CN112005002A - 内燃机的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

内燃机(1)具有在排气通路(4)设置的排气微粒过滤器(6)。在排气微粒过滤器(6)的微粒堆积量以及温度处于规定的过度升温条件时，对减速时的燃料切断进行禁止。当在燃料切断的禁止中满足规定的解除条件的情况下，暂时允许燃料切断，进行排气微粒过滤器(6)的再生。

Description

内燃机的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机的控制方法及控制装置，该内燃机在排气通路具有对排气微粒进行捕集的排气微粒过滤器。

背景技术

在如汽油内燃机这样主要进行理论空燃比下的燃烧的内燃机中，有时在排气通路设置用于对排气中的排气微粒进行捕集的排气微粒过滤器。该排气微粒过滤器通过在运转中对堆积的排气微粒进行燃烧而再生。例如，由于在伴随燃料切断的滑行行驶中氧气被供给至排气微粒过滤器，因此产生排气微粒的燃烧。这里，在排气微粒过滤器中的排气微粒堆积量大并且排气微粒过滤器的温度高时，如果通过减速时的燃料切断而向排气微粒过滤器供给大量的氧气，则由于排气微粒的急剧燃烧，排气微粒过滤器有可能过度升温。

在专利文献1中公开了如下内容，即，为了避免这样的排气微粒过滤器的过度升温，在排气微粒过滤器的堆积量超过规定值并且排气微粒过滤器的温度超过规定温度的情况下，对减速时的燃料切断进行禁止。另外，在专利文献1中公开了如下内容，即，在排气微粒过滤器的堆积量、温度达到应禁止燃料切断的水平之前的第1阶段，进行将空燃比设为弱稀薄的弱稀薄控制。

但是，如专利文献1所述，在当排气微粒堆积量大并且排气微粒过滤器温度高时对减速时的燃料切断进行禁止的结构中，当在完全打开运转的比例高的状态下运转时，排气微粒过滤器几乎没有再生的机会。

另外，如果持续进行通过弱稀薄控制将空燃比设为稀薄的运转，则NOx的产生以及该NOx的处理成为新的问题。

专利文献1：日本特开2011-99451号公报

发明内容

本发明涉及一种内燃机的控制方法以及控制装置，该内燃机主要进行理论空燃比下的燃烧并且在排气通路具有排气微粒过滤器，在该内燃机的控制方法以及控制装置中，对所述排气微粒过滤器的排气微粒堆积量以及温度进行检测或者推定，如果所述排气微粒堆积量以及温度处于规定的过度升温条件，则对减速时的燃料切断进行禁止，当在该燃料切断的禁止中进一步满足规定的解除条件时，向所述排气微粒过滤器进行暂时的氧气供给。

例如，能够通过进行所有气缸或者一部分气缸的燃料切断、二次空气供给，向排气微粒过滤器进行暂时的氧气供给，通过该暂时的氧气供给，在排气微粒过滤器中堆积的排气微粒进行燃烧。如果氧气供给的时间长，则排气微粒堆积量、温度处于过度升温条件的排气微粒过滤器的温度(床层温度)过度升温，有可能导致排气微粒过滤器的热损伤。但是，如果是短时间的暂时的氧气供给，则床层温度的上升比较小，不会过度升温至热损伤成为问题的温度。

因此，在排气微粒堆积量以及温度处于规定的过度升温条件时，基本上对燃料切断进行禁止，并且在满足规定的解除条件时，允许暂时的氧气供给，由此既能够避免过度升温又能够确保再生机会。

附图说明

图1是应用了本发明的内燃机的系统结构的说明图。

图2是表示发动机控制器执行的控制的流程的流程图。

图3是表示以排气微粒堆积量以及温度为参数的过度升温条件的区域的特性图。

图4是表示禁止解除温度Tfc1以及解除结束温度Tfc2的特性的特性图。

图5是通过(a)实施例和(b)对比例对与减速时的燃料切断相伴的床层温度的变化进行对比表示的特性图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的一个实施例。

