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：
本发明涉及用于内燃机排气净化装置的再生控制器，它通过加热排气净化装置来消除排气净化装置中捕获的颗粒物。
背景技术：
日本早期公开专利No.2003-20930描述了用于在过滤器中积累的颗粒物(PM)量超过预定量时，燃烧过滤器中积累的PM的技术，其中所述过滤器布置在柴油机的排气通道中。通过加热过滤器并将空燃比间歇地调整到稀侧来燃烧过滤器中积累的PM。在这种现有技术中，通过根据发动机的驱动状态将发动机排放的PM量与过滤器中氧化的PM量循环相加，来估计过滤器中积累的PM量。
当发动机的驱动状态改变时，实际PM排放量和PM氧化量可能不一样，其间存在差别。特别是，估计PM积累量可能小于实际PM积累量。当实际积累量大于估计积累量时，对所积累的PM进行的消除工作可能不充分。如果重复进行这种不充分的消除工作，就可能积累过大量的PM。在此情况下，超过计划量的大量PM可能迅速燃烧。结果可能使过滤器过热。这可能造成过滤器的热损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制器，可以减小颗粒物的估计积累量与实际积累量之间的差别，同时适当地消除积累在排气净化装置中的颗粒物。
本发明的一个方面是一种再生控制器，用于对内燃机排气通道中设置的排气净化装置进行再生。所述排气净化装置包括上游净化部分和下游净化部分。所述再生控制器包括差别检测器，用于检测排气压力差和排气温度差中的至少一项，所述排气压力差存在于所述排气净化装置上游的第一位置与所述排气净化装置下游的第二位置之间，所述排气温度差存在于第三位置与所述第三位置下游的第四位置之间，所述第三位置位于所述排气净化装置的下游净化部分的上游。计算部分计算所述排气净化装置中颗粒物的估计积累量。加热控制部分在所述估计积累量大于参考积累量时对所述排气净化装置进行加热，以从所述排气净化装置中消除所述颗粒物。校正控制部分在由于所述加热而使所述估计积累量落在校正判断参考范围内、并且所述至少一项差别大于校正参考值时，根据所述至少一项差别对所述估计积累量进行校正。
本发明的另一个方面是一种再生控制器，用于对内燃机排气通道中设置的排气净化装置进行再生。所述排气净化装置包括布置在所述排气通道中的上游净化机构和下游净化机构。所述再生控制器包括差别检测器，用于检测所述下游净化机构的上游位置与下游位置之间的排气压力差和排气温度差中的至少一项。计算部分计算所述排气净化装置中颗粒物的估计积累量。加热控制部分在所述估计积累量大于参考积累量时对所述排气净化装置进行加热，以从所述排气净化装置中消除所述颗粒物。校正控制部分在由于所述加热而使所述估计积累量落在校正判断参考范围内、并且所述至少一项差别大于校正参考值时，根据所述至少一项差别对所述估计积累量进行校正。
根据下列说明书，结合以示例方式对本发明的原理进行说明的附图，可以更清楚本发明的其他方面和优点。
通过参考对现有优选实施例的下列说明并结合附图，可以对本发明及其目的和优点有最佳的理解。附图中图1是根据本发明第一实施例用于车辆柴油机的控制系统的示意图；图2是图1所示ECU执行的再生模式执行判断的流程图；图3是图1所示ECU执行的再生控制的流程图；图4示出了校正参考值对照表MAPdp；图5示出了附加校正量对照表MAPadd；
图6和图7是第一实施例中再生控制的时间图；图8是根据本发明第二实施例的再生控制的流程图；图9示出了附加校正量对照表MAPtad；图10和图11是根据本发明第三实施例的再生控制的流程图；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
下面将讨论根据本发明的第一实施例用于内燃机排气净化装置的再生控制器。图1是控制系统的示意图，它包括车辆柴油机所用的再生控制器。本发明的再生控制器的应用不限于柴油机。就是说，本发明的再生控制器也可以用于稀燃汽油机。
柴油机2包括多个汽缸，这些汽缸包括第一到第四汽缸#1、#2、#3和#4。在汽缸#1到#4的每个中，燃烧室4通过进气口8和进气管10连接到缓冲罐12。通过进气阀6使每个进气口8开启和关闭。缓冲罐12连接到中间冷却器14和增压器(例如排气涡轮增压器16)。经过空气净化器18供给的新鲜空气由排气涡轮增压器16的压缩机16a压缩。缓冲罐12带有排气再循环(EGR)通道20的EGR气体供应端口20a。节流阀22布置在进气通道13中缓冲罐12与中间冷却器14之间。进气量传感器24(进气量检测器)和进气温度传感器26布置在压缩机16a与空气净化器18之间。
在汽缸#1到#4的每个中，燃烧室4连接到排气口30和排气管32。通过排气阀28使每个排气口30开启和关闭。排气涡轮增压器16的排气涡轮机16b布置在排气管32与排气通道34之间。排气从排气管32中靠近第四汽缸#4的位置送入排气涡轮机16b中。
排气通道34中布置有三个排气净化机构，即催化转化器36、38和40，它们每个都容纳有排气净化催化剂。第一催化转化器36设在最上游处，容纳有NOx存储还原催化剂36a。当正常工作的柴油机2的排气处在氧化气氛中(稀)时，NOx存储在NOx存储还原催化剂36a中。当排气处在还原气氛中(化学当量或者空燃比低于化学当量条件)时，NOx存储还原氧化剂36a中存储的NOx被还原为NO，从NOx存储还原催化剂36a中分离出来，并用HC和CO进一步还原。以此方式消除NOx。
