内燃机的能源系统的制作方法

专利名称：内燃机的能源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种给外设例如排气净化装置的电加热器提供电 功率并由此使所述外设运行的内燃机能源系统。
背景技术：
内燃机的排气含有诸如NOx的毒性物质。在内燃机的排气系统 中提供用于净化NOx排气的NOx催化剂来降低这些毒性物质的排 放是公知的。该技术可能导致这种情况当NOx催化剂的温度低 的时候，NOx的净化效率降低。因此，需要将NOx催化剂的温度 升高至一定温度，使得排气能够充分脱除NOx。
此外，例如，在提供吸留-还原型NOx催化剂的情况下，净化 能力因吸留的NOx量增加而降低，将还原剂供应给吸留-还原型 NOx催化剂，吸留在吸留-还原型NOx催化剂中的NOx被还原释 放(这在下文中将称为[NOx还原过程l)。此外，为了克服由于排气 中存在的SOx吸留进入吸留-还原型NOx催化剂中而导致净化能力 下降的SOx中毒，在某种情况下将还原剂供应给吸留-还原型NOx 催化剂，并且升高吸留-还原型NOx催化剂的温度(这在下文中将 称为[SOx再生过程j )。
另一方面，在捕集内燃机排气中所包含的颗粒物质的颗粒过滤 器(这将在下文中简称[过滤器])中，如果捕集的颗粒物质的累积 量增加，则排气中的背压因过滤器的堵塞而升高，并且发动机性能 下降。因此，通过升高引入到过滤器中的排气的温度来升高过滤器 的温度，通过氧化来除去捕集的颗粒物质(PM),由此设计来使过 滤器的排气净化性能获得再生(这将在下文中称为[PM再生过程1 )。
如上所述，各自用作排气净化装置的NOx催化剂和过滤器在许 多情况下都需要加热。在这方面，存在一种情况，即在诸如上述NOx 催化剂和过滤器的排气净化装置上游侧的排气通道中提供具有氧 化催化剂并引入电加热器(EHC:电加热的催化剂)的催化剂装置。 在该情况下，当升高排气净化装置中的温度时，通过电加热附有电加热器的催化剂装置而活化氧化催化剂，并且通过利用附有电加热 器的催化剂装置的热量来升高排气净化装置的温度。然而，该电加 热器需要大量消耗电功率，并且问题在于，频繁使用电加热器使电 池负荷增加。而且，在强化电池和交流发电机时，这是降低设备成 本和使设备小型化的障碍。
关于上述技术，如日本专利申请公开特开平9-158716中记载的， 该技术提出，基于电池的充电状态来确定给催化剂装置的电加热器 供应电功率的时间。然而，该技术存在一种情况，即电加热器的运 行根据电池的充电状态而受到限制，其结果是难以充分升高排气净 化装置的温度。
此外，日本专利申请公开特开平9-217636公开了一种技术，其 中，在给附有电加热器的催化剂装置的电加热器供应电功率的一段 时间期间，发动机转数可变的装置增加发动机的转数，并且发电量 可变的装置通过发电机增加发电量。然而，在该技术中，发动机的 转数由于发电而变化，因此，如果空载转数波动，尤其是在空载过 程中波动，可能会给车辆乘客带来不舒服的感觉。
此外，在专利申请公开2847976所公开的技术中，检测电池的 电压，并且从所检测的电池电压和预定的加热器电压获得供应至电 加热器的电功率的占空系数。然后，按所获得的占空系数对供应至 电加热器的电池通电时间(供电时间)通过占空比控制，由此将定 量电功率供应给电加热器。
而且，日本实用新型申请2548065中公开的技术在于，基于电 池的电功率、交流发电机的电功率和用于催化剂的电加热器的电功
率来控制内燃机。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种在不给电池施加过量负荷的情况下 更为可靠地运行电负荷装置例如附有电加热器的催化剂装置用的电加 热器的技术。
为实现上述目的，本发明具有如下主要特征包括电池和利用所 述电池供应的电功率运行的电负荷装置，以及，如果预测到电负荷装 置会消耗等于或大于预定量的电功率量(不管电负荷装置使用期间的实际功率消耗^莫式如何)，则将所述电池的充电水平提高至等于或高于 预定的功率消耗前水平。
更具体而言，提供一种包括电池和利用所述电池供应的电功率运
行的电负荷装置的内燃机能源系统，所述内燃机能源系统包括预测 电负荷装置消耗的电功率量等于或大于预定量的电功率消耗预测装
置；和功率消耗前的充电装置，如果电功率消耗预测装置预测到电功 率消耗装置消耗的电功率量等于或大于预定量，则该充电装置将所述 电池的充电水平提高至等于或高于预定的功率消耗前水平，而不依赖 于电负荷装置使用期间的电功率消耜一莫式。
也就是说，如果预测到电负荷装置会消耗等于或大于预定量的电 功率量(例如长时间的大电功率的功率消耗)，则在电负荷装置运行之 前将电池的充电水平升高至等于或高于预定的功率消耗前水平(而不 是按对应于在电负荷装置使用期间电负荷装置的功率消耗来给电池充 电)。根据该方案，当电负荷装置实际消耗电功率时，可以防止将过量 负荷施加到电池上和防止因电池充电总量不足(对应于充电水平)而 限制电负荷装置的运行。
在此，等于或大于预定量的电功率量是i^为在电池充电水平不足 的状态下消耗电功率量的情况下对电池的供电性能产生影响的电功率 量，并且也可以根据经验预先确定。此外，预定的功率消耗前水平的 充电水平是认为在电池的充电水平等于或高于预定的功率消耗前水平 的状态下即使在消耗等于或大于预定量的电功率量时也不导致电池的 供电性能劣化的充电水平，并且也可以才艮据经验预先获得。上文所述 的表述"不管电负荷装置使用期间的功率消^^莫式如何"意味着不是按 对应于在电负荷装置使用期间电负荷装置的电功率消耗来给电池充 电。
