CN1948724A - 内燃机燃料喷射控制装置 - Google Patents

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Abstract

基于考虑烟气浓度的常规控制，根据烟气浓度调节的基本燃料喷射量QB或燃料喷射量QSMOKE中的较小者被用作为喷射量Q0。基本上，如果通过传感器(23b)检测的DPF(21)的出口温度达到PM能够被烧掉的温度，则向燃料喷射量Q0进行根椐这个温度的增量补正，得到喷射量QF。作为辅助控制，如果通过传感器(23a)检测的DPF(21)的入口温度低，即使出口温度高时，已经根据出口温度进行的增量补正被取消，且喷射量Q0被给出作为补正后的QF，这是因为整个DPF(21)处于适合于烧掉PM的过滤器状态。

Description

内燃机燃料喷射控制装置
                                技术领域
本发明涉及一种内燃机的燃料喷射控制装置，更具体地说涉及一种用于适当控制装配有柴油机微粒过滤器(DPF)的内燃机的技术。
                                背景技术
根据近几年提出的环境问题，内燃机输出功率控制通常是基于废气中的烟气浓度(主要是微粒(下文中用PM表示微粒)的浓度)实施的。也就是说，进行输出功率的控制是为了将烟气浓度限制在规定值或以下，因为当输出功率增大时，烟气浓度也增大。
作为考虑烟气浓度的输出功率的控制方法，通常的做法是例如在图表上给出响应增压压力的最大喷射量，或者根据增压压力补正基本的喷射量，这是因为尾气管的烟气浓度取决于内燃机的空气进气量。
柴油机排出的废气含有大量的PM以及HC，CO和NOx。因此，近年来，一种微粒过滤器(下文中称为DPF)被发现用作柴油机的废气排放控制装置很有效，它可以捕集并通过燃烧除去PM。
如上所述，DPF是一种捕集PM等物质的过滤器，装有这种DPF的机动车从尾气管排出最低程度的烟。因此，装有DPF的内燃机不需要根据尾气管中的烟气浓度对输出功率进行调节，它可以设定响应预定的空气进气量产生最大扭矩的燃料喷射量。
然而，烟气实际上是从内燃机的排气口排出。即使产生最大扭矩的燃料喷射量能被设定，但内燃机在存在过量烟气排放的情况下的连续运行会导致PM在DPF中的积累或沉积的持续增加。作为结果的DPF的过滤器压力损失的增加致使废气压力增加，诱发泵损耗，并导致燃料经济性的恶化或废气的恶化。如果PM在DPF中过量积累，在重负荷运行下PM的自燃有可能损坏DPF。
对于DPF中不断增加的PM积累，可以考虑通过PDF的自然再生烧掉PM，或通过补充喷射等方式强制烧掉PM(强制再生)。然而，由于柴油机的废气温度比较低，对于柴油机的自然再生难以预期有大的效果。而另一方面，增加强制自燃的次数，又会产生加重燃料经济性恶化的问题。
如果基于从装有DPF的内燃机的排气口排放的烟气浓度实现输出功率控制，那么前面提到的由于过量烟气排放产生的问题就能解决。但这样会出现输出扭矩受到抑制的问题。
日本专利公报号1993-34499描述了一种技术，如果DPF的温度高于在正常燃烧的过程中PM的温度，相对大量的燃料被提供到燃烧室，用以降低DPF上游侧设置的氧化催化剂产生的反应热，防止DPF的温度异常提升。
然而，这项技术只是显示在PDF异常高温时发生作用。在更高的技术层面上，正常运行时，内燃机输出扭矩的增加和DPF中PM过量积累的抑制应该同时实现，从该观点看就要求对这项技术进行改进。
                          发明内容
