专利名称：用于内燃机的排气净化设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的排气净化设备，且更特别地涉及用于内 燃机的适合于作为用于估计放置在内燃机的排气道内的催化剂的温度 的设备的排气净化设备。
背景技术：
例如，专利文献l披露了用于内燃机的排气净化设备，包括催化剂 温度估计装置，该催化剂温度估计装置用于基于内燃机的运行状态而 计算放置在排气道内的催化剂的催化剂温度的估计值。在此常规设备 内，从催化剂出口处的排气温度(在后文中称为"出口气体温度")的估 计值和测量值之间的偏差计算估计值修正量，且使用估计值修正量来 修正催化剂温度估计值。
包括以上所述的文献，申请人以以下的文献作为本发明的相关技术。日本专利申请特开No. 2003-33653S [专利文献2]日本专利申请特开平No. Hei 10-196433 [专利文献3]日本专利申请特开No. 2005-127285 [专利文献4]日本专利申请特开平No. Hei 10-15954
发明内容
与催化剂相关的温度，例如催化剂的出口气体温度或催化剂温度 (内部温度)因为催化剂温度的影响而改变，且也随着根据内燃机的运行 状态的催化剂入口处的排气温度(在后文中称为"入口气体温度")的改 变而改变。因此，为更精确地估计与催化剂相关的温度，优选的是考虑入口气体温度以及催化剂温度。然而，在常规技术中，不考虑这一 点，且要求进一步的研究以实现能精确地获得关于催化剂的温度的系 统。
本发明考虑到以上所述的问题而实现，且本发明的目的是提供用 于内燃机的排气净化设备，该排气净化设备能获得关于放置在内燃机 的排气道内的催化剂的精确温度信息。
以上的目的通过用于内燃机的排气净化设备实现。提供了放置在 内燃机的排气道内的催化剂。也提供了入口气体温度获得装置，用于 获得催化剂入口处的排气的入口气体温度。进一步提供了催化剂温度 估计装置，用于估计催化剂的温度。进一步提供了出口气体温度估计 装置，用于考虑到所述入口气体温度和催化剂温度的影响程度而估计 催化剂出口处的排气的出口气体温度。
在本发明的第二方面中，出口气体温度估计装置可以估计作为所 述出口气体温度的值，通过把考虑到所述影响程度的所述入口气体温
度与所述催化剂温度之间的加权平均值乘以一定系数而获得该值。
本发明的第三方面可以包括温度修正装置，用于基于由所述出口 气体温度估计装置估计的出口气体温度估计值修正由所述催化剂温度 估计装置估计的催化剂温度估计值和/或修正由所述入口气体温度获得 装置估计的入口气体温度估计值。
本发明的第四方面可以包括出口气体温度测量装置，用于测量所 述出口气体温度。温度修正装置可以基于出口气体温度的估计值和测 量值修正所述催化剂温度估计值和/或入口气体温度估计值。
在本发明的第五方面中，催化剂温度估计装置可以估计在划分为 多个部分的所述催化剂的每个区域处的所述催化剂温度。温度修正装置可以通过把包括或排除所述催化剂入口部分的各催化剂区域的影响 程度变得不同，来使针对各催化剂区域的催化剂温度估计值和/或入口 气体温度估计值的估计值修正量变得不同。在本发明的第六方面中，当所述入口气体温度的影响大于在较靠 近所述催化剂的出口的区域处的所述催化剂温度的影响时，所述温度 修正装置可以在较靠近所述催化剂的入口的区域处修正的估计值修正 量大于在较靠近所述催化剂的出口的区域处修正的估计值修正量。在本发明的第七方面中，当在较靠近所述催化剂的出口的区域处 的所述催化剂温度的影响大于所述入口气体温度的影响时，所述温度 修正装置可以在较靠近所述催化剂的出口的区域处修正的估计值修正 量大于在较靠近所述催化剂的入口的区域处修正的估计值修正量。在本发明的第八方面中，所述出口气体温度估计装置和/或温度修 正装置可以进一步包括影响程度改变装置，用于基于所述内燃机的运 行状态改变所述影响程度。在本发明的第九方面中，出口气体温度估计装置可以进一步包括 系数改变装置，用于基于所述内燃机的运行状态改变所述一定系数。在本发明的第十方面中，指示所述运行状态的参数可以是进气量、 曲轴转速、进气管压力、节气门开度和负荷因数中的至少一个。