内燃机的排气净化系统的制作方法
【专利摘要】一种内燃机的排气净化系统，其中，具备：用于向车辆的内燃机（1）的排气通路（12）供给燃料的燃料供给阀（15）；用于使从燃料供给阀（15）供给的燃料点火的点火装置（16）；和控制器（50），其对所述点火装置进行加热，以至少有选择地实现能够向燃料点火的点火温度Ti和不能向燃料点火的待机温度Ts。预测减速时间tp越大，则控制器（50）将所述待机温度Ts控制得越低，所述预测减速时间是所述车辆的减速状态持续的时间。
【专利说明】内燃机的排气净化系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及排气净化系统，该排气净化系统具有设置于内燃机的排气通路而对排气进行升温的点火装置。
【背景技术】
[0002]正在研发在配置于发动机的排气通路内的排气净化催化剂的上游配置有用于供给燃料而使其燃烧的点火装置的各种排气净化系统。例如在专利文献I公开的系统中，在能够点火的运行区域，实现通过由电热塞进行的加热来点火的第I控制状态、或者停止由电热塞进行的加热的第3控制状态。另一方面，在不能点火的运行区域，实现虽然进行电热塞的加热但不使燃料点火的第2控制状态、或者上述第3控制状态。
[0003]在专利文献2公开的系统中，大气温度越低时，将催化剂的预热时间设定得越长。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2010-059886号公报
[0007]专利文献2:日本特开2001-065335号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的技术问题
[0009]如果将点火装置预先加热到比点火温度低的待机温度，且在变为能够点火的运行状态时使其从待机温度升温到点火温度，则与始终将点火装置加热到点火温度的情况相t匕，能够节约消耗能量。但是，能够点火的运行状态持续的时间过短时，维持点火温度的时间变得不充分，不能使其点火。
[0010]本发明的目的在于，在具有点火装置的排气装置中，一边节约消耗能量，一边抑制点火的失败。
[0011]用于解决技术问题的技术方案
[0012]本发明的一个技术方案，是一种内燃机的排气净化系统，该内燃机的排气净化系统具备:
[0013]用于向车辆的内燃机的排气通路供给燃料的燃料供给阀；
[0014]用于使从所述燃料供给阀供给的燃料点火的点火装置；和
[0015]控制器，对所述点火装置进行加热，以至少有选择地实现能够使燃料点火的点火温度和不能使燃料点火的待机温度；
[0016]其特征在于:预测减速时间越大则所述控制器将所述待机温度控制得越低，所述预测减速时间是所述车辆的减速状态持续的时间。
[0017]优选地，车速越大则所述控制器推定所述预测减速时间越长。
[0018]优选地，在所述预测减速时间比预定的基准值小的情况下，所述控制器不进行所述点火装置的加热。[0019]优选地，与所述预测减速时间无关，在推定不产生减速状态的情况下，所述控制器不进行所述点火装置的加热。
[0020]优选地，配置在所述点火装置的下游侧的排气通路内的排气净化催化剂的温度越高，则所述控制器将所述待机温度控制得越低。
[0021]优选地，与所述预测减速时间无关，在所述车辆处于减速中且处于换档中的情况下，所述控制器将所述点火装置控制为点火温度。
[0022]另外，用于解决本发明中的技术问题的各种技术方案、技术手段，只要可能即可组合使用。
[0023]发明的技术效果
[0024]根据本发明，在具有点火装置的排气装置，能够在节约消耗能量的同时抑制点火的失败。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明的实施方式的概念图。
[0026]图2是表示电热塞的温度控制处理的流程图。
[0027]图3是表示基本减速时间映射的设定例的曲线图。
[0028]图4是表示由车速决定的平地稳定运行时的燃料喷射量的曲线图。
[0029]图5是表示路面修正系数映射的设定例的曲线图。
[0030]图6是表示催化剂温度修正系数映射的设定例的曲线图。
[0031 ] 图7是表示待机温度映射的设定例的曲线图。
