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CN101900024B - 排气碳氢化合物喷射控制系统和方法 - Google Patents

排气碳氢化合物喷射控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及排气碳氢化合物喷射控制系统和方法，提供一种系统包括喷射控制模块和燃料膜模块。喷射控制模块控制燃料喷入排气系统的流量以调整排气温度。燃料膜模块根据燃料流量确定燃料在排气系统表面上的积累速率。燃料膜模块根据排气流量确定燃料离开排气系统表面的释放速率。喷射控制模块根据积累速率和释放速率调整燃料流量。

Description

排气碳氢化合物喷射控制系统和方法
技术领域
本发明涉及发动机控制系统和方法，并且尤其涉及控制燃料输送以调整微粒过滤器温度的控制系统和方法。
背景技术
此处给出的背景资料描述是为了大概介绍本发明的背景。当前署名的发明人的工作，在背景资料章节做了一定程度的描述，还有那些在申请时不能称作现有技术的方面，这些都不能明显地或隐含地认作相对于本发明的现有技术。
压燃式发动机，例如柴油机，可能产生微粒物质(PM)，由PM过滤器把微粒物质从排气中滤出。PM过滤器降低燃烧期间产生的PM排放。随着时间的过去，PM过滤器变满并且可能限制排气流过PM过滤器。可以通过称为“再生”的过程除去积累在PM过滤器内的PM。在再生期间，PM过滤器内的PM会被烧掉。
再生可以通过例如提高进入PM过滤器的排气的温度来实现。碳氢化合物(HC)计量单元可以在一个或多个排气部件例如氧化催化剂和PM过滤器上游将燃料喷入排气系统中。喷射的大部分燃料与排气混合并且在氧化催化剂中燃烧。这个燃烧加热排气，由此提高进入PM过滤器的排气的温度。喷射的燃料流量控制排气温度为再生温度。升高的排气温度可以促使PM燃烧。
发明内容
一种系统包括喷射控制模块和燃料膜模块。喷射控制模块控制燃料喷入排气系统的流量以调整排气温度。燃料膜模块根据燃料流量确定燃料在排气系统表面上的积累速率。燃料膜模块根据排气流量确定燃料离开排气系统表面的释放速率。喷射控制模块根据积累速率和释放速率调整燃料流量。
在其它特征中，燃料膜模块根据排气温度和排气系统的部件温度中的至少一个确定积累速率。还在其它特征中，燃料膜模块根据排气温度和排气系统的部件温度中的至少一个确定释放速率。燃料膜模块确定由于进入氧化催化剂之前燃料与排气的氧化和燃料在没有燃烧的情况下流过氧化催化剂中的至少一者所引起的燃料的燃料损失率。喷射控制模块根据燃料损失率调整燃料流量。又在其它特征中，燃料膜模块根据积累速率和释放速率确定表面上的燃料质量。燃料膜模块根据表面上的燃料质量限制积累速率和释放速率。
在其它特征中，排气系统的表面包括排气管内壁和催化剂入口中的至少一个。喷射控制模块控制燃料流量以加热排气到预定温度。喷射控制模块控制燃料流量以控制排气温度来燃烧PM过滤器中的微粒物质(PM)。喷射控制模块控制燃料喷射器在排气系统中的喷射时期和燃料泵转速中的至少一个以控制燃料流量。
根据本发明，提供下列技术方案。
技术方案1：一种系统，包括：
喷射控制模块，其控制燃料喷入排气系统的流量以调整排气温度；
燃料膜模块，其根据所述燃料流量确定燃料在所述排气系统的表面上的积累速率，并且根据排气流量确定燃料从所述排气系统表面的释放速率，
其中，所述喷射控制模块根据所述积累速率和所述释放速率调整所述燃料流量。
技术方案2：如技术方案1所述的系统，其中，所述燃料膜模块根据排气温度和排气系统的部件温度中的至少一个确定所述积累速率。
技术方案3：如技术方案1所述的系统，其中，所述燃料膜模块根据排气温度和排气系统的部件温度中的至少一个确定所述释放速率。
技术方案4：如技术方案1所述的系统，其中，所述燃料膜模块确定由于进入氧化催化剂之前燃料与排气的氧化和燃料在没有燃烧的情况下流过所述氧化催化剂中的至少一者所引起的燃料的燃料损失量，其中，所述喷射控制模块根据所述燃料损失率调整所述燃料流量。
技术方案5：如技术方案1所述的系统，其中，所述燃料膜模块根据所述积累速率和所述释放速率确定所述表面上的燃料质量。
技术方案6：如技术方案5所述的系统，其中，所述燃料膜模块根据所述表面上的所述燃料质量限制所述积累速率和所述释放速率。
技术方案7：如技术方案1所述的系统，其中，所述排气系统的表面包括排气管内壁和催化剂入口中的至少一个。
