專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置及其控制方法。
技術(shù)背景在裝備有連接位于顆粒過濾器下游的排氣通路和位于空氣流量計(jì)下游的進(jìn)氣通路的EGR (排氣再循環(huán))通路的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置中，在日本 專利申請公報(bào)No. JP-A-2005-69207中公開了基于顆粒過濾器上游側(cè)和下 游側(cè)之間的壓差判定顆粒過濾器是否存在堵塞的技術(shù)。然而，如果設(shè)置在EGR通路中的EGR閥的開度改變，則經(jīng)過顆粒過 濾器的排氣的量改變。因此，顆粒過濾器上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差改變， 使得在判定顆粒過濾器堵塞時(shí)可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能更精確地判定內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中 的顆粒過濾器是否存在堵塞的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置包括顆粒過濾器， 所述顆粒過濾器設(shè)置在排氣通路內(nèi)并捕集排氣中的顆粒物質(zhì)；進(jìn)氣量檢測 裝置，所述進(jìn)氣量檢測裝置用于檢測流入進(jìn)氣通路中的新鮮空氣量；氣體 供給裝置，所述氣體供給裝置用于向位于所述進(jìn)氣量檢測裝置下游側(cè)和所 述顆粒過濾器上游側(cè)的所述進(jìn)氣通路供給氣體；排氣流計(jì)算裝置，所述排 氣流計(jì)算裝置用于基于所供給的氣體量和檢測到的新鮮空氣量來計(jì)算經(jīng)過 所述顆粒過濾器的排氣流量；壓差檢測裝置，所述壓差檢測裝置用于檢測 所述排氣通路中所述顆粒過濾器的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差；以及堵塞
判定裝置，所述堵塞判定裝置用于基于計(jì)算出的排氣流量和檢測到的壓差 來判定所述顆粒過濾器是否被堵塞。在第一方面中，經(jīng)過顆粒過濾器的排氣流量、由進(jìn)氣量檢測裝置檢測 到的新鮮空氣量和由氣體供給裝置供給的氣體量之間存在相關(guān)性。例如， 隨著新鮮空氣量的減少，排氣流量也減少。此外，例如，隨著由氣體供給 裝置供給的氣體量的減少，排氣流量減少。通過前述關(guān)系，排氣流計(jì)算裝 置基于由氣體供給裝置供給的氣體量和由進(jìn)氣量檢測裝置檢測到的進(jìn)氣量 來計(jì)算經(jīng)過顆粒過濾器的排氣流量。在第一方面中，當(dāng)顆粒過濾器捕集顆粒物質(zhì)時(shí)，通路對經(jīng)過顆粒過濾 器的排氣的阻力變大。因此，由壓差檢測裝置檢測到的顆粒過濾器上游側(cè) 和下游側(cè)之間的壓差和捕集在顆粒過濾器上的顆粒物質(zhì)量存在相關(guān)性。此 外，當(dāng)通路對經(jīng)過顆粒過濾器的排氣的阻力變大時(shí)，經(jīng)過顆粒過濾器的排 氣流量減少，且因此由壓差檢測裝置檢測到的壓差變小。通過這些關(guān)系， 堵塞判定裝置基于由排氣流計(jì)算裝置計(jì)算出的排氣流量和由壓差檢測裝置 檢測到的壓差來判定顆粒過濾器是否被堵塞。就上述堵塞判定來說，也可判定在顆粒過濾器中是否已發(fā)生堵塞，并 且可估算捕集在顆粒過濾器上的顆粒物質(zhì)的量。在根據(jù)上述第 一方面的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中，所述氣體供給裝置可以是具有EGR通路和EGR閥的EGR裝置，所述EGR通路連接位于 顆粒過濾器下游的排氣通路和位于進(jìn)氣量檢測裝置下游的進(jìn)氣通路，所述 EGR閥設(shè)置在EGR通路中并改變EGR通路的通路橫截面積。由所述氣 體供給裝置供給的氣體量可以是由EGR氣體量檢測裝置檢測到的EGR氣 體量，所述EGR氣體量檢測裝置用于檢測流入EGR通路中的EGR氣體在上述方面中，當(dāng)流入EGR通路中的EGR氣體的量通過操作EGR 閥而變化時(shí)，經(jīng)過顆粒過濾器的排氣流量相應(yīng)地改變。通過對流入EGR 通路中的EGR氣體量和新鮮空氣量求和得到的值是經(jīng)過顆粒過濾器的排 氣流量。具體地，排氣流計(jì)算裝置基于由EGR氣體量檢測裝置檢測到的
EGR氣體的量和由進(jìn)氣量檢測裝置檢測到的新鮮空氣的量來計(jì)算經(jīng)過顆 粒過濾器的排氣流量。此外，因?yàn)榻?jīng)過顆粒過濾器的排氣流量和顆粒過濾器上游側(cè)和下游側(cè) 之間的壓差與顆粒過濾器中捕集的顆粒物質(zhì)的量相關(guān)，所以得知排氣流量 和壓差〗吏得可以檢測顆粒過濾器的堵塞。在上述方面中，排氣凈化裝置還可包括具有在排氣通路內(nèi)的渦輪機(jī)和 在進(jìn)氣通路內(nèi)的壓縮機(jī)的渦輪增壓器。EGR通路可以是連接渦輪機(jī)下游側(cè) 的排氣通路和壓縮機(jī)上游側(cè)的進(jìn)氣通路的低壓EGR通路。雖然渦輪機(jī)下游側(cè)的排氣通路中的壓力高于大氣壓力，但是其接近于 大氣壓力。此外，壓縮機(jī)上游側(cè)進(jìn)氣通路中的壓力低于大氣壓力。因此，比，流入低壓EGR通路中的EGR氣體的壓力是低的。