專利名稱：用于清潔微粒過濾器壓降的自適應(yīng)學(xué)習(xí)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于微粒過濾器再生系統(tǒng)的方法以及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本部分中的陳述僅提供涉及本發(fā)明的背景信息而不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)典型地具有比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)更高的功率，這是由于柴 油機(jī)燃料的增加的壓縮率以及更高的能量密度。柴油機(jī)燃燒循環(huán)產(chǎn)
生微粒，其典型地由布置在排氣流中的微粒過濾器(PF)從柴油機(jī)廢氣 過濾。隨著時(shí)間的過去，PF變得充滿并且截留的柴油機(jī)微粒必須移 除。在再生期間，柴油機(jī)微粒在PF內(nèi)燃燒。當(dāng)排放標(biāo)準(zhǔn)增加時(shí)，期 望微粒過濾器也可以在非柴油機(jī)應(yīng)用中使用。
傳統(tǒng)的方法基于行駛的距離、自上次再生以來的時(shí)間、燃燒的 燃料、或預(yù)測(cè)的炭煙積累來啟動(dòng)再生。新的方法估算微粒過濾器中 的壓降以啟動(dòng)再生。這些方法使用一個(gè)或者更多的預(yù)定的表格以預(yù) 測(cè)壓降。典型地，記入預(yù)定表才各的壓力從名稱部分來確定。因此， 微粒過濾器的底層中的變化，傳感器特性的變化，以及由于灰燼積 累的各種各樣的影響沒有在表^f各中解決。這導(dǎo)致了在過濾器中炭煙 預(yù)測(cè)精度的降低。
例如，當(dāng)存在下限部分時(shí)，低估過濾器上炭煙填充量的方法導(dǎo) 致在再生期間硬件的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)存在上限部分時(shí)，高估過濾器上炭煙 填充量的方法導(dǎo)致太頻繁的再生，這導(dǎo)致燃料的浪費(fèi)。傳統(tǒng)的方法 也不考慮基于驅(qū)動(dòng)循環(huán)特性的積累的可變性。因而，該方法已經(jīng)被 證明是不可靠的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提供一種控制系統(tǒng)以用于微粒過濾器?？刂葡到y(tǒng)包括清 潔過濾器估計(jì)模塊，其基于在再生事件的預(yù)定的周期內(nèi)的微粒過濾 器內(nèi)的第一壓力來估計(jì)清潔壓力。炭煙預(yù)測(cè)模塊，其基于對(duì)第一壓 力與在預(yù)定的周期之后接收的微粒過濾器內(nèi)的第二壓力的比較來估 計(jì)微粒過濾器內(nèi)的炭煙的水平。
在其它特征中，提供一種估計(jì)微粒過濾器內(nèi)的炭煙水平的方法。
該方法包括在再生事件的預(yù)定周期內(nèi)接收微粒過濾器內(nèi)的第 一壓 力；基于微粒過濾器內(nèi)的第一壓力估計(jì)清潔壓力；在再生事件的預(yù) 定的周期之后接收微粒過濾器內(nèi)的第二壓力；以及基于第 一壓力以 及第二壓力的比較估計(jì)微粒過濾器內(nèi)的炭煙的水平。
更多的應(yīng)用范圍將從本文提供的說明中變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理 解，該說明以及詳細(xì)的例子僅僅是為了舉例說明，而不是意在限制 本發(fā)明的范圍。


此處所描述的附圖僅僅用于舉例說明的目的，而不是意在以任 何方式限制本發(fā)明的范圍。
圖1是包括微粒過濾器的車輛的原理框圖。 圖2是壁流整體微粒過濾器的截面圖。 圖3是顯示自適應(yīng)壓降測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。 圖4是顯示自適應(yīng)壓降測(cè)量方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下列說明實(shí)際上僅作為示例，而不是意在限制本發(fā)明以及應(yīng)用 或使用。應(yīng)當(dāng)理解，遍及附圖，對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)指示同樣的或者對(duì) 應(yīng)的部分以及特征。在這里使用時(shí)，術(shù)語模塊指的是專用集成電路 (ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(共享處理器、專用處理器、或者組處理器)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路，和/ 或其它能提供上述功能的合適的元件。
