CN101400876A - 内燃机的排气净化装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排气净化装置，该排气净化装置包括颗粒过滤器(10)、检测流入进气通路(3)中的新鲜空气量的空气流量计(7)和向位于空气流量计(7)和颗粒过滤器(10)之间的进气通路(3)中的一个位置供给气体的EGR装置(30)。所述排气净化装置基于由EGR装置(30)供给的气体量和由空气流量计检测的进气量检测经过颗粒过滤器的排气流量(S108)，检测颗粒过滤器上游侧和下游侧之间的压差，并基于排气的流量和压差判定所述颗粒过滤器是否被堵塞(S110)。

Description

内燃机的排气净化装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机的排气净化装置及其控制方法。

背景技术

在装备有连接位于颗粒过滤器下游的排气通路和位于空气流量计下游的进气通路的EGR(排气再循环)通路的内燃机排气净化装置中，在日本专利申请公报No.JP-A-2005-69207中公开了基于颗粒过滤器上游侧和下游侧之间的压差判定颗粒过滤器是否存在堵塞的技术。

然而，如果设置在EGR通路中的EGR阀的开度改变，则经过颗粒过滤器的排气的量改变。因此，颗粒过滤器上游侧和下游侧之间的压差改变，使得在判定颗粒过滤器堵塞时可能出现错误。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能更精确地判定内燃机的排气净化装置中的颗粒过滤器是否存在堵塞的技术。

根据本发明的第一方面，内燃机的排气净化装置包括：颗粒过滤器，所述颗粒过滤器设置在排气通路内并捕集排气中的颗粒物质；进气量检测装置，所述进气量检测装置用于检测流入进气通路中的新鲜空气量；气体供给装置，所述气体供给装置用于向位于所述进气量检测装置下游侧和所述颗粒过滤器上游侧的所述进气通路供给气体；排气流计算装置，所述排气流计算装置用于基于所供给的气体量和检测到的新鲜空气量来计算经过所述颗粒过滤器的排气流量；压差检测装置，所述压差检测装置用于检测所述排气通路中所述颗粒过滤器的上游侧和下游侧之间的压差；以及堵塞判定装置，所述堵塞判定装置用于基于计算出的排气流量和检测到的压差来判定所述颗粒过滤器是否被堵塞。

在第一方面中，经过颗粒过滤器的排气流量、由进气量检测装置检测到的新鲜空气量和由气体供给装置供给的气体量之间存在相关性。例如，随着新鲜空气量的减少，排气流量也减少。此外，例如，随着由气体供给装置供给的气体量的减少，排气流量减少。通过前述关系，排气流计算装置基于由气体供给装置供给的气体量和由进气量检测装置检测到的进气量来计算经过颗粒过滤器的排气流量。

在第一方面中，当颗粒过滤器捕集颗粒物质时，通路对经过颗粒过滤器的排气的阻力变大。因此，由压差检测装置检测到的颗粒过滤器上游侧和下游侧之间的压差和捕集在颗粒过滤器上的颗粒物质量存在相关性。此外，当通路对经过颗粒过滤器的排气的阻力变大时，经过颗粒过滤器的排气流量减少，且因此由压差检测装置检测到的压差变小。通过这些关系，堵塞判定装置基于由排气流计算装置计算出的排气流量和由压差检测装置检测到的压差来判定颗粒过滤器是否被堵塞。

就上述堵塞判定来说，也可判定在颗粒过滤器中是否已发生堵塞，并且可估算捕集在颗粒过滤器上的颗粒物质的量。

在根据上述第一方面的内燃机的排气净化装置中，所述气体供给装置可以是具有EGR通路和EGR阀的EGR装置，所述EGR通路连接位于颗粒过滤器下游的排气通路和位于进气量检测装置下游的进气通路，所述EGR阀设置在EGR通路中并改变EGR通路的通路横截面积。由所述气体供给装置供给的气体量可以是由EGR气体量检测装置检测到的EGR气体量，所述EGR气体量检测装置用于检测流入EGR通路中的EGR气体量。

在上述方面中，当流入EGR通路中的EGR气体的量通过操作EGR阀而变化时，经过颗粒过滤器的排气流量相应地改变。通过对流入EGR通路中的EGR气体量和新鲜空气量求和得到的值是经过颗粒过滤器的排气流量。具体地，排气流计算装置基于由EGR气体量检测装置检测到的EGR气体的量和由进气量检测装置检测到的新鲜空气的量来计算经过颗粒过滤器的排气流量。