在EGR氣體流入低壓EGR通路的情形下，包括EGR氣體的量和新 鮮空氣的量的排氣量經(jīng)過顆粒過濾器.在此情形下，也可根據(jù)前述方面檢 測顆粒過濾器的堵塞。在前述方面中，EGR氣體量檢測裝置可至少通過EGR閥上游側(cè)通路 和EGR閥下游側(cè)通路之間的壓差以及EGR閥的開度來檢測在低壓EGR 通路中的氣體流量。在前述方面中，當(dāng)由所述堵塞判定裝置判定所述顆粒過濾器是否堵塞 時(shí)，可使得所述EGR閥的開度小于不判定所述顆粒過濾器是否堵塞時(shí)的 開度。如果使得EGR閥的開度為小，則EGR氣體量減小。因此，經(jīng)過顆粒 過濾器的排氣流量接近于新鮮空氣量。這使得可以減小EGR氣體對經(jīng)過 顆粒過濾器的排氣流量的影響，從而可提高堵塞判定的精度。此外，通過 完全關(guān)閉EGR閥，新鮮空氣量和排氣流量變?yōu)橄嗟?，因此可進(jìn)一步提高 堵塞判定的精度。在前述方面中，可在所述堵塞判定裝置判定所述顆粒過濾器是否堵塞 時(shí)固定所述EGR閥的開度。 如果EGR閥的開度改變，則經(jīng)過顆粒過濾器的排氣流量也改變。鑒 于此，堵塞判定裝置在判定堵塞時(shí)可能發(fā)生錯(cuò)誤。根據(jù)前述方面，可通過 固定EGR閥的開度來限制流入EGR通路中的EGR氣體量的波動，因此 可提高堵塞判定的精度。附帶地，當(dāng)EGR閥的開度固定時(shí)，其可固定于 完全關(guān)閉狀態(tài)。在前述方面，所述排氣凈化裝置還可包括高壓EGR通路，所述高 壓EGR通路連接所述顆粒過濾器上游的排氣通路和所述進(jìn)氣量檢測裝置 下游的進(jìn)氣通路；以及高壓EGR閥，所述高壓EGR閥改變所述高壓EGR 通路的通路橫截面積。如果在所述堵塞判定裝置判定顆粒過濾器是否堵塞 時(shí)流入所述EGR通路中的EGR氣體量改變，則可通過所述高壓EGR閥 改變流入高壓EGR通路中的EGR氣體量，使得供給至內(nèi)燃機(jī)氣缸中的 EGR氣體量恒定。如果流入EGR通路內(nèi)的EGR氣體量減少，則可提高堵塞判定的精度， 但供給至氣缸中的EGR氣體量減少。然而，如果使EGR氣體流入高壓 EGR通路以補(bǔ)償流入EGR通路中的EGR氣體量的減少，則供給至氣缸 內(nèi)的EGR氣體量可保持恒定。這使得可以限制例如NOx的生成。在前述方面中，當(dāng)由堵塞判定裝置判定顆粒過濾器是否堵塞時(shí)，所述 EGR閥的開度可設(shè)定為不完全關(guān)閉狀態(tài)的開度。所述排氣流計(jì)算裝置可基 于由所述進(jìn)氣量檢測裝置檢測到的新鮮空氣量和由所述EGR氣體量檢測 裝置檢測到的EGR氣體量來估算經(jīng)過所述顆粒過濾器的排氣流量，并且 所述堵塞判定裝置可基于由所述排氣流計(jì)算裝置估算出的排氣流量和由所 述壓差檢測裝置檢測到的壓差來判定顆粒過濾器是否堵塞。如果EGR閥的開度改變，則流入EGR通路中的EGR氣體量也改變。 然而，即使在EGR閥的開度隨著時(shí)間的流逝而變化的情形中，假設(shè)可從 一個(gè)時(shí)刻到另一時(shí)刻估算EGR氣體量，則也能將排氣流的當(dāng)前流量確定 為新鮮空氣的當(dāng)前量以及估算的EGR氣體量。鑒于此，即使當(dāng)EGR氣體 的量由于EGR閥的開度不固定而波動時(shí)，也能以高的精度執(zhí)行對顆粒過 濾器的堵塞判定。
在前述方面，當(dāng)滿足(i)所述內(nèi)燃機(jī)處于穩(wěn)態(tài)、(ii)所迷顆粒過濾器的溫度落在預(yù)定范圍內(nèi)以及(m)車輛已行駛了預(yù)定距離這些條件中的 至少 一個(gè)時(shí)，可由所述堵塞判定裝置判定所述顆粒過濾器是否堵塞。根據(jù)上述方面的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置能更精確地執(zhí)行顆粒過濾器的 堵塞判定。根據(jù)本發(fā)明第二方面的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的控制方法用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，所述排氣凈化裝置包括顆粒過濾器，所述顆粒過濾器設(shè) 置在排氣通路內(nèi)并捕集排氣中的顆粒物質(zhì)；進(jìn)氣量檢測裝置，所述進(jìn)氣量 檢測裝置用于檢測流入進(jìn)氣通路中的新鮮空氣量；氣體供給裝置，所述氣 體供給裝置用于向位于所述進(jìn)氣量檢測裝置下游側(cè)和所述顆粒過濾器上游 側(cè)的進(jìn)氣通路供給氣體；以及壓差檢測裝置，所述壓差檢測裝置用于檢測 所述排氣通路中的顆粒過濾器的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差。在內(nèi)燃機(jī)的 排氣凈化裝置的控制方法中，基于所供給的氣體量和檢測到的新鮮空氣量 來計(jì)算經(jīng)過所述顆粒過濾器的排氣流量；以瓦基于計(jì)算出的排氣流量和檢 測到的壓差來判定顆粒過濾器是否堵塞。在根據(jù)第二方面的控制方法中，所述氣體供給裝置可以是具有EGR 通路、EGR閥以及EGR氣體量檢測裝置的EGR裝置，所述EGR通路連 接位于顆粒過濾器下游的排氣通路和位于進(jìn)氣量檢測裝置下游的進(jìn)氣通 路，所述EGR閥設(shè)置在EGR通路中并改變EGR通路的通路橫截面積， 且所述EGR氣體量檢測裝置用于檢測流入EGR通路中的EGR氣體量。 由所述氣體供給裝置供給的氣體量可以是由所述EGR氣體量檢測裝置檢 測到的EGR氣體量。本發(fā)明還涉及一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，所述排氣凈化裝置包括 顆粒過濾器，所述顆粒過濾器設(shè)置在排氣通路內(nèi)并捕集排氣中的顆粒物質(zhì)； 進(jìn)氣量檢測部，所述進(jìn)氣量檢測部檢測流入進(jìn)氣通路中的新鮮空氣量；氣 體供給部，所述氣體供給部向位于所述進(jìn)氣量檢測部下游側(cè)和所述顆粒過 濾器上游側(cè)的進(jìn)氣通路供給氣體；排氣流計(jì)算部，所述排氣流計(jì)算部基于 所供給的氣體量和檢測到的新鮮空氣量來計(jì)算經(jīng)過所述顆粒過濾器的排氣