图1表示应用了本发明所涉及的控制的内燃机1的一个实施例的系统结构。内燃机1是主要进行理论空燃比(化学计量)下的燃烧的内燃机，例如由四冲程循环的火花点火式汽油内燃机构成。在内燃机1的各个气缸分别设置有：向气缸内或者进气口进行燃料供给的未图示的燃料喷射阀；以及对在气缸内形成的混合气体进行点火的未图示的火花塞。

在内燃机1的进气通路2配置有电子控制型节流阀3，该电子控制型节流阀3的开度通过来自发动机控制器11的控制信号进行控制。在节流阀3的上游侧设置有对内燃机1的吸入空气量进行检测的空气流量计12，在该空气流量计12的更上游侧设置有省略了图示的空气滤清器。

在内燃机1的排气通路4配置有由三元催化剂构成的催化剂装置5，在该催化剂装置5的下游配置有对排气中所含的排气微粒进行捕集并去除的排气微粒过滤器6(所谓的GPF)。在排气微粒过滤器6的下游侧，排气通路4经由未图示的消音器向大气开放。在排气通路4的催化剂装置5的上游侧配置有对排气空燃比进行检测的空燃比传感器13。

排气微粒过滤器6例如由以具有端部交替地被密封的大量的微细通路的方式形成的所谓壁流型的单片型陶瓷过滤器构成。在优选的一个例子中，排气微粒过滤器6以作为与上游侧的催化剂装置5组合的下游侧的三元催化剂装置起作用的方式对三元催化剂进行保持。另外，在一个例子中，排气微粒过滤器6具有对陶瓷过滤器的温度(床层温度)进行检测的过滤器温度传感器14。此外，也可以构成为，不直接对床层温度进行检测，而是在排气微粒过滤器6的上游侧以及下游侧分别设置对气体温度进行检测的上游侧温度传感器以及下游侧温度传感器，根据这两个温度传感器的检测值对床层温度进行推定。或者，还能够不通过温度传感器对排气微粒过滤器6的温度进行检测，而是根据内燃机1的运转条件、运转条件履历等其他参数对排气微粒过滤器6的温度进行推定。

除了上述的空气流量计12、空燃比传感器13、过滤器温度传感器14之外，还向上述发动机控制器11输入各种传感器类的检测信号，该传感器是用于对内燃机1的转速进行检测的曲轴转角传感器15、对冷却水温进行检测的水温传感器16、对通过驾驶员操作的加速器踏板的踩踏量进行检测的加速器开度传感器17、对车速进行检测的车速传感器18等。发动机控制器11基于这些检测信号，以最佳方式控制基于未图示的燃料喷射阀的燃料喷射量以及喷射时机、基于火花塞的点火时机、节流阀3的开度等。

基本上，内燃机1的空燃比是通过基于空燃比传感器13的检测信号对来自燃料喷射阀的燃料喷射量进行反馈控制，从而将理论空燃比控制为目标空燃比。在该理论空燃比下，得到基于催化剂装置5的三元催化作用。

另外，发动机控制器11具有在内燃机1的规定减速时进行燃料切断的燃料切断控制功能。例如，驾驶员在车辆行驶中将加速器踏板开度设为完全关闭时，如果满足规定的燃料切断条件(例如，冷却水温是预热结束后、车速大于或等于规定阈值、内燃机转速大于或等于规定阈值等)，则执行燃料喷射的停止即执行燃料切断。作为燃料切断恢复条件，例如在检测出加速器踏板的踩踏、车速已降低至小于或等于规定阈值、或者发动机转速已降低至小于或等于规定阈值等的任意者时，执行燃料供给的重新开始即燃料切断恢复。

如果进行这样的燃料切断，则进入燃烧室的氧气没有被消耗，而是流出至排气通路4，因此，如果排气微粒过滤器6的温度处于高至某种程度的状态，则在排气微粒过滤器6中堆积的排气微粒燃烧而被去除。即，排气微粒过滤器6被再生。但是，如果在大量的排气微粒堆积于排气微粒过滤器6并且排气微粒过滤器6的温度处于相当高的状态时执行燃料切断，则大量的排气微粒会急剧燃烧，其结果，排气微粒过滤器6会过度升温，有可能导致热损伤。因此，如下详述，与排气微粒过滤器6的状态相应地对燃料切断进行限制。

