汽油颗粒过滤器再生策略的制作方法

本公开涉及用于汽油燃料机动车辆的汽油颗粒过滤器(gpf)的再生策略，且更具体地涉及用于汽油燃料机动车辆中的内燃机的重载汽油颗粒过滤器的再生策略。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能或不可能构成现有技术。

越来越严格的排放标准持续对全球汽车和机动车辆工程师和设计师们带来挑战。例如，新的euro6d和china6颗粒排放限值将先前的颗粒数量(pn)限值降低了十倍。这个新标准是每千米6x10¹¹颗粒。

尽管进气口燃油喷射(pfi)汽油发动机通常可以达到这个标准，但该行业正在越来越多地转向汽油直喷(gdi)发动机，对此，这些限值是一个重大挑战。

目前接受的使汽油直喷发动机符合euro6d和china6颗粒排放限值的解决方案之一是设想使用汽油颗粒过滤器(gpf)。顾名思义，在其最基本的构造中，汽油颗粒过滤器仅仅是一种设置在汽油燃料发动机的排气系统中的过滤器，其中颗粒物质被捕集并聚集。

由于任何这样的颗粒过滤器将具有有限尺寸，因此能够从内燃机的排气收集和保留只有有限量的颗粒物质，因此很快就产生如何清除或再生过滤器这个问题。

已经确定，如果处于足够高的温度，则排气中的一定量的氧将净化或再生过滤器。因为汽油内燃机理想地以化学计量比(或非常接近)操作，所以在正常、至少部分负载的操作期间，排气中的氧通常很少(如果有的话)。然而，当燃料切断时，当车辆惯性滑行期间排气中的氧气量增加时，被动式再生是可能的，但是，只有当其处于足够高的温度时，才会发生被动再生。因此，如果车辆用于非常短的行程或在寒冷天气中短时间操作，排气系统，特别是颗粒过滤器可能不会达到被动式自再生温度，从而阻止了这种再生。

技术实现要素：

当过滤器的被动式再生未在过滤器中维持足够低的烟炱负载水平时，本公开内容提供汽油颗粒过滤器(gpf)的主动式再生。该方法可以在算法和软件中实施，首先确定是否满足需要再生的条件，例如烟炱负载。如果是，则确定是否需要强制再生。如果是，则确定过滤器中的烟炱量，并确定发动机是否在阻碍再生的速度和负载条件下操作。读取颗粒过滤器的温度以确定其是否处于足够高的温度以实现颗粒(烟炱)的燃烧。如果不是，控制模块(ecm)会被命令调整例如点火正时、燃油喷射正时、气门正时等变量，以禁止燃油切断或禁止发动机启动-停止(ess)功能。如果颗粒过滤器的温度足够高使得能够发生再生(烟炱燃烧)，则可以调整其他变量，例如倾斜空气/燃料混合物、延迟火花正时、调整燃料喷射和气门正时、使燃料切断、关闭并禁止发动机启动-停止(ess)功能。根据烟炱水平，仪表板上的指示灯或信息中心的信息依次点亮，首先表明驾驶员应该继续驾驶以用于gpf的再生，随后在一定条件下，发动机功率已经降低。根据烟炱水平，机动车辆的操作然后以正常或降低的发动机速度或功率继续进行，直到根据时间、感测到的数据(例如过滤器上的压降或者预先确定的试验或经验数据)，过滤器已经被再生。过滤器再生后，指示灯或信息灯熄灭，发动机恢复正常操作。

因此，本公开的一个方面是提供一种与机动车辆中的内燃机一起使用的气体颗粒过滤器(gpf)的再生方法。

本公开的另一方面是提供一种在不同操作条件下与内燃机一起使用的气体颗粒过滤器的再生方法。

本公开的又一方面在于提供一种与内燃机一起使用的气体颗粒过滤器的再生方法，其向机动车辆操作员提供关于这种再生的信息。

本公开的又一方面在于提供一种基于例如自上次再生以来的时间、排气背压和颗粒过滤器差压等变量的气体颗粒过滤器的再生方法。

本公开的又一方面提供一种气体颗粒过滤器的再生方法，其在需要gpf再生但gpf未处于足够高的温度以支持再生时，调整某些发动机操作参数。

本公开的又一方面是提供一种气体颗粒过滤器的再生方法，当需要gpf再生并且gpf处于足够高的温度以支持再生以便有效地燃烧过滤器中的颗粒物质(烟炱)时，调整某些发动机操作参数。

根据本文提供的描述，其他方面、优点和适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明的目的，而并非旨在限制本公开的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于说明的目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1a和图1b是可与本再生方法一起使用的两个三效催化转化器(twc)和气体颗粒过滤器(gpf)构造的示意图；

