[发明专利]用于汽油微粒过滤器操作的方法与系统

说明书

本发明涉及用于汽油微粒过滤器操作的方法与系统。提供了用于联接到发动机排气系统的汽油微粒过滤器的最佳操作的方法和系统。基于发动机工况，可确定GPF上的目标碳烟水平，并且可调整一个或多个发动机操作参数以将实际的GPF碳烟水平保持在目标水平。在一个示例中，如果实际的GPF碳烟水平低于目标水平，则可调整燃料喷射正时和燃料轨压力中的一个或多个以增加碳烟生成，并且如果实际GPF碳烟水平高于目标水平，GPF可再生，直到实际的碳烟水平达到目标水平。

技术领域

本发明整体涉及用于联接在发动机排气中的汽油微粒过滤器的方法和系统。

背景技术

使用汽油燃料的发动机燃烧可产生可排放到大气的微粒物质(PM)(诸如，碳烟和气溶胶(aerosol))。为了实现排放达标率，汽油微粒过滤器(GPF)可被包括在发动机排气中，以在将排气排放到大气之前过滤掉排气PM。包括更密集的过滤网格的更高效率的GPF特别是在冷起动条件期间可用于提高的排放质量。

为了保持排气系统微粒过滤器的效率，可需要间歇地再生过滤器。在Neely等人在美国专利9,027,333中示出了一个示例方法，响应于高于阈值碳烟水平，再生柴油微粒过滤器(DPF)。具体地，控制再生，使得低水平的碳烟保持在过滤器上，以便在诸如即将到来的冷起动的条件期间为碳氢化合物/烃转化提供最佳效率。在另一些方法中，在再生过程期间可除去积聚在过滤器上的全部碳烟。

然而，本发明人已经认识到这些方法的潜在问题。作为一个示例，因为当过滤器清洁碳烟或灰烬时往往是效率最低的，因此通常在发动机系统中实现具有较高过滤特征(诸如更密集的网格率)的过滤器。当过滤器清洁时，衬底中的孔可以是完全打开的，因此微粒可能够更容易地穿过它们，并且可减少碰撞和粘附的可能性，从而不利地影响碳烟捕获速率。然而，使用较高的过滤能力的过滤器可导致提高的排气背压，这可不利地影响发动机功率并增加燃料消耗。此外，这种过滤器可显著增加成本。另一个问题是过滤器上残余碳烟水平的最佳水平可随工况变化。例如，对应于冷起动期间的最佳排放控制的残余碳烟水平可高于对于空转发动机条件最佳的残余碳烟水平。因此，在发动机冷起动再生后剩余在过滤器上的碳烟水平可导致随后的发动机空转条件期间的低效排气排放。此外，在再生事件之后积聚在过滤器上的灰烬水平以及灰烬在整个过滤器中的分布可影响过滤器的操作以及所引起的排气背压。例如，即使残余碳烟水平较低，如果由于先前的再生事件在过滤器中剩余大量的灰烬，则过滤器上的总负载可高于改善的排放质量所需的最佳碳烟水平。

发明内容

在一个示例中，上述问题可通过一种方法解决，该方法包括响应于排气微粒过滤器处的实际碳烟水平低于目标碳烟水平，调整燃料喷射正时和燃料喷射压力中的一个或多个以增加发动机的碳烟输出，直到实际碳烟水平处于目标碳烟水平，所述目标碳烟水平基于发动机温度和发动机负载变化。以这种方式，通过主动地保持过滤器上的残余碳烟水平，可利用较低过滤能力的GPF实现较低的背压。

作为一个示例，具有较低过滤特征(诸如较低密度的过滤网格)的汽油微粒过滤器(GPF)可联接到发动机排气系统。基于包括发动机温度、发动机转速、发动机负载、燃料加注计划等的发动机工况，通过发动机控制器可确定在GPF处保持的最佳残余碳烟水平(目标水平)。基于来自联接在GPF的上游和/或下游的一个或多个压力传感器的输入，可估计GPF处的碳烟水平。如果确定GPF上的碳烟水平低于当前发动机工况的目标水平，则可调整一个或多个发动机致动器以主动地在GPF上积聚碳烟。作为示例，可提前燃料喷射正时的开始，并且/或者可降低燃料轨压力，以基于相对于目标碳烟水平的实际碳烟水平增加排气流中的碳烟水平。此外，可以考虑在先前再生事件期间产生的GPF上的灰烬水平。例如，可增加碳烟积聚，直到过滤器上确定的组合的碳烟和灰烬水平处于目标水平。如果确定GPF上的当前碳烟水平高于当前发动机工况的目标水平，则可再生GPF以除去过量的碳烟。可限制再生速率以将过滤器上的碳烟水平降低到目标水平并且不是较低的。另外，如果再生速率高于目标速率，则可延迟火花正时以增加碳烟产生，使得过滤器上的碳烟水平在再生结束时平衡至目标水平，并且不降低到目标水平以下。