用于减少微粒排放的方法和系统与流程

本发明大体涉及用于减少来自燃烧发动机的微粒排放的发动机排气系统的设计和使用。

背景技术：

使用柴油或汽油燃料的发动机燃烧可产生能够排放到大气的微粒物质(pm)(诸如碳烟和悬浮微粒)。为了实现排放合规性，在发动机排气流中串联地(inline)包括诸如柴油微粒过滤器(dpf)和汽油微粒过滤器(gpf)的微粒过滤器，以在释放排气之前过滤掉排气pm。通过向过滤器供应过量的氧并且提高过滤器温度以氧化pm，被pm阻塞的微粒过滤器可在减速燃料切断(dfso)事件期间在原位再生。bidner等人在us8,424,295中所示的一个示例方案公开了在发动机停机状况期间向微粒过滤器增加过量的氧，并且至少在发动机停机的一部分期间再生微粒过滤器。

但是，发明人在此已经认识到使用上述方案的潜在缺点。在dfso或其它发动机停机事件期间到过滤器的氧气流可过度地增加过滤器温度，从而导致过早的过滤器劣化。此外，采用策略来限制dfso持续时间以减轻过度的排气微粒过滤器温度增加和过早的过滤器劣化能够降低燃料经济性，并且还可降低驾驶性能。此外，仍然在发动机短暂运行期间(例如，在短的车辆行程期间)，微粒过滤器温度会不能达到足够高的温度用于再生。

技术实现要素：

发明人在此已经确定了至少部分地解决上述问题的方案。在一个示例中，一种用于燃烧发动机的方法可包括：在包括发动机温度小于阈值发动机温度的冷启动状况期间，将发动机排气引导到排气微粒过滤器，并且在暖发动机状况期间，引导发动机排气绕过排气微粒过滤器，其中所述暖发动机状况包括发动机温度大于或等于阈值发动机温度，以及燃料在发动机中燃烧(beingcombusted)。

在另一个示例中，方法可包括：响应于发动机温度大于阈值发动机温度，在发动机燃料燃烧期间引导排气绕过排气微粒过滤器，并且当排气微粒过滤器温度下降到阈值过滤器温度以下时，加热所述排气微粒过滤器；以及响应于发动机温度小于阈值发动机温度，将排气引导到排气微粒过滤器，以及停止加热所述排气微粒过滤器。

在进一步的示例中，发动机系统可包括：发动机；排气微粒过滤器，其被定位在发动机下游的排气旁路通道中；排气换向阀，其被定位在所述排气旁路通道的上游；以及控制器，其包括可执行指令，用于：在包括发动机温度小于阈值发动机温度的第一状况期间，定位排气换向阀以将发动机排气引导到排气旁路通道和排气微粒过滤器；以及在第二状况期间，定位排气换向阀以引导发动机排气绕过排气旁路通道，其中第二状况包括发动机温度大于或等于阈值发动机温度，以及燃料在发动机中燃烧。

以这种方式，可实现如下技术效果，即排气微粒过滤器可在诸如dfso的发动机停机事件期间可靠地再生，同时没有过早劣化。此外，通过避免发动机停机事件的任何限制，保持驾驶性能和燃料经济性。此外，通过在发动机冷启动状况期间将排气流转向至排气微粒过滤器，并且在暖发动机燃烧状况期间绕过排气微粒过滤器，可减小排气微粒过滤器尺寸，从而降低制造成本并提高可靠性，同时保持车辆pm排放。此外，通过在暖发动机状况期间和发动机燃料燃烧期间加热排气微粒过滤器，能够将排气微粒过滤器温度预热到足够高的温度以用于过滤器再生。

应当理解，上面的发明内容被提供是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。这并不旨在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出包括被定位在排放控制装置下游的排气微粒过滤器的示例发动机系统。

图2示出在新欧洲标准驾驶循环(nedc)下根据车辆测试的累积微粒物质产生的曲线图。

图3和图4示出图1的发动机系统的示例排气系统，其包括排气换向阀和排气微粒过滤器。

图5示出操作包括排气换向阀和排气微粒过滤器的发动机系统的示例性方法的流程图。

图6示出图示说明包括排气换向阀和排气微粒过滤器的发动机系统的操作的示例时间线。

具体实施方式

下面的描述涉及用于减少来自包括排气换向阀和排气微粒过滤器的发动机系统的微粒排放的系统和方法。图1中示出包括排气微粒过滤器的车辆发动机系统，其可被配置为使用诸如柴油或汽油的燃料操作。排气微粒过滤器可包括柴油微粒过滤器(dpf)、汽油微粒过滤器(gpf)等，以过滤发动机排气中的微粒物质(pm)。排气微粒过滤器可在车辆驾驶期间捕集pm，如图2中的曲线图所示。如图3至图4中所示，排气可经由主排气通道中的排气换向阀被引导到设置在旁路排气通道中的排气微粒过滤器。图5中示出用于操作发动机系统的方法，所述发动机系统包括用于将排气引导到排气微粒过滤器的排气换向阀。图6示出用于经由图5的方法操作发动机系统的示例时间线。以这种方式，可减少车辆排放，同时保持燃料经济性、车辆驾驶性能和发动机系统可靠性。

图1是示出发动机系统100中的多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，该发动机系统100可被包括在车辆的推进系统中。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作者132的输入进行控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30包括由汽缸壁32形成的汽缸，活塞36被定位在汽缸壁中。活塞36可耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统耦接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动器马达可经由飞轮耦接到曲轴40，从而实现发动机10的起动操作。

燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气，并且可经由排气通道(例如，排气管)48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48(例如，排气主通道)能够经由相应的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些示例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在该示例中，进气门52和排气门54可经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动进行控制。凸轮致动系统51和53可各自包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(cps)、可变凸轮正时(vct)、可变气门正时(vvt)和/或可变气门升程(vvl)系统中的一个或多个，以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在替代示例中，进气门52和/或排气门54可由电动气门致动进行控制。例如，汽缸30可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括cps和/或vct系统的凸轮致动控制的排气门。

