專利名稱：廢氣清除設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及發(fā)動機廢氣清除設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及對于用于發(fā)動機的廢氣清除設(shè)備的改進，所述發(fā)動機在排氣系統(tǒng)中裝有NOx收集催化轉(zhuǎn)化器。
背景技術(shù)：
在內(nèi)燃機(諸如柴油機)中，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR系統(tǒng))被廣泛地使用，其中一部分廢氣被再循環(huán)以降低燃燒溫度從而減少氧化氮(NOx)的排放。用于柴油機的一些現(xiàn)有排氣系統(tǒng)通常包括設(shè)置在排氣通道中的柴油機顆粒過濾器(DPF)和NOx收集催化轉(zhuǎn)化器。柴油機粒過濾器(DPF)收集廢氣中的顆粒物質(zhì)(PM)，而NOx收集催化轉(zhuǎn)化器在廢氣中的空氣-燃料比處于低范圍時收集廢氣中的NOx并且當(dāng)空氣-燃料比處于高范圍時凈化所收集的NOx。
因此，具有NOx收集催化轉(zhuǎn)化器的發(fā)動機通常在貧氣燃燒的情況下運轉(zhuǎn)并且在運轉(zhuǎn)期間所產(chǎn)生的NOx被俘獲在NOx吸附劑中。當(dāng)已積聚了一定量的NOx時，廢氣的過量空氣系數(shù)λ暫時改變?yōu)檩^高值以便于從吸附劑中吸附NOx和使之脫氧。對于被再循環(huán)的廢氣的過量空氣系數(shù)λ的這種控制(即，暫時將過量空氣系數(shù)λ的數(shù)值改變?yōu)檩^高值)被稱為“高峰值控制(rich spike control)”。
柴油機通常在過量空氣系數(shù)λ約為2到3的情況下運轉(zhuǎn)，這對應(yīng)于低空氣-燃料比。在高峰值控制期間，過量空氣系數(shù)λ的數(shù)值被改變?yōu)榧s0.8。通常在非規(guī)則時限下根據(jù)發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)執(zhí)行高峰值控制以處理在NOx收集催化轉(zhuǎn)化器中積聚的NOx。換句話說，高峰值控制并非是根據(jù)駕駛員所發(fā)出的命令而執(zhí)行的。因此，如果在從正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻逯悼刂茽顟B(tài)期間扭矩波動的話，駕駛員將經(jīng)歷不舒適的感覺。因此，為了減小過量空氣系數(shù)λ的數(shù)值同時盡可能少地改變?nèi)剂陷斔土?，將高峰值控制設(shè)計得通過減小設(shè)在進氣通道中的節(jié)流閥的開口程度而減小進入空氣量，如日本未審定公開專利文獻No.2003-129890中所披露的。
考慮到上述原因，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)從該描述中明白的是，存在對于改進的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備的需求。本發(fā)明致力于解決本領(lǐng)域中的該需求以及其他需求，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將從該描述中明白所述需求。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)披露了當(dāng)減小進入空氣節(jié)流閥的開口程度以便于執(zhí)行高峰值控制時，節(jié)流閥下游的空氣進入管中的負壓(在下文中稱之為“升壓”)增加了。升壓中的這種改變導(dǎo)致泵送損失、燃燒降級、以及發(fā)動機輸出特性中的波動。更具體地說，由于進氣量的減少導(dǎo)致有效壓縮比和壓縮最終溫度下降并且導(dǎo)致滯燃期變大，因此峰值熱發(fā)生延遲并且由于點火不良而導(dǎo)致燃燒波動。由于傳統(tǒng)控制設(shè)計沒有考慮升壓中的改變的影響，因此這些傳統(tǒng)控制設(shè)計在改變?yōu)楦叻逯悼刂破陂g會出現(xiàn)扭矩波動。
本發(fā)明涉及廢氣清除設(shè)備，所述廢氣清除設(shè)備具有NOx收集催化轉(zhuǎn)化器并且被構(gòu)成得當(dāng)執(zhí)行高峰值控制時減小進入空氣節(jié)流閥的開口程度以便于使得NOx收集催化轉(zhuǎn)化器中所收集的NOx脫氧。因此，本發(fā)明的特征在于一種發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，所述發(fā)動機廢氣清除設(shè)備根據(jù)在高峰值控制期間吸入到氣缸中的進入空氣量調(diào)節(jié)燃料噴射時限。
