专利名称：用于内燃机排气净化装置的再生控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种再生控制器，其进行烧尽加热以完全燃烧排气净化装置中蓄积的微粒，该排气净化装置布置在内燃机的排气系统中。
背景技术：
日本早期公开专利文献No.2003-20930描述了一种技术，当布置于柴油发动机的排气系统中的滤清器中所蓄积的微粒(PM)的量超过预定量时燃烧并消除PM。通过加热滤清器并将空燃比间歇调节到稀侧而燃烧并消除滤清器中蓄积的PM。具体而言，通过向排气间歇加入燃油(间歇燃油添加)而将空燃比间歇调节到稀侧。在某些情况下，可以通过间歇增加供应到排气的燃油量(燃油添加的间歇增大)而将空燃比间歇调节到稀侧。
在此消除PM的现有技术方案中，通过基于PM蓄积量改变燃油供应间隔来调节活性氧的量。这样，通过氧化消除了PM，同时防止燃油效率降低。但是，在此现有技术方案中，在改变燃油供应间隔时未考虑滤清器的温度。于是，取决于滤清器的堵塞程度或柴油发动机的驱动状态，滤清器可能会过热。这将导致滤清器的热恶化。
为了避免这一点，需要基于通过滤清器的排气的温度来调节供应燃油的间隔。但是，滤清器的温度不会紧接着启动对排气系统的燃油供应之后增高。另外，滤清器的温度不会紧接着停止对排气系统的燃油供应之后降低。就是说，在启动或停止燃油供应时和滤清器的温度改变时之间存在时间延迟。这样的温度特性取决于滤清器中催化剂的恶化程度而不同。
于是，如果简单地基于通过滤清器的排气的温度来控制对排气系统的燃油供应，则滤清器可能会过热。例如，虽然假定在滤清器过热之前还有时间而停止了燃油供应，但是滤清器的温度进一步增加并且滤清器可能过热。
当检测排气温度的传感器恶化时，或者当从滤清器排出的排气流动不均匀时，通过滤清器的排气的温度的检测响应可能延迟，或者通过滤清器的排气的温度的检测精度可能降低。在这样的情况下，基于不同于排气实际温度的检测值来控制燃油供应。结果，在不合适的时刻启动或停止燃油供应。这可能使得滤清器过热。
特别地，当通过对排气系统的间歇燃油添加或对排气系统的燃油添加的间歇增加而进行完全燃烧PM的烧尽加热时，由温度增加的时间延迟或温度的检测错误引起的排气净化装置的过热很显著。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种再生控制器，其在通过对排气系统的间歇燃油添加或对排气系统的燃油添加的间歇增大而进行完全燃烧微粒的烧尽加热时防止过热。
本发明的一个方面是一种用于排气净化装置的再生控制器，所述排气净化装置布置在内燃机的排气系统中。所述再生控制器通过向所述排气系统间歇添加燃油或间歇增大添加到所述排气系统的燃油量而燃烧所述排气净化装置中的微粒。所述再生控制器包括排气温度检测器，用于检测位于所述排气净化装置下游的位置处的排气温度。停止时刻确定部分基于所述排气温度检测器检测到的所述排气温度以及对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定停止对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的时刻。
本发明的另一方面是一种用于排气净化装置的再生控制器，所述排气净化装置布置在内燃机的排气系统中。所述再生控制器通过向所述排气系统间歇添加燃油或间歇增大添加到所述排气系统的燃油量而燃烧所述排气净化装置中的微粒。所述再生控制器包括排气温度检测器，用于检测位于所述排气净化装置下游的位置处的排气温度。启动时刻确定部分基于所述排气温度检测器检测到的所述排气温度以及其中没有对所述排气系统的燃油添加或其中没有对所述排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定启动对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的时刻。
本发明的另一方面是一种用于排气净化装置的再生控制器，所述排气净化装置布置在内燃机的排气系统中。所述再生控制器通过向所述排气系统间歇添加燃油或间歇增大添加到所述排气系统的燃油量而燃烧所述排气净化装置中的微粒。所述再生控制器包括排气温度检测器，用于检测位于所述排气净化装置下游的位置处的排气温度。停止时刻确定部分基于所述排气温度检测器检测到的所述排气温度以及对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定停止对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的时刻。启动时刻确定部分基于所述排气温度检测器检测到的所述排气温度以及其中没有对所述排气系统的燃油添加或其中没有对所述排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定启动对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的时刻。
从结合附图作为示例举例说明本发明原理的以下说明，本发明的其他方面和优点将变得清楚。
通过结合附图参考以下对本优选实施例的说明，可以最好地理解本发明及其目的和优点，附图中图1是用于根据本发明第一实施例的车辆柴油发动机的控制系统的示意图；图2是由图1所示ECU执行的再生模式执行确定的流程图；图3是由图1所示ECU执行的再生控制的流程图；图4是由图1所示ECU执行的烧尽加热的流程图；图5至9是第一实施例中的再生控制的时序图；图10是根据本发明第二实施例用于设定添加时间段计数值Cud的增大速度的图MAPup的示意图；图11是第二实施例中用于设定添加时间段计数值Cud的减小速度的图MAPdwn的示意图；以及图12是根据本发明第三实施例的排气净化装置的示意图。
具体实施例方式
