CN1930383B - 用于内燃机排气净化装置的再生控制器 - Google Patents

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Abstract

一种发动机(2)的排气净化装置(36，38)所用的再生控制器，该再生控制器能适当地燃烧排气净化装置中蓄积的微粒。再生控制器包括ECU(70)，ECU(70)判断颗粒物的估计蓄积量(PMsm)是否从实际蓄积量偏离。当估计蓄积量小于或等于最大值(BUpm)并且排气压力差(ΔP/GA)大于替换基准值(Dp)时，ECU用更大的替换量(UPpm)替换估计蓄积量。这使估计蓄积量接近或等于实际蓄积量。

Description

用于内燃机排气净化装置的再生控制器
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。具体地，本发明涉及通过加热排气净化装置分解并消除蓄积在排气净化装置中的颗粒物质的再生控制器。
背景技术
日本早期公开专利文献No.2003-20930描述了一种技术，该技术用于当布置于柴油发动机的排气***中的过滤器中所蓄积的颗粒物(PM)的量超过预定量时，燃烧蓄积在过滤器中的PM。通过加热过滤器并将空燃比间歇调节到稀侧而燃烧过滤器中蓄积的PM。在该现有技术中，蓄积在过滤器中的PM的量是通过基于发动机的驱动状态将从发动机排放的PM量和在过滤器中氧化的PM量循环相加来估计的。
当发动机驱动状态改变时，实际的PM排放量和PM氧化量可能不相等，而是互不相同。具体地，估计的PM蓄积量可以小于实际的PM蓄积量。当实际的蓄积量大于估计的蓄积量时，对蓄积的PM的估计可能不充分。如果反复进行这样的不充分的估计，可能蓄积过大量的PM。在这种情况下，可能迅速地燃烧大于计划量的PM。结果，过滤器可能变得过热。这可能引起过滤器的热劣化。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制器，其能最小化颗粒物的估计蓄积量和实际蓄积量之间的差异，同时适当地去除蓄积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，用于再生布置在内燃机排气通道中的排气净化装置。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值检测器，所述差值检测器用于检测排气压力差和排气温差中的至少一个，所述排气压力差是所述排气净化装置上游的第一位置和所述排气净化装置下游的第二位置之间的排气压力差，所述排气温差是所述排气净化装置的所述下游净化部分的上游的第三位置和所述第三位置下游的第四位置之间的排气温度差。计算部分用于计算所述排气净化装置中颗粒物的估计蓄积量。加热控制部分用于在所述估计蓄积量大于基准蓄积量时加热所述排气净化装置以从所述排气净化装置去除所述颗粒物。替换控制部分用于在由于所述加热且所述至少一个差值大于替换基准值而使所述估计蓄积量落在替换判断基准范围内时，用更大的估计蓄积量替换所述估计蓄积量。
本发明的另一个方面是一种再生控制器，用于再生布置在内燃机排气通道中的排气净化装置。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值检测器，所述差值检测器用于检测所述下游净化机构的上游位置和下游位置之间的排气压力差和排气温差中的至少一个。计算部分用于计算所述排气净化装置中颗粒物的估计蓄积量。加热控制部分用于在所述估计蓄积量大于基准蓄积量时加热所述排气净化装置以从所述排气净化装置去除所述颗粒物。替换控制部分用于在由于所述加热且所述至少一个差值大于替换基准值而使所述估计蓄积量落在替换判断基准范围内时，用更大的估计蓄积量替换所述估计蓄积量。
本发明的另一方面是一种再生控制器，用于再生布置在内燃机排气通道中的排气净化装置。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值检测器，所述差值检测器用于检测排气压力差和排气温差中的至少一个，所述排气压力差是所述排气净化装置上游的第一位置和所述排气净化装置下游的第二位置之间的排气压力差，所述排气温差是所述排气净化装置的所述下游净化部分的上游的第三位置和所述第三位置下游的第四位置之间的排气温度差。计算部分用于计算所述排气净化装置中颗粒物的估计蓄积量。加热控制部分用于在所述估计蓄积量大于基准蓄积量时加热所述排气净化装置以从所述排气净化装置去除所述颗粒物。保持控制部分用于在由于所述加热且所述至少一个差值大于保持基准值而使所述估计蓄积量落在保持判断基准范围内时，保持所述估计蓄积量。
本发明的另一方面是一种再生控制器，用于再生布置在内燃机排气通道中的排气净化装置。所述排气净化装置包括连续地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值检测器，所述差值检测器用于检测所述下游净化机构的上游位置和下游位置之间的排气压力差和排气温差中的至少一个。计算部分用于计算所述排气净化装置中颗粒物的估计蓄积量。加热控制部分用于在所述估计蓄积量大于基准蓄积量时加热所述排气净化装置以从所述排气净化装置去除所述颗粒物。保持控制部分用于在由于所述加热且所述至少一个差值大于保持基准值而使所述估计蓄积量落在保持判断基准范围内时，保持所述估计蓄积量。
本发明的另一方面是一种再生控制器，用于再生布置在内燃机排气通道中的排气净化装置。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值检测器，所述差值检测器用于检测排气压力差和排气温差中的至少一个，所述排气压力差是所述排气净化装置上游的第一位置和所述排气净化装置下游的第二位置之间的排气压力差，所述排气温差是所述排气净化装置的所述下游净化部分的上游的第三位置和所述第三位置下游的第四位置之间的排气温度差。计算部分用于计算所述排气净化装置中颗粒物的估计蓄积量。加热控制部分用于在所述估计蓄积量大于基准蓄积量时加热所述排气净化装置以从所述排气净化装置去除所述颗粒物。颗粒物去除持续控制部分用于在所述估计蓄积量达到用于结束所述加热的基准值并且所述至少一个差值大于持续基准值时持续加热，直到所述至少一个差值被减小为小于所述持续基准值。
