專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，特別是涉及捕集排氣中所包含的顆粒物(粒子狀物質(zhì)，以下省略為PM)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物過濾器(以下省略為DPF)再生時(shí)的DPF入口溫度控制。
背景技術(shù)：
在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣限制中，與減少NOx同樣重要的是減少PM。作為對此有效的技術(shù)而知道DPF。DPF是使用過濾器的PM捕集裝置，在排氣溫度低的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下由于PM 持續(xù)向該DPF堆積，所以要強(qiáng)制地提高溫度而使PM燃燒以進(jìn)行強(qiáng)制再生。作為使溫度上升的機(jī)構(gòu)，一般是進(jìn)行使燃料噴射時(shí)刻延遲和后噴射和縮小吸氣等，但這些都伴隨有燃料消耗率惡化的問題。另一方面，溫度越高則PM的燃燒速度就越快而能夠在短時(shí)間有效地進(jìn)行強(qiáng)制再生，隨著DPF再生的燃料消耗率惡化變小。但DPF溫度過高則由于PM急速燃燒而DPF溫度急劇上升，有可能招致DPF破損或DPF所承載的催化劑的惡化等。因此，為了抑制燃料消耗率惡化且安全地使DPF再生，就需要控制溫度以能夠把DPF溫度維持在適合再生的溫度。作為DPF強(qiáng)制再生時(shí)的升溫控制例而有特開2005-320962號公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)存在。該專利文獻(xiàn)I在DPF再生中的溫度控制中，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而使用最佳的反饋增益，表示出兼顧朝向目標(biāo)溫度的反饋進(jìn)行的升溫控制穩(wěn)定性和應(yīng)答性。相對升溫操作量的排氣溫度變化具有時(shí)間延遲，進(jìn)而運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化，則控制對象的時(shí)間延遲也變化。例如當(dāng)排氣流量增加，則熱傳導(dǎo)率增加而時(shí)間延遲減少，當(dāng)排氣流量變小，則相對操作量變化的排氣溫度變化的時(shí)間延遲和時(shí)間常數(shù)變大而時(shí)間延遲增大。因此，檢測運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從由該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)決定的排氣流量與時(shí)間延遲的關(guān)系就能夠知道現(xiàn)在時(shí)間延遲的大小，計(jì)算與之相應(yīng)的最佳反饋增益，通過使用該反饋增益來進(jìn)行升溫操作量的校正，進(jìn)行考慮了時(shí)間延遲的校正則表現(xiàn)出能夠快速接近目標(biāo)溫度?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :特開2005-320962號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題專利文獻(xiàn)I如上述那樣通過進(jìn)行反饋增益的校正而表現(xiàn)出能夠快速地接近目標(biāo)溫度，但特別是在排氣流量變小的情況下，由于相對操作量(后噴射量)變化而排氣溫度變化的時(shí)間延遲和時(shí)間常數(shù)變大，所以后噴射量例如即使是過剩的狀態(tài)，到作為DPF入口溫度的變化而表現(xiàn)的時(shí)間也長，由于排氣溫度的控制性能不好，所以單單地僅通過校正反饋增益則不能提高DPF入口溫度控制的穩(wěn)定性。若通過前饋控制在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件點(diǎn)來進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂?，則常規(guī)狀態(tài)的反饋操作量成為零，不產(chǎn)生上述的反饋問題點(diǎn)，但如在小型通用發(fā)動(dòng)機(jī)那樣被使用的轉(zhuǎn)速和負(fù)載獨(dú)立變化的情況下，按照所有的運(yùn)轉(zhuǎn)條件來把前饋操作量適當(dāng)化是困難的。例如在排氣流量短時(shí)間急劇減少后，排氣流量少的狀態(tài)繼續(xù)的情況下，產(chǎn)生DPF入口溫度變高的現(xiàn)象，通過反饋控制的增益改善和前饋控制的控制量適當(dāng)化來解決這一現(xiàn)象是困難的。本發(fā)明是鑒于這些問題而開發(fā)的，目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，SP使在排氣流量急劇減少后而排氣流量少的狀態(tài)繼續(xù)的情況下，也能夠把DPF入口溫度穩(wěn)定地控制在目標(biāo)溫度。 