式，能够改善氧化速率，因为碳烟和氧之间的动力互作用随着较 高的氧流率而增加。在另一个实施例中，或在不同于第一运行状况的第二运行状况期间，通 过将发动机空气-燃料混合物调节成稀化学计量状态再生开始。在一个例子中，发动机空 气-燃料逐渐调节成稀，因此碳烟的氧化逐渐增加。以这种方式，能够控制氧化率，因此微 粒过滤器温度逐渐增加，并且因此发动机空燃比能够用于控制微粒过滤器的温度。在一个 例子中，程序400判断响应微粒过滤器的温度开始稀还是浓氧化过程。例如，如果微粒过滤 器温度接近阈值氧化温度，则程序400通过空气-燃料变浓变浓开始微粒过滤器氧化过程。 另一方面，如果微粒过滤器温度高于阈值氧化温度，则程序400通过空气-燃料变浓变稀开 始微粒过滤器氧化过程。如果程序400判断通过空气-燃料变浓开始微粒过滤器氧化过程， 则程序400进行到412。否则，程序400进行到416。因此，程序400提供总是开始浓或稀 微粒过滤器氧化过程的能力。但是，程序400也根据状况提供开始浓或稀微粒过滤器氧化 过程。例如，在第一状况下，微粒过滤器氧化过程可以稀或浓开始，而在第二状况下，微粒过 滤器氧化过程可以以浓或稀的另一种状态开始。
在步骤412，程序通过使发动机空气-燃料调节成浓开始微粒过滤器氧化，直到它 确定微粒过滤器的下游的排气包含少于化学计量排气混合物的氧的阈值量。在一个实施 例中，微粒过滤器下游的氧传感器提供指示什么时候氧传感器上游的氧基本被消耗掉的数 据。在一个实施例中，发动机空气-燃料混合物的能够变浓的程度被限制于阈值量。在发 动机的空燃比变浓之后，程序400进行到图5所描述的程序的其余部分，即程序500。
在步骤416，程序通过使发动机空气-燃料调节变稀开始微粒过滤器氧化直到它 确定微粒过滤器的下游的排气包含多于化学计量排气混合物的氧的阈值量。在一个实施例 中，微粒过滤器下游的氧传感器提供指示什么时候氧开始穿过设置在该氧传感器上游的后 处理装置的数据。在一个实施例中，发动机空气-燃料混合物的能够变稀的程度被限制于 阈值量。在发动机的空燃比比变稀之后，程序400进行到图5所描述的程序的其余部分，即 程序500。
现在参考图5，图5示出图4所示的程序的剩余部分。在步骤502，程序500判断 是否存在设置在催化器上游的氧传感器，并且该氧传感器是否用于确定发动机供给气氧浓 度的氧传感器。例如，程序500可以根据储存在发动机控制器的储存器中的系统结构信息 判断氧传感器的位置。如果程序500判断最上游氧传感器设置在催化器的上游，则程序500 进行到504，否则程序500进行到506。
在步骤504，程序500计算在微粒过滤器中聚集的氧化的碳烟的量。具体说，在一 个实施例中，程序500将化学计量空燃比调节成比较稀，使得在发动机排气通过该微粒过 滤器并且发动机供给气氧的一部分氧化由微粒过滤器保持的碳烟之后该发动机供给气氧 浓度表示化学计量的发动机空燃比。然后程序500进行到506。
在步骤506，程序500判断在微粒过滤器的上游是否存在催化器以及该催化器是 否具有氧储存容量。可选地，该催化器可以被微粒过滤器包括。例如，程序500可以根据储 存在发动机控制器的储存期器中的系统结构信息判断在该微粒过滤器上游是否存在催化器以及该催化器是否具有氧储存容量。如果程序500判断存在具有氧储存容量的催化器， 程序500进行到508。如果没有催化器存在或如果该催化器不包括氧储存介质，则程序500 进行到510。
在步骤508，程序500确定上游催化器的氧储存容量。在一个实施例中，氧储存容 量从包含可以被催化器温度检索的氧储存数据的表确定。此外，从该表提取的氧储存容量 可以被调节以计算随着时间发生的催化器性能下降。在一个实施例中，根据在稀浓状态之 间循环催化器来调节氧储存容量，并且当催化器的状态变化时，由来自设置在该催化器上 游和下游的氧传感器的数据检测。在确定催化器的氧储存容量之后，程序500进行到510。