本发明的另一方面是一种再生控制器，用于再生布置在内燃机排气通道中的排气净化装置。所述排气净化装置包括连续地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值检测器，所述差值检测器用于检测所述下游净化机构的上游位置和下游位置之间的排气压力差和排气温差中的至少一个。计算部分用于计算所述排气净化装置中颗粒物的估计蓄积量。加热控制部分用于在所述估计蓄积量大于基准蓄积量时加热所述排气净化装置以从所述排气净化装置去除所述颗粒物。颗粒物去除持续控制部分用于在所述估计蓄积量达到用于结束所述加热的基准值并且所述至少一个差值大于持续基准值时持续加热，直到所述至少一个差值被减小为小于所述持续基准值。
通过结合以示例方式图示本发明原理的附图，可以根据以下描述清楚地得到本发明的其它方面和优点。
附图说明
通过结合附图参考当前优选实施例的以下说明，将最佳地理解本发明及其目的和优点，附图中：
图1是根据本发明第一实施例的车用柴油发动机的控制***的示意图；
图2是由图1所示的ECU执行的再生模式执行判断的流程图；
图3是由图1所示的ECU执行的再生控制的流程图；
图4和5是根据第一实施例的再生控制的时序图；
图6是根据本发明第三实施例的再生控制的流程图；
图7是根据本发明第四实施例的排气净化装置的示意图；
图8是根据本发明第五实施例的再生控制的流程图；
图9是根据本发明第六实施例的再生控制的流程图；
图10是根据第六实施例的再生控制的时序图；
图11是根据本发明第七实施例的再生控制的流程图；
图12是根据第七实施例的再生控制的时序图。
具体实施方式
现在将讨论根据本发明第一实施例的用于内燃机的排气净化装置的再生控制器。图1是应用于车用柴油发动机的、包括再生控制器的控制***的示意图。本发明的再生控制器的应用不限于柴油发动机。就是说，本发明的再生控制器也可应用于稀燃汽油发动机。
柴油发动机2具有多个气缸，包括第一至第四气缸#1、#2、#3、和#4。在气缸#1至#4的每个中，燃烧室4经由进气口8和进气歧管10连接到稳压罐12。每个进气口8由进气门6来打开和关闭。稳压罐12连接到中冷器14和诸如排气涡轮增压器16之类的增压器。经由空气滤清器18供应的新鲜空气由排气涡轮增压器16的压缩机16a压缩。稳压罐12具有排气再循环(EGR)通道20的EGR气体供应端口20a。节气门22布置在稳压罐12与中冷器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布置在压缩机16a与空气滤清器18之间。
在气缸#1至#4的每个中，燃烧室4连接到排气口30和排气歧管32。每个排气口30由排气门28来打开和关闭。排气涡轮增压器16的排气涡轮16b布置在排气歧管32与排气通道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。
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。定位在最上游的第一催化转化器36容纳NOx存储还原催化剂36a。当正常运行的柴油发动机2的排气处于氧化气氛(稀)时，将NOx存储在NOx存储还原催化剂36a中。当排气处于还原气氛(化学当量的或者空燃比小于该化学当量条件)时，存储在NOx存储还原催化剂36a中的NOx被还原为NO，从NOx存储还原催化剂36a分离，并使用HC和CO被进一步还原。这样，去除了NOx。
布置在第一催化转化器36下游的第二催化转化器38容纳具有单体结构的过滤器38a。过滤器38a的壁具有允许排气通过的孔。过滤器38a的多孔壁表面涂覆有NOx存储还原催化剂的层。过滤器38a为NOx存储还原催化剂层充当基体。该NOx存储还原催化剂层以与NOx存储还原催化剂36a相同的方式去除NOx。包含在排气中的颗粒物(PM)蓄积在过滤器38a的壁中。PM首先被当NOx在相对高温下曝露在氧化气氛中时释放的活性氧氧化。接着，PM被周围多余的氧完全氧化。这样，从过滤器38a不仅去除了NOx还去除了PM。第一催化转化器36与第二催化转化器38一体地形成。第一催化转化器36可以与第二催化转化器38单独形成。
定位在最下游的第三催化转化器40容纳用于通过氧化去除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。在过滤器38a与氧化催化剂40a之间，第二排气温度传感器46布置在过滤器38a附近，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是例如使用固体电解质的传感器。空燃比传感器48基于排气组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分别检测其各自位置处的排气温度thci和thco。
压力差传感器50连接到将过滤器38a的上游侧与下游侧连接的管道。压力差传感器50检测在过滤器38a的上游侧与下游侧之间的压力差ΔP以检测过滤器38a的阻塞程度，即，过滤器38a中PM的蓄积程度。
排气歧管32具有EGR通道20的位于第一气缸#1附近或远离第四气缸#4的EGR气体入口20b，所述第四气缸#4将排气送到排气涡轮16b中。用于重整EGR气体的铁EGR催化剂52、用于冷却EGR气体的冷却器54、和EGR阀56以此顺序从EGR气体入口20b起布置在EGR通道20中。EGR催化剂52也起防止冷却器54堵塞的作用。经由EGR气体供应端口20a再次供应到进气***的EGR气体的量根据EGR阀56的开度来调节。