[0032]图8是表示使待机温度变化的情况下针对各待机温度的电热塞温度的推移的时间图。
【具体实施方式】
[0033]对于本发明的合适的实施方式，以下详细进行说明。图1表示本发明的第I实施方式。图1中，发动机本体I为以轻油为燃料的压缩点火式内燃机(柴油发动机)，但也可以是其它形式的内燃机。发动机本体I在4个气缸上分别具有燃烧室2。在各燃烧室2配置有用于喷射燃料的电子控制式的燃料喷射阀3。在燃烧室2连接有进气歧管4以及排气歧管5。进气歧管4经由进气管6连结于排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口。压缩机7a的入口经由空气流量表8连结于空气滤清器9。
[0034]在进气管6内，配置有由步进马达(未图示)驱动的节气门10。在进气管6的周围，配置有用于冷却在进气管6内流动的吸入空气的中冷器11。向中冷器11内导入发动机冷却水，通过发动机冷却水冷却吸入空气。
[0035]各燃料喷射阀3,经由燃料供给管41连结于共用燃油轨(commo rail) 42,该共用燃油轨42经由电子控制式的喷出量可变的燃料泵43连结于燃料箱44。储藏于燃料箱44内的燃料，通过燃料泵43向共用燃油轨42内供给，被供给到共用燃油轨42内的燃料经由各燃料供给管41向燃料喷射阀3供给。
[0036]排气歧管5被连结于排气涡轮增压器7的排气涡轮机7b的入口。排气涡轮机7b的出口经由排气管12连结于排气净化催化剂13。排气净化催化剂13由例如氧化催化剂、三元催化剂或者NOx催化剂构成。催化剂13的基材使用由堇青石或者金属形成的蜂窝体。
[0037]在该排气净化催化剂13上游的排气管12内配置有用于向排气管12内供给燃料的燃料喷射阀15，且配置成使其喷射口朝向排气管12内部。经由燃料泵43向燃料喷射阀15供给燃料箱44内的燃料。
[0038]在燃料喷射阀15下游侧的排气管12内，设有电热塞16。电热塞16被配置成从燃料喷射阀15添加的燃料与其顶端部接触，能够使燃料点火。电热塞16能够支援燃料的点火。
[0039]电热塞16，其轴心向排气管12的上游倾斜，但也可以以任意的姿势配置，例如与流动方向正交地配置等。在电热塞16上，连接有用于向其供电的直流电源及升压回路(均未图示)。作为用于点火的装置，也可以代替电热塞而使用陶瓷加热器等其它的电热式的升温装置。为了促进燃料的微粒化，也可以在排气管12内配置用于使从燃料喷射阀15喷射的燃料碰撞的碰撞板。燃料喷射阀15以及电热塞16构成排气升温装置40,该排气升温装置40由后述的E⑶50控制。
[0040]在排气净化催化剂13上游侧的排气管12内，也可以配置前面投影面积比其周围的排气管12的截面面积小的小型氧化催化剂(未图示)。通过排气管12的排气的一部在这样的小型氧化催化剂中流通。小型氧化催化剂可以配置在燃料喷射阀15以电热塞16的下游侧。在小型氧化催化剂活性化并充分地变为高温的情况下，即使电热塞16没有被通电也能够使燃料点火。即使在小型氧化催化剂没有充分变为高温的情况下，也能够通过电热塞16支援点火。作为催化剂物质，例如可使用Pt/Ce02、Mn/Ce02、Fe/Ce02、Ni/Ce02、Cu/Ce02等。
[0041]在燃料喷射阀15上游侧的排气管12内，设置有用于检测排气温度的排气温传感器31。在电热塞16下游侧且排气净化催化剂13上游侧的排气管12内，设置有用于检测排气通路内的空燃比的A/F传感器32。在排气净化催化剂13的附近，设有检测排气净化催化剂13的温度的催化剂温度传感器33。
[0042]作为控制器的电子控制单元(E⑶)50由众所周知的数字计算机构成，具备通过双方向性总线互相连接的ROM (只读存储器)、RAM (随机存储器)、CPU (中央处理器)、输入口以及输出口。
[0043]在油门踏板51上,设置有产生与油门踏板51的踩踏量成比例的输出电压的负荷传感器52。在发动机本体I的曲轴的附近，设置有轴每旋转例如15°就产生输出脉冲的曲柄角传感器53。在节气门10的附近设置有进气温度传感器54。在发动机本体I的气缸体上设置有水温传感器55。在驱动轮的附近设置有车速传感器56。在车室外设置有大气温传感器57。在车体上设置有加速度传感器58。在未图示的档杆的附近设置有档位传感器59。各传感器的输出信号分别经由对应的AD转换器向E⑶50的输入口输入。