第二催化转化器38布置在第一催化转化器36的下游，容纳了具有单块结构的过滤器38a。过滤器38a的壁具有孔，使排气可以通过。过滤器38a的多孔壁表面涂有NOx存储还原催化剂层。过滤器38a用作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。排气中所含的颗粒物(PM)积累在过滤器38a的壁中。PM首先由NOx暴露在较高温度下的氧化气氛中时释放出的活性氧进行氧化。然后由周围的过量氧对PM进行完全的氧化。以此方式，从过滤器38a中不仅消除了NOx，而且消除了PM。第一催化转化器36与第二催化转化器38一体形成。
设在最下游处的第三催化转化器40容纳有用于通过氧化而消除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与过滤器38a之间。第二排气温度传感器46布置在过滤器38a与氧化催化剂40a之间靠近过滤器38a处，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是例如采用固体电解质的传感器。空燃比传感器48根据排气成分来检测排气的空燃比，并产生与空燃比成线性比例的电压信号。第一排气温度传感器44和第二排气温度传感器46分别检测它们各自位置处的排气温度thci和thco。
压差传感器50连接到将过滤器38a的上游侧与下游侧相连的管道。压差传感器50检测过滤器38a的上游侧与下游侧之间的压力差ΔP，以检测过滤器38a的堵塞程度，即过滤器38a中PM的积累程度。
排气管32具有EGR通道20所用的EGR气体入口20b，所述EGR气体入口20b位于第一汽缸#1附近，或者说，距离将排气送入排气涡轮机16b的第四汽缸#4较远。用于对EGR气体进行转化的铁(iron)EGR催化剂52、用于对EGR气体进行冷却的冷却器54以及EGR阀56从EGR气体入口20b开始以此顺序布置在EGR通道20中。EGR催化剂52还用于防止冷却器54堵塞。根据EGR阀56的开启程度，对将要经过EGR气体供应端口20a再次供给到进气系统的EGR气体量进行调节。
燃料喷射阀58布置在汽缸#1到#4的每个中，将燃料直接喷射到相应的燃烧室4中。每个燃料喷射阀58通过燃料供应管58a连接到共轨60。电控的可变排量燃料泵62将高压燃料供给共轨60。共轨60中的高压燃料通过各个燃料供应管58a分配到相应的燃料喷射阀58。燃料压力传感器64对共轨60中的燃料压力进行检测。
燃料泵62通过燃料供应管66向燃料添加阀68供给低压燃料。燃料添加阀68布置在第四汽缸#4的排气口30中，向排气涡轮机16b喷射燃料。燃料添加阀68以催化剂控制模式向排气添加燃料。
电子控制单元(ECU)70包括数字式计算机系统，数字式计算机系统包括CPU、ROM、RAM和驱动电路。驱动电路对各个单元进行驱动。从进气量传感器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中包括的EGR开启程度传感器、燃料压力传感器64、节流阀开启程度传感器22a、加速器开启程度传感器74、冷却剂温度传感器76、发动机转速传感器80和汽缸差异传感器82向ECU 70提供检测信号。加速器开启程度传感器74检测加速器踏板72被压下的量(加速器开启程度ACCP)。冷却剂温度传感器76检测柴油机2的冷却剂温度THW。发动机转速传感器80检测发动机转速NE或曲轴78的转动速度。汽缸差异传感器82检测曲轴78的旋转相位或进气凸轮的旋转相位以辨别汽缸。
ECU 70根据这些检测信号来确定发动机的驱动状态，以根据发动机的驱动状态来对燃料喷射阀58的燃料喷射(数量和时间)进行控制。ECU 70执行的控制用于调整EGR阀56的开启程度、用电动机22b调整节流阀的开启程度、调整燃料泵62的排量。此外，ECU 70执行的催化剂控制包括再生模式、硫成分分解释放模式(下文中称为脱硫模式)、NOx还原模式和正常控制模式。下面将对催化剂控制进行说明。
ECU 70执行的燃烧模式是根据发动机的驱动状态从两种燃烧模式中选择的，即正常燃烧模式和低温燃烧模式。在低温燃烧模式下，ECU 70根据低温燃烧模式所用的EGR阀开启程度对照表，通过采用大量再循环的排气来减缓燃烧温度的增加，使NOx和烟雾同时减少。低温燃烧模式是在发动机处于低负载以及发动机处于低转速或中等转速的时候执行的。在低温燃烧模式下，ECU 70执行的空燃比反馈控制包括根据空燃比传感器48检测到的空燃比AF对节流阀开启程度TA进行的调整。除了低温燃烧模式外的另一种燃烧模式是正常燃烧模式。在正常燃烧模式下，ECU 70根据正常燃烧模式所用的EGR阀开启程度对照表，执行正常EGR控制(包括不涉及排气再循环的控制)。
下面将对催化剂控制进行说明。