燃料喷射器69被显示为直接地耦接到燃烧室30，用于将燃料与从控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地直接地喷射到其中。以这种方式，燃料喷射器69提供所谓的到燃烧室30中的燃料的直接喷射。例如，燃料喷射器可安装在燃烧室的侧面中(如图所示)或燃烧室的顶部中。通过包括燃料箱、一个或多个燃料泵以及燃料轨的燃料系统(未示出)，可将燃料递送到燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可替代地或另外地包括以一种配置布置在进气歧管44中的燃料喷射器，该配置提供所谓的到燃烧室30上游的进气道中的燃料的进气道喷射。燃料喷射流率可通过到燃料喷射器的燃料泵速率进行估计和/或测量。燃料可包括汽油、柴油、乙醇共混物、生物柴油及其组合。

经由火花塞66将火花提供到燃烧室30。点火系统可还包括用于增加供应到火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在另一些示例中，诸如柴油发动机，可省略火花塞66。

进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的位置可经由提供到包括有节气门62的电动马达或致动器的信号通过控制器12来改变，这种配置通常被称为电子节气门控制(etc)。以这种方式，可操作节气门62以改变提供到其它发动机汽缸中的燃烧室30的进气空气。通过节气门位置信号可将节流板64的位置提供到控制器12。进气通道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于感测进入发动机10的空气的量。

排气传感器126被显示为根据排气流的方向在排气再循环系统140和排放控制装置70两者的上游耦接到排气通道48。传感器126可为用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或uego(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或ego、hego(加热型ego)、nox、hc或co传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是uego，其被配置成提供与排气中存在的氧的量成比例的输出，诸如电压信号。控制器12经由氧传感器传递函数将氧传感器输出转换成排气空燃比。

排气再循环(egr)系统140可经由egr通道152将期望部分的排气从排气通道48传送到进气歧管44。提供到进气歧管44的egr的量可通过控制器12经由egr阀144改变。在一些状况下，egr系统140可用来调节燃烧室内的空气-燃料混合物的温度，因此提供在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。

排放控制装置70被示出为沿着排气通道48布置在排气传感器126的下游。排放控制装置70可为三元催化剂(twc)、nox捕集器、各种其它排放控制装置或其组合。在一些示例中，在发动机10的操作期间，通过在特定空燃比内操作发动机的至少一个汽缸，排放控制装置70可被周期性地复位。

微粒过滤器72被显示沿着排气旁路通道82布置成远离排放控制装置70下游的排气通道48。如图1中所示，排气换向阀80可在排气旁路通道82的入口接合处被定位在主排气通道48中。因此，排气换向阀80可被定位成将排气从主排气通道48转向至排气旁路通道82和排气微粒过滤器72，或者绕过排气旁路通道82和排气微粒过滤器72。控制器12可控制排气换向阀80的致动。虽然在图1中未示出，但是止回阀可被定位在排气旁路通道82内的排气微粒过滤器72的下游，以防止排气从主排气通道48中的排气微粒过滤器72下游流回到排气旁路通道82。微粒过滤器温度传感器76也可被定位在排气微粒过滤器72处或其附近，以估计微粒过滤器温度。此外，微粒过滤器加热器78可热耦接到排气微粒过滤器72。微粒过滤器加热器可由控制器12控制，用于在微粒过滤器再生之前预热微粒过滤器72。

由排放控制装置70和微粒过滤器72处理的排气通过尾管86被释放到大气。微粒过滤器72可以是柴油微粒过滤器、汽油微粒过滤器等。微粒过滤器72的基底可由陶瓷、硅、金属、纸或其组合制成。在发动机10的操作期间，微粒过滤器72可捕集排气微粒物质(pm)，诸如灰分和碳烟(例如，来自未燃烧的碳氢化合物)，以便减少车辆排放。碳烟可阻塞微粒过滤器的表面，从而产生排气背压。排气背压可负面地影响发动机性能。一旦微粒过滤器72变得完全负载有碳烟(例如，微粒过滤器上的碳烟负载超过碳烟负载阈值)，则背压对于正确的排气排出可太高。为了克服上述背压，用来从发动机10排出排气的工作增加。为了避免高背压，发动机10可被动地或主动地周期性地再生过滤器。

过滤器两端的压降可通过位于微粒过滤器72处或其附近的一个或多个压力传感器74测量。作为示例，一个或多个压力传感器可被定位在排气旁路通道82内的微粒过滤器72的正上游和正下游。在另一些示例中，一个或多个压力传感器可被定位在主排气通道48或排气旁路通道82内的其它位置处。作为示例，响应于微粒过滤器72两端的压降增加到阈值过滤器压降以上，微粒过滤器可再生。

被动再生可在发动机负载超过阈值负载时发生，从而导致排气温度升高。当排气温度增加超过阈值温度(例如，450℃)时，微粒过滤器72上的碳烟可燃烧。因此，被动再生发生，同时不改变发动机操作。相反，主动再生通过控制器12发信号通知发动机操作的改变而发生，以便独立于发动机负载而增加排气温度(例如，延迟喷射、二次喷射、节流、排气再循环、火花延迟和/或空气/燃料比的减小)。例如，控制器可向燃料喷射器发送信号以减小燃料喷射的脉冲宽度，并且使燃烧空气-燃料比(相对于化学计量)变贫。作为另一个示例，控制器可向耦接到进气节气门的机电致动器发送信号，以将节流阀朝向更打开的位置移动，从而增加到发动机的气流。在又一些示例中，可调整气门正时(例如，经由凸轮调整)以增加正气门重叠。此外，控制器可定位排气换向阀以在减速燃料切断(dfso)或其它发动机停机事件期间将排气引导到排气旁路通道82和排气微粒过滤器72，从而主动地再生排气微粒过滤器72。此外，控制器12可在主动再生之前使用热耦接到排气微粒过滤器的排气微粒过滤器加热器78将排气微粒过滤器72预热到阈值微粒过滤器温度。当排气微粒过滤器被堵塞时，控制器可向车辆操作者发送指示要进行排气微粒过滤器的再生的消息。如上所述，主动再生可包括延迟发动机火花正时以增加发动机空气流量，并且随后增加排气微粒过滤器温度。

