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技术领域

本说明书整体涉及用于去除排放控制装置内的灰分(ash)的方法和 系统。

背景技术

从内燃机排出的排气可包括不均匀混合物，其可包含气体排放物 和构成微粒物质(PM)的凝聚相材料(液体和固体)，气体排放物诸 如一氧化碳(CO)、未燃烧的烃类(HC)、氮氧化合物(NO_x)。过 渡金属催化剂和基群金属催化剂通常与基材(substrate)一起涂覆催化 剂载体，以向发动机排气系统提供将这些排气组分中的一些(如果不 是所有的话)转化成其他化合物的能力。

排气后处理系统可包括三元催化剂(TWC)和微粒过滤器(PF)。 TWC提供用于气体排放物流动穿过并且经历与催化剂组分的氧化还原 反应的通道。TWC可不包括粘结剂，而PF可包括粘结剂以捕获PM。

随着时间的推移，PF可变满并且再生操作可用于去除所捕集的微 粒。再生涉及将微粒过滤器的温度增加到相对高的温度，诸如600℃， 以便将积聚的微粒燃烧成灰分。

再生过程的潜在缺点是火花点火发动机中的再生过程之后的灰分 积聚。火花点火发动机的高排气温度(例如，550℃)使燃烧之后释放 的水蒸发，从而禁止了水清除来自排气通道的灰分的能力。这通常与 柴油发动机形成对比，在柴油发动机中，由于较低的排气温度(例如， 90℃)水不蒸发并且能够减少灰分负荷。解决灰分聚集的一个示例性 尝试包括喷射空气以减少灰分积聚，诸如在Sorensen等人的美国专利 No.2011/0120090中所述。因此，氧喷射用于进一步燃烧灰分积聚物并 且将其从PF去除。

然而，本文的发明人也已认识到此类系统的潜在问题。作为一个 示例，PF上游的氧喷射可将排气温度增加到可使过滤器劣化的阈值之 上。通过喷射空气以发起再生，可更难以调整再生温度并且将PF温度 增加到PF可劣化的温度。

发明内容

在一个示例中，上述问题通过一种用于将来自贮存器的水喷射到 催化剂砖和微粒过滤器之间的方法解决。以这种方式，水喷射朝向PF 的后部携带灰分并且将灰分携带出PF，并且同时将排气温度保持在不 使PF劣化的范围内的温度。进一步地，水喷射可增加PF捕获排放微 粒的能力。

上述讨论包括由本文发明人所作出的并且不被认为是通常已知的 认识。因此，应当理解，提供上述发明内容是为了以简化的形式介绍 一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着 确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围由 随附的权利要求唯一限定。另外，所要求保护的主题并不限于解决上 述或在本公开中任何部分指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出具有在微粒过滤器(PF)上游的三元催化剂(TWC)的 发动机的示意图。

图2示出说明一种用于再生微粒过滤器并且在TWC和PF之间执 行直接喷射的示例性方法的流程图。

图3示出展示一种用于在TWC和PF之间的间隙处直接喷射流体 的示例性方法的流程图。

图4示出说明用于发起水喷射的多种发动机状况的图表。

具体实施方式

以下描述涉及一种用于喷射水以减少最靠近三元催化剂(TWC) 下游的PF之间的位置的微粒过滤器(PF)表面上的灰分负荷的方法。 PF和TWC可位于发动机排气排放控制装置中。发动机排气排放控制 装置可包括喷射器端口和压力传感器。进一步地，水喷射可用于保持 PF温度。

PF可捕获并储存烟粒。烟粒负荷可减少穿过PF的排气流，并且 随着烟粒负荷增加，穿过PF的排气流可充分受阻以创建能够降低发动 机效率的不期望量的背压。为了减少此类背压，响应于排气压力大于 阈值排气压力，可发生PF再生。当PF经历再生时，烟粒的一部分转 化成气体，并且分开的部分转化成灰分。灰分可积聚在最靠近TWC和 PF之间的空隙的PF上。在一些(例如，100)PF再生之后，灰分负荷 可引起增加的排气背压并且/或者减少烟粒捕集和再生效果。然而，因 为排气背压的增加可以由再生之前的高烟粒负荷或再生之后的高灰分 负荷引起，所以在一个示例中，本申请提供一种由控制系统的控制器 实行的用于区分增加的背压的两种原因的方法连同一种用于基于该区 分将水喷射到PF和TWC之间的空间中的方法。

图1是示出多缸发动机10中的一个汽缸的示意图，该发动机10 可被包括在汽车的推进系统中。通过包括控制器12的控制系统并通过 来自车辆操作员132经由输入装置130的输入，可至少部分地控制发 动机10。在该示例中，输入装置130可包括加速器踏板和用于产生成 比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室 (即，汽缸)30可包括其中定位有活塞36的燃烧室壁32。在一些实 施例中，汽缸30内的活塞36的面可具有碗状。活塞36可联接到曲轴 40，使得活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间 传输系统被联接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动马达可经 由飞轮被联接到曲轴40，以启用发动机10的起动操作。

燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气， 并且经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够 经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些 实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排 气门。

进气门52可通过控制器12经由电动气门致动器(EVA)51控制。 类似地，排气门54可通过控制器12经由EVA53控制。可选地，可变 气门致动器可以是电动液压机构或任何其他可想到的机构，以允许气 门致动。在一些状况期间，控制器12可改变提供到致动器51和53的 信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和闭合。进气门52和排气 门54的位置可分别由气门位置传感器55和57确定。在可选实施例中， 进气门和排气门中的一个或更多个可由一个或更多个凸轮致动，并且 可利用凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门 正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个改变 气门操作。例如，汽缸30可替代地包括经由电动气门致动控制的进气 门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。

