用於內燃機排氣淨化裝置的再生控制器的製作方法

2023-11-07 06:00:47 1

專利名稱：用於內燃機排氣淨化裝置的再生控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於內燃機排氣淨化裝置的再生控制器，它通過加熱排氣淨化裝置來消除排氣淨化裝置中捕獲的顆粒物。
背景技術：
日本早期公開專利No.2003-20930描述了用於在過濾器中積累的顆粒物(PM)量超過預定量時，燃燒過濾器中積累的PM的技術，其中所述過濾器布置在柴油機的排氣通道中。通過加熱過濾器並將空燃比間歇地調整到稀側來燃燒過濾器中積累的PM。在這種現有技術中，通過根據發動機的驅動狀態將發動機排放的PM量與過濾器中氧化的PM量循環相加，來估計過濾器中積累的PM量。
當發動機的驅動狀態改變時，實際PM排放量和PM氧化量可能不一樣，其間存在差別。特別是，估計PM積累量可能小於實際PM積累量。當實際積累量大於估計積累量時，對所積累的PM進行的消除工作可能不充分。如果重複進行這種不充分的消除工作，就可能積累過大量的PM。在此情況下，超過計劃量的大量PM可能迅速燃燒。結果可能使過濾器過熱。這可能造成過濾器的熱損壞。

發明內容
本發明的目的是提供一種控制器，可以減小顆粒物的估計積累量與實際積累量之間的差別，同時適當地消除積累在排氣淨化裝置中的顆粒物。
本發明的一個方面是一種再生控制器，用於對內燃機排氣通道中設置的排氣淨化裝置進行再生。所述排氣淨化裝置包括上遊淨化部分和下遊淨化部分。所述再生控制器包括差別檢測器，用於檢測排氣壓力差和排氣溫度差中的至少一項，所述排氣壓力差存在於所述排氣淨化裝置上遊的第一位置與所述排氣淨化裝置下遊的第二位置之間，所述排氣溫度差存在於第三位置與所述第三位置下遊的第四位置之間，所述第三位置位於所述排氣淨化裝置的下遊淨化部分的上遊。計算部分計算所述排氣淨化裝置中顆粒物的估計積累量。加熱控制部分在所述估計積累量大於參考積累量時對所述排氣淨化裝置進行加熱，以從所述排氣淨化裝置中消除所述顆粒物。校正控制部分在由於所述加熱而使所述估計積累量落在校正判斷參考範圍內、並且所述至少一項差別大於校正參考值時，根據所述至少一項差別對所述估計積累量進行校正。
本發明的另一個方面是一種再生控制器，用於對內燃機排氣通道中設置的排氣淨化裝置進行再生。所述排氣淨化裝置包括布置在所述排氣通道中的上遊淨化機構和下遊淨化機構。所述再生控制器包括差別檢測器，用於檢測所述下遊淨化機構的上遊位置與下遊位置之間的排氣壓力差和排氣溫度差中的至少一項。計算部分計算所述排氣淨化裝置中顆粒物的估計積累量。加熱控制部分在所述估計積累量大於參考積累量時對所述排氣淨化裝置進行加熱，以從所述排氣淨化裝置中消除所述顆粒物。校正控制部分在由於所述加熱而使所述估計積累量落在校正判斷參考範圍內、並且所述至少一項差別大於校正參考值時，根據所述至少一項差別對所述估計積累量進行校正。
根據下列說明書，結合以示例方式對本發明的原理進行說明的附圖，可以更清楚本發明的其他方面和優點。


通過參考對現有優選實施例的下列說明並結合附圖，可以對本發明及其目的和優點有最佳的理解。附圖中圖1是根據本發明第一實施例用於車輛柴油機的控制系統的示意圖；圖2是圖1所示ECU執行的再生模式執行判斷的流程圖；圖3是圖1所示ECU執行的再生控制的流程圖；圖4示出了校正參考值對照表MAPdp；圖5示出了附加校正量對照表MAPadd；
圖6和圖7是第一實施例中再生控制的時間圖；圖8是根據本發明第二實施例的再生控制的流程圖；圖9示出了附加校正量對照表MAPtad；圖10和圖11是根據本發明第三實施例的再生控制的流程圖；圖12是根據本發明第三實施例的排氣淨化裝置的示意圖。
具體實施例方式
下面將討論根據本發明的第一實施例用於內燃機排氣淨化裝置的再生控制器。圖1是控制系統的示意圖，它包括車輛柴油機所用的再生控制器。本發明的再生控制器的應用不限於柴油機。就是說，本發明的再生控制器也可以用於稀燃汽油機。
柴油機2包括多個汽缸，這些汽缸包括第一到第四汽缸#1、#2、#3和#4。在汽缸#1到#4的每個中，燃燒室4通過進氣口8和進氣管10連接到緩衝罐12。通過進氣閥6使每個進氣口8開啟和關閉。緩衝罐12連接到中間冷卻器14和增壓器(例如排氣渦輪增壓器16)。經過空氣淨化器18供給的新鮮空氣由排氣渦輪增壓器16的壓縮機16a壓縮。緩衝罐12帶有排氣再循環(EGR)通道20的EGR氣體供應埠20a。節流閥22布置在進氣通道13中緩衝罐12與中間冷卻器14之間。進氣量傳感器24(進氣量檢測器)和進氣溫度傳感器26布置在壓縮機16a與空氣淨化器18之間。
在汽缸#1到#4的每個中，燃燒室4連接到排氣口30和排氣管32。通過排氣閥28使每個排氣口30開啟和關閉。排氣渦輪增壓器16的排氣渦輪機16b布置在排氣管32與排氣通道34之間。排氣從排氣管32中靠近第四汽缸#4的位置送入排氣渦輪機16b中。
排氣通道34中布置有三個排氣淨化機構，即催化轉化器36、38和40，它們每個都容納有排氣淨化催化劑。第一催化轉化器36設在最上遊處，容納有NOx存儲還原催化劑36a。當正常工作的柴油機2的排氣處在氧化氣氛中(稀)時，NOx存儲在NOx存儲還原催化劑36a中。當排氣處在還原氣氛中(化學當量或者空燃比低於化學當量條件)時，NOx存儲還原氧化劑36a中存儲的NOx被還原為NO，從NOx存儲還原催化劑36a中分離出來，並用HC和CO進一步還原。以此方式消除NOx。