在再生模式下，当排气净化催化剂中PM的估计积累量达到再生参考值时，ECU 70对第二催化转化器38的过滤器38a中积累的PM进行特别的加热。PM被加热到氧化和分解产生CO2和H2O，并以CO2和H2O的形式释放。在再生模式下，ECU 70在空燃比大于化学当量空燃比的状态下，利用燃料添加阀68反复地添加燃料以将催化剂床加热(例如，600到700℃)。在动力冲程或排气冲程期间，ECU 70还可以用相应的燃料喷射阀58在每个燃烧室4中进行燃料喷射(后喷射)。在特定条件(下文中将会说明)下，ECU 70还通过执行间歇燃料添加过程而执行燃尽加热。在间歇燃料添加过程中，ECU 70在不加入燃料的时间段中执行空燃比降低过程。空燃比降低过程通过从燃料添加阀68间歇地加入燃料，将空燃比降低到与化学当量空燃比一样或比其略低。在此实施例中，空燃比降低过程使得空燃比略低于化学当量空燃比。在某些情况下，用燃料喷射阀58进行的后喷射可以与间歇燃料添加过程结合进行。在再生模式下，堵塞在NOx存储还原催化剂36a前表面的PM被消除，积累在过滤器38a中的、积累量高于估计积累量的PM被燃烧和还原。
脱硫模式是在NOx存储还原催化剂36a和过滤器38a受到硫成分毒化、它们的排气净化能力(例如NOx存储能力)降低时执行的。脱硫模式将硫成分从NOx存储还原催化剂36a和过滤器38a分解和释放，使得从NOx存储还原催化剂36a和过滤器38a除去硫成分并使之从硫中毒的情况恢复。在脱硫模式下，ECU 70通过从燃料添加阀68反复添加燃料来加热催化剂床(例如到650℃)。ECU 70还通过从燃料添加阀68间歇地添加燃料来执行空燃比降低过程，该过程将空燃比降低到与化学当量空燃比一样或比其略低。在第一实施例中，空燃比降低过程使空燃比略低于化学当量空燃比。在脱硫模式下，也可以用燃料喷射阀58执行后喷射。这个过程类似于再生模式中在特定条件下执行的间歇燃料添加过程，也具有燃尽PM的效果。
在NOx还原模式中，堵塞在NOx存储还原催化剂36a和过滤器38a中的NOx被还原为N2、CO2和H2O，并以N2、CO2和H2O的形式释放。在NOx还原模式中，ECU 70以较长时间间隔间歇地从燃料添加阀68添加燃料，使催化剂床的温度被设定得相对较低(例如250到500℃)。在这样相对较低的催化剂床温度下，空燃比被降低到与化学当量空燃比一样或比其略低。
除了上述的三种催化剂控制模式之外的催化剂控制模式是正常控制模式。在正常控制模式中，ECU 70不用燃料添加阀68进行燃料添加过程，也不用燃料喷射阀58进行后喷射。
现在将讨论ECU 70在再生模式中执行的过程。图2的流程图示出了再生模式执行判断，图3的流程图示出了再生控制，这些流程图中每个都作为预定时间循环中的中断来执行。图2中的再生模式执行判断结果确定了是否开始图3中的再生控制。
首先说明再生模式执行判断(图2)。
在步骤S102，ECU 70计算颗粒物排放量PMe，它是图2中一个控制循环期间从柴油机2的每个燃烧室4排放的PM总量。在此实施例中，ECU 70通过参考预先由实验产生的对照表，来计算颗粒物排放量PMe。所述的对照表将排放量与例如发动机转速NE和发动机负载(例如燃料喷射阀58的燃料喷射量)联系起来。ECU 70根据发动机转速NE和发动机负载来计算颗粒物排放量PMe。
在步骤S104，ECU 70计算积累或捕获在过滤器38a中的PM的氧化量PMc。氧化量PMc是在此过程的一个控制循环中通过氧化而消除的捕获的PM量。在第一实施例中，ECU 70通过参考预先由实验产生的对照表来计算氧化量PMc。所述的对照表将氧化量与过滤器38a的催化剂床温度(例如第二排气温度传感器46检测到的排气温度thco)和进气量GA联系起来。ECU 70根据排气温度thco和进气量GA来计算氧化量PMc。
在步骤S106，ECU 70用表达式1计算估计PM积累量PMsm。
PMsm←Max[PMsm+PMe-PMc，0] (1)在表达式1中，右侧的估计积累量PMsm是此过程的前面循环中计算得到的值。Max表示从括号中的值里取出最大值的运算符。例如，当PMsm+PMe-PMc是正数时，将PMsm+PMe-Pmc所得的值作为表达式左侧的估计积累量PMsm。当PMsm+PMe-PMc是负数时，将零(克)设定为表达式左侧的估计积累量PMsm。
在步骤S108，ECU 70检查估计积累量PMsm是否大于或等于再生参考值PMstart(对应于参考积累量)，并判断是否启动再生模式。当PMsm小于PMstart时(步骤S108为否定)，ECU 70暂时终止此过程。PMsm小于PMstart的状态对应于图6的时间图中所示时间t0之前的状态。
当由于柴油机2的驱动状态而使PMe大于PMc的状态延续时，重复进行步骤S102、S104和S106。这样将逐渐增大估计积累量PMsm。但是，只要PMsm小于PMstart(步骤S108为否定)，ECU 70就暂时终止此过程。
当估计积累量PMsm增大并满足PMsm≥PMstart时(步骤108为肯定)，ECU 70判断脱硫模式中用于消除PM的加热是否已经停止。当脱硫模式中的PM消除加热已经停止时(步骤S110为否定)，ECU 70暂时终止此过程。当脱硫模式中的PM消除加热正在进行时(步骤S110为肯定)，ECU 70启动再生控制(步骤S112，图6中的t0)。在此情况下，循环进行图3所示再生控制。
下面将参考图3对再生控制进行说明。在图2的再生模式执行判断之后，ECU 70执行再生控制。因此，再生控制是以与再生模式执行判断相同的循环来执行的。
在步骤S122，ECU 70判断以前的循环中计算出的估计积累量PMsm是否在校正判断参考范围内(小于或等于校正判断参考范围的最大值BUpm)。如图6所示，最大值BUpm远远小于再生参考值PMstart，但略大于终止判断值PMend(例如0克)。