流量；壓差檢測部，所述壓差檢測部檢測所述排氣通路中所述顆粒過濾器 的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差；以及堵塞判定部，所述堵塞判定部基于計(jì) 算出的排氣流量和檢測到的壓差來判定所述顆粒過濾器是否堵塞。


通過下文參照附圖對示例實(shí)施例的說明，本發(fā)明的前述和/或進(jìn)一步的 目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中相同或相應(yīng)的部分由相同的附圖 標(biāo)記標(biāo)識，附圖中
圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置所 應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)及其進(jìn)氣-排氣系統(tǒng)的整體構(gòu)造；圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的判定顆粒過濾器堵塞的流程圖 圖3示出才艮據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的判定顆粒過濾器堵塞的流程圖 圖4示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的判定顆粒過濾器堵塞的流程圖 圖5示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的判定顆粒過濾器堵塞的另一流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照

根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的示例實(shí)施例。
i.第一實(shí)施例
圖1中示出的內(nèi)燃機(jī)1是具有四個(gè)氣缸2的水冷四沖程柴油機(jī)。 進(jìn)氣管3和排氣管4連接至內(nèi)燃機(jī)1。進(jìn)氣管3的中間部分設(shè)置有渦 輪增壓器5的壓縮機(jī)殼體5a,該渦輪增壓器利用排氣能量作為驅(qū)動源。位 于壓縮機(jī)殼體5a上游的進(jìn)氣管3設(shè)置有第一節(jié)氣門6,該第一節(jié)氣門調(diào)節(jié) 流入進(jìn)氣管3的進(jìn)氣流量。第一節(jié)氣門6通過電動致動器打開和關(guān)閉。位 于第一節(jié)氣門6上游的進(jìn)氣管3設(shè)置有空氣流量計(jì)7，該空氣流量計(jì)輸出 與流入進(jìn)氣管3的進(jìn)氣流量相對應(yīng)的信號。內(nèi)燃機(jī)1的進(jìn)氣量通過空氣流 量計(jì)7測量。在此實(shí)施例中，空氣流量計(jì)7對應(yīng)于本發(fā)明中的進(jìn)氣量檢測 裝置。位于壓縮機(jī)殼體5a下游的進(jìn)氣管3設(shè)置有中間冷卻器8，該中間冷卻 器執(zhí)行進(jìn)氣和外界空氣之間的熱交換。位于中間冷卻器8下游的進(jìn)氣管3 設(shè)置有第二節(jié)氣門9，該第二節(jié)氣門調(diào)節(jié)流入進(jìn)氣管3的進(jìn)氣流量。第二 節(jié)氣門9通過電動致動器打開和關(guān)閉。另 一方面，排氣管4的中間部分沒置有渦輪增壓器5的渦輪機(jī)殼體5b。 位于渦輪機(jī)殼體5b下游的排氣管4設(shè)置有顆粒過濾器(以下簡稱為"過濾 器")10。儲存還原型NOx催化劑(以下簡稱為"NOx催化劑")載持 在過濾器10上。該過濾器捕集排氣中的顆粒物質(zhì)。當(dāng)流入NOx催化劑的 排氣中氧濃度高時(shí)NOx催化劑儲存來自于排氣的氮氧化物(NOx),而當(dāng) 流入NOx催化劑的排氣中的氧濃度降低時(shí)NOx催化劑釋放所儲存的 NOx。在如果排氣中存在如碳?xì)浠衔?HC)、 一氧化碳(CO)等的還 原組分的情形下，則從NOx催化劑中釋放的NOx得以還原。在此說明書 中，術(shù)語"儲存"是指以下述方式中的至少一種來保持物質(zhì)(固體、液體、 氣體分子)，所述方式包括吸附、粘附、吸收、捕集、吸留等。測量過濾器10的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差的壓差傳感器11附裝于 過濾器IO。沉積在過濾器10上的顆粒物質(zhì)(以下也稱為"PM")的量可 通過壓差傳感器ll檢測。在此實(shí)施例中，壓差傳感器ll對應(yīng)于本發(fā)明中 的壓差檢測裝置。在位于過濾器10下游的排氣管4中附裝有檢測流入排氣 管4中的排氣的溫度的排氣溫度傳感器12。過濾器10的溫度通過排氣溫 度傳感器12檢測。內(nèi)燃機(jī)1裝備有使一部分在排氣管4中流動的排氣在低壓下再循環(huán)至 進(jìn)氣管3的低壓EGR裝置30。低壓EGR裝置30具有低壓EGR通路31、 低壓EGR閥32和EGR冷卻器33。低壓EGR通路31連接位于過濾器10 下游側(cè)的排氣管4和在壓縮機(jī)殼體5a上游及第一節(jié)氣門6下游延伸的進(jìn)氣 管3。經(jīng)由低壓EGR通路31，排氣在低壓下再循環(huán)。在此實(shí)施例中，經(jīng) 由低壓EGR通路31再循環(huán)的排氣被稱為低壓EGR氣體。此外，通過隨 低壓EGR閥32的開度變化而調(diào)節(jié)低壓EGR通路31的通路橫截面積，來
