专利名称：内燃机的控制系统和内燃机的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机的控制系统和一种内燃机的控制方法，在该内 燃机中，捕集排气中颗粒物质的过滤器设置在排气通路中。
背景技术：
在日本专利申请特开JP-2004-44443A中公开了一种与内燃机的排气净 化装置有关的技术，在所述内燃机中，承载有NOx吸藏剂的过滤器设置在 排气通路中。根据该文献，当排气流量已下降并因此有必要执行已吸藏在 NOx还原剂中的NOx的还原时，基于排气通路内过滤器的上游侧的压力的 变化判定过滤器是否堵塞。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于其中捕集排气中颗粒物质的过滤器设置 在排气通路中的内燃机的能够改进燃烧状态的稳定性的技术。
本发明的第一方面涉及一种内燃机的控制系统，在所述内燃机中，捕 集排气中颗粒物质(以下称为"PM")的过滤器设置在排气通路中。利用 该控制系统，随着过滤器中PM捕集量的增加，能通过增大排气节流阀的开 度来抑制排气通路中所述过滤器上游侧的压力的上升。
更详细地，本发明涉及一种内燃机的控制系统，在所述内燃机中，捕 集排气中颗粒物质的过滤器设置在排气通路中。所述内燃机的控制系统包 括用于检测上游侧压力的压力检测装置(该上游侧压力是排气通路中过滤 器的上游侧的压力)，和设置在所述排气通路中所述过滤器的下游侧的排 气节流阀。当所述内燃^L的运转状态为定常运转状态时，控制所述排气节流阀的开度，以 <更使由所述压力检测装置检出的所述上游侧压力变为恒定 值。
即使所述内燃机的运转状态为定常运转状态，当过滤器中的PM捕集量 增加时，该上游侧压力也上升。此时，可通过根据过滤器中的PM捕集量的 增加逐渐增加排气节流阀的开度来抑制上游侧压力的上升。
因此，当内燃机的运转状态为定常运转状态时，控制排气节流阀的开 度，以便使所述上游侧压力变为恒定值。
这样做可抑制所述上游侧压力的过度上升。此外，可由上游侧压力保 持向内燃机的燃烧状态施加的影响恒定。由此，可使内燃机的燃烧状态更 加稳定。
所述压力检测装置可以是输出对应于所述上游侧压力的电信号的压力 传感器。
并且所述压力检测装置可以基于所述内燃机的运转状态推定所述上游 侧压力。
所述定常运转状态可以是在所述内燃机暖机结束之后的怠速运转状态。
或者，所述定常运转状态可以是在所述过滤器的温度已降低到正常温 度后的怠速运转状态。
还可以包括PM捕集量推定装置，该PM捕集量推定装置基于内燃机的 运转状态为定常运转状态时的排气节流阀的开度推定过滤器中的PM捕集 量。
如上所述，排气节流阀的开度根据过滤器中PM捕集量的增加而逐渐地 增加。由此，可基于排气节流阀的开度推定过滤器中的PM捕集量。
这种情况下，可以在不另外设置用于检测排气通路中过滤器的上游側 和其下游侧之间压差的任何压差检测装置情况下推定过滤器中的PM捕集还可以包括压差检测装置，该压差检测装置包括端部在过滤器的上游 侧和下游侧与排气通路连接的管，以及设置在所述管中并检测排气通路中 过滤器的上游侧和下游侧之间的压差的压差检测部。
此外，用于基于排气节流阀的开度推定过滤器中PM捕集量的PM捕集 量推定装置可作为第一PM捕集量推定装置，并且还可以包括用于基于由压 差检测装置检出的压差推定过滤器中颗粒物质的捕集量的第二PM捕集量 推定装置。
此时，如果压差检测装置的管被PM堵塞，则即使过滤器中PM捕集量 的值没有增加，由第二PM捕集量推定装置推定的PM捕集量的值也会增 力口。
因此，在上述情况下，如果通过从由第二PM捕集量推定装置推定的颗 粒物质的捕集量减去由第一PM捕集量推定装置推定的颗粒物质的捕集量 所获得的值大于或等于预定值，判定为压差检测装置的管的堵塞已发生。
