基于壓差的顆粒過濾器診斷的制作方法
【專利摘要】車輛包括發(fā)動機、具有顆粒過濾器的排氣系統(tǒng)、傳感器和控制器，顆粒過濾器從排氣系統(tǒng)去除煙灰。傳感器測量跨過濾器的瞬時壓差?？刂破鞲鶕?jù)獲知的壓差補償值，執(zhí)行選擇地使過濾器效率診斷能夠或不能執(zhí)行的方法?？刂破鬟€可將壓差與校準閾值比較，并且在壓差落在閾值的允許范圍內(nèi)時執(zhí)行控制動作。這可包括施加壓差補償值，并且使得診斷能夠使用來自調(diào)零的傳感器的測量值執(zhí)行。另一個控制動作可在測量的壓差不在閾值的允許范圍內(nèi)時執(zhí)行，包括使診斷不能執(zhí)行和設(shè)置指示傳感器可能故障的診斷編碼。
【專利說明】基于壓差的顆粒過濾器診斷
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使顆粒過濾器診斷能夠使用壓差測量值進行的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柴油發(fā)動機的排氣流通常使用柴油顆粒過濾器(DPF)過濾。DPF，其在排氣流中設(shè)置在催化劑的下游，在發(fā)動機煙灰和其他顆粒物質(zhì)可通過尾管排放到周圍大氣中之前，捕集發(fā)動機煙灰和其他懸浮顆粒物質(zhì)。煙灰產(chǎn)物嚴重受發(fā)動機操作的影響，所述發(fā)動機操作例如為EGR閥位置、渦輪位置、燃料噴射正時等。煙灰加載隨時間積聚在DPF的多孔介質(zhì)中。DPF的就地熱再生因此周期性進行，以燒掉積聚的顆粒物質(zhì)。
[0003]DPF再生通常通過周期性地升高通過DPF的排氣流的溫度來進行。計量的燃料流被噴射到排氣流中。與柴油氧化催化劑(DOC)的放熱反應(yīng)快速將排氣溫度升高到600°C或更高，由此將積聚的煙灰燒為灰燼。由于反復(fù)暴露于熱應(yīng)力和其他因素，DPF內(nèi)的基底隨時間可變得有裂紋、熔化或有凹痕。因此，通常進行DPF診斷，以證明DPF的令人滿意的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文公開了一種車輛，其包括發(fā)動機、排氣系統(tǒng)和控制器。排氣系統(tǒng)包括顆粒過濾器，例如柴油顆粒過濾器(DPF)，其接收由發(fā)動機排放的排氣流。壓差(AP)傳感器與控制器通訊。A P傳感器測量跨過濾器的瞬時壓差，并且將測量的瞬時A P值傳送到控制器。控制器然后根據(jù)接收的瞬時AP值選擇地使隨后的過濾器的效率診斷能夠進行。
[0005]為了確定何時使診斷能夠/不能進行，無論何時檢測到發(fā)動機的點火開關(guān)關(guān)事件時，控制器可執(zhí)行一組記錄的指令。發(fā)動機響應(yīng)于這樣的點火開關(guān)關(guān)事件而關(guān)閉。在校準的停頓時間之后，控制器將接收的瞬時AP值與校準的AP閾值相比較。如果該瞬時AP值小于或等于AP閾值，則控制器將A P傳感器調(diào)零，例如通過施加大小等于測量的A P值并且與測量的AP值相反的補償值?？刂破魅缓笫剐试\斷能夠使用調(diào)零的值執(zhí)行。但是，如果瞬時AP值超過閾值，則控制器自動使診斷不能進行并且推遲診斷的進行。控制器還可在存儲器中設(shè)置診斷編碼，以發(fā)出AP傳感器需要修理或更換的信號。
[0006]本文還公開了一種方法，其包括使用傳感器測量發(fā)動機的排氣流中跨顆粒過濾器的瞬時壓差，通過控制器從傳感器接收測量的瞬時壓差，和根據(jù)瞬時壓差選擇地使顆粒過濾器的診斷能夠或不能執(zhí)行。
[0007]在另一個實施例中，該方法包括使用傳感器在柴油發(fā)動機的排氣流中測量跨柴油顆粒過濾器(DPF)的瞬時壓差，和通過控制器從傳感器接收測量的瞬時壓差。該方法還包括檢測發(fā)動機的點火開關(guān)關(guān)事件，并且僅在檢測到點火開關(guān)關(guān)事件時，根據(jù)測量的瞬時壓差，選擇地使DPF的診斷能夠或不能執(zhí)行。