当PMsm大于BUpm时(步骤S122为否定，图6中t0到t1)，ECU70在步骤S146设定(指示)PM消除加热开始，并暂时终止此过程。在PM消除加热中，燃料添加阀68重复地以上述方式添加燃料。这使催化剂暴露在空燃比高于化学当量空燃比的气氛中，并升高了催化剂床的温度(排气温度thci)(例如600到700℃)。之后，颗粒物排放量PMe小于氧化量PMc，估计积累量PMsm逐渐降低。
只要PMsm大于BUpm(步骤S122为否定)，上述通过燃料添加来消除PM的过程就继续进行。
估计积累量PMsm逐渐减小并接近终止判断值PMend。当估计积累量PMsm减小并满足PMsm≤BUpm时(步骤S122为肯定)，ECU 70确定当前是否正在执行除了脱硫模式之外的模式，以及是否已经请求了除了脱硫模式以外的模式(步骤S124)。
当脱硫模式正在执行时，或者已经请求了脱硫模式时(步骤S124为否定)，ECU 70停止PM消除加热(步骤S138)并暂时终止此过程。停止PM消除加热是因为脱硫模式中会进行与燃尽加热类似的过程。
当正在进行除了脱硫模式之外的模式，并且没有请求脱硫模式的时候(步骤S124为肯定)，ECU 70参考图4所示校正参考值对照表MAPdp，确定相应于进气量GA的校正参考值Dp(步骤S126)。ECU 70判断过滤器38a的上游侧与下游侧之间压力差ΔP与进气量GA之间的比率ΔP/GA是否大于或等于校正参考值Dp(步骤S128)。比率ΔP/GA对应于排气压力差。因此，参考值Dp用作比率ΔP/GA的最小值。通过确定参考值Dp，确保了对过滤器38a堵塞程度的判断精度。
用压力差ΔP对排气流量的比率代替比率ΔP/GA来精确地反映实际驱动状态更好。不过，进气量GA与排气流量直接成比例。因此，使用比率ΔP/GA并不影响控制精度。
也可以用压力差ΔP与校正参考值(例如Dp×GA)进行比较，而不是用比率ΔP/GA与值Dp进行比较，其中所述校正参考值(例如Dp×GA)根据排气流量(或进气量GA)设定得较大。在此情况下，压力差ΔP对应于排气压力差。
当ΔP/GA小于Dp时(步骤S 128为否定)，过滤器38a没有被PM堵塞，估计积累量PMsm没有偏离实际积累量。在此情况下，ECU 70在步骤S140判断估计积累量PMsm是否小于或等于终止判断值PMend。在再生控制的初始阶段，PMsm小于PMend(步骤S140中为否定)。因此，PM消除加热继续进行(步骤S146)。在此情况下，如图6所示，在时间t1之后，根据采用表达式1进行的计算，估计积累量PMsm继续逐渐减小。
当ΔP/GA小于Dp的状态继续(步骤S 128为否定)、估计积累量PMsm减小并满足PMsm≤PMend(0克)时(步骤S140为肯定，图6中的t2)，ECU 70停止PM消除加热(步骤S142)并结束再生模式(步骤S144)。之后，ECU 70暂时终止此过程。这样就结束了对主要捕获在过滤器38a中的PM的消除过程。当估计积累量PMsm再次增大到满足PMsm≥PMstart时(图2中步骤S108为肯定)，再生控制再次以上述方式开始(步骤S122)，除非由脱硫模式停止再生控制(步骤S110为肯定)。
下面将对过滤器38a被PM堵塞、并且估计积累量PMsm偏离了实际积累量的情况进行说明。在此情况下，在步骤S122的判断得到肯定而步骤S124的判断得到肯定之后，比率ΔP/GA大于或等于校正参考值Dp(步骤S128为肯定)。
在步骤S130，ECU 70对步骤S128中的判断得到肯定的次数进行判断，即比率ΔP/GA连续被判断为大于或等于值Dp的次数是否小于或等于停止判断数Np(例如二)。当判断数小于停止判断数Np时(步骤S130为肯定)，例如第一次执行完步骤S130中的判断时，ECU 70参考图5所示附加校正量对照表MAPadd，确定与比率ΔP/GA相应的增加校正量PMadd(步骤S132)。
比率ΔP/GA反映了估计积累量PMsm偏离实际积累量的程度。附加校正对照表MAPadd表示了与比率ΔP/GA相当的、或者与上述偏离程度相符的附加校正量PMadd。比率ΔP/GA与附加校正量PMadd之间的关系是通过实验确定的。
ECU 70采用表达式(2)获得或者校正估计积累量PMsm。
PMsm←PMsm+PMadd(2)在此情况下，估计积累量PMsm增大到接近或等于实际积累量的值(t11)。
在步骤S136，ECU 70从PM消除加热切换到燃尽加热，并暂时终止此过程。当燃尽加热启动时，堵塞在NOx存储还原催化剂36a前表面的PM被消除，积累在过滤器38a中的大于估计积累量PMsm的PM被燃尽。这减小了估计积累量PMsm偏离实际积累量的程度。估计积累量PMsm每次都减少到小于或等于最大值BUpm，最大值BUpm略大于终止判断值PMend。因此即使估计积累量PMsm偏离了实际积累量，燃尽加热也能防止大量PM迅速燃烧的情况。
在PMsm大于BUpm的时间段内(步骤S122为否定)进行燃尽式PM消除加热(步骤S146)。当再次满足PMsm≤BUpm(步骤S122为肯定，图7中的t12)、ΔP/GA小于Dp(步骤S 128为否定)、PMsm大于PMend(步骤S140为否定)时，如图7中实线所示，PM消除加热继续进行(步骤S146)。当满足PMsm≤PMend时(步骤S140为肯定)，停止PM消除加热(步骤S142)，结束再生模式(步骤S144，图7中的t13)。