此外，根据本发明，内燃机的能源系统还可以包括净化内燃机 排气的排气净化装置；和性能恢复装置，该性能恢复装置以加热排气 净化装置的方式通过除去在所述排气净化装置净化所述排气时累积在 所述排气净化装置内的物质来执行恢复排气净化装置的排气净化性能 的性能恢复过程，其中电负荷装置可以是通过通电产生热并且加热排 气净化装置的电加热器。
尤其假定在这种情况下性能恢复过程是升高排气净化装置的温度以及氧化和除去捕集在排气净化装置内的颗粒物质(PM)的PM再生 过程。作为替代方案，所假定的过程是通过供应还原剂以及通过升高 排气净化装置的温度来还原释放排气净化装置中吸留的SOx的SOx 中毒恢复过程。此外，在进行PM再生过程或SOx中毒恢复过程时用 于加热排气净化装置的电加热装置用作上述电负荷装置。
然后，在该情况下，当电功率消耗预测装置预测到排气净化装置 在不久之后会经历PM再生过程或SOx中毒恢复过程时，功率消耗前 充电装置提高电池的充电水平。如果这样，那么在PM再生过程或SOx 中毒恢复过程中加热带有电加热器的排气净化装置的情况下，可以充 分加热排气净化装置，而不给电池施加过量负荷。此外，可以避免因 电池的充电总量(对应于充电水平)不足而不能充分完成PM再生过 程或SOx中毒恢复过程的情况。
此外，根据本发明，功率消耗前充电装置可以通过增强交流发电 机的发电能力而将电池的充电水平提高至等于或高于所述功率消耗前 水平。此外，功率消耗前充电装置还可以通过增加内燃机的空载转数 而将电池的充电水平提高至等于或高于功率消耗前水平。
此外，在该情况下，电功率消耗预测装置可以从排气净化装置内 物质的累积量变得等于或大于预定的第一累积量的点处，预测电加热 器消耗等于或大于预定量的电功率量。
在此，是否对排气净化装置进行PM再生过程或SOx中毒恢复过 程经常是基于检测或预测过滤器中颗粒物质的累积量(捕集量)或吸 留-还原型NOx催化剂中SOx的累积量(吸留量)来确定的(以相 应的累积量等于或大于阈值的方式)，它们被定义为排气净化装置中累 积的物质(通过将它们从排气中除去来进行净化)。因此，在该情况下 的阈值是由于颗粒物质堵塞过滤器而增加背压的颗粒物质捕集量，或 者是导致吸留-还原型NOx催化剂的NOx吸留能力下降的SOx吸留
根据本发明，提出的一种构思是在颗粒物质的累积量或排气净化 装置中累积的SOx等于或大于上述阈值之前的阶段，即达到小于上述 阈值的第一累积量的阶段，预测到会在不久之后进行PM再生过程或 SOx中毒恢复过程，并且将电池的充电水平提高至功率消耗前的水平。 利用该构思，可以高度准确地预测如何进行PM再生过程或SOx中毒恢复过程以及在不给电池施加过量负荷的情况下以更高的效率进行
PM再生过程或SOx中毒恢复过程。
此外，根据本发明，排气净化装置可以是吸留-还原型NOx催化 剂，性能恢复过程也可以是NOx还原过程。因此，在该情况下，当吸 留在吸留-还原型NOx催化剂中的NOx的量等于或大于比第一累积量 大的预定第二累积量时，电加热器可以开始通电，并且当排气净化装 置中累积的NOx量等于或大于比第二累积量大的预定第三累积量时， 可以开始加入还原剂。
利用该构思，首先，在吸留-还原型NOx催化剂中吸留的NOx 的量等于或大于第一累积量的阶段，电池的充电水平升高至功率消耗 前水平。其次，在NOx的量等于或大于第二累积量的阶段，开始给电 加热器通电。进一步地，在NOx的量等于或大于第三累积量的阶段， 开始供应还原剂，由此开始NOx还原过禾呈。
因此，在开始NOx还原过程的时候，充分提高电池的充电水平， 并且升高吸留-还原型NOx催化剂的温度。利用该构思，对供应的 还原剂以较易反应的状态进行改良，使其变得易于气化，由此可以 以更高的效率进行NOx还原过程。
此外，本发明还可以是内燃机的能源系统，其包括电池；净化 内燃机排气的排气净化装置；性能恢复装置，该性能恢复装置以加热 所述排气净化装置的方式通过除去在所述排气净化装置净化所述排气 时累积在所述排气净化装置内的物质来执行恢复所述排气净化装置的
排气净化性能的性能恢复过程；通过电池通电产生热量并加热排气净
化装置的电加热器；和产生与内燃机的运行相关的电功率并给电池充 电的交流发电机，其中，不管通过性能恢复装置进行性能恢复过程期 间电加热器的开/关状态如何，在性能恢复过程中通过将内燃机的空载 转数升高至预定的空载转数来增加交流发电机对电池的充电量。
在此，考虑从电池将电功率供应给电加热器、利用电加热器产生 的热量来加热排气净化装置和进行性能恢复过程的情况。例如，当进 行PM再生过程或SOx中毒恢复过程时，在通过供应还原剂将排气的 空燃比控制在浓/稀水平的情况下，存在许多与排气的空燃比的浓/稀正 时同步进行开/关电加热器的控制的情况。此外，在进行该类型控制的 情况下，还存在许多与电加热器的开/关正时同步增加内燃机空栽转数和通过增加交流发电机的发电量来增大电池充电量的情况。
于是，随后在排气净化装置进行性能恢复过程期间，内燃机的空 载转数以规定间隔变化，并且出现车辆乘客具有不舒适感的情况。在 该情况下，本发明的目的在于在进行排气净化装置的性能恢复过程中 防止内燃机的空载转数与电加热器的开/关正时同步增加，并且防止给 车辆乘客带来不舒适感。
相比之下，根据本发明，通过将内燃机的空载转数提高至预定的 性能恢复期间的转数来增加交流发电机对电池的充电量，而不管通过 性能恢复装置进行性能恢复过程期间电加热器的开/关状态如何。
在此，"预定的性能恢复期间的转数"指的是内燃机的转数，通过 将内燃机的空载转数设置成该转数，能够向电池供应等于或大于电加 热器在性能恢复过程中消耗的电功率量，并且能够维持该充电水平。