調(diào)節(jié)流經(jīng)低壓EGR通路31的低壓EGR氣體的量。EGR冷卻器33通過 使得在經(jīng)過EGR冷卻器33的低壓EGR氣體和內(nèi)燃機(jī)1的冷卻7JC之間進(jìn) 行熱交換來降低低壓EGR氣體的溫度。在此實(shí)施例中，低壓EGR裝置30 對應(yīng)于本發(fā)明中的氣體供給裝置。內(nèi)燃機(jī)1還裝備有使一部分在排氣管4中流動的排氣在高壓下再循環(huán) 至進(jìn)氣管3的高壓EGR裝置40。該高壓EGR裝置40具有高壓EGR通 路41和高壓EGR閥42。高壓EGR通路41連接位于渦輪機(jī)殼體5b上游 側(cè)的排氣管4和位于第二節(jié)氣門9下游側(cè)的進(jìn)氣管3。經(jīng)由高壓EGR通路 41，排氣在高壓下再循環(huán)。在此實(shí)施例中，經(jīng)由高壓EGR通路41再循環(huán) 的排氣被稱為高壓EGR氣體。隨著高壓EGR通路41的通路橫截面積通 過高壓EGR閥42的開度的改變而改變，流經(jīng)高壓EGR通路41的高壓 EGR氣體的量得以調(diào)節(jié)。檢測排氣壓力的排氣壓力傳感器13附裝于位于渦輪機(jī)殼體5b和過濾 器IO之間的排氣管4。如上所述構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)1設(shè)置有作為用于控制內(nèi)燃機(jī)1的電子控制單 元的ECU 20。該ECU 20根據(jù)內(nèi)燃機(jī)1的工作條件和駕駛員的要求來控制 內(nèi)燃機(jī)l的工作狀態(tài)。除了上述傳感器之外，根據(jù)駕駛員壓下加速踏板14 的量輸出電子信號以檢測發(fā)動機(jī)負(fù)荷的加速器操作量傳感器15、檢測發(fā)動 機(jī)轉(zhuǎn)速的曲軸位置傳感器16和檢測內(nèi)燃機(jī)1的冷卻水的溫度的冷卻水溫度 傳感器17經(jīng)由電線連接至ECU 20，從而這些不同傳感器的輸出信號輸入 至ECU 20。另外，第一節(jié)氣門6、第二節(jié)氣門9、 4氐壓EGR閥32和高壓 EGR閥42經(jīng)由電線連接至ECU20。 ECU 20控制這些設(shè)備等。在此實(shí)施例中，ECU 20執(zhí)行對過濾器10的堵塞判定。如果ECU20 判定為過濾器10被堵塞，則ECU 20執(zhí)行過濾器10的再生處理。當(dāng)對過 濾器10執(zhí)行堵塞判定時(shí)，ECU 20將低壓EGR閥32固定于全閉狀態(tài)。當(dāng) 低壓EGR閥32的開度固定于全閉狀態(tài)時(shí)，可基于由空氣流量計(jì)7檢測到 的進(jìn)氣量容易地估算經(jīng)過過濾器10的排氣流量。因此，可提高堵塞判定的 精度。 在此實(shí)施例中，對過濾器10的堵塞判定如下地執(zhí)行。在此，緊鄰過濾 器10上游的排氣管4的橫截面積由AO表示，其中排氣的流速由U0表示。 此外，通過PM堵塞過濾器10被認(rèn)為是節(jié)流，過濾器10的橫截面積由Al 表示，而過濾器10中的排氣流速由Ucat表示。如果對前述關(guān)系應(yīng)用伯努利理論，則可得到方程l 。pU02/2+P0 = pUcath+Pi... 方程1在該方程中，P0是緊鄰過濾器10上游的排氣壓力，Pl是緊鄰過濾器 IO下游的排氣壓力。假定液體密度p不變。因?yàn)榕艢饬魉俸蜋M截面積之間 保持方程2的關(guān)系，所以過濾器10上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差A(yù)P (以下 稱為"過濾器的壓差")可在方程3中表示。UoAo = UcatAi… 方程2AP = (Po -P0=pUcat2/2 - pU。2/2=pUcat2/2-pUcat2 ( A,/Ao ) 2/2 ... 方程3然后，可將方程3改寫為方程4AP/ Ucat2= p(l - (An/A。)2)/2 ... 方程4在此方程中，AP/Ucaf是與過濾器10的堵塞度相關(guān)的值。在此實(shí)施例中，如果AP/ Ucat2大于預(yù)定值Rl，則ECU 20判定為過 濾器10被堵塞，然后執(zhí)行過濾器10的再生處理。下面將說明本實(shí)施例中對過濾器10的堵塞判定的流程。圖2為示出根 據(jù)本實(shí)施例的對過濾器10的堵塞判定的流程的流程圖。在每個(gè)預(yù)定的時(shí)間 處重復(fù)地執(zhí)行該流程圖的例程。在步驟S101中，判定是否滿足用于判定過濾器10存在堵塞的條件。 在該步驟中，判定是否已經(jīng)呈現(xiàn)了適合于對過濾器10執(zhí)行堵塞判定的狀 態(tài)。例如，判定內(nèi)燃機(jī)l是否處于穩(wěn)態(tài)，或者過濾器10的溫度是否落在預(yù) 定的范圍內(nèi)。也可判定車輛是否已駛過PM可大量沉積的一段預(yù)定距離。 如果在步驟101中做出肯定判定，則處理過程進(jìn)行至步驟S102。否則，如 果做出否定判定，則例程結(jié)束。
