CN107013291B - 用于内燃机的排气控制*** - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的排气控制***，在执行过滤器再生处理之前，在预定时间段执行预再生处理，所述预再生处理是将过滤器的温度升高到低于第一目标温度的第二目标温度并且增加流入过滤器的排气中包含的二氧化氮的浓度的处理。当与在预再生处理的执行期间差压传感器的检测值的变化速度相关的物理量大时的过滤器再生处理的执行时间比当该物理量小时的过滤器再生处理的执行时间短。

Description

用于内燃机的排气控制***
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气控制***。
背景技术
在安装在车辆等上的内燃机中，为了减少从内燃机排放的颗粒物质向大气中的排放，已知一种用于在内燃机的排气通道中布置过滤器的技术。随着这种过滤器中的颗粒物质堆积量过度增加，过滤器中的压力损失变得过大，结果作用在内燃机上的背压增加。因此，当过滤器的上游排气压力与过滤器的下游排气压力之间的差(上游-下游差压)在预定阈值以上时，有必要根据需要执行用于通过将过滤器的温度升高至高的温度并使过滤器的周围环境处于氧气过量的状态下来氧化并去除堆积在过滤器中的颗粒物质的处理(过滤器再生处理)。
堆积在过滤器中的颗粒物质包含可溶性有机组分和碳烟。即使当堆积在过滤器中的颗粒物质的量保持不变时，上游-下游差压也能够根据可溶性有机组分的量和碳烟的量之间的比率而变化。因此，已知有以下的方法(例如，参照日本专利申请公开第2011-169235号(JP 2011-169235 A))。在该方法中，首先执行通过将过滤器的温度升高至可溶性有机组分氧化的温度来氧化并去除堆积在过滤器中的可溶性有机组分的预处理，然后执行当在已经去除了可溶性有机组分的状态下上游-下游差压大于或等于预定值时通过将过滤器的温度升高至推测碳烟被氧化的温度(比可溶性有机组分氧化的温度高的温度)来氧化并去除堆积在过滤器中的碳烟的处理。
发明内容
顺便提及，本申请的发明人发现，堆积在过滤器中的碳烟的氧化速率不均匀，而氧化速率根据碳烟的晶体结构而变化。因此，如果在不考虑由于碳烟的晶体结构引起的氧化速率的差异的情况下执行过滤器再生处理，则过滤器再生处理的执行时间可能是不恰当的。例如，当具有氧化速率倾向于增加的这种晶体结构的堆积的碳烟的量的比例在堆积在过滤器中的颗粒物质中高时，即使在堆积在过滤器中的颗粒物质已经被氧化并去除之后，过滤器再生处理也能够是非必须执行的。另一方面，当具有氧化速率倾向于增加的这种晶体结构的堆积的碳烟的量的比例在堆积在过滤器中的颗粒物质中低时，可以在残存在过滤器中的颗粒物质的量大于假定量的状态下结束过滤器再生处理。如果以这种方式的过滤器再生处理的执行时间过多或短，则可能不能有效地氧化并去除堆积在过滤器中的颗粒物质。
本发明提供了一种用于内燃机的排气控制***，其执行过滤器再生处理并且有效地氧化并去除堆积在过滤器的颗粒物质，该过滤器再生处理用于氧化并去除设置在内燃机的排气通道中的过滤器中所堆积的颗粒物质。
本发明在执行过滤器再生处理之前，以比执行过滤器再生处理时的温度低的温度执行预再生处理，并且响应于在预再生处理期间上游-下游差压的变化速度来改变过滤器再生处理的执行时间。
根据本发明的一个方案，提供了一种用于内燃机的排气控制***。所述排气控制***包括过滤器，其布置在所述内燃机的排气通道中。所述过滤器被配置为收集从所述内燃机排出的颗粒物质。所述排气控制***还包括差压传感器、配置为升高所述过滤器的温度的温度升高装置以及电子控制单元。所述差压传感器配置为检测所述排气通道中的上游-下游差压。所述上游-下游差压是所述过滤器的上游排气压力和所述过滤器的下游排气压力之间的差压。所述电子控制单元被配置为：i)估算颗粒物质堆积量，所述颗粒物质堆积量是在所述过滤器中收集的所述颗粒物质的量；ii)当所述颗粒物质堆积量变为大于或等于预定阈值时在预定时间段执行预再生处理；以及iii)在所述预再生处理完成后执行过滤器再生处理。所述预再生处理包括将所述过滤器的温度通过所述温度升高装置升高至低于第一目标温度的第二目标温度的处理。所述预再生处理还包括通过所述内燃机增加流入所述过滤器的排气中包含的二氧化氮的浓度的处理。所述过滤器再生处理是通过由所述温度升高装置将所述过滤器的所述温度升高至所述第一目标温度来氧化并去除在所述过滤器中收集的所述颗粒物质的处理。所述过滤器再生处理被执行以使得当在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的检测值的变化速度高时的所述过滤器再生处理的执行时间短于当所述变化速度低时的所述过滤器再生处理的执行时间。
本申请的发明人发现，由于碳烟的晶体结构的差异而易于氧化的碳烟被包含在从内燃机排出的碳烟中。易于氧化的碳烟推测是具有大量晶格缺陷的碳烟。本发明中具有大量晶格缺陷的碳烟是如下的碳烟：在通过拉曼散射光谱法(Raman scatteringspectroscopy)获得的光谱中，该碳烟不仅具有源于晶体的G带中的峰，而且具有源于缺陷的D带中的峰，并且其D带的峰值大于或等于预定值。该碳烟是例如像活性碳的碳烟。在下文中，具有大量晶格缺陷的碳烟可以被称为缺陷碳烟。
与如上所述具有少量晶格缺陷的碳烟相比，缺陷碳烟更易于氧化。因此，在相同的温度条件下，缺陷碳烟的氧化速率倾向于高于具有少量晶格缺陷的碳烟的氧化速率。因此，在所堆积的缺陷碳烟的量对于堆积在过滤器中的颗粒物质的总量(颗粒物质堆积量)的比例(在下文中，称为缺陷碳烟比率)大的情况下在所述过滤器再生处理的执行期间每单位时间被氧化的颗粒物质的量倾向于大于在缺陷碳烟比率小的情况下在所述过滤器再生处理的执行期间每单位时间被氧化的颗粒物质的量。如果在不考虑这种状况的情况下设定过滤器再生处理的执行时间，则过滤器再生处理的执行时间可能过长或可能过短。即，当缺陷碳烟比率高时，即使在堆积在过滤器中的颗粒物质被氧化并去除之后，过滤器再生处理也被执行。这可能导致燃料消耗率的恶化或过滤器的热劣化。另一方面，当缺陷碳烟比率低时，在过滤器中残存的颗粒物质的量大于假定量的状态下结束过滤器再生处理，并且在过滤器再生处理完成之后的过滤器中的压力损失大于假定量。这会导致发动机输出的降低或燃料消耗率的恶化。