利用该构思，可以防止内燃机的空载转数在性能恢复过程中以规 定间隔变化，并且可以防止给车辆乘客带来不舒适感。
此外，本发明还可以是内燃机的能源系统，其包括净化内燃机 排气的排气净化装置；性能恢复装置，该性能恢复装置以加热所述排
气净化装置的方式通过除去在所述排气净化装置净化所述排气时累积 在所述排气净化装置内的物质来执行恢复所述排气净化装置的排气净
化性能的性能恢复过程；和通过电池通电产生热量并加热排气净化装 置的电加热器，其中，如果内燃机在性能恢复装置进行性能恢复过程 期间停止运行，则阻止电加热器在下一次起动内燃机后的预定时间内 通电。
也就是说，如果内燃机在PM再生过程和SOx中毒恢复过程期间 停止运行，则很有可能在进行PM再生过程或SOx中毒恢复过程时供 应给排气净化装置的还原剂仍然停留在排气净化装置中或电加热器附 近。因此，在下次起动内燃机时运行电加热器的情况下，排气净化装 置中残余的还原剂立刻反应，并且排气净化装置的温度可能过度升高。 在该情况下，本发明的目的在于，在起动内燃机时运行电加热器的情 况下，防止从前次内燃机停止运行起就残留在排气净化装置中的还原 剂立刻反应，并且防止排气净化装置的温度过度升高。
关于此点，根据本发明，如果内燃机在性能恢复装置进行性能恢复过程期间停止运行，则阻止电加热器在下一次起动内燃机后的预定 时间内通电。利用该构思，在还原剂停留在排气净化装置中的情况下， 可以防止电加热器加热排气净化装置，并且防止排气净化装置的温度 过度升高。
此外，本发明还可以是内燃机的能源系统，其包括电池；净化 内燃机排气的排气净化装置；通过电池通电产生热量并加热排气净化 装置的电加热器；检测电池充电水平的充电水平检测装置；和加热器 故障诊断装置，如果充电水平检测装置检测到电池的充电水平等于或
高于预定的故障诊断7K平，则该加热器故障诊断装置给电加热器通电，
并且基于该通电时刻排气温度的升高来诊断电加热器的故障。
在此，在对电加热器的故障进4亍诊断的情况下，存在许多情况 通过给电加热器实际通电来产生热量、检测该情形下排气温度的升高 和确定是否获得所期望的升温。因此，如果诊断出电加热器的故障在 于电池的充电水平不够高，则存在给电池施加过量负荷的情况。在该 情况下，本发明的目的在于，在电池的充电水平不够高的情况下防止 对电加热器的故障进行诊断，从而防止给电池施加过量负荷。
在该点上，本发明的构思在于提供检测电池充电水平的充电水平 检测装置，并且只有当电池的充电水平等于或高于预定的故障诊断水 平时，充电水平检测装置才对电加热器的故障进^i貪断。
应该注意，如果充电水平等于或高于故障诊断水平，则故障诊断 水平为即使当通过给电加热器实际通电来诊断故障时也不给电池施加 过量负荷的充电水平。充电水平等于或高于故障诊断水平的情况指的 是电池的充电水平在无任何预期的情况下(例如长时间减速运行期间 或长时间减速运行之后的时间段)接近完全充电水平的情况。因此， 不包括有意增加电池充电水平的假设。
也就是说，根据本发明，以选择电池充电水平等于或高于故障诊 断水平时的时机的方式来诊断电加热器的故障，因此可以防止给电池 施加过量负荷，并且燃料的消耗不因为没有有意提高电池充电水平而 受到影响。
此外，本发明还可以是内燃机的能源系统，其包括电池；净化 内燃机排气的排气净化装置；性能恢复装置，该性能恢复装置以加热所述排气净化装置的方式通过除去在所述排气净化装置净化所述排气 时累积在所述排气净化装置内的物质来执行恢复所述排气净化装置的
排气净化性能的性能恢复过程；通过电池通电产生热量并加热排气净 化装置的电加热器；和产生与内燃机的运行相关的电功率并给电池充 电的交流发电机，其中，当起动内燃机时，在穿过排气净化装置的排 气量累计值等于或大于预定的触发排气量之后给电加热器通电。
在此，如上所述，在给电加热器通电的情况下，为了防止给电池 施加过量负荷，进行这种控制，从而通过增加空载转数来增大交流发 电积对电池的充电量，等等。
如果例如在低温下起动内燃机时强行增加空载转数，则存在使内 燃机负荷增加的情况。在该情况下，本发明的目的在于防止例如在低 温下起动内燃机时强行增加空载转数，并且防止将过量负荷施加到内 燃机上。在这方面，根据本发明的内燃机的能源系统的构思在于，在 起动内燃机后，在穿过排气净化装置的排气量累计值等于或大于预定 的触发排气量之后给电加热器通电。
利用该构思，可以在已经给内燃机暖机运转至一定程度的状态下 给电加热器通电，因此，即使在给电加热器通电时通过提高空载转数 来增加电池的充电量时，也可以防止内燃机自身的负荷增加。
在此，预定的触发排气量是穿过排气净化装置的排气量累计值， 如果穿过排气净化装置的排气量累计值等于或大于预定的触发排气 量，则从该值确定内燃机已经进行暖M转，并且，即使当增加空载 转数时，内燃机上的负荷也不会增加，并且还可以根据经，先获得。 此外，还可以用内燃机中的进气量累计值代替穿过排气净化装置的排 气量累计值。
此外，可以对应于在起动内燃机时冷却水温度来确定触发排气量。 具体而言，当起动内燃机时冷却水的温度变得较高时，触发排气量可 以设置得较小。
也就是说，如果当起动内燃机时冷却水的温度高，则意味着内燃 机的暖机运转已经进行到一定程度，因此，可以将触发排气量设置得 小得多。利用该构思，可以防止在长时间内给电加热器进行无益的抑 制通电，以更早地加热排气净化装置并提高排气净化效率。应该注意，本发明中解决问题的手段可以在最大可能的程度上进 行组合并可以由此应用。


图l是示出描述本发明实施方案中的内燃机、其吸气/排气系统 和其控制系统的整体结构的图。