随着碳烟在被动或主动再生期间燃烧，微粒过滤器温度增加到更高的温度(例如，1400℃)。在升高的再生温度下延长的发动机操作可加速微粒过滤器72的劣化。劣化可包括微粒过滤器72产生泄漏(例如，裂纹)和/或孔，这可导致碳烟从过滤器逸出，并且进一步向下游流入排气通道48，从而增加车辆排放。因此，这能够导致发动机排放是不合规的。

导致微粒过滤器劣化的其它因素包括车辆振动和润滑油灰分。车辆振动可由于微粒过滤器72暴露于高温而导致的部件膨胀(例如，降低的稳定性)而使微粒过滤器72内的易碎部件劣化。润滑油灰分可包含金属氧化物，其能够与微粒过滤器72反应并形成相(例如，微粒过滤器的部分劣化，而其它部分保持功能性)，最终劣化微粒过滤器的至少一部分。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括：微处理器单元(cpu)102、输入/输出端口(i/o)104、用于可执行程序和校准值的在该特定示例中被示为只读存储器芯片(rom)106(例如，非暂时性存储器)的电子存储介质、随机存取存储器(ram)108、保活存储器(kam)110和数据总线。控制器12可从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，除了先前讨论的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(maf)的测量值；来自耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ect)；来自感测曲轴40的位置的霍尔效应传感器118(或其它类型)的发动机位置信号；来自节气门位置传感器65的节气门位置；以及来自传感器122的歧管绝对压力(map)信号。发动机转速信号可通过控制器12从曲轴位置传感器118产生。歧管压力信号还提供进气歧管44中的真空或压力的指示。需注意，上述传感器的各种组合可被使用，诸如有maf传感器而没有map传感器，或者反之亦然。在发动机操作期间，可根据map传感器122的输出和发动机转速推断发动机扭矩。此外，该传感器与检测到的发动机转速一起可以是用于估计引入汽缸的充气(包括空气)的基础。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的曲轴位置传感器118可在曲轴的每个旋转产生预定数量的等间隔脉冲。

存储介质只读存储器106能够用表示可由处理器102执行的非瞬时性指令的计算机可读数据进行编程，所述指令用于执行下面描述的方法以及预期但未具体列出的其它变型。

控制器12从图1的各种传感器接收信号，并且采用图1的各种致动器，从而基于接收的信号和存储在控制器12的存储器上的指令来调整发动机操作。如上所述，基于来自一个或多个压力传感器74、温度传感器76和其它发动机系统传感器的接收信号，控制器可采用致动器，诸如排气微粒过滤器加热器78和排气换向阀80。例如，控制器还可基于从发动机温度传感器(诸如ect传感器112)和一个或多个燃料泵接收的信号，诸如燃料泵流率或燃料喷射流率，致动排气微粒过滤器加热器78和排气换向阀。

现在转向图2，其图示说明示出由新欧洲标准驾驶循环(nedc)测试产生的来自燃烧发动机的累积pm产生的示例曲线图200。曲线图200示出在虚线边界线220之前指示的冷启动时间段期间发生整体pm产生的主要部分。在冷启动时间段期间，当发动机温度低(例如，冷)时，燃烧发动机中的燃料燃烧质量可低或不完全，从而导致更高水平的pm。因此，将排气转向至排气微粒过滤器以捕集在冷启动状况期间产生的pm可显著地减少发动机pm排放。

现在转向图3，其图示说明图1中所示的发动机系统100的示例发动机排气系统300。来自发动机的排气从主排气通道48通过ecd70流动到排气旁路通道82的正上游的排气通道348。如图3中所示，控制器12可定位排气换向阀80，以将排气从排气通道348转向至排气旁路通道82，在此处该排气可由排气微粒过滤器72过滤。替代地，控制器12可在箭头380的方向上移动排气换向阀80，使得排气通道348中的排气绕过排气微粒过滤器72，并且沿着排气通道348继续到尾管。如上所述，止回阀可被定位在排气微粒过滤器72下游的排气旁路通道382的部分中，以便防止排气从排气通道348回流到排气旁路通道382。在一些示例中，排气旁路通道82(包括382)可小于主排气通道48，由此排气旁路通道82的横截面面积或直径小于主排气通道48的横截面面积或直径。控制器12还可致动被热耦接到排气微粒过滤器72的排气微粒过滤器加热器78，以在排气微粒过滤器72的再生之前将排气微粒过滤器的温度升高到阈值过滤器温度之上。排气微粒过滤器加热器可包括部分或完全封装在排气微粒过滤器72的主体的外表面周围的电动线圈元件加热器，或其它类型的加热器。

在冷启动状况期间，排气换向阀80可被定位成将排气从主排气通道48转向至排气旁路通道82和排气微粒过滤器72。以这种方式，从发动机中的燃料燃烧产生的微粒物质的相当大部分可被排气微粒过滤器72过滤，从而保持或减少pm排放。冷启动状况可包括发动机状态为打开(on)，并且发动机温度，诸如由温度传感器112测量的ect小于阈值发动机温度。阈值发动机温度可对应于一温度，在该温度以上，通过发动机中的燃料的燃烧产生的pm显著地减少或接近零。作为另一些示例，发动机温度可对应于发动机油温度、发动机缸体温度、发动机排气温度等。此外，冷启动状况可替代地包括多个这样的发动机温度小于多个对应的阈值发动机温度。另外，冷启动状况可包括当发动机温度小于阈值发动机温度时，发动机状态从关闭(off)被切换为打开之后的持续时间大于阈值持续时间。

