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发动机废气清除设备

阅读:234发布:2020-05-16

专利汇可以提供发动机废气清除设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 发动机 废气清除设备,其为用于在废气清除装置更新期间使得 扭矩 振动最小化的发动机废气清除设备。所述设备包括: 燃料 输送装置,用于向发动机中输送燃料的燃料输送量以在发动机的正常运转中产生较低的 过量空气系数 ;NOx收集催化转化器,用于在贫气操作期间从废气中 吸附 NOx;更新控制区,用于朝向较高目标值调节过量空气系数以更新NOx收集催化转化器;反馈控制区,用于反馈控制燃料输送量以使得在更新期间将过量空气系数保持在目标值;反馈控制限制区,用于在更新期间限制反馈控制直到较高目标值与实际过量空气系数之间的差异小于 指定 值。,下面是发动机废气清除设备专利的具体信息内容。

1.一种发动机废气清除设备,所述设备包括:
燃料输送装置,被构成得用于向发动机中输送燃料的燃料输送量 以在发动机的正常运转中产生较低的过量空气系数
废气清除装置,被布置在废气系统中并且被构成得用于在稀薄运 转期间清除废气;以及
控制单元,被构成得用于控制燃料输送装置,所述控制单元包括
更新时限确定区,被构成得用于确定用以更新废气清除装置的更 新操作时限;
更新控制区,被构成得用于朝向较高目标值调节过量空气系数以 更新废气清除装置;
反馈控制区,被构成得用于反馈控制燃料输送量以使得在更新期 间将过量空气系数保持在较高目标值;以及
反馈控制限制区,被构成得用于在更新期间限制反馈控制直到较 高目标值与实际过量空气系数之间的差异小于指定值。
2.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于限制反馈控制以便于在更新期 间限制反馈控制。
3.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于将反馈控制增益降低到正常反 馈控制增益以下以便于在更新期间限制反馈控制。
4.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于当确定实际过量空气系数达到 理论配比的空气燃料比时结束反馈控制的限制。
5.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述废气清除装置包括NOx收集催化转化器,所述NOx收集催 化转化器被构成得当过量空气系数较低时吸附NOx,并且当过量空气 系数高于理论配比的过量空气系数时脱吸和脱所吸附的NOx。
6.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述更新时限确定区被构成得用于当更新时限确定区确定由 NOx收集催化转化器吸附的NOx总量已达到指定值时执行更新。
7.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述更新控制区包括进气节流,所述进气节流阀被构成得用于 节流发动机的进气通道以便于在更新期间将过量空气系数控制为较高 目标值。
8.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于根据设置在废气清除装置上游 的排气系统中的废气传感器的输出计算实际过量空气系数。
9.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于根据进气量和燃料输送量估计 实际过量空气系数。
10.如权利要求1中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述燃料输送装置包括直接燃料喷射阀,所述燃料喷射阀被构成 得用于将燃料直接喷射到发动机燃烧室中。
11.如权利要求5中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述废气清除装置包括布置在排气系统中NOx收集催化转化器 上游位置处的具有HC吸附功能的氧化催化转换器和布置在排气系统 中NOx收集催化转化器下游的废气微粒俘获过滤器
12.如权利要求11中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于限制反馈控制以便于在更新期 间限制反馈控制。
13.如权利要求11中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于将反馈控制增益降低到正常反 馈控制增益以下以便于在更新期间限制反馈控制。
14.如权利要求2中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于当确定实际过量空气系数达到 理论配比的空气燃料比时结束反馈控制的限制。
15.如权利要求14中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述更新时限确定区被构成得用于当更新时限确定区确定由 NOx收集催化转化器吸附的NOx总量已达到指定值时执行更新。
16.如权利要求3中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述反馈控制限制区被构成得用于当确定实际过量空气系数达到 理论配比的空气燃料比时结束反馈控制的限制。
17.如权利要求16中所述的发动机废气清除设备,其特征在于
所述更新时限确定区被构成得用于当更新时限确定区确定由 NOx收集催化转化器吸附的NOx总量已达到指定值时执行更新。
18.一种发动机废气清除设备,所述设备包括:
燃料输送装置,用于向发动机中输送燃料的燃料输送量以在发动 机的正常运转中产生较低的过量空气系数;
废气清除装置,用于在发动机的稀薄操作期间清除包含在废气中 的废气排放颗粒;
更新时限确定装置,用于确定用以更新废气清除装置的更新操作 时限;
更新控制装置,用于朝向较高目标值调节过量空气系数以更新废 气清除装置;
反馈控制装置,用于反馈控制燃料输送量以使得在更新期间将过 量空气系数保持在较高目标值;以及
反馈控制限制装置,用于在更新期间限制反馈控制装置直到较高 目标值与实际过量空气系数之间的差异小于指定值。
19.一种清除发动机废气的方法,所述方法包括:
向发动机中输送燃料的燃料输送量和进气量以在发动机的正常运 转中产生较低的过量空气系数;
在发动机的稀薄操作期间用废气清除装置清除包含在废气中的废 气排放颗粒;
确定用以更新废气清除装置的更新操作时限;
朝向较高目标值调节过量空气系数以更新废气清除装置;
反馈控制燃料输送量以使得在更新期间将过量空气系数保持在较 高目标值;以及
在更新期间选择性地限制燃料输送量的反馈控制直到较高目标值 与实际过量空气系数之间的差异小于指定值。