当满足ΔP/GA≥Dp时(步骤S 128为肯定)，ECU 70判断步骤S 128中的判断数是否小于或等于停止判断数Np(二)(步骤S130)。例如，当第二次执行步骤S 128中的判断时(步骤S130为肯定)，ECU 70再次根据比率ΔP/GA判断附加校正量PMadd(步骤S132)，并用更新过的附加校正量PMadd对估计积累量PMsm进行校正(步骤S134)。这样，如图7中虚线所示，估计积累量PMsm再次增大到大于最大值BUpm的值(t12)。
ECU 70继续进行燃尽加热(步骤S136)，并暂时终止此过程。继续的燃尽加热进一步减小了估计积累量PMsm偏离实际积累量的程度。
在PMsm大于BUpm的时间段内(步骤S122为否定)，ECU 70继续进行燃尽加热(步骤S146)。当再次满足PMsm≥BUpm时(步骤S122为肯定，图7中的t14)，以及当ΔP/GA小于Dp(步骤S128为否定)且PMsm大于PMend(步骤S140为否定)时，ECU 70继续燃尽式PM消除加热(步骤S146)。当满足PMsm≤PMend时(步骤S140为肯定，图7中的t15)，ECU 70停止PM消除加热(步骤S142)并结束再生模式(步骤S144)。
当满足ΔP/GA≥Dp时(步骤S128为肯定，t13)，涉及比率ΔP/GA的判断已经是第三次执行(步骤S130为否定)，在此情况下，ECU 70执行的过程与ΔP/GA小于Dp时所执行的过程一样。当如图7中虚线所示满足PMsm≤PMend时(步骤S 140为肯定，图7中的t15)，ECU 70停止PM消除加热(步骤S142)并结束再生模式(步骤S144)。
压差传感器50和进气量传感器24用作差别检测器。执行步骤S122到S134的ECU 70用作估计积累量的校正控制部分。
第一实施例具有下述优点。
(a)随着第二催化转化器38的过滤器38a中PM堵塞程度的增加，排气的流阻增大，过滤器38a上游侧与下游侧之间的排气压力差ΔP/GA也增大。当估计积累量PMsm未偏离实际积累量时，排气压力差ΔP/GA相应于估计积累量PMsm。因此，当估计积累量PMsm落在校正判断参考范围内时，如果压差传感器50检测到的排气压力差ΔP/GA是相应于校正判断参考范围的值(≤BUpm)，则估计积累量PMsm是精确的。
当排气压力差ΔP/GA大于校正判断参考范围时，实际积累量大于估计积累量PMsm。如果这种状态持续下去，则即使在仍有残留PM的情况下，也结束再生模式。当积累了这种残留PM消除时，估计积累量PMsm偏离实际积累量的程度逐渐增大。这可能造成大于计划量的PM迅速燃烧。结果是过滤器38a可能过热，并造成过滤器38a的热损坏。
在第一实施例中，当满足PMsm≤BUpm时，ECU 70将比率ΔP/GA与校正参考值Dp进行比较，以确定估计积累量PMsm是否偏离实际积累量。当满足ΔP/GA≥Dp时，ECU 70参考附加校正量对照表MAPadd来确定与比率ΔP/GA相应的附加校正量PMadd，并用附加校正量PMadd对估计积累量PMsm进行校正。随着比率ΔP/GA增大，附加校正量PMadd也增大。这使得估计积累量PMsm接近或等于实际积累量。
由此，使估计积累量PMsm与实际积累量之间的差别减至最小，使得积累在过滤器38a中的PM得到适当的消除。这防止了大量PM的迅速燃烧。
(b)通常，排气流的流动均匀性随着排气流量改变，检测排气压力和排气温度的传感器精度下降。因此，根据排气流量来设定校正参考值较好。在第一实施例中，ECU 70参考图4所示的校正参考对照表MAPdp来确定校正参考值Dp。校正参考值对照表MAPdp中的校正参考值Dp设定为随着进气量GA的增大而变小。随着进气量GA增大，排气流量也增大。这提高了排气流量的流动均匀性。因此，随着进气量GA的增大，校正参考值Dp减小；随着进气量GA的减小，校正参考值Dp增大。这样可以高精度地确定对估计积累量PMsm进行校正的时间，从而获得了更精确的附加校正量PMadd。因此，更精确地校正了估计积累量PMsm，以更高精度将估计积累量PMsm偏离实际积累量的程度减至最小。
(c)用进气量传感器24检测到的进气量GA代替了排气流量。这样可以容易地设定适当的校正参考值Dp，并易于以高精度的定时获得高精度的附加校正量PMadd。
(d)用最大值BUpm限定的校正判断参考范围设定在由再生模式即将结束之前的估计积累量PMsm限定的范围内。通过执行用于PM消除的正常加热充分减少了实际PM积累量。因此，即使同时进行燃尽加热以燃尽所有的PM，也可以防止燃尽加热迅速地燃烧大量PM的状态出现。这样，即使采用这样的特定加热，过滤器38a也不会过热，不会发生过滤器38a的热损坏。因此，适当地消除了积累的颗粒物。
(e)当经过校正的估计积累量PMsm再次落在校正判断参考范围内、并满足ΔP/GA≥Dp时，ECU 70重复对估计积累量PMsm进行校正。这样，即使在以前的循环中对估计积累量PMsm偏离实际积累量的补偿不足，对估计积累量PMsm的重复校正也几乎完全消除了估计积累量PMsm偏离实际积累量的程度。
(f)不可燃材料例如灰烬的存在可能造成满足ΔP/GA≥Dp的状态持续。在此情况下，对估计积累量PMsm进行反复校正以延长再生模式可能降低燃料效率。因此，ECU 70对估计积累量PMsm的校正次数进行了限制，以防燃料效率降低。在此实施例中，停止判断数Np设定为二，使得估计积累量PMsm的校正不会连续执行三次。
