專利名稱：柴油機微粒濾清器的再生控制的制作方法
技術領域：
本發明涉及包含氧化催化劑的柴油機微粒濾清器的劣化的確定，和基于劣化確定的再生控制。
背景技術：
日本專利局于2003年公布的JP2003-106140A公開一種診斷承載在柴油機微粒濾清器(DPF)表面上的催化劑的劣化的方法，所述柴油機微粒濾清器捕集包含在柴油發動機的排氣中的微粒。
通過用高溫排氣燃燒捕集的微粒，再生DPF。當氧化催化劑被涂覆到構成DPF的濾清器的床(bed)上時，當在再生期間，沉積在濾清器上的微粒被燃燒時，氧化反應受到促進，導致濾清器的床溫升高。作為這種溫度升高效果的結果，可降低為了進行DPF再生操作，排氣的溫度必須被升高的程度。
但是，當濾清器被反復再生時，氧化催化劑劣化。當氧化催化劑劣化時，在DPF的再生期間，不能足夠地升高濾清器的床溫，從而可能不能完成DPF的再生。
發明內容
在現有技術中，估計由DPF內的可燃燒物質的催化反應產生的熱量，并根據該熱生成量，確定催化劑的劣化。
但是，難以只估計在DPF內產生的熱量中由催化反應產生的熱量。
于是，本發明的一個目的是準確地確定設置在DPF中的氧化催化劑的性能的劣化。
本發明的另一目的是在補償氧化催化劑性能的劣化的時候，有效地執行DPF的再生控制。
為了實現上述目的，本發明提供一種柴油機微粒濾清器的劣化診斷裝置，所述柴油機微粒濾清器捕集包含在柴油發動機的排氣中的微粒。通過在預定的溫度條件下，燃燒捕集的微粒，柴油機微粒濾清器被再生。所述診斷裝置包括可編程的控制器，所述控制器被編程，以便把開始再生濾清器時的捕集微粒量確定為第一數量，把在從開始再生濾清器以來的預定時段內燃燒的微粒燃燒量確定為第二數量，并根據第一數量和第二數量之間的差值，確定濾清器再生性能的劣化。
本發明還提供一種柴油機微粒濾清器的劣化診斷方法，包括把開始再生濾清器時的捕集微粒量確定為第一數量，把在從開始再生濾清器以來的預定時段內燃燒的微粒燃燒量確定為第二數量，并根據第一數量和第二數量之間的差值，確定濾清器再生性能的劣化。
本發明還提供一種柴油機微粒濾清器的再生裝置，包括把排氣的溫度升高到適合于燃燒微粒的目標溫度的機構，和可編程控制器，所述可編程控制器被編程，以便把開始再生濾清器時的捕集微粒量確定為第一數量，把在從開始再生濾清器以來的預定時段內燃燒的微粒燃燒量確定為第二數量，根據第一數量和第二數量之間的差值，確定代表濾清器再生性能的劣化程度的劣化因子，和根據劣化因子更新目標溫度。
本發明還提供一種柴油機微粒濾清器的再生方法，包括把排氣的溫度升高到適合于燃燒微粒的目標溫度，把開始再生濾清器時的捕集微粒量確定為第一數量，把在從開始再生濾清器以來的預定時段內燃燒的微粒燃燒量確定為第二數量，根據第一數量和第二數量之間的差值，確定代表濾清器再生性能的劣化程度的劣化因子，和根據劣化因子更新目標溫度。
在說明書的剩余部分中陳述了并在附圖中表示了本發明的細節以及其它特征和優點。
圖1是本發明所適用的排氣凈化裝置的示意圖。
圖2是圖解說明由根據本發明的發動機控制器執行的DPF再生例程的流程圖。
圖3表示由發動機控制器保存的目標入口溫度Tin的特征曲線圖。
圖4是圖解說明根據本發明的有效再生時間的計時圖。
圖5是圖解說明與有效再生時間相關的本發明的第二實施例的計時圖。
圖6表示由發動機控制器保存的與有效再生時間相關的溫度系數的特征曲線圖。
圖7表示由發動機控制器保存的微粒燃燒量的特征曲線圖。
圖8圖解說明有效再生時間和殘留微粒量之間的關系。
圖9是圖解說明由發動機控制器執行的劣化因子計算例程的流程圖。
圖10是表示DPF入口溫度的變化，以便圖解說明根據本發明的目標床溫保持時間的計時圖。
圖11表示由發動機控制器保存的氧化催化劑劣化因子d的特征曲線圖。
圖12是圖解說明由發動機控制器執行的劣化確定例程的流程圖。
圖13是DPF的基本部分的橫截面圖。
具體實施例方式
參見圖1，車輛的多缸柴油發動機1配有排氣道2和進氣道3。進氣道3裝有把吸入空氣分配給每個氣缸的收集器部分3a。排氣道2和收集器部分3a由排氣再循環(EGR)通道4連接。
膜片式EGR閥6安裝在EGR通道4中。限壓閥和膜片式作動器根據來自發動機控制器31的任務信號(duty signal)，操縱EGR閥6。
發動機1配有共軌燃油噴射裝置10。燃油噴射裝置10配有供油泵14，共軌(蓄壓器)16和為每個氣缸提供的噴油嘴17。由供油泵14加壓的燃油通過共軌16被分配給每個噴油嘴17。