图2是显示在本发明的实施方案1中SOx中毒恢复之前电池充 电程序的流程图。
图3是显示在本发明的实施方案1中SOx中毒恢复之前电池充 电程序2的流程图。
图4是显示在本发明的实施方案2中SOx中毒恢复期间电池充 电程序的流程图。
图5是显示在本发明的实施方案3中SOx中毒恢复期间发动机 停机程序的流程图。
图6是显示在本发明的实施方案3中起动发动机时加热器通电 抑制程序的流程图。
图7是显示在本发明的实施方案4中的电加热器故障确定程序 的流程图。
图8是显示在本发明的实施方案5中起动内燃机时加热器通电 容许空气量和冷却水温度之间的关系的图。
具体实施例方式
下文将参照附图以举例的方式来对实施本发明的最佳方式进行 深入i兌明。
实施例1
图1示出适用于实施方案1的内燃机的整体结构以及吸气/排气 系统和控制系统。吸气管2和排气管3连接至内燃机1，其中新鲜 空气经吸气管2吸入内燃机1中，内燃机l中燃烧后的气体通过排 气管3排出。吸气管2配有用于检测吸入空气量的空气流量计11。
排气管3配有净化排气的排气净化装置4。排气净化装置4包 括DPNR 4b，该DPNR 4b具有捕集排气中的颗粒物质的过滤器功能和净化NOx排气的吸留-还原型NOx催化剂功能。此外，在排气 净化装置4的DPNR4b的上游设置有能够用电升温的EHC 4a。在 EHC 4a内部提供有电加热器4c，其中通过给该电加热器4c通电来 升高EHC 4a的温度。
此外，类别为发电机的交流发电机8经带7连接至内燃机1的 输出轴6，其中内燃机1的输出轴6的转动传至交流发电机8，由 此产生电。所产生的电功率供应给电池9，由此给电池9充电。此 外，电池9和EHC 4a的电加热器4c电连接，其中电加热器4c在 被供以来自电池9的电功率时产生热量。
此外，排气管3包括燃料添加阀13，在排气净化装置4的PM 再生过程、NOx还原过程或SOx中毒恢复过程中，该燃料添加阀 13将作为还原剂的燃料加入到流进排气净化装置4的排气中。此外， 内燃机1包括检测冷却水温度的冷却水温度传感器12。在排气管3 的排气净化装置4的下游还提供检测排气净化装置4排放的排气温 度的排气温度传感器14。
在内燃机1旁边设置有电子控制模块(ECU) 20。 ECU 20是 对应于内燃机1的运行状态和响应于驾驶员的要求来控制内燃机1 的运行状态并且执行排气净化装置4的净化性能的恢复过程的模 块。
例如，在对排气净化装置4进行SOx中毒恢复过程的情况下， 根据ECU 20发出的指令来接通电加热器4c。随即，电加热器4c 4皮供以来自电池9的电功率并产生热量，由此活化EHC4a。然后， 燃料经燃料添加阀13加入，并作为还原剂在EHC 4a中引起氧化还 原反应，结果是EHC 4a的温度升高，排气的温度升高。此外，在 EHC 4a中改良并气化作为还原剂的燃料，由此将达到较易反应的 状态的燃料供应至DPNR 4b。
由此，DPNR4b的温度升高至SOx中毒恢复过程所需的温度， 然后，供应易反应状态的还原剂，并且还原释放DPNR4b内的SOx。
在此，如果在电池9的充电水平不够高的状态下进行SOx中毒 恢复过程，则电池9会具有大的负荷，可能会出现例如电池9的电 压下降的缺陷。此外，如果给电加热器4c供应与电池9的充电水平相匹配的电功率，则存在发热量小和不能有效进行SOx中毒恢复过 程的情况。在该情况下，如果预测到会在不久之后进行需要经历长 时间消耗大量电功率的控制(例如SOx中毒恢复过程)，则实施方 案1的方案不是对应于电加热器4c在SOx中毒恢复过程期间的实 际开/关状态来给电池充电，而是在SOx中毒恢复过程之前预先i史 定升高电池9的充电水平。
图2显示实施方案1中SOx中毒恢复之前电池充电程序的流程图。
该电池充电程序定义为存储在ECU 20的ROM (只读存储器) 中并且由ECU 20在内燃机1运行过程中以预定的时间间隔来执行 的程序。
在执行电池充电程序时，首先，在S101中，获得从上次SOx 中毒恢复过程结束以来给出的吸气量的累计值。具体而言，还可以 通过ECU 20累计从上次SOx中毒恢复过程结束以来空气流量计ll 的输出信号的方式来计算吸气量的累计值。当完成S101时，操作 进4亍至S102。
在S102中，从在SIOI中获得的吸气量的累计值来估算吸留在 DPNR4b中的SOx量。然后，确定由此估算的SOx吸留量是否等 于或大于第一 SOx吸留量Sl。在此，第一 SOx吸留量Sl是用作 使得能够确定如果在DPNR 4b中吸留更多的SOx就会在不久之后 进行SOx中毒恢复过程的阈值的SOx吸留量，并且也可以通过经 验来预先获得。如果在S102中确定为否定，则暂时中断电池充电 程序。然而，如果在S102中确定为肯定，则操作进行至S103以给 SOx中毒恢复过程做好准备。
在S103中，ECU 20给出升高交流发电机8的发电电压的指令。
特别地，进行控制以通过增大交流发电机8的工作负荷来增加 可以供应给电池9的电功率，甚至在内燃机l的转数相同的情况下 也是如此。利用该控制，电池9的充电水平提高。在完成S103中 的过程后，操作进行至S104。
在S104中，再次获得从上次SOx中毒恢复过程结束以来的吸 气量的累计值。该过程的内容与S101中的相同。当S104中的过程结束时，操作进行至S105。