解決問題的技術(shù)方案為了解決上述課題，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置在排氣通路具備氧化催化劑(DOC)和捕集排氣微粒子(PM)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物過濾器(DPF)，對被所述DPF捕集的PM進(jìn)行再生處理，其中，具備再生控制機(jī)構(gòu)，其在所述PM的堆積量超過規(guī)定值時(shí)控制升溫機(jī)構(gòu)，使所述DPF升溫到規(guī)定的目標(biāo)溫度附近來把堆積的PM焚燒除去，該再生控制機(jī)構(gòu)具有前饋控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件來指令所述升溫機(jī)構(gòu)的基本操作量；反饋控制機(jī)構(gòu)，其針對DPF的目標(biāo)溫度發(fā)出校正操作量指令；操作量加法機(jī)構(gòu)，其把來自所述前饋機(jī)構(gòu)的基本操作量和來自所述反饋控制機(jī)構(gòu)的校正操作量相加來計(jì)算操作量，且具備積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)或基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)，所述積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)在排氣流量或通過從該排氣流量計(jì)算的控制值而判斷排氣流量急劇減少時(shí)，把構(gòu)成所述反饋控制機(jī)構(gòu)的積分器的積分值復(fù)位，所述基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)利用排氣流量或從該排氣流量計(jì)算的控制值來計(jì)算所述前饋控制機(jī)構(gòu)的基本操作量。根據(jù)本發(fā)明，由于具備積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)，其在依據(jù)通過所述DPF的排氣流量或從該排氣流量計(jì)算的控制值而判斷排氣流量急劇減少時(shí)，把構(gòu)成所述反饋控制機(jī)構(gòu)的積分器的積分值復(fù)位，所以例如能夠防止在PID控制中由于殘留有保持在積分器的積分值而對升溫操作量即滯后噴射量產(chǎn)生不好的影響。其結(jié)果是即使在排氣流量急劇減少的情況下，也能夠把DPF入口溫度保持在目標(biāo)溫度附近。S卩，在排氣流量急劇減少且排氣流量少的狀態(tài)繼續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)，雖然從前饋控制機(jī)構(gòu)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件而對升溫機(jī)構(gòu)的基本操作量發(fā)出了指令，但這時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)在反饋控制機(jī)構(gòu)的積分器殘留有排氣流量急劇減少前的積分值的情況(積存的情況)下，特別是由于在排氣流量減少的方向，DPF入口溫度的應(yīng)答性慢(白白浪費(fèi)的時(shí)間長)，所以把積存的積分值排出就需要時(shí)間，在該期間其積分值作為校正操作量被相加，使DPF的入口溫度上升而控制性惡化。本發(fā)明由于具備使積分器的積分值復(fù)位的積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)，所以能夠防止這種由殘留積分值而引起的DPF入口溫度控制性的惡化。且由于具備有基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)，其利用排氣流量或從該排氣流量計(jì)算的控制值來計(jì)算前饋控制機(jī)構(gòu)的基本操作量，即由于具備有基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)，其通過運(yùn)算式而具體地使用模式化了的傳遞函數(shù)式來計(jì)算并求出按照DOC的排氣溫度升溫特性，因此，能夠求出在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下適當(dāng)化的基本操作量。
因此，與使用根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件預(yù)先設(shè)定的圖的情況相比，如在小型通用發(fā)動(dòng)機(jī)那樣被使用的轉(zhuǎn)速和負(fù)載獨(dú)立變化的情況下，能夠謀求把各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件的前饋操作量適當(dāng)化，能夠提高DPF入口溫度的控制性。本發(fā)明優(yōu)選的是如下地判定排氣流量急劇減少為好。(I)排氣流量的減少率在閾值以下時(shí)。(2)排氣流量減少到閾值以下時(shí)。(3)排氣流量的減少率在閾值以下時(shí)，且排氣流量減少到閾值以下時(shí)。在過渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)雖然排氣流量頻繁地急劇減少，但通過不僅監(jiān)視排氣流量的減少率，而且也同時(shí)監(jiān)視排氣流量，則能夠防止積分值的復(fù)位過度地動(dòng)作。由此，在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載連續(xù)變化的過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中不會(huì)損害DPF入口溫度的控制性。 (4)在所述排氣流量是閾值以下的狀態(tài)持續(xù)一定時(shí)間以上時(shí)。通過追加所述排氣流量是閾值以下的狀態(tài)持續(xù)一定時(shí)間以上時(shí)的條件，能夠更加可靠地防止在過渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)積分值的復(fù)位過度地動(dòng)作。本發(fā)明優(yōu)選當(dāng)構(gòu)成所述反饋控制機(jī)構(gòu)的PID控制器的積分器積分值為正值時(shí)，進(jìn)行所述復(fù)位。