在暖发动机状况期间，包括当发动机温度(诸如由温度传感器112测量的ect)大于阈值发动机温度时，排气换向阀80可由箭头380指示被定位，使得在发动机燃烧状况期间排气绕过排气微粒过滤器72。发动机温度可包括汽缸盖温度(cht)，并且阈值发动机温度可包括阈值cht。在另一些示例中，暖发动机状况(或偏离冷启动状况)可通过从发动机起动经过的发动机打开持续时间增加到阈值持续时间之上来确定。暖发动机状况可进一步经由推断的控制器上的活塞温度模型来确定。在另一些示例中，暖发动机状况可通过在分次模式燃料喷射发动机操作中从第一燃料喷射模式转变为第二燃料喷射模式来确定。在另一个示例中，暖发动机状况可通过排放控制装置(ecd)催化剂加热模式来确定。例如，在冷启动状况期间，可快速加热ecd催化剂，以便减少发动机排放。相反，在暖发动机状况期间，ecd催化剂的快速加热可被关闭。因此，暖发动机状况可通过关闭ecd催化剂加热模式来指示。发动机燃烧状况可通过到发动机的燃料喷射流率大于阈值燃料喷射流率来确定。如上所述，燃料喷射流率可根据发动机燃料系统中的一个或多个燃料泵的泵速率来估计或确定。替代地，发动机燃烧状况可通过当燃料喷射流率大于阈值燃料喷射流率时经由火花塞66向燃烧室30递送火花来确定。在一个示例中，火花到燃烧室30的递送可通过向点火系统的供电来指示，所述点火系统包括用于增加供应到火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。因此，如果供应到火花塞66的电压大于阈值电压并且燃料喷射流率大于阈值燃料喷射流率，则可指示发动机燃烧状况。在另一个示例中，可通过使曲轴加速度增加到阈值曲轴加速度之上来检测发动机燃烧。曲轴加速度可经由曲轴位置(ckp)传感器(诸如霍尔效应位置传感器118)来测量，并且阈值曲轴加速度可对应于在其之上则指示发动机中的燃烧的曲轴加速度。

当在暖发动机状况期间发生燃料燃烧时，与在冷起动状况期间产生的pm相比，由发动机产生的pm的量可非常低。因此，响应于发动机温度增加到阈值发动机温度以上，并且响应于燃料燃烧状况的指示，排气换向阀可被定位，以引导排气绕过排气微粒过滤器72，同时保持pm排放。因此，在冷起动状况期间，燃烧的排气(例如，由发动机中的燃料燃烧产生的发动机排气)可仅被引导到排气旁路通道和排气微粒过滤器72。在暖发动机状况期间，当发动机温度大于阈值发动机温度时，排气换向阀可被定位成引导燃烧的排气绕过位于排气旁路通道82中的排气微粒过滤器72。因此，在冷启动状况之外的发动机燃烧事件期间，可引导发动机排气(燃烧的排气)绕过排气微粒过滤器72。此外，在一些示例中，发动机排气系统可还包括被定位在ecd70处的第二排气微粒过滤器，以捕集在暖发动机状况下燃料燃烧期间产生的辅助pm。

虽然排气换向阀80可被定位成引导排气绕过排气微粒过滤器72，但是控制器12可在暖发动机状况和燃料燃烧状况期间打开排气微粒过滤器加热器78，以加热排气微粒过滤器72。排气微粒过滤器加热器78可包括热耦接到排气微粒过滤器72的电动的或其它类型的加热器。在图4的示例排气系统400中，加热排气微粒过滤器72可包括将排气微粒过滤器72直接定位成邻近ecd70，使得排气微粒过滤器72经由导热表面472热耦接到ecd70。在暖发动机状况和燃料燃烧状况期间，加热排气微粒过滤器72可允许在再生之前将排气微粒过滤器72预热到阈值过滤器温度。将排气微粒过滤器72预热到阈值过滤器温度可有助于确保当排气微粒过滤器被堵塞时，例如当过滤器两端的排气微粒过滤器压力大于阈值过滤器压降时，能够迅速地再生排气微粒过滤器72。在一个示例中，阈值过滤器温度可以是大约500℃(例如，在碳烟燃烧的阈值温度450℃之上)。例如，当排气微粒过滤器在阈值过滤器温度之上时，将排气氧引导到排气微粒过滤器可氧化和燃烧其中包含的碳烟微粒，从而再生排气微粒过滤器。如果排气微粒过滤器温度在阈值过滤器温度之下，则当排气氧被引导到过滤器时，包含在排气微粒过滤器中的热能可不足以完全或部分地再生排气微粒过滤器72。响应于排气微粒过滤器温度增加到阈值过滤器温度之上，控制器12可关闭排气微粒过滤器加热器78。因此，在冷启动状况之外的发动机燃烧事件期间，可引导发动机排气(燃烧的排气)绕过排气微粒过滤器72，并且经由排气微粒过滤器加热器78可选择性地电加热排气微粒过滤器72。此外，当排气微粒过滤器温度被加热到阈值过滤器温度之上时，未燃烧的排气(在诸如dfso状况的发动机停机状况期间的发动机排气)可被引导到排气旁路通道82，以再生排气微粒过滤器72。