现在将讨论根据本发明第一实施例的内燃机的排气净化装置的再生控制器。图1是应用于车辆柴油发动机的包括再生控制器的控制系统的示意图。本发明的再生控制器的应用并不限于柴油发动机。就是说，本发明的再生控制器也可以应用于稀燃汽油发动机。
柴油发动机2包括含第一至第四气缸#1、#2、#3和#4的多个气缸。在气缸#1至#4的每一个中，燃烧室4经由进气端口8和进气歧管10而连接到稳压罐12。每个进气端口8被进气门6打开和关闭。稳压罐12连接到中冷器14和例如排气涡轮增压器16的增压器。经由空气滤清器18供应的新鲜空气被排气涡轮增压器16的压缩器16a压缩。稳压罐12具有排气再循环(EGR)通道20的EGR供气端口20a。节气门22布置在稳压罐12和中冷器14之间的进气通道13中。进气量传感器24和进气温度传感器26布置在压缩器16a和空气滤清器18之间。
在气缸#1至#4的每一个中，燃烧室4连接到排气端口30和排气歧管32。每个排气端口30被排气门28打开和关闭。排气涡轮增压器16的排气涡轮16b布置在排气歧管32和排气通道34之间。排气从排气歧管32中靠近第四气缸#4的位置送入排气涡轮16b中。
每个都容纳排气净化催化剂的三个排气净化机构，即催化转化器36、38和40布置在排气通道34中。位于最上游的第一催化转化器36(第一排气净化装置)容纳NOx存储还原催化剂36a。当正常工作的柴油发动机2的排气处于氧化气氛(稀薄)中时，NOx存储在NOx存储还原催化剂36a中。当排气处于还原气氛中(理论配比或空燃比低于理论配比的状况)时，存储在NOx存储还原催化剂36a中的NOx被还原成NO，与NOx存储还原催化剂36a分离，并进一步使用HC和CO还原。这样就消除了NOx。
布置在第一催化转化器36下游的第二催化转化器38(第二排气净化装置)容纳具有单体结构的滤清器38a。滤清器38a的壁具有允许排气通过的气孔。滤清器38a的孔壁表面涂有一层NOx存储还原催化剂。滤清器38a作为NOx存储还原催化剂层的基体。NOx存储还原催化剂层以与NOx存储还原催化剂36a相同的方式消除NOx。排气中所含的微粒(PM)蓄积在滤清器38a的壁中。PM首先被当NOx在相对高温下暴露于氧化气氛中时所释放的活性氧氧化。然后，PM被周围的过量氧完全氧化。这样，不仅NOx而且PM也从滤清器38a中消除了。第一催化转化器36与第二催化转化器38一体形成。
位于最下游的第三催化转化器40容纳用于通过氧化消除HC和CO的氧化催化剂40a。第一排气温度传感器44布置在NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a之间。在滤清器38a和氧化催化剂40a之间，第二排气温度传感器46布置在滤清器38a附近，并且空燃比传感器48布置在氧化催化剂40a附近。
空燃比传感器48例如是使用固体电解质的传感器。空燃比传感器48基于排气成分检测排气的空燃比，并产生与空燃比成正比的电压信号。第一排气温度传感器44和第二排气温度传感器46分别检测其各自位置处的排气温度thci和thco。
压差传感器50连接到连接滤清器38a上游侧和下游侧的管道。压差传感器50检测滤清器38a的上游侧和下游侧之间的压力差ΔP，以检测滤清器38a的堵塞程度，即滤清器38a中PM的蓄积程度。
排气歧管32具有位于第一气缸#1附近或远离第四气缸#4的EGR通道20的EGR气体入口20b，该入口将排气送入排气涡轮16b中。
用于重整EGR气体的钢EGR催化剂52、用于冷却EGR气体的冷却器54、以及EGR阀56从EGR气体入口20b按此顺序布置在EGR通道20中。EGR催化剂52还用来防止冷却器54堵塞。根据EGR阀56的开度来调节将经由EGR气体供应端口20a再次供应到进气系统的EGR气体的量。
喷油阀58布置在气缸#1至#4的每一个中，并将燃油直接喷射到相应的燃烧室4中。每个喷油阀58经由供油管58a连接到共轨60。电控的可变排量燃油泵62将高压燃油供应到共轨60中。共轨60中的高压燃油经由每个供油管58a分配到相应的喷油阀58。燃油压力传感器64检测共轨60中的燃油压力。
燃油泵62将低压燃油经由供油管66供应到加油阀68。加油阀68布置在第四气缸#4的排气端口30中以向着排气涡轮16b喷射燃油。加油阀68在催化剂控制模式下向排气添加燃油。
电子控制单元(ECU)70包括数字计算机系统，其包括CPU、ROM、RAM和驱动电路。驱动电路驱动各个单元。向ECU70提供来自进气量传感器24、进气温度传感器26、第一排气温度传感器44、第二排气温度传感器46、空燃比传感器48、压差传感器50、EGR阀56中所含的EGR开度传感器、燃油压力传感器64、节气门开度传感器22a、加速踏板开度传感器74、冷却剂温度传感器76、发动机速度传感器80和气缸区别传感器82的检测信号。加速踏板开度传感器74检测加速踏板72的踩压量(加速踏板开度ACCP)。冷却剂温度传感器76检测柴油发动机2的冷却剂温度THW。发动机速度传感器80检测发动机速度NE或曲轴78的转速。气缸区别传感器82检测曲轴78的旋转相位或进气凸轮的旋转相位以区分气缸。
ECU70从这些检测信号确定发动机的驱动状态，以根据发动机的驱动状态控制喷油阀58的燃油喷射(量和正时)。ECU70执行调节EGR阀56的开度、利用电机22b调节节气门开度、以及调节燃油泵62的排量的控制。另外，ECU70执行包括再生模式、硫成分分解释放模式(下面称为除硫模式)、NOx还原模式和正常控制模式的催化剂控制。将在后面描述催化剂控制。
ECU70根据发动机的驱动状态执行从两种燃烧模式(即正常燃烧模式和低温燃烧模式)中选择的燃烧模式。在低温燃烧模式中，ECU70通过基于用于低温燃烧模式的EGR阀开度图使用大的排气再循环量而减慢燃烧温度的增高，来同时减少NOx和烟。当发动机处于发动机负荷低且发动机速度低或中等的范围中时，执行低温燃烧模式。在低温燃烧模式中，ECU70执行空燃比反馈控制，其包括基于由空燃比传感器48检测到的空燃比AF调节节气门开度TA。除低温燃烧模式之外的燃烧模式是正常燃烧模式。在正常燃烧模式中，ECU70基于用于正常燃烧模式的EGR阀开度图执行正常EGR控制(包括不涉及排气再循环的控制)。