根据本发明的第一方面，入口气体温度和催化剂温度的影响程度 被考虑为允许精确地估计出口气体温度。根据本发明的第二方面，通过把考虑到影响程度的入口气体温度 和催化剂温度之间的加权平均值乘以一定系数而获得的值估计为出口 气体温度，因此允许精确地估计出口气体温度。根据本发明的第三方面，催化剂温度估计值和/或入口气体温度估 计值基于考虑到影响程度估计的出口气体温度而修正，因此允许精确 地获得估计值。根据本发明的第四方面，催化剂温度估计值和/或入口气体温度估 计值基于考虑到影响程度估计的出口气体温度和出口气体温度的测量 值而修正，因此允许精确地获得估计值。根据本发明的第五方面，在催化剂的每个区域处的催化剂温度和/ 或入口气体温度考虑到在每个区域处的影响程度而修正，因此允许精 确地修正催化剂温度和入口气体温度。根据本发明的第六或第七方面，考虑了在较靠近催化剂出口的区 域处入口气体温度和催化剂温度的每个影响，因此允许精确地修正催 化剂温度和入口气体温度。根据本发明的第八方面，影响程度基于内燃机的运行状态改变， 因此允许精确地估计出口气体温度、催化剂温度或入口气体温度。根据本发明的第九方面，所述一定系数基于内燃机的运行状态改 变，因此允许精确地估计出口气体温度。根据本发明的第十方面，合适地获取内燃机的运行状态以允许精 确地估计温度。
图l图示了根据本发明的第一实施例的排气净化设备应用到其上 的内燃机的构造。图2图示了在本发明的第一实施例中的催化剂温度估计方法。图3示出了关于图2中的催化剂的多种温度的行为的例子。
图4示出了在本发明的第一实施例中设定温度修正系数ekthuflx] 的例子。
图5是在本发明的第一实施例中执行的程序的流程图。
具体实施方式
第一实施例 [系统构造的说明]
图l图示了根据本发明的第一实施例的排气净化设备应用到其上 的内燃机10的构造。如在图l中示出，进气道12与排气道14与内燃机10 连通。
在进气道12中，放置了空气流量计16用于检测流过进气道12的空 气量，即流入内燃机10的进气量GA。在空气流量计16的下游，放置了 节气门18。节气门18是由节气门马达20基于加速器开度驱动的电子控 制节气门。在节气门18附近，布置了节气门位置传感器22用于检测节 气门开度TA。在节气门18的下游，放置了进气压力传感器24用于检测 进气道12内的压力。
在排气道14中，放置了用于净化排气的催化剂26。在催化剂26下 游，放置了催化剂温度传感器28用于检测在催化剂出口处的排气温度。
根据此实施例的系统包括ECU(电子控制单元)30。除以上所述的多 种传感器外，曲轴转角传感器32连接到ECU30用于检测发动机速度NE。 例如以上所述的节气门18的促动器也连接到ECU30。
在根据此实施例的如此构造的系统中，催化剂26的温度(内部温度) 的估计值(在后文中称为"催化剂温度估计值")基于内燃机10的运行状 态计算。而且，估计值修正量ecthu堪于在催化剂26的出口处的排气温 度(在下文中称为"出口气体温度")的估计值ethco与基于催化剂温度传感器28的出口气体温度测量值之间的偏差exthuf计算。估计值修正量 ecthu佣以修正催化剂温度估计值。[第一实施例的特征]图2图示了第一实施例中的催化剂温度的估计方法。如在图2中示 出，在实施例中，将催化剂26划分为多个部分(在此例子中划分为四个 部分)用于精确地估计在催化剂26的每个区域处的催化剂温度。在此实施例中，通过下式(l)计算出口气体温度估计值ethco，该式 用于考虑到温度的影响加权平均在催化剂26的入口处的排气温度(在后 文中称为"入口气体温度")和催化剂后端温度ethuf[end]。ethco二(入口气体温度氺emthc+ethuf[end]、l-emthc)"a (1) 其中emthc是对应于入口气体温度和催化剂后端温度ethuflend]的 影响程度的加权因数，且根据内燃机10的运行状态改变。更具体地， 影响程度emthc当入口气体温度的影响大于催化剂后端温度ethuf[end] 的影响时设定为高。预先确定的系数a也根据内燃机10的运行状态改变。 在图2的例子中，催化剂后端温度ethuf[end]对应于在最靠近催化剂26的 出口侧的区域处的催化剂温度。