在微粒過濾器處泄漏檢測(cè)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及在內(nèi)燃機(jī)一一比如汽油機(jī)一一中連接的微粒過濾器處泄漏檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微粒(例如，煙粒)作為一些燃燒過程的副產(chǎn)物可在內(nèi)燃機(jī)中形成。例如，微?？梢栽诟叩陌l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或高的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下在排氣中形成。微粒的形成也可以與將燃料直接噴射入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中有關(guān)。可以在排氣管道中使用微粒過濾器，以便保留微粒并減少煙粒排放物。隨著時(shí)間的推移，微粒在過濾器內(nèi)累積，這降低了通過排氣系統(tǒng)的排氣流速率并產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)背壓，其可降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率和燃料經(jīng)濟(jì)性。為了降低背壓，過濾器可以間歇地再生燃盡累積的煙粒。然而，即使利用間歇性再生，微粒過濾器可能退化并通過尾管將微粒泄露至大氣中。
[0003]測(cè)定微粒過濾器是否正在泄露的一種方式是通過使用壓力傳感器，如Yamakawa等在EP 2690263中所示的。其中，微粒過濾器的上游側(cè)的壓力值和微粒過濾器的下游側(cè)的壓力值被傅里葉變換，并且被比較，從而檢測(cè)在微粒過濾器上沉積的微粒的量。然后，基于該比較確定過濾器的健康情況。測(cè)定微粒過濾器是否正在泄露的另一種方式是Yadav等在US 2012/0125081中所示的。其中，微粒物質(zhì)的累積基于與溫度傳感器連接的微粒傳感器和過濾器下游的排氣管道中放置的流速傳感器測(cè)定。針對(duì)微粒傳感器輸入值和微粒傳感器溫度，控制器測(cè)定微粒過濾器診斷值。預(yù)定時(shí)間內(nèi)微粒過濾器診斷值高于特定值表明微粒過濾器正在泄露煙粒至排氣。
[0004]然而，本文發(fā)明人已經(jīng)鑒定了使用這樣方法的潛在問題。作為一個(gè)實(shí)例，在Yamakawa的方法中，可能存在與增加壓力傳感器至排氣系統(tǒng)相關(guān)的額外成本。此外，壓力傳感器在排氣系統(tǒng)的苛刻條件中可能不是耐用的，需要頻繁更換。進(jìn)一步，上游和下游壓力傳感器之間的壓力差可能需要是明顯不同的以指示微粒過濾器退化。作為另一個(gè)實(shí)例，在Yadav的方法中，微粒傳感器可能需要頻繁再生。因此，過濾器再生之后，可能需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)微粒物質(zhì)數(shù)量的改變，以便不會(huì)破壞診斷程序的結(jié)果。因此，可能沒有足夠的機(jī)會(huì)用于持續(xù)的微粒過濾器監(jiān)測(cè)。還有其他問題包括需要額外的傳感器，比如溫度傳感器，這增加了部件成本和控制復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了上面提及的問題并且開發(fā)了用于測(cè)定排氣系統(tǒng)中汽油微粒過濾器(GPF)泄露或退化的方法。該方法包括在選定條件期間將上游排氣中氧傳感器和下游排氣中氧傳感器的輸出與排氣微粒過濾器兩側(cè)的壓降相關(guān)聯(lián)。然后，該壓降可以與自微粒過濾器的泄露有關(guān)。該選定條件可包括過濾器兩側(cè)的排氣中氧濃度基本上保持恒定的條件。以這種方式，現(xiàn)有的排氣中氧傳感器在選定條件期間可用作壓力傳感器，允許過濾器兩側(cè)的排氣氧的分壓的改變與GPF健康情況相關(guān)聯(lián)。
[0006]作為實(shí)例，排氣系統(tǒng)可包括位于排氣汽油微粒過濾器(GPF)上游的第一排氣傳感器(例如，第一氧傳感器)和位于GPF下游的第二排氣傳感器(例如，第二氧傳感器)。在發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件期間，比如在GPF中再生和攝氧，第一 GPF前氧傳感器和第二 GPF后氧傳感器的輸出可用于推斷過濾器煙粒水平。具體而言，過濾器兩側(cè)的氧濃度的改變可與微粒過濾器內(nèi)被氧化的煙粒質(zhì)量有關(guān)。因此，由于排氣傳感器在微粒過濾器兩側(cè)的氧濃度保持基本上恒定的選定發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件期間一一比如發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間和過濾器再生之后一一測(cè)量排氣中氧的分壓，傳感器的輸出可能不同。具體地，上游氧傳感器可以具有比下游傳感器更高的輸出。在那些條件期間，可計(jì)算并應(yīng)用至少基于排氣流速率的修正因子以修正傳感器輸出。如果修正之后限定時(shí)間間隔內(nèi)監(jiān)測(cè)的傳感器輸出之間的差值低于閾值(例如，如果GPF前排氣傳感器的修正的輸出低于GPF后排氣傳感器的輸出)，則發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可推斷過濾器兩側(cè)的分壓的改變是由于過濾器退化。例如，可以推斷GPF正在泄露并且可以設(shè)定診斷代碼。