现在将描述催化剂控制。
在再生模式中，当排气净化催化剂中PM的估计蓄积量达到再生参考值时，ECU70特别地加热第二催化转化器38的滤清器38a中蓄积的PM。PM被加热氧化并分解而产生CO2和H2O，并释放为CO2和H2O(PM释放加热)。在再生模式中，ECU70利用加油阀68反复添加燃油，以在高于理论配比空燃比的空燃比下加热(例如600到700℃)催化剂载体。ECU70还可以在工作冲程或排气冲程期间利用相应的喷油阀58在每个燃烧室4中进行燃油喷射(残喷射)。ECU70还通过执行间歇燃油添加过程而执行烧尽加热。在间歇燃油添加过程中，ECU70在不添加燃油的周期之间执行空燃比降低过程。空燃比降低过程通过从加油阀68间歇添加燃油而将空燃比降低(加浓)成与理论配比空燃比相同或稍低。在本实施例中，空燃比降低过程使得空燃比稍低于理论配比空燃比。在某些情况下，利用喷油阀58的残喷射和间歇燃油添加过程可以组合进行。再生模式用来完全燃烧(烧尽)PM。于是，消除了在NOx存储还原催化剂36a的前表面处的PM堵塞，并且燃烧了蓄积在滤清器38a中的PM。
当NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a被含硫成分毒化并且其例如NOx存储能力的排气净化能力降低时，执行除硫模式。除硫模式从NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a分解并释放含硫成分，以使得NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a除去含硫成分并使其从硫毒化中恢复。在除硫模式中，ECU70通过从加油阀68反复添加燃油而加热催化剂载体(例如到650℃)。ECU70还执行空燃比降低过程，该过程通过从加油阀68间歇添加燃油而将空燃比降低成与理论配比空燃比相同或稍低。在第一实施例中，空燃比降低过程将空燃比加浓成稍低于理论配比空燃比。在除硫模式中，还可以执行使用喷油阀58的残喷射。该过程类似于在再生模式中执行的间歇燃油添加过程，并且也具有烧尽PM的效果。
在NOx还原模式中，NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a中吸留的NOx被还原成N2、CO2和H2O，并作为N2、CO2和H2O释放。在NOx还原模式中，ECU70以相对较长的时间间隔从加油阀68间歇添加燃油，使得催化剂载体的温度被设成相对较低(例如250到500℃)。在这样的相对较低的催化剂载体温度下，空燃比被降低成与理论配比空燃比相同或稍低。
除上述三种催化剂控制模式之外的催化剂控制是正常控制模式。在正常控制模式中，ECU70不进行利用加油阀68的燃油添加和利用喷油阀58的残喷射。
现在将讨论在再生模式中由ECU70执行的处理。图2中示出再生模式执行确定的流程图、图3中示出再生控制的流程图和图4中示出烧尽加热的流程图每个都在预定的时间周期中作为中断执行。图2中再生模式执行确定的结果确定了是否启动图3中的再生控制和图4中的烧尽加热。
首先将描述再生模式执行确定(图2)。在步骤S102中，ECU70计算微粒排放量PMe，其是在图2的一个控制周期期间从柴油发动机2的每个燃烧室4排放的PM的总量。在本实施例中，ECU70通过参考经实验而预先生成的图来计算微粒排放量PMe。该图将排放量与例如发动机速度NE和发动机负荷(例如喷油阀58的喷油量)关联起来。ECU70从发动机速度NE和发动机负荷计算微粒排放量PMe。
在步骤S104中，ECU70计算滤清器38a中蓄积或捕获的PM的氧化量PMc。氧化量PMc是在该过程的一个控制周期期间通过氧化消除的所捕获PM的量。在本实施例中，ECU70通过参考经实验而预先生成的图来计算氧化量PMc。该图将氧化量与滤清器38a的催化剂载体温度(例如由第二排气温度传感器46检测到的排气温度thco)和进气量GA关联起来。ECU70从排气温度thco和进气量GA计算氧化量PMc。
在步骤S106中，ECU70使用式1来计算估计PM蓄积量PMsm。
PMsm←Max[PMsm+PMe-PMc，0] (1)在式(1)中，右侧的估计蓄积量PMsm是在该过程的前一周期中计算出的值。Max表示取得括号中多个值的最大值的运算符。例如，当PMsm+PMe-PMc是正值时，得到的值PMsm+PMe-PMc被设为式左侧的估计蓄积量PMsm。当PMsm+PMe-PMc是负值时，零(克)被设为式左侧的估计蓄积量PMsm。
在步骤S108中，ECU70检查估计蓄积量PMsm是否大于或等于再生参考值PMstart，并判断是否启动再生模式。当PMsm小于PMstart时(步骤S108中的“否”)，ECU70暂时结束该过程。PMsm小于PMstart的状态对应于图5的时序图中所示的时刻t0之前的状态。
当PMe大于PMc的状态由于柴油发动机2的驱动状态而继续时，重复步骤S102、S104和S106。这逐渐增大了估计蓄积量PMsm。但是，只要PMsm小于PMstart(步骤S108中的“否”)，ECU70就暂时结束该过程。
当估计蓄积量PMsm增大并满足PMsm≥PMstart时(步骤S108中的“是”)，在步骤S110中，ECU70启动再生控制(图5中的t0)。在此情况下，循环执行图3的再生控制。
现在将参考图3描述再生控制。ECU70在执行图2中的再生模式执行确定之后执行再生控制。于是，以与再生模式执行确定相同的周期执行再生控制。