此外，在下面说明的实施例中，通过暂时解除燃料切断的禁止而实现燃料切断禁止中的暂时的氧气供给。

图2是表示在发动机控制器11中执行的减速时的燃料切断的控制流程的流程图。例如，每隔规定的短时间重复地执行该流程图所示的程序。

在步骤1中，读入排气微粒过滤器6的排气微粒堆积量和温度(床层温度)。在内燃机1的运转中，通过未图示的其它程序依次对排气微粒过滤器6中的当前的排气微粒堆积量进行推定。例如，通过依次加上根据内燃机1的运行条件(负载以及转速)求出的每单位时间的排气微粒生成量，另一方面，通过依次减去在排气微粒燃烧的运转条件下由于燃烧而会减少的量，从而对当前的排气微粒堆积量进行推定。在排气微粒过滤器6被认为是由于排气微粒的燃烧而完全再生时，也可以将排气微粒堆积量的推定值重置为0。作为排气微粒过滤器6的温度，在一个例子中，使用过滤器温度传感器14的检测值。

在步骤2中，判定所述排气微粒堆积量和温度是否处于由于执行燃料切断而有可能导致过度升温的规定的过度升温条件。具体而言，将排气微粒堆积量和温度作为参数，如图3所示，成为过度升温条件的区域被确定为排气微粒堆积量越大则温度阈值Tfc越低的特性，基于该图3的特性来判定是否处于过度升温条件。即，如果假定堆积的排气微粒的全部量随着燃料切断而燃烧，则排气微粒堆积量越多，再生时的温度上升越快，因此温度阈值Tfc变为相对低的温度。在步骤2中，例如，将基于排气微粒过滤器6的排气微粒堆积量而确定的温度阈值Tfc与检测温度进行比较，如果检测温度超过与此时的排气微粒堆积量对应的温度阈值Tfc，则判定为处于过度升温条件。此外，也可以对成为与排气微粒过滤器6的温度相应地确定的极限的排气微粒堆积量阈值与此时的推定排气微粒堆积量进行比较。

如果排气微粒堆积量以及温度未处于过度升温条件，则进入步骤13，作为燃料切断控制而持续进行通常控制。即，允许通常的减速时的燃料切断以及其后的燃料切断恢复。因此，当在车辆行驶中驾驶员使加速器踏板完全关闭时，以满足其他燃料切断条件为条件执行燃料切断。由此，如上所述，在排气微粒过滤器6中堆积的排气微粒燃烧，排气微粒过滤器6被再生。

如果排气微粒堆积量以及温度处于过度升温条件，则从步骤2进入步骤3，反复地判定加速器踏板的开度是否为完全关闭。换言之，判定是否进行了成为燃料切断对象的减速操作。如果加速器踏板开度未变化为完全关闭，则结束本次的程序。

当在步骤3中判定为已进行了减速操作的情况下，进入步骤4，为了避免与排气微粒的燃烧相伴的过度升温，对燃料切断进行禁止。

接下来，从步骤4进入步骤5，求出允许向排气微粒过滤器6进行暂时的氧气供给的解除条件。然后，在步骤6中，判定解除条件是否成立。在该实施例中，解除条件是下述三个条件同时成立(即“AND条件”)。

(1)排气微粒过滤器6的温度(床层温度)低于规定的禁止解除温度Tfc1；

(2)是在一次的滑行行驶中规定次数(在本实施例中例如是1次)以内的禁止解除；

(3)从上次的禁止解除(详细地说是禁止解除的开始时间点或者结束时间点的某一个)起经过了规定时间。

禁止解除温度Tfc1是被认为如果是短时间的燃料切断(即短时间的氧气供给)则排气微粒过滤器6不会产生过度升温的床层温度，也可以是固定值，但在本实施例中，如图4所示，以成为比与所述排气微粒堆积量对应的温度阈值Tfc稍高的温度的方式，预先设定为与排气微粒堆积量相应的值。即，禁止解除温度Tfc1的特性是对进行基本的燃料切断的禁止的温度阈值Tfc加上规定的温度差而得到的。