说明书全文

技术领域

发明通常涉及用于内燃机的废气清除设备。更具体地说,本发 明涉及通过改变过量空气系数而更新废气清除装置的废气清除设备。

背景信息

在内燃机(诸如柴油机)中,废气再循环系统(EGR系统)被广 泛地使用,其中一部分废气被再循环以降低燃烧温度从而减少化氮 (NOx)的排放。NOx收集催化转化器在废气中的空气-燃料比处于低 范围时收集废气中的NOx并且当空气-燃料比处于高范围时净化(释 放)所收集的NOx。当NOx吸附和保持量达到指定上限值时沉积在 NOx收集催化转化器中的NOx通常被净化。

在美国专利No.5,732,554(还参见日本未审定公开专利申请 No.08-218920)中披露了具有设在排气系统中用于清除从发动机中排 放的NOx的NOx收集催化转化器的内燃机的一个示例。所述文献中 描述的NOx收集催化转化器被构成得用于当过量空气系数较低时吸 附和保持废气中所包含的NOx,并且当过量空气系数较高时解吸附和 脱氧所吸附的NOx。这些类型的NOx收集催化转化器通常适用于内 燃机,所述内燃机通常在较低过量空气系数下运转。当所吸附和保持 的NOx达到指定上限值时,NOx收集催化转化器不能再吸附和保持 更多的NOx了。因此,估计所保持的NOx量并且更新NOx收集催化 转化器。

当NOx收集催化转化器被更新时,使用进入空气节流等减小进 入到发动机中的吸入空气量以将过量空气系数减小到更浓的目标值。 同时,增加燃料喷射量以使得过量空气系数集中在更富的目标值上。

考虑到上述原因,本领域普通技术人员应从该描述中明白的是, 存在对于改进的内燃机废气清除设备的需求。本发明致于解决本领 域中的该需求以及其他需求,本领域普通技术人员将从该描述中明白 所述需求。

发明内容

已经披露了,当在发动机改变为NOx收集催化转化器的更新控制 后立即开始燃料喷射量的反馈控制时,那么即使进入空气节流阀被收 缩的话,过量空气系数也将不会立刻达到更浓的目标值。而且,如果 在这些状态下增加燃料喷射量的话,输出中的剧烈波动将导致扭矩震 动的出现。
本发明在于充分地避免这种问题的出现。因此,本发明的一个建 议性的目的是提供内燃机废气清除设备,所述设备以最大程度的可能 性充分地防止在废气清除装置的更新期间扭矩震动的出现。
考虑到前述问题,本发明提供了发动机废气清除设备,所述废气 清除设备通常包括燃料输送装置、废气清除装置以及被构成得用于控 制燃料输送装置的控制单元。燃料输送装置被构成得用于向发动机输 送一定量的燃料以在发动机的正常运转中产生较低(稀)的过量空气 系数。废气清除装置被布置在废气系统中并且被构成得用于在稀薄运 转期间清除废气。控制单元包括更新时限确定区、更新控制区以及反 馈控制区。更新时限确定区被构成得用于确定用以更新废气清除装置 的更新操作时限。更新控制区被构成得用于朝向较高目标值调节过量 空气系数以更新废气清除装置。反馈控制区被构成得用于反馈控制燃 料输送量以使得在更新期间将过量空气系数保持在较高目标值。反馈 控制限制区被构成得用于在更新期间限制反馈控制直到较高目标值与 实际过量空气系数之间的差异小于指定值。
本领域普通技术人员将从以下的详细描述中明白本发明的这些和 其他目的、特征和优点,所述详细描述结合附图披露了本发明的优选
实施例