在步骤S122中，ECU70判断当前是否未在执行除硫模式并且是否还未请求除硫模式。当正在执行除硫模式时或者当已请求了除硫模式时(S122中的“否”)，在除硫模式中燃烧PM。于是，如果正在执行除硫模式，则ECU70在步骤S140中停止PM消除加热，并暂时结束该过程。
当未在执行除硫模式并且还未请求除硫模式时(S122中的“是”)，ECU70在步骤S124中判断估计蓄积量PMsm是否大于结束判断值PMend(例如0克)。当PMsm大于PMend时(S124中的“是”)，ECU70在步骤S126中判断是否满足图4所示的进行烧尽加热的条件。
ECU70在满足条件(1)和(2)中的任一个时进行烧尽加热。
(1)估计蓄积量PMsm小于或等于正常烧尽启动判断值NBUpm(图5)，后者稍大于PM结束判断值PMend(例如0克)。
(2)比值ΔP/GA大于或等于表示PM堵塞的参考值，并且估计蓄积量PMsm小于或等于特殊烧尽启动判断值SBUpm，后者稍大于PM结束判断值PMend。特殊烧尽启动判断值SBUpm大于正常烧尽启动判断值NBUpm。
当条件(1)和(2)中没有一个满足时，ECU70在步骤S134中进行用于PM消除的正常加热。具体而言，ECU70从加油阀68反复添加燃油，以使得排气的空燃比变得高于理论配比空燃比并且催化剂载体温度(排气温度thci)增高(例如到600至700℃)。该处理使得微粒排放量PMe变得小于氧化量PMc。于是，估计蓄积量PMsm逐渐减小(参考式1)。所以，估计蓄积量PMsm在图5所示的时刻t0之后持续减小。
之后，当满足条件(1)时(S126中的“是”)，ECU70在步骤S128中判断是否是应该增大估计蓄积量PMsm的时刻。在本实施例中，满足条件(2)的时刻被设定为应该增大估计蓄积量PMsm的时刻。于是，当在步骤S126中仅仅满足条件(1)时，ECU70判断步骤S128为否。在步骤S132中，ECU70将PM消除加热切换到用于烧尽PM的烧尽加热，并暂时结束该过程。这样，ECU70就启动了图4所示的烧尽加热。在烧尽加热中，消除了在NOx存储还原催化剂36a的前表面处的PM堵塞，并且烧尽了蓄积在滤清器38a中的PM。在步骤S132中，估计蓄积量PMsm小于或等于正常烧尽启动判断值NBUpm，即NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a中PM的量相对较小。于是，即使进行烧尽加热并且PM快速燃烧也不会有问题。
当在步骤S126中满足条件(2)时(S126中的“是”)，ECU70在步骤S128中判断是否是应该增大估计蓄积量PMsm的时刻。步骤S128中的判断结果是“是”。ECU70在步骤S130中增大估计蓄积量PMsm。结果如图6所示，估计蓄积量PMsm变得大于特殊烧尽启动判断值SBUpm。在步骤S132中，ECU70将处理切换到烧尽加热。估计蓄积量PMsm小于或等于特殊烧尽启动判断值SBUpm，并且NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a中PM的量相对较小。于是，即使进行烧尽加热并且PM快速燃烧也不会有问题。如图6中的时刻t12所示，当在步骤S126中再次满足进行烧尽加热的条件时，ECU70在步骤S130中再次增大估计蓄积量PMsm，如虚线所示。执行估计蓄积量PMsm增大过程(S130)的次数被限制为两次。所以，即使在图6中的时刻t13处第三次满足烧尽加热进行条件，ECU70也判断步骤S126为“否”。
一旦启动烧尽加热，则即使烧尽加热进行条件变得不满足(S126中的“否”)，就是说即使例如比值ΔP/GA变得小于表示PM堵塞的参考值，ECU70也继续烧尽加热(S134)。
之后，当在步骤S124中判断估计蓄积量PMsm小于或等于结束判断值PMend时，ECU70在步骤S136中停止PM消除加热。这样，停止了烧尽加热并完成了再生模式(S138、图5中的t2、图6中的t14和t15)。
现在将描述图4的烧尽加热。首先，ECU70在步骤S152中判断添加禁止标志Fbucut是否为OFF。当添加禁止标志Fbucut为OFF时，ECU70从加油阀68向排气添加燃油以进行烧尽加热，除非由于例如发动机的驱动状态之类的其他条件而禁止了燃油添加。当添加禁止标志Fbucut为ON时，ECU70停止从加油阀68的燃油添加。在添加禁止标志Fbucut被设为ON或OFF的情况下，向排气间歇添加燃油并进行烧尽加热。
当添加禁止标志Fbucut为OFF(S152中的“是”)时，ECU70判断当前正在添加燃油。在此情况下，在步骤S154中，ECU70增大(例如递增)在ECU70的存储器中设定的添加时间段计数值Cud。
在步骤S156中，ECU70判断添加时间段计数值Cud是否小于最大值Ut。在控制的初始阶段中，添加时间段计数值Cud小于最大值Ut(S156中的“是”)。在步骤S158中，ECU70判断第一排气温度传感器44在NOx存储还原催化剂36a下游的位置处检测到的排气温度thci是否小于停止确定参考温度Athc(例如540℃)。
当满足thci＜Athc时(S158中的“是”)，ECU70在步骤S160中判断第二排气温度传感器46在滤清器38a下游的位置处检测到的排气温度thco是否小于停止确定参考温度Bthc(例如600℃)。
当满足thco＜Bthc时(S160中的“是”)，ECU70暂时结束该过程。添加禁止标志Fbucut被保持为OFF并继续燃油添加。该状态是在图7的时序图中的时刻t20之前的状态。
当在添加时间段计数值Cud变得大于或等于最大值Ut之前排气温度thci变得大于或等于停止确定参考温度Athc时(S158中的“否”，图7中的t20)，ECU70在步骤S162中将添加时间段计数值Cud设成最大值Ut。ECU70在步骤S164中将添加禁止标志Fbucut设为ON并暂时结束该过程。结果，停止烧尽加热的燃油添加。该时刻(t20)对应于停止时刻。