第二催化轉化器38布置在第一催化轉化器36的下遊，容納了具有單塊結構的過濾器38a。過濾器38a的壁具有孔，使排氣可以通過。過濾器38a的多孔壁表面塗有NOx存儲還原催化劑層。過濾器38a用作NOx存儲還原催化劑層的基體。NOx存儲還原催化劑層以與NOx存儲還原催化劑36a相同的方式消除NOx。排氣中所含的顆粒物(PM)積累在過濾器38a的壁中。PM首先由NOx暴露在較高溫度下的氧化氣氛中時釋放出的活性氧進行氧化。然後由周圍的過量氧對PM進行完全的氧化。以此方式，從過濾器38a中不僅消除了NOx，而且消除了PM。第一催化轉化器36與第二催化轉化器38一體形成。
設在最下遊處的第三催化轉化器40容納有用於通過氧化而消除HC和CO的氧化催化劑40a。第一排氣溫度傳感器44布置在NOx存儲還原催化劑36a與過濾器38a之間。第二排氣溫度傳感器46布置在過濾器38a與氧化催化劑40a之間靠近過濾器38a處，空燃比傳感器48布置在氧化催化劑40a附近。
空燃比傳感器48是例如採用固體電解質的傳感器。空燃比傳感器48根據排氣成分來檢測排氣的空燃比，並產生與空燃比成線性比例的電壓信號。第一排氣溫度傳感器44和第二排氣溫度傳感器46分別檢測它們各自位置處的排氣溫度thci和thco。
壓差傳感器50連接到將過濾器38a的上遊側與下遊側相連的管道。壓差傳感器50檢測過濾器38a的上遊側與下遊側之間的壓力差ΔP，以檢測過濾器38a的堵塞程度，即過濾器38a中PM的積累程度。
排氣管32具有EGR通道20所用的EGR氣體入口20b，所述EGR氣體入口20b位於第一汽缸#1附近，或者說，距離將排氣送入排氣渦輪機16b的第四汽缸#4較遠。用於對EGR氣體進行轉化的鐵(iron)EGR催化劑52、用於對EGR氣體進行冷卻的冷卻器54以及EGR閥56從EGR氣體入口20b開始以此順序布置在EGR通道20中。EGR催化劑52還用於防止冷卻器54堵塞。根據EGR閥56的開啟程度，對將要經過EGR氣體供應埠20a再次供給到進氣系統的EGR氣體量進行調節。
燃料噴射閥58布置在汽缸#1到#4的每個中，將燃料直接噴射到相應的燃燒室4中。每個燃料噴射閥58通過燃料供應管58a連接到共軌60。電控的可變排量燃料泵62將高壓燃料供給共軌60。共軌60中的高壓燃料通過各個燃料供應管58a分配到相應的燃料噴射閥58。燃料壓力傳感器64對共軌60中的燃料壓力進行檢測。
燃料泵62通過燃料供應管66向燃料添加閥68供給低壓燃料。燃料添加閥68布置在第四汽缸#4的排氣口30中，向排氣渦輪機16b噴射燃料。燃料添加閥68以催化劑控制模式向排氣添加燃料。
電子控制單元(ECU)70包括數字式計算機系統，數字式計算機系統包括CPU、ROM、RAM和驅動電路。驅動電路對各個單元進行驅動。從進氣量傳感器24、進氣溫度傳感器26、第一排氣溫度傳感器44、第二排氣溫度傳感器46、空燃比傳感器48、壓差傳感器50、EGR閥56中包括的EGR開啟程度傳感器、燃料壓力傳感器64、節流閥開啟程度傳感器22a、加速器開啟程度傳感器74、冷卻劑溫度傳感器76、發動機轉速傳感器80和汽缸差異傳感器82向ECU 70提供檢測信號。加速器開啟程度傳感器74檢測加速器踏板72被壓下的量(加速器開啟程度ACCP)。冷卻劑溫度傳感器76檢測柴油機2的冷卻劑溫度THW。發動機轉速傳感器80檢測發動機轉速NE或曲軸78的轉動速度。汽缸差異傳感器82檢測曲軸78的旋轉相位或進氣凸輪的旋轉相位以辨別汽缸。
ECU 70根據這些檢測信號來確定發動機的驅動狀態，以根據發動機的驅動狀態來對燃料噴射閥58的燃料噴射(數量和時間)進行控制。ECU 70執行的控制用於調整EGR閥56的開啟程度、用電動機22b調整節流閥的開啟程度、調整燃料泵62的排量。此外，ECU 70執行的催化劑控制包括再生模式、硫成分分解釋放模式(下文中稱為脫硫模式)、NOx還原模式和正常控制模式。下面將對催化劑控制進行說明。
ECU 70執行的燃燒模式是根據發動機的驅動狀態從兩種燃燒模式中選擇的，即正常燃燒模式和低溫燃燒模式。在低溫燃燒模式下，ECU 70根據低溫燃燒模式所用的EGR閥開啟程度對照表，通過採用大量再循環的排氣來減緩燃燒溫度的增加，使NOx和煙霧同時減少。低溫燃燒模式是在發動機處於低負載以及發動機處於低轉速或中等轉速的時候執行的。在低溫燃燒模式下，ECU 70執行的空燃比反饋控制包括根據空燃比傳感器48檢測到的空燃比AF對節流閥開啟程度TA進行的調整。除了低溫燃燒模式外的另一種燃燒模式是正常燃燒模式。在正常燃燒模式下，ECU 70根據正常燃燒模式所用的EGR閥開啟程度對照表，執行正常EGR控制(包括不涉及排氣再循環的控制)。
下面將對催化劑控制進行說明。