燃料喷射器66被示出直接联接到燃烧室30，用于将燃料直接喷射 到燃烧室中，所述燃料喷射与经由电子驱动器68从控制器12接收的 信号FPW的脉冲宽度成比例。以这种方式，燃料喷射器66将称为直 接喷射的燃料提供到燃烧室30中。例如，燃料喷射器可被安装在燃烧 室的侧面或燃烧室的顶部。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨 的燃料系统(未示出)被输送至燃料喷射器66。

在所选的操作模式下，响应来自控制器12的火花提前信号SA， 点火系统88能够经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。

进气通道42可包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。 在该具体示例中，节流板64和65的位置可通过控制器12经由提供到 被包括在节气门62和63中的电动马达或致动器的信号而改变，这是 通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置。以这种方式，可操作节 气门62和63以改变提供到其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气空气。 节流板64和65的位置可由节气门位置信号TP提供到控制器12。进 气通道42可包括用于将相应信号MAF和MAP提供到控制器12的质 量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122。

进一步地，在所公开的实施例中，排气再循坏(EGR)系统可经 由高压EGR(HP-EGR)通道140或低压EGR(LP-EGR)通道150将 来自排气通道48的期望部分的排气传送到进气通道44。可通过控制器 12经由HP-EGR阀142或LP-EGR阀152改变提供到进气通道44的 EGR量。进一步地，EGR传感器144可布置在HP-EGR通道内，并且 可提供排气的压力、温度和浓度中的一者或更多者的指示。可选地， 可以通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧 管气体温度)和曲柄速度传感器的信号计算的值控制EGR。进一步地， 可基于排气氧传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)控制EGR。在一 些状况下，EGR系统可用于调整燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。 图1示出高压EGR系统和低压EGR系统，在高压EGR系统中，EGR 从涡轮增压器的涡轮的上游传送到涡轮增压器的压缩机的下游，并且 在低压EGR系统中，EGR从涡轮增压器的涡轮的下游传送到涡轮增压 器的压缩机的上游。在一些实施例中，发动机10可仅包括HP-EGR系 统或者仅包括LP-EGR系统。在进一步的实施例中，发动机10可不包 括涡轮增压器。

如此，发动机10还可包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩装 置，该压缩装置至少包括沿进气歧管44布置的压缩机162。对于涡轮 增压器，压缩机162可至少部分地由沿排气通道48布置的涡轮164(例 如，经由轴)驱动。对于机械增压器，压缩机162可至少部分地由发 动机和/或电机驱动，并且可不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机 械增压器提供到发动机的一个或更多个汽缸的压缩量可通过控制器12 改变。进一步地，涡轮164可包括废气门166，以调整涡轮增压器的增 压压力。类似地，进气歧管44可包括装有阀的旁路167，以在压缩机 162周围传送空气。

排放控制装置71和72被示出沿排气传感器126下游的排气通道 48布置。装置71和72可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催 化剂(TWC)、NO_X捕集器、各种其他排放控制装置或它们的组合。在 图1所示的示例中，装置71是TWC，并且装置72是微粒过滤器(PF)。 在一些实施例中，TWC71和PF72可以被容纳在排放控制装置74的 公共壳体中(如图1所示)，并且经由气隙分开。在替代实施例中，排 放控制系统壳体74可以省去，并且TWC和PF各自被容纳在分开的壳 体中并且经由排气通道流体地联接(图1中未示出)。进一步地，在一 些实施例中，在发动机10的操作期间，排放控制设备71和72可以通 过在特定空燃比内操作发动机的至少一个汽缸而被周期性地重置。

排气传感器126被示出联接到排放控制装置74上游的排气通道 48。进一步地，传感器127被示出经由位于排放控制装置74中的凸出 部(boss)76联接到微粒过滤器72和三元催化剂71之间的排气通道48。 传感器128被示出联接到微粒过滤器72下游的排气通道48。传感器 127和128可测量微粒过滤器72上游和下游的排气压力，以确定微粒 过滤器两侧的压降(也被称为排气Δ(delta)压力)。如果排气Δ压力 大于阈值排气Δ压力，则其可指示微粒物质(例如，烟粒)和/或灰分 已在微粒过滤器上积聚到足以阻碍穿过微粒过滤器的期望排气流的足 够高的程度。响应于微粒过滤器两侧的大压降，可执行烧掉微粒物质 的微粒过滤器再生和/或去除聚集的灰分的水喷射，如下文更详细描述 的。在替代实施例中，可不包括传感器128，并且传感器127可以是绝 对压力传感器或表压传感器。

三元催化剂包括涂覆有一种或更多种贵金属的多孔基材。三元催 化剂被配置成转化流动穿过三元催化剂的排气中的一种或更多种排放 物。微粒过滤器包括网状结构。在一些示例中，微粒过滤器可包括一 种或更多种贵金属，其中微粒过滤器的贵金属质量小于三元催化剂的 贵金属质量。作为示例，如果三元催化剂包括100g的贵金属，则微粒 过滤器可包括25g的贵金属。在一些示例中，四元催化器可用来代替 三元催化剂，四元催化器可包括与三元催化剂整合的微粒过滤器。微 粒过滤器被配置成捕集流动穿过微粒过滤器的排气中的烟粒。

