CN102242665A - 柴油微粒过滤器控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柴油微粒过滤器控制方法。本发明提供处理包括微粒过滤器和在过滤器下游的CO2传感器的发动机中的微粒排放的方法和系统。CO2传感器可用来推断在过滤器下游排气中微粒物质的存在。通过感测在过滤器后的排气中的微粒物质，可识别过滤器衰退。

Description

柴油微粒过滤器控制
技术领域
本发明涉及内燃发动机(例如柴油发动机和汽油发动机)的微粒物质净化系统。
背景技术
排放控制装置，例如柴油微粒过滤器(DPF)可通过捕集微粒减少柴油发动机的微粒物质排放(例如烟粒)的量。这样的装置可在发动机运行期间再生，从而减少被捕集的微粒物质的量(例如，通过燃烧)并保持装置的收集能力。为了符合严格的联邦政府排放标准，再生操作和DPF功能性可被严格控制并定期评估。
控制柴油微粒过滤器的方法的一个示例由Stewart等人在US7,155,334中说明。其中，发动机控制器基于从传感器接收的输入启动过滤器再生，例如微粒物质传感器和/或二氧化碳传感器，其设置在过滤器的上游和下游。特别地，控制器基于通过过滤器前后的排气成分确定是否再生过滤器。
然而，本发明人认识到该方法的问题。作为一个示例，对基于阻抗感测的微粒物质(PM)传感器的使用降低了排放控制系统的灵敏度。这种常用PM传感器可被配置为基于电路两端的电阻或电容变化电检测PM的存在。这样的传感器可具有“死区(dead-band)”，在死区中，在传感器能够响应之前，PM必须积累。检测PM需要的该额外时间可延迟过滤器再生的确定和启动。这种过滤器再生可加速过滤器衰退。额外的时间也降低电子传感器识别DPF衰退的能力。总之，这可导致衰退的排气排放水平。
作为另一示例，对来自在确定过滤器再生中感测排气CO2水平的CO2传感器的输入的使用也可降低系统准确估算过滤器上的烟粒负荷的能力，这是由于在过滤器烟粒水平和排气CO2水平之间的间接关联。由于排气CO2水平更能代表燃烧状况，因此可推断烟粒负荷，但不能准确确定。
发明内容
因此，在一个示例中，上面某些问题中的一些可通过运行包括微粒过滤器的发动机排气系统的方法解决，该系统包含基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2信号(signature)调节发动机运行。CO2信号可包括由安置在过滤器下游的CO2传感器所估算的被氧化的PM的CO2水平。
在一个示例中，柴油发动机排气系统可配置有过滤器基底和安置在DPF下游的CO2传感器。在选择的发动机工况期间，发动机控制器可加热基底并使用在排气中存在的氧在加热基底上氧化过滤器后的排气微粒物质(即，排气烟粒)。可通过下游CO2传感器估算从烟粒氧化生成的CO2，从而确定被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2信号。CO2信号可至少包括被氧化的PM的CO2水平。由于生成的CO2很大程度上取决于在加热基底上氧化的排气烟粒的量，因此估算的排气CO2水平和排气的烟粒水平之间可直接关联。即，CO2传感器可用作PM传感器。然后控制器可基于CO2信号调节发动机运行并执行过滤器诊断。在其它发动机工况期间，CO2传感器可用来感测与过滤器后的排气PM无关的排气CO2水平。
例如，在第一发动机工况期间，在过滤器存储并且基底没有氧化时(例如，基底加热器关闭)，发动机控制器可基于通过CO2传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行(例如，EGR运行)。在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，在过滤器存储并且基底氧化时(例如，基底加热器开启)，发动机控制器可基于氧化的过滤器后的排气PM估算的CO2水平调节发动机运行(例如，启动过滤器再生)，并执行过滤器诊断(例如，确定过滤器泄漏)。就其而言，在这样的状况期间，低至可预期在过滤器后的排气中基本没有排气PM。这里，通过将CO2传感器的输出和基于发动机工况预期的CO2水平比较，可在过滤器后的排气中识别排气PM，并可用来推断过滤器衰退。例如，CO2传感器可实时感测过滤器后的排气CO2水平，从而提供在排气中PM存在的实时指示。响应估算的CO2水平(即，传感器输出)大于预期的CO2水平，由于排气中存在PM，因此发动机控制器可指示过滤器衰退。如果过滤器衰退，控制器可响应衰退的指示进一步调节发动机工况，以及再生状况。比较地，如果估算水平不大于预期水平，但大于阈值，那么控制器可推断过滤器没有衰退，但在上游过滤器上积累充足烟粒，并且应启动过滤器再生操作。因此，可启动过滤器再生从而恢复过滤器的收集能力。