[0007]以這種方式，現(xiàn)有的排氣傳感器可以在選定條件期間有利地用于推斷微粒過濾器泄露，而不需要其它專用的傳感器，比如專用的壓力或溫度傳感器。通過在GPF兩側(cè)的排氣中氧濃度不變的操作條件下監(jiān)測(cè)對(duì)于氧的分壓靈敏的排氣中氧傳感器的輸出，氧傳感器可以有利地用作壓力傳感器。然后，基于排氣傳感器的輸出估計(jì)的過濾器兩側(cè)的壓力改變可以與過濾器健康情況有關(guān)。例如，傳感器的輸出可以在過濾器再生之后、在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)條件期間和/或發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)之后進(jìn)行比較，從而基于過濾器兩側(cè)的氧分壓的差鑒定過濾器退化。通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中已經(jīng)可利用的部件，實(shí)現(xiàn)部件減少益處，而不降低診斷程序結(jié)果的可靠性。通過檢測(cè)微粒過濾器健康情況，可以提高車輛排放合規(guī)(compliance)。
[0008]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上
【發(fā)明內(nèi)容】
以便以簡(jiǎn)化方式介紹【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述的概念的選擇。這不意味著鑒定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵的或必要的特征，其范圍由權(quán)利要求書唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決以上或本公開的任意部分中記錄的任何不利的實(shí)施。
【附圖說明】
[0009]圖1示意性地顯示具有排氣系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0010]圖2示意性地顯示排氣系統(tǒng)的實(shí)例實(shí)施方式。
[0011]圖3是闡明實(shí)例GPF計(jì)示壓力(gage pressure)的圖。
[0012]圖4A和4B顯示汽油微粒過濾器兩側(cè)放置的排氣系統(tǒng)氧傳感器對(duì)排氣流速率改變的實(shí)例響應(yīng)。
[0013]圖5顯示基于發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件選擇性地開始GPF診斷程序的實(shí)例方法。
[0014]圖6顯示闡明圖5的診斷程序的可以選擇的不同進(jìn)入條件(entry condit1n)的實(shí)例流程圖。
[0015]圖7顯示不同診斷程序進(jìn)入條件的實(shí)例氧傳感器輸出讀數(shù)。
[0016]圖8顯示基于過濾器前氧傳感器讀數(shù)和過濾器后氧傳感器讀數(shù)指示GPF退化的實(shí)例方法。
[0017]圖9顯示基于過濾器前氧傳感器讀數(shù)和過濾器后氧傳感器讀數(shù)指示GPF退化的另一個(gè)實(shí)例方法。
[0018]圖10顯示基于隨著時(shí)間的推移過濾器前氧傳感器響應(yīng)和過濾器后氧傳感器響應(yīng)的改變?cè)谶x定發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件期間的GPF泄露檢測(cè)的實(shí)例。
[0019]圖11顯示基于過濾器前氧傳感器讀數(shù)和過濾器后氧傳感器讀數(shù)再生GPF的實(shí)例方法。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本說明書涉及用于診斷來自與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)一一比如圖1-2的排氣系統(tǒng)一一連接的汽油微粒過濾器(GPF)的微粒物質(zhì)的退化的方法和系統(tǒng)。不同的排氣流速率下GPF兩側(cè)放置的排氣氧傳感器的輸出在圖3和圖4中顯示。在選定條件期間，其中微粒過濾器兩側(cè)的排氣中氧濃度基本上是恒定的，可以基于過濾器的上游和下游放置的氧傳感器的響應(yīng)監(jiān)測(cè)GPF退化，如圖10中所闡明的。在當(dāng)過濾器兩側(cè)的氧濃度預(yù)期不改變時(shí)的選定條件期間，比如圖6和圖7中闡明的那些，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可以被配置為執(zhí)行診斷程序，比如圖5、8和9中描繪的那些，從而基于GPF上游的排氣氧傳感器和GPF下游的排氣氧傳感器的輸出估計(jì)微粒過濾器兩側(cè)的壓降。然后，控制器可以使壓降與GPF健康情況相關(guān)聯(lián)。傳感器的輸出在其它條件期間可用于得知過濾器負(fù)荷并確定GPF是否可以再生，如圖11中所顯示的。實(shí)例氧傳感器輸出和確定GPF健康情況中它們的使用在圖4和圖10中顯示。以這種方式，可以提高過濾器診斷，從而提高排放合規(guī)。
[0021]圖1是顯示可以在車輛一一比如配置用于道路行駛的車輛一一中實(shí)施的發(fā)動(dòng)機(jī)10的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)23和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)25的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)10包含多個(gè)氣缸30。發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)氣缸可包含一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)或多個(gè)排氣門(沒有顯示)。例如，這些閥門可以是位于氣缸上部區(qū)域處的提升閥。氣缸30可接收來自燃料噴射器66的燃料。燃料噴射器66可以噴射，例如包含汽油、酒精或其組合的任何適合的燃料。燃料噴射器66可以被配置為通過直接噴射或進(jìn)氣道噴射輸送燃料。又進(jìn)一步，氣缸30的每個(gè)可包含多個(gè)燃料噴射器，比如一個(gè)直接噴射器或進(jìn)氣道噴射器。多個(gè)燃料噴射器可噴射相同燃料或不同類型的燃料，比如不同酒精含量的燃料。
