專利名稱：用于顆粒物過濾器的分層再生的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛排氣處理系統(tǒng)，更具體地，涉及用于使顆粒物過濾器再生的控制 系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
本文所提供的背景技術(shù)描述目的在于從總體上呈現(xiàn)本發(fā)明的背景。發(fā)明人的一部 分工作在背景技術(shù)部分中被描述，這部分內(nèi)容以及在提交申請時該描述中不另構(gòu)成現(xiàn)有技 術(shù)的方面，既不明確也不暗示地被承認(rèn)是破壞本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。柴油發(fā)動機在存在空氣的情況下燃燒柴油燃料以產(chǎn)生功率。柴油燃料的燃燒產(chǎn)生 包含顆粒物(PM)的排氣。PM可通過PM過濾器從排氣中過濾。隨著時間過去，PM可在PM 過濾器中累積并且可能限制排氣流動通過PM過濾器。PM過濾器中收集的PM可通過稱為再 生的工藝得到去除。在再生過程中，PM過濾器中的PM可被燃燒。例如，再生可通過將燃料噴入PM過濾器上游的排氣流并且使所噴射的燃料燃燒 而實現(xiàn)。被噴射燃料的燃燒產(chǎn)生熱量，由此提高進(jìn)入PM過濾器的排氣溫度。排氣的溫度升 高可導(dǎo)致PM過濾器中累積的PM燃燒。電阻加熱器可位于PM過濾器的上游端以向進(jìn)入PM 過濾器的排氣供應(yīng)額外的熱量。

發(fā)明內(nèi)容
在一種形式中，本發(fā)明提供了一種用于發(fā)動機的示例性控制系統(tǒng)，包括輸入裝 置，其接收使PM過濾器再生的請求，所述PM過濾器從所述發(fā)動機的排氣中過濾PM ；和再生 模塊，其響應(yīng)于所述請求在第一加熱時間段、接著所述第一加熱時間段的冷卻時間段以及 接著所述冷卻時間段的第二加熱時間段內(nèi)調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和對所述PM過濾器入口表面進(jìn) 行加熱的電加熱器的工作。在第一加熱時間段內(nèi)，所述再生模塊對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述電加熱器將所述 入口表面維持在高于所述PM過濾器的再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述PM 過濾器內(nèi)累積的PM的第一質(zhì)量的燃燒。在接著所述第一加熱時間段的冷卻時間段內(nèi)，所述 再生模塊對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述排氣將所述入口表面冷卻到低于所述再生溫度的第二 入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量的燃燒。在接著所述冷卻時間段的第二加熱時間 段內(nèi)，所述再生模塊對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)使得所述入口表面被維持在高于所述再生溫度的第三 入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的PM的第二質(zhì)量燃燒。在一個特征中，所述冷卻時間段小于所述第一加熱時間段和所述第二加熱時間 段。在其他特征中，所述第一加熱時間段可小于所述第二加熱時間段，并且所述第二加熱時 間段可緊接著所述冷卻時間段。在又一個特征中，所述第一加熱時間段可基于下述之一所 述排氣的第一排氣溫度和所述排氣中的氧氣濃度。在又一個特征中，在所述第一加熱時間 段期間，所述電加熱器可將所述入口表面維持在目標(biāo)入口溫度，所述目標(biāo)入口溫度基于下 述之一所述排氣的第一排氣溫度和所述排氣中的氧氣濃度。在又一個特征中，界定所述第一入口溫度范圍的第一溫度可高于界定所述第三入口溫度范圍的第二溫度。在一個示例性實施例中，本發(fā)明提供了一種用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括輸入裝 置，其接收使PM過濾器再生的請求，所述PM過濾器從所述發(fā)動機的排氣中過濾PM ；以及再 生模塊，其響應(yīng)于所述請求調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和對所述PM過濾器入口表面中的一些區(qū)進(jìn)行 加熱的電加熱器的電阻線圈的工作，使得在對應(yīng)于這些區(qū)的所述PM過濾器中累積的PM的 一些部分燃燒，并且使累積的PM的剩余部分隨后燃燒。特別地，所述再生模塊對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在第一加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器 的第一電阻線圈將所述入口表面的第一區(qū)維持在高于所述PM過濾器的再生溫度的第一入 口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)在所述PM過濾器內(nèi)累積的PM的第一質(zhì)量的燃燒；并且在第二加熱 時間段內(nèi)，所述電加熱器的第二電阻線圈將所述入口表面的第二區(qū)維持在所述第一入口溫 度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述PM過濾器內(nèi)累積的PM的第二質(zhì)量的燃燒。所述再生模塊對工作 進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)，使得在接著所述第一加熱時間段的第一冷卻時間段內(nèi)，所述發(fā)動機的排 氣將所述第一區(qū)冷卻到低于所述再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量 的燃燒，并且在接著所述第二加熱時間段的第二冷卻時間段內(nèi)，所述發(fā)動機的排氣將所述 第二區(qū)冷卻到所述第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第二質(zhì)量的燃燒。隨后，所述再生模 塊對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在接著所述第一和第二冷卻時間段的第三加熱時間段內(nèi)，所述入 口表面被維持在高于所述再生溫度的第三入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的PM的第三 質(zhì)量燃燒。在示例性實施例中，所述第二加熱時間段可接著所述第一冷卻時間段。在相關(guān)的 特征中，所述第一和第二冷卻時間段可小于所述第一、第二和第三加熱時間段，并且所述第 三加熱時間段可緊接著所述第二冷卻時間段。在其他特征中，界定所述第一入口溫度范圍 的第一溫度可高于界定所述第三入口溫度范圍的第二溫度。在另一種形式中，本發(fā)明提供了一種用于控制發(fā)動機的示例性方法，包括接收使 PM過濾器再生的請求，所述PM過濾器從所述發(fā)動機的排氣中過濾PM;和響應(yīng)于所述請求在 第一加熱時間段、接著所述第一加熱時間段的冷卻時間段以及接著所述冷卻時間段的第二 加熱時間段內(nèi)調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和加熱所述PM過濾器入口表面的電加熱器的工作。在第一加熱時間段內(nèi)，對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)包括這樣對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，其使得所述電 加熱器將所述入口表面維持在高于所述PM過濾器的再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)，并 且引發(fā)所述PM過濾器內(nèi)累積的PM的第一質(zhì)量的燃燒。