图3示出了与图2中的催化剂26相关的多种温度的行为的例子。如 在图3中示出，催化剂26的入口气体温度是气体温度，它以高的响应随 着内燃机10的运行状态中的改变而改变。另一方面，即使内燃机10的 运行状态改变，催化剂后端温度ethuf[end]也比入口气体温度的改变更 缓和。催化剂26的出口气体温度的测量值受到入口气体温度和催化剂 后端温度ethuflend]的影响，且因此根据内燃机10的运行状态在上述温 度之间的中间值周围改变。由图3中的虚线示出的波形示出了由式(1) 计算出的出口气体温度的估计值ethco。使用式(l)，考虑到入口气体温 度和催化剂后端温度ethuf[end]的影响，可以精确地估计出口气体温度， 以符合出口气体温度的测量值。然后，参考图2和图4，将描述用于修正催化剂温度估计值的估计值修正量e cthu f的修正方法。在此实施例中，如在式(l)中，出口气体温度估计值ethco由入口气 体温度和催化剂后端温度ethuflend]的合成值表达。当入口气体温度的 影响大于催化剂后端温度ethuf[end]的影响时，表达为出口气体温度估 计值ethco与出口气体温度测量值之间的偏差exthuf的出口气体温度的 估计误差在较靠近催化剂26的入口的区域处变大。另一方面，当催化 剂后端温度ethuf[end]的影响大于入口气体温度的影响时，在较靠近催 化剂26的出口的区域处估计误差变大。因此，如果估计值修正量ecthu依催化剂26的所有区域内恒定，则 催化剂温度估计值的估计精度不能增加。在此实施例中，如在图2中示 出，将估计值修正量ecthuf计算为对于催化剂26的每个区域不同。更具 体地，通过式(2)使用偏差exthuf和温度修正系数ekthuf计算估计值修正 量ecthuf。ecthuf[x]=exthuf*ekthuf[x] (2)其中[x]是指示催化剂26的区域的数字，且对应于分配到催化剂26 的部分的数字，具有从较靠近图2中的催化剂26的入口的区域开始的1、 2...的次序。进一步地，在实施例中，温度修正系数ekthuf[x]作为影响程度emthc 的函数计算，且温度修正系数ekthuf[x]根据影响程度emthc的值改变。图4示出了设定温度修正系数ekthuf[x]的例子，且示出了温度修正 系数ekthuf[x]对于催化剂26的每个区域的趋势。在图4中在横坐标轴上 分配的数字对应于分配到图2中的催化剂26的区域的数字。图4示出了 在其中影响程度emthc分别为0和0.3的情况中的温度修正系数ekthuf[x]的设定。
更具体地，根据在图4中的设定，当入口气体温度的影响大于催化
剂后端温度ethuflend]的影响时，即当影响程度emthc变大时，在催化剂 前部处的温度修正系数ekthuf[x]变大，且在催化剂后方处的温度修正系 数ekthuflx]变小。另一方面，当催化剂后端温度ethuf[end]的影响大于 入口气体温度的影响时，即当影响程度emthc变小时，在催化剂前部处 的温度修正系数ekthuf[x]变小，且在催化剂后方处的温度修正系数 ekthuflx]变大。以这样的设定，在催化剂26的每个区域处的温度估计值 能够考虑到入口气体温度的影响和催化剂后端温度ethuflend]的影响而 精确地计算。
图5是在实施例中由ECU30进行的程序的流程图，用于使用以上所 述的方法修正催化剂温度估计值。在图5中的程序中，首先，基于空气 流量计16的输出获得进气量GA(步骤100)。
然后，基于在步骤100中获得的进气量GA，计算影响程度emthc(步 骤102)。更具体地，对于较大的进气量GA，计算出较高的影响程度 emthc(0<emthc<l)。对于较大的进气量GA，较大量的空气(排气)流到催 化剂26。换言之，入口气体温度的影响变得大于催化剂后端温度 ethuf[end]的影响。另一方面，对于较小的进气量GA，较少量的空气(排 气)流到催化剂26。换言之，催化剂后端温度ethuflend]的影响变得大于 入口气体温度的影响。因此，根据在步骤102中的处理，影响程度emthc 可以基于进气量GA精确地计算出。影响程度emthc在此基于进气量GA 改变，但不限于进气量GA，影响程度emthc可以基于例如发动机速度 NE、节气门开度TA、负荷因数KL、进气管压力PM等改变，只要这些 因素是适合于获取内燃机10的运行状态的参数。