[0044]另一方面，E⑶50分别经由对应的DA转换器以及驱动电路，连接于燃料喷射阀3、
15、电热塞16、燃料泵43、以及节气门10的驱动用的步进马达。这些驱动器类的动作由ECU50控制。预先制作包含图3?图8所示的各映射的各种程序以及基准值、初期值，储存于ECU50的ROM。也可以代替各映射而使用由数学式构成的函数。
[0045]E⑶50，基于包含空气流量表8、排气温传感器31、A/F传感器32、负荷传感器52以及曲柄角传感器53的检测值的车辆状态、特别是表示发动机本体I的动作状态的参数，算出燃料供给指示量，输出用于将燃料喷射阀3打开与指示量相应的时间的控制信号。根据该控制信号，从燃料喷射阀3供给与燃料供给指示量相应的量的燃料，使发动机本体I运行。在发动机本体I的运行中，通过ECU50的控制，在车辆的减速中使节气门10的开度节流而使排气流量减少，并且使来自燃料喷射阀3的燃料供给停止(燃料切断控制)。
[0046]与以上的处理并行地，E⑶50控制燃料喷射阀15以及电热塞16，从燃料喷射阀15供给燃料，并且通过电热塞16使所供给的燃料的一部或者全部升温或者点火。来自燃料喷射阀15的燃料供给的必要量(即，根据燃料供给要求的目的设定的燃料供给量)可以是固定值也可以是可变值。在可变值的情况下，必要量可以基于例如排气净化催化剂13的推定温度来确定。对燃料喷射阀15的燃料供给要求，除了冷起动时等低温时的排气净化催化剂13的升温之外，还可以以排气净化催化剂13中的堆积的粒子状物质(PM)的氧化以及燃烧为目的、以及(在排气净化催化剂13为NOx吸藏还原催化剂的情况下)以对排气净化催化剂13的NOx还原及SOx中毒恢复为目的而输出，在升温以外的目的的情况下也可以不进行电热塞16的通电。
[0047]图2的电热塞温度控制流程，在发动机本体I的动作中，每隔预定时间Λ t反复执行。图2中，首先E⑶50读取表示车辆的状态的各参数的值(S101)。接下来E⑶50判断是否预测到减速状态不成立(S102)。在该判断中，在由加速度传感器58检测到的加速度a为正的值且绝对值为预定值以上(换而言之，车辆明显处于加速中)的情况下，另外，在基于发动机转速Ne、吸入空气量KL以及与加速度a的经时变化量的稳定行驶状态的判定持续预定时间以上的情况下，预测为减速状态不成立。在该情况下，例如像高速道路的行驶中那样，可认为较近的将来产生减速状态的可能性较低，所以在步骤S102中设为肯定而使处理返回，不进行电热塞16的加热。因此，能够抑制点火的可能性较低的情况下的能量消耗。加速度a也可以根据由车速传感器56检测出的车速V的变化量来算出。
[0048]在步骤S102中为否定的情况下，接下来E⑶50判断催化剂温度Tc是否比预定的基准催化剂温度TcO小(S103)。在为否定、即催化剂温度Tc与基准催化剂温度TcO相等或者比其大的情况下，没有加热的必要，所以使处理返回，不进行电热塞16的加热。
[0049]在步骤S103中为肯定的情况下，接下来E⑶50判断车辆是否为减速中(S104)。为了使从燃料喷射阀15供给的燃料点火，优选排气温度较高、排气流量较低、以及氧浓度较高。在车辆处于减速状态时，发动机本体I被控制为排气流量降低且氧浓度升高，所以能够合适地进行点火。因为减速中时适于点火，所以在本系统中基本上在减速中的情况下将电热塞16控制成点火温度，在不是减速中的情况下加热到待机温度或者完全不加热。步骤S103的判断基于由加速度传感器58检测的加速度a进行。在加速度a为负且其绝对值超过预定值的情况下判断为减速中。加速度a也可以根据由车速传感器56检测出的车速V的变化量算出。
[0050]在不是减速中的情况下,接下来E⑶50计算预测减速时间tp(S105)。预测减速时间tp根据基于车速V算出的基本减速时间tb、通过预定的函数算出的路面负荷率Rl以及由催化剂温度传感器33检测到的催化剂温度Tc来计算。
[0051]具体地说，ECU50，利用由车速传感器56检测到的当前的车速V，参照基本减速时间映射(参照图3)，计算出基本减速时间tb。基本减速时间tb被设定为车速V越大则其越长。这是因为凭经验预测到车速V越高则减速时间越长。