与此相反，根据本发明的用于内燃机的排气控制***在过滤器中的颗粒物质堆积量变为大于或等于所述预定阈值时，在预定时间段首先执行预再生处理，并且在完成所述预再生处理之后执行过滤器再生处理。响应于在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的检测值(上游-下游差压)的变化速度来调整所述过滤器再生处理的执行时间。所述预定时间段是比执行所述过滤器再生处理所需的时间段充分短的时间段，并且是到堆积在所述过滤器中的缺陷碳烟的最细微的部分被氧化的这种程度的短时间段。根据本申请的发明人的发现，在存在NO2的情况下，缺陷碳烟比具有少量晶格缺陷的碳烟易于在较低的温度下被氧化。因此，在缺陷碳烟比率大的情况下在所述预再生处理的执行期间每单位时间被氧化的所述颗粒物质的量大于在所述缺陷碳烟比率小的情况下在所述预再生处理的执行期间每单位时间被氧化的颗粒物质的量。因此，在执行所述预再生处理期间上游-下游差压的变化速度(减速度)增加。考虑到这种相关性，使得当在所述预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度大的情况下的所述过滤器再生处理的执行时间短于在所述预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度小的情况下的所述过滤器再生处理的执行时间。因此，使得在所述缺陷碳烟比率高的情况下的所述过滤器再生处理的执行时间短于在所述缺陷碳烟比率低的情况下的所述过滤器再生处理的执行时间。结果，过滤器再生处理的执行时间被设定为适合于堆积在所述过滤器中的颗粒物质的缺陷碳烟比率的长度，因此能够抑制过滤器再生处理的过长或过短的执行时间。结果，能够有效地氧化并去除堆积在过滤器中的颗粒物质。
根据上述方案，所述预定时间段可以是预先设定的时间。所述电子控制单元可以配置为计算在所述预定时间段内的所述差压传感器的检测值的变化量作为与在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的所述检测值的所述变化速度相关的物理量。所述电子控制单元可以配置为执行所述过滤器再生处理，使得当所述变化量大时的所述过滤器再生处理的执行时间短于当所述变化量小时的所述过滤器再生处理的执行时间。利用该配置，能够尽可能多地将预再生处理的执行时间减少到短的时间。
根据上述方案，所述预定时间段可以是直到所述差压传感器的检测值的变化量达到预先设定的预定量为止的时间段。所述电子控制单元可以配置为设定所述预定时间段的长度作为与在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的所述检测值的所述变化速度相关的物理量。所述电子控制单元可以配置为执行所述过滤器再生处理，使得当所述预定时间段的所述长度短时的所述过滤器再生处理的执行时间短于当所述预定时间段的所述长度长时的所述过滤器再生处理的执行时间。利用该结构，通过将设定量设定为比由于差压传感器的不均匀等引起的上游-下游差压的变化量的变动大的值，能够更准确地检测与在预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度相关的物理量。
根据上述方案，所述电子控制单元可以配置为：基于以下这种特性，设定所述过滤器的温度与堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率之间的关系，所述特性是：在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的所述检测值的所述变化速度高时堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率比当所述变化速度低时堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率高，并且，当所述过滤器的温度高时堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率比当所述过滤器的温度低时堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率高。所述关系可以对应于在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的所述检测值的所述变化速度。所述电子控制单元可以配置为基于所设定的关系计算当所述过滤器的温度等于所述第一目标温度时的所述颗粒物质的氧化速率。所述电子控制单元可以配置为基于所述颗粒物质的氧化速率计算在所述过滤器再生处理的执行期间残存在所述过滤器中的所述颗粒物质的量。所述电子控制单元可以配置为当残存在所述过滤器中的所述颗粒物质的量变为小于或等于预定的完成判定值时，结束所述过滤器再生处理。利用该配置，能够将所述过滤器再生处理的执行时间设定为适合于堆积在所述过滤器中的颗粒物质的氧化速率的长度。