技术方案8：如技术方案1所述的系统，其中，所述喷射控制模块控制所述燃料流量以加热所述排气到预定温度。
技术方案9：如技术方案1所述的系统，其中，所述喷射控制模块控制所述燃料流量以控制所述排气温度来燃烧PM过滤器中的微粒物质。
技术方案10：如技术方案1所述的系统，其中，所述喷射控制模块控制燃料喷射器在所述排气系统中的喷射时期和燃料泵转速中的至少一个以控制所述燃料流量。
技术方案11：一种方法，包括：
控制燃料喷入排气系统的流量以调整排气温度；
根据所述燃料流量确定燃料在所述排气系统的表面上的积累速率；
根据排气流量确定燃料从所述排气系统表面的释放速率；以及
根据所述积累速率和所述释放速率调整所述燃料流量。
技术方案12：如技术方案11所述的方法，还包括，根据排气温度和排气系统的部件温度中的至少一个确定所述积累速率。
技术方案13：如技术方案11所述的方法，还包括，根据排气温度和排气系统的部件温度中的至少一个确定所述释放速率。
技术方案14：如技术方案11所述的方法，还包括：
确定由于进入氧化催化剂之前燃料与排气的氧化和燃料在没有燃烧的情况下流过所述氧化催化剂中的至少一者所引起的燃料的燃料损失量；以及
根据所述燃料损失率调整所述燃料流量。
技术方案15：如技术方案11所述的方法，还包括，根据所述积累速率和所述释放速率确定所述表面上的燃料质量。
技术方案16：如技术方案15所述的方法，还包括，根据所述表面上的所述燃料质量限制所述积累速率和所述释放速率。
技术方案17：如技术方案11所述的方法，其中，所述排气系统的表面包括排气管内壁和催化剂入口中的至少一个。
技术方案18：如技术方案11所述的方法，还包括，控制所述燃料流量以加热所述排气到预定温度。
技术方案19：如技术方案11所述的方法，还包括，控制所述燃料流量以控制所述排气温度来燃烧PM过滤器中的微粒物质。
技术方案20：如技术方案11所述的方法，还包括，控制燃料喷射器在所述排气系统中的喷射时期和燃料泵转速中的至少一个以控制所述燃料流量。
从下面提供的详细描述中将更明显地看出本发明的其他适用范围。应当理解，本详细描述和特定例子只是起到举例的作用，而不意图限制本发明的范围。
附图说明
通过详细说明和附图将更完整地理解本发明，其中：
图1是依照本发明的示例性发动机系统的原理框图；
图2是本发明的碳氢化合物喷射系统的原理框图；
图3是依照本发明的发动机控制模块的示例性实施例的原理框图；以及
图4是依照本发明的发动机控制模块所执行的示例性方法的流程图。
具体实施方式
下列描述本质上仅仅是示例性的，并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中将使用相同的附图标记表示相似的元件。本文所用的措词″A、B和C中的至少一个″应当解释成意味着使用非排他逻辑″或″的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法内的步骤可以以不同顺序执行，只要不改变本发明的原理。
本文所用的术语″模块″是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它的提供所述功能的适当部件。
通常，喷射的一些燃料可能不与排气混合。相反，喷射的一些燃料可能积累在排气系统的表面上，例如排气管的内壁和/或排气部件的表面上。积累的一些燃料可能会通过蒸发的方式释放到排气中。
燃料的积累和释放可能影响排气温度的控制。只是举例来说，当喷射的一部分燃料积累在表面上时，这部分燃料就不在氧化催化剂中燃烧。在氧化催化剂中燃烧的燃料量减少并且可能引起排气温度降低至再生温度以下。当表面上的一部分燃料蒸发成排气时，那部分燃料会在氧化催化剂中燃烧。在氧化催化剂中燃烧的燃料量增大并且可能引起排气温度升高至再生温度以上。
本发明的一种控制系统和方法确定燃料在排气系统表面上的积累速率和燃料离开该表面的释放速率。所述积累速率可以基于喷射的燃料流量和HC计量单元附近的排气温度。所述释放速率可以基于排气流量和HC计量单元附近的排气温度。该控制系统和方法燃根据所述积累速率和所述释放速率调整喷射的燃料流量。
现在参照图1，示意性地示出依照本发明的一种示例性发动机系统20。发动机系统20本质上仅仅是示例性的。本发明可以适用的发动机系统包括但不局限于柴油机系统、汽油直喷式发动机系统和均质充量压燃式发动机系统。