在步驟S102中，ECU 20控制低壓EGR閥32至全閉狀態(tài)。就是說， ECU20控制閥32，使得經(jīng)過過濾器10的排氣不含低壓EGR氣體。這有 利于計(jì)算經(jīng)過過濾器10的排氣流量。在步驟S103中，空氣流量計(jì)7檢測新鮮空氣量Ga。在步驟S104中，壓差傳感器11檢測過濾器前后的壓差A(yù)P。在步驟S105中，排氣溫度傳感器12檢測經(jīng)過過濾器10的排氣的溫度 (以下稱為"經(jīng)過過濾器的排氣溫度")Tcat。經(jīng)過過濾器的排氣溫度用 于將經(jīng)過過濾器10的排氣的質(zhì)量流量轉(zhuǎn)化成體積流量.在步驟S106中，ECU 20計(jì)算燃料噴射量Gf。燃料噴射量Gf是噴射 到氣缸2中的燃料量，并基于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)負(fù)荷等計(jì)算。在步驟S107中，排氣壓力傳感器13檢測過濾器10上游的排氣管4 中的壓力P6(以下稱為"過濾器上游側(cè)壓力")。在步驟S108中，ECU 20計(jì)算經(jīng)過過濾器10的排氣的體積流量Vcat。 該體積流量Vcat可通過以下方程(氣體狀態(tài)方程)得到。在此方程中，R 是氣體常數(shù)。Vcat= (Ga+Gf) .R.Tcat/P6 方程5在此實(shí)施例中，確定體積流量Vcat的ECU 20對應(yīng)于排氣流計(jì)算裝置。在步驟S109中，ECU 20計(jì)算經(jīng)過過濾器10的排氣的平均流速Ucat (以下稱為"平均排氣流速")。通過將在步驟S108中計(jì)算出的體積流量 Vcat除以過濾器10的橫截面積A來計(jì)算平均排氣流速Ucat。過濾器10 的橫截面積A事先確定。在步驟S110中，ECU 20判定AP/UcaP是否大于預(yù)定值Rl。如上所 述，AP/Ucat2與過濾器10的堵塞度有關(guān)。預(yù)定值Rl事先通過試驗(yàn)等得到， 作為在過濾器10發(fā)生堵塞時(shí)的值的下限值。如果在步驟SllO中做出肯定 判定,則處理過程進(jìn)行至步驟Slll。否則，如果做出否定判定，則處理過 程進(jìn)行至步驟S112。在此實(shí)施例中，執(zhí)行步驟S110的處理過程的ECU 20對應(yīng)于本發(fā)明中 的堵塞判定裝置。 在步驟Sill中，ECU 20要求進(jìn)行對過濾器10執(zhí)行再生處理的控制。 例如，ECU 20將再生處理控制要求標(biāo)記設(shè)為1。當(dāng)需要對過濾器10執(zhí)行 再生處理時(shí)，該再生處理控制要求標(biāo)記被設(shè)為1，而當(dāng)不需要對過濾器IO 執(zhí)行再生處理時(shí)其被設(shè)為0。在步驟S112中，ECU 20重置對過濾器10執(zhí)行再生處理的控制要求。 例如，再生處理控制要求標(biāo)記,皮設(shè)為0。因此，由于當(dāng)判定過濾器10是否被堵塞時(shí)ECU 20控制低壓EGR閥 32至全閉狀態(tài)，所以過濾器10的堵塞判定可更精確地執(zhí)行。盡管在此實(shí)施例中當(dāng)判定過濾器10是否被堵塞時(shí)ECU 20控制低壓 EGR閥32至全閉狀態(tài)，但低壓EGR閥32的開度可代替地被控制至除全 閉狀態(tài)之外的固定的開度。在此情況下，直接測量或估算流經(jīng)低壓EGR 通路31的低壓EGR氣體的量。然后，低壓EGR氣體量和由空氣流量計(jì)7 檢測的新鮮空氣量相結(jié)合以計(jì)算流經(jīng)過濾器10的排氣流量。此外，在未設(shè)置低壓EGR裝置30但例如設(shè)置有用于向過濾器10供 給二次空氣的系統(tǒng)的情況下，當(dāng)執(zhí)行對過濾器10的堵塞判定時(shí)，可停止供 給二次空氣。此外，二次空氣的供給量可以是恒定的。 ii.第二實(shí)施例在此實(shí)施例中，通過供給與低壓EGR氣體的減少量對應(yīng)的一定量的 高壓EGR氣體使供給至氣缸2中的EGR氣體量保持恒定。在此需注意，當(dāng)?shù)蛪篍GR閥32的開度改變時(shí)，供給至氣缸2中的EGR 氣體量改變。例如，當(dāng)在第一實(shí)施例中低壓EGR閥32被控制至全閉狀態(tài) 時(shí)，停止向氣缸2供給低壓EGR氣體。因此，氣缸中可能缺少EGR氣體。另一方面，在第二實(shí)施例中，控制高壓EGR閥42的開度使得供給至 氣缸2中的EGR氣體量恒定。事實(shí)上，控制高壓EGR閥42的開度使得 進(jìn)氣量恒定。進(jìn)入氣缸2中的氣體包括新鮮空氣和EGR氣體。如果內(nèi)燃 機(jī)1的工作狀態(tài)不變，則合在一起的新鮮空氣和EGR氣體的量不變。因 此，EGR氣體量和新鮮空氣量具有這樣的關(guān)系，其中例如如果EGR氣體 量減少，則新鮮空氣量增加。就是"^兌，EGR氣體量可通過控制高壓EGR