在一个示例中，贮存器70可储存水。在另一些示例中，贮存器70 可储存另一种合适的流体或流体混合物(例如，水和甲醇/乙醇/乙二 醇)，以便减小水的冰点。管道75和水喷射器73将贮存器70流体联 接到TWC71和PF72之间的气隙。容纳压力传感器127的凸出部76 也可容纳水喷射器73，其中喷射器定位成在TWC和PF之间喷射水。 在替代实施例中，分开的凸出部可用于容纳水喷射器73和压力传感器 127。水喷射器可经由从控制器(例如，控制器12)发送的信号受控。 到TWC71和PF72之间的气隙中的水喷射可以响应于压力传感器测量 大于阈值压力(例如，压力传感器127测量排气压力大于阈值排气压 力)。水喷射还可响应于PF再生温度大于阈值再生温度。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括：微理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O)104、在该特定示例中被示为只读存储器 (ROM)106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取 存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。控制器 12可接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除先前讨论的那 些信号外，还包括：来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流 量(MAF)的测量；来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发 动机冷却液温度(ECT)；来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或 其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节 气门位置(TP)；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发 动机转速信号RPM可由控制器12根据信号PIP生成。来自歧管压力 传感器的歧管压力信号MAP可用于提供在进气歧管中的真空或压力 的指示。注意可使用上述传感器的各种组合，诸如MAF传感器而没有 MAP传感器，或反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器能够给 出发动机扭矩的指示。进一步地，该传感器连同所检测到的发动机转 速能够提供被引入汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中， 也可用作发动机转速传感器的传感器118可在曲轴每转产生预定数目 的等间隔脉冲。

存储介质只读存储器106能够用表示由处理器102可执行的指令 的计算机可读数据编程，该指令用于执行下述方法以及预期但没有具 体列出的其他变体。

如上所述，图1仅示出多缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可 类似地包括其自身组的进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

如前所述，喷射器73将水提供到TWC71和PF72之间。该方法 可用于减少最靠近TWC的PF表面上的灰分负荷。该系统的功能由控 制器12确定并且在图2中进一步进行说明。

图2是示出一种用于再生微粒过滤器并且在TWC和PF之间喷射 水的示例性方法的流程图，该方法可由包括与一个或更多个传感器、 一个或更多个致动器和/或一个或更多个诸如所描述的发动机排气系统 的其他硬件部件结合的控制器和处理器的控制系统执行。图2程序中 所述动作的部分可在结构上形成为存储在非暂时性存储器中的指令。

继续参照图2，水喷射可减少在最靠近TWC和PF之间的空隙的 PF表面上的灰分负荷，或者降低PF温度以便防止PF劣化。例如，在 一些示例中，灰分可在更靠近TWC或更上游的区域中积聚在PF上。 如上所述，TWC和PF之间的喷射可包括水。在一些示例中，喷射也 可以用流体混合物(例如，水和甲醇/乙醇/乙二醇)完成。该混合物可 以在水否则将冻结的情况下(例如，发动机冷起动)被喷射，如由控 制器所确定的。

本文将参照图1所描绘的部件和系统，特别是关于TWC71、PF72、 水贮存器70、水喷射器73、压力传感器127和128、排放控制装置74、 涡轮164、废气门166和排气通道48描述方法200。方法200可以通 过控制器(例如，控制器12)根据存储在其上的计算机可读介质实行。 在一些示例中，方法200可在火花点火发动机中执行，并且如此在该 方法的执行期间，发动机中的燃料可以经由火花点火燃烧，并且来自 发动机的排气可以被引导到微粒过滤器。应当理解，在不脱离本公开 的范围的情况下，方法200可应用于不同配置的其他系统。

方法200可从202开始，其中可以估计和/或测量发动机工况。发 动机工况可包括但不限于排气温度、发动机负荷和转速、排气压力和 命令的空燃比。在204处，该方法包括测量TWC和PF之间的排气压 力。在一个示例中，除了喷射器75之外，在上游方向上的压力传感器 和TWC之间以及在下游方向上的压力传感器和PF之间不存在其他部 件。在另一些示例中，如果需要，可以添加附加部件。在一些示例中， 其中TWC和PF容纳在公共壳体中，可在TWC和PF之间的壳体内的 气隙处测量排气压力。在另一些示例中，其中TWC和PF被容纳在经 由排气通道联接的分开的壳体中，在TWC和PF之间的排气通道处可 测量排气压力。排气压力可由表压传感器或绝对压力传感器测量。例 如，经由TWC和PF之间的壳体中的凸出部容纳的压力传感器127可 以测量气隙中的排气压力，如上文参照图1所说明的。作为另一个示 例，排放控制装置74可以容纳Δ压力传感器127和128，其中压力传 感器127测量气隙中的排气压力，并且压力传感器128测量PF下游的 排气压力，如上文参照图1所说明的。

在206处，该方法包括将TWC和PF之间的排气压力与第一阈值 排气压力相比较。第一阈值排气压力可以是指示相对高水平的烟粒和/ 或灰分已积聚在PF上的合适压力。例如，大于阈值烟粒负荷的烟粒负 荷可阻碍排气流穿过PF。在一个示例中，如果排气压力由表压传感器/ 绝对压力传感器测量，则第一阈值排气压力可以是第一阈值表压传感 器/绝对压力传感器压力。在另一个示例中，如果Δ排气压力由上游压 力传感器和下游压力传感器测量，则第一阈值排气压力可以是第一阈 值Δ排气压力。如果排气压力大于第一阈值排气压力，则该方法前进 至210，其将在下文中更详细地说明。简单地说，如上所述，由于烟粒 负荷和/或灰分负荷大于阈值，排气压力可以大于第一阈值排气压力， 并且因此可以实行PF再生以烧掉积聚的烟粒。该PF再生要求可以基 于PF上的烟粒负荷超过阈值烟粒负荷。另一方面，如果排气压力小于 第一阈值排气压力，则该方法前进至208。在208处，该方法包括保持 当前发动机操作参数并且不进行PF再生。该方法可退出。