[0052]路面负荷率Rl被定义为当前的燃料喷射量Q相对于由车速V决定的平地稳定运行时的燃料喷射量QO (参照图4)所成的比例。路面负荷率Rl与行驶阻力具有正的相关，在上坡、高摩擦路以及顶风的情况下，路面负荷率Rl比I大。ECU50，基于路面负荷率R1，参照预先制作而储存于ROM的路面修正系数映射(参照图5)，算出路面修正系数Cr。路面负荷率Rl越大则路面修正系数Cr被设定为越小。这是由于预测到路面负荷率Rl越高则减速时间变得越短。
[0053]E⑶50基于催化剂温度Tc，参照预先制作并储存于ROM的催化剂温度修正系数映射(参照图6)，算出催化剂温度修正系数Ce。催化剂温度Tc越大则催化剂温度修正系数Ce被设定为越小。这是由于在排气净化催化剂13的温度较高的情况下，可以允许点火概率的下降。
[0054]E⑶50，在基本减速时间tb上乘以路面修正系数Cr以及催化剂温度修正系数Ce，由此算出预测减速时间tp (S105)。车速V越大则预测减速时间tp为越大的值。
[0055]接下来，E⑶50基于预测减速时间tp，参照预先制作并储存于ROM的待机温度映射(参照图7)，算出目标待机温度Ts (S106)o预测减速时间越大，目标待机温度Ts被设定得越低。
[0056]接下来，E⑶50判断预测减速时间tp是否比基准时间tpO大(S107)。该基准时间tpO被设定为为了使电热塞16的温度从目标待机温度Ts上升到能够点火的温度所需要的所需升温时间和为了在能够点火的温度下使燃料点火所需要的所需维持时间的和。所述所需升温时间以及所需维持时间既可以分别为固定值，也可以基于例如大气温度及/或进气温度动态地设定。或者基准时间tpO也可以设定为上述所需升温时间。在步骤S107中为否定(即，预测减速时间tp与基准时间tpO相等或者较小)的情况下，使处理返回，不进行电热塞16的加热。
[0057]在步骤S107中为肯定的情况下，E⑶50进行对电热塞16的控制输出，将电热塞16控制为目标待机温度Ts (SlOS)0
[0058]另一方面，在步骤S104中为肯定、即车辆进入了减速状态的情况下，E⑶50对排气管12内是否为能够点火气氛进行判断(S109)。该判断基于“氧浓度是否比基准氧浓度高”、“排气温度是否比基准排气温度高”以及“排气流量是否比基准排气流量小”进行，在这些基准全部被满足的情况下设为肯定。在肯定的情况下，E⑶50将电热塞16控制为点火温度Ti (S111)。在否定的情况下，接下来ECU50基于档位传感器59的检测值，判断是否为降档(S110)，在肯定的情况下将电热塞16控制为点火温度Ti(Slll)，在否定的情况下转移到步骤S105?S108的处理(B卩，向目标待机温度Ts的控制)。
[0059]以上的处理的结果，在本实施方式中，电热塞16在车辆为减速中(S104)的情况下被控制为点火温度Ti，在车辆不是减速中的情况下被控制为目标待机温度Ts。
[0060]在本实施方式中，作为车辆的减速状态持续的时间的预测减速时间tp越短，则待机温度Ts被控制得越高，所以电热塞16的温度在更短的时间内从待机温度Ts达到点火温度Ti，可延长维持点火温度Ti的时间。例如图8所示，在电热塞温度为较低的待机温度Ts2的情况下(曲线P)，从车辆进入减速状态的时间点到超过能够点火阈值TO的时间点t2，需要比较长的时间。与此相对，在电热塞温度为较高的待机温度Tsl的情况下(曲线q)，从车辆进入减速状态的时间点起在比较短的时间内就超过能够点火的阈值T0，结果，能够将从电热塞温度超过能够点火的阈值TO的时间点tl到减速状态结束的时间点t3的时间延长tl 一 t2的时间。因此，能够抑制点火的失败。另一方面，预测减速时间tp越长，则待机温度Ts被控制得越低(S106，图7)。结果，能够节约消耗能量，并且因为预测减速时间tp较长，所以可以将点火的失败抑制为能够允许的程度。
[0061]E⑶50，车速V越高则推定预测减速时间tp越长(S105，图3)。根据经验，车速V越高，其后产生的减速时间越长。因此，在本实施方式中，车速V越高则将待机温度Ts控制得越低，结果，能够通过简易的构成在本发明中实现预期的效果。
[0062]E⑶50，在预测减速时间tp比预先确定的基准时间tpO小的情况下，不进行电热塞16的加热(S107)。因此，能够抑制点火的可能性较低的情况下的消耗能量。