考慮到前述問題，提供了用于發(fā)動機的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，所述設(shè)備主要包括NOx收集催化轉(zhuǎn)化器、進入空氣節(jié)流閥和控制單元。NOx收集催化轉(zhuǎn)化器被設(shè)置在發(fā)動機的排氣通道中以便于從發(fā)動機中流出的廢氣中收集NOx。進入空氣節(jié)流閥被設(shè)置在發(fā)動機的空氣進入通道中以控制流入到發(fā)動機中的進入空氣量。控制單元被構(gòu)成得根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制進入空氣節(jié)流閥和燃料噴射時限。所述控制單元包括高峰值控制區(qū)、氣缸進入空氣量確定區(qū)以及燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)。所述高峰值控制區(qū)被構(gòu)成得選擇性地減小進氣節(jié)流閥的開口程度以減小過量空氣系數(shù)從而使得積聚在NOx收集催化轉(zhuǎn)化器中的NOx被解除吸附。所述氣缸進入空氣量確定區(qū)被構(gòu)成得用于確定氣缸進入空氣量的代表值。所述燃料噴射時限計算區(qū)被構(gòu)成得用于根據(jù)發(fā)動機的操作狀態(tài)計算燃料噴射時限。所述燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)被構(gòu)成得用于在高峰值控制期間使用助推器(boost)調(diào)節(jié)燃料噴射時限。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將從以下的詳細描述中明白本發(fā)明的這些和其他目的、特征和優(yōu)點，所述詳細描述結(jié)合附圖披露了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。


現(xiàn)在參照附圖，所述附圖構(gòu)成基本描述的一部分圖1是本發(fā)明一個實施例所涉及的用于內(nèi)燃機(例如，柴油機)的廢氣清除設(shè)備或系統(tǒng)的簡圖；圖2是示出了為了確定何時更新(還原)NOx收集催化轉(zhuǎn)化器而由本發(fā)明所涉及的廢氣清除設(shè)備或系統(tǒng)的控制單元所執(zhí)行的控制操作的第一流程圖；圖3是示出了為了更新NOx收集催化轉(zhuǎn)化器而由本發(fā)明所涉及的廢氣清除設(shè)備或系統(tǒng)的控制單元所執(zhí)行的高峰值控制的控制操作的第二流程圖；圖4是示出了為了更新NOx收集催化轉(zhuǎn)化器而由本發(fā)明所涉及的廢氣清除設(shè)備或系統(tǒng)的控制單元所執(zhí)行的燃料噴射時限調(diào)節(jié)控制的控制操作的第三流程圖；以及圖5是提供了用在由本發(fā)明所涉及的廢氣清除設(shè)備或系統(tǒng)的控制單元所執(zhí)行的燃料噴射時限助推器調(diào)節(jié)控制中的助推器基噴射時限調(diào)節(jié)量的圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的選定實施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)從該描述中明白的是，對于本發(fā)明實施例的以下描述僅是解釋性的而非出于如所附權(quán)利要求及其等價物那樣限制本發(fā)明的目的。
首先參照圖1，其中示出了本發(fā)明第一實施例所涉及的用于內(nèi)燃機(諸如增壓柴油機1)的廢氣清除設(shè)備或系統(tǒng)。本發(fā)明所涉及的廢氣清除設(shè)備可適用于用在汽車等中的其他內(nèi)燃機。
本質(zhì)上，在本發(fā)明的廢氣清除設(shè)備或系統(tǒng)中，通常以這種方式調(diào)節(jié)燃料噴射時限，即，升壓壓力越大，燃料噴射時限就越提前(advanced)。如稍后所描述的，由于當(dāng)執(zhí)行高峰值控制時升壓壓力中的改變導(dǎo)致燃燒易于降級，因此由本發(fā)明的廢氣清除設(shè)備或系統(tǒng)進行所述調(diào)節(jié)。因此，即使在由于升壓壓力中的改變導(dǎo)致滯燃期變大的情況下，該調(diào)節(jié)也可將峰值熱產(chǎn)生的時限保持得與正常時限相同。因此，當(dāng)在改變?yōu)楦叻逯悼刂频钠陂g調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口程度時，由于可避免扭矩波動的出現(xiàn)，因此可改進發(fā)動機操作性能。
如圖1中所示的，發(fā)動機1包括有公用燃油油軌2的公用燃油油軌燃料噴射系統(tǒng)、多個燃料噴射閥3、以及高壓燃料泵(未示出)以便于被供以加壓燃料。燃料泵(未示出)將燃料泵送到公用燃油油軌2，加壓燃料在公用燃油油軌2處積聚，并且當(dāng)打開燃料噴射閥3時高壓燃料被輸送到燃燒室的內(nèi)部。因此，燃料噴射閥3將燃料直接噴射到每個氣缸的各個燃燒室(未示出)中。
燃料噴射閥3被構(gòu)成和布置得在主噴射之前執(zhí)行預(yù)噴射或在主噴射之后執(zhí)行補充噴射。通過改變公用燃油油軌2的積聚壓力，以可變的方式控制燃料噴射壓力。
具有壓縮機4a的渦輪增壓器(增壓器)4被布置在進氣系統(tǒng)的進氣通道5中。壓縮機4a用于使得進入空氣增壓。由流過排氣通道6的廢氣驅(qū)動的渦輪機4b使得壓縮機4a轉(zhuǎn)動。增壓器4被布置在發(fā)動機1的進氣通道5中的空氣流量計7的下游。增壓器4最好是具有設(shè)在渦輪機4b上的可變噴嘴的可變?nèi)萘款愋偷脑鰤浩?。通過使用可變?nèi)萘款愋偷脑鰤浩?，當(dāng)發(fā)動機1在低速區(qū)中運轉(zhuǎn)時可收縮可變噴嘴以增加渦輪機效率。當(dāng)發(fā)動機1在高速區(qū)中運轉(zhuǎn)時可打開增壓器4的可變噴嘴以增加渦輪機容量(capacity)。因此，這種布置可在大范圍的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下獲得高增壓效果。