此外，因为经过颗粒过滤器的排气流量和颗粒过滤器上游侧和下游侧之间的压差与颗粒过滤器中捕集的颗粒物质的量相关，所以得知排气流量和压差使得可以检测颗粒过滤器的堵塞。

在上述方面中，排气净化装置还可包括具有在排气通路内的涡轮机和在进气通路内的压缩机的涡轮增压器。EGR通路可以是连接涡轮机下游侧的排气通路和压缩机上游侧的进气通路的低压EGR通路。

虽然涡轮机下游侧的排气通路中的压力高于大气压力，但是其接近于大气压力。此外，压缩机上游侧进气通路中的压力低于大气压力。因此，与涡轮机上游侧的排气通路和压缩机下游侧的进气通路相连接的情况相比，流入低压EGR通路中的EGR气体的压力是低的。

在EGR气体流入低压EGR通路的情形下，包括EGR气体的量和新鲜空气的量的排气量经过颗粒过滤器。在此情形下，也可根据前述方面检测颗粒过滤器的堵塞。

在前述方面中，EGR气体量检测装置可至少通过EGR阀上游侧通路和EGR阀下游侧通路之间的压差以及EGR阀的开度来检测在低压EGR通路中的气体流量。

在前述方面中，当由所述堵塞判定装置判定所述颗粒过滤器是否堵塞时，可使得所述EGR阀的开度小于不判定所述颗粒过滤器是否堵塞时的开度。

如果使得EGR阀的开度为小，则EGR气体量减小。因此，经过颗粒过滤器的排气流量接近于新鲜空气量。这使得可以减小EGR气体对经过颗粒过滤器的排气流量的影响，从而可提高堵塞判定的精度。此外，通过完全关闭EGR阀，新鲜空气量和排气流量变为相等，因此可进一步提高堵塞判定的精度。

在前述方面中，可在所述堵塞判定装置判定所述颗粒过滤器是否堵塞时固定所述EGR阀的开度。

如果EGR阀的开度改变，则经过颗粒过滤器的排气流量也改变。鉴于此，堵塞判定装置在判定堵塞时可能发生错误。根据前述方面，可通过固定EGR阀的开度来限制流入EGR通路中的EGR气体量的波动，因此可提高堵塞判定的精度。附带地，当EGR阀的开度固定时，其可固定于完全关闭状态。

在前述方面，所述排气净化装置还可包括：高压EGR通路，所述高压EGR通路连接所述颗粒过滤器上游的排气通路和所述进气量检测装置下游的进气通路；以及高压EGR阀，所述高压EGR阀改变所述高压EGR通路的通路横截面积。如果在所述堵塞判定装置判定颗粒过滤器是否堵塞时流入所述EGR通路中的EGR气体量改变，则可通过所述高压EGR阀改变流入高压EGR通路中的EGR气体量，使得供给至内燃机气缸中的EGR气体量恒定。

如果流入EGR通路内的EGR气体量减少，则可提高堵塞判定的精度，但供给至气缸中的EGR气体量减少。然而，如果使EGR气体流入高压EGR通路以补偿流入EGR通路中的EGR气体量的减少，则供给至气缸内的EGR气体量可保持恒定。这使得可以限制例如NOx的生成。

在前述方面中，当由堵塞判定装置判定颗粒过滤器是否堵塞时，所述EGR阀的开度可设定为不完全关闭状态的开度。所述排气流计算装置可基于由所述进气量检测装置检测到的新鲜空气量和由所述EGR气体量检测装置检测到的EGR气体量来估算经过所述颗粒过滤器的排气流量，并且所述堵塞判定装置可基于由所述排气流计算装置估算出的排气流量和由所述压差检测装置检测到的压差来判定颗粒过滤器是否堵塞。

如果EGR阀的开度改变，则流入EGR通路中的EGR气体量也改变。然而，即使在EGR阀的开度随着时间的流逝而变化的情形中，假设可从一个时刻到另一时刻估算EGR气体量，则也能将排气流的当前流量确定为新鲜空气的当前量以及估算的EGR气体量。鉴于此，即使当EGR气体的量由于EGR阀的开度不固定而波动时，也能以高的精度执行对颗粒过滤器的堵塞判定。

在前述方面，当满足(i)所述内燃机处于稳态、(ii)所述颗粒过滤器的温度落在预定范围内以及(iii)车辆已行驶了预定距离这些条件中的至少一个时，可由所述堵塞判定装置判定所述颗粒过滤器是否堵塞。