現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本發(fā)明示意性地顯示了作為示例的柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)10。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10實(shí)際上^又作為示例，而 在這里說明的自適應(yīng)壓降測(cè)量系統(tǒng)可以在實(shí)現(xiàn)微粒過濾器的各種各 樣的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括，但是不限于， 汽油直接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)以及均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。為便 于討論，本發(fā)明的剩余部分將在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)容內(nèi)討論。
渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12,其燃燒空氣和燃料
的混合物以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩?？諝饨?jīng)過空氣過濾器14進(jìn)入系統(tǒng)?？諝?經(jīng)過空氣過濾器14且被吸入渦輪增壓器18。渦輪增壓器18壓縮進(jìn) 入系統(tǒng)10的新鮮空氣。 一般空氣的壓縮越大，發(fā)動(dòng)機(jī)12的輸出量 越大。被壓縮的空氣然后在進(jìn)入進(jìn)氣歧管22之前經(jīng)過空氣冷卻器20。
進(jìn)氣歧管22內(nèi)的空氣分布到汽缸26內(nèi)。雖然顯示了四個(gè)汽缸 26，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，本發(fā)明的系統(tǒng)以及方法可以在具有多個(gè)汽缸發(fā)動(dòng) 機(jī)中實(shí)現(xiàn)，其中汽缸的數(shù)目包4舌，但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10 以及12。也應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，本發(fā)明的系統(tǒng)以及方法可以在V型汽缸構(gòu) 造中實(shí)現(xiàn)。燃料由燃料噴射器28注入到汽缸26內(nèi)。來自被壓縮的 空氣的熱度點(diǎn)燃空氣燃料混合物?？諝馊剂匣旌衔锏娜紵a(chǎn)生廢氣。 廢氣離開汽缸26進(jìn)入排氣系統(tǒng)內(nèi)。
排氣系統(tǒng)包括排氣歧管30、柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)32，以及 微粒過濾器(PF)34。可選的，EGR閥(未顯示)把一部分排氣重新循環(huán) 回進(jìn)氣歧管22內(nèi)。排氣的剩佘部分被直接引到渦輪增壓器18內(nèi)以 驅(qū)動(dòng)渦輪。渦輪促進(jìn)從空氣過濾器14接收的新鮮空氣的壓縮。廢氣 流從渦輪增壓器18經(jīng)過DOC 32以及PF 34。 DOC 32基于燃燒后的 空氣燃料比率來使廢氣氧化。氡化的量增加了廢氣的溫度。PF 34從
控制模塊44基于各種各樣的檢測(cè)信息以控制發(fā)動(dòng)機(jī)和PF再生。第一壓力傳感器檢測(cè)流過PF的廢氣的壓力差，并因此生成第一壓力 傳感器信號(hào)?？梢砸庾R(shí)到，其它傳感器以及方法也可用于檢測(cè)或確
定PF 34內(nèi)的壓力差?？刂颇K44接收壓力傳感器信號(hào)并基于將在 下文進(jìn)一步地討論的下降測(cè)量方法以及系統(tǒng)來確定PF壓降。然后控 制模塊4后基于壓降來估計(jì)PF 34的填充量(loading)。當(dāng)估計(jì)的填充 量達(dá)到閾值水平(舉例來說，5克/公升微粒物質(zhì))且廢氣流率在所希望 的范圍內(nèi)時(shí)，啟動(dòng)再生程序。再生程序的持續(xù)時(shí)間基于確定要在PF 34 內(nèi)的微粒物質(zhì)量而變化。
詳細(xì)地參考圖2,其中顯示了作為示例的PF34。作為示例的PF 34 是整體微粒收集器(trap)且包括交替的關(guān)閉的單元(cell)/通道50以及 打開的單元/通道52。單元/通道50、 52典型地截面為方形，軸向地 伸展穿過該部分。PF 34的壁58優(yōu)選為由堇青石材料制成的多孔陶 瓷蜂窩壁。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，任何陶瓷的蜂窩材料被認(rèn)為處在本發(fā)明的 范圍內(nèi)。相鄰的通道在以56所顯示的各個(gè)末端為可選擇地塞緊。這 迫使柴油機(jī)懸浮微粒穿過相當(dāng)于機(jī)械式過濾器的多孔底層壁。微粒 物質(zhì)沉淀在關(guān)閉的通道50內(nèi)而廢氣穿過打開的通道52離開。炭煙 微粒59流入到PF 34內(nèi)且被截留在那里。炭煙孩￡粒的積累對(duì)PF 34 內(nèi)的壓降發(fā)生影響。