认识到尽管示出的示例说明在柴油发动机排气系统中CO2传感器的应用，但这不意味着限制，并且相同的CO2传感器可类似地应用在替换发动机排气系统中，以便诊断汽油发动机排气系统中的汽油微粒过滤器。
这样，通过将烟粒氧化从而生成CO2，并通过使用下游CO2传感器可在发动机排气中检测烟粒的存在，从而除在估算排气CO2水平中使用它们之外提供更直接和更准确的排气烟粒水平估算。通过使排气烟粒水平的准确、实时估算成为可能，可更好确定并更准确地启动过滤器再生。另外，CO2气体传感器的更高灵敏度可减少电阻传感器的“死区”效果，并在信号之间提供较高分辨率。该较高分辨率可改善识别衰退的微粒过滤器的能力。通过改善过滤器再生和过滤器诊断中的准确性，可改善排放的质量。
根据另一方面，提供运行包括微粒过滤器的发动机排气系统的方法。该方法包含基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2信号调节发动机运行。
在一个实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节。
在另一实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节，其中在选择的发动机工况期间执行调节包括，在第一发动机工况期间，基于通过传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行；并且在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平调节发动机运行。
在另一实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节，其中在选择的发动机工况期间执行调节包括，在第一发动机工况期间，基于通过传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行；并且在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平调节发动机运行，其中排气系统包括在CO2传感器上游的基底，并且其中在第一工况期间，过滤器存储并且基底不氧化，并且在第二工况期间，过滤器存储并且基底氧化。
在另一实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节，其中在选择的发动机工况期间执行调节包括，在第一发动机工况期间，基于通过传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行；并且在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平调节发动机运行，其中排气系统包括在CO2传感器上游的基底，并且其中在第一工况期间，过滤器存储并且基底不氧化，并且在第二工况期间，过滤器存储并且基底氧化，其中基底氧化包括通过基底加热器加热基底。
在另一实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节，其中在选择的发动机工况期间执行调节包括，在第一发动机工况期间，基于通过传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行；并且在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平调节发动机运行，其中排气系统包括在CO2传感器上游的基底，并且其中在第一工况期间，过滤器存储并且基底不氧化，并且在第二工况期间，过滤器存储并且基底氧化，其中基底氧化包括通过基底加热器加热基底，其中使用源自排气的氧在被加热的基底上氧化排气PM。
在另一实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节，其中在选择的发动机工况期间执行调节包括，在第一发动机工况期间，基于通过传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行；并且在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平调节发动机运行，其中基于CO2信号调节发动机运行包括在被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平大于阈值时启动过滤器再生。