燃料喷射阀58布置在气缸#1至#4的每个中，并将燃料直接喷射到对应的燃烧室4中。每个燃料喷射阀58经由燃料供应管58a连接到公共供油管(common rail)60。电控制的排放量可变燃料泵62将高压燃料供应到公共供油管60中。在公共供油管60中的高压燃料经由每个燃料供应管58a分配到对应的燃料喷射阀58。燃料压力传感器64检测公共供油管60中燃料的压力。
燃料泵62将低压燃料经由燃料供应管66供应到燃料添加阀68。燃料添加阀68布置在第四气缸#4的排气口30中以朝向排气涡轮16b喷射燃料。燃料添加阀68在催化剂控制模式中将燃料添加到排气。
电子控制单元(ECU)70包括具有CPU、ROM、RAM和驱动电路的数字计算机***。驱动电路驱动各种单元。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、压力差传感器50、包括在EGR阀56中的EGR开度传感器、燃料压力传感器64、节气门开度传感器22a、油门开度传感器74、冷却剂温度传感器76、发动机速度传感器80、和气缸差异传感器82的信号提供给ECU70。油门开度传感器74检测油门踏板72的踩压量(油门开度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。气缸差异传感器82检测曲轴78的旋转相位或进气门凸轮的旋转相位以区分气缸。
ECU70从这些检测信号判断发动机的驱动状态以根据发动机的驱动状态控制燃料喷射阀58的燃料喷射(量和时间)。ECU70执行以下控制：调节EGR阀56的开度、用电机22b调节节气门开度、和调节燃料泵62的排放量。此外，ECU70还执行催化剂控制，包括再生模式、硫成分分解释放模式(此后称作脱硫模式)、NOx还原模式、和正常控制模式。催化剂控制将在以下描述。
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。在低温燃烧模式下，ECU70通过基于用于低温燃烧模式的EGR阀开度图来使用较大再循环量的排气，通过减慢燃烧温度的增长来同时还原NOx和烟。当发动机处于其中发动机负载较低且发动机速度较低或中速的范围内时执行低温燃烧模式。在低温燃烧模式下，ECU70执行空燃比反馈控制，其包括基于由空燃比传感器48检测的空燃比AF对节气门开度的调节TA。与低温燃烧模式不同的燃烧模式是正常燃烧模式。在正常燃烧模式下，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。
在再生模式下，当在排气净化催化剂中PM的估计蓄积量达到再生基准值时，ECU70特别地加热蓄积在第二催化转化器38的过滤器38a中的PM。PM被加热以被氧化和分解而产生CO2和H2O并以CO2和H2O的形式释放。在再生模式下，ECU70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载体加热(例如，600到700℃)。ECU70还可以在动力冲程或排气冲程期间利用对应的燃料喷射阀58在每个燃烧室4中进行燃料喷射(后喷射)。ECU70还通过执行间歇燃料添加处理来执行燃尽加热，如下所述。在间歇燃料添加处理中，ECU70在没有燃料添加期间执行空燃比降低处理。空燃比降低处理通过从燃料添加阀68间歇地添加燃料，将空燃比降低为等于或略小于化学当量空燃比。在此实施例中，空燃比降低处理使空燃比富化(enrich)到略低于化学当量空燃比。在某些情况下，利用燃料喷射阀58的后喷射可以与间歇燃料添加处理结合执行。在再生模式中，去除了堵塞在NOx存储还原催化剂36a前表面处的PM，并且蓄积在过滤器38a中的PM(其蓄积量大于估计的蓄积量)被完全燃烧并去除。
当NOx存储还原催化剂36a和过滤器38a被硫成分毒化且其诸如NOx存储能力之类的排气净化能力下降时，执行脱硫模式。脱硫模式从NOx存储还原催化剂36a和过滤器38a分解和释放硫成分，使得NOx存储还原催化剂36a和过滤器38a除去硫成分并从硫中毒状态复原。在脱硫模式下，ECU70通过由燃料添加阀68反复地添加燃料来加热催化剂载体(例如，到650℃)。ECU70还执行空燃比降低处理，空燃比降低处理通过由燃料添加阀68间歇地添加燃料来将空燃比减小到等于或略小于化学当量空燃比。在第一实施例中，空燃比降低处理使空燃比富化到略低于化学当量空燃比。在脱硫模式下，也可以执行使用燃料喷射阀58的后喷射。该处理类似于在再生模式中的特定条件下执行的间歇燃料添加处理，并且还具有燃尽PM的效果
在NOx还原模式下，吸留在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还原模式下，ECU70以相对长的时间间隔由燃料添加阀68间歇地添加燃料，使得催化剂载体的温度设定为相对低(例如，250到500℃)。以这样相对低的催化剂载体温度，空燃比减小到等于或略小于化学当量空燃比。
除了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。在正常控制模式下，ECU70不执行利用燃料添加阀68的燃料添加和利用燃料喷射阀58的后喷射。
现在将讨论在再生模式下由ECU70执行的处理。示出了再生模式执行判断的图2的流程图、示出了再生控制的图3的流程图每个都在预定时间周期中作为中断来执行。图2中的再生模式执行判断的结果判断是否启动图3中的再生控制。
首先将描述再生模式执行判断(图2)。
在步骤S102中，ECU70计算颗粒物排放量PMe，其是在图2中的一个控制循环期间从柴油发动机2的每个燃烧室4排放的PM总量。在此实施例中，ECU70通过参考事先通过实验产生的图来计算颗粒物排放量PMe。该图将排放量与例如发动机速度NE和发动机负载(例如，燃料喷射阀58的燃料喷射量)相关联。ECU70根据发动机速度NE和发动机负载计算颗粒物排放量PMe。