控制器12可在燃料燃烧状况之外的暖发动机状况期间开始排气微粒过滤器72的再生。当发动机在打开一段时间之后关闭时，燃料燃烧状况之外的暖发动机状况可发生。例如，当在纯电动模式下操作(例如，混合动力车辆由电动马达而不是由发动机推动)时，发动机可在dfso事件期间或针对混合动力车辆被关闭。此外，当排气微粒过滤器温度大于阈值过滤器温度时，控制器12可在燃料燃烧状况之外的暖发动机状况期间开始排气微粒过滤器的再生。此外，当排气微粒过滤器温度大于阈值过滤器温度，并且当排气微粒过滤器压降大于阈值过滤器压降时，控制器12可在燃料燃烧状况之外的暖发动机状况期间开始排气微粒过滤器的再生。开始排气微粒过滤器的再生可包括定位排气换向阀80，以引导排气流动到排气旁路通道82和排气微粒过滤器72。在燃料燃烧状况之外的暖发动机状况(例如，发动机关闭状况、dfso状况)期间，燃料不在发动机内燃烧，并且排气可大部分包含空气，从而包括氧气。如上所述，当排气微粒过滤器温度在阈值过滤器温度之上时，使排气氧流动通过过滤器可氧化和燃烧其中所含的碳烟pm，从而再生排气微粒过滤器。

在过滤器再生期间，随着其中包含的碳烟pm被氧化和燃烧，排气微粒过滤器72两端的压降可降低。如上所述，至少部分地响应于发动机工况(包括排气微粒过滤器两端的压降增加到阈值压降之上)，可开始过滤器再生。因此，响应于排气微粒过滤器两端的压降降低到阈值压降之下，过滤器再生可由控制器12停止。终止过滤器再生可包括定位排气换向阀以引导排气绕过排气微粒过滤器。如上所述，过滤器再生发生在发动机中的燃料燃烧之外的暖发动机状况期间。因此，引导排气绕过排气微粒过滤器并且通过排气通道48、ecd70，并且通过到尾管的排气通道348可基本上不增加pm排放。此外，如果在终止过滤器再生之后，发动机温度降低到阈值发动机温度之下，则作为响应，控制器12可重新定位排气换向阀80，以引导排气流动通过排气旁路通道82和排气微粒过滤器72，由此减少pm排放。

如上所述，定位在排气旁路通道82中允许排气微粒过滤器72用来在冷起动状况期间选择性地过滤排气中的pm。因此，排气微粒过滤器72的尺寸可小于常规的排气微粒过滤器。常规的排气微粒过滤器(诸如被定位在主排气通道中的dpf和gpf)过滤来自发动机的所有排气。常规的排气微粒过滤器暴露于除烟尘pm之外的其它类型的微粒，包括较大的惰性微粒，诸如锈、上游催化剂碎片微粒、金属微粒等。这些较大的惰性微粒在过滤器再生期间可不被氧化或燃烧，且因此能够稳定地积聚在微粒过滤器中并且使微粒过滤器劣化。通过将排气微粒过滤器72定位在旁路排气通道中，并且通过在冷起动状况期间选择性地使排气流动到排气微粒过滤器72，并且用于过滤器再生，如上所述，遇到排气微粒过滤器72的较大惰性微粒的量可实质减少。因此，排气微粒过滤器的尺寸能够较小，并且其再生的频率和有效性能够较高，从而降低车辆制造和操作成本，并且增加车辆可靠性。

排气微粒过滤器加热器78的功率可实质小于被用于电加热常规的排放控制装置(诸如用于碳氢化合物还原的twc)的常规电加热器。例如，虽然常规加热器通常消耗大于2.2kw的功率，但是排气微粒过滤器加热器78可消耗小得多的量的功率，例如75w。排气微粒过滤器加热器78可专用于加热排气微粒过滤器72，并且因此相比于常规ecd加热器，该排气微粒过滤器加热器78可有更小的尺寸并且可消耗更少的功率，其中该常规ecd加热器可用于加热与其它附加ecd装置(诸如微粒过滤器、外壳等)集成的催化剂砖。此外，如上所述，排气微粒过滤器72被定位在排气旁路通道82中，并且尺寸可被设置成实质小于定位在主排气通道48(其横截面面积大于排气旁路通道82)中的常规微粒过滤器。此外，排气微粒过滤器加热器78可小于常规ecd加热器，因为排气微粒过滤器72被定位在排气旁路通道82中并且可在pm较低的发动机工况期间被绕过；换句话说，可减小排气微粒过滤器的过滤器负载且因此减小排气微粒过滤器的再生频率。在一个示例中，排气微粒过滤器可包括微型微粒过滤器，具有近似尺寸的排气微粒过滤器72可包括小于30mm的直径、小于205mm的长度、小于1平方英寸的横截面面积、以及小于50000mm³的陶瓷体积。此外，包含在过滤器内的陶瓷材料的质量可小于65g。排气微粒过滤器尺寸可根据发动机排量、碳烟输出和最大碳烟负载阈值而变化。此外，排气微粒过滤器72可包括热绝缘的过滤器，使得来自排气微粒过滤器72的热能损失减少，并且使得加热排气微粒过滤器72所消耗的功率减少。使排气微粒过滤器72热绝缘(thermallyinsulate)可包括用绝缘的不可燃材料使排气微粒过滤器72的外表面热绝缘。

现在转向图4，其图示说明发动机系统100的排气系统400的另一个示例配置。排气系统400可与上文参照图3所述的排气系统300类似地作为发动机系统100的一部分来操作。但是，在排气系统400中，排气旁路通道82和排气微粒过滤器72被布置成使得排气微粒过滤器72经由至少一个共用的导热表面472热耦接到ecd70。以这种方式，来自ecd70的热能可经由导热表面472传导或传递以加热排气微粒过滤器72，因此进一步降低从排气微粒过滤器加热器78输出的加热功率的量，用于将排气微粒过滤器72的温度升高到过滤器再生之前的阈值过滤器温度。ecd70可至少部分地由通过其中的热的发动机排气来加热。此外，ecd加热器可被控制器12采用和控制以加热ecd70。在排气旁路通道82和排气微粒过滤器72布置成使得排气微粒过滤器72经由至少一个共用的导热表面472热耦接到ecd70的情况下，除了共用的导热表面472之外，排气微粒过滤器72的所有外表面可以是热绝缘的。