在另一实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节，其中在选择的发动机工况期间执行调节包括，在第一发动机工况期间，基于通过传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行；并且在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平调节发动机运行，其中基于CO2信号调节发动机运行包括在被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平大于阈值时启动过滤器再生，该方法进一步包含基于被氧化的、过滤器后的排气PM的CO2水平指示过滤器衰退。
在另一实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节，其中在选择的发动机工况期间执行调节包括，在第一发动机工况期间，基于通过传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行；并且在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平调节发动机运行，其中基于CO2信号调节发动机运行包括在被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平大于阈值时启动过滤器再生，该方法进一步包含基于被氧化的、过滤器后的排气PM的CO2水平指示过滤器衰退，其中该指示包括基于发动机工况确定预期的CO2水平，将预期的CO2水平与估算的CO2水平比较，并在估算的CO2水平大于预期的CO2水平时指示过滤器衰退。
在另一实施例中，发动机是汽油发动机，并且其中CO2信号包括通过安置在过滤器下游的CO2传感器估算的被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的CO2水平，并且其中在选择的发动机工况期间执行调节，其中在选择的发动机工况期间执行调节包括，在第一发动机工况期间，基于通过传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行；并且在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平调节发动机运行，其中基于CO2信号调节发动机运行包括在被氧化的、过滤器后的排气微粒物质(PM)的估算CO2水平大于阈值时启动过滤器再生，该方法进一步包含基于被氧化的、过滤器后的排气PM的CO2水平指示过滤器衰退，其中该指示包括基于发动机工况确定预期的CO2水平，将预期的CO2水平与估算的CO2水平比较，并在估算的CO2水平大于预期的CO2水平时指示过滤器衰退，其中指示过滤器衰退包括设定诊断代码。
根据另一方面，发动机排气系统包含微粒过滤器；耦合到过滤器下游的CO2传感器；设置在CO2传感器上游的基底；以及在其上具有在过滤器存储期间加热基底的指令的控制器；估算对应于在加热基底上被氧化的排气PM的CO2水平；基于估算的CO2水平启动过滤器再生；以及基于估算的CO2水平确定过滤器衰退。
在一个实施例中，其中加热基底包括在排气温度低于阈值时开启基底加热器，从而电加热基底；并在排气温度高于阈值时关闭基底加热器，从而使用加热的排气非电地加热基底。
应当理解，提供上面的概述以便以简化的形式引进在具体实施方式部分中进一步描述的方案选择。但是这并不意味着指出了要求保护的主题的关键或本质特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题不限于解决在上面或本实用新型的任何部分指出的任何缺点的实施。
附图说明
图1示出发动机和相关微粒物质保留系统的示意图。
图2到5示出图解根据本公开的程序的高级流程图，该程序在图1的微粒物质保留系统中可被实施为使用CO2传感器控制和判断过滤器再生和过滤器功能。
具体实施方式