噴油嘴17裝有針閥，噴油嘴室，通向噴油嘴室的供油通道，保持器，液壓活塞和復位彈簧。
三通閥是一種有選擇地使共軌16和排油管(drain)與供油通道連接，并在OFF(閉)狀態下，通過供油通道和噴油嘴室，借助共軌16的高壓燃油壓力，把針閥保持在就位位置的閥。在ON(開)狀態下，通過向排油管釋放該壓力，針閥被升高，噴油嘴室中的燃油被噴入氣缸中。借助壓縮點火，發動機1燃燒氣缸中的噴射燃油。
噴油嘴17的燃油噴射正時由三通閥從OFF到ON的轉換計時確定，燃油噴射量由三通閥的ON狀態的持續時間確定。如果共軌16的壓力相同，那么燃油噴射量將隨著ON狀態的持續時間的增大而增大。根據來自發動機控制器31的信號，轉換三通閥的ON和OFF狀態。
從美國專利No.6247311，已知這種共軌燃油噴射裝置10。
可變容量渦輪增壓器21的渦輪(turbine)22設置在EGR通道4下游的排氣道2中。可變容量渦輪增壓器21還裝有安裝在進氣道3中的壓縮機23。渦輪22把排氣的流動能量變換成轉動能量，并利用該轉動能量，驅動同軸的壓縮機23。
作動器25驅動的可變噴嘴(variable nozzle)24安裝在渦輪22的蝸旋入口。
作動器25包括膜片作動器26和調節膜片作動器26的控制壓力的限壓閥27，它改變噴嘴開度，從而在發動機1的低轉速區中，能夠獲得預定的渦輪增壓壓力。具體地說，在低轉速下，噴嘴開度變窄，從而引入渦輪22的排氣的流速被增大，在高轉速下，噴嘴開度變寬，從而排氣被無阻力地引入渦輪22。
限壓閥27根據來自發動機控制器31的任務信號，調節膜片作動器26的壓力，從而可變噴嘴24的開度被調整為目標噴嘴開度。
作動器43驅動的進氣節流閥42形成于收集器部分3a的入口中。
作動器43包括根據控制壓力，驅動進氣節流閥42的膜片作動器44，和根據來自發動機控制器31的任務信號，調整給膜片作動器44的控制壓力，從而進氣節流閥42具有目標開度的限壓閥45。
捕集排氣中的微粒的柴油機微粒濾清器(DPF)41安裝在渦輪22下游的排氣道2中。
發動機控制器31包括微計算機，微計算機配有中央處理器(CPU)，只讀存儲器(ROM)，隨機存取存儲器(RAM)和輸入/輸出接口(I/O接口)。
發動機控制器31控制EGR閥6的開度，噴油嘴17的燃油噴射正時和燃油噴射量，渦輪增壓器21的可變噴嘴24的開度，和進氣節流閥42的開度。借助這些控制，沉積在DPF41上的微粒不時被燃燒，DPF41被再生到能夠重新捕集微粒的狀態。
為了實現上述控制，來自各種傳感器的檢測信號被輸入發動機控制器31。這些傳感器包括檢測車輛裝備的加速踏板的壓下量的加速踏板壓下傳感器32，檢測柴油發動機1的轉速Ne和曲軸轉角的曲軸轉角傳感器33，檢測發動機1的冷卻水溫度的冷卻液溫度傳感器34，檢測進氣道2的吸入空氣量Qa的空氣流量計35，檢測DPF41上下游的壓差DP的壓差傳感器36，檢測DPF41入口的排氣溫度T1的溫度傳感器37，和檢測DPF41出口的排氣溫度T2的溫度傳感器38。
當DPF41的微粒沉積量達到預定量時，發動機控制器31開始再生DPF41，燃燒沉積在DPF41上的微粒，從而從DPF41除去微粒。
參見圖13，DPF41包含充當濾清器主體的床41B，和涂覆在床41B上的氧化催化劑41A。當沉積在DPF41上的微粒燃燒時，氧化催化劑41A促進氧化反應，從而DPF41的床溫被升高，其結果是微粒的燃燒被加速。
為了再生DPF41，排氣溫度必須被升高到DPF41的目標入口溫度。但是，可正比與氧化催化劑41A升高床溫的度數，降低目標入口溫度，從而能夠節省為升高排氣溫度而消耗的能量。
但是，當反復進行DPF41的再生時，氧化催化劑41A開始劣化。當氧化催化劑41A劣化時，在如上所述的DPF的再生期間，床溫不再可被充分升高，可能導致不完全的DPF再生。
當DPF41中捕集的微粒的數量達到目標捕集量PMα時，通過升高排氣溫度，發動機控制器31開始再生DPF41。此時的捕集微粒量作為第一數量PMi保存在存儲器(RAM)中。
同時，累積溫度傳感器41檢測的入口溫度T1超過預定參考溫度的時間，在累積的時間達到預定時間X的時候，計算DPF41中的微粒燃燒量PMr。根據微粒燃燒量PMr和保存在存儲器中的第一數量PMi，計算DPF41的再生效率ηPM，并根據再生效率ηPM，確定DPF41是否正在劣化。發動機控制器31通過報警燈50，把確定結果通知車輛的駕駛員。