在再生模式下，當排氣淨化催化劑中PM的估計積累量達到再生參考值時，ECU 70對第二催化轉化器38的過濾器38a中積累的PM進行特別的加熱。PM被加熱到氧化和分解產生CO2和H2O，並以CO2和H2O的形式釋放。在再生模式下，ECU 70在空燃比大於化學當量空燃比的狀態下，利用燃料添加閥68反覆地添加燃料以將催化劑床加熱(例如，600到700℃)。在動力衝程或排氣衝程期間，ECU 70還可以用相應的燃料噴射閥58在每個燃燒室4中進行燃料噴射(後噴射)。在特定條件(下文中將會說明)下，ECU 70還通過執行間歇燃料添加過程而執行燃盡加熱。在間歇燃料添加過程中，ECU 70在不加入燃料的時間段中執行空燃比降低過程。空燃比降低過程通過從燃料添加閥68間歇地加入燃料，將空燃比降低到與化學當量空燃比一樣或比其略低。在此實施例中，空燃比降低過程使得空燃比略低於化學當量空燃比。在某些情況下，用燃料噴射閥58進行的後噴射可以與間歇燃料添加過程結合進行。在再生模式下，堵塞在NOx存儲還原催化劑36a前表面的PM被消除，積累在過濾器38a中的、積累量高於估計積累量的PM被燃燒和還原。
脫硫模式是在NOx存儲還原催化劑36a和過濾器38a受到硫成分毒化、它們的排氣淨化能力(例如NOx存儲能力)降低時執行的。脫硫模式將硫成分從NOx存儲還原催化劑36a和過濾器38a分解和釋放，使得從NOx存儲還原催化劑36a和過濾器38a除去硫成分並使之從硫中毒的情況恢復。在脫硫模式下，ECU 70通過從燃料添加閥68反覆添加燃料來加熱催化劑床(例如到650℃)。ECU 70還通過從燃料添加閥68間歇地添加燃料來執行空燃比降低過程，該過程將空燃比降低到與化學當量空燃比一樣或比其略低。在第一實施例中，空燃比降低過程使空燃比略低於化學當量空燃比。在脫硫模式下，也可以用燃料噴射閥58執行後噴射。這個過程類似於再生模式中在特定條件下執行的間歇燃料添加過程，也具有燃盡PM的效果。
在NOx還原模式中，堵塞在NOx存儲還原催化劑36a和過濾器38a中的NOx被還原為N2、CO2和H2O，並以N2、CO2和H2O的形式釋放。在NOx還原模式中，ECU 70以較長時間間隔間歇地從燃料添加閥68添加燃料，使催化劑床的溫度被設定得相對較低(例如250到500℃)。在這樣相對較低的催化劑床溫度下，空燃比被降低到與化學當量空燃比一樣或比其略低。
除了上述的三種催化劑控制模式之外的催化劑控制模式是正常控制模式。在正常控制模式中，ECU 70不用燃料添加閥68進行燃料添加過程，也不用燃料噴射閥58進行後噴射。
現在將討論ECU 70在再生模式中執行的過程。圖2的流程圖示出了再生模式執行判斷，圖3的流程圖示出了再生控制，這些流程圖中每個都作為預定時間循環中的中斷來執行。圖2中的再生模式執行判斷結果確定了是否開始圖3中的再生控制。
首先說明再生模式執行判斷(圖2)。
在步驟S102，ECU 70計算顆粒物排放量PMe，它是圖2中一個控制循環期間從柴油機2的每個燃燒室4排放的PM總量。在此實施例中，ECU 70通過參考預先由實驗產生的對照表，來計算顆粒物排放量PMe。所述的對照表將排放量與例如發動機轉速NE和發動機負載(例如燃料噴射閥58的燃料噴射量)聯繫起來。ECU 70根據發動機轉速NE和發動機負載來計算顆粒物排放量PMe。
在步驟S104，ECU 70計算積累或捕獲在過濾器38a中的PM的氧化量PMc。氧化量PMc是在此過程的一個控制循環中通過氧化而消除的捕獲的PM量。在第一實施例中，ECU 70通過參考預先由實驗產生的對照表來計算氧化量PMc。所述的對照表將氧化量與過濾器38a的催化劑床溫度(例如第二排氣溫度傳感器46檢測到的排氣溫度thco)和進氣量GA聯繫起來。ECU 70根據排氣溫度thco和進氣量GA來計算氧化量PMc。
在步驟S106，ECU 70用表達式1計算估計PM積累量PMsm。
PMsm←Max[PMsm+PMe-PMc，0] (1)在表達式1中，右側的估計積累量PMsm是此過程的前面循環中計算得到的值。Max表示從括號中的值裡取出最大值的運算符。例如，當PMsm+PMe-PMc是正數時，將PMsm+PMe-Pmc所得的值作為表達式左側的估計積累量PMsm。當PMsm+PMe-PMc是負數時，將零(克)設定為表達式左側的估計積累量PMsm。
在步驟S108，ECU 70檢查估計積累量PMsm是否大於或等於再生參考值PMstart(對應於參考積累量)，並判斷是否啟動再生模式。當PMsm小於PMstart時(步驟S108為否定)，ECU 70暫時終止此過程。PMsm小於PMstart的狀態對應於圖6的時間圖中所示時間t0之前的狀態。
當由於柴油機2的驅動狀態而使PMe大於PMc的狀態延續時，重複進行步驟S102、S104和S106。這樣將逐漸增大估計積累量PMsm。但是，只要PMsm小於PMstart(步驟S108為否定)，ECU 70就暫時終止此過程。
當估計積累量PMsm增大並滿足PMsm≥PMstart時(步驟108為肯定)，ECU 70判斷脫硫模式中用於消除PM的加熱是否已經停止。當脫硫模式中的PM消除加熱已經停止時(步驟S110為否定)，ECU 70暫時終止此過程。當脫硫模式中的PM消除加熱正在進行時(步驟S110為肯定)，ECU 70啟動再生控制(步驟S112，圖6中的t0)。在此情況下，循環進行圖3所示再生控制。
下面將參考圖3對再生控制進行說明。在圖2的再生模式執行判斷之後，ECU 70執行再生控制。因此，再生控制是以與再生模式執行判斷相同的循環來執行的。
在步驟S122，ECU 70判斷以前的循環中計算出的估計積累量PMsm是否在校正判斷參考範圍內(小於或等於校正判斷參考範圍的最大值BUpm)。如圖6所示，最大值BUpm遠遠小於再生參考值PMstart，但略大於終止判斷值PMend(例如0克)。