下面的描述涉及控制微粒物质保留系统，例如图1的柴油微粒物质(PM)保留系统的系统和方法。如其中所示，PM保留系统可包括柴油微粒过滤器、过滤器基底和安置在过滤器和基底下游的CO2气体传感器。如在图2中示出，在不加热基底，即基底不能氧化时；CO2传感器可用来估算排气CO2水平，并基于估算值调节发动机运行。在基底能够氧化时(例如，在通过专用基底加热器电加热基底，或通过热排气非电地加热时)，过滤器后的排气可经过被加热的基底，并且可使用源自排气的氧在CO2传感器上游的基底上氧化排气PM(如果存在)。这里，由于在基底上生成的气体CO2和被氧化的PM之间的直接关联，因此CO2传感器可用来更准确地推断排气PM的存在以及排气PM水平。因此，在过滤器存储和/或再生状况期间可通过传感器生成CO2信号。如在图3-5中示出，通过将估算的CO2水平(基于传感器输出)与预期的CO2水平(基于例如发动机运行或再生工况)比较，可识别过滤器衰退，并从衰退的再生区分开。这样，CO2传感器可有利地用来准确识别在过滤器后的排气中的PM的存在，并且提供对过滤器功能和再生功效的更准确控制。通过减少对电阻感测PM传感器的需要，可实现高信号分辨率，使改善排放控制成为可能。
图1示出车辆系统6的示意图。车辆系统6包括耦合到微粒物质(PM)保留系统22的发动机系统8。发动机系统8可包括具有多个汽缸30的发动机10。发动机10包括发动机进气23和发动机排气25。发动机进气23包括经由进气道42不固定地耦合到发动机进气歧管44的节气门62。发动机排气25包括最终通向排气道35的排气歧管48，排气道35将空气排向大气。节气门62可在增压装置(例如涡轮增压器)(未示出)下游和后冷却器(未示出)上游设置在进气道42中。在包括后冷却器(after-cooler)时，后冷却器可被配置为降低被增压装置压缩的进气的温度。
发动机排气25可包括一个或更多个排放控制装置70，排放控制装置70可安装于排气中的紧密耦合位置。一个或更多个排放控制装置可包括三元催化剂、稀NOx过滤器、SCR催化剂，等等。发动机排气25也可包括安置在排放控制装置70上游的PM保留系统22。在一个示例中，如示出的，PM保留系统22是柴油微粒物质保留系统。在通过PM保留系统22的通道之后已经被过滤掉PM的排气管排气可在排放控制装置70中被进一步处理，并经排气道35排到大气。
PM保留系统22可包括一个或更多个PM保留装置，例如柴油微粒过滤器(DPF)102，从而从进入的气体中临时过滤PM。DPF 102可具有由例如堇青石或碳化硅制成的整体结构，其内部具有多个沟道，以便从柴油机排气中过滤微粒物质。PM保留系统22可进一步包括安置在DPF 102下游的基底104，以及安置在基底104下游的CO2气体传感器106。基底104可以例如由被加热的排气道非电地加热，或例如通过专用基底加热器108的运行而被电加热，从而将过滤器后的排气PM或烟粒氧化成CO2。可然后使用下游的CO2传感器获得过滤器后的被氧化的PM的CO2信号。
基底104可具有类似于DPF 102的由例如堇青石或碳化硅等等制成的整体结构。基底不可被催化，因此功能类似于过滤器。在一个示例中，基底104的直径可被配置为匹配排气道35的直径，以便使全部排气能够流过基底。可基于期望的存储性质调节基底104的长度。在示出的实施例中，其中基底104可不具有大量的基底烟粒存储功能，可使用较短基底(例如，50mm或更短)。在可替换实施例中，其中可需要基底104除氧化排气烟粒之外还需要存储烟粒，可采用较长基底。
可通过基底加热器108加热基底104。在一个示例中，如示出，加热器108可以是内部加热器，例如编入基底的电阻加热器。可使用PWM控制来控制电阻加热器，从而将基底温度调节到期望温度。在可替换示例中，加热器可以是外部加热器。在一个示例中，基底加热器的运行可基于排气温度。因此，基底加热器可在排气温度低于阈值时(例如在过滤器存储期间)开启，并在排气温度高于阈值时(例如在过滤器再生期间)关闭。可替换地，基底加热器运行可基于过滤器状况。这里，加热器可在过滤器处于存储模式中的时候开启，并在过滤器处于再生模式中的时候关闭。
尽管示出的示例图解在DPF 102下游的基底104，但在可替换实施例中，基底104可包括在DPF 102中。在发动机运行期间，例如由于被加热的排气在基底上流动，因此可加热基底104。可替换地，可通过专用加热器加热基底104。被加热的基底104可使用源自排气的氧来氧化基底上的排气PM。被氧化的PM例如烟粒可由此燃烧从而生成CO2。下游CO2传感器106可被配置为提供对所产生的CO2水平的准确估算。然后可确定排气PM水平，或基于估算的CO2水平通过发动机控制器12推断。
在发动机运行期间，可在DPF 102上保留并收集排气PM。因此，在没有过滤器衰退的情况下过滤器后的排气PM量可非常低。因此，在CO2传感器感测的CO2水平(即，传感器输出)和基于发动机工况期望的CO2水平之间可基本没有不同。在过滤器衰退的情况下(例如，由于过滤器中的裂缝)，烟粒可从过滤器逃出并可被检测到，这是由于在过滤器后的基底上释放的烟粒氧化，下游传感器估算的CO2水平突然增加。可基于基底104下游的CO2传感器106感测到的CO2水平确定过滤器后的排气PM水平。例如，可获得对PM水平的实时估算。如参考图2-4进一步详述的，通过监测所估算的CO2水平和/或所推断的PM水平，可评估DPF 102运行并且可执行过滤器诊断程序。在一个示例中，响应CO2水平中的增加高于阈值，在发动机运行期间，可推断过滤器饱和并且可启动过滤器再生。在另一示例中，在过滤器再生期间和/或在过滤器再生之后，响应CO2水平高于上阈值(或低于下阈值)，可诊断过滤器衰退并可设定过滤器诊断代码。