条件(2)以及(3)考虑了即使是短时间的氧气供给，如果频率高，也有可能导致过度升温。通过条件(3)，赋予了伴随燃料切断而上升的床层温度恢复至原来温度的程度的间隔。

因此，在步骤5中，关于条件(1)，设定与此时的排气微粒堆积量对应的禁止解除温度Tfc1，关于条件(2)，设定一次滑行行驶中的允许次数即“1”，关于条件(3)，设定成为间隔的规定时间(例如固定值)。

然后，在步骤6中，将此时排气微粒过滤器6的温度与禁止解除温度Tfc1进行比较，对条件(1)进行判定，并且对条件(2)、(3)进行判定，如果最终条件(1)、(2)、(3)同时成立，则判定为能够暂时解除燃料切断的禁止(即暂时的氧气供给)。

如果在步骤6中为NO，则直接结束程序。因此，持续进行燃料切断的禁止。

如果在步骤6中为YES，则从步骤6进入步骤7，解除燃料切断的禁止。即，执行燃料切断。

然后，在步骤8～11中，进行结束该暂时的燃料切断禁止的解除的条件的判定。在步骤8中，读入排气微粒过滤器6的温度(床层温度)。通常，伴随燃料切断而产生排气微粒的氧化/燃烧，因此排气微粒过滤器6的温度上升。在步骤9中，对解除燃料切断禁止的时间即燃料切断的持续时间进行测量。在步骤10中，求出由于本次的燃料切断而产生的排气微粒的燃烧所产生的发热量(累计值)。排气微粒的发热量例如根据排气微粒堆积量和氧气量来推定。

在步骤11中，如果下述的(4)～(6)这3个条件中的任意一个成立(即“OR”条件)，则设为使燃料切断禁止的暂时解除结束的结束条件成立。

(4)从解除起的经过时间(即燃料切断的持续时间)大于或等于规定时间；

(5)由排气微粒的燃烧产生的发热量(累计值)大于或等于规定值；

(6)排气微粒过滤器6的温度(床层温度)高于或等于规定的解除结束温度Tfc2。

条件(4)中的规定时间被设定为，具有禁止解除温度Tfc1附近的温度的排气微粒过滤器6不会由于与燃料切断相伴的排气微粒的燃烧而过度升温的范围的时间。

如后所述，条件(5)中的发热量考虑了排气微粒过滤器6的温度上升的峰值是在燃料切断结束后延迟产生的。即，在发热量大的情况下，需要在通过过滤器温度传感器14检测出的温度达到解除结束温度Tfc2之前结束燃料切断。

条件(6)中的解除结束温度Tfc2被设定为，即使还考虑到在燃料切断结束后延迟产生的温度上升也不会产生排气微粒过滤器6的过度升温的温度，也可以是固定值，但在本实施例中，如图4所示，以成为比与所述排气微粒堆积量对应的禁止解除温度Tfc1稍高的温度的方式，预先设定为与排气微粒堆积量相应的值。即，禁止解除温度Tfc1的特性是对禁止解除温度Tfc1加上规定的温度差而得到的。

在这些条件都不成立的情况下，步骤11的判定是“NO”，在该情况下，返回至步骤7，持续进行燃料切断。

如果(4)～(6)中的任意者的条件成立，则步骤11的判定是YES，在该情况下，从步骤11进入步骤12，结束燃料切断禁止的解除。因此，即使在滑行行驶中，燃料切断也结束。

如上所述，在上述实施例中，如果排气微粒过滤器6中的排气微粒堆积量以及温度(床层温度)处于规定的过度升温条件，则减速时的燃料切断基本上被禁止，从而避免了与燃料切断相伴的排气微粒过滤器6的过度升温，进而避免了其热损伤。但是，即使排气微粒堆积量以及温度处于过度升温条件，在满足上述解除条件(1)～(3)的情况下，也执行暂时的(即短时间的)燃料切断。由此，排气微粒过滤器6被局部地再生。因此，即使在驾驶员长时间持续高负荷驾驶的情况下，也能够与减速操作相伴而得到局部再生的机会，防止排气微粒的过度堆积。

