专利名称：过滤器的控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于截获发动机废气中所含颗粒的过滤器适时控制再生能力的过滤器控制方法及系统。
背景技术：
近年来，用于柴油颗粒后处理的各种装置已被开发出来并用来安装在柴油发动机的废气系统中，由此抑制柴油发动机废气中所含细颗粒进入大气的扩散。广泛应用的、此类型的废气处理装置通常被设计成使用截获柴油发动机废气中所含颗粒的过滤器。用于截获颗粒的过滤器则被设计成通过使用陶瓷或金属过滤元件来分离废气与颗粒以截获颗粒。因此，截获过滤器内部的颗粒逐渐集聚，直到过滤器最后被堵塞及废气的通过变得不可能。
因此实践中使用了过滤器控制系统，它基于过滤器中的压力差或基于发动机工作状况对发动机单位时间产生的颗粒量的积分来估算聚集于过滤器中的颗粒量，并当估算的颗粒量达到预定水平时执行发动机操作控制以增高废气温度，由此燃烧掉颗粒及使过滤器再生。
在该类型的过滤器中，在聚集于过滤器中的、最暴露于高温气体的颗粒区域上引起氧化加速的现象。这就是说，产生出保持在废气总是容易通过的状态中的聚集颗粒层，以致在过滤器中停止了废气阻力的升高及废气阻力的幅值被稳定在一定值上，尽管在过滤器的其它部分上继续进行颗粒的集聚。当该现象发生时，颗粒的增加不能由主要基于压力差的传统方法检测出来，甚至在过滤器中集聚了大量颗粒时。因为由此过滤器被动再生的定时是延迟的，再生开始于颗粒量超过过滤器中允许范围的时刻，以致颗粒的氧化反应逐渐增强及过滤器易于遭受热熔损坏。
另一方面，当采用其中用事先在标准发动机上测量的图表数据来计算发动机单位时间产生的颗粒量及通过积分该值来估算过滤器中聚集颗粒量的结构的情况下，引起了事先在标准发动机上测量的单位时间颗粒产生量与实际颗粒产生量之间的差异，这主要是由于各个发动机之间的差别、所使用的燃料的性能及燃油喷嘴和其它部件的降级引起的。此外，因为估算聚集颗粒量所使用的聚集颗粒量图表是基于在额定工作状态下的发动机上测量的聚集颗粒量，在瞬态的工作状态期间聚集量不能被精确地测定制成图表。其结果是，存在着难以高精确度地估算聚集颗粒量的问题。
因此，高精确度地估算过滤器中聚集的颗粒量是困难的及难以在适当的时间上进行过滤器的再生，这将导致当再生时过滤器热熔损坏及燃料效率降低的缺陷。
本发明的目的是提供一种能克服现有技术中上述问题的过滤器控制方法及系统。
发明内容
为了实现所述目的，本发明提供了一种过滤器控制方法，该方法基于过滤器上的压力差和/或基于在考虑发动机工作状态的情况下通过对单位时间给定颗粒产生量的积分所获得的积分值来估算在用于截获柴油颗粒的过滤器中集聚的颗粒量并进行过滤器再生控制，该过滤器控制方法的特征在于，它包括基于过滤器上的压力差获得作为第一颗粒增加量的预定时间间隔期间的颗粒增加量及基于积分值获得第二颗粒增加量的步骤；根据第一及第二颗粒增加量求得用于校正积分值的校正数据的步骤；使用校正数据来校正积分值以获得校正的积分值的步骤；以及使用校正的积分值或过滤器上的压力差进行过滤器的再生控制。
本发明还提供了一种过滤器控制系统，该系统设有第一计算装置，它基于过滤器上的压力差来估算在用于截获柴油颗粒的过滤器中集聚的颗粒量；及第二计算装置，它在考虑发动机工作状态的情况下通过对单位时间给定颗粒产生量的积分来估算集聚颗粒量；及基于第一及第二计算装置的输出进行过滤器再生控制，该过滤器控制系统的特征在于，它包括基于第一计算装置的输出来计算两个不同给定时间点之间的集聚颗粒量的增加并作为第一输出并输出它，及同时基于第二计算装置的输出来计算第二输出并输出它的装置；响应第一及第二输出量以求得用于校正第二计算装置的输出的校正数据的装置；及使用校正数据来校正第二计算装置的输出来获得校正的输出的装置；以及使用校正的输出及第一计算装置的输出进行过滤器的再生控制。
图1是表示将本发明应用于柴油发动机废气的后处理的过滤器控制情况下的一个实施例的总体概图。