在步骤510，调节发动机空燃比以改变进入该上游催化器的排气组分，如果存在上 游催化器的话。在一个实施例中，其中上游氧传感器设置在发动机和催化器之间，该上游氧 传感器提供发动机供给气氧浓度的反馈。而且，上游氧传感器指示进入上游催化器的氧的 浓度。通过用流过发动机的质量流率乘以氧浓度，能够确定进入上游催化器中的氧的质量。 在一个实施例中，设置在催化器上游的氧传感器确定在一段时间内多少氧(例如，氧的质 量)被提供该催化器。在一个实施例中，供给上游催化器的氧的流率能够根据运行状况调 节。例如，在微粒过滤器的温度超过阈值氧化温度阈值量而微粒过滤器的温度在不同的阈 值温度之下时，可以增加提供给上游催化器和微粒过滤器的氧的流率。当微粒过滤器的温 度下降或接近阈值氧化温度时，可以减少供给上游催化器和微粒过滤器的氧流率。
在一个实施例中，在微粒过滤器再生期间，供给发动机的燃料通过燃料控制参数 控制，该燃料控制参数不同于当发动机在类似的状况下运行而微粒过滤器不被再生时用于 控制发动机加油的燃料控制参数。例如，在发动机在类似运行状况下运行时，当微粒过滤器 再生时与当微粒过滤器不再生时相比，供给排气系统的氧流率以及来自化学计量状态的稀 或浓的程度可以不同。在一个实施例中，在微粒过滤器再生时通过使汽缸空气-燃料混合 物变稀，额外的氧被添加到排气组分中。
如果在具体结构中不存在上游催化器，可以调节发动机空燃比，以促进碳烟的氧 化。在一个实施例中，设置在微粒过滤器上游的氧传感器可以控制提供给微粒过滤器的氧 的量。例如，可以响应被微粒过滤器保持的碳烟的量或响应碳烟氧化的速率，可以产生超过 化学计量排气浓度的氧的量。对于被微粒过滤器保持的较高的碳烟量，较高的氧的量可以 供给该微粒过滤器。对于被微粒过滤器保持的较低的碳烟量，较低的氧的量可以供给该微 粒过滤器。以这种方式，能够控制发动机排气的氧的量，因此排气中过量的氧用于氧化由微 粒过滤器保持的碳烟，并且因此在微粒过滤器下游的催化器的状态不受妨碍到导致NOx穿 过微粒过滤器下游的催化器的程度。图8提供在微粒过滤器再生期间关于如何调节发动机 空气-燃料的更多的细节。
在步骤512，调节发动机空燃比，以改变进入下游催化器的排气组分。在一个实施 例中，调节在步骤510确定的发动机空燃比，使得微粒过滤器下游的催化器的状态发生变 化。例如，汽缸的空气-燃料混合物能够被调节成比在步骤510确定的空气-燃料混合物 的调节更稀或更浓。通过改变发动机空气-燃料混合物，下游催化器的状态被调节，因此它 在微粒过滤器再生模式中有效地转换。
可以调节发动机空气-燃料，以利用设置在该下游催化器上游的氧传感器、设置 在该下游催化器下游的氧传感器、或者通过设置在该下游催化器上游的氧传感器和设置在该下游催化器下游的氧传感器的组合，控制微粒过滤器下游的催化器的状态。在一个例子 中，当设置在该下游催化器下游的氧传感器指示稀状态时，进入汽缸的空气-燃料混合物 可以调节成比较浓。当设置在该下游催化器下游的氧传感器指示浓状态时，汽缸空燃比可 以调节成比较稀。另一方面，当稀的阈值排气量进入下游催化器时，设置在该下游催化器上 游的氧传感器能够用来将汽缸的空气-燃料混合物调节成变浓。当设置在该下游催化器上 游的氧传感器指示进入下游催化器的排气的阈值量为浓时，汽缸空气-燃料混合物能够调 节成变稀。以这种方式，可以控制出现在下游催化器中的氧的量，因此，在NOx减少的同时 HC和CO可以被氧化。
在步骤514，程序500能够调节发动机汽缸空气-燃料混合物，以控制碳烟氧化的 速率。在一个例子中，通过稀汽缸空气-燃料混合物能够将氧引进到微粒过滤器中，因此在 微粒过滤器中能够得到过量的氧以氧化碳烟。如果氧化速率高于希望的氧化速率，或如果 微粒过滤器温度升高到阈值温度之上，发动机汽缸空气-燃料混合物能够变浓，因此能够 得到较少的氧参与氧化被微粒过滤器保持的碳烟。例如，微粒过滤器温度可以用传感器测 量，或从发动机运行状况推知。此外，根据运行状况可以改变提供给微粒过滤器的氧的流 率。例如，如果微粒过滤器温度高于阈值氧化温度，但是低于希望的氧化温度，于是供给该 微粒过滤器的氧的量能够通过使汽缸空气-燃料混合物变稀而增加。但是，如果微粒过滤 器温度高于阈值氧化温度但是接近希望的氧化温度，于是供给该微粒过滤器的氧的量可以 通过使汽缸空气-燃料混合物变浓而减少。