在步骤S104中，ECU70计算蓄积或被捕获在过滤器38a中的PM的氧化量PMc。氧化量PMc是在此处理的一个控制循环期间通过氧化去除的所捕获PM的量。在第一实施例中，ECU70通过参考事先通过实验产生的图来计算氧化量PMc。该图将氧化量与过滤器38a的催化剂载体温度(例如，由第二排气温度传感器46检测的排气温度thco)和进气量GA相关联。ECU70通过排气温度thco和进气量GA计算氧化量PMc。
在步骤S106中，ECU70使用表达式1计算估计PM蓄积量PMsm。
PMsm←Max[PMsm+PMe-PMc，0](1)
在表达式1中，右边的估计蓄积量PMsm是在此处理的前一个循环中计算的值。Max表示取出括号中的值里的最大值的运算符。例如，当PMsm+PMe-PMc是正值时，PMsm+PMe-PMc的结果值被设定为表达式左边的估计蓄积量PMsm。当PMsm+PMe-PMc是负值时，零(克)被设定为表达式左边的估计蓄积量PMsm。
在步骤8108中，ECU70检查是否估计蓄积量PMsm大于或等于再生基准值PMstart(对应于基准蓄积量)并判断是否启动再生模式。当PMsm小于PMstart(在步骤8108中为否定)时，ECU70暂时终止此处理。其中PMsm小于PMstart的状态对应于图4的时序图中所示的时间t0之前的状态。
当由于柴油发动机2的驱动状态使得其中PMe大于PMc的状态持续时，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中为否定)，则ECU70暂时终止此处理。
当估计蓄积量PMsm增大并满足PMsm≥PMstart(步骤S108中为肯定)时，ECU70判断脱硫模式中用于PM去除的加热是否已经停止。当脱硫模式中的PM去除加热已经停止(步骤S110中为否)时，ECU70暂时终止该处理。当脱硫模式中的PM去除加热还在执行(步骤S110为肯定)时，ECU70启动再生控制(步骤S112，图4中的t0)。在这种情况下，循环执行图3中所示的再生控制。
现在将参考图3描述再生控制。ECU70在执行了图2中的再生模式执行判断之后执行再生控制。因此，再生控制以与再生模式执行判断相同的循环执行。
在步骤S122中，ECU70判断在前一个循环中计算的估计蓄积量PMsm是否在替换判断基准范围内(小于或等于替换基准判断范围的最大值BUpm)。如图4所示，最大值BUpm远远小于再生基准值PMstart，并略大于终止判断值PMend(例如零克)。
当PMsm大于BUpm(步骤S122中为否，图4中的t0至t1)时，ECU70设定(指示)在步骤S142中启动PM去除加热，并暂时终止该处理。在PM去除加热中，燃料添加阀68以上述方式反复地添加燃料。这使得催化剂暴露到其中空燃比大于化学当量空燃比的气氛中，并升高催化剂载体温度(排气温度thci)(例如600至700℃)。然后，颗粒物排放量PMe变得小于氧化量PMc，并且估计蓄积量PMsm逐渐减小。
只要PMsm大于BUpm(步骤S122中为否)，则继续上述通过燃料添加进行的去除PM的处理。
估计蓄积量PMsm逐渐减小并接近终止判断值PMend。当估计蓄积量PMsm减小并满足PMsm≤BUpm(步骤S122中为肯定)时，ECU70判断当前是否在执行除脱硫模式以外的模式，以及是否已经请求除脱硫模式以外的模式(S124)。
当正在执行脱硫模式或者当已经请求脱硫模式(步骤S124中为否定)时，ECU70停止PM去除加热(步骤S134)并暂时终止该处理。因为在脱硫模式中进行与燃尽加热类似的处理，所以PM去除加热被停止。
当正在执行除脱硫模式以外的模式并且脱硫模式没有被请求(步骤S124中为肯定)时，ECU70判断过滤器38a的上、下游侧之间的压力差ΔP与进气量GA的比率ΔP/GA是否大于或等于替换基准值Dp(步骤S126)。比率ΔP/GA对应于排气压力差。
优选的是使用压力差ΔP与排气流量的比率来代替比率ΔP/GA以精确地反映实际的驱动状态。但是，进气量GA直接与排气流量成比例。因此，比率ΔP/GA的使用不会影响控制精度。
代替比较ΔP/GA与值Dp，压力差ΔP可以与替换基准值(例如Dp*GA)进行比较，该替换基准值根据排气流量(或进气量GA)设置得较大。在这种情况下，压力差ΔP对应于排气压力差。
当ΔP/GA小于Dp(步骤S126中为否)时，过滤器38a没有被PM堵塞，并且估计蓄积量PMsm没有从实际蓄积量偏离。在这种情况下，在步骤S136中，ECU70判断估计蓄积量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S136中为否)。因此，继续PM去除加热(步骤S142)。在这种情况下，如图4所示，根据利用表达式1的计算，在时刻t1之后估计蓄积量PMsm继续逐渐减小。
当ΔP/GA小于Dp的状态继续(步骤S126中为否)并且估计蓄积量PMsm减小且满足PMsm≤PMend(零克)(步骤S136中为肯定，图4中的t2)时，ECU70停止PM去除加热(步骤S138)并终止再生模式(步骤S140)。然后，ECU70暂时终止该处理。这结束了主要捕获在过滤器38a中的PM的去除。当估计蓄积量PMsm增加到再次满足PMsm≥PMstart(图2的步骤S108中为肯定)时，以上述方式再次启动再生控制(步骤S112)，除非通过脱硫模式停止再生控制(步骤S110中为肯定)。
以下描述过滤器38a被PM堵塞并且估计蓄积量PMsm从实际蓄积量偏离的情况。在这种情况下，在步骤S122中的判断为肯定并且步骤S124中的判断为肯定之后，比率ΔP/GA变得大于或等于值Dp(步骤S126中为肯定)。
在步骤S128中，ECU70判断步骤S126中的判断为肯定的次数，也就是比率ΔP/GA被连续判断为大于或等于值Dp的次数(以下称作“判断数”)，是否小于或等于停止判断数Np(例如二)。例如，诸如在步骤S126中的判断已经执行第一次时，判断数小于停止判断数Np(步骤S128中为肯定)，利用表达式2，ECU70用更大的替换量UPpm替换估计蓄积量PMsm。