附图说明

现在参照附图,所述附图构成基本描述的一部分:
图1是本发明一个实施例所涉及的用于内燃机(例如,柴油机) 的废气清除设备或系统的简图;
图2是本发明一个实施例所涉及的图1中所示的内燃机的一个燃 烧室的示意性截面图;
图3是示出了由本发明所涉及的废气清除设备或系统的控制单元 所执行的控制操作的流程图
图4是示出了为了更新NOx收集催化转化器由本发明所涉及的废 气清除设备或系统的控制单元所执行的控制操作的流程图;
图5是示出了为了更新(还原)NOx收集催化转化器由本发明另 一个实施例所涉及的废气清除设备或系统的控制单元所执行的替换控 制操作的第一替换流程图;
图6是示出了为了更新NOx收集催化转化器由本发明另一个实施 例所涉及的废气清除设备或系统的控制单元所执行的控制操作的第二 替换流程图;以及
图7是示出了为了更新NOx收集催化转化器由本发明另一个实施 例所涉及的废气清除设备或系统的控制单元所执行的替换控制操作的 第三替换流程图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的选定实施例。本领域普通技术人员 应从该描述中明白的是,对于本发明实施例的以下描述仅是解释性的 而非出于如所附权利要求及其等价物那样限制本发明的目的。
第一实施例
首先参照图1,其中示出了本发明第一实施例所涉及的用于内燃 机(诸如增压柴油机1)的废气清除设备。本发明所涉及的废气清除 设备可适用于用在汽车等中的其他内燃机中。
在本发明中,当在废气清除装置更新期间将过量空气系数λ降低到 高目标值时对燃料喷射量进行反馈控制。因此,可将过量空气系数λ 精确地控制到废气清除装置更新所需的较高值。另外,当设备改变为 更新操作时,直到目标值λt和实际过量空气系数λr之间的差异小于通 过实验方法获得的指定值e时才会开始燃料喷射量的反馈控制。因此, 可以可靠地防止当发动机改变为反馈控制时由于燃料喷射量的突然增 加所导致的扭矩振动的出现。
如图1和图2中所示的,发动机1包括公用燃油油轨2的公用燃 油油轨燃料喷射系统、多个燃料喷射阀3、以及高压燃料(未示出) 以便于被供以加压燃料。燃料泵(未示出)将燃料泵送到公用燃油油 轨2,加压燃料在公用燃油油轨2处积聚,并且当打开燃料喷射阀3 时高压燃料被输送到燃烧室的内部。因此,燃料喷射阀3将燃料直接 喷射到每个气缸的各个燃烧室(未示出)中。
燃料喷射阀3被构成和布置得在主喷射之前执行预喷射或在主喷 射之后执行补充喷射。通过改变公用燃油油轨2的积聚压力,以可变 的方式控制燃料喷射压力。
具有压缩机4a的涡轮增压器(增压器)4被布置在进气系统的进 气通道5中。压缩机4a用于使得进入空气增压。由流过排气通道6 的废气驱动的涡轮机4b使得压缩机4a转动。增压器4被布置在发动 机1的进气通道5中的空气流量计7的下游。增压器4最好是具有设 在涡轮机4b上的可变喷嘴的可变容量类型的增压器。通过使用可变电 容类型的增压器4,当发动机1在低速区中运转时可收缩可变喷嘴以 增加涡轮机效率。当发动机1在高速区中运转时可打开增压器4的可 变喷嘴以增加涡轮机的容量(capacity)。因此,这种布置可在大范围 的运转状态下获得高增压效果。
进气节流阀8在压缩机4a的下游位置处被安装在进气通道5的内 侧。进气节流阀8起到可控制吸入到发动机1中的进气量的进气调节 装置的作用。进气节流阀8例如是使用步进达可自由地改变其开口 程度的电子控制节流阀。
排气通道6装有从发动机1与涡轮机4b之间的位置分支的废气再 循环(EGR)通道9。EGR通道9与进气节流阀8下游的进气通道5 相连接。
排气系统装有安置于EGR通道9中的废气再循环(EGR)控制 阀10。EGR控制阀10用于根据发动机运转状态控制废气再循环量。 使用步进马达对EGR阀10进行电子控制以使得EGR阀10的开口程 度调节再循环到进气系统的废气的流量,即,吸入到发动机1中的EGR 量。对EGR阀10进行反馈(闭环)控制以便于以这种方式调节EGR 量,即,根据运转状态获得EGR比率设定。