在此，预定值为构成阈值的值，通过该阈值能够判定为由笫二PM捕集 量推定装置推定的颗粒物质的捕集量由于压差检测装置的管的堵塞的发生 已增力口。
本发明的笫二方面涉及一种内燃机的控制方法，在所述内燃机中，捕 集排气中颗粒物质的过滤器与排气通路连接。在该内燃机的控制方法中， 检测上游侧压力，所述上游侧压力是所述排气通路中所述过滤器的上游侧 的压力。此外，当所述内燃机的运转状态为定常运转状态时，控制设置在 所述排气通路中所述过滤器的下游侧的排气节流阀的开度，以便使所述上 游侧压力变为恒定值。
根据本发明的各个方面，对于其中捕集排气中颗粒物质的过滤器设置 在排气通路中的内燃机，能够使燃烧状态更加稳定。
本发明的上述及其它目的、特点和优势从以下参照附图对优选实施例 的说明中将变得清晰，其中相同附图标记用来代表相同的零部件，其中
6图l是根据第 一 实施例的内燃机的吸排气系统的示意性结构图； 图2是示出根据第一实施例的用于上游侧压力控制的控制程序的流程
图3是示出根据第 一 实施例的PM捕集量计算程序的流程图； 图4是根据第二实施例的内燃机的吸排气系统的示意性结构图；以及 图5是示出根据第二实施例的管堵塞判定程序的流程图。
具体实施例方式
以下，将参照附图对根据本发明的内燃机的控制系统的具体实施例作 出说明。
在此，以应用驱动车辆的柴油机的情况作为示例说明本发明。图l是 示出根据第 一 实施例的内燃机的吸排气系统的示意性结构图。
内燃机1是用于驱动车辆的柴油机。进气通路3和排气通路2连接到 内燃机l。排气通路2中设置有捕集排气中PM的颗粒过滤器4(以下仅称 之为"过滤器，，)。过滤器4上承载有吸藏还原型NOx催化剂。应该理解， 承载在过滤器4上的催化剂不局限于吸藏还原型NOx催化剂。例如，可以 是具有氧化功能的催化剂，例如氧化催化剂。
此外，在排气通路2中，在过滤器4的上游侧设置有输出对应于排气 通路2内的压力(上游侧压力)的电信号的压力传感器5。而且，排气节 流阀6设置在排气通路2中过滤器4的下游侧。
对于具有上述结构的内燃机1，设置有用于控制内燃机1的电子控制 单元(ECU) 10。该ECU10是根据内燃机1的运转状况或驾驶员的要求 控制内燃机1的运转状态的单元。
ECU10与压力传感器5、输出与内燃机l曲轴的转角相对应的电信号 的曲轴位置传感器7，以及安装在内燃机1上输出对应于车辆的加速器开 度的电信号的加速器开度传感器8电连接。这些传感器的输出信号输入到 EC腦。
ECU10基于由曲轴位置传感器7检出的值计算内燃机1的转速。此外，ECU10基于由加速器开度传感器8检出的值计算内燃机1上的负载。
此外，内燃机1的排气节流阀6和燃料喷射阀电连接到ECUIO。这些 部件都由ECU10控制。
现在，将说明根据本实施例的上游侧压力控制。在本实施例中，作为 上游侧压力的基准值的基准压力和作为排气节流阀6的开度的基准值的基 准开度根据内燃机l的运转状态进行预先设定。在此，该基准压力是在其 时没有向内燃机l中的燃烧状态施加过度影响的值。此外，基准开度是当 过滤器4处于其初始状态(其中没有PM被捕集的状态)时，在此上游侧 压力变为等于基准压力的排气节流阀6的开度。
假定过滤器4处于其初始状态且内燃机1的运转状态为定常运转状态。 这种情况下，排气节流阀6的开度被视为对应于此时内燃机1的运转状态 的基准开度。这样，能够根据此时内燃机l的运转状态，将上游侧压力作 为基准压力。
然而，排气中的PM被捕集在过滤器4内。即使内燃机l的运转状态 可能是定常运转状态，随着PM捕集量的增加，上游侧压力逐渐升高。
当上游侧压力变得过高时，恐怕会向内燃机l的燃烧状态施加过度影 响。因此，在本实施例中，当内燃机l的运转状态为定常运转状态时，控 制排气节流阀6的开度以便使由压力传感器5检出的值保持在基准压力。 换句话说，通过从基准开度逐渐增加排气节流阀6的开度来抑制伴随过滤 器4中PM捕集量的增加的上游侧压力的升高。