在接著所述第一加熱時間段的冷卻 時間段內(nèi)，對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)包括這樣對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，其使得所述排氣將所述入口表面冷 卻到低于所述再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量的燃燒。在接著所 述冷卻時間段的第二加熱時間段內(nèi)，對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)包括這樣對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，其使得所 述入口表面被維持在高于所述再生溫度的第三入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的PM的 第二質(zhì)量燃燒。在相關(guān)的特征中，所述冷卻時間段可小于所述第一加熱時間段和所述第二加熱時 間段，并且所述第一加熱時間段可小于所述第二加熱時間段。在另一個相關(guān)的特征中，所述 第二加熱時間段可緊接著所述冷卻時間段。在進(jìn)一步的特征中，所述第一加熱時間段可基于下述之一所述排氣的第一排氣 溫度和所述排氣中的氧氣濃度。在所述第一加熱時間段期間，所述電加熱器可將所述入口表面維持在目標(biāo)入口溫度，所述目標(biāo)入口溫度基于下述之一所述排氣的第一排氣溫度和 所述排氣中的氧氣濃度。在進(jìn)一步的特征中，界定所述第一入口溫度范圍的第一溫度可高于界定所述第三 入口溫度范圍的第二溫度。所述第一入口溫度范圍可包括在700°C和800°C之間的溫度。所 述排氣在所述冷卻時間段期間的排氣溫度可低于450°C。本發(fā)明還提供了以下方案方案1. 一種用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括輸入裝置，其接收使顆粒物過濾器再生的請求，所述顆粒物過濾器從所述發(fā)動機 的排氣中過濾顆粒物；以及再生模塊，其響應(yīng)于所述請求調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和對所述顆粒物過濾器入口表面進(jìn) 行加熱的電加熱器的工作，使得在第一加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器將所述入口表面維持在高于所述顆粒物過濾 器的再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述顆粒物過濾器內(nèi)累積的顆粒物的第一 質(zhì)量的燃燒；在接著所述第一加熱時間段的冷卻時間段內(nèi)，所述排氣將所述入口表面冷卻到低 于所述再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量的燃燒；以及在接著所述冷卻時間段的第二加熱時間段內(nèi)，所述入口表面被維持在高于所述再 生溫度的第三入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的顆粒物的第二質(zhì)量燃燒。方案2.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻時間段小于所述第一加 熱時間段和所述第二加熱時間段。方案3.如方案2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一加熱時間段小于所述第 二加熱時間段，其中，所述第二加熱時間段緊接著所述冷卻時間段。方案4.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一加熱時間段基于下述之 一所述排氣的第一排氣溫度和所述排氣中的氧氣濃度。方案5.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一加熱時間段期間，所述 電加熱器將所述入口表面維持在目標(biāo)入口溫度，所述目標(biāo)入口溫度基于下述之一所述排 氣的第一排氣溫度和所述排氣中的氧氣濃度。方案6.如方案1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，界定所述第一入口溫度范圍的第 一溫度高于界定所述第三入口溫度范圍的第二溫度。方案7. —種用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括輸入裝置，其接收使顆粒物過濾器再生的請求，所述顆粒物過濾器從所述發(fā)動機 的排氣中過濾顆粒物；以及再生模塊，其響應(yīng)于所述請求調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和對所述顆粒物過濾器入口表面進(jìn) 行加熱的電加熱器的工作，使得在第一加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器的第一電阻線圈將所述入口表面的第一區(qū)維 持在高于所述顆粒物過濾器的再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述顆粒物過濾 器內(nèi)累積的顆粒物的第一質(zhì)量的燃燒；在第二加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器的第二電阻線圈將所述入口表面的第二區(qū)維 持在所述第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述顆粒物過濾器內(nèi)累積的顆粒物的第二質(zhì)量的燃燒；在接著所述第一加熱時間段的第一冷卻時間段內(nèi)，所述發(fā)動機的排氣將所述第一 區(qū)冷卻到低于所述再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量的燃燒；在接著所述第二加熱時間段的第二冷卻時間段內(nèi)，所述發(fā)動機的排氣將所述第二 區(qū)冷卻到所述第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第二質(zhì)量的燃燒；以及在接著所述第一和第二冷卻時間段的第三加熱時間段內(nèi)，所述入口表面被維持在 高于所述再生溫度的第三入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的顆粒物的第三質(zhì)量燃燒。方案8.如方案7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二加熱時間段接著所述第 一加熱時間段。方案9.如方案8所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二加熱時間段接著所述第 一冷卻時間段。方案10.如方案9所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二冷卻時間段小 于所述第一、第二和第三加熱時間段，其中，所述第三加熱時間段緊接著所述第二冷卻時間 段。方案11.如方案7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，界定所述第一入口溫度范圍的第 一溫度高于界定所述第三入口溫度范圍的第二溫度。方案12. —種用于控制發(fā)動機的方法，包括接收使顆粒物過濾器再生的請求，所述顆粒物過濾器從所述發(fā)動機的排氣中過濾 顆粒物；以及響應(yīng)于所述請求調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和對所述顆粒物過濾器入口表面進(jìn)行加熱的電 加熱器的工作，使得在第一加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器將所述入口表面維持在高于所述顆粒物過濾 器的再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述顆粒物過濾器內(nèi)累積的顆粒物的第一 質(zhì)量的燃燒；在接著所述第一加熱時間段的冷卻時間段內(nèi)，所述排氣將所述入口表面冷卻到低 于所述再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量的燃燒；以及在接著所述冷卻時間段的第二加熱時間段內(nèi)，所述入口表面被維持在高于所述再 生溫度的第三入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的顆粒物的第二質(zhì)量燃燒。