通過這樣僅是在正值時(shí)進(jìn)行復(fù)位，能夠防止由于復(fù)位動(dòng)作而與意圖相反地使DPF入口溫度上升。即，為了防止反饋控制機(jī)構(gòu)的積分器的積分值在負(fù)的情況下復(fù)位，則由于復(fù)位動(dòng)作而與意圖相反地使DPF入口溫度上升的緣故。本發(fā)明優(yōu)選所述基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)使用DPF入口目標(biāo)溫度與DOC入口溫度實(shí)測值的偏差和基于排氣流量計(jì)算的所述控制值即控制增益，且使用將預(yù)先設(shè)定的DOC的排氣溫度升溫特性進(jìn)行模式化了的傳遞函數(shù)式，來計(jì)算前饋控制機(jī)構(gòu)的基本操作量。即，把DOC的排氣溫度升溫特性利用一階傳遞函數(shù)進(jìn)行模式化，運(yùn)算并求出使DPF入口溫度成為目標(biāo)溫度的滯后噴射量，作為前饋控制機(jī)構(gòu)的基本操作量。具體說就是，使用從DPF入口目標(biāo)溫度與DOC入口溫度實(shí)測值的偏差e求出的時(shí)間常數(shù)參數(shù)σ和從排氣流量求出的控制增益K，且使用Z=K / (l+os)e的一階傳遞函數(shù)的關(guān)系式來計(jì)算作為基本操作量的滯后噴射量Z。σ是設(shè)計(jì)參數(shù)(調(diào)整參數(shù))，若設(shè)定成小的值則對于溫度偏差e和K的變化反應(yīng)敏感，若設(shè)定成大的值則反應(yīng)平穩(wěn)。這樣地，由于使用從排氣流量求出的控制值即控制增益來計(jì)算基本操作量即滯后噴射量來代替把前饋控制機(jī)構(gòu)的基本操作量在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)化，所以與使用基于運(yùn)轉(zhuǎn)條件預(yù)先設(shè)定的圖的情況相比，能夠謀求把各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件的前饋操作量適當(dāng)化。由于是根據(jù)DPF入口目標(biāo)溫度與DOC入口溫度測量值的偏差來決定基本操作量即滯后噴射量，所以PID控制的積分器不具有大的值，即不會(huì)從DPF入口溫度目標(biāo)值有大的偏離，因此，在排氣流量短時(shí)間減少后而排氣流量少的狀態(tài)繼續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，能夠防止DPF入口溫度的控制性惡化。本發(fā)明優(yōu)選所述升溫機(jī)構(gòu)的操作量是在所述DOC活化后對主噴射后的燃燒不直接起作用的時(shí)刻所噴射的滯后噴射的噴射量。這樣地使升溫機(jī)構(gòu)的操作量是在DOC活化后對主噴射后的燃燒不直接起作用的時(shí)刻所噴射的滯后噴射的噴射量為好。
在此，說明本發(fā)明的滯后噴射。主噴射是在燃燒室內(nèi)主要用于進(jìn)行燃燒的噴射，早期后(7 — U — *。%卜)噴射是指在剛剛主噴射后缸內(nèi)的壓力還高的狀態(tài)下噴射比主噴射少的燃料，利用該早期后噴射使排氣溫度上升，通過使被高溫化了的排氣向DOC流入而使DOC活化。然后，在早期后噴射后并且在曲軸角度進(jìn)入到下死點(diǎn)附近的狀態(tài)下進(jìn)一步進(jìn)行的第二次后噴射。把該第二次后噴射叫做滯后噴射，該滯后噴射對于燃燒室內(nèi)的燃燒不起作用，利用排氣行程從燃燒室向排氣通路排出。被從該燃燒室排出的燃料與已經(jīng)活化的DOC反應(yīng)，利用產(chǎn)生的氧化熱使排氣溫度進(jìn)一步上升，升溫到使DPF再生所必要的600°C左右，促進(jìn)PM燃燒。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于具備積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)，該積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)在依據(jù)通過所述DPF 的排氣流量或從該排氣流量計(jì)算的控制值而判斷排氣流量急劇減少時(shí)，把構(gòu)成所述反饋控制機(jī)構(gòu)的積分器的積分值復(fù)位，所以例如在PID控制中通過殘留有保持在積分器的積分值而能夠防止對升溫操作量即滯后噴射量產(chǎn)生不好的影響。其結(jié)果是即使在排氣流量急劇減少的情況下，也能夠把DPF入口溫度保持在目標(biāo)溫度附近。且具備有基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)，該基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)按照通過所述DPF的排氣流量或從該排氣流量計(jì)算的控制值來計(jì)算前饋控制機(jī)構(gòu)的基本操作量，所以能夠運(yùn)算并求出在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下適當(dāng)化的基本操作量。因此，與使用基于運(yùn)轉(zhuǎn)條件預(yù)先設(shè)定的圖的情況相比，在小型通用發(fā)動(dòng)機(jī)那樣被使用的轉(zhuǎn)速和負(fù)載獨(dú)立變化的情況下，能夠謀求把各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件的前饋操作量適當(dāng)化，能夠提高DPF入口溫度的控制性。如上所述，通過提高DPF入口溫度的控制性，即使把DPF入口的目標(biāo)溫度設(shè)定為高數(shù)十。C，也不會(huì)到達(dá)使DPF所承載的催化劑惡化的溫度，能夠防止DPF所承載的催化劑由于熱而惡化，提高DPF的耐久性能。