图5是表示与减速时的燃料切断相伴的排气微粒过滤器6的床层温度的变化的时序图。这是以下述内容为前提，即，排气微粒堆积量比较多，并且减速时(燃料切断即将开始之前)的床层温度处于上述温度阈值Tfc与禁止解除温度Tfc1之间。

图(b)作为对比例是在减速时进行了通常的燃料切断的情况下的特性，从减速开始起至通常的燃料切断恢复条件(上述的车速降低等)成立为止持续进行燃料切断。由于随着燃料切断而堆积的排气微粒发生燃烧，所以床层温度从燃料切断开始起稍微延迟就开始上升。而且，在燃料切断结束后温度也持续上升，在燃料切断结束后出现温度的峰值。在该例中，在燃料切断结束后，床层温度会超过排气微粒过滤器6产生热损伤的极限温度Tlim。此外，在本说明书中，“过度升温”是指超过该极限温度Tlim。

图(a)作为实施例示出了在减速时燃料切断禁止被暂时解除而进行了短时间的燃料切断的情况下的特性。在该情况下，由于给予排气微粒过滤器6的氧气总量相对变少，因此温度上升缓慢，在燃料切断结束后出现的温度的峰值变低。因此，不会超过排气微粒过滤器6产生热损伤的极限温度Tlim。

此外，在图(a)的例子中，由于以减速时(燃料切断即将开始前)的床层温度处于上述的温度阈值Tfc与禁止解除温度Tfc1之间为前提，所以允许与驾驶员的减速操作实质上同时进行暂时的燃料切断。但是，当虽然在减速开始时上述解除条件不成立，但排气微粒过滤器6的温度因减速而降低，由此解除条件在减速中(滑行行驶中)成立的情况下，则暂时的燃料切断可能从该时间点开始。

作为满足解除条件时的暂时的氧气供给的方法，可以是所有气缸的燃料切断、或者一部分气缸的燃料切断。在与所有气缸的燃料切断相比，一部分气缸的燃料切断中，能够将对排气微粒过滤器6的氧气供给量抑制得较少。或者，也可以在排气通路4中的催化剂装置5的上游或者排气微粒过滤器6的上游设置能够导入二次空气的二次空气导入装置，使用该二次空气导入装置进行暂时的氧气供给。

Claims (8)

1.一种内燃机的控制方法，该内燃机主要进行理论空燃比下的燃烧，并且在排气通路具有排气微粒过滤器，在该内燃机的控制方法中，

检测或者推定所述排气微粒过滤器的排气微粒堆积量以及温度，如果所述的排气微粒堆积量以及温度处于规定的过度升温条件，则对减速时的燃料切断进行禁止，

当在该燃料切断的禁止中进一步满足规定的解除条件时，向所述排气微粒过滤器进行暂时的氧气供给。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，

所述过度升温条件被设定为，以排气微粒堆积量和温度为参数而排气微粒堆积量越多则温度阈值越低的特性。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

在一次滑行行驶中将所述暂时的氧气供给的执行次数限制于规定次数以内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制方法，其中，

将所述暂时的氧气供给的1次的持续时间限制为规定时间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机的控制方法，其中，

作为所述解除条件之一而包含所述排气微粒过滤器的温度低于规定温度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制方法，其中，

在进行了所述暂时的氧气供给之后，直至经过规定时间为止禁止下一次的暂时的氧气供给。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的内燃机的控制方法，其中，

所述暂时的氧气供给通过所有气缸的燃料切断、一部分气缸的燃料切断、二次空气供给的任意者进行。

8.一种内燃机的控制装置，该内燃机主要进行理论空燃比下的燃烧并且在排气通路具有排气微粒过滤器，

该控制装置检测或者推定所述排气微粒过滤器的排气微粒堆积量以及温度，如果所述排气微粒堆积量以及温度处于规定的过度升温条件，则对减速时的燃料切断进行禁止，

当在该燃料切断的禁止中进一步满足规定的解除条件时，向所述排气微粒过滤器进行暂时的氧气供给。

Images