根据上述方面的内燃机的排气净化装置能更精确地执行颗粒过滤器的堵塞判定。

根据本发明第二方面的内燃机排气净化装置的控制方法用于内燃机的排气净化装置，所述排气净化装置包括：颗粒过滤器，所述颗粒过滤器设置在排气通路内并捕集排气中的颗粒物质；进气量检测装置，所述进气量检测装置用于检测流入进气通路中的新鲜空气量；气体供给装置，所述气体供给装置用于向位于所述进气量检测装置下游侧和所述颗粒过滤器上游侧的进气通路供给气体；以及压差检测装置，所述压差检测装置用于检测所述排气通路中的颗粒过滤器的上游侧和下游侧之间的压差。在内燃机的排气净化装置的控制方法中，基于所供给的气体量和检测到的新鲜空气量来计算经过所述颗粒过滤器的排气流量；以及基于计算出的排气流量和检测到的压差来判定颗粒过滤器是否堵塞。

在根据第二方面的控制方法中，所述气体供给装置可以是具有EGR通路、EGR阀以及EGR气体量检测装置的EGR装置，所述EGR通路连接位于颗粒过滤器下游的排气通路和位于进气量检测装置下游的进气通路，所述EGR阀设置在EGR通路中并改变EGR通路的通路横截面积，且所述EGR气体量检测装置用于检测流入EGR通路中的EGR气体量。由所述气体供给装置供给的气体量可以是由所述EGR气体量检测装置检测到的EGR气体量。

本发明还涉及一种内燃机的排气净化装置，所述排气净化装置包括：颗粒过滤器，所述颗粒过滤器设置在排气通路内并捕集排气中的颗粒物质；进气量检测部，所述进气量检测部检测流入进气通路中的新鲜空气量；气体供给部，所述气体供给部向位于所述进气量检测部下游侧和所述颗粒过滤器上游侧的进气通路供给气体；排气流计算部，所述排气流计算部基于所供给的气体量和检测到的新鲜空气量来计算经过所述颗粒过滤器的排气流量；压差检测部，所述压差检测部检测所述排气通路中所述颗粒过滤器的上游侧和下游侧之间的压差；以及堵塞判定部，所述堵塞判定部基于计算出的排气流量和检测到的压差来判定所述颗粒过滤器是否堵塞。

附图说明

通过下文参照附图对示例实施例的说明，本发明的前述和/或进一步的目的、特征和优点将变得更加明显，其中相同或相应的部分由相同的附图标记标识，附图中：

图1示意性地示出根据本发明一个实施例的内燃机的排气净化装置所应用的内燃机及其进气-排气系统的整体构造；

图2示出根据本发明第一实施例的判定颗粒过滤器堵塞的流程图；

图3示出根据本发明第二实施例的判定颗粒过滤器堵塞的流程图；

图4示出根据本发明第三实施例的判定颗粒过滤器堵塞的流程图；

图5示出根据本发明第三实施例的判定颗粒过滤器堵塞的另一流程图。

具体实施方式

下面将参照附图说明根据本发明的内燃机的排气净化装置的示例实施例。

i.第一实施例

图1中示出的内燃机1是具有四个气缸2的水冷四冲程柴油机。

进气管3和排气管4连接至内燃机1。进气管3的中间部分设置有涡轮增压器5的压缩机壳体5a，该涡轮增压器利用排气能量作为驱动源。位于压缩机壳体5a上游的进气管3设置有第一节气门6，该第一节气门调节流入进气管3的进气流量。第一节气门6通过电动致动器打开和关闭。位于第一节气门6上游的进气管3设置有空气流量计7，该空气流量计输出与流入进气管3的进气流量相对应的信号。内燃机1的进气量通过空气流量计7测量。在此实施例中，空气流量计7对应于本发明中的进气量检测装置。

位于压缩机壳体5a下游的进气管3设置有中间冷却器8，该中间冷却器执行进气和外界空气之间的热交换。位于中间冷却器8下游的进气管3设置有第二节气门9，该第二节气门调节流入进气管3的进气流量。第二节气门9通过电动致动器打开和关闭。

另一方面，排气管4的中间部分设置有涡轮增压器5的涡轮机壳体5b。位于涡轮机壳体5b下游的排气管4设置有颗粒过滤器(以下简称为“过滤器”)10。储存还原型NOx催化剂(以下简称为“NOx催化剂”)载持在过滤器10上。该过滤器捕集排气中的颗粒物质。当流入NOx催化剂的排气中氧浓度高时NOx催化剂储存来自于排气的氮氧化物(NOx)，而当流入NOx催化剂的排气中的氧浓度降低时NOx催化剂释放所储存的NOx。在如果排气中存在如碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)等的还原组分的情形下，则从NOx催化剂中释放的NOx得以还原。在此说明书中，术语“储存”是指以下述方式中的至少一种来保持物质(固体、液体、气体分子)，所述方式包括吸附、粘附、吸收、捕集、吸留等。