PMsm←UPpm(2)
替换量UPpm是固定值，并且UPpm大于BUpm。
在这种情况下，估计蓄积量PMsm增加至比最大值BUpm大的值，如图5所示(t11)。
在步骤S132中，ECU70从PM去除加热转换到燃尽加热，并暂时终止该处理。当燃尽加热被启动时，堵塞在NOx存储还原催化剂36a的前表面处的PM被去除，并且蓄积在过滤器38a中的PM量(其大于估计蓄积量PMsm)被燃尽。这减小了估计蓄积量PMsm从实际蓄积量的偏离。估计蓄积量PMsm每次都被降低到小于或等于最大值BUpm(其略大于终止判断值PMend)。因此，即使估计蓄积量PMsm从实际蓄积量偏离，燃尽加热也避免了大量PM被快速燃烧的情况。
在PMsm大于BUpm(步骤S122中为NO)期间，进行燃尽式的PM去除加热(步骤S142)。当估计蓄积量PMsm减小为再次满足PMsm≤BUpm(步骤S122中为肯定，图5中的时刻t12)并且ΔP/GA小于Dp(步骤S126中为否)且PMsm大于PMend(步骤S136中为否)时，继续PM去除加热，如图5中的虚线所示(步骤S142)。当估计蓄积量PMsm减小为满足PMsm≤PMend(步骤S136中为肯定)时，停止PM去除加热(步骤S138)，并结束再生模式(步骤S140，图5中的t13)。
当满足ΔP/GA≥Dp时(步骤S126中为肯定)，ECU70判断步骤S126中的判断数是否等于或小于停止判断数Np(二)(步骤S128)。例如，当步骤S126中的判断第二次执行(步骤S128中为肯定)时，ECU70再次用替换量UPpm替换估计蓄积量PMsm(步骤S130)。如图5中的虚线所示，估计蓄积量PMsm再次增加至大于最大值BUpm的值(t12)。
ECU70继续燃尽加热(步骤S132)，并暂时停止该处理。继续的燃尽加热进一步减小了估计蓄积量PMsm从实际蓄积量的偏离。
在PMsm大于BUpm期间(步骤S122中为否)，ECU70继续燃尽加热(步骤S142)。当估计蓄积量PMsm减小至再次满足PMsm≥BUpm(步骤S122中为肯定，图5中的t14)时，并且当ΔP/GA小于Dp(步骤S126中为否)且PMsm大于PMend(步骤S136中为否)时，ECU70继续燃尽式PM去除加热(步骤S142)。当估计蓄积量PMsm减小为满足PMsm≤PMend(步骤S136中为肯定，图5中的t15)时，ECU70停止PM去除加热(步骤S138)，并结束再生模式(步骤S140)。
当满足ΔP/GA≥Dp时(步骤S126中为肯定)，已经第三次执行对于比率ΔP/GA的判断(步骤S128中为否)。在这种情况下，ECU70执行与当ΔP/GA小于Dp时执行的处理相同的处理。当估计蓄积量PMsm减小至满足PMsm≤PMend(步骤S136中为肯定，图5中的t15)时，如图5中的实线所示，ECU70停止PM去除加热(步骤S138)，并结束再生模式(步骤S140)。
压力差传感器50和进气量传感器24作为差值检测器。执行步骤S122、S124、S126、S128和S130的ECU70作为替换控制部分。
第一实施例具有如下优点。
(a)随着堵塞在第二催化转化器38的过滤器38a中的PM的程度增加，排气的流阻增大，并且过滤器38a的上、下游侧之间的排气压力差ΔP/GA增大。当估计蓄积量PMsm没有从实际蓄积量偏离时，排气压力差ΔP/GA对应于估计蓄积量PMsm。由此，当估计蓄积量PMsm落在替换判断基准范围中时，如果由压力差传感器50检测的排气压力差ΔP/GA是与替换判断基准范围(≤BUpm)对应的值，则估计蓄积量PMsm是精确的。
当排气压力差ΔP/GA大于替换判断基准范围时，实际蓄积量大于估计蓄积量PMsm。如果这种状态继续，则即使存在残余的PM，再生模式也结束。当这些残余的PM去除蓄积时，估计蓄积量PMsm从实际蓄积量的偏离逐渐增大。这可能导致PM的量大于想要快速燃烧的量。结果，过滤器38a变得过热，并引起过滤器38a的热劣化。
在第一实施例中，当满足PMsm≤BUpm时，ECU70将比率ΔP/GA与替换基准值Dp进行比较，以判断估计蓄积量PMsm是否从实际蓄积量偏离。当满足ΔP/GA≥Dp时，ECU70用替换量UPpm替换估计蓄积量PMsm。这引起估计蓄积量PMsm接近或等于实际蓄积量。
以此方式，估计蓄积量PMsm和实际蓄积量之间的差异被最小化，使得蓄积在过滤器38a中的PM被适当地去除。这防止了大量PM被快速燃烧。
(b)将利用最大值BUpm限定的替换判断基准范围设定在由再生模式即将结束之前的估计蓄积量PMsm所限定的范围内。通过执行用于PM去除的正常加热，能够充分地减少实际PM蓄积量。由此，即使在进行燃尽加热以同时燃尽所有PM时，也避免了燃尽加热快速燃烧大量PM的状态。因此，即使采用这种特殊的加热，过滤器38a也不会被过度加热，并且过滤器38a的热劣化也不会发生。因此，蓄积的颗粒物被适当去除。
(c)当增加的估计蓄积量PMsm再次落在替换判断基准范围内并且满足ΔP/GA≥Dp时，ECU70反复进行估计蓄积量PMsm的替换。因此，即使当对于前一个循环中估计蓄积量PMsm从实际蓄积量的偏离的补偿不充分时，估计蓄积量PMsm的反复替换几乎完全消除了估计蓄积量PMsm从实际蓄积量的偏离。
(d)不燃材料(例如灰烬)的存在可能引起其中满足ΔP/GA≥Dp的状态继续。在这种情况下，反复替换估计蓄积量PMsm以延长再生模式可能降低燃料效率。因此，ECU70限制了替换估计蓄积量PMsm的次数，以防止燃料效率降低。在此实施例中，停止判断数Np被设定为二，使得对估计蓄积量PMsm的替换不会连续执行三次。
(e)脱硫模式具有与燃尽加热的效果相同的效果。因此，即使当估计蓄积量PMsm从实际蓄积量偏离时，在脱硫模式中偏离也被减小或去除。因此，ECU70不会在脱硫模式中执行估计蓄积量PMsm的替换。以此方式，再生模式特别是燃尽加热不会被经常执行以防止燃料效率降低。
下面描述根据本发明第二实施例的用于内燃机排气净化装置的再生控制器。