下面，參考圖2、9和12中的流程圖，說明發動機控制器31執行的再生DPF41的例程，計算劣化因子(factor)d的例程，和確定DPF41的劣化的例程。
在柴油發動機1開始工作的情況下，開始圖2中所示的再生DPF41的例程。當該例程結束時，開始下一次執行，從而當柴油發動機1工作時，基本上一直在執行該例程。
首先，在步驟S1，發動機控制器31根據壓差傳感器36檢測的壓差，估計DPF41中的捕集微粒量。
隨后，在步驟S2，發動機控制器31確定捕集微粒量是否已達到再生DPF41的參考捕集量PMα。再生DPF 41的參考捕集量PMα事先通過實驗確定。
如果捕集微粒量PMi未達到再生DPF41的參考捕集量PMα，那么發動機控制器31重復自步驟S1的處理。
當捕集微粒量達到再生DPF41的參考捕集量PMα時，在步驟S3，發動機控制器31把捕集微粒量保存在存儲器(RAM)中，作為第一數量PMi。
隨后在步驟S4，發動機控制器31把再生標記設置為1，把再生完成標記設置為0，并把計數器值N設置為1。
在步驟S5，發動機控制器31確定計數器值N是否為1。當在步驟S4中的處理之后立即進行步驟S5中的確定時，計數器值N為1，從而在步驟S5中，確定結果是肯定的。但是，一旦在后面說明的步驟S22中，計數器值已被遞增，那么計數器值N就變成大于1，從而步驟S5中的確定結果變成否定的。從而，在該例程的執行中，只有當DPF41中的捕集微粒量首次達到再生的參考捕集量PMα時，步驟S5的確定結果才是肯定的。
當步驟S5中的確定結果是肯定的時，發動機控制器31執行步驟S6-S12的處理。當步驟S5中的確定結果是否定的時，發動機控制器31執行步驟S14-S20的處理。
在步驟S6，發動機控制器31參考具有圖3中所示的特征曲線，并事先保存在存儲器(ROM)中的圖，以便根據保存在存儲器(RAM)中的第一數量PMi和氧化催化劑41A的劣化因子d，確定DPF41的目標入口溫度Tin。如圖3中所示，目標入口溫度Tin隨著第一數量PMi的增大而降低。當第一數量PMi增大時，大量的微粒在再生期間燃燒。把目標入口溫度Tin設置成隨著第一數量PMi的增大而降低的原因是為了防止由微粒的燃燒導致的升溫，引起DPF 41的溫度過度升高。通過以第一數量Pmi，或者換句話說，再生開始時的捕集微粒量，確定目標入口溫度Tin作為參數，能夠防止柴油發動機1和DPF41的規范方面的差異影響目標入口溫度Tin。
在下面說明的圖9中的例程中計算劣化因子d。這里，使用在圖9中的例程的前一次執行中計算的最新值。當劣化因子d為0時，這表示氧化催化劑41沒有劣化，不斷增大的值表示劣化的進展程度。
參見圖3，當第一數量PMi恒定時，目標入口溫度Tin隨著劣化因子d的增大而升高。當涂覆到DPF41的床41B上的氧化催化劑41A劣化時，在捕集的微料燃燒時，不能促進氧化反應，從而，難以升高DPF41的床溫。在氧化催化劑41A的劣化逐步發展時，通過升高目標入口溫度Tin，能夠保證床溫的升高。
當劣化因子d為0時，目標入口溫度Tin被設置成甚至比在DPF上面不提供氧化催化劑時的情況更低。其原因在于只要氧化催化劑41A不劣化，就能獲得通過氧化反應的促進，升高床溫的理想效果。
隨后，在步驟S7，發動機控制器31升高排氣溫度，實現目標入口溫度Tin。利用燃油噴射裝置10的公知控制，例如在正常燃油噴射之后再次噴射燃油的后噴射，和/或燃油噴射正時的延遲，升高排氣溫度。燃油噴射裝置10對應于要求保護的升溫機構(mechanism)。
隨后，在步驟S8，發動機控制器31根據溫度傳感器37檢測的DPF41的入口溫度T1，和溫度傳感器38檢測的DPF41的出口溫度T2，估計DPF41的床溫Tbed。簡而言之，入口溫度T1和出口溫度T2的平均值可被當作床溫Tbed。
隨后，在步驟S9，發動機控制器31計算有效再生時間Te。有效再生時間Te是DPF41的床溫Tbed超過目標床溫Tx的時間的累積值。目標床溫Tx被設置成可靠地進行DPF41的再生的溫度，或者換句話說，可靠地燃燒微粒的溫度。目標床溫Tx取決于目標入口溫度Tin，還取決于第一數量PMi，或者換句話說，開始再生處理時的捕集微粒量。