且由于能夠把DPF入口的目標(biāo)溫度設(shè)定為高，所以能夠縮短DPF的再生控制時(shí)間，還能夠消除由再生時(shí)滯后噴射引起的油稀釋問題。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置的概要結(jié)構(gòu)圖；圖2是表示再生控制機(jī)構(gòu)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方塊圖；圖3是表示再生控制機(jī)構(gòu)第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方塊圖；圖4是第一實(shí)施例的控制流程圖；圖5 Ca)是表示圖4流程圖中各步驟詳細(xì)情況的子程序的流程圖；圖5 (b)是表示圖4流程圖中各步驟詳細(xì)情況的子程序的流程圖；圖5 (C)是表示圖4流程圖中各步驟詳細(xì)情況的子程序的流程圖；圖5 (d)是表示圖4流程圖中各步驟詳細(xì)情況的子程序的流程圖；圖6是第二實(shí)施例的控制流程圖；圖7 (a)、圖7 (b)分別是表示圖6流程圖詳細(xì)情況的子程序的流程圖；圖8是表示第一實(shí)施例確認(rèn)試驗(yàn)結(jié)果的說明圖；圖9是說明增益K圖的特性圖。
具體實(shí)施例方式以下，使用圖示的實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。但被該實(shí)施例記載的結(jié)構(gòu)零件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對配置等，只要沒有特別的特定記載，就不能把本發(fā)明的范圍僅限定在此。參照圖I說明本發(fā)明柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)。如圖I所示，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(以下叫做發(fā)動(dòng)機(jī))I的排氣通路3設(shè)置有排氣后處理裝置9，其由DOC (氧化催化劑)5和在該D0C 5的下游側(cè)捕集油煙(煤)的DPF (顆粒物過濾器)7構(gòu)成。在排氣通路3具備有排氣渦輪Ila和具有與之同軸被驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)Ilb的排氣渦輪增壓裝置13，從該排氣渦輪增壓裝置13的壓縮機(jī)Ilb排出的空氣通過給氣通路15而進(jìn)入中間冷卻器17，在把給氣冷卻后由吸氣節(jié)流閥19控制給氣流量，然后，從吸氣歧管21并且從設(shè)置在每個(gè)缸的吸氣口并經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)I的吸氣閥而向燃燒室內(nèi)流入。發(fā)動(dòng)機(jī)I中，雖然未圖不，但設(shè)置有控制燃料的噴射時(shí)期、噴射量和噴射壓力而把燃料向燃燒室內(nèi)噴射的共軌(- * > > 一>)燃料噴射裝置，該共軌燃料噴射裝置相對各氣缸的燃料噴射閥22而在規(guī)定的燃料噴射時(shí)期供給被控制成規(guī)定燃料壓力的燃料。在排氣通路3或排氣歧管23的中途有EGR (排氣再循環(huán))通路25分盆，使排氣的一部分經(jīng)由EGR冷卻器27和EGR閥29向吸氣節(jié)流閥19的下游側(cè)部位投入。在發(fā)動(dòng)機(jī)I的燃燒室被燃燒的燃燒氣體即排氣31，通過由設(shè)置在每缸的排氣口集合的排氣歧管23和排氣通路3而驅(qū)動(dòng)上述排氣渦輪增壓裝置13的排氣渦輪Ila并成為壓縮機(jī)Ilb的動(dòng)力源，之后則通過排氣通路3向排氣后處理裝置9流入。在D0C5的下游側(cè)配置有DPF7，向該DPF7的再生控制機(jī)構(gòu)33輸入來自檢測向壓縮機(jī)Ilb流入的給流量的空氣流量計(jì)35、DOC入口溫度傳感器37、DPF入口溫度傳感器39的信號。且把來自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器41、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載傳感器43的信號分別向再生控制機(jī)構(gòu)(ECU) 33輸入。該再生控制機(jī)構(gòu)33在向DPF7堆積的PM堆積量超過規(guī)定值時(shí)則控制升溫機(jī)構(gòu)，使DPF7的入口溫度升溫到目標(biāo)溫度附近(約600°C)來把堆積的PM焚燒除去。首先說明利用再生控制機(jī)構(gòu)33進(jìn)行PM焚燒除去的控制概要。使強(qiáng)制再生開始的條件，例如在是車輛的情況下，則基于行駛距離、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、總?cè)剂舷牧康冗M(jìn)行判定，當(dāng)強(qiáng)制再生開始時(shí)，為了使D0C5活化而實(shí)行DOC的升溫控制。該DOC的升溫控制是使吸氣節(jié)流閥19的開度縮小，減少向燃燒室內(nèi)流入的空氣量而增加排氣中的未燃燒燃料。進(jìn)而利用早期后噴射而在剛剛主噴射后缸內(nèi)的壓力還高的狀態(tài)下進(jìn)行噴射比主噴射少的燃料的第一次后噴射，通過該早期后噴射來對發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出不給予影響地提高排氣溫度，通過使該被高溫化了的排氣向D0C5流入而使D0C5活化，且隨著D0C5的活化而把排氣中的未燃燒燃料氧化,并且利用氧化時(shí)產(chǎn)生的氧化熱來使排氣的溫度上升。接著判斷DOC入口溫度是否達(dá)到規(guī)定溫度，在超過的情況下，利用滯后噴射使DPF7的入口溫度進(jìn)一步上升。如前所述，所說的該滯后噴射是指在所述早期后噴射后而在曲軸角度進(jìn)入到下死點(diǎn)附近的狀態(tài)下噴射的第二次后噴射，利用該滯后噴射使燃料在排氣閥打開狀態(tài)時(shí)從燃燒室向排氣通路3流出，被排出的燃料與已經(jīng)活化的D0C5反應(yīng)，利用產(chǎn)生的氧化熱使排氣溫度進(jìn)一步上升，達(dá)到使DPF7再生所必要的溫度例如600°C，促進(jìn)PM燃