(g)脱硫模式具有与燃尽加热相同的效果。因此，即使在估计积累量PMsm偏离实际积累量时，偏离也可以在脱硫模式中减小或消除。因此，ECU 70在脱硫模式中不执行估计积累量PMsm的校正。由此，再生模式(特别是燃尽加热)不会经常执行，防止了燃料效率降低。
下面将参考图8对根据本发明第二实施例用于内燃机排气净化装置的再生控制进行说明。
在第二实施例中，过滤器38a(对应于下游排气净化机构)的上游侧与下游侧之间的排气温度差ΔTHC(thco-thci)用于替代排气压力差ΔP/GA。即，ECU 70判断ΔTHC是否大于或等于校正参考值Dth。校正参考值Dth是例如200到300℃之间的值。图8的步骤S125、S127、S129和S131分别取代了图3的步骤S126、S128、S130和S132。其他部分与第一当步骤S124的判断得到肯定时，ECU 70根据表达式3获得排气温度差ΔTHC。
ΔTHC←thco-thci(3)ECU 70判断排气温度差ΔTHC是否大于或等于校正参考值Dth(步骤S127)。当ΔTHC小于Dth(步骤S127为否定)且PMsm大于PMend(步骤S140为否定)时，ECU 70继续进行PM消除加热(步骤S146)。当满足PMsm≤PMend时(步骤S140为肯定)，ECU 70停止PM消除加热(步骤S142)并结束PM再生控制模式(步骤S144)。在这些步骤中，PMsm的改变如图6的时间图所示。
当满足ΔTHC≥Dth时(步骤S127为肯定)，ECU 70检查反复进行PM消除加热期间，步骤S127的判断得到肯定的次数是否小于或等于停止判断数Np(例如二)(步骤S129)。例如，当第一次进行步骤S127时，ECU 70将S129的结果判断为肯定。在此情况下，ECU 70参考图9所示附加校正量对照表MAPtad，确定与排气温度差ΔTHC对应的附加校正量PMadd(步骤S131)。
当NOx存储还原催化剂36a前表面的堵塞造成估计积累量PMsm偏离实际积累量时，通过燃料添加阀68添加的用于进行PM消除加热的燃料很难在经过NOx存储还原催化剂36a时燃烧，而是在过滤器38a处以集中模式燃烧。这种情况与NOx存储还原催化剂36a的前表面未堵塞时相比，增大了排气温度差ΔTHC。换句话说，排气温度差ΔTHC反映了由NOx存储还原催化剂36a前表面的堵塞引起的估计积累量PMsm偏离实际积累量的情况。附加校正量对照表MAPtad存储了与排气温度差ΔTHC相应的附加校正量PMadd。随着排气温度差ΔTHC增大，偏离程度也更大。因此，附加校正量PMadd随着排气温度差ΔTHC的增大而增大。排气温度差ΔTHC与附加校正量PMadd的关系是通过实验获得的。
ECU 70根据表达式2采用附加校正量PMadd来校正估计积累量PMsm(步骤S134)。如图7的时间图所示，这使估计积累量PMsm增大到接近或等于实际积累量。
ECU 70从PM消除加热切换到燃尽加热(步骤S136)。即使在开始燃尽加热时估计积累量PMsm偏离了实际积累量，估计积累量PMsm也小于或等于最大值BUpm，最大值BUpm略大于终止判断值PMend。因此，即使进行燃尽加热，也不会使大量PM迅速燃烧。从而使过滤器38a不会过热。
在PMsm大于BUpm的时间段内(步骤S 122为否定)，ECU 70通过进行燃尽加热来消除PM(步骤S146)。当再次满足PMsm≤BUpm(步骤S122为肯定)且步骤S124的判断为肯定时，ECU 70计算排气温度差ΔTHC(步骤S125)。如果ΔTHC小于校正参考值Dth(步骤S127为否定)且PMsm大于PMend(步骤S140为否定)，则ECU 70继续进行PM消除加热(步骤S146，图7中的实线)。如果满足PMsm≤PMend(步骤S140为肯定)，则ECU 70停止PM消除加热(步骤S142)并结束PM再生控制模式(步骤S144)。
当再次满足ΔTHC≥Dth(步骤S127为肯定)时，ECU 70检查步骤S127的判断得到肯定的次数是否小于或等于停止判断数Np(二)(步骤S129)。由于目前的判断数为二，所以ECU 70再次根据ΔTHC计算附加校正量PMadd(步骤S131)，更新附加校正量PMadd，并用更新的附加校正量PMadd对估计积累量PMsm进行再次校正(步骤S134)。如图7中虚线所示，这使估计积累量PMsm再次增大到比校正判断参考范围的最大值BUpm更大的值。
ECU 70继续燃尽加热(步骤136)并暂时终止此过程。继续进行的燃尽加热进一步消除了估计积累量PMsm与实际积累量的偏差。
在PMsm大于BUpm期间(步骤S122为否定)，ECU 70继续进行燃尽加热(步骤S146)。即使再次满足PMsm≤BUpm(步骤S122为肯定)，只要满足ΔTHC≥Dth(步骤S127为肯定)，ECU 70就将步骤S129的结果判断为否定。即使满足ΔTHC≥Dth或者ΔTHC小于Dth，ECU 70也前进到步骤S140。
如果燃尽加热继续进行，并且满足PMsm≤PMend(步骤S140为肯定)，则ECU 70停止PM消除加热(步骤S142)并结束PM再生控制模式(步骤S144)。
第一排气温度传感器44和第二排气温度传感器46用作差别检测器。执行图8中的步骤S122到S134的ECU 70作为对估计积累量进行校正的校正控制部分。
第二实施例具有下述优点。
