專利名稱：使用微粒物質(zhì)傳感器的排放控制的制作方法
使用微粒物質(zhì)傳感器的排放控制
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用微粒物質(zhì)傳感器的排放控制。
背景技術(shù)：
發(fā)動機排放控制系統(tǒng)可使用多種排氣傳感器。一個不例傳感器可被稱為微粒物質(zhì)(PM)傳感器，其指示在排氣中的PM質(zhì)量和/或濃度。在一個示例中，可通過隨時間聚積碳煙微粒并且提供聚積度的指示作為對排氣碳煙水平的測量來運轉(zhuǎn)PM傳感器。一旦滿了，可以通過以升高溫度去除存儲的碳煙使傳感器再生。可經(jīng)由傳感器加熱器調(diào)節(jié)溫度，并提供當前反饋以維持合適的溫度。然而，本發(fā)明的發(fā)明人在此已經(jīng)意識到由于缺少當前反饋或者工況中其它的不準確和改變可能仍然再次出現(xiàn)過高的溫度(over-temperature )和過低的溫度(under-temperature )狀況。例如,排氣流溫度的改變能影響傳感器溫度變得太高，從而可·能使傳感器劣化，或影響傳感器溫度變得太低，導(dǎo)致無效的碳煙去除并且因此使傳感器的讀數(shù)不準確。

發(fā)明內(nèi)容因此，通過運轉(zhuǎn)加熱器以燃燒掉(burn-off)聚積在傳感器上的碳煙以及基于加熱器運轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的傳感器輸出而調(diào)節(jié)加熱器水平來控制PM傳感器加熱器，可解決至少一些上述問題。例如，在碳煙去除的操作期間，傳感器輸出能幫助了解傳感器溫度，而不是發(fā)動機排氣的碳煙水平。在傳感器燃燒期間，傳感器的傳導(dǎo)率或電阻率可能隨傳感器的溫度而改變從而使傳感器指示正在以太高還是太低的溫度運轉(zhuǎn)傳感器。這樣，能使加熱器更高效地運轉(zhuǎn)，從而避免可能浪費能量(從而降低燃料經(jīng)濟性)和/或使傳感器性能劣化的過度加熱。應(yīng)注意，存在多種可使用的PM傳感器讀數(shù)例如傳導(dǎo)率、電阻率等，并且此外可通過多種方式(例如上拉(PU 11 -up )或下拉(PU 11-down )電路、放大器等)處理傳感器的輸出。根據(jù)本發(fā)明，提供一種系統(tǒng)，包括設(shè)有具有加熱器的碳煙傳感器的發(fā)動機排氣；接收碳煙傳感器輸出的控制器，并且非傳感器再生循環(huán)期間，基于非再生輸出而調(diào)節(jié)發(fā)動機運轉(zhuǎn)；并且第一傳感器再生循環(huán)期間，基于非再生輸出而調(diào)節(jié)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)、激活加熱器并從傳感器接收再生輸出，并且第二傳感器再生循環(huán)期間，激活傳感器加熱器至基于第一傳感器再生循環(huán)期間接收的再生輸出的水平。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，碳煙傳感器包括基質(zhì)；以及兩個或多個間隔一定間隙的電極。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，PM聚積在基質(zhì)上使得PM橋接間隙，從而提供聚積碳煙的指示。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，基質(zhì)是陶瓷基質(zhì)并且兩個或多個非反應(yīng)性的鉬電極。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，控制器基于碳煙去除后加熱器仍然激活時的再生輸出而增加或減小水平。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當再生輸出沒有達到最小輸出時系統(tǒng)中的控制器增加水平。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當再生輸出從最小輸出增加時系統(tǒng)中的控制器減小水平。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于PM傳感器再生的方法，包括加熱傳感器以燃燒掉第一再生循環(huán)期間聚積的碳煙；并且基于第一再生循環(huán)期間產(chǎn)生的傳感器輸出調(diào)節(jié)第二再生循環(huán)的加熱器水平；其中，傳感器指示排氣中PM的質(zhì)量并且因此指示微粒過濾器的工況。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進一步包括非再生模式期間監(jiān)測傳感器輸出以確定微粒過濾器的工況。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，非再生模式期間，如果傳感器輸出達到閾值碳煙水平 則提供指示以再生微粒過濾器。應(yīng)理解，上述概要提供用于以簡化形式引入一系列原理，其將在具體實施方式