[0008]能夠/不能執(zhí)行包括在檢測到點火開關(guān)關(guān)事件之后，等待校準的停頓時間，將測量的瞬時壓差與校準的閾值相比較，和當測量的瞬時壓差在校準的閾值允許范圍內(nèi)時，執(zhí)行第一控制動作。該第一控制動作可包括將壓差補償值施加到測量的壓差，以由此使傳感器調(diào)零，并且使顆粒過濾器效率診斷能夠使用來自調(diào)零的傳感器的測量值執(zhí)行。
[0009]該方法可包括在測量的瞬時壓差不在閾值的允許范圍內(nèi)時，執(zhí)行第二控制動作，包括使DPF效率診斷不能進行和設(shè)置指示傳感器故障的診斷編碼。
[0010]在結(jié)合附圖理解時，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點從下面實現(xiàn)所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的一些最佳模式和其他實施例的詳細描述非常顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是具有帶柴油顆粒過濾器(DPF)的排氣系統(tǒng)和壓差(AP)傳感器以及控制器的車輛的示意圖，控制器執(zhí)行使用來自傳感器的瞬時△ P值來選擇地使DPF效率診斷能夠/不能進行的方法。
[0012]圖2是測量的瞬時A P值與流動通過圖1中所示的DPF的排氣流的體積流動速率的示例性曲線。
[0013]圖3是由圖1的控制器作為DPF效率診斷的一部分使用的示例性的一組線性回歸邏輯的框圖。
[0014]圖4是由圖3中所示的線性回歸邏輯輸出的經(jīng)過濾的回歸因子，其中，水平軸表示樣本數(shù)，垂直軸對應(yīng)于經(jīng)過濾的因子值。
[0015]圖5是描述用于使用瞬時A P信號使DPF效率/診斷能夠/不能執(zhí)行的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]參照附圖，其中， 幾幅圖中的相似的附圖標記對應(yīng)于相似或類似的部件，示例性車輛10顯示在圖1中。車輛10包括內(nèi)燃發(fā)動機12。發(fā)動機12在后面的示例中為柴油發(fā)動機，但是可使用直噴式汽油燃燒發(fā)動機或其他發(fā)動機類型而不偏離預(yù)期的發(fā)明范圍。
[0017]來自發(fā)動機12的發(fā)動機扭矩被傳遞到變速器38的可旋轉(zhuǎn)輸入構(gòu)件36，變速器38可包括一個或多個行星齒輪組、離合器和流體控制裝置(未示出)，如本領(lǐng)域中可完全理解的。變速器38最終將輸出扭矩TO傳遞到變速器輸出構(gòu)件40，以推進車輛10。
[0018]發(fā)動機12產(chǎn)生排氣流13，作為燃料燃燒過程的產(chǎn)物。排氣流13從發(fā)動機12排放通過排氣集管34，并且進入排氣系統(tǒng)14中。排氣流13被使用排氣系統(tǒng)14的多個部件處理，以去除任何攜帶的顆粒物質(zhì)、氮氧化物(NOx)氣體、一氧化碳氣體、懸浮的烴類等。
[0019]排氣系統(tǒng)14的多個部件包括顆粒過濾器，其與示例性柴油發(fā)動機實施例保持一致，在下文中被稱為柴油顆粒過濾器(DPF)24。DPF24可配置為燒結(jié)的陶瓷泡沫塊、金屬網(wǎng)、鋁球和/或任何其他適當材料或材料組合。控制器50周期性地執(zhí)行體現(xiàn)方法100的記錄的指令，方法100的一個示例顯示在圖5中。如下面詳細說明的，通過控制器50執(zhí)行的方法100，根據(jù)跨DPF24的壓差，選擇地使隨后進行的DPF診斷邏輯55能夠/不能進行。