(a)当NOx存储还原催化剂36a(上游排气净化机构)在过滤器38a被PM堵塞之前被PM堵塞时，在再生控制期间，排气只经过NOx存储还原催化剂36a的有限部分。因此，NOx存储还原催化剂36a的反应热不足，下游过滤器38a中不均匀地产生反应热。
因此，在第二实施例中，用过滤器38a的上游侧与下游侧之间的排气温度差thco-thci代替排气压力差ΔP/GA。当温度差大于或等于校正参考值Dth时，ECU 70对估计积累量PMsm进行校正。这使得估计积累量PMsm与实际积累量接近或相同。
由此，使估计积累量PMsm与实际积累量之间的差别最小化，以适当地消除积累的PM。这防止了大量PM迅速燃烧。
(b)第二实施例还具有第一实施例中所述(d)到(g)的优点。
现在将对根据本发明的第三实施例用于内燃机排气净化装置的再生控制进行说明。
在第三实施例中，进行图10和图11的流程图代替图3的流程图。图10和图11的流程图是通过将图3和图8的流程图相结合得到的。即，当排气压力差ΔP/GA的判断(步骤S128)或排气温度差ΔTHC的判断(步骤S 127)中任意一个为肯定时，进行步骤S150、S152、S131、S132、S134和S136。其他步骤参考图3或图8。
当满足ΔP/GA≥Dp(步骤S128为肯定)或ΔTHC≥Dth(步骤S127为肯定)时，ECU 70对步骤S127和S128的判断得到肯定的次数是否小于或等于停止判断数Np进行判断(步骤S150)。
如果肯定判断的次数小于或等于Np(步骤S150为肯定)，则ECU70检查当前的步骤S150是否来自S128的肯定判断(步骤S152)。如果当前的步骤S150是由步骤S128的肯定判断而来的(步骤S152为肯定)，则ECU 70参考图5的附加校正对照表MAPadd并确定相应于排气压力差ΔP/GA的附加校正量PMadd(步骤S132)。如果当前的步骤S150是由步骤S128的否定判断和步骤S127的肯定判断而来的(步骤S152为否定)，则ECU 70参考图9的附加校正对照表MAPtad并确定相应于排气温度差ΔTHC的附加校正量PMadd(步骤S131)。
ECU 70用附加校正量PMadd根据表达式2对估计积累量PMsm进行校正(步骤S134)。这使估计积累量PMsm增大到接近或等于实际积累量。
ECU 70在对估计积累量进行校正之后从PM消除加热切换到燃尽加热(步骤S136)并暂时终止此过程。燃尽加热消除了堵塞NOx存储还原催化剂36a前表面的PM，燃尽了过滤器38a中积累的大于估计积累量PMsm的大量PM，并逐渐减小估计积累量PMsm与实际积累量之间的偏差。即使在燃尽加热开始时估计积累量PMsm偏离实际积累量，估计积累量PMsm也小于或等于校正判断参考范围的最大值BUpm，而最大值BUpm略大于终止判断值PMend。因此，燃尽加热不会迅速燃烧大量PM，过滤器38a不会过热。
压力差传感器50、进气量传感器24、第一排气温度传感器44和第二排气温度传感器46作为差别检测器。执行步骤S122、S124、S125、S126、S128、S150、S152、S131和S132中的再生控制(图10和图11)的ECU 70作为校正控制部分。
第三实施例具有下述优点。
(a)获得了第一和第二实施例中所述的优点。特别是，除了过滤器38a的上游侧与下游侧之间的排气压力差ΔP/GA以外，还使用了过滤器38a的上游侧与下游侧之间的排气温度差ΔTHC。因此，最小化了估计积累量PMsm与实际积累量之间的差别，以适当地消除积累的PM。这样可靠地防止了大量PM迅速燃烧。
现在将对根据本发明的第四实施例用于内燃机排气净化装置的再生控制进行说明。
在第四实施例中，参考图12，用单一过滤器138a取代了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，其中单一过滤器138a具有涂有NOx存储还原催化剂层的基体。压力差传感器150检测过滤器138a的上游侧与下游侧之间的压力差ΔP。第一排气温度传感器144检测过滤器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与第一实施例中相应的部件相同，并被赋予了与那些部件相同的标号。
压力差传感器150检测排气净化装置的上游侧与下游侧之间的排气压力差ΔP/GA。第一排气温度传感器144检测过滤器138a中排气的温度。第二排气温度传感器46检测过滤器138a出口附近的排气温度。因此，第一和第二排气温度传感器144和46检测排气净化装置较下游部分的排气温度差ΔTHC(thco-thci)。
执行第一到第三实施例之一中所述的再生模式执行判断和再生控制。
第四实施例具有下述优点。
(a)根据第四实施例的催化剂布置也最小化了估计积累量PMsm与实际积累量之间的差别，以适当地消除积累的PM。这样防止了大量PM迅速燃烧。
本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以用许多其他具体形式来实施。特别是，应当明白，本发明可以用下列形式来实施。
(1)在上述实施例中，在涉及排气压力差ΔP/GA的判断或涉及排气温度差ΔTHC的判断得到肯定的时进行燃尽加热。但是，也可以继续进行普通的PM消除加热而不是切换到这种特殊的加热。
(2)上述实施例中的最大值BUpm可以是与终止判断值PMend相同的值。