方案13.如方案12所述的方法，其特征在于，所述冷卻時間段小于所述第一加熱 時間段和所述第二加熱時間段。方案14.如方案13所述的方法，其特征在于，所述第一加熱時間段小于所述第二 加熱時間段。方案15.如方案14所述的方法，其特征在于，所述第二加熱時間段緊接著所述冷 卻時間段。方案16.如方案12所述的方法，其特征在于，所述第一加熱時間段基于下述之一 所述排氣的第一排氣溫度和所述排氣中的氧氣濃度。方案17.如方案12所述的方法，其特征在于，在所述第一加熱時間段期間，所述電 加熱器將所述入口表面維持在目標(biāo)入口溫度，所述目標(biāo)入口溫度基于下述之一所述排氣 的第一排氣溫度和所述排氣中的氧氣濃度。
方案18.如方案12所述的方法，其特征在于，界定所述第一入口溫度范圍的第一 溫度高于界定所述第三入口溫度范圍的第二溫度。方案19.如方案12所述的方法，其特征在于，所述第一入口溫度范圍包括在700°C 和800°C之間的溫度。方案20.如方案12所述的方法，其特征在于，所述排氣在所述冷卻時間段期間的 排氣溫度低于450°C。通過后文提供的詳細(xì)描述將明了本發(fā)明進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些 詳細(xì)描述和特定示例僅僅用于說明的目的，而并不旨在限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明將得到更加全面的理解，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機和排氣系統(tǒng)的功能框圖；圖2是圖1所示發(fā)動機和排氣系統(tǒng)的一部分的示意圖；圖3是圖1所示PM過濾器的側(cè)視圖；圖4是圖1所示PM過濾器的一部分的透視圖；圖5是功能框圖，其示出了用于控制圖3所示電加熱器的示例性控制系統(tǒng)；圖6是功能框圖，其示出了圖5所示的再生控制模塊；圖7是圖1所示PM過濾器一部分的剖視圖；圖8是圖1所示PM過濾器一部分的另一剖視圖；圖9是圖表，其根據(jù)本發(fā)明，示出了再生期間PM過濾器的示例性溫度；圖10是圖表，其根據(jù)本發(fā)明，示出了再生期間PM過濾器的示例性PM層厚度；圖11是流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行再生的方法的示例性步驟；以及圖12是流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行再生的另一方法的示例性步驟。
具體實施例方式下面的描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并不試圖以任何方式限制本公開、其應(yīng)用或 用途。為了清楚起見，在附圖中將使用相同附圖標(biāo)記來表示相似元件。如本文所使用的，短 語“A、B和C中的至少一個”應(yīng)當(dāng)解釋為指的是邏輯“A或B或C”的含義，其中使用了非排 他的邏輯“或”。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不改變本發(fā)明原理的情況下，方法內(nèi)的步驟可按照不同順 序執(zhí)行。如本文所使用的，術(shù)語“模塊”指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多 個軟件或固件程序的處理器(共用處理器、專用處理器或組處理器)和存儲器、組合邏輯電 路、和/或提供所述功能的其他適合部件。在PM過濾器的再生期間，PM燃燒所產(chǎn)生的熱量可導(dǎo)致PM過濾器的溫度上升。如 果PM過濾器的溫度變得過高，則可能導(dǎo)致PM過濾器的損壞。本發(fā)明提供了用于在再生期 間降低PM過濾器最高溫度的示例性控制系統(tǒng)和方法。根據(jù)下面更詳細(xì)描述的原理，可通過 利用分層再生過程使PM過濾器再生，從而降低最高溫度。分層再生過程可包括第一燃燒過程和第二燃燒過程，PM過濾器中累積的PM的一 部分在第一燃燒過程中燃燒，累積的PM的剩余部分在第二燃燒過程中燃燒。在第一燃燒過程期間，排出發(fā)動機的排氣溫度保持低于PM過濾器的再生溫度。如本文所討論的，術(shù)語“再 生溫度”將被用于指PM過濾器的溫度，在該溫度之上，PM過濾器中累積的PM將發(fā)生燃燒。雖然將排氣溫度保持低于再生溫度，但熱量仍被供應(yīng)到進(jìn)入PM過濾器的排氣，使 得PM過濾器的入口表面的溫度升高到高于再生溫度的溫度范圍內(nèi)并持續(xù)第一時間段。將 入口表面升高到高于再生溫度引發(fā)了累積的PM的燃燒。在跟隨所述第一時間段的第二時 間段期間，排氣將入口表面冷卻到低于再生溫度。第二時間段是足以抑制持續(xù)燃燒的冷卻 時間段，并且將通常小于第一時間段以及后續(xù)的時間段，第二燃燒過程在該后續(xù)的時間段 期間進(jìn)行。通過以前述方式來調(diào)節(jié)排氣和入口表面的溫度，第一燃燒過程期間的燃燒可被限 制到所述累積的PM的一部分。特別地，燃燒可被限制到累積的PM的表面層。入口表面的 區(qū)可相繼加熱，以使PM過濾器的獨立的對應(yīng)容積內(nèi)累積的PM的一些部分相繼燃燒。位于 PM過濾器上游端的電加熱器可供應(yīng)熱量，該熱量使入口表面的溫度升高。在第二燃燒過程期間，PM過濾器中累積的剩余PM通過燃燒被去除。可利用使PM 過濾器再生的常規(guī)方法使剩余PM燃燒。在兩個或更多個容積中累積的PM在第一燃燒過程 中被相繼燃燒的情況下，這些容積中的一個的第二燃燒過程可在另一容積的第一燃燒過程 完成之前開始。通過在第一燃燒過程期間去除PM的一部分，可降低后續(xù)第二燃燒過程中燃燒的 PM質(zhì)量。通過降低PM質(zhì)量，可降低第二燃燒過程期間產(chǎn)生的熱量，從而導(dǎo)致PM過濾器的最 高溫度降低。參見圖1，其示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機和排氣系統(tǒng)100的功能框圖。發(fā)動 機和排氣系統(tǒng)100可包括柴油發(fā)動機系統(tǒng)102。雖然示出的是柴油發(fā)動機系統(tǒng)，但本發(fā)明也 可適用于汽油發(fā)動機系統(tǒng)、均質(zhì)充量壓燃式發(fā)動機系統(tǒng)、和/或其他發(fā)動機系統(tǒng)。柴油發(fā)動機系統(tǒng)102包括發(fā)動機104、排氣系統(tǒng)106和調(diào)節(jié)發(fā)動機104和排氣系 統(tǒng)106工作的控制模塊108。發(fā)動機104通過節(jié)氣門118將空氣吸入汽缸120并且在汽缸 120內(nèi)使空氣和柴油燃料的混合物燃燒以產(chǎn)生功率(例如扭矩)。燃料可通過一個或多個 燃料噴射器122被供應(yīng)到汽缸120中的每一個。汽缸120內(nèi)的燃燒可通過一個或多個火花 塞124引發(fā)。雖然所示發(fā)動機104包括了六個汽缸120，但發(fā)動機104也可具有更多的或者 更少的汽缸?？諝夂腿剂匣旌衔锏娜紵a(chǎn)生熱排氣，熱排氣可從發(fā)動機104被排放到排氣系統(tǒng) 106中。發(fā)動機104產(chǎn)生的排氣可包含氣態(tài)化合物和進(jìn)入排氣系統(tǒng)106的PM的混合物。氣 態(tài)化合物和PM可在排出排氣系統(tǒng)106進(jìn)入周圍環(huán)境之前得到處理。