测量过滤器10的上游侧和下游侧之间的压差的压差传感器11附装于过滤器10。沉积在过滤器10上的颗粒物质(以下也称为“PM”)的量可通过压差传感器11检测。在此实施例中，压差传感器11对应于本发明中的压差检测装置。在位于过滤器10下游的排气管4中附装有检测流入排气管4中的排气的温度的排气温度传感器12。过滤器10的温度通过排气温度传感器12检测。

内燃机1装备有使一部分在排气管4中流动的排气在低压下再循环至进气管3的低压EGR装置30。低压EGR装置30具有低压EGR通路31、低压EGR阀32和EGR冷却器33。低压EGR通路31连接位于过滤器10下游侧的排气管4和在压缩机壳体5a上游及第一节气门6下游延伸的进气管3。经由低压EGR通路31，排气在低压下再循环。在此实施例中，经由低压EGR通路31再循环的排气被称为低压EGR气体。此外，通过随低压EGR阀32的开度变化而调节低压EGR通路31的通路横截面积，来调节流经低压EGR通路31的低压EGR气体的量。EGR冷却器33通过使得在经过EGR冷却器33的低压EGR气体和内燃机1的冷却水之间进行热交换来降低低压EGR气体的温度。在此实施例中，低压EGR装置30对应于本发明中的气体供给装置。

内燃机1还装备有使一部分在排气管4中流动的排气在高压下再循环至进气管3的高压EGR装置40。该高压EGR装置40具有高压EGR通路41和高压EGR阀42。高压EGR通路41连接位于涡轮机壳体5b上游侧的排气管4和位于第二节气门9下游侧的进气管3。经由高压EGR通路41，排气在高压下再循环。在此实施例中，经由高压EGR通路41再循环的排气被称为高压EGR气体。随着高压EGR通路41的通路横截面积通过高压EGR阀42的开度的改变而改变，流经高压EGR通路41的高压EGR气体的量得以调节。

检测排气压力的排气压力传感器13附装于位于涡轮机壳体5b和过滤器10之间的排气管4。

如上所述构造的内燃机1设置有作为用于控制内燃机1的电子控制单元的ECU 20。该ECU 20根据内燃机1的工作条件和驾驶员的要求来控制内燃机1的工作状态。除了上述传感器之外，根据驾驶员压下加速踏板14的量输出电子信号以检测发动机负荷的加速器操作量传感器15、检测发动机转速的曲轴位置传感器16和检测内燃机1的冷却水的温度的冷却水温度传感器17经由电线连接至ECU 20，从而这些不同传感器的输出信号输入至ECU 20。另外，第一节气门6、第二节气门9、低压EGR阀32和高压EGR阀42经由电线连接至ECU 20。ECU 20控制这些设备等。

在此实施例中，ECU 20执行对过滤器10的堵塞判定。如果ECU 20判定为过滤器10被堵塞，则ECU 20执行过滤器10的再生处理。当对过滤器10执行堵塞判定时，ECU 20将低压EGR阀32固定于全闭状态。当低压EGR阀32的开度固定于全闭状态时，可基于由空气流量计7检测到的进气量容易地估算经过过滤器10的排气流量。因此，可提高堵塞判定的精度。

在此实施例中，对过滤器10的堵塞判定如下地执行。在此，紧邻过滤器10上游的排气管4的横截面积由A0表示，其中排气的流速由U0表示。此外，通过PM堵塞过滤器10被认为是节流，过滤器10的横截面积由A1表示，而过滤器10中的排气流速由Ucat表示。

如果对前述关系应用伯努利理论，则可得到方程1。

ρU₀ ²/2+P₀＝ρUcat²/2+P₁...      方程1

在该方程中，P0是紧邻过滤器10上游的排气压力，P1是紧邻过滤器10下游的排气压力。假定液体密度ρ不变。因为排气流速和横截面积之间保持方程2的关系，所以过滤器10上游侧和下游侧之间的压差ΔP(以下称为“过滤器的压差”)可在方程3中表示。

U₀A₀＝UcatA₁...       方程2

ΔP＝(P₀-P₁)