在下一控制周期中，添加禁止标志Fbucut为ON(S152中的“否”)。ECU70在步骤S166中减小(例如递减)添加时间段计数值Cud。然后，ECU70在步骤S168中判断添加时间段计数值Cud是否大于零。在控制的初始阶段中，添加时间段计数值Cud小于零(S168中的“否”)。在步骤S172中，ECU70判断排气温度thci是否小于停止确定参考温度Athc。紧接着图7中的时刻t20之后，排气温度thci大于或等于停止确定参考温度Athc(S172中的“否”)。在此情况下，ECU70暂时结束该过程。于是，停止烧尽加热的燃油添加的状态继续。
现在参考图7，在时刻t20之后排气温度thci进一步增高。但是，滤清器38a下游位置处的排气温度thco的变化相对较小，并且排气温度thco小于停止确定参考温度Bthc的状态继续。
之后，排气温度thci降低并满足thci＜Athc(S172中的“是”，t21)。排气温度thco小于停止确定参考温度Bthc(S174中的“是”)，并且排气温度thci曾经增大(S176中的“是”)。在步骤S178中，ECU70判断添加时间段计数值Cud是否等于零。在图7的示例中，添加时间段计数值Cud大于零(S178中的“否”)。于是，ECU70在步骤S182中加速添加时间段计数值Cud的减小。
具体而言，当正常减小期间将添加时间段计数值Cud递减一时，在执行步骤S182之后的控制周期中ECU70在添加时间段计数值Cud大于零的时间段中将添加时间段计数值Cud递减大于一值。
于是，在下一和随后的控制周期中，添加时间段计数值Cud在如图7所示添加时间段计数值Cud大于零的时间段(t21至t22)中比正常情况更快速地降低。
之后，执行步骤S166、S168、S170和S182中的处理，以使得添加时间段计数值Cud快速达到零(图7中的t22)。在此状态下，排气温度thci小于停止确定参考温度Athc(S172中的“是”)，排气温度thco小于停止确定参考温度Bthc(S174中的“是”)，步骤S176中的判断结果为“是”，并且添加时间段计数值Cud等于零(S178中的“是”)。于是，ECU70在步骤S180中将添加禁止标志Fbucut设成OFF。结果，ECU70启动烧尽加热的燃油添加。该时刻(t22)对应于启动时刻。
在下一控制周期中，添加禁止标志Fbucut为OFF(S152中的“是”)。于是，ECU70执行步骤S154至S164中的处理。图7的示例示出了其中在添加时间段计数值Cud变得大于或等于最大值Ut(t23)之前排气温度thci变得大于或等于停止确定参考温度Athc的情况。在此情况下，ECU70在步骤S162中将添加时间段计数值Cud设成最大值Ut，并在步骤S164中将添加禁止标志Fbucut设为ON。结果，停止烧尽加热的燃油添加。该时刻(t23)对应于停止时刻。
在下一控制周期中，添加禁止标志Fbucut为ON(S152中的“否”)。于是，ECU70执行步骤S166至S182中的处理。在图7的示例中，在添加时间段计数值Cud达到零的同时(t24)排气温度thci变得小于停止确定参考温度Athc。于是，ECU70在步骤S180中将添加禁止标志Fbucut设成OFF，并暂时结束该过程。结果，启动烧尽加热的燃油添加。该时刻(t24)对应于启动时刻。
在下一控制周期中，添加禁止标志Fbucut为OFF(S152中的“是”)。于是，ECU70执行步骤S154至S164中的处理。在图7的示例中，在添加时间段计数值Cud达到最大值Ut的同时(t25)排气温度thci变得大于或等于停止确定参考温度Athc。于是，ECU70判断步骤S156为“否”，在步骤S162中将添加时间段计数值Cud设成最大值Ut，并在步骤S164中将添加禁止标志Fbucut设为ON。结果，停止烧尽加热的燃油添加。该时刻(t25)对应于停止时刻。
在下一控制周期中，添加禁止标志Fbucut为ON(S152中的“否”)。于是，ECU70执行步骤S166至S182中的处理。在图7的示例中，在添加时间段计数值Cud达到零的同时(t26)排气温度thci变得小于停止确定参考温度Athc。于是，ECU70在步骤S180中将添加禁止标志Fbucut设成OFF，并暂时结束该过程。结果，启动烧尽加热的燃油添加。该时刻(t26)对应于启动时刻。这样，ECU70在烧尽加热中向排气间歇添加燃油。
图8示出了在NOx存储还原催化剂36a被新的催化剂替换时的时序图。
在时刻t30之前，排气温度thci小于停止确定参考温度Athc(S158中的“是”)，并且排气温度thco小于停止确定参考温度Bthc(S160中的“是”)。在此状态下，ECU70向排气添加燃油。添加时间段计数值Cud继续增大，使得满足Cud≥Ut同时保持满足thci＜Athc且thco＜Bthc(S156中的“否”，图8中的t30)。于是，ECU70在步骤S162中将添加时间段计数值Cud设成最大值Ut，在步骤S164中将添加禁止标志Fbucut设为ON，并暂时结束该过程。结果，停止烧尽加热的燃油添加。该时刻(t30)对应于停止时刻。
在下一控制周期中，添加禁止标志Fbucut为ON(S152中的“否”)。于是，ECU70在步骤S166中减小添加时间段计数值Cud。在步骤S168中，ECU70判断添加时间段计数值Cud是否小于零。在控制的初始阶段中，添加时间段计数值Cud大于零(S168中的“否”)。在步骤S172中，ECU70判断排气温度thci是否小于停止确定参考温度Athc。紧接着图8中的时刻t30之后，排气温度thci小于停止确定参考温度Athc(S172中的“是”)。在步骤S174中，ECU70判断排气温度thco是否小于停止确定参考温度Bthc。在此情况下，排气温度thco小于停止确定参考温度Bthc(S174中的“是”)。在步骤S176中，ECU70判断排气温度thci和thco中的任一个是否曾经增大到大于或等于停止确定参考温度Athc和Bthc中相应一个。换言之，ECU70判断在添加禁止标志Fbucut被设为ON之后步骤S172和S174的任一个中的判断曾经得到“否”。