[0020]圖1中所示的排氣系統(tǒng)14也可包括選擇性催化還原(SCR)裝置16。SCR裝置16使用活性催化劑將NOx氣體轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳛槎栊愿碑a(chǎn)物的氮氣和水。SCR裝置16可配置為陶瓷磚或陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)、板結(jié)構(gòu)或具有足夠熱質(zhì)量的任何其他適當設(shè)計。排氣流13中的NOx氣體與存儲在SCR裝置16中或傳送到SCR裝置16的尿素或氨(NH3)反應(yīng)，由此降低排氣流體13中的NOx氣體的水平。[0021]除了上面所述的SCR裝置16和DPF24，排氣系統(tǒng)14還可包括氧化催化劑22。氧化催化劑22與燃料噴射裝置23連通，燃料噴射裝置23將校準量的燃料噴射到氧化催化劑22中。噴射的燃料的點燃快速地將排氣13的溫度升高，通常升高到600°C或更高，以能夠使DPF24加熱再生。排氣系統(tǒng)14中的氧化催化劑22的使用旨在降低排氣流13中的烴類和一氧化碳的水平，并且允許在適用于DPF24再生的水平下獲得排氣溫度。
[0022]示意性地顯示在圖1中的控制器50可實施為與多個排氣溫度傳感器20以及NOx傳感器21通訊的多用途數(shù)字計算機?？刂破?0可包括處理器52，以及有形非暫時性存儲器54，例如只讀存儲器(ROM)、閃存、光學(xué)存儲器、其他磁存儲器等?？刂破?0還可包括隨機訪問存儲器(RAM)、電可編程只讀存儲器(EPROM)、高速時鐘、模擬-數(shù)字(A/D)和/或數(shù)字-模擬(D/A)電路和任何輸入/輸出電路或裝置以及任何適當信號調(diào)制和緩沖電路。
[0023]圖1的控制器50從發(fā)動機12或從單獨的發(fā)動機控制模塊(未示出)接收測量的發(fā)動機速度(箭頭Ne)。控制器50還從多個溫度傳感器20接收溫度信號(箭頭T)，并且從NOx傳感器21接收NOx讀數(shù)(箭頭NOx)。瞬時壓差A(yù)P值(箭頭AP)作為由AP傳感器25測量的信號被接收?！?P傳感器25，如本領(lǐng)域技術(shù)人員可完全理解的，測量和/或計算過濾器殼體入口和出口側(cè)之間的壓差，在該例子中，DPF24，即AP=Pin-Pqut。AP傳感器25可以是連接到DPF24的整體的傳感器或儀表，或其實施為單獨讀取入口和出口壓力并且計算跨DPF24的壓差的一對測壓接口。
[0024]顯示在圖1中的控制器50，在執(zhí)行DPF效率診斷邏輯55時，可使用多個加權(quán)的回歸因子，例如排氣流體13的體積流量、測量的跨DPF24的瞬時AP、DPF24上游和下游的排氣流13的溫度以及跨DPF24的溫度梯度。控制器50還可計算或以其他方式確定從發(fā)動機12排放的煙灰量，其為可從存儲在存儲器54中的查詢表中的校準的煙灰模型56獲得的值。其他回歸因子可包括發(fā)動機速度(箭頭27)、通過燃料噴射裝置23噴射到排氣流13中的燃料的量和行進的距離、經(jīng)過的時間以及由發(fā)動機12由于執(zhí)行之前的DPF24再生消耗的燃料的總體積。
[0025]基于特定因子對最終關(guān)于DPF24是否適當運行的決定的相對重要性，回歸因子中的每一個可被賦予相應(yīng)的權(quán)重。在本方法中，來自AP傳感器25的瞬時AP值(箭頭AP)可被比其余因子更重地加權(quán)，特別是在標稱或“良好”的DPF24和發(fā)生故障的DPF24之間較大離開的區(qū)域處，例如在熱再生循環(huán)的結(jié)束處。如本文所用的術(shù)語“離開”被在緊接著的下文中參照圖2描述。另外，瞬時AP值(箭頭AP)被由控制器50在執(zhí)行方法100中使用，以確定是否在隨后的發(fā)動機運轉(zhuǎn)(engine-on)循環(huán)期間，使用DPF效率診斷邏輯55進行隨后的DPF效率診斷。