當PMsm大於BUpm時(步驟S122為否定，圖6中t0到t1)，ECU70在步驟S146設定(指示)PM消除加熱開始，並暫時終止此過程。在PM消除加熱中，燃料添加閥68重複地以上述方式添加燃料。這使催化劑暴露在空燃比高於化學當量空燃比的氣氛中，並升高了催化劑床的溫度(排氣溫度thci)(例如600到700℃)。之後，顆粒物排放量PMe小於氧化量PMc，估計積累量PMsm逐漸降低。
只要PMsm大於BUpm(步驟S122為否定)，上述通過燃料添加來消除PM的過程就繼續進行。
估計積累量PMsm逐漸減小並接近終止判斷值PMend。當估計積累量PMsm減小並滿足PMsm≤BUpm時(步驟S122為肯定)，ECU 70確定當前是否正在執行除了脫硫模式之外的模式，以及是否已經請求了除了脫硫模式以外的模式(步驟S124)。
當脫硫模式正在執行時，或者已經請求了脫硫模式時(步驟S124為否定)，ECU 70停止PM消除加熱(步驟S138)並暫時終止此過程。停止PM消除加熱是因為脫硫模式中會進行與燃盡加熱類似的過程。
當正在進行除了脫硫模式之外的模式，並且沒有請求脫硫模式的時候(步驟S124為肯定)，ECU 70參考圖4所示校正參考值對照表MAPdp，確定相應於進氣量GA的校正參考值Dp(步驟S126)。ECU 70判斷過濾器38a的上遊側與下遊側之間壓力差ΔP與進氣量GA之間的比率ΔP/GA是否大於或等於校正參考值Dp(步驟S128)。比率ΔP/GA對應於排氣壓力差。因此，參考值Dp用作比率ΔP/GA的最小值。通過確定參考值Dp，確保了對過濾器38a堵塞程度的判斷精度。
用壓力差ΔP對排氣流量的比率代替比率ΔP/GA來精確地反映實際驅動狀態更好。不過，進氣量GA與排氣流量直接成比例。因此，使用比率ΔP/GA並不影響控制精度。
也可以用壓力差ΔP與校正參考值(例如Dp×GA)進行比較，而不是用比率ΔP/GA與值Dp進行比較，其中所述校正參考值(例如Dp×GA)根據排氣流量(或進氣量GA)設定得較大。在此情況下，壓力差ΔP對應於排氣壓力差。
當ΔP/GA小於Dp時(步驟S 128為否定)，過濾器38a沒有被PM堵塞，估計積累量PMsm沒有偏離實際積累量。在此情況下，ECU 70在步驟S140判斷估計積累量PMsm是否小於或等於終止判斷值PMend。在再生控制的初始階段，PMsm小於PMend(步驟S140中為否定)。因此，PM消除加熱繼續進行(步驟S146)。在此情況下，如圖6所示，在時間t1之後，根據採用表達式1進行的計算，估計積累量PMsm繼續逐漸減小。
當ΔP/GA小於Dp的狀態繼續(步驟S 128為否定)、估計積累量PMsm減小並滿足PMsm≤PMend(0克)時(步驟S140為肯定，圖6中的t2)，ECU 70停止PM消除加熱(步驟S142)並結束再生模式(步驟S144)。之後，ECU 70暫時終止此過程。這樣就結束了對主要捕獲在過濾器38a中的PM的消除過程。當估計積累量PMsm再次增大到滿足PMsm≥PMstart時(圖2中步驟S108為肯定)，再生控制再次以上述方式開始(步驟S122)，除非由脫硫模式停止再生控制(步驟S110為肯定)。
下面將對過濾器38a被PM堵塞、並且估計積累量PMsm偏離了實際積累量的情況進行說明。在此情況下，在步驟S122的判斷得到肯定而步驟S124的判斷得到肯定之後，比率ΔP/GA大於或等於校正參考值Dp(步驟S128為肯定)。
在步驟S130，ECU 70對步驟S128中的判斷得到肯定的次數進行判斷，即比率ΔP/GA連續被判斷為大於或等於值Dp的次數是否小於或等於停止判斷數Np(例如二)。當判斷數小於停止判斷數Np時(步驟S130為肯定)，例如第一次執行完步驟S130中的判斷時，ECU 70參考圖5所示附加校正量對照表MAPadd，確定與比率ΔP/GA相應的增加校正量PMadd(步驟S132)。
比率ΔP/GA反映了估計積累量PMsm偏離實際積累量的程度。附加校正對照表MAPadd表示了與比率ΔP/GA相當的、或者與上述偏離程度相符的附加校正量PMadd。比率ΔP/GA與附加校正量PMadd之間的關係是通過實驗確定的。
ECU 70採用表達式(2)獲得或者校正估計積累量PMsm。
PMsm←PMsm+PMadd(2)在此情況下，估計積累量PMsm增大到接近或等於實際積累量的值(t11)。
在步驟S136，ECU 70從PM消除加熱切換到燃盡加熱，並暫時終止此過程。當燃盡加熱啟動時，堵塞在NOx存儲還原催化劑36a前表面的PM被消除，積累在過濾器38a中的大於估計積累量PMsm的PM被燃盡。這減小了估計積累量PMsm偏離實際積累量的程度。估計積累量PMsm每次都減少到小於或等於最大值BUpm，最大值BUpm略大於終止判斷值PMend。因此即使估計積累量PMsm偏離了實際積累量，燃盡加熱也能防止大量PM迅速燃燒的情況。
在PMsm大於BUpm的時間段內(步驟S122為否定)進行燃盡式PM消除加熱(步驟S146)。當再次滿足PMsm≤BUpm(步驟S122為肯定，圖7中的t12)、ΔP/GA小於Dp(步驟S 128為否定)、PMsm大於PMend(步驟S140為否定)時，如圖7中實線所示，PM消除加熱繼續進行(步驟S146)。當滿足PMsm≤PMend時(步驟S140為肯定)，停止PM消除加熱(步驟S142)，結束再生模式(步驟S144，圖7中的t13)。