在第二实施例中，对应于下游排气净化机构的过滤器38a的上、下游侧之间的排气温差thco-thci被用于替代排气压力差ΔP/GA。在图3所示的再生控制的步骤S126中，ECU70判断排气温差thco-thci是否大于或等于替换基准值Dth，而不是判断是否满足ΔP/GA≥Dp。在步骤S128中，ECU70执行与排气温差的判断数相关的判断。其它部分与第一实施例相同。
第一排气温度传感器44和第二排气温度传感器46作为差值检测器。
下面描述第二实施例的优点。
(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，在再生控制中排气仅穿过NOx存储还原催化剂36a的有限的部分。由此，NOx存储还原催化剂36a的反应热不充分，并且反应热在下游过滤器38a中不均匀地产生。
由此，在第二实施例中，过滤器38a的上、下游侧之间的排气温差thco-thci被用于替代排气压力差ΔP/GA。当温差大于或等于替换基准值Dth时，ECU70替换估计蓄积量PMsm。这引起估计蓄积量PMsm接近或等于实际蓄积量。
以此方式，估计蓄积量PMsm和实际蓄积量之间的差被最小化，使得蓄积的PM被适当去除。这防止了快速燃烧大量PM。
(b)第二实施例还具有如第一实施例中所述的优点(b)至(e)。
下面讨论根据本发明第三实施例的用于内燃机排气净化装置的再生控制器。
在第三实施例中，当排气压力差ΔP/GA小于值Dp时，如图6中的流程图所示(步骤S126中为否)，ECU70判断过滤器38a的上、下游侧之间的排气温差thco-thci是否大于或等于替换基准值Dth(步骤S135)。
当满足ΔP/GA≥Dp(步骤S126中为肯定)或满足thco-thci≥Dth(步骤S135中为肯定)时，并且当步骤S126或S135中的判断连续是肯定的次数(以下称作“判断数”)小于或等于停止判断数Np(步骤S129中为肯定)时，ECU70用替换量UPpm替换估计蓄积量PMsm(步骤S130)。
由第三实施例的再生控制器进行的其它处理与图3中所示的对应处理相同。图6中的与图3中相同的步骤用与那些步骤相同的参考标号表示。
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作为差值检测器。在步骤S122、S124、S126、S135、S129和S130中执行再生控制的ECU70(图6)作为替换控制部分。
下面描述第三实施例的优点。
(a)获得了第一和第二实施例中所述的优点。具体地，不仅使用过滤器38a的上、下游侧之间的排气压力差ΔP/GA，而且使用过滤器38a的上、下游侧之间的排气温差thco-thci。因此，估计蓄积量PMsm和实际蓄积量之间的差异被最小化，使得蓄积的PM被适当去除。这可靠地防止了快速燃烧大量PM。
下面描述根据本发明第四实施例用于内燃机排气净化装置的再生控制器。
在第四实施例中，参考图7，使用具有涂覆有NOx存储还原催化剂层的基体的单个过滤器138a来替换第一实施例中描述的两个催化转化器(也就是第一催化转化器和第二催化转化器)。压力差传感器150检测过滤器138a的上、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内的排气的温度(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与第一实施例中对应的部件相同，并给出与那些部件相同的参考标号。
压力差传感器150检测排气净化装置的上、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中的排气温度。第二排气温度传感器46检测过滤器138a的出口附近的排气温度。由此，第一和第二排气温度传感器144和46检测排气净化装置的相对下游部分处的排气温差thco-thci。
压力差传感器150、进气量传感器24、第一排气温度传感器144和第二排气温度传感器46起差值检测器的作用。
执行第一至第三实施例中的一个所描述的再生模式执行判断和再生控制。
下面描述第四实施例的优点。
(a)根据第四实施例的催化剂布置也能使估计蓄积量PMsm和实际蓄积量之间的差值最小化，使得蓄积的PM被适当去除。这防止了大量PM被快速燃烧。
下面描述根据本发明第五实施例用于内燃机排气净化装置的再生控制器。
在第五实施例中，执行图8中所示的再生控制。其它部分与第一实施例相同。
在图8的步骤S125中，ECU70检查排气压力差ΔP/GA是否满足表达式3。
ΔP/GA≥Dp+gD(3)
在表达式3中，当排气压力差ΔP/GA的判断数超过停止判断数Np(步骤S128中为否)时，校正值gD增大(步骤S133)。图8的流程图仅在校正值gD方面不同于图3的流程图。
当对估计蓄积量PMsm反复替换(步骤S130)次数超过停止判断数Np(步骤S128中为否)之后满足表达式3时，认为诸如灰烬之类的非燃烧材料已经蓄积。在这种情况下，通过增大校正值gD考虑这种非燃烧材料的蓄积。增大的校正值gD在下一个循环中的步骤S125处被加到替换基准值Dp。这提高了基于排气压力差ΔP/GA进行的与PM蓄积状态相关的判断的精确度。
校正值gD在步骤S133处增加的增加值可以是固定值。校正值gD的增加值还可以是从(ΔP/GA)-(Dp+gD)(这些值用在步骤S125中的在前判断中)得到的值，或基于从(ΔP/GA)-(Dp+gD)得到的值计算的值。
在步骤S133中增加校正值gD的ECU70作为校正控制部分。
下面描述第五实施例的优点。
(a)除了第一实施例中描述的优点，第五实施例使能够控制考虑诸如灰烬之类的非燃烧材料的蓄积。估计蓄积量PMsm从实际蓄积量的偏离被更加适当地减小，使得蓄积的PM被适当地去除。
下面将描述根据本发明第六实施例用于内燃机排气净化装置的再生控制器。
在第六实施例中，ECU70执行如图9所示的再生控制来替换如图3所示的再生控制。第六实施例的其它部分与第一实施例相同。