废气系统还装有顺序布置在涡轮增压器4的涡轮机4b下游位置处 的排气通道6中的具有HC吸附功能的氧化催化转换器11、具有NOx收集功能的NOx收集催化转化器12、以及废气微粒俘获过滤器(DPF =柴油机粒过滤器)13。
氧化催化转换器11具有当温度较低时吸附废HCs以及当温度较 高时释放HCs的特性并且当处于活性状态时用于使得HCs和CO氧 化。当过量空气系数λ大于1时,即,当空气燃料混合较低时,NOx收集催化转化器12吸附或俘获包含在废气中的NOx,而当过量空气 系数λ较高时释放NOx。当处于活性状态时NOx收集催化转化器12 还用于使得NOx脱氧。微粒过滤器13俘获包含在废气中的微粒(PM =颗粒物质)并且所俘获的PM通过使用更新控制升高废气温度而被 燃烧。
提供控制单元20以控制本发明的废气清除设备。具体地,控制单 元20根据来自于用于检测发动机1的操作状态的各种传感器(如下所 述)的检测信号确定并设定进气量Qa、燃料喷射量Qf以及喷射时限 IT,并且如下所述根据这些信号执行所述控制。因此,控制单元20 还根据来自于各种传感器(如下所述)的检测信号控制燃料喷射阀3 的驱动、控制进气节流阀8和EGR阀10的开口程度。
控制单元20是由中央处理单元(CPU)和其他外围设备构成的微 电脑。控制单元20还可包括其他传统部件,诸如输入接口电路、输出 接口电路、以及诸如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存 储器)装置的存储装置。控制单元20最好包括用于控制下述各种部件 的发动机控制程序。控制单元20从用于检测发动机1的操作状态的各 种传感器(如下所述)中接收输入信号并且根据这些信号执行前述控 制。本领域普通技术人员从该描述中将明白的是,用于控制单元20 的精确结构和运算法则可为执行本发明功能的硬件软件的任意组 合。换句话说,用在说明书和权利要求中的“方法加功能”条款应包 括可用于执行本发明“方法加功能”条款的功能的任何结构或硬件和/ 或运算法则或软件。
由空气流量计7检测进气量Qa,所述空气流量计7向控制单元 20输出表示进气量Qa的信号。控制单元20还与转动速度传感器14、 加速位置传感器15、发动机冷却剂温度传感器16、油轨压力传感器 17、多个排气系统温度传感器21、22和23、以及废气传感器或氧气 传感器24可操作地连接。转动速度传感器14被构成和布置得用于检 测发动机1的发动机转动速度Ne,并且向控制单元20输出表示发动 机1的发动机转动速度Ne的信号。加速器位置传感器15被构成和布 置得用于检测加速器位置APO,并且向控制单元20输出表示加速器 位置APO的信号。
冷却剂温度传感器16被构成和布置得用于检测发动机冷却剂的 温度Tw,并且向控制单元20输出表示发动机冷却剂温度Tw的信号。 油轨压力传感器17被构成和布置得用于检测公用燃油油轨2内部中的 燃料压力(燃料喷射压力),并且向控制单元20输出表示公用燃油油 轨2内部中的燃料压力(燃料喷射压力)的信号。温度传感器21、22 和23被构成和布置得用于分别检测氧化催化转换器11、NOx收集催 化转化器12和废气微粒俘获过滤器13的出口附近的废气温度。温度 传感器21、22和23被构成和布置得用于向控制单元20输出分别表示 检测氧化催化转换器11出口附近的废气温度、NOx收集催化转化器 12出口附近的废气温度和微粒过滤器13的出口附近的废气温度的信 号。废气传感器24被构成和布置在涡轮机4b上游位置处的排气通道 6中以检测废气的空气燃料比或氧浓度。废气传感器24被构成和布置 得用于向控制单元20输出表示废气的空气燃料比或氧浓度的信号。