在步骤516，程序500判断该微粒过滤器是否已经充分再生。换句话说，程序判断 被该微粒过滤器保持的碳烟的希望的量是否已经被氧化。程序500判断微粒过滤器的再生 是否已经完成，或再生的状态是否不再存在。在一个实施例中，当通过该微粒过滤器的压力 差小于预定的量时确定再生完成。在另一个实施例中，当该微粒过滤器下游的排气指示通 过该微粒过滤器的排气中的氧浓度增加时确定再生完成。该增加的氧浓度可以是该过滤器 中碳烟已经被氧化并且碳烟的量被减少使得较少的氧被消耗于氧化保持在过滤器中的碳 烟的指示器。如果程序500判断再生被完成，则程序500进行到518。否则程序500进行到 510。
在步骤518，程序500将燃料控制返回到基本燃料控制。在一个示例性实施例中， 调节燃料，因此当微粒过滤器再生已经停止与当微粒过滤器再生正在进行相比，在整个时 间间隔较少的氧出现在排气中。当然，许多方法可以用来达到这种结果。例如，汽缸事件的 时间的总数或汽缸事件的数目在发动机稀运行期间能够减少。在另一个例子中，汽缸稀运 行的程度能够被减小。例如，汽缸可以用化学计量空气燃料混合物而不是0. 5空气-燃料 混合物的稀空气-燃料混合物运行。以这种方式，例如，发动机空燃比可以被调节返回到发 动机燃烧基本上化学计量的空气-燃料混合物的基本燃料。
现在参考图6，图6示出用于增加汽油发动机的微粒过滤器的温度的方法的流程 图。在步骤602，程序600判断微粒过滤器是否在希望的阈值氧化温度。如果是，程序600 进行到610，在步骤610点火提前到最大扭矩最小点火提前角(MBT)或爆燃界限点火角。如 微粒过滤器不在希望的温度，程序进行到604。应当指出，希望的阈值氧化温度可以设置在 高于碳烟氧化开始的温度。例如，希望的阈值温度可以设置在40°C，高于碳烟开始氧化的温 度。
在步骤604，程序600判断发动机是否在希望的点火延迟的区域中运行。在一个例 子中，当发动机负载高于阈值量时点火可以不延迟。此外，对于不同的发动机速度，该阈值 可以变化。例如，对于发动机负载大于0. 6发动机速度为1200RPM，点火可以不延迟，而对于 发动机负载大于0. 45发动机速度为5000RPM，点火可以不延迟。在另一个实施例中，在火花 点火发动机的微粒过滤器再生期间，至少一个发动机的汽缸点火正时能够被调节，以调整 所述微粒过滤器的温度高于阈值温度。而且，响应增加的驾驶员要求的扭矩点火正时可以 提前。例如，如果点火延迟10度以增加微粒过滤器的温度，当驾驶员扭矩要求增加时点火 可以提前，以便发动机产生希望的扭矩，并且因此发动机具有希望扭矩响应。如果驾驶员随 后降低驾驶员要求的扭矩，当驾驶员扭矩要求被降低时点火可以延迟，因此达到希望的微 粒过滤器温度。
如果发动机在希望延迟点火的状态下运行，程序600进行到606，在步骤606点火 延迟，否则程序600进行到610。
在步骤606，发动机点火从MBT或爆燃边界点火延迟。在一个例子中，在发动机燃 烧时间数目上点火可以逐渐延迟，使得点火延迟对车辆驾驶员来说不太明显。点火延迟的 量可以经验确定并且储存在被微粒过滤器、负电荷速度和发动机负载检索的表或函数中。
在步骤608，程序600增加汽缸空气充入，使得在点火被延迟以加热微粒过滤器时 发动机能够产生相等的扭矩。在一个例子中增加的空气的量储存被从MBT延迟的点火、发 动机速度和发动机负载检索的表中。因此，同时调节发动机点火提前和汽缸空气量，以便在 增加微粒过滤器温度的同时发动机将提供希望的操作者扭矩。