參見圖4，床溫Tbed隨著運轉條件的變化而變化。當床溫Tbed低于目標床溫Tx時，DPF41捕集的微粒不會完全燃燒，留下一部分微粒未被燃燒。有效再生時間Te表示實際發生微粒的完全燃燒的時間。具體地說，利用下面的等式(1)計算有效再生時間Te。
Te＝Tx1+Tx2+Tx3+Tx4+... (1)通過利用有效再生時間Te，從再生時段中排除不完全微粒燃燒的時段，能夠高度精確地估計DPF41中的微粒燃燒量。
應注意的是計算有效再生時間Te的方法并不限于等式(1)。
下面將說明與平均再生時間Te的計算相關的本發明的第二實施例。
如上所述，當床溫Tbed低于目標床溫Tx時，未燃燒的微粒留下。但是，一部分該微粒并不留下，或者換句話說被燒掉。根據本實施例的計算有效再生時間Te的方法考慮了當床溫Tbed低于目標床溫Tx時被燒掉的微粒。
參見圖5，在低于目標床溫Tx的溫度范圍中，燃燒一部分微粒的最小溫度被設置成第一溫度Ta。從第一溫度Ta到目標床溫Tx的溫度范圍被分成多個區間。這里，利用充當區間邊界的第二溫度Tb，第三溫度Tc和第四溫度Td，設置了四個區間。
床溫Tbed在第一溫度Ta和第二溫度Tb之間的溫度區間中的時間被表示成ta1、ta2。床溫Tbed在第二溫度Tb和第三溫度Tc之間的溫度區間中的時間被表示成tb1、tb2、tb3。床溫Tbed在第三溫度Tc和第四溫度Td之間的溫度區間中的時間被表示成tc1、tc2、tc3。第四溫度Td和目標床溫Tx之間的溫度區間中的時間被表示成td1、td2。床溫Tbed等于或大于目標床溫Tx的時間被表示成tx1。
從而，根據溫度區間和在該區間中的停留時間，掌握床溫Tbed的變化，通過把圖6中所示的，與溫度區間對應的加權系數Ka-Kd乘以停留的持續時間而獲得的值被用作有效再生時間Te。換句話說，利用下面的等式(2)計算有效再生時間Te。
Te＝Ka·ta+Kb·tb+Kc·tc+Kd·td+...+Tx這里ta＝∑tan，tb＝∑tbn，tc＝∑tcn，td＝∑tdn，tx＝∑txn，Ka＝從溫度ta到tb的溫度區間的溫度系數K，Kb＝從溫度tb到tc的溫度區間的溫度系數K，Kc＝從溫度tc到td的溫度區間的溫度系數K，Kd＝從溫度td到tx的溫度區間的溫度系數K，n＝從1開始的整數。
床溫Tbed等于或大于目標床溫Tx時的溫度系數Kx為1.0。當床溫Tbed低于目標床溫Tx時，例如當DPF41中10％的微粒未被燃燒，90％的微粒被燒掉時，溫度系數K為0.9。類似地，當DPF41中50％的微粒未被燃燒，50％的微粒被燒掉時，溫度系數K為0.5。當床溫Tbed低于目標床溫Tx時，燒掉的微粒的比例隨著床溫Tbed的降低而降低。因此，這五個溫度系數Ka、Kb、Kc、Kd、Kx具有Ka＜Kb＜Kc＜Kd＜Kx的關系，如圖6中所示。
為了進行等式(2)所示的計算，具有圖6中所示特征曲線的加權系數K的圖事先被保存在發動機控制器31的ROM中。溫度系數K的具體數值事先通過實驗設置。
根據本實施例，考慮到在床溫Tbed低于目標床溫Tx的溫度區間中，被燒掉的微粒的數量，計算有效再生時間Te，從而能夠高度精確地估計DPF41中捕集的微粒的燃燒量。
除了最后一項tx之外，等式(2)右手側的各個值的總和構成要求保護的補充時間。
返回參見圖2，在步驟S10，發動機控制器31參考具有圖7中所示的特征曲線，并且事先保存在存儲器(ROM)中的圖，根據有效再生時間Te和保存在存儲器(RAM)中的第一數量PMi，計算從第一數量PMi燒掉的微粒燃燒量PMr，第一數量PMi是DPF41中捕集的微粒的數量。
參見圖7，當第一數量PMi恒定時，微粒燃燒量PMr隨著有效再生時間Te的延長而增大。當有效再生時間Te相等時，微粒燃燒量PMr隨著第一數量PMi的增大而增大。
隨后，在步驟S11，發動機控制器31根據第一數量PMi，和微粒燃燒量PMr，利用下面的等式(3)計算殘留微粒量PMx，即殘留在DPF41中的微粒的數量。
PMx＝PMi-PMr隨后，在步驟S12，發動機控制器31比較微粒燃燒量PMr和預定的目標微粒燃燒量ΔPM。在該例程中，隨著再生的進行，DPF41的目標入口溫度Tin被升高，如下詳細所述。從而，每當微粒燃燒量PMr達到目標微粒燃燒量ΔPM時，重新計算目標入口溫度Tin。換句話說，目標微粒燃燒量ΔPM起確定是否要重新計算目標入口溫度Tin的參考值的作用。