图2是表示图1中过滤器控制单元通用结构的框图。
图3是图2中的估算单元的详细框图。
具体实施例方式
为了更详细地解释本发明，现在将参照附图来描述本发明。
图1是表示将本发明应用于柴油发动机废气的后处理的过滤器控制情况下的一个实施例的总体概图。标号1表示一个四汽缸柴油发动机1，它的汽缸2-5分别设有喷射器6-9。这些喷射器6-9的工作受到发动机控制单元10的控制，它们使用公知的结构在所需时刻上将所需高压燃料量喷射到相应的汽缸中。
连接到进气支管11的进气管12设有一个中间冷却器13及一个空气清洁器14。连接到废气支管15的废气管16装有一个废气后处理装置30。
设有EGR控制阀17的废气循环通道18被设置在进气管12与废气管16之间。EGR控制阀17的开度受到被发动机控制单元10控制的致动器19的调节。这就形成了一个结构，其中在废气管16流动的废气部分可被测量及返回到进气支管11。标号20表示一个涡轮增压器，它由设置在废气管16内部的废气涡轮机21及一个压缩机22组成，后者设置在进气管12中及由废气涡轮机21驱动。
废气后处理装置30包括一个氧化催化器31及一个用于截获颗粒的过滤器32，及被设计成在废气管16流动的废气首先流到氧化催化器31，及然后再流到过滤器32。氧化催化器31的构成是通过在例如由蜂窝结构的堇青石或耐热钢构成的载体表面上形成活性氧化铝的冲洗层或类似物，及然后在该涂层上产生贵金属如铂、钯或铑组成的催化激活成分。该氧化催化器被设计成用于氧化废气中的NO以产生NO2，及也氧化废气中的HC及CO以产生O及CO2。
作为过滤器32，使用所谓壁流型的蜂窝过滤器，其中并列地由多孔堇青石或碳化硅形成多个小室，并且带有密封入口的小室与带有密封出口的小室相交替；或使用纤维型过滤器，它包括围裹在穿孔不锈钢管上的陶瓷纤维层。该过滤器将截获废气中的颗粒。
过滤器32的入口端(前)及出口端(后)分别设有第一压力传感器33及第二压力传感器34，各用于检测废气的压力。从第一压力传感器33输出指示过滤器32的入口端上废气压力P1的第一压力信号S1，及从第二压力传感器34输出指示过滤器32的出口端上废气压力P2的第二压力信号S2。标号35指示用于检测废气管16中的废气流的流速的流速传感器。来自流速传感器35的废气流速信号F与第一压力信号S1及第二压力信号S2一起被输入到过滤器控制单元40。
这里，也可以通过根据进入空气量、喷油量、废气温度及废气压力的计算获得废气流速，来取代由流速传感器35检测废气流速。在此情况下，可使用下列对时间积分容积的关系式计算容积流速PV＝nRT(式中P压力，V容积，T温度，nR气体常数)过滤器控制单元40是一个估算由过滤器32截获的聚集颗粒量，及根据估算结果进行发动机控制以再生过滤器32的单元。
图2是表示控制单元40结构的框图。该控制单元40设有一个估算单元41，它执行估计在过滤器32中聚集的颗粒量的计算及输出指示估算结果的估算数据Q；及再生控制单元42，它根据估算数据Q控制过滤器32的再生。对估算单元41提供第一压力信号S1，第二压力信号S2，废气流速信号F，及指示柴油发动机1的工作状态的发动机工作数据M。
图3是估算单元41的详细框图。标号51是一个压力差计算器，它响应第一压力信号S1及第二压力信号S2，计算经由过滤器32的压力差ΔP(＝P1-P2)及输出指示计算结果的压力差数据D1。该压力差数据D1输出给第一估算器52，对该第一估算器还输入废气流速信号F。这里，过滤器32中集聚的颗粒量是根据压力差ΔP及由废气流速信号F指示的废气流速来估算的，并输出指示估算结果的第一估算数据D2。
另一方面，第二估算器53被设计成进行这样的处理，即在考虑指示柴油发动机1瞬时工作点的发动机工作数据M的情况下，来对事先存储在第二估算器53中指示单位时间给定颗粒产生量的数据进行积分，及输出由积分运算获得的作为指示集聚颗粒量估算值的第二估算数据D3。作为在第二估算器53中使用的指示单位时间颗粒产生量的数据，可以适当地使用事先通过试验等获得的值。其中在考虑由发动机工作数据M指示的发动机工作状态情况下来对单位时间给定颗粒产生量的数据进行积分及根据它来估算集聚颗粒量的方案其本身是现有技术所公知的。因此这里将省略对第二估算器53的详细结构的说明。