现在参考图7，图7示出在以减速燃料切断模式(DSFO)或以可变排量模式(VDE) 运行汽油发动机的同时用于再生微粒过滤器的方法的流程图。在DSFO期间，至少一个汽缸 的燃料被切断或减少到不能用稀燃料混合物燃烧的程度。在VDE模式期间，产生扭矩的活 动汽缸的数目少于发动机汽缸的总数目。在一个实施例中当微粒过滤器的温度大于阈值量 时并且当希望以稀空燃比运行发动机汽缸时，可以开始稀空燃比模式VDE或DSF0，例如在 图4的416和图5的510-514。而且，当汽缸负载低并且微粒过滤器温度超过阈值量时可以 进入VDE模式。
在步骤702，程序700判断是否要求或希望稀微粒过滤器再生。如果是，程序700 进行到704。如果不是，程序700进行到退出。在稀微粒过滤器再生期间，微粒过滤器通过 向该微粒过滤器供给过量的氧，因此碳烟可以被过量的氧氧化而再生。
在步骤704，程序700判断条件是否满足用于VDE或DSFO微粒过滤器再生。在一 个实施例中，对于VDE发动机可以以预定的阈值发动机速度/负载范围运行。当操作者的脚 释放节气门并且车辆高于阈值速度时，DSFO微粒过滤器再生可以被激活。如果不满足VDE 或DSFO条件，则程序700进行到714，在步骤714稀微粒过滤器再生可以通过调节发动机汽 缸空燃比而不使发动机汽缸停止工作而完成。图8提供关于通过这种方法再生微粒过滤器 的细节。如果满足VDE或DSFO稀模式微粒过滤器再生条件，则程序700进行到706。
在步骤706，程序700判断该微粒过滤器是否处于希望的再生温度。在一个例子 中，该微粒过滤器必需高于阈值温度。该阈值温度可以为碳烟氧化温度或高于碳烟氧化温 度。如果微粒过滤器高于该阈值温度，则程序700进行到712。如果微粒过滤器不高于该阈 值温度，则程序700进行到708。
在步骤708，发动机点火从MBT或爆燃界限点火延迟。在一个例子子中，点火可以 在整个发动机燃烧事件数目上逐渐延迟，因此点火延迟对于车辆操作者而言不太明显。点 火延迟的量可以经验地确定并且储存在被微粒过滤器温度、发动机速度和发动机负载检索 的表或函数中。
在步骤710，程序700增加汽缸空气充入，使得在点火延迟以加热微粒过滤器的同 时发动机能够产生相等的扭矩。在一个例子中，附加的空气的量储存在被从MBT的点火延 迟、发动机速度和发动机负载检索的表中。因此，同时调节发动机点火提前和发动机汽缸空 气量，以便在增加微粒过滤器温度的同时发动机将提供希望的操作者扭矩。应当指出，步骤 708和710可以不延迟点火并且增加发动机空气量，除非发动机负载低于对不同的发动机 速度可以变化的阈值水平。
在步骤712，发动机汽缸可以不工作(既，不进行燃烧)以支撑VDE或DSFO模式。 在一个例子中，汽缸响应希望的发动机负载和发动机速度不工作。而在VDE或DSFO模式 中，该不工作的汽缸可以通过泵送稀空气-燃料混合物通过发动机和排气系统为微粒过滤 器提供氧。可选地，发动机汽缸可以泵送进气系统气体通过发动机并且到微粒过滤器。在 不工作的汽缸泵送氧到微粒过滤器的同时，工作的汽缸可以用浓空气-燃料混合物和/或 延迟点火正时运行。如果催化器设置在微粒过滤器的上游，浓汽缸混合物和不活动的汽缸 内含物可以在上游催化器混合以提供附加的热，以增加微粒过滤器温度。在一个实施例中， 在工作的汽缸中燃烧的空气-燃料混合物可以在稀和浓混合物之间交替变化。例如，一个 特定的汽缸在一个汽缸循环可以燃烧浓空气-燃料混合物，然后在一个或多个汽缸循环可 以燃烧稀空气-燃料混合物。以这种方式，浓和稀空气-燃料混合物可以周期性地循环，因 此在下游催化器保持接近化学计量状态的同时微粒过滤器暴露于过量的氧。
现在参考图8，图8示出用于运行汽油发动机和再生微粒过滤器的方法的流程图。 该方法允许在下游催化器中保持接近化学计量的状态。