中進一步進行描述。這并不意味著識別所要求保護的主題的關(guān)鍵或?qū)嵸|(zhì)特征，所要求保護的主題的范圍僅由權(quán)利要求書確定。此外，所要求保護的主題并不局限于解決上文或本說明書中任意部分所提到的確定的實施方式。

圖I顯示了發(fā)動機的示意圖；圖2顯示了 PM傳感器的示意圖；圖3顯示了說明指示正常溫度范圍內(nèi)的PM傳感器加熱器隨時間運轉(zhuǎn)的圖表；圖4顯示了說明指示高溫的PM傳感器加熱器隨時間運轉(zhuǎn)的圖表；圖5顯示了說明指示低溫的PM傳感器加熱器隨時間運轉(zhuǎn)的圖表；圖6顯示了說明用于估算排氣碳煙水平以及調(diào)節(jié)發(fā)動機運轉(zhuǎn)的示例方法的流程圖；圖7顯示了說明用于處理PM傳感器輸出的示例方法的流程圖；圖8顯示了說明用于控制PM傳感器再生的示例方法的流程圖；圖9顯示了示例PM傳感器的響應(yīng)以及相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
具體實施方式下面的描述涉及PM傳感器再生系統(tǒng)及其運轉(zhuǎn)。如下文更詳細的描述，PM傳感器測量內(nèi)燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)內(nèi)的PM (碳煙)的質(zhì)量或濃度。周期性地，微粒聚積在PM傳感器基底上并且必須加熱傳感器以燃燒掉、氧化或以其它方式去除聚積的PM。這樣，可通過控制PM傳感器的溫度而再生PM傳感器。在這樣的傳感器再生循環(huán)期間，傳感器的輸出不再指示排氣中的碳煙負荷，而是能用于確定當前是否維持適當?shù)脑偕r。例如，傳感器輸出能指示過高的溫度和/或過低的溫度，其隨后可用于控制傳感器加熱的水平以更好地維持合適的溫度控制。圖I是顯示了多缸發(fā)動機10的一個汽缸的示意圖，該汽缸可設(shè)置在機動車輛的驅(qū)動系統(tǒng)中?？芍辽俨糠值赝ㄟ^包含控制器12的控制系統(tǒng)以及通過車輛駕駛員132經(jīng)由輸入裝置130的輸入而控制發(fā)動機10。在這個示例中，輸入裝置130包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動機10的燃燒室(即汽缸)30可包括帶有位于其中的活塞36的燃燒室壁32。在一些實施例中，汽缸30內(nèi)活塞36的面可具有碗狀物?；钊?6可和曲軸40相連使得活塞的往返運動轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動運動。曲軸40可經(jīng)由中間傳動系統(tǒng)和車輛的至少一個驅(qū)動輪相連。此外，起動馬達可通過飛輪連接至曲軸40以開始發(fā)動機10的起動運轉(zhuǎn)。燃燒室30可經(jīng)由進氣通道42從進氣歧管44接收進氣并且可經(jīng)由排氣通道48排出燃燒氣體。進氣歧管44和排氣通道48可通過各自的進氣門52和排氣門54選擇性地和燃燒室30連通。在一些實施例中，燃燒室30可 包括兩個或多個進氣門和/或兩個或多個排氣門?？赏ㄟ^控制器12經(jīng)由電動氣門驅(qū)動器(EVA, electric valve actuator) 51控制進氣門52。類似地，可通過控制器12經(jīng)由EVA53控制排氣門54。某些工況期間，控制器12可改變提供給驅(qū)動器51和53的信號以控制各自進氣門和排氣門的打開和關(guān)閉。可分別通過氣門位置傳感器55和57確定進氣門52和排氣門54的位置。在替代的實施例中，可通過一個或多個凸輪驅(qū)動進氣門和排氣門中的一個或多個，并且可使用凸輪廓線變換系統(tǒng)(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個或多個而改變氣門的運轉(zhuǎn)。例如，汽缸30可替代地可包括經(jīng)由EVA控制的進氣門和通過包含CPS和/或VCT的凸輪驅(qū)動進行控制的排氣門。燃料噴射器66顯示為直接連接至燃燒室30以直接向其中噴射燃料。可通過通常的共軌系統(tǒng)或其它柴油燃料噴射系統(tǒng)進行燃料噴射?？赏ㄟ^包括燃料箱、燃料泵以及燃料導(dǎo)軌的高壓燃料系統(tǒng)(未顯示)將燃料運送至燃料噴射器66。進氣通道42可包括設(shè)有節(jié)流板64的節(jié)氣門62。在這個特定的示例中，可通過控制器12經(jīng)由提供給包括在節(jié)氣門62中的電動馬達或執(zhí)行器的信號而改變節(jié)流板64的位置，這種配置通常稱為電子節(jié)氣門控制(ETC, electronic throttle control)。這樣,可運轉(zhuǎn)節(jié)氣門62以改變提供給燃燒室30及其它發(fā)動機汽缸的進氣?？