将排气微粒过滤器72定位在ecd70(包括诸如twc、nox还原催化剂等的催化剂)下游可进一步用来增加主排气通道48中的背压，以在冷启动状况期间增加ecd温度，即使在冷启动状况期间排气中的pm水平可以是低的。以这种方式，可减少加热催化剂所消耗的功率，并且可更快地预热催化剂，从而提高燃料经济性并减少排气排放。

以这种方式，一种发动机系统可包括：发动机；排气微粒过滤器，其被定位在发动机下游的排气旁路通道中；排气换向阀，其被定位在排气旁路通道上游的排气主通道中；以及控制器，其包括可执行指令，用于：在包括发动机温度小于阈值发动机温度的第一状况期间，定位排气换向阀以将发动机排气从排气主通道引导到排气旁路通道和排气微粒过滤器；以及在第二状况期间，定位排气换向阀以引导发动机排气绕过排气旁路通道，其中第二状况包括发动机温度大于或等于阈值发动机温度，以及燃料在发动机中燃烧。另外地或替代地，发动机系统可还包括排气微粒过滤器加热器，其中可执行指令还包括在第二状况期间用排气微粒过滤器加热器将排气微粒过滤器加热到再生温度。另外地或替代地，排气微粒过滤器加热器包括热耦接到排气微粒过滤器的电加热元件。另外地或替代地，排气微粒过滤器加热器可包括排放控制装置，其在排气微粒过滤器上游并且热耦接到排气微粒过滤器，并且加热排气微粒过滤器可包括在第二状况期间将热能从排放控制装置传递到排气微粒过滤器。另外地或替代地，可执行指令可还包括在第三状况期间，定位排气换向阀以将发动机排气引导到排气旁路通道和排气微粒过滤器，其中第三状况包括燃料喷射流率小于阈值流率，而发动机温度大于阈值发动机温度。另外地或替代地，第三状况可还包括排气微粒过滤器温度大于再生温度。另外地或替代地，第三状况可还包括排气微粒过滤器压降大于阈值压降。另外地或替代地，可执行指令可还包括在第三状况期间，响应于排气微粒过滤器压降降低到阈值压降以下，定位排气换向阀以引导发动机排气绕过排气旁路通道。另外地或替代地，可执行指令可还包括在第三状况期间，响应于排气微粒过滤器温度降低到再生温度以下，定位排气换向阀以引导发动机排气绕过排气旁路通道。另外地或替代地，排气旁路通道的横截面面积小于排气主通道的横截面面积。

现在转向图5，其图示说明操作发动机系统的示例性方法500的流程图，所述发动机系统包括排气换向阀和定位在排气旁路通道中并且热耦接到排气微粒过滤器加热器的排气微粒过滤器。方法500可作为车载控制器(诸如控制器12)上的可执行指令来执行。方法500在502处开始，在502处通过控制器估计和/或测量发动机系统状况，诸如车辆速度(vs)、发动机转速(rpm)、发动机冷却剂温度(ect)、燃料喷射流率(qinj)等。

在510处，控制器可确定是否已经满足发动机冷启动状况。发动机冷启动状况可包括发动机温度t发动机小于阈值发动机温度t发动机,th。如上所述，t发动机可包括ect、发动机油温度、发动机缸体温度、发动机排气温度或指示发动机操作温度的另一温度，或其组合。t发动机,th可表示一温度，低于该温度发动机中的燃料的燃烧更不完全或质量较差，使得在发动机排气中排出实质更高量的pm。相反，当t发动机>t发动机,th时，发动机中的燃料的燃烧更完全或具有更高的质量，使得在发动机排气中排出实质更低量的pm。

如果满足冷启动状况，则方法500前进到514，在514处控制器可定位排气换向阀80以经由排气旁路通道82将排气转向至排气微粒过滤器72。通过将排气引导到排气微粒过滤器72，可从排气过滤在冷启动状况期间由燃料燃烧产生的pm，并且可减少pm排放。在518处，控制器12可关闭排气微粒过滤器加热器78以停止加热排气微粒过滤器72。在518之后，方法500结束。

返回到510，如果不满足冷启动状况，则方法500在520处继续，在520处控制器12可确定发动机是否在燃料燃烧状况之外操作。如上所述，如果燃料喷射流率qinj小于阈值燃料喷射流率qinj,th，则发动机可在燃料燃烧状况之外操作。燃料喷射流率可通过发动机燃料系统的一个或多个燃料泵的燃料泵流率进行估计或测量。替代地，如果供应到发动机汽缸的火花塞的电压小于阈值电压，同时引导到该发动机汽缸的燃料喷射流率大于阈值燃料喷射流率，则发动机可在燃料燃烧状况之外操作。阈值电压可对应于一电压，低于该电压在发动机汽缸的火花塞处不产生火花。在一个示例中，qinj,th可以是零。在另一个示例中，可通过使曲轴加速度增加到阈值曲轴加速度之上来检测发动机燃烧状况。曲轴加速度可经由曲轴位置(ckp)传感器(诸如霍尔效应位置传感器118)进行测量。因此，如果曲轴加速度低于阈值曲轴加速度，则发动机可被确定为在发动机燃烧状况之外操作。如果发动机在燃料燃烧状况之外操作，诸如当发动机在发动机停机事件期间(诸如在dfso期间)关闭时，可存在再生排气微粒过滤器的机会，因为排气实质上包括空气或氧气。在一些示例中，排气微粒过滤器可在贫空气燃料发动机工况期间再生。在燃料燃烧状况之外的发动机操作的其它示例包括在延长的发动机曲柄起动期间和在发动机停机期间。