[0022]控制系統(tǒng)14可包含發(fā)送信號(hào)至控制器12的傳感器16。進(jìn)一步，控制器12可以是具有在非臨時(shí)性存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的可讀指令的計(jì)算機(jī)?？刂破?2可基于來自傳感器16的輸出發(fā)送信號(hào)至驅(qū)動(dòng)器18以控制發(fā)動(dòng)機(jī)10以及包含以上描述的閥門的進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)的部件的操作。實(shí)例控制程序關(guān)于圖6-9和11在本文中描述，其可作為指令儲(chǔ)存在控制器中的存儲(chǔ)器中。
[0023]發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)23可包含進(jìn)氣道42，通過該進(jìn)氣道42新鮮空氣輸送至發(fā)送機(jī)10。進(jìn)氣道42可包含具有節(jié)流板的節(jié)氣門62。在一個(gè)實(shí)例中，節(jié)氣門62的節(jié)流板的位置可以通過提供給節(jié)氣門62包含的電動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)器一一通常稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)的配置一一的信號(hào)由控制器12改變。以這種方式，可以操作節(jié)氣門62以改變發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸30之間的提供給燃燒室的進(jìn)氣。進(jìn)一步，包含至少一個(gè)壓縮機(jī)162的壓縮裝置一一比如渦輪增壓器或機(jī)械增壓器一一可以沿著進(jìn)氣歧管44設(shè)置。對(duì)于渦輪增壓器，壓縮機(jī)162可以至少部分地由沿著排氣歧管48設(shè)置的渦輪164，例如通過軸163驅(qū)動(dòng)。對(duì)于機(jī)械增壓器，壓縮機(jī)162可以至少部分地由發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電機(jī)驅(qū)動(dòng)并且可能不包含渦輪。
[0024]排氣系統(tǒng)25可包含含有汽油微粒過濾器(GPF) 72上游的一個(gè)或多個(gè)排放控制裝置71—一其在本文中也稱為排氣催化劑一一的排氣道35。例如，排放控制裝置71可以處理發(fā)動(dòng)機(jī)排氣以使排氣成分氧化。排放控制裝置71可包含氧化催化劑、三元催化劑、還原催化劑(例如，SCR催化劑)或其組合。例如，排放控制裝置71可以以緊密連接位置放置在排氣管道中。進(jìn)一步，發(fā)動(dòng)機(jī)10可包含排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)(沒有顯示)以幫助降低NOx和其它排放物。EGR系統(tǒng)可以被配置為將來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的一部分排氣再循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。在一個(gè)實(shí)例中，EGR系統(tǒng)可以是低壓EGR系統(tǒng)，其中排氣從渦輪下游(和排放控制裝置和汽油微粒過濾器的上游或下游)再循環(huán)至壓縮機(jī)上游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。在另一個(gè)實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可包含高壓EGR系統(tǒng)，在該高壓EGR系統(tǒng)中排氣從渦輪的上游被輸送至壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣歧管。
[0025]位于排放控制裝置71下游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣道35中的汽油微粒過濾器(GPF) 72——在本文中也稱為微粒過濾器或過濾器一一被配置為保留殘留煙粒和從發(fā)動(dòng)機(jī)10排放的其它碳?xì)浠衔?，以便降低微粒排放物。保留的微?？梢栽诎l(fā)動(dòng)機(jī)操作期間執(zhí)行的再生過程中被氧化以產(chǎn)生二氧化碳，從而降低GPF的煙粒負(fù)荷。在再生期間，可以提高GPF的溫度和進(jìn)入GPF的排氣，以燃盡儲(chǔ)存的煙粒。因此，GPF再生可以在高排氣溫度(例如，600°C和以上的溫度)下進(jìn)行以便保留的微粒以快速的方式燃燒并且不釋放至大氣中。為了以有效的方式加速再生過程并氧化煙粒，進(jìn)入微粒過濾器的排氣可以被臨時(shí)稀化(enleaned) XPF72可以與排氣歧管48在排放控制設(shè)備71的下游的位置處相通。在一些實(shí)施方式中，GPF72可包含涂層以進(jìn)一步降低排放物。例如，該涂層可包括稀燃NOx捕集器(LNT)、選擇性催化還原劑(SCR)或催化氧化劑(CO)的一個(gè)或多個(gè)。進(jìn)一步，當(dāng)應(yīng)用至過濾器時(shí)涂層加載可能改變。
[0026]排氣系統(tǒng)可包含至少兩個(gè)排氣傳感器。在描繪的實(shí)施方式中，三個(gè)排氣傳感器126,216和218在排氣系統(tǒng)25中顯示連接。在一個(gè)實(shí)例中，排氣傳感器126、216和218可以是氧傳感器，其可以從用于提供排氣空/燃比的指示的各種適合的傳感器中選擇。氧傳感器可以是線性氧傳感器或變換(switching)氧傳感器。作為實(shí)例，氧傳感器