然后，出口气体温度估计值ethco(估计的出口气体温度)通过式(l)计算(步骤104)。在步骤104中，在式(l)内使用预先确定的系数a的值， 它基于指示了内燃机10的运行状态的参数改变，该参数例如进气量GA、 发动机速度NE、节气门开度TA、负荷因数KL或进气管压力PM。入口 气体温度在此作为基于内燃机10的运行状态而估计的估计值计算。然 而，不限于此，入口气体温度可以通过在排气道14内的催化剂26的入 口处提供温度传感器且测量温度而获得。催化剂后端温度(床 温)ethuf[end]也是基于内燃机10的运行状态估计的估计值。然后，出口气体温度估计值ethco和出口气体温度测量值之间的偏 差(出口气体温度误差)exthuf作为通过从步骤104中计算的出口气体温 度估计值ethco减去出口气体温度测量值(测量的出口气体温度)所获得 的值而计算出(步骤106)。然后，催化剂26的每个区域(每个单元)的温度修正系数ekthuf[x] 作为影响程度emthc的函数f(emthc)计算出(步骤108)。特别地，温度修 正系数ekthuf[x]基于图4中的设定计算出。然后，通过式(2)，计算出催化剂26的每个区域(每个单元)的估计 值修正量(补偿温度)ecthuf[x](步骤110)。然后，基于内燃机10的运行状 态计算出催化剂温度估计值(估计的床温)(步骤112)。然后，将步骤IIO 中计算出的估计值修正量ecthuf[x]与步骤112中计算出的催化剂温度估 计值相加(步骤114)。根据图5中的以上所述的程序，考虑到入口气体温度和催化剂后端 温度ethuflend]的影响程度emthc，计算出口气体温度估计值ethco和催化 剂温度估计值，因此允许更精确地获得估计值且增加温度估计的稳健 性。在此程序中，温度修正系数ekthuflx]对于催化剂26的每个区域考虑 到影响程度emthc而改变。因此，可以精确地获得对于催化剂26的每个 区域的催化剂温度估计值。因此，可以阐明催化剂26的激活状态，这 是因为可以精确地预测催化剂26根据内燃机10的运行状态的内部温度分布。而且，可以通过与空燃比的控制组合使用从上游侧到下游侧的 整个催化剂而降低排气中的有害成分。在以上所述的第一实施例中，催化剂温度估计值基于由式(2)计算的估计值修正量ecthuf来修正，但考虑到入口气体温度和催化剂后端温 度ethuflend]的影响程度emthc而使用出口气体温度估计值ethco修正的 值不限于催化剂温度估计值。特别地，出口气体温度估计值ethco可以 用于修正催化剂26的入口气体温度估计值。特别地，在类似于图5中的步骤108的步骤中，对催化剂26的包括 催化剂26入口部分的每个区域可以设定影响程度emthc，且入口气体温 度的温度修正系数ekthu何以例如基于因此设定的影响程度emthc的函 数F(emthc)而计算为ekthuf[O]。然后，在类似于步骤lIO的步骤中，温度 修正系数ekthuf[O]可以用于计算用于入口气体温度估计值的估计值修 正量ecthuf
。然后，在类似于步骤114的步骤中，估计值修正量ecthuf
可以与分开地计算的入口气体温度估计值相加。在以上所述的第一实施例中，当ECU30通过执行步骤104而获得了 入口气体温度的估计值时，实施了根据本发明的第一方面的"入口气 体温度获得装置"；当ECU30通过执行步骤104或执行步骤112而获得 了催化剂后端温度(床温)ethuftend]时，实施了根据本发明的第一方面的 "催化剂温度估计装置"；且当ECU30执行步骤104时，实施了根据本 发明的第一方面的"出口气体温度获得装置"。进一步地，当ECU30执行了在图5中示出的程序中的一系列处理时 实施了根据本发明第三方面的"温度修正装置"。迸一步地，当ECU30通过执行步骤106而获得出口气体温度测量值 时实施了根据本发明第四方面的"出口气体温度测量装置"。进一步地，当ECU30执行步骤102时实施了根据本发明第八方面的 "影响程度改变装置"。