当在执行预再生处理时可溶性有机组分堆积在过滤器中时，难以将缺陷碳烟比率准确地反映在预定时间段中上游-下游差压的变化速度上。更具体地，可溶性有机组分比缺陷碳烟更易于氧化。因此，当将在可溶性有机组分堆积在过滤器中的状态下执行预再生处理的情况与在可溶性有机组分未堆积在过滤器中的状态下执行预再生处理的情况进行比较时，即使在缺陷碳烟比率相同时，在可溶性有机组分堆积在过滤器中的情况下在预定时间段中的上游-下游差压的变化速度也较高。因此，当响应于在可溶性有机组分堆积在过滤器中的状态下执行预再生处理的情况下的差压传感器的检测值的变化速度来调整过滤器再生处理的执行时间时，执行时间可以比适合于缺陷碳烟比率的时间更短。
根据上述方案，所述电子控制单元可以配置为在执行所述预再生处理之前通过由所述温度升高装置将所述过滤器的温度升高至第三目标温度来执行可溶性有机组分去除处理作为氧化并去除堆积在所述过滤器中的可溶性有机组分的处理，所述第三目标温度是比所述第二目标温度低的并且所述可溶性有机组分氧化的温度。利用该配置，抑制了在可溶性有机组分堆积在过滤器中的状态下预再生处理的执行，因此能够将过滤器再生处理的执行时间设定为适合于堆积在过滤器中的颗粒物质的缺陷碳烟比率的长度。结果，防止了在过滤器中残存的颗粒物质的量大于假定量的状态下完成过滤器再生处理。
根据本发明，在执行用于氧化并去除设置在内燃机的排气通道中的过滤器中堆积的颗粒物质的过滤器再生处理的用于内燃机的排气控制***中，堆积在过滤器中的颗粒物质被有效地氧化并去除。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征，优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是示出应用了本发明的内燃机及其进气***和排气***的示意性构造的视图；
图2是用于图示出缺陷碳烟的晶格缺陷的概念的视图；
图3A是用于图示出缺陷碳烟被氧化的概念的视图；
图3B是用于图示出缺陷碳烟被氧化的概念的视图；
图4是用于关于过滤器温度与颗粒物质氧化速率之间的相关性图示出堆积的缺陷碳烟比率对颗粒物质氧化速率的影响的曲线图；
图5是示出一系列的预再生处理和过滤器再生处理的流程的时间图；
图6是示出在预再生处理的执行期间差压传感器的检测值(上游-下游差压)的变化速度与过滤器再生处理的执行时间之间的关系的曲线图；
图7是示出在预定时间内执行预再生处理的情况下差压传感器的检测值(上游-下游差压)的变化量与过滤器再生处理的执行时间之间的关系的曲线图；
图8是示出在执行预再生处理直到差压传感器的检测值的变化量达到设定量的情况下执行预再生处理所要求的时间(要求时间)和过滤器再生处理的执行时间之间的关系的曲线图；
图9是示出在第一实施例中，堆积在过滤器中的颗粒物质被氧化并去除的情况下由电子控制单元执行的处理程序的流程图；
图10是示出根据第一实施例的替代实施例的在堆积在过滤器中的颗粒物质被氧化并去除的情况下由电子控制单元执行的处理程序的流程图；
图11是图示出在第二实施例中，基于过滤器温度与再生速率之间的关系(其对应于缺陷碳烟比率)在执行过滤器再生处理时获得颗粒物质氧化速率Vpm的过程的曲线图；以及
图12是示出在第二实施例中，在堆积在过滤器中的颗粒物质被氧化并去除的情况下由电子控制单元执行的处理程序的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施例。除非另有说明，本实施例中描述的部件的尺寸、材料、形状、相对布置等不旨在限制技术范围。
首先，将参照图1至图10描述本发明的第一实施例。图1是示出应用了本发明的内燃机及其进气***和排气***的示意性构造的视图。图1所示的内燃机1是使用轻油作为燃料的压燃式内燃机(柴油发动机)。内燃机1包括将燃料喷射到气缸2中的燃料喷射阀3。
内燃机1与进气通道4连接。空气流量计40和节流阀41设置在进气通道4中。空气流量计40输出与流经进气通道4的进气(空气)量(质量)相对应的电信号。节流阀41在空气流量计40的下游部分处布置在进气通道4中。节流阀41通过改变进气通道4的通道截面积来调节内燃机1的进气量。
内燃机1与排气通道5连接。过滤器壳体50布置在排气通道5中。过滤器壳体50容纳有收集排气中的颗粒物质的颗粒过滤器50a(在下文中，简称为过滤器50a)。过滤器50a是壁流式颗粒过滤器。氧化催化剂被支撑在过滤器50a的基材上。燃料添加阀51在过滤器壳体50的上游部分处设置在排气通道5中。燃料添加阀51将未燃烧的燃料添加到排气中。
排气温度传感器52在过滤器壳体50的下游部分处布置在排气通道5中。排气温度传感器52输出与从过滤器壳体50流出的排气的温度相关的电信号。差压传感器53附接至排气通道5。差压传感器53输出与过滤器50a的上游排气压力和过滤器50a的下游排气压力之间的差(在下文中，称为上游-下游差压)对应的电信号。
电子控制单元10与由此构造的内燃机1设置在一起。电子控制单元10是包括CPU、ROM、RAM、备用RAM等的电子控制单元。除了上述空气流量计40、排气温度传感器52和差压传感器53之外，电子控制单元10还电连接至诸如加速器位置传感器7和曲柄位置传感器8的各种传感器。加速器位置传感器7是输出与加速器踏板(未示出)的操作量(加速器操作量)相关的电信号的传感器。曲柄位置传感器8是输出与内燃机1的发动机输出轴(曲轴)的旋转位置相关的电信号的传感器。这些各种传感器的输出信号被输入至电子控制单元10。
电子控制单元10电连接至诸如燃料喷射阀3、节流阀41和燃料添加阀51的各种装置。电子控制单元10基于上述各种传感器的输出信号控制上述各种装置。例如，电子控制单元10基于加速器位置传感器7和曲柄位置传感器8的输出信号来计算空气燃料混合物的目标空燃比，并且由该目标空燃比和空气流量计40的输出信号计算每一个气缸的目标燃料喷射量(燃料喷射时间)。电子控制单元10依照该目标燃料喷射量来控制燃料喷射阀3。根据需要，电子控制单元10执行用于氧化并去除堆积在过滤器50a中的颗粒物质的过滤器再生处理，以便减少在内燃机1的运转时间段期间由于颗粒物质在过滤器50a中的堆积而引起的过滤器50a的堵塞。在下文中，将描述本实施例中执行过滤器再生处理的方法。