本发明是基于上述的背景下完成的。本发明的目的是提供一种技术，它涉及到一种内燃机燃料喷射控制装置，能在增加内燃机功率输出的同时抑制DPF中PM的过量积累。
根据本发明，为了完成上述目标的内燃机燃料喷射控制装置包括：
向内燃机提供燃料的燃料喷射装置；
设置在内燃机的排气道中，捕集废气中的微粒的过滤器；
检测与过滤器烧掉从内燃机中排出的微粒的能力相关的指标的过滤器状态检测装置；
检测内燃机的运行状态的运行状态检测装置；和
根据由运行状态检测装置的检测输出确定的目标燃料喷射量相应值控制燃料喷射装置的喷射控制装置，且
其特征在于喷射控制装置基于过滤器状态检测装置的检测输出补正目标燃料喷射量相应值使其增加。
根据本发明，燃料喷射量可以根据过滤器清除PM的能力而增加，内燃机的输出扭矩能够在增加的同时抑制过滤器中PM的过量积累。
与过滤器烧掉微粒的能力相关的指标涉及例如DPF温度(废气温度)或废气中的氧气浓度，它能决定DPF燃烧和去除PM的能力。基于任何这样的指标，如果发现DPF有去除PM的过余能力，燃料喷射量就不被保持在目标燃料喷射量，而是进行增量补正，因此而尝试提高输出功率。
为了获得上述目标，在本发明的优选模式中，
过滤器状态检测装置检测与过滤器温度相关的指标，且
如果基于上述的指标过滤器被发现能烧掉微粒，喷射控制装置执行上述的增量补正。
根据这种优选模式，过滤器烧掉和去除微粒的能力由与过滤器温度相关的指标来判断，增量补正能够被准确执行。这就防止了在不能确定微粒是否能烧掉的情况下由于燃料喷射量的增加而在过滤器中产生PM的过量积累。
在为了获得上述目标的本发明的另一优选模式中，
当指标处于温度较高一侧时，喷射控制装置设定较高的增量补正。
根据这种优选的模式，与过滤器除去PM能力相对应的燃料增量补正能够实现，且内燃机的输出扭矩能够有效率地增加。
在为了获得上述目标的本发明的又一优选模式中，
过滤器状态检测装置检测过滤器下游侧的废气温度，且
如果过滤器下游侧废气温度是第一次预定温度或更高，喷射控制装置根据过滤器下游侧废气温度设定高增量补正。
根据该优选实施例，能够防止在不能确定微粒是否烧掉的情况下由于燃料喷射量的增加而产生的过滤器中PM的过量积累。而且，能够达到与过滤器的PM清除能力相对应的燃料的增量补正，内燃机的输出扭矩也能够有效率地增加。
在为了获得上述目标的本发明的又一优选模式中，
过滤器状态检测装置检测过滤器上下游侧的废气温度，且
在过滤器的下游侧废气温度为第一预设温度或更高，过滤器的上游侧废气温度为第二预设温度或更高的条件下，喷射控制装置进行增量补正。
根据这种优选模式，过滤器状态根据流经DPF的废气温度获得，且能做出准确的增量补正的判断。结果，过滤器稳定烧掉PM的情况能够准确检测出来。这就能够防止在不能确定微粒是否能烧掉的情况下由于燃料喷射量的增加而在过滤器中产生PM的过量积累。
在为了获得上述目标的本发明的又一优选模式中，
过滤状态检测装置检测过滤器上下游侧的废气温度，且
喷射控制装置根据过滤器上下游侧废气温度进行增量补正。
DPF在废气的流动方向上有预定的长度，它的内部温度有可能不一致。而且，DPF清除PM的能力取决于DPF的温度。因此，根据这种优选的模式，增量补正是根据过滤器的上下游侧温度执行的，由此，过滤器状态被准确获得，且增量补正被准确执行。因此，能够达到与过滤器的PM除去能力准确相对应的燃料的增量补正，且内燃机的输出扭矩能够有效率地增加。
在为了获得上述目标的本发明的又一优选模式中，
目标燃料喷射量相应值被限制，使得从内燃机排放的烟气浓度为预定值或更低。