＝ρUcat²/2-ρU₀ ²/2

＝ρUcat²/2-ρUcat²(A₁/A₀)²/2...    方程3

然后，可将方程3改写为方程4

ΔP/Ucat²＝ρ(1-(A₁/A₀)²)/2...      方程4

在此方程中，ΔP/Ucat²是与过滤器10的堵塞度相关的值。

在此实施例中，如果ΔP/Ucat²大于预定值R1，则ECU 20判定为过滤器10被堵塞，然后执行过滤器10的再生处理。

下面将说明本实施例中对过滤器10的堵塞判定的流程。图2为示出根据本实施例的对过滤器10的堵塞判定的流程的流程图。在每个预定的时间处重复地执行该流程图的例程。

在步骤S101中，判定是否满足用于判定过滤器10存在堵塞的条件。在该步骤中，判定是否已经呈现了适合于对过滤器10执行堵塞判定的状态。例如，判定内燃机1是否处于稳态，或者过滤器10的温度是否落在预定的范围内。也可判定车辆是否已驶过PM可大量沉积的一段预定距离。如果在步骤101中做出肯定判定，则处理过程进行至步骤S102。否则，如果做出否定判定，则例程结束。

在步骤S102中，ECU 20控制低压EGR阀32至全闭状态。就是说，ECU 20控制阀32，使得经过过滤器10的排气不含低压EGR气体。这有利于计算经过过滤器10的排气流量。

在步骤S103中，空气流量计7检测新鲜空气量Ga。

在步骤S104中，压差传感器11检测过滤器前后的压差ΔP。

在步骤S105中，排气温度传感器12检测经过过滤器10的排气的温度(以下称为“经过过滤器的排气温度”)Tcat。经过过滤器的排气温度用于将经过过滤器10的排气的质量流量转化成体积流量。

在步骤S106中，ECU 20计算燃料喷射量Gf。燃料喷射量Gf是喷射到气缸2中的燃料量，并基于发动机转速、发动机负荷等计算。

在步骤S107中，排气压力传感器13检测过滤器10上游的排气管4中的压力P6(以下称为“过滤器上游侧压力”)。

在步骤S108中，ECU 20计算经过过滤器10的排气的体积流量Vcat。该体积流量Vcat可通过以下方程(气体状态方程)得到。在此方程中，R是气体常数。

Vcat＝(Ga+Gf).R.Tcat/P₆...    方程5

在此实施例中，确定体积流量Vcat的ECU 20对应于排气流计算装置。

在步骤S109中，ECU 20计算经过过滤器10的排气的平均流速Ucat(以下称为“平均排气流速”)。通过将在步骤S108中计算出的体积流量Vcat除以过滤器10的横截面积A来计算平均排气流速Ucat。过滤器10的横截面积A事先确定。

在步骤S110中，ECU 20判定ΔP/Ucat²是否大于预定值R1。如上所述，ΔP/Ucat²与过滤器10的堵塞度有关。预定值R1事先通过试验等得到，作为在过滤器10发生堵塞时的值的下限值。如果在步骤S110中做出肯定判定，则处理过程进行至步骤S111。否则，如果做出否定判定，则处理过程进行至步骤S112。

在此实施例中，执行步骤S110的处理过程的ECU 20对应于本发明中的堵塞判定装置。

在步骤S111中，ECU 20要求进行对过滤器10执行再生处理的控制。例如，ECU 20将再生处理控制要求标记设为1。当需要对过滤器10执行再生处理时，该再生处理控制要求标记被设为1，而当不需要对过滤器10执行再生处理时其被设为0。

在步骤S112中，ECU 20重置对过滤器10执行再生处理的控制要求。例如，再生处理控制要求标记被设为0。

因此，由于当判定过滤器10是否被堵塞时ECU 20控制低压EGR阀32至全闭状态，所以过滤器10的堵塞判定可更精确地执行。

尽管在此实施例中当判定过滤器10是否被堵塞时ECU 20控制低压EGR阀32至全闭状态，但低压EGR阀32的开度可代替地被控制至除全闭状态之外的固定的开度。在此情况下，直接测量或估算流经低压EGR通路31的低压EGR气体的量。然后，低压EGR气体量和由空气流量计7检测的新鲜空气量相结合以计算流经过滤器10的排气流量。

此外，在未设置低压EGR装置30但例如设置有用于向过滤器10供给二次空气的系统的情况下，当执行对过滤器10的堵塞判定时，可停止供给二次空气。此外，二次空气的供给量可以是恒定的。

ii.第二实施例

在此实施例中，通过供给与低压EGR气体的减少量对应的一定量的高压EGR气体使供给至气缸2中的EGR气体量保持恒定。

在此需注意，当低压EGR阀32的开度改变时，供给至气缸2中的EGR气体量改变。例如，当在第一实施例中低压EGR阀32被控制至全闭状态时，停止向气缸2供给低压EGR气体。因此，气缸中可能缺少EGR气体。