因此,控制单元20控制NOx收集催化转化器12和微粒过滤器 13的更新。换句话说,控制单元20根据各种发动机运转状态控制由 燃料喷射阀3输送的燃料喷射量Qf和燃料喷射阀3的喷射时限IT。 控制单元20还控制进气节流阀8和EGR阀10的开口程度。控制单 元20还根据各种发动机运转状态控制进气节流阀8和EGR阀10的 开口程度。控制单元20还如此控制NOx收集催化转化器12的更新, 即,通过确定何时吸附于NOx收集催化转化器12的总NOx已达到了 指定值,并且当达到指定值时,执行更新控制以将过量空气系数λ改变 为较高值从而解吸附并脱氧NOx。控制单元20还通过执行更新控制 而控制微粒过滤器13的更新以便于升高废气温度从而当在微粒俘获 过滤器13中的颗粒物质量达到指定量时燃烧/去除颗粒物质。
关于本发明,控制单元20执行更新时限确定区、更新控制区、反 馈控制区以及反馈控制限制区的功能。控制单元20的更新时限确定区 被构成得用以更新废气清除装置的更新操作时限。更新控制区被构成 得用于朝向较高目标值调节过量空气系数以更新废气清除装置。反馈 控制区被构成得用于反馈控制燃料输送量以使得在更新期间将过量空 气系数保持在较高目标值。反馈控制限制区被构成得用于在更新期间 限制反馈控制直到较高目标值与实际过量空气系数之间的差异小于指 定值。
当发动机1根据某些预定发动机操作状态运转时,在指定的固定 时间间隔下以循环的方式周期性地执行图3和图4的这些控制程序。 首先,将参照图3描述由控制单元20执行的废气清除控制。
在步骤S1中,控制单元20从图1中所示的各个传感器中读入表 示包括(但不局限于)发动机转动速度Ne、加速器位置APO、燃料 喷射量、以及发动机冷却剂的温度的发动机运转状态的各种信号。换 句话说,通过控制单元20从图1中所示的各个传感器中接收信号而确 定发动机1的发动机运转状态,例如,负载状态和转动速度状态。
在步骤S2中,控制单元20计算收集和积聚(吸附)在NOx收集 催化转化器12中的NOx量。存在各种使用来自于图1的信号计算NOx积聚量的已知方法。例如,可根据机动车已行驶的距离和/或通过积分 发动机转动速度Ne所获得的数值估计NOx积聚量。当使用积分值时, 当完成了NOx收集催化转化器12的更新控制时及时地将积分值重置 在那一点。
在步骤S3中,控制单元20计算俘获并积聚在DPF13中的颗粒物 质(PM)量。计算PM积聚量的一种方法是利用当积聚在DPF13中 的PM量增加时DPF13入口附近的废气压力增加的这个事实,然后通 过将所检测的入口附近的废气压力与用于当前发动机运转状态(例如, 发动机转动速度和燃料喷射量)的参考废气压力相比较而估计PM积 聚量。也可根据从DPF的最后一次更新以来的发动机转动速度、从 DPF的最后一次更新以来的行驶距离以及废气压力的积分的组合而估 计PM积聚量。
在步骤S4中,控制单元20确定是否设定了表示设备处于DPF更 新模式中的reg1标记。如果reg1标记的数值为1的话,那么控制单 元20继续前进到步骤S5并且执行DPF13的更新控制。如果reg1标 记未被设定为1的话,那么控制单元20继续前进到步骤S6。
在DPF13的更新控制期间,通过使用诸如其中俘获在DPF13中 的PM被燃烧的燃料的补充喷射的技术使得废气温度升高。当完成 DPF13的更新控制时,reg1标记被设定为0。
在步骤S6中,控制单元20确定是否设定了表示NOx收集催化转 化器12处于更新模式即,高峰值模式(将过量空气系数λ改变为较高 值)中的sp标记,以便于解吸附和清除由NOx收集催化转化器12所 吸附的NOx。如果sp标记的数值为1的话,那么控制单元20继续前 进到步骤S7,在步骤S7它执行高峰值控制(NOx收集催化转化器更 新控制)。如果sp标记未被设定为1的话,那么控制单元20继续前进 到步骤S8。
稍后将参照图4描述NOx收集催化转化器更新控制。