閥42的開度而保持恒定，使得新鮮空氣量一一即由空氣流量計(jì)7測得的進(jìn) 氣量一一恒定。圖3示出才艮據(jù)本實(shí)施例的對過濾器10的堵塞判定的流程的流程圖。該 流程圖的例程在每個(gè)預(yù)定的時(shí)間處被重復(fù)執(zhí)行。執(zhí)行與圖2的流程圖中所 示的例程相同的處理過程的步驟標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記，并省略對其的說明。在步驟S201中，ECU20計(jì)算目標(biāo)新鮮空氣量Gat。目標(biāo)新鮮空氣量 Gat基于內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷計(jì)算。目標(biāo)新鮮空氣量Gat和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 M動機(jī)負(fù)荷之間的關(guān)系事先通過試驗(yàn)等確定并以映射的形式表示，并儲 存在ECU 20中。在步驟S202中，ECU 20控制高壓EGR閥42的開度。反饋控制高壓 EGR閥42的開度，使得在步驟S103中檢測的新鮮空氣量Ga等于在步驟 S201中計(jì)算出的目標(biāo)新鮮空氣量Gat。在此需注意，如果ECU20朝減小 的方向控制^f氐壓EGR閥32的開度，則ECU 20朝增大的方向控制高壓EGR 閥42的開度。因?yàn)榻?jīng)過高壓EGR通路41的高壓EGR氣體從位于過濾器10上游的 排氣管4流向位于空氣流量計(jì)7下游的進(jìn)氣管3,所以高壓EGR氣體幾乎 不影響新鮮空氣量和經(jīng)過過濾器10的排氣流量之間的關(guān)系。因此，在對過 濾器10進(jìn)行堵塞判定時(shí)，不必考慮高壓EGR氣體量。以此方式，如果當(dāng)ECU 20執(zhí)行對過濾器10的堵塞判定時(shí)低壓EGR 閥32的開度改變，則高壓EGR閥42的開度相應(yīng)地改變，使得供給至氣 缸2中的EGR氣體量能保持恒定。這使得可以在對過濾器10執(zhí)行堵塞判 定時(shí)限制NOx等的生成。 iii.第三實(shí)施例在此實(shí)施例中，當(dāng)?shù)蛪篍GR閥32的開度隨著時(shí)間的流逝而改變時(shí)， 估算在當(dāng)前開度下的低壓EGR氣體量，通過將由空氣流量計(jì)7測得的當(dāng) 前進(jìn)氣量與估算值相加，計(jì)算在當(dāng)前開度下經(jīng)過過濾器10的排氣流量。具 體地，低壓EGR氣體量和新鮮空氣量之和等于經(jīng)過過濾器10的排氣流量。 因此，即使當(dāng)?shù)蛪篍GR閥32的開度隨著時(shí)間的流逝而改變時(shí)，也可以通
過估算與開度相對應(yīng)的低壓EGR氣體量以及檢測在所述開度時(shí)提供的新 鮮空氣量，來計(jì)算在當(dāng)前開度下經(jīng)過過濾器10的排氣流量。附帶地，通過 低壓EGR閥32上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差、低壓EGR閥32的開度等估 算低壓EGR氣體的流量。圖4和5是示出根據(jù)本實(shí)施例的對過濾器IO進(jìn)行堵塞判定的流程的流 程圖。該流程圖的例程在每個(gè)預(yù)定的時(shí)間處被重復(fù)地執(zhí)行。執(zhí)行與在圖2 的流程圖中所示例程相同處理過程的步驟標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記，并將省略 對其的說明。在步驟S301中，冷卻水溫度傳感器17檢測內(nèi)燃機(jī)1的冷卻水的溫度。在步驟S302中，ECU 20計(jì)算EGR冷卻器33的冷卻效率。EGR冷 卻器33的冷卻效率與冷卻水溫度具有相關(guān)性。因此，例如冷卻水溫度和 EGR冷卻器33的冷卻效率之間的關(guān)系通過試驗(yàn)等事先確定并以映射的方 式表示，并儲存在ECU20中。通過將在步驟S301中得到的冷卻水溫度代 入該映射中，可得到EGR冷卻器33的冷卻效率，在步驟S303中，計(jì)算低壓EGR氣體的密度。如果低壓EGR氣體的 壓力和溫度已知，則通過在狀態(tài)方程(氣體狀態(tài)方程)中代入壓力和溫度 的值來得到低壓EGR氣體的密度。例如可基于由排氣溫度傳感器12檢測的排氣溫度T7、EGR冷卻器33 的冷卻效率和當(dāng)?shù)蛪篍GR氣體流經(jīng)低壓EGR通路31時(shí)發(fā)生的溫度降低 量來計(jì)算低壓EGR氣體的溫度。這些關(guān)系可事先通過試驗(yàn)等確定。另外， 也可例如通過傳感器來獲得低壓EGR氣體的溫度。另外，例如通過附裝于低壓EGR通路31的壓力傳感器來檢測低壓 EGR氣體的壓力。此外，連接至低壓EGR通路31的進(jìn)氣管3中的壓力和 低壓EGR氣體的壓力可以相等。溫度和壓力可通過其它傳感器或內(nèi)燃機(jī)1 的工作狀態(tài)估算。在步驟S304中，檢測低壓EGR閥32上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差(以 下稱為"低壓EGR閥前后的壓差")?？赏ㄟ^例如附裝于低壓EGR通路 31的壓差傳感器來獲得低壓EGR閥前后的壓差，以檢測低壓EGR閥32 的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差。在步驟S305中，ECU 20計(jì)算低壓EGR岡32的打開面積。例如，事 先確定并以映射的方式表示當(dāng)ECU 20控制低壓EGR閥32的開度時(shí)的打 開面積和指令值之間的關(guān)系。然后可通過代入指令值得到打開面積。