[发明专利]用于颗粒过滤器再生的方法和系统

说明书

本发明涉及用于颗粒过滤器再生的方法和系统。提供用于加快排气颗粒过滤器再生的方法和系统。在一个示例中，发动机控制器可通过在空气‑燃料不平衡的情况下操作发动机气缸在过滤器处产生放热，同时使用对涡轮增压器的电动辅助满足扭矩需求并且提高进气气流以增强放热的效应。一旦被加热，过滤器可通过经由空气泵使额外的空气流到排气并且经由排气喷射器将额外的燃料喷射到排气通道被再生。

技术领域

本发明大体涉及用于实现颗粒过滤器再生的方法和系统。

背景技术

直喷式发动机可提供提高的性能，以便可改进发动机效率。将燃料直接喷射到气缸中可降低气缸内的温度，以便可将更多的空气和燃料吸入气缸中。然而，由于混合空气与燃料的时间较少，所以在较高的发动机转速和负荷下点火时，在气缸内的空气-燃料混合物可不完全汽化。因此，喷射的燃料的一部分可不彻底氧化，从而在气缸内形成含碳的碳烟。在碳烟从发动机排出后，可将碳烟存储在颗粒过滤器中用于随后的氧化。

一些内燃发动机在排气系统中采用颗粒过滤器或PF(例如，基于发动机燃料供应(fueling)配置的汽油颗粒过滤器(GPF)或柴油颗粒过滤器(DPF))以捕集流过排气系统的颗粒物质并且由此满足排放标准。然而，如果PF未被定期清洁或再生，那么在PF上的累积的颗粒物质可导致排气系统背压增加，这可进一步导致发动机性能下降。

为了周期性地再生或净化PF的颗粒物质，可采取措施以将排气温度提高到高于预定温度(例如，高于600℃)以焚烧在过滤器中累积的碳颗粒。在一些情况下，在正常车辆操作期间，PF可达到足够高的排气温度以被动执行颗粒过滤器再生。然而，由于PF在排气系统中的位置(设置在氧化催化剂(例如三元催化剂)的下游)，可花费比在排气系统中的温度达到PF所需的更长的时间，使得可启动再生。

加快GPF再生的一个示例性方法由Ulrey等人在U.S.9,394,837中示出。在其中，响应于松加速器踏板(tip-out)状况，颗粒过滤器再生可经由停止递送火花被启动，同时继续向一个或多个气缸供应燃料。通过停止火花递送，喷射的燃料可从气缸喷射到排气系统中，在排气系统中燃料可更接近颗粒过滤器氧化，提高颗粒过滤器的温度。另外，可调节发动机空燃比以改变进入颗粒过滤器的排气混合物的状态。具体地，空燃比可在用于在GPF处产生过量氧的稀于化学计量的空燃比和用于在GPF处产生过量燃料以与过量氧反应的富于化学计量的空燃比之间振荡。

然而，本文发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，空气燃料扰动的放热效应可基于流过发动机的空气的量变化。例如，与较低的气流状况相比，在较高的气流状况下，空气燃料扰动可产生更多的热量。另一方面，到发动机的空气流量可通过根据操作员扭矩需求确定的节气门位置来限制。例如，在U.S.9,394,837中，当操作员扭矩需求和空气流量低时，在减速燃料切断状况(DFSO)期间执行空气燃料扰动。如果提高空气流量以增强放热，过量的扭矩可使驾驶性能劣化。如果在操作员扭矩需求提高时执行空气燃料扰动，那么可使用较大部分排气热量驱动涡轮以满足扭矩需求，导致较少的排气热量可用于过滤器加热。因此，使用排气热量用于涡轮操作与使用排气热量用于颗粒过滤器加热之间的平衡会是困难的。作为另一个示例，依靠发生DFSO以再生GPF可限制再生机会。因此，GPF可能不被充分或及时地再生。作为又一个示例，GPF倾向于被包装在加热缓慢并且不利于快速加热的位置中。单独的火花延迟可不足以加热GPF。此外，基于火花延迟的方法可难于与发动机的一组隔离，特别是在其中一组具有包装在热位置中的GPF而另一组由于包装限制而具有包装在冷位置中的GPF的发动机中。

发明内容