在步骤S8中,控制单元20确定在步骤S3中所计算的DPF13的 PM积聚量是否已达到指示出是更新DPF13的时间的指定量PM1。如 果PM积聚量大于PM1的话,那么控制单元20确定是该更新DPF13 的时候了并且在步骤S9中接通reg1标记(即,将reg1标记的数值设 定为1)以便于指示出更新在进行中。如果PM积聚量小于PM1的话, 那么控制单元20继续前进到步骤S10。
在步骤S10中,控制单元20确定积聚在NOx收集催化转化器12 中的NOx量是否已达到了是更新NOx收集催化转化器12的时候的指 定量NOx1。如果NOx积聚量大于NOx1的话,那么控制单元20确 定是该更新NOx收集催化转化器12的时候了,并且在步骤S11中接 通sp标记(即,将sp标记的数值设定为1)以便于指示出NOx收集 标记的更新在进行中。
现在将参照图4描述NOx收集催化转化器更新模式期间所执行的 控制。
在图3中所示的程序期间当NOx积聚量达到指定值NOx1并且 sp标记被设定为1时执行图4中所示的步骤流程。
在步骤S21中,控制单元20读入表示包括(但不局限于)诸如发 动机转动速度、燃料喷射量、以及发动机冷却剂的温度等因素的发动 机当前运转状态的各种信号。在步骤S22中,为了根据输入信号更新 NOx收集催化转化器12,控制单元20计算过量空气系数λ的目标值 Ct。在更新期间,将过量空气系数λ的目标值λt设定为例如,0.8。
在步骤S23中,控制单元20将进气节流阀8的开口程度减小到指 定开口程度以便于将过量空气系数λ改变为高目标值。过量空气系数λ 为所供应的空气量与理论配比的燃烧所需的空气之间的比率。因此, 当空气燃料混合物处于理论配比的空气燃料比时过量空气燃料比λ的 数值为1,当空气燃料混合物为稀薄时,过量空气燃料比λ的数值大于 1,当空气燃料混合物为浓时,过量空气燃料比λ的数值小于1。
在步骤S24中,控制单元20读入实际过量空气系数λr的检测或 估计值。可根据废气传感器24检测的氧浓度检测出实际过量空气系数 λr或根据发动机1的进气量和燃料喷射量估计出过量空气系数λr。
在步骤S25中,控制单元20将实际过量空气系数λr与目标值λt 相比较并且等候直到差异λr-λt小于指定值e。由于发动机的许多设计 参数都将影响指定值e,因此指定值e是在实验基础上获得的。在任 何情况中,指定值e都应被确定得使得输入中的可能导致出现扭矩振 动的剧烈波动最小化。
在减小了进气节流阀8的开口程度之后,空气量不会立即减少并 且在实际过量空气系数λr达到目标值λt之前经过了延迟时间。当控制 单元20确定差异λr-λt小于指定值e时,继续前进到步骤S26并且开 始燃料喷射量的反馈控制。
在更新期间过量空气系数λ被保持在高目标值λt,并且,只要发动 机1的运转状态没有经历瞬态变化,燃料喷射量基本不会从设备改变 为更新控制之前立即有效的燃料喷射量上产生变化。换句话说,燃料 喷射量保持在根据使用加速器位置、发动机转动速度等发动机运转状 态所计算的量上。
为了有效地更新NOx收集催化转化器12,必须精确地将废气的 过量空气系数λ控制为目标值λt,但是仅通过控制进气节流阀8的开口 程度难于以良好的精确度和快速的反应将过量空气系数λ控制为目标 值λt。
因此,该实施例被如此构成,即,当实际过量空气系数λr与目标 值λt之间的差异小于指定值e时,通过修正燃料喷射量将过量空气系 数λ调节为目标值λt。通过直到所述差异达到指定值e才开始反馈控 制,在所需的燃料喷射量应增加的情况中可防止扭矩振动较大。
在检测或估计实际过量空气系数λr的同时执行燃料喷射量的反 馈控制。
在步骤S27中,控制单元20确定自开始更新控制以来已经过的时 间t是否已达到时间t峰值的指定量。如果时间t不大于时间t峰值的 话,那么控制单元20等候直到已经过了时间t峰值。
指定的时间t峰值是相当于完成NOx收集催化转化器的更新所需 的时间量。