在210处，该方法包括确定是否满足再生条件。PF再生可以是被 动的或主动的。如果再生是被动的，则再生条件可以包括车辆速度超 过阈值车辆速度(例如，40mph)和/或发动机负荷超过阈值发动机负 荷。如果不满足被动再生条件，则该方法前进至208。在208处，如上 所述，该方法包括保持当前发动机操作参数。该方法可返回以继续监 测适合执行再生的条件。

如果再生是主动的，则发动机操作参数可以被蓄意地调节以将排 气温度增加到足以发起PF上所储存的烟粒的燃烧的足够高的温度。可 变化的发动机操作参数可包括增加进气空气和/或排气中的氧含量(例 如，通过调节节气门位置)、延迟火花和延缓燃料喷射正时中的一者 或更多者。在一些示例中，再生可仅在当前操作参数允许上述所列变 化的情况下和/或在此类变化实际上将导致足够高的排气温度来执行再 生的情况下实行。例如，再生在发动机冷起动期间可不被执行。如果 不满足主动再生参数，则该方法前进至208。进一步地，当满足主动再 生工况时，在方法200的后续迭代期间可发生再生。在替代实施例中， 控制器(例如，控制器12)可发信号通知主动再生调节发生而不管当 前发动机操作参数如何。在208处，该方法包括保持如上所述的当前 发动机操作参数。该方法可退出。

如果满足被动再生工况或主动再生工况，则该方法前进至212，在 212处执行再生。在再生期间，空燃比可以是稀的，火花可延迟，并且 /或者燃料喷射可延缓，以便增加排气温度。较热的稀排气可允许PF 燃烧所储存的烟粒并且使所储存的烟粒自燃。因此，如果排气氧含量 和温度增加，则PF使烟粒自燃和再生越快。在再生条件下，对于给定 的排气温度，再生的总持续时间可基于储存在PF上的总烟粒负荷。可 基于自先前PF再生已经发生之后例如排气压力和第一阈值排气压力之 间的差或基于发动机操作参数估计PF上的总烟粒负荷。排气压力大于 第一阈值排气压力指示PF再生要求和PF上的烟粒负荷大于阈值烟粒 负荷。因此，当排气压力和第一阈值排气压力之间的差增加时，PF上 估计的烟粒负荷增加(例如，增加的烟粒负荷进一步阻碍排气流穿过 PF并且增加了排气背压)。因此，当所估计的烟粒负荷增加并且/或者 排气温度降低时，再生的总持续时间增加。进一步地，当所估计的烟 粒负荷降低并且/或者排气温度增加时，再生的总持续时间减少。

然而，由于发动机操作参数的变化，再生可停止。作为被动再生 的示例，由于发动机负荷小于阈值负荷，该再生可以停止和/或中断。 当发动机负荷降低时，空燃比变得更浓，并且因此，PF自燃不接收足 以使自燃保持主动的一定量的氧气。因此，可发生PF再生是不完全的 PF再生的情况(例如，再生中断)。

在214处，该方法包括确定PF再生是否是完全的。完全的PF再 生可基于使再生运转达预定的时间段(例如，10分钟)，达到PF再生 温度(例如，800℃)，使烟粒负荷减少到相对低的负荷或这三者的结 合。如果确定再生是不完全的，则该方法前进至216。在216处，该方 法包括基于上述工况确定再生是否中断(例如，发动机负荷降到低于 阈值发动机负荷)。如果再生未中断，则该方法前进至212并且继续 执行再生。

然而，如果再生是完全的或者如果再生中断，则该方法前进至218。 在218处，该方法包括测量TWC和PF之间(如，在气隙处)的排气 压力，其类似于上文参照204所述的过程，以便估计最靠近TWC和 PF之间的空隙的PF表面上的灰分负荷。如先前所述，当排气流动穿 过排放控制装置(例如，排放控制装置74)时，烟粒被储存在PF(例 如，PF72)上。烟粒可以阻断穿过PF的排气流，并且形成排气背压 (例如，PF上游增加的排气压力)。响应于通过排气压力大于第一阈 值排气压力而发信号通知的增加的背压，控制器(例如，控制器12) 可发信号通知再生。当执行再生时，烟粒被燃烧成灰分，灰分可积聚 在上游PF表面上。当灰分随一些PF再生(例如，100)积聚时，灰分 负荷可充分增加，以引起排气背压。因此，排气压力测量可用于检测 再生要求或水喷射要求，这取决于何时查询排气压力信号。因此，在 再生事件之前以及立即在PF再生之后可测量排气压力，以便确定背压 是否是烟粒负荷大于阈值烟粒负荷或者灰分负荷大于阈值灰分负荷的 结果。如本文所用，术语“立即”可包括在已确定再生已完成或中断 之后但在烟粒开始在PF上聚集之前的合适的持续时间，诸如在PF再 生的5分钟内或更少。

在220处，所测量的排气压力与第二阈值排气压力比较。在一个 实施例中，第二阈值排气压力可等于第一阈值排气压力。在第二实施 例中，第二阈值排气压力可基于预期的排气压力。预期的排气压力可 基于先前的PF再生。例如，如果PF再生中断，则预期的排气压力可 高于用于完全的PF再生的预期的排气压力。进一步地，预期的排气压 力可基于PF再生温度和/或PF再生持续时间。换句话说，当PF再生 持续时间和/或温度增加时，预期的排气压力降低。如果排气压力小于 第二阈值排气压力，则灰分负荷不大于阈值灰分负荷，并且不发生水 喷射。该方法前进至208，并且保持如上所述的当前发动机操作参数。 该方法可退出。