以下，将基于图2所示的流程图对根据本实施例的用于上游侧压力控 制的控制程序进行说明。该程序预先存储在ECU10中，并且是以预定间 隔重复的程序。
在该程序中，首先，在步骤S101中，ECU10判定内燃机1的运转状 态是否是定常运转状态。如果在步骤SIOI中为肯定判定，则ECU10前进 至步骤S102。但是，如果在步骤SIOI中作出否定判定，则ECU10终止该 程序的执行。
在步骤S102中，ECU10基于内燃机1的运转状态导出(计算)基准压力PupO。在本实施例中，内燃机l的运转状态和基准压力Pup0之间的 关系预先作为映射图存储在ECIJIO中。
接着，ECU10前进至步骤S103，在此控制排气节流阀6的开度Qv， 以便使由压力传感器5检出的值Pup变为等于基准压力PupO。换句话说 如果由压力传感器5检出的值Pup高于基准压力PiipO，则排气节流阀6 的开度Qv增加。之后，ECU10终止该程序的执行。
根据本实施例，可防止上游侧压力的过度上升。此外，通过将上游侧 压力保持为恒定值(基准压力)，可保持上游侧压力向内燃机l的燃烧状 态施加的影响恒定。由此，可使内燃机l的燃烧状态更加稳定。
应该理解，在本实施例中，不设置压力传感器5,而是基于内燃机的 运转状态等推定上游侧压力也是容许的。
接着，将对根据本实施例的用于推定过滤器4中PM捕集量的方法作 以说明。如上所述，在本实施例中，当内燃机l的运转状态为定常运转状 态时，控制排气节流阀6的开度，以便将上游侧压力保持为基准压力。
换句话说，当过滤器4处于初始状态时，控制排气节流阀6的开度使 之等于基准开度。并且，随着过滤器4中PM捕集量的增加，排气节流阀 6的开度逐渐地变大。由此，可基于排气节流阀6的开度推定过滤器4中 的PM捕集量。
现在，将基于图3所示流程图说明根据本实施例的计算过滤器4中PM 捕集量的PM捕集量计算程序。该程序预先存储在ECU10中，并且是以 预定间隔执行的程序。
在该程序中，首先，在步骤S201中，ECU10判定内燃机1的运转状 态是否是定常运转状态。如果在该步骤S201中为肯定判定，则ECTJ10前 进至步骤S202。但是，如果在步骤S201中作出否定判定，则ECU10终止 该程序的执行。
在步骤S202中，ECU10从排气节流阀6的开度Qv减去对应于内燃 机1的运转状态的排气节流阀6的基准开度QvO。这样，由排气节流阀6 的基准开度QvO算出开度增加量△ Qv。接着，ECU10前进至步骤S203，在此由排气节流阀6的开度增加量 AQv计算过滤器4中的PM捕集量Qpm。在本实施例中，排气节流阀6 的开度增加量△ Qv和过滤器4中的PM捕集量Qpm之间的关系通过实验 等获得，并且这些关系预先作为映射图存储在ECU10中。计算出过滤器4 中的PM捕集量之后，ECU10终止该程序的执行。
当推定过滤器中的PM捕集量时，有一种已知的方法，即提供检测排 气通路中过滤器的上游侧和下游侧之间的压差的压差传感器，并基于由该 压差传感器检出的值推定PM捕集量。
但是，根据依据本实施例的PM捕集量推定方法，能在不另外提供此 类压差传感器的情况下推定过滤器4中的PM捕集量。
应该理解，当通过与上述类似的PM捕集量推定方法推定的PM捕集 量达到预先确定的上限值时，为了从过滤器4去除PM,起动过滤器再生 控制也是容许的。作为这种过滤器再生控制，这里可以使用例如通过在内 燃机1的主燃料喷射之后执行副燃料喷射来将未燃燃料成分供给到承载在 过滤器4的吸藏还原型NOx催化剂的方法。
此外，在排气节流阀6已变为完全打开状态或者接近完全打开状态的 时间点之后，很难通过控制排气节流阀6的开度来抑制伴随过滤器4中PM 捕集量的增加的上游侧压力的增加。因此，优选地当该状态已出现时，起 动过滤器再生控制的执行。