图2是可与本再生方法一起使用的典型的气体颗粒过滤器的内部结构的放大的局部视图；

图3是说明根据本方法的在具有内燃式气体发动机的机动车辆中再生气体颗粒过滤器的方法的顺序和步骤的流程图；

图4是绘制根据本方法的用于机动车辆内燃式气体发动机颗粒过滤器的主动式再生的操作区域的图表或映射；以及

图5是绘制根据本方法的用于机动车辆内燃式气体发动机的气体颗粒过滤器再生策略的图表或映射。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。

参考图1a，示出了三效催化转化器(twc)10和独立的气体颗粒过滤器(gpf)12的第一、地板下系统构造8。常规的三效催化转化器10包括接收来自汽油燃料内燃机16的排气的入口端或开口14和通过排气管20连接到气体颗粒过滤器12的入口端或开口22的出口端或开口18。进而，气体颗粒过滤器12具有出口端或开口24，其将颗粒过滤器12的输出供给到排气系统的其他部件，例如消声器、谐振器和尾管(均未示出)。

在气体颗粒过滤器12的上游或前方并且设置在排气管20中的是前置gpf温度传感器26，其顾名思义，测量进入气体颗粒过滤器12的排气的温度。设置在气体颗粒过滤器12上，即，利用第一压力感测管或管件28连接到或邻近气体颗粒过滤器12的入口端或开口22并且利用第二压力感测管或管件30连接到或邻近气体颗粒过滤器12的出口端或开口24的是差压传感器32，其感测穿过或经由气体颗粒过滤器12的排气的压降。在气体颗粒过滤器12的下游或之后是后置gpf温度传感器34，其同样其顾名思义，测量离开气体颗粒过滤器12的排气的温度。将来自前置gpf温度传感器26、差压传感器32和后置gpf温度传感器34的数据或信号提供给气体颗粒过滤器控制模块36，其可以是独立的电子装置，例如具有合适的输入、存储器、处理和输出部件的微处理器，或者可以是发动机控制模块(ecm)的一部分或部件(未示出)。将来自传感器38的其他数据和信号，例如车辆里程表、车速表、发动机转速表、冷却剂温度传感器和环境空气压力传感器提供给或可以提供给气体颗粒过滤器控制模块36。

参考图1b，示出了具有紧耦联转换器和过滤器组件的备选排气系统构造，并且总体上由附图标记40表示。紧耦联转换器和过滤器组件40容纳在一体式壳体42中，该一体式壳体42包括接收来自汽油燃料内燃机16的排气的入口管或开口44。在壳体42中邻近入口44是常规的三效催化转化器46，排气通过所述三效催化转化器46。在壳体42内的催化转化器46的下游和附近是气体颗粒过滤器48。一体式壳体42还包括出口配件或管件52，其将紧耦联转换器和过滤器组件40的输出引导至排气系统的其他部件，例如消声器、谐振器和尾管(均未示出)。

紧耦联转换器和过滤器组件40与气体颗粒过滤器12的配置相同。因此，它包括前置gpf温度传感器54、具有合适的入口和出口压力感测管或管件58的压差传感器56，以及,后置gpf温度传感器60，所有这些都以相同的方式操作并且感测与上述传感器26、32和34相同的变量。类似地，将来自这些传感器的数据或信号提供给气体颗粒过滤器控制模块64，该气体颗粒过滤器控制模块64可以是例如微处理器的独立的电子装置，或者可以是发动机控制模块(ecm)的一部分或部件(未示出)。将来自传感器66的其他数据和信号，例如车辆里程表、车速表、发动机转速表、冷却剂温度传感器和环境空气压力传感器提供给或可以提供给气体颗粒过滤器控制模块64。

除了图1a的三效催化转化器(twc)10和独立的气体颗粒过滤器(gpf)12的第一、地板下系统构造8和图1b的紧耦联转换器和过滤器组件40之外，本公开还涉及涂覆的gpf，其也被称为四效催化转化器或装置。该装置包括三效催化转换器，其功能与气体颗粒过滤器相结合和集成。