如果PF再生之后的排气压力测量值大于第二阈值排气压力，则灰 分负荷可大于阈值灰分负荷，并且引起压力回流。该方法前进至222。

灰分负荷大于阈值灰分负荷通过阻碍排气流穿过PF导致排气压力 大于第二阈值排气压力，并且因此灰分负荷超过阈值灰分负荷可以基 于如上所述仅在所选择的时间处发生的排气压力测量由控制器确定。 在另一些示例中，在预定数量(例如，100)的PF再生之后，灰分负 荷可被预测为大于阈值灰分负荷。进一步地，在一些示例中，灰分负 荷可基于所估计的灰分负荷产生(production)被估计为超过阈值。所 估计的灰分负荷产生可基于再生之前的所估计的PF烟粒负荷以及PF 再生温度和PF再生持续时间。所估计的灰分负荷产生随着所估计的燃 烧的烟粒负荷增加而增加。所预测的灰分负荷可随着所估计的烟粒负 荷增加、PF再生温度增加和/或PF再生持续时间增加中的一者或更多 者而增加。

作为示例，车辆响应于PF上的高烟粒负荷(例如，0.5kg)可开始 PF再生。车辆可调节操作参数以便将排气温度增加到PF再生温度(例 如，650℃)。然而，PF再生可中断，并且因此该再生可以是不完全的。 车辆能够基于再生温度和持续时间估计所燃烧的烟粒量。考虑到再生 是不完全的(例如，0.2kg的烟粒停留在PF上)并且燃烧的烟粒未全 部转化成灰分(例如，0.5kg燃烧的烟粒转化成0.05kg的灰分)，转化 因素可用于基于再生条件估计新形成的灰分负荷(例如，可燃烧0.3kg 的烟粒，从而导致0.03kg的灰分)。灰分负荷可随时间推移而增加(例 如，在每个再生事件之后)，以允许控制器预测减少灰分负荷的下一 个水喷射何时可以发生。

在222处，该方法包括确定是否满足水喷射条件。水喷射条件可 包括基于水贮存器(例如，贮存器70)中的温度测量或体积测量确定 水是否是可用的。温度测量可用于确定水是液相水还是冻结水(例如， 冰)。体积测量可由适当的计示体积传感器进行并且可用于确定是否 存在足够的水用于喷射。进一步地，水喷射条件还可包括测量排气温 度。作为示例，优选的是在排气温度小于阈值排气温度(例如，100℃) 的条件期间喷射水。排气温度小于阈值排气温度的喷射允许水保持为 液相，并且将来自最靠近TWC的PF表面的灰分冲刷到PF端部。如 果排气温度大于阈值排气温度，则水可在喷射时蒸发并且不能减少灰 分负荷。如果不满足水喷射条件，则该方法前进至224。在224处，该 方法包括继续监测喷射参数，直到满足水喷射条件。

如果满足喷射条件，则该方法前进至226并且喷射水。作为示例， 水喷射持续时间和/或体积可基于上述所估计的灰分负荷调节，其中当 所估计的灰分负荷增加时，水喷射持续时间和/或体积也可增加。作为 另一个示例，水喷射持续时间和/或体积可以基于喷射的具体持续时间 (例如，30秒)而不管所估计的灰分负荷如何。在一个示例中，水喷 射可基于预定值，而不管所估计的灰分负荷如何，其中水喷射将灰分 负荷减少到相对低的量并且减小排气背压。在另一个示例中，水喷射 可以以预定的水喷射速率诸如5kg/hr执行。水喷射可以将已在PF上游 表面上积聚的灰分冲刷到PF后部并且最终冲刷到大气中。该方法前进 至228。

在228处，该方法包括任选地调节当前发动机操作参数以增加穿 过PF的排气质量流，从而有助于去除灰分。在一个实施例中，其中 TWC在LP-EGR系统的下游，该调节可包括打开废气门和/或部分或完 全闭合EGR阀，以便使较高压力和/或更多排气流动穿过TWC和PF。 然而，这只可在满足发动机稀释要求时执行，以便例如保持期望的排 气排放水平。通过降低EGR流率，从PF后部去除灰分的可能性可增 加。该方法然后可退出。

图2描绘了一种再生PF并且在TWC和PF之间喷射水以降低最 靠近TWC和PF之间的空隙的PF表面上的灰分负荷的示例性方法。 图3现将描述一种喷射水以便保持PF温度和/或减少最靠近TWC和 PF之间的空隙的PF表面上的灰分负荷的方法。在一个示例中，图3 的程序可以与图2的程序结合执行。

图3是说明一种用于在微粒过滤器(PF)和三元催化剂(TWC) 之间喷射水的示例性方法300的流程图，其中PF在TWC的下游。

本文将参照图1所描绘的部件和系统，特别是关于TWC71、PF72、 水贮存器70、水喷射器73、压力传感器127和128以及排放控制装置 74描述方法300。方法300可以通过控制器(例如，控制器12)根据 存储在其上的计算机可读介质实行。应当理解，在不脱离本公开的范 围的情况下，方法300可应用于不同配置的其他系统。

方法300可从302处开始，在302处可以估计和/或测量发动机工 况。发动机工况可包括但不限于排气温度、发动机负荷和/或转速、排 气压力和命令的空燃比。在304处，方法300包括估计PF温度是否超 过阈值PF温度。PF温度大于阈值PF温度(例如，高于1000℃的温度) 可引起PF不可逆的劣化。在一个示例中，PF温度可由温度传感器直 接测量，或者其可根据诸如排气温度、空燃比、PF上的烟粒负荷等的 工况推断。阈值PF温度可高于在再生事件期间PF通常所达到的温度。 如果PF温度大于阈值PF温度，则该方法前进至将在下文中进行描述 的310。然而，如果PF温度小于阈值PF温度，则该方法前进至306。