特別參見圖2，排氣系統(tǒng)106可包括排氣歧管130、消音器132、選擇性催化還原 (SCR)系統(tǒng)134、PM過濾器136和次級燃料噴射器138。發(fā)動機104產(chǎn)生的排氣經(jīng)由排氣 歧管130進(jìn)入排氣系統(tǒng)106并且通過消音器132排出。SCR系統(tǒng)134可降低排氣中的氮氧 化物(NOx)濃度。SCR系統(tǒng)134可包括由所示排氣管連接的柴油氧化型催化(DOC)轉(zhuǎn)化器 142、尿素噴射器144和SCR催化轉(zhuǎn)化器146。SCR系統(tǒng)134也可包括布置在尿素噴射器144 下游位于排氣中的混合器148，該混合器148促進(jìn)排氣和由尿素噴射器144噴入排氣中的尿 素的混合。PM過濾器136可從排氣去除PM。特別參見圖3，PM過濾器136可包括過濾器塊160和容納在殼體164內(nèi)的電加熱器162。過濾器塊160可以是任意的常規(guī)類型，并且可例 如由堇青石制成。電加熱器162可位于過濾器塊160的上游端并且可包括電阻線圈170 (圖 4)，該電阻線圈170跨入口表面172布置并由此限定加熱區(qū)174。功率可經(jīng)由連接器176獨 立地供給到每個電阻線圈170。以此方式，每一個電阻線圈170均可被獨立地致動。特別參見圖4，電加熱器162可包括五個電阻線圈170，其如圖所示限定了五個加 熱區(qū)174。應(yīng)當(dāng)意識到，也可設(shè)置更多的或更少的電阻線圈170。電阻線圈170的數(shù)量和布 置可取決于入口表面172的面積以及每個加熱區(qū)174所需的表面功率密度。數(shù)量和布置也 可取決于通過每個加熱區(qū)174的排氣的質(zhì)量流率。另外，如本文所討論的，所設(shè)置的電阻線 圈170的數(shù)量可取決于過濾器塊160內(nèi)由每個電阻線圈170限定的設(shè)計容積(projected volume)178(圖 3)。再次參見圖2，燃料噴射器圖所示位于DOC轉(zhuǎn)化器142的上游。燃料噴射器138可 將燃料噴入排氣中，該燃料在下游燃燒，由此使排氣溫度升高。燃料可被噴入排氣中以幫助 PM過濾器136的再生，這在下面將進(jìn)一步描述。排氣系統(tǒng)106可進(jìn)一步包括傳感器，其用于感測排氣的一個或多個工作狀況，例 如排氣溫度和壓力以及排氣中的NOx濃度。僅作為示例，排氣系統(tǒng)106可包括第一 NOx傳 感器180、第一溫度傳感器182、第二 NOx傳感器184、第二溫度傳感器186和壓差傳感器 188。傳感器180-188可基于感測到的工作狀況產(chǎn)生信號。由位于排氣系統(tǒng)106內(nèi)的傳感 器(例如前面的傳感器180-188)所產(chǎn)生的信號在后文中以及在附圖中可被共同稱為“排氣 信號”。第一 NOx傳感器180和第一溫度傳感器182可位于DOC轉(zhuǎn)化器142的上游。第一 NOx傳感器180可感測進(jìn)入SCR系統(tǒng)134的排氣中存在的NOx濃度，并且可基于感測到的濃 度產(chǎn)生輸出信號。第一溫度傳感器182可感測進(jìn)入SCR系統(tǒng)134的排氣的溫度，并且可基 于感測到的溫度產(chǎn)生輸出信號。第二 NOx傳感器184可位于SCR催化轉(zhuǎn)化器146的下游。第二 NOx傳感器184可 感測排出SCR系統(tǒng)134的排氣中的NOx濃度，并且可基于感測到的濃度產(chǎn)生輸出信號。NOx 傳感器180、184產(chǎn)生的輸出信號也可用于確定排氣中的氧氣濃度。第二溫度傳感器186可位于PM過濾器136的上游端并且可感測進(jìn)入PM過濾器 136的排氣的溫度。第二溫度傳感器186可基于感測到的溫度產(chǎn)生輸出信號。壓差傳感器188可流體聯(lián)接到PM過濾器136的上游端和下游端。壓差傳感器188 可感測在進(jìn)入PM過濾器136的排氣的第一壓力和排出PM過濾器136的排氣的第二壓力之 間的差。壓差傳感器188可基于感測到的存在于第一和第二壓力中的差而產(chǎn)生輸出信號。 壓差傳感器188產(chǎn)生的輸出信號可用于確定PM過濾器136的背壓。再次參見圖1，控制模塊108調(diào)節(jié)發(fā)動機104和排氣系統(tǒng)106的工作。控制模塊 108可基于發(fā)動機傳感器(未示出)產(chǎn)生的信號對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述發(fā)動機傳感器測量發(fā) 動機104的一個或多個工作狀況。工作狀況可包括例如進(jìn)入發(fā)動機的空氣質(zhì)量流量以及發(fā) 動機冷卻劑溫度。發(fā)動機傳感器產(chǎn)生的信號可在后文中以及在附圖中被共同稱為“發(fā)動機 信號”。控制模塊108可進(jìn)一步基于排氣信號對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)?？刂颇K108可通過控制致動器對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些致動器改變發(fā)動機104的 工作狀況，例如但不限于進(jìn)氣供應(yīng)、燃料供應(yīng)和火花正時。作為一個示例，控制模塊108可通過控制節(jié)氣門118來調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動機104的空氣質(zhì)量流量。控制模塊108可進(jìn)一步通過 控制排氣致動器對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述排氣致動器改變排氣系統(tǒng)106的工作狀況。例如，控 制模塊108可通過控制尿素噴射器144拉調(diào)節(jié)噴入排氣中的尿素質(zhì)量。控制模塊108可包 括調(diào)節(jié)各種工作狀況的一個或多個模塊，例如排氣系統(tǒng)模塊190。特別參見圖5，現(xiàn)在將詳細(xì)描述排氣系統(tǒng)模塊190。根據(jù)本發(fā)明，排氣系統(tǒng)模塊190 與控制模塊108的其他模塊一同工作并且由此調(diào)節(jié)發(fā)動機104和排氣系統(tǒng)106的工作。特 別地，排氣系統(tǒng)模塊190在需要使PM過濾器136再生時對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)。排氣系統(tǒng)模塊190可包括SCR控制模塊200、噴射器致動器模塊202、再生控制模 塊204和加熱器致動器模塊206。SCR控制模塊200可經(jīng)由噴射器致動器模塊202調(diào)節(jié)SCR 系統(tǒng)134的工作，并由此調(diào)節(jié)排氣中的NOx濃度。SCR控制模塊200可輸出SCR系統(tǒng)控制 值，例如將被噴入到排氣中的期望尿素質(zhì)量，該SCR系統(tǒng)控制值被噴射器致動器模塊202接 收。噴射器致動器模塊202可基于接收到的控制值來控制尿素噴射器144的工作。再生控制模塊204確定是否使PM過濾器136再生。當(dāng)需要再生時，再生控制模塊 204與其他模塊一同工作以在本發(fā)明的分層再生過程期間或者之前的時間段期間對工作進(jìn) 行調(diào)節(jié)。在分層再生過程之前，再生控制模塊204可調(diào)節(jié)工作狀況，使得在分層再生過程期 間，排氣排放可被保持在期望限度內(nèi)。僅作為示例，再生控制模塊204可與SCR系統(tǒng)134 — 同工作以調(diào)節(jié)PM過濾器136內(nèi)的氨儲備，并由此調(diào)節(jié)后續(xù)分層再生過程期間的NOx排放。 在分層再生過程之前和期間，再生控制模塊204可調(diào)節(jié)排出發(fā)動機104的排氣的溫度。在 分層再生過程期間，再生控制模塊204可經(jīng)由加熱器致動器模塊206調(diào)節(jié)電加熱器162。通 過調(diào)節(jié)電加熱器162，再生控制模塊204可調(diào)節(jié)入口表面172的溫度。