废气的烟气浓度的控制值可根据法律和法规设定，以及根据机动车行驶时废气的外观特征来设定。如果在所有的运行状态下，燃料喷射控制都利用这个控制值，不适当发动机输出的问题就会产生。因此，根据这种优选模式，进行在所有运行工况下都考虑烟气浓度的常规燃料控制方式产生的功率输出的不充分就会被消除，DPF去除PM的过余能力被有效利用，因此，发动机的输出功率能够增加。
在为了获得上述目标的本发明的又一优选模式中，
喷射控制装置在相应于内燃机的增压压力的一定的限制范围内设定目标燃料喷射量相应值。基于过滤器状态检测装置的检测输出补正目标燃料喷射量相应值，使其增加而超过该限制范围。
根据这种优选模式，通过有效利用DPF的净化PM的能力，发动机的输出功率能够有效率地增加，且从内燃机排放的烟气能够得到合理的控制。
                         附图简要说明
从下文的详细说明以及附图，本发明会得到更全面的理解，附图仅仅是起到图释的作用，并不对本发明进行限定，其中：
图1是显示根据本发明的一个实施例的内燃机燃料喷射控制装置的结构示意图；
图2是表示DPF的温度和从试验获得的前-DPF/后-DPF压力差随时间的变化之间的关系的曲线图。
图3是显示根据发动机排放的烟气浓度与DPF温度之间的关系PM在DPF中的积累的曲线图；和
图4是显示根据本发明的一个实施例的内燃机油料喷射控制装置的控制方法的示意图。
                           具体实施方式
本发明的实施例将参考附图被详细说明，但本实施例并不限制本发明。图1是显示根据本发明的一个实施例的内燃机油喷控制装置的结构示意图。
如图1中所示，发动机1是内燃机，为共轨式直列四缸柴油机。在共轨式发动机1中，每缸设置一个朝向燃烧室2的电磁式燃料喷嘴3(燃料喷射装置)，每个燃料喷嘴3通过高压管4与共轨5相连。共轨5通过高压管6与油箱8相连，中间装有一台高压泵7。由于发动机1是柴油机，轻油作为它的燃料。
发动机1的进气通道9设置一个电磁进气节流阀10。EGR通道13从排气通道12的上游侧部分延伸，它的终端与进气节流阀10的下游侧的进气通道9的一部分相连。EGR通道13上设置一个电磁EGR阀14。
废气排放控制装置设置在排气通道12的下游侧部分。废气排放控制装置通过在柴油机微粒过滤器(DPF)21的上游侧设置氧化催化剂(DOC)20构成。所设计的废气排放控制装置在氧化催化剂20中产生氧化剂(NO2)，通过产生氧化剂持续不间断地氧化和去除积累在DPF 21下游侧的微粒(PM)。
在电子控制器(ECU)15(运行状态检测装置)的输入端连有各种传感器，诸如检测空气进气量Qa的空气流量传感器11，检测DPF上游侧和下游侧废气温度的前-DPF温度传感器23a和后-DPF温度传感器23b(过滤器状态检测装置)，检测加速器踏板16压下量即加速器开度APs的加速器开度传感器17，检测发动机1转速Ne的传感器，和检测进气总管压力PB的传感器。在电子控制器(ECU)15的输出端连有各种装置，诸如燃料喷嘴3，高压泵7，进气节流阀10和EGR阀14。
因而，各种装置以各种输入信息为基础进行控制，这样，发动机1就能合理地运行和控制。例如，根据本实施例的内燃机燃料喷射控制装置具有基于发动机1的运行状态控制燃料喷嘴3的目标燃料喷射量的功能。该燃料喷射控制装置被设计成限制性地控制目标燃料喷射量，因此，如果DPF21的温度低于预定温度，从发动机1排放的烟气浓度不高于预定的浓度。另一方面，如果DPF21的温度不低于预定温度，燃料喷射控制装置适用于根据DPF21温度对目标燃料喷射量进行增量补正。