另一方面，在第二实施例中，控制高压EGR阀42的开度使得供给至气缸2中的EGR气体量恒定。事实上，控制高压EGR阀42的开度使得进气量恒定。进入气缸2中的气体包括新鲜空气和EGR气体。如果内燃机1的工作状态不变，则合在一起的新鲜空气和EGR气体的量不变。因此，EGR气体量和新鲜空气量具有这样的关系，其中例如如果EGR气体量减少，则新鲜空气量增加。就是说，EGR气体量可通过控制高压EGR阀42的开度而保持恒定，使得新鲜空气量——即由空气流量计7测得的进气量——恒定。

图3示出根据本实施例的对过滤器10的堵塞判定的流程的流程图。该流程图的例程在每个预定的时间处被重复执行。执行与图2的流程图中所示的例程相同的处理过程的步骤标有相同的附图标记，并省略对其的说明。

在步骤S201中，ECU 20计算目标新鲜空气量Gat。目标新鲜空气量Gat基于内燃机1的转速和负荷计算。目标新鲜空气量Gat和发动机转速及发动机负荷之间的关系事先通过试验等确定并以映射的形式表示，并储存在ECU 20中。

在步骤S202中，ECU 20控制高压EGR阀42的开度。反馈控制高压EGR阀42的开度，使得在步骤S103中检测的新鲜空气量Ga等于在步骤S201中计算出的目标新鲜空气量Gat。在此需注意，如果ECU 20朝减小的方向控制低压EGR阀32的开度，则ECU 20朝增大的方向控制高压EGR阀42的开度。

因为经过高压EGR通路41的高压EGR气体从位于过滤器10上游的排气管4流向位于空气流量计7下游的进气管3，所以高压EGR气体几乎不影响新鲜空气量和经过过滤器10的排气流量之间的关系。因此，在对过滤器10进行堵塞判定时，不必考虑高压EGR气体量。

以此方式，如果当ECU 20执行对过滤器10的堵塞判定时低压EGR阀32的开度改变，则高压EGR阀42的开度相应地改变，使得供给至气缸2中的EGR气体量能保持恒定。这使得可以在对过滤器10执行堵塞判定时限制NOx等的生成。

iii.第三实施例

在此实施例中，当低压EGR阀32的开度随着时间的流逝而改变时，估算在当前开度下的低压EGR气体量。通过将由空气流量计7测得的当前进气量与估算值相加，计算在当前开度下经过过滤器10的排气流量。具体地，低压EGR气体量和新鲜空气量之和等于经过过滤器10的排气流量。因此，即使当低压EGR阀32的开度随着时间的流逝而改变时，也可以通过估算与开度相对应的低压EGR气体量以及检测在所述开度时提供的新鲜空气量，来计算在当前开度下经过过滤器10的排气流量。附带地，通过低压EGR阀32上游侧和下游侧之间的压差、低压EGR阀32的开度等估算低压EGR气体的流量。

图4和5是示出根据本实施例的对过滤器10进行堵塞判定的流程的流程图。该流程图的例程在每个预定的时间处被重复地执行。执行与在图2的流程图中所示例程相同处理过程的步骤标有相同的附图标记，并将省略对其的说明。

在步骤S301中，冷却水温度传感器17检测内燃机1的冷却水的温度。

在步骤S302中，ECU 20计算EGR冷却器33的冷却效率。EGR冷却器33的冷却效率与冷却水温度具有相关性。因此，例如冷却水温度和EGR冷却器33的冷却效率之间的关系通过试验等事先确定并以映射的方式表示，并储存在ECU 20中。通过将在步骤S301中得到的冷却水温度代入该映射中，可得到EGR冷却器33的冷却效率。

在步骤S303中，计算低压EGR气体的密度。如果低压EGR气体的压力和温度已知，则通过在状态方程(气体状态方程)中代入压力和温度的值来得到低压EGR气体的密度。

例如可基于由排气温度传感器12检测的排气温度T7、EGR冷却器33的冷却效率和当低压EGR气体流经低压EGR通路31时发生的温度降低量来计算低压EGR气体的温度。这些关系可事先通过试验等确定。另外，也可例如通过传感器来获得低压EGR气体的温度。

另外，例如通过附装于低压EGR通路31的压力传感器来检测低压EGR气体的压力。此外，连接至低压EGR通路31的进气管3中的压力和低压EGR气体的压力可以相等。温度和压力可通过其它传感器或内燃机1的工作状态估算。