在步骤802，程序800判断微粒过滤器再生是否完成。如果是，则程序800进行到 退出。如果不是，则程序800进行到804。在步骤802可以用在图5的步骤516描述的方 法，以确定如果微粒过滤器再生完成并且因此为了简化被省去。并且，如果图8的方法用在 图5的步骤510和512，则由于这个功能在步骤516被完成而步骤802可以被省去。
在步骤804，程序800确定在排气系统的所有催化器的氧储存容量。在一个例子 中，通过在稀和浓状态之间循环系统催化器并且探测催化器改变状态所花费的时间，能够 确定如上所述的氧储存容量。在另一个例子中，在稀和浓状态之间循环系统催化器同时纪 录提供给出催化器的氧的质量(例如，氧浓度乘以发动机质量流率)的同时可以确定氧储 存容量。在又一个实施例中，每个催化器的氧储存可以储存在被催化器温度检索的表中，并 且通过探测设置在催化器上游和下游的氧传感器之间的转换时间来修改。
在步骤806，确定被微粒过滤器保持的碳烟的量。如上所述，可以通过测量经过 微粒收集器的压力降来确定碳烟的量。或可选地，聚集的碳烟和碳烟氧化速率可以从描述 由发动机产生的碳烟的量的模型(例如，被发动机速度和负载检索的表)和碳烟氧化速率 (例如，碳烟氧化速率可以与微粒过滤器温度和发动机排气中得到的氧的量相关)来确定。
在步骤808，程序800确定在该系统的每个催化器中储存的氧的量。当排气通过 排气系统时，氧可以从排气中提取并且用于在系统催化器或微粒过滤器中氧化HC和CO;因15此，程序800始终监视氧在系统中的储存和利用。例如，在一个实施例中，保持在发动机供 给气中的氧的量在排气通过催化器或微粒过滤器之前被上游氧传感器探测。当排气通过催 化器或微粒过滤器时，氧气的一部分可以用于氧化HC、CO和碳烟。可以通过用每个催化器 或微粒过滤器的利用系数乘以发动机供给气体氧质量能够估计从排气消耗的氧的量。例 如，每个后处理装置的利用系数例如可以根据温度和质量流率调节。不参与氧化并且不在 下游传感器被探测的氧可以被认为储存在催化器中。如果氧传感器检测不被预期或与储存 的氧的估计量不一致的氧浓度，可以重新设置或调节每个催化器的氧储存容量。以这种方 式，可以估计储存在每个氧储存催化器中的氧的量。
在步骤810，程序800确定微粒过滤器温度。在一个实施例中，温度传感器可以用 于确定微粒过滤器温度。在另一个实施例中，可以根据发动机速度、发动机负载、发动机点 火提前以及发动机空气-燃料混合物估计微粒过滤器温度。例如，经验确定排气温度的表 可以被储存并且在以后被检索，以便发动机控制器能够估计微粒过滤器温度。
在步骤812，程序800判断碳烟氧化速率是否增加。在一个实施例中，希望的碳烟 氧化速率可以以被微粒过滤器保持的碳烟的量和发动机负载为依据。例如，如果，希望的碳 烟氧化速率为0. Img/秒，并且当前的碳烟氧化速率为0. 05mg/秒，则根据50mg收集的碳 烟汽缸空燃比以被变稀0. 01 λ。在另一个例子中，如果希望的碳烟氧化速率为0. Img/秒， 并且当前的碳烟氧化速率是0. 05mg/秒，则根据20mg收集的碳烟汽缸空燃比可以被变稀 0. 05 λ。因此在第一状态期间，可以调节汽缸空气-燃料以响应被微粒过滤器保持的碳烟 第一量改变碳烟氧化的速率，在第二状态期间，可以调节汽缸空气-燃料以根据被微粒过 滤器保持的碳烟第二量改变碳烟氧化的速率。如果估计的碳烟氧化速率比希望的氧化速率 小，则程序800进行到814。如果估计的碳烟氧化速率比希望的氧化速率大，则程序800进 行到826。