特別參見圖6，其示出了再生控制模塊204的示例性實施例。再生控制模塊204包 括負(fù)載確定模塊210、再生確定模塊212、第一 PM燃燒模塊214和第二 PM燃燒模塊216。負(fù) 載確定模塊210接收發(fā)動機信號和排氣信號中的一個或多個，并且基于接收到的信號確定 PM過濾器136的PM負(fù)載。負(fù)載確定模塊210可根據(jù)常規(guī)方法確定PM負(fù)載。例如，可基于 發(fā)動機運行時間和/或PM過濾器136產(chǎn)生的背壓來確定PM負(fù)載。因此，負(fù)載確定模塊210 可基于壓差傳感器188感測到的壓差來確定PM負(fù)載。PM負(fù)載可以是PM過濾器136中累積的PM的估計質(zhì)量。替代性地，PM負(fù)載可以是 基于累積的PM的估計質(zhì)量的值，例如累積的PM的估計質(zhì)量與PM目標(biāo)質(zhì)量的比，低于該PM 目標(biāo)質(zhì)量時，PM過濾器136應(yīng)當(dāng)工作。負(fù)載確定模塊210可向再生確定模塊212輸出PM負(fù)載。再生確定模塊212可基于PM負(fù)載確定是否請求對PM過濾器136進(jìn)行再生。例如， 再生確定模塊212可通過比較PM負(fù)載和預(yù)定閾值負(fù)載來確定是否請求再生。閾值負(fù)載可 以是存儲在存儲器內(nèi)的預(yù)定值，高于閾值負(fù)載時，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行再生。閾值負(fù)載可通過經(jīng)驗性方 法確定。再生確定模塊212輸出再生請求，其指示是否對PM過濾器136進(jìn)行再生。再生確 定模塊212可向第一和第二 PM燃燒模塊214、216輸出再生請求。第一和第二 PM燃燒模塊214、216可接收再生請求，并且當(dāng)再生被請求時可一同工 作以使PM過濾器136再生。如下面將進(jìn)一步詳細(xì)討論的，第一和第二 PM燃燒模塊214、216 可分別在第一燃燒過程和第二燃燒過程期間調(diào)節(jié)排出發(fā)動機104和PM過濾器136的入口 表面172的排氣的溫度。第一和第二 PM燃燒模塊214、216可基于接收到的一個或多個發(fā)動機和排氣信號對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)。第一和第二 PM燃燒模塊214、216也可產(chǎn)生用于調(diào)整工 作狀況并由此對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制值。第一 PM燃燒模塊214可調(diào)節(jié)發(fā)動機104和排氣系統(tǒng)106的工作，使得PM過濾器 136中累積的PM的一部分在第一燃燒過程中燃燒。第一 PM燃燒模塊214可對工作進(jìn)行調(diào) 節(jié)使得兩個或更多個加熱區(qū)174的設(shè)計容積178中的PM的一部分燃燒。在第一加熱時間段期間，第一PM燃燒模塊214可調(diào)節(jié)發(fā)動機104，使得排出發(fā)動機 104的排氣處于第一排氣溫度范圍中的第一目標(biāo)發(fā)動機停車(engine-out)排氣溫度，第一 排氣溫度范圍低于再生溫度。僅作為示例，第一排氣溫度范圍可包括低于或等于450°C的溫 度。在第一加熱時間段期間，第一 PM燃燒模塊214可進(jìn)一步調(diào)節(jié)電加熱器162以將熱 量供應(yīng)到排氣，使得PM過濾器136的入口表面172被加熱到第一入口溫度范圍中的第一目 標(biāo)入口溫度，第一入口溫度范圍高于再生溫度。僅作為示例，第一入口溫度范圍可包括在 700°C和800°C之間的溫度。在接著第一加熱時間段的冷卻時間段期間，第一 PM燃燒模塊214可對工作進(jìn)行調(diào) 節(jié)，使得入口表面172被冷卻到低于再生溫度。第一 PM燃燒模塊214可退動(de-actuate) 電加熱器162并且調(diào)節(jié)發(fā)動機104，使得排出發(fā)動機104的排氣被維持在第一排氣溫度范圍 內(nèi)。這樣，排氣可用于在相對短的時間段內(nèi)將入口表面172冷卻到低于再生溫度，由此抑制 持續(xù)的燃燒。 第一 PM燃燒模塊214可傳送加熱器控制值，加熱器致動器模塊206在第一加熱時 間段期間利用該加熱器控制值控制電加熱器162的工作。加熱器控制值可對應(yīng)于第一目標(biāo) 入口溫度和第一入口溫度范圍、致動每個電阻線圈170的時間段、致動加熱區(qū)174的順序、 以及每個加熱區(qū)174的目標(biāo)排氣溫度。第一 PM燃燒模塊214可基于排出發(fā)動機的排氣溫 度和/或排氣中的氧氣濃度來產(chǎn)生加熱器控制值。第一 PM燃燒模塊214可傳送其他控制 值，這些其他控制值用于在第一加熱時間段期間對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)。第二 PM燃燒模塊216可在第二加熱時間段期間調(diào)節(jié)發(fā)動機104和排氣系統(tǒng)106 的工作，使得累積的PM的剩余部分在第二燃燒過程中燃燒。在第二加熱時間段期間，第二 PM燃燒模塊216可對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得入口表面172被加熱到第二入口溫度范圍中的第 二目標(biāo)入口溫度，第二入口溫度范圍高于再生溫度。僅作為示例，第二入口溫度范圍可包括 550°C和650°C之間的溫度。雖然第二入口溫度范圍可包括低于第一入口溫度范圍的溫度， 如本文所公開的那樣，但應(yīng)當(dāng)理解的是，第二入口溫度范圍可包括更高的溫度。第二入口溫 度范圍可包括處于第一入口溫度范圍內(nèi)的溫度。加熱器致動器模塊206接收加熱器控制值，并且可基于接收到的加熱器控制值來 控制電加熱器162的工作。加熱器致動器模塊206可經(jīng)由連接器176選擇性地向電阻線圈 170供應(yīng)功率。特別參見圖7，現(xiàn)在將進(jìn)一步詳細(xì)討論PM過濾器136捕獲PM的工作。排氣進(jìn)入 PM過濾器136的上游端并且在進(jìn)入過濾器塊160的交替的閉合通道300和打開通道302之 前流經(jīng)電阻線圈170。通道300、302的端部可通過塞304交替地密封。排氣通過位于閉合 通道300上游端的開口 306進(jìn)入過濾器塊160，并且通過位于打開通道302的下游端的開口 308排出。沿途，排氣穿過通道300、302的壁310。排氣中的PM通過壁310累積并且在位于上游端和下游端之間沿壁310長度的兩側(cè)形成層312。層312的長度和厚度可取決于過 濾器塊160的構(gòu)造以及累積的PM的量而改變?，F(xiàn)在參見圖8-10，將進(jìn)一步詳細(xì)討論發(fā)動機和排氣系統(tǒng)100使PM過濾器136再生 的工作。特別參見圖8，其示出了 PM過濾器136的一部分。特別地，圖8示出了用于單個加 熱區(qū)174的設(shè)計容積178。簡單起見，示出了單個閉合通道300和兩個打開通道302。然而 應(yīng)當(dāng)理解的是，每個加熱區(qū)174的設(shè)計容積178可包括更多的或更少的通道300、302。當(dāng)請求對PM過濾器136進(jìn)行再生時，第一 PM燃燒模塊214開始第一燃燒過程。在 第一燃燒過程中，PM過濾器136中累積的PM的一部分在第一加熱時間段期間燃燒。第一 燃燒過程可包括在一個或多個設(shè)計容積178內(nèi)燃燒累積的PM的一些部分。在第一燃燒過 程中，一個或多個設(shè)計容積178內(nèi)的層312的表面層320被燃燒。每個設(shè)計容積178內(nèi)的 表面層320均可被燃燒。如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，每個設(shè)計容積178內(nèi)的表面層320的 燃燒可被順序地引發(fā)。替代性地，兩個或更多個設(shè)計容積178內(nèi)的表面層320的燃燒可在 幾乎同一時間被引發(fā)。