在图9的流程图中，代替图3的步骤S128，执行步骤S152。在步骤S152中，ECU70判断从估计蓄积量PMsm达到最大值BUpm时过去的时间是否小于或等于停止判断时长Tpm。当步骤S152中的判断结果为肯定时，估计蓄积量PMsm不被替换。在这种情况下，估计蓄积量PMsm的计算被禁止，而前面计算的估计蓄积量PMsm的值被保持(步骤S154)。当执行步骤S154中的处理时，不执行图2中的步骤S106中的估计蓄积量PMsm的计算，并且在前面处理中计算的估计蓄积量PMsm的值被保持。
在步骤S134、S140和S142之后，在步骤S156中允许估计蓄积量PMsm的计算。然后，利用估计蓄积量PMsm的保持值重新计算(更新)步骤S106中的估计蓄积量PMsm。
当估计蓄积量PMsm减小至满足PMsm≤BUpm(步骤S122中为肯定)、步骤S124和S126中的判断结果为肯定、并且过去的时间未达到停止判断时长Tpm(步骤S152中为肯定)时，估计蓄积量PMsm的计算被禁止并且在步骤S132之后保持前面计算的估计蓄积量PMsm的值(步骤S154)。因此，估计蓄积量PMsm被保持在固定值(t61至t62)，如图10中的时序图所示。当ΔP/GA小于Dp(步骤S126中为否)或者当过去的时间达到停止判断时长Tpm(步骤S152中为否)时，通过执行步骤S136和S142(t62之后)再次持续减小估计蓄积量PMsm。当估计蓄积量PMsm被减小至满足PMsm≤PMend(步骤S136中为肯定)时，停止PM去除加热(步骤S138)，结束再生模式(步骤S140)，并允许估计蓄积量PMsm的计算(步骤S 156，图10中的t63)。
压力差传感器50和进气量传感器24用作差值检测器。在步骤S122、S152和S154中执行再生控制的ECU70(图9)作为保持控制部分。
下面描述第六实施例的优点。
(a)在第六实施例中，估计蓄积量PMsm的值被保持而未被替换。之后，持续执行PM去除加热。这使得估计蓄积量PMsm接近或等于实际蓄积量。当排气压力差ΔP/GA变得小于保持基准值Dp时，估计蓄积量PMsm从实际蓄积量的偏离被减小为较小或被去除。以此方式，估计蓄积量PMsm和实际蓄积量之间的差异被最小化，使得蓄积的PM被适当去除。这防止了大量PM被快速燃烧。
(b)诸如灰烬之类的非燃烧材料的存在可能引起排气压力差ΔP/GA持续大于保持基准值Dp。在这种情况下，如果估计蓄积量PMsm被持续保持以延长PM去除加热，这可能降低燃烧效率。因此，当保持估计蓄积量PMsm的时长到达停止判断时长Tpm时，估计蓄积量PMsm的值不在PM去除加热之后被保持。这防止了燃料效率的降低。
(c)获得了第一实施例的优点(b)。
下面描述根据本发明第七实施例用于内燃机排气净化装置的再生控制器。
在第七实施例中，ECU70执行图11中所示的再生控制，替代图3中所示的再生控制。第七实施例的其它部分与第一实施例相同。
在图11的流程图中，代替图3中的步骤S122，执行步骤S160。在步骤S160中，ECU70判断估计蓄积量PMsm是否小于或等于停止判断值PMend。当步骤S160中的判断为否时，ECU70执行或继续燃尽式PM去除加热(步骤S142)。
当步骤S160中的判断结果为肯定并且步骤S124、S126和S162中的任一个的判断结果为否时，ECU70立即停止PM去除加热(步骤S138)，并结束再生模式(步骤S140)。
当步骤S124、S126和S162中的判断结果都为肯定时，ECU70转换成或继续燃尽式燃烧(步骤S132)，并且不替换估计蓄积量PMsm。在步骤S162中，ECU70判断从估计蓄积量PMsm减小为满足PMsm≤PMend开始过去的时间是否达到停止判断时长Tpe(步骤S162)。图11中与图3相同的那些步骤被赋予与之相同的参考标号。
如图12中的时序图所示，图11中所示的再生控制引起在估计蓄积量PMsm达到终止判断值PMend(例如零克)之后执行燃尽加热(在t71之后)。例如，当ΔP/GA小于Dp时(其中Dp是持续基准值)(t72)，停止PM去除加热，并且结束再生模式。
压力差传感器50和进气量传感器24作为差值检测器。在步骤S160、S126和S162中执行再生控制的ECU70(图11)作为颗粒物去除持续控制部分。
下面描述第七实施例的优点。
(a)在满足ΔP/GA≥Dp并且估计蓄积量PMsm达到用于确定PM去除加热是否结束的基准值(也就是是否达到终止判断值PMend)的期间中，ECU70持续PM去除加热。这引起估计蓄积量PMsm接近或等于实际蓄积量。当ΔP/GA小于Dp时，估计蓄积量PMsm从实际蓄积量的偏离较小或被去除。此外，这是PM去除加热结束的时刻。因此，ECU70结束了PM去除加热。
以此方式，估计蓄积量PMsm和实际蓄积量之间的差异被最小化，使得蓄积的PM被适当去除。这防止了大量PM被快速燃烧。
(b)获得了第一实施例中描述的优点(d)和(e)。
对于本领域技术人员来说很明显的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可以以许多其他的具体形式来实施。具体地，应当理解本发明可以以下面的方式实现。
(1)在上述实施例中，当与排气压力差ΔP/GA相关的判断或与排气温差thco-thci相关的判断为肯定时进行燃尽加热。但是，也可以继续正常的PM去除加热而不是转换为这种特殊的加热。
(2)在图9和11中，可以以与第二实施例相同的方式执行对排气温差thco-thci是否大于或等于替换基准值Dth的判断，而不是排气压力差ΔP/GA的判断(步骤S126)。可替换地，可以以与第三实施例相同的方式使用与排气压力差ΔP/GA相关的判断(图6中的步骤S126)和与排气温差thco-thci相关的判断(图6中的步骤S135)之间的逻辑或关系。在这些情况下都能获得以上实施例中所描述的优点。