[0063]ECU50，与预测减速时间tp无关，在推定为不产生减速状态的情况下，不进行电热塞16的加热(S102)。因此，能够抑制点火的可能性较低的情况下的消耗能量。在加速过程中的情况下，或者在(如高速道路的行驶中那样)长时间持续稳定运行的情况下，推定为不产生减速状态，所以能够通过简易的构成推定不产生减速状态。作为其它的实施方式，也可以在高速道路的行驶中判断为不产生减速状态而禁止电热塞16的加热。该判断可基于外部信息(例如来自GPS系统的信息)进行。
[0064]配置在电热塞16下游侧的排气通路内的排气净化催化剂13的温度越高，则E⑶50将待机温度Ts控制得越低(S105、图6)。在排气净化催化剂13的温度较高的情况下，可允许点火概率的下降。因此，能够一边牺牲点火概率一边抑制消耗能量。
[0065]与预测减速时间tp无关，在车辆为减速中且为换档中的情况下，ECU50将所述点火装置控制为点火温度(S110、S111)。在减速中进行的换档中，为了进行平滑的换档，驾驶者倾向于暂时使发动机的转速增大。结果，以排气中的O2减少为主要原因，变得不满足点火条件的可能性较高。但是，在这样的情况下接着进行减速的可能性较高。因此，在本实施方式中通过将电热塞16控制为点火温度Ti而不是待机温度Ts，能够在进行减速的情况下迅速使燃料点火。
[0066]以某种程度的具体性方案对本发明进行了说明，但必须理解，只要不脱离所要求保护的发明的精神、范围，即可进行各种改变、变更。上述实施方式以及各变形例所示的各种技术手段，在可能的范围内能够互相组合，另外在可能的范围内能够互相独立地执行。例如，预测减速时间tp也可以考虑其它的参数，例如包含路面斜度的地形信息、包含路况信息的交通量信息等外部信息(例如来自GPS系统以及交通信息系统的信息)以及/或者包含用户的运行模式的学习信息而计算。另外本发明也可以适用于不具有涡轮增压器的内燃机及其它形式的内燃机。
[0067]符号说明
[0068]1:发动机本体
[0069]12:排气管
[0070]13:排气净化催化剂
[0071]3、15:燃料喷射阀
[0072]16:电热塞
[0073]40:排气升温装置
[0074]50:ECU
【权利要求】
1.一种内燃机的排气净化系统，该内燃机的排气净化系统具备: 用于向车辆的内燃机的排气通路供给燃料的燃料供给阀； 用于使从所述燃料供给阀供给的燃料点火的点火装置；和 控制器，对所述点火装置进行加热，以至少有选择地实现能够使燃料点火的点火温度和不能使燃料点火的待机温度； 其特征在于: 预测减速时间越大则所述控制器将所述待机温度控制得越低，所述预测减速时间是所述车辆的减速状态持续的时间。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于:车速越大则所述控制器推定所述预测减速时间越长。
3.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于:在所述预测减速时间比预定的基准值小的情况下，所述控制器不进行所述点火装置的加热。
4.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于:无论所述预测减速时间如何，在推定为不产生减速状态的情况下，所述控制器不进行所述点火装置的加热。
5.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于:配置在所述点火装置的下游侧的排气通路内的排气净化催化剂的温度越高，则所述控制器将所述待机温度控制得越低。
6.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于:无论所述预测减速时间如何，在所述车辆处于减速中且处于换档中的情况下，所述控制器将所述点火装置控制为点火温度。
【文档编号】F01N3/36GK103459794SQ201180069942
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2011年4月15日 优先权日:2011年4月15日
【发明者】森俊博, 布施英孝 申请人:丰田自动车株式会社