在步骤814，程序800判断发动机汽缸空气-燃料混合物是否处于稀极限，如果是， 程序800进行到818。否则程序800进行行到816，在步骤816汽缸空气-燃料混合物被变 稀。在步骤816发动机或汽缸空气-燃料混合物可以逐渐地变稀，或以分级的合理方式变 稀到某个预定的量。例如，通过将汽缸空气-燃料混合物从λ = 1变稀到λ = 1.01，少量 的氧可以提供给排气系统。随着时间过去(5秒钟)和随着燃烧事件的数目增加(例如500 次)，氧缓慢地添加到排气系统中。另一方面，通过将汽缸变稀为λ = 1. 1在较短的时间内 相同数量的氧可以提供给排气系统。汽缸变稀的速率或汽缸燃料减少的速率与被微粒过滤 器保持的碳烟的希望的氧化速率或碳烟的量有关。例如，当微粒过滤器一半充满时汽缸可 以每分钟移动0. 001 λ，而当微粒过滤器充满时速率为每分钟0. 002 λ。因此，在第一状态 下，汽缸的燃料可以以第一速率变稀，而在第二状态下汽缸的燃料可以以第二速率变稀，该 第二速率不同于第一速率。
在步骤818，程序800判断下游催化器是否处于稀极限。在图2a_2c和图3的所示 结构中，该下游催化器用作缓冲器，其中既使通过将过量的氧供给微粒过滤器和上游催化 器来处理排气组分。但是，希望保持下游催化器高于阈值温度，并且利用催化器氧储存容量 的氧储存容量在20% -80%之间的状态(优选在40% -60%之间)。如果催化器温度低于 第一阈值温度，或如果过量的氧储存在催化器尾管中，HC、CO和NOx的排放物可能增加。因 此，程序800根据下游催化器的氧容量的量以及储存在该催化器中的氧的量判断该下游催化器是否在稀极限。如果储存的氧的量超过阈值量，则程序800进行到820。否则程序800 进行到拟4。
在步骤820，既使希望较高的氧化速率程序800使发动机燃料调节变浓。程序800 使发动机燃料调节变浓，因此下游催化器可以有效地连续工作，燃料调节变浓直到下游催 化器处于浓极限，并且然后用于微粒过滤器的稀运行，碳烟减少可以重新开始。当发动机排 放稀燃烧的产物时，在排气中的氧的一部分通过氧化被微粒过滤器保持的碳烟而被消耗。 因此，由于较少的氧将进入下游催化器，发动机能够稀运行延长的时间段。
在步骤824，程序800判断下游催化器是否在浓极限。如上所述，希望将下游催化 器保持在利用20%-80%之间(优选在40%-60%之间)的催化器氧储存容量的状态。在 这种状态，催化器保持用于氧化和还原排气的组分。因此，程序800根据下游催化器的氧容 量的量以及储存在催化器中的氧的量判断下该游催化器是否在浓极限。如果储存在下游催 化器中的氧的量少于阈值量，则程序800进行到822。否则程序800进行到802。
在步骤822，程序800使发动机燃料调节变稀，以便下游催化器能够有效地连续运 行。在一个例子中，燃料调节变稀直到达到储存在该下游催化器中的希望的氧的量。在稀 运行期间，燃料可以调节变化，直到实现在汽缸中的希望的空气-燃料混合物，于是发动机 可以以稀空气-燃料混合物连续运行，直到下游催化器达到希望的氧的储存量。
在步骤826，程序800判断是否通过使发动机汽缸空燃比变浓而减少微粒过滤器 氧化。如上所述，在一个实施例中，希望的碳烟氧化速率可以以由微粒过滤器保持的碳烟的 量和发动机负载为依据。例如，如果希望的碳烟氧化速率是0. 05mg/秒并且当前的碳烟氧 化速率是0. Img/秒，则根据5mg收集的碳烟，汽缸空燃比可以变浓0. 02 λ。在另一个例子 中，如果希望的碳烟氧化速率是0. 05mg/秒并且当前的碳烟氧化速率是0. 15mg/秒，则根据 2mg收集的碳烟，汽缸空燃比可以变浓0.05 λ。因此，在第一状态期间，可以响应被微粒过 滤器保持的碳烟的第一量调节汽缸空气-燃料，以改变碳烟氧化的速率，并且在第二状态 期间，可以响应被微粒过滤器保持的碳烟的第二量调节汽缸空气-燃料，以改变碳烟氧化 的速率。如果估计碳烟氧化的速率大于希望的氧化速率，则程序800进行到828，否则程序 800进行到818。
在步骤828，程序800判断发动机汽缸空气-燃料混合物是否在浓极限。如果是， 程序800进行到818。否则程序800进行到830，在步骤830汽缸空气-燃料混合物变浓。 在步骤830发动机或汽缸空气-燃料混合物可以逐渐变浓或可以分级的方式变浓到预定的 量。例如通过使汽缸空气-燃料混合物从λ = 1变浓到λ =0.98，很少的氧的量可以从 排气中提取。随着时间过去(5秒钟)和随着燃烧事件的数目增加(例如500次)，氧从排 气中缓慢地提取。另一方面，通过使汽缸空气-燃料混合物变浓到λ =0.98相同数量的 氧能够从排气中提取。