如果发动机在520处在燃料燃烧状况之外操作，则方法500在522处继续，在522处控制器12可确定排气微粒过滤器温度tpf是否大于阈值过滤器温度tpf,th。如前所述，tpf,th可对应于一过滤器温度，在该过滤器温度以上，使排气氧流动通过排气微粒过滤器可开始其中包含的碳烟pm的燃烧，从而再生过滤器。作为示例，tpf,th可大于450℃，或者tpf,th可包括500℃。当tpf>tpf,th时，排气微粒过滤器可被预热并准备用于过滤器再生，并且控制器12可在524处关闭排气微粒过滤器加热器78，以停止加热排气微粒过滤器72。接下来，方法500在526处继续，在526处，控制器12可确定排气微粒过滤器压降δppf是否大于阈值排气微粒过滤器压降δppf,th。δppf,th可对应于一压降，在该压降以上排气微粒过滤器可在其中包含实质水平的pm，使得δpf可阻止适当的排气排出并降低发动机可操作性。如果δppf>δppf,th，则方法500在528处继续，在528处控制器12可定位排气换向阀以将排气引导到排气旁路通道82，从而开始排气微粒过滤器72的再生。在528之后，方法500结束。

返回到520，对于其中发动机在燃料燃烧状况之内操作的情况，方法500在530处继续，在530处控制器12可确定tpf是否小于tpf,th。如果在530或522处tpf<tpf,th，则方法500在534处继续，在534处控制器12打开排气微粒过滤器加热器78，以开始加热排气微粒过滤器。以这种方式，当发动机为暖的且pm产生低时，可在发动机燃烧状况期间预热排气微粒过滤器72。因此，排气微粒过滤器72可被制备(例如，预热)用于再生，甚至在发动机打开操作的短时间段期间。接下来，如果在536处δppf<δppf,th，在536处控制器12可定位排气换向阀80以使排气转向以绕过排气微粒过滤器72，则方法500从534或从526继续。在燃料燃烧和暖发动机状况期间，发动机中的pm产生减少，并且排气可在过滤器被预热用于再生的同时绕过排气微粒过滤器。此外，在δppf<δppf,th时的燃料燃烧状况之外，排气微粒过滤器处于再生状态，并且排气可被引导以绕过排气微粒过滤器。

对于其中tpf>tpf,th的情况，返回到530，方法500在538处继续，在538处控制器12关闭排气微粒过滤器加热器以停止加热排气微粒过滤器72。当tpf>tpf,th时，排气微粒过滤器72被预热并准备再生；进一步加热排气微粒过滤器72可不必要地降低燃料经济性。在538之后，方法500在536处继续，在536处排气换向阀被定位成引导排气绕过排气微粒过滤器。在536之后，方法500结束。

以这种方式，一种用于发动机的方法可包括：在包括发动机温度小于阈值发动机温度的冷启动状况期间，将发动机排气引导到排气微粒过滤器；并且在暖发动机状况期间，引导发动机排气绕过排气微粒过滤器，其中暖发动机状况包括发动机温度大于或等于阈值发动机温度，以及燃料在发动机中燃烧。另外地或替代地，方法可还包括仅在冷启动状况期间，将燃烧的排气引导到排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括在暖发动机状况期间加热排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括在冷起动状况期间停止加热排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括在再生状况期间将发动机排气引导到排气微粒过滤器，其中再生状况包括发动机温度大于或等于阈值发动机温度，并且燃料喷射流率小于阈值喷射流率。另外地或替代地，方法可还包括响应于排气微粒过滤器压降小于阈值压降，在再生状况期间引导发动机排气绕过排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括在再生状况期间停止加热排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括响应于排气微粒过滤器温度大于阈值过滤器温度，停止加热排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括使排气微粒过滤器热绝缘。

以这种方式，一种方法可包括：响应于发动机温度大于阈值发动机温度，在发动机燃料燃烧期间引导排气绕过排气微粒过滤器，并且当排气微粒过滤器温度下降到阈值过滤器温度以下时，加热所述排气微粒过滤器；以及响应于发动机温度小于阈值发动机温度，将排气引导到排气微粒过滤器，并且停止加热排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括响应于发动机温度大于阈值发动机温度，在减速燃料切断(dfso)期间将排气引导到排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括响应于发动机温度大于阈值发动机温度并且排气微粒过滤器压降小于阈值压降，在dfso期间引导排气绕过排气微粒过滤器。另外地或替代地，方法可还包括响应于排气微粒过滤器温度通过加热而增加到阈值过滤器温度以上，引导未燃烧的排气以再生排气微粒过滤器。

现在转向图6，其图示说明描绘包括排气换向阀80和被定位在排气旁路通道82中的排气微粒过滤器72和排气微粒过滤器加热器78的排气系统的操作的时间线600。时间线600包括发动机状态604、发动机温度t发动机610、燃料喷射流率qinj620、排气微粒过滤器温度tpf630、排气微粒过滤器压降δpf640、排气换向阀位置650、排气微粒过滤器加热器状态660和排气微粒过滤器再生状态670的趋势线。在时间线600中还示出阈值发动机温度t发动机,th612、阈值燃料喷射流率qinj,th622、阈值过滤器温度tpf,th632、阈值过滤器压降δppf,th642。

在时间<时间t1处，发动机关闭，t发动机低(例如，小于t发动机,th)，qinj低(小于qinj,th)，tpf<tph,th，排气换向阀被定位成绕过排气微粒过滤器，排气微粒过滤器加热器关闭，并且排气微粒过滤器再生状态为关闭。δppf处于大于δppf,th的中等水平，这可能是由于在排气微粒过滤器被来自冷起动发动机操作的pm部分地阻塞时的现有车辆操作。在时间t1处，发动机打开，qinj增加到qinj,th以上，并且发动机温度开始升高，指示发动机中的燃料燃烧。响应于发动机打开和t发动机<t发动机,th(例如，冷启动状况)，控制器12定位排气换向阀以将排气转向至排气微粒过滤器，使得由冷发动机中的燃烧产生的pm能够从排气通道过滤，并且能够减少pm排放。因此，在时间t1之后，随着pm被捕集在排气微粒过滤器内，δppf开始增加。随着t发动机增加，从燃料燃烧产生的pm的速率可降低，但是，响应于包含在排气微粒过滤器中的较高水平的pm，δppf的增加速率可增加。