當滿足ΔP/GA≥Dp時(步驟S 128為肯定)，ECU 70判斷步驟S 128中的判斷數是否小於或等於停止判斷數Np(二)(步驟S130)。例如，當第二次執行步驟S 128中的判斷時(步驟S130為肯定)，ECU 70再次根據比率ΔP/GA判斷附加校正量PMadd(步驟S132)，並用更新過的附加校正量PMadd對估計積累量PMsm進行校正(步驟S134)。這樣，如圖7中虛線所示，估計積累量PMsm再次增大到大於最大值BUpm的值(t12)。
ECU 70繼續進行燃盡加熱(步驟S136)，並暫時終止此過程。繼續的燃盡加熱進一步減小了估計積累量PMsm偏離實際積累量的程度。
在PMsm大於BUpm的時間段內(步驟S122為否定)，ECU 70繼續進行燃盡加熱(步驟S146)。當再次滿足PMsm≥BUpm時(步驟S122為肯定，圖7中的t14)，以及當ΔP/GA小於Dp(步驟S128為否定)且PMsm大於PMend(步驟S140為否定)時，ECU 70繼續燃盡式PM消除加熱(步驟S146)。當滿足PMsm≤PMend時(步驟S140為肯定，圖7中的t15)，ECU 70停止PM消除加熱(步驟S142)並結束再生模式(步驟S144)。
當滿足ΔP/GA≥Dp時(步驟S128為肯定，t13)，涉及比率ΔP/GA的判斷已經是第三次執行(步驟S130為否定)，在此情況下，ECU 70執行的過程與ΔP/GA小於Dp時所執行的過程一樣。當如圖7中虛線所示滿足PMsm≤PMend時(步驟S 140為肯定，圖7中的t15)，ECU 70停止PM消除加熱(步驟S142)並結束再生模式(步驟S144)。
壓差傳感器50和進氣量傳感器24用作差別檢測器。執行步驟S122到S134的ECU 70用作估計積累量的校正控制部分。
第一實施例具有下述優點。
(a)隨著第二催化轉化器38的過濾器38a中PM堵塞程度的增加，排氣的流阻增大，過濾器38a上遊側與下遊側之間的排氣壓力差ΔP/GA也增大。當估計積累量PMsm未偏離實際積累量時，排氣壓力差ΔP/GA相應於估計積累量PMsm。因此，當估計積累量PMsm落在校正判斷參考範圍內時，如果壓差傳感器50檢測到的排氣壓力差ΔP/GA是相應於校正判斷參考範圍的值(≤BUpm)，則估計積累量PMsm是精確的。
當排氣壓力差ΔP/GA大於校正判斷參考範圍時，實際積累量大於估計積累量PMsm。如果這種狀態持續下去，則即使在仍有殘留PM的情況下，也結束再生模式。當積累了這種殘留PM消除時，估計積累量PMsm偏離實際積累量的程度逐漸增大。這可能造成大於計劃量的PM迅速燃燒。結果是過濾器38a可能過熱，並造成過濾器38a的熱損壞。
在第一實施例中，當滿足PMsm≤BUpm時，ECU 70將比率ΔP/GA與校正參考值Dp進行比較，以確定估計積累量PMsm是否偏離實際積累量。當滿足ΔP/GA≥Dp時，ECU 70參考附加校正量對照表MAPadd來確定與比率ΔP/GA相應的附加校正量PMadd，並用附加校正量PMadd對估計積累量PMsm進行校正。隨著比率ΔP/GA增大，附加校正量PMadd也增大。這使得估計積累量PMsm接近或等於實際積累量。
由此，使估計積累量PMsm與實際積累量之間的差別減至最小，使得積累在過濾器38a中的PM得到適當的消除。這防止了大量PM的迅速燃燒。
(b)通常，排氣流的流動均勻性隨著排氣流量改變，檢測排氣壓力和排氣溫度的傳感器精度下降。因此，根據排氣流量來設定校正參考值較好。在第一實施例中，ECU 70參考圖4所示的校正參考對照表MAPdp來確定校正參考值Dp。校正參考值對照表MAPdp中的校正參考值Dp設定為隨著進氣量GA的增大而變小。隨著進氣量GA增大，排氣流量也增大。這提高了排氣流量的流動均勻性。因此，隨著進氣量GA的增大，校正參考值Dp減小；隨著進氣量GA的減小，校正參考值Dp增大。這樣可以高精度地確定對估計積累量PMsm進行校正的時間，從而獲得了更精確的附加校正量PMadd。因此，更精確地校正了估計積累量PMsm，以更高精度將估計積累量PMsm偏離實際積累量的程度減至最小。
(c)用進氣量傳感器24檢測到的進氣量GA代替了排氣流量。這樣可以容易地設定適當的校正參考值Dp，並易於以高精度的定時獲得高精度的附加校正量PMadd。
(d)用最大值BUpm限定的校正判斷參考範圍設定在由再生模式即將結束之前的估計積累量PMsm限定的範圍內。通過執行用於PM消除的正常加熱充分減少了實際PM積累量。因此，即使同時進行燃盡加熱以燃盡所有的PM，也可以防止燃盡加熱迅速地燃燒大量PM的狀態出現。這樣，即使採用這樣的特定加熱，過濾器38a也不會過熱，不會發生過濾器38a的熱損壞。因此，適當地消除了積累的顆粒物。
(e)當經過校正的估計積累量PMsm再次落在校正判斷參考範圍內、並滿足ΔP/GA≥Dp時，ECU 70重複對估計積累量PMsm進行校正。這樣，即使在以前的循環中對估計積累量PMsm偏離實際積累量的補償不足，對估計積累量PMsm的重複校正也幾乎完全消除了估計積累量PMsm偏離實際積累量的程度。
(f)不可燃材料例如灰燼的存在可能造成滿足ΔP/GA≥Dp的狀態持續。在此情況下，對估計積累量PMsm進行反覆校正以延長再生模式可能降低燃料效率。因此，ECU 70對估計積累量PMsm的校正次數進行了限制，以防燃料效率降低。在此實施例中，停止判斷數Np設定為二，使得估計積累量PMsm的校正不會連續執行三次。