车辆系统6可进一步包括控制系统14。示出控制系统14从多个传感器16(在此描述的各种示例)接收信息，并向多个致动器81(在此描述的各种示例)发送信息。作为一个示例，传感器16可包括排气传感器126(设置在排气歧管48中)、温度传感器128和压力传感器129(设置在排放控制装置70下游)，以及CO2传感器106(设置在DPF102和基底104下游)。其它传感器例如额外压力、温度、空气/燃料比，以及成分传感器可耦合到在车辆系统6中各种位置。作为另一示例，致动器可包括燃料注射器66、节气门62、控制过滤器再生的DPF阀(未示出)，等等。控制系统14可包括控制器12。空气中可从各种传感器接收数据、处理输入数据，并响应处理的数据基于对应一个或更多个程序的编程于其中的指令或代码触发致动器。在此参考图2-5描述示例控制程序。
图2图解基于源自安置在发动机排气中微粒过滤器下游的CO2传感器的反馈调节发动机和过滤器运行的示例程序200。特别地，通过使用CO2传感器估算排气CO2水平，和/或推断过滤器后的排气PM的存在，可在包括过滤器存储和过滤器再生的全部发动机工况期间执行过滤器诊断。
在202，该程序包括证实发动机正在运行。如果发动机不运行，那么程序可结束。在204，可估算和/或推断发动机工况。这些可包括例如驾驶员请求的扭矩、发动机温度、排气温度、排气成分、空燃比，等等。在206，可确定安置在微粒物质保留系统(图1)中的微粒过滤器下游的基底是否正在氧化。就其而言，在基底被加热时(例如，高于阈值温度)可使基底能够氧化PM。在一个示例中，可通过运行专用基底加热器电加热基底。在另一示例中，可通过流过基底的热排气流非电地加热基底。就其而言，当基底是热的并能够氧化时，如果存在排气PM，那么可在基底上收集排气PM并使用源自排气的氧来氧化。就其而言，如果基底没有正在氧化，那么在208，CO2传感器可仅提供对排气CO2水平的估算，并且发动机控制器可被配置为基于估算的排气CO2水平调节发动机运行，并执行发动机组件诊断。例如，排气CO2水平可用来调节EGR的量、增压量、气门正时，等等。相似地，排气CO2水平可用来诊断组件例如EGR组件等中的衰退。
在209，如果基底正在氧化，那么可确定是否已经使过滤器再生。如果还没有使过滤器再生，那么在210，可基于发动机工况估算预期的CO2水平(CO2_模型_非再生)。在212，估算的CO2水平可与通过传感器输出的CO2信号输出(CO2_传感器_非再生)比较。在214，基于估算的CO2水平和传感器的CO2信号之间的比较，可执行过滤器诊断，并且可调节发动机运行。这里，CO2传感器输出可反映对应排气CO2水平的CO2信号，排气CO2水平包括通过在被加热的基底上氧化排气PM生成的CO2。因此，CO2信号可用来推断过滤器后的排气PM的存在，以及过滤器后的排气PM水平。在一个示例中，基于估算的CO2信号推断排气PM水平可包括确定对应非烟粒排气CO2水平的CO2信号部分，并且从估算的CO2信号该减去部分。在确定对应被氧化的过滤器后的排气PM的CO2水平时，可替换算法可用来补偿排气非烟粒CO2水平。如参考图3进一步详述的，基于估算的CO2水平和传感器输出CO2信号之间的比较调节发动机运行和执行过滤器诊断可包括基于CO2信号诊断源自衰退过滤器的排气PM泄漏、启动再生和/或调节过滤器再生状况(排气流速、排气温度，等等)。
因此，在第一发动机工况期间，在过滤器存储并且基底不氧化时，可基于通过CO2传感器估算的排气CO2水平调节发动机运行。然后，在不同于第一发动机工况的第二发动机工况期间，在过滤器存储并且基底氧化(例如，通过基底加热器加热)时，可基于被氧化的、过滤器后的排气PM的估算CO2水平调节发动机运行。
现在转到图3，示出在其中基底正在氧化并且过滤器正在存储的发动机工况期间诊断过滤器衰退和调节发动机运行的示例程序300。即，在非再生状况期间可执行示出的程序。就其而言，在过滤器存储状况期间，可在过滤器中保留排气PM，并且基本没有PM可存在于过滤器后的排气中。因此，可基于在氧化基底下游的排气CO2传感器确定的CO2信号，可由于在过滤器后的排气中PM的存在而诊断衰退的过滤器。通过使用CO2传感器，可将衰退过滤器与处于边缘的过滤器区分开来，并且因此可启动过滤器再生。