參見圖8，在本實施例中，參考捕集量PMα被設置成4克/升，目標微粒燃燒量ΔPM被設置成其四分之一，即1克/升。目標燃燒量ΔPM根據柴油發動機1和DPF41的規范(specification)設置，于是并不局限于參考捕集量PMα的四分之一。應注意的是參考捕集量PMα的單位是通過把在DPF41中捕集的微粒的質量(克)除以DPF41的容積(升)得到的值。
在步驟S12，當微粒燃燒量PMr未達到目標燃燒量ΔPM時，發動機控制器31重復步驟S9-S12的處理。作為該重復的結果，微粒燃燒量PMr增大，殘留微粒量PMx減小。
在步驟S12，當微粒燃燒量PMr達到目標燃燒量ΔPM時，發動機控制器31在步驟S13確定殘留微粒量PMx是否已降到目標殘留微粒量PMd。目標殘留微粒量PMd對應于結束DPF41的再生時，許可的殘留微粒量。根據車輛的行駛條件，事先通過實驗設置該值。當行駛條件對應于適合于DPF41的完全再生的高速行駛條件時，目標殘留微粒量PMd為0克/升。另一方面，當行駛條件對應于不適合DPF41的完全再生的擁堵行駛條件時，在本實施例中，目標殘留微粒量PMd被設置成2克/升，它是4克/升的參考捕集量PMα的一半，如圖8中所示。換句話說，在擁堵行駛條件下，假定在高速行駛條件下燃燒的微粒的數量的一半將被燃燒。當該條件被滿足時，發動機控制器31暫停DPF41的再生。
當步驟S13中的確定結果是肯定的時，在步驟S21，發動機控制器31把再生標記設置為0，并把再生結束標記設置為1，隨后結束該例程。再生標記和再生結束標記保持這種狀態，直到在下次執行該例程期間，步驟S2的確定結果變成肯定的為止。當執行下面將描述的圖9中所示的劣化因子計算例程時，參考這些標記。
另一方面，當步驟S13的確定結果是否定的時，在步驟S22，發動機控制器31遞增計數器值N，隨后返回步驟S5。當計數值N已被遞增時，計數器值變成為2或更大的值。
從而這種情況下，步驟S5中的確定結果是否定的。當步驟S5中的確定結果是否定的時，發動機控制器31執行步驟S14-S20的處理。
在步驟S14中，發動機控制器31參考具有圖3中所示的特征曲線的圖(在步驟S6中也參考了該圖)，從而根據殘留微粒量PMx，確定目標入口溫度Tin。這里應注意的是，代替第一數量PMi，殘留微粒量PMx被用作圖3中的橫坐標值。當執行步驟S14時，DPF41中捕集的微粒的數量小于執行步驟S6時，DPF41中捕集的微粒的數量。從而，在步驟S14中獲得的目標入口溫度Tin高于在步驟S6中獲得的目標入口溫度Tin。每次微粒燃燒量PMr達到目標燃燒量ΔPM時，目標入口溫度Tin最好被設置成較高的值，以便促進微粒的燃燒。
步驟S15-S18的處理與步驟S7-S10的處理相同。
在步驟S19，發動機控制器31利用下面的等式(4)，計算殘留微粒量PMx。
PMx＝PMi-PMr (4)微粒燃燒量PMr是從開始再生到當前時間為止，燃燒的微粒的總量，而不是在步驟S17-S20的處理循環期間燃燒的微粒的數量。在步驟S17中確定的有效再生時間Te也是從開始再生到當前時間為止的累積值。
在步驟S20，發動機控制器31確定是否已關于微粒燃燒量PMr，建立了下面等式(5)的關系。
PMr≥ΔPM·N (5)計數器值N表示步驟S9-S12的循環和步驟S17-S20的循環的執行總次數。每次微粒燃燒量PMr達到目標燃燒量ΔPM時，計數器值N被遞增。根據微粒燃燒量PMr是否已達到ΔPM·N，進行步驟S20中的關于步驟S17-S20的循環是否應被停止的確定。
這里，在執行步驟S9-S12的循環之后，執行步驟S17-S20的循環的期間，計數器值N為2。如圖8中所示，當第一數量PMi，或者換句話說，開始DPF再生時的捕集微粒量被設置成4克/升，目標燃燒量ΔPM被設置成1克/升時，等式(5)的右側變成4-1×2＝2(克/升)。換句話說，在這種狀態下，步驟S20中，發動機控制器31執行的確定變成關于微粒燃燒量PMr是否已達到2克/升的確定。
當步驟S20中的確定是否定的時，繼續步驟S17-S20的處理。當步驟S20中的確定是肯定的時，發動機控制器31執行步驟S13的確定。從而，如果殘留微粒量PMx未降到目標殘留微粒量PMd，那么在步驟S22中，計數器值N被遞增，并繼續DPF 41的再生。如果殘留微粒量PMx已降到目標殘留微粒量PMd，那么在步驟S21中，發動機控制器31把再生標記重置為0，并把再生結束標記設置成1，隨后結束該例程。應注意在結束該例程之后，發動機控制器31立即開始執行下一例程。