(g)脫硫模式具有與燃盡加熱相同的效果。因此，即使在估計積累量PMsm偏離實際積累量時，偏離也可以在脫硫模式中減小或消除。因此，ECU 70在脫硫模式中不執行估計積累量PMsm的校正。由此，再生模式(特別是燃盡加熱)不會經常執行，防止了燃料效率降低。
下面將參考圖8對根據本發明第二實施例用於內燃機排氣淨化裝置的再生控制進行說明。
在第二實施例中，過濾器38a(對應於下遊排氣淨化機構)的上遊側與下遊側之間的排氣溫度差ΔTHC(thco-thci)用於替代排氣壓力差ΔP/GA。即，ECU 70判斷ΔTHC是否大於或等於校正參考值Dth。校正參考值Dth是例如200到300℃之間的值。圖8的步驟S125、S127、S129和S131分別取代了圖3的步驟S126、S128、S130和S132。其他部分與第一當步驟S124的判斷得到肯定時，ECU 70根據表達式3獲得排氣溫度差ΔTHC。
ΔTHC←thco-thci(3)ECU 70判斷排氣溫度差ΔTHC是否大於或等於校正參考值Dth(步驟S127)。當ΔTHC小於Dth(步驟S127為否定)且PMsm大於PMend(步驟S140為否定)時，ECU 70繼續進行PM消除加熱(步驟S146)。當滿足PMsm≤PMend時(步驟S140為肯定)，ECU 70停止PM消除加熱(步驟S142)並結束PM再生控制模式(步驟S144)。在這些步驟中，PMsm的改變如圖6的時間圖所示。
當滿足ΔTHC≥Dth時(步驟S127為肯定)，ECU 70檢查反覆進行PM消除加熱期間，步驟S127的判斷得到肯定的次數是否小於或等於停止判斷數Np(例如二)(步驟S129)。例如，當第一次進行步驟S127時，ECU 70將S129的結果判斷為肯定。在此情況下，ECU 70參考圖9所示附加校正量對照表MAPtad，確定與排氣溫度差ΔTHC對應的附加校正量PMadd(步驟S131)。
當NOx存儲還原催化劑36a前表面的堵塞造成估計積累量PMsm偏離實際積累量時，通過燃料添加閥68添加的用於進行PM消除加熱的燃料很難在經過NOx存儲還原催化劑36a時燃燒，而是在過濾器38a處以集中模式燃燒。這種情況與NOx存儲還原催化劑36a的前表面未堵塞時相比，增大了排氣溫度差ΔTHC。換句話說，排氣溫度差ΔTHC反映了由NOx存儲還原催化劑36a前表面的堵塞引起的估計積累量PMsm偏離實際積累量的情況。附加校正量對照表MAPtad存儲了與排氣溫度差ΔTHC相應的附加校正量PMadd。隨著排氣溫度差ΔTHC增大，偏離程度也更大。因此，附加校正量PMadd隨著排氣溫度差ΔTHC的增大而增大。排氣溫度差ΔTHC與附加校正量PMadd的關係是通過實驗獲得的。
ECU 70根據表達式2採用附加校正量PMadd來校正估計積累量PMsm(步驟S134)。如圖7的時間圖所示，這使估計積累量PMsm增大到接近或等於實際積累量。
ECU 70從PM消除加熱切換到燃盡加熱(步驟S136)。即使在開始燃盡加熱時估計積累量PMsm偏離了實際積累量，估計積累量PMsm也小於或等於最大值BUpm，最大值BUpm略大於終止判斷值PMend。因此，即使進行燃盡加熱，也不會使大量PM迅速燃燒。從而使過濾器38a不會過熱。
在PMsm大於BUpm的時間段內(步驟S 122為否定)，ECU 70通過進行燃盡加熱來消除PM(步驟S146)。當再次滿足PMsm≤BUpm(步驟S122為肯定)且步驟S124的判斷為肯定時，ECU 70計算排氣溫度差ΔTHC(步驟S125)。如果ΔTHC小於校正參考值Dth(步驟S127為否定)且PMsm大於PMend(步驟S140為否定)，則ECU 70繼續進行PM消除加熱(步驟S146，圖7中的實線)。如果滿足PMsm≤PMend(步驟S140為肯定)，則ECU 70停止PM消除加熱(步驟S142)並結束PM再生控制模式(步驟S144)。
當再次滿足ΔTHC≥Dth(步驟S127為肯定)時，ECU 70檢查步驟S127的判斷得到肯定的次數是否小於或等於停止判斷數Np(二)(步驟S129)。由於目前的判斷數為二，所以ECU 70再次根據ΔTHC計算附加校正量PMadd(步驟S131)，更新附加校正量PMadd，並用更新的附加校正量PMadd對估計積累量PMsm進行再次校正(步驟S134)。如圖7中虛線所示，這使估計積累量PMsm再次增大到比校正判斷參考範圍的最大值BUpm更大的值。
ECU 70繼續燃盡加熱(步驟136)並暫時終止此過程。繼續進行的燃盡加熱進一步消除了估計積累量PMsm與實際積累量的偏差。
在PMsm大於BUpm期間(步驟S122為否定)，ECU 70繼續進行燃盡加熱(步驟S146)。即使再次滿足PMsm≤BUpm(步驟S122為肯定)，只要滿足ΔTHC≥Dth(步驟S127為肯定)，ECU 70就將步驟S129的結果判斷為否定。即使滿足ΔTHC≥Dth或者ΔTHC小於Dth，ECU 70也前進到步驟S140。
如果燃盡加熱繼續進行，並且滿足PMsm≤PMend(步驟S140為肯定)，則ECU 70停止PM消除加熱(步驟S142)並結束PM再生控制模式(步驟S144)。
第一排氣溫度傳感器44和第二排氣溫度傳感器46用作差別檢測器。執行圖8中的步驟S122到S134的ECU 70作為對估計積累量進行校正的校正控制部分。
第二實施例具有下述優點。