在302，程序可包括基于估算的发动机状况确定预期的CO2水平(CO2_模型_非再生)。例如，预期的CO2水平可基于预期的烟粒负荷、排气空燃比、发动机启动以来的发动机运行持续时间、排气流速，等等。在304，过滤器后的排气可在被加热的基底上被氧化。如存在，那么在过滤器中未被保留的排气PM可在被加热的基底上使用源自排气的氧来被氧化。在一个示例中，在过滤器存储期间，在排气温度低于阈值时，可通过运行基底加热器电加热基底。在306，可确定CO2传感器的输出(CO2传感器非再生)，并且可确定CO2信号。该CO2信号可包括源自非PMCO2源的CO2(例如源自汽缸中燃烧事件的排气CO2)以及由于在过滤器后的排气中PM的存在生成的CO2。
在308，可确定通过CO2传感器(在306)感测的估算CO2水平是否高于预期的CO2水平(如在302基于模型确定)。如果是，那么在310可确定烟粒(即，排气PM)存在于排气中。如先前详述的，在没有过滤器衰退的情况下，排气PM保留在过滤器中。因此，在312，响应检测过滤器后的排气PM，可确定过滤器衰退并通过设定诊断代码指示。设定诊断代码可包括例如在车辆仪表板上点亮灯，从而向车辆运行员指示过滤器衰退。可选地，基于CO2信号，也可表明过滤器衰退程度。例如，在通过传感器输出的估算水平输出和预期水平之间较小的差可反映较小程度的过滤器衰退(例如，由于小的过滤器泄漏的导致的PM释放)，而较大的差可反映较大程度的过滤器衰退(例如，由于过滤器大裂缝导致的PM释放)。在314，基于衰退的指示，可调节过滤器再生和发动机工况。在一个示例中，响应衰退的指示，和/或响应存储的PM的较低阈值，可在较短持续时间中，以相对较低温度，执行随后的过滤器再生操作。在另一示例中，响应过滤器衰退的指示，可减少发动机负荷从而减少生成的PM的量。
比较地，如果估算的排气CO2水平低于预期水平，那么在316，可确定在排气中不存在烟粒。因此，在318，可推断过滤器没有衰退并能够保留排气PM。在320，可进一步确定估算的排气CO2水平是否高于阈值。如果含有低于阈值的估算的排气CO2水平，那么在324，可确定过滤器仍没有达到它的存储能力，并且不需要过滤器再生。如果估算的排气CO2水平高于阈值，那么在322可确定过滤器接近它的存储能力，并且可启动过滤器再生从而恢复过滤器的存储能力。
现在转到图4，描述在过滤器再生操作期间诊断过滤器衰退的示例程序400。另外，该程序可使监测过滤器再生操作成为可能，并允许将衰退的过滤器再生操作与衰退的过滤器状况区分开来。
在402，可停用基底加热器(例如，关闭)，并且可启动过滤器再生。就其而言，可基于发动机工况例如发动机扭矩、排气温度、流速和成分等启动过滤器再生。在一个示例中，可响应排气温度高于阈值、发动机启动以来的阈值持续时间、先前过滤器再生操作以来的阈值持续时间等启动过滤器再生。
就其而言，在过滤器再生期间，可以预定流速导引热排气通过过滤器，从而燃烧在先前存储循环期间存储在其中的微粒物质。因此，在再生期间，当被加热的排气被有利地用于加热下游的基底时基底加热器可不运行。在一个示例中，可响应排气温度控制加热器。例如，在排气温度高于阈值(例如高于再生温度)时，可关闭基底加热器，并且在排气温度低于阈值时，可开启基底加热器。
在404，可估算再生状况。这些可包括估算用于再生的排气流速和温度。另外，可估算在再生之前在过滤器上的烟粒负荷。在406，基于估算的再生状况，可确定对应的预期CO2再生信号/CO2水平(CO2_模型_再生)。在一个示例中，预期的CO2信号可以是在再生持续时间预期的CO2水平概图(profile)。就其而言，CO2水平可取决于在过滤器再生期间的状况提高或降低。在一个示例中，可预期在由于存储的PM被燃烧掉而启动的再生之后不久增加CO2水平，然后CO2水平可降低。在408，可使用源自排气的氧在加热基底上氧化过滤器后的排气PM。在410，可通过下游CO2传感器估算过滤器后的排气的CO2水平(CO2_传感器_再生)。因此，可确定估算的CO2信号。估算的CO2水平可反映源自非PM源的CO2，例如源自汽缸中燃烧事件的CO2，以及从存储在过滤器中的PM燃烧释放的CO2。另外，估算的CO2水平可反映源自在加热基底上被氧化的过滤器后的排气PM的CO2是否存在。在412，传感器输出估算再生CO2水平可与基于模型的预期再生CO2水平比较，并且可确定传感器输出是否高于模型值。如果是，那么在414，可确定烟粒在排气中存在。如先前详述的，在没有过滤器衰退的情况下，排气PM保留在过滤器中。因此，在416，响应对过滤器后的排气PM的检测，可确定过滤器衰退并通过设定诊断代码指示。可选地，如在图3中(在312)先前详述的，基于CO2信号，也可指示过滤器衰退的程度。在418，基于衰退的指示，可调节同一和/或随后的再生操作的发动机工况和/或再生状况。在一个示例中，响应衰退的指示，可停止过滤器再生操作(例如，立即)，从而降低使排气排放衰退的风险。在另一示例中，可降低再生排气流速、可降低再生排气温度、可减少再生持续时间，和/或可在较高烟粒负荷下启动再生。在另一示例中，响应过滤器衰退的指示，可减少发动机负荷从而减少生成的PM的量。