不论DPF21的温度是低于预定的温度，还是正好是预定的温度或高于预定的温度，都会在控制目标油料喷射量的控制方式上产生不同。在这里设定的预定温度是与DPF21烧掉所积累的PM的能力相对应的指标的实例。也就是说，DPF21除去PM的能力取决于DPF21的温度。例如，该温度值的下限被设定为预定温度，当发动机1运行时，该下限温度能确保一种过滤状态，该状态下DPF21能够完全连续地除去积累的PM，即，使过滤器的连续再生成为可能。
假定DPF21的温度低于预定的温度，PM不能完全被除去，而是保持沉积在DPF21内。在这种状况下，目标燃料喷射量被限制性地控制，使得烟气浓度在预定值或低于预定值。通过这种方式，烟气排放被抑制，PM在DPF21中积累的问题得到解决。
另一方面，假定DPF21的温度为预定温度或高于预定温度，DPF21的连续再生成为可能。在这种条件下，目标燃料喷射量被增量补正。通过这种措施，发动机1的输出功率能够增加，且DPF21除去PM的过余能力得到有效利用。在预定温度或高于预定温度的状况下，DPF21除去PM的能力多于由目标燃料喷射量确定的PM的排放量。即使增加喷射量增加了烟气浓度，烟气中的PM也能够在DPF21中处理，且烟气调节也符合要求。因此，以上述控制方式实现的控制能够在增加发动机1的输出功率的同时抑制烟气排放。
图2是表示DPF的温度和从试验获得的前-DPF/后-DPF压力差随时间的变化之间的关系的曲线图。在图中，纵轴表示的是压力差(KPa)，这个压力差是DPF上游侧废气压力同其下游侧废气压力的差值，水平轴表示时间(秒)。此图表示的是从发动机排放有20％的烟气浓度的废气，DPF的温度分别在426℃，556℃和647℃时，前-DPF/后-DPF压力差随时间的变化。
DPF是在废气流动方向上有预定的长度的过滤器。这可能会有DPF入口温度和DPF出口温度互不相同的情况。然而，通过使运行状态为稳定状态，为了进行测试，DPF的入口温度和出口温度设定为相同的值。
如图2所示，当DPF的温度为426℃时，前-DPF/后-DPF压力差随时间的增加而增加。这是因为DPF的温度相对低，包含在烟气浓度为20％的废气中的PM不能完全烧掉，则PM在DPF中持续积累。由于PM的积累程度显著，可以推断，压力差也会显著增加。
当DPF的温度为556℃或647℃时，通过比较，可以发现，前-DPF/后-DPF压力差是稳定的。这是因为DPF的温度相对高，包含在烟气浓度为20％的废气中的PM能够完全烧掉。也就是说，当PM流入DPF时，PM能够同时被烧掉。即使PM积累在DPF中，其积累程度不会影响前-DPF/后-DPF压力差。
图3是显示根据发动机排放的烟气浓度与DPF温度之间的关系PM在DPF中的积累的曲线图。在该图中，每个单位时间PM在DPF中的积累量(g/h)在图上画出，纵轴表示的是发动机排放的废气中的烟气浓度(％)，水平轴表示的是DPF的温度(℃)。如图2所示，为了进行测试，通过使运行状态为稳定状态，DPF的入口温度和出口温度设定为相同的值。
一个例子来说明图3应该怎样看。例如，设DPF的温度为650℃.烟气浓度为20％的废气的流入使得积累率为0g/h，这是因为流入DPF中的PM的量同在DPF中烧掉的PM的量相等。当烟气浓度为35％的废气流入DPF时，积累率为10g/h，这是因为流入DPF中的PM的量大于在DPF中烧掉的PM的量。当烟气浓度小于20％的废气流入DPF时，积累率为0g/h，这是因为流入DPF中的PM的量小于在DPF中烧掉的PM的量。这些发现证明，在这种情况下，DPF有去除PM的过余能力(连续再生区域)。