赏ㄟ^節(jié)氣門位置信號TP將節(jié)流板64的位置提供給控制器12。進氣通道42可包括質(zhì)量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122以便將各自的信號質(zhì)量空氣流量MAF和歧管空氣壓力MAP提供給控制器12。此外,在公開的實施例中，排氣再循環(huán)(EGR,exhaust gas recirculation)系統(tǒng)可將期望的部分排氣從排氣通道48經(jīng)由EGR通道140引導(dǎo)至進氣通道44?？赏ㄟ^控制器12經(jīng)由EGR閥142改變提供至進氣通道48的EGR量。此外，EGR傳感器144可設(shè)置在EGR通道內(nèi)并且可提供排氣的壓力、溫度和濃度中的一個或多個的指示?？商娲?，可通過基于來自MAF傳感器(上游)、MAP (進氣歧管)、MAT (歧管氣體溫度)和曲軸轉(zhuǎn)速傳感器的信號的計算值而控制EGR。此外，可基于排氣氧傳感器和/或進氣氧傳感器(進氣歧管)而控制EGR。在某些工況下，EGR系統(tǒng)可用于調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)空氣和燃料混合物的溫度。雖然圖I顯示了高壓EGR系統(tǒng)，附加地或可替代地，當將EGR從渦輪增壓器渦輪的下游導(dǎo)向渦輪增壓器壓縮器的上游時可使用低壓EGR系統(tǒng)。這樣，發(fā)動機10可進一步包括例如渦輪增壓器或機械增壓器的壓縮裝置，該渦輪增壓器或機械增壓器至少包括沿進氣歧管44設(shè)置的壓縮器162。對于渦輪增壓器，可至少部分通過沿排氣通道48設(shè)置的渦輪164 (例如經(jīng)由軸)驅(qū)動壓縮器162。對于機械增壓器，可通過發(fā)動機和/或電機至少部分地驅(qū)動壓縮器162，并且可不包括渦輪。所以，控制器12可改變經(jīng)由渦輪增壓器或機械增壓器提供至發(fā)動機一個或多個汽缸的壓縮量。排氣傳感器126顯不為連接至排放控制系統(tǒng)70上游的排氣通道48。傳感器126可以是任何合適的用于提供排氣空燃比指示的傳感器例如線性氧傳感器或通用或?qū)捰蚺艢庋鮽鞲衅?UEG0)、雙態(tài)氧傳感器或EGO、HEGO (加熱EG0)、以及NOx、HC或CO傳感器。排放控制系統(tǒng)70顯示為沿排氣傳感器126上游的排氣通道48設(shè)置。系統(tǒng)70可以是選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)、三元催化劑(TWC)、NOx捕集器、多種其它的排放控制裝置或它們的組合。例如，系統(tǒng)70可以是包括SCR催化劑71和柴油微粒過濾器(DPF，dieselparticulate filter)72的SCR系統(tǒng)。在一些實施例中，DPF 72可位于催化劑的下游(如圖
I中顯示的)，而在其它實施例中DPF 72可位于催化器的上游(圖I中未顯示)。排放控制系統(tǒng)70可進一步包括排氣傳感器226。例如，傳感器226可以是任何合適的用于提供排氣組分濃度的指示的傳感器例如NOx、NH3、EGO、或PM傳感器。在一些實施例中，傳感器226可位于DPF 72的下游(如圖I顯示的)，而在其它實施例中傳感器226可位于DPF 72的上游。例如，傳感器226可位于SCR 71和DPF 72之間、渦輪164和SCR71之間和/或渦輪164的上游。此外，應(yīng)理解可在任何合適的位置設(shè)置一個以上的傳感器226。參考圖2中更詳細地描述，傳感器226可以是PM傳感器并且可測量DPF 72下游的微粒物質(zhì)的質(zhì)量或濃度。此外，在一些實施例中，在發(fā)動機10運轉(zhuǎn)期間，可通過使發(fā)動機的至少一個汽缸在特定空燃比內(nèi)運轉(zhuǎn)可周期性地重置排放控制裝置70。如圖I所示，控制器12顯示作為微型計算機，包括微處理器單元102、輸入/輸出端口 104、用于可執(zhí)行程序和校準值的電子存儲介質(zhì)(在這個特別的實施例中顯示為只讀存儲芯片106)、隨機存取存儲器108、?；畲鎯ζ?10和數(shù)據(jù)總線。控制器12可從和發(fā)動機10相連的傳感器接收各種信號，除上文討論過的信號之外，還包括來自質(zhì)量空氣流量傳感器120的進氣質(zhì)量空氣流量(MAF)、來自和冷卻套筒114相連的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)、來自和曲軸40相連的霍耳效應(yīng)(Hall effect)傳感器118 (或其它類型)的表面點火感測信號(PIP)、來自節(jié)氣門位置感應(yīng)器的節(jié)氣門位置(TP)、來自傳感器122的歧管絕對壓力(MAP)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號(RPM)可由控制器12根據(jù)PIP信號得到。