在此情况下，排气温度thci和thco中没有一个曾经增大到大于或等于停止确定参考温度Athc和Bthc中相应一个(S176中的“否”)。于是，ECU70暂时结束该过程。所以，停止烧尽加热的燃油添加的状态继续。
结果，从NOx存储还原催化剂36a排放的排气温度进一步增高，并满足thci≥Athc(图8中的t31)。ECU70判断步骤S172为“否”并暂时结束该过程。此时，停止烧尽加热的燃油添加的状态继续。
之后，滤清器38a下游的排气温度不会改变很大，并且排气温度thco小于停止确定参考温度Bthc的状态继续。NOx存储还原催化剂36a下游的排气温度thci达到其最大温度，并降低以接近停止确定参考温度Athc。但是，可能有其中在如图8所示排气温度thci变得小于停止确定参考温度Athc(t32)之前添加时间段计数值Cud变得小于或等于零的情况。在此情况下，执行步骤S166至170的处理，以在时刻t32至t33期间保持添加时间段计数值Cud等于零。而且，因为排气温度thci大于或等于停止确定参考温度Athc(S172中的“否”)，所以保持添加禁止标志Fbucut为ON。
然后，排气温度thci降低并满足thci＜Athc(S172中的“是”，图8中的t33)。排气温度thco小于停止确定参考温度Bthc(S174中的“是”)，并且排气温度thci曾经增大(S176中的“是”)。ECU70在步骤S178中判断添加时间段计数值Cud是否等于零。因为添加时间段计数值Cud等于零(S178中的“是”)，所以ECU70在步骤S180中将添加禁止标志Fbucut设为OFF并暂时结束该过程。结果，启动烧尽加热的燃油添加。该时刻(t33)对应于启动时刻。
在下一控制周期中，添加禁止标志Fbucut为OFF(S152中的“是”)。于是，ECU70执行步骤S154至S164中的处理。在图8的示例中，在添加时间段计数值Cud变得大于或等于最大值Ut的同时(t34)排气温度thci变得大于或等于停止确定参考温度Athc。在此情况下(S156中的“否”)，ECU70在步骤S162中将添加时间段计数值Cud设成最大值Ut，并在步骤S164中将添加禁止标志Fbucut设为ON。结果，停止烧尽加热的燃油添加。该时刻(t34)对应于停止时刻。
在下一控制周期中，添加禁止标志Fbucut为ON(S152中的“否”)。于是，ECU70执行步骤S166至S182中的处理。在图8的示例中，在添加时间段计数值Cud达到零的同时(t35)排气温度thci变得小于停止确定参考温度Athc。于是，步骤S172至S178中的判断得到“是”，并且ECU70在步骤S180中将添加禁止标志Fbucut设成OFF，并暂时结束该过程。结果，启动烧尽加热的燃油添加。该时刻(t35)对应于启动时刻。
在图8的示例中，后续时刻(t36和t38)与上述情况相同。
如果不像本实施例中这样而仅仅基于排气温度thci和停止确定参考温度Athc之间的比较来确定启动时刻和停止时刻，则例如虚线所示在时刻t31之后排气温度thci可能进一步增大，并且NOx存储还原催化剂36a可能过热。
图9示出了这样的情况，其中NOx存储还原催化剂36a进一步恶化并且滤清器38a下游位置处的排气温度thco增高到大于或等于停止确定参考温度Bthc。以与NOx存储还原催化剂36a下游位置处的排气温度thci相关的确定(图7和8)相同的方式，ECU70基于添加时间段计数值Cud和排气温度thco而将添加禁止标志Fbucut设为ON或OFF。在这样设定添加禁止标志Fbucut的情况下，确定了启动时刻(t41、t45和t47)和停止时刻(t42、t46和t48)。
如果不像本实施例中这样而仅仅基于排气温度thco和停止确定参考温度Bthc之间的比较来确定启动时刻和停止时刻，则例如虚线所示在时刻t43之后排气温度thco可能进一步增大，并且滤清器38a可能过热。
第一排气温度传感器44和第二排气温度传感器46用作排气温度检测器。在烧尽加热中(图4)，步骤S154至S164中的处理用作停止时刻确定部分的处理，并且步骤S166至S182中的处理用作启动时刻确定部分的处理。通过增大添加时间段计数值Cud(S154)而使添加时间段计数值Cud达到最大值Ut所需的时间段用作停止确定参考时间段。通过减小添加时间段计数值Cud(S166)而使添加时间段计数值Cud达到零所需的时间段用作启动确定参考时间段。停止确定参考温度Athc和Bthc还用作启动确定参考温度。
第一实施例具有下述优点。
(1)ECU70基于对排气进行间歇燃油添加的经过时间来确定停止对排气的间歇燃油添加的时刻。具体而言，当添加时间段计数值Cud小于最大值Ut并且排气温度thci和thco中任一个变得高于停止确定参考温度Athc和Bthc中相应一个时，ECU70停止对排气的间歇燃油添加。这样，防止了排气净化装置的温度过度增高。
即使排气温度thci和thco两者都小于相应的停止确定参考温度Athc和Bthc，在添加时间段计数值Cud达到最大值Ut时，ECU70也停止对排气的燃油添加。这限制了其中在添加燃油并且排气温度thci和thco在增高的时间段。于是，防止了排气净化装置的温度过度增高。
结果，即使NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a恶化到不同的程度，或者即使在第一排气温度传感器44和第二排气温度传感器46中出现检测错误，也防止了排气净化装置在烧尽加热中过热。