发动机系统20包括燃烧空气燃料混合物以产生驱动转矩的发动机22。经由入口26把空气吸入进气歧管24。可以具有节气门(未示出)以调节进入进气歧管24的气流。进气歧管24内的空气被分入气缸28。虽然图1示出六个气缸28，但是发动机22可以包括更多或更少的气缸28。例如，设想具有4、5、8、10、12和16个气缸的发动机。
发动机控制模块(ECM)32与发动机系统20的部件相通信。如本文所述，这些部件可以包括发动机22、传感器和致动器。空气流过入口26，经过质量空气流量(MAF)传感器34。MAF传感器34生成表征空气流过MAF传感器34的流量的MAF信号。歧管压力(MAP)传感器36安置在位于入口26与发动机22之间的进气歧管24中。MAP传感器36生成表征进气歧管24内气压的MAP信号。位于进气歧管24中的进气温度(IAT)传感器38根据进气温度生成IAT信号。
发动机曲轴(未示出)以发动机转速或与发动机转速成比例的速度旋转。曲轴传感器40检测曲轴的位置并且生成曲轴位置(CPS)信号。该CPS信号可以与曲轴转速和气缸事件相关。只是举例来说，曲轴传感器40可以是可变磁阻传感器。可以使用其它合适的方法检测发动机转速和气缸事件。
ECM 32致动燃料喷射器42以把燃料喷入气缸28。进气门44选择性地打开和关闭以使空气能够进入气缸28。进气凸轮轴(未示出)调节进气门位置。活塞(未示出)压缩并燃烧气缸28内的空气/燃料混合物。在做功冲程期间，活塞驱动曲轴以产生驱动转矩。当排气门48处于打开位置时，迫使气缸28内的燃烧所产生的排气离开通过排气歧管46。排气凸轮轴(未示出)调节排气门位置。排气歧管压力(EMP)传感器50生成表征排气歧管压力的EMP信号。
排气系统52可以处理排气。排气系统52可以包括氧化催化剂(OC)54。OC 54氧化排气中的一氧化碳和碳氢化合物。OC 54根据燃烧后空气/燃料比氧化排气。氧化量可以提高排气温度。
排气系统52包括微粒物质(PM)过滤器56。PM过滤器56接收来自OC 54的排气并且过滤存在于排气中的任何PM。碳氢化合物(HC)计量单元58例如燃料喷射器在OC 54的上游选择性地将燃料喷入排气系统52中以控制排气温度。HC源60例如油箱经由泵62向HC计量单元58供油。
ECM 32根据各种检测和/或估计的信息控制发动机22、HC计量单元58和泵62。ECM 32可以使用HC计量单元58以控制输入PM过滤器56的排气温度来再生PM过滤器56。ECM 32可以通过控制泵62的转速和/或HC计量单元58的喷射期来调整来自HC计量单元58的燃料流量。ECM 32依照本发明原理调整由HC计量单元58喷射的燃料流量。
ECM 32可以根据检测和估计的信息估计PM过滤器装载量。过滤器装载量可以对应于PM过滤器56中的PM量。过滤器装载量可以基于排气温度和/或排气流量。排气流量可以基于MAF信号和由ECM 32确定的发动机22的燃料供给。当过滤器装载量大于或等于过滤器装载量阈值时，ECM 32可以启动再生。ECM 32可以确定期望的OC出口排气温度(即预定温度)以再生PM过滤器56。
排气系统52可以包括温度传感器66-1和66-2(一起为温度传感器66)。温度传感器66生成表征排气和/或排气系统52的部件的温度的温度信号。只是举例来说，温度传感器66可以测量OC 54和PM过滤器56之前的排气温度。温度传感器66-1可以测量OC 54的入口排气温度。温度传感器66-2可以测量PM过滤器56的入口排气温度(即OC 54的出口排气温度)。可以在排气系统52的其它位置布置附加的温度传感器(未示出)。ECM 32可以生成排气温度模型以估计整个排气系统52中的排气温度。排气温度可以是排气温度和/或排气系统52的温度，例如壁温等等。
现在参照图2，在PM过滤器56的再生期间，HC计量单元58向排气系统52中喷射燃料。大部分燃料与排气混合并且在OC 54中燃烧。这个燃烧提高输入PM过滤器56的排气的温度。离开OC 54的排气被加热到预定温度以再生PM过滤器56。温度传感器66-1测量OC 54的入口排气温度，温度传感器66-2测量OC 54的出口排气温度(即PM过滤器56的入口排气温度)。ECM32根据OC 54的期望出口排气温度控制燃料流量。