接著第一燃燒過程，第二 PM燃燒模塊216開始第二燃燒過程。在第二燃燒過程 中，PM過濾器136內(nèi)累積的PM的剩余質(zhì)量在第二加熱時間段期間燃燒。以此方式，第一燃 燒過程之后層312中剩余的PM可被燃燒。在第一燃燒過程包括在兩個或更多個設(shè)計容積 178中的順序燃燒的情況下，第二燃燒過程可在完成受影響的設(shè)計容積178的第一燃燒過 程之前開始。例如，第二燃燒過程可在一個設(shè)計容積178中的第一燃燒過程完成之前在另 一個已經(jīng)完成第一燃燒過程的設(shè)計容積178內(nèi)開始?？紤]到前面所述，在第一加熱時間段期間，第一 PM燃燒模塊214可調(diào)節(jié)發(fā)動機104 使得排出發(fā)動機104的排氣處于第一排氣溫度范圍中的第一目標(biāo)發(fā)動機停車排氣溫度。以 此方式，排出發(fā)動機104的排氣可被維持低于再生溫度。應(yīng)當(dāng)意識到，第一加熱時間段期間 排出發(fā)動機104的排氣的溫度可取決于其他工作狀況而改變，例如發(fā)動機104的發(fā)動機速 度和/或期望功率輸出。在第一加熱時間段期間，第一 PM燃燒模塊214可進(jìn)一步調(diào)節(jié)電加熱器162，使得 PM過濾器136的入口表面172被維持在第一入口溫度范圍中的第一目標(biāo)入口溫度。特別 地，第一 PM燃燒模塊可致動每個加熱區(qū)174的電阻線圈170，由此調(diào)節(jié)給通過每個加熱區(qū) 進(jìn)入的排氣所供應(yīng)的熱量大小。熱量可以被順序地供應(yīng)在每個加熱區(qū)174中，并且持續(xù)以 預(yù)定致動時間段。該致動時間段可以是單個預(yù)定時間段，或者對于各個加熱區(qū)174可不同。 僅作為示例，致動時間段可以是約60秒的單個預(yù)定時間段。電阻線圈170可各自被致動以對應(yīng)的致動時間段，使得在致動時間段期間進(jìn)入通 道300、302的排氣的溫度處于或接近每個加熱區(qū)174的目標(biāo)區(qū)入口排氣溫度。通常，目標(biāo)區(qū) 入口排氣溫度是在致動時間段內(nèi)足以將高于再生溫度的入口表面172溫度升高到第一目 標(biāo)入口溫度的溫度。以此方式，第一 PM燃燒模塊214可在致動時間段期間將入口表面172 的溫度升高到足以導(dǎo)致表面層320燃燒的溫度。燃燒可在位于閉合通道300的上游端處或附近的表面層320內(nèi)被引發(fā)。在致動時 間段期間，燃燒可隨后在表面層320內(nèi)沿壁310的長度朝向下游端前進(jìn)。在結(jié)束之前，表面 層320的燃燒可接著在致動時間段后持續(xù)一個短的時間段。在致動時間段期間，電阻線圈170供應(yīng)的熱量在與PM燃燒期間所產(chǎn)生的熱量結(jié)合起來時，可足以導(dǎo)致表面層320沿壁310的長度燃燒。然而通常的情況是，一旦致動時間段 已經(jīng)結(jié)束，則燃燒期間產(chǎn)生的熱量不足以使燃燒延長。一旦致動時間段已經(jīng)結(jié)束，則進(jìn)入通 道300、302中的排氣的更加寒冷的溫度抑制了燃燒。因此，在每個加熱區(qū)174的致動時間 段結(jié)束時，在每個設(shè)計容積178內(nèi)通常將剩余一部分的層312。圖9-10提供了 PM過濾器溫度和PM層厚度的圖表，其示出了第一燃燒過程中表面 層320的燃燒。特別地，圖9-10的圖表示出了在等于30秒的加熱時間段期間的燃燒。圖 9是溫度隨軸向位置變化的示例性圖表，其示出了燃燒沿過濾器塊160長度的前進(jìn)。在該 圖中，在溫度跡線350、352、354中分別繪出了在引發(fā)燃燒后的時間間隔61秒、120秒和240 秒時測得的沿所述長度的溫度。溫度跡線350、352、354的峰示出了燃燒沿長度的前進(jìn)。從 圖中可以看出，在30秒的加熱時間段期間，峰沿長度前進(jìn)，并且此后持續(xù)一個時間段。圖10是繪出了在圖9所示加熱時間段期間PM層(即層312)厚度的圖表。在該 圖中，在厚度跡線360、362、364中分別繪出了在類似時間間隔時測得的沿過濾器塊160長 度的PM層厚度。這些跡線示出了在第一燃燒過程期間由于表面層(即表面層320)的去除 而引起的PM層厚度的逐漸減小。圖9-10示出了第一燃燒過程期間燃燒的前進(jìn)以及PM過濾器136中累積的PM質(zhì) 量的對應(yīng)減少。圖9-10進(jìn)一步示出了表面層320的燃燒可在熱量被供應(yīng)到排氣以引發(fā)和 促進(jìn)燃燒的時間段(即第一加熱時間段)之后繼續(xù)持續(xù)一個時間段。在位于過濾器塊160 的兩個或更多個設(shè)計容積178內(nèi)的表面層320按順序燃燒的情況下，這些設(shè)計容積178內(nèi) 的燃燒時間段可重疊，但是對應(yīng)的第一加熱時間段并不重疊。在完成第一燃燒過程后，第二燃燒過程開始。第二燃燒過程可在第一燃燒過程結(jié) 束時開始或者在此后的一個短時間段內(nèi)開始。在第二燃燒過程期間，層312內(nèi)的剩余PM在 第二加熱時間段期間燃燒。通常，第二加熱時間段可以是比第一加熱時間段更長的持續(xù)時 間段，并且可大于第一燃燒過程的第一加熱時間段的總和。第二加熱時間段可以是更長的 持續(xù)時間段，其中在第一燃燒過程后剩余的PM質(zhì)量大于在第一燃燒過程期間所燃燒的質(zhì) 量。第二加熱時間段可以是更長的時間段，其中入口表面172在第二燃燒過程期間被加熱 到的溫度比在第一燃燒過程期間所加熱到的溫度更低。另外，第二加熱時間段將通常是比 抑制第一燃燒過程中的持續(xù)燃燒的冷卻時間段更長的持續(xù)時間段。第二燃燒過程可通過用于再生的常規(guī)方法實施。在一種常規(guī)方法中，過濾器塊160 的入口表面172的溫度被升高到使剩余PM可被引發(fā)燃燒的溫度并且被保持以第二加熱時 間段的時間。僅作為示例，入口表面172可在第二時間段期間被升高到并且維持在約600°C 的溫度。更具體地，入口表面172可被升高到550°C的溫度并持續(xù)第一時間段，然后被升高 到600°C并持續(xù)第二時間段，然后被升高到630°C并持續(xù)第三時間段。例如，第一、第二和第 三時間段可各自約為10分鐘。在這種情況下，第二加熱時間段將為30分鐘。包括了第一、 第二和第三時間段的第二加熱時間段可以是基于入口表面172所工作的溫度的預(yù)定時間 段。第二燃燒過程可按照主動過程來實施，由此，燃料在PM過濾器136上游被噴入 排氣中并燃燒，使得達(dá)到上游端的期望溫度。例如，在燃燒過程期間，燃料的次級質(zhì)量 (secondary mass)可由燃料噴射器138噴入排氣中并且在DOC轉(zhuǎn)化器142內(nèi)燃燒，由此使 排氣的溫度升高。也可使用其他調(diào)節(jié)發(fā)動機104的方法，例如延遲主燃料噴射和進(jìn)氣節(jié)氣門調(diào)節(jié)。另外，一個或多個加熱區(qū)174可被致動以供應(yīng)額外的熱量，由此使排氣的溫度進(jìn)一