(a)當NOx存儲還原催化劑36a(上遊排氣淨化機構)在過濾器38a被PM堵塞之前被PM堵塞時，在再生控制期間，排氣只經過NOx存儲還原催化劑36a的有限部分。因此，NOx存儲還原催化劑36a的反應熱不足，下遊過濾器38a中不均勻地產生反應熱。
因此，在第二實施例中，用過濾器38a的上遊側與下遊側之間的排氣溫度差thco-thci代替排氣壓力差ΔP/GA。當溫度差大於或等於校正參考值Dth時，ECU 70對估計積累量PMsm進行校正。這使得估計積累量PMsm與實際積累量接近或相同。
由此，使估計積累量PMsm與實際積累量之間的差別最小化，以適當地消除積累的PM。這防止了大量PM迅速燃燒。
(b)第二實施例還具有第一實施例中所述(d)到(g)的優點。
現在將對根據本發明的第三實施例用於內燃機排氣淨化裝置的再生控制進行說明。
在第三實施例中，進行圖10和圖11的流程圖代替圖3的流程圖。圖10和圖11的流程圖是通過將圖3和圖8的流程圖相結合得到的。即，當排氣壓力差ΔP/GA的判斷(步驟S128)或排氣溫度差ΔTHC的判斷(步驟S 127)中任意一個為肯定時，進行步驟S150、S152、S131、S132、S134和S136。其他步驟參考圖3或圖8。
當滿足ΔP/GA≥Dp(步驟S128為肯定)或ΔTHC≥Dth(步驟S127為肯定)時，ECU 70對步驟S127和S128的判斷得到肯定的次數是否小於或等於停止判斷數Np進行判斷(步驟S150)。
如果肯定判斷的次數小於或等於Np(步驟S150為肯定)，則ECU70檢查當前的步驟S150是否來自S128的肯定判斷(步驟S152)。如果當前的步驟S150是由步驟S128的肯定判斷而來的(步驟S152為肯定)，則ECU 70參考圖5的附加校正對照表MAPadd並確定相應於排氣壓力差ΔP/GA的附加校正量PMadd(步驟S132)。如果當前的步驟S150是由步驟S128的否定判斷和步驟S127的肯定判斷而來的(步驟S152為否定)，則ECU 70參考圖9的附加校正對照表MAPtad並確定相應於排氣溫度差ΔTHC的附加校正量PMadd(步驟S131)。
ECU 70用附加校正量PMadd根據表達式2對估計積累量PMsm進行校正(步驟S134)。這使估計積累量PMsm增大到接近或等於實際積累量。
ECU 70在對估計積累量進行校正之後從PM消除加熱切換到燃盡加熱(步驟S136)並暫時終止此過程。燃盡加熱消除了堵塞NOx存儲還原催化劑36a前表面的PM，燃盡了過濾器38a中積累的大於估計積累量PMsm的大量PM，並逐漸減小估計積累量PMsm與實際積累量之間的偏差。即使在燃盡加熱開始時估計積累量PMsm偏離實際積累量，估計積累量PMsm也小於或等於校正判斷參考範圍的最大值BUpm，而最大值BUpm略大於終止判斷值PMend。因此，燃盡加熱不會迅速燃燒大量PM，過濾器38a不會過熱。
壓力差傳感器50、進氣量傳感器24、第一排氣溫度傳感器44和第二排氣溫度傳感器46作為差別檢測器。執行步驟S122、S124、S125、S126、S128、S150、S152、S131和S132中的再生控制(圖10和圖11)的ECU 70作為校正控制部分。
第三實施例具有下述優點。
(a)獲得了第一和第二實施例中所述的優點。特別是，除了過濾器38a的上遊側與下遊側之間的排氣壓力差ΔP/GA以外，還使用了過濾器38a的上遊側與下遊側之間的排氣溫度差ΔTHC。因此，最小化了估計積累量PMsm與實際積累量之間的差別，以適當地消除積累的PM。這樣可靠地防止了大量PM迅速燃燒。
現在將對根據本發明的第四實施例用於內燃機排氣淨化裝置的再生控制進行說明。
在第四實施例中，參考圖12，用單一過濾器138a取代了第一實施例中所述的兩個催化轉化器，即第一催化轉化器和第二催化轉化器，其中單一過濾器138a具有塗有NOx存儲還原催化劑層的基體。壓力差傳感器150檢測過濾器138a的上遊側與下遊側之間的壓力差ΔP。第一排氣溫度傳感器144檢測過濾器138a中排氣的溫度(排氣溫度thci)。第二排氣溫度傳感器46、空燃比傳感器48、第三催化轉化器40和氧化催化劑40a與第一實施例中相應的部件相同，並被賦予了與那些部件相同的標號。
壓力差傳感器150檢測排氣淨化裝置的上遊側與下遊側之間的排氣壓力差ΔP/GA。第一排氣溫度傳感器144檢測過濾器138a中排氣的溫度。第二排氣溫度傳感器46檢測過濾器138a出口附近的排氣溫度。因此，第一和第二排氣溫度傳感器144和46檢測排氣淨化裝置較下遊部分的排氣溫度差ΔTHC(thco-thci)。
執行第一到第三實施例之一中所述的再生模式執行判斷和再生控制。
第四實施例具有下述優點。
(a)根據第四實施例的催化劑布置也最小化了估計積累量PMsm與實際積累量之間的差別，以適當地消除積累的PM。這樣防止了大量PM迅速燃燒。
本領域技術人員應當明白，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，本發明可以用許多其他具體形式來實施。特別是，應當明白，本發明可以用下列形式來實施。
(1)在上述實施例中，在涉及排氣壓力差ΔP/GA的判斷或涉及排氣溫度差ΔTHC的判斷得到肯定的時進行燃盡加熱。但是，也可以繼續進行普通的PM消除加熱而不是切換到這種特殊的加熱。
(2)上述實施例中的最大值BUpm可以是與終止判斷值PMend相同的值。