Jyti ο(第一實(shí)施例)接著，參照圖2的控制結(jié)構(gòu)方塊圖來說明再生控制機(jī)構(gòu)33的滯后噴射量控制的第
一實(shí)施例。再生控制機(jī)構(gòu)33為了控制該滯后噴射量(操作量)而把DPF7的入口溫度穩(wěn)定地控制在目標(biāo)的約600°C，而具有前饋控制機(jī)構(gòu)47，其依據(jù)前饋控制圖45來發(fā)出滯后噴射量的基本噴射量(基本操作量)的指令，而前饋控制圖45是以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和燃料噴射量(發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載)為基礎(chǔ)來設(shè)定基本噴射量；反饋控制機(jī)構(gòu)49，其針對DPF7的目標(biāo)溫度發(fā)出滯后校 正噴射量(校正操作量)指令；噴射量(操作量)加法計(jì)算機(jī)構(gòu)51 (參照圖2)，其把來自所述前饋控制機(jī)構(gòu)47的基本噴射量和來自所述反饋控制機(jī)構(gòu)49的校正噴射量相加來計(jì)算噴射量。且第一實(shí)施例具備有積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55，其把構(gòu)成所述反饋控制機(jī)構(gòu)49的積分器53的積分值進(jìn)行復(fù)位。如前所述，前饋控制機(jī)構(gòu)47使用前饋控制圖45來計(jì)算前饋控制指令值57即基本噴射量，而前饋控制圖45是基于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和燃料噴射量(發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載)來設(shè)定基本噴射量。另一方面，在反饋控制機(jī)構(gòu)49設(shè)置有目標(biāo)溫度設(shè)定部59，其把DPF7的目標(biāo)入口溫度作為開始控制時(shí)的初期值目標(biāo)溫度，并設(shè)定其后的目標(biāo)溫度，把DPF7的目標(biāo)入口溫度和實(shí)測的DPF7入口溫度向加減法計(jì)算器61輸入，作為加減法計(jì)算器61的輸出信號而得到目標(biāo)入口溫度與實(shí)測入口溫度的偏差，由PID運(yùn)算部63進(jìn)行反饋運(yùn)算，計(jì)算出反饋控制指令值65即校正噴射量。在PID運(yùn)算部63中，比例要素(P)的運(yùn)算是使用比例增益Kp來進(jìn)行的，微分要素(D)的運(yùn)算是使用微分增益Kd來進(jìn)行的，積分要素(I)的運(yùn)算是使用積分增益Ki來進(jìn)行的，把各自的運(yùn)算結(jié)果向加法計(jì)算器67輸入，計(jì)算出反饋控制指令值65。且把前饋控制指令值57和反饋控制指令值65向加法計(jì)算器(噴射量加法計(jì)算機(jī)構(gòu))51輸入，輸出加法指令值69。把該加法指令值69的信號向指令飽和機(jī)構(gòu)71輸入，為了保護(hù)DPF7而對輸出信號加以限制。且把通過了指令飽和機(jī)構(gòu)71的信號作為滯后噴射燃料的指令信號輸出。把指令飽和機(jī)構(gòu)71的輸出信號和加法計(jì)算器51的輸出信號向加減法計(jì)算器73輸入，設(shè)置有基于其偏差而相對反饋控制機(jī)構(gòu)49進(jìn)行自動(dòng)調(diào)和的自動(dòng)調(diào)和PID75。把自動(dòng)調(diào)和PID75的運(yùn)算元件77的輸出信號向加減法計(jì)算器78輸入，并向積分器53輸入。通過這樣作為反饋控制機(jī)構(gòu)49的結(jié)束對策(輸入飽和對策)而設(shè)置有自動(dòng)調(diào)和PID75，在利用指令飽和機(jī)構(gòu)71對指令值加以限制期間，能夠防止在反饋控制機(jī)構(gòu)49的PID運(yùn)算部63的積分器53繼續(xù)存留有積分值。由此，在反饋控制目標(biāo)值變化時(shí)的追隨性被提聞。且第一實(shí)施例設(shè)置有把積分器53的積分值進(jìn)行復(fù)位的積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55。該積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55具有判斷排氣流量急劇減少的急劇減少判定部79，在該急劇減少判定部79判定是急劇減少時(shí)，把積分器53的積分值進(jìn)行復(fù)位。參照圖4說明積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55的控制流程。圖5 (a)表示圖4步驟SI的詳細(xì)情況，圖5 (b)表示圖4步驟S2的詳細(xì)情況，圖5 (c)表示圖4步驟S3的詳細(xì)情況，圖5Cd)表示圖4步驟S4的詳細(xì)情況。首先，在圖4的步驟SI進(jìn)行排氣流量變化率的判斷。如圖5(a)所示，該流量變化率的判斷是在步驟Sll計(jì)算排氣流量Gex。