如果时间t大于时间t峰值的话,那么控制单元20在步骤S28中 结束浓操作。更具体地说,控制单元20使得进气节流阀8的开口程度 恢复到其原始状态并且根据发动机转动速度和加速器位置执行燃料喷 射量的打开控制以便于实现指定稀薄操作状态。
在步骤S29中,sp标记被设定为0将结束程序回路。
下面将集中在NOx收集催化转化器12的更新上描述所述设备的 总体功能。
根据发动机1的运转状态将燃料喷射量和将燃料输送到发动机1 中的燃料喷射时限调节为最佳值并且将进气节流阀8的开口程度保持 在较大开口程度以使得在正常操作中过量空气系数λ处于较小值。
在稀薄操作期间,NOx(NOx为包含在废气中的一种排放成分) 被吸附于NOx收集催化转化器12并被防止释放到外部。当过量空气 系数λ为较小值时,NOx收集催化转化器12不能脱氧NOx并且NOx保持被吸附于NOx收集催化转化器12。
当控制单元20确定所吸附和保持(即,积聚)的NOx量已达到 指定状态时,它执行控制以便于更新NOx收集催化转化器12。该更 新控制用于在指定短时间内将过量空气系数λ改变为较大值。因此,所 述更新控制包括将进气节流阀8的开口程度减小指定量以减小进气量 并且获得目标过量空气系数λt(例如,0.8的过量空气系数λ)。原则上, 燃料喷射量不会从更新控制开始之前有效的燃料喷射量上产生变化, 从而防止发动机1产生扭矩上的波动。
然而,由于仅通过控制进气节流阀8的开口程度难于精确地将过 量空气系数λ控制为目标值λt,因此在更新控制期间对燃料喷射量进行 反馈控制以使得过量空气系数λ与目标值λt完全相符。因此,可有效 地实现NOx收集催化转化器12的更新,即,NOx的解吸附和脱氧。
在设备改变为更新控制之后当进气节流阀8的开口程度已减小了 指定量时,过量空气系数λ不会立刻从较小值改变为较大值。而是在实 际过量空气系数λr达到目标值λt之前经过了延迟时间。如果在开始燃 料喷射量的反馈控制时实际过量空气系数λr远小于目标值λt的话,将 随着过量空气系数之间的差异大大地增加燃料喷射量并且会不可避免 地出现扭矩振动。
然而,在本实施例中,在开始更新操作之后直到在实际过量空气 系数λr与目标过量空气系数λt之间的差异小于指定值之前是禁止反 馈控制的。因此,在从较小值改变为较大值的尝试中燃料喷射量不会 突然增加并且可防止扭矩振动的出现。
当确定更新控制已结束时,控制单元20将进气节流阀8的开口程 度恢复到其原始开口程度、停止燃料喷射量的反馈控制、并且根据发 动机的运转状态控制燃料喷射量同时将过量空气系数λ保持在指定低 状态下。
当发动机负载较高时,即使进气节流阀8保持完全打开,燃料喷 射量变大并且过量空气系数λ改变为较大值。当出现这种情况时,NOx收集催化转化器12自动地进行更新,与NOx的积聚量无关。然而, 由于没有执行燃料喷射量的反馈控制,先前所述的问题没有结果。
因此,如前面所述的,在本实施例所涉及的用作废气清除设备的 废气清除装置的NOx收集催化转化器12的更新期间,对燃料喷射量 进行反馈控制以便于将过量空气系数λ保持在高目标值λt。同时,限制 (抑制)反馈控制以使得直到实际过量空气系数λr与目标值之间的差 异小于指定值时开始反馈控制。因此,可将过量空气系数λ精确地控制 为NOx收集催化转化器12的更新所需的数值并且可在良好的效率和 高精确度下执行更新控制。此外,可以可靠地避免当设备改变为更新 操作时燃料喷射量的突然增加所导致的扭矩振动的出现。
当过量空气系数λ低于目标过量空气系数λt时,首先将进气节流 阀8的开口程度减小并且之后当过量空气系数λ相对于目标值处于指 定范围内时对燃料喷射量进行反馈控制。因此,在更新控制开始之前 和之后发动机的输出特征基本未改变,并且在没有使得驾驶员经受某 些异常感觉的情况下将设备改变为更新控制。
可使用安置在废气系统中的废气传感器24的输出计算实际过量 空气系数λr,因此可精确地检测过量空气系数λ。