[0026]參照圖2，示例性曲線60在水平軸上表示排氣流13在其經(jīng)過DPF24時的體積流動速率F。相應(yīng)的瞬時壓差值A(chǔ)P表示在垂直軸上。原始數(shù)據(jù)62對應(yīng)于標稱DPF24的性能，即適當運行/有效的DPF24或?qū)τ趦?nèi)部過濾器介質(zhì)不具有可辨別缺陷或任何可察覺損壞的新的DPF24。原始數(shù)據(jù)64表示具有已知的一組缺陷、例如一組具有不同尺寸的孔的損壞的DPF24。這樣的缺陷可能表示DPF24的內(nèi)部介質(zhì)隨時間在長期操作期間和熱再生期間，大多數(shù)情況下由于熱振動，即DPF24的極度局部加熱、內(nèi)部介質(zhì)的熔化或煙灰的過積聚以及隨后的DPF24再生而發(fā)生的損壞。
[0027]如圖2中所示，當使用瞬時A P值來以常規(guī)的閾值比較方式估計DPF24的性能時，非常小的離開存在于原始數(shù)據(jù)62和64之間。結(jié)果，圖1的A P傳感器25的傳感器誤差或補償值如果過大，可能非常大地影響任何隨后的DPF性能分析的總精度。例如，如果AP補償值過大，則可能導(dǎo)致DPF24的偽故障。即，當實際上相對廉價的AP傳感器25的AP補償值為故障診斷的根本原因時，相對昂貴的DPF24可能被診斷為故障。AP傳感器25的成功診斷因此作為繼續(xù)執(zhí)行/使用DPF回歸邏輯55的前提，在本文中通過圖5中的方法100進行。
[0028]參照圖3，由圖1的控制器50使用的記錄的DPF效率診斷邏輯55可包括線性化框70和過濾器框74，例如，本領(lǐng)域中已知類型的卡爾曼(Kalman)過濾器。診斷邏輯55首先從由圖1的AP傳感器25測得的瞬時AP值產(chǎn)生線性化數(shù)據(jù)。該線性化AP數(shù)據(jù)以AP’表示。因此，線性化框70接收測量的瞬時AP值作為輸入，并且計算/測量排氣流13的體積流動速率F和測量的溫度T。線性化框70然后使用圖1中所示的處理器52處理輸入，以通過任何適當?shù)木€性轉(zhuǎn)換技術(shù)來線性化原始數(shù)據(jù)(參見圖2)，例如使用公式AP, =R -F+B,其中R為通過DPF24的流動阻力，B是常數(shù)。
[0029]線性化數(shù)據(jù)(箭頭72)然后輸出到過濾器框74。過濾器框74被用于產(chǎn)生診斷檢測參數(shù)，其在后文中被稱為回歸因子，即箭頭76?；貧w因子(箭頭76)可由控制裝置50以&計算。
[0030]參照圖4，上面所述的回歸因子76可被表示為數(shù)據(jù)集78和79。應(yīng)注意的是，具有較大值的回歸因子76對應(yīng)于較大/更嚴重的故障，在該示例中為AP傳感器25的故障。控制器50可使用校準的閾值80來估計回歸因子中的每一個，其中低于閾值80的記錄值為通過/期望的結(jié)果，落在閾值80之上的那些對應(yīng)于故障/不期望的結(jié)果。數(shù)據(jù)集79對應(yīng)于圖2中所示的原始數(shù)據(jù)62。同樣，數(shù)據(jù)集78對應(yīng)于圖2中所示的原始數(shù)據(jù)64。原始數(shù)據(jù)63和64顯示了圖2中的最小離開，由于使用圖3中所示的DPF效率診斷邏輯55，導(dǎo)致改善的離開提供在圖4中的結(jié)果之間。
[0031]參照圖5，方法100使用由AP傳感器25測量的瞬時AP值，以使得能夠隨后例如使用上面所述的DPF效率診斷邏輯55執(zhí)行DPF效率診斷。該方法100開始于步驟102處，其中，圖1的控制器50通過測量經(jīng)過啟動器開關(guān)的電流、檢測鑰匙/開關(guān)位置或通過任何其他適當步驟測量檢測車輛10的點火狀態(tài)。當點火狀態(tài)已經(jīng)被檢測時，方法100行進到步驟 104。