喷射的一些燃料可能不与排气混合并且可能沉积在排气系统52的内表面70和/或OC 54的入口表面72上。燃料膜74可以由沉积的燃料形成。燃料可以根据排气系统52和排气的状态积累在燃料膜74中和/或从燃料膜74释放出(例如蒸发)。只是举例来说，可以以引起一些燃料冲击表面70、72并且积累到燃料膜74之内的流量喷射燃料。燃料可以从燃料膜74蒸发，并且因此，释放到排气中去。ECM 32根据燃料在燃料膜74中的积累和燃料从燃料膜74的释放来调整燃料流量。
现在参照图3，示出了ECM 32的示例性实施例的原理框图。ECM 32可以包括基础碳氢化合物喷射(HCI)模块302，该模块确定燃料流量(kg/s)以控制排气温度。ECM 32可以包括燃料膜模块304，该模块根据积累速率和燃料从燃料膜74的释放速率确定修正值(kg/s)。ECM 32可以包括喷射控制模块306，该模块根据该修正值调整燃料流量。ECM 32可以控制HC计量单元58和/或泵62的操作来以该流量向排气系统52传送燃料。
基础HCI模块302可以确定基础燃料流量以提高离开OC 54的排气温度到OC 54的期望出口排气温度(即预定温度)。ECM 32可以确定再生PM过滤器56所需的期望出口排气温度。
基础HCI模块302可以包括存储器308，该存储器存储排气的比热(cp)和燃料的低热值(LHVfuel)。ECM 32可以包括排气流量模块310，该模块根据MAF和/或发动机22的供油确定排气流量。热损耗模块312可以确定与由于周围空气温度和车速所引起的排气系统52冷却相关的热损耗。基础燃料流量模块314可以根据期望出口排气温度、排气流量、排气温度66、来自存储器308的输入以及热损耗确定HC计量单元58的基础燃料流量。燃料膜模块304确定燃料在燃料膜74中的积累速率(kg/s)和燃料从燃料膜74的释放速率(kg/s)并且输出修正值。燃料膜模块304包括燃料积累模块316，该燃料积累模块根据燃料流量和入口排气温度66-1确定燃料在燃料膜74中的积累速率。该积累速率可以基于查询表或者预定映射，其输出积累在燃料膜74中且没有与排气混合的基础燃料流量的百分数。该积累速率可以根据该百分数和基础燃料流量来确定。只是举例来说，当燃料流量是100mg/s并且入口排气温度是250℃时，该查询表可以输出10％的百分数。因此，燃料进入燃料膜74的积累速率是10mg/s。
燃料膜模块304还包括燃料释放模块318，该燃料释放模块根据排气流量和入口排气温度66-1确定燃料从燃料膜74出来的释放速率。该释放速率可以基于查询表或者预定映射，其输出燃料从燃料膜74释放并且与排气混合的速率。只是举例来说，当排气流量是10kg/s并且入口排气温度是250℃时，该查询表可以输出1mg/s的释放速率。
燃料膜模块304还可以包括损失燃料模块320，该损失燃料模块确定由于排气系统52的各种其它状态所引起的从燃料膜74的燃料损失率。只是举例来说，该损失率可以是归因于在燃料和排气进入OC 54之前燃料被排气氧化。该损失率可以归于流过OC 54而没有燃烧的燃料。该损失率可以是基于查询表或者预定映射，其输出燃料的损失率。该损失率可以基于入口排气温度66-1和排气流量。
燃料修正模块322可以根据积累速率、释放速率和燃料膜的损失率确定修正值来修正基础燃料流量。只是举例来说，当燃料以该积累速率积累在燃料膜中时，该修正值可以给基础燃料流量增加燃料流量以补偿燃料膜74所损失的燃料流量。当燃料以该释放速率从燃料膜释放时，该修正值可以从基础燃料流量减去燃料流量以抵偿加到排气中的附加燃料流量。喷射控制模块306可以根据基础燃料流量和修正值确定HC计量单元58的预定喷射燃料流量。
燃料修正模块322还可以根据积累速率、释放速率和损失率确定燃料膜中的燃料质量。只是举例来说，排气系统52可以包括燃料膜74可以在其上积累的有限量的表面积。因此，有限的燃料质量可以积累在燃料膜74中。燃料修正模块322可以根据燃料膜74中的燃料质量和该有限的燃料质量生成一个或多个燃料膜限制因素来限制积累速率、释放速率和损失率。只是举例来说，当燃料质量达到该有限的燃料质量时，膜限制因素可以设定积累速率为零，因为不再有燃料可以积累在燃料膜74中。同样地，当燃料质量达到零时，膜限制因素可以设定释放速率为零，因为燃料膜74不再释放燃料。
现在参照图4，流程图400描述了ECM 32所执行的示例性方法。在步骤402，控制确定基础燃料流量以控制排气温度。该基础燃料流量可以是控制输入PM过滤器56的排气温度达到预定温度的期望燃料流量。在步骤404，控制确定燃料在燃料膜74中的积累速率。在步骤406，控制确定燃料从燃料膜74出来的释放速率。在步骤408，控制确定由燃料到达OC 54之前燃料的氧化而引起的燃料的损失率。