现在参照图2，示出了典型的气体颗粒过滤器(例如过滤器12和48)的内部特征。为了清楚起见并避免不必要的重复，用于图2的附图标记指代图1a的气体颗粒过滤器12。然而，应当理解，以下描述适用于与图1b的气体颗粒过滤器48相同的精度和相关性。颗粒过滤器12包括入口端或开口22，来自内燃机16的排气通过该入口端或开口22流入过滤器12。类似地，颗粒过滤器12包括出口端或开口24，经处理的排气通过该出口端或开口24流入排气系统的剩余部分。入口端22和出口端24是大致圆柱形的壳体70的一部分并由大致圆柱形的壳体70连接，壳体70接收并密封三维滤网72。过滤网72包括过滤介质的细长正交面板74的框架，其限定优选为正方形的细长通道或槽76。首先或在通道或槽76的入口端78处交替设置块或塞82，即在通道或槽76的每隔一个第一端78处密封通道或槽76的端部。因此，排气进入每隔一个的通道或槽76。在过滤器12的入口端78处开口的每个通道或槽76的第二或出口端84，即，不包括块或塞82，通过密封通道或槽76的出口端82的块或塞86进行封闭。包括入口端78处的块或塞82的每个通道或槽76在出口端84处开口。因此，进入通道或槽76的开口的第一或入口端78的排气流必须且确实穿过过滤介质的面板74，并通过通道或槽76的开放的第二出口端84离开过滤器12。

现在参照图3，示出根据本公开的气体颗粒过滤器再生方法的步骤的流程图通常用附图标记100表示。方法100从启动或初始化步骤102开始，其清除某些寄存器并开始程序或算法，该程序或算法优选地迭代并以确保车辆的气体颗粒过滤器的适当和及时再生的速率重复并且与其他车辆和发动机程序和软件兼容。方法100然后进入第一处理步骤104，其读取各种车辆和动力传动系传感器，例如车辆里程表、发动机速度、前置gpf温度传感器26和差压传感器32，以确定烟炱负载。利用该信息，方法100移动到第一判定点106，该第一判定点基于这些和其他可选变量确定气体颗粒过滤器12(和48)中的烟炱水平，即收集的气体颗粒是否已经达到需要再生的水平。如果没有，则在no处退出第一判定点106，并且该方法100的该迭代终止于终点110。如果烟炱处于需要再生的水平，则判定点106在yes处退出，并且遇到询问是否需要强制再生的第二判定点112。

强制再生可能是必要的，例如，如果车辆里程表指示自上次再生以来累积了大量的里程，则在过滤器12(和48)上存在显著的压降，和/或由于短途旅行或寒冷天气的组合，颗粒过滤器12未达到足够高的温度以实现再生。如果需要强制再生，则在yes处退出第二判定点112，并且遇到询问烟炱水平是否小于预定值(例如110％)的第三判定点114。烟炱水平可以由差压传感器32指示的压降或经验操作数据确定。如果烟炱水平小于110％，则在yes处退出第三判定点114。

如果烟尘水平大于110％，则在no处退出第三判定点114，并且方法100移动到第四判定点116，该第四判定点116询问烟炱水平是否大于或等于110％但小于或等于150％。如果是，则在yes处退出第四判定点116，并且第二处理步骤118点亮第一指示灯或在驾驶员信息中心(dic)中提供第一条信息，说明“继续驾驶以用于gpf的再生”或类似的话。如果该陈述不成立，即，如果烟炱水平大于或等于150％，则在no处退出第四判定点116，并且第三处理步骤122点亮第二指示灯或在驾驶员信息中心提供了第二条信息，说明“发动机功率降低”、“gpf再生期间发动机功率降低”或类似的话。

在第二或第三处理步骤118和122之后，或者如果第二判定点112在no处退出，则方法100遇到第五判定点124，该第五判定点124询问在发动机16正在以下条件下操作的过程中是否正在请求这种再生，出于操纵性能或部件保护的原因禁止再生。(参见下面的图4和所附文本)如果是，则中止再生过程并且方法100返回到终点110。如果发动机16不在禁止区域中操作，则第五判定点124在no处退出，并且第六判定点126询问气体颗粒过滤器12(和48)是否处于足够高的温度(大约600℃)可以完成烟炱燃烧，即，其温度是否高于最低温度。如果由前置gpf温度传感器26(和54)感测到的温度低于烟炱燃烧阈值温度，则在no处退出第六判定点126，并且遇到第四个处理步骤128进行一个或多个处理步骤，即，引起气体颗粒过滤器12(和48)的温度升高的行动的组合。该行动通常包括但不限于延迟点火正时、调整燃油喷射正时、调整气门正时、禁止减速燃油切断(dfco)能力以及禁止发动机自动启动-停止(ess)功能。

随着步骤128的过程的发生，方法100返回到第六判定点126，该判定点再次询问气体颗粒过滤器12(和48)是否处于足够高的温度下使得可以完成烟炱燃烧。如果温度高于烟炱燃烧阈值温度，则在yes处退出第六判定点126，并且方法100移至第五处理步骤132，该第五处理步骤132开始烟炱燃烧、再生阶段。该阶段或步骤132基本保持发动机16的操作条件，其促使过滤器12(和48)中的烟炱(收集的气体颗粒)的快速和完全燃烧。该行动通常包括但不限于执行以下行动中的一个或多个：将提供增加的氧气的空气/燃料混合物倾斜到过滤器12(和48)、延迟火花正时、调整燃料喷射正时、调整凸轮相位器位置以调整气门正时、启用减速燃油切断(dfco)能力、并再次禁止发动机自动启动停止(ess)功能。