在时间t2处，t发动机增加到t发动机,th之上，指示暖发动机状况。作为响应，控制器12可定位排气换向阀以引导排气绕过排气微粒过滤器，因为与当t发动机<t发动机,th时的冷启动发动机状况相比，在暖发动机状况期间来自发动机燃烧的pm产生速率可能非常低。因此，在时间t2处，δppf停止增加，因为没有另外的pm通过排气微粒过滤器72从排气中被过滤。响应于t发动机>t发动机,th，并且响应于qinj>qinj,th(暖发动机状况和燃料燃烧状况)，控制器12打开排气微粒过滤器加热器，以开始预热排气微粒过滤器，以准备过滤器再生。如在时间t2处所示，响应于加热器状态660被切换为打开，tpf开始增加。

在时间t3处，qinj降低到qinj,th以下，指示发动机燃料燃烧状况之外的dfso或其它发动机停机事件。因为在时间t3和时间t4之间tpf<tpf,th，所以排气微粒过滤器温度不够高以用于过滤器再生并且控制器12保持排气换向阀被定位成使得排气绕过排气微粒过滤器，并且pf再生状态保持关闭。在时间t4处，tpf增加到tpf,th以上，指示排气微粒过滤器被预热并准备用于过滤器再生。响应于tpf增加到tpf,th以上，控制器关闭排气微粒过滤器加热器，如在时间t4处加热器状态变为关闭所指示的。因为qinj在时间t4处大于qinj,th，所以发动机在燃料燃烧状况内操作，并且控制器12保持排气换向阀被定位成绕过排气微粒过滤器。

在时间t5处，qinj再次降低到qinj,th以下，指示在发动机燃料燃烧状况之外的dfso或发动机停机事件。响应于dfso事件，并且响应于tpf>tpf,th，并且因为δppf>δppf,th(指示过滤器包含能够再生的实质水平的pm)，控制器12可将排气换向阀定位成引导排气从主排气通道通过排气微粒过滤器72流到排气旁路通道82。因为发动机在时间t5处在燃料燃烧状况之外操作，所以排气可主要是空气或氧气。流动通过预热的排气微粒过滤器的排气氧可氧化和燃烧其中所含的pm，由此使排气微粒过滤器再生。

在时间t5和时间t6之间，tpf>tpf,th、δppf>δppf,th和qinj增加到高于qinj,th几倍，以及qinj降低到低于qinj,th几倍，指示具有和不具有(例如，dfso)燃料燃烧的发动机操作的时间段。因此，在时间t5和t6之间，响应于当qinj增加到qinj,th以上时，控制器12定位排气换向阀以引导排气绕过排气微粒过滤器，并且pf再生状态被切换为关闭。相反，在时间t5和t6之间，响应于当qinj降低到qinj,th以下时，控制器12定位排气换向阀以引导排气流过排气微粒过滤器，并且pf再生状态被切换为打开。当pf再生状态被切换为打开时，δppf下降；当pf再生状态被切换为关闭时，由于排气正绕过排气微粒过滤器，因此δppf保持相对恒定。

在时间t6处，δppf降低到δppf,th以下，指示过滤器再生完成(例如，包含在排气微粒过滤器中的pm已被氧化并燃烧到由于其中包含的pm引起的过滤器两端的压降不会不利地影响排气流的程度)。作为响应，控制器12定位排气换向阀以引导排气绕过排气微粒过滤器，并且pf再生状态被切换为关闭。此外，在t6之后，pf再生状态保持关闭，并且因为δpph＜δppf,th，即使当qinj降低到qinj,th以下时(当tpf>tpf,th，并且t发动机>t发动机,th时)，排气换向阀保持定位以引导排气绕过排气微粒过滤器。

以这种方式，排气微粒过滤器可在诸如dfso的发动机停机事件期间可靠地再生，同时减少过早的过滤器劣化。此外，通过在过滤器再生期间避免发动机停机事件的任何限制，可保持驾驶性能和燃料经济性。此外，通过在发动机冷启动状况期间将排气流转向至排气微粒过滤器，并且在暖发动机燃烧状况期间绕过排气微粒过滤器，可减小排气微粒过滤器尺寸，从而降低制造成本并提高可靠性同时保持车辆pm排放。

要注意的是，包括在本文中的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非瞬时存储器中，并且可由控制系统进行，所述控制系统包括与各种传感器、致动器以及其它发动机硬件组合的控制器。本文所描述的具体程序可表示任何数量的处理策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等中的一个或多个。这样，所示出的各种动作、操作和/或功能可以按示出的顺序执行、并行地执行或一些情况下被省略。同样地，处理的顺序不是实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点所必须要求的，而是为了便于说明和描述被提供的。根据使用的特定策略，可重复执行示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可用图表表示被编程到发动机控制系统中计算机可读存储介质的非瞬时存储器中的代码，其中通过执行系统中的指令进行所述动作，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。

应该理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，且这些具体实施例不应视为限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，以上技术能够应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸以及其它的发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

下面的权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应该理解，这些权利要求包括一个或更多这些元件的结合，既不要求也不排除两个或更多这些元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可通过本权利要求的修正或通过在这个或相关申请中提出新的权利要求被要求保护。此类权利要求，无论是更宽于、更窄于、等于或不同于原始的权利要求的范围，也被视为包括在本公开的主题之内。