進氣節(jié)流閥8在壓縮機4a的下游位置處被安裝在進氣通道5的內(nèi)側(cè)。進氣節(jié)流閥8起到可控制吸入到發(fā)動機1中的進氣量的作用。進氣節(jié)流閥8例如是使用步進馬達可自由地改變其開口程度的電子控制節(jié)流閥。
排氣通道6裝有從發(fā)動機1與渦輪機4b之間的位置分支的廢氣再循環(huán)(EGR)通道9。EGR通道9與進氣節(jié)流閥8下游的進氣通道5相連接。
排氣系統(tǒng)裝有安置于EGR通道9中的廢氣再循環(huán)(EGR)控制閥10。EGR控制閥10用于根據(jù)發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制廢氣再循環(huán)量。使用步進馬達對EGR閥10進行電子控制以使得EGR閥10的開口程度調(diào)節(jié)再循環(huán)到進氣系統(tǒng)的廢氣的流量，即，吸入到發(fā)動機1中的EGR量。對EGR閥10進行反饋(閉環(huán))控制以便于以這種方式調(diào)節(jié)EGR量，即，根據(jù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)獲得EGR比率設(shè)定。
根據(jù)特定時間的發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度確定吸入到發(fā)動機本體1中的空氣的流量，所述流量取決于燃料噴射量，并且等于來自于進氣節(jié)流閥8上游的新鮮空氣的流量(在下文中也簡稱之為“進氣量”)與引入到進氣節(jié)流閥8下游的再循環(huán)廢氣的流量(在下文中也簡稱之為“EGR量”)的總和。假定發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)不改變，總流量也不會改變，因此當(dāng)EGR量增加時新鮮空氣進氣流量減少并且當(dāng)EGR量減少時新鮮空氣進氣流量增加。新鮮空氣進氣流量也隨進氣節(jié)流閥8的開口程度而改變，當(dāng)進氣節(jié)流閥8完全打開時新鮮空氣進氣流量為最大值并且隨著開口程度的變小而減少。
因此，一旦確定了目標EGR比率，根據(jù)燃料噴射量和進氣節(jié)流閥的開口程度就確定了特定時間的目標進氣量，即，目標新鮮空氣進氣流量。因此，當(dāng)實際進氣量小于目標進氣量時EGR量較大，反之，當(dāng)實際進氣量大于目標進氣量時EGR量較小。
因此，通過將目標進氣量與由空氣流量計7測量并輸出的實際進氣量進行比較，可對EGR比率進行反饋控制。
廢氣系統(tǒng)還裝有順序布置在渦輪增壓器4的渦輪機4b下游位置處的排氣通道6中的具有HC吸附功能的氧化催化轉(zhuǎn)換器11、具有NOx收集功能的NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12、以及廢氣微粒俘獲過濾器(DPF＝柴油機顆粒過濾器)13。
氧化催化轉(zhuǎn)換器11具有當(dāng)溫度較低時吸附廢HCs以及當(dāng)溫度較高時釋放HCs的特性并且當(dāng)處于活性狀態(tài)時用于使得HCs和CO氧化。當(dāng)過量空氣系數(shù)λ大于1時，即，當(dāng)空氣燃料混合較低時，NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12吸附或俘獲包含在廢氣中的NOx，而當(dāng)過量空氣系數(shù)λ較高時釋放NOx。當(dāng)處于活性狀態(tài)時NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12還用于使得NOx脫氧。廢氣微粒俘獲過濾器13俘獲包含在廢氣中的微粒(PM＝顆粒物質(zhì))并且所俘獲的PM通過使用更新控制升高廢氣溫度而被燃燒。
提供控制單元20以控制本發(fā)明的廢氣清除設(shè)備。具體地，控制單元20根據(jù)來自于用于檢測發(fā)動機1的操作狀態(tài)的各種傳感器(如下所述)的檢測信號確定并設(shè)定進氣量Qa、燃料噴射量Qf以及噴射時限IT，并且根據(jù)這些信號執(zhí)行所述控制。因此，控制單元20還根據(jù)來自于各種傳感器(如下所述)的檢測信號控制燃料噴射閥3的驅(qū)動、控制進氣節(jié)流閥8和EGR閥10的開口程度。
控制單元20是由中央處理單元(CPU)和其他外圍設(shè)備構(gòu)成的微電腦。控制單元20還可包括其他傳統(tǒng)部件，諸如輸入接口電路、輸出接口電路、以及諸如ROM(只讀存儲器)裝置和RAM(隨機存取存儲器)裝置的存儲裝置?？刂茊卧?0最好包括用于控制下述各種部件的發(fā)動機控制程序?？刂茊卧?0從用于檢測發(fā)動機1的操作狀態(tài)的各種傳感器(如下所述)中接收輸入信號并且根據(jù)這些信號執(zhí)行前述控制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從該描述中將明白的是，用于控制單元20的精確結(jié)構(gòu)和運算法則可為執(zhí)行本發(fā)明功能的硬件和軟件的任意組合。換句話說，用在說明書和權(quán)利要求中的“方法加功能”條款應(yīng)包括可用于執(zhí)行本發(fā)明“方法加功能”條款的功能的任何結(jié)構(gòu)或硬件和/或運算法則和軟件。