如果传感器输出不高于预期模型值，那么在420可确定在排气中不存在烟粒，并可在422推断过滤器没有衰退。在424，可确定估算的再生CO2水平(或概图)是否低于阈值。就其而言，在过滤器再生期间，由于烧掉存储的烟粒，因此可预期CO2水平提高(例如，在启动再生之后CO2水平突然增加)。因此，在426，在估算的再生CO2水平低于阈值水平时，可确定过滤器再生衰退。即，可确定过滤器再生操作衰退，并且存储在过滤器上的烟粒没有完全移除。可选地，在418，发动机控制器可响应过滤器再生衰退的指示进一步调节同一和/或随后的再生操作的再生状况。例如，响应过滤器没有衰退但过滤器再生操作衰退，可提高随后的再生的排气流速，可升高用于再生的排气温度，可增加再生的持续时间，和/或可在较低烟粒负荷下启动再生。
比较地，如果估算的再生CO2水平低于阈值，那么在428，可确定过滤器没有衰退，并且过滤器再生操作也没有衰退。
因此，在过滤器存储期间，发动机控制器可用加热器电加热基底，估算过滤器后的排气CO2水平从而用CO2传感器推断过滤器后的排气PM的存在，并基于估算的排气CO2水平控制过滤器再生和调节发动机运行。相似地，在过滤器再生状况期间，不同于过滤器存储状况，控制器可停用加热器，并且使用用于过滤器再生的热排气非电地加热基底。控制器可然后估算过滤器后的排气CO2水平，从而用CO2传感器推断过滤器后的排气PM的存在，并且基于估算的排气CO2水平控制过滤器再生和调节发动机运行。在任何一种状况下，传感器都同样使控制器能够基于从氧化的过滤器后的PM生成的CO2信号确定过滤器衰退。
尽管示出的程序说明基于CO2信号调节发动机运行和确定过滤器衰退，认识到发动机控制器可进一步被配置为基于估算的CO2水平诊断CO2传感器衰退。诊断CO2传感器衰退可包括设定对应的诊断代码。
在一个示例中，在过滤器存储期间，可通过在基底加热器开启的情况下估算第一CO2水平，在基底加热器关闭的情况下估算第二CO2水平来诊断CO2传感器衰退，并在第一CO2水平和第二CO2水平之间的差小于阈值时指示CO2传感器衰退。例如，在已知过滤器没有衰退时，通过比较在加热器开启和关闭的情况下由CO2传感器估算的CO2水平，由于传感器不检测预期量的CO2的存在，因此可识别传感器衰退。
在另一示例中，在过滤器再生期间，可通过确定过滤器再生操作至少持续一段时间之后的估算CO2水平的第一变化速率、确定在相同时间后过滤器两端压力的第二变化速率来诊断CO2传感器衰退，并当第一和第二变化速率之间的差大于阈值时指示传感器衰退。可替换地，可在第一和第二变化速率之间的比大于阈值时指示传感器衰退。因此，例如，在已知过滤器没有衰退并且过滤器再生时，通过将在运行一段时间后反映过滤器再生的参数(例如过滤器两端压力或温度或质量等等中改变)与在运行相同时间之后源自传感器的输出变化进行比较，由于传感器输出不以与过滤器两端再生参数的变化速率成比例(或规格化)的速率变化，因此可识别传感器衰退。
现在转到图5，示出基于下游CO2传感器的输出识别微粒过滤器衰退的可替换示例程序500。在502，可证实发动机正在运行。就起而言，如果发动机不运行，那么程序可结束。在504，可估算、测量和/或推断发动机工况。在506，可基于估算的发动机工况估算和/或推断CO2水平(CO2_模型)。在一个示例中，CO2模型可用来基于发动机工况估算预期的CO2水平。通过CO2模型估算的水平可考虑来自排气PM、排气CO2、未燃烧和部分燃烧的排气碳氢化合物等的预期的CO2水平。在508，模型CO2水平可与CO2传感器的输出比较。在510，可确定CO2传感器输出是否高于模型CO2水平。如果不高于，那么在514，可假定微粒过滤器适当地运作。比较地，如果CO2传感器输出高于模型CO2水平，那么在512，可假定微粒过滤器衰退，并且可点亮过滤器衰退指示器。例如，衰退指示器可以是在车辆仪表板上的灯(例如故障指示器灯)，或向驾驶员呈现的信息中心中的信息。
认识到尽管图2-5的程序中一个或更多个可参考柴油微粒过滤器被示出，但这不意味着限制意义，并且同样的程序可适用于诊断其它微粒过滤器(例如在汽油发动机排气系统中的汽油微粒过滤器)的衰退。