当烟气浓度为20％的废气流入DPF时，积累率如下所示：如果DPF的温度为650℃，积累率为0g/h，这是因为流入DPF中的PM的量与在DPF中烧掉的PM的量相等；如果DPF的温度为575℃，积累率为10g/h，这是因为流入DPF中的PM的量大于在DPF中烧掉的PM的量；如果DPF的温度大于650℃，积累率为10g/h，这是因为流入DPF中的PM的量小于在DPF烧掉的PM的量。这些发现证明，在这种情况下，DPF有去除PM的过余能力(连续再生区域)。
尤其是，图3显示，一个区域表示流入DPF中的PM的量与在DPF中烧掉的PM的量相等，PM的积累率为0g/h，在它的下方存在一个有益区域，即，存在一个连续再生区域，在该区域，PDF具有去除PM的过余能力，即使发动机的输出功率增强致使烟气浓度增加，烟气的调节也能达到要求，DPF内PM积累的问题就随之解决。
即使在流入DPF中的PM的量大于在DPF中烧掉的PM的量且PM的积累率为几个g/h的状况下，如果积累率不影响前-DPF/后-DPF压力差，这里同样存在一个区域，即使发动机的输出功率增强致使烟气浓度增加，烟气的调节也能达到要求，DPF内PM积累的问题也随之解决。
在本实施例中，上面所述的有益区域被利用在实施控制增加内燃机的输出功率的同时抑制DPF中PM的过量积累。图4是显示根据本实施例的内燃机燃料喷射控制装置中的控制方法的示意图。
如图4中所示，由加速器开度APs和发动机1的转速Ne确定基本的燃料喷射量QB(数字31)。另外，根据烟气浓度调节的燃料喷射量QSMOKE(数字32)由进气总管的增压压力PB和发动机1的转速Ne确定。两个燃料喷射量的较小者作为喷射量Q0(数字33).
详尽地说，如果发动机1在基本的燃料喷射量QB下运行，发动机排放的烟气浓度可能会高于预定的浓度。因此，图上由进气总管的增压压力PB和发动机1的转速Ne确定的燃料喷射量QSMOKE就会起作用实现调节。这个根据这样获得的喷射量Q0对内燃机进行控制的方法是考虑烟气浓度的常规输出控制的方法。
根据本实施例，如果DPF21的温度低于预定的温度，基于喷射量Q0对发动机1进行控制。但是如果DPF21的温度等于或者高于预定的温度，则对控制发动机1的喷射量Q0进行根据DPF的温度的增量补正。
根据DPF的温度对喷射量Q0进行补正的方法以如下方式进行：基本上，增量补正(数字34)基于通过传感器23b检测的DPF21的出口温度(数字35)进行。即，如果DPF的出口温度达到PM能够烧掉的温度，则对喷射量Q0进行根据这个温度的增量补正以得到喷射量QF。
这个过程背后的原因如下：如果DPF的出口温度高，它的入口温度通常也会高，所以整个DPF21处在适合于烧掉PM的过滤器状态。另一方面，也有入口温度高，而出口温度低的情况。在这种情况下，在DPF21的低温部分PM有可能不能被去除掉。
作为控制的一种辅助方法，补正(数字34)基于通过传感器23a检测的DPF21的入口温度(数字36)进行。这是因为存在DPF出口温度高，而入口温度低的情形。这种过滤器状态不能意味着整个DPF21处于适合于烧掉PM的过滤器状态。因此，已经根据出口温度进行的增量补正被取消，且喷射量Q0被给出作为补正后的喷射量QF。
具体的增量补正将会被说明。例如，如果DPF21的温度是680℃(出口温度和入口温度均是)，常规的控制方式考虑到烟气浓度，因此采用不高于允许的30％的烟气浓度(PM的积累率：0g/h)的烟气浓度，例如，采用15％的烟气浓度。因此，对燃料喷射量进行增量补正，使得烟气浓度从15％增加到30％，由此，发动机的输出功率增加。