由空氣流量計7檢測進氣量Qa，所述空氣流量計7向控制單元20輸出表示進氣量Qa的信號。控制單元20還與轉(zhuǎn)動速度傳感器14、加速器位置傳感器15、發(fā)動機冷卻劑溫度傳感器16、油軌壓力傳感器17、壓力傳感器18、多個排氣系統(tǒng)溫度傳感器21、22和23、以及廢氣傳感器或氧氣傳感器24可操作地連接。轉(zhuǎn)動速度傳感器14被構(gòu)成和布置得用于檢測發(fā)動機1的發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne，并且向控制單元20輸出表示發(fā)動機1的發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne的信號。加速器位置傳感器15被構(gòu)成和布置得用于檢測加速器位置APO，并且向控制單元20輸出表示加速器位置APO的信號。
發(fā)動機冷卻劑溫度傳感器16被構(gòu)成和布置得用于檢測發(fā)動機冷卻劑的溫度Tw，并且向控制單元20輸出表示發(fā)動機冷卻劑溫度Tw的信號。油軌壓力傳感器17被構(gòu)成和布置得用于檢測公用燃油油軌2內(nèi)部中的燃料壓力(燃料噴射壓力)，并且向控制單元20輸出表示公用燃油油軌2內(nèi)部中的燃料壓力(燃料噴射壓力)的信號。壓力傳感器18被構(gòu)成和布置得用于檢測進氣節(jié)流閥8下游的進氣通道5中的壓力，并且向控制單元20輸出表示進氣節(jié)流閥8下游的進氣通道5中壓力的信號。溫度傳感器21、22和23被構(gòu)成和布置得用于分別檢測氧化催化轉(zhuǎn)換器11、NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12和微粒過濾器13的出口附近的廢氣溫度。溫度傳感器21、22和23被構(gòu)成和布置得用于向控制單元20輸出分別表示檢測氧化催化轉(zhuǎn)換器11出口附近的廢氣溫度、NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12出口附近的廢氣溫度和微粒過濾器13的出口附近的廢氣溫度的信號。廢氣傳感器24被構(gòu)成和布置在渦輪機4b上游位置處的排氣通道6中以檢測廢氣的空氣燃料比或氧濃度。廢氣傳感器24被構(gòu)成和布置得用于向控制單元20輸出表示廢氣的空氣燃料比或氧濃度的信號。
因此，控制單元20控制NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12和廢氣微粒俘獲過濾器13的更新。換句話說，控制單元20控制由燃料噴射閥3輸送的燃料噴射量Qf、燃料噴射閥3的噴射時限IT和進氣量Qa。控制單元20還根據(jù)各種發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)(例如，加速器位置)運轉(zhuǎn)?？刂茊卧?0還根據(jù)各種發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制進氣節(jié)流閥8和EGR閥10的開口程度。控制單元20還通過以下步驟而控制NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12的更新，所述步驟即，確定何時吸附于NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12的總的NOx已達到預(yù)定值并且，當(dāng)達到預(yù)定值時，執(zhí)行更新控制以將過量空氣系數(shù)λ改變?yōu)檩^高值從而解吸附NOx并使之脫氧。具體地，如本發(fā)明所述的，控制單元20執(zhí)行高峰值控制以更新NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12(即，使NOx解吸附)以及燃料噴射時限控制。關(guān)于本發(fā)明，控制單元20執(zhí)行高峰值控制區(qū)、升壓檢測區(qū)、燃料噴射時限計算區(qū)以及燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)的功能。
當(dāng)微粒過濾器13中俘獲的顆粒物質(zhì)的量已達到預(yù)定量時，控制單元20還通過執(zhí)行更新控制以升高廢氣溫度從而燃燒/去除顆粒物質(zhì)而控制微粒過濾器13的更新。
如圖2和圖3中所示的，控制單元20執(zhí)行高峰值控制以更新或解吸附收集在NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12中的NOx以及燃料時限控制。當(dāng)控制單元20執(zhí)行控制程序時氣缸進氣量改變以便于執(zhí)行高峰值控制和燃料時限控制。在高峰值控制(稀操作到高操作)期間，氣缸中的進入空氣的壓力和溫度降低。換句話說，在高峰值控制期間氣缸進氣量減少以使得在稀操作和高操作之間出現(xiàn)壓力差。該壓力差為升壓壓力。另外，在高峰值控制(稀操作到高操作)期間，由于在氣缸進氣量減少的情況下燃燒變得更困難，因此控制單元20提前了燃料噴射時間。