当堆积在过滤器50a中的颗粒物质的量(颗粒物质堆积量)ΣPM超过预定值时，由于过滤器50a中的压力损失而引起的背压变得过高，这导致了诸如内燃机1的输出减少和燃料消耗率恶化的不便。因此，电子控制单元10在内燃机1的运转时间段期间以预定间隔估算过滤器50a中的颗粒物质堆积量ΣPM，并且在颗粒物质堆积量ΣPM已经达到预定阈值ΣPMthr时执行过滤器再生处理。通过对每单位时间由过滤器50a收集的颗粒物质的量与每单位时间在过滤器50a中被氧化的颗粒物质的量之间的差进行积分的方法，来估算过滤器50a中的颗粒物质堆积量ΣPM。此时，通过将每单位时间从内燃机1排出的颗粒物质的量乘以根据过滤器50a的规格确定的收集率，来获得每单位时间由过滤器50a收集的颗粒物质的量。由内燃机1的运转状态估算每单位时间从内燃机1排出的颗粒物质的量。另一方面，通过使用过滤器50a的温度、颗粒物质堆积量ΣPM的最终值、流入过滤器50a的排气中的氧浓度和流入过滤器50a的排气中的NO2的浓度作为参数，来计算每单位时间在过滤器50a中被氧化的颗粒物质的量。过滤器50a的温度基于排气温度传感器52的检测值来估算。流入过滤器50a的排气中的氧气的浓度可以由内燃机1的运转状态估算，或可以由氧气浓度传感器检测。流入过滤器50a的排气中的NO2的浓度可以由内燃机1的运转状态估算，或可以由NOX传感器的检测值估算。可以通过使用由差压传感器53检测的上游-下游差压和排气流量(燃料喷射量和进气量的总和)作为参数来计算过滤器50a中的颗粒物质堆积量ΣPM。电子控制单元10以这种方法获得颗粒物质堆积量ΣPM。因此，实现了根据本发明的获取装置。
可以使用以下方法作为执行过滤器再生处理的示例方法。电子控制单元10将燃料从燃料添加阀51添加到排气。添加的燃料被支撑在过滤器50a上的氧化催化剂氧化。利用此时发生的反应热，过滤器50a的温度被升高至颗粒物质可氧化温度(第一目标温度)。在不包括燃料添加阀51的内燃机1中，电子控制单元10可以在排气行程中引起气缸2的燃料喷射阀3喷射(后喷射)，从而向过滤器50a供给未燃烧的燃料。当电加热过滤器50a的加热器与内燃机1设置在一起时，电子控制单元10可以利用加热器将过滤器50a的温度升高至第一目标温度。上述燃料添加阀51、燃料喷射阀3和加热器是升高过滤器的温度的温度升高装置的示例。第一目标温度设定为以下的温度：在该温度处，从内燃机1排出的颗粒物质被有效地氧化并去除，并且在该温度处，在过滤器再生处理的执行期间过滤器50a的温度不过度升高。
顺便提及，在过滤器再生处理的执行期间过滤器50a中每单位时间被氧化的颗粒物质的量(颗粒物质氧化速率)取决于有多少堆积在过滤器50a中的颗粒物质易于被氧化。也就是说，随着堆积在过滤器50a中的颗粒物质的总量中的所堆积的易于氧化的颗粒物质的量增加，在过滤器再生处理的执行期间每单位时间被氧化的颗粒物质的量增加。然而，已经推测到：构成颗粒物质的可溶性有机组分和碳烟之间的氧化容易度有差异，但是碳烟的氧化容易度是一致的。因此，已经提出了基于可溶性有机组分的堆积量相对于堆积在过滤器50a中的颗粒物质的总量的比例来调整过滤器再生处理的执行时间的方法。然而，还没有提出考虑到在碳烟中存在氧化容易度的差异的事实来调整过滤器再生处理的执行时间的方法。
关于碳烟的氧化性，本申请的发明人发现从内燃机1排出的碳烟的氧化容易度不是一致的，而是氧化的容易度根据晶体结构变化。也就是说，本申请的发明人发现，具有易于氧化的晶体结构的碳烟被包含在从内燃机1排出的碳烟中。具有易于氧化的晶体结构的碳烟推测是具有大量晶格缺陷的碳烟(缺陷碳烟)。图2是示出本发明的晶格缺陷的概念的视图。如图2所示，在由碳原子构成的晶格中，由于原子排列的不规则性引起的光栅密度低的区域为本发明中的晶格缺陷。本发明中的缺陷碳烟是具有大量上述晶格缺陷的碳烟，并且是在通过拉曼散射光谱法获得的光谱中源自缺陷的D带的峰值大于或等于预定值的碳烟。图3A和图3B示出上述缺陷碳烟被氧化的概念。如图3A所示，由于缺陷碳烟在晶格缺陷周围的部分倾向于被氧化物(例如，NO2)氧化，因此推测碳烟整体上易于被氧化。在堆积的缺陷碳烟的量相对于堆积在过滤器50a中的颗粒物质的总量(颗粒物质堆积量ΣPM)的比例(缺陷碳烟比率)大的情况下在过滤器再生处理的执行期间每单位时间被氧化的颗粒物质的量大于在堆积的缺陷碳烟的量相对于堆积在过滤器50a中的颗粒物质的总量的比例小的情况下于过滤器再生处理的执行期间每单位时间被氧化的颗粒物质的量。也就是说，在缺陷碳烟比率大的情况下在执行过滤器再生处理期间的颗粒物质氧化速率高于在缺陷碳烟比率小的情况下于执行过滤器再生处理期间的颗粒物质氧化速率。图4是用于关于过滤器温度与颗粒物质氧化速率之间的相关性的图示出堆积的缺陷碳烟比率对颗粒物质氧化速率的影响的曲线图。在图4中，堆积在过滤器50a中的颗粒物质的氧化速率随着过滤器50a的温度升高而增加。另外，在缺陷碳烟比率大的情况下堆积在过滤器50a中的颗粒物质的氧化速率高于在缺陷碳烟比率小的情况下堆积在过滤器50a中的颗粒物质的氧化速率。如果在不考虑这些特性的情况下来设定过滤器再生处理的执行时间，过滤器再生处理的执行时间如上所述地变得过长或过短。这可能导致燃料消耗率的恶化、过滤器50a的热劣化、发动机输出的降低等。结果，可能不能有效地氧化并去除堆积在过滤器50a中的颗粒物质。