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可用于提供進氣歧管里真空或壓力的指示。應(yīng)注意，可使用上述傳感器的各種組合，例如有MAF傳感器沒有MAP傳感器或者反之亦然。在化學(xué)計量工況期間，MAP傳感器能提供發(fā)動機扭矩的指示。此外，該傳感器可與探測到的發(fā)動機轉(zhuǎn)速一起提供導(dǎo)入汽缸的充氣(包括空氣)的估算。在一個示例中，傳感器118 (其還用作發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器)可對曲軸的每個轉(zhuǎn)動產(chǎn)生預(yù)定量的等距脈沖。存儲介質(zhì)只讀存儲器106可編程有電腦可讀數(shù)據(jù)，其代表了可由處理器102執(zhí)行用于執(zhí)行下文描述的方法和其它所期望的但沒有具體列舉的變型。如上文所述，圖I僅顯示了多缸發(fā)動機的一個汽缸，并且其中每個汽缸可類似地包括它自身的一組進氣/排氣門、燃料噴射器等?，F(xiàn)在參考圖2，顯示了 PM傳感器200的示例實施例的示意圖。PM傳感器200可以是圖I中的排氣傳感器226并且因此可共享那些已經(jīng)對排氣傳感器206描述的共有特征和/或配置。PM傳感器200可配置用于測量排氣中PM的質(zhì)量和/或濃度并且因此可連接至排氣管。應(yīng)理解，傳感器200通過示例的方式以簡化形式顯示并且它可能有其它配置。如顯示的，PM傳感器200可包括基質(zhì)202和兩個電極204?；|(zhì)202可由任何合適的材料制成。例如，基質(zhì)202可以是陶瓷基質(zhì)，當然應(yīng)理解可采用其它材料。兩個電極204可位于基質(zhì)202上或者與其緊鄰。如顯示的，如206處指示的，兩個電極204可間隔較小間隙。例如電極204可以是非反應(yīng)性的鉬電極，但是應(yīng)理解電極也可由其它合適的材料制成。例如圖2中的PM傳感器設(shè)計可導(dǎo)致聚積在基質(zhì)202上的碳煙達到使得間隙206被聚積的碳煙所橋接的程度。在這種情況下，電極204之間的傳導(dǎo)率從陶瓷基質(zhì)的接近零的傳導(dǎo)性下降。因此電極之間的傳導(dǎo)性是傳感器測量的排氣區(qū)域中聚積的微粒物質(zhì)的指示。PM傳感器200可連接至PM傳感器加熱器208，該PM傳感器加熱器208可用于加熱PM傳感器200以燃燒掉聚積的碳煙。這樣，可使PM傳感器200再生。但是，如下文更詳細的描述，PM控制器加熱器208對溫度的控制是謹慎的(prudent)以免損害PM傳感器200 的完整性(integrity)。簡潔地參考圖1，控制器12可接收來自傳感器200的輸入數(shù)據(jù)、處理輸入數(shù)據(jù)、以及基于編程于其中對應(yīng)于用于再生PM傳感器200的一個或多個程序的指令或代碼來觸發(fā)對處理的輸入數(shù)據(jù)的響應(yīng)。本說明書中參考圖6-9描述示例控制程序。應(yīng)理解,PM傳感器再生不同于PM過濾器再生(例如DPF再生)。PM傳感器再生尤其涉及傳感器的再生。這樣，PM傳感器恢復(fù)至更適合傳送與排氣相稱的準確信息的工況。這類信息可包括涉及DPF狀態(tài)的診斷，并且因此至少可以部分地確定DPF是否需要再生。類似于本說明書中描述的PM傳感器再生，通常通過升高DPF的溫度到預(yù)定水平并且確保進入DPF的排氣是一定的組分而實現(xiàn)DPF的再生。返回PM傳感器的再生，并且如下文更詳細描述的，PM傳感器可使用加熱器以清除(例如燃燒掉、氧化或其它方式去除)聚積的PM并且恢復(fù)傳感器的能力以指示排氣碳煙的水平。然而，由于發(fā)動機排氣中高度變化的氣流和溫度工況，碳煙去除期間用于維持期望的傳感器溫度的能量或加熱水平可能顯著改變。如本說明書關(guān)于圖6-9的進一步描述的一個示例中可使用根據(jù)監(jiān)測或推斷的(基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負載、補充燃料、點火正時、EGR水平等的)排氣流速和溫度設(shè)置(schedule)脈寬調(diào)制(PWM, pulse width modulated)占空比的前饋表格執(zhí)行對PM傳感器加熱器的能量或加熱器水平的控制。例如，如關(guān)于圖8解釋的，為了解決用于設(shè)置能量的測量的流量和溫度的誤差并且也為了補償加熱器阻抗的部件與部件(part-to-part)的變化和隨時間的變化(shift-over-time),可基于碳煙再生期間的傳感器輸出而使用適應(yīng)性調(diào)節(jié)。此外,如果需要，加熱器控制也可包括電流監(jiān)視以實現(xiàn)能量的調(diào)節(jié)?？商娲?，可使用電流監(jiān)視硬件而運轉(zhuǎn)系統(tǒng)。