在本發(fā)明中，控制單元20執(zhí)行高峰值控制、升壓壓力(氣缸進氣量的代表值)檢測、燃料噴射時限計算和燃料噴射調(diào)節(jié)的功能。因此，控制單元20構(gòu)成高峰值控制區(qū)、升壓檢測區(qū)、燃料噴射時限計算區(qū)以及燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)。
圖2和圖3的流程圖示出了由控制單元20執(zhí)行的控制程序從而執(zhí)行這些功能。當(dāng)發(fā)動機1根據(jù)某些預(yù)定發(fā)動機操作狀態(tài)運轉(zhuǎn)時，例如，當(dāng)發(fā)動機1在包括空轉(zhuǎn)的低負載、低速狀態(tài)中運轉(zhuǎn)時，在指定的固定時間間隔下以循環(huán)的方式周期性地執(zhí)行圖2和圖3的這些控制程序。現(xiàn)在，將描述用于由控制單元20執(zhí)行高峰值控制的圖2和圖3的控制程序。
在步驟S11中，控制單元20從圖1中所示的各個傳感器中讀入表示包括(但不局限于)發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne、加速器位置APO、燃料噴射量、以及發(fā)動機冷卻劑的溫度的發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的各種信號。換句話說，通過控制單元20從圖1中所示的各個傳感器中接收信號而確定發(fā)動機1的發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)，例如，負載狀態(tài)和轉(zhuǎn)動速度狀態(tài)。
在步驟S12中，控制單元20使用來自于圖1傳感器的這些信號計算積聚(吸附)在NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12中的NOx量。存在計算NOx積聚量的各種已知方法。例如，可根據(jù)表示諸如發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne、燃料噴射量Qf、以及冷卻劑溫度Tw的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的信號估計NOx量和/或可通過根據(jù)運轉(zhuǎn)歷史數(shù)據(jù)求NOx量的積分而計算NOx積聚量。
在步驟S13中，控制單元20比較所計算的NOx積聚量與參考值NOx1。如果NOx積聚量等于或小于NOx1的話，那么控制單元20在沒有執(zhí)行高峰值控制的情況下結(jié)束程序的當(dāng)前循環(huán)。如果控制單元20確定NOx積聚量大于NOx1的話，那么控制單元20繼續(xù)前進到步驟S14。在步驟S14，控制單元20將sp標記設(shè)定為數(shù)值1，以指示高峰值控制在進行中。接著，在步驟S15，控制單元20執(zhí)行高峰值控制程序。
圖3示出了步驟S15的高峰值控制程序。在步驟S21，控制單元20執(zhí)行控制以減小進氣節(jié)流閥8和EGR閥10的開口程度，從而將發(fā)動機1的過量空氣系數(shù)λ控制為按化學(xué)式計算的過量空氣系數(shù)之下的較高值。在某些情況中，為了滿足獲得目標過量空氣系數(shù)λt的需要，執(zhí)行補充燃料噴射以便于在燃燒沖程晚期和排氣沖程之間的周期期間增加燃料。由于來自于高峰值控制的濃化的過量空氣系數(shù)值，導(dǎo)致在發(fā)動機使用大過量空氣系數(shù)λ在貧氣燃燒下運轉(zhuǎn)時積聚在NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12中的NOx從NOx吸附劑中被解吸附，并且所解吸附的NOx通過在催化劑中進行的脫氧處理被清除。
在步驟S22，控制單元20確定自開始高峰值控制以來已經(jīng)過的時間t是否已達到參考值t峰值。參考值t峰值確立了將執(zhí)行高峰值控制的時間量。因此，根據(jù)NOx積聚量預(yù)先設(shè)定參考值t峰值?？刂茊卧?0繼續(xù)執(zhí)行步驟S21的高峰值控制直到經(jīng)過時間計時器的時間值t超過了參考值t峰值。當(dāng)時間值t超過了參考值t峰值時，控制單元20結(jié)束步驟S23中的高峰值控制并且在步驟S24，將sp標記設(shè)定為0。然后，控制單元20復(fù)位經(jīng)過時間計時器的時間值t并返回到圖2中所示的程序。盡管在圖3中已省略，但是高峰值控制程序還包括用于諸如初始化經(jīng)過時間計時器的時間值t、在每一次執(zhí)行控制回路時增加數(shù)值t、以及在高峰值處理已結(jié)束之后初始化NOx積聚量等的工藝步驟。
上述解釋提供了用于NOx收集催化轉(zhuǎn)化器12的更新的高峰值控制的概述。為了抑制可能伴隨這種高峰值控制的燃燒降級和扭矩波動，本發(fā)明執(zhí)行控制以根據(jù)升壓壓力修正燃料噴射時限。下面將參照圖4中的流程圖詳細地描述這種燃料噴射時限調(diào)節(jié)控制。