在根据本实施例的过滤器再生处理中，考虑到堆积在过滤器50a中的碳烟的缺陷碳烟比率来调整过滤器再生处理的执行时间。具体地，在执行过滤器再生处理之前，在预定时间段内执行预再生处理，并且基于在预再生处理的执行期间的上游-下游差压的变化速度来调整过滤器再生处理的执行时间。图5是示出在执行预再生处理和过滤器再生处理的情况下，过滤器50a的温度(过滤器温度)、流入过滤器50a的排气中的NO2的浓度以及上游-下游差压随时间变化的时间图。在图5中，t1表示过滤器50a中的颗粒物质堆积量ΣPM已经达到预定阈值ΣPMthr的时间。如图5所示，电子控制单元10在颗粒物质堆积量ΣPM已经达到预定阈值ΣPMthr时(图5中的t1)首先在预定时间段(图5中的t1至t2的时间段)内执行预再生处理，并且在预再生处理结束时开始过滤器再生处理。预再生处理是如下的处理：将过滤器50a的温度升高至高于或等于缺陷碳烟氧化的温度并且低于具有少量晶格缺陷的碳烟氧化的温度(第一目标温度)的第二目标温度，并且与预再生处理的执行之前的NO2浓度相比增加流入过滤器50a的排气中所包含的NO2的浓度。在NO2的存在下，与具有少量晶格缺陷的碳烟相比，缺陷碳烟在更低的温度下被氧化。因此，在NO2的存在下，将第二目标温度设定为使缺陷碳烟氧化而不使具有少量的晶格缺陷的碳烟氧化的温度(例如，大约400℃)。预定时间段是比执行过滤器再生处理所要求的时间段充分短的时间段，并且是到堆积在过滤器中的缺陷碳烟的最细微的部分氧化的这种程度的短时间段。当利用这种方法执行预再生处理时，在缺陷碳烟比率大的情况下在预再生处理的执行期间每单位时间被氧化的颗粒物质的量大于在缺陷碳烟比率小的情况下在预再生处理的执行期间每单位时间被氧化的颗粒物质的量。因此，在预再生处理的执行期间差压传感器53的检测值(上游-下游差压)中的变化速度(减速度)增加。也就是说，可以认为：在预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度大的情况下的缺陷碳烟比率高于在预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度小的情况下的缺陷碳烟比率。因此，使在预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度大的情况下的过滤器再生处理的执行时间短于在预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度小的情况下的过滤器再生处理的执行时间。因此，能够抑制过滤器再生处理的执行时间过长或过滤器再生处理的执行时间过短。
允许通过将在开始预再生处理时(图5中的t1)差压传感器53的检测值(上游-下游差压)ΔP1和在结束预再生处理时(图5中的t2)差压传感器53的检测值(上游-下游差压)ΔP2之差(ΔP1-ΔP2)除以预再生处理的执行时间(t2-t1)来获得在预再生处理的执行期间的上游-下游差压的变化速度。预再生处理的执行期间的上游-下游差压的变化速度与过滤器再生处理的执行时间之间的关系通过预先利用实验等的适宜处理来获得，并且该关系以映射或函数表达式的形式被存储在电子控制单元10的ROM中。此时，设定预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度与过滤器再生处理的执行时间之间的关系，使得如图6所示，在预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度大的情况下的过滤器再生处理的执行时间短于在预再生处理的执行期间上游-下游差压的变化速度小的情况下的过滤器再生处理的执行时间。在图6中，预再生处理的执行期间的上游-下游差压的变化速度与过滤器再生处理的执行时间之间的关系大体为线性关系；然而，根据内燃机或过滤器的规格，其可以是非线性关系。
预定时间段可以是预先设定的预定时间。预定时间是执行过滤器再生处理所要求的时间充分短的时间，并且是到堆积在过滤器中的缺陷碳烟的最细微的部分氧化的这种程度的短时间。在这种情况下，电子控制单元10可以通过使用在预再生处理的执行期间差压传感器53的检测值(上游-下游差压)的变化量来设定过滤器再生处理的执行时间。具体地，如图7所示，应当使在预定时间段内差压传感器53的检测值的变化量(上游-下游差压的变化量)大的情况下的过滤器再生处理的执行时间短于在变化量小的情况下的过滤器再生处理的执行时间。当以这种方式设定了预定时间段时，能够尽可能多地将预再生处理的执行时间减少为短的时间。在图7中，在预再生处理的执行期间的上游-下游差压的变化量与过滤器再生处理的执行时间之间的关系大体为线性关系；然而，根据内燃机或过滤器的规格，其可以是非线性关系。
预定时间段可以是从预再生处理开始起到差压传感器53的检测值(上游-下游差压)的变化量达到设定量为止的时间段。设定量是比由于差压传感器的不均匀性等引起的上游-下游差压的变化量的变动大的值。在这种情况下，电子控制单元10可以通过使用预定时间段的长度作为参数来设定过滤器再生处理的执行时间。具体地，如图8所示，应当使在从预再生处理开始起到差压传感器53的检测值(上游-下游差压)的变化量达到设定量所要求的时间(要求时间)短的情况下的过滤器再生处理的执行时间低于要求时间长的情况下的过滤器再生处理的执行时间。当以这种方式设定预定时间段时，能够在预再生处理的执行期间更准确地检测与上游-下游差压的变化速度相关的物理量。在图8中，预再生处理的执行时间(要求时间)与过滤器再生处理的执行时间之间的关系大体为线性关系；然而，根据内燃机或过滤器的规格，其可以是非线性关系。
在下文中，将参照图9对本实施例中氧化并去除堆积在过滤器50a中的颗粒物质的过程进行描述。图9是示出在将堆积在过滤器50a中的颗粒物质氧化并去除时由电子控制单元10执行的处理程序的流程图。该处理程序预先存储在电子控制单元10的ROM中，并且由电子控制单元10重复地执行。
在图9的处理程序中，电子控制单元10首先在S101的处理中判定过滤器50a中的颗粒物质堆积量ΣPM是否大于或等于预定阈值ΣPMthr。此时，如上所述，可以由内燃机1的运转状态估算颗粒物质堆积量ΣPM，或可以由差压传感器53的检测值(上游-下游差压)估算颗粒物质堆积量ΣPM。当在S101的处理中作出否定的判定时，电子控制单元10结束处理程序的执行，而不执行预再生处理或过滤器再生处理。另一方面，当在S101的处理中作出肯定的判定时，电子控制单元10进行到S102的处理。