排氣流量的計(jì)算是以來自空氣流量計(jì)35的空氣流量Ga的信號和來自未圖示共軌燃料噴射裝置的燃料噴射量指令值Gf的信號為基礎(chǔ)，通過Gex=Ga+Gf來計(jì)算，接著，在步驟S12計(jì)算排氣流量Gex對于時(shí)間的微分dGex / dt。在步驟S13判定對于時(shí)間的微分dGex / dt是否不到閾值K1，在Yes的情況下則在步驟S14使標(biāo)志I為0N，在NO的情況下則在步驟S15使標(biāo)志I為OFF并返回。回到圖4的流程，在步驟S2進(jìn)行排氣流量的判斷。如圖5 (b)所示，在步驟S21 判定排氣流量Gex是否不到閾值K2，在Yes的情況下則在步驟S22使標(biāo)志2為0N，在NO的情況下則在步驟S23使標(biāo)志I為OFF并返回。接著，在圖4流程的步驟S3進(jìn)行計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)。如圖5(c)所示，該計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)是在步驟S31判定標(biāo)志I是否是0N，或者標(biāo)志3是否是0N，在Yes的情況下，在步驟S32判定標(biāo)志2是否是0N。在步驟S31是NO的情況下則在步驟S35使標(biāo)志3為OFF并在步驟S36使計(jì)時(shí)器為零。在步驟S32而標(biāo)志2是ON的情況下，則在步驟S33使標(biāo)志3是0N，在步驟S34向計(jì)時(shí)器加At (實(shí)行子程序處理的周期時(shí)間)。接著，在圖4流程的步驟S4進(jìn)行積分值的復(fù)位。如圖5 Cd)所示，該積分值的復(fù)位是在步驟S41判定計(jì)時(shí)器是否超過閾值K3，若沒超過則返回，若超過則在步驟S42判定積分值是否超過閾值K4。例如在積分值是正值的情況下，即作為K4=0來判定。在積分值是正值的情況下，向步驟S43前進(jìn)，把積分值復(fù)位成零。且在步驟S44把計(jì)時(shí)器復(fù)位并返回。在以上說明的急劇減少判定部79中，由于在步驟SI判斷排氣流量的變化率，且在步驟S2判斷排氣流量，能夠判定排氣流量的急劇減少，所以在過渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)雖然排氣流量頻繁地急劇減少，但通過不僅監(jiān)視排氣流量的減少率，而且也同時(shí)監(jiān)視排氣流量，則能夠防止積分值的復(fù)位過度地動(dòng)作。由此，在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載連續(xù)變化的過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中不會(huì)損害DPF入口溫度的控制性。且由于在排氣流量是閾值以下的狀態(tài)持續(xù)一定時(shí)間以上時(shí)，則在步驟S3判定是排氣流量急劇減少，所以如步驟S41那樣，通過追加排氣流量是閾值以下的狀態(tài)持續(xù)一定時(shí)間以上時(shí)的條件，能夠更加可靠地防止在過渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)積分值的復(fù)位過度地動(dòng)作。圖8表示確認(rèn)試驗(yàn)的結(jié)果。圖8 (a)表示排氣流量,表示從穩(wěn)定變化成臺階狀態(tài)使減少的情況。圖8 (b)表示該時(shí)滯后噴射量的變化，圖8 (c)表示DPF入口排氣溫度的變化。(b) (c)的虛線是作為現(xiàn)有技術(shù)而沒設(shè)置積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55的情況，實(shí)線是設(shè)置了本發(fā)明積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55的情況。從圖8 (b) 了解到，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，滯后噴射量減少的應(yīng)答性變化更加迅速。且從圖8 (c) 了解到，DPF入口排氣溫度的過調(diào)節(jié)被抑制。
如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，由于具備積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55,該積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55,其利用急劇減少判定部79，基于通過DPF7的排氣流量或排氣流量的時(shí)間微分即排氣流量減少率(控制值)，判斷排氣流量急劇減少時(shí)，把構(gòu)成反饋控制機(jī)構(gòu)49的積分器53的積分值復(fù)位，所以能夠防止由于在PID運(yùn)算部63中的積分器53保持有殘留的積分值而對升溫操作量即滯后噴射量產(chǎn)生不好的影響。其結(jié)果是即使在排氣流量急劇減少的情況下，也能夠把DPF入口溫度保持在目標(biāo)溫度附近。通過提高DPF入口溫度的控制性，即使把DPF入口的目標(biāo)溫度設(shè)定為高數(shù)十。C，也不會(huì)到達(dá)使DPF7所承載的催化劑惡化的溫度，能夠防止DPF所承載的催化劑由于熱而惡化，提高DPF7的耐久性能。且由于能夠把DPF入口的目標(biāo)溫度設(shè)定高，所以能夠縮短DPF7的再生控制時(shí)間，還能夠消除由再生時(shí)滯后噴射引起的油稀釋問題。(第二實(shí)施例) 接著，參照圖3的控制結(jié)構(gòu)方塊圖來說明再生控制機(jī)構(gòu)33的滯后噴射量控制的第