參考圖3，數(shù)據(jù)流程圖顯示了可以植入在控制模塊44內(nèi)的自適 應(yīng)壓降測(cè)量系統(tǒng)的各種各樣的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)壓降測(cè) 量系統(tǒng)的各種各樣的實(shí)施例可包括植入在控制模塊44內(nèi)的任意數(shù)量 的子模塊。顯示的子模塊可以組合和/或進(jìn)一步分割開，以類似地測(cè) 量PF 34的壓降。系統(tǒng)的輸入可以從系統(tǒng)IO(圖l)來檢測(cè)，從系統(tǒng)IO(圖 l)內(nèi)的其它控制模塊(未顯示)來接收，并/或由控制模塊44內(nèi)的其它 子模塊(未顯示)來確定。在各種各樣的實(shí)施例中，圖3的控制模塊44 包括清潔過濾器估計(jì)模塊70、自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊72以及炭煙預(yù)測(cè)模塊 74。
清潔過濾器估計(jì)^t塊70監(jiān)測(cè)再生事件的條件以確定清潔PF 34的時(shí)間并及因此設(shè)置允許狀態(tài)標(biāo)志76。在各種各樣的實(shí)施例中，清 潔過濾器估計(jì)模塊70監(jiān)測(cè)再生時(shí)間80、再生溫度82以及再生完成 狀態(tài)指示器78以確保再生已經(jīng)完成且PF 34是清潔的。例如，如果 在再生期間，再生狀態(tài)指示器78指示了再生已完成，再生時(shí)間80 指示了再生發(fā)生在預(yù)定的時(shí)刻，并且再生溫度82指示了 PF溫度等 于或者超過預(yù)定的溫度閾值，則PF 34被認(rèn)為是清潔的，并且使能狀 態(tài)標(biāo)志76設(shè)置為TRUE。否則，使能狀態(tài)標(biāo)志76保持設(shè)置為FALSE。 可以意識(shí)到，清潔過濾器估計(jì)模塊70也可監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)使能 條件以確定適當(dāng)?shù)臅r(shí)間以在PF 34清潔的時(shí)候來執(zhí)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)。這 樣的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)使能條件可包括，但不限于，速度84以及負(fù)載86。 例如，如果速度84以及負(fù)載86條件分別在預(yù)定的范圍之內(nèi)，使能 狀態(tài)標(biāo)志76設(shè)置為TRUE。否則，使能狀態(tài)標(biāo)志76保持設(shè)置為 FALSE。一旦經(jīng)由使能狀態(tài)標(biāo)志76而使能，自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊72自適應(yīng) 地學(xué)習(xí)壓降數(shù)值88，并且將該數(shù)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器90內(nèi)以稍后使用。 在各種各樣的實(shí)施例中， 一旦PF34是清潔的，測(cè)量用于給定流率92 以及給定PF溫度94的壓降數(shù)值91。然后將測(cè)量的壓降91作為清潔 過濾器壓降(clean filter pressure drop)85存儲(chǔ)在由PF溫度94以及體 積流率92存取(access)的二維清潔壓降表格內(nèi)。炭煙預(yù)測(cè)模塊74基 于PF的總的測(cè)量的壓力98、來自清潔過濾器壓力表格的數(shù)值88、 PF 溫度94以及體積流率92來估計(jì)PF 34內(nèi)的炭煙的水平96。更詳細(xì) 地，炭煙預(yù)測(cè)模塊74測(cè)量橫穿PF34的總的壓降98;以及從基于PF 溫度94和體積流率92的清潔過濾器表格重新得到清潔壓降88?；?于總的壓降(TP)98、清潔壓降(CP)88、以及流率(FR)92，炭煙預(yù)測(cè)模 塊74計(jì)算如下列方程式所示的阻抗流率(RF):RF = (TP-CP)/ FR (1) 然后炭煙預(yù)測(cè)模塊74使用計(jì)算的阻抗流率以確定炭煙積累水平96。 在各種各樣的實(shí)施例中，炭煙積累水平96是基于由體積流率92以及阻抗流定義的二維查找表格來估計(jì)的。參考圖4,工藝流程圖顯示了可以由圖3的控制模塊44執(zhí)行的自適應(yīng)壓降測(cè)量方法的各種各樣的實(shí)施例?？