在S102的处理中，电子控制单元10读取差压传感器53的检测值(上游-下游差压)ΔP1。随后，电子控制单元10进行至S103的处理，并开始预再生处理。具体地，电子控制单元10将过滤器50a的温度升高至第二目标温度，并且与预再生处理的执行之前的NO2的浓度相比，增加流入过滤器50a的排气中所包含的NO2的浓度。如在上述过滤器再生处理的情况下那样，使用从燃料添加阀51添加燃料到排气的方法或者执行从燃料喷射阀3进行后喷射的方法作为升高过滤器50a的温度的方法。可以使用如下方法作为增加流入过滤器50a的排气中的NO2的浓度的方法：通过电子控制单元10控制内燃机，并在压缩冲程中将燃料喷射阀3的燃料喷射正时提前至上止点(TDC)之前的正时。当用于将流经排气通道5的排气的一部分作为EGR气体再循环至进气通道4的EGR装置与内燃机1设置在一起时，可以通过由电子控制单元10控制内燃机来增加流入过滤器50a的排气中的NO2的浓度，以相比于在预再生处理的执行之前由EGR装置再循环的EGR气体的量减少由EGR装置再循环的EGR气体的量。
在S104的处理中，电子控制单元10判定从预再生处理开始起的经过时间是否长于或等于预定时间。当在S104的处理中作出否定的判定时，电子控制单元10通过再次执行S104的处理以继续预再生处理的执行。另一方面，当在S104的处理中作出肯定的判定时，电子控制单元10进行至S105的处理，并且读取差压传感器53的检测值(上游-下游差压)ΔP2。
在S106的处理中，电子控制单元10设定在预再生处理完成后执行的过滤器再生处理的执行时间。更具体地，通过将在S102的处理中读取的上游-下游差压ΔP1与在S105的处理中读取的上游-下游差压ΔP2之间的差(ΔP1-ΔP2)除以预定时间来计算上游-下游差压的变化速度。在S102的处理中读取的上游-下游差压ΔP1对应于在预再生处理开始时的过滤器50a的上游-下游差压。在S105的处理中读取的上游-下游差压ΔP2对应于在预再生处理完成时的过滤器50a的上游-下游差压。随后，电子控制单元10通过使用在上述过程中获得的上游-下游差压的变化速度作为自变量访问上述图6的映射图来导出对应于上游-下游差压的变化速度的过滤器再生处理的执行时间。如参照图7所描述的那样，可以通过使用在预定时间内的上游-下游差压ΔP的变化量(ΔP1-ΔP2)作为参数来设定过滤器再生处理的执行时间。
在S107的处理中，电子控制单元10结束预再生处理，并且开始过滤器再生处理。此时，过滤器50a的温度从第二目标温度升高至第一目标温度。
在S108的处理中，电子控制单元10判定从过滤器再生处理开始起的经过时间是否已经达到S106中设定的预定执行时间。当在S108的处理中作出否定的判定时，电子控制单元10通过再次执行S108的处理来继续过滤器再生处理的执行。另一方面，当在S108的处理中作出肯定的判定时，电子控制单元10进行至S109的处理，并且结束过滤器再生处理。
当电子控制单元10以这种方式执行图9的处理程序时，实现了根据本发明的再生装置。因此，允许将过滤器再生处理的执行时间设定为基于堆积在过滤器50a中的颗粒物质的缺陷碳烟比率的长度。结果，能够有效地氧化并去除堆积在过滤器50a中的颗粒物质。
图9的处理程序是在执行了预定时间的预再生处理的情况下的处理程序；然而，可以执行预再生处理直到上游-下游差压ΔP的变化量达到设定量为止。在这种情况下，如图10所示，代替图9中的S104至S106的处理，可以执行S201至S205的处理。更具体地，电子控制单元10在S201的处理中开始测量从预再生处理开始起的经过时间(要求时间)。随后，在S202的处理中，电子控制单元10读取差压传感器53的检测值(上游-下游差压)ΔP2。在S203的处理中，电子控制单元10判定在S102的处理中读取的上游-下游差压ΔP1与在S202的处理中读取的上游-下游差压ΔP2之间的差(ΔP1-ΔP2)是否大于或等于设定量。当在S203的处理中作出否定的判定时，电子控制单元10返回至S202的处理，并且继续预再生处理的执行。另一方面，当在S203的处理中作出肯定的判定时，电子控制单元10进行至S204的处理，并且结束测量预再生处理的执行时间(要求时间)。电子控制单元10进入至S205的处理，并通过使用要求时间作为自变量访问上述图8的映射图来导出过滤器再生处理的执行时间。利用这种方法，当设定量被设定为比由于差压传感器53的不均匀性等引起的上游-下游差压ΔP的变化量的变动大的值时，能够在预再生处理的执行期间更准确地检测实际上游-下游差压的变化量。电子控制单元10可以通过将设定量(上游-下游差压ΔP的变化量(ΔP1-ΔP2))除以要求时间来计算上游-下游差压的变化速度，并且可以基于该变化速度和上述图6的映射图来设定过滤器再生处理的执行时间。
顺便提及，即使当堆积在过滤器50a中的颗粒物质的缺陷碳烟比率保持不变时，在预再生处理的执行期间上游-下游差压ΔP的变化速度也可随着排气的流量而变化。因此，可以在诸如怠速运转状态的稳定运转状态下执行预再生处理。
接下来，将参照图11和图12描述本发明的第二实施例。将在此描述与上述第一实施例的部件不同的部件，并且省略对相似部件的描述。
上述第一实施例与本实施例的不同之处在于，获得对应于在预再生处理的执行期间上游-下游差压ΔP的变化速度的过滤器50a的温度(在下文中，简称为过滤器温度)与颗粒物质氧化速率之间的关系，并且基于在该关系中过滤器50a的温度等于第一目标温度时的颗粒物质氧化速率调整过滤器再生处理的执行时间。
具体地，电子控制单元10首先基于上游-下游差压ΔP与颗粒物质堆积量ΣPM之间的相关性将上游-下游差压ΔP的变化速度转换为缺陷碳烟的氧化速率。随后，电子控制单元10基于以下数学表达式(1)计算所堆积的缺陷碳烟的量。