由标号60表示的框是校正数据计算部分，用于在柴油发动机1一定的预定工作期间基于第一估算数据D2计算集聚颗粒量的增量ΔA及基于第二估算数据D3计算集聚颗粒量的增量ΔB，比较ΔA与ΔB，及基于比较结果，计算用于校正第二估算数据D3的校正数据，以便得到更精确的颗粒集聚估算值。
现在来说明校正数据计算部分60。第一及第二快速缓存器62，63响应来自测量起动器61的起动信号SA进行工作，以在第一快速缓存器62及第二快速缓存器63中保持在起动信号SA输出时刻的第一估算数据D2及第二估算数据D3的值D2A及D3A。测量起动器61例如可被设计成在预定调节时间间隔上输出起动信号SA。
测量终止器64被设计成一个定时器，它响应起动信号SA并当从起动信号SA的输出开始的预定时间期满时输出终止信号SB。终止信号SB被输入到第一差值计算器65及第二差值计算器66。也可取代使用定时器的方案，而采用当在起动信号SA输出后检测的集聚颗粒量增加变成预定值时输出终止信号SB的方案。
对第一差值计算器65输入保持在第一快速缓存器62中的值D2A。在终止信号SB输出的时刻上，第一差值计算器65取得第一估算数据D2的值D2B及计算值D2B与值D2A之间的差值ΔA。因此，差值ΔA是由第一估算器52估算的关于在从起动信号SA输出到终止信号SB输出之间的预定时间间隔T0期间在过滤器32中集聚的颗粒量的值。
类似地，对第二差值计算器66输入保持在第二快速缓存器63中的值D3A。在终止信号SB输出的时刻上，第二差值计算器66取得第二估算数据D3的值D3B及计算值D3B与值D3A之间的差值ΔB。因此，差值ΔB是由第二估算器53估算的关于在从起动信号SA输出到终止信号SB输出之间的预定时间间隔T0期间在过滤器32中集聚的颗粒量的值。
从第一差值计算器65输出指示差值ΔA的第一差值数据DX及从第二差值计算器66输出指示差值ΔB的第二差值数据DY。第一差值数据DX及第二差值数据DY被输入到一个系数计算器67，该系数计算器执行ΔA/ΔB的计算及输出指示该计算结果的系数数据DC。
系数数据DC被输送到系数数据存储器68。系数数据存储器68是一个移位寄存器类型的存储器，及每次由系数计算器67输出系数数据DC时在先的数据被顺序地移位及存储。这里它被设计成存储最新的5个系数数据。
对数据鉴别器69输入来自系数计算器67的系数数据DC及前5步中存储在系数数据存储器68中的系数数据，及该数据鉴别器鉴别来自系数计算器67的系数数据DC的适合性。在该实施例中，数据鉴别器69基于在系数数据DC前获得的系数数据计算系数数据的移动平均值，将移动平均值的幅值与来自系数计算器67的系数数据DC相比较，及当其差值等于或小于预定值时判断来自系数计算器67的系数数据是合适的，及输出最新的系数数据DC作为校正数据D4。另一方面，当差值大于预定值时，则判断最新系数数据DC的值是不适合的，及将基于数据鉴别器69中计算的移动平均值的数据、例如瞬时移动平均值作为校正数据D4输出。
换句话说，校正数据计算部分60被设计来计算在预定时间间隔中由第一估算器52估算的颗粒增加值与在预定时间间隔中由第二估算器53估算的颗粒增加值的比例，及基于该比例输出校正数据D4。
第一估算器52的特征在于由于它基于过滤器32上的压力差估算集聚颗粒量，当过滤器32是新的或刚再生过时，它能够以很高的精确度估算集聚颗粒量。但是，如前面所说明的，在过滤器32上已聚集一定量颗粒后，颗粒被废气部分氧化的过程起作用，由此，尽管继续地集聚颗粒，压力差的幅值并不改变，这使得集聚颗粒量的精确估算变为不可能。
另一方面，由第二估算器53的估算使用事先存储的有关发动机单位时间产生的颗粒量的数据及在考虑工作条件的情况下积分该数据来完成，以致指示单位时间产生的颗粒量的数据有时偏离实际产生的量。