在306处，该方法包括将最靠近TWC和PF之间的空隙的PF表 面上的灰分负荷与阈值灰分负荷相比较。如上所述，可基于所估计的 灰分负荷产生估计灰分负荷。确定灰分负荷包括经由压力传感器测量 气隙中的排气压力，并且将所测量的排气压力与第二阈值排气压力比 较。如上所述，压力传感器可以是表压传感器、绝对压力传感器或Δ 压力传感器。如果所测量的排气压力大于第二阈值排气压力，则灰分 负荷可大于阈值灰分负荷。

在替代实施例中，确定灰分负荷大于阈值灰分负荷可基于在一定 时间段内以阈值速度(例如，超过100小时的40mph)已行驶或正行 驶的英里数(例如，1000英里)。

如果灰分负荷大于阈值灰分负荷，则该方法前进至310。如果灰分 负荷小于阈值灰分负荷，则该方法前进至308。在308处，该方法包括 保持当前发动机操作参数，并且不发生流体喷射。该方法可退出。

在310处，该方法包括确定是否满足喷射条件。喷射条件可包括 如上所述的水的可用性(例如，在贮存器中存在足够的水或者水是液 体)。如果贮存器不具有足够体积的水用于喷射，则该贮存器可经由 外部服务端口补充。在替代实施例中，贮存器可经由在增压空气冷却 器中形成的冷凝物补充。增压空气冷却器可流体联接到水贮存器，其 中来自增压空气冷却器的冷凝物响应于贮存器中的流体体积计而流动 到水贮存器。进一步地，在一些实施例中，空气调节器滴管可流体联 接到水贮存器，其中来自空气调节器的冷凝物响应于贮存器中的流体 体积计而流动到水贮存器。如果满足水喷射条件，则该方法前进至314。 然而，如果不满足所述条件，则该方法前进至312，并且控制器保持当 前发动机操作参数(如参照308所述的)。

在314处，该方法包括将水喷射到TWC和PF之间的空隙(例如， 气隙或排气通道)中。该喷射响应于压力信号高于阈值压力，如上所 述。进一步地，喷射可响应于微粒过滤器温度高于阈值温度。水喷射 冲击PF的前表面并且将灰分冲刷到PF的后部。排气然后将灰分吹出 PF并且穿过排气管进入大气中。

意外地，水喷射使PF捕获更多烟粒的能力最大化。这可能是由于 水为PF提供了增加的粘合表面面积所致的。进一步地，水由于其极性 和对气体的氢键能力可提供对NO_x和CO的提高的捕获。如上所述， 可基于所估计的灰分负荷确定所喷射的水的量。该方法前进至316。

在316处，该方法包括响应于水喷射而调节发动机参数。这可包 括但不限于仅当满足发动机稀释要求时降低EGR流率(如上所述)。 该方法可退出。

图3示出了一种用于利用水喷射保持PF温度或降低最靠近TWC 和PF之间的空隙的PF表面上的灰分负荷的示例性方法。图4现将以 图表示出在PF再生和导致水喷射的事件期间的条件。

图4示出影响水喷射的各种发动机条件的曲线图400。应当理解， 图4中所呈现的示例本质上是例示性的，并且其他结果是可能的。例 如，另外或替代的发动机参数可影响再生的发生。PF温度已从图4中 省去。

图4表示主动再生的示例，其中控制器可调节发动机参数以发起 PF再生(例如，发动机在稀状态下运转、延缓燃料喷射和/或延迟火花)。 然而，在替代实施例中，再生可仅仅是被动的、仅仅是主动地或者它 们的组合。如果再生是被动的，则控制器可不发信号通知发起被动PF 再生的调节。

图4中的曲线表示各种操作参数和所得的发动机控制，用于经由 到TWC和PF之间的空隙中的水喷射减少最靠近TWC和PF之间的空 隙的PF表面上的灰分负荷。x轴线表示时间，并且y轴线表示所显示 的相应的发动机状况。在曲线图400上，曲线402表示烟粒负荷，曲 线404表示排气温度并且直线405表示开始PF再生的最小阈值排气温 度，曲线406表示排气压力并且直线408表示阈值排气压力，曲线410 表示灰分负荷并且直线411表示阈值灰分负荷，以及曲线412表示水 喷射。在图4所示的示例中，阈值排气压力408表示第一阈值排气压 力和第二阈值排气压力，其中第二阈值排气压力等于第一阈值排气压 力。

本文将参照图1所描绘的部件和系统，特别是水贮存器70、管道/ 水喷射器73、TWC71、PF72、排气压力传感器127和128以及排气 后处理系统74描述曲线图400。可通过控制器(例如，控制器12)根 据其上所存储的计算机可读介质测量曲线图400中所说明的参数。

在T1之前，烟粒负荷增加，如参照曲线402所见。随着烟粒在 PF上积聚，排气压力增加，如曲线406所示。由于增加的发动机负荷， 烟粒负荷可逐渐增加，并且因此排气温度增加，如参照曲线404所示。 当没有新的烟粒再生为灰分时，灰分负荷保持恒定并且低于阈值灰分 负荷，如曲线410所示。水喷射保持禁止，如曲线412所示。