这样，排气CO2传感器可用来确定排气CO2水平以及准确推断排气PM水平。另外，基于在过滤器再生和非再生状况期间估算的CO2水平，可执行过滤器诊断。基于在估算水平和预期水平之间的差，可进一步调节发动机运行和/或过滤器再生操作。通过使用较高精度的CO2传感器，可以较高的准确性执行过滤器诊断。
注意，这里包含的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统结构一起使用。这里描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多于一个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。就其而言，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序进行，同时进行，或在一些情况下可以省略。同样，为了实现这里所述示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是提供这种次序用于容易说明和描述。一个或多于一个所示的动作或功能根据所用的特定策略可以重复地进行。而且，所述的动作可以图示地表现为被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的编码。
应当明白，这里所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变型是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括这里公开的各种系统和结构以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求具体指出被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这种权利要求应当理解为包括包含一个或多于一个这样的元件，既不要求也不排出两个或更多个这种元件。可以通过修改本申请或相关申请中的这些权利要求或通过提出新权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合。这种权利要求，无论其范围比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，都被认为包含在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种监测来自包括微粒过滤器的发动机排气的微粒物质，即PM，排放的方法，包含：
基于被氧化的、过滤器后的排气PM的CO2信号指示过滤器衰退。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述CO2信号是基于通过安置在所述过滤器下游的CO2传感器估算的CO2水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述排气PMs在所述CO2传感器上游的基底上被氧化。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述基质上氧化排气PM包括运行基质加热器从而加热所述基质，并使用源自排气的氧在所述加热基质上氧化排气PMs。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述CO2信号包括在过滤器存储操作期间产生的估算的CO2水平。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包含，当过滤器存储期间响应大于阈值的所述CO2水平来启动过滤器再生。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述指示包括，当所述CO2水平大于阈值时指示过滤器衰退。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述指示包括，在所述估算的CO2水平大于预期的CO2水平时指示衰退，其中基于发动机工况确定所述预期的CO2水平。
9.根据权利要求7所述的方法，其中指示衰退包括设定诊断代码。
10.一种运行包括微粒过滤器的发动机排气系统的方法，包含，
基于被氧化的、过滤器后的排气微粒物质PMs的CO2信号调节发动机运行。
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