解決流量和溫度測量中可能的誤差(和/或當設(shè)置PM傳感器加熱器操作時的其它錯誤)的一個示例調(diào)整為基于傳感器再生循環(huán)期間傳感器的輸出或接收的讀數(shù)。隨后這類信息可用于調(diào)節(jié)加熱器的運轉(zhuǎn)(例如加熱器的能量水平)以用于改善的溫度控制以及傳感器更有效的再生(如參考圖3-5的描述)。如上文所述，圖2中顯示的示例PM傳感器200能在陶瓷基質(zhì)上聚積少量的碳煙，該基質(zhì)上設(shè)置有兩個非反應(yīng)性的間隔較小間隙的鉬電極。當微粒聚積在基質(zhì)202上時，它們橋接間隙206并且導(dǎo)致電極204之間的傳導(dǎo)性從陶瓷基質(zhì)的接近零的傳導(dǎo)率下降。因此電極之間的傳導(dǎo)性是傳感器測量的排氣區(qū)域中聚積的PM的指示。作為聚積裝置，PM傳感器最終填充有很多微粒以致新的微粒不再增加傳導(dǎo)性(或減小電阻率)。當填滿時，加熱傳感器以燃燒或其它方式去除聚積的PM，例如通過激活經(jīng)調(diào)節(jié)配送至加熱器電量的PWM電壓而控制的傳感器加熱器208?？梢酝ㄟ^PWM電壓控制傳感
器溫度。傳感器的溫度越高，微粒去除的越快；但是，過高的溫度可能會損壞傳感器。所以，可使用調(diào)整程序。調(diào)整程序利用PM傳感器基質(zhì)和安裝在其上的電極的電特性。當PM傳感器變熱時，陶瓷基質(zhì)在電極之間的間隙中的通常較低的傳導(dǎo)率增加。由于傳導(dǎo)性的改變以及以高溫從傳感器去除PM的運轉(zhuǎn)原理，熱傳感器的傳導(dǎo)率變?yōu)樵囟鹊闹甘酒鞫皇莻鞲衅魃螾M量的指示器。調(diào)整使用這些傳感器運轉(zhuǎn)的原理以在加熱循環(huán)期間探測PM傳感器的高溫或低溫并且隨時間調(diào)整加熱器的能量以達到期望的溫度范圍。
·
例如，當陶瓷基質(zhì)的傳導(dǎo)性(已經(jīng)從電極上去除PM之后但加熱器仍然激活時測量的)超過確定的閾值時可探測過高的加熱器溫度。在這些情況下，可減小給加熱器的能量，例如在隨后的再生循環(huán)中當前的工況下減小確定的增量實現(xiàn)較低的溫度。可替代地，傳感器加熱期間當聚積的PM沒有完全從傳感器上去除時可能探測的加熱器的溫度太低。當在預(yù)定的加熱時間內(nèi)填滿的傳感器最初的高傳導(dǎo)率不能返回至干凈傳感器的接近零值時，觀察到這種工況。這種情況下，給加熱器的能量可增加確定的增量以在后續(xù)的傳感器清潔循環(huán)中實現(xiàn)較高的溫度。圖3-5說明了常溫、高溫和低溫監(jiān)測的示例。如上文指出的，圖3-5中的示例只是傳感器輸出信號處理配置的一個示例。替代的配置可使用上拉型接口電路，這種情況下可倒置圖3-5中顯示的傳感器輸出信號?，F(xiàn)在參考圖3，顯示了典型的PM傳感器加熱器信號隨時間的響應(yīng)。如顯示的，傳感器信號從0開始并且隨傳感器電極上的PM聚積有正的斜率。一旦傳感器信號達到大約80，啟動加熱器充分地加熱傳感器從而去除PM。如指示的，加熱器啟動時間段是具體指定的，并且在這段時間之外關(guān)閉加熱器。當加熱器的溫度增加時，聚積的PM變得傳導(dǎo)率更強，將傳感器信號增加至100。一旦傳感器足夠熱，聚積的PM迅速氧化或離開傳感器。當去除了所有的PM時，傳感器的信號返回到O。傳感器返回到0后，維持運轉(zhuǎn)加熱器以檢查是否由于溫度較高而使陶瓷基質(zhì)的傳導(dǎo)率增加。在這種情況下，所有PM去除且加熱器運轉(zhuǎn)時傳感器信號為0，表明傳感器再生的溫度在適當?shù)姆秶鷥?nèi)?，F(xiàn)在參考圖4，顯示了以過高再生溫度運轉(zhuǎn)的PM傳感器信號隨時間的響應(yīng)。如顯示的，傳感器信號從0開始并且類似于圖3隨PM的聚積而增加。大約為80時，啟動加熱器，增加PM的傳導(dǎo)性直至PM離開傳感器。當所有PM已經(jīng)從電極去除時，信號返回到O。所有PM離開后繼續(xù)啟動加熱器以檢查基質(zhì)傳導(dǎo)性的增加。這種情況下，由于加熱器太熱傳感器信號開始增加10左右。這樣，加熱器調(diào)整算法將探測過高溫度的工況并對以后的傳感器再生循環(huán)減小加熱器的能量以嘗試降低加熱器的溫度?，F(xiàn)在參考圖5，顯示了以過低溫度運轉(zhuǎn)的PM傳感器加熱器信號隨時間的響應(yīng)。如顯示的，傳感器信號從0開始并且類似于圖3和圖4隨PM的聚積而增加。在大約80時，啟動加熱器，增加PM的傳導(dǎo)性直至PM離開傳感器。當加熱PM時PM的傳導(dǎo)性增加直到傳感器足夠熱以開始去除PM。這種情況下，PM緩慢地離開表面并且在允許的加熱時間期滿后，一些PM仍然在傳感器上。這能通過加熱后傳感器信號一直不返回至它的初始值而探測到。此處，加熱器調(diào)整算法將在隨后的再生循環(huán)中增加加熱器的能量以嘗試增加加熱器的溫度。此外，當溫度太低時，可能發(fā)生不完全的再生。所以，不僅PM傳感器加熱器可能傳送不準確的讀數(shù)，而且可能導(dǎo)致更加頻繁的再生和更不頻繁的傳感器讀數(shù)。