(3)在上述實施例中，可以根據柴油機2的驅動狀態(例如根據發動機轉速NE和燃料噴射量)使用對照表對排氣流量進行計算，而不是採用進氣量傳感器24檢測進氣量GA。在各種過程中，可以用ΔP/排氣流量作為排氣壓力差。此外，校正參考值對照表MAPdp可以根據排氣流量來產生。
這些示例和實施例應當理解為示例性而不是限制性的，本發明不限於此處給出的具體細節，而是可以在權利要求的範圍及其等同物中進行修改。
權利要求
1.一種再生控制器，用於對內燃機排氣通道中設置的排氣淨化裝置進行再生，其中，所述排氣淨化裝置包括上遊淨化部分和下遊淨化部分，所述再生控制器包括差別檢測器，用於檢測排氣壓力差和排氣溫度差中的至少一項，所述排氣壓力差為所述排氣淨化裝置上遊的第一位置與所述排氣淨化裝置下遊的第二位置之間的排氣壓力差，所述排氣溫度差為第三位置與所述第三位置下遊的第四位置之間的排氣溫度差，所述第三位置位於所述排氣淨化裝置的所述下遊淨化部分的上遊；計算部分，用於計算所述排氣淨化裝置中顆粒物的估計積累量；加熱控制部分，用於在所述估計積累量大於參考積累量時對所述排氣淨化裝置進行加熱，以從所述排氣淨化裝置中消除所述顆粒物；和校正控制部分，用於在由於所述加熱而使所述估計積累量落在校正判斷參考範圍內、並且所述排氣壓力差和所述排氣溫度差中至少一項大於校正參考值時，根據所述排氣壓力差和所述排氣溫度差中至少一項對所述估計積累量進行校正。
2.一種再生控制器，用於對內燃機排氣通道中設置的排氣淨化裝置進行再生，其中，所述排氣淨化裝置包括布置在所述排氣通道中的上遊淨化機構和下遊淨化機構，所述再生控制器包括差別檢測器，用於檢測所述下遊淨化機構的上遊位置與下遊位置之間的排氣壓力差和排氣溫度差中的至少一項；計算部分，用於計算所述排氣淨化裝置中顆粒物的估計積累量；加熱控制部分，用於在所述估計積累量大於參考積累量時對所述排氣淨化裝置進行加熱，以從所述排氣淨化裝置中消除所述顆粒物；和校正控制部分，用於在由於所述加熱而使所述估計積累量落在校正判斷參考範圍內、並且所述排氣壓力差和所述排氣溫度差中至少一項大於校正參考值時，根據所述排氣壓力差和所述排氣溫度差中至少一項對所述估計積累量進行校正。
3.根據權利要求1和2中任意一項所述的再生控制器，其中，所述校正控制部分將校正值加到所述估計積累量，所述校正值隨著所述排氣壓力差和所述排氣溫度差中至少一項的增大而增大。
4.根據權利要求1到3中任意一項所述的再生控制器，其中，所述校正控制部分根據排氣流量確定所述校正參考值。
5.根據權利要求4所述的再生控制器，其中，所述校正控制部分隨著所述排氣流量的增大而減小所述校正參考值。
6.根據權利要求4和5中任意一項所述的再生控制器，還包括用於檢測進氣量的傳感器，所述校正控制部分使用代替所述排氣流量的所述檢測到的進氣量。
7.根據權利要求1和2中任意一項所述的再生控制器，其中，所述校正判斷參考範圍包括下述值，所述值等於所述加熱即將結束之前所述排氣淨化裝置中顆粒物的積累量。
8.根據權利要求1和2中任意一項所述的再生控制器，其中，所述校正判斷參考範圍的最大值等於所述加熱結束時所述排氣淨化裝置中顆粒物的積累量。
9.根據權利要求1到8中任意一項所述的再生控制器，其中，當使用所述校正過的估計積累量通過重新計算而獲得的估計積累量再次落在所述校正判斷參考範圍內、並且所述排氣壓力差和所述排氣溫度差中至少一項大於所述校正參考值時，所述校正控制部分重複對所述估計積累量進行校正。
10.根據權利要求9所述的再生控制器，其中，當所述排氣壓力差和所述排氣溫度差中至少一項大於所述校正參考值的狀態繼續、並且所述估計積累量的校正次數達到停止判斷數時，所述校正控制部分停止執行對所述估計積累量的校正，直到當前進行的加熱結束。
11.根據權利要求1到10中任意一項所述的再生控制器，其中，所述再生控制器設有脫硫模式，用於通過從所述排氣淨化裝置中釋放出硫成分而使所述排氣淨化裝置從硫中毒的情況恢復，並且所述校正控制部分在所述再生控制器處於脫硫模式時或請求了脫硫模式時停止對所述估計積累量進行校正。
12.根據權利要求1到11中任意一項所述的再生控制器，其中，所述排氣淨化裝置是催化轉化器，所述催化轉化器包括塗有NOx存儲還原催化劑層的基體，所述基體形成為對排氣中所含的顆粒物進行過濾。
13.根據權利要求1到11中任意一項所述的再生控制器，其中，所述排氣淨化裝置包括NOx存儲還原催化劑裝置；和過濾器，所述過濾器布置在所述NOx存儲還原催化劑裝置的下遊並具有NOx存儲還原催化劑層，用於對排氣中所含的顆粒物進行過濾。
14.一種電子控制單元，用作根據權利要求1或2的所述計算部分、所述加熱控制部分和所述校正控制部分。
全文摘要
本發明公開了一種用於發動機(2)的排氣淨化裝置(36、38)的再生控制器，它對排氣淨化裝置中積累的顆粒物進行適當的燃燒。再生控制器包括ECU(70)，ECU判斷顆粒物的估計積累量(PMsm)是否偏離實際積累量。在估計積累量小於或等於最大值(BUpm)且排氣壓力差(ΔP/GA)大於校正參考值(Dp)時，ECU將與排氣壓力差對應的校正值加到估計積累量。這樣使估計積累量接近實際積累量。
文檔編號F01N13/02GK1930381SQ200580007769
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月10日 優先權日2004年3月11日
發明者松野繁洋, 大坪康彥, 橫井辰久, 松岡廣樹, 稻葉孝好 申請人:豐田自動車株式會社, 株式會社電裝