在S105中，计算在该时刻进入DPNR4b中的SOx吸留量，并 且确定该SOx吸留量是否等于或大于第三SOx吸留量S3。在此， 第三SOx吸留量S3是用作阈值的SOx吸留量，从该阈值可以确定， 如果在DPNR 4b中吸留更多的SOx，则DPNR 4b的NOx吸留能 力可能降低。在此，如果确定SOx吸留量小于第三SOx吸留量S3， 则返回至之前的S104中的过程，重复执行S104和S105中的过程， 直至在S105中确定SOx吸留量等于或大于第三SOx吸留量S3。 然后，当确定SOx吸留量等于或大于第三SOx吸留量S3时，操作 进行至S106。
在S106中，确定电池9的充电水平是否等于或大于足以执行 SOx中毒恢复过程的SOx中毒恢复水平Ll。在此，如果确定电池 9的充电水平低于SOx中毒恢复水平Ll，则返回至之前S106中的 过程，重复执行S106中的过程，直至确定电池9的充电水平等于 或高于SOx中毒恢复水平Ll。在S106中确定电池9的充电水平等 于或高于SOx中毒恢复水平Ll的情况下，操作进行至S107。
在S107中，电加热器4c开始通电，并且开始经燃料添加阀13 加入燃料，由此进行SOx中毒恢复过程。在S107中，预先确定还 原释放在DPNR 4b中具有第三SOx吸留量S3的SOx所需的SOx 中毒恢复过程的持续时间，然后，确定在所述持续时间过去的时刻 已经还原释放DPNR 4b中的SOx，并且终止该过程。当完成S107 中的过程时，操作进行至S108。
在S108中，升高交流发电机的发电电压的指令被取消。当完成 S108中的过程时，电池充电程序暂时结束。
如上所述，在实施方案1中，在确定DPNR 4b中吸留的SOx 的量等于或大于SOx中毒恢复过程中的第一 SOx吸留量Sl的情况 下，在该时刻通过升高交流发电机8的发电电压来增加电池9的充 电水平。
然后，在DPNR 4b吸留具有等于或大于第三SOx吸留量S3(即 被认为是作为用于执行SOx中毒恢复过程的阔值的SOx吸留量) 的量的SOx时，确认电池9的充电水平等于或高于执行SOx中毒恢复过程所需的SOx中毒恢复水平Ll。然后，在确认电池9的充 电水平等于或高于SOx中毒恢复水平Ll后，通过给电加热器4c 通电来执行SOx中毒恢复过程。
因此，在由于电加热器4c的运行而消耗大量电功率之前，可以 充分增加电池9的充电水平，从而可以降低电池9的负荷。此外， 在运行电加热器4c的情况下，电池9的充电水平总是保持在足够高 的状态下，因此，可以防止电加热器4c的运行受到限制。
此外，在实施方案l中，采用各自具有小容量的电池9和交流 发电机8是可行的，因此，可以有助于降低成本和使整个系统小型 化。
应该注意，上文讨论的实施方案1举例说明了作为性能恢复过 程的DPNR 4b的SOx中毒恢复过程，然而，同样的控制可以适用 于DPNR 4b的PM再生过禾呈。
接下来，将描述实施方案1的另一种模式。图3显示作为实施 方案1的另一模式的SOx中毒恢复之前电池充电程序2的流程图。 在该模式中，S201~S207中的过程作为上述SOx中毒恢复之前电 池充电程序中的S104~S107中的过程的替代方案给出。以下讨论 将集中在与上述SOx中毒恢复之前的电池充电程序的不同之处。
在电池充电程序2的S201中，首先，确定电池9的充电水平是 否等于或大于足以执行SOx中毒恢复过程的SOx中毒恢复水平Ll。 该过程的内容与SOx中毒恢复之前的电池充电程序中S106中的过 程内容相同。二者之间的差别在于该过程的执行次序设置得较早。 在S201中的过程结束时，操作进行至S202。
在S202中获得从上次SOx中毒恢复过程结束以来的吸气量的 累计值。该过程内容与S101中的相同。在完成S202中的过程时， 操作进行至S203。
在S203中，计算在该时刻进入DPNR4b中的SOx吸留量。然 后，确定该SOx吸留量是否等于或大于第二SOx吸留量S2。在此， 第二 SOx吸留量S2大于上述第一 SOx吸留量Sl，但是小于第三 SOx吸留量S3 ，并且是认为能够在SOx吸留量等于或大于第三SOx 吸留量S3时通过在DPNR 4b中吸留更多SOx时开始给电加热器4c通电来充分升高EHC4a和DPNR4b的温度的SOx吸留量。在 此，如果确定SOx吸留量小于第二SOx吸留量S2，则返回至之前 的S202中的过程，重复执行S202和S203中的过程，直至在S203 中确定SOx吸留量等于或大于第二SOx吸留量S2。然后，在S203 中确定SOx吸留量等于或大于第二 SOx吸留量S2的情况下，操作 进行至S204。
在S204中，基于ECU20的指令接通电加热器4c,并且电池9 将电功率供应给电加热器4c。当完成S204中的过程时，操作进行 至S205。
S205和S206中的过程内容与SOx中毒恢复之前电池充电程序 中S104和S105中的过程内容相同，因此，省略其解释。在完成S206 中的过程时，操作进行至S207。
在S207中，开始经燃料添加阀13加入燃料，由此进行SOx中 毒恢复过程。在S207中，预先确定还原释放在DPNR4b中具有第 三SOx吸留量S3的SOx所需的SOx中毒恢复过程的持续时间， 然后，确定DPNR4b中的SOx已经在所述持续时间过去的时刻得 以还原释放，并且终止该过程。
因此，在实施方案1的第二才莫式中，当DPNR4b中吸留的SOx 等于或大于第一SOx吸留量Sl时，提高电池9的充电水平，然后， 在DPNR 4b中吸留的SOx等于或大于第二 SOx吸留量S2时，开 始给电加热器4c通电，以及进一步地，在DPNR4b中吸留的SOx 等于或大于第三SOx吸留量S3时开始加入燃料，由此开始SOx中 毒恢复过程。
根据第二模式，当开始经燃料添加阀13加入燃料时，EHC 4a 的温度升高，将所加入的燃料改良成更容易反应的状态，并且可以 促进燃料的气化和DPNR 4b中的SOx还原反应。