[缺陷碳烟堆积量]＝[缺陷碳烟氧化速率]/([NO2的浓度]*[O2的浓度]*k)(1)
在上述数学表达式(1)中，NO2的浓度是在预再生处理的执行期间流入过滤器50a的排气中的NO2的浓度。O2的浓度是在预再生处理的执行期间流入过滤器50a的排气中的O2的浓度。k表示基于排气温度设定的系数。
随后，电子控制单元10通过将基于上述数学表达式(1)计算出的缺陷碳烟堆积量除以堆积在过滤器50a中的颗粒物质的总量(颗粒物质堆积量ΣPM)来计算缺陷碳烟比率。电子控制单元10基于以这种方式计算的缺陷碳烟比率的颗粒物质堆积在过滤器50a中的假定来设定过滤器温度和颗粒物质氧化速率之间的关系。具体地，应从图4的曲线图描述的关系中提取与如上所述计算的缺陷碳烟比率相对应的过滤器温度和颗粒物质氧化速率之间的关系。此时，图4所示的上述关系是预先经验地获得的。
随后，电子控制单元10获得在上述过程中获得的过滤器温度与颗粒物质氧化速率之间的关系中过滤器50a的温度等于如图11所示的第一目标温度时的颗粒物质氧化速率(图11中的Vpm)。以这种方式获得的颗粒物质氧化速率Vpm可以转换为在过滤器温度等于第一目标温度的情况下每单位时间被氧化的颗粒物质的量ΔPM。电子控制单元10通过在过滤器再生处理的执行期间从过滤器50a中的颗粒物质堆积量ΣPM中减去每单位时间被氧化的颗粒物质的量ΔPM，来重复地执行获得残存在过滤器50a中的颗粒物质的量(在下文中，称为颗粒物质残存量ΣPMra)的处理，并且当颗粒物质残存量ΣPMra变为小于或等于预定的完成判定值ΣPMrathr时结束过滤器再生处理。如上所述，在缺陷碳烟比率高的情况下的颗粒物质氧化速率Vpm高于在缺陷碳烟比率低的情况下的颗粒物质氧化速率Vpm。也就是说，在过滤器再生处理的执行期间，在缺陷碳烟比率高的情况下每单位时间被氧化的颗粒物质的量ΔPM大于在缺陷碳烟比率低的情况下每单位时间被氧化的颗粒物质的量ΔPM。因此，在已经执行了过滤器再生处理时，在缺陷碳烟比率高的情况下将颗粒物质残存量ΣPMra减少到预定的完成判定值ΣPMrathr或更小值所要求的时间(过滤器再生处理的执行时间)短于在缺陷碳烟比率低的情况下将颗粒物质残存量ΣPMra减少到预定的完成判定值ΣPMrathr或更小值所需的时间(过滤器再生处理的执行时间)。因此，过滤器再生处理的执行时间被调整为适合于堆积在过滤器50a中的颗粒物质的氧化速率的长度。
在下文中，在本实施例中，氧化并去除堆积在过滤器50a中的颗粒物质的过程将参照图12进行描述。图12是示出当堆积在过滤器50a中的颗粒物质被氧化并去除时由电子控制单元10执行的处理程序的流程图。在图12中，代替图9中的上述处理程序中的S106的处理而执行S301的处理，并且代替图9中的处理程序中的S108的处理而执行S302至S303的处理。
首先，在S301的处理中，电子控制单元10在假定正在执行过滤器再生处理的情况下(假定过滤器50a的温度等于第一目标温度)计算每单位时间被氧化的颗粒物质的量ΔPM。更具体地，电子控制单元10首先通过将在S102的处理中读取的上游-下游差压ΔP1和在S105的处理中读取的上游-下游差压ΔP2之间的差(ΔP1-ΔP2)除以预定时间来计算上游-下游差压的变化速度。随后，电子控制单元10将上游-下游差压ΔP的变化速度转换为缺陷碳烟的氧化速率，并且基于缺陷碳烟的氧化速率和上述数学表达式(1)计算缺陷碳烟堆积量。电子控制单元10通过将缺陷碳烟堆积量除以颗粒物质堆积量ΣPM来计算堆积在过滤器50a中的颗粒物质的缺陷碳烟比率。另外，电子控制单元10在假定过滤器再生处理正在执行的情况下基于缺陷碳烟比率、第一目标温度和图4所示的上述相关性来计算每单位时间被氧化的颗粒物质的量ΔPM。
电子控制单元10在执行S301的处理之后进行到S107的处理，并且开始过滤器再生处理。电子控制单元10在执行S107的处理之后执行S302至S303的处理。在S302的处理中，电子控制单元10基于以下数学表达式(2)计算颗粒物质残存量ΣPMra。
ΣPMra＝ΣPMraold-ΔPM (2)
在上面的数学表达式(2)中，ΣPMraold是上次执行S302的处理时计算的颗粒物质残存量。ΔPM是在S301的处理中计算的每单位时间被氧化的颗粒物质的量。
在S303的处理中，电子控制单元10判定在S302的处理中计算出的颗粒物质残存量ΣPMra是否小于或等于上述预定的完成判定值ΣPMrathr。当在S303的处理中作出否定的判定时，电子控制单元10返回到S302的处理，并且继续执行过滤器再生处理。另一方面，当在S303的处理中作出肯定的判定时，电子控制单元10进行到S109的处理，并且结束过滤器再生处理。
根据上述实施例，能够将过滤器再生处理的执行时间设定为适合于堆积在过滤器50a中的颗粒物质的氧化速率的长度。因此，可以更有效地氧化并去除堆积在过滤器50a中的颗粒物质。
堆积在过滤器50a中的颗粒物质能够含有可溶性有机组分。可溶性有机组分比缺陷碳烟更易于氧化。因此，在可溶性有机组分堆积在过滤器50a中的情况下在预再生处理的执行期间的上游-下游差压ΔP的变化速度高于在可溶性有机组分未堆积在过滤器50a中的情况下的变化速度。因此，在可溶性有机组分堆积在过滤器50a中的情况下基于在预再生处理的执行期间的上游-下游差压ΔP的变化速度调整的过滤器再生处理的执行时间短于在可溶性有机组分未堆积在过滤器50a中的情况下的过滤器再生处理的执行时间。结果，在过滤器50a中的颗粒物质残存量ΣPMra大于假定量(例如，大于上述预定的完成判定值ΣPMrathr)的状态下结束过滤器再生处理，因此会降低过滤器再生处理的效率。