(2)ECU70基于不对排气进行间歇燃油添加的经过时间来确定启动对排气的间歇燃油添加的时刻。具体而言，当排气温度thci和thco两者变得高于相应的启动确定参考温度(使用停止确定参考温度Athc和Bthc)并且添加时间段计数值Cud达到零时，ECU70启动对排气的间歇燃油添加。这是因为在排气温度thci和thco两者变得小于相应的启动确定参考温度并且添加时间段计数值Cud达到零时，极不可能出现过热并且排气净化装置的温度可能降低很多。这样，防止了排气净化装置的温度过度降低。即使NOx存储还原催化剂36a和滤清器38a的温度增高，这也防止了燃油效率降低。
(3)ECU70假定当排气温度thci和thco两者变得小于启动确定参考温度(停止确定参考温度Athc和Bthc)时接近合适的添加时间段的启动时刻。所以，ECU70执行步骤S182中的处理来加速添加时间段计数值Cud的减小，以使得添加时间段计数值Cud快速达到零。结果，添加时间段在合适的时刻启动。这使得ECU70能够更恰当地控制排气净化装置的温度。
(4)如图5和6所示，当估计蓄积量PMsm减小到小于或等于正常烧尽启动判断值NBUpm或特殊烧尽启动判断值SBUpm时，ECU70进行烧尽加热。正常烧尽启动判断值NBUpm和特殊烧尽启动判断值SBUpm相对接近结束判断值PMend。换言之，通过在再生控制中向排气系统连续添加燃油，ECU70在接近排气净化装置中蓄积的PM的处理(图3)的最后阶段的阶段中进行烧尽加热。在此阶段中，估计蓄积量PMsm足够小(就是说，排气净化装置中蓄积的PM量很小)。于是，即使通过烧尽加热快速燃烧PM(图4)，也防止了排气净化装置过热。
现在将描述根据本发明第二实施例的内燃机排气净化装置的再生控制器。
在第二实施例中，ECU70根据柴油发动机2的驱动状态改变添加时间段计数值Cud的变化率。除了这一点，第二实施例的再生控制器具有与第一实施例相同的结构。
在步骤S154中，ECU70基于图10所示的图MAPup来设定添加时间段计数值Cud的增大速度。具体而言，根据每单位时间从加油阀68添加的燃油量和发动机速度NE来设定添加时间段计数值Cud的增大速度。这样，ECU70根据发动机驱动状态来改变添加时间段计数值Cud达到最大值Ut所需的停止确定参考时间段。
在步骤S166中，ECU70基于图11所示的图MAPdwn来设定添加时间段计数值Cud的减小速度。具体而言，根据负荷(例如进气量GA)和发动机速度NE来设定添加时间段计数值Cud的减小速度。这样，ECU70根据发动机驱动状态来改变添加时间段计数值Cud达到零所需的启动确定参考时间段。
除了第一实施例的优点(1)至(4)之外，第二实施例具有下述优点。
(5)ECU70根据柴油发动机2的驱动状态来改变停止确定参考时间段和启动确定参考时间段。这使得能够更恰当地控制排气净化装置的温度。
现在将描述根据本发明第三实施例的内燃机排气净化装置的再生控制器。
在第三实施例中，代替第一实施例中所述的两个催化转化器，即第一催化转化器和第二催化转化器，使用如图12所示的单个滤清器138a，其具有涂覆一层NOx存储还原催化剂的基体。压差传感器150检测滤清器138a的上游侧和下游侧之间的压力差ΔP。第一排气温度传感器144检测滤清器138a中排气的温度(排气温度thci)。第二排气温度传感器46、空燃比传感器48、第三催化转化器40和氧化催化剂40a与第一实施例中的相应部件相同，并被赋予与这些部件相同的标号。其他部分与第一实施例和第二实施例相同。
第一排气温度传感器144检测滤清器138a中心部分处的排气温度thci。第二排气温度传感器46检测滤清器138a下游位置处的排气温度thco，滤清器138a作为排气净化装置。
第三实施例的结构也具有与第一和第二实施例相同的优点。就是说，即使滤清器138a的每个部分恶化到不同的程度，或者即使在第一排气温度传感器144和第二排气温度传感器46中出现检测错误，也防止了滤清器138a的每个部分过热。
本领域技术人员应该很清楚本发明可以以许多其他具体形式实现，而不偏离本发明的精神和范围。特别地，应该理解到本发明可以以以下形式实现。
在以上实施例的每一个中，ECU70在烧尽加热中反复启动和停止对排气系统的燃油添加。换言之，ECU70在烧尽加热中进行间歇燃油添加。或者，ECU70可以在烧尽加热中反复添加高浓度的燃油和低浓度的燃油。换言之，ECU70可以在烧尽加热中进行燃油添加的间歇增大。
在以上实施例的每一个中，正常烧尽启动判断值NBUpm和特殊烧尽启动判断值SBUpm大于结束判断值PMend。或者，正常烧尽启动判断值NBUpm和特殊烧尽启动判断值SBUpm中之一或两者可以与结束判断值PMend相同。就是说，可以在再生控制(图3)的最后阶段中进行烧尽加热(图4)。
在以上实施例的每一个中，ECU70在步骤S182中加速添加时间段计数值Cud的减小。或者，ECU70可以在步骤S182中直接设定添加时间段计数值Cud为零。
本示例和实施例应认为是说明性而非限制性的，并且本发明并不限于这里给出的细节，而可以在所附权利要求的范围和等价方案内修改。
权利要求
1.一种用于排气净化装置的再生控制器，所述排气净化装置布置在内燃机的排气系统中，其中所述再生控制器通过向所述排气系统间歇添加燃油或间歇增大添加到所述排气系统的燃油量而燃烧所述排气净化装置中的微粒，所述再生控制器包括排气温度检测器，用于检测位于所述排气净化装置下游的位置处的排气温度；和停止时刻确定部分，用于基于所述排气温度检测器检测到的所述排气温度以及对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定停止对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的时刻。