在T1处，排气压力增加到阈值排气压力，并且因此控制器可开始 发信号通知开始PF再生的调节。由于控制器发信号通知的开始再生的 调节(例如，增加进气、延缓燃料喷射和/或延迟火花)，排气温度大 于开始PF再生的最小阈值排气温度。在T1之后且在T2之前，排气温 度继续增加超出最小阈值排气温度。最小阈值再生排气温度可基于阈 值PF再生温度(例如，600℃)。如上所述，PF再生功效可取决于排 气温度、烟粒负荷和/或再生的持续时间。进一步地，再生的持续时间 可基于烟粒负荷、排气温度和/或发动机参数(例如，发动机转速、发 动机负荷、发动机温度等)。作为示例，对于给定的烟粒负荷，再生 的持续时间和排气温度可逆相关，其中随着排气温度增加，再生的持 续时间减少。

烟粒负荷保持为高直到排气温度增加到相对高的温度。高排气温 度(例如，900℃)是高于低排气温度(例如，550℃)的温度。排气 压力降低为低于阈值排气压力的压力。然而，再生持续时间可基于包 括如上所述的再生温度和烟粒负荷的计算，以便将烟粒负荷减少到相 对低的量，其中再生持续时间与排气压力无关。排气温度随着烟粒负 荷降低而开始降低，以便提高燃料经济性(例如，空燃比返回至化学 计量比、燃料喷射正时未延缓和/或火花不再延迟)。一旦PF已经达 到阈值PF再生温度，其就可自燃并且不再需要排气温度大于开始PF 再生的最小阈值排气温度。当烟粒转化成灰分时，灰分负荷在再生的 时间长度内增加。因为烟粒至灰分的转化不为1:1(例如，燃烧烟粒产 生气体颗粒)，所以灰分负荷增加的速率不等于烟粒负荷降低的速率。 新形成的灰分负荷不高于阈值灰分负荷，并且因此排气压力保持低于 阈值排气压力。因此，水喷射保持禁止。

在T2处，PF再生结束并且烟粒负荷低。排气温度降低。排气压 力保持低于阈值排气压力。灰分负荷保持低于阈值灰分负荷，因此， 水喷射保持禁止。在T2之后且在T3之前，排气压力随着PF上的烟粒 负荷增加而增加。如上所述，由于烟粒未再生成灰分，灰分负荷保持 恒定。排气温度开始增加，并且水喷射保持禁止。

在T3处，由于增加的烟粒负荷，排气压力增加到大于阈值排气压 力的压力。因此，控制器发信号通知增加排气温度的再生调节(如上 所述)。由于烟粒负荷尚未转化成灰分，灰分负荷保持恒定并且低于 阈值灰分负荷。在T3处并且在T4之前，排气温度增加到基本上等于 开始PF再生的最小阈值排气温度(例如，600℃)的温度，并且保持 处于该温度。因此，PF再生持续时间大于上述的PF再生持续时间。 这可以是由于较低排气温度(例如，与900℃相比的600℃)所致的。 较低排气温度不可像较高排气温度那样快地将PF加热到期望再生温 度。因此，再生可花费较长的一段时间。进一步地，由于较长的再生， 灰分负荷的积聚速率降低。在一定的持续时间之后排气温度开始降低， 然而，再生继续直到烟粒负荷是低的(如上所述)。

在T4处，再生是完全的并且烟粒负荷是相对低的。排气温度降低 到相对低的温度。排气压力已降低到低于阈值排气压力的压力。然而， 由于在连续再生过程中增加的灰分负荷，排气压力的降低小于在先前 再生中的降低。然而，灰分负荷保持低于阈值灰分负荷，并且水喷射 禁止。在T4之后且在T5之前，排气压力由于PF上增加的烟粒负荷而 增加。排气温度继续降低。灰分负荷保持恒定并且低于阈值灰分负荷。 因此，水喷射保持禁止。

在T5处，排气压力达到阈值排气压力。响应于排气压力大于或等 于阈值排气压力，如上所述，控制器发信号通知进行PF再生的调节。 发信号通知的调节可使排气温度增加。排气温度增加到大于标称排气 温度(例如，550℃)的温度。排气压力继续增加。由于烟粒负荷未转 化成灰分，灰分负荷不增加。水喷射保持禁止。在T5之后且在T6之 前，排气温度增加到大于开始PF再生的最小阈值排气温度。在该示例 中，排气温度可小于第一再生温度(例如，在T1和T2之间)并且大 于第二再生温度(例如，在T3和T4之间)。因此，T5和T6之间的 再生持续时间大于T1和T2之间的再生持续时间并且小于T3和T4之 间的再生持续时间。一旦PF达到阈值PF再生温度，烟粒负荷就开始 降低。随着烟粒负荷降低，排气压力降低而灰分负荷增加。然而，灰 分负荷增加到大于阈值灰分负荷的灰分负荷，因此，不管PF再生如何， 排气压力不能够降到低于阈值排气压力。如上所述，再生继续直到烟 粒达到相对低的负荷。

在T6处，再生禁止并且烟粒负荷为相对低。排气温度返回到标称 排气温度。由于灰分负荷为相对高，TWC和PF之间的排气压力保持 大于阈值排气压力。换句话说，响应于排气压力大于阈值排气压力， 发起再生。然而，排气压力大于PF再生之后的阈值排气压力不再发信 号通知PF再生，而是，其可发信号通知灰分负荷大于阈值灰分负荷。 因此，发起水喷射。在T6之后且在T7之前，水喷射在预定时间段内 以恒定速率继续。在替代示例中，如上所述，可基于PF上所估计的灰 分负荷调节水喷射速率。排气压力降到阈值排气压力之下。然而，水 喷射继续直到灰分负荷降低到相对低的负荷。排气温度保持为相对低 的温度。烟粒负荷以低速率增加。