在步驟S306中，ECU 20計(jì)算經(jīng)過低壓EGR閥32的低壓EGR氣體 的量Vegr。方程4 ^皮轉(zhuǎn)4匕成以下方程。t/cW = ^/2AP/0(1 - (4 "0)2))... 方程6然后，通過用低壓EGR氣體的流速Uegr代替Ucat、用低壓EGR閥 32的打開面積Aegr代替Al ，可得到下列方程。= V2APegr/pegr x力/(1-(v4一4))2)...方程7 經(jīng)過低壓EGR閥32的低壓EGR氣體量Vegr可在方程8中得到。=J。」eg"2APeg〃(peg *(J02 - ...方程8在此實(shí)施例中，計(jì)算低壓EGR氣體量Vegr的ECU 20對應(yīng)于EGR 氣體量檢測裝置。在步驟S307中，ECU 20計(jì)算經(jīng)過過濾器10的排氣流量Vcat。作為 通過對經(jīng)過低壓EGR閥32的低壓EGR氣體的流量和新鮮空氣流量求和 得到的值，通過方程9計(jì)算排氣流量Vcat。Fc加-Kegr + ((^ + G /),i ,rc加/尸6... 方程9因此，即使在低壓EGR岡32的開度為非全閉狀態(tài)開度并隨時(shí)間的流 逝而改變的情形下，經(jīng)過過濾器10的排氣流量仍然可根據(jù)低壓EGR閥32 的開度得到，使得可在較寬的工作狀態(tài)范圍內(nèi)執(zhí)行對過濾器10的堵塞判 定。
權(quán)利要求
1. 一種內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣凈化裝置，其特征在于包括顆粒過濾器(10)，所述顆粒過濾器設(shè)置在排氣通路(4)內(nèi)并捕集排氣中的顆粒物質(zhì)；進(jìn)氣量檢測裝置(7)，所述進(jìn)氣量檢測裝置用于檢測流入進(jìn)氣通路(3)中的新鮮空氣量；氣體供給裝置(30)，所述氣體供給裝置用于向位于所述進(jìn)氣量檢測裝置(7)下游側(cè)和所述顆粒過濾器(10)上游側(cè)的所述進(jìn)氣通路供給氣體；排氣流計(jì)算裝置(20)，所述排氣流計(jì)算裝置用于基于所供給的氣體量和檢測到的新鮮空氣量來計(jì)算經(jīng)過所述顆粒過濾器的排氣流量；壓差檢測裝置(11)，所述壓差檢測裝置用于檢測所述排氣通路中所述顆粒過濾器的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差；以及堵塞判定裝置(20)，所述堵塞判定裝置用于基于計(jì)算出的排氣流量和檢測到的壓差來判定所述顆粒過濾器是否被堵塞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中，所述氣體供給裝置是具有EGR通路(31)和EGR閥(32 )的 EGR裝置(30),所述EGR通路連接所述顆粒過濾器(10)下游的所述 排氣通路(4)和所述進(jìn)氣量檢測裝置(7)下游的所述進(jìn)氣通路(3)，所 述EGR閥設(shè)置在所述EGR通路(31)內(nèi)并改變所述EGR通路的通路橫 截面積，以及其中，由所述氣體供給裝置供給的氣體量是由EGR氣體量檢測裝置 (20)檢測的EGR氣體量，所述EGR氣體量檢測裝置(20 )用于檢測流 入所述EGR通路中的EGR氣體量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中，所述堵 塞判定裝置(20)估算被捕集在所述顆粒過濾器(10)上的所述顆粒物質(zhì) 的量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所迷的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于還包括: 渦輪增壓器(5)，所述渦輪增壓器具有在所述排氣通路(4)內(nèi)的渦 輪和在所述進(jìn)氣通路內(nèi)的壓縮機(jī)，其中，所述EGR通路(31 )是連接所述渦輪下游的所述排氣通路(4 ) 和所述壓縮機(jī)上游的所述進(jìn)氣通路(3 )的低壓EGR通路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中，所述EGR 氣體量檢測裝置(20)至少由在所述EGR閥(32)上游側(cè)的通路和所述 EGR閥下游側(cè)的通漆t(yī)間的壓差以及所述EGR閥的開度來檢測所述低壓 EGR通路(31)內(nèi)的氣體流量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 當(dāng)由所述堵塞判定裝置(20)判定所述顆粒過濾器(10)是否被堵塞時(shí)， 使所述EGR閥的開度比未判定所述顆粒過濾器是否被堵塞時(shí)的開度小。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 當(dāng)所述堵塞判定裝置判定所述顆粒過濾器(10 )是否被堵塞時(shí)，所述EGR 閥的開度^皮固定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中，當(dāng)由所述堵 塞判定裝置(20)判定所述顆粒過濾器(10)是否被堵塞時(shí)，所述EGR 閥的開度被固定至完全關(guān)閉狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特 征在于還包括高壓EGR通路(41)，所述高壓EGR通路連接所述顆粒過濾器(10 ) 上游的所述排氣通路(4)和所述進(jìn)氣量檢測裝置(7)下游的所述進(jìn)氣通 