(3)在上述实施例中，可以根据柴油机2的驱动状态(例如根据发动机转速NE和燃料喷射量)使用对照表对排气流量进行计算，而不是采用进气量传感器24检测进气量GA。在各种过程中，可以用ΔP/排气流量作为排气压力差。此外，校正参考值对照表MAPdp可以根据排气流量来产生。
这些示例和实施例应当理解为示例性而不是限制性的，本发明不限于此处给出的具体细节，而是可以在权利要求的范围及其等同物中进行修改。
权利要求
1.一种再生控制器，用于对内燃机排气通道中设置的排气净化装置进行再生，其中，所述排气净化装置包括上游净化部分和下游净化部分，所述再生控制器包括差别检测器，用于检测排气压力差和排气温度差中的至少一项，所述排气压力差为所述排气净化装置上游的第一位置与所述排气净化装置下游的第二位置之间的排气压力差，所述排气温度差为第三位置与所述第三位置下游的第四位置之间的排气温度差，所述第三位置位于所述排气净化装置的所述下游净化部分的上游；计算部分，用于计算所述排气净化装置中颗粒物的估计积累量；加热控制部分，用于在所述估计积累量大于参考积累量时对所述排气净化装置进行加热，以从所述排气净化装置中消除所述颗粒物；和校正控制部分，用于在由于所述加热而使所述估计积累量落在校正判断参考范围内、并且所述排气压力差和所述排气温度差中至少一项大于校正参考值时，根据所述排气压力差和所述排气温度差中至少一项对所述估计积累量进行校正。
2.一种再生控制器，用于对内燃机排气通道中设置的排气净化装置进行再生，其中，所述排气净化装置包括布置在所述排气通道中的上游净化机构和下游净化机构，所述再生控制器包括差别检测器，用于检测所述下游净化机构的上游位置与下游位置之间的排气压力差和排气温度差中的至少一项；计算部分，用于计算所述排气净化装置中颗粒物的估计积累量；加热控制部分，用于在所述估计积累量大于参考积累量时对所述排气净化装置进行加热，以从所述排气净化装置中消除所述颗粒物；和校正控制部分，用于在由于所述加热而使所述估计积累量落在校正判断参考范围内、并且所述排气压力差和所述排气温度差中至少一项大于校正参考值时，根据所述排气压力差和所述排气温度差中至少一项对所述估计积累量进行校正。
3.根据权利要求1和2中任意一项所述的再生控制器，其中，所述校正控制部分将校正值加到所述估计积累量，所述校正值随着所述排气压力差和所述排气温度差中至少一项的增大而增大。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的再生控制器，其中，所述校正控制部分根据排气流量确定所述校正参考值。
5.根据权利要求4所述的再生控制器，其中，所述校正控制部分随着所述排气流量的增大而减小所述校正参考值。
6.根据权利要求4和5中任意一项所述的再生控制器，还包括用于检测进气量的传感器，所述校正控制部分使用代替所述排气流量的所述检测到的进气量。
7.根据权利要求1和2中任意一项所述的再生控制器，其中，所述校正判断参考范围包括下述值，所述值等于所述加热即将结束之前所述排气净化装置中颗粒物的积累量。
8.根据权利要求1和2中任意一项所述的再生控制器，其中，所述校正判断参考范围的最大值等于所述加热结束时所述排气净化装置中颗粒物的积累量。
9.根据权利要求1到8中任意一项所述的再生控制器，其中，当使用所述校正过的估计积累量通过重新计算而获得的估计积累量再次落在所述校正判断参考范围内、并且所述排气压力差和所述排气温度差中至少一项大于所述校正参考值时，所述校正控制部分重复对所述估计积累量进行校正。
10.根据权利要求9所述的再生控制器，其中，当所述排气压力差和所述排气温度差中至少一项大于所述校正参考值的状态继续、并且所述估计积累量的校正次数达到停止判断数时，所述校正控制部分停止执行对所述估计积累量的校正，直到当前进行的加热结束。
11.根据权利要求1到10中任意一项所述的再生控制器，其中，所述再生控制器设有脱硫模式，用于通过从所述排气净化装置中释放出硫成分而使所述排气净化装置从硫中毒的情况恢复，并且所述校正控制部分在所述再生控制器处于脱硫模式时或请求了脱硫模式时停止对所述估计积累量进行校正。
12.根据权利要求1到11中任意一项所述的再生控制器，其中，所述排气净化装置是催化转化器，所述催化转化器包括涂有NOx存储还原催化剂层的基体，所述基体形成为对排气中所含的颗粒物进行过滤。
13.根据权利要求1到11中任意一项所述的再生控制器，其中，所述排气净化装置包括NOx存储还原催化剂装置；和过滤器，所述过滤器布置在所述NOx存储还原催化剂装置的下游并具有NOx存储还原催化剂层，用于对排气中所含的颗粒物进行过滤。
14.一种电子控制单元，用作根据权利要求1或2的所述计算部分、所述加热控制部分和所述校正控制部分。
全文摘要
本发明公开了一种用于发动机(2)的排气净化装置(36、38)的再生控制器，它对排气净化装置中积累的颗粒物进行适当的燃烧。再生控制器包括ECU(70)，ECU判断颗粒物的估计积累量(PMsm)是否偏离实际积累量。在估计积累量小于或等于最大值(BUpm)且排气压力差(ΔP/GA)大于校正参考值(Dp)时，ECU将与排气压力差对应的校正值加到估计积累量。这样使估计积累量接近实际积累量。
文档编号F01N13/02GK1930381SQ200580007769
公开日2007年3月14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