[0032]在步驟104處，控制器50接下來確定是否在步驟102處檢測的點火狀態(tài)對應(yīng)于點火開關(guān)關(guān)或發(fā)動機停止運轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果這樣，則方法100行進到步驟106。否則，控制器50重復(fù)步驟102。
[0033]在步驟106處，圖1的控制裝置50可觸發(fā)計時器，以允許在發(fā)動機12關(guān)閉之后經(jīng)過足夠量的停頓時間。由步驟106提供的停頓時間應(yīng)對于任何圖1的排氣系統(tǒng)14中的殘余排氣流足以停止流動。當校準的停頓時間已經(jīng)經(jīng)過時，方法100行進到步驟108。
[0034]在步驟108處，圖1的控制器50接下來接收來自圖1中所示的A P傳感器25的瞬時AP測量值，即圖1的箭頭AP?？刂破?0然后在行進到步驟110之前暫時將該接收的值記錄在存儲器54中。
[0035]在步驟110處，圖1的控制器50將在步驟108中接收的值與校準的AP補償值進行比較。在典型實施例中，校準的AP補償值為有效的/新的AP傳感器25的公差，例如小于約±1-2百(hecto)帕斯卡(hPa)。如果接收的值在校準的補償值的允許范圍內(nèi)，例如在該值的IOhPa內(nèi)，則方法100行進到步驟112。在另一個實施例中，只有瞬時AP值在AP傳感器25的公差內(nèi)，方法100才行進到步驟112。在步驟110處的最大AP補償值的使用旨在降低使用來自圖1的AP傳感器25的不準確測量值作為任何隨后DPF回歸分析中的輸入的風險。方法100僅在接收的AP信號值不在經(jīng)校準的AP補償值的允許范圍內(nèi)，才行進到步驟114。
[0036]在步驟112處，控制器50獲知并且施加AP補償值，由此有效地使AP傳感器25調(diào)零，然后進行如上面所述的使用圖3的DPF效率診斷邏輯55。步驟112的結(jié)果可包括確定圖1的DPF24適當運行與否，以及源自于這種確定的任何適當?shù)目刂苿幼?，例如記錄通過或故障診斷編碼等。
[0037]在步驟114處，控制器50在存儲器54中記錄表示圖1的AP傳感器25可能出現(xiàn)故障或運行超出公差的適當診斷編碼，并且可能可任選地包括使圖1的車輛10的儀表盤上的警示燈發(fā)亮。另外，步驟114可能需要使DPF效率診斷邏輯55進一步不能執(zhí)行，直到能在排氣系統(tǒng)14上進行維修。
[0038]雖然已經(jīng)詳細描述了實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式，但是熟悉本發(fā)明涉及的領(lǐng)域的人員將意識到實現(xiàn)本發(fā)明的在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的多種可替代設(shè)計和實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛,包括: 發(fā)動機，其產(chǎn)生排氣流； 排氣系統(tǒng)，其與發(fā)動機流體連通，其中，排氣系統(tǒng)包括顆粒過濾器，所述顆粒過濾器從排氣流去除懸浮的顆粒物質(zhì)； 傳感器，其測量跨顆粒過濾器的壓差；和 控制器，其與傳感器通訊，該控制器包括處理器和有形非暫時性存儲裝置，該存儲裝置上記錄用于選擇性地使顆粒過濾器的效率診斷能夠或不能執(zhí)行的指令； 其中，控制器配置為從傳感器接收測量的壓差，并且根據(jù)接收的測量壓差使顆粒過濾器的效率診斷能夠或不能執(zhí)行。