最后，到达第七判定点134，该第七判定点134询问是否应该终止再生循环，因为烟炱已经被烧掉。该决定是几种操作条件下的结果，其中最显著的是降低到阈值水平以下或由压差传感器32(和56)感测到的过滤器12(和48)两端的压降值，通过前置gpf温度传感器26(和54)和后置gpf温度传感器34(和60)以及预定时间间隔的槽来获得基本上相等的入口和出口温度。如果给定这些值以及可选的其他变量，确定烟炱没有被烧掉，则在no处退出第七判定点134，并且方法100返回到第六判定点126以再次判定颗粒过滤器12(和48)中是否保持合适的烟炱燃烧温度。如果确定烟炱已经被烧掉，则在yes处退出第七判定点134，并且方法100在终点110处终止。

应当理解，图3中所述和上面描述的方法100的过程和步骤的顺序是示例性和说明性的，并且可以对顺序进行重新排序，同时仍然实现相同的结果。例如，在发动机16的某些操作条件期间中止再生的第五判定点124可以在与强制再生有关的第二判定点112之前被重新定位和执行，或者其可以在与再生有关的第一判定点106之前被重新定位和执行。

现在参照图4，图表140呈现沿着水平(x)轴的发动机速度和沿着纵(y)轴的制动扭矩的曲线图。应当理解，如上所述调整发动机16的操作参数可以在某些操作条件下进行时影响车辆动力系的性能。因此，图4呈现了两个绘图区或区域，一个标为142，通常以2000r.p.m.和220nm的扭矩为中心，另一个标为144，通常从3000r.p.m.和300nm的扭矩延伸到6400r.p.m.和150nm的扭矩，其中禁止气体颗粒过滤器12(和48)的再生。由于操纵性能原因在区或区域142中禁止再生，并且出于部件保护的原因在区或区域144中禁止再生。应当理解，图4中出现的曲线和上述值仅是示例性和说明性的，并且它们在图表140上的尺寸和位置将随着发动机排量、功率、压缩比、抽吸(自然、涡轮增压或增压)和其他变量而发生变化。

现在参照图5，在激活图150中示出了再生的整体方法，该激活图150呈现沿着水平(x)轴的百分比的烟炱负载和沿着纵(y)轴的百分比的发动机负载。激活图150定义了几个操作区或区域，包括：在相对较低的发动机负载下的第一操作区域152，其中颗粒过滤器12(和48)的温度不足以实现烟炱燃烧；发生被动式烟炱燃烧的较高的发动机负载的第二区域154，即仅仅因为发动机16的操作条件在颗粒过滤器12(和48)中产生足够高的温度(大约600℃以上)而发生的烟炱燃烧，从而发生烟炱燃烧；以及对应于图4的禁止区或区域144的较高发动机负载的第三区域156，其中主动式再生被禁止。

当烟炱负载到达大约100％时，如上述各种传感器所确定的、相应于图3的方法100和流程图的被动式、但更重要的是主动式再生，起始于第四区域158。请注意，随着发动机负载增加，尽管需要主动地再生过滤器12(和48)，可能会遇到阻止主动式再生的第三区域156。还要注意的是，如果检测到的烟炱水平达到大约110％的阈值，如线162所示，则将在驾驶员信息中心(dic)中提供第一条信息，说明“继续驾驶以用于gpf的再生”或类似的话。这通过上面结合图3描述的第二处理步骤118来实现。

如果并且当烟炱负载达到约150％时，如线166所示，将在驾驶员信息中心(dic)中提供第二指示灯或信息，其说明“发动机功率降低”、“发动机功率在gpf再生期间降低“或类似的话。这通过上面结合图3描述的第三处理步骤122来实现。与此信息一致，在高发动机负载下，在第五区域172中，发动机功率减小。在由线174表示的大约155％的烟炱负载下，当dtcfr高时，第六区域176要求再生系统和过滤器12(和48)的服务。如果烟炱负载超过大约170％，如线182所示，则第七区域184提供必须更换颗粒过滤器12(和48)的指示。该指示可以通过点亮“检查发动机”指示器和/或在例如obdii的系统中提供车载诊断指示来实现。

前述公开内容本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变型旨在是并且在本公开的范围内。这些变型不是，也不被认为是脱离本公开的精神和范围。