在步骤410，控制根据基础燃料流量、积累速率、释放速率和损失率调整燃料流量。只是举例来说，可以根据积累速率通过增大基础燃料流量来增加燃料流量以补偿燃料膜74所损失的燃料流量。可以根据释放速率通过减少基础燃料流量来减少燃料流量以抵偿燃料膜74所释放的燃料流量。可以根据损失率通过增大基础燃料流量来增加燃料流量以补偿OC54之前的氧化所损失的燃料流量。
现在，本领域技术人员可以从上面的描述认识到发明的宽泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定例子，但是本发明的真实范围不会由此受到限制，因为本领域技术人员在研究附图、说明书和下列权利要求书的基础上，将很明显得到其它改型。

Claims (12)

1.一种控制燃料输送以调整微粒过滤器温度的控制系统，包括：
喷射控制模块，其控制燃料在氧化催化剂上游位置喷入排气系统的燃料流量以调整由所述氧化催化剂输出的排气温度；
燃料膜模块，其根据所述燃料流量和所述氧化催化剂的入口排气温度确定在所述氧化催化剂上游燃料在所述排气系统的表面上的积累速率，并且根据排气流量和所述氧化催化剂的入口排气温度确定在所述氧化催化剂上游燃料从所述排气系统表面的释放速率，
其中，所述喷射控制模块根据所述积累速率和所述释放速率调整所述燃料流量以将由所述氧化催化剂输出的排气加热到预定温度以用于再生在所述氧化催化剂下游的微粒物质过滤器。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述燃料膜模块确定由于进入氧化催化剂之前燃料与排气的氧化和燃料在没有燃烧的情况下流过所述氧化催化剂中的至少一者所引起的燃料的燃料损失率，其中，所述喷射控制模块根据所述燃料损失率调整所述燃料流量。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述燃料膜模块根据所述积累速率和所述释放速率确定所述表面上的燃料质量。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述燃料膜模块根据所述表面上的所述燃料质量限制所述积累速率和所述释放速率。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述排气系统的表面包括排气管内壁和氧化催化剂入口中的至少一个。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述喷射控制模块控制燃料喷射器在所述排气系统中的喷射时期和燃料泵转速中的至少一个以控制所述燃料流量。
7.一种控制燃料输送以调整微粒过滤器温度的控制方法，包括：
控制燃料在氧化催化剂上游位置喷入排气系统的燃料流量以调整由所述氧化催化剂输出的排气温度；
根据所述燃料流量和所述氧化催化剂的入口排气温度确定在所述氧化催化剂上游燃料在所述排气系统表面上的积累速率；
根据排气流量和所述氧化催化剂的入口排气温度确定在所述氧化催化剂上游燃料从所述排气系统表面的释放速率；以及
根据所述积累速率和所述释放速率调整所述燃料流量以将由所述氧化催化剂输出的排气加热到预定温度以用于再生在所述氧化催化剂下游的微粒物质过滤器。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
确定由于进入氧化催化剂之前燃料与排气的氧化和燃料在没有燃烧的情况下流过所述氧化催化剂中的至少一者所引起的燃料的燃料损失率；以及
根据所述燃料损失率调整所述燃料流量。
9.如权利要求7所述的方法，还包括，根据所述积累速率和所述释放速率确定所述表面上的燃料质量。
10.如权利要求9所述的方法，还包括，根据所述表面上的所述燃料质量限制所述积累速率和所述释放速率。
11.如权利要求7所述的方法，其中，所述排气系统的表面包括排气管内壁和氧化催化剂入口中的至少一个。
12.如权利要求7所述的方法，还包括，控制燃料喷射器在所述排气系统中的喷射时期和燃料泵转速中的至少一个以控制所述燃料流量。
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