因此集聚颗粒量的估算可在第一估算器52及第二估算器53中在相同条件下进行，及通过结果比较，在校正数据计算部分60中计算用于来自第二估算器53的第二估算数据D3的值的校正系数。因而在校正数据计算部分60中用于得到校正数据D4的计算最好在能使第一估算器52中的估算相对精确地进行的条件下实现。为此，对于进行获得校正数据D4的计算，在测量起动器61及测量终止器64中决定开始及终止的时刻最好限定在更换了一个新过滤器32后紧接着的一个预定时间间隔内或在过滤器32再生后的紧接着的一个时间间隔内。它们是颗粒集聚稳定增加的时间间隔。
来自数据鉴别器69的校正数据D4被传送到系数计算器70，它计算用于第二估算数据D3的校正系数。这样获得的校正系数数据D5被传送到一个乘法器71，该乘法器将第二估算数据D3乘以校正系数数据D5并获得校正的第二估算数据D6。最好采用至少每次过滤器32再生将执行补偿/保存计算的方案。
校正的第二估算数据D6及第一估算数据D2被传送到一个选择器72及使用了来自鉴别器73的鉴别数据D7，来选择校正的第二估算数据D6及第一估算数据D2中哪一个是合适的，然后被选择的数据作为指示集聚颗粒量估算值的估算数据Q不加修改地被输出。
在该实施例中，鉴别器73被设计来鉴别以下任何项是否适合(1)集聚颗粒量的估算值等于或小于预定值；(2)压力差ΔP的值等于或小于预定值；(3)压力差ΔP的变化范围等于或大于预定值；(4)第二压力传感器34或第二压力传感器34有故障。
它还被设计来当(1)-(4)中任一项适合时选择校正的第二估算数据D6，否则选择第一估算数据D2。
由于过滤器控制单元40的上述结构，估算单元41可确定哪个数据更适合作为估算数据Q基于过滤器32上的压力差ΔP的第一估算数据D2或校正的第二估算数据D6，后者是通过使用在校正数据计算部分60中得到的校正数据D4来校正基于积分的单位时间给定颗粒产生量的处理得到的第二估算数据D3而获得的。因此估算数据Q是比以往精确等得多的颗粒集聚估算值。
另一可能性是根据压力差中的时间-行程变化来校核压力差的上升是否已饱和，及当发现已饱和时基于此后积分值进行过滤器再生控制。
再生控制单元42响应估算数据Q以鉴别集聚颗粒量是否已超过预定值，及当它根据估算数据Q发现集聚颗粒量已超过预定值时输出再生信号CS，以输入到发动机控制单元10。发动机控制单元10响应再生信号CS，以执行过滤器32再生所需的喷油定时延迟控制，由此增加废气温度以燃烧过滤器32中集聚的颗粒及这样进行过滤器32的再生。
如以上所解释的，由估算单元41所获得的估算数据Q精确地代表了过滤器32中集聚的颗粒量，以致过滤器32的再生控制可被合适地执行，及可防止再生期间过滤器32的损坏。此外，通过在集聚颗粒量被判断未显著地大到降低燃油经济性的阶段，进行再生控制防止了过滤器的热熔损坏，由于过滤器再生控制，在本系统中改善的检测精确度减小了对燃油损耗的副作用。
如上所述，过滤器中集聚颗粒量可被估算的很好精确度允许合适的过滤器再生控制，由此再生期间过滤器的损坏可被有效地防止及用于过滤器再生的燃油损耗可被保持在一个小值上，并实现了燃油经济性的改善。
工业实用性如上所述，根据本发明的过滤器控制方法及系统可用来进行合适定时的过滤器再生。
权利要求
1.一种过滤器控制方法，该方法基于过滤器上的压力差和/或基于在考虑发动机工作状态的情况下通过对单位时间给定颗粒产生量进行积分所获得的积分值，来估算在用于截获柴油颗粒的过滤器中集聚的颗粒量并进行过滤器再生控制，该过滤器控制方法的特征在于，它包括基于过滤器上的压力差获得作为第一颗粒增加量的预定时间间隔期间的颗粒增加量及基于积分值获得第二颗粒增加量的步骤；根据第一及第二颗粒增加量求得用于校正积分值的校正数据的步骤；使用校正数据来校正积分值以获得校正的积分值的步骤，以及使用校正的积分值或过滤器上的压力差进行过滤器的再生控制。