应该注意，第二模式举例i兌明了 DPNR 4b的SOx中毒恢复过 程，然而，实施方案1的第二模式也可以适用于DPNR 4b的NOx 还原过程。该方案还使得能够高度有效地进行DPNR 4b的NOx还 原过程。
应该注意，执行上述S102中的过程的ECU20对应于电功率消耗预测装置。此外，在实施方案l中，从DPNR 4b还原释放具有 第三SOx吸留量S3的SOx所需的电功率量(在S107中消耗)对 应于等于或大于预定量的电功率量。根据经验，可以将等于预定量 的电功率量预先按经验确定为等于或小于S107中消耗的电功率量 的电功率量。此外，作为电池9的充电水平的SOx中毒恢复水平 Ll对应于功率消耗前水平。此外，执行SOx中毒恢复之前的电池 充电程序的ECU 20或SOx中毒恢复之前的电池充电程序2对应于 功率消耗前充电装置。再有，自身执行SOx中毒恢复过程的ECU 20 对应于性能恢复装置。还有，第一SOx吸留量Sl对应于第一累积 量。第二 SOx吸留量S2对应于第二累积量。第三SOx吸留量S3 对应于第三累积量。
此外，上述电加热器4c对应于电负荷装置。应该注意，上述实 施方案1举例说明了提供电加热器4c作为电负荷装置。电负荷装置 的其它例子可以包括用于相应类型控制的电驱动致动器，例如电动 机和电磁装置和阀门等，和内燃机中的电动泵。
实施方案2
下面将描述本发明的实施方案2。实施方案2中的内燃机构造、 吸气/排气系统和控制系统与实施方案1中描述的那些相同。此外， 实施方案2将讨论如何通过增加内燃机1的空载转数来维持电池9 的充电水平而不管进行DPNR 4b的SOx中毒恢复过程期间电加热 器4c的开/关状态的实例。
图4显示实施方案2中SOx中毒恢复期间的电池充电程序的流 程图。
当执行电池充电程序时，首先，在S301中确定是否在SOx中 毒恢复过程中继续进行电池充电程序。具体而言，这可以通过检测 发送给电加热器4c和燃料添加阀13的驱动信号来确定。如果确定 在SOx中毒恢复过程中不继续进行电池充电程序，则暂时结束电池 充电程序。然而，如果确定要在SOx中毒恢复过程中继续进行电池 充电程序，则操作进行至S302。
在S302中，增加内燃机l的空载转数。随着这种增加，增大交 流发电机8对电池9的供电，并且提高电池9的充电水平。当完成S302中的过程时，操作进行至S303。
在S303中，在与SOx中毒恢复过程期间的电加热器4c的开/ 关时间间隔的关系中，确定是否建立电池9的充电/放电平衡。这用 于确定该时刻下从交流发电机8供应给电池9的电功率是否等于或 大于电加热器4c中的电功率消耗。在此，如果确定电池9中的放电 量(电功率消耗)大于充电量(电功率供应)(如果未建立充电/放 电平衡)，则返回至之前的S302中的过程，进一步增加空载转数， 并且增大交流发电机8对电池9的充电量。另一方面，如果确定充 电量等于或大于放电量(如果建立了充电/放电平衡)，则暂时结束 电池充电程序。
如上所述，实施方案2的方案在于，将内燃机l的空载转数增 加至建立充电/放电平衡的空载转数，而不管DPNR4b在SOx中毒 恢复过程期间电加热器4c的开/关状态如何。因此，可以通过在电 加热器4c开状态期间增加空载转数的常规控制来防止内燃机l的空 载转数相关于电加热器4c的开/关状态而变化，以及防止给车辆乘 客带来不舒适感。
应该注意，实施方案2中的控制也可以适用于DPNR4b的PM 再生过程。此外，上述S302中的过程中增加的空载转数对应于性 能恢复过程中的空载转数。
实施方案3
下面将描述本发明的实施方案3。实施方案3将举例说明一个 实例，其中，如果在内燃机的SOx中毒恢复过程中内燃机停机，则 在下次起动内燃机的预定时间段内禁止给电加热器通电。实施方案 3中的内燃机构造、吸气/排气系统和控制系统与实施方案1中描述 的那些相同。
图5和6显示实施方案3中SOx中毒恢复过程期间内燃机停 机程序的流程图和内燃机起动时加热器充电禁止程序的流程图。首 先，将描述SOx中毒恢复过程中的内燃机停机程序。
在执行内燃机停机程序时，首先在S401中确定操作是否在 SOx中毒恢复过程中。在此，如果确定操作不在SOx中毒恢复过程 中，则暂时结束内燃机停机程序。然而，如果确定运行在SOx中毒恢复过程中，则操作进行至S402。在S402中确定是否停机。具体 而言，可以基于未示出的燃料喷射阀或火花塞的运行信号来确定。 在此，如果确定内燃机不停机，则内燃机停机程序暂时结束。然而， 如果确定内燃机停机，则操作进行至S403。
在S403中，在SOx中毒恢复过程中内燃机的停机标志-没置 成ON，并且存储该ON状态。当终止S403中的过程时，暂时结束 内燃机停机程序。
随后的描述是关于在内燃机起动时刻加热器通电禁止程序的 流程图。当进行加热器通电禁止程序时，首先，在S404的过程中 确定是否起动内燃机。在此，具体而言，可以基于未示出的燃料喷 射阀或火花塞的运行信号来确定。在此，如果确定不起动内燃机， 则暂时结束加热器通电禁止程序。然而，如果确定起动内燃机，则 操作进行至S405。
在S405中，确定SOx中毒恢复过程中内燃机的停机标志是 否设置成ON。在此，如果确定为否定，则暂时结束加热器通电禁 止程序。然而，如果确定为肯定，则操作进行至S406。
在S406中，禁止电加热器4c通电，并且计时器开始测量时 间。在完成S406中的过程时，操作进行至S407。