通過使用如上文所述的傳感器差異讀數(shù)，能減小由于溫度太低導(dǎo)致的不完全再生循環(huán)的不準確性?，F(xiàn)在參考圖6，描述了基于發(fā)動機工況和PM傳感器讀數(shù)而估算排氣碳煙水平以及響應(yīng)該碳煙水平調(diào)節(jié)發(fā)動機和/或車輛工況的程序。首先，在610處，程序確定傳感器是否正在感測排氣碳煙水平。例如，傳感器可能沒有正在再生、加熱器可能關(guān)閉、沒有劣化、加熱器沒有完全變熱等。如果對610的答案為是則程序繼續(xù)至612，在612處基于傳感器輸出而估算排氣碳煙水平。在一個示例中，通過一個或多個濾波器(例如差分濾波器)處理傳感器輸出以指示排氣流中當前的碳煙水平。差分濾波器抵消出現(xiàn)在傳感器上的碳煙負荷的積分或求和從而使得傳感器輸出能指示排氣流中瞬時碳煙水平。圖7提供了 612期間傳感器處 理的附加信息及進一步的示例，圖7可和圖6協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)?？商娲?，如果PM傳感器輸出沒有指示排氣碳煙的水平，程序繼續(xù)至614以基于先前的PM傳感器讀數(shù)以及自從上一次PM傳感器指示排氣碳煙的讀數(shù)起的排氣碳煙水平的估算的變化而估算當前的排氣碳煙水平?？苫诟鞣N工況(例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負載、冷卻劑溫度等)而估算該變化。這樣，即使當PM傳感器輸出沒有指示排氣碳煙水平時，先前的讀數(shù)也可用于獲取當前排氣碳煙水平更準確的估算。然后，程序從612或614至616，在616處基于排氣碳煙水平而調(diào)節(jié)發(fā)動機運轉(zhuǎn)。例如，程序可確定是否再生DPF、調(diào)節(jié)發(fā)動機的燃料補充以降低排氣碳煙水平等?，F(xiàn)在參考圖7，提供了用于處理PM傳感器輸出也用于啟動傳感器再生的程序。首先，在710處，程序確定PM傳感器的讀數(shù)是否指示了在傳感器上存儲的碳煙水平高于最大再生閾值(R1)。如果是，這表明PM傳感器上的碳煙負荷已經(jīng)達到或接近于最大水平，超出該最大水平則不能再處理傳感器輸出以確定排氣碳煙水平。如果否，程序繼續(xù)至712以處理PM傳感器輸出以估算排氣碳煙水平，并且更新當前工況的估算(見614)。在一個示例中，區(qū)分(differentiate) PM碳煙傳感器輸出以確定排氣碳煙水平。在另一個示例中，程序可基于從前次讀數(shù)起的PM傳感器輸出的改變和從前次讀數(shù)起的持續(xù)時間以及其它因素(例如傳感器上碳煙的存儲效率)而估算排氣碳煙水平。如對710的答案為是時，程序繼續(xù)至714以啟動PM傳感器再生循環(huán)，在此參考圖8進行進一步描述。如本說明書下文所解釋的，可通過增加溫度而啟動PM傳感器再生，例如通過增加發(fā)動機的排氣溫度和/或啟動PM傳感器加熱器。然后，程序在716處設(shè)置標志以指示PM傳感器對感測排氣碳煙水平?jīng)]有激活。繼續(xù)參考用于PM傳感器再生的一個示例方法，圖8提供了 PM傳感器再生的控制，以及獲知(learning)用于控制傳感器加熱水平的適應(yīng)性修正以提供快速再生同時減少由于排氣溫度擾動弓I起的過高溫度狀況。具體地，在810處，程序基于當前工況的前饋值和適應(yīng)性地獲知的調(diào)節(jié)而以選擇的PWM設(shè)置運轉(zhuǎn)PM加熱器。前饋值可以是基于當前的排氣溫度和流速。適應(yīng)性調(diào)節(jié)可包括從先前PM傳感器再生循環(huán)得知的信息，如本說明書中為當前工況所解釋的。同樣，可基于排氣溫度和流速和/或基于其它工況(例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻劑溫度、發(fā)動機負載以及其它)而存儲適應(yīng)性調(diào)節(jié)。此外，例如適應(yīng)性調(diào)節(jié)可包括增益調(diào)節(jié)和偏移調(diào)節(jié)。在一個示例中，可在不失效存儲器上存儲適應(yīng)性的參數(shù)。然后，在812處，程序監(jiān)視再生期間PM傳感器的輸出以識別外部干擾引起的較高/較低的溫度工況、組分的改變(drift)、不正確的前饋指令等。如之前參考圖3-5解釋的，例如PM傳感器再生循環(huán)期間程序可監(jiān)視PM傳感器的傳導(dǎo)性。監(jiān)視期間維持加熱器的運轉(zhuǎn)。如一個示例，程序可監(jiān)視PM傳感器的傳導(dǎo)性升高到最大閾值之上(指示傳感器溫度的增加和PM傳感器再生開始)。然后，當PM傳感器輸出下降時，程序可監(jiān)視它是否下降得足夠低達到最小的傳導(dǎo)性值(指示碳煙燃燒掉)。如果沒有下降的足夠低，由于溫度太低(并且因此加熱器PWM水平當前為太低)而未去除足夠多的碳煙，并且程序可增加當前工況設(shè)置的適應(yīng)性項。