进一步地，当ECU30通过执行步骤104而基于内燃机10的运行 状态获得预先确定的系数a时实施了根据本发明第九方面的"系数改 变装置"。
权利要求
1.一种用于内燃机的排气净化设备，包括放置在所述内燃机的排气道内的催化剂；入口气体温度获得装置，用于获得催化剂入口处的排气的入口气体温度；催化剂温度估计装置，用于估计所述催化剂的温度；和出口气体温度估计装置，用于考虑到所述入口气体温度和催化剂温度的影响程度而估计催化剂出口处的排气的出口气体温度。
2. 根据权利要求l所述的用于内燃机的排气净化设备， 其中所述出口气体温度估计装置估计作为所述出口气体温度的值，通过把考虑到所述影响程度的所述入口气体温度与所述催化剂温 度之间的加权平均值乘以一定系数而获得该值。
3. 根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化设备，进一步 包括温度修正装置，用于基于由所述出口气体温度估计装置估计的出 口气体温度估计值修正由所述催化剂温度估计装置估计的催化剂温度 估计值和/或修正由所述入口气体温度获得装置估计的入口气体温度估 计值。
4. 根据权利要求3所述的用于内燃机的排气净化设备，进一步包括出口气体温度测量装置，用于测量所述出口气体温度， 其中所述温度修正装置基于出口气体温度的估计值和测量值修正 所述催化剂温度估计值和/或入口气体温度估计值。
5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的用于内燃机的排气净化 设备，其中所述催化剂温度估计装置估计在划分为多个部分的所述催化 剂的每个区域处的所述催化剂温度，其中所述温度修正装置通过把包括或排除所述催化剂入口部分的 各催化剂区域的影响程度变得不同，来使针对各催化剂区域的催化剂 温度估计值和/或入口气体温度估计值的估计值修正量变得不同。
6. 根据权利要求5所述的用于内燃机的排气净化设备， 其中当所述入口气体温度的影响大于在较靠近所述催化剂的出口的区域处的所述催化剂温度的影响时，所述温度修正装置在较靠近所 述催化剂的入口的区域处修正的估计值修正量大于在较靠近所述催化 剂的出口的区域处修正的估计值修正量。
7. 根据权利要求5所述的用于内燃机的排气净化设备， 其中当在较靠近所述催化剂的出口的区域处的所述催化剂温度的影响大于所述入口气体温度的影响时，所述温度修正装置在较靠近所 述催化剂的出口的区域处修正的估计值修正量大于在较靠近所述催化 剂的入口的区域处修正的估计值修正量。
8. 根据权利要求1至7中的任一项所述的用于内燃机的排气净化设备，其中所述出口气体温度估计装置和/或温度修正装置进一步包括 影响程度改变装置，用于基于所述内燃机的运行状态改变所述影响程 度。
9. 根据权利要求2至8中的任一项所述的用于内燃机的排气净化 设备，其中所述出口气体温度估计装置进一步包括系数改变装置，用于 基于所述内燃机的运行状态改变所述一定系数。
10. 根据权利要求8或9所述的用于内燃机的排气净化设备，其中指示所述运行状态的参数是进气量、曲轴转速、进气管压力、 节气门开度和负荷因数中的至少一个。
全文摘要
本发明的目的是提供用于内燃机的排气净化设备，所述排气净化设备能获得关于放置在内燃机的排气道内的催化剂的精确温度信息。计算出催化剂入口气体温度和催化剂后端温度ethuf[end]的影响程度emthc(步骤102)。通过考虑到影响程度emthc加权平均入口气体温度和催化剂后端温度ethuf[end]计算出口气体温度的估计值ethco(步骤104)。对于催化剂的每个区域的温度修正系数ekthuf[x]作为影响程度emthc的函数f(emthc)计算出(步骤108)。出口气体温度估计值ethco和出口气体温度测量值之间的偏差乘以温度修正系数ekthuf[x]以计算出估计值修正量ecthuf[x](步骤110)。将估计值修正量ecthuf[x]与催化剂温度估计值相加(步骤114)。
文档编号B01D53/86GK101292081SQ20068003927
公开日2008年10月22日 申请日期2006年10月13日 优先权日2005年10月19日
发明者副岛慎一, 加古纯一, 加山龙三 申请人:丰田自动车株式会社