在S407中，确定测量的时间是否等于或长于加热器通电禁止 时间t0。该加热器通电禁止时间tO是用于确定，当起动内燃才几时， 即使还原剂残留在EHC 4a中，残留还原剂的反应也会在从内燃机 l起动以来的加热器通电禁止时间tO之内完成，并且即使给电加热 器4c通电，残留的还原剂也不会立即反应。在此，如果确定测量的 时间比加热器通电禁止时间tO短，则当起动时，EHC4a中的残留 燃料尚未完全反应，因此，返回到之前的S407中的过程，重复执 行S407中的过程，直至确定测量的时间等于或长于加热器通电禁 止时间t0。然而，如果确定测量的时间等于或长于加热器通电禁止 时间t0，则可以确定EHC4a中残留燃料的反应已经完成，因此， 操作进行至S408。
在S408，禁止给电加热器4c通电4皮取消，电加热器4c开始 加热EHC4a。当完成S408中的过程时，操作进行至S409。在S409中，恢复经燃料添加阀13添加燃料，并且也恢复SOx 中毒恢复过程。当完成S409中的过程时，操作进行至S410。
在S410中，SOx中毒恢复过程中内燃机的停机标志设置成 OFF。在完成S410中的过程时，终止加热器通电禁止程序。
如上所述，实施方案3的方案在于，如果在SOx中毒恢复过 程期间内燃机l停机，则在下次起动内燃机l时，直至EHC4a中 残留燃料的反应完成时才允许给电加热器4c通电。
因此，可以防止因为给电加热器4c通电时EHC4a中的残留 燃料立即反应而使EHC 4a的温度过度升高。
实施方案4
下面将描述实施方案4。实施方案4举例说明确定在电池的充 电水平在没有任何预期的情况下升至足够高时电加热器中是否出 现故障的实例。实施方案4中的内燃机构造、吸气/排气系统和控制 系统与实施方案1中描述的那些相同。
图7显示实施方案4中的电加热器故障确定程序的流程图。 当执行电加热器故障确定程序时，首先，在S501中确定是否处于 减速运行中。具体而言，可以从检测发送至内燃机l中的未图示燃 料添加阀的驱动信号来确定是否处于停止供油状态。在此，如果确 定其未处于减速运行中，则暂时结束电加热器故障确定程序。然而， 如果确定其处于减速运行中，则操作进行至S502。
在S502中确定电池9的充电水平是否处于完全充电水平。具 体而言，基于电池9的电压是否等于或大于完全充电电压来进行确 定。在此，如果确定电池9的充电水平不是完全充电水平，则暂时 结束电加热器故障确定程序。然而，如果确定电池9的充电水平是 完全充电水平，则操作进行至S503。
在S503中，检测吸气量和排气温度。吸气量从空气流量计11 的输出信号中获得，排气温度从排气温度传感器14的输出信号中 获得。当完成S503中的过程时，操作进行至S504。
在S504中，在给电加热器4c只通电短时段At的情况下预测 排气温度的升高。具体而言，依据经验预先获得吸气量、排气温度 和给电加热器4c通电短时段At时排气温度的升高之间的关系并绘制成图，然后从图中读出排气温升(所述温升针对在S503中获得 的吸气量和排气温度绘成图)，由此预测其温升。在完成S504中的 过程时，操作进行至S505。
在S505中，给电加热器4c实际通电短时段At。当完成S505 中的过程时，操作进行至S506。
在S506中，确定实际温升是否等于预测的温升。具体而言， 在该时间点处，排气温度传感器14检测实际的温升，并且确定与 预测值的差的绝对值是否等于或小于预定的温差AT。如果实际温 升等于预测值，则运行转向S508,如果不相等则进行至S507。
在S507中，没有因为给电加热器4c通电而产生如所预测的 排气温升，因此，确定电加热器4c出现故障。在该时间点处，可以 点亮设置在驱动密封处的报警灯。在另一方面，在S508中，因为 给电加热器4c通电而获得如所预测的排气温升，因此，确定电加热 器4c处于正常状态。当完成S507或S508中的过程时，暂时结束 电加热器故障确定程序。
如上所述，实施方案4的方案在于，仅在车辆处于减速过程 中和当电池9的充电水平在毫无预期的情况下为完全充电水平时通 过给电加热器4c通电来"^断电加热器4c的故障。因此，可以防止 在诊断故障时给电池9施加过量负荷。此外，当电池9的充电水平 在没有进行有意增加电池9的充电水平的控制的情况下毫无预期地 为完全充电水平时进行故障诊断，因此，可以在最大可能的程度上 防止燃料消耗的劣化。
应该注意，执行S502中所述过程的ECU20对应于充电7JC平 检测装置。此外，在实施方案4中，电池9的完全充电水平对应于 故障诊断水平。故障诊断水平不一定是完全充电水平，还可以是低 于完全充电水平的水平。此外，执行过程S503 S506的ECU 20 对应于加热器故障诊断装置。
实施方案5
下面将说明本发明的实施方案5。实施方案5举例说明起动内 燃机之后、穿过排气净化装置的排气量已经等于或大于预定值之后 给电加热器通电的实例。注意，实施方案5中的内燃机构造、吸气/排气系统和控制系统与上述实施方案中描述的那些相同。
在实施方案5中，在起动内燃机l之后获得吸气量的累计值。 具体而言，通过对ECU 20中空气流量计11的输出信号积分来计算 累计值。然后，等到累计值等于或大于作为阔值的加热器通电容许 空气量GA1，开始给电加热器4c充电。注意，吸气量的累计值近 似等于穿过排气净化装置4的排气量的累计值。
加热器通电容许空气量GA1是被认为甚至当增加空载转数以 维持或提高电池9的充电水平时也不对内燃机l产生不良影响的吸 气量的累计值，如果吸气量的累计值等于或大于加热器通电容许空 气量GAl,则内燃机l已经进行暖机运转，该加热器通电容许空气 量GA1依据经验预先获得。
根据该方案，当开始给电加热器4c通电时，内燃机l的暖机 运转已经进行至一定程度，因此，可以充分增加空载转数来维持和 提高电池9的充电水平。