步升尚。特別參見圖11，其給出了根據(jù)本發(fā)明的用于使PM過濾器(例如PM過濾器136)再 生的示例性控制方法400。將參照本文前面公開的發(fā)動機和排氣系統(tǒng)100以及控制值來描 述方法400。方法400可在一個或多個模塊中實施，例如排氣系統(tǒng)模塊190。方法400可在 發(fā)動機104工作期間周期性運行，以管理PM過濾器136中PM的積累。方法400開始于步驟402，其中控制方法確定發(fā)動機104是否運行。如果發(fā)動機 104正在運行，則控制方法前進(jìn)到步驟404，否則控制方法如圖所示循環(huán)返回。在步驟404中，控制方法確定PM過濾器136的PM負(fù)載，并且控制方法前進(jìn)到步驟 406。如本文前面所討論的，PM負(fù)載可以是PM過濾器136中累積的PM的估計質(zhì)量?？刂?方法前進(jìn)到步驟406，其中控制方法確定是否對PM過濾器136進(jìn)行再生。控制方法可通過 比較PM負(fù)載和閾值負(fù)載來確定是否再生。閾值負(fù)載可代表閾值質(zhì)量。因此，控制方法可在 PM負(fù)載大于閾值負(fù)載時確定對PM過濾器136進(jìn)行再生。如果控制方法確定對PM過濾器 136進(jìn)行再生，則控制方法前進(jìn)到步驟408，否則控制方法如圖所示循環(huán)返回。在步驟408中，控制方法確定用于在分層再生過程期間以順序步驟執(zhí)行的操作發(fā) 動機和排氣系統(tǒng)100的控制值。控制值可包括但不限于本文前面所討論的入口表面172的 第一和第二目標(biāo)入口溫度和范圍、目標(biāo)發(fā)動機停車排氣溫度和范圍、目標(biāo)區(qū)入口排氣溫度、 區(qū)順序、以及用于電加熱器162的加熱和致動時間段。接下來，在步驟410-414中，控制方法調(diào)節(jié)發(fā)動機和排氣系統(tǒng)100的工作，使得層 312中累積的PM的一部分在第一燃燒過程中燃燒。特別地，控制方法對工作進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得 燃燒被限制于累積的PM的表面層320。在步驟410中，控制方法將入口表面172加熱到高 于再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)并持續(xù)第一加熱時間段?？刂品椒稍诘谝患訜釙r間段 期間致動電加熱器162以加熱進(jìn)入PM過濾器136的排氣，并由此將入口表面172加熱到第 一目標(biāo)入口溫度。控制方法可致動電加熱器162，使得排氣以目標(biāo)區(qū)入口排氣溫度進(jìn)入PM 過濾器136?？刂品椒赏瑫r致動每個加熱區(qū)174的電阻線圈170，并由此同時使每個設(shè)計容 積178內(nèi)的表面層320燃燒。替代性地，控制方法可根據(jù)區(qū)順序來順序地致動每個電阻線 圈170并持續(xù)對應(yīng)的致動時間段。以此方式，控制方法可順序地使每個設(shè)計容積178內(nèi)的 表面層320燃燒。在前述兩種方式中，控制方法可選擇性地致動電阻線圈170并由此引發(fā) 燃燒，從而使選定的設(shè)計容積178的表面層320燃燒。如步驟412中所示，控制方法可在第一加熱時間段期間將排出發(fā)動機104的排氣 溫度維持在低于再生溫度的第一排氣溫度范圍內(nèi)。特別地，控制方法可將排氣溫度維持在 目標(biāo)發(fā)動機停車排氣溫度。控制方法可按照前述方式調(diào)節(jié)排氣溫度，以便有助于在后續(xù)步 驟中冷卻入口表面172。接下來，在步驟414中，接著在第一加熱時間段后，控制方法將入口表面172冷卻 到低于再生溫度并持續(xù)冷卻時間段。控制方法將入口表面172冷卻到低于再生溫度，以便 抑制表面層320的持續(xù)燃燒。以此方式，控制方法可停止表面層320的燃燒并且對層312 在第一燃燒過程期間所燃燒的部分進(jìn)行控制。控制方法可在冷卻時間段期間將排出發(fā)動機 104的排氣溫度維持在第一排氣溫度范圍內(nèi)。冷卻時間段可小于第一加熱時間段。
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控制方法前進(jìn)到步驟416，其中控制方法調(diào)節(jié)發(fā)動機和排氣系統(tǒng)100的工作并持 續(xù)第二加熱時間段，使得層312中剩余的累積PM在第二燃燒過程中燃燒。控制方法可對工 作進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得入口表面172的溫度被維持在高于再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)并持 續(xù)第二加熱時間段?？刂品椒蓪⑷肟诒砻?72維持在第二目標(biāo)入口溫度。以此方式，控 制方法可引發(fā)層312中的剩余PM的燃燒。第二加熱時間段可大于第一加熱時間段和冷卻 時間段。在第二加熱時間段結(jié)束時，根據(jù)方法400進(jìn)行的控制在步驟414中結(jié)束。特別參見圖12，其給出了根據(jù)本發(fā)明用于使PM過濾器(例如PM過濾器136)再生 的另一個示例性控制方法500。方法500類似于方法400，除了在方法500中，在其期間兩 個設(shè)計容積178內(nèi)累積的PM的一部分在第一燃燒過程中燃燒的加熱時間段與在其期間兩 個設(shè)計容積178內(nèi)的剩余PM在第二燃燒過程中燃燒的加熱時間段重疊。雖然方法500公 開了涉及兩個設(shè)計容積178的分層再生過程，但應(yīng)當(dāng)意識到的是方法500中也可包括另外 的設(shè)計容積178。方法500開始于步驟502，其中控制方法確定發(fā)動機104是否運行。如果發(fā)動機 104正在運行，則控制方法前進(jìn)到步驟504，否則控制方法如圖所示循環(huán)返回。在步驟504中，控制方法確定PM負(fù)載并且控制方法前進(jìn)到步驟506。在步驟506 中，控制方法確定是否對PM過濾器136進(jìn)行再生?？刂品椒赏ㄟ^比較PM負(fù)載和閾值負(fù) 載來確定是否再生。如果控制方法確定對PM過濾器136進(jìn)行再生，則控制方法前進(jìn)到步驟 508，否則控制方法如圖所示循環(huán)返回。在步驟508中，控制方法確定用于以順序步驟操作發(fā)動機和排氣系統(tǒng)100的控制 值?？刂浦悼砂ǖ幌抻诒疚那懊嫠懻摰挠糜谌肟诒砻?72的第一和第二目標(biāo)入口溫 度和范圍、目標(biāo)發(fā)動機停車排氣溫度和范圍、目標(biāo)區(qū)入口排氣溫度、區(qū)順序、以及電加熱器 162的加熱和致動時間段。在步驟510中，控制方法將入口表面172的第一區(qū)加熱到高于再生溫度的第一入 口溫度范圍內(nèi)并持續(xù)第一加熱時間段?？刂品椒稍诘谝患訜釙r間段期間致動對應(yīng)于第一 加熱區(qū)174的電阻線圈170以加熱第一區(qū)。以此方式，控制方法可導(dǎo)致對應(yīng)于第一加熱區(qū) 174的設(shè)計容積178中PM的層312 (例如表面層320)的一部分燃燒。控制方法可在第一加 熱時間段期間將排出發(fā)動機104的排氣溫度維持成低于再生溫度。接下來，在步驟512中，接著在第一加熱時間段后，控制方法將第一區(qū)冷卻到低于 再生溫度并持續(xù)第一冷卻時間段，由此抑制對應(yīng)設(shè)計容積178中PM的持續(xù)燃燒。在冷卻時 間段期間，控制方法可退動對應(yīng)的電阻線圈170，并且可將排氣溫度維持在低于再生溫度的 第一排氣溫度范圍內(nèi)。第一冷卻時間段可小于第一加熱時間段。接下來在步驟514中，控制方法將第一區(qū)加熱到高于再生溫度的第二入口溫度范 圍內(nèi)并持續(xù)第二加熱時間段。以此方式，控制方法可導(dǎo)致對應(yīng)設(shè)計容積178中的層312中 的剩余PM燃燒?？刂品椒芍聞訉?yīng)的電阻線圈170以加熱第一區(qū)。第二加熱時間段可 大于第一加熱時間段和第一冷卻時間段。接下來在步驟516中，控制方法在第三加熱時間段期間將入口表面172的第二區(qū) 加熱到第一入口溫度范圍內(nèi)。以此方式，控制方法可導(dǎo)致對應(yīng)于第二加熱區(qū)174的設(shè)計容 積178中PM的層312的一部分燃燒。控制方法可致動對應(yīng)于第二加熱區(qū)174的電阻線圈 170以加熱第二區(qū)?？刂品椒稍诘谌訜釙r間段期間將排出發(fā)動機104的排氣溫度維持成低于再生溫度。接下來，在步驟518中，接著在第三加熱時間段后，控制方法將第二區(qū)冷卻到低于 再生溫度并持續(xù)第二冷卻時間段，由此抑制對應(yīng)設(shè)計容積178中PM的持續(xù)燃燒。在第二冷 卻時間段期間，控制方法可退動對應(yīng)的電阻線圈170，并且可將排氣溫度維持在第一排氣溫 度范圍內(nèi)。第二冷卻時間段可小于第三加熱時間段。接下來在步驟520中，控制方法將第二區(qū)加熱到第二入口溫度范圍內(nèi)并持續(xù)第四 加熱時間段。