與圖2和圖3中所示的程序相似，由控制單元20執(zhí)行的圖4中所示的控制程序用于調(diào)節(jié)燃料噴射時限。在步驟S31，控制單元20確定基本燃料噴射時限IT。該工藝包括使用預(yù)置圖，所述預(yù)置圖根據(jù)燃料噴射量Qf和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne提供了基本燃料噴射時限IT。燃料噴射量Qf是由燃料噴射控制系統(tǒng)所計算的數(shù)值并且發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne是由轉(zhuǎn)動速度傳感器14測量的數(shù)值。用于燃料噴射量Qf和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne的數(shù)值都由控制單元20讀入。
在步驟S32，控制單元20檢查sp標記。如以上所述的，sp標記指示高峰值控制是否在進行中。當(dāng)sp標記的數(shù)值為0時，高峰值控制未在進行中并且在沒有根據(jù)進入空氣的升壓壓力調(diào)節(jié)基本燃料噴射時限IT的情況下基本燃料噴射時限IT作為噴射時限命令值IT-sol被輸出。盡管從圖中省略了，但是如果需要的話在直到基本燃料噴射時限IT作為命令值IT-sol被最終輸出的周期期間根據(jù)過量空氣系數(shù)λ、EGR比率以及冷卻劑溫度的值調(diào)節(jié)基本燃料噴射時限IT。
在步驟S32中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)sp標記為1時，那么高峰值控制在進行中并且控制單元20繼續(xù)前進到步驟S33以執(zhí)行用于根據(jù)確定氣缸吸入空氣量的代表值而調(diào)節(jié)燃料噴射時限的工藝。
在步驟S33中，控制單元20最好參考預(yù)置圖，所述預(yù)置圖根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne和升壓壓力給出噴射時限預(yù)先調(diào)節(jié)量KIT-升壓，所述升壓壓力表示吸入到氣缸中的吸入空氣量。換句話說，升壓壓力是氣缸吸入空氣量的代表值的一個示例。因此，由控制單元20在步驟S33中所執(zhí)行的控制操作構(gòu)成了氣缸吸入空氣量確定區(qū)，所述氣缸吸入空氣量確定區(qū)被構(gòu)成得用于確定氣缸吸入空氣量的代表值。
可通過幾種不同的方式確定升壓壓力。通過計算大氣壓力和由節(jié)流閥8下游的吸入空氣管中的吸入空氣壓力傳感器18所測得的壓力之間的差異或通過計算節(jié)流閥8被完全打開時的吸入空氣量與節(jié)流閥8被收縮時的吸入空氣量的比率而建立升壓壓力。如圖1中所示的，如果發(fā)動機1被構(gòu)成得執(zhí)行EGR的話，總吸入空氣量將為吸入空氣量與EGR量的總和。使用吸入空氣壓力傳感器18允許直接檢測升壓壓力，但是節(jié)流閥8開口程度中的改變與吸入空氣量中的實際改變之間的反應(yīng)延遲易于導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。相反，由于吸入空氣量的比率是根據(jù)節(jié)流閥8和EGR閥10的開口程度計算的，因此在沒有受到反應(yīng)延遲的影響的情況下可獲得高精確度的升壓壓力值。
圖5示出了提供預(yù)先調(diào)節(jié)量KIT-升壓的圖的一個示例。KIT-升壓特性如圖5中所示的，即，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度Ne減小并且隨著增壓壓力(負壓)增加提前量就越大。然而，圖中所示的KIT-升壓特性僅僅是一般特性并且更精確的KIT-升壓特性取決于發(fā)動機特性和在執(zhí)行高峰值控制時的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，為了簡單起見，在圖5中KIT-升壓特性被示為線性函數(shù)。將根據(jù)以示例為基礎(chǔ)的研究而獲得實際KIT-升壓特性。
在步驟S34中，控制單元20將預(yù)先調(diào)節(jié)量KIT-升壓與基本燃料噴射時限IT相加并且將所得到的總和設(shè)定為噴射時限命令值IT-sol。在步驟S35，控制單元20輸出調(diào)節(jié)的命令值IT-sol。
詞語“構(gòu)成”用在文中描述包括硬件和/或軟件的裝置的部件、區(qū)域或部分，所述硬件和/或軟件被構(gòu)成和/或編程序以執(zhí)行期望功能。而且，在權(quán)利要求中以“方法加功能”形式表示的詞語應(yīng)包括可用于執(zhí)行本發(fā)明部分的功能的任何結(jié)構(gòu)。文中所使用的諸如“基本上”、“大約”和“近似于”等程度詞語表示所修飾的詞語偏差的適當(dāng)量，以使得最終結(jié)果不會明顯改變。例如，如果該偏差沒有否定其所修飾的詞語的本義，這些詞語可被解釋成包括所修飾詞語的至少±5％的偏差。
本申請要求日本專利申請No.2003-282954的優(yōu)先權(quán)。在這里合并參考日本專利申請No.2003-282954的全部內(nèi)容。