在本实施例中，计算当内燃机l的运转状态为定常运转状态时的过滤 器4中的PM捕集量。然而，当内燃机l暖机之后处于怠速运转状态时， 执行该PM捕集量的计算也是容许的。
此外，在已完成这种过滤器再生控制之后，当过滤器4的温度已降低 到正常温度后发动机为怠速时，通过执行PM捕集量的计算来算出过滤器 4中的PM残余量(不可能除去的量)也是容许的。
图4是根据第二实施例的示出内燃机的吸排气系统的示意性结构图。
根据本实施例的内燃机的吸排气系统的示意性结构与第一实施例的不同之 处在于排气通路2上设置有压差传感器11。关于其它结构，相同的附图标记对应于相同的结构，且其说明将省略。
压差传感器11包括管12和压差检测部13。管12的端部连接到排气 通路2, —端在过滤器4的上游侧，另一端在其下游侧。压差传感器ll(压 差检测部13)设在管的中途。压差传感器11检测排气通路2中过滤器4 的上游侧与其下游侧之间的压差(以下称之为"过滤器前/后压差")。压 差传感器11电连接到ECUIO。压差传感器11的输出信号输入到ECUIO。
过滤器4中的PM捕集量增加的越大，过滤器前/后压差上升的越大。 由此，在本实施例中，也能基于由压差传感器11检出的值推定过滤器4 中的PM捕集量。
有时PM流进压差传感器ll的管12中。因此，现在说明用于判定管 12是否被PM堵塞的管路堵塞判定方法。
在本实施例中，正如第一实施例一样，由基于排气节流阀6的开度推 定的过滤器4中的PM捕集量，作为第一PM捕集量推定值。另一方面， 由基于通过压差传感器11检出的值推定的过滤器4中的PM捕集量，作为 第二PM捕集量推定值。
当管12被PM堵塞时，即使过滤器4中的PM捕集量没有增加，由 压差传感器ll检出的值也上升。也即，第二PM捕集量推定值增加。
因此，如果第二 PM捕集量推定值变得超过第一 PM捕集量推定值达 一预定值的值，则判定为管12的PM堵塞已发生。在此，该预定值是构成 一阈值的值，该阈值能判定为第二PM捕集量推定值已由于管12的堵塞已 发生而增加。该预定值是通过实验等预先确定的值。
以下，将基于图5中所示流程图说明根据本实施例的当判定管12的 PM堵塞是否已发生时的管路堵塞判定程序。该程序预先存储在ECU10中， 并且是以预定间隔重复的程序。
在该程序中，首先，在步骤S301中，ECU10判定内燃机1的运转状 态是否是定常运转状态。如果在该步骤S301中为肯定判定，则ECU10前 进至步骤S302。但是，如果在步骤S301中作出否定判定，则ECU10终止 该程序的执行。在步骤S302中，ECU10计算第一 PM捕集量推定值Qpml。 接着，ECU10前进至步骤S303,在此计算第二 PM捕集量推定值 Qpm2。
接着，ECU10前进至步骤S304，在此判定通过从第二 PM捕集量推 定值Qpm2减去笫一 PM捕集量推定值Qpml所获得的值厶Qpm是否大 于或等于预定值AQpmO。如果在步骤S304中为肯定判定，则ECU10前 进至步骤S305。但是，如果在步骤S304中作出否定判定，则ECU10终止 该程序的执行。
在步骤S305中，ECU10判定为管12的PM堵塞已发生。这种情况下， ECU10通知车辆的驾驶员管12的堵塞已发生。之后，ECU10终止该程序 的执行。
根据以上说明的程序，可检出压差传感器ll的任何异常。 应该理解，在本实施例中，当第二PM捕集量推定值变得大于或等于 用于启动过滤器再生控制的执行的阈值时，如果第一PM捕集量推定值没 有达到该阈值，则判定管12的PM堵塞已发生。