2.根據(jù) 權(quán)利要求1所述的車輛，其中發(fā)動機為柴油發(fā)動機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中控制器進一步被配置為: 將測量的壓差與校準的閾值比較；和 當測量的壓差在校準的閾值的允許范圍內(nèi)時，執(zhí)行控制動作，包括: 將壓差補償值施加到測量的壓差，由此將傳感器調(diào)零；和 使顆粒過濾器效率診斷能夠使用來自調(diào)零的傳感器的測量值執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛，其中，控制器進一步配置為在測量的壓差不在閾值的允許范圍內(nèi)時，執(zhí)行另一種控制動作，包括: 使顆粒過濾器的效率診斷不能執(zhí)行；和 設(shè)置指示傳感器故障的診斷編碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，存儲裝置包括用于執(zhí)行顆粒過濾器的效率診斷的記錄的邏輯，該記錄的邏輯包括線性變換框和卡爾曼過濾器框。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，進一步包括定位在排氣流中的溫度傳感器，其測量排氣流的溫度，并且將測量的溫度傳送到控制器，其中，控制器進一步配置為: 接收排氣流的測量的溫度； 確定排氣流的體積流動速率； 使用記錄的邏輯，根據(jù)測量的壓差、測量的排氣流的溫度和體積流動速率，產(chǎn)生一組離散的數(shù)據(jù)點；和 將離散的數(shù)據(jù)點與校準的閾值相比較，以診斷顆粒過濾器的效率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛，其中，控制器配置為部分通過使用處理器處理經(jīng)由卡爾曼過濾器的線性變換框的輸出，產(chǎn)生所述組離散的數(shù)據(jù)點，以由此對于每一個數(shù)據(jù)點，產(chǎn)生等于*的因子，其中，R為對流動通過顆粒過濾器的阻力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，控制器進一步配置為使用多個加權(quán)回歸因子執(zhí)行顆粒過濾器的效率診斷，加權(quán)回歸因子包括對應(yīng)于測量的壓差的因子，并且配置為將較高的加權(quán)賦予接近顆粒過濾器的加熱的再生循環(huán)結(jié)束處的測量的壓差因子。
9.一種方法，包括: 使用傳感器測量跨柴油發(fā)動機的排氣流中的柴油顆粒過濾器(DPF)的瞬時壓差； 通過控制器從傳感器接收測量的瞬時壓差； 檢測發(fā)動機的點火開關(guān)關(guān)事件；僅當檢測到點火開關(guān)關(guān)事件時，根據(jù)測量的瞬時壓差選擇性地使DPF的效率診斷能夠或不能執(zhí)行，包括: 在檢測到點火開關(guān)關(guān)事件之后，等待校準的停頓時間； 將測量的瞬時壓差與校準的閾值比較； 當測量的瞬時壓差在校準的閾值的允許范圍內(nèi)時，執(zhí)行第一控制動作，包括: 將壓差補償值施加到測量的壓差，由此將傳感器調(diào)零；和 使顆粒過濾器效率診斷能夠使用來自調(diào)零的傳感器的測量值執(zhí)行；和 當測量的瞬時壓差不在校準的閾值的允許范圍內(nèi)時，執(zhí)行第二控制動作，包括: 使DPF的效率診斷不能執(zhí)行；和 設(shè)置指示傳感器故障的診斷編碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括: 測量排氣流的溫度； 將測量的溫度傳送到控制器； 確定通過DPF的排氣流的體積流動速率； 使用記錄的邏輯，根據(jù)測量的壓差、測量的排氣流的溫度和體積流動速率，產(chǎn)生一組離散的數(shù)據(jù)點；和 將離散的數(shù)據(jù)點與校準`的閾值相比較，以診斷所述DPF的效率。
【文檔編號】F01N11/00GK103670633SQ201310414719
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月12日
【發(fā)明者】V.J.泰盧特基, B.拉德克, J.E.科瓦爾科斯基 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司