在T7处，由于灰分负荷达到相对低的负荷，停用水喷射。

以这种方式，在最靠近TWC下游的PF过滤器之间的空隙的PF 表面上积聚的灰分负荷可降低。进一步地，通过增加PF的粘合表面面 积并且为规定的排放气体提供氢键，水喷射可增强PF的过滤能力。在 TWC和PF之间的空隙中执行水喷射的技术效果是将在PF再生过程中 积聚的灰分负荷降低到低于阈值灰分负荷的水平。进一步地，水喷射 可响应于高于阈值PF温度的PF过滤器温度。水喷射可降低高于阈值 PF温度的PF过滤器温度，以便防止PF劣化。

在实施例中，用于发动机的方法包括将水从贮存器喷射到微粒过 滤器和三元催化剂之间，微粒过滤器位于三元催化剂下游。另外或替 代地，喷射响应于三元催化剂和微粒过滤器之间的排气压力信号高于 阈值压力。该方法还可包括喷射响应于微粒过滤器温度高于阈值温度。 另外或替代地，喷射响应于烟粒再生已完成之后的估计的灰分负荷， 其中估计的灰分负荷基于烟粒再生之后的排气压力，并且还包括基于 所估计的灰分负荷调节水喷射量。

另外或替代地，该方法可包括：包括涂覆有一种或更多种贵金属 的多孔基材的三元催化剂，三元催化剂被配置成转化流动穿过三元催 化剂的排气中的一种或更多种排放物，并且其中微粒过滤器包括没有 贵金属涂层的网状结构，微粒过滤器被配置成捕集流动穿过气体微粒 过滤器的排气中的烟粒。另外或替代地，响应于三元催化剂和微粒过 滤器之间的排气压力高于阈值排气压力，执行烟粒再生。

发动机的实施例包括：具有多个汽缸的发动机；发动机排气排放 控制装置，其包括定位在催化剂砖下游的微粒过滤器；排气通道，其 将发动机排气歧管联接到发动机排气排放控制装置；喷射器，其经由 管道流体联接到水贮存器，该喷射器流体联接在催化剂砖和微粒过滤 器之间；压力传感器，其联接在催化剂砖和微粒过滤器之间；以及控 制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，该控制器 用于基于压力传感器测量的压力估计微粒过滤器中的灰分负荷，以及 响应于所估计的灰分负荷超过阈值灰分负荷经由喷射器喷射水。另外 或替代地，该系统可包括联接到排放控制装置上游的排气通道的EGR 通道，并且其中指令还包括响应于水的喷射用于调节EGR流率的指令。

该系统还可包括容纳在排放控制装置的公共壳体中并经由气隙分 开的三元催化剂砖和微粒过滤器，并且其中公共壳体包括定位在三元 催化剂砖和气体微粒过滤器之间的凸出部，以容纳喷射器，该喷射器 定位成将水喷射到气隙中，其中凸出部还可容纳喷射器。另外或替代 地，该系统可包括容纳在分开的壳体中并经由排气通道流体联接的三 元催化剂砖和微粒过滤器，并且其中喷射器联接到三元催化剂砖和微 粒过滤器之间的排气通道。另外或替代地，该系统可包括在微粒过滤 器的再生完成之后确定估计的灰分水平。

另一种用于发动机的方法包括：经由火花点火燃烧发动机中的燃 料并且将来自发动机的排气引导到微粒过滤器；响应于微粒过滤器上 游的排气压力超过第一阈值压力，再生微粒过滤器以去除储存在微粒 过滤器上的微粒物质；以及响应于再生完成之后微粒过滤器上游的排 气压力超过第二阈值压力，在微粒过滤器和微粒过滤器上游的三元催 化剂之间喷射水以从微粒过滤器去除灰分。另外或替代地，该方法可 包括在三元催化剂和微粒过滤器之间测量排气压力。

另外或替代地，该方法可包括再生微粒过滤器，其中再生包括将 排气温度增加到至少阈值温度达预定持续时间，其中至少部分基于微 粒过滤器上的微粒物质负荷确定排气温度和预定持续时间。另外或替 代地，该方法可包括当排气温度已经保持为至少阈值温度达预定持续 时间时确定再生已完成。

另外或替代地，该方法可包括由于发动机负荷的增加而增加排气 温度。该方法还可包括第一阈值压力大于第二阈值压力。另外或替代 地，该方法可包括当微粒过滤器温度超过阈值微粒过滤器温度时将水 喷射到三元催化剂和微粒过滤器之间。

注意，本文中包括的示例控制和估计程序可与各种发动机和/或车 辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和程序可作为可执行指 令存储在非暂时存储器中，并且可由包括控制器的控制系统与各种传 感器、致动器和其他发动机硬件结合实行。本文所述的特定程序可表 示任何数目的处理策略中的一种或更多种，诸如事件驱动、中断驱动、 多任务、多线程等。如此，所说明的各种动作、操作和/或功能可按说 明的顺序执行、并行执行、或在一些情况下省略。同样，处理的顺序 不是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必需要求的，而是 为易于说明和描述提供。根据所使用的具体策略，可重复执行所说明 的动作、操作和/或功能中的一种或更多种。进一步地，所述动作、操 作和/或功能可用图形表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存 储介质的非暂时性存储器内的代码，其中所述动作通过执行包括与电 子控制器结合的各种发动机硬件部件的系统中的指令实行。

应当理解，因为许多变体是可能的，所以本文所公开的配置和程 序实际上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义。 例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动 机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其它 特征、功能和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

随附权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和 子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等效物。 此类权利要求应被理解成包括一个或多个此类元件的组合，既不要求 也不排除两个或两个以上此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或 性质的其他组合和子组合可通过本权利要求的修改或通过在本申请或 相关申请中提出的新权利要求来要求保护。此类权利要求，无论在范 围比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，仍应被视为包括在本公 开的主题内。