以此方式，控制方法可導(dǎo)致對應(yīng)于第二加熱區(qū)174的設(shè)計容積178中的層312 中的剩余PM燃燒?？刂品椒芍聞訉?yīng)的電阻線圈170以加熱第二區(qū)。第四加熱時間段 可大于第三加熱時間段和第二冷卻時間段。在第二時間段結(jié)束時，根據(jù)方法500進(jìn)行的控 制在步驟508中結(jié)束。本發(fā)明的廣泛教導(dǎo)可按照多種形式實施。因此，盡管本發(fā)明包括了具體示例，但本 發(fā)明的真實范圍卻不應(yīng)當(dāng)限于這些具體示例，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究了附圖、說明書 和所附權(quán)利要求后將會明白其他的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括輸入裝置，其接收使顆粒物過濾器再生的請求，所述顆粒物過濾器從所述發(fā)動機的排 氣中過濾顆粒物；以及再生模塊，其響應(yīng)于所述請求調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和對所述顆粒物過濾器入口表面進(jìn)行加 熱的電加熱器的工作，使得在第一加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器將所述入口表面維持在高于所述顆粒物過濾器的 再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述顆粒物過濾器內(nèi)累積的顆粒物的第一質(zhì)量 的燃燒；在接著所述第一加熱時間段的冷卻時間段內(nèi)，所述排氣將所述入口表面冷卻到低于所 述再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量的燃燒；以及在接著所述冷卻時間段的第二加熱時間段內(nèi)，所述入口表面被維持在高于所述再生溫 度的第三入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的顆粒物的第二質(zhì)量燃燒。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻時間段小于所述第一加熱時 間段和所述第二加熱時間段。
3.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一加熱時間段小于所述第二加 熱時間段，其中，所述第二加熱時間段緊接著所述冷卻時間段。
4.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一加熱時間段基于下述之一所 述排氣的第一排氣溫度和所述排氣中的氧氣濃度。
5.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一加熱時間段期間，所述電加 熱器將所述入口表面維持在目標(biāo)入口溫度，所述目標(biāo)入口溫度基于下述之一所述排氣的 第一排氣溫度和所述排氣中的氧氣濃度。
6.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，界定所述第一入口溫度范圍的第一溫 度高于界定所述第三入口溫度范圍的第二溫度。
7.一種用于發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括輸入裝置，其接收使顆粒物過濾器再生的請求，所述顆粒物過濾器從所述發(fā)動機的排 氣中過濾顆粒物；以及再生模塊，其響應(yīng)于所述請求調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和對所述顆粒物過濾器入口表面進(jìn)行加 熱的電加熱器的工作，使得在第一加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器的第一電阻線圈將所述入口表面的第一區(qū)維持在 高于所述顆粒物過濾器的再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述顆粒物過濾器內(nèi) 累積的顆粒物的第一質(zhì)量的燃燒；在第二加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器的第二電阻線圈將所述入口表面的第二區(qū)維持 在所述第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述顆粒物過濾器內(nèi)累積的顆粒物的第二質(zhì)量的燃 燒；在接著所述第一加熱時間段的第一冷卻時間段內(nèi)，所述發(fā)動機的排氣將所述第一區(qū)冷 卻到低于所述再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量的燃燒；在接著所述第二加熱時間段的第二冷卻時間段內(nèi)，所述發(fā)動機的排氣將所述第二區(qū)冷 卻到所述第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第二質(zhì)量的燃燒；以及在接著所述第一和第二冷卻時間段的第三加熱時間段內(nèi)，所述入口表面被維持在高于所述再生溫度的第三入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的顆粒物的第三質(zhì)量燃燒。
8.如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二加熱時間段接著所述第一加 熱時間段。
9.如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二加熱時間段接著所述第一冷 卻時間段。
10.一種用于控制發(fā)動機的方法，包括接收使顆粒物過濾器再生的請求，所述顆粒物過濾器從所述發(fā)動機的排氣中過濾顆粒 物；以及響應(yīng)于所述請求調(diào)節(jié)所述發(fā)動機和對所述顆粒物過濾器入口表面進(jìn)行加熱的電加熱 器的工作，使得在第一加熱時間段內(nèi)，所述電加熱器將所述入口表面維持在高于所述顆粒物過濾器的 再生溫度的第一入口溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)所述顆粒物過濾器內(nèi)累積的顆粒物的第一質(zhì)量 的燃燒；在接著所述第一加熱時間段的冷卻時間段內(nèi)，所述排氣將所述入口表面冷卻到低于所 述再生溫度的第二入口溫度范圍內(nèi)，并且抑制所述第一質(zhì)量的燃燒；以及在接著所述冷卻時間段的第二加熱時間段內(nèi)，所述入口表面被維持在高于所述再生溫 度的第三入口溫度范圍內(nèi)，并且使所述累積的顆粒物的第二質(zhì)量燃燒。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于顆粒物過濾器的分層再生的系統(tǒng)和方法。具體地，提供了一種用于控制發(fā)動機的方法，其包括接收使顆粒物過濾器再生的請求；和響應(yīng)于該請求調(diào)節(jié)發(fā)動機和對過濾器入口表面進(jìn)行加熱的電加熱器的工作，使得在第一時間段內(nèi)，加熱器將入口表面維持在高于過濾器的再生溫度的第一溫度范圍內(nèi)，并且引發(fā)過濾器內(nèi)累積的顆粒物的第一質(zhì)量的燃燒，在接著第一時間段的第二時間段內(nèi)，排氣將入口表面冷卻到低于再生溫度的第二溫度范圍內(nèi)，并且抑制第一質(zhì)量的燃燒，以及在接著第二時間段的第三時間段內(nèi)，入口表面被維持在高于再生溫度的第三溫度范圍內(nèi)，并且使累積的顆粒物的第二質(zhì)量燃燒。還提供了相關(guān)的控制系統(tǒng)。
文檔編號F01N9/00GK101994557SQ201010254219
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者E·V·岡策, G·巴蒂亞, M·J·小帕拉托爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司