应该注意，可以基于起动内燃机1时通过冷却水温度传感器 12检测的冷却水温度来改变加热器通电容许空气量GA1的值。具 体而言，当起动内燃机l时冷却水温度变得较高时，可以使加热器 通电容许空气量GA1的值变得较小。图8显示起动内燃机1时的 冷却水温度和加热器通电容许空气量GA1之间的关系的例子。
根据该方案，如果当起动内燃机l时已经进行暖机运转，则 可以防止无益地长时间延迟电加热器4c的通电，并且可以更快地活 化排气净化装置4。
应该注意，加热器通电容许空气量GA1对应于触发排气量。
工业实用性
根据本发明，可以更可靠地操作附有电加热器的催化剂用的电 负荷装置(例如电加热器)，而不给电池施加过量的负荷。
权利要求
1. 一种包括电池和利用所述电池供应的电功率运行的电负荷装置的内燃机能源系统，所述系统包括预测所述电负荷装置消耗的电功率量等于或大于预定量的电功率消耗预测装置；和功率消耗前充电装置，如果所述电功率消耗预测装置预测到所述电负荷装置消耗的电功率量等于或大于所述预定量，则该功率消耗前充电装置将所述电池的充电水平提高至等于或高于预定的功率消耗前水平，而不依赖于所述电负荷装置使用期间的功率消耗模式。
2. 根据权利要求1的内燃机能源系统，其还包括净化所述内燃机 排气的排气净化装置；和性能恢复装置，该性能恢复装置以加热所述排气净化装置的方式 通过除去在所述排气净化装置净化所述排气时累积在所述排气净化装 置内的物质来执行恢复所述排气净化装置的排气净化性能的性能恢复 过程，其中所述电负荷装置是通过通电产生热并且加热所述排气净化装 置的电加热器。
3. 根据权利要求1或2的内燃机能源系统，还包括产生与所述内燃 机的运行相关的电功率并且给所述电池充电的交流发电机，其中所述功率消耗前充电装置通过增强所述交流发电机的发电能 力将所述电池的充电水平提高至等于或高于所述功率消耗前水平。
4. 根据权利要求2的内燃机能源系统，其中所述电功率消耗预测装 置从所述排气净化装置内物质的累积量变得等于或大于预定的第 一 累 积量的点处预测所述电加热器消耗等于或大于所述预定量的电功率 量。
5. 根据权利要求4的内燃机能源系统,其中所述性能恢复过程是NOx 还原过程，当所述排气净化装置中累积的NOx量等于或大于比所述第一累 积量大的预定第二累积量时，开始给所述电加热器通电，以及当所述排气净化装置中累积的NOx量等于或大于比所述第二累积量大的预定第三累积量时，开始供应还原剂。
6. —种内燃机的能源系统，其包括 电池；净化所述内燃机的排气的排气净化装置；性能恢复装置，该性能恢复装置以加热所述排气净化装置的方式 通过除去在所述排气净化装置净化所述排气时累积在所述排气净化装 置内的物质来执行恢复所述排气净化装置的排气净化性能的性能恢复 过程；通过由所述电池通电产生热并加热所述排气净化装置的电加热器5和产生与所述内燃机的运行相关的电功率并给所述电池充电的交流 发电机，其中，不管通过所述性能恢复装置执行性能恢复过程期间所述电 加热器的开/关状态如何，通过在所述性能恢复过程中将所述内燃^L的 空载转数升高至预定的空载转数来增加所述交流发电机给所述电池的 充电量。
7. —种内燃机的能源系统，其包括 净化所述内燃机的排气的排气净化装置；性能恢复装置，该性能恢复装置以加热所述排气净化装置的方式 通过除去在所述排气净化装置净化所述排气时累积在所述排气净化装 置内的物质来执行恢复所述排气净化装置的排气净化性能的性能恢复 过程；和通过通电产生热并加热所述排气净化装置的电加热器，其中如果所述内燃机在所述性能恢复装置执行性能恢复过程期间 停止运行，则在下一次起动所述内燃机后的预定时间内禁止给所述电 加热器通电。
8. —种内燃机的能源系统，其包括 电池；净化所述内燃机的排气的排气净化装置；通过由所述电池通电产生热并加热所述排气净化装置的电加热器；检测所述电池的充电水平的充电水平检测装置；和加热器故障诊断装置，如果所述充电水平检测装置检测到所述电 池的充电水平等于或高于预定的故障诊断水平，则该加热器故障诊断 装置给所述电加热器通电，并且基于该通电时刻排气温度的升高来诊 断所述电加热器的故障。
9. 一种内燃机的能源系统，其包括电池；净化所述内燃机的排气的排气净化装置；性能恢复装置，该性能恢复装置以加热所述排气净化装置的方式 通过除去在所述排气净化装置净化所述排气时累积在所述排气净化装 置内的物质来执行恢复所述排气净化装置的排气净化性能的性能恢复 过程；通过由所述电池通电产生热并加热所述排气净化装置的电加热 器；和产生与所述内燃机的运行相关的电功率并给所述电池充电的交流 发电机，其中，当起动所述内燃机时，在通过所述排气净化装置的排气量 累计值变得等于或大于预定的触发排气量之后给所述电加热器通电。
10. 根据权利要求9的内燃机能源系统，其中当起动所述内燃机时的 冷却水温度较高时所述触发排气量设置得较低。
全文摘要
提供一种能够通过在不给电池施加过量负荷的情况下更加稳定地运行附有电加热器的催化剂用的电加热器来更为可靠地升高排气净化装置的温度的技术。该技术包括电池和利用该电池供应的电功率运行并加热吸留-还原型NOx催化剂的电加热器，其中，从吸留进入吸留-还原型NOx催化剂中的SOx吸留量等于或大于S1的点处预测会在不久之后执行SOx中毒恢复过程(S102)，并且通过提高交流发电机的发电电压(S103)来增加电池的充电水平(S106)。
文档编号F02D41/02GK101438041SQ20078001641
公开日2009年5月20日 申请日期2007年7月12日 优先权日2006年7月12日
发明者小田富久, 新美国明, 植田贵宣, 辻本健一 申请人:丰田自动车株式会社