雖然只是選擇選定的實施例來描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該從所述描述中明白的是，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下可作出各種改變和修正。此外，本發(fā)明所涉及的實施例的前述描述僅是用于進行解釋，而不是如出于如所附權(quán)利要求及其等價物那樣限制本發(fā)明的目的。因此，本發(fā)明的范圍不局限于所述實施例。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，所述設(shè)備包括NOx收集催化轉(zhuǎn)化器，所述NOx收集催化轉(zhuǎn)化器被設(shè)置在發(fā)動機的排氣通道中以便于從發(fā)動機流出的廢氣中收集NOx；進入空氣調(diào)節(jié)裝置，所述進入空氣調(diào)節(jié)裝置被設(shè)置在發(fā)動機的空氣進入通道中以控制流入到發(fā)動機中的進入空氣量；以及控制單元，所述控制單元被構(gòu)成得根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制進入空氣調(diào)節(jié)裝置和燃料噴射時限，所述控制單元包括高峰值控制區(qū)，所述高峰值控制區(qū)被構(gòu)成得選擇性地減小進入空氣調(diào)節(jié)裝置的開口程度以減小過量空氣系數(shù)從而使得積聚在NOx收集催化轉(zhuǎn)化器中的NOx被解除吸附，氣缸進入空氣量確定區(qū)，所述氣缸進入空氣量確定區(qū)被構(gòu)成得用于確定氣缸進入空氣量的代表值，燃料噴射時限計算區(qū)，所述燃料噴射時限計算區(qū)被構(gòu)成得用于根據(jù)發(fā)動機的操作狀態(tài)計算燃料噴射時限，以及燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)，所述燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)被構(gòu)成得用于在高峰值控制期間根據(jù)氣缸進入空氣量的代表值調(diào)節(jié)燃料噴射時限。
2.如權(quán)利要求1中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述氣缸進入空氣量確定區(qū)被構(gòu)成得用于根據(jù)由進入空氣調(diào)節(jié)裝置進行高峰值控制期間出現(xiàn)的升壓壓力確定氣缸進入空氣量的代表值。
3.如權(quán)利要求2中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)被構(gòu)成得用于根據(jù)進氣通道壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度使用噴射時限調(diào)節(jié)量的儲存圖確定噴射時限調(diào)節(jié)量。
4.如權(quán)利要求2中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述燃料噴射時限計算區(qū)被構(gòu)成得使用燃料噴射量和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度的確定值作為發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)以確定燃料噴射時限。
5.如權(quán)利要求2中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述氣缸進入空氣量確定區(qū)還被構(gòu)成得用于使用壓力傳感器檢測進氣通道中的負壓作為升壓壓力，并且使用已檢測的升壓壓力確定氣缸進入空氣量的代表值。
6.如權(quán)利要求5中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)被構(gòu)成得用于根據(jù)進氣通道壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度使用噴射時限調(diào)節(jié)量的儲存圖確定噴射時限調(diào)節(jié)量。
7.如權(quán)利要求5中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述燃料噴射時限計算區(qū)被構(gòu)成得使用燃料噴射量和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度的確定值作為發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)確定燃料噴射時限。
8.如權(quán)利要求1中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述氣缸進入空氣量確定區(qū)被構(gòu)成得用于計算當(dāng)進入空氣調(diào)節(jié)裝置被完全打開時的進氣量與在高峰值控制期間的進氣量的比率，并且用于使用所計算的比率確定氣缸進入空氣量的代表值。
9.如權(quán)利要求8中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述氣缸進入空氣量確定區(qū)被構(gòu)成得用于計算氣缸進入空氣量的代表值，作為新鮮進入空氣量與EGR量的總量。