二實(shí)施例。由于前饋控制機(jī)構(gòu)47與第一實(shí)施例相同，所以省略說明。且不設(shè)置第一實(shí)施例的積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55。第二實(shí)施例具有與第一實(shí)施例的前饋控制機(jī)構(gòu)47不同的特點(diǎn)。如圖3所示，第二實(shí)施例的前饋控制機(jī)構(gòu)81不是像第一實(shí)施例那樣地，退貨預(yù)先試驗(yàn)而將與運(yùn)轉(zhuǎn)條件相對應(yīng)的前饋指令值設(shè)定成圖等，并從該圖來計(jì)算滯后噴射量的基本噴射量(基本操作量)并發(fā)出指令，而是使用預(yù)先設(shè)定的DOC傳遞函數(shù)模塊并基于排氣流量的實(shí)測值和D0C5的入口溫度實(shí)測值來計(jì)算基本噴射量。前饋控制機(jī)構(gòu)81具備加減法計(jì)算器(偏差計(jì)算部)83，其分別被輸入DPF入口目標(biāo)溫度和DOC入口溫度的實(shí)測值來計(jì)算偏差e ;增益計(jì)算部85，其基于排氣流量來計(jì)算控制增益(控制值)K ;滯后基本噴射量運(yùn)算部(基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu))87，其使用預(yù)先設(shè)定的DOC傳遞函數(shù)模塊。具體說就是，滯后基本噴射量運(yùn)算部87使用DPF入口目標(biāo)溫度與DOC入口溫度實(shí)測值的偏差e、設(shè)計(jì)參數(shù)(調(diào)整參數(shù))σ、從排氣流量求出的控制增益K，并使用Z=K /(l+os)e這一階傳遞函數(shù)的關(guān)系式來計(jì)算作為基本操作量的滯后噴射量Z。參照圖6說明前饋控制機(jī)構(gòu)81的控制流程。首先，在步驟SllO計(jì)算溫度偏差e。具體則如圖7(a)所示，在步驟Slll取得DOC入口溫度ΤΜαΝ，在步驟SI 12取得DPF入口目標(biāo)溫度rTDPFIN。且在步驟SI 13通過e=rTdpfin —Td0Cin來計(jì)算溫度偏差e。在圖6流程的步驟S120計(jì)算排氣流量Gex。排氣流量Gex的計(jì)算與在步驟Sll說明的相同，具體則如圖7 (b)所示，在步驟S121取得來自空氣流量計(jì)35的空氣流量Ga，基于在步驟S122取得來自未圖示共軌燃料噴射裝置的燃料噴射量指令值Gf，在步驟S123利用Gex=Ga+Gf來計(jì)算。接著，在圖6流程的步驟S130進(jìn)行排氣流量的過濾處理，通過低通濾波器89和進(jìn)行一次延遲處理來進(jìn)行干擾去除。然后，在步驟S140來決定控制增益K?？刂圃鲆鍷是利用圖9所示那樣相對排氣流量而設(shè)定有增益K的增益K圖91來求。該增益K圖91是預(yù)先從試驗(yàn)數(shù)據(jù)或模擬計(jì)算的運(yùn)算來設(shè)定。
在步驟S150進(jìn)行傳遞函數(shù)的計(jì)算。傳遞函數(shù)是使用DPF入口目標(biāo)溫度與DOC入口溫度實(shí)測值的偏差e、設(shè)計(jì)參數(shù)(調(diào)整參數(shù))σ、從排氣流量求出的控制增益K，并使用Z=K /(1+σ8) e這一階傳遞函數(shù)的關(guān)系式來計(jì)算作為基本操作量的滯后噴射量Ζ。若把σ設(shè)定成小的值則對于溫度偏差e和K的變化反應(yīng)敏感，若設(shè)定成大的值則反應(yīng)平穩(wěn)。然后，在步驟S160進(jìn)行在步驟S150計(jì)算出的噴射量單位換算，計(jì)算出指令值并返回。如第一實(shí)施例的前饋控制機(jī)構(gòu)47，由于使用從排氣流量求出的控制值即控制增益來計(jì)算基本操作量即滯后噴射量，代替使用把基本操作量在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)化的前饋控制圖45來計(jì)算前饋控制指令值57即基本噴射量，所以與使用按照運(yùn)轉(zhuǎn)條件預(yù)先設(shè)定的圖的情況相比，如在小型通用發(fā)動(dòng)機(jī)那樣被使用的轉(zhuǎn)速和負(fù)載獨(dú)立變化的情況下，能夠謀求把各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件的前饋操作量適當(dāng)化，能夠提高DPF入口溫度的控制性。
由于是根據(jù)DPF入口溫度目標(biāo)值與DOC入口溫度測量值的偏差來決定基本操作量即滯后噴射量，所以PID運(yùn)算部63的積分器53不具有大的值，即，不會(huì)從DPF入口溫度目標(biāo)值有大的偏離，因此，在排氣流量短時(shí)間減少后而排氣流量少的狀態(tài)繼續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，能夠防止DPF入口溫度的控制性惡化。當(dāng)然也可以是把第一實(shí)施例和第二實(shí)施例組合的結(jié)構(gòu)，這時(shí)，通過第二實(shí)施例構(gòu)成前饋控制機(jī)構(gòu)81，對于反饋控制機(jī)構(gòu)49而在PID運(yùn)算部63的積分器53設(shè)置積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)55。利用這種結(jié)構(gòu)，能夠更加提高DPF入口溫度的控制性。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性根據(jù)本發(fā)明，由于即使在排氣流量減少后而排氣流量少的狀態(tài)繼續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，也能夠把DPF入口溫度穩(wěn)定地控制在目標(biāo)溫度，所以適合于向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置的利用。