因此，在执行预再生处理之前，可以执行作为氧化并去除堆积在过滤器50a中的可溶性有机组分的处理的可溶有机组分去除处理。可溶性有机组分去除处理是将过滤器50a的温度升高到如下温度的处理：该温度低于在预再生处理的执行期间的第二目标温度，并且在该温度处，可溶性有机组分氧化。此时，和上述过滤器再生处理或预再生处理一样，从燃料添加阀51添加燃料到排气的方法或者从燃料喷射阀3执行后喷射的方法被用作使过滤器50a的温度升高的方法。
以这种方式，当在预再生处理的执行之前执行可溶性有机组分去除处理时，能够抑制由于可溶性有机组分的堆积而引起的过滤器再生处理的效率的降低。可溶性有机组分去除处理可以在预再生处理的执行之前确定地执行，而不论堆积在过滤器50a中的颗粒物质中是否实际包含可溶性有机组分。作为替代，可以仅当估算堆积在过滤器50a中的颗粒物质中包含的可溶性有机组分的量的比例(在下文中，称为可溶性有机物组分比率)超过预定比率时执行可溶性有机组分去除处理。此时，应基于内燃机1的操作历史、过滤器50a的温度历史等来估算可溶性有机组分比率。预定比率是如下的这种值：当在执行预再生处理时的可溶性有机组分比率超过预定比率时，过滤器再生处理的效率降低。该预定比率是预先通过利用实验等的适宜的工作而获得的。

Claims (5)

1.一种用于内燃机的排气控制***，所述排气控制***的特征在于包括：
过滤器，其布置在所述内燃机的排气通道中，所述过滤器被配置为收集从所述内燃机排出的颗粒物质；
差压传感器，其配置为检测所述排气通道中的上游-下游差压，所述上游-下游差压是所述过滤器的上游排气压力和所述过滤器的下游排气压力之间的差压；
温度升高装置，其配置为升高所述过滤器的温度；以及
电子控制单元，其配置为：
i)估算颗粒物质堆积量，所述颗粒物质堆积量是在所述过滤器中收集的所述颗粒物质的量，
ii)当所述颗粒物质堆积量变为大于或等于预定阈值时在预定时间段执行预再生处理，所述预再生处理包括将所述过滤器的温度通过所述温度升高装置升高至低于第一目标温度的第二目标温度的处理，并且所述预再生处理包括通过所述内燃机增加流入所述过滤器的排气中包含的二氧化氮的浓度的处理；并且
iii)在所述预再生处理完成后执行过滤器再生处理，所述过滤器再生处理是通过由所述温度升高装置将所述过滤器的所述温度升高至所述第一目标温度来氧化并去除在所述过滤器中收集的所述颗粒物质的处理，所述过滤器再生处理被执行以使得在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的检测值的变化速度高时的所述过滤器再生处理的执行时间短于当所述变化速度低时的所述过滤器再生处理的执行时间。
2.根据权利要求1所述的排气控制***，其特征在于，
所述预定时间段是预先设定的时间，
所述电子控制单元配置为计算在所述预定时间段内的所述差压传感器的检测值的变化量作为与在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的所述检测值的所述变化速度相关的物理量，并且
所述电子控制单元配置为执行所述过滤器再生处理，使得当所述变化量大时的所述过滤器再生处理的执行时间短于当所述变化量小时的所述过滤器再生处理的执行时间。
3.根据权利要求1所述的排气控制***，其特征在于，
所述预定时间段是直到所述差压传感器的检测值的变化量达到预先设定的预定量为止的时间段，
所述电子控制单元配置为设定所述预定时间段的长度作为与在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的所述检测值的所述变化速度相关的物理量，并且
所述电子控制单元配置为执行所述过滤器再生处理，使得当所述预定时间段的所述长度短时的所述过滤器再生处理的执行时间短于当所述预定时间段的所述长度长时的所述过滤器再生处理的执行时间。
4.根据权利要求1所述的排气控制***，其特征在于，
所述电子控制单元配置为：基于以下这种特性，设定所述过滤器的温度与堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率之间的关系，所述关系对应于在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的所述检测值的所述变化速度，所述特性是：在所述预再生处理的执行期间所述差压传感器的所述检测值的所述变化速度高时堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率比当所述变化速度低时堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率高，并且，当所述过滤器的温度高时堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率比当所述过滤器的温度低时堆积在所述过滤器中的所述颗粒物质的氧化速率高，
所述电子控制单元配置为基于所设定的关系计算当所述过滤器的温度等于所述第一目标温度时的所述颗粒物质的氧化速率，
所述电子控制单元配置为基于所述颗粒物质的氧化速率计算在所述过滤器再生处理的执行期间残存在所述过滤器中的所述颗粒物质的量，并且
所述电子控制单元配置为当残存在所述过滤器中的所述颗粒物质的量变为小于或等于预定的完成判定值时，结束所述过滤器再生处理。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的排气控制***，其特征在于，
所述电子控制单元配置为在执行所述预再生处理之前通过由所述温度升高装置将所述过滤器的温度升高至第三目标温度来执行可溶性有机组分去除处理作为氧化并去除堆积在所述过滤器中的可溶性有机组分的处理，所述第三目标温度是比所述第二目标温度低的并且所述可溶性有机组分氧化的温度。
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