在步骤830，使发动机汽缸空气-燃料混合物变浓。在步骤830发动机或汽缸空 气-燃料混合物可以逐渐变浓或可以以分级的方式变浓到预定的量。例如通过使汽缸空 气-燃料混合物从λ = 1变浓到λ =0.98，很少的氧的量可以从排气中除去。随着时间 过去(5秒钟)和随着燃烧事件的数目增加(例如500次)，氧可以从后处理装置除去，因为 储存的氧被用于氧化增加的HC和CO。另一方面，通过将汽缸空气-燃料混合物变浓为λ =0. 9，在较短的时间内相同的氧的量可以从后处理装置除去。类似于在步骤816描述的方式，汽缸变浓的速率与被微粒过滤器保持的碳烟的希望的氧化的速率或碳烟的量有关。
以这种方式，图8的方法在微粒过滤器再生期间调节汽缸空气-燃料混合物，使得 在汽缸循环数目中，平均的或整体的空气-燃料混合物变成比较稀。同时，在微粒过滤器下 游的排气中氧的浓度减少，使得在汽缸循环数目中平均的或整体的排气混合物处于基本上 化学计量的状态。
应当指出，所有的程序4-8可以由单个控制器执行，或者可选地，发动机控制器可 以仅仅执行方法4-8的一部分。因此，程序4-8可以用于各种系统结构。
现在参考图9，图9示出汽缸空气-燃料调节和微粒过滤器下游的排气氧浓度的示 例性曲线图。上部的曲线图示出在汽缸循环数目中汽缸的示例性空燃比。该空燃比围绕X 轴线振荡，该X轴线表示化学计量空燃比。时间从左向右增加。在Tl之前汽缸空燃比是关 于化学计量对称的并且微粒过滤器不被再生。在Tl和T2之间微粒过滤器再生开始，并且 汽缸空燃比变稀，以计算参与微粒过滤器中的碳烟的氧化的氧。应当注意整个振荡的空燃 比变稀。在T2和T3之间汽缸空燃比更进一步变稀，以进一步增加微粒过滤器中的氧化速 率。空气-燃料混合物的浓侧也增加进入汽缸的空气-燃料混合物的浓或稀的程度，以便 保持后部三元催化器平衡和有效的运行。在T3之后，汽缸的空燃比变浓并且当碳烟氧化已 经完成时再一次关于化学计量对称。
应当指出，图9所示的空燃比仅仅为了举例说明的目的并且不是想要以任何方式 限制本发明。例如发动机空燃比可以通过关于化学计量的三角形空燃比分布或通过关于化 学计量的随机分布控制。此外，可以调节空燃比浓或稀的持续时间以及空燃比浓或稀的程 度，以保持下游三元催化器对化学计量的平衡。
下部曲线图示出排气系统中在微粒过滤器下游位置的氧浓度。应当注意，当在微 粒过滤器再生期间碳烟被氧化时汽缸空燃比变稀时，氧浓度保持关于化学计量对称。当稀 排气在Tl和T3之间通过微粒过滤器时，氧参与碳烟氧化生成CO和/或C02。碳烟局部氧 化成CO可以为NOx的减少提供还原剂。结果，存在于微粒过滤器中的氧浓度关于化学计量 状态对称。因此，在下游催化器中保持化学计量状态。以这种方式，在下游催化器中保持化 学计量状态的同时，能够再生上游微粒过滤器。因此，在微粒过滤器中的碳烟氧化的同时下 游催化器能够有效地转换排气。
应当理解，这里所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施 例不认为是限制的意义，因为许多变化是可能的。例如上述方法能够应用于V6、L4、L6、V12、 对置4缸和其他发动机类型。
本发明的主题包括这里描述的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质 的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