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，在排氣通路具備氧化催化劑(DOC)和捕集排氣微粒子(PM)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物過濾器(DPF)，對被所述DPF捕集的PM進(jìn)行再生處理，其特征在于， 具備再生控制機(jī)構(gòu)，其在所述PM的堆積量超過規(guī)定值時(shí)控制升溫機(jī)構(gòu)，使所述DPF升溫到規(guī)定的目標(biāo)溫度附近來把堆積的PM焚燒除去， 該再生控制機(jī)構(gòu)具有前饋控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件來指令所述升溫機(jī)構(gòu)的基本操作量；反饋控制機(jī)構(gòu)，其針對DPF的目標(biāo)溫度發(fā)出校正操作量指令；操作量加法機(jī)構(gòu)，其把來自所述前饋機(jī)構(gòu)的基本操作量和來自所述反饋控制機(jī)構(gòu)的校正操作量相加來計(jì)算操作量，且具備積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)和基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)中的至少一個(gè)，所述積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)在通過排氣流量或從該排氣流量計(jì)算的控制值而判斷排氣流量急劇減少時(shí)，把構(gòu)成所述反饋控制機(jī)構(gòu)的積分器的積分值復(fù)位，所述基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)利用排氣流量或從該排氣流量計(jì)算的控制值來計(jì)算所述前饋控制機(jī)構(gòu)的基本操作量。
2.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，所述積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)在排氣流量的減少率在閾值以下時(shí)，判定為排氣流量急劇減少。
3.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，所述積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)在排氣流量減少到閾值以下時(shí)，判定為排氣流量急劇減少。
4.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，所述積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)在排氣流量的減少率在閾值以下時(shí)，且排氣流量減少到閾值以下時(shí)，判定為排氣流量急劇減少。
5.如權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，在所述排氣流量是閾值以下的狀態(tài)持續(xù)一定時(shí)間以上時(shí)，判定為排氣流量急劇減少。
6.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，當(dāng)構(gòu)成所述反饋控制機(jī)構(gòu)的積分器的積分值為正值時(shí)，進(jìn)行所述復(fù)位。
7.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，所述基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)使用DPF入口目標(biāo)溫度與DOC入口溫度實(shí)測值的偏差和基于排氣流量計(jì)算的控制增益，且使用將預(yù)先設(shè)定的DOC的排氣溫度升溫特性進(jìn)行模式化了的傳遞函數(shù)式，來計(jì)算所述基本操作量。
8.如權(quán)利要求I到7任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，所述升溫機(jī)構(gòu)的操作量是滯后噴射的噴射量，該滯后噴射的噴射量是在所述DOC活化后對主噴射后的燃燒不直接起作用的時(shí)刻進(jìn)行噴射的。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，具有前饋控制機(jī)構(gòu)(47)、針對DPF7的目標(biāo)溫度發(fā)出校正操作量指令的反饋控制機(jī)構(gòu)(49)、把來自前饋控制機(jī)構(gòu)(47)的基本操作量和來自反饋控制機(jī)構(gòu)(49)的校正操作量相加以計(jì)算操作量的操作量加法計(jì)算器(51)，且具備積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)(55)或基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)，積分器復(fù)位機(jī)構(gòu)(55)在排氣流量急劇減少時(shí)，把構(gòu)成反饋控制機(jī)構(gòu)(49)的積分器的積分值復(fù)位，基本操作量計(jì)算機(jī)構(gòu)利用基于排氣流量的信號來計(jì)算前饋控制機(jī)構(gòu)的基本操作量。
文檔編號F01N3/02GK102959215SQ201180031619
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者井手和成, 井川芳克 申請人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社