当图11中的步骤S162中的判断结果为肯定时，可以另外执行用大于零的值替换估计蓄积量PMsm的处理。
(3)在以上实施例中，可以根据柴油发动机2的驱动状态，例如发动机速度NE和燃料喷射量，采用图而不是使用进气量传感器24检测进气量GA来计算排气流量。计算的排气流量可以用在各种处理中，包括排气压力差ΔP/GA的计算。
(4)在图3、6和8中，在第一次替换估计蓄积量PMsm时替换量UPpm的值和第二次替换时替换量UPpm的值相等。但是根据替换重复的次数可以改变替换量UPpm的值。例如，用于第一次替换的替换量UPpm的值可以小于用于第二次替换的替换量UPpm的值。
本示例和实施例应当被认为是示例性的而不是限制性的，并且本发明不限于这里给出的细节，而是可以根据所附权利要求的范围和等同物来修改。

Claims (13)

1.一种再生控制器，用于再生布置在内燃机(2)排气通道(34)中的排气净化装置(38a；138a)，其中，所述排气净化装置(38a；138a)包括上游净化部分和下游净化部分，所述再生控制器包括：
差值检测器(50；150)，所述差值检测器用于检测排气压力差(ΔP；ΔP/GA)和排气温差(thco-thci)中的至少一个，所述排气压力差是所述排气净化装置(38a；138a)上游的第一位置和所述排气净化装置(38a；138a)下游的第二位置之间的排气压力差，所述排气温差是所述排气净化装置(38a；138a)的所述下游净化部分的上游的第三位置和所述第三位置下游的第四位置之间的排气温度(thci；thco)差值；
计算部分，所述计算部分用于计算所述排气净化装置(38a；138a)中颗粒物(PM)的估计蓄积量(PMsm)；和
加热控制部分，所述加热控制部分用于在所述估计蓄积量(PMsm)大于再生基准值(Pmstart)时加热所述排气净化装置(38a；138a)以从所述排气净化装置(38a；138a)去除所述颗粒物(PM)；
所述再生控制器的特征在于还包括：
替换控制部分(70)，所述替换控制部分用于在由于所述加热而使所述估计蓄积量(PMsm)小于或者等于替换判断基准范围的最大值(BUpm)、并且所述至少一个差值(ΔP；ΔP/GA；thco-thci)大于替换基准值(Dp；Dth)时，用更大的估计蓄积量(UPpm)替换所述估计蓄积量(PMsm)，其中，所述替换判定基准范围的所述最大值(BUpm)小于所述再生基准值(Pmstart)。
2.根据权利要求1所述的再生控制器，其中，所述上游净化部分和所述下游净化部分布置在所述排气通道(34)中。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的再生控制器，其中，所述替换判断基准范围包括与所述加热即将完成之前所述排气净化装置(38a；138a)中颗粒物(PM)的蓄积量相等的值。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的再生控制器，其中，所述替换判断基准范围的所述最大值(BUpm)等于所述加热完成时所述排气净化装置(38a；138a)中颗粒物(PM)的蓄积量。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的再生控制器，其中，当使用所述替换的估计蓄积量(PMsm)通过重新计算而获得的估计蓄积量(PMsm)再次小于或者等于替换判断基准范围的最大值(BUpm)、并且所述至少一个差值(ΔP；ΔP/GA；thco-thci)大于所述替换基准值(Dp；Dth)时，所述替换控制部分(70)反复进行所述估计蓄积量(PMsm)的替换。
6.根据权利要求5所述的再生控制器，其中，当所述至少一个差值(ΔP；ΔP/GA；thco-thci)大于所述替换基准值(Dp；Dth)的状态继续、并且所述估计蓄积量(PMsm)被替换的次数达到停止判断数(Np)时，所述替换控制部分(70)停止执行所述估计蓄积量(PMsm)的替换，直到当前进行的加热结束。
7.根据权利要求6所述的再生控制器，还包括：
校正控制部分(70)，用于在所述排气压力差(ΔP；ΔP/GA)大于所述替换基准值的状态继续、并且所述估计蓄积量(PMsm)被替换的次数达到所述停止判断数(Np)时，校正所述替换基准值(Dp；Dth)以产生用于随后的加热的校正基准值。
8.根据权利要求7所述的再生控制器，其中，当所述估计蓄积量(PMsm)被替换的次数达到所述停止判断数(Np)时，所述校正控制部分(70)基于所述排气压力差(ΔP；ΔP/GA)的值增大所述替换基准值(Dp)。
9.根据权利要求1和2中任一项所述的再生控制器，其中，所述再生控制器设置有脱硫模式，所述脱硫模式用于通过从所述排气净化装置(38a；138a)释放硫组分从而使所述排气净化装置(38a；138a)从硫中毒状态复原，并且所述替换控制部分(70)在所述再生控制器处于脱硫模式时或请求脱硫模式时停止替换所述估计蓄积量(PMsm)。
10.根据权利要求1和2中任一项所述的再生控制器，其中，所述排气净化装置(38a；138a)是催化转化器(38)，所述催化转化器包括涂有NOx存储还原催化剂层的基体，所述基体被形成为过滤包含在排气中的颗粒物(PM)。
11.根据权利要求1和2中任一项所述的再生控制器，其中，所述排气净化装置(38a；138a)包括：
NOx存储还原催化剂装置；和
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，用于过滤包含在排气中的颗粒物(PM)。
12.根据权利要求1和2中任一项所述的再生控制器，其中，所述第三位置位于所述排气净化装置(38a；138a)中，所述第四位置位于所述排气净化装置(38a；138a)的下游。
13.一种电子控制单元(70)，用作根据权利要求1和2中任一项的所述计算部分、所述加热控制部分和所述替换控制部分(70)。
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