在上面的情形中，在积累率不影响DPF的前-DPF/后-DPF压力差时，允许的烟气浓度可以设定在30％或更高，即然这样，发动机的输出功率可以进一步提高。
虽然对本发明在前面的方式下进行了说明，但可以理解，本发明并不限定于此，它可以在许多方式下发生变化。例如，在上面描述的实施例中，燃料可以基于喷射量QF进行控制，喷射量QF通过根据DPF21的温度对喷射量Q0进行补正获得，而Q0根据烟气调节获得。但是，燃料控制可以基于通过对于烟气浓度调节喷射量QSMOKE或基本的燃料喷射量QB中的较小量进行直接的温度依赖的补正获得的喷射量实现。这样的变化不认为背离了本发明的精神和范围，对于本技术领域的熟练人员显而易见的所有的此类修改将被包括在附后的权利要求的范围之内。

Claims (8)

1、一种内燃机燃料喷射控制装置，其特征在于，包括：
向内燃机(1)提供燃料的燃料喷射装置(3)；
设置在内燃机(1)的排气道(12)中，捕集废气中的微粒的过滤器(21)；
检测与过滤器(21)烧掉从内燃机(1)中排出的微粒的能力相关的指标的过滤器状态检测装置(23a，23b)；
检测内燃机(1)的运行状态的运行状态检测装置(15)；且
根据由运行状态检测装置(15)的检测输出确定的目标燃料喷射量相应值控制燃料喷射装置(3)的喷射控制装置(15)，且
其中喷射控制装置(15)基于过滤器状态检测装置(23a，23b)的检测输出对目标燃料喷射量相应值进行补正使其增加。
2、如权利要求1所述的内燃机燃料喷射控制装置，其特征在于
过滤器状态检测装(23a，23b)检测与过滤器(21)的温度相关的指标，且
如果基于这个指标发现过滤器(21)能够烧掉微粒，喷射控制装置(15)执行所述增量补正。
3、如权利要求2所述的内燃机燃料喷射控制装置，其特征在于
当指标处于温度较高侧时，喷射控制装置(15)设定较大的增量补正。
4、如权利要求1所述的内燃机燃料喷射控制装置，其特征在于
过滤器状态检测装置(23a，23b)检测过滤器(21)下游侧的废气温度，且
如果过滤器(21)下游侧的废气温度是第一预定温度或更高，喷射控制装置(15)根据过滤器下游侧的废气温度设定大的增量补正。
5、如权利要求1所述的内燃机燃料喷射控制装置，其特征在于
过滤器状态检测装置(23a，23b)检测过滤器(21)上游侧的废气温度和过滤器(21)下游侧的废气温度，且
在过滤器下游侧的废气温度为第一预定温度或更高，过滤器上游侧的废气温度为第二预定温度或更高的条件下，喷射控制装置(15)进行增量补正。
6、如权利要求1所述的内燃机燃料喷射控制装置，其特征在于
过滤器状态检测装置(23a，23b)检测过滤器(21)上游侧的废气温度和过滤器(21)下游侧的废气温度，且
喷射控制装置(15)根据过滤器(21)下游侧的废气温度和过滤器(21)上游侧的废气温度进行增量补正。
7、如权利要求1所述的内燃机燃料喷射控制装置，其特征在于
目标燃料喷射量相应值被限制，使得内燃机(1)排放的烟气浓度为预定浓度或更低。
8、如权利要求1所述的内燃机燃料喷射控制装置，其特征在于
喷射控制装置(15)在相应于内燃机(1)的增压压力的限制范围内设定目标燃料喷射量相应值，且基于过滤器状态检测装置(23a，23b)的检测输出对目标燃料喷射量相应值进行补正，使其增加而超过该限制范围。
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