在步骤S304中，检测低压EGR阀32上游侧和下游侧之间的压差(以下称为“低压EGR阀前后的压差”)。可通过例如附装于低压EGR通路31的压差传感器来获得低压EGR阀前后的压差，以检测低压EGR阀32的上游侧和下游侧之间的压差。

在步骤S305中，ECU 20计算低压EGR阀32的打开面积。例如，事先确定并以映射的方式表示当ECU 20控制低压EGR阀32的开度时的打开面积和指令值之间的关系。然后可通过代入指令值得到打开面积。

在步骤S306中，ECU 20计算经过低压EGR阀32的低压EGR气体的量Vegr。

方程4被转化成以下方程。

$\mathrm{Ucat}=\sqrt{2\mathrm{\ΔP}/\left(\mathrm{\ρ}(1-{(A_1/A_2)}^2)\right)}...$        方程6

然后，通过用低压EGR气体的流速Uegr代替Ucat、用低压EGR阀32的打开面积Aegr代替A1，可得到下列方程。

$\mathrm{Uegr}=\sqrt{2\mathrm{\Δpegr}/\mathrm{\ρegr}}\×\sqrt{1/(1-{(\mathrm{Aegr}/A_2)}^2)}...$    方程7

经过低压EGR阀32的低压EGR气体量Vegr可在方程8中得到。

$\mathrm{Vegr}=\mathrm{UegrAegr}$

$=A_0\mathrm{Aegr}\sqrt{2\mathrm{\ΔPegr}/\left(\mathrm{\ρegr}({A_0}^2-{\mathrm{Aegr}}^2)\right)}\·\·\·$     方程8

在此实施例中，计算低压EGR气体量Vegr的ECU 20对应于EGR气体量检测装置。

在步骤S307中，ECU 20计算经过过滤器10的排气流量Vcat。作为通过对经过低压EGR阀32的低压EGR气体的流量和新鲜空气流量求和得到的值，通过方程9计算排气流量Vcat。

Vcat＝Vegr+(Ga+Gf)·R·Tcat/P₆...     方程9

因此，即使在低压EGR阀32的开度为非全闭状态开度并随时间的流逝而改变的情形下，经过过滤器10的排气流量仍然可根据低压EGR阀32的开度得到，使得可在较宽的工作状态范围内执行对过滤器10的堵塞判定。

Claims (14)

1.一种内燃机(1)的排气净化装置，其特征在于包括：

颗粒过滤器(10)，所述颗粒过滤器设置在排气通路(4)内并捕集排气中的颗粒物质；

进气量检测装置(7)，所述进气量检测装置用于检测流入进气通路(3)中的新鲜空气量；

气体供给装置(30)，所述气体供给装置用于向位于所述进气量检测装置(7)下游侧和所述颗粒过滤器(10)上游侧的所述进气通路供给气体；

排气流计算装置(20)，所述排气流计算装置用于基于所供给的气体量和检测到的新鲜空气量来计算经过所述颗粒过滤器的排气流量；

压差检测装置(11)，所述压差检测装置用于检测所述排气通路中所述颗粒过滤器的上游侧和下游侧之间的压差；以及

堵塞判定装置(20)，所述堵塞判定装置用于基于计算出的排气流量和检测到的压差来判定所述颗粒过滤器是否被堵塞。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，

其中，所述气体供给装置是具有EGR通路(31)和EGR阀(32)的EGR装置(30)，所述EGR通路连接所述颗粒过滤器(10)下游的所述排气通路(4)和所述进气量检测装置(7)下游的所述进气通路(3)，所述EGR阀设置在所述EGR通路(31)内并改变所述EGR通路的通路横截面积，以及

其中，由所述气体供给装置供给的气体量是由EGR气体量检测装置(20)检测的EGR气体量，所述EGR气体量检测装置(20)用于检测流入所述EGR通路中的EGR气体量。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述堵塞判定装置(20)估算被捕集在所述颗粒过滤器(10)上的所述颗粒物质的量。

4.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于还包括：

涡轮增压器(5)，所述涡轮增压器具有在所述排气通路(4)内的涡轮和在所述进气通路内的压缩机，

其中，所述EGR通路(31)是连接所述涡轮下游的所述排气通路(4)和所述压缩机上游的所述进气通路(3)的低压EGR通路。

5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述EGR气体量检测装置(20)至少由在所述EGR阀(32)上游侧的通路和所述EGR阀下游侧的通路之间的压差以及所述EGR阀的开度来检测所述低压EGR通路(31)内的气体流量。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，当由所述堵塞判定装置(20)判定所述颗粒过滤器(10)是否被堵塞时，使所述EGR阀的开度比未判定所述颗粒过滤器是否被堵塞时的开度小。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，当所述堵塞判定装置判定所述颗粒过滤器(10)是否被堵塞时，所述EGR阀的开度被固定。