2.一种用于排气净化装置的再生控制器，所述排气净化装置布置在内燃机的排气系统中，其中所述再生控制器通过向所述排气系统间歇添加燃油或间歇增大添加到所述排气系统的燃油量而燃烧所述排气净化装置中的微粒，所述再生控制器包括排气温度检测器，用于检测位于所述排气净化装置下游的位置处的排气温度；和启动时刻确定部分，用于基于所述排气温度检测器检测到的所述排气温度以及其中没有对所述排气系统的燃油添加或其中没有对所述排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定启动对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的时刻。
3.一种用于排气净化装置的再生控制器，所述排气净化装置布置在内燃机的排气系统中，其中所述再生控制器通过向所述排气系统间歇添加燃油或间歇增大添加到所述排气系统的燃油量而燃烧所述排气净化装置中的微粒，所述再生控制器包括排气温度检测器，用于检测位于所述排气净化装置下游的位置处的排气温度；停止时刻确定部分，用于基于所述排气温度检测器检测到的所述排气温度以及对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定停止对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的时刻；和启动时刻确定部分，用于基于所述排气温度检测器检测到的所述排气温度以及其中没有对所述排气系统的燃油添加或其中没有对所述排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定启动对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的时刻。
4.如权利要求1至3中任一项所述的再生控制器，其中所述排气净化装置是布置在所述内燃机的所述排气系统中的多个排气净化装置中的一个；并且所述排气温度检测器检测位于所述排气净化装置中相应一个下游的位置处的排气温度。
5.如权利要求1至3中任一项所述的再生控制器，还包括另一个排气温度检测器，用于检测所述排气净化装置中的排气温度。
6.如权利要求1、3、4和5中任一项所述的再生控制器，其中当至少一个所述排气温度检测器检测到的至少一个所述排气温度大于停止确定参考温度时，或者当对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的所述经过时间长于停止确定参考时间段时，所述停止时刻确定部分停止对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加的增大。
7.如权利要求6所述的再生控制器，其中所述停止时刻确定部分根据所述内燃机的驱动状态来设定所述停止确定参考时间段。
8.如权利要求2至5中任一项所述的再生控制器，其中当至少一个所述排气温度检测器检测到的至少一个所述排气温度中的每一个都小于启动确定参考温度，并且对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的所述经过时间长于启动确定参考时间段时，所述启动时刻确定部分启动对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加的增大。
9.如权利要求8所述的再生控制器，其中所述启动时刻确定部分根据所述内燃机的驱动状态来设定所述启动确定参考时间段。
10.如权利要求8和9中任一项所述的再生控制器，其中所述启动时刻确定部分利用一个计数值来测量对所述排气系统的燃油添加或对所述排气系统的燃油添加增大的所述经过时间，并且当一个或多个排气温度检测器检测到的所有的一个或多个排气温度都低于所述启动确定参考温度，且其中没有对所述排气系统的燃油添加或其中没有对所述排气系统的燃油添加增大的所述经过时间短于所述启动确定参考时间段时，使所述经过时间的所述计数值的变化率加速。
11.如权利要求1至10中任一项所述的再生控制器，其中所述再生控制器执行通过向所述排气系统连续添加燃油来消除所述排气净化装置中蓄积的微粒的处理，并且在对所述排气系统的连续燃油添加的所述处理的最后阶段或在接近所述最后阶段的阶段中，通过对所述排气系统的间歇燃油添加或对所述排气系统的燃油添加的间歇增大来燃烧所述排气净化装置中的微粒。
12.如权利要求1和11中任一项所述的再生控制器，其中所述排气净化装置包括滤清器，用于消除排气中所含的微粒；和形成在所述滤清器上的一层NOx存储还原催化剂。
13.如权利要求1至11中任一项所述的再生控制器，其中所述排气系统包括包括NOx存储还原催化剂的第一排气净化装置；和第二排气净化装置，包括用于消除排气中所含微粒的滤清器和形成在所述滤清器上的一层NOx存储还原催化剂，所述第二排气净化装置布置在所述第一排气净化装置的下游。
14.如权利要求1至13中任一项所述的再生控制器，其中所述再生控制器估计所述排气净化装置中的微粒量，并且当所述估计出的微粒量小于或等于预定量时，启动对所述排气系统的间歇燃油添加或对所述排气系统的燃油添加的间歇增大。
全文摘要
本发明公开了一种再生控制器，其在通过对排气系统的间歇燃油添加或对排气系统的燃油添加的间歇增大而进行完全燃烧微粒的烧尽加热时防止过热。该再生控制器包括第一和第二排气温度传感器(44、46)，每个都检测位于排气净化装置下游的位置处的排气温度。ECU(70)基于对排气系统的燃油添加或对排气系统的燃油添加增大的经过时间，来确定停止对排气系统的燃油添加或对排气系统的燃油添加增大的时刻。
文档编号F01N3/025GK1764773SQ200580000129
公开日2006年4月26日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月11日
发明者松野繁洋, 大坪康彦, 横井辰久, 松冈广树, 稻叶孝好 申请人:丰田自动车株式会社, 株式会社电装