梢砸庾R(shí)到，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間該方法可以周期性地運(yùn)行。該方法在100開始。在110，判 斷(evaluate)再生完成使能條件。如果再生完成使能條件在110為 TRUE,在120判斷發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行條件。否則，控制回i 各后退且繼 續(xù)在110監(jiān)測(cè)再生完成使能條件。如果發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行條件在120 為TRUE，在130測(cè)量清潔過濾器壓降且將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)。否則， 控制回路后退且繼續(xù)在120監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)使能條件?？梢砸庾R(shí)到， 如果控制器在130繼續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)使能條件在完成再生之后太 久，以至于在PF內(nèi)積累太多炭煙，控制器進(jìn)入結(jié)束。否則， 一旦清 潔過濾器壓降分別在130以及140被測(cè)量且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，如上 文所述，控制器在150基于阻抗流率以及體積流率來估計(jì)PF內(nèi)的炭 煙積累。可以意識(shí)到，在發(fā)動(dòng)才幾運(yùn)轉(zhuǎn)期間，炭煙估計(jì)(soot estimation) 在150可以在各種各樣的時(shí)間執(zhí)行而不限于如圖4所示的順序執(zhí)行?，F(xiàn)在本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從前述的說明中意識(shí)到本發(fā)明的廣 泛的教義可以以多種形式實(shí)現(xiàn)。因此，雖然本發(fā)明已經(jīng)聯(lián)系其詳細(xì) 的示例來說明，本發(fā)明的真實(shí)范圍不應(yīng)該因此受到限制，因?yàn)閷?duì)于 熟練的專業(yè)人員來說，憑著對(duì)附圖、說明書，以及下列權(quán)利要求的 研究，其它修改將變得顯而易見。
權(quán)利要求
1.一種用于微粒過濾器的控制系統(tǒng)，包括清潔過濾器估計(jì)模塊，其基于在再生事件的預(yù)定周期內(nèi)的所述微粒過濾器內(nèi)的第一壓力來估計(jì)清潔壓力；炭煙預(yù)測(cè)模塊，其基于對(duì)所述第一壓力與在所述預(yù)定周期之后接收的所述微粒過濾器內(nèi)的第二壓力的比較來估計(jì)所述微粒過濾器內(nèi)的炭煙水平。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述炭煙預(yù)測(cè)模塊基 于所述第二壓力與所述第 一 壓力之間的差來估計(jì)所述微粒過濾器內(nèi)的炭煙水平。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述再生事件基于再 生周期、再生狀態(tài)指示器以及再生溫度來確定。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括自適 應(yīng)學(xué)習(xí)^f莫塊，其選擇性地存儲(chǔ)所述第一壓力。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使能條 件時(shí)，所述清潔過濾器估計(jì)模塊基于所述微粒過濾器內(nèi)的第 一壓力來 估計(jì)所述清潔壓力，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)使能條件基于速度和負(fù)載中的至少"^""個(gè)。
6. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使能條 件時(shí)，所述清潔過濾器估計(jì)模塊基于所述微粒過濾器內(nèi)的第 一壓力來 估計(jì)所述清潔壓力，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)使能條件基于自再生以來的時(shí)間。
7. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊 選擇性地存儲(chǔ)用于給定流率以及給定微粒過濾器溫度的所述第一壓 力。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所迷系統(tǒng)還包括存儲(chǔ) 器，并且其中所述自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊將所述第一壓力存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器內(nèi)的查找表格內(nèi)，其中所述查找表格由相應(yīng)的所述流率以及所述微粒 過濾器溫度來存取。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述炭煙預(yù)測(cè)模塊基 于阻抗流來估計(jì)所述微粒過濾器內(nèi)的所述炭煙水平，其中所述阻抗流 是從所述第二壓力、所述第一壓力以及流率估計(jì)的。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述炭煙預(yù)測(cè)模塊 基于由所述阻抗流以及所述流率來存取的查找表格而估計(jì)所述微粒過 濾器內(nèi)的所述炭煙水平。
11. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括布 置在所述微粒過濾器內(nèi)的壓力傳感器，其生成第一壓力信號(hào)以及第二 壓力信號(hào)。
12. —種估計(jì)微粒過濾器內(nèi)的炭煙水平的方法，包括 在再生事件的預(yù)定周期內(nèi)，接收所述微粒過濾器內(nèi)的笫 一壓力； 基于所述微粒過濾器內(nèi)的所述第一壓力，估計(jì)清潔壓力； 在所述再生事件的所述預(yù)定周期之后，接收所述微粒過濾器內(nèi)的第二壓力；基于所述第 一 壓力以及所述第二壓力的比較，估計(jì)所述微粒過濾 器內(nèi)的炭煙水平。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述微粒過濾器 內(nèi)的所述炭煙水平的所述估計(jì)基于所述第二壓力與所述第 一壓力之間 的差。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 基于再生周期、再生狀態(tài)指示器以及再生溫度中的至少一個(gè)，來選擇 性地確定再生事件。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 將所述第 一壓力選擇性地存儲(chǔ)在存^f諸器內(nèi)。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)使能條件，其中當(dāng)滿足所述發(fā)動(dòng)機(jī)使能條件時(shí)，執(zhí)行所述 第一壓力的所述接收，并且其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)使能條件基于速度以及負(fù) 載中的至少一個(gè)。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)使能條件，其中當(dāng)滿足所述發(fā)動(dòng)機(jī)使能條件時(shí)，執(zhí)行所述 第一壓力的所述接收，并且其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)使能條件基于自再生以來 的時(shí)間。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述第一壓力的所 述存儲(chǔ)還包括將所述第 一壓力存儲(chǔ)在由流率以及微粒過濾器溫度存取 的查找表格內(nèi)。
19. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述微粒過濾器 內(nèi)的所述炭煙水平的所述估計(jì)基于阻抗流，其中所述阻抗流從所述第 二壓力、所述第一壓力以及流率來估計(jì)。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述炭煙水平的 所述估計(jì)還包括基于由所述阻抗流以及所述流率存取的查找表格內(nèi)的 數(shù)值來估計(jì)所述微粒過濾器內(nèi)的所述炭煙水平。
全文摘要
提供一種用于微粒過濾器的控制系統(tǒng)。該用于微粒過濾器的控制系統(tǒng)包括清潔過濾器估計(jì)模塊，其基于在再生事件的預(yù)定周期內(nèi)的微粒過濾器內(nèi)的第一壓力來估計(jì)清潔壓力。炭煙預(yù)測(cè)模塊，其基于對(duì)第一壓力以及在預(yù)定周期之后接收的微粒過濾器內(nèi)的第二壓力的比較來估計(jì)微粒過濾器內(nèi)的炭煙水平。
文檔編號(hào)B01D46/44GK101219314SQ20071018064
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月3日
發(fā)明者C·E·馬萊特, J·R·小艾爾頓, R·米塔爾, T·E·懷斯曼 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司