隨后，參見圖9，將說明計算氧化催化劑41A的劣化因子d的例程。獨立于圖2的再生例程執行該例程，但是類似于再生例程，從柴油發動機1開始工作開始。另外類似于再生例程，當該例程結束時，開始下一次執行，從而在柴油發動機1工作時，基本上一直在執行該例程。
在步驟S31，發動機控制器31確定再生標記是否為1，并在步驟S32，確定步驟S7的升高排氣溫度的操作是否完成。進行這些確定是為了確定DPF41的再生是否正在進行。當步驟S31和S32中的確定結果都是肯定的時，發動機控制器31執行從步驟S33向前的處理。如果步驟S31和S32中的任意一個確定結果是否定的，那么發動機控制器31重復這些確定。
在步驟S33，發動機控制器31把開始DPF41的再生時計算的目標入口溫度Tin保存為參考溫度。這里，當DPF41的入口溫度等于或高于參考溫度時，認為在DPF41中捕集的微粒處于可燃燒狀態。
隨后，在步驟S34，發動機控制器31計算保持時間ti。
參見圖10，保持時間ti對應于開始再生以來，溫度傳感器37檢測的DPF41的入口溫度T1等于或超過參考溫度的時間的累積值，如圖中所示。在圖10中，ti＝t1+t2+t3...。
隨后，在步驟S35，發動機控制器31確定保持時間ti是否已達到預定時間X。根據所需的再生時間設置預定時間X。這里，預定時間X被設置成10分鐘。發動機控制器31重復步驟S33-S35的處理，直到保持時間ti達到預定時間X為止。
計算保持時間ti的原因如下。具體地說，即使執行升高排氣溫度的操作，DPF41的入口溫度也并不總是滿足目標入口溫度Tin。例如當車輛下坡行駛，駕駛員釋放加速踏板時，排氣溫度降低，DPF41的入口溫度可能變得低于目標入口溫度Tin。通過從保持時間ti的計算中除去這樣的時段，只累積其間微粒真正燃燒的時段，提高將在下一步驟S35中執行的第二數量的計算的精度。
在步驟S35，當保持時間ti達到預定時間X時，在步驟S36，發動機控制器31讀取直到當前時間為止的微粒燃燒量PMr作為第二數量。這對應于在步驟S10或步驟S18中計算的最新值。
隨后，在步驟S37，發動機控制器31從存儲器(RAM)讀取第一數量PMi。
隨后，在步驟S38，發動機控制器31利用下面的等式(6)，計算再生效率ηPM。
ηPM=PMrPMα·100---(6)]]>再生效率ηPM表示當保持時間ti達到預定時間X時，已燃燒的DPF41中的微粒。如果氧化催化劑41A根本沒有劣化，那么其值應為100％。如果氧化催化劑41A正在劣化，那么再生效率ηPM的值根據劣化程度而降低。
隨后，在步驟S39，發動機控制器31確定再生結束標記是否為1，或者換句話說，DPF41的再生是否完成。如果步驟S39中的確定結果是否定的，那么發動機控制器31重復步驟S39的確定，直到再生結束標記變成1。
當再生結束標記變成1時，在步驟S40中，利用下述等式(7)，發動機控制器31更新再生效率累積值SUMη。
SUMη＝SUMη(n-1)+ηPM (7)其中SUMη(n-1)＝更新之前的再生效率累積值SUMη。
SUMη的初始值被設置成0。
隨后，在步驟S41，發動機控制器31遞增累積次數。隨后，在步驟S42，發動機控制器31確定累積次數是否已達到預定次數Y。
當步驟S42中的確定結果是否定的時，發動機控制器31重復步驟S31-S42的過程。當步驟S42中的確定結果是肯定的時，在步驟S43中，發動機控制器31利用下面的等式(8)計算平均再生效率ηPMd。
ηPMd=SUMηY---(8)]]>隨后，在步驟S44，發動機控制器31分別把累積次數和再生效率累積值SUMη重置為0，以便計算下一劣化因子d。
隨后，在步驟S45，發動機控制器31利用下述等式(9)，計算平均再生效率ηPMd的前一值和當前值之間的變化ΔηPM。
ΔηPM＝ηPMd(n-1)-ηPMd (9)其中ηPMd(n-1)＝ηPMd的前一值。
當氧化催化劑41A逐漸劣化時，平均再生效率ηPMd逐漸降低。因此，變化ΔηPM變成正值。
隨后，在步驟S46，發動機控制器31參考具有圖11中所示的特征曲線，并且事先保存在存儲器(ROM)中的圖，以便根據平均再生效率ηPMd的變化ΔηPM，確定劣化因子d。參見圖11，當變化ΔηPM增大時，劣化因子d也增大。