通过根据进气量和燃料输送量估计实际过量空气系数λr,可使用 现有传感器实现控制。
                     第二实施例
现在将参照图5描述第二实施例所涉及的另一流程图。该另一流 程图示出了由控制单元20执行的控制操作,其中反馈控制未被抑制, 而是使用减小增益以限制反馈控制。考虑到第一和第二实施例之间的 相似性,与第一实施例的步骤一致的第二实施例的步骤使用与第一实 施例的步骤相同的附图标记。而且,为了简洁起见,对于第二实施例 中与第一实施例的步骤相同的由控制单元20执行的步骤的描述将被 省略。
基本上,除了已增加步骤S30之外,图5的另一流程图所示的控 制操作与如上所述图4的流程图相同。换句话说,在前述实施例中, 当设备改变为NOx收集催化转化器12的更新控制时,直到实际过量 空气系数λr相对于目标值λt处于指定范围内时才开始燃料喷射量的 反馈控制。在该第二实施例中,反馈控制使用限制反馈控制的另一限 制方法,其中通过将反馈控制增益设定为与正常反馈控制增益相比较 具有较慢反应时间的减小增益,从而抑制燃料喷射量的快速增加而实 现对于反馈控制的限制。换句话说,与收缩进气节流阀8同步但是在 产生较慢反应时间的增益下开始反馈控制。然后,当实际过量空气系 数λr相对于目标值λt进入指定范围e内时,在正常增益下执行反馈控 制。
                第三和第四实施例
现在将参照图6和图7描述第三和第四实施例所涉及的另一流程 图。这些另一流程图示出了由控制单元20执行的控制操作,其中步骤 S25已由步骤S25′代替。在其他方面,图6和图7的另一流程图中所 示的控制操作分别与图4和图5的流程图中的控制操作相同。考虑到 这些实施例与第一和第二实施例之间的相似性,与第一和第二实施例 的步骤一致的这些实施例的步骤使用第一和第二实施例的步骤相同的 附图标记。而且,为了简洁起见,对于这些实施例中与第一和第二实 施例的步骤相同的由控制单元20执行的步骤的描述将被省略。
图6和图7的另一流程图示出了由控制单元20执行的控制操作, 其中反馈控制的限制的结束是基于实际过量空气系数λr从较小侧达 到理论配比的数值而不是使用指定值而作出的。因此,一旦过量空气 系数λ移动到理论配比的过量空气系数较大侧的话,即使燃料喷射量增 加以使得过量空气系数λ移动到更大数值,发动机1所产生的扭矩也不 会较大地改变。因此,在步骤S25中,也可这样构成设备,即,当确 定实际过量空气系数λr从较小侧达到理论配比的数值时。因此,即使 实际过量空气系数λr与目标值λt之间的差异未达到指定值,也开始燃 料喷射率的反馈控制。在这样一种情况下,由于过量空气系数λ更早地 达到了目标值λt,因此更新控制更早地开始。
词语“构成”用在文中描述包括硬件和/或软件的装置的部件、区 域或部分,所述硬件和/或软件被构成和/或编程序以执行期望功能。 而且,在权利要求中以“方法加功能”形式表示的词语应包括可用于 执行本发明部分的功能的任何结构。文中所使用的诸如“基本上”、“大 约”和“近似于”等程度词语表示所修饰的词语偏差的适当量,以使 得最终结果不会明显改变。例如,如果该偏差没有否定其所修饰的词 语的本义,这些词语可被解释成包括所修饰词语的至少±5%的偏差。
本申请要求日本专利申请No.2003-283285的优先权。在这里合并 参考日本专利申请No.2003-283285的全部内容。
虽然只是选择选定的实施例来描述本发明,但是本领域普通技术 人员应该从所述描述中明白的是,在不脱离所附权利要求所限定的本 发明的范围的情况下可作出各种改变和修正。此外,本发明所涉及的 实施例的前述描述仅是用于进行解释,而不是如出于如所附权利要求 及其等价物那样限制本发明的目的。因此,本发明的范围不局限于所 述实施例。
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