路(3);以及高壓EGR閥(42)，所述高壓EGR閥改變所述高壓EGR通路(41) 的通路橫截面積，其中，如果當(dāng)所述堵塞檢測裝置(20)判定所述顆粒過濾器(10)是 否被堵塞時(shí)流入所述EGR通路(41)中的EGR氣體量改變，則通過所述 高壓EGR閥(42)改變流入所述高壓EGR通路中的EGR氣體量，使得 供給至所述內(nèi)燃機(jī)(1)的氣缸中的EGR氣體量恒定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中，當(dāng)由所述 堵塞判定裝置(20)判定所述顆粒過濾器(10)是否被堵塞時(shí)，所述EGR 閥的開度^皮設(shè)定至未完全關(guān)閉狀態(tài)的開度，并且所述排氣流計(jì)算裝置(20 ) 基于由所述進(jìn)氣量檢測裝置(7)檢測到的新鮮空氣量和由所迷EGR氣體 量檢測裝置(20)檢測到的EGR氣體量來估算經(jīng)過所述顆粒過濾器(10) 的排氣流量，并且所述堵塞判定裝置(20 )基于由所述排氣流計(jì)算裝置(20 ) 估算出的排氣流量和由所述壓差檢測裝置(11)檢測到的壓差來判定所述 顆粒過濾器(10)是否被堵塞。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l至10中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其 中，當(dāng)滿足(i)所述內(nèi)燃機(jī)(1)處于穩(wěn)態(tài)、(ii)所述顆粒過濾器(10 ) 的溫度在預(yù)定范圍內(nèi)以及(iii)所述車輛已行駛了預(yù)定距離這些條件中的 至少一個(gè)時(shí)，由所述堵塞判定裝置(20)判定所述顆粒過濾器(10)是否 被堵塞。
12. —種內(nèi)燃機(jī)(l)的排氣凈化裝置的控制方法，所述排氣凈化裝置 包括顆粒過濾器(10),所述顆粒過濾器設(shè)置在排氣通路U)內(nèi)并捕集 排氣中的顆粒物質(zhì)；進(jìn)氣量檢測裝置(7),所述進(jìn)氣量檢測裝置用于檢測 流入進(jìn)氣通路(3)中的新鮮空氣量；氣體供給裝置(30)，所述氣體供給 裝置用于向位于所述進(jìn)氣量檢測裝置(7)下游側(cè)和所迷顆粒過濾器(10) 上游側(cè)的所述進(jìn)氣通路(3)供給氣體；以及壓差檢測裝置(11)，所述壓 差檢測裝置用于檢測所述排氣通路(4 )中所述顆粒過濾器(10 )的上游側(cè) 和下游側(cè)之間的壓差，所述控制方法的特征在于包括(S108 )基于所供給的氣體量和檢測到的新鮮空氣量來計(jì)算經(jīng)過所述 顆粒過濾器(10)的排氣流量；以及(S110)基于計(jì)算出的排氣流量和檢測到的壓差來判定所述顆粒過濾 器是否被堵塞。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，所述氣體供給裝置是具有EGR通路(31)和EGR閥(32 )的EGR裝置(30)，所述EGR通路連接所述顆粒過濾器(10)下游的所述 排氣通路(4)和所述進(jìn)氣量檢測裝置(7)下游的所述進(jìn)氣通路(3)，所 述EGR閥設(shè)置在所述EGR通路(31)內(nèi)并改變所述EGR通路的通路橫 截面積，以及其中，由所述氣體供給裝置(30)供給的氣體量是由EGR氣體量檢 測裝置(20 )檢測的EGR氣體量，所述EGR氣體量檢測裝置(20 )用于 檢測流入所述EGR通路中的EGR氣體量。
14. 一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于包括顆粒過濾器(10),所述顆粒過濾器設(shè)置在排氣通路(4)內(nèi)并捕集排 氣中的顆粒物質(zhì)；進(jìn)氣量檢測部，所述進(jìn)氣量檢測部檢測流入進(jìn)氣通路(3)中的新鮮空 氣量；氣體供給部，所述氣體供給部向位于所述進(jìn)氣量檢測部下游側(cè)和所述顆粒過濾器上游側(cè)的進(jìn)氣通路供給氣體；排氣流計(jì)算部，所述排氣流計(jì)算部基于所供給的氣體量和檢測到的新 鮮空氣量來計(jì)算經(jīng)過所述顆粒過濾器的排氣流量；壓差檢測部，所述壓差檢測部檢測所述排氣通路中所述顆粒過濾器的 上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差；以及堵塞判定部，所述堵塞判定部基于計(jì)算出的排氣流量和檢測到的壓差 來判定所述顆粒過濾器是否被堵塞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置包括顆粒過濾器(10)、檢測流入進(jìn)氣通路(3)中的新鮮空氣量的空氣流量計(jì)(7)和向位于空氣流量計(jì)(7)和顆粒過濾器(10)之間的進(jìn)氣通路(3)中的一個(gè)位置供給氣體的EGR裝置(30)。所述排氣凈化裝置基于由EGR裝置(30)供給的氣體量和由空氣流量計(jì)檢測的進(jìn)氣量檢測經(jīng)過顆粒過濾器的排氣流量(S108)，檢測顆粒過濾器上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差，并基于排氣的流量和壓差判定所述顆粒過濾器是否被堵塞(S110)。
文檔編號F02D41/02GK101400876SQ200780009217
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者小野智幸 申請人:豐田自動車株式會社