在步驟S46中計算劣化因子d之后，發動機控制器31結束該例程。應注意當該例程結束時，立即開始該例程的下一次執行，如上所述，從而再次從步驟S31開始執行處理。
這樣獲得的劣化因子d隨后用在圖2的步驟S6或S14中的目標入口溫度Tin的計算中。
下面，參見圖12，說明確定DPF41的劣化的例程。執行該例程，以便利用圖9中計算的劣化因子d，確定DPF41中的催化劑的劣化。當圖9的劣化因子計算例程結束時，發動機控制器31執行該例程。但是，應注意的是在當車輛工作的時候，多次執行圖9的劣化因子計算例程的情況下，圖12的劣化確定例程可被限制為一次執行。
首先，在步驟S51，發動機控制器31讀取在圖9的劣化因子計算例程的步驟S38中計算的最新再生效率ηPM。
隨后，在步驟S52，發動機控制器31確定再生效率ηPM是否已達到預定效率。
當再生效率ηPM未達到預定效率時，在步驟S53中，發動機控制器31確定DPF41的氧化催化劑41A已劣化，并通過打開報警燈50，通知車輛駕駛員氧化催化劑41A已劣化。如果再生效率ηPM達到預定效率，那么在步驟S54中，發動機控制器31確定DPF41的氧化催化劑41A沒有劣化，使報警燈保持關閉狀態。
在步驟S52中根據再生效率ηPM確定氧化催化劑41A的劣化，但是用于該確定的參數并不局限于再生效率ηPM，可以使用指示氧化催化劑41A的劣化的任意參數。更具體地說，可根據平均再生效率ηPMd或者劣化因子d，確定氧化催化劑41A的劣化。
根據上述本發明，在包括氧化催化劑41A的DPF41中，根據DPF41的再生效率ηPM計算劣化因子d，并通過參考具有圖3中所示的特征曲線的圖，根據劣化因子d，確定再生DPF 41的目標入口溫度Tin。此外，根據再生效率ηPM確定氧化催化劑41A的劣化。通過按照這種方式，根據DPF 41的實際再生效率ηPM，確定氧化催化劑41A的劣化，能夠比估計由DPF內的可燃燒物質的催化反應產生的熱量的現有技術更準確地確定氧化催化劑41A的劣化。此外，由于根據DPF41的實際再生效率ηPM進行確定，能夠確定整個DPF41的再生效率，以及氧化催化劑41A的劣化。
另外在本發明中，當確定目標入口溫度Tin時，考慮了根據再生效率ηPM確定的氧化催化劑41A的劣化因子d，從而補償由氧化催化劑41A的劣化導致的升高DPF41的床溫的效果的弱化，因此始終能夠在最佳的溫度環境中再生DPF41。因此，能夠縮短DPF41的所需再生時間。
在日本的申請日為2003年12月15日的Tokugan 2003-416056和Tokugan 2003-416042的內容作為參考包含于此。
雖然上面參考本發明的一些實施例說明了本發明，但是本發明并不局限于上述實施例。在權利要求的范圍內，本領域的技術人員將想到上述實施例的各種修改和變化。
例如，在上面的實施例中，根據壓差傳感器36檢測的壓差，估計DPF41的第一數量PMi，或者換句話說，開始DPF再生時的捕集微粒的數量，但是可用另一種方法確定捕集微粒量PMi。
代替可變噴嘴24和/或進氣節流閥42，可采用各種裝置，例如向排氣供給二次空氣的裝置作為排氣氧濃度調節機構。
檢測執行圖2、9和12中的例程所需的參數的傳感器并不局限于上面的實施例中描述的傳感器，這些參數可利用任意方法獲得。本發明并不依賴于獲取參數的方法，可適用于利用參數執行要求保護的控制的任意DPF再生裝置或方法。
其中要求保護獨占權或專有權的本發明的實施例如下定義。
權利要求
1.一種柴油機微粒濾清器(41)的再生控制裝置，所述柴油機微粒濾清器(41)捕集包含在柴油發動機(1)的排氣中的微粒，通過在預定的溫度條件下燃燒捕集的微粒，柴油機微粒濾清器(41)被再生，所述裝置包括可編程的控制器(31)，所述控制器被編程，以便把濾清器(41)開始再生時的捕集微粒量確定為第一數量(S3)；把在從濾清器(41)開始再生以來的預定時段內燃燒的微粒燃燒量確定為第二數量(S36)；和根據第一數量和第二數量之間的差，確定濾清器(41)再生性能的劣化(S45，S52-S54)。
2.按照權利要求1所述的控制裝置，其中濾清器(41)包括在再生期間，實現濾清器(41)的溫度升高的氧化催化劑(41A)。
3.按照權利要求1所述的控制裝置，其中控制裝置還包括升高排氣的溫度的機構(10)，預定的溫度條件是根據預定的目標溫度，由排氣升溫機構(10)實現的排氣溫度條件。