8.根据权利要求6所述的内燃机的排气净化装置，其中，当由所述堵塞判定装置(20)判定所述颗粒过滤器(10)是否被堵塞时，所述EGR阀的开度被固定至完全关闭状态。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于还包括：

高压EGR通路(41)，所述高压EGR通路连接所述颗粒过滤器(10)上游的所述排气通路(4)和所述进气量检测装置(7)下游的所述进气通路(3)；以及

高压EGR阀(42)，所述高压EGR阀改变所述高压EGR通路(41)的通路横截面积，

其中，如果当所述堵塞检测装置(20)判定所述颗粒过滤器(10)是否被堵塞时流入所述EGR通路(41)中的EGR气体量改变，则通过所述高压EGR阀(42)改变流入所述高压EGR通路中的EGR气体量，使得供给至所述内燃机(1)的气缸中的EGR气体量恒定。

10.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，当由所述堵塞判定装置(20)判定所述颗粒过滤器(10)是否被堵塞时，所述EGR阀的开度被设定至未完全关闭状态的开度，并且所述排气流计算装置(20)基于由所述进气量检测装置(7)检测到的新鲜空气量和由所述EGR气体量检测装置(20)检测到的EGR气体量来估算经过所述颗粒过滤器(10)的排气流量，并且所述堵塞判定装置(20)基于由所述排气流计算装置(20)估算出的排气流量和由所述压差检测装置(11)检测到的压差来判定所述颗粒过滤器(10)是否被堵塞。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，当满足(i)所述内燃机(1)处于稳态、(ii)所述颗粒过滤器(10)的温度在预定范围内以及(iii)所述车辆已行驶了预定距离这些条件中的至少一个时，由所述堵塞判定装置(20)判定所述颗粒过滤器(10)是否被堵塞。

12.一种内燃机(1)的排气净化装置的控制方法，所述排气净化装置包括：颗粒过滤器(10)，所述颗粒过滤器设置在排气通路(4)内并捕集排气中的颗粒物质；进气量检测装置(7)，所述进气量检测装置用于检测流入进气通路(3)中的新鲜空气量；气体供给装置(30)，所述气体供给装置用于向位于所述进气量检测装置(7)下游侧和所述颗粒过滤器(10)上游侧的所述进气通路(3)供给气体；以及压差检测装置(11)，所述压差检测装置用于检测所述排气通路(4)中所述颗粒过滤器(10)的上游侧和下游侧之间的压差，所述控制方法的特征在于包括：

(S108)基于所供给的气体量和检测到的新鲜空气量来计算经过所述颗粒过滤器(10)的排气流量；以及

(S110)基于计算出的排气流量和检测到的压差来判定所述颗粒过滤器是否被堵塞。

13.根据权利要求12所述的内燃机的排气净化装置的控制方法，

其中，所述气体供给装置是具有EGR通路(31)和EGR阀(32)的EGR装置(30)，所述EGR通路连接所述颗粒过滤器(10)下游的所述排气通路(4)和所述进气量检测装置(7)下游的所述进气通路(3)，所述EGR阀设置在所述EGR通路(31)内并改变所述EGR通路的通路横截面积，以及

其中，由所述气体供给装置(30)供给的气体量是由EGR气体量检测装置(20)检测的EGR气体量，所述EGR气体量检测装置(20)用于检测流入所述EGR通路中的EGR气体量。

14.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于包括：

颗粒过滤器(10)，所述颗粒过滤器设置在排气通路(4)内并捕集排气中的颗粒物质；

进气量检测部，所述进气量检测部检测流入进气通路(3)中的新鲜空气量；

气体供给部，所述气体供给部向位于所述进气量检测部下游侧和所述颗粒过滤器上游侧的进气通路供给气体；

排气流计算部，所述排气流计算部基于所供给的气体量和检测到的新鲜空气量来计算经过所述颗粒过滤器的排气流量；

压差检测部，所述压差检测部检测所述排气通路中所述颗粒过滤器的上游侧和下游侧之间的压差；以及

堵塞判定部，所述堵塞判定部基于计算出的排气流量和检测到的压差来判定所述颗粒过滤器是否被堵塞。

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