虽然已参照优选实施例说明了本发明，但应理解本发明不局限于所公 开的实施例或结构。相反，本发明将覆盖各种改进以及等同方案。另外， 尽管所公开发明的各种元件以各种示例性的组合和结构示出，包括更多、 更少或仅单个元件的其它组合和结构同样也在本发明的精神和范围内。
权利要求
1、一种内燃机的控制系统，在所述内燃机中，捕集排气中颗粒物质的过滤器设置在排气通路中，所述内燃机的控制系统包括用于检测上游侧压力的压力检测装置，所述上游侧压力是所述排气通路中所述过滤器的上游侧的压力；以及设置在所述排气通路中所述过滤器的下游侧的排气节流阀；其中，当所述内燃机的运转状态为定常运转状态时，控制所述排气节流阀的开度，以便使由所述压力检测装置检出的所述上游侧压力变为恒定值。
2、 根据权利要求l所述的内燃机的控制系统，其中，所述压力检测装 置包括输出对应于所述上游侧压力的电信号的压力传感器。
3、 根据权利要求l所述的内燃机的控制系统，其中，所述压力检测装 置基于所述内燃机的运转状态推定所述上游侧压力。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制系统，其中，所 述定常运转状态是在所述内燃机暖机之后的怠速运转状态。
5、 根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制系统，其中，所 述定常运转状态是在所述过滤器的温度已降低到正常温度后的怠速运转状 态。
6、 根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制系统，还包括笫 一 PM捕集量推定装置，所述第一 PM捕集量推定装置用于基于所述内燃 机的运转状态为所述定常运转状态时的所述排气节流阀的开度推定所述过 滤器中颗粒物质的捕集量。
7、 根据权利要求6所述的内燃机的控制系统，还包括 压差检测装置，所述压差检测装置包括端部在所述过滤器的上游侧和下游侧与所述排气通路连接的管，以及"i丈置在所述管中并检测所述排气通 路中所述过滤器的上游侧和下游侧之间的压差的压差检测部；第二PM捕集量推定装置，所述第二PM捕集量推定装置用于基于由所述压差检测装置检出的所述压差来推定所述过滤器中颗粒物质的捕集量；以及判定装置，如果通it^由所述第二 PM捕集量推定装置推定的颗粒物 质捕集量减去由所述第一 PM捕集量推定装置推定的颗粒物质捕集量获得 的值大于或等于预定值，所述判定装置判定为所述压差检测装置的所述管 的堵塞已发生。
8、 一种内燃机的控制系统，包括 所述内燃机的排气通路；设置在所述排气通路中并捕集排气中的颗粒物质的过滤器；检测上游侧压力的压力检测装置，所述上游侧压力是所述排气通路中所述过滤器的上游侧的压力；设置在排气通路中所述过滤器的下游侧的排气节流阀； 以及控制装置，当所述内燃机的运转状态为定常运转状态时，所述控制装置控制所述排气节流阀的开度，以便使由所述压力检测装置检出的所述上游侧压力变为恒定值。
9、 一种内燃机的控制方法，在所述内燃机中，捕集排气中颗粒物质的 过滤器与排气通路连接，所述内燃机的控制方法包括以下步骤检测上游侧压力，所述上游侧压力是所述排气通路中所述过滤器的上 游侧的压力；以及当所述内燃机的运转状态为定常运转状态时，控制设置在所述排气通 路中所述过滤器的下游侧的排气节流阀的开度，以便使所述上游侧压力变 为恒定值。
全文摘要
在排气通路中，压力检测装置设置在过滤器的上游侧，排气节流阀设置在过滤器的下游侧。当内燃机的运转状态为定常运转状态(步骤S101)时，控制排气节流阀的开度，以便使由压力检测装置检出的上游侧压力变为恒定值(步骤S103)。
文档编号F01N9/00GK101321937SQ200680045373
公开日2008年12月10日 申请日期2006年11月16日 优先权日2005年12月2日
发明者伊藤丈和, 境野诚 申请人:丰田自动车株式会社;株式会社丰田自动织机