4.按照權利要求3所述的控制裝置，其中控制裝置還包括檢測排氣的溫度的傳感器(37)，控制器(31)還被編程為根據排氣的溫度滿足預定目標溫度的時間的總和，計算第二數量(S34，S35)。
5.按照權利要求4所述的控制裝置，其中傳感器(37)包括檢測濾清器(41)入口的排氣溫度的傳感器(37)。
6.按照權利要求4所述的控制裝置，其中控制器(31)還被編程為把第二數量設置成等于直到所述總和達到預定時間的時刻時燃燒的微粒燃燒量(S36)，根據第一數量和第二數量的比值，計算再生效率(S38)，并根據再生效率，確定再生性能是否已劣化(S46)。
7.按照權利要求6所述的控制裝置，其中控制裝置還包括發出關于再生性能劣化的警告的報警單元(50)，控制器(31)還被編程為當再生效率低于預定值時，接通報警單元(S53，S54)。
8.按照權利要求6所述的控制裝置，其中控制器(31)還被編程為根據再生效率，計算表示再生性能的劣化程度的劣化因子(S38-S46)，并根據劣化因子更新預定目標溫度(S6，S14)。
9.按照權利要求8所述的控制裝置，其中控制器(31)還被編程為根據在濾清器(41)的多次再生期間計算的平均再生效率的變化，計算劣化因子(S42-S45)。
10.按照權利要求8所述的控制裝置，其中控制器(31)還被編程為當劣化因子增大時，把目標溫度設置成更高的值(S6，S14)。
11.按照權利要求4-10任一所述的控制裝置，其中控制器(31)還被編程為每次預定數量的微粒被燃燒時，把目標溫度設置成更高的值(S14)。
12.按照權利要求11所述的控制裝置，其中控制裝置還包括檢測濾清器(41)的溫度的傳感器(37，38)，控制器(31)還被編程為累積濾清器(41)的溫度等于或高于預定溫度的時間作為有效再生時間(S9，S17)，并根據有效再生時間，確定微粒燃燒量是否已達到預定量(S9，S17)。
13.按照權利要求12所述的控制裝置，其中控制器(31)還被編程為確定濾清器(41)的溫度是否高于微粒的可燃燒溫度，所述微粒的可燃燒溫度低于目標溫度，當濾清器(41)的溫度低于目標溫度時，累積濾清器(41)的溫度高于可燃燒溫度的時間和預定系數的乘積，作為補充時間，并根據有效再生時間和補充時間的總和，確定微粒燃燒量是否已達到預定量(S9，S17)。
14.按照權利要求11所述的控制裝置，其中控制器(31)還被編程為計算在有效再生時間的累積的開始時濾清器(41)中的殘留微粒量(S11，S19)，并當殘留微粒量減小時，把目標溫度設置成更高值(S14)。
15.按照權利要求3-10任一所述的控制裝置，其中控制器(31)還被編程為當第一數量減小時，把目標溫度設置成更高值(S6，S14)。
16.按照權利要求3-10任一所述的控制裝置，其中排氣升溫機構(10)包括柴油發動機(1)的燃油噴射裝置(10)。
17.按照權利要求1-10任一所述的控制裝置，其中控制裝置還包括檢測濾清器(41)的入口和出口之間的壓差的傳感器(36)，控制器(31)還被編程為根據壓差計算濾清器(41)中的捕集微粒量(S1)。
18.一種柴油機微粒濾清器(41)的再生控制方法，所述柴油機微粒濾清器(41)捕集包含在柴油發動機(1)的排氣中的微粒，通過在預定的溫度條件下，燃燒捕集的微粒，柴油機微粒濾清器(41)被再生，所述方法包括把開始再生濾清器(41)時的捕集微粒量確定為第一數量(S3)；把在從開始再生濾清器(41)以來的預定時段內燃燒的微粒燃燒量確定為第二數量(S36)；和根據第一數量和第二數量之間的差，確定濾清器(41)再生性能的劣化(S45，S52-S54)。
全文摘要
捕集包含在柴油發動機(1)的排氣中的微粒的柴油機微粒濾清器(41)包括氧化催化劑(41A)，在濾清器(41)的再生期間，氧化催化劑(41A)表現出升溫效應。控制器(31)計算開始再生時濾清器(41)中捕集的微粒量作為第一數量，并計算在從濾清器(41)的再生期間燃燒的微粒量作為第二數量(S3、S10、S18)。根據第二數量和第一數量的比值，計算氧化催化劑的劣化因子d。從而氧化催化劑(41A)的劣化被補償，實現用于再生濾清器(41)的最佳溫度環境。
文檔編號F02D41/14GK1629460SQ20041008210
公開日2005年6月22日 申請日期2004年12月15日 優先權日2003年12月15日
發明者大竹真, 川島純一, 筒本直哉, 近藤光德, 上野昌一郎, 井上尊雄, 古賀俊雅 申請人:日產自動車株式會社