如果傳感器的傳導(dǎo)性確實下降至或低于最小值(指示基本上所有存儲在傳感器上的碳煙已經(jīng)去除)，程序進一步監(jiān)視傳感器輸出是否比閾值速率升高的快。如果是，溫度太高，從而指示PWM水平太高。所以，程序可減小當前工況設(shè)置的適應(yīng)性項以在隨后的PM傳感器再生循環(huán)期間在這些工況下使PWM設(shè)置降低。此外，如果傳感器的傳導(dǎo)性下降至或低于最小值并且在下降之后的期間內(nèi)沒有以太快的速率升高或者升高至太高水平，程序確定沒有對適應(yīng)性項作出調(diào)節(jié)。例如，參考圖9提供了 812中確定的附加示例。然后，在814處，程序從812基于PM傳感器從期望軌跡的偏離程度確定適應(yīng)性修正的調(diào)節(jié)。繼續(xù)圖8，在816處程序確定適應(yīng)性修正是否已經(jīng)調(diào)節(jié)至最大極限值。如果是，程序繼續(xù)至818以設(shè)置指示PM傳感器劣化的診斷標志。例如，程序可設(shè)置診斷代碼、使儀表盤上的燈發(fā)光、在車輛信息中心顯示信息或者它們的組合?？商娲?，在820處，程序更新存儲在不失效存儲器中的數(shù)據(jù)以用于在當前工況設(shè)置下使用從814確定的適應(yīng)性值的隨后的PM傳感器再生。例如，適應(yīng)性項可根據(jù)排氣溫度和流速而索引。這樣，有可能在PM傳感器再生期間維持足夠高的溫度以減小再生時間，同時避免過高溫度的工況。此外，每個再生循環(huán)期間有可能使PM傳感器更加完全的再生以增加可使用傳感器指示排氣碳煙水平的總體時間。如本說明書中描述的，圖6-8描述的各種程序可協(xié)調(diào)一起運轉(zhuǎn)。圖9根據(jù)圖6-8中的程序說明了運轉(zhuǎn)的綜合表示，包括再生循環(huán)期間各種示例PM傳感器響應(yīng)的適應(yīng)性調(diào) 節(jié)。如上文所述，一旦PM傳感器達到高讀數(shù)(high reading),通過傳感器加熱器維持再生循環(huán)。取決于再生期間PM傳感器的響應(yīng)，在隨后的循環(huán)中相應(yīng)地調(diào)節(jié)傳感器加熱的水平。在910中，提供了再生循環(huán)期間PM傳感器響應(yīng)的第一示例。在這個示例中，PM傳感器可升高到最大輸出然后下降到通過繼續(xù)運轉(zhuǎn)的加熱器維持的最小輸出。這種情況下，可認為加熱器水平適合于隨后的循環(huán)，并且因此不必作適應(yīng)性調(diào)節(jié)(如912中顯示的)。在914中，提供了再生循環(huán)期間PM傳感器響應(yīng)的另一個示例。在這個示例中，PM傳感器可升高到最大輸出然后下降一點。換言之，再生循環(huán)期間即使加熱器維持啟動PM傳感器響應(yīng)不會也充分下降。如916中顯示的，可通過增加對隨后循環(huán)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)傳感器加熱器。在918中，提供了再生循環(huán)期間PM傳感器響應(yīng)的另一個示例。在這個示例中，PM傳感器可升高到最大輸出然后下降到最小輸出，但是再生循環(huán)期間可能通過加熱器繼續(xù)運轉(zhuǎn)而從最小升高。如920中顯示的，這樣的傳感器加熱器響應(yīng)可能對隨后的循環(huán)太高，并且因此可通過減小隨后循環(huán)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)傳感器加熱器。應(yīng)理解，可通過任何合適的方式確定基于傳感器輸出的調(diào)節(jié)而不脫離本發(fā)明范圍。作為示例，調(diào)整操作可配置用于給定的估算的排氣流速和排氣溫度(其可基于轉(zhuǎn)速、負載、燃料正時、EGR、冷卻劑溫度等估算)，基于當前工況的當前適應(yīng)性信息確定前饋加熱器脈寬調(diào)制(FF PWM, feed forward heater pulse width modulation)的水平和修正(增益/偏移)。然后，基于當前再生循環(huán)期間當前流速和估算的排氣溫度下的傳感器輸出而偏置(lean)給定工況下的調(diào)整量。然后基于傳感器輸出信息而調(diào)節(jié)當前的適應(yīng)性信息。作為示例，假設(shè)以排氣溫度Tl和排氣流速Ml而運轉(zhuǎn)，例如存儲在表格中的FF PWM是50%并且之前獲知的調(diào)節(jié)是+5%。那么，以55%PWM執(zhí)行再生循環(huán)并且監(jiān)測傳感器輸出。這種情況下，如果傳感器讀數(shù)指示加熱器過熱，那么例如將適應(yīng)性信息從+5%調(diào)節(jié)至+4%。這樣在之后以Tl和Ml執(zhí)行的傳感器再生循環(huán)中，加熱器以54%PWM水平運轉(zhuǎn)。