10.如權(quán)利要求8中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)被構(gòu)成得用于根據(jù)進氣通道壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度使用噴射時限調(diào)節(jié)量的儲存圖確定噴射時限調(diào)節(jié)量。
11.如權(quán)利要求8中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述燃料噴射時限計算區(qū)被構(gòu)成得使用燃料噴射量和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度的確定值作為發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)確定燃料噴射時限。
12.如權(quán)利要求1中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述燃料噴射時限調(diào)節(jié)區(qū)被構(gòu)成得用于根據(jù)進氣通道壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度使用噴射時限調(diào)節(jié)量的儲存圖確定噴射時限調(diào)節(jié)量。
13.如權(quán)利要求1中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述燃料噴射時限計算區(qū)被構(gòu)成得使用燃料噴射量和發(fā)動機轉(zhuǎn)動速度的確定值作為發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)確定燃料噴射時限。
14.如權(quán)利要求1中所述的發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，其特征在于，所述進入空氣調(diào)節(jié)裝置是節(jié)流閥。
15.一種發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，所述設(shè)備包括NOx收集裝置，所述NOx收集裝置用于從流入發(fā)動機排氣通道中的廢氣中收集NOx；進入空氣調(diào)節(jié)裝置，所述進入空氣調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)流入到發(fā)動機中的進入空氣量；以及控制單元，所述控制單元用于根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制進入空氣調(diào)節(jié)裝置和燃料噴射時限，所述控制單元被構(gòu)成得用于選擇性地減小進入空氣調(diào)節(jié)裝置的開口程度以減小過量空氣系數(shù)從而使得積聚在NOx收集催化轉(zhuǎn)化器中的NOx被解除吸附，確定氣缸進入空氣量的代表值，根據(jù)發(fā)動機的操作狀態(tài)計算燃料噴射時限，以及在高峰值控制期間根據(jù)氣缸進入空氣量的代表值調(diào)節(jié)燃料噴射時限。
16.一種用于清除發(fā)動機廢氣的方法，所述方法包括從流入到發(fā)動機的廢氣通道中的廢氣中收集NOx；調(diào)節(jié)流入到發(fā)動機中的進入空氣量；根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制進入空氣和燃料噴射時限；選擇性地減小流入發(fā)動機的進入空氣量以減小過量空氣系數(shù)從而使得積聚在NOx收集裝置中的NOx被解除吸附；確定氣缸進入空氣量的代表值；根據(jù)發(fā)動機的操作狀態(tài)計算燃料噴射時限；以及在高峰值控制期間根據(jù)氣缸進入空氣量的代表值調(diào)節(jié)燃料噴射時限。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)動機廢氣清除設(shè)備，所述設(shè)備具有NOx收集催化轉(zhuǎn)化器和用于根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制進入空氣節(jié)流閥及燃料噴射時限的控制單元。進入空氣節(jié)流閥的開口程度被減小以便于進行高峰值控制。燃料噴射時限根據(jù)在高峰值控制期間在進入空氣節(jié)流閥下游產(chǎn)生的增壓壓力被調(diào)節(jié)。由于在高峰值控制期間當(dāng)增壓壓力改變時燃燒易于降級，因此當(dāng)增壓壓力變得較大時燃料噴射時限被更提前。噴射時限的這種提前補償了燃燒降級并且在改變?yōu)楦叻逯悼刂破陂g當(dāng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口程度時防止扭矩波動的出現(xiàn)，從而改進發(fā)動機運轉(zhuǎn)性能。
文檔編號F02D41/00GK1584312SQ200410058778
公開日2005年2月23日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者三浦學(xué) 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社