下面的权利要求具体指出认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些 权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这种权利要求应当理解为包括 一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功 能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改现有权利要求或在这种应用或相关 应用中新权利要求的形式来主张。这些权利要求，与原权利要求在范围上无论更宽、更狭、 相等或不同，也都认为包括在本发明的主题内。
权利要求
1.一种用于调节供给火花点火发动机的燃料的方法，包括响应于微粒过滤器中氧化的碳烟而调节供给发动机的至少一个汽缸的燃料量；以及火花点火在所述至少一个汽缸中的至少一些所述燃料的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述微粒过滤器的温度超过阈值时，减少所述 燃料的量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中响应于在排气系统中所述微粒过滤器下游的氧的 浓度而调节所述燃料的量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节供给发动机的至少一个汽缸的燃料的量 包括关于化学计量空气-燃料混合物改变燃料的分布，其中所述分布通过增加向所述发动 机供给稀空气-燃料混合物的持续时间而被改变。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节供给发动机的至少一个汽缸的燃料的量 包括关于化学计量空气-燃料混合物改变燃料的分布，其中所述分布通过减少向所述发动 机供给稀空气-燃料混合物中的燃料量而被改变。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节供给发动机的至少一个汽缸的燃料的量 包括关于化学计量的空气-燃料混合物改变燃料的分布，其中所述分布响应于设置在所述 微粒过滤器下游的催化器的氧储存容量而被改变。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在氧化所述碳烟的同时，所述发动机以稀化学计 量的空气-燃料运行的燃烧事件的时间量或燃烧事件的数目与所述催化器的所述氧储存 容量相关。
8.一种用于调节供给火花点火发动机的燃料的方法，包括使汽缸的空气-燃料混合物变稀以再生微粒过滤器；通过使所述空气-燃料混合物变稀以增加在所述微粒过滤器中保持的碳烟的氧化速 率；以及在使所述空气-燃料混合物变稀的同时保持所述微粒过滤器下游的催化器在基本化 学计量状态。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述空气-燃料混合物变稀，以使得一定数目的汽 缸周期内总的空气-燃料混合物变得更稀。
10.根据权利要求8所述的方法，其中相对于当所述火花点火发动机的所述微粒过滤 器不被再生时在基本类似的运行状况以稀空气-燃料运行所述火花点火发动机的时间量， 所述火花点火发动机以稀空气-燃料运行的时间长度被增加。
全文摘要
本发明公开一种用于具有微粒过滤器系统的火花点火发动机的燃料控制，其可用于过滤并氧化由直喷汽油机产生的微粒物质。在一个实施例中，调节发动机汽缸空气-燃料，使得碳烟能够在上游微粒过滤器中被氧化，同时排气在下游催化器中被充分处理。
文档编号F01N3/025GK102032026SQ20101050920
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者C·P·哈伯德, D·K·比德纳, E·乔娜苏, G·卢旺, H·H·鲁兰, J·M·克恩斯, J·S·赫伯恩, M·K·施普林格, R·W·麦凯布, T·洛伦茨, 肖年 申请人:福特环球技术公司