2.根据权利要求1的过滤器控制方法，其中在颗粒集聚稳定上升的预定时间间隔内获得第一及第二颗粒增加量。
3.根据权利要求1的过滤器控制方法，其中在求得校正数据的步骤中，根据第一与第二颗粒增加量之间的比例计算系数数据，及基于系数数据适合性的判断及判断结果将系数数据或系数数据的移动平均值用作校正数据。
4.根据权利要求1的过滤器控制方法，还包括一个鉴别步骤，用于确定校正积分值及过滤器上的压力差中的哪个用于再生控制。
5.根据权利要求4的过滤器控制方法，其中在鉴别步骤中鉴别是否(1)集聚颗粒量的估算值等于或小于预定值；(2)压力差ΔP的值等于或小于预定值；(3)压力差ΔP的变化范围等于或大于预定值；(4)第二压力传感器34或第二压力传感器34有故障；及仅当(1)-(4)中任一项适合时选择校正积分值数据。
6.根据权利要求3的过滤器控制方法，其中至少每次过滤器再生时执行系数数据的计算。
7.根据权利要求1的过滤器控制方法，其中根据过滤器上压力差中的时间-行程变化来检查压力差的上升是否已饱和，及当发现压力差的上升已饱和时基于此后积分值进行过滤器再生控制。
8.一种过滤器控制系统，该系统设有第一计算装置，它基于过滤器上的压力差来估算在用于截获柴油颗粒的过滤器中集聚的颗粒量；及第二计算装置，它在考虑发动机工作状态的情况下通过对单位时间给定颗粒产生量的积分来估算集聚颗粒量；及基于第一及第二计算装置的输出进行过滤器再生控制，该过滤器控制系统的特征在于，它包括基于第一计算装置的输出来计算两个不同给定时间点之间的集聚颗粒量的增加并作为第一输出并输出它，及同时基于第二计算装置的输出来计算第二输出并输出它的装置；响应第一及第二输出以求得用于校正第二计算装置的输出的校正数据的装置；及使用校正数据来校正第二计算装置的输出来获得校正的输出的装置，以及使用校正的输出及第一计算装置的输出进行过滤器的再生控制。
9.根据权利要求8的过滤器控制系统，其中在集聚颗粒稳定上升的预定时间间隔内获得第一及第二输出。
10.根据权利要求8的过滤器控制系统，其中在求得校正数据的装置中，根据第一与第二输出之间的比例计算系数数据，及基于系数数据适合性的判断及判断结果将系数数据或系数数据的移动平均值用作校正数据。
11.根据权利要求8的过滤器控制系统，还包括一个鉴别装置，用于确定校正输出及第一计算装置的输出中的哪个用于再生控制。
12.根据权利要求11的过滤器控制系统，其中在鉴别装置中鉴别是否(1)集聚颗粒量的估算值等于或小于预定值；(2)压力差ΔP的值等于或小于预定值；(3)压力差ΔP的变化范围等于或大于预定值；(4)第二压力传感器34或第二压力传感器34有故障；及仅当(1)-(4)中任一项适合时选择校正输出。
13.根据权利要求10的过滤器控制系统，其中至少每次过滤器再生时执行系数数据的计算。
14.根据权利要求8的过滤器控制系统，其中根据过滤器上压力差中的时间-行程变化来检查压力差的上升是否已饱和，及当发现压力差的上升已饱和时基于此后第一计算装置的输出进行过滤器再生控制。
全文摘要
本发明涉及过滤器的控制方法及系统。预定时间间隔中的颗粒增加量被求得作为第一差值数据(DX)，它是基于过滤器(32)上的压力差ΔP及根据由第一估算器(52)获得的第一估算数据(D2)求得的，及同时预定时间间隔中的颗粒增加量被求得作为第二差值数据(DY)，它是基于单位时间颗粒再生量的积分及根据由第二估算器(53)获得的第二估算数据(D3)求得的，及使用由第一及第二差值数据(DX，DY)计算的校正数据(D4)来校正第二估算数据(D3)以求得校正的第二估算数据(D6)。一个鉴别器(73)鉴别第一估算数据(D2)及校正的第二估算数据(D6)中的哪个是合适的数据及使用这样选择的估算数据(Q)来进行过滤器的再生控制。
文档编号F01N13/02GK1568399SQ0380126
公开日2005年1月19日 申请日期2003年8月8日 优先权日2002年8月9日
发明者滨畑敏宏 申请人:株式会社博世汽车系统