這樣，依靠PM傳感器基質(zhì)和安裝在其上的電極的電特性的用于探測和補償運送至PM傳感器的能量的算法，可用于解決用于控制PM傳感器再生的流量和溫度測量中可能的誤差。應(yīng)當理解本說明書公開的配置和程序?qū)嶋H是示例性的，并且那些具體的實施例不應(yīng)當認為是限制，因為可能有很多的變型。例如，上述技術(shù)能運用于V6、直列4缸、直列6缸、V12、對置4缸和其它發(fā)動機類型。本發(fā)明的主題包括本說明書中所公開的各種系統(tǒng)和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新穎的、非顯而易見的組合和子組合。權(quán)利要求特別指出了某些認為是新穎的非顯而易見的組合和子組合。這些權(quán)利要求可提及“一個”要素或第一要素或其等效。這樣的權(quán)利要求應(yīng)該理解為包括一個或多個這樣的要素的合并，既不需要也不排除兩個或更多這樣的要素。公開的特征、功能、要素和/或?qū)傩缘钠渌M合和子組合可通過修改當前的權(quán)利要求或在這個或相關(guān)申請里通過正式提交的新權(quán)利要求來要求保護。這樣的權(quán)利要求，不管在保護范圍上和原始權(quán)利要求相比是寬、窄、同樣的或不同的，也認為包括在本發(fā)明所公開的主題中。
權(quán)利要求
1.一種用于控制微粒物質(zhì)傳感器加熱器的方法，包括 運轉(zhuǎn)所述加熱器以燃燒掉聚積在所述傳感器上的碳煙；并且 基于所述加熱器的運轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的傳感器輸出而調(diào)節(jié)加熱器水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，基于從峰值碳煙水平讀數(shù)下降之后的所述傳感器輸出而調(diào)節(jié)所述加熱器水平，并且從所述峰值讀數(shù)之前、下降過程中、至下降之后所述加熱器都為激活的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，基于所述傳感器輸出是否從所述峰值完全減小到最小碳煙水平讀數(shù)而調(diào)節(jié)所述加熱器水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，當所述傳感器輸出從峰值碳煙水平輸出完全減小到最小碳煙水平輸出、并從所述最小碳煙水平輸出增加時減小所述加熱器水平，并且從增加至所述峰值讀數(shù)之前至從所述最小碳煙輸出水平增加過程中所述加熱器都為激活的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進一步包括傳感器再生期間響應(yīng)于微粒傳感器的傳導(dǎo)率的改變而激活所述加熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進一步包括響應(yīng)于傳感器再生循環(huán)期間氧化微粒傳感器的碳煙之后微粒傳感器傳導(dǎo)率增加而在第二微粒傳感器再生循環(huán)期間減少供應(yīng)給所述加熱器的能量的量。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，再生循環(huán)期間響應(yīng)于微粒傳感器傳導(dǎo)率達到最大閾值而激活所述加熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在整個再生循環(huán)期間及在傳感器再生循環(huán)期間從微粒傳感器氧化碳煙后所述傳導(dǎo)率增加時維持激活所述加熱器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括基于發(fā)動機工況調(diào)整提供給所述加熱器的能量的量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括傳感器再生循環(huán)期間獨立于所述傳感器的傳導(dǎo)率而調(diào)節(jié)發(fā)動機運轉(zhuǎn)。
全文摘要
提供了用于控制PM傳感器加熱器的方法。方法包括運轉(zhuǎn)加熱器以燃燒掉聚積在傳感器上的碳煙；并且基于加熱器運轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的傳感器輸出而調(diào)節(jié)加熱器水平。這樣，使用現(xiàn)有的傳感器輸出可實現(xiàn)改善的加熱器控制。
文檔編號F01N11/00GK102797545SQ20121015080
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者M·赫普卡, M·J·范尼馬斯塔特, R·F·諾瓦克 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司